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Die Erfindung betrifft ein Batteriezellenmodul und eine Batterie.
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In Elektro- und Hybridfahrzeugen kommen zum Speichern von elektrischer Energie zumeist Batterien zum Einsatz. Unter bestimmten Voraussetzungen kann es nach einer Fehlfunktion in Batteriezellen von Batteriemodulen der Batterie zu einer starken exothermen Reaktion kommen, die als thermisches Durchgehen (Thermal Runaway) bezeichnet wird. Hierbei tritt ein Gasstrom mit großem Volumenfluss und hoher Temperatur aus, der brennbare, leitfähige und glühende Stoffe beinhaltet. Durch die in dem Gasstrom enthaltenen glühenden und leitfähigen Partikel und hierdurch hervorgerufene elektrische Kurzschlüsse kann eine thermische Propagation von der fehlerhaften Batteriezelle hin zu anderen Batteriezellen erfolgen, welche in den anderen Batteriezellen ebenfalls zu exothermen Reaktionen führen kann.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Batteriezellenmodul und eine Batterie zu schaffen, bei denen eine thermische Propagation verhindert oder zumindest verzögert werden kann.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Batteriezellenmodul mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und eine Batterie mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Insbesondere wird ein Batteriezellenmodul geschaffen, umfassend mehrere Pouchzellen und mindestens eine Barrierenschicht, wobei die mindestens eine Barrierenschicht mindestens eine Öffnung zum Ausleiten eines Gasstroms beim exothermen Ausgasen einer Pouchzelle aufweist.
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Das Batteriezellenmodul ermöglicht es, einen bei Auftreten eines Thermal Runaway in einer der Pouchzellen des Batteriezellenmoduls entstehenden Gasstrom gezielt auszuleiten. Hierzu weist das Batteriezellenmodul mindestens eine Barrierenschicht mit mindestens einer Öffnung auf. Insbesondere ist vorgesehen, dass die mindestens eine Barrierenschicht mehrere Öffnungen aufweist. Tritt an einer der Pouchzellen ein Thermal Runaway auf, so kann der durch die starke exotherme Reaktion entstehende Gasstrom durch die mindestens eine Öffnung abgeleitet werden. Andere Bereiche neben den Öffnungen werden hingegen durch die Barrierenschicht vor dem Gasstrom geschützt. Hierdurch kann verhindert werden, dass der Gasstrom die anderen Pouchzellen erreicht und in diesen ebenfalls eine exotherme Reaktion hervorruft. Zumindest kann mittels der mindestens einen Öffnung, insbesondere mittels der mehreren Öffnungen, eine thermische Propagation verzögert werden. Die mindestens eine Öffnung erlaubt insbesondere ein gerichtetes Ableiten und/oder Ausleiten des entstandenen Gasstroms weg von den Pouchzellen.
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Durch das beschriebene Batteriezellenmodul kann eine Sicherheit bei einem Thermal Runaway in dem Batteriezellenmodul erhöht werden. In einem Fahrzeug kann insbesondere eine Zeit, die zum Evakuieren von Passagieren des Fahrzeugs zur Verfügung steht, verlängert werden.
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Die mindestens eine Barrierenschicht ist insbesondere an den Pouchzellen angeordnet. Hierbei kann die mindestens eine Barrierenschicht direkt an den Pouchzellen angeordnet sein. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass die mindestens eine Barrierenschicht nicht direkt an den Pouchzellen angeordnet ist, sondern dass zwischen der mindestens einen Barrierenschicht und den Pouchzellen mindestens eine weitere Schicht angeordnet ist, beispielsweise eine Dichtungsschicht. Die mindestens eine Barrierenschicht ist insbesondere an einer Seite der Pouchzellen angeordnet, an der die Pouchzellen (mechanische und/oder herstellungsbedingte) Schwachstellen aufweisen, das heißt, an der nach einem Thermal Runaway üblicherweise ein entstandener Gasstrom austritt. Insbesondere ist die mindestens eine Barrierenschicht an einer Oberseite der Pouchzellen angeordnet. Die mindestens eine Öffnung, insbesondere die mehreren Öffnungen, in der mindestens einen Barrierenschicht sind dann insbesondere als Öffnungen in vertikaler Richtung ausgebildet.
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Die mindestens eine Barrierenschicht ist insbesondere eine thermische Barrierenschicht, wobei ein Werkstoff und/oder ein Material der mindestens einen Barrierenschicht derart ausgebildet und/oder gewählt ist, dass die mindestens eine Barrierenschicht einem bei der exothermen Reaktion in einer Pouchzelle entstehenden Gasstrom, insbesondere im Hinblick auf die hierbei auftretenden Temperaturen und Drücke, standhalten kann. Beispielsweise kann die mindestens eine Barrierenschicht Mica (Glimmer) umfassen. Grundsätzlich können aber auch andere Werkstoffe und/oder Materialen verwendet werden, beispielsweise Aerogele, insbesondere auf Silicatbasis.
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Eine geeignete Schichtdicke der mindestens einen Barrierenschicht kann beispielsweise mittels empirischer Versuche bestimmt werden. Zusätzlich oder alternativ können auch Simulationen dazu dienen, eine geeignete Schichtdicke zu bestimmen. Auch die jeweils geeigneten Schichtdicken von weiteren, nachfolgend beschriebenen, Schichten des Batteriezellenmoduls können mittels empirischer Versuche und/oder mittels Simulationen bestimmt werden.
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Das Batteriezellenmodul umfasst mehrere Pouchzellen, welche insbesondere zu einem Zellstack zusammengefasst bzw. gruppiert sind. Die Pouchzellen in dem Batteriezellenmodul können zumindest gruppenweise miteinander parallel geschaltet sein.
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Das Batteriezellenmodul kann ferner mindestens eine Dichtungsschicht aufweisen. Die mindestens eine Dichtungsschicht ist insbesondere direkt an den Pouchzellen angeordnet. Mittels einer solchen Dichtungsschicht (engl. thermal compression pad) können Unebenheiten eines Zellstacks der Pouchzellen ausgeglichen werden und ein Öffnungsbereich der Pouchzellen kann abgedichtet werden. Die Dichtungsschicht dient ferner einem Schutz der Pouchzellen vor Vibrationen. Bei Vorhandensein einer Dichtungsschicht ist die mindestens eine Barrierenschicht insbesondere an der Dichtungsschicht angeordnet.
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Das Batteriezellenmodul kann weiter auch ein Modulgehäuse aufweisen. Das Modulgehäuse kann, insbesondere an einer Oberseite, eine Abdeckung aufweisen. Insbesondere schließt die Abdeckung mit Gehäuseteilen an anderen Seiten des Modulgehäuses ab. Es kann vorgesehen sein, dass die Abdeckung eine Barrierenschicht ausbildet.
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In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass jeder Pouchzelle oder Gruppen von Pouchzellen jeweils eine Öffnung in der mindestens einen Barrierenschicht zugeordnet ist. Hierdurch kann erreicht werden, dass ein bei einer exothermen Reaktion in einer der Pouchzellen entstehender Gasstrom in unmittelbarer Nähe zu der fehlerhaften Pouchzelle durch eine Öffnung von der fehlerhaften Pouchzelle weggeführt wird. Hierdurch kann die Wahrscheinlichkeit, dass der Gasstrom weitere Pouchzellen beeinträchtigt, weiter reduziert werden. Eine Sicherheit kann hierdurch weiter erhöht werden.
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In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die mindestens eine Öffnung sich in eine Richtung entlang einer Zellnaht der Pouchzellen erstreckt. Üblicherweise stellt die Zellnaht einer Pouchzelle die Schwachstelle der Pouchzelle dar. Erstreckt sich die mindestens eine Öffnung entlang der Zellnaht, so kann ein bei einer Fehlfunktion einer Pouchzelle entstehender Gasstrom direkt durch die entsprechende Öffnung abgeleitet werden. Erstrecken sich die Pouchzellen in dem Batteriezellenmodul beispielsweise in horizontaler Richtung, wobei die Zellnähte an einer Oberseite eines Zellstacks angeordnet sind, so ist die mindestens eine Barrierenschicht an der Oberseite angeordnet. Oberhalb der Zellnähte sind dann für jede der Pouchzellen oder für Gruppen der Pouchzellen jeweils Öffnungen vorgesehen, die sich ebenfalls in horizontaler Richtung entlang der Zellnähte erstrecken.
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In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass eine Abdeckung des Batteriezellenmoduls mindestens eine mit der mindestens einen Öffnung korrespondierende Abdeckungsöffnung aufweist. Hierdurch kann ein Gasstrom aus einem Modulgehäuse des Batteriezellenmoduls abgeleitet werden. Die Abdeckung bildet insbesondere einen Teil eines Modulgehäuses des Batteriezellenmoduls. Die Abdeckung muss hierbei nicht an einer Außenseite des Batteriezellenmoduls angeordnet sein, sondern kann auch einen innenliegenden Teil des Modulgehäuses ausbilden.
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In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Batteriezellenmodul mindestens eine Filterschicht aufweist, wobei die mindestens eine Filterschicht zumindest einen Bereich der mindestens einen Öffnung verschließt und/oder abdeckt. Hierdurch können heiße und/oder elektrisch leitende Partikel aus dem Gasstrom herausgefiltert werden. Die mindestens eine Filterschicht ist insbesondere an der mindestens einen Barrierenschicht angeordnet, wobei vorhandene Öffnungen in der mindestens einen Barrierenschicht von der mindestens einen Filterschicht verschlossen und/oder abgedeckt werden, sodass ein durch eine Öffnung hindurchtretender Gasstrom die mindestens eine Filterschicht passieren muss. Die mindestens eine Filterschicht kann beispielsweise eine Hochtemperaturwolle umfassen, wie beispielsweise eine amorphe oder kristalline Wolle. Beispielsweise kann die mindestens eine Filterschicht Steinwolle oder Silikatwolle umfassen. Ferner können auch Vliesstoffe eingesetzt werden, sofern diese für entsprechende Temperaturbereiche geeignet sind.
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In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Batteriezellenmodul mindestens eine Isolationsschicht aufweist, wobei die mindestens Isolationsschicht derart angeordnet ist, dass vorhandene Öffnungen durch diese verschlossen sind, wobei die mindestens eine Isolationsschicht derart ausgebildet ist, dass diese durch einen an einer Öffnung beim exothermen Ausgasen auftretenden Gasstrom zumindest teilweise zerstört wird und die Öffnung freigibt. Hierdurch kann eine Öffnung vor einem Gasstrom, der aus einer anderen Öffnung (mit einer durch den Gasstrom zerstörten Isolationsschicht) ausgetreten ist, geschützt werden. Anders ausgedrückt bildet die mindestens eine Isolationsschicht eine Schutzschicht bzw. eine Schirmung gegen einen von außerhalb einer Pouchzelle kommenden Gasstrom, der beispielsweise von Gehäuseteilen in Richtung der Öffnung geleitet oder reflektiert wird. Die mindestens eine Isolationsschicht ist hierbei insbesondere eine thermische und/oder elektrische Isolationsschicht. Die mindestens eine Isolationsschicht ist insbesondere an der mindestens einen Barrierenschicht und/oder der mindestens einen Filterschicht angeordnet. Ein Werkstoff und/oder ein Material der mindestens einen Isolationsschicht ist hierbei derart gewählt, dass dieser den bei einem Thermal Runaway auftretenden Temperaturen standhalten kann. Die mindestens eine Isolationsschicht kann beispielsweise Mica (Glimmer) umfassen und beispielsweise in Form eines Mica-Tapes ausgebildet sein. Die mindestens eine Isolationsschicht, insbesondere das Mica-Tape, kann beispielsweise auf der mindestens einen Barrierenschicht und/oder der mindestens eine Filterschicht oder einer weiteren, an diese auf einer der Pouchzellen abgewandten Seite angeordneten Schicht aufgebracht sein.
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In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die mindestens eine Isolationsschicht zumindest im Bereich der vorhandenen Öffnungen jeweils mindestens eine Sollreißstelle aufweist. Hierdurch kann das Öffnen der mindestens einen Isolationsschicht im Bereich der Öffnung, an der der Gasstrom auftritt, unterstützt werden. Die mindestens eine Sollreißstelle kann beispielsweise durch eine Perforation zumindest im Bereich der jeweiligen Öffnungen ausgebildet sein. Zusätzlich oder alternativ kann die mindestens einen Sollreißstelle auch eine um einen Rand der Öffnungen umlaufenden Bereich aufweisen, in dem eine Materialstärke der mindestens einen Isolationsschicht verringert ist, um ein durch den Gasstrom bewirktes Einreißen bzw. Zerstören entlang dieses umlaufenden Bereiches zu erleichtern.
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In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Batteriezellenmodul Gasleitmittel aufweist, wobei die Gasleitmittel zumindest an einem Teilbereich der mindestens einen Öffnung derart angeordnet sind, dass ein durch die mindestens eine Öffnung hindurchtretender Gasstrom in mindestens eine ausgezeichnete Richtung abgeleitet wird. Hierdurch können mechanische Barrieren zwischen den Öffnungen ausgebildet werden. Erstrecken sich die Öffnungen beispielsweise entlang von Zellnähten der Pouchzellen in einer Längsrichtung der Pouchzellen, so sind die Öffnungen ebenfalls als Längsöffnungen ausgebildet. Zwischen den einzelnen Öffnungen können dann Gasleitmittel in Form von länglichen mechanischen Barrieren oder Trennwänden ausgebildet sein. Die Gasleitmittel verhindern, dass ein aus einer Öffnung austretender Gasstrom zu benachbarten Öffnungen gelangen kann. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass mittels der Gasleitmittel Leitkanäle ausgebildet sind, um den Gasstrom gezielt in eine oder mehrere Richtung(en) abzuleiten. Die Gasleitmittel können hierbei mit Gehäuseteilen eines Modulgehäuses des Batteriezellenmoduls zusammenwirken.
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In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Batteriezellenmodul mindestens eine Gasauslassöffnung in einem Modulgehäuse des Batteriezellenmoduls zum Ausleiten eines Gasstroms aus dem Batteriezellenmodul aufweist. Hierdurch kann ein Gasstrom gezielt aus dem Modulgehäuse herausgeleitet werden. Es kann hierbei vorgesehen sein, dass die Gasleitmittel und die mindestens eine Gasauslassöffnung zusammenwirken, beispielsweise indem die Gasleitmittel, beispielsweise in Form von Leitkanälen, einen Gasstrom von den Öffnungen jeweils in Richtung der mindestens einen Gasauslassöffnung leiten.
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Es wird ferner auch eine Batterie geschaffen, umfassend mindestens ein Batteriezellenmodul nach einer der beschriebenen Ausführungsformen. Die Batterie ist insbesondere eine Batterie, insbesondere eine Hochvoltbatterie, für ein Elektro- oder Hybridfahrzeug.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert. Hierbei zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung eines Batteriezellenmoduls aus dem Stand der Technik;
- 2 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des Batteriezellenmoduls;
- 3 eine schematische Darstellung weiterer Ausführungsformen des Batteriezellenmoduls;
- 4 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des Batteriezellenmoduls in einer perspektivischen Ansicht;
- 5a eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform des Batteriezellenmoduls;
- 5b eine schematische Darstellung der weiteren in 5a gezeigten Ausführungsform des Batteriezellenmoduls in einer Draufsicht;
- 6 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform des Batteriezellenmoduls;
- 7 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer Batterie.
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In 1 ist eine schematische Darstellung eines Batteriezellenmoduls 1 aus dem Stand der Technik gezeigt. Das Batteriezellenmodul 1 weist mehrere Pouchzellen 2 auf, die in einem Modulgehäuse 7 zu einem Zellstack 6 zusammengefasst sind. An einer Oberseite der Pouchzellen 2 ist eine Dichtungsschicht 5 angeordnet, welche Unebenheiten der Pouchzellen 2 ausgleicht und dafür sorgt, dass die Pouchzellen 2 gegen Vibrationen geschützt sind.
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Kommt es in einer der Pouchzellen 2, beispielsweise in der Pouchzelle 2 auf der linken Seite, zu einer exothermen Reaktion aufgrund eines Thermal Runaway, so strömt der hierbei entstehende Gasstrom 20 an einer Oberseite in das Modulgehäuse 7 aus und verteilt sich in Richtung der benachbarten Pouchzellen 2. Hierdurch kann es zu einer thermischen Propagation kommen, bei der aufgrund des heißen und brennbaren Gasstroms 20 weitere Pouchzellen 2 zu einer exothermen Reaktion angeregt werden, wie dies beispielhaft für die vierte Pouchzelle 2 von links dargestellt ist. Mittels des in dieser Offenbarung beschriebenen Batteriezellenmoduls 1 lässt sich eine solche thermische Propagation unterbinden oder zumindest verzögern.
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In 2 ist eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des Batteriezellenmoduls 1 gezeigt. Das Batteriezellenmodul 1 weist mehrere Pouchzellen 2 auf. Ferner weist das Batteriezellenmodul 1 eine Barrierenschicht 3 auf. Die Barrierenschicht 3 umfasst beispielsweise eine Schicht aus Mica (Glimmer), die auch bei den bei einem Thermal Runaway auftretenden Temperaturen und Drücken stabil und undurchlässig bleibt.
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In der gezeigten Ausführungsform ist die Barrierenschicht 3 an einer Oberseite der Pouchzellen 2 angeordnet. An der Oberseite befindet sich auch eine Zellnaht (nicht gezeigt) der Pouchzellen 2. Zwischen den Pouchzellen 2 und der Barrierenschicht 3 ist eine Dichtungsschicht 5 aufgebracht, welche dazu dient, Unebenheiten des aus den Pouchzellen 2 gebildeten Zellstacks 6 auszugleichen und einen Öffnungsbereich nach oben hin abzudichten. Die Dichtungsschicht 5 dient ferner zum Schutz der Pouchzellen 2 gegen Vibrationen. Die Pouchzellen 2 werden an den Seiten und an einer Unterseite von einem Modulgehäuse 7 des Batteriezellenmoduls 1 eingefasst. Die Dichtungsschicht 5 und die Barrierenschicht 3 sind aneinander und an dem Modulgehäuse 7 angeordnet (zur besseren Darstellung sind die Schichten 3, 5 mit einem Abstand zueinander und zum Modulgehäuse 7 gezeigt).
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Die Barrierenschicht 3 weist Öffnungen 4 zum Ausleiten eines Gasstroms 20 beim exothermen Ausgasen einer Pouchzelle 2 auf. Die Öffnungen 4 sind insbesondere als Aussparungen oder Ausnehmungen in der Barrierenschicht 3 ausgebildet. Tritt in einer der Pouchzellen 2 ein Thermal Runaway mit einer starken exothermen Reaktion auf, so kann der hierbei entstehende Gasstrom 20 durch die jeweils der Pouchzelle 2 zugeordnete Öffnung 4, insbesondere gerichtet, entweichen, wie dies durch den Pfeil in der 2 beispielhaft angedeutet ist (die Dichtungsschicht 5 wird im Bereich der Öffnung 4 durch den austretenden Gasstrom 20 zumindest teilweise zerstört). Hierdurch kann verhindert werden, dass eine thermische Propagation zu den anderen Pouchzellen 2 stattfindet.
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In 3 ist eine schematische Darstellung weiterer Ausführungsformen des Batteriezellenmoduls 1 gezeigt. Die gezeigten Ausführungsformen sind grundsätzlich wie die in der 2 gezeigte Ausführungsform ausgestaltet, gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche Begriffe und Merkmale.
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Es kann vorgesehen sein, dass eine Abdeckung 12 des Batteriezellenmoduls 1 mit den Öffnungen 4 korrespondierende Abdeckungsöffnungen 8 aufweist. Der Gasstrom 20 kann dann durch die Abdeckung 12 hindurch entweichen.
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Es kann vorgesehen sein, dass das Batteriezellenmodul 1 eine Filterschicht 9 aufweist. Die Filterschicht 9 verschließt zumindest Bereiche der Öffnungen 4 in der Barrierenschicht 3 und/oder deckt diese ab. Die Filterschicht 9 umfasst beispielsweise eine Hochtemperaturwolle. In der gezeigten Ausführungsform ist die Filterschicht 9 an einer Oberseite der Barrierenschicht 3 angeordnet. Grundsätzlich kann die Filterschicht 9 aber auch unterhalb der Barrierenschicht 3 angeordnet sein.
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Es kann vorgesehen sein, dass das Batteriezellenmodul 1 eine Isolationsschicht 10 aufweist, wobei die Isolationsschicht 10 derart angeordnet ist, dass vorhandene Öffnungen 4 durch diese verschlossen sind. Die Isolationsschicht 10 ist derart ausgebildet, dass diese durch einen an einer Öffnung 4 beim exothermen Ausgasen auftretenden Gasstrom 20 zumindest teilweise zerstört wird und die Öffnung 4 freigibt. Dies ist schematisch an der linken Pouchzelle 2 verdeutlicht.
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Weiterbildend kann vorgesehen sein, dass die Isolationsschicht 10 zumindest im Bereich der vorhandenen Öffnungen 4 jeweils mindestens eine Sollreißstelle 11 aufweist. Sollreißstellen 11 können beispielsweise durch eine Perforation in der Isolationsschicht 10 ausgebildet sein. Alternativ oder zusätzlich kann in ausgewählten Bereichen, beispielsweise in einem an einem Rand der Öffnungen 4 jeweils umlaufenden Bereich, eine Materialstärke der Isolationsschicht 10 verringert sein, um ein Durchbrechen der Isolationsschicht 10 in diesem Bereich zu erleichtern.
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Die in der 3 gezeigten Schichten 5, 3, 9, 10 und die Abdeckung 12 sind insbesondere aneinander angeordnet und nur der besseren Darstellung halber mit einem Abstand zueinander gezeigt. Insbesondere schließt die Abdeckung 12 mit Seitenwänden des Gehäuses 7 ab.
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In 4 ist eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des Batteriezellenmoduls 1 in einer perspektivischen Ansicht gezeigt. Das Batteriezellenmodul 1 ist grundsätzlich wie die in der 3 gezeigte Ausführungsform ausgebildet, gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche Begriffe und Merkmale. Zur besseren Darstellung ist ein Teil des Batteriezellenmoduls 1 weggelassen, um einen Einblick in das Innere zu ermöglichen.
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Die Pouchzellen 2 sind zu einem Zellstack 6 zusammengefasst. Eine einzelne Pouchzelle 2 ist zur Verdeutlichung separat gezeigt. Zu sehen sind die Zelltaps 13, welche Kontakte zur Kathode und zur Anode bereitstellen, sowie an einer Oberseite eine Zellnaht 14, an der ein Beutel oder eine Tasche der Pouchzelle 2 zusammengefügt ist und die in der Regel die mechanische und/oder herstellungsbedingte Schwachstelle der Pouchzelle 2 ist.
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Auf dem Zellstack 6 ist eine Dichtungsschicht 5 angeordnet. Auf der Dichtungsschicht 5 ist die Barrierenschicht 3 angeordnet. Die Öffnungen 4 in der Barrierenschicht 3 erstrecken sich entlang der Zellnähte 14 der Pouchzellen 2 und sind insbesondere durch längliche, insbesondere oberhalb der Zellnähte 14 verlaufende, Aussparungen in der Barrierenschicht 3 ausgebildet.
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Eine Filterschicht ist in dieser Darstellung nicht separat gezeigt. Sofern eine solche vorgesehen ist, wird diese an der Barrierenschicht 3 angeordnet.
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An der Barrierenschicht 3 (oder an einer gegebenenfalls vorhandenen Filterschicht) ist eine Isolationsschicht 10 angeordnet. Diese ist beispielsweise als Mica-Tape ausgebildet. Die Isolationsschicht 10 kann im Bereich der Öffnungen 4 jeweils mindestens eine Sollreißstelle (nicht gezeigt) aufweisen.
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Oberhalb der Isolationsschicht 10 ist eine Abdeckung 12 eines Modulgehäuses 7 angeordnet, welche Abdeckungsöffnungen 8 aufweist, welche mit den Öffnungen 4 in der Barrierenschicht 3 korrespondieren.
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Die Darstellung in der 4 geht davon aus, dass die Zellnähte 14, und hiermit die Schwachstellen der Pouchzellen 2, nach oben hin orientiert sind. Entsprechend ist ein Aufbau des Batteriemoduls 1 ausgestaltet, insbesondere sind die Barrierenschicht 3 und die Öffnungen 4 entsprechend an einer Oberseite angeordnet. Es ist jedoch grundsätzlich auch möglich, dass die Barrierenschicht 3 und die anderen Schichten 5,10 an anderen Seiten angeordnet sind, wenn die Schwachstellen der Pouchzellen 2 an diesen Seiten zu finden sind.
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In 5a ist eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform des Batteriezellenmoduls 1 gezeigt. Die Ausführungsform ist grundsätzlich wie die in den 2, 3 und 4 gezeigten Ausführungsformen ausgestaltet, gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche Begriffe und Merkmale.
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Zusätzlich weist die in der 5a gezeigte Ausführungsform Gasleitmittel 15 auf. Die Gasleitmittel 15 sind an, insbesondere oberhalb, der Abdeckung 12 angeordnet. Die Gasleitmittel 15 sind entlang der Öffnungen 4, 8 derart angeordnet, dass ein durch die mindestens eine Öffnung 4, 8 hindurchtretender Gasstrom in ausgezeichnete Richtungen abgeleitet wird. Die ausgezeichneten Richtungen korrespondieren hierbei mit einer Richtung in die Papier- oder Bildschirmebene hinein und mit einer Richtung aus der Papier- oder Bildschirmebene hinaus.
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Die Gasleitmittel 15 umfassen beispielsweise Trennwände 16, die zwischen den Öffnungen 4 bzw. Abdeckungsöffnungen 8 entlang verlaufen. Insbesondere verlaufen die Trennwände 16 parallel zu den Öffnungen 4 bzw. Abdeckungsöffnungen 8. Ferner können die Gasleitmittel 15 eine Gehäuseoberseite 17 des Batteriezellenmoduls 1 umfassen, welche auf den Trennwänden 16 angeordnet und mit diesen verbunden ist. Die Gasleitmittel 15 bilden mehrere Leitkanäle 18 aus, welche einen aus den Öffnungen 4, 8 austretenden Gasstrom in die ausgezeichneten Richtungen ableiten und eine Ausbreitung des Gasstroms in die benachbarten Leitkanäle 18 bzw. in Bereiche oberhalb von jeweils anderen Öffnungen 4, 8 hinein verhindert oder zumindest reduziert und/oder verzögert.
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Die in der 5a gezeigten Schichten 5, 3, 9, 10 und die Abdeckung 12 sind insbesondere aneinander angeordnet und nur der besseren Darstellung halber mit einem Abstand zueinander gezeigt. Insbesondere schließt die Abdeckung 12 mit Seitenwänden des Gehäuses 7 ab.
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In der 5b ist eine schematische Darstellung der weiteren in der 5a gezeigten Ausführungsform des Batteriezellenmoduls 1 in einer Draufsicht gezeigt. Gezeigt sind die mit der Isolierschicht 10 verschlossenen Öffnungen 4 bzw. Abdecköffnungen 8 (der Übersichtlichkeit halber sind nicht alle mit einem Bezugszeichen markiert), die jeweils oberhalb der darunter angeordneten Pouchzellen verlaufen sowie die Trennwände 16 (der Übersichtlichkeit halber sind nicht alle mit einem Bezugszeichen markiert) der Gasleitmittel 15, die entlang der Öffnungen 4, 8 verlaufen. Die in 5a gezeigte Gehäuseoberseite 17 ist aus Darstellungsgründen in der 5b nicht gezeigt.
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Kommt es zu einer exothermen Reaktion in einer der Pouchzellen und zur Entwicklung eines Gasstroms 20, so wird der Gasstrom durch die Gasleitmittel 15, insbesondere durch die Trennwände 16 und die nicht gezeigte Gehäuseoberseite in die ausgezeichneten Richtungen 19 zu den Rändern des Batteriemoduls 1 abgeleitet, wie schematisch durch die Pfeile angedeutet ist, da die Trennwände 16 und die Gehäuseoberseite Leitkanäle 18 ausbilden.
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In 6 ist eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform des Batteriezellenmoduls 1 gezeigt. Die Ausführungsform ist grundsätzlich wie die in den 2, 3 oder 4 dargestellten Ausführungsformen ausgebildet. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche Begriffe und Merkmale.
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Zusätzlich weist die gezeigte Ausführungsform Gasauslassöffnungen 21 in einem Modulgehäuse 7 des Batteriezellenmoduls 1 zum Ausleiten eines Gasstroms aus dem Batteriezellenmodul 1 auf. In der gezeigten Ausführungsform sind die Gasauslassöffnungen 21 an den parallel zu einer Erstreckungsrichtung der Öffnungen 4, 8 verlaufenden Seiten des Modulgehäuses 7 angeordnet.
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Weist das Batteriemodul 1 Gasleitmittel auf, wie die in den 5a und 5b gezeigten Ausführungsformen, so sind die Gasausleitöffnungen 21 insbesondere an den Enden der Leitkanäle 18 (5b) angeordnet, um einen durch einen Leitkanal 18 hindurch geleiteten Gasstrom 20 aus dem Modulgehäuse 7 herauszuleiten.
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Die beschriebenen Ausführungsformen sind beispielhaft. Es kann vorgesehen sein, dass einzelne Merkmale der einzelnen Ausführungsformen anders ausgestaltet sind und/oder in anderer Weise miteinander kombiniert werden.
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Das in dieser Offenbarung beschriebene Batteriemodul 1 ermöglicht es, einen infolge einer exothermen Reaktion in einer Pouchzelle 2 des Batteriemoduls 1 erzeugten Gasstrom 20 von der betroffenen Pouchzelle 2 und den anderen, benachbarten Pouchzellen 2 wegzuleiten. Hierdurch kann eine thermische Propagation der exothermen Reaktion auf andere Pouchzellen 2 verhindert oder zumindest verzögert werden. Hierdurch kann eine Sicherheit verbessert werden. Ferner kann eine Zeit zur Evakuierung eines Fahrzeugs mit einem solchen Batteriemodul 1 nach Auftreten eines Thermal Runaway vergrößert werden.
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In 7 ist eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer Batterie 30 gezeigt. Die Batterie 30 umfasst mehrere Batteriemodule 1. Die Batteriemodule 30 sind hierbei gemäß einer der in den 2 bis 6 gezeigten Ausführungsformen ausgestaltet. Die Batterie 30 ist insbesondere eine Hochvoltbatterie für ein Elektro- oder Hybridfahrzeug.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Batteriemodul
- 2
- Pouchzelle
- 3
- Barrierenschicht
- 4
- Öffnung
- 5
- Dichtungsschicht
- 6
- Zellstack
- 7
- Modulgehäuse
- 8
- Abdeckungsöffnung
- 9
- Filterschicht
- 10
- Isolationsschicht
- 11
- Sollreißstelle
- 12
- Abdeckung
- 13
- Zelltap
- 14
- Zellnaht
- 15
- Gasleitmittel
- 16
- Trennwand
- 17
- Gehäuseoberseite
- 18
- Leitkanal
- 19
- ausgezeichnete Richtung
- 20
- Gasstrom
- 21
- Gasauslassöffnung
- 30
- Batterie
