DE102021000684A1 - Energy storage device for a motor vehicle, in particular for a motor vehicle - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Energiespeicher (10) zum Speichern von elektrischer Energie für ein Kraftfahrzeug, mit einem einen Aufnahmeraum (16) begrenzenden Gehäuse (12), in dessen Aufnahmeraum (16) wenigstens ein Speicherelement (18) zum Speichern der elektrischen Energie angeordnet ist. Vorgesehen ist eine in dem Aufnahmeraum (16) angeordnete und zumindest einen Abführkanal (22) und wenigstens einen Filterkanal (24) begrenzende Filtereinrichtung (20), welche ein erstes Filterteil (26) mit wenigstens einer einenends in den Abführkanal (22) und andernends in den Filterkanal (24) mündenden, ersten Durchströmöffnung (32) und ein zweites Filterteil (28) aufweist, welches separat von dem ersten Filter (26) ausgebildet, mit dem ersten Filterteil (26) verbunden und unter Bildung des zwischen den Filterteilen (26, 28) verlaufenden und dadurch durch die Filterteile (26, 28) begrenzten Filterkanals (24) von dem ersten Filterteil (26) beabstandet ist. The invention relates to an energy store (10) for storing electrical energy for a motor vehicle, with a housing (12) delimiting a receiving space (16), in the receiving space (16) of which at least one storage element (18) for storing the electrical energy is arranged. A filter device (20) is provided, which is arranged in the receiving space (16) and delimits at least one discharge channel (22) and at least one filter channel (24) the first throughflow opening (32) opening into the filter channel (24) and a second filter part (28) which is formed separately from the first filter (26), connected to the first filter part (26) and forming the between the filter parts (26, 28) extending and thereby delimited by the filter parts (26, 28) filter channel (24) is spaced from the first filter part (26).
Description
Die Erfindung betrifft einen Energiespeicher für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für einen Kraftwagen gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.The invention relates to an energy store for a motor vehicle, in particular for a motor vehicle according to the preamble of
Derartige Energiespeicher zum Speichern von elektrischer Energie beziehungsweise elektrischem Strom für Kraftfahrzeuge, insbesondere für Kraftwagen, sind aus dem allgemeinen Stand der Technik und insbesondere aus dem Serienfahrzeugbau bereits hinlänglich bekannt. Der jeweilige Energiespeicher weist ein Gehäuse auf, welches einen Aufnahmeraum aufweist, bildet beziehungsweise begrenzt. Der Energiespeicher weist außerdem wenigstens ein Speicherelement zum Speichern der elektrischen Energie auf, wobei das Speicherelement in dem Aufnahmeraum angeordnet ist. Das Speicherelement ist beispielsweise eine Speicherzelle, insbesondere eine Batteriezelle wie beispielsweise eine Lithium-Ionen-Zelle. Ferner ist es denkbar, dass das Speicherelement ein Speichermodul ist, welches mehrere, insbesondere elektrisch miteinander verbundene Speicherelemente wie beispielsweise Speicherzellen, insbesondere Batteriezellen, umfassen kann. Insbesondere kann das Speicherelement die elektrische Energie elektrochemisch speichern.Such energy stores for storing electrical energy or electrical current for motor vehicles, in particular for motor vehicles, are already sufficiently known from the general prior art and in particular from series vehicle construction. The respective energy store has a housing which has, forms or delimits a receiving space. The energy store also has at least one storage element for storing the electrical energy, the storage element being arranged in the receiving space. The storage element is, for example, a storage cell, in particular a battery cell such as a lithium-ion cell. Furthermore, it is conceivable that the storage element is a storage module, which can comprise a plurality of storage elements, in particular electrically connected to one another, such as storage cells, in particular battery cells, for example. In particular, the storage element can store the electrical energy electrochemically.
Des Weiteren offenbart die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Energiespeicher der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass eine besonders vorteilhafte Partikelfilterung realisiert werden kann.The object of the present invention is to further develop an energy store of the type mentioned at the beginning in such a way that particularly advantageous particle filtering can be implemented.
Diese Aufgabe wird durch einen Energiespeicher mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.This object is achieved by an energy store with the features of
Um einen beispielsweise als Batterie, insbesondere auch als Hochvolt-Batterie, ausgebildeten Energiespeicher der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art derart weiterzuentwickeln, dass eine besonders vorteilhafte Partikelfilterung realisiert werden kann, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Energiespeicher wenigstens eine in dem Aufnahmeraum angeordnete und vorzugsweise separat von dem Gehäuse ausgebildete und dabei beispielsweise zumindest mittelbar, insbesondere direkt, an dem Gehäuse gehaltene Filtereinrichtung aufweist, welche zumindest einen Abführkanal und wenigstens einen Filterkanal begrenzt. Dabei ist es vorzugsweise vorgesehen, dass die Filtereinrichtung den Abführkanal zumindest teilweise, insbesondere direkt, begrenzt. Ferner ist es denkbar, dass die Filtereinrichtung den Filterkanal zumindest überwiegend und somit zu mehr als zur Hälfte oder aber vollständig, insbesondere direkt, begrenzt. Die Filtereinrichtung weist ein beispielsweise als Filterblech beziehungsweise aus einem Blech gebildetes, erstes Filterteil und ein zweites Filterteil auf, welches beispielsweise aus einem Filterblech beziehungsweise Blech gebildet ist. Die Filterteile sind separat voneinander ausgebildet und vorzugsweise, insbesondere direkt, miteinander verbunden und somit aneinander gehalten. Insbesondere ist der Abführkanal zumindest teilweise, insbesondere direkt, durch das erste, innere Filterteil begrenzt, welches daher auch als erster Kanal oder innerer Kanal bezeichnet wird. Das erste Filterteil weist wenigstens eine erste Durchströmöffnung auf, welche einenends in den Abführkanal und andernends in den Filterkanal mündet. Das zweite Filterteil ist unter Bildung des zwischen den Filterteilen verlaufenden und dadurch durch die Filterteile, insbesondere jeweils direkt, begrenzten Filterkanals von dem ersten Filterteil beabstandet. Insbesondere sind die jeweiligen Filterteile jeweilige Festkörper beziehungsweise Wandungen oder Wandungsteile, wobei beispielsweise eine dem ersten, inneren Filterteil zugewandte Oberfläche des zweiten Filterteils und eine dem zweiten Filterteil zugewandte Oberfläche des ersten Filterteils den Filterkanal jeweils direkt begrenzen, so dass die Oberflächen einander zugewandt sind. Das zweite Filterteil wird auch als äußeres Filterteil oder äußerer Kanal bezeichnet. Außerdem weist das zweite Filterteil wenigstens eine zweite Durchströmöffnung auf, welche einenends in den Filterkanal zwischen den Filterteilen und andernends in den Aufnahmeraum mündet. Die Durchströmöffnungen sind versetzt zueinander angeordnet und von einem insbesondere bei einem thermischen Ereignis beziehungsweise bei einer thermischen Propagation aus dem Speicherelement ausströmenden und somit aus dem Speicherelement stammenden Gas durchströmbar. Somit ist die zweite Durchströmöffnung von dem aus dem Speicherelement ausströmenden, in den Aufnahmeraum einströmenden und Partikel enthaltenden Gas durchströmbar, so dass über die zweite Durchströmöffnung das Gas und insbesondere auch die Partikel in den Filterkanal einleitbar sind. Mittels des Filterkanals kann das Gas zu der ebenfalls von dem Gas durchströmbaren, ersten Durchströmöffnung geführt werden, über die das Gas in den Abführkanal eingeleitet werden kann. Es ist erkennbar, dass in Strömungsrichtung des von der zweiten Durchströmöffnung hin zu der ersten Durchströmöffnung strömenden und dabei den Filterkanal durchströmenden Gases der Abführkanal stromab des Filterkanals angeordnet ist. Auf seinem Weg von dem Aufnahmeraum zu dem Abführkanal strömt das Gas zunächst durch die zweite Durchströmöffnung, dann durch den Filterkanal und dann durch die erste Durchströmöffnung, so dass die zweite Durchströmöffnung eine Eintritts- oder Einleitöffnung ist, über welche das Gas aus dem Aufnahmeraum in den Filterkanal abführbar ist. Die erste Durchströmöffnung ist eine Abführ- oder Austritts- oder Ausleitöffnung, über welche das Gas aus dem Filterkanal abgeführt und in den Abführkanal eingeleitet werden kann.In order to further develop an energy store of the type specified in the preamble of
Da die Durchströmöffnungen versetzt zueinander angeordnet sind, ist beispielsweise die Eintrittsöffnung (zweite Durchströmöffnung) zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend oder vollständig, durch einen Wandungsbereich des ersten, inneren Filterteils überlappt. Vorzugsweise ist es auch vorgesehen, dass die Austrittsöffnung (erste Durchströmöffnung) zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend oder vollständig, durch einen Wandungsbereich des zweiten, äußeren Filterteils überlappt ist. Hierdurch prallt beispielsweise zumindest ein Teil der Partikel gegen zumindest einen der Wandungsbereiche, wenn das Gas aus dem Aufnahmeraum zu dem und in den Abführkanal strömt, so dass mittels der Filtereinrichtung die zunächst in dem Gas enthaltenden Partikel zumindest teilweise aus dem Gas herausgefiltert werden können. Da die Filterteile voneinander beabstandet sind und als Wandungen ausgebildet sind beziehungsweise die Wandungsbereiche aufweisen, ist die Filtereinrichtung eine mehrwandige Filtereinrichtung beziehungsweise der Filterkanal ist ein mehrwandiger Filterkanal oder die Filtereinrichtung bildet wenigstens einen mehrwandigen Entlüftungskanal, welcher auch als Venting-Kanal bezeichnet wird, wobei das Gas über den Entlüftungskanal definiert aus dem Aufnahmeraum abgeführt und in den Abführkanal und beispielsweise über diesen an eine Umgebung des Gehäuses geleitet werden kann. Wieder mit anderen Worten ausgedrückt ist es denkbar, dass der Filterkanal und der Abführkanal den zuvor beschriebenen Entlüftungskanal bilden, mithin Bestandteile des Entlüftungskanals (Venting-Kanal) sind. Durch die mehrwandige Ausgestaltung des Entlüftungskanals kann eine besonders vorteilhafte Partikelfilterung realisiert werden, in deren Rahmen die im Gas etwaig enthaltenen Partikel besonders gut aus dem Gas herausgefiltert werden können.Since the throughflow openings are arranged offset to one another, for example the inlet opening (second throughflow opening) is at least partially, in particular at least predominantly or completely, overlapped by a wall area of the first, inner filter part. It is preferably also provided that the outlet opening (first throughflow opening) is at least partially, in particular at least predominantly or completely, overlapped by a wall area of the second, outer filter part. As a result, for example, at least some of the particles collide against at least one of the wall areas when the gas flows from the receiving space to and into the discharge channel, so that the particles initially contained in the gas can be at least partially filtered out of the gas by means of the filter device. Since the filter parts are spaced from one another and are designed as walls or have the wall areas, the filter device is a multi-walled filter device or the filter channel is a multi-walled filter channel or the filter device forms at least one multi-walled ventilation channel, which is also referred to as a venting channel, with the gas can be discharged from the receiving space in a defined manner via the ventilation channel and passed into the discharge channel and, for example, via this to the surroundings of the housing. Expressed again in other words, it is conceivable that the filter channel and the discharge channel form the ventilation channel described above, and are therefore components of the ventilation channel (venting channel). The multi-walled design of the ventilation channel enables particularly advantageous particle filtering to be implemented, within the framework of which the particles possibly contained in the gas can be filtered out of the gas particularly well.
Zu dem zuvor beschriebenen, thermischen Ereignis kommt es beispielsweise bei einem Kurzschluss des Speicherelements. Bei dem oder durch das thermische Ereignis kommt es zu einer insbesondere starken Erwärmung des Speicherelements, so dass beispielsweise aus einem flüssigen Elektrolyten des Speicherelements das genannte Gas entsteht. Insbesondere kann es infolge eines solchen thermischen Ereignisses an dem Speicherelement zu einer thermischen Propagation, das heißt zu einem thermischen Propagationsvorgang kommen, in dessen Rahmen beispielsweise das zunächst an dem Speicherelement auftretende thermische Ereignis auf wenigstens ein weiteres Speicherelement des Energiespeichers übergreift, wobei es an dem weiteren Speicherelement alleine betrachtet zunächst nicht zu dem oder einem thermischen Ereignis gekommen ist und nicht zu einem thermischen Ereignis gekommen wäre. Infolge einer solchen thermischen Propagation kann eine besonders große Menge des Gases, insbesondere in dem Aufnahmeraum, entstehen, wobei dieses Gas nun mittels der Filtereinrichtung vorteilhaft gefiltert und aus dem Aufnahmeraum abgeführt werden kann. Vorzugsweise sind die Filterteile als Bleche ausgebildet, welche voneinander beabstandet und dadurch in einem Abstand zueinander angeordnet sind. Hierdurch ist der mehrwandige Entlüftungskanal gebildet, über welchen das Gas vorteilhaft aus dem Aufnahmeraum abgeführt werden kann. Eine Position oder Stelle, an der der Entlüftungskanal mehrwandig ausgeführt ist, kann beispielsweise beliebig entlang des Entlüftungskanals definiert werden.The thermal event described above occurs, for example, in the event of a short circuit in the storage element. During or as a result of the thermal event, the storage element is particularly heated to a great extent, so that, for example, the gas mentioned is created from a liquid electrolyte of the storage element. In particular, as a result of such a thermal event on the storage element, thermal propagation, that is to say a thermal propagation process, can occur in the context of which, for example, the thermal event that initially occurs on the storage element spills over to at least one further storage element of the energy storage device When viewed alone, the storage element initially did not come to the or a thermal event and would not have come to a thermal event. As a result of such thermal propagation, a particularly large amount of gas can arise, in particular in the receiving space, this gas now advantageously being filtered by means of the filter device and being able to be discharged from the receiving space. The filter parts are preferably designed as metal sheets which are spaced apart from one another and are thus arranged at a distance from one another. This forms the multi-walled ventilation channel, via which the gas can advantageously be discharged from the receiving space. A position or point at which the ventilation duct is designed with multiple walls can, for example, be defined as desired along the ventilation duct.
Die Erfindung beruht insbesondere auf der Erkenntnis, dass ein beispielsweise als Filterblech ausgebildetes Filterelement direkt an einer Berstscheibe angeordnet sein kann, wodurch das Gas gezielt und definiert an die Umgebung des Gehäuses abgeführt werden kann. Üblicherweise ist somit eine Filterung nur an oder im Bereich der Berstscheibe möglich. Im Gegensatz dazu ist bei der Erfindung eine beziehungsweise die Partikelfilterung nicht mehr auf die Position der Berstscheibe begrenzt. Ein Zusetzen der Partikelfilterung beziehungsweise der Filtereinrichtung, insbesondere mit Partikeln aus dem Gas, kann im Vergleich zu herkömmlichen Lösungen ebenfalls verringert werden, da sich die Partikelfilterung im Vergleich zu herkömmlichen Lösungen auf eine größere Fläche verteilten lässt und sich nicht nur auf die Öffnungsquerschnittsfläche der Berstscheibe begrenzt. Durch den mehrwandigen Entlüftungskanal kann durch die Anzahl der Wände beziehungsweise Filterteile, durch den Abstand der Filterteile und durch eine entsprechende Gestaltung der Filterteile eine Speicher- beziehungsweise batteriespezifische Partikelfilterung eingestellt werden.The invention is based in particular on the knowledge that a filter element designed, for example, as a filter plate can be arranged directly on a rupture disk, whereby the gas can be discharged in a targeted and defined manner to the surroundings of the housing. Filtering is therefore usually only possible on or in the area of the bursting disc. In contrast to this, in the case of the invention, or the particle filtering is no longer limited to the position of the rupture disk. Clogging of the particle filter or the filter device, in particular with particles from the gas, can also be reduced compared to conventional solutions, since the particle filter can be distributed over a larger area compared to conventional solutions and is not limited to the opening cross-sectional area of the bursting disc . Through the multi-walled ventilation channel, through the number of walls or filter parts, through the spacing of the filter parts and through a corresponding design of the filter parts, a storage or battery-specific particle filtering can be set.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.Further advantages, features and details of the invention emerge from the following description of preferred exemplary embodiments and on the basis of the drawing. The features and combinations of features mentioned above in the description as well as the features and combinations of features mentioned below in the description of the figures and / or shown alone in the figures can be used not only in the respectively specified combination, but also in other combinations or alone, without the scope of the Invention to leave.
Die Zeichnung zeigt in:
-
1 ausschnittsweise eine schematische Perspektivansicht einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Energiespeichers; -
2 ausschnittsweise eine schematische Schnittansicht des Energiespeichers gemäß der ersten Ausführungsform entlang einer in1 gezeigten Schnittlinie A-A; -
3 ausschnittsweise eine schematische Schnittansicht des Energiespeichers gemäß der ersten Ausführungsform entlang einer in1 gezeigten Schnittlinie B-B; -
4 ausschnittsweise eine schematische Schnittansicht des Energiespeichers gemäß der ersten Ausführungsform; -
5 ausschnittsweise eine schematische Schnittansicht des Energiespeichers gemäß einer zweiten Ausführungsform; -
6 ausschnittsweise eine schematische Schnittansicht des Energiespeichers gemäß einer dritten Ausführungsform; -
7 ausschnittsweise eine schematische und geschnittene Perspektivansicht einer Filtereinrichtung des Energiespeichers gemäß einer ersten Ausführungsform; -
8 ausschnittsweise eine weitere schematische und geschnittene Perspektivansicht der ersten Ausführungsform der Filtereinrichtung; -
9 ausschnittsweise eine schematische Perspektivansicht einer zweiten Ausführungsform der Filtereinrichtung; -
10 ausschnittsweise eine schematische Seitenansicht der Filtereinrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform; -
11 ausschnittsweise eine schematische Schnittansicht einer vierten Ausführungsform des Energiespeichers; und -
12 ausschnittsweise eine schematische Seitenansicht des Energiespeichers gemäß der vierten Ausführungsform.
-
1 a fragmentary schematic perspective view of a first embodiment of an energy store according to the invention; -
2 a fragmentary schematic sectional view of the energy store according to the first embodiment along a FIG1 section line AA shown; -
3 a fragmentary schematic sectional view of the energy store according to the first embodiment along a FIG1 shown section line BB; -
4th a fragmentary schematic sectional view of the energy store according to the first embodiment; -
5 a fragmentary schematic sectional view of the energy store according to a second embodiment; -
6th a fragmentary schematic sectional view of the energy store according to a third embodiment; -
7th a section of a schematic and sectioned perspective view of a filter device of the energy store according to a first embodiment; -
8th a detail of a further schematic and sectioned perspective view of the first embodiment of the filter device; -
9 a fragmentary schematic perspective view of a second embodiment of the filter device; -
10 a fragmentary schematic side view of the filter device according to the second embodiment; -
11 a fragmentary schematic sectional view of a fourth embodiment of the energy store; and -
12th a section of a schematic side view of the energy store according to the fourth embodiment.
In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.Identical or functionally identical elements are provided with the same reference symbols in the figures.
Um das Kraftfahrzeug mittels der elektrischen Maschine, insbesondere rein, elektrisch anzutreiben, wird die elektrische Maschine mit der elektrischen Energie, das heißt mit dem elektrischen Strom versorgt, die beziehungsweise der in dem Energiespeicher
Vorzugsweise ist der Energiespeicher
Beispielsweise bei einem thermischen Ereignis oder infolge eines thermischen Ereignisses kann es zu einer starken Erwärmung des Speicherelements
Um nun eine besonders vorteilhafte Partikelfilterung realisieren zu können, weist der Energiespeicher
Aus
Es ist erkennbar, dass zumindest ein Wandungsbereich
Die Durchströmöffnung
Aus
Das zuvor genannte thermische Ereignis kann durch einen Kurzschluss in dem Speicherelement
Da die Filterteile
- - fertigungstechnisch sind alle hier exemplarisch dargestellten Filterstufen sehr einfach und kostengünstig herstellbar,
- - eine Variation der einzelnen Filterstufen ermöglicht es, schnell und effizient auf neue Anforderungen und Erkenntnisse im Hinblick auf ein thermisches Ereignis und/oder eine thermische Propagation zu reagieren
- - die Größe der zu filternden Partikel lässt sich einfach über die Filterstufen einstellen
- - In terms of production technology, all of the filter stages shown here as an example can be produced very easily and inexpensively,
- - A variation of the individual filter stages makes it possible to react quickly and efficiently to new requirements and findings with regard to a thermal event and / or thermal propagation
- - The size of the particles to be filtered can be easily adjusted using the filter levels
Wie in
Der Abstand zwischen den Filterteilen
Bei dem in
Aus
Aus
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 1010
- EnergiespeicherEnergy storage
- 1212th
- Gehäusecasing
- 1414th
- GehäuseteilHousing part
- 1616
- AufnahmeraumRecording room
- 1818th
- SpeichenelementSpoke element
- 2020th
- FiltereinrichtungFilter device
- 2222nd
- AbführkanalDrainage channel
- 2424
- FilterkanalFilter channel
- 2626th
- erstes Filterteilfirst filter part
- 2828
- zweites Filterteilsecond filter part
- 3030th
- VerbindungselementConnecting element
- 3232
- DurchströmöffnungFlow opening
- 3434
- DurchströmöffnungFlow opening
- 3636
- BerstscheibeRupture disc
- 3838
- UmgebungSurroundings
- 4040
- LascheTab
- 4242
- LascheTab
- 4444
- SchraubelementScrew element
- 4646
- AbstandshalteelementSpacer element
- 4848
- LascheTab
- 5050
- VerbindungselementConnecting element
- VV.
- VerbindungsstelleJunction
- V1V1
- VerbindungsstelleJunction
- V2V2
- VerbindungsstelleJunction
- V3V3
- VerbindungsstelleJunction
- WW.
- WandungsbereichWall area
- W2W2
- WandungsbereichWall area
- W3W3
- WandungsbereichWall area
- W4W4
- WandungsbereichWall area
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited
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