DE102021005535A1

DE102021005535A1 - Batteriemodul für einen elektrischen Energiespeicher sowie elektrischer Energiespeicher

Info

Publication number: DE102021005535A1
Application number: DE102021005535.7A
Authority: DE
Inventors: Thomas Soczka-Guth; Daniel Steffen Setz
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2021-11-09
Filing date: 2021-11-09
Publication date: 2021-12-23

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Batteriemodul (12, 14) für einen elektrischen Energiespeicher (10), mit zumindest einer Batteriezelle (16), welche als Lithium-Ionen-Batteriezelle (16) ausgebildet ist, und mit einer Umhüllung, zum Schutz der zumindest einen Lithium-Ionen-Batteriezelle (16), wobei die Umhüllung als Gassack (18, 20) ausgebildet ist und zum Schutz vor einem Ausgasen der Lithium-Ionen-Batteriezelle (16) ausgebildet ist. Ferner betrifft die Erfindung einen elektrischen Energiespeicher (10).

Description

Die Erfindung betrifft ein Batteriemodul für einen elektrischen Energiespeicher gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1. Ferner betrifft die Erfindung einen elektrischen Energiespeicher.
Aus dem Stand der Technik ist bereits bekannt, dass Elektrolyte von Lithium-Ionen-Batteriezellen brennbar oder anderweitig toxisch sind. Unter sogenannten Abuse-Bedingungen kann es zu einer Leckage von Elektrolyt durch eine oder mehrere Zellen kommen. Die Konzentration der Elektrolyte kann bei einer schnellen Freisetzung schnell kritische Grenzen überschreiten.
Die EP 2577768 A1 offenbart ein Verfahren zum Schutz von Batteriezellen und Batterien mit Batteriezellen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Batteriemodul sowie einen elektrischen Energiespeicher zu schaffen, mittels welchen ein besserer Schutz des Batteriemoduls beziehungsweise für eine Umgebung des Batteriemoduls realisiert werden kann.
Diese Aufgabe wird durch ein Batteriemodul gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungsformen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Ein Aspekt der Erfindung betrifft ein Batteriemodul für einen elektrischen Energiespeicher, mit zumindest einer Batteriezelle, welche als Lithium-Ionen-Batteriezelle ausgebildet ist, und mit einer Umhüllung zum Schutz der zumindest einen Lithium-Ionen-Batteriezelle.
Es ist dabei vorgesehen, dass die Umhüllung als Gassack ausgebildet ist und zum Schutz vor einem Ausgasen der Lithium-Ionen-Batteriezelle ausgebildet ist.
Insbesondere kann somit die Freisetzung von Elektrolyten von der Batteriezelle beziehungsweise dem Zellmodul oder dem gesamten elektrischen Energiespeicher ausgeschlossen werden oder es kann die Freisetzungsrate auf ein akzeptables Niveau reduziert werden.
Insbesondere ist somit vorliegend unter Batteriemodul zu verstehen, dass das Batteriemodul eine Batteriezelle oder auch eine Vielzahl von Batteriezellen aufweisen kann. Das Batteriemodul selbst kann auch als elektrischer Energiespeicher ausgebildet sein.
Somit ist vorgesehen, dass das zu sichernde Batteriemodul beziehungsweise die Batteriezelle von dem Gassack aus insbesondere einem Polymermaterial umschlossen ist. Dieses Material führt alle notwendigen Verbindungen und Medienleitungen möglichst gasdicht in den zu sichernden Bereich. Wird im Abuse-Fall der Elektrolyt freigesetzt, gelangt dieser zunächst in den Gassack und kann zunächst nicht oder nur sehr langsam entweichen.
Insbesondere wird somit durch die Erfindung der Einsatz von kritischen Elektrolyten wie SO₂ oder Thionylchlorid ermöglicht. Diese Elektrolyte zeigen ein weiteres Betriebsfenster als die herkömmlichen organischen Elektrolyte sowohl in Bezug auf die Betriebstemperatur, als auch das mögliche Spannungsfenster und sind nicht brennbar. Ferner ist jedoch SO₂ in höheren Konzentrationen schnell toxisch. Auch im Falle eines Unfalls sollte mit Rücksicht auf Insassen von Rettungskräften nie eine Konzentration von etwa 260 Milligramm pro Kubikmeter überschritten werden. Dazu muss die Freisetzung des Gases verlangsamt werden, was durch die erfindungsgemäße Lösung der Fall ist.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltungsform weist der Gassack zumindest einen Durchführung von einer Umgebung der Lithium-Ionen-Batteriezelle zur Lithium-Ionen-Batteriezelle auf.
Ferner ist vorgesehen, dass der Gassack zumindest zweischichtig ausgebildet ist.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsform weist der Gassack ein Überdruckventil zum Abführen von Gas von der Lithium-Ionen-Batteriezelle auf.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsform weist der Gassack eine Einführöffnung zum Einbringen von einem Löschmittel auf.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft einen elektrischen Energiespeicher mit zumindest einem ersten Batteriemodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche und mit einem zweiten Batteriemodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Ferner betrifft die Erfindung auch ein Kraftfahrzeug mit zumindest einem elektrischen Energiespeicher nach dem vorhergehenden Aspekt. Das Kraftfahrzeug kann dabei sowohl zumindest teilweise elektrisch betrieben als auch vollelektrisch betrieben sein.
Vorteilhafte Ausgestaltungsformen des Batteriemoduls sind als vorteilhafte Ausgestaltungsformen des elektrischen Energiespeichers sowie des Kraftfahrzeugs anzusehen.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in der einzigen Figur 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.
Dabei zeigt die einzige Fig. eine schematische Seitenansicht einer Ausführungsform eines elektrischen Energiespeichers mit einer Ausführungsform eines Batteriemoduls.
In der Fig. sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Die Fig. zeigt in einer schematischen Seitenansicht eine Ausführungsform eines elektrischen Energiespeichers 10 mit zumindest einem ersten Batteriemodul 12 und mit einem zweiten Batteriemodul 14. Insbesondere kann der elektrische Energiespeicher 10 auch mehr als zwei Batteriemodule 12, 14 aufweisen. Ein Batteriemodul 12, 14 weist zumindest eine Batteriezelle 16 auf. Vorliegend weist ein jedes Batteriemodul 12, 14 fünf Batteriezellen 16 auf. Diese Aufzählung ist rein beispielhaft und keinesfalls abschließend zu betrachten. Die Batteriezellen 16 sind insbesondere als Lithium-Ionen-Batteriezellen 16 ausgebildet.
Zum Schutz der zumindest einen Lithium-Ionen-Batteriezelle 16 ist als Umhüllung ein Gassack 18, 20 vorgesehen, welcher die Batteriemodule 12, 14 vor einem Ausgasen der Lithium-Ionen-Batteriezelle 16 schützt. Vorliegend ist insbesondere vorgesehen, dass das erste Batteriemodul 12 als Umhüllung einen ersten Gassack 18 aufweist und das zweite Batteriemodul 14 weist als Umhüllung einen zweiten Gassack 20 auf.
Es kann dabei vorgesehen sein, dass der Gassack 18, 20 eine Durchführung 22 von der Umgebung 24 der Lithium-Ionen-Batteriezelle 16 zur Lithium-Ionen-Batteriezelle 16 aufweist. Über die Durchführung 22 kann es beispielsweise vorgesehen sein, dass entsprechende Steuerleitungen, Sensorleitungen, Stromleitungen oder Kühlleitungen in die Batteriemodule 12, 14 eingeführt werden können.
Ferner ist insbesondere vorgesehen, dass der Gassack 18, 20 zumindest zweischichtig ausgebildet ist. Insbesondere ist somit der Gassack 18, 20 mehrschichtig und kann beispielsweise eine mechanisch robuste Schicht und eine gasdichte Schicht aufweisen. Die gasdichte Schicht ist beispielsweise aus Metall oder einem Silikonpolymer oder einem PTFE oder einer PVF-Schicht ausgebildet. Die mechanisch robuste Schicht kann beispielsweise aus PET, einem Aramidpolymer, zum Beispiel Kevlar, Twaron, Technora, auch Para-Aramide oder einer der dem Fachmann bekannten Alternativen, wieVitrimpact oder PAN ausgebildet sein. Die mechanische Versärkung kann dabei ganz oder teilweise, oder teilweise mehrfach auf dem Gassack 18, 20 ausgebildet sein. Die gasundurchlässige Schicht ist durch Aufbringen eines dünnen Metallfilms möglich.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Gassäcke 18, 20 eine Druckfestigkeit von zumindest drei Bar aufweisen. Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass die Gassäcke 18, 20 zumindest eine Druckfestigkeit von zumindest fünf Bar aufweisen.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass der Gassack 18, 20 ein Überdruckventil 26 zum Abführen von Gas von der Lithium-Ionen-Batteriezelle 16 aufweist. Das Überdruckventil 26 ist zum gezielten Ableiten der Gase oberhalb eines Druckschwellwerts möglich. Der Gassack 18, 20 kann beispielsweise durch ein Gewebe oder Vlies aus Glasfasern und/oder Aramid- oder Kohlenstofffasern verstärkt sein.
Ferner kann vorgesehen sein, dass der Gassack 18, 20 eine Einführöffnung 28 zum Einbringen von einem Löschmittel aufweist.
Ferner kann eine gasdichte Metallbeschichtung am Gassack 18, 20 mit der Masse des Kraftfahrzeugs verbunden werden und kann so für einen zusätzlichen EMV-Schutz sorgen. Ferner kann der Gassack 18, 20 zum Schutz vor Fahrzeug oder Insassen in einer Cell-to-Vehicle- oder Cell-to-Pack-Konfiguration genutzt werden.
Bezugszeichenliste

10: elektrischer Energiespeicher
12: erstes Batteriemodul
14: zweites Batteriemodul
16: Lithium-Ionen-Batteriezelle
18: erster Gassack
20: zweiter Gassack
22: Durchführung
24: Umgebung
26: Überdruckventil
28: Einführöffnung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 2577768 A1 [0003]

Claims

Batteriemodul (12, 14) für einen elektrischen Energiespeicher (10), mit zumindest einer Batteriezelle (16), welche als Lithium-Ionen-Batteriezelle (16) ausgebildet ist, und mit einer Umhüllung, zum Schutz der zumindest einen Lithium-Ionen-Batteriezelle (16), dadurch gekennzeichnet, dass die Umhüllung als Gassack (18, 20) ausgebildet ist und zum Schutz vor einem Ausgasen der Lithium-Ionen-Batteriezelle (16) ausgebildet ist.
Batteriemodul (12, 14) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Gassack (18, 20) zumindest eine Durchführung (22) von einer Umgebung (24) der Lithium-Ionen-Batteriezelle (16) zur Lithium-Ionen-Batteriezelle (16) aufweist.
Batteriemodul (12, 14) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Gassack (18, 20) zumindest zweischichtig ausgebildet ist.
Batteriemodul (12, 14) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gassack (12, 14) ein Überdruckventil (26) zum Abführen von Gas von der Lithium-Ionen-Batteriezelle (16) aufweist.
Batteriemodul (12, 14) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gassack (18, 20) eine Einführöffnung (28) zum Einbringen von einem Löschmittel aufweist.
Elektrischer Energiespeicher (12) mit zumindest einem ersten Batteriemodul (12) nach einem der Ansprüche 1 bis 5 und ein zweites Batteriemodul (14) nach einem der Ansprüche 1 bis 5 aufweist.