DE102021100659A1

DE102021100659A1 - Batteriegehäuse und Batterie

Info

Publication number: DE102021100659A1
Application number: DE102021100659.7A
Authority: DE
Inventors: Robert Zbiral; Jürgen Kosicki; Sebastian Vaupel; Martin Ziller
Original assignee: Daimler AG; Mann and Hummel GmbH
Current assignee: Mann and Hummel GmbH; Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2021-01-14
Filing date: 2021-01-14
Publication date: 2021-03-18

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Batteriegehäuse (12) aufweisend eine Stirnwand (14), in welcher eine Entlüftungsöffnung (22) ausgebildet ist, und eine Deckwand (16), wobei eine Innenwand (28) einen Innenraum (24) des Batteriegehäuses (12) in einen Energiespeicherraum (34) und einen Abscheideraum (32) unterteilt, wobei zwischen der Innenwand (28) und der Deckwand (16) ein Spalt (30) ausgebildet ist, der einen Strömungspfad (36) aus dem Energiespeicherraum (34) durch den Abscheideraum (32) und die Entlüftungsöffnung (22) in eine Umgebung (38) eröffnet, und wobei in dem Abscheideraum (32) eine Abscheideeinrichtung (40) mit wenigstens einem Abscheideelement (42, 62, 64) für Partikel angeordnet ist. Die Erfindung betrifft ferner eine Batterie (10) mit einem solchen Batteriegehäuse (12) und wenigstens einem in dem Batteriegehäuse (12) angeordneten Energiespeichermodul (26).

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft ein Batteriegehäuse mit einer Entlüftungsöffnung. Die Erfindung betrifft ferner eine Batterie mit einem solchen Batteriegehäuse.
Stand der Technik
Es ist grundsätzlich bekannt, dass Batteriegehäuse eine Entlüftungsöffnung aufweisen. Dadurch kann ein Bersten des Batteriegehäuses bei einem Druckanstieg in einem Innenraum des Batteriegehäuses vermieden werden. Ein solcher Druckanstieg kann beispielsweise bei einem Defekt von Batteriezellen in dem Batteriegehäuse auftreten. Bei einem solchen Entlüftungsvorgang aus dem Innenraum ausströmende Gase können durch den Defekt erzeugte Partikel aus dem Innenraum in eine Umgebung austragen. Dies kann einerseits zu einer Staubbelastung in der Umgebung führen, was insbesondere problematisch ist, da gesundheitsschädliche Partikel, welche Lithium und/oder Fluor und/oder Aluminium enthalten vorliegen können. Andererseits können die Partikel aufgrund des Defekts der Batterie sehr heiß sein, sodass die Gefahr besteht, dass sie in der Umgebung einen Brand entfachen.
Aus US 10,629,869 B2 ist ein Elektronikgehäuse bekannt, das eine Belüftungseinrichtung an einer Seite aufweist. Die Belüftungseinrichtung umfasst einen Außenwandabschnitt mit wenigstens einer ersten Belüftungsöffnung und einen Innenwandabschnitt mit wenigstens einer zweiten Belüftungsöffnung, die gegenüber der ersten Belüftungsöffnung versetzt angeordnet ist. Zwischen dem Innenwandabschnitt und dem Außenwandabschnitt ist eine Auslassöffnung im Batteriegehäuse ausgebildet. Der Innenwandabschnitt erstreckt sich von einem Oberteil zu einem Unterteil des Batteriegehäuses. Zwischen dem Innenwandabschnitt und dem Außenwandabschnitt kann ein Filter angeordnet sein, um die Geschwindigkeit von fremden Substanzen zu reduzieren, die aus einer Umgebung durch die erste Belüftungsöffnung in das Elektronikgehäuse eintreten, sodass diese fremden Substanzen an der Auslassöffnung wieder aus dem Elektronikgehäuse in die Umgebung abgegeben werden.
US 2016/0234963 A1 beschreibt ein Batteriegehäuse für wiederaufladbare Batterien, die im Betrieb gasförmigen Wasserstoff abgeben. Eine Belüftungskammer ist oberhalb einer Batteriekammer angeordnet. Eine Wand erstreckt sich zwischen der Batteriekammer und der Belüftungskammer und reicht von einer ersten zu einer zweiten Außenwand des Batteriegehäuses. Die Batteriekammer weist einen Einlass für Luft auf. Die Wand weist eine oder mehrere Perforationen auf, um einen Durchtritt von Wasserstoff aus der Batteriekammer in die Belüftungskammer zu ermöglichen. Die Belüftungskammer weist eine Außenwand mit einer oder mehreren Öffnungen zum Abgeben des Wasserstoffs in die Umgebung auf. An den Perforationen der Wand können Filter angeordnet sein, die den Durchgang von Wasserstoff ermöglichen, aber den Eintritt von Wasser oder anderen Verunreinigungen in die Batteriekammer verhindern.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, aus dem Betrieb und insbesondere aus potentiellen Defekten von Batterien bzw. Batteriezellen resultierende Gefahren zu reduzieren.
Offenbarung der Erfindung
Die Aufgabe wird durch ein Batteriegehäuse mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen sowie eine Batterie gemäß Anspruch 14 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den jeweiligen Unteransprüchen und der Beschreibung angegeben.
Erfindungsgemäß ist ein Batteriegehäuse vorgesehen. Das Batteriegehäuse kann im Wesentlichen quaderförmig ausgebildet sein. Das Batteriegehäuse weist eine Stirnwand und eine Deckwand auf. Die Stirnwand und die Deckwand grenzen typischerweise unmittelbar aneinander. Die Stirnwand und die Deckwand können näherungsweise rechtwinklig zueinander verlaufen. Dies Stirnwand und die Deckwand begrenzen grundsätzlich einen Innenraum des Batteriegehäuses gegenüber einer Umgebung. Das Batteriegehäuse weist typischerweise weitere Wände auf, welche den Innenraum begrenzen. In der Stirnwand ist eine Entlüftungsöffnung ausgebildet. Die Entlüftungsöffnung ermöglicht einen Austritt von Gasen aus einem Innenraum des Batteriegehäuses in die Umgebung. Ein Eintritt von Gasen aus der Umgebung in den Innenraum durch die Entlüftungsöffnung kann ausgeschlossen sein, beispielsweise durch ein Ventil. Alternativ kann auch ein Eintritt von Umgebungsluft durch die Entlüftungsöffnung in das Batteriegehäuse hinein möglich sein.
Eine Innenwand, welche von der Stirnwand beabstandet ist, unterteilt den Innenraum des Batteriegehäuses in einen Energiespeicherraum und einen Abscheideraum. In dem Energiespeicherraum sind elektrochemische Energiespeichermodule einer Batterie mit dem Batteriegehäuse anordenbar. Die Innenwand kann insbesondere parallel zur Stirnwand verlaufen.
Die Innenwand ist grundsätzlich geschlossen ausgebildet. Mit anderen Worten weist die Innenwand im allgemeinen keine Durchbrüche auf. Zwischen der Innenwand und der Deckwand ist erfindungsgemäß ein Spalt ausgebildet. Der Spalt eröffnet einen Strömungspfad aus dem Energiespeicherraum durch den Abscheideraum und die Entlüftungsöffnung in die Umgebung des Batteriegehäuses. Mit anderen Worten kann Gas aus dem Energiespeicherraum durch den Spalt hindurch zunächst in den Abscheideraum und sodann durch die Entlüftungsöffnung in die Umgebung strömen. Die Innenwand ist grundsätzlich vor der Entlüftungsöffnung angeordnet und von der Stirnwand beabstandet. Der Abscheideraum ist mithin zwischen der Stirnwand und der Innenwand sowie ihrer gedachten Verlängerung bis zur Deckwand ausgebildet.
Weiter erfindungsgemäß ist in dem Abscheideraum eine Abscheideeinrichtung mit wenigstens einem Abscheideelement für Partikel angeordnet. Die Abscheideeinrichtung ist mithin im Strömungspfad angeordnet. Beim Ausströmen von Gas aus dem Energiespeicherraum entlang des Strömungspfads in die Umgebung passiert der Gasstrom die Abscheideeinrichtung. Die Abscheideeinrichtung, insbesondere deren Abscheideelement, können von dem Gasstrom mitgeführte Partikel zurückhalten, d. h. aus dem Gasstrom abschneiden. Ein Eintrag der Partikel in die Umgebung kann dadurch vermieden werden. Es kann insbesondere eine Staubbelastung der Umgebung verringert werden. Sofern es sich, beispielsweise im Falle eines durch einen Batteriedefekt verursachten Gasaustritts, um heiße Partikel handelt, wird durch das Zurückhalten der Partikel im Innenraum des Batteriegehäuses die Brandgefahr verringert, da die heißen Partikel nicht mit potenziell brennbaren Substanzen in der Umgebung in Kontakt kommen können.
Je nach Art der Partikel kann vorgesehen sein, dass die Abscheideeinrichtung neben einem Zurückhalten von (einer vorzugsweise überwiegenden Anzahl von) Partikeln auch ein Zerkleinern und/oder Zerstäuben von einigen der Partikel bewirkt. Ferner kann die Abscheideeinrichtung bewirken, dass die kinetische Energie und/oder die Temperatur von Partikeln bzw. Partikelfragmenten, welche (ausnahmsweise) die Abscheideeinrichtung passieren, reduziert werden.
Das Abscheideelement kann unmittelbar an der Innenwand anliegen. Vorzugsweise ist das Abscheideelement an der Innenwand gehalten. Dadurch kann der Aufbau der Abscheideeinrichtung vereinfacht und das Abscheideelement zuverlässig im Abscheideraum fixiert werden.
Alternativ oder zusätzlich kann das Abscheideelement über ein Halteelement an der Stirnwand und/oder der Innenwand gehalten sein. Das Halteelement kann eine Halteplatte sein. Die Halteplatte kann eine Strömungsöffnung aufweisen durch welche der Strömungspfad verläuft. Mit dem Halteelement kann eine besonders stabile Befestigung des Abscheideelements erreicht werden. Zudem kann das Halteelement strömungsleitend wirken, insbesondere um die Abscheideleistung der Abscheideeinrichtung zu verbessern.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann das Batteriegehäuse zumindest eine Längswand aufweisen, die sich von der Stirnwand zumindest bis zur Innenwand erstreckt, wobei die zumindest eine Längswand den Abscheideraum mit begrenzt. Insbesondere kann das Abscheideelement über ein Halteelement, vorzugsweise eine Halteplatte, an der zumindest einen Längswand gehalten sein.
Die Längswand kann als Außenwand einer Gehäusestruktur des Batteriegehäuses als innere Trennwand einer Gehäusestruktur des Batteriegehäuses sowie alternativ oder zusätzlich am Abscheideelement selbst ausgebildet sein.
In einer noch weiteren Ausführungsform kann das Batteriegehäuse zumindest eine Bodenwand aufweisen, die von der Deckwand beabstandet ist und an die die Stirnwand und die Innenwand angrenzen. Die zumindest eine Bodenwand begrenzt den Abscheideraum mit. Das Abscheideelement kann insbesondere über ein Halteelement, vorzugsweise eine Halteplatte, an der zumindest einen Bodenwand gehalten sein.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann das Halteelement und/oder die Abscheideeinrichtung zumindest teilweise aus einem elektrisch isolierenden Material, bevorzugt bis zumindest 500 °C temperaturbeständigen Material, bestehen oder dieses zumindest aufweisen. Hierdurch kann die Gefahr von elektrischen Kurzschlüssen, von welchen eine Brandgefahr ausgeht, mit hochspannungsführenden Komponenten innerhalb des Batteriegehäuses vermieden werden. Bei dem Material kann es sich um ein Silikonharz-imprägniertes Glimmerpapier und/oder einen Faserzementwerkstoff handeln. Das temperaturbeständige Material kann in Ausführungen auch bis zumindest 600°C, bevorzugt bis zumindest 700°C, temperaturbeständig sein.
Es kann vorgesehen sein, dass die Abscheideeinrichtung, insbesondere das Abscheideelement, die Entlüftungsöffnung an der Stirnwand überdeckt. Eine Leckage von Gas an der Abscheideeinrichtung vorbei kann dadurch zuverlässig vermieden werden. Zudem erlaubt dies einen kompakten Aufbau der Abscheideeinrichtung.
Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass die Abscheideeinrichtung, insbesondere das Abscheideelement, sich von der Stirnwand durch den Abscheideraum zu der Innenwand erstreckt. Mit anderen Worten können die Abscheideeinrichtung bzw. das Abscheideelement den Abscheideraum durchragen. Hierdurch kann ein Durchströmungswiderstand der Abscheideeinrichtung reduziert werden. Dies ermöglicht es, bei geringem Druckverlust möglichst viele, insbesondere auch kleine, Partikel aus dem Gasstrom abzuschneiden. In Ausführungen kann die Abscheideeinrichtung zumindest abschnittsweise schräg zur Stirnwand verlaufen.
Das Abscheideelement kann einen Sammelraum für Partikel ausbilden. Das Abscheideelement kann hierzu wenigstens zwei einander gegenüberliegende Abschnitte aufweisen, die den Sammelraum einschließen. Aus dem Gasstrom abgeschiedene Partikel werden mithin unmittelbar an dem Abscheideelement gesammelt. Hierdurch kann vermieden werden, dass sich die Partikel beispielsweise bei der weiteren Handhabung einer (defekten) Batterie mit dem Batteriegehäuse im Batteriegehäuse verteilen oder beim Öffnen des Batteriegehäuses unkontrolliert in die Umgebung austreten. Insbesondere kann das Abscheideelement an einer in einer vorbestimmten Montageorientierung in Schwererichtung unten liegenden Seite einen Sammeltrichter ausbilden. Der Sammeltrichter kann insbesondere eine zylindrische, kegelförmige oder prismatische Form haben.
Das Abscheideelement kann in dem Abscheideraum verschieblich sein. Vorzugsweise ist zum Verschieben des Abscheideelements eine Kraft erforderlich, die im regulären Betrieb nicht auftritt. In Sonderfällen, beispielsweise bei einem Crash eines Fahrzeugs mit dem Batteriegehäuse, kann jedoch die zum Verschieben des Abscheideelements erforderliche Kraft erreicht werden. Das Verschieben des Abscheideelements in diesen Fällen kann weitere Beschädigungen, beispielsweise der Abscheideeinrichtung und/oder von in dem Batteriegehäuse angeordneten Energiespeichermodulen, vermeiden.
Das Abscheideelement kann über ein vorgespanntes elastisches Element gehalten sein. Auf diese Weise kann einerseits eine Verschiebbarkeit des Abscheideelements bei Überschreiten einer durch die Vorspannung definierten Kraft eingerichtet sein. Andererseits kann die Vorspannung eine dichte Anlage des Abscheideelements gewährleisten, sodass Leckagen am Abscheideelement vorbei verringert werden. Ferner können hierdurch unerwünschte Geräuschentwicklungen bei Fahrzeuganregung (Vibration) vermieden werden. Das elastische Element kann insbesondere an der Bodenwand abgestützt sein und/oder ein Gummi- und/oder Elastomermaterial umfassen oder daraus bestehen.
Die Abscheideeinrichtung kann mehrere Abscheidestufen mit je wenigstens einem Abscheideelement aufweisen. Hierdurch kann die Abscheideleistung der Abscheideeinrichtung verbessert werden. Die Abscheidestufen mit ihren jeweiligen Abscheideelementen sind entlang des Strömungspfads typischerweise fluidisch in Reihe geschaltet. Vorzugsweise sind die Abscheideelemente der mehreren Abscheidestufen so angeordnet, dass bei einem Ausströmen von Gas entlang des Strömungspfades zunehmend kleinere Partikel von den aufeinanderfolgenden Abscheideelementen zurückgehalten werden. Die Abscheideelemente können jeweils wie oben beschrieben angeordnet und/oder gehalten sein.
Vorzugsweise ist durch das Abscheideelement einer ersten der Abscheidestufen das Abscheideelement einer zweiten der Abscheidestufen unverlierbar im Abscheideraum, insbesondere an der Stirnwand, gehalten. Dies kann die Montage erleichtern. Zudem kann dies dazu beitragen, beispielsweise im Crashfall, die Funktionstüchtigkeit der Abscheideeinrichtung zu gewährleisten.
Die Abscheideeinrichtung kann ein Lochblech und/oder ein Drahtgewebe und/oder ein Drahtwolleelement aufweisen. Insbesondere kann das Abscheideelement bzw. eines der Abscheideelemente ein Lochblech, Drahtgewebe oder Drahtwolleelement sein. Diese Materialien eignen sich besonders zum Zurückhalten von, insbesondere heißen, Partikeln, die beim Defekt einer Batterie entstehen können.
An der Entlüftungsöffnung kann ein Ventil angeordnet sein. Ein Gasaustausch zwischen dem Innenraum des Batteriegehäuses und der Umgebung kann durch das Ventil gesteuert werden. Das Ventil ist vorzugsweise ein Überdruckventil. Das Überdruckventil kann einen Eintritt von Gas und/oder Wasser und/oder Staub aus der Umgebung in den Innenraum verhindern, einen Austritt von Gas aus dem Innenraum in die Umgebung jedoch zulassen, wenn der Druck im Innenraum um eine vordefinierte Druckdifferenz über dem Umgebungsdruck liegt. Alternativ oder zusätzlich kann die Entlüftungsöffnung von einer selektiv permeablen Membrane überdeckt sein, die im Normalbetrieb einen Druckausgleich ermöglicht.
Das Batteriegehäuse kann einen Bypass für die Abscheideeinrichtung bzw. eine jede ihrer Abscheidestufen und/oder das Ventil aufweisen. Der Bypass kann sich öffnen, falls beim Gasaustritt entlang des Strömungspfads ein ausreichend schneller Druckabbau nicht möglich ist.
Das Batteriegehäuse ist typischerweise für einen Einbau bzw. Gebrauch in einer vorbestimmten Einbaulage vorgesehen. In der vorbestimmten Einbaulage können der Spalt und/oder die Entlüftungsöffnung oben am Batteriegehäuse angeordnet sein. Dies kann die Abscheideeinrichtung beim Zurückhalten der Partikel unterstützen.
Ferner kann die Abscheidewirkung der Abscheideeinrichtung dadurch unterstützt werden, dass die Abscheideeinrichtung im Bereich eines großen Strömungsquerschnitts im Strömungspfad angeordnet ist.
In den Rahmen der vorliegenden Erfindung fällt ferner eine Batterie mit einem oben beschriebenen, erfindungsgemäßen Batteriegehäuse und wenigstens einem in dem Batteriegehäuse angeordneten Energiespeichermodul. Das Energiespeichermodul kann eine Batteriezelle oder ein Batteriezellblock mit mehreren Batteriezellen sein. Die Batteriezellen können insbesondere Lithium-Ionen-Zellen sein. Vorzugsweise ist die Batterie eine Hochvoltbatterie. Eine Ausgangsspannung der (geladenen) Batterie kann wenigstens 300 Volt, vorzugsweise wenigstens 400 Volt, betragen. Die Vorteile des erfindungsgemäßen Batteriegehäuses können bei der erfindungsgemäßen Batterie nutzbar gemacht werden.
Die Innenwand kann als Bestandteil des Energiespeichermoduls ausgebildet sein. Insbesondere kann das Energiespeichermodul die gesamte Innenwand ausbilden. Dies kann den Aufbau der Batterie vereinfachen. Zudem können dadurch besonders viele Energiespeichermodule in dem Innenraum angeordnet werden, was die Energiedichte der Batterie erhöht. Alternativ kann die Innenwand als Trennwand einer Gehäusestruktur des Batteriegehäuses ausgebildet sein.
Die Batterie kann als Traktionsbatterie eines Elektrofahrzeugs verwendet werden. Ein Antriebsmotor des Elektrofahrzeugs kann aus der Batterie mit elektrischer Energie versorgt werden. Insofern betrifft die Erfindung auch ein Elektrofahrzeug mit einer oben beschriebenen, erfindungsgemäßen Batterie. Ferner betrifft die Erfindung die Verwendung einer oben beschriebenen, erfindungsgemäßen Batterie als Traktionsbatterie eines Elektrofahrzeugs und die Verwendung eines oben beschriebenen, erfindungsgemäßen Batteriegehäuses als Gehäuse einer Traktionsbatterie eines Elektrofahrzeugs.
Figurenliste
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, aus den Patentansprüchen sowie anhand der Figuren der Zeichnung, die erfindungsgemäße Einzelheiten zeigen. Die zuvor genannten und noch weiter ausgeführten Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebigen, zweckmäßigen Kombinationen bei Varianten der Erfindung verwirklicht sein. Die in der Zeichnung gezeigten Merkmale sind derart dargestellt, dass die erfindungsgemäßen Besonderheiten deutlich sichtbar gemacht werden können.
In der Zeichnung zeigen:

1 eine erfindungsgemäße Batterie mit einem erfindungsgemäßen Batteriegehäuse, wobei zwischen einem Energiespeichermodul und einer Stirnwand mit einer Entlüftungsöffnung ein Abscheideraum ausgebildet ist, in welchem ein Abscheideelement die Entlüftungsöffnung überdeckt, wobei das Abscheideelement mit einem Halteelement und einem elastischen Element gehalten ist, in einer schematischen Schnittansicht;
2 eine erfindungsgemäße Batterie mit einem erfindungsgemäßen Batteriegehäuse, wobei zwischen einem Energiespeichermodul und einer Stirnwand mit einer Entlüftungsöffnung ein Abscheideraum ausgebildet ist, wobei sich ein V-förmiges Abscheideelement an dem Energiespeichermodul und einem an der Stirnwand angeordneten Halteelement abstützt, in einer schematischen Schnittansicht;
3 eine erfindungsgemäße Batterie mit einem erfindungsgemäßen Batteriegehäuse, wobei zwischen einem Energiespeichermodul und einer Stirnwand mit einer Entlüftungsöffnung ein Abscheideraum ausgebildet ist, wobei ein Halteelement den Abscheideraum von der Stirnwand zu dem Energiespeichermodul durchragt und ein Abscheideelement eine Strömungsöffnung im Halteelement übergreift, in einer schematischen Schnittansicht;
4 eine erfindungsgemäße Batterie mit einem erfindungsgemäßen Batteriegehäuse, wobei zwischen einem Energiespeichermodul und einer Stirnwand mit einer Entlüftungsöffnung ein Abscheideraum ausgebildet ist, in welchem ein an der Stirnwand gehaltenes Abscheideelement die Entlüftungsöffnung überdeckt, in einer schematischen Schnittansicht;
5 eine erfindungsgemäße Batterie mit einem erfindungsgemäßen Batteriegehäuse, wobei zwischen einem Energiespeichermodul und einer Stirnwand mit einer Entlüftungsöffnung ein Abscheideraum ausgebildet ist, in welchem ein Abscheideelement mit einem Überdruckventil an der Stirnwand gehalten ist; in einer schematischen Schnittansicht;
6 eine erfindungsgemäße Batterie mit einem erfindungsgemäßen Batteriegehäuse, wobei zwischen einer Stirnwand mit einer Entlüftungsöffnung und einer Innenwand des Batteriegehäuses ein Abscheideraum ausgebildet ist, in welchem eine mehrstufige Abscheideeinrichtung angeordnet ist, in einer schematischen Schnittansicht;
7 eine erfindungsgemäße Batterie mit einem erfindungsgemäßen Batteriegehäuse, wobei zwischen einem Energiespeichermodul und einer Stirnwand mit einer Entlüftungsöffnung ein Abscheideraum ausgebildet ist, in welchem ein Abscheideelement die Entlüftungsöffnung überdeckt, wobei das Abscheideelement mit einem Halteelement und einem elastischen Element gehalten ist, in einer schematischen Schnittansicht;
8 isometrische Ansicht der Abscheideeinrichtung der 7.

Ausführungsformen der Erfindung
1 zeigt eine Batterie 10. Die Batterie 10 weist ein Batteriegehäuse 12 auf. Das Batteriegehäuse 12 ist mit einer Stirnwand 14, einer Deckwand 16, einer Bodenwand 18, einer Längswand 20 und weiteren, nicht näher dargestellten Wänden gebildet. In der Einbaulage ist die Deckwand 16 oben und die Bodenwand 18 unten angeordnet. In der Stirnwand 14 ist eine Entlüftungsöffnung 22 ausgebildet. Mit anderen Worten durchbricht die Entlüftungsöffnung 22 die Stirnwand 14. Die Längswand 20 kann durch einen Träger zur Aussteifung des Batteriegehäuses 12 gebildet sein. Im Übrigen sind die Wände typischerweise vollständig geschlossen ausgebildet und dicht miteinander verbunden.
Das Batteriegehäuse 12 schließt einen Innenraum 24 ein. In dem Innenraum 24 ist ein Energiespeichermodul 26 angeordnet. Das Energiespeichermodul 26 erstreckt sich von der Stirnwand 14 beabstandet im Innenraum 24. Das Energiespeichermodul 26 ist vor der Entlüftungsöffnung 22 angeordnet. Eine Umhüllung des Energiespeichermoduls 26 bildet eine Innenwand 28. Die Innenwand 28 bzw. das Energiespeichermodul 26 können sich von der Längswand 20 zu einer weiteren (nicht dargestellten) Längswand des Batteriegehäuses 12 erstrecken. Weitere, nicht näher dargestellte Energiespeichermodule der Batterie 10 können von der Stirnwand 14 aus gesehen jenseits des Energiespeichermoduls 26 im Innenraum 24 angeordnet sein.
Zwischen der Innenwand 28 und der Deckwand 16 ist ein Spalt 30 ausgebildet. Mit anderen Worten endet die Innenwand 28 in einem Abstand von der Deckwand 16. Die Innenwand 28 liegt typischerweise an der Bodenwand 18 an. In der Einbaulage der Batterie 10 bzw. des Batteriegehäuses 12 kann der Spalt 30 oben am Batteriegehäuse 12 angeordnet sein.
Zwischen der Stirnwand 14 und der Innenwand 28 sowie ihrer entlang des Spalts 30 gedachten Verlängerung zur Deckwand 16 ist ein Abscheideraum 32 ausgebildet. Von der Stirnwand 14 aus gesehen jenseits der Innenwand 28 sowie ihrer entlang des Spalts 30 gedachten Verlängerung zur Deckwand 16 ist ein Energiespeicherraum 34 ausgebildet. Mit anderen Worten unterteilt die Innenwand 28 den Innenraum 24 in den Abscheideraum 32 und den Energiespeicherraum 34.
Aus dem Energiespeicherraum 34 verläuft ein Strömungspfad 36 durch den Spalt 30 zunächst in den Abscheideraum 32 und sodann durch die Entlüftungsöffnung 22 in eine Umgebung 38 der Batterie 10 bzw. des Batteriegehäuse 12. Bei einem Druckanstieg im Innenraum 24, insbesondere im Energiespeicherraum 34, kann Gas entlang des Strömungspfades 36 aus dem Batteriegehäuse 12 in die Umgebung 38 entweichen.
In dem Abscheideraum 32 ist eine Abscheideeinrichtung 40 angeordnet. Die Abscheideeinrichtung 40 umfasst ein Abscheideelement 42. Das Abscheideelement 42 kann ein Lochblech sein, welches beispielsweise kreisförmige und/oder schlitzförmige Löcher aufweist.
Bei der in 1 dargestellten Ausführungsform überdeckt das Abscheideelement 42 die Entlüftungsöffnung 22. Einenends kann das Abscheideelement 42 mittels eines Halteelements 44, hier einer Halteplatte, an der Stirnwand 14. gehalten sein. Anderenends kann das Abscheideelement 42 über ein elastisches Element 46 beispielsweise an der Bodenwand 18 abgestützt sein. Das elastische Element 46 kann das Abscheideelement 42 zu dem Halteelement 44 hin vorspannen. Indem das Abscheideelement 42 zwischen der Bodenwand 18 und dem Halteelement 44 verspannt ist, kann das Abscheideelement 42 bei einer mechanischen Überlastung, etwa bei einem Crash, des Batteriegehäuses 12 entlang der Stirnwand 14 verschoben werden. Die die Vorspannung dient jedoch auch dazu um Relativbewegungen des Abscheideelements 42 und damit störende Geräusche zu verhindern.
2 zeigt eine weitere Batterie 10 mit einem Energiespeichermodul 26. Das Energiespeichermodul 26 ist in einem Batteriegehäuse 12 angeordnet. Das Batteriegehäuse 12 weist eine Abscheideeinrichtung 40 auf. Von der Abscheideeinrichtung 40 abgesehen, entsprechen die Batterie 10 und das Batteriegehäuse 12 von 2 der Batterie 10 bzw. dem Batteriegehäuse 12 von 1. Insofern sei auf die vorangegangene Beschreibung verwiesen.
Bei der Ausführungsform von 2 erstreckt sich die Abscheideeinrichtung 40 von der Stirnwand 14 durch den Abscheideraum 32 zu der Innenwand 26. Ein Abscheideelement 42 weist zwei V-förmig zueinander angeordnete Schenkel 48, 50 auf. Im Bereich der Schenkel 48, 50 ist das Abscheideelement 42 als ein Lochblech mit Löchern ausgebildet. An dem Schenkel 48 ist das Abscheideelement 42 über ein Halteelement 44, hier eine Halteplatte, an der Stirnwand 14 befestigt. Ein Halteabschnitt 52 an dem Schenkel 50 liegt unmittelbar an der Innenwand 28 bzw. dem Energiespeichermodul 26 an. In Ausführungen der Erfindung (in 2 nicht gezeigt) hat das Batteriegehäuse 12 keine eigenen Längswände; dann kann das V-förmige Abscheideelement 42 an seinen beiden Enden ausreichend dicht geschlossen ausgebildet sein und gewissermaßen die Längswände selbst ausbilden.
Zwischen den Schenkeln 48, 50 bildet das Abscheideelement 42 einen Sammelraum 54 aus. Beim Ausströmen von Gas aus dem Energiespeicherraum 34 mitgeführte Partikel werden von dem Abscheideelement 42 zurückgehalten und fallen in den Sammelraum 54. Im Bereich des Sammelraums 54 kann das Blech des Abscheideelements 42 geschlossen (d. h. ohne Löcher) ausgebildet sein.
3 zeigt eine weitere Batterie 10 mit einem Energiespeichermodul 26. Das Energiespeichermodul 26 ist in einem Batteriegehäuse 12 angeordnet. Das Batteriegehäuse 12 weist eine Abscheideeinrichtung 40 auf. Von der Abscheideeinrichtung 40 abgesehen, entsprechen die Batterie 10 und das Batteriegehäuse 12 von 3 der Batterie 10 bzw. dem Batteriegehäuse 12 von 1. Insofern sei auf die vorangegangene Beschreibung verwiesen.
Bei der Ausführungsform von 3 erstreckt sich ein Halteelement 44 der Abscheideeinrichtung 40 von der Stirnwand 14 durch den Abscheideraum 32 zu der Innenwand 24. Das Halteelement 44 ist als ein Halteblech mit einer Strömungsöffnung 56 ausgebildet. Ein Abscheideelement 42 übergreift die Strömungsöffnung 56. Das Abscheideelement 42 ist im Bereich eines Randes der Strömungsöffnung 56 an dem Halteelement 44 befestigt.
Das Abscheideelement 42 ist mit zwei parallel zueinander verlaufenden Schenkeln 48, 50 ausgebildet. Im Bereich der Schenkel 48, 50 ist das Abscheideelement 42 als ein Lochblech mit Löchern ausgebildet. Zwischen den Schenkeln 48, 50 bildet das Abscheideelement 42 einen Sammelraum 54 für abgeschiedene Partikel aus. Im Bereich des Sammelraums 54 kann das Blech des Abscheideelements 42 geschlossen (d. h. ohne Löcher) ausgebildet sein.
4 zeigt eine weitere Batterie 10 mit einem Energiespeichermodul 26. Das Energiespeichermodul 26 ist in einem Batteriegehäuse 12 angeordnet. Das Batteriegehäuse 12 weist eine Abscheideeinrichtung 40 auf. Von der Abscheideeinrichtung 40 abgesehen, entsprechen die Batterie 10 und das Batteriegehäuse 12 von 4 der Batterie 10 bzw. dem Batteriegehäuse 12 von 1. Insofern sei auf die vorangegangene Beschreibung verwiesen.
Bei der in 4 dargestellten Ausführungsform überdeckt das Abscheideelement 42 die Entlüftungsöffnung 22. Das Abscheideelement 42 liegt um die Entlüftungsöffnung 22 umlaufend an der Stirnwand 14 an. Insbesondere kann das Abscheideelement 42 unmittelbar an der Stirnwand 14 befestigt sein. Ein durchströmbar Abschnitt des Abscheideelements 42 kann als ein Lochblech mit Löchern oder mit einem Drahtgewebe ausgebildet sein.
Für eine mehrstufige Abscheidung könnte das Abscheideelement 42 von 4 bei dem Batteriegehäuse 12 bzw. der Batterie 10 von 1,2,3 oder 7 zusätzlich vorgesehen sein.
5 zeigt eine weitere Batterie 10 mit einem Energiespeichermodul 26. Das Energiespeichermodul 26 ist in einem Batteriegehäuse 12 angeordnet. Das Batteriegehäuse 12 weist eine Abscheideeinrichtung 40 auf. Von der Abscheideeinrichtung 40 abgesehen, entsprechen die Batterie 10 und das Batteriegehäuse 12 von 5 der Batterie 10 bzw. dem Batteriegehäuse 12 von 4. Insofern sei auf die vorangegangene Beschreibung verwiesen.
Bei der Ausführungsform von 5 ist an der Entlüftungsöffnung 22 ein (stark abstrahiert dargestelltes) Ventil 58 angeordnet. Das Ventil 58 kann ein Überdruckventil sein, welches nur einen Gasstrom aus dem Innenraum 24 in die Umgebung 38 zulässt, wenn ein Druck in dem Innenraum 24 wenigstens um eine vorbestimmte Druckdifferenz über dem Umgebungsdruck liegt.
Das Ventil 58 kann unmittelbar an der Stirnwand 14 gehalten sein. Insbesondere kann das Ventil 58 in die Entlüftungsöffnung 22 eingesetzt sein. Ein Abscheideelement 42 der Abscheideeinrichtung 40 kann an dem Ventil 58 befestigt sein. Das Abscheideelement 42 und das Ventil 58 sind fluidisch in Reihe geschaltet.
6 zeigt eine weitere Batterie 10 mit einem Batteriegehäuse 12. Die Batterie 10 und das Batteriegehäuse 12 von 6 entsprechen im Wesentlichen der Batterie 10 bzw. dem Batteriegehäuse 12 von 1. Insofern sei auf die vorangegangene Beschreibung verwiesen.
Eine Innenwand 28 in einem Innenraum 24 des Batteriegehäuses 12 ist bei der in 6 dargestellten Ausführungsform mit einem Gehäuseelement 60 gebildet. Das Gehäuseelement 60 kann sich zwischen einer durch einen Träger zur Aussteifung des Batteriegehäuses 12 gebildeten Längswand 20 und einer weiteren, nicht näher dargestellten Längswand bzw. einem weiteren Träger erstrecken. Von einer Stirnwand 14 aus gesehen jenseits der Innenwand 28 können nicht näher dargestellte Energiespeichermodule in einem Energiespeicherraum 34 des Batteriegehäuses 12 angeordnet sein.
Eine Abscheideeinrichtung 40 ist in einem durch die Innenwand 28 von dem Energiespeicherraum 34 getrennten Abscheideraum 32 angeordnet. Eine Gasströmung aus dem Energiespeicherraum 34 in den Abscheideraum 32 ist entlang eines Strömungspfades 36 durch einen Spalt 30 zwischen der Innenwand 28 und einer Deckwand 16 möglich. Die Abscheideeinrichtung 40 weist mehrere Abscheidestufen mit je einem Abscheideelement auf.
Ein erstes Abscheideelement 42 kann sich von der Stirnwand 14 durch den Abscheideraum 32 zu der Innenwand 28 erstrecken. Das erste Abscheideelement 42 kann an der Längswand 20 befestigt sein. Das erste Abscheideelement 42 kann ein Drahtgewebe mit einer großen Maschenweite aufweisen.
Ein zweites Abscheideelement 62 und ein drittes Abscheideelement 64 können eine Entlüftungsöffnung 22 in der Stirnwand 14 überdecken. Das zweite Abscheideelement 62 kann ein Drahtgewebe mit einer kleinen Maschenweite aufweisen. Das dritte Abscheideelement 64 kann ein Drahtwolleelement aufweisen bzw. mit einem Element aus Drahtwatte gebildet sein.
Ein Halteelement 66 des dritten Abscheideelements 64 kann über eine Haltestruktur 68 des zweiten Abscheideelements 62 und Befestigungselemente 69, beispielsweise Bolzen und Muttern oder Schrauben, an der Stirnwand 14 befestigt sein. Derart kann das zweite Abscheideelement 62 verhindern, dass sich das dritte Abscheideelement 64 von der Entlüftungsöffnung 22 lösen und entfernen kann.
Eine geborsten dargestellte berstfähige Membran kann ein Ventil 58 bilden. Insofern kann vorgesehen sein, dass die Membran zunächst die Entlüftungsöffnung 14 verschließt. Bei Überschreiten eines vorbestimmten Überdrucks im Innenraum 24 birst die Membran und gibt somit die Entlüftungsöffnung 22 frei.
Außen an der Stirnwand 14 kann eine Abscheidevorrichtung 70 angeordnet sein. Die Abscheidevorrichtung 70 kann die Entlüftungsöffnung 22 überdecken. Die Abscheidevorrichtung 70 kann ein Schutzgitter 72 und ein Rückhalteelement 74, beispielsweise aus Drahtwolle, aufweisen.
In der 7 ist eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Batteriegehäuses 12 gezeigt, wobei das Batteriegehäuse 12 keine Längswand hat, die Teil der Gehäusestruktur ist. Die Längswand 20, welche den Abscheideraum 32 mit begrenzt ist vielmehr am Abscheideelement 42 ausgebildet. Das Abscheideelement 42 ist bevorzugt aus einem Stahlblech gebildet, wobei die Abschnitte, welche die Längswand 20 bilden, als Umbiegung des Stahlblechs erhalten werden können. Das Abscheideelement 42 ist vermittels eines Halteelements 44 an der Stirnwand 14 gehalten. Ferner ist das Abscheideelement 42 an der Bodenwand 18 unter Zwischenschaltung eines elastischen Elements 46 abgestützt und wird so zwischen der Bodenwand 18 und dem Halteelement 44 verspannt. Das Abscheideelement weist obere und untere Abkantbereiche 430,440 auf, die obere und untere Anlageflächen bereitstellen, mit denen das Abscheideelement 42 an der Bodenwand 18 und dem Halteelement 44 anliegt. Die Abkantbereiche 430,440 weisen beide zur gleichen Richtung. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass das Abscheideelement 42 einteilig ist und mit unkomplizierten Fertigungsverfahren und wenigen Fertigungsschritten hergestellt werden kann. Die gegenüber anderen Ausführungsformen der Erfindung vergleichsweise kleinen Umformwege und -radien verbessern die vorteilhafte Herstellbarkeit weiter. Eine Ausführungsform ohne Längswände als Teil der Gehäusestruktur des Batteriegehäuses 12 bietet sich insbesondere für solche Anwendungen an, in denen der Abscheideraum 32 nicht an einer längs verlaufende Außenwand des Batteriegehäuses 12 vorliegt, sondern dazwischen, z. B. mittig.
8 zeigt das Abscheideelement 42 selbst, wobei das Lochblech 420 und erwähnte Längswände 20 in Form von Umbiegungen des Stahlblechs gut zu erkennen sind.
Bezugszeichenliste

10: Batterie
12: Batteriegehäuse
14: Stirnwand
16: Deckwand
18: Bodenwand
20: Längswand
22: Entlüftungsöffnung
24: Innenraum
26: Energiespeichermodul
28: Innenwand
30: Spalt
32: Abscheideraum
34: Energiespeicherraum
36: Strömungspfad
38: Umgebung
40: Abscheideeinrichtung
42, 62, 64: Abscheideelement
44; 66: Halteelement
46: elastisches Element
48, 50: Schenkel
52: Halteabschnitt
54: Sammelraum
56: Strömungsöffnung
58: Ventil
60: Gehäuseelement
68: Haltestruktur
69: Befestigungselemente
70: Abscheidevorrichtung
72: Schutzgitter
74: Rückhalteelement
420: Lochblech
430,440: Abkantbereiche

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 10629869 B2 [0003]
US 2016/0234963 A1 [0004]

Claims

Batteriegehäuse (12) aufweisend eine Stirnwand (14), in welcher eine Entlüftungsöffnung (22) ausgebildet ist, und eine Deckwand (16), wobei eine von der Stirnwand (14) beabstandete Innenwand (28) einen Innenraum (24) des Batteriegehäuses (12) in einen Energiespeicherraum (34) und einen Abscheideraum (32) unterteilt, wobei zwischen der Innenwand (28) und der Deckwand (16) ein Spalt (30) ausgebildet ist, der einen Strömungspfad (36) aus dem Energiespeicherraum (34) durch den Abscheideraum (32) und die Entlüftungsöffnung (22) in eine Umgebung (38) eröffnet, und wobei in dem Abscheideraum (32) eine Abscheideeinrichtung (40) mit wenigstens einem Abscheideelement (42, 62, 64) für Partikel angeordnet ist.
Batteriegehäuse (12) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Abscheideelement (42) unmittelbar an der Innenwand (28) und/oder der Stirnwand (14) anliegt, und hierbei vorzugsweise an der Innenwand (28) und/oder der Stirnwand (14) gehalten ist.
Batteriegehäuse (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Abscheideelement (42) über ein Halteelement (44; 66), vorzugsweise eine Halteplatte, an der Stirnwand (14) und/oder der Innenwand (28) gehalten ist.
Batteriegehäuse (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Batteriegehäuse (12) zumindest eine Längswand (20) aufweist, die sich von der Stirnwand (12) zumindest bis zur Innenwand (28) erstreckt, wobei die zumindest eine Längswand (20) den Abscheideraum (32) mit begrenzt, wobei bevorzugt das Abscheideelement (42) über ein Halteelement (44; 66), vorzugsweise eine Halteplatte, an der zumindest einen Längswand (20) gehalten ist.
Batteriegehäuse (12) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Längswand (20) am Abscheideelement (42) ausgebildet ist.
Batteriegehäuse (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Batteriegehäuse (12) zumindest eine Bodenwand (18) aufweist, die von der Deckwand (16) beabstandet ist und an die die Stirnwand (14) und die Innenwand (28) angrenzen, wobei die zumindest eine Bodenwand (18) den Abscheideraum (32) mit begrenzt, wobei bevorzugt das Abscheideelement (42) über ein Halteelement (44; 66), vorzugsweise eine Halteplatte, an der zumindest einen Bodenwand (18) gehalten ist.
Batteriegehäuse (12) nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Halteelement (44,46) und/oder die Abscheideeinrichtung (40) zumindest teilweise aus einem elektrisch isolierenden Material, bevorzugt bis zumindest 500 °C temperaturbeständigen Material, besteht.
Batteriegehäuse (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abscheideeinrichtung (40) die Entlüftungsöffnung (22) an der Stirnwand (14) überdeckt.
Batteriegehäuse (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abscheideeinrichtung (40) sich von der Stirnwand (14) durch den Abscheideraum (32) zu der Innenwand (28) erstreckt, wobei die Abscheideeinrichtung (40) bevorzugt zumindest abschnittsweise schräg zur Stirnwand (14) verläuft.
Batteriegehäuse (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Abscheideelement (42) einen Sammelraum (54) für Partikel ausbildet, wobei bevorzugt das Abscheideelement (42) an einer in einer vorbestimmten Montageorientierung in Schwererichtung unten liegenden Seite einen Sammeltrichter ausbildet.
Batteriegehäuse (12) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Sammeltrichter eine zylindrische, kegelförmige oder prismatische Form hat.
Batteriegehäuse (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Abscheideelement (42) in dem Abscheideraum (32) verschieblich ist.
Batteriegehäuse (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Abscheideelement (42) über ein vorgespanntes elastisches Element (46) gehalten ist, wobei das elastische Element (46) bevorzugt an der Bodenwand (18) abgestützt ist, wobei bevorzugt das elastische Element ein Gummi- und/oder Elastomermaterial umfasst.
Batteriegehäuse (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abscheideeinrichtung (40) mehrere Abscheidestufen mit je wenigstens einem Abscheideelement (42, 62, 64) aufweist.
Batteriegehäuse (12) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass durch das Abscheideelement (62) einer ersten der Abscheidestufen das Abscheideelement (64) einer zweiten der Abscheidestufen unverlierbar im Abscheideraum (32), vorzugsweise an der Stirnwand (14), gehalten ist.
Batteriegehäuse (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abscheideeinrichtung (40) ein Lochblech und/oder ein Drahtgewebe und/oder ein Drahtwolleelement aufweist.
Batteriegehäuse (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an der Entlüftungsöffnung (22) ein Ventil (58), vorzugsweise ein Überdruckventil, angeordnet ist.
Batteriegehäuse (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einer vorbestimmten Einbaulage des Batteriegehäuses (12) der Spalt und/oder die Entlüftungsöffnung (22) oben am Batteriegehäuse (12) angeordnet sind.
Batterie (10) mit einem Batteriegehäuse (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche und wenigstens einem in dem Batteriegehäuse (12) angeordneten Energiespeichermodul (26).
Batterie (10) nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenwand (28) als Bestandteil des Energiespeichermoduls (26) ausgebildet ist oder als Trennwand einer Gehäusestruktur des Batteriegehäuses ausgebildet ist.