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Die Erfindung betrifft einen Entgasungskanal für eine Batterie, insbesondere Hochvoltbatterie, eines Kraftfahrzeugs, wobei der Entgasungskanal zur Anordnung auf einem Batteriemodul der Batterie ausgelegt ist, das mindestens eine Batteriezelle mit einer zumindest freigebbaren Entgasungsöffnung umfasst. Dabei weist der Entgasungskanal einen Öffnungsbereich auf, durch welchen im Falle, dass der Entgasungskanal auf dem Batteriemodul angeordnet ist, aus der Entgasungsöffnung austretendes Gas zumindest zum Teil in ein Inneres des Entgasungskanals einführbar ist. Zur Erfindung gehört auch eine Batterie mit einem solchen Entgasungskanal, sowie ein Kraftfahrzeug.
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Hochvoltbatterien, die als Traktionsbatterien für Elektro- oder Hybridfahrzeuge verwendet werden, weisen typischerweise mehrere Batteriemodule mit jeweils mehreren Batteriezellen auf. Im Falle eines Unfalls oder Kurzschlusses einer solchen Zelle besteht die Gefahr eines Thermal-Runaways, das heißt eines thermischen Durchgehens einer solchen Batteriezelle. Dabei entstehen typischerweise Heißgase, die aus den Batteriezellen austreten. Um das Austreten solcher Gase aus den Batteriezellen zu erleichtern, weisen Batteriezellen typischerweise freigebbare Entgasungsöffnungen in Form von zum Beispiel Berstmembranen auf. Diese zerreißen im Falle eines Überdrucks innerhalb der Zelle und geben somit den Gasaustritt frei. Ein solches aus den Zellen austretendes Heißgas sollte nach Möglichkeit möglichst schnell von den umliegenden Zellen abgeleitet werden, um zum Beispiel auch ein thermisches Durchgehen noch intakter Zellen ausgelöst durch ein solches Heißgas zu verhindern. Außerdem soll verhindert werden, dass sich die beim Durchgehen der Zelle entstehende Hitze, und insbesondere auch ein Brand, in einem Innenraum des Kraftfahrzeugs ausbreiten, beziehungsweise sollte dieses Ausbreiten solange wie möglich zeitlich hinausgezögert werden. Oftmals wird versucht, dies durch zusätzliche Brandschutzplatten oberhalb der Batteriemodule, die typischerweise im Unterbodenbereich des Kraftfahrzeugs angeordnet sind, zu erreichen, welche jedoch sehr teuer sind und viel Gewicht mit sich bringen.
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Weiterhin beschreibt die
DE 10 2011 079 037A1 ein Batteriezellenmodul, welches eine Mehrzahl von Batteriezellen umfasst, die jeweils eine Entgasungsöffnung aufweisen, sowie weiterhin einen mehreren Batteriezellen zugeordneten Gasaufnahmeraum zur zumindest temporären Aufnahme von aus den Batteriezellen entweichendem Gas. Dabei ist das Volumen des Gasaufnahmeraums unmittelbar mit den Entgasungsöffnungen verbunden. Zur Ableitung des im Gasaufnahmeraum aufgenommenen Gases weist der Gasaufnahmeraum weiterhin eine Auslassöffnung auf. An diese kann zum Beispiel ein Schlauch angeschlossen sein, um das entweichende Gas vom Batteriezellenmodul weg zu transportieren. Im Falle eines Überdrucks in der Batteriezelle öffnet sich deren Entgasungsöffnung, so dass Gas aus der Batteriezelle in den Gasaufnahmeraum gelangt. Auch die Auslassöffnung im Gasaufnahmeraum kann ein Rückschlagventil aufweisen, das eine Gasströmung aus dem Gasaufnahmeraum erlaubt und eine Gasströmung in umgekehrter Richtung verhindert.
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Die aus mehreren Batteriezellen ausströmenden Gase werden dabei in einen gemeinsamen Gasaufnahmeraum geleitet, was den Vorteil hat, dass keine separate Gasabführung für jede Batteriezelle erforderlich ist. Da sich in einer Hochvoltbatterie typischerweise zwischen 200 und 400 Batteriezellen befinden, stellt dies eine enorme Vereinfachung eines solchen Gasableitungssystems dar. Nachteilig dabei ist jedoch, dass dadurch, dass mehrere Batteriezellen an einem gleichen Gasaufnahmeraum angeschlossen sind, und über diesen Gasaufnahmeraum entsprechend einen verstärkte thermische Kopplung der Batteriezellen vorhanden ist. Strömt also beispielsweise Gas aus einer thermisch durchgehenden Batteriezelle in den Gasaufnahmeraum ein, so kommt dieses auch in Kontakt mit den Entgasungsöffnungen der anderen an den Entgasungsraum angeschlossenen Batteriezellen, selbst wenn diese Batteriezellen noch intakt sind und nicht ausgasen. Dies kann zu einer stärkeren Erhitzung der noch intakten Batteriezellen und im schlimmsten Falle auch zu einem thermischen Durchgehen dieser Batteriezellen führen beziehungsweise das thermische Durchgehen dieser Batteriezellen zeitlich beschleunigen.
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Die
DE 10 2012 219 379 A1 beschreibt eine Batterie mit einer Vielzahl galvanischer Zellen, die jeweils eine Entgasungsöffnung aufweisen. Das Batteriegehäuse umfasst ein Sicherheitsventil, welches einen Überdruck im Inneren der Batterie nach außen ableiten kann. Innerhalb des Batteriegehäuses sind Leitelemente von den Entgasungsöffnungen räumlich beabstandet angeordnet, um ein Fluid oder ein Gas strömungstechnisch zu lenken
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Die
DE 10 2013 216 071 A1 beschreibt ein galvanisches System mit mehreren Zellen und einer Entgasungseinrichtung zum Abführen eines von einer oder mehreren der galvanischen Zellen entweichenden Fluids. Jede Zelle ist dabei über eine Eintrittsöffnung mit der Entgasungseinrichtung verbunden, wobei die Eintrittsöffnungen mit einem Verschlusselement verschlossen sind und im Falle eines Entweichens des Fluids die Eintrittsöffnung freigegeben wird. Dabei verhindert das eine Eintrittsöffnung verschließende Verschlusselement ein Ausströmen des Fluids aus der Entgasungseinrichtung über die mit dem Verschlusselement verschlossene Eintrittsöffnung. Dieses Verschlusselement kann als eine Berstmembran ausgestaltet oder als eine Rückschlagklappe mit Scharnier und Rückstellfeder.
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Die
DE 10 2012 217 630 A1 beschreibt eine Batterie mit einer Vielzahl galvanischer Elemente, die jeweils ein Gehäuse mit einer Entgasungsöffnung aufweisen, und mit einem Deckel, welcher die Vielzahl der Entgasungsöffnungen bedeckt. Dabei umfasst der Deckel eine Vielzahl von Durchgangsöffnungen, wobei jeder Entgasungsöffnung mindestens eine Durchgangsöffnung zugeordnet ist. Die Durchgangsöffnungen sind ausgebildet, einen durch die Entgasungsöffnung entweichenden Stoff strömungstechnisch auszurichten. Dabei wird ein austretendes Fluid in eine bevorzugte Richtung gelenkt, die von einem elektrischen Anschlusspol mit bezüglich eines elektrischen Potenzials des Fluids entgegengesetzter Polarität weg.
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Die
DE 10 2013 204 087 A1 beschreibt ein Entgasungssystem für Batteriemodule, das in das Gehäuse des Batteriemoduls integriert ist. Das Entgasungssystem umfasst aber einen Kollektor mit einer Anzahl von Öffnungen, über die Gase aus Zellen in den Kollektor einströmen können. Der Kollektor kann dabei in Form von Ablenkblechen ausgebildet sein, wobei ein aus den Batteriezellen entweichendes Gasgemisch in Richtung eines Ausleitsystems gelenkt wird.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher, einen Entgasungskanal für eine Batterie, eine Batterie und ein Kraftfahrzeug bereitzustellen, die eine möglichst sichere und einfache Abführung von aus einer Batteriezelle im Falle eines thermischen Durchgehens austretenden Gasen ermöglichen.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Entgasungskanal, eine Batterie und ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen gemäß den jeweiligen unabhängigen Patentansprüchen. Vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche, der Beschreibung sowie der Figuren.
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Ein erfindungsgemäßer Entgasungskanal für eine Batterie eines Kraftfahrzeugs ist dabei zur Anordnung auf einem Batteriemodul der Batterie ausgelegt, das mindestens eine Batterie mit einer zumindest freigebbaren Entgasungsöffnung umfasst, wobei der Entgasungskanal einen Öffnungsbereich aufweist, durch welchen im Falle, dass der Entgasungskanal auf dem Batteriemodul angeordnet ist, aus der Entgasungsöffnung austretendes Gas zumindest zum Teil in ein Inneres des Entgasungskanals einführbar ist. Des Weiteren weist der Öffnungsbereich ein Abschirmelement auf, welches dazu ausgelegt ist, ein durch den Entgasungskanal über den Öffnungsbereich strömendes Gas an einem Ausdringen aus dem Entgasungskanal durch den Öffnungsbereich zumindest zum Teil zu hindern. Dabei weist der Entgasungskanal eine erste Kanalwand auf, welche zur Anordnung auf dem Batteriemodul ausgelegt ist, und in welcher der mindestens eine Öffnungsbereich angeordnet ist, wobei die erste Kanalwand ein vom mindestens einen Öffnungsbereich verschiedenes Grundelement aufweist, wobei das Abschirmelement ein erstes Elementende und ein dem ersten Elementende gegenüberliegendes zweites Elementende aufweist und derart ausgebildet ist, dass zumindest im Fall, dass der Entgasungskanal auf dem Batteriemodul angeordnet ist und Gas aus der mindestens einen Batteriezelle durch den Öffnungsbereich in den Entgasungskanal eintritt, das erste Elementende am Grundelement angeordnet ist und das zweite Elementende einen Abstand zum Grundelement aufweist und in das Innere des Entgasungskanals hineinsteht. Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung weist der Entgasungskanal eine Längserstreckung in eine erste Richtung auf, wobei das Abschirmelement derart geometrisch ausgebildet ist, dass ein durch den Öffnungsbereich in ein Inneres des Entgasungskanals einströmendes Gas mittels des Abschirmelements in seiner Strömungsrichtung in die erste Richtung lenkbar ist, und zumindest im Fall, dass der Entgasungskanal auf dem Batteriemodul angeordnet ist und Gas aus der mindestens einen Batteriezellen durch den Öffnungsbereich in den Entgasungskanal eintritt, das Abschirmelement vom ersten Elementende zum zweiten Elementende hin bogenförmig gekrümmt verläuft, wobei der Entgasungskanal mehrere Öffnungsbereiche aufweist, die in der Längserstreckungsrichtung nebeneinander angeordnet sind. Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung ist das Abschirmelement durch Kraftbeaufschlagung bewegbar gegenüber dem Grundelement angeordnet, und dazu ausgebildet ist, durch Bewegen eine Öffnung im Öffnungsbereich freizugeben, die in einer Ausgangsposition des Abschirmelements durch dieses verschlossen ist, wobei das Abschirmelement als ein Berstöffnungselement bereitgestellt ist, das sich beim Entgasen der zugeordneten Batteriezelle aktiv ausformt und das austretende Gas in das Innere des Entgasungskanals ableitet, wobei eine Kontur des Abschirmelements bis auf das erste Elementende zur Bereitstellung einer Sollbruchstelle mit einer Materialschwächung ausgebildet ist, wobei der Entgasungskanal derart ausgebildet ist, dass im Fall, dass dieser auf dem Batteriemodul angeordnet ist und Gas aus der Entgasungsöffnung der mindestens einen Batteriezelle austritt, das austretende Gas das Abschirmelement aus seiner Ausgangsposition derart bewegt, dass das zweite Elementende in das Innere des Entgasungskanals bewegt wird und das erste Elementende fix am Grundelement bleibt.
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Die Erfindung beruht dabei auf folgenden Erkenntnissen. Oftmals sind mehrere Batteriezellen eines Batteriemoduls an einen gemeinsamen Gasaufnahmeraum angeschlossen, was auch für den vorliegenden erfindungsgemäßen Entgasungskanal der Fall sein kann. Im Ausgangszustand ist das Innere einer jeweilig ersten Batteriezelle von diesem Gasaufnahmeraum oftmals nur durch eine Berstmembran separiert, die die Entgasungsöffnung im Zellgehäuse einer jeweiligen Batteriezelle verschließt. Kommt es zu einem thermischen Event einer Batteriezelle und strömt dadurch Gas aus dem Inneren dieser Batteriezelle in einen solchen Gasaufnahmeraum, so überstreicht dieses den Gasaufnahmeraum durchströmende Gas oftmals auch die Kopplungsstellen anderer, noch intakter Batteriezellen, das heißt deren Berstmembranen. Aufgrund der extrem hohen Temperaturen solcher aus einer Batteriezelle ausströmenden Gase werden die Berstmembranen anderer, noch intakter Batteriezellen zerstört, und es kann zu einem Eindringen solcher Gase in das Zellinnere noch intakter Batteriezellen und vor allem zu einer thermischen Kopplung mit solchen noch intakten Batteriezellen kommen, was das thermische Durchgehen dieser initial noch intakten Batteriezellen beschleunigt. Dadurch wird eine Kettenreaktion ausgelöst, die das Ausmaß des thermischen Durchgehens von initial nur einer einzelnen Batteriezelle drastisch verschlimmern kann. Durch das erfindungsgemäße Abschirmelement, welches durch den Öffnungsbereich im Entgasungskanal vorgesehen ist, ist es dagegen vorteilhafterweise möglich, andere, noch intakte Batteriezellen vor dem ausströmenden Gas thermisch durchgehender Batteriezellen zu schützen. Die thermische Entkopplung unter den Batteriezellen kann hierdurch enorm verbessert werden, und eine Kettenreaktion kann deutlich länger hinausgezögert werden. Hierdurch lässt sich die Sicherheit im Batteriesystem insgesamt deutlich steigern.
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Um einige Beispiele vorab zu nennen, kann das Abschirmelement zum Beispiel in Form einer Klappe oder Ähnliches ausgebildet sein, die erst dann den Öffnungsbereich im Entgasungskanal für eine betreffende Batteriezelle freigibt, wenn Gas aus dieser Batteriezelle ausdringt. Solange dies nicht der Fall ist, kann der Öffnungsbereich zumindest teilweise vom Abschirmelement überdeckt sein, wodurch für noch intakte Batteriezellen, die aktuell nicht Entgasen, eine zusätzliche Schutzfunktion bereitgestellt ist, und das Ausdringen von Gasen, die den Entgasungskanal durchströmen, durch den Öffnungsbereich, der einer anderen, noch intakten Batteriezelle zugeordnet ist, wird dadurch enorm erschwert oder sogar ganz verhindert.
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Zusätzlich kann durch ein solches Abschirmelement auch verhindert werden, dass Gaspartikel durch einen Öffnungsbereich aus dem Entgasungskanal wieder austreten und zum Beispiel in einen Zwischenbereich zwischen dem Entgasungskanal und einer betreffenden Batteriezelle gelangen. Dort befinden sich in der Regel die Zellverbinder und Zellkontakte, so dass ein Partikeleintrag in diesem Bereich zu einem Kurzschluss oder Spannungsdurchschlag oder Ähnlichem führen könnte. Auch dies lässt sich nunmehr vorteilhafterweise durch das Abschirmelement verhindern, ohne dass notwendigerweise zusätzlich Dichtmaßnahmen zum Abdichten des Bereichs zwischen einer betreffenden Batteriezelle und dem Entgasungskanal getroffen werden müssten. Dadurch kann die Sicherheit auf besonders einfache Weise zusätzlich gesteigert werden.
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Die Batterie, in welcher der erfindungsgemäße Entgasungskanal oder eine seine Ausführungsformen vorzugsweise Anwendung finden soll, ist vorzugsweise als Hochvoltbatterie ausgebildet, und kann auch mehrere Batteriemodule mit jeweils mindestens einer Batteriezelle, vorzugsweise jeweils mehreren Batteriezellen, aufweisen. Die Batteriezellen können dabei zum Beispiel als Lithium-Ionen-Zellen ausgebildet sein. Weiterhin können die Batteriezellen als prismatische Batteriezellen oder Rundzellen oder Pouch-Zellen ausgebildet sein. Weiterhin soll unter einer zumindest freigebbaren Entgasungsöffnung einer Batteriezelle eine Entgasungsöffnung verstanden werden, die entweder im Ausgangszustand verschlossen ist und unter bestimmten Bedingungen freigegeben wird, zum Beispiel bei Überdruck oder Überschreiten einer bestimmten Temperatur, oder es kann sich auch um eine permanent freigegebene Entgasungsöffnung handeln. Bevorzugt ist es jedoch, dass es sich bei der Entgasungsöffnung um eine freigebbare Entgasungsöffnung handelt, die im Ausgangszustand verschlossen ist, zum Beispiel durch eine Berstmembran. Hierdurch ist ein zusätzlicher Schutz der Batteriezelle vor dem Eindringen von zum Beispiel Feuchtigkeit oder Staub oder Ähnlichem gegeben.
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Der Entgasungskanal ist weiterhin vorzugsweise für die Kopplung mit mehreren Batteriezellen, zum Beispiel des gleichen Batteriemoduls oder verschiedener Batteriemodule, ausgebildet. Entsprechend kann der Entgasungskanal auch mehrere Öffnungsbereiche aufweisen, die jeweils einer korrespondierenden Entgasungsöffnung einer jeweiligen Batteriezelle zugeordnet sind. Ein solcher Öffnungsbereich kann dabei ebenfalls mit einer permanent vorhandenen Öffnung ausgebildet sein oder im Ausgangszustand verschlossen sein, so dass eine solche Öffnung erst im Entgasungsfall der betreffenden Batteriezelle freigegeben beziehungsweise geöffnet wird. Demzufolge bezeichnet der Öffnungsbereich einen Bereich des Entgasungskanals, in dem zumindest dann, wenn die betreffende Batteriezelle entgast, eine Öffnung vorhanden ist, wobei eine solche Öffnung auch erst im Entgasungsfall entstehen kann. Weiterhin ist der Entgasungskanal vorzugsweise länglich Ausgebildet, wobei eine Länge des Entgasungskanals größer ist als eine Breite und eine Höhe des Entgasungskanals. Seine Längserstreckungsrichtung definiert weiterhin eine Strömungsrichtung, in welcher aus Batteriezellen in den Entgasungskanal eintretende Gase strömen. Seine Breite ist vorzugsweise kleiner als eine Breite einer Batteriezelle in der gleichen Richtung betrachtet. Für mehrere nebeneinander angeordnete Zellreihen innerhalb einer Batterie können mehrere solcher Entgasungskanäle vorgesehen sein, die sich über die jeweiligen Zellreihen erstrecken. Damit ist ein solcher Entgasungskanal deutlich stärker räumlich begrenzt, als beispielsweise ein Gasaufnahmeraum, der sich über einen Großteil der gesamten Batterie oder gar über die gesamte Batterie erstreckt. Dadurch lässt sich die thermische Entkopplung wiederum steigern, die Sicherheit erhöhen und zudem eine definierte Strömungsrichtung ohne zu starke Verwirbelungen, die einer schnellen und ungehinderten Gasabfuhr entgegenstehen, bereitstellen.
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Folglich ist der Entgasungskanal also vorzugsweise länglich ausgebildet. Dies bedeutet, dass der Entgasungskanal eine Länge in einer Längserstreckungsrichtung aufweist, die größer ist als eine Höhe und eine Breite des Entgasungskanals. Weiterhin liegen die vorzugsweise mehreren Öffnungsbereiche nebeneinander entlang der Längserstreckungsrichtung des Entgasungskanals. Der Entgasungskanal kann zum Beispiel so auf einem Batteriemodul angeordnet werden, dass dieser die jeweiligen Entgasungsöffnungen der mehreren Batteriezellen, die vorzugsweise ebenfalls entlang einer Linie angeordnet sind, überdeckt. Weiterhin ist es bevorzugt, wie ebenfalls bereits beschreiben, dass der Entgasungskanal eine geringere Bereite aufweist als die Breite des Batteriemoduls, auf welchem er angeordnet ist. Ein solcher länglicher Kanal hat den großen Vorteil, insbesondere im Gegensatz zu einem großflächigen Entgasungsraum, dass hierdurch eine deutlich gezieltere Führung der aus Batteriezellen austretenden Gase möglich ist, weshalb der Entgasungskanal auch als Leitkanal bezeichnet werden kann, wobei diese Gase zudem auf einem lokal sehr begrenzten Pfad aus der Batterie herausgeführt werden können. Neben den oben bereits beschriebenen Vorteilen kommt noch hinzu, dass entsprechend beispielsweise auch nur ein kleiner Bereich sehr temperaturbeständig ausgebildet sein kann, der auf den Entgasungskanal beschränkt sein kann. Andere Bereiche, zum Beispiel des Batteriegehäuses oder eines Batteriedeckels, müssen entsprechend nicht sonderlich temperaturbeständig und robust ausgebildet sein, wodurch Kosten, Material sowie Gewicht eingespart werden können. Entsprechend ist es bevorzugt, dass zumindest der Entgasungskanal aus einem Material gebildet ist, welches hohen Temperaturen zumindest temporär standhalten kann. Vorzugsweise kann der Entgasungskanal einschließlich des Abschirmelements aus Metall und/oder Keramik und/oder Karbon gebildet sein. Als Metall eignet sich dabei vor allem Stahl. Durch die Kanalform, das heißt die längliche Ausbildung des Entgasungskanals, ist es zudem möglich, das Gas in jede gewünschte geometrische Richtung zu lenken und abzutransportieren, je nach Verlauf des Entgasungskanals. Der Gasstrom beziehungsweise der Entgasungspfad können damit vorteilhafterweise je nach Anforderung im Fahrzeug geometrisch ausgestaltet werden.
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Erfindungsgemäß weist der Entgasungskanal eine erste Kanalwand auf, welche zur Anordnung auf dem Batteriemodul ausgelegt ist, und in welcher der mindestens eine Öffnungsbereich angeordnet ist, wobei die erste Kanalwand ein vom mindestens einen Öffnungsbereich verschiedenes Grundelement aufweist, und wobei das Abschirmelement ein erstes Elementende und ein dem ersten Elementende gegenüberliegendes zweites Elementende aufweist und derart ausgebildet ist, dass zumindest im Fall, dass der Entgasungskanal auf dem Batteriemodul angeordnet ist und Gas aus der mindestens einen Batteriezelle durch den Öffnungsbereich in den Entgasungskanal eintritt, das erste Elementende am Grundelement angeordnet ist und das zweite Elementende einen Abstand zum Grundelement aufweist und in das Innere des Entgasungskanals hineinsteht. Mit anderen Worten ist das Abschirmelement so ausgebildet, dass dieses zumindest im Entgasungsfall über dem Grundelement erhaben ist. Das Grundelement des Entgasungskanals kann zum Beispiel an einer Oberseite des Batteriemoduls anliegen und zum Beispiel als ebenes Blech bereitgestellt sein. Besonders bevorzugt ist es dabei, dass das erste Elementende derart am Grundelement angeordnet ist, dass es in Strömungsrichtung eines durch den Entgasungskanal strömenden Gases betrachtet vor einer im Öffnungsbereich angeordneten Öffnung liegt. Dadurch ist diese im Öffnungsbereich angeordnete Öffnung durch das Abschirmelement geschützt, welches damit eine Art Schirm vor der im Öffnungsbereich angeordneten Öffnung bildet. Entlang des Entgasungskanals strömende Gase treffen entsprechend auf diesen Schirm auf und werden durch diesen Schirm entsprechend seitlich abgelenkt, wodurch sich die im Öffnungsbereich befindliche Öffnung gewissermaßen im Windschatten des Schirms befindet und damit vor den strömenden Gasen geschützt ist.
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Wie bereits eingangs erwähnt, ist es dabei möglich, dass das Abschirmelement zum Beispiel in Form einer hochklappenden Klappe ausgebildet ist, welches erst im Entgasungsfall der betreffenden Batteriezelle öffnet. In diesem Fall würde das Abschirmelement in seiner Ausgangsposition, das heißt die zugeordnete Batteriezelle nicht entgast, auch nicht in das Innere des Entgasungskanals hineinstehen. Nichtsdestoweniger kann es aber auch vorgesehen sein, dass das Abschirmelement nicht beweglich und damit starr ausgebildet ist und auch in seiner Ausgangsposition in das Innere des Entgasungskanals hineinsteht. Diesen beiden sehre vorteilhaften Ausführungsformen werden später noch näher erläutert.
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Gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung weist der Entgasungskanal eine Längserstreckung in eine erste Richtung auf, wobei das Abschirmelement derart geometrisch ausgebildet ist, dass ein durch den Öffnungsbereich in ein Inneres des Entgasungskanals einströmendes Gas mittels des Abschirmelements in seiner Strömungsrichtung in die erste Richtung lenkbar ist.
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Mit anderen Worten kann das durch den Öffnungsbereich in das Innere des Entgasungskanals einströmende Gas durch die geometrische Form des Abschirmelements in eine bestimmte Richtung gelenkt werden beziehungsweise in seiner Austrittsrichtung umgelenkt werden. Das Abschirmelement verläuft vom ersten Elementende zum zweiten Elementende hin schräg nach oben mit einer Neigung in die erste Richtung, so dass aus dem Öffnungsbereich in den Entgasungskanal eintretendes Gas über eine solche Neigung entsprechend umgelenkt wird. Dabei ist das Abschirmelement gemäß dem ersten Aspekt nicht mit einer konstanten Schräge beziehungsweise Neigung ausgebildet, sondern ist bogenförmig gekrümmt ausgebildet, zum Beispiel haubenförmig.
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Hierbei zeigt sich vor allem auch der große Vorteil der länglichen Ausbildung des Entgasungskanals im Gegensatz zu einem Gasaufnahmeraum oder Ähnlichem, da nur in einem solchen länglichen Entgasungskanal die Ausbildung einer gerichteten Strömung möglich ist, wodurch auch gezielte eine Strömungsrichtung definiert werden kann. Hierdurch lassen sich die beschriebenen Schutzmaßnahmen in Form des mindestens einen Abschirmelements besonders effektiv umsetzen, da dies in seiner Geometrie und Anordnung auf die definierte Strömungsrichtung optimiert ausgebildet werden kann. Bei diffusen Strömungen mit gegebenenfalls lokal sich ändernden Strömungsrichtungen, wie dies bei einem flächigen Gasaufnahmeraum der Fall wäre, wären die Schutzmaßnahmen durch ein solches Abschirmelement zumindest in der Variante mit einer permanent im Öffnungsbereich vorgesehenen Öffnung deutlich weniger effektiv umsetzbar.
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Bei einer bereits erwähnten und weiteren vorteilhaften Ausbildung der Erfindung ist es vorgesehen, dass das Abschirmelement starr gegenüber dem Grundelement angeordnet ist und insbesondere das zweite Elementende gegenüber dem Grundelement permanent in das Innere des Entgasungskanals hineinsteht. In diesem Beispiel kann der Öffnungsbereich also beispielsweise eine permanente Öffnung in Form eines Lochs in einer Kanalwand des Entgasungskanals aufweisen, wobei das Abschirmelement dann zum Beispiel halbkuppelförmig oder strandmuschelartig am Rand dieser Öffnung angeordnet sein kann. Wie beschrieben ist es dabei bevorzugt, dass das Abschirmelement dann derart im Bereich der Öffnung angeordnet ist, dass das erste Elementende in Strömungsrichtung betrachtet vor dieser Öffnung angeordnet ist. Entsprechend ist das Abschirmelement auch in Strömungsrichtung geneigt, vorzugsweise mit einer Krümmung, wodurch der Strömungswiderstand des Abschirmelements verringert werden kann. Dies ist besonders vorteilhaft, da hierdurch Wirbelströme zum Großteil vermieden, ein Rückstau und vor allem auch eine Partikelablagerung verhindert werden können, was andernfalls zu einer Reduktion des Strömungsquerschnitts führen könnte. Durch eine solche Ausbildung und Anordnung des Abschirmelements befindet sich also die im Öffnungsbereich befindliche Öffnung im Windschatten des Abschirmelements und ist dadurch durch das Abschirmelement besonders effizient vor dem heißen Gasstrom geschützt.
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Gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung ist es vorgesehen, dass das Abschirmelement durch Kraftbeaufschlagung bewegbar gegenüber dem Grundelement angeordnet ist, und dazu ausgebildet ist, durch Bewegen eine Öffnung im Öffnungsbereich freizugeben, die in einer Ausgangsposition des Abschirmelements durch dieses verschlossen ist, insbesondere wobei der Entgasungskanal derart ausgebildet ist, dass im Fall, dass dieser auf dem Batteriemodul angeordnet ist und Gas aus der Entgasungsöffnung der mindestens einen Batteriezelle austritt, das austretende Gas das Abschirmelement aus seiner Ausgangsposition derart bewegt, dass das zweite Elementende in das Innere des Entgasungskanals bewegt wird. Hierdurch können einerseits die Schutzwirkung des Abschirmelements maximiert und die Strömungseigenschaften des Entgasungskanals optimiert werden. Das Abschirmelement verschließt also in der Ausgangsposition die Öffnung im Öffnungsbereich und gibt diese erst dann frei, wenn die dem Öffnungsbereich zugeordnete Batteriezelle entgast, indem das Abschirmelement nach oben in das Innere des Entgasungskanals bewegt wird, zum Beispiel aufklappt, ähnlich einer Klappe oder Falltür. Das Abschirmelement ist in Form eines Berstöffnungselements ausgebildet, welches sich beim Entgasen der zugeordneten Zelle aktiv ausformt und das austretende Gas ableitet, insbesondere in das Innere des Entgasungskanals, wobei eine Kontur des Abschirmelements bis auf das erste Elementende zur Bereitstellung einer Sollbruchstelle mit einer Materialschwächung ausgebildet ist. Ist also beispielsweise das Abschirmelement noch in seiner Ausgangsposition und verschließt damit die im Öffnungsbereich freigebbare Öffnung, weil die dem Öffnungsbereich zugeordnete Batteriezelle aktuell nicht entgast und zum Beispiel noch intakt ist, während jedoch die Öffnung eines anderen Öffnungsbereichs freigegeben ist, da die diesem Öffnungsbereich zugeordnete andere Batteriezelle entgast und thermisch durchgeht, so kann die noch intakte Batteriezelle optimal vor diesem sich durch den Entgasungskanal bewegenden Gasstrom besonders effizient geschützt werden. Gleichzeitig ist der Strömungsquerschnitt an der Stelle des noch geschlossenen Abschirmelements nicht vermindert, so dass das Gas anderer Batteriezellen ungehindert durch den Entgasungskanal strömen kann.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist es vorgesehen, dass das Abschirmelement in seiner Ausgangsposition vom Grundelement zumindest zum Teil durch zumindest einen Einschnitt, insbesondere in Form einer Perforation oder eines durchgehenden Trennschnitts, separiert ist. Durch einen solchen Trennschnitt oder eine Perforation kann also vorteilhafterweise eine Sollbruchstelle entlang der Kontur des Abschirmelements bereitgestellt werden, wobei in diesem Beispiel die Solbruchstelle durch zumindest eine vollständige Durchschneidung und/oder Durchbrechung der Wand des Entgasungskanals bereitgestellt ist. Eine solche Sollbruchstelle soll dabei vor allem entlang der Kontur des Abschirmelements in einem von ersten Elementende verschiedenen Bereich vorgesehen sein, da das erste Elementende nicht vom Grundelement getrennt werden soll, sondern auch beim Ausgasen der zugeordneten Batteriezelle am Grundelement befestigt bleiben soll. Dagegen soll das andere zweite Elementende des Abschirmelements im Entgasungsfall der zugeordneten Batteriezelle einfach hochklappen können, was durch eine solche Sollbruchstelle entlang der Kontur des Abschirmelements in Form einer Perforation oder auch eines durchgehenden Trennschnitts erreicht werden kann. Das Abschirmelement kann zum Beispiel aus einem dünnen Blech gebildet sein, das sich durch die durch den Entgasungsstrom aus der Batteriezelle hervorgerufene Kraftbeaufschlagung einfach nach oben in das Innere des Entgasungskanals verbiegen lässt. Mit anderen Worten kann der Entgasungskanal, zumindest dessen Unterseite, einfach durch ein ebenes Blech mit eingeschnittener Lasche bereitgestellt sein, die das Abschirmelement bereitstellt.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Abschirmelement in seiner Ausgangsposition mit dem Grundelement vollständig verbunden ist, wobei eine das Abschirmelement vom Grundelement abgrenzende Kontur des Abschirmelements zumindest bereichsweise eine Materialschwächung aufweist. Diese Materialschwächung soll dabei insbesondere durch eine verminderte Wandstärke des Entgasungskanals im Bereich der Kontur des Abschirmelements, insbesondere wiederum in einem vom ersten Elementende verschiedenen Bereich, bereitgestellt sein, jedoch in diesem Beispiel nicht in Form eines Durchschnitts oder einer Perforation wie zuvor beschrieben. Mit anderen Worten soll in diesem Fall die Kanalwand des Entgasungskanals keine vollständige Durchschneidung und/oder Durchbrechung und/oder Durchtrennung aufweisen. Beispielsweise kann die Kontur des Abschirmelements zumindest bereichsweise eingeschlitzt und/oder geprägt und/oder vorgestanzt sein, aber nicht durchgeschlitzt oder durschnitten oder durchlocht oder Ähnliches. Eine derartige Materialschwächung kann zum Beispiel auf einfache Weise durch eine Laser-Bearbeitung der Kanalwand des Entgasungskanals bereitgestellt werden. Die Kontur ist damit in einem vom ersten Elementende verschiedenen Bereich vorgeschnitten oder vorgeprägt, aber nicht durchgeschnitten. Dies hat den großen Vorteil, dass das Abschirmelement in seiner Ausgangsposition die im Öffnungsbereich vorgesehene freigebbare Öffnung vollständig verschließt und auch keine keinen Perforationslöcher oder Ähnliches vorhanden sind. Dadurch kann kein durch den Entgasungskanal strömendes Gas ausdringen, selbst nicht durch kleinste Öffnungen, wie dies im Falle einer Perforation der Fall wäre. Die Schutzwirkung durch das Abschirmelement kann dadurch weiter gesteigert werden.
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Bei einer weiteren, sehr vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist der Entgasungskanal eine der ersten Kanalwand gegenüberliegende zweite Kanalwand auf, wobei der Entgasungskanal derart ausgebildet ist, dass im Fall, dass dieser auf dem Batteriemodul angeordnet ist und Gas aus der Entgasungsöffnung der mindestens einen Batteriezelle austritt, das austretende Gas das Abschirmelement aus seiner Ausgangsposition derart bewegt, dass das zweite Elementende in das Innere des Entgasungskanals bis zur zweiten Kanalwand bewegt wird und das Abschirmelement umgeformt, insbesondere gekrümmt, wird.
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Dadurch lässt es sich vorteilhafterweise bewerkstelligen, dass das aufklappende Abschirmelement an einer darüberliegenden Fläche des Entgasungskanals, welche durch die zweite Kanalwand bereitgestellt wird, abgestützt wird und sich umformen kann. Dadurch wird verhindert, dass das Abschirmelement nach hinten, das heißt entgegen der definierten Strömungsrichtung, umklappt. Zusätzlich kann es hierdurch erreicht werden, dass sich das Abschirmelement verbiegt und dabei krümmt, wodurch dessen Strömungseigenschaften verbessert werden. Dadurch lässt sich das Abschirmelement automatisch strömungsoptimiert formen.
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Um dies zu ermöglichen, ist es des Weiteren vorteilhaft, wenn das Abschirmelement in seiner Ausgangsposition eine Länge, das heißt einen Abstand zwischen erstem und zweitem Elementende aufweist, die größer ist als der Wandabstand der ersten und zweiten Kanalwand. Weiterhin ist das Abschirmelement möglichst dünnwandig ausgebildet, zum Beispiel mit einer Wandstärke im Bereich von 0,5 mm oder im Allgemeinen bis maximal 1 mm. Dadurch kann sich das Abschirmelement besonders einfach unter der Krafteinwirkung des Gasstroms des aus der zugeordneten Batteriezelle ausdringenden Gases umformen beziehungsweise verbiegen.
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Der Entgasungskanal kann zum Beispiel zweiteilig oder mehrteilig ausgebildet sein und zum Beispiel eine Unterschale und eine Oberschale umfassen, die voneinander separierbar sind. Die Unterschale kann zum Beispiel die erste Kanalwand umfassen und zur Anordnung auf dem Batteriemodul vorgesehen sein, während die Oberschale zum Beispiel die zweite Kanalwand umfassen kann und auf die Oberschale aufgesetzt und mit dieser verbunden werden kann. Die Unterschale kann dann entsprechend die jeweiligen Öffnungsbereiche mit den Abschirmelementen umfassen. Der Entgasungskanal kann also aus zwei Schalen bestehen, wobei im Allgemeinen in einer der beiden Schalen das mindestens eine Abschirmelement angeschnitten oder ausgeschnitten ist, insbesondere entlang seiner vom ersten Elementende verschiedenen Kontur. Alternativ kann der Entgasungskanal auch als einstückiges Rohr ausgebildet sein, welches die betreffenden Abschirmelemente umfasst.
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Des Weiteren betrifft die Erfindung auch eine Batterie mit einem erfindungsgemäßen Entgasungskanal oder einer seiner Ausführungsformen. Die für den erfindungsgemäßen Entgasungskanal und seine Ausführungsformen beschriebenen Vorteile gelten damit in gleicher Weise für die erfindungsgemäße Batterie. Die Batterie stellt dabei vorzugsweise eine Batterie für ein Kraftfahrzeug, besonders bevorzugt eine Hochvoltbatterie, dar. Weiterhin weist die Batterie das mindestens eine Batteriemodul mit der mindestens einen Batteriezelle mit der Entgasungsöffnung auf, wobei der Entgasungskanal vorzugsweise derart auf dem mindestens einen Batteriemodul angeordnet ist, dass der Öffnungsbereich des Entgasungskanals in Überdeckung mit der Entgasungsöffnung der mindestens einen Batteriezelle angeordnet ist. Die Batterie kann insbesondere wie oben bereits definiert ausgebildet sein.
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Des Weiteren betrifft die Erfindung auch ein Kraftfahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Batterie oder einer ihrer Ausführungsformen.
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Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug ist bevorzugt als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen oder Lastkraftwagen, oder als Personenbus oder Motorrad ausgestaltet. Des Weiteren ist das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug vorzugsweise als Elektro- und/oder Hybridfahrzeug ausgebildet.
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Die Erfindung umfasst auch die Kombinationen der Merkmale der beschriebenen Ausführungsformen. Die Erfindung umfasst also auch Realisierungen, die jeweils eine Kombination der Merkmale mehrerer der beschriebenen Ausführungsformen aufweisen, sofern die Ausführungsformen nicht als sich gegenseitig ausschließend beschrieben wurden.
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Im Folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Dabei zeigt:
- 1 eine perspektivische Darstellung eines Schnitts durch eine Hochvoltbatterie für ein Kraftfahrzeug mit einem Entgasungskanal gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
- 2 eine perspektivische Detaildarstellung des Schnitts durch die Batterie gemäß 1 im Bereich des Entgasungskanals gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
- 3 eine schematische und perspektivische Darstellung der Batterie aus 1 und 2 ohne Gehäusedeckel gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
- 4 eine schematische Darstellung einer Draufsicht auf einen Entgasungskanal für ein Batteriemodul gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung; und
- 5 eine schematische Querschnittsdarstellung eines Batteriemoduls mit einem auf dem Batteriemodul angeordneten Entgasungskanal gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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Bei den im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen handelt es sich um bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Bei den Ausführungsbeispielen stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsformen jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden. Daher soll die Offenbarung auch andere als die dargestellten Kombinationen der Merkmale der Ausführungsformen umfassen. Des Weiteren sind die beschriebenen Ausführungsformen auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.
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In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen jeweils funktionsgleiche Elemente.
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1 zeigt eine schematische und perspektivische Schnittdarstellung einer Batterie 10 (siehe 3) mit einem Entgasungskanal 12 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Batterie 10 ist dabei als Hochvoltbatterie 10 ausgebildet und weist mehrere Batteriemodule 14 mit jeweils mehreren Batteriezellen 16, zum Beispiel Lithium-Ionen-Zellen, auf. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind hierbei zum einen lediglich die im Querschnitt dargestellten Batteriemodule 14 mit einem Bezugszeichen versehen, und zudem jeweils nur eine einzelne Batteriezelle 16 eines jeweiligen mit einem Bezugszeichen versehen Batteriemoduls 14. Die Batteriezellen 16 sind dabei in einer Reihe zueinander angeordnet, die zu einer Längserstreckungsrichtung des Entgasungskanals 12 korrespondiert, die in der hier dargestellten y-Richtung verläuft. Die Batteriemodule 14 sind dabei weiterhin in einem Batteriegehäuse 18 angeordnet, welches einen Gehäusedeckel 20 aufweist. Der Entgasungskanal 12 erstreckt sich dabei über alle Batteriezellen 16 der Batteriemodule 14 hinweg, die in y-Richtung in einer Reihe angeordnet sind. Weiterhin können mehrere solcher Modulreihen in x-Richtung nebeneinander angeordnet sein, wobei für eine jeweilige solche Modulreihe aus mehreren Batteriemodulen 14 ein jeweiliger, solcher Entgasungskanal 12 vorgesehen sein kann.
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Bei einem thermischen Durchgehen einer Batteriezelle entstehen üblicherweise Heißgase, die aus der Batteriezelle abgeführt werden müssen. Hierzu kann vorteilhafterweise der beschriebene Entgasungskanal 12 verwendet werden. In diesen können die aus jeweiligen Batteriezellen 12 entweichende Gase eingeführt und über diesen abgeführt werden, insbesondere aus der Batterie 10 und insbesondere auch aus dem Kraftfahrzeug, in welchem diese Batterie 10 Anwendung findet. Zur Abführung können die beschriebenen Entgasungskanäle 12 beispielsweise zunächst einem Sammelkanal 22 zugeführt werden, und dieser Sammelkanal 22 kann entsprechend eine Austrittsöffnung aufweisen, aus welcher die Gase aus der Batterie 10 austreten können. Es kann aber auch jeder Entgasungskanal 12 für sich aus der Batterie 10 herausgeführt sein.
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Damit Gase aus den jeweiligen Batteriezellen 16 kontrolliert entweichen können, weisen die jeweiligen Batteriezellen 16 typischerweise Entgasungsöffnungen 24 (vergleiche 2 und 5) auf, die im Ausgangszustand verschlossen sind, zum Beispiel wie hier durch eine Berstmembran 26 (vergleiche 2 und 5). Eine solche Berstmembran 26 kann dazu ausgelegt sein, ab einem bestimmten Überdruck innerhalb einer Batteriezelle 16 zu zerreißen und dadurch die Öffnung, das heißt die Entgasungsöffnung 24, freizugeben.
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Wie in 1 zu sehen ist, ist der Entgasungskanal 12 länglich ausgebildet, was es vorteilhafterweise ermöglicht, die aus den Batteriezellen 16 austretenden Gase in Form eines Gasstroms gezielt in einer Strömungsrichtung, die zur hier dargestellten y-Richtung korrespondiert, abzuführen und zu lenken. Je nach Geometrie und Führungsrichtung eines solchen Gaskanals 12 kann der Gasstrom damit in beliebige Richtungen gelenkt werden, je nach Anforderung im Fahrzeug. Das aus einer Batteriezelle 16 austretende Gas, welches entsprechend in der Strömungsrichtung y entlang des Entgasungskanals 12 geleitet wird, überstreicht damit auch die Kopplungspunkte anderer Batteriezellen 16, an welchen diese Batteriezellen 16 mit dem Entgasungskanal 12 gekoppelt sind.
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Bei herkömmlichen Batterien hat dies den großen Nachteil, dass dieses Heißgas damit den Bereich der genannten Berstöffnungen der anderen Batteriezellen, insbesondere noch intakter Batteriezellen, überstreicht und unter Umständen deren empfindliche Berstmembran zerstört und zum Teil in noch intakte Batteriezellen eindringen kann. Zudem entstehen hierdurch eine thermische Kopplung und eine enorme Erhitzung noch intakter Batteriezellen durch dieses Heißgas anderer Batteriezellen. Dies wiederum hat zur Folge, dass sich auch noch intakte Batteriezellen sehr stark erhitzen und demzufolge ebenfalls thermisch durchgehen, was eine sich sehr schnell ausbildende Kettenreaktion zur Folge hat. Dies kann nun durch die Erfindung oder ihre Ausführungsformen vorteilhafterweise verhindert oder zumindest hinausgezögert werden, wie dies nun im Folgenden näher erläutert wird.
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Insbesondere wird es dadurch bewerkstelligt, indem ein jeweiliger Öffnungsbereich, über welchen aus einer Batteriezelle 16 ausdringendes Gas in den Entgasungskanal 12 eindringen kann, ein Abschirmelement aufweist, welches dazu ausgelegt ist, ein durch den Entgasungskanal 12 über den Öffnungsbereich strömendes Gas an einem Ausdringen aus dem Entgasungskanal 12 durch den betreffenden Öffnungsbereich zumindest zum Großteil zu hindern.
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Hierzu zeigt 2 ein erstes Beispiel einer möglichen Ausbildung solcher Abschirmelemente 28 des Entgasungskanals 12. Insbesondere zeigt 2 eine Detailansicht eines Ausschnitts der Batterie 10 aus 1 im Bereich des Entgasungskanals 12. 3 zeigt weiterhin ebenfalls eine schematische und perspektivische Darstellung der Batterie 10 aus 1, jedoch ohne den Gehäusedeckel, so dass hier die in mehreren Reihen in y-Richtung angeordneten Batteriemodule 14 mit auf den jeweiligen Modulreihen angeordneten Entgasungskanälen 12 gut zu erkennen sind. Für eine jeweilige Batteriezelle 16 weist der Entgasungskanal 12 dabei einen Öffnungsbereich 30 auf, der einer jeweiligen Entgasungsöffnung 24 der zugeordneten Batteriezelle 16 zugeordnet ist, insbesondere derart, dass das aus der zugeordneten Entgasungsöffnung 24 aus der Batteriezelle 16 austretende Gas durch den zugeordneten Öffnungsbereich 30 in ein Inneres des Entgasungskanals 12 eindringen kann.
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Jeder Öffnungsbereich 30 umfasst ein Abschirmelement 28, welches so ausgebildet ist, dass den Öffnungsbereich 30 überströmendes Gas daran gehindert wird, aus dem Entgasungskanal 12 auszudringen. Im vorliegenden Beispiel wird es durch ein permanent erhabenes Abschirmelement 28 erreicht, das heißt dieses Abschirmelement 28 ist über ein Grundelement 34 erhaben, welches Teil einer Kanalwand 36 des Entgasungskanals 12 ist, welche den Batteriezellen 16 zugewandt ist, wobei dieses Grundelement 34 von den Öffnungsbereichen 34 verschieden ist. Mit anderen Worten kann dieses Grundelement 34 den Restbereich einer unteren Kanalwand 36 des Entgasungskanals 12 definieren, welcher von den Öffnungsbereichen 30 verschieden ist. Dieses Grundelement 34 kann zum Beispiel als ebenes Blech ausgeführt sein. Die Abschirmelemente 28 weisen weiterhin ein erstes Elementende 28a auf, welches am Grundelement angeordnet ist, und ein gegenüberliegendes Elementende 28b, welches einen Abstand zum Grundelement 34 aufweist. Das Abschirmelement 28 verläuft also in der hier dargestellten y-Richtung betrachtet vom Grundelement 34 nach oben und ist dabei gekrümmt. Dies ist strömungstechnisch von Vorteil. Zudem befindet sich hierdurch die Öffnung 38 im Öffnungsbereich 30 in z-Richtung unterhalb des Abschirmelements 28 im Windschatten dieses Abschirmelements 28, wenn der Entgasungskanal 12 in y-Richtung von einem Gasstrom durchströmt wird. Bei der Öffnung 38 im Übereinstimmungsbereich 30 handelt es sich also um eine permanente Öffnung, die auch dann besteht, wenn die zugeordnete Batteriezelle 16 aktuell nicht entgast.
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In diesem Beispiel ist das Abschirmelement 28 halbkuppelförmig beziehungsweise strandmuschelförmig über der Öffnung 38 angeordnet, wodurch diese geschützt ist. Gleichzeitig ist durch diese Geometrie des Abschirmelements 28 eine Lenkung des aus der zugeordneten Batteriezelle 16 austretenden Gasstroms in y-Richtung des Entgasungskanals 12 möglich. Auch dadurch werden Verwirbelungen reduziert, was besonders vorteilhaft ist, da Verwirbelungen zu einer Ablagerung von Gaspartikeln im Entgasungskanal 12 und zum Verstopfen von diesem führen könnten. Durch die strömungsoptimierte Ausbildung der Abschirmelemente 28 sowie durch die Gaslenkung, die durch die Geometrie dieser Abschirmelemente 28 bereitgestellt wird, werden eine besonders schnelle und effiziente Ableitung des Heißgases und zugleich eine thermische Entkopplung thermisch durchgehender Zellen und noch intakter Batteriezellen ermöglicht. Dadurch kann eine Kettenreaktion deutlich länger hinausgezögert werden, wodurch für längere Zeit ein Schutz der Insassen eines verunfallten Kraftfahrzeugs bereitgestellt werden kann.
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Neben der Möglichkeit, diese Schutzwirkung durch starre Abschirmelemente 28, wie zuvor beschrieben, bereitzustellen, besteht auch vorteilhafterweise die Möglichkeit, ein solches Abschirmelement 28 beweglich, zum Beispiel in Form einer Klappe, auszuführen, welche die Öffnung 38 im Öffnungsbereich 30 erst dann freigibt, wenn die betreffende zugeordnete Batteriezelle 16 ausgast. Dies wird nunmehr anhand von 4 und 5 beschrieben. 4 zeigt dabei eine schematische Draufsicht auf einen Entgasungskanal 12 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung und 5 eine schematische Schnittdarstellung durch ein Batteriemodul 14 mit zumindest einer Batteriezelle 16 und einem darauf angeordneten Entgasungskanal 12 zu drei aufeinanderfolgenden Zeitschritten gemäß diesem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung. Insbesondere können die Batterie 10, die dieses Batteriemodul 14 und auch den Entgasungskanal 12 umfasst, sowie auch der Entgasungskanal 12 selbst so, wie zuvor beschrieben, ausgebildet sein bis auf die nachfolgend näher erläuterten Unterschiede. Auch hierbei weist der Entgasungskanal 12 wiederum mehrere in y-Richtung in einer Reihe angeordnete Öffnungsbereiche 30, die jeweils eine Entgasungsöffnung 24 einer betreffenden Batteriezelle 16 zugeordnet sind. Im intakten Zustand einer Batteriezelle 16 sind diese Entgasungsöffnungen 24 durch eine Berstmembran 26 verschlossen, die öffnet beziehungsweise zerreißt, wenn der Druck innerhalb einer Batteriezelle 16 zu groß wird. Hierdurch kann das in der Batteriezelle 16 entstehende Gas 40 aus dieser austreten. In 5 ist das austretende Gas 40 insbesondere in Form von Pfeilen dargestellt.
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5 zeigt insbesondere die Anordnung einer Batteriezelle 16 und des Entgasungskanals 12 zu drei verschiedenen, aufeinanderfolgenden Zeitschritten t1, t2, t3. Zu einem ersten Zeitschritt t1 befindet sich die Batteriezelle 16 noch im intakten Zustand, und es tritt noch kein Gas aus der Batteriezelle 16 aus. Zum späteren Zeitpunkt t2 beginnt die Batteriezelle 16 auszugasen. Durch den steigenden Gasdruck im Inneren der Batteriezelle 16 zerreißt die Berstmembran 26, und das Gas 40 tritt aus der Batteriezelle 16 aus. Durch das austretende Gas wird das Abschirmelement 28 von unten in z-Richtung mit einer Kraft beaufschlagt. Bedingt durch diese Kraftbeaufschlagung bewegt sich das Abschirmelement 28 zum Teil in z-Richtung nach oben. Insbesondere bleibt dabei das erste Elementende 28a wiederum am Grundelement 34 fix angeordnet. Das gegenüberliegende zweite Elementende 28b wird durch den austretenden Gasstrom nach oben, das heißt in z-Richtung gedrückt. Um diese Bewegung des Abschirmelements 28 zu ermöglichen, ist die Kontur 42 des Abschirmelements 28 bis auf das erste Elementende 28a mit einer Materialschwächung ausgebildet. Diese Materialschwächung kann in Form einer durchgehenden Schlitzung bereitgestellt sein und/oder in Form einer Perforation. Die Materialschwächung kann aber auch so ausgebildet sein, dass kein vollständiger Durchbruch der Kanalwand 36 im Öffnungsbereich 30 beziehungsweise entlang der Kontur 42 vorhanden ist. Beispielsweise kann diese Kontur 42 eine reduzierte Wandstärke aufweisen und zum Beispiel eingeritzt sein. In jedem Fall wird durch eine solche Materialschwächung vorteilhafterweise eine Sollbruchstelle bereitgestellt, die im Falle eines aus der zugeordneten Batteriezelle 16 austretenden Gasstroms 40 ein Bewegen des Abschirmelements 28 in z-Richtung ermöglicht, das heißt aus der Ebene des Grundelements 34 heraus. So kann das der Entgasungskanal 12, insbesondere die untere Struktur des Entgasungskanals 12 bzw. Leitkanals 12, mit vorgeschnittenen Auslassöffnungen 28 bzw. definierten Bestöffnungsausschnitten 28 bereitgestellt werden, die bei Druck hochklappen, und die entsprechend die Abschirmelemente 28 bereitstellen.
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Dies hat den großen Vorteil, dass im Ausgangszustand beziehungsweise der Ausgangsposition des Abschirmelements 28, die zum Zeitpunkt t1 veranschaulicht ist, im Öffnungsbereich 30 keine Öffnung 28 vorhanden ist, sondern diese Öffnung 28 erst entsteht, wenn das Abschirmelement 28 zum Teil nach oben bewegt wird. Dadurch ist ein noch besserer Schutz der betreffenden, noch intakten Batteriezelle 16 gegeben.
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Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn sich das Abschirmelement 28 beim Öffnen bei einer der ersten Kanalwand 36 gegenüberliegenden zweiten Kanalwand 44 abstützt, wie dies zum Zeitpunkt t3 veranschaulicht ist. Das Abschirmelement 28 wird also in z-Richtung so weit nach oben gedrückt, bis dessen zweites Elementende 28b an dieser zweiten Kanalwand 44 zur Anlage kommt. Anschließend wird durch den weiteren austretenden Gasstrom 40 und die dadurch auf das Abschirmelement 28 wirkenden Kräfte dieses umgeformt beziehungsweise gekrümmt. Dadurch ergibt sich automatisch eine strömungstechnisch vorteilhafte Geometrie des Abschirmelements 28. Weiterhin wird hierdurch auch das austretende Gas 40 gezielt in Strömungsrichtung, das heißt der hier dargestellten y-Richtung, gelenkt. Verwirbelungen können wiederum vermieden werden. In diesem Beispiel ist das Abschirmelement also durch ein hitzebeständiges Berstöffnungselement bereitgestellt, welches über der Entgasungsöffnung 24 an der betreffenden Batteriezelle 16 angebracht ist, welche sich beim Entgasen der Zelle 16 aktiv ausformt und das austretende Gas 40 ableitet. Es ist also ein über den Zellen angebrachter Kanal 12 bereitgestellt, welcher sich partiell öffnet, sobald das Heißgas 40 austritt. Oberhalb des Entgasungskanals 12 kann im Übrigen der Gehäusedeckel 20 des Batteriegehäuses 18 angeordnet sein.
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Insgesamt zeigen die Beispiele, wie durch die Erfindung eine aktiv steuerbare Gaslenkung bereitgestellt werden kann, die durch das Vorsehen eines Abschirmelements eine schnelle Ableitung eines im Falle eines Defekts oder Unfalls aus Zellen austretenden Heißgases ermöglicht und dadurch einen Schutz von Insassen des Kraftfahrzeugs für eine längere Zeit. Zusätzlich können Kosten- und Gewichtseinsparungen durch den Verzicht von Zusatzmaßnahmen erzielt werden.
