DE102021112082A1

DE102021112082A1 - Entgasungsvorrichtung sowie Traktionsbatterie und Kraftfahrzeug mit einer solchen

Info

Publication number: DE102021112082A1
Application number: DE102021112082.9A
Authority: DE
Inventors: Sebastian Hoelle; Savo Asanin; Alexander Mueller; Aron Varga
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2021-05-10
Filing date: 2021-05-10
Publication date: 2022-11-10
Also published as: CN115332716A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Entgasungsvorrichtung (4; 14) für eine Traktionsbatterie (1) zum Abführen von Gasen aus der Traktionsbatterie (1), mit mehreren, voneinander beabstandeten Gittern (6), welche Gitteröffnungen (7) aufweisen; einem ersten Gasströmungspfad (8) zum Führen eines ersten Gasstroms derart, dass er die Gitter (6) nacheinander über deren Gitteröffnungen (7) durchströmt, und einem zweiten Gasströmungspfad (9) zum Führen eines zweiten Gasstroms derart, dass er entlang der Gitter (6), in Zwischenräumen zwischen benachbarten Gittern (6) geführt wird. Darüber hinaus betrifft die Erfindung eine Traktionsbatterie (1) sowie ein Kraftfahrzeug mit solch einer Entgasungsvorrichtung (4; 14).

Description

Die Erfindung betrifft eine Entgasungsvorrichtung zum Abführen eines Gasstroms aus einer Traktionsbatterie, welcher im Falle einer Entgasung von Speicherzellen der Traktionsbatterie entsteht. Darüber hinaus betrifft die Erfindung eine Traktionsbatterie sowie ein Kraftfahrzeug mit solch einer Entgasungsvorrichtung.
Im Falle eines thermischen Events einer Batteriezelle bzw. Speicherzelle entstehen heiße Gase und Partikel, die aus der Speicherzelle ausströmen (sog. Venting). Innerhalb des Hochvoltspeichergehäuses führt ein solches Ausgasen zu einem Druckanstieg. Um einen zu hohen Innendruck im Speicher zu vermeiden, muss das heiße Gas folglich aus dem Speicher ausgeleitet werden. Hierfür sind bereits sog. Entgasungs- und Kondensatabfuhreinheiten bekannt. Bei diesen wird ab einem bestimmten Druck eine Berstmembran aufgebrochen, sodass die heißen Gase aus dem Hochvoltspeicher geleitet werden. Die dadurch entstehende Strömung reißt die ebenfalls aus der Speicherzelle austretenden Partikel mit. In besonders kritischen Fällen könnten diese Partikel dazu führen, dass sich die austretenden Gase entzünden, wenn sich diese außerhalb des Hochvoltspeichers mit Umgebungsluft vermischen. Die Partikel könnten dann als Zündquelle dienen. Ein solches Entzünden ist zu verhindern.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung die vorstehend genannten Probleme zumindest teilweise zu beseitigen. Diese Aufgabe wird durch eine Entgasungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, eine Traktionsbatterie gemäß Anspruch 7 sowie ein Kraftfahrzeug gemäß Anspruch 10 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird eine Entgasungsvorrichtung für eine Traktionsbatterie zum Abführen von Gasen aus der Traktionsbatterie bereitgestellt, mit mehreren, voneinander beabstandeten Gittern, welche Gitteröffnungen aufweisen; einem ersten Gasströmungspfad zum Führen eines ersten Gasstroms derart, dass er die Gitter nacheinander über deren Gitteröffnungen durchströmt, und einem zweiten Gasströmungspfad zum Führen eines zweiten Gasstroms derart, dass er entlang der Gitter, in Zwischenräumen zwischen benachbarten Gittern geführt wird. Dies hat den Vorteil, dass der erste Gasstrom inkl. seiner Partikel entlang des ersten Gasströmungspfads durch die nacheinander durchströmten Gitter gefiltert wird, so dass der erste Gasstrom beim Verlassen der Entgasungsvorrichtung möglichst keine Partikel mehr enthält. Darüber hinaus werden an den Gitteröffnungen anhaftende Partikel durch den zweiten Gasstrom des zweiten Gasströmungspfads weitergetragen, so dass verhindert wird, dass die an den Gitteröffnungen anhaftende Partikel die Gitteröffnungen zusetzen.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung sind die Gitteröffnungen von benachbarten Gittern in einer Richtung senkrecht zur Richtung des ersten Gasströmungspfads zueinander versetzt angeordnet. Dadurch wird die Filterwirkung entlang des ersten Gasströmungspfad noch mehr verbessert und die Wahrscheinlichkeit erhöht, dass Partikel von einem der Gitter aus dem Gasstrom gefiltert werden.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung sind entlang des ersten Gasströmungspfads die Gitteröffnungen von Gitter zu Gitter kleiner. Auch dies verbessert die Filterwirkung, weil von Gitter zu Gitter die Partikelmenge im Gasstrom kleiner wird und somit die Gitteröffnungen verkleinert werden können, was gleichzeitig die Filterwirkung erhöht.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist der zweite Gasströmungspfad stromabwärts der Gitter eine Querschnittsverengung auf. Dies verbessert die Förderung eines Gasstroms entlang des zweiten Gasströmungspfads.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist der zweite Gasströmungspfad stromaufwärts der Gitter einen sich verjüngenden Eingangsbereich auf. Dies verbessert die Förderung eines Gasstroms entlang des zweiten Gasströmungspfads.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung sind die Gitter aktiv kühlbar. Dadurch wird der Gasstrom entlang des ersten Gasströmungspfads abgekühlt und hat somit beim Verlassen der Entgasungsvorrichtung und beim Eintritt in die Umgebung eine niedrigere Temperatur, die idealerweise unterhalb der Entzündungstemperatur der austretenden Gase liegt.
Darüber hinaus stellt die vorliegende Erfindung eine Traktionsbatterie bereit, mit einer Vielzahl von Speicherzellen, die miteinander elektrisch seriell und/oder parallel verbunden sind; einem Speichergehäuse, welches die Speicherzellen einhaust, und einem Entgasungsausgang, über welchen bei einem Ausgasen der Speicherzellen Gase ausleitbar sind, wobei am und/oder im Entgasungsausgang eine solche Entgasungsvorrichtung angeordnet ist.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Traktionsbatterie ist die Entgasungsvorrichtung innerhalb des Speichergehäuses angeordnet.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Traktionsbatterie ist im ersten Gasströmungspfad, stromabwärts der Gitter eine Berstmembran vorgesehen. Durch die Berstmembran kann das Speichergehäuse in einem Normalbetrieb dicht gehalten werden.
Darüber hinaus stellt die vorliegende Erfindung ein Kraftfahrzeug mit solch einer Entgasungsvorrichtung oder solch einer Traktionsbatterie bereit.
Nachfolgend wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. In diesen Zeichnungen ist Folgendes dargestellt:

1 zeigt schematisch eine Traktionsbatterie gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
2 zeigt schematisch eine Entgasungsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, und
3 zeigt schematisch eine Weiterbildung der Entgasungsvorrichtung aus 2.

1 zeigt schematisch eine Traktionsbatterie 1 bzw. einen Energiespeicher, der eine Vielzahl von elektrochemischen Speicherzellen 2 aufweist. Die Traktionsbatterie 1 ist in einem Kraftfahrzeug (nicht dargestellt) angeordnet. Das Kraftfahrzeug ist insbesondere ein Personenkraftwagen. Es handelt sich um ein elektrifiziertes Kraftfahrzeug, das zumindest zeitweise elektrisch angetrieben wird. Die Speicherzellen 2 sind miteinander elektrisch seriell und/oder parallel verbunden, insbesondere sind alle Speicherzellen miteinander elektrisch seriell verbunden, sind alle Speicherzellen miteinander elektrisch parallel verbunden, die Speicherzellen sind gruppiert und innerhalb einer Gruppe miteinander elektrisch seriell verbunden während die Gruppen miteinander elektrisch parallel verbunden sind oder die Speicherzellen sind gruppiert und innerhalb einer Gruppe miteinander elektrisch parallel verbunden während die Gruppen miteinander elektrisch seriell verbunden sind. Die Speicherzellen sind wieder aufladbar, speichern elektrische Energie und stellen diese zumindest für einen Antrieb des Kraftfahrzeugs bereit. Bei den Speicherzellen handelt es sich beispielsweise um zylinderförmige Speicherzellen (sog. Rundzellen), quaderförmige Speicherzellen (sog. prismatische Zellen) oder Pouchzellen.
Ein Speichergehäuse 3 haust die Speicherzellen 2 ein, insbesondere haust das Speichergehäuse 3 die Speicherzellen flüssigkeitsdicht, insbesondere fluiddicht ein.
Es ist bekannt, dass Speicherzellen 2 in einem Fehlerfall ausgasen können, d.h. es tritt ein Gasstrom, in welchem auch Partikel enthalten sind, aus den Speicherzellen 2 aus und strömt in das Innere des Speichergehäuses 3. Von dort muss der Gasstrom nach außen, an eine Umgebung des Kraftfahrzeugs abgeführt werden.
Zum Abführen des Gasstroms aus dem Speichergehäuse 3 ist die erfindungsgemäße Entgasungsvorrichtung 4 vorgesehen, die nachfolgend unter Bezugnahme auf die 2 und 3 genauer erläutert wird. Stromabwärts der Entgasungsvorrichtung 4 bzw. ausgangsseitig der Entgasungsvorrichtung 4 ist ein Entgasungsausgang 5 vorgesehen. Dieser Entgasungsausgang 5 kann beispielsweise durch ein Ventil oder eine Berstmembran umgesetzt sein, so dass einerseits im Normalfall das Speichergehäuse 3 verschlossen, insbesondere fluiddicht verschlossen, bleibt und andererseits in einem Fehlerfall, beim Ausgasen der Speicherzellen, ein Durchgang zwischen dem Inneren des Speichergehäuses 3 und der Umgebung des Kraftfahrzeugs geschaffen wird.
2 zeigt schematisch eine Entgasungsvorrichtung 4 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Entgasungsvorrichtung 4 weist mehrere Gitter 6 auf, die jeweils Gitteröffnungen 7 aufweisen. Die Gitter 6 sind jeweils flache Bleche, in denen die Gitteröffnungen 7 in Form von Durchgangsöffnungen ausgebildet sind. Die Gitter 6 sind beabstandet zueinander angeordnet und im Wesentlichen parallel zueinander. Ein aus dem Speichergehäuse 3 abzuführender erster Gasstrom strömt entlang einem ersten Gasströmungspfad 8, der den ersten Gasstrom derart führt, dass dieser die Gitter 6 nacheinander über deren Gitteröffnungen 7 durchströmt. Dabei ist der erste Gasströmungspfad 8 im Wesentlichen senkrecht zu Gitterebenen der Gitter 6. Die Gitterebenen sind die Ebenen, die von den flachen Gittern aufgespannt werden. Die Gitteröffnungen 7 werden entlang des ersten Gasströmungspfads 8 von Gitter 6 zu Gitter 6 kleiner. Die Gitteröffnungen 7 von benachbarten Gittern 6 sind insbesondere versetzt zueinander angeordnet. Wenn der erste Gasstrom entlang des ersten Gasströmungspfads 8 die Gitter 6 durchströmt, lagern sich die im Gasstrom mitgeführten Partikel an Rändern der Gitteröffnungen 7 ab. Um zu verhindern, dass diese Partikel die Gitteröffnungen 7 zusetzen, ist ein zweiter Gasstrom entlang eines zweiten Gasströmungspfads 9 vorgesehen, welcher einen Gasstrom entlang der Gitter 6, in Zwischenräumen zwischen benachbarten Gittern 6 führt. D.h. der zweite Gasströmungspfad 9 ist im Wesentlichen parallel zu den Gitterebenen. Der zweite Gasstrom entlang des zweiten Gasströmungspfads 9 verringert oder verhindert ein Ablagern der Partikel an den Rändern der Gitteröffnungen 7 und verhindert somit, dass sich die Gitteröffnungen 7 zusetzen.
Der zweite Gasströmungspfad 9 ist insbesondere derart ausgestaltet, dass dessen Strömungsvolumen und/oder dessen Strömungsgeschwindigkeit verglichen mit dem ersten Gasströmungspfad 8 kleiner ist.
3 zeigt schematisch eine Weiterbildung der Entgasungsvorrichtung 4 aus 2. Es gilt für diese Weiterbildung die vorhergehende Beschreibung und es wird nur auf die Unterschiede zum Ausführungsbeispiel aus 2 eingegangen.
Wie in 3 schematisch dargestellt, weist die Entgasungsvorrichtung 14 eine Querschnittsverengung 10 auf, die stromabwärts des zweiten Gasströmungspfads 9 bzw. stromabwärts der Gitteröffnungen 7 vorgesehen ist. Die Querschnittsverengung 10 weist insbesondere einen sich in Strömungsrichtung des zweiten Gasströmungspfads 9 verjüngenden Durchströmungsquerschnitt auf. Dies soll dazu führen, dass durch die Querschnittsverjüngung 10 die Strömungsgeschwindigkeit im Bereich der Querschnittsverjüngung erhöht wird, wodurch eine Strömung entlang des zweiten Gasströmungspfads 9 gefördert wird.
Alternativ oder zusätzlich könnte stromaufwärts des zweiten Gasströmungspfads 9 bzw. stromaufwärts der Gitteröffnungen 7 ein sich in Strömungsrichtung des zweiten Gasströmungspfads 9 verjüngender Eingangsbereich vorgesehen sein, der beispielsweise in Form eines Trichters ausgebildet ist. Dies hätte denselben Effekt wie im vorstehenden Absatz erwähnt.
Gemäß einer weiteren Weiterbildung können die Gitter 9 der Entgasungsvorrichtung 14 aktiv gekühlt werden. Beispielsweise könnten diese von einem Kühl- oder Kältemittel durchströmt werden.
Während die Erfindung detailliert in den Zeichnungen und der vorangehenden Beschreibung veranschaulicht und beschrieben wurde, ist diese Veranschaulichung und Beschreibung als beispielhaft und nicht als beschränkend zu verstehen und es ist nicht beabsichtigt die Erfindung auf die offenbarten Ausführungsbeispiele zu beschränken. Die bloße Tatsache, dass bestimmte Merkmale in verschiedenen abhängigen Ansprüchen genannt sind, soll nicht andeuten, dass eine Kombination dieser Merkmale nicht auch vorteilhaft genutzt werden könnte.

Claims

Entgasungsvorrichtung (4; 14) für eine Traktionsbatterie (1) zum Abführen von Gasen aus der Traktionsbatterie (1), mit mehreren, voneinander beabstandeten Gittern (6), welche Gitteröffnungen (7) aufweisen; einem ersten Gasströmungspfad (8) zum Führen eines ersten Gasstroms derart, dass er die Gitter (6) nacheinander über deren Gitteröffnungen (7) durchströmt, und einem zweiten Gasströmungspfad (9) zum Führen eines zweiten Gasstroms derart, dass er entlang der Gitter (6), in Zwischenräumen zwischen benachbarten Gittern (6) geführt wird.
Entgasungsvorrichtung (4; 14) gemäß Anspruch 1, wobei die Gitteröffnungen (7) von benachbarten Gittern in einer Richtung senkrecht zur Richtung des ersten Gasströmungspfads (8) zueinander versetzt angeordnet sind.
Entgasungsvorrichtung (4; 14) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei entlang des ersten Gasströmungspfads (8) die Gitteröffnungen (7) von Gitter (6) zu Gitter (6) kleiner sind.
Entgasungsvorrichtung (14) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der zweite Gasströmungspfad (9) stromabwärts der Gitter (6) eine Querschnittsverengung (10) aufweist.
Entgasungsvorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der zweite Gasströmungspfad (9) stromaufwärts der Gitter (6) einen sich verjüngenden Eingangsbereich aufweist.
Entgasungsvorrichtung (4; 14) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Gitter (6) aktiv kühlbar sind.
Traktionsbatterie (1) mit einer Vielzahl von Speicherzellen (2), die miteinander elektrisch seriell und/oder parallel verbunden sind; einem Speichergehäuse (3), welches die Speicherzellen (2) einhaust, und einem Entgasungsausgang (5), über welchen bei einem Ausgasen der Speicherzellen (2) Gase ausleitbar sind, wobei am und/oder im Entgasungsausgang (5) eine Entgasungsvorrichtung (4; 14) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6 angeordnet ist.
Traktionsbatterie (1) gemäß Anspruch 7, wobei die Entgasungsvorrichtung (4; 14) innerhalb des Speichergehäuses (3) angeordnet ist.
Traktionsbatterie (1) gemäß Anspruch 7 oder 8, wobei im ersten Gasströmungspfad (8), stromabwärts der Gitter (6) eine Berstmembran vorgesehen ist.
Kraftfahrzeug mit einer Entgasungsvorrichtung (4; 14) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6 oder einer Traktionsbatterie (1) gemäß einem der Ansprüche 7 bis 9.