DE102021120336A1

DE102021120336A1 - Entlüftungsvorrichtung mit einem Entlüftungskanal

Info

Publication number: DE102021120336A1
Application number: DE102021120336.8A
Authority: DE
Inventors: Hartung Wilstermann; Markus Meiler; Dirk Scheid; Roland Weixler; Ulrich Hammer
Original assignee: Webasto SE
Current assignee: Webasto SE
Priority date: 2021-08-04
Filing date: 2021-08-04
Publication date: 2023-02-09
Also published as: WO2023012262A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Entlüftungskanal (1) zum Entlüften und/oder Auffangen von Funken (3) im Fehlerfall einer Batteriezelle (20), umfassend eine Innenseitenkonturierung des Entlüftungskanals (1) mit mindestens einer Ablenkeinrichtung (2), wobei die Ablenkeinrichtung (2) ausgelegt ist, einen Volumenstrom (F) im Entlüftungskanal (1) turbulent abzulenken.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Entlüftungsvorrichtung mit einem Entlüftungskanal zum Entlüften und/oder Auffangen von Funken beim thermischen Durchgehen einer in einem Batteriemodul angeordneten Batteriezelle, vorzugsweise zum Aufbau einer Traktionsbatterie für ein Fahrzeug.
Stand der Technik
Elektrisch angetriebene Fahrzeuge können als rein elektrisch angetriebene Fahrzeuge oder als Hybridfahrzeuge vorliegen. Derartige elektrisch angetriebene Fahrzeuge sind mit einem elektrischen Energiespeicher in Form einer Fahrzeugbatterie ausgestattet, die beispielsweise auch als Traktionsbatterie oder Antriebsbatterie bezeichnet wird. Diese Fahrzeugbatterie speichert die für den Fahrbetrieb notwendige elektrische Energie und stellt diese dem elektrischen Antrieb zur Verfügung.
Für den Aufbau einer Fahrzeugbatterie in einem Elektrofahrzeug ist es bekannt, einzelne Batteriezellen zusammenzuschalten und zu der Fahrzeugbatterie zusammenzubauen. Dazu werden einzelne Batteriezellen üblicher Weise zunächst in Batteriemodulen organisiert, in einer mechanischen Struktur aufgenommen und elektrisch miteinander verschaltet. Einige Batteriemodule können dann miteinander zu einer Batterie organisiert sein, welche in einem Batteriegehäuse aufgenommen ist.
Als Batteriezelle wird im Sinne der vorliegenden Offenbarung eine elektrochemische Speicherzelle, vorzugsweise eine Sekundärzelle, verstanden. Der Begriff „Zelle“ kann im Hinblick auf das physikalische Erscheinungsbild der Komponente als kleinste kontaktierbare Baueinheit verstanden werden.
Es ist daher bekannt einzelne Batteriezellen zu einem Batteriemodul zusammenzufassen.
Die Batteriezellen sind üblicherweise mit einem Berstventil zur Entgasung bei einem thermischen Durchgehen (englisch: „thermal runaway“) versehen. Es wird versucht, das in diesem Fall ausströmende Gas, gezielt abzuleiten.
Dennoch können durch das thermische Durchgehen entstehende Funken unkontrolliert aus der Batteriezelle oder dem Batteriemodul austreten, was bei Erreichen eines zündfähigen Gemisches eine Flammenbildung fördert. Dies erhöht das Risiko einer vollständigen Zerstörung von Batterie, Batteriemodul und/oder Kraftfahrzeug.
Darstellung der Erfindung
Ausgehend von dem bekannten Stand der Technik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Entlüftungsvorrichtung zum Entlüften und/oder Auffangen von Funken, beispielsweise im Fehlerfall einer Batteriezelle, bereitzustellen.
Die Aufgabe wird durch eine Entlüftungsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Figuren.
Entsprechend wird eine Entlüftungsvorrichtung mit einem Entlüftungskanal zum Entlüften und/oder Auffangen von Funken beim thermischen Durchgehen einer in einem Batteriemodul angeordneten Batteriezelle vorgeschlagen. Erfindungsgemäß ist eine Ablenkeinrichtung vorgesehen, die dazu ausgelegt ist, einen im Entlüftungskanal strömenden Volumenstrom abzulenken.
Dadurch kann erreicht werden, dass ein aus einer Batteriezelle beim thermischen Durchgehen ausgeblasener Volumenstrom, abgelenkt wird und dadurch beispielsweise mitgeführte Teile und/oder Partikel aus der Batteriezelle abgelenkt, abgebremst oder von einem Weitertransport mit dem Volumenstrom abgebremst oder gestoppt werden.
Damit kann beispielsweise bei einem thermischen Durchgehen, bei dem Temperaturen von über 1000°C erreicht werden können, eine Verbreitung von ausgestoßenen Teilen der Batteriezelle als Funken verhindert werden. Weiterhin kann dadurch eine Ausbreitung des flammgebenden Faktors, in Form von beispielsweise Funken oder anderen Partikeln, unterbunden oder zumindest reduziert werden.
Bevorzugt ist die Ablenkeinrichtung dazu eingerichtet, den Volumenstrom im Entlüftungskanal turbulent abzulenken. Durch die turbulente Ablenkung kann ein großer Teil der kinetischen Energie der Partikel und Funken vernichtet werden und damit der Volumenstrom insgesamt abgebremst werden.
Die Ablenkeinrichtung kann mindestens auf einer Innenseite des Entlüftungskanals angeordnet sein. Der Entlüftungskanal kann dabei einen Querschnitt aufweisen, der für das Entlüften einer Batteriezelle geeignet ist. Beispielsweise kann ein Entlüftungskanal einen trapezförmigen, rechteckigen oder vieleckigen Querschnitt aufweisen.
Je nach geometrischem Querschnitt kann der Entlüftungskanal eine oder mehrere Innenseiten aufweisen. Ein trapezförmiger Querschnitt kann beispielsweise eine Oberseite, zwei sich gegenüberliegende schräge Seiten und eine Unterseite, die einer Oberseite gegenüberliegt, aufweisen. Die Ablenkeinrichtung kann beispielsweise an mindestens einer Innenseite des Entlüftungskanals angeordnet sein. Für einen trapezförmigen Querschnitt kann die Ablenkeinrichtung demnach an einer der genannten Seiten angeordnet sein. Für einen Querschnitt, der sich von einem trapezförmigen Querschnitt unterscheidet, kann die Ablenkeinrichtung beispielsweise an einer Innenseite der vom Querschnitt geformten Innenseiten angeordnet sein. Ein Querschnitt des Entlüftungskanals kann einen Querschnitt aufweisen, der für eine Entlüftung geeignet ist und an mindestens einer Innenseite der vom Querschnitt gebildeten Innenseiten eine Ablenkeinrichtung aufweisen.
Eine Ablenkeinrichtung, wie hierin verwendet, kann sich auf eine Fläche, eine durchgängige Fläche, oder eine unterbrochene Fläche beziehen, die dazu konfiguriert ist, einen Volumenstrom derart zu beeinflussen, dass Verwirbelungen entstehen, beispielsweise Bereiche mit turbulenter Strömung. Dabei kann die Ablenkeinrichtung beispielsweise in den Volumenstrom hineinragen oder den Volumenstrom umlenken. Die Fläche kann als eine Kontur der Innenseite des Entlüftungskanals vorgesehen sein.
Die Ablenkeinrichtung kann zumindest teilweise einen Querschnitt des Entlüftungskanals ausfüllen. Dadurch kann die Ablenkeinrichtung ermöglichen, dass ein Volumenstrom und/oder ein Massestrom aus der Batteriezelle abgelenkt wird. Die Ablenkeinrichtung kann den Querschnitt des Entlüftungskanals zu 80 % oder weniger ausfüllen. Dies kann abschnittsweise entlang des Entlüftungskanals vorgesehen sein. Damit kann ein Volumenstrom in seiner Volumen Stromrichtung manipuliert werden und eine Verwirbelung des Volumenstroms ermöglicht werden. Weiterhin können im Strom mitgeführte Teilchen ein oder mehrmals abgelenkt werden, abgebremst oder innerhalb des Entlüftungskanals gestoppt werden. Dadurch kann beispielsweise erreicht werden, dass ein potenziell brennbares Gemisch im Falle eines thermischen Durchgehens einer Batteriezelle vor Erreichen der Zündfähigkeit der flammengebende Faktor, wie beispielsweise ein Funke entzogen werden kann.
Die Ablenkeinrichtung kann auf mindestens einer seitlichen Innenseite des Entlüftungskanals angeordnet sein. Seitlich wie hierin verwendet bezieht sich auf eine in einer Draufsicht auf den Entlüftungskanal rechts, beispielsweise einer ersten Innenseite, oder links, beispielsweise einer zweiten Innenseite, gelegene Innenseite in Bezug auf eine Mittellinie des Entlüftungskanals. Beispielsweise kann eine Ablenkeinrichtung auf einer ersten Seite und/oder einer zweiten Seite angeordnet sein. Dadurch kann beispielsweise eine Ablenkeinrichtung auf der ersten und/oder zweiten Seite es ermöglichen, dass Partikel oder Teilchen in einem Volumenstrom zu der ersten und/oder zweiten Seite hin abgelenkt werden. Damit können beispielsweise Partikel oder Teilchen aus dem Volumenstrom beispielsweise auf der ersten und/oder zweiten Seite des Entlüftungskanals gestoppt werden.
Eine Ablenkeinrichtung kann auf gegenüberliegenden Innenseiten des Entlüftungskanals angeordnet sein. Beispielsweise kann die Ablenkeinrichtung einen Volumenstrom ablenken, wenn die Ablenkeinrichtung an gegenüberliegenden Seiten angeordnet ist. Gegenüber kann sich beispielsweise darauf beziehen, dass die Innenseiten bezüglich einer Mittellinie des Entlüftungskanals auf unterschiedlichen Seiten liegen, beispielsweise auf einer ersten Seite und einer zweiten Seite. Dadurch kann beispielsweise ermöglicht werden, dass eine Ablenkung des Volumenstroms durch die Ablenkeinrichtung verstärkt werden kann.
Der Entlüftungskanal kann an einem Auslass eine Auslassablenkeinrichtung aufweisen. Dadurch kann beispielsweise ein flammgebender Faktor von Batteriezellen, die näher an einem Auslass des Entlüftungskanals angeordnet sind, durch die Auslassablenkeinrichtung abgelenkt und/oder gestoppt werden. Damit kann beispielsweise ermöglicht werden, dass ein flammgebender und/oder zündgebender Faktor sich auf weitere Bereiche innerhalb der Batterie ausbreitet. Eine Auslassablenkeinrichtung kann mit einer Ablenkeinrichtung identisch sein. Eine Auslassablenkeinrichtung kann von einer Ablenkeinrichtung umfasst sein.
Die Ablenkeinrichtung kann dazu konfiguriert sein, einen aus einer Batteriezelle austretenden Volumenstrom um im Wesentlichen 90° abzulenken. Im Fehlerfall einer Batteriezelle tritt ein Volumenstrom aus, der initial im Wesentlichen normal (senkrecht) zu einer Innenseite des Entlüftungskanals gerichtet ist. Im Wesentlichen, wie hierin verwendet kann sich beispielsweise auf eine Abweichung von mehr als 5°; oder weniger als 45° relativ zur genannten Winkelgröße beziehen. Durch eine Ablenkeinrichtung kann es ermöglicht werden, dass beispielsweise der Volumenstrom, der aus der Batteriezelle austritt, in eine Entlüftungsrichtung des Entlüftungskanals abgelenkt wird.
Der Entlüftungskanal kann an einem ersten Ende eine geschlossene Endplatte umfassen und an einem zweiten Ende, das sich von einem ersten Ende unterscheidet, einen Durchlass umfassen, wobei an dem zweiten Ende eine Funkenfalle vorgesehen ist, die mindestens einen Gasauslass aufweist. Der Entlüftungskanal und die Funkenfalle können über den Durchlass der Endplatte in Fluidkommunikation sein.
Ein Gasauslass wie hierein verwendet ist beispielsweise eine gasdurchlässige Verbindung von der Funkenfalle zur umgebenden Atmosphäre. Eine Funkenfalle kann beispielsweise an einer Seite eines Batteriemoduls angeordnet sein und so konfiguriert sein, dass ein Entlüftungskanal in die Funkenfalle entlüftet. Eine Funkenfalle kann beispielsweise so angeordnet sein, dass ein Entlüftungskanal mittig in die Funkenfalle entlüftet. Beispielsweise können Entlüftungskanal und Funkenfalle zusammen einen L-förmigen Körper bilden, der beispielsweise so angeordnet sein kann, dass der Entlüftungskanal auf einer Oberseite einer Batteriezelle oder eines Batteriemoduls angeordnet ist und die Funkenfalle an einer Seite einer Batteriezelle oder einer Seite eines Batteriemoduls.
Der Entlüftungskanal kann an einem ersten Ende eine geschlossene Endplatte umfassen und an einem zweiten Ende, das sich von einem ersten Ende unterscheidet, einen Durchlass umfassen, wobei an dem zweiten Ende eine Funkenfalle vorgesehen ist, die mindestens einen Gasauslass aufweist und wobei die Funkenfalle einen Einsatz aufweist.
Der Einsatz kann beispielsweise Basalt umfassen oder aus Basalt bestehen und eine offene Porosität aufweisen. Beispielsweise kann bei einer offenen Porosität ein Volumenstrom durch den Einsatz fließen. Dadurch kann beispielsweise ermöglicht werden, dass Funken und/oder Partikel in dem porösen Einsatz abgelenkt und/oder gestoppt werden. Damit kann beispielsweise ermöglicht werden, dass flamm- oder zündgebende Faktoren, die beispielsweise nicht von einer Ablenkeinrichtung im Entlüftungskanal gestoppt wurden, in der Funkenfalle gestoppt werden, sodass eine Brandgefahr reduziert werden kann.
Die Ablenkvorrichtung kann einen Rotationsabscheider umfassen. Dadurch kann beispielsweise ein aus dem Batteriemodul abgeführter Volumenstrom so umgelenkt und geführt werden, dass in ihm enthaltenen Funken durch die in der Rotation entstehenden Tangentialkräfte im Rotationsabscheider abgeschieden werden, beispielsweise bevor sich der Volumenstrom zu einem zündfähigen Gemisch mit der Umgebungsluft vermischt.
Abgeschiedene Funken und/oder Partikel können beispielsweise in einer Auffangkammer der Funkenfalle gesammelt werden und dort verbleiben. Beispielsweise kann die Funkenfalle mit Rotationsabscheider auch so ausgelegt sein, dass die Funkenfalle an einem Ende von ein oder mehrere Entlüftungskanälen vorgesehen ist. Eine Funkenfalle mit Rotationsabscheider kann beispielsweise so ausgelegt sein, dass die Funkenfalle mit Rotationsabscheider ein Batteriemodul oder ein Gesamtsystem, beispielsweise eine Batterie, absichert.
Ein Entlüftungskanal umfassend eine Ablenkeinrichtung kann ferner als Labyrinth vorgesehen sein. Als Labyrinth wird hierin ein Entlüftungskanal mit mindestens eine Änderung der (durchschnittlichen) Entlüftungsrichtung des Entlüftungskanals verstanden.
Der Entlüftungskanal kann beispielsweise ermöglichen, dass flammgebende und/oder zündgebende Faktoren reduziert und beispielsweise ein Brandrisiko für ein Batteriemodul und/oder eine Batterie reduziert werden. Damit kann ermöglicht werden, dass ein Brandrisiko für ein Fahrzeug, beispielsweise ein Elektrofahrzeug, reduziert wird und beispielsweise mit dem Brand verbundene Kosten reduziert werden.
Figurenliste
Bevorzugte weitere Ausführungsformen der Erfindung werden durch die nachfolgende Beschreibung der Figuren näher erläutert. Dabei zeigen:

1 schematisch eine perspektivische Darstellung eines Batteriemoduls mit einem Entlüftungskanal und einer Funkenfalle;
2a-d schematisch eine Ablenkeinrichtung in einem Schnitt eines Entlüftungskanals;
3 schematisch einen Schnitt durch ein Batteriemodul mit einer Batteriezelle im Fehlerfall, einen Entlüftungskanal und eine Ablenkeinrichtung, sowie eine Auslassablenkeinrichtung;
4 schematische eine perspektivische Darstellung eines Batteriemoduls mit Entlüftungskanal und Funkenfalle;
5 schematisch einen Schnitt durch ein Batteriemodul mit einer Batteriezelle im Fehlerfall, einen Entlüftungskanal und eine Ablenkeinrichtung, sowie eine Funkenfalle mit Einsatz;
6 schematisch eine perspektivische Darstellung eines Batteriemoduls mit einem Entlüftungskanal und einer Funkenfalle mit Rotationsabscheider; und
7 schematisch einen Schnitt durch ein Batteriemodul mit einer Batteriezelle im Fehlerfall, einen Entlüftungskanal und eine Ablenkeinrichtung, sowie eine Funkenfalle mit Rotationsabscheider.

Detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele
Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele anhand der Figuren beschrieben. Dabei werden gleiche, ähnliche oder gleichwirkende Elemente in den unterschiedlichen Figuren mit identischen Bezugszeichen versehen, und auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente wird teilweise verzichtet, um Redundanzen zu vermeiden.
In 1 ist schematisch eine perspektivische Darstellung eines Batteriemoduls 110 gezeigt, welches Batteriezellen 20 aufweist, die zur Ausbildung des Batteriemoduls 110 zusammengeschaltet werden können und die üblicher Weise in einer gemeinsamen Haltestruktur angeordnet sind.
Das Batteriemodul 110 ist mit einer Entlüftungsvorrichtung 100 versehen, mittels welcher Funken und heiße Gase, die beim thermischen Durchgehen einer Batteriezelle 20 über deren hier nicht gezeigten Auslassöffnungen (Ventingöffnungen) ausgestoßen werden, sicher gesammelt und definiert abgeleitet werden können, um weitere Beschädigungen des Batteriemoduls 110 oder einer diese Batteriemodul 110 aufweisenden Batterie zu verringern oder zu vermeiden.
Die Entlüftungsvorrichtung 100 umfasst in dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel einen Entlüftungskanal 1 und einer Funkenfalle 10 (gestrichelt) dargestellt.
Der Entlüftungskanal 1 ist hier beispielhaft mittig auf dem Batteriemodul 110 angeordnet. Die Position des Entlüftungskanals 1 richtet sich dabei üblicher Weise an der Position der Auslassöffnungen der Batteriezellen 20 aus.
Der Entlüftungskanal 1 weist eine erste Seite 5 und eine zweite Seite 6 auf. In der hier gezeigten Ausführungsform ist die erste Seite 5 mittels einer in der Figur nicht zu erkennenden Verschlussplatte 50 verschlossen. Die Funkenfalle 10 ist transparent (gestrichelt) dargestellt, um einen Durchlass 60 des Entlüftungskanals 1 in die Funkenfalle 10 an der zweiten Seite 6 des Entlüftungskanals 1 beispielhaft zu illustrieren.
Ferner ist die Funkenfalle 10 beispielhaft an einer durch die Seiten der Batteriezellen 20 definierten Seite des Batteriemoduls 110 dargestellt. Konkret ist die Funkenfalle 10 hier an einer Stirnseite des Batteriemoduls 110 angeordnet und erstreckt sich mithin in einer anderen Ebene als der Entlüftungskanal 1.
Die Funkenfalle 10 und der Entlüftungskanal 1 bilden entsprechend einen L-förmigen Kanalverlauf aus, wobei der Entlüftungskanal 1 auf einer Oberseite des Batteriemoduls und die Funkenfalle 10 auf einer Seite des Batteriemoduls 110 angeordnet ist. Der Durchgang 60 des Entlüftungskanals 1 liegt mittig bezogen auf die Funkenfalle 10 und ist so ausgelegt, dass beispielsweise im Fehlerfall einer Batteriezelle 20, Partikel oder Funken aus der Batteriezelle 20 vom Entlüftungskanal 1 in die Funkenfalle 10 gelangen können. Ein Entlüftungskanal 1 kann versetzt zu einer Mitte einer Funkenfalle 10 in die Funkenfalle 10 münden.
Damit wird der von einer durchgehenden Batteriezelle 20 ausgehende und im Entlüftungskanal 1 strömende Volumenstrom mittels einer Ablenkvorrichtung 2 in die Funkenfalle 10 umgelenkt. Die Ablenkvorrichtung 2 kann hier in Form eines nicht gezeigten Prallblechs oder Prallkörpers bereitgestellt werden.
In einer weiteren Ausführungsform, wie in 2a schematisch gezeigt, ist eine Ablenkeinrichtung 2 in dem Entlüftungskanal 1 angeordnet. Hier ist ein Schnitt in einer sich in Erstreckungsrichtung des Entlüftungskanals 1 erstreckenden Ebene geführt.
Der Schnitt ist hier beispielhaft in einer Draufsicht dargestellt, sodass Auslassventile 4 der Batteriezellen 20 beispielhaft gezeigt sind. In 2a ist ferner eine Richtung eines Volumenstroms V mit Pfeilrichtung gezeigt.
Die Ablenkeinrichtung 2 ist derart angeordnet, dass ein Volumenstrom V abgelenkt werden kann. Die bei der Ablenkung entstehende Turbulenz kann es ermöglichen, dass Partikel oder Funken aus dem Volumenstrom V abgeschieden werden und beispielsweise von der Ablenkeinrichtung 2 gestoppt werden. Die Ablenkeinrichtung 2 ist hier an gegenüberliegenden Seiten des Entlüftungskanals 1 angeordnet. Die Ablenkeinrichtung 2 kann beispielsweise (mindestens einem) unter einem Winkel von einer Innenseite des Entlüftungskanals 1 in den Entlüftungskanal 1 hineinragenden Elementen, beispielsweise Flächen oder plattenartigen Elementen, umfassen.
Die Ablenkeinrichtung 2 kann beispielsweise auf mindestens einer Innenseite des Entlüftungskanals 1 angeordnet sein.
Die Ablenkeinrichtung 2 kann beispielsweise an allen Innenseiten des Entlüftungskanals 1 angeordnet sein. Eine oben gelegene Innenseite des Entlüftungskanals ist hier nicht dargestellt. Diese oben gelegene Innenseite, die beispielsweise gegenüber eines Auslassventils 4 einer Batteriezelle 20 angeordnet sein kann, kann eine Ablenkeinrichtung 2 aufweisen, die dazu eingerichtet ist, einen Volumenstrom um im Wesentlichen 90° abzulenken. Dadurch kann beispielsweise ermöglicht werden, dass ein aus der Batteriezelle 20 austretender Volumenstrom in die (in Pfeilrichtung) Entlüftungsrichtung des Entlüftungskanals 1 gelenkt wird. Die Ablenkeinrichtung 2 ist hier beispielhaft als eine mehrere Elemente umfassende Ablenkeinrichtung 2 dargestellt, die die Innenseite des Entlüftungskanals 1 konturiert.
2b zeigt schematisch eine Ablenkeinrichtung 2 in einem Schnitt eines Entlüftungskanals 1 in einer Draufsicht. Die Ablenkeinrichtung 2 kann beispielsweise im Schnitt geometrische Elemente, wie beispielsweise dreieckartige oder trapezartige Elemente, aufweisen, die dazu ausgelegt sind, eine Innenseite des Entlüftungskanals zu konturieren. Die Elemente der Ablenkeinrichtung 2 können zueinander gleichmäßig beabstandet sein. Die Elemente der Ablenkeinrichtung 2 können an verschiedenen Innenseiten des Entlüftungskanals 1 unterschiedlich angeordnet sein.
Die Ablenkeinrichtung 2 kann an unterschiedlichen Innenseiten des Entlüftungskanals 1 unterschiedliche Elemente aufweisen. Beispielsweise können an einer hier nicht dargestellten Innenseite einer Oberseite des Entlüftungskanals 1 mehr oder weniger Elemente der Ablenkeinrichtung 2 angeordnet sein, als beispielsweise an einer seitlichen Innenseite des Entlüftungskanals 1. Die Elemente der Ablenkeinrichtung 2 können an unterschiedlichen Innenseiten des Entlüftungskanals 1 unterschiedlich ausgebildet sein. Damit kann beispielsweise ermöglicht werden, dass die Ablenkeinrichtung 2 im Fehlerfall einer Batteriezelle einen Volumenstrom aus der Batteriezelle in eine Entlüftungsrichtung des Entlüftungskanals 1 ablenkt.
2c zeigt schematisch eine Ablenkeinrichtung 2 in einem Schnitt eines Entlüftungskanals 1 in einer Draufsicht. In 2c sind Elemente der Ablenkeinrichtung 2 dargestellt, die an gegenüberliegenden Innenseiten des Entlüftungskanals 1 angeordnet sind. Die Elemente der Ablenkeinrichtung 2 können es ermöglichen, dass ein Volumenstrom V derart abgelenkt wird, dass eine turbulente Strömung entsteht, sodass an den Elementen der Ablenkeinrichtung 2 eine turbulente Strömung entsteht, die Partikel oder Funken innerhalb des Volumenstroms V ablenkt und/oder stoppt. Die Elemente der Ablenkeinrichtung 2 können es beispielsweise ermöglichen, dass Partikel oder Funken im Volumenstrom V durch die turbulente Strömung in die Zwischenräume der Elemente der Ablenkeinrichtung 2 abgelenkt und dort beispielsweise abgelagert werden. Die Elemente der Ablenkeinrichtung 2 können beispielsweise tangential an einer Innenseite des Entlüftungskanals 1 angeordnet sein. Die Elemente der Ablenkeinrichtung 2 können beispielsweise abschnittsweise tangential an einer Innenseite des Entlüftungskanals 1 angeordnet sein.
2d zeigt schematisch eine Ablenkeinrichtung 2 in einem Schnitt eines Entlüftungskanals 1 in einer Draufsicht. Die Innenseite des Entlüftungskanals 1 umfasst eine Ablenkeinrichtung 2, die hier beispielhaft wellenartig die Innenseite des Entlüftungskanals 1 konturiert. Die wellenartige Ablenkeinrichtung 2 bildet hier beispielsweise Taschen 9, in denen Partikel oder Funken abgelagert werden können.
Die hier beispielhaft dargestellte stetige Konturierung der Innenseite des Entlüftungskanals 1 kann beispielsweise ermöglichen, dass der Entlüftungskanal 1 nach einem Fehlerfall einer Batteriezelle leichter gereinigt und wieder eingesetzt werden kann. Eine Innenkonturierung des Entlüftungskanals 1 kann beispielsweise stetig oder unstetig ausgebildet sein.
3 zeigt schematisch einen Schnitt durch ein Batteriemodul 110 mit einer Batteriezelle 20 im Fehlerfall, einen Entlüftungskanal 1 und eine Ablenkeinrichtung 2, sowie eine Auslassablenkeinrichtung 7.
Ferner ist schematisch ein Volumenstrom V als graue Linie dargestellt, der von der Batteriezelle 20 zu einem Auslass des Entlüftungskanals 1 führt. Im Entlüftungskanal 1 sind beispielhaft Partikel und/oder Funken 3 dargestellt. Die Funken und/oder Partikel werden vom Volumenstrom V mitgeführt und an der Ablenkeinrichtung 2, wie schematisch dargestellt, abgelenkt. Dadurch kann ermöglicht werden, dass die Partikel und/oder Funken an der Ablenkeinrichtung 2 verlangsamt werden oder gestoppt werden, bevor sie einen Auslass erreichen. Bei Batteriezellen 20, die näher an einem Auslass des Entlüftungskanals 1 angeordnet sind, können Partikel und/oder Funken einen Auslass erreichen. Eine Auslassablenkeinrichtung 7 kann ermöglichen, dass Partikel und/oder Funken abgefangen werden, bevor sie einen Auslass des Entlüftungskanals 1 passieren. Abgefangene Partikel und/oder Funken können beispielsweise in den Taschen zwischen den Elementen der Abfangeinrichtung 2 oder in der Tasche (Auffangkammer) der Auslassabfangeinrichtung 7 vor einem Austritt aus dem Auslass aufgehalten werden. Die Abfangeinrichtung 2 und die Auslassabfangeinrichtung 7 können daher ermöglichen, dass ein zündgebender oder flammgebender Faktor zurückgehalten wird und damit eine Ausbreitung eines Fehlerfalls eingeschränkt werden kann.
4 zeigt schematisch eine perspektivische Darstellung eines Batteriemoduls 110 mit Entlüftungskanal 1 und Funkenfalle 10. Die Funkenfalle 10 ist an einer Seite des Batteriemoduls 110 angeordnet und ist mit dem Entlüftungskanal 1 in Fluidverbindung. Die Funkenfalle 10 umfasst drei Auslässe 8 auf einer Seite der Funkenfalle 10. Die Auslässe 8 können beispielsweise an einer Seite der Funkenfalle 10 angeordnet sein. Die Auslässe 8 sind beispielsweise nicht an einer Unterseite der Funkenfalle 10 vorgesehen. Damit kann beispielsweise verhindert werden, dass Partikel und/oder Funken durch Gravitation aus der Funkenfalle gelangen. In anderen Worten kann eine Anordnung der Auslässe an einer Seite der Funkenfalle ermöglichen, dass Partikel und/oder Funken in der Funkenfalle 10 verbleiben.
5 zeigt schematisch einen Schnitt durch ein Batteriemodul 110 mit einer Batteriezelle 20 im Fehlerfall (schematisch durch das Explosionszeichen in der Batteriezelle 20 angedeutet), einen Entlüftungskanal 1 und eine Ablenkeinrichtung 2, sowie eine Funkenfalle 10 mit einem Einsatz 11. Der Einsatz kann beispielsweise aus einem feuerfesten Material wie beispielsweise Basalt bestehen oder Basalt umfassen.
Der Einsatz 11 kann ermöglichen, dass Partikel und/oder Funken, die die Ablenkeinrichtung 2 passieren konnten, ohne abgelenkt oder gestoppt zu werden, im Einsatz 11 zurückgehalten werden. Der Einsatz 11 kann beispielsweise ein offen poröses Material umfassen oder offen porös sein. Eine offene Porosität kann beispielsweise ermöglichen, dass ein Volumenstrom V durch die offenen Poren geleitet wird und von einer Pore zur nächsten abgelenkt wird, sodass Partikel und/oder Funken innerhalb des Einsatzes 11 zurückgehalten werden. Ein Einsatz kann dadurch ermöglichen, einen flammgebenden oder einen zündgebenden Faktor zu unterdrücken und beispielsweise eine Ausbreitung eines Fehlerfalls auf weitere Batteriemodule zu verhindern.
6 zeigt schematisch eine perspektivische Darstellung eines Batteriemoduls 110 mit einem Entlüftungskanal 1 und einer Funkenfalle 10 mit Rotationsabscheider 12. Der Rotationsabscheider 12 wirkt hier gleichzeitig als Ablenkeinrichtung 2.
Der Rotationsabscheider 12 umfasst einen Gasauslass 8, der hier beispielhaft rohrartig dargestellt ist, mit einer Öffnung nach oben.
Der Eintritt des Entlüftungskanals 1 in den Rotationsabscheider 12 ist hier seitlich dargestellt. Dadurch kann eine Rotation des Volumenstroms V erreicht wird. Die Funkenfalle 10 kann in einem unteren Abschnitt des Rotationsabscheiders 12 vorgesehen sein und eine Auffangkammer für Partikel und/oder Funken bereitstellen. Der Rotationsabscheider 12 selbst kann auch als Funkenfalle 10 ausgebildet sein.
Der Volumenstrom V wird beispielsweise von einer Batteriezelle 20 im Fehlerfall durch den Entlüftungskanal 1 in den Rotationsabscheider 12 geleitet und durch die seitliche Einleitung in eine Rotationsbewegung versetzt, sodass Tangentialkräfte in der Rotation der Partikel und/oder Funken abscheiden.
7 zeigt schematisch einen Schnitt durch ein Batteriemodul 110 mit einer Batteriezelle 20 im Fehlerfall, einen Entlüftungskanal 1 und eine Ablenkeinrichtung 2, sowie eine Funkenfalle 10 mit Rotationsabscheider 12. Partikel und/oder Funken 3 werden vom Volumenstrom V entlang des Entlüftungskanals 1 geleitet. Der Entlüftungskanal 1 und der Rotationsabscheider 12 können ermöglichen, dass vor einem Austritt des Volumenstroms V aus dem Auslass 8, Partikel und/oder Funken beispielsweise vollständig im Entlüftungskanal 1 und/oder der Funkenfalle 10 zurückbleiben.
Soweit anwendbar, können alle einzelnen Merkmale, die in den Ausführungsbeispielen dargestellt sind, miteinander kombiniert und/oder ausgetauscht werden, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen.
Bezugszeichenliste

1: Entlüftungskanal
2: Ablenkeinrichtung
3: Funken/Partikel
4: Auslassventile
5: erste Seite des Entlüftungskanals
6: zweite Seite des Entlüftungskanals
7: Auslassablenkeinrichtung
8: Gasauslass/Auslass
9: Tasche
10: Funkenfalle
11: Einsatz
12: Rotationsabscheider
20: Batteriezelle
50: Abschlussplatte
60: Durchgang
100: Entlüftungsvorrichtung
110: Batteriemodul

Claims

Entlüftungsvorrichtung (100) mit einem Entlüftungskanal (1) zum Entlüften und/oder Auffangen von Funken (3) beim thermischen Durchgehen einer in einem Batteriemodul (110) angeordneten Batteriezelle (20), gekennzeichnet durch eine Ablenkeinrichtung (2), die dazu ausgelegt ist, einen im Entlüftungskanal (1) strömenden Volumenstrom (F) abzulenken.
Entlüftungsvorrichtung (100) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ablenkeinrichtung (2) dazu eingerichtet ist, den Volumenstrom (F) im Entlüftungskanal (1) turbulent abzulenken.
Entlüftungsvorrichtung (100) gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ablenkeinrichtung (2) auf mindestens einer Innenseite des Entlüftungskanals (1) angeordnet ist.
Entlüftungsvorrichtung (100) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ablenkeinrichtung (2) zumindest teilweise einen Querschnitt des Entlüftungskanals (1) ausfüllt und/oder die Ablenkeinrichtung (2) auf mindestens einer seitlichen Innenseite des Entlüftungskanals (1) angeordnet ist und/oder die Ablenkeinrichtung (2) auf gegenüberliegenden Innenseiten des Entlüftungskanals (1) angeordnet ist.
Entlüftungsvorrichtung (100) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Entlüftungskanal (1) an einem Auslass (8) eine Auslassablenkeinrichtung (7) aufweist.
Entlüftungsvorrichtung (100) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ablenkeinrichtung (2) dazu konfiguriert ist, einen entlang des Entlüftungskanals (1) strömenden Volumenstrom (F) um im Wesentlichen 90° abzulenken.
Entlüftungsvorrichtung (100) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Entlüftungskanal (1) eine Funkenfalle (10) aufweist, und bevorzugt zwischen der Funkenfalle (10) und einer Batteriezelle (20), bevorzugt allen Batteriezellen (20), die Ablenkeinrichtung (2) angeordnet ist, wobei die Funkenfalle (10) bevorzugt einen Gasauslass (8) aufweist.
Entlüftungsvorrichtung (100) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Entlüftungskanal (1) an einem ersten Ende (5) verschlossen ist, bevorzugt eine geschlossene Endplatte aufweist, und an einem zweiten Ende (6) die Funkenfalle (10) über die Ablenkvorrichtung (2) angeschlossen ist.
Entlüftungsvorrichtung (100) gemäß Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Funkenfalle (10) einen feuerfesten Einsatz aufweist, bevorzugt einen Basalt umfassenden Einsatz.
Entlüftungsvorrichtung (100) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ablenkvorrichtung (2) als Rotationsabscheider (12) ausgebildet ist.
Entlüftungsvorrichtung (100) gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotationsabscheider (12) eine Funkenfalle (10) ausbildet.
Batteriemodul (110) mit mindestens einer Batteriezelle (20) und einer Entlüftungsvorrichtung (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche.
Batteriemodul (110) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine Funkenfalle (10) und/oder ein Rotationsabscheider (12) und/oder eine Auslassablenkvorrichtung (7) an einer durch die Seitenflächen der Batteriezellen (20) definierten Seite angeordnet sind.