DE102021129319A1

DE102021129319A1 - Batterie

Info

Publication number: DE102021129319A1
Application number: DE102021129319.7A
Authority: DE
Inventors: Werner Schiek
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2021-11-11
Filing date: 2021-11-11
Publication date: 2023-05-11

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Batterie (1) mit einem Gehäuse (2), wobei in dem Gehäuse (2) zumindest eine Batteriezelle (5) angeordnet ist, insbesondere eine Mehrzahl von Batteriezellen (5) angeordnet ist, wobei das Gehäuse (2) zumindest ein Entgasungsventil (6) aufweist, welches eine Öffnung (7) mit einem Öffnungsquerschnitt (Q) aufweist, wobei das zumindest eine Entgasungsventil (6) in einem ersten Betriebszustand verschlossen ist und die Öffnung (7) mit dem Öffnungsquerschnitt (Q) blockiert, so dass das Gehäuse (2) gegenüber einem Außenraum (8) abgedichtet ist und in einem zweiten Betriebszustand geöffnet ist und die Öffnung (7) mit dem Öffnungsquerschnitt (Q) frei gibt, so dass das Gehäuse (2) mit dem Außenraum (8) fluidverbunden ist, wobei der Öffnungsquerschnitt (Q) einen Flächenwert beträgt, der kleiner oder gleich eines Grenzwerts (QGrenz) des Öffnungsquerschnitts (Q) ist, wobei der Grenzwert (QGrenz) derart gewählt ist, dass die Strömungsgeschwindigkeit des durch den Öffnungsquerschnitt (Q) strömenden Gases größer ist als die Flammengeschwindigkeit des Gases.

Description

Die Erfindung betrifft eine Batterie, insbesondere eines elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs.
Batterien eines elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs weisen ein Gehäuse auf, in welchem eine Anzahl von Batteriezellen angeordnet und elektrisch verschaltet sind. Das Gehäuse der Batterie ist dabei typischerweise wasserdicht ausgeführt, so dass im Betrieb der Batterie kein Wasser und kein Schmutz in das Gehäuse eindringen kann und die Batteriezellen mit ihren elektrischen Kontaktelementen und optional vorgesehenen Elektronikeinheiten nicht negativ beeinträchtigen.
Im Betrieb der Batterie kann es sehr selten in ungünstigen Betriebszuständen unerwartet zu einem thermischen Ereignis kommen, bei welchem zumindest eine Batteriezelle so heiß wird, dass die Batteriezelle entgast, wobei bei diesem Entgasungsprozess heißes Gas entsteht und freigesetzt wird. Dabei könnte das freigesetzte Gas das Gehäuse der Batterie zum Bersten bringen, was grundsätzlich unerwünscht ist. Deshalb ist es bekannt, dass Entgasungsventile in dem Gehäuse der Batterie vorgesehen sind.
Solche Entgasungsventile sind beispielsweise durch die DE 10 2019 100 094 A1 bekannt geworden. Die DE 10 2019 100 094 A1 offenbart ein Entgasungsventil mit einem möglichst großen Strömungsquerschnitt, damit eine Notentgasung des Gehäuses der Batterie möglichst schnell vollzogen werden kann.
Diese Entgasungsventile bewirken, dass ein definierter Auslass der entgasten heißen Gase aus dem Gehäuse erfolgt und eine unkontrollierte Freisetzung nach einem Bersten des Gehäuses unterbleibt.
Das definierte Auslassen der beim Entgasen entstehenden heißen Gase ist auch daher notwendig, dass anderenfalls der Druck im Gehäuse undefiniert steigen könnte und nicht nur die defekte und entgasende Batteriezelle betroffen wäre, sondern auch andere Batteriezellen im Gehäuse beschädigt werden könnten und zum Entgasen gebracht werden könnte, so dass eine Art unerwünschte Kettenreaktion von sich erhitzenden und entgasenden Batteriezellen auftreten könnte, was grundsätzlich auch zu vermeiden ist.
Aber auch das Vorsehen eines Entgasungsventils hat gezeigt, dass damit Gefahren verbunden sein können. Beim Austritt des heißen Gases besteht die Gefahr, dass sich das heiße Gas in Kombination mit dem Sauerstoff der Luft entzündet und sich eine Flamme bildet, welche wiederum andere Elemente des Kraftfahrzeuges und andere Gegenstände in Brand setzen könnte.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Batterie zu schaffen, welche gegenüber dem Stand der Technik sicherer ist und dennoch in der Herstellung einfach und kostengünstig ist.
Die Aufgabe wird mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung betrifft eine Batterie, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einem Gehäuse, wobei in dem Gehäuse zumindest eine Batteriezelle angeordnet ist, insbesondere eine Mehrzahl von Batteriezellen angeordnet ist, wobei das Gehäuse zumindest ein Entgasungsventil aufweist, welches eine Öffnung mit einem Öffnungsquerschnitt (Q) aufweist, wobei das zumindest eine Entgasungsventil in einem ersten Betriebszustand verschlossen ist und die Öffnung mit dem Öffnungsquerschnitt (Q) blockiert, so dass das Gehäuse gegenüber einem Außenraum abgedichtet ist und in einem zweiten Betriebszustand geöffnet ist und die Öffnung mit dem Öffnungsquerschnitt (Q) frei gibt, so dass das Gehäuse mit dem Außenraum fluidverbunden ist, wobei der Öffnungsquerschnitt (Q) einen Flächenwert beträgt, der kleiner oder gleich eines Grenzwerts (Q_Grenz) des Öffnungsquerschnitts (Q) ist, wobei der Grenzwert (Q_Grenz) derart gewählt ist, dass die Strömungsgeschwindigkeit des durch den Öffnungsquerschnitt (Q) strömenden Gases größer ist als die Flammengeschwindigkeit des Gases. Damit wird der Öffnungsquerschnitt der Öffnung des Entgasungsventils nach oben begrenzt, damit die Strömungsgeschwindigkeit des austretenden Gases hoch genug ist, damit sie über der Flammengeschwindigkeit liegt und eine Flammenbildung vermieden wird. Damit wird die Öffnung des Entgasungsventils kleiner als im Stand der Technik gehalten, wo die Öffnung als möglichst groß angegeben wird, um eine möglichst schnelle Notentgasung zu erlauben. Die Erfinder haben erkannt, dass die möglichst schnelle Entgasung mit einem großen Öffnungsquerschnitt zwar die schnelle Entgasung erlaubt, damit aber eine unerwünschte Flammenbildung einhergeht. Erst die langsamere Entgasung durch zumindest eine kleinere Öffnung, verbunden mit einer höheren Strömungsgeschwindigkeit bei der Entgasung, reduziert oder vermeidet die Flammenbildung.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel ist es auch vorteilhaft, wenn das Gehäuse mittels zumindest einer Trennwand in zumindest zwei Gehäusekompartments unterteilt ist, wobei in den Gehäusekompartments jeweils zumindest eine Batteriezelle angeordnet ist, insbesondere jeweils eine Mehrzahl von Batteriezellen angeordnet ist, wobei die Gehäusekompartments im Wesentlichen abgedichtet zueinander angeordnet sind, wobei jedem Gehäusekompartment zumindest ein Entgasungsventil in dem Gehäuse zugeordnet ist. So kann erreicht werden, dass bei einer Batterie mit verschiedenen Gehäusekompartments auch jedes Gehäusekompartment so entgast werden kann, dass eine Flammenbildung reduziert oder vermieden werden kann.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn für den Fall, dass für das Gehäuse oder für zumindest ein Gehäusekompartment zwei oder mehr Entgasungsventile vorgesehen sind, der Öffnungsquerschnitt (Q) jedes Entgasungsventils einen Flächenwert beträgt, der kleiner oder gleich des Grenzwerts (Q_Grenz) des Öffnungsquerschnitts (Q) ist. Damit wird erreicht, dass das Gas, das aus dem jeweiligen Entgasungsventil austritt, eine erhöhte Strömungsgeschwindigkeit aufweist, so dass die Flammenbildung reduziert oder vermieden werden kann.
Auch ist es bei einem weiteren Ausführungsbeispiel vorteilhaft, wenn für den Fall, dass für das Gehäuse oder für zumindest ein Gehäusekompartment zwei oder mehr Entgasungsventile vorgesehen sind, die Summe der Öffnungsquerschnitte (Q) der einem Gehäuse oder einem Gehäusekompartment zugeordnete Entgasungsventile einen Flächenwert beträgt, der kleiner oder gleich des Grenzwerts (Q_Grenz) des Öffnungsquerschnitts (Q) ist. Damit wird ebenso erreicht, dass das Gas, das aus dem jeweiligen Entgasungsventil austritt, eine erhöhte Strömungsgeschwindigkeit aufweist, so dass die Flammenbildung reduziert oder vermieden werden kann.
Besonders vorteilhaft sind die Batteriezellen Li-Ionen-Batteriezellen. Dadurch kann beispielsweise die Gefahr bestehen, dass bei einem thermischen Ereignis Wasserstoff und/oder leicht brennbare Gase von verdampfender typischerweise wasserfreier organischer Elektrolytflüssigkeit etc. entstehen, die nach einem Austritt aus dem Gehäuse mit dem Sauerstoff der Luft reagieren und sich entzünden können.
Besonders vorteilharft ist es, wenn der Grenzwert (Q_Grenz) des Öffnungsquerschnitts (Q) 1000mm² oder weniger beträgt, insbesondere 800mm² oder weniger beträgt, insbesondere 755mm² oder weniger beträgt oder insbesondere 700mm² oder weniger beträgt. Dadurch kann sichergestellt werden, dass sich eine Entzündung sicher reduzieren oder gar vermeiden lässt.
Vorteilhaft ist es auch, wenn ein Entgasungsventil einen Ventildeckel aufweist, welcher mittels einer Vorspannfeder im ersten Betriebszustand gegen die zumindest eine Öffnung des Entgasungsventils beaufschlagt ist und die zumindest eine Öffnung verschließt, wobei der Ventildeckel im zweiten Betriebszustand entgegen der Rückstellkraft der Vorspannfeder von der zumindest einen Öffnung des Entgasungsventils abgehoben ist und die zumindest eine Öffnung frei gibt. Damit kann eine einfache aber sichere Gestaltung eines Entgasungsventils erreicht werden.
Vorteilhaft ist es auch, wenn der Ventildeckel auf einer zur Öffnung hinweisenden Seite ein Dichtelement, wie beispielsweise einen O-Ring, trägt. Damit kann die Abdichtung verbessert werden.
Auch ist es bei einem weiteren Ausführungsbeispiel vorteilhaft, wenn das Entgasungsventil zumindest einen Ventildeckelträger aufweist, welcher den Ventildeckel trägt, wobei der Ventildeckelträger durch die Öffnung des Entgasungsventils ragt. Damit kann die steuernde und betätigende Mechanik des Entgasungsventils innerhalb des Gehäuses angeordnet werden und so gegen unbeabsichtigte Manipulation geschützt werden.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen detailliert erläutert. In den Zeichnungen zeigt:

1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels einer Batterie,
2 eine schematische Schnittansicht eines Entgasungsventils in einem ersten Betriebszustand, in welchem die Öffnung des Entgasungsventils verschlossen ist,
3 eine schematische Schnittansicht eines Entgasungsventils in einem zweiten Betriebszustand, in welchem die Öffnung des Entgasungsventils freigegeben ist,
4 ein Diagramm zur Erläuterung der Erfindung,
5 eine schematische Schnittansicht einer Batterie mit einem erfindungsgemäßen Entgasungsventil bei einem thermischen Ereignis ohne Flammenbildung,
6 eine schematische Schnittansicht einer Batterie mit einem nicht erfindungsgemäßen Entgasungsventil bei einem thermischen Ereignis mit Flammenbildung, und
7 oben links: eine Ansicht einer Batterie mit einem erfindungsgemäßen Entgasungsventil bei einem thermischen Ereignis zum Beginn der Entgasung, oben rechts: eine Ansicht der Batterie mit dem erfindungsgemäßen Entgasungsventil bei einem thermischen Ereignis nach 2 min 40 s nach dem Beginn der Entgasung ohne Flammenbildung, unten links: eine Ansicht einer Batterie mit einem nicht erfindungsgemäßen Entgasungsventil bei einem thermischen Ereignis zum Beginn der Entgasung, unten rechts: eine Ansicht der Batterie mit dem nicht erfindungsgemäßen Entgasungsventil bei einem thermischen Ereignis nach 2 min 40 s nach dem Beginn der Entgasung mit Flammenbildung.

Die 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Batterie 1 mit einem Gehäuse 2. Das Gehäuse 2 umschließt mit seinen Wandungen 3 einen Innenraum 4 des Gehäuses 2, in welchem zumindest eine Batteriezelle 5 angeordnet ist.
In dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel sind mehrere Batteriezellen 5 angeordnet. Die Batteriezellen 5 der angeordneten Mehrzahl von Batteriezellen 5 sind dabei bevorzugt in einer Reihe, wie abgebildet, oder alternativ in mehreren Reihen angeordnet und elektrisch miteinander verschaltet.
Das Gehäuse 2 weist zumindest ein Entgasungsventil 6 auf. In dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel sind zwei Entgasungsventile 6 angeordnet, die benachbart zueinander in einer Wandung 3 des Gehäuses 2 angeordnet sind.
Die 2 und 3 zeigen jeweils eine schematische Schnittansicht eines solchen Entgasungsventils 6. Die 2 zeigt eine schematische Schnittansicht des Entgasungsventils 6 in einem ersten Betriebszustand, in welchem die Öffnung 7 des Entgasungsventils 6 verschlossen ist. Die 3 zeigt im Vergleich dazu eine schematische Schnittansicht des Entgasungsventils 6 in einem zweiten Betriebszustand, in welchem die Öffnung 7 des Entgasungsventils 6 freigegeben ist.
Die Öffnung 7 des Entgasungsventils 6 weist einen Öffnungsquerschnitt Q auf. Dabei ist das zumindest eine Entgasungsventil 6 in dem ersten Betriebszustand, siehe 2, verschlossen und die Öffnung 7 mit dem Öffnungsquerschnitt Q ist blockiert, so dass das Gehäuse 2 gegenüber einem Außenraum 8 abgedichtet ist. Gase können in diesem ersten Betriebszustand nicht in das Gehäuse 2 einströmen oder ausströmen. Auch Schmutz und Wasser können nicht in das Gehäuse 2 eindringen.
In dem zweiten Betriebszustand ist das Entgasungsventil 6 geöffnet, siehe 3, und die Öffnung 7 mit dem Öffnungsquerschnitt Q ist freigegeben, so dass das Gehäuse 2 mit dem Außenraum 8 fluidverbunden ist und Gase ausströmen können.
Erfindungsgemäß beträgt der Öffnungsquerschnitt Q einen Flächenwert, insbesondere in mm², der kleiner oder gleich eines Grenzwerts Q_Grenz des Öffnungsquerschnitts Q ist, also Q <= Q_Grenz.
Der Grenzwert Q_Grenz ist dabei derart gewählt, dass die Strömungsgeschwindigkeit des durch den Öffnungsquerschnitt (Q) ausströmenden, insbesondere heißen, Gases größer ist als die Flammengeschwindigkeit des Gases. Dadurch kann sich eine Flamme nicht gut oder nicht bilden und die Flammenneigung ist deutlich reduziert oder verhindert.
Das Gehäuse 2 der Batterie 1 kann einen einzigen, insbesondere zusammenhängenden, Innenraum 4 aufweisen, wie es in 1 angedeutet ist.
Alternativ kann bei einem weiteren nicht gezeigten Ausführungsbeispiel das Gehäuse 2 mittels zumindest einer Trennwand in zumindest zwei Gehäusekompartments unterteilt sein, wobei in den Gehäusekompartments jeweils zumindest eine Batteriezelle 5 angeordnet ist, insbesondere jeweils eine Mehrzahl von Batteriezellen 5 angeordnet ist, wobei die Gehäusekompartments im Wesentlichen abgedichtet zueinander angeordnet sind. Dabei kann jedem Gehäusekompartment zumindest ein Entgasungsventil 6 in dem Gehäuse 2 zugeordnet sein. Entsprechend kann das jeweilige Gehäusekompartment mittels des diesbezüglich angeordneten zumindest einen Entgasungsventils 6 bedarfsweise entgast werden.
Für den Fall, dass für das Gehäuse 2 oder für zumindest ein Gehäusekompartment zwei oder mehr Entgasungsventile 6 vorgesehen sind, kann der Öffnungsquerschnitt Q jedes Entgasungsventils 6 einen Flächenwert betragen, der kleiner oder gleich des Grenzwerts Q_Grenz des Öffnungsquerschnitts Q ist. Alternativ dazu kann für den Fall, dass für das Gehäuse 2 oder für zumindest ein Gehäusekompartment zwei oder mehr Entgasungsventile 6 vorgesehen sind, die Summe der Öffnungsquerschnitte Q der einem Gehäuse 2 oder einem Gehäusekompartment 6 zugeordneten Entgasungsventile 6 einen Flächenwert betragen, der kleiner oder gleich des Grenzwerts Q_Grenz des Öffnungsquerschnitts Q der Summe der Öffnungsquerschnitte ist.
In einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel ist die Batterie 1 eine Batterie, deren Batteriezellen 5 Li-Ionen-Batteriezellen 5 sind. Bei einem unerwünschten thermischen Ereignis, beispielsweise durch Fehlladung, Tiefentladung, Überladung oder einen mechanischen Defekt, beispielsweise aufgrund eines Unfalls etc. kann bei einer Batterie 1 mit Li-lonen-Batteriezellen 5 die Gefahr bestehen, dass Wasserstoff und/oder leichtbrennbare Gase von verdampfender typischerweise wasserfreier organischer Elektrolytflüssigkeit etc. entstehen, die nach einem Austritt aus dem Gehäuse 1 mit dem Sauerstoff der Luft reagieren und sich entzünden können. Dadurch könnten Flammen entstehen, welche anderes Material entzünden könnten. Um dies zu reduzieren oder zu verhindern, soll der Öffnungsquerschnitt Q einen Flächenwert aufweisen, der begrenzt ist und der kleiner oder gleich eines Grenzwerts Q_Grenz des Öffnungsquerschnitts Q ist, also $Q < = Q_{Grenz} .$
Bevorzugt liegt der Grenzwert Q_Grenz des Öffnungsquerschnitts Q bei 1000mm² oder weniger, insbesondere beträgt der Grenzwert Q_Grenz 800mm² oder weniger, insbesondere 755mm² oder weniger oder insbesondere 700mm² oder weniger. Dadurch lässt sich für eine Li-Ionen-Batterie vermeiden oder reduzieren, dass sich Flammen bilden, wenn heißes Gas aus den Entgasungsventilen 6 aufgrund eines thermischen Ereignisses ausströmt.
Die 2 und 3 zeigen solche Entgasungsventile schematisch. Das Entgasungsventil 6 weist einen Körper 9 mit der Öffnung 7 auf, wobei ein Ventildeckel 10 vorgesehen ist, mittels welchem die Öffnung 7 verschlossen oder freigegeben werden kann. Die 2 zeigt das Entgasungsventil 6 in einem ersten Betriebszustand, in welchem die Öffnung 7 des Entgasungsventils 6 durch das Auflegen des Ventildeckels 10 verschlossen ist. Die 3 zeigt im Vergleich dazu das Entgasungsventil 6 in einem zweiten Betriebszustand, in welchem die Öffnung 7 des Entgasungsventils 6 durch Abheben des Ventildeckels 10 von der Öffnung 7 freigegeben ist.
Optional ist eine Vorspannfeder 11 vorgesehen. Mittels der Vorspannfeder 11 ist der Ventildeckel 10 im ersten Betriebszustand gegen die zumindest eine Öffnung 7 des Entgasungsventils 6 beaufschlagt, so dass die Öffnung 7 abgedichtet verschlossen ist. Zur besseren Abdichtung kann der Ventildeckel 10 optional auf einer zur Öffnung 7 hinweisenden Seite ein Dichtelement 12 tragen, welches sich am Öffnungsrand 13 dichtend anlegen kann.
Im zweiten Betriebszustand wird dabei der Ventildeckel 10 entgegen der Rückstellkraft der Vorspannfeder 11 von der zumindest einen Öffnung 7 des Entgasungsventils 6 abgehoben, so dass die zumindest eine Öffnung 7 freigegeben ist.
Dabei ist in den 2 und 3 auch zu erkennen, dass das Entgasungsventil 6 zumindest einen Ventildeckelträger 14 aufweist, welcher den Ventildeckel 10 trägt. Dabei ragt der Ventildeckelträger 14 durch die Öffnung 7 des Entgasungsventils 6. Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel kann die Anordnung des Ventildeckelträgers 14 auch anderweitig ausgebildet sein.
Die 4 zeigt ein Diagramm, in welchem die Kurve 20 der Flammgeschwindigkeit auf der y-Achse als Funktion des Öffnungsquerschnitts der Öffnung 7 des Entgasungsventils 6 auf der x-Achse aufgetragen ist. Es ist in 4 zu erkennen, dass die Kurve 20 stetig steigend ist mit wachsendem Öffnungsquerschnitt Q.
Weiterhin zeigt die 4 die Kurve 21 der Strömungsgeschwindigkeit des ausströmenden Gases durch die Öffnung 7 des Entgasungsventils 6 auf der y-Achse als Funktion des Öffnungsquerschnitts der Öffnung 7 des Entgasungsventils 6, der auf der x-Achse aufgetragen ist. Es ist in 4 zu erkennen, dass die Kurve 21 stetig fallend ist mit wachsendem Öffnungsquerschnitt Q.
Dabei ist ein Kreuzungspunkt 22 der beiden Kurven 20, 21 zu erkennen, bei welchem die Flammengeschwindigkeit der austretenden Gase gleich der Strömungsgeschwindigkeit der durch die Öffnung 7 strömenden Gase ist. Dieser Wert Q_Grenz des Öffnungsquerschnitts Q des Kreuzungspunkts 22 entspricht dem Grenzwert für den Öffnungsquerschnitt Q, welcher von der Öffnung 7 oder von den Öffnungen 7 nicht überschritten werden sollte, um die Entstehung von Flammen zu reduzieren oder zu verhindern. Der vom Punkt 22 auf die x-Achse projizierte Wert entspricht also Q_Grenz. Dies wird durch die unterbrochene Linie 23 gezeigt. Links der unterbrochenen Linie 23 liegt das Gebiet mit Öffnungsquerschnitten Q mit erfindungsgemäßer Wirkung der Flammenreduktion oder Flammenvermeidung. Dies wird dadurch bewirkt, dass bei geringerem Öffnungsquerschnitt Q die Strömungsgeschwindigkeit stärker ansteigt und die Flammengeschwindigkeit übersteigt. Rechts der unterbrochenen Linie 23 liegt das Gebiet mit Öffnungsquerschnitten Q ohne die erfindungsgemäße Wirkung der Flammenreduktion oder Flammenvermeidung. In diesem Gebiet entstehen unerwünschte Flammen.
Dies wird in den 5 bis 7 noch einmal bildlich verdeutlicht.
Die 5 und 6 zeigen eine Simulation einer Batterie 1 mit Öffnungsquerschnitten Q mit einem Durchmesser D von 31 mm in 5 und mit einem Durchmesser D von 40 mm in 6. Dies ist der einzige Unterschied zwischen den beiden 5 und 6. Es ist zu erkennen, dass in 5 keine Flammenbildung bei einem thermischen Ereignis auftritt, während in 6 Flammen 24 erkennbar sind. In 5 tritt lediglich sich abkühlendes heißes Gas 25 aus. Dies verdeutlicht, dass die Reduktion des Öffnungsquerschnitts Q von einem Kreis mit einem Durchmesser D von 40 mm auf einen Kreis mit einem Durchmesser D von 31 mm die Flammenbildung sicher reduziert bzw. sogar verhindert werden kann. Die 5 und 6 zeigen die simulierte Temperatur der Batterie 1, so dass die Flammen 24 gut zu erkennen sind.
Die Fotografien der 7 zeigen in der oberen Reihe eine Versuchsanordnung einer Batterie 1 mit zwei Entgasungsventilen 6 mit Öffnungsquerschnitten Q mit einem Durchmesser D von 31 mm und in der unteren Reihe mit einem Öffnungsquerschnitt Q mit einem Durchmesser D von 40 mm. Dies ist der einzige Unterschied zwischen den Fotografien der beiden Reihen der 7.
In der jeweils linken Fotografie ist der Zustand der Batterie 1 zum Zeitpunkt des Initiierens eines thermischen Ereignisses gezeigt. Es ist zu erkennen, dass heißes Gas 26 aus den beiden vorgesehenen Entgasungsventilen 6 ausströmt.
Die jeweils rechten Fotografien der beiden Reihen zeigen jeweils eine Fotografie nach 2 Minuten und 40 Sekunden nach dem Initiieren des thermischen Ereignisses.
Es ist zu erkennen, dass in der rechten oberen Fotografie keine Flammenbildung zu erkennen ist, weil der reduzierte Öffnungsquerschnitt Q dies verhindert hat. Es tritt lediglich sich abkühlendes heißes Gas 25 aus. Bei der rechten unteren Fotografie sind die Flammen 24 sehr gut zu erkennen, so dass bei einem vergrößerten Öffnungsquerschnitt Q eine Flammenbildung auftritt. Auch dies verdeutlicht, dass die Reduktion des Öffnungsquerschnitts Q von einem Kreis mit einem Durchmesser D von 40 mm auf einen Kreis mit einem Durchmesser D von 31 mm die Flammenbildung sicher reduziert bzw. sogar verhindert werden kann.
Bezugszeichenliste

1: Batterie
2: Gehäuse
3: Wandung
4: Innenraum
5: Batteriezelle
6: Entgasungsventil
7: Öffnung
8: Außenraum
9: Körper
10: Ventildeckel
11: Vorspannfeder
12: Dichtelement
13: Öffnungsrand
14: Ventildeckelträger
20: Kurve der Flammgeschwindigkeit
21: Kurve der Strömungsgeschwindigkeit
22: Kreuzungspunkt
23: Linie
24: Flammen
25: Gas
26: heißes Gas

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102019100094 A1 [0004]

Claims

Batterie (1) mit einem Gehäuse (2), wobei in dem Gehäuse (2) zumindest eine Batteriezelle (5) angeordnet ist, insbesondere eine Mehrzahl von Batteriezellen (5) angeordnet ist, wobei das Gehäuse (2) zumindest ein Entgasungsventil (6) aufweist, welches eine Öffnung (7) mit einem Öffnungsquerschnitt (Q) aufweist, wobei das zumindest eine Entgasungsventil (6) in einem ersten Betriebszustand verschlossen ist und die Öffnung (7) mit dem Öffnungsquerschnitt (Q) blockiert, so dass das Gehäuse (2) gegenüber einem Außenraum (8) abgedichtet ist und in einem zweiten Betriebszustand geöffnet ist und die Öffnung (7) mit dem Öffnungsquerschnitt (Q) frei gibt, so dass das Gehäuse (2) mit dem Außenraum (8) fluidverbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Öffnungsquerschnitt (Q) einen Flächenwert beträgt, der kleiner oder gleich eines Grenzwerts (Q_Grenz) des Öffnungsquerschnitts (Q) ist, wobei der Grenzwert (Q_Grenz) derart gewählt ist, dass die Strömungsgeschwindigkeit des durch den Öffnungsquerschnitt (Q) strömenden Gases größer ist als die Flammengeschwindigkeit des Gases.
Batterie (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2) mittels zumindest einer Trennwand in zumindest zwei Gehäusekompartments unterteilt ist, wobei in den Gehäusekompartments jeweils zumindest eine Batteriezelle (5) angeordnet ist, insbesondere jeweils eine Mehrzahl von Batteriezellen (5) angeordnet ist, wobei die Gehäusekompartments im Wesentlichen abgedichtet zueinander angeordnet sind, wobei jedem Gehäusekompartment zumindest ein Entgasungsventil (6) in dem Gehäuse zugeordnet ist.
Batterie (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass für den Fall, dass für das Gehäuse (2) oder für zumindest ein Gehäusekompartment zwei oder mehr Entgasungsventile (6) vorgesehen sind, der Öffnungsquerschnitt (Q) jedes Entgasungsventils (6) einen Flächenwert beträgt, der kleiner oder gleich des Grenzwerts (Q_Grenz) des Öffnungsquerschnitts (Q) ist.
Batterie (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass für den Fall, dass für das Gehäuse (2) oder für zumindest ein Gehäusekompartment zwei oder mehr Entgasungsventile (6) vorgesehen sind, die Summe der Öffnungsquerschnitte (Q) der einem Gehäuse (2) oder einem Gehäusekompartment zugeordnete Entgasungsventile (6) einen Flächenwert beträgt, der kleiner oder gleich des Grenzwerts (Q_Grenz) des Öffnungsquerschnitts (Q) ist.
Batterie (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Batteriezellen (5) Li-Ionen-Batteriezellen (5) sind.
Batterie (1) nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Grenzwert (Q_Grenz) des Öffnungsquerschnitts (Q) 1000mm² oder weniger beträgt, insbesondere 800mm² oder weniger beträgt, insbesondere 755mm² oder weniger beträgt oder insbesondere 700mm² oder weniger beträgt.
Batterie (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Entgasungsventil (6) einen Ventildeckel (10) aufweist, welcher mittels einer Vorspannfeder (11) im ersten Betriebszustand gegen die zumindest eine Öffnung (7) des Entgasungsventils (6) beaufschlagt ist und die zumindest eine Öffnung (7) verschließt, wobei der Ventildeckel (10) im zweiten Betriebszustand entgegen der Rückstellkraft der Vorspannfeder (11) von der zumindest einen Öffnung (7) des Entgasungsventils (6) abgehoben ist und die zumindest eine Öffnung (7) frei gibt.
Batterie (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventildeckel (10) auf einer zur Öffnung (7) hinweisenden Seite ein Dichtelement (12) trägt.
Batterie (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Entgasungsventil (6) zumindest einen Ventildeckelträger (14) aufweist, welcher den Ventildeckel (10) trägt, wobei der Ventildeckelträger (14) durch die Öffnung (7) des Entgasungsventils (6) ragt.