DE102021134115A1

DE102021134115A1 - Batteriepackentlüftung

Info

Publication number: DE102021134115A1
Application number: DE102021134115.9A
Authority: DE
Inventors: Daniel Alfredo Hernanez Saab; Kyle Butterfield
Original assignee: Rivian IP Holdings LLC
Current assignee: Rivian IP Holdings LLC
Priority date: 2021-07-20
Filing date: 2021-12-21
Publication date: 2023-01-26
Also published as: US20230026302A1; CN115642334A; KR102713353B1; JP7333810B2; KR20230014042A; JP2023015970A

Abstract

Hierin werden Systeme zum Entlüften von Druck und Wärme aus einem Batteriepack vorgestellt. Das System kann einen Satz von Wänden einschließen, die eine Vielzahl von Batteriezellen umgeben. Eine Vielzahl von Entlüftungsstrukturen kann in den Wänden eingebettet sein, die so konfiguriert sein können, dass sie den Druck und/oder die Temperatur, die sich im Batteriepack aufbauen, entlüften. Die Vielzahl von Entlüftungsstrukturen kann eine Vielzahl von Ventilen einschließen, einschließlich eines festen Ventils, das so konfiguriert ist, dass es bei einer ersten Durchflussrate entlüftet, und eines beweglichen Ventils, das so konfiguriert ist, dass es bei einer zweiten Durchflussrate, welche die erste Durchflussrate übersteigt, entlüftet. Die Vielzahl von Entlüftungsstrukturen kann auch eine verformbare Entlüftungsstruktur einschließen, die so konfiguriert ist, dass sie sich physisch verformt, um eine dritte Durchflussrate bereitzustellen, die die zweite Durchflussrate übersteigt.

Description

EINFÜHRUNG
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf Systeme zur Entlüftung von Druck und Wärme aus einem Batteriepack und insbesondere auf Anordnungen, welche die Entlüftung von Druck und/oder Wärme aus einem Batteriepack ermöglichen und gleichzeitig das Eindringen von Flüssigkeit in den Batteriepack einschränken oder verhindern.
KURZDARSTELLUNG
In mindestens einigen beispielhaften Darstellungen wird ein Batteriepack bereitgestellt, der eine oder mehrere Batteriezellen und eine oder eine Vielzahl von Wänden umfasst, die zumindest teilweise ein Gehäuse für die Batteriezellen definieren. Das Gehäuse ist im Wesentlichen abgedichtet, so dass eine Temperaturerhöhung einen Überdruck innerhalb des Gehäuses verursacht. Der Pack schließt auch eine oder eine Vielzahl von Entlüftungsöffnungen ein, die in die Vielzahl von Wänden eingebettet sind, von denen jede konfiguriert ist, um aus dem Gehäuse zu entlüften, um den Überdruck zu reduzieren. Die Vielzahl von Entlüftungsöffnungen kann mindestens ein oder eine Vielzahl von Ventilen umfassen, einschließlich eines Entlüftungsstopfenventils, das konfiguriert ist, um von dem Gehäuse mit einer ersten Durchflussrate zu entlüften, und ein Schirmventil, das konfiguriert ist, um aus dem Gehäuse durch das Schirmventil mit einer zweiten Durchflussrate, die größer als die erste Durchflussrate ist, zu entlüften. Der Pack kann auch eine verformbare Entlüftungsstruktur einschließen, die so konfiguriert ist, dass sie sich physisch verformt, um eine dritte Durchflussrate durch die verformbare Entlüftungsstruktur zu ermöglichen, wobei die dritte Durchflussrate größer als die zweite Durchflussrate ist.
In mindestens einigen beispielhaften Darstellungen kann ein Fahrzeugsystem eine Fahrzeugkarosserie und eine Vielzahl von Batteriepacks einschließen, die innerhalb der Fahrzeugkarosserie montiert sind. Die Batteriepacks können eine oder mehrere Batteriezellen und eine oder mehrere Wände, wie vorstehend beschrieben, einschließen. Die Batteriepacks können eine Vielzahl von Wänden umfassen, die zumindest teilweise ein Gehäuse für die Vielzahl von Batteriezellen definieren. Das Gehäuse kann im Wesentlichen abgedichtet sein, sodass eine Wärmeausdehnung einen Überdruck innerhalb des Gehäuses verursacht. Der Batteriepack kann eine Vielzahl von Entlüftungsstrukturen einschließen, die in die Vielzahl von Wänden eingebettet sind, wobei jede der Vielzahl von Entlüftungsstrukturen konfiguriert ist, um den Überdruck zu entlüften. Die Vielzahl von Entlüftungsstrukturen kann eine Vielzahl von Ventilen einschließen, einschließlich eines ortsfestes Ventils mit fester Position, das so konfiguriert ist, dass es das Gehäuse durch das ortsfeste Ventil mit einer ersten Durchflussrate entlüftet, und eines Schirmventils, das so konfiguriert ist, dass es das Gehäuse mit einer zweiten Durchflussrate entlüftet, die größer ist als die erste Durchflussrate. Die Vielzahl von Entlüftungsstrukturen kann auch eine verformbare Entlüftungsöffnung einschließen, die so konfiguriert ist, dass sie eine dritte Durchflussrate ermöglicht, die größer ist als die zweite Durchflussrate, um Wärme aus dem Inneren des Gehäuses durch die verformbare Entlüftungsöffnung abzuführen.
Zumindest in einigen Beispielen schließt ein Verfahren zum Entlüften einer Batterieanordnung oder eines Batteriepacks das Anordnen einer Vielzahl von Batteriezellen, um Elektrizität für ein Fahrzeug bereitzustellen, und das Umschließen der Vielzahl von Batteriezellen mit einer Vielzahl von Wänden ein. Die Vielzahl von Wänden kann im Wesentlichen so abgedichtet sein, dass eine Temperaturerhöhung einen Überdruck innerhalb eines Gehäuses verursacht. Das Verfahren kann ferner das Einbetten einer Vielzahl von Entlüftungsstrukturen in der Vielzahl von Wänden einschließen. Jede der Vielzahl von Entlüftungsstrukturen kann dazu konfiguriert sein, aus dem Gehäuse zu entlüften, um den Überdruck zu reduzieren. Die Vielzahl von Entlüftungsstrukturen kann ein oder mehrere Ventile einschließen, einschließlich eines ersten Ventils, das konfiguriert ist, um von dem Gehäuse durch die erste Entlüftungsstruktur mit einer ersten Durchflussrate zu entlüften, und eine zweite Ventilstruktur, die konfiguriert ist, um von dem Gehäuse durch die zweite Entlüftungsstruktur mit einer zweiten Durchflussrate zu entlüften, die größer als die erste Durchflussrate ist. Die Vielzahl von Entlüftungsstrukturen kann ferner eine verformbare Entlüftungsstruktur einschließen, die so konfiguriert ist, dass sie sich physisch verformt, um bei einer dritten Durchflussrate, die größer als die zweite Durchflussrate ist, durch die verformbare Struktur aus dem Gehäuse zu entlüften.
Figurenliste
Die vorliegende Offenbarung wird gemäß einer oder mehreren verschiedenen Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die folgenden Figuren ausführlich beschrieben. Die Zeichnungen dienen nur der Veranschaulichung und stellen lediglich typische oder beispielhafte Ausführungsformen dar. Diese Zeichnungen werden bereitgestellt, um das Verständnis der hierin offenbarten Konzepte zu erleichtern, und sind nicht als Einschränkung der Breite, des Umfangs oder der Anwendbarkeit dieser Konzepte zu verstehen. Es sollte beachtet werden, dass diese Zeichnungen aus Gründen der Klarheit und zur Vereinfachung der Darstellung nicht notwendigerweise maßstabsgetreu sind. Die vorstehenden und andere Aufgaben und Vorteile der Offenbarung werden unter Berücksichtigung der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen deutlich, in denen:

1 eine Draufsicht eines Batteriepacks oder einer Anordnung veranschaulicht, die mit einer Vielzahl von Entlüftungsstrukturen in den Wänden des Batteriepacks, gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung, konfiguriert ist;
2 eine Querschnittsansicht einer ersten Entlüftungsstruktur veranschaulicht, die ein Entlüftungsstopfenventil ist, das konfiguriert ist, um bei einer ersten Durchflussrate oder einer ersten maximalen Durchflussrate gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung zu entlüften;
3 eine Querschnittsansicht einer zweiten Entlüftungsstruktur veranschaulicht, die ein Schirmventil ist, das konfiguriert ist, um bei einer zweiten Durchflussrate oder einer zweiten maximalen Durchflussrate gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung zu entlüften;
4 eine Querschnittsansicht einer verformbaren Entlüftungsstruktur veranschaulicht, die eine Berstscheibe ist, die konfiguriert ist, um mit einer dritten Durchflussrate oder einer dritten maximalen Durchflussrate gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung zu entlüften;
5 eine Unteransicht eines Schirmventils mit einer Vielzahl von Trägern veranschaulicht, die gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung Kanäle zum Entlüften definieren;
6 eine Unteransicht eines Schirmventils veranschaulicht, das gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung eine verformbare Entlüftungsstruktur umfasst,
7 ein Flussdiagramm eines veranschaulichenden Verfahrens 700 zum Zusammenbauen eines Batteriepacks mit einer Vielzahl von Entlüftungsstrukturen zeigt, um einer ersten oder ersten maximalen Durchflussrate, einer zweiten oder zweiten maximalen Durchflussrate und einer dritten oder dritten maximalen Durchflussrate gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung Rechnung zu tragen.
In einem veranschaulichenden Beispiel kann das Verfahren 700 zum Bilden eines Batteriepacks 100 aus 1, einschließlich des Entlüftungsstopfenventils 200 aus 2, des Schirmventils 300 aus 3, der verformbaren Entlüftungsstruktur 400 aus 4, des verformbaren Schirmträgers 500 aus 5, des verformbaren Schirms 600 aus 6 oder einer beliebigen Kombination davon verwendet werden;
8 zeigt ein schematisches Diagramm eines veranschaulichenden Fahrzeugs und einer Batteriepackanordnung gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung;
9 zeigt ein Flussdiagramm eines veranschaulichenden Verfahrens zum Empfangen und Verarbeiten von Daten von Sensoren, die angeordnet sind, um gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung eine Fahrzeuginformation über eine Batteriepackanordnung bereitzustellen.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Moderne Fahrzeuge und andere Infrastrukturen, die eine Vielzahl von elektronisch angetriebenen Vorrichtungen unterstützen, insbesondere für den Fahrzeugantrieb, können eine Vielzahl von Batteriezellen verwenden, die zusammengepackt werden, um Batteriepacks oder -anordnungen zu bilden. Die Zellen können in einer Vielzahl von Modulen oder Anordnungen innerhalb des Packs eingeschlossen sein. Bei einigen Batteriepacks erzeugen die Batteriezellen Wärme, die zu einer Beschädigung der Batteriezellen führen kann, wenn die Wärme nicht aus den Batteriepacks abgeführt wird. Einige Batteriepacks beruhen auf einer passiven Abführung von Wärme durch eine Membran, z. B. gebildet aus einem synthetischen Fluorpolymer, die in einem Anschluss fixiert ist. Diese festen Entlüftungsvorrichtungen sind jedoch im Allgemeinen nicht in der Lage, Wärme schnell oder in einem größeren Volumen zu entlüften, z. B. als Reaktion auf ein Ereignis, das einen schnellen Aufbau von Wärme und Druck im Batteriepack veranlasst.
Bewegliche Ventile, z. B. Schirmventile, die eine bewegliche Membran umfassen, können das Entweichen von Gas aus einem Batteriepack ermöglichen und im Allgemeinen das Eindringen von Wasser oder anderen Flüssigkeiten verhindern. Anordnungen, die solche Schirmventile verwenden, können insofern mangelhaft sein, als Wasser und Feuchtigkeit immer noch in den Batteriepack eindringen können, da die Schirmventile an der Schnittstelle, die das Ventil mit dem Batteriepack verbindet, nicht abgedichtet sind. Außerdem neigen diese Ventile dazu, aus der Stirnseite des Batteriepacks, auf dem sie installiert sind, herauszuragen. Dieses Herausragen kann eine Beschädigung der Ventile während der Installation und des Gehäuses verursachen, was zu einem Eindringen von Wasser während der Verwendung des Batteriepacks führen kann. Darüber hinaus bieten diese beweglichen Ventile möglicherweise keine ausreichende Entlüftung unter extremen Temperatur- oder Druckereignissen.
Diese und andere Defizite werden durch die hier beschriebenen Batteriepacks und Verfahren behoben. In einigen Ausführungsformen kann eine Vielzahl von Entlüftungsvorrichtungen oder -strukturen bereitgestellt werden, um die Entlüftung zu erhöhen, die ausreicht, um relativ große Mengen an Wärme aus einem Batteriepack oder einer Anordnung zu entlüften, und gleichzeitig die Abdichtung des Batteriepacks gegen das Eindringen von Wasser zu verbessern. Die Vielzahl der Entlüftungsstrukturen kann unterschiedliche Arten oder Entlüftungsmöglichkeiten einschließen und ermöglicht so eine im Allgemeinen abgestufte Entlüftung des Batteriepacks als Reaktion auf verschiedene Ereignisse. Zum Beispiel können die Entlüftungsstrukturen eine Vielzahl von Ventilen einschließen, einschließlich eines festen oder eines stopfenartigen Ventils, das im Allgemeinen eine relativ niedrige Entlüftungsrate zulässt, z. B. um auf einen langsamen oder geringen Druckanstieg innerhalb des Batteriepacks zu reagieren. Ein weiteres der Vielzahl von Ventilen kann ein bewegliches Ventil oder ein schirmartiges Ventil sein, das eine bewegliche Membran oder eine andere Abdichtungsstruktur aufweist, die sich vorübergehend verformt, um den Druck aus dem Gehäuse zu entlüften. Das bewegliche Ventil kann mit einer zweiten Rate aus dem Gehäuse entlüften, die größer ist als die vom Stopfenventil/festen Ventil bereitgestellte. Die Entlüftungsstrukturen können zusätzlich zu der Vielzahl von Ventilen auch eine verformbare Entlüftungsstruktur einschließen, die so konfiguriert ist, dass sie sich physisch verformt oder anderweitig mechanisch versagt, z. B. durch Schmelzen, Bersten oder dergleichen, um eine schnelle Freisetzung von Wärme und/oder Druck aus dem Gehäuse zu ermöglichen. Dementsprechend können Wärme und Druck, die sich in einer Rate aufbauen, die durch die festen und/oder beweglichen Ventile nicht gemindert werden kann, durch die verformbare Entlüftungsstruktur aus dem Gehäuse abgeleitet werden. In einigen Beispielen wird durch ein mechanisches Versagen der verformbaren Entlüftungsstruktur eine Öffnung in den Gehäusewänden geschaffen oder vergrößert, um eine Entlüftung bereitzustellen. Die Öffnung kann so positioniert werden, dass basierend auf den zu erwartenden Wasserständen, die das Fahrzeug durchfährt, das Risiko eines Wassereinbruchs minimiert wird. Die Öffnung kann auch eine externe visuelle Anzeige oder einen Hinweis auf ein Wärme- oder Druckereignis im Gehäuse des Batteriepacks bereitstellen, was den Austausch oder die Wartung des Batteriepacks erleichtert. Zum Beispiel kann (können) die Entlüftungsstruktur(en) aus einem Material bestehen, das seine Farbe ändert, wenn es einer Temperatur oder einem Druck ausgesetzt wird, der über einem Grenzwert liegt. In einem Beispiel nimmt ein helles Harz (z. B. ein weißes Harz) eine dunklere Farbe an (z. B. braun oder schwarz), wenn die verformbare Entlüftungsstruktur einer Temperatur oder einem Druck ausgesetzt wird, der einen vorbestimmten Schwellenwert oder Grenzwert überschreitet.
In einigen beispielhaften Ansätzen gibt es eine Vielzahl der verschiedenen Entlüftungsstrukturen, z. B. mehrere Entlüftungsstopfen, Schirmventile und verformbare Entlüftungsstrukturen, basierend auf der erwarteten Wärme- oder Druckbelastung der eingeschlossenen Batteriezellen und/oder der Leistungsabgabekapazität der Batteriezellen. In einigen Ausführungsformen können verformbare Entlüftungsstrukturen in die Ventile integriert sein, z. B. durch eine verformbare Struktur, die Teil eines beweglichen Ventils oder eines Schirmventils ist. Diese Kombination mehrerer Entlüftungsstrukturen in einer einzigen Vorrichtung, z. B. einem beweglichen Ventil oder einem Schirmventil, kann vorteilhafterweise die Anzahl der Öffnungen im Gehäuse des Batteriepacks und/oder der Dichtungsschnittstellen verringern.
Dementsprechend können die hierin beschriebenen Systeme und Verfahren im Allgemeinen Wärme und/oder Druck mit drei verschiedenen Durchflussraten entlüften, um drei verschiedene Arten von Wärme- oder Druckproblemen anzugehen, die die Leistung der Batteriezellen beeinträchtigen. Somit können die beispielhaften Batteriepacks auf unterschiedliche Wärme- und Druckereignisse sowie auf das mehrfache Auftreten verschiedener wärme- und druckbasierter Ereignisse reagieren, ohne dass eine Wartung oder ein Austausch des Batteriepacks oder des Gehäuses erforderlich ist. Darüber hinaus wird im Allgemeinen durch diesen Ansatz das Eindringen von Wasser und anderen Verunreinigungen in das Batteriegehäuse verhindert. Der Ansatz der vorliegenden Offenbarung behebt auch die Defizite vorstehender Konstruktionen, bei denen Ventile und andere Entlüftungsöffnungen aus der Vorderseite eines Batteriegehäuses herausragen können, z. B. über eine Außenwandoberfläche hinaus, während die Entlüftungsstrukturen der vorliegenden Offenbarung in die Wände des Gehäuses eingebettet werden können, so dass ein äußerster Abschnitt der Entlüftungsstruktur und/oder des Ventils nicht über eine Ebene der Außenoberfläche des Gehäuses hinausragt.
In einigen Ausführungsformen ist jede der Vielzahl von Entlüftungsstrukturen innerhalb der Gehäusewände durch einen Gewindeabschnitt positioniert, und die gesamte Entlüftungsstruktur ist so positioniert, dass sie innerhalb einer Innenoberfläche der Gehäusewände verbleibt und/oder nicht über eine Außenoberfläche der Gehäusewände hinausragt. In einigen solchen Beispielen ist eine radiale Dichtung zwischen einem Gewindeschaft oder einem Abschnitt jedes der Vielzahl von Ventilen und einer radial äußeren Fläche des Ventils positioniert, um das Eindringen von Wasser aus der Umgebung, die das Batteriegehäuse umgibt, zu verhindern.
In einigen Beispielen steht ein Batteriegehäuse in Kommunikation mit der Fahrzeugsteuerschaltlogik, die konfiguriert ist, um Signale von einer Vielzahl von Sensoren zu verarbeiten, die innerhalb des Batteriepacks oder Gehäuses installiert sind. Die Vielzahl von Sensoren kann mindestens einen von Temperatursensor, einem Spannungssensor, einem Drucksensor oder einem Sensor einschließen, der konfiguriert ist, um stehendes Wasser innerhalb des Batteriegehäuses zu erkennen. Jeder dieser Sensoren kann so konfiguriert sein, dass er Daten in Bezug auf die Bedingungen innerhalb und in der Umgebung des Batteriegehäuses erfasst. Die Daten werden von Fahrzeugsystemen verarbeitet, die eine Steuerschaltlogik umfassen, die so konfiguriert ist, dass sie den Benutzern der Fahrzeugsysteme Statusmeldungen und Warnungen bereitstellt.
Unter Bezugnahme nun auf 1 wird ein Beispiel für einen Batteriepack oder eine -anordnung 100 gezeigt, die im Allgemeinen eine beispielhafte Ausführungsform der hierin beschriebenen Systeme und Verfahren darstellen kann. Der Batteriepack 100 ist mit einer Vielzahl von Entlüftungsstrukturen 108, 110 und 112 dargestellt. Wie nachfolgend erörtert wird, können die Entlüftungsstrukturen Ventile wie ein Entlüftungsstopfenventil 200 (siehe 2), ein bewegliches oder Schirmventil 300 (siehe 3) einschließen. Eine oder mehrere der Entlüftungsstrukturen 108, 110, 112 können auch eine verformbare Entlüftungsstruktur einschließen. In einigen Beispielen kann die verformbare Entlüftungsstruktur eine separate Komponente oder Vorrichtung von anderen Entlüftungsstrukturen des Packs 100 sein, z. B. in Form einer verformbaren Berstscheibenentlüftungsstruktur 400 (siehe 4). In anderen Beispielen kann jedoch eine verformbare Entlüftungsstruktur mit einem beweglichen Ventil integriert sein, z. B. wie nachstehend in Bezug auf ein radiales Stützventil 500 (siehe 5) oder einen Berstscheibenschirm 600 (siehe 6) beschrieben wird. Dementsprechend können das radiale Stützventil 500 und/oder der Berstscheibenschirm 600 in Kombination oder anstelle des Entlüftungsstopfens 200 und/oder des Schirmventils 300 in den Batteriepack 100 integriert sein. Wie ferner nachstehend beschrieben wird, kann der Batteriepack 100 auch gemäß dem Verfahren 700 aus 7 konfiguriert sein und kann als Batteriepackanordnung 804 in das Fahrzeugsystem 800 aus 8 integriert sein. Der Batteriepack 100 kann auch mit Sensoren konfiguriert sein, soweit dies erforderlich ist, um die Durchführung des Verfahrens 900 aus 9 zu erleichtern.
Unter Bezugnahme nun auf 1 kann der Batteriepack 100 von der Wandanordnung 102 umschlossen sein. Die Wandanordnung 102 kann ein Gehäuse um Batteriezellenmodule oder -anordnungen 104a-i bilden. Jedes der Module 104 kann eine oder mehrere und in einigen Fällen viele Batteriezellen einschließen. Das Gehäuse des Packs 100 kann im Wesentlichen abgedichtet sein. Ferner kann der Fluidstrom in und aus dem durch die Wandanordnung 102 definierten Gehäuse, z. B. von Umgebungsluft, auf den von den Entlüftungsstrukturen 108, 110 und 112 zugelassenen Strom beschränkt werden, wie nachstehend weiter erläutert wird. Dementsprechend kann eine Erhöhung des Drucks und/oder der Temperatur innerhalb der Wandanordnung 102, z. B. aufgrund einer Erhöhung der Temperatur der Batteriemodulanordnungen 104, der Entlüftung aus den Modulen 104a-i usw. im Allgemeinen eine Erhöhung des Drucks innerhalb der Wandanordnung 102 bewirken. Dementsprechend kann der Überdruck von innerhalb des Gehäuses der Wandanordnung 102 über eine oder mehrere der Entlüftungsstrukturen 108, 110, 112 entlüftet werden. Batteriemodulanordnungen 104a-i können eine Vielzahl von Batteriezellen umfassen, die miteinander verbunden sind, um eine elektrische Energiemenge zu erzeugen, die einem größeren Fahrzeugsystem bereitgestellt wird. Die Batteriemodulanordnungen 104a-i können vertikal oder horizontal angeordnet oder übereinander gestapelt sein, je nachdem, wie groß der verfügbare Packungsraum der Struktur ist, für die der Batteriepack 100 konfiguriert ist, um elektrische Energie bereitzustellen. Die Batteriemodulanordnungen 104a-i können durch Trennwände getrennt sein, die Kanäle für die von den Batteriemodulanordnungen 104a-i erzeugte Wärme bilden können. Der Strom oder die Ströme 106 stellt/stellen mögliche Pfade für Druck und/oder Wärme dar, die von Batteriemodulanordnungen 104a-i erzeugt werden. Der Strom oder die Ströme 106 kann/können sich basierend auf der Verwendung der Batteriemodulanordnungen 104a-i oder anderen Bedingungen des Batteriepacks 100 in einer Vielzahl von Niveaus manifestieren. Zum Beispiel können Batteriemodulanordnungen 104a-i geringere Mengen an Druck oder Wärme mit niedrigeren Raten erzeugen, wenn die durch das System erzeugte Stromaufnahme, in dem die Batteriemodulanordnungen 104a-i angeordnet sind, auf einem niedrigen oder normalen Betriebsniveau liegt. Im Gegensatz dazu können, wie nachstehend weiter erläutert wird, größere Mengen an Druck und/oder Wärme durch die anderen Entlüftungsstrukturen 108, 110 und/oder 112 als Reaktion auf einen stärkeren oder schnelleren Druckaufbau innerhalb der Wandanordnung 102 entlüftet werden.
In einem anderen Beispiel können die Stromaufnahme und die daraus resultierende Wärmeabgabe oder der Druck innerhalb des Batteriemoduls 100 in Bezug zu einer Anzahl von Fahrzeugsystemen in aktiver Verwendung stehen, z. B. als Teil eines Elektrofahrzeugs, das die Batteriemodulanordnung 100 zur Energieversorgung und/oder -speicherung nutzt. Zum Beispiel kann eine erste Druck- oder Wärmemenge erzeugt werden, wenn das Fahrzeug nur Hilfsleistung verwendet, um einen Fahrzeugaktivierungsbefehl zu überwachen (z. B. 12 Watt, was einer Wärmeabgabe von 12 Joule pro Sekunde entspricht), eine zweite Druckmenge kann erzeugt werden, wenn das Fahrzeug eine Leistungsmenge im Leerlauf verwendet, wenn das Fahrzeug eingeschaltet ist, um einen Großteil der Fahrzeugsysteme zu aktivieren und in einem stationären Zustand zu betreiben (z. B. 18 Watt, was einer Wärmeabgabe von 18 Joule pro Sekunde entspricht), und eine dritte Druckmenge kann erzeugt werden, wenn das Fahrzeug eine höhere oder maximale Leistungsmenge verwendet, wenn das Fahrzeug und die Systeme innerhalb des Fahrzeugs alle mit einer höheren oder maximalen Kapazität arbeiten (z. B. 36 Watt, was einer Wärmeabgabe von 36 Joule pro Sekunde entspricht). Alle diese Leistungen können sich im Batteriepack 100 durch einen beispielhaften Strom 106 basierend auf der Anordnung einer Vielzahl von Wänden, welche die Wandanordnung 102 umfassen, sowie auf den Energieleistungen und dem Positionieren der Batteriemodulanordnungen 104a-i ausbreiten.
In einem anderen Beispiel ist die Batteriemodulanordnung 100 konfiguriert, um als Reaktion auf unterschiedliche Niveaus oder Schwellenwerte von Innendruck oder Wärme innerhalb des Moduls 100 zu entlüften. Insbesondere können ein oder mehrere Entlüftungsstopfenventile konfiguriert sein, um eine erste Druckmenge, z. B. 5 kPa Druck, innerhalb der Batteriemodulanordnung 100 zu entlüften, die durch die von den Batteriezellen in der Batteriemodulanordnung 100 erzeugte Wärme entstehen kann. Höhere Druckniveaus können über andere Entlüftungsstrukturen aus dem Modul 100 entlüftet werden. Insbesondere kann ein bewegliches oder schirmartiges Ventil konfiguriert sein, um höhere Druckniveaus, z. B. 10 kPa Druck innerhalb des Batteriemoduls 100, als Reaktion auf höhere Wärmeabgabeniveaus durch die Batteriezellen oder andere Bedingungen, die einen zusätzlichen Druck innerhalb des Moduls 100 erzeugen, zu entlüften. Ferner können höhere Druck- und/oder Wärmeniveaus, z. B. ein Druck von 50 kPa oder 600 °C, durch ein verformbares Ventil aus dem Modul 100 entlüftet werden. Alle diese Leistungen können sich in der Batteriemodulanordnung 100 durch einen beispielhaften Strom 106 basierend auf der Anordnung einer Vielzahl von Wänden, welche die Wandanordnung 102 umfassen, ausbreiten.
In einem anderen Beispiel können die Bedingungen innerhalb des Batteriepacks 100 zu einem erhöhten Druck führen, entweder als direkte Folge der von den Batteriemodulanordnungen 104a-i erzeugten Wärme oder durch andere Bedingungen, die durch den Betrieb des Batteriepacks 100 veranlasst werden. Zum Beispiel können die Bedingungen innerhalb des Batteriepacks 100 in der Regel bei einem Umgebungsdruck wie 1 atm liegen. Zwischen dem Betrieb des Fahrzeugs und der Stromaufnahme aus den Batteriemodulanordnungen 104a-i können sich die Bedingungen innerhalb des Batteriepacks 100 von 1 atm auf 1,1 atm ändern, wodurch ein Strom bzw. Ströme 106 von gasförmigen Partikeln entstehen können, die mit 0,001 m³/Sekunde passiv entlüftet werden müssen, während das Fahrzeug nur die Hilfsleistung verwendet, um auf einen Fahrzeugaktivierungsbefehl zu warten, der einer ersten Durchflussrate oder einer ersten maximalen Durchflussrate entspricht, die entlastet werden muss. Eine zweite maximale Durchflussrate kann einer Druckänderung von 1 atm auf 1,4 atm entsprechen, die einen Strom (Ströme) 106 von Gaspartikeln erzeugen kann, die mit 0,01 m³/Sekunde aktiver abgeführt werden müssen, während das Fahrzeug eingeschaltet ist, um einen Großteil der Fahrzeugsysteme zu aktivieren und in einem stationären Zustand zu betreiben. Eine dritte Durchflussrate oder eine dritte maximale Durchflussrate kann einer Druckänderung von 1 atm auf 2,5 atm entsprechen, die einen Strom (Ströme) 106 von Gaspartikeln erzeugen kann (können), der (die) mit einer Geschwindigkeit von 1 m³/Sekunde fast sofort abgeführt werden muss (müssen), wenn das Fahrzeug eine hohe oder maximale Leistungsmenge verwendet, wenn das Fahrzeug und die Systeme innerhalb des Fahrzeugs über einen Zeitraum, der über einen Konstruktionsschwellenwert hinausgeht, mit maximaler Kapazität betrieben werden.
In einigen Ausführungsformen beinhaltet der Batteriepack 100 mehrere Arten von Entlüftungsstrukturen in der gesamten Wandanordnung 102. Jede der Entlüftungsstrukturen kann so angeordnet sein, dass sie die Seiten der Wandanordnung 102 entlüften. Die Entlüftungsstrukturen können basierend auf der Berücksichtigung des Stroms/der Ströme 106 angeordnet sein, um den Aufbau von Druck oder Wärme in einem bestimmten Bereich des Batteriepacks 100 zu minimieren. Zum Beispiel kann es sich bei einem ersten Typ von Entlüftungsstruktur um Entlüftungsanschlüsse 108a und 108b handeln. In diesem Beispiel sind basierend auf dem Strom 106 nur die Batteriemodulanordnungen 104a-c dem Strom 106 unterworfen. Dementsprechend können sich Druck und/oder Wärme mit langsamer Rate aufbauen. Die Entlüftungsanschlüsse 108a und 108b können jeweils den Entlüftungsstopfen 200 aus 2 einschließen und in einer festen Höhe relativ zu einem eingebetteten Gewinde in der Wandanordnung 102 positioniert sein. Die feste Höhe kann basierend auf eine Querschnittsströmungsfläche bestimmt werden, um niedrigere Druck- und/oder Wärmeniveaus, die aus den Entlüftungsanschlüssen 108a und 108b ausgestoßen werden sollen, zu ermöglichen, während ein Austrittsstrom erzeugt wird, der das Eindringen von Feuchtigkeit oder anderen Fluiden in die Entlüftungsanschlüsse 108a und 108b verhindert. In einem Beispiel kann der Entlüftungsstopfen 200 so konfiguriert sein, dass er das Modul 100 ausreichend entlüftet, um einen Überdruck innerhalb des Pakets 100 von 5 kPa anzusteuern.
Bei einer zweiten Entlüftungsstruktur kann es sich um Schirmventile 110a und 110b handeln. In diesem Beispiel gibt es nun basierend auf dem Strom 106 Batteriemodule 104a-g, die dem Strom 106 unterzogen werden. Dementsprechend können sich Druck und/oder Wärme mit einer schnelleren Rate aufbauen, z. B. um einen Innendruck innerhalb des Batteriepacks 100 über 10 kPa zu erzeugen. Auch in diesem Beispiel können die Entlüftungsanschlüsse 108a und 108b so positioniert sein, dass sie einen Teil der sich aufbauenden Wärme passiv entlasten, so dass nicht der gesamte von den Batteriemodulanordnungen 104a-g erzeugte Druck oder die gesamte Wärme durch die Schirmventile 110a und 110b entlastet werden muss. Die Schirmventile 110a und 110b können durch das Schirmventil 300 aus 3 dargestellt werden und können verformbare Merkmale des radialen Stützventils 500 aus 5 und des Berstscheibenschirms 600 aus 6 enthalten, abhängig von der erwarteten Wärmeabgabe der Anordnung der Batteriemodulanordnungen 104a-i innerhalb des Batteriepacks 100. Schirmventile 110a und 110b können so konfiguriert sein, dass sie eine Dichtung an der Wandanordnung 102 aufrechterhalten, bis der von den Batteriemodulen 104a-g erzeugte Strom 106 einen ausreichenden Druck und/oder eine ausreichende Temperatur erzeugt, um eine Reaktion der Ventile 110a und/oder 110b hervorzurufen. In diesem Beispiel können die Schirmventile 110a und 110b so konfiguriert sein, dass sie, wenn der Strom 106 ein erhöhtes Niveau erreicht, eine Öffnung zur Umgebung außerhalb des Batteriepacks 100 bilden, um den Druck und/oder die Wärme aus der Wandanordnung 102 zu entlüften.
Eine dritte Entlüftungsstruktur kann eine verformbare Entlüftungsstruktur 112 sein, die, wie in 1 veranschaulicht, die Form von Berstscheiben 112a und 112b annehmen kann. In diesem Beispiel findet basierend auf dem Strom 106 ein weiterer Druckanstieg innerhalb des Packs 100 und/oder der Ströme 106 statt, z. B. aufgrund einer erhöhten Anzahl von Batteriemodulanordnungen 104a-i, die entlüften, oder aufgrund von extremeren Ereignissen, die einen Überdruck und/oder Wärme innerhalb des Packs 100 bewirken. Dementsprechend kann sich der Druck innerhalb des Batteriepacks 100 wesentlich schneller aufbauen und einen Druck von mehr als 50 kPa und/oder eine Temperatur von mehr als 600 °C erzeugen. Dadurch kann eine Entlüftung durch Entlüftungsstopfen oder bewegliche/schirmartige Entlüftungsventile allein nicht ausreichen, um die Entlüftung aus dem Pack 100 zu erleichtern. Auch in diesem Beispiel können Berstscheiben an einer Sammelposition dieses Drucks/dieser Wärme basierend auf der Richtung des Stroms 106 angeordnet sein, die von der Konfiguration der Wandanordnung 102 und der relativen Positionierung der Batteriemodulanordnungen 104a-i innerhalb des Batteriepacks 100 abhängen kann. Die Berstscheiben 112a und 112b können durch die Berstscheibe 400 aus 4 dargestellt werden. Die Berstscheiben 112a und 112b können so konfiguriert sein, dass sie die Dichtung für die Wandanordnung 102 aufrechterhalten, und sie können aus einer verformbaren Struktur bestehen, die so konfiguriert ist, dass sie bei einem Druck- oder Wärmeanstieg, der z. B. 50 kPa oder 600 °C übersteigt, mit hoher Rate mechanisch versagt und aufbricht, um so zu verhindern, dass die Batteriemodulanordnungen 104a-i über einen längeren Zeitraum einem Wärmestrom dieses Niveaus ausgesetzt sind. Die Entlüftungsanschlüsse 108a und 108b sowie die Schirmventile 110a und 110b können gemäß einigen Ausführungsformen dieser Offenbarung auch verformbare Strukturen einschließen, wenn Batteriemodulanordnungen 104a-i wiederholt einen Strom 106 erzeugen, der einen hohen oder maximal zulässigen Druck oder eine hohe oder maximal zulässige Wärme überschreitet.
In einigen Ausführungsformen kann eine Warnung für die Wartung des Batteriepacks 100 erzeugt werden, sobald der Strom 106 das beispielhafte maximale Druck-/WärmeNiveau überschreitet. Zum Beispiel können, sobald der beispielhafte oder maximale Wärmestrom erreicht ist, Öffnungen in den Batteriewandanordnungen 102 vorhanden sein, die das Eindringen von Fluiden in den Batteriepack 100 je nach den Betriebsbedingungen ermöglichen, z. B. infolge eines physischen oder dauerhaften mechanischen Versagens einer oder mehrerer der verformbaren Entlüftungsstrukturen 112. In einigen Ausführungsformen kann eine Steuerschaltlogik innerhalb des Batteriepacks 100 angeordnet sein, die eine Vielzahl von Sensoren (z. B. einen Wassersensor, der konfiguriert ist, um stehendes Wasser innerhalb der Batteriepackanordnung zu erkennen, einen Temperatursensor, einen Spannungssensor und einen Drucksensor) umfasst. Diese Sensoren können so konfiguriert sein, dass sie einem Fahrzeugbetreiber Daten und Warnungen bereitstellen, wie in Verfahren 900 aus 9 dargestellt.
2 veranschaulicht eine Querschnittsansicht eines beispielhaften Entlüftungsstopfens 200, der gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung Wärme mit einer ersten maximalen Durchflussrate entlüftet. Der Entlüftungsstopfen 200 kann im Allgemeinen auch einen gasförmigen Strom in das Gehäuse zulassen, um einen stabilen Betriebsdruck zu ermöglichen (z. B. aufgrund der thermischen Kontraktion, wenn ein oder mehrere Batteriemodule 104a-i abkühlen), während er zugleich geringere Niveaus von Wärme und/oder Druck aus dem Gehäuse abführt. Der Entlüftungsstopfen 200 kann in einem Beispiel als Entlüftungsanschlüsse 108a und 108b in den Batteriepack 100 integriert werden. Der Entlüftungsstopfen 200 kann auch Gesichtspunkte des radialen Stützventils 500 aus 5 und des Berstscheibenschirms 600 aus 6 integrieren.
Der Entlüftungsstopfen 200 kann in die Wand 202 eingebettet sein. Die Wand 202 kann lediglich beispielhaft die Wandanordnung 102 aus 1 darstellen. Der Entlüftungsstopfen 200 kann im eingebauten Zustand so positioniert werden, dass der Entlüftungsstopfen 200 nicht durch eine von der Außenoberfläche der Wand 202 definierte Ebene ragt. Ein oberster Abschnitt des Entlüftungsstopfens 200 kann die Entlüftungskappe 204 sein. Die Entlüftungskappe 204 kann Öffnungen umfassen, um zu ermöglichen, dass der erwärmte Strom 212 die den Batteriepack 100 aus 1 umgebende Umgebung erreicht, oder sie kann, wie in 2 dargestellt, Kanäle bilden, um zu ermöglichen, dass der Strom 212 als Austrittsdruck oder Wärmestrom wirkt, um das Eindringen von Fluiden aus der Umgebung in den Entlüftungsstopfen 200 zu verhindern. Die Entlüftungskappe 204 ist so positioniert, dass eine erste maximale Durchflussrate von Wärme aus dem Batteriepack 100 austreten kann (z. B. eine Durchflussrate, die durch einen Innendruck von 5 kPa erzeugt wird, der das Entlüften von Überdruck oder Wärme durch die Entlüftungskappe 204 ermöglicht). In einigen Ausführungsformen kann die Entlüftungskappe 204 verformbare Abschnitte wie das radiale Stützventil 500 aus 5 und den Berstscheibenschirm 600 aus 6 einschließen, um den Wärmestrom einer dritten maximalen Durchflussrate anzusteuern.
Der radiale Dichtungsring 206 kann in einer Nut angeordnet sein, um eine Dichtung gegen die Seitenwände zu bilden, die durch die Öffnung zum Anbringen des Entlüftungsstopfens 200 gebildet sind. Der radiale Dichtungsring 206 kann aus jedem Material bestehen, das dafür bekannt ist, gegen das Eindringen von Fluiden abzudichten, in denen sich der Batteriepack 100 aus 1 befinden kann, z. B. ein nachgiebiges Material wie Silikon, Gummi oder dergleichen. Der radiale Dichtungsring 206 kann von den Belastungen, denen der Gewindeabschnitt 208 ausgesetzt ist, entkoppelt werden. In einigen Ausführungsformen kann dies die Verwendung einer relativ kleinen Dicke der Wand 202 ermöglichen, da die Dichtung nicht von Gewindebelastungen abhängig ist, die durch den Gewindeabschnitt 208 bereitgestellt werden. Der Gewindeabschnitt 208 kann unterhalb des radialen Dichtungsrings 206 angeordnet sein und kann mit einem Gewindeabschnitt der Wand 202 zusammenpassen, um die Positionierung des Entlüftungsstopfens innerhalb der Wand 202 zu ermöglichen, um zu verhindern, dass die Entlüftungskappe 204 über eine Ebene hinausragt, die durch die umgebende Außenoberfläche definiert wird. In einigen Ausführungsformen ist der Gewindeabschnitt 208 konfiguriert, um Gewindebelastungen zu reduzieren, die durch Gewindeeingriff basierend auf der Dicke der Wand 202 bereitgestellt werden. Die durchlässige Membran 210 kann aus einem Material bestehen, das den Austritt von erwärmtem Gas aus dem Inneren des Batteriepacks 100 in die den Batteriepack 100 umgebende Umgebung ermöglicht und gleichzeitig das Eindringen von Fluiden verhindert, die sich bekanntermaßen in der den Batteriepack 100 umgebenden Umgebung befinden. Der Austritt von Druck und/oder Wärme wird durch den Strom 212 dargestellt. Die durchlässige Membran 210 kann so konfiguriert sein, dass sie niedrigeren Temperatur- und/oder Druckniveaus standhält, z. B. einer ersten und einer zweiten maximalen Durchflussrate für Wärme und Druck, und kann so konfiguriert sein, dass sie bei einer dritten maximalen Durchflussrate versagt. In einem Beispiel können niedrigere Druckniveaus wie 5 kPa oder 10 kPa durch die Entlüftungskappe 204 und/oder die durchlässige Membran 210 ausreichend abgedeckt werden, während höhere Temperatur- und/oder Druckniveaus (z. B. 50 kPa oder 600 °C) zusätzliche Entlüftungsfähigkeit erfordern können, wie nachstehend weiter erläutert wird.
3 veranschaulicht eine Querschnittsansicht des Schirmventils 300, das gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung Wärme mit einer zweiten maximalen Durchflussrate entlüftet. Das Schirmventil 300 kann als Schirmventil 110a und 110b in den Batteriepack 100 integriert werden. Das Schirmventil 300 kann in einigen Beispielen auch Gesichtspunkte des radialen Stützventils 500 aus 5 und des Berstscheibenschirms 600 aus 6 integrieren.
Das Schirmventil 300 kann in die Wand 302 eingebettet sein. Die Wand 302 kann eine Wand der Wandanordnung 102 aus 1 darstellen. Das Schirmventil 300 kann so konfiguriert sein, dass in seiner eingebetteten Position die gesamte Anordnung, die das Schirmventil 300 umfasst, nicht durch eine von der Außenoberfläche der Wand 302 definierte Ebene ragt. Der radiale Dichtungsring 304 kann in einer Nut angeordnet sein, um eine Dichtung gegen die Seitenwände zu bilden, die durch die Öffnung zum Anbringen des Schirmventils 300 gebildet sind. Der radiale Dichtungsring 304 kann aus jedem Material bestehen, das dafür bekannt ist, gegen das Eindringen von Fluiden abzudichten, in denen sich der Batteriepack 100 aus 1 befinden kann. Der Gewindeabschnitt 306 kann unterhalb des radialen Dichtungsrings 304 angeordnet sein und kann mit einem Gewindeabschnitt der Wand 302 zusammenpassen, um die Positionierung des Entlüftungsstopfens innerhalb der Wand 302 zu ermöglichen, um zu verhindern, dass ein oberster Abschnitt des Schirmventils 300 über eine Ebene hinausragt, die durch die umgebende Außenoberfläche definiert ist.
Die Schirmdichtung 308 kann aus einem Material bestehen, das den Austritt von erwärmtem Gas aus dem Inneren des Batteriepacks 100 in die den Batteriepack 100 umgebende Umgebung ermöglicht und gleichzeitig das Eindringen von Fluiden verhindert, die sich bekanntermaßen in der den Batteriepack 100 umgebenden Umgebung befinden. Der Austritt von Druck und/oder Wärme ist durch den Strom 312 dargestellt. Die Schirmdichtung 308 kann so konfiguriert sein, dass sie einen Spalt zwischen der Schirmdichtung 308 und dem Körper des Schirmventils 308 bildet, um den Austritt von Wärme zu ermöglichen, wenn das Wärmeniveau mit einer zweiten maximalen Durchflussrate übereinstimmt oder diese überschreitet, und kann so konfiguriert sein, dass sie bei einer dritten maximalen Durchflussrate versagt. Die Schirmdichtung 308 kann durch die Trägerstruktur 310 in ihrer Position gehalten werden. Die Trägerstruktur 310 kann Öffnungen umfassen, die es dem Strom 312 ermöglichen, die den Batteriepack 100 umgebende Umgebung aus 1 zu erreichen, wenn genügend Wärme erzeugt wird, um die Kanten der Schirmdichtung 308 zu verdrängen (z. B. wenn im Inneren des Batteriepacks ein Druck von mindestens 10 kPa herrscht). In einigen Ausführungsformen kann die Trägerstruktur 310 verformbare Abschnitte wie das radiale Stützventil 500 aus 5 einschließen, die so konfiguriert sein können, dass sie sich verformen, wenn sie einer dritten maximalen Durchflussrate ausgesetzt werden (z. B. einer Gasdurchflussrate, die durch einen Innendruck des Batteriepacks von über 50 kPa oder eine Temperatur von über 600 °C ermöglicht wird). In einigen Ausführungsformen kann die Schirmdichtung aus einem Berstscheibenschirm 600 bestehen, um einen Strom mit der dritten maximalen Durchflussrate anzusteuern.
4 veranschaulicht eine Querschnittsansicht der Berstscheibenanordnung 400, die so konfiguriert sein kann, dass sie gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung mit einer dritten maximalen Durchflussrate aus dem Gehäuse des Packs 100 entlüftet. Die Berstscheibenanordnung 400 kann als verformbare Entlüftungsstruktur 112a und 112b in den Batteriepack 100 integriert werden. Die Berstscheibenanordnung 400 kann auch Gesichtspunkte des radialen Stützventils 500 aus 5 und des Berstscheibenschirms 600 aus 6 integrieren.
Die Berstscheibenanordnung 400 kann in die Wand 402 eingebettet sein. Die Wand 402 kann eine Wand der Wandanordnung 102 aus 1 darstellen. Die Berstscheibenanordnung 400 kann so konfiguriert sein, dass in ihrer angepassten endgültigen Position die gesamte Anordnung, welche die Berstscheibenanordnung 400 umfasst, nicht durch eine von der Außenoberfläche der Wand 402 definierte Ebene ragt. Ein oberster Abschnitt der Berstscheibenanordnung 400 kann ein verformbarer Abschnitt 404 sein. Der verformbare Abschnitt 404 kann so konfiguriert sein, dass er eine Dichtung bildet, die das Eindringen von Fluiden aus der Umgebung in den Entlüftungsstopfen 200 verhindert. Der verformbare Abschnitt 404 kann so konfiguriert sein, dass er sich verformt und eine Öffnung erzeugt, wenn er einem Wärmestrom ausgesetzt ist, der eine dritte maximale Durchflussrate übersteigt, damit der Wärmestrom 410 aus dem Batteriepack 100 austreten kann (z. B. kann er schmelzen, wenn er einem Innendruck von mehr als 50 kPa oder 600 °C ausgesetzt ist). Zum Beispiel kann der verformbare Abschnitt 404, wenn er sich verformt, eine visuelle Anzeige eines thermischen Ereignisses hinterlassen, entweder durch eine Farbveränderung oder durch andere Rückstände, die als Ergebnis des Ereignisses zurückbleiben, zusätzlich zu einem offenen Raum, in dem sich der verformbare Abschnitt 404 befand, bevor er sich verformte, weil er dem Ereignis ausgesetzt war. In einigen Ausführungsformen kann der verformbare Abschnitt 404 verformbare Strukturen wie das radiale Stützventil 500 aus 5 und den Berstscheibenschirm 600 aus 6 einschließen, um den Strom einer dritten maximalen Durchflussrate anzusteuern. In einigen Ausführungsformen können diese anderen Strukturen in die Form des verformbaren Abschnitts 404 integriert werden, um die Berstscheibenanordnung 400 in die Lage zu versetzen, zur Entlüftung einer relativ geringeren Durchflussrate beizutragen, z. B. der vorstehend erläuterten ersten und/oder zweiten maximalen Durchflussrate, um die Wahrscheinlichkeit zu verringern, dass der Batteriepack 100 einen Druck/eine Temperatur innerhalb der Wandanordnung 102 erreicht, um einen erhöhten Strom aus dem Gehäuse zu erzeugen, z. B. mit einer weiter erhöhten Durchflussrate wie der dritten maximalen Durchflussrate.
Der radiale Dichtungsring 406 kann in einer Nut angeordnet sein, um eine Dichtung gegen die Seitenwände zu bilden, die durch die Öffnung zum Anbringen der Berstscheibenanordnung 400 gebildet sind. Der radiale Dichtungsring 406 kann aus jedem Material bestehen, das dafür bekannt ist, gegen das Eindringen von Fluiden in den Batteriepack 100 aus 1, z. B. Wasser, abzudichten. Der Gewindeabschnitt 408 kann unterhalb des radialen Dichtungsrings 406 angeordnet sein und kann mit dem Gewindeabschnitt der Wand 402 zusammenpassen, um die Positionierung der Berstscheibenanordnung 400 innerhalb der Wand 402 zu ermöglichen, um zu verhindern, dass der verformbare Abschnitt 404 über eine Ebene hinausragt, die durch die umgebende Außenoberfläche definiert ist. Der verformbare Abschnitt 404 kann aus jedem Material bestehen, das geeignet ist, eine Dichtung zu bilden, um basierend auf der zu erwartenden Umgebung des Batteriepacks 100 das Eindringen von Fluiden oder Gasen in den Batteriepack 100 zu verhindern, und gleichzeitig aus einem Material bestehen, das so strukturiert ist, dass es sich verformt und eine Öffnung bildet, wenn es einem Wärmeniveau ausgesetzt wird, das einen dritten maximalen Wärmewert übersteigt (z. B. wenn es Bedingungen ausgesetzt wird, die in Bezug auf einen Innendruck des Batteriepacks oder eines Moduls stehen, der 50 kPa übersteigt, oder einer Temperatur innerhalb des Batteriepacks 100, die 600 °C übersteigt). Der Austritt von Druck/Wärme wird durch den Strom 410 dargestellt. Der verformbare Abschnitt 404 kann konfiguriert sein, um einer ersten und einer zweiten maximalen Wärmeflussrate standzuhalten (z. B. Gasstromraten, die dem internen Batteriepackdruck von 5 kPa bzw. 10 kPa entsprechen) und können konfiguriert sein, um bei höheren Temperatur- und/oder Druckniveaus, z. B. einer dritten maximalen Durchflussrate, zu versagen. In einigen Ausführungsformen kann der verformbare Abschnitt 404 Strukturelemente integrieren, um den Austritt der ersten und der zweiten maximalen Wärmeflussrate ohne Verformung zu ermöglichen.
5 veranschaulicht eine Unteransicht der verformbaren Struktur 500, die gemäß einigen Ausführungsformen dieser Offenbarung in das Schirmventil 300 als Trägerstruktur 310 (beide aus 3) integriert werden kann. Die verformbare Struktur 500 kann auch in den Entlüftungsstopfen 200 als Trägerstruktur für die durchlässige Membran 210 integriert werden (beide aus 2) und kann in die Berstscheibenanordnung 400 als Teil der verformbaren Struktur 404 integriert werden (beide aus 4).
Die verformbare Struktur 500 kann einen äußeren Umfang aufweisen, der durch den Stützring 502 definiert ist. Der äußere Stützring 502 kann der Durchmesser eines Abschnitts einer Wand der Wandanordnung 102 aus 1 sein, der aufgebohrt und mit einem Gewinde versehen ist, um das Einsetzen eines des Entlüftungsstopfens 200 aus 2, des Schirmventils 300 aus 3 oder der Berstscheibenanordnung 400 aus 4 zu ermöglichen. Der innere Stützring 504 kann der Durchmesser eines unteren Abschnitts der Schirmdichtung 308 aus 3 sein. Die Verbindung zwischen dem inneren Stützring 504 und dem äußeren Stützring 502 sind die Stützarme 506a-d. In einigen Ausführungsformen können mehr oder weniger als die vier abgebildeten Stützarme 506a-d vorhanden sein, abhängig von der Dicke der Wandanordnung 102 aus 1 und der dritten erwarteten maximalen Durchflussrate, die innerhalb des Batteriepacks 100 aus 1 erzeugt werden soll.
Die Stützarme 506a-d können aus einer Materialart bestehen, die so strukturiert ist, dass sie sich verformt oder schmilzt, wenn sie über einen Zeitschwellenbetrag einer dritten maximalen Durchflussrate ausgesetzt wird, z. B. Kunststoff, Nylon oder dergleichen. Zum Beispiel kann die dritte maximale Durchflussrate durch eine Innentemperatur des Batteriepacks von 600 °C oder einen Druck von 50 kPa innerhalb des Batteriepacks bewirkt werden, und der Zeitschwellenbetrag kann eine Sekunde betragen. In diesem Beispiel sind die Stützarme 506a-d so strukturiert, dass sie schmelzen, wenn sie den vorstehend erwähnten Bedingungen für mindestens eine Sekunde ausgesetzt sind. In einigen Ausführungsformen kann die verformbare Struktur 500 als Trägerstruktur 310 aus 3 konfiguriert sein. In dieser Ausführungsform kann die Schirmdichtung 308 aus dem Batteriepack 100 aus 1 herausfallen, wenn die Stützarme 506a-d schmelzen, und eine Öffnung in der Wandanordnung 102 aus 2 bilden, damit die Wärme schnell aus dem von der Wandanordnung 102 gebildeten Gehäuse entweichen kann. In einem Beispiel kann jeder der Stützarme 506a-d eine relativ geringe radiale Breite und gleichzeitig eine relativ große axiale Höhe aufweisen, um eine strukturell solide Querschnittsfläche zu erhalten und gleichzeitig ein schnelles Schmelzen und Austreten von erwärmtem/unter Druck stehendem Gas während eines Ereignisses zu ermöglichen, das der dritten maximalen Durchflussrate entspricht.
6 veranschaulicht eine Unteransicht des Berstscheibenschirms 600, der gemäß einigen Ausführungsformen dieser Offenbarung in das Schirmventil 300 als Schirmdichtung 308, beide aus 3, integriert werden kann. Der Berstscheibenschirm 600 kann auch in den Entlüftungsstopfen 200 als alternative Ausführungsform der durchlässigen Membran 210 (beide aus 2) und in die Berstscheibenanordnung 400 als Teil der verformbaren Struktur 404 (beide aus 4) integriert werden.
Der Berstscheibenschirm 600 kann einen Außenumfang aufweisen, der durch den Stützring 602 definiert ist. Der äußere Stützring 602 kann der Durchmesser eines Abschnitts einer Wand der Wandanordnung 102 aus 1 sein, der aufgebohrt und mit einem Gewinde versehen ist, um das Einsetzen eines des Entlüftungsstopfens 200 aus 2, des Schirmventils 300 aus 3 oder der Berstscheibenanordnung 400 aus 4 zu ermöglichen. Der innere Stützring 604 kann der Durchmesser eines unteren Abschnitts der Schirmdichtung 308 aus 3 sein. Die Verbindung zwischen dem inneren Stützring 504 und dem äußeren Stützring 502 sind die Stützarme. In einigen Ausführungsformen können mehr oder weniger als die vier abgebildeten Stützarme vorhanden sein, abhängig von der Dicke der Wandanordnung 102 aus 1 und der dritten erwarteten maximalen Durchflussrate, die innerhalb des Batteriepacks 100 aus 1 erzeugt werden soll.
Die Stützarme können konfiguriert sein, um ihre Form und Struktur aufrechtzuerhalten, obwohl sie einer dritten maximalen Durchflussrate ausgesetzt sind. In einigen Ausführungsformen kann der Schirmberstscheibendurchmesser 606 so konfiguriert sein, dass er schmilzt, versagt, sich verformt oder sich anderweitig physisch verformt, wenn er einer dritten maximalen Durchflussrate für einen Zeitschwellenbetrag ausgesetzt wird, um einen schnellen Wärmeaustritt aus dem Inneren des Batteriepacks 100 aus 1 an die den Batteriepack 100 umgebende Umgebung zu ermöglichen. Zum Beispiel kann der Schirmberstscheibendurchmesser 606 so konfiguriert sein, dass er bei einem Innendruck im Modul 100 von 50 kPa oder 600 Grad Celsius für mindestens eine Sekunde schmilzt oder sich anderweitig physisch verformt. In einigen Ausführungsformen kann der Berstscheibenschirm 600 als Schirmdichtung 308 aus 3 konfiguriert sein. In dieser Ausführungsform, wenn der Schirmberstscheibendurchmesser 606 schmilzt, kann die Schirmdichtung 308 eine Dichtung am umgebenden äußeren Umfang beibehalten, während der offene Durchmesser, wo der Schirmberstscheibendurchmesser 606 war, eine Öffnung bildet, so dass die Wärme außerhalb des Batteriepacks 100 aus 1 erwärmt werden kann und eine kleine Öffnung in der Wandanordnung 102 aus 2 bildet, damit die Wärme aus dem durch die Wandanordnung 102 gebildeten Gehäuse mit einer schnellen Rate austreten kann. In einigen Ausführungsformen kann der Durchmesser des Schirmberstscheibendurchmessers 606 kleiner sein als der Durchmesser des verformbaren Abschnitts 404 aus 4, so dass, wenn ein Wärmestromereignis, das eine dritte maximale Durchflussrate für eine Schwellenzeitperiode überschreitet, erfolgt, eine kleinere Öffnung in einer Wand der Wandanordnung 102 aus 1 vorhanden ist.
7 zeigt ein Flussdiagramm des veranschaulichenden Verfahrens 700 zum Herstellen eines Batteriepacks, der mit einer Vielzahl von Entlüftungsöffnungen konfiguriert ist, um einer ersten maximalen Durchflussrate, einer zweiten maximalen Durchflussrate und einer dritten maximalen Durchflussrate gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung Rechnung zu tragen. In einem veranschaulichenden Beispiel kann das Verfahren 700 verwendet werden, um den Batteriepack 100 aus 1, den Entlüftungsstopfen 200 aus 2, das Schirmventil 300 aus 3, die Berstscheibe 400 aus 4, die verformbare Struktur 500 aus 5, die Berstscheibenabschirmung 600 aus 6 oder eine beliebige Kombination davon gemäß einigen Ausführungsformen dieser Offenbarung zu bilden.
Bei 702 ist eine Vielzahl von Batteriezellen angeordnet, um Elektrizität bereitzustellen. In einigen Ausführungsformen kann die Vielzahl von Batteriezellen innerhalb des Batteriepacks 100 aus 1 angeordnet sein, um ein Fahrzeug anzutreiben. In einigen Ausführungsformen ist die Vielzahl von Batteriezellen so angeordnet, dass sie Energie bereitstellen, indem sie über ein Netzwerk von Verbindungen zwischen Batteriezellenanschlüssen verbunden sind. Bei 704 kann die Vielzahl von Batteriezellen in einer Vielzahl von Wänden eingeschlossen sein, die gegenüber der Umgebung, in der die Vielzahl von Batteriezellen positioniert ist, abgedichtet sind (z. B. eingeschlossen in der Wandanordnung 102 aus 1). Bei 706 kann ein erstes maximales Druckniveau oder eine erste maximale Durchflussrate oder Wärme oder Druck bestimmt werden, z. B. basierend auf der maximalen Energieabgabe einer Vielzahl von Batteriezellen unter normalen Betriebsbedingungen. Zum Beispiel kann die erste maximale Durchflussrate ein Fahrzeug widerspiegeln, in dem der Batteriepack 100 aus 1 installiert sein kann, das nur niedrigere Leistungspegel verwendet, z. B. Hilfsleistung zur Überwachung eines Fahrzeugaktivierungsbefehls. Bei 708 wird basierend auf einer ersten Fläche an einer ersten Wand eine Anzahl von ersten Entlüftungsstrukturen oder Entlüftungsarten bestimmt, um die erste maximale Durchflussrate zu kompensieren. In einigen Ausführungsformen können die Entlüftungsstrukturen eine oder mehrere feste Entlüftungsöffnungen sein, wie die Entlüftungsstopfen 200 aus 2.
Bei 710 kann basierend auf einer zweiten Wärmemenge, die von einer Vielzahl von Batteriezellen erzeugt wird, eine zweite Temperatur-, Wärme- oder Druckflussrate bestimmt werden. Zum Beispiel kann die zweite maximale Durchflussrate widerspiegeln, wenn ein Fahrzeug, in dem der Batteriepack 100 aus 1 installiert sein kann, eine maximale Leistungsmenge verwendet, wenn das Fahrzeug eingeschaltet ist (z. B. eine Durchflussrate von Gas, das den Batteriepack durch eine Entlüftungsstruktur verlässt, die einem Druck von 10 kPa entspricht, der durch die von den Batteriezellen innerhalb des Batteriepacks 100 erzeugte Wärme entsteht). Bei 712 wird basierend auf einer zweiten Fläche an einer zweiten Wand eine zweite Anzahl von zweiten Entlüftungsstrukturen oder Entlüftungsarten bestimmt, um die zweite maximale Durchflussrate zu kompensieren. In einigen Ausführungsformen können die Entlüftungsstrukturen eine Vielzahl von beweglichen Ventilen, wie das Schirmventil 300 aus 3, sein.
Bei 714 kann eine dritte maximale Durchflussrate basierend auf einer dritten Wärmemenge bestimmt werden, die von einer Vielzahl von Batteriezellen erzeugt wird. Zum Beispiel kann die dritte Wärmemenge ein Fahrzeug widerspiegeln, in dem der Batteriepack 100 aus 1 installiert sein kann, das ein extremes Ereignis wie ein thermisches Ereignis oder einen anderen extremen Zustand eines oder mehrerer der Batteriemodule 104a-i durchläuft (z. B. eine Durchflussrate an Gas, das den Batteriepack verlässt, verursacht durch eine Innentemperatur von mindestens 600 °C und/oder einen Druck von 50 kPa im Batteriepack). Bei 716 wird basierend auf einer dritten Fläche an einer dritten Wand eine dritte Anzahl von dritten Entlüftungsstrukturen oder Entlüftungsarten bestimmt, um die dritte maximale Durchflussrate zu kompensieren, und die dritten Entlüftungsstrukturen können einen Satz von verformbaren Strukturen umfassen. In einigen Ausführungsformen wird bei 718 eine Anzahl verformbarer Strukturen bestimmt, die in die erste und zweite Anzahl von Entlüftungsstrukturen, die bei 708 bzw. 712 bestimmt wurden, integriert werden müssen. In einigen Ausführungsformen werden die Schritte 716 und 718 gemeinsam durchgeführt, wenn bestimmt wird, dass eine Änderung der ersten und zweiten Entlüftungsstruktur die dritte maximale Durchflussrate nicht angemessen kompensiert. In einigen Ausführungsformen wird nur 716 durchgeführt, um die Anzahl der Öffnungen zu verringern, die im Falle einer dritten maximalen Durchflussrate entstehen. In einigen Ausführungsformen wird nur 718 durchgeführt, um die Anzahl von Dichtungsschnittstellen zu reduzieren, die der Vielzahl von Wänden hinzugefügt werden.
Bei 720 ist eine Vielzahl von Entlüftungsstrukturen innerhalb der Vielzahl von Wänden angeordnet, um die erste, zweite und dritte maximale Durchflussrate zu kompensieren, und kann eine Vielzahl von verformbaren Strukturen umfassen, die insbesondere dazu dienen, den dritten maximalen Druck oder die dritte maximale Durchflussrate für einen Zeitschwellenbetrag zu kompensieren. Zum Beispiel kann der Zeitschwellenbetrag eine Sekunde und der dritte maximale Druck 50 kPa betragen. In diesem Beispiel können die in den Wänden angeordneten verformbaren Strukturen so beschaffen sein, dass sie schmelzen oder versagen, nachdem sie mindestens eine Sekunde lang einer Temperatur von 600 °C und/oder einem Innendruck von 50 kPa ausgesetzt waren, wodurch eine vergrößerte Öffnung entsteht, die ein schnelles Entweichen der innerhalb des Batteriepacks 100 aus 1 aufgebauten Wärme ermöglicht.
8 zeigt ein Blockdiagramm eines veranschaulichenden Fahrzeugsystems 800, das ein Fahrzeug 802 und einen Batteriepack 804 gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung einschließt. Der Batteriepack 804 kann gemäß einigen Ausführungsformen dieser Offenbarung alle oder einige der Elemente enthalten, die im Batteriepack 100 aus 1 dargestellt sind, das alle oder einige der Merkmale der 1-6 enthalten kann, wie sie durch das Verfahren 700 aus 7 erzeugt werden.
In einigen Ausführungsformen kann das Fahrzeug 802 aus Batteriepack 804, Überwachungsschaltlogik 812 und Meldeschaltlogik 816 bestehen. Der Batteriepack 804 kann ferner den Sensor 806 und die Kommunikationsschaltlogik 808 umfassen. In einigen Ausführungsformen kann es eine Vielzahl von Sensoren geben. In einigen Ausführungsformen kann die Vielzahl von Sensoren mindestens eines von einem Wassersensor umfassen, der konfiguriert ist, um stehendes Wasser innerhalb des Batteriepacks zu erkennen, einem Temperatursensor, einem Spannungssensor oder einem Drucksensor. In Ausführungsformen, in denen ein oder mehrere Sensoren verwendet werden, kann der Batteriepack 804 eine Steuerschaltlogik verwenden, um den einen oder die mehreren Sensoren mit dem Fahrzeug 802 zu verbinden.
In einigen Ausführungsformen kann die Kommunikationsschaltlogik 808 konfiguriert sein, um Daten von dem Sensor 806 durch den Kommunikationspfad 810 zu empfangen. In einigen Ausführungsformen kann die Kommunikationsschaltlogik 808 die Daten vom Sensor 806 über den Kommunikationspfad 814 an die Überwachungsschaltlogik 812 übermitteln. In einigen Ausführungsformen kann die Überwachungsschaltlogik 812 so konfiguriert sein, dass sie sich außerhalb des Batteriepacks 812 befindet. In einigen Ausführungsformen kann die Überwachungsschaltlogik 812 ein Vergleichsverfahren verwenden, um zu bestimmen, ob Daten vom Sensor 806 über den Kommunikationspfad 818 an die Meldeschaltlogik 816 bereitgestellt werden sollen. In einigen Ausführungsformen kann das Vergleichsverfahren der Überwachungsschaltlogik 812 einen vom Sensor 806 empfangenen und von der Kommunikationsschaltlogik 808 gemeldeten Datenwert mit einem Schwellenwert vergleichen. Zum Beispiel kann der Sensor 806 ein Wasserstandssensor sein. In diesem Beispiel erkennt der Sensor 806 einen Wasserstand innerhalb des Batteriepacks 804, z. B. einen (1) Zentimeter (cm). Der Wasserstandsdatenwert (weiterhin in diesem Beispiel 1 cm) kann von der Kommunikationsschaltlogik 808 über den Kommunikationspfad 814 an die Überwachungsschaltlogik 812 gesendet werden. Die Überwachungsschaltlogik kann den 1-cm-Datenwert des Sensors 806 mit einem Schwellenwert, z. B. 0,5 Zentimeter, vergleichen. In diesem Beispiel kann die Überwachungsschaltlogik 812 bestimmen, dass die vom Sensor 806 innerhalb des Batteriepacks 804 gemeldete Wassermenge den Schwellenwert überschreitet, und kann über den Kommunikationspfad 818 eine Mitteilung an die Meldeschaltlogik 816 senden, dass eine Wartungsmeldung erzeugt werden muss. In einigen Ausführungsformen kann die Meldeschaltlogik 816 veranlassen, dass für das Fahrzeug 802 eine Benachrichtigung erzeugt wird, dass innerhalb des Batteriepacks 804 eine Wartung erforderlich ist (z. B. kann eine Warnung erzeugt werden, dass Wasser in den Batteriepack 804 eingedrungen ist und eine Wartung erforderlich ist).
9 zeigt ein Flussdiagramm des Benachrichtigungsverfahrens 900 zum Empfangen und Verarbeiten von Daten von Sensoren, die angeordnet sind, um einem Fahrzeug gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung Informationen über einen Batteriepack bereitzustellen. Das Benachrichtigungsverfahren 900 kann vom Fahrzeugsystem 800 aus 8 ausgeführt und zur Überwachung des Batteriepacks 100 aus 1 verwendet werden, das gemäß einigen Ausführungsformen dieser Offenbarung einige oder alle Merkmale der 1-6, wie sie durch das Verfahren 700 aus 7 erzeugt werden, integrieren kann.
Bei 902 kann die Steuerschaltlogik verwendet werden, um Daten von Sensoren innerhalb eines Batteriepacks zu überwachen. Die Steuerschaltlogik kann zum Beispiel eine Sammlung von Kommunikationsschaltlogik 808, Überwachungsschaltlogik 812 und Meldeschaltlogik 816 des Fahrzeugsystems 800 sein. Der Batteriepack kann auch der Batteriepack 804 oder der Batteriepack 100 aus 1 sein, der gemäß einigen Ausführungsformen dieser Offenbarung einige oder alle Merkmale der 1-6, wie sie durch das Verfahren 700 aus 7 erzeugt werden, integrieren kann. Bei 904 können Daten von einem Sensor in einem Batteriepack von der Steuerschaltlogik empfangen werden. Der Sensor kann zum Beispiel ein Wassersensor, der so konfiguriert ist, dass er stehendes Wasser innerhalb des Batteriepacks erkennt, ein Temperatursensor, ein Spannungssensor oder ein Drucksensor sein. In einigen Ausführungsformen kann der Sensor der Sensor 806 aus 8 sein, der Daten über den Kommunikationspfad 810 an die Kommunikationsschaltlogik 808 bereitstellt.
In 906 kann der Wert der vom Sensor empfangenen Daten mit einem vorbestimmten Schwellenwert verglichen werden. In einigen Ausführungsformen kann der Vergleich in der Überwachungsschaltlogik 812 aus 8 erfolgen. Die Überwachungsschaltlogik 812 kann zum Beispiel den Ein-Zentimeter-Datenwert vom Sensor 806 mit einem Schwellenwert vergleichen, der bei 0,5 Zentimetern liegen kann. Wenn bestimmt wird, dass der Datenwert des Sensors einen Schwellenwert nicht überschreitet (NEIN bei 908), fährt das System unter Verwendung der Steuerschaltlogik mit der Überwachung von Daten der Sensoren des Batteriepacks bei 902 fort. Wenn bestimmt wird, dass der Datenwert von dem Sensor einen Schwellenwert überschreitet (JA bei 908), stellt das System eine Wartungswarnung für den Benutzer bereit. In Fortsetzung des Beispiels für den Wasserstand kann die Überwachungsschaltlogik 812 aus 8 bestimmen, dass die vom Sensor 806 im innerhalb des Batteriepacks 804 gemeldete Wassermenge den Schwellenwert überschreitet, und über den Kommunikationspfad 818 eine Meldung an die Meldeschaltlogik 816 senden, dass eine Wartungsmeldung erzeugt werden muss. In einigen Ausführungsformen kann die Meldeschaltlogik 816 veranlassen, dass für das Fahrzeug 802 eine Benachrichtigung erzeugt wird, dass innerhalb des Batteriepacks 804 eine Wartung erforderlich ist (z. B. kann eine Warnung erzeugt werden, dass Wasser in den Batteriepack 804 eingedrungen ist und eine Wartung erforderlich ist).
Die vorstehend erörterten Systeme und Verfahren sollen veranschaulichend und nicht einschränkend sein. Fachleute werden erkennen, dass die Vorgänge der hierin erörterten Verfahren weggelassen, modifiziert, kombiniert und/oder neu angeordnet werden können und beliebige zusätzliche Vorgänge durchgeführt werden können, ohne vom Schutzumfang der Offenbarung abzuweichen. Allgemeiner ausgedrückt soll die vorstehende Offenbarung beispielhaft und nicht einschränkend sein. Nur die folgenden Ansprüche sollen Grenzen im Hinblick darauf setzen, was die vorliegende Offenbarung einschließt. Ferner sollte beachtet werden, dass die Merkmale und Einschränkungen, die in einer beliebigen Ausführungsform beschrieben sind, auf eine beliebige andere Ausführungsform hierin angewendet werden können, und Flussdiagramme oder Beispiele, die sich auf eine Ausführungsform beziehen, mit einer beliebigen anderen Ausführungsform auf geeignete Weise kombiniert werden, in unterschiedlicher Reihenfolge ausgeführt werden oder parallel ausgeführt werden können. Darüber hinaus können die hierin beschriebenen Systeme und Verfahren in Echtzeit durchgeführt werden. Es sollte auch beachtet werden, dass die vorstehend beschriebenen Systeme und/oder Verfahren auf andere Systeme und/oder Verfahren angewendet oder gemäß diesen verwendet werden können.
Auch wenn in einigen Abschnitten dieser Offenbarung auf „Konventionen“ oder Beispiele verwiesen wird, so dient ein solcher Verweis lediglich dazu, den Kontext der vorliegenden Offenbarung bereitzustellen, und stellt kein Eingeständnis dessen dar, was den Stand der Technik ausmacht.

Claims

Batteriepack, umfassend: ein Gehäuse für mindestens eine Batteriezelle; und eine oder mehrere Entlüftungsöffnungen, die in mindestens eine Wand des Gehäuses eingebettet sind, wobei jede der einen oder mehreren Entlüftungsöffnungen konfiguriert ist, um den Überdruck innerhalb des Gehäuses zu reduzieren, und wobei die eine oder mehreren Entlüftungsöffnungen zumindest Folgendes einschließen: ein oder mehrere Ventile, einschließend: ein Entlüftungsstopfenventil, das konfiguriert ist, um durch den Entlüftungsstopfen mit einer ersten Durchflussrate zu entlüften; ein Schirmventil, das konfiguriert ist, um durch das Schirmventil mit einer zweiten Durchflussrate, die größer als die erste Durchflussrate ist, zu entlüften; und eine verformbare Entlüftungsstruktur, die konfiguriert ist, um eine dritte Durchflussrate durch die verformbare Entlüftungsstruktur zu ermöglichen, wobei die dritte Durchflussrate größer als die zweite Durchflussrate ist.
Batteriepack nach Anspruch 1, wobei das Entlüftungsstopfenventil über einem Entlüftungsanschluss gesichert ist.
Batteriepack nach Anspruch 2, wobei das Entlüftungsstopfenventil relativ zu einer Oberfläche einer der Wände axial verstellbar ist, wobei der Entlüftungsstopfen in die eine der Wände eingebaut ist.
Batteriepack nach Anspruch 3, wobei der Entlüftungsstopfen konfiguriert ist, um mit der ersten Durchflussrate als Reaktion auf einen ersten Schwellendruck innerhalb des Batteriepacks zu entlüften.
Batteriepack nach Anspruch 1, wobei das Schirmventil eine Schirmdichtung einschließt.
Batteriepack nach Anspruch 5, wobei das Schirmventil konfiguriert ist, um bei der zweiten Durchflussrate als Reaktion auf einen zweiten Schwellendruck innerhalb des Batteriepacks zu entlüften.
Batteriepack nach Anspruch 6, wobei das Schirmventil ferner eine Vielzahl von Trägern umfasst, die eine Vielzahl von Entlüftungskanälen definieren, die sich durch den Schirmstopfen erstrecken.
Batteriepack nach Anspruch 7, wobei die verformbare Entlüftungsstruktur die Vielzahl von Trägern einschließt, wobei die Vielzahl von Trägern jeweils eine Trägerdicke definiert, die so konfiguriert ist, dass sie als Reaktion auf eine vorbestimmte Menge an Wärme, die durch den Schirmstopfen abgeführt wird, schmilzt, wobei die vorbestimmte Menge an Wärme der dritten Durchflussrate zugeordnet ist.
Batteriepack nach Anspruch 5, wobei das Schirmventil die verformbare Struktur mit einem Mittendurchmesser der Schirmdichtung einschließt.
Batteriepack nach Anspruch 1, wobei das Schirmventil eine Membran einschließt, die konfiguriert ist, um das Eindringen einer Flüssigkeit in das Gehäuse zu verhindern.
Batteriepack nach Anspruch 1, wobei die verformbare Entlüftungsstruktur eine Dichtung einschließt, die konfiguriert ist, um ein Eindringen von Fluid durch die verformbare Entlüftungsstruktur zu verhindern.
Batteriepack nach Anspruch 11, wobei die verformbare Entlüftungsstruktur konfiguriert ist, um zu schmelzen, wenn sie einer Freisetzung von Wärmeenergie ausgesetzt wird, die der dritten Durchflussrate zugeordnet ist.
Batteriepack nach Anspruch 12, wobei die verformbare Entlüftungsstruktur basierend auf der Freisetzung von Wärmeenergie bemessen ist, die der dritten Durchflussrate zugeordnet ist.
Batteriepack nach Anspruch 1, wobei jede der einen oder der mehreren Entlüftungsöffnungen in eine jeweilige Wand der Vielzahl von Wänden eingebettet ist, um nicht über eine Außenoberfläche der jeweiligen Wand hinauszuragen.
Batteriepack nach Anspruch 14, wobei jede der einen oder mehreren Entlüftungsöffnungen einen Gewindeabschnitt aufweist, der so konfiguriert ist, dass er mit einer Gewindeaussparung in der Wand zusammenpasst, in die das eine bzw. die mehreren Ventile eingebaut sind.
Batteriepack nach Anspruch 1, wobei jedes des einen oder der mehreren Ventile eine radiale Dichtung aufweist, die so konfiguriert ist, dass verhindert wird, dass Flüssigkeit durch einen Abschnitt jedes des einen oder der mehreren Ventile strömt, welcher der den Batteriepack umgebenden Umgebung ausgesetzt ist.
Batteriepack nach Anspruch 1, wobei das Batteriesystem ferner eine Steuerschaltlogik umfasst, die konfiguriert ist, um Signale von einem oder mehreren Sensoren zu verarbeiten, die in dem Gehäuse positioniert sind.
Batteriepack nach Anspruch 17, wobei der eine oder die mehreren Sensoren einen Wassersensor, der konfiguriert ist, um stehendes Wasser innerhalb des Gehäuses zu erkennen, einen Temperatursensor, einen Spannungssensor und einen Drucksensor umfassen.
Fahrzeugsystem, umfassend: eine Vielzahl von Wänden, die mindestens teilweise ein Gehäuse für eine Vielzahl von Batteriezellen definieren, wobei das Gehäuse im Wesentlichen so abgedichtet ist, dass eine Wärmeausdehnung einen Überdruck innerhalb des Gehäuses verursacht; und eine oder mehrere Entlüftungsöffnungen, die in mindestens eine Wand des Gehäuses eingebettet sind, wobei jede der einen oder mehreren Entlüftungsöffnungen konfiguriert ist, um den Überdruck innerhalb des Gehäuses zu reduzieren, und wobei die eine oder mehreren Entlüftungsöffnungen zumindest Folgendes einschließen: ein oder mehrere Ventile, einschließend: ein Entlüftungsstopfenventil, das konfiguriert ist, um durch den Entlüftungsstopfen mit einer ersten Durchflussrate zu entlüften; ein Schirmventil, das konfiguriert ist, um durch das Schirmventil mit einer zweiten Durchflussrate, die größer als die erste Durchflussrate ist, zu entlüften; und eine verformbare Entlüftungsstruktur, die konfiguriert ist, um eine dritte Durchflussrate durch die verformbare Entlüftungsstruktur zu ermöglichen, wobei die dritte Durchflussrate größer als die zweite Durchflussrate ist.
Verfahren zur Entlüftung eines Batteriepacks, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Anordnen einer Vielzahl von Batteriezellen, um Elektrizität für ein Fahrzeug bereitzustellen, Umschließen der Vielzahl von Batteriezellen mit einer Vielzahl von Wänden, wobei die Vielzahl von Wänden im Wesentlichen so abgedichtet ist, dass eine Temperaturerhöhung einen Überdruck innerhalb eines Gehäuses verursacht; und Einbetten einer Vielzahl von Entlüftungsstrukturen in der Vielzahl von Wänden, wobei jede der Vielzahl von Entlüftungsstrukturen konfiguriert ist, um aus dem Gehäuse zu entlüften, um den Überdruck zu reduzieren; wobei ein erster Entlüftungstyp, der in der Vielzahl von Entlüftungsstrukturen eingeschlossen ist, konfiguriert ist, um mit einer ersten Durchflussrate aus dem Gehäuse zu entlüften; wobei ein zweiter Entlüftungstyp, der in der Vielzahl von Entlüftungsstrukturen eingeschlossen ist, konfiguriert ist, um mit einer zweiten Durchflussrate aus dem Gehäuse zu entlüften, wobei die zweite Durchflussrate größer als die erste Durchflussrate ist; und wobei ein dritter Entlüftungstyp, der in der Vielzahl von Entlüftungsstrukturen eingeschlossen ist, konfiguriert ist, um mit einer dritten Durchflussrate aus dem Gehäuse zu entlüften, wobei die dritte Durchflussrate größer als die zweite Durchflussrate ist.