DE102021134423A1

DE102021134423A1 - Wärmebarrieren für traktionsbatteriepack-entlüftungssysteme und benachbarte fahrzeugkomponenten

Info

Publication number: DE102021134423A1
Application number: DE102021134423.9A
Authority: DE
Inventors: Bhaskara Rao Boddakayala; Di Zhu; Brent Zapczynski; Hui Chang; Suriyaprakash Ayyangar Janarthanam
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2020-12-23
Filing date: 2021-12-22
Publication date: 2022-06-23
Also published as: US20220200079A1; CN114665185A

Abstract

Diese Offenlegung beschreibt beispielhafte Entlüftungssysteme für Traktionsbatteriepacks zur Verwendung in elektrifizierten Fahrzeugen. Ein beispielhaftes Traktionsbatteriepacksystem kann ein Entlüftungssystem beinhalten, das einen oder mehrere Entlüftungskanäle zum Ausstoßen von Batterieentlüftungsnebenprodukten aus einem Batteriepack aufweist. Die Entlüftungskanäle können eine Wärmebarriere beinhalten, die dazu konfiguriert ist, durch Zellenentlüftungsnebenprodukte während Zellentlüftungsereignissen emittierte Wärme zu blockieren. In einigen Ausführungsformen beinhaltet die Wärmebarriere eine Wärmedämmbeschichtung. In anderen Ausführungsformen beinhaltet die Wärmebarriere sowohl eine Wärmedämmbeschichtung als auch eine Wärmedämmschicht. In noch anderen Ausführungsformen kann eine zweite Wärmebarriere auf Fahrzeugkomponenten in der Nähe des Batteriepacks angewendet werden, um die Eigenschaften der Wärmebarriere zu verbessern.

Description

FACHGEBIET
Diese Offenbarung betrifft im Allgemeinen Traktionsbatteriepacks für elektrifizierte Fahrzeuge und insbesondere Wärmebarrieren für Traktionsbatteriepackssystem.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Es werden elektrifizierte Fahrzeuge entwickelt, welche die Abhängigkeit von Brennkraftmaschinen verringern oder vollständig beseitigen. Im Allgemeinen unterscheiden sich elektrifizierte Fahrzeuge dadurch von herkömmlichen Kraftfahrzeugen, dass sie selektiv durch traktionsbatteriebetriebene elektrische Maschinen angetrieben werden. Herkömmliche Kraftfahrzeuge sind im Gegensatz dazu für den Antrieb des Fahrzeugs vollständig auf die Brennkraftmaschine angewiesen.
Ein Hochspannungs-Traktionsbatteriepack versorgt in der Regel die elektrischen Maschinen und andere elektrische Verbraucher des elektrifizierten Fahrzeugs mit Leistung. Der Traktionsbatteriepack beinhaltet eine Vielzahl von Batteriezellen und verschiedene andere batterieinterne Komponenten, die den elektrischen Antrieb von Fahrzeugen unterstützen. Batterieentlüftungsnebenprodukte können unter bestimmten Bedingungen aus den Batteriezellen ausgestoßen werden.
KURZDARSTELLUNG
Ein Traktionsbatteriepacksystem gemäß einem beispielhaften Aspekt der vorliegenden Offenbarung beinhaltet unter anderem einen Batteriepack mit einer Batteriezelle, einen Entlüftungskanal, der dazu konfiguriert ist, Batterieentlüftungsnebenprodukte, die von der Batteriezelle entlüftet werden, an eine Stelle außerhalb des Batteriepacks zu leiten und auszustoßen, und eine Wärmebarriere, die auf einer Fläche des Entlüftungskanals angeordnet und dazu konfiguriert ist, von den Batterieentlüftungsnebenprodukten emittierte Wärme zu blockieren.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform des vorstehenden Traktionsbatteriepacksystems ist die Fläche eine Innenfläche des Entlüftungskanals, eine Außenfläche des Entlüftungskanals oder beides.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines der vorstehenden Traktionsbatteriepacksysteme beinhaltet der Entlüftungskanal ein Substrat und ist die Wärmebarriere auf dem Substrat angeordnet.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines der vorstehenden Traktionsbatteriepacksysteme ist das Substrat metallisch.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines der vorstehenden Traktionsbatteriepacksysteme ist das Substrat aus einem Polymer.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines der vorstehenden Traktionsbatteriepacksysteme beinhaltet die Wärmebarriere eine intumeszierende, feuerfeste Wärmedämmbeschichtung.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines der vorstehenden Traktionsbatteriepacksysteme beinhaltet die Wärmebarriere eine Wärmedämmschicht, die an der intumeszierenden feuerfesten Wärmedämmbeschichtung angebracht ist.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines der vorstehenden Traktionsbatteriepacksysteme beinhaltet die Wärmedämmschicht eine Gewebeschicht, eine Schaumstoffschicht oder Kombinationen davon.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines der vorstehenden Traktionsbatteriepacksysteme ist eine Fahrzeugkomponente benachbart zu dem Entlüftungskanal positioniert.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines der vorstehenden Traktionsbatteriepacksysteme ist eine zweite Wärmebarriere an der Fahrzeugkomponente angeordnet.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines der vorstehenden Traktionsbatteriepacksysteme beinhaltet die zweite Wärmebarriere eine Wärmedämmschicht, eine Wärmedämmbeschichtung oder beides.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform beinhaltet ein elektrifiziertes Fahrzeug ein Traktionsbatteriepacksystem, das einen Batteriepack mit einer Batteriezelle, einen Entlüftungskanal, der dazu konfiguriert ist, Batterieentlüftungsnebenprodukte, die von der Batteriezelle entlüftet werden, an eine Stelle außerhalb des Batteriepacks zu leiten und auszustoßen, und eine Wärmebarriere beinhaltet, die auf einer Fläche des Entlüftungskanals angeordnet und dazu konfiguriert ist, die von den Batterieentlüftungsnebenprodukten emittierte Batterie zu blockieren.
Ein Traktionsbatteriepacksystem gemäß einem anderen beispielhaften Aspekt der vorliegenden Offenbarung beinhaltet unter anderem einen Batteriepack, ein Entlüftungssystem, das dazu konfiguriert ist, Batterieentlüftungsnebenprodukte aus dem Inneren des Batteriepacks an eine Stelle außerhalb des Batteriepacks zu leiten und auszustoßen, eine Fahrzeugkomponente, die neben dem Batteriepaket oder dem Entlüftungssystem positioniert ist, eine erste Wärmebarriere, die auf einem Abschnitt des Entlüftungssystems angeordnet ist, und eine zweite Wärmebarriere, die auf einem Abschnitt der Fahrzeugkomponente angeordnet ist.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform des vorstehenden Traktionsbatteriepacksystems ist die erste Wärmebarriere auf einer Innenfläche eines Entlüftungskanals des Entlüftungssystems, einer Außenfläche des Entlüftungskanals oder beiden angeordnet und die zweite Wärmebarriere ist ferner auf einer Außenfläche der Fahrzeugkomponente angeordnet.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines der vorstehenden Traktionsbatteriepacksysteme beinhalten die erste Wärmebarriere und die zweite Wärmebarriere jeweils eine Wärmedämmbeschichtung, eine Wärmedämmschicht oder beides.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines der vorstehenden Traktionsbatteriepacksysteme beinhaltet die Wärmedämmbeschichtung eine intumeszierende feuerfeste Beschichtung.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines der vorstehenden Traktionsbatteriepacksysteme beinhaltet die Wärmedämmschicht eine Gewebeschicht, eine Schaumstoffschicht oder Kombinationen davon.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines der vorstehenden Traktionsbatteriesysteme beinhaltet die Gewebeschicht Basaltfasern, Keramikfasern oder Kombinationen davon, und die Schaumstoffschicht beinhaltet Melaminschaum, Aerogelschaum oder Glimmer-Gleitflächen-Isoliermaterialien.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines der vorstehenden Traktionsbatteriesysteme ist eine dritte Wärmebarriere auf einem Abschnitt des Batteriepacks angeordnet.
Ein Verfahren gemäß einem anderen beispielhaften Aspekt der vorliegenden Offenbarung beinhaltet unter anderem Anwenden einer Wärmebarriere auf eine Fläche eines Entlüftungskanals vom Entlüftungssystem eines Traktionsbatteriepacks und Blockieren von Wärme, die durch Batterieentlüftungsnebenprodukte mit der Wärmebarriere während der Batteriezellentlüftungsereignisse emittiert wird.
Die Ausführungsformen, Beispiele und Alternativen der vorangehenden Absätze, der Patentansprüche oder der folgenden Beschreibung und Zeichnungen, einschließlich ihrer verschiedenen Aspekte oder jeweiligen individuellen Merkmale, können unabhängig voneinander oder in beliebiger Kombination betrachtet werden. In Verbindung mit einer Ausführungsform beschriebene Merkmale sind auf alle Ausführungsformen anwendbar, sofern derartige Merkmale nicht unvereinbar sind.
Die verschiedenen Merkmale und Vorteile dieser Offenbarung ergeben sich für den Fachmann aus der folgenden detaillierten Beschreibung. Die der detaillierten Beschreibung beigefügten Zeichnungen lassen sich kurzgefasst wie folgt beschreiben.
Figurenliste

1 veranschaulicht schematisch einen Antriebsstrang eines elektrifizierten Fahrzeugs.
2 veranschaulicht ein Traktionsbatteriepacksystem für ein elektrifiziertes Fahrzeug.
3 veranschaulicht ein weiteres Traktionsbatteriepacksystem.
4 veranschaulicht noch ein weiteres Traktionsbatteriepacksystem.
5 veranschaulicht eine beispielhafte Wärmebarriere eines Traktionsbatteriepacksystems.
6 veranschaulicht eine weitere beispielhafte Wärmebarriere.
7 veranschaulicht ein weiteres Traktionsbatteriepacksystem.
8 veranschaulicht ein weiteres Traktionsbatteriepacksystem.
9 veranschaulicht noch ein weiteres Traktionsbatteriepacksystem.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Diese Offenbarung legt ausführlich beispielhafte Traktionsbatteriepackausgestaltungen zur Verwendung in elektrifizierten Fahrzeugen dar. Ein beispielhaftes Traktionsbatteriepacksystem kann ein Entlüftungssystem beinhalten, das einen oder mehrere Entlüftungskanäle zum Ausstoßen von Batterieentlüftungsnebenprodukten aus einem Batteriepack aufweist. Die Entlüftungskanäle können eine Wärmebarriere beinhalten, die dazu konfiguriert ist, durch Zellenentlüftungsnebenprodukte während Zellentlüftungsereignissen emittierte Wärme zu blockieren. In einigen Ausführungsformen beinhaltet die Wärmebarriere eine Wärmedämmbeschichtung. In anderen Ausführungsformen beinhaltet die Wärmebarriere sowohl eine Wärmedämmbeschichtung als auch eine Wärmedämmschicht. In noch anderen Ausführungsformen kann eine zweite Wärmebarriere auf Fahrzeugkomponenten in der Nähe des Batteriepacks angewendet werden, um die Eigenschaften der Wärmebarriere zu verbessern. Diese und andere Merkmale werden in den folgenden Absätzen dieser detaillierten Beschreibung genauer erörtert.
1 veranschaulicht schematisch einen Antriebsstrang 10 für ein elektrifiziertes Fahrzeug 12. Auch wenn dieses als Hybridelektrofahrzeug (hybrid electric vehicle - HEV) abgebildet ist, versteht es sich, dass die in dieser Schrift beschriebenen Konzepte nicht auf HEVs beschränkt sind und sich auf andere elektrifizierte Fahrzeuge erstrecken könnten, einschließlich unter anderem Plug-in-Hybridelektrofahrzeugen (plug-in hybrid electric vehicles - PHEVs), Batterieelektrofahrzeugen (battery electric vehicles - BEVs), Brennstoffzellenfahrzeugen usw.
In einer Ausführungsform handelt es sich bei dem Antriebsstrang 10 um ein Antriebsstrangsystem mit Leistungsverzweigung, das ein erstes und ein zweites Antriebssystem einsetzt. Das erste Antriebssystem beinhaltet eine Kombination aus einem Motor 14 und einem Generator 18 (d. h. einer ersten elektrischen Maschine). Das zweite Antriebssystem beinhaltet zumindest einen Elektromotor 22 (d. h. eine zweite elektrische Maschine), den Generator 18 und einen Batteriepack 24. In diesem Beispiel wird das zweite Antriebssystem als ein elektrisches Antriebssystem des Antriebsstrangs 10 betrachtet. Das erste und das zweite Antriebssystem sind jeweils in der Lage, Drehmoment zum Antreiben von einem oder mehreren Sätzen von Fahrzeugantriebsrädern 28 des elektrifizierten Fahrzeugs 12 zu erzeugen. Wenngleich in 1 eine Konfiguration mit Leistungsverzweigung dargestellt ist, erstreckt sich die vorliegende Offenbarung auf ein beliebiges Hybrid- oder Elektrofahrzeug, einschließlich Vollhybrid-, Parallelhybrid-, Reihenhybrid-, Mildhybrid- oder Mikrohybridfahrzeugen.
Der Motor 14, bei dem es sich um eine Brennkraftmaschine handeln kann, und der Generator 18 können durch eine Leistungsübertragungseinheit 30, wie etwa einen Planetenradsatz, verbunden sein. Natürlich können andere Arten von Leistungsübertragungseinheiten, einschließlich anderer Zahnradsätze und Getriebe, verwendet werden, um den Motor 14 mit dem Generator 18 zu verbinden. In einer nicht einschränkenden Ausführungsform handelt es sich bei der Leistungsübertragungseinheit 30 um einen Planetenradsatz, der ein Hohlrad 32, ein Sonnenrad 34 und eine Trägerbaugruppe 36 beinhaltet.
Der Generator 18 kann durch den Motor 14 über die Leistungsübertragungseinheit 30 angetrieben werden, um kinetische Energie in elektrische Energie umzuwandeln. Der Generator 18 kann alternativ als Elektromotor fungieren, um elektrische Energie in kinetische Energie umzuwandeln, wodurch Drehmoment an eine Welle 38 ausgegeben wird, die mit der Leistungsübertragungseinheit 30 verbunden ist. Da der Generator 18 mit dem Motor 14 wirkverbunden ist, kann die Drehzahl des Motors 14 durch den Generator 18 gesteuert werden.
Das Hohlrad 32 der Leistungsübertragungseinheit 30 kann mit einer Welle 40 verbunden sein, die durch eine zweite Leistungsübertragungseinheit 44 mit den Fahrzeugantriebsrädern 28 verbunden ist. Die zweite Leistungsübertragungseinheit 44 kann einen Zahnradsatz beinhalten, der eine Vielzahl von Zahnrädern 46 aufweist. Andere Leistungsübertragungseinheiten können ebenfalls geeignet sein. Die Zahnräder 46 übertragen ein Drehmoment von dem Motor 14 auf ein Differential 48, um letztlich den Fahrzeugantriebsrädern 28 eine Traktion bereitzustellen. Das Differential 48 kann eine Vielzahl von Zahnrädern beinhalten, welche die Übertragung von Drehmoment auf die Fahrzeugantriebsräder 28 ermöglicht. In einer nicht einschränkenden Ausführungsform ist die zweite Leistungsübertragungseinheit 44 über das Differential 48 mechanisch an eine Achse 50 gekoppelt, um Drehmoment auf die Fahrzeugantriebsräder 28 zu verteilen.
Der Elektromotor 22 kann zudem eingesetzt werden, um die Fahrzeugantriebsräder 28 durch Ausgeben von Drehmoment an eine Welle 52 anzutreiben, die ebenfalls mit der zweiten Leistungsübertragungseinheit 44 verbunden ist. In einer nicht einschränkenden Ausführungsform wirken der Elektromotor 22 und der Generator 18 als Teil eines regenerativen Bremssystems zusammen, in dem sowohl der Elektromotor 22 als auch der Generator 18 als Elektromotoren zum Ausgeben von Drehmoment eingesetzt werden können. Beispielsweise können der Elektromotor 22 und der Generator 18 jeweils elektrische Leistung an den Batteriepack 24 ausgeben.
Bei dem Batteriepack 24 handelt es sich um eine beispielhafte Batterie eines elektrifizierten Fahrzeugs. Bei dem Batteriepack 24 kann es sich um eine Hochspannungstraktionsbatterie handeln, das eine Vielzahl von Batteriearrays 25 (d. h. Batteriebaugruppen oder Gruppierungen von Batteriezellen) beinhaltet, die in der Lage sind, elektrische Leistung auszugeben, um den Elektromotor 22, den Generator 18 und/oder andere elektrische Verbraucher des elektrifizierten Fahrzeugs 12 zu betreiben, um Leistung bereitzustellen, um die Räder 28 anzutreiben. Es könnten auch andere Arten von Energiespeichervorrichtungen und/oder Ausgabevorrichtungen verwendet werden, um das elektrifizierte Fahrzeug 12 mit elektrischer Leistung zu versorgen.
2 veranschaulicht ein Traktionsbatteriepacksystem 54, das in einem elektrifizierten Fahrzeug eingesetzt werden kann. Zum Beispiel könnte das Traktionsbatteriepacksystem 54 als Teil des Antriebsstrangs 10 des elektrifizierten Fahrzeugs 12 aus 1 oder innerhalb eines beliebigen anderen elektrifizierten Antriebsstrangs integriert sein.
Das Traktionsbatteriepacksystem 54 kann den Batteriepack 24 und das Entlüftungssystem 58 beinhalten. Der Batteriepack 24 beinhaltet eine Vielzahl von Batteriezellen 56, die Energie für die Versorgung verschiedener elektrischer Verbraucher des elektrifizierten Fahrzeugs 12 speichern. Der Batteriepack 24 kann im Rahmen dieser Offenlegung eine beliebige Anzahl von Batteriezellen beinhalten. Daher ist diese Offenbarung nicht auf die in 2 gezeigte genaue Konfiguration des Batteriepacks beschränkt. Die Batteriezellen 56 können nebeneinander gestapelt werden, um eine Gruppierung von Batteriezellen 56 zu bilden, die manchmal auch als Batteriearray bezeichnet wird. In einer Ausführungsform handelt es sich bei den Batteriezellen 56 um prismatische Lithiumionenzellen. Innerhalb des Umfangs dieser Offenbarung könnten jedoch alternativ Batteriezellen verwendet werden, die andere Geometrien (zylindrisch, beutelförmig usw.), andere Chemikalien (Nickel-Metall-Hydrid, Blei-Säure usw.) oder beides aufweisen.
Die Batteriezellen 56 können in einem oder mehreren Batteriearrays 25 innerhalb des Batteriepacks 24 angeordnet sein. In 2 sind schematisch mehrere Batteriearrays 25 veranschaulicht. Der Batteriearray 24 kann jedoch auch eine größere oder geringere Anzahl von Batteriearrays beinhalten als dargestellt und fällt dennoch in den Anwendungsbereich dieser Offenbarung.
Die Batteriearrays 25 können zusammen mit verschiedenen anderen elektronischen Batteriekomponenten in einem Gehäuse 60 des Batteriepacks 24 angeordnet sein. Das Gehäuse 60 kann ein abgedichtetes Gehäuse sein und jede beliebige Größe, Form und Konfiguration innerhalb des Anwendungsbereichs dieser Offenbarung aufweisen. Das Gehäuse 60 kann zum Beispiel rechteckig, dreieckig, rund, unregelmäßig usw. sein. Das Gehäuse 60 kann aus metallischen Werkstoffen, polymerbasierten Werkstoffen, textilen Werkstoffen oder einer beliebigen Kombination dieser Werkstoffe bestehen.
Jede Batteriezelle 56 des Batteriearrays 24 kann eine oder mehrere Entlüftungsöffnungen 62 aufweisen. Die Entlüftungsöffnungen 62 sind dazu konfiguriert, Batterieentlüftungsnebenprodukte 64, wie etwa Gase oder andere Nebenprodukte, während bestimmter Batterieentlüftungsereignisse aus den Batteriezellen 56 auszustoßen. Zum Beispiel können Batterieentlüftungsereignisse während Übertemperatur-, Überladungs- oder Überentladungsbedingungen der Batteriezellen 56 oder während anderer Zellbedingungen auftreten.
Das Entlüftungssystem 58 des Traktionsbatteriepacksystems 54 ist dazu konfiguriert, die Batterieentlüftungsnebenprodukte 64 aus dem Inneren des Batteriepakets 24 an eine Stelle außerhalb des Batteriepakets 24 zu leiten und auszustoßen und gleichzeitig zu verhindern, dass Umweltelemente (z. B. Luft, Feuchtigkeit, Insekten usw.) durch das Entlüftungssystem 58 in das Batteriepaket 24 eindringen. Das Entlüftungssystem 58 reduziert oder verhindert dadurch die Wärmeausdehnung und einen erheblichen Druckanstieg im Inneren des Batteriepacks 24.
Das Entlüftungssystem 58 kann einen oder mehrere Entlüftungskanäle 66 beinhalten, die zum Sammeln und Leiten der Batterieentlüftungsnebenprodukte 64 entlang eines Entlüftungswegs weg von dem Inneren des Batteriepacks 24 angeordnet sind. Die Batterieentlüftungsnebenprodukte 64 können unter ihrem eigenen Antriebsdruck durch jeden Entlüftungskanal 66 fließen, bevor sie aus dem Batteriepack 24, z B. in die Atmosphäre 68 (d. h. außerhalb des Fahrzeugs), ausgestoßen werden.
In einer Ausführungsform ist jeder Entlüftungskanal 66 so angeordnet, dass er sich durch eine Wand 70 des Gehäuses 60 erstreckt und somit in Fluidverbindung mit dem Inneren des Batteriepacks 24 steht. Bei der Wand 70 kann es sich um eine beliebige Wand des Gehäuses 60 handeln, einschließlich unter anderem um eine Seitenwand, eine Bodenwand, eine obere Wand usw.
Jeder Entlüftungskanal 66 des Entlüftungssystems 58 kann in die Wand 70 des Gehäuses 60 des Batteriepacks 24 integriert sein. In einer Ausführungsform ist der Entlüftungskanal 66 an die Wand 70 geschweißt. In einer anderen Ausführungsform ist der Entlüftungskanal 66 an der Wand 70 gebunden. In einer weiteren Ausführungsform ist der Entlüftungskanal 66 einstückig mit der Wand 70 ausgebildet (z B. aufgeformt), wie zum Beispiel bei Gehäusen auf Polymerbasis.
Jeder Entlüftungskanal 66 kann ferner aus einem oder mehreren Kanalabschnitten bestehen. Die Gesamtgröße, -form und -konfiguration des Entlüftungskanals 66 soll diese Offenbarung nicht einschränken.
Der Entlüftungskanal 66 kann an einer Stelle außerhalb des Batteriepacks 24 mit einer Entlüftungsvorrichtung 72 verbunden sein. Durch die Entlüftungsvorrichtung 72 können die Batterieentlüftungsnebenprodukte 64 aus dem Batteriearray 24 in die Atmosphäre 68 strömen. In einer Ausführungsform ist die Entlüftungsvorrichtung 72 ein Einwegventil, das dazu konfiguriert ist, Umweltelemente davon abzuhalten, auf einem umgekehrten Weg von der Atmosphäre 68 in den Entlüftungskanal 66 zu gelangen. Feuchtigkeit/Luftfeuchtigkeit der atmosphärischen Luft, Insekten und andere der Atmosphäre 68 zugeordnete Elemente sind innerhalb des Traktionsbatteriepacks 24 unerwünscht und können somit durch die Entlüftungsvorrichtung 72 am Eindringen gehindert werden.
In manchen Fällen weisen die Batterieentlüftungsnebenprodukte 64, die aus den Entlüftungsöffnungen 62 der Batteriezellen 56 austreten, relativ hohe Temperaturen auf und können daher Wärme 74 emittieren. Dies kann zu einem Temperaturanstieg an den Flächen jedes Entlüftungskanals 66 führen. In dieser Hinsicht kann der Entlüftungskanal 66 eine Wärmebarriere 76 beinhalten, die das Blockieren der Wärme 74 erleichtert, um die Flächen des Entlüftungskanals 66 und/oder umgebender Komponenten (z B. des Batteriepacks 24) bei niedrigeren Temperaturen zu halten.
In einer Ausführungsform ist die Wärmebarriere 76 an einer Innenfläche 78 des Entlüftungskanals 66 angeordnet (siehe 2). In einer anderen Ausführungsform ist die Wärmebarriere 76 an einer Außenfläche 80 des Entlüftungskanals 66 angeordnet (siehe 3). In einer weiteren Ausführungsform ist die Wärmebarriere 76 sowohl an der Innenfläche 78 als auch an der Außenfläche 80 des Entlüftungskanals 66 angeordnet (siehe 4).
Unter Bezugnahme auf 5 kann die Wärmebarriere 76 eine Wärmedämmbeschichtung 82 beinhalten. Die Wärmedämmbeschichtung 82 ist auf den Flächen des Entlüftungskanals 66 angeordnet, der dadurch als Substrat 84 dient. Die Wärmedämmbeschichtung 82 kann ausgewählte Abschnitte des Entlüftungskanals 66 bedecken, wie etwa Abschnitte, die neben heißen Stellen liegen, oder die Innen- und/oder Außenflächen des Entlüftungskanals 66 vollständig bedecken. Das Substrat 84 kann entweder aus metallischen Materialien oder Polymermaterialien hergestellt sein.
In einer Ausführungsform ist die Wärmedämmbeschichtung 82 eine intumeszierende feuerfeste Beschichtung. Die Wärmedämmbeschichtung 82 kann eine Wärmedämmbeschichtung auf Silicatbasis sein, die eine geringe Wärmeleitfähigkeit aufweist, um als Wärmeisolator zu dienen. Der Ausdruck „auf Silicatbasis“ gibt an, dass Silikat nach Gewicht der häufigste Bestandteil in der Wärmedämmbeschichtung 82 ist. Als ein Beispiel besteht die Wärmedämmschicht 82 aus Silikat, Wärmeschichtpartikeln und nichtionischem Tensid. Beispiele für die Wärmebarrierepartikel beinhalten Kaolin, Keramik, Graphit und Kombinationen davon. Beispiele für das nichtionische Tensid beinhalten 0,09-0,15 Gew.-%. Zum Beispiel weist die Wärmedämmbeschichtung 82 35-45 Gew.-% Natrium-Silikat, 1-3 Gew.-% Wärmebarrierepartikel und 0,09%-0,15 Gew.-% nichtionisches Tensid auf. In einem konkreten Beispiel weist die Wärmedämmbeschichtung 82 0,9 Gew.-% Kaolin, 0,1 Gew.-% nichtionisches Tensid und einen Rest von Natrium-Silikat mit entionisiertem Wasser auf. Die silikatbasierte Wärmedämmschicht 82 ist sehr hitzebeständig, weist jedoch auch eine gute Chemikalien- und Korrosionsbeständigkeit auf, ist feuchtigkeitsabweisend, schwefelfrei und nicht korrosionsfördernd.
Andere Wärmedämmbeschichtungen können im Umfang dieser Offenbarung ebenfalls geeignet sein. Daher sollen die Dicke und Dichte der Wärmeschutzbeschichtung diese Offenbarung nicht einschränken.
Das Anwendung der Wärmedämmbeschichtung 82 auf das Substrat 84 ist nicht besonders eingeschränkt. Zum Beispiel kann die Wärmedämmbeschichtung 82 durch Walzen, Sprühen oder Streichen einer Beschichtungslösung, die die Beschichtungsbestandteile enthält, auf das Substrat 84 aufgetragen werden, gefolgt von Aushärten der Beschichtungslösung. In einer Ausführungsform wird die Beschichtungslösung thermisch ausgehärtet, um Lösungsmittel, wie etwa DI-Wasser, zu entfernen und Beschichtungsbestandteile zu reagieren. Zum Beispiel reagieren, wenn sie über eine Reaktionstemperatur erwärmt werden, Kaolin oder andere Wärmeschichtpartikel mit dem Silikat, um eine keramische Phase zu erzeugen, die die Wärmeleitfähigkeit der Wärmedämmbeschichtung 82 weiter senken kann.
In einer anderen Ausführungsform, die in 6 gezeigt ist, kann die Wärmebarriere 76 des Entlüftungskanals 66 die Wärmedämmbeschichtung 82 und eine Wärmedämmschicht 86 zusätzlich zu der Wärmedämmbeschichtung 82 beinhalten. Die Wärmedämmschicht 86 ist an der Wärmedämmbeschichtung 82 angebracht und dient dazu, die Wärmeableitung durch den Entlüftungskanal 66 weiter zu reduzieren.
Die Wärmedämmschicht 86 ist im Allgemeinen biegsam, um in der Lage zu sein, sich Konturen des Entlüftungskanals 66 anzupassen. In einer Ausführungsform ist die Wärmedämmschicht 86 aus einer Gewebeschicht, einer Schaumstoffschicht oder einer Kombination davon ausgewählt. Beispielhafte Gewebeschichten beinhalten Silikatfasergewebe und Basaltfasergewebe. Diese Stoffe können gewebt oder nicht gewebt sein. Beispiele für Schaumstoffschichten sind Melaminschaum, Aerogel-Schaum (z. B. Siliziumdioxid oder Metalloxid) und Glimmer-Gleitflächen-Isoliermaterialien.
Die Wärmedämmschicht 86 kann während der Anwendung der Wärmedämmbeschichtung 82 auf das Substrat 84 durch Anwenden der Wärmedämmschicht 86 auf die Beschichtungslösung vor dem vollständigen Aushärten integriert werden. Wenn die Wärmedämmschicht 86 porös ist, kann die Beschichtungslösung zumindest teilweise in die Wärmedämmschicht 86 eindringen und sie dadurch mit dem Substrat 84 verbinden. Alternativ kann ein Klebstoff zwischen der Wärmedämmbeschichtung 82 und der Wärmedämmschicht 86 bereitgestellt werden, um die Wärmedämmschicht 86 an das Substrat 84 zu binden.
7 veranschaulicht ein weiteres beispielhaftes Traktionsbatteriepacksystem 154. Das Traktionsbatteriepacksystem 154 beinhaltet den Batteriepack 124 und das Entlüftungssystem 158. Das Entlüftungssystem 158 kann einen oder mehrere Entlüftungskanäle 166 beinhalten, die eine Wärmebarriere 176 beinhalten. Die Wärmebarriere 176 kann an einem beliebigen der in den 2-4 gezeigten Stellen angeordnet sein und kann eine der in den 5-6 gezeigten Konfigurationen beinhalten.
Eine oder mehrere Fahrzeugkomponenten 190 können sich in der Nähe des Batteriepacks 124 befinden. Die Fahrzeugkomponente 190 könnte einen Kraftstofftank, eine Abgaskomponente, eine Hochspannungsverbinderkomponente, eine Kunststofffahrzeugkomponente mit einer relativ geringen Wärmetoleranz oder eine beliebige andere Fahrzeugkomponente sein. In einer Ausführungsform ist die Fahrzeugkomponente 190 eine Komponente, die unmittelbar benachbart zu dem Entlüftungskanal 166 positioniert ist und somit anfällig für Wärme 174 sein kann, die durch die Batterieentlüftungsnebenprodukte 164 während Batteriezellentlüftungsereignissen emittiert wird. Dies kann zu einem Temperaturanstieg an den Flächen der Fahrzeugkomponente 190 führen. In dieser Hinsicht kann eine zweite Wärmebarriere 192 auf die Fahrzeugkomponente 190 aufgebracht werden, um die Wärme 174 zu blockieren, um die Flächen der Fahrzeugkomponente 190 und/oder anderer umgebender Komponenten bei niedrigeren Temperaturen zu halten.
Die zweite Wärmebarriere 192 kann eine Wärmedämmbeschichtung 194 beinhalten. In einer anderen Ausführungsform beinhaltet die zweite Wärmebarriere 192 eine Wärmedämmschicht 196, die durch einen Klebstoff 198 an der Fahrzeugkomponente 190 befestigt ist (siehe 8). In noch einer weiteren Ausführungsform beinhaltet die zweite Wärmebarriere 192 sowohl die Wärmedämmbeschichtung 194 als auch die Wärmedämmschicht 196 (siehe 9).
Die Wärmedämmbeschichtung 194 und/oder die Wärmedämmschicht 196 können auf einer Außenfläche 199 der Fahrzeugkomponente 190 angeordnet sein. Die Wärmedämmbeschichtung 194 kann ausgewählte Abschnitte der Außenfläche 199 bedecken, z. B. Abschnitte, die neben heißen Stellen liegen oder der Wärmequelle zugewandt sind, oder sie kann die Außenseite der Fahrzeugkomponente 190 vollständig bedecken. Die Wärmedämmbeschichtung 194 und die Wärmedämmschicht 196 können ähnliche oder unterschiedliche Materialzusammensetzungen im Vergleich zu den auf den Entlüftungskanal 166 angewandten Beschichtungen/Schichten beinhalten.
Eine dritte Wärmebarriere 200 kann auf Abschnitte des Gehäuses 260 des Batteriepacks 124 angewendet werden, um die Wärme 174 zu blockieren, um die Flächen des Gehäuses 260 bei niedrigeren Temperaturen zu halten. Die dritte Wärmebarriere 200 kann eine Wärmedämmbeschichtung, eine Wärmedämmschicht oder beides beinhalten.
Die 2-7 sind schematisch gezeigt und nicht unbedingt maßstabsgetreu dargestellt. Einige Merkmale können vergrößert dargestellt oder minimiert werden, um bestimmte Details eines bestimmten Bauteils oder Merkmals hervorzuheben.
Die beispielhaften Traktionsbatteriepack-Entlüftungssysteme dieser Offenbarung beinhalten Wärmebarrieren, die dazu ausgestaltet sind, hohe Temperaturen von abgelassenen Gasen zu absorbieren, die während Zellenentlüftungsereignissen freigesetzt werden, wodurch die Exposition und eine damit verbundene Leistungsbeeinträchtigung in der Nähe von Komponenten gegenüber den hohen Temperaturen begrenzt werden. Die vorgeschlagenen Wärmebarrieren stellen einen erhöhten Wärmefluss, eine erhöhte Wärmeisolation und somit eine verringerte Anfälligkeit für die Exposition gegenüber hohen Temperaturen bereit.
Obwohl die unterschiedlichen nicht einschränkenden Ausführungsformen als konkrete Komponenten oder Schritte aufweisend veranschaulicht sind, sind die Ausführungsformen dieser Offenbarung nicht auf diese bestimmten Kombinationen beschränkt. Es ist möglich, einige der Komponenten oder Merkmale aus einer beliebigen der nicht einschränkenden Ausführungsformen in Kombination mit Merkmalen oder Komponenten aus einer beliebigen der anderen nicht einschränkenden Ausführungsformen zu verwenden.
Es versteht sich, dass in den mehreren Zeichnungen gleiche Bezugszeichen einander entsprechende oder ähnliche Elemente kennzeichnen. Es versteht sich, dass in diesen beispielhaften Ausführungsformen zwar eine bestimmte Komponentenanordnung offenbart und veranschaulicht ist, andere Anordnungen aber ebenfalls von den Lehren dieser Offenbarung profitieren könnten.
Die vorstehende Beschreibung soll als veranschaulichend und nicht in einschränkendem Sinne ausgelegt werden. Für den Durchschnittsfachmann versteht es sich, dass bestimmte Modifikationen in den Umfang der vorliegenden Offenbarung fallen könnten. Aus diesen Gründen sollten die folgenden Patentansprüche genau gelesen werden, um den wahren Umfang und Inhalt dieser Offenbarung zu bestimmen.

Claims

Traktionsbatteriepacksystem, umfassend: einen Batteriepack mit einer Batteriezelle; einen Entlüftungskanal, der dazu konfiguriert ist, Batterieentlüftungsnebenprodukte, die von der Batteriezelle entlüftet werden, an eine Stelle außerhalb des Batteriepacks zu leiten und auszustoßen; und eine Wärmebarriere, die auf einer Fläche des Entlüftungskanals angeordnet und dazu konfiguriert ist, durch die Batterieentlüftungsnebenprodukte emittierte Wärme zu blockieren.
Traktionsbatteriepacksystem nach Anspruch 1, wobei die Fläche eine Innenfläche des Entlüftungskanals, eine Außenfläche des Entlüftungskanals oder beides ist.
Traktionsbatteriepacksystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Entlüftungskanal ein Substrat beinhaltet und die Wärmebarriere auf dem Substrat angeordnet ist.
Traktionsbatteriepacksystem nach Anspruch 3, wobei das Substrat metallisch oder polymer ist.
Traktionsbatteriepacksystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Wärmebarriere eine intumeszierende, feuerfeste Wärmedämmbeschichtung beinhaltet.
Traktionsbatteriepacksystem nach Anspruch 5, wobei die Wärmebarriere eine Wärmedämmschicht beinhaltet, die an der intumeszierenden feuerfesten Wärmedämmbeschichtung angebracht ist, und wobei optional die Wärmedämmschicht eine Gewebeschicht, eine Schaumstoffschicht oder Kombinationen davon beinhaltet.
Traktionsbatteriepacksystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, umfassend eine Fahrzeugkomponente, die benachbart zu dem Entlüftungskanal positioniert ist, und optional umfassend eine zweite Wärmebarriere, die an der Fahrzeugkomponente angeordnet ist.
Traktionsbatteriesystem nach Anspruch 7, wobei die zweite Wärmebarriere eine Wärmedämmbeschichtung, eine Wärmedämmschicht oder beides beinhaltet.
Elektrifiziertes Fahrzeug, umfassend das Traktionsbatteriepacksystem nach Anspruch 1.
Traktionsbatteriepacksystem nach Anspruch 1, umfassend: ein Entlüftungssystem, das einen Entlüftungskanal beinhaltet, der dazu konfiguriert ist, die Batterieentlüftungsnebenprodukte aus dem Inneren des Batteriepacks an eine Stelle außerhalb des Batteriepacks zu leiten und auszustoßen; eine Fahrzeugkomponente, die neben dem Batteriepaket oder dem Entlüftungssystem positioniert ist; und eine zweite Wärmebarriere, die auf einem Abschnitt der Fahrzeugkomponente angeordnet ist.
Traktionsbatteriepacksystem nach Anspruch 10, wobei die erste Wärmebarriere auf einer Innenfläche des Entlüftungskanals, einer Außenfläche des Entlüftungskanals oder beiden angeordnet ist, und wobei ferner die zweite Wärmebarriere auf einer Außenfläche der Fahrzeugkomponente angeordnet ist.
Traktionsbatteriepacksystem nach Anspruch 10 oder 11, wobei die erste Wärmebarriere und die zweite Wärmebarriere jeweils eine Wärmedämmbeschichtung, eine Wärmedämmschicht oder beides beinhalten.
Traktionsbatteriepacksystem nach Anspruch 12, wobei die Wärmedämmbeschichtung eine intumeszierende feuerfeste Beschichtung beinhaltet und die Wärmedämmschicht eine Gewebeschicht, eine Schaumstoffschicht oder Kombinationen davon beinhaltet, und wobei optional die Gewebeschicht Basaltfasern, Keramikfasern oder Kombinationen davon beinhaltet, und wobei optional die Schaumstoffschicht Melaminschaum, Aerogelschaum oder Glimmer-Gleitflächen-Isoliermaterialien beinhaltet.
Traktionsbatteriepacksystem nach einem der Ansprüche 10 bis 13, umfassend eine dritte Wärmebarriere, die auf einem Abschnitt des Batteriepacks angeordnet ist.
Verfahren, umfassend: Anwenden einer Wärmebarriere auf eine Fläche eines Entlüftungskanals eines Entlüftungssystems eines Traktionsbatteriepacksystems; und Blockieren von durch Batterieentlüftungsnebenprodukte emittierter Wärme mit der Wärmebarriere während Batteriezellentlüftungsereignissen.