-
Die Erfindung betrifft eine Traktionsbatterie für ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug
-
Ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug weist typischerweise eine Traktionsbatterie (Hochvoltbatterie, HV-Batterie) auf, welche einen Elektromotor zum Antrieb des Kraftfahrzeugs mit Energie versorgt. Dabei ist unter einem elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeug insbesondere ein Elektrofahrzeug, welches die zum Antrieb notwendige Energie lediglich in der Traktionsbatterie speichert (BEV, battery electric vehicle), ein Elektrofahrzeug mit einem Reichweitenverlängerer (REEV, range extended electric vehicle), ein Hybridfahrzeug (HEV, hybrid electric vehicle), ein Plug-In-Hybridfahrzeug (PHEV, plug-in hybrid electric vehicle) und/oder ein Brennstoffzellenfahrzeug (FCEV, fuel cell electric vehicle) zu verstehen, welches die mittels einer Brennstoffzelle erzeugte elektrische Energie in der Traktionsbatterie zwischenspeichert.
-
Eine solche, als Lithium-Ionen-Batterie (Li-lonen-Batterie) ausgebildete, Traktionsbatterie weist mehrere Batteriezellen auf, welche elektrisch in Serie oder parallel zueinander geschaltet sind. Für eine bauraumsparende Anordnung dieser Batteriezellen sind diese beispielsweise direkt nebeneinander angeordnet und/oder zu sogenannten (Zell-)Modulen zusammengefasst.
-
Bei einem Defekt der Batteriezelle, beispielsweise aufgrund eines im Inneren der Batteriezelle eingeschlossenen Fremdpartikels, eines internen Kurzschlusses oder eines Überladens der Batteriezelle kann eine sich selbst verstärkende Kettenreaktion stattfinden, welche als thermisches Durchgehen (engl.: thermal runaway) bezeichnet wird. Beim thermischen Durchgehen wird zum einen eine entsprechend hohe Wärmeenergie freigesetzt, zum anderen kann hierbei, beispielsweise aufgrund einer Zersetzung des Elektrolyt, in der Batteriezelle ein Gas entstehen, sodass in der Batteriezelle ein hoher Innendruck entsteht und gegebenenfalls das Gas sogar aus der Batteriezelle austritt.
-
Diese Gase sind zum einen vergleichsweise heiß und/oder sind elektrisch leitfähig. Bei einem unkontrollierten Austritt dieses Gases aus der defekten Batteriezelle besteht aufgrund dessen die Gefahr einer Beschädigung weiterer Batteriekomponenten, insbesondere weiterer Batteriezellen durch eine Gasentzündung und/oder einem Lichtbogen.
-
Aus der
EP 3 125 334 A2 ist eine Energiespeichervorrichtung bekannt, die in einem äußeren Gehäuse aufgenommen ist. Eine Trennplatte ist zwischen der Energiespeichervorrichtung und einer Seitenwand des äußeren Gehäuses angeordnet. Ein Auslassabschnitt ist an dem äußeren Gehäuse angeordnet, wobei der Auslassabschnitt eine oder mehrere Öffnungen aufweist, durch die ein Gas, das durch einen zwischen der Trennplatte und der Seitenwand gebildeten Strömungsdurchgang hindurchgetreten ist, aus dem äußeren Gehäuse ausgelassen wird.
-
In der
CN 213 520 125 U ist eine Struktur zum Schutz vor thermischem Durchgehen eines zweireihigen Moduls offenbart. Hierzu umfasst die Struktur eine Trennplatte, die zwischen den beiden Reihen von Batteriezelleneinheiten eingeklemmt ist. Die Trennplatte ist eine Glimmerplatte oder eine Epoxidplatte.
-
Die Lehre der
DE 10 2013 204 087 A1 betrifft ein Entgasungssystem für ein Batteriemodul, welches in einem Gehäuse für eine Anzahl von Batteriezellen aufgenommen ist. Das Entgasungssystem ist dabei in das Gehäuse des Batteriemoduls integriert.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine besonders geeignete Traktionsbatterie anzugeben. Insbesondere soll anhand dieser bei Defekt einer Batteriezelle die Sicherheit für einen Benutzer der Traktionsbatterie erhöht und/oder die Gefahr einer Beschädigung weiterer Batteriekomponenten reduziert sein. Des Weiteren soll ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug mit einer solchen Traktionsbatterie angegeben werden.
-
Bezüglich der Traktionsbatterie wird die Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1. Hinsichtlich des elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs wird die Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruchs 9 erfindungsgemäß gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche. Dabei gelten die Ausführungen im Zusammenhang mit der Traktionsbatterie auch für das elektrisch angetriebene Kraftfahrzeug und umgekehrt.
-
Die Traktionsbatterie ist für ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug vorgesehen und eingerichtet. Diese umfasst eine Aufnahme für Batteriezellen. Die Aufnahme ist vorzugsweise wannenförmig ausgebildet. Hierzu umfasst die Aufnahme einen, vorzugsweise ebenen, Wannenboden, welchem umfangseitig Seitenwände emporstehen. Zusammenfassend bildet die Aufnahme einen Aufnahmeraum für die Batteriezellen.
-
Des Weiteren umfasst die Traktionsbatterie einen Deckel für die Aufnahme. Geeigneter Weise verschließt der Deckel die Aufnahme, vorzugsweise fluiddicht. Zusammenfassend bildet die Aufnahme und der Deckel einen Batterieinnenraum der Traktionsbatterie. Insbesondere begrenzt bzw. umschließt die Aufnahme und der Deckel den Batterieinnenraum. Zweckmäßigerweise bilden der Deckel und die Aufnahme das Gehäuse der Traktionsbatterie.
-
Weiterhin weist der Deckel Gasleitungselemente auf, welche in den Batterieinnenraum ragen. Mit anderen Worten sind batterieinnenseitig an einem, zweckmäßigerweise ebenen und/oder parallel zum Wannenboden orientierten, Abdeck-Abschnitt des Deckels eine Anzahl an Gasleitelementen angeordnet, die sich ausgehend vom Abdeck-Abschnitt zum Wannenboden erstrecken. Zweckmäßigerweise sind dabei die Gasleitelemente steg- oder wandförmig ausgebildet.
-
Besonders vorteilhaft wird bei einem Defekt der Batteriezelle, bei dem vergleichsweise heißes und/oder elektrisch leitfähiges Gas aus dieser Austritt, das Gas anhand der Gasleitelemente gezielt geleitet. Auf diese Weise kann ein Kontakt des Gases mit weiteren Batteriekomponenten, insbesondere von hochvoltführenden Bauteilen vermieden, und damit einhergehend die Gefahr einer Gasentzündung und/oder eines Lichtbogens reduziert werden.
-
Des Weiteren sind die Gasleitelemente monolithisch an den Abdeck-Abschnitt angeformt. Mit anderen Worten sind der Abdeck-Abschnitt und die Gasleitelemente einteilig ausgebildet. Aufgrund dessen ist ein Montageprozess des Deckels erleichtert.
-
Der Deckel ist aus einem Kunststoff gebildet. Ein solcher Kunststoff-Deckel mit Gasleitelementen ist vorteilhaft vergleichsweise einfach in einem Urformprozess herstellbar.
-
Gemäß einer zweckmäßigen Ausgestaltung ist batterieinnenseitig am Deckel, also an der dem Wannenboden der Aufnahme zugewandten Seite des Deckels ein Isolierelement angeordnet. Dies dient der thermischen Isolierung und/oder der Erhöhung einer Feuerfestigkeit der (Traktions-)Batterie. Auf diese Weise ist vorteilhaft eine Übertragung von Hitze oder eines Brandes durch den Deckel in einen Fahrgastinnenraum eines die Traktionsbatterie aufweisenden Kraftfahrzeugs vermieden oder dessen Gefahr zumindest reduziert. Folglich ist eine Sicherheit für einen Benutzer des Kraftfahrzeugs erhöht.
-
Zusätzlich oder alternativ hierzu ist ein Isolierelement im Deckel, insbesondere im Abdeck-Abschnitt des Deckels angeordnet. Mit anderen Worten ist das Isolierelement im Deckel integriert. Sofern der Deckel aus einen Kunststoff gebildet ist, ist das Isolierelement beispielsweise ein Einleger (Einlegeteil), der bei im Zuge der Herstellung des Deckels mit Kunststoff umgossen/umspritzt wird.
-
Beispielsweise umfasst das Isolierelement sogenannte Glimmerscheiben (Mica-sheets).
-
Weiterhin weist der Deckel eine Schottwand auf, welche zwischen Batteriezellen ragt. Insbesondere ragt die Schottland dabei zwischen zwei Reihen von Batteriezellen oder zwischen zwei (Zell-) Module. Vorzugsweise erstreckt sich dabei die Schottland vom Abdeck-Abschnitt des Deckels bis zum diesen gegenüberliegenden Wannenboden (Aufnahmeboden, Gehäuseboden).
-
Aufgrund der Schottwand ist vorteilhaft der Raumbereich, in welchen bei einem Defekt aus einer der Batteriezellen ausströmendes Gas gelangen kann, begrenzt.
-
Gemäß einer zweckmäßigen Ausgestaltung weist die Aufnahme eine Berstöffnung auf. Diese dient dem gezielten ausströmen der heißen Gase aus dem Batterieinnenraum, sofern diese aufgrund eines vergleichsweise hohen Druckes auslöst, also berstet. Geeigneter Weise ist die Berstöffnung in einer Seitenwand der Aufnahme angeordnet. Bei einem elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeug mit einer solchen Traktionsbatterie ist die Berstöffnung zweckmäßigerweise einem Fahrzeuginnenraum abgewandt, sodass die heißen Gase beispielsweise nach Fahrzeugaußen abgeleitet werden. Somit ist eine Gefahr für einen Benutzer des Kraftfahrzeugs reduziert.
-
Gemäß einer zweckmäßigen Weiterbildung sind die Gasleitelemente wandartig, mit anderen Worten platten- oder blechförmig ausgebildet. Vorzugsweise bilden die Gasleitelemente dabei einen Kanal, der sich zur Berstöffnung hin erstreckt. Hierzu sind beispielsweise zwei der Gasleitelemente parallel zueinander orientiert, wobei sich die Gasleitelemente zur Berstöffnung hin erstrecken. Auf diese Weise erfolgt ein gezieltes Ableiten des Gases von der defekten Batteriezelle. Vorzugsweise sind dabei strom- und/oder spannungsführende Batteriekomponenten Traktionsbatterie außerhalb des Kanals angeordnet, sodass die Gefahr eines Lichtbogens weiter reduziert ist.
-
Gemäß einer geeigneten Ausgestaltung weisen die Batteriezellen der Traktionsbatterie und/oder das Zellmodulgehäuse eines die Batteriezellen aufnehmenden (Zell-)Modules jeweils ein Sicherheitsventil (Überdruckventil, Gasdruckventil) auf, dass derart angeordnet ist das durch dieses aus der Batteriezelle bzw. aus dem Zellmodulgehäuse ausströmen des Gas in den Kanal abstrahlt. Also ist das Sicherheitsventil dem Kanal zugewandt. Vorzugsweise mündet das Sicherheitsventil im Kanal.
-
Das Sicherheitsventil ist insbesondere derart eingerichtet, dass es bei Überschreiten eines vorgegebenen Druckschwellenwerts öffnet (auslöst). Folglich kann ein in der Batteriezelle gebildetes Gas entweichen, so dass die Gefahr einer Explosion verringert ist.
-
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug. Dieses umfasst eine Traktionsbatterie in einer der oben dargestellten Varianten. Insbesondere weist also deren, vorzugsweise aus Kunststoff gebildeten, Deckel in den Batterie innenraumragende Gasleitelemente auf.
-
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
- 1 schematisch in einer perspektivischen Explosionsdarstellung eine Traktionsbatterie eines elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs, wobei der Deckel deren Gehäuses in einen Batterieinnenraum ragende Gasleitelemente aufweist,
- 2 schematisch einen Querschnitt durch die Traktionsbatterie, wobei die Gasleitelemente einen Kanal für ein durch ein Sicherheitsventil einer Batteriezelle ausströmendes Gas bilden, und
- 3 schematisch in perspektivischer Ansicht den Deckel mit Blick auf dessen dem Batterieinnenraum zugewandte Seite.
-
Einander entsprechende Teile und Größen sind in allen Figuren stets mit gleichen Bezugszeichen versehen.
-
In der 1 ist schematisch eine Traktionsbatterie 2 dargestellt. Diese ist für ein nicht weiter dargestelltes elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug vorgesehen und eingerichtet.
-
Die Traktionsbatterie 2 weist ein Gehäuse 4 mit einer wannenförmigen Aufnahme 6 für Batteriezellen 8 sowie mit einem Deckel 10 für die Aufnahme 6 auf. Wie insbesondere in der Figur zwei erkennbar ist, weist die Aufnahme 6 einen Wannenboden 12 auf, an welchem umfangseitig Seitenwände 14 bevorstehen. Die Seitenwände 14 bilden dabei einen Rahmen. Der Deckel 10 dazu vorgesehen und eingerichtet die Aufnahme 6, beispielsweise zusätzlich anhand einer Dichtung, fluiddicht zu verschließen. Dabei ist der sich parallel zum Wannenboden 12 und im Wesentlichen eben erstreckende Abschnitt des Deckels 10 als Abdeck-Abschnitt 16 bezeichnet.
-
Die Aufnahme 6 und der Deckel 10 umschließen einen als Batterieinnenraum I bezeichneten Aufnahmeraum, in welchem eine Anzahl an Batteriezellen 8 aufgenommen ist. Beispielsweise sind in der 1 die Batteriezellen 8 in zwei Reihen nebeneinander angeordnet. Gemäß nicht weiter dargestellten Ausführungen der Traktionsbatterie 2 sind die Batteriezellen 8 in ein oder in mehreren (Zell-)Modulen zusammengefasst, und/oder es sind mehr als zwei Reihen vorgesehen.
-
Vorzugsweise dabei die Aufnahme 6 aus Stahl oder einem anderen Metall gebildet. Auf diese Weise weist die Traktionsbatterie 2 eine vergleichsweise hohe Biegesteifheit auf und/oder ist flammenfest.
-
Wie insbesondere in den 2 und 3 dargestellt ist, sind an derjenigen Seite des Abdeck-Abschnittes 16 des Deckels 10, welche dem Batterieinnenraum I zugewandt ist, Gasleitelemente 18 angeordnet. Die Gasleitelemente 18 erstrecken sich dabei ausgehend vom Abdeck-Abschnitt 16 in Richtung des Wannenbodens 12. Gemäß dem in der Figur zwei dargestellten Beispiel reichen die Gasleitelemente 18 dabei bis zu den Batteriezellen 8. Gemäß einer nicht weiter dargestellten Variante jedoch sind die Gasleitelemente der Abstand zu den Batteriezellen 8.
-
Gemäß dem Ausführungsbeispiel der 1-3 sind dabei jeweils zwei der Gasleitelemente 18 parallel zueinander orientiert, sodass diese eine Art Kanal 20 im Batterieinnenraum I bilden. Dabei erstrecken sich die Gasleitelemente 18 zu einer Berstöffnung 22, welche in einer der Seitenwände 14 der Aufnahme 6 angeordnet ist. Die Gasleitelemente 18 bilden dabei die Kanalwände und der Abdeck-Abschnitt 16 bildet dabei den Kanalboden.
-
Entsteht bei einem Defekt der einer der Batteriezellen 8 ein heißes und/oder elektrisch leitfähiges Gas in einer der (Batterie-)Zelle 8, kann dieses durch eine Berstöffnung oder ein Sicherheitsventil 24 aus der jeweiligen Batteriezelle 8 entweichen. Hierzu ist das Sicherheitsventil 24 dazu ausgebildet, bei einem vor gegebenen Druck auszulösen, also zu öffnen. Das Sicherheitsventil 24 ist dabei derart an der jeweiligen Batteriezelle 8 angeordnet, dass dieses in den mittels der Gasleitelemente 18 gebildeten Kanal 20 mündet. Insbesondere ist das Sicherheitsventil 24 an einer den Deckel 10 zugewandten Seite der jeweiligen Batteriezelle 8 angeordnet. Das ausströmende Gas wird auf diese Weise anhand der Gasleitelemente 18 gezielt zur Berstöffnung 22 geleitet.
-
Strom- und oder spannungsführende Batteriekomponenten, beispielsweise Stromschienen 26 (2) sind dabei außerhalb des Kanals 20 angeordnet. Auf diese Weise ist die Bildung eines Lichtbogens aufgrund des Gases vermieden.
-
Weiterhin umfasst der Deckel 10 eine Schottwand 28, die sich ausgehend vom Abdeck-Abschnitt 16 zum Wannenboden 12 erstreckt. Dabei ist die Schottwand 28 zwischen den beiden Reihen der Batteriezellen 8 angeordnet. Mit anderen Worten ragt die Schottwand 28 zwischen die beiden Reihen aus Batteriezellen 8, sodass zueinander zumindest abschnittsweise anhand der Schottwand 28 getrennte Raumbereiche für jede der Reihen der Batteriezellen 8 gebildet ist.
-
Der Deckel 10 ist aus einem Kunststoff gebildet, wobei dessen Abdeck-Abschnitt 16, die Gasleitelemente 18 sowie die Schottwand 28 einteilig, mit anderen Worten monolithisch zusammenhängend, ausgebildet sind.
-
Wie in der 2 dargestellt ist, ist in den Deckel 10, speziell in den Abdeck-Abschnitt 16 des Deckels 10 ein Isolierelement 30 integriert. Das Isolierelement 30 ist ein Einlegeteil, welches bei der Herstellung des Deckels 10 mit Kunststoff umspritzt wird. Beispielsweise ist das Isolierelement 30 als eine Glimmerscheibe ausgebildet. Aufgrund des isolierten Elements 30 ist der Deckel 10 vergleichsweise temperaturbeständig und flammenresistent.
-
Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr können auch andere Varianten der Erfindung vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen. Insbesondere sind ferner alle im Zusammenhang mit den Ausführungsbeispielen beschriebenen Einzelmerkmale auch auf andere Weise miteinander kombinierbar, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen.
-
Bezugszeichenliste
-
- 2
- Traktionsbatterie
- 4
- Gehäuse
- 6
- Aufnahme
- 8
- Batteriezelle
- 10
- Deckel
- 12
- Wannenboden
- 14
- Seitenwand
- 16
- Abdeckabschnitt
- 18
- Gasleitelement
- 20
- Kanal
- 22
- Berstöffnung
- 24
- Sicherheitsventil
- 26
- Stromschiene
- 28
- Schottwand
- 30
- Isolierelement
- I
- Batterieinnenraum
