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Die Erfindung betrifft ein Batteriezellegehäuse für eine Batteriezelle eines Batteriemoduls eines elektrischen Energiespeichers eines zumindest teilweise elektrisch betriebenen Kraftfahrzeugs gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1. Ferner betrifft die Erfindung ein Batteriemodul.
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Aus dem Stand der Technik ist bereits bekannt, dass bei Batteriezellen es zu einem sogenannten thermischen Durchgehen kommen kann. Insbesondere bei einem solchen thermischen Ereignis kann es dazu kommen, dass eine Batteriezelle „explodiert“ beziehungsweise ausgast und dabei Partikel in die Umgebung der Batteriezelle gelangen. Hierzu sind bereits sogenannte Überdruckventile an Batteriezellengehäusen bekannt. Ferner sind die Batteriezellen oftmals als Batteriemodul zusammen verschaltet. Hierbei sind bereits entsprechende Einrichtungen bekannt, welche auch aus dem Batteriemodul wiederum den Überdruck herauslassen.
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Die
EP 3 021 379 A1 beschreibt eine Lithium-Ionen-Batterie umfassend ein Batteriegehäuse, eine an das Batteriegehäuse montierte Batterieabdeckung, ein mit dem Batteriegehäuse und/oder der Batterieabdeckung gekoppeltes Überdruckventil und eine an dem Gehäuse und/oder der Batterieabdeckung ausgebildete und an dem Überdruckventil befestigte Sicherheitsvorrichtung aufweist. Die Sicherheitsvorrichtung umfasst eine dem Druckentlastungsventil zugewandte Abschirmplatte, eine Seitenwand und eine Luftstromkanalstruktur auf. Die Seitenwand erstreckt sich von der Abschirmplatte und ist mit dem Batteriegehäuse oder dem Batteriedeckel verbunden. Die Struktur des Luftstromkanals ist in der Seitenwand definiert.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Batteriezellegehäuse sowie ein Batteriemodul zu schaffen, mittels welchem ein verbesserter Betrieb eines Batteriemoduls eines elektrischen Energiespeichers realisiert werden kann.
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Diese Aufgabe wird durch ein Batteriezellengehäuse sowie durch ein Batteriemodul gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungsformen sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Ein Aspekt der Erfindung betrifft ein Batteriezellengehäuse für eine Batteriezelle eines Batteriemoduls eines elektrischen Energiespeichers eines zumindest teilweise elektrisch betriebenen Kraftfahrzeugs, mit zumindest einem Innenraum zum Aufnehmen der Batteriezelle und mit einer Außenwand, welche dem Innenraum abgewandt ist, wobei die Außenwand zumindest ein Überdruckelement aufweist, welches zum Auslassen von Partikeln der Batteriezelle bei einem thermischen Durchgehen der Batteriezelle ausgebildet ist.
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Es ist vorgesehen, dass das Batteriezellengehäuse ein Filterblech aufweist, welches an der Außenwand angeordnet ist und zumindest bereichsweise eine Austrittsöffnung des Überdruckelements überdeckt.
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Dadurch kann eine Filterung der Partikel direkt an einer einzelnen Batteriezelle beim thermischen Durchgehen (Thermal Runaway) durchgeführt werden und nicht erst auf der gesamten Batterie-Ebene. Durch die Kombination, insbesondere beide Filterfunktionen, also der Filterung an der Batteriezelle direkt und am Batteriemodul, ist eine doppelte Filtermöglichkeit gegeben, um den zu vermeidenden Ausstoß von Partikeln nach außen sicherzustellen.
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Insbesondere ist somit eine Partikelfilterung durch den Abstand zwischen Berstscheibe als Überdruckventil und Batteriezelle beziehungsweise Batteriezellengehäuse und dem Partikelfilterblech erzielt. Durch die Variationsmöglichkeiten von Blechform, Fixierung an der Batteriezelle beziehungsweise Batteriezellengehäuse kann die Filterwirkung eingestellt werden. Durch die Gestaltung der Austrittsöffnungen in Kombination mit den Batteriemodulen und dem Deckel können Ventinggase gezielt in Richtung von Berstscheiben beziehungsweise Überdruckventilen am Batteriedeckel geleitet werden.
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Die Partikelfilterung erfolgt durch die gezielte Reduzierung und Positionierung des Gas-Austrittsspalts durch ein Partikelfilterblech. Die Position, wo der Austrittsspalt sitzt, kann beliebig im Bereich der Berstenscheibenöffnung definiert werden. Die Filterung ist somit nicht auf die Position der Berstscheibe begrenzt. Das Partikelfilterblech kann durch variabel definierbare Spalt- und Befestigungsstellen entsprechend der Zelle abgestimmt werden. Durch das Filterblech direkt an der Zelle, kann eine primäre Filterung der ausgestoßenen Partikel im thermischen Fall erzielt werden. Diese primäre Filterung kann zusätzlich zur sekundären Filterung am mehrwandigen Ventingkanal, welcher auf der Gesamt-Batterie-Ebene wirkt, eingesetzt werden.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltungsform ist zwischen dem Filterblech und der Außenwand zumindest ein Abstandselement ausgebildet, wobei mittels des Abstandselements ein Partikelspalt zum Einstellen einer Partikelgröße ausgebildet ist.
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Ferner weist in einer vorteilhaften Ausgestaltungsform das Filterblech zumindest eine Lochbohrung auf.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsform weist das Filterblech zumindest eine gekrümmte Seitenfläche auf, welche die Außenwand zumindest bereichsweise überragt.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Batteriemodul mit zumindest zwei Batterien, wobei eine Batterie aus einem Batteriezellengehäuse und einer in dem Batteriezellegehäuse angeordneten Batteriezelle ausgebildet ist.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltungsform des Batteriemoduls weist das Batteriemodul ein weiteres Gehäuse auf, wobei das weitere Gehäuse ein weiteres Überdruckelement und ein weiteres Filterblech aufweist.
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Ferner betrifft die Erfindung auch einen elektrischen Energiespeicher mit zumindest einem Batteriemodul nach dem vorhergehenden Aspekt.
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Vorteilhafte Ausgestaltungsformen des Batteriezellengehäuses sind als vorteilhafte Ausgestaltungsformen des Batteriemoduls sowie des elektrischen Energiespeichers anzusehen.
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Die Erfindung betrifft auch ein Kraftfahrzeug mit zumindest einem elektrischen Energiespeicher nach dem vorhergehenden Aspekt. Der elektrische Energiespeicher kann insbesondere als Traktionsbatterie für eine zumindest teilweise elektrische Antriebseinrichtung des Kraftfahrzeugs ausgebildet sein. Bevorzugt ist das Kraftfahrzeug somit als zumindest teilweise elektrisch betriebenes Kraftfahrzeug beziehungsweise als vollelektrisch betriebenes Kraftfahrzeug ausgebildet.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Dabei zeigen:
- 1 eine schematische Draufsicht auf eine Ausführungsform eines Batteriezellengehäuses;
- 2 eine schematische Seitenansicht gemäß der Ausführungsform der Batteriezelle aus 1;
- 3 eine weitere schematische Draufsicht auf eine Ausführungsform eines Batteriezellengehäuses;
- 4 eine schematische Perspektivansicht einer Ausführungsform eines Filterblechs;
- 5 eine weitere schematische Perspektivansicht einer Ausführungsform eines Filterblechs;
- 6 eine nochmals weitere schematische Perspektivansicht einer Ausführungsform eines Filterblechs; und
- 7 eine schematische Ansicht einer Ausführungsform eines Batteriemoduls.
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In den Fig. sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt eine schematische Draufsicht auf eine Ausführungsform eines Batteriezellengehäuses 10. Das Batteriezellengehäuse 10 ist beispielsweise aus Aluminium ausgebildet. In einem nicht dargestellten Innenraum des Batteriezellengehäuses 10 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel insbesondere eine Batteriezelle 12 ausgebildet. Das Batteriezellengehäuse 10 weist einen ersten Pol 14 sowie einen zweiten Pol 16 auf. Insbesondere ist vorliegend eine Außenwand 18 des Batteriezellengehäuses 10 dargestellt.
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Das Batteriezellengehäuse 10 ist insbesondere somit für eine Batteriezelle 20 (7) eines Batteriemoduls 22 (7) eines elektrischen Energiespeichers eines zumindest teilweise elektrisch betriebenen Kraftfahrzeugs ausgebildet. Das Batteriezellengehäuse 10 weist den Innenraum 12 zum Aufnehmen der Batteriezelle 20 sowie die Außenwand 18 auf. Die Außenwand 18 ist dem Innenraum 12 abgewandt. Die Außenwand 18 weist ein Überdruckelement 24, vorliegend in Form einer Berstscheibe, auf. Das Überdruckelement 24 ist zum Auslassen von Partikeln du/oder Gasen der Batteriezelle 20 bei einem thermischen Durchgehen der Batteriezelle 20 ausgebildet.
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Es ist dabei vorgesehen, dass das Batteriezellengehäuse 10 ein Filterblech 26 aufweist, welches an der Außenwand 18 angeordnet ist und zumindest bereichsweise eine Austrittsöffnung 28 des Überdruckelements 24 überdeckt.
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Insbesondere zeigt die 1, dass zwischen dem Filterblech 26 und der Außenwand 18 zumindest ein Abstandselement 30 ausgebildet ist, wobei mittels des Abstandselements 30 ein Partikelspalt 32 (2) zum Einstellen einer Partikelgröße ausgebildet ist.
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Insbesondere ist zumindest das Batteriezellengehäuse 10 für einen sogenannten thermisches Ereignis (Thermal Runaway - TR)-Fall ausgebildet, wenn beispielsweise ein Kurzschluss innerhalb der Batteriezelle 20 zu verzeichnen ist. Dabei kann eine hohe Druckentwicklung mit Gasen und glühenden Partikeln entstehen. Dieser Massenstrom muss gefiltert und nach außen geleitet werden. Ziel ist es dabei, außerhalb des Kraftfahrzeugs darf es keine Vermischung von glühenden Partikeln, Abgasen und Umgebungsluft geben, wodurch beispielsweise innerhalb von fünf Minuten Feuer außerhalb des elektrischen Energiespeichers entstehen kann, nachdem der thermische Fall detektiert wurde. Somit ist eine frühzeitige Filterung der Partikel auf Zellebene zur Vermeidung von Folgeschäden und Kettenreaktionen notwendig.
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Insbesondere ist somit eine Filterstufe vorgeschlagen, die durch die definierte Austrittsöffnung 28 und Partikelstrom über das Filterblech 26 filtert. Des Weiteren kann eine definierte Filterstufe durch eine definierte Labyrinthstrecke durch eine angepasste Wegstrecke 34 vom Überdruckelement 24 bis zum entsprechenden Austritt erfolgen. Es kann auch eine weitere Filterstufe nachgelagert sein, welche beispielsweise einen Ventingkanal am Modulgehäuse vorsieht. Die Längengeometrie des Kanals sowie der zum Beispiel der Berstscheiben definiert die Position des Gasaustritts nach außen.
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Insbesondere ist das Wirkprinzip somit analog einem mehrwandigen Partikelfilter-Ventingkanals vorgeschlagen, wobei die Partikelfilterung hier auf Zellebene direkt am Entstehungsort des thermischen Ereignisses durchgeführt wird. Somit kann die Erzeugung einer zweiten Filterstufe direkt auf Zellebene erfolgen. Fertigungstechnisch sind alle hier exemplarisch dargestellten Filterstufen sehr leicht und kostengünstig zu ermöglichen. Eine Variation der einzelnen Stufen ermöglicht es, schneller und effizient auf neue Anforderungen oder Erkenntnisse über den thermischen Fall zu reagieren. Die Größe der zu filternden Partikel lässt sich leicht über die Spaltgröße des Partikelspalts 32 einstellen. Mit einer unterschiedlichen Geometriegestaltung des Zellpartikelabscheiders kann auch die Ausblasrichtung, vorliegend insbesondere die Wegstrecke 34, vorgegeben werden. In Kombination mit der Zellblockgeometrie beziehungsweise Batteriegehäuseteilen, zum Beispiel mit Sicken im Batteriedeckel als Kanal, kann das Ausleiten der Ventinggase zielgerichtet in Richtung Berstscheiben optimiert werden.
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Das in der 1 gezeigte Ausführungsbeispiel weist insbesondere ferner eine gekrümmte Seitenfläche 36 auf. Über die gekrümmte Seitenfläche 36 kann beispielsweise die Wegstrecke 24 erzeugt werden. Ferner kann über diese gekrümmte Seitenfläche 36 auch ein Anschweißen des Filterblechs 26, beispielsweise mittels Laser, durchgeführt werden.
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2 zeigt eine schematische Seitenansicht gemäß der Ausführungsform aus 1. Insbesondere ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel eine sogenannte Hardcase-Zelle, beziehungsweise eine prismatische Zelle, gezeigt.
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3 zeigt eine weitere schematische Ansicht einer Ausführungsform des Batteriezellengehäuses 10. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist insbesondere die gekrümmte Seitenfläche 36 um 90 Grad verschoben, sodass die Wegstrecke 34 ebenfalls um 90 Grad verschoben ist. Somit ist angezeigt, dass über unterschiedliche Anordnungen der Seitenflächen 36 der Ventingstrom eingestellt werden kann. Insbesondere sind somit über die Wegstrecken 34 auch die Ausblasrichtungen der gefilterten Gase angezeigt.
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In der 3 ist ebenfalls gezeigt, dass das Filterblech 26 zusätzlich über zumindest eine Lochbohrung 38, insbesondere vier Lochbohrungen 38, verfügen kann.
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4 zeigt eine schematische Perspektivansicht gemäß einer Ausführungsform eines Filterblechs 26. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist insbesondere an der kurzen Seite des Filterblechs 26 die gekrümmte Seitenfläche 36 ausgebildet. Ein weiteres Beispiel ist dann in der 5 gezeigt, welches die gekrümmte Seitenfläche 36 an der langen Seite des Filterblechs 26 darstellt. Ferner zeigt die 6 ebenfalls ein Filterblech 26 mit der gekrümmten Seitenfläche 36 an der kurzen Seite, wobei im vorliegenden Ausführungsbeispiel weiterhin die Lochbohrungen 36 vorgesehen sind.
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7 zeigt eine schematische Ansicht einer Ausführungsform eines Batteriemoduls 22 mit einer Vielzahl an Batterien 46. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind insbesondere vier Batterien 46 vorgesehen. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass das Batteriemodul 22 ein weiteres Gehäuse 40 aufweist, wobei das weitere Gehäuse 40 ein weiteres Überdruckelement 42 sowie ein weiteres Filterblech 44 aufweisen kann. Somit kann eine weitere Filterstufe bereitgestellt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Batteriezellengehäuse
- 12
- Innenraum
- 14
- erster Pol
- 16
- zweiter Pol
- 18
- Außenwand
- 20
- Batteriezelle
- 22
- Batteriemodul
- 24
- Überdruckventil
- 26
- Filterblech
- 28
- Austrittsöffnung
- 30
- Abstandselement
- 32
- Partikelspalt
- 34
- Wegstrecke
- 36
- gekrümmte Seitenfläche
- 38
- Lochbohrung
- 40
- weiteres Gehäuse
- 42
- weiteres Überdruckventil
- 44
- weiteres Filterblech
- 46
- Batterie
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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