DE102022103877A1

DE102022103877A1 - Batteriegehäuseanordnung, Energiespeicher und Verfahren zum Entgegenwirken eines Batteriebrands

Info

Publication number: DE102022103877A1
Application number: DE102022103877.7A
Authority: DE
Inventors: Willibald Ablaßmeier; Dirk Bäder; Michael Grabowski; Felix Hochgraeber; Helmut Leben; Thomas Pfuhler; Angela Scherer; Arjan Strating; Markus Thurmeier
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2022-02-18
Filing date: 2022-02-18
Publication date: 2023-08-24

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Batteriegehäuseanordnung (11) für einen Energiespeicher (10) eines Kraftfahrzeugs, wobei die Batteriegehäuseanordnung (11) ein Batteriegehäuse (12) aufweist, das einen Aufnahmebereich (18) zur Aufnahme zumindest eines Batteriemoduls (14) aufweist, und mindestens eine den Aufnahmebereich (18) in zumindest einer ersten Richtung (y, x) begrenzenden Wand (21, 22, 24) aufweist, in welche zumindest ein erster Hohlraum (30a) integriert ist, der mindestens eine erste Kammer (30a) bereitstellt. Dabei ist die mindestens eine Wand (21, 22, 24) dazu ausgebildet, in der mindestens einen ersten Kammer (30a) ein unter Überdruck stehendes Löschgas aufzunehmen. Die mindestens eine Wand (21, 22, 24) weist zudem mindestens eine freigebbare, in den Aufnahmebereich (18) mündende Austrittsöffnung (32) auf, die unter einer vorbestimmten Bedingung freigebbar ist, um ein in der mindestens einen ersten Kammer (30a) aufgenommenes Löschgas zumindest zum Teil in den Aufnahmebereich (18) zu leiten.

Description

Die Erfindung betrifft eine Batteriegehäuseanordnung für einen Energiespeicher eines Kraftfahrzeugs, wobei die Batteriegehäuseanordnung ein Batteriegehäuse aufweist, das einen Aufnahmebereich zur Aufnahme zumindest eines Batteriemoduls aufweist, und mindestens eine den Aufnahmebereich in zumindest einer ersten Richtung begrenzenden Wand aufweist, in welche zumindest ein erster Hohlraum integriert ist, der mindestens eine erste Kammer bereitstellt. Des Weiteren betrifft die Erfindung auch einen Energiespeicher mit einer solchen Batteriegehäuseanordnung und ein Verfahren zum Entgegenwirken eines Brands eines Energiespeichers.
Hochvolt-Batterien für Elektrofahrzeuge weisen typischerweise vielzählige Batteriezellen auf, welche in einem Batteriegehäuse angeordnet sind. Unter bestimmten Umständen, zum Beispiel im Falle eines Kurzschlusses einer Batteriezelle, kann es zu einem thermischen Durchgehen einer solchen Batteriezelle kommen. Ohne Gegenmaßnahmen kann es zu einem Übergreifen dieses thermischen Durchgehens auf andere Batteriezellen kommen und letztendlich zu einer thermischen Propagation der gesamten Batterie, was letztendlich in einem Batteriebrand resultiert. Ein solcher Batteriebrand ist dabei sehr schwer zu löschen. Üblicherweise wird hierbei Wasser als Löschmittel eingesetzt, welches meist nachträglich aktiv über einen Anschluss ins Fahrzeug, insbesondere bis ins Batteriegehäuse, eingeleitet wird. Dies hat den Nachteil, dass zur Initialisierung eines solchen Löschvorgangs zunächst gewartet werden muss, bis die Feuerwehr eingetroffen ist. Zudem zerstört Wasser als Kühl- und Löschmittel die komplette Batterie.
Die DE 10 2019 204 034 A1 beschreibt einen Batteriespeicher zur Pufferung eines elektrischen Versorgungsnetzes mit einem Gehäuse, insbesondere einem ISO-Container, einem im Gehäuse angeordneten Trägersystem, das gegenüber dem Gehäuse elektrisch isoliert ist, wobei das Trägersystem mit ungeerdeten Batteriezellenmodulen bestückt ist, die zu einer Systemspannung größer 500 Volt, insbesondere größer 1 Kilovolt, verschaltet sind. Das Gehäuse kann dabei mit einem sauerstofffreien Gas gefüllt sein, insbesondere unter Überdruck, um einen Akkubrand eindämmen zu können.
Die Einbringung eines sauerstofffreien Gases in ein Batteriegehäuse unter Überdruck würde jedoch vielzählige Nachteile mit sich bringen. Zum einen müssten alle im Gehäuse befindlichen Komponenten für einen solchen Überdruck ausgelegt werden, und zusätzlich beeinflusst eine derartige Maßnahme unter Umständen auch die Funktionsweise weiterer Batteriekomponenten im Gehäuse. Beispielsweise wären zum Beispiel Berstöffnungen, die typischerweise in Batteriezellen vorgesehen sind, um im Falle eines thermischen Durchgehens das Ventinggas aus der Batteriezelle ableiten zu können, in der Form unter Umständen nicht mehr funktionsfähig, da der hohe Umgebungsdruck einem Öffnen dieser Berstöffnungen entgegenwirkt. Insgesamt gestaltet sich ein solcher Batteriespeicher auch sehr aufwendig und teuer.
Weiterhin beschreibt die WO 2020/078972 A1 ein Batteriegehäuse zur Aufnahme eines oder mehrerer Batteriemodule, mit einem Gehäuseabschnitt zur teilweisen Begrenzung des Gehäuseinnenraums, wobei der Gehäuseabschnitt einen darin integrierten Abgaskanal zum Ableiten von Medien aufweist, die bei einem Defekt eines Batteriemoduls aus diesem austreten. Eine Löschmöglichkeit zum Löschen eines Batteriebrands ist hierdurch jedoch nicht bereitgestellt.
Weiterhin beschreibt auch die WO 2021/180469 A1 eine Rohbaustruktur für einen elektrisch antreibbaren Kraftwagen mit einem Entlüftungskanal, der durch eine Mehrzahl von miteinander verbundenen, jeweilige Hohlkammern begrenzenden Strukturbauteilen gebildet ist. In diesem Entlüftungskanal kann ein im Falle eines thermischen Ereignisses aus einer Antriebsbatterie austretendes Ventinggas in eine Umgebung des Kraftwagens abgeführt werden. Aber auch hierdurch ist keine Löschmöglichkeit für eine solche Antriebsbatterie bereitgestellt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Batteriegehäuseanordnung, einen Energiespeicher und ein Verfahren bereitzustellen, die es auf möglichst einfache und effiziente Weise ermöglichen, einem Batteriebrands bedingt durch ein thermisches Durchgehen einer Batteriezelle entgegenzuwirken.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Batteriegehäuseanordnung, einen Energiespeicher und ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß den jeweiligen unabhängigen Patentansprüchen. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche, der Beschreibung, sowie der Figuren.
Eine erfindungsgemäße Batteriegehäuseanordnung für einen Energiespeicher eines Kraftfahrzeugs weist ein Batteriegehäuse auf, das eine Aufnahmebereich zur Aufnahme zumindest eines Batteriemoduls aufweist, und mindestens einen den Aufnahmebereich in zumindest einer ersten Richtung begrenzenden Wand aufweist, in welche zumindest ein erster Hohlraum integriert ist, der mindestens eine erste Kammer bereitstellt. Dabei ist die mindestens eine Wand dazu ausgebildet, in der mindestens einen ersten Kammer ein unter Überdruck stehendes Löschgas aufzunehmen. Zudem weist die mindestens eine Wand mindestens eine freigebbare, in den Aufnahmebereich mündende Austrittsöffnung auf, die unter einer vorbestimmten Bedingung freigebbar ist, um ein in der mindestens einen ersten Kammer aufgenommenes Löschgas zumindest zum Teil in den Aufnahmebereich zu leiten.
Die Erfindung beruht dabei auf der Erkenntnis, dass durch Gehäusewände bereitgestellte Hohlräume nicht nur dazu genutzt werden können, um zum Beispiel Ventinggase aus einem Energiespeicher abzuführen, sondern auch, um ein Löschgas bei Bedarf in den Aufnahmebereich des Batteriegehäuses einzuleiten. Zudem kann eine solche Kammer auch zum Speichern eines solchen Löschgases verwendet werden. Die mindestens eine erste Kammer fungiert also als Löschgasreservoir. Dadurch lassen sich vielzählige große Vorteile erzielen. Zum einen erfordert dies keine sonderlich aufwendige Ausgestaltung eines Batteriegehäuses, da solche Hohlräume in Gehäusewänden oftmals ungenutzt sind. Das heißt, in solchen Hohlräumen sind keine weiteren Batteriekomponenten, insbesondere keine Batteriemodule oder Zellen aufgenommen. Solche Kammern lassen sich damit auf besonders einfache Weise gasdicht ausführen und die Funktionsweisen anderer Komponenten eines Energiespeichers bleiben von einer Befüllung einer solchen Kammer mit einem Löschgas unter Überdruck vollkommen unberührt. Ein solches Löschgas lässt sich damit zudem besonders bauraumeffizient aufnehmen und speichern, da hierfür kein zusätzliches Reservoir, welches zusätzlichen Bauraum beansprucht, vorgesehen werden muss. Besonders vorteilhaft ist es jedoch, dass hierdurch eine Löschmöglichkeit für einen Batteriebrand bereitgestellt ist bzw. bereits eine Maßnahme zur Brandvorbeugung und Hemmung, die nicht erst ausgelöst werden kann, wenn zum Beispiel die Feuerwehr eingetroffen ist. Die durch das austretende Löschgas bereitgestellte Löschmöglichkeit und Kühlmöglichkeit kann dagegen initialisiert werden, sobald zum Beispiel ein Batteriebrand detektiert wurde, oder noch früher, sobald zum Beispiel ein thermisches Durchgehen einer Batteriezelle stattfindet oder beginnt. Dadurch kann einem noch nicht entstandenen Brand der Sauerstoff entzogen werden und dieser kann im Keim erstickt werden oder ein bereits entstandener Brand kann hierdurch erstickt und damit gelöscht werden. Vor allem aber kann dadurch, dass das Löschgas unter Überdruck, d.h. gegenüber einem außerhalb der ersten Kammer vorherrschenden Druck, gespeichert werden kann, kann das Löschgas beim Austreten aus der mindestens einen freigebbaren Austrittsöffnung expandieren und kühlt dadurch ab. Dadurch kann die thermisch Durchgehende Zelle gekühlt werden und die thermische Propagation gestoppt oder zumindest gehemmt werden oder, falls bereits ein Brand entstanden ist, dieser umso effizienter gelöscht werden. Das austretende Löschgas wirkt also ähnlich wie ein CO₂(Kohlenstoffdioxid)-Feuerlöscher. Dadurch lässt sich die Sicherheit im Zusammenhang mit Hochvolt-Batterien auf einfache und bauraumeffiziente Weise enorm steigern.
Vorzugsweise ist die mindestens eine erste Kammer dabei gasdicht oder zumindest im Wesentlichen gasdicht ausgebildet, so lange die Austrittsöffnung verschlossen ist. Dies erlaubt es, das Löschgas zuverlässig unter Überdruck in der Kammer zu halten, insbesondere über Jahre hinweg, bis dieses benötigt wird. Eine Möglichkeit zur Druckprüfung und optionalen Löschgasnachfüllung bei vermindertem Gasdruck kann ebenfalls vorgesehen sein, wie dies später näher erläutert ist. Die Wand, welches die Kammer bereitstellt, kann zum Beispiel in Form eines Hohlprofils bereitgestellt sein, und wird im Rahmen der Erfindung daher ohne Beschränkung der Allgemeinheit auch einfach als Profil bezeichnet. Erstreckt sich die Wand in eine Längserstreckungsrichtung, zum Beispiel senkrecht zur ersten Richtung, so kann sich die im Inneren der Wand verlaufende Kammer ganz analog ebenfalls in dieser zweiten zur ersten senkrechten Richtung erstrecken.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist in der mindestens einen ersten Kammer ein unter Überdruck stehendes Löschgas aufgenommen, vorzugsweise CO₂. Neben CO₂ eigenen sich aber auch noch andere Gase als Löschgase. Grundsätzlich kann unter einem Löschgas ein sauerstofffreies Gas verstanden werden, insbesondere ein Gas, welches nicht brandfördernd ist. Unter einem Überdruck soll dabei ein Druck verstanden werden, der größer ist als ein Umgebungsdruck, der typischerweise bei ca. 1 Bar liegt. Das Löschgas ist dabei vorzugsweise jedoch unter einem deutlich höheren Druck in der ersten Kammer aufgenommen, der insbesondere mindestens im zweistelligen Bar-Bereich liegt, zum Beispiel bei mehr als 50 Bar, oder auch bei mehr als 60 Bar oder höher. Das in der ersten Kammer aufgenommene Löschgas muss dabei nicht notwendigerweise vollständig in gasförmiger Form aufgenommen sein, sondern kann dabei teilweise auch in flüssiger Form vorliegen. Der Dampfdruck von CO₂ bei 20 Grad Celsius liegt zum Beispiel bei 57 Bar. Ein als CO₂ ausgebildetes Löschgas, welches bei einem Druck von 57 Bar oder mehr in der ersten Kammer aufgenommen ist, liegt also zumindest zum Teil flüssig vor. Unter einem Gas soll dabei insbesondere eine Substanz verstanden werden, die unter Standardbedingungen, das heißt also bei Normaldruck und Normaltemperatur, zum Beispiel bei 1 Bar und 20 Grad Celsius, gasförmig vorliegt.
Bei einer weiteren sehr vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung stellt die mindestens eine Wand eine Seitenwand des Batteriegehäuses dar, die den Aufnahmebereich von einer Umgebung des Batteriegehäuses separiert und/oder wobei die mindestens eine Wand eine Trennwand des Batteriegehäuses darstellt, die den Aufnahmebereich von einem vom Batteriegehäuse umfassten zweiten Aufnahmebereich zur Aufnahme mindestens eines zweiten Batteriemoduls separiert, insbesondere wobei das Batteriegehäuse mehrere parallel zueinander verlaufende Wände als die mindestens eine Wand aufweist. Im Allgemeinen kann es sich bei der Wand des Batteriegehäuses um jedes beliebige den Aufnahmebereich strukturell begrenzende Bauteil des Batteriegehäuses handeln, zum Beispiel auch um einen Gehäusedeckel oder Gehäuseboden. Da jedoch üblicherweise der Gehäusedeckel oder Gehäuseboden zur Bereitstellung einer aktiven Flüssigkeitskühlung der Batteriemodule verwendet wird, ist es besonders vorteilhaft, die mindestens eine erste Kammer zur Aufnahme des Löschgases in eine Seitenwand und/oder Trennwand des Batteriegehäuses zu integrieren. Da die Seitenwände und/oder Trennwände eines solchen Batteriegehäuses oftmals ohnehin als Hohlprofile ausgestaltet sind, lässt sich dies auf besonders einfache und kostengünstige Weise umsetzen. Das Batteriegehäuse kann eine im Wesentlichen kastenförmige Geometrie aufweisen. In diesem Fall umfasst das Batteriegehäuse also beispielsweise vier Seitenwände, die das Batteriegehäuse bezüglich der ersten Richtung sowie bezüglich einer zweiten zur ersten senkrechten Richtung begrenzen.
In all diese vier Seitenwände kann also beispielsweise eine solche erste Kammer integriert sein, in welcher ein Löschgas aufgenommen ist oder aufnehmbar ist. Weiterhin ist es denkbar, dass das Batteriegehäuse mehrere Aufnahmebereiche aufweist. Diese Aufnahmebereiche können zum Beispiel in der genannten zweiten Richtung nebeneinander angeordnet sein und parallel zueinander verlaufen. Entsprechend verlaufen auch die die Aufnahmebereiche separierenden Trennwände zueinander parallel. In einem jeweiligen solchen Aufnahmebereich können wiederum eines oder auch mehrere Batteriemodule aufgenommen werden. Ein jeweiliges Batteriemodul umfasst dabei zumindest eine Batteriezelle, vorzugsweise jedoch mehr als nur eine Batteriezelle. Beispielsweise kann ein jeweiliges Batteriemodul einen Zellstapel mit mehreren in Stapelrichtung angeordneten Batteriezellen umfassen. Diese werden vorzugsweise so im Gehäuse angeordnet, dass die Stapelrichtung zur zweiten Richtung korrespondiert. Die Seitenwände und Trennwände erstrecken sich damit typischerweise entlang des gesamten angrenzenden Aufnahmebereichs. Dies ist sehr vorteilhaft, da so über eine geeignete Positionierung einer oder auch mehrerer freigebbarer Austrittsöffnungen das Löschgas über einen gesamten solchen Aufnahmebereich verteilt eingeleitet werden kann oder auch gezielt in den Teilbereich des Aufnahmebereichs, in welchem sich eine thermisch durchgehende Batteriezelle befindet. Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn zum Beispiel nur solche Seitenwände und/oder Trennwände als Reservoir für das Löschgas fungieren, welche sich in einer gleichen Richtung, insbesondere in der definierten zweiten Richtung, erstrecken. Denn dann erstreckt sich eine solche Wand über alle im angrenzenden Aufnahmebereich aufgenommenen Batteriezellen hinweg, wenn diese entlang einer Stapelrichtung angeordnet sind, die zur zweiten Richtung korrespondiert. Somit können alle in diesem Aufnahmebereich aufgenommenen Batteriezellen in gleicher Weise effizient gelöscht bzw. gekühlt werden.
Handelt es sich bei der Wand zum Beispiel um eine Trennwand, die bezüglich der ersten Richtung an zwei verschiedene Aufnahmebereich angrenzt beziehungsweise diese beiden Aufnahmebereich voneinander separiert, so kann in der Wand zumindest eine Austrittsöffnung vorgesehen sein, die eine Einleitung des Löschgases in den ersten angrenzenden Aufnahmebereich ermöglicht, und eine weitere freigebbare Austrittsöffnung, die ein Einleiten des Löschgases in den gegenüberliegenden zweiten angrenzenden Aufnahmebereich ermöglicht. Mit anderen Worten kann die Wand beidseitig bezüglich der ersten Richtung freigebbare Austrittsöffnungen aufweisen, insbesondere auch mehrere pro Seite.
Bei einer weiteren sehr vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Wand zum Einfüllen oder Nachfüllen von Löschgas eine gasdicht verschließbare und fluidisch mit der mindestens einen ersten Kammer verbundene Eintrittsöffnung mit einer Anschlusseinrichtung auf, insbesondere wobei die Anschlusseinrichtung außenseitig am Batteriegehäuse und gegenüber einer Außenseite des Batteriegehäuses bündig oder in Richtung des Aufnahmebereichs zurückversetzt angeordnet ist. Die Anschlusseinrichtung kann zum Beispiel einfach als Anschlussstutzen oder ähnliches bereitgestellt sein. Damit ist es vorteilhafterweise möglich, bei Bedarf Löschgas in die erste Kammer nachzufüllen, beispielsweise wenn sich der Gasdruck im Inneren der Kammer im Laufe der Zeit reduziert, zum Beispiel aufgrund kleinerer Leckagen. Auch ist über die Anschlusseinrichtung eine Überprüfungsmöglichkeit des Gasdrucks im Inneren der Kammer möglich. Diese lässt sich aber auch noch auf andere Weise bereitstellen, wie dies später näher beschrieben ist. Um den Gasdruck im Bereich der Anschlusseinrichtung zu überprüfen, kann im Bereich dieser Anschlusseinrichtung beziehungsweise im Bereich der Eintrittsöffnung auch ein Manometer angeordnet sein. An dieses kann zum Beispiel auch eine Diagnoseleitung angeschlossen werden, um den in der Kammer vorherrschenden Gasdruck auszulesen.
Dass diese Anschlusseinrichtung außenseitig am Batteriegehäuse angeordnet ist, ist von Vorteil, da dies die Zugänglichkeit zu Überprüfungs- oder Nachfüllzwecken erleichtert. Insbesondere muss hierfür nicht das Batteriegehäuse an sich geöffnet werden und/oder Batteriemodule aus dem Gehäuse entfernt werden oder ähnliches. Dies erleichtert die Wartung. Auch ein Ausbau der Batterie beziehungsweise des die Batteriegehäuseanordnung umfassenden Energiespeichers aus dem Kraftfahrzeug ist hierfür dann unter Umständen nicht erforderlich. Dass die Anschlusseinrichtung zudem außenseitig bündig mit der Außenseite des Batteriegehäuses abschließt oder sogar in Richtung des Aufnahmebereichs gegenüber dieser Außenseite zurückversetzt ist, hat den großen Vorteil, dass im Falle eines Aufpralls oder Krafteinwirkung von außen, zum Beispiel im Zuge eines Unfalls des Kraftfahrzeugs, welches die Batteriegehäuseanordnung umfasst, auf diese Außenseite eine lokal überhöhte Kraftbeaufschlagung im Bereich der Anschlusseinrichtung vermieden werden kann. Würde diese dagegen über die Außenseite hinausstehen, so könnte ein Aufprall eine lokal überhöhte Druckeinwirkung auf das Batteriegehäuse im Bereich dieser herausstehenden Anschlusseinrichtung zur Folge haben. Dies wiederum kann zu einer schweren Beschädigung des Batteriegehäuses und der darin aufgenommenen Batterie führen. Durch ein bündiges oder zurückversetztes Abschließen dagegen können lokal überhöhte Druckstellen im Falle einer externen Kraftbeaufschlagung vermieden werden und eine besonders gleichmäßige und schonende Krafteinleitung und Kraftverteilung auf das Batteriegehäuse im Crashfall sichergestellt werden. Das Beschädigungsrisiko für den Energiespeicher wird hierdurch reduziert.
Bei einer weiteren sehr vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung verläuft die Wand vorzugsweise, wie bereits beschrieben, in einer zweiten zur ersten senkrechten Richtung, und weist mehrere in der zweiten Richtung verteilt angeordnete freigebbare Austrittsöffnungen als die mindestens eine Austrittsöffnung auf. Dies hat den großen Vorteil, dass hierdurch im Brandfall eine deutlich gleichmäßigere Löschmöglichkeit bereitgestellt ist, da das Löschgas über mehrere Austrittsöffnungen, die zudem noch in Längsrichtung über das Batteriemodul verteilt angeordnet sein können, gleichmäßig ausgegeben werden kann. Zudem ermöglicht dies auch, zum Beispiel im Falle aktiv ansteuerbarer Austrittsöffnungen, das Löschgas direkt dort auszuleiten, wo sich zum Beispiel die thermisch durchgehende Batteriezelle oder das thermisch durchgehende Batteriemodul befindet. Dies ermöglicht eine gezielte und lokale und damit besonders effiziente Brandlöschung.
Beispielsweise kann pro im Aufnahmebereich aufgenommenem Batteriemodul mindestens eine solche freigebbare Austrittsöffnung vorgesehen sein. Dies ermöglicht eine modulselektive Löschung.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die mindestens eine Wand zumindest einen zweiten Hohlraum auf, der eine zweite Kammer bereitstellt, wobei die mindestens eine erste Kammer fluidisch von der zweiten Kammer separiert ist, und wobei die zweite Kammer einen Gasabführkanal bereitstellt, um im Falle, dass aus einem im Aufnahmebereich aufgenommenen Batteriemodul ein Gas austritt, das austretende Gas über den Gasabführkanal aus dem Batteriegehäuse abzuleiten. Dadurch lässt sich auf effiziente Weise die Wand, die nunmehr mehrere solcher Kammer gleichzeitig bereitstellt, auf besonders effiziente Weise nutzen, nämlich zusätzlich auch zur Gasabführung von Ventinggasen. Der besonders große Vorteil dieser Ausführungsform liegt jedoch gerade darin, dass sich durch das Ableiten eines solchen Ventinggases, welches also im Zusammenhang mit einem thermischen Durchgehen einer Batteriezelle aus einer solchen Batteriezelle austritt, gleichzeitig auch ein automatischer Auslösemechanismus zum Freigeben der mindestens einen Austrittsöffnung bereitstellen lässt, durch welche dann das in der ersten Kammer aufgenommene Löschgas in den betreffenden Aufnahmebereich austreten kann. Beispielsweise kann die freigebbare Austrittsöffnung so ausgestaltet sein, dass diese sich bei sehr heißen Temperaturen, z.B. ab einem vorbestimmten Schwellwert, selbsttägig öffnet. Beispielsweise kann eine solche Austrittsöffnung durch eine bei sehr hohen Temperaturen schmelzende Membran oder ähnliches verschlossen sein. Das durch die zweite Kammer strömende heiße Ventinggas führt entsprechend dazu, dass sich der Verschlussmechanismus der Austrittsöffnung ebenfalls sehr stark erhitzt, wodurch dieser dann die Austrittsöffnung freigeben kann. Denkbar ist es zudem auch, dass das die zweite Kammer durchströmende Ventinggas zu einer Erhitzung des Löschgases führt, was wiederum zu einem starken Druckanstieg in der ersten Kammer führt. Die freigebbare Austrittsöffnung kann dann zum Beispiel mit einem druckabhängigen Austrittsmechanismus verschlossen sein, zum Beispiel einer Berstmembran oder einem Überdruckventil, welches bedingt durch den nunmehr erhöhten Druck des Löschgases öffnet und somit die Austrittsöffnung freigibt. Durch das Hindurchleiten des Ventinggases durch die zweite Kammer in der gleichen Wand, in welcher auch die erste Kammer, in welcher das Löschgas aufgenommen oder aufnehmbar ist, lassen sich also vorteilhafterweise automatische Auslösemechanismen zum Auslösen passiver Öffnungsmechanismen für die freigebbare Austrittsöffnung bereitstellen.
Wie später näher erläutert soll auch ein Energiespeicher mit einer erfindungsgemäßen Batteriegehäuseanordnung oder eines ihrer Ausgestaltungen als zur Erfindung gehörend angesehen werden. Ein solcher Energiespeicher umfasst dann zumindest ein Batteriemodul, welches im Aufnahmebereich aufgenommen ist. Weiterhin kann dann ein Energiespeicher zudem einen Entgasungskanal aufweisen, der an jeweilige freigebbare Entgasungsöffnungen, auch Ventingöffnungen genannt, der vom Batteriemodul umfassten Batteriezellen angeschlossen ist, und der zur zweiten Kammer führt. Entsprechend kann die Wand wiederum eine Eintrittsöffnung aufweisen, die einen solchen Entgasungskanal mit der in der Wand integrierten zweiten Kammer fluidisch verbindet. Somit kann das aus den Batteriezellen austretende Gas über den Entgasungskanal direkt in die zweite Kammer geleitet werden, durch die zweite Kammer hindurch bis zu einer aus dem Batteriegehäuse hinausführenden Austrittsöffnung zum Ableiten der Ventinggase. Die Eintrittsöffnung, über welche die zweite Kammer mit einem solchen zu den Zellen führenden Entgasungskanal gekoppelt ist, muss dabei nicht notwendigerweise verschlossen sein. Mit anderen Worten kann der Entgasungskanal von den Zellen zur zweiten Kammer und durch diese hindurch auch im Normalbetrieb eine durchgängige Fluidverbindung bereitstellen. Die freigebbaren Entgasungsöffnungen der einzelnen Zellen des Batteriemoduls öffnen jedoch erst im Entgasungsfall und verschließen die Zellen im Normalbetrieb.
Die erste und/oder zweite Kammer können jeweils in Form langgestreckter Kanäle ausgebildet sein. Vorzugsweise sind diese in einer dritten Richtung übereinander angeordnet, wobei eine solche dritte Richtung wiederum senkrecht zur ersten und zweiten Richtung ausgerichtet ist. Beispielsweise können die beiden Kammern, das heißt, die erste und die zweite Kammer, durch einen im Hohlprofil der Wand integrierten Zwischensteg oder eine Zwischenwand oder ähnliches voneinander räumlich separiert sein.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Batteriegehäuseanordnung weist die Wand ein Manometer zum Bestimmen des Drucks innerhalb der mindestens einen ersten Kammer auf, insbesondere wobei das Manometer innerhalb der Kammer angeordnet ist und dazu ausgelegt ist, einen erfassten Druckmesswert über Funk bereitzustellen. Dies ist besonders vorteilhaft, da so zum Erfassen des Drucks innerhalb der ersten Kammer nicht notwendigerweise das Batteriegehäuse, zum Beispiel über die oben beschriebene Anschlusseinrichtung, geöffnet werden muss. Ein Auslesen und Überwachen des Drucks in der ersten Kammer kann somit einfach über Funk erfolgen. Dies ermöglicht nicht nur vorteilhafterweise eine regelmäßige Wartung der Batteriegehäuseanordnung, zum Beispiel in größeren Zeitabständen in einer Werkstatt, sondern beispielsweise auch das permanente Überwachen des Innendrucks der ersten Kammer, zum Beispiel durch ein Steuergerät des Kraftfahrzeugs selbst.
Weiterhin kann im Bereich der Batteriegehäuseanordnung oder auch in einem Passagierraum des Kraftfahrzeugs, in welchem die Batteriegehäuseanordnung Anwendung findet, ein CO₂-Sensor, für den Fall, dass CO₂ als Löschgas verwendet wird, vorgesehen sein, oder ein anderer Gassensor im Falle eines anderen Löschgases. Dadurch kann ein Eindringen eines solchen Löschgases zum Beispiel im Falle eines Lecks in den Passagierraum detektiert werden und ein entsprechendes Warnsignal sofort ausgegeben werden.
Bei einer weiteren sehr vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die mindestens eine freigebbare Austrittsöffnung ansteuerbar ausgebildet und ist in Abhängigkeit vom Empfang eines Ansteuersignals freigebbar, oder die mindestens eine freigebbare Austrittsöffnung ist als passiv freigebbare Austrittsöffnung ausgebildet, die ohne Ansteuerung freigebbar ist, insbesondere abhängig von einer Temperatur in einem Bereich der Austrittsöffnung und/oder abhängig von einem Druck in der ersten Kammer. Diese passiven Freigabemechanismen wurden oben bereits beschrieben. Aber auch ohne dass ein Ventinggas beispielsweise durch eine zusätzlich vorgesehene zweite Kammer in der Wand geführt wird, kann ein temperaturabhängiger passiver Freigabemechanismus genutzt werden, da auch ein Zellenbrand oder Modulbrand oder auch lediglich eine sich durch das thermische Durchgehen stark erhitzende Batteriezelle zu einer Temperaturerhöhung im Bereich der Austrittsöffnung führt, so dass diese in Folge öffnen kann. Eine Temperaturerhöhung im Bereich der Wand führt zudem auch dazu, dass der Gasdruck des Löschgases steigt. Die freigebbare Austrittsöffnung kann dann entsprechend auch ab einem bestimmten Druckschwellwert oder bei dessen Überschreiten öffnen, z.B. wenn diese als Überdruckventil ausgebildet ist.
Neben diesen passiven Öffnungsmechanismen ist es jedoch auch denkbar, dass die mindestens eine freigebbare Austrittsöffnung ansteuerbar ausgebildet ist. Dies ist im Übrigen auch mit passiven Freigabemechanismen kombinierbar. Durch eine zusätzliche oder alternative aktive Ansteuermöglichkeit ist deutlich mehr Flexibilität beim Öffnen der Austrittsöffnung geboten. Beispielsweise ermöglicht dies ein selektives Öffnen einzelner Austrittsöffnungen, für den Fall, dass die Wand oder mehrere Wände des Batteriegehäuses solche Austrittsöffnungen aufweisen. Dann kann das Löschgas gezielt dort in einen Aufnahmebereich eingebracht werden, wo sich der Brandherd befindet und/oder die thermisch durchgehende Zelle oder das thermisch durchgehende Batteriemodul. Auch ermöglicht dies ein besonders frühzeitiges Öffnen der Austrittsöffnung, zum Beispiel bereits zu Beginn eines thermischen Durchgehens einer Zelle. Dadurch kann zum Beispiel ein Brand im Keim erstickt bzw. verhindert werden und ein thermisches Übergreifen auf Nachbarzellen kann hierdurch verlangsamt oder verhindert werden. Dabei kann die Batteriegehäuseanordnung auch eine Steuereinrichtung zum Ansteuern der freigebbaren Austrittsöffnung aufweisen.
Die eingangs genannte vorbestimmte Bedingung, unter welcher die mindestens eine Austrittsöffnung freigebbar ist, kann also beispielsweise im Falle einer ansteuerbaren Austrittsöffnung sein, dass ein Signal zum Freigeben der Austrittsöffnung empfangen wird. Dieses Signal kann an der freigebbaren Austrittsöffnung wiederum in Abhängigkeit von einem Detektionssignal bereitgestellt werden, welches einen kritischen Zustand des Energiespeichers oder eines Batteriemoduls oder einer Batteriezelle detektiert. Ein kritischer Zustand kann beispielsweise ein thermisches Durchgehen einer Zelle sein, eine Temperaturerhöhung einer Zelle über einen vorgegebenen Schwellwert, die Detektion eines aus der Zelle austretenden Gases, die elektrische Detektion eines Kurzschlusses, oder ähnliches. Im Falle einer passiv öffnenden Austrittsöffnung kann die vorbestimmte Bedingung im Überschreiten eines vorbestimmten Schwellwerts, zum Beispiel eines Temperaturschwellwerts und/oder Druckschwellwerts liegen. Somit ist eine aktive Kühlung durch das austretende Löschgas ab einer bestimmten Zelltemperatur möglich, die insbesondere durch die Ausgestaltung des Öffnungsmechanismus zum Freigeben der freigebbaren Austrittsöffnung vorgebbar ist. Optional kann je Modul eine Öffnung, insbesondere. freigebbaren Austrittsöffnung, vorgesehen sein, um direkt das zu kühlende Modul zu kühlen, welches die thermisch durchgehende Batteriezelle umfasst.
Des Weiteren betrifft die Erfindung auch einen Energiespeicher für ein Kraftfahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Batteriegehäuseanordnung oder eines ihrer Ausgestaltungen.
Die für die erfindungsgemäße Batteriegehäuseanordnung und ihre Ausgestaltungen genannten Vorteile gelten in gleicher Weise für den erfindungsgemäßen Energiespeicher.
Der erfindungsgemäße Energiespeicher ist vorzugsweise als eine Hochvolt-Batterie für ein Kraftfahrzeug ausgebildet. Der Energiespeicher kann zudem eines oder mehrere Batteriemodule umfassen, die in dem mindestens einen Aufnahmebereich des Batteriegehäuses aufgenommen sind. Ein Batteriemodul kann wiederum mehrere Batteriezellen umfassen. Die Batteriezellen können zum Beispiel als prismatische Batteriezellen, Pouchzellen oder Rundzellen ausgebildet sein. Bei den Batteriezellen kann es sich zum Beispiel um Lithium-Ionen-Zellen handeln.
Des Weiteren soll auch ein Kraftfahrzeug mit einem erfindungsgemäßen Energiespeicher oder eine seiner Ausgestaltungen als zur Erfindung gehörend angesehen werden. Das Kraftfahrzeug ist vorzugsweise als Elektrofahrzeug ausgebildet und der Energiespeicher fungiert als Traktionsbatterie für das Kraftfahrzeug.
Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug ist bevorzugt als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen oder Lastkraftwagen, oder als Personenbus oder Motorrad ausgestaltet.
Des Weiteren betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zum Entgegenwirken eines Brands eines Energiespeichers für ein Kraftfahrzeug, wobei der Energiespeicher eine Batteriegehäuseanordnung mit einem Batteriegehäuse aufweist, das einen Aufnahmebereich zur Aufnahme zumindest eines Batteriemoduls aufweist, und mindestens eine den Aufnahmebereich in zumindest einer ersten Richtung begrenzenden Wand aufweist, in welche zumindest ein erster Hohlraum integriert ist, der mindestens eine erste Kammer bereitstellt. Dabei ist in der mindestens einen ersten Kammer ein unter Überdruck stehendes Löschgas aufgenommen, und die mindestens eine Wand weist mindestens eine freigebbare, in den Aufnahmebereich mündende Austrittsöffnung auf, die unter einer vorbestimmten Bedingung freigegeben wird, wobei das in der mindestens einen ersten Kammer aufgenommene Löschgas zumindest zum Teil durch die freigegebene Austrittsöffnung in den Aufnahmebereich geleitet wird.
Das Einleiten des Löschgases kann allein dadurch erfolgen, dass die freigebbare Austrittsöffnung geöffnet wird. Da das Löschgas unter Überdruck steht, strömt dieses dann automatisch in das Innere des Aufnahmebereichs.
Zu der Erfindung gehören auch Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens, die Merkmale aufweisen, wie sie bereits im Zusammenhang mit den Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Batteriegehäuseanordnung und des erfindungsgemäßen Energiespeichers beschrieben worden sind. Aus diesem Grund sind die entsprechenden Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens hier nicht noch einmal beschrieben.
Die Erfindung umfasst auch die Kombinationen der Merkmale der beschriebenen Ausführungsformen. Die Erfindung umfasst also auch Realisierungen, die jeweils eine Kombination der Merkmale mehrerer der beschriebenen Ausführungsformen aufweisen, sofern die Ausführungsformen nicht als sich gegenseitig ausschließend beschrieben wurden.
Im Folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt:

1 eine schematische Darstellung eines Energiespeichers in einer Draufsicht gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
2 eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch den Energiespeicher aus 1 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
3 eine schematische Darstellung einer Seitenansicht eines Teils des Energiespeichers aus 1 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung; und
4 eine schematische Darstellung des Energiespeichers aus 1 in einer Draufsicht mit zusätzlichen Entgasungskanälen gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Bei den im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen handelt es sich um bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Bei den Ausführungsbeispielen stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsformen jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden. Daher soll die Offenbarung auch andere als die dargestellten Kombinationen der Merkmale der Ausführungsformen umfassen. Des Weiteren sind die beschriebenen Ausführungsformen auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.
In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen jeweils funktionsgleiche Elemente.
1 zeigt eine schematische Darstellung eines Energiespeichers 10 in einer Draufsicht mit einer Batteriegehäuseanordnung 11 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Der Energiespeicher weist ein Batteriegehäuse 12 und mehrere in dem Batteriegehäuse 12 aufgenommene Batteriemodule 14 auf. Jedes Batteriemodul 14 umfasst wiederum mehrere Batteriezellen 16, von denen exemplarisch aus Gründen der Übersichtlichkeit nur einige mit einem Bezugszeichen versehen sind. Die Batteriezellen 16 sind in diesem Beispiel als prismatische Batteriezellen ausgeführt und in y-Richtung nebeneinander angeordnet. Die y-Richtung entspricht hierbei also einer Stapelrichtung des von einem jeweiligen Batteriemodul 14 umfassten Zellstapels aus mehreren Batteriezellen 16. Die x-Richtung entspricht im Übrigen in diesem Beispiel einer Fahrzeugquerrichtung und die y-Richtung einer Fahrzeuglängsrichtung, sowie die dargestellte z-Richtung einer Fahrzeughochrichtung, wenn der Energiespeicher 10 bestimmungsgemäß in einem Kraftfahrzeug angeordnet ist. Das Batteriegehäuse 12 umfasst in diesem Beispiel vier Aufnahmebereiche 18, wobei wiederum in einem jeweiligen dieser Aufnahmebereiche 18 mehrere Batteriemodule 14 in y-Richtung hintereinander angeordnet sind. Die Aufnahmebereiche 18 sind dabei in x-Richtung nebeneinander angeordnet. Weiterhin umfasst das Batteriegehäuse 12 einen Rahmen 20, der wiederum vier Seitenwände 21, 22 umfasst. Zwei dieser Seitenwände 21 verlaufen dabei in y-Richtung, und die beiden anderen Seitenwände 22 in x-Richtung. Zudem sind die einzelnen Aufnahmebereiche 18 durch in y-Richtung verlaufende Trennwände 24 in x-Richtung voneinander separiert. Die Seitenwände 21, 22 sowie die Trennwände 24 können dabei als Hohlprofile ausgebildet sein. Dies ermöglicht es vorteilhafterweise, eine Löschmöglichkeit zum Löschen eines Batteriebrands oder im Allgemeinen zum Entgegenwirken eines Batteriebrands in diese Wände 21, 22, 24 zu integrieren. Dies wird nun anhand von 2 näher erläutert.
2 zeigt dabei eine schematische Querschnittsdarstellung des Energiespeichers aus 1 in einem Querschnitt senkrecht zur y-Richtung. Hierbei sind zudem noch weitere Teile des Batteriegehäuses 12 zu sehen, wie beispielsweise ein Gehäusedeckel 26 und ein Gehäuseboden 28, der gleichzeitig auch als Kühlboden ausgebildet ist. Im vorliegenden Beispiel sind die drei Trennwände 24 im Querschnitt zu sehen. Die Trennwände 24 sind dabei in Form von Hohlprofilen ausgebildet. In diesem Beispiel umfassen sie jeweils drei in y-Richtung verlaufende Kammern 30, wobei in diesem Beispiel die mittlere Kammer 30 auch mit 30a bezeichnet ist und im Folgenden auch erste Kammer 30a genannt wird. Diese erste Kammer 30a stellt gleichzeitig ein Reservoir zur Aufnahme eines Löschgases, beispielsweise CO₂ oder eines anderen Löschgas, zum Beispiel eines Edelgas wie Argon, bereit. Diese mittlere Kammer 30a ist also vorzugsweise gasdicht ausgeführt, so dass ein solches Löschgas unter Überdruck in dieser ersten Kammer 30a aufgenommen und gehalten werden kann. Weiterhin weist die Wand 24 mindestens eine freigebbare Austrittsöffnung 32 auf, die, wenn sie freigegeben ist, ein Austreten des in der ersten Kammer 30a aufgenommenen Löschgases in zumindest einen der angrenzenden Aufnahmebereiche 18 ermöglicht. Im vorliegenden Beispiel sind in der Wand 24 zwei gegenüberliegende solcher freigebbaren Austrittsöffnungen 32 angeordnet, so dass ein Gasaustritt durch diese Austrittsöffnungen 32 in beide an die Trennwand 24 angrenzenden Aufnahmebereiche 18 möglich ist. Diese freigebbaren Austrittsöffnungen 32 können zum Beispiel als Berstmembranen ausgebildet sein oder auch als aktiv steuerbare Verschlüsse, Ventile oder ähnliches. Im Allgemeinen kann es sich bei diesen freigebbaren Austrittsöffnungen 32 also um aktiv oder passiv freigebbare Austrittsöffnungen handeln, das heißt, aktiv ansteuerbar oder passiv freigebbar ohne Ansteuerung. Kommt es nun zu einem kritischen Zustand einer Zelle 16 oder eines Batteriemoduls 14, wie beispielsweise zu einem Brand innerhalb des Energiespeichers 10, so können entsprechende Öffnungen 32 freigegeben werden, wodurch das unter Druck stehende Löschgas aus der ersten Kammer 30a austreten kann und in die Aufnahmebereiche 18 eingeleitet werden kann. Hierdurch kann das Feuer erstickt, die Zellen gekühlt und der Brand damit gelöscht werden. Durch das austretende Löschgas kann der Brand beziehungsweise das Feuer nicht nur erstickt werden, sondern bei rechtzeitiger Auslösung auch verhindert oder hinausgezögert werden, da das unter Druck stehende Löschgas sich beim Austreten ausdehnt, und sich abkühlt. Dies kann zum Kühlen einer thermisch Durchgehenden Zelle 16 genutzt werdend.
Dabei kann die Wand 24 in y-Richtung ebenfalls mehrere verteilt angeordnete solcher Austrittsöffnungen 32 aufweisen. Beispielsweise kann pro Batteriemodul 14, welches in einem angrenzenden Aufnahmebereich 18 angeordnet ist, mindestens eine solche freigebbare Öffnung 32 vorgesehen sein.
Weiterhin ist es möglich, eine weitere zweite Kammer 30b einer solchen Gehäusewand 24 als Gasabführkanal zu nutzen. Kommt es zu einen thermischen Durchgehen einer Zelle 16, so tritt typischerweise ein Ventinggas aus einer solchen Zelle 16 aus. Zu diesem Zweck ist an einer Zelle eine Berstmembran vorgesehen, die einen kontrollierten Gasaustritt eines solchen Ventinggases ermöglicht. Das Ventinggas kann in einem an diese Ventingöffnung der Zelle 16 angeschlossenen Entgasungskanal 34 eingeführt werden, wobei in 2 exemplarisch nur ein solcher Entgasungskanal 34 oberhalb der Zelle 16 dargestellt ist. Dieser Entgasungskanal 34 kann wiederum fluidisch mit der oberen Kammer 30b der Trennwand 24 fluidisch gekoppelt sein. Dadurch lässt sich das Ventinggas in diese Kammer 30b einführen. Die zweite Kammer 30b kann dann zu einer Austrittsöffnung aus dem Batteriegehäuse 12 führen, wie dies später noch näher erläutert wird. Dadurch, dass also eine weitere zweite Kammer 30b der Trennwand 24 gleichzeitig als Gasabführkanal genutzt wird, ist es zudem möglich, das Öffnen der freigebbaren Öffnungen 32 durch ein solches Ventinggas auszulösen. Das diese weitere Kammer 30b durchströmende heiße Ventinggas erwärmt somit auch die darunterliegende Kammer 30a, in welcher das Löschgas gespeichert ist und somit das Löschgas selbst. Dieses dehnt sich aus und der Druck des Löschgases steigt. Dadurch platzt die Berstmembran 32 und der Lösch- beziehungsweise Kühlvorgang beginnt.
Im Übrigen können auch die übrigen Trennwände 24 oder Seitenwände 21, 22 wie oben zur einen Trennwand 24 exemplarisch beschrieben ausgebildet sein.
3 zeigt eine weitere schematische Darstellung eines Teils des Energiespeichers 10 aus 1, insbesondere in einer perspektivischen Seitenansicht. Eine jeweilige Kammer 30a, die zur Aufnahme eines Löschgases vorgesehen ist, kann zudem über einen Anschlussstutzen 36 verfügen. Dieser Anschlussstutzen 36 stellt ein Beispiel für eine Anschlusseinrichtung dar, die im Bereich einer im Normalfall verschlossenen Eintrittsöffnung angeordnet ist, die fluidisch mit der Kammer 30a verbunden ist. Über diesen Anschlussstutzen 36 kann bei Bedarf Löschgas nachgefüllt werden. Auch das initiale Befüllen der Kammern 30a kann über diesen Stutzen 36 erfolgen. Dieser Anschlussstutzen 36 ist zudem in Bezug auf eine Außenseite 38 des Batteriegehäuses 12 bündig oder zurückversetzt angeordnet. Dies erhöht die Crashsicherheit. Dabei kann eine jeweilige erste Kammer 30a einer jeweiligen Wand 24, insbesondere auch Seitenwand 21, über einen separaten solchen Anschlussstutzen 36 verfügen. Dies ist vorteilhaft, da die einzelnen ersten Kammern 30a unterschiedlicher Wände 24, 21 vorzugsweise fluidisch voneinander separiert sind. Im Bereich des Anschlussstutzens 36 kann die jeweilige erste Kammer 30a durch eine Schottwand 41 abgedichtet sein. Diese kann sich in x-Richtung über die gesamte Breite des Gehäuses 12 erstrecken.
4 zeigt nochmal eine schematische Darstellung des Energiespeichers 10 aus 1 in einer Draufsicht, wobei nunmehr auch die einzelnen Gasabführpfade zur Abfuhr der Ventinggase dargestellt sind. Über den jeweiligen Ventingöffnungen der einzelnen Zellen 16 verlaufen zum einen in z-Richtung direkt oberhalb Entgasungskanäle 34. Pro Aufnahmebereich 18 ist also ein solcher in y-Richtung verlaufender Entgasungskanal 34 vorgesehen. Weiterhin sind vorliegend auch mehrere Querkanäle 40 vorgesehen. Diese Querkanäle 40 verbinden die Entgasungskanäle 34 fluidisch mit den Entgasungskammern 30b, d.h. den zweiten Kammern 30b, in den jeweiligen Trennwänden 24 und optional auch in den Seitenwänden 21. Im vorliegenden Beispiel ist eine Gasabführung lediglich in den Trennwänden 24 vorgesehen. Vorliegend erfolgt also eine Entgasung nach außen über die Längsprofile 24. Über die wie zu 2 beschriebenen Entgasungskammern 30b können die Ventinggase dann entsprechend aus dem Batteriegehäuse 12, vorliegend durch drei Austrittsöffnungen 42, abgeführt werden. Die austretenden Gase sind vorliegend mit 44 bezeichnet. Pro Entgasungskanal 34 können dabei auch mehrere Querkanäle 40 vorgesehen sein, um den betreffenden Entgasungskanal 34 fluidisch mit der zweiten Kammer 30b zu verbinden.
Insgesamt zeigen die Beispiele, wie durch die Erfindung ein Profil-integrierter Gasspeicher zur aktiv-passiven Löschwirkung bei Batteriegehäusen bereitgestellt werden kann. Die Profile, das heißt, die Gehäusewände, Seitenwände und Trennwände, können normal als Crashprofile genutzt werden, da kein Wasser und so weiter im Profil ist, was im Crash bezüglich Energieabbau hinderlich wäre. Zudem führt das Gas zu keinerlei Mehrgewicht im Fahrzeug. Gleichzeitig wird ein besonders frühzeitiges Löschen und Kühlen ermöglicht, insbesondere bevor die Feuerwehr am Ort ist. Der Benutzer sieht zudem von außerhalb des Fahrzeugs keinerlei Löschanschluss oder ähnliches.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102019204034 A1 [0003]
WO 2020/078972 A1 [0005]
WO 2021/180469 A1 [0006]

Claims

Batteriegehäuseanordnung (11) für einen Energiespeicher (10) eines Kraftfahrzeugs, wobei die Batteriegehäuseanordnung (11) ein Batteriegehäuse (12) aufweist, das einen Aufnahmebereich (18) zur Aufnahme zumindest eines Batteriemoduls (14) aufweist, und mindestens eine den Aufnahmebereich (18) in zumindest einer ersten Richtung (y, x) begrenzenden Wand (21, 22, 24) aufweist, in welche zumindest ein erster Hohlraum (30a) integriert ist, der mindestens eine erste Kammer (30a) bereitstellt, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Wand (21, 22, 24) dazu ausgebildet ist, in der mindestens einen ersten Kammer (30a) ein unter Überdruck stehendes Löschgas aufzunehmen, und die mindestens eine Wand (21, 22, 24) mindestens eine freigebbare, in den Aufnahmebereich (18) mündende Austrittsöffnung (32) aufweist, die unter einer vorbestimmten Bedingung freigebbar ist, um ein in der mindestens einen ersten Kammer (30a) aufgenommenes Löschgas zumindest zum Teil in den Aufnahmebereich (18) zu leiten.
Batteriegehäuseanordnung (11) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der mindestens einen ersten Kammer (30a) ein unter Überdruck stehendes Löschgas aufgenommen ist, vorzugsweise CO₂.
Batteriegehäuseanordnung (11) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Wand (21, 22, 24) eine Seitenwand (21, 22) des Batteriegehäuses (12) darstellt, die den Aufnahmebereich (18) von einer Umgebung des Batteriegehäuses (12) separiert und/oder wobei die mindestens eine Wand (21, 22, 24) eine Trennwand (24) des Batteriegehäuses (12) darstellt, die den Aufnahmebereich (18) von einem vom Batteriegehäuse (12) umfassten zweiten Aufnahmebereich (18) zur Aufnahme mindestens eines zweiten Batteriemoduls (14) separiert, insbesondere wobei das Batteriegehäuse (12) mehrere parallel zueinander verlaufende Wände (21, 24) als die mindestens eine Wand (21, 22, 24) aufweist.
Batteriegehäuseanordnung (11) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wand (21, 22, 24) zum Einfüllen oder Nachfüllen von Löschgas eine gasdicht verschließbare und fluidisch mit der mindestens einen ersten Kammer (30a) verbundene Eintrittsöffnung mit einer Anschlusseinrichtung (36) aufweist, insbesondere wobei die Anschlusseinrichtung (36) außenseitig am Batteriegehäuse (12) und gegenüber einer Außenseite (38) des Batteriegehäuses (12) bündig oder in Richtung des Aufnahmebereichs (18) zurückversetzt angeordnet ist.
Batteriegehäuseanordnung (11) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wand (21, 22, 24) in einer zur ersten Richtung (y, x) senkrechten zweiten Richtung (x, y) verläuft und mehrere in der zweiten Richtung (x, y) verteilt angeordnete freigebbare Austrittsöffnungen (32) als die mindestens eine Austrittsöffnung (32) aufweist.
Batteriegehäuseanordnung (11) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Wand (21, 22, 24) zumindest einen zweiten Hohlraum (30b), der eine zweite Kammer (30b) bereitstellt, aufweist, wobei die mindestens eine erste Kammer (30a) fluidisch von der zweiten Kammer (30b) separiert ist, wobei die zweite Kammer (30b) einen Gasabführkanal (30b) bereitstellt, um im Falle, dass aus einem im Aufnahmebereich (18) aufgenommenen Batteriemodul (14) ein Gas austritt, das austretende Gas über den Gasabführkanal (30b) aus dem Batteriegehäuse (12) abzuleiten.
Batteriegehäuseanordnung (11) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wand (21, 22, 24) ein Manometer zum Bestimmen des Drucks innerhalb der mindestens einen ersten Kammer (30a) aufweist, insbesondere wobei das Manometer innerhalb der Kammer (30a) angeordnet ist und dazu ausgelegt ist, einen erfassten Druckmesswert über Funk bereitzustellen.
Batteriegehäuseanordnung (11) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine freigebbare Austrittsöffnung (32) ansteuerbar ausgebildet ist und in Abhängigkeit vom Empfang eines Ansteuersignals freigebbar ist oder die mindestens eine freigebbare Austrittsöffnung (32) als passiv freigebbare Austrittsöffnung (32) ausgebildet ist, die ohne Ansteuerung freigebbar ist, insbesondere abhängig von einer Temperatur in einem Bereich der Austrittsöffnung (32) und/oder abhängig von einem Druck in der ersten Kammer (30a).
Energiespeicher (10) für ein Kraftfahrzeug mit einer Batteriegehäuseanordnung (11) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Verfahren zum Entgegenwirken eines Brands eines Energiespeicher (10) für ein Kraftfahrzeugs, wobei der Energiespeicher (10) eine Batteriegehäuseanordnung (11) mit einem Batteriegehäuse (12) aufweist, das einen Aufnahmebereich (18) zur Aufnahme zumindest eines Batteriemoduls (14) aufweist, und mindestens eine den Aufnahmebereich (18) in zumindest einer ersten Richtung (y, x) begrenzenden Wand (21, 22, 24) aufweist, in welche zumindest ein erster Hohlraum (30a) integriert ist, der mindestens eine erste Kammer (30a) bereitstellt, dadurch gekennzeichnet, dass in der mindestens einen ersten Kammer (30a) ein unter Überdruck stehendes Löschgas aufgenommen ist, und die mindestens eine Wand (21, 22, 24) mindestens eine freigebbare, in den Aufnahmebereich (18) mündende Austrittsöffnung (32) aufweist, die unter einer vorbestimmten Bedingung freigegeben wird, und das in der mindestens einen ersten Kammer (30a) aufgenommene Löschgas zumindest zum Teil durch die freigegebene Austrittsöffnung (32) in den Aufnahmebereich (18) geleitet wird.