DE102022106251A1

DE102022106251A1 - Speichergehäuse für einen elektrischen Energiespeicher mit Leitungsschotts

Info

Publication number: DE102022106251A1
Application number: DE102022106251.1A
Authority: DE
Inventors: Robert Alig
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2022-03-17
Filing date: 2022-03-17
Publication date: 2023-09-21

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Speichergehäuse (2) für einen elektrischen Energiespeicher (1) eines Kraftfahrzeugs aufweisend:- mehrere Gehäusewände (7a, 7b, 7c, 7d), welche einen Aufnahmeraum (3) für Speicherkomponenten (4a, 4b, 4c, 4d) des elektrischen Energiespeichers (1) umschließen,- zumindest eine Trennwand (9), welche in dem Aufnahmeraum (3) angeordnet ist und den Aufnahmeraum (3) in zumindest zwei zueinander separate Abschnitte (8a, 8b, 8c) für jeweils zumindest eine Speicherkomponente (4a, 4b, 4c, 4d) unterteilt und welche zumindest eine Durchführung (10, 11) für zumindest eine Leitung (12, 13) des elektrischen Energiespeichers (1) aufweist, wobei die Durchführung (10, 11) unter Ausbildung eines als Brandschutzschott (16) und/oder Wasserschott (17) ausgebildeten Leitungsschotts (16, 17) versiegelt ist, sodass die Trennwand (9) eine flüssigkeitsdichte und/oder gasdichte und/oder brandhemmende Barriere zwischen den Abschnitten (8a, 8b, 8c) ausbildet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Speichergehäuse für einen elektrischen Energiespeicher eines Kraftfahrzeugs aufweisend mehrere Gehäusewände, welche einen Aufnahmeraum für Speicherkomponenten des elektrischen Energiespeichers umschließen. Die Erfindung betrifft außerdem einen elektrischen Energiespeicher sowie ein Kraftfahrzeug.
Vorliegend richtet sich das Interesse auf elektrische Energiespeicher, welche insbesondere als Traktionsbatterien für elektrisch antreibbare Kraftfahrzeuge, also Hybrid- oder Elektrofahrzeuge, verwendet werden. Solche elektrischen Energiespeicher weisen üblicherweise eine Vielzahl von Speicherkomponenten, unter anderem eine Vielzahl von miteinander verschalteten Speicherzellen, auf, welche in einem Aufnahmeraum eines Speichergehäuses des elektrische Energiespeichers angeordnet sind.
Dabei kann es vorkommen, dass bei einem thermischen Ereignis, beispielsweise bei einem zellinternen Kurzschluss, einer Speicherzelle des Energiespeichers diese Speicherzelle entgast und dadurch Hitze und Partikel in den Aufnahmeraum einbringt. Diese Hitze und Partikel können bei benachbarten Speicherzellen ebenfalls ein thermisches Ereignis auslösen, sodass diese ebenfalls entgasen und das thermische Ereignis durch den Aufnahmeraum propagiert. Um dies zu verhindern, ist es beispielsweise aus der DE 10 2018 213 066 A1 bekannt, ein brandhemmendes und elektrisch isolierendes Dichtmittel durch eine Injektionsöffnung in das geschlossene Speichergehäuse einzubringen, bis im Speichergehäuse vorhandene Zwischenräume vom Dichtmittel umgeben sind. Das komplette Auffüllen des Speichergehäuses mit einem solchen Dichtmittel erschwert eine Wartung und ein Recycling des elektrischen Energiespeichers.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine besonders einfache und wartungsfreundliche Lösung zum Schutz von Speicherkomponenten des elektrischen Energiespeichers bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Speichergehäuse, einen elektrischen Energiespeicher sowie ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen gemäß den jeweiligen unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche, der Beschreibung sowie der Figuren.
Ein erfindungsgemäßes Speichergehäuse für einen elektrischen Energiespeicher eines Kraftfahrzeugs umfasst mehrere Gehäusewände, welche einen Aufnahmeraum zum Aufnehmen von Speicherkomponenten des elektrischen Energiespeichers umschließen. Außerdem umfasst das Speichergehäuse zumindest eine Trennwand, welche in dem Aufnahmeraum angeordnet ist und den Aufnahmeraum in zumindest zwei zueinander separate Abschnitte für jeweils zumindest eine Speicherkomponente unterteilt und welche zumindest eine Durchführung für zumindest eine Leitung des elektrischen Energiespeichers aufweist. Die Durchführung ist unter Ausbildung eines als Brandschutzschott und/oder Wasserschott ausgebildeten Leitungsschotts versiegelt, sodass die Trennwand eine flüssigkeitsdichte und/oder gasdichte und/oder brandhemmende Barriere zwischen den Abschnitten ausbildet.
Zur Erfindung gehört außerdem ein elektrischer Energiespeicher aufweisend zumindest zwei Speicherkomponenten, zumindest eine Leitung und ein erfindungsgemäßes Speichergehäuse. Zumindest eine der Speicherkomponenten ist insbesondere als zumindest eine Energiespeicherzelle ausgebildet. Auch kann die Speicherkomponente auch eine Verschaltung aus mehreren Energiespeicherzellen, beispielsweise ein Zellmodul, sein. Weitere Speicherkomponenten können beispielsweise Elektronikkomponenten wie Sensoreinrichtungen, Kühleinrichtungen, etc. sein. Die Speicherkomponenten können elektrisch und/oder fluidisch und/oder kommunikationstechnisch gekoppelt sein. Die zumindest eine Leitung insbesondere als eine elektrische Leitung und/oder eine fluidische Leitung und/oder eine Sensorleitung ausgebildet Beispielsweise können mehrere Zellmodule elektrisch über elektrische Leitungen, beispielsweise Kabel oder Stromschienen, miteinander verschaltet sein. Mehrere Kühleinrichtungen, beispielsweise an den Energiespeicherzellen angeordnete Kühlelemente, können fluidisch über wärmetransportmittelführende Leitungen gekoppelt sein. Auch können mehrere Sensoreinrichtungen, welche beispielsweise jeweils einen Temperatursensor und/oder Spannungssensor und/oder Drucksensor und/oder Stromsensor umfassen können, zur Signalübertragung über eine Sensorleitung bzw. Signalleitung gekoppelt sind.
Der Aufnahmeraum des Speichergehäuses ist dabei in Abschnitte unterteilt, wobei in jedem Abschnitt zumindest eine Speicherkomponente angeordnet ist. Diese Abschnitte sind derart separiert, dass eine fehlerhafte Speicherkomponente in einem der Abschnitte von den Speicherkomponenten in den anderen Abschnitten abgeschottet werden kann. So soll verhindert werden, dass der Fehler durch den Aufnahmeraum propagiert und mehrere Speicherkomponenten beschädigt. Ein solcher Fehler kann beispielsweise eine Rauchentwicklung, eine Flammenbildung, Flüssigkeitsansammlungen, beispielsweise bei einem Kühlerbruch oder durch Kondenswasserbildung, etc. sein. Im Falle eines Fehlers in Form von Rauchentwicklung oder Flammenbildung, beispielsweise infolge eines thermischen Ereignisses einer Energiespeicherzelle, ist der diese Energiespeicherzelle aufweisende Abschnitt als ein Brandabschnitt bzw. eine Brandsektion ausgebildet, in welchem bzw. in welcher der Rauch und die Flammen eingeschlossen werden können.
Zum Separieren der Abschnitte voneinander ist die zumindest eine Trennwand in dem Aufnahmeraum vorgesehen. Insbesondere erstreckt sich die zumindest eine Trennwand in Hochrichtung von einer ersten Gehäusewand in Form von einem Gehäuseboden bis zu einer zweiten Gehäusewand in Form von einem Gehäusedeckel des Speichergehäuses. Außerdem erstreckt sich die Trennwand insbesondere in Querrichtung und/oder Längsrichtung zwischen zwei Gehäuseseitenwänden. Die Trennwand ist dabei aus einem feuerfesten bzw. hitzebeständigen, wasserundurchlässigen Material ausgebildet.
Um die Leitungen durch die Abschnitte hindurchführen zu können, weist die zumindest eine Trennwand zumindest eine Durchführung, beispielsweise eine Durchgangsöffnung, auf. Diese Durchführung bildet jedoch eine Schwachstelle in der Trennwand, über welche Rauch, Flammen, Partikel oder Flüssigkeiten von einem Abschnitt in einen benachbarten anderen Abschnitt gelangen können. Um dies zu verhindern, ist die Durchführung unter Ausbildung des Leitungsschotts bzw. Kabelschotts abgedichtet bzw. versiegelt. Dazu weist die zumindest eine Trennwand im Bereich der zumindest einen Durchführung zum Ausbilden des Leitungsschotts beispielsweise ein flüssigkeitsabweisendes und/oder luftdichtes und/oder brandhemmendes Dichtungsmaterial auf. Vorzugsweise ist das Dichtungsmaterial ein intumeszenter Dichtstoff. Dieser quillt bei Hitzeeinwirkung und/oder Flüssigkeitsbeaufschlagung auf und dichtet somit durchführungsbedingte Leckagen in der zumindest einen Trennwand ab.
Eine solche Ausgestaltung des Speichergehäuses ist besonders sicher, da eine unkontrollierte Ausbreitung des Fehlers in dem Aufnahmeraum verhindert werden kann. Außerdem ist die Ausgestaltung besonders wartungsfreundlich, da nur die zumindest eine defekte Speicherkomponente in dem betreffenden Abschnitt repariert oder ausgetauscht werden muss.
Vorzugsweise ist die zumindest eine Trennwand als ein Hohlprofil ausgebildet, welches zumindest teilweise mit dem Dichtungsmaterial, beispielsweise dem intumeszenten Dichtstoff, gefüllt ist. Beispielsweise kann die Trennwand als eine Hohlwand, beispielsweise eine Doppelwand, ausgebildet sein, deren Hohlraum zumindest teilweise mit dem Dichtungsmaterial befüllt ist. Da ein solches Hohlprofil mit einem Dichtungsmaterial ein deutlich geringeres Gewicht aufweist als eine Trennwand aus Vollmaterial wird durch die Wasser- bzw. Brandschotts ein Gewicht des Speichergehäuses nur geringfügig erhöht.
Es erweist sich als vorteilhaft, wenn das Speichergehäuse für jeden Abschnitt eine abschnittsspezifische Einrichtung für einen Druckausgleich mit einer Umgebung des Speichergehäuses und/oder zum Abführen von Partikel und Hitze aus dem jeweiligen Abschnitt in die Umgebung im Falle eines hitze- und partikelemittierenden thermischen Ereignisses der in dem jeweiligen Abschnitt angeordneten Speicherkomponente aufweist. Die Einrichtungen können also jeweils ein Druckausgleichselement und/oder ein Entgasungselement aufweisen. Die jeweilige abschnittsspezifische Einrichtung ist insbesondere in einen an den Abschnitt angrenzenden Bereich der jeweiligen Gehäusewand des Speichergehäuses integriert. Das Druckausgleichselement kann beispielsweise als eine atmungsaktive Membran ausgebildet sein und einen Luftaustausch zwischen dem jeweiligen Abschnitt und der Umgebung zulassen. Das Entgasungselement kann beispielsweise ein Ventil oder eine Berstmembran sein. Somit können im Falle eines thermischen Ereignisses einer Speicherzelle heiße Partikel und Hitze direkt aus dem jeweiligen Abschnitt in die Umgebung abgeleitet werden.
Die Erfindung betrifft außerdem ein Kraftfahrzeug mit einem erfindungsgemäßen elektrischen Energiespeicher. Der elektrische Energiespeicher ist insbesondere ein Hochvoltenergiespeicher und bildet eine Traktionsbatterie des Kraftfahrzeugs aus. Somit ist das Kraftfahrzeug als ein elektrifiziertes Kraftfahrzeug ausgebildet
Die mit Bezug auf das erfindungsgemäße Speichergehäuse vorgestellten Ausführungsformen und deren Vorteile gelten entsprechend für den erfindungsgemäßen elektrischen Energiespeicher sowie für das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der Figuren und der Figurenbeschreibung. 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.
Die Erfindung wird nun anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines elektrischen Energiespeichers; und
2 eine schematische Darstellung von Brand- und Wasserschotts des elektrischen Energiespeichers.

In den Figuren sind gleiche sowie funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
1 zeigt einen elektrischen Energiespeicher 1 für ein Kraftfahrzeug. Der elektrische Energiespeicher 1 weist ein Speichergehäuse 2 auf, in dessen Aufnahmeraum 3 mehrere Speicherkomponenten 4a, 4b, 4c, 4d angeordnet sind. Die Speicherkomponenten 4a, 4b, 4c sind hier als Zellmodule 5 mit jeweils mehreren, verschalteten elektrischen Energiespeicherzellen 6 ausgebildet. Die Speicherkomponente 4d ist hier als eine Steuereinrichtung ausgebildet. In dem Aufnahmeraum 3 können außerdem weitere Speicherkomponenten, beispielsweise Sensoreinrichtungen, Kühleinrichtungen zum Kühlen der Speicherzellen, etc. angeordnet sein. Der Aufnahmeraum 3 wird dabei durch mehrere Gehäusewände 7a, 7b, 7c, 7d des Speichergehäuses 2 umschlossen. Die Gehäusewände 7a, 7b, 7c, 7d sind hier ein Gehäuseboden 7a, eine Gehäusefrontwand 7b, ein Gehäusedeckel 7c und eine Gehäuserückwand 7d. Die Gehäusewände 7a, 7b, 7c, 7d können auch als Teilbereiche eines Speichergehäuses 2 ausgebildet sein, welches aus zwei zusammengesetzten, wannenförmigen Gehäuseteilen besteht.
Im Falle eines Fehlers einer Speicherkomponente 4a, 4b, 4c, 4d, beispielsweise eines thermischen Ereignisses einer der Energiespeicherzellen 6 und/oder eines Kühlerbruchs einer der Kühleinrichtungen, kann es vorkommen, dass sich Rauch, Flammen und Flüssigkeiten in dem Aufnahmeraum 3 sammeln. Um zu verhindern, dass sich dieser Fehler in dem Aufnahmeraum 3 ausbreitet und weitere Speicherkomponenten 4a, 4b, 4c, 4d schädigt, ist der Aufnahmeraum 3 in Abschnitte 8a, 8b, 8d unterteilt. Dazu weist das Speichergehäuse 2 Trennwände 9 auf, welche aus einem hitzebeständigen und wasserfesten Material, beispielsweise Stahl, ausgebildet sein können. Die Trennwände 9 weisen Durchführungen 10, 11 auf, wobei hier über die Durchführungen 10 elektrische Leitungen 12, beispielsweise zum elektrischen Verbinden der Zellmodule 5, und über die Durchführungen 11 fluidische Leitungen 13, beispielsweise zum Führen eines Kühlmittelmittels, durch die Trennwände 9 hindurchgeführt werden. Zusätzlich können hier nicht gezeigte Sensorleitungen durch die Trennwände 9 hindurchgeführt werden.
Um zu verhindern, dass der Fehler über diese Durchführungen 10, 11 durch den Aufnahmeraum 3 propagiert, sind diese, wie in 2 gezeigt, mit einem Dichtungsmaterial 14, 15 abgedichtet, sodass Leitungsschotts 16, 17 für die Leitungen 12, 13 entsteht. Das Leitungsschott 16 ist ein Brandschott zum Verhindern einer Flammen- und Rauchübertragung zwischen den Abschnitten 8a, 8b, 8c. Dazu ist das Dichtungsmaterial 14 ein brandhemmender Dichtstoff, beispielsweise ein hitzequellfähiges Material. Das Leitungsschott 17 ist ein Wasserschott zum Verhindern eines Flüssigkeitsübertragung zwischen den Abschnitten 8a, 8b, 8c. Dazu ist das Dichtungsmaterial 15 beispielsweise ein wasserabweisendes Material. Die Materialien 14, 15 können auch identisch ausgebildet sein und sowohl brandhemmend als auch wasserabweisend sein.
Außerdem weist hier jeder Abschnitt 8a, 8b, 8c eine Einrichtung 18a, 18b, 18c zum Druckausgleich und/oder zur Entgasung auf. Beispielsweise kann die Einrichtung 18a, 18b, 18c für jeden Abschnitt 8a, 8b, 8c ein Entgasungsventil zum Ablassen von Heißgas aus dem jeweiligen Abschnitt 8a, 8b, 8c aufweisen. Im Abschnitt 8a ist die Einrichtung 18a hier in der Gehäusefrontwand 7b angeordnet, im Abschnitt 8b ist die Einrichtung 18b hier im Gehäuseboden 7a angeordnet und im Abschnitt 8c ist die Einrichtung 18c hier in der Gehäuserückwand 7d angeordnet.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102018213066 A1 [0003]

Claims

Speichergehäuse (2) für einen elektrischen Energiespeicher (1) eines Kraftfahrzeugs aufweisend: - mehrere Gehäusewände (7a, 7b, 7c, 7d), welche einen Aufnahmeraum (3) für Speicherkomponenten (4a, 4b, 4c, 4d) des elektrischen Energiespeichers (1) umschließen, - zumindest eine Trennwand (9), welche in dem Aufnahmeraum (3) angeordnet ist und den Aufnahmeraum (3) in zumindest zwei zueinander separate Abschnitte (8a, 8b, 8c) für jeweils zumindest eine Speicherkomponente (4a, 4b, 4c, 4d) unterteilt und welche zumindest eine Durchführung (10, 11) für zumindest eine Leitung (12, 13) des elektrischen Energiespeichers (1) aufweist, wobei die Durchführung (10, 11) unter Ausbildung eines als Brandschutzschott (16) und/oder Wasserschott (17) ausgebildeten Leitungsschotts (16, 17) versiegelt ist, sodass die Trennwand (9) eine flüssigkeitsdichte und/oder gasdichte und/oder brandhemmende Barriere zwischen den Abschnitten (8a, 8b, 8c) ausbildet.
Speichergehäuse (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Trennwand (9) im Bereich der zumindest einen Durchführung (10, 11) zum Ausbilden des zumindest einen Leitungsschotts (16, 17) ein flüssigkeitsabweisendes und/oder luftdichtes und/oder brandhemmendes Dichtungsmaterial (14, 15) aufweist.
Speichergehäuse (2) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtungsmaterial (14, 15) ein intumeszenter Dichtstoff ist.
Speichergehäuse (2) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Trennwand (9) als ein Hohlprofil ausgebildet ist, welches zumindest teilweise mit dem Dichtungsmaterial (14, 15) gefüllt ist.
Speichergehäuse (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die zumindest eine Trennwand (9) in Hochrichtung von einer ersten Gehäusewand (7a) in Form von einem Gehäuseboden bis zu einer zweiten Gehäusewand (7c) in Form von einem Gehäusedeckel des Speichergehäuses (2) erstreckt.
Speichergehäuse (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Speichergehäuse (2) für jeden Abschnitt (8a, 8b, 8c) eine abschnittsspezifische Einrichtung (18a, 18b, 18c) für einen Druckausgleich mit einer Umgebung des Speichergehäuses (2) und/oder zum Abführen von Partikel und Hitze aus dem jeweiligen Abschnitt (8a, 8b, 8c) in die Umgebung des Speichergehäuses (2) im Falle eines hitze- und partikelemittierenden thermischen Ereignisses der in dem jeweiligen Abschnitt (8a, 8b, 8c) angeordneten Speicherkomponente (4a, 4b, 4c, 4d) aufweist.
Elektrischer Energiespeicher (1) für ein Kraftfahrzeug aufweisend: - zumindest zwei Speicherkomponenten (4a, 4b, 4c, 4d), - zumindest eine Leitung (12, 13), und - ein Speichergehäuse (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Elektrischer Energiespeicher (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der Speicherkomponenten (4a, 4b, 4c) zumindest eine Energiespeicherzelle (6) aufweist.
Kraftfahrzeug mit einem elektrischen Energiespeicher (1) nach Anspruch 7 oder 8.