DE102022112724A1 - Battery system with degassing device - Google Patents

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DE102022112724A1
DE102022112724A1 DE102022112724.9A DE102022112724A DE102022112724A1 DE 102022112724 A1 DE102022112724 A1 DE 102022112724A1 DE 102022112724 A DE102022112724 A DE 102022112724A DE 102022112724 A1 DE102022112724 A1 DE 102022112724A1
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Philipp Kellner
Christopher Volkmer
Simon Frieß
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Abstract

Batteriesystem in einem elektrisch oder teilelektrisch angetriebenen Fahrzeug, wobei das Batteriesystem eine Traktionsbatterie mit einer Anzahl von Batteriezellen oder Zellstacks sowie eine mit ein oder mehreren Entgasungskanälen versehene Einrichtung zur Entgasung der Traktionsbatterie und der zugeordneten Batteriezellen oder Zellstacks aufweist, wobei die Einrichtung zu Entgasung mindestens einen mit einem unter einem Überdruck stehenden Inertgas gefüllten Druckbehälter aufweist, welcher im Falle eines Gasaustritts aus den Batteriezellen oder Zellstacks so mit den Entgasungskanälen verbindbar ist, dass das Inertgas aus dem Druckbehälter ausströmt und sich mit einem aus dem Batteriesystem strömenden Gasabfuhrstrom in den Entgasungskanälen vermischt.

Figure DE102022112724A1_0000
Battery system in an electrically or partially electrically driven vehicle, wherein the battery system has a traction battery with a number of battery cells or cell stacks and a device provided with one or more degassing channels for degassing the traction battery and the associated battery cells or cell stacks, the device for degassing having at least one a pressure vessel filled with inert gas under excess pressure, which can be connected to the degassing channels in the event of a gas leak from the battery cells or cell stacks in such a way that the inert gas flows out of the pressure vessel and mixes with a gas discharge stream flowing from the battery system in the degassing channels.
Figure DE102022112724A1_0000

Description

FELD DER ERFINDUNGFIELD OF INVENTION

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Batteriesystem in einem elektrisch oder teilelektrisch angetriebenen Fahrzeug, wobei das Batteriesystem eine Traktionsbatterie mit einer Anzahl von Batteriezellen oder Zellstacks sowie eine mit ein oder mehreren Entgasungskanälen versehene Einrichtung zur Entgasung der Traktionsbatterie und der zugeordneten Batteriezellen oder Zellstacks aufweist. Ebenfalls offenbart ist ein Fahrzeug mit einem solchen Batteriesystem.The present invention relates to a battery system in an electrically or partially electrically driven vehicle, wherein the battery system has a traction battery with a number of battery cells or cell stacks and a device provided with one or more degassing channels for degassing the traction battery and the associated battery cells or cell stacks. Also disclosed is a vehicle with such a battery system.

STAND DER TECHNIKSTATE OF THE ART

Batteriesysteme in elektrisch oder teilelektrisch angetriebenen Fahrzeugen weisen neben der Traktionsbatterie eine Reihe von weiteren Einrichtungen zur Steuerung und Überwachung des Systems sowie eine Reihe von Sicherheitseinrichtungen auf, die im Falle eines Unfalls, einer unvorhergesehenen Belastung oder einer Fehlfunktion gewährleisten, dass kontrollierte Maßnahmen zur Schadensverhütung erfolgen.In addition to the traction battery, battery systems in electrically or partially electrically powered vehicles have a number of other devices for controlling and monitoring the system as well as a number of safety devices that ensure that controlled measures are taken to prevent damage in the event of an accident, an unforeseen load or a malfunction.

Im Vordergrund steht hier die Sicherheit gegen Überhitzung und Entzündung. Die Antriebs- oder Traktionsbatterien solcher Batteriesysteme speichern durch die Vielzahl der in Parallel- oder Reihenschaltung angeordneten einzelnen Batteriezellen große Mengen Energie. Bei einer elektrochemischen Energiespeicherung werden durch den Ladestrom in den einzelnen Batteriezellen Elektronen mittels einer chemischen Reaktion gespeichert und durch eine umgekehrte chemische Reaktion werden beim Entladen Elektronen abgegeben. Die Reaktionspartner sind in der Regel durch eine nur für Elektronen bzw. Ionen durchlässige Schicht voneinander getrennt, so dass sie nicht in unmittelbarem Kontakt miteinander stehen. Moderne Systeme beinhalten als Einzelzellen so genannte Pouch-Zellen, bei denen die elektrochemisch wirksamen Elemente einer Zelle, flächige Elektroden und Elektrolyten, in Form eines Beutels oder Kissens zwischen Folien eingeschweißt sind. Insbesondere solche Pouch-Zellen sind generell empfindlich gegenüber mechanischen Beschädigungen und müssen daher durch stabile Gehäuse geschützt werden.The focus here is on safety against overheating and ignition. The drive or traction batteries of such battery systems store large amounts of energy due to the large number of individual battery cells arranged in parallel or series connection. In electrochemical energy storage, electrons are stored in the individual battery cells through a chemical reaction due to the charging current and electrons are released during discharging through a reverse chemical reaction. The reactants are usually separated from each other by a layer that is only permeable to electrons or ions, so that they are not in direct contact with one another. Modern systems contain so-called pouch cells as individual cells, in which the electrochemically active elements of a cell, flat electrodes and electrolytes, are welded between foils in the form of a bag or cushion. Such pouch cells in particular are generally sensitive to mechanical damage and must therefore be protected by sturdy housings.

Die Reaktionspartner der Batteriezellen können bei direktem Kontakt miteinander, mit dem Luftsauerstoff der Umgebung, mit Wasser oder anderen Stoffen in einer starken exothermischen Reaktion so große Wärme erzeugen, dass die Batteriezelle oder deren Bestandteile sich entzünden können.When they come into direct contact with each other, with the atmospheric oxygen in the environment, with water or other substances, the reactants of the battery cells can generate so much heat in a strong exothermic reaction that the battery cell or its components can ignite.

Im Falle eines solchen thermischen Events, also einer Überhitzung von Zellen, entsteht eine große Menge heißen Gases, welches aus den Zellen und aus dem Batteriesystem geleitet werden muss. Strömt bei leistungsstarken Traktionsbatterien im Falle eines thermischen Events Gas aus einer Kammer mit Zellstacks in eine andere Kammer mit Zellstacks, so kann das zu einer Entzündung auch der Zellen bzw. der Zellstacks in der anderen Kammer führen. Eine Ausbreitung von Bränden in einer Batterie muss daher lokal begrenzt und der Übergang auf benachbarte Zellenstapel verhindert oder zumindest verzögert werden. Entscheidend ist dementsprechend, dass das Gas möglichst wenig mit umliegenden Batteriezellen bzw. mit in anderen Kammern angeordneten Batteriezellen in Kontakt kommt, um das Entzünden weiterer Zellen zu verhindern oder jedenfalls zu verzögern. Dazu dienen insbesondere Entgasungssysteme zur Abfuhr von heißen Dämpfen und Gasen.In the event of such a thermal event, i.e. overheating of cells, a large amount of hot gas is created, which has to be led out of the cells and out of the battery system. In the case of high-performance traction batteries, if gas flows from one chamber with cell stacks into another chamber with cell stacks in the event of a thermal event, this can also lead to inflammation of the cells or cell stacks in the other chamber. The spread of fires in a battery must therefore be limited locally and the spread to neighboring cell stacks must be prevented or at least delayed. It is therefore crucial that the gas comes into contact as little as possible with surrounding battery cells or with battery cells arranged in other chambers in order to prevent or at least delay the ignition of further cells. Degassing systems are used in particular to remove hot vapors and gases.

Gase hoher Temperatur, die bei einem solchen thermischen Event entstehen können, aus der Batteriezelle austreten und durch Entgasungssysteme nach außen abgeführt werden, können sich bei Kontakt mit Sauerstoff entzünden, so dass eine Flamme entsteht. Eine Flammenbildung auch außerhalb des Fahrzeugs muss jedoch vermieden werden. Eine Möglichkeit, eine Flammenbildung zu verhindern, besteht darin, das Gas vor Austritt aus dem Fahrzeug abzukühlen. Nach dem Stand der Technik wird im Schadensfall etwa austretendes Gas durch Entgasungskanäle geleitet und durch den Oberflächenkontakt zu den Kanälen abgekühlt. Je nach Gasmenge, Kanallänge und eingesetztem Material erhitzt sich dabei der Kanal. Mit steigender Temperatur des Kanals sinkt die Kühlungswirkung auf das Gas. Daher ist die über eine beströmte Kontakt-Oberfläche eines Kanals kühlbare Gasmenge begrenzt.High temperature gases, which can arise during such a thermal event, escape from the battery cell and are discharged to the outside through degassing systems, can ignite upon contact with oxygen, creating a flame. However, flame formation outside the vehicle must also be avoided. One way to prevent flame formation is to cool the gas before it exits the vehicle. According to the state of the art, in the event of damage, any gas escaping is passed through degassing channels and cooled by surface contact with the channels. Depending on the amount of gas, channel length and material used, the channel heats up. As the temperature of the channel increases, the cooling effect on the gas decreases. Therefore, the amount of gas that can be cooled via a contact surface of a channel with flow is limited.

Die DE 10 2013 200 739 A1 offenbart ein Entgasungssystem, bei dem ein Lüfter derart mit dem Entgasungssystem gekoppelt ist, dass der Lüfter bei einem Schadensfall die Entgasungsleistung bzw. Durchströmung des Entgasungssystems erhöht.The DE 10 2013 200 739 A1 discloses a degassing system in which a fan is coupled to the degassing system in such a way that the fan increases the degassing performance or flow through the degassing system in the event of damage.

Die DE 2018 212 344 A1 offenbart einen aus einzelnen Energiespeicherzellen zusammengesetzten elektrochemischen Energiespeicher, der zusätzlich einzelne Druckspeicherzellen mit inertem Druckgas enthält, deren Verschluss bei Überschreitung eines vorgegebenen Temperaturschwellenwertes öffnet.The DE 2018 212 344 A1 discloses an electrochemical energy storage composed of individual energy storage cells, which additionally contains individual pressure storage cells with inert compressed gas, the closure of which opens when a predetermined temperature threshold is exceeded.

BESCHREIBUNG DER ERFINDUNGDESCRIPTION OF THE INVENTION

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Batteriesystem mit einer verbesserten Entgasung bereitzustellen, wobei insbesondere eine verbesserte Kühlung des Gases erfolgt.It is the object of the invention to provide a battery system with improved degassing, in particular improved cooling of the gas.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterentwicklungen sind in den jeweiligen abhängigen Ansprüchen beschrieben. Ebenfalls beansprucht ist ein Fahrzeug mit einem solchen Batteriesystem.This task is solved by the features of claim 1. Advantageous refinements and further developments are described in the respective dependent claims. A vehicle with such a battery system is also claimed.

Erfindungsgemäß weist die Einrichtung zur Entgasung mindestens einen von den Batteriezellen und/oder Batteriezellen enthaltenden Batteriemodulen räumlich getrennt angeordneten und mit einem unter einem Überdruck stehenden Inertgas gefüllten Druckbehälter auf, welcher im Falle eines Gasaustritts aus den Batteriezellen oder Zellstacks so mit den Entgasungskanälen verbindbar ist, dass das Inertgas aus dem Druckbehälter ausströmt und sich mit einem aus dem Batteriesystem strömenden Gasabfuhrstrom in den Entgasungskanälen vermischt. Durch ein solches Vermischen des Inertgases mit dem Gasabfuhrstrom wird Letzterer verdünnt und auch abgekühlt, sodass sich die Entzündungsgefahr deutlich vermindert.According to the invention, the device for degassing has at least one battery module that is spatially separated from the battery cells and/or battery cells and is filled with an inert gas under excess pressure and which can be connected to the degassing channels in the event of a gas leak from the battery cells or cell stacks in such a way that the inert gas flows out of the pressure vessel and mixes with a gas discharge stream flowing from the battery system in the degassing channels. By mixing the inert gas with the gas discharge stream in this way, the latter is diluted and also cooled, so that the risk of ignition is significantly reduced.

Ein vorteilhafter Aspekt der Erfindung besteht dabei darin, dass der Druckbehälter über schaltbare Ventile und/oder Drosseln mit den Entgasungskanälen verbindbar ist, vorzugsweise über die Ventile und/oder Drosseln, die aktiv über eine Steuerungseinrichtung betätigbar/regelbar sind. Insbesondere dann, wenn gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung die Ventile und/oder Drosseln abhängig von Sensorsignalen betätigbar sind, vorzugsweise abhängig von Signalen von Druck- oder Spannungssensoren im Bereich der Entgasungskanäle, Batteriezellen oder Zellstacks, entsteht eine integrierte Sicherheitsschaltung, bei der abhängig vom Druck und von der Temperatur im Bereich des Batteriesystems durch eine entsprechend programmierte Steuerungseinrichtung Maßnahmen gestartet werden können, die ein Entzünden des Gases frühzeitig und sicher verhindern.An advantageous aspect of the invention is that the pressure vessel can be connected to the degassing channels via switchable valves and/or throttles, preferably via the valves and/or throttles, which can be actively actuated/regulated via a control device. In particular, if, according to a further aspect of the invention, the valves and / or throttles can be actuated depending on sensor signals, preferably depending on signals from pressure or voltage sensors in the area of the degassing channels, battery cells or cell stacks, an integrated safety circuit is created in which depending on the pressure and based on the temperature in the area of the battery system, measures can be started by an appropriately programmed control device that prevent the gas from igniting early and safely.

Eine Weiterbildung der Erfindung besteht darin, dass die Ventile und/oder Drosseln einer oder mehreren Verbindungsleitungen zwischen Druckbehälter und Entgasungskanälen zugeordnet sind. So sind die Entgasungseinrichtung und auch der Einbauort des Druckbehälter einfach auf die jeweilige Bauweise eines Fahrzeugs anzupassen. Dazu können im Fahrzeug mehrere Entgasungskanäle angeordnet sein. Vom Druckbehälter können auch mehrere Verbindungsleitungen mit aktiv regelbaren Ventilen und/oder Drosseln in die Entgasungskanäle führen und an letztere angeschlossen sein.A further development of the invention is that the valves and/or throttles are assigned to one or more connecting lines between the pressure vessel and degassing channels. The degassing device and also the installation location of the pressure vessel can be easily adapted to the respective design of a vehicle. For this purpose, several degassing channels can be arranged in the vehicle. Several connecting lines with actively controllable valves and/or throttles can also lead from the pressure vessel into the degassing channels and be connected to the latter.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung sind die Entgasungskanäle oder die Anschlussgeometrie von Verbindungen der Entgasungskanäle so ausgebildet, dass ein aus dem Batteriesystem ausströmender Gasabfuhrstrom von dem aus dem Druckbehälter ausströmenden Inertgas beschleunigt und mitgerissen wird, vorzugsweise durch eine Ausbildung, in der das ausströmenden Inertgas eine Sog- oder Düsenwirkung erzeugt. Zu einer solchen Ausbildung reicht es im einfachsten Fall bereits aus, die direkt aus der Batterie oder dem Batteriemodul führenden Entgasungskanäle in Strömungsrichtung so in den das ausströmende Inertgas führenden Entgasungskanal einzuleiten, dass ein Mitnahmeeffekt durch die Strömungskräfte auftritt.According to a further aspect of the invention, the degassing channels or the connection geometry of connections of the degassing channels are designed such that a gas discharge stream flowing out of the battery system is accelerated and entrained by the inert gas flowing out of the pressure vessel, preferably by a design in which the outflowing inert gas creates a suction - or nozzle effect generated. For such a design, in the simplest case it is sufficient to introduce the degassing channels leading directly from the battery or the battery module in the direction of flow into the degassing channel carrying the outflowing inert gas in such a way that a dragging effect occurs due to the flow forces.

Eine Weiterbildung der Erfindung besteht darin, dass der Druckbehälter in einem Fahrzeugbereich mit Umgebungstemperatur gelagert ist. Dadurch ist die Temperatur des Inertgases vor Einleitung in die Entgasungskanal bereits weit unterhalb der Temperatur der ausströmende Gase, sodass allein dadurch eine Kühlung stattfindet.A further development of the invention is that the pressure vessel is stored in a vehicle area at ambient temperature. As a result, the temperature of the inert gas before it is introduced into the degassing channel is already well below the temperature of the outflowing gases, so that this alone results in cooling.

Insbesondere im Zusammenhang mit einem weiteren Aspekt der Erfindung, der darin besteht, dass der Überdruck im Druckbehälter vorzugsweise um mindestens 10 bar höher ist als der Umgebungsdruck, ergibt sich eine weitere Kühlung des Gasabfuhrstromes, nämlich durch die isenthalpe Entspannung des Inertgases bei Öffnung der Ventile und die dadurch entstehende starke Abkühlung des eingeleiteten Inertgases.In particular in connection with a further aspect of the invention, which consists in the fact that the excess pressure in the pressure vessel is preferably at least 10 bar higher than the ambient pressure, there is a further cooling of the gas discharge stream, namely through the isenthalpic expansion of the inert gas when the valves are opened and the resulting strong cooling of the introduced inert gas.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung besteht darin, dass das Inertgas Stickstoff oder ein Edelgas, vorzugsweise Helium, Neon, Argon, Krypton, oder Xenon ist, eine gasförmige Molekülverbindung wie Schwefelhexafluorid ist oder eine Mischung aus verschiedenen Inertgasen. Solche Gase sind gut verfügbar und gut zu handhaben und funktionieren mit handelsüblichen Ventilen und Fluidsteuerungselementen.A further aspect of the invention is that the inert gas is nitrogen or a noble gas, preferably helium, neon, argon, krypton, or xenon, is a gaseous molecular compound such as sulfur hexafluoride, or is a mixture of various inert gases. Such gases are readily available and easy to handle and work with commercially available valves and fluid control elements.

Eine Weiterbildung der Erfindung besteht darin, dass die Traktionsbatterie mehrere einzeln abgedichtete, elektrisch miteinander verschaltete Batteriemodule mit jeweils einer Anzahl von Batteriezellen oder Zellstacks aufweist, wobei ein Batteriemodul jeweils an zumindest einen der Entgasungskanäle angeschlossen ist.A further development of the invention is that the traction battery has a plurality of individually sealed, electrically interconnected battery modules, each with a number of battery cells or cell stacks, with a battery module being connected to at least one of the degassing channels.

Der Begriff und Gegenstand „Batteriemodul“ wird im Stand der Technik gegenüber der Antriebsbatterie bzw. dem Stromspeicher/Akkumulator als Ganzes oft unterschiedlich abgegrenzt, beinhaltet aber immer eine Zusammenstellung bzw. eine Anzahl von miteinander verbundenen einzelnen Batteriezellen. Im Weiteren wird hier eine Definition so getroffen, dass eine Traktions- oder Antriebsbatterie aus Batteriemodulen aufgebaut ist, wobei jedes Batteriemodul ein Gehäuse mit Kammern bildet, in denen einzelne Batteriezellen bzw. Zellstacks angeordnet sind. Die Batteriemodule schützen die Batteriezellen bzw. Zellstacks nicht nur vor mechanischen Belastungen, insbesondere bei einem Crash, sondern außerdem vor Umwelteinflüssen, sollen wasser- und gasdicht und, was besonders wichtig ist, auch brandfest sein. Die genannte Ausbildung der Erfindung, bei der ein Batteriemodul jeweils an zumindest einen Entgasungskanal angeschlossen ist, trägt dem Brandschutz in besonderer Weise Rechnung.The term and subject matter “battery module” is often defined differently in the prior art compared to the drive battery or the power storage/accumulator as a whole, but always includes a combination or a number of individual battery cells connected to one another. Furthermore, a definition is made here such that a traction or drive battery is constructed from battery modules, with each battery module forming a housing with chambers in which individual battery cells or cell stacks are arranged. The battery modules protect the battery cells or cell stacks from more than just mechanical damage Loads, especially in the event of a crash, but also against environmental influences, should be waterproof and gas-tight and, what is particularly important, also fire-proof. The design of the invention mentioned, in which a battery module is connected to at least one degassing channel, takes fire protection into account in a special way.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein elektrisch oder teilelektrisch angetriebenes Fahrzeug mit einem erfindungsgemäßen Batteriesystem, bei dem die Traktionsbatterie oder einzelne Batteriemodule sich über die Fahrzeugbreite zwischen den beiden Schwellern der Karosserie erstrecken und bei dem mindestens je ein Entgasungskanal im Bereich eines Schwellers vorgesehen ist.A further aspect of the invention relates to an electrically or partially electrically driven vehicle with a battery system according to the invention, in which the traction battery or individual battery modules extend over the width of the vehicle between the two sills of the body and in which at least one degassing channel is provided in the area of a sill.

Durch eine solche Anordnung ergibt sich eine ausgesprochen gute Zugänglichkeit der einzelnen Elemente der Entgasungseinrichtung, ohne dass Abstriche bei der Sicherheit gemacht werden müssten. Die Entgasungskanäle, Verbindungsleitungen und die Ventile/Drosseln sind dann von der Fahrzeugaußen- und -unterseite zugänglich und können z.B. leicht repariert oder ausgetauscht werden.Such an arrangement results in extremely good accessibility to the individual elements of the degassing device without having to compromise on safety. The degassing channels, connecting lines and the valves/throttles are then accessible from the outside and underside of the vehicle and can, for example, be easily repaired or replaced.

Im Folgenden wird die Erfindung mit Bezugnahme auf die in den Figuren der Zeichnung gezeigte beispielhafte Ausführung beschrieben. In der Zeichnung zeigen

  • 1 in Form einer Funktionsskizze die wesentlichen Teile eines erfindungsgemäßen Batteriesystems,
  • 2 eine Funktionsskizze eines erfindungsgemäßen Batteriesystems mit einer Traktionsbatterie, die aus mehreren einzeln abgedichteten Batteriemodulen zusammengesetzt ist.
The invention is described below with reference to the exemplary embodiment shown in the figures of the drawing. Show in the drawing
  • 1 in the form of a functional sketch the essential parts of a battery system according to the invention,
  • 2 a functional sketch of a battery system according to the invention with a traction battery which is composed of several individually sealed battery modules.

In den Figuren können gleiche oder ähnliche Elemente mit denselben Bezugszeichen referenziert sein.In the figures, the same or similar elements can be referenced with the same reference numerals.

1 zeigt in Form einer Funktionsskizze die wesentlichen Teile eines erfindungsgemäßen Batteriesystems 1. Dargestellt ist hier eines der zur Traktionsbatterie gehörigen Batteriemodule 2 mit einer Anzahl von Batteriezellen oder Zellstacks 3. Das Batteriesystem 1 weist eine Einrichtung zur Entgasung der Traktionsbatterie auf. Der Einrichtung zur Entgasung sind mehrere zusammenwirkende Entgasungskanäle 4, 5 zugeordnet. Dabei führt der Entgasungskanal 5 vom Batteriemodul zu einem weiteren Entgasungskanal 4, der auch das Inertgas aufnimmt, das aus dem Druckbehälter 6 ausströmt. Die sich im Fall der Entgasung einstellende Strömungsrichtung bzw. der Gasabfuhrstrom (Gas und/oder Gemisch aus Gas und Inertgas) ist durch Pfeile 7 dargestellt, der Inertgasstrom aus dem Druckbehälter durch den Pfeil 9. 1 shows in the form of a functional sketch the essential parts of a battery system 1 according to the invention. Shown here is one of the battery modules 2 belonging to the traction battery with a number of battery cells or cell stacks 3. The battery system 1 has a device for degassing the traction battery. The device for degassing is assigned several interacting degassing channels 4, 5. The degassing channel 5 leads from the battery module to a further degassing channel 4, which also receives the inert gas that flows out of the pressure vessel 6. The flow direction that occurs in the case of degassing or the gas removal flow (gas and/or mixture of gas and inert gas) is shown by arrows 7, the inert gas flow from the pressure vessel by arrow 9.

Wie deutlich erkennbar, ist der Druckbehälter 6 von den Batteriezellen bzw. hier von den Batteriemodul 2 räumlich getrennt angeordnet.As can be clearly seen, the pressure container 6 is arranged spatially separated from the battery cells or here from the battery module 2.

Der Druckbehälter 6 ist in einem Fahrzeugbereich gelagert, der regelmäßig Umgebungstemperatur aufweist. Der Druckbehälter 6 ist im Falle eines Gasaustritts aus den Batteriezellen 3 oder Zellstacks so mit dem Entgasungskanälen 4, 5 verbindbar ist, dass das Inertgas in Strömungsrichtung 9 aus dem Druckbehälter ausströmt und sich mit einem aus dem Batteriesystem strömenden Gasabfuhrstrom 7 in den Entgasungskanälen vermischt.The pressure vessel 6 is stored in a vehicle area that regularly has ambient temperature. In the event of a gas leak from the battery cells 3 or cell stacks, the pressure vessel 6 can be connected to the degassing channels 4, 5 in such a way that the inert gas flows out of the pressure vessel in the flow direction 9 and mixes with a gas discharge stream 7 flowing from the battery system in the degassing channels.

Der Überdruck des Inertgases im Druckbehälter ist hier bspw. um 10 bar höher als der Umgebungsdruck, wodurch das unter Druck stehende Inertgas beim Ausströmen und bei seiner Entspannung eine zusätzliche Abkühlung durch den Joule-Thomson-Effekt erfährt.The excess pressure of the inert gas in the pressure vessel is, for example, 10 bar higher than the ambient pressure, whereby the pressurized inert gas experiences additional cooling due to the Joule-Thomson effect as it flows out and expands.

Die Anschlussgeometrie von Verbindungen der Entgasungskanäle, hier die Geometrie des Anschlussbereichs 8 ist dabei so ausgebildet, dass ein aus dem Batteriesystem über den Entgasungskanal 5 ausströmender Gasabfuhrstrom 7 von dem aus dem Druckbehälter ausströmenden Inertgas 9 beschleunigt und mitgerissen wird, vorzugsweise durch eine eine Sog- oder Düsenwirkung des ausströmenden Inertgases 9 erzeugende Ausbildung des Anschlussbereichs 8. Dies geschieht bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel durch eine entsprechend ausgebildete T-förmige Einmündung des Gaskanals 5 in den Gaskanal 4, wobei durch das ausströmende Inertgas 9 eine zusätzliche Sogwirkung auf den aus dem Entgasungskanal 5 austretenden Gasabfuhrstrom 7 entsteht.The connection geometry of connections of the degassing channels, here the geometry of the connection area 8, is designed such that a gas discharge stream 7 flowing out of the battery system via the degassing channel 5 is accelerated and entrained by the inert gas 9 flowing out of the pressure vessel, preferably by a suction or Nozzle effect of the outflowing inert gas 9 generating formation of the connection area 8. In the exemplary embodiment shown here, this is done by a correspondingly designed T-shaped opening of the gas channel 5 into the gas channel 4, with the outflowing inert gas 9 creating an additional suction effect on the gas exiting from the degassing channel 5 Gas removal stream 7 is created.

In der Zusammenschau mit der 2 wird deutlich, dass der Druckbehälter 6 über schaltbare Ventile und/oder Drosseln 10 mit den Entgasungskanälen 4, 5 verbindbar ist, wobei die Ventile und/oder Drosseln hier aktiv über eine Steuerungseinrichtung 12 betätigbar/regelbar sind. Die Ventile und/oder Drosseln 10 sind hier in Zuleitungen 11 angeordnet, die vom Druckbehälter 6 zum Anfang der Entgasungskanäle 4 führen und sind abhängig von Sensorsignalen der in oder an den Batteriemodulen 2 angeordneten Druck- oder Spannungssensoren 13 steuerbar/regelbar.In the context of the 2 It becomes clear that the pressure vessel 6 can be connected to the degassing channels 4, 5 via switchable valves and/or throttles 10, the valves and/or throttles being here actively actuable/controllable via a control device 12. The valves and/or throttles 10 are arranged here in supply lines 11, which lead from the pressure vessel 6 to the beginning of the degassing channels 4 and can be controlled/regulated depending on sensor signals from the pressure or voltage sensors 13 arranged in or on the battery modules 2.

Ebenfalls ist in der 2 erkennbar, dass das Batteriesystem eine Traktionsbatterie aufweist, die aus mehreren einzeln abgedichteten Batteriemodulen (2) zusammengesetzt ist. Jedes Batteriemodul ist linksseitig und rechtzeitig an je einem der Entgasungskanäle (5) angeschlossen, die T-förmig in je einen linksseitigen und einen rechtsseitigen Entgasungskanal 4 einmünden.Also in the 2 It can be seen that the battery system has a traction battery which is composed of several individually sealed battery modules (2). Each battery module is connected on the left side and in good time to one of the degassing channels (5), which are T-shaped a left-hand and a right-hand degassing channel 4 open.

Die in der 2 skizzierte Traktionsbatterie eines elektrisch oder teilelektrisch angetriebenen Fahrzeugs gehört zu einem Batteriesystem, dessen einzelne Batteriemodule (2) hintereinander angeordnet sind und sich im Wesentlichen über die Fahrzeugbreite (14) zwischen den beiden Schwellern der Karosserie erstrecken. Somit ist je ein Entgasungskanal (4) im Bereich eines linksseitigen und rechtzeitigen Schwellers vorgesehen. Zur Orientierung ist die Fahrtrichtung des hier nicht weiter dargestellten Fahrzeugs mit dem Pfeil 15 gezeigt.The ones in the 2 The sketched traction battery of an electrically or partially electrically driven vehicle belongs to a battery system, the individual battery modules (2) of which are arranged one behind the other and essentially extend over the vehicle width (14) between the two sills of the body. A degassing channel (4) is therefore provided in the area of a left-hand and timely sill. For orientation, the direction of travel of the vehicle, not shown here, is shown with arrow 15.

Liste der Bezugszeichen (Teil der Beschreibung)List of reference symbols (part of the description)

11
BatteriesystemBattery system
22
BatteriemodulBattery module
33
Batteriezelle / ZellstackBattery cell / cell stack
44
EntgasungskanalDegassing channel
55
EntgasungskanalDegassing channel
66
Druckbehälterpressure vessel
77
Gasabfuhrstrom, Gas oder GasgemischGas discharge stream, gas or gas mixture
88th
Anschlussgeometrie der Verbindung von EntgasungskanälenConnection geometry of the connection of degassing channels
99
ausströmendes Inertgas, Strömungsrichtung des Inertgasesescaping inert gas, direction of flow of the inert gas
1010
Ventil und/oder DrosselValve and/or throttle
1111
Zuleitungsupply line
1212
SteuerungseinrichtungControl device
1313
Druck- oder SpannungssensorPressure or voltage sensor
1414
FahrzeugbreiteVehicle width
1515
FahrtrichtungDirection of travel

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102013200739 A1 [0007]DE 102013200739 A1 [0007]
  • DE 2018212344 A1 [0008]DE 2018212344 A1 [0008]

Claims (10)

Batteriesystem (1) in einem elektrisch oder teilelektrisch angetriebenen Fahrzeug, wobei das Batteriesystem eine Traktionsbatterie mit einer Anzahl von Batteriezellen (3) oder Zellstacks sowie eine mit einem oder mehreren Entgasungskanälen (4, 5) versehene Einrichtung zur Entgasung der Traktionsbatterie und der zugeordneten Batteriezellen oder Zellstacks aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Entgasung mindestens einen von den Batteriezellen (3) räumlich getrennt angeordneten und mit einem unter einem Überdruck stehenden Inertgas gefüllten Druckbehälter (6) aufweist, welcher im Falle eines Gasaustritts aus den Batteriezellen (3) oder Zellstacks so mit den Entgasungskanälen (4, 5) verbindbar ist, dass das Inertgas aus dem Druckbehälter (6) ausströmt und sich mit einem aus dem Batteriesystem strömenden Gasabfuhrstrom (7) in den Entgasungskanälen (4, 5) vermischt.Battery system (1) in an electrically or partially electrically driven vehicle, the battery system comprising a traction battery with a number of battery cells (3) or cell stacks and a device provided with one or more degassing channels (4, 5) for degassing the traction battery and the associated battery cells or Cell stacks, characterized in that the device for degassing has at least one pressure container (6) which is spatially separated from the battery cells (3) and filled with an inert gas under excess pressure, which in the event of a gas escape from the battery cells (3) or cell stacks can be connected to the degassing channels (4, 5) in such a way that the inert gas flows out of the pressure vessel (6) and mixes with a gas discharge stream (7) flowing from the battery system in the degassing channels (4, 5). Batteriesystem nach Anspruch 1, bei dem der Druckbehälter (6) über schaltbare Ventile und/oder Drosseln (10) mit den Entgasungskanälen (4, 5) verbindbar ist, vorzugsweise über die Ventile und/oder Drosseln (10), die aktiv über eine Steuerungseinrichtung (12) betätigbar/regelbar sind.battery system Claim 1 , in which the pressure vessel (6) can be connected to the degassing channels (4, 5) via switchable valves and/or throttles (10), preferably via the valves and/or throttles (10), which can be actively actuated via a control device (12). /can be regulated. Batteriesystem nach Anspruch 2, bei dem die Ventile und/oder Drosseln (10) abhängig von Sensorsignalen betätigbar sind, vorzugsweise abhängig von Signalen von Druck- oder Spannungssensoren (13) im Bereich der Entgasungskanäle, Batteriezellen oder Zellstacks.battery system Claim 2 , in which the valves and / or throttles (10) can be actuated depending on sensor signals, preferably depending on signals from pressure or voltage sensors (13) in the area of the degassing channels, battery cells or cell stacks. Batteriesystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die Ventile und/oder Drosseln (10) einer oder mehreren Verbindungsleitungen (11) zwischen Druckbehälter (6) und einem oder mehreren Entgasungskanälen (4) zugeordnet sind.Battery system according to one of the Claims 1 until 3 , in which the valves and / or throttles (10) are assigned to one or more connecting lines (11) between the pressure vessel (6) and one or more degassing channels (4). Batteriesystem nach Anspruch 4, bei dem die Entgasungskanäle (4, 5) oder die Anschlussgeometrie (8) von Verbindungen der Entgasungskanäle (4, 5) so ausgebildet sind, dass ein aus dem Batteriesystem ausströmender Gasabfuhrstrom von dem aus dem Druckbehälter ausströmenden Inertgas (9) beschleunigt und mitgerissen wird, vorzugsweise durch eine eine Sog- oder Düsenwirkung des ausströmenden Inertgases erzeugende Ausbildung.battery system Claim 4 , in which the degassing channels (4, 5) or the connection geometry (8) of connections of the degassing channels (4, 5) are designed such that a gas discharge stream flowing out of the battery system is accelerated and entrained by the inert gas (9) flowing out of the pressure vessel , preferably by a design that generates a suction or nozzle effect of the outflowing inert gas. Batteriesystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem der Druckbehälter (6) in einem Fahrzeugbereich mit Umgebungstemperatur gelagert ist.Battery system according to one of the Claims 1 until 5 , in which the pressure vessel (6) is stored in a vehicle area at ambient temperature. Batteriesystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem der Überdruck im Druckbehälter (6) vorzugsweise um mindestens 10 bar höher ist als der Umgebungsdruck.Battery system according to one of the Claims 1 until 6 , in which the excess pressure in the pressure vessel (6) is preferably at least 10 bar higher than the ambient pressure. Batteriesystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem das Inertgas Stickstoff oder ein Edelgas, vorzugsweise Helium, Neon, Argon, Krypton, oder Xenon ist, eine gasförmige Molekülverbindung wie Schwefelhexafluorid ist oder eine Mischung aus verschiedenen Inertgasen.Battery system according to one of the Claims 1 until 7 , in which the inert gas is nitrogen or a noble gas, preferably helium, neon, argon, krypton, or xenon, is a gaseous molecular compound such as sulfur hexafluoride or a mixture of various inert gases. Batteriesystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem die Traktionsbatterie mehrere einzeln abgedichtete Batteriemodule (2) mit jeweils einer Anzahl von Batteriezellen oder Zellstacks aufweist, wobei ein Batteriemodul jeweils an zumindest einen der Entgasungskanäle (5) angeschlossen ist.Battery system according to one of the Claims 1 until 8th , in which the traction battery has a plurality of individually sealed battery modules (2), each with a number of battery cells or cell stacks, with each battery module being connected to at least one of the degassing channels (5). Elektrisch oder teilelektrisch angetriebenes Fahrzeug mit einem Batteriesystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem die Traktionsbatterie oder einzelne Batteriemodule (2) sich über die Fahrzeugbreite (14) zwischen den beiden Schwellern der Karosserie erstrecken und bei dem mindestens je ein Entgasungskanal (4) im Bereich eines Schwellers vorgesehen ist.Electrically or partially electrically powered vehicle with a battery system according to one of the Claims 1 until 9 , in which the traction battery or individual battery modules (2) extend over the vehicle width (14) between the two sills of the body and in which at least one degassing channel (4) is provided in the area of each sill.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE102013200739A1 (en) 2013-01-18 2014-07-24 Robert Bosch Gmbh Battery system installed in motor vehicle, has degassing unit that is coupled with fan such that fan increases degassing of degassing unit in case of damage
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CN113908466A (en) 2021-09-29 2022-01-11 安徽中科中涣防务装备技术有限公司 Lithium cell case nitrogen gas monitoring protection device

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