DE102022118992A1

DE102022118992A1 - Elektrischer Energiespeicher mit einer Entgasungsleitung

Info

Publication number: DE102022118992A1
Application number: DE102022118992.9A
Authority: DE
Inventors: Martin Wichtrei; Markus LAMPALZER; Sebastian Kratzer; Michael Klauke; Mathias Wacker; Franco Zemczak
Original assignee: MAN Truck and Bus SE
Current assignee: MAN Truck and Bus SE
Priority date: 2022-07-28
Filing date: 2022-07-28
Publication date: 2024-02-08
Also published as: WO2024022999A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Energiespeicher (10) für ein Kraftfahrzeug. Der elektrische Energiespeicher (10) weist dabei mehrere Batteriezellen (12) auf, die jeweils ein Entgasungselement (12a) zur Zellentgasung aufweisen. Weiterhin weist der elektrische Energiespeicher (10) eine Entgasungsleitung (14) auf, welche die Entgasungselemente (12a) der mehreren Batteriezellen (12) fluidisch miteinander verbindet. Hierbei weist die Entgasungsleitung (14) ein hitzebeständiges Material (16), nämlich ein Silikat und/oder einen Hochtemperaturkunststoff, auf.

Description

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Energiespeicher sowie ein Kraftfahrzeug mit einem ebensolchen Energiespeicher.
Elektrische Energiespeicher (z. B. Hochvoltbatterien) für Kraftfahrzeuge bestehen üblicherweise aus einer Vielzahl elektrisch miteinander verschalteter bzw. verschaltbarer Batteriezellen. Insbesondere bei der Verwendung von Lithium-Ionen-Batteriezellen können dabei äußere Einflüsse oder ein Fehler in einer der Batteriezellen (z. B. ein innerer Kurzschluss) zum thermischen Durchgehen führen. Dabei werden durch interne exotherme Reaktionen große Energiemengen freigesetzt, wobei zumindest ein Teil des Elektrolyten der Zelle in einen gasförmigen Zustand übergeht. Die Temperatur des Gases kann hierbei Spitzenwerte von mehreren hundert °C und auch über 1000 °C erreichen. Weiterhin kann der Gasstrom auch leitfähige Partikel enthalten, welche unter Umständen zu einem Kurzschluss an spannungsführenden Bauteilen führen können. Im Energiespeicher kann dies zu Kettenreaktionen (thermische Propagation) führen, wodurch letztlich der gesamte Energiespeicher zerstört werden kann.
Um in einem Fehlerfall den Gasstrom möglichst kontrolliert aus Batteriezellen abzuleiten, ist daher im Stand der Technik das Vorsehen entsprechender Überdruck- bzw. Sicherheitsventile, sog. „safety vents“, an den Batteriezellen bekannt. Beispielhaft sei hier auf die US 2006/0292437A1 verwiesen. Zur Vermeidung einer Schädigung weiterer Batteriekomponenten sollte der entsprechende Gasstrom dabei möglichst abgetrennt von den restlichen Batteriekomponenten aus dem elektrischen Energiespeicher geführt werden, was z. B. über entsprechende Kanalsysteme erfolgen kann.
Nachteilig an den bekannten Lösungen zur Gasausleitung ist oftmals deren hohes Gewicht, z. B. aufgrund entsprechend dicker Wandungen zur Gewährleistung einer ausreichenden Temperaturbeständigkeit im Fehlerfall.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Vorrichtung zur Energiespeicherung für ein Kraftfahrzeug bereitzustellen. Bevorzugt ist es hierbei eine Aufgabe der Erfindung, eine möglichst einfache und leichte Lösung bereitzustellen, mittels derer ein möglichst hoher Schutz gegenüber einer thermischen Propagation erreicht werden kann.
Diese Aufgaben können mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst werden. Vorteilhafte Ausführungsformen und Anwendungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche und werden in der folgenden Beschreibung unter teilweiser Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert.
Ein erster unabhängiger Aspekt der vorliegenden Offenbarung betrifft einen elektrischen Energiespeicher für ein Kraftfahrzeug. Bevorzugt ist der elektrische Energiespeicher ein elektrischer Energiespeicher für ein Nutzfahrzeug, z. B. für einen Lastkraftwagen und/oder einen Omnibus.
Der elektrische Energiespeicher weist mehrere Batteriezellen (z. B. Lithium-Ionen-Batteriezellen) auf, die vorzugsweise jeweils ein Entgasungselement zur Zellentgasung (z. B. ein Überdruckventil) aufweisen. Bevorzugt sind die mehreren Batteriezellen dabei nebeneinander und/oder alle gleich orientiert angeordnet. Beispielsweise können die mehrere Batteriezellen jeweils mit ihrem Entgasungselement nach oben orientiert angeordnet sein.
Der elektrische Energiespeicher weist ferner eine Entgasungsleitung auf, welche die Entgasungselemente der mehreren Batteriezellen fluidisch miteinander verbindet. Beispielsweise kann die Entgasungsleitung als eine Rohrleitung ausgebildet sein. Bevorzugt dient die entsprechende Entgasungsleitung zum Sammeln bzw. Aufnehmen von bei der Zellentgasung aus den jeweiligen Entgasungselementen austretenden Stoffen (z. B. Gase und/oder Partikel) und/oder zum (z. B. kontrollieren) Ausleiten dieser Stoffe aus dem elektrischen Energiespeicher.
Der elektrische Energiespeicher zeichnet sich dadurch aus, dass die Entgasungsleitung ein hitzebeständiges Material, nämlich ein, vorzugsweise mineralisches, Silikat (z. B. Glimmer) und/oder einen Hochtemperaturkunststoff (z. B. ein Polyimid), aufweist. Lediglich beispielhaft kann hierbei ein Teil der Entgasungsleitung, auf welchen die (heißen) Stoffe der Batteriezellen unmittelbar nach ihrer Freisetzung aus den jeweiligen Entgasungselementen auftreffen können, aus Glimmer ausgeführt sein, während weitere weniger stark temperaturexponierte Bereiche der Entgasungsleitung aus dem Hochtemperaturkunststoff ausgebildet sein können. Auf vorteilhafte Weise kann dadurch eine temperaturbeständige und insbesondere im Vergleich zu ansonsten meist üblichen Stahlbauteilen eine möglichst gewichtssparende Gasausleitung bereitgestellt werden, mittels welcher bei der Zellentgasung freigesetzte Gase und/oder Partikel möglichst abgetrennt von den weiteren Komponenten des Energiespeichers gesammelt bzw. abgeführt werden können.
Nach einem Aspekt kann das hitzebeständige Material eine Schmelztemperatur von mindestens 150 °C, vorzugsweise mindestens 250 °C, besonders bevorzugt mindestens 400 °C, aufweisen. Beispielsweise kann das hitzebeständige Material somit ab einer Temperatur von 150 °C, vorzugsweise 250 °C, besonders bevorzugt 400 °C, schmelzen, das heißt, vom festen in den flüssigen Aggregatzustand übergehen.
Gemäß einem weiteren Aspekt kann das Silikat Glimmer (z. B. Muskovit oder Phlogopit) umfassen. Beispielsweise kann das Silikat bzw. das hitzebeständige Material natürliche Glimmerplatten und/oder Kunstglimmer, wie z. B. Mikanit, umfassen. Bevorzugt weist Kunstglimmer, welcher auch als Pressglimmer bezeichnet werden kann, dabei (z. B. natürliche) Glimmerbruchstücke (z. B. Glimmerabfälle) auf, welche mit einem, vorzugsweise hitzebeständigen, Bindemittel (z. B. mit einem Silikonharz) verpresst sind. Der Anteil an Bindemittel ist vorzugsweise < 15%, besonders bevorzugt < 10%. Aufgrund der hohen Temperaturbeständigkeit von Glimmer (Schmelzpunkt > 1200 °C) sowie seiner geringen Dichte und damit seines geringen Gewichts kann dadurch auf vorteilhafte Weise ein sicherer und leichter Hitzeschutz der Entgasungsleitung realisiert werden.
Zudem oder alternativ kann der Hochtemperaturkunststoff ein, vorzugsweise aromatisches, Polyimid (z. B. Vespel) umfassen. Vorzugsweise weist das Polyimid in seiner Molekularstruktur eine Imid-Gruppe, bestehend aus zwei an Stickstoff gebundenen Acylgruppen, auf. Ebenso wie Glimmer weist auch Polyimid eine gute Temperaturbeständigkeit bei geringem Gewicht auf, sodass auch mit diesem Material auf vorteilhafte Weise eine leichte und sicherere Entgasungsleitung realisiert werden kann. Insbesondere kann der Hochtemperaturkunststoff in weniger stark temperaturexponierten Bereichen der Entgasungsleitung Anwendung finden.
Nach einem weiteren Aspekt kann die Entgasungsleitung ausgebildet sein, aus den mehreren Batteriezellen über die Entgasungselemente austretende Stoffe (z. B. Gase und/oder Partikel) zu sammeln und vorzugsweise aus dem elektrischen Energiespeicher zu leiten. Die Entgasungsleitung kann dazu z. B. rohrförmig und/oder kanalförmig ausgebildet sein. Dabei kann die Entgasungsleitung mit den jeweiligen Entgasungselementen der mehreren Batteriezellen bspw. über entsprechende Öffnungen in der Entgasungsleitung und/oder Zuführleitungen in Fluidverbindung stehen.
Zudem oder alternativ kann die Entgasungsleitung ausgebildet sein, zumindest abschnittsweise einen Aufnahmeraum für aus den jeweiligen Entgasungselementen austretende Stoffe zu begrenzen. Bevorzugt ist der Aufnahmeraum dabei (fluidisch) getrennt von spannungsführenden Komponenten der Batteriezellen (z. B. deren Kontakten) bzw. des elektrischen Energiespeichers (z. B. HV-Schienen). Auf vorteilhafte Weise können dadurch thermische und/oder elektrische Schäden an den Batteriezellen möglichst vermieden werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt kann die Entgasungsleitung (z. B. zumindest abschnittsweise) einen Hohlprofilabschnitt aufweisen. Lediglich beispielhaft kann der Hohlprofilabschnitt einen rechteckigen, quadratischen oder anderen (umfangseitig) geschlossenen Querschnitt aufweisen, welcher vorzugsweise den Aufnahmeraum umfangsseitig begrenzt. In einer Ausführungsform weist der Hohlprofilabschnitt mehrere Durchgangsöffnungen (z. B. Löcher und/oder Aussparungen) auf, die vorzugsweise jeweils fluchtend zu den jeweiligen Entgasungselementen angeordnet sind. Beispielsweise kann jeweils eine der mehreren Durchgangsöffnungen jeweils über einem der mehreren Entgasungselemente angeordnet sein. Die mehreren Durchgangsöffnungen können ferner jeweils ausgebildet sein, einen (freien bzw. ungehinderten) Durchtritt der bei der Zellentgasung aus den jeweiligen Entgasungselementen austretenden Stoffe in die Entgasungsleitung bzw. den Aufnahmeraum zu ermöglichen. Auf vorteilhafte Weise kann dadurch eine möglichst abgeschlossene bzw. abgedichtete Gasabführung bereitgestellt werden.
Zudem oder alternativ kann die Entgasungsleitung (z. B. zumindest abschnittsweise) einen offenen Profilabschnitt (z. B. einen U-, C- und/oder Hut-Profilabschnitt) aufweisen. Wie im Zusammenhang mit Profilen üblich, soll sich der Ausdruck „offenes“ Profil hierbei bevorzugt auf einen Querschnitt des Profils (Profilquerschnitt) beziehen. So kann im Allgemeinen zwischen geschlossenen Hohlprofilen (z. B. Rohren), die keine Öffnung aufweisen, und offenen Profilen (wie z. B. U-Profilen, C-Profilen und/oder Hutprofilen), die eine Öffnung aufweisen, unterschieden werden. Bevorzugt weist der offene Profilabschnitt einen zu den jeweiligen Entgasungselementen hin offenen Querschnitt auf. Beispielsweise kann der offene Profilabschnitt derart angeordnet sein, dass eine Öffnung des offenen Profilabschnitts den Entgasungselementen zugewandt ist. Bevorzugt ist der offene Profilabschnitt dabei zumindest abschnittsweise mit den mehreren Batteriezellen (ggf. über eine Dichtung) verbunden bzw. begrenzt mit diesen zusammen den Aufnahmeraum. Auf vorteilhafte Weise kann dadurch eine möglichst einfach zu montierende Gasabführung bereitgestellt werden.
Nach einem weiteren Aspekt kann die Entgasungsleitung einen Grundkörper (z. B. aus Kunststoff) aufweisen, auf den das hitzebeständige Material (z. B. Kunstglimmer) als Beschichtung aufgebracht ist. Der Grundkörper kann somit mit dem hitzebeständigen Material beschichtet sein. Beispielsweise kann die Beschichtung eine Dicke von weniger als 2 mm, vorzugsweise weniger als 1 mm, aufweisen. Wie im Folgenden ausgeführt wird, kann dadurch auf vorteilhafte Weise eine möglichst bedarfsgerechte Anbringung des hitzebeständigen Materials erreicht werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt kann die Beschichtung einen ersten Bereich mit einer ersten Dicke der Beschichtung und einen zweiten Bereich mit einer, von der ersten Dicke unterschiedlichen, zweiten Dicke der Beschichtung, aufweisen. Beispielsweise kann die Dicke in dem zweiten Bereich gezielt erhöht bzw. verstärkt sein, z. B. um dadurch die Temperaturbeständigkeit der Entgasungsleitung in diesem Bereich zu erhöhen. Beispielsweise kann es sich bei dem zweiten Bereich um einen besonders temperaturexponierten Bereich, z. B. einen gegenüberliegend zu den Entgasungselementen angeordneten Bereich, der Entgasungsleitung handeln.
Zudem oder alternativ kann die Beschichtung, vorzugsweise ausschließlich, an einer den jeweiligen Entgasungselementen zugewandten Oberfläche des Grundkörpers angeordnet sein. Beispielsweise kann die Beschichtung jeweils (z. B. nur) an einer (z. B. den Aufnahmeraum begrenzenden) Innenseite des Hohlprofilabschnitts und/oder des offenen Profilabschnitts angeordnet sein. Auf vorteilhafte Weise kann dadurch möglichst bedarfsgerecht eine widerstandsfähige Auftrefffläche für die bei der Zellentgasung aus den jeweiligen Entgasungselementen austretenden (heißen) Stoffe bereitgestellt werden.
Nach einem weiteren Aspekt kann das hitzebeständige Material als (z. B. gepresstes und/oder gegossenes) Formteil (z. B. als Rohr) ausgebildet sein. Beispielsweise kann die gesamte Entgasungsleitung (z. B. durchgängig) aus dem hitzebeständigen Material gefertigt sein. In einer Ausführungsform können bspw. Glimmerbruchstücke mit einem Kunstharz (z. B. Epoxid- oder ein Silikonharz) als Bindemittel in eine vorbestimmte Form verpresst und dann unter Druck und Temperatur verbacken sein.
Zudem oder alternativ kann die Entgasungsleitung im Wesentlichen (z. B. durchgängig) aus dem hitzebeständigen Material bestehen. Im Gegensatz zu der Beschichtung eines Grundkörpers kann gemäß dieser Variante die Entgasungsleitung somit bspw. im Wesentlichen ausschließlich aus dem hitzebeständigen Material ausgebildet sein. Insgesamt kann dadurch auf vorteilhafte Weise eine möglichst hohe Temperaturbeständigkeit der Entgasungsleitung erreicht werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt kann der elektrische Energiespeicher eine Abdeckplatte aufweisen. Diese Abdeckplatte kann zwischen der Entgasungsleitung und den mehreren Batteriezellen angeordnet sein und die mehreren Batteriezellen überdecken. Bevorzugt dient die Abdeckplatte zum Schutz der mehreren Batteriezellen vor aus den jeweiligen Entgasungselementen austretenden Stoffen, z. B. leitfähigen Partikeln. Zudem oder alternativ kann die Abdeckplatte auch als Berührschutz dienen und z. B. Kontakte der mehreren Batteriezellen abdecken. Auf vorteilhafte Weise kann dadurch die Sicherheit des elektrischen Energiespeichers weiter erhöht werden.
Nach einem weiteren Aspekt kann die Abdeckplatte mehrere Durchgänge (z. B. Löcher) aufweisen, wobei die mehreren Durchgänge jeweils korrespondierend (z. B. fluchtend) zu den jeweiligen Entgasungselementen angeordnet sein können. Beispielsweise kann jeweils einer der mehreren Durchgänge jeweils über einem der mehreren Entgasungselemente angeordnet sein. Die mehreren Durchgänge können dabei jeweils ausgebildet sein, einen (freien bzw. ungehinderten) Durchtritt der bei der Zellentgasung aus den jeweiligen Entgasungselementen austretenden Stoffe (durch die Abdeckplatte) in die Entgasungsleitung bzw. den Aufnahmeraum zu ermöglichen. Um in diesem Zusammenhang einerseits einen möglichst zuverlässigen Schutz der Batteriezellen zu ermöglichen und andererseits die Zellentgasung möglichst wenig zu beeinflussen, kann eine Kontur der jeweiligen Durchgänge jeweils form korrespondierend zu einer jeweiligen Außenkontur der zugehörigen Entgasungselemente ausgebildet sein.
Zudem oder alternativ kann die Abdeckplatte eine Seitenfläche jeder der mehreren Batteriezellen bedecken. Die Abdeckplatte kann sich somit zumindest abschnittsweise über alle der mehreren Batteriezellen erstrecken. Dies soll jedoch bevorzugt nicht ausschließen, dass unter Umständen abschnittsweise auch weitere Komponenten (z. B. Kontaktierelemente) zwischen der Abdeckplatte und den mehreren Batteriezellen angeordnet sein können. In einer Ausführungsform kann die Abdeckplatte dabei jeweils eine Oberseitenfläche jeder der mehreren Batteriezellen bedecken. Die Abdeckplatte kann somit z. B. oberhalb der mehreren Batteriezellen angeordnet sein.
Zudem oder alternativ kann die Abdeckplatte zusammen mit der Entgasungsleitung einen Aufnahmeraum für aus den jeweiligen Entgasungselementen austretende Stoffe begrenzen. Beispielsweise kann die Abdeckplatte in einer Ausführungsform zusammen mit dem (z. B. als U-Profilabschnitt ausgeführten) offenen Profilabschnitt den Aufnahmeraum begrenzen.
Hierbei kann die Abdeckplatte den Aufnahmeraum z. B. nach unten und die Entgasungsleitung den Aufnahmeraum nach oben begrenzen.
Gemäß einem weiteren Aspekt kann der elektrische Energiespeicher mindestens ein Auslassventil (z. B. ein Überdruckventil) aufweisen. Das mindestens eine Auslassventil kann dabei an einem Gehäuse des elektrischen Energiespeichers angeordnet sein. Beispielsweise kann das Gehäuse einen Durchlass aufweisen, in dem das mindestens eine Auslassventil angeordnet ist. Bevorzugt dient das mindestens eine Auslassventil zum Abführen der aus den jeweiligen Entgasungselementen austretenden Stoffe aus dem Gehäuse. Über das mindestens eine Auslassventil kann somit eine Verbindung zur Umgebung bzw. zum Außenraum des elektrischen Energiespeichers freigebbar sein. Hierbei kann das mindestens eine Auslassventil mit der Entgasungsleitung fluidisch verbunden sein. Beispielsweise kann die Entgasungsleitung in das mindestens eine Auslassventil münden. Auf vorteilhafte Weise können dadurch die bei einer Zellentgasung freigesetzten Stoffe aus dem elektrischen Energiespeicher abgeführt werden.
Nach einem weiteren Aspekt können die mehreren Batteriezellen in Form von zumindest zwei Batteriezellenstapeln angeordnet sein. Bevorzugt weisen die zumindest zwei Batteriezellenstapel dabei jeweils eine gleiche Stapelrichtung auf. Beispielsweise können die zumindest zwei Batteriezellenstapel parallelversetzt nebeneinander angeordneten sein.
Zudem oder alternativ kann die Entgasungsleitung zumindest zwei gerade Hauptleitungsabschnitte aufweisen. Beispielsweise können diese jeweils einem der zumindest zwei Batteriezellenstapel zugeordnet sein. Die zumindest zwei geraden Hauptleitungsabschnitte können sich bspw. jeweils entlang der jeweiligen Batteriezellenstapel erstrecken. Dabei kann jeweils einer der zumindest zwei geraden Hauptleitungsabschnitte über jeweils einem der zumindest zwei Batteriezellenstapel angeordnet sein.
Weiterhin kann die Entgasungsleitung mindestens einen Verbindungsleitungsabschnitt aufweisen, der die zwei geraden Hauptleitungsabschnitte miteinander verbindet. Bevorzugt verläuft der mindestens eine Verbindungsleitungsabschnitt dabei jeweils senkrecht zu den mindestens zwei geraden Hauptleitungsabschnitten. Der mindestens eine Verbindungsleitungsabschnitt kann dabei als ein separates Bauteil ausgebildet sein, welches an den zwei geraden Hauptleitungsabschnitten angefügt (z. B. angeklebt) sein kann. Alternativ kann der mindestens eine Verbindungsleitungsabschnitt zusammen mit den zwei geraden Hauptleitungsabschnitten als ein einstückiges Bauteil ausgebildet sein, bei dem die vorgenannten Komponenten z. B. integral-einstückig miteinander verbunden sind.
Gemäß einem weiteren Aspekt kann sich der mindestens eine Verbindungsleitungsabschnitt zumindest abschnittweise oberhalb der zwei geraden Hauptleitungsabschnitte erstrecken. Die zwei geraden Hauptleitungsabschnitte können somit bezüglich einer Hochachse des elektrischen Energiespeichers unterhalb des mindestens einen Verbindungsleitungsabschnitts angeordnet sein. Beispielsweise kann der mindestens eine Verbindungsleitungsabschnitt die zwei geraden Hauptleitungsabschnitte bogenförmig miteinander verbinden.
Alternativ kann sich der mindestens eine Verbindungsleitungsabschnitt zumindest abschnittweise unterhalb der zwei geraden Hauptleitungsabschnitte erstrecken. Die zwei geraden Hauptleitungsabschnitte können somit bezüglich einer Hochachse des elektrischen Energiespeichers oberhalb des mindestens einen Verbindungsleitungsabschnitts angeordnet sein. Beispielsweise kann der mindestens eine Verbindungsleitungsabschnitt seitlich neben den mehreren Batteriezellen (z. B. an einem oder mehreren Stapelenden) verlaufen bzw. angeordnet sein.
Nach einem weiteren Aspekt kann der elektrische Energiespeicher mindestens ein Dichtelement aufweisen. Das mindestens eine Dichtelement kann zwischen der Entgasungsleitung und den mehreren Batteriezellen angeordnet sein. Das mindestens eine Dichtelement kann z. B. in Form eines Dichtrings oder in Form einer Elastomermatte ausgebildet sein. Das mindestens eine Dichtelement kann aus einem elastischen Material gefertigt sein. Das mindestens eine Dichtelement dient bevorzugt zum Abdichten eines zwischen der Entgasungsleitung und den mehreren Batteriezellen befindlichen Zwischenraums. Auf vorteilhafte Weise kann dadurch sichergestellt werden, dass die bei der Zellentgasung freigesetzten Gase und/oder Partikel möglichst vollständig in die Entgasungsleitung bzw. den Aufnahmeraum gelangen.
Weiterhin betrifft die Offenbarung ein Kraftfahrzeug (z. B. einen LKW oder einen Omnibus), wobei das Kraftfahrzeug einen elektrischen Energiespeicher, wie in diesem Dokument offenbart ist, aufweist. Bevorzugt handelt es sich bei dem Kraftfahrzeug um ein Nutzfahrzeug, d. h. ein Kraftfahrzeug, das durch seine Bauart und Einrichtung speziell zum Transport von Gütern und/oder zum Ziehen eines oder mehrerer (z. B. landwirtschaftlicher) Anhängerfahrzeuge ausgelegt ist. Beispielsweise kann das Nutzfahrzeug ein Lastkraftwagen, ein Sattelschlepper, ein Baustellenfahrzeug und/oder eine landwirtschaftliche Maschine (z. B. ein Traktor) sein.
Die zuvor beschriebenen Aspekte und Merkmale der vorliegenden Offenbarung sind beliebig miteinander kombinierbar. Weitere Einzelheiten und Vorteile werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:

1A eine schematische Darstellung eines elektrischen Energiespeichers gemäß einer Ausführungsform;
1 B eine schematische Darstellung eines elektrischen Energiespeichers mit einer Entgasungsleitung gemäß einer Ausführungsform;
2A-2C verschiedene Ansichten einer Entgasungsleitung gemäß einer Ausführungsform;
3A-3C schematische Darstellungen von Entgasungsleitungen gemäß verschiedenen weiteren Ausführungsformen;
4A eine schematische Darstellung eines elektrischen Energiespeichers mit einer Entgasungsleitung gemäß einer weiteren Ausführungsform; und
4B-5B verschiedene Ansichten einer Entgasungsleitung gemäß einer weiteren Ausführungsform.

Die in den Figuren gezeigten Ausführungsformen stimmen zumindest teilweise überein, sodass ähnliche oder identische Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind und zu deren Erläuterung auch auf die Beschreibung der anderen Ausführungsformen bzw. Figuren verwiesen wird, um Wiederholungen zu vermeiden. Weiterhin wurden aus Gründen der Übersichtlichkeit mehrfach vorkommende Komponenten nicht jeweils separat referenziert.
Die 1A, 1 B und 4A zeigen (ausschnittsweise) Ausführungsformen eines elektrischen Energiespeichers 10 für ein Kraftfahrzeug (nicht dargestellt). Der elektrische Energiespeicher 10 kann hierbei elektrische Energie für mindestens eine elektrische Antriebseinheit zum Antreiben des Kraftfahrzeugs bereitstellen. Beispielsweise kann das Kraftfahrzeug mittels eines zentralen Elektroantriebs, mittels mehrerer Elektroradnabenantriebe oder mehrerer radnaher Elektroantriebe angetrieben sein. Der elektrische Energiespeicher 10 kann als ein Hochvolt-Energiespeicher ausgeführt sein. Der Hochvolt-Energiespeicher kann z. B. mit einer Gleichspannung zwischen 60 V und 1,5 kV, besonders bevorzugt zwischen 400 V und 850 V, betrieben werden bzw. betreibbar sein. Der elektrische Energiespeicher 10 kann extern über ein an einer Ladesteckdose des Kraftfahrzeugs angeschlossenes elektrisches Ladekabel aufladbar sein.
Der elektrische Energiespeicher 10 weist mehrere (z. B. achtundvierzig) Batteriezellen 12 auf. Die mehreren Batteriezellen 12 können z. B. Lithium-lonen-Batteriezellen sein. Die mehreren Batteriezellen 12 können jeweils gleich ausgebildet sein. Die mehreren Batteriezellen 12 können jeweils einen Elektrolyten und einen Elektrodenstapel und/oder Elektrodenwickel aufweisen. Die mehreren Batteriezellen 12 können weiterhin jeweils ein Zellgehäuse aufweisen. In den jeweiligen Zellgehäusen kann jeweils ein Elektrolyt und ein Elektrodenstapel bzw. Elektrodenwickel aufgenommen sein. Das Zellgehäuse kann eine Deckfläche, eine Bodenfläche und eine, die Deck- und Bodenfläche miteinander verbindende Mantelfläche aufweisen. In einer bevorzugten Ausführungsform können die mehreren Batteriezellen 12 jeweils prismatische Batteriezellen sein. Die mehreren Batteriezellen 12 können jedoch auch als Beutelzellen oder als Rundzellen ausgeführt sein.
Die mehreren Batteriezellen 12 können in einer Lage angeordnet sein. Bevorzugt sind die mehreren Batteriezellen 12 dabei alle gleich orientiert (vgl. 1A). Beispielsweise können die Deckflächen der mehreren Batteriezellen 12 jeweils nach oben ausgerichtet sein. Innerhalb der Lage können die mehreren Batteriezellen 12 in Form eines Batteriezellenstapels oder mehrerer Batteriezellenstapel angeordnet sein. Beispielsweise können die mehreren Batteriezellen 12 in Form von zumindest zwei (z. B. drei), vorzugsweise parallel nebeneinander angeordneten, Batteriezellenstapeln angeordnet sein. Die Batteriezellenstapel können jeweils gleich ausgebildet sein bzw. jeweils eine gleiche Anzahl an Batteriezellen 12 (z. B. sechzehn Batteriezellen 12) aufweisen. Innerhalb eines Batteriezellenstapels können die Batteriezellen 12 entlang einer Stapelrichtung nebeneinander bzw. hintereinander gestapelt angeordnet sein. Die Stapelrichtung kann bspw. horizontal orientiert sein. Bevorzugt weisen die zumindest zwei Batteriezellenstapel jeweils die gleiche Stapelrichtung auf. Weiterhin ist es möglich, dass zum Überbrücken einer Lücke zwischen den Batteriezellen 12 eines Batteriezellenstapels jeweils ein Lückenfüller (z. B. ein Gappad) zwischen zwei der Batteriezellen 12 eines Batteriezellenstapels angeordnet ist.
Die mehreren Batteriezellen 12 können jeweils Kontaktpole 12b (z. B. einen Pluspol und einen Minuspol) aufweisen. Die jeweiligen Kontaktpole 12b können z. B. an den jeweiligen Deckflächen der Batteriezellen 12 angeordnet sein. Die Kontaktpole 12b der mehreren Batteriezellen 12 können miteinander (z. B. in Reihe) verbunden sein. Hierzu kann der elektrische Energiespeicher 10 ein Zellkontaktiersystem aufweisen (nicht dargestellt).
Bevorzugt weisen die mehreren Batteriezellen 12 ferner jeweils ein Entgasungselement 12a zur Zellentgasung auf. Beispielsweise können die jeweiligen Entgasungselemente 12a jeweils in Form eines Überdruckventils und/oder einer in Form einer Materialschwächung bzw. Sollbruchstelle (z. B. in Form einer Berstscheibe) ausgebildet sein. Die jeweiligen Entgasungselemente 12a können selbsttätig bei Überschreiten eines Druckschwellenwertes im Inneren der jeweiligen Batteriezellen 12 bzw. innerhalb des Zellgehäuses öffnen. Die jeweiligen Entgasungselemente 12a können somit zum Schutz der jeweiligen Batteriezellen 12 vor einem schädigenden Überdruck dienen. Entsprechend können die jeweiligen Entgasungselemente 12a dazu ausgebildet sein, einen Gasstrom aus einem jeweiligen Innenraum des Zellgehäuses, z. B. entlang eines vorbestimmten Entgasungspfades, in eine Umgebung der jeweiligen Batteriezelle 12 entweichen zu lassen. Die jeweiligen Entgasungselemente 12a können jeweils auf einer gleichen Seitenfläche der jeweiligen Batteriezellen 12 wie die Kontaktpole 12b angeordnet sein. Beispielsweise können die jeweiligen Entgasungselemente 12a an den jeweiligen Deckflächen der Batteriezellen 12 (z. B. zwischen den Kontaktpolen) angeordnet sein. Entsprechend können die Entgasungselemente 12a der mehreren Batteriezellen 12 des elektrischen Energiespeichers 10 alle nach oben orientiert sein.
Der elektrische Energiespeicher 10 kann ferner ein Gehäuse 11 aufweisen. Das Gehäuse 11 kann z. B. aus einer Metalllegierung oder Kunststoff sein. In dem Gehäuse 11 können die mehreren Batteriezellen 12 aufgenommen sein. Das Gehäuse 11 kann dazu dienen, die mehreren Batteriezellen 12 gegen äußere Einflüsse, insbesondere Schmutz und/oder Feuchtigkeit, zu schützen. Das Gehäuse 11 kann rahmenförmig, vorzugsweise mehreckrahmenförmig (z. B. rechteckrahmenförmig), sein. Bevorzugt ist das Gehäuse 11 vollständig umlaufend bzw. bildet einen geschlossenen, mehrseitigen (z. B. vierseitigen) Rahmen (vgl. z. B. 1A).
Das Gehäuse 11 kann eine Länge aufweisen. Diese kann dabei bspw. eine räumliche Ausdehnung entlang einer Längsachse L des Gehäuses 11 bzw. des Energiespeichers 10 bezeichnen. Die Längsachse L kann bspw. in Richtung der längsten Ausdehnung des Gehäuses 11 bzw. des Energiespeichers 10 verlaufen. Das Gehäuse 11 kann ferner eine Breite aufweisen. Diese kann dabei bspw. eine räumliche Ausdehnung entlang einer Querachse Q des Gehäuses 11 bzw. des Energiespeichers 10 bezeichnen. Die Querachse Q kann dabei bspw. in eine weitere Richtung senkrecht zur Längsachse L orientiert sein. Beispielsweise können die Längsachse L und Querachse Q jeweils horizontal orientiert sein. Weiterhin kann das Gehäuse 11 bzw. der Energiespeicher 10 eine Hochachse H aufweisen. Diese kann bevorzugt senkrecht auf der Längsachse L und Querachse Q stehen. Beispielsweise kann die Hochachse H vertikal bzw. parallel zur Schwerkraftrichtung orientiert sein.
Der Energiespeicher 10 kann weiterhin einen, vorzugsweise plattenförmigen, Boden aufweisen (nicht dargestellt). Der Boden kann das Gehäuse 11 von unten abdecken.
Der Energiespeicher 10 kann ferner einen, vorzugsweise plattenförmigen, Deckel aufweisen (nicht dargestellt). Der Deckel kann das Gehäuse 11 von oben abdecken.
Der elektrische Energiespeicher 10 weist ferner eine Entgasungsleitung 14 (z. B. in Form einer Rohrleitung) auf (vgl. z. B. 1B und 4A). Die Entgasungsleitung 14 kann dabei im Gehäuse 11 angeordnet sein bzw. im Gehäuse 11 aufgenommen sein. Die Entgasungsleitung 14 dient bevorzugt dazu, die bei der Zellentgasung aus den jeweiligen Entgasungselementen austretenden Stoffe (z. B. Gase und/oder Partikel) möglichst abgetrennt von den weiteren Komponenten des elektrischen Energiespeichers 10 zu sammeln bzw. die Stoffe möglichst kontrolliert aus dem elektrischen Energiespeicher 10 abzuführen.
In der Entgasungsleitung 14 kann dazu ein Aufnahmeraum 20 für die aus den jeweiligen Entgasungselementen 12a austretenden Stoffe ausgebildet sein. Beispielsweise kann der Aufnahmeraum 20 als ein durch die Entgasungsleitung 14 begrenzter freier Hohlraum (z. B. im Inneren der Entgasungsleitung 14) ausgebildet sein. Entsprechend kann die Entgasungsleitung 14 bzw. der Energiespeicher 10 den Aufnahmeraum 20 aufweisen. Der Aufnahmeraum 20 kann durch die Entgasungsleitung 14 von weiteren Komponenten des elektrischen Energiespeichers 10 (z. B. den Kontaktpolen 12b der mehreren Batteriezellen) fluidisch getrennt sein.
Weiterhin können über die Entgasungsleitung 14 die jeweiligen Entgasungselemente 12a der mehreren Batteriezellen 12 fluidisch miteinander verbunden sein. Die Entgasungsleitung 14 bzw. der Aufnahmeraum 20 kann dabei z. B. oberhalb der mehreren Batteriezellen 12 bzw. oberhalb der jeweiligen Entgasungselemente 12a angeordnet sein. Die Entgasungsleitung 14 bzw. der Aufnahmeraum 20 kann somit im Wesentlichen in einer Horizontalebene ausgerichtet sein. Ferner kann die Entgasungsleitung 14 zumindest abschnittsweise direkt an den mehreren Batteriezellen 12 anliegen oder über eine Dichtung (nicht dargestellt) mit den mehreren Batteriezellen 12 verbunden sein.
Die Entgasungsleitung 14 kann rohrförmig und/oder röhrenförmig ausgebildet sein. Beispielsweise kann die Entgasungsleitung 14 (z. B. zumindest abschnittsweise) einen Hohlprofilabschnitt 14a aufweisen (vgl. z. B. 3A). Dieser kann z. B. einen rechteckigen, quadratischen oder anderen (umfangseitig) geschlossenen Querschnitt aufweisen. Vorzugsweise weist der Hohlprofilabschnitt 14a somit zumindest abschnittsweise eine (umfangsseitig) vollständig umlaufende Wandung auf. Der Hohlprofilabschnitt 14a kann dabei bspw. eine Breite von 50-80 mm aufweisen und/oder eine Höhe von bis zu 20 mm aufweisen. Der Hohlprofilabschnitt 14a kann den Aufnahmeraum 20 für die aus den jeweiligen Entgasungselementen 12a austretenden Stoffe begrenzen. Beispielsweise kann der Aufnahmeraum 20 als ein durch den Hohlprofilabschnitt 14a begrenzter freier Hohlraum ausgebildet sein. Der Hohlprofilabschnitt 14a kann im Wesentlichen entlang der Querachse Q des Gehäuses 11 bzw. des Energiespeichers 10 orientiert sein bzw. seine längste Ausdehnung entlang der Querachse Q aufweisen.
Um ein Einströmen der bei der Zellentgasung freigesetzten Stoffe in die Entgasungsleitung 14 bzw. den Hohlprofilabschnitt 14a zu ermöglichen, kann der Hohlprofilabschnitt 14a bzw. die Entgasungsleitung 14 mehrere Durchgangsöffnungen 15 (z. B. Löcher und/oder Aussparungen) aufweisen. Über die mehreren Durchgangsöffnungen 15 kann der Aufnahmeraum 20 mit den Entgasungselementen 12a (fluidisch) verbunden sein. Die mehreren Durchgangsöffnungen 15 sollen dabei bevorzugt an einer Mantelfläche des Hohlprofilabschnitts 14a angeordnet sein. Beispielsweise können die mehreren Durchgangsöffnungen 15 an einer, vorzugsweise den mehreren Batteriezellen 12 zugewandten, Unterseite des Hohlprofilabschnitts 14a angeordnet sein (vgl. 2C und 5A). Zusätzlich kann der Hohlprofilabschnitt 14a eine oder zwei stirnseitige Öffnungen aufweisen. Die mehreren Durchgangsöffnungen 15 können jeweils fluchtend bzw. ausgerichtet zu den jeweiligen Entgasungselementen 12a angeordnet sein. Beispielsweise kann jeweils eine der mehreren Durchgangsöffnungen 15 jeweils über einem der mehreren Entgasungselemente 12a angeordnet sein. Entsprechend kann jeweils einem der Entgasungselemente 12a eine der mehreren Durchgangsöffnungen 15 zugeordnet sein. Die mehreren Durchgangsöffnungen 15 können ferner in einem Raster und/oder einem Muster angeordnet sein. Beispielsweise können die mehreren Durchgangsöffnungen 15 in einer Reihe oder mehreren (z. B. drei), vorzugsweise parallel nebeneinander angeordneten, Reihen angeordnet sein. Bevorzugt korrespondiert das Raster und/oder das Muster der mehreren Durchgangsöffnungen 15 mit einem Raster und/oder Muster, in dem die mehreren Batteriezellen 12 bzw. deren Entgasungselemente 12a angeordnet sind.
Die Entgasungsleitung 14 kann auch wannenförmig und/oder kanalförmig ausgebildet sein. Beispielsweise kann die Entgasungsleitung 14 (z. B. zumindest abschnittsweise) einen offenen Profilabschnitt 14b aufweisen (vgl. 3B und 3C). Beispielsweise kann die Entgasungsleitung 14 (z. B. zumindest abschnittsweise) einen U-, C- und/oder Hut-Profilabschnitt aufweisen. Der offene Profilabschnitt 14b soll bevorzugt einen offenen (z. B. einseitig offenen) Querschnitt bzw. einen Querschnitt mit einer Öffnung aufweisen. Bevorzugt ist die Öffnung des Querschnitts dabei den Entgasungselementen 12a zugewandt bzw. in Richtung der Entgasungselemente 12a orientiert. Beispielsweise kann es sich um einen nach unten offenen U-, C- und/oder Hut-Profilabschnitt handeln. Der offene Profilabschnitt 14b kann den Aufnahmeraum 20 für die aus den jeweiligen Entgasungselementen 12a austretenden Stoffe begrenzen. Der Aufnahmeraum 20 kann bspw. als ein durch den offenen Profilabschnitt 14b begrenzter freier Hohlraum ausgebildet sein. In einer Ausführungsform kann der offene Profilabschnitt 14b den Aufnahmeraum 20 seitlich und nach oben begrenzen.
Weiterhin kann der Aufnahmeraum 20 auch durch die mehreren Batteriezellen 12 begrenzt sein. Beispielsweise kann der Aufnahmeraum 20 unten von den mehreren Batteriezellen 12 begrenzt sein. Hierzu kann der offene Profilabschnitt 14b mit den mehreren Batteriezellen 12 (z. B. deren Deckflächen) verbunden sein. So kann der offene, vorzugsweise in Richtung der mehreren Batteriezellen 12 offene, Profilabschnitt 14b z. B. zumindest abschnittsweise direkt an den mehreren Batteriezellen 12 anliegen oder über eine Dichtung (nicht dargestellt) mit den mehreren Batteriezellen 12 verbunden sein.
Weiterhin kann der elektrische Energiespeicher 10 mindestens eine Abdeckplatte 18 aufweisen (vgl. 3C). Diese kann zwischen der Entgasungsleitung 14 (z. B. dem offene Profilabschnitt 14b) und den mehreren Batteriezellen 12 angeordnet sein. Entsprechend kann die Entgasungsleitung 14 über die Abdeckplatte 18 mit den mehreren Batteriezellen 12 verbunden sein. Auch hier kann zwischen der Abdeckplatte 18 und den mehreren Batteriezellen 12 bzw. zwischen der Abdeckplatte 18 und der Entgasungsleitung 14 jeweils eine Dichtung (nicht dargestellt) angeordnet sein. Die mindestens eine Abdeckplatte 18 kann die mehreren Batteriezellen 12 (z. B. deren Deckflächen und/oder deren Kontaktpole 12b) überdecken. Beispielsweise kann die Abdeckplatte 18 die mehreren Batteriezellen 12 (z. B. deren Deckflächen) überspannen. Bevorzugt dient die mindestens eine Abdeckplatte 18 zum Schutz der mehreren Batteriezellen 12 bzw. deren Kontaktpole 12b vor aus den jeweiligen Entgasungselementen 12a austretenden Stoffen, wie z. B. leitfähigen Partikeln. Weiterhin kann die mindestens eine Abdeckplatte 18 auch als Berührschutz dienen.
Die mindestens eine Abdeckplatte 18 kann eine flache und/oder flächige Form aufweisen. Beispielsweise kann die Abdeckplatte 18 im Wesentlichen quaderförmig sein. Die mindestens eine Abdeckplatte 18 kann im Wesentlichen horizontal ausgerichtet sein. Die mindestens eine Abdeckplatte 18 kann eine den mehreren Batteriezellen 12 zugewandte (z. B. untere) Seitenfläche umfassen, welche auch als erste Seitenfläche bezeichnet werden kann. Die mindestens eine Abdeckplatte 18 kann ferner eine der ersten Seitenfläche entgegengesetzte (z. B. obere) zweite Seitenfläche umfassen. Die zweite Seitenfläche kann mit einem hitzebeständigen Material beschichtet sein. Die zweite Seitenfläche kann den Aufnahmeraum 20 (z. B. nach unten) begrenzen.
Die mindestens eine Abdeckplatte 18 kann mehrere Durchgänge 18a (z. B. Löcher) aufweisen. Die mehreren Durchgänge 18a können jeweils fluchtend bzw. ausgerichtet zu den jeweiligen Entgasungselementen 12a angeordnet sein. Beispielsweise kann jeweils einer der mehreren Durchgänge 18a jeweils über einem der mehreren Entgasungselemente 12a angeordnet sein. Entsprechend kann jeweils einem der Entgasungselemente 12a einer der mehreren Durchgänge 18a der mindestens einen Abdeckplatte 18 zugeordnet sein. Die mehreren Durchgänge 18a können ferner in einem Raster und/oder einem Muster angeordnet sein. Beispielsweise können die mehreren Durchgänge 18a in einer Reihe oder mehreren (z. B. drei), vorzugsweise parallel nebeneinander angeordneten, Reihen angeordnet sein. Bevorzugt korrespondiert das Raster und/oder das Muster der mehreren Durchgänge 18a mit einem Raster und/oder Muster, in dem die mehreren Batteriezellen 12 bzw. deren Entgasungselemente 12a angeordnet sind. Die mindestens eine Abdeckplatte 18 kann ferner auch mehrere, vorzugsweise gleich ausgebildete, Abdeckplatten 18 umfassen. Die mindestens eine Abdeckplatte 18 kann somit auch mehrteilig ausgebildet sein. Beispielsweise können die mehreren Abdeckplatten 18 jeweils einem der Batteriezellenstapel zugeordnet sein und/oder aneinandergefügt sein.
Weiterhin kann der elektrische Energiespeicher 10 mindestens ein Auslassventil (nicht dargestellt) aufweisen, das am Gehäuse 11 angeordnet ist. Das mindestens eine Auslassventil kann z. B. an einer Seitenfläche des Gehäuses 11 angeordnet sein. Beispielsweise kann das mindestens eine Auslassventil auf Höhe der Batteriezellen 12 am Gehäuse 11 angeordnet sein. Das mindestens eine Auslassventil kann in Form eines Überdruckventils und/oder einer in Form einer Materialschwächung bzw. Sollbruchstelle (z. B. in Form einer Berstscheibe) im Gehäuse 11 ausgebildet sein. Das mindestens eine Auslassventil kann mit der Entgasungsleitung 14 bzw. dem Aufnahmeraum 20 (fluidisch) verbunden sein. Beispielsweise kann die Entgasungsleitung 14 bzw. der Aufnahmeraum 20 in das mindestens eine Auslassventil oder in eine mit dem mindestens einen Auslassventil verbundene Auslassleitung münden. Das mindestens eine Auslassventil kann selbsttätig bei Überschreiten eines Druckschwellenwertes in der Entgasungsleitung 14 bzw. in dem Aufnahmeraum 20 öffnen. Das mindestens eine Auslassventil kann dazu ausgebildet sein, einen Gasstrom aus der Entgasungsleitung 14 bzw. aus dem Aufnahmeraum 20 in eine Umgebung des Gehäuses 11 entweichen zu lassen. Im Falle einer Zellentgasung können somit die aus einem der Entgasungselemente 12a austretenden Stoffe bspw. zunächst in die Entgasungsleitung 14 bzw. den Aufnahmeraum 20 strömen und von dort zum mindestens einen Auslassventil 13 gelangen, wo sie letztlich in den Außenraum abgeführt werden können. Es ist ferner möglich, dass das mindestens eine Auslassventil mehrere Auslassventile umfasst bzw. der elektrische Energiespeicher 10 mehrere ebensolche Auslassventile aufweist.
Um die bei einer Zellentgasung freigesetzten Stoffe zu sammeln bzw. zum Auslassventil zu leiten, sind grundsätzlich verschiedene Konfigurationen der Entgasungsleitung 14 möglich (vgl. 1 B und 4A). Beispielsweise kann die Entgasungsleitung 14 zumindest zwei (z. B. drei) gerade Hauptleitungsabschnitte 14.1 aufweisen. Die zumindest zwei geraden Hauptleitungsabschnitte 14.1 können jeweils einem der zumindest zwei Batteriezellenstapel zugeordnet sein. So kann sich jeweils einer der zumindest zwei geraden Hauptleitungsabschnitte 14.1 jeweils durchgängig entlang eines der zumindest zwei Batteriezellenstapel erstrecken. Beispielsweise kann ein erster gerader Hauptleitungsabschnitt der zumindest zwei geraden Hauptleitungsabschnitte 14.1 alle Batteriezellen 12 eines ersten der zumindest zwei Batteriezellenstapel überdecken bzw. überspannen und ein zweiter gerader Hauptleitungsabschnitt der zumindest zwei geraden Hauptleitungsabschnitte 14.1 alle Batteriezellen 12 eines zweiten der zumindest zwei Batteriezellenstapel überdecken bzw. überspannen. Die zumindest zwei geraden Hauptleitungsabschnitte 14.1 können entsprechend parallel nebeneinander und/oder auf der gleichen Höhe angeordnet sein. Die zumindest zwei geraden Hauptleitungsabschnitte 14.1 können jeweils entlang der Querachse Q des Energiespeichers 10 bzw. des Gehäuses 11 orientiert sein bzw. ihre längste Ausdehnung jeweils entlang der Querachse Q aufweisen. Die zumindest zwei geraden Hauptleitungsabschnitte 14.1 können jeweils an einer ihrer Stirnseiten geschlossen sein. Die zumindest zwei geraden Hauptleitungsabschnitte 14.1 können jeweils in Form des vorgenannten Hohlprofilabschnitts 14a oder des offenen Profilabschnitts 14b ausgebildet sein bzw. jeweils den vorgenannten Hohlprofilabschnitt 14a oder offenen Profilabschnitt 14b aufweisen.
Weiterhin kann die Entgasungsleitung 14 mindestens einen Verbindungsleitungsabschnitt 14.2 aufweisen, der die zwei geraden Hauptleitungsabschnitte 14.1 miteinander verbindet. Bevorzugt verläuft der mindestens eine Verbindungsleitungsabschnitt 14.2 dabei jeweils senkrecht zu den zumindest zwei geraden Hauptleitungsabschnitten 14.1. Der mindestens eine Verbindungsleitungsabschnitt 14.2 kann somit entlang der Längsachse L des Energiespeichers 10 bzw. des Gehäuses 11 orientiert sein. Der mindestens eine Verbindungsleitungsabschnitt 14.2 kann sich zumindest abschnittweise oberhalb oder unterhalb der zwei geraden Hauptleitungsabschnitte erstrecken. Beispielsweise kann der mindestens eine Verbindungsleitungsabschnitt 14.2 die zwei geraden Hauptleitungsabschnitte 14.1 in Form eines nach unten oder oben offenen Bogens verbinden (vgl. 2B oder 5B). In einer Ausführungsform kann der mindestens eine Verbindungsleitungsabschnitt 14.2 zumindest abschnittsweise auf Höhe der mehreren Batteriezellen 12 angeordnet sein. Beispielsweise kann der mindestens eine Verbindungsleitungsabschnitt 14.2 angrenzend oder benachbart zu jeweiligen Stirnseiten der zumindest zwei Batteriezellenstapel angeordnet sein.
Weiterhin kann der mindestens eine Verbindungsleitungsabschnitt 14.2 jeweils an einem Endbereich der zwei geraden Hauptleitungsabschnitte 14.1 angeordnet sein. Im Fall von drei parallelen Hauptleitungsabschnitten 14.1, die paarweise über einen Verbindungsleitungsabschnitt 14.2 verbunden sind, kann die Entgasungsleitung 14 somit in Form des Buchstabens „E“ ausgebildet sein. Der mindestens eine Verbindungsleitungsabschnitt 14.2 kann jedoch jeweils an einem mittleren Bereich der zwei geraden Hauptleitungsabschnitte 14.1 oder an einem Bereich zwischen dem Endbereich und dem mittleren Bereich angeordnet sein (vgl. 4B und 5A). Weiterhin kann der mindestens eine Verbindungsleitungsabschnitt 14.2 mehrere (z. B. zwei) Verbindungsleitungsabschnitte 14.2 umfassen. Diese können z. B. entlang der Querachse Q voneinander beanstandet beabstandet angeordnet sein. Im Fall von drei parallelen Hauptleitungsabschnitten 14.1 können z. B. zwei der Hauptleitungsabschnitte 14.1 in einem mittleren Bereich über einen Verbindungsleitungsabschnitt 14.2 in Form des Buchstaben „H“ verbunden sein, während zwei der Hauptleitungsabschnitten 14.1 über zwei voneinander beabstandete Verbindungsleitungsabschnitte 14.2 miteinander verbunden sein können.
Die vorliegende Entgasungsleitung 14 ist ferner dadurch gekennzeichnet, dass diese ein hitzebeständiges Material 16, nämlich ein Silikat und/oder einen Hochtemperaturkunststoff, aufweist (vgl. 3A-3C). Als hitzebeständiges Material 16 kann dabei ein Material verstanden werden, welches hohen Temperaturen (z. B. Temperaturen > 100°C) widersteht bzw. auch bei hohen Temperaturen seine charakteristischen Eigenschaften beibehält. Beispielsweise kann das hitzebeständige Material 16 eine Schmelztemperatur von mindestens 150 °C, vorzugsweise mindestens 250 °C, besonders bevorzugt mindestens 400 °C, aufweisen.
Als Silikat können Salze und Ester der Ortho-Kieselsäure und deren Kondensate verstanden werden. Das Silikat kann bspw. ein mineralisches Silikat, wie z. B. Glimmer, umfassen. Lediglich beispielhaft kann die Entgasungsleitung 14 bzw. das hitzebeständige Material 16 natürliche Glimmerplatten und/oder natürliche Glimmerbruchstücke, z. B. aus Muskovit oder Phlogopit, aufweisen. Die Glimmerbruchstücke können mit einem, vorzugsweise hitzebeständigen, Bindemittel (z. B. mit einem Silikonharz) zu sog. Kunstglimmer oder Pressglimmer verbunden sein. Die Entgasungsleitung 14 bzw. das hitzebeständige Material 16 kann bspw. auch Glimmerpapier, z. B. mehrlagiges Silikonharz-imprägniertes Glimmerpapier, umfassen.
Als Hochtemperaturkunststoff kann ein Polymermaterial mit einer hohen Wärmeformbeständigkeit verstanden werden. Beispielsweise kann das hitzebeständige Material 16 bzw. der Hochtemperaturkunststoff ein, vorzugsweise aromatisches, Polyimid (z. B. Vespel) umfassen. Das hitzebeständige Material 16 bzw. der Hochtemperaturkunststoff kann bspw. auch ein Polyamidimid, ein Polyetherketon und/oder ein Polyetheretherketon umfassen. Der Hochtemperaturkunststoff kann ein Thermoplast und/oder ein Duroplast sein.
Die Entgasungsleitung 14 kann mit dem hitzebeständigen Material 16 beschichtet sein (vgl. 3A). Beispielsweise kann die Entgasungsleitung 14 einen Grundkörper (z. B. aus Kunststoff und/oder dem Hochtemperaturkunststoff) aufweisen, auf den das hitzebeständige Material 16 als Beschichtung aufgebracht ist. Die Beschichtung kann dabei auf den gesamten Grundkörper oder nur abschnittsweise, z. B. in besonders temperaturexponierten Stellen, aufgebracht sein. Beispielsweise kann die Beschichtung ausschließlich an einer den jeweiligen Entgasungselementen 12a zugewandten Oberfläche des Grundkörpers angeordnet sein. So kann die Beschichtung z. B. an einer Innenseite des Hohlprofilabschnitts 14a und/oder des offenen Profilabschnitts 14b angeordnet sein. Die Beschichtung kann homogen sein. Alternativ kann die Beschichtung räumlich strukturiert sein. Die Beschichtung kann z. B. einen ersten Bereich mit einer ersten Dicke der Beschichtung und einen zweiten Bereich mit einer, von der ersten Dicke unterschiedlichen, zweiten Dicke der Beschichtung, aufweisen. Die Entgasungsleitung 14 bzw. die Beschichtung kann somit zumindest zwei verschiedene Schichtdicken des hitzebeständigen Materials 16 aufweisen.
Die Entgasungsleitung 14 kann weiterhin ein Formteil aus dem hitzebeständigen Material 16 umfassen (vgl. 3B und 3C). Beispielsweise kann das hitzebeständige Material 16 als (z. B. gepresstes und/oder gegossenes) Formteil (z. B. als Rohr und/oder Profilelement) ausgebildet sein. In einer Ausführungsform kann bspw. die gesamte Entgasungsleitung 14 (z. B. durchgängig) aus dem hitzebeständigen Material 16 gefertigt sein. Hierzu kann das hitzebeständige Material 16 in Form der Entgasungsleitung 14 urgeformt und/oder umgeformt sein. Beispielweise kann können Glimmerbruchstücke mit einem Kunstharz (z. B. Epoxid- oder ein Silikonharz) als Bindemittel in eine Rohrstruktur verpresst und dann unter Druck und Temperatur verbacken sein. Entsprechend kann die (gesamte) Entgasungsleitung 14 im Wesentlichen aus dem hitzebeständigen Material 16 bestehen.
Weiterhin kann der elektrische Energiespeicher 10 jeweils weitere der vorgenannten Komponenten aufweisen. Diese können dabei wie vorstehend beschrieben ausgebildet sein. Die mehreren der vorgenannten Komponenten können dabei zueinander versetzt bzw. sich wiederholend in verschiedenen Lagen angeordnet sein. In einer Ausführungsform kann der elektrische Energiespeicher 10 bspw. ein mehrlagiger Energiespeicher sein (nicht ausdrücklich dargestellt).
So kann der elektrische Energiespeicher 10 bspw. weitere Batteriezellen aufweisen, die im Vergleich zu den vorgenannten mehreren Batteriezellen 12 in einer weiteren bzw. versetzten Lage bzw. Ebene angeordnet sind. Beispielsweise können die mehreren weiteren Batteriezellen parallelversetzt (z. B. oberhalb oder unterhalb) zu den mehreren Batteriezellen 12 angeordnet sein. Auch die mehreren weiteren Batteriezellen können jeweils ein weiteres Entgasungselement zur Zellentgasung aufweisen. Weiterhin kann der elektrische Energiespeicher 10 eine weitere Entgasungsleitung aufweisen, welche die weiteren Entgasungselemente der mehreren weiteren Batteriezellen fluidisch miteinander verbinden kann. Auch die weitere Entgasungsleitung kann dabei das hitzebeständige Material (z. B. in Form einer Beschichtung) aufweisen. Die weitere Entgasungsleitung kann (z. B. lagenübergreifen) mit der vorgenannten Entgasungsleitung 14 fluidisch verbunden sein. Zudem oder alternativ kann die weitere Entgasungsleitung auch mit einem weiteren Auslassventil (z. B. ein Überdruckventil) verbunden sein. Beispielsweise kann das weitere Auslassventil am Gehäuse 11 angeordnet sein. Bevorzugt ist das Gehäuse 11 hierbei mehrteilig bzw. modular ausgeführt. Beispielsweise kann das Gehäuse 11 mehrere, vorzugsweise rahmenförmige, Gehäuseabschnitt aufweisen, die, vorzugsweise aufeinander, gestapelt sind. In einer bevorzugten Ausführungsform weist dabei jeder der Gehäuseabschnitte ein entsprechendes Auslassventil auf.
Obwohl die Erfindung unter Bezugnahme auf bestimmte Ausführungsbeispiele beschrieben worden ist, ist es für einen Fachmann ersichtlich, dass verschiedene Änderungen ausgeführt werden können und Äquivalente als Ersatz verwendet werden können, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen. Folglich soll die Erfindung nicht auf die offenbarten Ausführungsbeispiele begrenzt sein, sondern soll alle Ausführungsbeispiele umfassen, die in den Bereich der beigefügten Patentansprüche fallen. Insbesondere beansprucht die Erfindung auch Schutz für den Gegenstand und die Merkmale der Unteransprüche unabhängig von den in Bezug genommenen Ansprüchen.
Bezugszeichenliste

10: Elektrischer Energiespeicher
11: Gehäuse
12: Batteriezelle
12a: Entgasungselement
14: Entgasungsleitung
14.1: Hauptleitungsabschnitt
14.2: Verbindungsleitungsabschnitt
14a: Hohlprofilabschnitt
14b: Offener Profilabschnitt
15: Durchgangsöffnung
16: Hitzebeständiges Material
18: Abdeckplatte
18a: Durchgang
20: Aufnahmeraum
H: Hochachse
L: Längsachse
Q: Querachse

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 20060292437 A1 [0003]

Claims

Elektrischer Energiespeicher (10) für ein Kraftfahrzeug, vorzugsweise Nutzfahrzeug, aufweisend: mehrere Batteriezellen (12), die jeweils ein Entgasungselement (12a) zur Zellentgasung aufweisen; und eine Entgasungsleitung (14), welche die Entgasungselemente (12a) der mehreren Batteriezellen (12) fluidisch miteinander verbindet; wobei die Entgasungsleitung (14) ein hitzebeständiges Material (16), nämlich ein Silikat und/oder einen Hochtemperaturkunststoff, aufweist
Elektrischer Energiespeicher (10) nach Anspruch 1, wobei: das hitzebeständige Material (16) eine Schmelztemperatur von mindestens 150 °C, vorzugsweise mindestens 250 °C, besonders bevorzugt mindestens 400 °C, aufweist.
Elektrischer Energiespeicher (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei: das Silikat Glimmer, vorzugsweise Kunstglimmer, umfasst; und/oder der Hochtemperaturkunststoff ein Polyimid umfasst.
Elektrischer Energiespeicher (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Entgasungsleitung (14): ausgebildet ist, aus den mehreren Batteriezellen (12) über die Entgasungselemente (12a) austretende Stoffe zu sammeln und vorzugsweise aus dem elektrischen Energiespeicher (10) zu leiten; und/oder zumindest abschnittsweise einen Aufnahmeraum (20) für aus den jeweiligen Entgasungselementen (12a) austretende Stoffe begrenzt.
Elektrischer Energiespeicher (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Entgasungsleitung (14) aufweist: einen Hohlprofilabschnitt (14a) mit mehreren Durchgangsöffnungen (15), wobei vorzugsweise die mehreren Durchgangsöffnungen (15) jeweils fluchtend zu den jeweiligen Entgasungselementen (12a) angeordnet sind; und/oder einen offenen Profilabschnitt (14b), vorzugsweise einen U-, C- und/oder Hut-Profil abschnitt, wobei der offene Profilabschnitt (14b) einen zu den jeweiligen Entgasungselementen (12a) hin offenen Querschnitt aufweist.
Elektrischer Energiespeicher (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei: die Entgasungsleitung (14) einen Grundkörper, vorzugsweise aus Kunststoff, aufweist, auf den das hitzebeständige Material (16) als Beschichtung aufgebracht ist.
Elektrischer Energiespeicher (10) nach Anspruch 6, wobei die Beschichtung: a) einen ersten Bereich mit einer ersten Dicke der Beschichtung und einen zweiten Bereich mit einer, von der ersten Dicke unterschiedlichen, zweiten Dicke der Beschichtung, aufweist; und/oder b) an einer den jeweiligen Entgasungselementen (12a) zugewandten Oberfläche des Grundkörpers angeordnet ist.
Elektrischer Energiespeicher (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei: das hitzebeständige Material (16) als, vorzugsweise gepresstes und/oder gegossenes, Formteil ausgebildet ist; und/oder die Entgasungsleitung (14) im Wesentlichen aus dem hitzebeständigen Material (16) besteht.
Elektrischer Energiespeicher (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, ferner aufweisend: eine Abdeckplatte (18), die zwischen der Entgasungsleitung (14) und den mehreren Batteriezellen (12) angeordnet ist und die die mehreren Batteriezellen (12) überdeckt, vorzugsweise zum Schutz der mehreren Batteriezellen (12) vor aus den jeweiligen Entgasungselementen (12a) austretenden Stoffen.
Elektrischer Energiespeicher (10) nach Anspruch 9, wobei die Abdeckplatte (18): a) mehrere Durchgänge (18a) aufweist, die jeweils korrespondierend, vorzugsweise fluchtend, zu den jeweiligen Entgasungselementen (12a) angeordnet sind; und/oder b) eine Seitenfläche, vorzugsweise jeweils eine Oberseitenfläche, jeder der mehreren Batteriezellen (12) bedeckt; und/oder c) zusammen mit der Entgasungsleitung (14) einen Aufnahmeraum (20) für aus den jeweiligen Entgasungselementen (12a) austretende Stoffe begrenzt.
Elektrischer Energiespeicher (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, ferner aufweisend: mindestens ein, vorzugsweise an einem Gehäuse (11) des elektrischen Energiespeichers angeordnetes, Auslassventil, das mit der Entgasungsleitung (14) fluidisch verbunden ist, vorzugsweise zum Abführen der aus den jeweiligen Entgasungselementen (12a) austretenden Stoffen aus dem Gehäuse (11).
Elektrischer Energiespeicher (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei: die mehreren Batteriezellen (12) in Form von zumindest zwei Batteriezellenstapeln angeordnet sind, die vorzugsweise jeweils eine gleiche Stapelrichtung aufweisen; die Entgasungsleitung (14) zumindest zwei gerade Hauptleitungsabschnitte (14.1) aufweist, die jeweils einem der zumindest zwei Batteriezellenstapel zugeordnet sind; und die Entgasungsleitung (14) mindestens einen Verbindungsleitungsabschnitt (14.2) aufweist, der die zwei geraden Hauptleitungsabschnitte (14.1) miteinander verbindet.
Elektrischer Energiespeicher (10) nach Anspruch 12, wobei: sich der mindestens eine Verbindungsleitungsabschnitt (14.2) zumindest abschnittweise oberhalb oder unterhalb der zwei geraden Hauptleitungsabschnitte (14.1) erstreckt.
Elektrischer Energiespeicher (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, ferner aufweisend: mindestens ein Dichtelement, das zwischen der Entgasungsleitung (14) und den mehreren Batteriezellen (12) angeordnet ist.
Kraftfahrzeug, vorzugsweise Nutzfahrzeug, aufweisend einen elektrischen Energiespeicher (10) nach einem der vorherigen Ansprüche.