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Die Erfindung betrifft eine Batterie für ein Kraftfahrzeug, die eine Barriere aufweist, um ein Überspringen eines thermischen Ereignisses auf andere Batteriezellen zu verhindern. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit solch einer Batterie.
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Die 1 und 2 zeigen eine Batterie 1 vom Stand der Technik. In einem Batteriegehäuse 2 sind schematisch zwei Batteriemodule 3 angeordnet. Jedes Batteriemodul 3 weist zwei Batteriezellenstapel 4 auf, in denen jeweils eine Vielzahl von quaderförmigen (sog. prismatischen) Batteriezellen 5 aneinander gestapelt sind. Diese zwei Batteriezellenstapel 4 sind so zueinander angeordnet, dass die Böden der Batteriezellen zueinander weisen und dazwischen Kühlplatten 6 angeordnet sind. Diese Anordnung kann unter Bauraumgesichtspunkten vorteilhaft sein. Die Batteriemodule 3 sind nebeneinander angeordnet. Üblicherweise haben Batteriezellen 5 Ausgasungssollbruchstellen 7, in der Regel Berstmembrane, die im Falle eines thermischen Durchgehens einer Batteriezelle 5 aufbrechen, so dass die betroffene Batteriezelle 5 über diese Ausgasungssollbruchstelle 7 ausgasen kann. Im Falle der dargestellten Anordnung der Batteriezellen 5 ergibt sich, dass die Ausgasungssollbruchstellen 7 eines Batteriemoduls 3 zu den Batteriezellen 5, insbesondere auf deren Ausgasungssollbruchstellen 7, des benachbarten Batteriemoduls 3 gerichtet sind.
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Um zu verhindern, dass im Falle eines thermischen Ereignisses diese gegenüberliegende Anordnung der Ausgasungssollbruchstellen 7 dazu führt, dass ein thermisches Ereignis einer Batteriezelle 4 auf eine gegenüberliegende Batteriezelle 4 überspringt (sog. Propagation), ist eine Trennwand 8 vorgesehen. Diese Trennwand 8 verhindert einerseits das Überspringen eines thermischen Ereignisses auf gegenüberliegende Batteriezellen 4 und führt andererseits aus einer Batteriezelle 4 ausströmende heiße Gase weg von der betroffenen Batteriezelle 4 nach außen, wie in 2 durch die Pfeile 9 dargestellt. Für solch eine Führung der Gase ist ein gewisser Mindestabstand M zwischen der Trennwand 8 und den Batteriemodulen 3 erforderlich, damit genügend Zwischenraum zum Entweichen der Gase zur Verfügung steht. Dies kostet wertvollen Bauraum, der nicht mehr für die Unterbringung weiterer Batteriezellen zur Verfügung steht.
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Die
WO 2019/ 065 169 A1 beschreibt eine Batterie für ein Kraftfahrzeug, mit einer ersten Batteriezelle mit einer Sollbruchstelle zum Ausgasen; einer zweiten Batteriezelle; einer Matte, die zwischen der ersten und zweiten Batteriezelle angeordnet ist; wobei die Sollbruchstelle zur Matte weist, und wobei die Matte zumindest punktuell zu der ersten und zweiten Batteriezelle bewegbar und mit dieser kontaktierbar ist.
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Ferner ist aus der
WO 2022/ 202 237 A1 eine Stromversorgungsvorrichtung mit Batteriezellen bekannt.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung die vorstehend genannten Nachteile zumindest teilweise zu beseitigen. Diese Aufgabe wird durch eine Batterie gemäß Anspruch 1 sowie ein Kraftfahrzeug gemäß Anspruch 6 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird eine Batterie bzw. eine Antriebsbatterie für ein Kraftfahrzeug bereitgestellt, mit einer ersten Batteriezelle mit einer Sollbruchstelle zum Ausgasen; einer zweiten Batteriezelle; einer Matte, die zwischen der ersten und zweiten Batteriezelle angeordnet ist; wobei die Sollbruchstelle zur Matte weist, und wobei die Matte zumindest punktuell zu der ersten und zweiten Batteriezelle bewegbar und mit dieser kontaktierbar ist. Darüber hinaus wird die Matte an zwei gegenüberliegenden Enden von zumindest einem Halteelement gehalten. Außerdem weist die Matte zwischen diesen Enden, verglichen mit einem geradlinigen Abstand der beiden Enden, ein Übermaß auf. Insbesondere handelt es sich bei den gegenüberliegenden Enden um Enden der Matte, welche sich auf derselben Vertikalen oder Horizontalen, bezogen auf eine vorgesehene Einbaulage der Batterie im Kraftfahrzeug, liegen. Diese bewegliche Matte hat den Vorteil, dass nicht beiderseits der Matte der erforderliche Mindestabstand zum Bereitstellen des nötigen Zwischenraums zur Gasführung vorgehalten werden muss. Vielmehr kann die Matte, je nachdem auf welcher Seite eine Batteriezelle ausgast, diese durch den Gasstrahl von der ausgasenden Batteriezelle wegbewegt werden, so dass durch das Wegbewegen der für die Gasführung zur Verfügung stehende Zwischenraum vergrößert wird und gleichzeitig ein Propagationsschutz geschaffen wird, der ein Überspringen eines thermischen Ereignisses auf eine gegenüberliegende Batteriezelle verhindert oder zumindest hemmt.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung handelt es sich bei der Matte um eine Fasermatte. Diese ist kostengünstig herstellbar und hat die entsprechende Flexibilität.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Batterie ferner ausgestattet mit einem ersten Batteriezellenstapel, mit einer Vielzahl von ersten Batteriezellen, und einem zweiten Batteriezellenstapel, mit einer Vielzahl von zweiten Batteriezellen, wobei der zweite Batteriezellenstapel geometrisch parallel zum ersten Batteriezellenstapel angeordnet ist, wobei eine Ebene, in welcher die beiden gehaltenen Enden der Matte liegen, mittig und parallel zum ersten und zweiten Batteriezellenstapel angeordnet ist.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die Matte Glasfasern oder Keramikfasern auf. Diese sind besonders temperaturbeständig und bieten die erforderliche Flexibilität, so dass sie einen guten Propagationsschutz bieten.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die Matte eine Beschichtung aus Epoxidharz oder Silikon auf. Dies verbessert die Gasdichtheit der Matte und verbessert somit den Propagationsschutz noch weiter.
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Darüber hinaus stellt die vorliegende Erfindung ein Kraftfahrzeug mit solch einer Batterie bereit.
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Nachfolgend wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. In diesen Zeichnungen ist Folgendes dargestellt:
- 3 zeigt schematisch eine Draufsicht einer Batterie gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
- 4 zeigt schematisch eine Vorderansicht der Matte der Batterie aus 3, und
- 5 zeigt schematisch eine Draufsicht der Matte aus 4 in verschiedenen Zuständen.
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3 zeigt schematisch eine Draufsicht einer Batterie 10 bzw. einer Antriebsbatterie gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Batterie 10 ist in einem (nicht dargestellten) Kraftfahrzeug eingebaut, bei dem es sich um ein zumindest zeitweise rein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug handelt. Die Batterie 10 speichert elektrische Energie und stellt diese einem Antrieb, d.h. zumindest einem Elektromotor, und weiteren Verbrauchern zu Verfügung.
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Die Batterie 10 weist ein Batteriegehäuse 11 auf, welches mehrere Batteriemodule 12 einhaust. In 3 sind zwei Batteriemodule 12 veranschaulicht. Jedes Batteriemodul 12 weist zwei Batteriezellenstapel 13 auf, von denen jeder eine Vielzahl an Batteriezellen 14 hat, die aneinander gestapelt sind. Bei den Batteriezellen 14 handelt es sich um elektrochemische Speicherzellen, beispielsweise Lithium-Ionen-Zellen, zum Speichern und Bereitstellen von elektrischer Energie. Diese sind wiederaufladbar und insbesondere quaderförmig (sog. prismatische Zellen). Die Batteriezellen 14 eines Batteriezellenstapels 13 sind mit ihren großen Flächen 14A entlang einer Stapelrichtung (senkrecht zu den großen Flächen) aneinander gestapelt. An einer zur Stapelrichtung parallelen Fläche 14B sind die Batteriezellen 14 mit Anschlüssen, insbesondere einem Plus- und Minuspol, sowie Ausgasungssollbruchstellen 15 versehen. Bei den Ausgasungssollbruchstellen 15 handelt es sich insbesondere um Berstmembrane, die im Falle eines thermischen Durchgehens (auch „thermal runaway“ genannt) einer Batteriezelle 14 aufplatzen und somit eine Ausgasung der thermisch durchgehenden Batteriezelle ermöglichen. Gegenüberliegend zu diesen Flächen 14B befinden sich Böden 14C der Batteriezellen 14.
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Die beiden Batteriezellenstapel 13 desselben Batteriemoduls 12 sind so angeordnet, dass die Böden 14C eines Batteriezellenstapels 13 zu den Böden 14C des anderen Batteriezellenstapels 13 weisen. Zwischen den Batteriezellenstapeln 13 eines Batteriemoduls 12 ist jeweils eine Kühlplatte 16 angeordnet, an welche die Böden 14C der Batteriezellen 14 anliegen.
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Die Batteriemodule 12 sind geometrisch parallel bzw. nebeneinander angeordnet. Dadurch weisen die Ausgasungssollbruchstellen 15 der Batteriezellen 14 eines Batteriezellenstapels 13 eines Batteriemoduls 12 zu den Ausgasungssollbruchstellen 15 der Batteriezellen 14 eines Batteriezellenstapels 13 eines benachbarten Batteriemoduls 12.
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Zwischen zwei benachbarten Batteriemodulen 12 ist jeweils eine Matte 17 angeordnet. Im Unterschied zu dem in den 1 und 2 beschriebenen Trennwand ist die Matte 17 flexibel. Die Matte 17 wird an zumindest zwei Enden 18 von zumindest einem Halteelement 19 gehalten, insbesondere bezüglich des Batteriegehäuses 11 gehalten. Die beiden gehaltenen Enden 18 liegen auf einer Ebene Y, welche sich mittig zwischen zwei benachbarten Batteriemodulen 12 erstreckt. Beispielsweise handelt es sich bei den gehaltenen Enden 18 um gegenüberliegende Enden der Matte, welche sich auf derselben Vertikalen oder Horizontalen, bezogen auf eine vorgesehene Einbaulage der Batterie im Kraftfahrzeug, liegen.
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Insbesondere ist die Abmessung der Matte 17 von einem Ende 18 zum gegenüberliegenden Ende 18 größer als ein geradliniger Abstand der beiden Enden 18, d.h. die Matte 17 hat verglichen mit diesem geradlinigen Abstand ein Übermaß. Dieses Übermaß kann beispielsweise so groß sein, das die Matte 17 zumindest punktuell zu jedem der beiden Batteriemodule 12, zwischen denen die Matte 17 angeordnet ist, bewegbar ist und diese berühren kann (wie in 3 dargestellt).
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Dadurch erreicht man den Vorteil, dass ein Mindestabstand X verglichen mit dem Mindestabstand M aus 2 (Stand der Technik) verkleinert werden kann, weil durch die Flexibilität und das Übermaß der Matte 17, im Falle einer Ausgasung, der Gasstrahl die Matte 17 hin zum gegenüberliegenden Batteriemodul 12 auslenkt und dadurch einen ausreichend großen Durchgang für die austretenden Gase schafft, der größer als der Mindestabstand X ist.
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4 zeigt schematisch eine Vorderansicht der Matte 17. Bei der Matte handelt es sich insbesondere um eine Fasermatte. Diese ist rechteckig und beispielsweise aus Glasfaser oder Keramikfaser. Zur besseren Gasdichtigkeit kann sie einseitig oder beidseitig mit einer Beschichtung versehen sein, beispielsweise aus Epoxidharz oder Silikon. Die Fasern, aus denen die Matte 17 hergestellt ist, können miteinander verwoben sein, insbesondere in einer geordneten Art und Weise. Die Fasern können aber auch in einer Zufallsanordnung ausgerichtet sein.
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Die Matte 17 ist an einem Halteelement 19 befestigt und kann durch dieses im Batteriegehäuse 11 positioniert und gehalten werden. Im dargestellten Fall sind die beiden seitlichen, gegenüberliegenden Enden 18 an einem zweiteiligen Halteelement 19 befestigt, d.h. jedes Ende 18 ist mit einem separaten Halteelement 19 verbunden, welches sich leistenartig entlang der Seitenkante erstreckt. Es ist aber auch denkbar, dass das Haltelement 19 ein U-förmiger Rahmen oder ein vollständig die Matte 17 umlaufender Rahmen ist. Ebenfalls wäre denkbar, dass das Halteelement 19 die Matte 17 nur entlang einer Kante, beispielsweise der oberen Kante (bezogen auf die Einbaulage im Kraftfahrzeug) hält, so dass die Matte 17 wie ein Vorhang nach unten hängt.
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5 zeigt schematisch eine Draufsicht der Matte 17 in verschiedenen Zuständen. Mit Bezugszeichen 17 ist die Matte in einem Zustand gekennzeichnet, in dem kein thermisches Ereignis vorliegt. Wie zu erkennen ist, kann sich durch das vorstehend beschriebene Übermaß ergeben, dass sich die Matte 17 entlang einem Ende 18 zum gegenüberliegenden Ende 18 wellt. Tritt ein thermisches Ereignis 20A auf, dann drückt der Gasaustritt die Matte 17 zum gegenüberliegenden Batteriemodul 12, so dass die Matte 17 beispielsweise die Form 17A einnimmt. Tritt ein thermisches Ereignis 20B bei einer Batteriezelle 14 des gegenüberliegenden Batteriemoduls 12 auf, dann drückt der Gasaustritt die Matte 17 zum Batteriemodul 12, welches der ausgasenden Batteriezelle 14 gegenüberliegt, so dass die Matte 17 beispielsweise die Form 17B einnimmt.
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Während die Erfindung detailliert in den Zeichnungen und der vorangehenden Beschreibung veranschaulicht und beschrieben wurde, ist diese Veranschaulichung und Beschreibung als beispielhaft und nicht als beschränkend zu verstehen und es ist nicht beabsichtigt die Erfindung auf das offenbarte Ausführungsbeispiel zu beschränken. Die bloße Tatsache, dass bestimmte Merkmale in verschiedenen abhängigen Ansprüchen genannt sind, soll nicht andeuten, dass eine Kombination dieser Merkmale nicht auch vorteilhaft genutzt werden könnte.
