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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Batterieeinrichtung für ein wenigstens teilweise elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug und umfasst wenigstens ein Batteriegehäuse mit wenigstens einem Gehäuseraum und in dem Gehäuseraum untergebrachte Batteriezellen. Die Batteriezellen weisen jeweils ein Zellengehäuse mit jeweils wenigstens einem Zellentgasungsabschnitt auf. Das Batteriegehäuse weist wenigstens eine Gehäusewandung mit Gehäuseentgasungsöffnungen auf. Die Gehäuseentgasungsöffnungen sind wenigstens abschnittsweise gegenüber liegend zu jeweils wenigstens einem Zellentgasungsabschnitt angeordnet.
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Im Falle eines Störfalls und beispielsweise bei einem sogenannten thermischen Durchgehen (sog. Thermal Runaway bzw. thermisches Ereignis) der Batteriezellen entsteht in der Regel viel Gas, welches aus den Batteriezellen und aus dem Batteriegehäuse geleitet werden muss. Die Ausleitung der Gase aus den Batteriezellen erfolgt in der Regel über die Zellentgasungsabschnitte, welche dazu z. B. als Sollbruchstelle ausgelegt sind. Im Normalbetrieb sind die Zellentgasungsabschnitte üblicherweise verschlossen.
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Aus dem Batteriegehäuse können die Gase dann über die Gehäuseentgasungsöffnungen entweichen. Die Gehäuseentgasungsöffnungen sind im Normalbetrieb üblicherweise abgedichtet, sodass z. B. Schmutz oder Feuchtigkeit nicht in den Gehäuseraum eindringen können. Allerdings müssen die Gehäuseentgasungsöffnungen so abgedichtet sein, dass die heißen Gase im Störfall die Gehäuseentgasungsöffnungen passieren können.
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Die
DE 20 2020 105 592 U1 zeigt eine Berstschutzabdeckung für ein Batteriegehäuse mit einer Membran, welche eine Behälteröffnung abdeckt und aus einer dünnen Folie gebildet ist. Die Membran ist mit einem Verstärkungsring in einer Einfassung dicht aufgenommen. Die Einfassung ist an einem die Behälteröffnung umgebenden Randbereich festgelegt.
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Demgegenüber ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Möglichkeit zur zuverlässigen Abdichtung der Gehäuseentgasungsöffnungen zur Verfügung zu stellen, welche unaufwendig umsetzbar und zugleich bei einem Störfall ein sicheres Entweichen der heißen Gase zulässt.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Batterieeinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der allgemeinen Beschreibung und der Beschreibung des Ausführungsbeispiels.
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Die erfindungsgemäße Batterieeinrichtung ist für ein wenigstens teilweise elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug und insbesondere für ein Elektrofahrzeug und/oder Hybridfahrzeug vorgesehen. Die Batterieeinrichtung ist insbesondere als eine Hochvoltbatterie und vorzugsweise als eine Traktionsbatterie ausgebildet. Die Batterieeinrichtung umfasst wenigstens ein Batteriegehäuse mit einem Gehäuseraum. Die Batterieeinrichtung umfasst in dem Gehäuseraum untergebrachte Batteriezellen und insbesondere eine Vielzahl von Batteriezellen. Die Batteriezellen weisen jeweils ein Zellengehäuse mit jeweils wenigstens einem vordefinierten Zellentgasungsabschnitt auf. Das Batteriegehäuse weist wenigstens eine Gehäusewandung mit Gehäuseentgasungsöffnungen auf. Die Gehäuseentgasungsöffnungen sind wenigstens abschnittsweise gegenüberliegend zu jeweils wenigstens einem (korrespondierenden) Zellentgasungsabschnitt angeordnet. Dabei ist an der Gehäusewandung wenigstens ein folienartiges (dünnes) Flächengebilde befestigt und vorzugsweise verklebt. Das Flächengebilde verschließt die Gehäuseentgasungsöffnungen (gemeinsam). Das Flächengebilde ist dazu geeignet und ausgebildet, (im Störfall) druckinitiiert und/oder temperaturinitiiert zu versagen und dadurch wenigstens eine der Gehäuseentgasungsöffnungen wenigstens teilweise freizugeben. Dabei ist das Flächengebilde entlang wenigstens eines Randabschnitts mittels wenigstens eines Leistenelements abgedeckt und unterstützend zu einer Klebeverbindung befestigt.
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Es ist bevorzugt und vorteilhaft, dass sämtliche an der Gehäusewandung angeordneten Gehäuseentgasungsöffnungen gemeinsam durch das Flächengebilde verschlossen sind. Insbesondere erstreckt sich das Flächengebilde durchgehend über sämtliche an der Gehäusewandung angeordneten Gehäuseentgasungsöffnungen. Insbesondere ist das Flächengebilde einstückig ausgebildet.
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Bevorzugt und vorteilhaft ist auch, dass das Flächengebilde als eine Folie ausgebildet ist oder wenigstens eine solche umfasst. Die Folie erstreckt sich insbesondere durchgehend über sämtliche an der Gehäusewandung angeordneten Gehäuseentgasungsöffnungen. Insbesondere ist die Folie einstückig ausgebildet. Die Folie kann beispielsweise aus einem Kunststoff oder einem Metall bzw. einem Metallwerkstoff oder aus einem Verbundwerkstoff gefertigt sein.
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Vorzugsweise dichtet das Flächengebilde die Gehäuseentgasungsöffnungen zur Umgebung des Batteriegehäuses hin ab. Insbesondere verschließt das Flächengebilde die Gehäuseentgasungsöffnungen derart, dass der Gehäuseraum gegenüber der Umgebung abgedichtet ist. Insbesondere ist das Flächengebilde zur Umgebung hin abgedichtet.
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Es ist besonders bevorzugt und vorteilhaft, dass das Flächengebilde an der Gehäusewandung verklebt und vorzugsweise flächig verklebt ist. Insbesondere ist das Flächengebilde mittels wenigstens einer Klebeverbindung an der Gehäusewandung befestigt. Die Klebeverbindung ist insbesondere wenigstens abschnittsweise flächig ausgebildet. Die Klebeverbindung kann auch wenigstens abschnittsweise linienförmig und/oder punktförmig ausgebildet sein. Insbesondere verläuft die Klebeverbindung derart, dass eine sämtliche Gehäuseentgasungsöffnungen der Gehäusewandung gemeinsam ringartig umschließende Dichtlinie bereitgestellt wird.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung sind im Gehäuseraum Strömungswände angeordnet. Die Strömungswände sind insbesondere dazu geeignet und ausgebildet, alleine und/oder in Kombination mit den Batteriezellen Strömungspfade für heiße Gase im Störfall wenigstens teilweise zu begrenzen. Vorzugsweise verlaufen die Strömungspfade gezielt entlang von Gehäuseentgasungsöffnungen. Insbesondere sind die Strömungswände dazu geeignet und ausgebildet, die heißen Gase gezielt entlang der Gehäuseentgasungsöffnungen zu verteilen, sodass die heißen Gase möglichst viele Gehäuseentgasungsöffnungen passieren (und diese dadurch zerstören können). Insbesondere führen die Strömungswände die heißen Gase entlang von Gehäuseentgasungsöffnungen, sodass die an diesen Gehäuseentgasungsöffnungen angeordneten Abschnitte des Flächengebildes versagen und die Gehäuseentgasungsöffnungen freigeben.
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Insbesondere ist das Flächengebilde dazu geeignet und ausgebildet, den Eintritt von Schmutz und/oder Feuchtigkeit im Normalbetrieb zu verhindern. Das Flächengebilde kann auch dazu geeignet und ausgebildet sein, das Austreten von im Gehäuseraum angeordneten Betriebsflüssigkeiten zu verhindern.
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Das Flächengebilde ist vorzugsweise an einer dem Gehäuseraum abgewandten Außenseite der Gehäusewandung befestigt und insbesondere verklebt. Das hat den Vorteil, dass das Flächengebilde bei einer Beschädigung von außen repariert bzw. gewechselt werden kann, ohne dass ein Zugang zum Gehäuseraum notwendig ist. Dadurch müssen beim Austausch bzw. bei der Reparatur des Flächengebildes keine anderen Komponenten demontiert werden.
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Erfindungsgemäß ist das Flächengebilde entlang wenigstens eines Randabschnitts unterstützend zu einer Klebeverbindung mittels wenigstens eines Leistenelements befestigt. Insbesondere dient das Leistenelement zum Schutz gegen Umwelteinflüsse und/oder mechanische Einflüsse, welche beispielsweise die Klebeverbindung beeinträchtigen können. Das Leistenelement ist insbesondere an der Gehäusewandung befestigt. Es ist möglich, dass das Leistenelement als Winkelprofil ausgebildet ist oder wenigstens ein solches umfasst. Insbesondere erstreckt sich das Winkelprofil entlang wenigstens einer Seitenkante des Batteriegehäuses. Insbesondere liegt das Flächengebilde zwischen dem Leistenelement und der Gehäusewandung.
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Insbesondere stellt das Flächengebilde gegenüber der Gehäusewandung wenigstens eine Dichtlinie bereit, welche sämtliche an der Gehäusewandung angeordneten Gehäuseentgasungsöffnungen gemeinsam ringartig umschließt. Eine solche Dichtlinie ist um ein Vielfaches kürzer als viele einzelne Dichtlinien, welche für eine Abdichtung jeder einzelnen Gehäuseentgasungsöffnung benötigt würden. Insbesondere verläuft die wenigstens eine Klebeverbindung entlang der Dichtlinie. Insbesondere wird die Dichtlinie durch die gezielte Befestigung und vorzugsweise durch eine Klebeverbindung bereitgestellt.
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Es ist möglich, dass die Dichtlinie durch Einzeldichtlinien ergänzt wird, welche jeweils eine Gehäuseentgasungsöffnung ringartig umschließen. Die Dichtlinie und die Einzeldichtlinien werden vorzugsweise durch das flächige Verkleben des Flächengebildes mittels der Klebeverbindung bereitgestellt.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung ist die Gehäusewandung als eine das Batteriegehäuse nach außen abschließende Seitenplatte des Batteriegehäuses ausgebildet. Besonders bevorzugt ist die Gehäusewandung als eine Bodenplatte ausgebildet. Möglich und vorteilhaft ist auch, dass die Seitenplatte als ein Deckel oder als eine Seitenplatte ausgebildet ist.
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In einer bevorzugten Weiterbildung ist das Gehäuse ein Modulgehäuse für ein Batteriemodul. Insbesondere weist die Batterieeinrichtung wenigstens ein Batteriemodul und vorzugsweise eine Mehrzahl von Batteriemodulen auf.
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Im Rahmen der vorliegenden Erfindung beziehen sich die Begriffe druckinitiiert bzw. temperaturinitiiert insbesondere auf die bei einem Störfall zu erwartenden Drücke bzw. Temperaturen. Insbesondere ist das Flächengebilde dazu geeignet und ausgebildet, unter den Bedingungen eines Störfalls und insbesondere eines thermischen Durchgehens wenigstens einer der Batteriezellen gezielt zu versagen. Insbesondere versagt das Flächengebilde bei Kontakt mit den bei einem Störfall auftretenden heißen Gasen. Unter einem Versagen wird insbesondere ein Schmelzen und/oder Aufreißen des Flächengebildes verstanden. Insbesondere können durch das Versagen des Flächengebildes die heißen Gase über die Gehäuseentgasungsöffnungen aus dem Gehäuseraum entweichen.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Wasserablaufventil mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der allgemeinen Beschreibung und der Beschreibung des Ausführungsbeispiels.
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Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den Ausführungsbeispielen, die im Folgenden mit Bezug auf die beiliegenden Figuren erläutert werden.
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In den Figuren zeigen:
- 1 eine stark schematisierte Darstellung einer erfindungsgemäßen Batterieeinrichtung in einer geschnittenen Seitenansicht;
- 2 die Batterieeinrichtung der 1 während eines Störfalls;
- 3 die Batterieeinrichtung der 1 ohne Darstellung des Flächengebildes in einer Ansicht von unten; und
- 4 die Batterieeinrichtung der 1 in einer Ansicht von unten.
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Die 1 bis 4 zeigen eine erfindungsgemäße Batterieeinrichtung 1 mit einem Batteriegehäuse 2, welches hier rein beispielhaft als Modulgehäuse eines Batteriemoduls ausgebildet ist. Die Batterieeinrichtung 1 kann weitere, hier nicht dargestellte Batteriemodule umfassen oder durch ein einzelnes Batteriemodul bereitgestellt werden. Die Batterieeinrichtung 1 ist hier zum Beispiel eine Hochvoltbatterie bzw. Traktionsbatterie für den Antrieb eines wenigstens teilweise elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs.
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Im Gehäuseraum 12 des Batteriegehäuses 2 sind eine Vielzahl von Batteriezellen 3 untergebracht, welche z. B. als prismatische Zellen ausgebildet. Die Batteriezellen 3 umfassen jeweils ein Zellengehäuse 13 mit jeweils einem Zellentgasungsabschnitt 23 (sog. Ventbereich) zum Abführen von Gasen bei einem thermischen Ereignis. In dem Zellengehäuse 13 sind die elektrochemischen Komponenten der Batteriezelle 3 untergebracht.
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Die Zellentgasungsabschnitte 23 sind hier einer als Bodenplatte 52 ausgebildeten Gehäusewandung 22 des Batteriegehäuses 2 zugewandt. Dabei liegt hier jeweils ein Zellentgasungsabschnitt 23 einer in der Gehäusewandung 22 ausgebildeten Gehäuseentgasungsöffnung 32 gegenüber. Somit korrespondiert jeweils ein Zellentgasungsabschnitt 23 mit jeweils einer Gehäuseentgasungsöffnung 32. Dadurch können die im Störfall aus den Zellentgasungsabschnitten 23 austretenden heißen Gase möglichst direkt über die korrespondierende Gehäuseentgasungsöffnung 32 aus dem Batteriegehäuse 2 abgeführt werden.
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Um den Gehäuseraum 12 gegenüber der Umgebung des Batteriegehäuses 2 abzudichten, sind die Gehäuseentgasungsöffnungen 32 im Normalbetrieb mittels eines dünnen Flächengebildes 4 verschlossen. Das Flächengebilde 4 ist hier zum Beispiel als Folie 14 ausgebildet. Durch die bei einem Störfall im Gehäuseraum 12 auftretenden Temperaturen bzw. Drücke kommt es zu einem gezielten Versagen des Flächengebildes 4. Dadurch werden eine bzw. mehrere Gehäuseentgasungsöffnungen 32 freigegeben und die heißen Gase können dort entweichen.
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Das Flächengebilde 4 verschließt hier sämtliche an der Gehäusewandung 22 angeordnete Gehäuseentgasungsöffnungen 32. Mit anderen Worten, die an der Gehäusewandung 22 angeordneten Gehäuseentgasungsöffnungen 32 werden gemeinsam durch das eine Flächengebilde 4 verschlossen. Das ermöglicht eine unaufwendige Herstellung und bietet zugleich eine zuverlässige Abdichtung gegenüber der Umgebung und verhindert z. B. den Eintritt von Feuchtigkeit und Schmutz.
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Das Flächengebilde 4 ist hier an einer Außenseite 42 der Gehäusewandung 22 befestigt. Dort ist das Flächengebilde 4 mittels einer Klebeverbindung 7 verklebt, sodass sich z. B. eine vollflächige Verklebung ergibt. Dadurch wird hier eine Dichtlinie 24 geschaffen, welche einmal ringartig um die Gehäusewandung 22 verläuft und dabei sämtliche Gehäuseentgasungsöffnungen 32 einschließt. Durch das flächige Verkleben werden hier zudem noch die Gehäuseentgasungsöffnungen 32 jeweils einzeln umschlossen. Die Dichtlinie 24 ist in der 3 als gestrichelte Linie skizziert.
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Das Flächengebilde 4 ist hier an seinen Randabschnitten durch Leistenelemente 6 abgedeckt und geschützt. Ein solcher Schutz ist vorteilhaft, da es erfahrungsgemäß in den Randabschnitten durch Umwelteinflüsse zu einem unerwünschten Ablösen des Flächengebildes 4 kommen kann. Die Leistenelemente 6 sind hier beispielsweise als Winkelprofile ausgebildet und erstrecken sich entlang der Seitenkanten des Batteriegehäuses 2. Dabei ist es möglich, dass die Leistenelemente 6 auch zur Befestigung des Flächengebildes 4 an der Gehäusewandung 22 dienen.
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Die 2 zeigt die Batterieeinrichtung 1 während eines Störfalls, bei dem aus einem Zellentgasungsabschnitt 23 heiße Gase entweichen. Die heißen Gase sind hier durch Blockfeile skizziert. Der Hauptanteil der heißen Gase tritt an der gegenüberliegenden Gehäuseentgasungsöffnung 32 aus dem Batteriegehäuse 2 aus. Dabei wurde das Flächengebilde 4 hier bereits durch die heißen Gase zerstört, sodass die Gehäuseentgasungsöffnung 32 offen ist.
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Um den Austritt der heißen Gase zu erleichtern, sind hier Strömungswände 5 verbaut, welche hier zusammen mit den Batteriezellen 3 Strömungspfade 15 für die heißen Gase definieren. Dadurch werden die heißen Gase entlang weiterer (hier nicht sichtbarer) Gehäuseentgasungsöffnungen 32 geleitet, sodass auch dort das Flächengebilde 4 mit den Gasen in Kontakt kommt und die Gase austreten können. Dadurch werden bei einem thermischen Durchgehen einzelner Batteriezellen 3 möglichst viele Öffnungen zum Entweichen der Gase geschaffen, sodass der Störfall möglichst gut entschärft werden kann.
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Bezugszeichenliste:
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- 1
- Batterieeinrichtung
- 2
- Batteriegehäuse
- 3
- Batteriezelle
- 4
- Flächengebilde
- 5
- Strömungswand
- 6
- Leistenelement
- 7
- Klebeverbindung
- 12
- Gehäuseraum
- 13
- Zellengehäuse
- 14
- Folie
- 15
- Strömungspfad
- 22
- Gehäusewandung
- 23
- Zellentgasungsabschnitt
- 24
- Dichtlinie
- 32
- Gehäuseentgasungsöffnung
- 42
- Außenseite
- 52
- Bodenplatte
