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Die Erfindung betrifft ein Batteriesystem für ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug.
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Ein elektrisch angetriebenes Nutzfahrzeug (Nutzkraftwagen, engl. „Heavy Duty Vehicle“), wie beispielsweise ein Omnibus oder ein Lastkraftwagen, weist typischerweise ein Batteriesystem mit mehreren Batteriepacks auf, um eine vergleichsweise hohe Energiemenge bereitzustellen.
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Insbesondere bei der Ausgestaltung der Batteriepacks als Lithium-Ionen-Batteriepacks können im Fehlerfall bei einem sogenannten thermischen Durchgehen oder bei einer thermischen Propagation eine vergleichsweise hohe Temperatur und/oder ein vergleichsweise hoher Druck in der entsprechenden Batteriezelle auftreten. Um eine Explosion in diesem Fall zu vermeiden ist es bekannt, die Batteriezellen mit einer Entgasungseinrichtung, wie beispielsweise eine Berstöffnung oder ein Sicherheitsventil, zu versehen, aus welcher sich in einer solch fehlerhaften Batteriezelle bildendes Gas ausströmen kann. Die austretenden Gase werden typischerweise von den Batteriezellen weggeleitet, um eine Beschädigung weiterer Batteriezellen zu vermeiden.
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Aus der
DE 10 2012 102 003 A1 ist beispielsweise ein elektrischer Energiespeicher mit einem Batteriemodul bekannt, das aus einer Mehrzahl von Batteriezellen besteht. Dabei ist ein Ventilationskanal anhand der Einzelzellenrahmen der Batteriezellen gebildet.
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Weiterhin ist in der
DE 10 2014 213 916 A1 ein Batteriemodul mit einer Mehrzahl an Batteriezellen offenbart. Die Batteriezellen umfassen dabei jeweils ein Entgasungsventil, wobei die Entgasungsventile mit einem gemeinsamen Entgasungskollektor verbunden sind.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Batteriesystem für ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug anzugeben, anhand dessen in möglichst gewichts- und/oder bauraumsparender Weise eine möglichst hohe Sicherheit für den Fall einer Gasentwicklung in einer dessen Batteriezellen realisiert ist. Des Weiteren soll ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug angegeben werden, das ein solches Batteriesystem aufweist.
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Bezüglich des Batteriesystems wird diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1. Hinsichtlich des elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs wird die Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruchs 10 erfindungsgemäß gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche. Dabei gelten die Ausführungen im Zusammenhang mit dem Batteriesystem sinngemäß auch für das elektrisch angetriebene Kraftfahrzeug und umgekehrt.
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Das Batteriesystem ist für ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug, insbesondere für ein elektrisch angetriebenes Nutzfahrzeug vorgesehen und eingerichtet. Das Batteriesystem umfasst ein erstes Batteriepack mit einem Gehäuse, welches im Folgenden auch als erstes Gehäuse bezeichnet wird. Im ersten Gehäuse sind Batteriezellen angeordnet. Diese sind beispielsweise zu einem oder mehreren Batteriemodulen zusammengefasst und dabei vorzugsweise in einem jeweiligen Modulgehäuse aufgenommen und vorzugsweise innerhalb des Moduls miteinander verschaltet. Alternativ sind die Batteriezellen im sogenannten Cell-To-Pack-Design direkt, insbesondere ohne von einem weiteren Gehäuse umfasst zu sein, in das erste Gehäuse eingebracht. Allenfalls sind die Batteriezellen bzw. die Module in Serie und/oder parallel zueinander elektrisch verschaltet.
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Das erste Batteriepack umfasst des Weiteren einen (ersten) Gaskanal, welcher vorzugsweise vollständig im ersten Gehäuse angeordnet ist. Der erste Gaskanal erstreckt sich dabei hinsichtlich einer Hochrichtung des Batteriesystems über den Batteriezellen oder unter den Batteriezellen. Vorzugsweise wird der erste Gaskanal zumindest bereichsweise von einer Gehäuseplatte gebildet, welche die Batteriezellen in oder entgegen der Hochrichtung verdeckt.
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Zweckmäßig umfasst jede Batteriezelle des ersten Batteriepacks eine Entgasungseinrichtung, beispielsweise ausgebildet als ein Sicherheitsventil oder als eine Berstmembran/Berstöffnung, so dass durch diese im Fehlerfall, insbesondere bei einem thermischen Durchgehen dieser Batteriezelle (Zelle), Gas entweichen, also ausströmen, kann. Der erste Gaskanal dient dabei zur Aufnahme des Gases und/oder zum Ableiten des Gases. Hierzu sind ist geeigneter Weise diejenige Seite der jeweiligen Batteriezelle des ersten Batteriepacks, welche Seite die Entgasungseinrichtung aufweist, dem ersten Gaskanal zugewandt.
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Weiterhin weist der jeweilige Gaskanal jeweils eine Schutzeinrichtung für jede der Entgasungseinrichtung auf. Diese ist beispielsweise als Sollbruchstelle oder als Berstmembran oder aus schmelzfähigem Material gebildet. Im Normalbetrieb, bei dem kein Gas aus der Batteriezelle austritt, schützt somit die Schutzeinrichtung die jeweilige Entgasungseinrichtung, z.B. vor Feuchtigkeit. Im Fehlerfall, also bei Gasaustritt aus der Zelle löst die Schutzeinrichtung durch den Druck und/oder die Temperatur aus, insbesondere zerbricht oder reist oder schmilzt diese, so dass das Gas aus der Batteriezelle durch die Schutzeinrichtung, welche dann einen Durchlass für das Gas in den jeweiligen Gaskanal bildet, in den Gaskanal strömen kann.
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Zudem weist das Batteriesystem ein zweites Batteriepack auf. Dieses umfasst ein Gehäuse, welches im Folgenden auch als zweites Gehäuse bezeichnet wird und welches separat zum ersten Gehäuse ist. Im zweiten Gehäuse sind weitere Batteriezellen angeordnet. Diese sind beispielsweise zu einem oder mehreren Batteriemodulen zusammengefasst und dabei vorzugsweise in einem jeweiligen Modulgehäuse aufgenommen und vorzugsweise innerhalb des Moduls miteinander verschaltet. Alternativ sind diese Batteriezellen im sogenannten Cell-To-Pack-Design direkt, insbesondere ohne von einem weiteren Gehäuse umfasst zu werden, in das zweite Gehäuse eingebracht. Allenfalls sind die Batteriezellen bzw. die Module in Serie und/oder parallel zueinander elektrisch verschaltet.
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Das zweite Batteriepack umfasst des Weiteren einen (zweiten) Gaskanal, welcher vorzugsweise vollständig im zweiten Gehäuse angeordnet ist. Der zweite Gaskanal erstreckt sich dabei hinsichtlich der Hochrichtung des Batteriesystems über den Batteriezellen des zweiten Batteriepacks oder unter diesen. Vorzugsweise wird der zweite Gaskanal zumindest bereichsweise von einer Gehäuseplatte gebildet, welche die Batteriezellen in oder entgegen der Hochrichtung verdeckt.
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Zweckmäßig umfasst jede Batteriezelle des zweiten Batteriepacks eine Entgasungseinrichtung, beispielsweise ausgebildet als ein Sicherheitsventil oder als eine Berstmembran, so dass durch diese im Fehlerfall, insbesondere bei einem thermischen Durchgehen dieser Batteriezelle (Zelle), Gas entweichen, also ausströmen, kann. Der zweite Gaskanal dient dabei zur Aufnahme des Gases und/oder zum Ableiten des Gases. Hierzu sind ist geeigneter Weise diejenige Seite der jeweiligen Batteriezelle des zweiten Batteriepacks, welche Seite die Entgasungseinrichtung aufweist, dem zweiten Gaskanal zugewandt.
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Das erste Batteriepack, insbesondere dessen Gehäuse, weist ein mit dem ersten Gaskanal strömungstechnisch verbundenes (erstes) Ventil auf. Das erste Ventil ist insbesondere ausgangsseitig in Abströmungsrichtung des ersten Gaskanals angeordnet. Das erste Ventil dient zur Ausleitung des im Fehlerfall aus der oder aus den Batteriezellen ausströmenden Gases aus dem Gaskanal. Das erste Ventil ist beispielsweise als Rückschlagventil, oder als Überdruckventil bzw. Sicherheitsventil ausgebildet.
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Analog hierzu umfasst das zweite Batteriepack, insbesondere dessen Gehäuse, ein mit dem zweiten Gaskanal strömungstechnisch verbundenes (zweites) Ventil. Das zweite Ventil ist insbesondere ausgangsseitig in Abströmungsrichtung des zweiten Gaskanals angeordnet. Das zweite Ventil dient zur Ausleitung des im Fehlerfall aus der oder aus den Batteriezellen ausströmenden Gases. Das zweite Ventil ist beispielsweise als Rückschlagventil, oder als Überdruckventil bzw. Sicherheitsventil ausgebildet.
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Das erste und das zweite Ventil sind mit einem gemeinsamen Zentralgaskanal strömungstechnisch verbunden. Der gemeinsame Zentralgaskanal dient dabei zum Ableiten des Gases weg von den Batteriepacks, insbesondere an die Umgebung.
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Zusammenfassend sind der erste Gaskanal und der zweite Gaskanal anhand des ersten bzw. anhand des zweiten Ventils mit dem gemeinsamen Zentralgaskanal verbunden.
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Der Zentralgaskanal ist beispielsweise als ein, insbesondere flexibler Schlauch, oder alternativ rohrartig, insbesondere biegesteif, ausgebildet. Der Zentralgaskanal ist vorzugsweise T- oder Y-förmig ausgebildet. Insbesondere umfasst dieser jeweils einen Anschluss für das erste bzw. für das zweite Ventil, sowie einen mit diesen Anschlüssen strömungstechnischen Auslass, durch den das Gas aus dem Zentralgaskanal, insbesondere an die Umgebung des Batteriesystems, abströmen kann.
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Vorzugsweise ist das erste Gehäuse und/oder das zweite Gehäuse fluiddicht. Insbesondere bildet dabei das erste bzw. das zweite Ventil einen Gasauslass.
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Insbesondere sind das erste und das zweite Gehäuse baulich voneinander getrennt, wobei diese lediglich anhand des Zentralgaskanals miteinander verbunden sind. Das erste und das zweite Gehäuse sind vorzugsweise nicht von einem weiteren Gehäuse umfasst.
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Vorteilhaft ist anhand der Verwendung des gemeinsamen Zentralgaskanals für beide Batteriepacks eine besonders einfache und gewichtssparende Ausgestaltung der Ableitung des eines Gases im Fehlerfall realisiert.
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Das erste und das zweite Batteriepack stellen beispielsweise jeweils eine Energie zwischen 50 kWh und 500kWh bereit.
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Gemäß einer geeigneten Ausgestaltung sind die Ventile an einander zugewandten Seiten des ersten und des zweiten Gehäuses angeordnet. Also ist das erste Ventil an einer Seite des ersten Gehäuses angeordnet, welche dem zweiten Gehäuse zugewandt ist. Das zweite Ventil ist an einer Seite des zweiten Gehäuses angeordnet, welche Seite dem ersten Gehäuse zugewandt ist. Eine derartige Ausgestaltung des Batteriesystems kann auf diese Weise vorteilhaft bauraumsparend und einfach ausgestaltet werden. Insbesondere ist dabei der Zentralgaskanal lediglich in einem Bereich zwischen den beiden Batteriepacks angeordnet, ggf. mit Ausnahme dessen Auslasses, welcher von den Batteriepacks weggeführt sein kann.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung sind das erste und das zweite Ventile in einer gemeinsamen Ebene angeordnet, die senkrecht zur Hochrichtung orientiert ist. Mit anderen Worten sind die beiden Ventile auf der gleichen Höhe angeordnet. Vorzugsweise sind die beiden Ventile einander gegenüberliegend angeordnet. Bei einer derartigen Ausgestaltung ist ein für den Zentralgaskanal notwendiger Bauraum vergleichsweise gering.
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In geeigneter Ausgestaltung des Batteriesystems sind bei jedem der Batteriepacks dessen Batteriezellen in einer (ersten) Schicht angeordnet. Insbesondere sind die Batteriezellen jeweils auf oder an einer ebenen Platte oder Haltestruktur, insbesondere an einem Zwischenboden des jeweiligen Gehäuses angeordnet. Bei jedem der Batteriepacks sind die Batteriezellen hierbei in einer oder vorzugsweise in mehr als einer, beispielsweise in zwei oder in drei oder in vier Reihen angeordnet, welche zweckmäßigerweise parallel zueinander verlaufen und/oder welche sich senkrecht zur Hochrichtung erstrecken. Die (erste) Schicht an Batteriezellen ist also anhand der einen bzw. anhand der mehr als einen Reihe an Batteriezellen gebildet.
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Besonders bevorzugt ist der jeweiligen (ersten) Schicht an Batteriezellen eine Kühlplatte zugeordnet. Insbesondere ist die Kühlplatte der Deckel oder der Boden oder ein Zwischenboden des ersten oder des zweiten Gehäuses. Dabei ist die erste Schicht zum Kühlen derer Batteriezellen an dieser Kühlplatte angeordnet.
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Beispielsweise weisen die Batteriepacks jeweils einen eigenen Gaskanal für jede Reihe an Batteriezellen auf. Bevorzugt jedoch ist der Gaskanal allen Batteriezellen der (ersten) Schicht gemeinsam. Insbesondere ist hierbei der erste Gaskanal anhand eines Zwischenbodens gebildet, an welcher die erste Schicht angeordnet ist, wobei die erste Schicht zwischen diesem Zwischenboden und der Kühlplatte angeordnet ist.
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Gemäß einer Ausgestaltung des Batteriesystems weist jeder Batteriepack eine zweite Schicht mit Batteriezellen auf. Die zweite Schicht ist anhand einer oder vorzugsweise anhand mehr als einer Reihe an Batteriezellen gebildet. Bei jedem der Batteriepacks ist dessen Gaskanal zwischen der ersten Schicht and Batteriezellen und der zweiten Schicht an Batteriezellen angeordnet. Besonders bevorzugt ist dabei die Entgasungseinrichtung zumindest einer der Batteriezellen der ersten Schicht, vorzugsweise aller Batteriezellen der ersten Schicht, sowie die Entgasungseinrichtung zumindest einer der Batteriezellen der zweiten Schicht, vorzugsweise aller Batteriezellen der zweiten Schicht, dem gemeinsamen ersten bzw. zweiten Gaskanal zugewandt. Folglich kann also Gas, das aus einer der Batteriezellen der ersten Schicht sowie Gas das aus einer der Batteriezellen der zweiten Schicht im Fehlerfall austritt, vom Gaskanal aufgenommen werden. Zusammenfassend ist bei jedem der Batteriepacks dessen Gaskanal zum Ableiten eines im Fehlerfall aus zumindest einer der Batteriezellen der ersten Schicht sowie zum Ableiten eines im Fehlerfall aus zumindest einer der Batteriezellen der zweiten Schicht eingerichtet. Mit anderen Worten den Batteriezellen der ersten und der zweiten Schicht der erste bzw. der zweite Gaskanal gemeinsam.
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Durch die gemeinsame Verwendung des jeweiligen Gaskanals für die erste und für die zweite Schicht ist eine besonders platzsparende Ausgestaltung des Batteriesystems realisiert.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung weist jedes Batteriepack eine dritte Schicht mit Batteriezellen sowie eine vierte Schicht mit Batteriezellen aufweist, wobei ein gemeinsamer weiterer Gaskanal zwischen der dritten und der vierten Schicht angeordnet ist. Zweckmäßig sind dabei die Entgasungseinrichtung zumindest einer der Batteriezellen der dritten Schicht, vorzugsweise aller Batteriezellen der dritten Schicht, sowie die Entgasungseinrichtung zumindest einer der Batteriezellen der vierten Schicht, vorzugsweise aller Batteriezellen der vierten Schicht dem gemeinsamen weiteren Gaskanal zugewandt, so dass Gas, das aus einer der jeweiligen Batteriezelle der dritten Schicht ausströmt, sowie Gas, das aus der jeweiligen Batteriezelle der vierten Schicht im Fehlerfall ausströmt, im Gaskanal aufgenommen wird.
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Zusammenfassend ist bei dieser Ausgestaltung des Batteriesystems ein gemeinsamer Gaskanal für Batteriezellen der ersten und der zweiten Schicht sowie ein weiterer Gaskanal für die Batteriezellen der dritten und der vierten Schicht angeordnet. Dies resultiert in einer besonders platzsparenden Ausgestaltung des Batteriesystems.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist beim ersten und/oder beim zweiten Batteriepack jeweils zur Kühlung der Batteriezellen der zweiten Schicht sowie zur Kühlung der Batteriezellen der dritten Schicht zwischen der zweiten Schicht und der dritten Schicht eine gemeinsame Kühlplatte angeordnet. Zweckmäßigerweise ist diese Kühlplatte dazu vorgesehen, dass anhand dieser im Vergleich zu einer Kühlplatte, die lediglich die Batteriezellen einer einzigen Schicht kühlt, eine entsprechend größere Kühlleistung, insbesondere die doppelte Kühlleistung, aufbringbar ist.
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In vorteilhafter Ausgestaltung sind die Entgasungseinrichtungen der Batteriezellen zueinander versetzt angeordnet. Insbesondere sind diese in einer Richtung senkrecht zur Hochrichtung versetzt angeordnet. Mit anderen Worten sind die Entgasungseinrichtungen derart angeordnet, dass diese in Hochrichtung nicht fluchten. Im Speziellen sind die Entgasungseinrichtungen der Batteriezellen der ersten Schicht versetzt zu den Entgasungseinrichtungen der Batteriezellen der zweiten Schicht angeordnet, und/oder die Entgasungseinrichtungen der Batteriezellen der dritten Schicht sind versetzt zu den Entgasungseinrichtungen der Batteriezellen der vierten Schicht angeordnet.
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Vorteilhaft wird auf diese Weise beim Ausströmen des Gases in den Gaskanal eine Beschädigung einer der anderen Batteriezellen und/oder der jeweiligen Schutzeinrichtung vermieden.
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Gemäß einer geeigneten Weiterbildung weist das Batteriesystem zumindest einen weiteren Batteriepack, der hinsichtlich der Hochrichtung unter dem ersten Batteriepack angeordnet ist, und/oder zumindest einen weiteren Batteriepack auf, der hinsichtlich der Hochrichtung unter dem zweiten Batteriepack angeordnet ist. Zweckmäßiger Weise weist dabei jedes dieser weiteren Batteriepack ein Ventil auf, welches mit dem Zentralgaskanal strömungstechnisch verbunden ist. Vorzugsweise sind die weiteren Batteriepacks in analoger Weise zu den oben dargestellten Varianten des ersten und zweiten Batteriepacks ausgebildet. Beispielsweise sind deren Batteriezellen jeweils einer einzigen Schicht angeordnet. Weiter beispielsweise sind deren Batteriezellen in zwei Schichten angeordnet, zwischen welchen ein gemeinsamer Gaskanal angeordnet ist. Das Batteriesystem ist also modular ausgestaltet und somit flexibel für unterschiedliche Kraftfahrzeuge anpassbar.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug, welches ein Batteriesystem in einer der oben dargestellten Varianten umfasst. Geeigneter Weise ist das Batteriesystem derart im Kraftfahrzeug montiert, dass die Hochrichtung der Batteriepacks der Fahrzeughochrichtung entspricht.
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Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
- 1a schematisch in perspektivischer Ansicht eine erste Variante eines Batteriesystems, wobei das Batteriesystem acht Batteriepacks aufweist, wobei die Batteriepacks mit einem gemeinsamen Zentralgaskanal verbunden sind.
- 1b schematisch und ausschnittsweise einen Querschnitt durch das erste der Batteriepacks der ersten Variante des Batteriesystems, wobei die Batteriezellen in einer Schicht angeordnet sind, und wobei deren Entgasungseinrichtung in einen gemeinsamen Gaskanal münden,
- 2a schematisch in perspektivischer Ansicht eine zweite Variante des Batteriesystems, wobei das Batteriesystem vier Batteriepacks aufweist,
- 2b schematisch und ausschnittsweise einen Querschnitt durch das erste der Batteriepacks der zweiten Variante des Batteriesystems, wobei die Batteriezellen in zwei übereinander angeordneten Schichten angeordnet sind, zwischen welchen der Gaskanal angeordnet ist,
- 3a schematisch in perspektivischer Ansicht eine dritte Variante des Batteriesystems, wobei das Batteriesystem zwei Batteriepacks aufweist, und
- 3b schematisch und ausschnittsweise einen Querschnitt durch das erste der Batteriepacks der dritten Variante des Batteriesystems, wobei die Batteriezellen in vier übereinander angeordneten Schichten angeordnet sind, wobei zwischen der ersten Schicht und der zweiten Schicht sowie zwischen der dritten und der vierten Schicht jeweils ein Gaskanal angeordnet ist.
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Einander entsprechende Teile und Größen sind in allen Figuren stets mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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In der 1a ist eine erste Variante eines Batteriesystems 2 dargestellt. Das Batteriesystem 2 weist acht Batteriepacks, nämlich einen ersten Batteriepack 4a, einen zweiten Batteriepack 4b, einen dritten Batteriepack 4c, einen vierten Batteriepack 4d, einen fünften Batteriepack 4e, einen sechsten Batteriepack 4f, einen siebten Batteriepack 4g, und einen achten Batteriepack 4h auf. Dabei sind der erste, der dritte, der fünfte und der siebte Batteriepack 4a, 4c, 4e und 4g in (Batteriepack-)Hochrichtung Z übereinander angeordnet. Analog hierzu sind der zweite, der vierte, der sechste und der achte Batteriepack 4b, 4d, 4f und 4h in Hochrichtung Z übereinander angeordnet. Zusammenfassend sind zwei Reihen an Batteriepacks gebildet. Jeder der Batteriepacks 4a bis 4h weist ein Gehäuse 6 auf, in welchem Batteriezellen 8 angeordnet sind. Die Batteriezellen 8 sind dabei in einer ersten Schicht 10a angeordnet, die Reihen, hier beispielhaft zwei Reihen, an Batteriezellen 8 aufweist. Die Reihen an Batteriezellen 8 erstrecken sich dabei senkrecht zur Hochrichtung Z.
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In der 1b ist schematisch und ausschnittsweise ein Querschnitt des ersten Batteriepacks dargestellt. Die Ausführungen hierzu gelten in analoger Weise für die anderen Batteriepacks 4b bis 4h. Wie in der 1b erkennbar ist, umfasst das Gehäuse 6 des Batteriepacks 4a einen Gehäusedeckel 12, welcher in nicht näher dargestellter Weise als eine Kühlplatte zum Kühlen der Batteriezellen 8 ausgebildet ist. Insbesondere liegen die Batteriezellen 8 hierzu am Gehäusedeckel 12 an.
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Jeder der Batteriepacks 4a bis 4h umfasst weiterhin einen Gaskanal 14. Dieser ist anhand eines Gehäusebodens 16, eines parallel zu diesem orientierten Zwischenboden 18 als Kanalwand gebildet. Also ist zwischen dem Gaskanal 14 und dem Gehäusedeckel 12 die erste Schicht 10a an Batteriezellen 8 angeordnet.
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Die Batteriezellen 8 umfassen dabei jeweils eine Entgasungseinrichtung 20, durch die im Fehlerfall bei einem thermischen Durchgehen in definierter Richtung Gas ausströmen kann. Die Batteriezellen 8 sind dabei derart im Gehäuse 6 angeordnet, dass diejenigen Seiten der Batteriezellen 8, die die Entgasungseinrichtung 20 aufweisen, dem Gaskanal 14 zugewandt sind. Der Gaskanal 14, insbesondere dessen Zwischenboden 18, umfasst dabei für jede der Entgasungseinrichtungen 20 eine Schutzeinrichtung 22. Diese ist beispielsweise als Sollbruchstelle oder als Berstmembran ausgebildet oder aus schmelzfähigem Material gebildet. Die Schutzeinrichtung 22 und die jeweilige Entgasungseinrichtung 20 fluchten dabei in Hochrichtung Z. So mündet die Entgasungseinrichtungen 20 im ausgelösten Zustand der Schutzeinrichtung 22 in den Gaskanal 14.
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Insbesondere ist anhand des Zwischenbodens 18 der Gaskanal 14 von einem Aufnahmebereich der Batteriezellen 8 strömungstechnisch getrennt.
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Jedes Batteriepack 4a bis 4h, insbesondere dessen Gehäuse 6, weist ein, beispielsweise als Sicherheitsventil oder als Berstventil ausgebildetes, Ventil 24, das mit dem jeweiligen Gaskanal 14 strömungstechnisch verbunden ist. Die Ventile 24 aller Batteriepacks 4a bis 4h sind dabei strömungstechnisch an einen gemeinsamen Zentralgaskanal 26 angeschlossen, also mit diesem strömungstechnisch verbunden. Der Zentralgaskanal 26 weist also für jedes Ventil ein Anschlussende sowie einen Auslass 28 auf, durch den Gas von den Batteriepacks 4a bis 4h weggeleitet werden kann, insbesondere an die Umgebung geführt werden kann.
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Das Ventil 24 des ersten Batteriepacks 4a ist dabei an einer (Gehäuse-)Seite 30 angeordnet, welche derjenigen Seite 30 des Gehäuses 6 des zweiten Batteriepacks 4b zugewandt ist, und umgekehrt. Also sind die Ventile 24 des ersten und des zweiten Batteriepack 4a, 4b an einander zugewandten Seiten 30 deren Gehäuse 6 angeordnet. Dabei sind diese beiden Ventile 24 auf gleicher Höhe angeordnet, mit anderen Worten sind diese in einer gemeinsamen Ebene, die senkrecht zur Hochrichtung Z orientiert ist, angeordnet.
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In analoger Weise sind die Ventile 24 des dritten und des vierten Batteriepack 4a, 4b an einander zugewandten Seiten 30 deren Gehäuse 6 auf gleicher Höhe angeordnet. In analoger Weise sind die Ventile 24 des fünften und des sechsten Batteriepack 4a, 4b an einander zugewandten Seiten 30 deren Gehäuse 6 auf gleicher Höhe angeordnet. In analoger Weise sind die Ventile 24 des siebten und des achten Batteriepack 4a, 4b an einander zugewandten Seiten 30 deren Gehäuse 6 auf gleicher Höhe angeordnet.
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Die Gehäuse 6 der Batteriepacks 4a bis 4h sind dabei vorzugsweise fluiddicht, wobei lediglich aus dem Ventil 24 Gas aus dem Gehäuse 6 ausströmen kann.
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In der 2a ist eine zweite Variante des Batteriesystems 2 dargestellt. Gemäß dieser zweiten Variante umfasst dieses die vier Batteriepacks 4a bis 4d. Dabei ist das dritte Batteriepack in Hochrichtung Z unter dem ersten Batteriepack und das vierte Batteriepack4d in Hochrichtung unter dem zweiten Batteriepack 4b angeordnet. Jedes dieser Batteriepacks 4a bis 4d umfasst hierbei die erste Schichte 10a an Batteriezellen 8 sowie eine zweite Schicht 10b an Batteriezellen 8, wobei zwischen diesen beiden Schichten 10a und 10b der anhand von zwei (Gehäuse-) Zwischenboden 18 gebildete Gaskanal 14 angeordnet ist. Insbesondere ist dabei der (Aufnahme-)Bereich, in welchem die Batteriezellen 8 angeordnet ist, strömungstechnisch (fluidisch) vom Gaskanal 14 getrennt. Die Entgasungseinrichtungen 20 der Batteriezellen 8 der ersten Schicht 10a sowie der zweiten Schicht 10b sind dabei dem Gaskanal 14 zugewandt, so dass sowohl aus einer der Batteriezellen 8 der ersten Schicht 10a also auch aus einer der Batteriezellen der zweiten Schicht 10b ausströmendes Gas vom Gaskanal 14 aufgenommen wird, also in diesen einströmt.
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Die 2b stellt schematisch einen Querschnitt durch das erste Batteriepack 4a dar. Die folgenden Ausführungen gelten jedoch in analoger Weise auch für die anderen Batteriepacks 4b bis 4d. Wie insbesondere in der 2b zu erkennen ist, sind die Batteriezellen 8 der ersten und der zweiten Schicht 10a und 10b derart angeordnet, dass deren Entgasungseinrichtungen 20 (und somit die mit diesen in Hochrichtung Z fluchtenden Schutzeinrichtung 22 des Gaskanals 14) in einer Richtung senkrecht zur Hochrichtung Z versetzt zueinander angeordnet sind.
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Der Gehäuseboden 16 des jeweiligen Gehäuses 6 ist zweckmäßiger Weise ebenfalls als eine Kühlplatte ausgebildet oder umfasst eine solche.
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In analoger weise zu den Ausführungen zu den 1 a und 1 b sind die Ventile 24 der Batteriepacks 4a bis 4d mit dem gemeinsamen Zentralgaskanal 26 strömungstechnisch verbunden. In analoger Weise sind die Ventile 24 des ersten und des zweiten Batteriepack 4a, 4b an einander zugewandten Seiten 30 deren Gehäuse 6 auf gleicher Höhe angeordnet. Weiterhin sind die Ventile 24 des dritten und des vierten Batteriepack 4a, 4b an einander zugewandten Seiten 30 deren Gehäuse 6 auf gleicher Höhe angeordnet.
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In der 3a ist eine dritte Variante des Batteriesystems 2 dargestellt. Gemäß dieser dritten Variante umfasst dieses die zwei Batteriepacks 4a und 4b. In deren Gehäuse 6 sind jeweils vier in Hochrichtung übereinander und parallel zueinander angeordnete Schichten 10a, 1b, 10c und 10d aufgenommen. Mit anderen Worten umfasst das erste und das zweite Batteriepack jeweils die erste und die zweite Schicht 10a, 10b an Batteriezellen 8 sowie zwei weitere Schichten an Batteriezellen, nämlich die dritte Schicht 10c und 10d.
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In analoger Weise zu den Batteriepacks 4a bis 4d der zweiten Ausgestaltung gemäß den 2a und 2b ist zwischen der ersten Schicht 10a und 10b ein Gaskanal 14 angeordnet, welcher anhand von zwei Zwischenböden 18 gebildet ist, welche senkrecht zur Hochrichtung Z und beabstandet zueinander angeordnet sind. Die Entgasungseinrichtungen 20 der Batteriezellen der ersten und der zweiten Schicht 10a und 10b (und entsprechend die jeweils zugeordneten Schutzeinrichtungen 22) sind dabei in einer Richtung senkrecht zur Hochrichtung Z versetzt zueinander angeordnet.
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Zusammenfassend sind die Entgasungseinrichtungen 20 der Batteriezellen 8 der ersten Schicht 10a sowie die Entgasungseinrichtungen 20 der Batteriezellen 8 der zweiten Schicht 10b dem Gaskanal zugewandt, so dass sowohl aus einer der Batteriezellen 8 der ersten Schicht 10a also auch aus einer der Batteriezellen der zweiten Schicht 10b ausströmendes Gas vom Gaskanal 14 aufgenommen wird, also in diesen einströmt.
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Des Weiteren ist analog hierzu zwischen der dritten und der vierten Schicht 10c, 10d ein (weiterer) Gaskanal 14 angeordnet, der anhand von zwei zwischen der dritten und der vierten Schicht 10c, 10d angeordneten Zwischenböden 18 gebildet ist. Die Entgasungseinrichtungen 20 der Batteriezellen der dritten und der vierten Schicht 10c und 10d (und entsprechend die jeweils zugeordneten Schutzeinrichtungen 22) sind ebenfalls in einer Richtung senkrecht zur Hochrichtung Z versetzt zueinander angeordnet.
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Zusammenfassend sind die Entgasungseinrichtungen 20 der Batteriezellen 8 der dritten Schicht 10c sowie die Entgasungseinrichtungen 20 der Batteriezellen 8 der vierten Schicht 10d dem weiteren Gaskanal 14 zugewandt, so dass sowohl aus einer der Batteriezellen 8 der ersten Schicht 10a also auch aus einer der Batteriezellen der zweiten Schicht 10b ausströmendes Gas vom Gaskanal 14 aufgenommen wird, also in diesen einströmt.
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Die beiden Gaskanale 14 jedes Batteriepacks 4a, 4b sind dabei strömungstechnisch anhand jeweils eines Ventils 24 mit dem Zentralgaskanal 26 verbunden.
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Die Ventile 24 des ersten Batteriepacks 4a und des zweiten Batteriepack 4a, 4b an einander zugewandten Seiten 30 deren Gehäuse 6 und paarweise auf gleicher Höhe angeordnet.
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Bei beiden Batteriepacks 4a, 4b ist der Gehäusedeckel 12 sowie der Gehäuseboden 16 jeweils als eine Kühlplatte ausgebildet oder umfasst eine solche. Zusätzlich ist zwischen der zweiten und der dritten Schicht eine (weitere) Kühlplatte 32 angeordnet, anhand welcher sowohl die Batteriezellen 8 der zweiten Schicht 10b als auch die Batteriezellen 8 der dritten Schicht 10c gekühlt werden. Dabei ist anhand der weiteren Kühlplatte 32 eine Kühlleistung realisierbar, die doppelt so groß ist wie diejenige des Gehäusedeckels 12 oder des Gehäusebodens 16.
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Zur besseren Erkennbarkeit ist das Batteriesystem 2 in den 1a, 2a und 3a perspektivisch dargestellt. Insbesondere sind hierbei die einander zugwandten Seiten 30 parallel zueinander orientiert.
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In nicht weiter dargestellter Weise umfasst ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug ein Batteriesystem 2 gemäß der ersten, der zweiten oder der dritten Variante.
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Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr können hieraus im Rahmen der Ansprüche auch andere Varianten der Erfindung vom Fachmann abgeleitet werden, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen. Insbesondere sind ferner alle im Zusammenhang mit den Ausführungsbeispielen und/oder in den Ansprüchen beschriebenen Einzelmerkmale auch auf andere Weise miteinander kombinierbar, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Batteriesystem
- 6
- Gehäuse
- 4a
- erstes Batteriepack
- 4b
- zweites Batteriepack
- 4c
- drittes Batteriepack
- 4d
- viertes Batteriepack
- 4e
- fünftes Batteriepack
- 4f
- sechstes Batteriepack
- 4g
- siebtes Batteriepack
- 4h
- achtes Batteriepack
- 6
- Gehäuse
- 8
- Batteriezelle
- 10a
- erste Schicht
- 10b
- zweite Schicht
- 10c
- dritte Schicht
- 10d
- vierte Schicht
- 12
- Gehäusedeckel
- 14
- Gaskanal
- 16
- Gehäuseboden
- 18
- Zwischenboden
- 20
- Entgasungseinrichtung
- 22
- Schutzeinrichtung
- 24
- Ventil
- 26
- Zentralgaskanal
- 28
- Auslass
- 30
- Seite des Gehäuses
- 32
- Kühlplatte
- Z
- Hochrichtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102012102003 A1 [0004]
- DE 102014213916 A1 [0005]
