DE102023004096A1 - Sichere Entgasung aus HV-Batterie - Google Patents

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Abstract

Ein Batteriepack 100 für ein Fahrzeug umfasst mehrere Zellmodule 106, die jeweils in einem Gehäuse untergebracht sind. Das Gehäuse weist ein oberes Gehäuse 102 und ein unteres Gehäuse 104 auf. Das untere Gehäuse 104 weist eine ebene Oberfläche auf, die eine Basis 202 für das Zellenmodul 106 bildet, und weist eine Vielzahl von Entlüftungslöchern 206 auf, die in einer Anordnung angeordnet und mit einer Schicht 204 aus einem Polymermaterial bedeckt sind, so dass, wenn die Temperatur des Gases aus den Zellmodulen 106 eine vordefinierte Temperatur überschreitet, Die Schicht 204 aus polymerem Material schmilzt und ermöglicht ein schnelles Entweichen heißer Gase durch die Vielzahl von Entlüftungslöchern 206.

Description

  • Die vorliegende Offenbarung bezieht sich im Allgemeinen auf Autobatterien. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Offenbarung auf einen Hochspannungs-Batteriepack (HV) mit einem Durchgang für eine sichere Entgasung bei thermischem Durchgehen.
  • Bei Lithium-Ionen-Batterien ist das thermische Durchgehen eine nicht eindämmbare exotherme Reaktion, die aufgrund von Beschädigungen oder Kurzschlüssen auftreten kann. Bei einem thermischen Durchgehen überträgt eine Lithium-Ionen-Zelle einer Batterie die Wärme auf eine benachbarte Zelle und bewirkt dadurch eine Wärmeausbreitung. Diese Wärmeausbreitung, wenn sie alle Zellen erreicht, die in einem Batteriemodul oder -pack montiert sind, erhöht die Temperatur in der Nähe des Zündpunkts, was zu katastrophalen Unfällen wie Explosionen führt.
  • Um das thermische Durchgehen in Lithium-lonen-Batterien zu minimieren und eine bessere Belüftung zu gewährleisten, sind die Batteriepacks daher mit einem Belüftungssystem zur Entfernung von Hochtemperaturgasen aus den Zellen/Modulen ausgestattet, so dass die benachbarten Zellen / Module nicht beeinträchtigt werden. Einige der Batterien verfügen beispielsweise über obere Entlüftungsrohre, mit oder ohne Filter, als Fluchtweg für heiße Gase. Solche Vereinbarungen sind jedoch nicht effizient und umfassen eine Reihe von Teilen.
  • Das Patentdokument US2022140432A1 offenbart ein explosionsgeschütztes Ventil mit einem Flammensperrelement und einer luftdurchlässigen Membran. Das Flammensperrelement ist so konfiguriert, dass es mit einem Gehäuse eines Batteriepacks verbunden ist, und die luftdurchlässige Membran ist an dem Flammensperrelement befestigt. Wenn ein thermisches Durchgehen auftritt, wird der Druck im Inneren des Gehäuses plötzlich erhöht, wodurch der Akku den Druck durch das explosionsgeschützte Ventil ablässt und das hochtemperaturbeständige Gas auf die luftdurchlässige Membran trifft und schmilzt, wodurch ein glatter Luftstromkanal entsteht.
  • Während das vorgelegte Patentdokument eine Belüftungslösung vorsieht, die auf der Oberseite der Batterie montiert ist, besteht die Möglichkeit, eine effizientere Lösung für das Problem der Entlüftung der heißen Gase bereitzustellen, die aufgrund des thermischen Durchgehens in Batterien entstehen.
  • Es besteht daher die Notwendigkeit, eine einfache, schnell zu handhabende und kostengünstige Lösung für die Entgasung im Falle eines thermischen Durchgehens in Batterien bereitzustellen.
  • Eine allgemeine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung besteht darin, eine einfache, schnelle und kostengünstige Lösung für die Entgasung aus einem Batteriepack im Falle eines thermischen Durchgehens bereitzustellen.
  • Ein Gegenstand der vorliegenden Offenbarung besteht darin, eine Entgasungsanordnung bereitzustellen, die weniger Teile aufweist.
  • Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Offenbarung besteht darin, eine Entgasungsanordnung bereitzustellen, die auch dazu dient, Gase während des normalen Betriebs der Batterie zu filtern.
  • Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Offenbarung besteht darin, eine Entgasungsanordnung bereitzustellen, die es ermöglicht, die Zellen auf kleinerem Raum zu verpacken, wodurch die Energiedichte des Batteriepacks erhöht wird.
  • Aspekte der vorliegenden Offenbarung beziehen sich im Allgemeinen auf Autobatterien. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Offenbarung auf einen Hochspannungs-Batteriepack (HV) mit einem effizienten Durchgang für eine sichere Entgasung während des thermischen Durchgehens, um die wahrscheinliche Explosion zu vermeiden.
  • In einem Aspekt stellt die Offenbarung ein Batteriepaket für ein Fahrzeug bereit, das eine Vielzahl von Zellenmodulen aufweist, die in einer Vielzahl von Gehäusen montiert sind. Jedes Gehäuse beherbergt ein Zellmodul und jedes Gehäuse besteht aus einem Obergehäuse und einem Untergehäuse. Das untere Gehäuse hat eine ebene Oberfläche, die eine Basis für das Zellenmodul mit einer Vielzahl von Entlüftungslöchern bildet. Ferner weist das untere Gehäuse eine Schicht aus einem Polymermaterial auf, die die ebene Oberfläche des unteren Gehäuses und damit die Vielzahl von Entlüftungslöchern bedeckt. In einem Aspekt ist das Polymermaterial derart konfiguriert, dass, wenn die Temperatur der Gase aus der Zelle eine vordefinierte Temperatur überschreitet, die Schicht aus polymerem Material schmilzt, um die Vielzahl von Entlüftungslöchern freizulegen und ein schnelles Entweichen von heißen Gasen durch die Vielzahl von Entlüftungslöchern zu ermöglichen.
  • In einer Ausführungsform sind die Batteriezellen des Batteriepacks Lithium-Ionen-Batteriezellen.
  • In einer Ausführungsform kann die Schicht aus polymerem Material auf die ebene Oberfläche des unteren Gehäuses aufgegossen sein und kann als Filter konfiguriert sein, um das Filtern von Partikeln aus Gasen zu erleichtern, die unter normalen Betriebsbedingungen durch die Vielzahl von Entlüftungslöchern entlüftet werden.
  • In einer Ausführungsform beginnt das Schmelzen der Schicht aus polymerem Material bei einer ersten vordefinierten Temperatur und die Schicht aus polymerem Material schmilzt vollständig bei einer zweiten vordefinierten Temperatur.
  • In einer Ausführungsform kann das Material der Schicht aus polymerem Material ausgewählt sein aus HDPE, PP und einem Polymer mit einem Schmelzpunkt nahe der vordefinierten Temperatur.
  • In einer Ausführungsform können die mehreren Entlüftungslöcher in einer Anordnung auf der ebenen Oberfläche des unteren Gehäuses angeordnet sein.
  • In einer Ausführungsform kann das Material des unteren Gehäuses ein beliebiges oder eine Kombination aus Verbundmetall, Aluminium und Stahl sein.
  • Verschiedene Aufgaben, Merkmale, Aspekte und Vorteile des erfindungsgemäßen Gegenstands werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen zusammen mit den beigefügten Zeichnungsfiguren, in denen gleiche Ziffern gleiche Komponenten darstellen, deutlicher.
  • Die beigefügten Zeichnungen dienen dazu, ein besseres Verständnis der vorliegenden Offenbarung zu vermitteln, und sind Bestandteil dieser Beschreibung. Die Zeichnungen veranschaulichen beispielhafte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Offenbarung und dienen zusammen mit der Beschreibung zur Erläuterung der Grundsätze der vorliegenden Offenbarung.
    • 1A veranschaulicht eine beispielhafte Draufsicht auf einen Batteriepack mit Zellmodulen, in Übereinstimmung mit Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
    • 1B veranschaulicht eine beispielhafte Seitenansicht des Batteriepacks, in Übereinstimmung mit Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung
    • 2A veranschaulicht eine beispielhafte Draufsicht auf das untere Gehäuse der Batterie mit einer Polymerschicht gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
    • 2B veranschaulicht eine beispielhafte Unteransicht des unteren Gehäuses mit einer Anordnung von Entlüftungslöchern, in Übereinstimmung mit Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
  • Es folgt eine detaillierte Beschreibung der Ausführungsformen der Offenbarung, die in den beigefügten Zeichnungen dargestellt sind. Die Ausführungsformen sind so detailliert, dass sie die Offenbarung klar kommunizieren. Die angebotene Detailgenauigkeit ist jedoch nicht dazu gedacht, die erwarteten Variationen von Ausführungsformen zu begrenzen; Vielmehr sollen alle Modifikationen, Äquivalente und Alternativen erfasst werden, die unter den Sinn und Umfang der vorliegenden Offenbarung fallen, wie sie in den beigefügten Ansprüchen definiert ist.
    Ausführungsformen, die hier erläutert werden, beziehen sich im Allgemeinen auf Automobilbatterien. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Offenbarung auf eine Hochspannungsbatterie (HV), die einen effizienten Durchgang für eine sichere Entgasung während eines thermischen Durchgehens aufweist. Das Batteriepaket umfasst eine Vielzahl von Zellmodulen, die jeweils in einem Gehäuse untergebracht sind, und das Gehäuse bildet ein oberes Gehäuse und ein unteres Gehäuse.
  • In einer Ausführungsform weist das untere Gehäuse eine ebene Oberfläche auf, die eine Basis für das Zellenmodul mit einer Vielzahl von Entlüftungslöchern bildet, die in einer Anordnung angeordnet und mit einer Schicht aus einem Polymermaterial bedeckt sind, so dass, wenn die Temperatur der Gase aus der Zelle eine vordefinierte Temperatur überschreitet, die Schicht aus Polymermaterial schmilzt, um ein schnelles Entweichen von heißen Gasen durch die Vielzahl von Entlüftungslöchern zu ermöglichen.
  • Unter Bezugnahme auf die 1A und 1B, wo die Draufsicht bzw. die Seitenansicht eines Hochspannungs-Batteriepacks 100 mit Gehäuse gezeigt sind, kann das Batteriepack 100 eine Vielzahl von Gehäusen umfassen, die jeweils ein Zellenmodul 106 aufnehmen. Die Vielzahl von Zellen kann in Reihe geschaltet werden. Jedes Gehäuse kann ein oberes Gehäuse 102 und ein unteres Gehäuse 104 aufweisen.
  • In einer Ausführungsform sind die Zellen des Hochspannungs-Batteriepacks 100 Lithium-Ionen-Zellen.
  • In einer Ausführungsform wird das Material des unteren Gehäuses 104 als ein beliebiges oder eine Kombination aus Verbundmetall, Aluminium und Stahl ausgewählt.
  • Die 2A und 2B zeigen beispielhaft die Draufsicht bzw. die Unteransicht des unteren Gehäuses 104 des Hochspannungsbatteriepacks 100. Das untere Gehäuse 104 weist eine ebene Oberfläche auf, die eine Basis 202 für das Zellenmodul 106 mit einer Vielzahl von Entlüftungslöchern 206 bildet. Die Vielzahl von Entlüftungslöchern 206 kann als Anordnung auf der ebenen Oberfläche des unteren Gehäuses 104 konfiguriert sein (2B). Eine Schicht 204 aus Polymermaterial bedeckt die ebene Oberfläche des unteren Gehäuses 104 und damit die Vielzahl von Entlüftungslöchern 206. Die Schicht 204 aus polymerem Material kann auf die ebene Oberfläche des unteren Gehäuses 104 aufgegossen werden. Ferner kann die Schicht 204 aus Polymermaterial während des normalen Betriebs des Batteriepacks als Filter fungieren, um das Filtern von Partikeln aus Gasen zu erleichtern, die unter normalen Betriebsbedingungen durch die Vielzahl von Entlüftungslöchern 206 entlüftet werden.
  • In einer Ausführungsform beginnt die Schicht 204 aus polymerem Material zu schmelzen, wenn der Druck im Inneren des Batteriepacks 100 ansteigt und die Temperatur der Gase aus der Zelle eine erste vordefinierte Temperatur erreicht. Die Schicht 204 aus polymerem Material kann bei einer zweiten vordefinierten Temperatur vollständig schmelzen, um ein schnelles Entweichen heißer Gase durch die Vielzahl von Entlüftungslöchern 206 zu ermöglichen.
  • In einer Ausführungsform kann die erste vordefinierte Temperatur für den Beginn des Schmelzens des polymeren Materials der Schicht etwa 120°C und für das vollständige Aufschmelzen etwa 150°C betragen. Diese Temperaturen können jedoch je nach Batteriepack 100, Zellmodulen 106 und dem verwendeten Polymermaterial variieren.
  • In einer Ausführungsform kann das Material der Schicht 204 aus polymerem Material aus HDPE, PP ausgewählt werden.
  • Während das Vorstehende verschiedene Ausführungsformen der Erfindung beschreibt, können andere und weitere Ausführungsformen der Erfindung ausgestaltet werden, ohne von ihrem grundlegenden Schutzumfang abzuweichen. Der Umfang der Erfindung wird durch die folgenden Ansprüche bestimmt. Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsformen, Versionen oder Beispiele beschränkt, die enthalten sind, um es einer Person mit durchschnittlichem Fachwissen auf dem Gebiet zu ermöglichen, die Erfindung herzustellen und zu verwenden, wenn sie mit Informationen und Kenntnissen kombiniert werden, die der Person mit durchschnittlichem Fachwissen auf dem Gebiet zur Verfügung stehen.
  • Die vorliegende Offenbarung bietet eine einfache, schnelle und kostengünstige Lösung für die Entgasung aus einem Batteriepack im Falle eines thermischen Durchgehens.
  • Die vorliegende Offenbarung sieht eine Entgasungsanordnung vor, die weniger Teile aufweist.
  • Die vorliegende Offenbarung stellt eine Entgasungsanordnung bereit, die auch dazu dient, Gase während des normalen Betriebs der Batterie zu filtern.
  • Die vorliegende Offenbarung stellt eine Entgasungsanordnung bereit, die es ermöglicht, die Zellen auf kleinerem Raum zu verpacken, wodurch die Energiedichte des Batteriepacks erhöht wird.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • US 2022140432 A1 [0004]

Claims (8)

  1. Batteriepack (100) für ein Fahrzeug, wobei das Batteriepack (100) umfasst: mehrere Zellmodule (106); mehrere Gehäuse zur Aufnahme der Vielzahl von Zellenmodulen (106), wobei jedes Gehäuse (104) ein oberes Gehäuse (102) und ein unteres Gehäuse (104) aufweist, wobei das untere Gehäuse (104) eine ebene Oberfläche aufweist, die eine Basis (202) für das entsprechende Zellenmodul (106) bildet, wobei die ebene Oberfläche des unteren Gehäuses (104) mehrere Entlüftungslöcher (206) aufweist; und eine Schicht (204) aus einem Polymerwerkstoff, die die ebene Oberfläche des unteren Gehäuses (104) und damit die Vielzahl von Entlüftungslöchern (206) bedeckt; wobei die Schicht (204) aus polymerem Material aus einem Material besteht, das bei einer vordefinierten Temperatur schmilzt, um ein schnelles Entweichen von Gasen durch die Vielzahl von Entlüftungslöchern (206) zu ermöglichen.
  2. Batteriepack nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht (204) aus Polymermaterial auf die ebene Oberfläche des unteren Gehäuses (104) aufgegossen ist.
  3. Batteriepack nach Anspruch 1, wobei die Zellmodule (106) Lithium-lonen-Batteriezellen sind.
  4. Batteriepack nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht (204) aus Polymermaterial als Filter ausgebildet ist, um das Filtern von Partikeln aus Gasen zu erleichtern, die unter normalen Betriebsbedingungen durch die Vielzahl von Entlüftungsöffnungen (206) entlassen werden.
  5. Batteriepack nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Schmelzen der Schicht (204) aus Polymermaterial bei einer ersten vordefinierten Temperatur beginnt und die Schicht (204) aus Polymermaterial bei einer zweiten vordefinierten Temperatur vollständig schmilzt.
  6. Batteriepack nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Material des unteren Gehäuses (104) ein beliebiges oder eine Kombination aus einem Verbundmetall, Aluminium und Stahl ist.
  7. Batteriepack nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Material der Schicht (204) aus polymerem Material ausgewählt ist aus HDPE, PP und einem Polymer mit einem Schmelzpunkt nahe der vordefinierten Temperatur.
  8. Batteriepack nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vielzahl von Entlüftungslöchern (206) in einer Anordnung auf der ebenen Oberfläche des unteren Gehäuses (104) angeordnet sind.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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