DE102023004173A1

DE102023004173A1 - A battery pack with improved thermal safety

Info

Publication number: DE102023004173A1
Application number: DE102023004173.4A
Authority: DE
Inventors: Rohit Kulkarni; Sree Krishna Devadula Nagaraju; Pratiksha Nagarkatte; Sachin Ghodke; Vikas Bansal; Mridul Makkattu Parambil
Original assignee: Mercedes Benz Group AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2022-10-19
Filing date: 2023-10-14
Publication date: 2024-04-25

Abstract

Ein Batteriepack 100 mit verbesserter thermischer Sicherheit weist eine metallische Struktur 102 auf, die eine Vielzahl von Kammern 104 definiert. Mehrere Zellen 106 sind in der Vielzahl von Kammern 104 konfiguriert und von einem Phasenwechselmaterial 108 umgeben. Das Phasenwechselmaterial 108 ist so konfiguriert, dass an beiden Enden der Zellen ein Luftspalt vorhanden ist, so dass im Falle eines Schmelzens des Phasenwechselmaterials 108 aufgrund einer Erwärmung einer der mehreren Zellen 106 das geschmolzene Phasenwechselmaterial 108 zu einem niedrigeren Luftspalt hinunterfließt, wodurch eine Kühlung der erhitzten Zelle durch Luftzirkulation ermöglicht wird.A battery pack 100 with enhanced thermal safety includes a metallic structure 102 defining a plurality of chambers 104. A plurality of cells 106 are configured in the plurality of chambers 104 and surrounded by a phase change material 108. The phase change material 108 is configured to have an air gap at both ends of the cells such that in the event of melting of the phase change material 108 due to heating of one of the plurality of cells 106, the melted phase change material 108 flows down to a lower air gap, thereby allowing cooling of the heated cell by air circulation.

Description

Die vorliegende Offenbarung bezieht sich allgemein auf den Bereich der thermischen Sicherheitssysteme für Batteriepacks, die in Elektrofahrzeugen verwendet werden. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Offenbarung auf einen Batteriepack mit verbesserter thermischer Sicherheit.The present disclosure relates generally to the field of thermal safety systems for battery packs used in electric vehicles. More particularly, the present disclosure relates to a battery pack with improved thermal safety.

Thermisches Durchgehen tritt in Batteriepacks aufgrund einer unkontrolliert beschleunigten Wärmeabgabe aus Batteriezellen auf. Im Falle einer thermischen Ausbreitung ist es von entscheidender Bedeutung und zwingend erforderlich, die Sicherheit der Insassen zu gewährleisten, indem sichergestellt wird, dass bis zu einem bestimmten Zeitraum kein Feuer in den Fahrgastraum gelangt und sie das Fahrzeug sicher verlassen können.Thermal runaway occurs in battery packs due to uncontrolled accelerated heat release from battery cells. In case of thermal runaway, it is critical and imperative to ensure the safety of occupants by ensuring that no fire enters the passenger compartment until a certain period of time and they can exit the vehicle safely.

Mit zunehmender Energiedichte von Batterien steigt auch die Geschwindigkeit des Temperaturanstiegs und des Druckaufbaus von Gasen während eines thermischen Ausbreitungsereignisses. Dies stellt eine große Herausforderung dar, wenn es darum geht, diese Gase sicher aus der Batterie in die Atmosphäre zu entweichen. Darüber hinaus ist der Schutz von HV-elektrischen Komponenten auch entscheidend, um Lichtbögen zu verhindern, die Brände oder Verletzungen verursachen können. Daher wird der Zell-zu-Zelle-Schutz in Batteriepacks bereitgestellt, die Wärme absorbieren und die Wärmeausbreitung von einer Zelle zur anderen verzögern, wenn nicht sogar verhindern.As the energy density of batteries increases, so does the rate of temperature rise and pressure buildup of gases during a thermal propagation event. This presents a major challenge when it comes to safely venting these gases from the battery into the atmosphere. In addition, protecting HV electrical components is also critical to prevent arcing that can cause fires or injuries. Therefore, cell-to-cell protection is provided in battery packs that absorb heat and delay, if not prevent, heat propagation from one cell to another.

Das Patentdokument CN108598616A offenbart ein Autobatteriemodul, bei dem der Gehäusekasten aus einem zusammengesetzten Phasenwechselmaterial (PCM) besteht und eine Aussparung mit mehreren Batterielöchern aufweist. Die Seitenfläche des Gehäusekastens ist von einer Luftkanalplatte umschlossen, die eine Luftkanalkammer definiert, die in mehrere Windkammern unterteilt ist. Die Windkammern sind mit einem Druckrohr, einem Blasrohr und einer Luftpumpe ausgestattet. Das PCM-Komposit enthält Paraffin, aliphatische Säure, Essigsäure, Kieselsäure und Schaumkupfer.The patent document CN108598616A discloses a car battery module in which the housing box is made of a composite phase change material (PCM) and has a recess with a plurality of battery holes. The side surface of the housing box is enclosed by an air duct plate defining an air duct chamber divided into a plurality of wind chambers. The wind chambers are equipped with a pressure pipe, a blow pipe and an air pump. The PCM composite contains paraffin, aliphatic acid, acetic acid, silica and foam copper.

Das Patentdokument CN113097594 A offenbart ein Wärmemanagementsystem für Lithium-lonen-Batterien und ein Verfahren, das auf beweglichen Lamellen und Phasenwechselmaterialien basiert. Wenn die Lithium-lonen-Batterie bei mittlerer Temperatur arbeitet, erreicht die Batterietemperatur den Schmelzpunkt des PCM, das PCM nimmt die Batteriewärme auf und speichert sie als latente Wärme durch Fest-Flüssig-Phasenwechsel. Nachdem das Phasenwechselmaterial vollständig verflüssigt ist, treibt das Wärmemanagementsystem die Lamellen in Kontakt mit den Oberflächen der Batteriemonomere, damit die Wärme durch die Lamellen geleitet wird. Wenn die Batterie nicht mehr funktioniert und die Temperatur der Batterie zu sinken beginnt und sich dem Schmelzpunkt des Phasenwechselmaterials nähert, faltet das Wärmemanagementsystem die Lamellen zurück, um die Lamellen von der Oberfläche des Batteriemonomers zu trennen, wodurch die externe Ableitung des Phasenwechselmaterials und die Wärme in der Batterie verlangsamt wird und verhindert wird, dass der Batteriepack in einer Umgebung mit niedrigen Temperaturen zu schnell abfällt.The patent document CN113097594 A discloses a thermal management system for lithium-ion batteries and a method based on movable fins and phase change materials. When the lithium-ion battery operates at medium temperature, the battery temperature reaches the melting point of the PCM, the PCM absorbs the battery heat and stores it as latent heat through solid-liquid phase change. After the phase change material is fully liquefied, the thermal management system drives the fins into contact with the surfaces of the battery monomers to conduct heat through the fins. When the battery stops functioning and the temperature of the battery begins to drop and approaches the melting point of the phase change material, the thermal management system folds the fins back to separate the fins from the surface of the battery monomer, thereby slowing the external dissipation of the phase change material and heat within the battery and preventing the battery pack from degrading too quickly in a low temperature environment.

Während in den genannten Patentdokumenten verschiedene Arten des Wärmemanagements in Batteriepacks offenbart werden, besteht die Möglichkeit, ein optimiertes thermisches Sicherheitssystem für Batteriepacks bereitzustellen.While the cited patent documents disclose various types of thermal management in battery packs, there is the possibility of providing an optimized thermal safety system for battery packs.

Daher besteht die Notwendigkeit, ein Batteriepaket mit verbesserter thermischer Sicherheit bereitzustellen, das effizient ist, das thermische Durchgehen verzögert und die Sicherheit der Passagiere verbessert.Therefore, there is a need to provide a battery pack with enhanced thermal safety that is efficient, delays thermal runaway and improves passenger safety.

Eine allgemeine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung besteht darin, ein Batteriepack mit verbesserter thermischer Sicherheit in Elektrofahrzeugen bereitzustellen.A general object of the present disclosure is to provide a battery pack with improved thermal safety in electric vehicles.

Eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung ist es, ein thermisches Sicherheitssystem bereitzustellen, das effizient ist, thermische Durchgehen verzögert und die Sicherheit der Passagiere verbessert.An object of the present disclosure is to provide a thermal safety system that is efficient, delays thermal runaways, and improves passenger safety.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Offenbarung besteht darin, ein thermisches Sicherheitssystem bereitzustellen, das eine betroffene Zelle isoliert und kühlt, wodurch thermisches Durchgehen verzögert wird.Another object of the present disclosure is to provide a thermal safety system that isolates and cools an affected cell, thereby delaying thermal runaway.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Offenbarung besteht darin, ein thermisches Sicherheitssystem bereitzustellen, das den Kühleffekt nur auf die betroffene Zelle lenkt, wodurch andere Zellen des Batteriepacks unberührt bleiben.Another object of the present disclosure is to provide a thermal safety system that directs the cooling effect only to the affected cell, leaving other cells of the battery pack unaffected.

Noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Offenbarung besteht darin, ein thermisches Sicherheitssystem bereitzustellen, das die gefährlichen Gase während eines thermischen Durchgehens entfernt und sicherere Bedingungen in dem Elektrofahrzeug fördert.Yet another object of the present disclosure is to provide a thermal safety system that removes the hazardous gases during a thermal runaway and promotes safer conditions in the electric vehicle.

Aspekte der vorliegenden Offenbarung beziehen sich allgemein auf den Bereich der thermischen Sicherheitssysteme für Batteriepacks, die in Elektrofahrzeugen verwendet werden. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Offenbarung auf einen Batteriepack mit verbesserter thermischer Sicherheit.Aspects of the present disclosure relate generally to the field of thermal safety systems for battery packs used in electric vehicles. More particularly, the present disclosure relates to a battery pack with improved thermal safety.

In einem Aspekt umfasst das thermische Sicherheitssystem in einem Elektrofahrzeug eine metallische Struktur, die eine Vielzahl von Kammern definiert. Die Vielzahl von Kammern beherbergt eine Vielzahl von Zellen, jede Zelle in jeder der mehreren Kammern. Die Zellen sind von einem Phasenwechselmaterial umgeben. Das Phasenwechselmaterial ist so konfiguriert, dass an beiden Enden der Zellen ein Luftspalt vorhanden ist, und im Falle eines Schmelzens des Phasenwechselmaterials aufgrund einer Erwärmung einer der mehreren Zellen fließt das geschmolzene Phasenwechselmaterial, das die betroffene Zelle umgibt, nach unten zu einem niedrigeren Luftspalt, wodurch eine Kühlung der betroffenen Zelle durch Luftzirkulation ermöglicht wird.In one aspect, the thermal safety system in an electric vehicle includes a metallic structure defining a plurality of chambers. The plurality of chambers house a plurality of cells, each cell in each of the plurality of chambers. The cells are surrounded by a phase change material. The phase change material is configured such that an air gap exists at both ends of the cells, and in the event of melting of the phase change material due to heating of one of the plurality of cells, the molten phase change material surrounding the affected cell flows downward to a lower air gap, thereby allowing cooling of the affected cell by air circulation.

In einer Ausführungsform kann die Anordnung ferner eine Luftpumpe umfassen, um einen geregelten Luftstrom durch die Vielzahl von Kammern bereitzustellen.In one embodiment, the assembly may further comprise an air pump to provide a regulated flow of air through the plurality of chambers.

Nach einer Ausführungsform kann der Batteriepack ein Rückschlagventil enthalten, das stromaufwärts der Zellen angeordnet ist, um einen Eintritt für den Luftstrom aus der Atmosphäre bereitzustellen.In one embodiment, the battery pack may include a check valve located upstream of the cells to provide an inlet for air flow from the atmosphere.

In einer Ausführungsform kann die metallische Struktur mindestens einen Kühlkanal umfassen, der senkrecht zu einer Längsachse der Vielzahl von Zellen zur Zirkulation des von der Luftpumpe bereitgestellten Luftstroms konfiguriert ist.In one embodiment, the metallic structure may include at least one cooling channel configured perpendicular to a longitudinal axis of the plurality of cells for circulating the air flow provided by the air pump.

In einer Ausführungsform kann das Phasenwechselmaterial Natriumacetat-Trihydrat mit einem Schmelzpunkt von 60°C und einer latenten Wärme im Bereich von 226 bis 265 kJ/kg sein.In one embodiment, the phase change material may be sodium acetate trihydrate having a melting point of 60°C and a latent heat in the range of 226 to 265 kJ/kg.

In einer Ausführungsform kann jede der mehreren Zellen mit einer Stützklemme konfiguriert sein, die die Zelle mit der metallischen Struktur verbindet und das erforderliche Luftvolumen um die Zellen herum aufrechterhält.In one embodiment, each of the plurality of cells may be configured with a support clamp that connects the cell to the metallic structure and maintains the required air volume around the cells.

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.Various objects, features, aspects and advantages of the inventive subject matter will become more apparent from the following detailed description of preferred embodiments taken in conjunction with the accompanying drawing figures in which like numerals represent like components.

Die beigefügten Zeichnungen sind enthalten, um ein weiteres Verständnis der vorliegenden Offenbarung zu vermitteln, und sind in diese Beschreibung aufgenommen und bilden einen Teil davon. Die Zeichnungen veranschaulichen beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung und dienen zusammen mit der Beschreibung dazu, die Prinzipien der vorliegenden Offenbarung zu erläutern.The accompanying drawings are included to provide a further understanding of the present disclosure and are incorporated in and constitute a part of this specification. The drawings illustrate exemplary embodiments of the present disclosure and, together with the description, serve to explain the principles of the present disclosure.

Die 1A und 1B veranschaulichen beispielhafte schematische Diagramme des offenbarten Batteriepacks, das mit einem Phasenwechselmaterial und einer Luftkühlung gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung integriert ist.The 1A and 1B illustrate exemplary schematic diagrams of the disclosed battery pack integrated with a phase change material and air cooling according to embodiments of the present disclosure.

2 veranschaulicht eine beispielhafte schematische Anordnung des Batteriepacks, die einen Luftstrom durch eine betroffene Zelle zeigt, nachdem das PCM geschmolzen ist, in Übereinstimmung mit Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. 2 illustrates an exemplary schematic arrangement of the battery pack showing airflow through an affected cell after the PCM is melted, in accordance with embodiments of the present disclosure.

Im Folgenden finden Sie eine detaillierte Beschreibung von Ausführungsformen der Offenbarung, die in den beigefügten Zeichnungen dargestellt sind. Die Ausführungsformen sind so detailliert, dass sie die Offenbarung klar kommunizieren. Der angebotene Detaillierungsgrad ist jedoch nicht dazu gedacht, die erwarteten Variationen von Ausführungsformen einzuschränken; Im Gegenteil, es besteht die Absicht, alle Modifikationen, Äquivalente und Alternativen abzudecken, die in den Geist und Umfang der vorliegenden Offenbarung fallen, wie sie durch die beigefügten Ansprüche definiert sind.Following is a detailed description of embodiments of the disclosure illustrated in the accompanying drawings. The embodiments are detailed enough to clearly communicate the disclosure. However, the level of detail offered is not intended to limit the expected variations of embodiments; on the contrary, the intention is to cover all modifications, equivalents, and alternatives that fall within the spirit and scope of the present disclosure as defined by the appended claims.

Ausführungsformen, die hierin erläutert werden, beziehen sich allgemein auf den Bereich der thermischen Sicherheit für Batteriepacks, die in Fahrzeugen verwendet werden. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Offenbarung auf einen Batteriepack mit verbesserter thermischer Sicherheit.Embodiments discussed herein generally relate to the field of thermal safety for battery packs used in vehicles. More particularly, the present disclosure relates to a battery pack with improved thermal safety.

In einer Ausführungsform enthält der offenbarte Batteriepack eine metallische Struktur, die eine Vielzahl von Kammern definiert. Eine Vielzahl von Zellen, wobei jede Zelle in einer Vielzahl von Kammern untergebracht ist, die von einem Phasenwechselmaterial umgeben sind. Das Phasenwechselmaterial ist so konfiguriert, dass an beiden Enden der Zellen ein Luftspalt vorhanden ist, damit geschmolzenes PCM in den unteren Luftspalt fließen kann. Dadurch entsteht ein Kanal um die betroffene Zelle, um die Luftkühlung zu erleichtern.In one embodiment, the disclosed battery pack includes a metallic structure defining a plurality of chambers. A plurality of cells, each cell housed in a plurality of chambers surrounded by a phase change material. The phase change material is configured to have an air gap at both ends of the cells to allow molten PCM to flow into the lower air gap, thereby creating a channel around the affected cell to facilitate air cooling.

Unter Bezugnahme auf die 1A und 1B kann der vorgeschlagene Batteriepack 100 eine metallische Struktur 102 enthalten, die eine Vielzahl von Kammern definiert, wie z. B. Kammern 104-1, 104-2, . usw. (einzeln/kollektiv als Kammer/Kammern 104 bezeichnet, im Folgenden). Jede Kammer 104 kann eine Zelle aufnehmen, wie z. B. Zellen 106-1, 106-2 usw. (einzeln/kollektiv als Zelle/Zellen 106 bezeichnet, im Folgenden). Die Zellen 106 können von einem Phasenwechselmaterial (PCM) umgeben sein, wie z. B. PCM 108, das in 1 B gezeigt ist.Referring to FIGS. 1A and 1B, the proposed battery pack 100 may include a metallic structure 102 defining a plurality of chambers, such as chambers 104-1, 104-2, etc. (individually/collectively referred to as chamber(s) 104, hereinafter). Each chamber 104 may house a cell, such as cells 106-1, 106-2, etc. (individually/collectively referred to as cell(s) 106, hereinafter). The cells 106 may be surrounded by a phase change material (PCM), such as PCM 108 shown in FIG. 1B.

Das PCM kann um die Zellen 106 herum so konfiguriert sein, dass an beiden Enden der Zellen 106 ein Luftspalt vorhanden ist, wie beispielsweise ein oberer Luftspalt und ein unterer Luftspalt. Das PCM 108 kann so gewählt werden, dass, wenn sich eine der Zellen 106 über eine Temperatur hinaus erwärmt, die eine Luftkühlung der entsprechenden Zelle 106 erfordert, das PCM 108 schmilzt, d. h. die Phasenänderungstemperatur/der Schmelzpunkt des PCM ist gleich der Temperatur, bei der die Zellen 106 Luftkühlung benötigen, um die Wärmeausbreitung zu den benachbarten Zellen 106 zu ermöglichen. Im Falle eines Schmelzens des PCM 108 aufgrund einer Erwärmung einer der mehreren Zellen 106 kann das geschmolzene PCM, das die betroffene Zelle 106 umgibt, in den unteren Luftspalt fließen. Ein Ausströmen aus dem PCM 108 kann einen Spalt zwischen der betroffenen Zelle 106 und dem PCM 108 erzeugen, der eine Kühlung der betroffenen Zelle 106 durch Luftzirkulation ermöglichen kann.The PCM may be configured around the cells 106 such that an air gap is present at both ends of the cells 106, such as an upper air gap and a lower air gap. The PCM 108 may be selected such that when one of the cells 106 heats beyond a temperature that requires air cooling of the corresponding cell 106, the PCM 108 melts, i.e., the phase change temperature/melting point of the PCM is equal to the temperature at which the cells 106 require air cooling to allow heat propagation to the neighboring cells 106. In the event of melting of the PCM 108 due to heating of one of the plurality of cells 106, the molten PCM surrounding the affected cell 106 may flow into the lower air gap. Leakage from the PCM 108 may create a gap between the affected cell 106 and the PCM 108, which may allow cooling of the affected cell 106 by air circulation.

In einer Ausführungsform kann das Batteriepack, um die Luftkühlung zu erleichtern, eine Luftpumpe 110 enthalten. Die Luftpumpe 110 kann so angeordnet sein, dass sie einen Luftstrom von dem oberen Luftspalt zum unteren Luftspalt durch den Spalt verursacht, der durch das Schmelzen des PCM 108 zwischen der betroffenen Zelle 106 und dem entsprechenden PCM 108 entsteht. Zusätzlich kann der Batteriesatz 100 auch mit einem Rückschlagventil 114 konfiguriert sein, das sich stromaufwärts des oberen Luftspalts befindet, was das Eindringen von Luft ermöglichen kann, wenn die Luftpumpe 110 in Betrieb ist. In einem Aspekt kann die Luftpumpe 110 so konfiguriert sein, dass sie nur dann arbeitet, wenn eine der Zellen 106 auf eine vordefinierte Temperatur erhitzt wird.In one embodiment, to facilitate air cooling, the battery pack may include an air pump 110. The air pump 110 may be arranged to cause air flow from the upper air gap to the lower air gap through the gap created by the melting of the PCM 108 between the affected cell 106 and the corresponding PCM 108. Additionally, the battery pack 100 may also be configured with a check valve 114 located upstream of the upper air gap, which may allow air ingress when the air pump 110 is operating. In one aspect, the air pump 110 may be configured to operate only when one of the cells 106 is heated to a predefined temperature.

In einer Ausführungsform kann die metallische Struktur 102 ferner mindestens einen Kühlkanal 112 umfassen, der senkrecht zu einer Längsachse der Vielzahl von Zellen 106 für die Zirkulation des Luftstroms konfiguriert ist, der von der Luftpumpe 110 bereitgestellt wird, wie in 1 gezeigt. Der Kühlkanal 112 deckt nicht die gesamte obere Querschnittsfläche der Vielzahl von Zellen ab und weist daher einen Spalt auf der Oberseite auf, so dass, wenn die Luftpumpe 110 in Betrieb ist, Luft durch die Kammern 104 und danach zur Luftpumpe 110 gesaugt wird.In one embodiment, the metallic structure 102 may further include at least one cooling channel 112 configured perpendicular to a longitudinal axis of the plurality of cells 106 for circulation of the air flow provided by the air pump 110, as shown in Figure 1. The cooling channel 112 does not cover the entire upper cross-sectional area of the plurality of cells and therefore has a gap on the top so that when the air pump 110 is operating, air is drawn through the chambers 104 and then to the air pump 110.

In einer Ausführungsform kann jede der Zellen 106 durch eine Stützklemme gestützt werden, wie z. B. Stützklemmen 116-1, 116-2,.. usw. (einzeln/zusammenfassend als Stützklemme/Stützklemmen 116 bezeichnet, im Folgenden). Die Stützklemmen 116 können so konfiguriert sein, dass ein erforderliches Luftvolumen unterhalb der Zellen 106 aufrechterhalten wird.In one embodiment, each of the cells 106 may be supported by a support clamp, such as support clamps 116-1, 116-2, etc. (individually/collectively referred to as support clamp(s) 116, hereinafter). The support clamps 116 may be configured to maintain a required volume of air beneath the cells 106.

2 zeigt das Batteriepack 100, wenn eine der Zellen 106 eine Erwärmung erfahren hat, was dazu führt, dass das entsprechende PCM 108 schmilzt und nach unten fließt, wodurch ein Spalt um die Zelle 106 entsteht. Der Betrieb der Luftpumpe 110 führt zum Eintritt von Luft durch das Rückschlagventil 114, die durch den Spalt um die betroffene Zelle 106-3 strömt, um die beheizte Zelle 106-3 zu kühlen und die Wärmeausbreitung zu den umgebenden Zellen 106 zu verhindern. 2 indicates the battery pack 100 when one of the cells 106 has experienced heating, causing the corresponding PCM 108 to melt and flow downward, creating a gap around the cell 106. Operation of the air pump 110 results in the entry of air through the check valve 114, which flows through the gap around the affected cell 106-3 to cool the heated cell 106-3 and prevent heat propagation to the surrounding cells 106.

In einer Ausführungsform kann Natriumacetat-Trihydrat mit einem Schmelzpunkt von 60°C und einer latenten Wärme im Bereich von 226 bis 265 kJ/kg als Phasenwechselmaterial 108 verwendet werden. Hohe latente Wärme bewirkt, dass das PCM beträchtliche Wärme von der betroffenen Zelle 106 absorbiert, bevor es schmilzt, wodurch das thermische Durchgehen verzögert wird.In one embodiment, sodium acetate trihydrate having a melting point of 60°C and a latent heat in the range of 226 to 265 kJ/kg can be used as the phase change material 108. High latent heat causes the PCM to absorb significant heat from the affected cell 106 before melting, thereby retarding thermal runaway.

Somit stellt die vorliegende Offenbarung ein Batteriepack mit verbesserter thermischer Sicherheit bereit, das effizient ist, das thermische Durchgehen verzögert und die Sicherheit der Insassen verbessert. Wie eingeschätzt werden kann, kann das Konzept der vorliegenden Offenbarung nach geeigneten Modifikationen, die für den Fachmann naheliegend wären, auch für die thermische Sicherheit von Batteriepacks für andere Anwendungen verwendet werden.Thus, the present disclosure provides a battery pack with improved thermal safety that is efficient, delays thermal runaway, and improves occupant safety. As can be appreciated, the concept of the present disclosure can also be used for thermal safety of battery packs for other applications after appropriate modifications that would be obvious to those skilled in the art.

Während das Vorstehende verschiedene Ausführungsformen der Erfindung beschreibt, können andere und weitere Ausführungsformen der Erfindung entwickelt werden, ohne vom grundlegenden Umfang derselben 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 eine Person mit durchschnittlichem Fachmann auf dem Gebiet in die Lage zu versetzen, die Erfindung herzustellen und zu verwenden, wenn sie mit Informationen und Kenntnissen kombiniert wird, die der Person mit dem Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet zur Verfügung stehen.While the foregoing describes various embodiments of the invention, other and further embodiments of the invention may be devised without departing from the basic scope thereof. The scope of the invention is determined by the following claims. The invention is not limited to the described embodiments, versions, or examples, which are included to enable a person of ordinary skill in the art to make and use the invention when combined with information and knowledge available to the person of ordinary skill in the art.

Die vorliegende Offenbarung stellt ein Batteriepack mit verbesserter thermischer Sicherheit in Elektrofahrzeugen bereit.The present disclosure provides a battery pack with improved thermal safety in electric vehicles.

Die vorliegende Offenbarung sieht ein thermisches Sicherheitssystem vor, das effizient ist, thermisches Durchgehen verzögert und die Sicherheit der Passagiere verbessert.The present disclosure provides a thermal safety system that is efficient, delays thermal runaway, and improves passenger safety.

Die vorliegende Offenbarung stellt ein thermisches Sicherheitssystem bereit, das eine betroffene Zelle isoliert und kühlt, wodurch das thermische Durchgehen benachbarter Zellen, bekannt als thermische Ausbreitung, verzögert wird.The present disclosure provides a thermal safety system that isolates and cools an affected cell, thereby reducing the thermal Passage through neighboring cells, known as thermal propagation, is delayed.

Die vorliegende Offenbarung stellt ein thermisches Sicherheitssystem bereit, das den Kühleffekt nur auf die betroffene Zelle lenkt, wodurch andere Zellen des Batteriepacks unberührt bleiben.The present disclosure provides a thermal safety system that directs the cooling effect only to the affected cell, leaving other cells of the battery pack unaffected.

Die vorliegende Offenbarung stellt ein thermisches Sicherheitssystem bereit, das die gefährlichen Gase während eines thermischen Durchgehens entfernt und sicherere Bedingungen im Elektrofahrzeug fördertThe present disclosure provides a thermal safety system that removes the hazardous gases during a thermal runaway and promotes safer conditions in the electric vehicle

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

CN108598616A [0004]
CN113097594 [0005]

Claims

A battery pack (100) for electric vehicles, comprising: a metallic structure (102) defining a plurality of chambers (104); and a plurality of cells (106), each cell configured in each of the plurality of chambers (104) surrounded by a phase change material (108); wherein the phase change material (108) is configured such that an air gap is present at both ends of the chambers and in the event of melting of the phase change material (108) due to heating of one of the plurality of cells (106), the melted phase change material (108) flows down from the corresponding chamber (104) to a lower air gap, thereby enabling cooling of the affected cell (106) by air circulation through the corresponding chamber (104).

Battery pack (100) to Claim 1 the assembly further comprising: an air pump (110) to provide a regulated air flow around the plurality of cells (106).

Battery pack (100) to Claim 2 wherein the battery pack (100) includes a check valve (114) disposed upstream of the plurality of chambers (104) to provide an inlet for air flow from the atmosphere to the metallic structure 102.

Battery pack (100) to Claim 2 , wherein the metallic structure (102) comprises at least one cooling channel (112) formed perpendicular to a longitudinal axis of the plurality of cells (106) for circulating the air flow provided by the air pump (110).

Battery pack (100) to Claim 1 wherein the phase change material (108) is sodium acetate trihydrate having a melting point of 60°C and a latent heat in the range of 226 to 265 kJ/kg.

Battery pack (100) to Claim 1 wherein each of the plurality of cells (106) is configured with a support clamp (116) that connects the cell (106) to the metallic structure (102) and maintains a required volume of air beneath the cell (106).