-
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich allgemein auf das technische Gebiet der Batteriepack-Schutzsysteme. Insbesondere handelt es sich um ein System zur Verhinderung von thermischem Durchgehen in Batteriepacks.
-
Batteriepacks werden häufig in Fahrzeugen und elektronischen Geräten verwendet, um elektrische Energie zu speichern und bereitzustellen. Ein typisches Batteriepack, das in Elektrofahrzeugen oder allgemeinen Fahrzeugen verwendet wird, umfasst mehrere zylindrische Lithium-Ionen-Zellen/-Batterien, die in einem einzigen Gehäuse untergebracht sind. Lithium-Ionen-Batterien werden aufgrund ihrer hohen Energiedichte bevorzugt. Die in den Batteriepacks verwendeten Batteriezellen sind jedoch brennbar, was zu einem Kurzschluss führen kann, wenn sie Lade-/Entladevorgänge verursachen. Darüber hinaus führt die Wärmeerzeugung bei den Lade-/Entladevorgängen zu thermischen Durchgehen, wobei der Temperaturanstieg die Bildung von brennbarem Gas innerhalb der Zelle beschleunigt, was wiederum den Innendruck erhöht, was zu Gasentlüftung und Feuer in der betroffenen Zelle führt.
-
Lithium-Ionen-Zellen sind in der Regel mit Entlüftungslöchern, peripheren Löchern oder Rillen an der Oberseite ausgestattet, die aufgrund des Druckaufbaus innerhalb der Zellen geöffnet werden können, um die erzeugten brennbaren Gase freizusetzen. Die betroffenen Zellen müssen jedoch sowohl elektrisch als auch physikalisch von den gesunden Zellen des Batteriepacks isoliert werden. Darüber hinaus muss das freigesetzte brennbare Gas auch aus dem Batteriepackgehäuse entfernt werden.
-
Um die oben genannten Anforderungen zu erfüllen, konzentrieren sich bestehende thermische Durchgehenschutzsysteme und -methoden darauf, die Stromzufuhr zu den betroffenen Zellen zu unterbrechen, gefolgt von der Entfernung des entlüfteten Gases und der Isolierung der betroffenen Zellen vom Batteriepack. Ein schnelles/explosives thermisches Durchgehen in den betroffenen Zellen kann sich jedoch schnell ausbreiten und die anderen gesunden Zellen des Batteriepacks beeinträchtigen und auch den gesamten Batteriepack sowie das Fahrzeug vollständig verbrennen oder beschädigen, was zu einem katastrophalen Ausfall führt. Unter dem Gesichtspunkt der Sicherheit wäre es daher von Vorteil, wenn ein einfaches, effizientes und zuverlässiges System zur Verhinderung eines thermischen Durchgehens in Batteriepacks vorgesehen werden könnte, das die betroffenen Batteriezellen automatisch und schnell isolieren, die freigesetzten brennbaren Gase aus dem Batteriepack ablassen und die betroffenen Zellen kühlen kann, falls in einer der betroffenen Zellen ein thermisches Durchgehen auftritt.
-
Das Patentdokument offenbart
US2021379428A1 ein Gehäuse für den sicheren Transport und die sichere Lagerung einer Batterie oder einer Sammlung von Batterien. Das Gehäuse umfasst eine Vielzahl von Batterien, die durch eine Polymerstruktur zusammengehalten werden, die Taschen enthält, die in der Lage sind, mindestens eine Feuerlöschflüssigkeit einzukapseln. Darüber hinaus werden Sensoren auf der Oberfläche jeder der Batteriezellen eingesetzt, die in der Lage sind, die Oberflächentemperatur und die Volumenausdehnung jeder Batterie im Gehäuse zu überwachen. Die Taschen des Gehäuses können reißen, wenn die Temperatur des Akkupacks eine voreingestellte Temperatur erreicht, wodurch die Feuerlöschflüssigkeit zum Löschen des Feuers freigesetzt wird. Wie ersichtlich ist, löscht die zitierte Referenz das Feuer, wenn die Temperatur des gesamten Batteriepacks über die voreingestellte Temperatur ansteigt oder der gesamte Akkupack zu brennen beginnt, jedoch kann die zitierte Referenz die betroffene Zelle nicht von den verbleibenden gesunden Zellen isolieren und auch nicht verhindern, dass sich Feuer und brennbare Gase von der betroffenen Zelle auf andere Zellen ausbreiten. Die zitierte Referenz bietet somit keine Lösung für das oben genannte Problem.
-
Die Patentschrift
WO2020259699A1 offenbart eine Sicherheitsverarbeitungsvorrichtung für einen Batteriepack, eine elektrische Energiespeichervorrichtung und ein Steuerverfahren hierfür. Die Sicherheitsverarbeitungsvorrichtung umfasst ein Temperaturüberwachungsmodul zum Erfassen einer Zellentemperaturänderung jeder Zelle in dem Batteriepack und ein Temperatursteuermodul zum Bestimmen, ob eine maximale Zellentemperaturänderung in dem Batteriepack in einen von mehreren Temperaturänderungsbereichen fällt. Die Vorrichtung überwacht die maximale Zellentemperaturänderung im Batteriepack und verarbeitet den Akkupack gemäß einem Verarbeitungsverfahren, das dem Temperaturänderungsbereich entspricht, in den die maximale Zellentemperaturänderung im Batteriepack fällt, wodurch ein thermisches Durchgehen des Batteriepacks verhindert wird. Die Verarbeitungsmethode besteht darin, die elektrische Verbindung des Akkupacks zu unterbrechen, den Akkupack aus einem sicheren Abstand zu schieben und den Akkupack zu kühlen. Die zitierte Bezugnahme isoliert jedoch nicht die betroffene Zelle von den verbleibenden gesunden Zellen im Batteriepack und verhindert auch nicht die Ausbreitung von Feuer und brennbaren Gasen von der betroffenen Zelle auf andere Zellen. Die zitierte Referenz bietet somit keine Lösung für das oben genannte Problem.
-
Es besteht daher die Notwendigkeit, die oben genannten Nachteile, Unzulänglichkeiten und Einschränkungen zu überwinden, die mit bestehenden Techniken des thermischen Durchgehens von Batteriepacks verbunden sind, und ein einfaches, effizientes und zuverlässiges System zur Verhinderung eines thermischen Durchgehens in Batteriepacks bereitzustellen, das betroffene Batteriezellen automatisch von benachbarten gesunden Batteriezellen des Batteriepacks isoliert, freigesetzte brennbare Gase aus dem Batteriepack entlüftet, und kühlt auch die betroffenen Zellen.
-
Eine allgemeine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung besteht darin, Probleme zu überwinden, die mit herkömmlichen thermischen Durchgehenschutztechniken für Batteriepacks verbunden sind.
-
Eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung besteht darin, einen Batteriepack und die zugehörigen Zellen vor Feuer und Explosion im Falle des Auftretens eines thermischen Durchgehens zu schützen.
-
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Offenbarung besteht darin, betroffene Batteriezellen im Falle des Auftretens eines thermischen Durchgehens sowohl physikalisch als auch elektrisch von benachbarten gesunden Batteriezellen eines Batteriepacks zu isolieren.
-
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Offenbarung besteht darin, brennbare Gase (die von den betroffenen Zellen freigesetzt werden) sicher und automatisch aus dem Batteriepack zu entlüften, ohne die benachbarten gesunden Batteriezellen zu beeinträchtigen.
-
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Offenbarung besteht darin, ein einfaches, effizientes und zuverlässiges System zur Verhinderung eines thermischen Durchgehens in Batteriepacks bereitzustellen, das betroffene Batteriezellen automatisch von benachbarten gesunden Batteriezellen des Batteriepacks isoliert, freigesetzte brennbare Gase aus dem Batteriepack ablässt und auch die betroffenen Zellen kühlt.
-
Aspekte der vorliegenden Offenbarung beziehen sich auf das technische Gebiet der Batteriepack-Schutzsysteme. Insbesondere handelt es sich um ein einfaches, effizientes und zuverlässiges System zur Verhinderung eines thermischen Durchgehens in Batteriepacks, das betroffene Batteriezellen automatisch von benachbarten gesunden Batteriezellen des Batteriepacks isoliert, freigesetzte brennbare Gase aus dem Batteriepack ablässt und die betroffenen Zellen auch kühlt.
-
In einem Aspekt ist das System zur Verhinderung des thermischen Durchgehens offenbart. Das System besteht aus einem Gehäuse, das mit einer inerten Flüssigkeit gefüllt ist. Ferner sind eine oder mehrere Zellen, die mit dem Batteriepack verbunden sind, in die Flüssigkeit eingetaucht und an einem unteren Ende des Gehäuses unter Verwendung einer oder mehrerer vorgespannter Schmelzverbindungen befestigt. Das System umfasst ferner eine oder mehrere aufblasbare Membranen, die am oberen Ende einer oder mehrerer Zellen, die mit dem Batteriepack verbunden sind, konfiguriert sind, so dass mindestens eine aufblasbare Membran am oberen Ende jeder der einen oder mehreren Zellen konfiguriert ist. Dementsprechend setzt die betroffene Zelle im Falle eines Auftretens eines thermischen Durchgehens in einer der einen oder mehreren Zellen ein brennbares Gas frei, das die entsprechende Membran aufbläst. Das Aufblasen der Membran in der Flüssigkeit erleichtert die Aufwärtsbewegung der betroffenen Zelle in Richtung eines oberen Endes des Gehäuses, wodurch die betroffene Zelle von den verbleibenden gesunden Zellen des Batteriepacks isoliert wird.
-
In einem Aspekt kann das System einen oder mehrere Dehnungsmessstreifen umfassen, die mit jeder der Zellen konfiguriert und mit einem Batteriemanagementsystem (BMS) gekoppelt sind, das dem Batteriepack zugeordnet ist. Die Aufwärtsbewegung der betroffenen Zelle kann den Dehnungsmessstreifen betätigen, um ein Betätigungssignal an das BMS zu senden, das entsprechend die interne Stromzufuhr zu der betroffenen Zelle unterbrechen kann.
-
Ferner kann das BMS elektrisch mit jeder der vorgespannten Schmelzverbindungen gekoppelt sein. Das BMS kann beim Empfangen des Betätigungssignals von dem Dehnungsmessstreifen im Falle des Auftretens eines thermischen Durchgehens in der betroffenen Zelle die Stromzufuhr zu der entsprechenden Schmelzverbindung der betroffenen Zelle erhöhen, wodurch die Schmelzverbindung schmelzen und die betroffene Zelle vom unteren Ende des Gehäuses gelöst werden kann.
-
Das vorgespannte Schmelzgestänge kann ein Schmelzdrahtgestänge umfassen, das auf einer komprimierten Feder positioniert ist, die am unteren Ende des Gehäuses befestigt ist. Der Auftrieb, der von der Flüssigkeit auf die aufgeblasene Membran der betroffenen Zelle übertragen wird, und eine Federfreisetzungskraft, die von der Feder auf die betroffene Zelle beim Schmelzen der entsprechenden Schmelzverbindung übertragen wird, kann die Aufwärtsbewegung der betroffenen Zelle in Richtung des oberen Endes des Gehäuses erleichtern.
-
In einem Aspekt kann das System eine Vielzahl von Spikes und eine Vielzahl von Zelllöchern am oberen Ende des Gehäuses umfassen. Die aufgeblasene Membran kann sich in Richtung des oberen Endes des Gehäuses bewegen und von einem der Stacheln gerissen werden, um das in der Membran gespeicherte brennbare Gas freizusetzen.
-
Das aus der gerissenen Membran freigesetzte brennbare Gas kann durch die Zelllöcher aus dem Gehäuse entweichen und dadurch die Ausbreitung des freigesetzten brennbaren Gases in Richtung der verbleibenden gesunden Zellen verhindern. Ferner kann die isolierte betroffene Zelle über der Flüssigkeit schweben.
-
In einem anderen Aspekt kann das System einen Schornstein und ein Entlüftungsloch umfassen, die fluidisch mit den mehreren Zelllöchern des Gehäuses gekoppelt sind, um die freigesetzten brennbaren Gase aus dem System abzuleiten.
-
Ferner können die elektrischen Anschlüsse jeder der einen oder mehreren Zellen an einem unteren Ende des Batteriepacks konfiguriert sein, um eine Platzierung der einen oder mehrerer Membranen am oberen Ende der einen oder mehreren Zellen zu ermöglichen.
-
Somit kann die vorliegende Erfindung ein thermisches Durchgehen in Batteriepacks verhindern, die betroffene Batteriezellen automatisch von benachbarten gesunden Batteriezellen des Batteriepacks isolieren, freigesetzte brennbare Gase aus dem Batteriepack ablassen und auch die betroffenen Zellen kühlen können.
-
Verschiedene Aufgaben, Merkmale, Aspekte und Vorteile des erfindungsgemäßen Gegenstands werden aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen zusammen mit den beigefügten Zeichnungsfiguren, in denen gleiche Ziffern gleiche Bestandteile darstellen, deutlicher.
-
Die beigefügten Zeichnungen sind enthalten, um ein weiteres Verständnis der vorliegenden Offenbarung zu vermitteln, und sie 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.
- 1 veranschaulicht eine beispielhafte Ansicht des vorgeschlagenen thermischen Durchgehens-Verhinderungssystems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
- 2 veranschaulicht eine beispielhafte Funktionsweise des vorgeschlagenen Systems in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
- 3A veranschaulicht eine beispielhafte Ansicht des Gasfreisetzungsmechanismus des Systems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. 3B zeigt beispielhafte Draufsichten der zylindrischen Zelle des Batteriepacks gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. 3C zeigt eine beispielhafte Ansicht, die einen Zellbruch und eine Entlüftungsöffnung in der Zelle im Falle eines thermischen Durchgehens darstellt.
-
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.
-
Ein typisches Batteriepack, das in Elektrofahrzeugen oder anderen Fahrzeugen verwendet wird, umfasst mehrere zylindrische Lithium-Ionen-Zellen/-Batterien, die in einem einzigen Gehäuse untergebracht sind. Der Akku hat in der Regel Probleme mit dem thermischen Durchgehen, die zum Ausfall des Akkus führen können und auch gefährlich sein können. Lithium-Ionen-Zellen sind in der Regel mit Entlüftungslöchern, peripheren Löchern oder Riefen an der Oberseite versehen, die aufgrund des Druckaufbaus innerhalb der Zellen geöffnet werden können, um die erzeugten brennbaren Gase im Falle des Auftretens eines thermischen Durchgehens freizusetzen. Bestehende Systeme und Methoden zum Schutz vor thermischem Durchgehen konzentrieren sich darauf, die Stromversorgung der betroffenen Zellen zu unterbrechen, gefolgt von der Entfernung des entlüfteten Gases und der Isolierung der betroffenen Zellen vom Batteriepack. Ein schnelles/explosives thermisches Durchgehen in den betroffenen Zellen kann sich jedoch schnell ausbreiten und die anderen gesunden Zellen des Batteriepacks beeinträchtigen und auch den gesamten Batteriepack sowie das Fahrzeug vollständig verbrennen oder beschädigen, was zu einem katastrophalen Ausfall führt. Dadurch sollen die oben genannten Nachteile, Unzulänglichkeiten und Einschränkungen im Zusammenhang mit den bestehenden thermischen Durchgehendschutzsystemen und Batteriepacks überwunden werden.
-
Ausführungsformen, die hierin erläutert werden, beziehen sich auf ein einfaches, effizientes und zuverlässiges System zum Verhindern von thermischem Durchgehen und Explosion/Feuer in Batteriepacks, das betroffene Batteriezellen automatisch von benachbarten gesunden Batteriezellen des Batteriepacks isoliert, freigesetzte brennbare Gase aus dem Batteriepack entlüftet und auch die betroffenen Zellen kühlt.
-
Unter Bezugnahme auf 1, wo eine schematische Darstellung des vorgeschlagenen thermischen Durchgehensicherungssystems „System“ 100 offenbart ist, kann das System 100 ein Gehäuse 102 umfassen, das mit einer inerten Flüssigkeit gefüllt ist. Die eine oder die mehreren Zellen 104 (zusammenfassend als Zellen 104 bezeichnet und einzeln als Zelle 104 bezeichnet), die dem Batteriepack zugeordnet sind, können in die Flüssigkeit eingetaucht werden und können am unteren Ende des Gehäuses 102 unter Verwendung einer oder mehrerer vorgespannter Schmelzverbindungen 108 (zusammen als Schmelzverbindungen 108 und einzeln als Schmelzverbindung 108 bezeichnet) befestigt werden, hierin). In einer Ausführungsform kann die vorgespannte Schmelzverbindung 108 eine elektrisch leitfähige Schmelzdrahtverbindung 108-1 sein, die auf einer komprimierten Feder 108-2 positioniert ist, oder eine andere Vorspanneinrichtung, die am unteren Ende des Gehäuses 102 angebracht werden kann.
-
Ferner können die Zellen 104 zylindrische Zellen 104 sein, die ein unteres Ende aufweisen, das oben auf der vorgespannten Schmelzverbindung 108 befestigt ist, und ein oberes Ende, das mit Entlüftungslöchern, peripheren Löchern oder Riefen versehen ist, wie in 3A bis 3C gezeigt, die aufgrund eines Druckaufbaus innerhalb der Zellen 104 geöffnet werden können, um die erzeugten brennbaren Gase im Falle des Auftretens eines thermischen Durchgehens in der betroffenen Zelle 104 freizusetzen.
-
Das System 100 kann ferner eine oder mehrere aufblasbare Membranen 106 (zusammenfassend als Membranen 106 und einzeln als Membran 106 bezeichnet) umfassen, die am oberen Ende der Zellen 104 konfiguriert sind, die dem Batteriepack in einem entleerten Zustand zugeordnet sind, so dass mindestens eine aufblasbare Membran 106 am oberen Ende jeder der Zellen 104 konfiguriert ist. Dementsprechend kann die betroffene Zelle 104 im Falle eines Auftretens eines thermischen Durchgehens in einer der einen oder mehreren Zellen 104 ein brennbares Gas freisetzen, das die entsprechende Membran 106 aufblasen kann. Das Aufblasen der Membran 106 innerhalb des flüssigkeitsgefüllten Gehäuses 102 kann die Aufwärtsbewegung der betroffenen Zelle 104 in Richtung des oberen Endes des Gehäuses 102 erleichtern, wodurch die betroffene Zelle 104 von den verbleibenden gesunden Zellen 104 des Batteriepacks isoliert wird.
-
In einer Ausführungsform kann das System 100 eine Vielzahl von Spikes 112 und eine Vielzahl von Zelllöchern 114 am oberen Ende des Gehäuses 102 umfassen. Die Zellenlöcher 114 und Spikes 112 können zwischen den Kanälen 116 konfiguriert werden, die am oberen Ende des Gehäuses 102 vorgesehen sind. Die oberen Zelllöcher 114 des Gehäuses 102 können ferner fluidisch mit einem Entlüftungsloch 118 und einem Schornstein 120 verbunden sein, die oberhalb des Gehäuses 102 vorgesehen sind. In einer Implementierung kann sich die aufgeblasene Membran 106 zusammen mit der entsprechenden Zelle 104 nach der Isolierung bei Beginn des thermischen Durchgehens unter Auftrieb in Richtung des oberen Endes des Gehäuses 102 bewegen, und die aufgeblasene Membran 106 kann durch einen der Spikes 112 zerrissen werden, um das in der Membran 106 gespeicherte brennbare Gas freizusetzen. Das freigesetzte Gas aus der gerissenen Membran 106 kann sich dann durch das Entlüftungsloch 118 und den Schornstein 120 aus dem System 100 herausbewegen, wodurch die freigesetzten brennbaren Gase vollständig aus dem System 100 entlüftet werden und jede Möglichkeit einer Ausbreitung der brennbaren Gase in Richtung der verbleibenden gesunden Zellen 104 des Batteriepacks verhindert wird. Ferner kann, sobald die Membran 106 gerissen ist, die isolierte betroffene Zelle 104 an dem Zellloch 114 auf der Oberseite des Gehäuses 102 schwimmen, das dann abgekühlt und/oder aus dem Gehäuse 102 herausgenommen werden kann, wodurch die betroffene Zelle 104 vollständig aus dem System 100 entfernt wird.
-
In einer Ausführungsform kann das System 100 einen oder mehrere Dehnungsmessstreifen 110 umfassen, die mit jeder der Zellen 104 konfiguriert sind. Der Dehnungsmessstreifen 110 kann operativ mit einem Batteriemanagementsystem (BMS) gekoppelt sein, das mit dem Batteriepack verbunden ist. Der Dehnungsmessstreifen 110 kann mit den Zellen 104 innerhalb des Gehäuses 102 derart konfiguriert sein, dass die Aufwärtsbewegung der betroffenen Zelle 104 nach der Isolierung beim Einsetzen des thermischen Durchgehens mit dem Dehnungsmessstreifen 110 zerrt und entsprechend den Dehnungsmessstreifen 110 betätigt, um ein Betätigungssignal an das BMS zu senden, das entsprechend die interne Stromzufuhr zu der betroffenen Zelle 104 unterbricht. Dadurch wird die betroffene Zelle 104 elektrisch von den verbleibenden gesunden Zellen 104 und dem BMS isoliert.
-
Darüber hinaus kann das BMS elektrisch mit jeder der vorgespannten Schmelzverbindungen 108 gekoppelt sein. Nach einer Ausführungsform erhöht das BMS beim Empfangen des Betätigungssignals von dem Dehnungsmessstreifen 110 im Falle des Einsetzens eines thermischen Durchgehens der betroffenen Zelle 104 die Stromzufuhr zu der entsprechenden Schmelzdrahtverbindung 108-1 der betroffenen Zelle 104, wodurch die Schmelzdrahtverbindung 108-1 geschmolzen und die betroffene Zelle 104 vom unteren Ende des Gehäuses 102 gelöst wird. Somit erleichtern der Auftrieb, den die Flüssigkeit der aufgeblasenen Membran 106 der betroffenen Zelle 104 liefert, und eine Federfreisetzungskraft, die durch die Feder 108-2 auf die betroffene Zelle 104 beim Schmelzen der entsprechenden Schmelzdrahtverbindung 108-1 übertragen wird, die Aufwärtsbewegung der betroffenen Zelle 104 in Richtung des oberen Endes des Gehäuses 102. Dadurch wird die betroffene Zelle 104 physikalisch von den verbleibenden gesunden Zellen 104 des Batteriepacks isoliert. Ferner kann die isolierte betroffene Zelle 104 an dem Loch der Zelle 104 auf der Oberseite des Gehäuses 102 schwimmen, das dann aus dem Gehäuse 102 herausgenommen werden kann, wodurch die betroffene Zelle 104 vollständig aus dem System 100 entfernt wird.
-
Das Gehäuse 102 kann eine vordefinierte Form und Abmessung aufweisen, die auf der Anzahl und Abmessung der Zellen 104 basiert, die in dem Batteriepack untergebracht sind, so dass die Zellen 104 am unteren Ende befestigt und in die Flüssigkeit eingetaucht werden können, mit zusätzlichem Platz im oberen flüssigkeitsgefüllten Bereich des Gehäuses 102 für die Spikes 112, um den betroffenen isolierten Zellen 104 zu erlauben, zu schweben und sich nach oben in Richtung der Spitzen 112 und Zelllöcher 114 innerhalb des Gehäuses 102 zu bewegen.
-
Unter Bezugnahme auf 3A wird ein beispielhafter Gasentlüftungsmechanismus des vorgeschlagenen Systems 100 offenbart. Die elektrischen Anschlüsse 302 jeder der Zellen 104 können am unteren Ende der Zelle 104 konfiguriert sein, um die Platzierung der Membranen 106 am oberen Ende der Zellen 104 zu ermöglichen. Ferner können sich die elektrischen Anschlüsse 302 der Zellen 104 von der Unterseite des Batteriepacks oder Gehäuses 102 erstrecken, um die elektrische Kopplung des Batteriepacks an eine elektrische Last oder Energiequelle zu erleichtern. Die aufblasbaren Membranen 106 können am oberen Ende der Zellen 104 in einem entleerten Zustand unter Verwendung von Kunststoffeinsätzen 304 und einer belüfteten Scheibe 306 mit Durchgangslöchern 308 unterhalb der belüfteten Scheibe konfiguriert werden. Des Weiteren können die Zellen 104 unter Bezugnahme auf 3B und 3C zylindrische Zellen 104 sein, die ein oberes Ende aufweisen, das mit Entlüftungslöchern, peripheren Löchern oder Riefen versehen ist, die aufgrund eines Druckaufbaus innerhalb der Zellen 104 geöffnet werden können, um die erzeugten brennbaren Gase im Falle des Auftretens eines thermischen Durchgehens in der betroffenen Zelle 104 freizusetzen. Dadurch wird die Membran 106 aufgeblasen.
-
In einer beispielhaften Ausführungsform kann die inerte Flüssigkeit, die in dem System verwendet wird, ein elektrolytisches Medium, wie beispielsweise ein Mineralöl mit einer Dichte von 850 kg/m2, sein. Bei der Zelle kann es sich um eine zylindrische Lithium-Ionen-Zelle mit einem Durchmesser von 18 mm und einer Länge von 65 mm, einem Volumen von 1,65 x 10-4 m3 und einem Gewicht von 0,441 N (W-Zelle) handeln. Dementsprechend beträgt der Auftrieb der inneren Flüssigkeit etwa 1,379 N (F Auftrieb). Sobald das Gas in die Membran freigesetzt wird, kann die Membran einen Durchmesser von 18 mm und eine Länge von 10 mm bei einem Volumen von 2,54 x 10-6 m3 haben Die Dichte des freigesetzten Gases beträgt im Allgemeinen etwa 1,5 kg/m2, wodurch die Auftriebskraft auf die Membran etwa 0,021 N (F-Auftrieb(Membran)) beträgt. Darüber hinaus beträgt die Federfreisetzungskraft, die auf das Schmelzen der Schmelzverbindung ausgeübt wird, etwa 05,N (F-Feder), wobei das Gewicht der Zelle 0,441 N beträgt. Somit beträgt die gesamte Aufwärtskraft auf die Zelle etwa 1,649 N (F Gesamt), wobei F Gesamt = F Auftrieb + F Auftrieb (Membran) + FFeder - Wzelle, Ferner beträgt die von der Zelle zurückgelegte Gesamtstrecke und die Masse der Zelle 30 mm bzw. 0,45 kg. Darüber hinaus beträgt die Aufwärtsbeschleunigung der Zelle in der inerten Flüssigkeit etwa 36,6 m/sec2.
-
Unter Bezugnahme auf 2 wird ein beispielhaftes Flussdiagramm 200 offenbart, das das vorgeschlagene System 100 veranschaulicht. Anfangs können die Zellen bei Block 202 eine normale Temperatur haben. Ferner kann in einem Fall eines Auftretens von thermischem Durchgehen in einer der einen oder mehreren Zellen die Temperatur der betroffenen Zelle bei Block 204 ansteigen, was dazu führt, dass brennbare Gase durch das obere Ende der Zelle entlüftet werden, um die entsprechende Membran bei Block 206 aufzublasen. Das Aufblasen der Membran innerhalb des flüssigkeitsgefüllten Gehäuses bei Block 206 kann die Aufwärtsbewegung der betroffenen Zelle in Richtung des oberen Endes des Gehäuses erleichtern. Die Zelle zerrt während der Aufwärtsbewegung mit dem Dehnungsmessstreifen und betätigt entsprechend den Dehnungsmessstreifen, um ein Betätigungssignal an das BMS zu senden, das entsprechend die interne Stromzufuhr zu der betroffenen Zelle im Block 208 unterbricht, wodurch die betroffene Zelle elektrisch von den verbleibenden gesunden Zellen und dem BMS isoliert wird. Bei Block 208 erhöht das BMS die Stromzufuhr zu der entsprechenden Schmelzverbindung der betroffenen Zelle weiter, wodurch die Schmelzverbindung geschmolzen und die betroffene Zelle vom unteren Ende des Gehäuses gelöst wird. Somit erleichtern bei Block 210 der Auftrieb, der durch die Flüssigkeit der aufgeblasenen Membran der betroffenen Zelle bereitgestellt wird, und eine Federfreisetzungskraft, die von der Feder auf die betroffene Zelle beim Schmelzen der entsprechenden Schmelzverbindung übertragen wird, die Aufwärtsbewegung der betroffenen Zelle in Richtung des oberen Endes des Gehäuses, wodurch die betroffene Zelle physisch von den verbleibenden gesunden Zellen des Batteriepacks isoliert wird. Ferner kann bei Block 212 die aufgeblasene Membran der isolierten betroffenen Zelle durch einen der Spitzen an der Spitze zerrissen werden, um das in der Membran gespeicherte brennbare Gas freizusetzen. Das freigesetzte Gas aus der gerissenen Membran kann sich dann durch den Schornstein und das Entlüftungsloch aus dem System bewegen, wodurch ein thermisches Durchgehen am Block 214 verhindert und die freigesetzten brennbaren Gase vollständig entlüftet werden und jede Möglichkeit einer Ausbreitung der brennbaren Gase in Richtung der verbleibenden gesunden Zellen des Batteriepacks verhindert wird. Darüber hinaus kann, sobald die Membran gerissen ist, die isolierte betroffene Zelle an dem Zellloch auf der Oberseite des Gehäuses schwimmen, das dann gekühlt und/oder aus dem Gehäuse herausgenommen werden kann, wodurch die betroffene Zelle vollständig aus dem System entfernt wird.
-
Somit überwindet die vorliegende Offenbarung die Nachteile, Unzulänglichkeiten und Beschränkungen, die mit den vorhandenen Batteriepacks verbunden sind, indem sie ein einfaches, effizientes und zuverlässiges System bereitstellt, das ein Batteriepack und die zugehörigen Zellen vor Feuer und Explosion im Falle des Auftretens eines thermischen Durchgehens schützt. Das System isoliert die betroffenen Batteriezellen automatisch (sowohl elektrisch als auch thermisch) von benachbarten gesunden Batteriezellen des Batteriepacks und verhindert so eine weitere Ausbreitung des Feuers und der freigesetzten Gase. Darüber hinaus entlüftet das System freigesetzte brennbare Gase aus dem Batteriepack und kühlt die betroffenen Zellen.
-
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 dem Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet zur Verfügung stehen.
-
Die vorliegende Erfindung überwindet Probleme, die mit bestehenden thermischen Runaway-Schutztechniken für Batteriepacks verbunden sind.
-
Die vorliegende Erfindung schützt einen Batteriepack und die zugehörigen Zellen vor Feuer und Explosion im Falle des Auftretens eines thermischen Durchgehens.
-
Die vorliegende Erfindung isoliert betroffene Batteriezellen sowohl physikalisch als auch elektrisch von benachbarten gesunden Batteriezellen eines Batteriepacks im Falle des Auftretens eines thermischen Durchgehens.
-
Die vorliegende Erfindung entlüftet sicher und automatisch brennbare Gase (die von den betroffenen Zellen freigesetzt werden) aus dem Batteriepack, ohne die benachbarten gesunden Batteriezellen zu beeinträchtigen.
-
Die vorliegende Erfindung stellt ein einfaches, effizientes und zuverlässiges System zur Verhinderung eines thermischen Durchgehens in Batteriepacks bereit, das betroffene Batteriezellen automatisch von benachbarten gesunden Batteriezellen des Batteriepacks isoliert, freigesetzte brennbare Gase aus dem Batteriepack austritt und auch die betroffenen Zellen kühlt
-
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 2021379428 A1 [0005]
- WO 2020259699 A1 [0006]
