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Die Erfindung betrifft eine Batterie für ein Kraftfahrzeug, wobei die Batterie ein erstes Batteriemodul mit mindestens einer ersten Batteriezelle umfasst und ein zweites Batteriemodul mit mindestens einer zweiten Batteriezelle. Dabei weist die mindestens eine erste Batteriezelle eine freigebbare erste Zellentgasungsöffnung auf und die mindestens eine zweite Batteriezelle eine zweite Zellentgasungsöffnung. Zudem umfasst die Batterie eine Gasabführkammer mit mindestens einem Ausgang, in welche ein aus der ersten und/oder zweiten Zellentgasungsöffnung austretendes Gas einleitbar, zum Ausgang durchführbar und aus dem Ausgang ableitbar ist. Des Weiteren betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zum Ableiten eines aus einer ersten Batteriezelle eines Batteriemoduls einer Batterie austretenden Gases.
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Kommt es zu einem thermischen Durchgehen beziehungsweise einem thermischen Event einer Batteriezelle, so entsteht in einer solchen Batteriezelle sehr viel Gas, genauer gesagt ein Gas-Partikel-Gemisch, das im Folgenden auch zum Teil als Fluid bezeichnet wird. Um ein kontrolliertes Ableiten eines solchen Fluids zu ermöglichen und eine unkontrollierte Explosion der Batteriezelle zu verhindern, weisen Zellgehäuse typischerweise freigebbare Zellentgasungsöffnungen auf. Eine solche freigebbare Zellentgasungsöffnung kann zum Beispiel in Form einer Berstmembran im Zellgehäuse vorgesehen sein. Das aus einer thermisch durchgehenden Batteriezelle aus deren Zellentgasungsöffnung austretende Gas sollte weiterhin möglichst kontrolliert aus der Batterie und insbesondere auch aus dem Kraftfahrzeug abgeführt werden, und eine Verteilung des Gases im Batteriegehäuse verhindert werden. Dieses Gas ist dabei sehr heiß und beim Kontakt mit Luft beziehungsweise Sauerstoff besteht die Gefahr einer Entzündung und entsprechend einer Brandbildung. Die Partikel, die im Gas enthalten sind, können elektrisch leitfähig sein und können zudem im Bereich er Zellpole zu einem Spannungsdurchschlag und einer Lichtbogenbildung und entsprechend wiederum zu einem Brand führen. Daher sind in Batterien beziehungsweise Batterieanordnungen typischerweise Gasabführkammern oder Kanäle vorgesehen, in die ein solches Gas eingeleitet und gezielt zu einem Ausgang geführt werden kann. Dadurch kann das Risiko einer Brandentstehung reduziert werden. Nichtsdestoweniger ist es dennoch weiterhin wünschenswert, ein solches Risiko der Brandentstehung weiter zu reduzieren. Außerdem erfordern solche Gasabführstrukturen bislang relativ viel Bauraum. Eine möglichst bauraumeffiziente Ausgestaltung wäre also ebenso wünschenswert.
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Die
DE 10 2020 127 572 A1 beschreibt ein Verfahren zum Kühlen eines Energiespeichers eines Kraftfahrzeugs, bei welchem infolge eines thermischen Ereignisses einer Speicherzelle ein Gas über eine infolge des thermischen Ereignisses freigegebene Entgasungsöffnung des Zellgehäuses aus dem Zellgehäuse abgeführt wird. Infolge des thermischen Ereignisses tritt ein Kühlmittel aus einem von dem Kühlmittel durchströmbaren Kühlelement aus und wird über die Entgasungsöffnung in das Zellgehäuse eingeleitet.
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Die
EP 3 965 216 A1 beschreibt eine Batterie mit mehreren Batteriezellen, von denen mindestens eine Batteriezelle eine Druckentlastungseinrichtung aufweist, die so eingerichtet ist, dass sie, wenn ein interner Zelldruck einen Grenzwert erreicht, den internen Druck freigibt. Zudem umfasst die Batterie einen Zellverbinder zum elektrischen Verbinden der Batteriezellen. Dabei sind die Druckentlastungseinrichtung und der Zellverbinder auf jeweils unterschiedlichen Seiten der mindestens einen Batteriezelle angeordnet.
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Die
DE 10 2013 216 071 A1 beschreibt ein galvanisches System mit mehreren Zellen und einer Entgasungseinrichtung, in die ein aus einer Zelle entweichendes Fluid einströmen kann.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Batterie und ein Verfahren bereitzustellen, die ein möglichst bauraumeffizientes und sicheres Abführen eines aus einer Batteriezelle austretenden Gases ermöglichen.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Batterie und ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß den jeweiligen unabhängigen Patentansprüchen. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche, der Beschreibung sowie der Figuren.
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Eine erfindungsgemäße Batterie für ein Kraftfahrzeug umfasst ein erstes Batteriemodul mit mindestens einer ersten Batteriezelle und ein zweites Batteriemodul mit mindestens einer zweiten Batteriezelle, wobei die mindestens eine erste Batteriezelle eine freigebbare erste Zellentgasungsöffnung aufweist und die mindestens eine zweite Batteriezelle eine zweite Zellentgasungsöffnung aufweist. Weiterhin umfasst die Batterie eine Gasabführkammer mit mindestens einem Ausgang, in welche ein aus der ersten und/oder zweiten Zellentgasungsöffnung austretendes Gas einleitbar ist, zum Ausgang durchführbar ist und aus dem Ausgang ableitbar ist. Dabei ist die Gasabführkammer zwischen dem ersten und dem zweiten Batteriemodul angeordnet und die erste und die zweite Batteriezellen sind derart zueinander angeordnet, dass die erste und die zweite Zellentgasungsöffnung jeweils der Gasabführkammer zugewandt sind.
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Die Erfindung ermöglicht dabei vorteilhafterweise eine mehrstöckige Batterie, zum Beispiel mit mehreren Modulebenen und einer zwischen den zwei Modulebenen angeordneten Gasabführkammer, die von den Batteriemodulen der beiden Modulebenen gemeinsam genutzt werden kann. Durch die gemeinsame Nutzbarkeit dieser Gasabführkammer durch die darüber befindliche und darunter befindliche Modulebene kann deutlich Bauraum eingespart werden. Außerdem erlaubt dies eine besonders groß ausgestaltete Gasabführkammer, da hierfür beispielsweise der komplette Zwischenbereich zwischen den beiden Modulebenen als solche Gasabführkammer genutzt werden kann. Diese großflächige Ausgestaltung der Gasabführkammer erlaubt es wiederum, den Gasweg des austretenden Gases bis zum Ausgang relativ lang auszugestalten, was den Vorteil hat, dass hierdurch eine deutliche Abkühlung des Gases bis zum Erreichen des Ausgangs erreicht werden kann. Die Wahrscheinlichkeit einer Gasentzündung sinkt dadurch deutlich. Somit lässt sich durch die erfindungsgemäße Batterie gleichzeitig Bauraum sparen und die Sicherheit bei der Gasabführung erhöhen.
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Das erste Batteriemodul kann dabei nicht nur eine erste Batteriezelle umfassen, sondern beispielsweise auch mehrere Batteriezellen. Auch das zweite Batteriemodul kann nicht nur eine Batteriezelle aufweisen, sondern mehrere Batteriezellen. Die Batteriezellen können grundsätzlich beliebig ausgestaltet sein, zum Beispiel als Pouchzellen, Rundzellen oder prismatische Batteriezellen. Weiterhin können die Batteriezellen zum Beispiel als Lithium-Ionen-Zellen ausgestaltet sein. Wie später näher erläutert, kann die Batterie nicht nur das erste und das zweite Batteriemodul umfassen, sondern auch mehr als zwei Batteriemodule. Die Batterie kann beispielsweise als eine Hochvoltbatterie für ein Kraftfahrzeug ausgebildet sein.
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Die Zellentgasungsöffnungen der Batteriezellen können in einem jeweiligen Zellgehäuse der betreffenden Batteriezelle angeordnet sein, zum Beispiel in Form eines Überdruckventils oder einer Sollbruchstelle, zum Beispiel ausgebildet als Berstmembran. Dabei ist es ausreichend und bevorzugt, wenn eine Batteriezelle nur eine einzige solche freigebbare Zellentgasungsöffnung aufweist. Das Freigeben der freigebbaren Zellentgasungsöffnung erfolgt dabei bevorzugt passiv. Mit anderen Worten handelt es sich dabei bevorzugt nicht um eine zum Freigeben der Öffnung ansteuerbare Zellentgasungsöffnung. Im Allgemeinen ist es bevorzugt, dass die Zellentgasungsöffnung so ausgebildet ist, dass, wenn ein Innendruck im Inneren der betreffenden Batteriezelle einen Schwellwert überschreitet, die Zellentgasungsöffnung selbsttätig, das heißt ohne Ansteuerung, freigegeben wird, zum Beispiel birst, zerreißt, aufklappt oder anderweitig kontrolliert oder unkontrolliert öffnet.
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Das erste Batteriemodul mit der ersten Batteriezelle und das zweite Batteriemodul mit der zweiten Batteriezelle sind auf gegenüberliegenden Seiten der Gasabführkammer angeordnet. Dabei sind die Batteriezellen so orientiert, dass ihre jeweiligen Zellentgasungsöffnungen der Gasabführkammer zugewandt sind. Im Falle einer freigegebenen Zellentgasungsöffnung ist die betreffende Zellentgasungsöffnung beziehungsweise das Innere der betreffenden Batteriezelle fluidisch mit der Gasabführkammer verbunden. Dadurch kann das aus der betreffenden Zellentgasungsöffnung austretende Gas also direkt in die Gasabführkammer eingeleitet werden beziehungsweise in diese münden. Umfasst das erste Batteriemodul mehrere Batteriezellen, so sind all die Zellentgasungsöffnungen dieser Batteriezellen der Gasabführkammer zugewandt. Gleiches gilt auch für das zweite Batteriemodul. Dabei können sich beispielsweise die erste Zellentgasungsöffnung der ersten Batteriezelle und die zweite Zellentgasungsöffnung der zweiten Batteriezelle direkt gegenüberliegen, zum Beispiel bezogen auf eine definierte erste Richtung. Um zu verhindern, dass, wenn zum Beispiel aus der ersten Zellentgasungsöffnung ein heißes Gas austritt, dies zur Beschädigung der gegenüberliegenden noch intakten zweiten Zellentgasungsöffnung der zweiten Batteriezelle führt, ist es sehr vorteilhaft, ein entsprechendes Schutzelement, zum Beispiel ein Schirmblech oder ähnliches, zwischen den beiden gegenüberliegenden Zellentgasungsöffnungen vorzusehen.
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Daher stellt es eine weitere sehr vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung dar, wenn die Batterie ein Leitelement umfasst, das in der Gasabführkammer angeordnet ist, wobei das Leitelement eine Schutzwand umfasst, die einen ersten Raumbereich innerhalb der Gasabführkammer zwischen dem ersten und dem zweiten Batteriemodul in zumindest zwei Teilräume gliedert, wobei sich die Schutzwand zwischen der ersten und zweiten Zellentgasungsöffnung befindet. Diese Schutzwand kann sich also beispielsweise im Wesentlichen senkrecht zur oben definierten ersten Richtung erstrecken. Beispielsweise kann eine solche Schutzwand durch ein Blech oder eine dünne Platte oder ähnliches bereitgestellt sein, zum Beispiel durch ein Stahlblech. Eine solche Schutzwand kann also den Raumbereich innerhalb der Gasabführkammer in zwei Teilräume gliedern, zum Beispiel mittig in Bezug auf die erste Richtung. Das aus der ersten Batteriezelle austretende Gas trifft dann beispielsweise direkt auf die Schutzwand und nicht auf die auf der anderen Seite der Schutzwand befindliche gegenüberliegende Zellentgasungsöffnung der zweiten Batteriezelle. Dadurch kann die Sicherheit weiter gesteigert werden und verhindert werden, dass durch den Gasaustritt aus einer Batteriezelle eine Überhitzung und ein thermisches Durchgehen anderer Batteriezellen gefördert wird.
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Unter einer Gasabführkammer kann im Allgemeinen ein Raumbereich zwischen dem ersten und zweiten Batteriemodul verstanden werden, oder im Allgemeinen ein Raumbereich zwischen einer ersten Batteriemodulebene und einer zweiten Batteriemodulebene. Dieser Raumbereich kann zum Beispiel im Wesentlichen quaderförmig ausgebildet sein, wobei eine Höhe dieses Raumbereichs in der ersten Richtung bevorzugt deutlich kleiner ist als beispielsweise eine Länge und/oder Breite dieses Raumbereichs senkrecht zur Höhe.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das erste Batteriemodul einer ersten Modulebene zugeordnet und das zweite Batteriemodul einer zweiten Modulebene, die sich in Bezug auf eine definierte erste Richtung, insbesondere die oben bereits definierte erste Richtung, über der ersten Modulebene befindet, insbesondere wobei in der ersten Modulebene mehrere in einer zweiten Richtung nebeneinander angeordnete, erste Batteriemodule mit jeweils mindestens einer ersten Batteriezelle mit jeweils einer freigebbaren, der Gasabführkammer zugwandten, ersten Zellentgasungsöffnung angeordnet sind, und wobei in der zweiten Modulebene mehrere in der zweiten oder in einer dritten Richtung nebeneinander angeordnete zweite Batteriemodule mit jeweils mindestens einer zweiten Batteriezelle mit jeweils einer freigebbaren, der Gasabführkammer zugewandten zweiten Zellentgasungsöffnung angeordnet sind.
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Pro Modulebene können also vorteilhafterweise auch mehrere Batteriemodule vorgesehen sein. Bei einer bevorzugten Ausgestaltung weisen die Batteriemodule, nämlich die ersten und zweiten Batteriemodule, jeweils mehrere Batteriezellen auf, die in einer Stapelrichtung nebeneinander angeordnet sind, wobei die Stapelrichtung zum Beispiel als die dritte Richtung definiert sein kann. Die Batteriemodule einer gleichen Ebene sind dann bevorzugt bezogen auf eine zweite Richtung nebeneinander angeordnet. Die erste, die zweite und die dritte Richtung sind dabei paarweise zueinander senkrecht definiert. Die Stapelrichtungen aller Batteriemodule, sowohl der ersten als auch der zweiten Batteriemodule, sind damit zueinander parallel. Denkbar ist es aber auch, dass zum Beispiel die Stapelrichtungen der zweiten Batteriemodule senkrecht zu den Stapelrichtungen der ersten Batteriemodule orientiert sind.
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Zudem ist es auch möglich, dass mehrere solcher Batterien, das heißt mehrere solcher zweistöckigen Batterien mit dazwischen befindlicher Gasabführkammer, übereinander gestapelt sind, das heißt bezogen auf die erste Richtung. Somit können zum Beispiel vier in der ersten Richtung übereinander angeordnete Modulebenen vorgesehen sein, wobei sich zwischen den unteren beiden Modulebenen und zwischen den oberen beiden Modulebenen jeweils eine Gasabführkammer befindet. Es sind also immer halb so viele Gasabführkammern vorgesehen wie Modulebenen, zumindest bei einer geraden Anzahl an Modulebenen. Bezogen auf eine bevorzugte bestimmungsgemäße Einbaulage in einem Kraftfahrzeug ist die erste Richtung im Übrigen bevorzugt in Richtung einer Fahrzeughochachse orientiert.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind zumindest die Schutzwand und insbesondere das Leitelement aus einem bis mindestens 800 Grad Celsius hitzebeständigen Material gebildet, insbesondere aus Stahl oder Edelstahl. Im Allgemeinen kann aber auch ein von Stahl verschiedenes Material zur Ausbildung der Schutzwand und insbesondere des gesamten Leitelements verwendet werden, zum Beispiel eine Keramik oder ähnliches. Im Allgemeinen ist dabei ein Material bevorzugt, welches einen Schmelzpunkt oberhalb von 800 Grad Celsius aufweist. Damit kann die Schutzwand beziehungsweise das Leitelement als Ganzes seine schützende Funktion zuverlässig ausüben.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst das erste Batteriemodul eine erste Seite, die der Gasabführkammer zugewandt ist, wobei die Batterie eine erste Kühlplatte aufweist, die an der ersten Seite des ersten Batteriemoduls angeordnet ist, wobei die erste Kühlplatte eine erste Öffnung oder erste Sollbruchstelle aufweist, die bezüglich der ersten Richtung der freigebbaren ersten Zellentgasungsöffnung gegenüberliegt. Tritt also ein Gas aus der ersten Zellentgasungsöffnung aus, so kann dieses die erste Kühlplatte problemlos durchdringen, insbesondere durch die in der Kühlplatte vorgesehene erste Öffnung oder durch die erste Sollbruchstelle, die so ausgestaltet ist, dass sie bei Gasaustritt aus der ersten Batteriezelle einfach öffnet. Die Kühlplatte stellt damit zumindest einen Teil einer Wandung der Gasabführkammer bereit. Dies hat den großen Vorteil, dass im Falle eines Gasaustritts aus einer Batteriezelle das durch die Gasabführkammer abgeführte Gas an der kühlenden ersten Kühlplatte vorbeigeführt werden kann und dadurch das Gas gleichzeitig gekühlt werden kann. Auch hierdurch kann wiederum das Risiko einer Brandentstehung reduziert und die Sicherheit erhöht werden.
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Darüber hinaus ist es zudem sehr vorteilhaft, wenn das zweite Batteriemodul eine zweite Seite umfasst, die der Gasabführkammer zugewandt ist, wobei die Batterie eine zweite Kühlplatte aufweist, die an der zweiten Seite des zweiten Batteriemoduls angeordnet ist, wobei die zweite Kühlplatte eine zweite Öffnung oder eine zweite Sollbruchstelle aufweist, die bezüglich der ersten Richtung der freigebbaren zweiten Zellentgasungsöffnung gegenüberliegt. Auch diese zweite Kühlplatte kann somit einen Teil der Wandung der Gasabführkammer bereitstellen. Das durch die Gasabführkammer geleitete Gas kann somit beidseitig von der ersten und zweiten Kühlplatte gekühlt werden. Dadurch kann eine noch effizientere Abkühlung des ausströmenden beziehungsweise abzuleitenden Gases erreicht werden. Die zweite Kühlplatte kann dabei insbesondere wie zur ersten Kühlplatte bereits beschrieben ausgebildet sein.
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Darüber hinaus können die erste und/oder zweite Kühlplatte Kühlkanäle aufweisen, die von einem Kühlmedium durchströmbar sind, zum Beispiel eine Kühlflüssigkeit, wie zum Beispiel Wasser oder ein wasserbasiertes Kühlmittel. Im normalen Betrieb der Batterie kann dabei das Kühlmittel in einem Kühlkreislauf zirkulieren beziehungsweise aktiv zirkuliert werden und dabei die erste und/oder zweite Kühlplatte durchströmen. Dies dient zur Temperierung des ersten und/oder zweiten Batteriemoduls. Auch ohne aktives Zirkulieren des Kühlmittels im Zellentgasungsfall kann durch die Kühlplatten eine zusätzliche thermische Barriere zwischen der Gasabführkammer und den Batteriemodulen beziehungsweise deren Zellen bereitgestellt werden, was durch die hohe spezifische Wärmekapazität und die hohe Verdampfungsenthalpie des Kühlmittels, z.B. Wasser, bedingt ist.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist zwischen der ersten Zellentgasungsöffnung und der Gasabführkammer, insbesondere zwischen der Öffnung beziehungsweise Sollbruchstelle der ersten Kühlplatte und der ersten Zellentgasungsöffnung, ein thermisches Schutzelement, insbesondere eine thermische Isoliermatte, angeordnet. Es kann also ein thermisch stabiler Filler, der z.B. als thermische Isoliermatte ausgebildet ist, in den Öffnungen der Kühlplatte integriert werden, der benachbarte Zellen vor thermischen Einträgen eines querströmenden Fluids bzw. Gases schützt, aber die Entgasung der aktiven Zelle selbst nicht behindert. Somit kann auch ein zusätzlicher thermischer Schutz zwischen der Gasabführkammer und den Batteriezellen im Bereich der Sollbruchstelle beziehungsweise der Öffnung in der ersten Kühlplatte bereitgestellt werden. Gleiches kann auch wiederum für die zweite Kühlplatte der Fall sein. Mit anderen Worten kann auch dort zwischen den zweiten Öffnungen beziehungsweise den zweiten Sollbruchstellen in der Kühlplatte und den korrespondierenden zweiten Zellentgasungsöffnungen ein solches thermisches Schutzelement, zum Beispiel in Form einer thermischen Isoliermatte, angeordnet sein. Eine solche Isoliermatte kann zum Beispiel durch ein Thermopad oder ähnliches bereitgestellt sein. Das Schutzelement muss dabei nicht notwendigerweise bis 800 Grad Celsius temperaturstabil sein. Selbst bei geringerer Hitzebeständigkeit kann durch ein solches Schutzelement, zum Beispiel auch nur temporär, eine gewisse Schutzfunktion, vor allem gegenüber am Schutzelement vorbeiströmendem, Gas, welches aus einer z.B. benachbarten Batteriezelle der gleichen Modulebene ausgetreten ist, bieten. Benachbarte Zellen beziehungsweise deren Zellentgasungsöffnungen können so vorteilhafterweise auch im Bereich der Öffnungen der Kühlplatte effizient geschützt werden.
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Weiterhin ist es bevorzugt, dass die Batteriezellen jeweils zwei Zellpole aufweisen, die an einer anderen Seite der betreffenden Batteriezelle angeordnet sind, als die Zellentgasungsöffnung. Dies hat gleich mehrere Vorteile: Einerseits kann hierdurch die Wahrscheinlichkeit reduziert werden, dass aus einer Zelle austretendes Gas in Kontakt mit den Zellpolen gelangen kann. Zudem wird eine deutlich einfachere Anordnung einer Kühlplatte an derjenigen Seite der entsprechenden Batteriezellen ermöglicht, an denen sich auch die Zellentgasungsöffnungen befinden.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Gasabführkammer einen Längskanal aufweist, der sich in eine Längserstreckungsrichtung erstreckt, die senkrecht zur ersten Richtung ist, wobei das Leitelement eine erste Durchtrittswand umfasst, die sich an die Schutzwand in einer Richtung senkrecht zur ersten Richtung anschließt, die zwischen dem Längskanal und dem ersten Raumbereich angeordnet ist, die gasdurchlässig ausgebildet ist, und die sich insbesondere ebenfalls in der Längserstreckungsrichtung erstreckt.
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Über den Längskanal kann das Gas vorteilhafterweise bis zum Ausgang oder bis zu einem Querkanal, der letztendlich zum Ausgang führt, abgeleitet werden. Die Gasabführkammer ist also so ausgestaltet, dass ein aus einer Batteriezelle austretendes Gas zunächst in den ersten Raumbereich eintritt, insbesondere in den ersten und/oder zweiten Teilbereich, und nach Durchtreten der ersten Durchtrittswand dann in den Längskanal geleitet wird und über diesen zum Ausgang geführt wird. Hierdurch lässt sich vorteilhafterweise eine gezielte, gelenkte Gasabführung erreichen. Durch das Leitelement können damit vorteilhafterweise mehrere Funktionen gleichzeitig ausgeführt werden, insbesondere ein Durchbrennschutz durch die Schutzwand bereitgestellt werden, und durch die Gasdurchlässigkeit der ersten Durchtrittswand auch ein gezielt gerichteter Fluidstrom erzeugt werden. Hierdurch lässt sich beispielsweise eine Querströmung erreichen, die zu einer zusätzlichen Entspannung des Fluids und dadurch zu einer Abkühlung des austretenden Gases führt.
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Dabei kann sich die erste Durchtrittswand über die gesamte Länge des Längskanals erstrecken. Mit anderen Worten kann die erste Durchtrittswand also so ausgebildet sein, dass sie den ersten Raumbereich von dem Längskanal separiert und einen Gasdurchtritt zwischen dem ersten Raumbereich und dem Längskanal ermöglicht.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Gasabführkammer einen zweiten Raumbereich auf, der in einer Richtung senkrecht zur ersten Richtung und insbesondere senkrecht zur Längserstreckungsrichtung des Längskanals neben dem ersten Raumbereich angeordnet ist, wobei das Leitelement eine zweite gasdurchlässige Durchtrittswand aufweist, die zwischen dem ersten Raumbereich und dem zweiten Raumbereich angeordnet ist, und die sich insbesondere parallel zur ersten Durchtrittswand erstreckt. Diese Ausgestaltung ist vor allem besonders vorteilhaft, wenn in jeder der Modulebenen mehr als nur ein Batteriemodul angeordnet ist. Somit kann zum Beispiel der erste Raumbereich der ersten Gasabführkammer einem ersten Modulpaar bestehend aus einem ersten Batteriemodul und einem bezüglich der ersten Richtung direkt gegenüberliegenden zweiten Batteriemodul zugeordnet sein, indem dieser erste Raumbereich zwischen den Batteriemodulen dieses Modulpaars angeordnet ist, und der zweite Raumbereich kann einem zweiten Modulpaar bestehend aus einem weiteren ersten Batteriemodul und einem weiteren zweiten Batteriemodul zugeordnet sein, die sich ebenfalls bezüglich der ersten Richtung direkt gegenüberliegen. Dabei ist es zudem möglich, dass im zweiten Raumbereich ebenfalls ein Leitelement angeordnet ist, das wie das bereits beschriebene Leitelement ausgebildet ist. Mit anderen Worten können in der Gasabführkammer mehrere Leitelemente, insbesondere senkrecht zur ersten Richtung nebeneinander angeordnet sein. Jedem Raumbereich, der einem Modulpaar zugeordnet ist, kann beispielsweise ein solches Leitelement zugeordnet sein. Zwischen den beiden Raumbereichen, das heißt zwischen dem ersten und zweiten Raumbereich, kann sich zudem zumindest eine zweite Durchtrittswand, vorliegend die zweite Durchtrittswand des im ersten Raumbereich befindlichen Leitelements, vorgesehen sein. Aber auch das optionale weitere Leitelement, welches sich im zweiten Raumbereich befindet, kann eine solche zusätzliche Durchtrittswand aufweisen, sodass sich zwischen dem ersten und zweiten Raumbereich zwei Durchtrittswände befinden.
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Hierdurch ist es nun vorteilhafterweise möglich, dass auch ein Gasdurchtritt vom ersten Raumbereich in den zweiten Raumbereich möglich ist. Das aus einer Zelle austretende Gas muss also nicht direkt über die erste Durchtrittswand und den Längskanal abgeführt werden, sondern kann zum Beispiel auch gezielt in einen anderen Raumbereich der Gasabführkammer geleitet werden und von dort aus zum Beispiel in einen weiteren Längskanal abgeführt werden. Dadurch kann der Gasabführpfad gezielt künstlich verlängert werden, wodurch eine noch stärkere Abkühlung des ausströmenden Gases erreicht werden kann. Gerade durch den Durchtritt durch die genannten Durchtrittswände kann eine Abbremsung des Gases und eine damit einhergehende zusätzliche Abkühlung erfolgen. Je nach Ausgestaltung der Durchtrittswände beziehungsweise ihrer Gasdurchlässigkeit kann durch diese auch eine gewisse Filterwirkung in Bezug auf die im Gas enthaltenen Partikel erreicht werden. Auch dies ist vorteilhaft, da sich auch hierdurch die Wahrscheinlichkeit einer Selbstentzündung des Gases durch die elektrisch leitfähigen, leicht entzündlichen Partikel bei Austritt des Gases aus dem Fahrzeug reduzieren lässt.
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Die erste und/oder zweite Durchtrittswand können zudem auch so ausgestaltet sein, dass ein Gasdurchtritt vom ersten Teilbereich in den zweiten Teilbereich oder umgekehrt möglich ist.
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Außerdem kann jede Durchtrittswand aus mehreren Wandelementen aufgebaut sein. Unter einer solchen Durchtrittswand kann also auch eine Durchtrittswandanordnung mit mehreren Wandelementen verstanden werden. Außerdem kann eine jeweilige Durchtrittswand auch einstückig mit der Schutzwand, z.B. als eine Art seitlicher Fortsatz der Schutzwand, ausgebildet sein.
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Dabei stellt es eine weitere sehr vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung dar, wenn die erste und/oder zweite Durchtrittswand mehrere Öffnungen aufweisen, insbesondere wobei eine Anzahl und/oder Größe und/oder Verteilung der Öffnung in der Längserstreckungsrichtung des Längskanals variiert, insbesondere um eine Strömungsrichtung für das abzuleitende Gas vorzugeben. Durch die Variation dieser Öffnungen lässt sich eine gezielte Gaslenkung und -abführung erreichen.
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Durch die Durchtrittswände und den darin vorgesehenen Öffnungen, zum Beispiel Löchern, kann vorteilhafterweise der Strömungsweg innerhalb der Fluidebene, das heißt in der Gasabführkammer, durch eine geeignete Verteilung der seitlichen Lochung beim Übergang in den Fluidkanal variiert werden. Außerdem ergibt sich durch das Leitelement beziehungsweise durch das eine oder auch mehrere Leitelemente vorteilhafterweise eine einfache Skalierbarkeit des Systems, indem beispielsweise in Abhängigkeit von der Modulanzahl je Modulebene eine entsprechende Anzahl an Leitelementen in die Gasabführkammer integriert werden kann. Insgesamt wird hierdurch eine besonders vorteilhafte und sichere Ableitung des Fluids ermöglicht, insbesondere über einen Fluidkanal, nämlich den Längskanal, und eine Ausleitung über den Ausgang, der zum Beispiel als Entgasungsöffnung ausgebildet sein kann. Dieser kann in einen nachfolgenden Gassammler, ähnlich einem Auspuffrohr, münden, der das Gas in eine Umgebung des Kraftfahrzeugs ableitet. Durch die Variation der Lochung kann auch eine Abscheidung von im Fluidstrom mitgeführten Partikeln erreicht werden. Insbesondere kann hierbei auch die Intensität der Partikelabscheidung durch Variation der Anzahl und/oder Verteilung und/oder Größe der Öffnungen in den Durchtrittswänden bestimmt werden.
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Des Weiteren betrifft die Erfindung auch ein Kraftfahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Batterie oder einer ihrer Ausgestaltungen.
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Des Weiteren betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zum Ableiten eines aus mindestens einer ersten Batteriezelle eines ersten Batteriemoduls einer Batterie austretenden Gases, wobei die Batterie zusätzlich mindestens ein zweites Batteriemodul mit mindestens einer zweiten Batteriezelle aufweist, wobei die mindestens eine erste Batteriezelle eine freigebbare erste Zellentgasungsöffnung aufweist und die mindestens eine zweite Batteriezelle eine zweite Zellentgasungsöffnung aufweist, und wobei das aus der ersten Batteriezelle austretende Gas aus der ersten freigegebenen Zellentgasungsöffnung austritt. Dabei wird das aus der ersten Zellentgasungsöffnung austretende Gas in eine Gasabführkammer, die zwischen dem ersten und dem zweiten Batteriemodul angeordnet ist und welcher die erste und die zweite Zellentgasungsöffnungen zugewandt sind, eingeleitet, durch die Gasabführkammer geführt und aus einem Ausgang der Gasabführkammer abgeführt.
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Die für die erfindungsgemäße Batterie und ihre Ausgestaltungen beschriebenen Vorteile gelten in gleicher Weise für das erfindungsgemäße Verfahren.
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Zu der Erfindung gehören auch Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens, die Merkmale aufweisen, wie sie bereits im Zusammenhang mit den Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Batterie beschrieben worden sind. Aus diesem Grund sind die entsprechenden Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens hier nicht noch einmal beschrieben.
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Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug ist bevorzugt als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen oder Lastkraftwagen, oder als Personenbus oder Motorrad ausgestaltet.
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Die Erfindung umfasst auch die Kombinationen der Merkmale der beschriebenen Ausführungsformen. Die Erfindung umfasst also auch Realisierungen, die jeweils eine Kombination der Merkmale mehrerer der beschriebenen Ausführungsformen aufweisen, sofern die Ausführungsformen nicht als sich gegenseitig ausschließend beschrieben wurden.
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Im Folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt:
- 1 eine schematische und perspektivische Explosionsdarstellung einer Batterie gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
- 2 eine schematische Querschnittsdarstellung eines Teils einer Gasabführkammer für eine Batterie gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
- 3 eine schematische Darstellung eines Teils der Gasabführkammer einer Batterie gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung; und
- 4 eine schematische Darstellung der Gasführung in der Gasabführkammer einer Batterie gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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Bei den im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen handelt es sich um bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Bei den Ausführungsbeispielen stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsformen jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden. Daher soll die Offenbarung auch andere als die dargestellten Kombinationen der Merkmale der Ausführungsformen umfassen. Des Weiteren sind die beschriebenen Ausführungsformen auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.
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In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen jeweils funktionsgleiche Elemente.
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1 zeigt eine schematische Explosionsdarstellung einer Batterie 10 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Batterie 10 kann zum Beispiel als eine Hochvoltbatterie 10 ausgebildet sein. Weiterhin ist die Batterie 10 als eine mehrstöckige Batterie 10 ausgebildet. Diese umfasst vorliegend eine erste Modulebene 12 und eine zweite Modulebene 14. Der ersten Modulebene 12 ist mindestens ein erstes Batteriemodul 16, im vorliegenden Beispiel zwei erste Batteriemodule 16, zugeordnet, und der zweiten Modulebene 14 ist mindestens ein zweites Batteriemodul 18, im vorliegenden Beispiel zwei zweite Batteriemodule 18, zugeordnet. Jedes dieser Batteriemodule 16, 18 umfasst mehrere Batteriezellen 20. Diese sind vorliegend als prismatische Batteriezellen 20 ausgebildet und in einer Stapelrichtung, die vorliegend zur y-Richtung korrespondiert, nebeneinander angeordnet. Die beiden Batteriemodule 16 der ersten Modulebene 12 sind in x-Richtung nebeneinander angeordnet und die zweiten Batteriemodule 18 der zweiten Modulebene 14 sind ebenfalls in x-Richtung nebeneinander angeordnet. Die Stapelrichtungen aller Batteriemodule 16, 18 sind somit zueinander parallel. Die Modulebenen 12, 14 sind in z-Richtung übereinander angeordnet. Zwischen den beiden Modulebenen 12, 14 ist nun vorteilhafterweise eine Gasabführkammer 22 angeordnet. In diese Gasabführkammer 22 kann ein aus einer Batteriezelle 20 austretendes Gas vorteilhafterweise eingeführt, durchgeführt und zu einem Ausgang herausgeführt werden. Die beiden Modulebenen 12, 14 können sich durch diesen Aufbau vorteilhafterweise eine Gasabführkammer 22 teilen. Dies ermöglicht eine besonders bauraumeffiziente Anordnung der Batterie.
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Eine jeweilige Batteriezelle 20 weist dabei zwei Zellpole 24 auf. Diese sind für eine jeweilige Batteriezelle 20 an gegenüberliegenden Seiten, insbesondere in diesem Beispiel in x-Richtung gegenüberliegenden Seiten, angeordnet. Weiterhin umfasst eine jeweilige Batteriezelle 20 eine freigebbare Zellentgasungsöffnung 26. Aus dieser kann im Falle eines Überdrucks innerhalb einer betreffenden Batteriezelle 20 das den Überdruck verursachende Gas austreten. Die freigebbaren Zellentgasungsöffnungen 26 können zum Beispiel in Form von Berstmembranen bereitgestellt sein. Jede Batteriezelle 20 weist dabei eine solche freigebbare Öffnung 26 auf. Dabei sind nunmehr die Batteriezellen 20 der jeweiligen Batteriemodule 16, 18 derart zueinander angeordnet, dass ihre Zellentgasungsöffnungen 26 alle der Gasabführkammer 22 zugewandt sind. Damit sind auch die Zellentgasungsöffnungen 26 der ersten Batteriemodule 16 den Zellentgasungsöffnungen 26 der zweiten Batteriemodule 18 zugewandt.
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Außerdem ist vorliegend jedem Batteriemodul 16 und/oder jeder Modulebene 12, 14 noch eine Kühleinrichtung in Form einer Kühlplatte, insbesondere einer ersten Kühlplatte 28 für die ersten Batteriemodule 16 und eine zweite Kühlplatte 30 für die zweiten Batteriemodule 18, vorgesehen. Die erste Kühlplatte 28 befindet sich dabei auf einer Seite der ersten Batteriemodule 16, die der Gasabführkammer 22 zugewandt ist. Die zweite Kühlplatte 30 befindet sich auf einer Seite der zweiten Batteriemodule 18, die ebenfalls der Gasabführkammer 22 zugewandt ist. Außerdem kann jede Kühlplatte 28, 30 im Bereich der freigebbaren Zellentgasungsöffnungen 26 korrespondierende Öffnungen 32 aufweisen. Dies ermöglicht einen vereinfachten Gasdurchtritt durch die betreffende Öffnung 26, 32 in die Gasabführkammer 22. Optional können die Zellentgasungsöffnungen 26 im Bereich der Öffnungen 32 der entsprechenden Kühlplatten 28, 30 von einem Schutzelement 34, zum Beispiel einem Thermopad oder einer thermisch isolierenden Matte, bedeckt sein. Dies schützt noch intakte Zellentgasungsöffnungen 26 vor einer Beschädigung durch ein überströmendes Gas, welches aus einer anderen Zelle 20 ausgetreten ist. Jeder Modulebene 12, 14 kann zudem noch ein Batterierahmen 36, 38 zugeordnet sein. Diese können den Teil eines Modulgehäuses bilden, zum Beispiel zusammen mit den entsprechenden Kühlplatten 28, 30 der betreffenden Modulebene 12, 14. Außerdem kann der ersten Modulebene 12 noch ein unterseitiger Gehäuseboden zugeordnet sein, der vorliegend jedoch nicht dargestellt ist. Dieser Boden kann beispielsweise ebenfalls als Kühleinrichtung beziehungsweise Kühlplatte ausgestaltet sein. Außerdem umfassen die Kühlplatten 28, 30 von einem Kühlmittel durchströmbare Kühlkanäle.
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2 zeigt eine schematische Querschnittsdarstellung eines Teils der Batterie 10 mit einer Gasabführkammer 22 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Gasabführkammer 22 wird oberseitig von der oberen Kühlplatte 30 und den im Bereich der Kühlplattenöffnungen 32 angeordneten Zellentgasungsöffnungen 26 begrenzt, genauer gesagt der Zellentgasungsöffnungen 26b der bezüglich der z-Richtung oberen Zellen 20b, deren Zellgehäuse mit 21b bezeichnet sind. Unterseitig wird die Gasabführkammer 22 durch die untere Kühlplatte 28 und den im Bereich der Kühlplattenöffnungen 32 der unteren Kühlplatte 28 angeordneten Zellentgasungsöffnungen 26, die vorliegend auch mit 26a bezeichnet sind, begrenzt und die den Zellen 20a der ersten Batteriemodule 16 zugeordnet sind, wobei die Zellgehäuse dieser ersten Zellen 20a mit 21 a bezeichnet sind. Von einer jeweiligen ersten und zweiten Batteriezelle 20a, 20b sind in 2 schematisch die Zellgehäuse 21 a zumindest zum Teil dargestellt.
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Zwischen einem ersten Batteriemodul 16 und einem in z-Richtung direkt gegenüberliegenden zweiten Batteriemodul 18 befindet sich entsprechend ein erster Raumbereich 42 der Gasabführkammer 22. In diesem Raumbereich 42 ist ein Leitelement 44 angeordnet, welches mehrere Funktionen übernimmt. Zum einen umfasst das Leitelement 44 eine Schutzwand 46, die den ersten Raumbereich 42 in einen ersten Teilbereich 42a und einen zweiten Teilbereich 42b gliedert beziehungsweise voneinander separiert. Im vorliegenden Beispiel ist wie erwähnt die untere Zellentgasungsöffnung 26 mit 26a bezeichnet, und die obere Zellentgasungsöffnung 26 zusätzlich mit 26b. Die Schutzwand 46 ist dazu ausgelegt, ein zum Beispiel aus der ersten Zellentgasungsöffnung 26a austretendes Gas vor dem Auftreffen auf die zweite Zellentgasungsöffnung 26b zu schützen beziehungsweise abzuschirmen.
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Außerdem umfasst das Leitelement 44 eine erste Durchtrittswand 48 und eine zweite Durchtrittswand 50. Diese Durchtrittswände 48, 50 können insbesondere mehrteilig ausgeführt sein. Die erste Durchtrittswand 48 ist dabei benachbart, insbesondere in x-Richtung benachbart, zu einem Längskanal 52 der Gasabführkammer 22 angeordnet. Das aus einer Zelle 20a, 20b austretende Gas kann also über den ersten Raumbereich 42 durch die erste Durchtrittswand 48 hindurchtreten und in den Längskanal 52 gelangen. Von dort aus kann das Gas zu einem Ausgang der Gasabführkammer 22 abgeführt werden. In x-Richtung neben dem ersten Raumbereich 42 kann ein weiterer Raumbereich sich also zwischen dem weiteren ersten Batteriemodul 16 und dem weiteren zweiten Batteriemodul 18 befinden. Die zweite Durchtrittswand 50 des Leitelements 44 ermöglicht es nun vorteilhafterweise, dass ein aus einer Zelle 20a, 20b austretendes Gas nicht nur in den Längskanal 52 gelangen kann, sondern auch in den weiteren zweiten Raumbereich 54 der Gasabführkammer 22. Durch geeignete Auslegung der Durchtrittswände 48, 50, zum Beispiel bezüglich ihrer Gasdurchlässigkeiten, kann dadurch eine gezielte Gaslenkung und Führung bis zu einem Ausgang der Gasabführkammer 22 bereitgestellt werden.
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3 zeigt dabei eine schematische Querschnittsdarstellung eines Teils der Gasabführkammer 22 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Insbesondere kann diese wie zuvor beschrieben ausgebildet sein, wobei hier nunmehr zusätzlich noch die Öffnungen 56 in den entsprechenden Durchtrittswänden 48, 50 illustriert sind. Außerdem tritt in dieser Darstellung exemplarisch Gas 58 aus der zweiten Batteriezelle 20b durch die zweite Zellentgasungsöffnung 26b aus. Dieses Gas 58 gelangt damit zunächst in den zweiten Teilbereich 42b des ersten Raumbereichs 42. Durch die Schutzwand 46 wird das austretende Gas 58 vor einem direkten Auftreffen auf die gegenüberliegende erste Zellentgasungsöffnung 26a abgeschirmt. Das Gas 58 verteilt sich zunächst im ersten Teilbereich 42b des Raumbereichs 42 der Gasabführkammer 22. Von dort aus gelangt es teilweise durch die erste Durchtrittswand 48, und zwar teilweise in den zweiten Teilbereich 42a des ersten Raumbereichs, sowie teilweise in den Längskanal 52. Andererseits gelangt das Gas 58 auch teilweise durch die zweite Durchtrittswand 50 einerseits wiederum in den zweiten Teilbereich 42a sowie andererseits auch in den zweiten Raumbereich 54. Die Öffnungen 56 beziehungsweise Löcher in den jeweiligen Durchtrittswänden 48, 50 können dabei unterschiedlich groß sein oder hinsichtlich ihrer Anordnung und/oder Anzahl unterschiedlich ausgebildet sein, insbesondere von Wand zu Wand verschieden ausgebildet sein oder auch in unterschiedlichen Bereichen der gleichen Wand 48, 50 unterschiedlich ausgestaltet sein. Durch diese Variationsmöglichkeit wird eine gezielte Gasführung und Gaslenkung sowie Gasverteilung innerhalb der Gasabführkammer 22 ermöglicht. Außerdem kann über die Öffnungen 56 einerseits eine Bremswirkung auf das Gases 58 ausgeübt werden und eine dadurch bedingte Gasabkühlung, sowie andererseits auch eine Partikelabscheidung bzw. Filterung. Beides reduziert das Brandrisiko.
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Mit 60 ist eine Wand beziehungsweise ein Rahmen (vergleiche auch 1) bezeichnet, der die Gasabführkammer 22 umschließt und seitlich abdichtet, insbesondere bis auf eine den Ausgang 62 bereitstellende Öffnung (vergleiche 4). Dieser Rahmen 60 bildet also ein Gehäuse der Entgasungsebene.
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4 zeigt eine schematische Darstellung der Gasführung in der Gasabführkammer 22, insbesondere in einer Draufsicht auf die z-Richtung. In diesem Beispiel tritt an der Position P Gas aus einer Batteriezelle 20 aus und wird an dieser Position P in den ersten Raumbereich 42 der Gasabführkammer 22 geleitet. Von dort aus kann das Gas über mehrere Pfade bis zum Ausgang 62 geführt werden. Wie in diesem Beispiel zu sehen ist, weist die Gasabführkammer 22 hierbei nicht nur einen Längskanal 52, sondern auch einen zweiten Längskanal 52' auf der gegenüberliegenden Seite der Gasabführkammer 22 bezogen auf die x-Richtung auf. Das an der Position P austretende Gas kann also einerseits über die beschriebene erste Durchtrittswand 48 in den ersten Längskanal 52 gelangen und von dort aus über einen sich anschließenden Querkanal 64 zum Ausgang 62 geführt werden. Andererseits kann ein Teil des Gases 58 auch die zweite Durchtrittswand 50 durchdringen und in den zweiten Raumbereich 54 gelangen. Von dort aus kann es eine weitere Durchtrittswand, die den zweiten Raumbereich 54 vom zweiten Längskanal 52` separiert, durchdringen und somit in den zweiten Längskanal 52` gelangen und über diesen und über den sich daran anschließenden weiteren Querkanal 64` bis zum Ausgang 62 abgeführt werden. Dabei gelangt das Gas von der Position P aus nicht direkt in die beiden Längskanäle 52, 52`, das heißt nicht auf direktem Weg in x- oder entgegen x-Richtung, sondern kann sich dabei auch in y-Richtung verteilen. Diese Verteilung kann durch eine variierende Gasdurchlässigkeit der jeweiligen Durchtrittswände 48, 50 erreicht werden. Beispielsweise können Wandabschnitte dieser Wände 48, 50, die weiter vom Ausgang 62 entfernt sind, mit einer anderen Gasdurchlässigkeit, zum Beispiel einer anderen Lochdichte oder Lochgröße, ausgebildet sein, als Bereiche, die näher am Ausgang 62 gelegen sind. Die Durchtrittsmöglichkeiten des Gases 58 durch die entsprechenden Wände 48, 50 ist im Übrigen durch die Pfeile 66 veranschaulicht. Dabei sind wiederum nur einige der Pfeile 66 mit einem Bezugszeichen aus Gründen der Übersichtlichkeit versehen.
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Insgesamt zeigen die Beispiele, wie durch die Erfindung eine mehrstöckige Batterie mit einer Entgasungsebene bereitgestellt werden kann. Zusammenfassend kann gesagt werden, dass die mehrstöckige Batterie dabei zwei Modulebenen umfassen kann und eine dazwischenliegende Entgasungsebene. Die Modulebene umfasst wiederum ein Gehäuse mit darin befindlichen galvanischen Zellen und einer Kühlplatte. Die Zellen sind elektrisch miteinander verbunden und weisen ein Zellgehäuse mit einer Berstöffnung auf, welche auch als Zellentgasungsöffnung bezeichnet wurde. Diese Berstöffnung ist der Kühlplatte zugewandt. Das Zellgehäuse steht dabei in thermischem Kontakt zur Kühlplatte, welche im Bereich der Berstöffnung der Zelle eine Öffnung besitzt. Die Entgasungsebene besitzt ein in einem Rahmen eingefasstes Leitelement, durch welches ein Fluid oder Gas strömungstechnisch gekühlt wird und über einen Fluidkanal zu einer Entgasungsöffnung gelenkt wird. Das Leitelement bestehend aus einem hitzebeständigen Material ist vorzugsweise so gestaltet, dass einerseits ein direktes Durchbrennen des Gases zur jeweils anderen Modulebene vermieden wird, andererseits durch geeignete Lochmuster eine quer dazu verlaufende Strömung erhalten bleibt, sowie eine gerichtete Lenkung der Strömung zum Fluidkanal erfolgt. Die Anordnung der Ebenen erfolgt bevorzugt so, dass die Entgasungsöffnungen der Modulebene zueinander gerichtet sind und die Entgasungsebene dazwischen zum Liegen kommt. Im Falle einer ungewollten Erwärmung der Zelle wird der daraus resultierende Druckanstieg kontrolliert über die Berstöffnung abgeleitet. Das ausströmende heiße Fluid tritt durch die Öffnung der Kühlplatte in die Fluidebene und prallt dort auf den geschlossenen Bereich des Leitelements, der das Durchbrennen des Fluidstroms zur nächsten Modulebene, d.h. zur gegenüberliegenden Modulebene, und damit die Ansteckung weiterer Zellen verhindert. Der Fluidstrom verteilt sich daraufhin quer zur Ausströmungsrichtung in der Fluidebene und kann durch die gelochten Bereiche des Leitelements frei im gesamten Volumen strömen. Die Querströmung parallel zu den Kühlplatten beider Modulebenen führt dabei zu einer Abkühlung des Fluids. Gleichzeitig werden durch die Lochungen des Leitelements im Fluid mittransportierte Partikel teilweise abgeschieden. Der Fluidstrom tritt schließlich über die seitlichen Löcher des Leitelements in den Fluidkanal ein, welcher das Fluid zur Entgasungsöffnung, das heißt zum Ausgang hin, führt. Durch eine ungleichmäßige Verteilung der seitlichen Löcher kann eine Vorzugsrichtung des Stromes erreicht werden, um einen möglichst langen Strömungsweg innerhalb der Fluidebene, das heißt der Entgasungskammer, und damit eine größere Abkühlung des Fluids zu erzielen. Besonders vorteilhaft sind hierbei die räumliche Trennung des Batterieaufbaus im Modul und Entgasungsebene sowie die geteilte Nutzung einer Entgasungsebene durch zwei Modulebenen, was eine Bauraumreduzierung zur Folge hat.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102020127572 A1 [0003]
- EP 3965216 A1 [0004]
- DE 102013216071 A1 [0005]
