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Die Erfindung betrifft ein Batteriezellenmodul, insbesondere für ein Kraftfahrzeug.
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Batteriezellenmodule für zumindest teilweise elektrisch angetriebene Kraftfahrzeuge verwenden Batteriezellenmodule zum Speisen des elektrischen Antriebsmotors, wobei durchaus mehrere solcher Batteriezellenmodule in einer Batterie gemeinsam angeordnet sein können.
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In einem Batteriezellenmodul sind in einem Modulgehäuse typischerweise mehrere Batteriezellen angeordnet. Bei diesen Batteriezellen, insbesondere vom Li-Ionen-Typ, ist bekannt, dass sie bei einer Beschädigung zu thermischen Ereignissen neigen, weil eine unerwünschte chemische Reaktion der Inhaltsstoffe stattfindet. Dabei besteht die Gefahr, dass benachbarte Batteriezellen durch das thermische Ereignis einer Batteriezelle ebenfalls durch die austretenden heißen Gase beschädigt und entzündet werden, so dass eine Kettenreaktion entstehen kann, was grundsätzlich unerwünscht ist.
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Aus diesem Grund ist es auch bekannt, dass die Batteriezellen eine Entgasungseinrichtung aufweisen, aus welcher das Gas der chemischen Reaktion bei einem thermischen Ereignis austreten kann. Damit das Gas schnellstmöglich aus dem Modulgehäuse austreten kann, ist in der Nähe der Entgasungseinrichtung im Modulgehäuse eine Entgasungsöffnung vorgesehen, so dass das heiße aus der Batteriezelle austretende Gas schnell abgeführt wird und nicht benachbarte Batteriezellen beeinträchtigt.
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Soll das Modulgehäuse direkt mit einem Kühlfluid durchströmt werden, um die Batteriezellen und etwaig vorgesehene Elektronik direkt kühlen zu können, sind die Entgasungseinrichtung der Batteriezelle und die Entgasungsöffnung des Modulgehäuses gegenüber dem fluidführenden Raum sicher und dauerhaft abzudichten. Hier zeigen sich noch Defizite.
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Die
DE 10 2023 114 201 A1 offenbart eine Dichtungsvorrichtung für ein Gehäuse einer Batterie, welche eine Tasche aufweist, in welcher ein Einlegeteil angeordnet ist, das aus einem für ein Quellmedium durchlässigen Material besteht.
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Die
DE 10 2021 131 908 A1 offenbart ein Batteriemodul mit einer Entgasungsöffnung und einer darum umlaufenden Dichtung.
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Es ist die Aufgabe, ein Batteriezellenmodul zu schaffen, welches gegenüber dem Stand der Technik sicher abgedichtet ist, so dass einerseits eine sichere Abführung entstehender heißer Gase möglich ist und auch das im Modulgehäuse strömende Kühlfluid nicht entweicht.
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Die Aufgabe wird mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung betrifft ein Batteriezellenmodul mit einem Modulgehäuse und mit in dem Modulgehäuse angeordneten Batteriezellen, wobei die Batteriezellen benachbart zueinander in dem Modulgehäuse angeordnet sind, wobei die Batteriezellen ein Batteriezellengehäuse mit einer ersten Fläche und einer dazu gegenüberliegenden zweiten Fläche aufweisen und jeweils eine Entgasungseinrichtung in einer ersten Fläche aufweisen zum definierten Auslassen von in der Batteriezelle entstehender Gase, wobei das Modulgehäuse zumindest eine Entgasungsöffnung zum Ausleiten der Gase aus dem Modulgehäuse aufweist, welche jeweils einer Entgasungseinrichtung in der ersten Fläche einer Batteriezelle gegenüberliegend angeordnet ist, wobei zwischen der ersten Fläche einer Batteriezelle und dem Modulgehäuse eine Dichtung angeordnet ist, welche an der ersten Fläche der Batteriezelle und an dem Modulgehäuse dichtend anliegt und einen Entgasungskanal zwischen der Entgasungseinrichtung und der Entgasungsöffnung ausbildet, wobei die Dichtung als umlaufende Dichtung ausgebildet ist und einen ersten Anteil der ersten Fläche anliegend umschließt. Dadurch wird die Batteriezelle aufgrund der unterschiedlichen Größen der ersten Fläche und der gegenüberliegenden zweiten Fläche in Richtung der ersten Fläche gedrückt, wodurch die Dichtung stärker angepresst wird, was die Abdichtung verbessert.
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Erfindungsgemäß sind die Batteriezellen als prismatische Zellen ausgebildet, bei welcher die erste Fläche als rechteckige Fläche ausgebildet ist und auch die gegenüberliegende zweite Fläche als rechteckige Fläche ausgebildet ist. Durch die Verwendung von prismatischen Zellen sind die erste Fläche und die zweite Fläche sehr gut definiert und typischerweise oftmals sogar gleich groß und in gleicher Form ausgebildet.
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Erfindungsgemäß umschließt die Dichtung einen ersten Anteil der ersten rechteckigen Fläche anliegend, der größer ist als der zweite Anteil, welcher von der ersten rechteckigen Fläche nicht von der Dichtung anliegend umschlossen ist. Dabei liegt die Dichtung an der ersten Fläche an und umschließt einen ersten Anteil der ersten Fläche und gibt einen zweiten Anteil der ersten Fläche frei.
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Auch ist es vorteilhaft, wenn die Dichtung die erste Fläche an ihrem Rand oder benachbart zum Rand anliegend umschließt, so dass die gesamte Fläche der ersten Fläche oder ein mehrheitlicher Anteil der ersten Fläche von der Dichtung anliegend umschlossen wird. Damit wird die Dichtung am Rand sicher platziert und der erste Anteil der ersten Fläche ist maximiert.
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Vorteilhaft ist, dass auf den ersten Anteil der ersten Fläche Normaldruck oder in diesem Bereich ein kleinerer Druck anliegt, als in dem vom Fluid umströmten Bereich. Dies erfolgt derart, weil die Entgasungsöffnung zum Außenraum hin offen ist, der unter Normaldruck steht und/oder der erste Anteil der ersten Fläche durch die Dichtung den Normaldruck des Kühlmediums mindert.
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Auch ist es vorteilhaft, wenn das Modulgehäuse einen Fluideinlass und einen Fluidauslass aufweist, so dass das Modulgehäuse in einen Fluidkreislauf integrierbar ist und unter Fluiddruck bringbar und von dem Fluid durchströmbar ist, derart, dass auf die zweite Fläche, welche der ersten Fläche gegenüber liegt, der Fluiddruck wirkt. Dies verbessert die Kühlung.
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Dabei ist es auch vorteilhaft, wenn der Fluiddruck zumindest 0,5 bar bis etwa 3 bar oberhalb des Normaldrucks liegt. Dies verbessert die Kühlung.
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Auch ist es vorteilhaft, wenn die Dichtung zwischen der Batteriezelle und dem Modulgehäuse mit einem Druck angepresst ist, welcher sich aus der Differenz der Kraft auf die zweite Fläche und die Kraft auf die erste Fläche ergibt. Damit wird eine höhere Kraft für die Anpressung der Dichtung erreicht.
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Auch ist es zweckmäßig, wenn die Kraft auf die zweite Fläche sich aus der Fläche der zweiten Fläche multipliziert mit dem Fluiddruck an der zweiten Fläche ergibt und die Kraft auf die erste Fläche sich aus dem ersten Anteil der ersten Fläche multipliziert mit dem dort herrschenden Normaldruck und dem zweiten Anteil der ersten Fläche multipliziert mit dem Fluiddruck ergibt.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die Dichtung zwischen der Batteriezelle und dem Modulgehäuse vorgespannt verbaut ist. Damit wird eine höhere Kraft für die Anpressung der Dichtung erreicht.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung detailliert erläutert. In der Zeichnung zeigt:
- 1 eine schematische Darstellung eines Batteriezellenmoduls zur Erläuterung der Erfindung.
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Die 1 zeigt im Schnitt ein Batteriezellenmodul 1 mit einem Modulgehäuse 2.
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Das Modulgehäuse 2 weist einen Fluideinlass 3 und einen Fluidauslass 4 auf, so dass das Modulgehäuse 2 in einen Fluidkreislauf integrierbar ist und unter Fluiddruck bringbar und von dem Fluid 5 durchströmbar ist und in dem Modulgehäuse 2 ein Fluiddruck P1 herrscht. Außerhalb des Modulgehäuses 2 herrscht Normaldruck Pz.
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In dem Modulgehäuse 2 sind Batteriezellen 6 angeordneten. Dabei ist nur eine Batteriezelle 6 gezeigt, es sind typischerweise aber mehrere Batteriezellen 6 angeordnet. Dabei sind die Batteriezellen 6 benachbart zueinander in dem Modulgehäuse 2 angeordnet.
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Die Batteriezellen 6 weisen ein Batteriezellengehäuse 7 mit einer ersten Fläche 8 und einer dazu gegenüberliegenden zweiten Fläche 9 auf.
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Beispielsweise sind die Batteriezellen 6 als prismatische Zellen ausgebildet, bei welcher die erste Fläche 8 als rechteckige Fläche ausgebildet ist und auch die gegenüberliegende zweite Fläche 9 als rechteckige Fläche ausgebildet ist.
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Alternativ kann die Batteriezelle 6 auch eine andere Form aufweisen, beispielsweise als zylindrische Rundzelle oder als Coffeebag-Zelle.
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Die Batteriezelle 6 weist jeweils eine Entgasungseinrichtung 10 in der ersten Fläche 8 auf zum definierten Auslassen von in der Batteriezelle 6 entstehenden Gasen, die beispielsweise bei einem thermischen Event entstehen.
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Das Modulgehäuse 2 weist zumindest eine Entgasungsöffnung 11 zum Ausleiten der Gase aus dem Modulgehäuse 2 auf.
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Die Entgasungsöffnung 11 ist jeweils einer Entgasungseinrichtung 10 in der ersten Fläche 8 einer Batteriezelle 6 gegenüberliegend angeordnet. Dies erlaubt eine schnelle Abführung der Gase.
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Zwischen der ersten Fläche 8 einer Batteriezelle 6 und dem Modulgehäuse 2 ist eine Dichtung 12 angeordnet. Sie dichtet das Modulgehäuse 2 gegen die Batteriezelle 6 ab, so dass kein Fluid 5 austritt.
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Die Dichtung 12 liegt an der ersten Fläche 8 der Batteriezelle 6 und an dem Modulgehäuse 2 dichtend an und bildet als umlaufende Dichtung 12 einen Entgasungskanal 15 zwischen der Entgasungseinrichtung 10 und der Entgasungsöffnung 11 aus. Das Gas kann in diesem Entgasungskanal 15 entlang strömen und dann durch die Entgasungsöffnung 11 austreten.
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Da die Dichtung 12 als umlaufende Dichtung 12 ausgebildet ist, kann sie einen ersten Anteil 13 der ersten Fläche 8 anliegend umschließen, der größer ist als der zweite Anteil 14, welcher von der ersten Fläche 8 nicht von der Dichtung 12 anliegend umschlossen ist.
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Dabei umschließt die Dichtung 12 einen ersten Anteil 13 der ersten rechteckigen Fläche 8 an der ersten Fläche 8 anliegend, der größer ist als der zweite Anteil 14, welcher von der ersten rechteckigen Fläche 8 nicht von der Dichtung 12 anliegend umschlossen ist.
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Dies kann so gestaltet sein, dass die Dichtung 12 die erste Fläche 8 an ihrem Rand, siehe 1, oder benachbart zum Rand anliegend umschließt, so dass die gesamte Fläche 8 der ersten Fläche 8, siehe 1, oder ein mehrheitlicher Anteil der ersten Fläche 8 von der Dichtung 12 anliegend umschlossen wird.
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Bei dem Beispiel der 1 ist der erste Anteil 13 etwa 100% und der zweite Anteil 14 etwa 0 % der ersten Fläche 8.
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Auf den zweiten Anteil 14 der ersten Fläche 8 wirkt der Fluiddruck P1 und auf den ersten Anteil 13 der ersten Fläche 8 wirkt der Normaldruck PZ. Auf die zweite Fläche 9, welche der ersten Fläche 8 gegenüber liegt, wirkt der Fluiddruck P1.
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Da der Fluiddruck P1 zumindest 0,5 bar bis etwa 3 bar oberhalb des Normaldrucks Pz liegt, wird die Batteriezelle 6 gegen die Dichtung 12 und die Dichtung 12 gegen das Modulgehäuse 2 gedrückt.
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Die Dichtung 12 ist dadurch zwischen der Batteriezelle 6 und dem Modulgehäuse 2 mit einem Druck angepresst, welcher sich aus der Differenz der Kraft auf die zweite Fläche 9 und die Kraft auf die erste Fläche 8 ergibt.
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Die Kraft auf die zweite Fläche 9 ergibt sich aus der Flächengröße der zweiten Fläche 9 multipliziert mit dem Fluiddruck P1 an der zweiten Fläche 9 und die Kraft auf die erste Fläche 8 ergibt sich aus der Flächengröße des ersten Anteils 13 der ersten Fläche 8 multipliziert mit dem dort herrschenden Normaldruck Pz und der Flächengröße des zweiten Anteils 14 der ersten Fläche 8 multipliziert mit dem Fluiddruck P1.
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Vorteilhaft kann beispielsweise dazukommen, dass die Dichtung 12 zwischen der Batteriezelle 6 und dem Modulgehäuse 2 vorgespannt verbaut ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Batteriezellenmodul
- 2
- Modulgehäuse
- 3
- Fluideinlass
- 4
- Fluidauslass
- 5
- Fluid
- 6
- Batteriezelle
- 7
- Batteriezellengehäuse
- 8
- erste Fläche
- 9
- zweite Fläche
- 10
- Entgasungseinrichtung
- 11
- Entgasungsöffnung
- 12
- Dichtung
- 13
- erster Anteil
- 14
- zweiter Anteil
- 15
- Entgasungskanal