WO2013017204A1 - Hochvolt-batterie für fahrzeuganwendungen - Google Patents

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Definitions

  • the invention relates to a high-voltage battery for vehicle applications, in particular a lithium-ion battery, with a plurality of individual cells, which are connected in series and / or in parallel with each other. On the single cells, a cooling plate is arranged on the pole side.
  • a high-voltage battery for vehicle applications in particular a lithium-ion battery
  • the temperature and the internal pressure in the housing can rise sharply.
  • the electrochemically active material contained in the cells is thermally unstable.
  • the metal oxides (nickel oxide, manganese oxide) present in Li-cell decompose irreversibly above about 150 ° C. in an exothermic reaction. As a result, the cell heats up further and the pressure inside increases.
  • they are usually equipped with rupture discs and so on, for example, with membranes that have a predetermined breaking point, and allow a defined venting (venting).
  • venting gas leaving the cells contains conductive components (electrolyte, conductive salts, aluminum or copper particles, etc.). This can lead to further short circuits inside the battery, especially when the cell poles come into contact with venting gas.
  • the invention has for its object to form a high-voltage battery according to the preamble of claim 1, wherein uncontrolled bursting or other short circuits inside the battery can be avoided, with little structural effort.
  • This object is solved by the features of claim 1.
  • a collection channel is provided for collecting leaking venting gases.
  • the collection channel is formed using such components that already belong to the cell block.
  • Such a component is in particular the cell connector board (printed circuit board).
  • Temperature resistance has. Another component that can be considered is the housing of the battery electronics, for example for cell voltage monitoring or balancing. In general, the venting channel will be made of high temperature resistant materials.
  • Fig. 1 shows the prior art
  • Fig. 2-5 a first embodiment
  • Fig. 6-7 a second embodiment
  • Figs. 8-9 show a third embodiment
  • Figure 1 shows a prismatic cell 1 with a known rupture disk 2. Die
  • Rupture disk 2 serves as a kind of predetermined breaking point of the cell housing.
  • a cell block 3 is seen. This cell has a plurality of cells 1. Each cell 1 comprises two poles 4 and a rupture disk 2.
  • a cell connector board 5 carries a plurality of cell connectors 6 and is provided with two longitudinally extending webs 7, and also with oblong holes 8.
  • the number of Long holes 8 is equal to the number of rupture disks 2. In the assembled state is in each case a slot 8 above a rupture disk 2. See Figure 3.
  • FIGs 4 and 5 also show the battery case 9. As can be seen from Figures 4 and 5, form the battery housing 9 together with the cell connector board 5 and the webs 7 said collecting channel 10 for collecting and discharging Venting gases.
  • the battery housing 9 is also equipped with a rupture disk on one of its front sides. This lies in the flight of the
  • the collecting channel 10 is formed solely from the cell connector board 5, thus not from another component.
  • the collecting channel 10 is formed of two components, namely the cell block 3 and a housing 1 1 for the
  • the housing 11 has two webs 12 for this purpose.
  • the collecting channel 10 is formed from the battery housing 9, which has two webs 13, 13. Furthermore, from the cell connector board 5 and from the cell block 3rd

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Hochvolt-Batterie für Fahrzeuganwendungen, umfassend die folgenden Bauteile beziehungsweise Merkmale: eine Vielzahl von elektrisch in Reihe oder parallel geschalteten Zellen (1) die einen Zellblock (3) bilden, die zugehörende Kühl- oder Heizeinrichtung, die zugehörende Elektronik, eine Venting-Einrichtung (2) für die einzelne Zelle (1) zum definierten Abblasen von Venting-Gasen beim Überschreiten eines vorgegebenen Druckes in der Zelle (1). Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Sammelkanal (10) vorgesehen ist, der an die Venting-Einrichtungen (2) angeschlossen ist und dass der Sammelkanal (10) unter Verwendung eines Teiles des Zellblocks (3) oder eines zum Zellblock (3) gehörenden Bauteiles gebildet ist.

Description

Hochvolt-Batterie für Fahrzeuganwendungen
Die Erfindung betrifft eine Hochvolt-Batterie für Fahrzeuganwendungen, insbesondere eine Lithium-Ionen-Batterie, mit einer Mehrzahl von Einzelzellen, die in Serie und/oder parallel miteinander verschaltet sind. Auf den Einzelzellen ist polseitig eine Kühlplatte angeordnet. Insbesondere bei Li-Ionen-Zellen können bei Überladung oder Kurzschluss die Temperatur und der Innendruck im Gehäuse stark ansteigen. Die in den Zellen enthaltene elektrochemisch aktive Masse ist thermisch instabil. Insbesondere die in Li- lonen-Zellen befindlichen Metalloxide (Nickeloxid, Manganoxid) zersetzen sich oberhalb von etwa 150°C irreversibel in einer exothermen Reaktion. Dadurch erwärmt sich die Zelle noch weiter, und der Druck in ihrem Inneren steigt an. Um das unkontrollierte Bersten der Zellgehäuse zu vermeiden, sind diese in der Regel mit Berstscheiben und so weiter ausgestattet, beispielsweise mit Membranen, die eine Sollbruchstelle aufweisen, und die ein definiertes Abblasen (Venting) ermöglichen.
Durch die radiale Wärmeleitung sind Kettenreaktionen möglich. Überhitzt eine Zelle durch Kurzschluss oder Überladung, dann können die Nachbarzellen durch die Zersetzung der elektrochemisch aktiven Masse zerstört werden. Das aus den Zellen austretende Venting- Gas enthält leitfähige Bestandteile (Elektrolyt, Leitsalze, Alu- oder Kupferpartikel, usw.). Dies kann zu weiteren Kurzschlüssen im Batterieinneren führen, besonders dann, wenn die Zellpole mit Venting-Gas in Kontakt gelangen.
Auf DE 10 2008 059 056 A1 wird verwiesen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Hochvolt-Batterie gemäß dem Obergriff von Anspruch 1 auszubilden, wobei unkontrolliertes Bersten oder weitere Kurzschlüsse im Batterieinneren vermieden werden, und zwar bei geringem baulichen Aufwand. Diese Aufgabe wird durch die Merkmale von Anspruch 1 gelöst. Demgemäß wird ein Sammelkanal zum Auffangen austretender Venting-Gase vorgesehen. Der Sammelkanal wird unter Ausnutzung von solchen Bauteilen gebildet, die ohnehin zum Zellblock gehören. Ein solches Bauteil ist insbesondere die Zellverbinderplatine (Leiterplatte). Diese besteht in der Regel aus faserverstärktem Kunststoff, der bereits eine gewisse
Temperaturbeständigkeit besitzt. Ein weiteres in Betracht kommendes Bauteil ist das Gehäuse der Batterieelektronik, zum Beispiel für die Zellspannungsüberwachung oder das Balancing. Man wird im Allgemeinen den Venting-Kanal aus hochtemperaturfesten Werkstoffen ausführen.
Durch die Verwendung der genannten Bauteile entstehen geringe Mehrkosten. Auch ist der Raumbedarf gering.
Der Stand der Technik sowie die Erfindung sind anhand der Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:
Fig. 1 den Stand der Technik;
Fig. 2 - 5 eine erste Ausführungsform;
Fig. 6 - 7 eine zweite Ausführungsform;
Hg. 8 - 9 eine dritte Ausführungsform; und
Fig. 10 eine vierte Ausführungsform der Erfindung
Figur 1 zeigt eine prismatische Zelle 1 mit einer bekannten Berstscheibe 2. Die
Berstscheibe 2 dient gewissermaßen als Sollbruchstelle des Zellgehäuses. Bei
Überschreiten eines gewissen Druckes geht die Berstscheibe 2 zu Bruch, und Venting- Gas strömt aus.
Bei der ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform gemäß Figur 2 sieht man einen Zellblock 3. Dieser weist eine Mehrzahl von Zellen 1 auf. Jede Zelle 1 umfasst zwei Pole 4 und eine Berstscheibe 2.
Eine Zellverbinderplatine 5 trägt eine Mehrzahl von Zellverbindern 6 und ist mit zwei in Längsrichtung verlaufenden Stegen 7 versehen, ferner mit Langlöchern 8. Die Anzahl der Langlöcher 8 ist gleich der Anzahl der Berstscheiben 2. In montiertem Zustand liegt jeweils ein Langloch 8 über einer Berstscheibe 2. Siehe Figur 3.
Die Figuren 4 und 5 zeigen außerdem das Batteriegehäuse 9. Wie man aus den Figuren 4 und 5 erkennt, bilden das Batteriegehäuse 9 zusammen mit der Zellverbinderplatine 5 sowie deren Stegen 7 den genannten Sammelkanal 10 zum Auffangen und Ableiten von Venting-Gasen.
Wie man weiterhin aus Figur 4 sieht, ist auch das Batteriegehäuse 9 an einer seiner Stirnseiten mit einer Berstscheibe ausgestattet. Diese liegt in der Flucht des
Sammelkanals 10. Eine solche Berstscheibe kann an beiden Stirnseiten des
Batteriegehäuses vorgesehen werden.
Bei der zweiten Ausführungsform der Erfindung gemäß der Figuren 6 und 7 ist der Sammelkanal 10 allein aus der Zellverbinderplatine 5 gebildet, somit nicht aus einem weiteren Bauteil.
Bei der Ausführungsform gemäß der Figuren 8 und 9 ist der Sammelkanal 10 aus zwei Bauteilen gebildet, nämlich dem Zellblock 3 und einem Gehäuse 1 1 für die
Batterieelektronik. Das Gehäuse 11 weist zu diesem Zweck zwei Stege 12 auf.
Bei der vierten Ausführungsform der Erfindung gemäß Figur 10 ist der Sammelkanal 10 aus dem Batteriegehäuse 9 gebildet, das zwei Stege 13, 13 aufweist. Ferner aus der Zellverbinderplatine 5 sowie aus dem Zellblock 3.
Bezugszeichenliste
1. Zelle
2. Berstscheibe
3. Zellblock
4. Pol
5. Zellverbinderplatine
6. Zellverbinder
7. Steg
8. Langloch
9. Batteriegehäuse
10. Sammelkanal
11. Elektronikgehäuse
12. Steg
15. Schraube

Claims

Patentansprüche
Hochvolt-Batterie für Fahrzeuganwendungen, umfassend die folgenden Bauteile beziehungsweise Merkmale:
- eine Vielzahl von elektrisch in Reihe oder parallel geschalteten Zellen (1) die einen Zellblock (3) bilden;
- die zugehörende Kühl- oder Heizeinrichtung;
- die zugehörende Elektronik;
- eine Venting-Einrichtung (2) für die einzelne Zelle (1 ) zum definierten Abblasen von Venting-Gasen beim Überschreiten eines vorgegebenen Druckes in der Zelle (1);
dadurch gekennzeichnet, dass
- ein Sammelkanal (10) vorgesehen ist, der an die Venting-Einrichtungen (2) angeschlossen ist;
- der Sammelkanal (10) unter Verwendung eines Teiles des Zellblocks (3) oder eines zum Zellblock (3) gehörenden Bauteiles gebildet ist.
Hochvolt-Batterie nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Sammelkanal (10) aus der Zellverbinderplatine (5) sowie dem Batteriegehäuse (9) gebildet ist.
Hochvolt-Batterie nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Sammelkanal (10) allein aus der Zellverbinderplatine gebildet ist.
Hochvolt-Batterie nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass der Sammelkanal aus dem Zellblock (3) und einem Batterieelektronikgehäuse (11 ) gebildet ist.
5. Hochvolt-Batterie nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Sammelkanal (10) aus dem Batteriegehäuse (9), der Zellverbinderplatine (5) und dem Zellblock (3) gebildet ist.
6. Hochvolt-Batterie nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Batteriegehäuse (9) wenigstens an einer seiner Stirnseiten eine Berstscheibe (2) aufweist, die mit dem Sammelkanal ( 0) fluchtet.
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