WO2014139710A1 - Entgasungssystem für batteriemodule - Google Patents

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WO2014139710A1
WO2014139710A1 PCT/EP2014/051122 EP2014051122W WO2014139710A1 WO 2014139710 A1 WO2014139710 A1 WO 2014139710A1 EP 2014051122 W EP2014051122 W EP 2014051122W WO 2014139710 A1 WO2014139710 A1 WO 2014139710A1
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WO
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housing
collector
degassing system
degassing
battery
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PCT/EP2014/051122
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Andreas Lemke
Gergely GALAMB
Andreas Gleiter
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
Samsung Sdi Co., Ltd.
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Publication date
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    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
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    • H01M50/30—Arrangements for facilitating escape of gases
    • H01M50/308—Detachable arrangements, e.g. detachable vent plugs or plug systems
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    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • Electric vehicles whether hybrid vehicles, have an electric drive that is powered by one or more battery modules.
  • the battery modules are usually a variety of lithium-ion battery cells. In operation, due to the interaction of various chemical mechanisms, there may be a sharp increase in temperature and pressure within the battery cells. That's the way it works
  • the degassing is more or less untargeted through an opening of the housing, while in the above-mentioned closed
  • Degassing system is provided a variety of channels, so this system is very expensive. In both systems, it is necessary that the hazardous gas mixture does not enter the passenger compartment, but is safely dissipated into the vehicle environment.
  • a degassing system for a battery module or a battery pack is proposed, which is accommodated in a housing.
  • the battery pack or module includes a number of battery cells.
  • the degassing system is integrated into the housing of the battery module or the battery pack.
  • the degassing system which is housed in the cavity of a one or more parts housing, a collector.
  • This collector replaces the previously used in closed degassing systems
  • the degassing system comprises a collector, which is housed in such a one or more parts housing for receiving the battery pack or the battery module that the collector substantially overlaps one side of the battery module over the entire surface.
  • the collector is designed in the form of baffles, wherein gas mixture escaping from the battery cells is directed in the direction of a discharge system.
  • the collector designed as a baffle plate is arranged such that a cell monitoring circuit (CSC) arranged in the housing is protected from hot gases.
  • CSC cell monitoring circuit
  • a degassing path is formed by the collector above the battery cells, with a sufficient cross section of the
  • the collector in turn is designed as a hollow body, so that the separated from a damaged battery cell with strong heating flammable gases can enter the collector.
  • the collector has a number of openings, which corresponds to the number of battery cells, which are covered by the collector respectively.
  • a bursting valve with a surrounding seal can be arranged between a respective battery cell or battery cell cover and the collector, the sealing requirements for the seal being low. Rather, the seals can compensate for differences in height of the battery cells advantageous and also a good thermal coupling of the cells to a cooling plate
  • the collector of the degassing is advantageously connected to a discharge, which is for example tubular.
  • a discharge side of the collector of the invention proposed degassing and the discharge in particular in the form of a discharge pipe, a funnel-shaped transition may be formed.
  • the outlet side of the collector and outlet are not necessarily sealed together.
  • the drain which also provides a sufficient cross-section for draining escaping gas, has a funnel-shaped opening facing the collector, which drainage may be shaped depending on the available space.
  • Battery pack housing is located. About the discharge, the gas mixture from the housing in which the battery pack or the battery module is added, discharged.
  • the discharge is designed such that a large part of the escaping gas mixture is conducted in the direction of an outlet opening leading out of the housing, wherein the
  • Outlet opening is gas-tightly received on the housing.
  • a bursting device is arranged at the outlet opening.
  • Such a bursting device opens when a limit of pressure increase inside the battery pack housing is reached and exceeded.
  • the bursting direction for example as a rupture disk formed by suitable choice of material, coatings or the like may have an external pressure resistance, which is increased compared to an internal pressure resistance.
  • the inventively proposed degassing system is also constructed such that at least the collector and the discharge substantially in one
  • Housing half of a shared housing can be arranged.
  • the assembly of the degassing system can already be prepared during a pre-assembly, for example, in the housing cover of a multi-part housing.
  • At least the collector and associated with this discharge in particular in the form of a tube or a hose with a corresponding
  • Flow cross-section can be pre-assembled with fasteners on the respective housing halves of a multi-part housing.
  • degassing system it is possible to achieve a targeted discharge of most of the flammable gases, without the cavity of a one or more parts housing designed to accommodate the
  • Hose system would be provided. Furthermore, by arranging the collector as a baffle and / or the configuration of the collector as a hollow body and its outlet-side connection with a discharge a sufficient flow cross-section for the flammable gases, ie H 2 and ethene, are provided, resulting in strong heating of a battery cell can form very quickly and in large quantities. Therefore, the collector and a discharge pipe with funnel-shaped inlet opening in terms of
  • the inventively proposed degassing allows the controlled outgassing and thus the protection of the electrical components from the hot exiting flammable gases and possible combustion processes.
  • FIG. 1 shows a degassing system 10, which is arranged in a housing 14.
  • the housing 14 may comprise a first housing half 16 and a second housing half 18, which are connected to one another in a gastight manner at their ends via connections 20.
  • the compounds 20 may be, for example
  • a battery pack or battery module 12 is housed.
  • the battery pack or battery module 12 includes a number of battery cells. In the illustration according to FIG. 1, the battery pack or
  • Battery module 12 a total of seven battery cells 24, 26, 28, 30, 32, 34 and 36. As Figure 1 further shows, the individual battery cells 24, 26, 28, 30, 32, 34, 36 are arranged edgewise in relation to each other next to each other. Instead of the seven battery cells 24 to 36 shown in FIG. 1, more or fewer battery cells can also form a battery pack or a battery module 12.
  • the individual battery cells 24, 26, 28, 30, 32, 34 and 36 are received edgewise within the cavity 22, which is formed by the housing halves 16, 18 of the housing 14.
  • the collector 38 is in close proximity to the battery cells 24, 26, 28, 30, 32, 34 and 36.
  • the collector 38 which may be made of a metallic material, of plastic or of a combination of plastic and metallic material can, is in that shown in Figure 1
  • the outlet 52 merges into a funnel-shaped transition element 44 attached to a discharge 46.
  • the drain 46 may be formed as a drain pipe or a discharge hose.
  • the degassing system 10 according to the invention comprises the collector 38 and the discharge line 46 with the funnel-shaped transition element 44.
  • the discharge line 46 is gas-tightly connected to the housing cover 16, wherein a bursting device 54 is provided for sealing to the outside.
  • the bursting device 54 may be formed, for example, as a rupture disk, which is activated at a pressure difference from the inside to the outside, for example, 0.5 bar. From the illustration according to FIG.
  • the collector 38 has a number of openings 42 on its side facing the battery cells 24, 26, 28, 30, 32, 34 and 36.
  • Each of the battery cells 24, 26, 28, 30, 32, 34 and 36 is a corresponding opening 42 on the battery cell side side of the collector 38
  • the degassing path for the flammable gases thus runs in the direction of flow 50 to the outlet 52 of the collector 38 designed as a hollow body. From there, the majority of the flammable gases pass into the funnel-shaped transition element 44 after passage Derivation 46 and through this out of the housing 14 to the outside.
  • the cross section of the collector 38 is sufficient to dimension according to the number of covered battery cells 24, 26, 28, 30, 32, 34 and 36. From the illustration according to FIG.
  • both the collector 38 designed as a hollow body is connected to the first housing half 16 via an attachment 40 with the first housing half 16 and also the outlet 46 having the funnel-shaped transition element 44 via a fastening 40 is.
  • the fortifications 40 with which the components of the
  • Degassing system can be fixed to the first housing half 16, it can be
  • the funnel-shaped transition element 44 at the discharge 46 can be achieved when joining the two housing halves 16, 18 of the here in the illustration of Figure 1 multi-part housing 14, that the collector 38 with its openings 42 exactly above the Battery cells 24, 26, 28, 30, 32, 34 and 36 is positioned. This ensures that at least one of the
  • flammable gases are forwarded via a further pipe or channel system in the vehicle environment.
  • Degassing system 10 is added to the first housing half 16, which in the
  • Embodiment variant of Figure 1 as a housing cover is used. Likewise exists
  • degassing 10 also to be attached to the housing bottom of a multi-part housing 14 serving second housing half 18 in an analogous manner.
  • the elements of the degassing system 10 according to the invention may be made of plastic, aluminum, partially treated against rust steel, or a combination of these materials.
  • Both the collector 38 and the funnel-shaped transition 44 at the outlet 46 are provided with a flow cross-section 48, so ensuring that the emerging in a short time volumes of flammable gases can be discharged as directly from the cavity 22 of the housing 14 before inside the housing 14 is too high pressure.
  • a circumferentially formed sealing element in the form of a seal, a sealing ring or the like is generally arranged between the two housing halves 16, 18 joined together by the connections 20.
  • FIG. 2 shows a further embodiment of the invention
  • FIG. 2 shows a battery pack or battery module 12 which is likewise accommodated in the housing 14 shown in two parts, comprising a plurality of battery cells 24, 26, 28, 30, 32, 34 and 36, which are arranged side by side upright in relation to one another. Furthermore, FIG. 2 shows a cooling device 56 which is in thermal connection with the battery cells 24 to 36 forming the battery pack or battery module 12.
  • the collector 38 which is formed in the illustrated embodiment as a baffle, is arranged above the battery cells 24 to 36 such that a longitudinal side of the battery pack or battery module 12 is overlapped.
  • the trained as a deflector collector 38 is also suitable in the illustrated embodiment
  • the trained as a deflector collector 38 is arranged such that electronic components, such as a cell monitoring unit CSC, denoted by reference numeral 58, is shielded from exiting damaged battery cells gases.
  • CSC cell monitoring unit
  • FIG. 2 it is indicated that flammable gas emerges from the battery cell 30, indicated by arrow 60.
  • the escaping gas is discharged from the collector 38 in FIG Flow direction 50 is directed and flows to the discharge 46.
  • the flammable gas enters the outlet 46, which is connected in a gas-tight manner to the housing 14 and has an opening provided with the bursting device 54 to the outside. Also shown in the embodiment
  • Degassing system 10 provides the one or more damaged battery cells 24 to 36 escaping, flammable gas a degassing path available, which is dimensioned in terms of flow cross-sections such that it is ensured that even large volumes of flammable gases can be discharged within a short time.
  • FIG. 3 shows a detail view of the outlet 46;
  • the bursting device 54 is arranged at a discharge opening 62 of the discharge 46.
  • the bursting device 54 advantageously designed as a valve with a rupture disk 64,
  • Degassing cross sections are avoided.
  • the electrical components which can be arranged inside the housing 14 can be effectively protected from the heat which may arise during outgassing.

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  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Entgasungssystem (10) für ein Batteriemodul oder Batteriepack (12), welches in einem Gehäuse (14) aufgenommen ist. Das Gehäuse (14) nimmt eine Anzahl von Batteriezellen (24 bis 36) auf. Das Entgasungssystem (10) ist in das Gehäuse (14) des Batteriemoduls oder Batteriepacks (12) integriert.

Description

Beschreibung Titel
Entgasungssystem für Batteriemodule Stand der Technik Zurzeit in der Entwicklung befindliche Fahrzeuge mit Elektroantrieben, seien es reine
Elektrofahrzeuge, seien es Hybridfahrzeuge, verfügen über einen Elektroantrieb, der über ein oder mehrere Batteriemodule gespeist wird. Bei den Batteriemodulen handelt es sich in der Regel um eine Vielzahl von Lithium-Ionen-Batteriezellen. Im Betrieb kann es aufgrund der Wechselwirkung verschiedener chemischer Mechanismen zu einem starken Anstieg der Temperatur und des Drucks innerhalb der Batteriezellen kommen. So kann es
beispielsweise bei Überladung, Tiefentladung, Überlastung, intern oder extern bedingter Überhitzung oder einem internen Zelldefekt zu teilweise heftigen exothermen Reaktionen kommen, in deren Folge es zu einer Verdampfung des in den Batteriezellen vorhandenen Elektrolyten und dessen Zersetzung in weitere Produkte kommt. Insbesondere bilden sich eine Vielzahl von gesundheitsgefährdenden und/oder entzündlichen Gasen, z.B. CO, C02, Ethen, H2, HF, aber auch Dämpfe, Flüssigkeiten und Partikel, welche mit einem hohen Druck und einer Temperatur von etwa 600°C aus den Batteriezellen emittieren. Die Menge des dabei austretenden Gasgemisches eines Batteriepacks kann beträchtlich sein. Zur Ableitung dieser entstehenden Gase, d.h. beispielsweise des Wasserstoffs, des Ethens und des Elektrolytdampfes, werden bisher zwei Verfahren eingesetzt. Bei einem ersten Verfahren zur Ableitung der entzündbaren Gase wird ein offenes System eingesetzt. Das offene System erlaubt eine freie Entgasung innerhalb des Gehäuses des Batteriemoduls durch eine Öffnung. Dabei treten die Gase über die mindestens eine Öffnung des Gehäuses aus dem Batteriegehäuse aus. Eine alternative Lösung sieht ein geschlossen ausgestaltetes System vor, bei welchem eine Entgasung schon ab der Batteriezelle durch einen Kollektor und weitere eigens vorgesehene Kanäle aus dem Gehäuse erfolgt. Diese Kanäle, durch welche die entzündbaren Gase aus dem Gehäuse nach außen geleitet werden, können aus Kunststoff, aus Metall oder einer Kombination der beiden Werkstoffe gefertigt sein. Aufgrund der hohen Temperatur und des hohen Drucks des chemisch aggressiven Gasgemisches gestaltet sich eine gasdichte Anbindung des Kollektors an einen Batteriezellendeckel in der Umgebung von dort angeordneten Berstventilen als problematisch.
Bei dem offenen System erfolgt die Entgasung mehr oder weniger ungezielt durch eine Öffnung des Gehäuses, während bei dem obenstehend erwähnten geschlossenen
Entgasungssystem eine Vielzahl von Kanälen vorgesehen ist, sodass dieses System sehr aufwendig ist. Bei beiden Systemen ist es erforderlich, dass das gesundheitsgefährdende Gasgemisch nicht in den Fahrgastraum gelangt, sondern sicher in die Fahrzeugumgebung abgeleitet wird.
Darstellung der Erfindung
Erfindungsgemäß wird ein Entgasungssystem für ein Batteriemodul oder ein Batteriepack vorgeschlagen, welches in einem Gehäuse aufgenommen ist. Das Batteriepack oder das Batteriemodul umfasst eine Anzahl von Batteriezellen. Bei der erfindungsgemäß
vorgeschlagenen Lösung ist das Entgasungssystem in das Gehäuse des Batteriemoduls oder des Batteriepacks integriert. In vorteilhafter Weiterbildung des der Erfindung
zugrundeliegenden Gedankens umfasst das Entgasungssystem, welches im Hohlraum eines ein- oder mehrteilig ausgebildeten Gehäuses aufgenommen ist, einen Kollektor. Dieser Kollektor ersetzt das bei geschlossenen Entgasungssystemen bisher eingesetzte
aufwendige Schlauchsystem.
Bei der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung umfasst das Entgasungssystem einen Kollektor, der derart im ein- oder mehrteilig ausgebildeten Gehäuse zur Aufnahme des Batteriepacks oder des Batteriemoduls untergebracht ist, dass der Kollektor eine Seite des Batteriemoduls im Wesentlichen vollflächig übergreift.
In einer Ausführungsform ist der Kollektor in Form von Ablenkblechen ausgebildet, wobei aus den Batteriezellen entweichendes Gasgemisch in Richtung eines Ausleitsystems gelenkt wird. Insbesondere ist der als Ablenkblech ausgebildete Kollektor derart angeordnet, dass eine in dem Gehäuse angeordnete Zellüberwachungseinheit (CSC = Cell Supervisory Circuit) vor heißen Gasen geschützt wird. Ein Entgasungspfad wird durch den Kollektor oberhalb der Batteriezellen gebildet, wobei ein ausreichender Querschnitt des
Entgasungspfades unter Berücksichtigung der Batteriezellenkapazität zur Verfügung steht. In einer weiteren Ausführungsform ist der Kollektor seinerseits als Hohlkörper ausgebildet, sodass die von einer havarierten Batteriezelle bei starker Erwärmung abgesonderten entzündbaren Gase in den Kollektor eintreten können. Beispielsweise weist der Kollektor eine Anzahl von Öffnungen auf, die der Anzahl der Batteriezellen entspricht, die von dem Kollektor jeweils überdeckt werden. Hierbei kann zwischen einer jeweiligen Batteriezelle oder Batteriezellendeckel und dem Kollektor ein Berstventil mit einer umgebenden Dichtung angeordnet sein, wobei die Dichtanforderungen an die Dichtung gering sind. Vielmehr können die Dichtungen vorteilhaft Höhenunterschiede der Batteriezellen ausgleichen und darüber hinaus eine gute thermische Ankoppelung der Zellen an eine Kühlplatte
gewährleisten.
Bei dem erfindungsgemäßen Entgasungssystem ist es nicht mehr erforderlich, dass Deckel jeweiliger Batteriezellen gasdicht mit dem Kollektor verbunden sind. Ein Anteil des entzündbaren Gases kann ohne weiteres in das Batteriepackgehäuse gelangen, da dieses ein gasdichtes, durch eine Bersteinrichtung nach außen abgedichtetes Gehäuse ist.
Der Kollektor des Entgasungssystems ist in vorteilhafter Weise mit einer Ausleitung, die beispielsweise rohrförmig ausgebildet ist, verbunden. Zwischen einer Auslassseite des Kollektors des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Entgasungssystems und der Ausleitung, insbesondere in Gestalt eines Ausleitungsrohres, kann ein trichterförmiger Übergang ausgebildet sein. Auslassseite des Kollektors und Ausleitung sind nicht notwendigerweise dichtend miteinander verbunden. Insbesondere weist die Ausleitung, welche ebenfalls einen ausreichenden Querschnitt zum Ableiten entweichenden Gases bietet, eine zum Kollektor gerichtete trichterförmige Öffnung auf, wobei die Ausleitung je nach verfügbarem Raum geformt sein kann. So gelangen sowohl die von dem Kollektor kontrolliert zielgerichtet geleiteten, entzündbaren Gase in die Ausleitung, als auch Gas, welches sich im
Batteriepackgehäuse befindet. Über die Ausleitung wird das Gasgemisch aus dem Gehäuse, in dem das Batteriepack oder das Batteriemodul aufgenommen ist, ausgeleitet. Die Ausleitung ist derart ausgebildet, dass ein Großteil des entweichenden Gasgemisches in Richtung einer aus dem Gehäuse führenden Auslassöffnung geleitet wird, wobei die
Auslassöffnung gasdicht an dem Gehäuse aufgenommen ist. In einer Ausführungsform ist an der Auslassöffnung eine Bersteinrichtung angeordnet. Eine derartige Bersteinrichtung öffnet sich, wenn ein Grenzwert einer Drucksteigerung im Inneren des Batteriepackgehäuses erreicht und überschritten wird. Die Bersteinrichtung, beispielsweise als Berstscheibe ausgebildet, kann durch geeignete Materialwahl, Beschichtungen oder dergleichen eine Außendruckfestigkeit aufweisen, welche gegenüber einer Innendruckfestigkeit erhöht ist.
Das erfindungsgemäß vorgeschlagene Entgasungssystem ist darüber hinaus derart aufgebaut, dass zumindest der Kollektor und die Ausleitung im Wesentlichen in einer
Gehäusehälfte eines geteilt ausgebildeten Gehäuses angeordnet werden können. Dadurch kann die Montage des Entgasungssystems bereits im Rahmen einer Vormontage beispielsweise im Gehäusedeckel eines mehrteilig ausgebildeten Gehäuses vorbereitet werden. Zumindest der Kollektor und die diesem zugeordnete Ausleitung, insbesondere in Gestalt eines Rohres oder eines Schlauches mit einem entsprechenden
Strömungsquerschnitt sind mit Befestigungen an der jeweiligen der Gehäusehälften eines mehrteilig ausgebildeten Gehäuses vormontierbar.
Vorteile der Erfindung
Bei dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Entgasungssystem besteht die Möglichkeit, ein gezieltes Ableiten des größten Teiles der entzündbaren Gase zu erreichen, ohne dass der Hohlraum eines ein- oder mehrteilig ausgebildeten Gehäuses zur Aufnahme des
Batteriepacks, beziehungsweise des Batteriemoduls mit einem aufwendigen
Schlauchsystem zu versehen wäre. Des Weiteren kann durch die Anordnung des Kollektors als Ablenkblech und/oder die Ausgestaltung des Kollektors als Hohlkörper sowie dessen auslassseitiger Verbindung mit einer Ausleitung ein ausreichender Strömungsquerschnitt für die entzündbaren Gase, d.h. H2 und Ethen, bereitgestellt werden, die sich bei starker Erwärmung einer Batteriezelle sehr schnell und in großer Menge bilden können. Daher sind der Kollektor und ein Ausleitungsrohr mit trichterförmiger Einlassöffnung hinsichtlich der
Strömungsquerschnitte entsprechend dimensioniert. Das erfindungsgemäß vorgeschlagene Entgasungssystem ermöglicht die kontrollierte Ausgasung und damit den Schutz der elektrischen Komponenten vor den heißen austretenden entzündbaren Gasen und eventuellen Verbrennungsvorgängen.
Durch das erfindungsgemäß vorgeschlagene Entgasungssystem kann eine gelenkte Ableitung der entzündbaren Gase direkt nach Entgasung der Batteriezelle durch den Kollektor und durch das Ausleitungssystem erfolgen, die in vorteilhafter Weise unmittelbar in das Gehäuse integriert werden können. Der zur Verfügung stehende Raum innerhalb des Packgehäuses kann optimal genutzt werden, so dass ausreichende Entgasungsquerschnitte zur Verfügung stehen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Anhand der Zeichnung wird die Erfindung eingehender beschrieben. Es zeigt:
Figur 1 einen Schnitt durch eine Ausführungsform eines erfindungsgemäß
vorgeschlagenen Entgasungssystem;
Figur 2 einen Schnitt durch eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäß vorgeschlagenen Entgasungssystems und
Figur 3 eine Detailansicht eines erfindungsgemäßen Entgasungssystems.
Ausführungsformen der Erfindung
Figur 1 zeigt eine Schnittdarstellung einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäß vorgeschlagenen Entgasungssystems.
Figur 1 zeigt ein Entgasungssystem 10, welches in einem Gehäuse 14 angeordnet ist. Das Gehäuse 14 kann - wie in Figur 1 dargestellt - eine erste Gehäusehälfte 16 und eine zweite Gehäusehälfte 18 umfassen, die an ihren Enden über Verbindungen 20 gasdicht miteinander verbunden sind. Bei den Verbindungen 20 kann es sich beispielsweise um
Schraubverbindungen oder andere geeignete Verbindungen, wie Schnappverschlüsse, Clips oder dergleichen handeln. Im Gehäuse 14 ist ein Batteriepack oder Batteriemodul 12 untergebracht. Das Batteriepack oder das Batteriemodul 12 umfasst eine Anzahl von Batteriezellen. In der Darstellung gemäß Figur 1 umfasst das Batteriepack oder
Batteriemodul 12 insgesamt sieben Batteriezellen 24, 26, 28, 30, 32, 34 und 36. Wie Figur 1 weiter zeigt, sind die einzelnen Batteriezellen 24, 26, 28, 30, 32, 34, 36 hochkant in Bezug zueinander nebeneinander liegend angeordnet. Anstelle der in Figur 1 dargestellten sieben Batteriezellen 24 bis 36 können auch mehr oder weniger Batteriezellen ein Batteriepack oder ein Batteriemodul 12 bilden.
Wie der Darstellung gemäß Figur 1 zu entnehmen ist, sind die einzelnen Batteriezellen 24, 26, 28, 30, 32, 34 und 36 hochkant innerhalb des Hohlraums 22 aufgenommen, der durch die Gehäusehälften 16, 18 des Gehäuses 14 gebildet ist.
Im Hohlraum 22 des Gehäuses 14 befindet sich das Entgasungssystem 10, welches einen Kollektor 38 umfasst. Der Kollektor 38 befindet sich in der Darstellung gemäß Figur 1 in unmittelbarer Nähe zu den einzelnen Batteriezellen 24, 26, 28, 30, 32, 34 und 36, d.h. die im dargestellten Ausführungsbeispiel, eine Längsseite des Batteriepacks oder des
Batteriemoduls 12 übergreifend. In vorteilhafter Weise liegt der Kollektor 38 in unmittelbarer Nähe zu den Batteriezellen 24, 26, 28, 30, 32, 34 und 36. Der Kollektor 38, der aus einem metallischen Werkstoff, aus Kunststoff oder aus einer Kombination aus Kunststoff und metallischem Werkstoff gefertigt sein kann, ist in dem in Figur 1 dargestellten
Ausführungsbeispiel als Hohlkörper ausgebildet und umfasst einen Auslass 52. Der Auslass 52 geht in ein an einer Ableitung 46 angebrachtes trichterförmiges Übergangselement 44 über. Die Ableitung 46 kann als ein Ableitrohr oder ein Ableitschlauch ausgebildet sein. Das erfindungsgemäße Entgasungssystem 10 umfasst den Kollektor 38 und die Ableitung 46 mit dem trichterförmigen Übergangselement 44. Die Ableitung 46 ist gasdicht mit dem Gehäusedeckel 16 verbunden, wobei eine Bersteinrichtung 54 zur Abdichtung nach außen vorgesehen ist. Die Bersteinrichtung 54 kann beispielsweise als Berstscheibe ausgebildet sein, die bei einer Druckdifferenz von innen nach außen von beispielsweise 0,5 bar aktiviert wird. Aus der Darstellung gemäß Figur 1 geht des Weiteren hervor, dass der Kollektor 38 an seiner den Batteriezellen 24, 26, 28, 30, 32, 34 und 36 zuweisenden Seite eine Anzahl von Öffnungen 42 aufweist. Jeder der Batteriezellen 24, 26, 28, 30, 32, 34 und 36 ist auf der batteriezellenseitigen Seite des Kollektors 38 eine dementsprechende Öffnung 42
zugeordnet. Aus nicht dargestellten Entgasungsöffnungen ausströmendes entzündbares Gas aus einer oder mehrerer der Batteriezellen 24, 26, 28, 32, 34 und 36 strömt über die jeweils der Batteriezelle 24, 26, 28, 30, 32, 34 und 36 zugeordnete Öffnung 42 in das Innere des Kollektors 38 ein und in Strömungsrichtung 50 dem Auslass 52 des Kollektors 38 zu. Der Entgasungspfad für die entzündbaren Gase verläuft demnach in Strömungsrichtung 50 zum Auslass 52 des als Hohlkörper ausgebildeten Kollektors 38. Von dort gelangt der größte Teil der entzündbaren Gase nach Passage des trichterförmigen Übergangselementes 44 in die Ableitung 46 und durch diese aus dem Gehäuse 14 nach außen. Der Querschnitt des Kollektors 38 ist entsprechend der Anzahl der überdeckten Batteriezellen 24, 26, 28, 30, 32, 34 und 36 ausreichend zu dimensionieren. Aus der Darstellung gemäß Figur 1 geht hervor, dass in dieser Ausführungsvariante sowohl der als Hohlkörper ausgebildete Kollektor 38 über eine Befestigung 40 mit der ersten Gehäusehälfte 16 als auch die das trichterförmige ausgebildete Übergangselement 44 aufweisende Ableitung 46 über eine Befestigung 40 mit der ersten Gehäusehälfte 16 verbunden ist. Bei den Befestigungen 40, mit denen die Komponenten des
Entgasungssystems an der ersten Gehäusehälfte 16 fixiert werden, kann es sich
beispielsweise um Klemmverschlüsse oder klammerartige Befestigungselemente mit Verbindungslaschen und Schellenanschlüssen und dergleichen handeln, die derart ausgebildet sind, dass die Kombination aus Kollektor 38, trichterförmigen Übergangselement 44 und Ableitung 46 als vormontierbare Baugruppe an einer entsprechenden Komponente, sei es an der ersten Gehäusehälfte 16, sei es an der zweiten Gehäusehälfte 18 des mehrteilig ausgebildeten Gehäuses 14 fixiert werden kann. Eine derartige Anordnung des Entgasungssystems 10 im Hohlraum 22 ermöglicht in vorteilhafter Weise eine Vormontage des Entgasungssystems 10 in der entsprechenden Gehäusehälfte 16, 18. Durch eine entsprechende Positionierung der Komponenten des Entgasungssystems 10, d.h. des als Hohlkörper ausgebildeten Kollektors 38, des trichterförmigen Übergangselementes 44 an der Ableitung 46 kann beim Fügen der beiden Gehäusehälften 16, 18 des hier in der Darstellung gemäß Figur 1 mehrteilig ausgebildeten Gehäuses 14 erreicht werden, dass der Kollektor 38 mit seinen Öffnungen 42 exakt oberhalb der Batteriezellen 24, 26, 28, 30, 32, 34 und 36 positioniert wird. Dadurch ist gewährleistet, dass bei Havarie mindestens einer der
Batteriezellen 24, 26, 28, 30, 32, 34 und 36 bei der Havarie entstehende entzündbare Gase in den Kollektor 38, von dort über das trichterförmige Übergangselement 44 in die Ableitung 46 und durch diese aus dem Gehäuse 14 geleitet werden. Von dort müssen die
entzündbaren Gase über ein weiteres Rohr- oder Kanalsystem in die Fahrzeugumgebung weitergeleitet werden.
In der Ausführungsvariante gemäß Figur 1 ist das erfindungsgemäß vorgeschlagene
Entgasungssystem 10 an der ersten Gehäusehälfte 16 aufgenommen, die in der
Ausführungsvariante gemäß Figur 1 als Gehäusedeckel dient. Ebenso besteht
selbstverständlich die Möglichkeit, das erfindungsgemäß vorgeschlagene Entgasungssystem 10 auch an der als Gehäuseboden eines mehrteiligen Gehäuses 14 dienenden zweiten Gehäusehälfte 18 in analoger Weise zu befestigen.
Die Elemente des erfindungsgemäßen Entgasungssystems 10 können aus Kunststoff, Aluminium, teilweise gegen Rost behandeltem Stahl, oder einer Kombination aus diesen Werkstoffen gefertigt sein.
Sowohl der Kollektor 38 als auch der trichterförmig ausgebildete Übergang 44 an der Ableitung 46 sind mit einem Strömungsquerschnitt 48 zu versehen, sodass sichergestellt ist, das in kurzer Zeit entstehende Volumina entzündbarer Gase möglichst unmittelbar aus dem Hohlraum 22 des Gehäuses 14 ausgeleitet werden können, bevor innerhalb des Gehäuses 14 ein zu hoher Druck entsteht. Bei mehrteiligen Gehäusen 14 ist in der Regel zwischen den beiden durch die Verbindungen 20 miteinander gefügten Gehäusehälften 16, 18 ein umlaufend ausgebildetes Dichtelement in Form einer Dichtung, eines Dichtringes oder dergleichen angeordnet.
In Figur 2 wird eine weitere Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen
Entgasungssystems 10 dargestellt, wobei gleiche Komponenten wie in Figur 1 mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind. In Figur 2 ist ebenfalls in dem als zweiteilig dargestelltes Gehäuse 14 ein Batteriepack oder Batteriemodul 12 aufgenommen, umfassend mehrere Batteriezellen 24, 26, 28, 30, 32, 34 und 36, welche hochkant in Bezug zueinander, nebeneinander liegend angeordnet sind. Ferner ist in Figur 2 eine Kühleinrichtung 56 dargestellt, welche in thermischer Verbindung zu den das Batteriepack oder Batteriemodul 12 bildende Batteriezellen 24 bis 36 steht.
Der Kollektor 38, welcher in der dargestellten Ausführungsform als Ablenkblech ausgebildet ist, ist derart oberhalb der Batteriezellen 24 bis 36 angeordnet, dass eine Längsseite des Batteriepacks oder Batteriemoduls 12 übergriffen wird. Der als Ablenkblech ausgebildete Kollektor 38 ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel ebenfalls über geeignete
Befestigungen 40 mit der ersten Gehäusehälfte 16 verbunden. Der als Ablenkblech ausgebildete Kollektor 38 ist derart angeordnet, dass elektronische Komponenten, beispielsweise eine Zellüberwachungseinheit CSC, bezeichnet mit Bezugszeichen 58, vor aus havarierten Batteriezellen austretenden Gasen abgeschirmt wird. In Figur 2 ist angedeutet, dass aus der Batteriezelle 30 entzündbares Gas austritt, angedeutet durch Pfeil 60. Das austretende Gas wird von dem als Ablenkblech ausgebildeten Kollektor 38 in Strömungsrichtung 50 gelenkt und strömt der Ausleitung 46 entgegen. Über das trichterförmige Übergangselement 44 tritt das entzündbare Gas in die Ausleitung 46, welche gasdicht mit dem Gehäuse 14 verbunden ist und eine mit der Bersteinrichtung 54 versehene Öffnung nach außen aufweist. Auch das in dem Ausführungsbeispiel dargestellte
Entgasungssystem 10 stellt dem aus einer oder mehreren havarierten Batteriezellen 24 bis 36 entweichenden, entzündbaren Gas ein Entgasungspfad zur Verfügung, welcher hinsichtlich der Strömungsquerschnitte derart dimensioniert ist, dass sichergestellt ist, dass auch große Volumina entzündbarer Gase innerhalb kurzer Zeit ausgeleitet werden können. In Figur 3 ist eine Detailansicht der Ausleitung 46 dargestellt, insbesondere wird die
Bersteinrichtung 54 gezeigt.
Die Bersteinrichtung 54 ist an einer Ausleitungsöffnung 62 der Ausleitung 46 angeordnet. Die Bersteinrichtung 54, vorteilhaft als Ventil mit einer Berstscheibe 64 ausgebildet,
gewährleistet einerseits eine hohe Außendruckfestigkeit, welche beispielsweise bis zu einer Druckdifferenz von außen nach innen von 20 bar besteht und eine Innendruckfestigkeit, welche schon bei einer relativ kleinen Druckdifferenz von innen nach außen zu einer Öffnung der Ausleitungsöffnung 62 führt, so dass der Innendruck rasch abgebaut werden kann. Der Vorteil des erfindungsgemäß vorgeschlagenen, anhand von den Figuren 1 und 2 beschriebenen Entgasungssystemen liegt gegenüber dem offenen System in einer leichteren Integration und damit in einer Verbesserung der Sicherheit, da zu niedrige
Entgasungsquerschnitte vermieden werden. Durch das erfindungsgemäß vorgeschlagene Entgasungssystem 10 können die elektrischen Komponenten, die innerhalb des Gehäuses 14 angeordnet sein können, vor der Hitze, die bei einer Ausgasung entstehen kann, wirkungsvoll geschützt werden.

Claims

Ansprüche
1 . Entgasungssystem (10) für ein Batteriemodul oder ein Batteriepack (12), das in einem Gehäuse (14) aufgenommen ist, welches eine Anzahl von Batteriezellen (24, 26, 28, 30, 32, 34, 36) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Entgasungssystem (10) in das Gehäuse (14) des Batteriemoduls oder des Batteriepacks (12) integriert ist.
2. Entgasungssystem (10) gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Entgasungssystem (10) einen Kollektor (38) umfasst.
3. Entgasungssystem (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kollektor (38) derart in dem Gehäuse (14) untergebracht ist, dass er die Seite des Batteriemoduls oder des Batteriepacks (12), in der sich die
Entgasungsventile der Zellen befinden, übergreift.
4. Entgasungssystem (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kollektor (38) mit einer Ausleitung (46) in Verbindung steht, welche gasdicht in dem Gehäuse (14) angeordnet ist.
5. Entgasungssystem (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Einlass der Ausleitung (46) mit einem trichterförmig ausgebildeten Übergangselement (44) versehen ist.
6. Entgasungssystem (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausleitung (46) an einer Auslassöffnung (62) eine Bersteinrichtung (54) aufweist.
7. Entgasungssystem (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kollektor (38) und die Ausleitung (46) im Wesentlichen einer Gehäusehälfte (16, 18) des Gehäuses (14) zugeordnet sind.
8. Entgasungssystem (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kollektor (38) und die Ausleitung (46) mit Befestigungen (40) an einer der Gehäusehälften (16, 18) des Gehäuses (14) vormontierbar sind.
9. Entgasungssystem (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kollektor (38) eine Anzahl von Öffnungen (42) aufweist, die der Anzahl der Batteriezellen (24, 26, 28, 30, 32, 34, 36) des Batteriemoduls oder des
Batteriepacks (12) entspricht.
10. Entgasungssystem (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kollektor (38) als Hohlkörper ausgeführt ist und einen mit der Ausleitung (46) verbundenen Auslass (52) aufweist.
1 1 . Entgasungssystem (10) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Kollektor (38) als Ablenkblech ausgebildet ist, wobei eine auf die Ausleitung (46) gerichtete Strömung erzeugt wird.
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