WO2020078972A1 - Batteriegehäuse mit funkenfalle - Google Patents

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WO2020078972A1
WO2020078972A1 PCT/EP2019/077913 EP2019077913W WO2020078972A1 WO 2020078972 A1 WO2020078972 A1 WO 2020078972A1 EP 2019077913 W EP2019077913 W EP 2019077913W WO 2020078972 A1 WO2020078972 A1 WO 2020078972A1
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battery
exhaust duct
media
exhaust gas
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PCT/EP2019/077913
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Dirk Scheid
Mario Meyer
Jochen Haussmann
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Webasto SE
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Definitions

  • the present invention relates to a battery housing for a motor vehicle, which is set up to receive a battery module in the housing interior thereof to form a traction battery for the motor vehicle.
  • Battery systems for electric and hybrid vehicles as well as vehicles with fuel cells are the subject of current research and development.
  • the performance-related parameters of a battery system such as service life and capacity, depend significantly on the
  • a battery housing which is designed to accommodate battery modules and to protect them from external influences.
  • the battery housing serves as a safety device in the event of a defect, such as a thermal runaway, which can lead to the explosive escape of media such as hot gases, combustion products and battery cell components from a battery cell. Controlled removal of these media from the battery housing is sought in order to keep the damage to the battery system and motor vehicle as low as possible.
  • Thermal runaway also referred to as "thermal propagation” is an exothermic reaction in a cell, caused by internal or external defects which result in a sudden destruction of the cell.
  • DE 10 2014 207 403 A1 describes a battery unit with several electrochemical cells and a degassing collector.
  • the degassing collector has a degassing channel and a cooling channel.
  • the degassing collector also has openings through which a fluid escaping from the electrochemical cells and passing a safety valve passes into the
  • Degassing channel can enter and be discharged.
  • a similar venting system is described in US 2012/0129024 A1.
  • Depressurization can be accompanied by flames, high gas volumes over several seconds and cell material.
  • the media escaping in the event of thermal runaway are of such high energy content, comparable to a welding torch, that even with an installed ventilation system, substantial damage to the battery system and vehicle is possible. Control-relevant devices in the battery system can be particularly affected.
  • the escape of flames and gases in the event of a defect is currently hardly controlled, and destruction or contamination of the entire battery pack is accepted. Sparks can also escape from the battery cell or battery module in an uncontrolled manner, which promotes flame formation when an ignitable mixture is reached. In particular, an uncontrolled mixing of potentially ignitable gas with oxygen in the ambient air leads to ignition if there is a spark and may result in a fire of the module, which increases the risk of complete destruction of the battery system and damage to the vehicle body. Any solutions require additional space within the battery system.
  • the battery modules are designed to absorb swelling forces (arising from charging / discharging and aging), which are absorbed by correspondingly stable housing sections, in particular housing end plates.
  • the housing sections are designed to accommodate such forces by changing their shape by a certain flexibility. Presentation of the invention
  • An object of the invention is to improve the safety of a battery system.
  • the object is achieved by a battery housing with the features of claim 1.
  • a battery housing for accommodating one or more battery modules in the housing interior to form a traction battery for a motor vehicle, which includes a housing section for partially delimiting the housing interior.
  • the housing section has an exhaust gas channel integrated therein for discharging media that escape from the battery module in the event of a defect to the environment.
  • the exhaust duct has an entry region through which the media enter the exhaust duct from the interior of the housing and a first deflection region which is designed and set up to change the direction of transport of the media.
  • the battery housing can be made of plastic, metal, another material or a combination of different materials and serves to protect the battery modules accommodated in the housing interior from external influences.
  • the battery housing is preferably designed for use in an electric or hybrid vehicle or vehicle with a fuel cell.
  • the term "media” is to be understood here primarily as hot gases, combustion products and battery cell components which arise and / or can be released, for example, when a battery cell of the battery module passes thermally.
  • thermally For example, in the event of a thermal runaway, hot gases emerge from the battery cell in question in an explosive manner.
  • the hot gas stream can therefore also contain liquids and solids, such as particles or fragments caused by the explosion.
  • media and exhaust gas are used synonymously.
  • the media released during thermal run-through are passed through the exhaust duct in a defined manner, whereby the above designation "transport direction" or
  • Exhaust gas discharge should be ensured in the event of a defect regardless of the battery module concerned and its position in the interior of the housing.
  • the transport path in the interior of the housing is minimized, since a large part of the exhaust gas path in the exhaust duct integrated in the housing section, i.e.
  • the energy-tight media emerging from the battery module can be directed away from other battery modules, thereby avoiding or at least slowing down any ignition of adjacent battery modules.
  • the exhaust duct can be integrated in the housing section in a simple, space-saving and cost-effective manner.
  • the integration of the exhaust duct into the housing section also offers additional security, since the exhaust duct is particularly protected, so that it can hardly be damaged, for example, by a battery cell of a battery module bursting. It should be noted that the above technical effects and advantages are realized equally in the case of multiple integrated exhaust gas channels.
  • Another safety aspect is realized by redirecting the exhaust gas flow. On the one hand, this entails a slowdown of any entrained particles, and on the other hand, sparks that could ignite the exhaust gas are prevented from leaving the battery housing.
  • the potentially flammable media are run through before reaching the
  • the first deflection area is preferably designed and set up to move the
  • the exhaust duct preferably has a parallel region which adjoins the first deflection region in the direction of transport of the media and which runs parallel to the main plane of the same in the interior of the housing section.
  • the designation "main level" is well defined by the usual plate-like shape of a housing section.
  • the exhaust duct preferably has a second deflection area which is in
  • Transport direction of the media adjoins the parallel area and is designed and set up to change the transport direction of the media again, preferably by diverting it by at least 45 °, for example about 90 °. This further reduces the fire risk of the battery system.
  • the exhaust duct preferably also has an outlet area through which the media leave the housing section and which forms a T-shape with the parallel area at the second deflection area, such that a section of the parallel area forms a connection between the inlet area and the outlet area and the other section within of
  • Housing section ends, whereby this forms a collecting device.
  • Collecting device defines a kind of chamber in which particles of the thermal
  • the exhaust duct preferably has a hollow chamber profile which is at least partially reinforced by one or more struts.
  • the strut allows the housing section to be reinforced with an integrated exhaust duct, whereby forces can be dissipated and distributed in a targeted manner.
  • the combination of the exhaust gas duct with the force-absorbing housing section, in particular using such a strut, enables the described
  • the nature of the strut ie the number of struts, positions, positions, thicknesses, etc., depend on the overall construction of the battery system and the application environment and can be calculated and optimized depending on the behavior of the battery system.
  • the interior of the housing is preferably sealed off from the surroundings in such a way that there is essentially no gas and / or liquid exchange with the surroundings takes place, preferably a forced ventilation is provided, by means of which a pressure equalization between the housing interior and the environment can take place.
  • the housing serves to protect the battery modules and devices accommodated therein, such as control devices and wiring, from external influences and the creation and
  • the housing in the normal state preferably seals the interior completely, for example hermetically.
  • Pressure equalization can only be provided by means of forced ventilation.
  • the forced ventilation is preferably designed so that only gas exchange with a low volume flow is possible, so that there is no complaint about the entry of dirt or water into the interior of the housing.
  • the housing interior preferably has a low-oxygen atmosphere. This can be achieved by at least partially filling the housing interior with a flame-retardant foam material.
  • the exhaust duct preferably has an inner opening at the inlet area, through which the exhaust duct communicates with the housing interior.
  • a battery module is preferably accommodated in the housing interior, which has an exhaust gas duct inside the module, which communicates with the inner opening, the exhaust gas duct internal to the module preferably being directly connected to the
  • the exhaust gas path in the interior of the housing can be further shortened by connecting the module-internal exhaust gas path directly to the inner opening.
  • the media thus enter as quickly as possible and are guided into the exhaust duct integrated in the housing section. This further increases the functional safety of the battery housing, since possible pressure losses and / or congestion are minimized and the exhaust gas routing means and devices that are functionally necessary
  • a plurality of battery modules each with at least one internal exhaust gas duct, are accommodated in the housing interior, and the integrated exhaust gas duct in this case has a plurality of internal openings, each internal exhaust gas duct having one each Communicates inside opening, preferably each internal exhaust gas channel is connected directly to the corresponding inner opening.
  • each battery module there is at least direct access to the exhaust gas duct, which means that the exhaust gases can be released particularly quickly and directly into the external environment in the event of a defect, without unnecessary detours via the
  • the exhaust gas duct preferably comprises at least one parallel region which is in the plane of the
  • Housing section runs, i.e. parallel to the outer and inner surface of the
  • the exhaust gas channel preferably communicates with the housing interior via a safety valve, the safety valve being designed and set up to close the exhaust gas channel in normal operation and to open the exhaust gas channel when media occur when a battery module is defective.
  • the safety valve is preferably provided in the exhaust gas duct, but can also be provided, for example, in a module-internal exhaust gas duct or as a separate component. In this way, the sealing and
  • the battery housing can remain hermetically sealed during normal operation by providing the safety valve.
  • the safety valve preferably opens the exhaust gas duct if the amount of a pressure difference between the housing interior and the external environment exceeds a threshold value.
  • the triggering of the safety valve is determined in a simple and reliable manner via the pressure difference.
  • a particularly compact, operational and assembly-safe design of the safety valve can be achieved in that the safety valve is provided at the inner opening and is preferably integrated in the housing section.
  • the safety valve can have a rupture disk or be designed as one that breaks when it is opened.
  • the safety behavior described above, determined by the pressure difference, can be implemented in a structurally particularly simple and reliable manner in this way.
  • the rupture disk is particularly preferably formed by locally thinning the wall of the housing section in the region of the exhaust gas duct. Such a reduction in
  • Wall thickness can be produced in a simple manner, for example by milling.
  • the residual wall thickness of the rupture disc is chosen so that in the case of a thermal
  • the hot media hitting it or the pressure generated by it break the rupture disc and thus open the way to the exhaust duct.
  • the position and nature of the safety valve can also be flexibly adapted to changed geometries or equipment of the battery housing and is at the same time operational and assembly-safe.
  • the housing section preferably has an extrusion profile or is produced by extrusion. In this way, the exhaust duct can be integrated into the housing section in a structurally and technically simple manner.
  • the housing section preferably forms part of the external shape or formwork of the battery system.
  • the housing section is preferably not a device which is located in the interior of the housing, as a result of which the functional safety of the battery housing is optimized in the event of a defect.
  • the housing section can thus form a base of the battery housing or a part thereof. Alternatively or additionally, the
  • Housing section an end plate of the battery housing, i.e. form a short side of the housing in the case of a cuboid battery housing.
  • Both end plates are preferably a cuboid battery housing with an integrated exhaust gas duct according to the above
  • the housing section is preferably formed in one piece with the exhaust gas channel, the exhaust gas channel preferably being embedded in the housing section, as a result of which the exhaust gas channel is particularly protected and the functional safety of the battery housing is optimized in the event of a defect.
  • the battery module preferably has a plurality of cylindrical battery cells which are held together mechanically.
  • the battery module preferably has one or more cell holders in which the battery cells are at least partially accommodated, as a result of which the battery cells are held at predetermined positions and in predetermined positions.
  • the media are routed to the integrated exhaust gas duct via any internal exhaust gas duct and are released safely and in a controlled manner to the outside.
  • FIG. 1 shows a section of a perspective and partially transparent manner
  • Battery system which has a housing section with an integrated exhaust duct and a battery module mounted thereon;
  • FIG. 2 shows the flow path that the exhaust gases take in the event of a defect in the battery system according to FIG. 1;
  • Figure 3 in perspective a section of the housing section with integrated
  • FIG. 4 shows the positioning and connection of the
  • FIGs 5a to 5d different views of a housing section with an integrated exhaust duct according to a further embodiment, wherein the figure 5a shows the housing section in perspective, Figure 5b is a plan view of the housing section, Figure 5c shows a half section with illustration of the exhaust gas duct in the exhaust duct, and Figure 5d is a view from the direction of the internal exhaust gas duct onto the housing section; and
  • FIG. 6 in perspective a battery case with a view of a bottom and end plate of the same.
  • FIG. 1 shows a perspective and partially transparent manner of a section of a battery system which has a battery housing 1.
  • the battery housing 1 has a housing section 10.
  • the housing section 10 forms at least part of a housing wall of the battery housing 1.
  • the housing wall forms the outer shape or formwork of the battery housing 1, i.e. the housing section 10 is not a device that is located inside the battery housing 1.
  • the housing wall defines and defines the interior of the housing, in which battery modules and other devices, described in detail below, are then accommodated, by means of which a battery system for forming a traction battery for
  • An exhaust duct 1 1 is integrated in the housing section 10.
  • the housing section 10 is preferably produced by extrusion, as a result of which the exhaust duct 11 can be easily integrated into the housing section 10 in terms of construction and production technology.
  • the housing section 10 thus preferably has an extrusion profile.
  • Housing section 10 is, for example, made of a metal, for example aluminum.
  • the battery housing 1, in particular the housing section 10, can, however, also be manufactured in a different way, for example by injection molding, and / or from another material.
  • the housing section 10 for example the housing base or an end plate of the
  • Battery housing 1 can be constructed from a plurality of extrusion profiles which are arranged next to one another and then connected to one another. In one or more of these
  • Extrusion profiles can then be provided in the exhaust gas duct 11 described here in order to achieve a controlled discharge of media during a thermal runaway of a battery cell. If several extrusion profiles for forming the housing section 10 - for example the housing base or a side wall of the battery housing 1 - are arranged next to one another, then several exhaust gas channels 11 can also be provided next to one another and essentially parallel to one another.
  • the exhaust duct 1 1 has at least one inner opening 12, its position, shape and
  • the inner opening 12 connects the exhaust duct 11 to the housing interior - more precisely, to a battery module 20 arranged in the housing interior, as described in detail below.
  • the exhaust duct 11 also has one or more outer openings (not shown in FIGS. 1 to 4) through which the media escaping in the event of a defect are released to the outside. In this way, the interior of the housing communicates with the external one via the exhaust duct 11 in an emergency
  • the exhaust duct 11 comprises at least one section which runs in the plane of the housing section 10, i.e. parallel to the outer and inner surface of the
  • housing section 10 In this way, several battery modules 20 can be connected to the exhaust duct 11.
  • the housing section 10 with an integrated or embedded exhaust gas duct 1 1 can be produced particularly easily in this way as an extrusion profile. Furthermore, a deflection of the exhaust gas flow takes place after it has entered through the inner opening 12 into the exhaust gas duct 11, as a result of which various safety functions, detailed below with reference to FIGS. 5a to 5d, are realized.
  • the exhaust duct 11 typically lies in the direction of extrusion and therefore extends along the whole
  • the battery housing 1 and thus the interior of the housing is for regular operation in the
  • the battery housing 1 preferably has a forced ventilation, by means of which a pressure equalization between the inside of the battery housing 1 and the surroundings can be achieved by the Avoid building up an overpressure or underpressure in the battery housing 1.
  • the forced ventilation is very small and cannot be used to release the media into the environment when a battery cell is thermally broken.
  • a safety valve 13 is provided in the exhaust duct 11, preferably in the area of the inner opening 12.
  • the safety valve 13 opens or triggers when an excessively high pressure difference between the housing interior and the exhaust gas duct 1 1 connected to the external environment occurs.
  • the safety valve 13 thus opens when the pressure difference exceeds a threshold value, for example approximately 1 bar.
  • the safety valve 13 is preferably implemented by a so-called rupture disk 14, which breaks when triggered.
  • the rupture disk 14 is produced by milling or otherwise thinning the wall of the housing section 10 in the region of the exhaust gas duct 11.
  • the exhaust gas duct 1 1 is dimensioned such that it enables a volume flow that allows the media to be discharged in the event of an accident, without an excessive pressure rise occurring inside the battery housing 1.
  • the remaining wall thickness of the rupture disk 14 is selected such that in the event of thermal runaway, the hot gas striking it ruptures the rupture disk 14 and thus opens the way to the exhaust duct 11.
  • the battery housing 1 also has at least one, preferably a plurality, of battery modules 20 which are located in the interior of the battery housing 1.
  • a battery module 20 is shown partially transparently by way of example in FIGS. 1 and 2 in order to show the connection to the exhaust gas duct 11.
  • the arrows in FIG. 2 schematically show the flow path of the media.
  • the battery module 20 has one or more cell holders in which the battery cells are at least partially accommodated, as a result of which the battery cells are mechanically held together at predetermined positions and in predetermined positions.
  • the battery cells, the cell holders and contacts thereof are not shown in the figures for the sake of clarity.
  • the battery module 20 has an internal exhaust gas duct 21 which, in the event of a defect in a battery cell, conducts the media emerging from the battery cell to the exhaust gas duct 11.
  • the module-internal exhaust duct 21 communicates with the inner opening 12. The connection of the module-internal exhaust duct 21 to the exhaust duct 11 is particularly clear from FIG.
  • the battery cells preferably have predetermined breaking points, as a result of which the outlet location of the media is largely defined.
  • the position and shape of the module-internal exhaust gas duct 21 can be determined accordingly, as a result of which an uncontrolled, diffuse degassing is reduced or prevented.
  • Each battery module 20 is preferably connected individually to an exhaust gas duct 11 via its own module-internal exhaust gas duct 21 and an associated safety valve 13, even if only one battery module 20 and one exhaust gas duct 11 are shown in the figures for the sake of clarity.
  • the transport route for the media inside the battery housing 1 is minimized. This increases the functional safety of the battery housing 1, since the exhaust gas duct protects functionally necessary devices and safety components in the interior of the housing and implements short degassing paths. Possible pressure losses and / or congestion are thereby minimized, as a result of which the exhaust gas is released into the external environment in a controlled manner.
  • the exhaust duct 1 1 or the plurality of exhaust ducts 1 1 are simple, space-saving and inexpensive to integrate in the housing.
  • the embedding of the exhaust channels 1 1 in the housing wall also offers additional security, since the exhaust channels 1 1 are protected are and can hardly be damaged by bursting a battery cell inside a battery module 20.
  • each battery module 20 there is preferably at least one direct access to an exhaust gas duct 11, as a result of which the exhaust gases can be released into the external environment particularly quickly in the event of a defect, without going through the interior of the housing.
  • the safety valve 13 or the plurality of safety valves 13 are realized, for example, as a rupture disk 14, preferably as a milling or tapering of the wall in the area of the exhaust gas duct 11.
  • the safety valves 13 can be adapted in a simple and flexible manner to changed geometries or configurations of the battery housing 1. Preferred designs of the exhaust duct 1 1 in the housing section 10 are described in more detail below.
  • FIGS. 5a to 5d show different views of the housing section 10 with an integrated exhaust duct 11 according to a further embodiment.
  • FIG. 5a shows the housing section 10 in a perspective manner.
  • FIG. 5b is a top view of the
  • FIG. 5c shows a half section with an illustration of the exhaust gas duct in the exhaust duct 11
  • FIG. 5d is a view from the direction of the module-internal exhaust duct 21 onto the housing section 10.
  • the safety valve is 13 not shown in FIGS. 5a to 5d.
  • the exhaust duct 11 according to the embodiment of FIGS. 5a to 5d has a hollow chamber profile which is reinforced by struts 15, as can be seen from FIGS. 5a and 5b.
  • the strut allows the housing section 10 to be reinforced with an integrated exhaust duct 11, mechanical forces being able to be derived and distributed in a targeted manner.
  • Bracing ie the number of struts 15, positions, positions, strengths, etc., depend on the overall construction of the battery system and the application environment and can be calculated and optimized depending on the behavior of the battery system. Ultimately, however, the function of force absorption and transmission is implemented, also between housing sections 10, for example from end plate to end plate.
  • the struts 15 are preferably designed in such a way that the hollow chamber profile of the exhaust gas duct 11 can also be manufactured as an extrusion profile, preferably made of metal such as aluminum.
  • the media released, in particular hot gases are passed through the module-internal exhaust gas channels 21 to one of the housing sections 10 with an integrated exhaust gas channel 11.
  • the exhaust gas already guided in this way inside the battery housing 1 reaches the exhaust gas duct 11 and is thereby changed in the direction in such a way that it undergoes a deflection, preferably of at least 45 °.
  • Exemplary embodiments implement a deflection of approximately 90 °, as can be seen particularly clearly from FIGS. 2 and 5c, in which the exhaust gas routing is represented by arrows.
  • the exhaust duct 11 of the housing section 10 has an inlet region 11a, a deflection region 11b, hereinafter referred to as “first deflection region”, and one
  • Parallel area 1 1 c on as shown in Figure 5c.
  • the deflection of the exhaust gas flow in the housing section 10 prevents any sparks that could ignite the hot gas from leaving the battery housing 1.
  • the sparks strike the inner wall of the hollow profile of the exhaust duct 1 1, are stopped and thus remain in an area in which the ignition of the exhaust gas is prevented or at least made more difficult due to the lack of oxygen.
  • the flammable factor "spark" is removed from the potentially combustible media released before the ignitability is reached by contact with oxygen. In this way the
  • the interception of any sparks within the exhaust gas duct 1 1 can also prevent the ignition factor from continuing to other areas within the battery system.
  • the fire risk of the battery system can be further reduced if the exhaust gas flow after being guided in the parallel region 11 c along the main plane of the housing section 10 is redirected again in a second deflection region 11 d, preferably by at least 45 °, before the media crosses the housing section 10 leave through an exit area 1 1 e, cf.
  • Figure 5c the exhaust gas flow is again deflected by approximately 90 °.
  • the exit area 11 e is not at the end of the parallel area 11 c, but the exit area 11 e and the parallel area 11 c preferably form a T-shape.
  • a section of the parallel area 1 1 c a connection forms between the inlet area 1 1a and the outlet area 1 1 e, the other section ends within the housing section 10, whereby this forms a collecting device 1 1 f.
  • Particles of the media released during a thermal runaway which have already been slowed down by the first deflection in the first deflection region 11b, can become caught in the collecting device 11f. These are therefore not brought to the outside with the volume flow through the collecting device 11f.
  • sparks can get caught in the collecting device 1 1f which have not already been eliminated or have newly formed within the exhaust duct 1 1. This technical measure also separates the igniting factor "spark" from the ignitable one
  • the described safety aspects can be realized in a space and cost-optimized manner.
  • FIG. 6 shows in perspective a battery housing 1 with a view of a bottom side 30 and an end plate 31.
  • the battery housing 1 is cuboid.
  • the end plates 31, i.e. the short sides are preferably each of a housing section 10 with an integrated
  • Exhaust gas duct 1 1 formed according to one of the embodiment variants set out above. It should be pointed out that the outlet openings of the outlet regions 11 e are not shown in FIG. 6.

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Abstract

Batteriegehäuse (1) zur Aufnahme eines oder mehrerer Batteriemodule (20) in dessen Gehäuseinnenraum zur Ausbildung einer Traktionsbatterie für ein Kraftfahrzeug, umfassend einen Gehäuseabschnitt (10) zur teilweisen Begrenzung des Gehäuseinnenraums, wobei der Gehäuseabschnitt (10) einen darin integrierten Abgaskanal (11) zum Ableiten von Medien, die bei einem Defekt eines Batteriemoduls (20) aus diesem austreten, an die Umgebung aufweist, und der Abgaskanal (11) einen Eintrittsbereich (11a), durch den die Medien aus dem Gehäuseinnenraum in den Abgaskanal (11) eintreten, und einen ersten Umlenkbereich (11b), der dazu ausgebildet und eingerichtet ist, um die Transportrichtung der Medien zu ändern, aufweist.

Description

Batteriegehäuse mit Funkenfalle
Technisches Gebiet Die vorliegende Erfindung betrifft ein Batteriegehäuse für ein Kraftfahrzeug, das zur Aufnahme eines Batteriemoduls in dessen Gehäuseinnenraum zur Ausbildung einer T raktionsbatterie für das Kraftfahrzeug eingerichtet ist.
Stand der Technik
Batteriesysteme für Elektro- und Hybridfahrzeuge sowie Fahrzeuge mit Brennstoffzellen sind Gegenstand aktueller Forschung und Entwicklung. Die leistungsbezogenen Parameter eines Batteriesystems, wie etwa Lebensdauer und Kapazität, hängen erheblich von der
Anwendungsumgebung ab. Sowohl bei der Bereitstellung und Abgabe elektrischer Leistung als auch beim Aufladen sind die in der Batterie ablaufenden elektrochemischen Prozesse
beispielsweise von der Umgebungstemperatur abhängig. Wichtig für einen zuverlässigen Betrieb eines Batteriesystems ist daher die Schaffung und
Aufrechterhaltung einer wohldefinierten Umgebung. Zudem müssen die einzelnen Batteriemodule geschützt und verdrahtet werden. Aus diesen und anderen Gründen ist ein Batteriegehäuse vorgesehen, das zur Aufnahme von Batteriemodulen und zum Schutz derselben vor äußeren Einflüssen eingerichtet ist. Gleichzeitig dient das Batteriegehäuse als Sicherheitseinrichtung im Fall eines Defekts, etwa eines thermischen Durchgehens (engl „thermal runaway“), das zum explosionsartigen Austreten von Medien wie beispielsweise heißen Gasen, Verbrennungsprodukten und Batteriezellenbestandteilen aus einer Batteriezelle führen kann. Es wird ein kontrollierter Abtransport dieser Medien aus dem Batteriegehäuse angestrebt, um die Beschädigungen am Batteriesystem und Kraftfahrzeug so gering wie möglich zu halten. Es handelt sich beim thermischen Durchgehen, auch als "thermische Propagation" bezeichnet, um eine exotherme Reaktion in einer Zelle, hervorgerufen durch innere oder äußere Fehlbilder, die eine schlagartige Zerstörung der Zelle zur Folge haben. Die DE 10 2014 207 403 A1 beschreibt eine Batterieeinheit mit mehreren elektrochemischen Zellen und einem Entgasungskollektor. Der Entgasungskollektor weist einen Entgasungskanal und einen Kühlkanal auf. Der Entgasungskollektor weist ferner Öffnungen auf, über die ein aus den elektrochemischen Zellen entweichendes, ein Sicherheitsventil passierendes Fluid in den
Entgasungskanal eintreten und abgeführt werden kann. Ein ähnliches Ventingsystem ist in der US 2012/0129024 A1 beschrieben.
Aktuelle Batteriemodule entgasen weitestgehend diffus und ungeleitet in das Batteriegehäuse. Der Druckabbau aus dem Gehäuse in die Umgebung wird mittels eines Notentlüftungssystems, auch als "Ventingsystem" bezeichnet, realisiert. Dieser als "Abblasen" einer Zelle bezeichnete
Druckabbau kann mit einem Ausstoß von Flammen, hohen Gasvolumina über mehrere Sekunden sowie Zellenmaterial einhergehen. Die im Fall eines thermischen Durchgehens austretenden Medien sind von so hohem Energiegehalt, vergleichbar mit einem Schweißbrenner, dass selbst bei einem installierten Ventingsystem substanzielle Beschädigungen am Batteriesystem und Fahrzeug möglich sind. Dabei können insbesondere steuerungsrelevante Einrichtungen im Batteriesystem betroffen sein.
Das Austreten von Flammen und Gasen im Defektfall wird gegenwärtig kaum kontrolliert, und eine Zerstörung bzw. Kontaminierung des gesamten Batteriepacks wird in Kauf genommen. Funken können zudem unkontrolliert aus der Batteriezelle bzw. dem Batteriemodul austreten, was bei Erreichen eines zündfähigen Gemischs eine Flammenbildung fördert. Insbesondere eine unkontrollierte Vermischung von potentiell zündfähigem Gas mit Sauerstoff der Umgebungsluft führt bei Funkenausstoß zur Durchzündung und kann einen Brand des Moduls zur Folge haben, wodurch das Risiko einer vollständigen Zerstörung des Batteriesystems und einer Beschädigung der Fahrzeugkarosserie steigt. Etwaige Lösungen erfordern zusätzlichen Platz innerhalb des Batteriesystems. Ungeachtet der oben dargelegten Sicherheitsprobleme im Defektfall sind die Batteriemodule zur Aufnahme von Schwellkräften (entstehend durch Laden/Entladen sowie Alterung) ausgelegt, die durch entsprechend stabile Gehäuseabschnitte, insbesondere Gehäuseendplatten, aufgefangen werden. Hierbei sind die Gehäuseabschnitte zur Aufnahme solcher Kräfte durch eine gewisse Flexibilität formveränderlich konzipiert. Darstellung der Erfindung
Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Sicherheit eines Batteriesystems zu verbessern. Die Aufgabe wird durch ein Batteriegehäuse mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen folgen aus den Unteransprüchen, der folgenden Darstellung der Erfindung sowie der Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele.
Entsprechend wird ein Batteriegehäuse zur Aufnahme eines oder mehrerer Batteriemodule in dessen Gehäuseinnenraum zur Ausbildung einer Traktionsbatterie für ein Kraftfahrzeug vorgeschlagen, das einen Gehäuseabschnitt zur teilweisen Begrenzung des Gehäuseinnenraums umfasst. Erfindungsgemäß weist der Gehäuseabschnitt einen darin integrierten Abgaskanal zum Ableiten von Medien, die bei einem Defekt eines Batteriemoduls aus diesem austreten, an die Umgebung auf. Der Abgaskanal weist einen Eintrittsbereich, durch den die Medien aus dem Gehäuseinnenraum in den Abgaskanal eintreten, und einen ersten Umlenkbereich auf, der dazu ausgebildet und eingerichtet ist, um die Transportrichtung der Medien zu ändern.
Das Batteriegehäuse kann aus Kunststoff, Metall, einem anderen Material oder einer Kombination verschiedener Materialien gefertigt sein und dient dem Schutz der in dem Gehäuseinnenraum aufgenommenen Batteriemodule vor äußeren Einflüssen. Das Batteriegehäuse ist vorzugsweise zur Verwendung in einem Elektro- oder Hybridfahrzeug oder Fahrzeug mit Brennstoffzelle ausgelegt.
Unter der Bezeichnung "Medien" sind hierin hauptsächlich heiße Gase, Verbrennungsprodukte und Batteriezellenbestandteile zu verstehen, die etwa beim thermischen Durchgehen einer Batteriezelle des Batteriemoduls entstehen und/oder freigesetzt werden können. Beispielsweise treten im Fall eines thermischen Durchgehens Heißgase quasi explosionsartig aus der betroffenen Batteriezelle aus. Der Heißgasstrom kann damit auch Flüssigkeiten und Feststoffe, wie etwa durch die Explosion verursachte Partikel oder Fragmente, enthalten. Die Bezeichnungen "Medien" und "Abgas" werden synonym verwendet. Die beim thermischen Durchgehen freigesetzten Medien werden durch den Abgaskanal definiert geleitet, wodurch die obige Bezeichnung "Transportrichtung" oder
"Bewegungsrichtung" ebenfalls wohldefiniert ist.
Durch die Integration des Abgaskanals in den Gehäuseabschnitt kann eine kontrollierte
Abgasabführung im Defektfall unabhängig vom betroffenen Batteriemodul und dessen Position im Gehäuseinnenraum sichergestellt werden. Der Transportweg im Gehäuseinnenraum wird minimiert, da ein Großteil des Abgaswegs in dem im Gehäuseabschnitt integrierten Abgaskanal, d.h.
innerhalb der Gehäusewand, erfolgt. Damit erhöht sich die funktionale Sicherheit des Batteriegehäuses, da mögliche Druckverluste und/oder Stauungen minimiert werden und die Abgasführung funktional notwendige Einrichtungen und Sicherheitsbauteile im Gehäuseinnenraum umgeht und damit schont. Zudem lassen sich die aus dem Batteriemodul austretenden energiedichten Medien von anderen Batteriemodulen gezielt weggeleitet, wodurch ein etwaiges Anzünden benachbarter Batteriemodule vermieden oder zumindest verlangsamt wird.
Ferner kann der Abgaskanal einfach, bauraumsparend und kostengünstig im Gehäuseabschnitt integriert werden. Die Integration des Abgaskanals in den Gehäuseabschnitt bietet zudem zusätzliche Sicherheit, da der Abgaskanal besonders geschützt ist, so dass er beispielsweise durch ein Zerbersten einer Batteriezelle eines Batteriemoduls kaum beschädigt werden kann. Es sei darauf hingewiesen, dass die obigen technischen Wirkungen und Vorteile gleichermaßen im Fall mehrerer integrierter Abgaskanäle realisiert werden.
Weitere Sicherheitsaspekt werden durch die Umlenkung des Abgasstroms realisiert. Zum einen findet dadurch eine Verlangsamung etwaiger mitgerissener Partikel statt, zum anderen werden Funken, die das Abgas entzünden könnten, daran gehindert, das Batteriegehäuse zu verlassen.
Die Funken treffen auf die Innenwand des Hohlprofils des Abgaskanals, werden aufgehalten und verbleiben somit in einem Bereich, in dem das Entzünden des Abgases mangels Sauerstoff unterbunden oder zumindest erschwert ist. In anderen Worten, im Fall eines thermischen
Durchgehens werden den freigesetzten potentiell brennbaren Medien vor Erreichen der
Zündfähigkeit durch Kontakt mit Sauerstoff der Flammgebende Faktor "Funke" entzogen. Auf diese Weise wird die Wahrscheinlichkeit einer Flammbildung deutlich reduziert. Durch das Abfangen etwaiger Funken innerhalb des Abgaskanals kann zudem ein Fortführen des zündgebenden Faktors auf weitere Bereiche innerhalb des Batteriesystems verhindert werden.
Vorzugsweise ist der erste Umlenkbereich dazu ausgebildet und eingerichtet, um die
Transportrichtung der Medien um wenigstens 45°, vorzugsweise etwa 90°, umzulenken, wodurch die Entflammbarkeit des Batteriesystems im Fall eines thermischen Durchgehens besonders wirksam reduziert wird.
Vorzugsweise weist der Abgaskanal einen Parallelbereich auf, der sich in Transportrichtung der Medien an den ersten Umlenkbereich anschließt und im Innern des Gehäuseabschnitts parallel zur Hauptebene desselben verläuft. Die Bezeichnung "Hauptebene" ist durch die übliche plattenförmige Gestalt eines Gehäuseabschnitts wohldefiniert. Indem das Abgas im Gehäuseabschnitt parallel dazu geleitet wird, lässt sich die geführte Strecke steuern, insbesondere verlängern, wodurch die Geschwindigkeit des Abgasstroms weiter abgebaut und die Wahrscheinlichkeit einer Flammbildung weiter reduziert wird.
Vorzugsweise weist der Abgaskanal einen zweiten Umlenkbereich auf, der sich in
Transportrichtung der Medien an den Parallelbereich anschließt und dazu ausgebildet und eingerichtet ist, um die Transportrichtung der Medien ein weiteres Mal zu ändern, vorzugsweise um wenigstens 45°, beispielsweise etwa 90°, umzulenken. Dadurch lässt sich das Brandrisiko des Batteriesystems weiter verringern.
Vorzugsweise weist der Abgaskanal ferner einen Austrittsbereich auf, durch den die Medien den Gehäuseabschnitt verlassen und der am zweiten Umlenkbereich mit dem Parallelbereich eine T- Form ausbildet, derart dass ein Abschnitt des Parallelbereichs eine Verbindung zwischen dem Eintrittsbereich und dem Austrittsbereich bildet und der andere Abschnitt innerhalb des
Gehäuseabschnitts endet, wodurch dieser eine Auffangeinrichtung ausbildet. Die
Auffangeinrichtung definiert eine Art Kammer, in der sich Partikel der beim thermischen
Durchgehen freigesetzten Medien, die durch die erste Umlenkung im ersten Umlenkbereich bereits verlangsamt wurden, verfangen können. Diese werden durch die Auffangeinrichtung somit nicht mit dem Volumenstrom nach außen verbracht. Außerdem können sich in der Auffangeinrichtung Funken verfangen, die nicht bereits beseitigt wurden oder sich innerhalb der Abgasführung neu gebildet haben. Auch diese technische Maßnahme trennt den zündgebenden Faktor "Funke" von dem zündfähigen Abgasgemisch. Das Brandrisiko des Batteriesystems lässt sich auf diese Weise erheblich verringern.
Vorzugsweise weist der Abgaskanal ein Hohlkammerprofil auf, das zumindest teilweise durch eine oder mehrere Streben verstärkt ist. Durch die Verstrebung lässt sich der Gehäuseabschnitt mit integriertem Abgaskanal verstärken, wobei Kräfte gezielt abgeleitet und verteilt werden können. Durch die Kombination der Abgasführung mit dem kraftaufnehmenden Gehäuseabschnitt, insbesondere unter Anwendung einer solchen Verstrebung, lassen sich die beschriebenen
Sicherheitsaspekte raum- und kostenoptimiert realisieren. Die Beschaffenheit der Verstrebung, d.h. die Anzahl der Streben, Positionen, Lagen, Stärken usw., sind von der Gesamtkonstruktion des Batteriesystems und der Anwendungsumgebung abhängig und können je nach Verhalten des Batteriesystems berechnet und optimiert werden. Vorzugsweise ist der Gehäuseinnenraum im regulären Betrieb gegenüber der Umgebung so abgedichtet, dass im Wesentlichen kein Gas- und/oder Flüssigkeitsaustausch mit der Umgebung stattfindet, wobei bevorzugt eine Zwangsentlüftung vorgesehen ist, mittels derer ein Druckausgleich zwischen dem Gehäuseinnenraum und der Umgebung stattfinden kann.
Das Gehäuse dient dem Schutz der darin aufgenommenen Batteriemodule und Einrichtungen, etwa Steuereinrichtungen und Verdrahtungen, vor äußeren Einflüssen und der Schaffung und
Aufrechterhaltung einer für den Betrieb der Batteriemodule günstigen Atmosphäre. Aus diesem Grund dichtet das Gehäuse im Normalzustand den Innenraum vorzugsweise vollständig, beispielsweise hermetisch, ab. Nur durch die Zwangsentlüftung kann ein Druckausgleich bereitgestellt werden. Die Zwangsentlüftung ist dabei bevorzugt so ausgestaltet, dass nur ein Gasaustausch mit einem niedrigen Volumenstrom möglich ist, so dass ein Eintrag von Schmutz oder Wasser in den Gehäuseinnenraum nicht zu beklagen ist.
Um die Entflammbarkeit weiter zu reduzieren, weist der Gehäuseinnenraum vorzugsweise eine sauerstoffarme Atmosphäre auf. Dies kann dadurch erreicht werden, dass der Gehäuseinnenraum zumindest teilweise mit einem schwerentzündlichen Schaumstoffmaterial gefüllt ist.
Bevorzugt weist der Abgaskanal am Eintrittsbereich eine Innenöffnung auf, über die der Abgaskanal mit dem Gehäuseinnenraum kommuniziert. Dabei ist bevorzugt in dem Gehäuseinnenraum ein Batteriemodul aufgenommen, das einen modulinternen Abgaskanal aufweist, welcher mit der Innenöffnung kommuniziert, wobei der modulinterne Abgaskanal bevorzugt direkt an die
Innenöffnung angebunden ist. Damit kann erreicht werden, dass im Fall eines thermischen
Durchgehens einer Batteriezelle die dabei aus der Batteriezelle austretenden Medien über den Abgaskanal aus dem Gehäuseinnenraum des Batteriegehäuses besonders kontrolliert in die
Umgebung abgeleitet werden. Eine diffuse und ungeleitete Entgasung im Gehäuseinnenraum wird unterbunden. Auf diese Weise lassen sich die Abdicht- und Sicherheitsfunktion des
Batteriegehäuses zudem zuverlässig und auf baulich einfache und kompakte Weise realisieren. Durch eine direkte Anbindung des modulinternen Abgaswegs an die Innenöffnung kann der Abgasweg im Gehäuseinnenraum weiter verkürzt werden. Die Medien treten damit schnellstmöglich und geführt in den im Gehäuseabschnitt integrierten Abgaskanal ein. Damit erhöht sich die funktionale Sicherheit des Batteriegehäuses weiter, da mögliche Druckverluste und/oder Stauungen minimiert werden und die Abgasführung funktional notwendige Einrichtungen und
Sicherheitsbauteile im Gehäuseinnenraum optimal umgeht und damit schont. In einer bevorzugten Ausgestaltung sind in dem Gehäuseinnenraum mehrere Batteriemodule mit jeweils zumindest einem modulinternen Abgaskanal aufgenommen, und der integrierte Abgaskanal weist in diesem Fall mehrere Innenöffnungen auf, wobei jeder modulinterne Abgaskanal mit je einer Innenöffnung kommuniziert, wobei bevorzugt jeder modulinterne Abgaskanal direkt an die entsprechende Innenöffnung angebunden ist. Je Batteriemodul ist somit zumindest ein direkter Zugang zum Abgaskanal gegeben, wodurch die Abgase im Defektfall besonders schnell und direkt in die äußere Umgebung abgegeben werden können, ohne unnötige Umwege über den
Gehäuseinnenraum. Um mehrere Batteriemodule an einen Abgaskanal anzubinden, umfasst der Abgaskanal vorzugsweise zumindest einen Parallelbereich, der in der Ebene des
Gehäuseabschnitts verläuft, d.h. parallel zur äußeren und inneren Oberfläche des
Gehäuseabschnitts.
Bevorzugt kommuniziert der Abgaskanal über ein Sicherheitsventil mit dem Gehäuseinnenraum, wobei das Sicherheitsventil dazu ausgebildet und eingerichtet ist, den Abgaskanal im regulären Betrieb zu verschließen und den Abgaskanal beim Auftreten von Medien bei einem Defekt eines Batteriemoduls zu öffnen. Das Sicherheitsventil ist vorzugsweise im Abgaskanal vorgesehen, kann aber beispielsweise auch in einem modulinternen Abgaskanal oder als separates Bauteil vorgesehen sein. Auf diese Weise lassen sich die oben beschriebenen Abdicht- und
Sicherheitsfunktionen des Batteriegehäuses zuverlässig realisieren. Insbesondere kann das Batteriegehäuse durch das Bereitstellen des Sicherheitsventils im normalen Betrieb weiterhin hermetisch abgedichtet bleiben.
Es sei darauf hingewiesen, dass die hierin beschriebenen Merkmale, technischen Wirkungen und Vorteile gleichermaßen für den Fall mehrerer Abgaskanäle, Batteriemodule, Sicherheitsventile usw. gelten, auch wenn der sprachlichen Einfachheit halber zumeist der Singular gewählt wird.
Vorzugsweise öffnet das Sicherheitsventil den Abgaskanal, wenn der Betrag einer Druckdifferenz zwischen dem Gehäuseinnenraum und der äußeren Umgebung einen Schwellwert übersteigt. Der Auslösefall des Sicherheitsventils wird in diesem Fall auf einfache und zuverlässige Weise über die Druckdifferenz bestimmt. Eine besonders kompakte, betriebs- und montagesichere Ausbildung des Sicherheitsventils kann dadurch erreicht werden, dass das Sicherheitsventil an der Innenöffnung vorgesehen ist und bevorzugt in den Gehäuseabschnitt integriert ist.
Dabei kann das Sicherheitsventil eine Berstscheibe aufweisen oder als eine solche ausgebildet sein, die im Fall des Öffnens zerbricht. Das oben dargelegte, durch die Druckdifferenz bestimmte Sicherheitsverhalten lässt sich auf diese Weise baulich besonders einfach und gleichzeitig zuverlässig realisieren. Besonders bevorzugt ist die Berstscheibe dabei durch eine lokale Verdünnung der Wandung des Gehäuseabschnitts im Bereich des Abgaskanals ausgebildet. Eine solche Reduktion der
Wandstärke ist auf einfache Weise herstellbar, beispielsweise durch Ausfräsen. Die
Restwandstärke der Berstscheibe ist hierbei so gewählt, dass im Fall eines thermischen
Durchgehens einer Batteriezelle die darauf auftreffenden heißen Medien beziehungsweis der durch diese erzeugte Druck die Berstscheibe zerbrechen lassen und so den Weg zum Abgaskanal öffnen. Indem die Berstscheibe durch eine Wanddickenreduktion realisiert wird, lässt sich die Position und Beschaffenheit des Sicherheitsventils zudem flexibel an geänderte Geometrien oder Ausstattungen des Batteriegehäuses anpassen und ist gleichzeitig betriebs- und montagesicher. Bevorzugt weist der Gehäuseabschnitt ein Extrusionsprofil auf oder ist durch Extrusion hergestellt. Auf diese Weise lässt sich der Abgaskanal auf konstruktiv und fertigungstechnisch einfache Weise in den Gehäuseabschnitt integrieren.
Bevorzugt bildet der Gehäuseabschnitt einen Teil der äußeren Gestalt beziehungsweise Schalung des Batteriesystems aus. In anderen Worten, der Gehäuseabschnitt ist vorzugsweise keine Einrichtung, die sich im Gehäuseinnenraum befindet, wodurch die funktionale Sicherheit des Batteriegehäuses im Defektfall optimiert wird. So kann der Gehäuseabschnitt einen Boden des Batteriegehäuses oder einen Teil dessen ausbilden. Alternativ oder zusätzlich kann der
Gehäuseabschnitt eine Endplatte des Batteriegehäuses, d.h. eine kurze Seite des Gehäuses im Fall eines quaderförmigen Batteriegehäuses, ausbilden. Vorzugsweise sind beide Endplatten eines quaderförmigen Batteriegehäuses mit einem integrierten Abgaskanal gemäß der obigen
Beschreibung versehen.
Bevorzugt ist der Gehäuseabschnitt einstückig mit dem Abgaskanal ausgebildet, wobei der Abgaskanal bevorzugt in dem Gehäuseabschnitt eingebettet ist, wodurch der Abgaskanal besonders geschützt ist und die funktionale Sicherheit des Batteriegehäuses im Defektfall optimiert wird.
Bevorzugt weist das Batteriemodul mehrere zylindrische Batteriezellen auf, die mechanisch zusammengehalten werden. Zu diesem Zweck weist das Batteriemodul vorzugsweise einen oder mehrere Zellenhalter auf, in denen die Batteriezellen zumindest teilweise aufgenommen sind, wodurch die Batteriezellen an vorgegebenen Positionen und in vorgegebenen Lagen gehalten werden. Im Fall eines Defekts einer Batteriezelle, der zu einem thermischen Durchgehen führt, werden die Medien über einen etwaigen modulinternen Abgaskanal zum integrierten Abgaskanal geleitet und sicher und kontrolliert nach außen abgegeben. Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung sind aus der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele ersichtlich. Die dort beschriebenen Merkmale können alleinstehend oder in Kombination mit einem oder mehreren der oben dargelegten Merkmale umgesetzt werden, insofern sich die Merkmale nicht widersprechen. Die folgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele erfolgt dabei unter Bezugnahme auf die begleitenden
Zeichnungen.
Kurze Beschreibung der Figuren
Bevorzugte weitere Ausführungsformen der Erfindung werden durch die nachfolgende
Beschreibung der Figuren näher erläutert. Dabei zeigen: Figur 1 auf perspektivische und teilweise transparente Weise einen Ausschnitt eines
Batteriesystems, das einen Gehäuseabschnitt mit integriertem Abgaskanal und ein darauf angebrachtes Batteriemodul aufweist;
Figur 2 den Strömungsweg, den Abgase im Fall eines Defekts des Batteriesystems gemäß der Figur 1 nehmen; Figur 3 auf perspektivische Weise einen Ausschnitt des Gehäuseabschnitts mit integriertem
Abgaskanal gemäß der Figur 1 , jedoch ohne Batteriemodul, wodurch das Sicherheitsventil zum Abgaskanal sichtbar ist;
Figur 4 auf perspektivische und geschnittene Weise die Positionierung und Anbindung des
modulinternen Abgaskanals an den integrierten Abgaskanal. Figuren 5a bis 5d verschiedene Ansichten eines Gehäuseabschnitts mit integriertem Abgaskanal gemäß einer weiteren Ausführungsform, wobei die Figur 5a den Gehäuseabschnitt perspektivisch zeigt, die Figur 5b eine Draufsicht auf den Gehäuseabschnitt ist, die Figur 5c einen Halbschnitt mit Illustration der Abgasführung im Abgaskanal zeigt, und Figur 5d eine Ansicht aus der Richtung des modulinternen Abgaskanals auf den Gehäuseabschnitt ist; und
Figur 6 auf perspektivische Weise ein Batteriegehäuse mit Blick auf eine Bodenseite und Endplatte desselben. Detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführunqsbeispiele
Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele anhand der Figuren beschrieben. Dabei sind gleiche, ähnliche oder gleichwirkende Elemente in den unterschiedlichen Figuren mit identischen Bezugszeichen versehen, und auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente wird teilweise verzichtet, um Redundanzen zu vermeiden.
Die Figur 1 zeigt auf perspektivische und teilweise transparente Weise einen Ausschnitt eines Batteriesystems, das ein Batteriegehäuse 1 aufweist.
Das Batteriegehäuse 1 weist einen Gehäuseabschnitt 10 auf. Der Gehäuseabschnitt 10 bildet zumindest einen Teil einer Gehäusewandung des Batteriegehäuses 1 aus. Mit anderen Worten, die Gehäusewandung bildet die äußere Gestalt beziehungsweise Schalung des Batteriegehäuses 1 aus, d.h. der Gehäuseabschnitt 10 ist keine Einrichtung, die sich im Innern des Batteriegehäuses 1 befindet.
Die Gehäusewandung begrenzt und definiert den Gehäuseinnenraum, in dem dann schließlich Batteriemodule und andere Einrichtungen, weiter unten im Detail beschrieben, aufgenommen werden, mittels derer ein Batteriesystem zur Ausbildung einer Traktionsbatterie für ein
Kraftfahrzeug ausgebildet wird.
In dem Gehäuseabschnitt 10 ist ein Abgaskanal 1 1 integriert.
Der Gehäuseabschnitt 10 wird vorzugsweise durch Extrusion hergestellt, wodurch sich der Abgaskanal 1 1 konstruktiv und fertigungstechnisch einfach in den Gehäuseabschnitt 10 integrieren lässt. Der Gehäuseabschnitt 10 weist damit vorzugsweise ein Extrusionsprofil auf. Der
Gehäuseabschnitt 10 ist beispielsweise aus einem Metall, beispielsweise Aluminium, gefertigt. Das Batteriegehäuse 1 , insbesondere der Gehäuseabschnitt 10, kann jedoch auch auf andere Weise, beispielsweise durch Spritzguss, und/oder aus einem anderen Material gefertigt sein.
Der Gehäuseabschnitt 10, beispielsweise der Gehäuseboden oder eine Endplatte des
Batteriegehäuses 1 , kann aus mehreren Extrusionsprofilen aufgebaut sein, die nebeneinander angeordnet und dann miteinander verbunden werden. In einem oder mehreren dieser
Extrusionsprofile kann dann der hierin beschriebene Abgaskanal 1 1 vorgesehen sein, um ein kontrolliertes Abführen von Medien bei einem thermischen Durchgehen einer Batteriezelle zu erreichen. Sind mehrere Extrusionsprofile zur Ausbildung des Gehäuseabschnitts 10 - beispielsweise des Gehäusebodens oder einer Seitenwand des Batteriegehäuses 1 - nebeneinander angeordnet, so können auch mehrere Abgaskanäle 1 1 nebeneinander und im Wesentlichen parallel zueinander vorgesehen sein. Der Abgaskanal 1 1 weist zumindest eine Innenöffnung 12 auf, deren Lage, Form und
Beschaffenheit aus den Figuren 3 und 4 hervorgeht. Die Innenöffnung 12 verbindet den Abgaskanal 1 1 mit dem Gehäuseinnenraum - genauer gesagt, mit einem im Gehäuseinnenraum angeordneten Batteriemodul 20, wie es weiter unten im Detail beschrieben ist. Der Abgaskanal 1 1 weist ferner eine oder mehrere Außenöffnungen (in den Figuren 1 bis 4 nicht gezeigt) auf, über welche die im Fall eines Defekts austretenden Medien nach außen abgegeben werden. Auf diese Weise kommuniziert im Notfall der Gehäuseinnenraum über den Abgaskanal 1 1 mit der äußeren
Umgebung, so dass die Medien weitgehend an die Umgebung abgegeben werden können und nicht im Innenraum des Batteriegehäuses 1 verbleiben.
Vorzugsweise umfasst der Abgaskanal 1 1 zumindest einen Abschnitt, der in der Ebene des Gehäuseabschnitts 10 verläuft, d.h. parallel zur äußeren und inneren Oberfläche des
Gehäuseabschnitts 10. Auf diese Weise lassen sich mehrere Batteriemodule 20 an den Abgaskanal 1 1 anbinden. Zudem ist der Gehäuseabschnitt 10 mit integriertem beziehungsweise eingebettetem Abgaskanal 1 1 auf diese Weise besonders einfach als Extrusionsprofil fertigbar. Ferner findet dadurch eine Umlenkung des Abgasstroms nach dem Eintritt desselben durch die Innenöffnung 12 in den Abgaskanal 1 1 statt, wodurch verschiedene Sicherheitsfunktionen, weiter unten mit Bezug auf die Figuren 5a bis 5d im Detail dargelegt, realisiert werden.
Bei der Herstellung des Gehäuseabschnitts 10 durch ein Extrusionsprofil liegt der Abgaskanal 1 1 typischer Weise in der Extrusionsrichtung und erstreckt sich daher entlang des gesamten
Extrusionsprofils parallel zu den die äußere und die innere Oberfläche des Batteriegehäuses 1 beziehungsweise des Gehäuseabschnitts 10 ausbildenden Flächen.
Das Batteriegehäuse 1 und damit der Gehäuseinnenraum ist für den regulären Betrieb im
Wesentlichen gegenüber der Umgebung abgedichtet, so dass die in dem Batteriegehäuse 1 aufgenommenen Komponenten, insbesondere die Batteriemodule 20, gegenüber der Umgebung und deren Einflüssen abgeschirmt sind. Bevorzugt weist das Batteriegehäuse 1 eine Zwangsbelüftung auf, mittels derer ein Druckausgleich zwischen dem Inneren des Batteriegehäuses 1 und der Umgebung erreicht werden kann, um den Aufbau eines Über- oder Unterdrucks im Batteriegehäuse 1 zu vermeiden. Die Zwangsbelüftung ist dabei sehr gering dimensioniert und kann bei einem thermischen Durchgehen einer Batteriezelle nicht zur Abgabe der Medien an die Umgebung verwendet werden.
Um im regulären Betrieb zu gewährleisten, dass das Gehäuse einen Schutz für die Batteriemodule 20 und etwaige weitere Einrichtungen vor äußeren Einflüssen bietet, ist im Abgaskanal 1 1 , vorzugsweise im Bereich der Innenöffnung 12, ein Sicherheitsventil 13 vorgesehen.
Das Sicherheitsventil 13 öffnet beziehungsweise löst aus, wenn eine zu hohe Druckdifferenz zwischen dem Gehäuseinnenraum und dem mit der äußeren Umgebung verbundenen Abgaskanal 1 1 auftritt. So öffnet das Sicherheitsventil 13, wenn die Druckdifferenz einen Schwellwert, beispielsweise ungefähr 1 bar, übersteigt.
Das Sicherheitsventil 13 wird vorzugsweise durch eine sogenannte Berstscheibe 14 realisiert, die im Auslösefall zerbricht. Gemäß einem besonders bevorzugten, baulich einfachen und dennoch zuverlässigen Ausführungsbeispiel wird die Berstscheibe 14 durch Ausfräsen oder anderweitiges Verdünnen der Wandung des Gehäuseabschnitts 10 im Bereich des Abgaskanals 1 1 hergestellt. Der Abgaskanal 1 1 ist so dimensioniert, dass er einen Volumenfluss ermöglicht, der ein Ausleiten der Medien im Havariefall ermöglicht, ohne dass es zu einem übermäßigen Druckanstieg im Inneren des Batteriegehäuses 1 kommt.
Dies geht besonders deutlich aus der geschnittenen Ansicht der Figur 4 hervor. Die
Restwandstärke der Berstscheibe 14 ist hierbei so gewählt, dass im Fall eines thermischen Durchgehens das darauf auftreffende Heißgas die Berstscheibe 14 zerbricht und so den Weg zum Abgaskanal 1 1 öffnet.
Das Batteriegehäuse 1 weist ferner zumindest ein, vorzugsweise mehrere, Batteriemodule 20 auf, die sich im Innern des Batteriegehäuses 1 befinden. In den Figuren 1 und 2 ist beispielhaft ein Batteriemodul 20 teilweise transparent gezeigt, um die Anbindung an den Abgaskanal 1 1 zu zeigen. Die Pfeile in der Figur 2 zeigen schematisch den Strömungsweg der Medien.
Typischerweise werden mehrere zylindrische Batteriezellen zu einem Batteriemodul 20
zusammengefasst. Zu diesem Zweck weist das Batteriemodul 20 einen oder mehrere Zellenhalter auf, in denen die Batteriezellen zumindest teilweise aufgenommen sind, wodurch die Batteriezellen an vorgegebenen Positionen und in vorgegebenen Lagen mechanisch zusammengehalten werden. Die Batteriezellen, die Zellenhalter und Kontaktierungen derselben sind der Übersichtlichkeit halber in den Figuren nicht dargestellt.
Das Batteriemodul 20 weist einen modulinternen Abgaskanal 21 auf, der im Fall eines Defekts einer Batteriezelle die aus der Batteriezelle austretenden Medien zum Abgaskanal 1 1 leitet. Zu diesem Zweck kommuniziert der modulinterne Abgaskanal 21 mit der Innenöffnung 12. Die Anbindung des modulinternen Abgaskanals 21 an den Abgaskanal 1 1 geht besonders deutlich aus der Figur 4 hervor.
Die Batteriezellen weisen vorzugsweise Sollbruchstellen auf, wodurch der Austrittsort der Medien weitgehend definiert ist. Die Lage und Form des modulinternen Abgaskanals 21 können entsprechend festgelegt werden, wodurch ein unkontrolliertes, diffuses Entgasen reduziert oder unterbunden wird.
Es sei darauf hingewiesen, dass das Sicherheitsventil 13 zwar aus Fertigungsgründen
vorzugsweise Bestandteil des Gehäuseabschnitts 10 ist, jedoch alternativ auch im modulinternen Abgaskanal 21 vorgesehen sein kann. Vorzugsweise ist jedes Batteriemodul 20 individuell über einen eigenen modulinternen Abgaskanal 21 und ein zugehöriges Sicherheitsventil 13 an einen Abgaskanal 1 1 angebunden, auch wenn in den Figuren der Übersichtlichkeit halber nur ein Batteriemodul 20 und ein Abgaskanal 1 1 gezeigt ist.
Durch die Implementierung der oben dargelegten Abgasführung im Gehäuseabschnitt 10, vorzugsweise im Gehäuseboden oder einer Seitenwand, mittels des Abgaskanals 1 1 kann eine kontrollierte Abgasabführung im Defektfall unabhängig von dem betroffenen Batteriemodul 20 und dessen Position im Gehäuse sichergestellt werden.
Der Transportweg für die Medien im Innern des Batteriegehäuses 1 wird minimiert. Damit erhöht sich die funktionale Sicherheit des Batteriegehäuses 1 , da die Abgasführung funktional notwendige Einrichtungen und Sicherheitsbauteile im Gehäuseinnenraum schont und kurze Entgasungswege realisiert. Mögliche Druckverluste und/oder Stauungen werden dadurch minimiert, wodurch das Abgas kontrolliert in die äußere Umgebung abgegeben wird.
Zudem ist der Abgaskanal 1 1 beziehungsweise sind die mehreren Abgaskanäle 1 1 einfach, bauraumsparend und kostengünstig im Gehäuse zu integrieren. Die Einbettung der Abgaskanäle 1 1 in der Gehäusewandung bietet zudem zusätzliche Sicherheit, da die Abgaskanäle 1 1 geschützt sind und durch ein Zerbersten einer Batteriezelle im Inneren eines Batteriemoduls 20 kaum beschädigt werden können.
Pro Batteriemodul 20 ist vorzugsweise zumindest ein direkter Zugang zu einem Abgaskanal 1 1 gegeben, wodurch die Abgase im Defektfall besonders schnell in die äußere Umgebung abgegeben werden können, ohne Umwege über den Gehäuseinnenraum.
Das Sicherheitsventil 13 beziehungsweise die mehreren Sicherheitsventile 13 sind etwa als Berstscheibe 14, vorzugsweise als Ausfräsung oder Verjüngung der Wandung im Bereich des Abgaskanals 1 1 , realisiert. Dadurch lassen sich die Sicherheitsventile 13 auf einfache und flexible Weise an geänderte Geometrien oder Ausstattungen des Batteriegehäuses 1 anpassen. Im Folgenden werden bevorzugte Bauformen des Abgaskanals 1 1 im Gehäuseabschnitt 10 näher beschrieben.
Diesbezüglich zeigen die Figuren 5a bis 5d verschiedene Ansichten des Gehäuseabschnitts 10 mit integriertem Abgaskanal 1 1 gemäß einer weiteren Ausführungsform. Die Figur 5a zeigt den Gehäuseabschnitt 10 auf perspektivische Weise. Die Figur 5b ist eine Draufsicht auf den
Gehäuseabschnitt 10 in Richtung der Haupterstreckung des Abgaskanals 1 1. Die Figur 5c zeigt einen Halbschnitt mit Illustration der Abgasführung im Abgaskanal 1 1 , und die Figur 5d ist eine Ansicht aus Richtung des modulinternen Abgaskanals 21 auf den Gehäuseabschnitt 10. Der Übersichtlichkeit halber ist das Sicherheitsventil 13 in den Figuren 5a bis 5d nicht gezeigt.
Der Abgaskanal 1 1 gemäß der Ausführungsform der Figuren 5a bis 5d weist ein Hohlkammerprofil auf, das durch Streben 15 verstärkt ist, wie es aus den Figuren 5a und 5b hervorgeht. Durch die Verstrebung lässt sich der Gehäuseabschnitt 10 mit integriertem Abgaskanal 1 1 verstärken, wobei mechanische Kräfte gezielt abgeleitet und verteilt werden können. Die Beschaffenheit der
Verstrebung, d.h. die Anzahl der Streben 15, Positionen, Lagen, Stärken usw., sind von der Gesamtkonstruktion des Batteriesystems und der Anwendungsumgebung abhängig und können je nach Verhalten des Batteriesystems berechnet und optimiert werden. Letztendlich wird jedoch die Funktion der Kraftaufnahme und Weiterleitung umgesetzt, auch zwischen Gehäuseabschnitten 10, beispielsweise von Endplatte zu Endplatte. Ferner sind die Streben 15 vorzugsweise so konzipiert, dass das Hohlkammerprofil des Abgaskanals 1 1 weiterhin als Extrusionsprofil, vorzugsweise aus Metall wie etwa Aluminium, fertigbar ist. Im Fall eines thermischen Durchgehens werden die freigesetzten Medien, insbesondere heißen Gase, durch die modulinternen Abgaskanäle 21 zu einem der Gehäuseabschnitte 10 mit integriertem Abgaskanal 1 1 geleitet. Das so bereits im Inneren des Batteriegehäuses 1 geführte Abgas gelangt in den Abgaskanal 1 1 und wird dabei in der Richtung so verändert, dass es eine Umlenkung, vorzugsweise von mindestens 45°, erfährt. Gemäß den hierin dargelegten
Ausführungsbeispielen wird eine Umlenkung von etwa 90° realisiert, wie es besonders deutlich aus den Figuren 2 und 5c hervorgeht, in denen die Abgasführung durch Pfeile dargestellt ist.
In anderen Worten, der Abgaskanal 1 1 des Gehäuseabschnitts 10 weist einen Eintrittsbereich 1 1a, einen Umlenkbereich 1 1 b, im Weiteren als "Erster Umlenkbereich" bezeichnet, und einen
Parallelbereich 1 1 c auf, wie in der Figur 5c dargestellt. Durch den Eintrittsbereich 1 1a tritt das Abgas in den Abgaskanal 1 1 des Gehäuseabschnitts 10 ein, wird im ersten Umlenkbereich 1 1 b parallel zur Hauptebene des Gehäuseabschnitts 10 umgelenkt und anschließend im Parallelbereich 1 1 c parallel dazu geführt.
Durch die Umlenkung des Abgasstroms im Gehäuseabschnitt 10 werden etwaige Funken, die das Heißgas entzünden könnten, daran gehindert, das Batteriegehäuse 1 zu verlassen. Die Funken treffen auf die Innenwand des Hohlprofils des Abgaskanals 1 1 , werden aufgehalten und verbleiben somit in einem Bereich, in dem das Entzünden des Abgases mangels Sauerstoff unterbunden oder zumindest erschwert ist. In anderen Worten, im Fall eines thermischen Durchgehens werden den freigesetzten potentiell brennbaren Medien vor Erreichen der Zündfähigkeit durch Kontakt mit Sauerstoff der Flammgebende Faktor "Funke" entzogen. Auf diese Weise wird die
Wahrscheinlichkeit einer Flammbildung deutlich reduziert.
Durch das Abfangen etwaiger Funken innerhalb des Abgaskanals 1 1 kann zudem ein Fortführen des zündgebenden Faktors auf weitere Bereiche innerhalb des Batteriesystems verhindert werden.
Das Brandrisiko des Batteriesystems lässt sich weiter verringern, wenn der Abgasstrom nach der Führung im Parallelbereich 1 1 c entlang der Hauptebene des Gehäuseabschnitts 10 in einem zweiten Umlenkbereich 1 1 d ein weiteres Mal umgelenkt wird, vorzugsweise um mindestens 45°, bevor die Medien den Gehäuseabschnitt 10 durch einen Austrittsbereich 1 1 e verlassen, vgl. Figur 5c. Im Ausführungsbeispiel der Figur 5c wird der Abgasstrom abermals um etwa 90° umgelenkt.
Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel befindet sich der Austrittsbereich 1 1 e nicht am Ende des Parallelbereichs 1 1 c, sondern der Austrittsbereich 1 1 e und der Parallelbereich 1 1 c bilden vorzugsweise eine T-Form aus. Während ein Abschnitt des Parallelbereichs 1 1 c eine Verbindung zwischen dem Eintrittsbereich 1 1a und dem Austrittsbereich 1 1 e bildet, endet der andere Abschnitt innerhalb des Gehäuseabschnitts 10, wodurch dieser eine Auffangeinrichtung 1 1 f ausbildet. In der Auffangeinrichtung 1 1f können sich Partikel der bei einem thermischen Durchgehen freigesetzten Medien, die durch die erste Umlenkung im ersten Umlenkbereich 1 1 b bereits verlangsamt wurden, verfangen. Diese werden somit durch die Auffangeinrichtung 1 1f nicht mit dem Volumenstrom nach außen verbracht. Außerdem können sich in der Auffangeinrichtung 1 1f Funken verfangen, die nicht bereits beseitigt wurden oder sich innerhalb des Abgaskanals 1 1 neu gebildet haben. Auch diese technische Maßnahme trennt den zündgebenden Faktor "Funke" von dem zündfähigen
Abgasgemisch. Das Brandrisiko des Batteriesystems lässt sich auf diese Weise weiter verringern. Durch die Kombination mit dem kraftaufnehmenden Gehäuseabschnitt 10, insbesondere unter
Anwendung der oben dargelegten Verstrebung, lassen sich die beschriebenen Sicherheitsaspekte raum- und kostenoptimiert realisieren.
Figur 6 zeigt auf perspektivische Weise ein Batteriegehäuse 1 mit Blick auf eine Bodenseite 30 und eine Endplatte 31. Das Batteriegehäuse 1 ist quaderförmig ausgebildet. Die Endplatten 31 , d.h. die kurzen Seiten, werden vorzugsweise jeweils von einem Gehäuseabschnitt 10 mit integriertem
Abgaskanal 1 1 gemäß einer der oben dargelegten Ausführungsvarianten ausgebildet. Es sei darauf hingewiesen, dass die Austrittsöffnungen der Austrittsbereiche 1 1 e in der Figur 6 nicht gezeigt sind.
Soweit anwendbar können alle einzelnen Merkmale, die in den Ausführungsbeispielen dargestellt sind, miteinander kombiniert und/oder ausgetauscht werden, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen.
Bezugszeichenliste
I Batteriegehäuse
10 Gehäuseabschnitt
I I Abgaskanal
1 1a Eintrittsbereich
1 1 b Erster Umlenkbereich
1 1 c Parallelbereich
1 1 d Zweiter Umlenkbereich
1 1 e Austrittsbereich
1 1f Auffangeinrichtung
12 Innenöffnung
13 Sicherheitsventil
14 Berstscheibe
15 Strebe
20 Batteriemodul
21 Modulinterner Abgaskanal
30 Bodenseite
31 End platte

Claims

Patentansprüche
1. Batteriegehäuse (1 ) zur Aufnahme eines oder mehrerer Batteriemodule (20) in dessen Gehäuseinnenraum zur Ausbildung einer Traktionsbatterie für ein Kraftfahrzeug, umfassend einen Gehäuseabschnitt (10) zur teilweisen Begrenzung des Gehäuseinnenraums, wobei der Gehäuseabschnitt (10) einen darin integrierten Abgaskanal (1 1 ) zum Ableiten von
Medien, die bei einem Defekt eines Batteriemoduls (20) aus diesem austreten, an die Umgebung aufweist, und der Abgaskanal (1 1 ) einen Eintrittsbereich (1 1a), durch welchen die Medien aus dem Gehäuseinnenraum in den Abgaskanal (1 1 ) eintreten können, und einen ersten
Umlenkbereich (1 1 b), der dazu ausgebildet und eingerichtet ist, die Transportrichtung der
Medien zu ändern, aufweist.
2. Batteriegehäuse (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der erste
Umlenkbereich (1 1 b) dazu ausgebildet und eingerichtet ist, um die Transportrichtung der Medien um wenigstens 45°, vorzugsweise etwa 90°, umzulenken.
3. Batteriegehäuse (1 ) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der
Abgaskanal (1 1 ) einen Parallelbereich (1 1 c) aufweist, der sich in Transportrichtung der Medien an den ersten Umlenkbereich (1 1 b) anschließt und im Innern des
Gehäuseabschnitts (10) parallel zur Hauptebene desselben verläuft.
4. Batteriegehäuse (1 ) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Abgaskanal (1 1 ) einen zweiten Umlenkbereich (1 1d) aufweist, der sich in Transportrichtung der Medien an den Parallelbereich (1 1 c) anschließt und dazu ausgebildet und eingerichtet ist, um die Transportrichtung der Medien ein weiteres Mal zu ändern, vorzugsweise um wenigstens 45°, beispielsweise etwa 90°, umzulenken.
5. Batteriegehäuse (1 ) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Abgaskanal (1 1 ) ferner einen Austrittsbereich (1 1 e) aufweist, durch den die Medien den
Gehäuseabschnitt (10) verlassen und der am zweiten Umlenkbereich (1 1d) mit dem Parallelbereich (1 1 c) eine T-Form ausbildet, derart dass ein Abschnitt des Parallelbereichs (1 1 c) eine Verbindung zwischen dem Eintrittsbereich (11a) und dem Austrittsbereich (1 1 e) bildet und der andere Abschnitt innerhalb des Gehäuseabschnitts (10) endet, wodurch dieser eine Auffangeinrichtung (11f) ausbildet.
6. Batteriegehäuse (1 ) nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abgaskanal (1 1 ) ein Hohlkammerprofil aufweist, das zumindest teilweise durch eine oder mehrere Streben (15) verstärkt ist.
7. Batteriegehäuse (1 ) nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehäuseinnenraum im regulären Betrieb gegenüber der Umgebung so abgedichtet ist, dass im Wesentlichen kein Gas- und/oder Flüssigkeitsaustausch mit der Umgebung stattfindet, wobei bevorzugt eine Zwangsentlüftung vorgesehen ist, mittels derer ein Druckausgleich zwischen dem Gehäuseinnenraum und der Umgebung stattfinden kann.
8. Batteriegehäuse (1 ) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der
Gehäuseinnenraum eine sauerstoffarme Atmosphäre aufweist, vorzugsweise zumindest teilweise mit einem schwerentzündlichen Schau mstoffmaterial gefüllt ist.
9. Batteriegehäuse (1 ) nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abgaskanal (1 1 ) am Eintrittsbereich (1 1 a) eine Innenöffnung (12) aufweist, über die der Abgaskanal (1 1 ) mit dem Gehäuseinnenraum kommuniziert, und in dem
Gehäuseinnenraum zumindest ein Batteriemodul (20) aufgenommen ist, das einen modulinternen Abgaskanal (21 ) aufweist, welcher mit der Innenöffnung (12) kommuniziert, wobei der modulinterne Abgaskanal (21 ) bevorzugt direkt an die Innenöffnung (12) angebunden ist.
10. Batteriegehäuse (1 ) nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abgaskanal (1 1 ) über ein Sicherheitsventil (13) mit dem Gehäuseinnenraum kommuniziert, wobei das Sicherheitsventil (13) dazu ausgebildet und eingerichtet ist, den Abgaskanal (1 1 ) im regulären Betrieb zu verschließen und den Abgaskanal (1 1 ) beim Auftreten von Medien bei einem Defekt eines Batteriemoduls (20) zu öffnen.
1 1. Batteriegehäuse (1 ) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das
Sicherheitsventil (13) im Eintrittsbereich (1 1a) vorgesehen ist und bevorzugt in den Gehäuseabschnitt (10) integriert ist.
12. Batteriegehäuse (1 ) nach Anspruch 10 oder 1 1 , dadurch gekennzeichnet dass das
Sicherheitsventil (13) dazu ausgebildet und eingerichtet ist, den Abgaskanal (1 1 ) zu öffnen, wenn der Betrag einer Druckdifferenz zwischen dem Gehäuseinnraum und der äußeren Umgebung einen Schwellwert übersteigt.
13. Batteriegehäuse (1 ) nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Sicherheitsventil (13) eine Berstscheibe (14), die im Fall des Öffnens zerbricht, aufweist oder von einer solchen gebildet ist, wobei die Berstscheibe (14) vorzugsweise durch eine lokale Verdünnung der Wandung des Gehäuseabschnitts (10) im Bereich des Abgaskanals (11 ) ausgebildet ist.
14. Batteriegehäuse (1 ) nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehäuseabschnitt (10) ein Extrusionsprofil umfasst und bevorzugt durch Extrusion hergestellt ist.
15. Batteriegehäuse (1 ) nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehäuseabschnitt (10) einstückig mit dem Abgaskanal (11 ) ausgebildet ist.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023278340A1 (en) * 2021-06-29 2023-01-05 Electric Power Systems Inc. Gang vent systems, assemblies and methods
US11557811B1 (en) 2022-03-23 2023-01-17 Beta Air, Llc System for battery environment management in an electric aircraft and a method for its use
DE102022103877A1 (de) 2022-02-18 2023-08-24 Audi Aktiengesellschaft Batteriegehäuseanordnung, Energiespeicher und Verfahren zum Entgegenwirken eines Batteriebrands

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102020106780A1 (de) 2020-03-12 2021-09-16 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Batterie mit Modulhalterung zum Aufnehmen von Heißgas sowie Kraftfahrzeug
CN115004472A (zh) * 2020-03-31 2022-09-02 三洋电机株式会社 电源装置、具备该电源装置的车辆以及蓄电装置
DE102021200383A1 (de) * 2021-01-18 2022-07-21 Volkswagen Aktiengesellschaft Batterie sowie Fahrzeug mit einer solchen
DE102021102908A1 (de) 2021-02-09 2022-08-11 Audi Aktiengesellschaft Entgasungseinrichtung, Batterie und Kraftfahrzeug
CA3156681A1 (en) * 2021-03-23 2022-09-23 Yao Li Box of battery, battery, power consumption apparatus, method for producing battery and apparatus for producing battery
DE102021116353A1 (de) * 2021-06-24 2022-12-29 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Gehäuseteil zur Entgasung einer Speicherzelle eines Energiespeichers
DE102021120336A1 (de) 2021-08-04 2023-02-09 Webasto SE Entlüftungsvorrichtung mit einem Entlüftungskanal
DE102021125191A1 (de) 2021-09-29 2023-03-30 Audi Aktiengesellschaft Batterieanordnung mit einem Zellentgasungskanal, Kraftfahrzeug und Verfahren zum Abführen von Gasen aus einer Batterie
DE102021127619A1 (de) 2021-10-25 2023-04-27 Audi Aktiengesellschaft Zellentgasungskanal, Batterieanordnung und Verfahren zum Ableiten von Gasen aus einer Batterie
DE102021129317A1 (de) 2021-11-11 2023-05-11 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Batterieeinrichtung für ein wenigstens teilweise elektrisch betriebenes Kraftfahrzeug
DE102022108825A1 (de) 2022-04-12 2023-10-12 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Batterieeinrichtung für ein wenigstens teilweise elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug
DE102022112694A1 (de) 2022-05-20 2023-11-23 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Kraftfahrzeug

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080318121A1 (en) * 2007-06-20 2008-12-25 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Vehicle power storage unit and vehicle
US20120129024A1 (en) 2010-11-18 2012-05-24 Cobasys, Llc Modular battery pack systems for prismatic cells
DE102014207403A1 (de) 2014-04-17 2015-10-22 Robert Bosch Gmbh Batterieeinheit mit einer Aufnahmeeinrichtung und einer Mehrzahl von elektrochemischen Zellen sowie Batteriemodul mit einer Mehrzahl von solchen Batterieeinheiten
US20160308182A1 (en) * 2015-04-17 2016-10-20 Samsung Sdi Co., Ltd. Battery pack

Family Cites Families (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1587147A (en) * 1922-07-18 1926-06-01 John M Clark Treatment of storage-battery gases
US7547487B1 (en) * 2004-05-18 2009-06-16 Ovonic Battery Company, Inc. Multi-cell battery assembly
EP2352186B1 (de) * 2009-07-17 2014-11-05 Panasonic Corporation Batteriemodul und Batteriepack damit
JP5466906B2 (ja) * 2009-09-18 2014-04-09 パナソニック株式会社 電池モジュール
KR20130043154A (ko) * 2010-08-06 2013-04-29 파나소닉 주식회사 전지 모듈
CN102782931A (zh) * 2010-11-29 2012-11-14 松下电器产业株式会社 电池组
EP2648242B1 (de) * 2010-11-30 2020-06-03 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Batteriepackung
CN102656718B (zh) * 2010-12-13 2015-04-15 松下电器产业株式会社 电池包
DE102011087198B4 (de) * 2011-11-28 2021-05-27 Robert Bosch Gmbh Batteriezellenmodul und Kraftfahrzeug
DE102012102657A1 (de) * 2012-03-28 2013-10-02 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Traktionsbatterie und Kraftfahrzeug mit einer solchen Traktionsbatterie
DE102013204087A1 (de) * 2013-03-11 2014-09-11 Robert Bosch Gmbh Entgasungssystem für Batteriemodule
CN105492106B (zh) * 2013-08-26 2018-05-01 日本碍子株式会社 排气处理装置及收纳装置
DE102013015749A1 (de) * 2013-09-21 2015-03-26 Daimler Ag Zellblock für eine Batterie
US9540956B2 (en) * 2013-11-22 2017-01-10 Siemens Energy, Inc. Industrial gas turbine exhaust system with modular struts and collars
JP6046662B2 (ja) * 2014-05-30 2016-12-21 トヨタ自動車株式会社 組電池
DE102014212173A1 (de) * 2014-06-25 2016-01-14 Robert Bosch Gmbh Gasreinigungseinheit für Lithium-Zelle
DE102014213916A1 (de) * 2014-07-17 2016-01-21 Robert Bosch Gmbh Batteriesystem mit verbessertem Entgasungssystem
DE102014012568B4 (de) * 2014-08-29 2023-03-02 Stöbich Technology Gmbh Akkumulatorvorrichtung
US10511002B2 (en) * 2015-02-25 2019-12-17 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Battery module
US11018392B2 (en) * 2016-07-07 2021-05-25 Samsung Sdi Co., Ltd Battery module carrier, battery module and vehicle with a battery system
US11211668B2 (en) * 2016-08-15 2021-12-28 Kabushiki Kaisha Toyota Jidoshokki Power storage apparatus
EP3319146B1 (de) * 2016-11-04 2018-10-17 Samsung SDI Co., Ltd. Batteriesystem

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080318121A1 (en) * 2007-06-20 2008-12-25 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Vehicle power storage unit and vehicle
US20120129024A1 (en) 2010-11-18 2012-05-24 Cobasys, Llc Modular battery pack systems for prismatic cells
DE102014207403A1 (de) 2014-04-17 2015-10-22 Robert Bosch Gmbh Batterieeinheit mit einer Aufnahmeeinrichtung und einer Mehrzahl von elektrochemischen Zellen sowie Batteriemodul mit einer Mehrzahl von solchen Batterieeinheiten
US20160308182A1 (en) * 2015-04-17 2016-10-20 Samsung Sdi Co., Ltd. Battery pack

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023278340A1 (en) * 2021-06-29 2023-01-05 Electric Power Systems Inc. Gang vent systems, assemblies and methods
DE102022103877A1 (de) 2022-02-18 2023-08-24 Audi Aktiengesellschaft Batteriegehäuseanordnung, Energiespeicher und Verfahren zum Entgegenwirken eines Batteriebrands
US11557811B1 (en) 2022-03-23 2023-01-17 Beta Air, Llc System for battery environment management in an electric aircraft and a method for its use
US11824224B2 (en) 2022-03-23 2023-11-21 Beta Air, Llc System for battery environment management in an electric aircraft and a method for its use

Also Published As

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CN112913072B (zh) 2024-03-22
CN112913072A (zh) 2021-06-04
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US20210384584A1 (en) 2021-12-09

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