WO2020239343A1 - Speichermodul mit einer entgasungsleitung - Google Patents

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WO2020239343A1
WO2020239343A1 PCT/EP2020/061662 EP2020061662W WO2020239343A1 WO 2020239343 A1 WO2020239343 A1 WO 2020239343A1 EP 2020061662 W EP2020061662 W EP 2020061662W WO 2020239343 A1 WO2020239343 A1 WO 2020239343A1
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housing
degassing
degassing line
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Semi BEN SALAH
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Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft
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Definitions

  • the invention relates to an electrical storage module, in particular for storing electrical energy for driving a motor vehicle.
  • An at least partially electrically powered vehicle e.g. a BEV (Battery Electric Vehicle) or a PHEV (Plug-In Hybrid Electric Vehicle) typically has at least one storage module for storing the electrical energy for the operation of an electric drive motor of the vehicle.
  • the storage module can have a fluid-tight housing in order to protect the one or more electrochemical storage cells embedded in the storage module from environmental influences.
  • a storage module with one or more electrochemical storage cells can have a degassing opening through which exhaust gases, which may arise during operation of the storage module, from the storage module into the vicinity of the
  • Memory module can leak.
  • a thermal reaction can take place in the affected memory cell, generating exhaust gases that lead to a pressure increase in the housing of the memory module.
  • a degassing valve and / or the degassing opening can open so that relatively hot exhaust gases can escape from the housing of the storage module.
  • the exhaust gases can include (in particular flammable) gases such as CO, CO 2 , ethene, H 2 , HF, etc.
  • This document deals with the technical task of ensuring the safety of a storage module in the event of (relatively hot) exhaust gases escaping from the
  • Embodiments are i.a. described in the dependent claims. It is pointed out that additional features of a patent claim dependent on an independent patent claim without the features of the independent patent claim or only in combination with a subset of the features of the independent patent claim can form a separate invention independent of the combination of all features of the independent patent claim, which can be made the subject of an independent claim, a divisional application or a subsequent application. This applies equally to the technical teachings described in the description, which can form an invention that is independent of the features of the independent patent claims.
  • an (electrical) storage module for storing electrical energy.
  • the memory module can have a nominal voltage of 300V or higher.
  • the storage module can have a storage capacity of 5 kWh or more. In particular, it can
  • Storage module be designed as a high-voltage storage.
  • the storage module is designed to generate electrical energy for driving a
  • Motor vehicle e.g. a passenger car, a truck, a bus and / or a motorcycle.
  • the storage module comprises at least one electrochemical storage cell (e.g. a lithium-ion based storage cell).
  • the storage cell can be a prismatic wound cell.
  • the memory module comprises a multiplicity of (structurally identical) memory cells which are at least partially connected in series and / or at least partially in series with one another in a galvanically conductive manner, in particular around a memory module with the above. Nominal voltage and / or with the above To provide storage capacity.
  • the storage module comprises a housing which encloses the electrochemical storage cell.
  • the housing is preferably fluid-tight (in particular gas-tight and / or liquid-tight) around the one or more
  • the storage module further comprises a degassing line arranged on the housing and running outside the housing.
  • the degassing line can be designed as a (possibly rigid) pipe and / or as a (possibly flexible) hose.
  • the degassing line is designed to discharge exhaust gases (which can arise, for example, if a storage cell is defective) from the interior of the housing into the vicinity of the storage module.
  • the degassing line is designed to cool the exhaust gases (substantially and / or noticeably) as they pass through the degassing line.
  • the (typically relatively hot) exhaust gases can be discharged from and / or from the storage module in a reliable manner
  • the cooling of the exhaust gases within the degassing line can cause the exhaust gases to have a reduced reactivity (compared to the interior of the housing) when the exhaust gases (on
  • Line outlet of the degassing line come into contact with the ambient air. In this way, the thermal load on the area surrounding the memory module can be reduced.
  • the degassing line can be part of at least one structural element of the housing of the storage module.
  • the degassing line can have a structural task in relation to the structure and / or the stability of the housing of the
  • Attachment of the housing of the memory module (e.g. on the body of a
  • a profile or structural component forming the degassing line can, if necessary, be materially bonded to the rest of the housing of the
  • the degassing line can thus preferably be integrated into the housing as a structural component.
  • the degassing line can have a function in relation to operational and / or crash resistance of the storage module. In this way, the security and / or the efficiency of the memory module can be increased further.
  • the degassing line can (outside the housing) have a length which is greater by a factor F than the diameter or the cross section of the
  • Degassing line is.
  • the factor F can be equal to 5 or more, or 10 or more.
  • the degassing line can have a line outlet for exhaust gases through which the exhaust gases pass from the degassing line into the vicinity of the storage module.
  • the degassing line can be designed such that the exhaust gases at the line outlet upon contact with the
  • Ambient air are no longer self-igniting, and / or that the exhaust gases at the line outlet have a temperature of 400 ° C. or less, or preferably of 200 ° C. or less. In this way, the thermal load on the surroundings of the memory module can be reduced in a particularly reliable manner.
  • the degassing line can be designed in such a way that the temperature of the exhaust gases when passing through the degassing line running outside the housing decreases (overall) by 20% or more or by 50% or more. In other words, the temperature of the exhaust gases at the
  • the line outlet of the degassing line is preferably 20% or more or 50% or more lower than the temperature of the exhaust gases inside the housing or when entering the degassing line.
  • the safety of the storage module can be increased in a particularly reliable manner by means of a degassing line designed in this way.
  • the degassing line can be designed and / or shaped in such a way that the line outlet of the degassing line is located 20 cm or more or 50 cm or more away from the housing of the storage module.
  • the smallest distance between the line outlet of the degassing line and the housing can be 20 cm or more, or 50 cm or more. So the security of the
  • the memory module can be increased further.
  • the memory module may include a cooling unit that is configured to
  • the degassing line e.g. by means of a heat sink and / or by means of a cooling fluid.
  • a cooling unit By using a cooling unit, the temperature of the exhaust gases can be lowered in a particularly reliable manner and the safety of the storage module can thus be increased.
  • the storage module can have a degassing valve which is designed to prevent exhaust gases from escaping from the interior of the housing through the degassing line into the vicinity of the storage module if the pressure inside the housing is less than a pressure threshold value (e.g. between 200mbar and 500mbar) is; and / or to enable exhaust gases to escape from the interior of the housing through the degassing line into the surroundings of the storage module when the pressure within the housing is greater than the pressure threshold value.
  • a pressure threshold value e.g. between 200mbar and 500mbar
  • the degassing valve can be at the end facing the housing
  • Degassing line or be arranged in between.
  • the storage module can be reliably sealed off from environmental influences and, on the other hand, exhaust gases can be reliably discharged
  • the degassing line can have one or more surface-increasing structures.
  • the one or more surface-enlarging structures can be designed that the surface of the degassing line that cools the exhaust gases compared to the cooling surface of a degassing line, which has exclusively the line wall of the degassing line with a circular, oval or rectangular profile as the cooling surface to enlarge.
  • the one or more surface-increasing structures can be designed to guide exhaust gases within the degassing line to the line wall of the degassing line and / or away from the line wall of the degassing line in order to support the heat exchange and thus the cooling of the exhaust gases.
  • the one or more surface-increasing structures can be arranged within the degassing line and / or from the line wall of the Be enclosed in the degassing line.
  • the one or more surface-enlarging structures can be at least partially grid-shaped.
  • a (road) motor vehicle in particular a passenger car or a truck or a bus or a motorcycle
  • the vehicle includes an electric drive motor.
  • the vehicle comprises at least one electrical storage module described in this document with a degassing line, the storage module being set up to store electrical energy for the operation of the drive motor.
  • the degassing line can preferably extend from the housing of the
  • Storage module up to the stain area of the vehicle extend (similar to the exhaust pipe of an internal combustion engine). In this way, the exhaust gases from a storage module can be discharged in a particularly safe manner.
  • FIG. 1 shows an exemplary vehicle with a memory module
  • FIG. 2a shows an exemplary memory module
  • FIG. 2b shows an exemplary memory module with one of the housing of the
  • FIG. 1 shows an exemplary vehicle 100 with an electric drive motor 101.
  • the electric drive motor 101 can be operated with electrical energy from an electrical storage module 102.
  • the electrical storage module 102 can be arranged, for example, on the floor panel of the vehicle 100.
  • the storage module 102 can have a nominal voltage in the floch-volt range (in particular at 300V or more, or at 500V or more, or at 700V or more).
  • the memory module 102 can have a storage capacity of 5 kWh or more, or of 10 kWh or more.
  • FIGS. 2a and 2b show an exemplary memory module 102.
  • the memory module 102 typically has a multiplicity of (electrochemical) memory cells 204 which are enclosed by a housing 202 of the memory module 102.
  • the housing 202 is preferably fluid-tight (in particular liquid-tight and / or gas-tight) in order to protect the storage cells 204 from environmental influences.
  • the individual memory cells 204 can e.g. be constructed as prismatic wound cells.
  • the individual memory cells 204 can be connected at least partially in parallel to one another and / or at least partially in series.
  • a memory module 102 it may e.g. as a result of a defect in a memory cell 204, to the development of exhaust gases within the
  • the exhaust gases can have a relatively high temperature, e.g. of 300 ° C or more, or of 600 ° C or more.
  • the exhaust gases in the housing 202 of the storage module 102 lead to a
  • the storage module 102 has a degassing line 103 directly adjoining the degassing opening 203.
  • the degassing line 103 can extend away from the housing 202 of the storage module 102.
  • the Degassing line 103 can be designed in such a way that the exhaust gases 206 flowing through the degassing line 103 cool down within the degassing line 103, so that the exhaust gases 206 at the line outlet 205 of the degassing line 103 have a significantly reduced temperature (compared to the temperature at the degassing opening 203, ie when entering the degassing line 103).
  • the vent line 103 extending outside the housing 202 can have a length which is greater by a factor of 5 or more, 10 or more, 15 or more, or 20 or more than the diameter or the cross section of the vent line 103 relatively long degassing line 103 are provided. It can thus be caused that the exhaust gases 206 in a reliable manner within the
  • Degassing line 103 are cooled.
  • the cooling of the degassing line 103 can be brought about solely by the air in the vicinity of the degassing line 103.
  • the degassing line 103 can be actively cooled (e.g. by an actively cooled one
  • Heat sink 207 and / or by actively flushing the degassing line 103 with a cooling fluid are also possible.
  • a storage module 102 is thus described in which the emergency degassing opening 203 is supplemented with a degassing line or with an exhaust pipe 103.
  • the degassing line 103 is designed in such a way that, in the event of a thermal reaction within the storage module 102, the exhaust gases 206 must pass through the degassing line 103 and thereby cool down before the exhaust gases 206 reach the closed housing 202 of the storage module 102 and the degassing line 103 (in which a increased pressure).
  • a degassing unit or a degassing valve 209 can be arranged, which opens when a certain pressure threshold value is reached in the housing 202 of the storage module 102, so that the exhaust gases 206 through the degassing line 103 into the surroundings of the storage module 102 can get.
  • One or more elements such as, for example, lattice structures can be arranged within the degassing line 103 in order to provide the
  • the relatively hot exhaust gases 206 that are to leave the storage module 102 are cooled within the relatively long path within the degassing line 103 in such a way that the exhaust gases 206 can no longer (independently) ignite when exiting at the line outlet 205 of the degassing line 103.
  • the present invention is not restricted to the exemplary embodiments shown. In particular, it should be noted that the description and the figures are only intended to illustrate the principle of the proposed devices and systems.

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Abstract

Es wird ein Speichermodul (102) zur Speicherung von elektrischer Energie beschrieben. Das Speichermodul (102) umfasst zumindest eine elektrochemische Speicherzelle (204), sowie ein Gehäuse (202), das die elektrochemische Speicherzelle (204) umschließt. Außerdem umfasst das Speichermodul (102) eine an dem Gehäuse (202) angeordnete und außerhalb des Gehäuses verlaufende Entgasungsleitung (103), die ausgebildet ist, Abgase (206) aus dem Inneren des Gehäuses (202) in die Umgebung des Speichermoduls (102) abzuführen und dabei abzukühlen.

Description

Speichermodul mit einer Entgasungsleitung
Die Erfindung betrifft ein elektrisches Speichermodul, insbesondere zur Speicherung von elektrischer Energie für den Antrieb eines Kraftfahrzeugs.
Ein zumindest teilweise elektrisch angetriebenes Fahrzeug, z.B. ein BEV (Battery Electric Vehicle) oder ein PHEV (Plug-In Hybrid Electric Vehicle), weist typischerweise zumindest ein Speichermodul zur Speicherung der elektrischen Energie für den Betrieb eines elektrischen Antriebsmotors des Fahrzeugs auf. Das Speichermodul kann ein fluiddichtes Gehäuse aufweisen, um die in dem Speichermodul eingebetteten ein oder mehreren elektrochemischen Speicherzellen vor Umwelteinflüssen zu schützen.
Ein Speichermodul mit ein oder mehreren elektrochemischen Speicherzellen kann eine Entgasungsöffnung aufweisen, durch die Abgase, die ggf. bei dem Betrieb des Speichermoduls entstehen, aus dem Speichermodul in die Umgebung des
Speichermoduls austreten können. Insbesondere im Fall eines Defektes oder eines Kurzschlusses in einer Speicherzelle des Speichermoduls, kann in der betroffenen Speicherzelle eine thermische Reaktion stattfinden, durch die Abgase erzeugt werden, die zu einer Druckerhöhung im Gehäuse des Speichermoduls führen. Infolge der Druckerhöhung können sich ein Entgasungsventil und/oder die Entgasungsöffnung öffnen, so dass relativ heiße Abgase aus dem Gehäuse des Speichermoduls entweichen können. Die Abgase können (insbesondere entzündliche) Gase, wie z.B. CO, CO2, Ethen, H2, HF, etc., umfassen.
Das vorliegende Dokument befasst sich mit der technischen Aufgabe, die Sicherheit eines Speichermoduls bei dem Austritt von (relativ heißen) Abgasen aus dem
Speichermodul zu erhöhen. Die Aufgabe wird durch den unabhängigen Anspruch gelöst. Vorteilhafte
Ausführungsformen werden u.a. in den abhängigen Ansprüchen beschrieben. Es wird darauf hingewiesen, dass zusätzliche Merkmale eines von einem unabhängigen Patentanspruch abhängigen Patentanspruchs ohne die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs oder nur in Kombination mit einer Teilmenge der Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs eine eigene und von der Kombination sämtlicher Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs unabhängige Erfindung bilden können, die zum Gegenstand eines unabhängigen Anspruchs, einer Teilungsanmeldung oder einer Nachanmeldung gemacht werden kann. Dies gilt in gleicher Weise für in der Beschreibung beschriebene technische Lehren, die eine von den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche unabhängige Erfindung bilden können.
Gemäß einem Aspekt wird ein (elektrisches) Speichermodul zur Speicherung von elektrischer Energie beschrieben. Das Speichermodul kann eine Nennspannung von 300V oder höher aufweisen. Alternativ oder ergänzend kann das Speichermodul eine Speicherkapazität von 5kWh oder mehr aufweisen. Insbesondere kann das
Speichermodul als ein Hochvoltspeicher ausgebildet sein. Beispielsweise kann das Speichermodul ausgebildet ist, elektrische Energie für den Antrieb eines
Kraftfahrzeugs (z.B. eines Personenkraftwagens, eines Lastkraftwagens, eines Busses und/oder eines Motorrads) zu speichern.
Das Speichermodul umfasst zumindest eine elektrochemische Speicherzelle (z.B. eine Lithium-Ionen basierte Speicherzelle). Die Speicherzelle kann eine prismatische Wickelzelle sein. Typischerweise umfasst das Speichermodul eine Vielzahl von (baugleichen) Speicherzellen, die zumindest teilweise in Reihe und/oder zumindest teilweise in Serie zueinander galvanisch leitend miteinander verschaltet sind, insbesondere um ein Speichermodul mit der o.g. Nennspannung und/oder mit der o.g. Speicherkapazität bereitzustellen.
Des Weiteren umfasst das Speichermodul ein Gehäuse, das die elektrochemische Speicherzelle umschließt. Das Gehäuse ist dabei bevorzugt fluiddicht ausgebildet (insbesondere gasdicht und/oder flüssigkeitsdicht), um die ein oder mehreren
Speicherzellen vor Umwelteinflüssen zu schützen. Das Speichermodul umfasst ferner eine an dem Gehäuse angeordnete und außerhalb des Gehäuses verlaufende Entgasungsleitung. Die Entgasungsleitung kann als ein (ggf. starres) Rohr und/oder als ein (ggf. flexibler) Schlauch ausgebildet sein. Die Entgasungsleitung ist dabei ausgebildet ist, Abgase (die z.B. bei einem Defekt einer Speicherzelle entstehen können) aus dem Inneren des Gehäuses in die Umgebung des Speichermoduls abzuführen. Des Weiteren ist die Entgasungsleitung ausgebildet, die Abgase beim Durchlaufen der Entgasungsleitung (wesentlich und/oder merklich) abzukühlen.
Durch die Bereitstellung einer außerhalb des Gehäuses des Speichermoduls verlaufenden Entgasungsleitung können die (typischerweise relativ heißen) Abgase in zuverlässiger Weise aus dem Speichermodul abgeführt und/oder von dem
Speichermodul weggeführt werden. Durch die Abkühlung der Abgase innerhalb der Entgasungsleitung kann bewirkt werden, dass die Abgase eine reduzierte Reaktivität aufweisen (im Vergleich zum Inneren des Gehäuses), wenn die Abgase (am
Leitungsaustritt der Entgasungsleitung) mit der Umgebungsluft in Kontakt treten. So kann die thermische Belastung der Umgebung des Speichermoduls verringert werden.
Die Entgasungsleitung kann Teil zumindest eines Strukturelements des Gehäuses des Speichermoduls sein. Insbesondere kann die Entgasungsleitung eine strukturelle Aufgabe in Bezug auf die Struktur und/oder die Stabilität des Gehäuses des
Speichermoduls aufweisen. Beispielsweise kann die Entgasungsleitung zur
Befestigung des Gehäuses des Speichermoduls (z.B. an der Karosserie eines
Fahrzeugs) und/oder als Crashprofil dienen (zusätzlich zu der Aufgabe, die Abgase aus dem Speichermodul zu kühlen). Ein die Entgasungsleitung bildendes Profil bzw. Strukturbauteil kann ggf. stoffschlüssig mit dem Rest des Gehäuses des
Speichermoduls verbunden sein und/oder fluiddicht verschweißt/verklebt sein.
Die Entgasungsleitung kann somit bevorzugt als Strukturbauteil in das Gehäuse integriert sein. Alternativ oder ergänzend kann die Entgasungsleitung eine Funktion in Bezug auf eine Betriebs- und/oder Crashfestigkeit des Speichermoduls aufweisen. So können die Sicherheit und/oder die Effizienz des Speichermoduls weiter erhöht werden. Die Entgasungsleitung kann (außerhalb des Gehäuses) eine Länge aufweisen, die um einen Faktor F größer als der Durchmesser bzw. der Querschnitt der
Entgasungsleitung ist. Der Faktor F kann dabei gleich 5 oder mehr, oder 10 oder mehr sein. Durch die Bereitstellung einer relativ langen Entgasungsleitung kann in zuverlässiger Weise eine Abkühlung der Abgase und somit eine Verringerung der thermischen Belastung der Umgebung des Speichermoduls bewirkt werden.
Die Entgasungsleitung kann an dem von dem Gehäuse abgewandten Ende einen Leitungsaustritt für Abgase aufweist, durch den die Abgase aus der Entgasungsleitung in die Umgebung des Speichermoduls gelangen. Die Entgasungsleitung kann derart ausgebildet sein, dass die Abgase an dem Leitungsaustritt bei Kontakt mit der
Umgebungsluft nicht mehr selbstzündend sind, und/oder dass die Abgase an dem Leitungsaustritt eine Temperatur von 400°C oder weniger, oder bevorzugt von 200°C oder weniger aufweisen. So kann die thermische Belastung der Umgebung des Speichermoduls in besonders zuverlässiger Weise verringert werden.
Alternativ oder ergänzend kann die Entgasungsleitung derart ausgebildet sein, dass die Temperatur der Abgase beim Durchlaufen der außerhalb des Gehäuses verlaufenden Entgasungsleitung (insgesamt) um 20% oder mehr, oder um 50% oder mehr abnimmt. Mit anderen Worten, die Temperatur der Abgase an dem
Leitungsaustritt der Entgasungsleitung ist bevorzugt um 20% oder mehr, oder um 50% oder mehr niedriger als die Temperatur der Abgase im Inneren des Gehäuses bzw. bei Eintritt in die Entgasungsleitung. Durch eine derart ausgebildete Entgasungsleitung kann die Sicherheit des Speichermoduls in besonders zuverlässiger Weise erhöht werden.
Die Entgasungsleitung kann derart ausgebildet und/oder geformt sein, dass sich der Leitungsaustritt der Entgasungsleitung um 20cm oder mehr, oder um 50cm oder mehr von dem Gehäuse des Speichermoduls weg befindet. Mit anderen Worten, der kleinste Abstand zwischen dem Leitungsaustritt der Entgasungsleitung und dem Gehäuse kann 20cm oder mehr, oder 50cm oder mehr sein. So kann die Sicherheit des
Speichermoduls weiter erhöht werden. Das Speichermodul kann eine Kühleinheit umfassen, die eingerichtet ist, die
Entgasungsleitung aktiv zu kühlen (z.B. mittels eines Kühlkörpers und/oder mittels eines Kühlfluids). Durch die Verwendung einer Kühleinheit können in besonders zuverlässiger Weise eine Temperaturabsenkung der Abgase und damit eine Erhöhung der Sicherheit des Speichermoduls bewirkt werden.
Das Speichermodul kann ein Entgasungsventil aufweisen, das ausgebildet ist, den Austritt von Abgasen aus dem Inneren des Gehäuses durch die Entgasungsleitung in die Umgebung des Speichermoduls zu unterbinden, wenn der Druck innerhalb des Gehäuses kleiner als ein Druck-Schwellenwert (z.B. zwischen 200mbar und 500mbar) ist; und/oder den Austritt von Abgasen aus dem Inneren des Gehäuses durch die Entgasungsleitung in die Umgebung des Speichermoduls zu ermöglichen, wenn der Druck innerhalb des Gehäuses größer als der Druck-Schwellenwert ist. Das
Entgasungsventil kann an dem dem Gehäuse zugewandten Ende der
Entgasungsleitung, an dem von dem Gehäuse abgewandten Ende der
Entgasungsleitung, oder dazwischen angeordnet sein. Durch die Bereitstellung eines Entgasungsventils kann einerseits eine zuverlässige Abschottung des Speichermoduls vor Umwelteinflüssen bewirkt werden, und andererseits ein zuverlässiger Austritt von Abgasen bewirkt werden
Die Entgasungsleitung kann ein oder mehrere Oberflächen-vergrößernde Strukturen aufweisen. Die ein oder mehreren Oberflächen-vergrößernden Strukturen können ausgebildet sein, die, die Abgase kühlende, Oberfläche der Entgasungsleitung im Vergleich zu der kühlenden Oberfläche einer Entgasungsleitung, die als kühlende Oberfläche ausschließlich die Leitungswand der Entgasungsleitung mit einem kreis- oder oval- oder rechteckförmigen Profil aufweist, zu vergrößern. Alternativ oder ergänzend können die ein oder mehreren Oberflächen-vergrößernden Strukturen ausgebildet sein, Abgase innerhalb der Entgasungsleitung zu der Leitungswand der Entgasungsleitung hin und/oder von der Leitungswand der Entgasungsleitung wegzuleiten, um den Wärmeaustausch und damit die Abkühlung der Abgase zu unterstützen.
Die ein oder mehreren Oberflächen-vergrößernden Strukturen können innerhalb der Entgasungsleitung angeordnet sein und/oder von der Leitungswand der Entgasungsleitung umschlossen sein. Alternativ oder ergänzend können die ein oder mehreren Oberflächen-vergrößernden Strukturen zumindest teilweise gitterförmig sein.
Durch die Bereitstellung einer Entgasungsleitung mit ein oder mehreren Oberflächen vergrößernden Strukturen können eine besonders zuverlässige Abkühlung der Abgase und somit eine besonders zuverlässige Erhöhung der Sicherheit des Speichermoduls bewirkt werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein (Straßen-) Kraftfahrzeug (insbesondere ein Personenkraftwagen oder ein Lastkraftwagen oder ein Bus oder ein Motorrad) beschrieben. Das Fahrzeug umfasst einen elektrischen Antriebsmotor. Des Weiteren umfasst das Fahrzeug zumindest ein in diesem Dokument beschriebenes elektrisches Speichermodul mit einer Entgasungsleitung, wobei das Speichermodul eingerichtet ist, elektrische Energie für den Betrieb des Antriebsmotors zu speichern.
Die Entgasungsleitung kann sich dabei bevorzugt von dem Gehäuse des
Speichermoduls bis zu dem Fleckbereich des Fahrzeugs (insbesondere bis zu einem Stoßfänger und ggf. darüber hinaus) erstrecken (ähnlich wie das Abgasrohr eines Verbrennungsmotors). So können die Abgase eines Speichermoduls in besonders sicherer Weise abgeführt werden.
Es ist zu beachten, dass die in diesem Dokument beschriebenen Vorrichtungen und Systeme sowohl alleine, als auch in Kombination mit anderen in diesem Dokument beschriebenen Vorrichtungen und Systemen verwendet werden können. Des Weiteren können jegliche Aspekte der in diesem Dokument beschriebenen Vorrichtungen und Systemen in vielfältiger Weise miteinander kombiniert werden. Insbesondere können die Merkmale der Ansprüche in vielfältiger Weise miteinander kombiniert werden.
Im Weiteren wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Dabei zeigen
Figur 1 ein beispielhaftes Fahrzeug mit einem Speichermodul;
Figur 2a ein beispielhaftes Speichermodul; und
Figur 2b ein beispielhaftes Speichermodul mit einer von dem Gehäuse des
Speichermoduls wegführenden Abgas- bzw. Entgasungsleitung. Wie eingangs dargelegt, befasst sich das vorliegende Dokument damit, die Sicherheit eines elektrischen Speichermoduls, insbesondere bei Austritt von Abgasen, zu erhöhen. In diesem Zusammenhang zeigt Fig. 1 ein beispielhaftes Fahrzeug 100 mit einem elektrischen Antriebsmotor 101. Der elektrische Antriebsmotor 101 kann mit elektrischer Energie aus einem elektrischen Speichermodul 102 betrieben werden. Das elektrische Speichermodul 102 kann z.B. an der Bodenplatte des Fahrzeugs 100 angeordnet sein.
Das Speichermodul 102 kann eine Nennspannung im Flochvolt-Bereich (insbesondere bei 300V oder mehr, oder bei 500V oder mehr, oder bei 700V oder mehr) aufweisen. Das Speichermodul 102 kann eine Speicherkapazität von 5kWh oder mehr, oder von 10kWh oder mehr aufweisen.
Figuren 2a und 2b zeigen ein beispielhaftes Speichermodul 102. Das Speichermodul 102 weist typischerweise eine Vielzahl von (elektrochemischen) Speicherzellen 204 auf, die von einem Gehäuse 202 des Speichermoduls 102 umschlossen werden. Das Gehäuse 202 ist bevorzugt fluiddicht (insbesondere flüssigkeits- und/oder gasdicht) ausgebildet, um die Speicherzellen 204 vor Umwelteinflüssen zu schützen. Die einzelnen Speicherzellen 204 können z.B. als prismatische Wickelzellen aufgebaut sein. Die einzelnen Speicherzellen 204 können zumindest teilweise parallel zueinander und/oder zumindest teilweise in Reihe geschaltet sein.
Während des Betriebs eines Speichermoduls 102 kann es, z.B. infolge eines Defektes einer Speicherzelle 204, zu einer Entwicklung von Abgasen innerhalb des
Speichermoduls 102 kommen. Die Abgase können dabei eine relativ hohe Temperatur aufweisen, z.B. von 300°C oder mehr, oder von 600°C oder mehr.
Die Abgase in dem Gehäuse 202 des Speichermoduls 102 führen zu einer
Druckerhöhung, wodurch wiederum das Öffnen einer Entgasungsöffnung 203 bzw. eines Entgasungsventils 209 an dem Gehäuse 202 des Speichermoduls 102 bewirkt werden kann. Das Speichermodul 102 weist eine an die Entgasungsöffnung 203 direkt anschließende Entgasungsleitung 103 auf. Die Entgasungsleitung 103 kann sich von dem Gehäuse 202 des Speichermoduls 102 weg erstrecken. Insbesondere kann die Entgasungsleitung 103 derart ausgebildet sein, dass sich die durch die Entgasungsleitung 103 strömenden Abgase 206 innerhalb der Entgasungsleitung 103 abkühlen, so dass die Abgase 206 an dem Leitungsaustritt 205 der Entgasungsleitung 103 eine signifikant reduzierte Temperatur aufweisen (im Vergleich zu der Temperatur an der Entgasungsöffnung 203, d.h. beim Eintritt in die Entgasungsleitung 103).
Die außerhalb des Gehäuses 202 verlaufende Entgasungsleitung 103 kann eine Länge aufweisen, die um den Faktor 5 oder mehr, 10 oder mehr, 15 oder mehr, oder 20 oder mehr größer ist als der Durchmesser bzw. der Querschnitt der Entgasungsleitung 103. Es kann somit eine relativ lange Entgasungsleitung 103 bereitgestellt werden. So kann bewirkt werden, dass die Abgase 206 in zuverlässiger Weise innerhalb der
Entgasungsleitung 103 abgekühlt werden.
Die Kühlung der Entgasungsleitung 103 kann allein durch die Luft in der Umgebung der Entgasungsleitung 103 bewirkt werden. Ergänzend kann ggf. eine aktive Kühlung der Entgasungsleitung 103 bewirkt werden (z.B. durch einen aktiv gekühlten
Kühlkörper 207 und/oder durch aktives Umspülen der Entgasungsleitung 103 mit einem Kühlfluid).
Es wird somit ein Speichermodul 102 beschrieben, bei dem die Notentgasungsöffnung 203 mit einer Entgasungsleitung bzw. mit einem Abgasrohr 103 ergänzt wird. Dabei ist die Entgasungsleitung 103 derart ausgebildet, dass im Falle einer thermischen Reaktion innerhalb des Speichermoduls 102 die Abgase 206 die Entgasungsleitung 103 durchlaufen müssen und sich dadurch abkühlen, bevor die Abgase 206 das abgeschlossene Gehäuse 202 des Speichermoduls 102 und die Entgasungsleitung 103 (in denen ein erhöhter Druck vorliegt) verlassen.
Am Anfang oder am Ende der Entgasungsleitung 103 kann eine Entgasungseinheit bzw. ein Entgasungsventil 209 angeordnet sein, welches bei Erreichen eines bestimmten Druck-Schwellenwertes im Gehäuse 202 des Speichermoduls 102 öffnet, so dass die Abgase 206 durch die Entgasungsleitung 103 in die Umgebung des Speichermoduls 102 gelangen können. Innerhalb der Entgasungsleitung 103 können ein oder mehrere Elemente wie z.B. Gitterstrukturen angeordnet sein, um durch eine vergrößerte Oberfläche die
Wärmeabfuhr aus der Entgasungsleitung 103 zu verbessern. Die relativ heißen Abgase 206, die das Speichermodul 102 verlassen sollen, werden innerhalb des relativ langen Weges innerhalb der Entgasungsleitung 103 derart abgekühlt, dass sich die Abgase 206 beim Austreten an dem Leitungsaustritt 205 der Entgasungsleitung 103 nicht mehr (selbständig) entzünden können. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt. Insbesondere ist zu beachten, dass die Beschreibung und die Figuren nur das Prinzip der vorgeschlagenen Vorrichtungen und Systeme veranschaulichen sollen.

Claims

io
Ansprüche
1 ) Speichermodul (102) zur Speicherung von elektrischer Energie; wobei das
Speichermodul (102) umfasst,
- zumindest eine elektrochemische Speicherzelle (204);
- ein Gehäuse (202), das die elektrochemische Speicherzelle (204)
umschließt; und
- eine an dem Gehäuse (202) angeordnete und außerhalb des Gehäuses (202) verlaufende Entgasungsleitung (103), die ausgebildet ist, Abgase (206) aus einem Inneren des Gehäuses (202) in eine Umgebung des Speichermoduls (102) abzuführen und dabei abzukühlen.
2) Speichermodul (102) gemäß Anspruch 1 , wobei
- die Entgasungsleitung (103) eine außerhalb des Gehäuses (102)
verlaufende Länge aufweist, die um einen Faktor F größer als ein Durchmesser der Entgasungsleitung (103) ist; und
- der Faktor F gleich 5 oder mehr, oder 10 oder mehr ist.
3) Speichermodul (102) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
- die Entgasungsleitung (103) an einem von dem Gehäuse (202)
abgewandten Ende einen Leitungsaustritt (203) für Abgase (206) aufweist, durch den die Abgase (206) aus der Entgasungsleitung (103) in die Umgebung des Speichermoduls (102) gelangen; und
- die Entgasungsleitung (103) derart ausgebildet ist, dass die Abgase (206) an dem Leitungsaustritt (203)
- bei Kontakt mit Umgebungsluft nicht mehr selbstzündet sind;
und/oder
- eine Temperatur von 400°C oder weniger, oder von 200°C oder weniger aufweisen.
4) Speichermodul (102) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Entgasungsleitung (103) derart ausgebildet ist, dass eine Temperatur der Abgase (206) beim Durchlaufen der außerhalb des Gehäuses (202) verlaufenden
Entgasungsleitung (103) um 20% oder mehr, oder um 50% oder mehr abnimmt.
5) Speichermodul (102) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Speichermodul (102) eine Kühleinheit (207) umfasst, die eingerichtet ist, die Entgasungsleitung (103) aktiv zu kühlen.
6) Speichermodul (102) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
- die Entgasungsleitung (103) als Strukturbauteil in das Gehäuse (202)
integriert ist; und/oder
- die Entgasungsleitung (103) eine Funktion in Bezug auf eine Betriebs
und/oder Crashfestigkeit des Speichermoduls (102) aufweist.
7) Speichermodul (102) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Speichermodul (102) ein Entgasungsventil (209) aufweist, das ausgebildet ist, einen Austritt von Abgasen (206) aus dem Inneren des Gehäuses (202) durch die Entgasungsleitung (103) in die Umgebung des Speichermoduls (102)
- zu unterbinden, wenn ein Druck innerhalb des Gehäuses (202) kleiner als ein Druck-Schwellenwert ist; und/oder
- zu ermöglichen, wenn der Druck innerhalb des Gehäuses (202) größer als der Druck-Schwellenwert ist.
8) Speichermodul (102) gemäß Anspruch 7, wobei das Entgasungsventil (209) an einem dem Gehäuse (202) zugewandten Ende der Entgasungsleitung (103), an einem von dem Gehäuse (202) abgewandten Ende der Entgasungsleitung (103), oder dazwischen angeordnet ist.
9) Speichermodul (102) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Entgasungsleitung (103) Oberflächen-vergrößernde Strukturen aufweist,
- die eine die Abgase (206) kühlende Oberfläche der Entgasungsleitung (103) im Vergleich zu der kühlenden Oberfläche einer Entgasungsleitung, die als kühlende Oberfläche ausschließlich eine Leitungswand mit einem kreis- oder oval- oder rechteckförmigen Profil aufweist, vergrößern; und/oder - die eingerichtet sind, Abgase (206) innerhalb der Entgasungsleitung (103) zu der Leitungswand der Entgasungsleitung (103) hin und/oder von der Leitungswand der Entgasungsleitung (103) wegzuleiten.
10) Speichermodul (102) gemäß Anspruch 9, wobei
- die Oberflächen-vergrößernden Strukturen innerhalb der Entgasungsleitung (103) angeordnet sind und/oder durch die Leitungswand der
Entgasungsleitung (103) umschlossen sind; und/oder
- die Oberflächen-vergrößernden Strukturen zumindest teilweise gitterförmig sind.
1 1 ) Speichermodul (102) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Entgasungsleitung (103) ein Rohr und/oder einen Schlauch umfasst.
12) Speichermodul (102) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Entgasungsleitung (103) derart ausgebildet ist, dass ein Leitungsauslass (205) der Entgasungsleitung (103) um 20cm oder mehr, oder um 50cm oder mehr von dem Gehäuse (202) des Speichermoduls (102) weg angeordnet ist.
13) Speichermodul (102) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
- das Speichermodul (102) eine Nennspannung von 300V oder höher
aufweist;
- das Speichermodul (102) eine Speicherkapazität von 5kWh oder mehr aufweist;
- das Speichermodul (102) ein Hochvoltspeicher ist; und/oder
- das Speichermodul (102) ausgebildet ist, elektrische Energie für einen Antrieb eines Kraftfahrzeugs (100) zu speichern.
14) Fahrzeug (100), das umfasst,
- einen elektrischen Antriebsmotor (101 ); und
- ein elektrisches Speichermodul (102) mit einer Entgasungsleitung (103) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche; wobei das Speichermodul (102) eingerichtet ist, elektrische Energie für einen Betrieb des Antriebsmotors (101 ) zu speichern.
15) Fahrzeug (100) gemäß Anspruch 14, wobei die Entgasungsleitung (103) derart ausgebildet ist, dass sich die Entgasungsleitung (103) von dem Gehäuse (202) des Speichermoduls (102) bis zu einem Heckbereich des Fahrzeugs (100) erstreckt.
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