WO2021249706A1 - Baugruppe für eine traktionsbatterie mit schutzeinheit, traktionsbatterie sowie kraftfahrzeug - Google Patents

Baugruppe für eine traktionsbatterie mit schutzeinheit, traktionsbatterie sowie kraftfahrzeug Download PDF

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Simon HABERL
Thomas Harsch
Frank TENFELDE
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Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft
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Definitions

  • the invention relates to an assembly for a traction battery of a motor vehicle.
  • the assembly has at least one battery module with a cell assembly made up of a plurality of battery cells, with degassing areas of the battery cells for letting out a hot gas from a cell housing of the battery cells being located on an upper side of the cell assembly.
  • the assembly has at least one battery component, which is arranged in a vertical direction above the at least one battery module, so that the upper side of the cell assembly faces a lower side of the at least one battery component.
  • the invention also relates to a traction battery and a motor vehicle.
  • the focus is on rechargeable traction batteries for electrically driven motor vehicles, which can be designed as high-voltage energy storage devices, for example.
  • traction batteries usually have a large number of battery components, for example battery modules and control devices, which are arranged in a battery housing of the traction battery.
  • the battery modules have cell assemblies made up of battery cells, which in turn have degassing areas for discharging a faulty hot gas from a cell housing of the battery cells.
  • the degassing areas can be arranged, for example, on cell covers of the cell housings, which form an upper side of the cell assembly.
  • a further battery component is arranged above a battery module, this battery component is subjected to its hot gas in the event of a fault in at least one battery cell of the battery module arranged below it.
  • a particle flow which is transported through the hot gas can lead to mechanical stress on the battery component. Accumulations of these particles can also reduce air and creepage distances and thus increase the risk of short circuits in the battery components. It is the object of the present invention to protect battery components of a traction battery of a motor vehicle in a simple and reliable manner from the negative effects of a hot gas outlet.
  • An assembly according to the invention for a traction battery of a motor vehicle has at least one battery module with a cell assembly of a plurality of battery cells, with degassing areas of the battery cells for discharging a hot gas from a cell housing of the battery cells being located on an upper side of the cell assembly.
  • the assembly also has at least one battery component, which is arranged in a vertical direction above the at least one battery module, so that the upper side of the cell assembly faces a lower side of the at least one battery component.
  • the assembly has a protective unit having a sheet-shaped protective area for protecting the at least one battery component from the hot gas of the at least one battery module and a frame-like support area connected to the protected area.
  • the at least one battery component is attached to the support area and the protective area is arranged between the underside of the at least one battery component and the upper side of the cell assembly.
  • the invention also relates to a traction battery for a motor vehicle with at least one assembly according to the invention and with a battery housing in which the at least one assembly is arranged.
  • the rechargeable traction battery or the traction accumulator is designed in particular as a high-voltage energy store and provides electrical drive energy for an electrical drive machine of the motor vehicle.
  • the traction battery has the battery housing, in the interior of which the at least one assembly is arranged.
  • the at least one battery module of the assembly has the cell assembly which is formed by the battery cells.
  • the battery cells can be, for example, prismatic cells, round cells or pouch cells. In the case of prismatic cells or pouch cells, these are shaped along a stacking direction to form a cell composite stacked by a cell stack or cell block.
  • the battery cells have degassing areas or degassing elements, for example bursting membranes or valves, which are arranged on the upper side of the cell assembly and thus on an upper side of the battery module. In the event of a fault in a battery cell, for example in the event of a cell-internal short circuit of the battery cell, the degassing areas allow hot gas that occurs in the cell housing to escape into the interior of the battery housing.
  • the hot gas transports heat and particles, which can lead to thermal and mechanical loading of the at least one battery component located in the flow path of the hot gas.
  • the at least one battery component can be designed, for example, as a further battery module or as a control device or a control device for the traction battery.
  • the at least one battery component is arranged above the at least one battery module.
  • the at least one battery module and the at least one battery component are thus stacked one on top of the other along the vertical direction. Because the underside of the at least one battery component faces the upper side of the cell assembly and thus the degassing areas, it is located in the flow path of the hot gas.
  • the assembly has the protection unit.
  • the protective unit is designed to prevent the hot gas from the battery module from thermally and mechanically loading the battery components above it and from causing particle-related short circuits.
  • the protective unit has the sheet-shaped protective area or the protective plate.
  • a sheet-shaped protective area is to be understood as an area made of any material, the width and length of which are very much greater than its thickness.
  • the protection area is held by the carrying area of the protection unit to which the at least one battery component is also attached.
  • the protection area and the support area can be designed in one piece, for example by being non-detachably connected to one another, for example welded, in a non-destructive manner.
  • the support area can be formed from steel or aluminum and welded to the metallic protective sheet, for example a steel sheet or an aluminum sheet.
  • the protection unit can also be designed as a modular component in which the protection area and the support area are detachably connected, for example screwed, in a non-destructive manner.
  • the support area can be a cast part, for example.
  • the at least one battery component is mechanically connected to the protective unit in that the at least one battery component is attached to the frame-like support area or the frame-like support structure is attached.
  • the support area can, for example, be configured to protrude in the vertical direction at an edge of the protection area, so that the protection unit is configured essentially in the shape of a trough.
  • the at least one battery component can thus be received by the protection unit, the protection area covering the underside of the at least one battery component and the carrying area at least partially overlapping with areas of the at least one battery component extending in the vertical direction.
  • the protective unit thus surrounds the at least one battery component in areas.
  • the protected area is arranged above the at least one battery module between the at least one battery module and the at least one battery component.
  • the protection area forms a closed area opposite the at least one battery module of the lower level.
  • the protection area thus protects the underside of the at least one battery component from direct exposure to the hot gas, in particular from an accumulation of electrically conductive particles on the at least one battery component of the upper level, and thus from thermal and mechanical stress.
  • at least the protected area has a heat-resistant and / or electrically insulating material.
  • the protective area has a metallic protective sheet, for example made of steel or aluminum, which is coated, for example glued or heat-staked, with a heat-resistant and / or electrically insulating material, for example MICA or a special plastic or ceramic. It can also be provided that the protection area is made from the heat-resistant material, for example MICA.
  • the heat-resistant material can at least reduce the heat input into the at least one battery component due to hot gas.
  • the electrically insulating material can prevent short circuits caused by the accumulation of particles in the hot gas.
  • the at least one battery component can be protected from the hot gas of the at least one battery module in a simple and space-saving manner.
  • the protection unit can advantageously increase the robustness of the traction battery.
  • the protected area has a groove-like guide structure on a side facing the upper side of the cell assembly, which is designed to receive and divert the hot gas.
  • the management structure guides that Hot gas especially laterally, perpendicular to the vertical direction.
  • the guide structure can divert the hot gas in the direction of a degassing unit of the battery housing, via which the hot gas can be discharged from the interior of the battery housing into the surroundings of the battery housing.
  • the protection area has a stiffening structure to increase the rigidity of the protection unit.
  • the stiffening structure can have stiffening beads, for example, which are embossed into the protective plate.
  • the stiffening structure makes the protection area particularly resistant to mechanical loads from the hot gas.
  • the protected area to reduce heat transfer between the battery module and the battery component is arranged at a distance from the upper side of the cell assembly with the formation of a first air gap and / or is arranged at a distance from the underside of the at least one battery component with the formation of a second air gap .
  • the protected area is thus arranged at a distance from the battery module and / or the battery component and as a result does not lie directly on the battery module and / or the battery component. Due to the at least one air gap, a thermal contact resistance between the battery module and the battery component can be increased and thus a heat input into the battery component caused by hot gas can be reduced.
  • the air gap can, for example, have a height of 20 mm.
  • the at least one battery component for forming the second air gap is attached to the support area in a hanging manner. Due to the hanging arrangement, the battery component is arranged at a distance from the protected area. It can be provided that the battery component is designed as at least one further battery module with a cell module frame for holding a cell assembly of the further battery module, wherein the carrying area extends at least along tie rods of the cell module frame and wherein retaining elements are arranged on the tie rods, via which the at least another battery module is attached to the support area.
  • the cell module frame has, for example, two pressure plates, which are arranged on a front and a rear side of the cell assembly of the further battery module, and two tie rods, which are connected to the pressure plates to clamp battery cells of the further battery module and are arranged on two opposite side areas of the cell assembly.
  • the tie rods can for example be wing-like retaining elements have, via which the tie rods can be fastened, for example screwed, to the supporting area.
  • the invention also includes a motor vehicle with a traction battery according to the invention.
  • the motor vehicle is designed as an electric or hybrid vehicle.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a first embodiment of an assembly for a traction battery of a motor vehicle in a top view
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a second embodiment of the assembly in a top view
  • FIG. 3 shows a schematic representation of a third embodiment of the assembly in a front view
  • FIG. 4 shows a schematic representation of a first embodiment of a protective unit of the assembly
  • 5 shows a schematic representation of a second embodiment of the protective unit
  • 6 shows a schematic representation of a third embodiment of the protective unit
  • FIG. 7 shows a schematic representation of a fourth embodiment of the protective unit.
  • FIGS. 1 and 2 show different embodiments of an assembly 1 for a traction battery of a motor vehicle in a plan view.
  • the assembly 1 is arranged in an interior of a battery housing of the traction battery and has at least one first battery module 2, which has a cell assembly 3 of battery cells 4.
  • the battery cells 4 are here prismatic cells which are stacked along a stacking direction S to form the cell assembly 3.
  • the stacking direction S here also corresponds to a longitudinal direction along which the battery module 2 extends.
  • the assembly has two battery modules 2 which are arranged next to one another in a transverse direction Q perpendicular to the stacking direction S.
  • the assembly also has a battery component 5, which is arranged in a vertical direction H (perpendicular to the plane of the drawing) above the at least one battery module 2.
  • the battery component 5 extends along the transverse direction Q and partially overlaps with both underlying battery modules 2.
  • the battery component 5 extends along the stacking direction S and partially overlaps with the underlying battery module 2.
  • Fig. 3 shows an assembly 1 in a front view.
  • the battery component 5 is designed here as a second battery module 6, which has a cell assembly 7 made up of battery cells 8.
  • the protective unit 14 has a sheet-shaped protective area 15, which here has a metallic protective sheet 16, for example an aluminum sheet or a steel sheet.
  • the protection area 15 is between the top 9 of the Cell composite 3 and the underside 12 of the battery component 5 and forms a barrier for the hot gas 11. Instead of the underside 12 of the battery component 5, the protected area 15 is now exposed to the hot gas in the event of a fault.
  • the protective sheet 16 is coated on a side facing the upper side 9 with a heat-resistant and / or electrically insulating material 17, for example MICA.
  • the protected area 15 is arranged here at a distance from the top side 9 of the cell assembly 3, forming a first air gap L1.
  • the protective unit 14 also has a frame-like support area 18, which is oriented here along the vertical direction H and protrudes upward from the protective area 15.
  • the battery component 5 is fastened to the support area 18.
  • the second battery module 6 has a cell module frame 19 for bracing the battery cells 8.
  • the cell module frame 19 has tie rods 20 which extend along the stacking direction S over side areas of the cell assembly 7.
  • protruding wing-like retaining elements 21 are arranged, via which the second battery module 6 can be attached to the support area 18.
  • the holding elements 21 can be placed on the support area 18 and screwed tight there so that the battery module 6 can be attached to the protective unit 14 while hanging.
  • the underside 12 is also arranged at a distance from the protected area 15 with the formation of a second air gap L2. Neither the first battery module 2 nor the second battery module 6 are in direct contact with the protected area 15, so that a thermal resistance of the heat transfer path between the first battery module 2 and the second battery module 6 is increased.
  • the protective unit 14 is designed, for example, as a one-piece steel component.
  • the supporting area 18 is a steel structure and the protective area 15 has a protective sheet 16 made of steel, the supporting area 18 and the protective area 15 being welded.
  • the protection area 15 here has a structure 22, which can be designed, for example, as a stiffening structure and / or a guide structure.
  • the guide structure forms, for example, groove-like depressions in a side of the protected area 15 facing the top side 9 of the first battery module 2, which recesses can receive the hot gas 11 and discharge it laterally.
  • the support area 18 here has two guide rails 23 to which a plurality of second battery modules 6 can be attached.
  • the guide rails 23 extend along the tie rods 20 and can be used to hold the second Battery modules on the protection unit 14 are mechanically connected to the holding elements 21 of the cell module frame 19. Because the support area 18 is made of steel, it is particularly stable and can have recesses 24 to reduce the weight of the protective unit 14, which are arranged, for example, in the area of the guide rails 23.
  • the protective unit 14 is also made in one piece, the supporting area 18 being formed, for example, from aluminum and the protecting area 15 being a protective sheet 16 made of steel welded to the supporting area 18.
  • the protection area 15 here has a structure 22 with stiffening beads 25 to increase the mechanical stability of the protection unit 14.
  • the protective unit 14 is constructed in several parts, the support area 18 being screwed to the protective area 15.
  • the support area 18 can, for example, be a cast part.
  • the protective area 15 has recesses 26 in which the battery components 5 can be arranged.
  • 7 shows a protective unit 14 from below. The side facing the top side 12 of the first battery module 2 is therefore shown, which here has the heat-resistant and / or electrically insulating material 17.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Baugruppe (1) für eine Traktionsbatterie eines Kraftfahrzeugs aufweisend - zumindest ein Batteriemodul (2) mit einem Zellverbund (3) aus einer Vielzahl von Batteriezellen (4), wobei sich an einer Oberseite (9) des Zellverbunds (3) Entgasungsbereiche (10) der Batteriezellen (4) zum Auslassen eines Heißgases (11) aus einem Zellgehäuse der Batteriezellen (4) befinden, - zumindest eine Batteriekomponente (5), welche in einer Hochrichtung (H) über dem zumindest einen Batteriemodul (2) angeordnet ist, sodass die Oberseite (9) des Zellverbunds (3) einer Unterseite (12) der zumindest einen Batteriekomponente (5) zugewandt ist, und - eine Schutzeinheit (14) aufweisend einen blechförmigen Schutzbereich (15) zum Schutz der zumindest einen Batteriekomponente (5) vor dem Heißgas (11) des zumindest einen Batteriemoduls (2) und einen mit dem Schutzbereich (15) verbundenen, rahmenartigen Tragbereich (18), wobei die zumindest eine Batteriekomponente (5) an dem Tragbereich (18) befestigt ist und dabei der Schutzbereich (15) zwischen der Unterseite (12) der zumindest einen Batteriekomponente (5) und der Oberseite (9) des Zellverbunds (3) angeordnet ist.

Description

Baugruppe für eine Traktionsbatterie mit Schutzeinheit, Traktionsbatterie sowie
Kraftfahrzeug
Die Erfindung betrifft eine Baugruppe für eine Traktionsbatterie eines Kraftfahrzeugs. Die Baugruppe weist zumindest ein Batteriemodul mit einem Zellverbund aus einer Vielzahl von Batteriezellen auf, wobei sich an einer Oberseite des Zellverbunds Entgasungsbereiche der Batteriezellen zum Auslassen eines Heißgases aus einem Zellgehäuse der Batteriezellen befinden. Außerdem weist die Baugruppe zumindest eine Batteriekomponente auf, welche in einer Hochrichtung über dem zumindest einen Batteriemodul angeordnet ist, sodass die Oberseite des Zellverbunds einer Unterseite der zumindest einen Batteriekomponente zugewandt ist. Die Erfindung betrifft außerdem eine Traktionsbatterie sowie ein Kraftfahrzeug.
Vorliegend richtet sich das Interesse auf wiederaufladbare Traktionsbatterie für elektrisch antreibbare Kraftfahrzeuge, welche beispielsweise als Hochvoltenergiespeicher ausgebildet sein können. Solche Traktionsbatterien weisen üblicherweise eine Vielzahl von Batteriekomponenten, beispielsweise Batteriemodule und Steuereinrichtungen, auf, welche in einem Batteriegehäuse der Traktionsbatterie angeordnet sind. Die Batteriemodule weisen Zellverbunde aus Batteriezellen auf, welche wiederum Entgasungsbereiche zum Auslassen eines fehlerbedingten Heißgases aus einem Zellgehäuse der Batteriezellen aufweisen. Die Entgasungsbereiche können beispielsweise an Zelldeckeln der Zellgehäuse angeordnet sein, welche eine Oberseite des Zellverbunds ausbilden. Wenn über einem Batteriemodul eine weitere Batteriekomponente angeordnet ist, so wird diese Batteriekomponente im Fehlerfall zumindest einer Batteriezelle des darunter angeordneten Batteriemoduls mit deren Heißgas beaufschlagt. Dies führt zu einer hohen thermischen Belastung der Batteriekomponente. Ferner kann ein Partikelstrom, welcher durch das Heißgas transportiert wird, zu einer mechanischen Belastung der Batteriekomponente führen. Ansammlungen dieser Partikel können zusätzlich Luft- und Kriechstrecken reduzieren und damit das Risiko für Kurzschlüsse in der Batteriekomponente erhöhen. Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Batteriekomponenten einer Traktionsbatterie eines Kraftfahrzeugs auf einfache und zuverlässige Weise vor negativen Auswirkungen eines Heißgasauslasses zu schützen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Baugruppe, eine Traktionsbatterie sowie ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen gemäß den jeweiligen unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche, der Beschreibung sowie der Figuren.
Eine erfindungsgemäße Baugruppe für eine Traktionsbatterie eines Kraftfahrzeugs weist zumindest ein Batteriemodul mit einem Zellverbund aus einer Vielzahl von Batteriezellen auf, wobei sich an einer Oberseite des Zellverbunds Entgasungsbereiche der Batteriezellen zum Auslassen eines Heißgases aus einem Zellgehäuse der Batteriezellen befinden. Die Baugruppe weist außerdem zumindest eine Batteriekomponente auf, welche in einer Hochrichtung über dem zumindest einen Batteriemodul angeordnet ist, sodass die Oberseite des Zellverbunds einer Unterseite der zumindest einen Batteriekomponente zugewandt ist. Darüber hinaus weist die Baugruppe eine Schutzeinheit aufweisend einen blechförmigen Schutzbereich zum Schutz der zumindest einen Batteriekomponente vor dem Heißgas des zumindest einen Batteriemoduls und einen mit dem Schutzbereich verbundenen, rahmenartigen Tragbereich auf. Die zumindest eine Batteriekomponente ist an dem Tragbereich befestigt und dabei ist der Schutzbereich zwischen der Unterseite der zumindest einen Batteriekomponente und der Oberseite des Zellverbunds angeordnet.
Die Erfindung betrifft außerdem eine Traktionsbatterie für ein Kraftfahrzeug mit zumindest einer erfindungsgemäßen Baugruppe und mit einem Batteriegehäuse, in welchem die zumindest eine Baugruppe angeordnet ist. Die wiederaufladbare Traktionsbatterie bzw. der Traktionsakkumulator ist insbesondere als ein Hochvoltenergiespeicher ausgebildet und stellt elektrische Antriebsenergie für eine elektrische Antriebsmaschine des Kraftfahrzeugs bereit. Die Traktionsbatterie weist das Batteriegehäuse auf, in dessen Innenraum die zumindest eine Baugruppe angeordnet ist.
Das zumindest eine Batteriemodul der Baugruppe weist den Zellverbund auf, welcher durch die Batteriezellen ausgebildet ist. Die Batteriezellen können beispielsweise prismatische Zellen, Rundzellen oder Pouchzellen sein. Im Falle von prismatischen Zellen oder Pouchzellen sind diese entlang einer Stapelrichtung zu einem Zellverbund in Form von einem Zellstapel bzw. Zellblock gestapelt. Die Batteriezellen weisen Entgasungsbereiche bzw. Entgasungselemente, beispielsweise Berstmembranen oder Ventile, auf, welche an der Oberseite des Zellverbunds und damit an einer Oberseite des Batteriemoduls angeordnet sind. Durch die Entgasungsbereiche kann im Fehlerfall einer Batteriezelle, beispielsweise bei einem zellinternen Kurzschluss der Batteriezelle, ein in dem Zellgehäuse entstehendes Heißgas in den Innenraum des Batteriegehäuses entweichen. Durch das Heißgas werden dabei Hitze und Partikel transportiert, was zu einer thermischen und mechanischen Belastung der zumindest einen sich im Strömungspfad des Heißgas befindliche Batteriekomponente führen kann. Die zumindest eine Batteriekomponente kann beispielsweise als ein weiteres Batteriemodul oder als eine Steuereinrichtung bzw. ein Steuergerät der Traktionsbatterie ausgebildet sein. Die zumindest eine Batteriekomponente ist oberhalb des zumindest einen Batteriemoduls angeordnet. Das zumindest eine Batteriemodul und die zumindest eine Batteriekomponente sind also entlang der Hochrichtung übereinander gestapelt. Dadurch, dass die Unterseite der zumindest einen Batteriekomponente der Oberseite des Zellverbunds und damit den Entgasungsbereichen zugewandt ist, befindet sie sich im Strömungspfad des Heißgases.
Außerdem weist die Baugruppe die Schutzeinheit auf. Die Schutzeinheit ist dazu ausgelegt, zu verhindern, dass das Heißgas des Batteriemoduls die darüber liegende Batteriekomponente thermisch und mechanisch belastet sowie partikelbedingte Kurzschlüsse verursacht. Dazu weist die Schutzeinheit den blechförmigen Schutzbereich bzw. das Schutzblech auf. Unter einem blechförmigen Schutzbereich ist ein Bereich aus einem beliebigen Material zu verstehen, dessen Breite und Länge sehr viel größer sind als seine Dicke. Der Schutzbereich wird dabei von dem Tragbereich der Schutzeinheit gehalten, an welchem auch die zumindest eine Batteriekomponente befestigt ist. Dazu können der Schutzbereich und der Tragbereich einteilig ausgebildet sein, beispielsweise indem sie zerstörungsfrei unlösbar miteinander verbunden, beispielsweise verschweißt, sind. Beispielsweise kann der Tragbereich aus Stahl oder Aluminium gebildet sein und mit dem metallischen Schutzblech, beispielsweise einem Stahlblech oder einem Aluminiumblech, verschweißt sein. Auch kann die Schutzeinheit als ein Modulbauteil ausgebildet sein, bei welchem der Schutzbereich und der Tragbereich zerstörungsfrei lösbar verbunden, beispielsweise verschraubt, sind. Dazu kann der Tragbereich beispielsweise ein Gussteil sein.
Die zumindest eine Batteriekomponente ist mit der Schutzeinheit mechanisch verbunden, indem die zumindest eine Batteriekomponente an dem rahmenartigen Tragbereich bzw. der rahmenartigen Tragstruktur befestigt ist. Der Tragbereich kann beispielsweise an einem Rand des Schutzbereiches in Hochrichtung abstehend ausgebildet sein, sodass die Schutzeinheit im Wesentlichen wannenförmig ausgebildet ist. Die zumindest eine Batteriekomponente kann somit von der Schutzeinheit aufgenommen werden, wobei der Schutzbereich die Unterseite der zumindest einen Batteriekomponente überdeckt und der Tragbereich zumindest teilweise mit sich in Hochrichtung erstreckenden Bereichen der zumindest einen Batteriekomponente überlappt. Die Schutzeinheit umgibt also die zumindest eine Batteriekomponente bereichsweise.
Der Schutzbereich ist im angeordneten Zustand der zumindest einen Batteriekomponente über dem zumindest einen Batteriemodul zwischen dem zumindest einen Batteriemodul und der zumindest einen Batteriekomponente angeordnet. Der Schutzbereich bildet insbesondere eine geschlossene Fläche gegenüber dem zumindest einen Batteriemodul der unteren Ebene. Somit schützt der Schutzbereich die Unterseite der zumindest einen Batteriekomponente vor einer unmittelbaren Beaufschlagung mit dem Heißgas, insbesondere vor einer Ansammlung von elektrisch leitfähigen Partikeln an der zumindest einen Batteriekomponente der oberen Ebene, und damit vor einer thermischen und mechanischen Belastung. Insbesondere weist zumindest der Schutzbereich ein hitzeresistentes und/oder elektrisch isolierendes Material auf. Insbesondere weist der Schutzbereich ein metallisches Schutzblech, beispielsweise aus Stahl oder Aluminium auf, welches mit einem hitzeresistenten und/oder elektrisch isolierenden Material, beispielsweise MICA oder einem speziellen Kunststoff oder einer Keramik, beschichtet , beispielsweise verklebt oder heißverstemmt, ist. Auch kann vorgesehen sein, dass der Schutzbereich aus dem hitzeresistenten Material, beispielsweise MICA, ausgebildet ist. Durch das hitzeresistente Material kann ein heißgasbedingter Wärmeeintrag in die zumindest eine Batteriekomponente zumindest reduziert werden. Durch das elektrisch isolierende Material können Kurzschlüsse, welche durch Ansammlungen von Partikeln des Heißgases verursacht werden, verhindert werden.
Durch eine solche Schutzeinheit kann die zumindest eine Batteriekomponente auf einfache und platzsparende Weise vor dem Heißgas des zumindest einen Batteriemoduls geschützt werden. Die Schutzeinheit kann in vorteilhafter weise eine Robustheit der Traktionsbatterie erhöhen.
In einer Weiterbildung der Erfindung weist der Schutzbereich an einer der Oberseite des Zellverbunds zugewandten Seite eine nutartige Führungsstruktur auf, welche dazu ausgelegt ist, das Heißgas aufzunehmen und abzuleiten. Die Führungsstruktur leitet das Heißgas insbesondere seitlich, senkrecht zur Hochrichtung ab. Beispielsweise kann die Führungsstruktur das Heißgas in Richtung einer Entgasungseinheit des Batteriegehäuses ableiten, über welche das Heißgas aus dem Innenraum des Batteriegehäuses in eine Umgebung des Batteriegehäuses abgeführt werden kann.
Auch kann vorgesehen sein, dass der Schutzbereich eine Versteifungsstruktur zum Erhöhen einer Steifigkeit der Schutzeinheit aufweist. Die Versteifungsstruktur kann beispielsweise Versteifungssicken aufweisen, welche in das Schutzblech eingeprägt sind. Durch die Versteifungsstruktur ist der Schutzbereich besonders resistent gegen mechanische Belastungen durch das Heißgas ausgebildet.
Es erweist sich als vorteilhaft, wenn der Schutzbereich zum Reduzieren einer Wärmeübertragung zwischen dem Batteriemodul und der Batteriekomponente unter Ausbildung eines ersten Luftspaltes beabstandet zu der Oberseite des Zellverbunds angeordnet ist und/oder unter Ausbildung eines zweiten Luftspaltes beabstandet zu der Unterseite der zumindest einen Batteriekomponente angeordnet ist. Der Schutzbereich ist also beabstandet zu dem Batteriemodul und/oder der Batteriekomponente angeordnet und liegt hierdurch nicht unmittelbar an dem Batteriemodul und/oder der Batteriekomponente an. Durch den zumindest einen Luftspalt kann ein thermischer Übergangswiderstand zwischen dem Batteriemodul und der Batteriekomponente erhöht werden und damit ein heißgasbedingter Wärmeeintrag in die Batteriekomponente reduziert werden. Der Luftspalt kann beispielsweise eine Höhe von 20 mm aufweisen.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist die zumindest eine Batteriekomponente zum Ausbilden des zweiten Luftspaltes hängend an dem Tragbereich befestigt. Durch die hängende Anordnung ist die Batteriekomponente beabstandet zu dem Schutzbereich angeordnet. Dabei kann vorgesehen sein, dass die Batteriekomponente als zumindest ein weiteres Batteriemodul mit einen Zellmodulrahmen zum Halten eines Zellverbunds des weiteren Batteriemoduls ausgebildet ist, wobei sich der Tragebereich zumindest entlang von Zugankern des Zellmodulrahmens erstreckt und wobei an den Zugankern Halteelemente angeordnet sind, über welche das zumindest eine weitere Batteriemodul an dem Tragbereich befestigt ist. Der Zellmodulrahmen weist beispielsweise zwei Druckplatten, welche an einer Vorderseite und einer Rückseite des Zellverbunds des weiteren Batteriemoduls angeordnet sind, und zwei Zuganker auf, welche zum Verspannen von Batteriezellen des weiteren Batteriemoduls mit den Druckplatten verbunden sind und an zwei gegenüberliegenden Seitenbereichen des Zellverbunds angeordnet sind. Die Zuganker können beispielsweise flügelartige Halteelemente aufweisen, über welche die Zuganker an dem Tragbereich befestigt, beispielsweise festgeschraubt, werden können.
Zur Erfindung gehört außerdem ein Kraftfahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Traktionsbatterie. Das Kraftfahrzeug ist als ein Elektro- oder Hybridfahrzeug ausgebildet.
Die mit Bezug auf die erfindungsgemäße Baugruppe vorgestellten Ausführungsformen und deren Vorteile gelten entsprechend für die erfindungsgemäße Traktionsbatterie sowie für das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar.
Die Erfindung wird nun anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform einer Baugruppe für eine Traktionsbatterie eines Kraftfahrzeugs in einer Draufsicht;
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform der Baugruppe in einer Draufsicht;
Fig. 3 eine schematische Darstellung einer dritten Ausführungsform der Baugruppe in einer Frontansicht;
Fig. 4 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform einer Schutzeinheit der Baugruppe;
Fig. 5 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform der Schutzeinheit; Fig. 6 eine schematische Darstellung einer dritten Ausführungsform der Schutzeinheit; und
Fig. 7 eine schematische Darstellung einer vierten Ausführungsform der Schutzeinheit.
In den Figuren sind gleiche sowie funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Fig. 1 und Fig. 2 zeigen unterschiedliche Ausführungsformen einer Baugruppe 1 für eine Traktionsbatterie eines Kraftfahrzeugs in einer Draufsicht. Die Baugruppe 1 ist in einem Innenraum eines Batteriegehäuses der Traktionsbatterie angeordnet und weist zumindest ein erstes Batteriemodul 2 auf, welches einen Zellverbund 3 aus Batteriezellen 4 aufweist. Die Batteriezellen 4 sind hier prismatische Zellen, welche entlang einer Stapelrichtung S zu dem Zellverbund 3 gestapelt sind. Die Stapelrichtung S entspricht hier auch einer Längsrichtung, entlang welcher sich das Batteriemodul 2 erstreckt. Gemäß Fig. 1 weist die Baugruppe zwei Batteriemodule 2 auf, welche in einer Querrichtung Q senkrecht zur Stapelrichtung S nebeneinander angeordnet sind. Die Baugruppe weist außerdem eine Batteriekomponente 5 auf, welche in einer Hochrichtung H (senkrecht zur Zeichenebene) über dem zumindest einen Batteriemodul 2 angeordnet ist. Gemäß Fig. 1 erstreckt sich die Batteriekomponente 5 entlang der Querrichtung Q und überlappt dabei teilweise mit beiden darunter liegenden Batteriemodulen 2. Gemäß Fig. 2 erstreckt sich die Batteriekomponente 5 entlang der Stapelrichtung S und überlappt dabei teilweise mit dem darunter liegenden Batteriemodul 2.
Fig. 3 zeigt eine Baugruppe 1 in einer Frontansicht. Die Batteriekomponente 5 ist hier als ein zweites Batteriemodul 6 ausgebildet, welches einen Zellverbund 7 aus Batteriezellen 8 aufweist. An einer Oberseite 9 des Zellverbunds 3 des ersten Batteriemoduls 2 befinden sich Entgasungsbereiche 10 der Batteriezellen 4, über welche im Fehlerfall ein Heißgas 11 aus den Batteriezellen 4 entweichen kann. Da die Batteriekomponente 5 in Hochrichtung H über dem ersten Batteriemodul 2 angeordnet ist, befindet sich eine Unterseite 12 der Batteriekomponente 5 in einem Strömungspfad des Heißgases 11. Um zu verhindern, dass das Heißgas 11 zu einer thermischen oder mechanischen Überbeanspruchung der Batteriekomponente 5 führt, weist die Baugruppe 1 außerdem eine Schutzeinheit 14 auf. Die Schutzeinheit 14 weist einen blechförmigen Schutzbereich 15 auf, welcher hier ein metallisches Schutzblech 16, beispielsweise ein Aluminiumblech oder ein Stahlblech, aufweist. Der Schutzbereich 15 ist zwischen der Oberseite 9 des Zellverbunds 3 und der Unterseite 12 der Batteriekomponente 5 angeordnet und bildet eine Barriere für das Heißgas 11 aus. Anstelle der Unterseite 12 der Batteriekomponente 5 wird nun im Fehlerfall der Schutzbereich 15 mit dem Heißgas beaufschlagt. Hier ist das Schutzblech 16 an einer der Oberseite 9 zugewandten Seite mit einem hitzeresistenten und/oder elektrisch isolierenden Material 17, beispielsweise MICA, beschichtet. Um einen Wärmeeintrag von dem ersten Batteriemodul 2 in die Batteriekomponente 5 zu reduzieren, ist der Schutzbereich 15 hier unter Ausbildung eines ersten Luftspaltes L1 beabstandet zu der Oberseite 9 des Zellverbunds 3 angeordnet.
Die Schutzeinheit 14 weist außerdem einen rahmenartigen Tragbereich 18 auf, welcher hier entlang der Hochrichtung H orientiert ist und von dem Schutzbereich 15 nach oben hin absteht. An dem Tragbereich 18 ist die Batteriekomponente 5 befestigt. Hier weist das zweite Batteriemodul 6 einen Zellmodulrahmen 19 zum Verspannen der Batteriezellen 8 auf. Der Zellmodulrahmen 19 weist Zuganker 20 auf, welche sich entlang der Stapelrichtung S über Seitenbereiche des Zellverbunds 7 erstrecken. An den Zugankern 20 abstehend sind flügelartige Halteelemente 21 angeordnet, über welche das zweite Batteriemodul 6 an dem Tragbereich 18 befestigt werden kann. Beispielsweise können die Halteelemente 21 auf den Tragbereich 18 aufgelegt und dort festgeschraubt werden, sodass das Batteriemodul 6 hängend an der Schutzeinheit 14 befestigt werden kann. Dadurch ist auch die Unterseite 12 unter Ausbildung eines zweiten Luftspaltes L2 beabstandet zu dem Schutzbereich 15 angeordnet. Hier stehen also weder das erste Batteriemodul 2 noch das zweite Batteriemodul 6 in direktem Kontakt zu dem Schutzbereich 15, sodass ein thermischer Widerstand des Wärmeübergangspfad zwischen dem ersten Batteriemodul 2 und dem zweiten Batteriemodul 6 vergrößert wird.
In Fig. 4 bis Fig. 7 sind unterschiedliche Ausführungsformen der Schutzeinheit 14 gezeigt. Gemäß Fig. 4 ist die Schutzeinheit 14 beispielsweise als ein einteiliges Stahlbauteil ausgebildet. Dazu ist der Tragbereich 18 eine Stahlstruktur und der Schutzbereich 15 weist ein Schutzblech 16 aus Stahl auf, wobei der Tragbereich 18 und der Schutzbereich 15 verschweißt sind. Außerdem weist der Schutzbereich 15 hier eine Struktur 22 auf, welche beispielsweise als eine Versteifungsstruktur und/oder eine Führungsstruktur ausgebildet sein kann. Die Führungsstruktur bildet beispielsweise nutartige Vertiefungen in einer der Oberseite 9 des ersten Batteriemoduls 2 zugewandten Seite des Schutzbereiches 15 aus, welche das Heißgas 11 aufnehmen und seitlich ableiten können. Der Tragbereich 18 weist hier zwei Führungsschienen 23 auf, an welchen mehrere zweite Batteriemodule 6 befestigt werden können. Die Führungsschienen 23 erstrecken sich entlang der Zuganker 20 erstrecken können und können zum Halten der zweiten Batteriemodule an der Schutzeinheit 14 mit den Halteelementen 21 der Zellmodulrahmen 19 mechanisch verbunden werden. Dadurch, dass der Tragbereich 18 hier aus Stahl ausgebildet ist, ist er besonders stabil und kann zur Gewichtsreduzierung der Schutzeinheit 14 Aussparungen 24 aufweisen, welche beispielsweise im Bereich der Führungsschienen 23 angeordnet sind.
Gemäß Fig. 5 ist die Schutzeinheit 14 ebenfalls einteilig ausgebildet, wobei der Tragbereich 18 beispielsweise aus Aluminium gebildet ist und der Schutzbereich 15 ein mit dem Tragbereich 18 verschweißtes Schutzblech 16 aus Stahl ist. Der Schutzbereich 15 weist hier eine Struktur 22 mit Versteifungssicken 25 zum Erhöhen einer mechanischen Stabilität der Schutzeinheit 14 auf. Gemäß Fig. 6 ist die Schutzeinheit 14 mehrteilig ausgebildet, wobei der Tragbereich 18 mit dem Schutzbereich 15 verschraubt ist. Der Tragbereich 18 kann beispielsweise ein Gussteil sein. Hier weist der Schutzbereich 15 Vertiefungen 26 auf, in welchen die Batteriekomponenten 5 angeordnet werden können. Fig. 7 zeigt eine Schutzeinheit 14 von unten. Es ist also die der Oberseite 12 des ersten Batteriemoduls 2 zugewandte Seite gezeigt, welche hier das hitzeresistente und/oder elektrisch isolierende Material 17 aufweist.

Claims

Patentansprüche
1. Baugruppe (1) für eine Traktionsbatterie eines Kraftfahrzeugs aufweisend
- zumindest ein Batteriemodul (2) mit einem Zellverbund (3) aus einer Vielzahl von Batteriezellen (4), wobei sich an einer Oberseite (9) des Zellverbunds (3) Entgasungsbereiche (10) der Batteriezellen (4) zum Auslassen eines Heißgases (11) aus einem Zellgehäuse der Batteriezellen (4) befinden,
- zumindest eine Batteriekomponente (5), welche in einer Hochrichtung (H) über dem zumindest einen Batteriemodul (2) angeordnet ist, sodass die Oberseite (9) des Zellverbunds (3) einer Unterseite (12) der zumindest einen Batteriekomponente (5) zugewandt ist, gekennzeichnet durch eine Schutzeinheit (14) aufweisend einen blechförmigen Schutzbereich (15) zum Schutz der zumindest einen Batteriekomponente (5) vor dem Heißgas (11) des zumindest einen Batteriemoduls (2) und einen mit dem Schutzbereich (15) verbundenen, rahmenartigen Tragbereich (18), wobei die zumindest eine Batteriekomponente (5) an dem Tragbereich (18) befestigt ist und dabei der Schutzbereich (15) zwischen der Unterseite (12) der zumindest einen Batteriekomponente (5) und der Oberseite (9) des Zellverbunds (3) des zumindest einen Batteriemoduls (2) angeordnet ist.
2. Baugruppe (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schutzbereich (15) an einer der Oberseite (9) des Zellverbunds (3) zugewandten Seite eine nutartige Führungsstruktur aufweist, welche dazu ausgelegt ist, das Heißgas (11) aufzunehmen und abzuleiten.
3. Baugruppe (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schutzbereich (15) eine Versteifungsstruktur zum Erhöhen einer Steifigkeit der Schutzeinheit (14) aufweist.
4. Baugruppe (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schutzbereich (15) zumindest bereichsweise ein hitzeresistentes und/oder elektrisch isolierendes Material (17) aufweist.
5. Baugruppe (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Batteriekomponente (5) eine Steuereinrichtung der Traktionsbatterie und/oder ein weiteres Batteriemodul (6) ist.
6. Baugruppe (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schutzbereich (15) zum Reduzieren einer Wärmeübertragung zwischen dem zumindest einen Batteriemodul (2) und der zumindest einen Batteriekomponente (5) unter Ausbildung eines ersten Luftspaltes (L1) beabstandet zu der Oberseite (5) des Zellverbunds (3) angeordnet ist und/oder unter Ausbildung eines zweiten Luftspaltes (L2) beabstandet zu der Unterseite (12) der zumindest einen Batteriekomponente (5) angeordnet ist.
7. Baugruppe (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Batteriekomponente (5) zum Ausbilden des zweiten Luftspaltes (L2) hängend an dem Tragbereich (18) befestigt ist.
8. Baugruppe (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Batteriekomponente (5) als zumindest ein weiteres Batteriemodul (6) mit einen Zellmodulrahmen (19) zum Halten eines Zellverbunds (7) des weiteren Batteriemoduls (6) ausgebildet ist, wobei sich der Tragbereich (18) zumindest entlang von Zugankern (20) des Zellmodulrahmens (19) erstreckt und wobei an den Zugankern (20) Halteelemente (21) angeordnet sind, über welche das zumindest eine weitere Batteriemodul (6) an dem Tragbereich (18) befestigt ist.
9. Traktionsbatterie für ein Kraftfahrzeug mit zumindest einer Baugruppe (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche und mit einem Batteriegehäuse, in welchem die zumindest eine Baugruppe angeordnet ist.
10. Kraftfahrzeug mit einer Traktionsbatterie nach Anspruch 9.
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