DE102021109302B3

DE102021109302B3 - Batterievorrichtung

Info

Publication number: DE102021109302B3
Application number: DE102021109302.3A
Authority: DE
Inventors: Philipp Kellner; Dieter Schiebel; Immanuel Vogel; Sascha Mostofi; Christopher Volkmer; Ralf Keller; Adrian Starczewski; Maximilian Müller
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2021-04-14
Filing date: 2021-04-14
Publication date: 2022-07-28
Anticipated expiration: 2041-04-15
Also published as: CN115207556A; US20220336916A1; US12327879B2

Abstract

Eine Batterievorrichtung (20) weist mindestens ein Batteriemodul (30) auf, welches Batteriemodul (30) ein Batteriemodulgehäuse (32) aufweist, in welchem Batteriemodulgehäuse (32) Batteriezellen (60) vorgesehen sind, welche Batteriezellen (60) jeweils eine Zellumhüllung (62) mit einer Zellentgasungsöffnung (66) aufweisen, welches Batteriemodulgehäuse (32) eine Batteriemodulgehäusewand (34) mit Batteriemodulgehäuseentgasungsöffnungen (36) aufweist, welchen Batteriemodulgehäuseentgasungsöffnungen (36) jeweils eine erste Verschlussanordnung (38) zugeordnet ist, welche erste Verschlussanordnung (38) die zugeordnete Batteriemodulgehäuseentgasungsöffnung (36) in einem ersten Zustand (Z1) schließt und in einem zweiten Zustand (Z2) öffnet, um im zweiten Zustand (Z2) der ersten Verschlussanordnung (38) zumindest eine Teilentgasung des Batteriemodulgehäuses (32) durch die zugeordnete Batteriemodulgehäuseentgasungsöffnung (36) zu ermöglichen, wobei mindestens zwei der Zellentgasungsöffnungen (66) jeweils einer zugeordneten Batteriemodulgehäuseentgasungsöffnung (36) zumindest bereichsweise gegenüber liegen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Batterievorrichtung und ein Fahrzeug mit einer solchen Batterievorrichtung.
Bei Batterien kann es im Fehlerfall, beispielsweise bei einem Fahrzeugunfall, zu einer Entgasung kommen. Man spricht von einem thermischen Durchgehen. Hierbei können insbesondere bei Lithium-Ionen-Batterien Gase mit hohen Temperaturen entstehen. Diese Gase können im Extremfall zu einer Gefahr für die Insassen und zu einer Zerstörung anderer empfindlicher Bauteile führen.
Die DE 10 2017 219 176 A1 zeigt ein Batteriemodul für eine Hochvoltbatterie, welches ein Zellpaket mit Batteriezellen aufweist, welche Batteriezellen jeweils ein Zellgehäuse mit einem Entgasungselement aufweisen.
Die DE 20 2019 106 023 U1 zeigt einen Behälter zum Aufnehmen von Batteriezellen, welcher ein Sicherheitsventil aufweist, welches als Rückschlagventil ausgeführt ist, um im Gefahrenfall Brand- und Elektrolytgase aus dem Innenraum nach außen abzuleiten.
Die US 2012 / 0 164 490 A1 zeigt ein Gehäuse, in dem eine Mehrzahl von Zellen mit Entgasungsöffnungen vorgesehen ist, wobei das Gehäuse durch eine Leiterplatte geteilt ist in einen Raum für die Zellen und in einen Auslasskanal, wobei ein Gas über die Entgasungsöffnungen in den Zellen und anschließend über den Auslasskanal entweichen kann.
Die US 2013 / 0 071 706 A1 zeigt eine Batterie mit einem Batteriemodul, in welchem Batteriezellen vorgesehen sind, welche Batteriezellen eine Entgasungsöffnung aufweisen, welches Batteriemodul ein Gehäuse aufweist, welches Gehäuse einen Einlass und einen Auslass für Luft aufweist, wobei ein Öffnungs- und Schließgerät im Einlass vorgesehen ist.
Die US 2015 / 0 064 514 A1 zeigt ein Energiespeichergerät mit einem Gehäuse, in welchem Gehäuse mehreren Energiespeicherzellen angeordnet sind, zwischen denen Barrieren vorgesehen sind, wobei das Gehäuse ein Berstelement aufweist, welches eine Entgasung ermöglicht.
Die DE 10 2017 212 223 A1 zeigt eine Batterie mit einem Zellengehäuse, einem Zellentgasungsraum und einer zwischen dem Zellengehäuse und dem Zellentgasungsraum vorgesehenen Kühlplatte mit einer Durchführung.
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, eine neue Batterievorrichtung bereitzustellen.
Die Aufgabe wird gelöst durch den Gegenstand des Anspruchs 1.
Eine Batterievorrichtung weist mindestens ein Batteriemodul auf, welches Batteriemodul ein Batteriemodulgehäuse aufweist, in welchem Batteriemodulgehäuse Batteriezellen vorgesehen sind, welche Batteriezellen jeweils eine Zellumhüllung mit einer Zellentgasungsöffnung aufweisen, welches Batteriemodulgehäuse eine Batteriemodulgehäusewand mit Batteriemodulgehäuseentgasungsöffnungen aufweist, welchen Batteriemodulgehäuseentgasungsöffnungen jeweils eine erste Verschlussanordnung zugeordnet ist, welche erste Verschlussanordnung die zugeordnete Batteriemodulgehäuseentgasungsöffnung in einem ersten Zustand schließt und in einem zweiten Zustand öffnet, um im zweiten Zustand der ersten Verschlussanordnung zumindest eine Teilentgasung des Batteriemodulgehäuses durch die zugeordnete Batteriemodulgehäuseentgasungsöffnung zu ermöglichen, wobei mindestens zwei der Zellentgasungsöffnungen jeweils einer zugeordneten Batteriemodulgehäuseentgasungsöffnung zumindest bereichsweise gegenüber liegen. Durch die räumlich nahe Anordnung der Zellentgasungsöffnungen zu den Batteriemodulgehäuseentgasungsöffnungen kann ein im Fehlerfall in einer Batteriezelle entstehendes Gas gut direkt aus dem Batteriemodulgehäuse austreten, und die Gefahr einer Beschädigung der umliegenden, ggf. intakten Batteriezellen durch das heiße Gas wird verringert. Anders ausgedrückt kann im Fehlerfall eine Verzögerung oder Verhinderung der Propagation von Batteriezelle zu Batteriezelle erzielt werden. Die jeweils den Zellentgasungsöffnungen zugeordneten Batteriemodulgehäuseentgasungsöffnungen führen zu verkürzten Entgasungswegen und zumindest teilweise zu einer Trennung der Entgasungswege der einzelnen Batteriezellen. Zudem wird der Bauraumbedarf verringert und die Kühlleistung erhöht, da kein großer Hohlraum zwischen den Batteriezellen und dem Batteriemodulgehäuse erforderlich ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist die Batterievorrichtung mindestens zwei Batteriemodule auf.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist für jede Batteriezelle ein eigener Entgasungsweg vorgesehen. Die Entgasungswege sind also getrennt voneinander ausgebildet, und die Gefahr der Ausbreitung des Schadens wird verringert.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind die ersten Verschlussanordnungen dazu eingerichtet, einen Übergang vom ersten Zustand in den zweiten Zustand durchzuführen in Abhängigkeit von einem Parameter aus der Parametergruppe bestehend aus:

- Druck im Batteriemodulgehäuse,
- Temperatur im Batteriemodulgehäuse, und
- Gaskonzentration eines vorgegebenen Gases im Batteriemodulgehäuse. Beispiele für geeignete erste Verschlussanordnungen sind Scheiben aus Metall oder Kunststoff, die bevorzugt bereichsweise strukturell geschwächt sind, um bei einem Überdruck eine örtlich definierte Zerstörung zu ermöglichen, Verschlussanordnungen aus einem Material mit geringer Schmelztemperatur, Überdruckventile, steuerbare Ventile und Folien. Es können auch Sensoren für die Gaskonzentration eingesetzt werden, welche beispielsweise ein steuerbares Ventil beeinflussen. Es kann beispielsweise die Konzentration von Wasserstoff oder von verdampfter Flusssäure gemessen werden.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die erste Verschlussanordnung dazu ausgebildet, im ersten Zustand eine Mediendichtheit der zugeordneten Batteriemodulgehäuseentgasungsöffnung zu bewirken. Es kann somit kein Medium durch die zugeordnete Batteriemodulgehäuseentgasungsöffnung austreten. Hierdurch wird sowohl die Umwelt besser vor der Batterie geschützt, als auch die Batterie besser vor der Umwelt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist den Zellentgasungsöffnungen jeweils eine zweite Verschlussanordnung zugeordnet, welche zweite Verschlussanordnung die Zellentgasungsöffnung in einem dritten Zustand schließt und in einem vierten Zustand öffnet, um im vierten Zustand der zweiten Verschlussanordnung eine Entgasung der Batteriezelle durch die zugeordnete Zellentgasungsöffnung zu ermöglichen. Ein Austreten von Materialien aus der Batteriezelle wird hierdurch im dritten Zustand verringert oder verhindert. Es sind grundsätzlich die gleichen Vorrichtungen als zweite Verschlussanordnung geeignet wie bei der ersten Verschlussanordnung.
Die Batterievorrichtung weist eine Kühlplatte auf, welche Kühlplatte mindestens zwei der ersten Verschlussanordnungen ausbildet. Hierdurch können bevorzugt am Batteriemodulgehäuse an der gleichen Wand eine Kühlplatte und die Batteriemodulgehäuseentgasungsöffnungen vorgesehen sein. Zudem ist diese Lösung durch die Integration kostengünstig.
Die Kühlplatte weist eine erste Kühlplattenwand und eine zweite Kühlplattenwand auf, welche erste Kühlplattenwand zumindest bereichsweise von der zweiten Kühlplattenwand beabstandet ist, um einen Kühlmittelfluss zwischen der ersten Kühlplattenwand und der zweiten Kühlplattenwand zu ermöglichen. Die Kühlwirkung wird hierdurch deutlich verbessert, und die Kühlplattenwände können vergleichsweise dünn ausgebildet werden. Dies erleichtert die Ausbildung der ersten Verschlussanordnungen.
Die erste Kühlplattenwand und die zweite Kühlplattenwand sind im Bereich mindestens einer ersten Verschlussanordnung in Kontakt miteinander. Durch diesen Kontakt kann ein über die Batteriemodulgehäuseentgasungsöffnung einwirkender Druck gut sowohl auf die erste Kühlplattenwand als auch auf die zweite Kühlplattenwand übertragen werden. Bei Vorhandensein des Kühlmittels in diesem Bereich würde der Druck dagegen großflächig verteilt werden. Zudem wird die Gefahr des Austretens von Kühlmittel verringert.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weisen

- die erste Kühlplattenwand, oder
- die zweite Kühlplattenwand, oder
- die erste Kühlplattenwand und die zweite Kühlplattenwand im Bereich mindestens einer ersten Verschlussanordnung zumindest bereichsweise eine gegenüber der maximalen Wanddicke der jeweiligen Kühlplattenwand reduzierte Wanddicke auf, um ein Aufreißen der ersten Verschlussanordnung bei einem vorgegebenen Druck im Bereich der reduzierten Wanddicke zu ermöglichen. Hierdurch wird die im Fehlerfall gewünschte Zerstörung der Kühlplatte räumlich gut definiert.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Kühlplatte am Batteriemodulgehäuse durch eine Klebeverbindung befestigt. Dies ergibt eine sichere Verbindung, und es ermöglicht eine gute Wärmeübertragung.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist im Bereich zwischen den Zellumhüllungen und dem Batteriemodulgehäuse zumindest bereichsweise Wärmeleitpaste vorgesehen. Die Kühlung der Batteriezellen wird hierdurch stark verbessert. Die Wärmeleitpaste kann bevorzugt über mindestens eine der Batteriemodulgehäuseentgasungsöffnungen eingefüllt werden. Sofern die Batteriemodulgehäuseentgasungsöffnungen nicht für die Befüllung genutzt werden, können sie bei der Befüllung temporär durch einen Stopfen verschlossen werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind die Batteriemodulgehäuseentgasungsöffnungen zumindest bereichsweise frei von Wärmeleitpaste. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind die Zellentgasungsöffnungen zumindest bereichsweise frei von Wärmeleitpaste. Die Druckübertragung und die Entgasung können hierdurch unmittelbarer und schneller erfolgen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist den Zellentgasungsöffnungen zumindest teilweise ein Abdeckteil zugeordnet, welches Abdeckteil eine Abdeckteildurchtrittsöffnung aufweist, welches Abdeckteil zumindest abschnittsweise zwischen der Zellumhüllung und dem Batteriemodulgehäuse angeordnet ist, und welche Abdeckteildurchtrittsöffnung auf einer ersten Seite der zugeordneten Zellentgasungsöffnung zumindest bereichsweise gegenüber liegt und auf einer zweiten Seite der zugeordneten Batteriemodulgehäuseentgasungsöffnung zumindest bereichsweise gegenüber liegt, um eine Entgasung von der Innenseite einer Batteriezelle entlang einer geraden Strecke zur Außenseite des Batteriemodulgehäuses zu ermöglichen. Der Strömungswiderstand bei der Entgasung wird hierdurch gegenüber einer mäanderförmigen Führung verringert.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Abdeckteildurchtrittsöffnung kleiner als die Batteriemodulgehäuseentgasungsöffnung. Dies ermöglicht bei der Fertigung das Anlegen eines durch die Batteriemodulgehäuseentgasungsöffnung eingeführten Stempels gegen den Rand der Abdeckteildurchtrittsöffnung und damit eine Abdichtung.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Abdeckteildurchtrittsöffnung kleiner als die Zellentgasungsöffnung. Hierdurch können die Abdeckteildurchtrittsöffnungen versetzt zueinander positioniert werden, um zueinander versetzte Batteriemodulgehäuseentgasungsöffnungen zu ermöglichen. Dabei ist es nicht erforderlich, die einzelnen Batteriezellen unterschiedlich auszubilden, sondern diese können vergleichsweise große Zellentgasungsöffnungen haben.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Mitte der Abdeckteildurchtrittsöffnung versetzt zur Mitte der Zellentgasungsöffnung. Dies ermöglicht in einfacher Weise eine versetzte Anordnung der den Abdeckteildurchtrittsöffnungen zugeordneten Batteriemodulgehäuseentgasungsöffnungen zueinander. Die Mitte von beliebigen Flächen kann nach der Methode der Berechnung von Flächenschwerpunkten ermittelt werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das Abdeckteil mit der Zellumhüllung verbunden, beispielsweise durch eine Klebeverbindung oder Schweißverbindung.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform liegt das Abdeckteil an die Zellumhüllung an. Hierdurch wird die Gefahr eines Eintretens der Wärmeleitpaste verringert.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist das Abdeckteil einen Kragen auf, welcher dazu ausgebildet ist, eine Verschiebung des Abdeckteils relativ zur Zellentgasungsöffnung zu begrenzen oder zu verhindern. Die Position des Abdeckteils wird hierdurch gut festgelegt, und die Dichtigkeit zwischen dem Abdeckteil und der Zellentgasungsöffnung wird vergrößert.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform unterscheidet sich die Form der Abdeckteildurchtrittsöffnung von der Form der Zellentgasungsöffnung. So kann beispielsweise die Abdeckteildurchtrittsöffnung rund sein und die Zellentgasungsöffnung langlochförmig oder rechteckig ausgebildet sein. Dies ermöglich eine variable Anordnung des Abdeckteils relativ zur Zellentgasungsöffnung und damit bei gleichartig ausgebildeten Batteriezellen eine Variation der durch die Abdeckteildurchtrittsöffnung definierten Öffnung.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform liegen mindestens drei Zellentgasungsöffnungen in einer Ebene. Dies erleichtert die räumlich nahe Anordnung der Batteriemodulgehäuseentgasungsöffnungen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist mindestens eine Batteriemodulgehäusewand parallel zu dieser Ebene.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist die Batterievorrichtung ein erstes Batteriemodul mit einer ersten Anzahl von Batteriezellen auf, bei welchem ersten Batteriemodul das Batteriemodulgehäuse eine zweite Anzahl von Batteriemodulgehäuseentgasungsöffnungen aufweist, wobei die zweite Anzahl mindestens 50 % der ersten Anzahl entspricht, bevorzugt mindestens 80 % und weiter bevorzugt mindestens 100 %. Je größer die zweite Anzahl anteilig ist, desto weniger werden die umliegenden Batteriezellen durch das austretende Gas beeinträchtigt. Bei den genannten prozentualen Anteilen wird eine Beeinträchtigung der benachbarten Batteriezellen im Fehlerfall deutlich verringert. Die zweite Anzahl ist bevorzugt mindestens so hoch wie die erste Anzahl, das Verhältnis ist also mindestens 100 %. Es können auch mehrere Batteriemodulgehäuseentgasungsöffnungen für jede Batteriezelle vorgesehen sein, so dass das Verhältnis beispielsweise auch 200 % oder 400 % betragen kann. Wenn an einer Stelle des Batteriegehäuses beispielsweise aufgrund einer externen Befestigung das Vorsehen von Batteriemodulgehäuseentgasungsöffnungen nicht möglich ist, kann in diesem Bereich darauf verzichtet werden. Die Batterie ist weiterhin deutlich sicherer als bei einem Batteriemodul mit nur einer Batteriemodulgehäuseentgasungsöffnung.
Ein Fahrzeug weist eine solche Batterievorrichtung auf. Dies erhöht die Sicherheit der Insassen und des Fahrzeugs im Schadensfall bzw. Fehlerfall. Das Fahrzeug ist beispielsweise ein Landfahrzeug oder ein Luftfahrzeug, insbesondere ein Personenkraftwagen, ein Lastkraftwagen oder ein Bus. Bevorzugt ist das Fahrzeug elektrisch oder zumindest teilelektrisch betrieben.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind die Zellentgasungsöffnungen zumindest teilweise auf der Unterseite der Batteriezellen vorgesehen. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind die Batteriemodulgehäuseentgasungsöffnungen zumindest teilweise auf der Unterseite des Batteriemodulgehäuses vorgesehen. Die Gefahr einer Beeinträchtigung von Fahrzeuginsassen wird hierdurch stark verringert. Die entstehenden Gase können vom Fahrzeug weg geleitet werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind die Batteriezellen zumindest teilweise durch Zellverbinder elektrisch verbunden, und die Zellverbinder sind bevorzugt auf der Oberseite der Batteriezellen vorgesehen. Hierdurch sind die Zellverbinder nicht der Entgasung im Weg, und die Gefahr eines Kurzschlusses oder eines Lichtbogens durch die teilweise elektrisch leitenden Gase wird verringert. Zudem wird die Gefahr einer Beschädigung der Isolierung der Zellverbinder bzw. der Stromschienen durch die heißen Gase verringert.
Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen und in den Zeichnungen dargestellten, in keiner Weise als Einschränkung der Erfindung zu verstehenden Ausführungsbeispielen sowie aus den Unteransprüchen. Es zeigt

1 in schematischer Darstellung ein Fahrzeug mit einer Batterievorrichtung,
2 in einer Draufsicht ein Batteriemodul der Batterievorrichtung von 1,
3 in einem schematischen Querschnitt eine erste Ausführungsform des Batteriemoduls von 2,
4 in einem schematischen Querschnitt eine zweite Ausführungsform des Batteriemoduls von 2 während eines Herstellungsschritts,
5 in einem Querschnitt die zweite Ausführungsform des Batteriemoduls von 4 nach der Herstellung,
6 in einer Draufsicht die zweite Ausführungsform des Batteriemoduls von 4 nach einem ersten Herstellungsschritt,
7 die zweite Ausführungsform des Batteriemoduls von 6 nach einem zweiten Herstellungsschritt,
8 die zweite Ausführungsform des Batteriemoduls von 7 nach einem dritten Herstellungsschritt, und
9 die zweite Ausführungsform des Batteriemoduls von 8 nach einem vierten Herstellungsschritt.

Die Figuren werden zusammenhängend und übergreifend beschrieben. Gleiche Bezugsziffern bezeichnen die gleichen Elemente, und diese werden üblicherweise nur einmal beschrieben.
1 zeigt in schematischer Darstellung ein Fahrzeug 10 mit einer Batterievorrichtung 20. Die Batterievorrichtung 20 hat einen Batteriegehäuse 26 mit Batterieanschlüssen 24, und in dem Batteriegehäuse 26 sind Batteriemodule 30 und eine Batteriesteuerelektronik 22 vorgesehen. Die Batteriemodule 30 haben jeweils Batteriezellen 60, welche über Zellverbinder 70 elektrisch miteinander verbunden sind. Beispielhaft sind drei Batteriezellen 60 pro Batteriemodul 30 gezeigt, es können aber bspw. auch vier, acht oder 32 Batteriezellen 60 pro Batteriemodul 30 vorgesehen sein.
2 zeigt eines der Batteriemodule 30 mit einem Batteriemodulgehäuse 32. An einer Batteriemodulgehäusewand 34 des Batteriemodulgehäuses 32 sind Batteriemodulgehäuseentgasungsöffnungen 36 vorgesehen, welche eine Entgasung von der Innenseite des Batteriemodulgehäuses 32 zur Außenseite ermöglichen.
3 zeigt einen schematischen Querschnitt durch das Batteriemodul 30 mit vier Batteriezellen 60, zwischen denen bevorzugt Trennwände 61 vorgesehen sind. Im Ausführungsbeispiel sind die Batteriezellen 60 gestapelt als Zellstack angeordnet. Die Batteriezellen 60 haben jeweils eine zugeordnete Zellumhüllung 62, welche als festes Gehäuse oder als flexibler Beutel ausgebildet sein kann, wie Letzteres bspw. bei einer Pouch-Zelle der Fall ist. Die Zellumhüllung 62 weist jeweils eine Zellentgasungsöffnung 66 auf, durch welche bspw. bei einem Defekt der Batteriezelle 60 entstehendes Gas aus der Batteriezelle 60 austreten kann. Die Zellentgasungsöffnung 66 ist bevorzugt durch eine Verschlussanordnung 68 verschlossen, um im normalen Betrieb einen Austritt eines Mediums aus der Batteriezelle 60 zu verhindern. Die Verschlussanordnung 68 ist bspw. eine Folie, welche gegenüber der Zellumhüllung 62 weniger stabil ausgebildet ist und bei einem Überdruck und bei einer starken Temperatur zerstört wird. Alternativ kann die Zellentgasungsöffnung 66 auch ohne die Verschlussanordnung 68 ausgebildet sein, um bei einem Defekt der Batteriezelle 60 eine schnelle Entgasung zu ermöglichen.
Das Batteriemodulgehäuse 32 hat eine Batteriemodulgehäusewand 34, und in der Batteriemodulgehäusewand 34 sind Batteriemodulgehäuseentgasungsöffnungen 36 vorgesehen. Den Batteriemodulgehäuseentgasungsöffnungen 36 ist jeweils eine erste Verschlussanordnung 38 zugeordnet, welche erste Verschlussanordnung 38 die zugeordnete Batteriemodulgehäuseentgasungsöffnung 36 in einem ersten Zustand Z1 schließt und einem zweiten Zustand Z2 öffnet, um im zweiten Zustand Z2 der ersten Verschlussanordnung 38 zumindest eine Teilentgasung des Batteriemodulgehäuses 32 durch die zugeordnete Batteriemodulgehäuseentgasungsöffnung 36 zu ermöglichen.
Im Ausführungsbeispiel ist an der Außenseite des Batteriemodulgehäuses 32 eine Kühlplatte 90 vorgesehen. Die Kühlplatte 90 hat eine erste Kühlplattenwand 91 und eine zweite Kühlplattenwand 92. Die erste Kühlplattenwand 91 ist bevorzugt zumindest bereichsweise von der zweiten Kühlplattenwand 92 beabstandet, um einen Kühlkanal 97 zwischen den Kühlplattenwänden 91, 92 auszubilden und einen Kühlmittelfluss eines Kühlmittels 94 zwischen der ersten Kühlplattenwand 91 und der zweiten Kühlplattenwand 92 zu ermöglichen.
Bevorzugt sind die erste Kühlplattenwand 91 und die zweite Kühlplattenwand 92 im Bereich mindestens einer ersten Verschlussanordnung 38 in Kontakt miteinander. Bevorzugt bildet die Kühlplatte 90 mindestens zwei der Verschlussanordnungen 38 aus. Hierzu sind bevorzugt die erste Kühlplattenwand 91 und/oder die zweite Kühlplattenwand 92 im Bereich mindestens einer Verschlussanordnung 38 zumindest bereichsweise mit einer gegenüber der maximalen Wanddicke 96 reduzierten Wanddicke 95 ausgebildet. Die reduzierte Wanddicke kann bspw. durch Anbringung einer Einkerbung an der ersten Kühlplattenwand 91 oder an der zweiten Kühlplattenwand 92 ausgebildet sein. Hierdurch kann die Verschlussanordnung 38 bei einem Überdruck im Inneren des Batteriemoduls 30 im Bereich der Einkerbung reißen und eine Entgasung über die zugeordnete Batteriemodulgehäuseentgasungsöffnung 36 ermöglichen.
Der bevorzugt vorgesehene Kontakt zwischen der ersten Kühlplattenwand 91 und der zweiten Kühlplattenwand 92 im Bereich der Verschlussanordnung 38 ist vorteilhaft, da eine definierte Kraftübertragung von der zweiten Kühlplattenwand 92 auf die äußere erste Kühlplattenwand 91 stattfinden kann und hierdurch eine definierte Zerstörung der Verschlussanordnung 38 bei einem Überdruck möglich ist.
Der Bereich zwischen der Zellumhüllung 62 und dem Batteriemodulgehäuse 32 ist bevorzugt zumindest bereichsweise mit einer Wärmeleitpaste 80 gefüllt, um einen guten Wärmetransport von der Zellumhüllung 62 zum Batteriemodulgehäuse 32 zu ermöglichen. Bevorzugt ist im Bereich der Zellentgasungsöffnung 66 und/oder der Batteriemodulgehäuseentgasungsöffnung 36 zumindest bereichsweise keine Wärmeleitpaste 80 vorgesehen, um einen freien Kanal im Falle einer Entgasung zu ermöglichen.
Zwei der Zellentgasungsöffnungen 66 (zweite und vierte von links) liegen in der Darstellung jeweils einer zugeordneten Batteriemodulgehäuseentgasungsöffnung 36 zumindest gegenüber, es gibt also zumindest bereichsweise eine gerade Verbindung zwischen der Zellentgasungsöffnungen 66 und der Batteriemodulgehäuseentgasungsöffnung 36. Die anderen beiden Zellentgasungsöffnungen 66 (erste und dritte von links) liegen auch jeweils einer zugeordneten Batteriemodulgehäuseentgasungsöffnungen 36 gegenüber. Dies ist jedoch in der gewählten Schnittebene nicht sichtbar, da sie versetzt angeordnet sind, vgl. 7. Die versetzte Anordnung führt zu einem erhöhten Abstand der Batteriemodulgehäuseentgasungsöffnungen 36 voneinander und damit zu einer geringeren Beeinflussung untereinander.
Das Gegenüberliegen ermöglicht einen direkten Austritt des im Fehlerfall erzeugten Gases durch die Zellentgasungsöffnung 66 und die Batteriemodulgehäuseentgasungsöffnung 36 nach außen. Im Falle des Austretens heißer Gase werden somit die benachbarten Batteriezellen 60 thermisch und mechanisch weniger stark belastet als bei einem großen, zusammenhängenden Raum zwischen den Batteriezellen 60 und dem Batteriemodulgehäuse 32. Es ist zudem bevorzugt zumindest bereichsweise ein gerader und damit direkter Weg des entstehenden Gases nach außen möglich.
Schematisch ist eine Ebene 67 eingezeichnet, und alle vier dargestellten Zellentgasungsöffnungen 66 liegen in dieser Ebene 67.
Die Zellentgasungsöffnungen 66 und die Batteriemodulentgasungsöffnungen 36 können auch mit einem Gitter versehen sein, um den Austritt größerer Teile zu verhindern.
4 zeigt in einem Querschnitt eine weitere Ausführungsform des Batteriemoduls 30. Dargestellt ist eine Batteriezelle 60 mit der zugehörigen Zellumhüllung 62 und der Verschlussanordnung 68. Der Zellentgasungsöffnung 66 ist ein Abdeckteil 82 zugeordnet. Das Abdeckteil 82 hat eine Abdeckteildurchtrittsöffnung 84, und das Abdeckteil 82 ist zumindest abschnittsweise zwischen der Zellumhüllung 62 und dem Batteriemodulgehäuse 32 angeordnet. Dies ergibt eine ringförmige Ausgestaltung des Abdeckteils 82, wobei die Abdeckteilöffnung 84 rund sein kann, aber beispielsweise auch viereckig oder achteckig sein kann. Bevorzugt liegt das Abdeckteil 82 an die Zellumhüllung 62 an. Hierzu kann es beispielsweise mit der Zellumhüllung 62 verklebt sein. Die Abdeckteildurchtrittsöffnung 84 liegt auf einer ersten Seite der Zellentgasungsöffnung 66 zumindest bereichsweise gegenüber und auf einer zweiten Seite der Batteriemodulgehäuseentgasungsöffnung 36 zumindest bereichsweise gegenüber.
Ein Stempel 100 ist in die Batteriemodulgehäuseentgasungsöffnung 36 eingeführt und liegt an das Abdeckteil 82 an. Hierdurch kann bei einer Befüllung des Batteriemoduls 30 mit der Wärmeleitpaste 80 ein Eindringen der Wärmeleitpaste 80 in den Bereich der Zellentgasungsöffnung 66 und in dem Bereich der Batteriemodulgehäuseentgasungsöffnung 36 zumindest bereichsweise verhindert werden.
Die Abdeckteildurchtrittsöffnung 84 ist bevorzugt kleiner als die Batteriemodulgehäuseentgasungsöffnung 36, und hierdurch wird das Anliegen des Stempels 100 an das Abdeckteil 82 erleichtert. Die Abdeckteildurchtrittsöffnung 84 ist bevorzugt kleiner als die Zellentgasungsöffnung 66, und hierdurch kann die Auslassöffnung der Batteriezelle 60 genauer definiert werden.
5 zeigt das Batteriemodul 30 von 4 nach einer Fügung mit der Kühlplatte 90. Die zweite Kühlplattenwand 92 ist im Ausführungsbeispiel über einen Klebstoff 93 mit dem Batteriemodulgehäuse 32 verbunden.
6 zeigt ausschnittsweise das Batteriemodul 30 nach einem ersten Herstellungsschritt. Die Batteriezellen 60 sind gestapelt, und die Zellentgasungsöffnungen 66 mit den Verschlussanordnungen 68 sind nebeneinander in einer Ebene angeordnet.
7 zeigt in einer Darstellung entsprechend 6 das Batteriemodul 30 nach einem Anbringen der Abdeckteile 82 mit den Abdeckteilöffnungen 84. Die Abdeckteile 82 können zumindest teilweise unterschiedlich angebracht werden, um so eine seitliche Versetzung der Abdeckteilöffnungen 84 zu erzielen.
8 zeigt in einer Darstellung entsprechend 7 das Batteriemodul 30 nach dem Vorsehen des Batteriemodulgehäuses 32 mit den Batteriemodulgehäuseentgasungsöffnungen 36. Die Batteriemodulgehäuseentgasungsöffnungen 36 liegen gegenüber den Abdeckteilöffnungen 84, und sie ermöglichen eine direkte Entgasung der jeweiligen Batteriezelle 60 durch die Zellentgasungsöffnung 66, die Abdeckteilöffnung 84 und die Batteriemodulgehäuseentgasungsöffnung 36. Für jede der Batteriezellen 60 ist mindestens eine Batteriemodulgehäuseentgasungsöffnung 36 vorgesehen.
9 zeigt in einer Darstellung entsprechend 8 das Batteriemodul 30 nach dem Anbringen der Kühlplatte 90. Die Verschlussanordnungen 38 weißen die Stellen 95 mit reduzierter Wandstärke auf, und diese Stellen 95 haben im Ausführungsbeispiel eine runde Kontur. Die Kontur kann aber beispielsweise auch rechteckig oder vieleckig sein. Die Kühlkanäle 97 verlaufen entlang der Kühlplatte 90.
Naturgemäß sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung vielfältige Abwandlungen und Modifikationen möglich.
Bezugszeichenliste

10: Fahrzeug
20: Batterievorrichtung
22: Batteriesteuerelektronik
24: Batterieanschlüsse
26: Batteriegehäuse
30: Batteriemodul
32: Batteriemodulgehäuse
34: Batteriemodulgehäusewand
36: Batteriemodulgehäuseentgasungsöffnung
38: erste Verschlussanordnung
60: Batteriezelle
61: Trennwand
62: Zellumhüllung
66: Zellentgasungsöffnung
67: Ebene
68: zweite Verschlussanordnung
70: Zellverbinder
80: Wärmeleitpaste
82: Abdeckteil
84: Abdeckteildurchtrittsöffnung
86: Kragen
90: Kühlplatte
91: erste Kühlplattenwand
92: zweite Kühlplattenwand
93: Klebstoff
94: Kühlmittel
95: Stelle mit reduzierter Wandstärke
96: Stelle mit maximaler Wandstärke
97: Kühlkanal

Claims

Batterievorrichtung (20), welche mindestens ein Batteriemodul (30) und eine Kühlplatte (90) aufweist, welches Batteriemodul (30) ein Batteriemodulgehäuse (32) aufweist, in welchem Batteriemodulgehäuse (32) Batteriezellen (60) vorgesehen sind, welche Batteriezellen (60) jeweils eine Zellumhüllung (62) mit einer Zellentgasungsöffnung (66) aufweisen, welches Batteriemodulgehäuse (32) eine Batteriemodulgehäusewand (34) mit Batteriemodulgehäuseentgasungsöffnungen (36) aufweist, welchen Batteriemodulgehäuseentgasungsöffnungen (36) jeweils eine erste Verschlussanordnung (38) zugeordnet ist, welche erste Verschlussanordnung (38) die zugeordnete Batteriemodulgehäuseentgasungsöffnung (36) in einem ersten Zustand (Z1) schließt und in einem zweiten Zustand (Z2) öffnet, um im zweiten Zustand (Z2) der ersten Verschlussanordnung (38) zumindest eine Teilentgasung des Batteriemodulgehäuses (32) durch die zugeordnete Batteriemodulgehäuseentgasungsöffnung (36) zu ermöglichen, wobei mindestens zwei der Zellentgasungsöffnungen (66) jeweils einer zugeordneten Batteriemodulgehäuseentgasungsöffnung (36) zumindest bereichsweise gegenüber liegen, welche Kühlplatte (90) mindestens zwei der ersten Verschlussanordnungen (38) ausbildet, welche Kühlplatte (90) eine erste Kühlplattenwand (91) und eine zweite Kühlplattenwand (92) aufweist, welche erste Kühlplattenwand (91) zumindest bereichsweise von der zweiten Kühlplattenwand (92) beabstandet ist, um einen Kühlmittelfluss zwischen der ersten Kühlplattenwand (91) und der zweiten Kühlplattenwand (92) zu ermöglichen, und welche erste Kühlplattenwand (91) und zweite Kühlplattenwand (92) im Bereich mindestens einer ersten Verschlussanordnung (38) in Kontakt miteinander sind.
Batterievorrichtung (20) nach Anspruch 1, bei welcher die ersten Verschlussanordnungen (38) dazu eingerichtet sind, einen Übergang vom ersten Zustand (Z1) in den zweiten Zustand (Z2) durchzuführen in Abhängigkeit von einem Parameter aus der Parametergruppe bestehend aus: - Druck im Batteriemodulgehäuse (32), - Temperatur im Batteriemodulgehäuse (32), und - Gaskonzentration eines vorgegebenen Gases im Batteriemodulgehäuse (32).
Batterievorrichtung (20) nach Anspruch 1 oder 2, bei welcher die erste Verschlussanordnung (38) dazu ausgebildet ist, im ersten Zustand (Z1) eine Mediendichtheit der zugeordneten Batteriemodulgehäuseentgasungsöffnung (36) zu bewirken.
Batterievorrichtung (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher den Zellentgasungsöffnungen (66) jeweils eine zweite Verschlussanordnung (68) zugeordnet ist, welche zweite Verschlussanordnung (68) die Zellentgasungsöffnung (66) in einem dritten Zustand (Z3) schließt und in einem vierten Zustand (Z4) öffnet, um im vierten Zustand (Z4) der zweiten Verschlussanordnung (68) eine Entgasung der Batteriezelle (60) durch die zugeordnete Zellentgasungsöffnung (36) zu ermöglichen.
Batterievorrichtung (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher - die erste Kühlplattenwand (91), oder - die zweite Kühlplattenwand (92), oder - die erste Kühlplattenwand (91) und die zweite Kühlplattenwand (92) im Bereich mindestens einer ersten Verschlussanordnung (38) zumindest bereichsweise eine gegenüber der maximalen Wanddicke (96) der jeweiligen Kühlplattenwand (91, 92) reduzierte Wanddicke (95) aufweisen, um ein Aufreißen der ersten Verschlussanordnung (38) bei einem vorgegebenen Druck im Bereich der reduzierten Wanddicke (95) zu ermöglichen.
Batterievorrichtung (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher im Bereich zwischen den Zellumhüllungen (62) und dem Batteriemodulgehäuse (32) zumindest bereichsweise Wärmeleitpaste (80) vorgesehen ist.
Batterievorrichtung (20) nach Anspruch 6, bei welcher die Batteriemodulgehäuseentgasungsöffnungen (36) zumindest bereichsweise frei von Wärmeleitpaste (80) sind.
Batterievorrichtung (20) nach Anspruch 6 oder 7, bei welcher die Zellentgasungsöffnungen (66) zumindest bereichsweise frei von Wärmeleitpaste (80) sind.
Batterievorrichtung (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher den Zellentgasungsöffnungen (66) zumindest teilweise ein Abdeckteil (82) zugeordnet ist, welches Abdeckteil (82) eine Abdeckteildurchtrittsöffnung (84) aufweist, welches Abdeckteil (82) zumindest abschnittsweise zwischen der Zellumhüllung (62) und dem Batteriemodulgehäuse (32) angeordnet ist, und welche Abdeckteildurchtrittsöffnung (84) auf einer ersten Seite der zugeordneten Zellentgasungsöffnung (66) zumindest bereichsweise gegenüber liegt und auf einer zweiten Seite der zugeordneten Batteriemodulgehäuseentgasungsöffnung (36) zumindest bereichsweise gegenüber liegt, um eine Entgasung von der Innenseite einer Batteriezelle (60) entlang einer geraden Strecke (88) zur Außenseite des Batteriemodulgehäuses (32) zu ermöglichen.
Batterievorrichtung (20) nach Anspruch 9, bei welcher die Abdeckteildurchtrittsöffnung (84) kleiner ist als die Batteriemodulgehäuseentgasungsöffnung (36).
Batterievorrichtung (20) nach Anspruch 9 oder 10, bei welcher die Abdeckteildurchtrittsöffnung (84) kleiner ist als die Zellentgasungsöffnung (66).
Batterievorrichtung (20) nach Anspruch 11, bei welcher die Mitte der Abdeckteildurchtrittsöffnung (84) versetzt ist zur Mitte der Zellentgasungsöffnung.
Batterievorrichtung (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher mindestens drei Zellentgasungsöffnungen in einer Ebene liegen.
Batterievorrichtung (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welche ein erstes Batteriemodul (30) mit einer ersten Anzahl von Batteriezellen (60) aufweist, bei welchem ersten Batteriemodul (30) das Batteriemodulgehäuse (32) eine zweite Anzahl von Batteriemodulgehäuseentgasungsöffnungen (36) aufweist, wobei die zweite Anzahl mindestens 50 % der ersten Anzahl entspricht.
Batterievorrichtung (20) nach Anspruch 14, bei welcher die zweite Anzahl mindestens 80 % der ersten Anzahl entspricht.
Batterievorrichtung (20) nach Anspruch 14 oder 15, bei welcher die zweite Anzahl mindestens 100 % der ersten Anzahl entspricht.
Fahrzeug (10), welches eine Batterievorrichtung (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche aufweist.
Fahrzeug (10) nach Anspruch 17, bei welchem die Zellentgasungsöffnungen (66) zumindest teilweise auf der Unterseite der Batteriezellen (60) vorgesehen sind.
Fahrzeug (10) nach Anspruch 17 oder 18, bei welchem die Batteriemodulgehäuseentgasungsöffnungen (36) zumindest teilweise auf der Unterseite des Batteriemodulgehäuses (32) vorgesehen sind.