DE102021205171A1 - High-voltage battery system - Google Patents

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Thorben Schumann
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Hochvolt-Batteriesystem, insbesondere für ein Fahrzeug, mit einem Batteriegehäuse (1), in dem Batteriezellen angeordnet sind, die in einer Gehäusehochrichtung (z) über einen Zwischenraum (23) von einem Gehäusedeckel (9) des Batteriegehäuses (1) beabstandet sind, wobei im Gehäuseinneren eine thermisch aktivierbare Ausgangskomponente (43) eines Flammschutzschaums (45) angeordnet ist, die im Falle eines thermischen Events aufschäumt und den Zwischenraum (23) teilweise füllt, um eine vordefinierten Gasführungsweg bereitzustellen, über den ein aus der havarierenden Batteriezelle austretendes Brandgas zum Beispiel in Richtung auf eine Notentgasungsöffnung (35) des Batteriegehäuses (1) führbar ist. Erfindungsgemäß weist das Hochvolt-Batteriesystem zumindest ein Schottelement (21) auf, das aus einem beutelförmigen Hüllmaterial (41) aufgebaut ist, das den Flammschutzschaum (45) bzw. dessen Ausgangskomponente (43) umgibt.The invention relates to a high-voltage battery system, in particular for a vehicle, with a battery housing (1) in which battery cells are arranged which, in a vertical direction (z) of the housing, can be separated from a housing cover (9) of the battery housing (1) via an intermediate space (23). are spaced apart, with a thermally activatable starting component (43) of a flame retardant foam (45) being arranged inside the housing, which foams up in the event of a thermal event and partially fills the gap (23) in order to provide a predefined gas flow path via which a damaged battery cell can escape escaping fire gas can be guided, for example, in the direction of an emergency degassing opening (35) of the battery housing (1). According to the invention, the high-voltage battery system has at least one partition element (21), which is made up of a bag-shaped covering material (41) that surrounds the flameproof foam (45) or its starting component (43).

Description

Die Erfindung betrifft ein Hochvolt-Batteriesystem gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.The invention relates to a high-voltage battery system according to the preamble of claim 1.

Ein gattungsgemäßes Hochvolt-Batteriesystem weist ein Batteriegehäuse auf, in dem Batteriezellen angeordnet sind. Die Batteriezellen sind in einer Gehäusehochrichtung über einen freien Zwischenraum von einem Gehäusedeckel beabstandet. Die im Batteriegehäuse positionierten Batteriezellen können jeweils zu Batteriemodulen zusammengefasst sein. Aufgrund eines Zelldefekts einer in einem Batteriemodul verbauten Lithium-Ionen-Batteriezelle kann ein thermischer Event zum Beispiel in Folge eines Kurzschlusses zwischen Elektroden der Batteriezelle auftreten. Bei einem solchen thermischen Event kann heißes Brandgas erzeugt werden, das an einer Zell-Oberseite der havarierenden Batteriezelle austritt und sich im Zwischenraum sammelt.A generic high-voltage battery system has a battery housing in which battery cells are arranged. In the vertical direction of the housing, the battery cells are spaced apart from a housing cover by a free intermediate space. The battery cells positioned in the battery housing can each be combined into battery modules. Due to a cell defect in a lithium-ion battery cell installed in a battery module, a thermal event can occur, for example as a result of a short circuit between the electrodes of the battery cell. In the case of such a thermal event, hot combustion gas can be generated, which escapes from a cell top of the damaged battery cell and collects in the intermediate space.

In dem gattungsgemäßen Hochvolt-Batteriesystem ist im Gehäuseinneren eine thermisch aktivierbare Ausgangskomponente eines Flammschutzschaumes angeordnet. Im Stand der Technik kann die Flammschutzschaum-Ausgangskomponente zum Beispiel als eine Beschichtung an der Innenseite des Gehäusedeckels bereitgestellt sein. Bei einem thermischen Event wird die Flammschutzschaum-Ausgangskomponente thermisch aktiviert, wodurch der gebildete Flammschutzschaum sich großflächig sowie undefiniert im Gehäuseinneren verteilt und sich an umliegende Bauteile adhäsiv anbindet. Eine solche Kontaminierung des Gehäuseinneren mit Flammschutzschaum ist beispielhaft im Kundendienstfall hinderlich. Zudem können sich nachteilige Wechselwirkungen zwischen dem Flammschutzschaum und stromführenden Teilen im Batteriegehäuse ergeben.In the generic high-voltage battery system, a thermally activatable starting component of a flameproof foam is arranged inside the housing. In the prior art, the flame retardant foam starting component can be provided, for example, as a coating on the inside of the housing cover. In the event of a thermal event, the flame retardant foam starting component is thermally activated, causing the flame retardant foam that is formed to be distributed over a large area and in an undefined manner inside the housing and to bond to surrounding components with adhesive. Such contamination of the interior of the housing with flame-retardant foam is a hindrance, for example, in the case of customer service. In addition, there can be adverse interactions between the flame retardant foam and live parts in the battery housing.

Aus der DE 10 2010 030 881 A1 ist eine thermische Entkopplung von Batteriezellen im Störfall bekannt.From the DE 10 2010 030 881 A1 thermal decoupling of battery cells in the event of a fault is known.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Hochvolt-Batteriesystem bereitzustellen, bei dem im Falle eines thermischen Events ein im Vergleich zum Stand der Technik wirkungsvoller Schutz von an einer havarierenden Batteriezelle angrenzenden Bauteilen ermöglicht ist.The object of the invention is to provide a high-voltage battery system in which, in the event of a thermal event, protection of components adjoining a damaged battery cell that is more effective than in the prior art is made possible.

Die Aufgabe ist durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.The object is solved by the features of claim 1. Preferred developments of the invention are disclosed in the dependent claims.

Die Erfindung geht von einem Hochvolt-Batteriesystem aus, in dessen Batteriegehäuse Lithium-Ionen-Batteriezellen angeordnet sind. Diese sind in einer Gehäusehochrichtung über einen freien Zwischenraum von einem Gehäusedeckel des Batteriegehäuses beabstandet. Im Gehäuseinneren ist zudem eine thermisch aktivierbare Flammschutzschaum-Ausgangskomponente angeordnet. Diese schäumt im Falle eines thermischen Events auf, wodurch der Zwischenraum teilweise gefüllt wird. Mit Hilfe des aufgeschäumten Flammschutzschaumes kann ein vordefinierten Gasweg bereitgestellt werden, über den ein aus der havarierenden Batteriezelle austretendes Brandgas in Richtung auf eine Notentgasungsöffnung des Batteriegehäuses geführt werden kann. Gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 ist die Flammschutzschaum-Ausgangskomponente bzw. der aufgeschäumte Flammschutzschaum nicht mehr in unmittelbarem Kontakt mit an der havarierenden Batteriezelle angrenzenden Bauteilen. Vielmehr weist das Hochvolt-Batteriesystem ein Schottelement auf, das aus einem beutelförmigen Hüllmaterial aufgebaut ist, das den aufgeschäumten Flammschutzschaum bzw. dessen Ausgangskomponente umgibt. Auf diese Weise ist ein direkter Kontakt des Schaummaterials mit im Batteriegehäuse angeordneten Batteriekomponenten verhindert. Das beutelförmige Hüllmaterial ist ausreichend dehnfähig, sodass es sich im Falle eines thermischen Events zusammen mit der Flammschutzschaum-Ausgangskomponente expandieren kann. Mit Hilfe des beutelförmigen Hüllmaterials kann dem Flammschutzschaum bzw. dessen Ausgangskomponente eine beliebige Form (vor oder nach Aufschäumen) aufgeprägt werden. Auf diese Weise kann ein zielgerichteter Aufschäum-Vorgang erfolgen, bei dem vordefinierte Gaswege bereitgestellt werden, um das Brandgas von der havarierenden Batteriezelle abzuführen.The invention is based on a high-voltage battery system in whose battery housing lithium-ion battery cells are arranged. In the vertical direction of the housing, these are spaced apart from a housing cover of the battery housing by a free space. A thermally activatable flame retardant foam starting component is also arranged inside the housing. This foams up in the event of a thermal event, partially filling the gap. With the help of the foamed flame-retardant foam, a predefined gas path can be provided, via which a fire gas escaping from the damaged battery cell can be routed in the direction of an emergency degassing opening in the battery housing. According to the characterizing part of claim 1, the flame retardant foam starting component or the foamed flame retardant foam is no longer in direct contact with components adjoining the damaged battery cell. Rather, the high-voltage battery system has a partition element that is made up of a bag-shaped covering material that surrounds the foamed flame-retardant foam or its starting component. In this way, direct contact of the foam material with battery components arranged in the battery housing is prevented. The pouch-shaped enveloping material is sufficiently stretchable so that it can expand together with the flame-retardant foam starting component in the event of a thermal event. Any desired shape (before or after foaming) can be imprinted on the flame-retardant foam or its starting component with the aid of the bag-shaped covering material. In this way, a targeted foaming process can take place, in which predefined gas paths are provided in order to discharge the fire gas from the damaged battery cell.

In einer technischen Umsetzung kann das Gehäuseinnere mittels Trennwänden in Teilkammern aufgeteilt sein. In jeder dieser Teilkammern ist ein Batteriemodul einsetzbar. Die in den Teilkammern eingesetzten Batteriemodule sind aus fertigungstechnischen Gründen jeweils über einen Montagespalt von den Trennwänden beabstandet. Bevorzugt kann das Schottelement im deaktivierten Zustand im Querschnitt U-profilförmig sein, und zwar mit zwei U-Schenkeln, die über einen Basissteg miteinander verbunden sind. In der Einbaulage kann der Basissteg des Schottelements auf einer, dem Gehäusedeckel zugewandten Trennwand-Oberseite angeordnet sein, während die beiden U-Schenkel des Schottelements beidseitig der Trennwand in den jeweiligen Montagespalt einragen. Im aktivierten Zustand, das heißt bei aufgeschäumten Schottelement wirkt das U-profilförmige Schottelement in Doppelfunktion folgender Maßen:

  • Einerseits kann mit Hilfe des auf der Trennwand-Oberseite positionierten Schottelement-Basisstegs der Zwischenraum zum Gehäusedeckel aufgefüllt bzw. gesperrt werden. Andererseits kann durch die aufschäumenden Schottelement-Schenkel der Montagespalt gasdicht abgedichtet werden, wodurch Brandgas-Strömungswege innerhalb der Montagespalte reduziert oder verhindert werden.
In a technical implementation, the interior of the housing can be divided into partial chambers by means of partition walls. A battery module can be used in each of these partial chambers. For manufacturing reasons, the battery modules used in the sub-chambers are each spaced apart from the partitions by a mounting gap. In the deactivated state, the bulkhead element can preferably have a U-shaped profile in cross section, specifically with two U-legs which are connected to one another via a base web. In the installed position, the base web of the partition element can be arranged on a partition wall top side facing the housing cover, while the two U-legs of the partition element protrude into the respective assembly gap on both sides of the partition wall. In the activated state, i.e. when the bulkhead element is foamed up, the U-profile-shaped bulkhead element has a dual function as follows:
  • On the one hand, the space between the housing cover and the housing cover can be filled or blocked with the help of the bulkhead element base bar positioned on the upper side of the partition. On the other hand, through the foaming Schott element legs of the assembly gap are sealed gas-tight, whereby fire gas flow paths within the assembly gap are reduced or prevented.

In einer konkreten Ausführungsvariante sind die Trennwände als Längs- und Querträger ausgebildet. Von diesen verläuft ein Längsträger in einer Gehäuselängsrichtung mittig innerhalb des Batteriegehäuses. Vom Längsträger ragen beidseitig in Gehäusequerrichtung jeweils Querträger ab. Im Seitencrashfall kann die Aufprallkraft über einen Quer-Lastpfad, in dem die Querträger eingebunden sind, zur crashabgewandten Seite des Fahrzeugs übertragen werden.In a specific embodiment variant, the partitions are designed as longitudinal and transverse beams. Of these, a longitudinal member runs in a longitudinal direction of the housing centrally within the battery housing. Cross members project from the longitudinal member on both sides in the transverse direction of the housing. In the event of a side crash, the impact force can be transferred to the side of the vehicle averted from the crash via a transverse load path in which the cross members are integrated.

Bei dem oben skizzierten Batterie-Aufbau kann zwischen der Längsträger-Oberseite und dem Gehäusedeckel ein sich in der Gehäuselängsrichtung durchgängig erstreckender, querschnittsgroßer Freigang ausgebildet sein. In dem Längs-Freigang können Batteriekomponenten angeordnet sein, zum Beispiel HV- und NV-Kabel/Leiter. Zudem wirkt der Längs-Freigang bei einem thermischen Event als ein Haupt-Brandgasweg, entlang dem das Brandgas bis zur Notentgasungsöffnung des Batteriegehäuses strömt und dort nach gehäuseaußen austritt.In the battery structure outlined above, a cross-sectionally large clearance extending continuously in the longitudinal direction of the housing can be formed between the upper side of the longitudinal member and the housing cover. Battery components can be arranged in the longitudinal clearance, for example HV and LV cables/conductors. In addition, the longitudinal clearance acts as a main fire gas path during a thermal event, along which the fire gas flows to the emergency degassing opening of the battery housing and exits from there to the outside of the housing.

Im Hinblick auf einen effektiven Hitzeschutz der im Längs-Freigang positionierten Batteriekomponenten ist es bevorzugt, wenn der Längs-Freigang in der Gehäusehochrichtung mittels eines Hitzeschutzelementes aufgeteilt ist, und zwar in einen unteren Leitungskanal, in dem die Batteriekomponenten hitzegeschützt auf der Längsträger-Oberseite verlegt sind, und in einem oberen Gasführungskanal, der den Haupt-Brandgasweg bereitstellt.With regard to effective heat protection for the battery components positioned in the longitudinal clearance, it is preferable if the longitudinal clearance in the vertical direction of the housing is divided by means of a heat protection element, specifically into a lower line duct, in which the battery components are routed on the upper side of the side member to protect them from heat , and in an upper gas duct, which provides the main fire gas path.

Bei der oben angegebenen konkreten Batterie-Konstruktion ist es bevorzugt, wenn auf jedem der Querträger jeweils ein Schottelement positioniert ist. Im thermisch aktivierten Zustand können die Schottelemente einen Brandgas-Übertritt vom Zwischenraum oberhalb des havarierenden Batteriemoduls in Richtung auf benachbarte Bauteile zumindest teilweise unterbinden. Zudem können die aktivierten Schottelemente einen vordefinierten Strömungspfad bereitstellen, entlang dem das aus dem havarierenden Batteriemodul austretende Brandgas in Richtung auf den Haupt-Brandgasweg geführt wird. Mit Hilfe der U-Schenkel des jeweiligen Schottelements kann zudem ein Einströmen von Brandgas vom Zwischenraum in die Montagespalte wirkungsvoll verhindert werden. Auf diese Weise ist der Leitungskanal an der Oberseite des Längsträgers wirkungsvoll vor einem, über die Montagespalte erfolgenden Brandgas-Zutritt geschützt.In the concrete battery construction specified above, it is preferred if a partition element is positioned on each of the cross members. In the thermally activated state, the bulkhead elements can at least partially prevent a transfer of fire gas from the space above the damaged battery module in the direction of neighboring components. In addition, the activated bulkhead elements can provide a predefined flow path along which the fire gas escaping from the damaged battery module is guided in the direction of the main fire gas path. With the help of the U-legs of the respective bulkhead element, it is also possible to effectively prevent fire gas from flowing from the intermediate space into the assembly gap. In this way, the cable duct on the upper side of the side member is effectively protected against fire gas ingress via the assembly gap.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der beigefügten Figuren beschrieben. Es zeigen:

  • 1 In einer perspektivischen Darstellung ein zusammengebautes Hochvolt-Batteriesystem;
  • 2 in einer vergrößerten perspektivischen Teilansicht das Hochvolt-Batteriesystem mit entferntem Gehäusedeckel;
  • 3 und 4 jeweils Schnittdarstellungen entlang der Schnittebene A-A und B-B aus der 2; und
  • 5 eine Ansicht entsprechend der 3 bei einem thermisch aktivierten Schottelement.
An exemplary embodiment of the invention is described below with reference to the accompanying figures. Show it:
  • 1 In a perspective view, an assembled high-voltage battery system;
  • 2 an enlarged perspective partial view of the high-voltage battery system with the housing cover removed;
  • 3 and 4 each sectional views along the cutting plane AA and BB from the 2 ; and
  • 5 a view according to the 3 with a thermally activated bulkhead element.

In der 1 ist ein Hochvolt-Batteriesystem gezeigt, das ein Batteriegehäuse 1 mit einem Gehäuse-Unterteil 2 aufweist. Das Gehäuse-Unterteil 2 ist aus einem Gehäuseboden 3 (2 bis 5) sowie einer davon hochgezogenen rahmenartig umlaufenden Gehäuse-Seitenwand 5 aufgebaut. Von der Gehäuse-Seitenwand 5 ragt ein umlaufender Gehäuseflansch 7 ab, über den das Hochvolt-Batteriesystem an einem Fahrzeug-Karosserieboden verbaut werden kann. Das Gehäuse-Unterteil 1 ist in der 1 mittels eines Gehäusedeckels 9 nach gehäuseoben geschlossen.In the 1 a high-voltage battery system is shown, which has a battery housing 1 with a lower housing part 2 . The lower housing part 2 consists of a housing base 3 ( 2 until 5 ) and a raised frame-like surrounding housing side wall 5 constructed. A circumferential housing flange 7 protrudes from the housing side wall 5, via which the high-voltage battery system can be installed on a vehicle body floor. The housing base 1 is in the 1 closed by means of a housing cover 9 towards the top of the housing.

In der 2 ist das Batteriegehäuse 1 ohne Gehäusedeckel 9 gezeigt. Demnach erstreckt sich ein Längsträger 11 mittig in einer Gehäuselängsrichtung x zwischen den beiden, in Gehäuselängsrichtung x einander gegenüberliegenden Gehäuse-Seitenwänden 5 (von denen in der 2 nur eine gezeigt ist). Von dem Längsträger 11 ragen in der Gehäusequerrichtung y Querträger 13 ab. Die Querträger 13 sind sowohl an den, in der Gehäusequerrichtung y gegenüberliegenden Gehäuseseitenwänden 5 (in der 2 nicht dargestellt) als auch am Längsträger 11 kraftübertragend angebunden. Im normalen Fahrbetrieb bewirken die Längsträger 11 und die Querträger 13 eine Bauteilversteifung des Batteriegehäuses 1, wodurch die Crashperformance des Batteriegehäuses 1 gesteigert ist. Zudem teilen die Längs- und Querträger 11, 13 das Gehäuseinnere in Teilkammern auf, in denen jeweils ein aus mehreren Batteriezellen aufgebautes Batteriemodul 15 eingesetzt ist.In the 2 the battery housing 1 is shown without the housing cover 9 . Accordingly, a longitudinal member 11 extends centrally in a housing longitudinal direction x between the two housing side walls 5 lying opposite one another in the housing longitudinal direction x (of which in Fig 2 only one is shown). Cross members 13 protrude from the longitudinal member 11 in the transverse direction y of the housing. The crossbeams 13 are attached both to the opposite housing side walls 5 in the housing transverse direction y (in the 2 not shown) and connected to the longitudinal member 11 in a force-transmitting manner. In normal driving operation, the side members 11 and the cross members 13 cause a component reinforcement of the battery housing 1, as a result of which the crash performance of the battery housing 1 is increased. In addition, the longitudinal and transverse beams 11, 13 divide the interior of the housing into partial chambers, in each of which a battery module 15 made up of a plurality of battery cells is inserted.

Die Batteriemodule 15 sind gemäß der 3 aus fertigungstechnischen sowie montagetechnischen Gründen über Montagespalte 17 von den jeweiligen Querträgern 13 beabstandet. In jedem dieser Montagespalte 17 ist jeweils ein U-Schenkel 19 eines später beschriebenen Schottelements 21 eingesetzt.The battery modules 15 are according to the 3 spaced apart from the respective crossbeams 13 via assembly gaps 17 for manufacturing and assembly reasons. A U-leg 19 of a bulkhead element 21 described later is inserted in each of these assembly gaps 17 .

Wie aus der 3 weiter hervorgeht, ist der Gehäusedeckel 9 um einen Zwischenraum 23 von der Batteriemodul-Oberseite beabstandet. Die Oberseite 25 des Längsträgers 11 ist in der 3 um einen Höhenversatz Δz (4) gegenüber der Batteriemodul-Oberseite nach unten zurückgesetzt. Auf diese Weise ergibt sich zwischen der Längsträger-Oberseite 25 und dem Gehäusedeckel 9 ein querschnittsgroßer Längs-Freigangs 27. Dieser erstreckt sich in der Gehäuselängsrichtung x durchgängig durch das Gehäuseinnere hindurch.How from the 3 further shows the housing cover 9 by a gap 23 of the battery module top spaced. The top 25 of the longitudinal member 11 is in the 3 by a height offset Δz ( 4 ) set back down from the top of the battery module. In this way, a cross-sectionally large longitudinal clearance 27 results between the top side 25 of the longitudinal member and the housing cover 9. This clearance extends in the housing longitudinal direction x continuously through the interior of the housing.

Wie aus der 4 weiter hervorgeht, ist der Längs-Freigang 27 in der Gehäusehochrichtung z mittels eines Hitzeschutzelementes 29 aufgeteilt in einen unteren Leitungskanal 31 sowie einen oberen Gasführungskanal 33. Im unteren Leitungskanal 31 sind in der 4 Batteriekomponenten 28, zum Beispiel HV- und NV-Kabel, verlegt, während der obere Gasführungskanal 33 im Falle eines thermischen Events einen Haupt-Brandgasweg bereitstellt, durch den ein aus einer havarierenden Batteriezelle austretendes Brandgas in Richtung auf eine Notentgasungsöffnung 35 (2) geleitet wird, die in der Gehäuseseitenwand 5 ausgebildet ist.How from the 4 further shows that the longitudinal clearance 27 in the housing vertical direction z is divided by means of a heat protection element 29 into a lower duct 31 and an upper gas duct 33. In the lower duct 31 are in the 4 Battery components 28, for example HV and LV cables, are laid, while the upper gas duct 33 provides a main fire gas path in the event of a thermal event, through which a fire gas escaping from a damaged battery cell in the direction of an emergency degassing opening 35 ( 2 ) formed in the housing side wall 5.

Wie aus den 2 bis 5 hervorgeht, ist auf jedem der Querträger 13 jeweils ein Schottelement 21 positioniert. Das Schottelement 21 ist im Querschnitt U-profilförmig mit zwei U-Schenkeln 19 ausgebildet, die über einen Basissteg 37 miteinander verbunden sind. In der, in der 3 gezeigten Einbaulage ist der Basissteg 37 des Schottelements 21 auf einer, dem Gehäusedeckel 9 zugewandten Querträger-Oberseite 39 angeordnet. Die beiden U-Schenkel 19 des Schottelements 21 ragen (in der Gehäuselängsrichtung x betrachtet) beidseitig des jeweiligen Querträgers 13 in den jeweiligen Montagespalt 17 ein.How from the 2 until 5 shows that a bulkhead element 21 is positioned on each of the cross members 13 . The bulkhead element 21 has a U-shaped profile in cross section with two U-legs 19 which are connected to one another via a base web 37 . In the, in the 3 The mounting position shown is that the base web 37 of the bulkhead element 21 is arranged on a cross member upper side 39 facing the housing cover 9 . The two U-legs 19 of the bulkhead element 21 protrude (viewed in the longitudinal direction x of the housing) on both sides of the respective cross member 13 into the respective assembly gap 17 .

In einer Zusammenbau-Prozessabfolge wird zunächst das Gehäuseunterteil 2 mitsamt darin positionierten Quer- und Längsträgern 11, 13 bereitgestellt. Anschließend erfolgt ein Modulsetzprozess, bei dem die Batteriemodule 15 von oben in die jeweiligen Teilkammern eingesetzt und darin montiert werden. In einem folgenden Prozessschritt werden die Schottelemente 21 auf die jeweiligen Querträger 13 gesetzt, so dass die U-Schenkel 19 der Schottelemente 21 die Montagespalte 17 zumindest teilweise ausfüllen.In an assembly process sequence, the lower housing part 2 together with the transverse and longitudinal supports 11, 13 positioned therein is first provided. A module setting process then takes place, in which the battery modules 15 are inserted from above into the respective partial chambers and mounted therein. In a subsequent process step, the bulkhead elements 21 are placed on the respective cross members 13 so that the U-legs 19 of the bulkhead elements 21 at least partially fill out the assembly gaps 17 .

Jedes der Schottelemente 21 ist gemäß der 3 aus einem beutelförmigen Hüllmaterial 41 aufgebaut, das eine thermisch aktivierbare Flammschutzschaum-Ausgangskomponente 43 umgibt. Im Falle eines thermischen Events wird die Flammschutzschaum-Ausgangskomponente 43 aktiviert und dadurch zu einem volumengrößeren Formschaum 45 (5) aufgeschäumt. Das beutelförmige Hüllmaterial 41 ist ausreichend dehnfähig, sodass es sich mit dem expandierten Flammschutzschaum 45 ausdehnt, ohne zu reißen. Auf diese Weise ist ein direkter Kontakt des Flammschutzschaumes 45 bzw. seiner Ausgangskomponente 43 mit im Batteriegehäuse 1 angeordneten Bauteilen verhindert.Each of the bulkhead elements 21 is in accordance with 3 made up of a bag-shaped covering material 41 which surrounds a thermally activatable flame-retardant foam starting component 43 . In the event of a thermal event, the flame retardant foam starting component 43 is activated and thereby becomes a larger-volume molded foam 45 ( 5 ) foamed. The bag-shaped covering material 41 is sufficiently stretchable so that it expands with the expanded flame retardant foam 45 without tearing. In this way, direct contact of the flameproofing foam 45 or its starting component 43 with components arranged in the battery housing 1 is prevented.

In der 4 ist mit gepunkteter Linie jeweils das thermisch aktivierte Schottelement 21'angedeutet. Demnach ist der Zwischenraum 23 oberhalb der Querträger 13 mit dem aufgeschäumten Basissteg 37 gesperrt. Ein Übertritt (in Gehäuselängsrichtung x) des sich im Zwischenraum 23 oberhalb des havarierenden Batteriemoduls 15 sammelnden Brandgases in Richtung benachbarter Bauteile ist daher zumindest teilweise unterbunden, wie es auch in der 5 dargestellt ist. Gleichzeitig wird durch die aktivierten Schottelemente 21' ein Strömungsweg bereitgestellt, entlang dem das aus dem havarierenden Batteriemodul 15 austretende Brandgas in Richtung auf den Haupt-Brandgasweg (d.h. den Gasführungskanal 33 gemäß 4) geleitet wird. Zudem wird mittels der aufgeschäumten U-Schenkel 19 (5) ein Einströmen von Brandgas ausgehend vom Zwischenraum 23 in die Montagespalte 17 verhindert. Der im Längs-Freigang 27 verlaufende untere Leitungskanal 31 ist daher vor einem, über die Montagespalte 17 erfolgenden Brandgas-Zutritt wirkungsvoll geschützt.In the 4 the thermally activated bulkhead element 21' is indicated with a dotted line. Accordingly, the intermediate space 23 above the cross member 13 is blocked with the foamed base web 37 . A transfer (in the housing longitudinal direction x) of the fire gas collecting in the space 23 above the damaged battery module 15 in the direction of neighboring components is therefore at least partially prevented, as is also the case in FIG 5 is shown. At the same time, a flow path is provided by the activated bulkhead elements 21 ′, along which the fire gas escaping from the damaged battery module 15 in the direction of the main fire gas path (ie the gas duct 33 according to 4 ) is routed. In addition, by means of the foamed U-legs 19 ( 5 ) inflow of fire gas from the gap 23 into the assembly gap 17 is prevented. The lower line duct 31 running in the longitudinal clearance 27 is therefore effectively protected against fire gas access via the assembly gap 17 .

Bezugszeichenlistereference list

11
Batteriegehäusebattery case
22
Gehäuse-Unterteilhousing lower part
33
Gehäusebodencaseback
55
Gehäuseseitenwändehousing side walls
77
Gehäuseflanschhousing flange
99
Gehäusedeckelhousing cover
1111
Längsträgerside members
1313
Querträgercross member
1515
Batteriemodulebattery modules
1717
Modulspaltemodule column
1919
U-SchenkelU leg
2121
Schottelemente im deaktiviertem ZustandBulkhead elements in the deactivated state
21'21'
Schottelemente im aktiviertem ZustandPartition elements in the activated state
2323
Zwischenraumspace
2525
Längsträger-OberseiteSide member top
2727
Längs-FreigangLongitudinal clearance
2828
Batteriekomponentenbattery components
2929
Hitzeschutzelementeheat protection elements
3131
unterer Leitungskanallower duct
3333
oberer Gasführungskanalupper gas duct
3535
Notentgasungsöffnungemergency vent
3737
Basisstegbase bar
3939
Querträger-OberseiteCrossbar Top
4141
Hüllmaterialshell material
4343
Ausgangskomponentestarting component
4545
Flammschutzschaumflame retardant foam
ΔzΔz
Höhenversatzheight offset

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

  • DE 102010030881 A1 [0004]DE 102010030881 A1 [0004]

Claims (7)

Hochvolt-Batteriesystem, insbesondere für ein Fahrzeug, mit einem Batteriegehäuse (1), in dem Batteriezellen angeordnet sind, die in einer Gehäusehochrichtung (z) über einen Zwischenraum (23) von einem Gehäusedeckel (9) des Batteriegehäuses (1) beabstandet sind, wobei im Gehäuseinneren eine thermisch aktivierbare Ausgangskomponente (43) eines Flammschutzschaums (45) angeordnet ist, die im Falle eines thermischen Events aufschäumt und den Zwischenraum (23) teilweise füllt, um eine vordefinierten Gasführungsweg bereitzustellen, über den ein aus der havarierenden Batteriezelle austretendes Brandgas zum Beispiel in Richtung auf eine Notentgasungsöffnung (35) des Batteriegehäuses (1) führbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Hochvolt-Batteriesystem zumindest ein Schottelement (21) aufweist, das aus einem beutelförmigen Hüllmaterial (41) aufgebaut ist, das den Flammschutzschaum (45) bzw. dessen Ausgangskomponente (43) umgibt, so dass ein direkter Kontakt des Flammschutzschaums (45) bzw. seiner Ausgangskomponente (43) mit im Batteriegehäuse (1) angeordneten Batteriekomponenten verhindert ist.High-voltage battery system, in particular for a vehicle, with a battery housing (1) in which battery cells are arranged, which are spaced apart from a housing cover (9) of the battery housing (1) by a gap (23) in a housing vertical direction (z), wherein A thermally activatable starting component (43) of a flame-retardant foam (45) is arranged inside the housing, which foams up in the event of a thermal event and partially fills the gap (23) in order to provide a predefined gas flow path through which a fire gas escaping from the damaged battery cell, for example in the direction of an emergency degassing opening (35) of the battery housing (1), characterized in that the high-voltage battery system has at least one partition element (21) which is made up of a bag-shaped enveloping material (41) which contains the flame-retardant foam (45) or . surrounds its starting component (43), so that direct contact with the flame retardant foam (45) or its output component (43) with the battery housing (1) arranged battery components is prevented. Hochvolt-Batteriesystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuseinnere mittels Trennwänden (11, 13) in Teilkammern aufgeteilt ist, in denen jeweils ein Batteriemodul (15) eingesetzt ist, und dass die Batteriemodule (15) über jeweils einen Montagespalt (17) von den Trennwänden (11, 13) beabstandet sind, und dass insbesondere das Schottelement (21) im deaktivierten Zustand im Querschnitt U-profilförmig ist mit zwei U-Schenkeln (19), die über einen Basissteg (37) miteinander verbunden sind, und dass in einer Einbaulage der Basissteg (37) des Schottelements (21) auf einer dem Gehäusedeckel (9) zugewandten Trennwand-Oberseite (39) angeordnet ist, und die beiden U-Schenkel (19) des Schottelements (21) beidseitig der Trennwand (11, 13) in den jeweiligen Montagespalt (17) einragen.high-voltage battery system claim 1 , characterized in that the interior of the housing is divided into sub-chambers by means of partitions (11, 13), in each of which a battery module (15) is inserted, and in that the battery modules (15) are separated from the partitions (11, 13) are spaced apart, and that in particular the bulkhead element (21) in the deactivated state has a U-shaped profile in cross section with two U-legs (19) which are connected to one another via a base web (37), and that in one installation position the base web ( 37) of the partition element (21) is arranged on a top side (39) of the partition wall facing the housing cover (9), and the two U-legs (19) of the partition element (21) on both sides of the partition wall (11, 13) in the respective assembly gap (17) enter. Hochvolt-Batteriesystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennwände (11, 13) als Längs- und Querträger ausgebildet sind, von denen ein Längsträger (11) in einer Gehäuselängsrichtung (x) mittig verläuft, und dass vom Längsträger (11) beidseitig in Gehäusequerrichtung (y) die Querträger (13) abragen.high-voltage battery system claim 2 , characterized in that the partitions (11, 13) are designed as longitudinal and transverse supports, of which one longitudinal support (11) runs centrally in a longitudinal direction (x) of the housing, and in that the longitudinal support (11) extends on both sides in the transverse direction (y) of the housing Project off the cross member (13). Hochvolt-Batteriesystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Längsträger-Oberseite (25) und dem Gehäusedeckel (9) ein sich in der Gehäuselängsrichtung (x) durchgängig erstreckender Längs-Freigang (27) ausgebildet ist, in dem Batteriekomponenten (28) angeordnet sind, zum Beispiel HV- und NV-Kabel/Leiter, und dass insbesondere der Längs-Freigang (27) bei einem thermischen Event einen Haupt-Brandgasweg bildet, entlang dem das Brandgas zum Beispiel zur Notentgasungsöffnung (35) des Batteriegehäuses (1) strömt.high-voltage battery system claim 3 , characterized in that between the upper side of the longitudinal member (25) and the housing cover (9) there is a longitudinal clearance (27) which extends continuously in the longitudinal direction (x) of the housing and in which battery components (28) are arranged, for example HV - and LV cables/conductors, and that in particular the longitudinal clearance (27) forms a main fire gas path during a thermal event, along which the fire gas flows, for example to the emergency degassing opening (35) of the battery housing (1). Hochvolt-Batteriesystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der sich in Gehäuselängsrichtung (x) erstreckende Längs-Freigang (27) in der Gehäusehochrichtung (z) mittels eines Hitzeschutzmittels (29) aufgeteilt ist in einen unteren Leitungskanal (31), in dem die Batteriekomponenten (28) hitzegeschützt verlegt sind, und in einem oberen Gasführungskanal (33), der den Haupt-Brandgasweg bereitstellt.high-voltage battery system claim 4 , characterized in that the longitudinal clearance (27) extending in the longitudinal direction (x) of the housing is divided in the vertical direction (z) of the housing by means of heat protection means (29) into a lower line duct (31) in which the battery components (28) are laid in a heat-protected manner are, and in an upper gas duct (33), which provides the main fire gas path. Hochvolt-Batteriesystem nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Schottelement (21) auf jeweils einem der Querträger (13) positioniert ist, und dass das Schottelement (21) im aktivierten Zustand einen Übertritt des sich im Zwischenraum (23) sammelnden Brandgases in Richtung benachbarter Bauteile zumindest teilweise unterbindet und/oder das aus dem havarierenden Batteriemodul (15) austretende Brandgas in Richtung auf den Haupt-Brandgasweg führt.high-voltage battery system claim 4 or 5 , characterized in that the bulkhead element (21) is positioned on one of the crossbeams (13) and in that the bulkhead element (21), when activated, at least partially prevents the fire gas collecting in the intermediate space (23) from escaping in the direction of neighboring components and /or the fire gas escaping from the damaged battery module (15) leads in the direction of the main fire gas route. Hochvolt-Batteriesystem nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der U-Schenkel (19) des Schottelements (21) ein Einströmen von Brandgas vom Zwischenraum (23) in den jeweiligen Montagespalt (17) verhindert ist, so dass der Leitungskanal (31) vor einem über den Montagespalt (17) erfolgenden Brandgas-Zutritt geschützt ist.High-voltage battery system based on one of the claims 2 until 6 , characterized in that by means of the U-legs (19) of the bulkhead element (21) an inflow of combustion gas from the intermediate space (23) into the respective assembly gap (17) is prevented, so that the line duct (31) in front of an assembly gap ( 17) is protected against fire gas access.
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