DE102022119248A1 - BATTERY CELL MODULE - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Batteriezellenmodul, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, aufweisend: (i) ein Gehäuse; (ii) eine erste Batteriezelle; (iii) eine zweite Batteriezelle; (iv) wobei die erste Batteriezelle und die zweite Batteriezelle in dem Gehäuse angeordnet sind; (v) ein Verbindungselement, insbesondere ein positiver oder negativer Stromableiter einer der Batteriezellen oder eine separate elektrische Verbindungsleitung, durch das die erste Batteriezelle und die zweite Batteriezelle elektrisch, insbesondere elektrisch parallel, miteinander verbunden sind; (vi) eine vorgegebene Menge einer detonierbaren Substanz, wobei die detonierbare Substanz konfiguriert ist, beim Überschreiten einer vorgegebenen Temperatur zu detonieren, wobei durch die Detonation das Verbindungselement derart beschädigt werden kann, insbesondere durchtrennt werden kann, dass die elektrische Verbindung zwischen der ersten Batteriezelle und der zweiten Batteriezelle getrennt werden kann.The invention relates to a battery cell module, in particular for a motor vehicle, comprising: (i) a housing; (ii) a first battery cell; (iii) a second battery cell; (iv) wherein the first battery cell and the second battery cell are arranged in the housing; (v) a connecting element, in particular a positive or negative current conductor of one of the battery cells or a separate electrical connecting line, through which the first battery cell and the second battery cell are electrically connected to one another, in particular electrically in parallel; (vi) a predetermined amount of a detonable substance, wherein the detonable substance is configured to detonate when a predetermined temperature is exceeded, wherein the detonation can damage the connecting element, in particular can be severed, such that the electrical connection between the first battery cell and the second battery cell can be separated.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Batteriezellenmodul, insbesondere für ein Kraftfahrzeug.The present invention relates to a battery cell module, in particular for a motor vehicle.
Auf dem Gebiet von Batteriezellen sind insbesondere zylindrische, prismatische und pouch-förmige Lithium-Ionen Batteriezellen bekannt. In einem Batteriezellenmodul können mehrere Batteriezellen angeordnet sein. Beispielsweise kann ein Batteriezellenmodul für eine 12V Starter-Batterie für ein Kraftfahrzeug vier Batteriezellen mit jeweils 4V aufweisen, wohingegen ein Hochvoltspeicher, der 400V oder auch 800V als Ausgangsspannung bereitstellen kann, mehrere Batteriezellenmodule aufweisen kann. Bei den Batteriezellen kann ein Energiespeicher und damit verbundene Elektroden innerhalb eines Zellgehäuses angeordnet sein. Über vorgesehene elektrische Verbindungen mit den Elektroden kann eine elektrische Leistung von außerhalb des Zellgehäuses abgegriffen werden. Der Energiespeicher kann chemische Verbindungen aufweisen, die zu Gasemissionen innerhalb des Zellgehäuses führen können. Bei gleichzeitiger hoher Temperatur kann innerhalb des Zellgehäuses ein hoher Druck entstehen, wodurch sich eine Gefahr eines unkontrollierten thermischen Durchgehens (engl.: thermal runaway) der Batteriezelle erhöht. Ein thermisches Durchgehen kann durch einen elektrischen Kurzschluss ausgelöst werden. Dabei kann ein elektrischer Kurzschluss durch Fertigungsprobleme verursacht werden. Durch einen Kurzschluss einer Batteriezelle können benachbarte Batteriezellen, die mit dieser Batteriezelle zudem elektrisch verbunden sind, ebenfalls thermisch durchgehen. In diesem Fall besteht das Risiko einer Zerstörung des Batteriemoduls.In the field of battery cells, cylindrical, prismatic and pouch-shaped lithium-ion battery cells are particularly known. Several battery cells can be arranged in a battery cell module. For example, a battery cell module for a 12V starter battery for a motor vehicle can have four battery cells, each with 4V, whereas a high-voltage storage device that can provide 400V or 800V as an output voltage can have several battery cell modules. In the case of battery cells, an energy storage device and electrodes connected to it can be arranged within a cell housing. Electrical power can be tapped from outside the cell housing via provided electrical connections to the electrodes. The energy storage may have chemical compounds that can lead to gas emissions within the cell housing. If the temperature is high at the same time, high pressure can arise within the cell housing, which increases the risk of uncontrolled thermal runaway of the battery cell. Thermal runaway can be triggered by an electrical short circuit. An electrical short circuit can be caused by manufacturing problems. If a battery cell short-circuits, neighboring battery cells that are also electrically connected to this battery cell can also thermally runaway. In this case there is a risk of the battery module being destroyed.
Daher ist es erforderlich, eine thermische Propagation innerhalb des Batteriezellenmoduls zu verhindern.It is therefore necessary to prevent thermal propagation within the battery cell module.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Batteriezellenmodul für ein Kraftfahrzeug bereitzustellen, bei dem ein Ausbreiten eines thermischen Durchgehens von einer Batteriezelle zu einer weiteren Batteriezelle zuverlässiger verhindert wird.The present invention is based on the object of providing a battery cell module for a motor vehicle in which the spread of thermal runaway from one battery cell to another battery cell is prevented more reliably.
Eine Lösung dieser Aufgabe wird gemäß der Lehre der unabhängigen Ansprüche erreicht. Verschiedene Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.A solution to this problem is achieved in accordance with the teaching of the independent claims. Various embodiments and developments of the invention are the subject of the subclaims.
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Batteriezellenmodul, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, aufweisend: (i) ein Gehäuse; (ii) eine erste Batteriezelle; (iii) eine zweite Batteriezelle; (iv) wobei die erste Batteriezelle und die zweite Batteriezelle in dem Gehäuse angeordnet sind; (v) ein Verbindungselement, insbesondere ein positiver oder negativer Stromableiter einer der Batteriezellen oder eine separate elektrische Verbindungsleitung, durch das die erste Batteriezelle und die zweite Batteriezelle elektrisch, insbesondere elektrisch parallel, miteinander verbunden sind; (vi) eine vorgegebene Menge einer detonierbaren Substanz, insbesondere ein Dynamitsprengstoff, insbesondere eine Sprenggelatine aufweisend Glycerintrinitrat und Kollodiumwolle, wobei die detonierbare Substanz konfiguriert ist, beim Überschreiten einer vorgegebenen Temperatur zu detonieren, wobei durch die Detonation das Verbindungselement derart beschädigt werden kann, insbesondere durchtrennt werden kann, dass die elektrische Verbindung zwischen der ersten Batteriezelle und der zweiten Batteriezelle getrennt werden kann.A first aspect of the invention relates to a battery cell module, in particular for a motor vehicle, comprising: (i) a housing; (ii) a first battery cell; (iii) a second battery cell; (iv) wherein the first battery cell and the second battery cell are arranged in the housing; (v) a connecting element, in particular a positive or negative current conductor of one of the battery cells or a separate electrical connecting line, through which the first battery cell and the second battery cell are electrically connected to one another, in particular electrically in parallel; (vi) a predetermined amount of a detonable substance, in particular a dynamite explosive, in particular an explosive gelatin containing glycerol trinitrate and collodion wool, the detonable substance being configured to detonate when a predetermined temperature is exceeded, the detonation being able to damage the connecting element, in particular severing it can be that the electrical connection between the first battery cell and the second battery cell can be separated.
Die hierein gegebenenfalls verwendeten Begriffe „umfasst“, „beinhaltet“, „schließt ein“, „weist auf“, „hat“, „mit“, oder jede andere Variante davon sollen eine nicht ausschließliche Einbeziehung abdecken. So ist beispielsweise ein Verfahren oder eine Vorrichtung, die eine Liste von Elementen umfasst oder aufweist, nicht notwendigerweise auf diese Elemente beschränkt, sondern kann andere Elemente einschließen, die nicht ausdrücklich aufgeführt sind oder die einem solchen Verfahren oder einer solchen Vorrichtung inhärent sind.The terms “comprises,” “includes,” “includes,” “has,” “has,” “with,” or any other variation thereof, as may be used herein, are intended to cover non-exclusive inclusion. For example, a method or device that includes or has a list of elements is not necessarily limited to those elements, but may include other elements that are not expressly listed or that are inherent to such method or device.
Ferner bezieht sich „oder“, sofern nicht ausdrücklich das Gegenteil angegeben ist, auf ein inklusives oder und nicht auf ein exklusives „oder“. Zum Beispiel wird eine Bedingung A oder B durch eine der folgenden Bedingungen erfüllt: A ist wahr (oder vorhanden) und B ist falsch (oder nicht vorhanden), A ist falsch (oder nicht vorhanden) und B ist wahr (oder vorhanden), und sowohl A als auch B sind wahr (oder vorhanden).Furthermore, unless expressly stated to the contrary, “or” refers to an inclusive or and not an exclusive “or”. For example, a condition A or B is satisfied by one of the following conditions: A is true (or present) and B is false (or absent), A is false (or absent) and B is true (or present), and both A and B are true (or present).
Die Begriffe „ein“ oder „eine“, wie sie hier verwendet werden, sind im Sinne von „ein/eine oder mehrere“ definiert. Die Begriffe „ein anderer“ und „ein weiterer“ sowie jede andere Variante davon sind im Sinne von „zumindest ein Weiterer“ zu verstehen.The terms “a” or “an” as used herein are defined to mean “one or more”. The terms “another” and “another” as well as any other variant thereof are to be understood in the sense of “at least one further”.
Der Begriff „Mehrzahl“, wie er hier verwendet wird, ist im Sinne von „zwei oder mehr“ zu verstehen.The term “plural” as used herein is to be understood in the sense of “two or more”.
Unter dem Begriff „konfiguriert“ oder „eingerichtet“ eine bestimmte Funktion zu erfüllen, (und jeweiligen Abwandlungen davon) ist im Sinne der Erfindung zu verstehen, dass die entsprechende Vorrichtung bereits in einer Ausgestaltung oder Einstellung vorliegt, in der sie die Funktion ausführen kann oder sie zumindest so einstellbar - d.h. konfigurierbar - ist, dass sie nach entsprechender Einstellung die Funktion ausführen kann. Die Konfiguration kann dabei beispielsweise über eine entsprechende Einstellung von Parametern eines Prozessablaufs oder von Schaltern oder ähnlichem zur Aktivierung bzw. Deaktivierung von Funktionalitäten bzw. Einstellungen erfolgen. Insbesondere kann die Vorrichtung mehrere vorbestimmte Konfigurationen oder Betriebsmodi aufweisen, so dass das Konfigurieren mittels einer Auswahl einer dieser Konfigurationen bzw. Betriebsmodi erfolgen kann.For the purposes of the invention, the term “configured” or “set up” to fulfill a specific function (and respective modifications thereof) means that the corresponding device is already in a configuration or setting in which it can carry out the function or it is at least so adjustable - ie configurable - that it can carry out the function after the appropriate setting. The configuration can be done, for example, via a corresponding Parameters of a process flow or switches or similar are set to activate or deactivate functionalities or settings. In particular, the device can have several predetermined configurations or operating modes, so that the configuration can be carried out by selecting one of these configurations or operating modes.
Unter dem Begriff „Stromableiter“ oder „Ableiter“ im Sinne der Erfindung ist dabei insbesondere ein Element, welches aus einem stromleitenden Material hergestellt ist. Es dient zur Leitung von Strom zwischen zwei geometrisch voneinander getrennten Punkten. Im vorliegenden Fall ist ein Stromableiter mit einem Elektrodenstapel verbunden. Insbesondere ist der Stromableiter dabei mit allen gleichartigen Elektroden eines Elektrodenstapels verbunden, d.h. entweder mit den Kathoden oder mit den Anoden. Es ist selbstverständlich, dass ein Stromableiter nicht mit den Kathoden und Anoden eines Elektrodenstapels gleichzeitig verbunden ist, da dies zu einem Kurzschluss führen würde. Jedoch kann ein Stromableiter mit unterschiedlichen Elektroden von unterschiedlichen Elektrodenstapeln verbunden sein, so z.B. bei einer Reihenschaltung der beiden Elektrodenstapel. Wenigstens ein Stromableiter erstreckt sich aus der Umhüllung und kann dabei zum Anschließen der Batteriezellen nach außen dienen. Der Stromableiter kann mit einer oder mehreren Elektroden einstückig ausgebildet sein. Eine Abgrenzung zwischen Stromableiter und Elektrode kann darin gesehen werden, dass der Stromableiter insbesondere nicht mit aktivem Elektrodenmaterial beschichtet ist.The term “current arrester” or “arrester” in the sense of the invention refers in particular to an element which is made of a current-conducting material. It is used to conduct electricity between two geometrically separated points. In the present case, a current collector is connected to an electrode stack. In particular, the current collector is connected to all similar electrodes of an electrode stack, i.e. either to the cathodes or to the anodes. It goes without saying that a current collector should not be connected to the cathodes and anodes of an electrode stack at the same time, as this would result in a short circuit. However, a current collector can be connected to different electrodes of different electrode stacks, for example when the two electrode stacks are connected in series. At least one current conductor extends from the casing and can be used to connect the battery cells to the outside. The current collector can be formed in one piece with one or more electrodes. A distinction between current arrester and electrode can be seen in the fact that the current arrester is in particular not coated with active electrode material.
Durch das Batteriezellenmodul nach dem ersten Aspekt kann erreicht werden, dass bei einer vorgegebenen Temperatur eine Detonation durch die detonierbare Substanz erfolgt, wodurch die elektrische Verbindung zwischen der ersten Batteriezelle und der zweiten Batteriezelle getrennt wird. In dem Fall, dass die erste Batteriezelle eine Temperatur aufgewiesen hatte, die über der Temperatur lag, bei der die Detonation ausgelöst wurde, kann verhindert werden, dass, insbesondere durch das Verbindungselement, sich eine Temperatur der zweiten Batteriezelle ebenfalls erhöht. Insbesondere kann die Temperatur, bei der die Detonation ausgelöst wird, einer Temperatur entsprechen, die bei einem Brand einer Batteriezelle vorliegt. Im Gegensatz zu technischen Lösungen, bei denen eine zu hohe Temperatur einer Batteriezelle durch eine Strommessung bestimmt wird, ist die Lösung der vorliegenden Erfindung unabhängig von einer Strommessung. Da eine Strommessung von der vorliegenden Temperatur abhängig sein kann, da sich beispielsweise ein elektrischer Widerstand, an dem eine Strommessung vorgenommen werden soll, mit der Temperatur ändert, kann die Strommessung fehlerbehaftet sein. Zudem müsste für jede Batteriezelle eine Strommesseinrichtung vorgesehen werden. Zusätzlich müssten erfasste Stromwerte jeweils erfasst und ausgewertet werden. Dies kann bei einem Batteriezellenmodul mit einer Vielzahl von Batteriezellen einen hohen Aufwand bedeuten. Durch eine stromunabhängige Auslösung Detonation kann dieser Aufwand eingespart werden. Weiterhin kann durch die stromunabhängige Auslösung der Detonation, die von der vorliegenden Temperatur abhängig ist, eine höhere Zuverlässigkeit dahingehend erreicht werden, dass bei einer Temperatur die Detonation ausgelöst wird, die einen Brand repräsentiert und daher kritisch ist. Durch ein rechtzeitiges Auslösen der Detonation kann ein Übergreifen des Brandes auf eine benachbarte Batteriezelle zuverlässig verhindert werden. Dies ist insbesondere bei zueinander parallel geschalteten Batteriezellen vorteilhaft, da ein möglicher Kurzschluss einer Batteriezelle auch die benachbarte Batteriezelle, zu der die eine Batteriezelle parallelgeschaltet ist, betreffen kann. Bei Batteriezellen, die seriell zueinander geschalten sind, kann der Fall eintreten, dass bei einem Brand einer Batteriezelle weiterhin Strom zur benachbarten Batteriezelle fließt. Dies kann so lange der Fall sein, bis die vom Brand betroffene Batteriezelle vom Brand zerstört ist. In so einem Fall kann es auch bei einer seriellen Schaltung vorteilhaft sein, eine Unterbrechung der elektrischen Verbindung durch eine Detonation herbeizuführen.The battery cell module according to the first aspect can ensure that a detonation occurs at a predetermined temperature through the detonable substance, whereby the electrical connection between the first battery cell and the second battery cell is severed. In the event that the first battery cell had a temperature that was above the temperature at which the detonation was triggered, it can be prevented that a temperature of the second battery cell also increases, in particular by the connecting element. In particular, the temperature at which the detonation is triggered can correspond to a temperature that occurs in the event of a battery cell fire. In contrast to technical solutions in which a battery cell temperature that is too high is determined by a current measurement, the solution of the present invention is independent of a current measurement. Since a current measurement can depend on the existing temperature, for example since an electrical resistance on which a current measurement is to be carried out changes with the temperature, the current measurement can be subject to errors. In addition, a current measuring device would have to be provided for each battery cell. In addition, recorded current values would have to be recorded and evaluated. This can mean a lot of effort for a battery cell module with a large number of battery cells. This effort can be saved by triggering the detonation independently of the current. Furthermore, the current-independent triggering of the detonation, which depends on the existing temperature, can achieve greater reliability in that the detonation is triggered at a temperature that represents a fire and is therefore critical. By triggering the detonation in a timely manner, the fire can be reliably prevented from spreading to a neighboring battery cell. This is particularly advantageous for battery cells connected in parallel with one another, since a possible short circuit in one battery cell can also affect the neighboring battery cell to which one battery cell is connected in parallel. With battery cells that are connected in series with one another, it can happen that if one battery cell fires, current continues to flow to the neighboring battery cell. This can continue to be the case until the battery cell affected by the fire is destroyed by the fire. In such a case, even with a serial circuit, it can be advantageous to interrupt the electrical connection by means of a detonation.
Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsformen des Batteriezellenmoduls beschrieben, die jeweils, soweit dies nicht ausdrücklich ausgeschlossen wird oder technisch unmöglich ist, beliebig miteinander sowie mit den weiteren beschriebenen anderen Aspekten der Erfindung kombiniert werden können.Preferred embodiments of the battery cell module are described below, which, unless this is expressly excluded or is technically impossible, can be combined in any way with each other and with the other aspects of the invention described.
Bei einigen Ausführungsformen ist die detonierbare Substanz zwischen einem Zellgehäuse einer der Batteriezellen und dem Verbindungselement angeordnet, insbesondere an einem Befestigungselement, an dem das Verbindungselement befestigt ist oder an einem Isolierring, wobei das Befestigungselement zwischen dem Verbindungselement und dem Isolierring angeordnet ist. Dadurch kann die Detonation auf das Verbindungselement und die betroffene Batteriezelle wirken.In some embodiments, the detonable substance is arranged between a cell housing of one of the battery cells and the connecting element, in particular on a fastening element to which the connecting element is attached or on an insulating ring, the fastening element being arranged between the connecting element and the insulating ring. This allows the detonation to affect the connecting element and the affected battery cell.
Bei einigen Ausführungsformen ist die detonierbare Substanz zwischen einem Gehäusedeckel des Gehäuses des Batteriezellenmoduls und dem Verbindungselement angeordnet. Dies kann zumindest bei der Herstellung des Batteriezellenmoduls vorteilhaft sein, da die detonierbare Substanz erst gegen Ende der Herstellung angeordnet werden kann, bevor der Gehäusedeckel auf das Gehäuse montiert wird. Dadurch kann die Sicherheit bei der Fertigung erhöht werden.In some embodiments, the detonable substance is arranged between a housing cover of the housing of the battery cell module and the connecting element. This can be advantageous at least when producing the battery cell module, since the detonable substance can only be arranged towards the end of production before the housing cover is mounted on the housing. This can increase safety during production.
Bei einigen Ausführungsformen ist die detonierbare Substanz an dem Verbindungselement angeordnet, insbesondere an dem Verbindungselement befestigt. Durch eine dadurch hergestellte räumliche Nähe der detonierbaren Substanz zum Verbindungselement kann die Wirkung einer Detonation auf das Verbindungselement verstärkt werden, und eine Trennung der elektrischen Verbindung zwischen der ersten Batteriezelle und der zweiten Batteriezelle kann zuverlässiger herbeigeführt werden.In some embodiments, the detonable substance is arranged on the connecting element, in particular attached to the connecting element. As a result of the spatial proximity of the detonable substance to the connecting element, the effect of a detonation on the connecting element can be increased, and the electrical connection between the first battery cell and the second battery cell can be separated more reliably.
Bei einigen Ausführungsformen weist wenigstens eine von der ersten Batteriezelle und der zweiten Batteriezelle ein Trennungsbauteil auf, das zwischen dem Verbindungselement und der detonierbaren Substanz angeordnet ist, und das ausgebildet ist, beim Detonieren einen mechanischen Impuls auf das Trennungsbauteil auszuüben, wobei der mechanische Impuls durch das Trennungsbauteil auf das Verbindungselement wirken kann, wodurch eine Durchtrennung des Verbindungselements herbeigeführt werden kann. Dadurch kann zuverlässiger erreicht werden, dass das Verbindungselement durch die Detonation durchtrennt wird, da der mechanische Impuls, der auf das Trennungsbauteil übertragen wird, auf das Verbindungselement wirkt. Eine radiale Streuung des durch die Detonation wirkenden mechanischen Impulses wird dadurch verringert.In some embodiments, at least one of the first battery cell and the second battery cell has a separation component that is arranged between the connecting element and the detonable substance and that is designed to exert a mechanical impulse on the separation component upon detonation, the mechanical impulse being provided by the Separation component can act on the connecting element, whereby the connecting element can be severed. In this way, it can be achieved more reliably that the connecting element is severed by the detonation, since the mechanical impulse that is transmitted to the separation component acts on the connecting element. Radial scattering of the mechanical impulse caused by the detonation is thereby reduced.
Bei einigen Ausführungsformen weist das Trennungsbauteil, insbesondere einen Keil, ein sich zuspitzendes Ende, insbesondere eine spitz zulaufende Kante, auf, das im angeordneten Zustand zum Verbindungselement hinzeigt. Dadurch wirkt der auf das Trennungsbauteil übertragene mechanische Impuls durch das zugespitzte Ende auf das elektrische Verbindungselement, wodurch eine zuverlässigere Durchtrennung erreicht werden kann.In some embodiments, the separation component, in particular a wedge, has a tapering end, in particular a tapering edge, which points towards the connecting element in the arranged state. As a result, the mechanical impulse transmitted to the separation component acts through the pointed end on the electrical connecting element, whereby a more reliable separation can be achieved.
Bei einigen Ausführungsformen weist das Batteriezellenmodul eine mechanische Dämpfungseinrichtung, die im Gehäuse angeordnet ist und die sich wenigstens abschnittsweise zwischen der ersten Batteriezelle und der zweiten Batteriezelle erstreckt. Dadurch kann eine Wirkung einer Detonation, die von einer detonierbaren Substanz, die an dem Zellgehäuse einer Batteriezelle angeordnet ist, auf eine benachbarte Batteriezellen verringert werden.In some embodiments, the battery cell module has a mechanical damping device which is arranged in the housing and which extends at least in sections between the first battery cell and the second battery cell. As a result, an effect of a detonation caused by a detonable substance arranged on the cell housing of a battery cell on an adjacent battery cell can be reduced.
Bei einigen Ausführungsformen weist die mechanische Dämpfungseinrichtung ein elektrisch isolierendes Material auf, insbesondere einen Kunststoff, insbesondere einen Isolierschaum, insbesondere einen Isolierschaum der Polyurethan aufweist. Dadurch kann vermieden werden, dass bei einer Detonation oder auch bei einer starken mechanischen Einwirkung von außen auf das Batteriezellenmodul, und damit einhergehenden möglichen Veränderungen von Positionen der Batteriezellen innerhalb des Gehäuses des Batteriezellenmoduls, ein mechanischer Kontakt zwischen zwei Zellgehäusen erfolgt. Dadurch kann ein unerwünschter elektrischer Kontakt zwischen zwei Batteriezellen, der zu einem Kurzschluss führen kann, verhindert werden.In some embodiments, the mechanical damping device has an electrically insulating material, in particular a plastic, in particular an insulating foam, in particular an insulating foam that has polyurethane. This makes it possible to avoid mechanical contact between two cell housings in the event of a detonation or strong mechanical impact from outside on the battery cell module, and associated possible changes in the positions of the battery cells within the housing of the battery cell module. This can prevent unwanted electrical contact between two battery cells, which can lead to a short circuit.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug, aufweisend ein Batteriezellenmodul nach dem ersten Aspekt.A second aspect of the invention relates to a motor vehicle having a battery cell module according to the first aspect.
Die in Bezug auf den ersten Aspekt der Erfindung erläuterten Merkmale und Vorteile gelten entsprechend auch für die weiteren Aspekte der Erfindung.The features and advantages explained in relation to the first aspect of the invention also apply accordingly to the further aspects of the invention.
Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung im Zusammenhang mit den Figuren.Further advantages, features and possible applications of the present invention result from the following detailed description in connection with the figures.
Dabei zeigt
-
1 schematisch ein Batteriezellenmodul in einer Seitenansicht; -
2A bis2C schematisch eine Batteriezelle in einer Seitenansicht in unterschiedlichen Zuständen; -
3 schematisch eine Batteriezelle gemäß1 mit einem Trennungskeil; und -
4 schematisch ein Batteriezellenmodul in einer Draufsicht.
-
1 schematically a battery cell module in a side view; -
2A until2C schematically a battery cell in a side view in different states; -
3 schematically a battery cell according to1 with a separating wedge; and -
4 schematically a battery cell module in a top view.
In den Figuren werden durchgängig dieselben Bezugszeichen für dieselben oder einander entsprechenden Elemente der Erfindung verwendet.In the figures, the same reference numerals are used throughout for the same or corresponding elements of the invention.
In
Die erste Batteriezelle 130 und die zweite Batteriezelle 140 sind elektrisch parallel zueinander geschaltet. Dabei ist ein erster positiver Stromableiter 150 der ersten Batteriezelle 130 mit einem zweiten positiven Stromableiter 160 der zweiten Batteriezelle 140 durch eine erste elektrisch leitende Verbindungsleitung 165 elektrisch verbunden. Ebenso ist ein erster negativer Ableiter 170 der ersten Batteriezelle 130 mit einem zweiten negativen Ableiter 180 der zweiten Batteriezelle 140 durch eine zweite elektrisch leitende Verbindungsleitung 175 elektrisch verbunden.The
Zwischen einem ersten Zellgehäuse 190, insbesondere zwischen einer Abschlussplatte bzw. eines Zelldeckels des ersten Zellgehäuses 190, der ersten Batteriezelle 130 und dem ersten positiven Stromableiter 150 ist ein erster Isolierring 200 angeordnet, durch den das erste Zellgehäuse 190 zum ersten positiven Stromableiter 150 elektrisch isoliert ist. Der erste positive Stromableiter 160 ist durch ein erstes Befestigungselement 210 an dem ersten Isolierring 200 befestigt. Zwischen dem ersten positiven Stromableiter 150 und einem positiven Pol eines ersten Elektrodenstapels bzw. Elektrodenwickels (hier nicht gezeigt) im ersten Zellgehäuse 190 der ersten Batteriezelle 130 ist eine elektrische Verbindung ausgebildet.Between a
In analoger Weise ist zwischen einem zweiten Zellgehäuse 195, insbesondere zwischen einer Abschlussplatte bzw. eines Zelldeckels des zweiten Zellgehäuses 195, der zweiten Batteriezelle 140 und dem zweiten positiven Stromableiter 160 ein zweiter Isolierring 205 angeordnet, durch den das zweite Zellgehäuse 195 zum dem zweiten positiven Stromableiter 160 elektrisch isoliert ist. Der zweite positive Stromableiter 160 ist durch ein zweites Befestigungselement 215 an dem zweiten Isolierring 205 befestigt. Zwischen dem zweiten positiven Stromableiter 160 und einem positiven Pol eines zweiten Elektrodenstapels bzw. Elektrodenwickels (hier nicht gezeigt) im zweiten Zellgehäuse 195 der zweiten Batteriezelle 140 ist eine elektrische Verbindung ausgebildet.In an analogous manner, a second
Im Betrieb der ersten Batteriezelle 130 und der zweiten Batteriezelle 140 kann die Situation entstehen, dass sich die Temperatur innerhalb einer der Batteriezellen 130, 140, beispielsweise der ersten Batteriezelle 130, durch Gasentwicklung bzw. durch einen Brand, der durch einen elektrischen Kurzschluss ausgelöst worden sein kann, stark erhöht. Durch die elektrische Verbindung der ersten Batteriezelle 130 mit der zweiten Batteriezelle 140 erhöht sich auch die Temperatur der zweiten Batteriezelle 140. Dadurch erhöht sich die Gefahr eines Brandes der zweiten Batteriezelle 140. Diese Gefahr kann durch eine Trennung der elektrischen Verbindung zwischen der ersten Batteriezelle 130 und der zweiten Batteriezelle 140 verringert werden.During operation of the
Hierzu ist zwischen dem ersten Zellgehäuse 190, insbesondere zwischen der Abschlussplatte bzw. des Zelldeckels des ersten Zellgehäuses 190, eine erste detonierbare Substanz 220 angeordnet. Diese erste detonierbare Substanz 220 wird hinsichtlich ihrer physikalischen und/oder chemischen Eigenschaften so ausgewählt, dass sie konfiguriert ist, bei einem überschreiten einer vorgegebenen Temperatur zu detonieren. Diese erste detonierbare Substanz kann ein Dynamitsprengstoff, insbesondere eine Sprenggelatine mit Glycerintrinitrat und Kollodiumwolle aufweisen, wobei die Sprenggelatine bei einer Temperatur von ca. 240 °C detonieren kann. Die jeweilige Temperatur, bei der eine Detonation erfolgen soll, kann in Abhängigkeit der jeweiligen Batteriezelle und den dort verwendeten Materialien gewählt werden. Ebenso kann davon abhängig die erste detonierbare Substanz ausgewählt werden. Dies führt im Betrieb der ersten Batteriezelle 130 und des damit elektrisch verbundenen ersten positiven Ableiters 150 dazu, dass eine Detonation der ersten detonierbaren Substanz 220 erfolgt, wenn die Temperatur der ersten Batteriezelle 130 und damit die vorgegebene Temperatur der ersten detonierbaren Substanz 220 eine vorgegebene Temperatur überschreitet. Durch die Detonation wird der erste positive Stromableiter 150 beschädigt, insbesondere durchtrennt oder auch von der ersten Batteriezelle 130 abgetrennt, so dass im Ergebnis die elektrische Verbindung zwischen der ersten Batteriezelle 130 und der zweiten Batteriezelle 140 getrennt wird.For this purpose, a first
In analoger Weise ist zwischen dem zweiten Zellgehäuse 195, insbesondere zwischen der Abschlussplatte bzw. des Zelldeckels des zweiten Zellgehäuses 195, eine zweite detonierbare Substanz 225 angeordnet, bei welcher es sich um die gleiche Substanz wie die erste detonierbare Substanz 220 handelt. Dabei kann der zweite positive Stromableiter 160 mit einem dritten positiven Ableiter einer dritten Batteriezelle (hier nicht gezeigt) verbunden sein, so dass durch eine Detonation der zweiten detonierbaren Substanz eine elektrische Verbindung zwischen dem zweiten positiven Stromableiter 160 und dem dritten positiven Ableiter durchtrennt wird.In an analogous manner, a second
Ebenso ist es denkbar, dass der erste positive Stromableiter 150 und der zweite positive Stromableiter 160 direkt miteinander verbunden sind, ohne die erste elektrisch leitende Verbindungsleitung 165. In analoger Weise kann der erste negative Stromableiter 170 und der zweite negative Stromableiter 180 direkt miteinander verbunden sind, ohne die zweite elektrisch leitende Verbindungsleitung 175. Weiterhin ist denkbar, dass der erste positive Stromableiter 150 kürzer als in
Bevorzugt wird ein verbleibender Bauraum im ersten Gehäuse 110 des ersten Batteriezellenmoduls 100 mit Isolierschaum 230 ausgefüllt. Dadurch wird einerseits eine zusätzliche Fixierung der ersten Batteriezelle 130 und der zweiten Batteriezelle 140 im ersten Gehäuse 110 erreicht. Andererseits wird durch den Isolierschaum 230 eine Dämpfung der Detonation erreicht, so dass beispielsweise bei einer Detonation der ersten detonierbaren Substanz 220 die zweite Batteriezelle 140 nicht beschädigt wird.Preferably, a remaining installation space in the
Beim Herstellen der ersten Batteriezelle 130 und/oder der zweiten Batteriezelle 140 ist es erforderlich, nicht zuletzt aufgrund von sicherheitstechnischen Erwägungen, dass maximale Arbeitstemperaturen, die beispielsweise für einen Schweissprozess erforderlich sind, kleiner sind als die vorbestimmte Temperatur, bei der eine Detonation ausgelöst wird.When producing the
In
In
In
In
In
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Dabei sind für eine erste Reihe R1 die darin gezeigten fünf Batteriezellen im Wesentlichen baugleich zur ersten bzw. zweiten Batteriezelle 130, 140 gemäß
Beispielhaft ist zu einer Batteriezelle 140 eine erste detonierbare Substanz 220, sowie ein erster positiver Ableiter 150 gezeigt. Gemäß
Zwischen den Batteriezellen 130, 140 und im nicht genutzten Bauraum des zweiten Gehäuses 410 ist ein Isolierschaum 230, insbesondere Polyurethan-Schaum, angeordnet. Dadurch werden die Batteriezellen zueinander mechanisch gedämpft, beispielsweise bei einer Detonation.An insulating
Während vorausgehend wenigstens eine beispielhafte Ausführungsform beschrieben wurde, ist zu bemerken, dass eine große Anzahl von Variationen dazu existiert. Es ist dabei auch zu beachten, dass die beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen nur nichtlimitierende Beispiele darstellen, und es nicht beabsichtigt ist, dadurch den Umfang, die Anwendbarkeit oder die Konfiguration der hier beschriebenen Vorrichtungen und Verfahren zu beschränken. Vielmehr wird die vorausgehende Beschreibung dem Fachmann eine Anleitung zur Implementierung mindestens einer beispielhaften Ausführungsform liefern, wobei sich versteht, dass verschiedene Änderungen in der Funktionsweise und der Anordnung der in einer beispielhaften Ausführungsform beschriebenen Elemente vorgenommen werden können, ohne dass dabei von dem in den angehängten Ansprüchen jeweils festgelegten Gegenstand sowie seinen rechtlichen Äquivalenten abgewichen wird.While at least one exemplary embodiment has been described above, it should be noted that a large number of variations exist. It should also be noted that the exemplary embodiments described are only non-limiting examples and are not intended to limit the scope, applicability, or configuration of the devices and methods described herein. Rather, the foregoing description will provide guidance to those skilled in the art for implementing at least one exemplary embodiment, with the understanding that various changes in the operation and arrangement of the elements described in an exemplary embodiment may be made without departing from that set forth in the appended claims the specified subject matter and its legal equivalents are deviated from.
BEZUGSZEICHENLISTEREFERENCE SYMBOL LIST
- 100, 400100, 400
- Erstes und zweites BatteriezellenmodulFirst and second battery cell module
- 110, 410110, 410
- Erstes und zweites GehäuseFirst and second housing
- 120, 420120, 420
- Erster und zweiter GehäusedeckelFirst and second housing covers
- 130, 140130, 140
- Erste und zweite BatteriezelleFirst and second battery cells
- 150, 160150, 160
- Erster und zweiter positiver StromableiterFirst and second positive current arresters
- 170, 180170, 180
- Erster und zweiter negativer StromableiterFirst and second negative current collectors
- 165, 175165, 175
- Erste und zweite VerbindungsleitungFirst and second connecting lines
- 190, 195190, 195
- Erstes und zweites ZellgehäuseFirst and second cell housing
- 200, 205200, 205
- Erster und zweiter IsolierringFirst and second insulating rings
- 210, 215210, 215
- Erstes und zweites BefestigungselementFirst and second fasteners
- 220, 225220, 225
- Erste und zweite detonierbare SubstanzFirst and second detonable substances
- 230230
- Isolierschaum Insulating foam
- 250250
- DetonationssymbolDetonation symbol
- 260260
- Detonationsrest detonation residue
- 300300
- Trennungskeilseparation wedge
- 310310
- Befestigungseinrichtung Fastening device
- R1 bis R4R1 to R4
- Reihen mit BatteriezellenRows of battery cells
Claims (9)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102022119248.2A DE102022119248A1 (en) | 2022-08-01 | 2022-08-01 | BATTERY CELL MODULE |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102022119248.2A DE102022119248A1 (en) | 2022-08-01 | 2022-08-01 | BATTERY CELL MODULE |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102022119248A1 true DE102022119248A1 (en) | 2024-02-01 |
Family
ID=89508646
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE102022119248.2A Pending DE102022119248A1 (en) | 2022-08-01 | 2022-08-01 | BATTERY CELL MODULE |
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DE (1) | DE102022119248A1 (en) |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102008010971A1 (en) | 2008-02-25 | 2009-08-27 | Robert Bosch Gmbh | Protection system for battery modules |
CN114824514A (en) | 2021-01-29 | 2022-07-29 | 奥迪股份公司 | Battery device, motor vehicle and method for operating a battery device |
-
2022
- 2022-08-01 DE DE102022119248.2A patent/DE102022119248A1/en active Pending
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102008010971A1 (en) | 2008-02-25 | 2009-08-27 | Robert Bosch Gmbh | Protection system for battery modules |
CN114824514A (en) | 2021-01-29 | 2022-07-29 | 奥迪股份公司 | Battery device, motor vehicle and method for operating a battery device |
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