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Die Erfindung betrifft ein Batteriezellenmodul für ein Fahrzeug mit wenigstens einem Zellenpack aus mehreren Zellen und einem das Zellenpack aufnehmenden Gehäuse nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Ein Batteriezellenmodul umfasst üblicherweise ein Gehäuse und ein im Gehäuse angeordnetes Zellenpack aus mehreren Zellen. Die Zellen sind elektrisch miteinander verschaltet und können in einem Fahrzeug als Energiequelle eingesetzt werden. Das Gehäuse kann von einer Kühlflüssigkeit durchströmbar sein und innerhalb des Gehäuses liegende Strömungspfade aufweisen. Beim thermischen Durchgehen der Zellen wird in dem Batteriezellenmodul innerhalb kürzester Zeit eine große Menge an Gasen freigesetzt. Die entstandenen Gase müssen aus dem Gehäuse des Batteriezellenmoduls nach außen ausgeleitet werden.
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WO 2018/081639 A1 offenbart beispielweise eine Sollbruchstelle in dem Gehäuse, die bei einem Unfall über ein externes Signal mittels einer Explosion geöffnet wird. Über diese Sollbruchstelle können die entstandenen Gase nach außen abgeleitet werden. Alternativ können die Gase über eine Sollbruchstelle, die durch eine Schwachstelle im Material gebildet ist und beim Überdruck öffnet, nach außen abgeleitet werden. Das Durchleiten der entstandenen Gase durch das Gehäuse kann durch zusätzliche Pfade in dem Gehäuse unterstützt werden. Nachteiligerweise kann im Normalbetrieb das Durchströmen des Gehäuses mit der Kühlflüssigkeit durch die Pfade für die entstandenen Gase und auch das Entgasen des Zellenpacks durch die Strömungspfade für die Kühlflüssigkeit benachteiligt werden.
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Die Aufgabe der Erfindung ist es daher, für ein Batteriezellenmodul der gattungsgemäßen Art eine verbesserte oder zumindest alternative Ausführungsform anzugeben, bei der die beschriebenen Nachteile überwunden werden.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, die in dem Gehäuse geformten Strukturen zum Führen der Kühlflüssigkeit auch zum Entgasen des Batteriezellenmoduls zu nutzen und dadurch die Gefahr einer unkontrollierten Gehäuseöffnung beim thermischen Durchgehen minimieren.
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Das erfindungsgemäße Batteriezellenmodul ist für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für ein batteriebetriebenes Kraftfahrzeug, ausgelegt. Das Batteriezellenmodul weist dabei wenigstens ein Zellenpack und ein von einer Kühlflüssigkeit durchströmbares Gehäuse auf. Das jeweilige Zellenpack ist aus mehreren zumindest entlang einer Längsrichtung nebeneinander liegenden Zellen gebildet und ist in dem Gehäuse aufgenommen. Ferner weist das Batteriezellenmodul einen von der Kühlflüssigkeit durchströmbaren Strömungsbereich mit wenigstens einem Führungskanal zum Führen der Kühlflüssigkeit auf. Das Batteriezellenmodul weist zudem wenigstens einen Berstbereich zum Entgasen des Batteriezellenmoduls beim thermischen Durchgehen der Zellen auf. Erfindungsgemäß ist der jeweilige Führungskanal in einer das Gehäuse bildenden Gehäusewandung des Gehäuses geformt. Der jeweilige Berstbereich ist dabei in der Gehäusewandung im Bereich des jeweiligen Führungskanals geformt.
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Der jeweilige Führungskanal kann dabei im Normalbetrieb zum Führen der Kühlflüssigkeit im Gehäuse und beim thermischen Durchgehen der Zellen zum Führen der entstandenen Gase eingesetzt werden. Der Führungskanal weist also eine doppelte Nutzung auf. Die entstandenen Gase können durch den jeweiligen Berstbereich in dem Führungskanal beim thermischen Durchgehen der Zellen auch vereinfacht und schneller über den jeweiligen Führungskanal aus dem Gehäuse abgeleitet werden. Folglich kann das Entgasen beschleunigt werden und die Gefahr einer unkontrollierten Gehäuseöffnung reduziert werden. Durch das schnelle Entgasen können zudem der Druckaufbau und die Temperaturerhöhung in dem Batteriezellenmodul beim thermischen Durchgehen der Zellen reduziert werden und dadurch die noch funktionsfähigen Zellen geschützt werden.
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Der jeweilige Führungskanal des Strömungsbereichs kann einen Sammler oder einen Verteiler für die Kühlflüssigkeit abbilden. Der jeweilige Sammler kann dabei mit einem Auslass des Gehäuses und der jeweilige Verteiler kann mit einem Einlass des Gehäuses fluidisch verbunden sein. Zweckgemäß kann der jeweilige Führungskanal länglich sein. Der jeweilige Führungskanal kann insbesondere durch eine längliche Ausformung in der Gehäusewandung abgebildet sein. Die Ausformung kann sich dabei entlang der Gehäusewandung erstrecken und aus dem Gehäuse nach außen hervorsteht. Mit anderen Worten kann der jeweilige Führungskanal durch eine nach außen gerichtete längliche Vertiefung in der Gehäusewandung gebildet sein.
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Der jeweilige Führungskanal des Strömungsbereichs kann dabei einem Innenraum des Gehäuses zugewandt offen sein. Das Zellenpack kann in dem Gehäuse zu dem jeweiligen Führungskanal derart benachbart angeordnet sein, dass der jeweilige Führungskanal zwischen der Gehäusewandung und dem Zellenpack geformt ist. Dadurch kann der jeweilige Führungskanal nach außen von der Gehäusewandung und zu dem Innenraum von dem Zellenpack begrenzt sein. Dadurch kann die Kühlflüssigkeit im Normalbetrieb des Batteriezellenmoduls in dem Führungskanal geführt werden. Der jeweilige Führungskanal kann dabei quer - insbesondere senkrecht - zu seiner länglichen Erstreckung nicht vollständig geschlossen bzw. teilweise offen sein und dadurch mit dem Innenraum des Gehäuses über seine gesamte Länge fluidisch verbunden sein. Das Zellenpack weist mehrere Zellen auf, die aneinander angeordnet sind. Die Zellen können beispielweise Pouch-Zellen oder prismatische Zellen oder zylindrische Zellen sein.
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Der jeweilige Führungskanal kann an der parallel zur Längsrichtung des Zellenpacks ausgerichteten Gehäusewandung geformt sein. Der jeweilige Führungskanal kann dabei länglich sein und sich in Längsrichtung über eine gesamte Länge der Gehäusewandung erstrecken. In dem Zellenpack liegen die Zellen in Längsrichtung aneinander, so dass der in Längsrichtung ausgerichtete Führungskanal zu jeder Zelle des Zellenpacks benachbart angeordnet ist. Dadurch können die entstandenen Gase beim thermischen Durchgehen der beliebigen Zelle auf dem kürzesten Weg zu dem Führungskanal geleitet werden. Zusätzlich kann auch der jeweilige Berstbereich länglich sein und sich in Längsrichtung entlang des gesamten Führungskanals erstrecken. Dann können die entstandenen Gase beim thermischen Durchgehen der beliebigen Zelle auf dem kürzesten Weg zu dem Führungskanal und auf dem kürzesten Weg über den Berstbereich aus dem Gehäuse nach außen ausgeleitet werden. Dadurch kann die Gefahr einer unkontrollierten Gehäuseöffnung reduziert werden.
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Der jeweilige Berstbereich kann durch mehrere Sollbruchstellen abgebildet sein und die mehreren Sollbruchstellen können entlang des jeweiligen Führungskanal nebeneinander angeordnet sein. Durch die mehreren Sollbruchstellen kann die mögliche Ausgasung-/Ableitungsfläche bzw. der zum Ausleiten verfügbare durchströmbare Querschnitt für die entstandenen Gase vergrößert werden. Dadurch kann das Batteriezellenmodul schneller entgast werden und dadurch der Druckaufbau und die Temperaturerhöhung in dem Batteriezellenmodul reduziert werden.
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Die jeweilige Sollbruchstelle kann durch eine Berstscheibe abgebildet sein und die Berstscheibe kann in der Gehäusewandung des Gehäuses angeordnet sein.
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Die Berstscheibe kann dabei durch eine längliche sich entlang des jeweiligen Führungskanals erstreckende Membran geformt sein. Die Membran kann dabei in dem Gehäuse kraftschlüssig und/oder formschlüssig und/oder stoffschlüssig festgelegt sein. Es versteht sich, dass die jeweilige Berstscheibe bereichsweise die Gehäusewandung abbildet bzw. eine durchgehende Öffnung in der Gehäusewandung fluiddicht verschließt. Die Berstscheibe kann bei einem definierten Druck bzw. bei einer definierten Temperatur aufgehen bzw. durchbrechen und dadurch ein Entweichen der Gase beim thermischen Durchgehen der Zellen ermöglichen.
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Alternativ kann die jeweilige Sollbruchstelle durch eine Rille in der Gehäusewandung abgebildet sein. Die Rille kann insbesondere durch eine Verdünnung bzw. eine Dünnstelle der Gehäusewandung gebildet sein. Die Rille kann dabei eine beliebige Form aufweisen. Insbesondre kann die Rille I-förmig oder X-förmig oder C-förmig oder O-förmig oder >K-förmig oder sternförmig ausgebildet sein.
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Das Zellenpack kann wenigstens einen Zellenträger aufweisen und der jeweilige Zellenträger kann an einer parallel zur Längsrichtung ausgerichteten Seite des Zellenpacks anliegen. Das Zellenpack kann dabei mit dem Zellenträger der Gehäusewandung mit dem jeweiligen Führungskanal zugewandt in dem Gehäuse angeordnet sein. Mit anderen Worten kann das Zellenpack derart in dem Gehäuse angeordnet sein, dass der Zellenträger zwischen den Zellen und der Gehäusewandung mit dem Führungskanal liegt. Dadurch kann insbesondere der einseitig offene Führungskanal durch den Zellenträger von dem Innenraum des Gehäuses bereichsweise abgegrenzt sein, so dass im Normalbetrieb die Kühlflüssigkeit in dem Führungskanal geführt werden kann. Beispielsweise kann die Abgrenzung durch einen an dem jeweiligen Zellenträger definierten Drosselbereich erfolgen. Der Drosselbereich kann beispielweise durch wenigstens eine Bohrung in dem Zellenträger realisiert sein. Durch den genannten Drosselbereich kann die Kühlflüssigkeit in dem Führungskanal gleichmäßig verteilt werden.
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Der jeweilige Zellenträger kann dabei wenigstens einen weiteren Berstbereich zum Entgasen des Batteriezellenmoduls beim thermischen Durchgehen der Zellen aufweisen. Der jeweilige weitere Berstbereich in dem Zellenträger kann dabei dem jeweiligen Berstbereich in der Gehäusewandung quer- insbesondere senkrecht - zur Längsrichtung zumindest bereichsweise gegenüberliegen. Dadurch können die entstandenen Gase von den Zellen über den weiteren Berstbereich in dem Zellenträger zu dem Berstbereich in der Gehäusewandung und weiter nach außen auf dem kürzesten Weg geleitet werden und dadurch das Batteriezellenmodul schnell entgast werden.
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Der jeweilige weitere Berstbereich des jeweiligen Zellenträgers kann durch mehrere weitere Sollbruchstellen abgebildet sein, wobei die mehreren weiteren Sollbruchstellen in Längsrichtung nebeneinander angeordnet sind. Die weiteren Sollbruchstellen in dem Zellenträger können durch Berstscheiben oder durch Rillen abgebildet sein. Die jeweiligen Berstscheiben oder die jeweiligen Rillen können dabei in Längsrichtung des Zellenpacks bzw. entlang des jeweiligen Führungskanals nebeneinander angeordnet sein.
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Der jeweilige weitere Berstbereich in dem Zellenträger kann sich in Längsrichtung über eine gesamte Länge des Zellenpacks und/oder über eine gesamte Länge des jeweiligen Führungskanals erstrecken. Dadurch können die entstandenen Gase über die gesamte Länge des Zellenpacks durch den Zellenträger und durch die Gehäusewandung hindurch nach außen geleitet werden. Folglich kann das Batteriezellenmodul auf dem kürzesten Weg und dadurch schneller entgast werden.
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Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.
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Es zeigen, jeweils schematisch
- 1 teilweise eine Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Batteriezellenmoduls mit dem gezeigten Entweichen von Gasen beim thermischen Durchgehen;
- 2 und 3 Ansichten des erfindungsgemäßen Batteriezellenmoduls mit einem Schnitt im Berstbereich.
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1 zeigt teilweise eine Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Batteriezellenmoduls 1 für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für ein batteriebetriebenes Kraftfahrzeug. Das Batteriezellenmodul 1 weist ein Zellenpack 2 mit mehreren Zellen 3 und zwei - hier nur einer sichtbar - Zellenträger 4 auf. Die Zellen 3 sind in diesem Ausführungsbeispiel in eine Längsrichtung SR aneinander gestapelt und sind in einem Kontaktbereich 5 über eine Stromsammelschiene 6 elektrisch miteinander kontaktiert. Der Zellenträger 4 ist parallel zur Längsrichtung SR ausgerichtet.
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Ferner weist das Batteriezellenmodul 1 ein Gehäuse 7 mit einer parallel zur Längsrichtung SR ausgerichteten Gehäusewandung 8 auf. Das Zellenpack 2 ist in dem Gehäuse 7 aufgenommen und mit dem Zellenträger 4 der Gehäusewandung 8 zugewandt angeordnet. Das Batteriezellenmodul 1 umfasst zudem einen von einer Kühlflüssigkeit durchströmbaren Strömungsbereich 9 mit einem Führungskanal 10. Der Führungskanal 10 ist dabei in der Gehäusewandung 8 durch eine längliche Ausformung 11 geformt. Die Ausformung 11 ist in Längsrichtung SR ausgerichtet und erstreckt sich über eine gesamte Länge der Gehäusewandung 8. Zudem ragt die Ausformung 11 aus der Gehäusewandung 8 nach außen, so dass zwischen dem Zellenpack 2 bzw. dem Zellenträger 4 des Zellenpacks 2 und der Gehäusewandung 8 im Bereich des Führungskanals 10 ein Volumen teilweise begrenzt ist. Der Führungskanal 10 ist also durch die Gehäusewandung 8 und den Zellenträger 4 definiert. Mittels eines in dem Zellenträger 4 geformten Drosselbereichs 18 mit Bohrungen 19 kann zudem die Kühlflüssigkeit in dem Führungskanal 10 gleichmäßig verteilt werden.
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Im Bereich des Führungskanals 10 bzw. an der Ausformung 11 der Gehäusewandung 8 ist ein Berstbereich 12 ausgebildet. Der Berstbereich 12 weist dabei mehrere Sollbruchstellen 13 auf, die hier durch mehrere in Längsrichtung SR nebeneinander angeordnete längliche Berstscheiben 14 abgebildet sind. Ferner weist der Zellenträger 4 des Zellenpacks 2 einen weiteren Berstbereich 15 auf. Der weitere Berstbereich 15 weist mehrere weitere Sollbruchstellen 16 auf, die hier durch Rillen 17 abgebildet sind. Die Rillen 17 sind quer zur Längsrichtung SR ausgerichtet und in Längsrichtung SR nebeneinander angeordnet.
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Der Berstbereich 12 in der Gehäusewandung 8 und der weitere Berstbereich 15 in dem Zellenträger 4 sind quer zur Längsrichtung SR übereinander angeordnet. Wie mit dem Pfeil angedeutet, können beim thermischen Durchgehen der Zellen 3 die entstandenen Gase über den weiteren Berstbereich 15 in dem Zellenträger 4 zu dem Führungskanal 10 durchgehen und in den Führungskanal 10 gelangen. Über den Führungskanal 10 können die entstandenen Gase zu mehreren Sollbruchstellen 13 bzw. Berstscheiben 14 und über diese nach außen geleitet werden. Dadurch kann das Batteriezellenmodul 1 schnell entgast werden und dadurch eine unkontrollierte Gehäuseöffnung verhindert werden.
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2 und 3 zeigt Ansichten des erfindungsgemäßen Batteriezellenmoduls 1 mit Schnitten an den Berstbereichen 12 und 15. In 2 ist insbesondere erkennbar, dass die Sollbruchstellen 13 bzw. die Berstscheiben 14 in Längsrichtung SR nebeneinanderliegen. In 3 ist insbesondere erkennbar, dass die Rillen 17 jeweils durch eine Verdünnung bzw. eine Dünnstelle des Zellenträgers 4 gebildet sind.
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Die Berstscheiben 14 und die Rillen 17 brechen beim steigenden Druck durch die beim thermischen Durchgehen der Zellen entstandenen Gase auf und bilden durchgehende Öffnungen. Dadurch können die entstandenen Gase nach außen entweichen und das Batteriezellenmodul 1 entgast werden. Dadurch kann insbesondere eine unkontrollierte Gehäuseöffnung verhindert und die Sicherheit des Batteriezellenmoduls 1 erhöht werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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