DE202024102241U1

DE202024102241U1 - Batterieanordnung mit textilem Abstandsgebilde

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Publication number: DE202024102241U1
Application number: DE202024102241.6U
Authority: DE
Original assignee: NIES KLAUS DIETER
Current assignee: NIES KLAUS DIETER
Priority date: 2024-05-02
Filing date: 2024-05-02
Publication date: 2024-05-27
Anticipated expiration: 2034-05-03

Abstract

Batterieanordnung (10), insbesondere für den Einsatz in Elektrofahrzeugen, umfassend zwei oder mehr Batterieeinheiten (12a, 12b), wobei wenigstens zwischen zwei benachbarten Batterieeinheiten (12a, 12b) ein flächiges Trennelement (14) angeordnet ist, welches die Batterieeinheiten (12a, 12b) zumindest abschnittsweise voneinander separiert, wobei das flächige Trennelement (14) ein Abstandstextil (16) umfasst oder daraus besteht.

Description

Die Erfindung betrifft eine Batterieanordnung, insbesondere für den Einsatz in Elektrofahrzeugen. Offenbart wird zudem ein Fahrzeug umfassend eine entsprechende Batterieanordnung und ein Verfahren zum Umgang mit einem Störfall in einer solchen Batterieanordnung.
Im Zuge eines steigenden Bewusstseins für einen nachhaltigeren Umgang mit fossilen Ressourcen und einer Vermeidung von Treibhausgasemissionen rückt in den letzten Jahren die Verbesserung von Elektrofahrzeugen und die Entwicklung neuer Konzepte der Elektromobilität zunehmend in dem Fokus vieler Industriezweige.
Ein wesentlicher Bestandteil von Elektrofahrzeugen, der in vielen Fällen maßgeblich für die mit dem Fahrzeug erreichbaren Distanzen verantwortlich ist, ist das zur Speicherung der elektrischen Energie genutzte Batteriesystem, auf welches entsprechend auch viel Forschungs- und Entwicklungsaufwand gerichtet wird. Moderne Batterieanordnungen für Elektrofahrzeuge bestehen zumeist aus einer Vielzahl von elektrisch miteinander verbundene Batterieeinheiten, beispielsweise in der Form von sogenannten Pouch-Zellen oder sogenannten prismatischen Zellen.
Diese Batterieeinheiten umfassen in ihrem Inneren die Bestandteile der jeweiligen elektrochemischen Zellen, die der elektrochemischen Speicherung und Gewinnung von Energie dienen.
Die einzelnen Batterieeinheiten, welche beispielsweise als Lithium-Ionen-Batterien ausgeführt sein können, stellen dabei chemisch komplexe und vergleichsweise störungsanfällige Systeme dar, in denen bei der Zyklisierung zumindest teilweise exotherme Reaktionen ablaufen. Solche Batterieeinheiten sind, insbesondere da sie in vielen Fällen brennbare Substanzen umfassen, insbesondere Elektrolyte, und im Betrieb hohe Temperaturen auftreten können, anfällig für Fehlfunktionen. Infolgedessen kann es in einer Batterieeinheit im schlechtesten Fall zu einem sogenannten thermischen Durchgehen kommen. Im Zuge eines solchen thermischen Durchgehens kommt es neben einem möglichen Druckaufbau in der Batterieeinheit in den meisten Fällen insbesondere auch zu einer starken Temperatursteigerung und ggf. sogar zu einer Flammenbildung.
Das thermische Durchgehen einer Batterieeinheit kann dabei potentiell eine Kettenreaktion auslösen, bei der die Temperatursteigerung einer defekten Batterieeinheit das fragile Gleichgewicht der benachbarten Batterieeinheiten stört und auch in diesen ein thermisches Durchgehen auslöst. Aus diesem Grund werden Batterieeinheiten in entsprechenden Batterieanordnungen in vielen Fällen durch Trennelemente voneinander separiert, die insbesondere eine möglichst gute thermische Isolation zwischen den Batterieeinheiten gewährleisten müssen, um im Fall der Fälle eine Kettenreaktion des thermischen Durchgehens bestmöglich zu verhindern oder wenigstens zu verlangsamen.
Da es im Zuge des thermischen Durchgehens jedoch auch zu einer Flammenbildung kommen kann, müssen die Trennelemente in den meisten Fällen zudem hinreichend feuerfest bzw. beständig sein, um im Störungsfall nicht selbst als Brandmaterial zu wirken und die Kettenreaktion weiter voranzutreiben. Entsprechend sollen die Trennelemente im Stand der Technik zumeist auch eine brandtechnische Abschottung ermöglichen.
Die jeweiligen Anforderungen an die eingesetzten Trennelemente variieren dabei mit der Konstruktionsweise der Batteriezellen.
Für Pouch-Zellen besteht eine Herausforderung darin, dass diese auch im regulären Betrieb Volumenänderungen erfahren, die durch die zumeist flexible Ummantelung der Batterieeinheiten an die Umgebung weitergegeben werden. Eine solche Volumenänderung durchlaufen viele der heutzutage kommerziell erhältlichen Batterieeinheiten in Pouch-Zellen-Konstruktion insbesondere beim Laden und Entladen der Batterieeinheiten, also im Zuge eines Vorganges, der über die Lebensdauer einer Batterieanordnung sehr häufig und, insbesondere beim Laden, auf einer vergleichsweise kurzen Zeitskala erfolgt. Dieser Umstand stellt entsprechend besondere Anforderungen an die Deformierbarkeit der Trennelemente bzw. deren Fähigkeit zur reversiblen Volumenänderung.
Für prismatische Zellen ist die Volumenänderung der Batterieeinheiten wegen der Zellgehäuse in vielen Fällen ein weniger kritisches Kriterium, welches bei der Konzeption von Trennelementen berücksichtigt werden muss. Allerdings sind prismatische Zellen teilweise schwerer zu kühlen als Pouch-Zellen. Gleichzeitig nimmt die Einhausung der prismatischen Zellen bereits einiges an Bauraum ein und ist mit einem erhöhten Eigengewicht verbunden, was sich negativ auf die Energiedichte der Batterieeinheit auswirken kann und darüber hinaus jedoch auch mit höheren Fertigungskosten verbunden sein kann. Entsprechend werden an die Trennelemente für prismatische Zellen vor allem dahingehend Anforderungen gestellt, dass diese auf möglichst kleinem Bauraum möglichst gute thermische Isolationseigenschaften aufweisen und auch bei geringer Dicke und niedrigem Eigengewicht eine zuverlässig brandtechnische Abschottung erlauben, wobei es wünschenswert ist, dass die Kosten für die Herstellung der Trennelemente so niedrig wie möglich gehalten werden können, um die Gesamtkosten nicht allzu stark weiter zu erhöhen.
Unabhängig von der Bauart der Batteriezellen besteht regelmäßig eine Anforderung darin, dass die Batteriezellen der Batterieanordnung durch die eingesetzten Trennelemente auch hinreichend stabilisiert und relativ zueinander fixiert werden, so dass diese gegen mechanische Belastungen geschützt sind.
Nach Einschätzung des Erfinders genügen die im Stand der Technik verfügbaren Trennelemente den vielfältigen Anforderungen in vielen Fällen nicht bzw. nicht vollständig.
Es war die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile des Standes der Technik zu beheben oder zumindest abzuschwächen.
Insbesondere war es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Batterieanordnung anzugeben, in der die Batterieeinheiten durch ein Trennelement effizient stabilisiert und relativ zueinander fixiert werden, so dass diese gegen mechanische Belastungen durch eine effiziente Dämpfung geschützt sind.
Zudem war es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Batterieanordnung anzugeben, in der die Batterieeinheiten durch ein Trennelement separiert werden, welches eine Volumenexpansion der Batterieeinheiten einen möglichst optimalen und präzise auf die jeweiligen Anwendungserfordernisse abgestimmten Widerstand entgegensetzt, in Folge einer anschließenden Volumenabnahme der Batterieeinheiten jedoch möglichst weitgehend wieder expandiert, so dass eine gute Zyklisierbarkeit der Batterieeinheiten im Ladezyklus erreicht wird, wobei wünschenswerterweise eine möglichst gleichbleibende Kontaktierung der Batterieeinheiten mit dem Trennelement gewährleistet sein sollte, um in synergistischer Weise eine mechanische Fixierung der Batterieeinheiten als Schutz gegen mechanische Belastungen der Batterieanordnung zu erreichen.
Dabei war es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Batterieanordnung anzugeben, die mit einem besonders niedrigem Gewicht ausgeführt werden kann.
Zudem war eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, dass die darin verbauten Batteriezellen besonders effizient gekühlt und ggf. sogar temperiert werden können.
Gleichzeitig war es eine ergänzende Aufgabe der vorliegende Erfindung, dass die anzugebene Lösung im Störfall wünschenswerterweise eine Möglichkeit für einen effizienten Schutz gegen thermisches Durchgehen und die damit verbundenen Gefahren bieten sollte.
Grundsätzlich war es eine wichtige Aufgabe der vorliegenden Erfindung, dass die anzugebende Batterieanordnung und das eingesetzte Trennelement besonders zeit- und kosteneffizient herstellbar sein sollte.
Es war eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Fahrzeug anzugeben, welches die anzugebende Batterieanordnung umfasst.
Abschließend war es eine sekundäre Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein vorteilhaftes Verfahren zum Umgang mit einem Störfall in einer solchen Batterieanordnung bereitzustellen.
Der Erfinder der vorliegenden Erfindung hat gefunden, dass die vorstehend beschriebenen Aufgaben überraschenderweise gelöst werden können, wenn in einer Batterieanordnung mit zwei oder mehr elektrisch miteinander verbundene Batterieeinheiten ein spezifisches Trennelement eingesetzt wird, welches als Abstandstextil, insbesondere als textiles Abstandgewirk, ausgeführt ist, wie es in den Ansprüchen definiert ist.
Überraschenderweise ermöglicht es der Einsatz eines flächigen Abstandstextils als Trennelement die Batterieeinheiten effizient zu stabilisiert und relativ zueinander zu fixieren, so dass diese gegen mechanische Belastungen besonders effizient geschützt sind. Die hohe und bei der Herstellung genau einstellbare Flexibilität der entsprechenden Trennelemente erlaubt es in vorteilhafter Weise, dass das Trennelement der Volumenexpansion der Batterieeinheiten einen optimierten Widerstand entgegensetzt, in Folge einer anschließenden Volumenabnahme der Batterieeinheiten jedoch möglichst weitgehend wieder expandieren kann, so dass eine gute Zyklisierbarkeit von Batterieeinheiten, insbesondere von Pouch-Zellen, im Ladezyklus erreicht wird, wobei vorteilhafterweise eine sehr gleichbleibende Kontaktierung der Batterieeinheiten mit dem Trennelement gewährleistet bleibt. Durch die geringe Dichte entsprechender Abstandstextilien und den niedrigen benötigten Flächengewichten können sehr leichte Batterieeinheiten erhalten werden, wobei auch eine vorteilhafte Luftkühlung bzw. Temperierung möglich ist.
Der Erfinder hat sich bei der vorliegenden Entwicklung von dem Vorurteil gelöst, dass Abstandstextilien, insbesondere solche aus üblichen textilen Materialien, im Lichte der üblichen Anforderungen an Trennmaterialien eigentlich keine vielversprechenden Kandidaten für den Einsatz in Batteriezellen wären, da diese hinsichtlich thermischer Isolierung bzw. den Brandschutzeigenschaften eigentlich nachteilig erscheinen. Der Erfinder hat jedoch gefunden, dass die Isolationseigenschaften und die vorteilhafte Kühlbarkeit im Störfall zumindest derart hinreichend Zeit verschaffen, dass weitere Maßnahmen getroffen werden können.
Ausgehend von der Überlegung, dass eine Batteriezelle nach einem thermischen Durchgehen ohnehin nicht mehr weiterverwendet werden kann, hat der Erfinder das Konzept entwickelt, dass die vorteilhafte Struktur von Abstandstextilien, wie insbesondere textiler Abstandsgewirke, vielmehr genutzt werden kann, um deren Nachteile bei der passiven Brandbekämpfung durch erhebliche Vorteile beim Einsatz aktiver Löschmaßnahmen zu kompensieren. Die offene und zugängliche Struktur der Abstandstextilien erlaubt es nämlich besonders effizient, die Zwischenräume zwischen zwei Batteriezellen mit eine Löschfluid, bspw. einem Löschschaum, zu füllen, um im Störfall die erforderliche Eindämmung des thermischen Durchgehens zu gewährleisten.
Zusätzlich oder alternativ kann die vorteilhafte Struktur von Abstandstextilien auch genutzt werden, um diese als Trägerstrukturen für anorganische Isolierstoffe, insbesondere partikuläre Isolierstoffe zu nutzen.
Die vorstehend genannten Aufgaben werden entsprechend durch den Gegenstand der Erfindung gelöst, wie er in den Ansprüchen definiert ist. Bevorzugte erfindungsgemäße Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und den nachfolgenden Ausführungen.
Solche Ausführungsformen, die nachfolgend als bevorzugt bezeichnet sind, werden in besonders bevorzugten Ausführungsformen mit Merkmalen anderer als bevorzugt bezeichneter Ausführungsformen kombiniert. Ganz besonders bevorzugt sind somit Kombinationen von zwei oder mehr der nachfolgend als besonders bevorzugt bezeichneten Ausführungsformen. Ebenfalls bevorzugt sind Ausführungsformen, in denen ein in irgendeinem Ausmaß als bevorzugt bezeichnetes Merkmal einer Ausführungsform mit einem oder mehreren weiteren Merkmalen anderer Ausführungsformen kombiniert wird, die in irgendeinem Ausmaß als bevorzugt bezeichnet werden. Merkmale bevorzugter Fahrzeuge und Verfahren ergeben sich aus den Merkmalen bevorzugter Batterieanordnungen.
Insbesondere bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Ausführungsbeispielen offenbart. Besonders bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung weisen vor diesem Hintergrund zwei oder mehr, bevorzugt drei oder mehr, ganz besonders bevorzugt vier oder mehr, der nachfolgend offenbarten bevorzugten Merkmale der Erfindung auf, welche auch in den Ausführungsbeispielen realisiert sind.
Die Erfindung betrifft eine Batterieanordnung, insbesondere für den Einsatz in Elektrofahrzeugen, umfassend zwei oder mehr Batterieeinheiten, wobei wenigstens zwischen zwei benachbarten Batterieeinheiten ein flächiges Trennelement angeordnet ist, welches die Batterieeinheiten zumindest abschnittsweise voneinander separiert, wobei das flächige Trennelement ein Abstandstextil umfasst oder daraus besteht.
Batterieanordnung an sich sind dem Fachmann im Bereich der Technik grundsätzlich umfassend bekannt. Die erfindungsgemäße Batterieanordnung ist insbesondere für den Einsatz in Elektrofahrzeugen bzw. deren Batteriesystemen geeignet.
Die großen Vorteile erfindungsgemäßer Batterieanordnungen ergeben sich insbesondere aus der spezifischen Ausgestaltung des Trennelements. Entsprechend sind erfindungsgemäße Batterieanordnung hinsichtlich der Zellchemie in den Batterieeinheiten prinzipiell nicht beschränkt, wobei der Einsatz von Lithium-Ionen-Batterien wegen deren hoher industriellen Relevanz bevorzugt ist.
Um einem Elektrofahrzeug die notwendige Energie bereitstellen zu können, sind die Batterieeinheiten in entsprechenden Batterieanordnungen regelmäßig elektrisch miteinander verbunden wobei das Laden und Entladen des resultierenden Zellenstapels häufig durch eine Batteriekontrolleinheit gesteuert wird. Typisch ist beispielsweise eine erfindungsgemäße Batterieanordnung, wobei die Batterieeinheiten parallel und/oder seriell miteinander verschaltet sind.
Typisch ist auch eine erfindungsgemäße Batterieanordnung, wobei die Batterieanordnung in einem Gehäuse angeordnet ist und/oder wobei die Batterieanordnung mit einer Schutzummantelung umgeben ist.
In Übereinstimmung mit dem fachmännischen Verständnis kann es sich bei den Batterieeinheiten der erfindungsgemäßen Batterieanordnung um einzelne Batteriezellen handeln, die jeweils durch Trennelemente separiert sind, oder um Pakete aus mehreren individuellen Batteriezellen, die untereinander entweder nicht oder lediglich durch alternative Trennelemente, beispielsweise aus Silikonschaum, getrennt sind. Insoweit erachtet es der Erfinder mit Blick auf die Sicherheit der resultierenden Batterieanordnung jedoch für besonders vorteilhaft, wenn jeweils einzelne Batteriezellen oder lediglich Paare von Batteriezellen mit entsprechenden Trennelementen separiert werden. Beispielhaft ist somit eine erfindungsgemäße Batterieanordnung, wobei die Batterieeinheiten eine Batteriezelle oder zwei oder mehr elektrisch miteinander verbundene Batteriezellen, bevorzugt eine Batteriezelle, umfassen.
Besonders relevant ist eine erfindungsgemäße Batterieanordnung, wobei die Batterieeinheiten Pouch-Zellen und/oder prismatische Zellen sind oder Pouch-Zellen und/oder prismatische Zellen umfassen, wobei prismatische Zellen im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch zylindrische Zellen umfassen. Gerade prismatische Zellen profitieren von der guten Kühlbarkeit. Die sehr schnelle Kühlung ist aber auch für Pouch-Zellen interessant, da in diesem Fall keine geringen Wärmeleitfähigkeiten benötigt werden, um im Falle eines thermischen Durchgehens das Schmelzen der Folienseparatoren in der Nachbarzelle zu verhindern. In der Praxis eignen sich die spezifischen Trennelemente der vorliegenden Erfindung insbesondere, um damit Pouch-Zellen voneinander zu separieren. Bevorzugt ist entsprechend eine erfindungsgemäße Batterieanordnung, wobei die Batterieeinheiten Pouch-Zellen sind oder Pouch-Zellen umfassen.
In der Praxis weisen entsprechende Batterieanordnungen zumeist eine Vielzahl an Batterieeinheiten und eine komplementäre Zahl von Trennelementen auf. Typisch ist deshalb auch eine erfindungsgemäße Batterieanordnung, wobei die Batterieanordnung vier oder mehr, bevorzugt sechs oder mehr, elektrisch miteinander verbundene Batterieeinheiten umfasst, und/oder wobei die Batterieanordnung drei oder mehr, bevorzugt fünf oder mehr, flächige Trennelemente umfasst.
Ein zentraler Aspekt der vorliegenden Erfindung ist der Einsatz eines Abstandstextils als Trennelement, welches durch seine inhärente Flexibilität und günstigen Rückstelleigenschaften bei geringem Eigengewicht einen optimalen mechanischen Schutz und eine vorteilhafte reversible Komprimierbarkeit bietet und wegen der guten Durchströmbarkeit zudem eine sehr effiziente Kühlung ermöglicht.
Abstandstextilien sind im Bereich der Textiltechnik bekannt und von zahlreichen Herstellern in unterschiedlichsten Ausgestaltungen kommerziell erhältlich. Insbesondere sind hier textile Abstandsgewirke zu nennen. Entsprechende Abstandstextilien lassen sich dabei zumeist als Rollenware erhalten und in einfacher Weise auf die für das Trennelement benötigten Dimensionen zuschneiden.
Abstandstextilien sind doppelflächige textile Gebilde, bei denen die beispielsweise gewebten oder gewirkten, insbesondere Kettengewirkten, Grundflächen, die auch als Warenflächen bezeichnet werden, durch zusätzliche Abstandsfäden auf Abstand gehalten werden, welche vom Fachmann auch als sogenannte Polfäden bezeichnet werden.
Für im Wesentlichen sämtliche Ausführungsformen bevorzugt ist ein eine erfindungsgemäße Batterieanordnung, wobei das Abstandstextil ein textiles Abstandsgewirk ist.
Im Gegensatz zu zweidimensionalen textilen Flächengebilden handelt es sich bei Abstandstextilien um dreidimensionale Erzeugnisse, welche eine Lagenstruktur ausbilden, wobei die von den zumindest teilweise orthogonal verlaufenden Polfäden voneinander beabstandeten gewirkten Warenflächen jeweils isoliert als textile Flächengebilde aufgefasst werden können.
Mit anderen Worten handelt es sich um eine erfindungsgemäße Batterieanordnung, wobei das Abstandstextil eine erste Grundlage aus einem ersten textilen Flächengebilde, insbesondere einem Gewebe oder Gewirk, bevorzugt einem Gewirk, und eine davon beabstandete zweite Grundlage aus einem zweiten textilen Flächengebilde insbesondere einem Gewebe oder Gewirk, bevorzugt einem Gewirk, umfasst, wobei die erste Grundlage und die zweite Grundlage durch eine Vielzahl von zwischen den Grundlagen verlaufenden Pohlfäden miteinander verbunden und voneinander räumlich separiert sind.
Hinsichtlich der Ausgestaltung der Grundlagen erachten es die Erfinder zur Gewährleistung einer guten Durchdringbarkeit mit einem Kühl- oder sogar einem Löschfluid für besonders bevorzugt, die Grundlagen so auszuführen, dass der Innenraum zwischen den Grundlagen des Abstandstextils besonders gut zugänglich ist, bevorzugt von beiden Seiten.
Bevorzugt ist somit eine erfindungsgemäße Batterieanordnung, wobei die erste Grundlage und/oder die zweite Grundlage, bevorzugt die erste Grundlage und die zweite Grundlage, eine gitter- oder netzförmige Struktur aufweisen. Bevorzugt ist mit anderen Worten eine erfindungsgemäße Batterieanordnung, wobei die erste Grundlage und/oder die zweite Grundlage, bevorzugt die erste Grundlage und die zweite Grundlage, eine Vielzahl von Löchern im Gewirk umfasst, wobei die Löcher bevorzugt einen mittleren Durchmesser von 1 mm oder mehr, besonders bevorzugt 2 mm oder mehr, ganz besonders bevorzugt 5 mm oder mehr, insbesondere bevorzugt 10 mm oder mehr, aufweisen, und/oder wobei die Löcher bevorzugt einen mittleren Durchmesser im Bereich von 1 bis 20 mm, bevorzugt im Bereich von 2 bis 15 mm, aufweisen.
Dem Erfinder ist es gelungen, in eigenen Versuchen besonders geeignete Materialstärken für das Abstandstextil zu identifizieren, mit denen in der Praxis besonders leistungsfähige erfindungsgemäße Batterieanordnungen erhalten werden. Bevorzugt ist nämlich eine erfindungsgemäße Batterieanordnung, wobei das Abstandstextil bei Umgebungsdruck eine mittlere Dicke im Bereich von 1,0 bis 10,0 mm, bevorzugt im Bereich von 1,5 bis 5,0 mm, besonders bevorzugt im Bereich von 2,0 bis 3,0 mm, aufweist.
Bevorzugt wird der entsprechende Abstand dabei relativ weitgehend durch die Pohlfäden erzeugt, so dass die Grundlagen nur wenig zur Gesamtdicke beitragen. Bevorzugt ist somit eine erfindungsgemäße Batterieanordnung, wobei die erste Grundlage und die zweite Grundlage in dem Abstandstextil bei Umgebungsdruck einen mittleren Abstand im Bereich von 0,8 bis 9,8 mm, bevorzugt im Bereich von 1,3 bis 4,8 mm, besonders bevorzugt im Bereich von 1,8 bis 2,8 mm, aufweisen.
Bevorzugt ist zusätzlich oder alternativ eine erfindungsgemäße Batterieanordnung, wobei das flächige Trennelement auf einer der flächigen Seiten eine Fläche im Bereich von 300 bis 1000 cm², bevorzugt im Bereich von 120 bis 650 cm², aufweist.
In den Experimenten des Erfinders haben sich bereits mit herkömmlichen Abstandstextilien gute Ergebnisse erzielen lassen, welche beispielsweise aus Polyester ausgebildet sein können. Diese Ausgestaltung zeigt insbesondere beim Einsatz von Füllstoffen oder bei Rückgriff auf eine Notfallflutung eine gute Leistung. In diesem Fall handelt es sich bevorzugt um eine erfindungsgemäße Batterieanordnung, wobei das Abstandstextil eine oder mehrere Materialfasern umfasst, die ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Polyolefinen und Polyestern, bevorzugt Polyethylen, Polypropylen und Polyethylenterephthalat.
Insbesondere wenn jedoch auf den Einsatz von zusätzlich wärmedämmenden Füllstoffen verzichtet werden soll, erachten die Erfinder jedoch den Einsatz von solchen Materialien als vorteilhaft, die einer Brandentwicklung einen inhärenten Widerstand entgegensetzen können. Bevorzugt ist somit eine erfindungsgemäße Batterieanordnung, wobei das Abstandstextil eine oder mehrere Materialfasern umfasst oder daraus besteht, die ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus nichtbrennbaren Materialien und schwerentflammbaren Materialien.
In vorteilhafter Weise unterstützt die Ausführung des Trennelements als Abstandstextil die Einstellung der erwünschten Kompressibilität, wobei zugleich eine vorteilhafte Rückstellung erreicht wird, durch die eine zu stark ausgeprägte permanente Deformationen des Trennelements vermieden werden kann.
Die spezifische Ausführung des Trennelements erlaubt es, für die im Abstandstextil verarbeiteten Materialfasern auf solche Materialien zurückzugreifen, die als Blockmaterial nicht die notwendigen mechanischen Eigenschaften und notwendigen Rückstellkräfte liefern würden. Dies gilt insbesondere für eine breite Palette an nichtbrennbaren Materialien, d.h. Materialien mit Klasse A1 und A2 nach DIN 4102-1:1985-05, die gerade wegen ihrer Feuerfestigkeit besonders bevorzugt sind. Von diesen Materialien konnten in den Versuchen des Erfinders insbesondere mit Abstandstextilien aus Glasfasern, insbesondere mit in die vorhandene Kapillarstruktur eingebrachter flammhemmender Kunststoffumhüllung der einzelnen Fasern, ausgezeichnete Ergebnisse erzielt werden. Bevorzugt ist entsprechend eine erfindungsgemäße Batterieanordnung, wobei das Abstandstextil eine oder mehrere Materialfasern umfasst, die ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus nichtbrennbaren Materialien. Besonders bevorzugt ist dabei eine erfindungsgemäße Batterieanordnung, wobei das Abstandstextil eine oder mehrere Materialfasern umfasst, die ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Glasfasern.
Der Erfinder hat erkannt, dass es bei der Ausbildung des Trennmaterials als Abstandstextil in vorteilhafter Weise auch möglich ist, statt nichtbrennbaren Materialien nur schwerentflammbare Materialien, d.h. Materialien mit Klasse B1 nach DIN 4102-1:1985-05, einzusetzen, um die branchentypischen Sicherheitsanforderungen zu erfüllen, wobei der Erfinder vermutet, dass ein synergistischer Beitrag der spezifischen Ausgestaltung des Trennmaterials als Abstandstextil besteht, insbesondere hinsichtlich der vorteilhaften Kühlung. Diese schwerentflammbaren Materialien sind häufig kostengünstiger als nichtbrennbare Materialien und/oder leichter in der Form von Abstandstextilien zu fertigen.
Bevorzugt ist somit eine erfindungsgemäße Batterieanordnung, wobei das Abstandstextil eine oder mehrere Materialfasern umfasst, die ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus schwerentflammbaren Materialien. Bevorzugt ist dabei zusätzlich oder alternativ eine erfindungsgemäße Batterieanordnung, wobei das Abstandstextil eine oder mehrere Materialfasern umfasst oder daraus besteht, die ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Materialfasern mit einem Sauerstoffindex (LOI) gemäß DIN EN ISO 4589 :2017-11 von 22 oder mehr, bevorzugt von 25 oder mehr.
Unter den denkbaren schwerentflammbaren Materialien erachtet der Erfinder für im Wesentlichen alle Ausführungsformen den Einsatz von flammhemmenden Materialien als besonders bevorzugt. Flammhemmende Materialien sind dem Fachmann ausgehend von seinem Fachwissen bekannt und in einer breiten Vielfalt kommerziell erhältlich, wobei beispielsweise das Material Nomex der Firma Dupont ein besonders prominentes Beispiel für eine flammhemmendes Material ist. Der Fachmann versteht, dass die flammhemmende Wirkung entsprechender Materialien auf einer Vielzahl von Mechanismen beruhen kann, beispielsweise auf einer endothermen Degradation des Materials, einer Intumeszenz oder der Freisetzung von Gasen, durch die der Partialdruck von Luft lokal reduziert wird. Flammhemmende Eigenschaften können beispielsweise durch eine geeignete Beschichtung eigentlich leichter brennbarer Materialien erreicht werden. Nach Einschätzung des Erfinders ist es jedoch gerade mit Blick auf das Alterungsverhalten und die langfristige Gewährleistung der flammhemmenden Eigenschaften bevorzugt, solche Materialien einzusetzen, die inhärent flammhemmend sind. Besonders bevorzugt ist demgemäß eine erfindungsgemäße Batterieanordnung, wobei das Abstandstextil eine oder mehrere Materialfasern umfasst oder daraus besteht, die ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus flammhemmenden Materialfasern, bevorzugt inhärent flammhemmenden Materialfasern.
Zur Verbesserung des Brandschutzes ist es besonders bevorzugt, das Abstandstextil mit intumeszierenden Eigenschaften auszurüsten. Besonders bevorzugt ist demnach eine erfindungsgemäße Batterieanordnung, wobei das Abstandstextil eine oder mehrere Materialfasern umfasst oder daraus besteht, die aus einem intumeszierenden Material bestehen und/oder mit einem intumeszierenden Material beschichtet sind.
Dem Erfinder ist es gelungen, besonders geeignete Materialien für die Materialfasern zu identifizieren, mit denen sich insbesondere die anspruchsvollen Sicherheitsanforderungen im Automobilbereich ausgezeichnet erfüllen lassen. Bevorzugt ist nämlich eine erfindungsgemäße Batterieanordnung, wobei das Abstandstextil eine oder mehrere Materialfasern umfasst, die ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Phenolharzfasern, Melaminharzfasern und Polyamidfasern, bevorzugt aus der Gruppe bestehend aus Phenolformaldehydharzfasern und Aramidfasern, besonders bevorzugt aus der Gruppe bestehend aus Phenolformaldehydharzfasern und para-Aramidfasern wobei die entsprechenden Fasern jeweils zu einem Massenanteil von 80 % oder mehr, bevorzugt 90 % oder mehr, besonders bevorzugt 95 % oder mehr, aus den jeweiligen Kunststoffen bestehen.
Hierbei erlaubt es die Kombination von unterschiedlichen Fasern, die physikalisch-chemischen Eigenschaften des Trennelements gezielt auf die jeweiligen Anforderungen eines Anwendungszwecks abzustimmen. Bevorzugt ist deshalb für bestimmte Anwendungen auch eine erfindungsgemäße Batterieanordnung, wobei das Abstandstextil zwei oder mehr unterschiedliche Materialfasern umfasst.
Auch wenn dies aus fertigungstechnischer Sicht nach Einschätzung des Erfinders weniger bevorzugt ist, lassen sich die textilen Abstandstextilien im Trennelement potentiell mit anderen Lagen kombinieren, mit denen potentiell weitere Funktionalitäten realisiert werden können, beispielsweise hinsichtlich der Wirkung als Diffusionsbarriere. Für bestimmte Anwendungen bevorzugt ist in diesem Fall eine erfindungsgemäße Batterieanordnung, wobei das flächige Trennelement eine oder mehrere weitere erste Funktionslagen umfasst, wobei die erste Funktionslage bevorzugt ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus elastomeren Flächenmaterialien, insbesondere makroskopisch strukturierten elastomeren Flächenmaterialien, Kunststoffschäumen, insbesondere Silikonschäumen, und textilen Flächengebilden, bevorzugt textilen Flächengebilden, insbesondere Filz- oder Vliesstoffen, und makroskopisch strukturierten Flächenmaterialien aus thermoplastischen Elastomeren, insbesondere silikonbasierten thermoplastischen Elastomeren.
Zudem können weitere Lagen vorgesehen werden, die insbesondere einen zusätzlichen Flammschutz liefern und gegen Strahlungswärme abschirmen. Bevorzugt ist in diesem Fall eine erfindungsgemäße Batterieanordnung, wobei das flächige Trennelement eine oder mehrere weitere zweite Funktionslagen umfasst, wobei die zweite Funktionslage ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus anorganischen Folien, bevorzugt Metallfolien und Mineralfolien, welche gegebenenfalls Bindemittel umfassen, bevorzugt Aluminiumfolie und Schichtsilikatfolien, insbesondere Tonerdesikalisilkatfolie.
Die offene Struktur der erfindungsgemäß einzusetzenden Abstandstextilien erlaubt es in vorteilhafter Weise besonders effizient, ein leistungsfähiges Hybridmaterial zu erzeugen, indem der zwischen den Grundlagen aufgespannte Zwischenraum zumindest teilweise mit einem Füllstoff gefüllt wird, um dadurch die Wärmeleitfähigkeit zu verbessern, wobei dies nach Einschätzung des Erfinders vor allem für solche Anwendungen relevant werden dürfte, bei denen mit einer besonders hohen thermischen Belastung zu rechnen ist. Gerade für anspruchsvolle Anwendungen bevorzugt ist vor diesem Hintergrund eine erfindungsgemäße Batterieanordnung, wobei das flächige Trennelement zumindest einen partikulären Füllstoff, bevorzugt einen anorganischen Füllstoff, besonders bevorzugt einen anorganischen porösen Füllstoff, umfasst, wobei der Füllstoff zumindest teilweise, bevorzugt zu einem Volumenanteil von 50 % oder mehr, besonders bevorzugt von 70 % oder mehr, ganz besonders bevorzugt von 90 % oder mehr, im Hohlraum zwischen der ersten Grundlage und der zweiten Grundlage des Abstandstextils angeordnet ist. Bevorzugt ist dabei eine erfindungsgemäße Batterieanordnung, wobei der Füllstoff ein anorganischer Füllstoff ist, wobei der Füllstoff bevorzugt ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus anorganischen Silicium-Verbindungen, besonders bevorzugt aus der Gruppe bestehend aus gefälltem Siliciumdioxid, pyrogenem Siliciumdioxid und Silicat-Nanogel Bevorzugt ist dabei zusätzlich oder alternativ eine erfindungsgemäße Batterieanordnung, wobei der kombinierte Massenanteil an Füllstoffen im flächigen Trennelement 15 % oder mehr, bevorzugt 20 % oder mehr, besonders bevorzugt 25 % oder mehr, beträgt, bezogen auf die Masse des flächigen Trennelements.
Für solche Ausgestaltungen, welche sich im Störfall besonders gut mit einem Löschfluid löschen lassen und die auch für ein Kühlfluid besonders gut zugänglich sind, schlägt der Erfinder jedoch vor, den Anteil an Füllstoffen möglichst niedrig zu wählen, wobei sich hierdurch in vielen Fällen auch die besten Deformations- und Dämpfungseigenschaften erhalten lassen. Entsprechend ist alternativ eine erfindungsgemäße Batterieanordnung besonders bevorzugt, wobei der kombinierte Massenanteil an Füllstoffen im flächigen Trennelement 10 % oder weniger, bevorzugt 5 % oder weniger, besonders bevorzugt 1 % oder weniger, beträgt, bezogen auf die Masse des flächigen Trennelements, wobei das flächige Trennelement besonders bevorzugt im Wesentlichen frei von Füllstoffen ist. Bevorzugt ist zusätzlich oder alternativ auch eine erfindungsgemäße Batterieanordnung, wobei das flächige Trennelement zu einem Massenanteil von 90 % oder mehr, bevorzugt 95 % oder mehr, besonders bevorzugt 99 % oder mehr, aus dem Abstandstextil besteht.
Es kann als großer Vorteil der erfindungsgemäßen Batterieanordnungen gesehen werden, dass sich die Deformations- und Rückstelleigenschaften des Abstandstextil über dessen Struktur und Ausgestaltung, insbesondere der Materialauswahl und der Zahl der Pohlfäden, sehr präzise einstellen lassen, was sich in vorteilhafter Weise auch mittels Simulationssoftware simulieren lässt. Insoweit ist es dem Erfinder gelungen, optimierte Stauchhärten, gemessen nach DIN EN ISO 3386-2:2010-09 zu identifizieren, mit denen Trennelemente erhalten werden, die sich ausgezeichnet für den Einsatz in Batterieanordnungen von Fahrzeugen eignen und die insbesondere optimal auf die Volumenänderung von typischen Lithium-lonen-Batterie-Pouch-Zellen abgestimmt sind, wobei es zweckmäßig ist, für verschiedene Kompressionen Stauchhärten anzugeben, um so den besonders bevorzugten Parameterraum aufzuspannen.
Bevorzugt ist nämlich zunächst eine erfindungsgemäße Batterieanordnung, wobei das Abstandstextil eine effektive Stauchhärte der Deformation auf 90 % der Ausgangsdicke im Bereich von 1 bis 100 kPa, bevorzugt im Bereich von 5 bis 80 kPa, besonders bevorzugt im Bereich von 8 bis 60 kPa, aufweist. Bevorzugt ist zusätzlich oder alternativ eine erfindungsgemäße Batterieanordnung, wobei das Abstandstextil eine effektive Stauchhärte der Deformation auf 40 % der Ausgangsdicke im Bereich von 5 bis 300 kPa, bevorzugt im Bereich von 20 bis 250 kPa, besonders bevorzugt im Bereich von 50 bis 200 kPa, aufweist. Bevorzugt ist zusätzlich oder alternativ eine erfindungsgemäße Batterieanordnung, wobei das Abstandstextil eine effektive Stauchhärte der Deformation auf 20 % der Ausgangsdicke im Bereich von 50 bis 350 kPa, bevorzugt im Bereich von 75 bis 300 kPa, besonders bevorzugt im Bereich von 100 bis 250 kPa, aufweist. Bevorzugt ist zusätzlich oder alternativ zudem eine erfindungsgemäße Batterieanordnung, wobei das Abstandstextil eine effektive Stauchhärte der Deformation auf 10 % der Ausgangsdicke im Bereich von 200 bis 1000 kPa, bevorzugt im Bereich von 300 bis 950 kPa, besonders bevorzugt im Bereich von 400 bis 900 kPa, aufweist.
Darüber hinaus ist es möglich, das Flächengewicht und die Wärmeleitfähigkeit des Abstandstextils bzw. des gesamten Trennelements, über dessen Struktur und Ausgestaltung sowie die Materialauswahl und ggf. Füllung zu steuern. Auch insoweit ist es dem Erfinder gelungen, besonders geeignete Bereiche zu identifizieren, die in eigenen Versuchen in vorteilhaften erfindungsgemäßen Batterieanordnungen resultiert sind und deren Einstellung der Fachmann nach Einschätzung des Erfinders zumindest als Ausgangspunkt einer eigenen Optimierung austesten sollten. Bevorzugt ist dabei nämlich zunächst eine erfindungsgemäße Batterieanordnung, wobei das Abstandstextil bei einer Dicke von 2 mm eine mittleres Flächengewicht im Bereich von 20 bis 450 g/m², bevorzugt im Bereich von 50 bis 400 g/m², besonders bevorzugt im Bereich von 100 bis 320 g/m², aufweist. Bevorzugt ist zusätzlich oder alternativ im Falle von mit Füllstoff gefüllten Abstandstextilien, eine erfindungsgemäße Batterieanordnung, wobei das flächige Trennelement eine mittlere Gesamtwärmeleitfähigkeit durch das flächige Trennelement hindurch von 0,08 W/mK oder weniger, bevorzugt von 0,06 W/mK oder weniger, besonders bevorzugt von 0,04 W/mK oder weniger, aufweist, wobei die Gesamtwärmeleitfähigkeit bevorzugt gemäß DIN EN ISO 22007 aus 2018 bestimmt wird.
Als besonders vorteilhaft erachtet der Erfinder beim Einsatz von Abstandstextilien, insbesondere bei ungefüllten Abstandstextilien, die Möglichkeit, diese im Falle eines Störfalls in der Batterieanordnung effizient mit einem Kühl- und/oder Löschfluid durchspülen zu können, um insbesondere die Batterieeinheiten effizient kühlen, beispielsweise mit Druckluft, und/oder ablöschen zu können, im Falle von Bränden insbesondere mit Löschfluiden, welche für Lösungsmittelbrände geeignet sind, insbesondere Löschschäume oder Kohlenstoffdioxid, bevorzugt Kohlenstoffdioxid. Bevorzugt ist die Batterieanordnung dazu eingerichtet, eine solche Reaktionsmaßnahme im Störfall auslösen zu können. Bevorzugt ist insoweit eine erfindungsgemäße Batterieanordnung, zusätzlich umfassend ein Fluidreservoir zur Aufnahme eines Kühl- und/oder Löschfluids und ein Fluidführungssystem zum Führen des Kühl- und/oder Löschfluids aus dem Fluidreservoir zu den Batterieeinheiten der Batterieanordnung, wobei das Fluidführungssystem bevorzugt eine Pumpeinheit zum Fördern des Kühl- und/oder Löschfluids aus dem Fluidreservoir umfasst und/oder wobei das Kühl- und/oder Löschfluid im Fluidreservoir unter Überdruck gespeichert ist, wobei das Fluidreservoir besonders bevorzugt ein treibgasgefüllter Druckluftbehälter ist.
Die Löschinfrastruktur, d.h. das Fluidreservoir und das Fluidführungssystem, werden dabei nach Einschätzung des Erfinders bevorzugt so ausgelegt, dass die Batterieeinheiten, bevorzugt sämtliche Batterieeinheiten der Batterieanordnung, innerhalb von 1 s oder weniger, bevorzugt innerhalb von 0,5 s oder weniger, mit dem Kühl- und/oder Löschfluid umspült werden können.
In diesem Zusammenhang schlägt der Erfinder vor, dass es zielführend ist, in der Batterieanordnung zudem geeignete Einrichtungen vorzusehen, um einen Störfall detektieren zu können, beispielsweise durch das Registrieren eines thermischen Durchgehens in einer oder mehrerer der Batterieeinheiten. Bevorzugt ist hierfür eine erfindungsgemäße Batterieanordnung, zusätzlich umfassend Mittel zum Erfassen eines Störfalls in der Batterieanordnung, bevorzugt eines thermischen Durchgehens oder eines Brandes, bevorzugt eine Gasaustrittsdetektion oder eine Temperaturüberwachungseinheit zur Überwachung der Temperatur der Batterieeinheiten der Batterieanordnung.
Vor diesem Hintergrund betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zum Umgang mit einem Störfall in einer bevorzugten erfindungsgemäßen Batterieanordnung, umfassend die Verfahrensschritte:

a) Detektieren eines Störfalls in der Batterieanordnung, insbesondere eines thermischen Durchgehens oder eines Brandes oder eines Gasaustritts,
b) Führen eines Kühl- und/oder Löschfluids, insbesondere eine Kühl- oder Löschgases, insbesondere von Luft, aus dem Fluidreservoir zu den Batterieeinheiten der Batterieanordnung, wobei das Kühl- und/oder Löschfluid zumindest teilweise in das Abstandstextil eingeführt wird.

Offenbart wird abschließend in Übereinstimmung mit der fachmännischen Erwartung auch ein Fahrzeug, umfassend eine erfindungsgemäße Batterieanordnung.
Nachfolgend werden die Erfindung und bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren näher erläutert und beschrieben. In den Figuren zeigen dabei:

1 eine schematische Querschnittsdarstellung einer bevorzugten erfindungsgemäßen Batterieanordnung;
2 eine schematische Querschnittsdarstellung eines besonders bevorzugten flächigen Trennelements für den Einsatz in bevorzugten erfindungsgemäßen Batterieanordnungen;
3 eine schematische Darstellung des flächigen Trennelementes der 2 in zwei unterschiedlichen besonders bevorzugten Ausführungsformen in einer perspektivischen Ansicht;
4 eine schematische Darstellung unterschiedlicher Grundlagen der flächigen Trennelemente der 3a) in bevorzugten Ausführungsformen; und
5 eine schematische Querschnittsdarstellung einer bevorzugten erfindungsgemäßen Batterieanordnung im Einsatz in einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Umgang mit einem Störfall.

1 zeigt eine vereinfachte schematische Querschnittsdarstellung einer bevorzugten erfindungsgemäßen Batterieanordnung 10. In dem gezeigten Beispiel sind zwei Batterieeinheiten 12a, 12b elektrisch miteinander verbunden, wobei das Batteriemanagement über eine Batteriekontrolleinheit 32 erfolgt, die in 1 schematisch gezeigt ist.
Die gezeigte Batterieanordnung 10 umfasst zudem ein Fluidreservoir 26 mit einem im Inneren angeordneten Kühlfluid und ein Fluidführungssystem 28 zum Führen des Kühlfluids aus dem Fluidreservoir 26 zu den Batterieeinheiten 12a, 12b. Überdies weist die Batterieanordnung Mittel zum Erfassen eines Störfalls 30 auf, um beispielsweise ein thermisches Durchgehen oder einen Brand der Batterieeinheiten 12a, 12b zu erfassen.
Im gezeigten Beispiel handelt es sich bei den Batterieeinheiten 12a, 12b um Lithium-Ionen-Batteriezellen, die als Pouch-Zellen ausgeführt sind. Zwischen den Batterieeinheiten 12a, 12b ist ein flächiges Trennelement 14 angeordnet, durch welches die zwei Batterieeinheiten 12a, 12b so vollständig voneinander separiert werden, dass kein unmittelbarer Kontakt zwischen den Batterieeinheiten 12a, 12b besteht.
Die 1 zeigt dabei beispielhaft einen Ausschnitt, der Teil einer größeren Batterieanordnung 10 sein kann, welche beispielsweise weitere durch flächige Trennelemente 14 separierte Batterieeinheiten 12a, 12b umfassen kann, die gemeinsam in einem Batteriegehäuse angeordnet sind.
Im gezeigten Beispiel der 1 besteht das flächige Trennelement 14, wie auch in 2 gezeigt, aus einem Abstandstextil 16, welches als Abstandsgewirk ausgeführt ist, mit einer ersten Grundlage 18 aus einem ersten flächigen Gewirk, welche über eine Vielzahl von Pohlfäden 22 mit einer räumlich separierten zweiten Grundlage 20 aus einem zweiten flächigen Gewirk verbunden ist. Im Abstandstextil 16 ist im Hohlraum zwischen der ersten Grundlage 18 und der zweiten Grundlage 20 ein anorganischer poröser Füllstoff 24 angeordnet, nämlich Silicat-Nanogel, wodurch das Trennelement 14 besonders für den Einsatz mit Pouch-Zellen geeignet ist. Ohne eine entsprechende Füllung mit Füllstoff 24 eignet sich das Trennelement 14 in vielen Fällen besser für prismatische Zellen.
Das gezeigte Abstandstextil 16 der 2 umfasst im gezeigten Beispiel in den flächigen Gewirken der ersten Grundlage 18 und der zweiten Grundlage 20 inhärent flammhemmende Materialfasern.
Das gezeigte Abstandstextil 16 der 2 weist eine effektive Stauchhärte der Deformation auf 90 % der Ausgangsdicke von etwa 45 kPa und eine Dicke von etwa 2,8 mm eine mittleres Flächengewicht von 200 g/m² auf.
Wie in 3a) und 3b) in der perspektivischen Darstellung bevorzugter textiler Abstandstextilien 16 gezeigt, weisen die erste Grundlage 18 und die zweite Grundlage 20 jeweils gitter- bzw. netzförmige Strukturen auf, sodass eine Vielzahl von Löchern im Gewirk entsteht. Die gezeigten textilen Abstandstextilien 16 weisen jeweils eine mittlere Dicke von etwa 3 mm auf, wobei die erste Grundlage 18 und die zweite Grundlage 20 einen mittleren Abstand von 2,8 mm aufweisen. In 3a) sind die erste Grundlage 18 und die zweite Grundlage 20 gleich ausgeführt, wohingegen 3b) eine bevorzugte Ausführungsform mit unterschiedlich ausgeführter erster Grundlage 18 und zweiter Grundlage 20 zeigt, bei der die zweite Grundlage als deutlich engmaschigeres Gewirk ausgeführt ist.
In 4a) und 4b) sind mögliche erste textile Flächengewebe und zweite textile Flächengewebe mit unterschiedlich stark ausgeprägten Löchern für bienenwabenartige Gewirk schematisch gezeigt. In 4a) weisen die Löcher einen mittleren Durchmesser von 5 mm auf und in 4b) einen mittleren Durchmesser von 10 mm.
5 zeigt die erfindungsgemäße Batterieanordnung der 1 im Einsatz in einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Umgang mit einem Störfall. Einer Expansion der Batterieeinheiten 12a, 12b durch Überhitzung im Zuge des thermischen Durchgehens wird hier durch das Einführen des Kühlfluids aus dem Fluidreservoir 26 über das Fluidführungssystem 28 in das Abstandstextil 16 entgegengewirkt, wobei das Fluidreservoir insbesondere bei stationären Batterien auch in das Batteriegehäuse integriert werden kann, auch wenn es auch bei Elektrofahrzeugen vorteilhaft ist.
Bezugszeichen

10: Batterieanordnung
12a-b: Batterieeinheiten
14: flächiges Trennelement
16: Abstandstextil
18: erste Grundlage
20: zweite Grundlage
22: Pohlfäden
24: Füllstoff
26: Fluidreservoir
28: Fluidführungssystem
30: Mittel zum Erfassen eines Störfalls
32: Batteriekontrolleinheit

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

DIN 4102-1:1985-05 [0052, 0053]
DIN EN ISO 4589 :2017-11 [0054]
DIN EN ISO 3386-2:2010-09 [0063]

Claims

Batterieanordnung (10), insbesondere für den Einsatz in Elektrofahrzeugen, umfassend zwei oder mehr Batterieeinheiten (12a, 12b), wobei wenigstens zwischen zwei benachbarten Batterieeinheiten (12a, 12b) ein flächiges Trennelement (14) angeordnet ist, welches die Batterieeinheiten (12a, 12b) zumindest abschnittsweise voneinander separiert, wobei das flächige Trennelement (14) ein Abstandstextil (16) umfasst oder daraus besteht.
Batterieanordnung (10) nach Anspruch 1, wobei die Batterieeinheiten (12a, 12b) Pouch-Zellen sind oder Pouch-Zellen umfassen.
Batterieanordnung (10) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei das Abstandstextil (16) eine erste Grundlage (18) aus einem ersten textilen Flächengebilde und eine davon beabstandete zweite Grundlage (20) aus einem zweiten textilen Flächengebilde umfasst, wobei die erste Grundlage (18) und die zweite Grundlage (20) durch eine Vielzahl von zwischen den Grundlagen verlaufenden Pohlfäden (22) miteinander verbunden und voneinander räumlich separiert sind.
Batterieanordnung (10) nach Anspruch 3, wobei die erste Grundlage (18) und/oder die zweite Grundlage (20) eine gitter- oder netzförmige Struktur aufweisen.
Batterieanordnung (10) nach einem der Ansprüche 3 oder 4, wobei die erste Grundlage (18) und die zweite Grundlage (20) in dem Abstandstextil (16) einen mittleren Abstand im Bereich von 0,8 bis 9,8 mm, aufweisen.
Batterieanordnung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Abstandstextil (16) eine oder mehrere Materialfasern umfasst oder daraus besteht, die ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus nichtbrennbaren Materialien und schwerentflammbaren Materialien.
Batterieanordnung (10) nach Anspruch 6, wobei das Abstandstextil (16) eine oder mehrere Materialfasern umfasst oder daraus besteht, die ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus flammhemmenden Materialfasern, bevorzugt inhärent flammhemmenden Materialfasern.
Batterieanordnung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Abstandstextil (16) eine effektive Stauchhärte der Deformation auf 40 % der Ausgangsdicke im Bereich von 5 bis 300 kPa aufweist.
Batterieanordnung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das flächige Trennelement (14) zu einem Massenanteil von 90 % oder mehr aus dem Abstandstextil (16) besteht.
Batterieanordnung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das flächige Trennelement (14) zumindest einen partikulären Füllstoff (24) umfasst.
Batterieanordnung (10) nach Anspruch 10, wobei der kombinierte Massenanteil an Füllstoffen (24) im flächigen Trennelement (14) 15 % oder mehr beträgt, bezogen auf die Masse des flächigen Trennelements (14).
Batterieanordnung (10) nach einem der Ansprüche 10 oder 11, wobei der Füllstoff (24) bevorzugt ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus anorganischen Silicium-Verbindungen.
Batterieanordnung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, zusätzlich umfassend ein Fluidreservoir (26) zur Aufnahme eines Kühl- und/oder Löschfluids und ein Fluidführungssystem (28) zum Führen des Kühl- und/oder Löschfluids aus dem Fluidreservoir (26) zu den Batterieeinheiten (12a, 12b) der Batterieanordnung (10).
Batterieanordnung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, zusätzlich umfassend Mittel zum Erfassen eines Störfalls (30) in der Batterieanordnung (10).