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DE102022108829A1 - Battery system for a vehicle, the vehicle comprising the battery system - Google Patents

Battery system for a vehicle, the vehicle comprising the battery system Download PDF

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DE102022108829A1
DE102022108829A1 DE102022108829.4A DE102022108829A DE102022108829A1 DE 102022108829 A1 DE102022108829 A1 DE 102022108829A1 DE 102022108829 A DE102022108829 A DE 102022108829A DE 102022108829 A1 DE102022108829 A1 DE 102022108829A1
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reservoir
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battery
inert gas
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Philipp Kellner
Christopher Volkmer
Ralf Keller
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Dr Ing HCF Porsche AG
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Dr Ing HCF Porsche AG
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Abstract

Batteriesystem (102) umfassend eine Batteriezelle (104), ein Reservoir (106), insbesondere eine Kapsel, für Inertgas und ein Mittel zum Mischen von Gas, das aus der Batteriezelle austritt, mit Inertgas aus dem Reservoir (106). Fahrzeug (100) umfassend das Batteriesystem (102).Battery system (102) comprising a battery cell (104), a reservoir (106), in particular a capsule, for inert gas and a means for mixing gas emerging from the battery cell with inert gas from the reservoir (106). Vehicle (100) comprising the battery system (102).

Description

Die Erfindung geht aus von einem Batteriesystem für ein Fahrzeug und einem das Batteriesystem umfassenden Fahrzeug.The invention is based on a battery system for a vehicle and a vehicle comprising the battery system.

Bei einem thermischen Ereignis im Batteriesystem können heiße Gase entstehen, die aus der Batteriezelle austreten. Kommen diese Gase bei hoher Temperatur in hoher Konzentration mit Sauerstoff in Kontakt, entzünden sich die Gase und es entsteht eine Flamme. Eine Flammenbildung außerhalb des Fahrzeugs beim thermischen Ereignis sollte vermieden werden. Eine Möglichkeit eine Flammenbildung zu verhindern besteht darin, das heiße Gas vor Austritt aus dem Fahrzeug abzukühlen. Beispielsweise kann das Gas durch Kanäle geleitet und durch den Oberflächenkontakt zu den Kanälen abgekühlt werden. Ja nach Gasmenge, Kanallänge und eingesetztem Material erhitzt sich dabei der Kanal. Mit steigender Temperatur des Kanals sinkt die Kühlungswirkung auf das Gas. Daher ist die über einen Kanal kühlbare Gasmenge begrenzt und eine ausschließliche Kühlung des Gases ist oft nicht ausreichend.A thermal event in the battery system can produce hot gases that escape from the battery cell. If these gases come into contact with oxygen in high concentrations at high temperatures, the gases ignite and a flame is created. Flame formation outside the vehicle during a thermal event should be avoided. One way to prevent flame formation is to cool the hot gas before it exits the vehicle. For example, the gas can be passed through channels and cooled by surface contact with the channels. Depending on the amount of gas, the length of the channel and the material used, the channel heats up. As the temperature of the channel increases, the cooling effect on the gas decreases. Therefore, the amount of gas that can be cooled via a channel is limited and exclusive cooling of the gas is often not sufficient.

Das Batteriesystem gemäß des unabhängigen Anspruchs 1 vermeidet die Flammenbildung durch Beigabe eines Inertgases. Dadurch wird eine Reaktionsfreudigkeit des Gasgemisches reduziert, wodurch sich das aus austretende heiße Gas auch bei höheren Temperaturen nicht entzündet.The battery system according to independent claim 1 avoids the formation of flames by adding an inert gas. This reduces the reactivity of the gas mixture, meaning that the hot gas escaping does not ignite even at higher temperatures.

Das Batteriesystem umfasst eine Batteriezelle, ein Reservoir, insbesondere eine Kapsel, für Inertgas und ein Mittel zum Mischen von Gas, das aus der Batteriezelle austritt, mit Inertgas aus dem Reservoir.The battery system includes a battery cell, a reservoir, in particular a capsule, for inert gas and a means for mixing gas emerging from the battery cell with inert gas from the reservoir.

Vorzugsweise umfasst das Mittel zum Mischen von Gas mit Inertgas einen Luftbereich außerhalb der Batteriezelle oder einen Luftkanal, der ausgebildet ist, Gas, das aus der Batteriezelle austritt, in eine Umgebung des Batteriesystems abzuleiten.Preferably, the means for mixing gas with inert gas comprises an air region outside the battery cell or an air duct that is designed to discharge gas exiting the battery cell into an environment of the battery system.

Vorzugsweise umfasst das Reservoir eine Öffnung in den Luftbereich oder den Luftkanal.Preferably, the reservoir includes an opening into the air area or the air duct.

Vorzugsweise beinhaltet das Reservoir das Inertgas gasförmig, flüssig oder fest.The reservoir preferably contains the inert gas in gaseous, liquid or solid form.

Vorzugsweise ist das Reservoir ein Druckbehälter, insbesondere mit äußeren Dimensionen, die im Bereich zwischen 1 cm und 10cm liegen.The reservoir is preferably a pressure vessel, in particular with external dimensions that are in the range between 1 cm and 10 cm.

Vorzugsweise beinhaltet das Reservoir ein insbesondere festes oder flüssiges Trägermaterial, welches ausgebildet ist, das Inertgas physikalisch oder chemisch zu binden und ab einer definierten Temperatur freizusetzen.The reservoir preferably contains a particularly solid or liquid carrier material, which is designed to physically or chemically bind the inert gas and to release it from a defined temperature.

Vorzugsweise umfasst das Reservoir einen Verschluss für die Öffnung, der ausgebildet ist, bei einer definierten Temperatur automatisch zu öffnen.Preferably, the reservoir comprises a closure for the opening, which is designed to open automatically at a defined temperature.

Vorzugsweise ist eine Querschnittsfläche der Öffnung derart dimensioniert, dass das Inertgas über einen definierten Zeitraum, insbesondere im Bereich von im Wesentlichen 3 Sekunden bis im Wesentlichen 180 Sekunden freigegeben wird.Preferably, a cross-sectional area of the opening is dimensioned such that the inert gas is released over a defined period of time, in particular in the range from essentially 3 seconds to essentially 180 seconds.

Vorzugsweise ist ein erster Teil eines Mittels zum Ausleiten des Gases, das aus der Batteriezelle austritt, innerhalb des Batteriesystems angeordnet, wobei ein zweiter Teil des Mittels zum Ausleiten des Gases außerhalb eines Gehäuses des Batteriesystems angeordnet ist, wobei zwischen dem ersten Teil und dem zweiten Teil ein diese Teile trennendes Entgasungselement angeordnet ist, das ausgebildet ist, bei einem definierten Gasdruck im ersten Teil einen Strömungsquerschnitt zu öffnen, wobei im ersten Teil wenigstens ein Reservoir angeordnet ist und/oder wobei im zweiten Teil wenigstens ein Reservoir angeordnet ist. Das Entgasungselement öffnet bei einem definierten, erhöhten Druck von einer Seite. Durch das Anordnen wenigstens eines Reservoirs im ersten Teil wird eine etwaige Flammenbildung frühzeitig durch Inertgas vermieden. Durch das Anordnen wenigstens eines Reservoirs im zweiten Teil wird eine etwaige Flammenbildung nach dem Öffnen des Entgasungselements durch Inertgas vermieden. Preferably, a first part of a means for discharging the gas emerging from the battery cell is arranged within the battery system, with a second part of the means for discharging the gas being arranged outside a housing of the battery system, between the first part and the second part a degassing element separating these parts is arranged, which is designed to open a flow cross section at a defined gas pressure in the first part, at least one reservoir being arranged in the first part and/or at least one reservoir being arranged in the second part. The degassing element opens from one side at a defined, increased pressure. By arranging at least one reservoir in the first part, any flame formation caused by inert gas is prevented at an early stage. By arranging at least one reservoir in the second part, any flame formation after opening the degassing element is avoided by inert gas.

Vorzugsweise ist das Reservoir im oder am Batteriesystem oder einem Batteriegehäuse oder einer Batteriekühleinrichtung montiert.Preferably, the reservoir is mounted in or on the battery system or a battery housing or a battery cooling device.

Vorzugsweise ist das Reservoir an einer Karosserie eines Fahrzeugs montiert, das das Batteriesystem umfasst. Dies ist vorteilhaft, wenn ein Entgasungsweg außerhalb des Batteriesystems zumindest teilweise zwischen Batterie und Karosserie verläuft.Preferably, the reservoir is mounted on a body of a vehicle that includes the battery system. This is advantageous if a degassing path outside the battery system runs at least partially between the battery and the body.

Vorzugsweise ist das Inertgas CO2, Stickstoff oder ein Edelgas, insbesondere Argon.The inert gas is preferably CO2, nitrogen or a noble gas, in particular argon.

Das Fahrzeug gemäß dem nebengeordneten Anspruch umfasst das Batteriesystem und weist dementsprechende Vorteile auf.The vehicle according to the independent claim includes the battery system and has corresponding advantages.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind der folgenden Beschreibung und der Zeichnung entnehmbar.Further advantageous embodiments can be found in the following description and the drawing.

In der Zeichnung zeigt:

  • 1 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs,
  • 2 eine schematische Darstellung eines Reservoirs.
In the drawing shows:
  • 1 a schematic representation of a vehicle,
  • 2 a schematic representation of a reservoir.

In 1 ist ein Fahrzeug 100 schematisch dargestellt. Das Fahrzeug 100 umfasst ein Batteriesystem 102 mit wenigstens einer Batteriezelle 104. Im Beispiel ist eine Mehrzahl von Batteriezellen 104 vorgesehen.In 1 a vehicle 100 is shown schematically. The vehicle 100 includes a battery system 102 with at least one battery cell 104. In the example, a plurality of battery cells 104 are provided.

Das Batteriesystem 102 umfasst wenigstens ein Reservoir 106 für Inertgas. Das Reservoir 106 ist im Beispiel eine Kapsel. Im Beispiel ist eine Mehrzahl von Reservoirs 106 vorgesehen.The battery system 102 includes at least one reservoir 106 for inert gas. The reservoir 106 is a capsule in the example. In the example, a plurality of reservoirs 106 are provided.

Das Batteriesystem 102 umfasst wenigstens ein Mittel zum Mischen von Gas, das aus der wenigstens einen Batteriezelle 104 austritt, mit Inertgas aus dem wenigstens einen Reservoir 106.The battery system 102 includes at least one means for mixing gas exiting the at least one battery cell 104 with inert gas from the at least one reservoir 106.

Das Mittel zum Mischen von Gas mit Inertgas umfasst im Beispiel wenigstens einen Luftbereich 108 außerhalb der Batteriezelle 104. Das Mittel zum Mischen von Gas mit Inertgas umfasst im Beispiel wenigstens einen Luftkanal 110, der ausgebildet ist, Gas, das aus der Batteriezelle 104 austritt, in eine Umgebung 112 des Batteriesystems 102 abzuleiten. Es kann vorgesehen sein, dass das Mittel zum Mischen von Gas entweder den wenigstens einen Luftbereich 108 oder den wenigstens einen Luftkanal 110 umfasst. Der wenigstens eine Luftbereich 108 ist im Beispiel innerhalb des Batteriesystems 102 angeordnet. Der wenigstens eine Luftkanal 110 ist im Beispiel außerhalb eines Gehäuses angeordnet, welches die wenigstens eine Batteriezelle 104 aufnimmt. Der wenigstens eine Luftkanal 110 kann teilweise innerhalb und teilweise außerhalb des Gehäuses angeordnet sein.In the example, the means for mixing gas with inert gas comprises at least one air region 108 outside the battery cell 104. In the example, the means for mixing gas with inert gas comprises at least one air duct 110, which is designed to accommodate gas emerging from the battery cell 104 to derive an environment 112 of the battery system 102. It can be provided that the means for mixing gas comprises either the at least one air region 108 or the at least one air channel 110. The at least one air region 108 is arranged within the battery system 102 in the example. In the example, the at least one air duct 110 is arranged outside a housing which accommodates the at least one battery cell 104. The at least one air duct 110 can be arranged partially inside and partially outside the housing.

Das Batteriesystem 102 umfasst ein Mittel zum Ausleiten des Gases, das aus der wenigstens einen Batteriezelle 104 austritt.The battery system 102 includes a means for exhausting the gas that exits the at least one battery cell 104.

Ein erster Teil des Mittels zum Ausleiten des Gases ist innerhalb des Batteriesystems 102 angeordnet. Ein zweiter Teil des Mittels zum Ausleiten des Gases ist außerhalb eines Gehäuses des Batteriesystems 102 angeordnet. Im Beispiel umfasst der erste Teil den wenigstens einen Luftbereich 108 und der zweite Teil den wenigstens einen Luftkanal 110.A first part of the means for discharging the gas is arranged within the battery system 102. A second part of the means for discharging the gas is arranged outside a housing of the battery system 102. In the example, the first part includes the at least one air region 108 and the second part includes the at least one air duct 110.

Zwischen dem ersten Teil und dem zweiten Teil ist im Beispiel wenigstens ein diese Teile trennendes Entgasungselement 114 angeordnet.In the example, at least one degassing element 114 separating these parts is arranged between the first part and the second part.

Das wenigstens eine Entgasungselement 114 ist ausgebildet ist, bei einem definierten Gasdruck im ersten Teil einen Strömungsquerschnitt zu öffnen.The at least one degassing element 114 is designed to open a flow cross section in the first part at a defined gas pressure.

Im ersten Teil ist im Beispiel wenigstens ein Reservoir 106 angeordnet. Im zweiten Teil ist im Beispiel wenigstens ein Reservoir 106 angeordnet.In the example, at least one reservoir 106 is arranged in the first part. In the example, at least one reservoir 106 is arranged in the second part.

Das wenigstens eine Entgasungselement 114 ist ausgebildet, bei einem definierten, erhöhten Druck von einer Seite, d.h. im ersten Teil oder im zweiten Teil, zu öffnen.The at least one degassing element 114 is designed to open from one side, i.e. in the first part or in the second part, at a defined, increased pressure.

In 2 ist das Reservoir 106 schematisch dargestellt. Das Reservoir 106 umfasst eine Öffnung 202. Je nachdem wo das Reservoir 106 angeordnet ist, öffnet die Öffnung in den Luftbereich 108 oder den Luftkanal 110.In 2 the reservoir 106 is shown schematically. The reservoir 106 includes an opening 202. Depending on where the reservoir 106 is arranged, the opening opens into the air area 108 or the air duct 110.

Es kann vorgesehen sein, dass das Reservoir 106 das Inertgas gasförmig, flüssig oder fest beinhaltet. Es kann vorgesehen sein, dass das Reservoir 106 ein insbesondere festes oder flüssiges Trägermaterial beinhaltet, welches ausgebildet ist, das Inertgas physikalisch oder chemisch zu binden und ab einer definierten Temperatur freizusetzen. Das Inertgas ist beispielsweise CO2, Stickstoff oder ein Edelgas, insbesondere Argon. Es kann auch ein Mischgas aus diesen vorgesehen sein.It can be provided that the reservoir 106 contains the inert gas in gaseous, liquid or solid form. It can be provided that the reservoir 106 contains a particularly solid or liquid carrier material, which is designed to physically or chemically bind the inert gas and release it from a defined temperature. The inert gas is, for example, CO2, nitrogen or a noble gas, in particular argon. A mixed gas from these can also be provided.

Das Reservoir 106 umfasst im Beispiel einen Verschluss 204 für die Öffnung 202. Der Verschluss 204 ist beispielsweise ausgebildet ist, bei einer definierten Temperatur automatisch zu öffnen.In the example, the reservoir 106 includes a closure 204 for the opening 202. The closure 204 is, for example, designed to open automatically at a defined temperature.

Die Öffnung 202 weist im Beispiel eine Querschnittsfläche 206 auf. Die Querschnittsfläche 206 ist in einer Ausführung derart dimensioniert, dass das Inertgas über einen definierten Zeitraum freigegeben wird. Der Zeitraum liegt beispielsweise im Bereich von ca. 3 Sekunden bis ca. 180 Sekunden.In the example, the opening 202 has a cross-sectional area 206. In one embodiment, the cross-sectional area 206 is dimensioned such that the inert gas is released over a defined period of time. The period is, for example, in the range from approximately 3 seconds to approximately 180 seconds.

Das Reservoir 106 umfasst im Beispiel einen Druckbehälter 208. Die äußeren Dimensionen des Reservoirs 106 liegen beispielsweise im Bereich zwischen 1cm und 10cm.In the example, the reservoir 106 comprises a pressure vessel 208. The external dimensions of the reservoir 106 are, for example, in the range between 1cm and 10cm.

Das Reservoir 106 ist im Beispiel im Batteriesystem 102 montiert. Es kann vorgesehen sein, dass das Reservoir 106 am Batteriesystem 102 oder einem Batteriegehäuse oder einer Batteriekühleinrichtung montiert ist.The reservoir 106 is mounted in the battery system 102 in the example. It may be provided that the reservoir 106 is mounted on the battery system 102 or a battery housing or a battery cooling device.

Das Reservoir 106 kann auch an einer Karosserie des Fahrzeugs 100 montiert sein.The reservoir 106 may also be mounted on a body of the vehicle 100.

Das Mittel zum Ausleiten des Gases kann einen Kanal außerhalb des Batteriesystems 102 umfassen, der zumindest teilweise zwischen Batterie und Karosserie verläuft.The means for exhausting the gas may include a channel outside the battery system 102, which runs at least partially between the battery and the body.

Claims (13)

Batteriesystem (102) gekennzeichnet durch eine Batteriezelle (104), ein Reservoir (106), insbesondere eine Kapsel, für Inertgas und ein Mittel zum Mischen von Gas, das aus der Batteriezelle austritt, mit Inertgas aus dem Reservoir (106).Battery system (102) characterized by a battery cell (104), a reservoir (106), in particular a capsule, for inert gas and a means for mixing gas emerging from the battery cell with inert gas from the reservoir (106). Batteriesystem (102) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel zum Mischen von Gas mit Inertgas einen Luftbereich (108) außerhalb der Batteriezelle (104) oder einen Luftkanal (110) umfasst, der ausgebildet ist, Gas, das aus der Batteriezelle (104) austritt, in eine Umgebung (112) des Batteriesystems (102) abzuleiten.Battery system (102). Claim 1 , characterized in that the means for mixing gas with inert gas comprises an air region (108) outside the battery cell (104) or an air duct (110) which is designed to let gas exiting the battery cell (104) into an environment (112) of the battery system (102). Batteriesystem (102) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Reservoir (106) eine Öffnung (202) in den Luftbereich (108) oder den Luftkanal (110) umfasst.Battery system (102) according to one of the preceding claims, characterized in that the reservoir (106) comprises an opening (202) into the air region (108) or the air duct (110). Batteriesystem (102) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Reservoir (106) das Inertgas gasförmig, flüssig oder fest beinhaltet.Battery system (102) according to one of the preceding claims, characterized in that the reservoir (106) contains the inert gas in gaseous, liquid or solid form. Batteriesystem (102) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Reservoir (106) ein Druckbehälter ist, insbesondere mit äußeren Dimensionen, die im Bereich zwischen 1cm und 10cm liegen.Battery system (102) according to one of the preceding claims, characterized in that the reservoir (106) is a pressure vessel, in particular with external dimensions that are in the range between 1cm and 10cm. Batteriesystem (102) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Reservoir (106) ein insbesondere festes oder flüssiges Trägermaterial beinhaltet, welches ausgebildet ist, das Inertgas physikalisch oder chemisch zu binden und ab einer definierten Temperatur freizusetzen.Battery system (102) according to one of the preceding claims, characterized in that the reservoir (106) contains a particularly solid or liquid carrier material which is designed to physically or chemically bind the inert gas and to release it from a defined temperature. Batteriesystem (102) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Reservoir (106) einen Verschluss (204) für die Öffnung (202), umfasst, der ausgebildet ist, bei einer definierten Temperatur automatisch zu öffnen.Battery system (102) according to one of the preceding claims, characterized in that the reservoir (106) comprises a closure (204) for the opening (202), which is designed to open automatically at a defined temperature. Batteriesystem (102) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Querschnittsfläche (206) der Öffnung (202) derart dimensioniert, dass das Inertgas über einen definierten Zeitraum, insbesondere im Bereich von im Wesentlichen 3 Sekunden bis im Wesentlichen 180 Sekunden freigegeben wird.Battery system (102) according to one of the preceding claims, characterized in that a cross-sectional area (206) of the opening (202) is dimensioned such that the inert gas is released over a defined period of time, in particular in the range from essentially 3 seconds to essentially 180 seconds . Batteriesystem (102) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Teil (108) eines Mittels zum Ausleiten des Gases, das aus der Batteriezelle (104) austritt, innerhalb des Batteriesystems (102) angeordnet, wobei ein zweiter Teil (110) des Mittels zum Ausleiten des Gases außerhalb eines Gehäuses des Batteriesystems (102) angeordnet ist, wobei zwischen dem ersten Teil und dem zweiten Teil ein diese Teile trennendes Entgasungselement (114) angeordnet ist, das ausgebildet ist, bei einem definierten Gasdruck im ersten Teil einen Strömungsquerschnitt zu öffnen, wobei im ersten Teil wenigstens ein Reservoir (106) angeordnet ist und/oder wobei im zweiten Teil wenigstens ein Reservoir (106) angeordnet ist.Battery system (102) according to one of the preceding claims, characterized in that a first part (108) of a means for discharging the gas emerging from the battery cell (104) is arranged within the battery system (102), a second part (110 ) of the means for discharging the gas is arranged outside a housing of the battery system (102), with a degassing element (114) separating these parts being arranged between the first part and the second part, which is designed to operate at a defined gas pressure in the first part Open flow cross section, wherein at least one reservoir (106) is arranged in the first part and / or at least one reservoir (106) is arranged in the second part. Batteriesystem (102) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Reservoir (106) im oder am Batteriesystem (102) oder einem Batteriegehäuse oder einer Batteriekühleinrichtung montiert ist.Battery system (102) according to one of the preceding claims, characterized in that the reservoir (106) is mounted in or on the battery system (102) or a battery housing or a battery cooling device. Batteriesystem (102) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Reservoir (106) an einer Karosserie eines Fahrzeugs (100) montiert ist, das das Batteriesystem (102) umfasst.Battery system (102) according to one of the preceding claims, characterized in that the reservoir (106) is mounted on a body of a vehicle (100) which includes the battery system (102). Batteriesystem (102) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Inertgas CO2, Stickstoff oder ein Edelgas, insbesondere Argon ist.Battery system (102) according to one of the preceding claims, characterized in that the inert gas is CO2, nitrogen or a noble gas, in particular argon. Fahrzeug (100), dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug (100) das Batteriesystem (102) gemäß eines der Ansprüche 1 bis 12 umfasst.Vehicle (100), characterized in that the vehicle (100) has the battery system (102) according to one of Claims 1 until 12 includes.
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