DE-102024132251-A1 - Batterieanordnung mit verbesserten Dichteigenschaften und Kraftfahrzeug

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Batterieanordnung (11), umfassend eine Zellgruppe (12, 14) mit mindestens einer Batteriezelle (16), die eine freigebbare Zellentgasungsöffnung (22) aufweist, eine Trägerplatte (20) mit einer ersten Trägerseite (20a), einer zweiten Trägerseite (20b) und einem der freigebbare Zellentgasungsöffnung (22) gegenüberliegenden Durchtrittsbereich (24, 26) als Teil eines Entgasungsbereichs (42') der Trägerplatte (20), eine unterhalb der Trägerplatte (20) angeordnete und der zweiten Trägerseite (20b) zugewandte Schutzplatte (28, 30), und einen ersten Entgasungsraum (32) zwischen der Schutzplatte (28, 30) und der Trägerplatte (20). Dabei ist vorgesehen, dass die Batterieanordnung (11) eine Dichtlage (36, 38) umfasst, die an der zweiten Trägerseite (20b) angeordnet ist, die den Entgasungsbereich (42') überdeckt und vom ersten Entgasungsraum (32) separiert, wobei ein zweiter Entgasungsraum (32') zwischen dem Entgasungsbereich (42') und der Dichtlage (36, 38) ausgebildet oder im Entgasungsfall ausbildbar ist, so dass der zweite Entgasungsraum (32) im Entgasungsfall nur temporär vom ersten Entgasungsraum (32`) fluidisch separiert ist.

Inventors

• Martin Dehm
• Ruben Heid
• Florian Keller

Assignees

• AUDI AKTIENGESELLSCHAFT

Dates

Publication Date

20260507

Application Date

20241106

Claims (10)

1. Batterieanordnung (11) für ein Kraftfahrzeug, umfassend - eine Zellgruppe (12, 14) mit mindestens einer Batteriezelle (16), die eine freigebbare Zellentgasungsöffnung (22) aufweist, - eine Trägerplatte (20) mit einer ersten Trägerseite (20a), mit einer der ersten Trägerseite (20a) gegenüberliegenden zweiten Trägerseite (20b) und mit mindestens einem der mindestens einen Batteriezelle (16) zugeordneten Durchtrittsbereich (24, 26), wobei die mindestens eine Batteriezelle (16) derart an der ersten Trägerseite (20a) angeordnet ist, dass die freigebbare Zellentgasungsöffnung (22) der ersten Trägerseite (20a) zugewandt ist und dem Durchtrittsbereich (24, 26) gegenüberliegt, wobei die Trägerplatte (20) einen Entgasungsbereich (42') aufweist, in welchem der Durchtrittsbereich (24, 26) angeordnet ist, - eine bezüglich einer bestimmten Richtung (z) unterhalb der Trägerplatte (20) angeordnete und der zweiten Trägerseite (20b) der Schutzplatte (28, 30) zugewandte Schutzplatte (28, 30), und - einen ersten Entgasungsraum (32) zwischen der Schutzplatte (28, 30) und der Trägerplatte (20), in den in einem Entgasungsfall ein aus der freigebbaren Zellentgasungsöffnung (22) austretendes Gas durch den Durchtrittsbereich (24, 26) einleitbar ist, dadurch gekennzeichnet , dass - die Batterieanordnung (11) eine Dichtlage (36, 38) umfasst, die an der zweiten Trägerseite (20b) angeordnet ist, die entlang mindestens einer geschlossenen Abdichtkontur (44), die geschlossen um den Entgasungsbereich (42') der Trägerplatte (20) verläuft, abdichtend an die zweite Trägerseite (20a) gefügt ist und die den Entgasungsbereich (42') überdeckt und vom ersten Entgasungsraum (32) separiert, - wobei ein zweiter Entgasungsraum (32') zwischen dem Entgasungsbereich (42') und der Dichtlage (36, 38) ausgebildet oder im Entgasungsfall ausbildbar ist, - wobei die Batterieanordnung (11) derart ausgebildet ist, dass der zweite Entgasungsraum (32) im Entgasungsfall nur temporär vom ersten Entgasungsraum (32') fluidisch separiert ist und dass im Entgasungsfall eine fluidische Verbindung zwischen dem ersten und zweiten Entgasungsraum (32') hergestellt wird.
2. Batterieanordnung (11) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet , dass die Dichtlage (36, 38) schalenförmig ausgebildet ist, so dass ein Zwischenraum zwischen der Dichtlage (36, 38) und dem Entgasungsbereich (42') gebildet ist, der den zweiten Entgasungsraum (32') darstellt.
3. Batterieanordnung (11) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass die Dichtlage (36, 38) derart an der Trägerplatte (20) angeordnet ist, dass sie sich im Entgasungsfall temperaturbedingt und/oder druckbedingt von der Trägerplatte (20) zumindest teilweise ablöst und dadurch die fluidische Verbindung zwischen dem zweiten und ersten Entgasungsraum (32', 32) herstellt.
4. Batterieanordnung (11) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass die Dichtlage (36, 38) derart beschaffen ist, dass sie im Entgasungsfall temperaturbedingt und/oder druckbedingt zumindest teilweise zerstört wird und dadurch die fluidische Verbindung zwischen dem zweiten und ersten Entgasungsraum (32', 32) herstellt.
5. Batterieanordnung (11) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass die Dichtlage (36, 38) formstabil ausgebildet ist.
6. Batterieanordnung (11) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass die Dichtlage (36, 38) flexibel und/oder elastisch ausgebildet ist.
7. Batterieanordnung (11) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass die Dichtlage (36, 38) am Entgasungsbereich (42') anliegt und dazu ausgebildet ist, im Entgasungsfall bedingt durch das aus der Zellentgasungsöffnung (22) austretende Gas den zweiten Entgasungsraum (32) auszubilden.
8. Batterieanordnung (11) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass die Dichtlage (36, 38) aus einem Kunststoff ist oder einen Kunststoff umfasst.
9. Batterieanordnung (11) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass die Zellgruppe (12, 14) mehrere Batteriezellen (16) umfasst, die jeweils eine freigebbare Zellentgasungsöffnung (22) aufweisen, die einem jeweiligen Durchtrittsbereich (24, 26) der Trägerplatte (20) gegenüberliegt, wobei die Durchtrittsbereiche (24, 26) im Entgasungsbereich (42') angeordnet sind, insbesondere wobei die Batterieanordnung (11) mehrere Zellgruppen umfasst, wobei jede Zellgruppe (12, 14) einem Entgasungsbereich (42') der Trägerplatte (20) zugeordnet ist, und jeder Zellgruppe (12, 14) eine Dichtlage (36, 38) zugeordnet ist, die an der Trägerplatte (20) den der Zellgruppe (12, 14) zugeordneten Entgasungsbereich (42') der Trägerplatte (20) überdeckend angeordnet ist.
10. Kraftfahrzeug mit einer Batterieanordnung (11) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.

Description

Die Erfindung betrifft eine Batterieanordnung für ein Kraftfahrzeug, die eine Zellgruppe mit mindestens einer Batteriezelle umfasst, die eine freigebbare Zellentgasungsöffnung aufweist. Zudem umfasst die Batterieanordnung eine Trägerplatte mit einer ersten Trägerseite, mit einer der ersten Trägerseite gegenüberliegenden zweiten Trägerseite und mit mindestens einem der mindestens einen Batteriezelle zugeordneten Durchtrittsbereich, wobei die mindestens eine Batteriezelle derart an der ersten Trägerseite angeordnet ist, dass die freigebbare Zellentgasungsöffnung der ersten Trägerseite zugewandt ist und dem Durchtrittsbereich gegenüberliegt. Weiterhin umfasst die Batterieanordnung eine bezüglich einer bestimmten Richtung unterhalb der Trägerplatte angeordnete und der zweiten Trägerseite der Schutzplatte zugewandte Schutzplatte, und einen ersten Entgasungsraum zwischen der Schutzplatte und der Trägerplatte, in den in einem Entgasungsfall ein aus der freigebbaren Zellentgasungsöffnung austretendes Gas durch den Durchtrittsbereich einleitbar ist. Des Weiteren betrifft die Erfindung auch ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Batterieanordnung. Batterien, zum Beispiel Hochvolt-Batterien für Kraftfahrzeuge, umfassen oftmals vielzählige Einzelzellen. Jede dieser Einzelzellen könnte aufgrund verschiedener Ursachen einen Thermal Runaway erleiden, das heißt thermisch durchgehen. Zielsetzung hierbei ist es, die Zellen möglichst wenig anfällig für ein solches thermisches Durchgehen zu halten. Hierfür können bestimmte Zellchemien zum Einsatz kommen oder auch Zellgehäuse möglichst robust ausgelegt werden. Außerdem können Zellgehäuse gezielte Schwachstellen umfassen, die auch Zellvents genannt werden, und die vorliegend als freigebbare Zellentgasungsöffnungen bezeichnet werden. Diese ermöglichen ein gezieltes Ausgasen beziehungsweise einen gezielten Ausbrand der Zelle im Falle eines thermischen Durchgehens. Auch weitere Maßnahmen können zum Einsatz kommen, zum Beispiel eine gezielte Isolation der Zellen untereinander, zum Beispiel durch Zellzwischenmaterial, durch Schutz der elektrisch potentialbehafteten Flächen, und dergleichen. Durch derartige Maßnahmen lässt sich oftmals der Übertrag des thermischen Durchgehens einer Zelle auf andere Zellen verzögern oder sogar stoppen. Im Falle eines Stopps nach dem X-ten Zell-Thermal-Runaway spricht man auch von „Stopp-TP (Thermal propagation)“. Im Falle eines Stopps nach der ersten thermisch durchgehenden Zelle spricht man auch von „No-TP“, das heißt, es findet keine thermische Übertragung auf andere Zellen statt. Um eine gezielte Entgasung einer thermisch durchgehenden Zelle zu ermöglichen, ist es vorteilhaft, das Zellvent an ein Entgasungsvolumen anzubinden, welches die gezielte Abfuhr und Abkühlung des Schadgases ermöglicht. Die Anbindung sollte dabei idealerweise dergestalt sein, dass die thermisch durchgehende Zelle in ihrem Ausgasungsverhalten nicht blockiert wird. Eine Blockade der thermisch durchgehenden Zelle am Zellvent könnte zu ungewolltem Durchbrand an anderen Zellpositionen führen. Zur Bereitstellung einer möglichst freien Entgasung einer thermisch durchgehenden Zelle und des Abtransports des Schadgases über ein Entgasungsvolumen können Öffnungen oder Schnittstellen zwischen dem Entgasungsraum und dem Zellvent geschaffen sein. Ein freies Entgasen in die Umgebung statt in einen Entgasungsraum ist aufgrund des hohen Sauerstoffgehalts in der Umgebung und dem damit sofortig verbundenen Brand in der Fahrzeugumgebung unerwünscht. Diese Schnittstellen oder Öffnungen zwischen Zelle und Entgasungsraum können zum Beispiel als Lochplatte realisiert werden, bei denen jede Zelle im Bereich des Zellvents freigeschnitten auf einer Platte sitzt. Auch größere Ausschnitte über eine größere Anzahl von Zellen ist möglich. Sind die Zellvents bezüglich einer Fahrzeughochrichtung nach unten gerichtet, so kann insbesondere der Raum oberhalb eines Unterfahrschutzes des Kraftfahrzeugs als Entgasungsraum genutzt werden. Hier besteht jedoch die Schwierigkeit, dass der Batterieraum, in dem sich also die Batteriezellen befinden, zuverlässig gegen einen Eintritt von Wasser, Staub, Verunreinigungen und dergleichen geschützt sein muss, der Unterfahrschutz jedoch direkt an die Umgebung des Kraftfahrzeugs angrenzt und damit besonders anfällig für ein potentielles Eindringen von Wasser oder Schmutz oder ähnlichem ist. Gerade die Abdichtung des Unterfahrschutzes gegenüber der Batterie gestaltet sich aufgrund der Größe der Batterie und der entsprechenden Größe des Unterfahrschutzes sehr schwierig. Auch eine Abdichtung im Bereich der Zellen oder Durchtrittsöffnungen ist nicht einfach umzusetzen, da sichergestellt sein muss, dass die Zellen frei entgasen können und nicht durch Wasserdichtstrukturen direkt an den Zellen blockiert werden. Umgekehrt dürfen Dichtstrukturen nicht zu dünn ausgeführt werden, um über Lebensdauer ihre Dichtwirkung nicht zu verlieren. Aufgrund der großen Geometrie der Batterie, Bauteiltol