DE-102024137792-A1 - BATTERIESATZ MIT INTEGRIERTEN STRÖMUNGSKANÄLEN

Abstract

Ein Batteriesatz (100) umfasst ein Batteriegehäuse (102) mit einer oberen Einhausung (104) und einer unteren Einhausung (106) sowie Zellmodule (112), die in einer Vielzahl von Reihen innerhalb des Batteriegehäuses zwischen der oberen Einhausung (104) und der unteren Einhausung (106) angeordnet sind. Eine untere Oberfläche (108) der unteren Einhausung (106) umfasst erhabene Rippen (110), die entlang einer Richtung der Reihen der Zellmodule ausgerichtet sind, um die Zellmodule (112) darauf zu stützen. Die erhabenen Rippen (110) und die darauf abgestützten Zellmodule (112) bilden eine Vielzahl von Strömungskanälen (114), die entlang der Vielzahl von Reihen der Zellmodule ausgerichtet sind, um Gase von den Zellmodulen (112) zu einer Entlüftungsöffnung des Batteriesatzes zu leiten.

Inventors

• Karthik Puttarudrappa
• Fabian Köster

Assignees

• Mercedes-Benz Group AG

Dates

Publication Date

20260507

Application Date

20241214

Priority Date

20241106

Claims (10)

1. Batteriesatz (100), der Folgendes umfasst: ein Batteriegehäuse (102) mit einer oberen Einhausung (104) und einer unteren Einhausung (106); eine Mehrzahl von Zellmodulen (112), die in einer Mehrzahl von Reihen innerhalb des Batteriegehäuses (102) zwischen der oberen Einhausung (104) und der unteren Einhausung (106) angeordnet sind; wobei eine untere Oberfläche (108) der unteren Einhausung (106) eine Vielzahl von erhabenen Rippen (110) umfasst, die entlang einer Richtung der Reihen der Zellmodule ausgerichtet sind, um die Vielzahl von Zellmodulen (112) darauf zu stützen; und wobei die mehreren erhabenen Rippen (110) und die darauf abgestützten Zellmodule (112) mehrere Strömungskanäle (114) bilden, die entlang der mehreren Reihen der Zellmodule (112) ausgerichtet sind, um Gase von den Zellmodulen (112) zu einer Entlüftungsöffnung des Batteriesatzes zu leiten.
2. Batteriesatz (100) nach Anspruch 1 , wobei jedes der Zellmodule (112) mindestens eine Zelle (112-1) und einen Zellhalter (112-2) umfasst, und wobei der Zellhalter (112-2) über den erhabenen Rippen ruht.
3. Batteriesatz (100) nach Anspruch 1 , wobei die mehreren erhabenen Rippen so konfiguriert sind, dass, wenn die mehreren Zellmodule über den erhabenen Rippen platziert sind, für jede Reihe von Zellmodulen ein eigener Strömungskanal vorhanden ist.
4. Batteriesatz (100) nach Anspruch 3 , wobei jede der erhabenen Rippen (110) eine durchgehende Struktur aufweist, um die Gase aus der entsprechenden Reihe von Zellmodulen innerhalb des Strömungskanals zurückzuhalten.
5. Batteriesatz (100) nach Anspruch 4 , der ferner eine oder mehrere Schaumstoffpackungen (122) umfasst, die so angeordnet sind, dass sie sicherstellen, dass die Gase aus der entsprechenden Reihe von Zellmodulen (112) im Strömungskanal (114) zurückgehalten werden und nur durch Entlüftungsöffnungen (118), die sich an der Entlüftungsseite des Batteriesatzes befinden, ausströmen können.
6. Batteriesatz (100) nach Anspruch 1 , wobei die untere Einhausung (106) aus einem Kunststoffmaterial besteht und die Rippen während des Formens oder durch Thermoformung gebildet werden.
7. Batteriesatz (100) nach Anspruch 1 , wobei die untere Einhausung (106) aus einer Platte besteht und die Rippen durch Stanzen oder Tiefziehen gebildet sind.
8. Batteriesatz (100) nach Anspruch 1 , wobei die untere Einhausung (106) ein Metallgussstück ist und die Rippen während des Gießens integriert geformt werden.
9. Batteriesatz (100) nach Anspruch 1 , wobei die untere Einhausung (106) aus Kunststoff und einem Metall hergestellt ist und die Rippen als separate Komponente an der unteren Einhausung (106) befestigt sind.
10. Batteriesatz (100) nach Anspruch 1 , wobei die erhabenen Rippen (110) so konfiguriert sind, dass sie die Zellmodule verschiedener Formen tragen, die aus einer Gruppe ausgewählt sind, die eine zylindrische Form, eine prismatische Form und Beutelzellenkonfigurationen umfasst.

Description

TECHNISCHES GEBIET Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf das Gebiet der Systeme zur Aufbewahrung von Energie. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung einen Batteriesatz, der integrierte Strömungskanäle zur Verbesserung des Thermomanagements aufweist. HINTERGRUND Batteriebetriebene Elektrofahrzeuge (BEVs) haben stark an Bedeutung gewonnen, so dass die Sicherheit und Effizienz ihrer Batteriesätze von entscheidender Bedeutung sind. Herkömmliche Batteriesätze, insbesondere solche mit Lithium-Ionen-Technologie, haben sich als effektiv erwiesen, da sie eine hohe Energiedichte und eine lange Lebensdauer aufweisen. Sie sind jedoch mit Herausforderungen verbunden, insbesondere im Hinblick auf das Thermomanagement und die beim Laden und Entladen entstehenden Gase. Ein großes Sicherheitsproblem bei BEVs ist die Wärmeausbreitung innerhalb des Batteriesatzes. Wenn die Zellen hohe Temperaturen erreichen, sei es durch äußere Hitze oder durch unkontrolliertes Überladen, können sie in einen Zustand geraten, der als thermisches Durchgehen bekannt ist. Dies kann zu ernsten Problemen wie Bränden und Explosionen führen, die sowohl für die Insassen als auch für Menschen in der Nähe ein erhebliches Risiko darstellen. Bei normalem Gebrauch geben Batteriezellen aufgrund der chemischen Reaktionen, die beim Laden und Entladen ablaufen, Gase frei. Die Menge und Art dieser Gase kann je nach Ladezustand der Batterie und den spezifischen Zuständen erheblich variieren. In versiegelten Batteriesätzen kann es schnell zu Gasansammlungen kommen, die den Innendruck erhöhen und eine potenzielle Brandgefahr darstellen, die einen thermischen Durchschlag in benachbarten Zellen auslösen kann. Bestehenden Konstruktionen von Batteriesätzen mangelt es oft an wirksamen Mechanismen zur sicheren Lüftungsöffnung dieser Gase bei gleichzeitigem Schutz der Zellen. Viele verlassen sich auf passive Lüftungsöffnungen, die bei hoher Beanspruchung möglicherweise nicht ausreichen, um eine Gasansammlung zu verhindern. Die Patentschrift IN202241069962A offenbart einen Zellhalter, der mit integrierten Entlüftungskanälen konstruiert ist, um die Ermöglichung der Lüftungsöffnung eines Batteriesatzes zu gewährleisten. Der Zellhalter umfasst mehrere Lüftungskanäle, die die Lüftungsöffnungen einer ausgelösten Zelle zu einer Entlüftungsöffnung des Akkus führen. Während die zitierte Referenz eine Anordnung von Strömungskanälen zur Lüftungsöffnung von Gasen aus einem Batteriesatz offenbart, ist es möglich, eine verbesserte und effizientere Anordnung für die Strömungskanäle bereitzustellen. Es besteht daher ein Bedarf an einer verbesserten, kostengünstigen und einfach umzusetzenden Lösung, die Lüftungsöffnungen effizient beseitigt und gleichzeitig die Stabilität und Sicherheit des Batteriesatzes aufrechterhält. GEGENSTÄNDE DER ERFINDUNG Eine allgemeine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Lösung bereitzustellen, die Lüftungsöffnungen aus einem Batteriesatz effizient entfernt. Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Lösung bereitzustellen, die ein thermisches Durchgehen vermeidet, indem Lüftungsöffnungen in einem reduzierten Bereich des Batteriesatzes eingekapselt werden, wodurch das Risiko einer gasförmigen Wechselwirkung mit anderen, nicht betroffenen Zellen des Batteriesatzes minimiert wird. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine skalierbare Konstruktion von Rippen bereitzustellen, die sich in jede Richtung der Befestigungsebene der Zelle anpasst und somit für verschiedene Einhausungen geeignet ist. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Lösung mit weniger Komponenten bereitzustellen, die die Kosten reduziert und die Konstruktion des Batteriesatzes vereinfacht. ZUSAMMENFASSUNG Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf das Gebiet der Systeme zur Energiespeicherung. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung einen Batteriesatz, der integrierte Strömungskanäle für Gase enthält, um das Thermomanagement zu verbessern, die Energieeffizienz zu erhöhen und die Leistung der Zellen zu optimieren. Gemäß einem Aspekt umfasst der offengelegte Batteriesatz ein Batteriegehäuse mit einer oberen Einhausung und einer unteren Einhausung. Eine Vielzahl von Zellmodulen ist in einer Vielzahl von Reihen innerhalb des Batteriegehäuses zwischen der oberen und der unteren Einhausung angeordnet. Darüber hinaus enthält eine untere Oberfläche der unteren Einhausung erhabene Rippen, die entlang einer Richtung der Reihen der Zellmodule ausgerichtet sind, um die Zellmodule darauf zu stützen. Jedes der Zellmodule umfasst mindestens eine Zelle und einen Zellhalter, wobei der Zellhalter auf den erhabenen Rippen ruht. Die erhabenen Rippen und die darauf gestützten Zellmodule bilden Strömungskanäle, die entlang der Reihen der Zellmodule ausgerichtet sind, damit Gase von den entsprechenden Zellmodulen zu einer Entlüftungsöffnung des Batteriesatzes strömen können. In einer Ausführungsform können die erhabene