Mechanismus zur Druckentlastung bei Zellausdehnung zur Vermeidung der Propagation innerhalb eines Batteriemoduls

// Elektrochemie // Energie- und Energiespeichertechnik // Energietechnik
Ref-Nr: 16571

Einleitung / Abstract

Die Erfindung betrifft ein Batteriemodul mit mehreren Batteriezellen. In solchen Modulen besteht die Gefahr der Propagation eines thermischen Durchgehens einer Zelle. Wird diese nicht unterbunden, kann dies zur Zerstörung des gesamten Batteriemoduls und des umgebenen Bauteils führen. Insbesondere bei großen Batteriesystemen stellt die Propagation ein wesentliches Problem dar. Experimentelle Untersuchungen der Erfinder haben jedoch ergeben, dass Batteriezellen, die sich frei ausdehnen können, eine deutlich niedrigere Oberflächentemperatur aufweisen als verspannte Batteriezellen.

Hintergrund

Batteriesysteme in elektrischen und hybrid-elektrischen Fahrzeugen bestehen aus mehreren Batteriemodulen, die wiederum mindestens drei Lithium-Ionen-Batteriezellen enthalten.

Problemstellung

Bei dieser Batterieart besteht unter bestimmten Voraussetzungen die Gefahr eines thermischen Durchgehens, dem sogenannten Thermal Runaway. Ein solcher Vorfall kann durch einen Kurzschluss (intern oder extern) und hohe Temperaturen entstehen, da jeweils sich selbst verstärkende, exotherme Reaktionen ablaufen. Diese Reaktionen können dann ebenfalls in benachbarten Batteriezellen hervorgerufen werden.

Lösung

Eine Sollbruchstelle in dem Rahmen, der die Batteriezellen eines Moduls verspannt, kann durch die entstehende Kraft bei der Ausdehnung einer einzelnen Batteriezelle den Verbund der Zellen auflösen, die Ausdehnung der einzelnen Batteriezelle ermöglichen und somit die Erwärmung der angrenzenden Zellen und deren thermisches Durchgehen verhindern. Eine parallel ausgeführte Sollbruchstelle an den elektrischen Kontakten erhöht die Sicherheit.

Vorteile

Eine sichere Bauweise von Lithium-Ionen-Batteriemodulen bei angepasster Batteriesystemarchitektur ohne negativen Einfluss auf die Energiedichte Einfache Integration in die vorhandene Modulbauweise Abschwächung der Auswirkungen eines Thermal Runaway einer Batteriezelle Keine zusätzlichen Aggregate und/oder weitere Isolation notwendig

Anwendungsbereiche

Die Erfindung kann auf sämtliche Batteriesysteme mit Batteriemodulen angewendet werden, die Lithium-Ionen-Batterien beinhalten.

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