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Title:
BATTERY MODULE FOR A BATTERY OF A MOTOR VEHICLE, AND BATTERY FOR A MOTOR VEHICLE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2019/166335
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a battery module (1) for a battery (2) of a motor vehicle, comprising at least two battery cells (3) which are at a distance from one another and comprising at least one associated cell barrier (4) which is arranged at least partially between the battery cells (3), wherein the respective cell barrier (4) is formed at least partially from a first material (5) which discontinuously changes its thermal conductivity when a specific temperature value is exceeded or undershot. The invention also relates to a battery (2).

Inventors:
SCHARNER SEBASTIAN (DE)
SCHOEWEL FLORIAN (DE)
HUBER MICHAEL (DE)
RIETHER CHRISTOPH (CN)
DANDL SONIA (DE)
Application Number:
PCT/EP2019/054405
Publication Date:
September 06, 2019
Filing Date:
February 22, 2019
Export Citation:
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Assignee:
BAYERISCHE MOTOREN WERKE AG (DE)
International Classes:
H01M10/04; H01M10/613; H01M10/6552; H01M10/6555; H01M50/204; H01M50/293
Domestic Patent References:
WO2016166659A12016-10-20
Foreign References:
DE102013225574A12015-06-11
EP2988364A12016-02-24
DE102013226813A12015-06-25
EP1818998B12013-04-03
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Claims:
Patentansprüche

1 . Batteriemodul (1 ) für eine Batterie (2) eines Kraftfahrzeugs, mit wenigstens zwei voneinander beabstandeten Batteriezellen (3) und mit wenigstens einer

zugehörigen Zellbarriere (4), welche zumindest teilweise zwischen den

Batteriezellen (3) angeordnet ist,

dadurch gekennzeichnet, dass

die jeweilige Zellbarriere (4) zumindest teilweise aus einem ersten Werkstoff (5) gebildet ist, welcher seine Wärmeleitfähigkeit beim Über- oder Unterschreiten eines bestimmten Temperaturwerts unstetig ändert.

2. Batteriemodul (1 ) nach Anspruch 1 ,

dadurch gekennzeichnet, dass

der erste Werkstoff (5) porös ist und in dadurch vorliegenden Hohlräumen ein Fluid aufweist, welches seinen Aggregatzustand bei einer Temperatur, welche dem Temperaturwert entspricht ändert.

3. Batteriemodul (1 ) nach Anspruch 1 oder 2,

dadurch gekennzeichnet, dass

der erste Werkstoff (5) bei einer Temperatur, welche dem Temperaturwert entspricht, einen Phasenübergang aufweist.

4. Batteriemodul (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Zellbarriere (4) aus wenigstens zwei Schichten (6, 7) gebildet ist, wobei eine erste der Schichten (6, 7) zumindest teilweise aus dem ersten Werkstoff (5) ausgebildet ist.

5. Batteriemodul (1 ) nach Anspruch 4,

dadurch gekennzeichnet, dass eine weitere der Schichten (6, 7) zumindest teilweise aus einem zweiten Werkstoff

(8) gebildet ist, welcher im Vergleich zum ersten Werkstoff (5) eine höhere mechanische Stabilität aufweist.

6. Batteriemodul (1 ) nach Anspruch 4 oder 5,

dadurch gekennzeichnet, dass

eine weitere der Schichten (6, 7) zumindest teilweise aus einem dritten Werkstoff

(9) gebildet ist, welcher ein thermischer Isolator ist.

7. Batteriemodul (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass

die erste Schicht (6, 7) zumindest teilweise aus dem ersten Werkstoff (5) gebildet ist, welcher seine Wärmeleitfähigkeit beim Überschreiten eines ersten

Temperaturwerts unstetig erhöht und die zweite Schicht (6, 7) aus einem weiteren, ersten Werkstoff (5‘) gebildet ist, welcher seine Wärmeleitfähigkeit beim

Überschreiten eines zweiten Temperaturwerts, welcher höher als der erste Temperaturwert ist, unstetig erniedrigt.

8. Batterie (2) für ein Kraftfahrzeug,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Batterie (2) wenigstens ein Batteriemodul (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche aufweist.

Description:
Batteriemodul für eine Batterie eines Kraftfahrzeugs sowie Batterie für ein Kraftfahrzeug

Die Erfindung betrifft ein Batteriemodul für eine Batterie eines Kraftfahrzeugs gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 . Ferner betrifft die Erfindung eine Batterie für ein Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 8.

Bei der Elektromobilität spielen Batterien, insbesondere Hochvoltspeicher, welche auch als Traktionsbatterien bezeichnet werden, für das Antreiben von Kraftfahrzeugen, insbesondere Hybridfahrzeuge oder Elektrofahrzeuge, eine immer wichtiger werdende Rolle. Bei elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugen kommen derzeit vorwiegend Lithium- lonen-Akkus als Batterie zum Einsatz. Dabei werden in der Regel einzelne Batteriezellen zu Batteriemodulen zusammengefasst. Die Batteriemodule werden wiederum zu der Batterie zusammengefasst beziehungsweise -geschaltet. Um eine Reichweite des Kraftfahrzeugs möglichst groß zu gestalten, müssen die Batterien jeweils eine möglichst hohe Kapazität und/oder Spannung erreichen, was das Zusammenschalten der einzelnen Batteriezellen beziehungsweise Batteriemodule erklärt.

Tritt beispielsweise nun ein zellinterner Kurzschluss an einer der, insbesondere Lithium- Ionen-, Batteriezellen auf, kann es zu einem sogenannten thermischen Event der Batteriezelle kommen. Dieser findet zuerst einmal innerhalb der Batteriezelle statt, dabei kann die Zelle durchschmoren oder durchbrennen, was mit einem sich selbst

verstärkenden, Wärme produzierenden Prozess einhergeht. Aufgrund der immer weiter wachsenden Energiedichte der Batterien beziehungsweise Hochvoltspeicher durch beispielsweise immer höher werdende Packungsdichten der Batteriezellen, insbesondere in dem Batteriemodul, wächst die Gefahr, dass die benachbarten Batteriezellen der Batteriezelle, innerhalb welcher der thermische Event auftritt, aufgrund der hohen Wärmeentwicklung der durchgehenden Zelle ebenfalls einen Kurzschluss

beziehungsweise ein thermisches Event erleiden und somit durchgehen. Dies kann eine Kettenreaktion, einen sogenannten Dominoeffekt, zur Folge haben, welche

beziehungsweise welcher zur Zerstörung der gesamten Batterie führen kann. Aktuell werden Hochvoltspeicher durch aktive Flüssigkeitsumlaufkühlung gekühlt. So zeigt die DE 10 2013 226 813 A1 eine Kühlvorrichtung für einen Hochvoltspeicher umfassend einen Kühlkörper, der von einem Kältemittel durchströmbar ist, wobei der Kühlkörper dazu ausgebildet ist, Wärme von dem Hochvoltspeicher aufzunehmen und an das durchströmende Kältemitte abzugeben.

Ferner offenbart die WO 2016/166659 A1 ein Batteriemodul für eine Traktionsbatterie, wobei das Batteriemodul aus einer Vielzahl von Batteriezellen und einer Vielzahl von Wärmeübertragungselementen besteht. Dabei dient eine Kühlplatte zur

Wärmeübertragung von den Wärmeübertragungselementen.

Schließlich offenbart die EP 1 818 998 B1 eine Zellbarriere für ein Akkumodul, ausgebildet aus einem Metallkörper und einer Isolierschicht, welche auf der Oberfläche des Metallkörpers angeordnet ist. Die Zellbarriere wird zwischen einzelnen Zellen des Akkumoduls angeordnet, um zwischen den Zellen des Akkumoduls elektrisch zu isolieren.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Batteriemodul für eine Batterie eines Kraftfahrzeugs beziehungsweise eine Batterie derart weiterzuentwickeln, dass im Falle eines

thermischen Events, bei welchem eine Batteriezelle, beispielsweise aufgrund eines Kurzschlusses, Wärme produziert, eine Übertragung der Wärme auf andere

Batteriezellen möglichst unterbleibt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Batteriemodul für eine Batterie eines Kraftfahrzeugs gemäß dem Patentanspruch 1 sowie durch eine Batterie für ein

Kraftfahrzeug gemäß dem Patentanspruch 8 gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche und der Beschreibung.

Ein erfindungsgemäßes Batteriemodul für eine Batterie, insbesondere eine

Traktionsbatterie, eines Kraftfahrzeugs weist wenigstens zwei voneinander beabstandete Batteriezellen und wenigstens eine zugehörige Zellbarriere auf. Dabei ist die Zellbarriere zumindest teilweise zwischen den Batteriezellen angeordnet.

Um nun eine Übertragung von Wärme im Falle eines thermischen Events einer

Batteriezelle, beispielsweise aufgrund eines Kurzschlusses in derselben, möglichst einzudämmen beziehungsweise zu hemmen, ist die jeweilige Zellbarriere zumindest teilweise aus einem ersten Werkstoff gebildet, welcher seine Wärmeleitfähigkeit beim Über- oder Unterschreiten eines bestimmten Temperaturwerts unstetig ändert. Unter einem thermischen Event einer Batteriezelle kann verstanden werden, dass diese sich spontan in einen sich selbst verstärkenden, Wärme produzierenden Prozess begibt. Dieser kann beispielsweise infolge eines zellinternen Kurzschlusses auftreten. Dabei kann die Zelle durchbrennen beziehungsweise durchschmoren und eine besonders große Hitze entwickeln, welche auf benachbarte Batteriezellen überspringen kann, wodurch diese ebenfalls einen Kurzschluss erleiden können und jeweils selbst in den thermischen Event übergehen. Dabei kann man von einem„Durchgehen“ der Batteriezelle

beziehungsweise der Batterie sprechen. Dies kann zu einer Kettenreaktion in der Batterie des Kraftwagens, welche insbesondere als ein Hochvoltspeicher ausgebildet ist, führen. Folge der Kettenreaktion kann eine vollständige Zerstörung der gesamten Batterie sein.

Der erfindungsgemäß verwendete Werkstoff zur zumindest teilweisen Ausbildung der jeweiligen Zellbarriere hat zumindest eine charakteristische Eigenschaft, welche dieses Durchgehen beziehungsweise die Kettenreaktion hemmen beziehungsweise unterbinden kann. Insbesondere ist die charakteristische Eigenschaft eine temperaturabhängige Wärmeleitfähigkeit beziehungsweise die Temperaturabhängigkeit der Wärmeleitfähigkeit. Einfach gesagt ist die Wärmeleitfähigkeit die Eigenschaft eines Materials

beziehungsweise Elements oder Werkstoffes, Wärme durch ihn hindurch zu

transportieren. In der Regel steigt in den meisten Materialien beziehungsweise

Werkstoffen die Wärmeleitfähigkeit mit steigender Temperatur, insbesondere zumindest leicht, an. Damit eine Temperaturübertragung unterbleibt beziehungsweise bei hohen Temperaturen stark eingeschränkt wird, ändert der erfindungsgemäße Werkstoff seine Wärmleitfähigkeit bei einer bestimmten Temperatur beziehungsweise einem bestimmten Temperaturwert unstetig. Unter unstetig kann im Rahmen des Patentanspruchs 1 insbesondere sprunghaft verstanden werden, das heißt, dass die Wärmeleitfähigkeit bei Erreichen des bestimmten Temperaturwerts, welcher insbesondere eine

materialspezifische Kenngröße sein kann, stark über das normalerweise auftretende temperaturabhängige Verhalten der Wärmeleitfähigkeit hinaus ändert. Unstetig ist hier also ebenfalls anlog zu seiner mathematischen Bedeutung, im Sinne einer unstetigen Funktion auslegbar. Unterhalb des Temperaturwerts kann die Temperaturleitfähigkeit einen ersten Wert, welcher insbesondere wesentlich, kleiner ist als ein zweiter Wert der Wärmeleitfähigkeit oberhalb des Temperaturwerts. Dies kann beispielsweise bei einer Änderung des Aggregatszustands des Materials beziehungsweise des Werkstoffs auftreten.

Wird der Werkstoff so gewählt, dass oberhalb des Temperaturwerts die

Wärmeleitfähigkeit, insbesondere deutlich, geringer ist als unterhalb des Temperaturwerts, so kann die Übertragung von Wärme oberhalb des Temperaturwerts besonders vorteilhaft gehemmt beziehungsweise unterbunden werden. Das heißt, beim Auftreten des oben beschriebenen thermischen Events wird eine Temperaturübertragung von einer Batteriezelle auf die andere Batteriezelle erschwert beziehungsweise unterbunden, wodurch die Kettenreaktion, welche auch als Dominoeffekt bezeichnet werden kann, zumindest verzögert werden kann. Der erste Werkstoff und somit die Zellbarriere können als Wärmestromregelung dienen beziehungsweise arbeiten. Daher kann der Werkstoff beziehungsweise die Zellbarriere auch als Wärmestromschalter bezeichnet werden. Beispielsweise weist der erste Werkstoff unterhalb von zirka 130 bis 150 Grad Celsius eine besonders große Wärmeleitfähigkeit auf, wohingegen er bei Temperaturen oberhalb von 150 Grad Celsius eine besonders niedrige

Wärmeleitfähigkeit aufweist. Der Werkstoff kann beispielsweise aus einem inhomogenen Materialgemisch gebildet sein, wobei wenigstens eines der Materialien des

Materialgemischs insbesondere bei einer Temperatur, welche dem bestimmten

Temperaturwert entspricht, seinen Aggregatszustand wechselt.

Darüber hinaus kann der Werkstoff als mechanische Charakteristik vorteilhafterweise eine hohe Anpassbarkeit an raue Untergründe aufweisen. Ferner kann es von Vorteil sein, insbesondere da der Werkstoff in direktem Kontakt mit der jeweiligen Batteriezelle sein kann, dass der Werkstoff und somit zumindest ein Teil der Zellbarriere einen besonders großen elektrischen Widerstand aufweist. Alternativ kann als der erste Werkstoff ein Material beziehungsweise Materialgemisch verwendet werden, dessen Wärmeleitfähigkeit oberhalb des Temperaturwerts höher ist als unterhalb des

Temperaturwerts. So könnte ein Wärmefluss zwischen benachbarten Batteriezellen bei geringer Temperatur gehemmt werden, wodurch beispielsweise ein schnelleres

Aufheizen der jeweiligen Batteriezelle auf eine optimale Betriebstemperatur möglich sein kann.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist der erste Werkstoff porös und weist in dadurch vorliegenden Hohlräumen ein Fluid auf, welches seinen Aggregatszustand bei einer Temperatur, welche dem Temperaturwert entspricht, ändert. Mit anderen Worten weist der erste Werkstoff eine poröse innere Struktur auf, das heißt er hat eine Porosität ungleich Null. Durch die Porosität ungleich Null weist der Werkstoff in seinem Inneren Hohlräume auf, welche beispielsweise offenporig oder aber auch geschlossen vorliegen können. Somit kann die innere Struktur zumindest teilweise schwammartig und/oder zumindest teilweise schaumartig sein, möglich wäre auch eine Überlagerung

beziehungsweise Mischung der beiden inneren Strukturen. Die Hohlräume können insgesamt und/oder jeweils zumindest teilweise mit dem Fluid gefüllt sein. Das in den Hohlräumen vorliegende Fluid kann vorteilhafter so gewählt werden, dass es einen Wechsel seines Aggregatszustands, beispielsweise insbesondere von gasförmig zu flüssig und umgekehrt, bei einer Temperatur vollzieht, welche dem Temperaturwert entspricht, bei welchem ein unstetiger beziehungsweise sprunghafter Anstieg

beziehungsweise Abfall der Wärmeleitfähigkeit erwünscht ist. Bei der Auswahl des Fluids sollten weitere Rahmenbedingungen, welche innerhalb der Poren beziehungsweise in Hohlräumen des Werkstoffs auftreten, wie beispielsweise Druck, beachtet werden. Durch die Ausbildung des Werkstoffs als eine mit dem Fluid befüllte poröse Struktur kann in besonders einfache Weise eine Zellbarriere realisiert werden, welche

temperaturabhängig beim Über- oder Unterschreiten des Temperaturwerts ihre

Wärmeleitfähigkeit derart ändert, dass eine Übertragung der Wärme von einer einen thermischen Event durchlaufenden Batteriezelle auf benachbarte Batteriezelle möglichst unterbleibt.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung weist der erste Werkstoff bei einer

Temperatur, welche dem Temperaturwert entspricht, einen Phasenübergang auf. Unter einem Phasenübergang beziehungsweise einer Phasenumwandlung ist die Änderung beziehungsweise Umwandlung zumindest einer Phase des Werkstoffs in eine andere Phase zu verstehen. Die Änderung der Phase ist hier insbesondere temperaturabhängig, kann jedoch zusätzlich von weiteren Zustandsvariablen wie Umgebungsdruck

beziehungsweise Druck im Werkstoff und/oder ähnlichem abhängen. Genauer gesagt tritt in dem Werkstoff bei Erreichen des Temperaturwerts die Änderung einer Phase ein, da sich beispielsweise Phasengrenzflächen ausbilden können, an denen sich Eigenschaften, insbesondere die Wärmeleitfähigkeit, abrupt ändern können. Durch die Verwendung eines Werkstoffs, welcher bei Durchlaufen des Temperaturwerts einen Phasenübergang aufweist, kann eine Änderung der Wärmeleitfähigkeit unstetig sein. Eine Vielzahl an Materialien, insbesondere Mehrstoffsysteme, das heißt Stoffe, welche nicht nur aus jeweils einem chemischen Element bestehen, kommen somit für eine Verwendung in der Zellbarriere infrage, wodurch eine besonders flexible Ausgestaltung derselben und somit des erfindungsgemäßen Batteriemoduls möglich ist.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist die Zellbarriere aus wenigstens zwei Schichten gebildet, wobei eine erste der Schichten zumindest teilweise aus dem ersten Werkstoff ausgebildet ist. Durch die wenigstens zwei Schichten, welche insbesondere aneinander liegend angeordnet sein können, kann beispielsweise eine weitere

Eigenschaft der Zellbarriere zusätzlich zu ihrer Wärmeleitfähigkeit vorgebbar sein beziehungsweise vorgegeben werden. Alternativ oder zusätzlich kann die von der ersten Schicht unterschiedliche, wenigstens eine weitere Schicht beispielsweise auch als T räger für die erste Schicht dienen. Durch den Aufbau der Zellbarriere als aus wenigstens zwei Schichten gebildet, kann eine Zellbarriere realisiert werden, welche für die, insbesondere gezielte, Übertragung von Wärme zwischen Batteriezellen besonders vorteilhaft sind.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist eine weitere der Schichten zumindest teilweise aus einem zweiten Werkstoff gebildet, welcher im Vergleich zum ersten Werkstoff eine höhere mechanische Stabilität aufweist. Durch die Verwendung des zweiten Werkstoffs, welcher eine höhere mechanische Stabilität als der erste Werkstoff, insbesondere eine besonders hohe mechanische Stabilität, aufweist, kann die wenigstens eine weitere Schicht beispielsweise als Stütze beziehungsweise Stützkonstruktion beziehungsweise Rahmen für die Zellbarriere beziehungsweise die Batteriezelle verwendet werden. Beispielsweise kann der Werkstoff zumindest teilweise aus, insbesondere hartem, Gummi ausgebildet sein, welcher beispielsweise eine besonders niedrige Wärmeleitfähigkeit, dafür aber einen besonders hohen elektrischen Widerstand hat.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist eine weitere der Schichten zumindest teilweise aus einem dritten Werkstoff gebildet, welcher ein thermischer Isolator ist.

Dessen mechanische Eigenschaften könnten einerseits zusätzlich ein besonders biegesteifes Material, oder alternativ auch ein flexibles Material sein. Die

Wärmeleitfähigkeit eines thermischen Isolators ist besonders niedrig, darüber hinaus in aller Regel ebenfalls seine elektrische Leitfähigkeit. Der erfindungsgemäß zu

verwendende dritte Werkstoff beziehungsweise die weitere Schicht kann derart ausgebildet sein, dass sie nicht nur als Schicht zwischen zwei Batteriezellen dient, sondern alternativ oder zusätzlich einen Zusammenschluss von mehreren durch die anderen Schichten beziehungsweise die wenigstens eine erste Schicht der Zellbarriere getrennten Batteriezellen in ihrer Gesamtheit ummantelt. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass die Batteriezellen in ihrer Gesamtheit beziehungsweise das Batteriemodul besonders gut gegen Umwelteinflüsse geschützt und zusätzlich anders herum die Umwelt besonders gut vor einem möglicherweise sich aufgrund des thermischen Events selbst zerstörenden Batteriemoduls geschützt ist.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist die erste Schicht zumindest teilweise aus dem ersten Werkstoff gebildet, welcher seine Wärmeleitfähigkeit bei Überschreiten eines ersten Temperaturwerts unstetig erhöht. Die zweite Schicht ist aus einem weiteren, ersten Werkstoff gebildet, welcher seine Wärmeleitfähigkeit beim Überschreiten eines zweiten

Temperaturwerts, welcher höher als der erste Temperaturwert ist, unstetig erniedrigt. Durch die Anordnung jeweils eines anderen ersten Werkstoffs in jeweils zumindest einer der Schichten der Zellbarriere und die Möglichkeit, dass einer der ersten Werkstoffe seine Wärmeleitfähigkeit bei größer werdender Temperatur erhöht, während der andere erste Werkstoff seine Wärmeleitfähigkeit bei größer werdender Temperatur erniedrigt, kann ein Temperaturfenster bestimmt werden. Diese Temperaturfenster kann durch die

Verwendung der ersten Werkstoffe nun so ausgestaltet werden, dass die Zellbarriere innerhalb dieses Temperaturfensters besonders wärmeleitfähig ist. So kann

beispielsweise Wärme von der jeweiligen Batteriezelle beispielsweise an ein weiteres KOhlsystem oder vergleichbares abgeben werden, beziehungsweise kann Wärme innerhalb des Temperaturfensters zwischen einzelnen Batteriezellen besonders einfach ausgetauscht werden. Bei einer Temperatur oberhalb des oberen Temperaturwerts des Temperaturfensters sinkt die Wärmeleitfähigkeit der Zellbarriere, sodass eine

Ausbreitung des thermischen Events einer durchgehenden Zelle auf andere

Batteriezellen verhindert werden kann. Durch den unteren Temperaturwert

beziehungsweise unterhalb des unteren Temperaturwerts des Temperaturfensters sinkt die Wärmeleitfähigkeit der Zellbarriere ebenfalls, sodass besonders vorteilhaft beispielsweise die Betriebstemperatur der jeweiligen Batteriezelle erreicht werden kann.

Ferner umfasst die Erfindung eine Batterie für ein Kraftfahrzeug, welche wenigstens ein erfindungsgemäßes Batteriemodul aufweist. Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Batteriemoduls sind als Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Batterie anzusehen und umgekehrt.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen

Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar.

Die Erfindung wird nun anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt: Die einzige Fig. zeigt in schematischer Seitenansicht ein erfindungsgemäßes

Batteriemodul für eine Batterie eines Kraftfahrzeugs, mit wenigstens zwei voneinander beabstandeten Batteriezellen und mit wenigstens einer zugehörigen Zellbarriere.

Die Fig. zeigt ein Batteriemodu! 1 für eine Batterie 2 eines Kraftfahrzeugs, mit wenigstens zwei voneinander beabstandeten Batteriezellen 3 und mit wenigstens einer zugehörigen Zellbarriere 4. Dabei ist die wenigstens eine Zellbarriere 4 zumindest teilweise zwischen den Batteriezellen 3 angeordnet.

Für den Fall eines thermischen Events, bei welchem eine der Batteriezellen 3, beispielsweise aufgrund eines Kurzschlusses, Wärme produziert, insbesondere selbstverstärkend und dabei übermäßig erhitzt, sodass es zu einem sogenannten Durchschmoren der Batteriezelle 3 kommen kann, ist es von Vorteil für die Batterie 2, dass die Übertragung der beim thermischen Event produzierten Wärme auch an die anderen Batteriezellen 3 möglichst unterbleibt. Dafür ist die jeweilige Zellbarriere 4 zumindest teilweise aus einem ersten Werkstoff 5 gebildet, welcher seine

Wärmeleitfähigkeit beim Überschreiten oder Unterschreiten eines bestimmten

Temperaturwerts unstetig ändert. Der Werkstoff 5 fungiert in der Zellbarriere 4 somit zwischen wenigstens zwei Batteriezellen 3 als Wärmeflusskontrolle und kann als sogenannter Wärmeflussschalter bezeichnet werden. So ist der Werkstoff 5

beispielsweise so ausgestaltet, dass die Wärmeleitfähigkeit, welche über den gesamten Temperaturbereich temperaturabhängig sein kann, beispielsweise jedoch insgesamt bis zirka 150 Grad Celsius besonders groß ist beziehungsweise größer als in einem

Temperaturbereich ab 150 Grad Celsius, wo die Wärmleitfähigkeit insbesondere im Vergleich zu dem unterhalb des Temperaturwert von 150 Grad Celsius liegenden Temperaturbereich, geringer beziehungsweise deutlich geringer ist.

Die Wärmeleitfähigkeit des Werkstoffs 5 und somit zumindest eines Teils der Zellbarriere 4 ist somit insbesondere variabel. Idealerweise wird der Werkstoff 5 so gewählt, dass die Zellbarriere 4 insgesamt, insbesondere aufgrund ihrer Nähe zu den Batteriezellen 3, einen besonders hohen elektrischen Widerstand aufweist beziehungsweise ein elektrischer Isolator ist. Vorteilhafterweise ist der erste Werkstoff 5 porös, das heißt dass in seinem Inneren Hohlräume vorliegen. Diese Hohlräume sind vorteilhafterweise zumindest teilweise mit einem Fluid gefüllt beziehungsweise weisen ein Fluid auf, welches seinen Aggregatszustand bei einer Temperatur, welche dem Temperaturwert entspricht, ändert. Man kann den Werkstoff 5 somit als inhomogenes Material sehen, wobei wenigstens eine Komponente beziehungsweise ein Materialbestandteil des Werkstoffes 5 seinen Aggregatszustand insbesondere am Temperaturwert, wechseln kann. Der Werkstoff 5 wechselt somit teilweise seinen Aggregatszustand. Alternativ oder zusätzlich kann vorteilhafterweise der erste Werkstoff 5 bei einer Temperatur, welche dem Temperaturwert entspricht, einen Phasenübergang aufweisen. Dieser

Phasenübergang kann beispielsweise der Wechsel des Aggregatszustands, und/oder wenigstens einen andere materialspezifischen Ordnungsparameter umfassen. Dabei ist der Ordnungsparameter vorteilhafterweise so zu wählen, dass der als physikalisches System zu betrachtende Werkstoff 5 einen Phasenübergang, insbesondere bei einer Temperatur, welche dem Temperaturwert entspricht, vollführt beziehungsweise durchläuft, welcher eine insbesondere abrupte beziehungsweise unstetige Änderung insbesondere der Wärmeleitfähigkeit unterliegt beziehungsweise aufweist.

Vorteilhafterweise ist die Zellbarriere 4 wenigstens aus zwei Schichten 6 und 7 gebildet, wobei eine erste der Schichten 6 zumindest teilweise aus dem ersten Werkstoff 5 ausgebildet ist. Vorteilhafterweise ist eine weitere der Schichten 7 zumindest teilweise aus einem zweiten Werkstoff 8 gebildet, welcher im Vergleich zum ersten Werkstoff 5 eine höhere mechanische Stabilität aufweisen kann beziehungsweise aufweist. Der zweite Werkstoff 8 kann beispielsweise ein harter und/oder gummiartiger und/oder zur mechanischen Stabilisierung des Batteriemoduls beitragender und/oder aus einem

Materialmix ausgebildeter Werkstoff 8 sein, wobei die aus dem Werkstoff 8 ausgebildet Schicht zumindest teilweise die Funktionen eines Rahmen übernehmen kann. So kann der zweite Werkstoff 8 beispielsweise eine bestimmte dreidimensionale Struktur aufweisen. Dabei sind vorteilhafterweise seine Wärmeleitfähigkeit sowie seine elektrische Leitfähigkeit gering. Ferner kann die Zellbarriere 4 vorteilhafterweise zumindest teilweise aus einem dritten Werkstoff 9 gebildet sein, welcher ein thermischer Isolator ist. Dieser hat besonders vorteilhafterweise eine besonders hohe Wärmestabilität, beispielsweise kann dieser hitzebeständig bis über 1000 Grad Celsius sein und ist insbesondere nicht flammbar. Dieser kann beispielsweise als Schaum ausgebildet sein und mehrere Batteriezellen 3 des Batteriemoduls 1 thermisch gegen eine Umgebung der Batterie 2 beziehungsweise des Batteriemoduls 1 isolieren. Die Zellbarriere 4 kann alternativ zur Fig. so ausgebildet sein, dass sie vollständig zwischen den Batteriemodulen 1 beziehungsweise jeweiligen Batteriemodulen 1 angeordnet ist.

In vorteilhafter Ausgestaltung des Batteriemoduls 1 ist die erste Schicht 6 zumindest teilweise aus dem ersten Werkstoff 5 gebildet, welcher seine Wärmeleitfähigkeit beim Überschreiten eines ersten Temperaturwerst unstetig erhöht und die zweite Schicht 7 ist aus einem weiteren ersten Werkstoff 5‘ gebildet, welcher seine Wärmeleitfähigkeit beim Überschreiten eines zweiten Temperaturwerts, welcher höher als der erste

Temperaturwert ist, unstetig erniedrigt. Dadurch ist es möglich, ein Temperaturfenster mit einem ersten niedrigen Temperaturwert und einem zweiten höheren Temperaturwert auszubilden, sodass innerhalb des Temperaturfensters ein besonders guter

Wärmeaustausch zwischen den Zellen realisierbar ist. Hingegen ist unterhalb des ersten Temperaturwerts und oberhalb des zweiten Temperaturwerts die Zellbarriere 4 besonders effizient bei einem Hemmen beziehungsweise einer Verhinderung des Wärmeaustauschs zwischen jeweiligen benachbarten Batteriezellen 3. Somit ist zu dem Vorteil eines oberen Temperaturwerts, bei welchem sich die Wahrscheinlichkeit eines Durchbrennens einer Batteriezelle 3 beziehungsweise einer Ausbreitung des thermischen Events durch einen sogenannten Dominoeffekt verringert, zusätzlich eine Isolation in einem niedrigeren Temperaturbereich möglich. Dieser Temperaturbereich kann beispielsweise so gewählt werden, dass die Zellbarriere 4 als guter thermischer Isolator beziehungsweise als Wärmebarriere verwendet werden kann, sodass sich die jeweilige Batteriezelle 3 vorteilhafterweise besonders schnell auf ihre jeweilige optimale Betriebstemperatur aufheizen lässt.

Bezugszeichenliste

Batteriemodul

Batterie

Batteriezelle

Zellbarriere

erster Werkstoff erste Schicht

weitere Schicht zweiter Werkstoff dritter Werkstoff