WO2019166335A1 - Battery module for a battery of a motor vehicle, and battery for a motor vehicle - Google Patents
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- WO2019166335A1 WO2019166335A1 PCT/EP2019/054405 EP2019054405W WO2019166335A1 WO 2019166335 A1 WO2019166335 A1 WO 2019166335A1 EP 2019054405 W EP2019054405 W EP 2019054405W WO 2019166335 A1 WO2019166335 A1 WO 2019166335A1
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Definitions
- the invention relates to a battery module for a battery of a motor vehicle according to the preamble of patent claim 1. Furthermore, the invention relates to a battery for a motor vehicle according to the preamble of patent claim 8.
- batteries in particular high-voltage accumulators, which are also referred to as traction batteries, play an increasingly important role in the propulsion of motor vehicles, in particular hybrid vehicles or electric vehicles.
- motor vehicles in particular hybrid vehicles or electric vehicles.
- lithium-ion batteries are currently being used as batteries.
- individual battery cells are combined to form battery modules.
- the battery modules are in turn combined or switched to the battery.
- the batteries must each achieve the highest possible capacity and / or voltage, which explains the interconnection of the individual battery cells or battery modules.
- a so-called thermal event of the battery cell can occur. This takes place once inside the battery cell, thereby the cell can be burned or burned, something with itself
- DE 10 2013 226 813 A1 shows a cooling device for a high-voltage accumulator comprising a heat sink, which can be flowed through by a refrigerant, wherein the heat sink is adapted to receive heat from the high-voltage accumulator and deliver it to the flowing refrigerant.
- WO 2016/166659 A1 discloses a battery module for a traction battery, wherein the battery module consists of a plurality of battery cells and a plurality of heat transfer elements.
- a cooling plate is used for
- EP 1 818 998 B1 discloses a cell barrier for a battery module, formed of a metal body and an insulating layer, which is arranged on the surface of the metal body.
- the cell barrier is placed between individual cells of the battery module to electrically isolate between the cells of the battery module.
- An inventive battery module for a battery in particular a
- a motor vehicle has at least two spaced-apart battery cells and at least one associated cell barrier.
- the cell barrier is at least partially arranged between the battery cells.
- the respective cell barrier is at least partially formed of a first material, which changes its thermal conductivity when exceeding or falling below a certain temperature value unstably.
- a thermal event of a battery cell can be understood to spontaneously go into a self-reinforcing, heat-producing process. This can occur, for example, as a result of a cell-internal short circuit.
- the cell can burn through or burn through and develop a particularly large heat, which can skip to adjacent battery cells, whereby they can also suffer a short circuit and each pass into the thermal event itself.
- the material used according to the invention for the at least partial formation of the respective cell barrier has at least one characteristic property which can inhibit or prevent this runaway or the chain reaction.
- the characteristic property is a temperature-dependent thermal conductivity or the temperature dependence of the thermal conductivity.
- the thermal conductivity is the property of a material
- the material according to the invention changes its thermal conductivity discontinuously at a certain temperature or a certain temperature value. Under unsteady can be understood in the context of claim 1 in particular leaps and bounds, that is, the thermal conductivity on reaching the specific temperature value, which in particular a
- the thermal conductivity can have a first value, which is in particular substantially smaller than a second value of the thermal conductivity above the temperature value. This can occur, for example, when the state of the material or the material changes.
- Thermal conductivity in particular, is lower than below Temperature value, the transfer of heat above the temperature value can be particularly advantageous inhibited or prevented. That is, upon the occurrence of the thermal event described above, a temperature transfer from one battery cell to the other battery cell is difficult or prevented, whereby the chain reaction, which can also be referred to as a domino effect, at least can be delayed.
- the first material and thus the cell barrier can serve as heat flow control or work. Therefore, the material or the cell barrier can also be referred to as a heat flow switch.
- the first material below about 130 to 150 degrees Celsius, a particularly high thermal conductivity, whereas at temperatures above 150 degrees Celsius, a particularly low
- the material may for example be formed from an inhomogeneous material mixture, wherein at least one of the materials of the
- Temperature value corresponds to its state of aggregation changes.
- the material can advantageously have a high adaptability to rough substrates as a mechanical characteristic. Furthermore, it may be advantageous, in particular since the material can be in direct contact with the respective battery cell, that the material and thus at least part of the cell barrier has a particularly high electrical resistance.
- a material or material mixture may be used whose thermal conductivity above the temperature value is higher than below
- Heating the respective battery cell to an optimal operating temperature may be possible.
- the first material is porous and has a fluid in cavities present thereby, which changes its state of aggregation at a temperature which corresponds to the temperature value.
- the first material has a porous internal structure, that is, it has a non-zero porosity. Due to the porosity not equal to zero, the material has in its interior cavities, which may be open-pore or closed, for example.
- the inner structure may be at least partially sponge-like and / or at least partially foam-like, an overlay would also be possible
- the cavities can in total and / or at least partially filled with the fluid.
- the fluid present in the cavities can be advantageously chosen so that it undergoes a change of its state of aggregation, for example, in particular from gaseous to liquid and vice versa, at a temperature which corresponds to the temperature value at which a discontinuous or sudden increase
- Thermal conductivity changes such that a transfer of heat from a thermal event passing through a battery cell on adjacent battery cell as possible avoided.
- the first material in a
- a phase transition or a phase transformation is the change or conversion of at least one phase of the material into another phase.
- the change of the phase is here in particular temperature-dependent, but can additionally of other state variables such as ambient pressure
- phase interfaces can form at which properties, in particular the thermal conductivity, can change abruptly.
- a change in the thermal conductivity may be discontinuous.
- the cell barrier is formed from at least two layers, wherein a first of the layers is at least partially formed from the first material.
- the at least two layers which may be arranged in particular lying against each other, for example, another
- Property of the cell barrier can be specified in addition to their thermal conductivity or be specified.
- the at least one further layer, which is different from the first layer can serve, for example, as a carrier for the first layer.
- a further of the layers is at least partially formed from a second material, which has a higher mechanical stability compared to the first material.
- the at least one further layer can be used, for example, as a support or support structure or frame for the cell barrier or the battery cell.
- the material may be at least partially made of, in particular hard, rubber, which, for example, has a particularly low thermal conductivity, but for a particularly high electrical resistance.
- a further of the layers is at least partially formed of a third material, which is a thermal insulator.
- Thermal conductivity of a thermal insulator is particularly low, in addition, as a rule, also its electrical conductivity.
- the third material or the further layer that is used can be designed such that it not only serves as a layer between two battery cells, but alternatively or additionally encapsulates in its entirety a combination of a plurality of battery cells separated by the other layers or the at least one first layer of the cell barrier.
- the first layer is at least partially formed from the first material, which increases its thermal conductivity discontinuously when a first temperature value is exceeded.
- the second layer is from another, first Material formed, which its thermal conductivity when exceeding a second
- Temperature value which is higher than the first temperature value discontinuously lowered.
- heat from the respective battery cell for example, to another KOhlsystem or comparable will give off, or heat can be exchanged particularly easily within the temperature window between individual battery cells.
- the thermal conductivity of the cell barrier decreases, so that a
- the thermal conductivity of the cell barrier also decreases, so that, for example, the operating temperature of the respective battery cell can be achieved particularly advantageously.
- the invention comprises a battery for a motor vehicle, which has at least one battery module according to the invention.
- Advantages and advantageous embodiments of the battery module are to be regarded as advantages and advantageous embodiments of the battery and vice versa.
- FIGURE shows a schematic side view of an inventive
- Battery module for a battery of a motor vehicle comprising at least two spaced-apart battery cells and at least one associated cell barrier.
- the figure shows a battery mode! 1 for a battery 2 of a motor vehicle, with at least two spaced battery cells 3 and at least one associated cell barrier 4.
- the at least one cell barrier 4 is at least partially arranged between the battery cells 3.
- the respective cell barrier 4 is at least partially formed from a first material 5, which its
- the material 5 thus acts in the cell barrier 4 between at least two battery cells 3 as heat flow control and can be referred to as a so-called heat flow switch. So the material is 5
- thermal conductivity which can be temperature-dependent over the entire temperature range, but for example, a total of up to about 150 degrees Celsius is particularly large or larger than in one
- the thermal conductivity of the material 5 and thus at least part of the cell barrier 4 is thus variable in particular.
- the material 5 is selected so that the cell barrier 4 as a whole has a particularly high electrical resistance or is an electrical insulator, in particular due to its proximity to the battery cells 3.
- the first material 5 is porous, that is to say that cavities are present in its interior. These cavities are advantageously at least partially filled with a fluid or have a fluid which changes its state of aggregation at a temperature which corresponds to the temperature value.
- the material 5 as inhomogeneous material, wherein at least one component or a material component of the Material 5 can change its state of aggregation, in particular the temperature value.
- the material 5 thus partially changes its state of aggregation.
- the first material 5 can advantageously have a phase transition at a temperature which corresponds to the temperature value.
- Phase transition may include, for example, the change of the state of aggregation, and / or at least one other material-specific order parameters.
- the order parameter is advantageously to be selected so that the material 5 to be considered as a physical system performs or passes through a phase transition, in particular at a temperature which corresponds to the temperature value, which undergoes or has a particularly abrupt or unsteady change, in particular of the thermal conductivity.
- the cell barrier 4 is formed at least from two layers 6 and 7, wherein a first of the layers 6 is at least partially formed from the first material 5.
- a further of the layers 7 is at least partially formed from a second material 8, which may have or have a higher mechanical stability compared to the first material 5.
- the second material 8 may, for example, a hard and / or rubber-like and / or contributing to the mechanical stabilization of the battery module and / or from a
- the cell barrier 4 can advantageously be formed at least partially from a third material 9, which is a thermal insulator. This has particularly advantageously a particularly high thermal stability, for example, this can be heat resistant to over 1000 degrees Celsius and in particular is not flammable. This can for example be designed as a foam and isolate several battery cells 3 of the battery module 1 thermally against an environment of the battery 2 and the battery module 1. As an alternative to the FIGURE, the cell barrier 4 may be designed such that it is completely arranged between the battery modules 1 or respective battery modules 1.
- the first layer 6 is at least partially formed from the first material 5, which increases its thermal conductivity when exceeding a first Temperaturwerst discontinuous and the second layer 7 is formed from a further first material 5 ', which its thermal conductivity during Exceeding a second temperature value, which is higher than the first
- Temperature value is unstably lowered. This makes it possible to form a temperature window with a first low temperature value and a second higher temperature value, so that within the temperature window a particularly good
- the cell barrier 4 is particularly efficient in inhibiting the heat exchange between respective adjacent battery cells 3.
- This temperature range can be selected, for example, such that the cell barrier 4 can be used as a good thermal insulator or as a heat barrier, so that the respective battery cell 3 advantageously can be heated up very quickly to its respective optimum operating temperature.
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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).
Description
Batteriemodul für eine Batterie eines Kraftfahrzeugs sowie Batterie für ein Kraftfahrzeug Battery module for a battery of a motor vehicle and battery for a motor vehicle
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. The invention relates to a battery module for a battery of a motor vehicle according to the preamble of patent claim 1. Furthermore, the invention relates to a battery for a motor vehicle according to the preamble of patent claim 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. In electric mobility, batteries, in particular high-voltage accumulators, which are also referred to as traction batteries, play an increasingly important role in the propulsion of motor vehicles, in particular hybrid vehicles or electric vehicles. In the case of electrically driven motor vehicles, predominantly lithium-ion batteries are currently being used as batteries. As a rule, individual battery cells are combined to form battery modules. The battery modules are in turn combined or switched to the battery. To make a range of the motor vehicle as large as possible, the batteries must each achieve the highest possible capacity and / or voltage, which explains the interconnection of the individual battery cells or battery modules.
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 If, for example, a cell-internal short-circuit occurs at one of the, in particular lithium-ion, battery cells, a so-called thermal event of the battery cell can occur. This takes place once inside the battery cell, thereby the cell can be burned or burned, something with itself
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 reinforcing, heat-producing process. Due to the ever-increasing energy density of the batteries or high-voltage storage by, for example, ever higher packing densities of the battery cells, especially in the battery module, the danger that the adjacent battery cells of the battery cell, within which the thermal event occurs, due to the high heat development of the continuous cell also increases a short circuit
beziehungsweise ein thermisches Event erleiden und somit durchgehen. Dies kann eine Kettenreaktion, einen sogenannten Dominoeffekt, zur Folge haben, welche or suffer a thermal event and thus go through. This can result in a chain reaction, a so-called domino effect, which
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. or which can lead to the destruction of the entire battery. Currently, high-voltage accumulators are cooled by active liquid circulation cooling. Thus, DE 10 2013 226 813 A1 shows a cooling device for a high-voltage accumulator comprising a heat sink, which can be flowed through by a refrigerant, wherein the heat sink is adapted to receive heat from the high-voltage accumulator and deliver it to the flowing refrigerant.
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 Furthermore, WO 2016/166659 A1 discloses a battery module for a traction battery, wherein the battery module consists of a plurality of battery cells and a plurality of heat transfer elements. Here, a cooling plate is used for
Wärmeübertragung von den Wärmeübertragungselementen. Heat transfer from the heat transfer elements.
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. Finally, EP 1 818 998 B1 discloses a cell barrier for a battery module, formed of a metal body and an insulating layer, which is arranged on the surface of the metal body. The cell barrier is placed between individual cells of the battery module to electrically isolate between the cells of the battery module.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Batteriemodul für eine Batterie eines Kraftfahrzeugs beziehungsweise eine Batterie derart weiterzuentwickeln, dass im Falle eines It is an object of the invention to further develop a battery module for a battery of a motor vehicle or a battery such that in the case of
thermischen Events, bei welchem eine Batteriezelle, beispielsweise aufgrund eines Kurzschlusses, Wärme produziert, eine Übertragung der Wärme auf andere Thermal events in which a battery cell, for example due to a short circuit, produces heat, a transfer of heat to others
Batteriezellen möglichst unterbleibt. Battery cells possibly omitted.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Batteriemodul für eine Batterie eines Kraftfahrzeugs gemäß dem Patentanspruch 1 sowie durch eine Batterie für ein This object is achieved by a battery module for a battery of a motor vehicle according to claim 1 and by a battery for a
Kraftfahrzeug gemäß dem Patentanspruch 8 gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche und der Beschreibung. Motor vehicle solved according to claim 8. Advantageous embodiments of the invention are the subject of the dependent claims and the description.
Ein erfindungsgemäßes Batteriemodul für eine Batterie, insbesondere eine An inventive battery module for a battery, in particular a
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. Traction battery, a motor vehicle has at least two spaced-apart battery cells and at least one associated cell barrier. The cell barrier is at least partially arranged between the battery cells.
Um nun eine Übertragung von Wärme im Falle eines thermischen Events einer In order now to transfer heat in the case of a thermal event of a
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 Battery cell, for example, due to a short circuit in the same, as possible to stem or inhibit, the respective cell barrier is at least partially formed of a first material, which changes its thermal conductivity when exceeding or falling below a certain temperature value unstably. Under A thermal event of a battery cell can be understood to spontaneously go into a self-reinforcing, heat-producing process. This can occur, for example, as a result of a cell-internal short circuit. In this case, the cell can burn through or burn through and develop a particularly large heat, which can skip to adjacent battery cells, whereby they can also suffer a short circuit and each pass into the thermal event itself. One can of a "pass" of the battery cell
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. or speak the battery. This can lead to a chain reaction in the battery of the motor vehicle, which is designed in particular as a high-voltage storage. Result of the chain reaction can be a complete destruction of the entire battery.
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 The material used according to the invention for the at least partial formation of the respective cell barrier has at least one characteristic property which can inhibit or prevent this runaway or the chain reaction. In particular, the characteristic property is a temperature-dependent thermal conductivity or the temperature dependence of the thermal conductivity. Simply put, the thermal conductivity is the property of a material
beziehungsweise Elements oder Werkstoffes, Wärme durch ihn hindurch zu or element or material, heat through it
transportieren. In der Regel steigt in den meisten Materialien beziehungsweise transport. It usually increases in most materials, respectively
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 Materials the thermal conductivity with increasing temperature, in particular at least slightly on. So that a temperature transmission does not occur or is severely restricted at high temperatures, the material according to the invention changes its thermal conductivity discontinuously at a certain temperature or a certain temperature value. Under unsteady can be understood in the context of claim 1 in particular leaps and bounds, that is, the thermal conductivity on reaching the specific temperature value, which in particular a
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. material-specific characteristic variable, which greatly changes beyond the normally occurring temperature-dependent behavior of the thermal conductivity. Thus, here too, discontinuity is analogous to its mathematical meaning, interpretable in the sense of a discontinuous function. Below the temperature value, the thermal conductivity can have a first value, which is in particular substantially smaller than a second value of the thermal conductivity above the temperature value. This can occur, for example, when the state of the material or the material changes.
Wird der Werkstoff so gewählt, dass oberhalb des Temperaturwerts die If the material is chosen so that above the temperature value
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 Thermal conductivity, in particular, is lower than below Temperature value, the transfer of heat above the temperature value can be particularly advantageous inhibited or prevented. That is, upon the occurrence of the thermal event described above, a temperature transfer from one battery cell to the other battery cell is difficult or prevented, whereby the chain reaction, which can also be referred to as a domino effect, at least can be delayed. The first material and thus the cell barrier can serve as heat flow control or work. Therefore, the material or the cell barrier can also be referred to as a heat flow switch. For example, the first material below about 130 to 150 degrees Celsius, a particularly high thermal conductivity, whereas at temperatures above 150 degrees Celsius, a particularly low
Wärmeleitfähigkeit aufweist. Der Werkstoff kann beispielsweise aus einem inhomogenen Materialgemisch gebildet sein, wobei wenigstens eines der Materialien des Has thermal conductivity. The material may for example be formed from an inhomogeneous material mixture, wherein at least one of the materials of the
Materialgemischs insbesondere bei einer Temperatur, welche dem bestimmten Material mixture, in particular at a temperature which the determined
Temperaturwert entspricht, seinen Aggregatszustand wechselt. Temperature value corresponds to its state of aggregation changes.
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 In addition, the material can advantageously have a high adaptability to rough substrates as a mechanical characteristic. Furthermore, it may be advantageous, in particular since the material can be in direct contact with the respective battery cell, that the material and thus at least part of the cell barrier has a particularly high electrical resistance. Alternatively, as the first material, a material or material mixture may be used whose thermal conductivity above the temperature value is higher than below
Temperaturwerts. So könnte ein Wärmefluss zwischen benachbarten Batteriezellen bei geringer Temperatur gehemmt werden, wodurch beispielsweise ein schnelleres Temperature value. Thus, a heat flow between adjacent battery cells could be inhibited at a low temperature, for example, a faster
Aufheizen der jeweiligen Batteriezelle auf eine optimale Betriebstemperatur möglich sein kann. Heating the respective battery cell to an optimal operating temperature may be possible.
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 In an advantageous embodiment of the invention, the first material is porous and has a fluid in cavities present thereby, which changes its state of aggregation at a temperature which corresponds to the temperature value. In other words, the first material has a porous internal structure, that is, it has a non-zero porosity. Due to the porosity not equal to zero, the material has in its interior cavities, which may be open-pore or closed, for example. Thus, the inner structure may be at least partially sponge-like and / or at least partially foam-like, an overlay would also be possible
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 or mixture of the two internal structures. The cavities can in total and / or at least partially filled with the fluid. The fluid present in the cavities can be advantageously chosen so that it undergoes a change of its state of aggregation, for example, in particular from gaseous to liquid and vice versa, at a temperature which corresponds to the temperature value at which a discontinuous or sudden increase
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 or waste of the thermal conductivity is desired. When selecting the fluid, further framework conditions which occur within the pores or in cavities of the material, such as pressure, should be taken into account. By forming the material as a porous structure filled with the fluid, a cell barrier can be realized in a particularly simple manner
temperaturabhängig beim Über- oder Unterschreiten des Temperaturwerts ihre temperature dependent when exceeding or falling below the temperature value their
Wärmeleitfähigkeit derart ändert, dass eine Übertragung der Wärme von einer einen thermischen Event durchlaufenden Batteriezelle auf benachbarte Batteriezelle möglichst unterbleibt. Thermal conductivity changes such that a transfer of heat from a thermal event passing through a battery cell on adjacent battery cell as possible avoided.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung weist der erste Werkstoff bei einer In an advantageous embodiment of the invention, the first material in a
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 Temperature, which corresponds to the temperature value, a phase transition. A phase transition or a phase transformation is the change or conversion of at least one phase of the material into another phase. The change of the phase is here in particular temperature-dependent, but can additionally of other state variables such as ambient pressure
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. or pressure in the material and / or the like depend. More specifically, when the temperature value is reached, the change in phase occurs in the material because, for example, phase interfaces can form at which properties, in particular the thermal conductivity, can change abruptly. By using a material which has a phase transition when passing through the temperature value, a change in the thermal conductivity may be discontinuous. A large number of materials, in particular multicomponent systems, that is to say substances which do not consist only of one chemical element in each case, are thus suitable for use in the cell barrier, which makes possible a particularly flexible design of the same and thus of the battery module according to the invention.
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 In an advantageous embodiment of the invention, the cell barrier is formed from at least two layers, wherein a first of the layers is at least partially formed from the first material. By the at least two layers, which may be arranged in particular lying against each other, for example, another
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. Property of the cell barrier can be specified in addition to their thermal conductivity or be specified. Alternatively or additionally, the at least one further layer, which is different from the first layer, can serve, for example, as a carrier for the first layer. By constructing the cell barrier as formed from at least two layers, a cell barrier can be realized which is particularly advantageous for the, in particular targeted, transfer of heat between battery cells.
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 a further advantageous embodiment of the invention, a further of the layers is at least partially formed from a second material, which has a higher mechanical stability compared to the first material. By using the second material, which has a higher mechanical stability than the first material, in particular a particularly high mechanical stability, the at least one further layer can be used, for example, as a support or support structure or frame for the cell barrier or the battery cell. For example, the material may be at least partially made of, in particular hard, rubber, which, for example, has a particularly low thermal conductivity, but for a particularly high electrical resistance.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist eine weitere der Schichten zumindest teilweise aus einem dritten Werkstoff gebildet, welcher ein thermischer Isolator ist. In an advantageous embodiment of the invention, a further of the layers is at least partially formed of a third material, which is a thermal insulator.
Dessen mechanische Eigenschaften könnten einerseits zusätzlich ein besonders biegesteifes Material, oder alternativ auch ein flexibles Material sein. Die Its mechanical properties could on the one hand additionally be a particularly rigid material, or alternatively also a flexible material. The
Wärmeleitfähigkeit eines thermischen Isolators ist besonders niedrig, darüber hinaus in aller Regel ebenfalls seine elektrische Leitfähigkeit. Der erfindungsgemäß zu Thermal conductivity of a thermal insulator is particularly low, in addition, as a rule, also its electrical conductivity. The invention according to
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. The third material or the further layer that is used can be designed such that it not only serves as a layer between two battery cells, but alternatively or additionally encapsulates in its entirety a combination of a plurality of battery cells separated by the other layers or the at least one first layer of the cell barrier. This results in the advantage that the battery cells in their entirety or the battery module are particularly well protected against environmental influences and additionally the other way round, the environment is particularly well protected against a possibly due to the thermal event itself destructive battery module.
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 zweitenIn an advantageous embodiment of the invention, the first layer is at least partially formed from the first material, which increases its thermal conductivity discontinuously when a first temperature value is exceeded. The second layer is from another, first Material formed, which its thermal conductivity when exceeding a second
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 Temperature value which is higher than the first temperature value, discontinuously lowered. By arranging in each case a different first material in at least one of the layers of the cell barrier and the possibility that one of the first materials increases its thermal conductivity as the temperature increases, while the other first material reduces its thermal conductivity as the temperature increases, a temperature window can be determined become. This temperature window can through the
Verwendung der ersten Werkstoffe nun so ausgestaltet werden, dass die Zellbarriere innerhalb dieses Temperaturfensters besonders wärmeleitfähig ist. So kann Use of the first materials are now designed so that the cell barrier is particularly thermally conductive within this temperature window. So can
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 For example, heat from the respective battery cell, for example, to another KOhlsystem or comparable will give off, or heat can be exchanged particularly easily within the temperature window between individual battery cells. At a temperature above the upper temperature value of the temperature window, the thermal conductivity of the cell barrier decreases, so that a
Ausbreitung des thermischen Events einer durchgehenden Zelle auf andere Propagation of the thermal event of a continuous cell to others
Batteriezellen verhindert werden kann. Durch den unteren Temperaturwert Battery cells can be prevented. By the lower temperature value
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. or below the lower temperature value of the temperature window, the thermal conductivity of the cell barrier also decreases, so that, for example, the operating temperature of the respective battery cell can be achieved particularly advantageously.
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. Furthermore, the invention comprises a battery for a motor vehicle, which has at least one battery module according to the invention. Advantages and advantageous embodiments of the battery module are to be regarded as advantages and advantageous embodiments of the battery and vice versa.
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 Further features of the invention will become apparent from the claims, the figures and the description of the figures. The features and feature combinations mentioned above in the description as well as the features and feature combinations mentioned below in the description of the figures and / or shown alone in the figures are not only in the respectively indicated combination, but also in others
Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar. Combinations or used alone.
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 The invention will now be explained in more detail with reference to a preferred embodiment and with reference to the drawings. It shows: The single FIGURE shows a schematic side view of an inventive
Batteriemodul für eine Batterie eines Kraftfahrzeugs, mit wenigstens zwei voneinander beabstandeten Batteriezellen und mit wenigstens einer zugehörigen Zellbarriere. Battery module for a battery of a motor vehicle, comprising at least two spaced-apart battery cells and at least one associated cell barrier.
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. The figure shows a battery mode! 1 for a battery 2 of a motor vehicle, with at least two spaced battery cells 3 and at least one associated cell barrier 4. The at least one cell barrier 4 is at least partially arranged between the battery cells 3.
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 In the case of a thermal event in which one of the battery cells 3, for example due to a short circuit, produces heat, in particular self-boosting and thereby excessively heated, so that so-called burn through of the battery cell 3 can occur, it is advantageous for the battery 2, that the transmission of the heat produced during the thermal event also fails as far as possible to the other battery cells 3. For this, the respective cell barrier 4 is at least partially formed from a first material 5, which its
Wärmeleitfähigkeit beim Überschreiten oder Unterschreiten eines bestimmten Thermal conductivity when exceeding or falling below a certain
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 Temperature value changes discontinuously. The material 5 thus acts in the cell barrier 4 between at least two battery cells 3 as heat flow control and can be referred to as a so-called heat flow switch. So the material is 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 For example, designed so that the thermal conductivity, which can be temperature-dependent over the entire temperature range, but for example, a total of up to about 150 degrees Celsius is particularly large or larger than in one
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. Temperature range from 150 degrees Celsius, where the thermal conductivity is lower or significantly lower, in particular compared to the lying below the temperature value of 150 degrees Celsius temperature range.
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 The thermal conductivity of the material 5 and thus at least part of the cell barrier 4 is thus variable in particular. Ideally, the material 5 is selected so that the cell barrier 4 as a whole has a particularly high electrical resistance or is an electrical insulator, in particular due to its proximity to the battery cells 3. Advantageously, the first material 5 is porous, that is to say that cavities are present in its interior. These cavities are advantageously at least partially filled with a fluid or have a fluid which changes its state of aggregation at a temperature which corresponds to the temperature value. One can thus see the material 5 as inhomogeneous material, wherein at least one component or a material component of the Material 5 can change its state of aggregation, in particular the temperature value. The material 5 thus partially changes its state of aggregation. Alternatively or additionally, the first material 5 can advantageously have a phase transition at a temperature which corresponds to the temperature value. This
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. Phase transition may include, for example, the change of the state of aggregation, and / or at least one other material-specific order parameters. In this case, the order parameter is advantageously to be selected so that the material 5 to be considered as a physical system performs or passes through a phase transition, in particular at a temperature which corresponds to the temperature value, which undergoes or has a particularly abrupt or unsteady change, in particular of the thermal conductivity.
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 einemAdvantageously, the cell barrier 4 is formed at least from two layers 6 and 7, wherein a first of the layers 6 is at least partially formed from the first material 5. Advantageously, a further of the layers 7 is at least partially formed from a second material 8, which may have or have a higher mechanical stability compared to the first material 5. The second material 8 may, for example, a hard and / or rubber-like and / or contributing to the mechanical stabilization of the battery module and / or from a
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. Be material mix formed material 8, wherein the layer formed from the material 8 at least partially can take over the functions of a frame. For example, the second material 8 may have a specific three-dimensional structure. In this case, its thermal conductivity and its electrical conductivity are advantageously low. Furthermore, the cell barrier 4 can advantageously be formed at least partially from a third material 9, which is a thermal insulator. This has particularly advantageously a particularly high thermal stability, for example, this can be heat resistant to over 1000 degrees Celsius and in particular is not flammable. This can for example be designed as a foam and isolate several battery cells 3 of the battery module 1 thermally against an environment of the battery 2 and the battery module 1. As an alternative to the FIGURE, the cell barrier 4 may be designed such that it is completely arranged between the battery modules 1 or respective battery modules 1.
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 In an advantageous embodiment of the battery module 1, the first layer 6 is at least partially formed from the first material 5, which increases its thermal conductivity when exceeding a first Temperaturwerst discontinuous and the second layer 7 is formed from a further first material 5 ', which its thermal conductivity during Exceeding a second temperature value, which is higher than the first
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 Temperature value is unstably lowered. This makes it possible to form a temperature window with a first low temperature value and a second higher temperature value, so that within the temperature window a particularly good
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.
Heat exchange between the cells is feasible. On the other hand, below the first temperature value and above the second temperature value, the cell barrier 4 is particularly efficient in inhibiting the heat exchange between respective adjacent battery cells 3. Thus, the advantage of an upper temperature value, which increases the likelihood of burnout of a battery cell 3 and a spread of the thermal event reduced by a so-called domino effect, in addition an isolation in a lower temperature range possible. This temperature range can be selected, for example, such that the cell barrier 4 can be used as a good thermal insulator or as a heat barrier, so that the respective battery cell 3 advantageously can be heated up very quickly to its respective optimum operating temperature.
Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS
Batteriemodul battery module
Batterie battery
Batteriezelle battery cell
Zellbarriere cell barrier
erster Werkstoff erste Schicht first material first layer
weitere Schicht zweiter Werkstoff dritter Werkstoff
additional layer second material third material
Claims
1 . Batteriemodul (1 ) für eine Batterie (2) eines Kraftfahrzeugs, mit wenigstens zwei voneinander beabstandeten Batteriezellen (3) und mit wenigstens einer 1 . Battery module (1) for a battery (2) of a motor vehicle, with at least two spaced-apart battery cells (3) and with at least one
zugehörigen Zellbarriere (4), welche zumindest teilweise zwischen den associated cell barrier (4), which at least partially between the
Batteriezellen (3) angeordnet ist, Battery cells (3) is arranged,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
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. the respective cell barrier (4) is at least partially formed from a first material (5), which changes its thermal conductivity discontinuously when it exceeds or falls below a certain temperature value.
2. Batteriemodul (1 ) nach Anspruch 1 , 2. Battery module (1) according to claim 1,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
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. the first material (5) is porous and has, in cavities present thereby, a fluid which changes its state of aggregation at a temperature which corresponds to the temperature value.
3. Batteriemodul (1 ) nach Anspruch 1 oder 2, 3. Battery module (1) according to claim 1 or 2,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
der erste Werkstoff (5) bei einer Temperatur, welche dem Temperaturwert entspricht, einen Phasenübergang aufweist. the first material (5) has a phase transition at a temperature which corresponds to the temperature value.
4. Batteriemodul (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 4. Battery module (1) according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
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. the cell barrier (4) is formed from at least two layers (6, 7), wherein a first of the layers (6, 7) is formed at least partially from the first material (5).
5. Batteriemodul (1 ) nach Anspruch 4, 5. Battery module (1) according to claim 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
eine weitere der Schichten (6, characterized in that another of the layers (6,
7) zumindest teilweise aus einem zweiten Werkstoff7) at least partially made of a second material
(8) gebildet ist, welcher im Vergleich zum ersten Werkstoff (5) eine höhere mechanische Stabilität aufweist. (8) is formed, which in comparison to the first material (5) has a higher mechanical stability.
6. Batteriemodul (1 ) nach Anspruch 4 oder 5, 6. Battery module (1) according to claim 4 or 5,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
eine weitere der Schichten (6, 7) zumindest teilweise aus einem dritten Werkstoff a further of the layers (6, 7) at least partially made of a third material
(9) gebildet ist, welcher ein thermischer Isolator ist. (9) which is a thermal insulator.
7. Batteriemodul (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 7. Battery module (1) according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
die erste Schicht (6, 7) zumindest teilweise aus dem ersten Werkstoff (5) gebildet ist, welcher seine Wärmeleitfähigkeit beim Überschreiten eines ersten the first layer (6, 7) is formed at least partially from the first material (5), which has its thermal conductivity when a first material is exceeded
Temperaturwerts unstetig erhöht und die zweite Schicht (6, 7) aus einem weiteren, ersten Werkstoff (5‘) gebildet ist, welcher seine Wärmeleitfähigkeit beim Temperature value increases discontinuously and the second layer (6, 7) of a further, first material (5 ') is formed, which is its thermal conductivity at
Überschreiten eines zweiten Temperaturwerts, welcher höher als der erste Temperaturwert ist, unstetig erniedrigt. Exceeding a second temperature value, which is higher than the first temperature value, discontinuously decreased.
8. Batterie (2) für ein Kraftfahrzeug, 8. battery (2) for a motor vehicle,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
die Batterie (2) wenigstens ein Batteriemodul (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche aufweist.
the battery (2) has at least one battery module (1) according to one of the preceding claims.
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