具有安全段的电池组模块、电池包和电动车辆的制作方法_5

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在该电池组模块的另一实施方案中,电池组电池的至少一个具有用于使火焰朝优 先方向窜出的指定断裂点,并将该电池组电池设置在容置空间中以使该优先方向与容置空 间的安全壁段相配(zugeordnet)。电池组电池的指定断裂点在圆柱形电池组电池的情况下 可设置在例如底部区域中,在咖啡袋电池组电池的情况下可设置在电池组电池的边缘区域 中。
[0180] 由此确保在受损时从电池组电池中窜出的火焰冲击到分配的安全壁段上并因此 在几秒的时间后在电池组模块外壳中烧出开口,以使该火焰的能量可逸出电池组模块。
[0181] 在该电池组模块的另一实施方案中,电池组电池的底面与容置空间的安全壁段相 配。通常,电池组电池在其底面上具有指定断裂点。在本实施方案中,电池组模块与指定断 裂点的这一位置匹配。
[0182] 根据本发明特别优选的是如下电池组模块,其 -具有电池组模块外壳, _其中所述电池组模块外壳包围电池组模块内室且 -其中所述电池组模块外壳在电池组模块内室侧上具有用于给定数量的电池组电池 的容置空间, 其中 -所述电池组模块外壳在至少一个容置空间的区域中包含安全壁段,其材料性质和厚 度使得所述安全壁段在根据DIN EN ISO 11925-2的针焰试验中在最多45秒后烧穿, 其中 所述电池组模块外壳的安全壁段和所述电池组模块外壳的其它区域包含的聚碳酸酯 材料是以各自所示含量含有下列组分A + B + C或A + B* + C和在每种情况下任选组分D、 E和/或F的聚碳酸酯组合物: A) 70.0至90.0重量份(基于组分A + B + C或A + + C的重量份的总和计)的直链 和/或支化芳族聚碳酸酯和/或芳族聚酯碳酸酯, B) 6.0至15.0重量份(基于组分A + B + C的重量份的总和计)的至少一种接枝聚合 物,其包含 B. 1) 5重量%至40重量%(在每种情况下基于接枝聚合物B计)的由至少一种乙烯基单体 制成的壳和 B. 2) 95重量%至60重量%(在每种情况下基于接枝聚合物B计)的一种或多种由硅酮-丙 烯酸酯复合橡胶制成的接枝基底, B*) 6.0至15.0重量份(基于组分A + B* + C的重量份的总和计)的至少一种接枝聚合 物,其包含 B*.l) 5至95重量份的下列组分的混合物 B*. 1.1) 50至95重量份的苯乙烯、a-甲基苯乙烯、在环上甲基取代的苯乙烯、甲基丙烯 酸&-至C8-烷基酯、丙烯酸&-至C8-烷基酯或这些化合物的混合物和 B*. 1.2) 5至50重量份的丙烯腈、甲基丙烯腈、甲基丙烯酸Q-至C8-烷基酯、丙烯酸&-至C8-烷基酯、马来酸酐、N-&-至C 4-烷基-或N-苯基-取代的马来酰亚胺或这些化合物的混 合物,其接枝到 B*. 2) 5至95重量份的含橡胶的基于丁二烯或丙烯酸酯的接枝基底上, C) 2.0至15.0重量份(基于组分A + B + C或A + B* + C的重量份的总和计)的选自单 体和低聚磷酸酯和膦酸酯、膦酸酯胺、磷腈和次膦酸盐和这些化合物的混合物的磷化合物, D) 0至3.0重量份(基于组分A + B + C或A + + C的重量份的总和计)的防滴落剂, E) 0-3.0重量份(基于组分A + B + C或A + + C的重量份的总和计)的热塑性乙烯 基(共)聚合物(E.1)和/或聚对苯二甲酸亚烷基酯(E.2),和 F) 0至20.0重量份(基于组分A + B + C或A + + C的重量份的总和计)的其它添加 剂, 其中所述组合物优选不含无橡胶的聚(烷基)丙烯酸烷基酯,且其中将本申请中的所有 重量份数据标准化以使所述组合物中的组分A + B + C或A + B* + C的重量份的总和合计 为 100, 且其中所述安全壁段的壁厚度为〇. 8毫米至2.0毫米,更优选0.8毫米至1.0毫米, 和其中所述安全壁段区域中的壁厚度低于所述电池组模块外壳的其它区域中的壁厚 度,其优选具有3.0毫米至5.0毫米,更优选3.0毫米至3.5毫米的壁厚度。
[0183] 要认识到,设置在电池组模块外壳中的电池组电池可具有非常不同的尺寸和形 状,例如圆柱形和小的,类似于AA电池,或圆柱形和大的,类似于饮料罐。因此,根据电池组 电池,在故障时逸出的火焰能量显著变化。安全壁段和外壳其余部分的厚度优选与电池组 电池的尺寸匹配。棱柱形电池和软包电池的情况类似。
[0184] 根据本发明,也在具有电池包外壳的电池包中,其中所述电池包外壳包围电池包 内室且其中所述电池包外壳在电池包内室侧上具有至少一个用于电池组模块的容置空间, 至少部分地通过使所述电池包具有容置在容置空间中的本发明的电池组模块实现上述目 的。
[0185] 在电动车辆中,通常不安装单独的电池组模块而是安装电池包,其中多个电池组 模块组合在一个电池包外壳中。通过为此类电池包配备本发明的电池组模块,实现上文对 本发明的电池组模块所描述的优点。
[0186] 为了容置电池组模块,该电池包在电池包内室侧上,即在电池包外壳的内侧上可 具有例如支座、轨道、凹槽或其它夹持件。
[0187] 在该电池包的一个实施方案中,该电池包在电池包内室中在电池组模块外壳的安 全壁段那侧上具有间隙区(Freiraumbereich),以使所述电池组模块在此区域中与电池包 外壳和电池包中的其它电池组模块间隔开。
[0188]通过电池包在安全壁段区域中的这种间隔,提供如下安全间隙,可将在受损时从 设置在电池组模块中的电池组电池中窜出并可烧穿所分配的安全壁段区域中的电池组模 块外壳的火焰的能量导出到该安全间隙中。由此,可以防止由于该火焰的能量损坏电池包 内的其它组件或电池包本身。为此,在电池组模块的安全壁段那侧上,电池组模块与电池包 外壳和其它电池组模块之间的距离优选为至少5厘米。
[0189 ]在该电池包的另一实施方案中,该电池包在电池包内室中在电池组模块外壳的安 全壁段那侧上具有设计用于导出经该安全壁段窜出的火焰的能量的通道。在该电池包的另 一实施方案中,该电池包外壳具有与电池组模块外壳的安全壁段相配的安全壁段,其材料 性质和厚度使得该安全壁段在根据DIN EN ISO 11925-2的针焰试验中在最多45秒,优选最 多20秒,更优选最多10秒,尤其最多5秒后烧穿。
[0190] 如果该安全壁段和其余的电池包外壳的材料相同,则其余的电池包外壳,即在安 全壁段区域外的其它区域中的外壳具有比安全壁段更大的壁厚度。优选地,该安全段的壁 厚度为0.8毫米至2.0毫米,更优选0.8至1.0毫米,且其余的电池包外壳的壁厚度在这种情 况下为3.0毫米至5.0毫米,更优选3.0至3.5毫米。
[0191] 优选地,该安全壁段的材料性质和厚度使得该安全壁段在被施以温度为至少600 °(:的火焰时在最多5,优选最多4,尤其最多3秒后烧穿,以在电池包外壳中的这一区域中形 成开口。
[0192] 从设置在电池组模块中的电池组电池中窜出的火焰因此可在烧穿电池组模块的 安全壁段后也烧穿电池包的安全壁段。由此,不仅可从电池组模块外壳中,也可从周围的电 池包外壳中导出该火焰的能量。
[0193] 在该电池包的另一实施方案中,电池包外壳的至少安全壁段,优选整个或基本整 个电池包外壳包含阻燃材料,尤其是阻燃塑料。如上文关于电池组模块外壳的安全壁段和 关于电池组模块外壳本身所详述,通过使用此类材料可防止安全壁段或电池组模块外壳或 电池包外壳在从电池组电池中窜出的火焰熄灭后进一步燃烧。这可防止火焰蔓延。
[0194] 在该电池包的另一实施方案中,电池包外壳的至少安全壁段,优选整个或基本整 个电池包外壳包含聚碳酸酯材料。如上文关于电池组模块外壳的安全壁段和关于电池组模 块外壳本身所详述,聚碳酸酯材料具有良好的弹性和高韧度,尤其在用于电动车辆时可遇 到的-30 °C的低温下也如此。此外,这些材料也可具有良好阻燃性。
[0195] 可用于电池包外壳的安全壁段,尤其是用于电池包外壳本身的聚碳酸酯材料原则 上是上文已对电池组模块外壳的安全壁段和对电池组模块外壳本身详述的聚碳酸酯组合 物,因此参考这方面的描述。
[0196] 此外,上文对电池组模块外壳的安全壁段和对电池组模块外壳本身提到的其它材 料,尤其是阻燃性热塑性塑料也可用于电池包外壳的安全壁段和电池包外壳本身。
[0197] 在该电池包的另一实施方案中,该电池包外壳在安全壁段的区域中具有被薄膜覆 盖的开口。为此,例如在电池包外壳的制造过程中,可以在安全壁段的区域中提供开口并随 后用薄膜封闭。该薄膜可以例如粘合或焊接到该开口周围的电池包外壳的材料上,或以另 一方式固定到其上。此时,安全壁段中的壁厚度相当于该薄膜厚度,其可以例如为10微米至 500微米。借助这一实施方案,由此可以在安全壁段中实现特别薄的壁厚度。作为该薄膜,可 用的薄膜尤其由塑料,例如上文对电池组模块外壳所描述的塑料之一制成。
[0198] 根据本发明,另外在电动车辆中,至少部分地通过使所述电动车辆具有本发明的 电池组模块和/或本发明的电池包实现上述目的。
[0199] 由于该电池组模块或电池包的提高的运行可靠性,通过在电动车辆中提供这样的 电池组模块或电池包也可相应地改进电动车辆的运行可靠性。关于其它优点,参考上文关 于电池组模块和电池包的描述。
[0200] 在该电动车辆的一个实施方案中,将电池组模块或电池包设置在电动车辆中以使 电池组模块或电池包的安全壁段与电动车辆的其它部件表面,尤其与车身板表面间隔开。
[0201] 通过安全壁段与电动车辆的部件表面的这种间隔,提供如下安全间隙,可将从电 池组模块或从电池包中窜出的火焰的能量导出到该安全间隙中,以降低损坏电动车辆的部 件,尤其是车身板部件,特别是可燃塑料部件的风险。此外,通过该安全间隙导致该火焰的 能量不经由电动车辆的部件,尤其不经由其车身板部件导回到电池组模块或电池包中。这 可进一步提高该电动车辆的运行可靠性。
[0202] 电池组模块或电池包的安全壁段与电动车辆的其它部件表面,尤其与车身板表面 之间的距离优选为至少5厘米。由此实现足够大的安全间隙以能够可靠地导出从电池组或 电池组模块中窜出的火焰的能量。优选可通过提供设置在电池组模块或电池包与电动车辆 的其它部件表面之间的间隔件实现该距离。例如,可以提供支座,用其将电池组模块或电池 包支承在电动车辆的车身表面上。
[0203] 可以从下列实施例的描述中获知本发明的其它特征和优点,其中参考所附附图。
[0204] 图1显示本发明电池组模块和本发明电池包的一个实施例, 图2显示来自图1的实施例的细节, 图3以底视图显示来自图1的电池组模块,且 图4显示具有本发明电池包的本发明电动车辆的一个实施例。
[0205] 图1以横截面显示本发明的电池包2和本发明的电池组模块8的一个实施例。图2另 外以放大和更详细的图显示图1中用II标示的截面。
[0206] 电池包2具有电池包外壳4,其包围电池包内室6。在电池包内室侧上,电池包外壳4 具有多个用于电池组模块的容置空间(未显示)。
[0207] 在容置空间中设置电池组模块,其中在图1中可见电池组模块8。电池组模块8包含 电池组模块外壳10,其包围电池组模块内室12。在电池组模块内室侧上,电池组模块外壳10 具有用于给定数量的电池组电池16的容置空间14。容置空间14可以例如如图2中所示以基 本圆形凹槽的形式引入电池组模块外壳10中。或者或另外,容置空间14还可具有设置在电 池组模块外壳的内侧上的凸缘15,其例如形成用于容置电池组电池16的基本圆形边缘。
[0208] 电池组模块8在图1中具有给定数量的电池组电池16,其中在电池组模块8的容置 空间14中容置各一个电池组电池16。电池组电池16是例如圆柱形的锂离子蓄电池。电池组 电池16各自在底部具有指定断裂点(未显示),以使在受损时从电池组电池16中窜出的火焰 18不从电池组电池16中的任意位点窜出,而是有目标性地在其底面窜出。
[0209] 电池组模块外壳10在各容置空间14的区域中具有安全壁段20,其材料性质和厚 度使得安全壁段20在根据DIN EN ISO 11925-2的针焰试验中在最多45秒,更好在最多20 秒,优选最多10秒,尤其最多5秒后烧穿。由此实现,安全壁段20在被施以具有例如大约600 °C的温度的火焰18时在几秒后,尤其在最多5秒后烧穿,以在电池组模块外壳中的这一区域 中形成开口 22。
[0210]安全壁段20可包含例如阻燃性聚碳酸酯材料。安全壁段20在此区域中的厚度优选 为0.8至2毫米。由此,在给定时间内实现使被施以火焰18的安全壁段20烧穿。阻燃性聚碳酸 酯材料的使用另外的优点是,在火焰18熄灭后该聚碳酸酯材料不进一步燃烧而是同样熄 灭,因此火焰无法蔓延。
[0211]设置有安全壁段20的电池组模块外壳侧具有多个交叉架条形式的肋状物24。通过 这些肋状物24,所述安全壁段20的壁厚度可以非常薄,而不会过大损害电池组模块外壳10 的结构性质。
[0212]图3显示电池组模块8的底视图,其具有肋状物24的一种可能的设计。在此实例中, 电池组模块8在电池组模块内室侧上具有5 X 3个容置空间14,用于总共15个电池组电池,例 如18650型电池组电池。容置空间14各自成行错开排列,以实现尽可能大的堆积密度和因此 节省空间。由此带来电池组模块外壳10的整体菱形横截面。
[0213] 电池组模块外壳10的底面具有许多基本纵向的肋条26和许多基本横向的肋条28, 它们整体上使得电池组模块外壳10的在本实例中菱形的肋状物24适应容置空间14的排列。 优选设置肋状物24以使肋条各自在安全壁段20外。由此确保安全壁段在被施以火焰18时在 给定时间内烧穿而不会由于肋条26、28阻碍该烧穿。
[0214] 电池包2的电池包外壳4具有与安全壁段20相配的安全壁段30,其材料性质和厚度 使得安全壁段30在根据DIN EN ISO 11925-2的针焰试验中在最多45秒,更好在最多20秒, 优选最多10秒,尤其最多5秒后烧穿。由此实现,安全壁段30在被施以火焰18时在几秒后烧 穿,以在电池包外壳4中的这一区域中形成开口 32。因此,从电池组电池16中窜出的火焰18 可以首先烧穿安全壁段20中的电池组模块外壳10,然后烧穿安全壁段30中的电池包外壳4。 因此,该火焰的能量可以逸出电池组模块8和电池包2,以防止损坏其它电池组电池16。
[0215] 为了提供电池包外壳4的安全壁段30,电池包外壳4的底面具有0.8毫米的连续降 低的厚度。安全壁段30由此形成相联的大安全壁段。优选地,电池包外壳4的底面,尤其是基 本整个电池包外壳4包含阻燃性聚碳酸酯材料。
[0216] 图4以示意性局部侧视图显示本发明的电动车辆的一个实施例。在电动车辆42的 行李舱空间的下部,设置有来自图1的电池包2。电池包2借助电动车辆42的部件表面46上的 支座44固定。为了牢固安装,
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