AT526985A2 - Shape memory alloy for directing gas and particle flows - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Fluidleitelement (30) für eine Batteriespeichervorrichtung (100) zur Beeinflussung eines Strömungszustands eines Fluides (F, FK) in der Batteriespeicher-vorrichtung (100). Erfindungsgemäß ist das Fluidleitelement (30) zumindest abschnittsweise aus einer Formgedächtnislegierung gefertigt, oder das wenigstens eine Fluidleitelement (30) ist mit einem Stellelement, das zumindest abschnittsweise aus der Formgedächtnislegierung gefertigt ist, in einer Wirkverbindung gekoppelt, wobei sich die Formgedächtnislegierung in Abhängigkeit einer Temperatur (T) oberhalb einer Schwellwerttemperatur (Ts), welche über einem Betriebstemperaturbereich der Batteriespeichervorrichtung (100) liegt, verformt.The present invention relates to a fluid guide element (30) for a battery storage device (100) for influencing a flow state of a fluid (F, FK) in the battery storage device (100). According to the invention, the fluid guide element (30) is made at least in sections from a shape memory alloy, or the at least one fluid guide element (30) is coupled in an operative connection to an actuating element which is made at least in sections from the shape memory alloy, wherein the shape memory alloy deforms as a function of a temperature (T) above a threshold temperature (Ts) which lies above an operating temperature range of the battery storage device (100).
Description
Formgedächtnislegierung zur Lenkung von Gas und Partikelströmen Shape memory alloy for directing gas and particle flows
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Fluidleitelement für eine Batteriespeichervorrichtung und eine Batteriespeichervorrichtung mit einem entsprechenden Fluidleitelement für eine temperaturabhängige Beeinflussung eines Strömungszustands eines Fluides in der Batteriespeichervorrichtung, insbesondere bei einem exothermen Notfall. The present invention relates to a fluid guide element for a battery storage device and a battery storage device with a corresponding fluid guide element for a temperature-dependent influencing of a flow state of a fluid in the battery storage device, in particular in the event of an exothermic emergency.
Ein Batteriespeicher ist ein elektrochemischer Speicher für elektrische Energie, der eine Vielzahl von einzelnen Batteriezellen umfasst, wobei diese bei größeren Speichern in der Regel in Batteriemodulen zusammengefasst sind. Beispielsweise für mobile Anwendungen wie elektrische Antriebe von Fahrzeugen werden Batteriespeicher mit hoher Leistungsdichte benötigt, die sowohl eine hohe Speicherdichte als auch hohe Leistungsdichte an Bord bereitstellen. Diese Anforderungen haben sowohl eine dichte Anordnung der Batteriezellen auf einem Bauraum als auch einen möglichst hohen Einsatz an elektrochemischen Aktivmaterial im Verhältnis zu den übrigen funktionalen Zellelementen in jeder Batteriezelle zur Folge. Die strukturelle Verdichtung in Batteriespeichern ist problematisch im Zusammenhang mit der Wärmeentwicklung beim Abruf hoher Leistungen während des Ladens oder Entladens der Batteriezellen, was angesichts der Möglichkeit einer Entzündung von brennbaren Aktivmaterialien prinzipiell risikobehaftet ist. A battery storage system is an electrochemical storage system for electrical energy that comprises a large number of individual battery cells, which are usually combined in battery modules in the case of larger storage systems. For example, mobile applications such as electric vehicle drives require battery storage systems with a high power density that provide both a high storage density and a high power density on board. These requirements result in both a dense arrangement of the battery cells in a installation space and the highest possible use of electrochemical active material in relation to the other functional cell elements in each battery cell. The structural compaction in battery storage systems is problematic in connection with the heat generated when high power is called up during charging or discharging of the battery cells, which is fundamentally risky given the possibility of flammable active materials igniting.
Es ist bekannt, dass zur Erhöhung der Leistungsfähigkeit beim Laden und Entladen sowie zur Erhöhung der Sicherheit und Verbesserung der Lebensdauer Batteriespeicher mit hoher Speicher- und Leistungsdichte mit einer Flüssigkeitskühlung ausgestattet werden, welche die Batteriezellen innerhalb eines bevorzugten Temperaturfensters temperiert. Derartige Kühlsysteme sind jedoch lediglich während des regulären Betriebs wirksam und fallen beispielsweise bei einem als Thermal Runaway oder als thermisches Durchgehen bezeichneten Vorfall aus, bei dem sich ein zellenübergreifender Brand in dem Batteriespeicher ausbreiten It is known that in order to increase the performance during charging and discharging as well as to increase safety and improve the service life, battery storage systems with high storage and power density are equipped with liquid cooling, which keeps the battery cells within a preferred temperature window. However, such cooling systems are only effective during regular operation and fail, for example, in the event of an incident known as thermal runaway, in which a fire spreads across cells in the battery storage system.
kann. can.
Ferner ist es bekannt, für den Fall von derartigen exothermen Reaktionen Ablüftungskanäle vorzusehen, die eine gezielte Abfuhr heißer, austretender Gase aus einer Zelle bereitstellen, um eine Wärmelast auf benachbarte Zellen der Batteriespeichervorrichtung zu vermeiden. Je nach Ausprägung eines exothermen Furthermore, it is known to provide ventilation channels in the event of such exothermic reactions, which provide a targeted removal of hot, escaping gases from a cell in order to avoid a heat load on neighboring cells of the battery storage device. Depending on the nature of an exothermic reaction,
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die voranstehend beschriebenen Nachteile zumindest teilweise zu beheben. Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Möglichkeit bereitzustellen, mittels derer eine funktionale Anpassung oder Umstellung eines Strömungszustandes eines Fluides oder eines damit verbundenen Wärmestromes in dem Batteriespeicher zwischen einer Einstellung im Normalbetrieb und einer Einstellung in einem thermischen It is the object of the present invention to at least partially remedy the disadvantages described above. In particular, it is the object of the present invention to provide a possibility by means of which a functional adaptation or changeover of a flow state of a fluid or of a heat flow associated therewith in the battery storage device between a setting in normal operation and a setting in a thermal
Notfall erfolgen kann. emergency can occur.
Es ist ferner eine Aufgabe der Erfindung, eine solche Änderung an einem Fluid- oder Wärmestrom auch noch in einem thermischen Schadensfall vornehmen zu können, wenn eine Steuerung von Systemkomponenten des Batteriespeichers oder des umgebenden Systems infolge thermischer Schäden bereits ausgefallen ist. It is a further object of the invention to be able to make such a change to a fluid or heat flow even in the event of thermal damage, when a control of system components of the battery storage system or the surrounding system has already failed due to thermal damage.
Die voranstehenden Aufgaben werden gelöst durch eine Batteriespeichervorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein Fluidleitelement mit den Merkmalen des Anspruchs 12. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Batteriespeichervorrichtung beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit einem erfindungsgemäßen Fluidleitelement und jeweils umgekehrt, sodass bzgl. der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets The above objects are achieved by a battery storage device with the features of claim 1 and by a fluid guide element with the features of claim 12. Further features and details of the invention emerge from the subclaims, the description and the drawings. Features and details that are described in connection with the battery storage device according to the invention naturally also apply in connection with a fluid guide element according to the invention and vice versa, so that with regard to the disclosure of the individual aspects of the invention,
wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann. can or may be referred to mutually.
Eine erfindungsgemäße Batteriespeichervorrichtung weist wenigstens eine Batteriezelle für eine Speicherung von elektrischer Energie und ein Gehäuse zur Aufnahme der wenigstens einen Batteriezelle, mit einem Strömungsbereich zum A battery storage device according to the invention has at least one battery cell for storing electrical energy and a housing for accommodating the at least one battery cell, with a flow area for
Führen eines Fluides in dem Gehäuse, auf. Carrying a fluid in the housing.
Analog hierzu ist erfindungsgemäß ein Fluidleitelement für eine Batteriespeichervorrichtung vorgesehen, zur Beeinflussung eines Strömungszustands eines Fluides in der Batteriespeichervorrichtung. Erfindungsgemäß ist das Fluidleitelement zumindest abschnittsweise aus einer Formgedächtnislegierung gefertigt, oder das Fluidleitelement ist mit einem Stellelement, das zumindest abschnittsweise aus der Formgedächtnislegierung gefertigt ist, in einer Wirkverbindung gekoppelt. Die Formgedächtnislegierung verformt sich in Abhängigkeit einer Temperatur oberhalb einer Schwellwerttemperatur, welche oberhalb eines Betriebstemperaturbereiches der Batteriespeichervorrichtung liegt. Analogously to this, the invention provides a fluid guide element for a battery storage device for influencing a flow state of a fluid in the battery storage device. According to the invention, the fluid guide element is made at least in sections from a shape memory alloy, or the fluid guide element is coupled in an operative connection to an actuating element that is made at least in sections from the shape memory alloy. The shape memory alloy deforms depending on a temperature above a threshold temperature, which is above an operating temperature range of the battery storage device.
Die Erfindung sieht somit erstmals einen temperatursensiblen und temperaturabhängig selbsttätigen Mechanismus für einen strömungswirksamen Eingriff in ein Fluid in einer Batteriespeichervorrichtung vor. The invention thus provides for the first time a temperature-sensitive and temperature-dependent automatic mechanism for a flow-effective intervention in a fluid in a battery storage device.
Als ein großer Vorteil der Erfindung wird der selbsttätige Mechanismus, der auf dem Memory-Effekt einer Formgedächtnislegierung beruht, auch noch bei hohen, d.h. für die Integrität des Systems kritischen Temperaturen ausgelöst, bei denen eine Leitungsstruktur zur Signalversorgung oder Stromversorgung eines elektrisch betätigten Stellgliedes bereits Schaden genommen hätte. As a great advantage of the invention, the automatic mechanism, which is based on the memory effect of a shape memory alloy, is triggered even at high temperatures, i.e. temperatures that are critical for the integrity of the system, at which a line structure for the signal supply or power supply of an electrically operated actuator would already have been damaged.
Alternativ kann, in einem funktional getrennten Aufbau, das Formteil aus oder mit der Formgedächtnislegierung ebenso als ein Stellelement bereitgestellt sein, das in einer Koppelung die Bewegung des Fluidleitelementes vollführt. In diesem Fall kann das Fluidleitelement aus einem beliebigen, ausreichend temperaturbeständigen Material und dazu strömungsoptimiert oder fertigungsoptimiert, zumindest flexibel beweglich, insbesondere einteilig mit einer Gehäusewand ausgebildet sein, während unabhängig davon das Stellelement funktionsoptimiert oder fertigungsoptimiert ausgestaltet sein kann. Alternatively, in a functionally separate structure, the molded part made of or with the shape memory alloy can also be provided as an actuating element that carries out the movement of the fluid guide element in a coupling. In this case, the fluid guide element can be made of any sufficiently temperature-resistant material and can be flow-optimized or production-optimized, at least flexibly movable, in particular in one piece with a housing wall, while independently of this the actuating element can be designed to be functionally optimized or production-optimized.
Als ein weiterer Vorteil der Erfindung kann der temperaturgeführte Eingriff des selbsttätigen Mechanismus dazu genutzt werden, um eine Strömung eines heißen Abgases zu bestimmten Abschnitten eines Gehäuses mit thermisch sensiblen Elementen, wie insbesondere weiteren Batteriezellen, oder potentiell heißen Elementen, wie elektrischen Leitern, die gegebenenfalls zu einer Entzündung des Gases führen können, zu sperren, wie später im Zusammenhang mit den As a further advantage of the invention, the temperature-controlled intervention of the automatic mechanism can be used to block a flow of hot exhaust gas to certain sections of a housing with thermally sensitive elements, such as in particular further battery cells, or potentially hot elements, such as electrical conductors, which may lead to ignition of the gas, as will be explained later in connection with the
Ausführungsformen beschrieben wird. embodiments are described.
Als ein weiterer, alternativer Vorteil der Erfindung kann der temperaturgeführte Eingriff des selbsttätigen Mechanismus dazu genutzt werden, um ein Fluid wie insbesondere ein Kühlwasser aus einem Kühlkreislauf aus seiner herkömmlichen Funktion zu entnehmen, um es mit einer Zelle in einem thermisch kritischen Zustand in direkten Kontakt zu bringen. So kann eine außerordentliche Kühlung vollzogen werden, welche die Zelle schädigt, jedoch bei frühzeitiger Durchführung eine thermische Ausbreitung abwenden kann, wie später im Zusammenhang mit den Ausführungsformen beschrieben wird. As a further alternative advantage of the invention, the temperature-controlled intervention of the automatic mechanism can be used to remove a fluid, such as in particular cooling water from a cooling circuit, from its conventional function in order to bring it into direct contact with a cell in a thermally critical state. In this way, extraordinary cooling can be carried out which damages the cell, but if carried out early can avert thermal spread, as will be described later in connection with the embodiments.
Dabei ist die erfindungsgemäße Batteriespeichervorrichtung ein Batteriepaket wie eine Traktionsbatterie eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs oder auch ein The battery storage device according to the invention is a battery pack such as a traction battery of an electrically powered vehicle or a
Batteriemodul, das als Einheit mit mehreren Batteriezellen, insbesondere eine Battery module which as a unit with several battery cells, in particular a
parallel verschaltete Einheit, einen Teil eines Batteriepaketes bildet. parallel connected unit, forms part of a battery pack.
Als Strömungsbereichs ist ein zumindest abschnittsweise eingegrenzter Gehäuseabschnitt gemeint, der sowohl einen Fluidstrom leiten kann als auch ein The flow area is defined as a housing section that is at least partially delimited and can both conduct a fluid flow and
stehendes Fluid im Sinne eines Reservoirs aufnehmen kann. can hold standing fluid in the sense of a reservoir.
Unter dem erfindungsgemäßen Fluidleitelement ist ein bewegbar angeordneter Körper zu verstehen, insbesondere ein Flächenkörper mit einer Anströmfläche, der, je nach Winkel einer Leitposition desselben in Bezug zu einem stehenden Fluid oder einer Strömungsrichtung eines strömenden Fluides, das Fluid eingrenzt, blockierend abgrenzt, umlenkt oder abzweigt. The fluid guide element according to the invention is to be understood as a movably arranged body, in particular a flat body with an inflow surface, which, depending on the angle of a guide position of the same in relation to a stationary fluid or a flow direction of a flowing fluid, limits, blocks, deflects or branches off the fluid.
Selbstverständlich umfasst die Formulierung, dass ein Element zumindest abschnittsweise aus der Formgedächtnislegierung gefertigt sei, beliebige Zwischenformen in Bezug auf eine Ausgestaltung einerseits, in der ein Element, d.h. das Fluidleitelement oder ein damit gekoppeltes Stellelement, vollständig aus der Formgedächtnislegierung besteht, und einer Ausgestaltung andererseits, in der nur ein Endabschnitt oder einer Zwischenabschnitt oder mehrere Abschnitte eines Elementes aus der aus der Formgedächtnislegierung bestehen. Ebenso umfasst sind dabei Ausgestaltungen im Sinne eines Bimetall-Elementes oder eines mehrschichtigen, gegebenenfalls laminierten Elementes, bei dem ein an wenigstens einer Fläche des Elementes angefügter Abschnitt oder Schicht aus der Formgedächtnislegierung besteht. Of course, the formulation that an element is made at least in sections from the shape memory alloy includes any intermediate forms in relation to a design on the one hand in which an element, i.e. the fluid guide element or an actuating element coupled thereto, consists entirely of the shape memory alloy, and on the other hand a design in which only an end section or an intermediate section or several sections of an element consist of the shape memory alloy. Also included are designs in the sense of a bimetal element or a multi-layer, optionally laminated element in which a section or layer attached to at least one surface of the element consists of the shape memory alloy.
Ein Strömungszustand kann sowohl ein dynamischer Zustand einer laminaren oder turbulenten Strömung eines Gases, Rauches, Dampfes oder einer Flüssigkeit sein, oder ein Zwischenzustand in Bezug zu diesen Strömungen, wobei sich unterschiedliche Strömungszustände insbesondere durch unterschiedliche Strömungsrichtungen auszeichnen, als auch ein statischer Zustand ohne eine maßgebliche Strömungsrichtung. A flow state can be either a dynamic state of a laminar or turbulent flow of a gas, smoke, vapor or liquid, or an intermediate state in relation to these flows, whereby different flow states are characterized in particular by different flow directions, or a static state without a decisive flow direction.
Es kann von Vorteil sein, wenn die wenigstens eine Batteriezelle einen Druckbegrenzungsabschnitt aufweist, für eine druckbegrenzende Öffnung eines Batteriezellenmantels infolge eines internen Druckanstiegs in der wenigstens einen Batteriezelle; wobei der Druckbegrenzungsabschnitt zu dem wenigstens einen Fluidleitelement hin ausgerichtet angeordnet ist. Somit kann eine thermische It can be advantageous if the at least one battery cell has a pressure-limiting section for a pressure-limiting opening of a battery cell casing as a result of an internal pressure increase in the at least one battery cell; wherein the pressure-limiting section is arranged aligned with the at least one fluid guide element. Thus, a thermal
Aktivierung des Memory-Effektes der Formgedächtnislegierung an dem Activation of the memory effect of the shape memory alloy on the
Fluidleitelement zielgerichteter und möglichst früh ausgelöst werden. Ferner wird ein Fluid guide element can be triggered more precisely and as early as possible. Furthermore, a
kontrolliertes Nachgeben eines Zellmantels bereitgestellt, der ansonsten unter controlled yielding of a cell shell that would otherwise be subject to
Einwirkung eines inneren Überdruckes unkontrolliert zerbersten würde. The effect of internal overpressure would cause it to burst uncontrollably.
Ferner kann es von Vorteil sein, wenn die Verformung der Formgedächtnislegierung eine zumindest abschnittsweise Krümmung an dem wenigstens einen Fluidleitelement oder an dem Stellelement ausbildet. Anhand einer Formänderung zu einer Krümmung lässt sich eine Bewegung zur Winkeländerung oder zum Verschwenken eines Elementes in eine andere Position besonders leicht integral mit dem Element realisieren oder mit dem Element koppeln. Furthermore, it can be advantageous if the deformation of the shape memory alloy forms a curvature at least in sections on the at least one fluid guide element or on the actuating element. By changing the shape to form a curvature, a movement for changing the angle or for pivoting an element into another position can be particularly easily implemented integrally with the element or coupled to the element.
Ebenso von Vorteil kann es sein, wenn das wenigstens eine Fluidleitelement an einem Ende an dem Gehäuse befestigt ist und ein gegenüberliegendes Ende als freies Ende verschwenkbar ausgebildet ist. Somit kann ein einfach zu fertigender und zuverlässig funktionaler Aufbau für den Mechanismus des Fluidleitelementes It can also be advantageous if the at least one fluid guide element is attached to the housing at one end and an opposite end is designed as a free end that can be pivoted. This allows an easy-to-manufacture and reliably functional structure for the mechanism of the fluid guide element
umgesetzt werden. be implemented.
Von besonderem Vorteil ist es, wenn das wenigstens eine Fluidleitelement in der zweiten Leitposition einen Strömungsquerschnitt des Strömungsbereiches des Gehäuses im Wesentlichen versperrt, für eine Umleitung des Fluides in dem Strömungsbereich. Somit können ungünstige Wärmeströme in kritischen Bereichen der Batteriespeichervorrichtung durch ein Fluid, wie insbesondere heiße Ausgasungen, unterbunden werden. It is particularly advantageous if the at least one fluid guide element in the second guide position essentially blocks a flow cross-section of the flow region of the housing for a diversion of the fluid in the flow region. In this way, unfavorable heat flows in critical areas of the battery storage device caused by a fluid, such as in particular hot outgassing, can be prevented.
In diesem Zusammenhang kann es weiter von Vorteil sein, wenn das wenigstens eine Fluidleitelement in der zweiten Leitposition einen Abschnitt des Strömungsbereiches des Gehäuses, in dem ein elektrischer Leiter der wenigstens einen Batteriezelle angeordnet ist, im Wesentlichen absperrt. Somit kann verhindert werden, dass sich ein Gas an dem elektrischen Leiter, der hoch erhitzt sein kann, In this context, it can also be advantageous if the at least one fluid guide element in the second guide position essentially blocks off a section of the flow region of the housing in which an electrical conductor of the at least one battery cell is arranged. This can prevent a gas from accumulating on the electrical conductor, which can be highly heated.
entzündet. inflamed.
In diesem Zusammenhang kann ebenso von Vorteil sein, wenn das wenigstens eine Fluidleitelement in der zweiten Leitposition einen Abschnitt des Strömungsbereiches des Gehäuses, der mit der wenigstens einen Batteriezelle, insbesondere mit einer Unterseite derselben, in Kontakt steht, im Wesentlichen absperrt. Somit kann verhindert werden, dass ein thermisch sensibler Bereich in Bezug auf eine In this context, it can also be advantageous if the at least one fluid guide element in the second guide position essentially blocks off a section of the flow region of the housing that is in contact with the at least one battery cell, in particular with a bottom side thereof. This can prevent a thermally sensitive region from
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thermische Ausbreitung, d.h. insbesondere benachbarte Batteriezellen, von einer thermal propagation, i.e. especially neighboring battery cells, from a
Unterseite her durch eine Wärmelast heißer Gase aufgeheizt wird. is heated from the bottom by a heat load of hot gases.
Anderenfalls ist es von besonderem Vorteil, wenn der Strömungsbereich des Gehäuses eine Öffnung aufweist und das wenigstens eine Fluidleitelement an der Öffnung angeordnet ist; und wenn, in der ersten Leitposition, das wenigstens eine Fluidleitelement die Öffnung überdeckt, für eine Eingrenzung des Fluides in dem Strömungsbereich, und, in der zweiten Leitposition, das wenigstens eine Fluidleitelement die Öffnung im Wesentlichen freigibt, für eine Abzweigung des Fluides aus dem Strömungsbereich durch die Öffnung. Somit kann ein Löschung oder Kühlung der schafhaften Batteriezelle mit einem abgezweigten kühlenden Fluid oder speziellen Löschfluid erfolgen. Otherwise, it is particularly advantageous if the flow region of the housing has an opening and the at least one fluid guide element is arranged at the opening; and if, in the first guide position, the at least one fluid guide element covers the opening, for confining the fluid in the flow region, and, in the second guide position, the at least one fluid guide element essentially exposes the opening, for branching off the fluid from the flow region through the opening. The sheep-shaped battery cell can thus be extinguished or cooled with a branched-off cooling fluid or special extinguishing fluid.
In diesem Zusammenhang ist es von Vorteil, wenn die Öffnung des Strömungsbereiches oberhalb der wenigstens einen Batteriezelle angeordnet ist, für eine Löschung oder Flutung der Batteriezelle in dem Gehäuse durch das abgezweigte Fluid. Somit kann das Fluid unter Ausnutzung der Schwerkraft zu der schafhaften Batteriezelle geleitet werden. In this context, it is advantageous if the opening of the flow region is arranged above the at least one battery cell, for extinguishing or flooding the battery cell in the housing by the branched fluid. The fluid can thus be guided to the floating battery cell using gravity.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung Ausführungsbeispiele im Einzelnen beschrieben sind. Es zeigen schematisch: Further advantages, features and details of the invention emerge from the following description, in which embodiments are described in detail with reference to the drawing. They show schematically:
Fig. 1 einen schematischen Ausschnitt aus einer Batteriespeichervorrichtung und eines Fluidleitelementes an einem Ablüftungskanal gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung, zu Beginn eines thermischen Vorfalls; Fig. 1 shows a schematic section of a battery storage device and a fluid guide element on a ventilation duct according to a first embodiment of the invention, at the beginning of a thermal incident;
Fig. 2 einen schematischen Ausschnitt aus der Batteriespeichervorrichtung und des Fluidleitelementes aus Fig. 1 bei einer hohen Temperatur im Bereich des Fluidelementes; Fig. 2 shows a schematic section of the battery storage device and the fluid conducting element from Fig. 1 at a high temperature in the region of the fluid element;
Fig. 3 einen schematischen Ausschnitt aus einer Batteriespeichervorrichtung mit Fluidleitelementen an einem Ablüftungskanal gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung, während eines normalen Betriebs; Fig. 3 shows a schematic section of a battery storage device with fluid guide elements on a ventilation duct according to a second embodiment of the invention, during normal operation;
Fig. 4 einen schematischen Ausschnitt aus der Batteriespeichervorrichtung mit den Fluidleitelementen aus Fig. 3 nach einem thermischen Vorfall, bei Fig. 4 shows a schematic section of the battery storage device with the fluid guide elements from Fig. 3 after a thermal incident, in which
Fig. 5 einen schematischen Ausschnitt aus einer Batteriespeichervorrichtung mit Fluidleitelementen an einem Kühlkreislauf gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung, während eines normalen Betriebs; und Fig. 5 shows a schematic section of a battery storage device with fluid guide elements on a cooling circuit according to a third embodiment of the invention, during normal operation; and
Fig. 6 einen schematischen Ausschnitt aus der Batteriespeichervorrichtung mit den Fluidleitelementen aus Fig. 5 nach einem thermischen Vorfall, bei dem sich eine hohe Temperatur im Bereich eines der Fluidelemente entwickelt hat. Fig. 6 shows a schematic section of the battery storage device with the fluid conducting elements from Fig. 5 after a thermal incident in which a high temperature has developed in the region of one of the fluid elements.
In Fig. 1 ist ein Teil einer Batteriespeichervorrichtung 100 als Schnittdarstellung gezeigt, die mehrere hintereinander angeordnete, prismatische Batteriezellen 10 umfasst, und ein Gehäuse 20, in dem die Batteriezellen 10 umschlossen sind. In der Batteriespeichervorrichtung 100 sind die Batteriezellen 10 durch mehrere elektrische Leiter 12 miteinander verschaltet und als Potentialanschlüsse zusammengeführt, die sich durch eine Außenwand des Gehäuses 20 hindurch von einer Innenseite zu einer Außenseite der Batteriespeichervorrichtung 100 erstrecken. In Fig. 1, part of a battery storage device 100 is shown as a sectional view, which comprises several prismatic battery cells 10 arranged one behind the other, and a housing 20 in which the battery cells 10 are enclosed. In the battery storage device 100, the battery cells 10 are interconnected by several electrical conductors 12 and brought together as potential connections, which extend through an outer wall of the housing 20 from an inside to an outside of the battery storage device 100.
Die Batteriezellen 10 weisen jeweils einen Druckbegrenzungsabschnitt 11 in einem Zellenmantel auf. Der Druckbegrenzungsabschnitt 11 ist als eine definierte Sollbruchstelle in dem Zellenmantel ausgestaltet. Alternativ ist der Druckbegrenzungsabschnitt 11 als eine Öffnung mit einer Versiegelung oder mit einem Verschluss ausgestaltet, welcher die Öffnung bei einer vorbestimmten Krafteinwirkung freigibt. Der Druckbegrenzungsabschnitt 11 jeder Batteriezelle 10 dient dazu, dass in dem Fall eines Druckanstiegs innerhalb der Batteriezelle infolge von Verbrennungsgasen, bei einem zwangsweisen Nachgeben des Zellmantels ein kontrollierter Druckausgleich zur Umgebung mittels einer definierten Größe und Position einer Öffnung in dem Zellmantel erfolgt. Der Druckbegrenzungsabschnitt 11 jeder Batteriezelle 10, insbesondere eine Ausrichtung einer Öffnung desselben, ist zu einem Strömungsbereich 21A des Gehäuses, genauer genommen in Richtung auf ein später beschriebenes Fluidleitelement 30 in dem Strömungsbereich 21A ausgerichtet. The battery cells 10 each have a pressure limiting section 11 in a cell casing. The pressure limiting section 11 is designed as a defined predetermined breaking point in the cell casing. Alternatively, the pressure limiting section 11 is designed as an opening with a seal or with a closure, which opens the opening when a predetermined force is applied. The pressure limiting section 11 of each battery cell 10 serves to ensure that, in the event of a pressure increase within the battery cell as a result of combustion gases, when the cell casing is forced to yield, a controlled pressure equalization with the environment takes place by means of a defined size and position of an opening in the cell casing. The pressure limiting section 11 of each battery cell 10, in particular an orientation of an opening thereof, is aligned with a flow region 21A of the housing, more precisely in the direction of a fluid guide element 30 described later in the flow region 21A.
Der Strömungsbereich 21A ist zwischen den Batteriezelle 10 und einer Außenwand des Gehäuses 20 ausgebildet und führt von einer Unterseite des Gehäuses 20 nach The flow region 21A is formed between the battery cell 10 and an outer wall of the housing 20 and leads from a bottom of the housing 20 to
an der Außenseite zusammenführt. on the outside.
Das Fluidleitelement 30 ist in einem Randbereich des Strömungsbereichs 21A, in der dargestellten Ausführungsform an der linken Außenwand des Gehäuses 20, angeordnet. Alternativ kann das Fluidleitelement 30 ebenso einer anderen Gehäusewand oder sonstigem Element in einem Randbereich des Strömungsbereichs 21A angeordnet sein. Das Fluidleitelement 30 ist als ein flaches Flächenelement ausgestaltet mit einer Anströmfläche, die dem Strömungsbereich 21A zugewandt ist, wobei eine Tiefe des Fluidleitelementes 30 in der dargestellten Schnittebene einer entsprechenden Tiefe des Strömungsbereichs 21A entspricht. The fluid guide element 30 is arranged in an edge region of the flow region 21A, in the embodiment shown on the left outer wall of the housing 20. Alternatively, the fluid guide element 30 can also be arranged on another housing wall or other element in an edge region of the flow region 21A. The fluid guide element 30 is designed as a flat surface element with an inflow surface that faces the flow region 21A, wherein a depth of the fluid guide element 30 in the section plane shown corresponds to a corresponding depth of the flow region 21A.
Das Fluidleitelementes 30 besteht aus einer Formgedächtnislegierung, die dem bekannten physikalischen Phänomen eines temperaturabhängigen Memory-Effektes unterliegt. Fertigungstechnisch wurde das Fluidleitelement 30 mit einer Krümmung vorgeformt, und anschließend in eine gerade Erstreckung umgeformt, welche in einem Temperaturbereich unterhalb einer Schwellwerttemperatur Ts eingehalten wird. Die Schwellwerttemperatur Ts ist so gewählt, dass diese oberhalb von Betriebstemperaturen liegt, die in einem regulären Betrieb der Batteriespeichervorrichtungen 100 im Inneren des Gehäuses 20 auftreten. Die Formgedächtnislegierung ist wiederum so gewählt, dass eine Verformung unter dem Memory-Effekt oberhalb der gewählten Schwellwerttemperatur Ts einsetzt. The fluid guide element 30 consists of a shape memory alloy that is subject to the known physical phenomenon of a temperature-dependent memory effect. In terms of manufacturing technology, the fluid guide element 30 was preformed with a curvature and then formed into a straight extension, which is maintained in a temperature range below a threshold temperature Ts. The threshold temperature Ts is selected such that it is above operating temperatures that occur in regular operation of the battery storage devices 100 inside the housing 20. The shape memory alloy is in turn selected such that deformation under the memory effect begins above the selected threshold temperature Ts.
In dem dargestellten Zustand in Fig. 1 beginnt ein anormaler Temperaturanstieg infolge einer exothermen Verbrennungsreaktion in der gezeigten Batteriezelle 10, der mit einem Überdruck durch die Entstehung von Verbrennungsgasen im Inneren der Batteriezelle 10 einhergeht. Dabei gibt ein Zellmantel der Batteriezelle 10 in dem Druckbegrenzungsabschnitt 11 nach und öffnet sich zu dem Strömungsbereich 21A des Gehäuses 20 hin. Eine erste Entgasung, die als Fluidstrom F mit Pfeilen angezeigt ist, entweicht aus der Batteriezelle 10 und wird durch den Strömungsbereich 21A von den anderen Batteriezellen 10 hinweg abgeführt. Dabei In the state shown in Fig. 1, an abnormal temperature rise begins as a result of an exothermic combustion reaction in the battery cell 10 shown, which is accompanied by an overpressure due to the formation of combustion gases inside the battery cell 10. In the process, a cell jacket of the battery cell 10 gives way in the pressure limiting section 11 and opens towards the flow area 21A of the housing 20. A first degassing, which is shown as fluid flow F with arrows, escapes from the battery cell 10 and is discharged through the flow area 21A away from the other battery cells 10.
kühlt sich das Gas an den Gehäusewänden, die den Strömungsbereich 21A The gas cools on the housing walls, which form the flow area 21A
umgeben, ab und tritt an einer Öffnung des Gehäuses 20, wie z.B. einer surrounded, and exits at an opening of the housing 20, such as a
Durchtrittsöffnung des elektrischen Leiters 12 oder dessen Potentialanschlusses, Passage opening of the electrical conductor 12 or its potential connection,
nach außen aus. to the outside.
Eine Temperatur T in dem Strömungsbereich 21A, insbesondere eine lokale Temperatur an dem Fluidleitelement 30, liegt in diesem Zustand, zumindest kurzfristig, noch unterhalb der Schwellwerttemperatur Ts. In diesem Temperaturbereich, d.h. ohne Eintreten des Memory-Effektes der Formgedächtnislegierung, nimmt das Fluidleitelement 30 eine erste Leitposition P1 ein, in der es sich parallel zur Außenwand des Gehäuses 20 erstreckt und mit einem unteren Ende befestigt ist. Der Fluidstrom F in Form der abgekühlten Entgasung aus der Batteriezelle 10 kann den Strömungsbereich 21A im Bereich des Fluidleitelementes 30 in der ersten Leitposition P1 passieren. In this state, a temperature T in the flow region 21A, in particular a local temperature at the fluid guide element 30, is still below the threshold temperature Ts, at least for a short time. In this temperature range, i.e. without the occurrence of the memory effect of the shape memory alloy, the fluid guide element 30 assumes a first guide position P1 in which it extends parallel to the outer wall of the housing 20 and is attached at a lower end. The fluid flow F in the form of the cooled degassing from the battery cell 10 can pass through the flow region 21A in the region of the fluid guide element 30 in the first guide position P1.
In Fig. 2 ist ein Zustand derselben Ausführungsform der Batteriespeichervorrichtung 100 gezeigt, in welcher der thermische Vorfall fortgeschritten ist, und eine Wärmelast der exothermen Verbrennungsreaktion sowie der austretenden Gase die Gehäusewände im Strömungsbereich 21A zunehmend erwärmt haben. Dabei hat eine lokale Temperatur T an dem Fluidleitelement 30 die Schwellwerttemperatur Ts überschritten. Mit zunehmender Temperatur T hat sich anschließend das Fluidleitelement 30, das aus der Formgedächtnislegierung besteht, verformt. Wie zuvor beschrieben, ist die vorgeformte Gestalt, in welche die Formgedächtnislegierung unter dem Memory-Effekt zurückkehrt, eine Krümmung. Die Krümmung verläuft in der Anströmfläche des Fluidleitelementes 30 und ist zu dem Strömungsbereich 21A hin gerichtet. Während das untere Ende des Fluidleitelementes 30 ortsfest mit dem Gehäuse 20 verbunden ist, schwenkt das obere freie Ende des Fluidleitelementes 30 in den Strömungsbereich 21A hinein. Nach einer vollständigen Verformung steht das freie Ende an einer gegenüberliegenden Gehäusewand an, wonach das Fluidleitelementes 30 eine Fig. 2 shows a state of the same embodiment of the battery storage device 100 in which the thermal incident has progressed and a heat load of the exothermic combustion reaction and the escaping gases have increasingly heated the housing walls in the flow region 21A. In this case, a local temperature T on the fluid guide element 30 has exceeded the threshold temperature Ts. As the temperature T increases, the fluid guide element 30, which consists of the shape memory alloy, has subsequently deformed. As previously described, the preformed shape to which the shape memory alloy returns under the memory effect is a curve. The curve runs in the inflow surface of the fluid guide element 30 and is directed towards the flow region 21A. While the lower end of the fluid guide element 30 is fixedly connected to the housing 20, the upper free end of the fluid guide element 30 pivots into the flow region 21A. After complete deformation, the free end rests against an opposite housing wall, after which the fluid guide element 30
zweite Leitposition P2 einnimmt. second leading position P2.
Da, wie zuvor beschrieben, auch eine Erstreckung des Fluidleitelementes 30 in der Tiefenrichtung der dargestellten Schnittebene derjenigen des Strömungsbereiches 21A entspricht, versperrt das Fluidleitelement 30 mit der dem Fluid F zugewandten Anströmfläche in der zweiten Leitposition P2 einen gesamten Querschnitt 22 des Since, as previously described, an extension of the fluid guide element 30 in the depth direction of the illustrated sectional plane also corresponds to that of the flow region 21A, the fluid guide element 30 with the inflow surface facing the fluid F in the second guide position P2 blocks an entire cross section 22 of the
Der elektrische Leiter 12 kann sich aufgrund seiner guten Wärmeleitfähigkeit und dem Kontakt zu der Batteriezelle 10 bereits stark erwärmt haben und möglicherweise eine so hohe Temperatur angenommen haben, dass sich das gegebenenfalls brennbare, und bereits ebenfalls sehr heiße, ausgetretene Gas des Fluidstromes F bei Kontakt mit dem elektrischen Leiter 12 entzündet. Der beschriebene Mechanismus des Fluidleitelementes 30 verhindert in der Leitposition P2, dass das bereits sehr heiße Gas mit einem Abschnitt des elektrischen Leiters 12, der sich quer durch den Strömungsbereich 21A erstreckt, in Kontakt kommt. The electrical conductor 12 may already have heated up considerably due to its good thermal conductivity and the contact with the battery cell 10 and may have reached such a high temperature that the possibly flammable and already very hot gas of the fluid flow F that has escaped ignites upon contact with the electrical conductor 12. The described mechanism of the fluid guide element 30 prevents the already very hot gas in the guide position P2 from coming into contact with a section of the electrical conductor 12 that extends across the flow region 21A.
Der Mechanismus der beschriebenen ersten Ausführungsform in den Figuren 1 und 2, sowie gleichwirkend in der nachfolgenden Ausführungsform der Figuren 3 und 4, wird demnach aus dem Fluidleitelement 30 im Zusammenwirken mit dessen Formgedächtnislegierung gebildet. Das Fluidleitelement 30 wurde mit einer Krümmung vorgeformt und mit einer geraden Erstreckung nachträglich umgeformt, sodass sich das Fluidleitelement 30 bei niedrigeren Temperaturen in einer Leitposition P1 parallel zu einer Gehäusewand erstreckt, an der es mit einem Ende seiner Längserstreckung befestigt ist. Bei höheren Temperaturen kehrt die Formgedächtnislegierung des Fluidleitelementes 30 unter dem Memory-Effekt zu der vorgeformten Gestalt der Krümmung zurück. Bei der Rückkehr der Formgedächtnislegierung in die gekrümmte Formgebung, schwenkt das freie Ende des Fluidleitelement 30, welches nicht an dem Gehäuse 20 befestigt ist, in den Strömungsbereich 21A hinein, um diesen in der zweiten Leitposition P2 zu The mechanism of the first embodiment described in Figures 1 and 2, as well as the following embodiment in Figures 3 and 4, is therefore formed from the fluid guide element 30 in cooperation with its shape memory alloy. The fluid guide element 30 was preformed with a curve and subsequently reshaped with a straight extension, so that at lower temperatures the fluid guide element 30 extends in a guide position P1 parallel to a housing wall to which it is attached at one end of its longitudinal extension. At higher temperatures the shape memory alloy of the fluid guide element 30 returns to the preformed shape of the curve under the memory effect. When the shape memory alloy returns to the curved shape, the free end of the fluid guide element 30, which is not attached to the housing 20, pivots into the flow region 21A in order to hold it in the second guide position P2.
versperren. block.
In Fig. 3 ist eine zweite Ausführungsform der Batteriespeichervorrichtung 100 und des Fluidleitelementes 30 gezeigt. In dieser zweiten Ausführungsform ist ein Strömungsbereich 21B des Gehäuses 20 unterhalb der Batteriezellen 10 angeordnet und ermöglicht eine Zirkulation von Luft oder Gas zur Belüftung oder Entlüftung der Batteriezellen 10 anhand von Durchbrüchen in einer Gehäusewand zur Zirkulation In Fig. 3, a second embodiment of the battery storage device 100 and the fluid guide element 30 is shown. In this second embodiment, a flow region 21B of the housing 20 is arranged below the battery cells 10 and enables circulation of air or gas for ventilation or venting of the battery cells 10 by means of openings in a housing wall for circulation
Die Fluidleitelemente 30 sind in der dargestellten Ausgestaltung auf einer unteren Außenwand des Gehäuses 20 angeordnet. Alternativ können die Fluidleitelemente 30 ebenso an einer anderen Gehäusewand in dem Strömungsbereich 21B angeordnet sein. Die Fluidleitelemente 30 sind, wie in der ersten Ausführungsform, mit einem Ende an dem Gehäuse 20 befestigt, während ein freies Ende aufspreizbar oder angelenkt aufstellbar ist, um in den Strömungsbereich 21B verschenkt zu werden. In der ersten Leitposition erstrecken sich die Fluidleitelemente 30 parallel zu der Gehäusewand, so dass ein Fluidstrom F zur Zirkulation von Luft oder Gas den Strömungsbereich 21B passieren kann. Ebenso sind eine Ausgestaltung des Fluidleitelementes 30 in Bezug auf die Formgedächtnislegierung sowie eine Formgebung und Bewegung in Bezug auf den Memory-Effekt der Formgedächtnislegierung gleichartig, wie zu der ersten Ausführungsform beschrieben. In the embodiment shown, the fluid guide elements 30 are arranged on a lower outer wall of the housing 20. Alternatively, the fluid guide elements 30 can also be arranged on another housing wall in the flow region 21B. The fluid guide elements 30 are, as in the first embodiment, attached to the housing 20 at one end, while a free end can be spread open or hinged in order to be placed in the flow region 21B. In the first guide position, the fluid guide elements 30 extend parallel to the housing wall so that a fluid flow F for the circulation of air or gas can pass through the flow region 21B. Likewise, a design of the fluid guide element 30 with respect to the shape memory alloy as well as a shape and movement with respect to the memory effect of the shape memory alloy are similar to those described for the first embodiment.
Fig. 4 zeigt einen Zustand der zweiten Ausführungsform aus Fig. 3, bei der ein exothermer Notfall in einer Batteriezelle 10 aufgetreten ist. Dabei sind über den Druckbegrenzungsabschnitt 11, der zu einem der Durchbrüche des Gehäuses 20 zwischen Batteriezelle 10 und Strömungsbereich 21B ausgerichtet ist, heiße Gas aus dem Zellmantel der Batteriezelle 10 ausgetreten. Infolge der heißen Gase in dem Strömungsbereich 21B hat eine lokale Temperatur T an den Fluidleitelementen 30 die Schwellwerttemperatur Ts überschritten. Mit einem darüber hinausgehenden Temperaturanstieg ist der Memory-Effekt der Formgedächtnislegierung an den Fluidleitelementen 30 aufgetreten, wonach sich die Fluidleitelemente 30 gekrümmt haben. Dabei sind die freien Enden der Fluidleitelemente 30 in den Strömungsbereich 21B geschwenkt und haben die zweite Leitposition P2 Fig. 4 shows a state of the second embodiment from Fig. 3, in which an exothermic emergency has occurred in a battery cell 10. Hot gas has escaped from the cell casing of the battery cell 10 via the pressure limiting section 11, which is aligned with one of the openings in the housing 20 between the battery cell 10 and the flow region 21B. As a result of the hot gases in the flow region 21B, a local temperature T on the fluid guide elements 30 has exceeded the threshold temperature Ts. With a temperature increase beyond this, the memory effect of the shape memory alloy has occurred on the fluid guide elements 30, after which the fluid guide elements 30 have bent. The free ends of the fluid guide elements 30 have pivoted into the flow region 21B and have the second guide position P2
eingenommen. taken.
In der zweiten Leitposition P2 versperrt eine Anströmfläche der Fluidleitelemente 30 den gesamten Querschnitt 22 des Strömungsbereiches 21B. Der mit Pfeilen In the second guide position P2, a flow surface of the fluid guide elements 30 blocks the entire cross section 22 of the flow area 21B. The area indicated by arrows
Fig. 5 zeigt eine dritte Ausführungsform der Batteriespeichervorrichtung 100 und des Fluidleitelementes 30. Bei dieser dritten Ausführungsform ist ein Strömungsbereich 21C des Gehäuses 20 oberhalb der Batteriezellen 10 angeordnet und ermöglicht eine Zirkulation eines kühlenden Fluides FK, d.h. einer Kühlflüssigkeit zum Kühlen der Batteriezellen 10. Die Batteriezellen 10 sind in Gruppen von mehreren Batteriezellen 10 jeweils in Kammern des Gehäuses 20 aufgenommen, welche durch eine Gehäusewand von der darüber liegenden Zirkulation des kühlenden Fluides FK in dem Strömungsbereich 21C abgetrennt sind. Ferner sind in dieser Gehäusewand Öffnungen 23 zwischen dem Strömungsbereich 21C und jeder Kammer mit Batteriezellen 10 vorgesehen. Fig. 5 shows a third embodiment of the battery storage device 100 and the fluid guide element 30. In this third embodiment, a flow region 21C of the housing 20 is arranged above the battery cells 10 and enables circulation of a cooling fluid FK, i.e. a cooling liquid for cooling the battery cells 10. The battery cells 10 are accommodated in groups of several battery cells 10 in chambers of the housing 20, which are separated by a housing wall from the circulation of the cooling fluid FK above in the flow region 21C. Furthermore, openings 23 are provided in this housing wall between the flow region 21C and each chamber with battery cells 10.
An den Öffnungen 23 sind die Fluidleitelemente 30 angeordnet, wobei jeweils eine zu der Öffnung 23 gerichtete Anströmfläche der Fluidleitelemente 30 in einer geraden Erstreckung der Fluidleitelemente 30 in der Leitposition P1 die Öffnungen 23 verschließen. Die Fluidleitelemente 30 sind mit einem Ende an dem Gehäuse 20 befestigt während ein freies Ende nach unten in die Kammer aufspreizbar oder angelenkt aufstellbar ist. Eine Ausgestaltung des Fluidleitelementes 30 in Bezug auf die Form-gedächtnislegierung sowie eine Formgebung und Bewegung in Bezug auf den Memory-Effekt der Formgedächtnislegierung entspricht den Fluidleitelementen 30 der zuvor beschriebenen ersten und zweiten Ausführungsform. The fluid guide elements 30 are arranged at the openings 23, with a flow surface of the fluid guide elements 30 directed towards the opening 23 closing the openings 23 in a straight extension of the fluid guide elements 30 in the guide position P1. The fluid guide elements 30 are attached to the housing 20 at one end, while a free end can be spread out or hinged downwards into the chamber. A design of the fluid guide element 30 in relation to the shape memory alloy as well as a shape and movement in relation to the memory effect of the shape memory alloy corresponds to the fluid guide elements 30 of the first and second embodiments described above.
In dem dargestellten Zustand in Fig. 5 befindet sich die Batteriespeichervorrichtung 100 in einem normalen Betrieb und eine Temperatur T in dem Gehäuse 20, insbesondere in den Kammern der Batteriezellen 10, liegt unterhalb der Schwellwerttemperatur Ts zur Aktivierung des Memory-Effekts der Formgedächtnislegierung der Fluidleitelemente 30. Demnach sind die Öffnungen 23 In the state shown in Fig. 5, the battery storage device 100 is in normal operation and a temperature T in the housing 20, in particular in the chambers of the battery cells 10, is below the threshold temperature Ts for activating the memory effect of the shape memory alloy of the fluid guide elements 30. Accordingly, the openings 23
durch die Fluidleitelemente 30 in der Leitposition P1 verschlossen, und das kühlende closed by the fluid guide elements 30 in the guide position P1, and the cooling
Fluid FK zirkuliert regulär einem Kühlkreislauf durch das Gehäuse 20, der den Fluid FK regularly circulates in a cooling circuit through the housing 20, which
Strömungsbereich 21C oberhalb der Batteriezellen 10 passiert. Flow area 21C above the battery cells 10.
Fig. 6 zeigt einen Zustand der dritten Ausführungsform aus Fig. 5, bei dem in der links dargestellten Batteriezelle 10 ein exothermer Notfall aufgetreten ist. Dabei sind über den Druckbegrenzungsabschnitt 11, der zu dem darüber angeordneten Fluidleitelement 30 an einer der Öffnungen 23 ausgerichtet ist, heiße Gase aus dem Zellmantel der Batteriezelle 10 ausgetreten. Infolge der heißen Gase in der betreffenden Kammer des Gehäuses 20, hat eine lokale Temperatur T an dem der Kammer zugeordneten Fluidleitelement 30 die Schwellwerttemperatur Ts überschritten. Mit einem darüber hinausgehenden Temperaturanstieg ist der Memory-Effekt der Formgedächtnislegierung an den Fluidleitelementen 30 aufgetreten, wonach sich das Fluidleitelement 30 nach unten gekrümmt hat. Dabei hat das nach unten geschwenkte freie Ende die Anströmfläche des Fluidleitelementes 30, welche die Öffnung 23 abdichtet, zum darüber liegenden Strömungsbereich 21C geöffnet. In dieser zweiten Leitposition P2 stellt das Fluidleitelement 30 zusammen mit der zugeordneten Öffnung 23 eine Leckage in dem Kühlkreislauf des kühlenden Fluides FK her, das den Strömungsbereich 21C passiert. Fig. 6 shows a state of the third embodiment from Fig. 5, in which an exothermic emergency has occurred in the battery cell 10 shown on the left. Hot gases have escaped from the cell casing of the battery cell 10 via the pressure limiting section 11, which is aligned with the fluid guide element 30 arranged above it at one of the openings 23. As a result of the hot gases in the relevant chamber of the housing 20, a local temperature T on the fluid guide element 30 assigned to the chamber has exceeded the threshold temperature Ts. With a temperature increase beyond this, the memory effect of the shape memory alloy has occurred on the fluid guide elements 30, after which the fluid guide element 30 has curved downwards. The free end pivoted downwards has opened the inflow surface of the fluid guide element 30, which seals the opening 23, to the flow region 21C above. In this second guide position P2, the fluid guide element 30 together with the associated opening 23 creates a leak in the cooling circuit of the cooling fluid FK, which passes through the flow region 21C.
Infolge der Leckage strömt ein abgezweigter Teil des kühlenden Fluides FK aus dem darüber liegenden Strömungsbereich 21 C in diejenige Kammer des Gehäuses 20, in der die schadhafte Batteriezelle 10 aufgenommen ist. Somit wird in der zweiten Leitposition P2 des betreffenden Fluidleitelementes 30 ein Kühlvorgang oder ein Löschvorgang des exothermen Vorfalls mittels einer Flutung der betreffenden Kammer des Gehäuses 20 mit dem kühlenden Fluid eingeleitet. Dadurch wird dazu beigetragen, eine thermische Ausbreitung des exothermen Vorfalls in einer Batteriezelle 10 auf weitere Batteriezellen 10 zu unterdrücken. As a result of the leak, a branched part of the cooling fluid FK flows from the flow region 21 C above into the chamber of the housing 20 in which the defective battery cell 10 is accommodated. Thus, in the second guide position P2 of the relevant fluid guide element 30, a cooling process or an extinguishing process of the exothermic event is initiated by flooding the relevant chamber of the housing 20 with the cooling fluid. This helps to suppress thermal spread of the exothermic event in a battery cell 10 to other battery cells 10.
In einer nicht weiter dargestellten alternativen Variante aller zuvor beschriebenen Ausführungsformen, kann das Fluidleitelement 30 aus einem beliebigen, ausreichend temperaturbeständigen Material bestehen, und es kann stattdessen mit einem Stellelement aus der Formgedächtnislegierung gekoppelt sein. Dabei ist das Fluidleitelement 30 wiederum mit einem Ende an dem Gehäuse 20 aufspreizbar befestigt oder aufstellbar angelenkt, sodass ein gegenüberliegendes freies Ende In an alternative variant of all previously described embodiments, not shown in detail, the fluid guide element 30 can be made of any sufficiently temperature-resistant material, and it can instead be coupled to an actuating element made of the shape memory alloy. The fluid guide element 30 is in turn attached to the housing 20 at one end in an expandable manner or is hinged so that an opposite free end
In weiteren nicht weiter dargestellten Varianten der beschriebenen Ausführungsformen kann die vorgeformte Gestalt und Umformung zwischen den Temperaturbereichen des Memory-Effektes des Fluidleitelementes 30 oder des Stellelementes umgekehrt ausgeführt sein, sodass die Formgedächtnislegierung in der Leitposition P1 des Fluidleitelementes 30 bei niedrigerer Temperatur eine gekrümmte Gestalt einnimmt und in der Leitposition P2 bei höherer Temperatur eine gerade Erstreckung einnimmt. In diesem Fall sind eine zweckmäßige Anordnung und Ausgestaltung zwischen den Gehäusewänden in dem Strömungsbereich 21A, 21B, 21C sowie die Befestigung und Ausrichtung der Schwenkbewegung des Fluidleitelementes 30 komplementär oder spiegelbildlich zu wählen. In further variants of the described embodiments, which are not shown in more detail, the preformed shape and deformation between the temperature ranges of the memory effect of the fluid guide element 30 or the actuating element can be carried out in reverse, so that the shape memory alloy assumes a curved shape in the guide position P1 of the fluid guide element 30 at a lower temperature and assumes a straight extension in the guide position P2 at a higher temperature. In this case, an appropriate arrangement and design between the housing walls in the flow region 21A, 21B, 21C as well as the fastening and alignment of the pivoting movement of the fluid guide element 30 are to be selected to be complementary or mirror-image.
Darüber hinaus können an dem Fluidleitelement 30 oder an einer Kontaktstelle einer Gehäusewand mit dem Fluidleitelement 30 oder an den Öffnungen 23 Dichtungselemente vorgesehen sein, welche einen Durchfluss des Fluides F in der zweiten Leitposition oder einen Abfluss des kühlenden Fluides FK in der ersten Leitposition der Fluidleitelemente 30 zusätzlich verhindern. In addition, sealing elements can be provided on the fluid guide element 30 or at a contact point of a housing wall with the fluid guide element 30 or at the openings 23, which additionally prevent a flow of the fluid F in the second guide position or an outflow of the cooling fluid FK in the first guide position of the fluid guide elements 30.
Ferner kann in der dritten Ausführungsform das Fluid ein Löschmittel sein, das lediglich zum Zwecke eines Löschvorgangs dient und im Sinne eines Fluidreservoirs in dem Strömungsbereich 21C oberhalb der Kammern mit den Batteriezellen 10 in Furthermore, in the third embodiment, the fluid can be an extinguishing agent which serves only for the purpose of an extinguishing process and in the sense of a fluid reservoir in the flow region 21C above the chambers with the battery cells 10 in
einem statischen Strömungszustand aufgenommen ist. a static flow condition.
Die voranstehenden Erläuterungen der Ausführungsformen beschreiben die vorliegende Erfindung ausschließlich im Rahmen von Beispielen. The above explanations of the embodiments describe the present invention exclusively by way of examples.
17 Bezugszeichenliste 10 Batteriezelle 11 Druckbegrenzungsabschnitt 20 Gehäuse 21A Strömungsbereich 21B Strömungsbereich 21C Strömungsbereich 22 Strömungsquerschnitt des Strömungsbereichs 23 Öffnung im Strömungsbereichs 30 Fluidleitelement 100 Batteriespeichervorrichtung F Fluidstrom FK Fluidstrom aus Kühlmittel P1 erste Leitposition P2 zweite Leitposition T Temperatur Ts Schwellwerttemperatur 17 List of reference symbols 10 Battery cell 11 Pressure limiting section 20 Housing 21A Flow area 21B Flow area 21C Flow area 22 Flow cross section of the flow area 23 Opening in the flow area 30 Fluid guide element 100 Battery storage device F Fluid flow FK Fluid flow from coolant P1 First guide position P2 Second guide position T Temperature Ts Threshold temperature
Claims (1)
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| ATA50594/2023A AT526985A2 (en) | 2023-07-25 | 2023-07-25 | Shape memory alloy for directing gas and particle flows |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| ATA50594/2023A AT526985A2 (en) | 2023-07-25 | 2023-07-25 | Shape memory alloy for directing gas and particle flows |
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| AT526985A2 true AT526985A2 (en) | 2024-07-15 |
Family
ID=91845267
Family Applications (1)
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| ATA50594/2023A AT526985A2 (en) | 2023-07-25 | 2023-07-25 | Shape memory alloy for directing gas and particle flows |
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-
2023
- 2023-07-25 AT ATA50594/2023A patent/AT526985A2/en not_active Application Discontinuation
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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Effective date: 20241215 |