DE102007063191A1 - Batterie, insbesondere zu einer Anwendung in einem Fahrzeug - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Batterie, insbesondere zu einer Anwendung in einem Fahrzeug, wobei die Batterie in einem Batteriegehäuse (1) angeordnet ist, an dem eine Vorrichtung zu einer Verringerung eines Innendrucks angeordnet ist, die sich nach einer Verringerung des Innendrucks selbsttätig verschließt. Dabei ist die Vorrichtung zur Verringerung des Innendrucks als blattfederbelastetes Ventil (2) ausgeführt.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Batterie, insbesondere zu einer Anwendung in einem Fahrzeug, wobei die Batterie in einem Batteriegehäuse angeordnet ist, an dem eine Vorrichtung zu einer Verringerung eines Innendrucks angeordnet ist, die sich nach einer Verringerung des Innendrucks selbsttätig verschließt.
  • Aus der DE 10 2005 041 746 A1 ist eine elektrochemische Energiespeicherzelle, insbesondere ein Akkumulator oder ein Doppelschichtkondensator, bekannt, wobei durch die Energiespeicherzelle hindurch ein an seinen beiden Enden offenes Kernrohr zugeführt wird. Innerhalb des Kernrohrs können Leiter angeordnet sein und aus der Energiespeicherzelle austretende gasförmige Zersetzungsprodukte können über das Kernrohr abgeführt werden. Weiter kann durch das Kernrohr eine Kühlung der Energiespeicherzelle erfolgen. Zusätzlich kann ein in der Energiespeicherzelle angeordnetes Überdruckventil einen Überdruck aus einem abgeschlossenen Innenraum in das Kernrohr abführen. Das Überdruckventil kann so ausgeführt sein, dass es sich nach dem Abführen des Überdrucks selbsttätig verschließt.
  • Aus der US 005 523 178 A ist eine elektrochemische Energiespeicherzelle mit einer Sicherheitsvorrichtung bekannt, die eine anormale Reaktion der Energiespeicherzelle begrenzt und in vorteilhafter Weise eine Gasexplosion der Energiespeicherzelle verhindern kann. Die elektrochemische Energiespeicherzelle umfasst einen Abschnitt, in dem die elektrochemische Zellreaktion abläuft, einen positiven Pol und ein Gehäuse, welches gleichzeitig als negativer Pol der elektrochemischen Energiespeicherzelle ausgebildet sein kann. Während der anormalen Reaktion der Energiespeicherzelle erfasst eine Vorrichtung einen Gasdruck und eine Reaktionshitze. Bei der Erfassung der anormalen Reaktion unterbricht die Vorrichtung dauerhaft einen Stromfluss. Die elektrochemische Energiespeicherzelle umfasst weiterhin eine Öffnung, mittels derer ein Gasaustausch der Energiespeicherzelle mit einer Umgebung ausführbar ist. Nach dem Gasaustausch ist die Öffnung mittels eines Ventils verschließbar.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte elektrochemische Energiespeicherzelle, insbesondere eine Batterie zu einer Anwendung in einem Fahrzeug, anzugeben, welche einfach und kostengünstig herstellbar ist.
  • Die erfindungsgemäße Batterie, welche insbesondere zu einer Anwendung in einem Fahrzeug vorgesehen ist, ist in einem Batteriegehäuse angeordnet, an dem eine Vorrichtung zu einer Verringerung eines Innendrucks angeordnet ist, die sich nach einer Verringerung des Innendrucks selbsttätig verschließt, wobei die Vorrichtung zur Verringerung des Innendrucks als blattfederbelastetes Ventil ausgeführt ist. Da sich Einzelzellen von Batterien, z. B. Lithium-Ionen-Batteriezellen, bei einem zu hohen Lade- und/oder Entladestrom, insbesondere aber bei einem Kurzschluss, sehr stark erwärmen, baut sich im Inneren der Einzelzellen ein sehr hoher Innendruck auf, der zu einer Zerstörung der Einzelzellen führen kann. Mittels der Erfindung ist es in vorteilhafter Weise möglich, Ausgasungen der Einzelzellen in das Batteriegehäuse zu leiten und den Innendruck in dem Batteriegehäuse kontrolliert zu verringern.
  • Das blattfederbelastete Ventil ist aus einer in einem Gehäuse auf einer Dichtung angeordneten Blattfeder gebildet, wobei das Gehäuse zu einem Schutz der Blattfeder mit einer Schutzumrandung ausgeführt ist. Weiterhin ist das Gehäuse zu einer Aufnahme der Dichtung mit einer zu der Dichtung korrespondierenden Aussparung ausgeführt. Diese Konstruktion ist einfach und kostengünstig realisierbar und die Ausgestaltung des Gehäuses bietet einen umfassenden Schutz der Blattfeder vor Beschädigungen.
  • In einer geschlossenen Stellung übt die Blattfeder einen Druck auf die Dichtung aus, so dass in einem Normalbetrieb der Batterie ein Eindringen von Partikeln und Feuchtigkeit verhindert wird. Somit werden weiterhin eine Bildung von Kondenswasser und eine daraus resultierende Korrosion metallischer Bauteile sowie Kurzschlüsse von Einzelzellen der Batterie vermieden.
  • Bei einem Erreichen eines Schwellwerts des Innendrucks öffnet die Blattfeder, wodurch der Innendruck verringert wird und eine explosionsartige Zerstörung der Batterie und somit Schädigungen eines Umfelds der Batterie vermieden werden. Nach dem Abbau des Innendrucks schließt die Blattfeder selbsttätig, wodurch ein Austritt einer Elektrolytflüssigkeit der Einzelzellen aus dem Batteriegehäuse verhindert wird, was zu einer Erhöhung der Sicherheit für Personen und zu einem Schutz des Umfelds der Batterie führt. Weiterhin wird eine Brandgefahr einer organischen Elektrolytflüssigkeit vermindert, da ein Eindringen von Luftsauerstoff in das Batteriegehäuse durch das selbsttätige Verschließen der Blattfeder vermieden wird.
  • Alternativ kann die Batterie derart ausgebildet sein, dass ein Gehäusemittelteil des Batteriegehäuses als Vorrichtung zur Verringerung des Innendrucks ausgeführt ist. Dabei ist das Gehäusemittelteil bei einem Erreichen eines Schwellwerts des Innendrucks des Batteriegehäuses derart verformbar, dass an zumindest einer Verbindungsstelle mit weiteren Gehäuseteilen eine oder mehrere Öffnungen zu einer Verringerung des Innendrucks erzeugbar sind. Nach dem Abbau des Innendrucks nimmt das Gehäusemittelteil seine Ausgangsform ein und die Öffnungen sind geschlossen. Dazu ist das Gehäuse aus einem Material gefertigt, welches elastisch verformbar ist. Diese Konstruktion führt zu den gleichen Vorteilen, wie die Verwendung des blattfederbelasteten Ventils und ist ebenfalls einfach und kostengünstig realisierbar.
  • Ferner ist die Batterie aus Einzelzellen herstellbar, wobei die Einzelzellen mit einer Vorrichtung zu einer Verringerung eines Zellinnendrucks, insbesondere in Form einer Berstscheibe, ausgeführt und mittels einer Kühlvorrichtung kühlbar sind. Somit kann eine durch die Einzelzellen erzeugte Wärme, die zu einer oberhalb einer die Lebensdauer der Batterie verkürzenden Temperatur führen kann, abgeführt werden. Mittels der Vorrichtung zu dem Druckabbau wird eine explosionsartige Zerstörung der Einzelzellen der Batterie vermieden.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
  • Dabei zeigen:
  • 1 schematisch ein geschlossenes Batteriegehäuse mit einem daran angeordneten blattfederbelasteten Ventil,
  • 2 schematisch eine Explosionsdarstellung des Batteriegehäuses mit einem daran angeordneten blattfederbelasteten Ventil gemäß 1,
  • 3 schematisch ein blattfederbelastetes Ventil in einer geschlossenen Stellung,
  • 4 schematisch eine Schnittdarstellung eines blattfederbelasteten Ventils in einer geschlossenen Stellung gemäß 3,
  • 5 schematisch ein blattfederbelastetes Ventil in einer geöffneten Stellung,
  • 6 schematisch eine Schnittdarstellung eines blattfederbelasteten Ventils in einer geöffneten Stellung gemäß 5,
  • 7 schematisch eine Explosionsdarstellung eines blattfederbelasteten Ventils, und
  • 8 schematisch ein Batteriegehäuse mit Öffnungen zu einem Abbau eines Innendrucks.
  • Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
  • 1 stellt ein geschlossenes Batteriegehäuse 1 dar, welches aus einem Gehäusemittelteil 3 und zwei Gehäuseseitenteilen 4 aufgebaut ist. An dem Batteriegehäuse 1 ist ein blattfederbelastetes Ventil 2 angeordnet. In einer geschlossenen Stellung des blattfederbelasteten Ventils 2 übt eine Blattfeder 5 einen Druck auf eine in 4 näher dargestellte Dichtung 6 aus. Die Blattfeder 5 ist dabei aus einem elastischen Material gefertigt, das nach einer Verformung anhand einer Kraftwirkung selbsttätig wieder seine ursprüngliche Form annimmt. Dabei ist die Blattfeder 5 anhand von Nieten 7 an einem Gehäuse 8 befestigt, welches zu einem Schutz der Blattfeder 5 mit einer Schutzumrandung ausgeführt ist.
  • Im Inneren des Batteriegehäuses 1 sind in 2 näher dargestellte Einzelzellen 9, z. B. Lithium-Ionen-Batteriezellen, angeordnet. Da sich beispielsweise Lithium-Ionen-Batteriezellen bei einem zu hohen Lade- und/oder Entladestrom, insbesondere aber bei einem Kurzschluss sehr stark erwärmen, baut sich im Inneren der Einzelzellen 9 ein sehr hoher Innendruck auf, der zu einer Zerstörung der Einzelzellen 9 führen kann.
  • Um eine explosionsartige Zerstörung der Einzelzellen 9 zu vermeiden, sind diese mit einer nicht näher dargestellten Vorrichtung zu einem kontrollierten Druckabbau, z. B. Berstscheiben, ausgeführt.
  • Bei einer Zerstörung der Einzelzellen 9 wird der in den Einzelzellen 9 aufgebaute Druck in das Batteriegehäuse 1 geleitet. Entsteht in dem Batteriegehäuse 1 ein Innendruck, der einen Schwellwert überschreitet, öffnet sich die Blattfeder 5 gemäß den 5 und 6, und der Innendruck des Batteriegehäuses 1 wird vermindert. Dadurch wird eine explosionsartige Zerstörung des Batteriegehäuses 1 vermieden, die zu einer Schädigung eines Umfelds der Batterie und/oder von Personen führen kann.
  • Nach der Verminderung des Innendrucks des Batteriegehäuses 1 schließt die Blattfeder 5 wieder, d. h. sie übt einen Druck auf die Dichtung 6 aus und das Gehäuse ist verschlossen. Somit kann keine Elektrolytflüssigkeit aus dem Batteriegehäuse 1 austreten. Da eine organische Elektrolytflüssigkeit in Verbindung mit Sauerstoff brennbar ist, wird in vorteilhafter Weise anhand der Erfindung ein Eintritt von Luftsauerstoff in das Batteriegehäuse 1 verhindert und somit eine Brandgefahr reduziert.
  • 2 zeigt eine Explosionsdarstellung des Batteriegehäuses 1 gemäß 1. In dem Batteriegehäuse 1 sind Einzelzellen 9 auf einer Kühlplatte 10 angeordnet.
  • Üblicherweise werden die Einzelzellen 9 zu einer Anwendung in Kraftfahrzeugen, insbesondere in elektrisch betriebenen Kraftfahrzeugen, stark belastet. Diese Belastung resultiert aus sehr hohen Lade- und Entladeleistungen, die mit hohen internen Verlusten, insbesondere Wärmeverlusten verbunden sind. Die beim Laden und Entladen erzeugte Wärme kann zu einer oberhalb einer die Lebensdauer der Batterie verkürzenden Temperatur führen und muss deshalb zusätzlich zu einer Abführung über eine Oberfläche der Einzelzellen 9 beispielsweise über die Kühlplatte 10 abgeführt werden.
  • 3 stellt das blattfederbelastete Ventil 2 in einer geschlossenen Stellung dar. Dabei ist die Blattfeder 5 mit Nieten 7 in dem Gehäuse 8 befestigt und übt einen Druck auf die Dichtung 6 aus, wodurch ein Eindringen und Austreten von Partikeln, Gasen und Flüssigkeiten in das Batteriegehäuse 1 und aus dem Batteriegehäuse 1 vermieden wird.
  • 4 zeigt eine Schnittdarstellung des blattfederbelasteten Ventils 2 in der geschlossenen Stellung gemäß 3. Sowohl die Blattfeder 5 als auch das Gehäuse 6 sind dabei mit Bohrungen 11, 12 versehen, die zu der Befestigung der Blattfeder 5 an dem Gehäuse 8 mittels der Nieten 7 vorgesehen sind.
  • 5 stellt das blattfederbelastete Ventil 2 in einer geöffneten Stellung dar. Erreicht der Innendruck des Batteriegehäuses 1 einen bestimmten Schwellwert, öffnet sich die Blattfeder 5 in der dargestellten Weise und der Innendruck wird verringert.
  • 6 zeigt eine Schnittdarstellung des blattfederbelasteten Ventils 2 in einer geöffneten Stellung gemäß 5.
  • 7 zeigt eine Explosionsdarstellung des blattfederbelasteten Ventils 2. Das Gehäuse 8 ist dabei zu einer Anordnung der Dichtung 6 mit einer zu der Dichtung 6 korrespondierenden Aussparung 13 versehen. Weiterhin sind sowohl in der Blattfeder 5 als auch in dem Gehäuse 8 Bohrungen 11, 12 angeordnet, die zu der Befestigung der Blattfeder 5 an dem Gehäuse 8 mittels der Nieten 7 dienen. Ferner ist das Gehäuse 8 so ausgeführt, dass eine Schutzumrandung die Blattfeder 5 beispielsweise bei einem Transport oder einem Einbau der Batterie schützt.
  • 8 stellt eine Ausgestaltung der Erfindung dar, bei welcher das Gehäusemittelteil 3 des Batteriegehäuses 1 Öffnungen 14 zu einem Abbau des Innendrucks bildet. Bei einem Erreichen eines bestimmten Schwellwerts des Innendrucks des Batteriegehäuses 1 verformt sich das Gehäusemittelteil 3 des Batteriegehäuses 1 derart, das an Verbindungsstellen mit den Gehäuseseitenteilen 4 Öffnungen 14 entstehen, über die der Innendruck des Batteriegehäuses 1 verringert wird.
  • Nach dem Abbau des Innendrucks nimmt das Gehäusemittelteil 3 seine Ausgangsform ein und das Batteriegehäuse 1 ist derart verschlossen, dass ein Eindringen und Austreten von Partikeln, Gasen und Flüssigkeiten in das Batteriegehäuse 1 vermieden wird. Dafür ist das Gehäusemittelteil 3 aus einem elastischen Material gefertigt, das nach einer Verformung anhand einer Kraftwirkung selbsttätig wieder seine ursprüngliche Form annimmt.
    • 1
    Batteriegehäuse
    2
    Blattfederbelastetes Ventil
    3
    Gehäusemittelteil
    4
    Gehäuseseitenteil
    5
    Blattfeder
    6
    Dichtung
    7
    Niete
    8
    Gehäuse
    9
    Einzelzelle
    10
    Kühlplatte
    11
    Bohrung
    12
    Bohrung
    13
    Aussparung
    14
    Öffnung
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • - DE 102005041746 A1 [0002]
    • - US 005523178 A [0003]

Claims (13)

  1. Batterie, insbesondere zu einer Anwendung in einem Fahrzeug, wobei die Batterie in einem Batteriegehäuse (1) angeordnet ist, an dem eine Vorrichtung zu einer Verringerung eines Innendrucks angeordnet ist, die sich nach einer Verringerung des Innendrucks selbsttätig verschließt, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zur Verringerung des Innendrucks als blattfederbelastetes Ventil (2) ausgeführt ist.
  2. Batterie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das blattfederbelastete Ventil (2) aus einer in einem Gehäuse (8) auf einer Dichtung (6) angeordneten Blattfeder (5) gebildet ist.
  3. Batterie nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (8) zu einem Schutz der Blattfeder (5) mit einer Schutzumrandung ausgeführt ist.
  4. Batterie nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (8) zu einer Aufnahme der Dichtung (6) mit einer zu der Dichtung (6) korrespondierenden Aussparung (13) ausgeführt ist.
  5. Batterie nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Blattfeder (5) in einer geschlossenen Stellung einen Druck auf die Dichtung (6) ausübt.
  6. Batterie nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Erreichen eines Schwellwerts des Innendrucks die Blattfeder (5) in einer geöffneten Stellung den Innendruck verringert.
  7. Batterie, insbesondere zu einer Anwendung in einem Fahrzeug, wobei die Batterie in einem Batteriegehäuse (1) angeordnet ist, an dem eine Vorrichtung zu einer Verringerung eines Innendrucks angeordnet ist, die sich nach einer Verringerung des Innendrucks selbsttätig verschließt, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gehäusemittelteil (3) des Batteriegehäuses (1) als Vorrichtung zur Verringerung des Innendrucks ausgeführt ist.
  8. Batterie nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäusemittelteil (3) bei einem Erreichen eines Schwellwerts des Innendrucks des Batteriegehäuses (1) derart verformbar ist, dass an zumindest einer Verbindungsstelle mit weiteren Gehäuseteilen eine oder mehrere Öffnungen (14) zu einer Verringerung des Innendrucks erzeugbar sind.
  9. Batterie nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäusemittelsteil (3) aus einem elastischen Material gefertigt ist.
  10. Batterie nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung (14) nach einer Verringerung des Innendrucks selbsttätig verschließt.
  11. Batterie nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Batterie aus Einzelzellen (9) herstellbar ist.
  12. Batterie nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelzellen (9) jeweils mit einer Vorrichtung zu einer Verringerung eines Zellinnendrucks, insbesondere in Form einer Berstscheibe, ausgeführt sind.
  13. Batterie nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelzellen (9) mittels einer Kühlvorrichtung kühlbar sind.
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