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Stand der Technik
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Die Erfindung geht aus von einer Batteriezelle nach dem Oberbegriff des unabhängigen Anspruchs.
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Verschiedenartige Batterien sind aus dem Stand der Technik bekannt. Eine derartige Batterie zeigt beispielsweise die
US 2007 013 45 47 A1 . Eine Batterie (bzw. ein Batteriesystem), wie sie beispielsweise in Hybrid- oder Elektrofahrzeugen zum Einsatz kommt, besteht üblicherweise aus mehreren Batteriemodulen, die wiederum aus einzelnen Batteriezellen (z. B. Lithium-Ionen-Batteriezellen) zusammengesetzt sind. Eine einzelne Batteriezelle weist ein Gehäuse und elektrische Speicherelemente (die auch als galvanische Zellen oder vereinfacht als Zellen bezeichnet werden) auf, die im Gehäuse angeordnet sind. Batterien unterliegen vorgegebenen Beschränkungen, die beispielsweise die maximal möglichen Gehäusedimensionen betreffen. Einerseits werden diese von Industriestandards vorgegeben und andererseits durch den Bauraum begrenzt, der für Batteriezellen bzw. Module zur Verfügung steht. Das begrenzte Batteriezellenvolumen wird teilweise von den Speicherelementen (elektrochemisch aktive Materialien und Elektrolyte) und teilweise von inerten Komponenten (Stromkollektoren, Versiegelung, Separatoren, etc.) gefüllt. Es verbleibt in der Regel ein ungefülltes Restvolumen, welches notwendig ist, um Reaktionsprodukte aufzunehmen oder andere Effekte wie beispielsweise Materialausdehnung aufgrund von hohen Temperaturen kompensieren zu können. Elektrochemische Zellen können sowohl während des Lade-, als auch während des Entladevorgangs Gas erzeugen. Gerade unter unüblichen Bedingung, wie einer zufälligen Tiefentladung oder bei der ersten Ladung einer Primärzelle kann es zu Gasentwicklung kommen. Zellen sind dementsprechend so ausgeführt, dass innerer Überdruck auf eine kontrollierte Art aus der Zelle entweichen kann.
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Beispielsweise ist aus der genannten
US 2007 013 45 47 A1 eine Batterie bekannt, bei der ein Überdruckventil für das kontrollierte Entweichen von Gas sorgt. Zu diesem Zweck ist in der Gehäusewand eine ringförmige Nut vorgesehen, die an mindestens zwei Stellen unterbrochen ist. Baut sich Überdruck innerhalb der Batterie auf, bricht die Gehäusewand bevorzugt im Bereich der Nut, an der die Gehäusewand dünner ausgeführt ist. An dieser Vorrichtung ist jedoch nachteilig, dass der vorgegebene Berstdruck, bei dem die Nut aufbricht, in einem weiten Bereich um den bevorzugten Berstdruck variiert. Weiterhin ist nachteilig, dass das Überdruckventil in dünne Membranen eingebracht ist. Diese müssen nachträglich in Öffnungen der Gehäusewand eingeschweißt oder eingeklemmt werden, woraus ein erhöhter Arbeits- und Kostenaufwand resultiert. Zusätzlich besteht bei dieser Art von Membranen stets das Risiko einer undichten Stelle zwischen Membran und Gehäuse.
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Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Batteriezelle anzugeben, die ein verbessertes Überdruckventil aufweist.
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Vorteile der Erfindung
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Die erfindungsgemäße Batteriezelle mit dem Kennzeichen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass sie ein verbessertes Überdruckventil aufweist, das bei einem definierten Berstdruck öffnet, wodurch Überdruck aus der Batterie entweichen kann.
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Hierzu ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Gehäuse ein Überdruckventil als Mittel zum Schutz vor Überdruck aufweist, das auf der Gehäusewand angeordnet ist. Das Überdruckventil weist eine erste, eine zweite und eine dritte Nut auf, wobei die erste und die zweite Nut auf der gleichen Seite der Gehäusewand nebeneinander angeordnet sind. Die dritte Nut liegt zwischen der ersten und zweiten Nut und auf einer, der ersten und zweiten Nut gegenüber liegenden Seite der Gehäusewand. Wölbt sich das Gehäuse im Bereich der Nuten aufgrund eines erhöhten Innendrucks nach außen, wirken die drei Nuten gemeinsam in der Art eines Scharniers, wodurch eine kontrollierte Öffnung des Gehäuses möglich ist. Vorteilhaft erfolgt somit durch die dritte Nut ein vereinfachtes Aufbrechen des Gehäuses. Damit kann durch diese Anordnung der Nuten der Berstdruck, also der Druck, bei dem das Gehäuse im Bereich der Nuten aufbricht, präzise eingestellt werden.
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Durch die in den abhängigen Ansprüchen genannten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen der in dem unabhängigen Anspruch angegebenen Vorrichtung möglich.
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Vorteilhaft sind die erste Nut und die zweite Nut im Abstand A_1 von 5 bis 20 mm voneinander angeordnet. Ist der Abstand A_1 zwischen beiden Nuten kleiner als 5 mm oder größer als 20 mm, kann der Berstdruck nicht mehr im Rahmen der gewünschten Genauigkeit angegeben werden.
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Weiterhin hat es sich für die Einstellung des Berstdrucks als besonders vorteilhaft herausgestellt, dass die erste Nut und/oder die zweite Nut eine Länge L_1 im Bereich von 10 bis 40 mm und/oder die dritte Nut eine Länge im Bereich von 5 bis 30 mm aufweisen.
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Zusätzlich hat sich als vorteilhaft herausgestellt, dass mindestens eine der drei Nuten eine Tiefe T_1 im Bereich von 0,2 bis 0,5 mm und/oder die erste und/oder die zweite und/oder die dritte Nut jeweils eine Breite B_1 im Bereich von 0,3 bis 0,6 mm aufweisen.
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Als besonders vorteilhaft wird die dritte Nut mittig zwischen der ersten Nut und der zweiten Nut angeordnet. In dieser Position kann sich die Scharnierwirkung besonders vorteilhaft entfalten und der Berstdruck besonders genau eingestellt werden.
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Vorteilhaft werden die erste und die zweite Nut an mindestens einem Ende durch eine weitere Nut zu einer Umlaufnut verbunden. Aufgrund der Ausführungsform als Umlaufnut wird der Öffnungsbereich vorteilhaft vergrößert.
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Als besonders vorteilhaft hat sich eine elliptische Ausführungsform der Umlaufnut herausgestellt, wobei die Umlaufnut eine Länge L_2 im Bereich von 10 bis 40 mm und/oder eine Breite B_2 im Bereich von 5 bis 20 mm aufweist.
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Vorteilhaft ist weiterhin, die dritte Nut in dem von der Umlaufnut eingeschlossenen Bereich anzuordnen. Durch die mittige Anordnung der dritten Nut kann sich die scharnierartige Wirkung zwischen den ersten zwei Nuten und der dritten Nut optimal entfalten und der gewünschte Berstdruck optimal eingestellt werden.
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Zeichnung
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Die Erfindung wird nachfolgend in mehreren Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen näher erläutert.
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1 zeigt eine perspektivische Darstellung einer Batteriezelle eines ersten Ausführungsbeispiels.
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2 zeigt einen Ausschnitt der Gehäusewand des ersten Ausführunsbeipsiels.
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3 zeigt eine Schnittdarstellung der Gehäusewand einer Batteriezelle.
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4 zeigt eine weitere Schnittdarstellung der Gehäusewand einer Batteriezelle.
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5 zeigt einen weiteren Ausschnitt der Gehäusewand einer Batteriezelle.
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6 zeigt einen weiteren Ausschnitt der Gehäusewand einer Batteriezelle.
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Ausführungsformen der Erfindung
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1 zeigt als erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung eine Batteriezelle 11 in perspektivischer Darstellung. Die Batteriezelle 11 ist im Wesentlichen rechteckig und flach ausgeführt und weist eine geringe Dicke auf. Es befindet sich mindestens ein elektrisches Speicherelement (hier nicht dargestellt) im Gehäuse 12 der Batteriezelle 11, die insbesondere als Lithium-Ionen-Speicherzelle in flacher Bauweise ohne eigensteife Hülle (”Jelly Rolls” oder ”Coffee Bag”) ausgeführt ist. Auf der Gehäusewand 13 befindet sich das Mittel 14 zum Schutz vor Überdruck (Überdruckventil). Das Überdruckventil 14 setzt sich aus einer ersten Nut 15, einer zweiten Nut 16 und einer dritten Nut 17 zusammen, wobei die ersten beiden Nuten 15, 16 auf der Außenseite 20 der Gehäusewand 13 angeordnet sind, wohingegen die dritte Nut 17 auf der Innenseite 21 (hier nicht dargestellt) der Gehäusewand 13 angeordnet ist. In Blickrichtung von der ersten Ebene 27, in der die erste und zweite Nut 15, 16 angeordnet sind, zur zweiten Ebene 28 (hier nicht dargestellt), in der die dritte Nut 17 liegt, ist die dritte Nut 17 mittig zwischen der ersten und zweiten Nut 15, 16 angeordnet. Als weitere Ausführungsform der Erfindung (hier nicht dargestellt) können die erste und zweite Nut 15, 16 auch auf der Innenseite 21 der Gehäusewand angeordnet sein, wobei die dritte Nut 17 zwischen der ersten und zweiten Nut 15, 16 liegt und auf der gegenüberliegenden Seite der Gehäusewand 13, der Außenseite 20, angeordnet ist.
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2 zeigt eine Aufsicht eines Ausschnitts der Gehäusewand 13 der Batteriezelle 11 gemäß des ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung aus 1. Die erste Nut 15 und die zweite Nut 16 sind in einem Abstand A_1 von 5 bis 20 mm und vorzugsweise 12 mm voneinander angeordnet, wobei die erste Nut 15 und/oder die zweite Nut 16 eine Länge L_1 im Bereich von 10 bis 40 mm und vorzugsweise 25 mm aufweisen. Die dritte Nut 17 weist eine Länge L_2 im Bereich von 5 bis 30 mm und vorzugsweise 20 mm auf und liegt mittig zwischen der ersten und zweiten Nut 15, 16 und auf der jeweils der ersten und zweiten Nut gegenüberliegenden Seite der Gehäusewand 13.
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3 zeigt eine Schnittdarstellung der Gehäusewand 13 der Batteriezelle 11 gemäß des ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung aus 1. Die erste und/oder die zweite und/oder die dritte Nut 15, 16, 17 weisen eine Tiefe T_1 im Bereich von 0,2 bis 0,5 mm und vorzugsweise 0,4 mm auf.
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4 zeigt eine weitere Schnittdarstellung der Gehäusewand 13 der Batteriezelle 11 gemäß des ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung aus 1, wobei die erste und/oder die zweite und/oder die dritte Nut 15, 16, 17 eine Breite B_1 im Bereich von 0,3 bis 0,6 mm und vorzugsweise 0,4 mm aufweisen.
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5 zeigt als weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung einen weiteren Ausschnitt der Gehäusewand 13 der Batteriezelle 11 aus 1. Die erste Nut 15 ist mit der zweiten Nut 16 an einem Ende durch eine weitere vierte Nut 19 zu einer Umlaufnut 18 verbunden. Die Umlaufnut 18 ist einseitig geöffnet und U-förmig ausgeführt. Dabei hat der von der Umlaufnut 18 eingeschlossene Bereich 22 eine Länge L_1 im Bereich von 10 bis 40 mm und die Schenkel der U-förmigen Umlaufnut 18 sind in einem Abstand A_1 von 5 bis 20 mm voneinander angeordnet. Die dritte Nut 17 ist mittig im von der Umlaufnut 18 eingeschlossenen Bereich 22 angeordnet und weist eine Länge L_2 im Bereich von 5 bis 30 mm auf. Alle Nuten 15, 16, 17, 18, 19 weisen eine Tiefe T_1 im Bereich von 0,2 bis 0,5 mm und eine Breite B_1 im Bereich von 0,3 bis 0,6 mm auf. Die Umlaufnut 18 kann sowohl auf der Innenseite 21 als auch auf der Außenseite 20 der Gehäusewand 13 angeordnet sein.
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6 zeigt als weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung einen weiteren Ausschnitt der Gehäusewand 13 der Batteriezelle 11 aus 1. Die erste Nut 15 ist mit der zweiten Nut 16 an beiden Enden durch weitere Nuten 19, 23 zu einer Umlaufnut 18 verbunden. Die Umlaufnut 18 ist geschlossen und elliptisch ausgeführt. Dabei formt die Umlaufnut 18 eine Ellipse 24, die einen großen Durchmesser L_1 im Bereich von 10 bis 40 mm und einen kleinen Durchmesser A_1 von 5 bis 20 mm aufweist. Die dritte Nut 17 ist mittig im von der Umlaufnut 19 eingeschlossenen Bereich 24 angeordnet, liegt somit auf der Verbindungslinie der beiden Brennpunkte 25, 26 der von der Umlaufnut 18 geformten Ellipse und weist eine Länge L_2 im Bereich von 5 bis 30 mm auf. Alle Nuten 15, 16, 17, 18, 19 weisen eine Tiefe T_1 im Bereich von 0,2 bis 0,5 mm und eine Breite B_1 im Bereich von 0,3 bis 0,6 mm auf. Die Umlaufnut 18 kann sowohl auf der Innenseite 21 als auch auf der Außenseite 20 der Gehäusewand 13 angeordnet sein.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 20070134547 A1 [0002, 0003]
