DE102011109310A1 - Device for reducing internal pressure in battery housing of traction battery of partially electrically propelled vehicle e.g. hybrid car, has valve body and spring element independently formed and connected with each other - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Verringerung des Innendrucks in einem Batteriegehäuse nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art.The invention relates to a device for reducing the internal pressure in a battery housing according to the closer defined in the preamble of
Aus der
Die Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung besteht nun darin, eine Vorrichtung zur Verringerung des Innendrucks in einem Batteriegehäuse anzugeben, welche bei vergleichbarer Funktionalität die oben beschriebenen Nachteile vermeidet.The object of the present invention is now to provide a device for reducing the internal pressure in a battery case, which avoids the disadvantages described above with comparable functionality.
Erfindungsgemäß wird dies durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst.This is achieved by a device having the features in the characterizing part of
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es vorgesehen, dass der Ventilkörper und das Federelement unabhängig voneinander ausgebildet und miteinander verbunden sind. Dieser Aufbau mit einer Trennung der Teilfunktionen Klappe beziehungsweise Ventilkörper und Federelement erlaubt es eine mechanisch sehr robuste Lösung darzustellen, in dem beispielsweise ein entsprechend dicker Ventilkörper eingesetzt wird. Dennoch ist das Öffnungsverhalten frei einstellbar, weil dieser beispielsweise mit einer weichen und dünnen Feder kombiniert werden kann. Der Ventilkörper kann dabei insbesondere von außen die Öffnung in dem Batteriegehäuse verschließen und sich über das Federelement innen an dem Batteriegehäuse abstützen. Er wird so durch die voreingestellte Federkraft mit dem Batteriegehäuse verspannt und hält die Öffnung dicht geschlossen. Bei einem Druckanstieg im Inneren des Batteriegehäuses öffnet sich die Öffnung durch ein Abheben des Ventilkörpers in Abhängigkeit der Federsteife des Federelements. Beim erneuten Druckabfall zieht das Federelement den Ventilkörper wieder zurück und verschließt so die Öffnung erneut.In the device according to the invention, it is provided that the valve body and the spring element are formed independently of each other and connected to each other. This structure with a separation of the partial functions valve or valve body and spring element allows a mechanically very robust solution to represent, in which, for example, a correspondingly thick valve body is used. Nevertheless, the opening behavior is freely adjustable because it can be combined, for example, with a soft and thin spring. The valve body can in particular close the opening in the battery housing from the outside and be supported on the inside of the battery housing via the spring element. It is thus clamped by the preset spring force with the battery case and keeps the opening tightly closed. At a pressure increase inside the battery case, the opening opens by lifting the valve body in response to the spring stiffness of the spring element. When renewed pressure drop, the spring element pulls back the valve body and thus closes the opening again.
Die vergleichsweise freie Einstellbarkeit der Federsteife und der Geometrie der Federn ermöglicht zusammen mit der in sich sehr stabilen Klappe als Ventilkörper einen in sich sehr stabilen Aufbau, welcher vergleichsweise exakt auf einen bestimmten Öffnungsdruck eingestellt werden kann. Das Batteriegehäuse ist dann bis zu diesem Druck sicher und zuverlässig abgedichtet und öffnet bei vergleichsweise exakt diesem vorgegebenen Druck. Im Gegensatz zu den Aufbauten gemäß dem Stand der Technik, welche über einen größeren Druckbereich hinweg von einer minimalen Öffnung am einen Ende bis zur Öffnung in der gesamten Fläche variieren, lässt sich somit ein sehr viel besserer und gezielter steuerbarer Aufbau erzielen. Dieser kann insbesondere sehr gut bei einer Dichtheitsprüfung unter Druck gesetzt werden, um die Dichtheit des Batteriegehäuses zu prüfen. Solange dieser Druck unterhalb des Auslösedrucks liegt, wird es, anders als beim Aufbau gemäß dem Stand der Technik, hier nicht zu Undichtheiten aufgrund einer sich in einem Flächenbereich bereits leicht abhebenden Ventilklappe kommen.The comparatively free adjustability of the spring stiffness and the geometry of the springs, together with the inherently very stable flap as a valve body, allows for a very stable construction, which can be set comparatively precisely to a specific opening pressure. The battery case is then safely and reliably sealed up to this pressure and opens at comparatively exact this predetermined pressure. In contrast to the structures according to the prior art, which vary over a larger pressure range from a minimum opening at one end to the opening in the entire area, a much better and more specifically controllable construction can thus be achieved. In particular, this can be put under pressure very well during a leak test in order to check the tightness of the battery housing. As long as this pressure is below the release pressure, unlike the construction according to the prior art, there will not be any leaks due to a valve flap that is already slightly lifted in a surface area.
In sinnvoller Weiterbildung weist das Federelement mindestens zwei im wesentlichen quer zu einer Mittelachse der Öffnung des Batteriegehäuses (Ventilöffnung) stehende Federarme auf, welche bei insbesondere vollständig geöffnetem Ventilkörper innerhalb des Batteriegehäuses an dessen Wandung anliegen. Zweckmäßigerweise sind die Federarme gewölbt bzw. wellig ausgebildet, wodurch sie sich über die innere Wandungsoberfläche des Batteriegehäuses erheben. Durch die genannten bevorzugten Ausbildungen der Federarme kann eine – in Richtungsöffnung des Ventils betrachtet – kleine Bauform des Ventils raliseirt werden. Dies ist bedingt durch einen geringen Frei- bzw. Bauraum im Inneren eines Batteriegehäuses einer Batterie von besonderem Vorteil.In a useful development, the spring element has at least two substantially transversely to a central axis of the opening of the battery case (valve opening) standing spring arms, which abut in particular fully open valve body within the battery housing at the wall. Conveniently, the spring arms are curved or wavy, whereby they rise above the inner wall surface of the battery case. By the said preferred embodiments of the spring arms a - viewed in directional opening of the valve - small design of the valve can be raliseirt. This is due to a small free or installation space inside a battery case of a battery of particular advantage.
In einer sehr günstigen und vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann es ferner vorgesehen sein, dass Anschlagelemente vorgesehen sind, welche den Öffnungsweg des Ventilkörpers begrenzen. Solche Anschlagelemente können den Öffnungsweg des Ventilkörpers begrenzen. Dies verhindert ein Ablösen des Ventilkörpers von dem Batteriegehäuse auch bei sehr hohen Drücken. Dies gewährleistet dann in jedem Fall, dass mit einem Absinken des Innendrucks die Öffnung wieder sicher und zuverlässig verschlossen werden kann. Außerdem erlaubt die Verwendung solcher Anschläge, welche den Öffnungsweg des Ventilkörpers begrenzen, einen sehr sicheren Aufbau. Durch die Anschläge wird immer nur ein definierter Spalt der Öffnung zwischen der Öffnung beziehungsweise dem Batteriegehäuse und dem Ventilkörper freigegeben. Ein solcher Spalt kann beispielsweise so eingestellt werden, dass eine Manipulation der Batterie durch diesen Spalt hindurch nicht oder nur extrem schwer möglich ist. Dies erhöht die Sicherheit weiter.In a very favorable and advantageous development of the device according to the invention, it may further be provided that stop elements are provided which limit the opening travel of the valve body. Such stop elements may limit the opening travel of the valve body. This prevents detachment of the valve body from the battery housing even at very high pressures. This ensures in any case that with a decrease in the internal pressure, the opening can be safely and reliably closed again. In addition, the use of such allows Stops, which limit the opening of the valve body, a very safe construction. By the attacks, only a defined gap of the opening between the opening or the battery housing and the valve body is released. Such a gap can be set, for example, so that a manipulation of the battery through this gap is not or only extremely difficult. This further increases safety.
In einer weiteren sehr günstigen und vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es ferner vorgesehen, dass die Anschlagelemente und die Federelemente einstückig ausgebildet sind. Solche integrierten Anschlagelemente und Federelemente in einem Bauteil ergeben einen sehr einfachen und kompakten Aufbau, da insbesondere das mit den Anschlagelementen integrierte Federelement und der Ventilkörper als einzige Bauteile ausreichen, um die erfindungsgemäße Vorrichtung zu realisieren. Dabei lassen sich durch Geometrie und Material die Federsteife und die Position der Anschläge und damit der Öffnungsweg und der Öffnungsdruck der Vorrichtung entsprechend einstellen.In a further very favorable and advantageous embodiment of the device according to the invention, it is further provided that the stop elements and the spring elements are integrally formed. Such integrated stop elements and spring elements in a component result in a very simple and compact construction, since in particular the spring element integrated with the stop elements and the valve body are the only components sufficient to realize the device according to the invention. It can be adjusted by geometry and material, the spring stiffness and the position of the stops and thus the opening travel and the opening pressure of the device accordingly.
In einer sehr günstigen Weiterbildung hiervon ist es vorgesehen, dass die einstückig miteinander ausgebildeten Anschlagelemente und Federelemente aus Metall ausgebildet sind. Dies ermöglicht einen vergleichsweise stabilen und insbesondere temperaturstabilen Aufbau, sodass auch bei erhöhten Temperaturen in dem Batteriegehäuse oder in der Umgebung des Batteriegehäuses die sicherheitsrelevante Funktionalität der Vorrichtung zur Verringerung des Innendrucks in dem Batteriegehäuse weiterhin sicher und zuverlässig funktioniert.In a very favorable development thereof, it is provided that the integrally formed stop members and spring elements are formed of metal. This allows a comparatively stable and, in particular, temperature-stable construction, so that the safety-relevant functionality of the device for reducing the internal pressure in the battery housing continues to function safely and reliably even at elevated temperatures in the battery housing or in the surroundings of the battery housing.
In einer weiteren sehr günstigen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es ferner vorgesehen, dass der Ventilkörper einen scheiben- oder plattenförmigen Grundkörper aufweist, welcher mit wenigstens einem Dorn versehen ist, wobei das Federelement mit dem Dorn verbunden ist. Dieser Aufbau ermöglicht einen sehr einfachen und effizienten Aufbau der zweiteiligen Vorrichtung zum Verschließen einer Öffnung in dem Batteriegehäuse und zur Verringerung des Innendrucks bei einem entsprechenden Überdruck in dem Batteriegehäuse. Der scheibenförmige oder plattenförmige Grundkörper kann entsprechend stabil ausgebildet werden und wird dann mit einem Dorn, welcher beispielsweise mittig oder bei mehreren Dornen über die Fläche verteilt senkrecht von der scheibenförmigen beziehungsweise flächenförmigen Ausbildung absteht, versehen. Dieser Dorn kann dann formschlüssig oder kraftschlüssig mit dem Federelement verbunden werde.In a further very advantageous embodiment of the device according to the invention, it is further provided that the valve body has a disc-shaped or plate-shaped base body, which is provided with at least one mandrel, wherein the spring element is connected to the mandrel. This structure allows a very simple and efficient construction of the two-part device for closing an opening in the battery case and for reducing the internal pressure at a corresponding overpressure in the battery case. The disk-shaped or plate-shaped base body can be made correspondingly stable and is then provided with a mandrel which, for example, centrally or in the case of a plurality of mandrels, projects perpendicularly from the disk-shaped or planar formation distributed over the surface. This mandrel can then be positively or non-positively connected to the spring element.
In einer besonders günstigen und vorteilhaften Weiterbildung hiervon ist es vorgesehen, dass das Federelement wenigstens eine Bohrung für den wenigstens einen Dorn aufweist, wobei der Dorn über in das Federelement integrierte Schneidkrallen in der Bohrung gehalten ist. Dieser Aufbau, bei dem entweder eine zentrale oder mehrere über das Federelement verteilt angeordnete Bohrungen vorgesehen sind, ist besonders einfach und effizient. Jede der Bohrungen ist beispielsweise als eingestanzte Öffnung so ausgebildet, dass diese in eine Richtung über die Hauptebene der Öffnung hinausgebogene Schneidkrallen aufweist. Wird nun der Dorn beziehungsweise werden nun die Dornen in die einzelnen Bohrungen eingesteckt, dann können diese in einer Richtung sehr einfach und effizient eingesteckt werden, sodass eine einfache und effiziente Montage möglich ist. Die Schneidkrallen des Federelements verkrallen sich dann in dem Dorn und halten so den Ventilkörper bei einer Belastung durch Innendruck sicher und zuverlässig an dem Federelement. Der Aufbau ist besonders einfach und effizient, insbesondere dann, wenn das Federelement und die Anschlagelemente einstückig miteinander ausgebildet sind und der Ventilkörper einen zentralen Dorn aufweist. Bei der Montage kann dann das Federelement einfach im Inneren des Batteriegehäuses positioniert werden, der Ventilkörper wird von außen entsprechend positioniert und der Dorn dabei in die Bohrung eingedrückt. Durch die Schneidkrallen wird er dort fixiert, sodass eine sehr einfache, effiziente und schnelle Montage der Vorrichtung in dem Batteriegehäuse möglich ist.In a particularly favorable and advantageous development thereof, it is provided that the spring element has at least one bore for the at least one mandrel, wherein the mandrel is held in the bore via cutting claws integrated in the spring element. This construction, in which either one central or a plurality of holes distributed over the spring element are provided, is particularly simple and efficient. Each of the bores is designed, for example, as a stamped-on opening in such a way that it has cutting claws bent out in one direction beyond the main plane of the opening. Now, if the mandrel or now the thorns are inserted into the individual holes, then they can be inserted very easily and efficiently in one direction, so that a simple and efficient installation is possible. The cutting claws of the spring element then dig into the mandrel and thus keep the valve body under load by internal pressure safely and reliably on the spring element. The structure is particularly simple and efficient, especially when the spring element and the stop elements are integrally formed with each other and the valve body has a central mandrel. During assembly, the spring element can then be easily positioned inside the battery case, the valve body is positioned accordingly from the outside and the mandrel thereby pressed into the bore. He is fixed by the cutting claws there, so that a very simple, efficient and quick installation of the device in the battery case is possible.
Zwischen dem Ventilkörper in der die Öffnung verschließenden Stellung und dem mit dem Ventilkörper korrespondierenden Teil des Batteriegehäuses um die Öffnung, welches auch als Ventilsitz bezeichnet werden könnte, kann ferner eine Dichtung vorgesehen sein. Eine solche Dichtung erlaubt eine sehr gute Abdichtung gegenüber Umwelteinflüssen wie beispielsweise Feuchtigkeit, Wasser und Staub, sodass neben der reinen Sicherheitsfunktionalität ferner eine sehr gute Abdichtung des Batteriegehäuses bei regulären Innendrücken durch die erfindungsgemäße Vorrichtung möglich ist.Between the valve body in the position closing the opening and the part of the battery housing corresponding to the valve body around the opening, which could also be referred to as a valve seat, a seal may also be provided. Such a seal allows a very good seal against environmental influences such as moisture, water and dust, so that in addition to the pure safety functionality also a very good sealing of the battery case at regular internal pressures by the device of the invention is possible.
Die Vorrichtung erlaubt eine einfache, sichere und zuverlässige Innendrucküberwachung eines Batteriegehäuses und kann dieses außerdem gut gegenüber Umgebungseinflüsse wie Wasser und Staub abdichten. Sie ist daher insbesondere dazu geeignet, die Innendrucküberwachung in einem Batteriegehäuse zu realisieren, welches eine Vielzahl von Batterieeinzelzellen aufweist, welche eine Traktionsbatterie eines zumindest teilweise elektrisch angetriebenen Fahrzeugs bilden. Eine solche Traktionsbatterie eines Hybrid- oder Elektrofahrzeugs muss auch unter widrigen Bedingungen, bei Vibrationen, Staub, Wasser und anderen Umwelteinflüssen sicher und zuverlässig funktionieren. Als häufig eingesetzte Batterietechnologie ist dabei die Lithium-Ionen-Technologie zu nennen, welche entsprechend hohe Sicherheitsanforderungen hat und damit eine Vorrichtung zur Überwachung des Innendrucks erforderlich macht, welche sicher und zuverlässig funktioniert und im Schadensfall nach dem Abbauen des Innendrucks das Batteriegehäuse auch wieder sicher und zuverlässig verschließt, um eine Manipulation und/oder eine ungewollte Berührung von Personen, Unfallhelfern oder dergleichen mit Teilen innerhalb des Batteriegehäuses zu verhindern. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist für diesen Einsatzzweck besonders gut geeignet.The device allows a simple, safe and reliable internal pressure monitoring of a battery case and can also seal it well against environmental influences such as water and dust. It is therefore particularly suitable for realizing the internal pressure monitoring in a battery housing, which has a plurality of individual battery cells, which form a traction battery of an at least partially electrically driven vehicle. Such a traction battery of a hybrid or electric vehicle must function safely and reliably even under adverse conditions, vibration, dust, water and other environmental conditions. As frequently used battery technology is the lithium-ion To call technology, which has correspondingly high safety requirements and thus makes a device for monitoring the internal pressure required, which works safely and reliably and in case of damage after breaking down the internal pressure, the battery case again safely and reliably closes to a manipulation and / or unwanted To prevent contact of persons, accident workers or the like with parts within the battery case. The device according to the invention is particularly well suited for this purpose.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung ergeben sich aus den restlichen abhängigen Ansprüchen und werden anhand des Ausführungsbeispiels deutlich, welches unter Bezugnahme auf die Figuren näher beschrieben wird.Further advantageous embodiments of the device according to the invention will become apparent from the remaining dependent claims and will be apparent from the embodiment, which is described in more detail with reference to the figures.
Dabei zeigen:Showing:
In der Darstellung der
Der hier gezeigte neue Aufbau der Vorrichtung
In der Darstellung der
In der Darstellung der
Das Federelement
Wie insbesondere in
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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R081 | Change of applicant/patentee |
Owner name: HUGO BENZING GMBH & CO. KG, DE Free format text: FORMER OWNER: DAIMLER AG, 70327 STUTTGART, DE |
|
R012 | Request for examination validly filed | ||
R081 | Change of applicant/patentee |
Owner name: HUGO BENZING GMBH & CO. KG, DE Free format text: FORMER OWNERS: DAIMLER AG, 70327 STUTTGART, DE; HUGO BENZING GMBH & CO. KG, 70825 KORNTAL-MUENCHINGEN, DE |
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R082 | Change of representative |
Representative=s name: PATENTANWAELTE JECK, FLECK & PARTNER MBB, DE |
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R079 | Amendment of ipc main class |
Free format text: PREVIOUS MAIN CLASS: H01M0002120000 Ipc: H01M0050300000 |