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Feld der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Erhöhung der Sicherheit beim Gebrauch von Batteriesystemen gemäß dem Oberbegriff der unabhängigen Patentansprüche.
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Stand der Technik
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Aus dem Stand der Technik sind Batteriesysteme bekannt, wobei diese Batteriesysteme eine Abgabeleitung mit einer Öffnung zur Abgabe von in dem Batteriesystem entstandenen Substanzen, insbesondere Gasen, an die Umwelt des Batteriesystems umfassen.
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So wird in der
DE 102009000660 A1 ein Batteriemodul mit wenigstens einer Einrichtung zum Ableiten von in dem Batteriemodul entstandenen Gasen offenbart. Ferner ist aus der
JP 2010118339 A ein eine Einrichtung zum Ableiten von in einem Batteriemodul entstandenen Gase bekannt.
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Offenbarung der Erfindung
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Die Erfindung geht aus von einem Batteriesystem, insbesondere einem Lithium-Ionen-Batteriesystem, wobei eine Abgabeleitung mit einer Öffnung zur Abgabe von in dem Batteriesystem entstandenen Substanzen, insbesondere Gasen, an die Umwelt des Batteriesystems vorhanden ist.
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Die Erfindung betrifft ein Batteriesystem und ein Verfahren mit den kennzeichnenden Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche.
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Der Kern der Erfindung besteht darin, dass an einem Ende der Abgabeleitung, von dem aus Substanzen an die Umwelt des Batteriesystems abgegeben werden, ein unidirektional öffenbarer und zur Öffnungsrichtung entgegengesetzt selbstschließender Verschluss mittels einer verschließenden Komponente, die an einer Grenze zwischen einem Innenraum der Abgabeleitung und einem Außenraum der Abgabeleitung angebracht ist, an der Grenze von dem Innenraum der Abgabeleitung zu dem Außenraum der Abgabeleitung öffnet und sich selbstständig schließt, und eine Komponente des Batteriesystems, mit der eine Kraft erzeugt wird, die dazu führt, dass der Verschluss sich selbständig schließt, im Innenraum der Abgabeleitung angeordnet ist.
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Der Umstand, den unidirektional öffenbaren und zur Öffnungsrichtung entgegengesetzt sich selbstschließenden Verschluss an der Grenze zwischen dem Innenraum der Abgabeleitung und dem Außenraum der Abgabeleitung anzubringen, führt zu dem Vorteil, die Abgabeleitung gegen unerwünschtes Blockieren zu schützen, da der Innenraum der Abgabeleitung an der Grenze zum Außenraum der Abgageleitung vollständig dicht verschlossen ist. Zu dem unerwünschten Blockieren kann es durch das Eindringen oder Einführen von Gegenständen in die Abgabeleitung kommen. Durch eine Blockade der Abgabeleitung durch die Gegenstände kann die Abgabe von in dem Batteriesystem entstandenen Substanzen behindert oder unterbrochen werden; beides führt zu einer Erhöhung der Gefahr im Umgang mit Batteriesystemen.
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Erfindungsgemäß ist zudem ein Verfahren zur Erhöhung der Sicherheit im Umgang mit Abgabeleitungen von Batteriesystemen, insbesondere Lithium-Ionen-Batteriesystemen, geeignet zur kontrollierten Entgasung von Batteriesystemen vorgesehen, wobei ein unidirektional öffenbarer und schließbarer Verschluss mittels einer verschließenden Komponente, die an einer Grenze zwischen einem Innenraum der Abgabeleitung und einem Außenraum der Abgabeleitung angebracht ist, an der Grenze von dem Innenraum der Abgabeleitung zu dem Außenraum der Abgabeleitung öffnet und sich selbstständig schließt, wobei der unidirektional öffenbarer und selbstschließender Verschluss bei Erreichen oder Überschreiten eines Schwellenwertes des in der Abgabeleitung herrschenden Druckes geöffnet wird und die Kraft, die dazu führt, dass der Verschluss sich selbstständig schließt, mittels einer in dem Innenraum der Abgabeleitung liegenden Komponente des Batteriesystems erzeugt wird. Der Umstand, den unidirektional öffenbaren und zur Öffnungsrichtung entgegengesetzt sich selbstschließenden Verschluss erst bei Erreichen oder Überschreiten eines Schwellenwertes des in der Abgabeleitung herrschenden Druckes zu öffnen, führt zu dem Vorteil, das Öffnen des Verschlusses in Abhängigkeit der technischen und physikalischen Eigenschaften des Batteriesystems durchführen zu können.
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Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Gemäß einer weiteren vorzugsweisen Ausführungsform der Erfindung ist eine Haltevorrichtung des Verschlusses in dem Innenraum der Abgabeleitung oder an der Grenze von dem Innenraum der Abgabeleitung zu dem einen Außenraum der Abgabeleitung angebracht.
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Entsprechend einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung handelt es sich bei dem Verschluss um einen Kolben, insbesondere um einen Kolben mit Ring-Dichtlippe.
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Die Verwendung eines Kolbens mit Ringdichtlippe führt zu dem vorteilhaften Umstand, die Abgabeleitung gegen von außen eindringende Gase oder andere Substanzen zu schützen. Ferner kann der im Innenraum der Abgabeleitung angebrachte Kolben nur mit Aufwand aus dem Außenraum heraus erreicht und beeinflusst werden.
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Entsprechend einer weiteren vorzugsweisen Ausgestaltungsform der Erfindung handelt es sich bei dem Verschluss um ein Rückschlagventil. Die Verwendung von Rückschlagventilen führt zu dem Vorteil, in dem Batteriesystem entstandene Gase innerhalb eines kurzen Zeitraums abzuleiten, da sich Rückschlagventile nahezu unverzüglich öffnen.
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Gemäß einer nächsten vorzugsweisen Ausführungsform der Erfindung hängt der Schwellenwert, bei dessen Erreichen oder Überschreiten sich der unidirektional öffenbarer Verschluss öffnet, von der Ladungsspeicherkapazität des Batteriesystems ab. Insbesondere liegt dieser Schwellenwert bei 5 bar. Hintergrund der Abhängigkeit des Schwellenwertes von der Ladungsspeicherkapazität sind die physikalischen und technischen Eigenschaften des Batteriesystems: Das Batteriesystem, das insbesondere mindestens eine Batteriezelle enthalten kann, weist in der Abgabeleitung eine Verteilung der abzugebenden Substanzen sowie einen Druckabfall in der Abgabeleitung auf, die von der Ladungsspeicherkapazität des Batteriesystems beziehunsgweise der mindestens einen Batteriezelle abhängt. Eine an die Ladungsspeicherkapaizität des Batteriesystems oder der mindestens einen Batteriezelle führt zu einer bedarfsabhängigen Öffnungscharakteristik des Verschlusses.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen, aus denen sich weitere erfinderische Merkmale ergeben können, auf die die Erfindung aber in ihrem Umfang nicht beschränkt ist, erläutert. Die Ausführungsbeispiele sind in den Zeichnungen dargestellt.
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Es zeigt:
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1 eine schematische Darstellung der Abgabeleitung des erfindungsgemäßen Batteriesystems mit einem unidirektional öffenbaren und zur Öffnungsrichtung entgegengesetzt selbstschließenden Verschluss wobei der Verschluss erfindungsgemäß als Rückschlagventil ausgeführt ist;
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2 eine schematische Darstellung der Abgabeleitung des erfindungsgemäßen Batteriesystems mit einem unidirektional öffenbaren und zur Öffnungsrichtung entgegengesetzt selbstschließenden Verschluss wobei der Verschluss erfindungsgemäß als Kolben mit Ringdichtlippe ausgeführt ist.
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In 1 ist eine Abgabeleitung AL mit einem unidirektional öffenbaren und zur Öffnungsrichtung entgegengesetzt selbstschließenden Verschluss V, wobei der Verschluss V gemäß einer Ausführungsform der Erfindung als Rückschlagventil ausgeführt ist, schematisch dargestellt. Die Abgabeleitung AL dient der Abgabe von in einem nicht dargestellten Batteriesystem entstandenen Substanzen, insbesondere Gasen, an die Umwelt des Batteriesystems. Mit einem Pfeil P wird eine Strömungsrichtung der Substanz verdeutlicht, die aus dem Batteriesystem abgeleitet wird. Mit S wird ein Scharnier bezeichnet, das die Abgabeleitung AL mit einer die Abgabeleitung AL dicht verschließenden Klappe K verbindet. Die Klappe K öffnet und schließt sich selbstständig an einer Grenze zwischen einem Innenraum der Abgabeleitung AL und einem Außenraum der Abgabeleitung AL. Die Klappe K kann nur in eine Richtung zum Zweck der Öffnung der Abgabeleitung AL bewegt werden, die Öffnung der Klappe K wird durch den Druck der strömenden Substanz verursacht. Mittels einer nicht dargestellten Zugvorrichtung, beispielsweise einer Feder, wobei es sich bei der Feder um eine sich elastisch rückstellende Vorrichtung handelt, wird die Klappe K wieder in eine Ausgangsposition zurückgezogen. Die Ausgangsposition ist dann erreicht, wenn die Klappe K die Abgabeleitung AL wieder dicht verschließt. Die Zugvorrichtung kann beispielsweise in baulicher Einheit mit dem Scharnier S ausgeführt sein. Die nicht dargestellte Zugvorrichtung ist im Inneren der Abgabeleitung AL angebracht. Insbesondere öffnet sich der Verschluss V bei Erreichen oder Überschreiten eines Schwellenwertes des in der Abgabeleitung AL herrschenden Druckes. Der in der Abgabeleitung AL herrschende Druck hängt beispielsweise von der Ladungsspeicherkapazität des Batteriesystems oder mindestens einer Batteriezelle, die das Batteriesystem insbesondere enthalten kann, ab.
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Ferner geht mit einem höheren Ladezustand des Batteriesystems oder der mindestens eine Batteriezelle ein höherer Druck und/oder eine höherer Temperatur der abzugebenden Substanzen einher. Beispielsweise könnte der Schwellenwert an den Ladezustand des Batteriesystems oder der mindestens einen Batteriezelle angepasst werden.
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Der Verschluss V kann mechanisch dazu ausgelegt sein, sich ab Erreichen oder Überschreiten des Schwellenwertes durch den im Innenraum der Abgabeleitung AL herrschenden Druck selbst zu öffnen oder er kann mittels einer nichtdargestellten Aktorik geöffnet werden. Zur Messung des Druckes kann insbesondere ein nicht dargestellter Drucksensor verwendet werden. Die mit dem Drucksensor erzeugten Signale können von einer nicht dargestellten Auswerteeinheit verarbeitet und schließlich verwendet werden, um in Abhängigkeit der erzeugten Signale mittels der Aktorik den Verschluss zu öffnen. Die Form der Klappe K ist an das Innenprofil der Abgabeleitung AL angepasst und kann beispielsweise eine elliptische, insbesondere ein kreisförmige, oder eine vieleckige, insbesondere eine viereckige, vorzugsweise eine quadratische Form aufweisen.
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In 2 ist eine Abgabeleitung AL mit einem unidirektional öffenbaren und zur Öffnungsrichtung entgegengesetzt selbstschließenden Verschluss V schematisch dargestellt, wobei der Verschluss V gemäß einer Ausführungsform der Erfindung als Kolben mit Ringdichtlippe RD ausgeführt ist. Die Abgabeleitung AL dient der Abgabe von in einem nicht dargestellten Batteriesystem enstandenen Substanzen, insbesondere Gasen, an die Umwelt des Batteriesystems. Mit einem Pfeil P wird eine Strömungsrichtung der Substanz verdeutlicht, die aus dem Batteriesystem abgeleitet wird. Mit H wird eine Halterung bezeichnet, die die Abgabeleitung AL mit einer die Abgabeleitung AL dicht verschließenden Ringdichtlippe RD verbindet. Die Ringdichtlippe RD öffnet und schließt sich selbstständig an einer Grenze zwischen einem Innenraum der Abgabeleitung AL und einem Außenraum der Abgabeleitung AL. Die Ringdichtlippe RD kann nur in eine Richtung zum Zweck der Öffnung der Abgabeleitung AL bewegt werden, die Öffnung der Ringdichtlippe RD wird durch den Druck der strömenden Substanz verursacht. Sobald der Druck der strömenden Substanz einen bestimmten Wert erreicht oder unterschreitet nimmt die Ringdichtlippe wieder ihre ursprüngliche Form an. Die ursprüngliche Form ist dann erreicht, wenn die Ringdichtlippe RD die Abgabeleitung AL wieder dicht verschließt. Die Ringdichtlippe besteht insbesondere aus Die Halterung H ist im Inneren der Abgabeleitung AL angebracht.
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Insbesondere öffnet sich der Verschluss V bei Erreichen oder Überschreiten eines Schwellenwertes des in der Abgabeleitung AL herrschenden Druckes. Der in der Abgabeleitung AL herrschende Druck hängt beispielsweise von der Ladungsspeicherkapazität des Batteriesystems oder mindestens einer Batteriezelle, die das Batteriesystem insbesondere enthalten kann, ab.
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Ferner geht mit einem höheren Ladezustand des Batteriesystems oder der mindestens eine Batteriezelle ein höherer Druck und/oder eine höherer Temperatur der abzugebenden Substanzen einher. Beispielsweise könnte der Schwellenwert an den Ladezustand des Batteriesystems oder der mindestens einen Batteriezelle angepasst werden. Der Verschluss V kann mechanisch dazu ausgelegt sein, sich ab Erreichen oder Überschreiten des Schwellenwertes durch den im Innenraum der Abgabeleitung AL herrschenden Druck selbst zu öffnen oder er kann mittels einer nichtdargestellten Aktorik geöffnet werden. Zur Messung des Druckes kann insbesondere ein nicht dargestellter Drucksensor verwendet werden. Die mit dem Drucksensor erzeugten Signale können von einer nicht dargestellten Auswerteeinheit verarbeitet und schließlich verwendet werden, um in Abhängigkeit der erzeugten Signale mittels der Aktorik den Verschluss zu öffnen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102009000660 A1 [0003]
- JP 2010118339 A [0003]
