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Die Erfindung betrifft eine Druckfreigabeeinrichtung zum Schutz eines Batteriesystems oder einer galvanischen Zelle vor schädigendem Überdruck umfassend eine Druckfreigabeöffnung und ein die Druckfreigabeöffnung dicht verschließendes, flächig ausgebildetes Berstelement.
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Ferner betrifft die Erfindung ein Batteriesystem, welches von einem Gehäuse umgeben ist, wobei das Gehäuse eine Druckfreigabeeinrichtung aufweist.
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Darüber hinaus betrifft die Erfindung eine galvanische Zelle mit einer Druckfreigabeeinrichtung.
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Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung einen Deckel zum Verschließen eines Gehäuses eines Batteriesystems oder zum Verschließen eines Zellgehäuses einer galvanischen Zelle, wobei der Deckel eine Druckfreigabeeinrichtung aufweist.
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Stand der Technik
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Batteriesysteme, welche insbesondere eine Mehrzahl von elektrisch miteinander verschalteten Batteriezellen, wie insbesondere Lithium-Ionen Zellen, aufweisen können, sind häufig zum Schutz vor Stromschlägen bei der Handhabung solcher Batteriesysteme und/oder zur Reduzierung des Korrosionsrisikos von einem Gehäuse dicht umschlossen. Da die Batteriezellen in dem Gehäuse entgasen können, insbesondere in Folge eines Defektes, wobei eine große Menge an Gas entstehen kann, besteht die Gefahr, dass das Gehäuse aufgrund der mit der Gasbildung einhergehenden unkontrollierten Druckerhöhung im Inneren des Gehäuses beschädigt wird. Aus diesem Grund weisen derartige Gehäuse zum Schutz des Batteriesystems und/oder zum Schutz des Gehäuses eine Druckfreigabeeinrichtung auf. Dabei ist üblicherweise in eine Druckfreigabeöffnung der Druckfreigabeeinrichtung ein metallisches Berstelement eingesetzt, welches bei einem definierten Gehäuseinnendruck zerbirst, sodass die Druckfreigabeöffnung freigegeben wird und das gebildete Gas durch die Druckfreigabeöffnung aus dem Gehäuse entweichen kann. Solche Berstelemente sind dafür ausgelegt, einem dauerhaften, wie auch einem wechselhaften Druck unterhalb desjenigen Drucks, bei dem das Berstelement zerbirst, standzuhalten. Da Druckdifferenzen zwischen dem Gehäuseinneren und der Umgebung des Gehäuses dazu führen können, dass Feuchtigkeit in das Gehäuse gelangt, beispielsweise über den Kabelbaum, über Stecker oder Dichtungen, werden zum Ausgleich solcher Druckdifferenzen darüber hinaus zusätzlich zu dem Berstelement Druckausgleichsventile vorgesehen.
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Batteriezellen selbst, wie auch andere galvanische Zellen, beispielsweise Brennstoffzellen, sind ebenfalls häufig von einem Gehäuse umgeben. Das Gehäuse dient dabei insbesondere dem Schutz der galvanischen Zelle vor Feuchtigkeit und Korrosion. Aufgrund einer Erwärmung der galvanischen Zelle, insbesondere in Folge eines Defekts, kann es zu einer Gasbildung in der Zelle kommen. Insbesondere bei Lithium-Ionen-Zellen kann eine überhöhte Temperatur, beispielsweise in Folge von fehlerhaft auftretenden hohen Strömen beim Nachladen der Zellen, dazu führen, dass zumindest ein Teil des flüssigen Elektrolyten der Zelle in einen gasförmigen Zustand übergeht, wodurch der Druck im Inneren der Zelle ansteigt. Entsteht eine größere Menge Gas, so besteht die Gefahr, dass die Zelle und/oder das Zellgehäuse aufgrund einer mit der Gasbildung einhergehenden unkontrollierten Druckerhöhung beschädigt wird beziehungsweise dass das Zellgehäuse platzt. Galvanische Zellen, insbesondere Lithium-Ionen-Zellen, weisen daher häufig eine in eine Druckfreigabeöffnung eingeschweißte metallische Berstscheibe als Druckfreigabeeinrichtung auf. Die Druckfreigabeöffnung befindet sich dabei häufig in dem Zelldeckel eines die galvanische Zelle umgebenden Zellgehäuses. Das Berstelement stellt dabei eine Art Sollbruchstelle in der inneren Abdichtung einer galvanischen Zelle dar. Wenn der Innendruck in der galvanischen Zelle beziehungsweise dem Zellgehäuse der galvanischen Zelle einen bestimmten Wert überschreitet, zerbirst das Berstelement und gibt so die Druckfreigabeöffnung frei, sodass in der Zelle gebildetes Gas durch die Druckfreigabeöffnung entweichen kann und der Druck im Inneren der Zelle abnimmt. Die Druckschrift
DE 103 28 862 B4 offenbart eine Lithiumbatterie, welche eine solche Druckfreigabeeinrichtung aufweist.
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Eine Problematik sowohl bei Druckfreigabeeinrichtungen, welche in Gehäusen von Batteriesystemen eingesetzt werden, als auch bei Druckfreigabeeinrichtungen, welche bei galvanischen Zellen eingesetzt werden, besteht darin, dass die Berstelemente der Druckfreigabeeinrichtungen einerseits so stabil sein müssen, dass diese die Druckfreigabeöffnung, insbesondere auch bei Arbeiten an der Zelle, wie einem elektrischen Verschalten von mehreren Zellen zu einem Batteriesystem, zuverlässig verschließen, andererseits aber bereits bei vergleichsweise niedrigen Öffnungsdrücken öffnen beziehungsweise zerbersten sollen.
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Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der Erfindung eingangs genannte Druckfreigabeeinrichtungen zu verbessern, insbesondere dahingehend, dass diese bei Normalbetrieb ein zuverlässiges Verschließen beziehungsweise Abdichten sicherstellen aber bereits bei vergleichsweise niedrigen Drücken öffnen. Darüber hinaus sollen eingangs genannte Druckfreigabeeinrichtungen vorteilhafterweise dahingehend verbessert werden, dass ein Druckausgleich bei auftretenden Druckdifferenzen ermöglicht wird.
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Offenbarung der Erfindung
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Zur Lösung der Aufgabe wird eine Druckfreigabeeinrichtung zum Schutz eines Batteriesystems oder einer galvanischen Zelle vor schädigendem Überdruck umfassend eine Druckfreigabeöffnung und ein die Druckfreigabeöffnung dicht verschließendes, flächig ausgebildetes Berstelement vorgeschlagen, wobei das Berstelement elastisch dehnbar ausgebildet ist. Insbesondere ist vorgesehen, dass das Berstelement dauerelastisch ist. Die Abmessungen des Berstelementes sowie der Druckfreigabeöffnung weichen dabei je nach vorgesehener Verwendung zum Schutz eines Batteriesystems oder einer galvanischen Zelle voneinander ab, wobei diese bei Verwendung zum Schutz einer galvanischen Zelle üblicherweise wesentlicher kleiner ausfallen.
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Durch die dehnbare Ausgestaltung des Berstelementes, vorzugsweise als Berstmembran, kann sich das Berstelement vorteilhafterweise beschädigungsfrei innerhalb der Druckfreigabeöffnung ausstülpen oder einstülpen beziehungsweise einwölben. Durch diese Verformbarkeit, die aus der elastischen Dehnbarkeit des Berstelementes resultiert, können Druckdifferenzen und sogar Druckschwankungen, die innerhalb kurzer Zeitspannen auftreten, vorteilhafterweise gedämpft werden. Wird beispielsweise bei einem thermischen Durchgehen (engl. „thermal runaway“) einer Batteriezelle im Batteriesystem fortlaufend Gas erzeugt, so wird ein schneller Druckanstieg in dem das Batteriesystem umgebenden Gehäuse durch ein Ausstülpen des dehnbaren Berstelementes nach außen vermieden. Übersteigt die erzeugte Gasmenge in dem Gehäuse einen als kritisch definierten Wert, so kann ab einer bestimmten Ausstülpung des Berstelementes dieses gezielt zerstört werden und das in dem Gehäuse gebildete Gas über die Druckfreigabeöffnung der Druckfreigabeeinrichtung entweichen. Im Unterschied zu bislang bekannten starren Berstelementen erfolgt die Öffnung des erfindungsgemäß elastisch dehnbar ausgebildeten Berstelementes nicht allein in Abhängigkeit des Drucks, sondern wird in Folge der Dämpfung des Druckanstiegs durch die mögliche Ausstülpung des Berstelementes zudem in Abhängigkeit von der erzeugten Gasmenge zerbersten. Vorteilhafterweise können mit dem elastisch dehnbar und somit flexibel ausgestalteten Berstelement niedrigere Öffnungsdrücke als mit starren Berstelementen erzielt werden, ohne die Robustheit des Berstelementes im Zusammenhang mit dem Verschließen der Druckfreigabeöffnung zu reduzieren.
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Aufgrund der durch die elastisch dehnbare Ausgestaltung des Berstelementes einer erfindungsgemäßen Druckfreigabeeinrichtung möglichen Dämpfung von Druckschwankungen, die in dem Gehäuse eines Batteriesystems insbesondere aufgrund von Temperatur- und/oder Luftdruckschwankungen auftreten können, sind effektiv auftretende Differenzdrücke zwischen dem Inneren des Gehäuses und der äußeren Umgebung des Gehäuses und somit auch der Luftaustausch zwischen dem Gehäuseinneren und der Umgebung zumindest verringert. Dadurch kann ein möglicher Feuchteeintrag in das Gehäuse vorteilhafterweise verhindert oder aber zumindest reduziert werden.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Berstelement zumindest teilweise aus Kautschuk oder einem kautschukbasierten Material ist. Kautschuk beziehungsweise ein kautschukbasiertes Material weist vorteilhafterweise gute Dehneigenschaften auf. Vorteilhafterweise ermöglicht ein kautschukbasiertes Material, dass ein Berstelement der Druckfreigabeeinrichtung dauerelastisch dehnbar ist.
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Insbesondere ist vorgesehen, dass das Berstelement der erfindungsgemäßen Druckfreigabeeinrichtung derart fixiert ist, dass das Berstelement im Bereich der Druckfreigabeöffnung dehnbar ist. Das heißt, dass das Berstelement vorteilhafterweise derart fixiert ist, dass in Abhängigkeit einer jeweiligen Druckschwankung eine Ausstülpung des Berstelementes oder eine Einstülpung des Berstelementes im Bereich der Druckfreigabeöffnung ermöglicht ist. Ist die Druckfreigabeeinrichtung in der äußeren Wandung eines Gehäuses angeordnet, so ist insbesondere vorgesehen, dass das Berstelement derart fixiert ist, dass das Berstelement sich im Bereich der Druckfreigabeöffnung in das Gehäuse einstülpen kann, wenn der Druck außerhalb des Gehäuses größer ist, als der Gehäuseinnendruck, und dass sich das Berstelement im Bereich der Druckfreigabeöffnung nach außen stülpen kann, wenn der Gehäuseinnendruck größer ist, als der Druck außerhalb des Gehäuses. Das Berstelement ist vorteilhafterweise derart ausgebildet, dass die Verformung des Berstelementes, welches das Berstelement bei einer Druckschwankung erfährt, reversibel ist, solange das Berstelement nicht zerbirst. Das heißt insbesondere, dass das Berstelement sich durch eine Dehnung nicht irreversibel verformt, und das Berstelement nach einem Dehnvorgang in Folge einer Druckschwankung somit nicht etwa derart vergrößert wäre, dass das Berstelement die Druckfreigabeöffnung nicht mehr unter Spannung verschließen könnte. Insbesondere ist vorgesehen, dass das Berstelement derart fixiert ist, dass das Berstelement im Normalzustand, also wenn der Druck auf beiden Seiten der Druckfreigabeöffnung gleich ist, in einem nicht verformten, gespannten Zustand ist.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Berstelement einen äußeren Rand aufweist, wobei der äußere Rand des Berstelementes derart fixiert ist, dass das Berstelement die Druckfreigabeöffnung verschließt. Insbesondere ist vorgesehen, dass der äußere Rand des Berstelementes mittels Klebung fixiert ist. Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der äußere Rand des Berstelementes an der Berandung der Druckfreigabeöffnung fixiert ist, vorzugsweise durch Verkleben. Als vorteilhafte Ausgestaltungsvariante zum Verkleben des Berstelementes ist vorgesehen, dass das Berstelement mittels eines Fixierelementes, vorzugsweise mittels eines Fixierrings, die Druckfreigabeöffnung verschließend fixiert ist. Dabei ist insbesondere vorgesehen, dass das Berstelement durch das Fixierelement, insbesondere durch einen Fixierring gespannt ist, und das Fixierelement die Druckfreigabeöffnung verschließend an der Berandung der Druckfreigabeöffnung angeschweißt wird. Als vorteilhafte Ausgestaltungsvariante kann vorgesehen sein, dass das Fixierelement mit dem gespannten Berstelement in die Druckfreigabeöffnung eingesetzt wird. Dies kann beispielsweise durch Verschraubung erfolgen, wobei vorteilhafterweise die Druckfreigabeöffnung ein Innengewinde und das Fixierelement ein Außengewinde aufweist. Hierdurch ist ein Austausch eines Berstelementes, insbesondere eines beschädigten Berstelementes, vorteilhafterweise einfach durchführbar.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Druckfreigabeeinrichtung ein Materialgeflecht aufweist, welches in der Druckfreigabeöffnung oder die Druckfreigabeöffnung bedeckend angeordnet ist. Die Anordnung des Materialgeflechts erfolgt dabei vorzugsweise derart, dass das Materialgeflecht eine Ausdehnung des Berstelementes in Richtung des Materialgeflechtes verhindert. Ist die erfindungsgemäße Druckfreigabeeinrichtung Teil eines Gehäuses, so ist insbesondere vorgesehen, dass das Materialgeflecht derart angeordnet ist, dass bei einem Unterdruck in dem Gehäuse ein Einstülpen beziehungsweise ein Einwölben des Berstelementes in das Gehäuse durch das Materialgeflecht verhindert wird. Ein Ausstülpen des Berstelementes bei einem Überdruck in dem Gehäuse ist dabei vorteilhafterweise weiter ermöglicht. Ein Verhindern des Einstülpens beziehungsweise des Einwölbens des Berstelementes kann insbesondere dann vorteilhaft sein, wenn ein Batteriesystem, welches von einem Gehäuse mit einer erfindungsgemäßen Druckfreigabeeinrichtung umgeben ist, einem definierten Überdruck von außen (zum Beispiel Tauchdruck) standhalten muss. Das Materialgeflecht ist vorzugsweise ein Metallgeflecht. Insbesondere ist vorgesehen, dass das Materialgeflecht gegen Korrosion beständig ist. Das Materialgeflecht kann gemäß eine vorteilhaften Ausgestaltung insbesondere als Gitter ausgebildet sein.
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Eine besonders bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Druckfreigabeeinrichtung ein Werkzeug umfasst, welches in einem Abstand von der Druckfreigabeöffnung im Ausdehnungsbereich des Berstelementes dem Berstelement zugewandt angeordnet ist, derart, dass das sich ausdehnende Berstelement das Werkzeug kontaktiert. Das Werkzeug ist dabei vorteilhafterweise derart ausgebildet, dass bei Kontaktierung des Berstelementes mit dem Werkzeug das Berstelement zerbirst. Insbesondere ist vorgesehen, dass das Werkzeug ein Schneid- und/oder Stichwerkzeug ist. Insbesondere kann das Werkzeug als Dorn ausgebildet sein. Das Werkzeug ist dabei vorteilhafterweise derart angeordnet, dass das Werkzeug im Bereich der größten Ausdehnung des Berstelementes angeordnet ist. Durch diese erfindungsgemäße Anordnung eines Werkzeugs in einem definierten Abstand zu der Druckfreigabeöffnung wird das dehnbar ausgebildete Berstelement vorteilhafterweise ab einer definierten Ausdehnung beziehungsweise Ausstülpung durch Kontaktierung mit dem Werkzeug so geschädigt, dass das Berstelement zerbirst. Das Berstelement öffnet sich hierbei und gibt die Druckfreigabeöffnung somit frei, sodass insbesondere ein Überdruck, welcher eine Ausdehnung des Berstelementes bewirkt hat, ausgeglichen werden kann und ein von einer galvanischen Zelle gebildetes Gas durch die Druckfreigabeöffnung vorteilhafterweise entweichen kann.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Berstelement wenigstens eine Sollbruchstelle aufweist. Hierdurch ist vorteilhafterweise das Berstverhalten des Berstelementes bei Kontaktierung mit dem Werkzeug weiter verbessert. So kann die wenigstens eine Sollbruchstelle insbesondere derart ausgebildet sein, dass beim Zerbersten des Berstelementes eine größere Öffnung freigegeben wird und somit ein Druckausgleich und ein Entweichen von Gas weiter verbessert erfolgen können. Insbesondere kann die Sollbruchstelle auch derart ausgestaltet sein, dass ein Werkzeug, welches das Berstelement zum Zerbersten bringt, nicht erforderlich ist.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Druckfreigabeeinrichtung eine weitere Druckfreigabeöffnung umfasst, wobei die weitere Druckfreigabeöffnung von einer semipermeablen Membran verschlossen ist, welche vorteilhafterweise teilweise gasdurchlässig ausgebildet ist. Ist ein ein Batteriesystem umgebendes Gehäuse mit einer erfindungsgemäß weitergebildeten Druckfreigabeeinrichtung ausgestattet, so ermöglicht die vorgenannte Weiterbildung bei einer langsam fortschreitenden Gasbildung einer oder mehrerer Batteriezellen des Batteriesystems vorteilhafterweise, dass das gebildete Gas über die von der semipermeablen Membran verschlossene Druckfreigabeöffnung entweichen kann. Hierdurch wird vorteilhafterweise das elastisch dehnbar ausgebildete Berstelement der Druckfreigabeeinrichtung entlastet. Vorzugsweise ist die semipermeable Membran eine flüssigkeitsundurchlässige aber dampfdiffusionsoffene Membran. Insbesondere ist vorgesehen, dass die semipermeable Membran zumindest teilweise aus Polytetrafluorethylen (PTFE) besteht.
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Zur Lösung der eingangs genannten Aufgabe wird ferner ein Batteriesystem, welches von einem Gehäuse umgeben ist, vorgeschlagen, wobei das Gehäuse eine Druckfreigabeeinrichtung aufweist, welche als erfindungsgemäße Druckfreigabeeinrichtung ausgebildet ist. Das Gehäuse des Batteriesystems ist insbesondere gegen das Eindringen von Feuchtigkeit abgedichtet. Das elastisch dehnbar ausgebildete Berstelement der erfindungsgemäßen Druckfreigabeeinrichtung ermöglicht vorteilhafterweise einen Ausgleich von Druckschwankungen, die im Batteriesystem beziehungsweise in dem das Batteriesystem umgebenden Gehäuse beispielsweise aufgrund von Temperatur- und/oder Luftdruckschwankungen auftreten können.
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Die Größe der Druckfreigabeöffnung der Druckfreigabeeinrichtung kann insbesondere entsprechend den üblichen Abmessungen einer aus dem Stand der Technik bekannten Druckfreigabeöffnung für ein vergleichbares Batteriesystem gewählt werden. Das erfindungsgemäß dehnbar ausgebildete Berstelement ist dabei derart bemessen, dass die Druckfreigabeöffnung durch das Berstelement dicht verschlossen werden kann und dabei leicht gedehnt und insbesondere weiter dehnbar ist. Vorteilhafterweise ist die Druckfreigabeöffnung der erfindungsgemäßen Druckfreigabeöffnung größer ausgebildet als im Stand der Technik üblich, um ein verbessertes Dehnen des Berstelementes zu ermöglichen und somit Druckschwankungen noch besser ausgleichen zu können.
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Die Druckfreigabeeinrichtung des Gehäuses eines Batteriesystems kann vorteilhafterweise in jeglicher Kombination der vorgenannten Ausgestaltungen einer erfindungsgemäßen Druckfreigabeeinrichtung ausgebildet sein. Insbesondere ist vorgesehen, dass das Materialgeflecht einer erfindungsgemäßen Druckfreigabeeinrichtung in der Druckfreigabeöffnung beziehungsweise an der Druckfreigabeöffnung derart angeordnet ist, dass eine Ausdehnung des Berstelementes zum Gehäuseinneren verhindert wird. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn das Batteriesystem einem definierten von außen einwirkenden Überdruck standhalten muss.
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Zur Lösung der eingangs genannten Aufgabe wird des Weiteren eine galvanische Zelle mit einer Druckfreigabeeinrichtung vorgeschlagen, wobei die Druckfreigabeeinrichtung eine erfindungsgemäße Druckfreigabeeinrichtung ist.
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Die Druckfreigabeeinrichtung kann dabei vorteilhafterweise in jeglicher Kombination der vorgeschlagenen erfindungsgemäßen Ausgestaltungen ausgebildet sein. Insbesondere ist vorgesehen, dass das Materialgeflecht einer erfindungsgemäßen Druckfreigabeeinrichtung in der Druckfreigabeöffnung derart angeordnet ist, dass eine Ausdehnung des Berstelementes zum Zellinneren durch das Materialgeflecht verhindert wird.
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Zur Lösung der eingangs genannten Aufgabe wird des Weiteren ein Deckel zum Verschließen eines Gehäuses, insbesondere eines Gehäuses für ein Batteriesystem oder eines Zellgehäuses einer galvanischen Zelle, vorgeschlagen, wobei der Deckel eine Druckfreigabeeinrichtung aufweist, welche als erfindungsgemäße Druckfreigabeeinrichtung ausgebildet ist. Die Druckfreigabeeinrichtung kann dabei vorteilhafterweise in jeglicher Kombination der vorgeschlagenen erfindungsgemäßen Ausgestaltungen ausgebildet sein. Durch einen erfindungsgemäßen Deckel sind vorteilhafterweise bestehende Batteriesysteme und/oder bestehende galvanische Zellen mit einer erfindungsgemäßen Druckfreigabeöffnung nachrüstbar.
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Weitere vorteilhafte Einzelheiten, Merkmale und Ausgestaltungsdetails der Erfindung werden im Zusammenhang mit den in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Dabei zeigt:
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1 in einer schematischen Darstellung ein Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Druckfreigabeeinrichtung bei einer geringen Gasentwicklung;
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2 in einer schematischen Darstellung die in 1 dargestellte Druckfreigabeeinrichtung bei einer stärkeren Gasentwicklung;
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3 in einer schematischen Darstellung ein Zerbersten des Berstelementes der in 1 dargestellten Druckfreigabeeinrichtung bei einer starken Gasentwicklung;
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4 in einer schematischen Darstellung ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Druckfreigabeeinrichtung; und
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5 in einer schematischen Darstellung eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels für eine erfindungsgemäße galvanische Zelle mit einer Druckfreigabeeinrichtung.
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Im Zusammenhang mit 1 bis 3 wird anhand eines Ausführungsbeispiels eine erfindungsgemäße Druckfreigabeeinrichtung 1 näher erläutert. Die Druckfreigabeeinrichtung 1 ist dabei in 1 bis 3 in einer vereinfachten Seitenansicht dargestellt. Die Druckfreigabeeinrichtung 1 weist dabei jeweils eine Druckfreigabeöffnung 2 auf. Die Druckfreigabeöffnung 2 wird, wie in 1 und 2 dargestellt, von einem flächig ausgebildeten Berstelement 3 dicht verschlossen, wobei das Berstelement 3 eine elastisch dehnbare Berstmembran ist. Das Berstelement 3 ist dabei aus einem dauerelastischen Material, insbesondere aus einem Material auf Kautschuk-Basis. Wie aus 1 bis 3 ersichtlich, ist das Berstelement 3 mit seinem äußeren Rand derart fixiert, dass das Berstelement 3 im Bereich der Druckfreigabeöffnung 2 dehnbar ist, indem der äußere Rand des Berstelementes 3 mit der Berandung der Druckfreigabeöffnung 2 verklebt ist. Insbesondere ist das Berstelement 3 derart fixiert, dass das Berstelement 3 sich in Abhängigkeit von den herrschenden Druckverhältnissen ausstülpen (in 1 bis 3 eine Ausdehnung des Berstelementes 3 nach rechts) oder einstülpen (in 1 bis 3 eine Ausdehnung des Berstelementes 3 nach links; Einstülpung aber nicht dargestellt) kann. Wie insbesondere in 2 ersichtlich, stülpt sich das Berstelement 3 bei einem Überdruck nach außen. Ein solcher Überdruck kann insbesondere durch die Bildung von Gas 9 in einem Gehäuse, welches die Druckfreigabeeinrichtung 1 verschließt, verursacht werden.
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Wie in 1 bis 3 dargestellt, weist die Druckfreigabeeinrichtung 1 ein Werkzeug 5 auf. Mittels eines Werkzeughalters 6 ist das Werkzeug 5 dabei in einem Abstand von der Druckfreigabeöffnung 2 im Ausdehnungsbereich des Berstelementes 3 derart angeordnet, dass das sich ausdehnende Berstelement 3 das Werkzeug 5 bei einer definierten Ausdehnung, wie in 2 dargestellt, kontaktiert. Das Werkzeug 5 ist dabei vorliegend als Dorn ausgebildet, wobei die Spitze des Dorns dem Berstelement 3 zugewandt ist. Insbesondere ist das Werkzeug 5 derart ausgebildet, dass bei Kontaktierung des Berstelementes 3 mit dem Werkzeug 5 das Berstelement 3 zerbirst beziehungsweise aufplatzt, wie in 3 dargestellt. Durch das Zerbersten des Berstelementes 3 ist die Druckfreigabeöffnung 2 geöffnet und das Gas 9 kann dann durch die Druckfreigabeöffnung 2 und das aufgeplatzte Berstelement 3 entweichen.
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4 zeigt in einer vereinfachten Seitenansicht eine Weiterbildung der in 1 bis 3 dargestellten Druckfreigabeeinrichtung 1. Die Druckfreigabeeinrichtung 1 ist dabei, wie auch bei dem Ausführungsbeispiel in 3, aufgrund einer großen Menge an gebildetem Gas 9 mit einem zerborstenen Berstelement 3 dargestellt. Zusätzlich zu den im Zusammenhang mit 1 bis 3 beschriebenen Merkmalen der Druckfreigabeeinrichtung 1 weist die in 4 dargestellte Druckfreigabeeinrichtung 1 ein Materialgeflecht 4 auf, welches in der Druckfreigabeöffnung 2 angeordnet ist. Das Materialgeflecht 4 ist dabei in dem dargestellten Ausführungsbeispiel als Gitter ausgebildet. Das Materialgeflecht 4 verhindert vorteilhafterweise eine Ausdehnung des Berstelementes 3 in Richtung des Materialgeflechts 4 (in 4 also eine Ausdehnung des Berstelementes 3 in den Bereich der sich links von dem Materialgeflecht 4 befindet). Ein Ausstülpen des Berstelementes 3, wie bereits im Zusammenhang mit 1 bis 3 erläutert, ist dabei durch das Materialgeflecht 4 nicht beeinträchtigt.
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Das in 4 dargestellte Ausführungsbeispiel einer Druckfreigabeeinrichtung 1 weist zudem zusätzlich zu der Druckfreigabeöffnung 2 eine weitere Druckfreigabeöffnung 7 auf. Funktional gesehen ist die Druckfreigabeöffnung 2 die Hauptdruckfreigabeöffnung und daher größer ausgebildet als die weitere Druckfreigabeöffnung 7. Die weitere Druckfreigabeöffnung 7 ist von einer semipermeablen Membran 8 verschlossen. Die Membran 8 ist in dem in 4 gezeigten Ausführungsbeispiel vorteilhafterweise wasserundurchlässig aber dampfdiffusionsoffen ausgebildet. Hierdurch können insbesondere geringere Gasmengen, die sich in dem von der Druckfreigabeeinrichtung 1 verschlossenem Gehäuse (in 4 links von der Membran 8) langsam bilden, durch die Membran 8 diffundieren, sodass eine Ausdehnung des Berstelementes 3, die eine Zerstörung des Berstelementes 3 zur Folge hätte, vorteilhafterweise vermieden werden kann. Nur bei einer innerhalb kurzer Zeit gebildeten großen Gasmenge 9, wie in 4 dargestellt, wird das Berstelement 3 zerbersten. Die Membran 8 der in 4 dargestellten Druckfreigabeeinrichtung 1 ist dabei, wie auch das Berstelement 3 der Druckfreigabeeinrichtung 1, ausgebildet, das Eindringen von Feuchtigkeit in ein von der Druckfreigabeeinrichtung 1 verschlossenes Gehäuse zu verhindern.
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Unter Bezugnahme auf 5 wird ein Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße galvanische Zelle 10 mit einer Druckfreigabeeinrichtung 1 näher erläutert. Die in 5 dargestellte galvanische Zelle 10 ist eine prismatisch ausgebildete Batteriezelle. Insbesondere kann die galvanische Zelle 10 eine Lithium-Ionen-Zelle sein, da bei Lithium-Ionen-Zellen das Problem der Entgasung von Zellen verstärkt auftritt. Die Batteriezelle 10 in dem dargestellten Ausführungsbeispiel weist ein Zellgehäuse 11 auf, welches mit einem Zelldeckel 12 dicht verschlossen ist. Durch den Zelldeckel 12 ragen zwei Zellterminals 13, welche mit den Elektroden der Batteriezelle 10 elektrisch leitend verbunden sind. Über die Zellterminals 13 kann die dargestellte Batteriezelle 10 elektrisch kontaktiert werden.
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Der Zelldeckel 12 der Batteriezelle 10 umfasst eine Druckfreigabeeinrichtung 1. Dazu weist der Zelldeckel 12 eine Druckfreigabeöffnung 2 auf. Die Begrenzung der Druckfreigabeöffnung 2 ist in 5 durch die gestrichelte Linie dargestellt. Die Druckfreigabeöffnung 2 wird durch ein elastisch dehnbar ausgebildetes Berstelement 3 dicht verschlossen. Das Berstelement 3 weist dabei einen äußeren Rand 14 auf, welcher mit der Berandung der Druckfreigabeöffnung 2 verklebt ist. Das Berstelement 3 ist insbesondere derart ausgebildet, dass sich das Berstelement 3 nach außen wölbt, wenn der Zellinnendruck, insbesondere infolge einer Gasentwicklung im Zellinneren, größer ist als der Druck außerhalb der Batteriezelle 10 (wie im Zusammenhang mit dem in 1 bis 3 dargestellten Ausführungsbeispiel erläutert). Ein Einstülpen beziehungsweise ein Einwölben des Berstelementes 3 in das Zellinnere wird durch ein in 5 nicht dargestelltes Materialgeflecht verhindert, welches in der Druckfreigabeöffnung 2 unterhalb des Berstelementes 3 angeordnet ist (wie bei dem in 4 dargestellten Ausführungsbeispiel gezeigt).
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An dem Zelldeckel 12 der Batteriezelle 10 ist in einem Abstand von der Druckfreigabeöffnung 2 in dem Ausdehnungsbereich des Berstelementes 3 ein dem Berstelement 3 zugewandtes spitz zulaufendes Werkzeug 5 angeordnet. Das Werkzeug 5 ist dabei derart ausgebildet, dass bei einer Kontaktierung des ausgedehnten Berstelementes 3 mit dem Werkzeug 5 das Berstelement 3 zerbirst, wie insbesondere im Zusammenhang mit dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel erläutert. Das Werkzeug 5 wird dabei durch einen Halter 6 gehalten, wobei das Werkzeug 5 dabei an dem freien Ende des Halters 6 angeordnet ist. Mit dessen anderem Ende ist der Halter 6 mit dem Zelldeckel 12 der Batteriezelle 10 verschweißt.
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Die im Zusammenhang mit 5 erläuterte Ausgestaltung einer galvanischen Zelle 10 mit einer Druckfreigabeeinrichtung 1 lässt sich vom Prinzip der Anordnung der Druckfreigabeeinrichtung 1 entsprechend auf eine Batteriesystem mit einem Gehäuse übertragen, wobei das Gehäuse des Batteriesystems eine Druckfreigabeeinrichtung aufweist. Die Druckfreigabeeinrichtung 1 wäre dabei hinsichtlich der Abmessungen allerdings größer dimensioniert als in dem in 5 in Bezug auf eine galvanische Zelle erläuterten Ausführungsbeispiel.
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Die in den Figuren dargestellten und im Zusammenhang mit diesen erläuterten Ausführungsbeispiele dienen der Erläuterung der Erfindung und sind für diese nicht beschränkend.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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