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Die Erfindung betrifft ein Batteriegehäuse für eine Kraftfahrzeug-Batterie gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Gegenwärtig sind an Batteriesystemen Einrichtungen verbaut, die ein Ablassen eines inneren Überdrucks im Gehäuse, z. B. nach einem Zell-Venting, erlauben. Das geschieht entweder durch Aufreißen/Ausschmelzen einer Sollbruchstelle (z. B. Membran) oder durch Öffnen einer Klappe, die vorzugsweise danach wieder verschlossen wird, um das Eindringen von Sauerstoff in die Batterie zu unterbinden.
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Beispielsweise beschreibt die
DE 10 2007 063 191 A1 eine Batterie mit einem Batteriegehäuse, an dem eine Vorrichtung zum Verringern des Innendrucks der Batterie angeordnet ist, welches als blattfederbelastetes Ventil ausgebildet ist.
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Jedoch ist bei einer wiederverschließbaren Venting-Klappe von außen nicht zwangsläufig sichtbar, ob ein Venting stattgefunden hat. Weiterhin gibt es Venting-Mechanismen, bei denen in einem kombinierten Bauteil mit Membran und Nadel die Nadel eine Membran im Ventingfall durchsticht bzw. zerstört. Das geschieht durch das Ausdehnen der Membran bei Überdruck in der Batterie und das dadurch bedingte Auftreffen auf die Nadel. Doch selbst bei Lösungen, die ein Aufreißen bzw. Öffnen einer Sollbruchstelle vorsehen, kann der Zustand durch Vorbauteile o. ä. nicht unmittelbar in allen Fällen festgestellt werden.
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Die
DE 10 2012 205 253 A1 beschreibt eine Einrichtung zur Signalisierung und Lokalisierung eines atypischen Betriebszustandes an galvanischen Elementen. Die Einrichtung umfasst dabei eine aus dem Inneren des galvanischen Elements nach außen führende Leitung zur Ableitung austretender Fluide. In der Leitung sind dabei Mittel zur Freisetzung von Farbmitteln oder Mittel zur Aussendung von akustischen oder optischen Signalen angeordnet. Beispielsweise können Farbpartikel an der Innenwand der Leitung angeordnet sein, die durch die Austrittgeschwindigkeit des austretenden Fluidstroms mitgerissen werden und so den Fluidstrom farblich kenntlich machen. Weiterhin können auch strömungsmechanisch beaufschlagbare und gleichzeitig ein Geräusch erzeugende Mittel oder auch Druck oder erhöhte Strömungsgeschwindigkeiten eines Fluids registrierende Sensoren eingesetzt werden, die Kontakte zur Auslösung eines akustischen Alarms schließen. Daraufhin kann ein Defekt eines galvanischen Elements auch an einem Bediendisplay eines Fahrzeugs angezeigt werden.
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Nachteilig bei dieser Einrichtung ist, dass zur Signalisierung eines Defekts eine bestimmte Austrittsgeschwindigkeit des ausströmenden Fluids erreicht sein muss, damit die vorgesehenen Mittel und Sensoren ansprechen können. Öffnet beispielsweise eine Ventig-Klappe nicht vollständig, nur sehr kurzeitig oder kommt es aus anderen Gründen zu einem nur sehr schwachen Fluidstrom, so kann es sein, dass die beschriebenen Mittel nicht anschlagen und somit eine Signalisierung fehlschlägt. Sind solche Mittel andererseits zu sensibel eingestellt, kann es z. B. aufgrund geringer Druckschwankungen in der Leitung, die gar nicht durch ein ausströmendes Fluid bedingt sind, zu häufigen Fehlauslösungen kommen, die einen nicht vorhanden Defekt signalisieren. Diese Diskrepanz erschwert somit die Einschätzung des tatsächlich von der Batterie ausgehenden Gefahrenpotentials.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Batteriegehäuse für eine Kraftfahrzeugbatterie bereitzustellen, die ein möglichst hohes Maß an Sicherheit bezüglich der Einschätzung eines von der Batterie ausgehenden Gefahrenpotentials erlaubt.
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Diese Aufgabe wird durch ein Batteriegehäuse mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung finden sich in den abhängigen Ansprüchen.
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Das erfindungsgemäße Batteriegehäuse für eine Kraftfahrzeug-Batterie weist eine Vorrichtung zum Verringern eines Innendrucks innerhalb des Batteriegehäuses und eine Signalisierungseinrichtung auf. Dabei ist die Signalisierungseinrichtung dazu eingerichtet, zumindest einen Zustand der Vorrichtung zum Verringern des Innendrucks zu signalisieren.
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Dadurch, dass die Signalisierungseinrichtung somit einen Zustand der Vorrichtung selbst signalisieren, also z. B. erfassen und/oder anzeigen, kann, ist die Ermittlung eines möglichen Gefahrenpotentials damit unabhängig vom Auftreten eines Fluidstroms, bedingt durch austretende Venting-Gase und deren Strömungsgeschwindigkeiten.
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Beispielsweise kann damit auch ein Defekt der Venting-Vorrichtung, die sich öffnet, ohne dass Venting-Gase austreten, festgestellt werden. Auch ein Öffnen und Schließen einer Venting-Klappe, z. B. bedingt durch Luftdruckschwankungen, kann dadurch detektiert und signalisiert werden. Zudem kann bei der Ausbildung der Vorrichtung als Membran, die sich deformiert ohne zu zerreißen, auch eine solche Deformation detektiert werden. Insgesamt stellt somit die Erfindung vielzählige Möglichkeiten bereit, den Batteriezustand und den Zustand der Vorrichtung zum Verringern des Innendrucks deutlich detaillierter und präziser zu analysieren, auszuwerten und zu signalisieren, wodurch ein deutlich erhöhtes Maß an Sicherheit bezüglich der Einschätzung eines von der Batterie ausgehenden Gefahrenpotentials bereitgestellt ist.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Signalisierungseinrichtung derart mit der Vorrichtung zum Verringern des Innendrucks gekoppelt, dass die Signalisierungseinrichtung dazu ausgelegt ist, eine Lageänderung der Vorrichtung zum Verringern des Innendrucks zu signalisieren.
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Dadurch, dass die Signalisierungseinrichtung direkt mit der Vorrichtung zum Verringern des Innendrucks gekoppelt ist und eine Lageänderung dieser signalisiert, kann ein Zustand der Vorrichtung und damit ein mögliches Gefahrenpotential der Batterie direkt aus der Lage der Vorrichtung ermittelt werden. Auf diese Weise wird eine besonders sichere und zuverlässige Art der Erfassung eines Zustands der Venting-Vorrichtung bereitgestellt, die somit auch eine besonders sichere und wenig fehleranfällige Einschätzung eines Gefahrenpotentials erlaubt.
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Bevorzugt ist die Vorrichtung derart eingerichtet ist, dass sie den zumindest einen Zustand aus der Gruppe geschlossener Zustand, geöffneter Zustand und deformierter Zustand aufweist. Wenn sich die Vorrichtung im geschlossenen Zustand befindet, verschließt die Vorrichtung eine Austrittsöffnung des Batteriegehäuses und befindet sich in einer Ausgangsposition, wenn sich die Vorrichtung in einem geöffneten Zustand befindet, verschließt die Vorrichtung die Austrittsöffnung zumindest zum Teil nicht und ist in ihrer Lage gegenüber der Ausgangsposition verändert, und wenn sich die Vorrichtung in einem deformierten Zustand befindet, verschließt die Vorrichtung die Austrittsöffnung und ist gegenüber der Ausgangsposition in ihrer Lage verändert. Die Vorrichtung kann beispielsweise als Klappe, insbesondere als wiederverschließbare Klappe, als Berstscheibe oder als deformierbare, elastische Membran ausgebildet sein. Bei einer Ausbildung als Klappe kann sie den geöffneten Zustand oder den geschlossenen Zustand annehmen. Bei einer Ausbildung als Membran kann diese den geöffneten, den geschlossenen oder den deformierten Zustand annehmen. Durch diese zwei bzw. drei charakteristischen Zustände, und insbesondere durch die Möglichkeit diese zu signalisieren, lassen sich unterschiedliche Gefahrensituationen sehr detailliert auswerten.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Signalisierungseinrichtung dazu ausgelegt, den Zustand, welchen die Vorrichtung aktuell aufweist, zu signalisieren, insbesondere anzuzeigen. Dabei kann die Signalisierungseinrichtung selbst dazu ausgebildet sein, den aktuellen Zustand der Vorrichtung anzuzeigen, oder der Zustand kann einer weiteren Einrichtung signalisiert werden, wie z. B. einer Anzeigeeinrichtung. Auf diese Weise kann jederzeit der aktuelle Zustand der Vorrichtung ausgegeben werden.
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Des Weiteren kann die Signalisierungseinrichtung auch dazu ausgelegt sein, sobald die Vorrichtung den geöffneten oder deformierten Zustand aufweist, den Zustand permanent zu signalisieren und insbesondere auch anzuzeigen. Dadurch kann vorteilhafter Weise auch signalisiert bzw. angezeigt werden, wenn die Vorrichtung z. B. geöffnet war, obwohl sie aktuell wieder geschlossen ist. Gerade Zustände, insbesondere der offene und der deformierte Zustand, die ein mögliches Gefahrenpotential bergen, können somit dauerhaft signalisiert und angezeigt werden und ihr Auftreten damit dauerhaft festgehalten werden.
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Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Signalisierungseinrichtung mit einer Steuereinrichtung gekoppelt, wobei die Signalisierungseinrichtung dazu ausgelegt ist, zumindest einen der möglichen Zustände der Vorrichtung, wenn sie diesen aufweist, der Steuereinrichtung zu signalisieren. Dabei ist weiterhin die Steuereinrichtung dazu ausgelegt, den signalisierten Zustand auszuwerten. Das Auswerten kann dabei in der Weise erfolgen, dass die Steuereinrichtung das empfangene Signal der Signalisierungseinrichtung einem jeweiligen Zustand der Vorrichtung zuordnet. Weiterhin kann die Steuereinrichtung auch dazu ausgelegt sein, den ausgewerteten Zustand zur Anzeige zu bringen, z. B. auf einer Anzeigeeinrichtung. Darüber hinaus kann auch die zeitliche Abfolge der Zustände der Vorrichtung der Steuereinrichtung signalisiert werden, so dass vorteilhafterweise eine permanente Überwachung der Vorrichtung bereitgestellt ist.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Steuereinrichtung mit einer Speichereinrichtung gekoppelt, wobei die Steuereinrichtung dazu ausgelegt ist, eine zeitliche Abfolge der ausgewerteten Zustände der Vorrichtung in der Speichereinrichtung zu speichern. Dadurch kann jederzeit der Zustandverlauf der Vorrichtung nachvollzogen werden. Zudem ist somit vorteilhafterweise auch die Möglichkeit bereitgestellt, sowohl eine Zustands-Historie anzuzeigen, sowie gleichzeitig auch den aktuellen Zustand der Vorrichtung. Fehlfunktionen der Batterie, der Vorrichtung selbst sowie mögliche Gefahren können somit deutlich besser ausgewertet und eingeschätzt werden. Auch kann es wiederum vorgesehen sein, dass diese abgespeicherten Zustände auf einer Anzeigeeinrichtung angezeigt werden.
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Die Signalisierungseinrichtung kann eine mechanische und/oder elektrische und/oder optische und/oder elektronische und/oder magnetische Signalisierungseinrichtung sein. Dadurch sind vielzählige Möglichkeiten bereitgestellt, die Lage oder Lageänderung der Vorrichtung zu erfassen, zu signalisieren, auszuwerten und/oder anzuzeigen. Damit stehen viele Anpassungsmöglichkeiten zur Verfügung das Batteriegehäuse je nach Anforderungen an Bauraum und Kosten auszugestalten.
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Des Weiteren kann die Signalisierungseinrichtung zumindest ein Erfassungsmittel, insbesondere einen Endlagenschalter und/oder einen Sensor, aufweisen, das zur Erfassung einer Lage und/oder der Lageänderung der Vorrichtung ausgebildet ist. Diese stellen besonders einfache und effektive Maßnahmen zur Erfassung der Lage und Lageänderung der Vorrichtung dar. Der Sensor kann dabei als elektrischer, optischer magnetischer und/oder elektronischer Sensor ausgebildet sein, wodurch wiederum ein breites Spektrum an Anpassungsmöglichkeiten je nach Erfordernis und Anwendungsfall gegeben ist.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen sowie anhand der folgenden Zeichnung.
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Dabei zeigen:
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1a eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch ein Batteriegehäuse mit an einer Seite des Batteriegehäuses angeordneter Austrittsöffnung und einer an dieser angeordneten Einrichtung zum Verringern des Innendrucks innerhalb des Batteriegehäuses im geschlossenen Zustand gemäß dem Stand der Technik;
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1b eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch das Batteriegehäuse gemäß 1a mit der Einrichtung zum Verringern des Innendrucks im geöffneten Zustand gemäß dem Stand der Technik;
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2a eine schematische Querschnittsdarstellung der Seite des Batteriegehäuses mit der Austrittsöffnung und einer Venting-Einrichtung im geschlossenen Zustand, wobei das Batteriegehäuse eine Signalisierungseinrichtung in Form einer mechanischen Verriegelungseinrichtung aufweist, gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
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2b eine schematische Querschnittsdarstellung der Seite des Batteriegehäuses gemäß 2a mit der Venting-Einrichtung im geöffneten Zustand, gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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3a eine schematische Darstellung einer Draufsicht auf die Seite des Batteriegehäuses mit der Austrittsöffnung und einer Venting-Einrichtung, wobei das Batteriegehäuse eine elektrische Signalisierungseinrichtung mit einer auf der Venting-Einrichtung angeordneten Leiterbahn aufweist, gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
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3b eine schematische Querschnittsdarstellung der Gehäuseseite gemäß 3a bei geschlossener Venting-Einrichtung, gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
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3c eine schematische Querschnittsdarstellung der Gehäuseseite gemäß 3a bei geöffneter Venting-Einrichtung, gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
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4a eine schematische Querschnittsdarstellung der Gehäuseseite bei geschlossener Venting-Einrichtung mit einer Signalisierungseinrichtung, umfassend einen Weg-Anzeiger und einen Lagesensor, gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
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4b eine schematische Querschnittsdarstellung der Gehäuseseite gemäß 4a bei geöffneter Venting-Einrichtung, gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
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5a eine schematische Darstellung einer Draufsicht auf die Gehäuseseite mit der Venting-Einrichtung mit einer elektrischen Signalisierungseinrichtung, umfassend ein auf der Venting-Einrichtung angeordnetes Leiterbahn-Netz, gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
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5b eine schematische Querschnittsdarstellung der Gehäuseseite gemäß 5a bei geschlossener Venting-Einrichtung, gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
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5c eine schematische Querschnittsdarstellung der Gehäuseseite gemäß 5a bei geöffneter Venting-Einrichtung, gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
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6a eine schematische Querschnittsdarstellung der Gehäuseseite mit der Venting-Einrichtung im geschlossenen Zustand mit einer Signalisierungseinrichtung, aufweisend einen Endlagenschalter, gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
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6b eine schematische Querschnittsdarstellung der Gehäuseseite gemäß 6a bei geöffneter Venting-Einrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
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7a eine schematische Querschnittsdarstellung der Gehäuseseite mit der Venting-Einrichtung im geschlossenen Zustand und mit einer Signalisierungseinrichtung, aufweisend einen optischen Sensor, gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
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7b eine schematische Querschnittsdarstellung der Gehäuseseite gemäß 7a mit der Venting-Einrichtung im geöffneten Zustand gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
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8a eine schematische Querschnittsdarstellung der Gehäuseseite mit einer im geschlossenen Zustand befindlichen Venting-Einrichtung, die eine an der Austrittsöffnung angeordnete, deformierbare, elektrisch leitfähige Membran und ein elektrisch leitfähiges Nadel-Element umfasst, wobei das Batteriegehäuse eine elektrische Signalisierungseinrichtung aufweist, die den mechanischen und elektrisch leitenden Kontakt zwischen der Membran und dem Nadel-Element erfasst und signalisiert, gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung; und
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8b eine schematische Querschnittsdarstellung der Gehäuseseite gemäß 8a mit der Venting-Einrichtung im geöffneten und/oder deformierten Zustand, gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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1a und 1b zeigen eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch ein Batteriegehäuse 10 mit an einer Seite 10a des Batteriegehäuses 10 angeordneter Vorrichtung zum Verringern des Innendrucks innerhalb des Batteriegehäuses 10, insbesondere einer Venting-Einrichtung 12. In 1a ist dabei die Venting-Einrichtung 12 im geschlossenen Zustand dargestellt und in 1b im geöffneten Zustand. Dabei ist im Batteriegehäuse 10 ein Bauraum 14 für Zellblock mit Elektrik/Elektronik dargestellt, der noch durch zusätzliche Peripherie befüllt wird (nicht dargestellt). Das Gehäuse 10 besitzt eine Venting-Einrichtung 12, die mittels einer Fixierung 12a an der Gehäuseseite 10a befestigt ist. Je nach Betriebszustand der Venting-Einrichtung 12 „geschlossen/offen” können im Inneren der Batterie erzeugte Venting-Gase 18 durch die Austrittsöffnung 16 austreten.
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Erfindungsgemäß ist nun eine mit der Venting-Einrichtung 12 gekoppelte Signalisierungseinrichtung zur Venting-Öffnungs-Überwachung vorgesehen, die eine Lageänderung der Venting-Einrichtung 12 signalisieren kann. In Hinblick auf die Leistungsfähigkeit der Venting-Öffnungs-Überwachung lassen sich einmalige oder auch mehrmalige Ereignisse aufzeichnen. Dabei kann die Signalisierungseinrichtung dazu ausgebildet sein, anzuzeigen, dass die Venting-Einrichtung 12 benutzt wurde, ohne jedoch zwangsweise den aktuellen Zustand anzugeben, oder sie kann dazu ausgebildet sein, den aktuellen Zustand anzuzeigen und/oder vorherige Öffnungsereignisse abspeichern. Diese Fälle können durch unterschiedliche konstruktive Lösungen umgesetzt sein, von denen nun einige exemplarisch beschrieben werden.
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2a und 2b zeigen eine schematische Querschnittsdarstellung der Seite 10a des Batteriegehäuses 10 mit der Austrittsöffnung 16 und einer Venting-Einrichtung 12, wie insbesondere zu 1a und 1b beschrieben, wobei nun das Batteriegehäuse 10 eine Signalisierungseinrichtung mit einer mechanischen Verriegelungseinrichtung 20 aufweist. Dabei ist die Gehäuseseite 10a in 2a bei geschlossener und in 2b bei geöffneter Venting-Einrichtung 12 dargestellt. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird mit Hilfe einer Verriegelungseinrichtung 20 umfassend eine Verriegelung 20a, wie z. B. einen Elektromagnet, eine vorgespannte Feder und/oder ein thermisch ausdehnendes Material, und umfassend ein Verriegelungsteil 20b, wie z. B. einen vorgespannten Bolzen, eine Raste, ein quellfähiges Material, o. ä., ein Zurückschlagen der hier bevorzugt als Klappe ausgebildeten Venting-Einrichtung 12 in die Endlage verhindert. Dabei kann das Verriegelungsteil 20b in eine Art Sperrklinke 20c o. ä. eingreifen, die an der Venting-Einrichtung 12 angeordnet ist. Öffnet sich die Venting-Einrichtung 12, so wird diese durch die Signalisierungseinrichtung im geöffneten Zustand mechanisch verriegelt und damit das Öffnen der Klappe zeitlich dauerhaft signalisiert.
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3a, 3b und 3c zeigen eine schematische Darstellung einer Seite 10a des Batteriegehäuses 10 mit der Austrittsöffnung 16 und einer Venting-Einrichtung 12, wobei das Batteriegehäuse 10 hier eine elektrische Signalisierungseinrichtung mit zumindest einer auf der Venting-Einrichtung 12 angeordneten Leiterbahn 22 aufweist. Dabei ist die Gehäuseseite 10a mit der Venting-Einrichtung 12 in 3a in einer Draufsicht, in 3b im Querschnitt bei geschlossener Venting-Einrichtung 12 und in 3c im Querschnitt bei geöffneter Venting-Einrichtung 12 dargestellt.
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Neben einer mechanischen Überwachung kann also auch eine elektrische Überwachung erfolgen. Das erfolgt in einer einfachen Ausführung durch Kabelbruch-Auswertung einer oder mehrerer Leiterbahnen 22. Hierbei wird beim Öffnen der Venting-Einrichtung 12 die über der Einrichtung 12 liegende Leiterbahn 22 zerstört. Die Zerstörung kann auch thermisch, z. B. durch Schmelzen, oder chemisch, z. B. durch Zersetzung durch Zell-Chemikalien, im Fall eines Ventings erfolgen. Somit kann ein Defekt der Batteriezellen auch erkannt und signalisiert werden, wenn die Venting-Einrichtung, z. B. aufgrund eines Defekts, nicht öffnet. Weiterhin kann in einem Steuergerät 24, das mit der Leiterbahn 22 über Sensorleitungen 26 verbunden ist, der Bruch des Kabels bzw. der Leiterbahn 22 ausgewertet werden, wenn über die Sensorleitungen 26 die Spannung ausgewertet wird bzw. ein elektrischer Stromfluss überwacht wird.
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Alternativ können die Leiterbahnen 22 und Sensorleitungen 26 auch als optische Leiter/Fasern ausgebildet sein, bei deren Zerstörung und/oder Beschädigung dann ein (erwartetes) optisches Signal entsprechend ausgewertet werden kann. Der Einsatz von optischen Signalen vermeidet es. leitfähige Kontakte in einem kritischen Batterie-Zustand. Weiterhin sind diese Signale nicht den Einflüssen elektromagnetischer Störungen (EMV) ausgesetzt.
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Eine Ausführungsvariante zu diesem Beispiel ist der Einsatz von z. B. Kunststoff-Ventingklappen bzw. Membranen, im Allgemeinen aus elektrisch nicht leitenden Materialien. Hier können die Leiterbahnen 22, die beim Öffnen der Klappe bzw. beim Zerreißen der Membran zerbrechen, direkt auf die in diesem Fall aus Kunststoff gefertigte Klappe oder Membran ”aufgedruckt” sein bzw. in Form einer 2- oder mehrlagigen Verbundfolie Teil derselben sein.
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Vorteilhaft ist bei derartigen Leiter-Ansätzen, wie auch bei dem zu 5a, 5b und 5c beschriebenen Beispiel, auch der Einsatz eines Thermosensors, um Temperaturänderungen an der Einrichtung 12 festzustellen. Die vom Thermosensor erfassten Temperaturen können dann im Steuergerät 24 ausgewertet werden und damit zusätzlich zur Einschätzung eines Gefahrenpotentials herangezogen werden.
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Optische Fasern können die Funktion eines Thermosensors übernehmen, indem sie ihre optischen Eigenschaften unter Temperaturänderungen ändern.
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4a und 4b zeigen eine schematische Querschnittsdarstellung der Gehäuseseite 10a mit einer Signalisierungseinrichtung, umfassend einen Weg-Anzeiger 28a und einen Lagesensor 28b. 4a zeigt die Gehäuseseite 10a dabei bei geschlossener Venting-Einrichtung 12 und 4b bei geöffneter.
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Bei dieser Ausführung kann auch ein mehrmaliges Öffnen der Venting-Einrichtung 12 erfasst und angezeigt und dadurch eine kontinuierliche Zustandsüberwachung bereitgestellt werden. Durch die Lageüberwachung mittels des Lagesensors 28b und des Weg-Anzeigers 28a können sowohl die Anzahl der Öffnungen der Venting-Einrichtung 12 als auch der aktuelle Zustand erfasst und signalisiert werden. Dabei kann der Lagesensor 28b z. B. induktiv arbeiten (ähnlich Hall-Sensor) oder aber auch optisch, z. B. über Auswertung eines Inkrementalgebers/Weg-Anzeigers. Eine Signalübertragung vom Sensor 28b zu einem Steuergerät 24 erfolgt hierbei wieder über eine Sensorleitung 26.
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5a, 5b und 5c zeigen die Gehäuseseite 10a mit der Venting-Einrichtung 12 mit einer elektrischen Signalisierungseinrichtung, umfassend ein auf der Venting-Einrichtung 12 angeordnetes Leiterbahn-Netz 30. 5a zeigt dabei die Anordnung in einer Draufsicht auf die Gehäuseseite 10a mit der Venting-Einrichtung 12, 5b in einem Querschnitt bei geschlossener Venting-Einrichtung 12 und 5c im Querschnitt bei geöffneter Venting-Einrichtung 12.
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Dies stellt eine besonders vorteilhafte Möglichkeit zur Zustandsüberwachung bei geringem Bauraumbedarf dar. Hierbei ist an und/oder über der eigentlichen Berstöffnung bzw. Austrittsöffnung 16 mit der Venting-Einrichtung 12 ein Leiterbahn-Netz 30 gespannt. Dieses kann entweder ähnlich zu 3a bzw. 3b als Bruchstelle ausgeführt sein, d. h. eine oder mehrere Leiterbahnen des Leiterbahn-Netzes 30 brechen oder zerreißen bei einer Lageänderung aus der Ausgangsposition der Venting-Einrichtung 12, oder aber das Leiterbahn-Netz 30 kann als hinreichend elastisches Netz ausgeführt sein. Dabei kann eine Bewegung der Venting-Einrichtung 12 z. B. über eine Widerstandsänderung der el. Leiter des Leiterbahn-Netzes 30 z. B. durch Dehnung, angezeigt werden. Hierbei wird das Netz 30 nicht zwangsweise (vollständig) zerstört. Bei einer elastischen Ausbildung des Leiterbahn-Netzes 30 ist wieder nicht nur ein einmaliges Öffnen erfassbar sondern eine kontinuierliche Zustandsüberwachung möglich. Die Strom- bzw. Spannungssignale können wiederum in einem Steuergerät 24 ausgewertet werden, das mit dem Leiterbahn-Netz 30 über Sensorleitungen 26 verbunden ist. Die Sensorleitungen 26 zum Steuergerät 24 sind für die Signalübertragung und/oder auch zur Bestromung evtl. im Netz 30 eingebundener Sensoren (für Temperatur, Erschütterung etc.) vorgesehen. Alternativ kann im oben beschriebenen Leiterbahn-Netz 30 mit seinen Sensorleitungen 26 auch eine Ausführung mit optischen Fasern zur Anwendung kommen.
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Auch hier kann die Venting-Einrichtung 12 wieder aus einem elektrisch nicht leitendem Material gebildet sein und die Leiterbahnen des Leiterbahnen-Netzes 30 direkt auf die Klappe oder Membran ”aufgedruckt” sein bzw. in Form einer 2- oder mehrlagigen Verbundfolie Teil derselben sein.
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6a und 6b zeigen eine schematische Querschnittsdarstellung der Gehäuseseite 10a mit der in 6a geschlossen dargestellten und in 6b geöffnet dargestellten Venting-Einrichtung 12 und mit einer Signalisierungseinrichtung, die einen Endlagenschalter 32 umfasst.
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Der Endlagenschalter 32 befindet sich dabei an einer sinnvollen Position der Batterie bzw. des Batteriegehäuses 10, an der die aktuelle Lage der Venting-Einrichtung 12 ermittelt werden kann. Die Lageermittlung kann dabei direkt bezüglich der Venting-Einrichtung 12 erfolgen, z. B. wenn die Venting-Einrichtung 12 in ihrem geschlossenen Zustand als Anschlag für den Endlagenschalter 32 dient, oder indirekt mittels eines Kontaktelements 34a, auf das sich bezogen wird.
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7a und 7b zeigen eine schematische Querschnittsdarstellung der Gehäuseseite 10a mit der Venting-Einrichtung 12 im geschlossenen bzw. geöffneten Zustand und mit einer Signalisierungseinrichtung, welche einen optischen Sensor und/oder ein Photoelement 36 umfasst. Der optische Sensor bzw. das Photoelements 36 kann dabei ebenfalls direkt auf die Venting-Einrichtung 12 ausgerichtet sein oder die Lage der Venting-Einrichtung 12 indirekt über die Ausrichtung auf ein Kontaktelement 34b als Referenz für den optischen Sensor 36 ermitteln.
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8a und 8b zeigen eine schematische Querschnittsdarstellung der Gehäuseseite 10a mit einer Venting-Einrichtung 12, die eine an der Austrittsöffnung 16 angeordnete, deformierbare, elektrisch leitfähige Membran 12 und ein elektrisch leitfähiges Nadel-Element 38b umfasst. Das Batteriegehäuse 10 weist weiterhin eine elektrische Signalisierungseinrichtung auf, die den mechanischen und elektrisch leitenden Kontakt zwischen der Membran 12 und dem Nadel-Element 38b erfasst und signalisiert. 8a zeigt dabei die Membran 12 in der Ausgangsposition und 8b in einer deformierten und/oder geöffneten Position.
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Diese Ausführungsform erfordert den Einsatz einer elektrisch leitenden Kontaktierungseinheit 38a, die hier gleichzeitig die Funktion der Venting-Einrichtung 12, übernimmt, wie z. B. einer metallischen Berstmembran, ein anderes bewegliches Element oder auch eine Membran mit eingelegten elektrischen Leitern. Als Gegenelement kann ein Kontaktstift oder aber auch ein Nadel-Element 38b dienen, das z. B. gleichzeitig auch für die Zerstörung der Membran 12 vorgesehen ist, sofern ein vorbestimmter Abstand s überschritten wird. Über Sensorleitungen 26 sind Nadel-Element 38b und Kontaktierungseinheit 38a von einem Steuergerät 24 und/oder einer Spannungsquelle mit Spannung versorgt, die bei Kontaktierung von Nadel-Element 38b und Kontaktierungseinheit 38a einen elektrischen Stromfluss hervorruft. Wenn durch einen Batterieüberdruck das Kontaktierungselement 38a deformiert wird, berührt es nach einem Verformungsweg s das Nadel-Element 38b und stellt damit einen Stromfluss her, der im Steuergerät 24 registriert wird. Sollte es zu keiner Zerstörung der Membran 12 kommen, ist zumindest der Überdruckfall durch die elektrische Kontaktierung registriert worden und kann im Steuergerät 24 o. ä. abgelegt werden. Somit ist erkennbar, dass eine Fehlfunktion vorlag, ohne jedoch äußere Schäden hervorgerufen zu haben.
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Die zu den Figuren beschriebenen Ausführungsbeispiele und vorgestellte Konzepte zeigen dabei nicht alle sich aus der Erfindung ergebenden Ausführungsvarianten, vielmehr wurden dabei typische Vertreter skizziert.
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Insgesamt werden durch die Erfindung somit vielzählige Möglichkeiten bereitgestellt, ein Batteriegehäuse im Hinblick auf das Erkennen von Gefahrensituationen zu verbessern. Dazu kann die Venting-Einrichtung mit einer Anzeige zu einem elektrischen, mechanischen oder chemisch/physikalischen Signalgeber bzw. einer mechanischen Anzeige versehen sein, die ein Öffnen abspeichern und zur Anzeige bringen kann.
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Im praktischen Betrieb bewirkt eine derartige Anzeige die Aufnahme eines Ereignisses, nämlich ob eine Venting-Öffnung geöffnet hat oder nicht. Diese Information ist nicht nur im Fehlerfall, z. B. durch Venting von Interesse, sondern zeigt auch an, ob eine Venting-Öffnung durch andere Umstände geöffnet wurde. Das kann z. B. durch starke Luftdruckschwankungen bzw. Druckdifferenzen zwischen Batterie-Innenbereich und -Außenbereich der Fall sein, oder auch durch starke dynamische Belastung der Batterie (z. B. hohe Beschleunigungswerte) hervorgerufen werden.
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Zudem sind unterschiedliche Stufen der Anzeige-Möglichkeiten bereitgestellt. Zum einen kann nur der Zustand gezeigt werden, dass geöffnet wurde, und zum anderen kann auch die aktuelle Situation der Venting-Einrichtung zur Anzeige gebracht werden, z. B. ob die Zustände „offen”, „geschlossen” oder „war offen” eingetreten sind bzw. waren.
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Dazu werden zum einen zusätzliche elektromechanische Elemente, wie z. B. ein Endlagenschalter, eingesetzt oder die Kontaktierung der Klappe zum Gehäuse direkt (Klappe ist Teil des Regelkreises) oder indirekt über eine Lageauswertung ausgenutzt. Der Einsatz elektronischer Sensoren zur Lageermittlung (z. B. Hall-Sensor o. ä.), (elektro) magnetischer Lagegeber oder mechanischer Anzeigen ist ebenso möglich.
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Weiterhin möglich ist eine rein mechanische Funktion: Die Ventingklappe betätigt über eine Art Gestänge eine Anzeigeeinrichtung z. B. in Form einer Signalscheibe, die gut sichtbar am Batteriegehäuse angebracht ist. Zur „Speicherung” des Zustandes „war geöffnet” kann die mechanische Einrichtung so ausgeführt werden, dass diese nicht mehr in den Ausgangszustand zurück geht (Schleppzeigerprinzip).
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Die Ermittlung der Zustands der Venting-Einrichtung bzw. der Lage der Ventingverschluss-Elements kann somit durch direkten Abgriff des Zustands bzw. einer Position oder indirekt mittels z. B. induktiver Messverfahren oder optischer Verfahren (Photodiode, Laser) erfolgen.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Batteriegehäuse
- 10a
- Gehäuseseite
- 12
- Venting-Einrichtung
- 12a
- Fixierung
- 14
- Bauraum
- 16
- Austrittsöffnung
- 18
- Venting-Gase
- 20
- Verriegelungseinrichtung
- 20a
- Verriegelung
- 20b
- Verriegelungsteil
- 20c
- Sperrklinke
- 22
- Leiterbahn
- 24
- Steuergerät
- 26
- Sensorleitung
- 28a
- Weg-Anzeiger
- 28b
- Lagesensor
- 30
- Leiterbahn-Netz
- 32
- Endlagenschalter
- 34a
- Kontaktelement
- 34b
- Kontaktelement
- 36
- Photoelement
- 38a
- Kontaktierungseinheit
- 38b
- Nadel-Element
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102007063191 A1 [0003]
- DE 102012205253 A1 [0005]
