-
Die Erfindung geht aus von einer Batteriegehäuseanordnung mit einer Druckausgleichsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, von einer Batterie mit einer solchen Batteriegehäuseanordnung und einem Kraftfahrzeug mit einer solchen Batterie.
-
Bei Batterien beziehungsweise Batteriezellen im Allgemeinen besteht zum Beispiel bei zu starker Erhitzung der Batteriezellen Explosionsgefahr. Um einen zu hohen Innendruck einer Batteriezelle gezielt abzubauen, insbeosndere um eine Explosion der Batteriezelle zu verhindern, beschreibt die
EP 0 798 793 A2 eine zylindrische Batteriezelle mit einer oberen, hutförmigen Kappe, die gleichzeitig den positiven Pol der Batteriezelle darstellt. Diese Kappe weist nach innen ragende, spitze Klingen auf, wobei unterhalb dieser spitzen Klingen ein Metallplättchen angeordnet ist, welches den Innenraum der Batteriezelle versiegelt. Mit zunehmendem Druck im Inneren der Batteriezelle dehnt sich das Metallplättchen nach oben aus und wird durch die Klingen zerstochen, sodass der Überdruck in der Batteriezelle über Öffnungen in der hutförmigen Kappe entweichen kann.
-
Auch im Zusammenhang mit Kraftfahrzeugbatterien sind Druckausgleichsvorrichtungen bekannt, die bei Überdruck im Batteriegehäuse einen Druckausgleich ermöglichen. Im Batteriegehäuse, in welchem typischerweise mehrere Batteriezellen angeordnet sind, befindet sich dabei eine dehnbare und deformierbare Membran, die sich bei Überdruck ausdehnt. Um diese Membran bei zu hohem Überdruck kontrolliert zum Platzen zu bringen, wird üblicherweise ein Dorn so platziert, dass die Membran bei Überdruck gegen den Dorn gedrückt und durchstochen wird. Im Idealfall platzt dadurch die Membran vollständig auf, und die den Überdruck im Batteriegehäuse verursachenden Gase können entweichen. Dadurch kann sich der Überdruck schnell abbauen. Häufig wird die Membran jedoch nur angestochen, ohne dabei zu platzen. Der Überdruck im Batteriegehäuse wird dann nachteiligerweise unkontrolliert durch Aufplatzen des Batteriegehäuses abgebaut.
-
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Batteriegehäuseanordnung mit einer Druckausgleichsvorrichtung, eine Batterie mit einer solchen Batteriegehäuseanordnung und ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Batterie bereitzustellen, mittels welchen sich auf möglichst zuverlässige Weise ein Druckausgleich im Falle eines im Batteriegehäuse auftretenden Überdrucks bewerkstelligen lässt.
-
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Batteriegehäuseanordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, eine Batterie mit einer solchen Batteriegehäuseanordnung gemäß Patentanspruch 6 und ein Kraftfahrzeug mit einer Batterie gemäß Patentanspruch 7. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung finden sich in den abhängigen Ansprüchen.
-
Die erfindungsgemäße Batteriegehäuseanordnung mit einer Druckausgleichsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug weist ein Batteriegehäuse zur Aufnahme einer Mehrzahl an Batteriezellen auf, wobei die Druckausgleichsvorrichtung am Batteriegehäuse angeordnet ist und dazu ausgelegt ist, eine Druckdifferenz zwischen einem Innendruck des Batteriegehäuses und einem Umgebungsdruck des Batteriegehäuses auszugleichen. Dabei weist die Druckausgleichsvorrichtung eine dehnbare und deformierbare Membran auf, die einen Innenbereich des Batteriegehäuses von einem Außenbereich des Batteriegehäuses abgrenzt und die derart ausgebildet ist, dass sie sich im Fall einer vorbestimmten auftretenden Druckdifferenz zwischen dem Innendruck des Batteriegehäuses und dem Umgebungsdruck des Batteriegehäuses dehnt und deformiert. Die erfindungsgemäße Batteriegehäuseanordnung zeichnet sich nun dadurch aus, dass die Druckausgleichsvorrichtung eine der Membran zugewandte, langgestreckte, scharfkantige Schneide aufweist, die dazu ausgelegt ist, die Membran im Falle eines Deformierens in Richtung des Außenbereichs des Batteriegehäuses zu zerschneiden. Durch das Vorsehen einer langgestreckten, scharfkantigen Schneide zum Zerschneiden der Membran im Falle eines Deformierens kann auf zuverlässige Weise ein Zerplatzen beziehungsweise Zerreißen oder Zerschneiden der Membran bei Überdruck im Batteriegehäuse sichergestellt werden, da durch eine solche Schneide ein langer Schnitt und nicht nur eine punktförmige Öffnung in der Membran realisiert werden kann. Unabhängig davon, ob durch einen solchen Schnitt ein Zerplatzen der Membran erreicht wird oder nicht, stellt ein solch längerer Schnitt bereits eine deutlich größere Austrittsöffnung für die den Überdruck im Batteriegehäuse verursachenden Gase dar als lediglich ein durch einen Dorn verursachter Stich. Ein Druckausgleich im Falle eines im Batteriegehäuse auftretenden Überdrucks ist damit jederzeit zuverlässig und auf kontrollierte Weise möglich.
-
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Schneide derart in Bezug auf die Membran angeordnet, dass die Schneide derart in Bezug auf die Membran angeordnet ist, dass sich eine Längserstreckung einer senkrechten Projektion der Schneide auf eine Oberfläche der Membran in einem nicht deformierten Zustand der Membran in einer ersten Richtung über eine Abmessung der Membran in der ersten Richtung zum Großteil, und insbesondere vollständig, erstreckt. So lässt sich im Falle eines Deformierens der Membran aufgrund eines Überdrucks im Batteriegehäuse ein sehr großer Schnitt in die Membran einbringen, der diese insbesondere vollständig durchzieht und damit das Öffnen der Membran auf besonders zuverlässige und effektive Weise ermöglicht.
-
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Druckausgleichsvorrichtung eine Mehrzahl an Schneiden auf. Ein Zerschneiden der Membran im Falle eines im Batteriegehäuse entstehenden Überdrucks lässt sich damit noch effektiver bewerkstelligen. Für die Anzahl und Anordnung der Schneiden gibt es dabei viele verschiedene, vorteilhafte Möglichkeiten. Beispielsweise können die Schneiden mit ihrer Längserstreckung in radialer Richtung in Bezug auf einen geometrischen Schwerpunkt einer Oberfläche der Membran oder auch parallel zueinander angeordnet sein. Weiterhin können die Schneiden direkt auf der Außenseite der Membran, das heißt an der dem Innenbereich des Batteriegehäuses abgewandten Seite, angeordnet sein, sodass diese die Membran aufschneiden, sobald sich die Membran wegen Überdrucks ausdehnt und deformiert. Des Weiteren kann die Membran aus einem porösen Material, zum Beispiel Sinter-PTFE, gebildet sein, sodass ein Luftaustausch bei geringen Druckschwankungen, wie beispielsweise bei Höhenfahrten oder geringen Temperaturschwankungen, zwischen dem Innenbereich des Batteriegehäuses und dem Außenbereich des Batteriegehäuses möglich ist, ohne dass sich die Membran dabei ausdehnt oder verformt. Erst bei einer vorbestimmten Druckdifferenz zwischen dem Innendruck des Batteriegehäuses und dem Umgebungsdruck des Batteriegehäuses, das heißt bei einem zu großen Überdruck im Batteriegehäuse, dehnt sich die Membran aus und wird dabei unmittelbar von den auf der Außenseite der Membran angeordneten Schneiden zerschnitten.
-
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Batteriegehäuseanordnung einen Anschlussstutzen zum Anschließen eines Abgasrohres zum Ableiten von aus dem Batteriegehäuse entweichenden Gasen auf, der am Batteriegehäuse angeordnet ist und der die Druckausgleichsvorrichtung beinhaltet. Auf diese Weise lässt sich eine besonders einfache Integration der Membran und der Schneiden in die Batteriegehäuseanordnung bewerkstelligen. Die Membran kann beispielsweise sich über den gesamten Innenquerschnitt des Anschlussstutzens erstreckend, insbesondere zusammen mit den an der Außenseite der Membran angeordneten Schneiden, am Anschlussstutzen angebracht sein kann. Der Anschlussstutzen kann dabei auch zweiteilig ausgeführt sein, wobei beispielsweise ein Teil am Batteriegehäuse, insbesondere an einer Durchgangsöffnung des Batteriegehäuses zur Abführung der Gase, angeordnet sein kann und der andere Teil zum Anschließen des Abgasrohres vorgesehen ist. Dadurch kann die Druckausgleichsvorrichtung besonders einfach an den Anschlussstutzen angebracht werden.
-
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Batteriegehäuseanordnung ein am Anschlussstutzen angeschlossenes Abgasrohr zum Ableiten von aus dem Batteriegehäuse entweichenden Gasen auf. Durch dieses Abgasrohr lassen sich vorteilhafterweise aus dem Gehäuse austretende Gase, wie beispielsweise im Falle eines Zerschneidens der Membran, definiert und gezielt in die Umgebung abführen.
-
Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Batterie mit einer erfindungsgemäßen Batteriegehäuseanordnung oder einer ihrer Ausgestaltungen, insbesondere mit einer Mehrzahl an im Batteriegehäuse angeordneten Batteriezellen, sowie ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Batterie. Die für die erfindungsgemäße Batteriegehäuseanordnung und ihre Ausgestaltungen beschriebenen Merkmale, Merkmalskombinationen und deren Vorteile gelten in gleicher Weise für die erfindungsgemäße Batterie und das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug.
-
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
-
Dabei zeigen:
-
1 Eine schematische Querschnittsdarstellung einer Batteriegehäuseanordnung mit einer Druckausgleichsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung; und
-
2 eine schematische Darstellung einer Batteriegehäuseanordnung mit einer Druckausgleichsvorrichtung in einer Draufsicht auf die Membran und die auf der Außenseite der Membran angeordneten Schneiden der Druckausgleichsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
-
1 zeigt eine schematische Querschnittsdarstellung einer Batteriegehäuseanordnung 10 mit einer Druckausgleichsvorrichtung 12. Die Batteriegehäuseanordnung 10 weist dabei ein Batteriegehäuse 14 zur Aufnahme einer Mehrzahl an Batteriezellen auf. Weiterhin umfasst die Druckausgleichsvorrichtung 12 eine poröse Membran 16, insbesondere eine Berstmembran, und der Membran 16 zugewandte, langgestreckte, scharfkantige Schneiden 18 (vergleiche 2), die auf der Außenseite der Membran 16 angeordnet sind. Die Druckausgleichsvorrichtung 12 ist dabei über einen Anschlussstutzen 20, dessen eines Ende an einer Öffnung des Batteriegehäuses 14, insbesondere einer Druckausgleichsöffnung, befestigt ist und an dessen anderen Ende ein Abgasrohr 22 angeordnet ist, am Batteriegehäuse 14 angeordnet. Die Membran 16 trennt damit einen Innenbereich 24 des Batteriegehäuses 14 und einen Außenbereich 26 des Batteriegehäuses 14.
-
Die poröse Membran 16 ist beispielsweise aus Sinter-PTFE gebildet und ermöglicht einerseits einen Luftaustausch bei geringen Druckschwankungen wie beispielsweise bei Höhenfahrten oder geringen Temperaturschwankungen zwischen dem Innenbereich 24 des Batteriegehäuses 14 und dem Außenbereich 26, insbesondere ohne sich dabei zu dehnen oder zu verformen. Tritt andererseits ein zu großer Überdruck am Batteriegehäuse 14 auf, so dehnt sich die Membran 16 aus und verformt sich in Richtung des Außenbereichs 26, wodurch diese durch die an der Außenseite der Membran 16 angeordneten Schneiden 18 zerschnitten wird.
-
2 zeigt dabei eine schematische Darstellung einer Draufsicht auf die Batteriegehäuseanordnung 10 mit der Druckausgleichsvorrichtung 12. Die Druckausgleichsvorrichtung 12 umfasst in diesem Beispiel langgestreckte, scharfkantige Schneiden 18, wie beispielsweise Messer, die in radialer Richtung bezüglich des Mittelpunkts der hier exemplarisch kreisförmig ausgebildeten Membran 16 angeordnet sind und an einer umlaufenden, kreisförmigen Halterung 28 befestigt sind. Alternativ zu einer radialen Anordnung der Schneiden 18 können die Schneiden 18 auch parallel zueinander oder auch in jeder anderen denkbaren Geometrie auf der Außenseite der Membran 16 angeordnet sein. Zusätzlich zu den hier dargestellten zwei sich kreuzenden Schneiden 18 können auch noch weitere Schneiden 18, insgesamt bevorzugt zwei bis sechs, vorgesehen sein, um auf besonders effektive und zuverlässige Weise ein zerschneiden der Membran 16 zu ermöglichen. Die Schneiden 18 erstrecken sich hierbei über den gesamten Durchmesser der Membran 16, was ebenfalls ein besonders effektives Aufschneiden der Membran 16 bei deren Ausdehnung ermöglicht.
-
Sollten sich also Batteriezellen, insbesondere Lithium-Ionen-Zellen, die im Batteriegehäuse 14 angeordnet sind, entzünden, muss eine große Gasmenge in kurzer Zeit abgeleitet werden. Dazu muss sichergestellt sein, dass die Membran 16 kontrolliert aufplatzen kann, sodass das Gas ungehindert entweichen kann. Durch das Vorsehen von langgestreckten, scharfkantigen Schneiden 18 auf der Außenseite der Membran 16 wird vorteilhafterweise ein zuverlässiges Zerschneiden der Membran 16 sichergestellt, sodass ein kontrolliertes Ableiten des Gasstroms möglich ist, ohne dabei das Batteriegehäuse 14 zu beschädigen. Mittels des Abgasrohrs 22 und des Anschlussstutzens 20 kann zudem das kontrollierte Abtransportieren des Gasstroms aus dem Fahrzeuginneren sichergestellt werden.
-
Insgesamt wird damit durch die Erfindung ein zuverlässigeres Öffnen der Berstmembran zum Freilegen der Druckausgleichsöffnung und dadurch wiederum bei einem thermischen Event in der Batterie ein höheres Maß an Sicherheit erreicht.
-
Bezugszeichenliste
-
- 10
- Batteriegehäuseanordnung
- 12
- Druckausgleichsvorrichtung
- 14
- Batteriegehäuse
- 16
- Membran
- 18
- Schneiden
- 20
- Anschlussstutzen
- 22
- Abgasrohr
- 24
- Innenbereich des Batteriegehäuses
- 26
- Außenbereich des Batteriegehäuses
- 28
- Halterung
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
