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Die Erfindung betrifft eine Entlüftungsvorrichtung für eine Batterie eines Kraftwagens, mit einer Öffnung zum fluidischen Koppeln eines Innenraums eines Batteriegehäuses mit einem Außenraum des Batteriegehäuses und mit einer Membran, welche die Öffnung verschließt und welche bei einer vorbestimmten Druckdifferenz in Form eines Überdrucks im Innenraum platzt, so dass in dem Innenraum ein Druckabbau ermöglicht ist.
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In Batterien für Kraftwagen, gerade bei Batterien, welche Lithium-Ionen-Zellen enthalten, ist in das Batteriegehäuse meist eine poröse Membran, beispielsweise aus Sinter-Polytetrafluorethylen, eingebaut, über welche in einem intaktem Ausgangszustand ein Druckausgleich im Batteriegehäuse bei Temperaturschwankungen oder Höhenfahrten ermöglich ist. Wenn nun beispielsweise die Lithium-Ionen-Zellen der Batterie sich stark erhitzen oder entzünden, muss eine große Gasmenge in kurzer Zeit abgeleitet werden. Dafür ist es üblicherweise vorgesehen, dass die Membran kontrolliert aufplatzt, so dass das Gas ungehindert aus einem Innenraum der Batterie entweichen kann. Um den Gasstrom kontrolliert aus dem Fahrzeuginneren zu transportieren, kann an einer Öffnung des Batteriegehäuses, an welcher die poröse Membran angeordnet ist, mittels eines Anschlussstutzens ein Abgasrohr angebracht sein.
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In dem Fall eines plötzlich auftretenden Überdrucks in dem Innenraum der Batterie beziehungsweise des Batteriegehäuses dehnt sich die poröse Membran. Üblicherweise wird, um diese Membran dann zum Platzen zu bringen, ein Dorn derartig platziert, dass die Membran von dem Überdruck gegen den Dorn gedrückt und durchstochen wird. Dadurch platzt die Membran auf und die Öffnung wird vollständig durchlässig für das Gas. Der Überdruck kann sich somit schnell abbauen. Häufig wird die Membran jedoch nur angestochen und platzt nicht. In diesem Fall wird der Überdruck im Innenraum des Batteriegehäuses dann unkontrolliert durch ein Aufplatzen des Batteriegehäuses abgebaut.
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Beispielsweise offenbart die
EP 0 798 793 A2 eine Batterie mit einem Sicherheitsventil. Dabei wird bei einem Überdruck eine Membran gegen eine flache Kappe mit einer Vielzahl an Klingen gedrückt, welche die Membran im Falle eines solchen Überdrucks zerschneiden.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Sicherheit von Batterien in Kraftwagen zu erhöhen, insbesondere eine verbesserte Entlüftungsvorrichtung für eine Batterie eines Kraftwagens bereitzustellen.
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Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des unabhängigen Patentanspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen, der Beschreibung und den Figuren.
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Die Erfindung betrifft eine Entlüftungsvorrichtung für eine Batterie eines Kraftwagens. Die Entlüftungsvorrichtung umfasst dabei eine Öffnung zum fluidischen Koppeln eines Innenraums eines Batteriegehäuses mit einem Außenraum des Batteriegehäuses. Auch eine Membran, welche die Öffnung verschließt und welche bei einer vorbestimmten Druckdifferenz in Form eines Überdrucks im Innenraum platzt, so dass in dem Innenraum ein Druckabbau ermöglicht ist, ist von der Entlüftungsvorrichtung umfasst. Um eine verbesserte Entlüftungsvorrichtung bereitzustellen, ist ein Blech auf einer Membraninnenseite an einem Rand der Öffnung befestigt. Die Membraninnenseite ist dabei die Seite der Membran, die bei bestimmungsgemäßem Gebrauch der Entlüftungsvorrichtung dem Innenraum zugewandt ist. Dabei ist ein Teil des Bleches oder das ganze Blech ausgelegt, bei einem Überdruck im Innenraum durch den Überdruck gegen die Membran bewegt zu werden, um die Membran aufzureißen. Dabei weist der Teil des Bleches mindestens eine Soll-Knickstelle auf, welche sich über den gegen die Membran zu bewegenden Teil des Bleches erstreckt. Die Soll-Knickstelle kann dabei eine Prägung oder eine teilweise Ausstanzung des Bleches beziehungsweise des zu bewegenden Teils des Bleches umfassen. Das hat den Vorteil, dass der sich gegen die Membran zu bewegende Teil des Bleches leichter verformbar ist. Dadurch kann der zu bewegende Teil des Bleches oder das Blech durch den Überdruck, welcher abzubauen ist, verformt werden und somit die Öffnung besser freigeben. Beispielsweise kann so der zu bewegende Teil des Bleches durch den Überdruck näher an einen Rand der Öffnung gedrückt werden. Als Folge ist ein größerer Teil der Öffnung freigegeben, so dass der Überdruck schneller abgebaut werden kann. Die Sicherheit wird somit in einer Batterie, welche mit einer solchen Entlüftungsvorrichtung versehen ist, erhöht.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Öffnung einen runden Querschnitt hat und der sich gegen die Membran zu bewegende Teil des Bleches ebenfalls rund oder im Wesentlichen rund ist. Gerade bei einer runden Öffnung und bei einem runden sich gegen die Membran zu bewegenden Teil des Bleches ist die Soll-Knickstelle besonders vorteilhaft, da beispielsweise ein an einem Punkt befestigtes rundes Blech sich in einer runden Öffnung ohne eine Verformung nur eingeschränkt aufbiegen lässt, sodass ein Großteil der Öffnung dann immer noch durch das quer liegende Teil des Blechs blockiert ist. Verfügt der zu bewegende Teil des Blechs jedoch über eine Soll-Knickstelle, so kann er sich verformen und durch den Überdruck an eine runde Innenseite der Öffnung anlegen. Damit wird ein maximaler Gasdurchfluss durch die Öffnung ermöglicht und entsprechend die Entlüftungsvorrichtung verbessert.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Sollstelle sich von einer Kante des zu bewegenden Teils des Bleches zu einer diametral gegenüber liegenden Kante des zu bewegenden Teils des Bleches erstreckt. Dabei ist die Soll-Knickstelle insbesondere geradlinig ausgeführt. Sie kann auch durch einen Mittelpunkt des Teils des Bleches hindurch verlaufen. Das hat den Vorteil, dass bereits mit einer einzigen solchen Soll-Knickstelle der durch den zu bewegenden Teil des Bleches nach dem Durchschneiden der Membran und dem Bewegen beziehungsweise Verformen blockierte Teil der Öffnung stark reduziert ist. Somit wird mit relativ wenig Aufwand bereits ein großer Effekt, also eine große Verbesserung der Entlüftungsvorrichtung erzielt.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass der zu bewegende Teil des Bleches in einem Bereich, welcher sich an einem Ende der Soll-Knickstelle, also an einer Kante des Bleches oder des Teils des Bleches, befindet, befestigt ist. Insbesondere der zu bewegende Teil des Bleches nur in genau einem Bereich befestigt. Dabei kann in einem Ausgangszustand, in welchem kein oder nur ein geringer Überdruck vorhanden ist, in welchem sowohl die Membran intakt als auch das Blech in seiner Ausgangslage an der Innenseite der Membran ist, die Soll-Knickstelle parallel zu einem Öffnungsquerschnitt der Öffnung, und senkrecht zu einer Bewegungsachse, um welche das Blech zum Aufreißen der Membran zu bewegen ist, angeordnet sein. Das hat den Vorteil, dass der zu bewegende Teil des Bleches besonders leicht bewegbar ist. Die Anordnung der Befestigung an dem Ende der Soll-Knickstelle fördert hier ein platzsparendes, das heißt einen Großteil der Öffnung freigebendes, Verformen des zu bewegenden Teils des Bleches entsprechend der Soll-Knickstelle. Gerade die beschriebene Orientierung der Soll-Knickstelle bringt weitere besondere Vorteile mit sich, beispielsweise ein besonders effizientes Anlegen an eine Innenseite der Öffnung.
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In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass der zu bewegende Teil des Blechs in zwei Bereichen, insbesondere nur in genau zwei Bereichen, befestigt ist. Diese befinden sich insbesondere je an einem Ende der Soll-Knickstelle. Bevorzugt befinden sich die beiden Bereiche je an einem jeweils verschiedenen Ende der Soll-Knickstelle. Die Soll-Knickstelle kann dabei in der Ausgangslage des Bleches parallel zu dem Querschnitt der Öffnung sowie zu einer durch die beiden Bereiche, in welchen der zu bewegende Teil des Bleches befestigt ist, vorgegebene Bewegungsachse verlaufen. Es hat sich gezeigt, dass mit der besagten Anordnung bei einem Überdruck ein Endzustand erreichbar ist, welcher einen besonders großen Teil des Öffnungsquerschnittes freigibt, so dass ein Überdruck besonders gut und schnell abgebaut werden kann.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Figuren. 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.
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Dabei zeigen:
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1 eine schematische Darstellung einer beispielhaften Ausführungsform einer Entlüftungsvorrichtung für eine Batterie in einem Ausgangszustand;
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2 eine schematische Darstellung der Ausführungsform von 1 in einem Endzustand;
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3 eine erste beispielhafte Ausführungsform eines Blechs mit einer Soll-Knickstelle; und
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4 eine weitere beispielhafte Ausführungsform eines Blechs mit einer Soll-Knickstelle.
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Gleiche oder funktionsgleiche Elemente werden dabei in unterschiedlichen Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt eine schematische Darstellung einer beispielhaften Ausführungsform einer Entlüftungsvorrichtung für eine Batterie in einem Ausgangszustand. Die Entlüftungsvorrichtung 1 ist dabei an einem Batteriegehäuse 2 angeordnet und koppelt einen Innenraum 3 des Batteriegehäuses 2 mit einem Außenraum 4 desselben. Die Entlüftungsvorrichtung 1 ist dabei im gezeigten Beispiel aus einer ersten Komponente 5, welche vorliegend in das Batteriegehäuse 2 eingesteckt oder eingeschraubt ist, sowie mit einer zweiten Komponente 6, welche hier in die erste Komponente 5 eingesteckt oder eingeschraubt ist, ausgeführt. In der dargestellten Ausführungsform weist die zweite Komponente 6 einen Anschlussstutzen 7 auf, auf welchen ein Abgasrohr 8 aufgesteckt ist, um im Falle eines Überdruckes ein aus dem Innenraum 3 entweichendes Gas kontrolliert abzuführen.
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Zwischen der ersten und der zweiten Komponente 5, 6 ist in diesem Beispiel eine Membran 9 gehalten, welche eine Öffnung 10 der Entlüftungsvorrichtung 1 verschließt. An der dem Innenraum 3 zugewandten Membraninnenseite ist hier ein Blech 13 mit einem durch einen Überdruck im Innenraum 3 bewegbaren Teil 11 des Blechs 13 angeordnet. Bei geringen Druckschwankungen, wie sie beispielsweise bei einer Höhenfahrt eines Kraftwagens auftauchen, ist nun über die vorliegend porös ausgeführte Membran 9 ein Luftaustausch zwischen Innenraum 3 und Außenraum 4 des Batteriegehäuses 2 ermöglicht. Ebenso bei den im Normalbetrieb auftauchenden Temperaturschwankungen. Entsteht jedoch beispielsweise durch eine plötzliche Erwärmung von Zellen, wie beispielsweise Lithium-Ionen-Zellen, im Innenraum 3 des Batteriegehäuses 2 plötzlich ein großer, also eine vorgegebene Schwelle überschreitender Überdruck, so wird der bewegbare, also zu bewegende Teil 11 des Blechs 13 gegen die Membran 9 gedrückt und reißt diese auf, beispielsweise mit einer scharten Kante. Der entsprechende Endzustand mit dem zu bewegenden Teil 11 in einer zugehörigen Endlage ist hier in 2 gezeigt.
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In 2 ist schematisch die aus 1 bekannte Ausführungsform einer Entlüftungsvorrichtung in dem Endzustand nach einem Auftreten eines Überdrucks dargestellt. Der zu bewegende Teil 11 ist hier im Vergleich zur in 1 gezeigten Ausgangslage verbogen und nicht mehr parallel zu einem Öffnungsquerschnitt der Öffnung 10 angeordnet. Die Membran 9 ist entsprechend vorliegend aufgerissen. Durch die aufgerissene Membran 9 kann sodann an dem verbogenen Teil 11 vorbei ein Gas aus dem Innenraum 23 des Batteriegehäuses 2 entströmen, so dass ein Überdruck schnellstmöglich und kontrolliert abgebaut wird. Dadurch, dass der Teil 11 des Bleches 13 eine Soll-Knickstelle 12 aufweist, ist der Teil 11 des Bleches 13 im Endzustand der Entlüftungsvorrichtung 1 in seiner Endlage vorliegend eng an eine Innenseite der zweiten Komponente 6 angelegt, so dass ein Gasstrom aus dem Innenraum 3 ungehindert durch die Öffnung 10 durchströmen kann.
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In 3 ist eine beispielhafte Ausführungsform eines Bleches dargestellt. Das Blech 13 erstreckt sich dabei vorliegend in der Zeichenebene als x-y-Ebene. In der gezeigten Ausführungsform weist das Blech 13 einen äußeren Ring 14 auf, welcher beispielsweise zwischen die in 1 und 2 gezeigten ersten und zweiten Komponenten 5, 6 der Entlüftungsvorrichtung 1 (1) eingeklemmt und somit befestigt werden kann. An dem äußeren Ring 14 ist über vorliegend zwei Materialbrücken 15 der zu bewegende Teil 11 des Blechs 13 befestigt. Ansonsten besteht zwischen dem Außenring 14 und dem zu bewegenden Teil 11 hier keine Materialverbindung. Die beiden Materialbrücken 15 befinden sich vorliegend in einem Bereich des Bleches 13, welcher sich an einem Ende der Soll-Knickstelle 12 des Blechs 13 befindet.
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Die Soll-Knickstelle verläuft im gezeigten Beispiel geradlinig in der x-y-Ebene durch den zu bewegenden Teil 11 des Blechs 13 und verläuft somit in der x-y-Ebene senkrecht zu einer Bewegungsachse B, welche durch die beiden Materialbrücken 15 definiert ist.
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Bei einem Druck auf den Teil 11 des Blechs 13 bewegt sich daher zunächst der Teil 11 um die Bewegungsachse B. Ab einer gewissen Auslenkung wird der zu bewegende Teil 11 des Blechs 13 an eine Innenseite, beispielsweise des Abgasrohrs 8 (1) oder der zweiten Komponente 6 (1) der Entlüftungsvorrichtung 1 (1), anstoßen. Dann wird sich der zu bewegende Teil 11 des Bleches 13 durch die Soll-Knickstelle 12 verformen, und zwar vorliegend entlang der Knickachse A knicken. Der zu bewegende Teil 11 des Blechs 13 gibt damit die Öffnung 10 im Wesentlichen vollständig frei und sorgt dank der Soll-Knickstelle 12 für ein schnelles Abbauen des Überdrucks.
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In 4 ist eine weitere beispielhafte Ausführungsform des Bleches dargestellt. Wie in 3 erstreckt sich das Blech 13 in Zeichenebene als x-y-Ebene und weist einen äußeren Ring 14 auf, an welchem über in diesem Beispiel zwei Materialbrücken 15 der zu bewegende Teil 11 des Blechs 13 gehalten ist. im Gegensatz zu 3 sind die Materialbrücken 15 jedoch vorliegend an diametral entgegengesetzten Punkten des äußeren Rings 14 und damit auch des zu bewegenden Teils 11 des Bleches 13 angeordnet. Die Soll-Knickstelle 12, welche vorliegend als eine Ausstanzung ausgeführt ist, erstreckt sich hier geradlinig durch den Mittelpunkt des Blechs 13 sowie des zu bewegenden Teils 11 von einer Materialbrücke 15 zu der gegenüberliegenden Materialbrücke 15. Das hat die Folge, dass die Bewegungsachse B und die Knickachse A zusammenfallen und im gezeigten Beispiel beide parallel zur x-Achse verlaufen.
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Wird nun durch einen Überdruck auf den zu bewegenden Teil 11 des Blechs 13 gedrückt, so bewegen sich die in positiver und negativer y-Richtung gelegenen Enden des zu bewegenden Teils 11 am meisten, die auf Knick- und Bewegungsachse A, B gelegenen Punkte des Teils 11 jedoch nicht. Es erfolgt entsprechend eine Art Zusammenklappen des zu bewegenden Teils 11 des Blechs 13, so dass in Folge die Öffnung 10 (1) von dem zu bewegenden Teil 11 des Blechs 13 in größtmöglichem Maße freigegeben ist, da das Blech 13 bzw. der Teil 11 des Blechs 13 die Öffnung 10 (1) nur noch entsprechend der Dicke seiner Kanten blockiert.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Entlüftungsvorrichtung
- 2
- Batteriegehäuse
- 3
- Innenraum
- 4
- Außenraum
- 5
- Komponente
- 6
- Komponente
- 7
- Anschlussstutzen
- 8
- Abgasrohr
- 9
- Membran
- 10
- Öffnung
- 11
- Teil
- 12
- Soll-Knickstelle
- 13
- Blech
- 14
- äußerer Ring
- 15
- Materialbrücken
- A
- Knickachse
- B
- Bewegungsachse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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