DE102021116766A1

DE102021116766A1 - Bursting plates for a vehicle battery, bursting device, method and vehicle battery

Info

Publication number: DE102021116766A1
Application number: DE102021116766.3A
Authority: DE
Inventors: Philip RAETTICH; Matthias Wagner
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2021-06-30
Filing date: 2021-06-30
Publication date: 2023-01-05

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Berstplättchen (12) für eine Fahrzeugbatterie, welches dazu eingerichtet ist, bei Erreichen eines vorgegebenen Überdrucks zu versagen und welches wenigstens einen ersten Bereich (20) mit einer ersten Wandstärke und wenigstens einen zweiten Bereich (22) mit einer im Vergleich zur ersten Wandstärke höheren zweiten Wandstärke aufweist, wodurch an einer Kontaktkante (24) des wenigstens einen ersten Bereichs (20) mit dem wenigstens einen zweiten Bereich (22) ein Wandstärkensprung auftritt, durch welchen eine Sollbruchstelle vorgegeben ist.The invention relates to a bursting plate (12) for a vehicle battery, which is designed to fail when a predetermined overpressure is reached and which has at least a first area (20) with a first wall thickness and at least a second area (22) with a wall thickness compared to first wall thickness has a higher second wall thickness, as a result of which a jump in wall thickness occurs at a contact edge (24) of the at least one first area (20) with the at least one second area (22), through which a predetermined breaking point is predetermined.

Description

Die Erfindung betrifft ein Berstplättchen für eine Fahrzeugbatterie, eine Bersteinrichtung für eine Fahrzeugbatterie, ein Verfahren zum Bereitstellen eines Berstplättchens sowie eine Fahrzeugbatterie mit einem Berstplättchen.The invention relates to a bursting disk for a vehicle battery, a bursting device for a vehicle battery, a method for providing a bursting disk and a vehicle battery with a bursting disk.

Aus der EP 3 482 431 B1 ist eine Batteriezelle mit einem Gehäuseteil bekannt, wobei in dem Gehäuseteil ein Loch vorgesehen ist, über das in einem Fehlerfall Druck in eine Umgebung entweichen kann. Dabei ist ein plättchenartiges Berstelement vorgesehen, welches das Loch vollständig überdeckt. Ein Randbereich des Berstelements ist umlaufend mit einem sich um das Loch herum erstreckenden Randbereich des Gehäuseteils verbunden, wodurch das Loch fluiddicht verschlossen ist. Bei Überschreiten eines vorgegebenen Drucks im Innenraum der Batteriezelle versagt eine Verbindung zwischen dem Berstelement und dem Gehäuseteil und das Berstelement löst sich teilweise oder vollständig von dem Gehäuseteil. Das Gehäuseteil besteht aus einem Kunststoffmaterial und das plättchenartige Berstelement besteht aus einem Metall, insbesondere aus Aluminium oder aus einer Aluminiumlegierung.From the EP 3 482 431 B1 a battery cell with a housing part is known, with a hole being provided in the housing part, through which pressure can escape into an environment in the event of a fault. A platelet-like bursting element is provided which completely covers the hole. An edge area of the bursting element is peripherally connected to an edge area of the housing part that extends around the hole, as a result of which the hole is closed in a fluid-tight manner. If a predetermined pressure in the interior of the battery cell is exceeded, a connection between the bursting element and the housing part fails and the bursting element detaches partially or completely from the housing part. The housing part consists of a plastic material and the platelet-like bursting element consists of a metal, in particular aluminum or an aluminum alloy.

Weiterhin ist aus der DE 10 2013 216 076 A1 eine Batteriezelle mit einem die Batteriezelle umgebenden Zellgehäuse bekannt, wobei die Batteriezelle ein Sicherheitsventil zum Schutz der Batteriezelle vor schädigendem Überdruck umfasst. Ein verformbarer Teil des Zellgehäuses umfasst ein in eine Zellgehäuseöffnung integriertes Zusatzelement, welches ein eine Ventilöffnung des Sicherheitsventils verschließendes Berstelement ist. Das Berstelement ist dabei als Berstscheibe ausgebildet. Die die Ventilöffnung verschließende Berstscheibe dient dabei als Sicherheitsventil der Batteriezelle zum Schutz der Batteriezelle vor schädigendem Überdruck.Furthermore, from the DE 10 2013 216 076 A1 a battery cell with a cell housing surrounding the battery cell is known, the battery cell comprising a safety valve to protect the battery cell from damaging excess pressure. A deformable part of the cell housing includes an additional element integrated into a cell housing opening, which is a bursting element closing a valve opening of the safety valve. The bursting element is designed as a bursting disk. The bursting disc that closes the valve opening serves as a safety valve for the battery cell to protect the battery cell from damaging excess pressure.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Lösung zu schaffen, welche ein gezieltes Versagen einer Bersteinrichtung für eine Fahrzeugbatterie bei einem definierten vorgegebenen Grenzdruck ermöglicht.It is the object of the present invention to create a solution which enables a targeted failure of a bursting device for a vehicle battery at a defined, predetermined limit pressure.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Patentanspruchs gelöst. Weitere mögliche Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Figuren offenbart.This object is achieved according to the invention by the subject matter of the independent patent claim. Further possible configurations of the invention are disclosed in the dependent claims, the description and the figures.

Die Erfindung betrifft ein Berstplättchen für eine Fahrzeugbatterie, insbesondere einen Hochvoltspeicher, welches dazu eingerichtet ist, bei Erreichen eines vorgegebenen Überdrucks zu versagen. Das Berstplättchen weist wenigstens einen ersten Bereich mit einer ersten Wandstärke und wenigstens einen zweiten Bereich mit einer im Vergleich zur ersten Wandstärke höheren zweiten Wandstärke auf. Hierdurch tritt an einer Kontaktkante des wenigstens einen ersten Bereich mit dem wenigstens einen zweiten Bereich ein Wandstärkensprung auf, durch welchen eine Sollbruchstelle vorgegeben ist. Bei Erreichen des vorgegebenen Überdrucks reißt das Berstplättchen somit aufgrund an dem Wandstärkensprung auftretender mechanischer Spannungen, wodurch das Berstplättchen versagt und infolge des Versagens des Berstplättchens ein Druckausgleich ermöglicht wird. Infolge des Versagens des Berstplättchens tut sich eine Öffnung im Berstplättchen auf, über welche der Druckausgleich erfolgen kann. Der Wandstärkensprung ermöglicht ein gezieltes Vorgeben der Sollbruchstelle des Berstplättchens. Über den Wandstärkensprung kann die Sollbruchstelle besonders einfach und gleichzeitig besonders präzise in ihrer Position vorgegeben werden.The invention relates to a bursting plate for a vehicle battery, in particular a high-voltage storage device, which is designed to fail when a predetermined overpressure is reached. The bursting plate has at least one first area with a first wall thickness and at least one second area with a second wall thickness that is higher than the first wall thickness. As a result, a jump in wall thickness occurs at a contact edge of the at least one first area with the at least one second area, which predetermines a predetermined breaking point. When the predetermined overpressure is reached, the bursting disc thus ruptures due to mechanical stresses occurring at the change in wall thickness, as a result of which the bursting disc fails and pressure equalization is made possible as a result of the failure of the bursting disc. As a result of the failure of the bursting disc, an opening opens in the bursting disc through which the pressure can be equalized. The jump in wall thickness enables the predetermined breaking point of the bursting plate to be specified in a targeted manner. The position of the predetermined breaking point can be specified particularly easily and at the same time particularly precisely via the jump in wall thickness.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass das Berstplättchen aus Zinn bereitgestellt ist. Insbesondere kann das Berstplättchen in einem sogenannten Druckgussverfahren aus Zinn bereitgestellt werden. Das Bereitstellen des Bestplättchens aus Zinn ermöglicht zum Einen eine besonders niedrige Zugfestigkeit des Berstplättchens, wodurch bei geringen Druckkräften von beispielsweise zirka 200 Millibar eine Versagensspannung induziert werden kann. Darüber hinaus kann im Zinndruckgussverfahren eine besonders geringe Wandstärke prozesssicher erreicht werden. Durch die geringe Wandstärke kann wiederum eine Geometrie dargestellt werden, welche gezielt bei einem gewünschten Auslegungsdruck, insbesondere bei Erreichen des vorgegebenen Überdrucks, versagt. Bei dem Berstplättchen kann beispielsweise ein flächiger erster Bereich sehr dünn dargestellt werden und wenigstens ein lokaler zweiter Bereich mit im Vergleich zum ersten Bereich erhöhter Wandstärke dargestellt werden. Bei dem wenigstens einen ersten Bereich handelt es sich somit um eine Berstfläche des Berstplättchens und bei dem wenigstens einen zweiten Bereich handelt es sich um einen sogenannten Anrissbereich des Berstplättchens. Durch den Wandstärkensprung ist die Sollbruchstelle klar definiert und kann sehr genau ausgelegt werden. Hierdurch kann ein besonders robustes und kostengünstiges Berstplättchen als Berstelement bereitgestellt werden.In a further embodiment of the invention, it is provided that the bursting plate is made of tin. In particular, the bursting plate can be provided from tin in a so-called die-casting process. On the one hand, the provision of the rupture plate made of tin enables a particularly low tensile strength of the rupture plate, as a result of which a failure stress can be induced at low compressive forces of, for example, approximately 200 millibars. In addition, a particularly low wall thickness can be reliably achieved in the tin die-casting process. Due to the small wall thickness, a geometry can in turn be produced which specifically fails at a desired design pressure, in particular when the specified overpressure is reached. In the case of the bursting plate, for example, a flat first area can be shown to be very thin and at least one local second area can be shown with an increased wall thickness compared to the first area. The at least one first area is therefore a bursting area of the bursting plate and the at least one second area is a so-called cracking area of the bursting plate. Due to the jump in wall thickness, the predetermined breaking point is clearly defined and can be designed very precisely. As a result, a particularly robust and cost-effective bursting plate can be provided as the bursting element.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass der Wandstärkensprung an einer Ecke des wenigstens einen zweiten Bereichs im spitzen Winkel zuläuft. Durch das Zulaufen des wenigstens einen zweiten Bereichs im spitzen Winkel können Spannungsspitzen in dem Berstplättchen gesteuert werden. Insbesondere beginnt bei einem Versagen des Berstplättchens ein Riss an der im spitzen Winkel zulaufenden Ecke des wenigstens einen zweiten Bereichs des Berstplättchens. Über den Scheitelpunkt des spitzen Winkels kann ein Anrisspunkt für das Versagen des Berstplättchens vorgegeben werden. Insbesondere entspricht der Anrisspunkt dem Scheitelpunkt des an der Ecke des wenigstens einen zweiten Bereichs im spitzen Winkel zulaufenden Wandstärkensprungs. Beim Versagen des Berstplättchens wirkt eine Druckkraft auf eine gesamte Membranfläche des Berstplättchens und induziert somit ein Zugkraft im Berstplättchen. In dem Berstplättchen konzentriert sich eine Zugkraft auf die Spitze der im spitzen Winkel zulaufenden Ecke des wenigstens einen zweiten Bereichs. Dieser spitze Winkel kann beispielsweise durch eine Einschnürung des zweiten Bereichs an der Ecke bereitgestellt werden.In a further embodiment of the invention, it is provided that the change in wall thickness tapers at an acute angle at a corner of the at least one second region. By converging the at least one second area at an acute angle, stress peaks in the rupture disk can be controlled. In particular, if the bursting plate fails, a crack begins at the corner of the at least one tapering at an acute angle a second region of the rupture disk. A starting point for the failure of the bursting disc can be specified via the apex of the acute angle. In particular, the starting point corresponds to the apex of the change in wall thickness tapering at the corner of the at least one second area at an acute angle. If the rupture disk fails, a compressive force acts on an entire membrane surface of the rupture disk and thus induces a tensile force in the rupture disk. In the rupture disk, a tensile force is concentrated on the tip of the acutely angled corner of the at least one second region. This acute angle can be provided, for example, by constricting the second area at the corner.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass der zweite Bereich eine vieleckige Geometrie mit konkaven Kanten aufweist, an welchen der Wandstärkensprung auftritt. Durch die vieleckige Geometrie des wenigstens einen ersten Bereichs können mehrere Anrisspunkte als Sollbruchstellen an jeweiligen Spitzen der vieleckigen Geometrie vorgegeben werden. Hierdurch kann ein Berstverhalten des Berstplättchens besonders präzise vorgegeben werden.In a further embodiment of the invention, it is provided that the second area has a polygonal geometry with concave edges at which the jump in wall thickness occurs. Due to the polygonal geometry of the at least one first area, several tearing points can be specified as predetermined breaking points at the respective tips of the polygonal geometry. As a result, a bursting behavior of the bursting disc can be specified particularly precisely.

Es ist in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass der wenigstens eine erste Bereich eine Wandstärke von 0,12 bis 0,5 Millimetern aufweist und der wenigstens eine zweite Bereich eine Wandstärke von mehr als 1 Millimeter aufweist. Hierdurch kann ein besonders zuverlässiges Anreißen des Berstplättchens an dem Wandstärkensprung bei Erreichen des vorgegebenen Überdrucks gewährleistet werden. Das Bereitstellen des ersten Bereichs mit der Wandstärke von 0,1 bis 0,5 Millimetern kann besonders einfach bei einem Bereitstellen des Berstplättchens aus Zinn, insbesondere im Zinndruckgussverfahren, erreicht werden. Aufgrund dieser geringen Wandstärke des ersten Bereichs wird ermöglicht, dass das Berstplättchen bereits bei einem besonders geringen vorgegebenen Überdruck versagt.In a further embodiment of the invention, it is provided that the at least one first area has a wall thickness of 0.12 to 0.5 millimeters and the at least one second area has a wall thickness of more than 1 millimeter. As a result, a particularly reliable tearing of the bursting plate at the change in wall thickness when the predetermined overpressure is reached can be ensured. The provision of the first area with a wall thickness of 0.1 to 0.5 millimeters can be achieved particularly easily when the bursting plate is made of tin, in particular using the tin die-casting method. Due to this small wall thickness of the first area, it is possible for the bursting plate to fail even at a particularly low predetermined overpressure.

Es ist in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass das Berstplättchen dazu eingerichtet ist, bei einem vorgegebenen Überdruck von zirka 200 Millibar zu versagen. Somit ermöglicht das Berstplättchen schon bei einem geringen Überdruck von zirka 200 Millibar, dass ein Druckausgleich über das versagte Berstplättchen erfolgen kann. Ein kritischer Zustand der Fahrzeugbatterie kann hierdurch besonders sicher vermieden werden.In a further embodiment of the invention, the bursting plate is designed to fail at a predetermined overpressure of approximately 200 millibars. The bursting disc thus enables pressure to be equalized via the failed bursting disc even at a slight overpressure of around 200 millibars. A critical condition of the vehicle battery can thereby be avoided in a particularly reliable manner.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung umfasst das Berstplättchen einen Befestigungsbereich, über welchen das Berstplättchen an einem Gehäuse der Fahrzeugbatterie befestigt werden kann. Insbesondere umgibt der Befestigungsbereich sowohl sämtliche erste Bereiche als auch sämtliche zweite Bereiche des Berstplättchens. In dem Befestigungsbereich kann das Berstplättchen wenigstens eine Gewindebohrung aufweisen, über welche das Berstplättchen mittels einer Schraubverbindung an dem Gehäuse der Fahrzeugbatterie befestigt werden kann. Der Befestigungsbereich kann beispielsweise in unmittelbarem Kontakt zu wenigstens einem der ersten Bereiche des Berstplättchens stehen, wobei ein unmittelbarer Kontakt des Befestigungsbereichs mit dem wenigstens einen zweiten Bereich des Berstplättchens nicht vorgesehen ist. Hierdurch kann eine Gefahr eines Versagens des Berstplättchens in einem Kontaktbereich des wenigstens einen ersten Bereichs mit dem Befestigungsbereich besonders gering gehalten werden. Der Befestigungsbereich ermöglicht somit ein besonders einfaches und sicheres Befestigen des Berstplättchens an dem Gehäuse, wobei darüber hinaus die Sollbruchstelle besonders präzise durch den Wandstärkensprung vorgegeben ist.In a further embodiment of the invention, the bursting plate comprises a fastening area, via which the bursting plate can be fastened to a housing of the vehicle battery. In particular, the fastening area surrounds both all of the first areas and all of the second areas of the rupture disk. In the fastening area, the bursting plate can have at least one threaded hole, via which the bursting plate can be fastened to the housing of the vehicle battery by means of a screw connection. The fastening area can, for example, be in direct contact with at least one of the first areas of the bursting plate, direct contact of the fastening area with the at least one second area of the bursting plate not being provided. As a result, the risk of the bursting plate failing in a contact area of the at least one first area with the fastening area can be kept particularly low. The fastening area thus enables the bursting plate to be fastened to the housing in a particularly simple and secure manner, with the predetermined breaking point also being specified particularly precisely by the change in wall thickness.

Die Erfindung betrifft des Weiteren eine Bersteinrichtung für eine Fahrzeugbatterie, mit einem Berstplättchen, wie es bereits im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Berstplättchen beschrieben worden ist. Weiterhin umfasst die Bersteinrichtung eine Dichteinrichtung, über welche das Berstplättchen gegen ein Gehäuse der Fahrzeugbatterie abgedichtet werden kann. Die Dichteinrichtung kann insbesondere einen Dichtring umfassen, welcher am Befestigungsbereich des Berstplättchens anliegt und dazu eingerichtet ist, den Befestigungsbereich des Berstplättchens gegen die Fahrzeugbatterie, insbesondere das Gehäuse der Fahrzeugbatterie, abzudichten. Die Bersteinrichtung ermöglicht, dass bei einem intakten Zustand des Berstplättchens ein Druckausgleich sowie ein Gas- oder Flüssigkeitsaustausch über die Bersteinrichtung unterbunden wird, wohingegen bei einem Versagen des Berstplättchens ein Druckausgleich insbesondere über einen Gasaustausch über das Berstplättchen ermöglicht wird. Somit ermöglicht die Bersteinrichtung, dass die Fahrzeugbatterie besonders gut abgedichtet ist, solange das Berstplättchen intakt ist und nicht versagt vorliegt.The invention also relates to a bursting device for a vehicle battery, with a bursting plate, as has already been described in connection with the bursting plate according to the invention. Furthermore, the bursting device includes a sealing device, via which the bursting plate can be sealed against a housing of the vehicle battery. The sealing device can in particular comprise a sealing ring which bears against the fastening area of the bursting plate and is set up to seal the fastening area of the bursting plate against the vehicle battery, in particular the housing of the vehicle battery. The bursting device enables pressure equalization and gas or liquid exchange via the bursting device to be prevented when the bursting disk is intact, whereas pressure equalization is made possible, in particular via gas exchange via the bursting disk, if the bursting disk fails. The bursting device thus enables the vehicle battery to be sealed particularly well as long as the bursting disk is intact and has not failed.

Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zum Bereitstellen eines Berstplättchens, wie es bereits im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Berstplättchen beschrieben worden ist. Bei dem Verfahren ist es vorgesehen, dass das Berstplättchen durch Zinndruckguss mit dem wenigstens einen ersten Bereich mit der ersten Wandstärke und dem wenigstens einen zweiten Bereich mit der im Vergleich zur ersten Wandstärke höheren zweiten Wandstärke bereitgestellt wird. Hierdurch tritt an einer Kontaktkante des wenigstens einen ersten Bereichs mit dem wenigstens einen zweiten Bereich der Wandstärkensprung auf, durch welchen die Sollbruchstelle vorgegeben ist. Bei dem Verfahren wird somit das Berstplättchen aus Zinn mit dem Wandstärkensprung druckgegossen. Das Druckgießen des Berstplättchens aus Zinn ermöglicht, dass besonders geringe Wandstärken des Berstplättchens, insbesondere des wenigstens einen ersten Bereichs des Berstplättchens, umgesetzt werden können.The invention also relates to a method for providing a rupture disk, as has already been described in connection with the rupture disk according to the invention. The method provides for the bursting plate to be provided by tin die-casting with the at least one first region having the first wall thickness and the at least one second region having the second wall thickness, which is higher than the first wall thickness. As a result, at a contact edge of the at least one first area occurs with the at least one second area the jump in wall thickness, through which the predetermined breaking point is specified. In the process, the bursting plate made of tin is die-cast with the jump in wall thickness. Die-casting the rupture disk from tin makes it possible to implement particularly small wall thicknesses of the rupture disk, in particular of the at least one first area of the rupture disk.

Die Erfindung betrifft des Weiteren eine Fahrzeugbatterie mit einem Berstplättchen, wie es bereits im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Berstplättchen beschrieben worden ist oder mit einer Bersteinrichtung, wie sie bereits im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Bersteinrichtung beschrieben worden ist. Bei der Fahrzeugbatterie handelt es sich insbesondere um eine Hochvoltspeichereinrichtung, bei welcher eine Vielzahl an Batteriezellen in einem Gehäuse aufgenommen sind. Mittels des Berstplättchens beziehungsweise mittels der Bersteinrichtung kann eine Öffnung des Gehäuses der Fahrzeugbatterie überdeckt, insbesondere verschlossen, werden. Die Fahrzeugbatterie ist insbesondere dazu eingerichtet, eine elektrische Energie für ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug bereitzustellen. Vorteile und vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Berstplättchens sind als Vorteile und vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Bersteinrichtung, des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Bereitstellen des Berstplättchens sowie der erfindungsgemäßen Fahrzeugbatterie anzusehen und umgekehrt.The invention also relates to a vehicle battery with a bursting plate, as has already been described in connection with the bursting plate according to the invention, or with a bursting device, as has already been described in connection with the bursting device according to the invention. The vehicle battery is, in particular, a high-voltage storage device in which a large number of battery cells are accommodated in a housing. An opening in the housing of the vehicle battery can be covered, in particular closed, by means of the bursting plate or by means of the bursting device. The vehicle battery is set up in particular to provide electrical energy for an electrically drivable motor vehicle. Advantages and advantageous developments of the bursting disk according to the invention are to be regarded as advantages and advantageous developments of the bursting device according to the invention, the method according to the invention for providing the bursting disk and the vehicle battery according to the invention, and vice versa.

Weitere Merkmale der Erfindung können sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung ergeben. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung und/oder in den Figuren allein 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.Further features of the invention can result from the claims, the figures and the description of the figures. The features and feature combinations mentioned above in the description and the features and feature combinations shown below in the description of the figures and/or in the figures alone can be used not only in the combination specified in each case, but also in other combinations or on their own, without going beyond the scope of the invention to leave.

Die Zeichnung zeigt in:

1 eine schematische Draufsicht einer Bersteinrichtung für eine Fahrzeugbatterie mit einem Berstplättchen, welches dazu eingerichtet ist, bei Erreichen eines vorgegebenen Überdrucks an einer Sollbruchstelle zu versagen;
2 eine perspektivische Rückansicht der Bersteinrichtung gemäß 1, wobei eine Dichteinrichtung der Bersteinrichtung erkannt werden kann, über welche das Berstplättchen gegen ein Gehäuse der Fahrzeugbatterie abgedichtet werden kann; und
3 eine perspektivische Schnittansicht der Bersteinrichtung gemäß 1 und 2.

The drawing shows in:

1 a schematic plan view of a bursting device for a vehicle battery with a bursting plate, which is set up to fail when a predetermined overpressure is reached at a predetermined breaking point;
2 a perspective rear view of the bursting device according to FIG 1 , wherein a sealing device of the bursting device can be recognized, via which the bursting plate can be sealed against a housing of the vehicle battery; and
3 a perspective sectional view of the bursting device according to 1 and 2 .

In den Figuren sind gleiche und funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.In the figures, identical and functionally identical elements are provided with the same reference symbols.

In den 1 bis 3 ist in unterschiedlichen Ansichten eine Bersteinrichtung 10 für eine Fahrzeugbatterie eines Kraftfahrzeugs dargestellt. Die Bersteinrichtung 10 ermöglicht, dass in einem Fehlerfall, wie einem Überdruck in der Fahrzeugbatterie beispielsweise infolge eines zellinternen Kurzschlusses, sichergestellt ist, dass ein Gehäuse der Fahrzeugbatterie nicht unkontrolliert versagt oder platzt, sondern dass die Bersteinrichtung 10 gezielt versagt und ein Ablassen von innerem Überdruck ermöglicht wird, bevor ein kritischer Zustand im Gehäuse entsteht. In einem Normalbetrieb der Fahrzeugbatterie ist eine Dichtheit des Gehäuses hinsichtlich einer Umgebung der Fahrzeugbatterie sicherzustellen, insbesondere auch durch die Bersteinrichtung 10. Die Bersteinrichtung 10 ist somit dazu eingerichtet, als Überdruckventil zu dienen. Die Bersteinrichtung 10 ist in 1 in einer vorderen Draufsicht, in 2 in einer perspektivischen Rückansicht und in 3 in einer perspektivischen Schnittansicht dargestellt.In the 1 until 3 a bursting device 10 for a vehicle battery of a motor vehicle is shown in different views. The bursting device 10 makes it possible in the event of a fault, such as excess pressure in the vehicle battery, for example as a result of a cell-internal short circuit, to ensure that a housing of the vehicle battery does not fail or burst in an uncontrolled manner, but rather that the bursting device 10 fails in a targeted manner and allows internal excess pressure to be released before a critical condition develops in the housing. In normal operation of the vehicle battery, the housing must be sealed with respect to the surroundings of the vehicle battery, in particular also by the bursting device 10. The bursting device 10 is therefore set up to serve as a pressure relief valve. The bursting device 10 is in 1 in a front plan view, in 2 in a perspective rear view and in 3 shown in a perspective sectional view.

Die Bersteinrichtung 10 umfasst ein Berstplättchen 12 sowie eine Dichteinrichtung 14. Die Dichteinrichtung 14 umfasst vorliegend ein Ringelement aus einem elastomeren Material. Mittels der Dichteinrichtung 14 kann das Berstplättchen 12 gegen ein Gehäuse der Fahrzeugbatterie abgedichtet werden. Jedes Berstplättchen 12 umfasst einen Befestigungsbereich 16, über welchen das Berstplättchen 12 an dem Gehäuse der Fahrzeugbatterie befestigt werden kann. In dem Befestigungsbereich 16 weist das Berstplättchen 12 mehrere Gewindebohrungen 18, vorliegend genau vier Gewindebohrungen 18, auf, über welche die Bersteinrichtung 10 mittels jeweiliger Schraubverbindungen an dem Gehäuse der Fahrzeugbatterie befestigt werden kann.The bursting device 10 includes a bursting plate 12 and a sealing device 14. In the present case, the sealing device 14 includes a ring element made of an elastomeric material. The bursting plate 12 can be sealed against a housing of the vehicle battery by means of the sealing device 14 . Each bursting plate 12 includes a fastening area 16, via which the bursting plate 12 can be fastened to the housing of the vehicle battery. In the attachment area 16, the bursting plate 12 has a plurality of threaded holes 18, in this case exactly four threaded holes 18, via which the bursting device 10 can be attached to the housing of the vehicle battery by means of respective screw connections.

Um zu ermöglichen, dass das Berstplättchen 12 bei Erreichen eines vorgegebenen Überdrucks versagt, weist das Berstplättchen 12 wenigstens einen ersten Bereich 20 und wenigstens einen zweiten Bereich 22 auf. Der wenigstens eine erste Bereich 20 weist eine erste Wandstärke auf und der wenigstens eine zweite Bereich 22 weist eine zweite Wandstärke auf, welche im Vergleich zu der ersten Wandstärke höher ist. Vorliegend weist der wenigstens eine erste Bereich 20 eine einheitliche Wandstärke in einem Bereich von 0,1 Millimeter bis 0,5 Millimetern auf. Der wenigstens eine zweite Bereich weist eine Wandstärke von mehr als 1 Millimeter auf. Aufgrund der unterschiedlichen Wandstärken des wenigstens einen Bereichs 20 zu dem wenigstens einen zweiten Bereich 22 tritt an einer Kontaktkante 24 zwischen einem jeweiligen ersten Bereich 20 und einem jeweiligen zweiten Bereich 22 ein Wandstärkensprung auf. Durch diesen Wandstärkensprung ist eine Sollbruchstelle des Berstplättchens 12 vorgegeben. Über eine jeweilige Wandstärkendifferenz des wenigstens einen ersten Bereichs 20 zu dem wenigstens einen zweiten Bereich 22 an der Kontaktkante 24 beziehungsweise über die Wandstärke des wenigstens einen ersten Bereichs 20 kann der Überdruck vorgegeben werden, bei Erreichen von welchem das Berstplättchen 12 zu versagen hat. Vorliegend ist das Berstplättchen 12 dazu eingerichtet, bei Erreichen von einem vorgegebenen Überdruck von zirka 200 Millibar zu versagen.In order to allow the rupture disk 12 to fail when a predetermined overpressure is reached, the rupture disk 12 has at least a first region 20 and at least a second region 22 . The at least one first region 20 has a first wall thickness and the at least one second region 22 has a second wall thickness which is greater than the first wall thickness. In the present case, the at least one first region 20 has a uniform wall thickness in a range from 0.1 millimeters to 0.5 millimeters. The at least one second area has a wall thickness of more than 1 millimeter. Because of the different wall thicknesses of the at least one area 20 and the at least one second area 22, a contact edge 24 occurs between a respective first area 20 and a respective second area 22 on a jump in wall thickness. A predetermined breaking point of the bursting plate 12 is predetermined by this jump in wall thickness. The excess pressure at which the bursting plate 12 must fail can be specified via a respective difference in wall thickness of the at least one first region 20 to the at least one second region 22 on the contact edge 24 or via the wall thickness of the at least one first region 20. In the present case, the bursting plate 12 is designed to fail when a predetermined overpressure of approximately 200 millibars is reached.

Um den wenigstens einen ersten Bereich 20 des Berstplättchens 12 mit der beschriebenen besonders geringen Wanddicke bereitstellen zu können, ist es vorliegend vorgesehen, dass das Berstplättchen 12 aus Zinn bereitgestellt ist, insbesondere in einem Zinndruckgussverfahren. Bei einem Verfahren zum Bereitstellen des Berstplättchens 12 wird somit das Berstplättchen 12 durch Zinndruckguss mit dem wenigstens einen ersten Bereich 20 und dem wenigstens einen zweiten Bereich 22 bereitgestellt. Um die Sollbruchstelle des Berstplättchens 12 besonders präzise vorgeben zu können, ist es vorliegend vorgesehen, dass der Wandstärkensprung an einer Ecke 26 des wenigstens einen zweiten Bereichs 22 im spitzen Winkel zuläuft. Vorliegend weist der zweite Bereich 22 eine vieleckige, insbesondere eine viereckige, Geometrie mit konkaven Kanten auf, an welchen der Wandstärkensprung auftritt beziehungsweise verläuft. Vorliegend ist der zweite Bereich 22 drachenförmig ausgestaltet. Hierdurch läuft der Wandstärkensprung in der Ecke 26 in einen besonders spitzen Winkel zu. Durch die jeweiligen spitzen Winkel der viereckigen Geometrie des zweiten Bereichs 22 können mechanische Spannungen an den jeweiligen Ecken des zweiten Bereichs 22 konzentriert werden, welche infolgedessen als Anrisspunkte beim Versagen des Berstplättchens 12 dienen. Alternative Geometrien zu der drachenförmigen Geometrie des zweiten Bereichs 22 sind ebenfalls möglich.In order to be able to provide the at least one first region 20 of the bursting plate 12 with the particularly small wall thickness described, it is provided here that the bursting plate 12 is made of tin, in particular in a tin die-casting process. In a method for providing the bursting plate 12, the bursting plate 12 is thus provided by tin die-casting with the at least one first region 20 and the at least one second region 22. In order to be able to specify the predetermined breaking point of the bursting plate 12 particularly precisely, it is provided here that the change in wall thickness runs at an acute angle at a corner 26 of the at least one second region 22 . In the present case, the second region 22 has a polygonal, in particular a quadrilateral, geometry with concave edges on which the jump in wall thickness occurs or runs. In the present case, the second area 22 is kite-shaped. As a result, the change in wall thickness in the corner 26 runs into a particularly acute angle. Due to the respective acute angles of the square geometry of the second area 22, mechanical stresses can be concentrated at the respective corners of the second area 22, which consequently serve as cracking points when the bursting plate 12 fails. Alternative geometries to the kite-shaped geometry of the second area 22 are also possible.

Die Bersteinrichtung 10 erfüllt eine Berstfunktion eines Überdruckventils. Es kann somit eine Membranfunktion von der Bersteinrichtung 10 getrennt am Gehäuse der Fahrzeugbatterie dargestellt werden. Im Rahmen dieser Membranfunktion wird bei geringen Druckunterschieden ein Luftaustausch zwischen einer Umgebung des Gehäuses der Fahrzeugbatterie und einem Inneren des Gehäuses der Fahrzeugbatterie ermöglicht. Diese Membranfunktion kann insbesondere durch eine Membran bereitgestellt werden, welche beabstandet zu der Bersteinrichtung 10 an dem Gehäuse der Fahrzeugbatterie angeordnet sein kann. Durch ein Abtrennen der Membranfunktion von der Berstfunktion der Bersteinrichtung 10 kann die Membran besonders klein ausgeführt werden.The bursting device 10 fulfills a bursting function of a pressure relief valve. A membrane function can thus be represented separately from the bursting device 10 on the housing of the vehicle battery. As part of this membrane function, an exchange of air between an area surrounding the housing of the vehicle battery and an interior of the housing of the vehicle battery is made possible with small pressure differences. This membrane function can be provided in particular by a membrane which can be arranged at a distance from the bursting device 10 on the housing of the vehicle battery. By separating the membrane function from the bursting function of the bursting device 10, the membrane can be made particularly small.

Das Berstplättchen 12 ist vorliegend einteilig bereitgestellt, wodurch in dem Berstbereich des Berstplättchens 12 keine weiteren Komponenten und Montageschritte nötig sind.In the present case, the bursting plate 12 is provided in one piece, as a result of which no further components and assembly steps are necessary in the bursting area of the bursting plate 12 .

Insgesamt zeigt die Erfindung, wie eine Zinndruckgussberstmembran, vorliegend das Berstplättchen 12, für einen Hochvoltspeicher, vorliegend die Fahrzeugbatterie, bereitgestellt und genutzt werden kann.Overall, the invention shows how a die-cast tin bursting membrane, in this case the bursting plate 12, can be provided and used for a high-voltage storage device, in this case the vehicle battery.

BezugszeichenlisteReference List

1010: Bersteinrichtungbursting device
1212: Berstplättchenrupture disc
1414: Dichteinrichtungsealing device
1616: Befestigungsbereichmounting area
1818: Gewindebohrungthreaded hole
2020: erster Bereichfirst area
2222: zweiter Bereichsecond area
2424: Kontaktkantecontact edge
2626: EckeCorner

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

EP 3482431 B1 [0002]
DE 102013216076 A1 [0003]

Claims

Rupture plate (12) for a vehicle battery, which is designed to fail when a predetermined overpressure is reached and which has at least one first area (20) with a first wall thickness and at least one second area (22) with a second wall thickness that is higher than the first Has wall thickness, whereby at a contact edge (24) of the at least one first region (20) with the at least one second region (22) a jump in wall thickness occurs, through which a predetermined breaking point is predetermined.

bursting disc (12) after claim 1 , characterized in that the bursting plate (12) is provided from tin.

bursting disc (12) after claim 1 or 2 , characterized in that the change in wall thickness at a corner (26) of the at least one second region (22) tapers at an acute angle.

Rupture plate (12) according to one of the preceding claims, characterized in that the second region (22) has a polygonal geometry with concave edges at which the jump in wall thickness occurs.

Bursting disk (12) according to one of the preceding claims, characterized in that the first area (20) has a wall thickness of 0.1 to 0.5 millimeters and the second area (22) has a wall thickness of more than 1 millimeter.

Bursting disk (12) according to one of the preceding claims, characterized in that the bursting disk (12) is designed to fail at a predetermined overpressure of approximately 200 millibars.

Rupture plate (12) according to one of the preceding claims, characterized in that a fastening area (16) is provided, via which the rupture plate (12) can be fastened to a housing of the vehicle battery.

Bursting device (10) for a vehicle battery, with bursting plate (12) according to one of the preceding claims and with a sealing device (14) via which the bursting plate (12) can be sealed against a housing of the vehicle battery.

Method for providing a bursting disc (12) according to one of Claims 1 until 7 , In which the bursting plate (12) is provided by tin die-casting with the at least one first area (20) with the first wall thickness and the at least one second area (22) with the second wall thickness, which is higher than the first wall thickness, whereby at a Contact edge (24) of the at least one first area (20) with the at least one second area (22) of the wall thickness jump occurs, through which the predetermined breaking point is predetermined.

Vehicle battery with a bursting plate (12) according to one of Claims 1 until 7 or with a bursting device (10). claim 8 .