DE102021131507A1

DE102021131507A1 - Gesicherte Entgasungseinrichtung für eine mehrzellige Batterievorrichtung, Batterie und Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102021131507A1
Application number: DE102021131507.7A
Authority: DE
Inventors: Alexander Mueller; Felix Laasch
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2021-12-01
Filing date: 2021-12-01
Publication date: 2023-06-01
Also published as: CN116207435A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Entgasungseinrichtung (14) für eine Batterievorrichtung (10), eine entsprechende Batterie (10) sowie ein damit ausgestattetes Kraftfahrzeug (46). Die Entgasungseinrichtung (14 umfasst ein Basiselement (16), das eine Entgasungsöffnung (18) umgibt, und ein Abdeckelement (22), das in einem einsatzbereiten Zustand die Entgasungsöffnung (18) abdeckend an dem Basiselement (16) befestigt ist. Eine entsprechende Befestigung (26) hält das Abdeckelement (22) gegen einen vordefinierten auf eine Innenseite (28) des Abdeckelements (22) einwirkenden Innendruck und gibt bei größerem Innendruck nach. Das Abdeckelement (22) ist zusätzlich durch ein Halteelement (40) mit dem Basiselement (16) verbunden. Durch dieses Halteelement (40) ist das Abdeckelement (22) gegen ein Wegschleudern von dem Basiselement (16) beim Überschreiten des vordefinierten Innendrucks gesichert.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Entgasungseinrichtung für eine Batterievorrichtung, die ihrerseits mehrere Batteriezellen umfasst. Die Erfindung betrifft weiter eine entsprechende Batterie und ein damit ausgestattetes Kraftfahrzeug.
Bei bekannten, insbesondere lithiumbasierten, Batterien kann es bei einer Beschädigung zu einem thermischen Durchgehen einer Batteriezelle kommen. Dabei können heiße Gase entstehen, die zu einem Druckanstieg innerhalb eines Batteriegehäuses führen und gegebenenfalls weitere Batteriezellen zum thermischen Durchgehen anregen können. Um dies zu vermeiden, können diese heißen Gase aus dem Batteriegehäuse abgeführt werden. Dabei besteht jedoch die Herausforderung, dass das Batteriegehäuse bis zu einem solchen thermischen Durchgehen möglichst dicht und robust sein soll. Zudem können durch den Überdruck in dem Batteriegehäuse bei einem Aufbrechen oder Bersten an einer Entgasungsstelle Bauteilfragmente unkontrolliert von der Batterie weggeschleudert werden.
Beispielsweise ist in der WO 2013 / 092 543 A1 ein Batteriemodul einem Batteriemodulgehäuse und Batteriezellen beschrieben. Das dortige Batteriemodulgehäuse kann in einem Deckel zwei Auslassventile aufweisen, die in einem kragenartigen Rahmen gesammelte Gase nach außen leiten können.
Als weiteres Beispiel ist in der DE 10 2018 210 307 A1 einen Energiespeicher für ein Kraftfahrzeug beschrieben. Dabei ist eine Speichereinrichtung mit einem Gehäuse und einer Entlüftungseinheit, mittels welcher zum Entlüften des Gehäuses ein Fluid aus dem Gehäuse abführbar ist, vorgesehen. Der Energiespeicher weist dort eine Tragstruktur auf, über welche er an einem Aufbau des Kraftfahrzeugs befestigbar ist. Die Tragstruktur umfasst eine Strebe, welche einen Hohlquerschnitt und eine Überströmöffnung aufweist, über welche das über die Entlüftungseinheit aus dem Gehäuse abgeführte Fluid in den Holquerschnitt der Strebe einleitbar ist. Mittels der Strebe ist dann unter Führung des Fluids in dem Hohlquerschnitt das Fluid zu kühlen. Damit kann ein besonders sicherer Betrieb realisiert werden.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, auf einfache Weise eine gegenüber herkömmlichen Lösungen verbesserte Sicherheit und Robustheit einer Entgasungseinrichtung für eine Batterie zu ermöglichen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Mögliche Ausgestaltungen und Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen, in der Beschreibung und in den Figuren offenbart.
Die erfindungsgemäße Entgasungseinrichtung [MAE1] ist für eine mehrere Batteriezellen umfassende Batterievorrichtung vorgesehen, also ausgestaltet. Die Entgasungseinrichtung kann also in oder als Teil einer solchen Batterievorrichtung verbaut werden. Eine solche Batterievorrichtung im vorliegenden Sinne kann beispielsweise eine Gesamtbatterie sein, also eine vollständige Batterie mit einem Batteriegehäuse, wie etwa eine Hochvolt- bzw. Traktionsbatterie für ein Kraftfahrzeug oder dergleichen. Ebenso kann es sich bei der Batterievorrichtung beispielsweise um ein als Bestandteil einer Gesamtbatterie fungierendes Batteriemodul mit einem eigenen Modulgehäuse handeln. Die Entgasungseinrichtung kann dann zum Entlüften oder Entgasen des Batteriegehäuses bzw. des Modulgehäuses ausgestaltet und in bestimmungsgemäßer Einbaulage daran angeordnet oder darin integriert sein.
Die erfindungsgemäße Entgasungseinrichtung weist ein Basiselement auf, das eine Entgasungsöffnung aufweist oder umgibt bzw. begrenzt. Das Basiselement kann beispielsweise ein Gehäuse oder Hauptkörper der Entgasungseinrichtung sein. Ebenso kann das Basiselement ein bzw. das Gehäuse zum Aufnehmen der mehreren Batteriezellen der Batterievorrichtung sein oder als Bestandteil davon ausgestaltet sein.
Weiter weist die erfindungsgemäße Entgasungseinrichtung ein Abdeckelement auf, das in einem einsatzbereiten Zustand der Entgasungseinrichtung die Entgasungsöffnung abdeckt und dabei an dem Basiselement befestigt ist. Ein solcher einsatzbereiter Zustand der Entgasungseinrichtung ist im vorliegenden Sinne ein Zustand, in dem die Entgasungsöffnung für einen fehlerfreien Normalbetrieb der Batterievorrichtung durch das Abdeckelement abgedeckt, also nicht bzw. noch nicht durch einen erhöhten Innendruck der Batterievorrichtung geöffnet, also nicht oder noch nicht von dem Basiselement ganz oder teilweise abgehoben ist. Beispielsweise kann der einsatzbereiten Zustand also für oder bei bzw. unmittelbar nach einer Endmontage der Entgasungseinrichtung an der Batterievorrichtung gegeben sein.
Zur Abdichtung der Entgasungsöffnung in dem einsatzbereiten Zustand kann beispielsweise zwischen dem Basiselement und dem Abdeckelement eine Dichtung angeordnet sein, welche die Entgasungsöffnung abdichtet. Diese Dichtung kann beispielsweise um die Entgasungsöffnung umlaufen, also die Entgasungsöffnung vollständig umgeben oder einfassen. Ebenso kann beispielsweise die Entgasungsöffnung durch eine Berstmembran verschlossen sein. Eine solche Berstmembran kann die Entgasungsöffnung zusätzlich oder alternativ zu der genannten Dichtung des Abdeckelements abdichten. Dazu kann die Berstmembran wasser- und gasdicht mit dem Basiselement verbunden sein, insbesondere an dessen der Entgasungsöffnung zugewandter Seite. Die Berstmembran kann insbesondere innenseitig des Abdeckelements, also auf dessen in bestimmungsgemäßer Einbaulage den Batteriezellen zugewandter Seite angeordnet sein. Wird die Entgasungsöffnung durch die Berstmembran dicht verschlossen, kann die Dichtung an dem Abdeckelement eingespart werden. Dies kann eine besonders bauraumsparende Ausgestaltung der Entgasungseinrichtung sowie eine besonders einfache und genaue Einstellung oder Anpassung der Entgasungseinrichtung an jeweilige Anforderungen ermöglichen. So kann beispielsweise dadurch besonders einfach und genau ein Öffnungsdruck oder eine Öffnungskraft, aber welchem bzw. ab welcher sich das Abdeckelement von dem Basiselement löst, eingestellt werden, da diese dann nicht durch eine Dichtung zwischen dem Abdeckelement und dem Berstelement beeinflusst wird. Das Abdeckelement kann dabei ohne Weiteres stabiler, also belastbarer als die Berstmembran ausgestaltet sein, sodass die Gefahr einer unbeabsichtigten Beschädigung der Berstmembran, etwa durch äußere Einfluss, reduziert werden kann.
Erfindungsgemäß ist oder wird das Abdeckelement durch dessen Befestigung an dem Basiselement an diesem gegen einen vordefinierten, in bestimmungsgemäßer Einbaulage der Entgasungseinrichtung auf einer den Batteriezellen zugewandten Innenseite wirkenden oder gegebenen Innendruck gehalten. Bei einem größeren Innendruck, also bei einem Innendruck oder einer auf die Innenseite wirkenden Last oder Belastung, die größer als der vordefinierte Innendruck ist, gibt die Befestigung hingegen das Abdeckelement frei. Es findet dann also ein gezieltes Versagen oder Nachgeben der Befestigung statt. Mit anderen Worten kann sich das Abdeckelement bei entsprechend großem Innendruck zumindest teilweise oder bereichsweise von dem Basiselement lösen und dadurch eine Entgasung und einen Druckabbau oder Druckausgleich ermöglichen. Unterhalb des vordefinierten Innendrucks, also bis zum Erreichen einer entsprechenden Belastung des Abdeckelements bzw. der Befestigung, kann durch die Befestigung auch eine entsprechende Anpresskraft auf die gegebenenfalls vorgesehene Dichtung zwischen dem Abdeckelement und dem Basiselement ausgeübt oder aufgebracht werden, um die Entgasungsöffnung abzudichten.
Weiter ist erfindungsgemäß das Abdeckelement mit dem Basiselement zusätzlich zu der genannten Befestigung durch ein Halteelement verbunden. Durch dieses Halteelement ist das Abdeckelement gegen ein Wegschleudern von dem Basiselement - zumindest über eine maximale Länge des Halteelements hinaus - bei dem Freigeben des Basiselements aufgrund eines Überschreitens des vordefinierten Innendrucks gesichert. Mit anderen Worten kann also die Befestigung bei dem Überschreiten des vordefinierten Innendrucks bzw. einer entsprechenden Belastung nachgeben, sodass sich das Abdeckelement dann aus oder von der Befestigung und zumindest teilweise von dem Basiselement lösen kann. Dann wird jedoch durch das Halteelement verhindert, dass sich das Abdeckelement in unkontrollierter Weise beliebig weit von dem Basiselement und damit in bestimmungsgemäßer Einbaulage auch von der Batterievorrichtung entfernt.
Durch die vorliegende Erfindung kann also vorteilhaft ein besser vorhersagbares oder kontrolliertes Verhalten der Entgasungseinrichtung im Fehlerfall, also bei einem Entgasungsvorgang erreicht werden. Insbesondere kann ein unkontrolliertes Ablösen und Umherfliegen von Bauteilen oder Fragmenten im Fehlerfall vermieden und so die Gefahr von Sekundärschäden reduziert werden.
Die Befestigung des Abdeckelements an dem Basiselement kann beispielsweise über oder mit einem lösbaren Formschluss, einer Klemmung, durch Kleben und/oder dergleichen mehr realisiert sein. Insbesondere kann die Befestigung symmetrisch entlang oder bezüglich der Entgasungsöffnung realisiert oder angeordnet sein. Dadurch kann ein besonders gleichmäßiger Druck auf die gegebenenfalls zwischen dem Abdeckelement und dem Basiselement angeordnete Dichtung ausgeübt und somit eine besonders gute und zuverlässige Abdichtung bzw. Dichtheit im Bereich der Entgasungseinrichtung erreicht werden.
Das Abdeckelement kann insbesondere einteilig sein. Mit anderen Worten kann die Entgasungsöffnung also durch genau ein Abdeckelement abgedeckt sein. Ebenso kann das Abdeckelement aber mehrteilig ausgestaltet sein oder es können mehrere Abdeckelemente vorgesehen sein, welche die Entgasungsöffnung jeweils nur teilweise, insgesamt aber vollständig abdecken. Jeder separate Teil des Abdeckelements bzw. jedes Abdeckelement kann dann durch eine eigene Befestigung gehalten und durch ein eigenes Halteelement gesichert sein. Durch eine derartige mehrteilige oder mehrstückige Abdeckung der Entgasungsöffnung kann gegebenenfalls das Entgasungsverhalten noch genauer vorgegeben oder eingestellt werden, beispielsweise durch unterschiedlich geformte oder sich bei Überschreiten des vordefinierten Innendrucks unterschiedlich bewegende Abdeckelemente oder Abdeckelementteile. So kann beispielsweise ein Abdeckelement oder Abdeckelementteil nur teilweise aufklappen, um einem durch die Entgasungsöffnung austretenden Gasstrom eine Strömungsrichtung aufzuprägen. Ein weiteres Abdeckelement oder ein weiterer Abdeckelementteil kann sich beispielsweise weiter oder ringsum vollständig von dem Basiselement lösen, um insgesamt einen genügend großen Strömungsquerschnitt freizugeben.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass die Möglichkeit eröffnet wird, die Robustheit der Entgasungseinrichtung und damit letztlich auch der gesamten Batterievorrichtung auf besonders einfache Weise zu erhöhen. Die Entgasungseinrichtung kann hier zwar einerseits dicht sein, etwa gegenüber Wasser und gasförmigen Stoffen, wobei aber andererseits das Abdeckelement, also eine Abdeckung der Entgasungsöffnung, nicht aus unterschiedlichen Bauteilen, beispielsweise nicht aus einer gasdichten Membran und einem zusätzlichen darüberliegenden stabileren Deckel, aufgebaut sein muss.
In einer möglichen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist das Abdeckelement stabil gegen Druckbelastungen oder auch mechanische Belastungen ausgestaltet, die in bestimmungsgemäßer Einbaulage auf eine von den Batteriezellen abgewandte, also der Innenseite gegenüberliegende, Außenseite des Abdeckelements einwirken oder einwirken können und größer sind als der vordefinierte Innendruck. Das Abdeckelement ist dazu an dem Basiselement gegen auf die Außenseite, also in bestimmungsgemäßer Einbaulage von außen in Richtung der Batteriezellen wirkende Druckbelastungen bzw. Kräfte abgestützt. Das Abdeckelement kann beispielsweise als formstabile bzw. biegesteife oder zumindest nicht biegeschlaffe Platte, beispielsweise aus einem Kunststoff, ausgestaltet sein. Das Abdeckelement kann hier also insbesondere robuster oder stabiler als eine herkömmliche Folie oder Berstmembran sein. Dies ist der Fall, da durch die bei Überschreiten des vordefinierten Innendrucks nachgebende Befestigung die Entgasungsöffnung dennoch zuverlässig freigegeben werden kann, ohne dass das Abdeckelement selbst bersten, Reißen oder Aufplatzen muss.
Somit kann unmittelbar eine größere Robustheit der Entgasungseinrichtung und damit auch der Batterievorrichtung insgesamt erreicht werden, ohne dass beispielsweise ein zusätzlicher Deckel oder dergleichen vorgegeben werden müsste. Damit kann die Entgasung Vorrichtung bzw. die Batterievorrichtung beispielsweise zuverlässiger äußeren Umwelteinflüssen, wie beispielsweise mechanischen Kontakten mit anderen Bauteilen, einem Wasserstrahl eines Hochdruckreiniger, außenseitigen Luftdruckstößen und/oder dergleichen mehr, standhalten, ohne dass dabei die Dichtheit der Batterievorrichtung gefährdet würde.
Dies wird hier dadurch unterstützt, dass das Abdeckelement an dem Basiselement abgestützt ist. Beispielsweise kann das Abdeckelement auf einer in bestimmungsgemäßer Einbaulage von den Batteriezellen abgewandten Außenseite oder Außenfläche bzw. Auflagefläche des Basiselements aufliegen. Dadurch kann sich das Abdeckelement bei Überschreiten des vordefinierten Innendrucks ungehindert nach außen ablösen oder entfernen, um die Entgasungsöffnung freizugeben, während es in umgekehrter Richtung abgestützt ist, also gehalten wird. Insgesamt ist somit die Stabilität der Befestigung bzw. die Abstützung oder Lagerung des Abdeckelements asymmetrisch bezüglich auf die Innenseite und auf die Außenseite einwirkender Belastungen oder Drücke.
In einer weiteren möglichen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist die Befestigung des Abdeckelements an dem Basiselement als lösbare Schnappverbindung ausgestaltet. Eine solche Schnappverbindung kann auch als Verclipsung, Clipsverbindung oder dergleichen bezeichnet werden. Eine solche Schnappverbindung kann in an sich bekannter Weise gefertigt und für eine vorgegebene Haltekraft gemäß dem vordefinierten Innendrucks ausgelegt werden. Beispielsweise kann das Abdeckelement eine Ausformung oder Lippe aufweisen, welche in eine entsprechende Aufnahme des Basiselements eingreifen kann. Ebenso kann das Abdeckelement eine Aufnahme aufweisen, welche auf eine entsprechende Ausformung oder Lippe des Basiselements aufgesteckt oder aufgestülpt werden kann. Dabei können die Aufnahme und/oder die Ausformung oder Lippe flexibel, beweglich oder federbelastet sein. Durch die hier vorgeschlagene Schnappverbindung kann besonders einfach und besonders genau bzw. mit besonders geringen Toleranzen eine Befestigung realisiert werden, die das Abdeckelement gerade bis zu dem vordefinierten Innendruck hält und bei dessen aus Überschreiten freigibt.
In einer weiteren möglichen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist die Befestigung des Abdeckelements zumindest teilweise an einer der Entgasungsöffnung zugewandten bzw. die Entgasungsöffnung umgebenden oder begrenzenden Seite oder Fläche des Basiselements angeordnet und/oder abgestützt. Damit kann auf besonders einfache Weise eine besonders hohe Beständigkeit oder Robustheit gegen von außen, also in Richtung der Abstützung wirkende Drücke, Belastungen oder Kräfte erreicht werden. Zudem kann auf diese Weise eine Anfälligkeit der Entgasungseinrichtung insgesamt bzw. der Befestigung der des Abdeckelements im Speziellen für Beschädigungen bzw. Außen- oder Umwelteinflüsse reduziert werden, da die Befestigung durch das Abdeckelement selbst und/oder durch das Basiselement zumindest teilweise, insbesondere vollständig, gegenüber einer äußeren Umgebung abgedeckt sein kann. Damit kann also sichergestellt werden, dass die Entgasungseinrichtung dauerhaft besonders zuverlässig funktioniert, die Befestigung also beispielsweise nicht durch äußere Umwelteinflüsse, wie etwa eine Anlagerung von Staub oder Schmutz oder Schmiermitteln oder dergleichen, beeinflusst wird. Zudem kann durch die hier vorgeschlagene Ausgestaltung die Entgasungseinrichtung besonders bauraumsparend realisiert werden, da in der Entgasungsöffnung typischerweise ohnehin freier Bauraum verfügbar ist. Insbesondere kann so einen Durchmesser der gesamten Entgasungseinrichtung besonders gering gehalten werden, beispielsweise wenn auf einer in bestimmungsgemäßer Einbaulage von den Batteriezellen abgewandten Außenseite oder Außenfläche, beispielsweise der an anderer Stelle genannten Auflagefläche, des Basiselements bereits die genannte Dichtung angeordnet ist. Diese Auflagefläche muss dann nicht zusätzlich vergrößert werden, um neben der Dichtung dort auch noch die Befestigung des Abdeckelements anordnen zu können. Eine derartige Anordnung der Dichtung kann dabei günstiger Weise die Befestigung des Abdeckelements gegenüber der äußeren Umgebung abdichten. Die Befestigung des Abdeckelements kann von der der Entgasungsöffnung zugewandten Seite des Basiselements beispielsweise bezüglich einer Haupterstreckungsebene des Abdeckelements schräg bzw. strebenartig wegragen, sodass ein entsprechender Kontakt- oder Lastaufnahmepunkt an dem Abdeckelement von dem Rand der Entgasungsöffnung in Richtung zu deren Mittelpunkt hin versetzt ist. Dadurch kann die Robustheit bzw. Stabilität des Abdeckelements, beispielsweise gegen ein Durchbiegen durch von außen einwirkende Kräfte oder Belastungen, weiter vergrößert werden.
In einer weiteren möglichen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist die Entgasungsöffnung durch wenigstens einen Steg durchgriffen. Das Abdeckelement ist dann an diesem Steg befestigt oder abgestützt. Es kann also die Befestigung des Abdeckelements an diesem Steg angeordnet oder abgestützt sein. Der Steg kann unmittelbarer bzw. integraler Bestandteil des Basiselements sein oder an dem Basiselement befestigt bzw. abgestützt sein, beispielweise durch eine stoffschlüssige Verbindung oder durch einen Formschluss in einer entsprechenden Aufnahme des Basiselements bzw. eines Hauptteils oder Hauptkörper des Basiselements. Insbesondere kann die Befestigung des Abdeckelements mittig an diesem Steg, also insbesondere auch zumindest im Wesentlichen in einem Zentrum der Entgasungsöffnung, angeordnet oder abgestützt sein. Durch die hier vorgeschlagene Anordnung kann die Belastbarkeit des Abdeckelements gegen äußere Belastungen und somit die Robustheit der Entgasungseinrichtung insgesamt weiter vergrößert werden. Die Mitte des Stegs bzw. der Entgasungsöffnung bietet dabei die effizienteste Möglichkeit, die Belastbarkeit zu verbessern, sodass - beispielsweise im Vergleich zu einer größeren Dicke des Abdeckelements über dessen gesamte Fläche - Material eingespart werden kann. Das Abdeckelement kann ausschließlich an dem Steg befestigt sein oder zusätzlich an einem Rand der Entgasungsöffnung befestigt sein. Die haltende Befestigung des Abdeckelements an dem Steg, insbesondere in der Mitte des Stegs, kann eine besonders gleichmäßige Anpresskraft des Abdeckelements auf die gegebenenfalls zwischen dem Abdeckelement und dem Basiselement angeordnete Dichtung und somit eine besonders gleichmäßige und zuverlässige Abdichtung der Entgasungsöffnung ermöglichen. Ebenso kann das Abdeckelement am Rand der Entgasungsöffnung oder neben der Entgasungsöffnung an dem Basiselement befestigt und an dem Steg lediglich abgestützt sein. Dazu kann beispielsweise ein entsprechendes Abstützelement senkrecht zur Haupterstreckungsebene des Abdeckelements innenseitig bis zu dem Steg reichen. Ein solches Abstützelement kann dabei integraler Bestandteil des Abdeckelements, mit diesem verbunden, als eigenes Bauteil zwischen dem Abdeckelement und dem Steg angeordnet oder integraler Bestandteil des Stegs sein.
In einer weiteren möglichen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist es vorgesehen, dass das Halteelement ein Scharnier ist oder umfasst bzw. als Scharnier ausgestaltet ist. Dabei ermöglicht das Scharnier ein Aufklappen oder Verschränken des Abdeckelements von relativ zu dem Basiselement von der Entgasungsöffnung weg. Dazu kann eine Seite des Scharniers an dem Basiselement und die andere Seite des Scharniers an dem Abdeckelement befestigt sein. Ein solches Scharnier kann eine besonders genau vorgegebene Bewegung des Abdeckelements im Fehlerfall ermöglichen bzw. erzwingen. Dabei kann besonders einfach ein maximaler Öffnungsgrad oder Öffnungswinkel des Abdeckelements eingestellt oder vorgegeben werden, beispielsweise durch einen entsprechenden Anschlag des Scharniers. Damit kann die Entgasungseinrichtung besonders genau und flexibel auf an jeweilige Anforderungen angepasst werden. Durch das hier vorgeschlagene Scharnier kann zudem besonders sicher und zuverlässig verhindert werden, dass sich das Abdeckelement im Fehlerfall, also bei einem Überschreiten des vordefinierten Innendrucks, von dem Basiselement löst und entfernt.
In einer möglichen Weiterbildung der vorliegenden Erfindung ist das Basiselement als Spritzgussteil ausgestaltet. Dabei ist ein Teil des Scharniers, der an dem Basiselement befestigt ist, in dieses bzw. dessen Spritzgussmasse integriert. Der basiselementseitige Teil des Scharniers kann also entsprechend eingespritzt oder in die Spritzgussmasse eingeschmolzen sein. Dies kann eine besonders sichere und robuste Verbindung des Scharniers mit dem Basiselement ermöglichen, die gleichzeitig besonders einfach, aufwandsarm und bauraumsparend realisiert werden kann. Insbesondere können so zusätzliche Befestigungselemente und entsprechende Fertigungsschritte eingespart werden.
In einer weiteren möglichen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist das Halteelement zumindest teilweise biegeschlaff ausgestaltet. Das Halteelement ist hier in seiner maximalen Längenerstreckung größer als ein in dem einsatzbereiten Zustand gegebener Abstand zwischen endseitigen Enden bzw. Befestigungspunkten des Halteelements an dem Basiselement und an dem Abdeckelement. Das Halteelement bzw. dessen biegeschlaffer Teil kann hier insbesondere ein das Basiselement und das Abdeckelement verbindendes Seil oder dergleichen umfassen. Der Begriff „Seil“ ist hier breit zu verstehen, also nicht auf aus mehreren zusammengedrehten oder geflochtenen Fasern oder Drähten gebildete Elemente beschränkt. Das Halteelement kann also beispielsweise eine Schnur, ein Band, ein Draht oder Kabel, eine homogene oder monolithische Kunststofffaser und/oder dergleichen mehr sein oder umfassen. Durch die beschriebene Länge des Halteelements kann sich das Abdeckelement im Fehlerfall von dem Basiselement lösen bzw. entfernen, bis das Halteelement bis zu seiner maximalen Länge entrollt oder ausgezogen bzw. gespannt ist. Das Halteelement kann dann verhindern, dass sich das Abdeckelement weiter von dem Basiselement entfernt. Durch die hier vorgeschlagene Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann die Entgasungsöffnung im Fehlerfall besonders schnell und vollständig freigegeben werden und gleichzeitig verhindert werden, dass das Abdeckelement weiter als durch die vorgegebene Längen des Halteelements bestimmt von dem Basiselement weggeschleudert wird.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Batterie, die ein Gehäuse und mehrere darin aufgenommene Batteriezellen aufweist. Das Gehäuse weist dabei eine Entgasungsöffnung auf, an der eine erfindungsgemäße Entgasungseinrichtung angeordnet ist bzw. welche durch eine erfindungsgemäße Entgasungseinrichtung verschlossen ist. Die erfindungsgemäße Batterie kann insbesondere die im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Entgasungseinrichtung genannte Batterievorrichtung sein oder dieser entsprechen. Ebenso kann die erfindungsgemäße Batterie beispielsweise mehrere in dem Gehäuse angeordnete oder aufgenommene Batteriemodule umfassen, die jeweils mehrere Batteriezellen enthalten können, wobei dann die einzelnen Batteriemodule jeweils der im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Entgasungseinrichtung genannten Batterievorrichtung entsprechen können. Die erfindungsgemäße Batterie kann insbesondere eine Hochvoltbatterie sein, also beispielsweise eine Nennspannung von wenigstens 48 V, wenigstens 100 V, wenigstens 200 V, wenigstens 400 V, wenigstens 800 V oder mehr aufweisen. Insbesondere können die Batteriezellen der erfindungsgemäßen Batterie eine lithiumbasierte oder lithiumionenbasierte Zellchemie aufweisen. Ebenso können aber andere Zellchemien verwendet werden. Die erfindungsgemäße Batterie kann insbesondere als Traktionsbatterie für ein Kraftfahrzeug ausgestaltet sein. Ebenso kann die erfindungsgemäße Batterie aber für andere Anwendungen oder Einsatzzweck ausgestaltet sein, beispielsweise als Batterie für ein Schienenfahrzeug, als Haus- oder Gebäudebatterie, als Pufferbatterie für ein Energieversorgungsnetz und/oder dergleichen mehr.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Kraftfahrzeug, das eine erfindungsgemäße Batterie aufweist, insbesondere als Traktionsbatterie. Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug kann insbesondere das im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Entgasungseinrichtung und/oder im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Batterie genannte Kraftfahrzeug sein oder diesem entsprechen. In bestimmungsgemäßer Einbaulage der Batterie in dem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug kann die Entgasungseinrichtung insbesondere in Fahrzeughochrichtung betrachtet an einer Unterseite, also einer einem jeweils von dem Kraftfahrzeug befahrenen Untergrund zugewandten Seite der Batterie oder an einer zumindest im Wesentlichen senkrecht dazu stehenden, also in Fahrzeughochrichtung und in Fahrzeugquerrichtung erstreckten Seitenwand der Batterie angeordnet sein. Dies kann ein besonders einfaches Abführen von austretendem Gas oder Material aus dem Kraftfahrzeug sowie ein Zurückfallen des Abdeckelements auf die Entgasungsöffnung nach dem initialen Überschreiten des vordefinierten Innendrucks ermöglichen.
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.
Die Zeichnung zeigt in:

1 eine ausschnittweise schematische Schnittdarstellung einer Batterie mit einer Entgasungseinrichtung in einer ersten Variante;
2 eine ausschnittweise schematische Schnittdarstellung einer Batterie mit einer Entgasungseinrichtung in einer zweiten Variante; und
3 eine schematischen Seitenansicht eines Kraftfahrzeugs mit einer entsprechenden Batterie.

In den Figuren sind gleiche und funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Von mehrfach vorhandenen gleichen Elementen ist der Übersichtlichkeit halber zum Teil nur eine repräsentative Auswahl explizit gekennzeichnet. Es sei darauf hingewiesen, dass die Figuren bzw. die darin gezeigten Elemente und Bauteile nicht maßstabsgetreu dargestellt sind.
1 zeigt eine ausschnittweise schematische Schnittdarstellung einer Batterie 10 mit einem Zellaufnahmeraum 12. In dem Zellaufnahmeraum 12 können bestimmungsgemäß eine Vielzahl von einzelnen Batteriezellen 50 (siehe 3) der Batterie 10 angeordnet werden, wobei diese hier der Übersichtlichkeit halber nicht explizit dargestellt sind. Ein Gehäuse der Batterie 10, das den Zellaufnahmeraum 12 umgibt oder bildet, weist an einer Stelle einen Durchbruch auf, an oder in dem hier eine Entgasungseinrichtung 14 angeordnet ist.
Die Entgasungseinrichtung 14 weist ein Basiselement 16 auf, welches auch als Gehäuse oder Hauptkörper der Entgasungseinrichtung 14 bezeichnet werden kann. Das Basiselement 16 kann sich insbesondere entlang eines Randes des Durchbruchs erstrecken, also beispielsweise entsprechend einer Form des Durchbruchs einen Kreisring bilden oder beispielsweise eine rechteckige Form aufweisen. In jedem Fall kann das Basiselement 16 eine zentrale Entgasungsöffnung 18 umgeben, durch welche in einem Fehlerfall der Batterie 10, also beispielsweise bei einem thermischen Durchgehen einer der Batteriezellen 50, Gas aus dem Zellaufnahmeraum 12 in eine Umgebung der Batterie 10 ausströmen kann.
Bis zu einem solchen Fehlerfall, also in einem fehlerfreien Normalbetrieb der Batterie 10, liegt hingegen auf einer von dem Zellaufnahmeraum 12 abgewandten Auflage- oder Außenfläche 20 ein Abdeckelement 22 auf. Dieses Abdeckelement 22 überdeckt hier die Entgasungsöffnung 18 vollständig. Damit dichtet die Entgasungseinrichtung 14 in dem hier dargestellten einsatzbereiten Zustand den Durchbruch des Gehäuses der Batterie 10 vollständig ab. Das Abdeckelement 22 ist hier als robustes, formstabiles oder biegesteifes Bauteil ausgeführt, beispielsweise als Kunststoffspritzgussbauteil oder dergleichen. Damit kann das Abdeckelement 22 von außen einwirkenden mechanischen Belastungen ohne weiteren Schutz standhalten - beispielsweise im Gegensatz zu einer herkömmlichen Berstmembran zur Abdeckung der Entgasungsöffnung 18.
Das Abdeckelement 22 ist über eine Dichtung 24, beispielsweise eine Elastomerdichtung, an das Basiselement 16 wasser- und gasdicht angebunden.
Weiter umfasst die Entgasungseinrichtung 14 eine Befestigung 26, mittels welcher das Abdeckelement 22 an dem Basiselement 16 befestigt ist. Die Befestigung 26 kann beispielsweise als lösbare Schnappverbindung, Verclipsung oder dergleichen ausgeführt sein. Dabei ist die Befestigung 26 gemäß einem vorgegebenen oder vordefinierten Innendruck ausgelegt, sodass die Befestigung 26 nachgibt und damit das Abdeckelement 22 freigibt, sobald in dem Zellaufnahmeraum 12 der vordefinierte Innendruck erreicht oder überschritten wird. Der vordefinierte Innendruck stellt also einen Öffnungsdruck dar, bei dessen Überschreiten das Abdeckelement 22 die Entgasungsöffnung 18 freigibt, sodass Gas aus dem Zellaufnahmeraum 12 ausströmen kann. Die Befestigung 26 kann beispielsweise umlaufend an einem Innenrand des Basiselements 16 angeordnet sein. Ebenso können die Befestigung 26 an einer oder mehreren einzelnen, insbesondere gleichmäßig oder symmetrisch um die Entgasungsöffnung 18 herum verteilten, Stellen angeordnet sein. Über eine Anzahl der Befestigungen 26 bzw. entsprechender Befestigungsstellen oder eine Länge der Befestigung 26 bzw. eines entsprechenden Befestigungsbereiches in Umfangsrichtung entlang der Entgasungsöffnung 18 bzw. des Innenrandes des Basiselements 16 kann neben der Ausgestaltung oder Auslegung der Befestigung 26 die Belastbarkeit der Befestigung 26 bzw. des Abdeckelements 22, also letztlich der Innendruck, ab dem sich das Abdeckelement 22 löst, eingestellt werden.
Dadurch, dass das Abdeckelement 22 auf der Außenfläche 20 aufliegt und gegebenenfalls dadurch, dass das Abdeckelement 22 in Richtung des Zellaufnahmeraums 12, beispielsweise durch die Befestigung 26, abgestützt ist, kann der vordefinierte Innendruck kleiner sein als ein außenseitig auf das Abdeckelement 22 ein wirkender Maximaldruck oder eine entsprechende äußere oder außenseitige Maximalbelastung. Mit anderen Worten kann das Abdeckelement 22 bei Überschreiten des vordefinierten Innendrucks, der auf eine den Batteriezellen 50 bzw. dem Zellaufnahmeraum 12 der Batterie zugewandte Innenseite 28 des Abdeckelements 22 wirkt, die Entgasungsöffnung 18 freigegeben, bis dahin jedoch stabil oder beständig sein gegenüber Außendrücken oder Außenbelastungen, die auf eine von den Einzelzellen bzw. dem Zellaufnahmeraum 12 abgewandte Außenseite 30 des Abdeckelements 22 einwirken.
Um dies zu unterstützen, kann optional ein die Entgasungsöffnung 18 durchgreifender Steg 32 vorgesehen sein. Dieser Steg 32 kann Bestandteil des Basiselements 16 sein oder an zwei einander gegenüberliegenden Punkten des Basiselements 16 befestigt oder abgestützt sein. Das Abdeckelement 22 kann dann durch eine Abstützung 34 in Richtung des Zellaufnahmeraums 12 an dem Steg 32 abgestützt sein. Dadurch kann die Robustheit oder Belastbarkeit des Abdeckelements 22 gegenüber auf die Außenseite 30 wirkenden Belastungen weiter vergrößern werden. Die Abstützung 34 kann auf oder an dem Steg 32 an einem Abstützpunkt 36 und auf Seiten des Abdeckelements 22 an einem dortigen Ansatzpunkt 38 ansetzen. Insbesondere kann der Abstützpunkt 36 in Längsrichtung des Stegs 32 über die Entgasungsöffnung 18 hinweg betrachtet der Mittelpunkt des Stegs 32 sein. Entsprechend kann der Ansatzpunkt 38 zumindest im Wesentlichen ein Mittelpunkt oder Zentrum des Abdeckelements 22 sein. Dabei kann die Abstützung 34 ein eigenes Bauteil, Bestandteil des Abdeckelements 22 oder eine Ausformung des Stegs 32 sein. Die Abstützung 34 kann ebenso zusätzlich oder alternativ zu der dargestellten Befestigung 26 als solche Befestigung 26 dienen. Beispielsweise kann eine entsprechende lösbare Verbindung an dem Abstützpunkt 36 oder an dem Ansatzpunkt 38 angeordnet bzw. ausgestaltet sein.
Ebenso können weitere oder eine oder mehrere anders positionierte Abstützungen 34 vorgesehen sein, um die Belastbarkeit des Abdeckelements 22 weiter zu vergrößern.
Bei Erreichen oder Überschreiten des vordefinierten Innendrucks in dem Zellaufnahmeraum 12 gibt das Abdeckelement 22 durch Nachgeben oder Versagen der Befestigung 26 die Entgasungsöffnung 18 frei. Damit sich das Abdeckelement 22 dabei nicht unkontrolliert oder in unvorhergesehener Weise von dem Basiselement 16 und der Batterie 10 entfernt, ist das Abdeckelement 22 vorliegend zusätzlich durch ein Halteelement 40 an dem Basiselement 16 gehalten. Das Halteelement 40 ist dazu ausgelegt, auch bei Überschreiten des vordefinierten Innendrucks auftretenden Belastungen standzuhalten, also das Abdeckelement 22 auch im Fehlerfall der Batterie 10 zu halten. Das Halteelement 40 kann in der hier dargestellten Variante der Entgasungseinrichtung 14 beispielsweise als Scharnier ausgestaltet sein oder ein Scharnier umfassen.
2 zeigt analog zu 1 eine ausschnittweise schematische geschnittene Darstellung der Batterie 10, wobei die Entgasungseinrichtung 14 hier in einer zweiten Variante dargestellt bzw. ausgestaltet ist. Konkret ist hier ein anderer Fangmechanismus, also eine alternative Ausgestaltung des Halteelements 40 zum Halten oder Fangen des Abdeckelements 22 im Fehlerfall, also beim Freigeben der Entgasungsöffnung 18 vorgesehen. Dabei umfasst das Halteelement 40 ein Seil oder dergleichen, dessen erstes Ende 42 an dem Basiselement 16 und dessen zweites Ende 44 an dem Abdeckelement 22, insbesondere an dessen Innenseite 28, befestigt ist. Anders als hier dargestellt kann das zweite Ende 44 dabei ebenso an anderen Stellen des Abdeckelements 22 und/oder das erste Ende 42 ebenso an anderen Stellen des Basiselements 16 befestigt sein. Jedenfalls ist eine maximale Länge des Halteelements 40 größer als eine direkte Verbindung der Befestigungspunkte des ersten Endes 42 und des zweiten Endes 44. Somit kann sich das Abdeckelement 22 im Fehlerfall von dem Basiselement 16 entfernen, um die Entgasungsöffnung 18 freizugeben. Dabei wird das Halteelement 40 abgerollt oder ausgezogen und hält, wenn es maximal gestreckt ist, das Abdeckelement 22 fest, um dessen weiteres Wegschleudern von dem Basiselement 16 zu verhindern.
3 zeigt eine ausschnittweise schematische Seitenansicht eines Kraftfahrzeugs 46, das mit der Batterie 10, insbesondere als Traktionsbatterie, ausgestattet ist. Die Batterie 10 weist ein Batteriegehäuse 48 auf, das den Zellaufnahmeraum 12 umgibt und in dem eine Vielzahl von Batteriezellen 50 angeordnet ist. Die Batterie 10 weist auch hier die Entgasungseinrichtung 14 auf, wobei diese hier beispielhaft in Fahrzeughochrichtung betrachtet an einer Unterseite der Batterie 10 angeordnet ist. Beispielsweise abhängig von einer Architektur, Anordnung oder Größe der Batterie 10 bzw. des Batteriegehäuses 48, einer Modulgröße gegebenenfalls vorgesehener Batteriemodule der Batterie 10, einer Gehäuserobustheit, einem Zellformat und/oder einer Zellchemie der Batteriezellen 50 und/oder dergleichen mehr kann die Batterie 10 eine oder mehrere Entgasungseinrichtungen 14 aufweisen. Solche Entgasungseinrichtungen 14 können also in verschiedener Anzahl und/oder in verschiedenen Formen oder Ausgestaltungen in oder an dem Batteriegehäuse 48 und/oder an oder in Modulgehäusen von Batteriemodulen der Batterie 10 verbaut sein oder werden.
Zur weiteren Veranschaulichung ist hier schematisch eine mögliche Offenstellung 52 des Abdeckelements 22 dargestellt. Das Abdeckelement 22 gibt in dieser Offenstellung 52 wie beschrieben die Entgasungsöffnung 18 frei und wird dabei gleichzeitig durch das Halteelement 40 gehalten.
Insgesamt zeigen die beschriebenen Beispiele wie ein dichtes Berstelement mit einem Scharnier oder Fangmechanismus für einen Entgasungselement eines Hochvoltspeichers realisiert werden kann.
Bezugszeichenliste

10: Batterie
12: Zellaufnahmeraum
14: Entgasungseinrichtung
16: Basiselement
18: Entgasungsöffnung
20: Außenfläche
22: Abdeckelement
24: Dichtung
26: Befestigung
28: Innenseite
30: Außenseite
32: Steg
34: Abstützung
36: Abstützpunkt
38: Ansatzpunkt
40: Halteelement
42: erstes Ende
44: zweites Ende
46: Kraftfahrzeug
48: Batteriegehäuse
50: Batteriezellen
52: Offenstellung (des Abdeckelements 20)

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102018210307 A1 [0004]

Claims

Entgasungseinrichtung (14) für eine mehrere Batteriezellen (50) umfassende Batterievorrichtung (10), aufweisend ein Basiselement (16), das eine Entgasungsöffnung (18) umgibt und ein Abdeckelement (22), das in einem einsatzbereiten Zustand die Entgasungsöffnung (18) abdeckend an dem Basiselement (16) befestigt ist, wobei - die Befestigung (26) des Abdeckelements (22) an dem Basiselement (16) das Abdeckelement (22) gegen einen vordefinierten, in bestimmungsgemäßer Einbaulage auf eine den Batteriezellen (50) zugewandte Innenseite (28) des Abdeckelements (22) einwirkenden Innendruck an dem Basiselement (16) hält und das Abdeckelement (22) bei größerem Innendruck freigibt, und - das Abdeckelement (22) mit dem Basiselement (16) zusätzlich durch ein Halteelement (40) verbunden ist, durch welches das Abdeckelement (22) gegen ein Wegschleudern von dem Basiselement (16) bei dessen Freigeben aufgrund eines Überschreitens des vordefinierten Innendrucks gesichert ist.
Entgasungseinrichtung (14) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Abdeckelement (22) stabil gegen in bestimmungsgemäßer Einbaulage auf eine von den Batteriezellen (50) abgewandte Außenseite (30) wirkende Druckbelastungen, die größer sind als der vordefinierte Innendruck, ausgebildet und an dem Basiselement (16) abgestützt ist.
Entgasungseinrichtung (14) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigung (26) des Abdeckelements (22) an dem Basiselement (16) als lösbare Schnappverbindung ausgestaltet ist.
Entgasungseinrichtung (14) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,# dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigung (26) des Abdeckelements (22) zumindest teilweise an einer der Entgasungsöffnung (18) zugewandten Seite des Basiselements (16) angeordnet und/oder abgestützt ist.
Entgasungseinrichtung (14) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Entgasungsöffnung (18) durch einen Steg (32) durchgriffen ist und das Abdeckelement (22), insbesondere mittig, an diesem Steg (32) befestigt oder abgestützt ist.
Entgasungseinrichtung (14) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Halteelement (40) ein Scharnier (40) umfasst, das ein Aufklappen des Abdeckelements (22) relativ zu dem Basiselement (16) von der Entgasungsöffnung (18) weg ermöglicht.
Entgasungseinrichtung (14) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Basiselement (16) als Spritzgussteil ausgestaltet ist und ein daran befestigter Teil des Scharniers (40) darin integriert ist.
Entgasungseinrichtung (14) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Halteelement (40) zumindest teilweise biegeschlaff ausgestaltet ist, insbesondere ein das Basiselement (16) und das Abdeckelement (22) verbindendes Seil (40) umfasst, und länger als ein in dem einsatzbereiten Zustand gegebener Abstand zwischen endseitigen Befestigungspunkten (42, 44) des Halteelements (40) an dem Basiselement (16) und an dem Abdeckelement (22) ist.
Batterie (10), aufweisend ein Gehäuse (48) und mehrere darin aufgenommene Batteriezellen (50), wobei das Gehäuse (48) eine Entgasungsöffnung (18) aufweist, an der eine Entgasungseinrichtung (14) nach einem der vorhergehenden Ansprüche angeordnet ist.
Kraftfahrzeug (46), aufweisend eine Batterie (10) nach Anspruch 9, insbesondere als Traktionsbatterie (10).