DE102021200672A1

DE102021200672A1 - Ventilvorrichtung und elektrochemisches System

Info

Publication number: DE102021200672A1
Application number: DE102021200672.8A
Authority: DE
Inventors: Matthias Goldsche; Lars Weller
Original assignee: ElringKlinger AG
Current assignee: ElringKlinger AG
Priority date: 2021-01-26
Filing date: 2021-01-26
Publication date: 2022-07-28

Abstract

Um eine Ventilvorrichtung bereitzustellen, mittels welcher ein aktiver Druckausgleich in einem Innenraum eines Behälters möglich ist und welche möglichst einfach herstellbar ist, wird eine Ventilvorrichtung, insbesondere eine Ventilvorrichtung zur Druckregelung in einem elektrochemischen System, vorgeschlagen, umfassend ein Adapterelement zur Festlegung der Ventilvorrichtung an einer Wandung eines Behälters, ein Ventilelement, welches die Druckausgleichsöffnung des Adapterelements in einem geschlossenen Zustand der Ventilvorrichtung blockiert und welches die Druckausgleichsöffnung in einem geöffneten Zustand der Ventilvorrichtung zur Ausströmung von Fluid aus einem Innenraum des Behälters in eine Umgebung des Innenraums oder zur Einströmung von Fluid aus der Umgebung des Innenraums in den Innenraum des Behälters teilweise oder vollständig freigibt, eine Steuerungs- und/oder Regelungsvorrichtung zur Steuerung und/oder Regelung einer Position des Ventilelements relativ zu dem Adapterelement und/oder eine Überwachungsvorrichtung zur Überwachung eines oder mehrerer physikalischer Parameter im Innenraum des Behälters.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ventilvorrichtung, insbesondere zur Druckregelung in einem elektrochemischen System.
Die Erfindung betrifft ferner ein elektrochemisches System.
Ventilvorrichtungen sind aus der EP 2 815 637 A1 bekannt.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Ventilvorrichtung bereitzustellen, mittels welcher ein aktiver Druckausgleich in einem Innenraum eines Behälters möglich ist und welche möglichst einfach herstellbar ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Ventilvorrichtung gemäß dem Anspruch 1 gelöst.
Die Ventilvorrichtung eignet sich insbesondere zur Druckregelung in einem elektrochemischen System.
Das elektrochemische System kann beispielsweise ein Batteriespeicher und/oder ein Akkumulatorspeicher, welcher eine oder mehrere Batteriezellen und/oder Akkumulatorzellen umfasst, sein. Die eine oder die mehreren Batteriezellen und/oder Akkumulatorzellen sind vorzugsweise Lithiumionenzellen. Dabei können die eine oder die mehreren Batteriezellen und/oder Akkumulatorzellen beispielsweise prismatische Zellen oder Rundzellen sein.
Vorzugsweise wird das elektrochemische System in Fahrzeugen eingesetzt.
Die Ventilvorrichtung umfasst vorzugsweise ein Adapterelement zur Festlegung der Ventilvorrichtung an einer Wandung eines Behälters, wobei der Behälter einen mittels der Ventilvorrichtung abzudichtenden oder freizugebenden Innenraum umgibt und wobei das Adapterelement eine Druckausgleichsöffnung aufweist.
Vorteilhaft kann es sein, wenn die Ventilvorrichtung ein Ventilelement umfasst, welches die Druckausgleichsöffnung des Adapterelements in einem geschlossenen Zustand der Ventilvorrichtung blockiert und welches die Druckausgleichsöffnung in einem geöffneten Zustand der Ventilvorrichtung zur Ausströmung von Fluid aus dem Innenraum des Behälters in eine Umgebung des Innenraums oder zur Einströmung von Fluid aus der Umgebung des Innenraums in den Innenraum des Behälters teilweise oder vollständig freigibt.
Die Ventilvorrichtung umfasst vorzugsweise eine Steuerungs- und/oder Regelungsvorrichtung zur Steuerung und/oder Regelung einer Position des Ventilelements relativ zu dem Adapterelement, vorzugsweise in Abhängigkeit eines Drucks und/oder einer Temperatur und/oder einer Feuchtigkeit im Innenraum des Behälters.
Ergänzend oder alternativ zu einer Steuerungs- und/oder Regelungsvorrichtung umfasst die Ventilvorrichtung vorzugsweise eine Überwachungsvorrichtung zur Überwachung eines oder mehrerer physikalischer Parameter im Innenraum des Behälters.
Durch die Steuerungs- und/oder Regelungsvorrichtung und/oder die Überwachungsvorrichtung kann insbesondere eine aktive Informationsgewinnung stattfinden. Die Information ist vorzugsweise weiterleitbar und/oder wird weitergeleitet, beispielsweise an ein Batterie-Management-System des elektrochemischen Systems.
Vorzugsweise ist die Steuerungs- und/oder Regelungsvorrichtung derart ausgebildet oder eingerichtet, dass die Steuerungs- und/oder Regelungsvorrichtung die Position des Ventilelements relativ zu dem Adapterelement einstellt.
Durch die Steuerungs- und/oder Regelungsvorrichtung ist vorzugsweise die Position des Ventilelements relativ zu dem Adapterelement einstellbar.
Insbesondere wird das Ventilelement durch die Steuerungs- und/oder Regelungsvorrichtung bei einem Übersteigen eines ersten kritischen Drucks und/oder einer ersten kritischen Temperatur und/oder einer kritischen Feuchtigkeit im Innenraum des Behälters oder bei einem Unterschreiten eines zweiten kritischen Drucks und/oder einer zweiten kritischen Temperatur im Innenraum des Behälters von einer geschlossenen Position in eine teilweise oder vollständig geöffnete Position gebracht.
Wenn sich das Ventilelement in einer teilweise oder vollständig geöffneten Position befindet, befindet sich die Ventilvorrichtung vorzugsweise im geöffneten Zustand.
Wenn sich das Ventilelement in einer geschlossenen Position befindet, befindet sich die Ventilvorrichtung vorzugsweise im geschlossenen Zustand.
Ein Öffnungsvorgang und/oder ein Schließvorgang der Ventilvorrichtung sind vorzugsweise reversibel.
Vorzugsweise bildet die Ventilvorrichtung ein Atmungselement, welches eine aktive Druckregulierung eines Drucks im Innenraum des Behälters ermöglicht.
Im Falle eines Ausströmens von Fluid aus dem Innenraum des Behälters durch die Druckausgleichsöffnung (aufgrund des geöffneten Zustands der Ventilvorrichtung bei einem Übersteigen des ersten kritischen Drucks und/oder der ersten kritischen Temperatur und/oder der kritischen Feuchtigkeit im Innenraum) erfüllt die Ventilvorrichtung beispielsweise eine Ausatmungsfunktion.
Im Falle eines Einströmens von Fluid in den Innenraum des Behälters durch die Druckausgleichsöffnung (aufgrund des geöffneten Zustands der Ventilvorrichtung bei einem Unterschreiten des zweiten kritischen Drucks und/oder der zweiten kritischen Temperatur im Innenraum) erfüllt die Ventilvorrichtung beispielsweise eine Einatmungsfunktion.
Die Umgebung des Innenraums des Behälters kann beispielsweise eine Vorkammer der Ventilvorrichtung, welche unmittelbar an eine Hauptkammer der Ventilvorrichtung angrenzt, umfassen.
Gemäß alternativer Ausführungsformen der Ventilvorrichtung kann die Umgebung des Innenraums des Behälters eine Umgebung der Ventilvorrichtung als Ganzes sein. Gemäß diesen Ausführungsformen bildet beispielsweise das Ventilelement in der geschlossenen Position einen Teil einer Außenwandung der Ventilvorrichtung.
Das Ventilelement umfasst vorzugsweise ein zumindest näherungsweise plattenförmig ausgebildetes Element oder ist daraus gebildet. Beispielsweise ist das Ventilelement eine Platte und/oder eine Klappe.
Es kann vorgesehen sein, dass die Steuerungs- und/oder Regelungsvorrichtung und die Überwachungsvorrichtung durch ein und dasselbe Bauteil gebildet sind.
Alternativ kann vorgesehen sein, dass die Steuerungs- und/oder Regelungsvorrichtung und die Überwachungsvorrichtung elektronisch und/oder räumlich voneinander getrennte Bauteile sind.
Vorteilhaft kann es sein, wenn die Steuerungs- und/oder Regelungsvorrichtung ein oder mehrere Sensorelemente zur Messung eines Drucks und/oder einer Temperatur und/oder einer Feuchtigkeit im Innenraum des Behälters umfasst.
In Ausführungsformen, in welchen die Feuchtigkeit im Innenraum des Behälters gemessen wird, wird vorzugsweise ein Anteil an Flüssigkeit, beispielsweise ein Wasseranteil, einer Atmosphäre im Innenraum des Behälters gemessen.
Das eine oder die mehreren Sensorelemente sind vorzugsweise ein oder mehrere Drucksensoren und/oder ein oder mehrere Temperatursensoren und/oder ein oder mehrere Feuchtigkeitssensoren.
Vorzugsweise wird eine Druckdifferenzmessung durchgeführt. Hierbei wird vorzugsweise eine Differenz eines Drucks im Innenraum des Behälters und einer Umgebung des Innenraums des Behälters gemessen.
Im Falle einer Temperaturmessung, beispielsweise durch einen Temperatursensor, wird vorzugsweise eine Temperaturdifferenzmessung durchgeführt. Hierbei wird vorzugsweise eine Differenz einer Temperatur im Innenraum des Behälters und in der Umgebung des Innenraums gemessen.
In Ausführungsformen, in welchen eine Feuchtigkeit gemessen wird, wird vorzugsweise eine Feuchtigkeitsdifferenzmessung durchgeführt.
Durch die Steuerungs- und/oder Regelungsvorrichtung ist vorzugsweise ein nicht ordnungsgemäßer Zustand des elektrochemischen Systems detektierbar und/oder erkennbar.
Ein nicht ordnungsgemäßer Zustand kann beispielsweise ein Entgasen einer oder mehrerer elektrochemischer Zellen oder ein thermischer Event sein.
Thermische Events gehen insbesondere mit einem starken Druckanstieg innerhalb einer oder mehrerer elektrochemischer Zellen und/oder mit hohen Temperaturen, beispielsweise mit Temperaturen von 1000°C oder mehr, einher.
Ein thermischer Event ist beispielsweise ein „thermal runaway“, bei welchem es aufgrund von exothermen chemischen Reaktionen innerhalb elektrochemischer Zellen des elektrochemischen Systems oder aufgrund eines Kurzschlusses zu einer sich selbst verstärkenden Wärmeentwicklung und zu einem Überhitzen von einer oder mehreren elektrochemischen Zellen kommt. Häufig kommt es bei einem „thermal runaway“ zu einer dominoartigen Wärmepropagation von einer elektrochemischen Zelle auf eine andere elektrochemische Zelle innerhalb des elektrochemischen Systems.
Neben einem „thermal runaway“ können auch äußere Beschädigungen des elektrochemischen Systems, ein fehlerhafter Zusammenbau des elektrochemischen Systems oder Defekte in einzelnen elektrochemischen Zellen thermische Events verursachen.
Ein Entgasen einer oder mehrerer elektrochemischer Zellen tritt beispielsweise durch Auslösen eines Überdruckventils in der jeweiligen elektrochemischen Zelle auf. Dies geschieht vorzugsweise bei einem Druckanstieg innerhalb der entsprechenden elektrochemischen Zelle. Durch Auslösen des Überdruckventils kann die elektrochemische Zelle kurzgeschlossen werden.
Durch die Detektion und/oder der Erkennung des Entgasens der einen oder der mehreren elektrochemischen Zellen kann vermieden werden, dass Elektrolyt, welcher bei dem Entgasen aus der jeweiligen elektrochemischen Zelle austreten kann, langfristig im Behälter verbleibt und so Korrosion verursachen kann.
Günstig kann es sein, wenn das Batterie-Management-System im Falle einer Detektion und/oder einer Erkennung eines Entgasens ein Signal an eine Fahrzeugsteuerungs- und/oder Regelungsvorrichtung übermittelt, dass in absehbarer Zeit eine Wartung des elektrochemischen Systems durchgeführt werden muss.
Insbesondere kann durch das Batterie-Management-System des elektrochemischen Systems eine Erkennung erfolgen, ob ein nicht ordnungsgemäßer Zustand des elektrochemischen Systems durch ein Entgasen eines oder mehrerer elektrochemischer Zellen oder durch ein thermisches Event hervorgerufen wurde.
Vorteilhaft kann es sein, wenn das Batterie-Management-System im Falle einer Detektion und/oder einer Erkennung eines thermischen Events ein Signal an die Fahrzeugsteuerungs- und/oder Regelungsvorrichtung übermittelt, dass das Fahrzeug evakuiert werden muss.
Günstig kann es sein, wenn die Ventilvorrichtung eine Membran umfasst, welche zwischen einer Umgebung der Ventilvorrichtung und dem Ventilelement angeordnet ist.
Die Membran umfasst vorzugsweise ein Polymermaterial oder ist daraus gebildet. Beispielsweise umfasst die Membran ein Polytetrafluorethylen (PTFE) Material oder ist daraus gebildet.
Vorzugsweise ist die Membran gasdurchlässig ausgebildet. So können Gase beispielsweise sowohl im geöffneten Zustand der Ventilvorrichtung als auch im geschlossenen Zustand der Ventilvorrichtung in einer zumindest näherungsweise senkrecht oder quer zu einer Haupterstreckungsebene der Membran verlaufenden Richtung durch die Membran hindurchtreten.
Vorteilhaft kann es sein, wenn die Membran porös, insbesondere offenporös, ausgebildet ist.
Vorzugsweise umfasst die Steuerungs- und/oder Regelungsvorrichtung zwei oder mehrere Sensorelemente, wobei vorzugsweise ein erstes Sensorelement der zwei oder der mehreren Sensorelemente an einer dem Innenraum zugewandten Innenseite des Adapterelements angeordnet ist und/oder wobei vorzugsweise ein zweites Sensorelement der zwei oder der mehreren Sensorelemente an einer dem Innenraum des Behälters abgewandten Außenseite des Adapterelements angeordnet ist.
Beispielsweise ist das zweite Sensorelement in einem vertieften Bereich des Adapterelements angeordnet, insbesondere derart, dass ein Druck und/oder eine Temperatur und/oder eine Feuchtigkeit in einem Zwischenbereich zwischen dem Adapterelement und einem Abdeckelement der Ventilvorrichtung gemessen wird und/oder messbar ist.
Vorzugsweise ist die Druckausgleichsöffnung in einer Trennwand des Adapterelements angeordnet, deren Haupterstreckungsebene zumindest näherungsweise senkrecht oder quer zu einer Haupterstreckungsebene der Wandung des Behälters angeordnet ist. Vorzugsweise verläuft eine Öffnungsrichtung des Ventilelements zumindest näherungsweise parallel zur Haupterstreckungsebene der Wandung des Behälters.
Vorteilhaft kann es sein, wenn ein Strömungspfad eines vom Innenraum des Behälters in die Umgebung des Innenraums ausströmenden Fluids oder eines aus der Umgebung des Innenraums in den Behälter einströmenden Fluids in einem senkrecht zur Haupterstreckungsebene der Wandung des Behälters genommenen Querschnitt gewölbt und/oder nicht gerade ausgebildet ist. Beispielsweise ist der Strömungspfad S-förmig und/oder stufenförmig ausgebildet.
Günstig kann es sein, wenn das Adapterelement zwei zumindest näherungsweise hohlquaderförmige Abschnitte aufweist. Die zumindest näherungsweise hohlquaderförmigen Abschnitte sind vorzugsweise an bezüglich einer parallel zur Haupterstreckungsebene der Wandung des Behälters verlaufenden Ebene gegenüberliegenden Seiten von einem Endabschnitt abgedeckt.
Die beiden zumindest näherungsweise hohlquaderförmigen Abschnitte sind vorzugsweise durch Trennwand, welche eine gemeinsame Wandung der zumindest näherungsweise hohlquaderförmigen Abschnitte bildet, voneinander getrennt.
Beispielsweise bildet ein erster zumindest näherungsweise hohlquaderförmiger Abschnitt, welcher an einer dem Innenraum abgewandten Seite der Ventilvorrichtung von einem Endabschnitt verschlossen ist, eine Hauptkammer der Ventilvorrichtung.
Vorzugsweise bildet ein zweiter zumindest näherungsweise hohlquaderförmiger Abschnitt, welcher an einer dem Innenraum zugewandten Seite der Ventilvorrichtung von einem weiteren Endabschnitt verschlossen ist, eine Vorkammer der Ventilvorrichtung.
Vorteilhaft kann es sein, wenn das Adapterelement einteilig und/oder einstückig hergestellt ist.
Alternativ kann vorgesehen sein, dass das Adapterelement mehrteilig ist und/oder aus mehreren Teilen besteht, welche, beispielsweise stoffschlüssig und/oder formschlüssig und/oder kraftschlüssig, miteinander verbunden sind.
Günstig kann es sein, wenn die Ventilvorrichtung eine Membran aufweist, welche eine Vorkammer der Ventilvorrichtung von einer Umgebung der Ventilvorrichtung, insbesondere mechanisch, abtrennt. Vorzugsweise ist die Vorkammer der Ventilvorrichtung im geöffneten Zustand der Ventilvorrichtung über die Druckausgleichsöffnung mit einer Hauptkammer der Ventilvorrichtung verbunden.
Die Vorkammer bildet vorzugsweise keinen Bestandteil des Innenraums des Behälters.
Vorzugsweise sind die Vorkammer und die Hauptkammer durch die Trennwand des Adapterelements voneinander getrennt. Die Hauptkammer ist vorzugsweise fluidisch mit dem Innenraum des Behälters verbunden, beispielsweise bildet die Hauptkammer einen Teil des Innenraums des Behälters.
Günstig kann es sein, wenn die Vorkammer im geschlossenen Zustand der Ventilvorrichtung fluidisch und/oder mechanisch von der Hauptkammer getrennt ist.
Insbesondere ist die Vorkammer im geöffneten Zustand der Ventilvorrichtung fluidisch mit der Hauptkammer der Ventilvorrichtung verbunden.
Der eine oder die mehreren physikalischen Parameter sind vorzugsweise ausgewählt aus: Temperatur, Druck, Feuchtigkeit.
Vorteilhaft kann es sein, wenn die Steuerungs- und/oder Regelungsvorrichtung ein Antriebselement umfasst, durch welches eine Bewegung des Ventilelements relativ zu dem Adapterelement antreibbar ist und/oder angetrieben wird.
Das Antriebselement umfasst vorzugsweise einen Elektromagnet, durch dessen Kraft das Ventilelement von einer geschlossenen Position in eine teilweise oder vollständig geöffnete Position bringbar ist und/oder gebracht wird.
Beispielsweise umfasst das Antriebselement ein Relais und/oder ein elektromagnetisches Ventil oder ist daraus gebildet.
Günstig kann es sein, wenn das Ventilelement in der geschlossenen Position in direktem stofflichen Kontakt mit dem Adapterelement, beispielsweise der Trennwand des Adapterelements, ist.
Vorzugsweise deckt das Ventilelement die Druckausgleichsöffnung im geschlossenen Zustand der Ventilvorrichtung vollständig und/oder fluiddicht ab.
Im geöffneten Zustand der Ventilvorrichtung bildet die Druckausgleichsöffnung vorzugsweise einen Zugang und/oder Ausgang für Fluid in den Innenraum des Behälters oder heraus.
Vorteilhaft kann es sein, wenn die Steuerungs- und/oder Regelungsvorrichtung ein Federelement, beispielsweise eine Druckfeder, umfasst, welches einen Ventilschieber des Antriebselements in einem geschlossenen Zustand der Ventilvorrichtung gegen einen Ventilanschlag drückt. Der Ventilschieber ist vorzugsweise stoffschlüssig und/oder kraftschlüssig und/oder formschlüssig mit dem Ventilelement verbunden. Der Ventilanschlag ist beispielsweise durch die Trennwand gebildet.
Beispielsweise ist der Ventilanschlag ein Ventilsitz.
Bei einem Übersteigen des ersten kritischen Drucks und/oder der ersten kritischen Temperatur im Innenraum des Behälters wird vorzugsweise durch die Steuerungs- und/oder Regelungsvorrichtung eine elektrische Spannung an den Elektromagneten angelegt, wodurch vorzugsweise der Ventilschieber in eine von der Trennwand wegweisende Richtung gedrückt wird. Hierdurch gelangt das Ventilelement vorzugsweise in die geöffnete Position und/oder die Ventilvorrichtung in den geöffneten Zustand. Der Elektromagnet umgibt vorzugsweise den Ventilschieber radial.
Ergänzend oder alternativ wird beispielsweise bei einem Unterschreiten des zweiten kritischen Drucks und/oder der zweiten kritischen Temperatur im Innenraum des Behälters durch die Steuerungs- und/oder Regelungsvorrichtung eine elektrische Spannung an den Elektromagneten angelegt, wodurch vorzugsweise der Ventilschieber in eine von der Trennwand wegweisende Richtung gedrückt wird. Hierdurch gelangt das Ventilelement insbesondere in die geöffnete Position und/oder die Ventilvorrichtung in den geöffneten Zustand.
Ergänzend oder alternativ wird beispielsweise bei einem Übersteigen der kritischen Feuchtigkeit durch die Steuerungs- und/oder Regelungsvorrichtung im Innenraum des Behälters eine elektrische Spannung an den Elektromagneten angelegt, wodurch vorzugsweise der Ventilschieber in eine von der Trennwand wegweisende Richtung gedrückt wird. Hierdurch gelangt das Ventilelement insbesondere in die geöffnete Position und/oder die Ventilvorrichtung in den geöffneten Zustand.
Der Elektromagnet umgibt den Ventilschieber vorzugsweise radial.
Ergänzend oder alternativ dazu, dass das Antriebselement einen Elektromagneten umfasst, kann vorgesehen sein, dass das Antriebselement einen Elektromotor und/oder einen hydraulischen Antrieb umfasst.
Das Antriebselement ist vorzugsweise durch ein Batterie-Management-System mit elektrischer Spannung versorgbar und/oder wird versorgt.
Vorteilhaft kann es sein, wenn die Ventilvorrichtung ein Abdeckelement aufweist, welches das Abdeckelement auf einer dem Innenraum abgewandten Seite abdeckt, wobei vorzugsweise das Abdeckelement einen fluiddurchlässigen Bereich und einen fluidundurchlässigen Bereich aufweist.
Beispielsweise ist der fluiddurchlässige Bereich durch, insbesondere regelmäßig angeordnete, Durchtrittsöffnungen in einem Grundkörper des Abdeckelements gebildet.
Der fluiddurchlässige Bereich bildet vorzugsweise ein Stützelement und/oder eine Anlagefläche und/oder Auflagefläche für die Membran der Ventilvorrichtung.
Günstig kann es sein, wenn der fluidundurchlässige Bereich des Abdeckelements die Hauptkammer der Ventilvorrichtung an einer dem Innenraum des Behälters abgewandten Seite abdeckt und/oder bedeckt.
Vorteilhaft kann es sein, wenn die Steuerungs- und/oder Regelungsvorrichtung in einer Hauptkammer der Ventilvorrichtung angeordnet ist und/oder das Ventilelement von einer dem Innenraum des Behälters zugewandten Seite aussteuert und/oder regelt.
Vorzugsweise ist das Adapterelement in einer Aufnahmeöffnung der Wandung aufgenommen, wobei eine Querschnittsfläche der Druckausgleichsöffnung höchstens ungefähr die Hälfte, insbesondere höchstens ungefähr ein Viertel, einer Querschnittsfläche der Aufnahmeöffnung beträgt.
Vorzugsweise beträgt die Querschnittsfläche der Druckausgleichsöffnung mindestens ungefähr ein Zehntel, insbesondere mindestens ungefähr ein Fünftel, der Querschnittsfläche der Aufnahmeöffnung.
Die Querschnittsfläche der Aufnahmeöffnung ist vorzugsweise parallel zu einer Haupterstreckungsebene der Wandung definiert.
Die Querschnittsfläche der Druckausgleichsöffnung ist vorzugsweise parallel zu einer Haupterstreckungsebene derjenigen Wandung definiert, in welcher die Druckausgleichsöffnung angeordnet ist.
Vorzugsweise weist die Ventilvorrichtung ein Deckelelement zum Schutz der Ventilvorrichtung auf, wobei das Deckelelement das Adapterelement insbesondere an einer der Umgebung der Ventilvorrichtung zugewandten Seite abdeckt. Insbesondere weist das Deckelelement eine Ausnehmung zur Aufnahme eines Schutzelements auf. Das Schutzelement bildet beispielsweise einen Spritzschutz.
Vorteilhaft kann es sein, wenn die Steuerungs- und/oder Regelungsvorrichtung ein oder mehrere Verbindungselemente zur elektrischen Verbindung der Steuerungs- und/oder Regelungsvorrichtung mit einer Spannungsquelle, beispielsweise einem Batterie-Management-System eines elektrochemischen Systems, umfasst.
Beispielsweise weist die Steuerungs- und/oder Regelungsvorrichtung ein Verbindungselement in Form eines achtpoligen Steckers auf. Das Verbindungselement dient vorzugsweise einer Signalübermittlung und einer Übermittlung eines Signals und/oder einer Spannung an das Antriebselement.
Die vorliegende Erfindung betrifft ferner eine Behältervorrichtung.
Die Behältervorrichtung umfasst vorzugsweise einen Behälter, welcher einen Innenraum umgibt.
Vorzugsweise umfasst die Behältervorrichtung eine oder mehrere, insbesondere erfindungsgemäße, Ventilvorrichtungen.
Die eine oder die mehreren Ventilvorrichtungen umfassen vorzugsweise jeweils ein Adapterelement zur Festlegung der Ventilvorrichtung an und/oder in einer Wandung des Behälters, wobei das Adapterelement eine Druckausgleichsöffnung aufweist.
Vorzugsweise umfassen die eine oder die mehreren Ventilvorrichtungen jeweils ein Ventilelement, welches die Druckausgleichsöffnung des Adapterelements in einem geschlossenen Zustand der Ventilvorrichtung blockiert und welches die Druckausgleichsöffnung in einem geöffneten Zustand der Ventilvorrichtung zur Ausströmung von Fluid aus dem Innenraum des Behälters in eine Umgebung des Innenraums oder zur Einströmung von Fluid aus der Umgebung des Innenraums in den Innenraum des Behälters teilweise oder vollständig freigibt.
Die eine oder die mehreren Ventilvorrichtungen umfassen insbesondere jeweils eine Steuerungs- und/oder Regelungsvorrichtung zur Steuerung und/oder Regelung einer Position des Ventilelements relativ zu dem Adapterelement und/oder eine Überwachungsvorrichtung zur Überwachung eines oder mehrerer physikalischer Parameter im Innenraum des Behälters.
Die Behältervorrichtung weist vorzugsweise ein oder mehrere Merkmale und/oder einen oder mehrere Vorteile der erfindungsgemäßen Ventilvorrichtung auf.
Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein elektrochemisches System.
Der Erfindung liegt diesbezüglich die Aufgabe zugrunde, ein elektrochemisches System bereitzustellen, bei welchem ein aktiver Druckausgleich durchführbar ist und welches einfach herstellbar ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein elektrochemisches System gemäß dem auf ein elektrochemisches System gerichteten unabhängigen Anspruch gelöst.
das elektrochemische System ist vorzugsweise ein Batteriespeicher.
Das elektrochemische System umfasst eine oder mehrere erfindungsgemäße Ventilvorrichtungen, wobei die eine oder die mehreren Ventilvorrichtung an und/oder in einer Wandung eines Behälters, insbesondere eines Gehäuses, des elektrochemischen Systems, insbesondere formschlüssig und/oder kraftschlüssig und/oder stoffschlüssig, festgelegt sind.
Beispielsweise sind die eine oder die mehreren Ventilvorrichtungen wie folgt an und/oder in der Wandung des Behälters festgelegt:

- durch einen Bajonettverschluss; und/oder
- durch eine Verschraubung; und/oder
- durch eine Klemmverbindung; und/oder
- durch eine Clipverbindung.

Vorteilhaft kann es sein, wenn die eine oder die mehreren Ventilvorrichtungen mittels eines Dichtelements an und/oder in der Wandung festgelegt sind. So kann eine Dichtigkeit gegenüber einem Eindringen von Partikeln oder anderen Verschmutzungen optimiert sein.
Das elektrochemische System weist vorzugsweise ein oder mehrere Merkmale und/oder einen oder mehrere Vorteile der erfindungsgemäßen Ventilvorrichtung auf.
Günstig kann es sein, wenn das elektrochemische System eine oder mehrere Auswerteeinheiten und/oder Diagnoseeinheiten umfasst, welche einer Überwachung eines oder mehrerer physikalischer Parameter im Behälter des elektrochemischen Systems und/oder einer Bestimmung eines nicht ordnungsgemäßen Zustands einer oder mehrerer elektrochemischer Zellen des elektrochemischen Systems dient.
Vorteilhaft kann es sein, wenn das elektrochemische System ein Batterie-Management-System aufweist, welches elektrisch mit der einen oder den mehreren Auswerteeinheiten und/oder Diagnoseeinheiten des elektrochemischen Systems verbunden ist.
Günstig kann es sein, wenn die eine oder die mehreren Auswerteeinheiten und/oder Diagnoseeinheiten vom Batterie-Management-System mit elektrischer Spannung versorgt werden.
Vorteilhaft kann es sein, wenn die eine oder die mehreren Auswerteeinheiten und/oder Diagnoseeinheiten von der einen oder den mehreren Ventilvorrichtungen empfangene Daten filtert und beispielsweise jeweils einen Maximalwert an das Batterie-Management sendet. Beispielsweise wird der jeweilige Maximalwert über eine isoSPI-Kommunikation an das Batterie-Management-System übermittelt.
Vorzugsweise erfolgt eine Prüfung der Daten durch das Batterie-Management-System. Falls das Batterie-Management-System einen nicht ordnungsgemäßen Zustand des elektrochemischen Systems detektiert, ist eine Einstufung, ob eine Entgasung mindestens einer elektrochemischen Zelle des elektrochemischen Systems oder ein thermischer Event vorliegt, durchführbar und/oder wird durchgeführt. So kann eine Unterscheidung zwischen einem gefährlichen thermischen Event und einem Entgasen einzelner elektrochemischer Zellen durchgeführt werden.
Vorzugsweise ist durch die eine oder die mehreren Ventilvorrichtungen eine Überwachung, beispielsweise durch mindestens einen Drucksensor und/oder mindestens einen Temperatursensor und/oder mindestens einen Feuchtigkeitssensor, eines oder mehrerer physikalischer Parameter im Innenraum des Behälters ausgebildet. Im Falle einer relevanten Druckänderung und/oder einer relevanten Temperaturänderung und/oder einer relevanten Feuchtigkeitsänderung wird das Ventilelement der jeweiligen Ventilvorrichtung vorzugsweise durch Aussendung eines Signals an ein Antriebselement der jeweiligen Ventilvorrichtung in den geöffneten Zustand gebracht.
Nach Durchführung des Druckausgleichs wird das Ventilelement der jeweiligen Ventilvorrichtung vorzugsweise in den geschlossenen Zustand gebracht, insbesondere durch ein entsprechendes Signal an das jeweilige Antriebselement.
Weitere bevorzugte Merkmale und/oder Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung und der zeichnerischen Darstellung eines Ausführungsbeispiels.
Es zeigen:

1 eine schematische perspektivische Darstellung einer Ausführungsform einer Ventilvorrichtung eines elektrochemischen Systems, bei welcher ein Adapterelement der Ventilvorrichtung mit einem Deckelelement zu einer Umgebung der Ventilvorrichtung hin abgedeckt ist, in einem geschlossenen Zustand der Ventilvorrichtung;
2 eine schematische perspektivische Explosionsdarstellung der Ventilvorrichtung aus 1, bei welcher eine Vorkammer der Ventilvorrichtung zu sehen ist, welche in einem montierten Zustand der Ventilvorrichtung von dem Adapterelement und einem Abdeckelement der Ventilvorrichtung umgeben ist;
3 eine schematische perspektivische Explosionsdarstellung der Ventilvorrichtung aus den 1 und 2 von schräg unten, bei welcher eine Hauptkammer der Ventilvorrichtung zu sehen ist, welche in einem montierten Zustand der Ventilvorrichtung in einem elektrochemischen System einen Bestandteil eines Innenraums eines Gehäuses des elektrochemischen Systems bildet;
4 eine schematische perspektivische Schnittdarstellung durch die Ventilvorrichtung aus den 1 bis 3, bei welcher zu sehen ist, dass ein Ventilelement der Ventilvorrichtung eine Druckausgleichsöffnung der Ventilvorrichtung in einem geschlossenen Zustand der Ventilvorrichtung verschließt;
5 eine schematische perspektivische Darstellung der Ventilvorrichtung aus den 1 bis 4 auf eine dem Innenraum des Gehäuses der elektrochemischen Zelle zugewandte Unterseite der Ventilvorrichtung; und
6 eine schematische Draufsicht auf die Unterseite der Ventilvorrichtung aus den 1 bis 5.

Gleiche oder funktional äquivalente Elemente sind in sämtlichen Figuren mit denselben Bezugszeichen bezeichnet.
Eine in den 1 bis 6 dargestellte, als Ganzes mit 100 bezeichnete Ausführungsform einer Ventilvorrichtung bildet vorzugsweise einen Bestandteil eines zeichnerisch nicht als Ganzes dargestellten elektrochemischen Systems 102. Das elektrochemische System 102 eignet sich insbesondere zur Verwendung in einem Fahrzeug.
Vorzugsweise umfasst das elektrochemische System 102 mehrere elektrochemische Einheiten, welche beispielsweise Batteriezellen und/oder Akkumulatorzellen, beispielsweise Lithiumionenbatterien, umfassen.
Bei den Batteriezellen und/oder Akkumulatorzellen handelt es sich beispielswese um prismatische Batteriezellen und/oder Akkumulatorzellen oder um Rundzellen.
Das elektrochemische System 102 ist beispielsweise ein Batteriespeicher.
Beispielsweise sind eine oder mehrere Ventilvorrichtungen 100 an und/oder in einer Wandung 104 des elektrochemischen Systems 102 eingelassen und/oder fluiddicht an und/oder in dieser festgelegt.
Die Wandung 104 (in 1 schematisch angedeutet) bildet vorliegend einen Bestandteil eines Gehäuses 106 des elektrochemischen Systems 102. Das Gehäuse 106 bildet vorliegend einen Behälter 108, welcher einen Innenraum 110 umgibt.
Beispielsweise sind die eine oder die mehreren Ventilvorrichtungen 100 wie folgt an und/oder in der Wandung 104 des Behälters 108 festgelegt:

Vorteilhaft kann es sein, wenn die eine oder die mehreren Ventilvorrichtungen 100 mittels eines (zeichnerisch nicht dargestellten) Dichtelements an und/oder in der Wandung 104 festgelegt sind.
Der Behälter 104 und die Ventilvorrichtung 100 bilden vorzugsweise eine Behältervorrichtung 107.
Die Ventilvorrichtung 100 umfasst vorzugsweise ein Adapterelement 112, welches insbesondere einer Festlegung der Ventilvorrichtung 100 an und/oder in der Wandung 104 dient.
Das Adapterelement 112 und/oder die Ventilvorrichtung 100 als Ganzes weisen vorliegend in einem parallel zu einer Haupterstreckungsebene der Wandung 104 genommenen Querschnitt zumindest näherungsweise eine Rechteckform auf.
Das Adapterelement 112 weist vorliegend zwei zumindest näherungsweise hohlquaderförmige Abschnitte auf, welche an einander gegenüberliegenden Seiten des Adapterelements 112 jeweils von einem Endabschnitt 114 des Adapterelements 112 abgedeckt sind.
Vorteilhaft kann es sein, wenn die beiden hohlquaderförmigen Abschnitte des Adapterelements 112 eine gemeinsame Wandung aufweisen, welche vorliegend eine Trennwand 116 bildet.
Eine Haupterstreckungsebene der Trennwand 116 ist vorliegend zumindest näherungsweise senkrecht oder quer zu einer Haupterstreckungsebene der Wandung 104 angeordnet.
Vorteilhaft kann es sein, wenn die Trennwand 116 als Teil des Adapterelements 112 eine, vorliegend zumindest näherungsweise rechteckförmige, Druckausgleichsöffnung 118 aufweist.
Die Druckausgleichsöffnung 118 dient vorzugsweise einem Druckausgleich im Falle eines Übersteigens eines ersten kritischen Drucks im Innenraum 110 des Behälters 108 und/oder im Falle eines Unterschreitens eines zweiten kritischen Drucks im Innenraum 110 des Behälters 108.
Zur aktiven Steuerung und/oder Regelung des Druckausgleichs umfasst die Ventilvorrichtung 100 vorliegend eine Steuerungs- und/oder Regelungsvorrichtung 105. Die Steuerungs- und/oder Regelungsvorrichtung 105 dient vorzugsweise einer aktiven Einstellung einer Position eines Ventilelements 120 der Ventilvorrichtung 100 relativ zu dem Adapterelement 112.
Ergänzend oder alternativ dazu, dass die Ventilvorrichtung 100 eine Steuerungs- und/oder Regelungsvorrichtung 105 aufweist, kann vorgesehen sein, dass die Ventilvorrichtung 100 eine Überwachungsvorrichtung 125 aufweist.
Die Überwachungsvorrichtung 125 dient insbesondere einer Überwachung eines oder mehrerer physikalischer Parameter im Innenraum 110 des Behälters 108 und/oder einer Detektion eines nicht ordnungsgemäßen Zustands des elektrochemischen Systems 102.
Durch die Steuerungs- und/oder Regelungsvorrichtung 105 ist vorliegend ein Druckausgleich mit einer Umgebung 115 des Innenraums 110 des Behälters 108 durchführbar und/oder es wird bei einem Übersteigen des ersten kritischen Drucks im Innenraum 110 und/oder bei einem Unterschreiten des zweiten kritischen Drucks im Innenraum 110 des Behälters 108 durchgeführt.
Ergänzend oder alternativ kann durch die Steuerungs- und/oder Regelungsvorrichtung 105 ein Druckausgleich im Falle eines Übersteigens einer ersten kritischen Temperatur im Innenraum 110 des Behälters 108 und/oder im Falle eines Unterschreitens einer zweiten kritischen Temperatur im Innenraum 110 des Behälters 108 durchgeführt werden.
Ergänzend oder alternativ kann durch die Steuerungs- und/oder Regelungsvorrichtung 105 bei einem Übersteigen einer kritischen Feuchtigkeit im Innenraum 110 des Behälters 108 ein Druckausgleich durchgeführt werden.
Zum Druckausgleich wird das Ventilelement 120 von einer geschlossenen in eine teilweise oder vollständig geöffnete Position gebracht.
Hierdurch gelangt die Ventilvorrichtung von einem geschlossenen in einen geöffneten Zustand.
Ein Strömungspfad eines Fluids vom Innenraum 110 des Behälters 108 in eine Umgebung der Ventilvorrichtung 100 oder umgekehrt ist vorzugsweise nicht gerade, beispielsweise zumindest näherungsweise S-förmig.
Die Steuerungs- und/oder Regelungsvorrichtung 105 und die Überwachungsvorrichtung 125 sind vorliegend identisch.
Alternativ kann vorgesehen sein, dass die Steuerungs- und/oder Regelungsvorrichtung 105 und die Überwachungsvorrichtung 125 elektronisch und/oder mechanisch voneinander abweichende Bauteile sind. Es kann vorgesehen sein, dass die Steuerungs- und/oder Regelungsvorrichtung 105 die Überwachungsvorrichtung 125 umfasst.
Auf die Steuerungs- und/oder Regelungsvorrichtung 105 und die Überwachungsvorrichtung 125 wird später noch genauer eingegangen.
Im (in sämtlichen Fig. dargestellten) geschlossenen Zustand der Ventilvorrichtung 100 ist die Druckausgleichsöffnung 118 durch das Ventilelement 120 der Ventilvorrichtung 100 blockiert und/oder abgedeckt. Insbesondere ist die Druckausgleichsöffnung 118 im geschlossenen Zustand der Ventilvorrichtung 100 durch das Ventilelement 120 vollständig und/oder fluiddicht verschlossen.
Die Ventilvorrichtung 100 weist vorliegend eine Hauptkammer 122 und eine Vorkammer 124 auf. Die Hauptkammer 122 bildet vorliegend einen Bestandteil des Innenraums 110 des Behälters 108 und/oder ist fluiddicht mit diesem verbunden.
Die Hauptkammer 122 ist vorliegend fünfseitig von einem ersten der zwei zumindest näherungsweise hohlquaderförmigen Abschnitt des Adapterelements 112 und einem Endabschnitt 114 umgeben, wobei der Endabschnitt 114 den zumindest näherungsweise hohlquaderförmigen Abschnitt an einer dem Innenraum 110 abgewandten Seite des Adapterelements 112 bedeckt und/oder abdeckt.
Vorliegend weist der Endabschnitt 114, welcher die Hauptkammer 122 begrenzt, an einer dem Abdeckelement 126 zugewandten Seite einen vertieften Bereich auf.
Die Hauptkammer 122 ist vorzugsweise zum Innenraum 110 hin offen.
Die Vorkammer 124 ist vorzugsweise fünfseitig von einem zweiten der zwei zumindest näherungsweise hohlquaderförmigen Abschnitte des Adapterelements 112 und einem weiteren Endabschnitt 114, welcher das Adapterelement 112 an einer dem Innenraum 110 zugewandten Seite abdeckt, umgeben.
Eine sechste Seite der Vorkammer 124 ist vorliegend durch ein Abdeckelement 126 der Ventilvorrichtung 100 verschlossen. Das Abdeckelement 126 deckt das Adapterelement 112 an einer dem Innenraum 110 abgewandten Seite vorliegend vollständig ab.
Vorliegend sind das Abdeckelement 126 und das Adapterelement 112 voneinander getrennte Bauteile. Alternativ kann vorgesehen sein, dass das Abdeckelement 126 und das Adapterelement 112 ein einziges Bauteil sind und/oder einstückig hergestellt sind.
Vorteilhaft kann es sein, wenn das Abdeckelement 126 einen fluiddurchlässigen Bereich 128 und einen fluidundurchlässigen Bereich 130 aufweist.
Der fluiddurchlässige Bereich 128 ist vorzugsweise durch, vorliegend regelmäßig angeordnete, Durchtrittsöffnungen 132 gebildet.
Der fluiddurchlässige Bereich 128 begrenzt vorzugsweise die Vorkammer 124 der Ventilvorrichtung 100 an einer dem Innenraum 110 abgewandten Seite.
Günstig kann es sein, wenn der fluiddurchlässige Bereich 128 in einem parallel zur Haupterstreckungsebene der Wandung 104 genommenen Querschnitt zumindest näherungsweise kreisförmig ausgebildet ist.
Beispielsweise bildet der fluiddurchlässige Bereich 128 des Abdeckelements 126 eine Anlagefläche und/oder Auflagefläche für eine Membran 134 der Ventilvorrichtung.
Die Membran 134 dient insbesondere einem Schutz des elektrochemischen Systems 102 vor einem Eindringen von Wasser und/oder Feuchtigkeit in den Innenraum 110 des Gehäuses 106.
Die Membran 134 ist vorzugsweise gasdurchlässig ausgebildet. Vorzugsweise ist die Membran 134 porös, insbesondere offenporös.
Vorzugsweise ist die Membran 134 zumindest näherungsweise scheibenförmig ausgebildet. Die Membran 134 umfasst vorzugsweise ein Polymermaterial oder ist daraus gebildet. Beispielsweise umfasst die Membran 134 ein Polytetrafluorethylen (PTFE)-Material oder ist daraus gebildet.
Vorteilhaft kann es sein, wenn ein Teil des Abdeckelements 126, vorliegend der fluiddurchlässige Bereich 128, eine Membranaufnahme zur Aufnahme der Membran 134 bildet. Beispielsweise ist und/oder wird die Membran in einen von einer umlaufenden Nut gebildeten Bereich das Abdeckelements 126 eingelegt und/oder von diesem aufgenommen (vgl. 2).
Es kann vorgesehen sein, dass die Membran 134 stoffschlüssig und/oder formschlüssig und/oder kraftschlüssig mit dem Abdeckelement 126 verbunden ist.
Beispielsweise ist die Membran 134 an einer dem Innenraum 110 abgewandten Seite des Abdeckelements 126 angeordnet.
An einer dem Innenraum 110 des Behälters 108 abgewandten Außenseite der Membran 134 ist diese vorliegend von einem Schutzelement 136 bedeckt und/oder mit diesem verbunden.
Das Schutzelement 136 dient insbesondere einem Schutz der Membran 134. Beispielsweise bildet das Schutzelement 136 einen Spritzschutz.
Vorzugsweise ist die Membran 134 kraftschlüssig und/oder formschlüssig und/oder stoffschlüssig zwischen der Membranaufnahme des Abdeckelements 126 und dem Schutzelement 136 festgelegt, beispielsweise eingeklemmt. Hierfür werden beispielsweise an einer der Membran 134 zugewandten Unterseite des Schutzelements 136 angeordnete Vorsprünge 138 in komplementär dazu ausgebildete Rücksprünge im Abdeckelement 126 eingeschoben und/oder sind in diese eingeklemmt.
Die Ventilvorrichtung 100 umfasst vorzugsweise ferner ein Deckelelement 140, welches das Adapterelement 112 zur Umgebung 115 der Ventilvorrichtung 100 hin abdeckt. Das Deckelelement 140 dient vorzugsweise einem Schutz eines Inneren der Ventilvorrichtung 100.
Günstig kann es sein, wenn das Deckelement eine, vorliegend zumindest näherungsweise kreisförmige, Öffnung aufweist, in welcher das Schutzelement 136 aufgenommen ist.
Vorzugsweise ist das Deckelelement 140 formschlüssig und/oder kraftschlüssig und/oder stoffschlüssig mit dem Adapterelement 112 verbunden. Beispielsweise ist das Deckelelement 140 auf das Adapterelement 112 aufgesteckt und/oder mittels einer Clipverbindung mit demselben verbunden.
Vorteilhaft kann es sein, wenn das Adapterelement 112 in eine Aufnahmeöffnung 142 der Wandung 104 des Behälters 108 eingreift und/oder mit die Aufnahmeöffnung 142 umgebenden Randbereichen der Wandung 104 formschlüssig und/oder kraftschlüssig und/oder stoffschlüssig verbunden ist.
Günstig kann es sein, wenn eine Querschnittsfläche der Druckausgleichsöffnung 118 höchstens ungefähr die Hälfte, beispielsweise höchstens ungefähr ein Viertel, einer Querschnittsfläche der Aufnahmeöffnung 142 beträgt.
Vorzugsweise ist das Ventilelement 120 zumindest näherungsweise plattenförmig und/oder eben ausgebildet. Insbesondere liegt das Ventilelement 120 in einer geschlossenen Position des Ventilelements 120 (welche insbesondere dem geschlossenen Zustand der Ventilvorrichtung 100 entspricht) an die Druckausgleichsöffnung 118 umgebenden Randbereichen der Trennwand 116 an.
Günstig kann es sein, wenn das Ventilelement 120 in einem geschlossenen Zustand der Ventilvorrichtung 100 durch die Steuerungs- und/oder Regelungsvorrichtung 105 von einer dem Innenraum 110 zugewandten Seite der Trennwand 116 aus gegen die Trennwand 116 gedrückt ist und/oder wird.
Eine Öffnungsrichtung 135 des Ventilelements 120 verläuft vorzugsweise zumindest näherungsweise parallel zu einer Haupterstreckungsebene der Wandung 104 und/oder zumindest näherungsweise senkrecht oder quer zu einer Haupterstreckungsebene der Trennwand 116.
Vorzugsweise ist die Steuerungs- und/oder Regelungsvorrichtung 105 derart ausgebildet, dass eine kontinuierliche Messung einer Druckänderungsrate und/oder einer Temperaturänderungsrate und/oder einer Feuchtigkeitsänderungsrate vorgenommen werden kann.
Günstig kann es sein, wenn die Steuerungs- und/oder Regelungsvorrichtung ein oder mehrere Sensorelemente 144, vorliegend zwei Sensorelemente 144, umfasst.
Die Sensorelemente 144 dienen vorzugsweise einer Detektion und/oder Überwachung eines oder mehrerer physikalischer Parameter im Innenraum 110 des Behälters 108 und/oder der Umgebung 115 des Innenraums 110.
Günstig kann es sein, wenn ein erstes Sensorelement 144 an einer einem Innenraum 110 zugewandten Innenseite einer die Hauptkammer 122 umgebenden Wandung des Adapterelements 112 angeordnet ist.
Beispielsweise ist das erste Sensorelement 144 an einer dem Innenraum 110 zugewandten Innenseite des Endabschnitts 114 angeordnet.
Ein zweites der zwei Sensorelemente 144 ist vorzugsweise an einer dem Innenraum abgewandten Außenseite einer die Hauptkammer bildenden Wandung des Adapterelements 112 angeordnet.
Beispielsweise ist das zweite Sensorelement 144 im vertieften Bereich des Endabschnitts 114 angeordnet. So ist insbesondere eine Messung des jeweiligen physikalischen Parameters zwischen dem Adapterelement 112 und dem Abdeckelement 126 zuverlässig durchführbar.
Das erste Sensorelement 144 misst beispielsweise einen oder mehrere im Innenraum 110 vorherrschenden physikalischen Parameter während das zweite Sensorelement 144 einen oder mehrere physikalische Parameter der Umgebung 115 des Innenraums 110 misst.
Der eine oder die mehreren physikalischen Parameter sind vorzugsweise ausgewählt aus Druck, Temperatur, Feuchtigkeit.
Beispielsweise wird eine Druckänderungsmessung und/oder Temperaturänderungsmessung und/oder Feuchtigkeitsänderungsmessung durchgeführt.
Vorteilhaft kann es sein, wenn die Steuerungs- und/oder Regelungsvorrichtung 105 ein Antriebselement 146 umfasst. Das Antriebselement 146 dient vorzugsweise einem Antrieb des Ventilelements 120.
Insbesondere ist das Ventilelement 120 durch das Antriebselement 146 von der geschlossenen Position in eine (nicht zeichnerisch dargestellte) teilweise oder vollständig geöffnete Position bringbar und/oder wird gebracht.
Beispielsweise umfasst das Antriebselement 146 ein Relais 148 und/oder ein elektromagnetisches Ventil 150 oder ist aus einem Relais 148 und/oder einem elektromagnetischen Ventil 150 gebildet.
Günstig kann es sein, wenn das Antriebselement 146 ein Federelement 152, beispielsweise eine Druckfeder, umfasst, welche einen Ventilschieber 154, welcher beispielsweise mit dem Ventilelement 120 verbunden ist, im geschlossenen Zustand der Ventilvorrichtung 100 gegen einen Ventilanschlag 156, welcher beispielsweise durch die Trennwand 116 gebildet ist, drückt.
Wird eine elektrische Spannung an einen den Ventilschieber 154 radial umgebenden Elektromagneten 158 angelegt, wird der Ventilschieber 154, insbesondere entgegen einer Federkraft des Federelements 152, bewegt.
Hierdurch gelangt das Ventilelement 120 vorzugsweise von der geschlossenen Position in eine teilweise oder vollständig geöffnete Position.
Die Ventilvorrichtung 100 gelangt so vorzugsweise in den geöffneten Zustand. Das Ventilelement 120 ist in der teilweise oder vollständig geöffneten Position vorzugsweise von der Trennwand 116 beabstandet angeordnet und es kann ein Fluidaustausch zwischen der Hauptkammer 122 und der Vorkammer 124 stattfinden.
Sobald keine elektrische Spannung mehr an dem Elektromagneten 158 anliegt, kehrt der Ventilschieber 154 (und dadurch auch das Ventilelement 120) vorliegend durch die Federkraft des Federelements 152 wieder in die geschlossene Position zurück.
Alternativ zu der zuvor beschriebenen Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass das Antriebselement 146 einen Elektromotor und/oder einen hydraulischen Antrieb umfasst oder daraus gebildet ist.
Vorteilhaft kann es sein, wenn das Antriebselement 146 der Steuerungs- und/oder Regelungsvorrichtung 105 durch ein Verbindungselement 160 mit einer Spannungsquelle, beispielsweise einem (nicht zeichnerisch dargestellten) Batterie-Management-System des elektrochemischen Systems 102, verbunden ist. Beispielsweise ist das Verbindungselement 160 ein achtpoliger Stecker.
Über das Verbindungselement 160 und/oder im Batterie-Management-System ist vorzugsweise eine Signalerfassung ausgebildet, beispielsweise eine Signalerfassung folgender Signale:

- ein Drucksignal (beispielsweise durch die Sensorelemente 144 gemessen); und/oder
- ein Temperatursignal (beispielsweise durch die Sensorelemente 144 gemessen); und/oder
- ein Feuchtigkeitssignal (beispielsweise durch die Sensorelemente 144 gemessen).

Ergänzend oder alternativ ist über das Verbindungselement 160 und/oder durch das Batterie-Management-System das Ventilelement 120 steuerbar und/oder regelbar.
Beispielsweise ist über das Verbindungselement 160 und/oder durch das Batterie-Management-System das Antriebselement 146, mittels welchem das Ventilelement 120 betätigbar ist, in den geöffneten Zustand oder in den geschlossenen Zustand bringbar und/oder wird gebracht.
Günstig kann es sein, wenn das elektrochemische System 102 eine oder mehrere Auswerteeinheiten und/oder Diagnoseeinheiten 162 (in 4 schematisch angedeutet) umfasst.
Die Auswerteeinheiten und/oder Diagnoseeinheiten 162 dienen vorzugsweise einer Überwachung des einen oder der mehreren physikalischen Parameter im Innenraum 110 des Behälters 108 des elektrochemischen Systems 102 und/oder einer Bestimmung eines nicht ordnungsgemäßen Zustands einer oder mehrerer elektrochemischer Zellen des elektrochemischen Systems 102.
Vorzugsweise sind die eine oder die mehreren Auswerteeinheiten und/oder Diagnoseeinheiten 162 von dem Batterie-Management-System verschiedene Bauteile. So kann eine Anzahl von Anbindungspunkten optimiert und/oder eine für das Batterie-Management-System zu bewältigende Rechenleistung minimiert werden.
Vorteilhaft kann es sein, wenn die eine oder die mehreren Auswerteeinheiten und/oder Diagnoseeinheiten 162 von der einen oder den mehreren Ventilvorrichtungen 100 empfangene Daten filtert und beispielsweise jeweils einen Maximalwert an das Batterie-Management sendet. Beispielsweise wird der jeweilige Maximalwert über eine isoSPI-Kommunikation an das Batterie-Management-System übermittelt.
Vorzugsweise erfolgt eine Prüfung der Daten durch das Batterie-Management-System. Falls das Batterie-Management-System einen nicht ordnungsgemäßen Zustand des elektrochemischen Systems 102 detektiert, ist eine Einstufung, ob eine Entgasung mindestens einer elektrochemischen Zelle des elektrochemischen Systems oder ein thermischer Event vorliegt, durchführbar und/oder wird durchgeführt.
Beispielsweise wird bei einer Detektion eines relevanten Druckunterschieds und/oder eines relevanten Feuchtigkeitsunterschieds zwischen dem Innenraum 110 des Behälters 104 und der Umgebung des Innenraums 110 ein Signal an das Antriebselement 146 abgegeben, woraufhin die Ventilvorrichtung 110 in den geöffneten Zustand gebracht wird. So kann beispielswese ein aktives Entfeuchten, beispielsweise durch einen thermodynamischen Zustandsunterschied, im Innenraum 110 des Behälters 108 erfolgen.
Ergänzend oder alternativ wird bei einer Detektion einer Druckänderungsrate, welche oberhalb einer kritischen Druckänderungsrate liegt, durch die Steuerungs- und/oder Regelungsvorrichtung 105 ein Signal an das Antriebselement 146 abgegeben, woraufhin die Ventilvorrichtung 100 in den geöffneten Zustand gebracht wird.
Insbesondere kann ein Signal an eine Fahrzeugsteuerungs- und/oder Regelungsvorrichtung abgegeben werden, dass zumindest eine (zeichnerisch nicht dargestellte) elektrochemische Zelle des elektrochemischen Systems 102 entgast ist (beispielsweise durch ein Überdruckventil der entsprechenden elektrochemischen Zelle).
Durch die Ventilvorrichtung 100 kann insbesondere ein Signal an ein Fahrzeug abgegeben werden, falls (langfristig) eine Wartung des elektrochemischen Systems 102 notwendig ist und/oder falls eine sofortige Evakuierung des Fahrzeugs notwendig ist.
Durch das Batterie-Management-System kann vorzugsweise zwischen einem Entgasen einzelner elektrochemischer Zellen und einem thermischen Event unterschieden werden und so insbesondere rechtzeitig und fallangepasst auf einen nicht ordnungsgemäßen Zustand des elektrochemischen Systems 102 reagiert werden.
Das zuvor beschriebene elektrochemische System 102 kann vorzugsweise erhöhte Sicherheitsanforderungen erfüllen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 2815637 A1 [0003]

Claims

Ventilvorrichtung (100), insbesondere zur Druckregelung in einem elektrochemischen System (102), wobei die Ventilvorrichtung (100) Folgendes umfasst: - ein Adapterelement (112) zur Festlegung der Ventilvorrichtung (100) an einer Wandung (104) eines Behälters (108), wobei der Behälter (104) einen mittels der Ventilvorrichtung (100) abzudeckenden oder freizugebenden Innenraum (110) umgibt, wobei das Adapterelement (112) eine Druckausgleichsöffnung (118) aufweist; - ein Ventilelement (120), welches die Druckausgleichsöffnung (118) des Adapterelements (112) in einem geschlossenen Zustand der Ventilvorrichtung (100) blockiert und welches die Druckausgleichsöffnung (118) in einem geöffneten Zustand der Ventilvorrichtung (100) zur Ausströmung von Fluid aus dem Innenraum (110) des Behälters (108) in eine Umgebung (115) des Innenraums (110) oder zur Einströmung von Fluid aus der Umgebung (115) des Innenraums (110) in den Innenraum (110) des Behälters (108) teilweise oder vollständig freigibt; - eine Steuerungs- und/oder Regelungsvorrichtung (105) zur Steuerung und/oder Regelung einer Position des Ventilelements (120) relativ zu dem Adapterelement (112); und/oder - eine Überwachungsvorrichtung (125) zur Überwachung eines oder mehrerer physikalischer Parameter im Innenraum (110) des Behälters (108).
Ventilvorrichtung (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungs- und/oder Regelungsvorrichtung (105) ein oder mehrere Sensorelemente (144) zur Messung eines Drucks und/oder einer Temperatur und/oder einer Feuchtigkeit im Innenraum (110) des Behälters (108) umfasst.
Ventilvorrichtung (100) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungs- und/oder Regelungsvorrichtung (105) zwei oder mehrere Sensorelemente (144) umfasst, wobei vorzugsweise ein erstes Sensorelement (144) der zwei oder der mehreren Sensorelemente (144) an einer dem Innenraum (110) zugewandten Innenseite des Adapterelements (112) angeordnet ist und/oder wobei vorzugsweise ein zweites Sensorelement (144) der zwei oder der mehreren Sensorelemente (144) an einer dem Innenraum (110) des Behälters (108) abgewandten Außenseite des Adapterelements (112) angeordnet ist.
Ventilvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckausgleichsöffnung (118) in einer Trennwand (116) des Adapterelements (112) angeordnet ist, deren Haupterstreckungsebene zumindest näherungsweise senkrecht oder quer zu einer Haupterstreckungsebene der Wandung (104) des Behälters (108) angeordnet ist und/oder dass eine Öffnungsrichtung (135) des Ventilelements (120) zumindest näherungsweise parallel zur Haupterstreckungsebene der Wandung (104) des Behälters (108) verläuft.
Ventilvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilvorrichtung (100) eine Membran (134) aufweist, welche eine Vorkammer (124) der Ventilvorrichtung (100) von einer Umgebung (115), insbesondere mechanisch, abtrennt, wobei vorzugsweise die Vorkammer (124) der Ventilvorrichtung (100) über die Druckausgleichsöffnung (118) im geöffneten Zustand der Ventilvorrichtung (100) fluidisch mit einer Hauptkammer (122) der Ventilvorrichtung (100) verbunden ist.
Ventilvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der eine oder die mehreren physikalischen Parameter ausgewählt sind aus: Temperatur, Druck, Feuchtigkeit.
Ventilvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungs- und/oder Regelungsvorrichtung (105) ein Antriebselement (146) umfasst, durch welches eine Bewegung des Ventilelements (120) relativ zu dem Adapterelement (112) antreibbar ist.
Ventilvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilvorrichtung (100) ein Abdeckelement (126) aufweist, welches das Adapterelement (112) auf einer dem Innenraum (110) abgewandten Seite abdeckt, wobei vorzugsweise das Abdeckelement (126) einen fluiddurchlässigen Bereich (128) und einen fluidundurchlässigen Bereich (130) aufweist.
Ventilvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungs- und/oder Regelungsvorrichtung (105) in einer Hauptkammer (122) der Ventilvorrichtung (100) angeordnet ist und/oder das Ventilelement (120) von einer dem Innenraum (110) des Behälters (108) zugewandten Seite aus steuert und/oder regelt.
Ventilvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Adapterelement (112) in einer Aufnahmeöffnung (142) der Wandung (104) aufgenommen ist, wobei eine Querschnittsfläche der Druckausgleichsöffnung (118) höchstens ungefähr die Hälfte, insbesondere höchstens ungefähr ein Viertel, einer Querschnittsfläche der Aufnahmeöffnung (142) beträgt.
Ventilvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilvorrichtung (100) ein Deckelelement (140) zum Schutz der Ventilvorrichtung (100) aufweist, wobei das Deckelement (140) das Adapterelement (112) an einer der Umgebung der Ventilvorrichtung (100) zugewandten Seite abdeckt, wobei vorzugsweise das Deckelelement (140) eine Ausnehmung zur Aufnahme eines Schutzelements (136) aufweist.
Ventilvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungs- und/oder Regelungsvorrichtung (105) ein oder mehrere Verbindungselemente (160) zur elektrischen Verbindung der Steuerungs- und/oder Regelungsvorrichtung (105) mit einer Spannungsquelle, beispielsweise einem Batterie-Management-System eines elektrochemischen Systems (102), umfasst.
Elektrochemisches System (102), umfassend eine oder mehrere Ventilvorrichtungen (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die eine oder die mehreren Ventilvorrichtungen (100) an und/oder in einer Wandung (104) eines Behälters (108), insbesondere eines Gehäuses (106), des elektrochemischen Systems (102), beispielsweise formschlüssig und/oder kraftschlüssig und/oder stoffschlüssig, festgelegt sind.
Elektrochemisches System (102) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrochemische System (102) eine oder mehrere Auswerteeinheiten und/oder Diagnoseeinheiten (162) umfasst, welche einer Überwachung eines oder mehrerer physikalischer Parameter im Behälter (108) des elektrochemischen Systems (102) und/oder einer Bestimmung eines nicht ordnungsgemäßen Zustands einer oder mehrerer elektrochemischer Zellen des elektrochemischen Systems (102) dient.
Elektrochemisches System (102) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrochemische System (102) ein Batterie-Management-System aufweist, welches elektrisch mit der einen oder den mehreren Auswerteeinheiten und/oder Diagnoseeinheiten (162) des elektrochemischen Systems (102) verbunden ist.