DE102022108606A1

DE102022108606A1 - Batteriestopfen

Info

Publication number: DE102022108606A1
Application number: DE102022108606.2A
Authority: DE
Inventors: Thomas Koch
Original assignee: Froetek Vermoegensverwaltung GmbH
Current assignee: Froetek Vermoegensverwaltung GmbH
Priority date: 2022-04-08
Filing date: 2022-04-08
Publication date: 2023-10-12

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Batteriestopfen (1) zum Verschließen einer Batteriezellenöffnung (3) im Gehäuse (2) einer mit einem Elektrolyt gefüllten Batteriezelle (30), mit einem Gehäuseteil (6),in dessen Innenraum (15) ein Filter (20) zur Verhinderung einer Rückzündung angeordnet ist, der im montierten Zustand des Batteriestopfens (1) eine Kommunikationsverbindung des Innenraums (15) zur Batteriezelle (30) von einem Raumbereich (15a, 15b) des Innenraums (15) trennt, der bis auf wenigstens eine Entgasungsöffnung (25) zur Atmosphäre hin abgeschlossen ist. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass in dem Raumbereich (15a, 15b) ein Volumenelement (21) angeordnet ist. Dies minimiert das Risiko einer Rückzündung sowie eines Elektrolytaustritts.

Description

Die Erfindung betrifft einen Batteriestopfen zum Verschließen einer Batteriezellenöffnung im Gehäuse einer mit einem Elektrolyt gefüllten Batteriezelle, mit einem Gehäuseteil, in dessen Innenraum ein Filter zur Verhinderung einer Rückzündung angeordnet ist, der im montierten Zustand des Batteriestopfens eine Kommunikationsverbindung des Innenraums zur Batteriezelle von einem Raumbereich des Innenraums trennt, der bis auf wenigstens eine Entgasungsöffnung zur Atmosphäre hin abgeschlossen ist.
Stopfen für Batteriezellen sind allgemein bekannt, beispielsweise aus dem US-Patent 6,146,784 A oder aus der internationalen Anmeldung WO 01/82395 A1 . Sie werden einerseits dazu verwendet, die im Batteriezellengehäuse zur Befüllung der Zelle mit Elektrolyt notwendige Öffnung nach dem Befüllen zu verschließen, andererseits aber auch die beim Laden der Batteriezelle entstehenden Gase, vornehmliche Wasserstoff und Sauerstoff, kontrolliert entweichen zu lassen. Ein Batteriestopfen mit einem Filter ist in der Anmeldung US 2002/0094473 A1 offenbart. Der Filter verhindert, dass sich eine infolge eine Entzündung des entweichenden Wasserstoff Sauerstoff-Gemisches gebildete Flamme in die Batteriezelle hineingelangt und dort zu einer heftigen Reaktion führt. Dies wird als Rückzündung bezeichnet. Vielmehr bildet sich auf dem Filter nur eine stehende Flamme aus, die das Gasgemisch (H₂, O₂) verbrennt und dabei die Energie der Flamme absorbiert, so dass diese allmählich erlischt.
Eine weitere Eigenschaft des Filters besteht darin, das Austreten von Elektrolyt zu verhindern. Insbesondere besteht bei Nickel-Cadmium (NiCd) Batterien das Problem, dass die dort als Elektrolyt verwendete Kalilauge (Kaliumhydroxid) infolge der Gasbildung beim Laden Aerosole freisetzt, die zu einer Schaumbildung führen. Der Filter bildet zwar zunächst eine Barriere für den Schaum. Die Aerosole scheiden sich in ihm jedoch ab. Durch das durchströmende Gas wird irgendwann die Flüssigkeit ausgetragen, schäumt eventuell auf und könnte über die Entgasungsöffnungen den Stopfen verlassen. Aus diesem Grunde muss zwischen dem Filter und der Atmosphäre ein ausreichend großes, freies Raumvolumen im Gehäuse des Stopfens vorhanden sein, um den Schaum aufzunehmen und zu verhindern, dass Elektrolyt aus dem Stopfen austritt. So kann sich der Schaum in dem Raumvolumen ansammeln und wieder abbauen, bzw. kann er dort zerfallen. Fehlt der Raumbereich, der ein solches Aufnahmevolumen bereitstellt, kann der zunehmend gebildete Schaum durch die Spalte und/ oder Entlüftungskanäle entlang der Gasströmung kriechen und aus dem Stopfen austreten, was letztendlich eine Kontamination der Umwelt bedeutet. Ein großer Raumbereich hat wiederum den Nachteil, dass sich ein entsprechend großes Gasvolumen bildet. Dies birgt die Gefahr einer länger brennenden, stehenden Flamme auf dem Filter, und dass sich diese Flamme in das Innere der Batteriezelle hindurchfrisst. In der Praxis muss deshalb ein Kompromiss gefunden werden zwischen einem ausreichend großen Raumbereich, der die Schaumabscheidung gewährleistet, der aber im Hinblick auf das sich in ihm sammelnde Gas ein minimales Volumen hat.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Batteriestopfen bereitzustellen, der die Gefahr von Rückzündungen verringert und gleichzeitig einen hohen Leckageschutz gegen das Austreten von Elektrolyt bietet.
Diese Aufgabe wird durch einen Batteriestopfen gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben und werden nachfolgend beschrieben.
Erfindungsgemäß wird ein Batteriestopfen zum Verschließen einer Batteriezellenöffnung im Gehäuse einer mit einem Elektrolyt gefüllten Batteriezelle vorgeschlagen, mit einem Gehäuseteil, in dessen Innenraum ein Filter zur Verhinderung einer Rückzündung angeordnet ist, der im montierten Zustand des Batteriestopfens eine Kommunikationsverbindung des Innenraums zur Batteriezelle von einem Raumbereich des Innenraums trennt, der bis auf wenigstens eine Entgasungsöffnung zur Atmosphäre hin abgeschlossen ist, wobei in dem Raumbereich ein Volumenelement angeordnet ist. Das Volumenelement verdrängt einen Teil des Raumvolumens des Raumbereichs und verringert somit das von Gas aus der Batteriezelle einnehmbare Volumen des Raumbereichs, so dass das im Batteriestopfen vorhandene Gasvolumen gegenüber einer Ausführungsvariante ohne Volumenelement verringert ist. Das Volumenelement bildet im Hinblick auf das Gasvolumen im Batteriestopfen somit einen Verdrängungskörper.
Das Volumenelement verringert zwar gleichzeitig das Raumvolumen für den Schaum, gleichwohl trennt es den Raumbereich in einen ersten Teilraum und zweiten Teilraum, wodurch ein gegebenenfalls durch den Filter gelangender Schaum einen längeren Weg zu den Entgasungsöffnungen hat, so dass die Leckagegefahr nicht erhöht ist.
Der Filter ist porös und besitzt deshalb eine vergleichsweise große Oberfläche, wodurch die thermische Energie einer sich auf dem Filter bildenden Flamme effektiv in den Filter geleitet wird. Darüber hinaus lässt er die beim Laden der Batteriezelle entstehenden Gase ungehindert durch und hält im Falle einer schäumenden Elektrolyts den überwiegenden Teil dieses Schaums zurück. Insbesondere kann der Filter eine sogenannte Fritte sein, vorzugsweise aus einem gesinterten Material. Als Material eignet sich vor allem Polyethylen (PE) oder Polypropylen (PP), so dass der Filter ein Kunststoffsinterteil ist. Bevorzugt ist der Filter scheibenförmig, insbesondere eine Sinterscheibe, d.h. bestehend aus einem gesinterten Material in Form einer Scheibe. Beispielsweise kann der Filter eine runde Scheibe sein.
Bevorzugt kann das Volumenelement zwischen dem Filter und der Entgasungsöffnung angeordnet sein. Es blockiert somit den direkten Weg vom Filter zu den Entgasungsöffnungen, so dass der Schaum um das Volumenelement herum fließen muss, um zu den Entgasungsöffnungen zu gelangen. Wie bereits erwähnt, verlängert sich dadurch der Fließweg für etwaigen Schaum, was die Gefahr eines Austretens von Schaum aus den Entgasungsöffnungen verringert.
In einer Ausführungsvariante kann der Raumbereich des Innenraums im bestimmungsgemäß montierten Zustand des Batteriestopfens oberhalb des Filters liegen. Der Filter erstreckt sich idealerweise in einer horizontalen Ebene, insbesondere einer Radialebene zur Längssache des Batteriestopfens, zwischen der Batteriezelle und dem Raumbereich.
Die Entgasungsöffnungen können zweckmäßigerweise in einem den Raumbereich abdeckenden Deckelelement ausgebildet sein, insbesondere symmetrisch in dem Deckelelement angeordnet sein. Somit kann ein im Wesentlichen symmetrischer Aufgabe des Batteriestopfens erreicht, der die Herstellung und den Zusammenbau des Batteriestopfens vereinfacht.
In einer anderen Ausführungsvariante kann vorgesehen sein, dass der Raumbereich des Innenraums im bestimmungsgemäß montierten Zustand des Batteriestopfens bezogen auf seine Längsachse seitlich neben dem Filter liegt. In dieser Variante erstreckt sich der Filter idealerweise in einer vertikalen Ebene, insbesondere einer Axialebene zur Längssache des Batteriestopfens, so dass jenseits des Filters zu beiden Seiten je ein Raumbereich existiert, von denen ein erster Raumbereich dem zuvor genannten Raumbereich entspricht, aus dem die Entgasungsöffnungen herausführen, und ein radial gegenüberliegender zweiter Raumbereich zur Batteriezelle hin offen oder öffenbar ist.
Das Volumenelement kann scheiben- oder tellerförmig sein und sich parallel zum Filter erstrecken. Es kann somit an die Form des Filters und des Raumbereichs angepasst sein. Idealerweise deckt das Volumenelement den Filter zwischen 50% und 95% ab. Folglich kann etwaiger Schaum das Volumenelement nur an seinem Rand überwinden und hat dementsprechend einen längeren Fließweg.
Vorzugsweise ist das Deckelelement, in dem die Entgasungsöffnung ausgebildet ist, abnehmbar, so dass der Filter bei abgenommenem Deckelelement auf einfache Weise aus Richtung des Deckelements in den Innenraum eingesetzt werden kann.
Von Vorteil ist es, wenn das Volumenelement beabstandet zum Filter angeordnet ist, damit der effektive Filterquerschnitt für den Gasdurchtritt und die Aufnahme thermischer Energie im Falle einer Flamme nicht reduziert wird. Somit kann die Durchströmung des Filters über nahezu den gesamten Filterquerschnitt erfolgen. Zur Beabstandung kann das Volumenelement auf seiner zum Filter gerichteten Unterseite wenigstens ein Distanzelement aufweisen, beispielsweise in Gestalt eines angeformten Vorsprungs. Durch die Beabstandung wird der Raumbereich in den ersten, insbesondere oberen Teilraum und den zweiten, insbesondere unteren Teilraum getrennt.
Das Volumenelement kann einstückig mit dem Deckelelement ausgebildet sein oder ein zum Gehäuseteil, insbesondere zum Deckelelement, separates Bauteil sein. Letzteres hat den Vorteil, das eine spritzgusstechnische Herstellung der Bestandteile des Batteriestopfens einfach ist, da ihre Geometrie vergleichsweise einfach, insbesondere hinterschneidungsfrei realisierbar ist.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Batteriestopfen einen Einfüllstutzen mit einem Einfüllkanal zum Einfüllen von Elektrolyt in die Batteriezelle aufweist, der bestimmungsgemäß in oder auf die Batteriezellenöffnung ein- oder aufsetzbar ist, wobei das Gehäuseteil ausgebildet ist, den Einfüllstutzen zu verschließen. Durch den Einfüllstutzen wird die Batteriezellenöffnung quasi angehoben, da die obere Einfüllöffnung des Stutzens als Batteriezellenöffnung wirkt. Dies erleichtert das Befüllen der Batteriezelle, wenn das Elektrolyt aus einer Flasche oder einem Kanister in die Einfüllöffnung gegossen wird.
Das Gehäuseteil kann dann an dem Einfüllstützen lösbar befestigt sein, beispielsweise mittels einer Schraubverbindung, einer Renkverbindung oder einer Rastverbindung.
Damit das Gehäuseteil nicht abhandenkommt, kann vorgesehen sein, dass es derart beweglich, insbesondere schwenkbar, an dem Einfüllstützen gehalten ist, dass es von einer den Einfüllkanal verschließenden Verschlussposition in eine Öffnungsposition bringbar ist, in der der Einfüllkanal geöffnet ist.
Es ist außerdem vorteilhaft, wenn das Gehäuseteil ein Ventil umfasst, das einen Überdruck in der Batteriezelle ablässt. Somit wird verhindert, dass eine dauerhafte Kommunikationsverbindung zwischen dem Raumbereich und der Batteriezelle bzw. deren Innenraum existiert. Vielmehr wird diese Kommunikationsverbindung durch das Ventil nur dann geöffnet, wenn der Druck in der Batteriezelle einen bestimmten Grenzwert überschreitet. Das Ventil liegt somit innerhalb der Kommunikationsverbindung und kann diese druckabhängig öffnen und unterbrechen.
Die Erfindung betrifft außerdem eine mit einem Elektrolyt gefüllte Batteriezelle mit einem Gehäuse, in dem wenigstens eine Batteriezellenöffnung ausgebildet, wobei in oder auf die Batteriezellenöffnung ein Batteriestopfen gemäß der Erfindung ein- oder aufgesetzt ist.
Schließlich betrifft die Erfindung auch eine Batterie umfassend zwei oder mehr Batteriezellen der vorgenannten Art, die jeweils wenigstens einen erfindungsgemäßen Batteriestopfen tragen.
Weitere Merkmale, Eigenschaften, Wirkungen und Vorteile der Erfindung werden nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels und der beigefügten Figur näher erläutert.
Es sei darauf hingewiesen, dass im Rahmen der vorliegenden Beschreibung die Begriffe „aufweisen“, „umfassen“ oder „beinhalten“ keinesfalls das Vorhandensein weiterer Merkmale ausschließen. Ferner schließt die Verwendung des unbestimmten Artikels bei einem Gegenstand nicht dessen Plural aus.
1 zeigt den axialen Querschnitt eines erfindungsgemäßen Batteriestopfen 1 in seinem eine Batteriezellenöffnung 3 in einem Gehäuse 2 einer mit einem Elektrolyt gefüllten Batteriezelle 30 verschließenden Zustand. Die Batteriezelle 30 ist Teil einer mehrzelligen Batterie, die hier nicht dargestellt ist. Bei der Batteriezelle 30 handelt es sich um eine Nickel-Cadmium (NiCd)-Zelle. Beispielsweise kann es sich um eine Batterie handeln, die bevorzugt im Bereich der Notstromversorgungen oder unterbrechungsfreien Stromversorgungen (USV) zum Einsatz kommen. Im Innenraum 31 der Batteriezelle 30 ist als Elektrolyt Kalilauge vorhanden.
Der Batteriestopfen 1 ist in die Batteriezellenöffnung 3 eingesetzt, wobei er diese durchragt und das Gehäuse 2 mittels radialer Rückhaltevorsprünge 8 hintergreift. Die Vorsprünge 8 sind Teil einer Renkverbindung, so dass das Einsetzen des Batteriestopfens 1 in die Batteriezellenöffnung 3 in axialer Richtung entlang seiner Längsachse 29 und anschließende Verdrehung, z.B. zwischen 30° und 120° relativ zum Batteriezellengehäuse 2 erfolgt, wobei das Hintergreifen des Gehäuses 2 durch die Vorsprünge 8 das Ergebnis der Drehbewegung ist. Der Batteriestopfen 1 ist somit lösbar am Gehäuse 2 gehalten.
Auf der dem Zelleninnenraum 31 abgewandten Außenseiten des Gehäuses 2 umgibt ein Dichtungsring 4, hier in Gestalt eines O-Rings, die Batteriezellenöffnung 3, der sich auf seiner der Batteriezellenöffnung 3 abgewandten Seite an einem flanschartigen Stützring 12 abstützt, so dass das Gehäuse 2 kraftschlüssig in dem Zwischenraum zwischen dem Dichtungsring 4 und den Vorsprüngen 8 einliegt. Hierdurch wird der Batteriestopfen 1 fest am Gehäuse 2 gehalten und die Batterieöffnung 3 abgedichtet.
Der Batteriestopfen 1 umfasst einen Einfüllstutzen 5 mit einem Einfüllkanal 9 zum Einfüllen von Elektrolyt in die Batteriezelle 30. Das obere, der Batteriezelle 30 gegenüberliegende, axiale Ende des Einfüllstutzens 5 bildet somit eine Einfüllöffnung 11, das gegenüberliegende, batterieseitige axiale Ende eine Auslauföffnung 10. Die Vorsprünge 8 sind an dem unteren, batteriezellennahen axialen Ende des Einfüllstutzens 5 angeformt, mit dem er in die Batteriezellenöffnung 3 eingesetzt ist. Der flanschartige Stützring 12 ist einstückig mit dem Einfüllstutzen 5 ausgebildet. Somit liegt der Dichtungsring 4 an dem Außenumfang des Einfüllstutzens 5 an.
Der Batteriestopfen 1 umfasst außerdem ein Gehäuseteil 6, um den Einfüllstutzen 5 zu verschließen. Hierzu drück das Gehäuseteil 6 in der Verschlussposition mit einem ringförmigen Stützelemente 19 gegen einen zweiten Dichtungsring 32, hier in Gestalt einer Flachdichtung 32, der den Einfüllstutzen 5 außen umgebend auf dem flanschartigen Stützring 12 liegt, und zwar auf seiner dem ersten Dichtungsring 4 abgewandten Seite. Anstelle eines ringförmigen Stützelements 19 können auch drei oder mehr einzelne Stützelemente 19 vorhanden sein. Das Gehäuseteil 6 ist über eine in der 1 nicht dargestelltes Rastverbindung, beispielsweise mit einem den Stützring 12 hintergreifenden Rastmittel, an dem Einfüllstutzen 5 lösbar befestigt.
Ferner ist das Gehäuseteil 6 derart schwenkbar an dem Einfüllstützen 5 gehalten, dass es von einer den Einfüllkanal 9 verschließenden Verschlussposition, wie sie in der Figur gezeigt ist, in eine Öffnungsposition bringbar ist, in der der Einfüllkanal 9 geöffnet ist, beispielsweis um Elektrolyt in die Batteriezelle 30 einzufüllen. Hierzu wird das Gehäuseteil 6 in Richtung des Pfeils A mit Hilfe eines Gelenks 14 um eine Schwenkachse geschwenkt. Das Gelenk 14 ist zwischen einem radial abstehenden Befestigungsabschnitt 26 des Gehäuseteils 6 und einem im Wesentlichen L-förmigen Halteabschnitt 13 des Einfüllstutzens 5 gebildet, der in dieser Ausführungsvariante eine Erweiterung des Stützrings 12 bildet. Dabei ist der Befestigungsabschnitt 26 am oberen, der Batteriezelle 30 entfernten Ende des sich im Wesentlichen parallel zur Längsachse 29 erstreckenden Halteabschnitts 13 gehalten, beispielsweise indem zwei sich gegenüberliegende Zapfen des Befestigungsabschnitts 26 in je eine korrespondierende Ausnehmung am oberen Ende des Halteabschnitts 13 drehbeweglich einliegen. Dies ist jedoch nur ein Beispiel.
Das Gelenk 14 kann auf vielfältige andere Weise realisiert sein. Beispielsweise können die Zapfen Teil des Halteabschnitts 13 und die Ausnehmungen im Befestigungsabschnitt 26 vorhanden sein. Alternativ können die Zapfen miteinander zu einer durchgehenden Gelenkstange verbunden sein. Ferner können die Ausnehmungen im Befestigungsabschnitt 26 durch eine durchgehende Nut gebildet sein, mit der der Befestigungsabschnitt 26 auf die Gelenkstange oder die Zapfen geklipst ist, so dass er kraft- und formschlüssig daran gehalten ist. Das Gelenk 14 kann gemäß einer anderen Alternative als Filmscharnier ausgebildet sein, so dass Gehäuseteil 6 und Einfüllstützen 5 im Grunde einstückig sind.
Das Gehäuseteil 6 ist becherförmig und weist einen Innenraum 15 auf, der über eine Gehäuseöffnung 17 im Boden 16 des Gehäuses 6 zum Einfüllkanal 9 hin offen ist und somit eine Kommunikationsverbindung zur Batteriezelle 30 unterhält. Im Innenraum 15 ist ein Filter 20 zur Verhinderung einer Rückzündung angeordnet, d.h. eines Übergriffs einer Flamme von im Batteriestopfen 1 brennender Gase auf den Innenraum 31 der Batteriezelle 30. Die Gase sind im wesentlichen Wasserstoff und Sauerstoff (Ladegase). Sie entstehen beim Laden der Batteriezelle 30 und bilden gemeinsam ein hochentzündliches Gasgemisch, das durch einen Funken entzündet werden kann.
Der Filter 20 ist eine sogenannte Fritte. Er ist aus einem gesinterten Material aus Polyethylen (PE) oder Polypropylen (PP), um eine große Oberfläche zu erreichen.
Der Filter 20 trennt die Kommunikationsverbindung des Innenraums 15 zur Batteriezelle 30 von einem Raumbereich 15a, 15b des Innenraums 15. In der in 1 gezeigten Ausführungsvariante ist dieser Raumbereich 15a, 15b oberhalb des Filters 20, d.h. auf der der Batteriezelle 30 abgewandten Seite des Filters 20 vorhanden. Dieser Raumbereich 15a, 15b ist bis auf Entgasungsöffnungen 25 zur Atmosphäre hin abgeschlossen. Beispielsweise können vier solcher Entgasungsöffnungen 25 vorhanden sein. Im Raumbereich 15a, 15b sammeln sich die genannten Gase zunächst und können dann über die Entgasungsöffnungen 25 entweichen.
Die Entgasungsöffnung 25 sind in einem Deckelelement 7 vorgesehen, das den Innenraum 15 abdeckend auf das Gehäuseteil 6 aufgesetzt ist. Das Deckelelement 7 bildet somit ein abnehmbares Bauteil, so dass der Innenraum 15 bei abgenommenem Deckelelement 7 zugänglich ist. Das Deckelelement 7 kann baulich vom Gehäuseteil 6 separat sein, wie dies in der 1 gezeigt ist, oder beispielsweise über ein Filmscharnier mit diesem einteilig ausgebildet sein.
Der Filter 20 ist scheibenförmig, genauer gesagt in der Form einer Kreisscheibe ausgebildet, und erstreckt sich im montierten Zustand des Stopfens 1 in einer horizontalen Ebene bzw. einer zur Längsachse 29 des Batteriestopfens 1 radialen Ebene. Der Filter 20 liegt auf einem ringförmigen Sockel 28 auf, der durch eine bodennahe, gestufte Verringerung des Innendurchmessers des Innenraums 15 gebildet ist. Alternativ können sich einzelne Sockel vom Boden 16 erheben, auf denen sich der Filter 20 abstützt.
Das Deckelelement 7 weist eine angeformte ringförmige Innenwand 27 auf, die sich koaxial zur Längsachse 29 in den Innenraum 15 erstreckt und an der Innenseite des Gehäuseteils 6 anliegt. Die Innenwand 27 kann segmentiert sein, d.h. aus einzelnen Wandabschnitten gebildet sein. Das zum Boden 16 gerichtete, stirnseitige Ende liegt an dem Filter 20 an, drückt ihn gegen den Sockel 28 und hält ihn somit in Position.
Die Gehäuseöffnung 17 im Boden 16 bildet mitsamt dem Übergangbereich zum Einfüllstutzen 5 und dessen die Einfüllöffnung 11 umfassenden obersten Bereich eine Ventilkammer 18, in der ein Entgasungsventil angeordnet ist, das aus Gründen der Übersichtlichkeit in 1 nicht gezeigt ist. Das Entgasungsventil liegt folglich innerhalb der Kommunikationsverbindung und kann diese öffnen und unterbrechen. Es ist baulich an dem Gehäuseteils 6 angebracht, um in der Öffnungsposition die Einfüllöffnung 11 freizugeben. Das Entgasungsventil kann sich jedoch in der Verschlussposition in den Einfüllstutzen 5 hineinerstrecken. Es ist eingerichtet, ab einem bestimmten Druck im Inneren 31 der Batteriezelle 30 zu öffnen und die Gase in den Innenraum 15 entweichen zu lassen.
In dem Raumbereich 15a, 15b oberhalb des Filters 20 ist ein Volumenelement 21 angeordnet, das infolge seines Eigenvolumens das Volumen des Raumbereichs 15a, 15b verringert, so dass sich dort ein geringeres Volumen an entzündlichem Gas sammeln kann, als es bei einem Batteriestopfen 1 ohne Volumenelement 21 der Fall wäre.
Das Volumenelement 21 besteht aus Kunststoff, insbesondere Polypropylen (PP). Es ist scheibenförmig, insbesondere an die Form des Filters 20 angepasst und insoweit vorzugsweise eine Kreisscheibe. Es hat einen geringeren Durchmesser als der Filter 20, so dass es den Filter zwischen 75% und 80% abdeckt.
Das Volumenelement 21 ist konzentrisch zur Längsachse 29 angeordnet und erstreckt sich parallel zum Filter 20 zwischen diesem und den Entgasungsöffnungen 25 unter Einhaltung eines Abstands zum Filter 20. Somit teilt das Volumenelement 21 den Raumbereich 15a, 15b in einen ersten Teilraum 15a, der axial zwischen dem Volumenelement 21 und dem Deckelelement 7 liegt, und einen zweiten Teilraum 15b, der axial zwischen dem Volumenelement 21 und dem Filter 20 liegt. Um die Beabstandung zu gewährleisten, weist das Volumenelement 21 auf seiner zum Filter 20 gerichteten Unterseite ein oder mehrere, beispielsweise drei symmetrisch verteilte, Distanzelemente 23 auf. Aufgrund der konzentrischen Anordnung des Volumenelements 21 und des Filters 20 sind der erste und zweite Teilraum 15a, 15b nur über den Ringraum zwischen dem Volumenelement und der Innenwand 27 verbunden.
Das Volumenelement 21 ist ein zum Gehäuseteil 6 und zum Deckelelement 7 separates Bauteil. Es ist über einen Zapfen 22, der mittig angeformt ist, in einer korrespondierenden Zapfenaufnahme 24 gehalten, die an der zum Innenraum 15 gerichteten Unterseite des Deckelelements 7 angeformt ist. Die Zapfenaufnahme 24 kann beispielsweise eine ringförmige Wand sein.
Entzündet sich das Gas im Raumbereich 15a, 15b, bildet sich eine stehende Flamme auf dem Filter 20 und ihre thermische Energie wird in den Filter 20 geleitet, was normalerweise zum Schmelzen des Filters 20 führt. Da das Volumenelement 21 das sich im Raumbereich 15a, 15b sammelnde Gasvolumen reduziert. Außerdem wird die thermische Energie zusätzlich auch von dem Volumenelement 21 aufgenommen. Insgesamt kann die Flamme dadurch schneller wieder erlöschen, so dass sich praktisch keine stehende Flamme mehr bildet. Sollte die Flamme durch nachströmendes Gas genährt werden, wird dieses Nachströmen infolge des zunehmend schmelzenden Filters verebben. Somit ist die Rückzündfestigkeit beim Laden der Batteriezelle 30, wenn von außen eine Zündquelle angelegt wird, verbessert.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass wenn das Elektrolyt aufschäumt und infolge fortgesetzter Gasströmung durch den Filter 20 auch Schaum durch den Filter 20 hindurchtritt, dass dieser Schaum dann das Volumenelement 21 umgehen muss, weil es keinen direkten Weg von der Mitte des Filters 20 zu den Entgasungsöffnungen 25 gibt. Zunächst müsst der Schaum vom mittleren Bereich des Filters 20 im zweiten Teilraum 15b radial zum Randbereich fließen, am Rand in den ersten Teilraum 15 hochsteigen und diesen fluten, bevor er durch die Entgasungsöffnungen 25 nach außen gelangt. Auf diesen Strömungsweg baut sich der Schaum jedoch wieder ab, so dass die Gefahr eines Austritts minimiert ist.
Es sei darauf hingewiesen, dass die vorstehende Beschreibung lediglich beispielhaft zum Zwecke der Veranschaulichung gegeben ist und den Schutzbereich der Erfindung keineswegs einschränkt. Merkmale der Erfindung, die als „kann“, „beispielhaft“, „bevorzugt“, „optional“, „ideal“, „vorteilhaft“, „gegebenenfalls“, „geeignet“ oder dergleichen angegeben sind, sind als rein fakultativ zu betrachten und schränken ebenfalls den Schutzbereich nicht ein, welcher ausschließlich durch die Ansprüche festgelegt ist. Soweit in der vorstehenden Beschreibung Elemente, Komponenten, Verfahrensschritte, Werte oder Informationen genannt sind, die bekannte, naheliegende oder vorhersehbare Äquivalente besitzen, werden diese Äquivalente von der Erfindung mit umfasst. Ebenso schließt die Erfindung jegliche Änderungen, Abwandlungen oder Modifikationen von Ausführungsbeispielen ein, die den Austausch, die Hinzunahme, die Änderung oder das Weglassen von Elementen, Komponenten, Verfahrensschritte, Werten oder Informationen zum Gegenstand haben, solange der erfindungsgemäße Grundgedanke erhalten bleibt, ungeachtet dessen, ob die Änderung, Abwandlung oder Modifikationen zu einer Verbesserung oder Verschlechterung einer Ausführungsform führt.
Obgleich die vorstehende Erfindungsbeschreibung eine Vielzahl körperlicher, unkörperlicher oder verfahrensgegenständlicher Merkmale in Bezug zu einem oder mehreren konkreten Ausführungsbeispiel(en) nennt, so können diese Merkmale auch isoliert von dem konkreten Ausführungsbeispiel verwendet werden, jedenfalls soweit sie nicht das zwingende Vorhandensein weiterer Merkmale erfordern. Umgekehrt können diese in Bezug zu einem oder mehreren konkreten Ausführungsbeispiel(en) genannten Merkmale beliebig miteinander sowie mit weiteren offenbarten oder nicht offenbarten Merkmalen von gezeigten oder nicht gezeigten Ausführungsbeispielen kombiniert werden, jedenfalls soweit sich die Merkmale nicht gegenseitig ausschließen oder zu technischen Unvereinbarkeiten führen.
Bezugszeichenliste

1: Batteriestopfen
2: Batteriezellengehäuse
3: Batteriezellenöffnung
4: Dichtring
5: Einfüllstutzen
6: Gehäuseteil
7: Deckelelement
8: Rückhaltevorsprung
9: Einfüllkanal
10: Auslauföffnung
11: Einfüllöffnung
12: Flanschartiger Stützring
13: L-förmiger Halteabschnitt
14: Gelenk
15: Innenraum, Gasraum
15a: Raumbereich, erster Teilraum
15b: Raumbereich, zweiter Teilraum
16: Boden
17: Gehäuseöffnung
18: Ventilkammer
19: Stützelement
20: Fritte, Sinterscheibe
21: Volumenelement
22: Zapfen
23: Distanzelement
24: Zapfenaufnahme
25: Entgasungsöffnung
26: Befestigungsabschnitt
27: Innenwand
28: Sockel
29: Längsachse
30: Batteriezelle
31: Zelleninnenraum
32: Dichtungsring

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 6146784 A [0002]
WO 0182395 A1 [0002]
US 20020094473 A1 [0002]

Claims

Batteriestopfen (1) zum Verschließen einer Batteriezellenöffnung (3) im Gehäuse (2) einer mit einem Elektrolyt gefüllten Batteriezelle (30), mit einem Gehäuseteil (6), in dessen Innenraum (15) ein Filter (20) zur Verhinderung einer Rückzündung angeordnet ist, der im montierten Zustand des Batteriestopfens (1) eine Kommunikationsverbindung des Innenraums (15) zur Batteriezelle (30) von einem Raumbereich (15a, 15b) des Innenraums (15) trennt, der bis auf wenigstens eine Entgasungsöffnung (25) zur Atmosphäre hin abgeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Raumbereich (15a, 15b) ein Volumenelement (21) angeordnet ist.
Batteriestopfen (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Filter (20) eine Sinterscheibe, insbesondere eine Fritte ist.
Batteriestopfen (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Volumenelement (21) zwischen dem Filter (20) und der Entgasungsöffnung (25) angeordnet ist.
Batteriestopfen (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Raumbereich (15a, 15b) des Innenraums (15) im bestimmungsgemäß montierten Zustand des Batteriestopfens (1) oberhalb des Filters (20) liegt.
Batteriestopfen (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Volumenelement (21) scheiben- oder tellerförmig ist und sich parallel zum Filter (20) erstreckt.
Batteriestopfen (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Volumenelement (21) den Filter (20) zwischen 50% und 95% abdeckt.
Batteriestopfen (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Raumbereich (15a, 15b) von einem abnehmbaren Deckelelement (7) abgedeckt ist, in dem die Entgasungsöffnung (25) ausgebildet ist.
Batteriestopfen (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Volumenelement (21) beabstandet zum Filter (20) angeordnet ist, insbesondere auf seiner zum Filter (20) gerichteten Unterseite wenigstens ein Distanzelement (23) aufweist.
Batteriestopfen (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Volumenelement (21) ein zum Gehäuseteil (6), insbesondere zum Deckelelement (7) separates Bauteil ist.
Batteriestopfen (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er einen Einfüllstutzen (5) mit einem Einfüllkanal (9) zum Einfüllen von Elektrolyt in die Batteriezelle (30) aufweist, der bestimmungsgemäß in oder auf die Batteriezellenöffnung (3) ein- oder aufsetzbar ist, wobei das Gehäuseteil (6) ausgebildet ist, den Einfüllstutzen (5) zu verschließen.
Batteriestopfen (1) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuseteil (6) an dem Einfüllstützen (5) lösbar befestigt ist, insbesondere an diesem durch eine Schraub-, Renk- oder Rastverbindung gehalten ist.
Batteriestopfen (1) nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuseteil (6) derart beweglich, insbesondere schwenkbar, an dem Einfüllstützen (5) gehalten ist, dass es von einer den Einfüllkanal (9) verschließenden Verschlussposition in eine Öffnungsposition bringbar ist, in der der Einfüllkanal (9) geöffnet ist.
Batteriestopfen (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuseteil (6) ein Ventil umfasst, das innerhalb der Kommunikationsverbindung liegt und diese öffnen und unterbrechen kann.
Mit einem Elektrolyt gefüllte Batteriezelle (30) mit einem Gehäuse (2), in dem wenigstens eine Batteriezellenöffnung (3) ausgebildet, dadurch gekennzeichnet, dass in oder auf die Batteriezellenöffnung (3) ein Batteriestopfen (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 13 ein- oder aufgesetzt ist.
Batterie umfassend zwei oder mehr Batteriezellen (30) gemäß Anspruch 14, die jeweils wenigstens einen Batteriestopfen (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 13 tragen.