DE102022207073A1

DE102022207073A1 - Berstelement eines Batteriemoduls, Batteriemodul und Verfahren zum Betrieb eines Berstelements

Info

Publication number: DE102022207073A1
Application number: DE102022207073.9A
Authority: DE
Inventors: Robert Kohler; Philipp Heimbucher
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2022-07-11
Filing date: 2022-07-11
Publication date: 2024-01-11

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Berstelement eines Batteriemoduls (10) mit einem Membranelement (2), welches ausgebildet ist, bei Einwirkung eines einen bestimmten Wertes überschreitenden Drucks zu bersten, und mit einem elektrisch leitfähig ausgebildeten Element (3), welches mit einer Steuereinheit (4) weiterhin in der Art verbunden ist, dass eine Unterbrechung oder Änderung einer elektrischen Leitfähigkeit des elektrisch leitfähig ausgebildeten Elements (3) erfassbar ist, wobei das elektrisch leitfähig ausgebildete Element (3) in der Art an oder in dem Membranelement (2) angeordnet ist, dass ein Bersten des Membranelements (2) die elektrische Leitfähigkeit des elektrisch leitfähig ausgebildeten Elements (3) unterbricht oder ändert.

Description

Stand der Technik:
Die Erfindung geht aus von einem Berstelement eines Batteriemoduls nach Gattung des unabhängigen Anspruchs. Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind auch ein Batteriemodul mit einem solchen und Verfahren zum Betrieb eines solchen.
Aus dem Stand der Technik sind Berstventile oder Berstelemente bekannt, welche verhindern sollen, dass sich im Falle einer Entgasung ein zu hoher Innendruck in einem Gehäuse eines Batteriemoduls bzw. eines Batteriepacks ausbildet. Ein Bersten eines solchen Gehäuses würde grundsätzlich durch umher fliegende Teile und/oder einen unkontrollierten Gasaustritt zu einer Gefahr führen.
Berstventile oder Berstelemente können hierbei frei an eine Umgebung entgasen oder auch in ein Schlauchsystem hinein entgasen, welches gesundheitsschädliche Gase gezielt, beispielsweise aus einem Fahrzeug heraus, befördert.
Stand der Technik hierzu sind bspw. US 2020/028199 und CN 201926543 U .
Offenbarung der Erfindung:
Ein Berstelement mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs bietet den Vorteil, dass eine Beurteilung eines Zustands und/oder einer Funktionsfähigkeit eben dieses Berstelements ermöglicht ist. Insbesondere es möglich, zu detektieren, ob eine Entgasung einer Batteriezelle eines Batteriemoduls bzw. eines Batteriepacks stattgefunden hat. Eine solche Detektion kann hierbei automatisiert und zudem ohne menschliches Zutun erfolgen. Insgesamt kann mittels eines erfindungsgemäßen Berstelements also einfach und zuverlässig überprüft werden, ob das Berstelement geberstet ist.
Dazu wird erfindungsgemäß ein Berstelement eines Batteriemoduls zur Verfügung gestellt. Dieses Berstelement weist dabei ein Membranelement auf, welches dazu ausgebildet ist, bei Einwirkung eines einen bestimmten Wert überschreitenden Drucks zu bersten.
Weiterhin weist dieses Berstelement ein elektrisch leitfähig ausgebildetes Element auf, welches mit einer Steuereinheit weiterhin in der Art verbunden ist, dass eine Unterbrechung oder Änderung einer elektrischen Leitfähigkeit des elektrisch leitfähig ausgebildeten Elements erfassbar ist.
Dabei ist das elektrisch leitfähig ausgebildete Element in der Art an oder in dem Membranelement angeordnet, dass ein Bersten des Membranelements die elektrische Leitfähigkeit des elektrisch leitfähig ausgebildeten Elements unterbricht oder ändert.
Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im unabhängigen Anspruch angegebenen Vorrichtung möglich.
An dieser Stelle sei angemerkt, dass ein Bersten des Membranelements also die elektrische Leitfähigkeit des elektrisch leitfähig ausgebildeten Elements verändert oder unterbricht, insbesondere reduziert. Eine solche Veränderung oder Unterbrechung kann durch die Steuereinheit gemessen werden. Hierdurch können Rückschlüsse auf den Zustand und/oder die Funktionsfähigkeit des Berstelements gezogen werden.
Es ist zweckmäßig, wenn das Membranelement aus Polytetrafluorethylen ausgebildet ist.
Von Vorteil ist es, wenn das elektrisch leitfähig ausgebildete Element als ein stoffschlüssig mit dem Membranelement verbundenes metallisches Element ausgebildet ist. Insbesondere kann die stoffschlüssige Verbindung hier bevorzugt geklebt ausgebildet sein. Des Weiteren kann das metallische Element bevorzugt als ein Kabel oder als ein Draht ausgebildet sein. Ein Kabel oder ein Draht bieten den Vorteil, dass diese vergleichbar dünn ausgebildet werden können. Dadurch können diese bei einem Bersten des Berstelements zuverlässig beispielsweise durchtrennt werden, wodurch die elektrische Leitfähigkeit des elektrisch leitfähig ausgebildeten Elements unterbrochen ist.
Bevorzugt kann das metallische Element schlaufenförmig an dem Membranelement angeordnet sein.
Von Vorteil ist es auch, wenn das elektrisch leitfähig ausgebildete Element als eine Beschichtung auf das Membranelement aufgebracht ist. Insbesondere kann eine solche Beschichtung beispielsweise als aufgedampfter Ruß ausgebildet sein. Beschichtungen bieten den Vorteil, dass diese vergleichbar dünn ausgebildet werden können. Dadurch können diese bei einem Bersten des Berstelements zuverlässig beispielsweise durchtrennt werden, wodurch die elektrische Leitfähigkeit des elektrisch leitfähig ausgebildeten Elements unterbrochen ist.
Von Vorteil ist es zudem, wenn das elektrisch leitfähig ausgebildete Element in das Membranelement eingebrachte elektrisch leitfähig ausgebildeten Partikel umfasst. Insbesondere können solche Partikel Grafit und/oder Ruß umfassen. Insbesondere sind solche Partikel teilweise bereits innerhalb des Membranelements enthalten. Eine Einbringung elektrisch leitfähig ausgebildeter Partikel bietet den Vorteil, dass bei einem Bersten des Berstelements zuverlässig eine elektrische Leitfähigkeit des elektrisch leitfähig ausgebildeten Elements verändert ist.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch ein Batteriemodul, welches dabei ein Gehäuse umfasst, in welchem eine Mehrzahl an Batteriezellen aufgenommen ist. Weiterhin weist das Gehäuse ein Berstelement, welches eben beschrieben worden ist, auf.
Ferner ist Gegenstand der vorliegenden Erfindung auch ein Verfahren zum Betrieb eines eben beschriebenen Berstelements, wobei die Steuereinheit eine Unterbrechung oder eine Änderung einer elektrischen Leitfähigkeit des elektrisch leitfähig ausgebildeten Elements erfasst.
Insgesamt bietet ein erfindungsgemäßes Berstelement also den Vorteil, dass zuverlässig erkannt werden kann, ob das Berstelement geberstet ist.
Insbesondere da eine Batteriezelle bzw. ein Batteriemodul nach einem Bersten nicht weiter mit der erforderlichen Sicherheit betrieben werden kann und auch da nach einem Bersten eine Dichtfunktion des Berstelements nicht mehr gewährleistet ist, kann insgesamt die Sicherheit erhöht werden. Zusätzlich erhöht die Diagnose der Membran die Sicherheit, da auch eine durch einen externes Einwirken zerstörte Membran erkannt werden kann. In der Regel verhindert die Membran das Eindringen von Wasser und/oder Partikeln.
Beispielsweise können ohne Zeitverzug erforderliche Maßnahmen, wie beispielsweise eine Notabschaltung, eingeleitet werden. Des Weiteren ist es beispielsweise möglich, Insassen eines Fahrzeuges, Feuermeldesysteme eines Parkhauses bzw. Gebäudes unmittelbar und somit frühzeitig zu warnen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen:
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigt:

1 erste mögliche, erfindungsgemäße Ausführungsformen eines Batteriemod u ls,
2 eine zweite mögliche, erfindungsgemäße Ausführungsform eines Batteriemoduls und
3 eine dritte mögliche, erfindungsgemäße Ausführungsform eines Batteriemoduls.

1 zeigt erste mögliche, erfindungsgemäße Ausführungsformen eines Berstelements 1 eines Batteriemoduls 10. Insbesondere umfasst das Batteriemodul 10 eine Mehrzahl an Batteriezellen.
Das Batteriemodul 10 ist dabei insbesondere in der 1a schematisch dargestellt und umfasst ein Gehäuse 11. In einem Inneren 12 des solchen Gehäuses 11 ist dabei eine in der 1 nicht zu Mehrzahl an Batteriezellen aufgenommen.
Weiterhin weist das Gehäuse 11 des Batteriemoduls 10 ein Berstelement 1 auf.
Das Berstelement 1 des Batteriemoduls 10 weist dabei ein Membranelement 2 auf. Das solche Membranelement 2 ist dabei dazu ausgebildet, bei Einwirkung eines Druckes, welcher einen bestimmten Wert überschreitet, zu bersten. Bevorzugt ist das Membranelement 2 aus Polytetrafluorethylen ausgebildet.
An dieser Stelle sei angemerkt, dass ein solcher Druck sich insbesondere in dem Inneren 12 des Gehäuses 11 des Batteriemoduls 1 aufbauen kann. Durch ein Bersten des Membranelements 2 kann sich dieser Druck über das geberstete Membranelement 2 in eine Umgebung 13 des Batteriemoduls 10 entspannen.
Weiterhin weist das Berstelement 1 des Batteriemoduls 10 ein elektrisch leitfähig ausgebildetes Element 3 auf. Das solche elektrisch leitfähig ausgebildete Element 3 ist mit einer Steuereinheit 4 des Berstelements 1 weiterhin in der Art verbunden, dass eine Unterbrechung oder eine Änderung einer Leitfähigkeit des elektrisch leitfähig ausgebildeten Elements 3 erfassbar ist.
Insbesondere ist das elektrisch leitfähig ausgebildete Element 3 hierbei in der Art an oder in dem Membranelement 2 angeordnet, dass ein Bersten des Membranelements 2 die Leitfähigkeit des elektrisch leitfähig ausgebildeten Elements 3 unterbricht oder ändert.
An dieser Stelle sei angemerkt, dass das Berstelement 1 weiterhin ein Berstgehäuse 5 umfassen kann, welches bevorzugt dazu dient, das Berstelement 1 mit dem Gehäuse 11 des Batteriemoduls 1 zu verbinden.
Gemäß dem in der 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist das elektrisch leitfähig ausgebildete Element 3 als ein metallisches Element 6 ausgebildet. Dieses solche metallische Element 6 ist hierbei stoffschlüssig, wie insbesondere geklebt ausgebildet oder eingegossen, mit dem Membranelement 2 verbunden. Besonders bevorzugt kann das metallische Element 6 hierbei als ein Kabel 61 oder als ein Draht 62 ausgebildet sein.
Die 1b und 1c zeigen hierbei weiterhin in einer Draufsicht mögliche Anordnungen des metallischen Elements 6, welches insbesondere als ein Kabel 61 oder als ein Draht 62 ausgebildet ist.
Gemäß der 1b erstreckt sich das metallische Element 6 von einem Ende des Membranelements 2 zu einem dem einem Ende gegenüberliegenden anderen Ende des Membranelements 2. Mit anderen Worten ausgedrückt, verläuft das metallische Element 6 quer über das Membranelement 2.
Gemäß der 1c ist das metallische Element 6 schlaufenförmig an dem Membranelement 2 angeordnet. Hierunter soll verstanden sein, dass das metallische Element 6 an einer Stelle auf das Membranelement 2 geführt wird und an einer zu dieser einen Stelle benachbarten Stelle wieder von dem Membranelement 2 geführt wird. Zwischen diesen beiden Stellen bildet das metallische Element 6 zumindest eine Umlenkung aus.
An dieser Stelle sei zu den 1a, 1b und 1c bemerkt, dass das metallische Element 6 sowohl das elektrisch leitfähig ausgebildete Element 3 an dem Membranelement 2 ausbildet als auch eine elektrisch leitende Verbindung zu der Steuereinheit 4 ausbildet. Mit anderen Worten ausgedrückt bedeutet dies, dass das metallische Element 6 durchgängig ausgebildet ist.
Bei einem Bersten des Membranelements 2 wird auch das metallische Element 6, insbesondere das Kabel 61 oder der Draht 62, durchtrennt, sodass eine elektrische Leitfähigkeit des metallischen Elements 6 im Bereich des Membranelements 2 unterbrochen ist.
Die 2 zeigt eine zweite mögliche, erfindungsgemäße Ausführungsform eines Batteriemoduls 100.
Diese in der 2 gezeigte Ausführungsform unterscheidet sich von den der 1 gezeigten Ausführungsform dadurch, dass das elektrisch leitfähig ausgebildete Element 3 als eine Beschichtung 7 auf das Membranelement 2 aufgebracht ist. Insbesondere kann die Beschichtung 7 als aufgedampfter Ruß 71 ausgebildet sein.
Ein weiteres metallisches Element 63 verbindet die Beschichtung 7 elektrisch leitend mit der Steuereinheit 4.
Bei einem Bersten des Membranelements 2 wird auch die Beschichtung 7 durchtrennt, sodass eine elektrische Leitfähigkeit der Beschichtung 7 im Bereich des Membranelements 2 unterbrochen ist.
Die 3 zeigt eine dritte mögliche, erfindungsgemäße Ausführungsform des Batteriemoduls 10.
Diese in der 3 gezeigte Ausführungsform unterscheidet sich von den der 1 gezeigten Ausführungsform dadurch, dass das elektrisch leitfähig ausgebildete Element 3 in das Membranelement 2 eingebrachte elektrisch leitfähige ausgebildete Partikel 8 umfasst. Insbesondere können die elektrisch leitfähig ausgebildeten Partikel 8 Grafit 81 und/oder Ruß 82 umfassen.
Ein weiteres metallisches Element 63 verbindet die elektrisch leitfähig ausgebildeten Partikel 8 elektrisch leitend mit der Steuereinheit 4.
Bei einem Bersten des Membranelements 2 wird auch elektrische Leitfähigkeit der elektrisch leitfähigen Partikel 8 geändert durchtrennt, sodass eine elektrische Leitfähigkeit im Bereich des Membranelements 2 geändert ist.
Insgesamt kann die Steuereinheit 4 bei den dargestellten Ausführungsbeispielen gemäß den 1 bis 3 also eine Änderung oder eine Unterbrechung einer elektrischen Leitfähigkeit des elektrisch leitfähig ausgebildeten Elements 3 erfassen. Hierdurch sind Rückschlüsse auf die Funktionsfähigkeit und/oder den Zustand des Berstelements 1 möglich. Insbesondere bei einer Unterbrechung und/oder einer Änderung der elektrischen Leitfähigkeit ist das Membranelement 2 geberstet.
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

US 2020/028199 [0004]
CN 201926543 U [0004]

Claims

Berstelement eines Batteriemoduls (10) mit einem Membranelement (2), welches ausgebildet ist, bei Einwirkung eines einen bestimmten Wertes überschreitenden Drucks zu bersten, und mit einem elektrisch leitfähig ausgebildeten Element (3), welches mit einer Steuereinheit (4) weiterhin in der Art verbunden ist, dass eine Unterbrechung oder Änderung einer elektrischen Leitfähigkeit des elektrisch leitfähig ausgebildeten Elements (3) erfassbar ist, wobei das elektrisch leitfähig ausgebildete Element (3) in der Art an oder in dem Membranelement (2) angeordnet ist, dass ein Bersten des Membranelements (2) die elektrische Leitfähigkeit des elektrisch leitfähig ausgebildeten Elements (3) unterbricht oder ändert.
Berstelement nach dem vorhergehenden Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Membranelement (2) aus Polytetrafluorethylen ausgebildet ist.
Berstelement nach einem vorhergehenden Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrisch leitfähig ausgebildete Element (3) als ein stoffschlüssig, wie insbesondere geklebt ausgebildet, mit dem Membranelement (2) verbundenes metallisches Element (6), insbesondere ein Kabel (61) oder ein Draht (62), ist.
Berstelement nach dem vorhergehenden Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das metallische Element (6) schlaufenförmig an dem Membranelement (2) angeordnet ist.
Berstelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrisch leitfähig ausgebildete Element (3) als eine Beschichtung (7) auf das Membranelement (2) aufgebracht ist.
Berstelement nach dem vorhergehenden Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (7) als aufgedampfter Ruß (71) ausgebildet ist.
Berstelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrisch leitfähig ausgebildete Element (3) in das Membranelement (2) eingebrachte elektrisch leitfähige ausgebildete Partikel (8) umfasst.
Berstelement nach dem vorhergehenden Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch leitfähig ausgebildeten Partikel (8) Grafit (81) und/oder Ruß (82) umfassen.
Batteriemodul umfassend ein Gehäuse (11), in welchem eine Mehrzahl an Batteriezellen aufgenommen ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (11) weiterhin ein Berstelement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 8 umfasst.
Verfahren zum Betrieb eines Berstelements nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (4) eine Unterbrechung oder Änderung einer elektrischen Leitfähigkeit des elektrisch leitfähig ausgebildeten Elements (3) erfasst.