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Die Erfindung betrifft einen Behälter zum Aufnehmen von Batteriezellen sowie ein Batteriemodul für eine Elektrofahrzeug und einen Transportbehälter.
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Hintergrund
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Für die Bereitstellung der Antriebsenergie bei Elektrofahrzeugen sind Batteriemodule vorgesehen, bei denen in einer Modulbaugruppe in einem Gehäuse eines Behälters mehrere Batteriezellen angeordnet sind. Bei Automobilen mit Elektroantrieb werden solche Batteriemodule beispielweise möglichst niedrig am Fahrzeugchassis montiert, um den Schwerpunkt des Fahrzeugs tief zu halten.
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Bei den Batteriemodulen muss für mögliche Gefahrensituationen Vorsorge getragen werden, dahingehend, dass im Brand- oder sogar Explosionsfall in dem Gehäuse des Batteriemoduls entstehende Gase entweichen können. Hierzu ist es bei bekannten Batteriemodulen vorgesehen, Berstscheiben einzusetzen, die bei Übersteigen bestimmter Druckschwellwerte im Innenraum des Gehäuses bersten, sodass zum Beispiel Brandgase entweichen können Hierbei handelt es sich um eine einmalig nutzbare Sicherheitseinrichtung.
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Zusammenfassung
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Aufgabe der Erfindung ist es, einen Behälter zum Aufnehmen von Batteriezellen sowie ein Batteriemodul und einen Transportbehälter anzugeben, die in verbesserter Art und Weise für Gefahrensituationen eingerichtet sind.
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Zur Lösung ist ein Behälter zum Aufnehmen von Batteriezellen nach dem unabhängigen Schutzanspruch 1 geschaffen. Weiterhin sind ein Batteriemodul für ein Elektrofahrzeug sowie ein Transportbehälter für Batteriezellen nach den nebengeordneten Schutzansprüchen 13 und 14 geschaffen. Ausgestaltungen sind Gegenstand von abhängigen Unteransprüchen.
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Nach einem Aspekt ist ein Behälter zum Aufnehmen von Batteriezellen geschaffen, der ein Gehäuse aufweist, bei dem eine Gehäusewand einen geschlossenen Innenraum umgibt, welcher eingerichtet ist, Batteriezellen aufzunehmen, die wahlweise in einem Batteriemodul angeordnet sein können. Es ist ein Sicherheitsventil vorgesehen, welches eine Öffnung in der Gehäusewand verschließend angeordnet und als Rückschlagventil ausgeführt ist, um im Gefahrenfall Brand- und / oder Elektrolytgase aus dem Innenraum nach außen abzuleiten. Das Sicherheitsventil weist eine Ventilplatte, die in einer geschlossenen Stellung eine innenseitige Öffnung zum Innenraum hin verschließt, die von einem Ventilgehäuse umgeben ist. Die Ventilplatte ist mittels eine Vorspanneinrichtung gegen eine Verlagerung aus der geschlossenen Stellung in eine geöffnete Stellung vorgespannt, in welcher die innenseitige Öffnung zumindest teilweise freigegeben und mit außenseitigen Auslassöffnungen in Verbindung steht, über welche dann der Innenraum mit einer Gehäuseumgebung in Fluidverbindung steht.
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Weiterhin ist ein Batteriemodul für ein Elektrofahrzeug mit einem solchen Behälter zum Aufnehmen von Batteriezellen geschaffen. Nach einem weiteren Aspekt ist ein Transportbehälter für Batteriezellen mit dem Behälter vorgesehen.
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Mit Hilfe des Sicherheitsventils werden im Gefahrenfall, sei es aufgrund eines Brands oder sogar einer Explosion, im Innenraum entstehende Gase nach außen abgeführt, wenn im Innenraum ein das Sicherheitsventil betätigender Druck entsteht. Nach dem ein zumindest teilweise Druckausgleich zur Umgebung hin stattgefunden hat, kehrt das Sicherheitsventil selbsttätig in die geschlossene Stellung zurück, was die Vorspanneinrichtung bewirkt.
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Die eine oder die mehreren Batteriezellen können in einem Batteriemodul oder einem Batteriepack angeordnet sein, welches in dem Behälter aufgenommen werden kann.
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Die Ventilplatte kann zentriert in dem Ventilgehäuse angeordnet sein. Die mittels der Ventilplatte verschlossene Öffnung kann zum Beispiel eine runde oder eine eckige Öffnung sein.
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Das Ventilgehäuse kann im Querschnitt eine U- oder Topf-Form aufweisen. In einer Ausgestaltung können Bauteile des Sicherheitsventils, insbesondere das Ventilgehäuse und wahlweise die Ventilplatte, mittels spanabhebender Verfahren hergestellt werden, zum Beispiel mittels Fräsen. Alternativ kann vorgesehen sein, Bauteile des Sicherheitsventils, insbesondere das Ventilgehäuse und / oder die Ventilplatte, mittels blechumformender Verfahren herzustellen, was kostengünstiger ist.
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Es kann vorgesehen sein, dass das Sicherheitsventil mittels eines am Ventilgehäuse zumindest teilweise umlaufend gebildeten Flansches in der Öffnung der Gehäusewand montiert ist.
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Hierbei kann der Flansch umlaufend mit einem Rand der Öffnung in der Gehäusewandung überlappen.
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Die Vorspanneinrichtung kann mit einem Vorspannelement gebildet sein, welches zwischen der Ventilplatte und einer Kappe angeordnet ist, die am Ventilgehäuse unter Ausbildung der außenseitigen Auslassöffnungen angeordnet ist. Die Vorspanneinrichtung kann bei dieser oder anderen Ausführungen im Wesentlichen zentriert innerhalb des Ventilgehäuses angeordnet sein. In einer Ausführung ist vorgesehen, dass die Vorspanneinrichtung als Vorspannelement ein Federelement aufweist. In einer Ausgestaltung drückt das Federelement auf einer Innenseite gegen die Kappe und auf einer Außen- oder Deckseite gegen die Ventilplatte. Die Kappe kann eine U- oder Topf-Form aufweisen, wobei in einer Ausgestaltung vorgesehen sein kann, dass U- / Topf-Form einerseits und der Körper andererseits in Bezug auf eine Durchgangsrichtung des Sicherheitsventils umgekehrt orientiert sind. Das Federelement kann eine Vertiefung an der Kappe, in welcher es eingreift, im Querschnitt im Wesentlichen vollständig erfassend ausgebildet sein, wodurch ein Verkippen des Federelements verhindert ist.
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Die Kappe kann mittels einer Mehrbereichslagerung an dem Ventilgehäuse angeordnet sein, wobei die außenseitigen Auslassöffnungen zwischen benachbarten Lagerungsbereichen gebildet sind. Die Auslassöffnungen können um die Kappe herum umlaufend gebildet sein, beispielweise mit einer äquidistanten Beabstandung. In einer Ausgestaltung sind vier Lagerungsbereiche umlaufend vorgesehen. Alternativ kann eine Drei-Bereichslagerung vorgesehen sein. Aber auch mehr Lagerungsbereiche können gebildet sein. In den Lagerungsbereichen kann eine Punkt- oder eine Flächenlagerung ausgebildet sein, je nachdem, ob die aufeinander lagernden oder angeordneten Bauteile sich in einem Punktbereich oder einem flächigen Bereich berühren.
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Die außenseitigen Auslassöffnungen können zwischen Randabschnitten der Kappe und dem Ventilgehäuse gebildet sein. Die Auslassöffnungen sind hierbei begrenzt durch Wandabschnitte der Kappe und Ventilgehäuseabschnitte. Die entlang eines um die Kappe umlaufenden Kreisbogens von den Auslassöffnungen einerseits und den Lagerungsbereichen andererseits jeweils erfasste Kreisbogenlänge kann für die Auslassöffnungen wenigstens doppelt so groß sein.
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Es kann vorgesehen sein, dass in den Lagerungsbereichen nach radial außen vorstehende Kappenabschnitte der Kappe an zugeordneten nach radial innen vorstehenden Gehäuseabschnitten lagern. Die nach außen vorstehenden Kappenabschnitte und / oder die nach innen vorstehenden Gehäuseabschnitte können sich zum jeweiligen Lagerungsbereich hin verjüngen. Bei dieser oder anderen Ausführungsformen kann vorgesehen sein, dass die an das Ventilgehäuse koppelnden Kappenabschnitte der Kappe dort in eine zugeordneten Schlitzführung oder -lagerung angeordnet sind.
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Eine außenseitige Deckfläche der Kappe kann mit einer äußeren Oberfläche des Ventilgehäuses im Wesentlichen fluchtend angeordnet sein. Alternativ kann vorgesehen sein, dass die außenseitige Deckfläche der Kappe gegenüber der äußeren Oberfläche des Ventilgehäuses nach innen zurücksteht.
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Es kann vorgesehen sein, dass zumindest das Ventilgehäuse, die Vorspanneinrichtung und die Ventilplatte aus einem hochtemperaturfesten Material sind. Die Hochtemperaturfestigkeit kann zum Beispiel bis zu einer Temperatur von etwa 600 °C gegeben sein. Als hochtemperaturfestes Material kann in einer Ausführung Edelstahl vorgesehen sein. In einem Ausführungsbeispiel sind sämtliche Bauteile des Sicherheitsventils aus dem hochtemperaturfesten Material. Es ist so ein hochtemperaturfestes Sicherheitsventil bereitgestellt, zum Beispiel bis zu Temperaturen von etwa 850 °C
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Zumindest das Ventilgehäuse, die Vorspanneinrichtung und die Ventilplatte können aus einem säurebeständigen Material sein. Als säurebeständiges Material kann Edelstahl verwendet werden. Es kann vorgesehen sein, dass sämtliche Bauteile des Sicherheitsventils der Säurebeständigkeit genügen.
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Es kann ein weiteres Sicherheitsventil vorgesehen sein, welches eine weitere Öffnung in der Gehäusewandung verschließend angeordnet und als weiteres Rückschlagventil ausgeführt ist, um im Gefahrenfall Brand- und / Elektrolytgase aus dem Innenraum nach außen abzuleiten. Bei dieser Ausführungsform weist der Behälter wenigstens zwei Sicherheitsventile auf, die in unterschiedlichen Öffnungen der Gehäusewandung angeordnet sind. Hierdurch wird beispielsweise eine gewünschte Redundanz erreicht.
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Das Sicherheitsventil kann eine Kennzeichnung aufweisen, welche eingerichtet ist, nach dem Auslösen des Sicherheitsventils das stattgefundene Auslösen dauerhaft (sichtbar) anzuzeigen. Hierzu kann die Kennzeichnung zum Beispiel eine beim Auslösen schmelzende Dichtung und / oder ein sich beim Auslösen dauerhaft farblich veränderndes Farbelement aufweisen, zum Beispiel in einem Abschnitt des Sicherheitsventils, der beim Ablassen der im Innenraum im Gefahrenfall entstehenden Gase von diesen angeströmt wird.
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In einem Bereich, in welchem sich Ventilplatte und Ventilgehäuse berühren, insbesondere flächig kontaktieren, kann eine Dichtung vorgesehen sein, die aus einem temperaturfesten Material ist und um die innenseitige Öffnung umlaufend ausgebildet ist.
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In Verbindung mit dem Batteriemodul für ein Elektrofahrzeug sowie dem Transportbehälter für eine oder mehrere Batteriezellen gelten die vorangehend erläuterten Ausgestaltungsoptionen entsprechend. Das Batteriemodul oder mehrere Batteriemodule können Teil einer Bodenbaugruppe für ein Elektrofahrzeug sein.
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Figurenliste
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Im Folgenden werden weiter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf Figuren einer Zeichnung näher erläutert. Hierbei zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung eines Sicherheitsventils für einen Behälter zum Aufnehmen von Batteriezellen von vorn;
- 2 eine schematische Darstellung des Sicherheitsventils aus 1 für einen Behälter zum Aufnehmen von Batteriezellen von hinten und im Schnitt und
- 3 schematische perspektivische Darstellungen des Sicherheitsventils aus 1.
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1 bis 3 zeigen eine Anordnung mit einem Sicherheitsventil 1, welches mit einem umlaufenden Flansch 2 versehen ist, welcher dazu dient, das Sicherheitsventil 1 in einer zugeordneten Öffnung (nicht dargestellt) eines Behälters anzuordnen, der der Aufnahme von Batteriezellen dient. Bei dem Behälter kann es sich um ein Batteriemodul mit Batteriezellen für ein Elektrofahrzeug handeln, welches seinerseits Teil einer Bodenbaugruppe für das Elektrofahrzeug sein kann. Alternativ kann der Behälter dem Transport von Batteriezellen dienen, zum Beispiel defekten oder intakten Batteriezellen, beispielsweise Lithiumzellen. Der Behälter, in dessen Öffnung dann das Sicherheitsventil 1 angeordnet wird, kann aus geeigneten Materialien bestehen, zum Beispiel Plastik oder Metall wie Edelstahl. Derartige Behälter für Batteriemodule sind als solche in verschiedenen Ausführungsformen bekannt.
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Bei dem Sicherheitsventil 1 ist mit Hilfe einer Ventilplatte 3 eine innenseitige Öffnung 4 verschlossen (vgl. 2), die von einem Ventilgehäuse 5 umgeben ist. Das Ventilgehäuse 5 weist eine U- oder Topf-Form auf und ist in der gezeigten Ausführung einstückig mit dem umlaufenden Flausch 2 gebildet.
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Mit Hilfe einer Vorspanneinrichtung 6, die als Vorspannelement ein Federelement 7 aufweist, ist die Ventilplatte 3 gegen eine Verlagerung aus der in 1 gezeigten geschlossenen Stellung in eine geöffnete Stellung (nicht dargestellt) vorgespannt. Das Federelement 7 lagert einerseits auf der Ventilplatte 3 und andererseits an eine Kappe 8, die bei der gezeigten Ausführungsform ebenso eine U- oder Topf-Form aufweist. Entsteht in dem Innenraum des Behälters zur Aufnahme von Batteriezellen und / oder Batteriemodulen mit Batteriezellen in einer Gefahrensituation ein erhöhter Druck, wird die Ventilplatte 3 aus der in 1 gezeigten geschlossenen Stellung in die geöffnete Stellung zurückbewegt, sodass durch die innenseitige Öffnung 4 Überdruckgase entweichen können, die dann durch außenseitige Auslassöffnungen 9 in die Umgebung abgelassen werden. Fällt der Druck im Innenraum wieder, geht das Sicherheitsventil 1 in die geschlossene Stellung zurück, in welcher die Ventilplatte 3 die innenseitige Öffnung 4 verschließt.
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Die Kappe 8 lagert gemäß 1 in Lagerungsbereichen 10 an dem Ventilgehäuse 5. Radial nach außen vorspringende Kappenabschnitte 11 lagern an einem jeweiligen radial nach innen vorspringenden Gehäuseabschnitt 12 derart, dass die Kappenabschnitte 11 in eine zugeordnete Schlitzführung 13 am Ventilgehäuse 5 eingreifen (vgl. 2).
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Die Lagerungsbereiche 10 sind umlaufend äquidistant beabstandet. Zwischen den Lagerungsbereichen 10 sind die Auslassöffnungen 9 zwischen einem Randabschnitt 14 der Kappe 8 und einem zugeordneten Rand 15 des Ventilgehäuses 5 ausgebildet.
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Der Flansch 2 weist Bohrungen 16 auf, die für eine Montage der Anordnung mit Sicherheitsventil 1 und Flansch 2 nutzbar sind.
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Gemäß 2 ist in einem Bereich 17, in welchem sich Ventilplatte 3 und Ventilgehäuse 5 berühren, insbesondere flächig kontaktieren, eine Dichtung 18 vorgesehen, die aus einem temperaturfesten Material ist und um die innenseitige Öffnung 4 umlaufend ausgebildet ist.
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Die in der vorstehenden Beschreibung, den Schutzansprüchen sowie der Zeichnung offenbarten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der verschiedenen Ausführungen von Bedeutung sein.
