EP4073877A1 - Pressure relief device, and battery housing comprising such a pressure relief device - Google Patents

Pressure relief device, and battery housing comprising such a pressure relief device

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EP4073877A1
EP4073877A1 EP20838363.8A EP20838363A EP4073877A1 EP 4073877 A1 EP4073877 A1 EP 4073877A1 EP 20838363 A EP20838363 A EP 20838363A EP 4073877 A1 EP4073877 A1 EP 4073877A1
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EP
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pressure relief
sensor
cover unit
relief device
pressure
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EP20838363.8A
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Udo Scholpp
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Hugo Benzing GmbH and Co KG
Original Assignee
Hugo Benzing GmbH and Co KG
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Definitions

  • the invention relates to a pressure relief device for exercising a pressure relief function for a cell-like cavity enclosed by a battery housing with a pressure relief cover unit which can be inserted or inserted into a housing wall and which, when exceeding a pressure threshold and / or temperature threshold, provides a flow path from the cavity to an outside area the housing opens, as well as a Batteriege housing with at least one such pressure relief device.
  • the present invention is about cover-like pressure relief devices for housings, which even with relatively small pressure differences between the housing interior and the external environment (mostly atmosphere) of z. B. under a few bar, usually under 500 mbar, cause pressure equalization, as is typical for use in battery or accumulator housings. This is an essential difference compared to e.g. B. control valves or safety valves in pipeline systems, which are not the subject of the present application.
  • a pressure relief device of this type is shown as known in DE 10 2016 121 605 A1. In this known pressure relief device, a pressure relief cover unit is present, which is inserted into a housing wall of a cell-like cavity, such as. B. a battery cell, enclosing housing it is settable.
  • the pressure relief cover unit opens a flow path from the cavity within the housing into the outer region of the housing, so that a harmful internal pressure in the cavity is avoided.
  • the pressure relief cover unit has a spring clip with several radially outwardly directed spring tongues which engage under the housing wall, and a cover part lying tightly on the outside of the housing wall around the opening edge, which remains pressed on the housing wall by means of the spring clip closing the opening when the pressure falls below a predetermined pressure threshold , however, when the pressure threshold is exceeded, the spring force is raised by the pressure in the cavity in order to open the flow path from the cavity to the outside. So that damage z. B. is safely avoided in the event of excessive pressure and / or excessive heat and thus ver related exceeding the pressure threshold, a reliable function is to ensure under all possible conditions of use, in particular special in connection with a battery housing.
  • pressure relief devices with a pressure relief cover unit are shown in DE 102011 109 310 A1, DE 10 2016 004 648 A1 and DE 102015 005 276 A1, the latter having pressure relief cover units that comprise a cover part provided with a tear-off edge, which has a web-like Hinge is connected to the housing.
  • DE 10 2017 123 078 A1 shows a pressure relief device in the form of a pressure equalization unit with a ge protected inside a pressure relief cover unit arranged membrane, through which a flow path for gases from A cavity in the outer region of the housing, in particular the battery housing, is formed.
  • the present invention is based on the object of providing a pressure relief device for a battery housing in an embodiment which expands the functionality and offers safe operation, and to provide a battery housing with such a pressure relief device.
  • the pressure relief cover unit is directly or indirectly connected to a sensor device with at least one sensor element, which in particular can or can be incorporated into pressure relief or temperature monitoring and / or into the pressure relief function.
  • the reliable functioning of the pressure relief device can be monitored and z. B. automatically or through early maintenance, the reliable functionality can be restored or supported and / or by means of the at least one sensor element emitted sensor signals can control signals z. B. for an acoustic or visual display or to reduce a potential hazard in the area, for example by switching off or throttling the operation of neighboring units generated who the.
  • the sensor device in particular the sensor element, is advantageously integrated into the pressure relief ceiling unit and is therefore directly matched or tunable to the function of the pressure relief device or the battery housing.
  • the sensor signals or control signals obtained therefrom can, for. B. can be used for an operational control or regulation, for example via an accordingly trained actuator.
  • the structure in the form with pressure relief cover unit results in a relatively flat structure, which leads to a Appropriate installation in the opening of the housing wall contributes.
  • the lateral expansion (parallel to the container wall) is usually significantly (e.g. more than double or triple) greater than the thickness or height (perpendicular to the container wall).
  • the pressure relief cover unit is advantageously adapted or adaptable with regard to various physical conditions, for example for a quick response to typical pressure relief speeds by opening large flow cross-sections, favored by the flat design and / or taking into account the relationship between housing volume and flow cross-section. If necessary, several such closure units in the form of the pressure relief cover unit can be provided in a battery housing. When an overpressure is reduced, different flow conditions can occur in the area of the container openings, e.g. B. depending on the location of the overpressure and the geometry of the built-in elements. A safe function is supported with the aid of the sensor device.
  • An advantageous embodiment for ensuring the pressure relief function is that the sensor device is integrated into the actuation of the pressure relief cover unit.
  • a cover part can be lifted against a spring force and / or a sealing film can be torn by means of an actuating element in order to release the pressure in a dosed or abrupt manner.
  • the sensor device is designed to transmit sensor signals to a reporting system, for. B. opening the pressure relief cover unit or a previously building pressure possibly in conjunction with other signals z. B. signaled via an acoustic or optical display or displayed and / or used in connection with other information for the control or regulation of other units. In this way, for example, possible damage can be prevented or reduced at an early stage.
  • a further advantageous embodiment for targeted control or regulation or for appropriate monitoring measures consists in that the sensor device is provided with a processing unit for the sensor signals.
  • Targeted measures for pressure relief can also advantageously be undertaken in that the sensor device can be incorporated into the pressure relief function for controlling or regulating intervention.
  • the sensor device is alternatively or cumulatively configured with at least one of the functions pressure detection, temperature detection, position detection, displacement detection, speed detection and acceleration detection.
  • the sensor device alone or at least one sensor element from the group of strain sensors, piezoelectric sensors, thermoelectric sensors, electromagnetic sensors, capacitive sensors, bimetal elements and shape memory elements in a combination of at least two sensor elements.
  • a sensor element can also be formed by a thin tear wire or an arrangement of several tear wires. Such a tear wire can be designed, for example, so that it breaks even at a low pressure exceeding a predetermined pressure threshold.
  • B. connected to an element that expands when there is internal pressure in the housing or in a sol- ches is integrated. Its uncracked intact state can e.g. B. can be monitored by monitoring a low current flow.
  • the pressure relief device comprises at least one actuator.
  • the actuator is advantageously integrated directly into the pressure relief cover unit.
  • the actuator causes the pressure relief cover unit to open and / or close directly or indirectly as a function of a sensor signal of at least one sensor element.
  • the actuator can, for. B. comprise a controllable or adjustable actuator for opening or closing the flow path through the pressure relief cover unit.
  • a further advantageous embodiment for the structure and the function results from the fact that the at least one sensor element and the at least one actuator are integrated in a common component of the pressure relief cover unit.
  • a spring element of the pressure relief cover unit equipped with finger-like, radially outwardly extending spring tongues can be provided with bi-metal elements which, in addition to a reaction to pressure as a result of the spring forces of the elastic spring tongues, also react to heat development in the flea space, such as B. a battery cell, can react and lift a cover part of the pressure relief cover unit to open the flow path.
  • a redundant safety function of the pressure relief device can be formed in this way.
  • the invention also includes battery housings with at least one pressure relief device according to claims 1 to 11.
  • battery housings are also understood to mean accumulator housings, in particular vehicle batteries and accumulators being considered.
  • Fig. 1A shows a pressure relief device with a pressure relief cover unit inserted into an opening of a housing and a sensor device in a closed state in a schematic view in cross section
  • FIG. 1B shows the pressure relief device according to FIG. 1A in the open state
  • FIG. 2A shows a further exemplary embodiment of a pressure relief device with an (inverted) pressure relief cover unit in a perspective view from below and an associated sensor device.
  • FIG. 2B shows the pressure relief device according to FIG. 2A in a state inserted into a housing opening in a side schematic view in the closed state and with a sensor device
  • FIGS. 2A and 2B shows the pressure relief device according to FIGS. 2A and 2B in the open state of the pressure relief cover unit
  • Fig. 3A shows a further embodiment of a pressure relief device with a pressure inserted into a housing opening relief cover unit in perspective view from above and with a sensor device
  • Fig. 3B shows a pressure relief device according to Fig. 3A in a side cut view with a pressure relief cover unit inserted into a housing opening and a sensor device,
  • Fig. 4A a further embodiment of a pressure relief device with a pressure relief cover unit inserted into a housing opening and a sensor device in plan view and
  • FIG. 4B shows the pressure relief device according to FIG. 4A in a lateral, partially sectioned perspective illustration.
  • Fig. 1A shows a pressure relief device with a pressure relief cover unit 2, which is inserted into an existing opening 7 in a housing wall 10 of a battery housing 1, in the closed state and a sensor device 6 connected to the pressure relief cover unit 2.
  • Fig. 1B shows the pressure relief device 1A in the open state, in which a cover part 20 is lifted from the outside of the housing wall 10, so that a Strö flow path 13 is opened from a flea space 5 enclosed by the battery housing 1 in the outer area 4 of the battery housing 1 and at overpressure In particular gaseous medium present in the flea space 5 can flow into the outer region 4.
  • the cover part 20 rests on the outside of the housing wall 10 in a sealed manner by means of a seal running around the edge of the opening 7.
  • Such pressure relief devices for battery housing 1 form a relatively large flow cross-section even with a slight deflection of a cover part for pressure relief or by tearing it open, so that even at a relatively low pressure threshold, e.g. B. in the range up to 500 mbar, over- Increasing overpressure (usually between the interior of the housing and the surrounding exterior or atmosphere) enables rapid pressure equalization.
  • a relatively low pressure threshold e.g. B. in the range up to 500 mbar
  • the sensor device 6 has a sensor element 60 arranged in the present case on the pressure relief cover part 2 and in the present case also an actuator 62 which, for example, are connected to a processing unit 61 via connection means 63 in order to process or evaluate sensor signals emitted by the sensor element 60 and e.g. B. additionally to control a (not shown) reporting system and / or to control the actuator 62 to use.
  • the processing unit 61 is shown schematically as a unit arranged outside the pressure relief cover unit, but can also advantageously be built into the pressure relief cover unit 2 so that the pressure relief device forms a compact unit with the pressure relief cover unit 2 and the sensor device 6.
  • the processing unit 61 can be provided for external use with an interface for wireless or wired data transmission in order to receive status data z. B. to use for an acoustic or visual display on a display device and / or for the control of other units, as addressed a gear.
  • the actuator 62 can, for. B. comprise an actuator by means of which the cover part 20 can be lifted from the outside or from a sealing surface 12 surrounding the opening 7 for opening or placed on for closing.
  • Such an actuator can, for. B. be arranged in a section of a central holding part 200 of the Druckent loadungsdeckeltechnik 2, by means of which the cover part 20 is kept ge on a connected to the housing wall 10 or brought into contact lower part 23.
  • openings or recesses for forming the flow path 13 from the housing interior or cavity 5 into the outer region 4 are arranged in the lower part 23.
  • 2A, 2B and 2C show a second embodiment of a pressure relief device.
  • the pressure relief cover unit 2 also has a cover part 20 which, in the closed state, rests against the outside of the housing wall 10 in the area of the sealing surface 12 via a seal 21 running around the opening 7.
  • the lower part 23 of the pressure relief cover unit 2 has a spring clip 22, which is provided with radially outwardly directed spring tongues 220, which comprises long spring sections 221 and short spring sections 222.
  • the long spring sections 221 form elastically resilient Federzun conditions that are supported on the inside of the housing wall 10 around the edge of the opening 7 and are elastically deflected when the medium or gas pressure inside or cavity 5 of the battery housing 1 exceeds a certain pressure threshold , so that the cover part 20 is lifted from the outside of the housing wall 10 and the flow path 13 is released through the opening 7.
  • the kur zen spring sections 222 limit the opening path by stopping their Endab sections on the underside of the housing wall 10 when the cover part 20 is lifted by a maximum opening path A. If the pressure in the cavity 5 falls below the pressure threshold (in particular in a range below 500 mbar), the cover part 20 is pressed against the sealing surface 12 again on the outside of the housing wall 10 as a result of the spring force of the long spring sections 221 and by means of the seal 21 sealed.
  • the sensor device 6 here also has a sensor element 60 which is arranged within the pressure relief cover unit 2 and is connected to a processing unit 61. Furthermore, an actuator 62 for actuating, such as. B. opening and / or closing of the cover part 20 or to support these processes.
  • the sensor element 60 can react to the internal pressure in the interior or cavity 5 of the battery housing 1 and output pressure-dependent sensor signals to the processing unit 61 for processing or evaluating and providing status or control data.
  • these can in turn be used for pressure relief monitoring and / or can be used to influence the pressure relief function.
  • the or a further sensor element 60 z. B. be designed as a temperature sensor, so that the opening of the pressure relief cover unit 2 or a lifting of the cover part 20 is also temperature-dependent controlled or regulated who can. In this way, an additional, redundant actuation of the pressure relief cover unit 2 can be provided and / or an additional monitoring function can be formed.
  • all sensor elements and possibly actuator elements and possibly also the processing unit 61 can advantageously be integrated into the pressure relief cover unit 2 in order to form a compact structural unit.
  • the cover part 20 is connected to the lower part 23 or the spring clip 22 of the same by means of a holding part 200, where the holding part 200 is provided with a holding section 201 and an intermediate piece 202.
  • the processing unit 61 can also be integrated in the pressure relief cover unit 2, as in the first exemplary embodiment.
  • at least one sensor element 60 can be arranged on the spring clip 22 in order to detect de ren bending or expansion or compression.
  • the sensor element or the sensor elements 60 can, for. B. be designed as a strain gauge.
  • An alternative or additional design of one or more sensor elements 60 can, for. B.
  • bimetal element which reacts to a change in temperature by a change in movement so that a lifting of the cover part 20 when a certain temperature is exceeded and a closing when reducing the temperature is caused to below a certain temperature threshold.
  • Other sensor elements as mentioned at the beginning, are also possible.
  • the pressure relief device likewise has a pressure relief cover unit 2 and a sensor device 6 connected to it.
  • the pressure relief cover unit 2 in turn has a cover part 20 and a lower part 23, which is provided with a spring clip 22 and connected to the cover part 20 via a holding part 200.
  • the spring clip 22 as in the second exemplary embodiment, see ver with radially outwardly projecting spring tongues 220, which comprises long spring sections 221 and (not shown) short spring sections.
  • the long spring sections 221 are supported with end sections 223 on the underside of the housing wall 10 around the edge of the opening 7 and are elastically deflected in the event of excess pressure in the cavity 5, which exceeds a certain pressure threshold (which is preferably not higher than 500 mbar). in order to lift off the cover part 20.
  • a certain pressure threshold which is preferably not higher than 500 mbar.
  • a membrane 3 covered to the outside by a cover wall 203 is used to keep particles or foreign bodies away from the cavity 5 and to allow the gas pressure between the cavity 5 and the outer smell 4 to be equalized via the flow path 13.
  • one or more sensor elements 60, 60 ' are arranged on or near the pressure relief cover unit 2 (or integrated into the pressure relief cover unit 2), with different design variants of the sensor elements 60, 60' being possible, as indicated at the beginning.
  • the membrane 3 z. B. be designed as a sensor element 60 itself or have one or more sensor elements 60.
  • the sensor elements of the membrane 3 can, for. B.
  • the pressure relief cover unit 2 can thus perform additional sensor functions in order to effect or support the pressure relief monitoring and / or pressure relief function.
  • This sensor device 6 or the pressure relief cover unit 2 can thus also be integrated into a reporting system, control system or regulating system in order to to fulfill the pressure relief monitoring and / or pressure relief function.
  • the entire pressure relief device can be designed as a compact unit in this embodiment as well as in the previous exemplary embodiments.
  • the pressure relief device has a pressure relief cover unit 2 and a sensor device 6 connected to it, which can be designed according to the above exemplary embodiments.
  • the pressure relief cover unit 2 has a cover part 20 which is connected in a media-tight manner to a separating edge 27 of the housing wall 10 via a separable separating area 26 and is likewise fastened to the housing wall 10 by means of at least one hinge-like connection 25 or web.
  • the separating area 26 tears away from the separating edge 27 and is destroyed and the flow path 13 from the cavity to the outer area 4 is thereby opened, with the cover part 20 via the connection 25 the housing wall 10 is held.
  • a pipe 41 is connected to the opening 7 via a connection part 40 for discharging the escaping medium.
  • a sensor element 60 such as a tear wire, e.g. B. be designed to detect the tearing of the separation area 26 by z. B. a current flow that is detected by the processing unit 61 is prevented. Further sensor elements 60 can also be present in order to report corresponding states and e.g. B. to use for a control or regulation similar to the previous embodiments.

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Abstract

The invention relates to a pressure relief device for carrying out a pressure relief function for a cell-like cavity (5) which is enclosed by a battery housing (1), comprising a pressure relief cover unit (2) that is inserted or can be inserted into a housing wall (10) and opens a flow path (13) from the cavity into an outer region (4) of the housing (1) when a pressure threshold and/or temperature threshold in particular is exceeded. A reliable function is supported in that the pressure relief cover unit (2) is directly or indirectly connected to a sensor device (6) which comprises at least one sensor element (60) and which is involved or can be involved in a pressure relief monitoring process and/or the pressure relief function in particular.

Description

Druckentlastungsvorrichtung und Batteriegehäuse mit einer solchen Pressure relief device and battery housing with such
Die Erfindung bezieht sich auf eine Druckentlastungsvorrichtung zum Ausüben einer Druckentlastungsfunktion für einen von einem Batteriegehäuse umschlossenen zel lenartigen Hohlraum mit einer in einer Gehäusewand einsetzbaren oder einge setzten Druckentlastungsdeckeleinheit, welche bei Überschreitung insbesondere ei ner Druckschwelle und/oder Temperaturschwelle einen Strömungsweg von dem Hohlraum in einen Außenbereich des Gehäuses öffnet, sowie auf ein Batteriege häuse mit mindestens einer solchen Druckentlastungsvorrichtung. The invention relates to a pressure relief device for exercising a pressure relief function for a cell-like cavity enclosed by a battery housing with a pressure relief cover unit which can be inserted or inserted into a housing wall and which, when exceeding a pressure threshold and / or temperature threshold, provides a flow path from the cavity to an outside area the housing opens, as well as a Batteriege housing with at least one such pressure relief device.
Bei vorliegender Erfindung geht es um deckelartige Druckentlastungsvorrichtungen für Gehäuse, die bereits bei relativ geringen Druckunterschieden zwischen dem Ge- häuseinnern und der äußeren Umgebung (meist Atmosphäre) von z. B. unter einigen bar, in der Regel unter 500 mbar, einen Druckausgleich bewirken, wie dies für den Einsatz in Batterie- bzw. Akumulatorgehäusen typisch ist. Dies ist ein wesentlicher Unterscheid gegenüber z. B. Regelventilen oder Sicherheitsventilen in Rohrleitungs systemen, um die es bei vorliegender Anmeldung nicht geht. Eine Druckentlastungsvorrichtung dieser Art ist in der DE 10 2016 121 605 A1 als bekannt ausgewiesen. Bei dieser bekannten Druckentlastungsvorrichtung ist eine Druckentlastungsdeckeleinheit vorhanden, die in eine Gehäusewand eines einen zellenartigen Hohlraum, wie z. B. eine Batteriezelle, umschließenden Gehäuses er setzbar ist. Überschreitet der Druck in dem Hohlraum eine Druckschwelle, öffnet die Druckentlastungsdeckeleinheit einen Strömungsweg von dem Hohlraum innerhalb des Gehäuses in den Außenbereich des Gehäuses, so dass ein schädlicher Innen druck in dem Hohlraum vermieden wird. Die Druckentlastungsdeckeleinheit weist eine Federklammer mit mehreren radial nach außen gerichteten Federzungen auf, die die Gehäusewand untergreifen, und einen außen auf der Gehäusewand um den Öffnungsrand dicht aufliegenden Deckelteil, welcher bei Unterschreiten einer vorge geben Druckschwelle mittels der Federklammer die Öffnung verschließend auf der Gehäusewand angedrückt bleibt, jedoch bei Überschreiten der Druckschwelle entge gen der Federkraft durch den Druck in dem Hohlraum angehoben wird, um den Strömungsweg von dem Hohlraum nach außen zu öffnen. Damit ein Schaden z. B. bei übermäßigem Druck und/oder übermäßiger Wärmeentwicklung und damit ver bundener Überschreitung der Druckschwelle sicher vermieden wird, ist eine zuver lässige Funktion unter möglichst allen vorkommenden Einsatzbedingungen, insbe sondere in Verbindung mit einem Batteriegehäuse, sicherzustellen. The present invention is about cover-like pressure relief devices for housings, which even with relatively small pressure differences between the housing interior and the external environment (mostly atmosphere) of z. B. under a few bar, usually under 500 mbar, cause pressure equalization, as is typical for use in battery or accumulator housings. This is an essential difference compared to e.g. B. control valves or safety valves in pipeline systems, which are not the subject of the present application. A pressure relief device of this type is shown as known in DE 10 2016 121 605 A1. In this known pressure relief device, a pressure relief cover unit is present, which is inserted into a housing wall of a cell-like cavity, such as. B. a battery cell, enclosing housing it is settable. If the pressure in the cavity exceeds a pressure threshold, the pressure relief cover unit opens a flow path from the cavity within the housing into the outer region of the housing, so that a harmful internal pressure in the cavity is avoided. The pressure relief cover unit has a spring clip with several radially outwardly directed spring tongues which engage under the housing wall, and a cover part lying tightly on the outside of the housing wall around the opening edge, which remains pressed on the housing wall by means of the spring clip closing the opening when the pressure falls below a predetermined pressure threshold , however, when the pressure threshold is exceeded, the spring force is raised by the pressure in the cavity in order to open the flow path from the cavity to the outside. So that damage z. B. is safely avoided in the event of excessive pressure and / or excessive heat and thus ver related exceeding the pressure threshold, a reliable function is to ensure under all possible conditions of use, in particular special in connection with a battery housing.
Weitere Druckentlastungsvorrichtungen mit einer Druckentlastungsdeckeleinheit sind in der DE 102011 109 310 A1, der DE 10 2016 004 648 A1 und in der DE 102015 005 276 A1 gezeigt, wobei letztere Druckentlastungsdeckeleinheiten aufweisen, die ein mit einem abreißenden Rand versehenes Deckelteil umfassen, welches über ein stegartiges Scharnier an dem Gehäuse angebunden ist. Further pressure relief devices with a pressure relief cover unit are shown in DE 102011 109 310 A1, DE 10 2016 004 648 A1 and DE 102015 005 276 A1, the latter having pressure relief cover units that comprise a cover part provided with a tear-off edge, which has a web-like Hinge is connected to the housing.
Die DE 10 2017 123 078 A1 zeigt eine Druckentlastungsvorrichtung in Form einer Druckausgleichseinheit mit einer im inneren einer Druckentlastungsdeckeleinheit ge schützt angeordneten Membran, durch welche ein Strömungsweg für Gase vom Hohlraum in den Außenbereich des Gehäuses, insbesondere Batteriegehäuses, ge bildet ist. DE 10 2017 123 078 A1 shows a pressure relief device in the form of a pressure equalization unit with a ge protected inside a pressure relief cover unit arranged membrane, through which a flow path for gases from A cavity in the outer region of the housing, in particular the battery housing, is formed.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Druckentlastungs vorrichtung für ein Batteriegehäuse in einer Ausbildung bereitzustellen, welche die Funktionsfähigkeit erweitert und einen sicheren Betrieb bietet, sowie ein Batterie gehäuse mit einer solchen Druckentlastungsvorrichtung bereitzustellen. The present invention is based on the object of providing a pressure relief device for a battery housing in an embodiment which expands the functionality and offers safe operation, and to provide a battery housing with such a pressure relief device.
Diese Aufgabe wird bei einer Druckentlastungsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und bei einem Batteriegehäuse mit einer solchen Druckentlastungs vorrichtung nach Anspruch 12 gelöst. Hierbei ist vorgesehen, dass die Druckent lastungsdeckeleinheit mit einer Sensorvorrichtung mit mindestens einem Sensorele ment direkt oder indirekt verbunden ist, welche insbesondere in eine Druckent- lastungs- oder Temperaturüberwachung und/oder in die Druckentlastungsfunktion einbindbar oder eingebunden ist. This object is achieved in a pressure relief device with the features of claim 1 and in a battery housing with such a pressure relief device according to claim 12. It is provided here that the pressure relief cover unit is directly or indirectly connected to a sensor device with at least one sensor element, which in particular can or can be incorporated into pressure relief or temperature monitoring and / or into the pressure relief function.
Mit diesen Maßnahmen kann zum einen die zuverlässige Funktion der Druckentlas tung überwacht und z. B. automatisch oder durch frühzeitige Wartung die zu verlässige Funktionstüchtigkeit wiederhergestellt oder unterstützt werden und/oder vermittels von dem mindestens einen Sensorelement abgegebener Sensorsignale können Steuerungssignale z. B. für eine akustische oder optische Anzeige oder zum Verringern eines Gefährdungspotentials in der Umgebung beispielsweise durch Ab schalten oder eine Drosselung des Betriebs benachbarter Aggregate erzeugt wer den. Die Sensorvorrichtung, insbesondere das Sensorelement, ist dabei vorteilhaft in die Druckentlastungsdeckeneinheit integriert und somit unmittelbar auf die Funktion der Druckentlastungsvorrichtung bzw. des Batteriegehäuses abgestimmt bzw. ab stimmbar. Die Sensorsignale bzw. daraus gewonnene Steuerungssignale können z. B. für eine betriebliche Steuerung oder Regelung beispielsweise über eine ent sprechend ausgebildete Aktuatorik genutzt werden. Der Aufbau in der Gestalt mit Druckentlastungsdeckeleinheit ergibt einen relativ flachen Aufbau, der zu einem zweckmäßigen Einbau in der Öffnung der Gehäusewandung beiträgt. Dabei ist die seitliche Ausdehnung (parallel zur Behälterwand) in der Regel wesentlich (z. B. um mehr als das Doppelte oder Dreifache) größer als die Dicke bzw. Höhe (senkrecht zur Behälterwand). Auch ein Ansprechen bei den relativ niedrigen Behälterdrücken im Inneren von Batteriegehäusen (in der Regel weniger als 500 mbar), wie sie bei Antriebsbatterien (Hochvoltbatterien, 48 V) für Elektrofahrzeuge bzw. Hybridfahr zeuge und Bordnetzbatterien auftreten, wird bei diesem Aufbau begünstigt. Dabei ist die Druckentlastungsdeckeleinheit vorteilhaft hinsichtlich verschiedener physikali scher Gegebenheiten angepasst bzw. anpassbar, beispielsweise für eine schnelle Reaktion auf typische Druckentlastungsgeschwindigkeiten durch Öffnen großer Strömungsquerschnitte begünstigt durch die flache Ausbildung und/oder Berücksich tigung der Relation von Gehäusevolumen zu Strömungsquerschnitt. Erforderlichen falls können bei einem Batteriegehäuse mehrere solcher Verschlusseinheiten in Form der Druckentlastungsdeckeleinheit vorgesehen werden. Bei Abbau eines Überdrucks können im Bereich der Behälteröffnungen unterschiedliche Strömungs verhältnisse auftreten, z. B. abhängig vom Entstehungsort des Überdrucks und der Geometrie von Einbauelementen. Mit Hilfe der Sensorvorrichtung wird eine sichere Funktion unterstützt. With these measures, the reliable functioning of the pressure relief device can be monitored and z. B. automatically or through early maintenance, the reliable functionality can be restored or supported and / or by means of the at least one sensor element emitted sensor signals can control signals z. B. for an acoustic or visual display or to reduce a potential hazard in the area, for example by switching off or throttling the operation of neighboring units generated who the. The sensor device, in particular the sensor element, is advantageously integrated into the pressure relief ceiling unit and is therefore directly matched or tunable to the function of the pressure relief device or the battery housing. The sensor signals or control signals obtained therefrom can, for. B. can be used for an operational control or regulation, for example via an accordingly trained actuator. The structure in the form with pressure relief cover unit results in a relatively flat structure, which leads to a Appropriate installation in the opening of the housing wall contributes. The lateral expansion (parallel to the container wall) is usually significantly (e.g. more than double or triple) greater than the thickness or height (perpendicular to the container wall). A response to the relatively low container pressures inside battery housings (usually less than 500 mbar), as occurs with drive batteries (high-voltage batteries, 48 V) for electric vehicles or hybrid vehicles and on-board batteries, is promoted by this design. The pressure relief cover unit is advantageously adapted or adaptable with regard to various physical conditions, for example for a quick response to typical pressure relief speeds by opening large flow cross-sections, favored by the flat design and / or taking into account the relationship between housing volume and flow cross-section. If necessary, several such closure units in the form of the pressure relief cover unit can be provided in a battery housing. When an overpressure is reduced, different flow conditions can occur in the area of the container openings, e.g. B. depending on the location of the overpressure and the geometry of the built-in elements. A safe function is supported with the aid of the sensor device.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung zum Sicherstellen der Druckentlastungsfunktion be steht dabei darin, dass die Sensorvorrichtung in die Betätigung der Druckent lastungsdeckeleinheit eingebunden ist. Beispielsweise kann ein Deckelteil entgegen einer Federkraft abgehoben und/oder eine Verschlussfolie mittels eines Betätigungs elements eingerissen werden, um die Druckentlastung dosiert oder auch abrupt zu bewirken. An advantageous embodiment for ensuring the pressure relief function is that the sensor device is integrated into the actuation of the pressure relief cover unit. For example, a cover part can be lifted against a spring force and / or a sealing film can be torn by means of an actuating element in order to release the pressure in a dosed or abrupt manner.
Ist vorgesehen, dass die Sensorvorrichtung zur Übertragung von Sensorsignalen an ein Meldesystem ausgebildet ist, so kann z. B. ein Öffnen der Druckentlastungs deckeleinheit oder ein sich zuvor aufbauender Druck eventuell auch in Verbindung mit anderen Signalen z. B. über eine akustische oder optische Anzeige signalisiert bzw. dargestellt und/oder im Zusammenhang mit anderen Informationen zur Steue rung oder Regelung auch anderer Aggregate genutzt werden. Auf diese Weise kann beispielsweise möglicher Schaden frühzeitig unterbunden bzw. verringert werden. Eine für eine gezielte Steuerung bzw. Regelung oder für angemessene Überwa chungsmaßnahmen vorteilhafte Ausgestaltung besteht des Weiteren darin, dass die Sensorvorrichtung mit einer Verarbeitungseinheit für die Sensorsignale versehen ist. If it is provided that the sensor device is designed to transmit sensor signals to a reporting system, for. B. opening the pressure relief cover unit or a previously building pressure possibly in conjunction with other signals z. B. signaled via an acoustic or optical display or displayed and / or used in connection with other information for the control or regulation of other units. In this way, for example, possible damage can be prevented or reduced at an early stage. A further advantageous embodiment for targeted control or regulation or for appropriate monitoring measures consists in that the sensor device is provided with a processing unit for the sensor signals.
Gezielte Maßnahmen der Druckentlastung können vorteilhaft auch dadurch vorge- nommen werden, dass die Sensorvorrichtung zum steuernden oder regelnden Ein griff in die Druckentlastungsfunktion einbindbar oder eingebunden ist. Targeted measures for pressure relief can also advantageously be undertaken in that the sensor device can be incorporated into the pressure relief function for controlling or regulating intervention.
Verschiedene vorteilhafte Ausgestaltungsvarianten für die Einflussnahme auf die Druckentlastungsfunktion bzw. Überwachung derselben werden dadurch erhalten, dass die Sensorvorrichtung mit mindestens einer der Funktionen Druckerfassung, Temperaturerfassung, Positionserfassung, Wegerfassung, Geschwindigkeitser fassung und Beschleunigungserfassung alternativ oder kumulativ ausgestaltet ist. Various advantageous design variants for influencing the pressure relief function or monitoring the same are obtained in that the sensor device is alternatively or cumulatively configured with at least one of the functions pressure detection, temperature detection, position detection, displacement detection, speed detection and acceleration detection.
Verschiedene vorteilhafte Ausgestaltungsvarianten für die Erfassung und Einwirkung im Zusammenhang mit der Druckentlastungsfunktion bestehen darin, dass die Sen sorvorrichtung mindestens ein Sensorelement aus der Gruppe der Dehnungs sensoren, piezoelektrischen Sensoren, thermoelektrischen Sensoren, elektromagne tischen Sensoren, kapazitiv messenden Sensoren, Bimetallelemente und Formge dächtniselemente allein oder in einer Kombination aus mindestens zwei Sensorele- menten aufweist. Ein Sensorelement kann dabei auch durch einen dünnen Reißdraht oder eine Anordnung aus mehreren Reißdrähten gebildet sein. Ein solcher Reißdraht kann beispielsweise so ausgebildet sein, dass er bereits bei einem geringen, eine vorgegebene Druckschwelle übersteigenden Druck reißt, wobei er z. B. an einem sich bei einem Gehäuseinnendruck dehnenden Element angebunden bzw. in ein sol- ches integriert ist. Sein ungerissener intakter Zustand kann z. B. durch Überwachung eines geringen Stromflusses überwacht werden. Various advantageous design variants for the detection and action in connection with the pressure relief function are that the sensor device alone or at least one sensor element from the group of strain sensors, piezoelectric sensors, thermoelectric sensors, electromagnetic sensors, capacitive sensors, bimetal elements and shape memory elements in a combination of at least two sensor elements. A sensor element can also be formed by a thin tear wire or an arrangement of several tear wires. Such a tear wire can be designed, for example, so that it breaks even at a low pressure exceeding a predetermined pressure threshold. B. connected to an element that expands when there is internal pressure in the housing or in a sol- ches is integrated. Its uncracked intact state can e.g. B. can be monitored by monitoring a low current flow.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung für gezielte Maßnahmen bei der Druckentlastung be- steht darin, dass die Druckentlastungsvorrichtung mindestens einen Aktuator um fasst. Vorteilhaft ist der Aktuator dabei unmittelbar in die Druckentlastungs deckeleinheit integriert. An advantageous embodiment for specific measures in the pressure relief consists in that the pressure relief device comprises at least one actuator. The actuator is advantageously integrated directly into the pressure relief cover unit.
Für die Funktion der Druckentlastungsvorrichtung ist dabei vorteilhaft vorgesehen, dass der Aktuator unmittelbar oder mittelbar in Abhängigkeit eines Sensorsignals mindestens eines Sensorelements ein Öffnen und/oder Schließen der Druckent lastungsdeckeleinheit bewirkt. Der Aktuator kann dabei z. B. ein steuerbares oder regelbares Stellglied für ein Öffnen oder Schließen des Strömungswegs durch die Druckentlastungsdeckeleinheit umfassen. For the function of the pressure relief device, it is advantageously provided that the actuator causes the pressure relief cover unit to open and / or close directly or indirectly as a function of a sensor signal of at least one sensor element. The actuator can, for. B. comprise a controllable or adjustable actuator for opening or closing the flow path through the pressure relief cover unit.
Eine für den Aufbau und die Funktion weitere vorteilhafte Ausgestaltung ergibt sich dadurch, dass das mindestens eine Sensorelement und der mindestens eine Aktua tor in einer gemeinsamen Komponente der Druckentlastungsdeckeleinheit integriert sind. Beispielsweise kann ein mit fingerartigen, radial nach außen erstreckten Feder- zungen ausgestattetes Federelement der Druckentlastungsdeckeleinheit mit Bi metallelementen versehen sein, die neben einer Reaktion auf einen Druck in Folge der Federkräfte der elastischen Federzungen auch auf eine Wärmeentwicklung in dem Flohlraum, wie z. B. einer Batteriezelle, reagieren können und ein Deckelteil der Druckentlastungsdeckeleinheit anheben, um den Strömungsweg zu öffnen. Bei- spielsweise kann auf diese Weise also eine redundante Sicherungsfunktion der Druckentlastungsvorrichtung gebildet werden. Die Erfindung umfasst insbesondere auch Batteriegehäuse mit mindestens einer Druckentlastungsvorrichtung gemäß den Ansprüchen 1 bis 11. Dabei sind unter Bat teriegehäusen auch Akkumulatorgehäuse zu verstehen, wobei insbesondere Fahr zeugbatterien und -akkumulatoren in Betracht kommen. A further advantageous embodiment for the structure and the function results from the fact that the at least one sensor element and the at least one actuator are integrated in a common component of the pressure relief cover unit. For example, a spring element of the pressure relief cover unit equipped with finger-like, radially outwardly extending spring tongues can be provided with bi-metal elements which, in addition to a reaction to pressure as a result of the spring forces of the elastic spring tongues, also react to heat development in the flea space, such as B. a battery cell, can react and lift a cover part of the pressure relief cover unit to open the flow path. For example, a redundant safety function of the pressure relief device can be formed in this way. In particular, the invention also includes battery housings with at least one pressure relief device according to claims 1 to 11. In this context, battery housings are also understood to mean accumulator housings, in particular vehicle batteries and accumulators being considered.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezug nahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen: The invention is explained in more detail using exemplary embodiments with reference to the drawings. Show it:
Fig. 1 A eine Druckentlastungsvorrichtung mit einer in eine Öffnung eines Gehäuses eingesetzten Druckentlastungsdeckeleinheit und einer Sensorvorrichtung in einem geschlossenen Zustand in schema tischer Ansicht im Querschnitt, Fig. 1A shows a pressure relief device with a pressure relief cover unit inserted into an opening of a housing and a sensor device in a closed state in a schematic view in cross section,
Fig. 1B die Druckentlastungsvorrichtung nach Fig. 1A in geöffnetem Zustand, FIG. 1B shows the pressure relief device according to FIG. 1A in the open state,
Fig. 2A ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Druckentlastungsvorrichtung mit einer (umgedrehten) Druckentlastungsdeckeleinheit in perspek tivischer Ansicht von unten und eine damit verbundene Sensorvor richtung, 2A shows a further exemplary embodiment of a pressure relief device with an (inverted) pressure relief cover unit in a perspective view from below and an associated sensor device.
Fig. 2B die Druckentlastungsvorrichtung nach Fig. 2A in einem in eine Ge häuseöffnung eingesetzten Zustand in seitlicher schematischer An sicht in geschlossenem Zustand und mit einer Sensorvorrichtung, FIG. 2B shows the pressure relief device according to FIG. 2A in a state inserted into a housing opening in a side schematic view in the closed state and with a sensor device,
Fig. 2C die Druckentlastungsvorrichtung nach Fig. 2A und 2B in geöffnetem Zustand der Druckentlastungsdeckeleinheit, 2C shows the pressure relief device according to FIGS. 2A and 2B in the open state of the pressure relief cover unit,
Fig. 3A ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine Druckentlastungs vorrichtung mit einer in eine Gehäuseöffnung eingesetzten Druck- entlastungsdeckeleinheit in perspektivischer Ansicht von oben und mit einer Sensorvorrichtung, Fig. 3A shows a further embodiment of a pressure relief device with a pressure inserted into a housing opening relief cover unit in perspective view from above and with a sensor device,
Fig. 3B eine Druckentlastungsvorrichtung nach Fig. 3A in seitlicher geschnit tener Ansicht mit einer in eine Gehäuseöffnung eingesetzten Druck entlastungsdeckeleinheit und einer Sensorvorrichtung, Fig. 3B shows a pressure relief device according to Fig. 3A in a side cut view with a pressure relief cover unit inserted into a housing opening and a sensor device,
Fig. 4A ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine Druckentlastungs vorrichtung mit einer in eine Gehäuseöffnung eingesetzten Druck entlastungsdeckeleinheit und einer Sensorvorrichtung in Draufsicht und Fig. 4A a further embodiment of a pressure relief device with a pressure relief cover unit inserted into a housing opening and a sensor device in plan view and
Fig. 4B die Druckentlastungsvorrichtung nach Fig. 4A in seitlicher, teilweise geschnittener perspektivischer Darstellung. FIG. 4B shows the pressure relief device according to FIG. 4A in a lateral, partially sectioned perspective illustration.
Fig. 1A zeigt eine Druckentlastungsvorrichtung mit einer Druckentlastungsdeckel einheit 2, die in eine in einer Gehäusewand 10 eines Batteriegehäuses 1 vorhandene Öffnung 7 eingesetzt ist, im geschlossenen Zustand und eine mit der Druck entlastungsdeckeleinheit 2 verbundene Sensorvorrichtung 6. Fig. 1 B zeigt die Dru ckentlastungsvorrichtung nach Fig. 1A im geöffnetem Zustand, bei dem ein Deckel teil 20 von der Außenseite der Gehäusewand 10 abgehoben ist, so dass ein Strö mungsweg 13 von einem von dem Batteriegehäuse 1 umschlossenen Flohlraum 5 in den Außenbereich 4 des Batteriegehäuses 1 geöffnet ist und bei Überdruck in dem Flohlraum 5 vorhandenes, insbesondere gasförmiges Medium in den Außenbereich 4 strömen kann. Im geschlossenen Zustand liegt der Deckelteil 20 gedichtet mittels einer um den Rand der Öffnung 7 umlaufenden Dichtung auf der Außenseite der Gehäusewand 10 auf. Derartige Druckentlastungsvorrichtungen für Batteriegehäuse 1 bilden bereits bei geringer Auslenkung eines Deckelteils zur Druckentlastung oder durch Aufreißen einen relativ großen Strömungsquerschnitt, so dass auch bereits bei relativ geringem, eine niedrige Druckschwelle, z. B. im Bereich bis 500 mbar, über- schreitendem Überdruck (in der Regel zwischen Gehäuseinnenraum gegen umge benden Außenraum bzw. Atmosphäre) ein schneller Druckausgleich stattfinden kann. Fig. 1A shows a pressure relief device with a pressure relief cover unit 2, which is inserted into an existing opening 7 in a housing wall 10 of a battery housing 1, in the closed state and a sensor device 6 connected to the pressure relief cover unit 2. Fig. 1B shows the pressure relief device 1A in the open state, in which a cover part 20 is lifted from the outside of the housing wall 10, so that a Strö flow path 13 is opened from a flea space 5 enclosed by the battery housing 1 in the outer area 4 of the battery housing 1 and at overpressure In particular gaseous medium present in the flea space 5 can flow into the outer region 4. In the closed state, the cover part 20 rests on the outside of the housing wall 10 in a sealed manner by means of a seal running around the edge of the opening 7. Such pressure relief devices for battery housing 1 form a relatively large flow cross-section even with a slight deflection of a cover part for pressure relief or by tearing it open, so that even at a relatively low pressure threshold, e.g. B. in the range up to 500 mbar, over- Increasing overpressure (usually between the interior of the housing and the surrounding exterior or atmosphere) enables rapid pressure equalization.
Die Sensorvorrichtung 6 weist ein vorliegend an dem Druckentlastungsdeckelteil 2 angeordnetes Sensorelement 60 und vorliegend auch einen Aktuator 62 auf, die bei spielhaft an eine Verarbeitungseinheit 61 über Anschlussmittel 63 angeschlossen sind, um von dem Sensorelement 60 abgegebene Sensorsignale zu verarbeiten bzw. auszuwerten und z. B. zusätzlich für die Ansteuerung eines (nicht gezeigten) Melde systems und/oder zur Ansteuerung des Aktuators 62 zu nutzen. Die Verarbeitungs einheit 61 ist vorliegend schematisch als außerhalb der Druckentlastungsdeckelein heit angeordnete Einheit dargestellt, kann aber vorteilhaft ebenfalls in die Druckent lastungsdeckeleinheit 2 eingebaut sein, so dass die Druckentlastungsvorrichtung mit der Druckentlastungsdeckeleinheit 2 und der Sensorvorrichtung 6 eine kompakte Einheit bildet. Die Verarbeitungseinheit 61 kann zur externen Nutzung mit einer Schnittstelle für eine drahtlose oder drahtgebundene Datenübertragung versehen sein, um von der Sensorvorrichtung 6 über die Verarbeitungseinheit 61 bereitgestell te Zustandsdaten z. B. für eine akustische oder optische Anzeige über eine Anzeige einrichtung und/oder für die Ansteuerung weiterer Aggregate zu nutzen, wie ein gangs angesprochen. The sensor device 6 has a sensor element 60 arranged in the present case on the pressure relief cover part 2 and in the present case also an actuator 62 which, for example, are connected to a processing unit 61 via connection means 63 in order to process or evaluate sensor signals emitted by the sensor element 60 and e.g. B. additionally to control a (not shown) reporting system and / or to control the actuator 62 to use. The processing unit 61 is shown schematically as a unit arranged outside the pressure relief cover unit, but can also advantageously be built into the pressure relief cover unit 2 so that the pressure relief device forms a compact unit with the pressure relief cover unit 2 and the sensor device 6. The processing unit 61 can be provided for external use with an interface for wireless or wired data transmission in order to receive status data z. B. to use for an acoustic or visual display on a display device and / or for the control of other units, as addressed a gear.
Der Aktuator 62 kann z. B. ein Stellglied umfassen, mittels dessen der Deckelteil 20 von der Außenseite bzw. einer um die Öffnung 7 umlaufenden Dichtfläche 12 zum Öffnen abgehoben oder zum Schließen aufgesetzt werden kann. Ein solches Stell glied kann z. B. in einem Abschnitt eines zentralen Halteteils 200 der Druckent lastungsdeckeleinheit 2 angeordnet sein, mittels dessen der Deckelteil 20 an einem mit der Gehäusewand 10 verbundenen bzw. in Anlage gebrachten Unterteil 23 ge halten ist. Wie in den Fig. 1A und 1B gezeigt, sind in dem Unterteil 23 Durchtrittsöff nungen bzw. Aussparungen zum Bilden des Strömungswegs 13 vom Gehäuseinnen raum bzw. Hohlraum 5 in den Außenbereich 4 angeordnet. Die Fig. 2A, 2B und 2C zeigen ein zweites Ausführungsbeispiel einer Druckent lastungsvorrichtung. Hierbei weist die Druckentlastungsdeckeleinheit 2 ebenfalls ei nen Deckelteil 20 auf, welcher über eine um die Öffnung 7 umlaufende Dichtung 21 im geschlossenen Zustand an der Außenseite der Gehäusewand 10 im Bereich der Dichtfläche 12 anliegt. Der Unterteil 23 der Druckentlastungsdeckeleinheit 2 weist hierbei eine Federklammer 22 auf, welche mit radial nach außen gerichteten Feder zungen 220 versehen ist, die lange Federabschnitte 221 und kurze Federabschnitte 222 umfasst. Die langen Federabschnitte 221 bilden elastisch federnde Federzun gen, die sich auf der Innenseite der Gehäusewand 10 um den Rand der Öffnung 7 abstützen und elastisch ausgelenkt werden, wenn der Medium- bzw. Gasdruck im Inneren bzw. Hohlraum 5 des Batteriegehäuses 1 eine bestimmte Druckschwelle übersteigt, so dass der Deckelteil 20 von der Außenseite der Gehäusewand 10 ab gehoben und der Strömungsweg 13 durch die Öffnung 7 freigegeben wird. Die kur zen Federabschnitte 222 begrenzen den Öffnungsweg durch Anschlag ihrer Endab schnitte an der Unterseite der Gehäusewand 10, wenn der Deckelteil 20 um einen maximalen Öffnungsweg A abgehoben ist. Fällt der Druck im Hohlraum 5 unter die Druckschwelle (insbesondere in einem Bereich unter 500 mbar) ab, wird der Deckel teil 20 in Folge der Federkraft der langen Federabschnitte 221 wieder auf der Au ßenseite der Gehäusewand 10 an die Dichtfläche 12 angedrückt und mittels der Dichtung 21 abgedichtet. Die Sensorvorrichtung 6 weist auch hierbei ein Sensorele ment 60 auf, welches innerhalb der Druckentlastungsdeckeleinheit 2 angeordnet und an eine Verarbeitungseinheit 61 angeschlossen ist. Ferner kann an die Verarbei tungseinheit 61 ein Aktuator 62 zum Betätigen, wie z. B. Öffnen und/oder Schließen des Deckelteils 20 oder zum Unterstützen dieser Vorgänge angeschlossen sein. Bei spielsweise kann das Sensorelement 60 auf den Innendruck in dem Innenraum bzw. Hohlraum 5 des Batteriegehäuse 1 reagieren und druckabhängige Sensorsignale an die Verarbeitungseinheit 61 zur Verarbeitung bzw. Auswertung und Bereitstellung von Zustands- bzw. Steuerungsdaten abgeben. Diese können wiederum, wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel, für eine Druckentlastungsüberwachung und/oder zum Beeinflussen der Druckentlastungsfunktion genutzt werden. Alternativ oder zu sätzlich kann das oder ein weiteres Sensorelement 60 z. B. als Temperatursensor ausgebildet sein, so dass das Öffnen der Druckentlastungsdeckeleinheit 2 bzw. ein Abheben des Deckelteils 20 auch temperaturabhängig gesteuert oder geregelt wer den kann. Auf diese Weise kann eine zusätzliche, redundante Betätigung der Druck entlastungsdeckeleinheit 2 vorgesehen werden und/oder eine zusätzliche Überwa chungsfunktion gebildet werden. Auch bei dieser Ausführung können vorteilhaft zum Bilden einer kompakten Baueinheit alle Sensorelemente und ggf. Aktuatorelemente und ggf. auch die Verarbeitungseinheit 61 in die Druckentlastungsdeckeleinheit 2 integriert sein. The actuator 62 can, for. B. comprise an actuator by means of which the cover part 20 can be lifted from the outside or from a sealing surface 12 surrounding the opening 7 for opening or placed on for closing. Such an actuator can, for. B. be arranged in a section of a central holding part 200 of the Druckent loadungsdeckeleinheit 2, by means of which the cover part 20 is kept ge on a connected to the housing wall 10 or brought into contact lower part 23. As shown in FIGS. 1A and 1B, openings or recesses for forming the flow path 13 from the housing interior or cavity 5 into the outer region 4 are arranged in the lower part 23. 2A, 2B and 2C show a second embodiment of a pressure relief device. Here, the pressure relief cover unit 2 also has a cover part 20 which, in the closed state, rests against the outside of the housing wall 10 in the area of the sealing surface 12 via a seal 21 running around the opening 7. The lower part 23 of the pressure relief cover unit 2 has a spring clip 22, which is provided with radially outwardly directed spring tongues 220, which comprises long spring sections 221 and short spring sections 222. The long spring sections 221 form elastically resilient Federzun conditions that are supported on the inside of the housing wall 10 around the edge of the opening 7 and are elastically deflected when the medium or gas pressure inside or cavity 5 of the battery housing 1 exceeds a certain pressure threshold , so that the cover part 20 is lifted from the outside of the housing wall 10 and the flow path 13 is released through the opening 7. The kur zen spring sections 222 limit the opening path by stopping their Endab sections on the underside of the housing wall 10 when the cover part 20 is lifted by a maximum opening path A. If the pressure in the cavity 5 falls below the pressure threshold (in particular in a range below 500 mbar), the cover part 20 is pressed against the sealing surface 12 again on the outside of the housing wall 10 as a result of the spring force of the long spring sections 221 and by means of the seal 21 sealed. The sensor device 6 here also has a sensor element 60 which is arranged within the pressure relief cover unit 2 and is connected to a processing unit 61. Furthermore, an actuator 62 for actuating, such as. B. opening and / or closing of the cover part 20 or to support these processes. For example, the sensor element 60 can react to the internal pressure in the interior or cavity 5 of the battery housing 1 and output pressure-dependent sensor signals to the processing unit 61 for processing or evaluating and providing status or control data. As in the first exemplary embodiment, these can in turn be used for pressure relief monitoring and / or can be used to influence the pressure relief function. Alternatively or additionally, the or a further sensor element 60 z. B. be designed as a temperature sensor, so that the opening of the pressure relief cover unit 2 or a lifting of the cover part 20 is also temperature-dependent controlled or regulated who can. In this way, an additional, redundant actuation of the pressure relief cover unit 2 can be provided and / or an additional monitoring function can be formed. In this embodiment, too, all sensor elements and possibly actuator elements and possibly also the processing unit 61 can advantageously be integrated into the pressure relief cover unit 2 in order to form a compact structural unit.
Auch bei dem zweiten Ausführungsbeispiel ist der Deckelteil 20 mittels eines Halte teils 200 an dem Unterteil 23 bzw. der Federklammer 22 desselben verbunden, wo bei der Halteteil 200 mit einem Halteabschnitt 201 und einem Zwischenstück 202 versehen ist. Die Verarbeitungseinheit 61 kann auch hierbei in der Druckentlastungs deckeleinheit 2 integriert sein, wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel. Ferner kann mindestens ein Sensorelement 60 an der Federklammer 22 angeordnet sein, um de ren Biegung bzw. Dehnung oder Stauchung zu erfassen. Das Sensorelement bzw. die Sensorelemente 60 können dabei z. B. als Dehnmessstreifen ausgebildet sein. Eine Alternative oder zusätzliche Ausbildung eines oder mehrerer Sensorelemente 60 kann z. B. in einem Bimetallelement bestehen, welches auf eine Temperatur änderung durch Bewegungsänderung so reagiert, dass ein Abheben des Deckelteils 20 bei Überschreiten einer bestimmten Temperatur und ein Schließen bei Verringe rung der Temperatur bis unter eine bestimmte Temperaturschwelle bewirkt wird. Auch sind andere Sensorelemente, wie eingangs genannt, möglich. In the second exemplary embodiment, too, the cover part 20 is connected to the lower part 23 or the spring clip 22 of the same by means of a holding part 200, where the holding part 200 is provided with a holding section 201 and an intermediate piece 202. The processing unit 61 can also be integrated in the pressure relief cover unit 2, as in the first exemplary embodiment. Furthermore, at least one sensor element 60 can be arranged on the spring clip 22 in order to detect de ren bending or expansion or compression. The sensor element or the sensor elements 60 can, for. B. be designed as a strain gauge. An alternative or additional design of one or more sensor elements 60 can, for. B. exist in a bimetal element, which reacts to a change in temperature by a change in movement so that a lifting of the cover part 20 when a certain temperature is exceeded and a closing when reducing the temperature is caused to below a certain temperature threshold. Other sensor elements, as mentioned at the beginning, are also possible.
Bei dem in den Fig. 3A und 3B gezeigten dritten Ausführungsbeispiel weist die Druckentlastungsvorrichtung ebenfalls eine Druckentlastungsdeckeleinheit 2 und eine mit dieser verbundene Sensorvorrichtung 6 auf. Die Druckentlastungs deckeleinheit 2 ihrerseits weist wiederum ein Deckelteil 20 und ein Unterteil 23 auf, welches mit einer Federklammer 22 versehen und über ein Halteteil 200 mit dem Deckelteil 20 verbunden ist. Auch hierbei ist die Federklammer 22, wie bei dem zwei ten Ausführungsbeispiel, mit radial nach außen abstehenden Federzungen 220 ver sehen, welche lange Federabschnitte 221 und (nicht gezeigte) kurze Federabschnitte umfasst. Die langen Federabschnitte 221 stützen sich mit Endabschnitten 223 an der Unterseite der Gehäusewand 10 um den Rand der Öffnung 7 ab und werden bei Überdruck in dem Hohlraum 5, der eine bestimmte Druckschwelle (die vorzugsweise nicht höher als 500 mbar liegt) überschreitet, elastisch ausgelenkt, um den Deckelteil 20 abzuheben. In the third exemplary embodiment shown in FIGS. 3A and 3B, the pressure relief device likewise has a pressure relief cover unit 2 and a sensor device 6 connected to it. The pressure relief cover unit 2 in turn has a cover part 20 and a lower part 23, which is provided with a spring clip 22 and connected to the cover part 20 via a holding part 200. Here, too, the spring clip 22, as in the second exemplary embodiment, see ver with radially outwardly projecting spring tongues 220, which comprises long spring sections 221 and (not shown) short spring sections. The long spring sections 221 are supported with end sections 223 on the underside of the housing wall 10 around the edge of the opening 7 and are elastically deflected in the event of excess pressure in the cavity 5, which exceeds a certain pressure threshold (which is preferably not higher than 500 mbar). in order to lift off the cover part 20.
In dem Deckelteil 20 ist eine von einer Deckwand 203 nach außen überdeckte Membran 3 eingesetzt, um Partikel bzw. Fremdkörper vom Hohlraum 5 fernzuhalten und einen Ausgleich des Gasdrucks zwischen dem Hohlraum 5 und dem Außenbe riech 4 über den Strömungsweg 13 zu ermöglichen. Hierbei sind ein oder mehrere Sensorelemente 60, 60' an oder nahe der Druckentlastungsdeckeleinheit 2 angeord net (bzw. in die Druckentlastungsdeckeleinheit 2 integriert), wobei unterschiedliche Ausführungsvarianten der Sensorelemente 60, 60' möglich sind, wie eingangs ange geben. Dabei kann die Membran 3 z. B. selbst als Sensorelement 60 ausgebildet sein oder ein oder mehrere Sensorelemente 60 aufweisen. Die Sensorelemente der Membran 3 können dabei z. B. als Reißdraht ausgebildet sein und/oder vorteilhaft dehnungsempfindliche Fäden oder Streifen, wie Elastomerstreifen, umfassen, die bei Dehnung ihren elektrischen Widerstand oder ihre Kapazität ändern, so dass Wech selstromsignale in Abhängigkeit von der Dehnung bzw. Auswölbung der Membran 3 erzeugt bzw. geändert werden und als Sensorsignale weitergegeben und verarbeitet werden können. Die Druckentlastungsdeckeleinheit 2 kann damit zusätzliche Sensor funktionen erfüllen, um die Druckentlastungsüberwachung und/oder Druckent lastungsfunktion zu bewirken bzw. zu unterstützen. In the cover part 20, a membrane 3 covered to the outside by a cover wall 203 is used to keep particles or foreign bodies away from the cavity 5 and to allow the gas pressure between the cavity 5 and the outer smell 4 to be equalized via the flow path 13. Here, one or more sensor elements 60, 60 'are arranged on or near the pressure relief cover unit 2 (or integrated into the pressure relief cover unit 2), with different design variants of the sensor elements 60, 60' being possible, as indicated at the beginning. The membrane 3 z. B. be designed as a sensor element 60 itself or have one or more sensor elements 60. The sensor elements of the membrane 3 can, for. B. be designed as a tear wire and / or advantageously stretch-sensitive threads or strips, such as elastomer strips, which change their electrical resistance or capacitance when stretched, so that alternating current signals generated or changed depending on the expansion or bulge of the membrane 3 and can be passed on and processed as sensor signals. The pressure relief cover unit 2 can thus perform additional sensor functions in order to effect or support the pressure relief monitoring and / or pressure relief function.
Auch diese Sensorvorrichtung 6 bzw. die Druckentlastungsdeckeleinheit 2 lässt sich somit in ein Meldesystem, Steuerungssystem bzw. Regelungssystem einbinden, um die Druckentlastungsüberwachung und/oder Druckentlastungsfunktion zu erfüllen. Insbesondere bei Integration der Sensorvorrichtung 6 sowie ggf. auch der Verar beitungseinheit 61 und/oder Aktuatoren 62 in die Druckentlastungsdeckeleinheit 2 kann die gesamte Druckentlastungsvorrichtung auch bei dieser Ausführung wie auch bei den vorhergehenden Ausführungsbeispielen als kompakte Einheit ausgebildet werden. This sensor device 6 or the pressure relief cover unit 2 can thus also be integrated into a reporting system, control system or regulating system in order to to fulfill the pressure relief monitoring and / or pressure relief function. In particular when integrating the sensor device 6 and possibly also the processing unit 61 and / or actuators 62 in the pressure relief cover unit 2, the entire pressure relief device can be designed as a compact unit in this embodiment as well as in the previous exemplary embodiments.
Bei dem in den Fig. 4A und 4B gezeigten vierten Ausführungsbeispiel weist die Druckentlastungsvorrichtung eine Druckentlastungsdeckeleinheit 2 und eine damit verbundene Sensorvorrichtung 6 auf, die entsprechend den vorstehenden Aus führungsbeispielen ausgeführt sein kann. Die Druckentlastungsdeckeleinheit 2 weist einen Deckelteil 20 auf, welcher über einen durchtrennbaren Trennbereich 26 me diendicht an einem Trennrand 27 der Gehäusewand 10 angebunden ist und mittels mindestens einer scharnierartigen Anbindung 25 bzw. Steg ebenfalls an der Gehäu- sewand 10 befestigt ist. Bei einem Innendruck in dem Hohlraum 5, welcher die Druckschwelle übersteigt, reißt der Trennbereich 26 gegenüber dem Trennrand 27 ab und wird zerstört und der Strömungsweg 13 von dem Hohlraum in den Außenbe reich 4 wird dadurch geöffnet, wobei der Deckelteil 20 über die Anbindung 25 an der Gehäusewand 10 gehalten wird. Damit das entweichende Medium bzw. Gas aus dem Hohlraum 5 nicht unmittelbar in die Umgebung entweicht, ist an die Öffnung 7 über einen Anschlussteil 40 ein Rohr 41 zum Ableiten des ausströmenden Mediums angeschlossen. Hierbei kann ein Sensorelement 60, etwa ein Reißdraht, z. B. zum Erfassen des Abreißens des Trennbereichs 26 ausgebildet sein, indem z. B. ein Stromfluss unterbunden wird, der von der Verarbeitungseinheit 61 erfasst wird. Auch können weitere Sensorelemente 60 vorhanden sein, um entsprechende Zustände weiterzumelden und z. B. für eine Steuerung oder Regelung ähnlich den vorherigen Ausführungsbeispielen zu nutzen. In the fourth embodiment shown in FIGS. 4A and 4B, the pressure relief device has a pressure relief cover unit 2 and a sensor device 6 connected to it, which can be designed according to the above exemplary embodiments. The pressure relief cover unit 2 has a cover part 20 which is connected in a media-tight manner to a separating edge 27 of the housing wall 10 via a separable separating area 26 and is likewise fastened to the housing wall 10 by means of at least one hinge-like connection 25 or web. In the event of an internal pressure in the cavity 5 which exceeds the pressure threshold, the separating area 26 tears away from the separating edge 27 and is destroyed and the flow path 13 from the cavity to the outer area 4 is thereby opened, with the cover part 20 via the connection 25 the housing wall 10 is held. So that the escaping medium or gas does not escape directly from the cavity 5 into the environment, a pipe 41 is connected to the opening 7 via a connection part 40 for discharging the escaping medium. Here, a sensor element 60, such as a tear wire, e.g. B. be designed to detect the tearing of the separation area 26 by z. B. a current flow that is detected by the processing unit 61 is prevented. Further sensor elements 60 can also be present in order to report corresponding states and e.g. B. to use for a control or regulation similar to the previous embodiments.

Claims

Ansprüche Expectations
1. Druckentlastungsvorrichtung zum Ausüben einer Druckentlastungsfunktion für einen von einem Batteriegehäuse (1) umschlossenen zellenartigen Hohlraum (5) mit einer in einer Gehäusewand (10) einsetzbaren oder eingesetzten Druck entlastungsdeckeleinheit (2), welche bei Überschreitung insbesondere einer Druckschwelle und/oder Temperaturschwelle einen Strömungsweg (13) von dem Hohlraum in einen Außenbereich (4) des Gehäuses (1) öffnet, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckentlastungsdeckeleinheit (2) mit einer Sensorvorrichtung (6) mit mindestens einem Sensorelement (60) direkt oder indirekt verbunden ist, wel che insbesondere in eine Druckentlastungsüberwachung und/oder in die Druck entlastungsfunktion einbindbar oder eingebunden ist. 1. Pressure relief device for exercising a pressure relief function for a cell-like cavity (5) enclosed by a battery housing (1) with a pressure relief cover unit (2) which can be inserted or inserted in a housing wall (10) and which, when a pressure threshold and / or temperature threshold is exceeded, a flow path (13) opens from the cavity into an outer area (4) of the housing (1), characterized in that the pressure relief cover unit (2) is directly or indirectly connected to a sensor device (6) with at least one sensor element (60), wel che in particular can be incorporated into a pressure relief monitoring and / or in the pressure relief function.
2. Druckentlastungsvorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorvorrichtung (6) in die Betätigung der Druckentlastungs deckeleinheit (2) eingebunden ist. 2. Pressure relief device according to claim 1, characterized in that the sensor device (6) is involved in the actuation of the pressure relief cover unit (2).
3. Druckentlastungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorvorrichtung (6) vollständig oder zumindest ein Sensorelement (60) strukturell in die Druckentlastungsdeckeleinheit (2) integriert ist. 3. Pressure relief device according to claim 1 or 2, characterized in that the sensor device (6) completely or at least one sensor element (60) is structurally integrated into the pressure relief cover unit (2).
4. Druckentlastungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorvorrichtung (6) zur Übertragung von Sensorsignalen an ein Meldesystem ausgebildet ist. 4. Pressure relief device according to claim 1 or 2, characterized in that the sensor device (6) is designed for the transmission of sensor signals to a reporting system.
5. Druckentlastungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorvorrichtung (6) mit einer Verarbeitungseinheit (61) für Sensor signale versehen ist. 5. Pressure relief device according to one of the preceding claims, characterized in that the sensor device (6) is provided with a processing unit (61) for sensor signals.
6. Druckentlastungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorvorrichtung (6) zum steuernden oder regelnden Eingriff in die Druckentlastungsfunktion einbindbar oder eingebunden ist. 6. Pressure relief device according to one of the preceding claims, characterized in that the sensor device (6) can be or is incorporated into the pressure relief function for controlling or regulating intervention.
7. Druckentlastungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorvorrichtung (6) mit mindestens einer der Funktionen Drucker fassung, Temperaturerfassung, Positionserfassung, Wegerfassung, Geschwin digkeitserfassung, Beschleunigungserfassung, Strömungserfassung und Er fassung chemischer Stoffänderungen ausgestaltet ist. 7. Pressure relief device according to one of the preceding claims, characterized in that the sensor device (6) is designed with at least one of the functions of printer recording, temperature recording, position recording, displacement recording, Geschwin speed recording, acceleration recording, flow recording and recording chemical changes.
8. Druckentlastungsvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorvorrichtung (6) mindestens ein Sensorelement (60) aus der Gruppe der Dehnungssensoren, piezoelektrischen Sensoren, thermo elektrischen Sensoren, elektromagnetischen Sensoren, kapazitiv messenden Sensoren, Bimetallelemente und Formgedächtniselemente allein oder in einer Kombination aus mindestens zwei Sensorelementen (60, 60‘) aufweist. 8. Pressure relief device according to claim 6, characterized in that the sensor device (6) has at least one sensor element (60) from the group of strain sensors, piezoelectric sensors, thermoelectric sensors, electromagnetic sensors, capacitive sensors, bimetal elements and shape memory elements alone or in combination comprises at least two sensor elements (60, 60 ').
9. Druckentlastungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie mindestens einen Aktuator (62) umfasst und dass der Aktuator (62) der Druckentlastungsdeckeleinheit (2) zugeordnet, ins besondere in diese integriert ist. 9. Pressure relief device according to one of the preceding claims, characterized in that it comprises at least one actuator (62) and that the actuator (62) is assigned to the pressure relief cover unit (2), in particular is integrated into it.
10. Druckentlastungsvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (62) unmittelbar oder mittelbar in Abhängigkeit eines Sensor signals mindestens eines Sensorelements (60) ein Öffnen und/oder Schließen der Druckentlastungsdeckeleinheit (2) bewirkt. 10. Pressure relief device according to claim 9, characterized in that the actuator (62) causes the pressure relief cover unit (2) to open and / or close directly or indirectly as a function of a sensor signal of at least one sensor element (60).
11. Druckentlastungsvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Sensorelement (60) und der mindestens eine Aktua- tor (62) in einer gemeinsamen Komponente der Druckentlastungsdeckeleinheit11. Pressure relief device according to claim 10, characterized in that the at least one sensor element (60) and the at least one actuator (62) in a common component of the pressure relief cover unit
(2) integriert sind. (2) are integrated.
12. Batteriegehäuse mit mindestens einer Druckentlastungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche. 12. Battery housing with at least one pressure relief device according to one of the preceding claims.
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