WO2023099483A1 - Druckausgleichsvorrichtung für eine elektrochemische vorrichtung - Google Patents

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WO2023099483A1
WO2023099483A1 PCT/EP2022/083686 EP2022083686W WO2023099483A1 WO 2023099483 A1 WO2023099483 A1 WO 2023099483A1 EP 2022083686 W EP2022083686 W EP 2022083686W WO 2023099483 A1 WO2023099483 A1 WO 2023099483A1
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Matthias GOLDSCHE
Michael Grotz
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Eugen Forschner Gmbh
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Definitions

  • Electrochemical devices ie batteries
  • Electrochemical devices are used for a wide range of applications, for example for vehicles, stationary systems and mobile electronic devices. Very high demands are placed on the electrochemical devices in terms of reliability, service life and performance.
  • electrochemical cells which in turn consist of electrochemical elements, are arranged inside the electrochemical devices, as a result of which the electrochemical cells react sensitively to external influences such as pressure differences or moisture. Therefore, they are protected by a housing that separates an interior from an exterior, as an environment, of the electrochemical device.
  • the above problem exists, for example, in lithium-ion cells that are used in particular in vehicles and in which a lithium-ion conductive salt is necessary.
  • the conducting salt is extremely reactive towards moisture, so that hydrofluoric acid (HF) can form.
  • HF hydrofluoric acid
  • the electrochemical device is exposed to high pressure differences, for example when driving in the mountains or high temperature fluctuations. Therefore, strong mechanical stresses arise for the housing of the electrochemical device.
  • Pressure equalization devices are therefore used in order to enable pressure equalization between the interior, that is to say the interior, of the electrochemical device and the environment.
  • the pressure equalization devices usually enable a permanent exchange of volume between the interior of the housing and the environment.
  • the pressure compensation devices typically have a membrane. Since the ambient air always contains a proportion of water, moisture gets into the housing as a result of the volume exchange.
  • a drying agent for example, can be used inside the housing as an antidote.
  • the closing area of the snap disk sits on a seat of the holding device.
  • the closing area of the snap-action disc can have a sealing lip that comes into contact with the seat of the holding device.
  • the snap disk can have a sealing ring seat for a sealing ring, which seals the opening in an annular manner.
  • the snap-action disk is made of a fusible material, the snap-action disk can melt if the temperature is too high. In this way, even faster degassing can be made possible.
  • the snap-action disk covers an additional degassing opening that is released when the snap-action disk melts.
  • the additional degassing opening is an opening different from the at least one degassing opening. This enables two-stage degassing.
  • the two-stage degassing is described below using a burning electrochemical see device explained.
  • a burning electrochemical cell increases the temperature and pressure within the electrochemical device. The increasing pressure initially leads to an initial degassing.
  • degassing takes place via the at least one degassing opening. The high temperature leads to a delayed additional second degassing.
  • the snap-action disk is made of a material with a melting point between 150° C. and 200° C., preferably approximately 180° C.
  • a suitable material here is, for example, silicone.
  • An advantageous further development of the invention provides that the snap-action disk switches to the release position when the differential pressure acting on the closing area is greater than the restoring force of the preload area.
  • gas exchange only takes place when the pressure in the electrochemical device is too high.
  • normal breathing of the electrochemical device can also be implemented.
  • the exhalation takes place in that the pressure compensation device opens when the pressure in the electrochemical device is too high.
  • the opening is closed with the same mechanism, namely when the differential pressure acting on the closing area is smaller than the restoring force of the pretensioning area.
  • the snap disk is designed in one piece.
  • the snap-action disc is preferably made of one material, for example silicone, throughout.
  • the holding device has at least one degassing opening, the snap-action disc enabling a connection between the opening and the degassing opening in its release position and preventing a connection between the opening and the degassing opening in its closed position.
  • the connection is in particular a direct connection, ie without closable intermediate chambers or the like.
  • the holding device preferably has a large number of degassing openings.
  • the degassing openings can be designed as channels.
  • the degassing openings or the channels preferably have a labyrinthine section in certain areas. In this way, the ingress of spray water into the interior of the electrochemical device can be prevented particularly well.
  • the additional degassing opening and the opening in the holding device are aligned with one another. In this way, particularly rapid degassing can take place in the second stage.
  • the pressure compensation device 100 has a holding device 110 which can be attached to an electrochemical device 200.
  • the holding device 110 has a plurality of fastening areas 115 .
  • the fastening areas 115 are in this case designed as bores for a fastening element.
  • the snap disk 130 also has a preload area 132 .
  • the prestressing area 132 is designed to be radially circumferential and is adjacent to the holding area 134 . In the section shown in FIG. 2, the pretensioning area 132 is arm-shaped. The biasing area 132 extends towards an opening 114 in the holding device 110.
  • the snap disk 130 has a closing area 131.
  • FIG. The closing area 131 borders on the prestressing area 132 .
  • the closing area 131 forms the central area of the snap-action disk 130.
  • the closing area 131 is designed to close the opening 114 in a gas-tight manner. For this purpose, an edge area of the snap disk 130 comes into contact with a seat 111 of the holding device 110 .
  • a sealing lip 135 can be arranged on the edge area of the opening 114 to improve the sealing effect.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Druckausgleichsvorrichtung (100) für eine elektro-chemische Vorrichtung (200), wobei die Druckausgleichsvorrichtung (100) Folgendes aufweist: eine zumindest bereichsweise flexible Schnappscheibe (130); und eine Halteeinrichtung (110) zum Halten der Schnappscheibe (130), wobei die Halteeinrichtung (110) eine Öffnung (112) aufweist, wobei die Schnappscheibe (130) einen innenliegenden zumindest im Wesentlichen plattenförmigen Schließbereich (131) und einen außenliegenden Haltebereich (134) aufweist und wobei zwischen dem Schließbereich (131) und dem Haltebereich (134) eine Vorspannbereich (132) als umlaufender Bereich der Schnappscheibe (130) ausgebildet ist, wobei die Schnappscheibe (130) zwischen einer Schließposition, in der der Schließbereich (131) die Öffnung (114) in der Halteeinrichtung (110) gasdicht verschließt, und einer Freigabeposition bewegbar ausgebildet ist, in der der Schließbereich (131) die Öffnung (114) freigibt, und wobei der Vorspannbereich (132) dazu ausgebildet ist, die Schnappscheibe (130) in ihre Schließposition vorzuspannen, wobei die Schnappscheibe (130) aus einem schmelzbaren Material ausgebildet ist.

Description

Druckausgleichsvorrichtung für eine elektrochemische Vorrichtung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Druckausgleichsvorrichtung für eine elektrochemische Vorrichtung mit einer Vielzahl von elektrochemischen Zellen.
STAND DER TECHNIK
Elektrochemische Vorrichtungen, also Batterien, werden für breite Anwendungsbereiche, beispielsweise für Fahrzeuge, stationäre Anlagen, und mobile Elektronikgeräte verwendet. Dabei werden sehr hohe Anforderungen hinsichtlich Zuverlässigkeit, Lebensdauer und Leistungsfähigkeit an die elektrochemischen Vorrichtungen gestellt.
Im Inneren der elektrochemischen Vorrichtungen ist eine Vielzahl von elektrochemischen Zellen angeordnet, die wiederum aus elektrochemischen Elementen bestehen, wodurch die elektrochemischen Zellen empfindlich auf äußere Einflüsse wie Druckunterschiede oder Feuchtigkeit reagieren. Daher werden diese durch ein Gehäuse, das ein Inneres von einem Äußeren, als von einer Umgebung, der elektrochemischen Vorrichtung abtrennt, geschützt.
Die obige Problematik besteht beispielsweise bei Lithium-Ionen-Zellen, die insbesondere in Fahrzeugen eingesetzt werden und bei denen ein Lithium-Ionen-Leitsalz notwendig ist. Das Leitsalz ist gegenüber Feuchtigkeit äußerst reaktiv, so dass durch Hydrolyse Fluorwasserstoff (HF) entstehen kann. Bei der automotiven Anwendungen der Lithium-Ionen-Speicher- technologie ist die elektrochemische Vorrichtung hohen Druckunterschieden beispielsweise bei Gebirgsfahrten oder hohen Temperaturschwankungen ausgesetzt. Daher entstehen starke mechanische Belastungen für das Gehäuse der elektrochemischen Vorrichtung. Daher werden Druckausgleichsvorrichtungen verwendet, um zwischen dem Inneren, also dem Innenraum, der elektrochemischen Vorrichtung und der Umgebung ein Druckausgleich zu ermöglichen. Üblicherweise ermöglichen die Druckausgleichsvorrichtungen einen permanenten Volumenaustausch zwischen Gehäuseinnenraum und Umgebung. Die Druckausgleichsvorrichtungen weisen hierzu typischerweise eine Membran auf. Da in der Umgebungsluft stets ein Wasseranteil enthalten ist, gelangt Feuchtigkeit durch den Volumenaustausch in das Gehäuse. Als Gegenmittel kann im Inneren des Gehäuses beispielsweise ein Trockenmittel eingesetzt werden.
Ausgehend von dem oben aufgeführten Stand der Technik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung anzugeben, welche die oben genannten Probleme und Nachteile des Standes der Technik ausräumt. Insbesondere ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Druckausgleichsvorrichtung anzugeben, die einen einfacheren Aufbau aufweist und den Volumenaustausch zwischen dem Gehäuseinnenraum und der Umgebung verbessert.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Die Aufgabe wird mit einer Vorrichtung gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die erfindungsgemäße Lösung besteht insbesondere darin, eine Druckausgleichsvorrichtung für eine elektrochemische Vorrichtung anzugeben, wobei die Druckausgleichsvorrichtung Folgendes aufweist: eine zumindest bereichsweise flexible Schnappscheibe; und eine Halteeinrichtung zum Halten der Schnappscheibe, wobei die Halteeinrichtung eine Öffnung aufweist, wobei die Schnappscheibe einen insbesondere radial innenliegenden zumindest im Wesentlichen plattenförmigen Schließbereich und einen insbesondere radial außenliegenden Haltebereich aufweist und wobei zwischen dem Schließbereich und dem Haltebereich eine Vorspannbereich als insbesondere radial umlaufender Bereich, also ringförmiger Bereich, der Schnappscheibe ausgebildet ist, wobei die Schnappscheibe zwischen einer Schließposition, in der der Schließbereich die Öffnung in der Halteeinrichtung gasdicht verschließt, und einer Freigabeposition bewegbar ausgebildet ist, in der der Schließbereich die Öffnung freigibt, so dass ein Entgasen über mindestens eine Entgasungsöffnung ermöglicht wird, wobei der Vorspannbereich dazu ausgebildet ist, die Schnappscheibe in ihre Schließposition vorzuspannen, und wobei die Schnappscheibe aus einem schmelzbaren Material ausgebildet ist. Die Druckausgleichsvorrichtung kann an einem Gehäuse der elektrochemischen Vorrichtung angebracht werden und hierzu einen entsprechenden Befestigungsbereich aufweisen. Insbesondere wird die Druckausgleichsvorrichtung so an dem Gehäuse angeordnet, dass eine Gehäuseöffnung hin zu dem Innenraum der elektrochemischen Vorrichtung von der Halteeinrichtung überdeckt wird. Somit dient dann die Öffnung in der Halteeinrichtung als Öffnung hin zu dem Innenraum der elektrochemischen Vorrichtung. Die Öffnung in der Halteeinrichtung ist mittels der Schnappscheibe verschließbar, so dass über ein Schließen und Öffnen der Öffnung ein Gasaustausch zwischen einem Inneren der elektrochemischen Vorrichtung und einem Äußeren gesteuert werden kann.
In der Schließposition sitzt der Schließbereich der Schnappscheibe auf einem Sitz der Halteeinrichtung auf. Hierbei kann der Schließbereich der Schnappscheibe eine Dichtlippe aufweisen, die mit dem Sitz der Halteeinrichtung in Kontakt kommt. Ferner kann die Schnappscheibe einen Dichtringsitz für einen Dichtring aufweisen, der die Öffnung ringförmig abdichtet.
Da der Vorspannbereich dazu ausgebildet ist, die Schnappscheibe in ihre Schließposition vorzuspannen, ist die Druckausgleichsvorrichtung in einem Grundzustand gasdicht geschlossen. Hierdurch kommt weniger Feuchtigkeit in das Innere der elektrochemischen Vorrichtung. Außerdem weist die Druckausgleichsvorrichtung nur wenige und einfache Bauteile auf, so dass diese einfach aufgebaut ist und günstig umgesetzt werden kann.
Da die Schnappscheibe aus einem schmelzbaren Material ausgebildet ist, kann die Schnappscheibe bei zu hoher Temperatureinwirkung schmelzen. Hierdurch kann eine noch schnellere Entgasung ermöglicht werden.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung verdeckt die Schnappscheibe eine zusätzliche Entgasungsöffnung, die beim Schmelzen der Schnappscheibe freigegeben wird.
Bei der zusätzlichen Entgasungsöffnung handelt es sich um eine von der mindestens einen Entgasungsöffnung verschiedene Öffnung. Hierdurch ist eine zweistufige Entgasung möglich. Die zweistufige Entgasung wird im Folgenden anhand einer brennenden elektrochemi- sehen Vorrichtung erklärt. Bei einer brennenden elektrochemischen Zelle steigen die Temperatur und der Druck in der elektrochemischen Vorrichtung. Der steigende Druck führt zunächst zu einer ersten Entgasung. In einer ersten Stufe wird so nach dem Umschalten der Schnappscheibe in die Freigabeposition über die mindestens eine Entgasungsöffnung entgast. Die hohe Temperatur führt zu einer verzögerten zusätzlichen zweiten Entgasung.
Durch den Kontakt der Schnappscheibe mit dem heißen Gas schmilzt die Schnappscheibe, so dass die zusätzliche Entgasungsöffnung freigegeben wird.
Die zusätzliche Entgasungsöffnung wird im Folgenden immer als zusätzliche Entgasungsöffnung bezeichnet um diese von der mindestens einen Entgasungsöffnung unterscheiden zu können. Somit kann die mindestens eine Entgasungsöffnung, und zwar auch wenn mehrere von diesen Entgasungsöffnungen vorliegen, als erste Entgasungsöffnung verstanden werden. Entsprechend kann die zusätzliche Entgasungsöffnung als zweite Entgasungsöffnung verstanden werden. Somit kann eine Vielzahl von ersten Entgasungsöffnungen und eine zusätzliche, also zweite, Entgasungsöffnung vorliegen.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Druckausgleichsvorrichtung sieht vor, dass die Schnappscheibe aus einem Material mit einem Schmelzpunkt zwischen 150 C° und 200 C°, vorzugsweise etwa 180 C°, ausgebildet ist. Ein geeignetes Material ist hierbei beispielsweise Silikon.
Grundsätzlich und insbesondere bei der Verwendung von Silikon kann die Schnappscheibe eine Beschichtung aufweisen, um die Haltbarkeit der Schnappscheibe zu verlängern. So tendiert Silikon mit der Zeit zu verkleben bzw. zu schrumpfen, da Silikon über seine Lebensdauer permanent Material ausdampft. Durch eine geeignete Beschichtung kann dieses Ausdampfen verhindert werden.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist ein Schaltzustand der Schnappscheibe abhängig von dem Differenzdruck, der an dem Schließbereich zwischen einem Inneren der elektrochemischen Vorrichtung und einem Äußeren vorliegt.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Schnappscheibe in die Freigabeposition schaltet, wenn der auf den Schließbereich wirkende Differenzdruck größer ist als die Rückstellkraft des Vorspannbereichs. Hierdurch erfolgt ein Gasaustausch nur, wenn der Druck in der elektrochemischen Vorrichtung zu hoch ist. Neben dem Entgasen lässt sich auch ein normales Atmen der elektrochemischen Vorrichtung umsetzen. Das Ausatmen erfolgt hierbei dadurch, dass die Druckausgleichsvorrichtung öffnet, wenn der Druck in der elektrochemischen Vorrichtung zu hoch ist.
Selbstverständlich erfolgt das Verschließen der Öffnung mit dem gleichen Mechanismus, und zwar dann, wenn der auf den Schließbereich wirkende Differenzdruck kleiner ist als die Rückstellkraft des Vorspannbereichs.
Dieser Aufbau sorgt auch dafür, dass das Verhalten der Druckausgleichsvorrichtung einfach über die schließende Fläche des Schließbereichs bzw. die Größe der Öffnung der Halteeinrichtung und durch die Vorspannkraft des Vorspannbereichs vorgegeben werden kann. Der Öffnungsdruck, bei dem ein Atmen, insbesondere Ausatmen, der elektrochemischen Vorrichtung ermöglicht werden soll, kann somit gut eingestellt werden.
Bei einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die Schnappscheibe einstückig ausgebildet. Vorzugsweise ist die Schnappscheibe durchgehend aus einem Material, beispielsweise Silikon, ausgebildet.
Alternativ hierzu kann die Schnappscheibe eine Verstärkungsschicht aufweisen. Vorzugsweise ist die Verstärkungsschicht, insbesondere ausschließlich, in dem Schließbereich der Schnappscheibe angeordnet respektive ausgebildet. Die Verstärkungsschicht ist vorzugsweise zumindest im Wesentlichen plattenförmig. Die Verstärkungsschicht erstreckt sich weiterhin vorzugsweise innerhalb des vorzugsweise zumindest im Wesentlichen plattenförmigen Schließbereichs. Besonders bevorzugt weist die Verstärkungsschicht eine Form auf, die zumindest im Wesentlichen der Öffnung 114 entspricht.
Beispielsweise ist die Verstärkungsschicht in die Schnappscheibe eingegossen. Die Verstärkungsschicht kann vorzugsweise aus Kunststoff, insbesondere aus Polyurethan, ausgebildet sein.
Unter anderem sorgt die Verstärkungsschicht dafür, dass die Steifigkeit der Schnappscheibe, insbesondere des Schließbereichs, erhöht wird. Dies wiederum verbessert ein kontrolliertes Bewegen der Schnappscheibe zwischen der Schließposition und der Freigabeposition.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Halteeinrichtung mindestens eine Entgasungsöffnung aufweist, wobei die Schnappscheibe in ihrer Freigabeposition eine Verbindung zwischen der Öffnung und der Entgasungsöffnung ermöglicht und in ihrer Schließposition eine Verbindung zwischen der Öffnung und der Entgasungsöffnung verhindert.
Bei der Verbindung handelt es sich insbesondere um eine direkte Verbindung, also ohne verschließbare Zwischenkammern oder ähnliches. Vorzugsweise weist die Halteeinrichtung eine Vielzahl von Entgasungsöffnungen auf. Die Entgasungsöffnungen können als Kanäle ausgebildet sein. Die Entgasungsöffnungen bzw. die Kanäle weisen vorzugsweise bereichsweise einen labyrinthförmig Abschnitt auf. Hierdurch kann das Eindringen von Spritzwasser in das Innere der elektrochemischen Vorrichtung besonders gut verhindert werden.
Vorzugsweise verläuft die mindestens eine Entgasungsöffnung bzw. die Vielzahl von Entgasungsöffnungen senkrecht zu der Öffnung. Somit verläuft die Entgasungsöffnung bzw. die Vielzahl von Entgasungsöffnungen auch in eine Richtung senkrecht zur Öffnungsbewe- gung der Schnappscheibe.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der vorliegenden Erfindung ist die zusätzliche Entgasungsöffnung zumindest im Wesentlichen koaxial zu der Öffnung angeordnet.
Allgemeiner formuliert sind die zusätzliche Entgasungsöffnung und die Öffnung in der Halteeinrichtung zueinander ausgerichtet. Somit kann ein besonders schnelles Entgasen in der zweiten Stufe erfolgen.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist die Druckausgleichsvorrichtung eine Abdeckung auf, die an der Halteeinrichtung befestigt ist, wobei die Abdeckung die Schnappscheibe an der Halteeinrichtung fixiert.
Dabei ist die Abdeckung zumindest im Wesentlichen ringförmig ausgebildet und befestigt die Haltebereiche der Schnappscheibe an der Halteeinrichtung. Insbesondere ist die Schnappscheibe dann zwischen der Halteeinrichtung und der Abdeckung eingeklemmt. Der Haltebereich der Schnappscheibe ist vorzugsweise radial umlaufen ausgebildet, so dass diese entlang des gesamten Umfangs an der Halteeinrichtung befestigt werden kann. Die Druckausgleichsvorrichtung ist hierdurch insgesamt sehr einfach aufgebaut. Dabei fördert der Aufbau eine einfache Montage.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die zusätzliche Entgasungsöffnung in der Abdeckung ausgebildet. Dabei kann die zusätzliche Entgasungsöffnung langlochförmig ausgebildet sein.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die oben beschriebenen, unterschiedlichen und beispielhaften Merkmale können erfindungsgemäß miteinander kombiniert werden, soweit dies technisch sinnvoll und geeignet ist. Weitere Merkmale, Vorteile und Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen und anhand der Figuren. Es zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische Darstellung der Druckausgleichsvorrichtung; und
Fig. 2 eine Schnittdarstellung der Druckausgleichsvorrichtung,
AUSFÜHRUNGSBEISPIELE DER ERFINDUNG
Fig.1 zeigt eine perspektivische Darstellung der Druckausgleichsvorrichtung 100. Die Druckausgleichsvorrichtung 100 weist eine Halteeinrichtung 110 auf, die an eine elektrochemische Vorrichtung 200 anbringbar ist. Hierzu weist die Halteeinrichtung 110 mehrere Befestigungsbereiche 115 auf. Die Befestigungsbereiche 115 sind hierbei als Bohrungen für ein Befestigungselement ausgebildet.
Ferner weist die Druckausgleichsvorrichtung 100 eine Abdeckung 120 auf, die an der Halteeinrichtung 110 angeordnet ist. Hierzu weist die Abdeckung 120 ebenfalls mehrere Befestigungsbereiche 122 auf. Die Abdeckung 120 fixiert eine Schnappscheibe 130 an der Halteeinrichtung 110. Wie in der Fig. 1 zu erkennen, muss die Schnappscheibe 130 nicht kreisförmig sein. Vielmehr kann die Schnappscheibe 130 auch eine langlochförmige Grundform aufweisen. In Fig. 2 ist deutlicher zu erkennen, dass die Schnappscheibe 130 hierbei einen Haltebereich 134 aufweist. Der Haltebereich 134 ist ein außenliegender Bereich der Schnappscheibe 130. Wie gezeigt, kann der Haltebereich 134 formschlüssig mit der Abdeckung 120 und/oder der Halteeinrichtung 110 verbunden sein. Hierzu ist der Haltebereich 134 der Schnappscheibe 130 beispielsweise U-förmig ausgebildet. Der Haltebereich 134 ist umlaufend an einem Haltebereich 113 der Halteeinrichtung 110 und umlaufend an einem Haltebereich 121 der Abdeckung 120 angeordnet. Der Haltebereich 113 und der Haltebereich 121 halten den Haltebereich 134 in der Nähe einer zusätzlichen Entgasungsöffnung 123. Die Schnappscheibe 130 verdeckt hierbei die zusätzliche Entgasungsöffnung 123, d.h. hält die zusätzliche Entgasungsöffnung 123 gasdicht geschlossen. Die zusätzliche Entgasungsöffnung 123 wird durch die Abdeckung 120 definiert. Hierzu ist die Abdeckung 120 rahmenförmig mit einem beispielsweise langlochförmigen Durchgang ausgebildet, der die zusätzliche Entgasungsöffnung 123 darstellt. Der Haltebereich 134 wird mittels des Haltebereichs 121 und des Haltebereichs 113 unbeweglich fixiert.
Die Schnappscheibe 130 weist ferner einen Vorspannbereich 132 auf. Der Vorspannbereich 132 ist radial umlaufenden ausgebildet und grenzt an dem Haltebereich 134 an. In dem in Fig. 2 gezeigten Schnitt ist der Vorspannbereich 132 armförmig ausgebildet. Der Vorspannbereich 132 erstreckt sich hin zu einer Öffnung 114 in der Halteeinrichtung 110. Außerdem weist die Schnappscheibe 130 einen Schließbereich 131 auf. Der Schließbereich 131 grenzt an den Vorspannbereich 132 an. Dabei bildet der Schließbereich 131 den zentralen Bereich der Schnappscheibe 130. Der Schließbereich 131 ist dazu ausgebildet, die Öffnung 114 gasdicht zu verschließen. Hierzu kommt ein Randbereich der Schnappscheibe 130 mit einem Sitz 111 der Halteeinrichtung 110 in Kontakt. Zum Verbessern der Dichtwirkung kann eine Dichtlippe 135 an dem Randbereich der Öffnung 114 angeordnet sein.
Insgesamt ist der Schließbereich 131 zumindest im Wesentlichen als flache Scheibe, also plattenförmig ausgebildet. Dabei wird die flache Scheibe mittels des Haltebereichs 134 gehalten und ist mittels des Vorspannbereichs 132 beweglich. Um die Bewegungsfähigkeit der Schnappscheibe 130 hierbei zu verbessern, kann der Vorspannbereich 132 mehrere Bewegungsbereiche 133 aufweisen. Diese Bewegungsbereiche 133 weisen eine geringere Materialstärke auf, so dass die Bewegung besser steuerbar ist. Insbesondere ist ein Bewegungsbereich 133 zwischen dem Schließbereich 131 und dem Vorspannbereich 132 und ein Bewegungsbereich 133 zwischen dem Vorspannbereich 132 und dem Haltebereich 134 ausgebildet. Die Bewegungsbereiche 133 sind hierbei umlaufend ausgebildet. Im Randbereich des Schließbereichs 131 kann ferner ein Dichtringsitz angeordnet sein, um die Dichtwirkung der Schnappscheibe 130 zu verbessern.
Die Öffnung 114 führt zu einem Inneren 201 der elektrochemischen Vorrichtung 200. Hierbei ist in Fig. 2 eine Wandung eines Gehäuses der elektrochemischen Vorrichtung 200 mit dem Bezugszeichen 200 angedeutet. Durch Schließen der Öffnung 114 kann das Innere 201 von einem Äußeren 300 gasdicht abgedichtet werden.
Die Schnappscheibe 130 ist durch ihre Bewegungsmöglichkeit schaltbar und kann von der in Fig. 2 gezeigten Schließposition in eine Freigabeposition überführt werden, in der die Schnappscheibe 130 nach oben schnappt und die Öffnung 114 freigibt. Die Bewegung wird hierbei durch den Vorspannbereich 132 ermöglicht. Dabei kann bei einer langlochförmigen Grundform der Schnappscheibe 130 aufgrund der parallel zueinander verlaufenden Bereiche die Vorspannkraft bzw. Rückstellkraft des Vorspannbereichs 132 besonders gut vorgegeben werden.
Wenn die Öffnung 114 freigegeben ist, kann Luft und/oder Gas von dem Inneren 201 zu den Entgasungsöffnungen 112 strömen und von dort aus nach außen. Hierdurch kann der Druck in der elektrochemischen Vorrichtung verringert werden.
Wie in Fig. 2 zu sehen, verlaufen hierbei die Entgasungsöffnungen 112 senkrecht zu der Öffnung 114. Die Richtungsangabe einer Öffnung wird hierbei durch die Bohrachse vorgegeben, die zum Bohren der Öffnung verwendet werden muss. Die Entgasungsöffnungen 112 können kanalförmig ausgebildet sein, wobei diese hierbei einen nicht weiter dargestellten labyrinthförmigen Bereich aufweisen können.
Die Schaltstellung der Schnappscheibe 130 hängt von dem an der Schnappscheibe 130, insbesondere an dem Schließbereich 131 , wirkenden Differenzdruck aus der Druckdifferenz zwischen dem Inneren 201 und dem Äußeren 300 ab. Wenn der Differenzdruck größer ist als die Vorspannkraft des Vorspannbereichs 132, die den Schließbereich 131 in die Halteeinrichtung 110, insbesondere deren Sitz 111 , drückt, wird die Schnappscheibe 130 nach oben gedrückt und schnappt schließlich in ihre Freigabeposition. Hierdurch wird ein Druckausgleich der elektrochemischen Vorrichtung 200 möglich. Wenn der Druck in der elektrochemischen Vorrichtung 200 so weit gesunken ist, dass der Differenzdruck, der auf die Schnappscheibe 130 wirkt, kleiner wird als die Vorspannkraft, wird die Schnappscheibe 130 wieder in ihre Schließposition überführt.
Die Schnappscheibe 130 ist aus einem schmelzbaren Material ausgebildet. Beispielsweise kann das Material hierbei eine Temperaturbeständigkeit bis zu einer Höchsttemperatur in einem Bereich von etwa 150 C° - 200 C° aufweisen. Wenn die Temperatur in der elektrochemischen Vorrichtung 200 bei einem Brand zu hoch wird und die Temperatur des heißen Gases auf die Schnappscheibe 130 zu lange wirkt, schmilzt die Schnappscheibe 130, so dass diese die zusätzliche Entgasungsöffnung 123 freigibt. Hierdurch kann eine zweite Stufe der Entgasung erreicht werden. Allerdings ist dann die Schnappscheibe 130 zerstört.
Somit erfüllt die Schnappscheibe 130 einerseits eine Funktion beim Atmen, also dem normalen Druckausgleich im Betrieb. Hierbei kommt die Schnappscheibe 130 nach dem Ausatmen wieder in ihre Schließposition. Andererseits kann ein zweistufiges Entgasen der elektrochemischen Vorrichtung ermöglicht werden. In der ersten Stufe befindet sich die Schnappscheibe 130 in ihrer Freigabeposition, schließt allerdings die zusätzliche Entgasungsöffnung 123 zumindest im Wesentlichen gasdicht ab. In der zweiten Stufe ist die Schnappscheibe 130 geschmolzen und gibt hierdurch die zusätzliche Entgasungsöffnung 130 frei.
Es versteht sich, dass bei der vorliegenden Erfindung ein Zusammenhang zwischen einerseits Merkmalen besteht, die im Zusammenhang mit Verfahrensschritten beschrieben wurden, sowie andererseits Merkmalen, die im Zusammenhang mit entsprechenden Vorrichtungen beschrieben wurden. Somit sind beschriebene Verfahrensmerkmale auch als zur Erfindung gehörige Vorrichtungsmerkmale - und umgekehrt - anzusehen, selbst wenn dies nicht explizit erwähnt wurde.
Es ist festzuhalten, dass die unter Bezug auf einzelne Ausführungsformen bzw. -Varianten beschriebenen Merkmale der Erfindung, wie beispielsweise Art und Ausgestaltung der einzelnen Komponenten sowie deren genaue Dimensionierung und räumliche Anordnung auch bei anderen Ausführungsformen vorhanden sein können, außer wenn es anders angegeben ist oder sich aus technischen Gründen von selbst verbietet. Von derartigen, in Kombination beschriebenen Merkmalen einzelner Ausführungsformen müssen außerdem nichtnotwendigerweise alle Merkmale in einer betreffenden Ausführungsform realisiert sein.

Claims

Patentansprüche Druckausgleichsvorrichtung (100) für eine elektrochemische Vorrichtung (200), wobei die Druckausgleichsvorrichtung (100) Folgendes aufweist: eine zumindest bereichsweise flexible Schnappscheibe (130); und eine Halteeinrichtung (110) zum Halten der Schnappscheibe (130), wobei die Halteeinrichtung (110) eine Öffnung (114) aufweist, wobei die Schnappscheibe (130) einen innenliegenden zumindest im Wesentlichen plattenförmigen Schließbereich (131) und einen außenliegenden Haltebereich (134) aufweist und wobei zwischen dem Schließbereich (131) und dem Haltebereich (134) ein Vorspannbereich (132) ausgebildet ist, wobei die Schnappscheibe (130) zwischen einer Schließposition, in der der Schließbereich (131) die Öffnung (114) in der Halteeinrichtung (110) gasdicht verschließt, und einer Freigabeposition bewegbar ausgebildet ist, in der der Schließbereich (131) die Öffnung (114) freigibt, so dass ein Entgasen über mindestens eine Entgasungsöffnung (112) ermöglicht wird, wobei der Vorspannbereich (132) dazu ausgebildet ist, die Schnappscheibe (130) in ihre Schließposition vorzuspannen, und wobei die Schnappscheibe (130) aus einem schmelzbaren Material ausgebildet ist. Druckausgleichsvorrichtung (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnappscheibe (130) eine zusätzliche Entgasungsöffnung (123) verdeckt, die beim Schmelzen der Schnappscheibe (130) freigegeben wird. Druckausgleichsvorrichtung (100) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnappscheibe (130) aus einem Material mit einem Schmelzpunkt zwischen 150 C° und 200 C° ausgebildet ist. Druckausgleichsvorrichtung (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Schaltzustand der Schnappscheibe (130) abhängig von dem Differenzdruck ist, der an dem Schließbereich (131) zwischen einem Inneren (201) der elektrochemischen Vorrichtung (200) und einem Äußeren (300) vorliegt. Druckausgleichsvorrichtung (100) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnappscheibe (130) dazu ausgebildet ist, in die Freigabeposition zu schalten, wenn der auf den Schließbereich (131) wirkende Differenzdruck größer ist als die Rückstellkraft des Vorspannbereichs (132). Druckausgleichsvorrichtung (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnappscheibe (130) einstückig ausgebildet ist. Druckausgleichsvorrichtung (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Halteeinrichtung (110) die mindestens eine Entgasungsöffnung (112) aufweist, wobei die Schnappscheibe (130) in ihrer Freigabeposition eine Verbindung zwischen der Öffnung (114) und der Entgasungsöffnung (112) ermöglicht und in ihrer Schließposition eine Verbindung zwischen der Öffnung (114) und der Entgasungsöffnung (112) verhindert. Druckausgleichsvorrichtung (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzliche Entgasungsöffnung (123) zumindest im Wesentlichen koaxial zu der Öffnung (114) angeordnet ist. Druckausgleichsvorrichtung (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckausgleichsvorrichtung (100) eine Abdeckung (120) aufweist, die an der Halteeinrichtung (110) befestigt ist, wobei die Abdeckung (120) die Schnappscheibe (130) an der Halteeinrichtung (110) fixiert. Druckausgleichsvorrichtung (100) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzliche Entgasungsöffnung (123) in der Abdeckung (120) ausgebildet ist.
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