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DE102012211827A1 - Battery housing for accommodating cell of lithium ion battery for e.g. passenger car, has closure element releasing opening of battery housing wall by inner pressure in housing for realizing volume flow from housing - Google Patents

Battery housing for accommodating cell of lithium ion battery for e.g. passenger car, has closure element releasing opening of battery housing wall by inner pressure in housing for realizing volume flow from housing Download PDF

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DE102012211827A1
DE102012211827A1 DE201210211827 DE102012211827A DE102012211827A1 DE 102012211827 A1 DE102012211827 A1 DE 102012211827A1 DE 201210211827 DE201210211827 DE 201210211827 DE 102012211827 A DE102012211827 A DE 102012211827A DE 102012211827 A1 DE102012211827 A1 DE 102012211827A1
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DE
Germany
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battery
opening
housing
closure element
battery case
Prior art date
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Pending
Application number
DE201210211827
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German (de)
Inventor
Matthias Stein
Andreas Gleiter
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Samsung SDI Co Ltd
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Samsung SDI Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH, Samsung SDI Co Ltd filed Critical Robert Bosch GmbH
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Abstract

The housing (1) has a pressure relief valve (20) including a closure element (21), which closes an opening (11) of a battery housing wall (10). The closure element releases the opening by an inner pressure in the housing for realizing a volume flow (100) from the housing, where the inner pressure deviates from a preset reference-pressure range. The pressure relief valve includes a spring element (22) e.g. torsion spring, by which a force for closing the opening is proportionately produced by a weight force of the closure element. An independent claim is also included for a method for maintenance and/or repair of a battery.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Batteriegehäuse sowie eine Batterie, die ein erfindungsgemäßes Batteriegehäuse aufweist. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Wartung und/oder Reparatur einer erfindungsgemäßen Batterie und ein Kraftfahrzeug, welches eine erfindungsgemäße Batterie aufweist. The present invention relates to a battery case and a battery having a battery housing according to the invention. Furthermore, the invention relates to a method for maintenance and / or repair of a battery according to the invention and a motor vehicle, which has a battery according to the invention.

Stand der TechnikState of the art

Es besteht ein erheblicher Bedarf an Batterien bzw. Akkumulatoren für breite Anwendungsbereiche, beispielsweise für Fahrzeuge, stationäre Anlagen, wie zum Beispiel Windkraftanlagen, Solaranlagen und mobile Elektronikgeräte, wie zum Beispiel Laptops und Kommunikationsgeräte. An diese Batterien werden sehr hohe Anforderungen hinsichtlich Zuverlässigkeit, Lebensdauer und Leistungsfähigkeit gestellt. There is a considerable demand for batteries or accumulators for a wide range of applications, such as for vehicles, stationary equipment, such as wind turbines, solar systems and mobile electronic devices, such as laptops and communication devices. These batteries are very high demands in terms of reliability, durability and performance.

Prädestiniert für ein breites Einsatzgebiet von Applikationen ist die Lithium-Ionen-Akkumulator-Technologie. Sie zeichnet sich unter anderem durch hohe Energiedichte, hohe Leistung und eine äußerst geringe Selbstentladung aus.Predestined for a wide range of applications is lithium-ion battery technology. It is characterized among other things by high energy density, high performance and extremely low self-discharge.

Derartige Lithium-Ionen-Zellen umfassen üblicherweise eine Elektrode, die Lithium-Ionen im Zuge der sogenannten Interkalation reversibel einlagern kann oder im Zuge der sogenannten Deinterkalation wieder auslagern kann. Die Interkalation erfolgt beim Ladeprozess der Batteriezelle, und die Deinterkalation erfolgt bei der Entladung der Batteriezelle zur Stromversorgung von elektrischen Aggregaten. Such lithium-ion cells usually comprise an electrode, which can store reversibly lithium ions in the course of the so-called intercalation or can outsource again in the course of so-called deintercalation. The intercalation takes place during the charging process of the battery cell, and deintercalation takes place during the discharge of the battery cell for the power supply of electrical units.

Es zeichnet sich ab, dass in Zukunft sowohl bei stationären Anwendungen, wie zum Beispiel bei Windkraftanlagen, in Fahrzeugen, wie zum Beispiel in Hybrid- und Elektrofahrzeugen als auch im Verbraucherbereich, hier zum Beispiel in Laptops und Mobiltelefonen, neue Batteriesysteme zum Einsatz kommen werden, an die sehr hohe Anforderungen bezüglich Zuverlässigkeit, Leistungsfähigkeit und Lebensdauer gestellt werden.It is becoming apparent that in the future, both in stationary applications, such as in wind turbines, in vehicles, such as in hybrid and electric vehicles as well as in the consumer sector, here for example in laptops and mobile phones, new battery systems will be used, to which very high demands are made in terms of reliability, performance and service life.

Insbesondere in Kraftfahrzeugen werden zunehmend elektrische Systeme zur Antriebsunterstützung oder als alleiniger Antrieb verwendet. Neben der daraus resultierenden Schadstoffverminderung beziehungsweise -vermeidung lässt sich auch eine Erhöhung der Fahrleistung erzielen. Diese wird maßgeblich durch die Leistung des Akkumulators zur Speicherung der elektrischen Energie beeinflusst. Aufgrund der geforderten Leistung sowie der geforderten Kapazität werden immer häufiger Lithium-Ionen-Batteriezellen als Energiespeicher für Kraftfahrzeuge verwendet. Particularly in motor vehicles, electrical systems are increasingly being used to assist propulsion or as the sole drive. In addition to the resulting reduction or avoidance of pollutants, an increase in driving performance can also be achieved. This is significantly influenced by the performance of the accumulator for storing the electrical energy. Due to the required power as well as the required capacity, lithium-ion battery cells are increasingly being used as energy stores for motor vehicles.

Unter ungünstigen Bedingungen können jedoch in den Batterie- bzw. Akkumulatorzellen aufgrund chemischer, elektrischer und/oder mechanischer Überlastung hohe Drücke entstehen. Diese Drücke können so groß werden, dass die Batteriezellen platzen beziehungsweise explodieren. Zur Verhinderung einer derartigen unkontrollierten Öffnung einer Batteriezelle sind die Batteriezellen meist mit einem Berst-Ventil ausgestattet. Öffnet das Berst-Ventil, wird ein großer Fluid-Volumenstrom aus der Zelle heraus in das Batteriegehäuse der Batterie freigesetzt. Dieses Gas kann, in Abhängigkeit von der Art der verwendeten Batteriezelle, sehr giftig sein und demzufolge eine Gefahr darstellen. Je nach Ausführung des Batteriegehäuses und/oder der Batteriezellen im Batteriegehäuse kann auch der Druck im Batteriegehäuse derart ansteigen, dass es neben einer druckbedingten, ungewollten Öffnung des Batteriegehäuses auch zu Defekten an verschiedenen, mit der Batterie verbundenen Bauteilen, wie zum Beispiel am Kühlsystem, an der Elektronik sowie an Steckern, Schläuchen oder Flanschen kommen kann. Under unfavorable conditions, however, high pressures can arise in the battery or accumulator cells due to chemical, electrical and / or mechanical overloading. These pressures can become so great that the battery cells burst or explode. To prevent such uncontrolled opening of a battery cell, the battery cells are usually equipped with a bursting valve. When the bursting valve opens, a large volume of fluid flow out of the cell is released into the battery case of the battery. Depending on the type of battery cell used, this gas can be very toxic and consequently pose a hazard. Depending on the design of the battery case and / or the battery cells in the battery case, the pressure in the battery case may increase in such a way that, in addition to a pressure-related, unwanted opening of the battery case to defects in various connected to the battery components, such as the cooling system to the electronics as well as plugs, hoses or flanges can come.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Es wird erfindungsgemäß ein Batteriegehäuse zur Verfügung gestellt, welches wenigstens eine Batteriegehäusewand mit einer Öffnung sowie ein Überdruckventil mit einem die Öffnung im Wesentlichen verschließenden oder verschließbaren Verschlusselement aufweist, wobei mit dem Verschlusselement bei einem von einem bestimmten Soll-Druckbereich abweichenden Innendruck im Batteriegehäuse die Öffnung zwecks Realisierung eines Volumenstromes aus dem Batteriegehäuse heraus im Wesentlichen freigebbar ist. Der Soll-Druckbereich im Batteriegehäuse kann von 0 Pa bis zu einer bestimmten, technisch bedingten Obergrenze definiert sein. Die Öffnung kann ein Bestandteil der Batteriegehäusewand oder auch des Überdruckventils sein. In den meisten Fällen ist durch die Öffnung ein Gas-Volumenstrom aus dem Batteriegehäuse heraus zu realisieren. Zwecks Abdichtung des Batteriegehäuses im normalen Gebrauchszustand erfolgt die Schließung der Öffnung in der Batteriegehäusewand durch das Überdruckventil vollständig. Ebenfalls sollte bevorzugt die Freigabe der Öffnung im Fall des unzulässigen Druckanstiegs vollständig erfolgen. So kann zum Beispiel vorgesehen sein, dass bei einem Druckunterschied von 30 kPa bis 100 kPa das Überdruckventil öffnet und Fluid aus dem Batteriegehäuseinnenraum nach außen entweichen lässt.According to the invention, there is provided a battery housing which has at least one battery housing wall with an opening and an overpressure valve with a closure element which substantially closes or closes the opening, wherein the opening is opened with the closure element at an internal pressure in the battery housing deviating from a specific nominal pressure range Realization of a volume flow out of the battery case is essentially releasable. The nominal pressure range in the battery housing can be defined from 0 Pa up to a certain technically determined upper limit. The opening may be part of the battery housing wall or the pressure relief valve. In most cases, a gas volume flow is to be realized out of the battery housing through the opening. For the purpose of sealing the battery housing in the normal state of use, the opening in the battery housing wall is closed completely by the pressure relief valve. Also, the release of the opening should preferably be completed in the event of an impermissible pressure rise. Thus, for example, be provided that at a pressure difference of 30 kPa to 100 kPa, the pressure relief valve opens and fluid can escape from the battery housing interior to the outside.

Die vorliegende Erfindung ist dabei nicht auf den Einsatz nur eines Überdruckventils eingeschränkt, sondern es können gegebenenfalls auch mehrere Überdruckventile in einer oder mehreren Batteriegehäusewänden vorgesehen sein, insbesondere wenn die zu erwartenden Volumenströme so groß sind, dass eine sichere Abführung giftiger Gase aus dem Batteriegehäuseinnenraum durch lediglich ein Überdruckventil nicht gewährleistet sein kann. The present invention is not limited to the use of only one pressure relief valve, but it may also be provided more pressure relief valves in one or more battery housing walls, especially if the expected volume flows are so large that a safe discharge of toxic gases can not be guaranteed from the battery case interior by only a pressure relief valve.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Die Erfindung hat den Vorteil, dass durch das Überdruckventil eine unkontrollierte Öffnung des Batterie- bzw. Akkumulatorgehäuses, in dem sich wenigstens eine Batteriezelle befindet, verhindert wird. Durch das Überdruckventil wird sichergestellt, dass ab einer bestimmten Obergrenze des Soll-Druckbereiches im Batteriegehäuse dort unter Druck stehendes Gas an die Umgebung abgeführt wird, und zwar an einer definierten Position. Dadurch lassen sich Gefahren für Bedien-, Wartungs-, Rettungs- und Sanitätspersonal reduzieren, insbesondere beim Transport von Batterien, die zuvor extremen physikalischen Bedingungen, wie zum Beispiel einem unfallbedingten Impuls, ausgesetzt waren. Durch das Überdruckventil wird gewährleistet, dass, solange kein übermäßiger Druckanstieg im Batteriegehäuse zu verzeichnen ist, das Batteriegehäuse dicht ist, und lediglich bei Überdruck an einer bestimmten Stelle geöffnet wird. Aufgrund der im Normalzustand vorhandenen Dichtheit des Batteriegehäuses wird außerdem verhindert, dass potenziell gefährliche Stoffe, die zu unkontrollierbaren Reaktionen im Batteriegehäuseinnenraum führen könnten, nicht in das Batteriegehäuse eindringen können.The invention has the advantage that an uncontrolled opening of the battery or accumulator housing in which there is at least one battery cell is prevented by the pressure relief valve. By the pressure relief valve ensures that from a certain upper limit of the target pressure range in the battery case there under pressure gas is discharged to the environment, namely at a defined position. This can reduce the risks to operators, maintenance, rescue and medical personnel, especially when transporting batteries that have previously been exposed to extreme physical conditions, such as an accidental impulse. The pressure relief valve ensures that, as long as there is no excessive increase in pressure in the battery case, the battery case is tight, and is opened only at overpressure at a certain point. The normal tightness of the battery case also prevents potentially hazardous substances that could lead to uncontrollable reactions in the battery housing interior, can not penetrate into the battery case.

Vorteilhafterweise ist das Überdruckventil derart eingerichtet, dass mit ihm bei einem Innendruck im Batteriegehäuse, der größer ist als der bestimmte Soll-Druckbereich, die Öffnung in der Batteriegehäusewand zwecks Realisierung eines Volumenstromes aus dem Batteriegehäuse heraus freigebbar ist, und bei Absenkung des Innendrucks in den Soll-Druckbereich die Öffnung automatisch schließbar ist. Zu diesem Zweck ist ein Verschlusselement angeordnet, welches nach Absinken des Innendrucks in den Soll-Druckbereich die Öffnung automatisch schließt. Durch die Schließung der Öffnung bei Druckabfall in den Soll-Druckbereich wird somit das Gefahrenpotenzial, welches die ausströmenden Gase bedingen, weiterhin reduziert. Auch diese Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Batteriegehäuses ist insbesondere für den Transport von gegebenenfalls beschädigten Batterien zweckmäßig, da nach unzulässigem Überdruck und Auslass von Gas aus dem Batteriegehäuseinnenraum dieses wieder dicht abgeschlossen werden kann. Dadurch kann außerdem verhindert werden, dass Luft beziehungsweise Sauerstoff aus der Umgebung des Batteriegehäuses in dieses hinein gelangt und dort ungewollte chemische Reaktionen, die gegebenenfalls zum Brand führen könnten, erzeugt. Advantageously, the pressure relief valve is configured such that with it at an internal pressure in the battery case, which is greater than the specific target pressure range, the opening in the battery housing wall for the purpose of realizing a volume flow from the battery case can be released, and when lowering the internal pressure in the target -Druckbereich the opening is automatically closable. For this purpose, a closure element is arranged which automatically closes the opening after the internal pressure has dropped to the desired pressure range. By closing the opening at pressure drop in the target pressure range thus the potential danger, which cause the outflowing gases, further reduced. This embodiment of the battery housing according to the invention is particularly useful for the transport of optionally damaged batteries, since after inadmissible pressure and outlet of gas from the battery housing interior this can be sealed again tight. This can also be prevented that air or oxygen from the environment of the battery case gets into this and there unwanted chemical reactions that could possibly lead to fire produced.

In konkreter Ausgestaltung kann das Überdruckventil wenigstens ein Federelement umfassen, mit welchem zumindest anteilig eine Kraft zum Verschließen der Öffnung mittels des Verschlusselementes bewirkbar oder bewirkt ist. Dabei soll nicht ausgeschlossen sein, dass die gesamte Kraft, die zum Verschließen der Öffnung mittels des Verschlusselementes nötig ist, über das Federelement aufgebracht wird. Die Öffnung ist somit aufgrund der anliegenden Federkraft am Verschlusselement verschließbar beziehungsweise verschlossen. Somit können mithilfe der Federanordnung der zulässige Druck im Batteriegehäuse auf den Maximalwert des bestimmten Soll-Druckbereiches sowie auch die Schließkraft am Verschlusselement eingestellt werden. Die Schließkraft kann durch verschiedenste Federtypen, wie zum Beispiel Schraubenfeder, Tellerfeder und/oder Torsionsfeder, aufgebracht werden.In a concrete embodiment, the pressure relief valve may comprise at least one spring element with which at least partially a force for closing the opening by means of the closure element is effected or effected. It should not be ruled out that the entire force that is necessary for closing the opening by means of the closure element is applied via the spring element. The opening is thus closed or closed due to the applied spring force on the closure element. Thus, by means of the spring arrangement, the permissible pressure in the battery housing can be set to the maximum value of the specific desired pressure range as well as the closing force on the closure element. The closing force can be applied by a variety of types of springs, such as coil spring, disc spring and / or torsion spring.

In alternativer oder hinzukommender Ausgestaltung ist vorgesehen, dass eine Kraft zum Verschließen der Öffnung mittels des Verschlusselementes zumindest anteilig durch die Gewichtskraft des Verschlusselementes bewirkbar oder bewirkt ist. Das heißt, dass hier die Öffnung aufgrund der Eigengewichtskraft des Verschlusselementes verschließbar ist beziehungsweise verschlossen ist. Ein derartiges Prinzip ist von Abschlüssen von Abgasanlagen bei Bau- oder Landmaschinen bekannt. Zur Realisierung einer ausreichenden Abdichtung ist vorzugsweise eine Dichtung, wie zum Beispiel ein O-Ring, eine Flachdichtung, ein Gummi, ein Kunststoff und/oder ein Weichmetall zwischen dem Verschlusselement und der Öffnung zu verwenden, um mit möglichst kleiner Anpresskraft eine hohe Dichtigkeit zu erreichen. Die Dichtigkeit sollte dabei ausreichend hoch sein, um eine im Wesentlichen hermetische Abdichtung des Batteriegehäuses gegenüber der Umgebung bei stets funktionstüchtiger Batterie sowie auch bei einer Batterie, die einer außerordentlich hohen physikalischen Belastung ausgesetzt war und bei der ein Defekt anzunehmen ist, zu gewährleisten.In an alternative or additional embodiment, it is provided that a force for closing the opening by means of the closure element is at least partially effected or effected by the weight of the closure element. This means that here the opening is closed or closed due to the self-weight force of the closure element. Such a principle is known from statements of exhaust systems in construction or agricultural machinery. To realize a sufficient seal, a seal, such as an O-ring, a flat gasket, a rubber, a plastic and / or a soft metal between the closure element and the opening is preferably to be used in order to achieve a high density with the smallest possible contact force , The tightness should be sufficiently high to ensure a substantially hermetic seal of the battery case from the environment with always functional battery as well as in a battery that has been exposed to an extremely high physical load and in which a defect is to be assumed.

In weiterer alternativer oder hinzukommender Ausgestaltung ist vorgesehen, dass eine Kraft zum Verschließen der Öffnung mittels des Verschlusselementes zumindest anteilig durch den Innendruck im Batteriegehäuse bewirkbar oder bewirkt ist. Das heißt, dass hier das Verschlusselement aufgrund des Innendrucks schließend ausgestaltet ist. So kann zum Beispiel bei Überschreitung des vorgegebenen Soll-Druckbereiches eine Bewegung des Verschlusselementes weg von der Öffnung erfolgen, so dass die Öffnung freigegeben ist, und bei Absinken des Innendrucks in den Soll-Druckbereich eine Verformung eines in Abhängigkeit von dem Innendruck sich formverändernden Elementes, wie zum Beispiel einer Membran, stattfinden, wobei dessen Formänderungsbewegung in eine rückstellende Bewegung des Verschlusselementes zwecks Verschließung der Öffnung umgesetzt wird. Das heißt, dass die Rückstellkraft durch eine Druckdifferenz zwischen dem Umgebungsdruck und dem Druck im Inneren des Batteriegehäuses aufgebracht wird, so dass das Druckgefälle von innen nach außen zum Verschließen der Öffnung führt. Dies hat den Vorteil, dass aufgrund des höheren Innendruckes gewährleistet ist, dass kein Gas oder andere Fremdstoffe von außen nach innen in das Batteriegehäuse eindringen können. In a further alternative or additional embodiment, it is provided that a force for closing the opening by means of the closure element at least partially by the internal pressure in the battery case is effected or effected. This means that here the closure element is designed to close due to the internal pressure. Thus, for example, if the predetermined desired pressure range is exceeded, the closure element moves away from the opening, so that the opening is released, and if the internal pressure drops into the desired pressure range, a deformation of an element that changes shape as a function of the internal pressure, such as a membrane, with its deformation movement being translated into restoring movement of the closure element to occlude the opening. This means that the restoring force is due to a pressure difference between the ambient pressure and the pressure inside the Battery housing is applied so that the pressure gradient leads from the inside to the outside to close the opening. This has the advantage that it is ensured due to the higher internal pressure that no gas or other foreign substances can penetrate from outside to inside the battery case.

Bei Ausgestaltung des Batteriegehäuses derart, dass dessen Öffnung lediglich aufgrund der Kraft des Federelementes oder aufgrund der Gewichtskraft oder aufgrund des Innendruckes schließt, ist vorgesehen, dass die jeweils aufgebrachte Schließkraft nicht anteilig die Schließung der Öffnung bewirkt, sondern vollständig. Alternativ können jedoch die genannten Ausgestaltungen zum Verschließen der Öffnung miteinander kombiniert vorgesehen sein, so dass jede von ihnen anteilig einen Beitrag zur Schließkraft erbringt. Die vorliegende Erfindung ist außerdem nicht auf die alleinige Aufbringung einer Schließkraft eingeschränkt, sondern es kann hinzukommend oder alternativ auch ein Schließmoment zur Schließung der Öffnung genutzt werden. Die Ausführungen hinsichtlich der Aufbringung einer Schließkraft lassen sich somit ebenso auf die Aufbringung eines Schließmomentes beziehungsweise mehrerer Schließmomente beziehen. In design of the battery case such that its opening closes only due to the force of the spring element or due to the weight or due to the internal pressure, it is provided that the respectively applied closing force does not proportionally causes the closure of the opening, but completely. Alternatively, however, the mentioned embodiments for closing the opening may be combined with each other so that each of them contributes proportionately to the closing force. The present invention is also not limited to the sole application of a closing force, but it can be added or alternatively, a closing torque used to close the opening. The statements regarding the application of a closing force can thus also relate to the application of a closing moment or several closing moments.

Das Verschlusselement kann derart angeordnet sein, dass es mit einer rotatorischen und/oder translatorischen Bewegung die Öffnung jeweils freigeben und/oder schließen kann. Der Vorteil einer rotatorischen Bewegung ist eine einfache zugrunde liegende konstruktive Ausgestaltung des Überdruckventils, bei der das Verschlusselement an einem Scharnier befestigt ist. Dabei ist es möglich, dass bei der rotatorischen Bewegung das Verschlusselement aus einer Ebene, die parallel zu einer Ebene angeordnet ist, in der die Öffnung verläuft, herausgeschwenkt wird, oder in diese Ebene verschwenkt wird. Bei der translatorischen Bewegung ist es ebenso möglich, dass das Verschlusselement in oder aus der Ebene herausgeschoben oder gezogen wird, die parallel zu der Ebene angeordnet ist, in der die Öffnung verläuft. Die Ebene, in der die Öffnung verläuft, ist dabei üblicherweise die Ebene der Batteriegehäusewand.The closure element can be arranged such that it can release and / or close the opening in each case with a rotary and / or translational movement. The advantage of a rotary movement is a simple underlying structural design of the pressure relief valve, wherein the closure element is attached to a hinge. It is possible that in the rotary movement, the closure element from a plane which is arranged parallel to a plane in which the opening extends, is pivoted out, or is pivoted in this plane. In the translatory movement, it is also possible that the closure element is pushed or pulled in or out of the plane which is arranged parallel to the plane in which the opening extends. The plane in which the opening extends is usually the plane of the battery housing wall.

Das Verschlusselement kann eine Kugel, eine Klappe, ein Schieber oder ein ähnliches, im Raum verschiebbar oder verdrehbar angeordnetes Element sein. Als Werkstoff für das Verschlusselement kommen Stähle, Aluminiumlegierungen, weitere Metalllegierungen oder Kunststoffe infrage.The closure element may be a ball, a flap, a slider or a similar, slidably or rotatably arranged in space element. As a material for the closure element are steels, aluminum alloys, other metal alloys or plastics in question.

In dem Fall, in dem die Öffnung beziehungsweise das dazugehörige Verschlusselement derart groß ausgeführt sind, dass elektromagnetische Störungen auftreten können, sollte das Verschlusselement eine metallische Schicht, wie zum Beispiel eine metallische Folie aufweisen, die aufgeklebt oder aufgedampft sein kann. Alternativ kann auch ein Metallgitter an der Oberfläche des Verschlusselementes die elektromagnetischen Störungen eliminieren oder mindern. In the case in which the opening or the associated closure element are designed so large that electromagnetic interference can occur, the closure element should have a metallic layer, such as a metallic foil, which may be glued or vapor-deposited. Alternatively, a metal grid on the surface of the closure element can eliminate or reduce the electromagnetic interference.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Batteriegehäuses ist vorgesehen, dass dieses zusätzlich ein Druckausgleichselement aufweist. Das Druckausgleichselement soll dabei derart eingerichtet sein, dass mit ihm bei einem Innendruck im Batteriegehäuse, der geringer ist als der bestimmte Soll-Druckbereich, bei dem das Verschlusselement öffnet, ein Volumenstrom von der Umgebung in das Batteriegehäuse hinein oder umgekehrt ermöglicht und demzufolge der Batteriegehäuseinnenraum zur Vermeidung von Kondensatbildung belüftet wird. Das Druckausgleichselement kann zum Beispiel eine permeable oder semipermeable Membran sein, die luftdurchlässig ist, jedoch Flüssigkeiten und/oder Feuchtigkeit nicht passieren lässt. Es kann dabei in das automatisch schließende Überdruckventil beziehungsweise in dessen Verschlusselement integriert sein.In a further advantageous embodiment of the battery housing according to the invention it is provided that this additionally has a pressure compensation element. The pressure compensation element should be set up so that with him at an internal pressure in the battery case, which is less than the certain target pressure range at which the closure element opens, a volume flow from the environment into the battery case or vice versa allows and consequently the battery housing interior to Avoidance of condensation is vented. The pressure compensation element may be, for example, a permeable or semi-permeable membrane which is permeable to air but does not allow liquids and / or moisture to pass. It can be integrated into the automatically closing pressure relief valve or in its closure element.

Ein weiterer erfindungsgemäßer Aspekt ist eine Batterie bzw. ein Akkumulator, die bzw. der insbesondere eine Lithium-Ionen-Batterie sein kann, welche ein erfindungsgemäßes Batteriegehäuse sowie wenigstens eine im Batteriegehäuse angeordnete Batteriezelle umfasst. Vorzugsweise sind im Batteriegehäuse mehrere Lithium-Ionen-Batteriezellen angeordnet, so dass diese ein Batteriezellenmodul realisieren. Die erfindungsgemäße Batterie kann neben den genannten Batteriezellen außerdem noch ein Batterie-Management-System aufweisen. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht nur auf Lithium-Ionen-Akkumulatoren eingeschränkt, sondern sie kann auch für andere Akkumulator- beziehungsweise Batterietypen verwendet werden.Another aspect of the invention is a battery or a rechargeable battery, which may be in particular a lithium-ion battery, which comprises a battery housing according to the invention and at least one battery cell arranged in the battery housing. Preferably, a plurality of lithium-ion battery cells are arranged in the battery housing, so that they realize a battery cell module. The battery according to the invention can also have a battery management system in addition to the said battery cells. However, the present invention is not limited only to lithium-ion secondary batteries, but it can be used for other types of accumulator or battery.

Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Wartung und/oder Reparatur einer erfindungsgemäßen Batterie, bei dem durch die Öffnung in der Batteriegehäusewand hindurch wenigstens ein Wartungs- und/oder Reparaturvorgang vorgenommen wird. Das Überdruckventil kann demzufolge als eine sogenannte „Service-Klappe“ ausgestaltet sein, durch welche automatisch oder manuell zur Wartung und/oder Reparatur der Batteriezellen beziehungsweise des Batteriezellenmoduls und/oder des Batterie-Management-Systems in diese Eingriffe vorgenommen werden können. Furthermore, the present invention relates to a method for maintenance and / or repair of a battery according to the invention, in which at least one maintenance and / or repair operation is performed through the opening in the battery housing wall. The pressure relief valve can therefore be designed as a so-called "service flap", which can be made automatically or manually for maintenance and / or repair of the battery cells or the battery cell module and / or the battery management system in these interventions.

Die erfindungsgemäßen Aspekte werden ergänzt durch ein Kraftfahrzeug, welches insbesondere ein elektromotorisch antreibbares Kraftfahrzeug sein kann, und welches eine erfindungsgemäße Batterie aufweist, wobei die Batterie elektrisch oder elektronisch mit dem Antriebssystem des Kraftfahrzeuges verbunden ist. Dabei eignet sich die erfindungsgemäße Batterie insbesondere für den Einsatz in Automobilen, wie zum Beispiel im PKW und LKW. Allerdings soll auch der Einsatz der erfindungsgemäßen Batterie in anderen Fahrzeugen, wie zum Beispiel Schienenfahrzeugen, Raumfahrzeugen, Wasserfahrzeugen und Luftfahrzeugen, nicht ausgeschlossen sein, sowie auch für stationäre Anwendungen.The aspects of the invention are supplemented by a motor vehicle, which may be in particular a motor vehicle drivable by electric motor, and which has a battery according to the invention, wherein the battery is electrically or electronically connected to the drive system of the motor vehicle. It is suitable battery according to the invention especially for use in automobiles, such as in cars and trucks. However, the use of the battery according to the invention in other vehicles, such as rail vehicles, spacecraft, watercraft and aircraft, should not be excluded, as well as for stationary applications.

Der Einsatz ist auch in Fahrzeugen mit bekannten Otto- oder Diesel-Motoren möglich sowie in modernen Fahrzeugen, die Wasserstoff als Energieträger nutzen, insbesondere mit Brennstoffzellen. Da die Wasserstoff-Technologie/Brennstoffzellen-Technologie sich auch für stationäre Anwendungen eignet, ist ein Einsatz der erfindungsgemäßen Batterie auch hier möglich.The use is also possible in vehicles with known gasoline or diesel engines and in modern vehicles that use hydrogen as an energy source, especially with fuel cells. Since the hydrogen technology / fuel cell technology is also suitable for stationary applications, use of the battery according to the invention is also possible here.

Bei Anwendung in Fahrzeugen kann die erfindungsgemäße Batterie zur Speicherung von elektrischer Energie für einen Hybrid-Antrieb oder auch für den alleinigen Antrieb des Kraftfahrzeuges vorgesehen sein. When used in vehicles battery of the invention may be provided for storing electrical energy for a hybrid drive or for the sole drive of the motor vehicle.

Zeichnungendrawings

Die vorliegende Erfindung wird im Folgenden anhand des in der beiliegenden Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert. Es zeigt:
die einzige Figur einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Batterie in Ansicht von der Seite. The present invention will be explained below with reference to the embodiment shown in the accompanying drawings. It shows:
the single figure shows a section through a battery according to the invention in view from the side.

Ausführungsform der ErfindungEmbodiment of the invention

Die in der Figur dargestellte Batterie umfasst ein Batteriegehäuse 1, in dem eine Mehrzahl von Batteriezellen 40 angeordnet ist. In einer Batteriegehäusewand 10 ist eine Öffnung 11 angeordnet, die mit einer Dichtung 12 versehen ist. Drehbeweglich ist ein Verschlusselement 21 vorgesehen, welches in der mit dem gestrichelten Pfeil angedeuteten Drehbewegung auf- und zuklappbar ist. Das Verschlusselement 21 wird dabei von einem Federelement 22, hier dargestellt als Torsionsfeder, mit einer Kraft beziehungsweise mit einem Moment zum Schließen der Öffnung 11 beaufschlagt. Das Verschlusselement 21, die Dichtung 12 sowie das Federelement 22 bilden dabei das Überdruckventil 20 aus. Neben dem vom Federelement 22 bewirkten Moment wirkt auf das Verschlusselement 21 außerdem dessen Gewichtskraft 23 zur Schließung der Öffnung 11. The battery shown in the figure comprises a battery case 1 in which a plurality of battery cells 40 is arranged. In a battery case wall 10 is an opening 11 arranged with a seal 12 is provided. Rotatable is a closure element 21 provided, which in the direction indicated by the dashed arrow rotational movement and is zuklappbar. The closure element 21 is doing by a spring element 22 , shown here as a torsion spring, with a force or with a moment for closing the opening 11 applied. The closure element 21 , the seal 12 and the spring element 22 form the pressure relief valve 20 out. Next to the spring element 22 caused moment acts on the closure element 21 also its weight 23 to close the opening 11 ,

Im normalen Gebrauch der dargestellten Batterie befindet sich der Innendruck im Batteriegehäuse 1 innerhalb eines Soll-Druckbereiches. In dieser Situation liegt das Verschlusselement 21 an der Dichtung 12 an, bzw. liegt das Verschlusselement 21 zusammen mit der Dichtung 12 am Batteriegehäuse 1 an, so dass die Öffnung 11 verschlossen ist. Es kann in dieser Situation kein Gas aus dem Batteriegehäuse 1 austreten beziehungsweise in dieses eindringen.In normal use of the illustrated battery, the internal pressure is in the battery case 1 within a nominal pressure range. In this situation, the closure element lies 21 at the seal 12 on, or lies the closure element 21 along with the seal 12 on the battery case 1 on, leaving the opening 11 is closed. In this situation, there can be no gas from the battery case 1 exit or penetrate into this.

Im Falle besonderer physikalischer Belastung kann es in einer der Batteriezellen 40 oder auch in mehreren Batteriezellen 40 zu einem derartigen Druckanstieg kommen, dass jeweils ein Berst-Ventil 41 der Zelle oder Zellen öffnet und Gase aus der jeweiligen Batteriezelle 40 freigesetzt werden. Dadurch kommt es zu einem Druckanstieg im Batteriegehäuse 1. In Abhängigkeit vom jeweiligen Druckunterschied zwischen dem Innendruck im Batteriegehäuse 1 und dem Umgebungsdruck sowie in Abhängigkeit von der Größe der Öffnung 11 und der auf das Verschlusselement 21 wirkenden Schließkraft erfolgt eine Öffnung des Druckventils 20. In der dargestellten Ausführungsvariante hebt dabei das Verschlusselement 21 von der Dichtung 12 ab; maximal bis in die in der Figur dargestellte Position. Das unter einem unzulässigen Überdruck im Batteriegehäuse 1 stehende Gas kann somit durch die Öffnung 11 entweichen. Die entweichenden Fluide sind dabei mit dem dargestellten Volumenstrom 100 gekennzeichnet. Bei Relativierung des Druckunterschiedes zwischen Batteriegehäuse-Innenraum und Umgebung derart, dass sich der Druck im Batteriegehäuse-Innenraum wieder im Soll-Druckbereich befindet, schließt das Verschlusselement 21 selbsttätig wieder die Öffnung 11, so dass keine weiteren Gase aus dem Batteriegehäuse entweichen können oder von außen in das Batteriegehäuse eindringen können.In case of special physical stress, it may be in one of the battery cells 40 or in several battery cells 40 come to such a pressure rise, that in each case a bursting valve 41 the cell or cells opens and gases from the respective battery cell 40 be released. This causes an increase in pressure in the battery case 1 , Depending on the respective pressure difference between the internal pressure in the battery housing 1 and the ambient pressure as well as the size of the opening 11 and the on the closure element 21 acting closing force takes place opening of the pressure valve 20 , In the embodiment shown, the closure element lifts 21 from the seal 12 from; maximum up to the position shown in the figure. The under an impermissible pressure in the battery case 1 standing gas can thus pass through the opening 11 escape. The escaping fluids are with the illustrated volume flow 100 characterized. When Relativierung the pressure difference between the battery case interior and the environment such that the pressure in the battery housing interior is back in the desired pressure range, closes the closure element 21 automatically the opening again 11 , so that no more gases can escape from the battery case or can penetrate from the outside into the battery case.

Neben der Sicherstellung, dass nur so viel Gas wie unbedingt notwendig an die Umgebung entlassen wird, dient das erfindungsgemäß angeordnete Überdruckventil außerdem der Verhinderung des Eindringens von Fluiden und/oder Stoffen aus der Umgebung in das Batteriegehäuse 1 und demzufolge der Verhinderung von potenziell gefährlichen chemischen Reaktionen.In addition to ensuring that only as much gas as absolutely necessary to be discharged to the environment, the invention arranged pressure relief valve also serves to prevent the penetration of fluids and / or substances from the environment in the battery case 1 and consequently the prevention of potentially hazardous chemical reactions.

In besonderer Ausgestaltung ist in einer Batteriegehäusewand des Batteriegehäuses 1 ein Druckausgleichselement 30 angeordnet, mit welchem ein Druckausgleich zwischen Umgebungsdruck und Innendruck im Batteriegehäuse 1 durchgeführt werden kann, wenn der Innendruck einen vorgegebenen zulässigen Wert unterschreitet. Damit lässt sich eine Belüftung des Innenraumes des Batteriegehäuses 1 zwecks Vermeidung von Kondensatbildung durchführen. In besonderer und in der Figur nicht dargestellter Ausführung ist das Druckausgleichselement 30 im Verschlusselement 21 angeordnet. In a special embodiment is in a battery housing wall of the battery case 1 a pressure compensation element 30 arranged, with which a pressure equalization between ambient pressure and internal pressure in the battery case 1 can be performed when the internal pressure falls below a predetermined allowable value. This allows a ventilation of the interior of the battery case 1 to prevent condensation. In a special and not shown in the figure embodiment, the pressure compensation element 30 in the closure element 21 arranged.

Das erfindungsgemäße Batteriegehäuse 1 sowie die erfindungsgemäße Batterie können außerdem noch Kühlanschlüsse 50 und elektrische Anschlüsse 60 aufweisen, die bevorzugt gasdicht durch Batteriegehäusewände des Batteriegehäuses 1 hindurchführen, so dass die einzigen Volumenströme zwischen dem Inneren des Batteriegehäuses 1 und der Umgebung durch das Überdruckventil 20 und/oder durch das Druckausgleichselement 30 realisiert werden können. Das Überdruckventil 20 kann bei ausreichend großer Ausgestaltung der Öffnung 11 außerdem als Zugang für manuelle oder automatisierte Arbeitsvorgänge im Inneren des Batteriegehäuses 1 genutzt werden.The battery case according to the invention 1 as well as the battery according to the invention can also still cooling connections 50 and electrical connections 60 preferably gas-tight through battery housing walls of the battery case 1 Pass it through so that the only volume flows between the interior of the battery case 1 and the environment through the pressure relief valve 20 and / or by the pressure compensation element 30 can be realized. The pressure relief valve 20 can with sufficiently large design of the opening 11 also as access for manual or automated operations inside the battery case 1 be used.

Claims (10)

Batteriegehäuse (1), umfassend wenigstens eine Batteriegehäusewand (10) mit einer Öffnung (11), sowie ein Überdruckventil (20) mit einem die Öffnung (11) im Wesentlichen verschließenden oder verschließbaren Verschlusselement (21), dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Verschlusselement (21) bei von einem bestimmten Soll-Druckbereich abweichenden Innendruck im Batteriegehäuse (1) die Öffnung (11) zwecks Realisierung eines Volumenstromes (100) aus dem Batteriegehäuse (1) heraus im Wesentlichen freigebbar ist.Battery case ( 1 ), comprising at least one battery housing wall ( 10 ) with an opening ( 11 ), as well as a pressure relief valve ( 20 ) with an opening ( 11 ) substantially occlusive or closable closure element ( 21 ), characterized in that with the closure element ( 21 ) at a deviating from a certain target pressure range internal pressure in the battery case ( 1 ) the opening ( 11 ) for the purpose of realizing a volume flow ( 100 ) from the battery case ( 1 ) is essentially releasable. Batteriegehäuse (1) nach Anspruch 1, bei dem das Überdruckventil (20) derart eingerichtet ist, dass mit ihm bei einem Innendruck im Batteriegehäuse (1), der größer ist als der bestimmte Soll-Druckbereich, die Öffnung (11) in der Batteriegehäusewand (10) zwecks Realisierung eines Volumenstromes aus dem Batteriegehäuse (1) heraus freigebbar ist, und bei Absenkung des Innendrucks in den Soll-Druckbereich die Öffnung (11) automatisch schließbar ist. Battery case ( 1 ) according to claim 1, wherein the pressure relief valve ( 20 ) is set up such that with it at an internal pressure in the battery housing ( 1 ), which is greater than the predetermined target pressure range, the opening ( 11 ) in the battery case wall ( 10 ) for the purpose of realizing a volume flow from the battery housing ( 1 ) is releasable, and when lowering the internal pressure in the target pressure range, the opening ( 11 ) is automatically closable. Batteriegehäuse (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Überdruckventil (20) wenigstens ein Federelement (22) aufweist, mit welchem zumindest anteilig eine Kraft zum Verschließen der Öffnung (11) mittels des Verschlusselementes (21) bewirkbar oder bewirkt ist.Battery case ( 1 ) according to one of the preceding claims, in which the overpressure valve ( 20 ) at least one spring element ( 22 ), with which at least partially a force for closing the opening ( 11 ) by means of the closure element ( 21 ) is effected or effected. Batteriegehäuse (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem eine Kraft zum Verschließen der Öffnung (11) mittels des Verschlusselementes (21) zumindest anteilig durch die Gewichtskraft des Verschlusselementes (21) bewirkbar oder bewirkt ist.Battery case ( 1 ) according to one of the preceding claims, wherein a force for closing the opening ( 11 ) by means of the closure element ( 21 ) at least partially by the weight of the closure element ( 21 ) is effected or effected. Batteriegehäuse (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem eine Kraft zum Verschließen der Öffnung (11) mittels des Verschlusselementes (21) zumindest anteilig durch den Innendruck im Batteriegehäuse (1) bewirkbar oder bewirkt ist.Battery case ( 1 ) according to one of the preceding claims, wherein a force for closing the opening ( 11 ) by means of the closure element ( 21 ) at least partially by the internal pressure in the battery case ( 1 ) is effected or effected. Batteriegehäuse (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Verschlusselement (21) derart angeordnet ist, dass es mit einer rotatorischen und/oder translatorischen Bewegung die Öffnung (11) jeweils freigeben und/oder schließen kann. Battery case ( 1 ) according to one of the preceding claims, in which the closure element ( 21 ) is arranged such that it with a rotational and / or translational movement of the opening ( 11 ) can respectively release and / or close. Batteriegehäuse (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welches ein Druckausgleichselement (30) aufweist.Battery case ( 1 ) according to one of the preceding claims, which comprises a pressure compensation element ( 30 ) having. Batterie, insbesondere Lithium-Ionen-Batterie, umfassend ein Batteriegehäuse (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 sowie wenigstens eine im Batteriegehäuse (10) angeordnete Batteriezelle (40). Battery, in particular lithium-ion battery, comprising a battery housing ( 10 ) according to one of claims 1 to 7 and at least one in the battery housing ( 10 ) arranged battery cell ( 40 ). Verfahren zur Wartung und/oder Reparatur einer Batterie gemäß Anspruch 8, bei dem durch die Öffnung (11) in der Batteriegehäusewand(10) hindurch wenigstens ein Wartungs- und/oder Reparaturvorgang vorgenommen wird.A method of maintaining and / or repairing a battery according to claim 8, wherein through the opening ( 11 ) in the battery case wall ( 10 ) at least one maintenance and / or repair operation is performed. Kraftfahrzeug, insbesondere elektromotorisch antreibbares Kraftfahrzeug, umfassend eine Batterie nach Anspruch 8, wobei die Batterie mit dem Antriebsstrang des Kraftfahrzeuges verbunden ist.Motor vehicle, in particular an electric motor driven motor vehicle, comprising a battery according to claim 8, wherein the battery is connected to the drive train of the motor vehicle.
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