WO2014195048A1 - Sicherheitsventil zum schutz einer galvanischen zelle vor schädigendem überdruck sowie zellgehäusedeckel und galvanische zelle mit sicherheitsventil - Google Patents

Sicherheitsventil zum schutz einer galvanischen zelle vor schädigendem überdruck sowie zellgehäusedeckel und galvanische zelle mit sicherheitsventil Download PDF

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galvanic cell
cell
valve opening
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Robert Bosch GmbH
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    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
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    • H01M50/375—Vent means sensitive to or responsive to temperature
    • H—ELECTRICITY
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    • H01M50/30—Arrangements for facilitating escape of gases
    • H01M50/342—Non-re-sealable arrangements
    • H01M50/3425—Non-re-sealable arrangements in the form of rupturable membranes or weakened parts, e.g. pierced with the aid of a sharp member
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the invention relates to a safety valve for protecting a galvanic cell against damaging overpressure comprising a closure element and a valve opening, wherein the closure element is firmly connected to the valve opening during normal operation of the galvanic cell and the closure element releases the valve opening to protect the galvanic cell from damaging overpressure.
  • Galvanic cells in the sense of the present invention are in particular battery cells, accumulator cells and fuel cells.
  • the invention relates to a cell housing cover for a cell housing, which protects a galvanic cell from external influences, wherein the cell housing cover comprises a safety valve for protecting the galvanic cell from damaging overpressure.
  • the invention relates to a galvanic cell with a safety valve to protect the galvanic cell from damaging overpressure.
  • Input safety valves are known in the art.
  • the publication DE 103 28 862 B4 discloses a lithium battery, which has a safety valve, in which a bursting membrane is firmly connected as a closure element in normal operation with the valve opening.
  • a safety valve in which a bursting membrane is firmly connected as a closure element in normal operation with the valve opening.
  • heating of the lithium ions may take place Cell come. This heating of the cell may result in at least a portion of the electrolyte of the cell becoming gaseous. Gas formation within a galvanic cell leads to an overpressure inside the galvanic cell.
  • a safety valve such as a bursting membrane used as a closure element in a valve opening
  • the safety valve opens at a certain pressure within the galvanic cell, for example by a bursting of a bursting membrane inserted into the valve opening, and thus releases the valve opening to protect the galvanic cell from damaging overpressure.
  • the required internal cell pressure, at which the closure element releases the valve opening by bursting is usually between six bar and ten bar. Gas formed in a galvanic cell can be dissipated by the valve opening released by the closure element to protect the galvanic cell from damaging overpressure the pressure inside the galvanic cell decreases.
  • a disadvantage of such safety valves is that they trigger solely due to the exceeding of a certain pressure, that is release the valve opening to protect the galvanic cell from damaging overpressure.
  • the increase in intracellular pressure caused by gas evolution in the galvanic cell, which ultimately triggers the safety valve, is difficult to predict.
  • One reason for the poor predictability of the pressure at which a closure element occluding the valve opening of the safety valve releases the valve opening is that the internal pressure of a galvanic cell having such a safety valve, due to the chemical reactions taking place in the galvanic cell Lifetime of the galvanic cell changes.
  • a safety valve for protecting a galvanic cell from damaging overpressure comprising a closure element and a valve opening
  • the closure element is firmly connected to the valve opening during normal operation of the galvanic cell and the closure element to protect the galvanic cell from damaging overpressure the valve opening releases
  • the safety valve is designed such that upon reaching a reaction temperature acting on the safety valve, the firm connection between the closure element and the valve opening dissolves.
  • Galvanic cells in the sense of the present invention are in particular battery cells, accumulator cells and fuel cells.
  • rechargeable lithium-ion cells are provided as galvanic cells in the context of the present invention.
  • a normal operation of a galvanic cell in the sense of the present invention is in particular a faultless state of a galvanic cell.
  • the temperature of the galvanic cell is in a normal operating temperature range, in particular below a temperature which can lead to gas evolution within the galvanic cell.
  • the temperature during normal operation of a galvanic cell is below the reaction temperature.
  • the reaction temperature is less than one degree Celsius, in particular about 5 ° C., below the temperature at which an electrolyte of a galvanic cell changes to a gaseous state.
  • the safety valve can be designed such that the reaction temperature is the temperature which corresponds to the temperature at which an electrolyte of a galvanic cell changes to a gaseous state.
  • the valve opening for protecting the galvanic cell from damaging overpressure can advantageously be released.
  • the fixed connection between the closure element and the valve opening solved can advantageously inside the gases formed in the galvanic cell escape from the galvanic cell through the valve opening. Since according to the invention the release of the fixed connection between the closure element and the valve opening is temperature-dependent and not, as usual in the prior art, pressure-dependent, the release of the valve opening by the closure element to protect the galvanic cell from damaging overpressure advantageously of which over the Lifetime of galvanic cell changing cell internal pressure independently. Moreover, advantageously, the conditions at which the safety valve triggers are more accurately predictable.
  • Another advantage of the present invention is that an earlier opening of the safety valve is made possible by the temperature dependence of the safety valve.
  • an increase in pressure within a galvanic cell due to evaporation of the electrolyte of the galvanic cell is always due to heating of the galvanic cell. That is, the pressure rise within a galvanic cell is a secondary effect due to heating of the galvanic cell.
  • the safety valve according to the invention triggers temperature-dependent, namely upon reaching or exceeding a certain temperature limit, the safety valve according to the invention can already open before a high internal cell pressure has built up by gas formation.
  • the risk of damage to the galvanic cell surrounding components can thus be advantageously avoided by the temperature-dependent release of the valve opening, since the cell internal pressure of the galvanic cell when opening the safety valve according to the invention may be lower and thus formed by the galvanic cell gas by using a safety valve according to the invention rather continuously escapes as explosive from the galvanic cell. Due to the temperature-dependent release of the valve opening of the safety valve according to the invention, moreover, the predictability of the triggering or Opening the safety valve in comparison to previously known pressure-dependent triggering safety valves much more precise.
  • the safety valve is designed such that upon reaching a reaction temperature acting on the safety valve of more than 80 ° C, preferably upon reaching a reaction temperature of 100 ° C, solves the solid connection between the closure element and the valve opening.
  • An exact vote of the safety valve to exactly observed temperature limits is advantageously not necessary to provide protection for a galvanic cell from damaging overpressure.
  • the safety valve is tuned to a reaction temperature which is greater than a normal operating temperature during normal operation of a galvanic cell, and which also does not exceed a temperature at which gas formation begins within a galvanic cell.
  • a reaction temperature in the order of about 100 ° C has proved to be particularly advantageous.
  • the closure element using a reaction material closes the valve opening during normal operation of the galvanic cell, wherein the reaction material changes its consistency upon reaching the reaction temperature acting on the safety valve, such that the fixed connection between the Closing element and the valve opening by the changed consistency of the reaction material dissolves.
  • a change in consistency may in particular be a change in the state of matter of the reaction material.
  • a change in consistency is in particular a change in the material property of the reaction material.
  • a swelling of the reaction material may be provided as a consistency change, wherein the swelling of the reaction material may cause the closure element is quasi pressed from the valve opening, so that dissolves the solid connection between the closure element and the valve opening by this consistency change of the reaction material.
  • the reaction material may in particular be an intumescent material.
  • the reaction material of the safety valve according to the invention is a plastic material.
  • the reaction material from reaching a fixed acting on the safety valve reaction temperature of a solid Physical state changes to a liquid state of aggregation. That is, the reaction material has a solid state at temperatures that exist during normal operation of a galvanic cell. If the temperature acting on the safety valve, in particular that acting on the reaction material, rises to or exceeds the reaction temperature, the reaction material melts and becomes liquid. This dissolves advantageously during normal operation of the galvanic cell fixed connection of the closure element with the valve opening, so that the valve opening can be released to protect the galvanic cell from damaging overpressure.
  • the safety valve comprises at least one holding element, which is at least partially made of the reaction material, wherein the closure element is firmly connected by means of the at least one holding element during normal operation of a galvanic cell with the valve opening.
  • the at least one retaining element is completely made of the reaction material.
  • the at least one holding element thus advantageously represents a quasi-fuse, which melts depending on the choice of the reaction material upon reaching or exceeding a predetermined temperature, and thus solves a firm connection between the closure element of the safety valve and the valve opening of the safety valve, so that pressure differences between the Cell interior of a galvanic cell and the outer of a galvanic cell can be compensated, and a galvanic cell is thus protected from damaging overpressure.
  • the closure element is formed substantially flat with a peripheral edge, wherein the at least one holding element surrounds the peripheral edge of the closure element.
  • the closure element is preferably introduced into the valve opening during normal operation of a galvanic cell with the holding element surrounding the closure element.
  • the fixed connection made by the holding element of the closure element is dissolved with the valve opening.
  • a gap is formed, through which gas formed by the galvanic cell can escape from the galvanic cell.
  • the closure element can be easily conveyed out of the valve opening by gas emerging from the galvanic cell, so that leakage, in particular of gas, from the galvanic cell is further improved.
  • a surrounding the peripheral edge of the closure element retaining element is a plastic ring, which preferably melts at a temperature of about 100 ° C. This plastic ring advantageously forms a fuse which enables the valve opening to be released upon reaching or when the melting temperature is exceeded, as a result of which a galvanic cell can be protected from damaging overpressure.
  • the closure element of the safety valve according to the invention is a rupture element, which ruptures at a certain pressure acting on the rupture element.
  • the bursting element may be a bursting membrane.
  • the design of the closure element as a bursting element advantageously a double fuse to prevent damage to a galvanic cell by a gas formation in the cell interior and provided with the formation of gas pressure increase is provided. Should the fixed connection between the closure element and the valve opening not open as intended as a result of reaching or exceeding a reaction temperature acting on the safety valve, then there is advantageously also a conventional protection by a bursting element, which bursts when a certain pressure is exceeded.
  • the bursting element has at least one predetermined breaking point, by means of which the bursting behavior of the bursting element is advantageously improved.
  • the bursting element is preferably used with a plastic ring as a holding element in the valve opening of the safety valve, wherein the plastic ring advantageously melts when reaching or exceeding the reaction temperature.
  • a further particularly preferred embodiment of the invention provides that the closure element is at least partially made of the reaction material.
  • the closure element is completely made of the reaction material.
  • the closure element is made of a plastic, which is inserted into the valve opening of the safety valve or otherwise connected to the valve opening. It is provided in particular that the closure element is designed such that it melts when reaching or exceeding the reaction temperature, so that the fixed connection between the closure element and the valve opening dissolves and the valve opening to protect the galvanic cell is released from damaging overpressure.
  • a cell housing cover for a cell housing which protects a galvanic cell from external influences, in particular from moisture
  • the cell housing cover comprises a safety valve for protecting the galvanic cell against damaging overpressure, the safety valve engaging inventive safety valve is.
  • the cell housing cover is designed to close a prismatic cell housing.
  • the valve opening of the safety valve is advantageously introduced directly into the cell housing cover in this embodiment.
  • a galvanic cell with a safety valve to protect the galvanic cell from damaging Overpressure wherein the safety valve is a safety valve according to the invention.
  • the safety valve can be designed in particular in any combination of the aforementioned embodiments of a safety valve according to the invention.
  • Such a galvanic cell with a safety valve according to the invention is advantageously safer operable.
  • the risk of damage to the components surrounding the galvanic cell of a battery system in the case of degassing of the galvanic cell is reduced.
  • the tripping behavior of the safety valve of a galvanic cell according to the invention is independent of the aging of the galvanic cell and in particular of chemical reactions taking place in the galvanic cell, which have an effect on the internal cell pressure of the galvanic cell.
  • Figure 1 is a schematic representation of a plan view of an embodiment of a galvanic cell according to the invention with a safety valve according to the invention.
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a plan view of a further exemplary embodiment of a galvanic cell according to the invention with a safety valve according to the invention
  • FIG. 3 shows a schematic representation of a perspective view of a further exemplary embodiment of a galvanic cell according to the invention with a safety valve according to the invention.
  • Fig. 1 designed as a prismatic lithium-ion cell galvanic cell 2 is shown with a safety valve 1 to protect the galvanic cell 2 from damaging overpressure.
  • the galvanic cell 2 has a cell housing, which is closed by a cell lid 6.
  • the cell housing and the cell cover 6 are made of aluminum and protect the galvanic cell 2 from damaging external influences, in particular against the ingress of moisture.
  • the galvanic cell 2 has two cell terminals 7. These are each electrically conductive with one electrode of the galvanic cell connected.
  • the galvanic cell 2 has a safety valve 1.
  • the cell housing cover 6 has a valve opening.
  • a closure element 3 is arranged, such that the closure element 3 closes the valve opening during normal operation of the galvanic cell 2.
  • the closure element 3 releases the valve opening.
  • the closure element 3 is in the embodiment shown in Fig. 1 of a reaction material, in this case a plastic material which has a melting point of about 100 ° C, for example a melting point of 98 ° C.
  • the closure element 3 is arranged on the boundary 5 of the valve opening, so that the closure element 3 is firmly connected to the valve opening during normal operation of the galvanic cell 2. Since the closure element 3 melts at a temperature of about 100 ° C, the safety valve 1 is designed such that upon reaching or exceeding a force acting on the safety valve reaction temperature, which is about 100 ° C or above 100 ° C, the solid compound between the closure element 3 and the valve opening of the safety valve 1 triggers.
  • Achieving or exceeding the reaction temperature acting on the safety valve 1 may in particular be the result of an internal short circuit in the galvanic cell 2.
  • reaching or exceeding the reaction temperature acting on the safety valve 1 can also occur in connection with an overcharge of the galvanic cell 2 when the galvanic cell 2 is recharged.
  • the closure element 3 melts, so that the firm connection between the closure element 3 and the valve opening dissolves.
  • the valve opening in the cell case cover 6 is thereby released.
  • a gas formed on account of the heating of the galvanic cell 2 in the cell interior of the galvanic cell 2 can then escape from the cell interior of the galvanic cell 2 through the valve opening of the cell housing cover 6.
  • FIG. 2 shows, as a further exemplary embodiment, a prismatically formed galvanic cell 2, which is surrounded by a cell housing with a cell housing cover 6. Between the cell terminals 7 for the electrically conductive contacting of the galvanic cell 2, the cell housing cover 6 has an opening which forms the valve opening of the safety valve 1. The valve opening is closed during normal operation of the galvanic cell 2 by a closure element 3.
  • the closure element 3 which may be formed in particular as a sheet-metal strip, in particular aluminum strips, held by a holding element 4 in the valve opening of the safety valve 1, so that the closure element 3 and the valve opening during normal operation of the galvanic cell 2 are firmly connected.
  • the holding element 4 surrounds the peripheral edge of the closure element 3 and is disposed on the boundary 5 of the valve opening of the safety valve 1.
  • the holding element 4 is made of a reaction material, wherein the reaction material changes its consistency upon reaching and exceeding a force acting on the safety valve 1 reaction temperature. Since the reaction material in the embodiment is a plastic material which melts at a temperature between 95 ° C and 105 ° C, reaching or exceeding this temperature causes the holding element 4 melts and thus a gap between the boundary 5 of the valve opening and the Closure element 3 is formed, through which gas formed in the cell interior of the galvanic cell 2 can escape from the galvanic cell 2. In particular, can be completely removed from the valve opening of the safety valve 1 by gas formed in the galvanic cell 2, which flows out of the galvanic cell 2, the closure element.
  • FIG. 3 shows a further prismatically formed galvanic cell 2, which comprises a cell housing 8, wherein the cell housing 8 is sealed by a cell housing cover 6.
  • the galvanic cell 2 has two cell terminals 7 each having a different polarity.
  • a valve opening is introduced in the cell housing cover 6, a valve opening is introduced.
  • a closure element 3 is used using a holding element 4.
  • the closure element 3 is formed in the embodiment as a bursting membrane made of aluminum. To improve the bursting behavior of the bursting membrane 3 in the case of a pressure acting on the bursting membrane 3, the bursting membrane 3 has predetermined breaking points 9.
  • the bursting membrane 3 is held in the valve opening by means of the retaining element 4 in such a way that the closure element 3 is not exceeded during normal operation of the galvanic cell 2, that is to say in the case of a state of the galvanic cell 2 at which critical temperature values are not exceeded , with the valve opening is firmly connected.
  • the holding element 4 is in the embodiment as the closure element 3 surrounding plastic ring educated.
  • the holding element 4 is made of a plastic material, which on reaching or exceeding a reaction temperature at which the electrolyte of the galvanic cell 2 passes into a gaseous state, passes from a solid state of matter into a liquid state of matter.
  • the plastic ring 4 melts upon reaching or exceeding this acting on the safety valve 1 reaction temperature, so that solves the solid connection between the bursting membrane 3 and the valve opening of the safety valve 1 and thus the valve opening to protect the galvanic cell 2 from damaging Overpressure can be released. If the galvanic cell 2 warms up in such a local manner that the internal cell pressure in the interior of the galvanic cell 2 already exceeds a critical value, but the temperature acting on the safety valve is below the reaction temperature, the design of the closure element 3 as bursting membrane can open the valve opening of the Safety valve 1 are advantageously also released by the rising inside the galvanic cell 2 internal cell pressure.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Sicherheitsventil (1) zum Schutz einer galvanischen Zelle (2) vor schädigendem Überdruck umfassend ein Verschlusselement (3) und eine Ventilöffnung, wobei das Verschlusselement (3) bei Normalbetrieb der galvanischen Zelle (2) mit der Ventilöffnung fest verbunden ist und das Verschlusselement (3) zum Schutz der galvanischen Zelle (2) vor schädigendem Überdruck die Ventilöffnung freigibt. Das Sicherheitsventil (1) ist dabei derart ausgebildet, dass sich bei Erreichen einer auf das Sicherheitsventil (1) einwirkenden Reaktionstemperatur die feste Verbindung zwischen dem Verschlusselement (3) und der Ventilöffnung löst, sodass die Ventilöffnung zum Schutz der galvanischen Zelle vor schädigendem Überdruck freigegeben werden kann. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung einen Zellgehäusedeckel (6) für ein Zellgehäuse (8), welches eine galvanische Zelle (2) vor äußeren Einflüssen schützt, wobei der Zellgehäusedeckel (6) ein erfindungsgemäßes Sicherheitsventil (1) umfasst. Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung eine galvanische Zelle (2) mit einem erfindungsgemäßen Sicherheitsventil (1).

Description

Beschreibung
Titel
Sicherheitsventil zum Schutz einer galvanischen Zelle vor schädigendem Überdruck sowie Zellgehäusedeckel und galvanische Zelle mit Sicherheitsventil
Die Erfindung betrifft ein Sicherheitsventil zum Schutz einer galvanischen Zelle vor schädigendem Überdruck umfassend ein Verschlusselement und eine Ventilöffnung, wobei das Verschlusselement bei Normalbetrieb der galvanischen Zelle mit der Ventilöffnung fest verbunden ist und das Verschlusselement zum Schutz der galvanischen Zelle vor schädigendem Überdruck die Ventilöffnung freigibt. Galvanische Zellen im Sinne der vorliegenden Erfindung sind insbesondere Batteriezellen, Akkumulatorzellen sowie Brennstoffzellen.
Ferner betrifft die Erfindung einen Zellgehäusedeckel für ein Zellgehäuse, welches eine galvanische Zelle vor äußeren Einflüssen schützt, wobei der Zellgehäusedeckel ein Sicherheitsventil zum Schutz der galvanischen Zelle vor schädigendem Überdruck umfasst.
Darüber hinaus betrifft die Erfindung eine galvanische Zelle mit einem Sicherheitsventil zum Schutz der galvanischen Zelle vor schädigendem Überdruck.
Stand der Technik
Eingangs genannte Sicherheitsventile sind im Stand der Technik bekannt. So offenbart die Druckschrift DE 103 28 862 B4 eine Lithiumbatterie, welche ein Sicherheitsventil aufweist, bei dem eine Berstmembran als Verschlusselement bei Normalbetrieb mit der Ventilöffnung fest verbunden ist. Insbesondere bei Lithium-Ionen-Zellen kann es bei Abweichungen vom Normalbetrieb, beispielsweise im Fall eines inneren Kurzschlusses der Lithium-Ionen-Zelle oder im Fall von fehlerhaft auftretenden hohen Strömen beim Nachladen einer Lithium-Ionen-Zelle, zu einer Erwärmung der Lithium-Ionen-Zelle kommen. Diese Erwärmung der Zelle kann dazu führen, dass zumindest ein Teil des Elektrolyten der Zelle in einen gasförmigen Zustand übergeht. Eine Gasbildung innerhalb einer galvanischen Zelle führt dabei dazu, dass im Inneren der galvanischen Zelle ein Überdruck entsteht. Ohne ein Sicherheitsventil, wie eine in eine Ventilöffnung als Verschlusselement eingesetzte Berstmembran, besteht dabei die Gefahr, dass die galvanische Zelle platzt. Diese Gefahr wird durch ein eingangs genanntes Sicherheitsventil reduziert. Das Sicherheitsventil öffnet bei einem bestimmten Druck innerhalb der galvanischen Zelle, beispielsweise durch ein Zerbersten einer in die Ventilöffnung eingesetzten Berstmembran, und gibt so die Ventilöffnung zum Schutz der galvanischen Zelle vor schädigendem Überdruck frei. Der erforderliche Zellinnendruck, bei dem das Verschlusselement die Ventilöffnung durch ein Zerbersten freigibt, beträgt üblicherweise zwischen sechs Bar und zehn Bar. In einer galvanischen Zelle gebildetes Gas kann durch die von dem Verschlusselement zum Schutz der galvanischen Zelle vor schädigendem Überdruck freigegebene Ventilöffnung abgeführt werden, sodass der Druck im Inneren der galvanischen Zelle abnimmt.
Ein Nachteil bei derartigen Sicherheitsventilen besteht darin, dass diese ausschließlich aufgrund des Übersteigens eines bestimmten Drucks auslösen, das heißt die Ventilöffnung zum Schutz der galvanischen Zelle vor schädigendem Überdruck freigeben. Der durch eine Gasentwicklung in der galvanischen Zelle verursachte Anstieg des Zellinnendrucks, bei dem ein Auslösen des Sicherheitsventils letztlich erfolgt, lässt sich dabei schlecht vorhersagen. Ein Grund für die schlechte Vorhersagbarkeit desjenigen Drucks, bei dem ein die Ventilöffnung des Sicherheitsventils verschließendes Verschlusselement die Ventilöffnung freigibt, liegt darin, dass sich der Innendruck einer galvanischen Zelle, welche ein solches Sicherheitsventil aufweist, aufgrund der in der galvanischen Zelle ablaufenden chemischen Reaktionen über die Lebenszeit der galvanischen Zelle ändert.
Ein weiterer Nachteil bei bislang im Stand der Technik bekannten Sicherheitsventilen zum Schutz einer galvanischen Zelle vor schädigendem Überdruck, die aufgrund eines ansteigenden Zellinnendrucks auslösen, ist die allgemein hohe Fehleranfälligkeit in Bezug auf das Auslösen der Sicherheitsventile bei einer Zellentgasung. So ist eine Fehlerquote bei der Auslösung von bislang bekannten Sicherheitsventilen in der Größenordnung von 10 % bis 20 % nicht unüblich.
Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Zuverlässigkeit des Auslösens von Sicherheitsventilen zum Schutz einer galvanischen Zelle vor schädigendem Überdruck zu erhöhen und die Vorhersagbarkeit des Auslöseverhaltens von solchen Sicherheitsventilen zu verbessern. Insbesondere soll die Sicherheit von galvanischen Zellen weiter erhöht werden. Offenbarung der Erfindung
Zur Lösung der Aufgabe wird ein Sicherheitsventil zum Schutz einer galvanischen Zelle vor schädigendem Überdruck umfassend ein Verschlusselement und eine Ventilöffnung vorgeschlagen, wobei das Verschlusselement bei Normalbetrieb der galvanischen Zelle mit der Ventilöffnung fest verbunden ist und das Verschlusselement zum Schutz der galvanischen Zelle vor schädigendem Überdruck die Ventilöffnung freigibt, wobei das Sicherheitsventil derart ausgebildet ist, dass sich bei Erreichen einer auf das Sicherheitsventil einwirkenden Reaktionstemperatur die feste Verbindung zwischen dem Verschlusselement und der Ventilöffnung löst. Galvanische Zellen im Sinne der vorliegenden Erfindung sind insbesondere Batteriezellen, Akkumulatorzellen sowie Brennstoffzellen. Insbesondere sind nachladbare Lithium-Ionen-Zellen als galvanische Zellen im Sinne der vorliegenden Erfindung vorgesehen. Ein Normalbetrieb einer galvanischen Zelle im Sinne der vorliegenden Erfindung ist insbesondere ein fehlerfreier Zustand einer galvanischen Zelle. Das heißt insbesondere, dass bei einem Normalbetrieb einer galvanischen Zelle die Temperatur der galvanischen Zelle in einem üblichen Betriebstemperaturbereich liegt, insbesondere unterhalb einer Temperatur, die zu einer Gasentwicklung innerhalb der galvanischen Zelle führen kann. Insbesondere liegt die Temperatur während des Normalbetriebs einer galvanischen Zelle unterhalb der Reaktionstemperatur. Vorzugsweise liegt die Reaktionstemperatur weniger Grad Celsius, insbesondere etwa 5°C, unterhalb der Temperatur, bei der ein Elektrolyt einer galvanischen Zelle in einen gasförmigen Zustand übergeht. Insbesondere kann das Sicherheitsventil derart ausgebildet sein, dass die Reaktionstemperatur diejenige Temperatur ist, die der Temperatur entspricht, bei der ein Elektrolyt einer galvanischen Zelle in einen gasförmigen Zustand übergeht.
Dadurch, dass sich bei Erreichen beziehungsweise Überschreiten einer auf das Sicherheitsventil einwirkenden Reaktionstemperatur erfindungsgemäß die feste Verbindung zwischen dem Verschlusselement und der Ventilöffnung löst, kann vorteilhafterweise die Ventilöffnung zum Schutz der galvanischen Zelle vor schädigendem Überdruck freigegeben werden. Ist die feste Verbindung zwischen dem Verschlusselement und der Ventilöffnung gelöst, können vorteilhafterweise im Inneren der galvanischen Zelle gebildete Gase aus der galvanischen Zelle durch die Ventilöffnung entweichen. Da erfindungsgemäß das Lösen der festen Verbindung zwischen dem Verschlusselement und der Ventilöffnung temperaturabhängig ist und nicht, wie bislang im Stand der Technik üblich, druckabhängig, ist das Freigeben der Ventilöffnung durch das Verschlusselement zum Schutz der galvanischen Zelle vor schädigendem Überdruck vorteilhafterweise von dem sich über die Lebenszeit der galvanischen Zelle ändernden Zellinnendruck unabhängig. Darüber hinaus ist vorteilhafterweise die Bedingungen, bei denen das Sicherheitsventil auslöst, präziser vorhersagbar.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, dass ein früheres Öffnen des Sicherheitsventils durch die Temperaturabhängigkeit des Sicherheitsventils ermöglicht ist. So ist ein Druckanstieg innerhalb einer galvanischen Zelle aufgrund eines Verdampfens des Elektrolyten der galvanischen Zelle stets auf eine Erwärmung der galvanischen Zelle zurückzuführen. Das heißt, dass der Druckanstieg innerhalb einer galvanischen Zelle ein sekundärer Effekt ist, der auf eine Erwärmung der galvanischen Zelle zurückzuführen ist. Das heißt, dass bei bislang bekannten Sicherheitsventilen, die druckabhängig auslösen, sich erst eine bestimmte Gasmenge im Zellinneren einer galvanischen Zelle gebildet haben muss, damit das Sicherheitsventil überhaupt öffnen kann. Durch dieses späte Öffnen bei Überschreiten eines bestimmten Zellinnendrucks entweichen in der galvanischen Zelle gebildetes Gas und/oder weitere Partikel aus dem Inneren der galvanischen Zelle explosionsartig aus der von dem Verschlusselement freigegebenen Ventilöffnung. Hierdurch können Schäden an die galvanische Zelle umgebenden Komponenten eines Batteriesystems entstehen.
Da das erfindungsgemäße Sicherheitsventil temperaturabhängig auslöst, nämlich bei Erreichen beziehungsweise Überschreiten eines bestimmten Temperaturgrenzwertes, kann das erfindungsgemäße Sicherheitsventil bereits öffnen, bevor sich ein hoher Zellinnendruck durch Gasbildung aufgebaut hat. Die Gefahr einer Schädigung von die galvanische Zelle umgebenden Komponenten kann somit vorteilhafterweise durch die temperaturabhängige Freigabe der Ventilöffnung vermieden werden, da der Zellinnendruck der galvanischen Zelle beim Öffnen des erfindungsgemäßen Sicherheitsventils niedriger sein kann und von der galvanischen Zelle gebildetes Gas somit durch Verwendung eines erfindungsgemäßen Sicherheitsventils eher kontinuierlich als explosionsartig aus der galvanischen Zelle entweicht. Durch das temperaturabhängige Freigeben der Ventilöffnung des erfindungsgemäßen Sicherheitsventils ist zudem die Vorhersagbarkeit des Auslösens beziehungsweise Öffnens des Sicherheitsventils im Vergleich zu bislang bekannten druckabhängig auslösenden Sicherheitsventilen wesentlich präziser.
Insbesondere ist vorgesehen, dass das Sicherheitsventil derart ausgebildet ist, dass sich bei Erreichen einer auf das Sicherheitsventil einwirkenden Reaktionstemperatur von mehr als 80°C, vorzugsweise bei Erreichen einer Reaktionstemperatur von 100°C, die feste Verbindung zwischen dem Verschlusselement und der Ventilöffnung löst. Eine exakte Abstimmung des Sicherheitsventils auf genau einzuhaltende Temperaturgrenzwerte ist vorteilhafterweise zur Bereitstellung eines Schutzes für eine galvanische Zelle vor schädigendem Überdruck nicht unbedingt erforderlich. Bedeutender ist, dass das Sicherheitsventil auf eine Reaktionstemperatur abgestimmt ist, die größer ist, als eine übliche Betriebstemperatur bei Normalbetrieb einer galvanischen Zelle, und die zudem eine Temperatur, bei der eine Gasbildung innerhalb einer galvanischen Zelle einsetzt, nicht überschreitet. Eine Reaktionstemperatur in der Größenordnung von etwa 100°C hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Verschlusselement unter Nutzung eines Reaktionsmaterials die Ventilöffnung bei Normalbetrieb der galvanischen Zelle verschließt, wobei das Reaktionsmaterial bei Erreichen der auf das Sicherheitsventil einwirkenden Reaktionstemperatur seine Konsistenz ändert, derart, dass sich die feste Verbindung zwischen dem Verschlusselement und der Ventilöffnung durch die geänderte Konsistenz des Reaktionsmaterials löst. Eine Änderung der Konsistenz kann insbesondere eine Änderung des Aggregatzustandes des Reaktionsmaterials sein. Darüber hinaus ist eine Änderung der Konsistenz insbesondere auch eine Änderung der Materialeigenschaft des Reaktionsmaterials. Insbesondere kann als Konsistenzänderung ein Aufquellen des Reaktionsmaterials vorgesehen sein, wobei das Aufquellen des Reaktionsmaterials bewirken kann, dass das Verschlusselement quasi aus der Ventilöffnung gedrückt wird, sodass sich durch diese Konsistenzänderung des Reaktionsmaterials die feste Verbindung zwischen dem Verschlusselement und der Ventilöffnung löst. Hierzu kann das Reaktionsmaterial insbesondere ein Intumeszenzmaterial sein. Insbesondere ist vorgesehen, dass das Reaktionsmaterial des erfindungsgemäßen Sicherheitsventils ein Kunststoffmaterial ist. Gemäß einer besonders vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Sicherheitsventils ist vorgesehen, dass das Reaktionsmaterial bei Erreichen der auf das Sicherheitsventil einwirkenden Reaktionstemperatur von einem festen Aggregatzustand in einen flüssigen Aggregatzustand übergeht. Das heißt, dass das Reaktionsmaterial bei Temperaturen, die während eines Normalbetriebs einer galvanischen Zelle herrschen, einen festen Aggregatszustand aufweist. Steigt die auf das Sicherheitsventil, insbesondere die auf das Reaktionsmaterial, einwirkende Temperatur auf die Reaktionstemperatur an beziehungsweise übersteigt diese, so schmilzt das Reaktionsmaterial und wird flüssig. Hierdurch löst sich vorteilhafterweise die bei Normalbetrieb der galvanischen Zelle feste Verbindung des Verschlusselementes mit der Ventilöffnung, sodass die Ventilöffnung zum Schutz der galvanischen Zelle vor schädigendem Überdruck freigegeben werden kann.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Sicherheitsventils umfasst das Sicherheitsventil wenigstens ein Halteelement, welches zumindest teilweise aus dem Reaktionsmaterial ist, wobei das Verschlusselement mittels des wenigstens einen Halteelementes bei Normalbetrieb einer galvanischen Zelle fest mit der Ventilöffnung verbunden ist. Insbesondere ist vorgesehen, dass das wenigstens eine Halteelement vollständig aus dem Reaktionsmaterial ist. Durch eine Änderung der Konsistenz des Reaktionsmaterials des wenigstens einen Halteelementes, insbesondere durch ein Schmelzen des Halteelementes bei Erreichen beziehungsweise bei Überschreiten der auf das Sicherheitsventil einwirkenden Reaktionstemperatur, geht die von dem wenigstens einen Halteelement bei Normalbetrieb einer galvanischen Zelle ausgehende Haltewirkung verloren, sodass sich die durch das Halteelement bewirkte feste Verbindung zwischen dem Verschlusselement und der Ventilöffnung auflöst. Ist die feste Verbindung des Verschlusselementes mit der Ventilöffnung aufgelöst, also das Verschlusselement nicht mehr fest mit der Ventilöffnung verbunden, so kann ein von der galvanischen Zelle gebildetes Gas durch die Ventilöffnung des Sicherheitsventils aus der galvanischen Zelle entweichen. Das Entweichen von von der galvanischen Zelle gebildetem Gas kann dabei das nicht mehr fest mit der Ventilöffnung verbundene Verschlusselement aus der Ventilöffnung herausdrücken, wobei das nicht mehr fest mit der Ventilöffnung verbundene Verschlusselement einem auf das Verschlusselement einwirkenden Druck nur mit dem eigenen Gewicht entgegenwirkt. Das wenigstens eine Halteelement stellt somit vorteilhafterweise quasi eine Schmelzsicherung dar, welche in Abhängigkeit von der Wahl des Reaktionsmaterials bei Erreichen beziehungsweise Überschreiten einer vorbestimmten Temperatur schmilzt, und somit eine feste Verbindung zwischen dem Verschlusselement des Sicherheitsventils und der Ventilöffnung des Sicherheitsventils löst, sodass Druckdifferenzen zwischen dem Zellinneren einer galvanischen Zelle und dem äußeren einer galvanischen Zelle ausgeglichen werden können, und eine galvanische Zelle somit vor schädigendem Überdruck geschützt ist.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Sicherheitsventils ist vorgesehen, dass das Verschlusselement im Wesentlichen flächig mit einem umlaufenden Rand ausgebildet ist, wobei das wenigstens eine Halteelement den umlaufenden Rand des Verschlusselementes umgibt. Das Verschlusselement ist dabei bei Normalbetrieb einer galvanischen Zelle vorzugsweise mit dem das Verschlusselement umgebenden Halteelement in die Ventilöffnung eingebracht. Insbesondere bei einem Schmelzen des Halteelementes infolge des Erreichens beziehungsweise Überschreitens der Reaktionstemperatur, die auf das Sicherheitsventil einwirkt, wird die durch das Halteelement hergestellte feste Verbindung des Verschlusselementes mit der Ventilöffnung aufgelöst. Hierbei bildet sich an der Stelle, an dem das Halteelement das Verschlusselement umgeben hat, vorteilhafterweise ein Spalt aus, durch den von der galvanischen Zelle gebildetes Gas aus der galvanischen Zelle entweichen kann. Zudem kann das Verschlusselement durch aus der galvanischen Zelle austretendes Gas einfach aus der Ventilöffnung befördert werden, sodass ein Austreten insbesondere von Gas aus der galvanischen Zelle weiter verbessert ist. Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass ein den umlaufenden Rand des Verschlusselementes umgebendes Halteelement ein Kunststoff ring ist, welcher vorzugsweise bei einer Temperatur von etwa 100°C schmilzt. Dieser Kunststoff ring bildet dabei vorteilhafterweise eine Schmelzsicherung, die ein Freigeben der Ventilöffnung bei Erreichen beziehungsweise bei Überschreiten der Schmelztemperatur ermöglicht, wodurch eine galvanische Zelle vor schädigendem Überdruck geschützt werden kann.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Verschlusselement des erfindungsgemäßen Sicherheitsventils ein Berstelement ist, welches bei einem bestimmten auf das Berstelement einwirkenden Druck zerbirst. Insbesondere kann das Berstelement eine Berstmembran sein. Durch die Ausgestaltung des Verschlusselementes als Berstelement ist vorteilhafterweise eine doppelte Sicherung zur Vermeidung von Schäden an einer galvanischen Zelle durch eine Gasbildung im Zellinneren und einen mit der Gasbildung verbundenen Druckanstieg bereitgestellt. Sollte sich die feste Verbindung zwischen dem Verschlusselement und der Ventilöffnung nicht wie vorgesehen in Folge eines Erreichens beziehungsweise Überschreitens einer auf das Sicherheitsventil einwirkenden Reaktionstemperatur öffnen, so besteht vorteilhafterweise ferner ein herkömmlicher Schutz durch ein Berstelement, welches bei Überschreiten eines bestimmten Druckes zerbirst. Vorteilhafterweise weist das Berstelement wenigstens eine Sollbruchstelle auf, durch welche das Berstverhalten des Berstelementes vorteilhafterweise verbessert ist. Das Berstelement ist dabei vorzugsweise mit einem Kunststoffring als Halteelement in die Ventilöffnung des Sicherheitsventils eingesetzt, wobei der Kunststoff ring vorteilhafterweise bei Erreichen beziehungsweise Überschreiten der Reaktionstemperatur schmilzt.
Eine weitere besonders bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das Verschlusselement zumindest teilweise aus dem Reaktionsmaterial ist. Insbesondere ist vorgesehen, dass das Verschlusselement vollständig aus dem Reaktionsmaterial ist. So ist insbesondere vorgesehen, dass das Verschlusselement aus einem Kunststoff ist, welcher in die Ventilöffnung des Sicherheitsventils eingesetzt oder anderweitig mit der Ventilöffnung verbunden ist. Dabei ist insbesondere vorgesehen, dass das Verschlusselement derart ausgebildet ist, dass es bei Erreichen beziehungsweise Überschreiten der Reaktionstemperatur schmilzt, sodass sich die feste Verbindung zwischen dem Verschlusselement und der Ventilöffnung löst und die Ventilöffnung zum Schutz der galvanischen Zelle vor schädigendem Überdruck freigegeben wird.
Zur Lösung der eingangs genannten Aufgabe wird des Weiteren ein Zellgehäusedeckel für ein Zellgehäuse, welches eine galvanische Zelle vor äußeren Einflüssen, insbesondere vor Feuchtigkeit, schützt, vorgeschlagen, wobei der Zellgehäusedeckel ein Sicherheitsventil zum Schutz der galvanischen Zelle vor schädigendem Überdruck umfasst, wobei das Sicherheitsventil ein erfindungsgemäßes Sicherheitsventil ist. Insbesondere ist hierbei vorgesehen, dass der Zellgehäusedeckel zum Verschließen eines prismatischen Zellgehäuses ausgebildet ist. Die Ventilöffnung des Sicherheitsventils ist bei dieser Ausgestaltung vorteilhafterweise unmittelbar in den Zellgehäusedeckel eingebracht. Mittels eines erfindungsgemäßen Zellgehäusedeckels lassen sich vorteilhafterweise galvanische Zellen auf einfache Art und Weise mit einem erfindungsgemäßen Sicherheitsventil ausrüsten. Das Sicherheitsventil des Zellgehäusedeckels kann dabei vorteilhafterweise in jeglicher Kombination der vorgenannten Ausgestaltungen eines erfindungsgemäßen Sicherheitsventils ausgestaltet sein.
Des Weiteren wird zur Lösung der eingangs genannten Aufgabe eine galvanische Zelle mit einem Sicherheitsventil zum Schutz der galvanischen Zelle vor schädigendem Überdruck vorgeschlagen, wobei das Sicherheitsventil ein erfindungsgemäßes Sicherheitsventil ist. Das Sicherheitsventil kann dabei insbesondere in jeglicher Kombination der vorgenannten Ausgestaltungen eines erfindungsgemäßen Sicherheitsventils ausgestaltet sein. Eine solche galvanische Zelle mit einem erfindungsgemäßen Sicherheitsventil ist dabei vorteilhafterweise sicherer betreibbar. Insbesondere ist die Gefahr der Beschädigungen von die galvanische Zelle umgebenden Komponenten eines Batteriesystems im Falle einer Entgasung der galvanischen Zelle reduziert. Darüber hinaus ist vorteilhafterweise das Auslöseverhalten des Sicherheitsventils einer erfindungsgemäßen galvanischen Zelle von der Alterung der galvanischen Zelle und insbesondere von in der galvanischen Zelle ablaufenden chemischen Reaktionen, die sich auf den Zellinnendruck der galvanischen Zelle auswirken, unabhängig.
Weitere vorteilhafte Einzelheiten, Merkmale und Ausgestaltungsdetails der Erfindung werden im Zusammenhang mit den in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Dabei zeigt:
Fig. 1 in einer schematischen Darstellung eine Draufsicht auf ein Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße galvanischen Zelle mit einem erfindungsgemäßen Sicherheitsventil;
Fig. 2 in einer schematischen Darstellung eine Draufsicht auf ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße galvanische Zelle mit einem erfindungsgemäßen Sicherheitsventil; und
Fig. 3 in einer schematischen Darstellung eine perspektivische Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels für eine erfindungsgemäße galvanische Zelle mit einem erfindungsgemäßen Sicherheitsventil. In Fig. 1 ist eine als prismatische Lithium-Ionen-Zelle ausgebildete galvanische Zelle 2 mit einem Sicherheitsventil 1 zum Schutz der galvanischen Zelle 2 vor schädigendem Überdruck dargestellt. Die galvanische Zelle 2 weist ein Zellgehäuse auf, welches mit einem Zelldeckel 6 verschlossen ist. Das Zellgehäuse und der Zelldeckel 6 sind dabei aus Aluminium und schützen die galvanische Zelle 2 vor schädigenden äußeren Einflüssen, insbesondere vor dem Eindringen von Feuchtigkeit. Zur elektrischen Kontaktierung der galvanischen Zelle 2 weist die galvanische Zelle 2 zwei Zellterminals 7 auf. Diese sind jeweils mit einer Elektrode der galvanischen Zelle elektrisch leitfähig verbunden. Zwischen den Zellterminals 7 weist die galvanische Zelle 2 ein Sicherheitsventil 1 auf. Dabei weist der Zellgehäusedeckel 6 eine Ventilöffnung auf. In die Ventilöffnung ist ein Verschlusselement 3 angeordnet, derart, dass das Verschlusselement 3 die Ventilöffnung bei Normalbetrieb der galvanischen Zelle 2 verschließt. Zum Schutz der galvanischen Zelle 2 vor schädigendem Überdruck gibt das Verschlusselement 3 die Ventilöffnung frei.
Das Verschlusselement 3 ist bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel aus einem Reaktionsmaterial, vorliegend einem Kunststoffmaterial, welches einen Schmelzpunkt von etwa 100°C, beispielsweise einen Schmelzpunkt von 98°C, besitzt. Das Verschlusselement 3 ist an der Berandung 5 der Ventilöffnung angeordnet, sodass das Verschlusselement 3 mit der Ventilöffnung bei Normalbetrieb der galvanischen Zelle 2 fest verbunden ist. Da das Verschlusselement 3 bei einer Temperatur von etwa 100°C schmilzt, ist das Sicherheitsventil 1 derart ausgebildet, dass sich bei Erreichen beziehungsweise Überschreiten einer auf das Sicherheitsventil einwirkenden Reaktionstemperatur, die bei etwa 100°C oder über 100°C liegt, die feste Verbindung zwischen dem Verschlusselement 3 und der Ventilöffnung des Sicherheitsventils 1 löst. Ein Erreichen beziehungsweise Überschreiten der auf das Sicherheitsventil 1 einwirkenden Reaktionstemperatur kann insbesondere die Folge eines inneren Kurzschlusses in der galvanischen Zelle 2 sein. Insbesondere kann ein Erreichen beziehungsweise Überschreiten der auf das Sicherheitsventil 1 einwirkenden Reaktionstemperatur auch im Zusammenhang mit einer Überladung der galvanischen Zelle 2 bei einem Nachladen der galvanischen Zelle 2 auftreten. In Folge einer Erwärmung der galvanischen Zelle 2 und eines Erreichens beziehungsweise Überschreitens der Temperatur, die der Schmelzpunkttemperatur des Verschlusselementes 3 entspricht, schmilzt das Verschlusselement 3, sodass sich die feste Verbindung zwischen den Verschlusselement 3 und der Ventilöffnung löst. Die Ventilöffnung in dem Zellgehäusedeckel 6 wird hierdurch freigegeben. Ein aufgrund der Erwärmung der galvanischen Zelle 2 im Zellinneren der galvanischen Zelle 2 gebildetes Gas kann dann durch die Ventilöffnung des Zellgehäusedeckels 6 aus dem Zellinneren der galvanischen Zelle 2 entweichen.
In Fig. 2 ist als weiteres Ausführungsbeispiel eine prismatisch ausgebildete galvanische Zelle 2 dargestellt, welche von einem Zellgehäuse mit einem Zellgehäusedeckel 6 umgeben ist. Zwischen den Zellterminals 7 zum elektrisch leitfähigen Kontaktieren der galvanischen Zelle 2 weist der Zellgehäusedeckel 6 eine Öffnung auf, die die Ventilöffnung des Sicherheitsventils 1 bildet. Die Ventilöffnung ist bei Normalbetrieb der galvanischen Zelle 2 von einem Verschlusselement 3 verschlossen. Hierzu wird das Verschlusselement 3, welches insbesondere als flächig ausgebildeter Metallstreifen, insbesondere als Aluminiumstreifen, ausgebildet sein kann, von einem Halteelement 4 in der Ventilöffnung des Sicherheitsventils 1 gehalten, sodass das Verschlusselement 3 und die Ventilöffnung bei Normalbetrieb der galvanischen Zelle 2 fest verbunden sind. Das Halteelement 4 umgibt den umlaufenden Rand des Verschlusselementes 3 und ist an der Berandung 5 der Ventilöffnung des Sicherheitsventils 1 angeordnet. Das Halteelement 4 ist dabei aus einem Reaktionsmaterial, wobei das Reaktionsmaterial bei Erreichen und bei Überschreiten einer auf das Sicherheitsventil 1 einwirkenden Reaktionstemperatur seine Konsistenz ändert. Da das Reaktionsmaterial in dem Ausführungsbeispiel ein Kunststoffmaterial ist, welches bei einer Temperatur zwischen 95°C und 105°C schmilzt, bewirkt ein Erreichen beziehungsweise ein Überschreiten dieser Temperatur, dass das Halteelement 4 schmilzt und somit ein Spalt zwischen der Berandung 5 der Ventilöffnung und dem Verschlusselement 3 entsteht, durch welchen im Zellinneren der galvanischen Zelle 2 gebildetes Gas aus der galvanischen Zelle 2 entweichen kann. Insbesondere kann durch in der galvanischen Zelle 2 gebildetes Gas, welches aus der galvanischen Zelle 2 ausströmt, das Verschlusselement 3 vollständig aus der Ventilöffnung des Sicherheitsventils 1 entfernt werden.
Fig. 3 zeigt eine weitere prismatisch ausgebildete galvanische Zelle 2, welche ein Zellgehäuse 8 umfasst, wobei das Zellgehäuse 8 von einem Zellgehäusedeckel 6 dicht verschlossen ist. Zur elektrischen Kontaktierung der galvanischen Zelle 2 weist die galvanische Zelle 2 zwei Zellterminals 7 mit jeweils unterschiedlicher Polarität auf. In den Zellgehäusedeckel 6 ist eine Ventilöffnung eingebracht. In diese ist ein Verschlusselement 3 unter Nutzung eines Halteelementes 4 eingesetzt. Das Verschlusselement 3 ist in dem Ausführungsbeispiel als Berstmembran aus Aluminium ausgebildet. Zur Verbesserung des Berstverhaltens der Berstmembran 3 bei einem auf die Berstmembran 3 einwirkenden Druck weist die Berstmembran 3 Sollbruchstellen 9 auf.
Die Berstmembran 3 wird in dem in Fig. 3 gezeigten Ausführungsbeispiel mittels des Halteelementes 4 derart in der Ventilöffnung gehalten, dass das Verschlusselement 3 bei Normalbetrieb der galvanischen Zelle 2, also insbesondere bei einem Zustand der galvanischen Zelle 2, bei dem kritische Temperaturwerte nicht überschritten werden, mit der Ventilöffnung fest verbunden ist. Das Halteelement 4 ist dabei in dem Ausführungsbeispiel als das Verschlusselement 3 umgebender Kunststoffring ausgebildet. Das Halteelement 4 ist dabei aus einem Kunststoffmaterial, welches bei Erreichen beziehungsweise bei Überschreiten einer Reaktionstemperatur, bei der der Elektrolyt der galvanischen Zelle 2 in einen gasförmigen Zustand übergeht, von einem festen Aggregatzustand in einen flüssigen Aggregatzustand übergeht. Das heißt also, dass der Kunststoffring 4 bei Erreichen beziehungsweise bei Überschreiten dieser auf das Sicherheitsventil 1 einwirkenden Reaktionstemperatur schmilzt, sodass sich die feste Verbindung zwischen der Berstmembran 3 und der Ventilöffnung des Sicherheitsventils 1 löst und die Ventilöffnung somit zum Schutz der galvanischen Zelle 2 vor schädigendem Überdruck freigegeben werden kann. Sollte sich die galvanische Zelle 2 derart lokal erwärmen, dass der Zellinnendruck im Inneren der galvanischen Zelle 2 bereits einen kritischen Wert übersteigt, die auf das Sicherheitsventil einwirkende Temperatur jedoch unterhalb der Reaktionstemperatur liegt, so kann durch die Ausgestaltung des Verschlusselementes 3 als Berstmembran die Ventilöffnung des Sicherheitsventils 1 vorteilhafterweise auch durch den im Inneren der galvanischen Zelle 2 ansteigenden Zellinnendruck freigegeben werden. Im Normalfall wird allerdings bei einer Erwärmung der galvanischen Zelle 2, die eine Gasbildung zur Folge hat, auch die auf das Sicherheitsventil 1 einwirkende Temperatur derart ansteigen, dass jenseits des Normalbetriebs der galvanischen Zelle 2 die Reaktionstemperatur, bei der das Halteelement 4 schmilzt, erreicht und sogar überschritten wird, sodass sich bei Erreichen beziehungsweise Überschreiten der auf das Sicherheitsventil 1 einwirkenden Reaktionstemperatur die feste Verbindung zwischen dem Verschlusselement 3 und der Ventilöffnung löst.
Die in den Figuren dargestellten und im Zusammenhang mit diesen erläuterten Ausführungsbeispiele dienen der Erläuterung der Erfindung und sind für diese nicht beschränkend.

Claims

Ansprüche
Sicherheitsventil (1 ) zum Schutz einer galvanischen Zelle (2) vor schädigendem Überdruck umfassend ein Verschlusselement (3) und eine Ventilöffnung, wobei das Verschlusselement (3) bei Normalbetrieb der galvanischen Zelle (2) mit der Ventilöffnung fest verbunden ist und das Verschlusselement (3) zum Schutz der galvanischen Zelle (2) vor schädigendem Überdruck die Ventilöffnung freigibt, dadurch gekennzeichnet, dass das Sicherheitsventil (1 ) derart ausgebildet ist, dass sich bei Erreichen einer auf das Sicherheitsventil (1 ) einwirkenden Reaktionstemperatur die feste Verbindung zwischen dem Verschlusselement (3) und der Ventilöffnung löst.
Sicherheitsventil (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Sicherheitsventil (1 ) derart ausgebildet ist, dass sich bei Erreichen einer auf das Sicherheitsventil (1 ) einwirkenden Reaktionstemperatur von mehr als 80° Celsius die feste Verbindung zwischen dem Verschlusselement (3) und der Ventilöffnung löst.
Sicherheitsventil (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verschlusselement (3) unter Nutzung eines Reaktionsmaterials die Ventilöffnung bei Normalbetrieb der galvanischen Zelle (2) verschließt, wobei das Reaktionsmaterial bei Erreichen der auf das Sicherheitsventil (1 ) einwirkenden Reaktionstemperatur seine Konsistenz ändert, derart, dass sich die feste Verbindung zwischen dem Verschlusselement (3) und der Ventilöffnung durch die veränderte Konsistenz des Reaktionsmaterials löst.
Sicherheitsventil (1 ) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Reaktionsmaterial ein Kunststoffmaterial ist.
Sicherheitsventil (1 ) nach Anspruch 3 oder Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Reaktionsmaterial bei Erreichen der auf das Sicherheitsventil (1 ) einwirkenden Reaktionstemperatur von einem festen Aggregatzustand in einen flüssigen Aggregatzustand übergeht.
6. Sicherheitsventil (1 ) nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Sicherheitsventil (1 ) wenigstens ein Halteelement (4) umfasst, welches zumindest teilweise aus dem Reaktionsmaterial ist, wobei das Verschlusselement (3) mittels des wenigstens einen Halteelementes (4) bei
Normalbetrieb der galvanischen Zelle (2) fest mit der Ventilöffnung verbunden ist.
7. Sicherheitsventil (1 ) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Verschlusselement (3) im Wesentlichen flächig mit einem umlaufenden Rand ausgebildet ist, wobei das wenigstens eine Halteelement (4) den umlaufenden
Rand des Verschlusselementes (3) umgibt.
8. Sicherheitsventil (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verschlusselement (3) ein Berstelement ist, welches bei einem bestimmten auf das Berstelement einwirkenden Druck zerbirst.
9. Sicherheitsventil (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verschlusselement (3) zumindest teilweise aus dem Reaktionsmaterial ist.
10. Zellgehäusedeckel (6) für ein Zellgehäuse (8) zum Schutz einer galvanischen Zelle (2) vor äußeren Einflüssen umfassend ein Sicherheitsventil (1 ) zum Schutz der galvanischen Zelle (2) vor schädigendem Überdruck, dadurch gekennzeichnet, dass das Sicherheitsventil (1 ) ein Sicherheitsventil nach einem der Ansprüche 1 bis 9 ist.
1 1 . Galvanische Zelle (2) mit einem Sicherheitsventil (1 ) zum Schutz der galvanischen Zelle (2) vor schädigendem Überdruck, dadurch gekennzeichnet, dass das Sicherheitsventil (1 ) ein Sicherheitsventil nach einem der Ansprüche 1 bis 9 ist.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021012912A1 (zh) * 2019-07-25 2021-01-28 宁德时代新能源科技股份有限公司 顶盖组件、二次电池和使用电池的装置
DE102021214245A1 (de) 2021-12-13 2023-06-15 Audi Aktiengesellschaft Abdeckelement in Sandwichbauweise mit aufschmelzbarer Zwischenlage für ein Batteriegehäuse, Batteriegehäuse und Kraftfahrzeug
US20230420795A1 (en) * 2022-06-23 2023-12-28 GM Global Technology Operations LLC Battery pack with sacrificial cell vent

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110400895B (zh) * 2019-07-30 2021-03-09 宁德时代新能源科技股份有限公司 电池模组、二次电池及其顶盖组件

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3855006A (en) * 1971-09-14 1974-12-17 Du Pont High energy density battery heat fusible venting means
US20060024574A1 (en) * 2004-06-22 2006-02-02 Hoon Yim Lithium ion secondary battery having safety vent responsive to temperature and pressure
DE10328862B4 (de) 2003-06-26 2006-11-16 Dilo Trading Ag Lithiumbatterie mit Überladeschutz
EP1821355A2 (de) * 2006-01-24 2007-08-22 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Batterie und Verfahren zum Montieren der Batterie

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030232236A1 (en) * 2002-06-14 2003-12-18 Mitchell Porter H. Battery package vent
DE102009020185A1 (de) * 2009-05-06 2010-11-25 Continental Automotive Gmbh Energiespeicher aus Batteriezellen mit Gehäuse

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3855006A (en) * 1971-09-14 1974-12-17 Du Pont High energy density battery heat fusible venting means
DE10328862B4 (de) 2003-06-26 2006-11-16 Dilo Trading Ag Lithiumbatterie mit Überladeschutz
US20060024574A1 (en) * 2004-06-22 2006-02-02 Hoon Yim Lithium ion secondary battery having safety vent responsive to temperature and pressure
EP1821355A2 (de) * 2006-01-24 2007-08-22 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Batterie und Verfahren zum Montieren der Batterie

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021012912A1 (zh) * 2019-07-25 2021-01-28 宁德时代新能源科技股份有限公司 顶盖组件、二次电池和使用电池的装置
US12080908B2 (en) 2019-07-25 2024-09-03 Contemporary Amperex Technology Co., Limited Top cover assembly, secondary battery and apparatus using battery
DE102021214245A1 (de) 2021-12-13 2023-06-15 Audi Aktiengesellschaft Abdeckelement in Sandwichbauweise mit aufschmelzbarer Zwischenlage für ein Batteriegehäuse, Batteriegehäuse und Kraftfahrzeug
WO2023110605A1 (de) 2021-12-13 2023-06-22 Audi Ag Abdeckelement in sandwichbauweise mit aufschmelzbarer zwischenlage für ein batteriegehäuse, batteriegehäuse und kraftfahrzeug
US20230420795A1 (en) * 2022-06-23 2023-12-28 GM Global Technology Operations LLC Battery pack with sacrificial cell vent

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