Die Erfindung betrifft ein Batteriegehäuse für eine Batterie eines Kraftfahrzeugs, welches zum Aufnehmen zumindest einer Batteriezelle der Batterie ausgelegt ist und welches zumindest eine Ventilvorrichtung zum Druckausgleich bei einem Druckunterschied zwischen einem Innenraum des Batteriegehäuses und einer Umgebung des Batteriegehäuses und zum Auslassen eines in den Innenraum entlassenen Heißgases der zumindest einen Batteriezelle in die Umgebung des Batteriegehäuses aufweist. Die Erfindung betrifft außerdem eine Batterie sowie ein Kraftfahrzeug.

Vorliegend richtet sich das Interesse auf Batterien für Kraftfahrzeuge, welche beispielsweise als Traktionsbatterien für elektrisch antreibbare Kraftfahrzeuge eingesetzt werden können. Eine solche Batterie weist üblicherweise eine Vielzahl von Batteriezellen auf, welche in einem Innenraum eines Batteriegehäuses der Batterie angeordnet sind. Im Fehlerfall, beispielsweise bei einem zellinternen Kurzschluss, einer der Batteriezellen, kann diese eine Notentgasung durchführen, indem sie ein Heißgas aus ihrem Zellgehäuse in den Innenraum des Batteriegehäuses auslässt. Um das Heißgas aus dem Innenraum abzuleiten, weist das Batteriegehäuse üblicherweise zumindest eine Ventilvorrichtung auf, welche an einer Gehäusewand des Batteriegehäuses angeordnet ist. Eine solche Ventilvorrichtung kann eine Berstmembran aufweisen, welche bei Auftreten des Heißgases in dem Innenraum nachgibt, beispielsweise reißt bzw. berstet, und dadurch eine Entgasungsöffnung in der Gehäusewand zum Auslassen des Heißgases in eine Umgebung der Batterie freigibt. Solche Berstmembranen können auch für Luft durchlässig sein, sodass die Ventilvorrichtung zusätzlich zum Druckausgleich bei einem Druckunterschied zwischen dem Innenraum und der Umgebung ausgelegt ist.

Um das Heißgas zuverlässig auslassen zu können, weisen solche Berstmembranen eine hohe Empfindlichkeit auf. Jedoch kann dadurch die Berstmembran auch aufgrund von äußeren Einflüssen bzw. Umwelteinflüssen, beispielsweise aufgrund von Wassereinwirkung, nachgeben und somit in unerwünschter weise zerstört werden. Diese Umwelteinflüsse können dann in den Innenraum des Batteriegehäuses eindringen und die sich dort befindlichen Komponenten schädigen.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Batterie eines Kraftfahrzeugs auf einfache Weise vor Umwelteinflüssen schützen zu können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Batteriegehäuse, eine Batterie sowie ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen gemäß den jeweiligen unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche, der Beschreibung sowie der Figuren.

Ein erfindungsgemäßes Batteriegehäuse für eine Batterie eines Kraftfahrzeugs ist zum Aufnehmen von zumindest einer Batteriezelle der Batterie ausgelegt und weist zumindest eine Ventilvorrichtung auf. Die Ventilvorrichtung ist zum Druckausgleich bei einem Druckunterschied zwischen einem Innenraum des Batteriegehäuses und einer Umgebung des Batteriegehäuses und zum Auslassen eines in den Innenraum entlassenen Heißgases der zumindest einen Batteriezelle in die Umgebung des Batteriegehäuses ausgelegt. Die zumindest eine Ventilvorrichtung weist einen Ventilsitz in Form von einer Entgasungsöffnung in einer Gehäusewand des Batteriegehäuses und einen Ventilkörper auf, wobei der Ventilkörper in einer Geschlossen-Stellung die Entgasungsöffnung abdeckt und durch einen Anstieg eines Innendrucks in dem Innenraum des Batteriegehäuses aus der Geschlossen-Stellung bewegbar ist. Der Ventilkörper ist durch einen druckunterschiedsbedingten Innendruckanstieg in eine erste Offen-Stellung bewegbar, in welcher der Ventilkörper die Entgasungsöffnung zum Bereitstellen des Druckausgleiches reversibel freigibt, und durch einen heißgasbedingten Innendruckanstieg in eine zweite Offen-Stellung bewegbar, in welcher der Ventilkörper die Entgasungsöffnung zum Auslassen des Heißgases irreversibel freigibt.

Die Erfindung betrifft außerdem eine Batterie für ein Kraftfahrzeug mit zumindest einer Batteriezelle und einem erfindungsgemäßen Batteriegehäuse, welches zum Aufnehmen der zumindest einen Batteriezelle ausgelegt ist. Die wiederaufladbare Batterie bzw. der Akkumulator ist insbesondere als eine Traktionsbatterie für ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug ausgebildet. Vorzugsweise ist die Batterie als ein Hochvoltenergiespeicher ausgebildet. Die Batterie weist insbesondere eine Vielzahl von Batteriezellen auf, welche in dem Innenraum des Batteriegehäuses angeordnet sind. Die Batteriezellen können beispielsweise als prismatische Batteriezellen, Rundzellen oder Pouchzellen ausgebildet sein. Im Fehlerfall, beispielsweise bei einem zellinternen Kurzschluss, einer Batteriezelle, kann diese Batteriezelle zum Druckabbau ein Heißgas in den Innenraum des Batteriegehäuses auslassen.

Das Batteriegehäuse weist Gehäusewände, beispielsweise in Form von einem Gehäuseunterteil bzw. Gehäuseboden und einem Gehäuseoberteil bzw. Gehäusedeckel, auf, welche den Innenraum zum Aufnehmen der Batteriezellen umschließen. An zumindest einer der Gehäusewände, beispielsweise an dem Gehäusedeckel, ist die zumindest eine Ventilvorrichtung angeordnet. Die Ventilvorrichtung weist den Ventilsitz auf, welcher als die Entgasungsöffnung ausgebildet ist. Die Entgasungsöffnung ist eine Durchgangsöffnung in der Gehäusewand. Außerdem weist die Ventilvorrichtung den Ventilkörper auf, welcher den Ventilsitz abdichtet und dazu die Entgasungsöffnung abschließen bzw. abdecken kann. Der Ventilkörper dichtet die Entgasungsöffnung und damit das Batteriegehäuse insbesondere gasdicht ab. Die Ventilvorrichtung ist vorzugsweise als eine Tellerventilvorrichtung ausgebildet und weist einen Ventilkörper in Form von einem kappenartigen Dichtteller auf, welcher an der Außenseite der Gehäusewand überlappend mit der Entgasungsöffnung angeordnet ist. Außerdem kann der Ventilkörper durch den Anstieg des Innendrucks aus dem Ventilsitz herausgedrückt werden und damit die Entgasungsöffnung freigeben, um den Innendruck in dem Batteriegehäuse abzubauen. Der Anstieg des Innendrucks kann dabei beispielsweise durch einen umgebungsbedingten oder wetterbedingten Druckunterschied zwischen dem Innenraum des Batteriegehäuses und der Umgebung verursacht werden. Ein solcher umgebungsbedingter Druckunterschied tritt beispielsweise bei einer Bergfahrt des Kraftfahrzeugs auf. Auch kann der Anstieg des Innendrucks durch Heißgas zumindest einer Batteriezelle in dem Innenraum des Batteriegehäuses verursacht werden.

Die Ventilvorrichtung kann dabei reversibel, also nur temporär, oder irreversibel, also dauerhaft, geöffnet werden, je nachdem, ob der Innendruckanstieg in dem Innenraum des Batteriegehäuses druckunterschiedsbedingt oder heißgasbedingt ist. Insbesondere ist der Ventilkörper in die erste Offen-Stellung bewegbar, falls der Innendruck einen ersten Schwellwert überschreitet und einen zweiten Schwellwert unterschreitet, und zurück in die Geschlossen-Stellung bewegbar, falls der Innendruck den ersten Schwellwert wieder unterschreitet. Falls der Innendruck also zwischen dem ersten und dem zweiten Schwellwert liegt, liegt ein druckunterschiedsbedingter Innendruckanstieg vor. Durch diesen druckunterschiedsbedingten Innendruckanstieg wird der Ventilkörper aus der Geschlossen-Stellung in die erste Offen-Stellung bewegt, in welcher der Ventilkörper die Entgasungsöffnung reversibel, also nur temporär, freigibt. So kann ein Luftstrom zwischen dem Innenraum und der Umgebung zum Druckausgleich zugelassen werden. Sobald der druckunterschiedsbedingte Innendruckanstieg abgebaut ist, kehrt der Ventilkörper wieder in die Geschlossen-Stellung zurück und dichtet den Ventilsitz wieder ab. In der ersten Offen-Stellung muss der Ventilkörper dabei keine diskrete Position bezüglich der Entgasungsöffnung einnehmen, sondern kann unterschiedliche Positionen abhängig von dem den ersten Schwellwert überschreitenden Innendruck einnehmen. Beispielsweise kann der Ventilkörper umso weiter von der Entgasungsöffnung entfernt werden, je größer der unterhalb des zweiten Schwellwertes verbleibende Innendruck ist.

Insbesondere ist der Ventilkörper in die zweite Offen-Stellung bewegbar und zum Bereitstellen der irreversiblen Freigabe der Entgasungsöffnung dort fixierbar, falls der Innendruck den zweiten Schwellwert überschreitet. Falls der Innendruck also den zweiten Schwellwert überschreitet, liegt ein heißgasbedingter Innendruckanstieg vor. Durch den heißgasbedingten Anstieg des Innendrucks über den zweiten Schwellwert hinaus wird der Ventilkörper also aus der Geschlossen-Stellung oder der ersten Offen-Stellung in die zweite Offen-Stellung bewegt, in welcher der Ventilkörper die Entgasungsöffnung irreversibel, also dauerhaft, freigibt. So kann für eine Notentgasung das Heißgas über die Entgasungsöffnung in die Umgebung entweichen. Dadurch, dass die Ventilvorrichtung durch Fixieren des Ventilkörpers in der zweiten Offen-Stellung dauerhaft geöffnet bleibt, kann verhindert werden, dass die Ventilvorrichtung in unerwünschter Weise wieder schließt, bevor das Heißgas vollständig aus dem Innenraum entwichen ist. Die zweite Offen-Stellung kann also im Gegensatz zur ersten Offen-Stellung nicht durch den Abbau des Innendrucks gelöst werden.

Eine solche Ventilvorrichtung mit einem Ventilkörper ist besonders robust gegenüber Umwelteinflüssen und kann zudem sowohl einen Druckausgleich als auch eine Notentgasung bereitstellen.

Es erweist sich als vorteilhaft, wenn die Ventilvorrichtung eine Rückstelleinrichtung aufweist, welche dazu ausgelegt ist, ein Anheben des Ventilkörpers gegenüber der Gehäusewand aufgrund des druckunterschiedsbedingten Innendruckanstiegs aus der Geschlossen-Stellung in die erste Offen-Stellung zuzulassen, sodass der Ventilkörper die Entgasungsöffnung freigibt, und nach Abbau des druckunterschiedsbedingten Innendruckanstiegs ein Absenken des Ventilkörpers aus der ersten Offen-Stellung zurück in die Geschlossen-Stellung gegenüber der Gehäusewand bereitzustellen, sodass der Ventilkörper die Entgasungsöffnung wieder abdichtet. Die Rückstelleinrichtung weist insbesondere eine Feder auf, mittels welcher der Ventilkörper an der Gehäusewand befestigt ist. Beispielsweise kann die Feder in dem Innenraum des Batteriegehäuses angeordnet sein und den Ventilkörper, beispielsweise den an der Außenseite der Gehäusewand angeordneten Dichtteller, an der Gehäusewand halten. Beispielsweise kann die Rückstelleinrichtung den Ventilkörper in den Ventilsitz einpressen und damit die Entgasungsöffnung abdichten, solange der Innendruck den ersten, von einer Rückstellkraft der Rückstelleinrichtung abhängigen Schwellwert unterschreitet. Sobald der Innendruck den ersten Schwellwert und damit die Rückstellkraft der Rückstelleinrichtung überschreitet, wirkt der Innendruck entgegen der Rückstellkraft der Rückstelleinrichtung und schiebt den Ventilkörper aus dem Ventilsitz in die erste Offen- Stellung. Sobald der Innendruck wieder abfällt und den ersten Schwellwert unterschreitet, wird der Ventilkörper aufgrund der Rückstellkraft der Rückstelleinrichtung wieder in den Ventilsitz eingepresst.

Es kann vorgesehen sein, dass die Ventilvorrichtung eine Fixierungseinrichtung aufweist, welche dazu ausgelegt ist, den durch den heißgasbedingten Innendruckanstieg in die zweite Offen-Stellung angehobenen Ventilkörper zum Auslassen des Heißgases in der zweiten Offen-Stellung zu fixieren. Insbesondere weist die Ventilvorrichtung die Rückstelleinrichtung und die Fixierungseinrichtung auf. Solange der Innendruck unterhalb des zweiten Schwellwerts liegt ist, sorgt die Rückstelleinrichtung dafür, dass der Ventilkörper wieder in die Geschlossen-Stellung zurückkehren kann, sobald der Innendruck den ersten Schwellwert wieder unterschreitet. Sobald jedoch der Innendruck den zweiten Schwellwert überschreitet, fixiert die Fixierungseinrichtung den Ventilkörper in der zweiten Offen-Stellung, sodass auch die Rückstelleinrichtung den Ventilkörper nicht mehr in die Geschlossen-Stellung zurückführen kann, selbst wenn der Innendruck den ersten Schwellwert wieder unterschreitet.

In einer Weiterbildung der Erfindung ist die Fixierungseinrichtung eine Schnappverbindungseinrichtung und der Ventilkörper und die Gehäusewand weisen zueinander korrespondierende Verbindungselemente auf, welche ineinander einschnappen, sobald sich der Ventilkörper in die zweite Offen-Stellung bewegt hat. Beispielsweise ist zumindest ein erstes Verbindungselement als ein elastisches Schnapphakenelement und zumindest ein zweites Verbindungselement als ein starres Verriegelungselement mit einem Hinterschnitt ausgebildet. Die Verbindungselemente schnappen ineinander ein bzw. verrasten, sobald der heißgasbedingte Innendruckanstieg den Ventilkörper weit genug von der Gehäusewand abgehoben hat. Beispielsweise kann an der Gehäusewand zumindest ein Schnapphakenelement angeordnet sein, während der Ventilkörper zumindest einen Hinterschnitt aufweist, in welchem ein Schnapphakenkopf des Schnapphakenelementes angeordnet werden kann. Zur Erfindung gehört außerdem ein Kraftfahrzeug, welches eine erfindungsgemäße Batterie aufweist. Das Kraftfahrzeug ist insbesondere als ein Elektro- oder Hybridfahrzeug ausgebildet.

Die mit Bezug auf das erfindungsgemäße Batteriegehäuse vorgestellten Ausführungsformen und deren Vorteile gelten entsprechend für die erfindungsgemäße Batterie sowie für das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar.

Die Erfindung wird nun anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Batteriegehäuses für eine Batterie eines Kraftfahrzeugs mit einer Ventilvorrichtung in einer Geschlossen-Stellung;

Fig. 2 das Batteriegehäuse gemäß Fig. 1 mit der Ventilvorrichtung in einer ersten Offen-Stellung; und

Fig. 3 das Batteriegehäuse gemäß Fig. 1 mit der Ventilvorrichtung in einer zweiten Offen-Stellung.

In den Figuren sind gleiche sowie funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

Fig. 1 zeigt ein Batteriegehäuse 1 für eine Batterie eines Kraftfahrzeugs. Das Batteriegehäuse 1 weist Gehäusewände 2 auf, welche einen Innenraum 3 zum Aufnehmen von hier nicht gezeigten Batteriezellen der Batterie umschließen. In zumindest einer Gehäusewand 2 ist eine Ventilvorrichtung 4 angeordnet, welche dazu ausgelegt ist, einen Innendruckabbau eines Innendrucks in dem Innenraum 3 des Batteriegehäuses 1 bereitzustellen. Dazu weist die Ventilvorrichtung 4 einen Ventilsitz in Form von einer Entgasungsöffnung 5 auf, welche in einer der Gehäusewände 2 angeordnet ist. Außerdem weist die Ventilvorrichtung 4 einen Ventilkörper 6 auf, welcher in Fig. 1 in einer Geschlossen-Stellung gezeigt ist und die Entgasungsöffnung 5 abdichtet. Der Ventilkörper 6 ist hier als ein kappenartiger Dichtteller 7 ausgebildet, welcher an einer Außenseite 8 der Gehäusewand 2 angeordnet ist und in der Geschlossen-Stellung die Entgasungsöffnung 5, insbesondere gasdicht, abdeckt bzw. abschließt.

Die Ventilvorrichtung 4 weist außerdem eine Rückstelleinrichtung 9 in Form von einer Feder 10 sowie eine Fixierungseinrichtung 11 auf. Über die Rückstelleinrichtung 9 ist der Ventilkörper 6 zwischen der Geschlossen-Stellung und einer ersten Offen-Stellung, wie sie in Fig. 2 gezeigt ist, bewegbar. Dabei wird der Ventilkörper 6 durch einen Innendruckanstieg aus der Geschlossen-Stellung in die erste Offen-Stellung bewegt, welcher aus einem Druckunterschied zwischen dem Innenraum 3 und einer Umgebung 12 des Batteriegehäuses 1 resultiert. Dabei liegt der Innendruck zum Bereitstellend der ersten Offen-Stellung zwischen einem ersten Schwellwert und einem zweiten Schwellwert. Zum Bereitstellen der ersten Offen-Stellung wird der Ventilkörper 6 durch den ansteigenden Innendruck entgegen einer Rückstellkraft der Rückstelleinrichtung 9 gegenüber der Gehäusewand 2 angehoben und damit von der Entgasungsöffnung 5 entfernt. Er gibt die Entgasungsöffnung 5 dadurch temporär bzw. reversibel frei, sodass ein Druckausgleich zwischen dem Innenraum 3 und der Umgebung 12 erfolgen kann. Sobald der erhöhte Innendruck abgebaut wurde und der Innendruck den ersten Schwellwert wieder unterschreitet, zieht die Rückstelleinrichtung 9 den Ventilkörper 6 zurück zur Gehäusewand 2 und presst ihn wieder auf die Entgasungsöffnung 5. Der Ventilkörper 6 befindet sich dann wieder in der Geschlossen-Stellung.

Falls es sich bei dem Innendruckanstieg um einen heißgasbedingten Innendruckanstieg handelt, welcher durch Heißgas zumindest einer Batteriezelle in dem Innenraum 3 verursacht wurde und durch welchen der Innendruck den zweiten Schwellwert überschreitet, so wird der Ventilkörper 6 über die erste Offen-Stellung hinaus in eine zweite Offen-Stellung bewegt und dort mittels der Fixierungseinrichtung 11 fixiert. Die zweite Offen-Stellung ist in Fig. 3 gezeigt. Die Fixierungseinrichtung 11 ist hier eine Schnappverbindungseinrichtung, welche zwei Verbindungselemente 13, 14 aufweist. Ein erstes Verbindungselement 13 ist hier ein elastischer Schnapphaken 15, welcher hier an der Gehäusewand 2 angeordnet ist. Ein zweites Verbindungselement 14 ist ein Verriegelungselement in Form von einem Hinterschnitt 16, welcher an dem Ventilkörper 6, hier an einem kragenartigen Bereich des kappenartigen Dichttellers 7, angeordnet ist. Solange der Innendruck zwischen dem ersten und dem zweiten Schwellwert liegt, gleitet ein Schnapphakenkopf 17 des Schnapphakens 15 an dem Ventilkörper 6 entlang, ohne dabei in dem Hinterschnitt 16 angeordnet zu werden. Sobald jedoch der Innendruck den zweiten Schwellwert überschreitet, wird der Ventilkörper 6 derart weit gegenüber der Gehäusewand 2 angehoben, dass der Schnapphakenkopf 17 in dem Hinterschnitt 16 angeordnet wird. Dadurch schnappen bzw. rasten die Verbindungselemente 13, 14 ineinander ein und fixieren den Ventilkörper 6 in der zweiten Offen-Stellung. In dieser zweiten Offen-Stellung kann das Heißgas aus dem Innenraum 3 in die Umgebung 12 entweichen.