Celda de batería con una válvula de seguridad para ventilación y procedimiento para producir una válvula de seguridad en una carcasa de batería.

Celda de batería (1) que comprende:

una carcasa (2) y una válvula de seguridad (3) con una tapa de válvula (6) para ventilar la celda de batería (1),

en donde la válvula de seguridad (3) comprende varias debilitaciones de material (9), que están configuradas en una pared de la carcasa (2), y la tapa de válvula (6) está configurada por la pared de carcasa, en donde las debilitaciones de material (9) abrazan al menos parcialmente la tapa de válvula (6), caracterizada porque las debilitaciones de material (9) están configuradas distanciadas entre sí, en donde la distancia entre los centros de debilitaciones de material (9) adyacentes es inferior a 5 mm, de forma preferida está situada entre 0,4 y 0,7 mm, más preferiblemente entre 0,5 y 0,6 mm.

Celda de batería con una válvula de seguridad para ventilación y procedimiento para producir una válvula de seguridad en una carcasa de batería.

La presente invención se refiere a una celda de batería, en especial a una celda de batería de iones Li con una válvula de seguridad para ventilar la batería, así como un procedimiento para producir una válvula de seguridad en la carcasa de una batería. El objeto de la invención es también un sistema de batería así como un vehículo de motor con un sistema de batería.

Estado de la técnica

Para el futuro cabe esperar, tanto en aplicaciones estacionarias como por ejemplo instalaciones eólicas, grupos electrógenos de emergencia o generación in-situ, como en vehículos como por ejemplo vehículos híbridos o totalmente eléctricos, que se usen cada vez más sistemas de batería a los que se imponen unos elevados requisitos en cuanto a contenido energético aprovechable, grado de eficacia carga-descarga y fiabilidad.

Las baterías, en especial en vehículos híbridos o eléctricos, están sometidas a unos elevados requisitos de seguridad. Exigen estar equipadas con determinados dispositivos de seguridad para evitar peligrosos malos funcionamientos. De este modo las celdas de batería, por ejemplo celdas de iones de litio, necesitan como una de las medidas de seguridad constructivas una abertura de ventilación, ya que determinados estados operativos pueden conducir a una sobrepresión en la celda. Para evitar una explosión en la celda de batería, los gases sometidos a presión deben poder fugarse. Una válvula de seguridad evita entonces un aumento de presión excesivo en el interior de la celda de batería y se usa de este modo para protegerla contra explosiones. En el caso de un posible fallo de las desconexiones de seguridad y de la aparición de una sobrepresión, se abre la válvula de seguridad y descarga el gas. Es conocido disponer aberturas de desgaseado en el lado superior del módulo de celdas, es decir, en el lado en el que también están posicionados los polos. Una disposición de este tipo se conoce del documento EP 1 993 403 A2, que propone una forma especial de la abertura de desgaseado. La disposición de una válvula en la tapa puede resolverse constructivamente de tal modo, que se frese un orificio escalonado en la tapa. En este escalón se inserta una tapa de válvula y a continuación se suelda a la carcasa de batería. Sin embargo, para esto se necesita un gran número de pasos de procedimiento así como diferentes piezas constructivas, que complican o encarecen la producción.

Aparte de esto se conoce, a partir del documento DE 34 43 453 A1, configurar unos orificios para conformar una abertura de ventilación de un elemento galvánico. Con ello una carcasa del elemento galvánico se compone de dos cilindros metálicos cerrados unilateralmente, los cuales son desplazados unos hacia el otro mediante la intercalación de un aislamiento en el asiento a presión. En el interior de uno de los cilindros la pared está atravesada por unos orificios. Los orificios están ocultados hacia el exterior por el segundo cilindro. Mediante estos orificios puede presionarse hacia arriba el cilindro exterior, como consecuencia de un aumento de presión en el interior de la celda galvánica, y de este modo liberarse los orificios para una ventilación. Para producir la carcasa a partir de dos cilindros, sin embargo, se requieren una elevada precisión y un gran número de pasos de proceso. Además de esto es difícil definir con precisión el margen de presión en el que debe producirse una ventilación.

Asimismo el documento US20090047572A1 hace patente una válvula de seguridad de una batería conformada mediante varios taladros ciegos. Sin embargo, no se ha hecho patente la distancia entre los taladros ciegos.

Manifiesto de la invención Conforme a la invención se pone a disposición una celda de batería, en especial una celda de batería de iones de Li, la cual comprende una carcasa y una válvula de seguridad con una tapa de válvula para ventilar la celda de batería. La válvula de seguridad comprende con ello varias debilitaciones de material, que están configuradas en una pared de la carcasa. La tapa de válvula está configurada por la propia pared de carcasa, en donde las debilitaciones de material abrazan al menos parcialmente la tapa de válvula y las debilitaciones de material están configuradas distanciadas entre sí, en donde la distancia entre los centros de debilitaciones de material adyacentes es inferior a 5 mm, de forma preferida está situada entre 0, 4 y 0, 7 mm, más preferiblemente entre 0, 5 y 0, 6 mm.

La válvula de seguridad abre con ello la tapa de válvula, al superarse un valor umbral de presión en el interior de la batería, y de este modo la propia pared de carcasa.

La invención tiene la ventaja de que, para configurar la válvula de seguridad, no es necesaria ninguna otra pieza constructiva. Puede prescindirse de una tapa de válvula aparte. La válvula de seguridad está configurada por la propia pared de la carcasa. La válvula de seguridad y la tapa de carcasa, respectivamente la pared de carcasa, están configuradas de forma enteriza. La tapa de válvula es una región predefinida de la pared de la carcasa. De

este modo durante la producción pueden ahorrarse ventajosamente pasos de proceso y reducirse los costes de producción.

Mediante la modificación de las distancias mutuas entre las debilitaciones de material puede modificarse la necesaria fuerza de desgarro para configurar las aberturas de ventilación. Una distancia menor exige el uso de una menor fuerza de desgarro que una distancia mayor.

De forma preferida las debilitaciones de material están distribuidas por todo el perímetro de la tapa de válvula. Mediante la configuración de las debilitaciones de material a lo largo del perímetro puede configurarse por completo una abertura de ventilación en la región de la pared. La región circundada por las debilitaciones de material, la tapa de válvula, es extraída con ello hacia fuera por presión o forzamiento, mediante una presión en el interior de la celda de batería, y separada de la batería. Se obtiene una abertura en la carcasa, a través de la cual puede fugarse el gas.

En otro ejemplo de ejecución las debilitaciones de material no están configuradas en al menos una región continua del perímetro de la superficie predefinida. De este modo puede configurarse ventajosamente una especie de bisagra. El material de la pared de carcasa no se desprende por completo, sino que permanece unido a la carcasa en la región en la que no están configuradas las debilitaciones de material.

En una forma de ejecución preferida la carcasa presenta una tapa. Las debilitaciones de material están configuradas en la tapa de carcasa, de forma preferida en el interior del lado de la tapa vuelto hacia la carcasa.

La invención tiene de este modo la ventaja adicional de que en la superficie exterior de la batería la instalación de seguridad no es visible y la superficie en el lado exterior presenta una estructura igual. Debido a que la válvula de seguridad está configurada mediante la propia pared de carcasa y esto sucede de forma preferida en el interior, en la región de la válvula de seguridad sólo puede verse desde el exterior una superficie homogénea de la carcasa de batería.

El grosor residual de pared de la pared en la región de la debilitación de material es superior al 0% y supone de forma preferida menos del 20% del grosor de pared de carcasa circundante, de forma más preferida menos del 10%, de forma todavía más preferida menos del 5%.

Mediante la modificación del grosor residual de pared debajo de la debilitación de material puede modificarse ventajosamente la fuerza de rasgado necesaria para configurar la abertura de ventilación. Un grosor residual de pared menor exige el uso de una fuerza de rasgado menor que un grosor de residual de pared mayor, con el mismo material de carcasa.

Mediante la modificación de las distancias mutuas entre debilitaciones de material puede modificarse la fuerza de rasgado necesaria para configurar la abertura de ventilación. Una distancia menor exige el uso de una fuerza de rasgado menor que una distancia mayor.

Sin embargo, las debilitaciones de material también pueden estar configuradas de forma que se solapen. Debido a que las debilitaciones de material dejan un grosor residual de pared, tampoco en el caso de una configuración solapada de las debilitaciones de material la pared de carcasa se abre sin una fuerza adicional. Mediante el solape de las debilitaciones de material puede reducirse ulteriormente el valor de la fuerza de rasgado necesaria.

En una forma de ejecución... [Seguir leyendo]

1. Celda de batería (1) que comprende:

una carcasa (2) y una válvula de seguridad (3) con una tapa de válvula (6) para ventilar la celda de batería (1) , en donde la válvula de seguridad (3) comprende varias debilitaciones de material (9) , que están configuradas en una pared de la carcasa (2) , y la tapa de válvula (6) está configurada por la pared de carcasa, en donde las debilitaciones de material (9) abrazan al menos parcialmente la tapa de válvula (6) , caracterizada porque las debilitaciones de material (9) están configuradas distanciadas entre sí, en donde la distancia entre los centros de debilitaciones de material (9) adyacentes es inferior a 5 mm, de forma preferida está situada entre 0, 4 y 0, 7 mm, más preferiblemente entre 0, 5 y 0, 6 mm.

2. Celda de batería (1) según la reivindicación 1, en donde las debilitaciones de material (4) están configuradas sobre todo el perímetro de la tapa de válvula (5) , o no están configuradas en al menos una región continua del perímetro de la tapa de válvula.

3. Celda de batería (1) según una de las reivindicaciones anteriores, en donde la carcasa (2) presenta una tapa de carcasa (5) y las debilitaciones de material (9) están configuradas en la tapa de carcasa (5) , de forma preferida en el lado de la tapa de carcasa (5) vuelto hacia el interior de la carcasa (2) , y la tapa de válvula (6) está configurada por la propia tapa de carcasa (5) .

4. Celda de batería (1) según una de las reivindicaciones anteriores, en donde el grosor residual de pared de la pared supone en la región de la debilitación de material (9) más del 0% y menos del 20% del grosor de pared circundante, de forma preferida menos del 10%, de forma todavía más preferida menos del 5%.

5. Celda de batería (1) según una de las reivindicaciones anteriores, en donde las debilitaciones de material (9) están configuradas como taladros ciegos.

6. Celda de batería (1) según una de las reivindicaciones anteriores, en donde los taladros ciegos presentan un diámetro de 0, 09 a 0, 25 mm, en especial de 0, 15 a 0, 2 mm.

7. Sistema de batería, que comprende una celda de batería (1) según una de las reivindicaciones 1-6.

8. Vehículo de motor con una celda de batería según una de las reivindicaciones 1-6 y/o un sistema de batería según la reivindicación 7.

9. Procedimiento para producir una válvula de seguridad (3) en una carcasa (2) de una celda de batería (1) , el cual comprende los pasos:

(S1) ajuste de un impulso láser, de tal manera que el impulso láser configura en una pared de carcasa de la celda de batería (1) unas debilitaciones de material (9) con un grosor residual de pared predefinido, (S2) definición de una región de la pared de la carcasa (2) , que se usa de tapa de válvula (6) , (S3) irradiación de la periferia de la región de la pared de la carcasa (2) , que se usa de tapa de válvula (6) , con varios impulsos láser discretos ajustados de este tipo, (S4) guiado de los impulsos láser, de tal modo que sus puntos de incidencia abrazan al menos en parte la región de la pared de carcasa que se usa de tapa de válvula (6) , y de este modo (S5) configuración de unas debilitaciones de material (9) en la periferia de la región que se usa de tapa de válvula (6) , caracterizado porque las debilitaciones de material (9) están configuradas distanciadas entre sí, en donde la distancia entre los centros de debilitaciones de material (9) adyacentes es inferior a 5 mm, de forma preferida está situada entre 0, 4 y 0, 7 mm, de forma más preferida entre 0, 5 y 0, 6 mm.