DE102021128948A1

DE102021128948A1 - Entlüftungs-Abscheidevorrichtung für ein Gehäuse einer Batterie

Info

Publication number: DE102021128948A1
Application number: DE102021128948.3A
Authority: DE
Inventors: Robert Zbiral; Daniel Volkmer; Robert Kusebauch; Ludwig Bammersperger; Klaus Gehwolf
Original assignee: Mann and Hummel GmbH
Current assignee: Mann and Hummel GmbH
Priority date: 2021-11-08
Filing date: 2021-11-08
Publication date: 2023-05-11
Also published as: CN118216035A; US20240213615A1; WO2023078700A2; WO2023078700A3

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Entlüftungs-Abscheidevorrichtung (100) für ein Gehäuse (50) einer Batterie, insbesondere einer Traktionsbatterie eines Kraftfahrzeugs, umfassend einen Grundkörper (10) mit einem umlaufenden Rand (12), welcher zu einer Ankopplung an das Gehäuse (50) vorgesehen ist, wobei der Grundkörper (10) wenigstens eine Einlassöffnung (14) und wenigstens eine Auslassöffnung (18) aufweist,wobei der Grundkörper (10) die Einlassöffnung (14) übergreifend wenigstens ein erstes Abscheidegitter (20) mit ersten Gitteröffnungen (22) aufweist, und in einer Entlüftungsstromrichtung (24) fluidstromabwärts des ersten Abscheidegitters (20), die Auslassöffnung (18) übergreifend, ein zweites Abscheidegitter (30) mit zweiten Gitteröffnungen (32) aufweist. Die Entlüftungs-Abscheidevorrichtung (100) umfasst wenigstens ein Überdruckventil (40), das dazu eingerichtet ist, bei Überschreitung eines vorbestimmten Überdrucks im Gehäuse (50) einen Umgehungs-Fluidstrompfad (26) vom Innenraum (58) des Gehäuses (50) zur Umgebung (80) zu eröffnen, wobei der Umgehungs-Fluidstrompfad (26) wenigstens eines der Abscheidegitter (20, 30) umgeht.Zudem betrifft die Erfindung ein Gehäuse (20) mit einer Entlüftungs-Abscheidevorrichtung (100).

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft eine Entlüftungs-Abscheidevorrichtung für ein Gehäuse einer Batterie, insbesondere einer Traktionsbatterie eines Kraftfahrzeugs sowie ein Gehäuse einer Batterie, insbesondere einer Traktionsbatterie eines Kraftfahrzeugs, zur Aufnahme von Batteriezellen.
Stand der Technik
Gehäuse zur Aufnahme von Elektronikkomponenten, wie beispielsweise Batteriezellen und dergleichen, sind üblicherweise nicht vollständig gasdicht gegenüber der Umgebung verschlossen. Einerseits soll aufgrund von Temperaturschwankungen, etwa durch Wärmeeinträge beim Laden bzw. Entladen von Batteriezellen, und andererseits aufgrund von natürlich vorkommenden Luftdruckschwankungen, insbesondere bei mobilen Systemen, ein Gasaustausch zwischen Innenraum und Außenraum ermöglicht werden. Durch den Gasaustausch können unzulässige mechanische Belastungen des Gehäuses, insbesondere ein Bersten oder Ausbeulen des Gehäuses, verhindert werden. Andererseits muss insbesondere bei Batteriegehäusen eine Notentlüftungsfunktion bei plötzlichem Druckanstieg aufgrund des Versagens von Batteriezellen vorhanden sein, da ansonsten das Gehäuse Schaden nehmen könnte.
Ebenso wichtig ist es jedoch, dass das Eindringen von Fremdkörpern, Schmutz und Feuchtigkeit in Form von flüssigem Wasser wirksam verhindert wird. Es sind daher Druckausgleichsvorrichtungen bekannt, die semipermeable Membranen, beispielsweise aus extrudiertem Polytetrafluorethylen (PTFE), aufweisen, die gasdurchlässig, jedoch flüssigkeitsundurchlässig sind.
Aus DE 10 2012 022 346 B4 ist eine Entgasungseinheit für ein Batteriegehäuse bekannt, die über einen Grundkörper verfügt, der eine Gasdurchtrittsöffnung aufweist, welche von einer semipermeablen Membran, die durchlässig für Gase jedoch undurchlässig für Flüssigkeiten ist, abgedeckt ist, wobei die Membran ortsfest und fluiddicht mit dem Grundkörper verbunden ist, insbesondere verschweißt. Der Grundkörper ist fluiddicht mit einer Druckausgleichsöffnung des Batteriegehäuses verbindbar. Einen Gasaustausch im Normalbetrieb stellt die Membran durch ihre semipermeablen Eigenschaften sicher, während zur Realisierung einer Notentgasungsfunktion an einem Abdeckkörper ein zu der Membran weisender Notentgasungsdorn angeordnet ist, welcher die Membran bei Überschreiten einer durch einen Gehäuseinnendruck induzierten Grenzdehnung perforiert und reißen lässt, so dass ein schlagartiger Druckausgleich vom Innenraum zur Umgebung möglich ist. An einer in einem Montagezustand zum Batteriegehäuse weisenden Innenseite ist mit dem Grundkörper ein Innenschutzgitter verbunden, welches einen Eingriff mit Fremdkörpern in das Batteriegehäuse ausschließen soll und das die Membran gegen Wasserdruck von außen abstützt.
Offenbarung der Erfindung
Eine Aufgabe der Erfindung ist es, eine Entlüftungs-Abscheidevorrichtung für ein Gehäuse einer Batterie, insbesondere einer Traktionsbatterie eines Kraftfahrzeugs, zu schaffen, welche eine schnelle Entlüftung des Gehäuses mit geringem Druckverlust erlaubt und den Austritt von Partikeln verhindert.
Eine weitere Aufgabe ist es, ein Gehäuse einer Batterie zu schaffen, welches eine schnelle Entlüftung mit geringem Druckverlust erlaubt und den Austritt von Partikeln verhindert.
Die vorgenannte Aufgabe wird nach einem Aspekt der Erfindung gelöst von einer Entlüftungs-Abscheidevorrichtung für ein Gehäuse einer Batterie, insbesondere einer Traktionsbatterie eines Kraftfahrzeugs, umfassend einen Grundkörper mit einem umlaufenden Rand, welcher zu einer Ankopplung an das Gehäuse vorgesehen ist, wobei der Grundkörper wenigstens eine Einlassöffnung und wenigstens eine Auslassöffnung aufweist, wobei die wenigstens eine Einlassöffnung bei bestimmungsgemäßer Montage an dem Gehäuse mit einem Innenraum des Gehäuses in Fluidverbindung bringbar ist, und die wenigstens eine Auslassöffnung mit einer Umgebung in Fluidverbindung steht, wobei der Grundkörper, die Einlassöffnung übergreifend, wenigstens ein erstes Abscheidegitter mit ersten Gitteröffnungen aufweist, und in einer Entlüftungsstromrichtung fluidstromabwärts des ersten Abscheidegitters, die Auslassöffnung übergreifend, ein zweites Abscheidegitter mit zweiten Gitteröffnungen aufweist, wobei die Entlüftungs-Abscheidevorrichtung wenigstens ein Überdruckventil aufweist, das dazu eingerichtet ist, bei Überschreitung eines vorbestimmten Überdrucks im Gehäuse einen Umgehungs-Fluidstrompfad vom Innenraum des Gehäuses zur Umgebung zu eröffnen, wobei der Umgehungs-Fluidstrompfad wenigstens eines der Abscheidegitter umgeht.
Dass die Einlassöffnung des Grundkörpers mit dem Innenraum des Gehäuses bei bestimmungsgemäßer Montage „in Fluidverbindung bringbar ist“ kann sowohl bedeuten, dass diese im Montagezustand stets mit dem Innenraum des Gehäuses in Fluidverbindung steht, andererseits umfasst dieser Begriff aber auch Fälle, in denen die Fluidverbindung zwischen dem Innenraum des Gehäuses und der Einlassöffnung des Grundkörpers erst bei einem Notentgasungsereignis hergestellt wird, beispielsweise durch das Auslösen eines Überdruckventils und/oder das Bersten einer Membrane bzw. Berstscheibe. Mit anderen Worten ist es für das Merkmal „in Fluidverbindung bringbar ist“ ausreichend, wenn der Grundkörper so am Gehäuse montiert werden kann, dass dessen Einlassöffnung in zumindest einem Teil der Betriebszustände des Gehäuses mit dem Innenraum des Gehäuses in Fluidverbindung zu stehen vermag.
Die weitere Aufgabe wird nach einem weiteren Aspekt der Erfindung gelöst von einem Gehäuse einer Batterie, insbesondere einer Traktionsbatterie eines Kraftfahrzeugs, zur Aufnahme von Batteriezellen, das zumindest eine Gehäusewandung mit wenigstens einer Gehäuseöffnung aufweist, wobei die Gehäuseöffnung von einer Entlüftungs-Abscheidevorrichtung, insbesondere auf einer Außenseite der Gehäusewandung, verschlossen ist.
Günstige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung.
Es wird nach einem Aspekt der Erfindung eine Entlüftungs-Abscheidevorrichtung für ein Gehäuse einer Batterie, insbesondere einer Traktionsbatterie eines Kraftfahrzeugs, umfassend einen Grundkörper mit einem umlaufenden Rand, welcher zu einer Ankopplung an das Gehäuse vorgesehen ist, wobei der Grundkörper wenigstens eine Einlassöffnung und wenigstens eine Auslassöffnung aufweist, wobei die wenigstens eine Einlassöffnung bei bestimmungsgemäßer Montage an dem Gehäuse mit einem Innenraum des Gehäuses in Fluidverbindung steht, und die wenigstens eine Auslassöffnung mit einer Umgebung in Fluidverbindung steht. Der Grundkörper weist die Einlassöffnung übergreifend wenigstens ein erstes Abscheidegitter mit ersten Gitteröffnungen auf, und in einer Entlüftungsstromrichtung fluidstromabwärts des ersten Abscheidegitters, die Auslassöffnung übergreifend, ein zweites Abscheidegitter mit zweiten Gitteröffnungen auf.
Die Entlüftungs-Abscheidevorrichtung weist wenigstens ein Überdruckventil auf, das dazu eingerichtet ist, bei Überschreitung eines vorbestimmten Überdrucks im Gehäuse einen Umgehungs-Fluidstrompfad vom Innenraum des Gehäuses zur Umgebung zu eröffnen, wobei der Umgehungs-Fluidstrompfad wenigstens eines der Abscheidegitter umgeht. Mit anderen Worten zweigt der Umgehungs-Fluidstrompfad an einer Stelle der Entlüftungsstromrichtung ab, die zumindest stromaufwärts (oder „vor“) eines der Abscheidegitter liegt.
In beispielhaften Ausführungen ist der umlaufende Rand des Grundkörpers, über den der Grundkörper an das Gehäuse gekoppelt ist, im Wesentlichen fluiddicht an das Gehäuse gekoppelt. In anderen Ausführungen kann jedoch auch ein Spalt zwischen dem Rand des Grundkörpers und dem Gehäuse vorliegen. Unter „gekoppelt“ kann eine lösbare oder unlösbare Verbindung verstanden werden, insbesondere jedoch eine Anpressung des Randes des Grundkörpers an dem Gehäuse.
Die vorgeschlagene Entlüftungs-Abscheidevorrichtung dient zum Abscheiden von Partikeln ab einer bestimmten Größe aus heißen Gasströmen, welche typischerweise mehr als 200 °C heiß sein können. Dabei wird die eigentliche austretende Fluidströmung nicht zusätzlich behindert, sodass durch die sich am Filter abscheidenden Partikel der Druckverlust nicht unzulässig ansteigt. Die Entlüftungs-Abscheidevorrichtung kann vorteilhaft eine besonders flache Bauform aufweisen.
Die Entlüftungs-Abscheidevorrichtung umfasst ein Überdruckventil, mittels welchem im Fehlerfall auftretender Überdruck schnell abgebaut werden kann, um eine Beschädigung des Gehäuses zu vermeiden. Beispielsweise kann es sich um ein Gehäuse für Lithium-lonen-Batterien handeln, bei denen im Falle eines Zelldefekts auftretende Gase sehr schnell aus dem Gehäuse abgeleitet werden müssen. Oftmals ist es jedoch erforderlich, die im Fehlerfall auftretenden und mit den Gasen ausströmenden Partikel nicht in die Umgebung gelangen zu lassen.
Die Entlüftungs-Abscheidevorrichtung, welche vorzugsweise im Wesentlichen aus Blech hergestellt sein kann, kann beispielsweise an einer Außenseite des Gehäuses im Bereich von Gehäuseöffnungen montiert werden, um so einfach und kostengünstig den Austritt von Partikeln in die Umgebung zu verhindern. Ermöglicht wird dieses durch wenigstens zwei an und/oder in einem Grundkörper der Entlüftungs-Abscheidevorrichtung vorgesehene Abscheidegitter, durch welche das austretende Gas strömen muss, um in die Umgebung zu gelangen. Die Abscheidegitter sind geeignet, die Partikel wirksam zurückzuhalten, so dass sie innerhalb der Entlüftungs-Abscheidevorrichtung verbleiben.
Es ist möglich, mehrere Abscheidegitter seriell durchströmbar hintereinander zu schalten, um beispielsweise schrittweise zuerst die größten bis zu feinen Partikeln abzuscheiden. Eine ausreichende Dichtheit zwischen Grundkörper und Abscheidegitter bzw. zwischen Grundkörper und Gehäuse und Umgebung wird dabei vorausgesetzt.
Des Weiteren kann eine Bypass-Funktion in Form eines Überdruckventils in den Grundkörper integriert werden, für den Fall, dass die Partikel die Abscheidegitter so weit zusetzen, dass ein unzulässig hoher Druck im Inneren des Gehäuses auftreten würde. Es ist weiter vorstellbar, eine bei entsprechendem Überdruck öffnende Berstscheibe in die Entlüftungs-Abscheidevorrichtung zu integrieren. Diese kann beispielsweise aus Metall oder auch aus thermoplastischen Materialien hergestellt werden. Wenn der Werkstoff durch eine mikroporöse Struktur ausreichend luftdurchlässig ist, kann die Entlüftungs-Abscheidevorrichtung im Normalbetrieb auch für einen permanenten Druckausgleich zwischen Umgebung und Gehäuseinnenraum sorgen.
Auf diese Weise ist es möglich, sehr kostengünstig eine wirksame Entlüftungs-Abscheidevorrichtung für Partikel darzustellen, wobei die Größenverteilung und Menge und/oder Gewicht der Partikel durch die Auswahl entsprechender Separatoren und Abmessungen, wie Oberfläche, Länge und Durchmesser, entsprechend den Anforderungen angepasst und der Druckverlust im System optimiert werden kann. Des Weiteren lässt sich die Entlüftungs-Abscheidevorrichtung auf einfache Weise von außen auf das Batteriegehäuse montieren und bietet die Möglichkeit, weitere Funktionen, wie beispielsweise eine Berstscheibe, einen permanenten Druckausgleich, einen Bypass für den Fall, dass die Abscheidegitter zugesetzt werden, zu integrieren.
Vorteilhaft können mit der vorgeschlagenen Entlüftungs-Abscheidevorrichtung Partikel wirksam abgeschieden werden, die bei einem Fehlverhalten von im Inneren eines Gehäuses befindlichen Komponenten, zum Beispiel von Lithium-lonen-Zellen in einem Hochvoltspeicher, mit den dabei entstehenden Gasen zum Druckabbau aus dem Gehäuse mitgeführt werden, sodass sie nicht mit dem ausströmenden Gasen in die Umgebung gelangen. Die Entlüftungs-Abscheidevorrichtung stellt dafür eine kostengünstige, robuste, skalierbare und bezüglich Partikelabscheidung und Druckverlust optimierbare Lösung dar. Damit können Partikel, insbesondere heiße (Lithium-)Partikel, welche im Falle eines Zelldefekts von einzelnen oder mehreren Batteriezellen entlassen werden, von der Entlüftungs-Abscheidevorrichtung festgehalten werden und nicht ungehindert in die Umgebung gelangen.
In einer bevorzugten Ausführung umgeht der Umgehungs-Fluidstrompfad beide Abscheidegitter. Mit anderen Worten zweigt der Umgehungs-Fluidstrompfad hierbei an eine Stelle der Entlüftungsstromrichtung ab, die sowohl stromaufwärts des ersten als auch des zweiten Abscheidegitters liegt.
Gemäß einer günstigen Ausgestaltung der Entlüftungs-Abscheidevorrichtung kann das Überdruckventil dadurch gebildet sein, dass der Grundkörper in einem Montagezustand über wenigstens ein vorgespanntes Federelement dichtend an das Gehäuse pressbar ist. Dadurch kann der Grundkörper bei einem durch das Federelement vorgegebenen Überdruck von dem Gehäuse abgehoben werden, sodass sich ein Fluidpfad zum schnellen Fluidabbau unter Umgehung wenigstens eines oder aller Abscheidegitter öffnet. Nach Abbau des Überdrucks kann sich der Grundkörper wieder dichtend an das Gehäuse anlegen, wodurch die Dichtheit des Gehäuses wieder hergestellt ist.
In Ausführungen kann der Grundkörper zumindest einen Krafteinwirkungsbereich aufweisen, an dem das Federelement zur Übertragung einer Vorspannkraft anlegbar ist, wobei der Krafteinwirkungsbereich bevorzugt in Form einer radialen Auskragung oder Einbuchtung des Grundkörpers gebildet ist.
Gemäß einer günstigen Ausgestaltung der Entlüftungs-Abscheidevorrichtung kann das Überdruckventil dadurch gebildet sein, dass der Grundkörper wenigstens eine Sollbruchstelle oder Solldeformationsstelle, insbesondere in einer Seitenwand, aufweist. In einer alternativen Ausgestaltung des Überdruckventils kann so bei einem entstehenden Überdruck im Gehäuse die Sollbruchstelle, die als Einkerbung oder Einprägung ausgebildet sein kann, aufreißen. Dadurch ergibt sich eine größere Öffnung, durch welche das entstandene Gas, beispielsweise einer defekten Batteriezelle, in die Umgebung ausströmen kann.
Gemäß einer günstigen Ausgestaltung der Entlüftungs-Abscheidevorrichtung kann die Sollbruchstelle oder Solldeformationsstelle als zur Umgebung hin ausschwenkbare Klappe ausgebildet sein. Beispielsweise können drei Seiten einer rechteckförmigen Klappe Perforationen oder Einkerbungen als Sollbruchstelle aufweisen, welche bei einem entstehenden Überdruck aufreißen können, sodass die Klappe nach außen aufklappen kann. Durch die dadurch entstandene Öffnung kann das entstandene Gas aus dem Innenraum des Gehäuses in die Umgebung abströmen
Die Klappe kann etwa durch zwei beabstandete, bevorzugt parallele, Schlitze in dem Grundkörper sowie zumindest ein sich zwischen den Schlitzen erstreckendes Scharnier ausgebildet sein, wobei das Scharnier bevorzugt in Form eines Solldeformationsbereichs ausgebildet ist. Der Solldeformationsbereich kann einen Scharnierschlitz umfassen, der von Stegen unterbrochen ist, die den Grundkörper mit der Klappe verbinden. In Ausführungen kann das Scharnier auch als Filmscharnier ausgebildet sein. Die Anzahl und Abmessungen der Stege, die zur Erreichung eines vorbestimmten Schaltdrucks nötig sind, bemisst sich nach den Werkstoffparametern des und aus der Geometrie (insbesondere Dicke) des Grundkörpermaterials. Die Schlitze, welche die Klappe mit bilden, können insbesondere an einer Seitenwand des Grundkörpers vorliegen und sich bis zu einer in dem Montagezustand dem Gehäuse zugewandten Kante dieser Seitenwand erstrecken. Hierdurch kann die Klappe mit einer minimalen Anzahl von Schlitzen gebildet werden. Es erfolgt hierbei kein Materialbruch, sondern eine vorzugsweise plastische Deformation eines Grundkörpermaterials beim Aufschwenken der Klappe.
Gemäß einer günstigen Ausgestaltung der Entlüftungs-Abscheidevorrichtung kann das erste Abscheidegitter zur Abscheidung von Grobpartikeln und das zweite Abscheidegitter zur Abscheidung von Feinpartikeln vorgesehen sein. So können vorteilhaft durch das erste Abscheidegitter die größeren Partikel aus dem Fluidstrom herausgefiltert werden. Die noch durchgelassenen kleineren Partikel können an dem zweiten Abscheidegitter abgeschieden werden, sodass allenfalls noch kleinste Partikel in den Außenraum gelangen können.
In einer vorteilhaften Weiterbildung kann zwischen dem ersten Abscheidegitter und dem zweiten Abscheidegitter ein Medium zur Tiefenfiltration von Partikeln angeordnet sein.
Bei einem Tiefenfilter erfolgt die Partikelabscheidung in der Tiefe des Filtermediums. Im Gegensatz zum Oberflächenfilter ist bei der Tiefenfiltration die Ausbildung eines Filterkuchens ausdrücklich nicht erwünscht. Ein Tiefenfiltrationsmedium arbeitet, anders als ein Oberflächenfilter, nicht nach dem „Siebeffekt“ sondern basiert auf einer Kombination der Abscheidemechanismen Interzeption, Sedimentation und Diffusion.
Nachstehend werden die Vorteile des Einsatzes eines Tiefenfilters näher erläutert.
Bei der Explosion von Batteriezellen entstehen Partikel in unterschiedlichen Größenklassen. Aus den Elektrodenmaterialien werden Partikel im Größenbereich 5 bis 50 µm freigesetzt. Noch feiner sind Rußpartikel, die beispielsweise durch das Verbrennen des Batteriezell-Separators entstehen. Durch das Schmelzen metallischer Komponenten wie Stromkollektoren werden Partikel geformt, die im Größenbereich von 100 - 1.000 µm liegen. Im Millimeter-Größenbereich liegen z.B. Bruchstücke von Zellgehäusen. Das Abtrennen eines breiten Partikelgrößenspektrums stellt eine große verfahrenstechnische Herausforderung dar, da während des Abscheidevorgangs ein starker Anstieg des Druckverlusts vermieden werden muss, um den gewünschten Gasaustritt aus dem Batteriegehäuse gewährleisten zu können. Werden reine Oberflächenfilter, z.B. Siebstrukturen, eingesetzt, muss die Maschenweite gering gewählt werden, was zu einem schnellen Verblocken führen kann. Poröse Tiefenfilter hingegen trennen auch kleinere Partikel an Faserstrukturen in der Tiefe des Filtermediums ab, wobei der Druckverlust erst allmählich ansteigt. Solche Strukturen können aber leicht von großen Partikeln an der Oberfläche blockiert werden. Somit ist die Ausführung einer mehrstufigen Filtrationskaskade sinnvoll, wobei erfindungsgemäß ein Oberflächenfilter zunächst die großen Partikel abtrennt, und sich die kleineren Partikel im Tiefenfilter abscheiden. Vorteilhaft ist die Ergänzung um eine dem Tiefenfilter nachgelagerte Filterstufe zur Feinfiltration.
Gemäß einer günstigen Ausgestaltung der Entlüftungs-Abscheidevorrichtung kann der Tiefenfilter ein Vlies, insbesondere Metallfaservlies, und/oder einen Schaum, insbesondere einen Metallschaum, aufweisen. Bei Vliesen kann die Abscheidung der Partikel durch Fasern des Vlieses erfolgen. Bei Schäumen kann die Partikelabscheidung über Stege des Materials erfolgen. Durch eine solche dreidimensionale Struktur des Tiefenfilters können auch Partikel zuverlässig abgeschieden werden, die bei kleinem Querdurchmesser eine vergleichsweise große Längenausdehnung aufweisen.
Gemäß einer günstigen Ausgestaltung der Entlüftungs-Abscheidevorrichtung kann der Tiefenfilter mehrstufig ausgebildet sein, wobei eine erste Stufe des Tiefenfilters zur Abscheidung von großen Partikeln, insbesondere mindestens 1 mm, und eine in Entlüftungsstromrichtung folgende zweite Stufe des Tiefenfilters zur Abscheidung von kleinen Partikeln, insbesondere mindestens 0,1 mm ausgebildet ist. Der Tiefenfilter kann so aus mehreren Vliesen oder Schwämmen ausgebildet sein. Auf diese Weise können Partikel in dem Tiefenfilter wie in einem Schwamm aufgenommen werden, sodass das Risiko, dass abgeschiedene Partikel den Entlüftungsfluidstrompfad zusetzen, reduziert wird. Damit kann wirksam vermieden werden, dass sich die Entlüftungs-Abscheidevorrichtung zusetzen kann und so ein aufgebauter Überdruck nicht schnell genug abgebaut werden kann, was zu einer Beschädigung des Gehäuses führen könnte.
Gemäß einer günstigen Ausgestaltung der Entlüftungs-Abscheidevorrichtung kann eine Anströmfläche des Tiefenfilters um wenigstens 15% größer sein als ein geometrischer Querschnitt einer zur Entlüftung vorgesehenen Öffnung des Gehäuses. Dadurch kann die Abscheidewirkung des Tiefenfilters günstig ausgenutzt werden und dennoch ein schneller Druckabbau des Überdrucks im Gehäuse sichergestellt werden.
Gemäß einer günstigen Ausgestaltung der Entlüftungs-Abscheidevorrichtung kann der Tiefenfilter einen Dichtegradienten entlang einer Durchströmungsrichtung aufweisen. Durch eine solche dreidimensionale Struktur des Tiefenfilters können auch Partikel zuverlässig abgeschieden werden, die bei kleinem Querdurchmesser eine vergleichsweise große Längenausdehnung aufweisen.
Alternativ oder zusätzlich können zumindest zwei zur Tiefenfiltration geeignete vorzugsweise metallische Medien mit unterschiedlichem Dichtegradienten seriell durchströmbar zwischen den Abscheidegittern angeordnet sein.
Gemäß einer günstigen Ausgestaltung der Entlüftungs-Abscheidevorrichtung kann die Auslassöffnung in der Seitenwand des Grundkörpers und/oder in einer zur Umgebung gerichteten Stirnseite des Grundkörpers angeordnet sein. Auf diese Weise kann der austretende Gasstrom gezielt um 90° umgelenkt werden, sodass er nicht auf ein direkt neben dem Gehäuse angeordnetes Bauteil trifft. Wo dies möglich ist, kann der Gasstrom alternativ auch direkt über die Stirnseite des Grundkörpers abgeleitet werden. Dadurch ist der auftretende Strömungswiderstand in der Gasströmung möglicherweise geringer.
Vorteilhaft kann der Grundkörper zum Einbau wenigstens teilweise außerhalb des Gehäuses vorgesehen sein. Dadurch kann die Entlüftungs-Abscheidevorrichtung zumindest teilweise im Außenraum des Gehäuses angeordnet werden und spart dadurch Bauraum im Gehäuse, beispielsweise zur Unterbringung von Batteriezellen.
Gemäß einer günstigen Ausgestaltung der Entlüftungs-Abscheidevorrichtung können der Grundkörper und/oder das erste Abscheidegitter und/oder das zweite Abscheidegitter aus einem hitzebeständigen Material, insbesondere aus einem hitzebeständigen Kunststoff und/oder aus Metall, insbesondere Stahlblech, ausgebildet sein. Insbesondere können das erste und/oder das zweite Abscheidegitter aus Metall ausgebildet sein. Da das ausströmende Gas von Batteriezellen sehr heiß, typischerweise mehr als 200° C heiß sein kann, ist es vorteilhaft, für die Abscheidegitter besonders hitzebeständige Materialien wie Metalle, insbesondere Stahlblech, einzusetzen.
Gemäß einer günstigen Ausgestaltung der Entlüftungs-Abscheidevorrichtung kann das erste Abscheidegitter einen Querschnitt des Grundkörpers übergreifend angeordnet sein. Dadurch ist sichergestellt, dass der gesamte austretende Gasstrom durch das erste Abscheidegitter gefiltert wird. Alternativ oder zusätzlich kann dabei die Auslassöffnung als zweites Abscheidegitter ausgebildet sein. Auf diese Weise kann Bauraum im Inneren des Grundkörpers zur Unterbringung des zweiten Abscheidegitters gespart werden. Die Entlüftungs-Abscheidevorrichtung kann dadurch einen kleineren Bauraum einnehmen.
Gemäß einer günstigen Ausgestaltung der Entlüftungs-Abscheidevorrichtung kann die Entlüftungsstromrichtung von der Einlassöffnung zur Auslassöffnung umgelenkt sein, insbesondere um 90° umgelenkt sein. Dadurch kann erreicht werden, dass kein direkter Zugang zum Innenraum des Gehäuses über die Entlüftungs-Abscheidevorrichtung gegeben ist. Dies kann als Spritzschutz, beispielsweise bei der Verwendung von Dampfstrahlern zur Reinigung, vorteilhaft sein.
Gemäß einer günstigen Ausgestaltung der Entlüftungs-Abscheidevorrichtung kann das zweite Abscheidegitter innerhalb des Grundkörpers angeordnet sein, insbesondere von dem Grundkörper abgedeckt sein. Auf diese Weise ist es möglich, die Strömungsführung gezielt zu beeinflussen und beispielsweise vorteilhaft eine Umlenkung des austretenden Gasstroms zu bewirken.
Gemäß einer günstigen Ausgestaltung der Entlüftungs-Abscheidevorrichtung kann das zweite Abscheidegitter eine drallreduzierende oder drallvermeidende Ausgestaltung aufweisen. Insbesondere kann dabei eine Fläche des zweiten Abscheidegitters zur Auslassöffnung hin geneigt ausgebildet sein. Durch gezielte Umlenkung des austretenden Gasstroms im Inneren des Grundkörpers kann eine drallreduzierende oder sogar drallvermeidende Wirkung auf den Gasstrom ausgeübt werden. Dadurch kann Druckverlust beim Austreten des Gasstroms in die Umgebung vorteilhaft verringert werden, sodass ein schnellerer Abbau des Überdrucks möglich ist.
Gemäß einer günstigen Ausgestaltung der Entlüftungs-Abscheidevorrichtung kann das zweite Abscheidegitter wenigstens eine in Entlüftungsstromrichtung vor der Auslassöffnung angeordnete Erhebung aufweisen. Insbesondere kann dabei die Erhebung sich parallel zur Auslassöffnung erstrecken. Insbesondere sind die Gitteröffnungen des zweiten Abscheidegitters an einer der Auslassöffnung abgewandten Seite der Erhebung vorgesehen. Damit kann sichergestellt werden, dass die Abscheidegitter von außen mit Hilfe eines Drahtes oder drahtförmigen Werkzeuges nicht erreicht und damit nicht beschädigt werden können. Auch sind die Abscheidegitter dadurch vor einem direktem Auftreffen von Wasserstrahlen, zum Beispiel von einem Hochdruckreiniger, geschützt.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Gehäuse, insbesondere Batteriegehäuse, insbesondere einer Traktionsbatterie eines Kraftfahrzeugs, zur Aufnahme von Batteriezellen vorgeschlagen, das zumindest eine Gehäusewandung mit wenigstens einer Gehäuseöffnung aufweist, wobei die Gehäuseöffnung von einer erfindungsgemäßen Entlüftungs-Abscheidevorrichtung, insbesondere auf einer Außenseite der Gehäusewandung, verschlossen ist.
Das vorgeschlagene Gehäuse, das insbesondere als Batteriegehäuse eingesetzt werden kann, weist eine Entlüftungs-Abscheidevorrichtung auf, welche zum Abscheiden von Partikeln ab einer bestimmten Größe aus heißen Gasströmen dient, welche typischerweise mehr als 200 °C heiß sein können. Dabei wird die eigentliche austretende Fluidströmung nicht zusätzlich behindert wird, sodass durch die sich am Filter abscheidenden Partikel der Druckverlust nicht unzulässig ansteigt. Die Entlüftungs-Abscheidevorrichtung kann vorteilhaft eine besonders flache Bauform aufweisen, wodurch sich vorteilhaft ein ausreichender Bauraum für Batteriezellen und/oder Elektronik im Gehäuse ergibt.
Die Entlüftungs-Abscheidevorrichtung kann beispielsweise in dem Gehäuse, aber auch außerhalb des Gehäuses oder zumindest teilweise außerhalb des Gehäuses angeordnet sein.
Die Entlüftungs-Abscheidevorrichtung umfasst ein Überdruckventil, mittels welchem im Fehlerfall auftretender Überdruck schnell abgebaut werden kann, um eine Beschädigung des Gehäuses zu vermeiden. Beispielsweise kann es sich um ein Gehäuse für Lithium-lonen-Batterien handeln, bei denen im Falle eines Zelldefekts auftretende Gase sehr schnell aus dem Gehäuse abgeleitet werden müssen. Oftmals ist es jedoch erforderlich, die im Fehlerfall auftretenden und mit den Gasen ausströmenden Partikel nicht in die Umgebung gelangen zu lassen.
Auf diese Weise ist es möglich, ein Gehäuse, beispielsweise ein Batteriegehäuse, mit einer sehr kostengünstigen wirksamen Entlüftungs-Abscheidevorrichtung für Partikel darzustellen, wobei die Größenverteilung und Menge und/oder Gewicht der Partikel durch die Auswahl entsprechender Separatoren und Abmessungen, wie Oberfläche, Länge und Durchmesser, entsprechend den Anforderungen angepasst und der Druckverlust im System optimiert werden kann. Des Weiteren lässt sich die Entlüftungs-Abscheidevorrichtung auf einfache Weise von außen auf das Batteriegehäuse montieren und bietet die Möglichkeit, weitere Funktionen, wie beispielsweise eine Berstscheibe, einen permanenten Druckausgleich, einen Bypass für den Fall, dass die Abscheidegitter zugesetzt werden, zu integrieren.
Gemäß einer günstigen Ausgestaltung des Gehäuses kann die Entlüftungs-Abscheidevorrichtung wenigstens teilweise außerhalb des Gehäuses angeordnet sein. Dadurch kann die Entlüftungs-Abscheidevorrichtung zumindest teilweise im Außenraum des Gehäuses angeordnet werden und spart dadurch Bauraum im Gehäuse, beispielsweise zur Unterbringung von Batteriezellen und/oder Batterieelektronik.
Gemäß einer günstigen Ausgestaltung des Gehäuses kann die Gehäuseöffnung von einer flächig aufgespannten Membran verschlossen sein, wobei die Membran mit der Gehäuseöffnung fluiddicht verbunden ist
Die Membran, die vorteilhaft als semipermeable Membran ausgebildet sein kann, ermöglicht einen Durchtritt von gasförmigen Medien von einer Umgebung in das Elektronikgehäuse und umgekehrt, unterbindet jedoch den Durchtritt von flüssigen Medien und Feststoffen.
Für die semipermeable Membran können sämtliche Materialien eingesetzt werden, die eine Gasdurchlässigkeit zur Be-/Entlüftung im Normalbetrieb und eine hinreichend hohe Wasserundurchlässigkeit aufweisen. Als bevorzugtes Material für die semipermeable Membran kann Polytetrafluorethylen (PTFE) eingesetzt sein. Die semipermeable Membran weist eine durchschnittliche Porengröße auf, die zwischen 0,01 Mikrometer und 20 Mikrometer liegen kann. Die Porosität liegt vorzugsweise bei ca. 50 %; die mittlere Porengröße beträgt bevorzugt etwa 10 Mikrometer.
Die semipermeable Membran kann bevorzugt als folienartige bzw. folienförmige bzw. scheibenförmige, dünne Membran gestaltet sein. Die gaspermeable Membran weist eine für die Gaspermeation wirksame Membran-Oberfläche auf, die an ihrem Außenumfang bevorzugt eine rechteckige oder runde Außenkontur aufweisen kann. Es versteht sich jedoch, dass der Außenumfang der Membran auch anders gestaltet sein kann. Bei der Membran handelt es sich bevorzugt um eine dünne Flachmembran, deren für den Gasdurchtritt wirksame, voneinander weg weisenden Membran-Oberflächen im Wesentlichen parallel zu einander und vorzugsweise im Wesentlichen planar ausgebildet sind.
Die Membrandicke der Membran ist sehr viel kleiner als ihre übrigen Außenabmessungen. Die Membran kann eine Mindestbreite und/oder eine Mindestlänge oder einen Mindest-Außendurchmesser von gleich oder größer 20 mm, vorzugsweise von gleich oder größer 30 mm, insbesondere von gleich oder größer 40 mm, überspannen. Die Membrandicke kann insbesondere um mindestens das 20-fache, vorzugsweise um mindestens das 40-fache, insbesondere um mindestens das 100-fache, kleiner sein als die Mindestbreite und/oder die Mindestlänge oder der Mindest-Außendurchmesser der Membran. Die Membrandicke kann 1 Mikrometer bis 5 Millimeter betragen, wobei eine Membrandicke von 0,1 bis 2 mm, insbesondere 0,15 bis 0,5 mm, bevorzugt wird.
Des Weiteren kann die Membran umlaufend mit einem Rand einer Gasdurchtrittsöffnung eines Grundkörpers, insbesondere einer Entgasungseinheit, verbunden sein, insbesondere verschweißt, bevorzugt an einer Innenseite des Grundkörpers. Alternativ kann die Membran auch verklebt sein oder kraftschlüssig gehalten, etwa geklemmt. Die hierin als bevorzugt beschriebenen porösen PTFE-Membranmaterialien lassen sich mit einem Kunststoffgrundkörper problemlos verschweißen oder auf andere Weise stoffschlüssig verbinden.
Bei einem plötzlich ansteigenden Druck im Gehäuse, beispielsweise durch eine defekte Batteriezelle, kann die Membran durch eine gezielte Schwächung, beispielsweise über einen Notentgasungsdorn, zum Reißen gebracht werden, sodass das heiße Gas der Batteriezelle aus dem Gehäuse strömen kann.
Figurenliste
Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Zeichnungen, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
Es zeigen beispielhaft:

1 einen isometrischen Schnitt einer Entlüftungs-Abscheidevorrichtung nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
2 einen Längsschnitt durch die Entlüftungs-Abscheidevorrichtung nach 1 mit eingezeichneten Schnittebenen A-A und B-B;
3 einen Querschnitt durch die Entlüftungs-Abscheidevorrichtung nach 1 entlang der Schnittebene B-B;
4 einen Querschnitt durch die Entlüftungs-Abscheidevorrichtung nach 1 entlang der Schnittebene A-A;
5 eine isometrische Darstellung der Entlüftungs-Abscheidevorrichtung nach 1 mit geschlossenem Überdruckventil;
6 eine isometrische Darstellung der Entlüftungs-Abscheidevorrichtung nach 1 mit geöffnetem Überdruckventil;
7 einen isometrischen Schnitt einer Entlüftungs-Abscheidevorrichtung nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung;
8 einen Längsschnitt durch die Entlüftungs-Abscheidevorrichtung nach 7 mit eingezeichneten Schnittebenen A-A und B-B;
9 einen Querschnitt durch die Entlüftungs-Abscheidevorrichtung entlang der Schnittebene B-B nach 8;
10 einen Querschnitt durch die Entlüftungs-Abscheidevorrichtung entlang der Schnittebene A-A nach 8;
11 eine isometrische Darstellung der Entlüftungs-Abscheidevorrichtung nach 7 mit geschlossenen Überdruckventilen;
12 eine isometrische Darstellung der Entlüftungs-Abscheidevorrichtung nach 7 mit geöffneten Überdruckventilen;
13 eine isometrische Darstellung einer Entlüftungs-Abscheidevorrichtung nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung;
14 einen isometrischen Schnitt durch die Entlüftungs-Abscheidevorrichtung nach 13;
15 einen Längsschnitt durch die Entlüftungs-Abscheidevorrichtung nach 13 mit eingezeichneter Schnittebene A-A;
16 einen Querschnitt durch die Entlüftungs-Abscheidevorrichtung entlang der Schnittebene A-A nach 15;
17 einen weiteren Längsschnitt durch die Entlüftungs-Abscheidevorrichtung nach 13 mit eingezeichneter Schnittebene C-C;
18 einen Längsschnitt durch die Entlüftungs-Abscheidevorrichtung entlang der Schnittebene C-C nach 17;
19 eine isometrische Darstellung der Entlüftungs-Abscheidevorrichtung nach 13 mit geöffnetem Überdruckventil;
20 eine isometrische Darstellung einer Entlüftungs-Abscheidevorrichtung nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung;
21 einen Längsschnitt durch die Entlüftungs-Abscheidevorrichtung nach 20 mit eingezeichneten Schnittebenen A-A und B-B;
22 einen weiteren Längsschnitt durch die Entlüftungs-Abscheidevorrichtung nach 20 mit eingezeichneter Schnittebene C-C;
23 einen Querschnitt durch die Entlüftungs-Abscheidevorrichtung entlang der Schnittebene A-A nach 21;
24 einen Querschnitt durch die Entlüftungs-Abscheidevorrichtung entlang der Schnittebene B-B nach 21;
25 einen Längsschnitt durch die Entlüftungs-Abscheidevorrichtung entlang der Schnittebene C-C nach 22; und
26 eine isometrische Darstellung der Entlüftungs-Abscheidevorrichtung nach 20 mit geöffneten Überdruckventilen.

Ausführungsformen der Erfindung
In den Figuren sind gleiche oder gleichartige Komponenten mit gleichen Bezugszeichen beziffert. Die Figuren zeigen lediglich Beispiele und sind nicht beschränkend zu verstehen.
1 zeigt einen isometrischen Schnitt einer Entlüftungs-Abscheidevorrichtung 100 nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, während in 2 ein Längsschnitt durch die Entlüftungs-Abscheidevorrichtung 100 mit eingezeichneten Schnittebenen A-A und B-B dargestellt ist.
Die Entlüftungs-Abscheidevorrichtung 100, insbesondere Entlüftungsfilter, für eine Entgasungseinheit eines Gehäuses 50 umfasst einen Grundkörper 10 mit einem umlaufenden Rand 12, welcher zu einer Ankopplung an das Gehäuse 50 vorgesehen ist. Von dem Gehäuse 50 ist nur der Teil dargestellt, an dem die Entlüftungs-Abscheidevorrichtung 100 angeordnet ist.
Das Gehäuse 50, insbesondere Batteriegehäuse, insbesondere einer Traktionsbatterie eines Kraftfahrzeugs, dient zur Aufnahme von Batteriezellen. Das Gehäuse 50 weist eine Gehäusewandung 54 mit wenigstens einer Gehäuseöffnung 52 auf. Die Gehäuseöffnung 52 ist von der Entlüftungs-Abscheidevorrichtung 100 auf der Außenseite 56 der Gehäusewandung 54 überdeckt.
Die Entlüftungs-Abscheidevorrichtung 100 ist außerhalb des Gehäuses 50 angeordnet. In einer alternativen Ausführung könnte die Entlüftungs-Abscheidevorrichtung 100 jedoch auch, ganz oder wenigstens teilweise, im Inneren des Gehäuses 50 eingebaut sein.
Der Grundkörper 10, welcher zylinderförmig gestaltet ist, weist eine Einlassöffnung 14, welche die gesamte Querschnittsfläche des Grundkörpers 10 einnimmt, und eine Auslassöffnung 18 auf. Die eine Einlassöffnung 14 steht bei bestimmungsgemäßer Montage an dem Gehäuse 50 mit dem Innenraum 58 des Gehäuses 50 über die Gehäuseöffnung 52 in Fluidverbindung, während die eine Auslassöffnung 18 mit der Umgebung 80 in Fluidverbindung steht. Die Auslassöffnung 18 ist in der zur Umgebung 80 gerichteten Stirnseite 16 des Grundkörpers 10 angeordnet.
Der Grundkörper 10 weist in einer Entlüftungsstromrichtung 24, welche mit einem Pfeil dargestellt ist, fluidstromabwärts, die Einlassöffnung 14 übergreifend, ein erstes Abscheidegitter 20 mit ersten Gitteröffnungen 22 auf. Fluidstromabwärts des ersten Abscheidegitters 20, die Auslassöffnung 18 übergreifend, weist der Grundkörper 10 ein zweites Abscheidegitter 30 mit zweiten Gitteröffnungen 32 auf. Die beiden Abscheidegitter 20, 30 werden so von dem ausströmenden Gas seriell durchströmt.
Das erste Abscheidegitter 20 ist zur Abscheidung von Grobpartikeln und das zweite Abscheidegitter 30 zur Abscheidung von Feinpartikeln vorgesehen. Dabei ist das erste Abscheidegitter 20 einen Querschnitt des Grundkörpers 10 übergreifend angeordnet, während als zweites Abscheidegitter 30 die Auslassöffnung 18 ausgebildet ist.
Der Grundkörper 10 und/oder das erste Abscheidegitter 20 und/oder das zweite Abscheidegitter 30 können vorteilhaft aus einem hitzebeständigen Material, insbesondere aus einem hitzebeständigen Kunststoff und/oder aus Metall, insbesondere Stahlblech, ausgebildet sein. Insbesondere kann dabei das erste und das zweite Abscheidegitter 20, 30 aus Metall ausgebildet sein, da die bei einem Zelldefekt austretenden Gase sehr hohe Temperaturen, beispielweise 200° C und mehr erreichen können.
Die Gehäuseöffnung 52 ist von einer flächig aufgespannten Membran 60 verschlossen. Die Membran 60 ist vorzugsweise als semipermeable Membran ausgebildet und mit der Gehäuseöffnung 52 fluiddicht verbunden. In den hier dargestellten Figuren ist die Membran 60 jeweils mit einer Gasdurchflussöffnung 28 dargestellt. Dieser Zustand ergibt sich, wenn im Innenraum 58 des Gehäuses 50 ein so großer Überdruck entstanden ist, dass die Membran 60 entweder von selbst aufgerissen ist oder, beispielsweise mittels eines (nicht dargestellten) Notentgasungsdorns, so weit geschwächt wurde, dass sie aufreißt.
Ein Überdruckventil 40 ist in der Entlüftungs-Abscheidevorrichtung 100 vorgesehen, das bestimmungsgemäß bei Überdruck im Gehäuse 50 einen Umgehungs-Fluidstrompfad 26 vom Innenraum 58 des Gehäuses 50 zur Umgebung 80 öffnet, wobei der Umgehungs-Fluidstrompfad 26 fluidstromaufwärts zu wenigstens einem der Abscheidegitter 20, 30 angeordnet ist. Das Überdruckventil 40 ist dadurch gebildet, dass der Grundkörper 10 bei bestimmungsgemäßer Montage über drei vorgespannte Federelemente 42 im Wesentlichen fluiddicht an das Gehäuse 50 gepresst ist. Die als Schraubendruckfedern ausgebildeten Federelemente 42 sind mit Befestigungsschrauben 48 gegen das Gehäuse 50 vorgespannt und pressen so den Grundkörper 10 im Normalbetrieb über den Rand 12 im Wesentlichen fluiddicht an die Außenseite 56 des Gehäuses 50 an.
3 zeigt einen Querschnitt durch die Entlüftungs-Abscheidevorrichtung 100 nach 1 entlang der Schnittebene B-B nach 2, während 4 einen Querschnitt durch die Entlüftungs-Abscheidevorrichtung 100 entlang der Schnittebene A-A nach 2 darstellt.
In den dargestellten Schnitten sind jeweils in der Draufsicht das zweite Abscheidegitter 30 (3) bzw. das erste Abscheidegitter 20 (4) zu erkennen. Das erste Abscheidegitter 20 ist zur Grobabscheidung von Partikeln vorgesehen und weist kreisförmige Gitteröffnungen 22 auf, während das zweite Abscheidegitter 30 zur Feinabscheidung von Partikeln vorgesehen ist und schlitzförmige Gitteröffnungen 32 aufweist. Das erste Abscheidegitter 20 kann beispielsweise Partikel mit einem Durchmesser von kleiner 1,5 mm abscheiden, während das zweite Abscheidegitter 30 beispielsweise Partikel mit einem Durchmesser von kleiner 1,0 mm abscheidet.
In 4 sind auch die drei auf dem Umfang der zylinderförmigen Entlüftungs-Abscheidevorrichtung 100 angeordneten Befestigungsschrauben 48 mit den darum angeordneten Federelementen 42 als Überdruckventil 40 zu erkennen.
5 zeigt eine isometrische Darstellung der Entlüftungs-Abscheidevorrichtung 100 nach 1 mit geschlossenem Überdruckventil 40, wobei der Grundkörper 10 mit dem Rand 12 an der Außenseite 56 des Gehäuses 50 im Wesentlichen fluiddicht anliegt.
In 6 ist die Entlüftungs-Abscheidevorrichtung 100 mit geöffnetem Überdruckventil 40 dargestellt. Dabei ist der Rand 12 des Grundkörpers 10 von der Außenseite 56 des Gehäuses 50 abgehoben. Das Federelement 42 des Überdruckventils 40 ist durch den im Innenraum 58 des Gehäuses 50 entstandenen Überdruck zusammengepresst. Dadurch öffnet sich der Fluidpfad 26, der durch den Pfeil dargestellt ist, und das entstandene Gas kann an die Umgebung 80 ausströmen.
7 zeigt einen isometrischen Schnitt einer Entlüftungs-Abscheidevorrichtung 100 nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung, während in 8 ein Längsschnitt durch die Entlüftungs-Abscheidevorrichtung 100 mit eingezeichneten Schnittebenen A-A und B-B dargestellt ist.
Bei diesem Ausführungsbeispiel weist der Grundkörper 10, der rechteckförmig gestaltet ist, an der Stirnseite 16 insgesamt vier Auslassöffnungen 18 auf, nämlich zwei nebeneinander liegende rechteckförmige und zwei nebeneinander liegende kreisförmige Auslassöffnungen 18. Auch diese Auslassöffnungen 18 sind als zweite Abscheidegitter 30 ausgestaltet. Das erste Abscheidegitter 20 ist wie bei dem vorigen Ausführungsbeispiel über die gesamte Querschnittsfläche der Einlassöffnung 14 des Grundkörpers 10 ausgebildet.
Der Grundkörper 10 ist mit dem Rand 12 über Befestigungslaschen mit Befestigungsschrauben 48 an der Außenseite 56 des Gehäuses 50 im Wesentlichen fluiddicht montiert. Wie in 7 erkennbar, weist das Gehäuse 50 zwei nebeneinander liegende Gehäuseöffnungen 52 auf, über denen die Entlüftungs-Abscheidevorrichtung 100 im Wesentlichen fluiddicht angeordnet ist. Die beiden Gehäuseöffnungen 52 sind jeweils mit Membranen 60 abgedeckt dargestellt, welche bereits eine Gasdurchflussöffnung 28 aufweisen.
Diese Entlüftungs-Abscheidevorrichtung 100 weist eine andere Art von Überdruckventil 40 auf. Die Überdruckventile 40 sind dadurch gebildet, dass der Grundkörper 10 eine oder mehrere Solldeformationsstelle(n) 44 aufweist. Die Solldeformationsstelle 44 ist als zur Umgebung 80 hin ausschwenkbare Klappe 46 ausgebildet, die nach außen schwenkbar ist. Die Klappe 46 weist zwei beabstandete Schlitze 45 in den Seitenwänden 11 auf, zwischen denen sich ein Solldeformationsbereich 43 erstreckt, der als Scharnier der Klappe 46 fungiert. Die Schlitze 45 und/oder der Solldeformationsbereich 43 können in Form vom Perforationen des Grundkörpers bereitgestellt sein, wobei diese Perforationen bei Überdruck aufreißen und die Klappe 46 nach außen ausschwenken kann.
Der Solldeformationsbereich 43, der als Scharnier der Klappe 46 fungiert, weist einen Scharnierschlitz auf, der von einer Mehrzahl Stegen unterbrochen ist, die den Klappenkörper mit dem Grundkörper verbinden. Über die Geometrie sowie die Materialeigenschaften dieser Stege kann der Auslösedruck des derart ausgebildeten Überdruckventils 40 maßgeblich beeinflusst werden.
Durch die dadurch entstandenen Öffnungen kann das Gas aus dem Innenraum 58 des Gehäuses 50 in die Umgebung 80 ausströmen. Die Klappen 46 sind, wenn sie mal geöffnet haben, nicht wieder verschließbar. Darin besteht ein wesentlicher Unterschied zu den mittels eines Federelements 42 dargestellten Überdruckventilen 40, welche bei abnehmendem Druck im Innenraum 58 des Gehäuses 50 sich wieder schließen.
9 zeigt einen Querschnitt durch die Entlüftungs-Abscheidevorrichtung 100 entlang der Schnittebene B-B nach 8 mit einer Draufsicht auf das zweite Abscheidegitter 30, während 10 einen Querschnitt durch die Entlüftungs-Abscheidevorrichtung 100 entlang der Schnittebene A-A nach 8 mit einer Draufsicht auf das erste Abscheidegitter zeigt.
Die zweiten Abscheidegitter 30 sind wieder mit schlitzförmigen Gitteröffnungen 32 ausgebildet, während das eine erste Abscheidegitter 20 mit kreisförmigen Gitteröffnungen 22 ausgebildet ist.
In 11 ist die Entlüftungs-Abscheidevorrichtung 100 mit geschlossenen Überdruckventilen 40 dargestellt, während in 12 die Entlüftungs-Abscheidevorrichtung 100 mit geöffneten Überdruckventilen 40 dargestellt ist.
Die zwei längeren Seitenwände 11 des Grundkörpers 10 weisen dabei jeweils zwei Klappen 46 auf, während die zwei kürzeren Seitenwände 11 jeweils nur eine Klappe 46 aufweisen. In 12 ist zu erkennen, wie die Klappen 46 nach außen zur Umgebung 80 hin aufklappen und jeweils eine Öffnung für den Fluidpfad 26 freigeben. Der Übersichtlichkeit halber ist nur ein Pfeil als Fluidpfad 26 dargestellt. Durch die anderen Klappen 46 strömt das Gas natürlich in gleicher Weise aus.
13 zeigt eine isometrische Darstellung einer Entlüftungs-Abscheidevorrichtung 100 nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung. 14 zeigt einen isometrischen Schnitt durch die Entlüftungs-Abscheidevorrichtung 100, während in 15 ein Längsschnitt durch die Entlüftungs-Abscheidevorrichtung 100 mit eingezeichneter Schnittebene A-A dargestellt ist.
Der rechteckförmige Grundkörper 10 ist mit dem Rand 12 über Befestigungslaschen mit Befestigungsschrauben 48 an der Außenseite 56 des Gehäuses 50 im Wesentlichen fluiddicht montiert. Wie in 14 erkennbar, weist das Gehäuse 50 zwei nebeneinander liegende Gehäuseöffnungen 52 auf, worüber die Entlüftungs-Abscheidevorrichtung 100 im Wesentlichen fluiddicht angeordnet ist. Die beiden Gehäuseöffnungen 52 sind jeweils mit Membranen 60 abgedeckt dargestellt, welche bereits eine Gasdurchflussöffnung 28 aufweisen.
Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Entlüftungsstromrichtung 24 von der Einlassöffnung 14 zur Auslassöffnung 18 um 90° umgelenkt, d.h. die Ausströmung des Gases findet zur Seite des Grundkörpers 10 hin statt. Der Grundkörper 10 weist dazu in einer Seitenwand 11 eine Auslassöffnung 18 auf, welche als zweites Abscheidegitter 30 ausgestaltet ist.
Das erste Abscheidegitter 20 ist im Inneren des Grundkörpers 10 angeordnet und ist mit einer zur Auslassöffnung 18 hin abfallenden Schräge ausgebildet.
16 zeigt einen Querschnitt durch die Entlüftungs-Abscheidevorrichtung entlang der Schnittebene A-A nach 15, bei dem eine Draufsicht auf das erste Abscheidegitter 20 mit kreisförmigen Gitteröffnungen 22 zu erkennen ist.
Die abfallende Schräge des ersten Abscheidegitters 20 ist insbesondere in 17 erkennbar, in welcher ein weiterer Längsschnitt durch die Entlüftungs-Abscheidevorrichtung 100 mit eingezeichneter Schnittebene C-C dargestellt ist. Dabei ist auch die Entlüftungsstromrichtung 24 zur Seite des Grundkörpers 10 hin als Pfeil dargestellt.
18 zeigt einen Längsschnitt durch die Entlüftungs-Abscheidevorrichtung 100 entlang der Schnittebene C-C nach 17. Dabei ist die Auslassöffnung 18 mit schlitzförmigen Gitteröffnungen 32 zusammen mit dem darunter angeordneten ersten Abscheidegitter 20 erkennbar.
Das in den 13 bis 19 dargestellte Ausführungsbeispiel weist wie im vorigen Ausführungsbeispiel in den Seitenwänden als Klappen 46 ausgebildete Überdruckventile 40 auf. 13 zeigt die Entlüftungs-Abscheidevorrichtung mit geschlossenem Überdruckventil 40. 19 zeigt dazu die Entlüftungs-Abscheidevorrichtung 100 nach 13 mit geöffnetem Überdruckventil 40 und eingezeichnetem Umgehungs-Fluidstrompfad 26. Das auf der gegenüber liegenden Seitenwand 11 angeordnete Überdruckventil 40 ist in der Darstellung nicht erkennbar.
20 zeigt eine isometrische Darstellung einer Entlüftungs-Abscheidevorrichtung 100 nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung, während in 21 ein Längsschnitt durch die Entlüftungs-Abscheidevorrichtung 100 mit eingezeichneten Schnittebenen A-A und B-B dargestellt ist. 22 zeigt einen weiteren Längsschnitt durch die Entlüftungs-Abscheidevorrichtung 100 mit eingezeichneter Schnittebene C-C.
Der rechteckförmige Grundkörper 10 ist mit dem Rand 12 über Befestigungslaschen mit Befestigungsschrauben 48 an der Außenseite 56 des Gehäuses 50 im Wesentlichen fluiddicht montiert. Wie in 22 erkennbar, weist das Gehäuse 50 zwei nebeneinander liegende Gehäuseöffnungen 52 auf, worüber die Entlüftungs-Abscheidevorrichtung 100 im Wesentlichen fluiddicht angeordnet ist. Die beiden Gehäuseöffnungen 52 sind jeweils mit Membranen 60 abgedeckt dargestellt, welche bereits eine Gasdurchflussöffnung 28 aufweisen.
Bei diesem Ausführungsbeispiel sind Auslassöffnungen 18 in einander gegenüber liegenden Seitenwänden 11 des Grundkörpers 10 angeordnet. Diese Auslassöffnungen 18 sind jedoch nicht als zweite Abscheidegitter ausgebildet, sondern dienen nur als Öffnung für das ausströmende Gas. Die Entlüftungsstromrichtung 24 ist mit Pfeilen dargestellt.
Das zweite Abscheidegitter 30 ist vielmehr innerhalb des Grundkörpers 10 angeordnet und ist insbesondere von dem Grundkörper 10 abgedeckt. Das zweite Abscheidegitter 30 weist nämlich eine Ausgestaltung zum besonderen Schutz der Abscheidegitter auf. Dazu ist insbesondere jeweils eine Fläche 34 in Form einer in Entlüftungsstromrichtung 24 vor der Auslassöffnung 18 angeordneten Erhebung 36 zur Auslassöffnung 18 hin geneigt ausgebildet. Die Erhebungen 36 erstrecken sich jeweils parallel zur Auslassöffnung 18. Damit ist ein direkter Zugriff auch mit Hilfe eines drahtförmigen Hilfsmittels auf die Abscheidegitter nicht möglich und auch ein direktes Auftreffen eines Wasserstrahls zum Beispiel aus einem Hochdruckreiniger ausgeschlossen.
Die Gitteröffnungen des zweiten Abscheidegitters 30 liegen in diesem Ausführungsbeispiel an einer der Auslassöffnung 18 abgewandten Seite der Erhebung 36 vor, was für das erste und Abscheidegitter 20,30 eine nochmals verbesserte Schutzfunktion vor mechanischer Beschädigung bedeutet.
Das erste Abscheidegitter 20 ist mit kreisförmigen Gitteröffnungen 22 wie in den vorigen Ausführungsbeispielen so angeordnet, dass es die gesamte Querschnittsfläche der Einlassöffnung 14 des Grundkörpers 10 abdeckt.
23 zeigt in einem Querschnitt durch die Entlüftungs-Abscheidevorrichtung 100 entlang der Schnittebene A-A nach 21 eine Draufsicht auf das erste Abscheidegitter 20 mit kreisförmigen Gitteröffnungen 22.
24 zeigt einen Querschnitt durch die Entlüftungs-Abscheidevorrichtung 100 entlang der Schnittebene B-B nach 21 mit einer Draufsicht auf das zweite Abscheidegitter 30, welches schlitzförmige Gitteröffnungen 32 aufweist.
25 zeigt einen Längsschnitt durch die Entlüftungs-Abscheidevorrichtung 100 entlang der Schnittebene C-C nach 22, in dem das erste und das zweite Abscheidegitter 20, 30 und darüber eine Auslassöffnung 18 erkennbar ist.
Das in den 20 bis 26 dargestellte Ausführungsbeispiel weist wie im vorigen Ausführungsbeispiel in den Seitenwänden als Klappen 46 ausgebildete Überdruckventile 40 auf. 20 zeigt dazu die Entlüftungs-Abscheidevorrichtung 100 mit geschlossenen Überdruckventilen 40.
In 26 ist die Entlüftungs-Abscheidevorrichtung 100 mit geöffneten Überdruckventilen 40 dargestellt, welche als auf gegenüber liegenden Seitenwänden 11 angeordnete Klappen 46 nach außen aufklappen. Umgehungs-Fluidstrompfad e 26 des ausströmenden Gases sind mit Pfeilen dargestellt.
Bezugszeichenliste

10: Grundkörper
11: Seitenwand
12: Rand
14: Einlassöffnung
16: Stirnseite
18: Auslassöffnung
20: erstes Abscheidegitter
22: erste Gitteröffnung
24: Entlüftungsstromrichtung
26: Umgehungs-Fluidstrompfad
28: Gasdurchflussöffnung
30: zweites Abscheidegitter
32: zweite Gitteröffnung
34: Fläche
36: Erhebung
40: Überdruckventil
42: Federelement
43: Solldeformationsbereich
44: Solldeformationsstelle
45: Schlitz
46: Klappe
48: Befestigungsschraube
50: Gehäuse
52: Gehäuseöffnung
54: Gehäusewandung
56: Außenseite
58: Innenraum
60: Membran
70: Axialrichtung
72: Radialrichtung
80: Umgebung
100: Entlüftungs-Abscheidevorrichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102012022346 B4 [0004]

Claims

Entlüftungs-Abscheidevorrichtung (100) für ein Gehäuse (50) einer Batterie, insbesondere einer Traktionsbatterie eines Kraftfahrzeugs, umfassend einen Grundkörper (10) mit einem umlaufenden Rand (12), welcher zu einer Ankopplung an das Gehäuse (50) vorgesehen ist, wobei der Grundkörper (10) wenigstens eine Einlassöffnung (14) und wenigstens eine Auslassöffnung (18) aufweist, wobei die wenigstens eine Einlassöffnung (14) bei bestimmungsgemäßer Montage an dem Gehäuse (50) mit einem Innenraum (58) des Gehäuses (50) in Fluidverbindung bringbar ist, und die wenigstens eine Auslassöffnung (18) mit einer Umgebung (80) in Fluidverbindung steht, wobei der Grundkörper (10) die Einlassöffnung (14) übergreifend wenigstens ein erstes Abscheidegitter (20) mit ersten Gitteröffnungen (22) aufweist und in einer Entlüftungsstromrichtung (24) fluidstromabwärts des ersten Abscheidegitters (20), die Auslassöffnung (18) übergreifend, ein zweites Abscheidegitter (30) mit zweiten Gitteröffnungen (32) aufweist, wobei die Entlüftungs-Abscheidevorrichtung (100) wenigstens ein Überdruckventil (40) aufweist, das dazu eingerichtet ist, bei Überschreitung eines vorbestimmten Überdrucks im Gehäuse (50) einen Umgehungs-Fluidstrompfad (26) vom Innenraum (58) des Gehäuses (50) zur Umgebung (80) zu eröffnen, wobei der Umgehungs-Fluidstrompfad (26) wenigstens eines der Abscheidegitter (20, 30) umgeht.
Entlüftungs-Abscheidevorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Umgehungs-Fluidstrompfad (26) beide Abscheidegitter (20, 30) umgeht.
Entlüftungs-Abscheidevorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Überdruckventil (40) dadurch gebildet ist, dass der Grundkörper (10) in einem Montagezustand über wenigstens ein vorgespanntes Federelement (42) dichtend an das Gehäuse (50) pressbar ist, wobei bei Überschreitung des vorbestimmten Überdrucks im Gehäuse (50) der Grundkörper (10) entgegen des vorgespannten Federelements (42) unter Eröffnung des Umgehungs-Fluidstrompfads (26) von dem Gehäuse (50) abhebbar ist.
Entlüftungs-Abscheidevorrichtung nach Anspruch 3, wobei der Grundkörper (10) zumindest einen Krafteinwirkungsbereich aufweist, an dem das Federelement (42) zur Übertragung einer Vorspannkraft anlegbar ist, wobei der Krafteinwirkungsbereich bevorzugt in Form einer radialen Auskragung oder Einbuchtung des Grundkörpers (10) gebildet ist.
Entlüftungs-Abscheidevorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Überdruckventil (40) dadurch gebildet ist, dass der Grundkörper (10) wenigstens eine Sollbruchstelle oder Solldeformationsstelle (44), insbesondere in einer Seitenwand (11), aufweist.
Entlüftungs-Abscheidevorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Sollbruchstelle oder Solldeformationsstelle (44) als zur Umgebung (80) hin ausschwenkbare Klappe (46) ausgebildet ist.
Entlüftungs-Abscheidevorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Klappe (46) durch zwei beabstandete, bevorzugt parallele, Schlitze (45) in dem Grundkörper sowie zumindest ein sich zwischen den Schlitzen erstreckendes Scharnier, insbesondere in Form eines Solldeformationsbereichs (43), ausgebildet ist, wobei der Solldeformationsbereichs (43) bevorzugt einen Scharnierschlitz umfasst, der von Stegen unterbrochen ist, die den Grundkörper mit der Klappe verbinden.
Entlüftungs-Abscheidevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste Abscheidegitter (20) zur Abscheidung von Grobpartikeln und das zweite Abscheidegitter (30) zur Abscheidung von Feinpartikeln vorgesehen ist.
Entlüftungs-Abscheidevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zwischen dem ersten Abscheidegitter (20) und dem zweiten Abscheidegitter (30) ein Medium zur Tiefenfiltration von Partikeln angeordnet ist.
Entlüftungs-Abscheidevorrichtung nach Anspruch 9, wobei das Medium zur Tiefenfiltration einen Dichtegradienten aufweist, sodass bevorzugt in Entlüftungsstromrichtung (24) zunehmend kleinere Partikel abgeschieden werden können.
Entlüftungs-Abscheidevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Auslassöffnung (18) in einer Seitenwand (11) des Grundkörpers (10) und/oder in einer zur Umgebung (80) gerichteten Stirnseite (16) des Grundkörpers (10) angeordnet ist.
Entlüftungs-Abscheidevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Grundkörper (10) und/oder das erste Abscheidegitter (20) und/oder das zweite Abscheidegitter (30) aus einem hitzebeständigen Material, insbesondere aus einem hitzebeständigen Kunststoff und/oder aus Metall, insbesondere Stahlblech, ausgebildet sind, insbesondere wobei das erste und/oder das zweite Abscheidegitter (20, 30) aus Metall ausgebildet sind.
Entlüftungs-Abscheidevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste Abscheidegitter (20) einen Querschnitt des Grundkörpers (10) übergreifend angeordnet ist und/oder wobei die Auslassöffnung (18) als zweites Abscheidegitter (30) ausgebildet ist.
Entlüftungs-Abscheidevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Entlüftungsstromrichtung (24) von der Einlassöffnung (14) zur Auslassöffnung (18) umgelenkt ist, insbesondere um 90° umgelenkt ist.
Entlüftungs-Abscheidevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das zweite Abscheidegitter (30) innerhalb des Grundkörpers (10) angeordnet ist, insbesondere von dem Grundkörper (10) abgedeckt ist.
Entlüftungs-Abscheidevorrichtung nach Anspruch 15, wobei das zweite Abscheidegitter (30) eine drallreduzierende oder drallvermeidende Ausgestaltung aufweist insbesondere wobei eine Fläche (34) des zweiten Abscheidegitters (30) zur Auslassöffnung (18) hin geneigt ausgebildet ist.
Entlüftungs-Abscheidevorrichtung nach Anspruch 16, wobei das zweite Abscheidegitter (30) wenigstens eine in Entlüftungsstromrichtung (24) vor der Auslassöffnung (18) angeordnete Erhebung (36) aufweist, insbesondere wobei die Erhebung (36) sich parallel zur Auslassöffnung (18) erstreckt.
Gehäuse (50) einer Batterie, insbesondere einer Traktionsbatterie eines Kraftfahrzeugs, zur Aufnahme von Batteriezellen, das zumindest eine Gehäusewandung (54) mit wenigstens einer Gehäuseöffnung (52) aufweist, wobei die Gehäuseöffnung (52) von einer Entlüftungs-Abscheidevorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere auf einer Außenseite (56) der Gehäusewandung (54), verschlossen ist.
Gehäuse nach Anspruch 18, wobei die Entlüftungs-Abscheidevorrichtung (100) wenigstens teilweise außerhalb des Gehäuses (50) angeordnet ist.
Gehäuse nach Anspruch 18 oder 19, wobei die Gehäuseöffnung (52) von einer flächig aufgespannten Membran (60) verschlossen ist, wobei die Membran (60) mit der Gehäuseöffnung (52) fluiddicht verbunden ist.