CN102656737B - 用于减小罩壳内部空间中的气体的湿度的方法以及设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于减小在罩壳内部空间(10)中、尤其是在电池罩壳内部空间中的气体(20)的湿度的方法以及设备，在其中，借助于干燥装置(50)产生与在罩壳内部空间(10)中的气体(20)相比水蒸气含量更小的气体(30)并且将其引入到罩壳内部空间(10)中，并且将气体(20)从罩壳内部空间(10)中引导出来，从而至少部分地用水蒸气含量更小的气体(30)填充罩壳内部空间(10)。

Description

用于减小罩壳内部空间中的气体的湿度的方法以及设备

技术领域

本发明涉及一种用于减小在罩壳内部空间中、尤其是在电池罩壳内部空间中的气体的湿度的方法，以及一种用于减小在能量储存系统的罩壳内部空间中的湿度的设备。

优选地，使用该方法以及设备以用于减小电池电芯(Batteriezelle)或电池布置在其中的罩壳内部空间的湿度。电池电芯以及由电池电芯组合成的电池以已知的方式形成一个或多个蓄电池，可为其充电又可将其放电。在此，电池电芯为单个的原电池，其根据电芯的电极的材料的组合提供特征化的电压。电池电芯可相互串联或并联地形成电池。

背景技术

近来，尤其是锂离子电池更多地应用在手机、笔记本电脑和其它可携带的电子设备中。此外，锂离子电池越来越多地用作在电驱动的机动车中的能量储存器。为了满足足够的工作安全性以及功率储备(Leistungsbereitstellung)，在此，使锂离子电池在优化的温度范围中工作，因此在电池的直接环境中常常布置一个或多个用于冷却电池的冷却系统。该冷却系统通常同样布置在包围电池或电池电芯的罩壳中。罩壳承担固定、相对于环境密封的保护以及电池的热的和电的绝缘的功能。此外，在电池罩壳中除了电池模块和设计成热管理系统的冷却系统之外通常布置用于在充电和放电过程中控制电池的功率电子器件以及电导线。这种类型的电子控制对于压力波动相对敏感，从而控制设备被安置在其中的电池罩壳必须具有压力平衡阀。当超过临界的压力差值时，该压力平衡阀打开。也就是说，在一定的条件下相对于环境空气打开罩壳，并且可以由此实现包含在罩壳中的气体与外部空气的交换，从而不可避免包含在环境空气中的湿度侵入罩壳中。因此，在温度波动时、尤其是在激活在罩壳之内的冷却系统时可出现冷凝过程，从而形成冷凝水，其可导致短路和/或腐蚀。

发明内容

由此，本发明的目的为，提供一种方法以及设备，借助于该方法和设备可以简单且可靠的方式尤其是在压力平衡时将容纳在罩壳内部空间中的气体的湿度保持在临界值之下。

该目的通过按照权利要求1的根据本发明的方法以及按照权利要求5的根据本发明的设备实现。在从属权利要求2至4中给出方法的有利的设计方案，并且在从属权利要求6至10中给出根据本发明的设备的有利的设计方案。

根据本发明，提供一种用于减小在罩壳内部空间中、尤其是在电池罩壳内部空间中的气体的湿度的方法，在其中，借助于干燥装置产生与在罩壳内部空间中的气体相比水蒸气含量更小的气体并且将其引入到罩壳内部空间中，并且将气体从罩壳内部空间中引导出来，从而至少部分地用水蒸气含量更小的气体填充罩壳内部空间。在此，在用水蒸气含量减小的气体填充之前容纳在罩壳中的气体通常为空气。根据本发明的方法不限制为对纯的气体的导入和导出，而是在本发明的思想中，气体也可理解成气体混合物。优选地，在罩壳内部空间之外产生水蒸气含量更小的气体。在此，例如可将外部空气输送到干燥装置并且经历干燥过程，使得在干燥装置中的气体在该时刻具有比外部空气更小的水蒸气含量。之后，将该干燥的气体引导到罩壳内部空间中，其中，该干燥的气体与在罩壳内部空间中的气体混合，从而在罩壳内部空间中产生的气体混合物具有比之前包含在罩壳中的气体更小的水蒸气含量，和/或该干燥的气体排挤之前存在于罩壳内部空间中的气体，从而相对干燥的气体填充了罩壳。为了避免过压，将气体从罩壳中引导出来，其中，该被引导出来的气体或者为之前容纳在罩壳中的气体，或者为由之前包含在罩壳中的所述气体和被引入的干燥的气体构成的混合物。由此，该方法用于减小特别是在电池罩壳中的湿度，在该电池罩壳中布置有用作用于驱动目的的能量源的锂离子蓄电池。

由此，可如此设计根据本发明的方法，即，所产生的水蒸汽含量更小的气体代替之前包含在罩壳内部空间中的气体容纳在罩壳中。因此，从罩壳中被引导出来的气体为之前填充罩壳的气体。在将之前包含在罩壳中的气体引导出来之后，在罩壳中仅存在水蒸汽含量减小的气体。

备选地或与通过水蒸汽含量更小的气体将原来包含在罩壳中的气体排挤组合地，可设置成，水蒸汽含量更小的气体至少部分地与包含在罩壳内部空间中的气体混合。因此，从罩壳中被引导出来的气体为由原来包含在罩壳中的气体和水蒸汽含量减小的气体组成的气体混合物。现在包含在罩壳中的气体由于该混合同样具有比原来包含在罩壳中的气体的水蒸汽含量更小的水蒸汽含量。

在该方法的一种优选的设计方案中设置成，通过在罩壳输出部的负压的作用实现气体从罩壳内部空间中的导出以及由此产生的在罩壳内部空间中的负压和由此引起的水蒸汽含量更小的气体的引入，其中，通过气体流动、尤其是环境空气流动在与罩壳输出部相连接的开口处产生负压。在用于干燥在机动车的电池罩壳中的空气或气体的设备的优选使用方案中，例如可在机动车的地板、后部区域或后盖处布置一个开口，该开口例如借助于管路与罩壳排出部处于连接。通过流经该开口的行车风由于喷射原理在开口处产生负压，其自身引起气体从开口区域的导出并且由此也引起从罩壳排出部和罩壳的导出。由此，可在未布置泵的情况下引起吸入效果以实现用干燥的气体流过罩壳。

根据本发明，此外提供一种用于减小在罩壳内部空间、尤其在电池罩壳内部空间中的湿度的设备，该设备包括用于减小在气体中的水蒸汽含量的干燥装置，其中，干燥装置可借助于至少一个管路连接或可连接到罩壳内部空间处，使得可将由干燥装置干燥的气体引入到罩壳内部空间中。在此可设置成，干燥装置已经固定地布置在罩壳上并且由此罩壳为该设备的组成部分，或者干燥装置以独立的方式设置并且仅设计成其可连接到为此设置在罩壳上的连接部。由干燥装置提供的干燥的气体在其组成成分中具有比借助于干燥产生的气体的原料气体更小的水蒸汽含量。为了将干燥的气体引入到罩壳中，该设备可包括泵。该泵可布置在干燥装置和罩壳之间或者也可以布置在罩壳排出部以将气体从罩壳中引导出来从而避免过压。优选地，干燥装置优选包括冷却元件或冷却单元，其必要时设计成布置在电池罩壳中的用于冷却电池电芯的冷却装置的旁路。借助于干燥装置，通过冷却例如外部空气来实现包含在该外部空气中的湿度的冷凝和从中产生的冷凝水的分离。得到相对干燥的气体，根据本发明，将该气体引入到罩壳中。

为了进一步减小在罩壳内部空间中的湿度可设置成，设备包括干燥剂，该干燥剂在气体流动方向上布置在干燥装置之后，使得由干燥装置干燥的气体可流经该干燥剂。该干燥剂例如可为硅酮。在一定的使用时间之后必须更换该干燥剂，其中，可通过布置在干燥剂上或干燥剂中的湿度传感器检测最优的更换时刻。

除了用于检测在干燥剂中的湿度的传感器，该设备可包括至少一个用于检测在罩壳内部空间中的气体的水蒸气含量的第一传感器和/或至少一个用于检测包围罩壳的环境空气的水蒸气含量的第二传感器和/或至少一个用于检测由干燥装置产生的气体的水蒸气含量的第三传感器。在此，所提及的传感器与控制和调节单元相连接以用于评估通过传感器产生的信号并且用于产生用于控制和/或调节罩壳内部空间的通流的相应的信号。

附加或备选地，该设备可包括至少一个用于检测来自罩壳内部空间的气体泄漏的泄漏传感器。借助于该泄漏传感器可确定，每个时间单位流入罩壳中的环境空气的含量是多大，以据此并与环境空气的空气湿度相适应地将干燥的空气引导到罩壳中。所获得的泄漏率对于待调整的通流间隔有大的影响。所述泄漏传感器也与控制和调节单元相连接。

有利地，该设备包括至少一个与罩壳内部空间相连接的压力平衡阀，其中，该压力平衡阀设定成其可承担用于影响水蒸汽含量减小的气体到罩壳内部空间中的体积流量的调节件的功能。

在一种优选的设计方案中设置成，该设备包括的干燥装置具有空调，借助于该空调可容纳环境空气、从被容纳的环境空气中提取热量并且由此可冷却被容纳的环境空气，并且由此可从被容纳的环境空气中分离累积的冷凝物。根据本发明，将由此产生的正在干燥的或已被干燥的空气引导到罩壳内部空间中。在此，空调可设计成再次加热干燥的空气。在此，空调可为机动车的组成部分或装备组件，尤其是当使用根据本发明的设备和根据本发明的方法来干燥在用于驱动机动车的电池的电池罩壳中的气体时。

这种类型的空调根据“再加热”原理作用，其中，外部空气首先流过蒸发器，外部空气中的热借助于冷却剂被提取并且由此外部空气冷却到几乎0℃。与快速的温度下降相关地，在外部空气中的气态的水蒸汽冷凝成液态的水，并且通过水分离器将其分离。紧接着，可通过热交换器将干燥的空气再次加热到由使用者设定的温度上。

由此，根据本发明的设备优选地基于在电池组之外进行的外部空气的干燥。该设备包括用于从外部空气中产生干燥空气的系统、即干燥装置以及用于通过分别在进气侧上和在排气侧上的至少一个可控制的阀来输入干燥空气和导出潮湿的罩壳内部空间空气的空气引导系统。此外，压力平衡阀优选地与空气输入管路相连接。优选地，根据本发明的设备包括用于监控湿度的传感器和调节和控制单元。

也可通过可关闭的构件(例如阀门控制构件)提供干燥空气，其中，在应用空调、例如机动车的空调时，阀门控制构件在通风模式中关闭并且用于，在通风模式中使相对潮湿的机动车内部空气不会到达空气引导系统的输入管路中。

此外，该设备可包括用于获得环境和电池温度的温度传感器，其中，将获得的温度作为输出信号应用在控制或调节过程中，从而以优化的方式进行扫气过程。如果在罩壳内部空间中的温度比环境温度高，则可检查，当基于外部空气比容纳在罩壳内部空间中的气体更干燥的情况时，是否直接利用外部空气进行扫气。同样可由设备获得的压力差传感器用于获得在环境和电池罩壳内部空间之间的压力差，其中，调节和控制单元从压力差传感器中获得测量信号，其为何时打开和关闭压力平衡阀的信息的载体。因此，调节和控制单元检测，多大体积的外部空气到达罩壳中。

同样由设备有利地包括的空气引导系统用于，将干燥空气从干燥装置中输送到电池罩壳内部空间中，并且将之前容纳在罩壳内部空间中的气体从其中引导出来。优选地，压力平衡阀与输入管路相连接，使得在压力平衡的情况中在打开阀时仅干燥空气可到达罩壳内部中。该措施保证了罩壳内部空间空气的更长时间的干燥性并且延长在利用干燥空气扫气之间的间隔。优选地，在罩壳上以考虑电池组件的内部结构的方式布置作为空气引导系统的组成部分的进气部和排气部，即通过以理想方式彼此对角地布置进气部和排气部，由此可避免所谓的“空气短路”，亦即，在没有流过其它构件的情况下在从进气部到排气部的最短路径上直接流过或者不利地流过不应流动的区域。在此，本发明不限制在仅一个进气部和排气部的布置方案上，而是也可在罩壳上布置多个、如有可能平行地或串联地布置的进气部和排气部。

优选地，以规律的时间间隔、尤其是在早晚，即当在罩壳之内和之外存在不同的温度情况时执行用于对电池罩壳扫气的方法。此外优选地，在设有该设备的机动车开始行驶和行驶结束时以及根据电池罩壳的泄漏速率和外部温度进行扫气。在此，目的是避免，在罩壳内部空间中的临界的湿度值，在该湿度值之上可出现危险的冷凝水形成。在此，通常不应使用来自机动车空调的通风工作中的空气用于罩壳的扫气，该空气由于乘员的呼气和出汗可具有相对高的湿度，从而在一定的条件下不能保证该气体的足够的干燥。在特别的设计方案中，在吸入容纳在罩壳中的气体时，由于负压通过压力平衡阀代替进气侧的调节阀，尤其是当可电地操纵和操控该压力平衡阀时。在这种情况中，排气阀为激活的执行器。当打开排气阀时，罩壳内部空间压力下降并且产生压力差，其又导致压力平衡阀的打开。在这种情况中，调节和控制装置必须不仅实现通流的协作以用于实现足够的干燥而且还控制压力平衡。可借助于压力差传感器检测在罩壳内部空间中的压力。必要时，控制和调节单元可设计成其在罩壳内部空间中需要干燥且空调设定成通风模式的情况下将空调调整为新鲜空气-运行，以由此避免通风空气流入电池罩壳中。

附图说明

下面根据附图解释本发明。

在此，唯一的附图在带有连接的干燥装置的侧向截面图中示出了电池。

具体实施方式

从图中可看到电池1，其由多个以导电的方式相互连接的电池电芯形成。电池1位于基本上封闭的罩壳10中。在此，电池1装配在冷却系统110上，出于最优冷却的目的，冷却系统110配备有用于冷却介质的通流的冷却介质管路111。在罩壳输入部11上连接有进气阀12，该进气阀与干燥装置50处于流体技术的连通中。在相对于进气阀12的旁路中布置有压力平衡阀13，该压力平衡阀由此同样连接到罩壳内部空间上。在相对的侧上，罩壳10具有罩壳输出部14，排气阀15布置在罩壳输出部14上。具有与罩壳输出部相连接的开口17的管路16连接到排气阀15上。除了电池1以及冷却系统110外，在罩壳10的内部空间中存在气体20。由干燥装置50容纳该气体、例如外部空气，并且以所描述的方式干燥该气体。在气体流动方向60上通过进气阀13和罩壳输入部11将该干燥的气体30引导到罩壳1中。如在图中示出的那样，在此气体可流动穿过干燥剂70，由此还进一步降低在干燥的气体30中的水蒸气含量。在罩壳内部空间中，干燥的气体30与在罩壳中的气体20相混合和/或干燥的气体30排挤该气体20，使气体20经过罩壳输出部14和排气阀15进入环境中。由此，避免在罩壳1中的过压。

进气阀12、压力平衡阀13以及排气阀15与调节和控制单元90相连接，调节和控制单元90用于为了打开和关闭的目的操控或调节阀。此外，调节和控制单元90与用于检测在罩壳中的气体的水蒸气含量的第一传感器101、用于检测包围罩壳的环境空气的水蒸气含量的第二传感器102和/或用于检测由干燥装置产生的气体的水蒸气含量的第三传感器103以及如有可能与泄漏传感器104相连接。借助于第一至第三传感器，可分别将关于在罩壳中的和/或在环境中的和/或在干燥装置之后的气流中的气体的水蒸气含量的相应的信号输送到调节和控制单元90，其中，调节和控制单元90使用相应的信号并且用于操控或调节阀。

罩壳10或与罩壳输出部相连接的开口17可布置成，在根据本发明的设备应用于机动车中时，在该开口17处的环境空气流80引起负压，其通过排气阀15一直作用到罩壳内部空间中，并且由此引起在罩壳中的气体20的导出。另一方面，压力平衡阀13又自动地或者由于调节和控制单元90的控制或调节信号而打开，从而将由干燥装置干燥的气体或(在环境空气具有相应干燥度时)环境空气输送到罩壳内部空间。由此，这可在没有流经罩壳的情况下在未应用消耗能量的泵的情况下利用干燥的空气实现。

Claims (9)

1.一种用于减小在电池罩壳内部空间中的气体的湿度的方法，其特征在于，借助于干燥装置产生与在所述电池罩壳内部空间中的气体相比水蒸气含量更小的气体并且引入到所述电池罩壳内部空间中，并且将气体从所述电池罩壳内部空间中引导出来，从而至少部分地利用所述水蒸气含量更小的气体填充所述电池罩壳内部空间，其特征在于，所述水蒸气含量更小的气体流经在气体流动方向上布置在所述干燥装置之后的干燥剂。

2.按照权利要求1所述的用于减小湿度的方法，其特征在于，所述水蒸气含量更小的气体至少部分地排挤之前包含在所述电池罩壳内部空间中的气体。

3.按照权利要求1或2所述的用于减小湿度的方法，其特征在于，所述水蒸气含量更小的气体至少部分地与包含在所述电池罩壳内部空间中的气体混合。

4.按照权利要求1或2所述的用于减小湿度的方法，其特征在于，通过在罩壳输出部的负压的作用实现所述气体从所述电池罩壳内部空间的导出以及由此产生的在所述电池罩壳内部空间中的负压形成以及由此引起的所述水蒸汽含量更小的气体的引入，其中，通过气体流动在与所述罩壳输出部相连接的开口处产生所述负压。

5.一种用于减小在电池罩壳内部空间中湿度的设备，所述设备包括用于减小在气体中的水蒸汽含量的干燥装置，其中，所述干燥装置借助于至少一个管路连接或能联接连接到所述电池罩壳内部空间上，使得能够将由所述干燥装置干燥的气体引入到所述电池罩壳内部空间中，其特征在于，所述设备包括干燥剂，该干燥剂在气体流动方向上布置在所述干燥装置之后，使得由所述干燥装置干燥的气体能流经所述干燥剂。

6.按照权利要求5所述的用于减小湿度的设备，其特征在于，所述设备包括至少一个用于检测在所述电池罩壳内部空间中的气体的水蒸气含量的第一传感器和/或至少一个用于检测包围所述罩壳的环境空气的水蒸气含量的第二传感器和/或至少一个用于检测由所述干燥装置产生的气体的水蒸气含量的第三传感器。

7.按照权利要求5或6所述的用于减小湿度的设备，其特征在于，所述设备包括至少一个用于检测来自所述电池罩壳内部空间的气体泄漏的泄漏传感器。

8.按照权利要求5或6所述的用于减小湿度的设备，其特征在于，所述设备包括至少一个与所述电池罩壳内部空间相连接的压力平衡阀，其中，所述压力平衡阀设定成其能承担用于影响水蒸汽含量减小的气体到所述电池罩壳内部空间中的体积流量的调节件的功能。

9.按照权利要求5或6所述的用于减小湿度的设备，其特征在于，所述设备包括空调，借助于该空调能容纳环境空气、从所述被容纳的环境空气中提取热量并且由此能冷却所述被容纳的环境空气，并且由此能从所述被容纳的环境空气中分离累积的冷凝物。