-
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Einstellung von Umgebungsbedingungen für ein elektrisches Bauteil. Im Besonderen ist das elektrische Bauteil stromführend und/oder stromspeichernd ausgebildet. Das elektrische Bauteil ist von einem Gehäuse umgeben, das eine Öffnung ausgebildet hat, die eine Verbindung zur äußeren Umgebung des Gehäuses herstellt.
-
Die deutsche Patentanmeldung
DE 69210845 T2 beschreibt eine Deckelanordnung für eine elektrische Speicherbatterie, bestehend aus einem Deckelformkörper, der dazu dient, im Gebrauch eine obere offene Fläche eines Batteriekastens zu verschließen. Zudem weist der Deckelformkörper einen Entlüftungskanal auf, der am Ende der Endfläche des Formkörpers eine Öffnung besitzt und im Gebrauch mit einer Vielzahl der Abteile in Verbindung steht. Eine Durchgangsbohrung ist von einem porösen Flammsperrelement versperrt. Auf der Umgebungsluftseite des Flammsperrelements ist eine Brennkammer vorhanden, so dass durch das poröse Flammsperrelement Gase hindurchtreten können. Der Einsatz, in dem das Element enthalten ist, befindet sich im Wesentlichen gänzlich innerhalb des Kanals, der im Deckel-Formkörper aufgenommen ist. Ferner ist eine Einsatzhülle im Klemmsitz im Entlüftungskanal angeordnet, so dass die große Oberflächen-Berührungsfläche zwischen der Einsatzhülse und der Wand des Kanals eine Dichtung bewirkt. Analog ist der Entlüftungskanal mit einem Druckentlastungsventil ausgestattet. Dieses Druckentlastungsventil öffnet sich, wenn der Gasdruck im Kanal einen vorbestimmten Wert übersteigt, um den Druck aus dem Kanal zu entlüften.
-
Der Erfindung legt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, die derart ausgebildet ist, dass sie auf einfache und effektive Weise ein elektrisches Bauteil vor Einflüssen, wie z. B. Schmutz, Feuchtigkeit, Staub zu schützten und für das Bauteil möglichst gleiche Betriebsbedingungen über die Zeit zu schaffen.
-
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung, deren Merkmale in Anspruch 1 enthalten sind.
-
Die erfindungsgemäße Vorrichtung dient zur Einstellung von im Wesentlichen konstanten Betriebsbedingungen für ein elektrisches Bauteil, wobei das elektrische Bauteil von einem Gehäuse umgeben ist. Bei dem elektrischen Bauteil kann es sich um ein Batteriemodul oder einen elektrischen Antriebsmotor handeln. Die Gehäuse für Batteriemodule sowie für Antriebsmotoren müssen hermetisch dicht ausgestaltet sein, um den Eintritt eine Stoff- und/oder Partikelstroms zu verhindern. Hierbei kann es sich um von Schmutz, Staub und/oder Feuchtigkeit handeln. Zudem besteht gleichzeitig die Notwendigkeit eines Luftaustauschs bzw. eines Druckausgleichs. Dies kann mittels einer Öffnung in mindestens einer Wandung des Gehäuses erfolgen. Diese Öffnung stellt eine Verbindung zur äußeren Umgebung des Gehäuses her.
-
Während des Betriebs des elektrischen Bauteils wird Wärme erzeugt. Aufgrund der Kapselung erhöht sich somit der Druck im Innern des Gehäuses. Die in einer Wandung des Gehäuses angebrachte mindestens eine Öffnung dient zum Druckausgleich mit der Umgebung. Über den gesamten Einsatztemperaturbereich ist es erforderlich, für einen ausreichenden Ausgleich bei Über- bzw. Unterdruck im Vergleich zur Umgebung zu sorgen.
-
Der Einsatztemperaturbereich der elektrischen Bauteile erstreckt sich je nach Komponente zwischen –30°C und +120°C, wobei Batteriemodule niedrigere Höchsttemperaturen von ca. 60°C zulassen, dahingegen bewegen sich die Antriebsmotoren in dem angegebenen Bereich.
-
Des Weiteren ist der Druckausgleich bei Motoren notwendig, um Wellendichtungen zu entlasten. Bei hermetischer Kapselung von Motoren müssen die Dichtungen, außer der üblichen Dichtwirkung gegen Verschmutzung und Feuchtigkeit, von außen und gegenüber Schmierstoffaustritt aus den Lagerungen versiegelt sein. Die Dichtungen sind notwendig, um einer möglichen Druckdifferenz standzuhalten. Ebenfalls müssen die Batteriemodule auf einem konstanten Druckniveau gehalten werden, um die chemische Stabilität der Zellen zu gewährleisten. Zum anderen befinden sich die Zellen in Gehäusen aus Blech, deren Ausführung stabil sein muss, um einer Druckdifferenz standzuhalten.
-
Um die Einstellungen von Umgebungsbedingungen bzw. die Angleichung der Umgebungsbedingungen im Inneren des Gehäuses zu erreichen, sind im Inneren des Gehäuses Mittel angeordnet, die das elektrische Bauteil gegenüber Einflüssen der äußeren Umgebung schützen.
-
Um einen effizienten Schutz zu erzielen, ist erfindungsgemäß ein Ausgleichsvolumen vorgesehen. Das Ausgleichsvolumen ist dabei vollkommen im Inneren des Gehäuses vorgesehen. Um die Einflüsse, wie z. B. Feuchtigkeit und Schmutz entgegenzuwirken, wird mindestens ein entsprechendes Mittel im Inneren des Gehäuses vorgesehen, das das Ausgleichsvolumen schafft. Das Ausgleichsvolumen steht mit der Öffnung zur äußeren Umgebung des Gehäuses in Verbindung.
-
Die Vorrichtung offenbart zudem eine Trennung zwischen dem Ausgleichvolumen und dem im Inneren des Gehäuses vorgesehenen elektrischen Bauteil. Diese Trennung wird mittels einer elastischen Membran und/oder einer elastischen Blase erzielt. Als besonders vorteilhaft zeigt sich, dass sich das Ausgleichsvolumen, je nach Druckniveau im Inneren des Bauteils, aufgrund der elastischen Membran und/oder der elastischen Blase, mehr oder weniger stark ausbilden kann. Darüber hinaus stellt die elastische Membran und/oder die elastische Blase eine hermetisch dichtende Schutzhülle für das elektrische Bauteil im Inneren des Gehäuses dar. Das elektrische Bauteil ist somit vollkommen von der äußeren Umgebung abgeschottet. Trotz der Öffnung im Gehäuse gelangen die eintretenden, äußeren Umgebungseinflüsse, wie z. B. Schmutz, Staub und/oder Feuchtigkeit, nicht an das elektrische Bauteil und werden durch die Mittel, wie z, B. der elastischen Membran und/oder der elastischen Blase abgehalten, weiter ins Innere des Gehäuses einzudringen.
-
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zeigt zudem, dass der Öffnung eine Filtereinrichtung zugeordnet ist. Ferner kann der Filtereinrichtung zusätzlich ein Feuchtigkeit absorbierendes Element nachgeschaltet sein. Es kann eine Temperaturdifferenz zwischen dem Inneren des Gehäuses und der äußeren Umgebung vorherrschen, was zu einer Kondensation von Feuchtigkeit am Innern der Wandungen des Gehäuses führen kann. Um dies zu verhindern, ist ein die Feuchtigkeit absorbierendes Element vorgesehen.
-
Bei niedrigen Temperaturen im Winter führt die Temperaturdifferenz dazu, dass sich die Feuchtigkeit aus der Luft an der Innenwand des Gehäuses niederschlagen kann. Durch die elastische Membran und/oder durch die elastische Blase wird zwar das Vordringen der Feuchtigkeit bis zum elektrischen Bauteil verhindert, aber nicht die Kondensation zwischen der Membran und der Wandung. Dabei kann sich besonders an der Grenzfläche des Ausgleichsvolumens, die von der elastischen Membran und der Innenseite der Gehäusewandung gebildet wird, ein Kondensat niederschlagen, was folglich zu Korrosionsschäden führt. Um diesem Feuchtigkeitsproblem entgegenzuwirken, wird ein Feuchtigkeit absorbierendes Element eingebaut. Dies hat den Vorteil, der Forderung nach geringer Luftfeuchtigkeit im Inneren des Gehäuses gerecht zu werden. Mit der Maßnahme des Einbaus eines Feuchtigkeit absorbierenden Elements werden Korrosionsschäden am elektrischen Bauteil oder am Gehäuse ausgeschlossen. Eine effiziente Absorption erfolgt mittels eines Superabsorbers. Der zu verwendende Typ des Superabsorbers ist hinlänglich aus dem Stand der Technik bekannt.
-
Mittels dieser Anordnung kann den Forderungen nach geringer Luftfeuchtigkeit und einem Luftaustausch nachgekommen werden, um den Wassergehalt der eintretenden Luft so stark zu reduzieren, dass keine Kondensation erfolgt und gleichzeitig die durchströmende Luft von Feststoffpartikeln befreit ist.
-
Bei einer weiteren Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist dem elektrischen Bauteil im Inneren des Gehäuses eine Kühlung zugeordnet. Vorteilhaft geschützt wird das elektrische Bauteil somit gegen Überhitzung im Inneren des Gehäuses. Zudem gewährleistet die Kühlung eine überhitzungsbedingte Abschaltung des elektrischen Bauteils und reduziert die Möglichkeiten eines technischen Defekts.
-
Zusätzlich kann die Kühlung mittels eines Leitungssystems über das Feuchtigkeit absorbierende Element geführt werden. Für die Kühlung wird in dem Leitungssystem ein geeignetes Kühlmittel geführt. Die Kühlung für das elektrische Bauteil findet in Form einer aktiven Kühlung im Inneren des Gehäuses statt. Die Temperaturdifferenz wird durch den Wärmeaustausch reduziert, so dass dadurch ebenfalls die Kondensation in Inneren des Gehäuses reduziert ist.
-
Im Folgenden soll die Erfindung und ihre Vorteile anhand der beigefügten Figuren erläutert werden. Dabei zeigen:
-
1 eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, wobei ein Filter und ein Superabsorber vorgesehen sind;
-
2 eine Ausführungsform der Vorrichtung gemäß 1, wobei zusätzlich eine Kühlung vorgesehen ist;
-
3 eine Ausführungsform der Vorrichtung, wobei das elektrische Bauteil mittels einer Membran abgeschottet ist; und
-
4 eine Ausführungsform der Vorrichtung gemäß 3, wobei das Ausgleichsvolumen durch eine Blase gebildet ist.
-
Für gleiche oder gleich wirkende Elemente der Erfindung werden identische Bezugszeichen verwendet. Ferner werden der Übersicht halber in den einzelnen Figuren nur Bezugszeichen dargestellt, die für die Beschreibung der jeweiligen Figur erforderlich sind. Die dargestellten Ausführungsformen stellen lediglich Beispiele dar, wie die erfindungsgemäße Vorrichtung ausgestaltet sein kann. Sie stellen somit keine abschließende Begrenzung der Erfindung dar.
-
1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1, die von einem Gehäuse 2 umgeben ist. Ein elektrisches Bauteil 3 ist innerhalb des Gehäuses 2 angeordnet und von diesem vollständig umschlossen. Das elektrische Bauteil 3 kann ein stromführendes und/oder ein stromspeicherndes Bauteil sein. Als elektrisches Bauteil 3 ist ein Elektromotor oder ein Batteriemodul vorstellbar. Das Gehäuse 2 hat mindestens eine Öffnung 4 ausgebildet, die mit der äußeren Umgebung 12 der Vorrichtung 1 bzw. des Gehäuses 2 in Verbindung steht. Der Öffnung 4 ist mindestens ein Mittel 6 zugeordnet, das das elektrische Bauteil 3 gegen Einflüsse von der äußeren Umgebung 12 schützt. Bei dem Mittel 6 handelt es sich um mindestens eine Filtereinrichtung 9. Bei der 1 gezeigten Ausführungsform ist der Filtereinrichtung 9 zusätzlich mindestens ein die Feuchtigkeit absorbierendes Element 10 nachgeordnet. Die Filtereinrichtung 9, die direkt in der Nähe der Öffnung 4 angeordnet ist, soll gegenüber Einflüssen aus der äußeren Umgebung 12 abdichten, um z. B. den Eintritt von Schmutz zu verhindern. Ferner ist die Filtereinrichtung 9 auch zur Filterung von Staub- und Schmutzpartikeln vorgesehen, um das elektrische Bauteil 3 vor einer Beeinträchtigung seiner Funktion zu schützen.
-
Wie bereits erwähnt, ist der Filtereinrichtung 9 ein Feuchtigkeit absorbierendes Element 10 nachgeschaltet. Die Notwendigkeit der Entfeuchtung eintretender Luft durch das Feuchtigkeit absorbierende Element 10 liegt darin begründet, dass eine Temperaturdifferenz zwischen dem Inneren 5 des Gehäuses 2 und der äußeren Umgebung 12 herrscht. Die Temperaturdifferenz führt bei niedrigen Temperaturen, wie z. B. im Winter dazu, dass sich die Feuchtigkeit aus der Luft an der Gehäuseinnenwand 13 niederschlagen kann. Die Kondensation an der Gehäuseinnenwand 13 führt dann letztendlich zu Korrosionsschäden des elektrischen Bauteils 3 und/oder des Gehäuses 2. Daher muss die Forderung nach geringer Luftfeuchtigkeit einerseits und einem Luftaustausch andererseits so realisiert werden, dass der Wassergehalt der eintretenden Luft so stark reduziert wird, dass ein Abscheiden an kalten Gehäuseteilen ausgeschlossen ist. Die effiziente Absorption von Feuchtigkeit durch das Feuchtigkeit absorbierende Element 10 erfolgt mittels eines Superabsorbers. Als Superabsorber sind verschiedenartige Produkte vorstellbar. Unter anderen können diese Produkte FAVOR® von Evonik und Luquafleece® von BASF sein. Chemisch gesehen ist der Superabsorber ein Natrium Polyacrylat. Die wichtigste Eigenschaft ist, dass es bei Kontakt mit Flüssigkeit zu quellen beginnt. Beispielsweise kann der Superabsorber bei einem Eigengewicht von 1 g eine Menge von 130 ml Wasser und 0 ml Ethanol an absorbierender Flüssigkeit aufnehmen, also die 130 fache Menge seines Eigengewichts an Flüssigkeit.
-
2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1, bei dem eine Kühlung 11 für das elektrische Bauteil 3 im Inneren 5 des Gehäuses 2 vorgesehen ist. Die Kühlung 11 für das elektrische Bauteil 3 kann im Inneren 5 des Gehäuses 2 in Form einer aktiven Kühlung erfolgen. Für die Kühlung 11 wird ein geeignetes Kühlmittel in einem Leitungssystem 14 geführt. Zusätzlich kann die wärmeabführende Leitung 14 um oder durch das Feuchtigkeit absorbierenden Element 10 gelegt werden. Der Vorteil der aktiven Kühlung liegt darin, dass der Durchsatz des Wärmeluftstromes wesentlich größer ist, als bei einer passiven Kühlung. Dieser Vorteil des Wärmeaustausches reduziert die Temperaturdifferenz zwischen dem Inneren 5 des Gehäuses 2 und der äußeren Umgebung 12 und vermindert die Kondensation und somit die Korrosionsanfälligkeit des elektrischen Bauteils 3 und/oder des Gehäuses 2.
-
3 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1, wobei die Öffnung 4 vom elektrischen Bauteil 3 durch ein Mittel 6 getrennt ist. Die elastische Membran 8m verhindert den Zugang von Feuchtigkeit und Schmutz zum elektrischen Bauteil 3. Um zwischen der elastischen Membran 8m und dem Gehäuse 2 den Eintritt von Feuchtigkeit zu verhindern, kann der Öffnung 4 eine Filtereinrichtung 9 und/oder ein Feuchtigkeit absorbierendes Element 10 nachgeschaltet sein. Im Inneren 5 des Gehäuses 2 sowie neben und/oder um das elektrischen Bauteil 3 sind die Mittel 6 vorgesehen, die eine hermetische Abriegelung des elektrischen Bauteils 3 gegen die äußeren Umgebung 12 ermöglichen. Diese Mittel 6 sind in Gestalt einer elastischen Membran 8m ausgebildet und können somit ein Ausgleichsvolumen 7 darstellen. Das Ausgleichsvolumen 7 ist dafür vorgesehen, dass sich die elastische Membran 8m je nach Druckniveau mehr oder weniger stark ausdehnen kann. Mit der Maßnahme eines Ausgleichsvolumens 7 soll ein möglichst konstantes Druckniveau im Innern 5 des Gehäuses 2 erreicht werden, um für die Batteriemodule eine chemische Stabilität der Zellen zu gewährleisten. Zum anderen ist der Druckausgleich für Motoren notwendig, um Dichtungen zu entlasten, ohne dabei ein erhöhtes Reibmoment in Abdichtungen zu erhalten.
-
4 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1, wobei die Mittel 6 direkt mit der Öffnung 4 in Verbindung stehen. Die Mittel 6 befinden sich im Inneren 5 des Gehäuses 2. Die Mittel 6 sind derart ausgestaltet, dass eine elastische Blase 8b entsteht. Innerhalb der elastischen Blase 8b bildet sich somit das Ausgleichsvolumen 7. Zudem kann sich innerhalb der elastischen Blase 8b das Ausgleichsvolumen sich je nach Druckniveau mehr oder weniger stark ausbilden. Die elastische Blase 8b variiert flexibel je nach den herrschenden Bedingungen in Größe und Form. Die elastische Blase 8b ist zweckmäßig auch dafür vorgesehen, um den Eintritt von Schmutz aus der äußeren Umgebung durch die Öffnung 4 zu verhindern. Analog zur 3 kann auch hier zwischen der Öffnung 4 und der elastischen Blase 8b eine Filtereinrichtung 9 und/oder ein Feuchtigkeit absorbierendes Element 10 geschaltet werden.
-
Die Erfindung wurde unter Bezugnahme auf bevorzugte Ausführungsformen beschrieben. Es ist für einen Fachmann jedoch selbstverständlich, dass konstruktive Änderungen und Abwandlungen durchgeführt werden können, ohne dabei den Schutzbereich der nachstehenden Ansprüche zu verlassen.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Vorrichtung
- 2
- Gehäuse
- 3
- Elektrisches Bauteil
- 4
- Öffnung
- 5
- Innere des Gehäuses
- 6
- Mittel
- 7
- Ausgleichsvolumen
- 8b
- Elastische Blase
- 8m
- Elastischen Membran
- 9
- Filtereinrichtung
- 10
- Feuchtigkeit absorbierendes Element
- 11
- Kühlung
- 12
- Äußere Umgebung
- 13
- Gehäuseinnenwand
- 14
- Leitungssystem
-
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
-
