DE102012214984A1

DE102012214984A1 - Abgasleitvorrichtung, Abgasanlage für ein Kraftfahrzeug und Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102012214984A1
Application number: DE201210214984
Authority: DE
Inventors: Markus Kohlberger
Original assignee: Robert Bosch GmbH; Samsung SDI Co Ltd
Current assignee: Robert Bosch GmbH; Samsung SDI Co Ltd
Priority date: 2012-08-23
Filing date: 2012-08-23
Publication date: 2014-02-27

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Abgasleitvorrichtung mit einem Hauptleitstück, die für eine Verwendung in einer Abgasanlage eines Kraftfahrzeugs mit Verbrennungsmotor (10) und Batterie (170) geeignet ist. Die vorliegende Erfindung betrifft daher auch eine Abgasanlage und ein Kraftfahrzeug mit Verbrennungsmotor (10) und Batterie (170). Das Hauptleitstück umfasst einen Mantel (80), einen ummantelten Hohlraum (90), eine Eintrittsöffnung (60) und eine von der Eintrittsöffnung (60) aus in einer Hauptströmrichtung (100) angeordnete Austrittsöffnung (110). Die Abgasleitvorrichtung ist gekennzeichnet durch ein Nebenleitstück, wobei das Nebenleitstück einen weiteren Mantel (140), einen weiteren ummantelten Hohlraum (150), eine Eintrittsöffnung (160) und eine Austrittsöffnung (130) umfasst und wobei die Austrittsöffnung (130) des Nebenleitstücks mit einer weiteren Eintrittsöffnung (120) des Hauptleitstücks verbunden ist. So lässt sich die Entgasungsöffnung des Batteriepacks mit der Abgasanlage des Fahrzeugs verbinden und Batterieausgasungen können in die Auspuffanlage und schließlich aus dem Fahrzeug ins Freie gelangen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Abgasleitvorrichtung, die für eine Verwendung in einer Abgasanlage eines Kraftfahrzeugs mit Verbrennungsmotor und Batterie geeignet ist. Die vorliegende Erfindung betrifft daher auch eine Abgasanlage und ein Kraftfahrzeug mit Verbrennungsmotor und Batterie. Die Batterie kann dabei aus parallel und/oder seriell verschalteten Batteriezellen, bevorzugt Lithium-Ionen-Batteriezellen, aufgebaut sein.
Stand der Technik
Batteriezellen, insbesondere Lithium-Ionen-Batteriezellen, können sich bei elektrischen, mechanischen oder thermischen Fehlanwendungen, oder bei unbeabsichtigtem internen oder externen Kurzschluss stark erwärmen. Beispiele für solche Fehlanwendungen sind Überladen, Gehäusebeschädigung, Überhitzung oder beidseitiges Kontaktieren mit einem metallischen Gegenstand.
Durch die Erwärmung kommt es zu einem Druckanstieg in den betroffenen Batteriezellen. Um den Druckanstieg kontrolliert abzuleiten, verfügen Batteriezellen nach dem Stand der Technik über Mittel zum kontrollierten Druckabbau, beispielsweise eine Berstöffnung.
Die bei Druckabbau austretenden Gase, Dämpfe und/oder Flüssigkeiten können unzersetzte Elektrolytkomponenten oder auch brennbare Zersetzungsprodukte wie Kohlenmonoxid, Wasserstoff oder Methan umfassen. Bei Lithium-Ionen-Batteriezellen können Fluorwasserstoff und Zersetzungsprodukte des Fluorwasserstoffs oder phosphorhaltige Verbindungen wie etwa Phosphoroxytrifluorid enthalten sein.
Bei gehausten Batteriesystemen mit mehreren Batteriezellen werden nach dem Stand der Technik aus den Mitteln zum kontrollierten Druckabbau ausströmende Gase über ein Entgasungssystem gesammelt und aus dem Batteriegehäuse nach außen geleitet, zum Beispiel unter Verwendung von Kunststoffrohren oder Schläuchen. Das Entgasungssystem ist nach außen verschlossen, etwa durch ein aus dem Schlauch ausgeformtes Ventil.
Offenbarung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung hat den Effekt, dass der Aufbau des Entgasungssystems verbessert wird.
Zur Erzielung dieses Effekts schlägt die vorliegende Erfindung vor, die Entgasungsöffnung des Batteriepacks mit der Abgasanlage des Fahrzeugs zu verbinden.
Hierzu wird eine Abgasleitvorrichtung nach Anspruch 1 vorgestellt. Die Abgasleitvorrichtung ist mit einem Hauptleitstück versehen, wobei das Hauptleitstück einen Mantel, einen ummantelten Hohlraum, eine Eintrittsöffnung und eine Austrittsöffnung umfasst. Die Abgasleitvorrichtung ist gekennzeichnet durch ein Nebenleitstück, wobei das Nebenleitstück einen weiteren Mantel, einen ummantelten weiteren Hohlraum, eine Eintrittsöffnung und eine Austrittsöffnung umfasst und wobei die Austrittsöffnung des Nebenleitstücks mit einer weiteren Eintrittsöffnung des Hauptleitstücks verbunden ist.
Mittels dieser Abgasleitvorrichtung lässt sich die Entgasungsöffnung des Batteriepacks mit der Abgasanlage des Fahrzeugs verbinden, so dass Batterieausgasungen in die Auspuffanlage und schließlich aus dem Fahrzeug ins Freie gelangen können. Auf Prüfständen, in Werkstätten und überall dort, wo eine Abgasabsaugung vorhanden ist, kann diese jetzt gleichzeitig dazu verwendet werden, Risiken durch Entgasung der Batterie zu minimieren.
In einer Ausführungsform beträgt dabei ein Winkel zwischen einer Hauptströmrichtung von der Eintrittsöffnung des Hauptleitstücks zur Austrittsöffnung des Hauptleitstücks und einer Nebengasausströmrichtung, mit der Gas aus dem Nebenleitstück in das Hauptleitstück ausströmen kann, höchstens 90 Grad.
Dies verhindert, dass durch das Hauptleitstück strömende Gase in das Nebenleitstück drücken und so ein Ausströmen von Gas aus dem Nebenleitstück in das Hauptleitstück unterbinden.
In dieser oder einer anderen Ausführungsform kann ein Ende des Nebenleitstücks in den Hohlraum des Hauptleitstücks ragen und eine Krümmung aufweisen, so dass eine Nebengasdurchströmrichtung, mit der Gas das Nebenleitstück durchströmen kann, einen beliebigen Winkel zur Hauptströmrichtung aufweist.
Dies erhöht die konstruktive Flexibilität.
Es ist auch möglich, dass das Hauptleitstück an einer Stelle, an der das Hauptleitstück mit dem Nebenleitstück verbunden ist, einen geringeren Querschnitt senkrecht zur Hauptströmungsrichtung aufweist als an einer anderen Stelle vor oder hinter der Verbindungsstelle. Dann erzeugt ein durch das Hauptleitstück strömendes Gas einen Unterdruck an der Austrittsöffnung des Nebenleitstücks.
Der weitere Hohlraum des Nebenleitstücks kann durch eine Trennvorrichtung vom Hohlraum des Hauptleitstücks so abgetrennt sein, dass zumindest ein Gasstrom aus dem Hauptleitstück in das Nebenleitstück verhindert ist.
Gase im Hauptleitstück werden so zuverlässig aus dem Nebenleitstück gehalten.
Dabei besteht die Trennvorrichtung vorzugsweise aus SUS403 oder einem anderen korrosionsbeständigen Stahl. Dies erlaubt eine Verwendung auch für aggressive Gase.
Die Trennvorrichtung kann eine Berstscheibe sein, die bei einem eine Schwelle überschreitenden Druckgefälle zwischen dem weiteren Hohlraum des Nebenleitstücks und dem Hohlraum des Hauptleitstücks birst.
Gase im Hauptleitstück werden so noch zuverlässiger aus dem Nebenleitstück gehalten.
Oder die Trennvorrichtung ist ein Ventil. Dann ist die Verbindung der Gasräume reversibel.
Erfindungsgemäß wird auch eine Abgasanlage gemäß Anspruch 8 für ein Fahrzeug mit einem Verbrennungsmotor und einer Batterie vorgestellt. Die Abgasanlage umfasst eine erfindungsgemäße Abgasleitvorrichtung und ist ausgebildet, Abgase des Verbrennungsmotors der Eintrittsöffnung des Hauptleitstücks und Ausgasung der Batterie der Eintrittsöffnung des Nebenleitstücks zuzuführen.
Dabei kann die Abgasanlage einen Katalysator zur katalytischen Reinigung der Abgase des Verbrennungsmotors umfassen. Vorteilhafterweise ist die Abgasanlage dann ausgebildet, die katalytisch gereinigten Abgase des Verbrennungsmotors der Eintrittsöffnung des Hauptleitstücks zuzuführen.
Eine Schädigung des Katalysators durch aus dem Nebenleitstück austretende Gase wird so verhindert.
Erfindungsgemäß wird schließlich auch ein Kraftfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor, einer Batterie und einer erfindungsgemäßen Abgasanlage vorgestellt.
Zeichnungen
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
1 eine beispielhafte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Abgasanlage für ein Kraftfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor und einer Batterie,
2 eine erste beispielhafte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Abgasleitvorrichtung, und
3 eine zweite beispielhafte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Abgasleitvorrichtung.
Ausführungsformen der Erfindung
1 zeigt einen Verbrennungsmotor 10 eines nicht gezeigten Kraftfahrzeugs. Der Motor 10 umfasst eine Abgasaustrittsöffnung 20, die an eine Eintrittsöffnung 30 eines Katalysators 40 angeschlossen ist. Der Katalysator 40 dient zur katalytischen Reinigung über die Eintrittsöffnung 30 zugeführter Abgase des Motors 10. Eine Austrittsöffnung 50 des Katalysators 40 ist an eine Eintrittsöffnung 60 einer Abgasleitvorrichtung 70 angeschlossen. Katalytisch gereinigte Abgase des Motors 10 können so aus dem Katalysator 40 in die Abgasleitvorrichtung 70 strömen, um anschließend ein Hauptleitstück mit einem von einem Mantel 80 ummantelten Hohlraum 90 entlang einer Hauptströmrichtung 100 zu durchströmen und schließlich an einer Austrittsöffnung 110 aus der Abgasleitvorrichtung 70 auszuströmen.
Das Hauptleitstück ist beispielsweise als ein m Querschnitt zur Hauptströmrichtung 100 elliptisches oder rechteckiges Rohr ausgebildet.
Die Abgasleitvorrichtung 70 umfasst eine weitere Eintrittsöffnung 120 in das Hauptleitstück. In die weitere Eintrittsöffnung 120 mündet eine Austrittsöffnung 130 eines Nebenleitstücks mit einem von einem weiteren Mantel 140 ummantelten weiteren Hohlraum 150. Eine Eintrittsöffnung 160 des Nebenleitstücks ist mit einem Entgasungsventil einer Batterie 170 verbunden. Das Entgasungsventil ist beispielsweise aus einem Elastomer gefertigt und ausgelegt, bei Überschreiten einer Druckdifferenzschwelle zwischen einem Innenraum der Batterie 170 und dem weiteren Hohlraum 150 einen Druckausgleich zwischen dem Innenraum der Batterie 170 und dem weiteren Hohlraum 150 zu ermöglichen. Infolge des Druckausgleichs aus der Batterie 170 ausströmendes Gas, Gas-Flüssigkeitsgemisch oder ausströmende Flüssigkeit werden dann über das Nebenleitstück dem Hauptleitstück zugeführt, um schließlich über die Austrittsöffnung 110 aus der Abgasleitvorrichtung 70 auszutreten.
Eine separate Verrohrung durch das Fahrzeug zur Abführung von Entgasungen der Batterie wird so überflüssig. Ein Austritt von Batteriegasen an einer unerwarteten Stelle wird effektiv vermieden.
Die Zuführung der Batteriegase erfolgt an einer Stelle, an der die Batteriegase keine Schäden am Katalysator bewirken können.
In 1 nicht dargestellt ist eine optionale, beispielsweise als Berstscheibe oder Rückschlagarmatur ausgebildete Trennvorrichtung. Die Trennvorrichtung kann im Hauptleitstück in der weiteren Eintrittsöffnung 120 oder im weiteren Hohlraum 150 des Nebenleitstücks in einem der Austrittsöffnung 130 nahegelegenen Endbereich 190 des Nebenleitstücks angeordnet sein. Zweck der Trennvorrichtung ist zumindest im Normalbetrieb zu verhindern, dass Motorabgase in das Nebenleitstück oder gar in die Batterie gelangen oder Entgasungsstoffe der Batterie in selbige zurückdrücken können.
Vorteilhafter- aber nicht notwendigerweise ist die Trennvorrichtung aus einem korrosionsbeständigen Material, etwa einem korrosionsbeständigen Stahl wie zum Beispiel die mit SUS403 bezeichnete Stahlsorte.
Ebenfalls nicht dargestellt ist eine optionale Rückschlagarmatur, die im Hohlraum 90 des Hauptleitstücks an der Eintrittsöffnung 60 oder zwischen der Eintrittsöffnung 60 und der weiteren Eintrittsöffnung 120 angeordnet sein kann, um Strömungen durch den Hohlraum 90 des Hauptleitstücks in Hauptströmrichtung zu beschränken. Die optionale Rückschlagarmatur kann so den Katalysator 40 effektiv vor Batteriegasen schützen.
Vorteilhafter- aber nicht notwendigerweise ist die Rückschlagarmatur aus einem korrosionsbeständigen Material, etwa einem korrosionsbeständigen Stahl wie zum Beispiel die mit SUS403 bezeichnete Stahlsorte.
Vorzugsweise ist ein Winkel zwischen einer Nebenausströmrichtung 180, in der Gas, Gas-Flüssigkeitsgemisch oder Flüssigkeit aus dem Nebenleitstück in das Hauptleitstück ausströmt, und der Hauptströmrichtung 100 kleiner oder gleich 90 Grad. Dies hilft ebenfalls sicherzustellen, dass keine Motorabgase in das Nebenleitstück oder gar in die Batterie gelangen oder Entgasungsstoffe der Batterie in selbige zurückdrücken können.
Dies ist beispielhaft in einer ersten Ausführungsform in 2 dargestellt. Hier beträgt der Winkel zwischen 30 und 60 Grad.
In der beispielhaften zweiten Ausführungsform, die in 3 gezeigt wird, beträgt der Winkel weniger als 10 Grad.
In 3 ist weiterhin zu sehen, dass der Endbereich 190 des Nebenleitstücks auch in den Hohlraum 90 des Hauptleitstücks hineinragen kann. Zudem kann der Endbereich 190, wie in 3 dargestellt, gekrümmt sein. Alternativ oder zusätzlich ist eine Abwinkelung möglich. Es ist dann möglich, dass eine Durchströmrichtung durch das Nebenleitstück einen anderen Winkel zur Hauptströmrichtung 100 aufweist als die Ausströmrichtung 180.

Claims

Abgasleitvorrichtung mit einem Hauptleitstück, wobei das Hauptleitstück einen Mantel (80), einen ummantelten Hohlraum (90), eine Eintrittsöffnung (60) und eine von der Eintrittsöffnung (60) aus in einer Hauptströmrichtung (100) angeordnete Austrittsöffnung (110) umfasst, gekennzeichnet durch ein Nebenleitstück, wobei das Nebenleitstück einen weiteren Mantel (140), einen weiteren ummantelten Hohlraum (150), eine Eintrittsöffnung (160) und eine Austrittsöffnung (130) umfasst und wobei die Austrittsöffnung (130) des Nebenleitstücks mit einer weiteren Eintrittsöffnung (120) des Hauptleitstücks verbunden ist.
Abgasleitvorrichtung nach Anspruch 1, wobei ein Winkel zwischen der Hauptströmrichtung (100) und einer Nebenausströmrichtung (180), mit der Gas aus dem Nebenleitstück in das Hauptleitstück ausströmen kann, höchstens 90 Grad beträgt.
Abgasleitvorrichtung nach Anspruch 2, wobei ein Endstück des Nebenleitstücks in den Hohlraum (100) des Hauptleitstücks ragt und eine Krümmung (190) aufweist.
Abgasleitvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei eine Trennvorrichtung zur Verhinderung eines Gasstroms aus dem Hauptleitstück in das Nebenleitstück den Hohlraum (150) des Nebenleitstücks vom Hohlraum (100) des Hauptleitstücks abtrennt.
Abgasleitvorrichtung nach Anspruch 4, wobei die Trennvorrichtung aus SUS403 oder einem anderen korrosionsbeständigen Stahl besteht.
Abgasleitvorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, wobei die Trennvorrichtung eine Berstscheibe ist, die bei einem eine Schwelle überschreitenden Druckgefälle zwischen dem weiteren Hohlraum des Nebenleitstücks und dem Hohlraum des Hauptleitstücks birst.
Abgasleitvorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, wobei die Trennvorrichtung ein Ventil ist.
Abgasanlage für ein Fahrzeug mit einem Verbrennungsmotor (10) und einer Batterie (170), wobei die Abgasanlage eine Abgasleitvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche umfasst, wobei die Abgasanlage ausgebildet ist, Abgase des Verbrennungsmotors (10) der Eintrittsöffnung (60) des Hauptleitstücks und Ausgasung der Batterie (170) der Eintrittsöffnung (160) des Nebenleitstücks zuzuführen.
Abgasanlage nach Anspruch 8, wobei die Abgasanlage einen Katalysator (40) zur katalytischen Reinigung der Abgase des Verbrennungsmotors (10) umfasst und ausgebildet ist, die katalytisch gereinigten Abgase des Verbrennungsmotors der Eintrittsöffnung (60) des Hauptleitstücks zuzuführen.
Kraftfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor (10), einer Batterie (170) und einer Abgasanlage nach Anspruch 8 oder 9.