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Stand der Technik
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Druckausgleich für ein geschlossenes Volumen. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine solche Vorrichtung, bei Verwendung welcher Entfeuchtungsmaßnahmen einfacher und kostengünstiger vorgenommen werden können. Für elektrisch antreibbare Fahrzeuge sind elektrochemische Energiespeicher erforderlich. Diese elektrochemischen Energiespeicher werden üblicherweise durch ein dichtes Gehäuse vor äußeren Einflüssen geschützt. Um Druckunterschiede infolge von Temperatur- und Luftdruckveränderungen innerhalb und außerhalb des Gehäuses ausgleichen zu können, werden üblicherweise sogenannte Druckausgleichselemente (DAE) eingesetzt. Diese weisen mitunter eine Membran auf, welche eingerichtet ist, Flüssigkeiten zurückzuhalten, während sie Gase passieren lässt. Solche Druckausgleichselemente werden vor Druckausgleichsöffnungen von Gehäusen eingesetzt, durch welche ein Gasaustausch erfolgen und so für einen Druckausgleich sorgen kann. Diese Druckausgleichselemente stellen jedoch keine ideale Feuchtigkeitsbarriere dar. Daher ist es üblich, Trocknungsmittel innerhalb der Gehäuse als zusätzliche Entfeuchtungsmaßnahme vorzusehen. Die Trocknungsmittel können dabei als Feuchtigkeitssenken verstanden werden, wobei sie lediglich eine begrenzte Kapazität aufweisen. Nachdem diese Kapazität erschöpft ist, muss das Trocknungsmittel ersetzt werden. Hierzu ist ein Öffnen des jeweiligen Gehäuses erforderlich, was mit Aufwand und Kosten verbunden ist. Als weitere Maßnahme zum Druckausgleich sind Kolben bekannt, welche im Wesentlichen fluiddicht innerhalb einer zylindrischen Druckausgleichsöffnung angeordnet sind und somit einem Druckausgleich begrenzten Ausmaßes dienen. Insbesondere in Fahrzeugen sind die Kolben aufgrund der Randbedingungen hinsichtlich des verfügbaren Bauraums nur im Stande, begrenzte Wechseldrücke auszugleichen.
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Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die vorgenannten Nachteile des Standes der Technik auszuräumen.
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Offenbarung der Erfindung
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Die vorstehend genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 gelöst. Entsprechend wird eine Vorrichtung zum Druckausgleich eines geschlossenen Volumens mit seiner Umgebung vorgeschlagen. Dabei kann das geschlossene Volumen beispielsweise ein Gehäuse zur Aufnahme einer technischen Einrichtung sein. Insbesondere bei steifen Gehäusen ist es erforderlich, einen Druckausgleich, wie ihn die vorliegende Erfindung adressiert, vorzunehmen, da der Betrieb der technischen Einrichtungen häufig mit Wärmeentwicklung verbunden ist. Insbesondere bei mobilen geschlossenen Volumina ist zudem der Aspekt möglicher unterschiedlicher Reisehöhen über dem Meeresspiegel zu berücksichtigen. Dabei umfasst die vorliegende Erfindung einen Druckausgleichszylinder mit einem Umgebungsfluideinlass, über welchen Umgebungsfluid zum Herstellen eines Druckausgleichs mit der Umgebung einströmen kann. Der Druckausgleichszylinder umfasst ein Auslassventil. Unter einem Ventil sei im Rahmen der vorliegenden Erfindung allgemein ein reversibel verschließbarer Durchgang zur Fluidführung verstanden. Zusätzlich weist der Druckausgleichszylinder einen Fluidauslass auf, der eingerichtet ist, mit dem geschlossenen Volumen gekoppelt zu werden. Mit anderen Worten stellt der Fluidauslass eine Öffnung im Druckausgleichszylinder dar, über welche der Druckausgleichszylinder mit dem geschlossenen Volumen pneumatisch kommunizieren kann. Im Druckausgleichszylinder ist weiter ein verschieblicher Kolben zum Teilen des Druckausgleichszylinders in ein erstes Volumen und ein zweites Volumen vorgesehen. Der verschiebliche Kolben steht hierzu fluiddicht mit der Innenwandoberfläche des Druckausgleichszylinders in Kontakt. Aufgrund der verschieblichen Anordnung des Kolbens sind das erste Volumen und das zweite Volumen zu beiden Seiten des verschieblichen Kolbens in Summe stets in etwa gleich groß. Dabei ist der Umgebungsfluideinlass mit dem zweiten Volumen pneumatisch gekoppelt. Mit anderen Worten ist stets ein Eintritt und Austritt von Umgebungsfluid in das zweite Volumen vorgesehen. Dabei herrscht (von dynamischen Vorgängen einmal abgesehen) stets Umgebungsdruck im zweiten Volumen des Druckausgleichszylinders. Der zweite Fluidauslass des Druckausgleichszylinders ist mit dem ersten Volumen des Druckausgleichszylinders gekoppelt. Auf diese Weise kann eine aufgrund von Druckunterschieden hervorgerufene Verschiebung des Kolbens einen Druckausgleich über den zweiten Fluidauslass herstellen. Das Auslassventil sorgt erfindungsgemäß und im Gegensatz zum Stand der Technik nun dafür, dass ein im ersten Volumen herrschender Überdruck, der über eine bloße Verschiebung des Kolbens nicht ausgleichbar ist, nicht zu einem Überdruck oder gar zum Bersten des Druckausgleichszylinders bzw. des geschlossenen Volumens führt. Mit anderen Worten ist das Auslassventil eingerichtet, spätestens jenseits eines vordefinierten Arbeitsbereiches des verschieblichen Kolbens einen Fluidaustritt aus dem ersten Volumen in Richtung der Umgebung zu ermöglichen. Auf diese Weise ermöglicht die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung eine kompakte und selbständig die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe erfüllende Einheit, welche auf zusätzliche Sicherungsmaßnahmen gegen Feuchtigkeitseintrag verzichten kann.
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Die Unteransprüche betreffen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
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Weiter bevorzugt ist die Vorrichtung eingerichtet, in einem ersten Betriebszustand das erste Volumen durch Schließen des Ventils gegenüber der Umgebung abzudichten. Mit anderen Worten ist es vorgesehen, dass in zumindest einem Betriebszustand das Ventil eine Barriere für aus der Umgebung in Richtung des ersten Volumens drängendes Fluid darstellt. Gleichzeitig ist die Vorrichtung eingerichtet, in einem zweiten Betriebszustand das erste Volumen mittels des Auslassventils in Richtung der Umgebung der Vorrichtung zumindest in einer Richtung zu öffnen. Dies kann beispielsweise dann der Fall sein, wenn ein Druck innerhalb des ersten Volumens des Druckausgleichszylinders höher bzw. deutlich höher ist als der Umgebungsdruck. Auf diese Weise geht zwar bis zu diesem Zeitpunkt hermetisch im System eingeschlossene, ggf. getrocknete Luft verloren, jedoch wird eine größere Fehlfunktion oder gar eine Beschädigung des Systems durch internen Überdruck erfindungsgemäß sicher verhindert.
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Dabei kann im ersten Betriebszustand der Umgebungsdruck gegenüber einem Umgebungsdruck im zweiten Betriebszustand, bezogen auf einen jeweiligen Fluiddruck im ersten Volumen, höher sein. Mit anderen Worten ist eine Druckdifferenz zwischen einem Umgebungsdruck und einem Fluiddruck im Innern des Volumens im ersten Betriebszustand größer als die Druckdifferenz zwischen einem Umgebungsdruck und dem gleichzeitigen Fluiddruck im Inneren des Volumens während des zweiten Betriebszustandes größer. Auf diese Weise wird einerseits ein Eindringen feuchter Umgebungsluft in solchen Fällen verhindert, in welchen ein Druckgefälle in Richtung des ersten Volumens besteht. Andererseits wird ein Bersten des erfindungsgemäßen Systems aus der Vorrichtung und dem geschlossenen Volumen verhindert.
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Vorteilhaft ist das Auslassventil eingerichtet, in einer ersten Position des Kolbens ein Einströmen von Umgebungsfluid durch den Umgebungsfluideinlass in das erste Volumen des Druckausgleichszylinders zuzulassen und in einer zweiten Position des Kolbens zu verhindern. Beispielsweise kann in der ersten Position ein Einströmen von Umgebungsfluid (Umgebungsluft) erforderlich sein, um ein Druckgefälle zwischen der Umgebung und dem ersten Volumen bzw. dem geschlossenen Volumen auszugleichen. Hierbei wird in Kauf genommen, dass gegebenenfalls (feuchte) Umgebungsluft zumindest in kleinen Mengen in das System eindringt, welche es anschließend zu entfeuchten gilt. Daher kann die erste Position des Kolbens mit einem solchen Betriebszustand korrelieren, in welchem der Kolben nahe der Grenze dessen ist, was er an Unterdruck innerhalb des geschlossenen Volumens auszugleichen im Stande ist. Zusätzlich kann der Kolben eingerichtet sein, in einer zweiten Position ein Einströmen von Umgebungsfluid durch den Umgebungsfluideinlass in das erste Volumen zu verhindern. Dies ist beispielsweise dann von Vorteil, wenn der Kolben durchaus im Stande ist, einen Unterdruck innerhalb des Systems durch einen weiteren Hub auszugleichen. In einer solchen Situation kann daher erfindungsgemäß ein Eindringen gegebenenfalls Feuchtigkeit enthaltenden Umgebungsfluides in das System verhindert werden.
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Bevorzugt kann der Kolben eine Rollmembran als Teil des Auslassventils umfassen. Dabei stellt die Rollmembran das Stellglied des Auslassventils dar, welches (je nach Betriebszustand) eine Öffnung innerhalb des Druckausgleichszylinders verschließt bzw. freigibt. Dabei kann die Rollmembran einerseits zur Führung und Abdichtung des Kolbens innerhalb des Druckausgleichszylinders, andererseits zum reversiblen Verschließen des zweiten Luftauslasses innerhalb des zweiten Volumens dienen. Ist ein im zweiten Volumen des Druckausgleichzylinders angeordneter Durchgang des Auslassventils nicht von der Rollmembran überdeckt, ist ein Fluiddurchtritt in beide Richtungen möglich. Verdeckt die Rollmembran den Durchgang des Auslassventils, ist ein Austritt von Fluid aus dem zweiten Volumen des Druckausgleichszylinders nicht möglich, während eine durch die Membran vordefinierte Druckdifferenz in Richtung des zweiten Volumens die Rollmembran von der Wandung des Druckausgleichszylinders anhebt und das Fluid durch den Durchgang des Auslassventils in das zweite Volumen eindringen lässt. Auf diese Weise wird eine einfache, robuste und in mehrfacher Hinsicht vorteilhafte Bündelung von Funktionen ermöglicht.
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Bevorzugt weist die Vorrichtung ein Druckausgleichselement auf, welches eingerichtet ist, einen Durchtritt von Flüssigkeiten aus Richtung des Umgebungsfluideinlasses in Richtung des geschlossenen Volumens zu verhindern. Das Druckausgleichselement kann dabei beispielsweise als Membran (z. B. eine Textilmembran) ausgestaltet sein, wie sie aus dem Bereich der Funktionsbekleidung bekannt ist. Auf diese Weise wird ein Eindringen von Flüssigkeiten beim Einströmen von Frischluft in das System weitgehend verhindert. Dabei ist das Druckausgleichselement gleichzeitig eingerichtet, einen Durchtritt von Gasen in derselben Richtung zu ermöglichen. Auf diese Weise verhindert das Druckausgleichselement den erforderlichen Druckausgleich zwischen der Umgebung und dem geschlossenen Volumen nicht. Zwar kann das Druckausgleichselement ein Eindringen von Feuchtigkeit nicht 100%-ig gewährleisten, jedoch unterstützt es die Entfeuchtungsfunktion und ist zudem wartungsfrei und äußerst langlebig.
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Bevorzugt weist die Vorrichtung weiter einen Filter auf, der zwischen dem Druckausgleichselement und dem geschlossenen Volumen angeordnet ist. Der Filter kann dabei insbesondere ein Trocknungsmittel umfassen. Mit anderen Worten weist der Filter eine Feuchtigkeitskapazität auf, welche im Stande ist, einem den Filter durchströmenden Fluidstrom Feuchtigkeit zu entziehen. Der Vollständigkeit halber sei klargestellt, dass das Trocknungsmittel nach wie vor auch innerhalb des geschlossenen Volumens (z. B. ein Batteriegehäuse) vorgesehen werden kann. Der durch die erfindungsgemäße Vorrichtung verringerte Luftaustausch mit der Umgebung und der dadurch verringerte Feuchtigkeitseintrag verlängern auch die Funktionsdauer eines innerhalb des geschlossenen Volumens angeordneten Trocknungsmittels. Jedoch ist ein Anordnen des Trocknungsmittels innerhalb der Vorrichtung insbesondere dann vorteilhaft, wenn die Vorrichtung deutlich besser zugänglich ausgestaltet ist, als es das Innere des geschlossenen Volumens ist. Auf diese Weise ist ein Austausch bzw. eine Wartung des Filters/Trocknungsmittels weniger aufwändig und daher schneller und kostengünstiger durchführbar. Beispielsweise kann das Trocknungsmittel in Form einer Trocknungspatrone im Anschluss an das Druckausgleichselement (DAE) angeordnet werden, welches in einen per Verschraubung abnehmbaren Abschnitt der Vorrichtung einsetzbar ist. Dabei kann eine Vorsehung des Filters/Trocknungsmittels innerhalb der Vorrichtung einen weiteren Vorteil mit sich bringen. Wird der Filter in einem von der oszillierenden Flüssigkeitssäule durchströmten Kanalelement vorgesehen, führt die wiederholte Durchströmung des Filters/Trocknungsmittels zu einer raschen und gründlichen Entfeuchtung des eingeschlossenen Fluides.
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Bevorzugt kann derjenige Teil, in welchem der Filter/das Trocknungsmittel vorgesehen wird, reversibel fluiddicht zu öffnen sein. Hierbei kommen insbesondere Schraubverbindungen, Bajonettverbindungen, Steckverbindungen, geklebte Verbindungen etc. in Frage. Dabei kann der Filter als Einsatz in ein zu öffnendes Kanalelement der Vorrichtung vorgesehen werden, oder einen Teil des Kanals der Vorrichtung umfassen. In letzterem Fall kann beispielsweise auch ein innerhalb des Kanalelements zur reversiblen Abdichtung vorgesehenes Dichtmittel innerhalb einer Ersatzteileinheit gleichzeitig ausgetauscht werden, um Undichtigkeiten und Verschleiß vorzubeugen.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine elektrochemische Speichereinheit, umfassend ein Gehäuse und eine an das Gehäuse angeschlossene Vorrichtung, vorgeschlagen. Die Vorrichtung ist ausgestaltet, wie sie oben in Verbindung mit dem erstgenannten Erfindungsaspekt im Detail beschrieben worden ist. Das Gehäuse der elektrochemischen Speichereinheit ist dabei als geschlossenes Gehäuse im Sinne des erstgenannten Erfindungsaspektes mit dem Fluidauslass der Vorrichtung gekoppelt. Dabei kann die elektrochemische Speichereinheit beispielsweise Lithium-Ionen, Lithium-Polymer-, Nickelmetallhydrid-, Nickelcadmiumzellen o. Ä. umfassen. Es ergeben sich die in Verbindung mit dem erstgenannten Erfindungsaspekt ausgeführten Merkmalskombinationen und Vorteile entsprechend.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen im Detail beschrieben. In den Zeichnungen ist:
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1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung an einem Batteriegehäuse als geschlossenes Volumen;
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2 das in 1 vorgestellte Ausführungsbeispiel in einem zweiten Betriebszustand;
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3 das in 1 und 2 dargestellte Ausführungsbeispiel in einem dritten Betriebszustand;
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4 das in den 1 bis 3 dargestellte Ausführungsbeispiel in einem vierten Betriebszustand; und
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5 eine schematische Ansicht eines alternativen Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
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Ausführungsformen der Erfindung
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1 zeigt eine Batterie 9 als elektrochemischen Energiespeicher in einem geschlossenen Gehäuse 10, welches über eine Schlauchleitung 11 mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung verbunden ist. Die Vorrichtung umfasst einen Druckausgleichszylinder 2, dessen Unterseite eine Öffnung als Fluidauslass 5 in Richtung der Schlauchleitung 11 aufweist. Innerhalb des Druckausgleichszylinders 2 ist ein verschieblicher Kolben 14 angeordnet. Zwischen dem verschieblichen Kolben 14 und dem Fluidauslass 5 ist ein erstes Volumen I angeordnet, welches einen Filter 13 mit einem Trocknungsmittel aufweist. Bewegt sich der verschiebliche Kolben 14, bewegt sich auch die innerhalb des ersten Volumens I bzw. innerhalb der Schlauchleitung 11 angeordnete Fluidsäule durch den Filter 13 und gibt Feuchtigkeit an ihn ab. Oberhalb des verschieblichen Kolbens 14 ist ein zweites Volumen II angeordnet. In einem dem oberen Ende des Druckausgleichsbehälters 2 zugewandten Abschnitt ist ein Auslassventil 15 in die Seitenwand eingelassen. Am oberen Kopfende des Druckausgleichszylinders 2 ist ein Umgebungsfluideinlass 3 vorgesehen, innerhalb dessen ein Druckausgleichselement 16 mit einer Membran angeordnet ist. Das Druckausgleichselement 16 ist dabei eingerichtet, Umgebungsgase in das zweite Volumen II einströmen zu lassen, Feuchtigkeit innerhalb der Umgebungsgase jedoch im Wesentlichen zurückzuhalten.
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2 zeigt die in 1 dargestellte Anordnung, wobei ein zweiter Zustand 14' des verschieblichen Kolbens 14 dargestellt ist. Die dargestellten Positionen des verschieblichen Kolbens 14 stellen einander entgegengesetzte Bereichsgrenzen eines Arbeitsbereiches des Kolbens 14 dar, in welchem die Vorrichtung ohne ein Einströmen externen Fluides in das geschlossene Volumen 10 Druckunterschiede ausgleichen kann. Oberhalb des Zustandes 14' des verschieblichen Kolbens 14 ist ein jeweiliges zweites Volumen II dargestellt, in welches das durch den Pfeil P4 dargestellte Umgebungsfluid durch das Auslassventil 15 sowohl ein- als auch ausströmen kann. Ein Eindringen auf diese Weise in das zweite Volumen II eingetragener Feuchtigkeit in das erste Volumen I wird durch den fluiddicht verschließlichen Kolben 14 sicher verhindert.
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3 zeigt den in 2 dargestellten Zustand an, nachdem der Umgebungsdruck stark gegenüber dem Druck im Inneren des ersten Volumens I abgenommen hat. Der verschiebliche Kolben 14 ist am Auslassventil 14 vorbei bis zu einem äußeren Ende des Druckausgleichszylinders 2 aufgestiegen. In der dargestellten Situation verschließt der Kolben 14 den Umgebungsfluideinlass 3 am Kopfende des Druckausgleichszylinders 2. Gleichzeitig ist das Auslassventil 15 (wie durch den Pfeil P5 dargestellt) nur noch eingerichtet, Fluid aus dem Druckausgleichszylinder 2 in die Umgebung entweichen zu lassen, jedoch keine Umgebungsfluide ins Innere des Druckausgleichszylinders 2 gelangen zu lassen. Diese Funktionsänderung des Auslassventils 15 kann dabei entweder rein mechanisch verwirklicht werden oder mit Hilfe geeigneter Sensorik/Aktuatorik. Ein Überdruck sowie ein Bersten des geschlossenen Volumens 10 bzw. der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird durch das Vorsehen des Auslassventils 15, wie dargestellt, wirksam verhindert.
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4 zeigt die in 3 dargestellte Situation, nachdem der Umgebungsdruck gegenüber dem im Inneren des Druckausgleichszylinders 2 bzw. des geschlossenen Volumens 10 herrschenden Druck angestiegen ist. Die Tendenz des Umgebungsfluides, in den Druckausgleichszylinder 2 einzuströmen, hat das Auslassventil 15 geschlossen, wie dies durch den Pfeil P6 angedeutet ist. Durch den Umgebungsfluideinlass 3 und das Druckausgleichselement 16 ist vorgetrocknetes Umgebungsfluid in das zweite Volumen II eingeströmt und hat den verschieblichen Kolben 14 abgesenkt. Auf diese Weise verringert sich das erste Volumen I entsprechend. Auch das Schließen des Auslassventils 15 kann entweder rein mechanisch oder durch Sensorik/Aktuatorik unterstützt werden. Die vorstehend beschriebenen Figuren stellen einen besonders einfachen Aufbau schematisch dar, in welchem die erfindungsgemäße Vorrichtung gegenüber einem Überdruck innerhalb des geschlossenen Volumens abgesichert ist.
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5 zeigt eine schematische Darstellung eines alternativen Ausführungsbeispiels, welches zusätzlich gegenüber einem starken Umgebungsdruck abgesichert ist. Innerhalb des Druckausgleichszylinders 2 ist ein verschieblicher Kolben 14 angeordnet. Dieser ist über eine an den Punkten 20 in die Wand des Druckausgleichszylinders 2 eingelassene Rollmembran 19 mit der Innenwand des Druckausgleichszylinders 2 fluiddicht verankert. Dabei teilt der Kolben 14 bzw. der in einer abgesenkten Position dargestellte gleiche Kolben 14' das Volumen des Druckausgleichszylinders 2 in ein erstes Volumen I unterhalb des Kolbens 14 bzw. 14' und ein zweites Volumen II oberhalb des Kolbens 14 bzw. 14'. Umgebungsfluideinlässe 3 in einem oberen Abschnitt des Druckausgleichszylinders 2 sind eingerichtet, das zweite Volumen II stets auf Umgebungsdruck zu halten. Der Kolben 14 ist in einer oberen Position dargestellt, in welcher die Rollmembran 19 einen Austritt von Umgebungsfluid aus einem in die Seitenwand des Druckausgleichszylinders 2 eingelassenen Auslassventil 15 verhindert. Dabei wird das Auslassventil 15 freigegeben, sobald der Kolben 14 und damit die Rollmembran 19 um einen entsprechenden Hub abwärts bewegt worden sind, der Kolben sich also in der Position 14' befindet. An das Auslassventil 15 schließt sich ein Kanalelement 21 an, in dessen Ende ein Druckausgleichselement 16 eingelassen ist. Hinter dem Druckausgleichselement 16 ist ein Filter 13, umfassend ein Trocknungsmittel, angeordnet. An den Filter 13 schließt sich ein weiteres Kanalelement 22 an, welches mit einem Fluidauslass 5 am Boden des Druckausgleichszylinders 2 und einer Rohrleitung in Richtung eines geschlossenen Volumens 10 verbunden ist. Zur Erläuterung der Funktionsweise des dargestellten Ausführungsbeipiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird zunächst die obere Position des verschieblichen Kolbens 14 betrachtet. Diese stellt unter der Voraussetzung, dass der Umgebungsdruck größer oder gleich dem Innendruck innerhalb des ersten Volumens ist, einen ersten Betriebszustand dar. Umgebungsfluid strömt durch die Umgebungsfluideinlässe 3 in das zweite Volumen II. Der Druckunterschied zwischen dem zweiten Volumen II und der Rohrleitung 21 bewirkt ein Verschließen des Auslassventils 15 durch die Rollmembran 19. Nimmt der Außendruck weiter zu oder sinkt der Druck im geschlossenen Volumen 10 weiter ab, wandert der Kolben 14 im Druckausgleichszylinder 2 abwärts, bis er die Position 14' erreicht. Zwar ist der verschiebliche Kolben 14' hiermit nahezu am Ende seines Arbeitsbereiches (die Rollmembran 19 würde ebenso, wie der Boden des Druckausgleichszylinders 2 eine weitere Verschiebung abwärts verhindern), jedoch ist das Auslassventil 15 nicht mehr von der Rollmembran 19 verdeckt, so dass Umgebungsfluid durch die Umgebungsfluideinlässe 3, das zweite Volumen II, die Rohrleitung 21, das Druckausgleichselement 16, den Filter 13 und die Rohrleitung 22 auf direktem Wege in das erste Volumen I bzw. das geschlossene Volumen 10 gelangen kann. Zwar wird die einströmende Frischluft nur einfach durch das Druckausgleichselement 16 und ein einfaches Durchströmen des Filters 13 von Feuchtigkeit befreit, jedoch wird ein Kollabieren des geschlossenen Volumens 10 sowie der erfindungsgemäßen Vorrichtung wirksam verhindert. Steigt anschließend der Druck innerhalb des geschlossenen Volumens 10 bzw. sinkt der Umgebungsdruck ab, steigt der Kolben 14' innerhalb des Druckausgleichszylinders 2 an, da der Strömungswiderstand durch den Filter 13, das Druckausgleichselement 16 und die Rohrleitungen 21, 22 größer sind, als der Strömungswiderstand zwischen dem geschlossenen Volumen 10 und dem ersten Volumen I. Zusätzlich verschließt alsbald die Rollmembran 19 das Auslassventil 15, so dass bei einem weiteren Anstieg des Drucks im Inneren des geschlossenen Volumens 10 der Kolben die Position 14 einnimmt. Steigt der Druck im Inneren weiter an, erreicht auch der Kolben 14 irgendwann eine obere Endposition. Dabei sind die Rollmembran 19 und die Umgebungsfluideinlässe 3 zueinander derart positioniert, dass die Umgebungsfluideinlässe 3 niemals vollständig verschlossen werden. Indem ein in einer solchen Situation weiter ansteigender Fluiddruck im Innern des geschlossenen Volumens 10 über die Rohrleitungen 21, 22 auch über das Auslassventil 15 auf die Rollmembran 19 drücken würde, könnte bei geeigneter Dimensionierung der Rollmembran 19 ein Entweichen von im System eingeschlossener Luft über das zweite Volumen II und die Umgebungsfluideinlässe 3 dennoch gewährleistet und ein Bersten des geschlossenen Volumens 10 bzw. des Druckausgleichszylinders 2 wirksam verhindert werden.
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Die vorliegende Erfindung ermöglicht einerseits die Schaffung einer externen Zugänglichkeit des Trocknungsmittels, andererseits die Auslagerung des modularen Volumenausgleichs, um ein kompaktes Package der Hochvoltbatterie zu ermöglichen. Durch ständig wechselnde Druckverhältnisse der Umgebung ergibt sich in bevorzugten Ausführungsformen eine oszillierende Luftsäule, die sich durch das Trocknungsmittel hin und her bewegt und der Luft im geschlossenen System Feuchtigkeit entzieht. Die erfindungsgemäße Vorrichtung verwirklicht eine Kombination von Einrichtungen, die im Stand der Technik häufig als ”interner” und ”externer” Druckausgleich bzw. ”interne” und ”externe” Druckausgleichselemente bezeichnet werden. Indem vorteilhafterweise eine Trocknungspatrone dem Druckausgleichselement nachgeschaltet werden kann, ergibt sich eine maximale Nutzungsdauer für das Trocknungsmittel. Der externe Druckausgleich (mit anderen Worten also der Austausch mit der Umgebungsluft) wird im Idealfall erst dann durchgeführt, wenn der interne Druckausgleich (also das oszillierende, durch den Kolben 14 durchfahrene Volumen) maximal genutzt wurde. Durch diese Vorgehensweise werden folgende Vorteile erreicht: Erstens wird durch den externen Druckausgleich das benötigte Luftvolumen für den internen Druckausgleich klein gehalten. Dadurch muss der interne Druckausgleich keine extremen Drücke ausgleichen. Zweitens wird durch den internen Druckausgleich der Luftaustausch reduziert bzw. nur für extreme Druckunterschiede benötigt. Drittens gelangt durch den optionalen Einsatz der Trocknungspatrone im Anschluss an das Druckausgleichselement (DAE) nur getrocknete Luft überhaupt in die Batterie als geschlossenes Volumen. Viertens führt der reduzierte Luftaustausch zu einer längeren Nutzungsdauer des Trocknungsmittels, wodurch die Gesamtlebensdauer bzw. Funktionsperiode des Trocknungsmittels verlängert wird. Insbesondere kann die Nutzungsdauer des Trocknungsmittels so dimensioniert werden, dass sie einen elektrochemischen Energiespeicher überlebt.
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Dem einschlägigen Fachmann ist ersichtlich, dass die prinzipiellen Funktionsbeschreibungen, wie sie im Rahmen dieser Beschreibung gegeben wurden, in der technischen Realisierung unterschiedlichste Ausgestaltungen annehmen können. Kern der Erfindung ist ein permanenter, reduzierter Luftaustausch über das externe Druckausgleichselement. Um dieses zu modifizieren, müsste z. B. ein Ventil in die Zuleitung gebracht werden, das erst bei einer entsprechenden Endlage des Kolbens öffnet. Erfindungsgemäß wird eine Reduzierung eines Luftaustauschs durch ein internes Druckausgleichselement ermöglicht. Dabei muss das Druckausgleichselement selbstverständlich nicht als Bestandteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorgesehen werden, um in Verbindung mit dieser eine Verlängerung seiner Nutzungsdauer/Funktionsdauer zu erfahren. Durch die Erfindung kann weiter die Realisierung eines Druckausgleichs extern und unabhängig vom Batteriebauraum positioniert werden. Beispielsweise ist dabei ein Anschluss über eine Schlauchleitung möglich. Insbesondere kann ein Filtermittel bzw. ein Trocknungsmittel an einer servicefreundlichen Position verbaut werden. Vorteilhafterweise können mehrere erfindungsgemäße Vorrichtungen an unterschiedlichen Totvolumina innerhalb eines abgeschlossenen Volumens (z. B. Batteriegehäuse) modular angeordnet werden. Dies verringert Probleme in Verbindung mit dem Platzbedarf elektrochemischer Energiespeicher. Serviceintervalle zur Wartung bzw. zum Ersetzen der Filter/Trocknungsmittel können durch den reduzierten Luftaustausch mit der Umgebung verlängert werden. Allgemein stellt die vorliegende Erfindung eine Lösung bereit, bei welcher das Trocknungsmittel im ”normalen” Betriebsbereich nicht mit feuchter Umgebungsluft in Kontakt gerät.
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Auch wenn die erfindungsgemäßen Aspekte und vorteilhaften Ausführungsformen anhand der in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungsfiguren erläuterten Ausführungsbeispiele im Detail beschrieben worden sind, sind für den Fachmann Modifikationen und Kombinationen von Merkmalen der dargestellten Ausführungsbeispiele möglich, ohne den Bereich der vorliegenden Erfindung zu verlassen, deren Schutzbereich durch die beigefügten Ansprüche definiert wird.
