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Die Erfindung betrifft ein System zur Vermeidung von Kondensatbildung an einer Batterie, insbesondere einer mittels einer Kühlvorrichtung gekühlten Batterie, wobei die Batterie von einem Gehäuse umgeben ist. Insbesondere betrifft die Erfindung ein System zur Vermeidung von Kondensatbildung an einer Batterie, welches zur Nutzung in einem Fahrzeug mit einer Fahrgastzelle vorgesehen ist.
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Stand der Technik
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In Hybrid-, Plug-In-Hybrid- und/oder Elektrokraftfahrzeugen werden Batterien beziehungsweise Akkumulatoren eingesetzt, um die notwendige elektrische Energie für den Antrieb des Fahrzeugs bereitzustellen. Als Batterien werden dabei insbesondere aus einer Mehrzahl von miteinander verschalteten Batteriezellen aufgebaute Lithium-Ionen-Batterien genutzt. Da diese Batterien, ebenso wie andere Batterietypen auch, üblicherweise nur in einem bestimmten Temperaturbereich optimal genutzt werden können, werden die eingesetzten Batterien üblicherweise mittels eines Thermomanagementsystems temperiert. Hierbei werden unterschiedliche Kühlvorrichtungen, beispielsweise von einem Kühlmedium durchflossene Kühlplatten, zur Kühlung der Batterie beziehungsweise der Batteriezellen der Batterie eingesetzt. Insbesondere zum Schutz der Batterie sowie der zugehörigen Batteriekomponenten gegen Umwelteinflüsse und mechanische Belastungen sowie um Personen vor elektrischen Schlägen zu schützen, sind diese Batterien üblicherweise in einem Gehäuse untergebracht, welches die Batterie vollständig umgibt. Ein Gehäuse kann dabei insbesondere auch ein Einbauraum des Fahrzeugs sein, welcher zur Aufnahme der Batterie vorgesehen ist.
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Beim Betrieb eines Fahrzeugs und einer damit verbundenen Nutzung entsprechender Batterien besteht das Problem, dass insbesondere durch die Kühlung der Batterie beziehungsweise der Batteriezellen eine lokale Unterschreitung der Taupunkttemperatur, also der Temperatur, bei der die Bildung von Kondensat gerade einsetzt, erfolgen kann. Durch ein Unterschreiten der Taupunkttemperatur kann in der Umgebungsluft der Batterie vorhandene Feuchte kondensieren und sich an der gekühlten Batterie niederschlagen. Da sich hierbei auch Kondenswasser auf elektrisch leitenden Bauteilen bilden kann, besteht die Gefahr, dass das kondensierte Wasser zu einer Beschädigung der Batterie führt, beispielsweise weil elektrische Kontakte durch das Kondenswasser kurzgeschlossen werden.
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Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein System bereitzustellen, welches den Betrieb einer in Fahrzeugen, insbesondere in Hybrid-, Plug-In-Hybrid- und/oder Elektrokraftfahrzeugen, eingesetzten Batterie, insbesondere einer mittels einer Kühlvorrichtung gekühlten Batterie, sicherer macht, insbesondere durch Vermeidung von Kondensatbildung an einer gekühlten Batterie.
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Offenbarung der Erfindung
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Zur Lösung der Aufgabe wird ein System zur Vermeidung von Kondensatbildung an einer Batterie, insbesondere einer mittels einer Kühlvorrichtung gekühlten Batterie, wobei die Batterie von einem Gehäuse umgeben angeordnet ist, vorgeschlagen, wobei das Gehäuse wenigstens eine Lufteintrittsöffnung und wenigstens eine Luftaustrittsöffnung aufweist. Die wenigstens eine Lufteintrittsöffnung ist dabei derart ausgebildet, dass dem Gehäuse zugeführte Luft zur Umströmung der Batterie in das Gehäuse einströmen kann. Die wenigstens eine Luftaustrittsöffnung ist dabei derart ausgebildet, dass Luft aus dem Gehäuse ausströmen kann. Bis auf die wenigstens eine Lufteintrittsöffnung und die wenigstens eine Luftaustrittsöffnung ist das Gehäuse vorteilhafterweise luftdicht ausgebildet. Die wenigstens eine Lufteintrittsöffnung und die wenigstens eine Luftaustrittsöffnung sind vorteilhafterweise derart in dem Gehäuse angeordnet, dass sich ein Luftstrom durch das Gehäuse ausbildet, wobei die Batterie vorteilhafterweise innerhalb des Luftstroms angeordnet ist. Vorzugsweise sind hierzu die wenigstens eine Lufteintrittsöffnung und die wenigstens eine Luftaustrittsöffnung einander gegenüber liegend angeordnet, d.h. insbesondere an jeweils unterschiedlichen Wandungen des Gehäuses. Erfindungsgemäß ist als Ausgestaltungsvariante insbesondere vorgesehen, dass das Gehäuse genau eine Lufteintrittsöffnung und genau eine Luftaustrittsöffnung aufweist. Das Gehäuse der Batterie im Sinne der vorliegenden Erfindung ist insbesondere ein Gehäuse, mit welchem die Batterie zusammen in dem Fahrzeug montiert ist beziehungsweise wurde. Insbesondere ist erfindungsgemäß aber auch vorgesehen, dass das Gehäuse ein Einbauraum eines Fahrzeugs ist, in welchen die Batterie montiert ist, wobei der Einbauraum das Gehäuse der Batterie bildet.
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Der Erfindung liegt die Erkenntnis zu Grunde, dass durch Zuführung von Luft, insbesondere von Luft mit einer geringen relativen Feuchte und/oder einer niedrigen Taupunkttemperatur, Feuchtigkeit aus dem Gehäuse, in welchem die Batterie angeordnet ist, aufgenommen und durch Ausströmen dieser Luft abgeführt werden kann, wodurch die Bildung von Kondensat vermeidbar ist. Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind das Gehäuse und die wenigstens eine Lufteintrittsöffnung derart in einem Fahrzeug anordbar beziehungsweise angeordnet, dass Luft aus der Fahrgastzelle des Fahrzeugs, also aus dem Fahrzeuginnenraum, in das Gehäuse einströmen kann. Zudem sind das Gehäuse und die wenigstens eine Luftaustrittsöffnung bei einer Anordnung des Gehäuses in einem Fahrzeug derart angeordnet, dass die wenigstens eine Luftaustrittsöffnung am Fahrzeugäußeren, vorzugsweise an der Fahrzeugunterseite, angeordnet ist, und somit das Gehäuse über die Luftaustrittsöffnung mit der Umgebungsluft verbunden ist. Die Erfindung nutzt dabei die weitere Erkenntnis, dass insbesondere während des Fahrens mit dem Fahrzeug eine Druckdifferenz zwischen dem Innenraum der Fahrgastzelle eines Fahrzeugs und zwischen Fahrzeugunterboden und Fahrbahn entsteht, durch welche Luft aus dem Innenraum der Fahrgastzelle über die Lufteintrittsöffnung in das Gehäuse strömt und durch die Luftaustrittsöffnung entweicht, wobei die Luft aus dem Innenraum der Fahrgastzelle, insbesondere aufgrund der Klimatisierung einer Fahrgastzelle, üblicherweise eine geringe relative Feuchte aufweist.
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Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist durch eine Luftzuführeinrichtung mit wenigstens einer Lufteinlassöffnung und wenigstens einer mit der wenigstens einen Lufteintrittsöffnung des Gehäuses verbundenen Luftauslassöffnung gekennzeichnet, wobei die Luftzuführeinrichtung ausgebildet ist, über die wenigstens eine Lufteinlassöffnung einströmende Luft dem Gehäuse zuzuführen, sodass dem Gehäuse zugeführte Luft über die wenigstens eine Lufteintrittsöffnung in das Gehäuse einströmt. Die Luftzuführeinrichtung ist vorteilhafterweise bis auf die wenigstens eine Lufteinlassöffnung und die wenigstens eine Luftauslassöffnung luftdicht beziehungsweise im Wesentlichen luftdicht, geschlossen. Die Luftzuführeinrichtung ist somit vorteilhafterweise ausgebildet, Luft über Distanzen hinweg dem Gehäuse zuzuführen. Die Distanz kann dabei wenige Zentimeter bis hin zum mehreren Metern betragen. Die Luftzuführeinrichtung ist vorteilhafterweise nach Art eines Schlauches, nach Art eines Rohres oder nach Art eines Kanals ausgebildet. Weist das Gehäuse mehrere Lufteintrittsöffnungen auf, so ist vorteilhafterweise vorgesehen, dass die Luftzuführeinrichtung an Ihrem einen Ende entsprechend verzweigt ist und entsprechend der Anzahl der Lufteintrittsöffnungen die gleiche Anzahl an Luftauslassöffnungen aufweist, welche jeweils mit den Lufteintrittsöffnungen verbunden sind. Gemäß einer Ausgestaltungsvariante kann die Luftauslassöffnung der Luftzuführeinrichtung so groß ausgebildet sein, dass diese bei Verbindung mit dem Gehäuse sämtliche Lufteintrittsöffnungen abdeckt. Die Verbindung der Luftauslassöffnung mit der Lufteintrittsöffnung beziehungsweise mit dem Gehäuse kann beispielsweise durch Einbeziehungsweise Aufstecken der wenigstens einen Luftauslassöffnung in beziehungsweise auf die wenigstens eine Lufteintrittsöffnung erfolgen. Darüber hinaus können als weitere oder alternative Verbindungslösungen ein Verschrauben oder ein Verkleben vorgesehen werden. Vorzugsweise ist die Verbindung zwischen der wenigstens einen Luftauslassöffnung und der wenigstens einen Lufteintrittsöffnung luftdicht ausgestaltet, wozu entsprechende Dichtelemente, wie Gummidichtungen, vorgesehen werden können.
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Gemäß einem weiteren vorteilhaften Aspekt der Erfindung wird der dem Gehäuse zuzuführenden Luft, vorzugsweise der mittels der Luftzuführeinrichtung dem Gehäuse zuzuführenden Luft, vor Zuführung zu dem Gehäuse Feuchtigkeit entzogen, vorzugsweise mittels Kondensationstrocknung. Die dem Gehäuse zuzuführende Luft wird dabei vor Zuführung zu dem Gehäuse vorteilhafterweise an einem Verdampfer entlang geführt. Die Luft kühlt sich dabei an dem Verdampfer ab, wobei Wasser aus der Luft an dem Verdampfer abgeschieden wird, sodass der Luft Feuchtigkeit entzogen wird. Vorteilhafterweise erfolgt die Luftzuführung zu dem Verdampfer unter Nutzung der Luftzuführeinrichtung. Die Luftzuführeinrichtung kann hierzu eine Unterbrechung aufweisen. Gemäß einer Ausgestaltungsvariante der Luftzuführeinrichtung weist die Luftzuführeinrichtung einen Verdampfer sowie eine Einrichtung zum Abführen des abgeschiedenen Wassers auf. Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass bei einer Nutzung des Systems in Fahrzeugen, welche mit einer Klimaanlage ausgerüstet sind, der Verdampfer der Klimaanlage zur Kondensationstrocknung genutzt wird.
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Gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass mittels einer Steuereinrichtung die Luftzuführung zu dem Gehäuse steuerbar ist. Vorteilhafterweise ist hierzu eine Stelleinrichtung an der wenigstens einen Lufteinlassöffnung der Luftzuführeinrichtung und/oder eine Stelleinrichtung innerhalb der Luftzuführeinrichtung vorgesehen, über welche insbesondere die zuzuführende Luftmenge und/oder die Strömungsgeschwindigkeit der zuzuführenden Luft steuerbar ist. Vorteilhafterweise ist mittels der an der Lufteintrittsöffnung angeordneten Stelleinrichtung die Größe der Lufteintrittsöffnung variierbar. Vorteilhafterweise ist mittels der innerhalb der Luftzuführeinrichtung angeordneten Stelleinrichtung der Querschnitt der Luftzuführeinrichtung variierbar, insbesondere derart, dass durch die Ausrichtung der Stelleinrichtung der Querschnitt an der betreffenden Stelle der Luftzuführeinrichtung verkleinert oder vergrößert wird. Vorzugsweise ist mittels der Steuereinrichtung bei Nutzung des erfindungsgemäßen Systems in einem Fahrzeug ferner steuerbar, ob über die Luftzuführeinrichtung Außenluft oder Luft aus dem Innenraum der Fahrgastzelle dem Gehäuse zugeführt werden soll. Vorteilhafterweise ist hierbei vorgesehen, dass über wenigstens eine erste Lufteinlassöffnung der Luftzuführeinrichtung dem Gehäuse Außenluft zugeführt wird und über wenigstens eine zweite Lufteinlassöffnung dem Gehäuse Luft aus dem Innenraum der Fahrgastzelle zugeführt wird, wobei sich die Luftzuführeinrichtung entsprechend zu den jeweiligen Lufteinlassöffnungen verzweigt. Vorteilhafterweise steuert die Steuereinrichtung hierzu die an den jeweiligen Lufteinlassöffnungen angeordneten Stelleinrichtungen an. Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltungsvariante ist vorgesehen, dass innerhalb der Verzweigung der Luftzuführeinrichtung eine Stelleinrichtung, vorzugsweise eine Luftzufuhrmischklappe, angeordnet ist, über welche die Luftzuführung, vorzugsweise mittels der Steuereinrichtung, steuerbar ist, sodass insbesondere dem Gehäuse auch Luft zuführbar ist, welche sich aus Außenluft und Fahrgastzelleninnenluft zusammensetzt.
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Vorteilhafterweise ist die Steuereinrichtung zudem ausgebildet, die Luftzuführung in Abhängigkeit der Luftfeuchte der zuführbaren Luft zu steuern. Dabei wird die Luftfeuchte zuführbarer Luft vorteilhafterweise mittels einer Luftfeuchtebestimmungseinrichtung bestimmt. Auf diese Weise kann dem Gehäuse vorteilhafterweise die Luft zugeführt werden, die mehr Feuchtigkeit aufnehmen kann. Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Luftfeuchtebestimmungseinrichtung ein Heißfilmluftmassenmesser (HFM), vorzugsweise ein Hitzdrahtanemometer, mit dessen Hilfe die Feuchtigkeitsmenge in der Luft bestimmt wird. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass in dem Gehäuse wenigstens eine Messeinrichtung vorgesehen ist, von welcher die Steuereinrichtung Messdaten empfängt. Vorteilhafterweise steuert die Steuereinrichtung dabei die Luftzuführung in Abhängigkeit von den empfangenen Messdaten. Als Messeinrichtung wird insbesondere ein Sensor zur Erfassung der Feuchtigkeit innerhalb des Gehäuses und/oder an der Batterie vorgeschlagen. Ergänzend oder alternativ wird eine Messeinrichtung, vorzugsweise ein Impedanz- oder kapazitiver Sensor, zur Bestimmung der Taupunkttemperatur innerhalb des Gehäuses vorgeschlagen. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die Steuereinrichtung zudem ausgebildet, einen Verdampfer anzusteuern, mittels dem der dem Gehäuse zuzuführende Luft vor der Zuführung zu dem Gehäuse Feuchtigkeit entzogen wird. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die Steuereinrichtung zudem ausgebildet, die Luftzuführung derart zu steuern, dass die Luft an einem in Betrieb befindlichen Verdampfer vorbeizuleiten, bei Nutzung des erfindungsgemäßen Systems in einem Fahrzeug vorzugsweise dem Verdampfer einer Fahrzeugklimaanlage, sodass der dem Gehäuse zuzuführenden Luft durch den Verdampfer Feuchtigkeit entzogen wird.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltungsvariante ist durch Mittel zur Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit der dem Gehäuse zuzuführenden Luft gekennzeichnet. Vorteilhafterweise ist das Mittel zur Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit ebenfalls durch die Steuereinrichtung ansteuerbar. Als bevorzugtes Mittel zur Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit werden ein Gebläse und/oder eine Saugstrahlpumpe vorgeschlagen. Insbesondere im Zusammenhang mit der Nutzung eines erfindungsgemäßen Systems in einem Fahrzeug wird vorgeschlagen, die Saugstrahlpumpe derart anzuordnen, dass Fahrtwind in die Saugstrahlpumpe einströmen kann, wobei durch den hohen Impuls der Luft des Fahrtwindes Luft aus dem Innenraum der Fahrgastzelle angesaugt und die gemischte Luft dem Gehäuse, vorzugsweise über die Luftzuführeinrichtung, zugeführt wird.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist gekennzeichnet durch Mittel zur Verhinderung des Eindringens von Feststoffen und/oder Flüssigkeiten in das Gehäuse über die wenigstens eine Luftaustrittsöffnung und/oder die wenigstens eine Lufteintrittsöffnung des Gehäuses. Insbesondere zur Vermeidung des Eindringens von Feststoffen und/oder Flüssigkeiten in das Gehäuse weist die Auslassöffnung vorteilhafterweise eine luftdurchlässige Schutzvorrichtung, vorzugsweise eine semipermeable Membran, auf. Vorzugsweise ist die Luftabführeinrichtung als Schutzvorrichtung ausgebildet. Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Luftabführeinrichtung hierzu derart geformt, vorzugsweise labyrinthartig, beispielsweise in einer 360° Schleifenführung, dass das Eindringen von Flüssigkeit, insbesondere das Eindringen von Wasser, erschwert ist. Als weitere oder alternative Schutzmaßnahme, insbesondere zur Verhinderung des Eindringens von Schwallwasser bei Nutzung des erfindungsgemäßen Systems in einem Fahrzeug, beispielsweise beim Durchfahren von Pfützen, wird vorgeschlagen, ein Kugelventil in die Luftabführeinrichtung einzubringen, welches die Luftabführeinrichtung bei schwallartigem Eindringen von Flüssigkeit in die Luftabführeinrichtung verschließt, und somit ein Eindringen von Flüssigkeit in das Gehäuse über die wenigstens eine Luftaustrittsöffnung des Gehäuses verhindert.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist gekennzeichnet durch Mittel zur Verhinderung des Austretens von von der Batterie freigesetzten Gasen aus dem Gehäuse durch die wenigstens eine Lufteintrittsöffnung und/oder durch die wenigstens eine Lufteinlassöffnung der Luftzuführeinrichtung. Eine Freisetzung von Gasen kann insbesondere bei einem sogenannten thermischen Durchgehen (auch „thermal runaway“ genannt) der Batterie beziehungsweise einem thermischen Durchgehen einer oder mehrerer Batteriezellen der Batterie erfolgen. Ursache hierfür können ein Auftreten von hohen elektrischen Strömen, ein Überladen der Batterie beim Ladevorgang oder hohe Temperaturen sein. Damit die freigesetzten Gase nicht in den Fahrzeuginnenraum gelangen verhindert das Mittel zur Verhinderung des Austretens von von der Batterie beziehungsweise von einer oder mehrerer Batteriezellen der Batterie freigesetzten Gasen ein Austreten der Gase aus dem Gehäuse durch die Lufteintrittsöffnung beziehungsweise ein Austreten der Gase aus der Lufteinlassöffnung der mit der Lufteintrittsöffnung verbunden Luftzuführeinrichtung. Vorteilhafterweise ist das Mittel als in die Eintrittsöffnung eingebrachtes Kugelventil ausgestaltet, welches automatisch bei ansteigendem Innendruck in dem Gehäuse schließt, indem die Kugel von dem Druck die Lufteintrittsöffnung verschließt. Das freigesetzte Gas kann dann über die Luftaustrittsöffnung entweichen. Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltungsvariante ist das Mittel ein Ventil, welches im Normalbetrieb geöffnet ist, und bei einer Gasfreisetzung geschlossen wird, vorzugsweise durch eine Ansteuerung mittels einer Steuereinrichtung. Das Ventil kann dabei an der Lufteintrittsöffnung und/oder innerhalb der Luftzuführeinrichtung und/oder an der wenigstens einen Lufteintrittsöffnung der Luftzuführeinrichtung angeordnet sein. Vorteilhafterweise wird eine Gasfreisetzung durch einen Sensor, vorzugsweise einen Gassensor, detektiert, und ein Detektionssignal an die Steuereinrichtung übertragen.
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Eine besonders bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das System zur Nutzung in einem Fahrzeug mit einer Fahrgastzelle ausgebildet ist, insbesondere zur Nutzung in einem Hybrid-, Plug-In-Hybrid- oder Elektrokraftfahrzeug.
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Vorteilhafterweise ist die wenigstens eine Lufteinlassöffnung der Luftzuführeinrichtung derart an einem Fahrzeug anordbar, dass Außenluft über die wenigstens eine Lufteinlassöffnung mittels der Luftzuführeinrichtung dem Gehäuse zuführbar ist. Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die wenigstens eine Lufteinlassöffnung dabei an der Fahrzeugkarosserie anordbar beziehungsweise angeordnet, vorzugsweise derart, dass Fahrtwind als Außenluft über die wenigstens eine Lufteinlassöffnung in die Luftzuführeinrichtung einströmen kann und von der Luftzuführeinrichtung dem Gehäuse der Batterie zugeführt wird, wobei die zugeführte Außenluft über die wenigstens eine Lufteintrittsöffnung des Gehäuses in das Gehäuse einströmt und in Folge dessen Luft aus dem Gehäuse über die wenigstens eine Luftaustrittsöffnung ausströmt. Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist die wenigstens eine Lufteinlassöffnung im Bereich der Scheibenwurzel der Windschutzscheibe anordbar beziehungsweise angeordnet. Hierbei wird vorteilhafterweise ausgenutzt, dass in diesem Fahrzeugbereich auch die Luftzuführung für die Fahrzeuginnenraumklimatisierung angeordnet ist.
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Vorteilhafterweise ist ferner vorgesehen, dass die wenigstens eine Lufteinlassöffnung der Luftzuführeinrichtung derart in einem Fahrzeug anordbar ist, dass Luft aus der Fahrgastzelle über die wenigstens eine Lufteinlassöffnung mittels der Luftzuführeinrichtung dem Gehäuse zuführbar ist. Hierbei wird vorteilhafterweise ausgenutzt, dass der Fahrgastzelle eines Fahrzeugs oftmals klimatisierte und somit vergleichsweise trockene Luft zugeführt wird, da der klimatisierten Luft durch Kondensationstrocknung bereits Feuchtigkeit entzogen wurde. Vorteilhafterweise ist bei einer derartigen Ausgestaltung die Luftzuführeinrichtung weniger aufwendig ausgestaltet, da die mittels der Luftzuführeinrichtung zu überbrückende Distanz bei einer solchen Ausgestaltung geringer ausfällt. Je nach Gehäuseanordnung kann die zu überbrückende Distanz nur wenige Zentimeter betragen, wodurch vorteilhafterweise auch die Montage vereinfacht ist. Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist wenigstens eine Lufteinlassöffnung der Luftzuführeinrichtung derart in einem Fahrzeug anordbar beziehungsweise angeordnet, dass Luft aus der Fahrgastzelle über die wenigstens eine Lufteinlassöffnung mittels der Luftzuführeinrichtung dem Gehäuse zuführbar ist, und ist wenigstens eine weitere Lufteinlassöffnung der Luftzuführeinrichtung derart an einem Fahrzeug anordbar beziehungsweise angeordnet, dass Außenluft über die wenigstens eine Lufteinlassöffnung mittels der Luftzuführeinrichtung dem Gehäuse zuführbar ist.
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Vorteilhafterweise ist vorgesehen, dass das Gehäuse derart in einem Fahrzeug anordbar ist, dass aus dem Gehäuse über die wenigstens eine Luftaustrittsöffnung ausströmende Luft außerhalb der Fahrgastzelle eines Fahrzeugs austritt. Aus dem Gehäuse ausströmende Luft wird somit bei Nutzung eines erfindungsgemäßen Systems in einem Fahrzeug direkt aus dem Fahrzeug an die Umgebung abgegeben. Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass das Gehäuse mit der Auslassöffnung am Unterboden des Fahrzeugs derart anordbar beziehungsweise angeordnet ist, dass Luft aus dem Gehäuse an der Fahrzeugunterseite aus dem Fahrzeug ausströmt und somit an die Umgebungsluft abgegeben wird. Gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung ist eine Luftabführeinrichtung mit wenigstens einer Lufteinlassöffnung und wenigstens einer Luftauslassöffnung vorgesehen, wobei die Luftabführeinrichtung über die wenigstens eine Lufteinlassöffnung mit der wenigstens einen Luftaustrittsöffnung des Gehäuses verbunden ist. Die Luftabführeinrichtung ist dabei derart ausgebildet, dass über die wenigstens eine Luftaustrittsöffnung aus dem Gehäuse ausströmende Luft über die wenigstens eine Lufteinlassöffnung der Luftabführeinrichtung in die Luftabführeinrichtung einströmt und von der Luftabführeinrichtung von dem Gehäuse abgeführt wird. Die von dem Gehäuse abgeführte Luft strömt dabei aus der wenigstens einen Luftauslassöffnung der Luftabführeinrichtung aus. Vorteilhafterweise ist die wenigstens eine Luftauslassöffnung der Luftabführeinrichtung am Fahrzeugunterboden anordbar beziehungsweise angeordnet, sodass die Luft am Fahrzeugunterboden aus dem Gehäuse entweicht.
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Weitere vorteilhafte Einzelheiten, Merkmale und Ausgestaltungsdetails der Erfindung werden im Zusammenhang mit den in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Dabei zeigt:
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1 in einer schematischen Darstellung ein Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes System;
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2 in einer schematischen Darstellung ein weiteres Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes System;
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3 in einer schematischen Darstellung ein weiteres Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes System;
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4 in einer schematischen Darstellung ein weiteres Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes System; und
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5 in einer schematischen Darstellung ein weiteres Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes System.
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In 1 bis 5 ist jeweils eine Batterie 1 in einem Gehäuse 6 dargestellt. Die Batterie 1 weist dabei jeweils mehrere miteinander verschaltete Batteriezellen 2 auf und kann beispielsweise eine Lithium-Ionen-Batterie sein. Die Batterie 1 wird in den Ausführungsbeispielen jeweils durch eine Kühlvorrichtung gekühlt. Die Kühlvorrichtung weist dabei eine wärmeleitende, kühlmitteldurchströmte Kühlplatte auf, auf welcher die Batterie 1 angeordnet ist. Die Kühlplatte 3 weist dabei einen Kühlmittelzufluss 4, über welchen ein Kühlmittel zugeführt wird, und einen Kühlmittelabfluss 5, über den das Kühlmittel abgeführt wird, auf. Das erfindungsgemäße System ist dabei aber weder auf den in den Ausführungsbeispielen dargestellten Batterietyp noch auf die in den Ausführungsbeispielen dargestellte Kühlvorrichtung beschränkt.
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In 1 ist in einer schematischen Darstellung ein Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes System zur Vermeidung von Kondensatbildung an einer Batterie 1 dargestellt. Die Batterie 1 ist von einem Gehäuse 6 umgeben in einer Fahrgastzelle 7 eines Elektrofahrzeugs angeordnet. Die Fahrgastzelle 7 ist dabei in den Figuren schematisch durch das mit dem Bezugszeichen 7 bezeichnete Rechteck dargestellt. Das Gehäuse 6 weist dabei eine Lufteintrittsöffnung 8 auf, welche derart ausgebildet ist, dass Luft über die Lufteintrittsöffnung 8 zur Umströmung der Batterie 1 in das Gehäuse 6 einströmen kann. Um bei einer Gasfreisetzung durch die Batterie 1, insbesondere in Folge eines sogenannten thermischen Durchgehens einer oder mehrerer Batteriezellen 2, zu verhindern, dass die Gase über die Lufteintrittsöffnung 8 in die Fahrgastzelle 7 gelangen, ist an der Lufteintrittsöffnung 8 vorteilhafterweise ein Kugelventil als Mittel 30 zur Verhinderung des Austretens von von der Batterie freigesetzten Gasen angeordnet. Steigt der Innendruck in dem Gehäuse 6 aufgrund einer Gasfreisetzung an, bewegt sich die Kugel des Kugelventils durch den Druck entgegen der Schwerkraft und verschließt somit die Lufteintrittsöffnung 8.
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Darüber hinaus weist das Gehäuse 6 eine Luftaustrittsöffnung 9 auf, welche derart ausgebildet ist, dass Luft aus dem Gehäuse 6 ausströmen kann. Bis auf die Lufteintrittsöffnung 8 und die Luftaustrittsöffnung 9 ist das Gehäuse 6 im Wesentlichen luftdicht verschlossen, d.h. derart verschlossen, dass Luft unter normalen Betriebsbedingungen nicht durch weitere Öffnungen einströmen und/oder ausströmen kann. Die Gehäusegrundfläche 12 des Gehäuses 6 ist vorliegend trichterartig ausgebildet, wodurch ein Ausströmen der Luft durch die Luftaustrittsöffnung 9 verbessert ist. Darüber hinaus kann Flüssigkeit, beispielsweise Kondenswasser, über die geneigte Grundfläche 12 aus dem Gehäuse 6 abfließen. Wie 1 zu entnehmen ist, sind die Lufteintrittsöffnung 8 und die Luftaustrittsöffnung 9 einander gegenüberliegend angeordnet. Die Lufteintrittsöffnung 8 ist dabei derart angeordnet, dass Luft 19 aus der Fahrgastzelle 7 in das Gehäuse 6 einströmen kann. In dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Elektrofahrzeug mit einer Klimaanlage ausgestattet (in 1 nicht explizit dargestellt), wobei Luft vor Zuführung in die Fahrgastzelle 7 an einem Verdampfer entlang geleitet wurde, wodurch der Luft 19 mittels Kondensationstrocknung Feuchtigkeit entzogen wurde. Das Gehäuse 6 und die Luftaustrittsöffnung 9 sind derart angeordnet, dass das Gehäuse 6 über die Luftaustrittsöffnung 9 mit der Außenluft verbunden ist. Die Luftaustrittsöffnung 9 ragt dabei aus dem Fahrzeugboden 23 heraus. Zum Schutz vor eindringenden Flüssigkeiten und/oder Feststoffen weist die Luftaustrittsöffnung 9 eine Schutzvorrichtung 27 auf. Mittels einer Siebstruktur (in 1 nicht explizit dargestellt) werden Feststoffe wie Steine oder Laubblätter an einem Eindringen gehindert. Insbesondere zum Schutz vor Schwallwasser weist die Schutzvorrichtung 27 zudem ein Kugelventil (in 1 nicht explizit dargestellt) auf, welches die Luftaustrittsöffnung 9 verschließt, wenn ein Wasserschwall gegen das Kugelventil drückt.
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Während der Fahrt mit dem Fahrzeug entsteht eine Druckdifferenz zwischen dem Druck in der Fahrgastzelle 7 und dem Druck außerhalb der Fahrgastzelle 7, wodurch Luft 19 aus der Fahrgastzelle 7 über die Lufteintrittsöffnung 8 in das Gehäuse 6 einströmt (symbolisch durch den Pfeil 10 dargestellt). Die einströmende Luft 10 umströmt dabei die Batterie 1, nimmt dabei Feuchtigkeit aus dem Gehäuse 6 auf und strömt über die Luftaustrittsöffnung 9 aus dem Gehäuse 6 aus. Die aus dem Gehäuse 6 ausströmende Luft ist dabei symbolisch durch den Pfeil 11 dargestellt. Durch diese gezielte Zuführung von Luft 19 aus der Fahrgastzelle mit einer niedrigeren Taupunkttemperatur als der Luft in dem Gehäuse 6 wird kondensiertes Wasser aus dem Gehäuse 6 abgeführt beziehungsweise eine Kondensation von Wasser in dem Gehäuse, insbesondere an der Batterie, vermieden.
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In 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes System dargestellt. Das Gehäuse 6 mit der Batterie 1 ist in einer Fahrgastzelle 7 unter der Rücksitzbank 13 eines Elektrofahrzeugs angeordnet. Seitlich an dem Gehäuse 6 ist eine Lufteintrittsöffnung 8 angeordnet. In die Lufteintrittsöffnung 8 ist eine Luftzuführeinrichtung 14 eingesteckt. Die Luftzuführeinrichtung 14 weist dabei eine Lufteinlassöffnung 16 sowie eine Luftauslassöffnung 17 auf. Mit der Luftauslassöffnung 17 ist die Luftzuführeinrichtung 14 mit der Lufteintrittsöffnung 8 verbunden. Darüber hinaus weist das Gehäuse 6 eine Luftaustrittsöffnung 9 auf, welche außerhalb der Fahrgastzelle 7 am Fahrzeugboden 23 mit Ausrichtung zur Fahrbahn angeordnet ist. Über die Lufteinlassöffnung 16 der Luftzuführeinrichtung 14 strömt Luft 19 aus der Fahrgastzelle 7 in die Luftzuführeinrichtung 14, wobei die Luft 19 über die Luftzuführeinrichtung 14 dem Gehäuse 6 zugeführt wird, und die zugeführte Luft 15 über die Lufteintrittsöffnung 8 des Gehäuses 6 in das Gehäuse 6 einströmt. Die einströmende Luft 10 umströmt zumindest teilweise die Batterie 1, nimmt Feuchtigkeit aus dem Gehäuse 6 auf und strömt über die Luftaustrittsöffnung 9 aus dem Gehäuse 6 aus (symbolisch durch die Pfeile 11 dargestellt).
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In 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes System dargestellt. Eine von einem Gehäuse 6 umgebende Batterie 1 ist in einem Fahrzeug angeordnet. Das Gehäuse 6 weist eine Lufteintrittsöffnung 8 und eine Luftaustrittsöffnung 9 auf, welche einander gegenüberliegend angeordnet sind. Über eine Luftzuführeinrichtung 14 wird dem Gehäuse 6 Luft 15 zugeführt. Die Luftzuführeinrichtung 14 weist dazu eine Luftauslassöffnung 17 auf, welche an dem Gehäuse 6 angeschraubt ist und hierdurch mit der Lufteintrittsöffnung 8 verbunden ist. Darüber hinaus weist die Luftzuführeinrichtung 14 eine erste Lufteinlassöffnung 161 und eine zweite Lufteinlassöffnung 162 auf. Die erste Lufteinlassöffnung 161 ist dabei an der Fahrzeugkarosserie angeordnet, derart, dass Fahrtwind 18, also Luft außerhalb des Fahrzeugs, durch die Lufteinlassöffnung 161 in die Luftzuführeinrichtung 14 einströmen und mittels der Luftzuführeinrichtung 14 dem Gehäuse 6 zugeführt werden kann. Die zweite Lufteinlassöffnung 162 ist dagegen derart angeordnet, dass Luft 19 aus der Fahrgastzelle 7 in die Luftzuführeinrichtung 14 einströmen und über die Luftzuführeinrichtung 14 dem Gehäuse 6 zugeführt werden kann. Die Luftzuführeinrichtung 14 weist darüber hinaus eine Luftzufuhrmischklappe 22 als Stelleinrichtung auf, welche an einem Gelenk 25 angeordnet ist. Mittels einer Steuereinrichtung 20 kann die Luftzufuhrmischklappe 22 in Richtung des in 3 dargestellten Doppelpfeils verstellt werden. Auf diese Weise ist einstellbar, dass nur Außenluft 18 (in 3 dargestellte Stellposition) oder nur Innenluft 19 oder eine Mischung aus Außenluft 18 und Innenluft 19 dem Gehäuse 6 zugeführt wird. Die Zuführung der Luft wird dabei insbesondere in Abhängigkeit von der Taupunkttemperatur der Außenluft 18 und der Taupunkttemperatur der Innenluft 19 gesteuert. Die Luft mit der niedrigeren Taupunkttemperatur wird dem Gehäuse 6 zugeführt.
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Die dem Gehäuse zugeführte Luft 15 strömt dann über die Lufteintrittsöffnung 8 in das Gehäuse 6 ein. Die einströmende Luft 10 nimmt dabei Feuchtigkeit aus dem Gehäuse 6 auf. Damit die Luft 10 aus dem Gehäuse 6 wieder ausströmen kann, weist das Gehäuse 6 eine Luftaustrittsöffnung 9 auf, welche mit einer Luftabführeinrichtung 24 verbunden ist. Die Luftabführeinrichtung 24 weist hierzu eine Lufteintrittsöffnung 28 auf, welcher auf die Luftaustrittsöffnung 9 aufgesteckt und durch Verkleben mit dieser verbunden ist. Die Luftabführeinrichtung 24 weist ferner eine Luftaustrittsöffnung 29 auf, welche aus dem Fahrzeugboden 23 herausführt, sodass die ausströmende Luft 11 über die Luftaustrittsöffnung 29 der Luftabführeinrichtung 24 direkt an die Umgebungsluft abgegeben wird.
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4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes System. Die Zuführung von Luft erfolgt, wie bereits im Zusammenhang mit dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel erläutert, über eine verzweigte Luftzuführeinrichtung 14. Mittels einer Luftzufuhrmischklappe 22 ist dabei durch die Steuereinrichtung 20 steuerbar, ob Luft 19 aus dem Fahrzeuginnenraum oder Außenluft 18 dem Gehäuse 6 zugeführt werden soll. Die Luftfeuchte der Luft 18 und der Luft 19 wird bei dem in 4 dargestellten System jeweils mittels eines Heißfilmluftmassenmessers 21 bestimmt. Die Messwerte werden dabei an die Steuereinrichtung 20 übertragen. Die Steuereinrichtung 20 wertet die empfangenen Messwerte aus und steuert die Luftzufuhrklappe derart, dass die Luft, die mehr Feuchtigkeit aufnehmen kann beziehungsweise die die niedrigere Taupunkttemperatur aufweist, dem Gehäuse 6 zugeführt wird. Gemäß einer nicht dargestellten Ausführungsvariante kann die Steuereinrichtung 20 in Abhängigkeit von der gemessenen Luftfeuchte in der Luft die zuzuführende Luft insbesondere an einem Verdampfer entlang leiten, welcher der zuzuführenden Luft mittels Kondensationstrocknung Feuchtigkeit entzieht.
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Des Weiteren ist die Steuereinrichtung 20 mit an der Batterie 1 angeordneten weiteren Messeinrichtungen, nämlich einem weiteren Heißfilmluftmassenmesser 21 und einem kapazitiven Sensor 26 zur Bestimmung der Taupunkttemperatur, verbunden, wobei die Steuereinrichtung 20 die Luftzufuhr 15 zu dem Gehäuse 6 in Abhängigkeit der Messwerte steuert, die die Steuereinrichtung 20 von dem Heißfilmluftmassenmesser 21 und dem kapazitiven Sensor 26 empfängt. Die Luftzufuhr 15 ist dabei durch die Luftzufuhrmischklappe 22 und/oder ein in 3 nicht dargestelltes Gebläse steuerbar, welches Luft 18 oder Luft 19 ansaugen und dem Gehäuse 6 mittels der Luftzuführeinrichtung 14 zuführen kann. Die dem Gehäuse 6 zugeführte Luft 15 strömt über die Lufteintrittsöffnung 8 in das Gehäuse 6 ein, nimmt Feuchtigkeit aus dem Gehäuse 6 auf und strömt durch die Austrittsöffnung 9 aus dem Gehäuse 6 aus.
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Eine weitere, in 4 nicht explizit dargestellte Ausgestaltungsvariante sieht vor, dass in dem Gehäuse 6 zudem ein Chemosensor angeordnet ist, welcher mit der Steuereinrichtung 20 verbunden ist. Der Chemosensor ist dabei ausgebildet, eine Freisetzung von Gas zu detektieren und bei Detektion einer Gasfreisetzung ein Detektionssignal an die Steuereinrichtung 20 zu übertragen. Die Steuereinrichtung 20 steuert bei Empfang eines Detektionssignals die Luftzufuhrmischklappe 22 derart, dass diese die Luftzuführeinrichtung 14 vollständig verschließt und keine freigesetzten Gase über die Lufteinlassöffnungen 16 der Luftzuführeinrichtung 14 austreten können. Die Luftzufuhrmischklappe 22 stellt bei dieser Ausgestaltungsvariante ein Mittel zur Verhinderung des Austretens von von der Batterie 1 freigesetzten Gasen dar.
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In 5 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes System dargestellt. Das Ausführungsbeispiel zeigt dabei ein Gehäuse 6, welches mehrere Lufteintrittsöffnungen 8 und mehrere Luftaustrittsöffnungen 9 aufweist. Die Lufteintrittsöffnungen 8 sind dabei mit einer Luftzuführeinrichtung 14 verbunden, über welche Luft aus dem Inneren des Fahrzeugs oder Luft von Außerhalb des Fahrzeugs zugeführt werden kann.
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Die in den Figuren dargestellten und im Zusammenhang mit diesen erläuterten Ausführungsbeispiele dienen der Erläuterung der Erfindung und sind für diese nicht beschränkend.
