DE102013203615A1

DE102013203615A1 - Housing for galvanic element e.g. battery cell e.g. lithium iron cell used in motor car, has pressure equalization device that is in thermal contact with temperature control device

Info

Publication number: DE102013203615A1
Application number: DE201310203615
Authority: DE
Inventors: Clemens Schupp; Matthias Oechsle; Gergely Galamb; Stefan Ziegler
Original assignee: Robert Bosch GmbH; Samsung SDI Co Ltd
Current assignee: Robert Bosch GmbH; Samsung SDI Co Ltd
Priority date: 2013-03-04
Filing date: 2013-03-04
Publication date: 2014-09-04

Abstract

The housing has a temperature control device (16) that is provided for cooling and warming the galvanic element (14) in the housing interior portion (12). The temperature control device is flowed through by a keeping at a moderate temperature fluid. A pressure equalization device (22) comprises one inlet valve (26), an exhaust opening (36) and an aperture (32) into the housing interior with a selectively permeable membrane (44). The pressure equalization device is in thermal contact with the temperature control device.

Description

Stand der TechnikState of the art

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Gehäuse für mindestens ein galvanisches Element, insbesondere mindestens eine Batteriezelle, umfassend eine Druckausgleichseinrichtung mit einer Entfeuchtungsvorrichtung zur Verminderung von Kondensatbildung im Inneren des Gehäuses.The present invention relates to a housing for at least one galvanic element, in particular at least one battery cell, comprising a pressure compensation device with a dehumidifying device for reducing condensation inside the housing.

In der Automobiltechnik werden elektrische Energiespeicher, insbesondere elektrochemische Energiespeicher, wie hochkapazitive Lithium-Ionen-Batterien etc. als Antriebsquellen in elektrisch anzutreibenden Kraftfahrzeugen (EV), in Hybrid-Elektro-Fahrzeugen (HEV), in Plug-in-Hybridfahrzeugen (PHEV) und/oder Brennstoffzellenfahrzeugen verstärkt eingesetzt. Aufgrund ihrer hohen spezifischen Energiedichte und geringen Selbstentladung eignen sie sich als Traktionsbatterien, wobei zur Erzielung erforderlicher Leistungs- und Energiedaten einzelne elektrochemische Energiespeicher, auch als Akkumulatoren bezeichnet, in Serie und/oder parallel geschaltet werden. Bei einer optimalen Systemauslegung werden Gesamtspannungen (z.B. Nennspannung oder Maximalspannung) erreicht, welche typischerweise im Bereich von 100 bis 1000 V liegen. Allerdings treten beim Lade- und Entladevorgang teilweise starke Temperaturerhöhungen auf, welche im verstärkten Maße den Alterungseffekt und dadurch die Lebensdauer der Batterien beeinflussen. Zur Gewährleistung einer ausreichenden Betriebssicherheit, einer Lebensdauer von mehr als zehn Jahren, sowie der Leistungsbereitstellung der Batterien, ist die Einhaltung eines bestimmten Temperaturbereiches während des Betriebs erforderlich, insbesondere bei Lithium-Ionen Batterien im Bereich von –40°C bis +60°C, wodurch sich die Notwendigkeit einer Klimatisierung ergibt. Eine Klimatisierung, d.h. Kühlung oder Erwärmung wird im Wesentlichen mittels gezielter Luftführung und/oder einem Kühlsystem, im Allgemeinen auf Wasser/Glykol-Basis, realisiert. In the automotive industry, electrical energy storage, in particular electrochemical energy storage, such as high-capacity lithium-ion batteries, etc. as drive sources in electrically powered vehicles (EV), in hybrid electric vehicles (HEV), in plug-in hybrid vehicles (PHEV) and / or fuel cell vehicles increasingly used. Due to their high specific energy density and low self-discharge, they are suitable as traction batteries, with individual electrochemical energy stores, also referred to as accumulators, being connected in series and / or in parallel in order to obtain required power and energy data. In an optimal system design, total voltages (e.g., rated voltage or maximum voltage) are achieved, which are typically in the range of 100 to 1000 volts. However, during the charging and discharging process, sometimes severe temperature increases occur, which to a greater extent influence the aging effect and thereby the life of the batteries. To ensure adequate operational reliability, a service life of more than ten years, as well as the power supply of the batteries, the maintenance of a certain temperature range during operation is required, in particular for lithium-ion batteries in the range of -40 ° C to + 60 ° C, which results in the need for air conditioning. Air conditioning, i. Cooling or heating is realized essentially by means of targeted air guidance and / or a cooling system, generally based on water / glycol.

Ein Gehäuse, in dem mindestens ein galvanisches Element, insbesondere mindestens eine Batteriezelle aufgenommen ist, schützt diese gegenüber Umgebungseinflüssen und gewährleistet eine elektrische Isolation. Neben den Batteriemodulen und einem als Temperaturmanagementsystem ausgebildeten Kühlsystem sind ferner eine Leistungselektronik und elektrische Leitungen zur Steuerung von Batteriemodulen angeordnet. Entsprechende Gehäuse sind im Wesentlichen luftdicht, wobei ein Druckausgleich zwischen dem Inneren und der Umgebung vorzusehen ist. Insbesondere werden Druckausgleichselemente (Pressure Balancing Unit ≙ PBU) vorgesehen, welche ab einem gewissen Differenzdruck zwischen dem Gehäuseinneren und der Umgebung einen Druckausgleich über Druckausgleichsöffnungen sicherstellen. Die in der einströmenden Luft enthaltene Feuchtigkeit kann im Gehäuseinneren, insbesondere bei im Vergleich zur Umgebung niedrigeren Innentemperaturen, kondensieren und möglicherweise Schäden an den spannungsführenden Bauteilen anrichten. A housing in which at least one galvanic element, in particular at least one battery cell is accommodated, protects it against environmental influences and ensures electrical insulation. In addition to the battery modules and designed as a temperature management system cooling system power electronics and electrical lines for controlling battery modules are also arranged. Corresponding housings are substantially airtight, with a pressure equalization between the interior and the environment is provided. In particular, pressure equalization elements (Pressure Balancing Unit ≙ PBU) are provided, which ensure a pressure equalization via pressure equalization openings from a certain differential pressure between the housing interior and the environment. The moisture contained in the inflowing air can condense inside the housing, in particular at lower internal temperatures compared to the environment, and possibly cause damage to the live components.

DE 10 2009 058 880 A1 betrifft ein elektrisches Energiespeichersystem, welches in einer Gehäuseanordnung angeordnet ist, wobei diese eine Luftaustauschpassage mit einer Entfeuchtungseinrichtung aufweist. Der Feuchteentzug erfolgt in einem gekühlten Luftkanal durch eine Kondensationstrocknung unter Bildung von Kondenswasser, welches schwerkraftbedingt nach Außen abfließt. Die Kühlung umfasst beispielsweise einen Wärmetauscher, wobei dieser ein Bestandteil eines Kühlmittelkreislaufs ist, welcher auch zur Kühlung anderer Komponenten genutzt werden kann. Nachteilig hierbei ist, dass das gebildete Kondenswasser nur mittels der Schwerkraft über eine Öffnung nach außen gelangt, welche gleichzeitig die Eintrittsöffnung der Luft ist und somit gegenüber Verstopfungen und Verschmutzung gefährdet ist. DE 10 2009 058 880 A1 relates to an electrical energy storage system which is arranged in a housing arrangement, wherein it has an air exchange passage with a dehumidifier. The moisture removal takes place in a cooled air duct by a condensation drying to form condensation, which flows due to gravity to the outside. The cooling comprises, for example, a heat exchanger, wherein this is a component of a coolant circuit, which can also be used for cooling other components. The disadvantage here is that the condensation formed passes only by gravity through an opening to the outside, which is also the inlet opening of the air and thus endangered against clogging and pollution.

DE 10 2009 054 921 A1 betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Minderung der Feuchtigkeit eines Gases in einem Batteriegehäuseinnenraum, wobei Gas durch eine erste selektiv permeable Membran in einen Zwischenraum eintritt, in dem eine Kühleinrichtung vorgesehen ist, beispielsweise mindestens ein Peltier-Element oder ein Bestandteil eines in dem Batteriegehäuseinnerem angeordneten Kühlsystems, mittels dem das eintretende Gas – Umgebungsluft – abgekühlt und Feuchtigkeit entzogen wird. Das abgekühlte Gas mit reduziertem Wasserdampfanteil tritt über eine zweite selektiv permeable Membran, undurchlässig für Flüssigkeiten, in den Gehäuseinnenraum ein. Das Kondenswasser wird über ein Rückschlagventil in die Umgebung abgegeben. Nachteilig hierbei ist, dass die beschriebene Vorrichtung kein Druckausgleichselement darstellt, mit dem geregelt Gas einströmt. DE 10 2009 054 921 A1 relates to a method and a device for reducing the humidity of a gas in a battery housing interior, wherein gas enters through a first selectively permeable membrane in a space in which a cooling device is provided, for example at least one Peltier element or a component of a arranged in the battery housing interior Cooling system, by means of which the incoming gas - ambient air - cooled and moisture is removed. The cooled gas with a reduced water vapor content enters the housing interior via a second selectively permeable membrane, impermeable to liquids. The condensation water is released into the environment via a check valve. The disadvantage here is that the device described does not represent a pressure compensation element, flows in the regulated gas.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Erfindungsgemäß wird ein Gehäuse für mindestens ein galvanisches Element, insbesondere mindestens eine Batteriezelle, vorgeschlagen, umfassend eine Druckausgleichseinrichtung und eine aktive Temperiereinrichtung zum Kühlen und/oder Erwärmen des mindestens einen galvanischen Elements im Gehäuseinneren, wobei die Temperiereinrichtung von einem Temperierfluid durchströmt wird. Unter einem Gehäuse ist dabei eine Vorrichtung zu verstehen, die einen Innenraum aufweist, der geeignet ist, Komponenten aufzunehmen und diese gegenüber der Umgebung vollständig abzugrenzen. Bevorzugt ist das Gehäuse luftdicht ausgeführt und umfasst lediglich zum Zweck eines Druckausgleichs zwischen Gehäuseinnerem und der Umgebung luftdurchlässige Öffnungen, welche in der Druckausgleichseinrichtung vorgesehen sind. Die Druckausgleichseinrichtung umfasst mindestens ein Einlassventil, eine Auslassöffnung und als Öffnung in das Gehäuseinnere eine selektiv permeable Membran. Ferner steht die Druckausgleichseinrichtung mit der Temperiereinrichtung in thermischen Kontakt, wobei eine Entfeuchtungsvorrichtung vorgesehen ist. According to the invention, a housing is proposed for at least one galvanic element, in particular at least one battery cell, comprising a pressure compensation device and an active tempering device for cooling and / or heating the at least one galvanic element in the housing interior, wherein the tempering device is flowed through by a tempering fluid. In this case, a housing is to be understood as meaning a device which has an interior suitable for receiving components and completely isolating them from the environment. Preferably, the housing is designed airtight and includes only for the purpose of pressure equalization between the housing interior and the environment air-permeable openings, which are provided in the pressure compensation device. The pressure compensation device comprises at least one inlet valve, an outlet opening and, as an opening in the housing interior, a selectively permeable membrane. Furthermore, the pressure compensation device is in thermal contact with the tempering device, wherein a dehumidifying device is provided.

Die Temperiereinrichtung umfasst Abschnitte zur Temperierung der in dem Gehäuse angeordneten Elemente, insbesondere einer Anzahl galvanischer Elemente. Unter galvanischen Elementen sind insbesondere elektrochemische Energiespeicher, wie beispielsweise Batteriezellen, zu verstehen, die Energie mittels elektrochemischer Prozesse speichern und bei Bedarf wieder bereitstellen. Grundsätzlich können in dem erfindungsgemäßen Gehäuse Batteriezellen jedes Akkumulator- oder Batteriezellentyps aufgenommen sein. Beispielsweise sind dies Batteriezellen der Typen Lithium-Ionen-Zellen, Lithium-Polymer-Zellen, Lithium-Metall-Zellen und vergleichbare, welche als Batteriezellen, Batteriemodule und/oder als Batteriepack funktional zusammengefasst sind. In dem erfindungsgemäßen Gehäuse können eine oder mehrere Batteriezellen, oder ein oder mehrere Batteriemodule aufgenommen sein, wobei die Batteriemodule jeweils eine Anzahl von Batteriezellen aufweisen. Ferner können die einzelnen Batteriezellen derart elektrisch leitend miteinander verbunden sein, dass diese zu Batteriemodulen oder Batteriepacks arrangiert vorliegen. Ferner können in dem Gehäuse Komponenten, beispielsweise eines Batteriemanagementsystems zur Steuerung oder Regelung des Batterieverhaltens aufgenommen sein. Die Temperierung derartiger elektrochemischer Energiespeicher wird über einen Temperierkreislauf vorteilhaft im Rahmen der Erfindung dargestellt.The tempering device comprises sections for tempering the elements arranged in the housing, in particular a number of galvanic elements. Under galvanic elements are in particular electrochemical energy storage, such as battery cells to understand, store the energy by means of electrochemical processes and provide again when needed. In principle, battery cells of any type of accumulator or battery cell can be accommodated in the housing according to the invention. For example, these are battery cells of the types lithium-ion cells, lithium-polymer cells, lithium-metal cells and the like, which are functionally summarized as battery cells, battery modules and / or battery pack. In the housing according to the invention, one or more battery cells, or one or more battery modules can be accommodated, the battery modules each having a number of battery cells. Furthermore, the individual battery cells can be connected to one another in an electrically conductive manner in such a way that they are arranged to form battery modules or battery packs. Furthermore, components, for example a battery management system for controlling or regulating the battery behavior, can be accommodated in the housing. The temperature of such electrochemical energy storage is represented by a tempering advantageously in the context of the invention.

Bei einem entsprechenden Druckunterschied zwischen dem Gehäuseinneren und der Umgebung strömt über ein Einlassventil der Druckausgleichseinrichtung Luft aus der Umgebung in das Gehäuse ein. Die einströmende Luft enthält entsprechend ihrer Temperatur einen Wasserdampfanteil. Die einströmende Luft gelangt in die Druckausgleichseinrichtung, bzw. in einen Raum zwischen dem Einlassventil und einer Öffnung in das Gehäuseinnere, welche durch eine selektiv permeable Membran gebildet wird. In dem Raum gelangt die einströmende Luft in thermischen Kontakt mit der Temperiereinrichtung, insbesondere mit einem Einlassbereich der Temperierflüssigkeit. Durch Abkühlung der eintretenden Luft kondensiert ein Wasserdampfanteil der Luft, es kommt zur Bildung von Kondensat. Die abgekühlte und eine geringere Feuchte aufweisende Luft gelangt über die Öffnung, bzw. über die in dieser vorgesehene selektive permeable Membran in das Gehäuseinnere, wobei das angefallene Kondensat zuvor abgeleitet wird. Eine derartige Membran ist vorzugsweise eine selektiv permeable Membran. Eine in der Öffnung zum Gehäuseinneren angeordnete selektiv permeable Membran, welche luftdurchlässig, aber wasserundurchlässig ist, unterbindet im Wesentlichen den unmittelbaren Durchtritt von Flüssigkeit. With a corresponding pressure difference between the housing interior and the environment flows via an inlet valve of the pressure compensation device air from the environment into the housing. The incoming air contains a proportion of water vapor according to its temperature. The inflowing air enters the pressure compensation device, or in a space between the inlet valve and an opening in the housing interior, which is formed by a selectively permeable membrane. In the space, the incoming air comes into thermal contact with the temperature control device, in particular with an inlet region of the temperature control liquid. By cooling the incoming air condenses a water vapor content of the air, it comes to the formation of condensate. The cooled and less humid air passes through the opening, or via the provided in this selective permeable membrane in the housing interior, the accumulated condensate is previously derived. Such a membrane is preferably a selectively permeable membrane. A selectively permeable membrane disposed in the opening to the interior of the housing, which is permeable to air but impermeable to water, substantially prevents the immediate passage of liquid.

In einer bevorzugten Ausführungsform liegt die mit der selektiv permeable Membran versehene Öffnung im Gehäuseinneren oberhalb des Auslasses der Druckausgleichseinrichtung nach außen. Durch die Schwerkraft sammelt sich angefallenes Kondensat unterhalb der Öffnung ins Gehäuseinnere, beispielsweise in einem Auffangreservoir und fließt über den Auslass ab. Durch die oberhalb des Auslasses positionierte Öffnung ins Gehäuseinnere ist sichergestellt, dass das gesammelte Kondensat nicht in Richtung Gehäuseinneren gelangt.In a preferred embodiment, the opening provided with the selectively permeable membrane in the housing interior is located above the outlet of the pressure compensation device to the outside. Due to gravity accumulated condensate collects below the opening into the housing interior, for example in a collecting reservoir and flows through the outlet. The opening positioned above the outlet in the interior of the housing ensures that the collected condensate does not reach the interior of the housing.

Das angefallene Kondensat kann in einem als Auffangreservoir ausgebildeten Bereich der Druckausgleichseinrichtung gesammelt und über einen geeignet angeordneten Auslass abfließen, oder in Zeitintervallen abgelassen werden. Hierfür ist erfindungsgemäß an dem Auffangreservoir eine verschließbare Öffnung vorgesehen, welche beispielsweise mittels einer Verschlussschraube oder einem Stopfen verschlossen werden kann. Durch Öffnen der Verschlussschraube oder des Stopfens, beispielsweise beim Service, kann das gesammelte Kondensat abgelassen werden. In einer Ausführungsform ist ein Auslassventil an dem Auslass der Druckausgleichseinrichtung angeordnet, beispielsweise in einem unteren Bereich des Auffangreservoirs. Bei einem im Gegensatz zur Umgebung höheren Druck in dem Gehäuse kann das angefallene und gesammelte Kondensat über das Auslassventil ausgeblasen werden, wofür eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung vorgesehen ist.The accumulated condensate can be collected in a region of the pressure compensation device designed as a collecting reservoir and drained off via a suitably arranged outlet, or drained off at time intervals. For this purpose, a closable opening is provided according to the invention at the collecting reservoir, which can be closed, for example by means of a screw plug or a plug. By opening the plug or plug, for example during service, the collected condensate can be drained off. In one embodiment, an outlet valve is arranged at the outlet of the pressure compensation device, for example in a lower region of the collection reservoir. In contrast to the environment higher pressure in the housing accumulated and collected condensate can be blown through the exhaust valve, for which a control and / or regulating device is provided.

Das erfindungsgemäße Gehäuse ist derart ausgebildet, dass die Druckausgleichseinrichtung mit der Temperiereinrichtung in unmittelbarem thermischen Kontakt steht, insbesondere mit einem Einlassbereich des Temperierfluids in die Temperiereinrichtung. Das Temperierfluid wird demnach zunächst dazu genutzt, im Falle eines Druckausgleichs zwischen einem niedrigeren Druck im Gehäuseinneren und einem höheren Umgebungsdruck einströmende Luft mit einem Wasserdampfanteil zu kühlen. In diesem Falle kommt es durch die Abkühlung zu einer Kondensation eines Wasserdampfanteils der Luft, welche so getrocknet wird. Da die Temperatur des Temperierfluids am Einlassbereich der Temperiereinrichtung am niedrigsten ist, wird die einströmende Luft effektiv gekühlt und getrocknet. Die gekühlte und getrocknete Luft gelangt in das Gehäuseinnere und kommt im Gehäuseinneren weitgehend nur mit Komponenten in Berührung, welche eine höhere Temperatur aufweisen. So kann eine Kondensatbildung an in dem Gehäuse aufgenommenen Komponenten vermieden werden. Ferner ist sichergestellt, dass eine Kondensatbildung lokal in der erfindungsgemäßen Druckausgleichseinrichtung bzw. der Entfeuchtungsvorrichtung und nicht im Inneren des Gehäuses stattfindet. The housing according to the invention is designed in such a way that the pressure compensation device is in direct thermal contact with the temperature control device, in particular with an inlet region of the temperature control fluid into the temperature control device. Accordingly, the tempering fluid is initially used to cool incoming air having a water vapor content in the case of a pressure equalization between a lower pressure inside the housing and a higher ambient pressure. In this case, the cooling leads to condensation of a water vapor portion of the air, which is dried. Since the temperature of the tempering fluid is lowest at the inlet region of the tempering device, the incoming air is effectively cooled and dried. The cooled and dried air enters the interior of the housing and comes within the housing largely only with components in contact, which has a higher Have temperature. Thus, condensation on components housed in the housing can be avoided. Furthermore, it is ensured that a condensation formation takes place locally in the pressure compensation device according to the invention or the dehumidifying device and not in the interior of the housing.

Zur Verbesserung des thermischen Kontaktes zwischen der einströmenden, zu trocknenden Luft und der Temperiereinrichtung in der Druckausgleichseinrichtung ist der Einlassbereich der Temperiereinrichtung als Wärmetauscher ausgebildet. Des Weiteren können Mittel zur Oberflächenvergrößerung im Bereich des Wärmetauschers vorgesehen sein. Eine möglichst effektive Trocknung der Luft kann durch geeignete Wahl des Werkstoffs der Temperiereinrichtung unterstützt werden, welcher sich insbesondere durch eine gute Wärmeleitfähigkeit auszeichnet. Ferner kann eine Oberflächenvergrößerung der Kontaktflächen zwischen der abzukühlenden Luft und der Temperiereinrichtung eine effektive Trocknung unterstützen. So kann insbesondere der Einlassbereich der Temperiereinrichtung zusätzlich Rippen, Rillen, Wände, Flügel und/oder Stege oder andere Oberflächenvergrößerungen aufweisen.In order to improve the thermal contact between the incoming air to be dried and the tempering device in the pressure compensation device, the inlet region of the tempering device is designed as a heat exchanger. Furthermore, means for increasing the surface area in the region of the heat exchanger can be provided. The most effective possible drying of the air can be supported by a suitable choice of the material of the tempering, which is characterized in particular by a good thermal conductivity. Furthermore, an increase in the surface area of the contact surfaces between the air to be cooled and the tempering device can promote effective drying. In particular, the inlet region of the tempering device can additionally have ribs, grooves, walls, wings and / or webs or other surface enlargements.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auch auf ein Kraftfahrzeug, welches ein in einem erfindungsgemäßen Gehäuse aufgenommenes Batteriepack umfasst. Dabei stehen das Kraftfahrzeug und das in dem erfindungsgemäßen Gehäuse aufgenommene Batteriepack in einem funktionalen Kontakt, beispielsweise stellt das Batteriepack einen Teil einer Traktionsbatterie für einen Elektroantrieb eines Fahrzeugs dar.The present invention also relates to a motor vehicle comprising a battery pack received in a housing according to the invention. In this case, the motor vehicle and the battery pack accommodated in the housing according to the invention are in functional contact, for example, the battery pack forms part of a traction battery for an electric drive of a vehicle.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung zeichnet sich dadurch aus, dass das erfindungsgemäß vorgeschlagene Gehäuse für mindestens ein galvanisches Element, insbesondere eine Batteriezelle, derart ausgeführt ist, dass im Wesentlichen nur Luft über die Druckausgleichseinrichtung zum Druckausgleich in das Gehäuse gelangt, wobei der Volumenstrom stark verringert ist. Bei einem bestimmten Druckunterschied zwischen dem Gehäuseinneren und der Umgebung kann das Einlassventil der Druckausgleichseinrichtung mittels einer Steuer-oder Regeleinrichtung geöffnet werden. The proposed solution according to the invention is characterized in that the housing proposed according to the invention for at least one galvanic element, in particular a battery cell is designed such that substantially only air passes through the pressure compensation device for pressure equalization in the housing, wherein the volume flow is greatly reduced. At a certain pressure difference between the housing interior and the environment, the inlet valve of the pressure compensation device can be opened by means of a control or regulating device.

Die in die Druckausgleichseinrichtung einströmende Luft wird auf einfache und zuverlässige Weise derart abgekühlt, dass die Luft unter Kondensatbildung getrocknet wird. Vorteilhaft wird hierfür eine Temperiereinrichtung genutzt, welche bereits im Gehäuse zur Temperierung der Batteriezellen vorgesehen ist. Insbesondere ergibt sich vorteilhaft, dass die Abkühlung der Luft mittels des in die Temperiereinrichtung eintretenden Temperierfluids erfolgt, wobei das Temperierfluid – im Falle einer Kühlung – in dem Einlassbereich die niedrigste Temperatur des Kreislaufes aufweist. Somit ist gewährleistet, dass die in das Gehäuseinnere eintretende Luft an den dort vorhandenen Komponenten nicht weiter abkühlt und eine Kondensatbildung an Komponenten im Gehäuseinneren vermieden wird.The air flowing into the pressure compensation device is cooled in a simple and reliable manner such that the air is dried to form condensate. Advantageously, a tempering device is used for this, which is already provided in the housing for temperature control of the battery cells. In particular, it is advantageous that the cooling of the air takes place by means of the tempering fluid entering the tempering device, wherein the tempering fluid - in the case of cooling - in the inlet region has the lowest temperature of the circuit. This ensures that the air entering the interior of the housing does not continue to cool on the components present there, and condensation on components inside the housing is avoided.

Die Kondensatbildung erfolgt gezielt in der Druckausgleichseinrichtung, insbesondere dort in einer Entfeuchtungsvorrichtung, welche vorteilhaft in das Gehäuse integriert ist. Dies erlaubt ein Auffangen des Kondensats in einem separaten Bereich und ein gezieltes Ablassen des Kondensats. Insbesondere vorteilhaft ergibt sich ein gesteuertes oder geregeltes Ablassen des Kondensats über ein Auslassventil der Druckausgleichseinrichtung, so dass der Einbau einer in einem erfindungsgemäßen Gehäuse aufgenommenen Batterie in einem Kraftfahrzeug auch an unzugänglichen Stellen erfolgen kann. Die Entfeuchtung der Luft verläuft weitgehend wartungsfrei, so dass dementsprechende Gehäuse mit Druckausgleichvorrichtungen auch an nur schwer zugänglichen Bereichen eines einen Elektroantrieb aufweisenden Fahrzeugs untergebracht werden können, da sie wartungsfrei sind und eine Zugänglichkeit aus diesem Grunde nicht erforderlich ist.The condensation takes place selectively in the pressure compensation device, in particular there in a dehumidifying device, which is advantageously integrated in the housing. This allows a collection of the condensate in a separate area and a targeted discharge of the condensate. Particularly advantageous results in a controlled or controlled draining of the condensate via an outlet valve of the pressure compensation device, so that the installation of a recorded in a housing according to the invention battery in a motor vehicle can also be done in inaccessible places. The dehumidification of the air is largely maintenance-free, so that corresponding housing with pressure compensation devices can be accommodated even in hard to reach areas of a vehicle having an electric drive, since they are maintenance-free and accessibility for this reason is not required.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Weitere Vorteile und Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Gegenstände werden durch die Zeichnungen veranschaulicht und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.Further advantages and embodiments of the objects according to the invention are illustrated by the drawings and explained in more detail in the following description.

Es zeigen:Show it:

1 eine Darstellung eines erfindungsgemäßen Gehäuses; 1 an illustration of a housing according to the invention;

2 eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Gehäuses. 2 a further embodiment of a housing according to the invention.

Ausführungsvariantenvariants

Aus der Darstellung gemäß 1 geht ein erfindungsgemäßes Gehäuse 10 für mindestens ein galvanisches Element hervor, beispielsweise eine Batteriezelle 14.From the illustration according to 1 goes an inventive housing 10 for at least one galvanic element, for example a battery cell 14 ,

Das Gehäuse 10 umschließt ein Gehäuseinneres 12, in dem in dem dargestellten Ausführungsbeispiel eine Anzahl an Batteriezellen 14 angeordnet ist. Ferner ist in dem Gehäuseinneren 12 eine Temperiereinrichtung 16 vorgesehen, umfassend beispielsweise eine Kühlplatte 18, welche von einem Temperierfluid durchströmt wird. Gemäß der Darstellung in 1 ist ein Einlass des Temperierfluids in die Temperiereinrichtung 16 mit Bezugszeichen 18 bezeichnet. Die Temperiereinrichtung 16, welche den Batteriezellen 14 zugeordnet ist, ermöglicht eine Zufuhr von Wärme zu den Batteriezellen 14 und/oder eine Abfuhr der Wärme von den Batteriezellen 14. Insbesondere ist in dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel die Temperiereinrichtung 16 von einem gekühlten Temperierfluid durchströmt, wobei ein Auslass aus der Temperiereinrichtung 16 nicht dargestellt ist. Am Einlass 18 des Temperierfluids ist ein als Wärmetauscher ausgebildeter Bereich 20 ausgebildet. Der Wärmeaustauscherbereich 20 steht in thermischen Kontakt mit einer in bzw. an dem Gehäuse 10 integrierten Druckausgleichseinrichtung 22 mit einer Entfeuchtungsvorrichtung 24. Die Druckausgleichseinrichtung 22 umfasst ein Einlassventil 26, welches bei einem Druckunterschied zwischen dem Gehäuseinneren 12 und der Umgebung steuer- bzw. regelbar öffnet, so dass Umgebungsluft in die Druckausgleichseinrichtung 22 gelangt.The housing 10 encloses a housing interior 12 in which, in the illustrated embodiment, a number of battery cells 14 is arranged. Further, inside the housing is 12 a tempering device 16 provided, for example comprising a cooling plate 18 , which is flowed through by a tempering fluid. As shown in 1 is an inlet of the tempering fluid into the tempering device 16 with reference number 18 designated. The tempering device 16 which the battery cells 14 is assigned allows a supply of heat to the battery cells 14 and / or a removal of the heat from the battery cells 14 , In particular, in the in 1 illustrated embodiment, the tempering 16 flows through a cooled tempering fluid, wherein an outlet from the temperature control 16 not shown. At the inlet 18 the tempering fluid is a trained as a heat exchanger area 20 educated. The heat exchanger area 20 is in thermal contact with one in or on the housing 10 integrated pressure compensation device 22 with a dehumidifier 24 , The pressure compensation device 22 includes an inlet valve 26 , which at a pressure difference between the housing interior 12 and the environment controllably opens, so that ambient air in the pressure compensation device 22 arrives.

Wie in 1 dargestellt, tritt die Umgebungsluft mit einer bestimmten Temperatur und einem Wasserdampfanteil in die Druckausgleichseinrichtung 22 ein, insbesondere in einen Zwischenraum 28, welcher sich – wie dargestellt – innerhalb des Gehäuses 10 befindet. Der Zwischenraum 28 wird zum Gehäuseinneren 12 durch Wände 30 begrenzt, wobei eine Öffnung 32 zum Gehäuseinneren 12 vorgesehen ist. Die Öffnung 32 umfasst eine selektiv permeable Membran 44, wobei aus dem Zwischenraum 28 Luft in das Gehäuseinnere 12 gelangen kann. Ferner ist ersichtlich, dass in der in 1 dargestellten Ausführungsform der Wärmeaustauscherbereich 20 der Temperiereinrichtung 16 in dem Zwischenraum 28 vorgesehen ist, so dass die durch das Einlassventil 26 eintretende Luft in thermischen Kontakt mit diesem Wärmeaustauscherbereich 20 steht. Durch den thermischen Kontakt der eingetretenen Umgebungsluft wird dieser Wärme entzogen, wobei mit sinkender Temperatur die Sättigungsgrenze an Wasserdampf in der Luft überschritten wird und eine Kondensation eintritt. Die derart gekühlte und getrocknete Luft gelangt nun über die selektiv permeable Membran 44 der Öffnung 32 in das Gehäuseinnere 12. Dadurch, dass die Öffnung 32 die selektiv permeable Membran 44 umfasst, welche für Luft durchlässig, aber für Flüssigkeit undurchlässig ist, wird gewährleistet, dass im Zwischenraum 28 anfallendes Kondensat nicht in das Gehäuseinnere 12 gelangen kann. Das gebildete Kondensat verbleibt demnach zunächst im Zwischenraum 28. In einer Ausführungsform umfasst die Druckausgleichseinrichtung 22 ein Auffangreservoir 34, in welchem sich Kondensat sammelt.As in 1 shown, the ambient air enters the pressure compensation device with a certain temperature and a water vapor content 22 a, in particular in a gap 28 , which - as shown - within the housing 10 located. The gap 28 becomes the housing interior 12 through walls 30 limited, with an opening 32 to the housing interior 12 is provided. The opening 32 comprises a selectively permeable membrane 44 , being out of the gap 28 Air in the housing interior 12 can get. It can also be seen that in the 1 illustrated embodiment of the heat exchanger area 20 the tempering device 16 in the gap 28 is provided so that through the inlet valve 26 Incoming air in thermal contact with this heat exchanger area 20 stands. Due to the thermal contact of the ambient air, this heat is withdrawn, whereby with decreasing temperature, the saturation limit of water vapor in the air is exceeded and condensation occurs. The thus cooled and dried air now passes over the selectively permeable membrane 44 the opening 32 into the housing interior 12 , Because of the opening 32 the selectively permeable membrane 44 which is permeable to air but impermeable to fluid, ensures that in the interspace 28 accumulating condensate not in the housing interior 12 can get. The condensate formed thus remains initially in the intermediate space 28 , In one embodiment, the pressure compensation device comprises 22 a collection reservoir 34 in which condensate collects.

Insbesondere liegt die selektiv permeable Membran 44 der Öffnung 32 oberhalb des Auffangreservoirs 34 und oberhalb einer Auslassöffnung 36, über welchen das aufgefangene Kondensat abgelassen werden kann. Insbesondere kann die Auslassöffnung 36 als Auslassventil 38 gestaltet sein, so dass das Ablassen des Kondensats gesteuert bzw. geregelt erfolgt. Eine entsprechende Steuer- und/oder Regeleinheit ist nicht dargestellt.In particular, the selectively permeable membrane lies 44 the opening 32 above the collection reservoir 34 and above an outlet opening 36 over which the collected condensate can be drained. In particular, the outlet opening 36 as an outlet valve 38 be designed so that the discharge of the condensate is controlled or regulated. A corresponding control and / or regulating unit is not shown.

Aus der Darstellung der 2 geht eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Gehäuses 10 hervor, wobei insbesondere der Bereich der Druckausgleichseinrichtung 22 dargestellt ist.From the representation of 2 is another embodiment of the housing according to the invention 10 in particular, the area of the pressure compensation device 22 is shown.

Das Temperierfluid gelangt über den Einlass 18 in den Wärmeaustauscherbereich 20 der Temperiereinrichtung 16, wobei insbesondere eine als Wärmeaustauschfläche vorgesehene Fläche vergrößert ist. Insbesondere ist der Wärmeaustauscherbereich 20 mit Rippen versehen, wobei auch Wände, Flügel, Stege oder andere oberflächenvergrößernde Geometrien 40 denkbar sind. The tempering fluid passes through the inlet 18 in the heat exchanger area 20 the tempering device 16 In particular, a surface provided as a heat exchange surface is enlarged. In particular, the heat exchanger area 20 provided with ribs, including walls, wings, webs or other Oberflächenvergrößernde geometries 40 are conceivable.

Ein unterer Bereich der Druckausgleichseinrichtung 22 ist als das Auffangreservoir 34 ausgebildet, in dem sich gebildetes Kondensat sammelt. In der in 2 dargestellten Ausführungsform ist die Auslassöffnung 36 der Druckausgleichseinrichtung 22 als Öffnung gestaltet, die von einer Verschlussschraube 42 verschlossen wird. A lower area of the pressure compensation device 22 is as the collection reservoir 34 formed in which accumulates condensate formed. In the in 2 illustrated embodiment is the outlet opening 36 the pressure compensation device 22 designed as an opening by a screw plug 42 is closed.

Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagenen Ausführungsvarianten gemäß der 1 und 2 – wie vorstehend beschrieben – kann der Zustrom größerer Mengen von in Umgebungsluft enthaltener Feuchte in das Gehäuseinnere 12 des Gehäuses 10, in dem mindestens ein galvanisches Element, bevorzugt eine Anzahl von elektrisch miteinander verschalteten galvanischen Elementen 14 aufgenommen sind, wirkungsvoll verhindert werden. Damit wird zu einer erhöhten Sicherheit bei Betrieb eines teilweise elektrisch angetriebenen Fahrzeugs beigetragen. Mit der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung wird einströmende Luft getrocknet, d.h. deren Luftfeuchte vermindert. Dies erfolgt nach der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung durch die konstruktive Trennung eines kleinen Bereiches, d.h. des Zwischenraumes 28, in dem das Auffangreservoir 34 und der Wärmeaustauscherbereich 20 aufgenommen sind, vom Gehäuseinneren 12 des Gehäuses 10, in dem die Anzahl von galvanischen Elementen 14 in Form von Batteriezellen aufgenommen ist. In der von dem Gehäuse 10 abgetrennten Druckausgleichseinrichtung 22 sind in dem als Wärmeaustauscherbereich 20 ausgebildeten Abschnitt der Temperiereinrichtung 16 Oberflächenvergrößerungen 40 in Form von Rippen, Stegen oder Wellungen oder dergleichen angeordnet, welche demnach an den gleichen Kühlkreis wie die Temperiereinrichtung 16 angeschlossen sind. Durch die Abkühlung des einströmenden Luftvolumens und die Kondensation des im einströmenden Luftvolumen enthaltenen Wasserdampfanteiles, wird die Feuchtigkeitsspeicherkapazität der Luft deutlich reduziert. Kondensat tropft nach unten in das Auffangreservoir 34 ab, welches sich im Boden des vom Gehäuseinneren 12 separierten Zwischenraumes 28 bildet und sammelt sich dort. Sobald innerhalb des Gehäuses 10 sich die getrocknete Luft aufgrund einer Erwärmung der galvanischen Elemente 14, beispielsweise Batteriezellen, ausdehnt, wird das Kondensat durch das Auslassventil 38 nach außen gedrückt und verlässt den Zwischenraum 28. By the inventively proposed embodiments according to the 1 and 2 As described above, the influx of larger amounts of moisture contained in ambient air into the housing interior 12 of the housing 10 in which at least one galvanic element, preferably a number of electrically interconnected galvanic elements 14 are absorbed effectively prevented. This contributes to increased safety during operation of a partially electrically driven vehicle. With the solution proposed by the invention, incoming air is dried, ie its air humidity is reduced. This is done according to the solution proposed by the invention by the structural separation of a small area, ie the gap 28 in which the collection reservoir 34 and the heat exchanger area 20 are taken from the inside of the housing 12 of the housing 10 in which the number of galvanic elements 14 recorded in the form of battery cells. In the from the case 10 separated pressure compensation device 22 are in that as a heat exchanger area 20 trained section of the tempering 16 surface enlargements 40 arranged in the form of ribs, webs or corrugations or the like, which accordingly to the same cooling circuit as the tempering 16 are connected. By cooling the inflowing air volume and the condensation of the water vapor contained in the inflowing air volume, the moisture storage capacity of the air is significantly reduced. Condensate drips down into the collection reservoir 34 which is in the Bottom of the inside of the housing 12 separated space 28 forms and collects there. Once inside the case 10 the dried air due to heating of the galvanic elements 14 , For example, battery cells, expands, the condensate through the outlet valve 38 pushed outward and leaves the gap 28 ,

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102009058880 A1 [0004]
DE 102009054921 A1 [0005]

Claims

Casing ( 10 ), for at least one galvanic element ( 14 ), in particular at least one battery cell, comprising a pressure compensation device ( 22 ) and a tempering device ( 16 ), for cooling and / or heating the at least one galvanic element ( 14 ) inside the case ( 12 ), wherein the tempering device ( 16 ) is flowed through by a tempering fluid, characterized in that the pressure compensation device ( 22 ) at least one inlet valve ( 26 ), an outlet opening ( 36 ), an opening ( 32 ) into the housing interior ( 12 ) with a selectively permeable membrane ( 44 ) and with the tempering device ( 16 ) is in thermal contact.

Casing ( 10 ) according to claim 1, characterized in that the opening ( 32 ) of the pressure compensation device ( 22 ) into the housing interior ( 12 ) above the outlet opening ( 36 ) of the pressure compensation device ( 22 ) is arranged.

Casing ( 10 ) according to one of claims 1 or 2, characterized in that the pressure compensation device ( 22 ) in thermal contact with an inlet area ( 18 ) of the tempering fluid into the tempering device ( 16 ) stands.

Casing ( 10 ) according to one of claims 1 to 3, characterized in that the pressure compensation device ( 22 ) as a heat exchanger area ( 20 ) inlet area ( 18 ) in thermal contact with the tempering device ( 16 ) stands.

Casing ( 10 ) according to claim 4, characterized in that the heat exchanger area ( 20 ) formed inlet area ( 18 ) of the tempering device ( 16 ) a surface enlargement ( 40 ), in particular designed as ribs, grooves, wings, walls and / or webs.

Casing ( 10 ) according to one of claims 1 to 5, characterized in that the pressure compensation device ( 22 ) a collecting reservoir ( 34 ) for collecting condensate from the inside of the housing ( 12 ) is disconnected.

Casing ( 10 ) according to claim 6, characterized in that the collecting reservoir ( 34 ) a closable outlet opening ( 36 ) for draining the condensate.

Casing ( 10 ) according to claim 6, characterized in that the collecting reservoir ( 34 ) an exhaust valve ( 38 ), through which the condensate is forced outwards.

Casing ( 10 ) according to one of claims 1 to 8, characterized in that a control and regulating unit is included, wherein according to a pressure difference between the housing interior ( 12 ) and the environment the inlet valve ( 26 ) and / or the outlet valve ( 38 ) is controllable and / or controllable.

Motor vehicle comprising a housing ( 10 ) according to one of claims 1 to 9.