DE102019100085A1

DE102019100085A1 - Entgasungseinheit, Elektronikgehäuse, insbesondere Batteriegehäuse, und Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102019100085A1
Application number: DE102019100085.8A
Authority: DE
Inventors: Robert Zbiral; Axel Liebendörfer
Original assignee: Mann and Hummel GmbH
Current assignee: Mann and Hummel GmbH
Priority date: 2019-01-04
Filing date: 2019-01-04
Publication date: 2020-07-09
Also published as: US12062808B2; WO2020141045A1; CN113228391A; EP3906588A1; US20210320376A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Entgasungseinheit (10) für ein Elektronikgehäuse, insbesondere für eine Batterie, insbesondere für eine Traktionsbatterie eines Kraftfahrzeugs. Die Entgasungseinheit (10) weist einen fluiddicht mit einem Rand einer Druckausgleichsöffnung des Elektronikgehäuses verbindbaren Grundkörper (1) auf, der zumindest eine Gasdurchtrittsöffnung (15) aufweist, die in einem Normalbetriebszustand der Entgasungseinheit (10) von einer semipermeablen Membran (6) abgedeckt ist. Die semipermeable Membran (6) erlaubt einen Durchtritt von gasförmigen Medien von einer Umgebung in das Elektronikgehäuse und umgekehrt, unterbindet den Durchtritt von flüssigen Medien und/oder Feststoffen jedoch. Die Entgasungseinheit (10) ist in einen Notentgasungszustand überführbar, in dem zumindest eine die Membran (6) umgehende Notentgasungsöffnung (N) freigegeben ist. Die Entgasungseinheit (10) weist zumindest ein Überwachungsmittel (8) auf, das dazu ausgebildet ist zu detektieren, ob sich die Entgasungseinheit (10) im Normalbetriebszustand und/oder im Notentgasungszustand befindet. Ferner werden ein Elektronikgehäuse mit einer erfindungsgemäßen Entgasungseinheit (10) und ein Kraftfahrzeug offenbart.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft eine Entgasungseinheit und ein Elektronikgehäuse, insbesondere ein Batteriegehäuse, insbesondere einer Traktionsbatterie eines Kraftfahrzeugs und das Kraftfahrzeug selbst.
Stand der Technik
Gehäuse zur Aufnahme von Elektronikkomponenten wie bspw. Batteriezellen und dergleichen können nicht vollständig gasdicht gegenüber der Umgebung verschlossen werden, da einerseits aufgrund von Temperaturschwankungen (etwa durch Wärmeeinträge durch Laden bzw. Entladen von Batteriezellen) und andererseits aufgrund von natürlich vorkommenden Druckluftschwankungen, insbesondere bei mobilen Systemen, ein Gasaustausch zwischen Innen- und Außenraum ermöglicht werden muss, um unzulässige mechanische Belastungen des Gehäuses, insbesondere ein Bersten oder Ausbeulen des Gehäuses, zu verhindern. Ebenso wichtig ist es jedoch, dass das Eindringen von Fremdkörpern, Schmutz und Feuchtigkeit (insbesondere in Form von flüssigem Wasser) wirksam verhindert wird, da ansonsten Schäden am elektrischen System drohen, schlimmstenfalls ein Kurzschluss.
Es sind daher Druckausgleichsvorrichtungen bekannt, die semipermeable Membranen aufweisen, die gasdurchlässig jedoch flüssigkeitsundurchlässig sind.
Entsteht innerhalb des Gehäuses eine Druckspitze, etwa beim Versagen einer Batteriezelle in einem Batteriegehäuse, so muss dieser Druck möglichst schnell abgebaut werden, da ansonsten das Gehäuse Schaden nehmen könnte.
Als einfachste Ausführung eines Berstschutzes ist, beispielsweise bei Bleiakkus, bekannt, Berstscheiben im Sinne einer „Sollbruchstelle“, insbesondere aus einem metallischen Blechmaterial, oder Sicherheitsklappen oder Ventile zu verwenden, die in eine Gehäuseöffnung eingesetzt werden.
Bei Hochvoltbatterien, insbesondere lithiumbasierten Traktionsbatterien mit deutlich höheren Speicherkapazitäten und Leistungsdichten kommen hingegen hochspezifische Druckausgleichsvorrichtungen zum Einsatz, welche zur Erfüllung der o.g. Aufgaben optimiert sind.
Aus DE 10 2012 022 346 B4 ist eine Entgasungseinheit für ein Batteriegehäuse bekannt, die über einen Grundkörper verfügt, der eine Gasdurchtrittsöffnung aufweist, welche von einer semipermeablen Membran, die durchlässig für Gase jedoch undurchlässig für Flüssigkeiten ist, abgedeckt ist, wobei die Membran ortsfest und fluiddicht mit dem Grundkörper verbunden ist, insbesondere verschweißt. Der Grundkörper ist fluiddicht mit einer Druckausgleichsöffnung des Batteriegehäuses verbindbar. Einen Gasaustausch im Normalbetrieb stellt die Membran durch ihre semipermeablen Eigenschaften sicher, während zur Realisierung einer Notentgasungsfunktion an einem Abdeckkörper ein zu der Membran weisender Notentgasungsdorn angeordnet ist, welcher die Membran bei Überschreiten einer durch einen Gehäuseinnendruck induzierten Grenzdehnung perforiert und reißen lässt, so dass ein schlagartiger Druckausgleich vom Innenraum zur Umgebung möglich ist. An einer in einem Montagezustand zum Batteriegehäuse weisenden Innenseite ist mit dem Grundkörper ein Schutzgitter verbunden, welches einen Eingriff mit Fremdkörpern in das Batteriegehäuse ausschließen soll.
Darüber hinaus beschreibt DE 10 2011 080 325 A1 eine ähnliche Entgasungseinheit mit einer ortsfest an einem Grundkörper gehaltenen Membrane, bei der die Notentgasungsfunktion ebenfalls über eine gezielte Punktion der Membran mittels eines Dorns erreicht wird.
Ferner ist aus DE 10 2017 003 360 B3 eine Entgasungseinheit bekannt, bei der die Funktionen Notentgasung und Be-/Entlüftung im Normalzustand funktionell getrennt sind. Während die Be-/Entlüftung im Normalzustand durch eine ortsfest zentrisch an dem Grundkörper festgelegte Vliesstofflage realisiert ist, wird die Notentgasung durch ein bei Überschreiten eines Grenzdrucks abhebbares Schirmventil erreicht, welches zur Notentgasung einen radial außenliegenden Ringspalt des Grundkörpers freigibt.
Entgasungseinheiten nach dem Stand der Technik, ganz gleich, ob diese einen reversiblen Betrieb ermöglichen oder nicht, haben jedoch den Nachteil, dass ein Auslösen (= Überführen in den Notentgasungszustand) vom Nutzer nicht wahrgenommen wird. In diesem Betriebszustand ist kein sicherer Schutz gegen Eindringen von Feuchtigkeit und Schmutz mehr gewährleistet und es droht gegebenenfalls Überhitzung. Wenn in einem solchen Betriebszustand das von der Batterie versorgte technische System weiter betrieben wird, besteht die Gefahr, irreversible Schäden an der Batterie zu verursachen und unter Umständen die Gefahr von schweren Verletzungen, etwa bei einem Brand.
Offenbarung der Erfindung
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Entgasungseinheit für ein Elektronikgehäuse, insbesondere für eine Batterie, insbesondere für eine Traktionsbatterie eines Kraftfahrzeugs, zu schaffen, die die bezeichneten Nachteile vermeidet und einen sicheren Betrieb der Batterie ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch eine Entgasungseinheit mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein Elektronikgehäuse mit den Merkmalen des Anspruchs 15 und ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 17 gelöst.
Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen aufgeführt.
Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den Zeichnungen. Ebenso können die vorstehend genannten und die noch weiter ausgeführten Merkmale erfindungsgemäß jeweils einzeln für sich oder zu mehreren in beliebigen Kombinationen Verwendung finden. Die gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen sind nicht als abschließende Aufzählung zu verstehen, sondern haben vielmehr beispielhaften Charakter für die Schilderung der Erfindung.
Gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung weist die Entgasungseinheit einen fluiddicht mit einem Rand einer Druckausgleichsöffnung des Elektronikgehäuses verbindbaren Grundkörper auf, der zumindest eine Gasdurchtrittsöffnung aufweist, die in einem Normalbetriebszustand der Entgasungseinheit von einer semipermeablen Membran abgedeckt ist, welche einen Durchtritt von gasförmigen Medien von einer Umgebung in das Elektronikgehäuse und umgekehrt ermöglicht, den Durchtritt von flüssigen Medien und/oder Feststoffen jedoch unterbindet. Die Entgasungseinheit ist in einen Notentgasungszustand überführbar, in dem zumindest eine die Membran umgehende Notentgasungsöffnung freigegeben ist. Die Entgasungseinheit weist ferner zumindest ein Überwachungsmittel auf, das dazu ausgebildet ist, zu detektieren ob sich die Entgasungseinheit im Normalbetriebszustand und/oder im Notentgasungszustand befindet.
Das Überwachungsmittel kann hierbei zumindest ein Sensorelement umfassen, das dazu eingerichtet ist, einen Betriebszustand (Normal oder Notentgasung) der Entgasungseinheit zu detektieren. Bei dem Sensorelement kann es sich um einen elektrischen, kapazitiven, induktiven oder optischen Sensor handeln. Ein von dem Überwachungsmittel erkannter Detektionswert kann mittels einer geeigneten Diagnosevorrichtung (z.B. Fahrzeugsteuergerät) entsprechend verarbeitet werden und zur Auslösung einer vorbestimmten Reaktion dienen, die etwa ein Anzeigen eines Fehlers oder sogar das sofortige Stilllegen des technischen Systems umfassen kann. Der Diagnosewert des Überwachungsmittels kann insbesondere derart an ein Fahrzeugsteuergerät übergeben werden, dass dieser mittels gängiger Diagnoseschnittstellen und Datenübertragungsstandards, z.B. OBD-II, auslesbar ist.
Gemäß der vorliegenden Patentanmeldung wurde für die erfindungsgemäße Vorrichtung der Begriff Entgasungseinheit gewählt. Es ist jedoch selbst verständlich, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung gleichermaßen im Normalbetrieb eine Be- und Entlüftung eines Innenraums des Elektronikgehäuses durch die (poröse) Membran erlaubt.
Die hierin verwendeten relativen Bezeichnungen „innen“ und „außen“ beziehen sich auf einen Montagezustand bezüglich des Elektronikgehäuses, wobei „innen“ zum Elektronikgehäuse weisend und „außen“ zur Umgebung weisend bedeutet.
Die erfindungsgemäße Entgasungseinheit kann zur Sicherstellung einer optimalen Abdichtung an der Schnittstelle Grundkörper-Batteriegehäuse eine Gehäusedichtung haben, insbesondere in Form eines O-Rings, welcher in dem Montagezustand axial bezüglich einer Gehäuseaußenwandung oder radial in der Druckausgleichsöffnung des Batteriegehäuses verpresst werden kann. Es kann sich bei der Gehäusedichtung jedoch auch um eine radial-axial wirksame Dichtung handeln, die beispielsweise dazu ausgebildet ist, gegen zumindest eine unter einem Winkel gegenüber der Längsachse geneigte Wand abzudichten.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung kann das Überwachungsmittel als ein elektrisches Überwachungsmittel ausgebildet sein, das zumindest ein elektrisches Kontaktpaar aufweist, das in dem Notentgasungszustand geöffnet ist und in dem Normalbetriebszustand geschlossen ist oder in dem Notentgasungszustand geschlossen und in dem Normalbetriebszustand geöffnet.
Bevorzugt kann die Membran auf einem relativ zum Grundkörper verlagerbaren Membranträger fluiddicht befestigt sein, welcher in dem Normalbetriebszustand durch eine Axialkraft dichtend an eine einen Rand der Gasdurchtrittsöffnung des Grundkörpers umlaufende Dichtung angepresst ist, so dass der Membranträger bei Überschreiten einer vorbestimmten Druckdifferenz zwischen einem Innenraum des Elektronikgehäuses und einer Umgebung unter Freigabe der zumindest einen die Membran umgehenden Notentgasungsöffnung von dem Grundkörper abhebbar ist, um die Entgasungseinheit in den Notentgasungszustand zu überführen. Unter „verlagerbar“ kann hierin sowohl eine translatorische Bewegung, insbesondere entlang der Längsachse, als auch eine Rotation verstanden werden, wobei der Membranträger dann insbesondere quasi als Klappe ausgebildet ist.
Der Grundkörper und/oder der Membranträger können im Wesentlichen aus Kunststoff, insbesondere thermoplastischem Kunststoff, bestehen und insbesondere spritzgegossen sein. Bevorzugte Materialien sind Polypropylen, Polybutylenterephthalat oder Polyamid, jeweils Verstärkungsfasern aufweisend, insbesondere Glasfasern.
Die Membran kann mit dem relativ zum Grundkörper beweglichen Membranträger durch Kleben und/oder Schweißen, insbesondere durch Ultraschallschweißen, verbunden sein. Hierdurch kann eine kostengünstige Herstellung sowie eine ausreichende Dichtheit erreicht werden. Alternativ kann die Membrane auch entlang einer umlaufenden Dichtlinie mit dem Membranträger verklebt werden.
Durch die erfindungsgemäße Konstruktion mit einem relativ zum Grundkörper verlagerbaren Membranträger, an dem die semipermeable Membran befestigt ist, ergibt sich ein im Vergleich mit dem Stand der Technik deutlich genauer festlegbarer Notentgasungsdruck. Die Notentgasung wird bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung nicht durch eine Perforation der Membrane und deren Reißen erreicht, sondern dadurch, dass der Membranträger unter Einwirkung eines Gehäuseinnendrucks vom Grundkörper abgehoben wird, wobei zumindest eine Notentgasungsöffnung freigegeben wird. Der Notentgasungsdruck wird daher weder durch die toleranzbehaftete Membrandicke (insbesondere wegen herstellprozessbedingter Schwankungen) noch durch die Auslegung des Abstandes eines Dorns von der Membranoberfläche noch durch temperaturabhängige Veränderungen der mechanischen Eigenschaften des Membranmaterials bestimmt, sondern alleine durch die die Einflussgrößen einerseits die eingesetzte Membranfläche und andererseits die Anpresskraft, mit der der Membranträger zur Erreichung der Abdichtwirkung auf den Grundkörper gepresst wird. Die Membran bleibt beim Überführen der Entgasungseinheit in den Notentgasungszustand intakt und kann sich nach erneutem Unterschreiten des Notentgasungsdrucks zusammen mit dem Membranträger reversibel zurück verlagern, so dass die Entgasungseinheit wieder einsatzbereit ist.
Um auch nach langen Zeiten ohne Notentgasungsvorgang einen fehlersicheren Betrieb zu ermöglichen und insbesondere ein Verkleben von an der Abdichtung des Membranträgers gegenüber dem Grundkörper beteiligten Dichtungen zu vermeiden, ist auf die Auswahl der Dichtungsmaterialien besonderes Augenmerk zu richten. Es haben sich insbesondere Silikonkautschuk (VMQ), Fluorkautschuk (FKM), Ethylen-Propylen-DienKautschuk (EPDM) als geeignete Dichtungswerkstoffe erwiesen. Zusätzlich kann es zur Erreichung einer dauerhaft dichten, nicht „anhaftenden“ Verbindung hilfreich sein, die Eigenschaften der Oberfläche der Dichtung entsprechend durch eine Beschichtung, insbesondere Lackierung, zu verändern.
Als weiteren Vorteil weist die erfindungsgemäße Entgasungseinheit einen möglichst großen Strömungsquerschnitt zur Notentgasung auf. Nach Abheben des Membranträgers von der Gasdurchtrittsöffnung des Grundkörpers steht quasi der volle Querschnitt der Gasdurchtrittsöffnung auch für die Notentgasung zur Verfügung. Dies ist einem schnellen Druckabbau mit einer Minimierung der erwartbaren Schäden am Batteriegehäuse zuträglich.
Schließlich kann der Notentgasungsdruck nicht nur mit einer geringeren Schwankungsbreite festgelegt werden, sondern es ist zudem möglich, eine Auslösung bei deutlich kleineren Differenzdrücken wie bisher zu erreichen, d.h. es ist ein sehr differenziertes Ansprechverhalten erzielbar.
Die vorgenannten mit der Erfindung verbundenen Vorteile tragen dazu bei, dass Elektronikgehäuse, insbesondere Batteriegehäuse, welche mit einer erfindungsgemäßen Entgasungseinheit ausgestattet werden, ggf. dünnwandiger und damit materialsparender und damit kostengünstiger bereit gestellt werden können.
Für die semipermeable Membran können sämtliche Materialien eingesetzt werden, die eine Gasdurchlässigkeit zur Be-/Entlüftung im Normalbetrieb und eine hinreichend hohe Wasserundurchlässigkeit aufweisen. Als bevorzugtes Material für die semipermeable Membran kann Polytetrafluorethylen (PTFE) eingesetzt sein. Die semipermeable Membran weist eine durchschnittliche Porengröße auf, die zwischen 0,01 Mikrometer und 20 Mikrometer liegen kann. Die Porosität liegt vorzugsweise bei ca. 50%; die mittlere Porengröße beträgt bevorzugt etwa 10 Mikrometer.
Die semipermeable Membran kann bevorzugt als folienartige bzw. folienförmige bzw. scheibenförmige, dünne Membran gestaltet sein. Die gaspermeable Membran weist eine für die Gaspermeation wirksame Membran-Oberfläche auf, die an ihrem Außenumfang bevorzugt eine rechteckige oder runde Außenkontur aufweisen kann. Es versteht sich jedoch, dass der Außenumfang der Membran auch anders gestaltet sein kann. Bei der Membran handelt es sich bevorzugt um eine dünne Flachmembran, deren für den Gasdurchtritt wirksame, voneinander weg weisenden Membran-Oberflächen im Wesentlichen parallel zu einander und vorzugsweise im Wesentlichen planar ausgebildet sind.
Die Membrandicke der Membran ist sehr viel kleiner als ihre übrigen Außenabmessungen. Die Membran kann eine Mindestbreite und/oder eine Mindestlänge oder einen Mindest-Außendurchmesser von gleich oder größer 20 mm, vorzugsweise von gleich oder größer 30 mm, insbesondere von gleich oder größer 40 mm, überspannen. Die Membrandicke kann insbesondere um mindestens das 20-fache, vorzugsweise um mindestens das 40-fache, insbesondere um mindestens das 100-fache, kleiner sein als die Mindestbreite und/oder die Mindestlänge oder der Mindest-Außendurchmesser der Membran. Die Membrandicke kann 1 Mikrometer bis 5 Millimeter betragen, wobei eine Membrandicke von 0,1 bis 2 mm, insbesondere 0,15 bis 0,5 mm, bevorzugt wird.
Gemäß einer noch weiteren Ausführungsform kann das elektrische Kontaktpaar zumindest zwei elektrische Kontaktelemente aufweisen, wobei an dem Grundkörper ein erstes Kontaktelement und an dem Membranträger ein zweites Kontaktelement angeordnet ist. Hierdurch lässt sich das Anheben des Membranträgers, das einem Überführen in den Notentgasungszustand entspricht, eindeutig detektieren.
Es kann an dem Membranträger an einer zu dem Grundkörper weisenden Innenseite oder an dem Grundkörper an einer zu dem Membranträger weisenden Außenseite eine um die Gasdurchtrittsöffnung umlaufende Dichtung, bevorzugt eine Lippendichtung, angeordnet sein, welche in dem Normalbetriebszustand die Gasdurchtrittsöffnung gegenüber der Membran abdichtet. Die Dichtung kann in einer besonderen Ausführungsform an den Membranträger oder Grundkörper angespritzt sein, beispielsweise durch ein 2K-Spritzgießverfahren. Alternativ kann sie auch angeklebt sein.
Bevorzugt weist die Lippendichtung eine Dichtlippe mit einer quasi linienförmigen Dichtlinie auf, welche möglichst wenig Anhaftungseffekte erzeugt und auch nach längerer Zeit nicht verklebt. Bevorzugt ist die Dichtung in einer umlaufenden Dichtungsaufnahmenut des Grundkörpers gehalten bzw. fixiert. Alternativ oder zusätzlich kann die Dichtung auch an dem Grundkörper angeklebt oder an diesen mittels eines 2K-Spritzgießverfahrens angeformt sein. Die Dichtungsaufnahmenut ist bevorzugt an einer zu dem Membranträger weisenden Außenseite des Grundkörpers um die Gasdurchtrittsöffnung umlaufend vorgesehen. Auf einer auf Seiten des Membranträgers gegenüberliegen dem Grundkörper zugewandten Seite des Membranträgers kann eine Dichtlippenaufnahmenut vorgesehen sein, die insbesondere konisch ausgebildet sein kann und die eine durch den Kegeleffekt (Effekt der Konizität) optimierte Abdichtung vermittels der Dichtlippe ermöglicht.
In einer noch weiteren bevorzugen Ausführungsform kann die Membran umlaufend mit dem Membranträger fluiddicht verbunden sein, insbesondere umlaufend verschweißt, wobei die Membran bevorzugt an einer zu dem Grundkörper weisenden Innenseite des Membranträgers vorliegt. Eine Anlage bzw. Verbindung mit der Innenseite des Membranträgers hat den Vorteil, dass die Membran bei Innendruckeinwirkung quasi formschlüssig gegenüber dem Membranträger gehalten wird und die Verbindung (Verschwei-ßung, Verklebung o.ä.) nicht auf Zug belastet wird, was insbesondere bei Einsatz von ohnehin nur schwer fügbaren PTFE-Werkstoffen wichtig ist. Um auch bei Innendruckeinwirkung eine unzulässig starke Durchbiegung bzw. „Ausbeulung“ der Membran, welche zu deren Zerstörung führen kann, zu verhindern kann der Membranträger ein Membran-Außenschutzgitter aufweisen, welches die Membranoberfläche außen zumindest teilweise überspannt, jedoch mit einem hinreichend großen Flächenanteil fluiddurchlässig ist, um den Gasaustausch im Normalbetrieb zu ermöglichen.
Gemäß einer noch weiteren, ebenfalls bevorzugten Ausführungsform kann der Membranträger durch zumindest ein Federelement an den Grundkörper gepresst werden. Bei dem Federelement kann es sich bevorzugt um eine Druckfeder handeln, insbesondere eine Spiralfeder. Die Erfindung ist allerdings nicht hierauf beschränkt. Vielmehr sind auch weitere hierin nicht explizit genannte Federelemente umfasst, so etwa Tellerfedern und/ oder Federzungen. Bei Ausführungsformen der Erfindung mit rotatorisch verlagerbarem Membranträger eignen sich ferner insbesondere Dreh- und/oder Schenkelfedern. Über eine geeignete Auswahl der Federsteifigkeit des Federelements kann der Entgasungsdruck sehr genau und reproduzierbar festgelegt werden. Zudem kann die Auslösecharakteristik durch den Einsatz von Federn mit maßgeschneiderten Federkennlinien weitergehend angepasst werden, wobei auch progressive oder insbesondere degressive Federkennlinien sind möglich. Über eine degressive Kennlinie ist es hierbei möglich, ein gezielt träges Ansprechverhalten einzustellen, während über eine progressive Kennlinie ein schnelleres Ansprechverhalten realisiert werden kann.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform kann der Membranträger durch ein Magnetelement, insbesondere einen Permanentmagnet, an den Grundkörper gepresst werden.
Darüber hinaus kann die Entgasungseinheit eine Abdeckhaube aufweisen, welche mit dem Grundkörper verbunden ist, wobei die Abdeckhaube bevorzugt zumindest eine Be-/Entlüftungsöffnung aufweist. Die Abdeckhaube stellt sicher, dass die Membran von außen weder mit Fremdkörpern, etwa spitze Gegenstände wie Schraubendreher o.ä., noch mittels Hochdruckreinigern und/oder Dampfstrahlern beschädigt werden kann und trägt so wirksam zu einer hohen IP-Schutzklasse bei.
Bevorzugt ist hierbei vorgesehen, dass sich das Federelement einenends an einer zu dem Membranträger weisenden Innenfläche der Abdeckhaube und anderenends an einer zu der Abdeckhaube weisenden Außenfläche des Membranträgers abstützt. Die Abdeckhaube hat bevorzugt eine Federführung bzw. einen Federteller an ihrer zu dem Membranträger weisenden Innenseite, der dazu ausgebildet ist, ein insbesondere radiales Verrutschen der Feder zu vermeiden. Die Federführung bzw. der Federteller hat hierzu besonders bevorzugt einen Hülsenabschnitt, der sich axial erstreckt und von welchem, im Falle einer Spiralfeder als Federelement, die Feder koaxial gestützt wird. Der Membranträger kann ebenfalls eine Federführung bzw. einen Federteller aufweisen, der bevorzugterweise an der der Abdeckhaube zugewandten Außenseite des Membranträgers vorliegt.
Eine weitere ebenfalls bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass ein erstes elektrisches Kontaktelement des elektrischen Kontaktpaars des Überwachungsmittels an dem Membranträger vorliegt und ein zweites elektrisches Kontaktelement an der Abdeckhaube. Auf diese Art kann das Überwachungsmittel einfach und problemlos implementiert werden, beispielsweise als elektrisches Schaltelement, welches einen Diagnosestromkreis öffnet oder schließt.
Es kann strukturell vorgesehen sein, dass die Abdeckhaube den Außenumfang des Grundkörpers zumindest teilumfänglich übergreift und bevorzugt mittels eines Rastelementeingriffs an dem Außenumfang des Grundkörpers befestigt ist. Mit „Übergreifen“ ist hierin ein axiales Überlappen verbunden. Über die Verbindung der Abdeckhaube mit dem Grundkörper kann die Federkraft, welche gemäß einigen Ausführungsformen in die Abdeckhaube eingeleitet wird, in den Grundkörper übertragen werden. Es kommen zur Befestigung der Abdeckhaube an dem Grundkörper jedoch auch andere Befestigungsmittel in Betracht, etwa form- oder kraftschlüssige Befestigungsmittel wie Schrauben oder Hinterschnitte.
Dabei kann gemäß noch einer bevorzugten Ausführung ein weiteres Überwachungsmittel zum Einsatz kommen, insbesondere ein elektrisches Überwachungsmittel, das dazu ausgebildet ist, eine Verbindung der Abdeckhaube mit dem Grundkörper zu detektieren, wobei bevorzugt zwei elektrische Kontaktelemente vorgesehen sind, wobei an dem Grundkörper ein erstes Kontaktelement und an der Abdeckhaube ein zweites Kontaktelement angeordnet ist. Die Kontaktelemente (82, 83) kontaktieren sich bevorzugt in einem Montagezustand der Abdeckhaube (3), wobei der Kontakt beim Trennen der Abdeckhaube (3) von dem Grundkörper (1) getrennt wird.
Über das weitere Überwachungsmittel kann zusätzlich ein Verlust oder eine nicht vollständige Befestigung der Abdeckhaube an dem Grundkörper detektiert und zur Weiterverarbeitung an ein Fahrzeugsteuergerät weiter gegeben werden. Hierbei handelt es sich ebenfalls um eine sicherheitskritischen Störung, da ohne oder mit einer unzureichend befestigten Abdeckhaube die Schutzfunktion erheblich herabgesetzt ist, insbesondere, was das Eindringen von Spritzwasser und/oder Fremdkörpern angeht.
Eine Entgasungseinheit mit einem ausschließlich zweiten Überwachungsmittel stellt eine eigenständige Erfindung dar.
Diese ließe sich mit den folgenden Merkmalen beschreiben:

Entgasungseinheit für ein Elektronikgehäuse, insbesondere für eine Batterie, insbesondere für eine Traktionsbatterie eines Kraftfahrzeugs, die einen fluiddicht mit einem Rand einer Druckausgleichsöffnung des Elektronikgehäuses verbindbaren Grundkörper aufweist, der zumindest eine Gasdurchtrittsöffnung aufweist, die in einem Normalbetriebszustand der Entgasungseinheit von einer semipermeablen Membran abgedeckt ist, welche einen Durchtritt von gasförmigen Medien von einer Umgebung in das Elektronikgehäuse und umgekehrt ermöglicht, den Durchtritt von flüssigen Medien und/oder Feststoffen jedoch unterbindet, wobei die Entgasungseinheit in einen Notentgasungszustand überführbar ist, in dem zumindest eine die Membran umgehende Notentgasungsöffnung freigegeben ist, wobei die Entgasungseinheit eine Abdeckhaube aufweist, welche mit dem Grundkörper verbunden ist. Die derart ausgebildete Entgasungseinheit weist ein Überwachungsmittel, insbesondere ein elektrisches Überwachungsmittel, auf das dazu ausgebildet ist, eine Verbindung der Abdeckhaube mit dem Grundkörper zu detektieren, wobei bevorzugt zwei elektrische Kontaktelemente vorgesehen sind, und wobei an dem Grundkörper ein erstes Kontaktelement und an der Abdeckhaube ein zweites Kontaktelement angeordnet ist, wobei sich die Kontaktelemente bevorzugt in einem Montagezustand der Abdeckhaube kontaktieren und der Kontakt beim Trennen der Abdeckhaube von dem Grundkörper getrennt wird oder umgekehrt.

Darüber hinaus kann vorgesehen sein, dass zwischen dem Grundkörper und dem Membranträger zumindest eine Linearführung vorliegt, die dazu ausgebildet ist, den Membranträger beim Überführen von dem Normalbetriebszustand in den Notentgasungszustand und umgekehrt axial zu führen. Dies hat den Vorteil, dass vergleichsweise große Hübe des Membranträgers realisiert werden können, ohne dass die Gefahr besteht, dass dieser verkippt. Große Hübe haben wiederum den entscheidenden Vorteil, dass ein möglichst großer Durchströmquerschnitt zur Notentgasung bereitgestellt werden kann.
Die Linearführung ist bevorzugt als eine Kombination von zumindest einem korrespondierenden Zapfen und zumindest einer Bohrung ausgebildet, wobei bevorzugt an einer zu dem Membranträger weisenden Außenseite des Grundkörpers zumindest eine Bohrung vorliegt und an der zu dem Grundkörper weisenden Innenseite des Membranträgers ein mit der Bohrung korrespondierender Zapfen, welcher in der Bohrung geführt ist. Die Erfindung ist jedoch nicht hierauf beschränkt, sondern erfasst auch invertierte Ausführungen mit Zapfen am Grundkörper und Bohrungen am Membranträger. Die Querschnittsform der Bohrungen und Zapfen ist nicht auf kreisförmige Querschnitte beschränkt, sondern erfasst jegliche komplementäre Formen, die in der Lage sind, eine Linearführung des Membranträgers bezüglich des Grundkörpers zu ermöglichen, so beispielsweise eine Kombination einer Nut als „Bohrung“ und eines komplementären Schwertes als „Zapfen“, zudem sonstige zumindest abschnittsweise polygonale oder elliptische Querschnittsformen.
Hier kann vorgesehen sein, dass ein erstes elektrisches Kontaktelement des elektrischen Kontaktpaars des Überwachungsmittels an dem Zapfen vorliegt und ein zweites elektrisches Kontaktelement in oder an der Bohrung. Die Einbettung der Kontaktelemente kann bei einer Ausbildung des Membranträgers und/oder Grundkörpers aus Kunststoff einfach und prozessgünstig im Spritzguss-Einlegeverfahren geschehen.
Ferner kann vorgesehen sein, was ebenfalls bevorzugt ist, dass die Gasdurchtrittsöffnung des Grundkörpers von einem fluiddurchlässigen Schutzgitter zumindest teilweise abgedeckt ist, bevorzugt vollflächig abgedeckt. Das Schutzgitter dient als Eingriffsschutz in einen Innenraum des Elektronikgehäuses, so dass Gegenstände wie beispielsweise Schraubendreher o.ä. nicht in das Innere gelangen können. Dies ist insbesondere wichtig, da Traktionsbatterien für Fahrzeuge häufig im Hochvoltbereich betrieben werden und hierdurch Gefahren drohen. Das Schutzgitter kann eine Vielzahl an beabstandeten Gitterstegen aufweisen, deren Mindestabstand so zu wählen ist, dass ein Eingriff sicher ausgeschlossen werden kann. Die Gitterstege können in einem rechtwinkligen Raster oder als eine Kombination von umfänglich und radial verlaufenden Gitterstegen angeordnet sein.
Das Schutzgitter kann insbesondere einteilig mit dem Grundkörper ausgebildet sein oder als ein separates Bauteil mit diesem verbunden sein, insbesondere an einer in dem Montagezustand der Entgasungseinheit zu dem Elektronikgehäuse weisenden Innenseite des Grundkörpers. Das Schutzgitter kann bevorzugt ein Metall oder einen Kunststoff ausweisen oder daraus bestehen, bevorzugt Polypropylen und/oder Polybutylenterephthalat, jeweils bevorzugt Verstärkungsfasern aufweisend, insbesondere Glasfasern. Ein Schutzgitter aus Metall hat den Vorteil, dass auch nach einer Hochtemperatureinwirkung (z.B. Brand) die Schutzfunktion beibehalten wird. Bei einer separaten Ausführung des Schutzgitters kann dieses mit dem Grundkörper etwa verschraubt, vernietet oder mittels Heißstempel verbunden sein.
Als Werkstoffe für den Grundkörper und/oder die Abdeckhaube kommen Kunststoffe in Betracht, insbesondere thermoplastische Kunststoffe, die durch Spritzgießen verarbeitbar sind. Bevorzugt besteht der Grundkörper und/oder die Abdeckhaube aus Polypropylen, Polybutylenterephthalat oder Polyamid, jeweils Verstärkungsfasern aufweisend, insbesondere Glasfasern oder weist zumindest einen dieser Werkstoffe zumindest auf.
Ferner kann der Grundkörper zumindest ein Verbindungsmittel aufweisen, mit dem die Entgasungseinheit mit dem Elektronikgehäuse verbindbar ist, wobei das Verbindungsmittel bevorzugt als Bajonettverbindungsmittel oder als Gewindeverbindungsmittel ausgebildet ist. Besonders bevorzugt ragt das Bajonettverbindungsmittel von einer in dem Montagezustand zu dem Elektronikgehäuse weisenden Innenseite des Grundkörpers axial ab. Bei einer Ausbildung als Gewindeverbindungsmittel kann das Verbindungsmittel bevorzugt durch eine oder mehrere Gewindebuchse(n) (insbesondere Gewindeeinsatz in Kunststoff) gebildet sein.
Alternativ oder zusätzlich kann die Entgasungseinheit eine Gehäusedichtung aufweisen, welche die Gasdurchtrittsöffnung des Grundkörpers an seiner Innenseite umlaufend umgibt. Die Gehäusedichtung kann als Axial- oder Radialdichtung ausgebildet sein, d.h. insbesondere an einer Stirnfläche (im Falle der Axialdichtung) oder an einer Mantelfläche (im Falle der Radialdichtung) vorliegen. Die Gehäusedichtung kann als O-Ring, welcher in einer korrespondierenden Nut des Grundkörpers aufgenommen ist, oder als angespritzte Dichtkomponente ausgebildet sein. Eine Anordnung der Gehäusedichtung in Axialkonfiguration wird bevorzugt, wobei besonders bevorzugt die Gehäusedichtung ein Bajonettverbindungsmittel welches insbesondere axial abragt, umgibt.
Schließlich kann gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform an dem Grundkörper, insbesondere an einer in dem Montagezustand zu dem Elektronikgehäuse weisenden Innenseite des Grundkörpers, zumindest ein elektrisches Übertragungselement vorliegen, das operativ mit dem Überwachungsmittel gekoppelt ist und mittels dem zumindest ein Detektionswert des Überwachungsmittels übertragbar ist. Das elektrische Übertragungselement dient also zur Ausleitung des von dem Überwachungsmittel erfassten Detektionswertes an einen nachgelagerten Vorrichtungsbestandteil, so dass die Information, ob sich die Entgasungseinheit in dem Normalbetriebszustand oder in dem Notentgasungszustand befindet weiter verarbeitbar bereit gestellt werden kann.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Elektronikgehäuse, insbesondere ein Batteriegehäuse, insbesondere einer Traktionsbatterie eines Kraftfahrzeugs. Als weitere Einsatzmöglichkeiten der erfindungsgemäßen Entgasungseinheit neben Traktionsbatterien ergeben sich etwa Schaltschränke oder Transformatorengehäuse. Das Elektronikgehäuse hat zumindest eine Gehäusewandung mit einer Druckausgleichsöffnung, wobei in dem Elektronikgehäuse bevorzugt Batteriezellen anordenbar sind und wobei die Druckausgleichsöffnung von einer erfindungsgemäßen Entgasungseinheit verschlossen ist, so dass in einem Normalbetriebszustand ein Gasaustausch zwischen einem Innenraum des Elektronikgehäuse und der Umgebung möglich ist, jedoch das Eindringen von Feuchtigkeit, Schmutz und Fremdkörpern wirksam verhindert und eine schnell auslösbare Notentgasungsfunktion gegeben ist, welche im Falle eines Druckanstieges im Innenraum eine Beschädigung bzw. Zerstörung der Wandung des Elektronikgehäuses verhindert.
Gemäß einer Weiterbildung kann an der Gehäusewandung in einem die Druckausgleichsöffnung umgebenden Bereich zumindest ein mit dem Bajonettverbindungsmittel der Entgasungseinheit korrespondierendes Gegenverbindungsmittel vorliegen.
Schließlich kann die Gehäusewandung an einer Außenseite eine die Druckausgleichsöffnung umlaufende Dichtfläche aufweisen, an der in einem Montagezustand die Gehäusedichtung der Entgasungseinheit anliegt. Die Dichtfläche ist bevorzugt als ein Bereich der Wandung des Elektronikgehäuses mit möglichst geringen Abweichungen hinsichtlich Ebenheit und geringer Rauheit ausgebildet. Geeigneterweise weist das Elektronikgehäuse bzw. zumindest dessen Wandung einen Metallwerkstoff auf oder besteht daraus, so dass die Dichtfläche hinsichtlich der o.g. Eigenschaften einfach durch mechanische Bearbeitung erhalten werden kann.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführung des Elektronikgehäuses kann an der Gehäusewandung ein elektrisches Gegenübertragungselement vorliegen, das mit dem Übertragungselement der Entgasungseinheit operativ gekoppelt ist. Das Gegenübertragungselement kann etewa als zumindest eine elektrische Kontaktvorrichtung ausgebildet sein, die insbesondere über einen fahrzeuggebundenen Kabelstrang mit zumindest einem Fahrzeugsteuergerät zur Weiterverabreitung des Detektionswertes verbunden ist.
Ein letzter Aspekt der Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug, insbesondere Straßenfahrzeug mit einem zumindest teilweise elektrischen Antriebsstrang, das ein als Batteriegehäuse ausgebildetes Elektronikgehäuse aufweist. Bei dem Batteriegehäuse handelt es sich um ein Elektronikgehäuse gemäß der Erfindung, wobei bevorzugt das Gegenübertragungselement des Elektronikgehäuses mit zumindest einem fahrzeuggebundenen Steuergerät operativ gekoppelt ist. Weiter bevorzugt ist in Abhängigkeit eines von dem Gegenübertragungselement empfangenen Detektionswertes des Überwachungsmittels der Entgasungseinheit des Elektronikgehäuses mittels des fahrzeuggebundenen Steuergeräts eine Fehlermeldung mittels einer fahrzeuggebundenen Ausgabevorrichtung ausgebbar. Vorteilhaft kann das Fahrzeugsteuergerät derart ausgebildet sein, dass es einen Fehlerspeicher aufweist und/oder über eine insbesondere standardisiertes Diagnoseprotokoll, z.B. OBD-II, auslesbar ist. Ein Überführen der Entgasungseinheit des Batteriegehäuses in einen Notentgasungszustand bleibt daher bei dem erfindungsgemäßen Fahrzeug nicht länger verborgen, sondern kann dem Fahrer angezeigt werden und/oder als wichtige Serviceinformation im Fehlerspeicher zum Auslesen bereit gehalten werden.
Figurenliste
E zeigen:

1 eine isometrische Explosionsansicht einer erfindungsgemäßen Entgasungseinheit;
2 eine Längsschnittansicht der erfindungsgemäßen Entgasungseinheit im Normalbetriebszustand;
3 eine Längsschnittansicht der erfindungsgemäßen Entgasungseinheit im Notentgasungszustand;
4 eine Längsschnittansicht der erfindungsgemäßen Entgasungseinheit im Normalbetriebszustand mit ausgeblendeter Abdeckhaube;
5 Detail B aus 4,
6 eine Längsschnittansicht einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Entgasungseinheit;
7 eine Längsschnittansicht einer noch weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Entgasungseinheit.

Ausführungsformen der Erfindung
In 1 ist die erfindungsgemäße Entgasungseinheit 10 in einer isometrischen Explosionsdarstellung gezeigt. Diese verfügt über einen Grundkörper 1, der über Bajonettverbindungsmittel 13, die von einer inneren Stirnfläche des Grundkörpers 1 axial abragen mit dem Rand einer Druckausgleichsöffnung eines Elektronikgehäuses, insbesondere eines Batteriegehäuses einer Traktionsbatterie, verbindbar ist. Zur fluiddichten Abdichtung des Grundkörpers 1 gegenüber der Wandung des Elektronikgehäuses ist eine Gehäusedichtung 7 vorgesehen, die hier als axial wirkender O-Ring ausgebildet ist. Der Grundkörper hat eine Gasdurchtrittsöffnung 15, durch die sowohl im Normalbetriebszustand ein Druckausgleich erfolgt als auch im Notentgasungszustand Druck aus dem Batteriegehäuse entweichen kann. Die Gasdurchtrittsöffnung 15 ist von einem fluiddurchlässigen Schutzgitter 12 abgedeckt, welches einen Eingriffschutz bereitstellt und verhindert, dass spannungsführende Bauteile im Inneren des Elektronikgehäuses berührt und/oder durch spitze Gegenstände beschädigt werden. Das Schutzgitter 12 hat eine Vielzahl Gitterstege, die sowohl umlaufend als auch in Radialrichtung angeordnet sind und ein Netz von Gitterstegen bilden. Das Schutzgitter 12 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel einstückig mit dem Grundkörper 1 ausgebildet, insbesondere einstückig spritzgegossen.
Weiter verfügt die Entgasungseinheit 10 über einen Membranträger 2, welcher in Axialrichtung relativ zu dem Grundkörper 1 verlagerbar ist, d.h. er weist einen Bewegungsfreiheitsgrad in Axialrichtung auf. Der Membranträger 2 trägt auf seiner zu dem Grundkörper 1 weisenden Innenseite eine semipermeable Membran 6, welche für gasförmige Fluide durchlässig ist, den Durchtritt von Festkörpern und Flüssigkeiten jedoch unterbindet. Die semipermeable Membran 6 ist um die Gasdurchtrittsöffnung 24 des Membranträgers 2 herum fluiddicht mit dem Membranträger 2 verbunden, bevorzugt verschweißt oder verklebt. Der Membranträger 2 wird in dem Normalbetriebszustand der Entgasungseinheit 10 von einem Federelement 4, hier einer Spiralfeder, in einer zu dem Grundkörper 1 weisenden Richtung axial verpresst, so dass eine in Axialrichtung zwischen Membranträger 2 und Grundkörper 1 vorgesehene umlaufende Dichtung 5 den Membranträger 2 gegenüber dem Grundkörper 1 abdichtet. Im Normalbetriebszustand, in dem ein Gasaustausch zwischen Innenraum des Elektronikgehäuses und der Umgebung stattfindet (aufgrund von Luftdruckschwankungen und/oder Temperaturänderungen), steht daher ausschließlich die Membranfläche 61 zur Durchströmung zur Verfügung.
Gemäß einer nicht figurativ gezeigten Ausführungsform kann der Membranträger 2 gegenüber dem Grundkörper 1 auch verschwenkbar verlagerbar sein, so dass dieser alternativ zumindest einen rotatorischen Freiheitsgrad haben kann.
Steigt nun der Innendruck in dem Elektronikgehäuse an, so vergrößert sich die auf die Membranfläche 61 einwirkende Druckkraft in gleichem Maße, so dass ab einem vorbestimmten Grenzdruck die auf die Membranfläche 61 einwirkende Druckkraft und die den Membranträger 2 axial anpressende Federkraft sich aufheben, so dass bei einem weiteren Innendruckanstieg der Membranträger 2 samt Membran 6 axial vom Grundkörper 1 abgehoben wird und zumindest eine die Membran 6 umgehende Notentgasungsöffnung freigegeben wird. Dieser Zustand wird als Notentgasungszustand bezeichnet und ist in 3 näher dargestellt. Gründe für einen starken Innendruckanstieg können in einer plötzlichen Temperaturerhöhung und/oder schlagartigen Gasentwicklung in dem Elektronikgehäuse liegen, was insbesondere bei Traktionsbatterien passieren kann, da Zelldefekte nie vollständig ausgeschlossen werden können.
Die Spiralfeder 4, welche die Anpresskraft auf den Membranträger 2 ausübt, stützt sich einenends an der Innenseite der Abdeckhaube 3 ab und anderenends an einer zu der Abdeckhaube 3 weisenden Außenseite des Membranträgers 2. Die Abdeckhaube 3 ist zur Ableitung der Federkräfte mit dem Grundkörper 1 verbunden; sie umgreift mit einem Umfangsrand den Grundkörper 1 umfänglich radial außen und ist mit diesem durch Rastelementeingriffe formschlüssig verbunden. Der Rastelementeingriff wird durch die Kombination korrespondierender Rasthaken 14 an einer Mantelfäche des Grundkörpers 1 und Rastöffnungen 31 in einer Mantelfläche der Abdeckhaube 3 realisiert. Die Abdeckhaube 3 hat eine Vielzahl umfänglich verteilt angeordneter Be-/Entlüftungsöffnungen 32, durch die sowohl im Normalbetriebszustand als auch im Notentgasungszustand Gase in das bzw. aus dem Elektronikgehäuse strömen können.
Damit die Spiralfeder 4 sowohl im Normalbetriebszustand als auch im Notentgasungszustand in Radialrichtung sicher gehalten wird, ist auf der der Abdeckhaube 3 zugewandten Außenfläche des Membranträgers 2 eine Federführung 22 vorgesehen, die aus einer Vielzahl umfänglich verteilter Erhebungen mit Axialerstreckung besteht, die von der Spiralfeder 4 umgeben sind. In anderen Ausführungsformen kann die Spiralfeder auch innerhalb der Federführung 22 vorliegen und/oder die Federführung als durchgängiger hülsenförmiger Fortsatz ausgebildet sein. Die Federführung 22 ist über radial verlaufende Verbindungselemente, hier Anschlagbrücken 23, mit einem Außenumfang des Membranträgers 2 verbunden, wobei in einem Ringspalt zwischen Außenumfang und Federführung 22 die Gasdurchtrittsöffnung(en) 24 des Membranträgers 2 ausgebildet ist (sind).
Zur Begrenzung des Hubs des Membranträgers 2 zwischen dem Normalbetriebszustand und dem Notentgasungszustand sind die Anschlagbrücken 23 in Axialrichtung in Richtung der Abdeckhaube auskragend ausgebildet, so dass diese bei maximaler Öffnung (= maximaler Hub des Membranträgers) an jeweils korrespondierenden Gegenanschlagsflächen auf einer zu dem Membranträger 2 weisenden Innenseite der Abdeckhaube 3 zur Anlage kommen.
Die Dichtung 5, die zwischen Membranträger 2 und Grundkörper 1 vorliegt, weist zwei Bereiche auf, einen Befestigungsbereich 52, mit welchem sie in der umlaufenden Dichtungsaufnahmenut 16 des Grundkörpers 1 aufgenommen ist, und eine Dichtlippe 51 mit einer gegenüber dem Befestigungsbereich 52 reduzierten Materialstärke. Der Befestigungsbereich 52 und die Dichtlippe 51 sind jeweils umlaufend ausgebildet, so dass die Dichtung eine Ringdichtung bildet. Der Befestigungsbereich 52 der Dichtung 5 ist in einer Dichtungsaufnahmenut 16 des Grundkörpers 1 aufgenommen, welche die Gasdurchtrittsöffnung 15 radial außen umgibt. Die Dichtlippe 51 liegt an einem dem Befestigungsbereich 52 axial abgewandten Ende der Dichtung 5 vor und ist dazu ausgebildet, in dem Normalbetriebszustand an einer Dichtungsgegenfläche an einer dem Grundkörper 1 zugewandten Seite des Membranträgers 2 dichtend anzuliegen. Hierzu wird auf 2 verwiesen, in der dies gut erkenntlich ist. An der Dichtungsgegenfläche hat der Membranträger 2 eine Dichtlippenaufnahmenut 25, welche radial innenliegend über eine umlaufende gegenüber der Längsachse angestellte Führungsfläche verfügt, die die Dichtlippe 51 der Dichtung 5 beim Rücküberführen der Entgasungseinheit 10 von dem Notentgasungszustand in den Normalbetriebszustand führt und zentriert.
Wie hierin bereits beschrieben, ist einer der Vorteile der vorliegenden Erfindung der im Notentgasungszustand große Durchströmquerschnitt der Notentgasungsöffnung(en), welcher durch einen großen Hub des Membranträgers 2 gegenüber dem Grundkörper 1 erreicht wird. Damit der Membranträger 2 auch bei maximalem Hub nicht verkippt und/ oder unzulässig in Radialrichtung verlagert, ist eine Linearführung vorgesehen, die durch miteinander korrespondierende Bohrungen 11 und Zapfen 21 gebildet wird. Die Zapfen 21 liegen am Membranträger 2 vor und erstrecken sich in Axialrichtung frei nach innen zu dem Grundkörper 1. Die Zapfen 21 sind jeweils in Bohrungen 11 des Grundkörpers 1 geführt, die in Axialrichtung zu dem Membranträger 2 nach außen hin offen sind. Die Länge der Zapfen 21 ist derart im Hinbick auf den maximalen Hub dimensioniert, dass diese auch bei Maximalhub noch mit einer vorbestimmten Mindestlänge in den Bohrungen 11 geführt sind. Die Linearführungen stellen auch sicher, dass die Dichtlippe 51 der Dichtung 5 stets an der für sie vorgesehenen Gegendichtfläche in der Dichtlippenaufnahmenut 25 des Membranträgers zur Anlage kommt und nicht radial versetzt, was zu Undichtigkeiten im Betrieb führen könnte. Hierdurch ist also sichergestellt, dass die Entgasungseinheit 10 nach erfolgter Überführung in den Notentgasungszustand wieder problemlos in den Normalbetriebszustand zurückkehren kann; d.h. die reversible Funktionalität wird entscheidend durch die Linearführung mit ermöglicht.
In 2 ist nun die Entgasungseinheit 10 in einem Längsschnitt im Normalbetriebszustand dargestellt. Der Membranträger 2 wird durch die sich an der Abdeckhaube 3 abstützende Druckfeder 4 axial unter Zwischenschaltung der Dichtung 5 an den Grundkörper 1 gepresst. Der einzige Gasaustausch erfolgt durch die Membran 6, welche seriell zu der Gasdurchtrittsöffnung 15 des Grundkörpers und der Gasdurchtrittsöffnung 24 des Membranträgers 2 durchströmbar ist. Auch ist der Rastelementeingriff zur Befestigung der Abdeckhaube 3 am Grundkörper gut zu erkennen, wobei die an dem Grundkörper 1 vorliegenden Rasthaken 14 als radiale Ausbuchtungen vorliegen. Die Druckfeder 4 wird auf Seiten der Abdeckhaube 3 ebenfalls radial durch eine Federführung 33 geführt, welche als koaxial in die Druckfeder 4 einragender Dom 33 ausgebildet ist. In dem Normalbetriebszustand liegt die Membran 6, welche mit einer Innenseite des Membranträgers 2 die Gasdurchtrittsöffnung 24 umgebend, umlaufend verschweißt ist, an dem Schutzgitter 12 des Grundkörpers 1 an.
Wird die Entgasungseinheit 10 nun durch oben beschriebenen Anstieg des Innendrucks in dem Elektronikgehäuse in den Notentgasungszustand überführt, wird der Membranträger unter Einwirkung dieses Drucks axial in Richtung der Abdeckhaube (nach außen) verlagert; dieser Zustand ist in 3 dargestellt. Der maximale Hub H des Membranträgers 2 gegenüber dem Grundkörper ist mit H bezeichnet, so dass eine umlaufende Notentgasungsöffnung N freigegeben ist, welche es ermöglicht, dass der Gehäuseinnendruck entlang des Notentgasungs-Gaspfades G in die Umgebung gelangen kann. Der Durchströmquerschnitt der Notentgasungsöffnung N wird durch den Axialspalt zwischen der Dichtlippe 51 und der korrespondierenden Gegendichtläche in der Dichtlippenaufnahmenut 25 des Membranträgers 2 bestimmt. Von der Notentgasungsöffnung N verläuft der Notentgasungs-Gaspfad G entlang der Innenkontur der Abdeckhaube 3 und schließlich durch die Be-/Entlüftungsöffnungen 23.
Fällt der Gehäuseinnendruck wieder unter einen vorgegebenen Schließdruck, d.h. übersteigt die Federkraft wieder die Druckkraft auf die Membranfläche 61, verlagert sich der Membranträger 2 axial wieder zurück (Hysterese) und wird dabei durch die Linearführung gestützt, so dass die Dichtlippe 51 exakt zentriert an der Gegendichtfläche in der Dichtlippenaufnahmenut 25 in einem Dichtkontakt zur Anlage kommen kann.
Dieser Dichtkontakt ist in 4 und 5 im Detail zu erkennen, wobei die Abdeckhaube 3 und die Druckfeder 4 der besseren Übersichtichkeit wegen ausgeblendet sind. 5 zeigt Detail B aus 4.
In der Detailansicht der 5 ist nun der Kern der Erfindung, das Überwachungsmittel 8, deutlich zu erkennen. Das Überwachungsmittel 8 verfügt über ein elektrisches Kontaktpaar mit zwei Kontaktelementen 81, 82, mittels denen ein Diagnosestromkreis schließbar oder öffenbar ist. Ein erstes Kontaktelement 82 ist am Grund der Bohrung 11 vor und ein zweites Kontaktelement 81 an der Stirnseite des Zapfens 21. Befindet sich die Entgasungseinheit 10 in ihrem Normalbetriebszustand, kontaktieren sich das erste und zweite Kontaktelement 81, 82 und der Diagnosestromkreis ist geschlossen. Wird nun die Entgasungseinheit 10 durch vorbeschriebenes Anheben des Membranträgers 2 in den Notentgasungszustand überführt, hebt sich der Zapfen 21 vom Grund der Bohrung 11, so dass der Diagnosestromkreis unterbrochen wird, was in einer von einem nachgelagerten technischen System weiterverarbeitbaren Art als Diagnoswert der Überwachungsmittel 8 bereitgestellt werden kann.
Eine alternative Möglichkeit zur Detektion des Betriebszustandes der Entgasungseinheit 10 ist in 6 gezeigt. Hier kann durch korrespondierende Kontaktelemente 81, 83 ebenfalls ein Anheben des Membranträgers 2 detektiert werden. Ein erstes elektrisches Kontaktelement 81 des elektrischen Kontaktpaars des Überwachungsmittels liegt hierbei an dem Membranträger vor und ein zweites elektrisches Kontaktelement 83 an der Abdeckhaube 3. An der Detektion ist der Grundkörper 1 gemäß dieser Ausführungsform nicht beteiligt, was Vorteile bieten kann, da der Grundkörper 1 frei von elektrischem Strom gehalten und daher insbesondere vollständig aus einem isolierenden Material gefertigt werden kann.
Gemäß 7 ist ein alternatives oder zusätzliches weiteres Überwachungsmittel 8' gezeigt, das dazu ausgebildet ist, eine Verbindung der Abdeckhaube 3 mit dem Grundkörper 1 zu detektieren. Es sind zwei elektrische Kontaktelemente 82, 83 vorgesehen, ein erstes Kontaktelement 82 am Grundkörper und ein zweites Kontaktelement 83 an der Abdeckhaube 3. Die Kontaktelemente 82, 83 kontaktieren sich in einem Montagezustand der Abdeckhaube 3, wobei der Kontakt beim Trennen der Abdeckhaube 3 von dem Grundkörper 1 getrennt wird. Dadurch kann detektiert werden, ob die Abdeckhaube ordnungsgemäß an dem Grundkörper 1 befestigt ist, was ein sicherheitsrelevantes Merkmal ist.
Bezugszeichenliste

10: Entgasungseinheit
1: Grundkörper
11: Führungsbohrungen
12: Schutzgitter
13: Bajonettverbindungsmittel
14: Rasthaken
15: Gasdurchtrittsöffnung
151: Rand der Gasdurchtrittsöffnung
16: Dichtungsaufnahmenut des Grundkörpers
2: Membranträger
21: Führungszapfen
22: Federführung
23: Anschlagbrücke
24: Gasdurchtrittsöffnung des Membranträgers
25: Dichtlippenaufnahmenut des Membranträgers
3: Abdeckhaube
31: Rastöffnungen
32: Be-/Entlüftungsöffnung
33: Federführung
4: Federelement/Spiralfeder
5: Dichtung/Lippendichtung
51: Dichtlippe
52: Befestigungsbereich der Dichtung
6: semipermeable Membran
61: äußere Membranoberfläche
7: Gehäusedichtung
8: Überwachungsmittel
8': weiteres Überwachungsmittel
81, 82, 83: elektrische Kontaktelemente
G: Gasströmung bei Notentgasung
N: Notentgasungsöffnung/-strömungsquerschnitt

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102012022346 B4 [0007]
DE 102011080325 A1 [0008]
DE 102017003360 B3 [0009]

Claims

Entgasungseinheit (10) für ein Elektronikgehäuse, insbesondere für eine Batterie, insbesondere für eine Traktionsbatterie eines Kraftfahrzeugs, die einen fluiddicht mit einem Rand einer Druckausgleichsöffnung des Elektronikgehäuses verbindbaren Grundkörper (1) aufweist, der zumindest eine Gasdurchtrittsöffnung (15) aufweist, die in einem Normalbetriebszustand der Entgasungseinheit (10) von einer semipermeablen Membran (6) abgedeckt ist, welche einen Durchtritt von gasförmigen Medien von einer Umgebung in das Elektronikgehäuse und umgekehrt ermöglicht, den Durchtritt von flüssigen Medien und/oder Feststoffen jedoch unterbindet, wobei die Entgasungseinheit (10) in einen Notentgasungszustand überführbar ist, in dem zumindest eine die Membran (6) umgehende Notentgasungsöffnung (N) freigegeben ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Entgasungseinheit (10) zumindest ein Überwachungsmittel (8) aufweist, das dazu ausgebildet ist zu detektieren, ob sich die Entgasungseinheit (10) im Normalbetriebszustand und/oder im Notentgasungszustand befindet.
Entgasungseinheit (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Überwachungsmittel (8) ein elektrisches Überwachungsmittel (8) ist, das zumindest ein elektrisches Kontaktpaar aufweist, das in dem Notentgasungszustand geöffnet ist und in dem Normalbetriebszustand geschlossen ist oder in dem Notentgasungszustand geschlossen und in dem Normalbetriebszustand geöffnet ist.
Entgasungseinheit (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (6) auf einem relativ zum Grundkörper (1) verlagerbaren Membranträger (2) fluiddicht befestigt ist, welcher in dem Normalbetriebszustand durch eine Axialkraft dichtend an eine einen Rand (151) der Gasdurchtrittsöffnung (15) des Grundkörpers (1) umlaufende Dichtung (5) angepresst ist, so dass der Membranträger (2) bei Überschreiten einer vorbestimmten Druckdifferenz zwischen einem Innenraum des Elektronikgehäuses und einer Umgebung unter Freigabe der zumindest einen die Membran (6) umgehenden Notentgasungsöffnung (N) von dem Grundkörper (1) abhebbar ist, um die Entgasungseinheit (10) in den Notentgasungszustand zu überführen.
Entgasungseinheit (10) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Kontaktpaar zumindest zwei elektrische Kontaktelemente (81, 82, 83) aufweist, wobei an dem Grundkörper (1) ein erstes Kontaktelement (82) und an dem Membranträger (2) ein zweites Kontaktelement (81) angeordnet ist.
Entgasungseinheit (10) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (6) umlaufend mit dem Membranträger (2) fluiddicht verbunden ist, insbesondere umlaufend verschweißt, wobei die Membran (6) bevorzugt an einer zu dem Grundkörper (1) weisenden Innenseite des Membranträgers (2) vorliegt.
Entgasungseinheit (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die umlaufende Dichtung (5) an dem Membranträger (2) an einer zu dem Grundkörper (1) weisenden Innenseite oder an dem Grundkörper (1) an einer zu dem Membranträger (2) weisenden Außenseite angeordnet ist, wobei die Dichtung (5) bevorzugt als Lippendichtung ausgebildet ist, und wobei die Dichtung (5) in dem Normalbetriebszustand die Gasdurchtrittsöffnung (15) gegenüber der Membran (6) abdichtet.
Entgasungseinheit (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Membranträger (2) durch zumindest ein Federelement (4) an den Grundkörper (1) angepresst wird.
Entgasungseinheit (10) nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Entgasungseinheit (10) eine Abdeckhaube (3) aufweist, welche mit dem Grundkörper (1) verbunden ist, wobei die Abdeckhaube (3) bevorzugt zumindest eine Be-/Entlüftungsöffnung (32) aufweist und wobei bevorzugt sich das Federelement (4) einenends an einer zu dem Membranträger (2) weisenden Innenfläche der Abdeckhaube (3) und anderenends an einer zu der Abdeckhaube (3) weisenden Außenfläche des Membranträgers (2) abstützt.
Entgasungseinheit (10) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes elektrisches Kontaktelement (82) des elektrischen Kontaktpaars des Überwachungsmittels (8) an dem Membranträger (2) vorliegt und ein zweites elektrisches Kontaktelement (83) an der Abdeckhaube (3).
Entgasungseinheit nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein weiteres Überwachungsmittel (8'), insbesondere ein elektrisches Überwachungsmittel (8'), vorgesehen ist, das dazu ausgebildet ist, eine Verbindung der Abdeckhaube (3) mit dem Grundkörper (1) zu detektieren, wobei bevorzugt zwei elektrische Kontaktelemente (82, 83) vorgesehen sind, wobei an dem Grundkörper (1) ein erstes Kontaktelement (82) und an der Abdeckhaube (3) ein zweites Kontaktelement (83) angeordnet ist, wobei sich die Kontaktelemente (82, 83) bevorzugt in einem Montagezustand der Abdeckhaube (3) kontaktieren und der Kontakt beim Trennen der Abdeckhaube (3) von dem Grundkörper (1) getrennt wird.
Entgasungseinheit (10) nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Grundkörper (1) und dem Membranträger (2) zumindest eine Linearführung (11, 21) vorliegt, die dazu ausgebildet ist, den Membranträger (2) beim Überführen von dem Normalbetriebszustand in den Notentgasungszustand und umgekehrt axial zu führen, wobei die Linearführung (11, 21) als eine Kombination von zumindest einem korrespondierenden Zapfen (21) und einer Bohrung (11) ausgebildet ist, wobei bevorzugt an der zu dem Membranträger (2) weisenden Außenseite des Grundkörpers (1) zumindest eine Bohrung (11) vorliegt und an der zu dem Grundkörper (1) weisenden Innenseite des Membranträgers (2) ein mit der Bohrung (11) korrespondierender Zapfen (21), welcher in der Bohrung (11) geführt ist.
Entgasungseinheit (10) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes elektrisches Kontaktelement (81) des elektrischen Kontaktpaars des Überwachungsmittels (8) an dem Zapfen (21) vorliegt und ein zweites elektrisches Kontaktelement (82) in oder an der Bohrung (11).
Entgasungseinheit (10) nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass - der Grundkörper (1) zumindest ein Verbindungsmittel aufweist, mit dem die Entgasungseinheit (10) mit dem Elektronikgehäuse verbindbar ist, wobei das Verbindungsmittel bevorzugt als Bajonettverbindungsmittel (13) oder als Gewindeverbindungsmittel ausgebildet ist, wobei das Bajonettverbindungsmittel besonders bevorzugt von einer in dem Montagezustand zu dem Elektronikgehäuse weisenden Innenseite des Grundkörpers (1) axial abragt und/oder - die Entgasungseinheit (10) eine Gehäusedichtung (7) aufweist, welche die Gasdurchtrittsöffnung (15) des Grundkörpers (1) an seiner Innenseite umlaufend umgibt.
Entgasungseinheit (10) nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Grundkörper (1), insbesondere an einer in dem Montagezustand zu dem Elektronikgehäuse weisenden Innenseite des Grundkörpers (1), zumindest ein elektrisches Übertragungselement vorliegt, das operativ mit dem Überwachungsmittel (8) gekoppelt ist und mittels dem zumindest ein Detektionswert des Überwachungsmittels (8) übertragbar ist.
Elektronikgehäuse, insbesondere Batteriegehäuse, insbesondere einer Traktionsbatterie eines Kraftfahrzeugs, das zumindest eine Gehäusewandung mit einer Druckausgleichsöffnung aufweist, wobei in dem Elektronikgehäuse bevorzugt Batteriezellen anordenbar sind, wobei die Druckausgleichsöffnung von einer Entgasungseinheit verschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Entgasungseinheit eine Entgasungseinheit (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 14 ist.
Elektronikgehäuse nach Anspruch 15, wobei an der Gehäusewandung ein elektrisches Gegenübertragungselement vorliegt, das mit dem Übertragungselement der Entgasungseinheit (10) operativ gekoppelt ist.
Kraftfahrzeug, insbesondere Straßenfahrzeug mit einem zumindest teilweise elektrischen Antriebsstrang, das ein als Batteriegehäuse ausgebildetes Elektronikgehäuse aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Batteriegehäuse ein Elektronikgehäuse nach Anspruch 15 oder 16 ist, wobei bevorzugt das Gegenübertragungselement des Elektronikgehäuses mit zumindest einem fahrzeuggebundenen Steuergerät operativ gekoppelt ist und wobei bevorzugt in Abhängigkeit eines von dem Gegenübertragungselement empfangenen Detektionswert des Überwachungsmittels (8) der Entgasungseinheit des Elektronikgehäuses mittels des fahrzeuggebundenen Steuergeräts eine Fehlermeldung mittels einer fahrzeuggebundenen Ausgabevorrichtung ausgebbar ist.