DE102020104650A1

DE102020104650A1 - Energiespeichervorrichtung sowie Kraftfahrzeug mit einer Energiespeichervorrichtung

Info

Publication number: DE102020104650A1
Application number: DE102020104650.2A
Authority: DE
Inventors: Martin Rieblinger
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2020-02-21
Filing date: 2020-02-21
Publication date: 2021-08-26

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Energiespeichervorrichtung (20) umfassend wenigstens eine Energiespeicherkomponente (21), welche in einem von einem Gehäuseelement (22) begrenzten Volumen (V) angeordnet ist. Die Energiespeichervorrichtung (20) umfasst zudem ein Absorptionselement (31), welches ebenfalls in dem Volumen (V) angeordnet ist und welches ein Absorptionsmittel (32) aufweist. Das Absorptionsmittel (32) ist ausgebildet, bei Vorhandensein einer elektrisch leitfähigen Flüssigkeit (40) in dem Volumen (V), die Flüssigkeit (40) zu absorbieren. Um eine vor Eintreten der Flüssigkeit in das Volumen ein Sättigen des Absorptionsmittels (32) mittels Luftfeucht zu vermeiden, weist das Absorptionselement (31) weiterhin eine Isolationsschicht (33) auf. Diese umschließt das Absorptionsmittel (32) vollständig, wobei die Isolationsschicht (33) ausgebildet ist, sich bei einer Kontaktierung mit der Flüssigkeit (40) aufzulösen, sodass das Absorptionsmittel (32) zum Absorbieren der Flüssigkeit (40) freigelegt wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine Energiespeichervorrichtung, umfassend wenigstens eine Energiespeicherkomponente, welche in einem von einem Gehäuseelement begrenzten Volumen angeordnet ist. Dabei umfasst die Energiespeichervorrichtung auch ein Absorptionselement, welches in dem Volumen angeordnet ist und welches ein Absorptionsmittel umfasst, wobei das Absorptionsmittel ausgebildet ist, bei Vorhandensein einer elektrisch leitfähigen Flüssigkeit in dem Volumen, die Flüssigkeit zu absorbieren. Dabei ist das Absorptionsmittel von einer Isolationsschicht vollständig umschlossen. Die Erfindung betrifft auch ein Kraftfahrzeug mit einer entsprechenden Energiespeichervorrichtung.
Die genannte Energiespeichervorrichtung kann insbesondere eine elektrische Energiespeichervorrichtung, beispielsweise eine Hochvoltbatterie oder ein Hochvoltspeicher, sein. Mit Hochvolt ist in diesem Zusammenhang eine Betriebsspannung von etwa 30 Volt bis etwa 1 Kilovolt bei Wechselspannungen oder von etwa 60 Volt bis etwa 1,5 Kilovolt bei Gleichspannungen gemeint. Entsprechend kann es sich bei der wenigstens einen Energiespeicherkomponenten insbesondere um eine elektrische Energiespeicherkomponente, wie beispielsweise ein Batteriemodul oder eine Batteriezelle, handeln. Die wenigstens eine Energiespeicherkomponenten, also eine oder mehrere solcher Energiespeicherkomponenten, sind dabei gemeinsam innerhalb des vorgennannten Gehäuseelements oder Gehäuses, also in dem Volumen, angeordnet. Somit umschließt das Gehäuseelement die wenigstens eine Energiespeicherkomponente bevorzugt vollständig oder hauptsächlich.
Nun kann es passieren, dass eine elektrisch leitfähige oder leitende Flüssigkeit oder ein Medium in das Gehäuseelement, also insbesondere in das Volumen eindringt. Bei Kontaktieren mit der Flüssigkeit kann die jeweilige Energiespeicherkomponente und dadurch auch die Energiespeichervorrichtung beschädigt und/oder zerstört werden, also insbesondere ihre jeweilige Funktionsfähigkeit beeinträchtigt werden. Als elektrisch leitende Flüssigkeit kann es sich beispielsweise Wasser (Kondenswasser) oder eine wässriges Medium oder Kühlmittel oder eine Kühlflüssigkeit vorliegen. Um eine Kontaktierung der Flüssigkeit mit der jeweiligen Energiespeicherkomponente zu verhindern, kann die Flüssigkeit zum Beispiel mittels eines geeigneten Absorptionselements bei Eintreten in das Volumen gebunden werden. Dazu wird das Absorptionselement zusammen mit der wenigstens einen Energiespeicherkomponente in dem Volumen angeordnet. Zum Binden oder Aufsaugen umfasst das Absorptionselement ein Absorptionsmittel. Das Absorptionsmittel ist bevorzugt hydrophil ausgebildet und kann somit die elektrisch leitende Flüssigkeit in dem Volumen absorbieren. Das Absorptionsmittel stellt also ein saugfähiges Material dar.
Dazu ist beispielsweise aus der WO 200777642 A1 eine Methode zum Absorbieren von austretender Flüssigkeit, wie zum Beispiel Batterieelektrolyt, bekannt. Dabei wird eine Batterie mit einer Abdeckung ummantelt, die an sich ausdehnbar ist und die ausgebildet ist, die austretende Flüssigkeit zu absorbieren.
Aus der US 10,056,592 B2 ist außerdem eine Glasfasermatte zum Trennen von Batteriezellen und zum Absorbieren von Flüssigkeit im Batteriegehäuse bekannt. Die Glasfasermatte umfasst dazu nicht-lösliche Glasfasern vermischt mit einem löslichen Füllmaterial. Wird die Glasfasermatte nun einer entsprechenden Flüssigkeit ausgesetzt, löst sich das Füllmaterial auf, sodass Hohlräume in der Glasfasermatte entstehen. Diese Hohlräume verbessern die Absorption der Flüssigkeit mittels der Glasfasermatte.
Nachteil des genannten Stands der Technik ist es, dass durch die dort beschriebenen Absorptionselemente auch Feuchtigkeit aus der Luft (Luftfeuchte) absorbiert wird. Tritt dann tatsächlich die elektrisch leitende Flüssigkeit in das Gehäuse der jeweiligen elektrischen Komponente ein, ist das Absorptionselement zumindest teilweise mit den Wassermolekülen aus der Luftfeuchte gesättigt. Das heißt, ein Teil der Fähigkeit des Absorptionselements, eine vorbestimmte Menge der Flüssigkeit aufzunehmen (Absorptionskapazität), steht für den geplanten Einsatzzweck nicht mehr zur Verfügung. Die Absorptionskapazität ist somit eingeschränkt.
Aus der WO 2014/170263 A1 ist eine elektronische Funktionsgruppe, wie beispielsweise ein Transformator oder ein Kondensator bekannt, bei welchem eine elektrisch nicht-leitende Flüssigkeit zum Beispiel zum elektrischen Trennen von unterschiedlichen Komponenten der Funktionsgruppe eingesetzt wird. Um nun das Anreichern der Flüssigkeit mit Wasser(molekülen) zu vermeiden, umfasst die Funktionsgruppe auch ein Absorptionselement zum Absorbieren des Wassers. Das Absorptionselement ist dabei von einem wasserresistenten Material geschützt ist. Das wasserresistente Material verhindert, dass das Absorptionselement vor Einbringen in die elektrisch nicht-leitende Flüssigkeit Wasser aus der Umgebung (Luftfeuchte), aufnimmt. Allerdings ist das wasserresistente Material mittels der elektrisch nicht-leitenden Flüssigkeit auflösbar, sodass das Absorptionselement nach Einbringen in die elektrisch nicht-leitenden Flüssigkeit die Wassermoleküle aus der Flüssigkeit absorbieren kann. Diese Lösung kommt jedoch aus Gewichtsgründen für eine Energiespeichervorrichtung nicht in Frage.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Funktionsfähigkeit der Energiespeichervorrichtung bei Vorhandensein der elektrisch leitfähigen Flüssigkeit im Gehäuse bei möglichst geringem Gewicht der Energiespeichervorrichtung zu gewährleisten.
Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die abhängigen Patentansprüche, die folgende Beschreibung sowie die Fig. offenbart. Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass eine Beschädigung der Energiespeichervorrichtung mittels der elektrisch leitenden Flüssigkeit effektiver vermieden werden kann, wenn das Absorptionselement neben dem Absorptionsmittel zum Binden oder Absorbieren der Flüssigkeit eine Schutzschicht umfasst. Dazu kann das Absorptionsmittel von dem zweiten Material umgeben sein, welches bei Kontakt mit der elektrisch leitfähigen Flüssigkeit aufgelöst wird. Dadurch wird das Absorptionsmittel freigesetzt und kann die elektrisch leitfähige Flüssigkeit absorbieren.
Anders ausgedrückt betrifft die Erfindung die Energiespeichervorrichtung, umfassend die wenigstens eine Energiespeicherkomponente, welche in dem von dem Gehäuseelement begrenzten Volumen angeordnet ist. Die Energiespeicherkomponente, also beispielsweise eine Batteriezelle oder ein Batteriemodul oder ein Steuergerät für die jeweilige Energiespeicherkomponente oder die Energiespeichervorrichtung und eine Verkabelung, ist somit von dem Gehäuseelement vollständig oder teilweise umschlossen. Neben der jeweiligen Energiespeicherkomponente ist in dem Volumen auch das Absorptionselement angeordnet. Bei Vorhandensein einer elektrisch leitfähigen Flüssigkeit, wie beispielsweise Wasser oder Kühlmittel in dem Volumen, ist das Absorptionselement ausgebildet, die Flüssigkeit zu absorbieren. Dazu umfasst das Absorptionselement ein entsprechendes Absorptionsmittel. Eine Ausgestaltung des Absorptionsmittels ist im späteren Verlauf noch einmal genauer beschrieben.
Um die vollständige Absorptionskapazität des Absorptionsmittels bis zum Vorhandensein der elektrisch leitenden Flüssigkeit zu erhalten, weist das Absorptionselement weiterhin eine Isolationsschicht auf. Die Isolationsschicht, also die vorgenannte Schutzschicht, umschließt oder umfasst das Absorptionsmittel dabei vollständig. Somit schirmt die Isolationsschicht das Absorptionsmittel gegen die Umgebung und insbesondere gegen Luftfeuchte aus der Umgebung ab. Um Bei Vorhandensein der Flüssigkeit ist die Isolationsschicht ausgebildet, sich bei einer Kontaktierung mit der Flüssigkeit aufzulösen. Das heißt, die Isolationsschicht ist mittels der Flüssigkeit auflösbar. Zum Beispiel kann sich die Isolationsschicht bei Flüssigkeitskontakt zersetzen. Somit kann das Absorptionsmittel freigelegt werden und die Flüssigkeit absorbieren. Eine Ausgestaltung der Isolationsschicht ist im späteren Verlauf noch einmal genauer beschrieben.
Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass das Absorptionsmittel bei Flüssigkeitseintritt, also bei Vorhandensein der elektrisch-leitenden Flüssigkeit, immer noch die ursprüngliche oder vollständige Absorptionskapazität aufweist. Es wird somit eine Teilsättigung oder Sättigung des Absorptionsmittels durch Luftfeuchte vermieden. Dadurch kann ein größeres Volumen an elektrisch leitender Flüssigkeit von dem Absorptionsmittel aufgesaugt oder absorbiert werden. Folglich kann die Beschädigung der Energiespeichervorrichtung durch die elektrisch leitenden Flüssigkeit effektiver vermieden werden.
Zu der Erfindung gehören auch Ausführungsformen, durch die sich zusätzliche Vorteile ergeben.
In den folgenden Ausführungsformen ist zunächst eine Ausgestaltung der Isolationsschicht näher beschrieben. Gemäß einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Isolationsschicht ein wasserlösliches Polymer umfasst. Ein entsprechendes wasserlösliches Polymer ist beispielsweise von der Verpackung von Spülmaschinentabs oder Geschirrspültabs bekannt. Vorzugsweise umfasst die Isolationsschicht gemäß einer weiteren Ausführungsform Polyvinylalkohol (PVAL) als wasserlösliches Material. Insbesondere kann die Isolationsschicht zum Beispiel als wasserlösliche Folie ausgestaltet sein. Mit „Folie“ ist ein Material gemeint, dessen Materialstärke oder -dicke im Vergleich zu seiner Ausdehnung in Längs- und Breitrichtung oder im Vergleich zu seiner Oberfläche sehr viel geringer ist. Bevorzugt kann die Materialstärke beispielsweise weniger als 1 % der Oberfläche betragen.
In den folgenden Ausführungsformen ist als nächstes die Ausgestaltung des Absorptionsmittels näher beschrieben. Gemäß einer Ausführungsform ist das Absorptionsmittel ausgebildet, ein Volumen bei Absorbieren mit der Flüssigkeit zu vergrößern. Das heißt, das Absorptionsmittel nimmt die in das Volumen eindringende Flüssigkeit auf und dehnt sich aus. Dabei kann sich das Absorptionsmittel bevorzugt soweit ausdehnen, dass ein weiteres Eindringen von Flüssigkeit in das Volumen behindert oder vollständig unterbunden wird.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das Absorptionsmittel einen Superabsorber. Das Absorptionsmittel kann somit beispielsweise als hydrophiles Polymergranulat vorliegen. Dadurch ist das Absorptionsmittel ausgebildet ein Vielfaches seines Eigengewichts an Flüssigkeit aufzusaugen. Somit kann die elektrisch leitfähige Flüssigkeit besonders zuverlässig absorbiert werden.
Die folgenden Ausführungsformen beschreiben nun eine Anordnung des Absorptionselements in dem Volumen. Durch die Positionierung an strategischen und relevanten Stellen innerhalb des Gehäuseelements der Energiespeichervorrichtung kann nämlich ein Kontaktieren der elektrisch leitfähigen Flüssigkeit mit der jeweiligen Energiespeicherkomponente noch besser vermieden werden.
Gemäß einer Ausführungsform ist dabei vorgesehen, dass das Absorptionselement an wenigstens einer mehrteilige Verbindungsstelle des Gehäuseelements angeordnet ist. In der Regel ist ein Gehäuseelement nämlich mehrteilig oder mehrstückig ausgebildet. Das heißt, das Gehäuseelement umfasst wenigstens zwei Wandungselemente, wie beispielsweise eine Oberschale und eine Unterschale. Im zusammengesetzten Zustand bilden diese Oberschale und die Unterschale das Gehäuseelement und schließen somit das Volumen ein. Zum Bilden des Gehäuseelements sind die Oberschale und die Unterschale dabei bevorzugt in dem zusammengesetzten Zustand zum Beispiel formschlüssig miteinander verbunden. In dem Bereich, an dem die Oberschale und die Unterschale miteinander verbunden oder kontaktiert sind, befindet sich die vorgenannte Verbindungsstelle. An einer solchen Verbindungsstelle ist die Wahrscheinlichkeit meist am Höchsten, das Flüssigkeit aus der Umgebung in das Volumen des Gehäuseelements eindringen kann. Indem nun das Absorptionselement an einer solchen Verbindungsstelle positioniert ist, kann die Flüssigkeit direkt beim Eindringen in das Volumen durch das Absorptionselement abgefangen werden. Somit kann verhindert werden, dass die Flüssigkeit die jeweilige Energiespeicherkomponente überhaupt erreicht oder diese kontaktieren kann.
In ähnlicher Weise ist gemäß einer weiteren Ausführungsform vorgesehen, dass das Absorptionselement an wenigstens einer Durchlassöffnung des Gehäuseelements angeordnet ist. In der Regel weist das Gehäuseelement nämlich eine solche Durchlassöffnung oder Durchführöffnung auf, um beispielsweise eine Verkabelung oder einen Anschluss der jeweiligen Energiespeicherkomponente aus dem Volumen heraus oder nach außen in die Umgebung zu führen. Auch an einer solchen Durchlassöffnung ist die Wahrscheinlichkeit meist am Größten, dass die Flüssigkeit aus der Umgebung in das Volumen des Gehäuseelements eindringt. Indem nun das Absorptionselement an der jeweiligen Durchlassöffnung angeordnet ist, kann ein Kontaktieren der Flüssigkeit mit der jeweiligen Energiespeicherkomponente vermieden werden. Das Absorptionselement kann die eintretende Flüssigkeit vor Erreichen der jeweiligen Energiespeicherkomponente abfangen und absorbieren. Bevorzugt kann eine Form des Absorptionselements dabei mit einer Form der jeweiligen Durchlassöffnung korrespondieren.
Gemäß eine weiteren Ausführungsform umfasst die Energiespeichervorrichtung eine Absorptionsschicht, die das wenigstens eine Absorptionselement aufweist. Die Absorptionsschicht wird somit aus wenigstens einem Absorptionselement, also einem oder mehreren Absorptionselementen gebildet. Zum Beispiel kann ein Absorptionselement selbst als Absorptionsschicht ausgebildet sein. Alternativ können auch eine Vielzahl oder Mehrzahl an Absorptionselementen zu der Absorptionsschicht zusammengesetzt sein. Dazu können die Absorptionselementen zum Beispiel in Schichtbauweise übereinander angeordnet sein. In einer Einbaulage oder Einbaustellung der Energiespeichervorrichtung ist die Absorptionsschicht dabei unter der wenigstens einen Energiespeicherkomponente angeordnet.
Mit „Einbaulage“ im Sinne der Erfindung ist insbesondere eine Positionierung der Energiespeichervorrichtung für einen bestimmungsgemäßen Betrieb gemeint. Zum Beispiel kann die Einbaulage einer eingebaute Stellung oder der Energiespeichervorrichtung als Antriebsbatterie in einem Kraftfahrzeug sein. Dabei ist wenigstens eine Wandungsfläche des Gehäuseelements im Wesentlichen parallel zu einem Untergrund oder zu einer Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs ausgerichtet. Diese Wandungsfläche wird im Folgenden auch als Bodenfläche bezeichnet. Ausgehend von der Bodenfläche kann das von dem Gehäuseelement gebildete Volumen nun in zwei Teilbereiche unterteilt werden. Der erste Teilbereich kann als Komponentenbereich bezeichnet werden, während der zweite Teilbereich als Absorptionsbereich bezeichnet werden kann. In dem Absorptionsbereich ist dabei die genannte Absorptionsschicht angeordnet, während in dem Komponentenbereich die wenigstens eine Energiespeicherkomponente angeordnet ist. Ausgehend von der Bodenfläche sind der Absorptionsbereich und der Komponentenbereich in Hochrichtung der Energiespeichervorrichtung schichtweise oder übereinander angeordnet. Die Absorptionsschicht ist somit zwischen der Bodenfläche des Gehäuseelements und der wenigstens einen Energiespeicherkomponente angeordnet.
In das Volumen des Gehäuseelements eintretende Flüssigkeit würde sich in der Regel im Bereich der Bodenfläche sammeln. In dem nun die Absorptionsschicht ebenfalls im Bereich der Bodenfläche angeordnet ist, kann die Absorptionsschicht die eintretende Flüssigkeit absorbieren, ohne dass die jeweilige Energiespeicherkomponente mit der eintretenden Flüssigkeit kontaktiert wird oder bevor die jeweilige Energiespeicherkomponente mit der eintretenden Flüssigkeit kontaktiert wird.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die vorgenannte Absorptionsschicht in der Einbaulage der Energiespeichervorrichtung seitlich von der wenigstens einen Energiespeicherkomponente angeordnet. Das heißt, die wenigstens eine Energiespeicherkomponente und die Absorptionsschicht sind bevorzugt parallel zueinander ausgerichtet. Um die Absorptionsschicht seitlich von der wenigstens einen Energiespeicherkomponente zu halten, kann das Gehäuseelement bevorzugt ein flüssigkeitsdurchlässiges Abtrennelement aufweisen. Das Abtrennelement kann beispielsweise als Gitter mit Gitteröffnungen für die elektrisch leitfähige Flüssigkeit ausgebildet sein. Das Abtrennelement ist insbesondere senkrecht oder lotrecht zu der Bodenfläche ausgerichtet. Mittels dieses Abtrennelement wird das Volumen des Gehäuseelements in eine erstes Teilvolumen umfassend die wenigstens eine Energiespeicherkomponente und ein zweites Teilvolumen, umfassend das wenigstens eine Absorptionselement unterteilt. Die Teilvolumen sind dabei mittels des Abtrennelements fluidisch miteinander verbunden.
Das erste und das zweite Teilvolumen sind dabei ausgehend von der vorgenannten Bodenfläche nebeneinander oder parallel zueinander angeordnet. Bevorzugt kann das zweite Teilvolumen zum Beispiel an wenigstens einer Seitenfläche des Gehäuseelements angeordnet sein. Mit „Seitenfläche“ ist dabei eine Fläche des Gehäuseelements gemeint, die in der Einbaulage im Wesentlichen senkrecht zu einem Untergrund und/oder der Fahrrichtung des Kraftfahrzeugs und/oder der Bodenfläche des Gehäuseelements angeordnet oder ausgerichtet ist.
Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass das Absorptionselement möglichst wenig Bauraumbedarf in dem Gehäuseelement benötigt, um bei Vorhandensein der elektrisch leitfähigen Flüssigkeit, die Flüssigkeit zu absorbieren um eine Beschädigung der jeweiligen Energiespeicherkomponente zu vermeiden.
Die Erfindung betrifft auch ein Kraftfahrzeug mit der Energiespeichervorrichtung, wie sie zuvor beschrieben wurde. Das Kraftfahrzeug ist bevorzugt als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen oder Lastkraftwagen, oder als Personenbus oder Motorrad ausgestaltet.
Zu der Erfindung gehören auch Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs, die Merkmale aufweisen, wie sie bereits im Zusammenhang mit den Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Energiespeichervorrichtung beschrieben worden sind. Aus diesem Grund sind die entsprechenden Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs hier nicht noch einmal beschrieben.
Die Erfindung umfasst auch die Kombinationen der Merkmale der beschriebenen Ausführungsformen.
Im Folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt:

1 eine Energiespeichervorrichtung mit zumindest einem Absorptionselement, welches in einer ersten Einbauvariante zum Absorbieren einer elektrisch leitenden Flüssigkeit in einem Gehäuse der Energiespeichervorrichtung angeordnet ist; und
2 eine schematische Darstellung der Energiespeichervorrichtung, bei welcher das Absorptionselement in einer zweiten Einbauvariante zum Absorbieren der elektrisch leitenden Flüssigkeit in dem Gehäuse der Energiespeichervorrichtung angeordnet ist.

Bei den im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen handelt es sich um bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Bei den Ausführungsbeispielen stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsformen jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden. Daher soll die Offenbarung auch andere als die dargestellten Kombinationen der Merkmale der Ausführungsformen umfassen. Des Weiteren sind die beschriebenen Ausführungsformen auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.
In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen jeweils funktionsgleiche Elemente.
1 zeigt eine schematische Darstellung einer beispielhaften Ausgestaltung eines Kraftfahrzeugs 10 mit einer Energiespeichervorrichtung 20. Die Energiespeichervorrichtung 20 kann beispielsweise als Hochvoltbatterie oder Hochvoltspeicher des Kraftfahrzeugs 10 ausgestaltet sein. Die Energiespeichervorrichtung 20 umfasst wenigstens eine, das heißt eine oder mehrere Energiespeicherkomponenten 21. Die jeweilige Energiespeicherkomponente 21 kann beispielsweise als Batteriemodul oder Batteriezelle oder beispielsweise als Steuergerät für das jeweilige Batteriemodul, die jeweilige Batteriezelle oder die Hochvoltbatterie ausgestaltet sein. In 1 umfasst die Energiespeichervorrichtung 20 beispielsweise drei solcher Energiespeicherkomponenten 21. Die Energiespeicherkomponenten 21 sind dabei in einem von einem Gehäuseelement 22 der Energiespeichervorrichtung 20 begrenzten Volumen V angeordnet. Das heißt, das Gehäuseelement 22 umschließt die Energiespeicherkomponenten 21.
Das Gehäuseelement 22 ist dabei im Wesentlichen quaderförmig ausgebildet. Das heißt das Gehäuseelement 22 weist beispielsweise sechs Wandungsflächen auf, die im Wesentlichen rechtwinklig zueinander angeordnet sind. Die sechs Wandungsflächen werden im Folgenden auch als Bodenfläche 23, Seitenflächen 24 und Deckenfläche 25 bezeichnet. Bodenfläche 23 und Deckenfläche 25 stellen dabei parallel zueinander angeordnete und gegenüberliegende Wandungsflächen des Gehäuseelements 22 dar. Zur besseren Übersicht ist in 1 aber nur eine zweidimensionale Ansicht aus einer Seitenperspektive auf das Kraftfahrzeug 10 und die Energiespeichervorrichtung 20 dargestellt. Alternativ zu der in 1 beschriebenen Form des Gehäuseelements 22 kann das Gehäuseelement 22 auch eine andere vorbestimmte Form, zum Beispiel eine Zylinderform oder eine Trapezform, aufweisen.
In einer Einbaulage der Energiespeichervorrichtung 20 ist die Bodenfläche 23 gemäß 1 im Wesentlichen parallel zu einem Untergrund oder Fahrbahnuntergrund 50, entlang dessen sich das Kraftfahrzeug fortbewegen kann, angeordnet. Mit „Einbaulage“ ist dabei eine bestimmungsgemäße Positionierung der Energiespeichervorrichtung 20 in dem Kraftfahrzeug 10 gemeint, um mittels der Energiespeichervorrichtung 20 einen Betrieb des Kraftfahrzeugs 10 zu ermöglichen.
Um die jeweiligen elektrischen Energiespeicherkomponente 21 der Energiespeichervorrichtung 20 nun bei Vorhandensein oder Eintritt einer elektrisch leitenden Flüssigkeit 40 in das Volumen V vor einer Beschädigung oder Funktionsstörung oder einem Funktionsausfall zu schützen, weist die Energiespeichervorrichtung 20 zudem noch wenigstens ein Absorptionselement 31 auf. Bei der elektrisch leitfähigen Flüssigkeit kann es sich insbesondere um ein wasserbasiertes Medium, insbesondere um Wasser oder ein Kühlmittel von einer Kühlvorrichtung für die Energiespeichervorrichtung 20 handeln. Wie in 1 gezeigt, ist das jeweilige Absorptionselement 31 zusammen mit der jeweiligen Energiespeicherkomponente 21 in dem Volumen V des Gehäuseelements 22 angeordnet. Eine Funktion des Absorptionselements 31 ist es, bei Vorhandensein oder Eintreten der elektrisch leitenden Flüssigkeit 40 (Flüssigkeitseintritt), die Flüssigkeit zu absorbieren. Dazu umfasst das Absorptionselement ein hydrophil ausgebildetes Absorptionsmittel 32, welches die Flüssigkeit aufnehmen oder aufsaugen kann. Das Absorptionsmittel 32 kann somit die Flüssigkeit 40 binden. Dadurch kann verhindert werden, dass die Flüssigkeit 40 die jeweilige Energiespeicherkomponente 21 kontaktiert und dadurch beschädigt oder eine Funktionsstörung hervorruft. Als Absorptionsmittel kann dazu beispielsweise ein sogenannter Superabsorber vorliegen.
Damit das Absorptionselement jedoch nicht bereits bei in Kontakt bringen mit Umgebungsluft Wassermoleküle aus der Umgebungsluft (Luftfeuchte) absorbiert und somit bereits einen Teil seines Absorptionskapazität einbüßt, weist das jeweilige Absorptionselement 31 zudem noch eine Isolationsschicht 33 auf. Die Isolationsschicht 33 umschließt oder umfasst dabei das Absorptionsmittel vollständig. Somit ist das Absorptionsmittel gegen die Umgebung und insbesondere die Umgebungsluft abgeschirmt. Mit Absorptionskapazität ist dabei die Fähigkeit des Absorptionsmittels zum Absorbieren einer vorbestimmten Menge oder eines vorbestimmten Volumens an Flüssigkeit zu absorbieren gemeint.
Die Isolationsschicht 33 ist dabei jedoch mittels der Flüssigkeit 40 auflösbar. Das heißt, die Isolationsschicht 33 kann sich bei einer Kontaktierung mit der Flüssigkeit 40 auflösen oder zersetzen. Ist also die Flüssigkeit 40 in dem Volumen V vorhanden, kann sich die Isolationsschicht 33 auflösen, sodass das Absorptionsmittel 32 freigelegt wird. Das Absorptionsmittel kann dann die Flüssigkeit 40 absorbieren oder aufsaugen und somit eine Beschädigung der jeweiligen Energiespeicherkomponente 21 vermeiden.
Um die Absorption der Flüssigkeit 40 möglichst effizient zu gestalten ist in 1 eine erste Einbauvariante des wenigstens einen Absorptionselements 31 in dem Volumen V dargestellt. Die Energiespeichervorrichtung 20 umfasst gemäß dieser Einbauvariante eine Vielzahl von Absorptionselementen 31 die zu einer Absorptionsschicht 30 zusammengefasst sind. In der zuvor genannten Einbaulage der Energiespeichervorrichtung 20 ist die Absorptionsschicht 30 dabei unter der jeweiligen Energiespeicherkomponente 21 angeordnet.
Ausgehend von der vorgenannten Bodenfläche 23 der Energiespeichervorrichtung sind die Absorptionsschicht 30 und die Energiespeicherkomponenten 21 schichtweise übereinander angeordnet. Das heißt, die Absorptionsschicht 30 ist zwischen der Bodenfläche 23 und den Energiespeicherkomponenten 21 angeordnet. Da sich bei Flüssigkeitseintritt in das Volumen V die Flüssigkeit 40 in der Regel im Bereich der Bodenfläche 23 sammeln würde, kann somit die Flüssigkeit 40 möglichst effektiv absorbiert werden.
2 zeigt eine alternative Einbauvariante der Absorptionsschicht 30 in das durch das Gehäuseelement 22 gebildete Volumen V der Energiespeichervorrichtung 20. Hierbei ist die Absorptionsschicht 30 in der Einbaulage der Energiespeichervorrichtung 20 seitlich zu den Energiespeicherkomponenten 21 angeordnet. Das heißt, die Absorptionsschicht 30, umfassend die Vielzahl an Absorptionselementen 31, erstreckt sich entlang einer Seitenfläche 24 zwischen der Bodenfläche 23 und der Deckenfläche 25 des Gehäuseelements 22. Zum Bilden der Absorptionsschicht 30 sind die Absorptionselemente somit entlang der Hochrichtung z der Energiespeichervorrichtung 20 in der Einbaulage übereinander geschichtet oder gestapelt angeordnet. Um die Absorptionselemente 31 zum Bilden der Absorptionsschicht 30 zu halten, umfasst die Energiespeichervorrichtung 20 oder das Gehäuseelement 22 zumindest ein flüssigkeitsdurchlässiges Abtrennelement 26. Das Abtrennelement 26 ist dabei bevorzugt parallel zu einer der Seitenflächen 24 ausgerichtet und erstreckt sich zwischen der Bodenfläche 23 und der Deckenfläche 25. Das Abtrennelement 26 kann beispielsweise als Gitter aus einem gleichen Material wie das Gehäuseelement 22 selbst gebildet sein. Mittels des Abtrennelements 26 wird somit das Volumen V in ein erstes Teilvolumen T1, umfassend die jeweilige Energiespeicherkomponente 21, und ein zweites Teilvolumen T2, umfassend die Vielzahl an Absorptionselementen 31, unterteilt. In der Einbaulage der Energiespeichervorrichtung 20 ist das erste Teilvolumen T1 dabei parallel oder seitlich zudem Teilvolumen T2 angeordnet.
Dadurch, dass das Abtrennelement 26 flüssigkeitsdurchlässig ausgebildet ist, kann nun bei Vorhandensein der elektrisch leitfähigen Flüssigkeit 14 im Volumen V die Flüssigkeit 40 durch das Abtrennelement 26 in das Teilvolumen T2 und somit zu dem jeweiligen Abtrennelement 31 gelangen. Wie in 2 gezeigt kann sich bei Kontaktierung mit der Flüssigkeit 40 die Isolationsschicht 33 des mit der Flüssigkeit 40 kontaktieren Absorptionselements 31 auflösen, sodass das Absorptionsmittel 32 freigesetzt wird. Bevorzugt ist das Absorptionsmittel 32, wie in 2 gezeigt, ausgestaltet, sich bei in Kontakt bringen mit der Flüssigkeit 40 in seinem Volumen zu vergrößern oder auszudehnen.
Um zu vermeiden, dass die jeweilige Energiespeicherkomponente 21 bei einer Ansammlung von Flüssigkeit 40 im Bereich der Bodenfläche 23 mit der Flüssigkeit 40 in Kontakt gerät, kann die jeweilige Energiespeicherkomponente 21 vorzugsweise mit einem vorbestimmten Abstand 27 zu der Bodenfläche 23 in dem Gehäuseelement 22 angeordnet sein. Dazu kann eine geeignete Befestigungsvorrichtung oder Abstandshalteeinrichtung für die jeweilige Energiespeicherkomponente 21 vorgesehen sein. Somit bildet sich zwischen der Bodenfläche 23 des Gehäuseelements 22 und der jeweiligen Energiespeicherkomponente 21 ein Luftspalt, in dem sich die Flüssigkeit 40 zunächst ohne die jeweilige Energiespeicherkomponente 21 zu beschädigen, ansammeln kann. Durch die seitliche Anordnung der Absorptionselemente 31 kann dann die elektrisch leitende Flüssigkeit 40 aufgesogen werden.
Anders als in der gemäß 2 gezeigten Einbauvariante kann die Absorptionsschicht 30 beispielsweise auch entlang von zwei oder mehr Seitenflächen 24 des Gehäuseelements 22 angeordnet sein. Somit könnten die Energiespeicherkomponenten 21 beispielsweise in Einbaulage der Energiespeichervorrichtung 20 in Hochrichtung z von allen Seiten von einer Absorptionsschicht umschlossen sein.
Insgesamt zeigen die Beispiele, wie ein partieller Schutz vor Medien oder Flüssigkeitseintritt in elektrischen und elektronischen Hochvoltkomponenten, wie der genannten Energiespeichervorrichtung 20 , realisiert werden kann.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 200777642 A1 [0004]
US 10056592 B2 [0005]
WO 2014/170263 A1 [0006]

Claims

Energiespeichervorrichtung (20) umfassend wenigstens eine Energiespeicherkomponente (21), welche in einem von einem Gehäuseelement (22) begrenzten Volumen (V) angeordnet ist, wobei die Energiespeichervorrichtung (20) ein Absorptionselement (31) umfasst, welches in dem Volumen (V) angeordnet ist und welches ein Absorptionsmittel (32) umfasst, wobei das Absorptionsmittel (32) ausgebildet ist, bei Vorhandensein einer elektrisch leitfähigen Flüssigkeit (40) in dem Volumen (V), die Flüssigkeit (40) zu absorbieren, und das Absorptionselement (31) weiterhin eine Isolationsschicht (33) umfasst, welche das Absorptionsmittel (32) vollständig umschließt, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolationsschicht (33) ausgebildet ist, sich bei einer Kontaktierung mit der elektrisch leitfähigen Flüssigkeit (40) aufzulösen.
Energiespeichervorrichtung (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Isolationsschicht (33) ein wasserlösliches Polymer umfasst.
Energiespeichervorrichtung (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Isolationsschicht (33) Polyvinylalkohol als wasserlösliches Material umfasst.
Energiespeichervorrichtung (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Absorptionsmittel (32) ausgebildet ist, ein Volumen (V) bei Absorbieren mit der Flüssigkeit (40) zu vergrößern.
Energiespeichervorrichtung (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Absorptionsmittel (32) einen Superabsorber umfasst.
Energiespeichervorrichtung (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Absorptionselement (31) an wenigstens einer mehrteilige Verbindungsstelle des Gehäuseelements (22) angeordnet ist.
Energiespeichervorrichtung (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Absorptionselement (31) an wenigstens einer Durchlassöffnung des Gehäuseelements (22) angeordnet ist.
Energiespeichervorrichtung (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Energiespeichervorrichtung (20) eine Absorptionsschicht (30) umfassend das wenigstens eine Absorptionselement (31) aufweist, wobei die Absorptionsschicht (30) in einer Einbaulage der Energiespeichervorrichtung (20) unter der wenigstens einen Energiespeicherkomponente (21) angeordnet ist.
Energiespeichervorrichtung (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Energiespeichervorrichtung (20) eine Absorptionsschicht (30) umfassend das wenigstens eine Absorptionselement (31) aufweist, wobei die Absorptionsschicht (30) in einer Einbaulage der Energiespeichervorrichtung (20) seitlich von der wenigstens einen Energiespeicherkomponente (21) angeordnet ist.
Kraftfahrzeug (10) mit einer Energiespeichervorrichtung (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.