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Die Erfindung betrifft ein Batteriegehäuse für eine Batterie eines Kraftfahrzeugs, welche zum Aufnehmen zumindest einer Batteriezelle der Batterie ausgelegt ist und welche zumindest ein membranartiges Entgasungselement aufweist, welches an einer Gehäusewand des Batteriegehäuses angeordnet ist und dazu ausgelegt ist, bei einem in einen Innenraum des Batteriegehäuses entlassenen Heißgas der zumindest einen Batteriezelle nachzugeben und dabei eine Entgasungsöffnung in der Gehäusewand zum Auslassen des Heißgases aus dem Innenraum in eine Umgebung des Batteriegehäuses freizugeben. Die Erfindung betrifft außerdem eine Batterie sowie ein Kraftfahrzeug.
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Vorliegend richtet sich das Interesse auf Batterien für Kraftfahrzeuge, welche beispielsweise als Traktionsbatterien für elektrisch antreibbare Kraftfahrzeuge eingesetzt werden können. Eine solche Batterie weist üblicherweise eine Vielzahl von Batteriezellen auf, welche in einem Innenraum eines Batteriegehäuses der Batterie angeordnet sind. Im Fehlerfall, beispielsweise bei einem zellinternen Kurzschluss, einer der Batteriezellen, kann diese eine Notentgasung durchführen, indem sie ein Heißgas aus ihrem Zellgehäuse in den Innenraum des Batteriegehäuses auslässt. Um das Heißgas aus dem Innenraum abzuleiten, weist das Batteriegehäuse üblicherweise zumindest ein Entgasungselement auf, welches an einer Gehäusewand des Batteriegehäuses angeordnet ist. Ein solches Entgasungselement kann eine Berstmembran sein, welche bei Auftreten des Heißgases in dem Innenraum nachgibt, beispielsweise reißt bzw. berstet, und dadurch eine Entgasungsöffnung in der Gehäusewand zum Auslassen des Heißgases in eine Umgebung der Batterie freigibt.
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Um das Heißgas zuverlässig auslassen zu können, weisen solche membranartigen Entgasungselemente eine hohe Empfindlichkeit auf. Jedoch kann dadurch das membranartige Entgasungselement auch aufgrund von äußeren Einflüssen bzw. Umwelteinflüssen, beispielsweise aufgrund von Wassereinwirkung, nachgeben und somit in unerwünschter Weise zerstört werden. Diese Umwelteinflüsse können dann in den Innenraum des Batteriegehäuses eindringen und die sich dort befindlichen Komponenten schädigen.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Batterie eines Kraftfahrzeugs auf einfache Weise vor Umwelteinflüssen schützen zu können.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Batteriegehäuse, eine Batterie sowie ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen gemäß den jeweiligen unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche, der Beschreibung sowie der Figuren.
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Ein erfindungsgemäßes Batteriegehäuse für eine Batterie eines Kraftfahrzeugs ist zum Aufnehmen zumindest einer Batteriezelle der Batterie ausgelegt und weist zumindest ein membranartiges Entgasungselement auf, welches an einer Gehäusewand des Batteriegehäuses angeordnet ist. Das zumindest eine Entgasungselement ist dazu ausgelegt, bei einem in einen Innenraum des Batteriegehäuses entlassenen Heißgas der zumindest einen Batteriezelle nachzugeben und dabei eine Entgasungsöffnung in der Gehäusewand zum Auslassen des Heißgases aus dem Innenraum in eine Umgebung des Batteriegehäuses freizugeben. Außerdem weist das Batteriegehäuse zumindest eine Schutzkappe auf, welche zum Schutz des zumindest einen Entgasungselementes vor Umwelteinflüssen an einer Außenseite der Gehäusewand überlappend mit dem zumindest einen Entgasungselement angeordnet ist und welche über eine Halteeinrichtung an der Gehäusewand befestigt ist. Die Halteeinrichtung ist dazu ausgelegt, bei Auslassen des Heißgases über das zumindest eine Entgasungselement nachzugeben und die Schutzkappe vollständig von der Entgasungsöffnung zu lösen.
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Die Erfindung betrifft außerdem eine Batterie für ein Kraftfahrzeug mit zumindest einer Batteriezelle und einem erfindungsgemäßen Batteriegehäuse, welches zum Aufnehmen der zumindest einen Batteriezelle ausgelegt ist. Die wiederaufladbare Batterie bzw. der Akkumulator ist insbesondere als eine Traktionsbatterie für ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug ausgebildet. Vorzugsweise ist die Batterie als ein Hochvoltenergiespeicher ausgebildet. Die Batterie weist insbesondere eine Vielzahl von Batteriezellen auf, welche in dem Innenraum des Batteriegehäuses angeordnet sind. Die Batteriezellen können beispielsweise als prismatische Batteriezellen, Rundzellen oder Pouchzellen ausgebildet sein. Im Fehlerfall, beispielsweise bei einem zellinternen Kurzschluss, einer Batteriezelle, kann diese Batteriezelle zum Innendruckabbau ein Heißgas in den Innenraum des Batteriegehäuses auslassen.
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Das Batteriegehäuse weist Gehäusewände, beispielsweise in Form von einem Gehäuseunterteil bzw. Gehäuseboden und einem Gehäuseoberteil bzw. Gehäusedeckel, auf, welche den Innenraum zum Aufnehmen der Batteriezellen umschließen. An zumindest einer der Gehäusewände, beispielsweise an dem Gehäusedeckel, ist das zumindest eine membranartige Entgasungselement bzw. die zumindest eine Entgasungsmembran angeordnet. Das Entgasungselement kann beispielsweise eine folienartige Berstmembran sein, welche im Normalfall, also bei Abwesenheit des Fehlerfalls und damit des Heißgases, eine Entgasungsöffnung in der Gehäusewand bedeckt bzw. verschließt. Im Fehlerfall, also bei Anwesenheit einer kritischen Menge von Heißgas in dem Innenraum, gibt die Entgasungsmembran, beispielsweise durch Reißen bzw. Bersten, nach und gibt dadurch die Entgasungsöffnung zum Entlassen des Heißgases aus dem Innenraum in die Umgebung der Batterie frei.
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Um zu verhindern, dass das empfindliche Entgasungselement durch Umwelteinflüsse, beispielsweise Wassereinwirkung oder Schmutzeinwirkung, zerstört wird, ist an der der Umgebung zugewandten Außenseite der Gehäusewand die zumindest eine Schutzkappe bzw. Schutzabdeckung angeordnet. Die Schutzkappe überdeckt das Entgasungselement und schützt es somit vor Umwelteinflüssen. Die Schutzkappe kann beispielsweise aus einem Kunststoff gebildet sein. Die Schutzkappe ist über die Halteeinrichtung an der Außenseite der Gehäusewand befestigt. Vorzugsweise ist das Entgasungselement zum Druckausgleich zwischen dem Innenraum und der Umgebung des Batteriegehäuses atmungsaktiv ausgebildet und die Schutzkappe ist über die Halteeinrichtung luftdurchlässig an der Gehäusewand befestigt. Das Entgasungselement sowie die Schutzkappe lassen also zum Druckausgleich einen Luftaustausch mit der Umgebung zu.
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Um zu gewährleisten, dass das Heißgas über das Entgasungselement zuverlässig an die Umgebung abgegeben werden kann, löst die Halteeinrichtung die Verbindung zwischen der Schutzkappe und der Gehäusewand im Falle, dass das Heißgas über das Entgasungselement entweicht. Beispielsweise ist Halteeinrichtung dazu ausgelegt, die Schutzkappe mittels einer durch das Entweichen des Heißgases lösbaren formschlüssigen Verbindung an der Außenseite der Gehäusewand zu befestigen. Die Schutzkappe wird dabei vollständig von der Entgasungsöffnung entfernt, sodass ein kompletter Strömungsquerschnitt der Entgasungsöffnung für das Auslassen des Heißgases zur Verfügung steht. Durch die sich durch den Heißgasaustritt lösende Halteeinrichtung wird also verhindert, dass die Schutzkappe das Auslassen des Heißgases blockiert. Außerdem können durch die sich lösende Schutzkappe Festkörperpartikel, welche durch das Heißgas transportiert werden, aus dem Innenraum des Batteriegehäuses entweichen. Andernfalls, also bei einer sich nicht lösenden Schutzkappe, würden sich die Partikel in der Entgasungsöffnung sammeln und den Strömungsquerschnitt verkleinern oder den Heißgasaustritt gar blockieren.
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Die Halteeinrichtung kann beispielsweise zusätzlich dazu ausgelegt sein, das zumindest eine Entgasungselement an der Gehäusewand zu halten. Die Halteeinrichtung wird dabei an der Außenseite der Gehäusewand im Bereich der Entgasungsöffnung angeordnet und hält die Entgasungsmembran, sodass sie die Entgasungsöffnung im Normalfall abschließt.
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Durch das Vorsehen der Schutzkappe kann das empfindliche Entgasungselement zuverlässig vor Umwelteinflüssen geschützt werden. Durch die sich bei Heißgasaustritt lösende Halteeinrichtung kann ein zuverlässiges Entgasen der Batterie gewährleistet werden.
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Auch kann vorgesehen sein, dass die Schutzkappe über eine Fangeinrichtung an der Gehäusewand befestigt ist, welche dazu ausgelegt ist, die sich bei Heißgasaustritt von der Entgasungsöffnung lösende Schutzkappe an dem Batteriegehäuse abseits der Entgasungsöffnung zu halten. Eine solche Fangeinrichtung kann beispielsweise ein Fangseil sein. Die Fangeinrichtung blockiert das Lösen der Schutzkappe von der Entgasungsöffnung im Falle des Heißgasaustrittes nicht, fängt jedoch die sich lösende Schutzkappe auf. Die Fangeinrichtung sorgt also dafür, dass sich die Schutzkappe nicht unkontrolliert von dem Batteriegehäuse löst, sondern hält die Schutzkappe nach dem Lösen in einer definierten Position an dem Batteriegehäuse.
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In einer Weiterbildung der Erfindung ist die Halteeinrichtung dazu ausgelegt, die Schutzkappe mittels einer Schnappverbindung an der Außenseite der Gehäusewand zu befestigen, wobei die Schutzkappe und die Außenseite der Gehäusewand zueinander korrespondierende Verbindungselemente aufweisen. Insbesondere ist zumindest ein erstes Verbindungselement der Halteeinrichtung als ein elastisches Schnapphakenelement und zumindest ein zweites Verbindungselement als ein starres Verriegelungselement mit einem Hinterschnitt ausgebildet. Dabei sind insbesondere zumindest zwei Schnapphakenelemente sowie zwei Verriegelungselemente gegenüberliegend zueinander angeordnet, sodass die Schutzkappe an zumindest zwei gegenüberliegenden Stellen an der Gehäusewand befestigt wird. Das zumindest eine Schnapphakenelement ist insbesondere ein gekröpfter Federhaken. Anders ausgedrückt weist ein Schnapphakenkopf des Schnapphakenelementes, welcher an einem elastischen Steg des Schnapphakenelementes angeordnet ist, einen Vorsprung auf. Der Vorsprung wird im Bereich des Hinterschnittes des Verriegelungselementes angeordnet und somit formschlüssig mit dem Verriegelungselement verbunden. Wenn durch das Heißgas eine Lösekraft auf die Schnappverbindung aufgebracht wird, welche eine Haltekraft der Schnappverbindung überschreitet, so wird der Schnapphakenkopf wieder aus dem Hinterschnitt entfernt und die Schnappverbindung kann sich lösen. Durch den Druck des Heißgases wird dabei auch die Schutzkappe vollständig von der Entgasungsöffnung entfernt.
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Es kann vorgesehen sein, dass die Schutzkappe eine Deckfläche sowie einen zumindest bereichsweise um die Deckfläche umlaufenden Kragen aufweist, wobei zumindest eines der Verbindungselemente, beispielsweise das zumindest eine Verrieglungselement, an einer dem Entgasungselement zugewandten Innenseite der Deckfläche innerhalb des umlaufenden Kragens angeordnet sind und wobei das zumindest eine andere Verbindungselement, beispielsweise das zumindest eine Schnapphakenelement, an der Außenseite der Gehäusewand angeordnet ist. Insbesondere ist das zumindest eine Verbindungselement einteilig mit der Schutzkappe ausgebildet. Die Schutzkappe und das zumindest eine schutzkappenseitige Verbindungselemente können aber auch mehrteilig ausgebildet sein. Dazu können die Schutzkappe und das zumindest eine Verbindungselement auch aus unterschiedlichen Materialien ausgebildet sein. Die Schutzkappe kann beispielsweise topfförmig ausgebildet sein und eine runde Deckfläche aufweisen. Die Schutzkappe kann aber auch eine andere Form aufweisen. Das zumindest eine Verbindungselement steht also nach unten hin, parallel zu dem Kragen, von der Deckfläche ab. Das andere Verbindungselement steht von der Gehäusewand nach oben hin ab. Der Kragen der Schutzkappe überlappt dabei im angeordneten Zustand der Schutzkappe an der Gehäusewand mit dem zumindest einen Verriegelungselement und dem zumindest einen damit verbundenen Schnapphakenelement. Der Kragen dient beispielsweise dazu, ein seitliches Eindringen von Wasser und Schmutz in einen Zwischenbereich zwischen dem Entgasungselement und der Schutzkappe zu verhindern.
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Zur Erfindung gehört außerdem ein Kraftfahrzeug, welches eine erfindungsgemäße Batterie aufweist. Das Kraftfahrzeug ist insbesondere als ein Elektro- oder Hybridfahrzeug ausgebildet.
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Die mit Bezug auf das erfindungsgemäße Batteriegehäuse vorgestellten Ausführungsformen und deren Vorteile gelten entsprechend für die erfindungsgemäße Batterie sowie für das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar.
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Die Erfindung wird nun anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung eines Batteriegehäuses für eine Batterie eines Kraftfahrzeugs im Normalfall; und
- 2 das Batteriegehäuse gemäß 1 im Fehlerfall.
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In den Figuren sind gleiche sowie funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt ein Batteriegehäuse 1 für eine Batterie eines Kraftfahrzeugs. Das Batteriegehäuse 1 weist Gehäusewände 2 auf, welche einen Innenraum 3 zum Aufnehmen von hier nicht gezeigten Batteriezellen der Batterie umschließen. In zumindest einer Gehäusewand 2 ist eine Entgasungsöffnung 4 angeordnet, durch welche Heißgas, welches sich im Fehlerfall zumindest einer Batteriezelle in dem Innenraum 3 sammelt, in eine Umgebung 5 der Batterie entweichen kann. Die Entgasungsöffnung 4 ist von einem membranartigen Entgasungselement 6 bedeckt. Das Entgasungselement 6 verschließt das Batteriegehäuse 1 im Normalfall abseits des Fehlerfalls. Das Entgasungselement 6 ist insbesondere als eine atmungsaktive, luftdurchlässige Membran ausgebildet, welche zum Druckausgleich einen Luftaustausch zwischen Innenraum 3 und Umgebung 5 zulässt. Im Fehlerfall kann diese Membran reißen und somit die Entgasungsöffnung 4 freigeben.
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Um zu verhindern, dass das Entgasungselement 6 durch Umwelteinflüsse zerstört wird, weist das Batteriegehäuse 1 eine Schutzkappe 7 auf, welche das Entgasungselement 6 bedeckt. Die Schutzkappe 7 ist dazu an einer Außenseite der Gehäusewand 2 über eine Halteeinrichtung 8 befestigt und überlappend mit dem Entgasungselement 6 angeordnet. Die Halteeinrichtung 8 stellt eine durch das Auslassen des Heißgases lösbare Verbindung zwischen der Gehäusewand 2 und der Schutzkappe 7 bereit. Dazu weist die Halteeinrichtung 8 zumindest ein erstes Verbindungselement 9 seitens der Gehäusewand 2 und zumindest ein zweites Verbindungselement 10 seitens der Schutzkappe 7 auf. Die Verbindungselemente 9, 10 bilden insbesondere eine formschlüssige Verbindung aus, welche hier als eine Schnappverbindung 11 ausgebildet ist.
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Dazu ist das zumindest eine erste Verbindungselement 9 hier als ein elastisches Schnapphakenelement 12 ausgebildet, welches an der Gehäusewand 2 angeordnet ist. Die Schnapphakenelemente 12 weisen einen gekröpften Schnapphakenkopf 13 auf. Das zumindest eine zweite Verbindungselement 10 ist hier als ein starres Verriegelungselement 14 mit einem Hinterschnitt 15 ausgebildet. Die Verriegelungselemente 14 sind hier einteilig mit der Schutzkappe 7 ausgebildet, welche eine Deckfläche 16 und einen Kragen 17 aufweist. Innerhalb des Kragens 17 sind die Verriegelungselemente 14 an der Deckfläche 16 in Richtung der Gehäusewand 2 abstehend angeordnet. Es könnte aber auch sein, dass die ersten Verbindungselemente 9 als die starren Verrieglungselemente 14 und die zweiten Verbindungselemente 10 als die elastischen Schnapphakenelemente 12 ausgebildet sind. In diesem Hinterschnitt 15 wird der Schnapphakenkopf 13 angeordnet. Dabei umgibt der Kragen 17 die miteinander verbundenen Verbindungselemente 9, 10. Die Schnapphakenelemente 12 sind hier an einem Träger 18 der Halteeinrichtung 8 angeordnet, welcher an der Außenseite der Gehäusewand 2 angeordnet ist und welcher hier zugleich das Entgasungselement 6 trägt.
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Wenn nun das Heißgas, wie in 2 gezeigt, über die durch das geberstete Entgasungselement 6 freigegebene Entgasungsöffnung 4 entweicht und einen Druck 19 auf die Schutzkappe 7 ausübt, so löst sich die Verbindung zwischen der Schutzkappe 7 und der Gehäusewand 2 und die Schutzkappe 7 wird vollständig von der Entgasungsöffnung 4 entfernt. So kann das Heißgas zuverlässig aus dem Innenraum 3 in die Umgebung 5 entweichen. Die durch die Halteeinrichtung 8 bereitgestellte Verbindung ist also durch das Heißgas, nicht aber durch Umwelteinflüsse, lösbar, sodass die Schutzkappe 7 einerseits das Auslassen von Heißgas zuverlässig ermöglicht und andererseits das Entgasungselement 6 zuverlässig vor Umwelteinflüssen schützt.
