DE102021123433A1

DE102021123433A1 - Elektronikvorrichtung für ein Kraftfahrzeug sowie Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102021123433A1
Application number: DE102021123433.6A
Authority: DE
Inventors: Dirk Bäder; Michael Grabowski
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2021-09-10
Filing date: 2021-09-10
Publication date: 2023-03-16
Also published as: CN115799707A; US20230085184A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Elektronikvorrichtung (1), deren Elektronikkomponente (12) mithilfe einer Flüssigkeitsabsorptionseinheit (21) vor einem Überhitzen geschützt werden soll. Dazu ist die Elektronikkomponente (12) gemeinsam mit einer Flüssigkeitsabsorptionseinheit (21) in eine Gehäuseeinrichtung (11) integriert. Die Flüssigkeitsabsorptionseinheit (21) umfasst ein superabsorbierendes Material (22), das bei Kontakt mit einer eindringenden Flüssigkeit (32) diese aufnimmt und die Elektronikkomponente (12) dabei zumindest teilweise umschließt. Das superabsorbierende Material (22) ist so gewählt, dass es auch im vollgesogenen Zustand mit der Flüssigkeit (32) elektrisch isolierend ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Elektronikvorrichtung für ein Kraftfahrzeug. Die Erfindung betrifft auch ein Kraftfahrzeug mit einer entsprechenden Elektronikvorrichtung. Die Elektronikvorrichtung weist eine Gehäuseeinrichtung und wenigstens eine Elektronikkomponente auf, welche in der Gehäuseeinrichtung angeordnet ist. Die Gehäuseeinrichtung weist wenigstens eine Öffnung zum Eindringen einer Flüssigkeit auf. Zum Aufnehmen der Flüssigkeit umfasst die Elektronikvorrichtung eine Schutzeinrichtung mit einer Flüssigkeitsabsorptionseinheit für die wenigstens eine Elektronikkomponente. Die Flüssigkeitsabsorptionseinheit ist in die Gehäuseeinrichtung integriert ist und weist ein superabsorbierendes Material auf, welches ausgebildet ist, die eindringende Flüssigkeit bei Kontakt aufzunehmen.
Eine solche Elektronikvorrichtung kann zum Beispiel eine Antriebs- oder Traktionsbatterie, also eine sogenannte Hochvolt-Batterie für ein Elektro- oder Hybridfahrzeug sein. Die Gehäuseeinrichtung kann entsprechend ein Batteriegehäuse oder ein sogenannter Batteriekasten sein. Die jeweilige Elektronikkomponente kann zum Beispiel eine Batteriezelle oder ein Batteriemodul sein.
Aufgrund von Alterungsprozessen oder mechanischem Stress kann es passieren, dass aus einer Batteriezelle eine Batteriesäure oder ein Elektrolyt austritt. Die Zelle läuft aus. Die auslaufende Flüssigkeit kann das Batteriegehäuse beschädigen. Zudem kann die Flüssigkeit über undichte Stellen, also eine Öffnungen im Batteriegehäuse austreten und so zum Beispiel umliegende Komponenten beschädigen.
Um dies zu vermeiden, ist in der DE 103 91 977 B4 eine mehrschichtige Hülle aus saugfähigem Material für eine Batterie offenbart. Die erste Schicht weist dabei eine hohe Sauggeschwindigkeit für die Batterieflüssigkeit auf und die zweite Schicht ist für eine hohe Speicherkapazität der Batterieflüssigkeit ausgelegt.
Ein ähnliches Prinzip ist aus der WO 2007/106420 A2 beispielsweise für ein Gehäuse einer Brennstoffzelle bekannt. In das Gehäuse ist ein flüssigkeitsbindendes oder flüssigkeitsabsorbierendes Material eingebaut. Dadurch ist eine auslaufsichere Brennstoffzelle realisiert, bei der ein flüssiger Brennstoff und ein flüssiges Elektrolyt im Gehäuse gehalten werden können.
Neben dem Austreten von Flüssigkeit aus dem Gehäuse kann es auch zum Eindringen von Flüssigkeit in das Gehäuse kommen. Zum Beispiel kann das Eindringen von Flüssigkeit bewusst oder absichtlich über eine eingefügte Öffnung im Gehäuse begünstigt werden.
Dazu ist aus der EP 2 843 727 B1 zum Beispiel eine Batterievorrichtung bekannt, bei der eine solche Öffnung zum Befüllen des Batteriegehäuses mit Wasser bereitgestellt ist. Ziel ist es, im Defektfall oder Crashfall eine Schnellentladung der Batteriezellen durchzuführen. Dazu wird in das Gehäuse ein elektrisch leitfähiges Superabsorber-Polymer eingebracht, welches das Wasser aufnimmt oder aufsaugt. Dabei wandelt sich das Superabsorber-Polymer in eine gelartige Masse um und dehnt sich aus, sodass ein elektrisch leitfähiger Kontakt zwischen einem Anschluss der Batteriezelle und dem Gehäuse entsteht. Die Batterie kann schnellentladen werden. Hierdurch ergibt sich allerdings der Nachteil, dass zumindest kurzfristig ein hoher elektrischer Strom fließt.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Möglichkeit zum Schutz einer Elektronikvorrichtung für ein Kraftfahrzeug bereitzustellen, um im Defektfall eine Handhabung der Elektronikvorrichtung zu verbessern.
Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den unabhängigen Patentansprüchen, der Beschreibung und den Figuren offenbart.
Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass es zum Beispiel im Defektfall einer Hochvolt-Batterie zu einer Überhitzung und dadurch zum Beispiel zum Havarieren der einzelnen Batteriezellen kommen kann. Im schlimmsten Fall kann die Hochvolt-Batterie sogar in Brand geraten. Zum Kühlen der Batteriezelle oder zum Löschen der Batterie kann zum Beispiel Wasser in das Batteriegehäuse eingefüllt werden. Wasser, insbesondere Wassermoleküle können aufgrund ihrer hohen Wärmekapazität und einer Verdunstungsenthalpie eine hohe Kühlwirkung entfalten. Um die Kühlwirkung effektiv nutzen zu können, sollte das Wasser sich analog eines Mantels oder einer Hülle um den Brand- oder Hitzeherd legen.
In der Praxis stellt ein solcher „Wassermantel“ für eine Batteriezelle eine Herausforderung dar. Denn das Batteriegehäuse ist in der Regel nicht abdichtend gegenüber Flüssigkeiten und weist zum Beispiel eine Öffnung oder Leckstelle auf. Eine solche Öffnung kann zum Beispiel ein Druckausgleichselement, ein defektes Dichtungselemente oder zum Beispiel ein aufgrund des Batteriebrands verursachter Leitungsbruch sein. Somit läuft Wasser der Schwerkraft folgend aus dem Gehäuse aus. Der Wassermantel und somit ein vollgefüllter Wasserstand im Batteriegehäuse könnte somit nur aufrecht erhalten werden, wenn in verschwenderischer Weise ständig Wasser nachgefüllt oder das Batteriegehäuse mit hohen Kosten und Materialaufwand auch für Extremfälle, wie beispielsweise einen Batteriebrand, vollständig abdichtend ausgeführt wird. Analog kann dies beispielweise auch für andere elektronische Baugruppen eines Kraftfahrzeugs, wie zum Beispiel ein Steuergerät, gelten.
Um solche kostenintensiven und aufwendigen Umsetzungsmöglichkeiten zu vermeiden, ist in der Erfindung sozusagen eine Ummantelung für die betroffene Elektronikkomponente, also zum Beispiel die Batteriezelle vorgesehen. Die Erfindung schlägt dazu eine Elektronikvorrichtung für ein Kraftfahrzeug vor. Die Elektronikvorrichtung weist eine Gehäuseeinrichtung und wenigstens eine Elektronikkomponente auf, welche in der Gehäuseeinrichtung angeordnet ist. Die Elektronikkomponente ist somit in einen Volumenraum oder Rauminhalt der Gehäuseeinrichtung eingebracht. Anders ausgedrückt, bildet die Gehäuseeinrichtung eine Schale oder Wanne oder Truhe für die Elektronikkomponente und kann diese vollständig oder teilweise umschließen.
Die Gehäuseeinrichtung weist wenigstens eine Öffnung zum Eindringen einer Flüssigkeit auf. Bei der Öffnung kann es sich zum Beispiel um eine künstliche Öffnung handeln. Mit künstlich ist vorliegend gemeint, dass die Öffnung bewusst oder absichtlich in die Gehäuseeinrichtung, also das Gehäuse, eingefügt wurde. So kann zum Beispiel kann in eine Gehäusewand oder eine oder mehrere Aussparungen oder Löcher eingelassen sein. Die Öffnung kann eingebohrt oder eingestanzt werden oder es kann eine entsprechende Gussform für das Gehäuse genutzt werden. Zusätzlich oder alternativ kann zum Beispiel zumindest eine Gehäusewand, also eine Wandfläche, oder ein Wandflächenabschnitt durch ein poröses oder durchlässiges Material ersetzt werden. Im Gegensatz zu einer künstlichen Öffnung kann die Öffnung beispielsweise natürlichen Ursprungs sein und sich zum Beispiel aufgrund von Materialeigenschaften des Gehäuses ergeben. So kann die Öffnung etwa eine Leckstelle aufgrund der Alterung von Dichtstoffen oder Dichtlinien sein. Zusätzlich oder alternativ kann die Öffnungen zum Beispiel an Grenzflächen oder Verbindungsstellen von zwei aneinandergrenzenden Bauteilen sein. Solche undichten Stellen können zum Beispiel beim Schweißen oder Verschrauben oder Verkleben, entstehen.
Die Elektronikvorrichtung weist zudem eine Schutzeinrichtung mit einer Flüssigkeitsabsorptionseinheit auf. Die Flüssigkeitsabsorptionseinheit ist dabei zusammen mit der wenigstens einen Elektronikkomponente in die Gehäuseeinrichtung integriert und weist ein superabsorbierendes Material auf. Mit einem superabsorbierenden Material ist ein sogenannter Superabsorber gemeint. Das superabsorbierende Material ist ausgebildet, bei Kontakt mit der eindringenden Flüssigkeit diese aufzunehmen und insbesondere zu halten. Die Flüssigkeit wird somit von dem superabsorbierenden Material gebunden. Das Binden oder Halten kann in der Regel solange erfolgen, wie sich die Flüssigkeit in ihrem flüssigen Aggregatszustand befindet. Verdampft die Flüssigkeit, zum Beispiel aufgrund von Erwärmung, können die Flüssigkeitsmoleküle in Gasform (gasförmiger Aggregatszustand) aus dem superabsorbierenden Material freigegeben werden.
Damit das superabsorbierende Material zum Beispiel elektrisch nicht mit der jeweiligen Elektronikkomponente zusammenwirkt, ist das superabsorbierende Material elektrisch isolierend ausgebildet. Das superabsorbierende Material ist somit ein Nichtleiter oder Isolator. Dabei kann das superabsorbierende Material die isolierenden Eigenschaften auch im teilweise oder vollständig vollgesogenen Zustand, also im gesättigten Zustand mit der Flüssigkeit, ausüben. Als nicht-leitendes superabsorbierendes Material eignet sich beispielsweise Kieselsäure.
Nimmt das superabsorbierende Material die Flüssigkeit auf, erfährt es eine Volumenvergrößerung. Anders ausgedrückt, ist die Flüssigkeitsabsorptionseinheit durch das superabsorbierende Material dazu ausgebildet, im aufgenommenen Zustand der Flüssigkeit, die wenigstens eine Elektronikkomponente zumindest teilweise zu umschließen, also zu ummanteln oder zu umhüllen. Dabei kann die Menge oder das Volumen der Flüssigkeit eine Rolle spielen. Präziser kann somit gesagt werden, dass die Flüssigkeitsabsorptionseinheit im aufgenommenen Zustand einer vorgebebenen Menge oder eines vorgegebenen Volumen der Flüssigkeit, die jeweilige Elektronikkomponente vollständig oder teilweise zu umschließen.
Somit kann der zuvor beschriebene Wassermantel um die jeweilige Elektronikkomponente realisiert werden. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass die Komponente effektiv gekühlt werden kann, ohne dass das kühlende Medium, nämlich die im Superabsorber gebundene Flüssigkeit, einen Einfluss auf die elektrischen Eigenschaften der Elektronikkomponente und der Elektronikvorrichtung hat. Es wird somit zum Beispiel ein Entladen der Elektronikkomponente über das Gehäuse und dadurch eine weitere Erwärmung vermieden werden. In einem Defektfall, also zum Beispiel bei einem übermäßigen Erhitzen oder bei einem Batteriebrand, kann die Handhabung der Elektronikvorrichtung dadurch verbessert werden. Zum Beispiel kann eine Betriebssicherheit erhöht werden. Als zusätzlicher Vorteil ergibt sich, dass die Elektronikkomponente, ohne dass ein Defekt vorliegt, zum Beispiel vor natürlich eintretender Flüssigkeit, wie zum Beispiel Regen oder Kondenswasser, geschützt werden kann. Somit kann zum Beispiel ein Kurzschluss oder eine Korrosion von elektrischen Anschlüssen vermieden werden.
Die Gehäuseeinrichtung der Elektronikvorrichtung kann zum Beispiel von einem Batteriegehäuse einer Antriebsbatterie für ein Kraftfahrzeug bereitgestellt sein. Entsprechend kann die Elektronikkomponente beispielsweise eine Batteriezelle oder ein Batteriemodul der Antriebsbatterie sein. Somit kann der Elektronikvorrichtung eine Antriebsbatterie oder Hochvolt-Batterie als eine elektronische Baugruppe zugeordnet sein. Alternativ kann die Gehäuseeinrichtung ein vorgegebenes Komponentengehäuse für ein elektronisches Gerät des Kraftfahrzeugs sein, zum Beispiel für ein Steuergerät oder ein Batteriemanagementsystem. Entsprechend kann die Elektronikkomponente zum Beispiel ein Mikrocontroller oder ein integrierter Schaltkreis oder ein vorgegebenes elektronisches Bauteil sein. Somit kann der Elektronikvorrichtung ein elektronisches Gerät als eine elektronische Baugruppe zugeordnet sein.
Insgesamt kann die Elektronikvorrichtung mit der zugeordneten elektronischen Baugruppe auch als Elektronikschutzvorrichtung für die elektronische Baugruppe eines Kraftfahrzeugs bezeichnet werden, wobei die elektronische Baugruppe die Gehäuseeinrichtung und die wenigstens eine Elektronikkomponente umfasst.
Die genannte Öffnung in der Gehäuseeinrichtung ist zum Beispiel in einer Wirkrichtung der Schwerkraft oder Gravitation vor der wenigstens einen Elektronikkomponente angeordnet. Zum Beispiel kann die jeweilige Öffnung somit in einem Deckel des Gehäuses integriert sein. Alternativ oder zusätzlich kann die wenigstens eine Öffnung zum Beispiel seitlich, also in Wirkrichtung der Schwerkraft, neben der Elektronikkomponente in das Gehäuse integriert sein. Eine andere Möglichkeit ist es, die wenigstens eine Öffnung in Wirkrichtung der Schwerkraft nach der Elektronikkomponente in der Gehäuseeinrichtung zu integrieren. Somit kann die jeweilige Öffnung zum Beispiel an einem Boden oder einer unteren Schale des Gehäuses angeordnet sein.
Neben dem elektrisch isolierenden Superabsorber kann beispielsweise auch eine elektrisch isolierende Flüssigkeit bereitgestellt werden. Selbst wenn der Superabsorber mit der Flüssigkeit übersättigt ist, kann somit eine elektrische Leitung zwischen Elektronikkomponente und Gehäuse vermieden werden. Mit elektrisch isolierend ist vorliegend gemeint, dass im Wesentliche kein Stromfluss durch das jeweilige Medium möglich ist. Das heißt, das jeweilige Medium stellt einen hohen elektrischen Widerstand für den elektrischen Strom bereit, sodass höchstens ein vernachlässigbar geringer Stromfluss vorliegt. Zusätzlich oder alternativ kann die Flüssigkeit kann eine Wärmekapazität größer als ein vorgegebener Grenzwert aufweisen. Der Grenzwert kann beispielsweise bei 500 J/kg·K oder 1000 J/kg·K liegen, oder zum Beispiel mehr als 2000 J/kg K, zum Beispiel 2500 J/kg K oder 3000 J/kg K betragen. Somit weist die Flüssigkeit eine gute thermische Leitfähigkeit auf. Das heißt, die Flüssigkeit eignet sich sehr gut zum Kühlen der Elektronikvorrichtung.
Die Flüssigkeit kann zum Beispiel von fahrzeugextern bereitgestellt oder zugeführt werden. Zum Beispiel kann die Flüssigkeit beim Löschen durch die Feuerwehr bereitgestellt werden. Alternativ kann die Flüssigkeit von fahrzeugintern, also von einem dem Kraftfahrzeug zugeordneten oder in das Kraftfahrzeug integrierte System bereitgestellt werden. Auf verschiedene Möglichkeiten zum Bereitstellen der Flüssigkeit wird später noch näher eingegangen.
Die Erfindung umfasst auch Ausführungsformen, durch die sich zusätzliche Vorteile ergeben.
In einer Ausführungsform weist die Schutzeinrichtung eine Überwachungseinheit zum Überwachen einer Temperatur der wenigstens einen Elektronikkomponente auf. Die Überwachungseinheit ist ausgebildet, bei Detektion einer vorgegebenen Temperaturüberschreitung ein Steuersignal zum Anfordern der Flüssigkeit bereitzustellen. Es geht also darum, dass die Flüssigkeit zum Kühlen, also zur Wärmeabfuhr, der Elektronikkomponente im Defektfall aktiv angefordert werden kann. Mit Defektfall ist vorliegend die detektierte Temperaturüberschreitung gemeint. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass möglichst frühzeitig erkannt werden kann, dass sich die Elektronikkomponente in einem kritischen Zustand der Überhitzung befindet und abgekühlt werden soll.
Um die Temperaturüberschreitung zu detektieren, kann die Überwachungseinheit zum Beispiel einen Temperatursensor und ein Steuergerät umfassen. Mit dem Temperatursensor kann die Temperatur der Elektronikvorrichtung oder der jeweiligen Elektronikkomponente direkt erfasst und zum Vergleichen mit einem vorgegebenen Temperaturgrenzwert an das Steuergerät übermittelt werden. Liegt die gemessene Temperatur über dem Temperaturgrenzwert, kann von dem Steuergerät die Temperaturüberschreitung bestimmt und entsprechend das Steuersignal zum Anfordern der Flüssigkeit erzeugt und ausgesendet werden. Alternativ kann die Temperatur der Elektronikkomponente zum Beispiel indirekt überwacht werden. Dazu kann zum Beispiel ein Strom- oder Spannungssensor eingesetzt werden. Die Temperatur kann dann zum Beispiel über einen vorgegebenen Zusammenhang zwischen einer gemessenen Stromstärke oder einer gemessenen Spannung oder einem ermittelten Widerstand der Elektronikkomponente bestimmt werden.
In den folgenden Ausführungsformen geht es darum, wie die Flüssigkeit zum Absorbieren durch das superabsorbierende Material der Flüssigkeitsabsorptionseinheit zum Beispiel auf das vorgenannte Steuersignal hin an die Elektronikvorrichtung bereitgestellt werden kann.
Dazu ist in einer Ausführungsform vorgesehen, dass der Elektronikvorrichtung eine Flüssigkeitsspeichereinrichtung für das Kraftfahrzeug zugeordnet ist. Die Flüssigkeitsspeichereinrichtung umfasst ein Reservoir zum Aufnehmen der Flüssigkeit und einen Bereitstellmechanismus. Der Bereitstellmechanismus ist ausgebildet, bei Ansteuerung mittels eines Steuersignals die Flüssigkeit aus dem Reservoir über die wenigstens eine Öffnung an die Gehäuseeinrichtung bereitzustellen. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass die Elektronikvorrichtung selbst auf die Flüssigkeit zugreifen kann. Es braucht also zum Beispiel nicht auf eine Zufuhr von fahrzeugextern, also außerhalb des Kraftfahrzeugs, gewartet werden, um im Defektfall die Elektronikkomponente(n) zu kühlen.
Das genannte Reservoir der Flüssigkeitsspeichereinrichtung kann zum Beispiel ein Tank oder ein Behälter oder ein Becken zum Befüllen mit der Flüssigkeit sein. Dieser kann zum Beispiel über den Bereitstellmechanismus mit der Öffnung in der Gehäuseeinrichtung verbunden sein. Der Bereitstellmechanismus kann dazu zum Beispiel ein entsprechendes Rohr- oder Leitungs- oder Strömungskanalsystem umfassen. Um das Zuführen oder Bereitstellen der Flüssigkeit gezielt steuern zu können, kann der Bereitstellmechanismus ein oder mehrere Verschlusselemente oder Absperrelemente mit einer entsprechenden Steuerelektronik umfassen. Durch Ansteuern der Steuerelektronik mit dem vorgenannten Steuersignal kann das jeweilige Verschlusselement geöffnet und geschlossen werden, um so einen Flüssigkeitsstrom von dem Reservoir zu der Gehäuseeinrichtung zuzulassen oder zu unterbrechen. Zum Beispiel kann das jeweilige Verschlusselement als Ventil oder Absperrorgan realisiert sein.
Gemäß einer ersten Variante einer weiteren Ausführungsform ist die Flüssigkeitsspeichereinrichtung einer Scheibenwischanlage des Kraftfahrzeugs zugeordnet. Die bereitzustellende Flüssigkeit ist somit eine Wischwasserlösung, die aus einem Wischwassertank als Reservoir bereitstellbar ist.
Gemäß einer zweiten Variante der weiteren Ausführungsform ist die Flüssigkeitsspeichereinrichtung einem Kühlflüssigkeitssystem des Kraftfahrzeugs zugeordnet. Die bereitzustellende Flüssigkeit ist somit eine Kühlflüssigkeit, welche aus einem Kühlflüssigkeitsbehälter oder Tank als Reservoir bereitstellbar ist. Bei dem Kühlflüssigkeitssystem kann es sich zum Beispiel um ein bestehendes Kühlflüssigkeitssystem für eine Antriebsbatterie des Kraftfahrzeugs handeln. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass bestehende Systeme in einem Kraftfahrzeug genutzt werden können, um die Flüssigkeit zum Absorbieren durch die Flüssigkeitsabsorptionseinheit bereitzustellen. Es wird somit eine bestehende fahrzeuginterne Flüssigkeitsspeichereinrichtung genutzt.
Die folgenden Ausführungsformen offenbaren, wie die Flüssigkeitsabsorptionseinheit konkret ausgebildet und/oder in das Gehäuse integriert sein kann.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Flüssigkeitsabsorptionseinheit durch wenigstens ein Absorptionselement mit einem geometrischen Formkörper bereitgestellt, welcher in der Gehäuseeinrichtung zumindest zwischen einer Gehäusewandung und der wenigstens einen Elektronikkomponente einerseits und/oder zwischen zwei in der Gehäuseeinrichtung benachbart angeordneten Elektronikkomponenten andererseits angeordnet ist. Anders ausgedrückt, ist das superabsorbierende Material durch eine oder mehrere Absorptionselemente bereitgestellt, welche jeweils eine vorbestimmte geometrische Form aufweisen. Das oder die Absorptionselemente können dabei in einem jeweiligen Zwischenraum in der Gehäuseeinrichtung angeordnet sein, und zwar derart, dass bei Absorption der Flüssigkeit ein Kontakt zu der jeweiligen Elektronikkomponente und somit die vollständige oder teilweise Ummantelung erfolgen kann.
Mit Gehäusewandung ist vorliegend neben einer Seitenwand zum Beispiel auch eine Boden- oder Deckenfläche, also ein Boden oder ein Deckel der Gehäuseeinrichtung, gemeint. Somit kann zum Beispiel der Gehäuseboden teilweise oder vollständig mit dem oder den Absorptionselementen der Flüssigkeitsabsorptionseinheit bedeckt sein. Dazu kann die Gehäusevorrichtung zum Beispiel nach dem Bestücken mit den Elektronikkomponenten einfach mit den Absorptionselementen aufgefüllt werden, bis der Gehäuseboden bedeckt ist. Alternativ kann die Befüllung zum Beispiel so erfolgen, dass zusätzlich auch Absorptionselemente in den Zwischenräumen zwischen benachbarten Elektronikkomponenten abgelagert sind. Es wäre zusätzlich oder alternativ auch denkbar, die Gehäusewandungen vollständig oder teilweise mit dem wenigstens einen Absorptionselement zu beschichten. Mit Beschichten ist insbesondere gemeint, dass das jeweilige Absorptionselement selbstständig an der jeweiligen Gehäusewandung haftet. Es ist zum Beispiel auch denkbar, mit dem jeweiligen Absorptionselement zum Beispiel Fugen oder notwendige Öffnungen zum Durchführen von Kabeln sozusagen flüssigkeitsdicht mit dem jeweiligen Absorptionselement zu verschließen. Ausgenommen von der Anordnung von dem jeweiligen Absorptionselement können zum Beispiel Kontaktflächen für eine elektrische oder mechanische Kontaktierung zum Beispiel zwischen der Gehäuseeinrichtung und der jeweiligen Elektronikkomponente sein.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform liegt der geometrische Formkörper in folgenden verschiedenen Varianten vor, und zwar als:

- ein Granulat, oder
- eine Platte, oder
- eine Folie, oder
- eine Stange, oder
- eine vorgegebene geometrische Grundform, oder
- ein einzelner Faden oder eine einzelne Faser, oder
- ein Fadenverbund oder ein Faserverbund, welcher ein Gewebe, also einen Gewebestoff oder ein loses Volumengefüge bildet.

Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass die geometrische Form des Formkörpers an die Gegebenheiten und insbesondere die geometrische Ausgestaltung der Elektronikvorrichtung, wie zum Beispiel die Anordnung der Elektronikkomponenten in der Gehäuseeinrichtung, angepasst werden kann.
Mit Granulat ist vorliegend zum Beispiel ein im Wesentlichen kugelförmiges Element gemeint, dessen Abmessungen oder Durchmesser zum Beispiel im Bereich von 0,5 bis 3 Millimeter liegen kann. Durch Nutzung von Granulat als superabsorbierendes Material in einem Absorptionselement ergibt sich der Vorteil, dass zum Beispiel eine besonders hohe Oberflächenstruktur und somit eine besonders effektive Absorption von Wasser erfolgen kann. Analog gilt dies zum Beispiel auch für die Ausgestaltung des Formkörpers als Gewebe oder loses Volumengefüge. Das lose Volumengefüge kann zum Beispiel als Watte bezeichnet werden.
Mit Platte ist vorliegend ein in einer Ebene ausgebreiteter Formkörper gemeint. Das heißt, eine Länge und Breite des Formkörpers kann sehr viel größer sein als eine Dicke oder Höhe. Dabei ist die Dicke jedoch derart gewählt, dass die Platte in einem unbelasteten Zustand, also ohne Krafteinwirkung, formstabil ist. Bei einer Batteriezelle oder einem Batteriemodul als Elektronikkomponente kann eine Länge und Breite der Platte zum Beispiel an eine Abmessung der Zelle oder des Moduls angepasst sein. Die Platte kann zum Beispiel als Zelltrennelement dienen. Mit einer jeweiligen Platte als Formkörper kann zum Beispiel ein Stapel von einem oder mehreren Elektronikkomponenten mit jeweils einem oder mehreren Absorptionselementen realisiert sein. In dem Stapel wechseln sich dabei Absorptionselement und Elektronikkomponente ab. Somit grenzt jede Elektronikkomponente an zwei gegenüberliegenden Seiten an einem jeweiligen Absorptionselement an. Somit kann die Platte zur Stabilisierung der jeweiligen Elektronikkomponente in der Gehäuseeinrichtung genutzt werden. Eine solche Platte kann auch als Scheibe bezeichnet werden.
Analog zur der Platte ist auch mit einer Folie im vorliegenden Sinn ein in einer Ebene ausgebreiteter Formkörper gemeint. Das heißt, eine Länge und Breite des Formkörpers kann sehr viel größer sein als eine Dicke oder Höhe. Dabei ist die Dicke jedoch derart gewählt, dass die Folie in einem unbelasteten Zustand, also ohne Krafteinwirkung, nicht formstabil, also verformbar, ist. Eine solche Folie eignet sich zum Beispiel besonders gut zum Beschichten der Gehäusewandung oder der Elektronikkomponente.
Mit einer Stange ist vorliegend ein länglicher Formkörper gemeint. Das heißt, eine Dicke oder Höhe des Formkörpers kann sehr viel größer sein als eine Länge und Breite. Die Stange kann zum Beispiel als zylinderförmiger Stab oder Stab mit einem quadratischen Querschnitt ausgebildet sein.
Eine geometrische Grundform kann zum Beispiel eine Kugel, eine Pyramide oder ein Quader, wie etwa ein Würfel, sein. Natürlich sind auch andere als die genannten mathematisch geometrischen Grundformen verwendbar. Durch Ausbilden des Formkörpers in einer geometrischen Grundform ergibt sich der Vorteil, dass beispielsweise mehrere solcher Formkörper zu einer beliebigen neuen geometrischen Form zusammengesetzt, gesteckt oder gestapelt werden können.
Der jeweilige Formkörper kann zum Beispiel als ein Vollmaterial, also ein Massivkörper, oder als ein Hohlkörper vorliegen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist der geometrische Formkörper eine poröse oder perforierte Struktur auf. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass insbesondere bei kompakten Formkörpern, wie zum Beispiel der Platte oder Folie oder Stange oder der geometrischen Grundform, die Oberflächenstruktur vergrößert und somit die Absorptionsfähigkeit verbessert werden kann. Mit porös oder perforiert ist insbesondere gemeint, dass der geometrische Formkörper zum Beispiel eine Vielzahl von Perforationslöchern oder Öffnungen aufweisen kann. Diese Löcher können zum Beispiel einen Durchmesser von wenigen Mikrometern hin zu wenigen Millimetern, zum Beispiel einen Durchmesser von einem Millimeter, aufweisen. Die Perforationslöcher sind dabei zum Beispiel unspezifisch oder ungeordnet, also beliebig oder zufällig in dem Material des Formkörpers verteilt.
Um für verschiedene Bereiche in der Gehäuseeinrichtung eine optimale Flüssigkeitsabsorption zu gewährleisten, kann die Flüssigkeitsabsorptionseinheit zum Beispiel mehrere verschiedene Absorptionselemente mit jeweils unterschiedlichen Formkörperstrukturen aufweisen. So können zum Beispiel Fugen oder notwendige Öffnungen der Gehäuseeinrichtung oder die Innenwandungen zum Beispiel mit einer Folie als Absorptionselement beschichtet sein, während die vorgenannten Zwischenräume mit einem Granulat aufgefüllt sind.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind in dem Formkörper mehrere Strömungskanäle zum Transportieren der Flüssigkeit in unterschiedlichen Schichten des Formkörpers und/oder vollständig durch den Formkörper hindurch eingelassen. Hierbei ergibt sich insbesondere bei der Umsetzung des jeweiligen Absorptionselements durch einen soliden Festkörper der Vorteil, dass die Flüssigkeit auch ins Innere des Formkörpers transportiert werden kann. Somit können die Absorptionseigenschaften des jeweiligen Absorptionselements verbessert werden. Im Gegensatz zu der porösen Struktur kann somit eine gezielte Führung für die Flüssigkeit realisiert werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Elektronikvorrichtung eine Batterieanordnung, also beispielsweise eine Antriebsbatterie oder Starterbatterie, für ein Kraftfahrzeug auf. Dabei sind die Gehäuseeinrichtung der Elektronikvorrichtung mittels eines Batteriegehäuses der Batterieanordnung und die Elektronikkomponente der Elektronikvorrichtung mittels eines Batterieelements der Batterieanordnung bereitgestellt. Die Batterieanordnung kann zum Beispiel eine Antriebsbatterie oder eine Starterbatterie des Kraftfahrzeugs sein. Es kann sich somit zum Beispiel um eine Hochvolt-Batterie oder Niedervolt-Batterie handeln. Das Batteriegehäuse kann zum Beispiel eine Batteriewanne oder ein Modulgehäuse für ein Batteriezellenmodul sein. Das Batterieelement kann zum Beispiel eine einzelne Batteriezelle oder ein Batteriemodul aus mehreren Batteriezellen sein.
Anstelle der Batterieanordnung kann die Elektronikvorrichtung zum Beispiel auch für ein Steuergerät oder Steuersystem, wie zum Beispiel ein Batteriemanagementsystem, eingesetzt werden.
Die Erfindung betrifft auch ein Kraftfahrzeug mit einer Elektronikvorrichtung, wie sie zuvor beschrieben wurde. Das Kraftfahrzeug ist beispielsweise als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen oder Lastkraftwagen, oder als Personenbus oder Motorrad ausgestaltet.
Die Erfindung umfasst auch die Kombinationen der Merkmale der beschriebenen Ausführungsformen. Die Erfindung umfasst also auch Realisierungen, die jeweils eine Kombination der Merkmale mehrerer der beschriebenen Ausführungsformen aufweisen, sofern die Ausführungsformen nicht als sich gegenseitig ausschließend beschrieben wurden.
Im Folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt:

1 eine schematische Darstellung einer Elektronikvorrichtung, die zum Schützen vor Flüssigkeitseintritt und/oder Kühlen einer Elektronikkomponente ein superabsorbierendes Material umfasst;
2a eine schematische Darstellung einer ersten Ausgestaltungsmöglichkeit des superabsorbierenden Materials als Granulat;
2b eine schematische Darstellung einer ersten Ausgestaltungsmöglichkeit des superabsorbierenden Materials als Quader;
2c eine schematische Darstellung einer ersten Ausgestaltungsmöglichkeit des superabsorbierenden Materials in Form einer Stange; und
2d eine schematische Darstellung einer ersten Ausgestaltungsmöglichkeit des superabsorbierenden Materials in Form einer Platte.

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.
In batteriebetriebenen Kraftfahrzeugen (BEV - battery electric vehicle), wie zum Beispiel Elektro- oder Hybridfahrzeugen, kann eine sogenannte Hochvolt-Batterie als Antriebsbatterie eingesetzt werden. Eine solche Hochvolt-Batterie, im Folgenden auch Batterie genannt, ist zum Beispiel aus einem Batteriegehäuse, im Folgenden auch Gehäuse, mit mehreren Batteriemodulen aufgebaut. Mit Batteriemodul ist vorliegend eine geeignete elektrische Verschaltung von einer oder mehreren Batteriezellen gemeint, die gemeinsam in ein Modulgehäuse eingebaut sind. Durch einen Defekt des Batteriemoduls, wie zum Beispiel einem Kurzschluss der einzelnen Zellen, oder aufgrund von Alterungsprozessen kann das Batteriemodul beeinträchtigt werden. Dabei kann sich das Batteriemodul zum Beispiel erwärmen und im schlimmsten Fall überhitzen und havarieren. Dadurch können auch andere Batteriemodule der Hochvolt-Batterie in einer Kettenreaktion beeinflusst werden, sodass im schlimmsten Fall ein Batteriebrand entsteht.
Um ein solches thermisches Durchgehen, also das Überhitzen der Batterie oder deren Komponenten, zu vermeiden, ist, wie in 1 gezeigt, eine Elektronikvorrichtung 1 oder Elektronikschutzvorrichtung für die Batterie vorgeschlagen. Die Elektronikvorrichtung 1 gemäß 1 umfasst neben der Batterie 10 eine Schutzeinrichtung 20 und eine Flüssigkeitsspeichereinrichtung 30.
Die Batterie 10 ist in 1 schematisch in einer Schnittansicht aus einer seitlichen Perspektive dargestellt. Die Batterie 10 umfasst dabei ein Gehäuse 11 als eine Gehäuseeinrichtung und beispielhaft drei Batteriemodule 12 als Elektronikkomponenten oder Batterieelemente. Das Gehäuse 11 ist vorliegend in einer rechteckigen Form dargestellt. Entsprechend umfasst das Gehäuse 11 vorliegend beispielhaft vier Gehäusewandungen 11a, 11b, 11c, 11d. In einer bestimmungsgemäßen Einbaulage der Batterie 10 in einem Kraftfahrzeug können die Wände 11 a und 11c zum Beispiel einen Deckel und einen Boden des Batteriegehäuses 11 ausbilden. Die Gehäusewandungen 11b und 11d sind entsprechend als Seitenwände des Gehäuses 11 ausgebildet. In dem Gehäuse 11 sind die Batteriemodule 12 integriert. Vorliegend sind beispielhaft drei Batteriemodule 12 dargestellt, wobei die Batterie 10 natürlich auch aus mehr oder weniger Batteriemodulen 12 aufgebaut sein kann. In 1 sind die Batteriemodule beispielhaft in prismatischer Form dargestellt. Natürlich können die Batteriemodule zum Beispiel zylindrisch oder in einem sogenannten Pouch-Format vorliegen.
Die Batteriemodule 12 sind in dem Gehäuse gemäß 1 nebeneinander gestapelt angeordnet. Eine Stapelrichtung erstreckt sich dabei entlang einer Fläche des Gehäusebodens 11c. Zum Befestigen in dem Gehäuse 11 sind die Module 12 zum Beispiel an der Bodenfläche 11 c, wie in 1 gezeigt, angebracht oder befestigt. Eine elektrische Kontaktierung der Module 12 untereinander oder zum Beispiel mit einem Bordnetz des Kraftfahrzeugs kann zum Beispiel am oberen Ende, also im Bereich des Gehäusedeckels 11 a oder sogar durch den Gehäusedeckel hindurch, erfolgen.
Um die Module 12 im Bedarfsfall kühlen zu können, ist die Schutzeinrichtung 20 vorgesehen. Die Schutzeinrichtung 20 umfasst eine Flüssigkeitsabsorptionseinheit 21, die in das Gehäuse 11 integriert ist. Die Flüssigkeitsabsorptionseinheit 21 weist ein superabsorbierendes Material 22, auch Superabsorber genannt, auf. Für den Superabsorber wird dabei ein Material mit elektrisch isolierenden Eigenschaften gewählt. Das superabsorbierende Material ist somit ein elektrischer Isolator oder Nichtleiter. Dazu eignet sich als Material zum Beispiel Kieselsäure. Ein solcher Superabsorber hat die Eigenschaft, bei Kontakt mit Flüssigkeit 32, wie zum Beispiel Wasser, diese aufzunehmen und zu speichern oder zu halten. Die Flüssigkeit 32 ist dann in dem superabsorbierenden Material gebunden. Das heißt, die Flüssigkeit 32 kann sich nicht frei im Gehäuse 11 bewegen oder schwappen. Beim Aufnehmen der Flüssigkeit 32 nimmt das superabsorbierende Material 22 an Volumen zu, es dehnt sich somit aus. Dabei kann eine gelartige Konsistenz entstehen, die zum Beispiel Hydrogel genannt wird.
Wie in 1 gezeigt, ist das superabsorbierende Material 22 in einem Absorptionselement mit einem vorgegebenen geometrischen Formkörper realisiert. In 1 ist der geometrische Formkörper zum Beispiel in Form eines Faden- oder Faserverbunds dargestellt, das ein loses Volumengefüge bildet. Das Absorptionselement 23 weist also eine watteähnliche Struktur auf. Alternativ sind auch andere geometrische Formen zum Realisieren des Absorptionselements 23 denkbar. Auf diese wird im späteren Verlauf noch einmal näher eingegangen.
Die Eigenschaft des superabsorbierenden Materials 22 soll nun genutzt werden, um die Batteriemodule 12 im Bedarfsfall zu kühlen. Dazu ist das Absorptionselement 23 und somit das superabsorbierende Material 22, wie in 1 gezeigt, in den Zwischenräumen des Batteriegehäuses 11 immer zwischen zwei benachbarten Batteriemodulen 12 und jeweils den Seitenwänden 11b und 11d und dem angrenzenden Batteriemodul 12 angeordnet. Als Füllhöhe für das superabsorbierende Material 22 ist in 2 beispielhaft etwa ein Drittel des Abstands zwischen Gehäuseboden 11c und Gehäusedeckel 11 a gewählt. Neben der in 1 gezeigten Möglichkeit sind natürlich auch andere Möglichkeiten zum Befüllen oder Anordnen des superabsorbierenden Materials 22 in dem Gehäuse 11 denkbar. Auf diese Möglichkeiten wird im späteren Verlauf beispielhaft noch einmal näher eingegangen.
Durch die in 1 gezeigte Anordnung des Absorptionselements 23 in dem Gehäuse 11 kann nun erreicht werden, dass sich das superabsorbierende Material 22 beim Aufnehmen der Flüssigkeit 32 und dem daraus resultierenden Ausdehnen teilweise oder vollständig um die Batteriemodule 12 legt. Die Batteriemodule 12 können somit von dem superabsorbierenden Material 22 ummantelt oder umhüllt oder umschlossen werden. Wird zudem eine Flüssigkeit 32 mit einer hohen Wärmekapazität, wie zum Beispiel Wasser, genutzt, kann so ein kühlender Wassermantel um die defekten Batteriemodule 12 gebildet werden. Die Wärme der defekten Batteriemodule kann somit über das vollgesogene superabsorbierende Material abgeführt werden. Neben der Wärmekapazität oder Wärmespeicherfähigkeit kann dabei zusätzlich auch die Energie, die zum Verdunsten der im superabsorbierenden Material eingeschlossenen Teilchen oder Moleküle benötigt wird, einen zusätzlichen Kühleffekt herbeiführen.
Ein weiterer Vorteil der Ummantelung ist, dass sich bei einer Temperaturerhöhung der des einzelnen Moduls 12 die gebundene Flüssigkeit 32 in dem Superabsorber 22 an der Kontaktfläche oder Grenzfläche zwischen jeweiligem Batteriemodul 12 und superabsorbierendem Material 22 erhitzt und dann in einen gasförmigen Zustand übergehen kann. Somit bildet sich zusätzlich eine gasförmige Schicht oder Ummantelung um die jeweilige Elektronikkomponente, was zusätzlich eine gute thermische Isolation hervorrufen kann. So kann verhindert werden, dass aufgrund der Überhitzung einer Elektronikkomponente auch andere Elektronikkomponenten in einer Kettenreaktion mitgerissen werden.
Die Füllmenge oder Füllhöhe des superabsorbierenden Materials zum Beispiel an die gewünschte Hüllfläche, um die Elektronikkomponente, also oder eine gewünschte Ummantelung angepasst sein. Das heißt, die Füllmenge wird so gewählt, dass im vollgesogenen Zustand mit einer vorgegebenen Menge an Flüssigkeit eine vorgegebene Fläche der Elektronikkomponente mit dem superabsorbierenden Material 22 bedeckt ist. Die Menge an Flüssigkeit 32, also ein Flüssigkeitsvolumen, bis zur gewünschten Ummantelung kann zum Beispiel eingestellt werden. Alternativ oder zusätzlich kann die Menge an Flüssigkeit 32 zum Beispiel durch eine Sättigung des superabsorbierenden Materials 22 vorgegeben sein.
Zum Erkennen, wann die Kühlung der Batterie 10 notwendig ist, weist die Schutzeinrichtung 20 eine Überwachungseinheit 24 auf. Mit der Überwachungseinheit 24 kann eine Temperatur der Batteriemodule 12 überwacht werden. Wird dabei eine vorgegebene Temperaturüberschreitung detektiert, kann ein Steuersignal S zum Anfordern der Flüssigkeit 32 bereitgestellt werden. Wie in 1 gezeigt, weist die Überwachungseinheit 24 dazu einen Temperatursensor 25 und ein Steuergerät 26 auf. Der Temperatursensor 25 ist in das Gehäuse 11 integriert und ausgebildet, die Temperatur im Inneren des Gehäuses und somit der Batteriemodule 12 zu überwachen. Alternativ zu der in 1 gezeigten Darstellung, kann zum Beispiel jedem Batteriemodul ein eigener Temperatursensor 25 zugeordnet sein.
Zur Temperaturüberwachung erfasst der Temperatursensor 25 einen Temperaturwert T. Diesen stellt der Temperatursensor 25 zum Auswerten an das Steuergerät 26 bereit. Das Steuergerät 26 vergleicht den gemessenen Temperaturwert T mit einem vorgegebenen Temperaturgrenzwert. Überschreitet der Temperaturwert T den Grenzwert, liegt die vorgenannte Temperaturüberschreitung vor und die Batteriemodule 12 beziehungsweise das Gehäuse 11 haben sich so weit erhitzt, dass das Kühlen notwendig ist.
Dann stellt das Steuergerät ein jeweiliges Steuersignal S an eine Flüssigkeitsspeichereinrichtung 30 bereit. Mit dem Steuersignal S wird die Flüssigkeit 32 zum Kühlen der Batterie 10 angefordert.
Zum Bereitstellen der Flüssigkeit 32, weist die Flüssigkeitsspeichereinrichtung 30 ein Reservoir 31 und einen Bereitstellmechanismus auf. In dem Reservoir 31 kann die Flüssigkeit 32 gelagert oder aufbewahrt werden. Vorliegend ist das Reservoir 31 zum Beispiel als Tank dargestellt. Um die Flüssigkeit 32 aus dem Reservoir an das superabsorbierende Material 22 weiterleiten zu können ist der Bereitstellmechanismus vorgesehen. In 1 ist dieser beispielhaft in Form einer Leitung 33 dargestellt, die in einer Öffnung 13 des Gehäuses 11 mündet.
Die Öffnung 13 ist in 1 zum Beispiel eine künstlich erzeugte Öffnung 13, die in das Gehäuse eingebracht ist. Eine Position der Öffnung 13 in dem Gehäuse kann zum Beispiel an eine Wirkrichtung G der Schwerkraft angepasst sein. Gemäß 1 wirkt die Schwerkraft in einer bestimmungemäßen Einbaulage der Batterie 10 in Richtung Boden 11c des Gehäuses 11. Die Öffnung 13 kann somit oberhalb des Bodens 11c eingebracht sein. So kann die Schwerkraft genutzt werden, um die Flüssigkeit 32 in Richtung des superabsorbierenden Materials 22 zu lenken. Vorliegend ist die Öffnung 13 beispielhaft an der Seitenwand 11d etwa in Füllhöhe des superabsorbierenden Materials 22 eingebracht. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass das Absorptionselement 23 und somit das superabsorbierende Material 22 direkt über die Öffnung 13 mit Flüssigkeit 32 versorgt werden kann. Die Flüssigkeit 32 kann somit sofort beim Eintritt in das Gehäuse 11 von dem superabsorbierenden Material gebunden werden, sodass sich keine freie Flüssigkeit in dem Gehäuse befindet. Alternativ zu der in 1 dargestellten Ausgestaltungsmöglichkeit können natürlich auch mehrere Öffnungen über das Gehäuse 11 verteilt oder an unterschiedlichen Gehäusewandungen 11a, 11b, 11c, 11d vorgesehen sein. Zum Beispiel kann für jeden Zwischenraum in dem Batteriegehäuse zwischen zwei benachbarten Batteriemodulen und/oder zwischen einem Batteriemodul 12 und der benachbarten Gehäusewandung 11b, 11d eine separate Öffnung vorgesehen sein.
Um zu verhindern, dass auch im Normalfall, also ohne dass ein Defekt oder eine Überhitzung detektiert wird, Flüssigkeit 32 von der Flüssigkeitsspeichereinrichtung 30 an die Batterie bereitgestellt wird, umfasst die Flüssigkeitsspeichereinrichtung gemäß 1 zwei Ventile als Absperrelemente 34. Diese Ventile können mit einem jeweiligen Steuersignal S, das von dem Steuergerät 26 bei detektierter Überhitzung bereitgestellt wird, angesteuert und dadurch zum Beispiel bis zum Erreichen der gewünschten Kühlwirkung oder Flüssigkeitsmenge geöffnet werden. So ist ein Flüssigkeitsstrom zwischen dem Reservoir 31 und der Öffnung 13 möglich. Durch Ansteuern der Ventile kann zum Beispiel auch eine Menge oder dein Volumen der Flüssigkeit 32 eingestellt werden. Danach können die Ventile durch eine weitere Ansteuerung wieder geschlossen werden.
Als Flüssigkeit 32 eignet sich zum Beispiel eine elektrisch im Wesentlichen nicht leitende Flüssigkeit, wie beispielsweise destilliertes Wasser.
Die Flüssigkeitsabsorptionseinrichtung 30 kann in einem Kraftfahrzeug zum Beispiel eigens für die Elektronikvorrichtung 1 eingebaut oder vorgesehen sein. Alternativ kann zum Beispiel eine Flüssigkeitsspeichereinrichtung 30, die bereits in dem Kraftfahrzeug vorhanden ist, mitgenutzt werden. Eine solche vorhandene Flüssigkeitsspeichereinrichtung 30 kann zum Beispiel durch eine Scheibenwischanlage oder ein Kühlflüssigkeitssystem realisiert sein. Als Flüssigkeit 32 wird dann zum Beispiel eine Wischwasserlösung oder eine Kühlflüssigkeit an das superabsorbierende Material 22 bereitgestellt. Somit brauchen keine zusätzlichen Bauteile in das Kraftfahrzeug integriert werden und es kann besonders schnell auf Temperaturschwankungen der Batterie 10 reagiert werden.
In den 2a bis 2d sind nun unterschiedliche Ausgestaltungsformen oder Ausführungsbeispiele für den Formkörper des Absorptionselements 23 der Flüssigkeitsabsorptionseinheit 21 dargestellt. In 2a ist die Flüssigkeitsabsorptionseinheit 21 zum Beispiel durch ein Granulat aus superabsorbierendem Material 22 realisiert. Die einzelnen Körner oder Granulatelemente sind dabei die Absorptionselemente 23 der Flüssigkeitsabsorptionseinheit 21. Wie in 2a gezeigt, kann ein Durchmesser der Körner zum Beispiel 0,5 bis 3 Millimeter betragen. Ein solches Granulat weist eine hohe Oberflächenstruktur auf und kann dadurch besonders gut und schnell die Flüssigkeit 32 aufnehmen.
In 2b ist der Formkörper des Absorptionselements 23 in einer weiteren Ausgestaltungsmöglichkeit beispielhaft als ein Würfel oder Quader dargestellt. Das Absorptionselement ist somit ein solider Festkörper mit einer geometrischen Grundform. Natürlich sind auch andere Grundformen für den Formkörper denkbar. Hierbei ergibt sich der Vorteil, dass mehrere Grundformen zu beliebigen verschiedenen Körpern zusammengesetzt werden können. Die Form des Flüssigkeitsabsorptionseinheit 21 kann somit besonders einfach an die freien Flächen oder Zwischenräume in dem Gehäuse 11 angepasst werden.
In einer weiteren alternativen Ausgestaltungsmöglichkeit gemäß 2c kann der Formkörper des Absorptionselements 21 zum Beispiel als Stab oder Stange ausgebildet sein. Mit Stab ist vorliegend ein längliches Objekt gemeint, dessen Durchmesser insbesondere sehr viel größer ist als dessen Länge. Vorliegend ist der Stab zum Beispiel in Zylinderform dargestellt. Natürlich ist auch eine rechteckige Stabform denkbar. Der Stab in 2c ist ein solider Festkörper. Im Gegensatz dazu kann der Stab auch als Hohlkörper, zum Beispiel als Rohr, realisiert sein.
Wie in 2d gezeigt, kann der Formkörper des Absorptionselements 21 gemäß einer weiteren Ausgestaltungsmöglichkeit zum Beispiel als Platte realisiert sein. Mit Platte ist vorliegend insbesondere ein Bauteil gemeint, dessen Längen- und/oder Breitenabmessungen sehr viel größer sind als eine Dicke oder Höhe. Dabei ist die Dicke jedoch derart gewählt, dass die Platte an sich formstabil ist. Bei einer Ausgestaltung des Absorptionselements 23 als Platte ergibt sich der Vorteil, dass das Absorptionselement in dem Gehäuse zum Beispiel ähnlich wie bekannte Zelltrennelemente gemeinsam mit den Batteriemodulen 12 gestapelt werden kann. Die Absorptionselemente 23 können zudem zur Stabilität oder Stabilisierung der Elektronikvorrichtung 1 beitragen.
Als eine besondere Form der Platte kann zum Beispiel eine Folie als Absorptionselement 23 verstanden werden. Hierbei ist die Dicke noch sehr viel kleiner als bei einer Platte gewählt, sodass die Folie an sich forminstabil ist. Eine solche Folie weist nur einen geringen Bauraumbedarf auf und eignet sich zum Beispiel zum Bekleben oder Beschichten der Batteriemodule 12 und/oder des Gehäuses 11.
Bei einem als Festkörper ausgestalteten Absorptionselement 23, wie zum Beispiel der Platte oder dem Stab oder dem geometrischen Grundkörper kann es vorteilhaft sein, wenn das Material zum Beispiel perforiert wird oder darin Strömungskanäle eingelassen werden. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass die Flüssigkeit 32 möglichst schnell auch in innere oder tiefere Schichten des Absorptionselements 23 gelangen kann und so die Absorptionseigenschaften der Flüssigkeitsabsorptionseinheit 21 verbessert werden können.
Anstelle von der in 1 beschriebenen Batterie 10 kann die Elektronikvorrichtung 1 natürlich auch für andere elektronische Geräte, wie beispielsweise eine Steuereinrichtung oder ein Batteriemanagementsystem, eingesetzt werden.
Insgesamt zeigen die Ausführungsbeispiele, wie innerhalb einer Hochvolt-Batterie oder Hochvolt-Elektronik ein Superabsorber zum verbesserten Brandschutz eingesetzt werden kann.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 10391977 B4 [0004]
WO 2007106420 A2 [0005]
EP 2843727 B1 [0007]

Claims

Elektronikvorrichtung (1) für ein Kraftfahrzeug, wobei die Elektronikvorrichtung (1) eine Gehäuseeinrichtung (11) und wenigstens eine Elektronikkomponente (12) aufweist, welche in der Gehäuseeinrichtung (11) angeordnet ist, wobei die Gehäuseeinrichtung (11) wenigstens eine Öffnung (13) zum Eindringen einer Flüssigkeit (32) aufweist, und die Elektronikvorrichtung (1) eine Schutzeinrichtung (20) mit einer Flüssigkeitsabsorptionseinheit (21) für die wenigstens eine Elektronikkomponente (12) umfasst, wobei die Flüssigkeitsabsorptionseinheit (21) in die Gehäuseeinrichtung (11) integriert ist und ein superabsorbierendes Material (22) aufweist, welches ausgebildet ist, bei Kontakt mit einer eindringenden Flüssigkeit (32), diese aufzunehmen, dadurch gekennzeichnet, dass das superabsorbierende Material (22) elektrisch isolierend ist und die Flüssigkeitsabsorptionseinheit (21) ausgebildet ist, im aufgenommenen Zustand der Flüssigkeit (32) durch das superabsorbierende Material (22) die wenigstens eine Elektronikkomponente (12) zumindest teilweise zu umschließen.
Elektronikvorrichtung (1) nach Anspruch 1, wobei die Schutzeinrichtung (20) eine Überwachungseinheit (24) zum Überwachen einer Temperatur der wenigstens einen Elektronikkomponente (12) aufweist, wobei die Überwachungseinheit (24) ausgebildet ist, bei Detektion einer vorgegebenen Temperaturüberschreitung ein Steuersignal (S) zum Anfordern der Flüssigkeit (32) bereitzustellen.
Elektronikvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Elektronikvorrichtung (1) eine Flüssigkeitsspeichereinrichtung (30) für ein Kraftfahrzeug zugeordnet ist, und die Flüssigkeitsspeichereinrichtung ein Reservoir (31) zum Aufnehmen der Flüssigkeit (32) und einen Bereitstellmechanismus (33, 34) umfasst, welcher bei Ansteuern mittels eines Steuersignals (S) ausgebildet ist, die Flüssigkeit (32) aus dem Reservoir über die wenigstens eine Öffnung (13) an die Gehäuseeinrichtung (11) bereitzustellen.
Elektronikvorrichtung (1) nach Anspruch 3, wobei die Flüssigkeitsspeichereinrichtung (30) einer Scheibenwischanlage für ein Kraftfahrzeug zugeordnet ist und die bereitzustellende Flüssigkeit (32) eine Wischwasserlösung ist, oder die Flüssigkeitsspeichereinrichtung (30) einem Kühlflüssigkeitssystem für ein Kraftfahrzeug zugeordnet ist und die bereitzustellende Flüssigkeit (32) ein eine Kühlflüssigkeit ist.
Elektronikvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Flüssigkeitsabsorptionseinheit (21) durch wenigstens ein Absorptionselement (23) mit einem geometrischen Formkörper bereitgestellt ist, welches in der Gehäuseeinrichtung (11) zumindest zwischen einer Gehäusewandung (11a, 11b, 11c, 11d) und der wenigstens einen Elektronikkomponente (12) einerseits und/oder zwischen zwei in der Gehäuseeinrichtung (11) benachbart angeordneten Elektronikkomponenten (12) andererseits angeordnet ist.
Elektronikvorrichtung (1) nach Anspruch 5, wobei der geometrische Formkörper als Granulat oder als Platte oder als Folie oder als Stange oder als beliebige geometrische Grundform oder in Form eines einzelnen Fadens oder in Form von einem Fadenverbund, die ein Gewebe oder ein loses Volumengefüge bilden, vorliegt.
Elektronikvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 5 oder 6, wobei der geometrische Formkörper eine poröse oder perforierte Struktur aufweist.
Elektronikvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei in den Formkörper mehrere Strömungskanäle zum Transportieren der Flüssigkeit (32) in unterschiedliche Schichten des Formkörpers und/oder vollständig durch den Formkörper hindurch eingelassen sind.
Elektronikvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Elektronikvorrichtung (1) eine Batterieanordnung (10) für ein Kraftfahrzeug aufweist, wobei die Gehäuseeinrichtung (11) der Elektronikvorrichtung (1) mittels eines Batteriegehäuses der Batterieanordnung und die Elektronikkomponente (12) der Elektronikvorrichtung (1) mittels eines Batterieelements der Batterieanordnung bereitgestellt ist.
Kraftfahrzeug mit einer Elektronikvorrichtung (1) nach Anspruch 9.