DE102021128950A1 - Vent Separator for a Battery Case - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Entlüftungs-Abscheidevorrichtung (100) für ein Batteriegehäuse, insbesondere einer Traktionsbatterie eines Kraftfahrzeugs, mit wenigstens drei Abscheidestufen (10, 20, 30), welche von einem Fluidstrom (40) seriell durchströmbar angeordnet sind, wobei wenigstens eine der Abscheidestufen (20) als Tiefenfilter ausgebildet ist und wenigstens eine der Abscheidestufen (10, 30) als Oberflächenfilter ausgebildet ist.Zudem betrifft die Erfindung ein Gehäuse (20) mit einer Entlüftungs-Abscheidevorrichtung (100).The invention relates to a venting/separating device (100) for a battery housing, in particular a traction battery of a motor vehicle, having at least three separating stages (10, 20, 30) which are arranged so that a fluid stream (40) can flow through them in series, with at least one of the separating stages ( 20) is designed as a depth filter and at least one of the separating stages (10, 30) is designed as a surface filter. The invention also relates to a housing (20) with a ventilation separating device (100).
Description
Technisches Gebiettechnical field
Die Erfindung betrifft eine Entlüftungs-Abscheidevorrichtung für ein Batteriegehäuse, insbesondere einer Traktionsbatterie eines Kraftfahrzeugs sowie ein Gehäuse, insbesondere Batteriegehäuse, insbesondere einer Traktionsbatterie eines Kraftfahrzeugs, zur Aufnahme von Batteriezellen.The invention relates to a ventilation/separation device for a battery housing, in particular a traction battery of a motor vehicle, and a housing, in particular a battery housing, in particular a traction battery of a motor vehicle, for accommodating battery cells.
Stand der TechnikState of the art
Gehäuse zur Aufnahme von Elektronikkomponenten, wie beispielsweise Batteriezellen und dergleichen, sind üblicherweise nicht vollständig gasdicht gegenüber der Umgebung verschlossen. Einerseits soll aufgrund von Temperaturschwankungen, etwa durch Wärmeeinträge beim Laden bzw. Entladen von Batteriezellen, und andererseits aufgrund von natürlich vorkommenden Luftdruckschwankungen, insbesondere bei mobilen Systemen, ein Gasaustausch zwischen Innenraum und Außenraum ermöglicht werden. Durch den Gasaustausch können unzulässige mechanische Belastungen des Gehäuses, insbesondere ein Bersten oder Ausbeulen des Gehäuses, verhindert werden. Andererseits muss insbesondere bei Batteriegehäusen eine Notentlüftungsfunktion bei plötzlichem Druckanstieg aufgrund des Versagens von Batteriezellen vorhanden sein, da ansonsten das Gehäuse Schaden nehmen könnte.Housings for accommodating electronic components, such as battery cells and the like, are usually not sealed in a completely gas-tight manner with respect to the environment. On the one hand, due to temperature fluctuations, such as heat input when charging or discharging battery cells, and on the other hand, due to naturally occurring air pressure fluctuations, especially in mobile systems, a gas exchange between the interior and exterior should be made possible. The gas exchange can prevent impermissible mechanical loads on the housing, in particular bursting or buckling of the housing. On the other hand, battery housings in particular must have an emergency ventilation function in the event of a sudden pressure increase due to battery cell failure, otherwise the housing could be damaged.
Ebenso wichtig ist es jedoch, dass das Eindringen von Fremdkörpern, Schmutz und Feuchtigkeit in Form von flüssigem Wasser wirksam verhindert wird. Es sind daher Druckausgleichsvorrichtungen bekannt, die semipermeable Membranen, beispielsweise aus extrudiertem Polytetrafluorethylen (PTFE), aufweisen, die gasdurchlässig, jedoch flüssigkeitsundurchlässig sind.However, it is just as important that the ingress of foreign bodies, dirt and moisture in the form of liquid water is effectively prevented. Pressure compensation devices are therefore known which have semipermeable membranes, for example made of extruded polytetrafluoroethylene (PTFE), which are gas-permeable but liquid-impermeable.
Aus
Offenbarung der ErfindungDisclosure of Invention
Eine Aufgabe der Erfindung ist es, eine Entlüftungs-Abscheidevorrichtung für ein Batteriegehäuse, insbesondere einer Traktionsbatterie eines Kraftfahrzeugs, zu schaffen, welche eine schnelle Entlüftung des Gehäuses mit geringem Druckverlust erlaubt und den Austritt von Partikeln verhindert.One object of the invention is to create a ventilation-separating device for a battery housing, in particular a traction battery of a motor vehicle, which allows rapid ventilation of the housing with little pressure loss and prevents particles from escaping.
Eine weitere Aufgabe ist es, ein Gehäuse, insbesondere ein Batteriegehäuse, mit einer Entlüftungs-Abscheidevorrichtung zu schaffen, welche eine schnelle Entlüftung des Gehäuses mit geringem Druckverlust erlaubt und den Austritt von Partikeln verhindert.A further object is to provide a housing, in particular a battery housing, with a ventilation separator device which allows rapid ventilation of the housing with little pressure loss and prevents particles from escaping.
Die vorgenannte Aufgabe wird nach einem Aspekt der Erfindung gelöst von einer Entlüftungs-Abscheidevorrichtung für ein Batteriegehäuse, insbesondere einer Traktionsbatterie eines Kraftfahrzeugs, mit wenigstens drei Abscheidestufen, welche von einem Fluidstrom seriell durchströmbar angeordnet sind, wobei wenigstens eine der Abscheidestufen als Tiefenfilter ausgebildet ist und wenigstens eine der Abscheidestufen als Oberflächenfilter ausgebildet ist.According to one aspect of the invention, the aforementioned object is achieved by a ventilation/separation device for a battery housing, in particular a traction battery of a motor vehicle, with at least three separation stages, which are arranged so that a fluid stream can flow through them in series, with at least one of the separation stages being designed as a deep-bed filter and at least one of the separation stages is designed as a surface filter.
Die weitere Aufgabe wird nach einem weiteren Aspekt der Erfindung gelöst von einem Gehäuse, insbesondere Batteriegehäuse, insbesondere einer Traktionsbatterie eines Kraftfahrzeugs, zur Aufnahme von Batteriezellen, das zumindest eine Gehäuseöffnung zur Entlüftung aufweist, wobei die Gehäuseöffnung von einer Entlüftungs-Abscheidevorrichtung verschlossen ist, wobei die Entlüftungs-Abscheidevorrichtung wenigstens drei Abscheidestufen aufweist, welche von einem Fluidstrom seriell durchströmbar angeordnet sind, wobei wenigstens eine der Abscheidestufen als Tiefenfilter ausgebildet ist und wenigstens eine der Abscheidestufen als Oberflächenfilter ausgebildet ist.According to a further aspect of the invention, the further object is achieved by a housing, in particular a battery housing, in particular a traction battery of a motor vehicle, for accommodating battery cells, which has at least one housing opening for ventilation, the housing opening being closed by a ventilation/separation device, the Ventilation separating device has at least three separating stages, which are arranged so that a fluid stream can flow through them in series, wherein at least one of the separating stages is designed as a depth filter and at least one of the separating stages is designed as a surface filter.
Günstige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung.Favorable configurations and advantages of the invention result from the further claims, the description and the drawing.
Es wird nach einem Aspekt der Erfindung eine Entlüftungs-Abscheidevorrichtung für ein Batteriegehäuse, insbesondere einer Traktionsbatterie eines Kraftfahrzeugs, vorgeschlagen, mit wenigstens drei Abscheidestufen, welche von einem Fluidstrom seriell durchströmbar angeordnet sind. Dabei ist wenigstens eine der Abscheidestufen als Tiefenfilter ausgebildet und wenigstens eine der Abscheidestufen ist als Oberflächenfilter ausgebildet. Mit anderen Worten handelt es sich bei dem Gegenstand der Erfindung um einen Entlüftungsfilter für ein Batteriegehäuse, insbesondere um einen Batteriegehäuse-Entlüftungsfilter.It is proposed according to one aspect of the invention, a ventilation separating device for a battery housing, in particular a traction battery of a motor vehicle, with at least three separation stages, which are arranged so that a fluid stream can flow through them in series. At least one of the separating stages is designed as a depth filter and at least one of the separating stages is designed as a surface filter. In other words, the subject matter of the invention is a ventilation filter for a battery housing, in particular a battery housing ventilation filter.
Bei einem Tiefenfilter erfolgt die Partikelabscheidung in der Tiefe des Filtermediums. Im Gegensatz zum Oberflächenfilter ist bei der Tiefenfiltration die Ausbildung eines Filterkuchens ausdrücklich nicht erwünscht. Ein Tiefenfiltrationsmedium arbeitet, anders als ein Oberflächenfilter, nicht nach dem „Siebeffekt“ sondern basiert auf einer Kombination der Abscheidemechanismen Interzeption, Sedimentation und Diffusion.With a depth filter, the particle separation takes place in the depth of the filter medium. In contrast to the surface filter, the formation of a filter cake is expressly not desired with depth filtration. Unlike a surface filter, a depth filtration medium does not work according to the "sieve effect" but is based on a combination of the separation mechanisms of interception, sedimentation and diffusion.
Nachstehend werden die Vorteile des Einsatzes eines Tiefenfilters näher erläutert.The advantages of using a depth filter are explained in more detail below.
Bei der Explosion von Batteriezellen entstehen Partikel in unterschiedlichen Größenklassen. Aus den Elektrodenmaterialien werden Partikel im Größenbereich 5 bis 50 pm freigesetzt. Noch feiner sind Rußpartikel, die beispielsweise durch das Verbrennen des Batteriezell-Separators entstehen. Durch das Schmelzen metallischer Komponenten wie Stromkollektoren werden Partikel geformt, die im Größenbereich von 100 - 1.000 pm liegen. Im Millimeter-Größenbereich liegen z.B. Bruchstücke von Zellgehäusen. Das Abtrennen eines breiten Partikelgrößenspektrums stellt eine große verfahrenstechnische Herausforderung dar, da während des Abscheidevorgangs ein starker Anstieg des Druckverlusts vermieden werden muss, um den gewünschten Gasaustritt aus dem Batteriegehäuse gewährleisten zu können. Werden reine Oberflächenfilter, z.B. Siebstrukturen, eingesetzt, muss die Maschenweite gering gewählt werden, was zu einem schnellen Verblocken der Filterstufe führen kann. Poröse Tiefenfilter hingegen trennen auch kleinere Partikel an Faserstrukturen in der Tiefe des Filtermediums ab, wobei der Druckverlust erst allmählich ansteigt. Solche Strukturen können aber leicht von großen Partikeln an der Oberfläche blockiert werden. Somit ist die Ausführung einer mehrstufigen Filtrationskaskade sinnvoll, wobei erfindungsgemäß ein Oberflächenfilter zunächst die großen Partikel abtrennt, und sich die kleineren Partikel im Tiefenfilter abscheiden. Vorteilhaft ist die Ergänzung um eine dem Tiefenfilter nachgelagerte Filterstufe zur Feinfiltration.When battery cells explode, particles of different sizes are produced. Particles in the size range 5 to 50 μm are released from the electrode materials. Even finer are the soot particles that are produced, for example, by burning the battery cell separator. The melting of metallic components such as current collectors forms particles that are in the size range of 100 - 1,000 pm. For example, fragments of cell housings are in the millimeter size range. The separation of a wide range of particle sizes poses a major procedural challenge, since a sharp increase in pressure loss must be avoided during the separation process in order to ensure the desired gas escape from the battery housing. If pure surface filters, e.g. sieve structures, are used, the mesh size selected must be small, which can quickly lead to blocking of the filter stage. Porous depth filters, on the other hand, also separate smaller particles on fiber structures in the depth of the filter medium, with the pressure loss only gradually increasing. However, such structures can easily be blocked by large particles on the surface. Thus, the implementation of a multi-stage filtration cascade makes sense, with a surface filter first separating the large particles according to the invention, and the smaller particles separating in the deep-bed filter. The addition of a filter stage downstream of the depth filter for fine filtration is advantageous.
Mit „seriell durchströmbar“ wird hierin eine strömungsmäßige Relativanordnung der einzelnen Abscheidestufen zueinander beschrieben. In Ausführungen können diese unmittelbar räumlich aneinander angrenzend vorliegen, in anderen Ausführungen jedoch explizit auch beabstandet zueinander angeordnet sein.“Serial flow through” is used here to describe a flow-related arrangement of the individual separation stages relative to one another. In embodiments, these can be directly spatially adjacent to one another, but in other embodiments they can also be explicitly arranged at a distance from one another.
Im Fall eines Zelldefekts in einer Fahrzeugbatterie werden neben großen Mengen an Gas auch Partikel freigesetzt, die aus der Zerstörung der Batteriezelle resultieren. Werden großformatige Zellen verwendet, treten sehr große Mengen an Gas und Partikeln aus. Diese Partikel können durch eine bestehende Entgasungseinheit in die Umgebung gelangen, was ein zusätzliches Gefährdungspotenzial darstellt.In the event of a cell defect in a vehicle battery, large quantities of gas and particles are also released, which result from the destruction of the battery cell. If large format cells are used, very large amounts of gas and particles escape. These particles can get into the environment through an existing degassing unit, which represents an additional potential hazard.
Bei der vorgeschlagenen Entlüftungs-Abscheidevorrichtung kann eine erste Abscheidestufe beispielsweise als Lochblech mit Gitteröffnungen von ca. 2 mm ausgebildet sein. Damit kann eine Vorabscheidung von großen Partikeln durchgeführt werden. Dahinter kann als zweite Abscheidestufe eine poröse Metallstruktur, beispielsweise ein Metallschwamm bzw. -schaum, angeordnet sein, welche als Tiefenfilter arbeitet. In dieser Metallstruktur können signifikante Mengen auch kleinerer Partikel aufgenommen werden. Anschließend kann noch ein Feinfilter als dritte Abscheidestufe folgen. Dieser Feinfilter kann beispielsweise an der Gehäusewandung angeordnet sein, integriert in eine Entgasungseinheit. Der Feinfilter kann ferner und vorteilhafter Weise die Funktion eines Innenschutzgitters erfüllen.In the proposed ventilation separation device, a first separation stage can be designed, for example, as a perforated plate with grid openings of approximately 2 mm. This allows a pre-separation of large particles to be carried out. A porous metal structure, for example a metal sponge or metal foam, can be arranged behind it as a second separation stage, which works as a deep-bed filter. Significant amounts of smaller particles can also be absorbed in this metal structure. A fine filter can then follow as the third separation stage. This fine filter can be arranged, for example, on the housing wall, integrated into a degassing unit. The fine filter can also and advantageously fulfill the function of an internal protective grid.
Mit dieser Entlüftungs-Abscheidevorrichtung kann verhindert werden, dass beim Freisetzen großer Mengen an Partikeln, die Entlüftungs-Abscheidevorrichtung schnell verblockt, insbesondere wenn beispielsweise Ruß freigesetzt wird, und dass der im Innenraum des Gehäuses aufgebaute Überdruck nicht schnell genug abgebaut werden kann.With this ventilation separating device it can be prevented that when large amounts of particles are released, the ventilation separating device quickly becomes blocked, especially if, for example, soot is released, and that the overpressure built up in the interior of the housing cannot be reduced quickly enough.
Mit der vorgeschlagenen Entlüftungs-Abscheidevorrichtung können Passagiere und/oder Passanten vor herumfliegenden, metallischen, heißen Partikeln geschützt werden. Weiter kann ein ungehinderter Aufbau von Überdruck im Batteriegehäuse vermieden werden, da sich im Vergleich zu einer einfachen einstufigen Partikelabscheidung, zum Beispiel mittels eines Drahtgewebes oder einer Siebstruktur, die Abscheidevorrichtung signifikant langsamer zusetzt.With the proposed ventilation/separation device, passengers and/or passers-by can be protected from hot, metallic particles flying around. Furthermore, an unhindered build-up of excess pressure in the battery housing can be avoided, since the separating device clogs significantly more slowly in comparison to a simple, single-stage particle separation, for example by means of a wire mesh or a sieve structure.
Vorteilhaft können Partikel, insbesondere heiße (Lithium-)Partikel, welche im Falle eines Zelldefekts von einzelnen oder mehreren Batteriezellen entlassen werden, von der Entlüftungs-Abscheidevorrichtung festgehalten werden und nicht ungehindert in die Umgebung gelangen.Particles, in particular hot (lithium) particles, which are discharged from one or more battery cells in the event of a cell defect, can advantageously be retained by the ventilation/separation device and cannot get into the environment unhindered.
Vorteilhaft kann die Entlüftungs-Abscheidevorrichtung eine dreistufige Partikelabscheidung umfassen, welche eine Vorabscheidung großer Partikel, mit einem Durchmesser von größer 1,0 mm über ein Oberflächenfilter ermöglicht, welche eine Abscheidung von Partikeln über wenigstens einen Tiefenfilter durchführt und welche eine weitere Abscheidung über ein Oberflächenfilter mit entsprechend kleiner Siebkontur von höchstens 1,5 mm durchführt.Advantageously, the ventilation separation device can include a three-stage particle separation, which pre-separation of large particles with a diameter of more than 1.0 mm via a surface filter, which separates particles via at least one depth filter and which performs further separation via a surface filter with a correspondingly small screen contour of at most 1.5 mm.
Abhängig kann die Auslegung der jeweiligen Abscheidestufe und die Kombination der Abscheidestufen der dreistufigen Entlüftungs-Abscheidevorrichtung im Wesentlichen von der Charakteristik der verwendeten Batteriezelle im Gehäuse und dem Aufbau des Batteriemoduls im Inneren des Gehäuses sein.The design of the respective separating stage and the combination of the separating stages of the three-stage ventilation-separating device can essentially depend on the characteristics of the battery cell used in the housing and the structure of the battery module inside the housing.
Im Wesentlichen wird durch den Tiefenfilter sichergestellt, dass der Druckverlust nicht unzulässig groß wird.Essentially, the depth filter ensures that the pressure loss does not become unacceptably large.
Bevorzugt werden Partikel einer Größe (kleinste Abmessung) von mindestens 0,1 mm, weiter bevorzugt von mindestens 0,5 mm, noch weiter bevorzugt von mindestens 0,8 mm möglichst vollständig abgeschieden.Particles with a size (smallest dimension) of at least 0.1 mm, more preferably at least 0.5 mm, even more preferably at least 0.8 mm are preferably separated off as completely as possible.
Gemäß einer günstigen Ausgestaltung der Entlüftungs-Abscheidevorrichtung kann eine in einer Entlüftungsstromrichtung zuerst durchströmte erste Abscheidestufe zur Grobabscheidung von Partikeln vorgesehen sein, und eine darauf folgende zweite Abscheidestufe zur Tiefenfiltration vorgesehen sein und eine darauf folgende dritte Abscheidestufe zur Feinabscheidung von Partikeln vorgesehen sein. Damit kann wirksam vermieden werden, dass sich die dritte Abscheidestufe zusetzen kann und so ein aufgebauter Überdruck nicht schnell genug abgebaut werden kann, was zu einer Beschädigung des Gehäuses führen könnte.According to a favorable embodiment of the venting/separating device, a first separating stage through which the flow occurs first in a venting flow direction can be provided for coarse separating particles, and a subsequent second separating stage can be provided for depth filtration and a subsequent third separating stage can be provided for fine separating particles. It can thus be effectively avoided that the third separation stage can become clogged and an overpressure that has built up cannot be dissipated quickly enough, which could lead to damage to the housing.
Gemäß einer günstigen Ausgestaltung der Entlüftungs-Abscheidevorrichtung kann die erste Abscheidestufe und die dritte Abscheidestufe als Oberflächenfilter ausgebildet sein. Vorteilhaft können sich so herausgefilterte Partikel an der Oberfläche der Abscheidestufen ablagern und gelangen nicht weiter auf dem Entlüftungsstrompfad.According to a favorable embodiment of the ventilation separation device, the first separation stage and the third separation stage can be designed as surface filters. Particles filtered out in this way can advantageously be deposited on the surface of the separation stages and do not get any further on the ventilation flow path.
Vorteilhaft kann die Entlüftungs-Abscheidevorrichtung dazu ausgebildet sein, bei bestimmungsgemäßer Montage in dem Gehäuse wenigstens teilweise außerhalb des Gehäuses anordenbar zu sein. Damit kann vorteilhaft Bauraum im Gehäuse gespart werden, der zur Unterbringung von Batteriezellen genutzt werden kann.Advantageously, the ventilation separation device can be designed to be able to be arranged at least partially outside the housing when installed as intended. This advantageously saves installation space in the housing, which can be used to accommodate battery cells.
Gemäß einer günstigen Ausgestaltung der Entlüftungs-Abscheidevorrichtung kann ein Überdruckventil vorgesehen sein, das bei Überschreitung eines vorbestimmten Überdrucks im Gehäuse den Fluidstrom vom Innenraum des Gehäuses zur Umgebung freigibt, wobei das Überdruckventil seriell zu den drei Abscheidestufen durchströmbar ist.According to a favorable embodiment of the ventilation-separation device, a pressure relief valve can be provided, which releases the fluid flow from the interior of the housing to the environment when a predetermined overpressure in the housing is exceeded, with the pressure relief valve being able to flow through serially to the three separation stages.
Mittels des Überdruckventils kann im Fehlerfall auftretender Überdruck schnell abgebaut werden, um eine Beschädigung des Gehäuses zu vermeiden. Beispielsweise kann es sich um ein Gehäuse für Lithium-Ionen-Batterien handeln, bei denen im Falle eines Zelldefekts auftretende Gase sehr schnell aus dem Gehäuse abgeleitet werden müssen. In the event of a fault, the pressure relief valve can be used to quickly relieve excess pressure in order to prevent damage to the housing. For example, it can be a housing for lithium-ion batteries, in which gases that occur in the event of a cell defect must be discharged from the housing very quickly.
Oftmals ist es jedoch erforderlich, die im Fehlerfall auftretenden und mit den Gasen ausströmenden Partikel nicht in die Umgebung gelangen zu lassen.However, it is often necessary to prevent the particles that occur in the event of a fault and that escape with the gases from getting into the environment.
Des Weiteren kann eine Bypass-Funktion in Form eines Umgehungsventils in die Entlüftungs-Abscheidevorrichtung integriert werden, für den Fall, dass die Partikel die Abscheidegitter so weit zusetzen, dass ein unzulässig hoher Druck im Inneren des Gehäuses auftreten würde.Furthermore, a bypass function in the form of a bypass valve can be integrated into the ventilation separator device in the event that the particles clog the separator grid to such an extent that an impermissibly high pressure would occur inside the housing.
Das Umgehungsventil öffnet bei Überschreitung eines vorbestimmten Überdrucks im Gehäuse einen Umgehungs-Fluidstrompfad vom Innenraum des Gehäuses zur Umgebung, wobei der Umgehungs-Fluidstrompfad wenigstens eine der Abscheidestufen umgeht.When a predetermined overpressure in the housing is exceeded, the bypass valve opens a bypass fluid flow path from the interior of the housing to the environment, the bypass fluid flow path bypassing at least one of the separation stages.
Gemäß einer günstigen Ausgestaltung der Entlüftungs-Abscheidevorrichtung kann das Überdruckventil oder Umgehungsventil wenigstens eine Sollbruchstelle aufweisen, mittels eines vorgespannten Federelements betätigbar sein und/oder eine Membrane aufweisen. Es ist weiter vorstellbar, eine bei entsprechendem Überdruck öffnende Berstscheibe in die Entlüftungs-Abscheidevorrichtung zu integrieren. Diese kann beispielsweise aus Metall oder auch aus thermoplastischen Materialien hergestellt werden. Wenn der Werkstoff durch eine mikroporöse Struktur ausreichend luftdurchlässig ist, kann die Entlüftungs-Abscheidevorrichtung im Normalbetrieb auch für einen permanenten Druckausgleich zwischen Umgebung und Gehäuseinnenraum sorgen.According to a favorable embodiment of the ventilation/separation device, the pressure relief valve or bypass valve can have at least one predetermined breaking point, can be actuated by means of a pretensioned spring element and/or can have a membrane. It is also conceivable to integrate a bursting disc, which opens when there is a corresponding overpressure, into the ventilation separation device. This can be made, for example, from metal or from thermoplastic materials. If the material is sufficiently permeable to air due to a microporous structure, the ventilation-separation device can also ensure a permanent pressure equalization between the environment and the interior of the housing during normal operation.
In einer Ausgestaltung des Überdruckventils und/oder Umgehungsventils mit einer Sollbruchstelle kann so bei einem entstehenden Überdruck im Gehäuse die Sollbruchstelle, die als Einkerbung oder Einprägung ausgebildet sein kann, aufreißen. Dadurch ergibt sich eine größere Öffnung, durch welche das entstandene Gas, beispielsweise einer defekten Batteriezelle, in die Umgebung ausströmen kann.In one embodiment of the pressure relief valve and/or bypass valve with a predetermined breaking point, the predetermined breaking point, which can be in the form of a notch or an indentation, can tear open when overpressure occurs in the housing. This results in a larger opening through which the gas produced, for example from a defective battery cell, can flow out into the environment.
Bei einer alternativen Ausgestaltung des Überdruckventils und/oder Umgehungsventils mittels eines vorgespannten Federelements kann ein Ventilkörper durch den Überdruck das Federelement komprimieren, sodass sich ein Fluidpfad zum schnellen Druckabbau öffnet. Nach Abbau des Überdrucks kann sich der Ventilkörper wieder dichtend an das Gehäuse anlegen, wodurch die Dichtheit des Gehäuses wieder hergestellt ist.In an alternative embodiment of the pressure relief valve and / or bypass valve with By means of a preloaded spring element, a valve body can compress the spring element through the excess pressure, so that a fluid path opens for rapid pressure reduction. After the overpressure has been reduced, the valve body can again contact the housing in a sealing manner, as a result of which the tightness of the housing is restored.
Vorteilhaft kann die als Tiefenfilter ausgebildete Abscheidestufe ein temperaturbeständiges Material wie Metall oder Keramik aufweisen.The separation stage designed as a depth filter can advantageously have a temperature-resistant material such as metal or ceramic.
Gemäß einer günstigen Ausgestaltung der Entlüftungs-Abscheidevorrichtung kann die als Tiefenfilter ausgebildete Abscheidestufe ein Vlies, insbesondere Metallfaservlies, und/oder einen Schaum, insbesondere einen Metallschaum, aufweisen. Bei Vliesen kann die Abscheidung der Partikel durch Fasern des Vlieses erfolgen. Bei Schäumen kann die Partikelabscheidung über Stege des Materials erfolgen. Durch eine solche dreidimensionale Struktur des Tiefenfilters können auch Partikel zuverlässig abgeschieden werden, die bei kleinem Querdurchmesser eine vergleichsweise große Längenausdehnung aufweisen.According to a favorable embodiment of the ventilation separation device, the separation stage designed as a deep-bed filter can have a fleece, in particular a metal fiber fleece, and/or a foam, in particular a metal foam. In the case of nonwovens, the particles can be separated by the fibers of the nonwoven. In the case of foams, particle separation can take place via webs in the material. Such a three-dimensional structure of the deep-bed filter can also reliably separate particles which have a comparatively large linear expansion with a small transverse diameter.
Eine solche Abscheidestufe kann Partikel wie in einem Schwamm aufnehmen, sodass das Risiko, dass abgeschiedene Partikel den Entlüftungsfluidstrompfad zusetzen, reduziert wird. Dies hat den Effekt, dass in der als Tiefenfilter ausgebildeten Abscheidestufe ein besonders günstiges Verhältnis zwischen abgeschiedener Partikelmasse und durch die Abscheidung bedingtem Druckverlust erzielbar ist. Mit anderen Worten erfolgt der partikelmassenbezogene Anstieg des Druckverlusts in der als Tiefenfilter ausgebildeten Abscheidestufe flacher als bei einem Oberflächenfilter.Such a separation stage can absorb particles like in a sponge, so that the risk of separated particles clogging the vent fluid flow path is reduced. This has the effect that in the separation stage designed as a deep-bed filter, a particularly favorable ratio between the separated particle mass and the pressure loss caused by the separation can be achieved. In other words, the particle mass-related increase in pressure loss in the separation stage designed as a depth filter is flatter than in a surface filter.
Vorteilhaft ist bei einem Druckgradienten in der Abscheidestufe so das Verhältnis zwischen Differenzdruck und Masse der gespeicherten Partikel ausgebildet.In the case of a pressure gradient in the separation stage, the relationship between the differential pressure and the mass of the stored particles is advantageously formed in this way.
Gemäß einer günstigen Ausgestaltung der Entlüftungs-Abscheidevorrichtung kann die als Tiefenfilter ausgebildete Abscheidestufe mehrstufig ausgebildet sein, wobei eine erste Stufe des Tiefenfilters zur Abscheidung von großen Partikeln, insbesondere mindestens 1 mm, und eine in Entlüftungsstromrichtung folgende zweite Stufe des Tiefenfilters zur Abscheidung von kleinen Partikeln, insbesondere mindestens 0,3 mm, insbesondere mindestens 0,1 mm, ausgebildet ist. Der Tiefenfilter kann so aus mehreren Vliesen oder Schwämmen ausgebildet sein. Auf diese Weise können Partikel in dem Tiefenfilter wie in einem Schwamm aufgenommen werden, sodass das Risiko, dass abgeschiedene Partikel den Entlüftungsfluidstrompfad zusetzen, reduziert wird. Damit kann wirksam vermieden werden, dass sich die dritte Abscheidestufe zusetzen kann und so ein aufgebauter Überdruck nicht schnell genug abgebaut werden kann, was zu einer Beschädigung des Gehäuses führen könnte.According to a favorable embodiment of the ventilation separation device, the separation stage designed as a depth filter can be designed in multiple stages, with a first stage of the depth filter for separating large particles, in particular at least 1 mm, and a second stage of the depth filter following in the ventilation flow direction for separating small particles, in particular at least 0.3 mm, in particular at least 0.1 mm. The deep-bed filter can thus be made up of several fleeces or sponges. In this way, particles can be absorbed in the depth filter like in a sponge, so that the risk of separated particles clogging the ventilation fluid flow path is reduced. It can thus be effectively avoided that the third separation stage can become clogged and an overpressure that has built up cannot be dissipated quickly enough, which could lead to damage to the housing.
Gemäß einer günstigen Ausgestaltung der Entlüftungs-Abscheidevorrichtung kann eine Anströmfläche der als Tiefenfilter ausgebildeten Abscheidestufe um wenigstens 15% größer sein als ein geometrischer Querschnitt einer zur Entlüftung vorgesehenen Öffnung des Gehäuses. Dadurch kann die Abscheidewirkung des Tiefenfilters günstig ausgenutzt werden und dennoch ein schneller Druckabbau des Überdrucks im Gehäuse sichergestellt werden.According to a favorable embodiment of the venting/separating device, an inflow area of the separating stage designed as a deep-bed filter can be at least 15% larger than a geometric cross section of an opening of the housing provided for venting. As a result, the separating effect of the deep-bed filter can be used in a favorable manner and a rapid pressure reduction of the excess pressure in the housing can nevertheless be ensured.
Gemäß einer günstigen Ausgestaltung der Entlüftungs-Abscheidevorrichtung kann die als Tiefenfilter ausgebildete Abscheidestufe einen Dichtegradienten entlang einer Durchströmungsrichtung aufweisen. Durch eine solche dreidimensionale Struktur des Tiefenfilters können auch Partikel zuverlässig abgeschieden werden, die bei kleinem Querdurchmesser eine vergleichsweise große Längenausdehnung aufweisen.According to a favorable embodiment of the ventilation separation device, the separation stage designed as a deep-bed filter can have a density gradient along a flow direction. Such a three-dimensional structure of the deep-bed filter can also reliably separate particles which have a comparatively large linear expansion with a small transverse diameter.
Gemäß einer günstigen Ausgestaltung der Entlüftungs-Abscheidevorrichtung kann die als Oberflächenfilter ausgebildete Abscheidestufe ein Metallgitter oder Metallgewebe aufweisen. Vorteilhaft kann der Oberflächenfilter beispielsweise aus einem Metallgestricke oder ähnlichem ausgestaltet sein, um eine gute Abscheidewirkung zu erzielen.According to a favorable embodiment of the ventilation separation device, the separation stage designed as a surface filter can have a metal grid or metal mesh. The surface filter can advantageously be made of a metal mesh or the like, for example, in order to achieve a good separation effect.
Gemäß einer günstigen Ausgestaltung der Entlüftungs-Abscheidevorrichtung kann die als Oberflächenfilter ausgebildete Abscheidestufe flächig ausgebildet sein und/oder Siebstrukturen aufweisen. Der Oberflächenfilter kann beispielsweise aus einem zweidimensionalen Ausgangsstoff wie zum Beispiel Blech, einer elektrisch nicht leitfähigen Platte oder ähnlichem hergestellt sein. Alternativ oder zusätzlich kann der Oberflächenfilter Siebstrukturen aufweisen, welche vorteilhaft durch Beschnitt oder einen Stanzprozess hergestellt sein können.According to a favorable embodiment of the ventilation separation device, the separation stage designed as a surface filter can be designed flat and/or have sieve structures. The surface filter can be made, for example, from a two-dimensional starting material such as sheet metal, an electrically non-conductive plate or the like. Alternatively or additionally, the surface filter can have screen structures, which can advantageously be produced by trimming or a stamping process.
Öffnungen in dem Oberflächenfilter können vorteilhaft beispielsweise kreisförmig, quadratisch, langlochförmig, oder rechteckförmig ausgebildet sein.Openings in the surface filter can advantageously be circular, square, slot-shaped, or rectangular, for example.
Ein Oberflächenfilter als erste Filterstufe kann vorteilhaft eine kleinste Abmessung der Öffnungen / Maschenweiten von mindestens 1,0 mm aufweisen. Ein Oberflächenfilter als letzte Filterstufe kann vorteilhaft eine kleinste Abmessung der Öffnungen / Maschenweiten von höchstens 1,5 mm aufweisen.A surface filter as the first filter stage can advantageously have a smallest dimension of the openings/mesh widths of at least 1.0 mm. A surface filter as the last filter stage can advantageously have a smallest dimension of the openings/mesh widths of at most 1.5 mm.
So können im Wesentlichen kugelförmige Partikel zuverlässig abgeschieden werden. Partikel mit einer vergleichsweise großen Längsausdehnung zu einem kleinen Querdurchmesser können jedoch bei entsprechender Ausrichtung einen Oberflächenfilter passieren. Deshalb kann eine Anordnung, bei der die letzte Filterstufe die gleiche oder eventuell eine kleinere Maschenweite aufweist, sinnvoll sein. Bevorzugt ist jedoch eine größere Maschenweite an der ersten Abscheidestufe, um den Druckverlust der Entlüftungs-Abscheidevorrichtung und ein Blockieren der ersten Abscheidestufe durch sich anlagernde Partikel in entsprechenden Grenzen zu halten.Substantially spherical particles can thus be reliably separated. However, particles with a comparatively large longitudinal extension to a small transverse diameter can pass through a surface filter if they are aligned accordingly. An arrangement in which the last filter stage has the same or possibly a smaller mesh size can therefore make sense. However, a larger mesh size at the first separating stage is preferred in order to keep the pressure loss of the ventilation separating device and blocking of the first separating stage by accumulating particles within appropriate limits.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Gehäuse vorgeschlagen, insbesondere Batteriegehäuse, insbesondere einer Traktionsbatterie eines Kraftfahrzeugs, zur Aufnahme von Batteriezellen, das zumindest eine Gehäuseöffnung zur Entlüftung aufweist, wobei die Gehäuseöffnung von einer Entlüftungs-Abscheidevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche verschlossen ist. Die Entlüftungs-Abscheidevorrichtung weist wenigstens drei Abscheidestufen auf, welche von einem Fluidstrom seriell durchströmbar angeordnet sind. Dabei ist wenigstens eine der Abscheidestufen als Tiefenfilter ausgebildet und wenigstens eine der Abscheidestufen ist als Oberflächenfilter ausgebildet.According to a further aspect of the invention, a housing is proposed, in particular a battery housing, in particular a traction battery of a motor vehicle, for accommodating battery cells, which has at least one housing opening for ventilation, the housing opening being closed by a ventilation-separating device according to one of the preceding claims. The ventilation separation device has at least three separation stages, which are arranged so that a fluid stream can flow through them in series. At least one of the separating stages is designed as a depth filter and at least one of the separating stages is designed as a surface filter.
Im Fall eines Zelldefekts in einer Fahrzeugbatterie werden neben großen Mengen an Gas auch Partikel freigesetzt, die aus der Zerstörung der Batteriezelle resultieren. Werden großformatige Zellen verwendet, treten sehr große Mengen an Gas und Partikeln aus. Diese Partikel können durch eine bestehende Entgasungseinheit in die Umgebung gelangen, was ein zusätzliches Gefährdungspotenzial darstellt.In the event of a cell defect in a vehicle battery, large quantities of gas and particles are also released, which result from the destruction of the battery cell. If large format cells are used, very large amounts of gas and particles escape. These particles can get into the environment through an existing degassing unit, which represents an additional potential hazard.
Bei der in dem vorgeschlagenen Gehäuse angeordneten Entlüftungs-Abscheidevorrichtung kann eine erste Abscheidestufe beispielsweise als Lochblech mit Gitteröffnungen von ca. 2 mm ausgebildet sein. Damit kann eine Vorabscheidung von großen Partikeln durchgeführt werden. Dahinter kann als zweite Abscheidestufe eine poröse Metallstruktur, beispielsweise ein Metallschwamm, angeordnet sein, welche als Tiefenfilter arbeitet. In dieser Metallstruktur können signifikante Mengen auch kleinerer Partikel aufgenommen werden. Anschließend kann noch ein Feinfilter als dritte Abscheidestufe folgen. Dieser Feinfilter kann beispielsweise an der Gehäusewandung angeordnet sein, integriert in eine Entgasungseinheit.In the case of the ventilation/separation device arranged in the proposed housing, a first separation stage can be designed, for example, as a perforated plate with grid openings of approximately 2 mm. This allows a pre-separation of large particles to be carried out. A porous metal structure, for example a metal sponge, can be arranged behind it as a second separation stage, which works as a depth filter. Significant amounts of smaller particles can also be absorbed in this metal structure. A fine filter can then follow as the third separation stage. This fine filter can be arranged, for example, on the housing wall, integrated into a degassing unit.
Mit dieser Entlüftungs-Abscheidevorrichtung kann verhindert werden, dass beim Freisetzen großer Mengen an Partikeln, die Entlüftungs-Abscheidevorrichtung schnell verblockt, insbesondere wenn beispielsweise Ruß freigesetzt wird, und dass der im Innenraum des Gehäuses aufgebaute Überdruck nicht schnell genug abgebaut werden kann.With this ventilation separating device it can be prevented that when large amounts of particles are released, the ventilation separating device quickly becomes blocked, especially if, for example, soot is released, and that the overpressure built up in the interior of the housing cannot be reduced quickly enough.
Mit der Entlüftungs-Abscheidevorrichtung können Passagiere und/oder Passanten vor herumfliegenden, metallischen, heißen Partikeln geschützt werden. Weiter kann ein ungehinderter Aufbau von Überdruck im Batteriegehäuse vermieden werden, falls sich die Abscheidevorrichtung, im Besonderen deren letzte Abscheidestufe, zu rasch zusetzt.The ventilation/separation device can be used to protect passengers and/or passers-by from hot, metallic particles flying around. Furthermore, an unhindered build-up of excess pressure in the battery housing can be avoided if the separating device, in particular its last separating stage, clogs up too quickly.
Vorteilhaft können Partikel, insbesondere heiße (Lithium-)Partikel, welche im Falle eines Zelldefekts von einzelnen oder mehreren Batteriezellen entlassen werden, von der Entlüftungs-Abscheidevorrichtung festgehalten werden und nicht ungehindert in die Umgebung gelangen.Particles, in particular hot (lithium) particles, which are discharged from one or more battery cells in the event of a cell defect, can advantageously be retained by the ventilation/separation device and cannot get into the environment unhindered.
Gemäß einer günstigen Ausgestaltung des Gehäuses kann die Entlüftungs-Abscheidevorrichtung wenigstens teilweise außerhalb des Gehäuses angeordnet sein. Damit kann der Bauraum im Gehäuse beispielsweise vorteilhaft zur Unterbringung von Batteriezellen genutzt werden.According to a favorable embodiment of the housing, the ventilation separation device can be arranged at least partially outside of the housing. The installation space in the housing can thus be used advantageously for accommodating battery cells, for example.
Gemäß einer günstigen Ausgestaltung des Gehäuses kann die Entlüftungs-Abscheidevorrichtung innerhalb des Gehäuses angeordnet sein. Alternativ ist jedoch auch möglich, wenn der Bauraum innerhalb des Gehäuses nicht zur Verfügung steht, die Entlüftungs-Abscheidevorrichtung teilweise außerhalb des Gehäuses unterzubringen.According to a favorable embodiment of the housing, the ventilation separation device can be arranged inside the housing. Alternatively, however, it is also possible, if the installation space within the housing is not available, to partially accommodate the ventilation/separation device outside of the housing.
Gemäß einer günstigen Ausgestaltung des Gehäuses kann die Gehäuseöffnung von einer flächig aufgespannten Membran verschlossen sein, wobei die Membran mit der Gehäuseöffnung fluiddicht verbunden ist.According to a favorable embodiment of the housing, the housing opening can be closed by a flat, stretched-out membrane, the membrane being connected to the housing opening in a fluid-tight manner.
Die Membran, die vorteilhaft als semipermeable Membran ausgebildet sein kann, ermöglicht einen Durchtritt von gasförmigen Medien von einer Umgebung in das Elektronikgehäuse und umgekehrt, unterbindet jedoch den Durchtritt von flüssigen Medien und Feststoffen.The membrane, which can advantageously be embodied as a semi-permeable membrane, allows gaseous media to pass through from an environment into the electronics housing and vice versa, but prevents liquid media and solids through through.
Für die semipermeable Membran können sämtliche Materialien eingesetzt werden, die eine Gasdurchlässigkeit zur Be-/Entlüftung im Normalbetrieb und eine hinreichend hohe Wasserundurchlässigkeit aufweisen. Als bevorzugtes Material für die semipermeable Membran kann Polytetrafluorethylen (PTFE) eingesetzt sein. Die semipermeable Membran weist eine durchschnittliche Porengröße auf, die zwischen 0,01 Mikrometer und 20 Mikrometer liegen kann. Die Porosität liegt vorzugsweise bei ca. 50 %; die mittlere Porengröße beträgt bevorzugt etwa 10 Mikrometer.All materials which have gas permeability for ventilation during normal operation and sufficiently high impermeability to water can be used for the semipermeable membrane. Polytetrafluoroethylene (PTFE) can be used as the preferred material for the semipermeable membrane. The semi-permeable membrane has an average pore size that can range from 0.01 microns to 20 microns. The porosity is preferably about 50%; the average pore size is preferably about 10 microns.
Die semipermeable Membran kann bevorzugt als folienartige bzw. folienförmige bzw. scheibenförmige, dünne Membran gestaltet sein. Die gaspermeable Membran weist eine für die Gaspermeation wirksame Membran-Oberfläche auf, die an ihrem Außenumfang bevorzugt eine rechteckige oder runde Außenkontur aufweisen kann. Es versteht sich jedoch, dass der Außenumfang der Membran auch anders gestaltet sein kann. Bei der Membran handelt es sich bevorzugt um eine dünne Flachmembran, deren für den Gasdurchtritt wirksame, voneinander weg weisenden Membran-Oberflächen im Wesentlichen parallel zu einander und vorzugsweise im Wesentlichen planar ausgebildet sind.The semipermeable membrane can preferably be designed as a film-like or film-shaped or disc-shaped, thin membrane. The gas-permeable membrane has a membrane surface which is effective for gas permeation and which can preferably have a rectangular or round outer contour on its outer circumference. However, it goes without saying that the outer circumference of the membrane can also be designed differently. The membrane is preferably a thin flat membrane, the membrane surfaces of which, which are effective for the passage of gas and point away from one another, are formed essentially parallel to one another and preferably essentially planar.
Die Membrandicke der Membran ist sehr viel kleiner als ihre übrigen Außenabmessungen. Die Membran kann eine Mindestbreite und/oder eine Mindestlänge oder einen Mindest-Außendurchmesser von gleich oder größer 20 mm, vorzugsweise von gleich oder größer 30 mm, insbesondere von gleich oder größer 40 mm, überspannen. Die Membrandicke kann insbesondere um mindestens das 20-fache, vorzugsweise um mindestens das 40-fache, insbesondere um mindestens das 100-fache, kleiner sein als die Mindestbreite und/oder die Mindestlänge oder der Mindest-Außendurchmesser der Membran. Die Membrandicke kann 1 Mikrometer bis 5 Millimeter betragen, wobei eine Membrandicke von 0,1 bis 2 mm, insbesondere 0,15 bis 0,5 mm, bevorzugt wird.The membrane thickness of the membrane is very much smaller than its other external dimensions. The membrane can span a minimum width and/or a minimum length or a minimum external diameter of greater than or equal to 20 mm, preferably greater than or equal to 30 mm, in particular greater than or equal to 40 mm. The membrane thickness can in particular be at least 20 times, preferably at least 40 times, in particular at least 100 times smaller than the minimum width and/or the minimum length or the minimum outer diameter of the membrane. The membrane thickness can be 1 micrometer to 5 millimeters, with a membrane thickness of 0.1 to 2 mm, in particular 0.15 to 0.5 mm, being preferred.
Des Weiteren kann die Membran umlaufend mit einem Rand einer Gasdurchtrittsöffnung eines Grundkörpers, insbesondere einer Entgasungseinheit, verbunden sein, insbesondere verschweißt, bevorzugt an einer Innenseite des Grundkörpers. Alternativ kann die Membran auch verklebt sein oder kraftschlüssig gehalten, etwa geklemmt. Die hierin als bevorzugt beschriebenen porösen PTFE-Membranmaterialien lassen sich mit einem Kunststoffgrundkörper problemlos verschweißen oder auf andere Weise stoffschlüssig verbinden.Furthermore, the membrane can be connected, in particular welded, circumferentially to an edge of a gas passage opening of a base body, in particular a degassing unit, preferably on an inner side of the base body. Alternatively, the membrane can also be glued or held in a non-positive manner, for example clamped. The porous PTFE membrane materials described herein as being preferred can be easily welded to a plastic base body or bonded in some other way.
Bei einem plötzlich ansteigenden Druck im Gehäuse, beispielsweise durch eine defekte Batteriezelle, kann die Membran durch eine gezielte Schwächung, beispielsweise über einen Notentgasungsdorn, zum Reißen gebracht werden, sodass das heiße Gas der Batteriezelle aus dem Gehäuse strömen kann.If the pressure in the housing suddenly increases, for example due to a defective battery cell, the membrane can be ruptured by targeted weakening, for example using an emergency degassing mandrel, so that the hot gas from the battery cell can flow out of the housing.
Figurenlistecharacter list
Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Zeichnungen, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.Further advantages result from the following description of the drawing. Exemplary embodiments of the invention are shown in the drawings. The drawings, the description and the claims contain numerous features in combination. The person skilled in the art will expediently also consider the features individually and combine them into further meaningful combinations.
Es zeigen beispielhaft:
-
1 eine schematische Darstellung eines Gehäuses, insbesondere Batteriegehäuses, insbesondere einer Traktionsbatterie eines Kraftfahrzeugs, zur Aufnahme von Batteriezellen, mit einer Entlüftungs-Abscheidevorrichtung mit einem Überdruckventil nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung; -
2 eine schematische Darstellung der Abscheidestufen der Entlüftungs-Abscheidevorrichtung nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung; und -
3 eine schematische Darstellung eines Gehäuses nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ohne Überdruckventil; -
4 eine schematische Darstellung eines Gehäuses nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung mit Überdruckventil und mit Umgehungsventil.
-
1 a schematic representation of a housing, in particular a battery housing, in particular a traction battery of a motor vehicle, for accommodating battery cells, with a ventilation-separating device with a pressure relief valve according to an exemplary embodiment of the invention; -
2 a schematic representation of the separation stages of the vent separation device according to an embodiment of the invention; and -
3 a schematic representation of a housing according to a further embodiment of the invention without pressure relief valve; -
4 a schematic representation of a housing according to a further embodiment of the invention with a pressure relief valve and a bypass valve.
Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention
In den Figuren sind gleiche oder gleichartige Komponenten mit gleichen Bezugszeichen beziffert. Die Figuren zeigen lediglich Beispiele und sind nicht beschränkend zu verstehen.In the figures, the same or similar components are denoted by the same reference symbols. The figures only show examples and are not to be understood as limiting.
Das Gehäuse 50 weist zumindest eine Gehäuseöffnung zur Entlüftung auf, welche von einer Entlüftungs-Abscheidevorrichtung 100 nach einem der vorhergehenden Ansprüche verschlossen ist. Die Entlüftungs-Abscheidevorrichtung 100 weist wenigstens drei Abscheidestufen 10, 20, 30 auf, welche von einem Fluidstrom 40 seriell durchströmbar angeordnet sind. Wenigstens eine der Abscheidestufen 20 ist als Tiefenfilter ausgebildet und wenigstens eine der Abscheidestufen 10, 30 ist als Oberflächenfilter ausgebildet. The
Weiter ist im Pfad des Fluidstroms 40 ein Überdruckventil 44 vorgesehen, das bestimmungsgemäß bei Überdruck im Gehäuse 50 einen Fluidstrompfad vom Innenraum 52 des Gehäuses 50 zur Umgebung 60 öffnet. Dabei ist der Fluidstrompfad fluidstromaufwärts wenigstens einer der Abscheidestufen 10, 20, 30 angeordnet. Das Überdruckventil 44 kann wenigstens eine Sollbruchstelle aufweisen und/oder mittels eines vorgespannten Federelements 46 betätigbar sein. Das Federelement 46 ist in
Die Entlüftungs-Abscheidevorrichtung 100 kann je nach Bauraumvorgaben ganz oder wenigstens teilweise außerhalb des Gehäuses 50 angeordnet sein. Alternativ ist auch möglich, dass die Entlüftungs-Abscheidevorrichtung 100 innerhalb des Gehäuses 50 angeordnet ist.The ventilation/
Die Gehäuseöffnung des Gehäuses 50 kann von einer flächig aufgespannten Membran verschlossen sein, wobei die Membran mit der Gehäuseöffnung fluiddicht verbunden ist. Eine solche, bevorzugt semipermeable Membran kann zum Druckausgleich des Innendrucks im Gehäuse dienen und gleichzeitig verhindern, dass Wasser eintritt. Bei einem plötzlich ansteigenden Innendruck im Gehäuse 50 kann die Membran reißen oder gezielt zum Bersten gebracht werden, um den raschen Druckabbau zu ermöglichen. Die Membran kann in Ausführungen die Funktion des symbolisch dargestellten Überdruckventils 44 übernehmen.The housing opening of the
Bei der Entlüftungs-Abscheidevorrichtung 100 ist eine in einer Entlüftungsstromrichtung 42 zuerst durchströmte erste Abscheidestufe 10 zur Grobabscheidung von Partikeln vorgesehen, und eine darauf folgende zweite Abscheidestufe 20 zur Tiefenfiltration und eine darauf folgende dritte Abscheidestufe 30 zur Feinabscheidung von Partikeln.In the ventilation/
Die erste Abscheidestufe 10 und die dritte Abscheidestufe 30 können bevorzugt als Oberflächenfilter ausgebildet sein. Die als Oberflächenfilter ausgebildete Abscheidestufe 10, 30 kann beispielsweise ein Metallgewebe aufweisen. Weiter kann die als Oberflächenfilter ausgebildete Abscheidestufe 10, 30 flächig ausgebildet sein und/oder Siebstrukturen aufweisen.The
Die als Tiefenfilter ausgebildete Abscheidestufe 20 kann vorteilhaft ein Vlies und/oder einen Schaum, insbesondere einen Metallschaum, aufweisen. Weiter kann die als Tiefenfilter ausgebildete Abscheidestufe 20 mehrstufig ausgebildet sein, wobei eine erste Stufe des Tiefenfilters zur Abscheidung von großen Partikeln, insbesondere mindestens 1 mm, und eine in Entlüftungsstromrichtung 42 folgende zweite Stufe des Tiefenfilters zur Abscheidung von kleinen Partikeln, insbesondere mindestens 0,3 mm oder sogar mindestens 0,1 mm ausgebildet ist. Ein geometrischer Querschnitt der als Tiefenfilter ausgebildeten Abscheidestufe 20 kann um wenigstens 15% größer sein als ein geometrischer Querschnitt einer zur Entlüftung vorgesehenen Öffnung des Gehäuses 50. Ferner kann die als Tiefenfilter ausgebildete Abscheidestufe 20 einen Dichtegradienten entlang einer Durchströmungsrichtung aufweisen, so dass entlang des Strömungspfades im Inneren des Tiefenfilters zunehmend kleinere Partikel abgeschieden werden können.The separating
In
Die in
BezugszeichenlisteReference List
- 1010
- erste Abscheidestufefirst separation stage
- 1111
- Umgehungsventilbypass valve
- 1212
- Umgehungs-Fluidstrompfadbypass fluid flow path
- 2020
- zweite Abscheidestufesecond separation stage
- 3030
- dritte Abscheidestufethird separation stage
- 4040
- Fluidstromfluid flow
- 4242
- Entlüftungsstromrichtungvent flow direction
- 4444
- Überdruckventilpressure relief valve
- 5050
- GehäuseHousing
- 5252
- Innenrauminner space
- 5454
- Batteriezellenbattery cells
- 6060
- UmgebungVicinity
- 6262
- Partikelparticles
- 100100
- Entlüftungs-AbscheidevorrichtungVent Separator
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited
- DE 102012022346 B4 [0004]DE 102012022346 B4 [0004]
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Legal Events
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