DE102021129913A1

DE102021129913A1 - Batterieentgasungseinheit und Batteriegehäuse

Info

Publication number: DE102021129913A1
Application number: DE102021129913.6A
Authority: DE
Inventors: Robert Zbiral; Markus Hanselmann
Original assignee: Mann and Hummel GmbH
Current assignee: Mann and Hummel GmbH
Priority date: 2021-01-14
Filing date: 2021-11-16
Publication date: 2022-07-14
Also published as: US20220223974A1; CN114843665A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Batterieentgasungseinheit (10) für ein Batteriegehäuse, insbesondere für eine Traktionsbatterie eines Kraftfahrzeugs, mit einem fluiddicht mit einem Rand einer Druckausgleichsöffnung des Batteriegehäuses verbindbaren Grundkörper (1), der zumindest eine Gasdurchtrittsöffnung (15) aufweist, die an der Innenseite (17) von einem ersten Filter (8), der eine Vielzahl von ersten Gitteröffnungen (81) aufweist, und einem an einer der Innenseite (17) des ersten Filters (8) gegenüberliegenden Seite angeordneten zweiten Filter (2), der eine Vielzahl von zweiten Gitteröffnungen (24) aufweist, abgedeckt ist. Zumindest einer der Filter (2, 8) übergreift die Gasdurchtrittsöffnung (15) vollständig. Der Grundkörper (1) weist zumindest einen Befestigungsmitteleinwirkungsbereich (11) auf, der zu einer Befestigung der Batterieentgasungseinheit (10) mit dem Batteriegehäuse eingerichtet ist. Wenigstens einer der beiden Filter (2, 8) ist so gewellt ausgebildet, dass eine Längserstreckung (9) in gestrecktem Zustand in wenigstens einer Richtung mindestens 1,3 mal so groß ist wie in gewelltem Zustand.Zudem betrifft die Erfindung ein Batteriegehäuse.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft eine Batterieentgasungseinheit und ein Batteriegehäuse, insbesondere einer Traktionsbatterie eines Kraftfahrzeugs.
Stand der Technik
Gehäuse zur Aufnahme von Elektronikkomponenten wie beispielsweise Batteriezellen und dergleichen können nicht vollständig gasdicht gegenüber der Umgebung verschlossen werden, da einerseits 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 muss, um unzulässige mechanische Belastungen des Gehäuses, insbesondere ein Bersten oder Ausbeulen des Gehäuses, zu verhindern.
Ebenso wichtig ist es jedoch, dass das Eindringen von Fremdkörpern, Schmutz und Feuchtigkeit 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.
DE 102012022346 B4 offenbart ein Batterie-Gehäuse, das einen Gehäuse-Innenraum umschließendes Gehäuse mit einer Gehäuse-Öffnung aufweist, die mittels eines zur Entgasung und zur im Wesentlichen wasserdichten Abdichtung des Gehäuse-Innenraumes gegen Eindringen von Wasser, vorzugsweise auch anderen Flüssigkeiten, vorgesehenen Membranträgers in Form eines Gehäusedeckels abgedeckt ist, welcher einen Trägerkörper enthält, der eine sich zwischen einer Trägerkörper-Innenseite und einer Trägerkörper-Außenseite durchgehend erstreckende Gasdurchgangsöffnung zur Ableitung von Gasen oder zum Druckausgleich, aufweist. Die Gasdurchgangsöffnung ist von einer semipermeablen Membran vollständig überdeckt, Der Trägerkörper, die Membran und das Gehäuse sind luftdicht oder gasdicht verbunden, dass im Wesentlichen kein Wasser und vorzugsweise auch keine Luft oder kein Gas durch die Gehäuseöffnung in den Gehäuse-Innenraum gelangen kann.
Offenbarung der Erfindung
Eine Aufgabe der Erfindung ist es, eine Batterieentgasungseinheit für eine Batterie, insbesondere für eine Traktionsbatterie eines Kraftfahrzeugs, zu schaffen, die sich dadurch auszeichnet, dass diese heiße Partikel im Fall eines Zelldefekts wirksam im Inneren des Batteriegehäuses zurückhält, ohne einen Druckverlust im Notentgasungspfad übermäßig zu erhöhen.
Eine weitere Aufgabe ist es, ein Batteriegehäuse mit einer solchen Batterieentgasungseinheit bereitzustellen.
Die vorgenannte Aufgabe wird nach einem Aspekt der Erfindung gelöst von einer Batterieentgasungseinheit für eine Batterie, insbesondere für eine Traktionsbatterie eines Kraftfahrzeugs, mit einem fluiddicht mit einem Rand einer Druckausgleichsöffnung des Batteriegehäuses verbindbaren Grundkörper, der zumindest eine Gasdurchtrittsöffnung aufweist, die an der Innenseite von einem ersten Filter, der eine Vielzahl von ersten Gitteröffnungen aufweist, und von einem zwischen dem ersten Filter und der Innenseite des Grundkörpers angeordneten zweiten Filter, der eine Vielzahl von zweiten Gitteröffnungen aufweist, abgedeckt ist, wobei zumindest einer der Filter die Gasdurchtrittsöffnung vollständig übergreift, wobei der Grundkörper zumindest einen Befestigungsmitteleinwirkungsbereich aufweist, der zu einer Befestigung der Batterieentgasungseinheit mit dem Batteriegehäuse eingerichtet ist, wobei wenigstens einer der beiden Filter mehrfach gewellt ausgebildet ist, so dass eine Längserstreckung in gestrecktem Zustand in wenigstens einer Richtung mindestens 1,3 mal so groß ist wie in gewelltem Zustand.
Bevorzugt ist eine Längserstreckung des ersten Filters in gestrecktem Zustand in wenigstens einer Richtung sogar mindestens 1,3 mal, insbesondere 1,5 mal, insbesondere 1,7 mal, insbesondere 2,0 mal, so groß wie in gewelltem Zustand.
Mit anderen Worten liegt innenseitig benachbart zum zweiten Filter der erste Filter vor und außenseitig benachbart zum zweiten Filter die Innenseite des Grundkörpers.
Die weitere Aufgabe wird nach einem weiteren Aspekt der Erfindung gelöst von einem Batteriegehäuse, insbesondere einer Traktionsbatterie eines Kraftfahrzeugs, das zumindest eine Gehäusewandung mit einer Druckausgleichsöffnung aufweist, wobei in dem Batteriegehäuse bevorzugt Batteriezellen anordenbar sind, wobei die Druckausgleichsöffnung von einer solchen Batterieentgasungseinheit verschlossen ist.
Günstige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung.
Es wird nach einem Aspekt der Erfindung eine Batterieentgasungseinheit für ein Batteriegehäuse, insbesondere für eine Batterie, insbesondere für eine Traktionsbatterie eines Kraftfahrzeugs, vorgeschlagen, mit einem fluiddicht mit einem Rand einer Druckausgleichsöffnung des Batteriegehäuses verbindbaren Grundkörper, der zumindest eine Gasdurchtrittsöffnung aufweist, die an der Innenseite von einem ersten Filter, der eine Vielzahl von ersten Gitteröffnungen aufweist, und einem an einer der Innenseite des ersten Filters gegenüberliegenden Seite angeordneten zweiten Filter, der eine Vielzahl von zweiten Gitteröffnungen aufweist, abgedeckt ist. Zumindest einer der Filter übergreift die Gasdurchtrittsöffnung vollständig. Der Grundkörper weist zumindest einen Befestigungsmitteleinwirkungsbereich auf, der zu einer Befestigung der Batterieentgasungseinheit mit dem Batteriegehäuse eingerichtet ist. Dabei ist wenigstens einer der beiden Filter so gewellt ausgebildet, dass eine Längserstreckung in gestrecktem Zustand in wenigstens einer Richtung mindestens 1,3 mal so groß ist wie in gewelltem Zustand.
Die Batterieentgasungseinheit ist insbesondere als Druckausgleichsvorrichtung mit integrierter Notöffnung für ein Gehäuse einer Hochvoltbatterie vorgesehen, durch das Fluide (Gase) zum Druckausgleich und im Besonderen im Falle einer kollabierenden Batteriezelle, dem sog. Thermal Run Away, strömen können. Dabei sollen jedoch im Falle eines Thermal Run Aways Partikel einer bestimmten Größenordnung abgeschieden werden, so dass sie nicht in die Umgebung gelangen können. Dazu sind zumindest zwei Filterstufen für relativ große relativ kleine Partikel vorgesehen. Um das Ausströmen des Gases nicht unzulässig durch Partikel, die sich an dem jeweiligen Filter angelagert haben, zu behindern, was einen unzulässig hohen Druckanstieg im Inneren des Gehäuses zur Folge hätte, wird erfindungsgemäß die Oberfläche mindestens einer Filterstufe gewellt ausgeführt. Die seitlichen Wände der gewellt ausgeführten Filterstufe können direkt an diesem Bauteil integriert oder in Verbindung mit einer weiteren Filterstufe von dieser zumindest teilweise gebildet oder durch andere am Batteriegehäuse vorhandene Konturen zumindest teilweise gebildet sein. Die Seitenwände können geschlossen ausgeführt sein oder durch entsprechende Öffnungen ebenfalls die Oberfläche des gewellten Filterelements mit dessen Filtrationsstufe vergrößern.
Durch die wellenförmige Ausführung von zumindest einer Filterstufe, beispielsweise der auf der Innenseite angeordnete erste Filter, kann die Oberfläche derselben bei annähernd gleichem Platzbedarf wesentlich vergrößert werden. Sollten sich Teilbereiche der Filterstufe durch Partikelansammlungen zusetzen, würde der dadurch verursachte Druckverlustanstieg vergleichsweise deutlich geringer ausfallen als bei einem im Wesentlichen ebenen Filterelement gleicher Größe.
Durch eine gewellt ausgeführte Abscheidestufe lässt sich deren Oberfläche signifikant, beispielsweise größer 50 %, erhöhen, ohne dabei den vorhandenen Platzbedarf wesentlich zu vergrößern. Günstigerweise muss dazu die Öffnung im Batteriegehäuse auch nicht verändert oder vergrößert werden.
Die Ermittlung der „gewellten Länge“ und „gestreckten Länge“ des ersten Filters erfolgt - im Querschnitt gesehen und exemplarisch für eine isolierte Wellung- insbesondere ausgehend von an eine jeweilige Wellung bzw. Faltung beiderseitig angrenzenden Orten mit minimalen Umform- bzw. Biegeradien. Insbesondere handelt es sich bei solchen Orten mit minimalem Umform- bzw. Biegeradius um einen Abschnitt auf dem Verlauf der Querschnittskontur des ersten Filters, in denen die Steigung der Kontur gleich Null ist. Weist der erste Filter im Querschnitt randständig ungefaltete Bereiche auf, sind diese bei der Ermittlung der Längen nicht zu berücksichtigen.
Der erste Filter dient ferner als Eingriffsschutz in einen Innenraum des Batteriegehäuses, so dass Gegenstände wie beispielsweise Schraubendreher o.ä. nicht in das Innere gelangen können. Dies ist insbesondere wichtig, da Traktionsbatterien für Fahrzeuge häufig im Hochvoltbereich betrieben werden und hierdurch Gefahren drohen. Der erste Filter kann eine Vielzahl an beabstandeten Gitterstegen aufweisen, deren Mindestabstand so zu wählen ist, dass ein Eingriff sicher ausgeschlossen werden kann. Die Gitterstege können in einem rechtwinkligen Raster oder als eine Kombination von umfänglich und radial verlaufenden Gitterstegen angeordnet sein.
Die Abmessungen der ersten Gitteröffnungen des ersten Filters sind so zu wählen, dass ein möglichst großer Anteil einer Partikelfraktion, welche bei einem Batteriezelldefekt entsteht, hiervon zurückgehalten werden kann, um zu verhindern, dass diese in die Umgebung gelangen. Bei den im Falle eines Zelldefekts entstehenden Partikeln handelt es sich um glühende Metall- und/oder Alkalimetallpartikel, welche zusammen mit ggf. bei einem Zelldefekt entstehenden brennbaren Gasen, eine Zündquelle darstellen können. Die Abmessungen der ersten Gitteröffnungen des ersten Filters werden beispielsweise so gewählt, dass ein bestimmter Masseanteil der Partikel, etwa > 75 %, zurückgehalten werden können. Zu diesem Zweck ist der erste Filter aus einem hinreichend thermisch beständigen Material gefertigt, bevorzugt liegt die Schmelztemperatur des Materials über 800 °C, insbesondere über 1000 °C.
Der erste Filter kann deshalb bevorzugt ein Metall aufweisen oder daraus bestehen. Ein erster Filter aus Metall hat den Vorteil, dass auch nach einer Hochtemperatureinwirkung die Schutz- und Abscheidefunktion beibehalten wird, weshalb es gemäß der vorliegenden Erfindung bevorzugt eingesetzt wird. Alternativ kann der erster Filter einen Kunststoff aufweisen oder daraus bestehen, bevorzugt Polypropylen und/oder Polybutylenterephthalat, jeweils bevorzugt Verstärkungsfasern aufweisend, insbesondere Glasfasern.
Der Grundkörper kann im Wesentlichen aus Kunststoff, insbesondere thermoplastischem Kunststoff, bestehen und insbesondere spritzgegossen sein. Bevorzugte Materialien sind Polypropylen, Polybutylenterephthalat oder Polyamid, jeweils Verstärkungsfasern aufweisend, insbesondere Glasfasern.
Bevorzugt ist eine von dem ersten Filter überspannte Fläche größer als ein Querschnitt der Gasdurchtrittsöffnung, was den Vorteil bietet, dass die zur Partikelabscheidung zur Verfügung stehende Fläche vergrößert ist. Dies trägt dazu bei, dass bei stark partikelbelasteten Gasströmen der erste Filter nicht so schnell verblockt (sich zusetzt). Die aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtungen mit lediglich einem Stützgitter realisieren diesen Vorteil nicht, da dort der zur Partikelabscheidung zur Verfügung stehende Strömungsquerschnitt durch die Abmessungen der Gasdurchtrittsöffnung begrenzt ist.
Indem erfindungsgemäß wenigstens einer der beiden Filter gewellt ausgebildet ist und demzufolge eine vergrößerte Oberfläche zum Abscheiden von Partikeln aufweist, wird im Notentgasungsfall ein möglichst geringer Druckverlust sichergestellt.
Gemäß einer Ausführungsform können die Gitteröffnungen des mehrfach gewellten Filters auch in zumindest einem Bereich einer Richtungsumkehr eines Querschnitts des mehrfach gewellten Filters angeordnet sein. Mit „Bereich einer Richtungsumkehr“ ist insbesondere ein Bereich des mehrfach gewellten Filters gemeint, in dem dessen Struktur umgebogen, gefaltet oder sonst wie verformt ist, um die mehrfach gewellte Struktur zu erhalten. Hiermit ist der technische Vorteil verbunden, dass solche strukturgebenden Bereiche vorteilhaft zur Filtration genutzt werden können und nicht bloß als nicht filtrationsaktive, fluidundurchlässige „Reststrukturen“ nichts zur Partikelabscheidung beitragen.
Gemäß einer günstigen Ausgestaltung der Batterieentgasungseinheit kann der gewellte Filter wenigstens bereichsweise von Seitenwänden umgeben sein, die seitliche Öffnungen des gewellten Filters zum Batteriegehäuse hin abdecken. Dadurch kann eine hohe Abscheideeffizienz des gewellten Filters gewährleistet werden. Insbesondere bei einem gefalteten Filter können so die relativ großen Öffnungen an den Stirnseiten der Falten wirksam abgedichtet werden. Die Seitenwände können beispielsweise am jeweils anderen der beiden Filter, der nicht gewellt ist, ausgebildet sein.
Gemäß einer günstigen Ausgestaltung der Batterieentgasungseinheit können die Seitenwände Öffnungen aufweisen, welche zumindest einen Gasdurchtritt ermöglichen. Kleinere Öffnungen in der Größe der Gitteröffnungen des gewellten Filters können so zusätzlich zum Abscheiden von Partikeln beitragen und dennoch für Fluide wie Gase permeabel sein.
Gemäß einer günstigen Ausgestaltung der Batterieentgasungseinheit können die Seitenwände zumindest bereichsweise am ersten Filter ausgebildet sein. Der erste Filter kann günstigerweise so gefaltet ausgebildet sein, dass die normalerweise beim Falten entstehenden Öffnungen an den Stirnseiten der Falten von dem Filtermedium selbst abgedichtet werden. Die Seitenwände können so direkt an dem Filter ausgebildet sein, der auch gewellt ist.
Gemäß einer günstigen Ausgestaltung der Batterieentgasungseinheit können die Seitenwände zumindest bereichsweise am Grundkörper ausgebildet sein. In dieser alternativen Ausführungsform können die Seitenwände zur Abdichtung des gefalteten Filters auch mit dem Grundkörper einstückig ausgebildet sein. Dadurch kann eine wirksame Abdichtung des gewellten Filters zum Grundkörper hin auf günstige Weise erreicht werden.
Gemäß einer günstigen Ausgestaltung der Batterieentgasungseinheit kann der gewellte Filter parallel bzw. äquidistant zueinander angeordnete Falten aufweisen, deren Faltenkanten parallel zu der Gasdurchtrittsöffnung angeordnet sind. Dadurch kann auf einfache Weise eine wirksame Oberflächenvergrößerung des Filters bei gleichzeitig geringem Mehrbedarf an Bauraum erreicht werden. Mit Faltenkanten ist hierin der Verlauf der Faltenspitzen und Faltentäler gemeint.
Gemäß einer günstigen Ausgestaltung der Batterieentgasungseinheit können die ersten Gitteröffnungen zum Abscheiden von größeren Partikeln vorgesehen sein und die zweiten Gitteröffnungen zum Abscheiden von kleineren Partikeln, die kleiner sind als die größeren Partikel, vorgesehen sein. Auf diese Weise kann eine Vorabscheidung grober Partikel erreicht werden, welche verhindert, dass der zweite Filter sich zu schnell zusetzt. Dadurch kann eine ungünstige Erhöhung des Druckverlusts durch zugesetzte Filter im Notentgasungsfall vermieden werden.
Gemäß einer günstigen Ausgestaltung der Batterieentgasungseinheit kann benachbart zum zweiten Filter zur Außenseite hin eine semipermeable Membran vorliegen, welche einen Durchtritt von gasförmigen Medien von einer Umgebung in das Batteriegehäuse und umgekehrt ermöglicht, den Durchtritt von flüssigen Medien und/oder Feststoffen jedoch unterbindet. Insbesondere kann dabei der zweite Filter eine Membranstützvorrichtung bilden, welche die Gasdurchtrittsöffnung zumindest teilweise übergreift.
Vorteilhaft kann der zweite Filter als Membranstützvorrichtung in einem Abstand zu der semipermeablen Membran vorliegen und fluiddurchlässig ausgebildet sein, bevorzugt als Gitterabschnitt mit einer Vielzahl von zweiten Gitteröffnungen.
Gemäß einer günstigen Ausgestaltung der Batterieentgasungseinheit kann die Membran an der Innenseite des Grundkörpers vorliegen und von dem zweiten Filter zumindest teilweise hintergriffen werden, so dass diese die Membran gegen externe Druckeinwirkungen (z. B. gegen Wasserdruck im Falle von Wasserdurchfahrten und/oder Einsatz von Reinigungsvorrichtungen bei Fahrzeugen) abstützt und unzulässige Verformungen unterbindet.
Eine Anlage bzw. Verbindung der Membran mit der Innenseite des Grundkörpers hat den Vorteil, dass die Membran bei Innendruckeinwirkung quasi formschlüssig gegenüber dem Grundkörper gehalten wird und die Verbindung (Verschweißung, Verklebung o.ä.) nicht auf Zug belastet wird, was insbesondere bei Einsatz von ohnehin nur schwer fügbaren PTFE-Werkstoffen wichtig sein kann. Um auch bei Innendruckeinwirkung eine unzulässig starke Durchbiegung bzw. „Ausbeulung“ der Membran, welche zu deren Zerstörung führen kann, zu verhindern kann der Grundkörper zusätzlich ein Membran-Außenschutzgitter aufweisen, welches die Membranoberfläche außen zumindest teilweise überspannt, jedoch mit einem hinreichend großen Flächenanteil fluiddurchlässig ist, um den Gasaustausch im Normalbetrieb zu ermöglichen.
Für die semipermeable Membran können sämtliche Materialien eingesetzt werden, die eine Gasdurchlässigkeit zur Be-/Entlüftung im Normalbetrieb und eine hinreichend hohe Wasserundurchlässigkeit aufweisen. Als bevorzugtes Material für die semipermeable Membran kann Polytetrafluorethylen (PTFE) eingesetzt sein. Die semipermeable Membran weist eine durchschnittliche Porengröße auf, die zwischen 0,01 Mikrometer und 20 Mikrometer liegen kann. Die Porosität liegt vorzugsweise bei ca. 50 %; die mittlere Porengröße beträgt bevorzugt etwa 10 Mikrometer.
Die semipermeable Membran kann bevorzugt als folienartige bzw. folienförmige bzw. scheibenförmige, dünne Membran gestaltet sein. Die gaspermeable Membran weist eine für die Gaspermeation wirksame Membran-Oberfläche auf, die an ihrem Außenumfang bevorzugt eine rechteckige oder runde Außenkontur aufweisen kann. Es versteht sich jedoch, dass der Außenumfang der Membran auch anders gestaltet sein kann. Bei der Membran handelt es sich bevorzugt um eine dünne Flachmembran, deren für den Gasdurchtritt wirksame, voneinander weg weisenden Membran-Oberflächen im Wesentlichen parallel zu einander und vorzugsweise im Wesentlichen planar ausgebildet sind.
Die Membrandicke der Membran ist sehr viel kleiner als ihre übrigen Außenabmessungen. Die Membran kann eine Mindestbreite und/oder eine Mindestlänge oder einen Mindest-Außendurchmesser von gleich oder größer 20 mm, vorzugsweise von gleich oder größer 30 mm, insbesondere von gleich oder größer 40 mm, überspannen. Die Membrandicke kann insbesondere um mindestens das 20-fache, vorzugsweise um mindestens das 40-fache, insbesondere um mindestens das 100-fache, kleiner sein als die Mindestbreite und/oder die Mindestlänge oder der Mindest-Außendurchmesser der Membran.
Die Membrandicke kann 1 Mikrometer bis 5 Millimeter betragen, wobei eine Membrandicke von 0,1 bis 2 mm, insbesondere 0,15 bis 0,5 mm, bevorzugt wird.
Des Weiteren kann die Membran umlaufend mit einem Rand der Gasdurchtrittsöffnung des Grundkörpers 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.
Gemäß einer günstigen Ausgestaltung der Batterieentgasungseinheit kann der erste Filter partikeldicht mit dem Grundkörper verbunden sein. Alternativ oder zusätzlich kann eine von dem ersten Filter überspannte Fläche größer sein als ein Querschnitt der Gasdurchtrittsöffnung.
Gemäß einer günstigen Ausgestaltung der Batterieentgasungseinheit können die Abmessungen der Gitteröffnungen des ersten Filters in zumindest einer Erstreckungsrichtung kleiner als 3,0 mm, bevorzugt kleiner als 2,0 mm, stärker bevorzugt kleiner als 1,5 mm, sein. Nach Erkenntnissen der Anmelder lassen sich bei einer derartigen Dimensionierung o.g. Anforderungen hinsichtlich einer gravimetrischen Abscheideleistung realisieren.
Auch der zweite Filter ist fluiddurchlässig ausgebildet, bevorzugt als Gitterabschnitt mit einer Vielzahl zweiter Gitteröffnungen. Dies hat den technischen Vorteil, dass auch der Querschnitt des zweiten Filters, insbesondere im Notentgasungsfall, durchströmbar ist, was den Druckverlust weiter reduziert und so die Geschwindigkeit des Druckabbaus im Gehäuse erhöht.
Gemäß einer günstigen Ausgestaltung der Batterieentgasungseinheit können die Abmessungen der zweiten Gitteröffnungen des zweiten Filters in zumindest einer Erstreckungsrichtung kleiner sein als die Abmessungen der ersten Gitteröffnungen des ersten Filters. Beispielsweise können die Abmessungen der Gitteröffnungen des zweiten Filters zumindest 4-mal, bevorzugt zumindest 6-mal, größer sein als die Abmessungen der Gitteröffnungen des ersten Filters in der Erstreckungsrichtung mit der kleinsten Abmessung. Dem liegt der Gedanke zugrunde, dass hierdurch eine mehrstufige Partikelabscheidung erfolgen kann, wobei durch den ersten Filter gröbere Partikel als durch den zweiten Filter abgeschieden werden können. Dies erhöht die Gesamtabscheideleistung und reduziert den Druckverlust im Betrieb (Notentgasungsfall).
Gemäß einer günstigen Ausgestaltung der Batterieentgasungseinheit kann der erste Filter ein Filtermedium umfassen, das bevorzugt ein Gittermaterial, insbesondere ein Drahtgitter, und/oder ein Vliesmaterial umfasst. Dabei kann das Filtermedium bevorzugt ein metallisches Material aufweisen oder daraus bestehen. Das Filtermedium kann hierbei durch Stützgitterstege des erster Filters gestützt werden, die in Kombination mit einem Filtermedium einen deutlich größeren Abstand voneinander haben können als bei einer Ausführung ohne Filtermedium; die Abstände zwischen den Stützgitterstegen können hier beispielsweise mehrere Millimeter betragen, etwa 1,5 mm bis 35 mm, bevorzugt 2 mm bis 30 mm. Die Öffnungsquerschnitte bezüglich der Abscheidung werden in diesem Fall durch die Abmessungen der Öffnungen des Gittermaterials und/oder durch die Porengrößen des Vliesmaterials bestimmt.
Gemäß einer günstigen Ausgestaltung der Batterieentgasungseinheit kann der erste Filter mit dem zweiten Filter verbunden sein, insbesondere mit dem zweiten Filter verschweißt oder verschnappt sein. Der erste Filter kann mit dem zweiten Filter lösbar oder unlösbar verbunden sein. Zur Sicherstellung einer möglichst guten Partikeldichtheit der Verbindung von erstem Filter und zweitem Filter kann der zweite Filter den ersten Filter radial außen zumindest teilumfänglich übergreifen. In einer bevorzugten Ausführungsform liegen im Bereich des radial äußeren Umgriffs Schnappmittel vor. Alternativ können die beiden Filter im Bereich des radial äußeren Umgriffs mittels eines Schweißverfahrens, insbesondere eines Laser-Punktschweißverfahrens, miteinander verbunden.
Gemäß einer günstigen Ausgestaltung der Batterieentgasungseinheit kann ein Abstand zwischen dem ersten Filter und dem zweiten Filter im Bereich des Zentrums der Gasdurchtrittsöffnung zumindest 0,2 mm, bevorzugt zumindest 0,7 mm, betragen, wobei noch größere Werte im Hinblick auf einen geringen Druckverlust vorteilhafter sind.
Vorteilhaft kann der Befestigungsmitteleinwirkungsbereich des Grundkörpers eine Bohrung, insbesondere eine Sacklochbohrung, umfassen, die zur Innenseite und/oder Außenseite des Grundkörpers offen ist. Mit dieser Bohrung ist, insbesondere von einem Gehäuseinneren oder Gehäuseäußeren des Batteriegehäuses aus, ein korrespondierendes Befestigungsmittel in Eingriff bringbar. In dem Befestigungsmitteleinwirkungsbereich kann insbesondere ein metallisches Verbindungselement, bevorzugt ein Gewindeeingriffsmittel, etwa eine Gewindebuchse oder eine Blechmutter, vorliegen.
Gemäß einer günstigen Ausgestaltung der Batterieentgasungseinheit kann der erste Filter als Blechteil, insbesondere gestanztes Blechteil, ausgebildet sein. Dies ermöglicht auch im Großserieneinsatz eine kostengünstige Fertigung. Alternativ oder zusätzlich können die Öffnungen des ersten Filters auch durch andere Verfahren erzeugt werden, etwa durch (Laser-)Schneiden. Bevorzugt hat der erste Filter zumindest eine Durchstecköffnung, welche mit der zumindest einen Sacklochbohrung des Grundkörpers fluchtet. Durch die Durchstecköffnung kann zur Befestigung der Batterieentgasungseinheit am Batteriegehäuse eine Schraube geführt werden, die gemäß dieser Ausführungsform auch der erste Filter im Falle einer thermischen Einwirkung sicher bezüglich der Öffnung des Batteriegehäuses befestigt hält.
Gemäß einer günstigen Ausgestaltung der Batterieentgasungseinheit kann der erste Filter zumindest eine Befestigungslasche aufweisen. Die Befestigungslasche kann sich bevorzugt lateral erstrecken. Dabei kann durch die Befestigungslasche der erste Filter mittelbar oder unmittelbar mit dem Grundkörper verbunden werden. Die Befestigungslasche kann sich insbesondere in Radialrichtung von einem Gitterkörper des ersten Filters weg erstrecken. Die Befestigungslasche kann weiter dazu geeignet sein, den ersten Filter unmittelbar mit dem Grundkörper zu verbinden. Eine unmittelbare Verbindung des insbesondere metallischen ersten Filters mit dem Grundkörper hat den Vorteil, dass der erste Filter nach einer starken thermischen Einwirkung (z. B. Brand und/oder Zelldefekte) sicher bezüglich dem Grundkörper befestigt bleibt und weiterhin seine Abscheidefunktion ausüben kann. Beispielsweise kann der erste Filter über Bohrungen der Befestigungslaschen mittels Schweißpunkten mit dem Grundkörper fest verbunden werden.
Der zweite Filter kann ebenfalls Befestigungslaschen aufweisen, welche Bohrungen aufweisen, mittels welcher der erste Filter und der zweite Filter zusammen mit den Schweißpunkten des Grundkörpers fest verbunden werden können.
Vorteilhaft kann die Batterieentgasungseinheit eine Abdeckhaube aufweisen, welche außenseitig mit dem Grundkörper verbunden ist. Bevorzugt kann die Abdeckhaube zumindest eine Be-/Entlüftungsöffnung aufweisen.
Die Abdeckhaube stellt sicher, dass die Membran von außen weder mit Fremdkörpern, etwa spitze Gegenstände wie Schraubendreher o.ä., noch mittels Hochdruckreinigern und/oder Dampfstrahlern beschädigt werden kann und trägt so wirksam zu einer hohen IP-Schutzklasse bei.
Vorteilhaft kann die Abdeckhaube mittels eines Rastelementeingriffs mit dem Grundkörper befestigt sein. Der Rastelementeingriff kann hierbei etwa an dem Außenumfang des Grundkörpers erfolgen oder aber im weiteren Sinne stirnseitig an dessen Außenseite. Es kommen zur Befestigung der Abdeckhaube an dem Grundkörper jedoch auch andere Befestigungsmittel in Betracht, etwa form- oder kraftschlüssige Befestigungsmittel, etwa Schrauben oder Clips, oder durch stoffschlüssige Verbindungen, insbesondere (Reib-) Schweißen.
Als Werkstoffe für den Grundkörper und/oder die Abdeckhaube kommen insbesondere Kunststoffe in Betracht, bevorzugt thermoplastische Kunststoffe, die durch Spritzgießen verarbeitbar sind. Bevorzugt besteht der Grundkörper und/oder die Abdeckhaube aus Polypropylen, Polybutylenterephthalat oder Polyamid, jeweils optional Verstärkungsfasern aufweisend, insbesondere Glasfasern, oder weist zumindest einen dieser Werkstoffe zumindest auf.
Gemäß einer günstigen Ausgestaltung kann die Batterieentgasungseinheit eine Gehäusedichtung aufweisen, welche die Gasdurchtrittsöffnung des Grundkörpers an der Innenseite umlaufend umgibt. Die Gehäusedichtung kann als Axial- oder Radialdichtung ausgebildet sein, d.h. insbesondere an einer Stirnfläche (im Falle der Axialdichtung) oder an einer Mantelfläche (im Falle der Radialdichtung) vorliegen. Die Gehäusedichtung kann als O-Ring bzw. Formdichtung, welche(r) in einer korrespondierenden Nut des Grundkörpers aufgenommen ist, oder als angespritzte Dichtkomponente ausgebildet sein. Eine Anordnung der Gehäusedichtung in Axialkonfiguration wird bevorzugt, wobei besonders bevorzugt die Gehäusedichtung ein Bajonettverbindungsmittel welches insbesondere axial abragt, umgibt. Die Gehäusedichtung kann insbesondere auch als Formdichtung mit einem nicht-kreisförmigen, insbesondere in Längsrichtung gestreckten, Querschnitt ausgebildet sein.
In Ausführungen kann vorgesehen sein, dass eine Richtung, in der die zweiten Gitteröffnungen des zweiten Filters ihre größte Abmessung haben, unter einem Winkel zu einer Richtung verläuft, in der die ersten Gitteröffnungen des ersten Filters ihre größte Abmessung haben, wobei der Winkel bevorzugt 90° beträgt. Hierdurch kann die Abscheidung von realen Partikeln, welche keine ideale Kugelform aufweisen, verbessert werden.
Gemäß einer günstigen Ausgestaltung kann die Batterieentgasungseinheit einen Notentgasungsdorn aufweisen, der sich außenseitig in Axialrichtung zu der Membran erstreckt und dessen Spitze in einem Ruhezustand in einem vorbestimmten Abstand von einer äußeren Membranoberfläche vorliegt, wobei insbesondere der Notentgasungsdorn an dem Grundkörper oder an einer Abdeckhaube ausgebildet ist. Der Notentgasungsdorn ist im Ruhezustand (keine Differenzdruckbelastung) in einem vorbestimmten Abstand zur Membranoberfläche angeordnet. Unter Druckbelastung (relativer Innenüberdruck) wird sich die Membran in Richtung Außenraum ausbeulen und bei Erreichen eines Grenzdrucks auf Anlage an der Spitze des Notentgasungsdorns kommen. Aufgrund seiner Spitze erzeugt der Notentgasungsdorn dann eine gezielte Schwächung der Membran, so dass diese reißt. Dies dient der Sicherstellung einer möglichst flink reagierenden Notentgasungsfunktion, was wichtig ist, um bei einem plötzlichen Innendruckanstieg in dem Batteriegehäuse sicherstellen zu können, dass die Gehäusestruktur intakt bleibt. Durch eine Variation des Abstandes der Spitze des Notentgasungsdorns von der Membranoberfläche ist der Notentgasungsdruck einstellbar.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Batteriegehäuse, insbesondere einer Traktionsbatterie eines Kraftfahrzeugs. Das Batteriegehäuse hat zumindest eine Gehäusewandung mit einer Druckausgleichsöffnung, wobei in dem Batteriegehäuse bevorzugt Batteriezellen anordenbar sind und wobei die Druckausgleichsöffnung von einer erfindungsgemäßen Batterieentgasungseinheit verschlossen ist, so dass ein Gasaustausch zwischen einem Innenraum des Batteriegehäuse und der Umgebung möglich ist, jedoch das Eindringen von Feuchtigkeit, Schmutz und Fremdkörpern wirksam verhindert ist.
Insbesondere ist dabei eine Montage der Batterieentgasungseinheit derart vorgesehen, dass diese mittels zumindest eines Befestigungsmittels, insbesondere einer Schraube, mit einer Wandung des Batteriegehäuses verbunden ist, wobei das Befestigungsmittel mit dem Befestigungsmitteleinwirkungsbereich des Grundkörpers in Eingriff steht. Durch die Verschraubung werden die zur Verpressung der Gehäusedichtung nötigen Dichtungsvorspannkräfte erzeugt. Die Verschraubung kann insbesondere von einem Innenraum des Batteriegehäuses her erfolgen. Es sind selbstverständlich auch Ausführungsformen von der Erfindung umfasst, bei denen die Verschraubung der Batterieentgasungseinheit mit dem Batteriegehäuse von der Außenseite her erfolgt.
Besonders bevorzugt ist der erste Filter mittelbar oder unmittelbar formschlüssig zwischen der Wandung des Batteriegehäuses und dem Grundkörper der Batterieentgasungseinheit festgelegt, quasi sandwichartig dazwischen eingeklemmt. Hierdurch wird ermöglicht, dass auch das erster Filter im Falle einer thermischen Einwirkung sicher bezüglich der Öffnung des Batteriegehäuses befestigt bleibt.
Schließlich kann die Gehäusewandung an einer Außenseite eine die Druckausgleichsöffnung umlaufende Dichtfläche aufweisen, an der in einem Montagezustand die Gehäusedichtung der Batterieentgasungseinheit anliegt. Die Dichtfläche ist bevorzugt als ein Bereich der Wandung des Batteriegehäuses mit möglichst geringen Abweichungen hinsichtlich Ebenheit und geringer Rauheit ausgebildet. Geeigneter Weise weist das Batteriegehäuse bzw. zumindest dessen Wandung einen Metallwerkstoff auf oder besteht daraus, so dass die Dichtfläche hinsichtlich der o.g. Eigenschaften einfach durch mechanische Bearbeitung erhalten werden kann.
Figurenliste
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. Es zeigen beispielhaft:

1 eine isometrische Schnittansicht einer Batterieentgasungseinheit nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
2 eine isometrische Ansicht auf die Batterieentgasungseinheit nach 1 von einer Innenseite eines Grundkörpers gesehen;
3 einen ersten und zweiten Filter der Batterieentgasungseinheit nach 1 in isometrischer Darstellung nach einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
4 einen ersten und zweiten Filter der Batterieentgasungseinheit nach 1 in isometrischer Darstellung nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung;
5 eine Draufsicht auf die Batterieentgasungseinheit nach 1 von einer Außenseite des Grundkörpers gesehen mit eingezeichneten Schnittebenen A-A und B-B;
6 einen Längsschnitt durch die Batterieentgasungseinheit nach 1 entlang der Schnittebene A-A;
7 einen vergrößerten Ausschnitt X aus dem Längsschnitt nach 6;
8 einen Längsschnitt durch die Batterieentgasungseinheit nach 1 entlang der Schnittebene B-B;
9 einen Längsschnitt durch die Batterieentgasungseinheit nach 1 entlang der Schnittebene C-C;
10 eine isometrische Schnittansicht einer Batterieentgasungseinheit nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung;
11 eine isometrische Ansicht auf die Batterieentgasungseinheit nach 10 von einer Innenseite des Grundkörpers gesehen;
12 einen ersten und zweiten Filter der Batterieentgasungseinheit nach 10 in isometrischer Darstellung;
13 eine Draufsicht auf die Batterieentgasungseinheit nach 10 von einer Außenseite des Grundkörpers gesehen mit eingezeichneten Schnittebenen A-A und B-B;
14 einen Längsschnitt durch die Batterieentgasungseinheit nach 10 entlang der Schnittebene A-A;
15 einen vergrößerten Ausschnitt X aus dem Längsschnitt nach 14;
16 einen Längsschnitt durch die Batterieentgasungseinheit nach 10 entlang der Schnittebene B-B; und
17 einen Längsschnitt durch die Batterieentgasungseinheit nach 10 entlang der Schnittebene C-C,
18 isometrische Ansicht eines ersten Filters für eine erfindungsgemäße Batterieentgasungseinheit.

Ausführungsformen der Erfindung
In den Figuren sind gleiche oder gleichartige Komponenten mit gleichen Bezugszeichen beziffert. Die Figuren zeigen lediglich Beispiele und sind nicht beschränkend zu verstehen.
In 1 bis 9 ist eine erste Ausführungsform der Batterieentgasungseinheit 10 dargestellt. 1 zeigt eine isometrische Schnittansicht der Batterieentgasungseinheit 10, während in 2 eine isometrische Ansicht auf die Batterieentgasungseinheit 10 von einer Innenseite 17 eines Grundkörpers 1 gesehen dargestellt ist.
In 3 und 4 sind jeweils ein erster Filter 8 und ein zweiter Filter 2 der Batterieentgasungseinheit 10 nach 1 in isometrischer Darstellung für zwei Ausführungsbeispiele dargestellt.
5 zeigt eine Draufsicht auf die Batterieentgasungseinheit 10 nach 1 von einer Außenseite 18 des Grundkörpers 1 gesehen mit eingezeichneten Schnittebenen A-A und B-B. 6 zeigt einen Längsschnitt durch die Batterieentgasungseinheit 10 entlang der Schnittebene A-A und 7 einen vergrößerten Ausschnitt X aus dem Längsschnitt nach 6. 8 zeigt einen Längsschnitt durch die Batterieentgasungseinheit nach 1 entlang der Schnittebene B-B und 9 einen Längsschnitt durch die Batterieentgasungseinheit nach 1 entlang der Schnittebene C-C.
Die Batterieentgasungseinheit 10 verfügt über einen Grundkörper 1, der über eine Schraubverbindung außenseitig mit einem Rand einer Druckausgleichsöffnung eines Batteriegehäuses, insbesondere eines Batteriegehäuses einer Traktionsbatterie, verbunden ist. Die Schraubverbindung weist mehrere Schrauben (nicht dargestellt) sowie entsprechende Befestigungsmitteleinwirkungsbereiche 11 des Grundkörpers auf, in welche die Schrauben eingedreht sind. Die Schrauben können sich jeweils durch Durchgangsbohrungen der Wandung 4 des Batteriegehäuses erstrecken. Die Batterieentgasungseinheit 10 ist außenseitig am Batteriegehäuse montiert und wird von der Innenseite her verschraubt. Zur fluiddichten Abdichtung des Grundkörpers 1 der Batterieentgasungseinheit 10 mit der Wandung 4 des Batteriegehäuses ist die Gehäusedichtung 7 vorgesehen, welche durch die durch die Schrauben aufgebrachte Dichtungsvorspankraft verpresst wird.
Die Gehäusedichtung 7 ist in einer Dichtungsaufnahmenut 16 des Grundkörpers 1 angeordnet und wird darin durch einen „bauchigen“ Querschnittsbereich gehalten, so dass sie bei der Montage nicht heraus fällt.
Der Grundkörper hat zudem eine Gasdurchtrittsöffnung 15, durch die ein Druckausgleich zwischen Gehäuseinnenraum und der Umgebung sowie umgekehrt stattfinden kann.
Weiter verfügt die Batterieentgasungseinheit 10 über eine semipermeable Membran 6, welche für gasförmige Fluide durchlässig ist, den Durchtritt von Festkörpern und Flüssigkeiten jedoch unterbindet. Bevorzugt ist die Membran als poröse PTFE-Folie ausgebildet. Die semipermeable Membran 6 ist auf der Innenseite 17 um die Gasdurchtrittsöffnung 15 des Grundkörpers 1 herum fluiddicht mit dem Grundkörper 1 verbunden, bevorzugt verschweißt oder verklebt, nämlich mit dem Rand 151 der Gasdurchführungsöffnung 15. Die Membran 6 liegt an der Innenseite 17 des Grundkörpers 1 vor und wird von dem zweiten Filter 2 zumindest teilweise hintergriffen.
Die Gasdurchtrittsöffnung 15 bzw. die Membran 6 ist weiter von einem fluiddurchlässigen zweiten Filter 2 als Membranstützvorrichtung 3 abgedeckt, welcher in einem zweiten Abstand von der Membran 6 vorliegt. Der zweite Filter 2 hat eine Vielzahl Gitterstege 21, zwischen denen eine Vielzahl Gitteröffnungen 24 vorliegt. Der zweite Filter 2 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel als gestanztes Blechteil ausgebildet.
Auf seiner Außenseite 18 ist mit dem Grundkörper 1 eine Abdeckhaube 5 verbunden, die zumindest eine Be-/Entlüftungsöffnung 51 aufweist und dazu eingerichtet ist, einen Schutz für die empfindliche Membran 6 bereit zu stellen, so dass diese von außen weder mit Fremdkörpern, etwa spitze Gegenstände wie Schraubendreher o.ä., noch mittels Hochdruckreinigern und/oder Dampfstrahlern beschädigt werden kann. Konstruktion und Dimensionierung der Abdeckhaube tragen somit wesentlich zu einer hohen IP-Schutzklasse bei.
Die Abdeckhaube 5 kann beispielsweise mittels eines Rastelementeingriffs mit dem Grundkörper 1 befestigt sein.
Ferner weist die Batterieentgasungseinheit 10 einen ersten Filter 8 auf, der eine Vielzahl Öffnungen 81 aufweist. Der erste Filter 8 liegt in einem ersten Abstand von der Membran 6 vor, der größer ist als der zweite Abstand, in welchem der zweite Filter 2 vorliegt. Die Öffnungen 81 des ersten Filters 8 sind zudem größer als die Öffnungen 24 des zweiten Filters 2. Über den ersten Filter 8 können Partikel, welche im Falle eines Zelldefekts aus einzelnen oder mehreren Batteriezellen entlassen werden, im Gehäuseinneren zurückgehalten werden.
Die ersten Gitteröffnungen 81 sind zum Abscheiden von größeren Partikeln vorgesehen und die zweiten Gitteröffnungen 24 sind zum Abscheiden von kleineren Partikeln, die kleiner sind als die größeren Partikel, vorgesehen. Die Abmessungen der zweiten Gitteröffnungen 24 des zweiten Filters 2 in zumindest einer Erstreckungsrichtung können so vorteilhaft kleiner sein als die Abmessungen der ersten Gitteröffnungen 81 des ersten Filters 8. Der zweite Filter 2 stellt einen Eingriffschutz bereit, so dass nicht lange und spitze Gegenstände (etwa Drähte, Schraubendreher o.ä.) in das Gehäuseinnere eingeführt werden können.
Die Abmessungen der Gitteröffnungen 81 des ersten Filters 8 sind vorteilhaft so zu wählen, dass ein möglichst großer Anteil einer Partikelfraktion hiervon zurückgehalten werden kann, um zu verhindern, dass diese in die Umgebung gelangen. Die Abmessungen der Gitteröffnungen 81 des ersten Filters werden beispielsweise so gewählt, dass ein bestimmter Masseanteil der Partikel, etwa > 75 %, zurückgehalten werden können.
Die gewellte Form des ersten Filters 8 vergrößert die zur Partikelabscheidung zur Verfügung stehende Oberfläche gegenüber einer planaren Ausführung und reduziert daher die Neigung des ersten Filters 8 bei stark partikelbeladenen Gasströmungen zu verblocken. Eine vergrößerte Oberfläche des ersten Filters 8 hat ferner den Vorteil, dass thermische Peaks über eine größere Fläche verteilt werden, was das Risiko thermisch bedingter struktureller Beschädigungen reduziert.
Der erste Filter 8 ist mit dem Grundkörper partikeldicht verbunden, gemäß der gezeigten Ausführungsform, indem er sandwichartig zwischen der Wandung 4 des Batteriegehäuses und dem Grundkörper 1 verklemmt wird. Zur Erleichterung der Montage des Batterieentgasungseinheit 10 kann der erste Filter 8 zusätzlich bezüglich des Grundkörpers 1 zumindest vorfixiert sein; hierzu kommen alle dem Fachmann geeignet erscheinenden Verbindungsarten (etwa kleben) in Frage.
Der Grundkörper 1 weist ferner einen Notentgasungsdorn 19 auf. Dieser erstreckt sich zur Membran 6 hin und ist im Ruhezustand (keine Differenzdruckbelastung) in einem vorbestimmten Abstand zur äußeren Membranoberfläche 61 angeordnet. Unter Druckbelastung (relativer Innenüberdruck) wird sich die Membran 6 in Richtung Außenraum ausbeulen und bei Erreichen eines Grenzdrucks auf Anlage an der Spitze 191 des Notentgasungsdorns 19 kommen. Aufgrund seiner Spitze 191 erzeugt der Notentgasungsdorn 19 dann eine gezielte Schwächung der Membran 6, so dass diese reißt. Dies dient der Sicherstellung einer möglichst flink reagierenden Notentgasungsfunktion, was wichtig ist, um bei einem plötzlichen Innendruckanstieg in dem Batteriegehäuse sicherstellen zu können, dass die Gehäusestruktur intakt bleibt. Durch eine Variation des Abstandes der Spitze 191 des Notentgasungsdorns 19 von der Membranoberfläche 61 ist der Notentgasungsdruck einstellbar.
Wenigstens einer der beiden Filter 2, 8 (bei den in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispielen ist es jeweils der erste Filter 8) kann vorteilhaft so gewellt ausgebildet sein, dass eine Längserstreckung 9 (siehe 2) in gestrecktem Zustand in wenigstens einer Richtung mindestens 1,3 mal so groß ist wie in gewelltem Zustand. Alternativ kann auch der zweite Filter 2 gewellt sein.
Der gewellte Filter 8 ist wenigstens bereichsweise von Seitenwänden 22 umgeben, die am zweiten Filter 2 als zur Innenseite 17 gerichtete senkrecht abstehende Seitenwände 22 ausgebildet sind und die seitliche, speziell an Stirnkanten 85 der Falten 82 ausgebildete Öffnungen 86 (siehe 4) des gewellten Filters 8 zum Batteriegehäuse hin abdecken.
In 3 ist ein Ausführungsbeispiel der Seitenwände 22 am zweiten Filter 2 dargestellt, bei dem die Seitenwände 22 durchgehend ausgebildet sind, also keine Filterfunktion aufweisen, während in 4 ein Ausführungsbeispiel dargestellt ist, bei dem die Seitenwände 22 Öffnungen 221 aufweisen, welche zumindest einen Gasdurchtritt ermöglichen.
Der gewellte Filter 8 weist parallel zueinander angeordnete Falten 82 auf, deren Faltenkanten (d.h. Faltenspitzen und Faltentäler) parallel zu der Gasdurchtrittsöffnung 15 angeordnet sind.
Der erste Filter 8 ist partikeldicht mit dem Grundkörper 1 verbunden. Dabei ist eine von dem ersten Filter 8 überspannte Fläche größer als der Querschnitt der Gasdurchtrittsöffnung 15.
Die Abmessungen der Gitteröffnungen 81 des ersten Filters 8 in zumindest einer Erstreckungsrichtung können kleiner als 3,0 mm, bevorzugt kleiner als 2,0 mm, stärker bevorzugt kleiner als 1,5 mm, sein.
Der erste Filter 8 kann beispielsweise ein Filtermedium 83 umfassen, das bevorzugt ein Gittermaterial, insbesondere ein Drahtgitter, und/oder ein Vliesmaterial umfasst. Bevorzugt kann das Filtermedium 83 dabei ein metallisches Material aufweisen oder daraus bestehen.
Der erste Filter 8 kann zusammen mit dem zweiten Filter 2 mit dem Grundkörper 1 verbunden sein. Der erste Filter 8 kann dazu zumindest eine Befestigungslasche 87 mit Bohrungen 871 aufweisen, welche sich bevorzugt lateral erstreckt, und welche dazu geeignet ist, den ersten Filter 8 unmittelbar mit dem Grundkörper 1 über Schweißpunkte 12 zu verbinden. Auf diese Weise kann der erste Filter 8 mittels der Befestigungslaschen 87, beispielsweise durch Ultraschallschweißen, Reibrührschweißen oder ähnliche Schweißverfahren mit Befestigungslaschen 27 des zweiten Filters 2 verbunden werden. Die Befestigungslaschen 27, 87 weisen dazu Bohrungen 271, 871 auf, durch welche beispielsweise im Grundkörper 1 angeordnete Schweißpunkte 12 mit den Befestigungslaschen 27, 87 der beiden Filter 2, 8 durchgesteckt und verbunden, insbesondere verschweißt werden können.
Alternativ ist auch möglich, dass der erste Filter 8 mit dem zweiten Filter 2 verschnappt ist.
Ein Abstand zwischen dem ersten Filter 8 und dem zweiten Filter 2 im Bereich des Zentrums der Gasdurchtrittsöffnung 15 kann günstigerweise 0,2 mm, bevorzugt zumindest 0,7 mm, betragen.
Der erste Filter 8 kann günstigerweise als Blechteil, insbesondere gestanztes Blechteil, ausgebildet sein. Alternativ kann der erste Filter 8 auch aus einem Kunststoff mit sehr hohem Schmelzpunkt ausgebildet sein.
In 10 bis 17 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Batterieentgasungseinheit 10 dargestellt. 10 zeigt eine isometrische Schnittansicht der Batterieentgasungseinheit 10, während in 11 eine isometrische Ansicht von einer Innenseite des Grundkörpers gesehen dargestellt ist.
12 zeigt einen ersten Filter 8 und einen zweiten Filter 2 der Batterieentgasungseinheit 10 in isometrischer Darstellung.
13 zeigt eine Draufsicht auf die Batterieentgasungseinheit 10 nach 10 von einer Außenseite 18 des Grundkörpers 1 gesehen mit eingezeichneten Schnittebenen A-A und B-B, während in 14 ein Längsschnitt durch die Batterieentgasungseinheit 10 entlang der Schnittebene A-A und in 15 ein vergrößerter Ausschnitt X aus dem Längsschnitt dargestellt ist. 16 zeigt einen Längsschnitt durch die Batterieentgasungseinheit 10 entlang der Schnittebene B-B und 17 einen Längsschnitt durch die Batterieentgasungseinheit 10 entlang der Schnittebene C-C.
Der prinzipielle Aufbau des in 10 bis 17 dargestellten Ausführungsbeispiels der Batterieentgasungseinheit 10 entspricht zu großen Teilen der in 1 bis 9 dargestellten Ausführungsform. Aus Gründen unnötiger Wiederholungen wird deshalb nur auf die Unterschiede der beiden Ausführungsformen eingegangen.
Der wesentliche Unterschied besteht darin, dass die Seitenwände 84 des gewellten ersten Filters 8 zumindest bereichsweise am ersten Filter 8 selbst ausgebildet sind. Im Wesentlichen ist in 11 und 12 zu erkennen, dass die Seitenwände 84 aus dem Filtermedium 83 des ersten Filters 8 durch geeignetes Umklappen des Filtermediums 83 gebildet werden.
Die Seitenwände 84 sind durchgehend ausgebildet, weisen also keine Filterfunktion auf. Alternativ wäre auch möglich, weitere Öffnungen in den Seitenwänden 84 anzubringen, so dass auch hier wenigstens ein Gasdurchtritt möglich wäre.
Der erste Filter 2 kann deshalb planar ausgebildet sein (siehe 12). Der zweite Filter 8 kann wie beim vorher beschriebenen Ausführungsbeispiel über die Befestigungslaschen 87 mit den korrespondierenden Befestigungslaschen 27 des zweiten Filters 2, beispielsweise über Ultraschallschweißen, Reibrührschweißen oder ähnliche Schweißverfahren, verbunden werden. Alternativ können die beiden Filter 2, 8 auch über eine Schnappvorrichtung verbunden werden.
In einer alternativen, nicht dargestellten Ausführungsform der Batterieentgasungseinheit 10 können die Seitenwände 22, 84 zumindest bereichsweise am Grundkörper 1 ausgebildet sein. In diesem Fall können die Seitenwände 22, 84 einstückig mit dem Grundkörper 1 ausgebildet sein und beispielsweise im Spritzgussprozess direkt mit angeformt werden.
In 18 ist ein erster Filter 8 für eine Batterieentgasungseinheit nach der vorliegenden Erfindung gezeigt, der mit allen hierin beschriebenen Ausführungsformen kompatibel ist. Der erste Filter 8 ist mehrfach gewellt und weist Falten 82 auf. Die Gitteröffnungen 81 liegen hierbei auch in den Bereichen vor, in denen der Querschnitt des ersten Filters 8 eine Richtungsumkehr erfährt, d.h. im Bereich der jeweiligen Faltentäler und/oder Faltenberge der Falten 82. Daneben sind auch die nicht gebogenen bzw. gekrümmten Faltenflächen mit ersten Gitteröffnungen 81 versehen. Hiermit ist der technische Vorteil verbunden, dass diese Bereiche zusätzlich zur Filtration genutzt werden können, was die effektive Abscheidefläche erhöht.
Bezugszeichenliste

10: Batterieentgasungseinheit
1: Grundkörper
11: Befestigungsmitteleinwirkungsbereich
12: Schweißpunkt
15: Gasdurchtrittsöffnung
151: Rand der Gasdurchtrittsöffnung
16: Dichtungsaufnahmenut des Grundkörpers
17: Innenseite des Grundkörpers
18: Außenseite des Grundkörpers
19: Notentgasungsdorn
191: Spitze des Notentgasungsdorns
2: zweiter Filter
21: Gitterstege
22: Seitenwand
221: Seitenwandöffnung
23: Bohrung
24: Gitteröffnungen
27: Befestigungslasche
271: Bohrung der Befestigungslasche
3: Membranstützvorrichtung
4: Wandung des Batteriegehäuses
5: Abdeckhaube
51: Be-/Entlüftungsöffnungen
6: semipermeable Membran
61: Äußere Membranoberfläche
7: Gehäusedichtung
8: erster Filter
81: Gitteröffnungen
82: Falte
83: Filtermedium
84: Seitenwand
85: Stirnkante
86: Öffnung
87: Befestigungslasche
871: Bohrung der Befestigungslasche
9: Längserstreckung

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 102012022346 B4 [0004]

Claims

Batterieentgasungseinheit (10) für ein Batteriegehäuse, insbesondere für eine Traktionsbatterie eines Kraftfahrzeugs, mit einem fluiddicht mit einem Rand einer Druckausgleichsöffnung des Batteriegehäuses verbindbaren Grundkörper (1), der zumindest eine Gasdurchtrittsöffnung (15) aufweist, wobei die Gasdurchtrittsöffnung (15) an der Innenseite (17) des Grundkörpers (1) von einem als Abscheidegitter ausgebildeten ersten Filter (8), der eine Vielzahl von ersten Gitteröffnungen (81) aufweist, und von einem zwischen dem ersten Filter (8) und der Innenseite (17) des Grundkörpers (1) angeordneten als Abscheidegitter ausgebildeten zweiten Filter (2), der eine Vielzahl von zweiten Gitteröffnungen (24) aufweist, abgedeckt ist, wobei zumindest einer der Filter (2, 8) die Gasdurchtrittsöffnung (15) vollständig übergreift, wobei der Grundkörper (1) zumindest einen Befestigungsmitteleinwirkungsbereich (11) aufweist, der zu einer Befestigung der Batterieentgasungseinheit (10) mit dem Batteriegehäuse eingerichtet ist, wobei wenigstens einer der beiden Filter (2, 8) mehrfach gewellt ausgebildet ist, so dass eine Längserstreckung (9) in gestrecktem Zustand in wenigstens einer Richtung mindestens 1,3 mal so groß ist wie in gewelltem Zustand.
Batterieentgasungseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der gewellte Filter (2, 8) wenigstens bereichsweise von Seitenwänden (22, 84) umgeben ist, die seitliche Öffnungen (86) des gewellten Filters (2, 8) zum Batteriegehäuse hin abdecken.
Batterieentgasungseinheit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenwände (22) Öffnungen (221) aufweisen, welche zumindest einen Gasdurchtritt ermöglichen.
Batterieentgasungseinheit nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenwände (84) zumindest bereichsweise am ersten Filter (8) und/oder zweiten Filter (2) ausgebildet sind.
Batterieentgasungseinheit nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenwände (22, 84) zumindest bereichsweise am Grundkörper (1) ausgebildet sind.
Batterieentgasungseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der gewellte Filter (8) parallel zueinander angeordnete Falten (82) aufweist, deren Faltenkanten (83) parallel zu der Gasdurchtrittsöffnung (15) angeordnet sind.
Batterieentgasungseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Gitteröffnungen (81) zum Abscheiden von größeren Partikeln vorgesehen sind und die zweiten Gitteröffnungen (24) zum Abscheiden von kleineren Partikeln, die kleiner sind als die größeren Partikel, vorgesehen sind.
Batterieentgasungseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass benachbart zum zweiten Filter (2) zur Außenseite (18) hin eine semipermeable Membran (6) vorliegt, welche einen Durchtritt von gasförmigen Medien von einer Umgebung in das Batteriegehäuse und umgekehrt ermöglicht, den Durchtritt von flüssigen Medien und/oder Feststoffen jedoch unterbindet, insbesondere wobei der zweite Filter (2) eine Membranstützvorrichtung (3) bildet, welche die Gasdurchtrittsöffnung (15) zumindest teilweise übergreift.
Batterieentgasungseinheit nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (6) an der Innenseite (17) des Grundkörpers (1) vorliegt und von dem zweiten Filter (2) zumindest teilweise hintergriffen wird.
Batterieentgasungseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Filter (8) partikeldicht mit dem Grundkörper (1) verbunden ist und/oder dass eine von dem ersten Filter (8) überspannte Fläche größer ist als ein Querschnitt der Gasdurchtrittsöffnung (15).
Batterieentgasungseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abmessungen der Gitteröffnungen (81) des ersten Filters (8) in zumindest einer Erstreckungsrichtung kleiner als 3,0 mm, bevorzugt kleiner als 2,0 mm, stärker bevorzugt kleiner als 1,5 mm, sind.
Batterieentgasungseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abmessungen der zweiten Gitteröffnungen (24) des zweiten Filters (2) in zumindest einer Erstreckungsrichtung kleiner sind als die Abmessungen der ersten Gitteröffnungen (81) des ersten Filters (8).
Batterieentgasungseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Filter (8) ein Filtermedium (83) umfasst, das bevorzugt ein Gittermaterial, insbesondere ein Drahtgitter, und/oder ein Vliesmaterial umfasst, wobei bevorzugt das Filtermedium (83) ein metallisches Material aufweist oder daraus besteht.
Batterieentgasungseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Filter (8) mit dem zweiten Filter (2) verbunden ist, insbesondere mit dem zweiten Filter (2) verschweißt oder verschnappt ist.
Batterieentgasungseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abstand zwischen dem ersten Filter (8) und dem zweiten Filter (2) im Bereich des Zentrums der Gasdurchtrittsöffnung (15) zumindest 0,2 mm, bevorzugt zumindest 0,7 mm, beträgt.
Batterieentgasungseinheit nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Filter (8) als Blechteil, insbesondere gestanztes Blechteil, ausgebildet ist.
Batterieentgasungseinheit nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Filter (8) zumindest eine Befestigungslasche (87) aufweist, wobei sich die Befestigungslasche (87) bevorzugt lateral erstreckt, und wobei die Befestigungslasche (87) dazu geeignet ist, den ersten Filter (8) mit dem Grundkörper (1) zu verbinden.
Batterieentgasungseinheit nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Richtung, in der die zweiten Gitteröffnungen (24) des zweiten Filters (2) ihre größte Abmessung haben, unter einem Winkel zu einer Richtung, in der die ersten Gitteröffnungen (81) des ersten Filters (8) ihre größte Abmessung haben, verläuft, wobei der Winkel bevorzugt 90° beträgt.
Batterieentgasungseinheit nach einem der Ansprüche 8 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Batterieentgasungseinheit (10) einen Notentgasungsdorn (19) aufweist, der sich außenseitig in Axialrichtung zu der Membran (6) erstreckt und dessen Spitze (191) in einem Ruhezustand in einem vorbestimmten Abstand von einer äußeren Mem-branoberfläche (61) vorliegt, wobei insbesondere der Notentgasungsdorn (19) an dem Grundkörper (1) oder an einer Abdeckhaube (5) ausgebildet ist.
Batteriegehäuse, insbesondere einer Traktionsbatterie eines Kraftfahrzeugs, das zumindest eine Gehäusewandung mit einer Druckausgleichsöffnung aufweist, wobei in dem Batteriegehäuse bevorzugt Batteriezellen anordenbar sind, wobei die Druckausgleichsöffnung von einer Batterieentgasungseinheit verschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Batterieentgasungseinheit eine Batterieentgasungseinheit (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 19 ist.