-
Die Erfindung betrifft eine Entgasungsvorrichtung für eine Batterie eines Elektrofahrzeugs, mit einem Entgasungselement zur Entgasung eines Batteriegehäuseinnenraums, wobei das Entgasungselement an einer einen Batteriegehäuseinnenraum mit einem Außenbereich verbindenden Entgasungsöffnung des Batteriegehäuses befestigbar ist, und wobei das Entgasungselement zwischen einem Schließzustand und einem Offenzustand veränderbar ist. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Batterie eines Elektrofahrzeugs.
-
Derartige Entgasungsvorrichtungen für Traktionsbatterien eines Elektrofahrzeugs oder eines Hybridfahrzeugs sind aus dem Stand der Technik allgemein bekannt. Im Betrieb der Traktionsbatterie kann es aufgrund der Wechselwirkung verschiedener chemischer Mechanismen zu einem starken Anstieg der Temperatur und des Drucks innerhalb der Batteriezellen kommen. So kann es beispielsweise bei Überladung, Tiefenentladung, Überlastung, intern oder extern bedingter Überhitzung oder einem internen Zelldefekt zu teilweise heftigen exothermen Reaktionen kommen, in deren Folge es zu einer Verdampfung des in den Batteriezellen vorhandenen Elektrolyten und dessen Zersetzung in weitere Produkte kommt. Dabei bilden sich insbesondere eine Vielzahl von gesundheitsgefährdenden und/oder entzündlichen Gasen, z.B. CO, C02, Ethen, H2, HF. Außerdem treten mit einem hohen Druck und einer hohen Temperatur von etwa 600°C auch Dämpfe, Flüssigkeiten und Partikel aus den Batteriezellen der Traktionsbatterie aus. Die aus den Batteriezellen in einen Batteriegehäuseinnenraum austretenden Komponenten strömen ausgehend von den Batteriezellen zu einer am Batteriegehäuse vorgesehenen Entgasungsvorrichtung, durch welche die Gase, Flüssigkeiten und Partikel aus dem Batteriegehäuseinnenraum in die Außenumgebung austreten können. Dabei werden die Flüssigkeiten und die Partikel in dem heißen Gas mitgeschleppt. An der Entgasungsöffnung ist üblicherweise ein Entgasungselement angeordnet, welches im Normalbetrieb der Abdichtung des Batteriegehäuseinnenraums gegen die Außenumgebung und bei einem im Batteriegehäuseinnenraum ansteigenden Druck der Entgasung dient, wobei das Entgasungselement bei einem vordefinierten Druck im Batteriegehäuseinnenraum sich ausgehend von einem Schließzustand in einen Offenzustand verändert und dadurch eine Entgasung zulässt. Eine derartige Entgasungsvorrichtung offenbart beispielsweise die
DE 10 2017 221 622 A1 .
-
Nachteilig an derartigen Entgasungsvorrichtungen ist, dass relativ große, heiße und durch das Gas mitgeschleppte Partikel über die Entgasungsvorrichtung aus dem Batteriegehäuseinnenraum in die Außenumgebung austreten, wobei durch die austretenden Partikel in Kombination mit einer relativ hohen Sauerstoffmenge eine erhöhte Gefahr der Entzündung des heißen Gases besteht. Die Entzündung des Gases kann beispielsweise eine Beschädigung einer benachbarten Komponenten verursachen. Außerdem kann eine derartige Entzündung des Gases sogar einen Brand des Elektrofahrzeugs verursachen.
-
Daher ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Entgasungsvorrichtung bereitzustellen, welche die Gefahr einer Entzündung des Gases reduziert.
-
Dadurch, dass im Strömungspfad eines durch das Entgasungselement ausströmenden Gemisches ein Partikelabscheider zum Abscheiden von Partikeln aus dem aus dem Batteriegehäuseinnenraum ausströmenden Gemisches angeordnet ist, können die Partikel aus dem heißen Gemisch aus Gasen, Flüssigkeiten und Partikeln herausgefiltert werden und dadurch die Gefahr einer Entzündung des Gases und ggfs. die Beschädigung von benachbarten Bauteilen sowie eine Verschmutzung der Außenumgebung reduziert werden. Dadurch kann die Anzahl der aus dem Batteriegehäuseinnenraum austretenden Partikeln reduziert werden.
-
Vorzugsweise ist der Partikelabscheider plattenartig ausgeführt und weist mehrere Öffnungen auf. Durch einen derartigen Partikelabscheider prallen die Partikel mit einer bestimmten Größe an dem plattenartigen Element ab, da die Partikel aufgrund ihrer Größe nicht durch das plattenartige Element bzw. durch die dafür vorgesehenen Öffnungen durchtreten können. Auf diese Weise kann der Partikelabscheider auf eine einfache und kostengünstige Weise hergestellt werden. Das plattenartige Element bzw. der Partikelabscheider ist vorzugsweise aus einem hochtemperaturbeständigen Material, insbesondere aus einem Metallwerkstoff oder einem Keramikwerkstoff, hergestellt, so dass eine Beschädigung des Partikelabscheiders aufgrund der hohen Temperaturen des Gemisches aus Gas, Flüssigkeit und Partikeln verhindert werden kann.
-
In einer bevorzugten Ausgestaltung weisen die Öffnungen einen Durchmesser von 3 mm auf, derart, dass Partikel mit einem Durchmesser von mehr als 3 mm durch den Partikelabscheider herausgefiltert werden. Auf diese Weise kann ein Austreten von großen Partikeln in die Außenumgebung verhindert werden und dadurch die Gefahr einer Entzündung des Gases reduziert werden.
-
Vorzugsweise weist der Partikelabscheider einen äußeren Befestigungsabschnitt und einen inneren Durchströmungsabschnitt auf. Der Befestigungsabschnitt liegt flächig an einer Innenseite einer Gehäusewandung an und ist über die flächige Anlage an dem Batteriegehäuse befestigt. Insbesondere ist der Partikelabscheider mit dem Batteriegehäuse durch Schrauben oder durch Formschlussmittel verbunden. Der Durchströmungsabschnitt wird von dem Gemisch durchströmt, und wobei die Partikel ab einer vordefinierten Größe abgeschieden werden.
-
In einer bevorzugten Ausgestaltung weist der Durchströmungsabschnitt eine in den Batteriegehäuseinnenraum gewölbte Form auf. Auf diese Weise weichen die Partikel, welche größer als der Durchmesser der Öffnungen ist, nach außen aus, wodurch ein Verstopfen oder Benetzen des Partikelabscheiders durch die herausgefilterten Partikeln verhindert und dadurch eine zuverlässige Entgasung gewährleistet werden kann.
-
In einer bevorzugten Ausgestaltung weist das Entgasungselement ein Berstelement auf, wobei das Berstelement derart ausgeführt ist, dass ab einem definierten Innendruck innerhalb des Batteriegehäuseinnenraums sich das Entgasungselement ausgehend von dem Schließzustand in den Offenzustand verändert. Dabei zerbirst das Berstelement bei einem vordefinierten Druck im Batteriegehäuseinnenraum. Dadurch kann im Normalbetrieb eine zuverlässige Abdichtung des Batteriegehäuseinnenraums bereitgestellt werden und bei einem Entgasungsvorgang das Entweichen des Gemisches gewährleistet werden. Das Berstelement ist kostengünstig und einfach herzustellen und zu montieren.
-
Alternativ weist das Entgasungselement ein Entgasungsventil auf, wobei das Entgasungsventil ein Ventilsitzelement und einen im Schließzustand gegen das Ventilsitzelement gepressten Ventilkörper aufweist, wobei ab einem vordefinierten Innendruck innerhalb des Batteriegehäuseinnenraums sich der Ventilkörper ausgehend von dem Schließzustand in den Offenzustand verlagert. Dadurch kann eine mehrmalige Entgasung mit einem einzigen Entgasungselement durchgeführt werden.
-
Weiterhin wird die Aufgabe durch eine Batterie gelöst, wobei die Batterie ein Batteriegehäuse und ein Entgasungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 7 aufweist. Das Batteriegehäuse begrenzt einen von einem Außenbereich fluiddicht abgetrennten Batteriegehäuseinnenraum, wobei im Batteriegehäuseinnenraum mehrere Batteriezellen angeordnet sind. Weiterhin weist das Batteriegehäuse eine Entgasungsöffnung auf. An der Entgasungsöffnung ist die Entgasungsvorrichtung angeordnet, wobei die Entgasungsvorrichtung derart an der Entgasungsöffnung angeordnet ist, dass in einem Schließzustand die Entgasungsöffnung durch ein Entgasungselement geschlossen ist und in einem Offenzustand die Entgasungsöffnung offen ist. Zu den Vorteilen wird auf die vorhergehenden Abschnitte verwiesen.
-
Vorzugsweise ist das Entgasungselement an einer dem Außenbereich zugewandten Außenseite des Batteriegehäuses angeordnet und der Partikelabscheider ist an einer dem Batteriegehäuseinnenraum zugewandten Innenseite des Batteriegehäuses angeordnet.
-
Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung wird anhand der Zeichnungen näher erläutert.
- 1 zeigt eine Batterie in Schnittdarstellung,
- 2 zeigt eine erste Ausführungsform einer Entgasungsvorrichtung für die Batterie aus 1 in Schnittdarstellung, und
- 3 zeigt eine zweite Ausführungsform einer Entgasungsvorrichtung für die Batterie aus 1 in Schnittdarstellung.
-
Die 1 zeigt eine Batterie 10, insbesondere eine Traktionsbatterie eines Elektrofahrzeugs.
-
Die Batterie 10 umfasst ein Batteriegehäuse 12, welches einen topfförmigen Gehäusegrundkörper 18 und einen das offene Ende des Gehäusegrundkörpers 18 abdeckenden Gehäusedeckel 14 aufweist. Der Gehäusedeckel 14 und der Gehäusegrundkörper 18 begrenzen einen Batteriegehäuseinnenraum 16, welcher gegenüber der Umgebung hermetisch abgedichtet ist. Hierfür ist der Gehäusedeckel 14 über eine zwischen dem Gehäusedeckel 14 und dem Gehäusegrundkörper 18 angeordnete Dichtung fluiddicht mit dem Gehäusegrundkörper 18 verbunden, insbesondere verschraubt.
-
In dem Batteriegehäuse 12, d.h. in dem Batteriegehäuseinnenraum 16, ist mindestens ein Batteriezellstapel 22 angeordnet, wobei sich der Batteriezellstapel 22 aus mehreren Batteriezellen 24 zusammensetzt. Die einzelnen Batteriezellen 24 sind seriell und/oder parallel miteinander verschaltet.
-
Im Betrieb der Batterie 10 kann es beispielsweise aufgrund einer Überladung, einer Tiefenentladung oder einer Überlastung einer der Batteriezellen 24 zu einer Verdampfung des in den Batteriezellen 24 vorhandenen Elektrolyten kommen, wobei sich dabei eine Vielzahl von gesundheitsgefährdenden und entzündlichen Gasen, wie beispielsweise CO, C02, Ethen, H2, HF bilden und gemeinsame mit Flüssigkeiten und Partikeln aus der Batteriezelle 24 austreten. Die durch die entweichenden Gase mitgeschleppten Partikel, können zu einer Entzündung des Gases führen.
-
Bei einem derartigen Austritt des Gemisches, bestehend aus den entzündlichen und gesundheitsgefährdenden Gasen, Flüssigkeiten und Partikeln, aus der Batteriezelle 24 strömt das Gas mit den darin mitgeschleppten Partikeln und Flüssigkeiten in den Batteriegehäuseinnenraum 16, wobei das Gemisch möglichst schnell aus dem Batteriegehäuseinnenraum 16 abgeführt werden sollte, um ein Anstecken der anderen intakten Batteriezellen 24 durch das heiße Gemisch zu verhindern. Hierfür weist das Batteriegehäuse 12, d.h. der Gehäusegrundkörper 18, eine Entgasungsöffnung 20 auf, welche den Batteriegehäuseinnenraum 16 mit der Außenumgebung verbindet und durch welche das heiße Gemisch in die Außenumgebung abströmen kann. An die Entgasungsöffnung könnte ein in der 1 nicht gezeigter Entgasungskanal anschließen, durch welchen das heiße Gemisch an eine vordefinierte Stelle geleitet werden könnte. Im Bereich der Entgasungsöffnung 20 ist eine Entgasungsvorrichtung 30 angeordnet.
-
Die Entgasungsvorrichtung 30 weist ein Entgasungselement 32 und einen Partikelabscheider 34 auf. Das Entgasungselement 32 ist an einer dem Batteriegehäuseinnenraum 16 abgewandten Seite des Gehäusegrundkörpers 18 angeordnet und der Partikelabscheider 34 ist an einer dem Batteriegehäuseinnenraum 16 zugewandten Seite des Gehäusegrundkörpers 18 angeordnet. Das Entgasungselement 32 ist fluiddicht an dem Gehäusegrundkörper 18 befestigt, so dass eine Undichtigkeit über den Befestigungsbereich zwischen dem Entgasungselement 32 und dem Gehäusegrundkörper 18 verhindert werden kann.
-
In den 2 und 3 werden zwei unterschiedliche Ausführungen der Entgasungsvorrichtung 30 gezeigt. Die 2 zeigt eine erste Ausführungsform der Entgasungsvorrichtung 30, wobei das Entgasungselement 32 einen Trägerkörper 33 und ein an dem Trägerkörper 33 befestigtes Berstelement 36 aufweist. Im Normalbetrieb verschließt das Berstelement 36 die Entgasungsöffnung 20. Damit befindet sich das Entgasungselement 32 in einem Schließzustand. Bei einem sogenannten thermischen Durchgehen einer Batteriezelle 24 und damit einer Entgasung steigt der Druck in dem hermetisch abgedichteten Batteriegehäuseinnenraum 16 an, wobei bei einem vordefinierten Druck im Batteriegehäuseinnenraum 16 das Berstelement 36 zerbirst, d.h. das Entgasungselement 32 ausgehend von dem Schließzustand in einen Offenzustand übergeht, und dadurch die zuvor durch das Berstelement 36 dicht verschlossene Entgasungsöffnung 20 freigegeben wird. Dadurch kann das heiße Gemisch aus dem Batteriegehäuseinnenraum 16 abströmen. Bei der in der 3 gezeigten, zweiten Ausführungsform der Entgasungsvorrichtung 30 ist das Entgasungselement 32 in Form eines Entgasungsventils 50 ausgeführt. Das Entgasungsventil 50 weist ein Ventilkörper 52 auf, welches über ein Federelement 56 in eine Schließstellung belastet wird. Dabei liegt das Ventilkörper 52 an einem an dem Trägerkörper 33 angeordneten Ventilsitzelement 60 an. Das Federelement 56 stütz sich an einem Federabstützelement 54 ab, welches an dem Trägerkörper 33 befestigt ist und mehrere Öffnungen 58 aufweist. Im Normalbertrieb, d.h. bei einem relativ geringen Druck im Batteriegehäuseinnenraum 16 liegt das Ventilkörper 52 aufgrund der Belastung durch das Federelement 56 an dem Ventilsitzelement 60 dichtend an, so dass der Batteriegehäuseinnenraum 16 hermetisch gegenüber der Außenumgebung abgedichtet ist. Bei einem Ausgasen einer der Batteriezellen 24 und einer daraus resultierenden Erhöhung des Drucks im Batteriegehäuseinnenraum 16 wird das Ventilkörper 52 entgegen der Federkraft des Federelements 56 verlagert, wodurch ein Durchströmungsquerschnitt zwischen dem Ventilsitzelement 60 und dem Ventilkörper 52 freigegeben wird und das heiße Gemisch, unter anderem über mehrere in dem Federabstützelement 54 ausgebildete Öffnung in die Außenumgebung abströmen kann.
-
In beiden Ausführungsformen der Entgasungsvorrichtung 30 ist in Strömungsrichtung des entweichenden Gemisches vor dem Entgasungselement 32 ein Partikelabscheider 34 angeordnet, welcher an einer dem Batteriegehäuseinnenraum 16 zugewandten Seite des Batteriegehäuses 12 bzw. des Gehäusegrundkörpers 18 angeordnet ist. In der ersten Ausführungsform in 2 ist der Partikelabscheider 34 plattenartig ausgeführt und weist einen äußeren Befestigungsabschnitt 40 sowie einen inneren Durchströmungsabschnitt 38 auf. Der Befestigungsabschnitt 40 ist über eine flächige und kreisringförmige Befestigungsfläche an dem Gehäusegrundkörper 18 befestigt. Der Durchströmungsabschnitt 38 weist mehrere Öffnungen 42 auf, welche über den gesamten Durchströmungsabschnitt 38 verteilt angeordnet sind. Die Größe, d.h. der Durchmesser, der Öffnungen 42 sind derart ausgebildet, dass Partikel mit einer den Durchmesser der Öffnungen 42 übersteigenden Größe aus dem Gemisch abgeschieden werden. Insbesondere weisen die Öffnungen 42 einen Durchmesser von 3 mm auf, so dass Partikel größer als 3 mm abgeschieden werden und nicht in die Außenumgebung abgeführt werden.
In der zweiten Ausführungsform in 2 ist der Partikelabscheider 34 im Durchströmungsabschnitt 38 gewölbt bzw. schalenartig ausgeführt, wobei die Wölbung in den Batteriegehäuseinnenraum 16 ragt. Sonst ist der Partikelabscheider 34 identisch zur ersten Ausführungsform aus 2 ausgeführt. Durch die gewölbte Ausführung des Durchströmungsabschnitts 38 werden die abgeschiedenen Partikel gemäß den Pfeilen seitlich abgelenkt, wodurch ein Verstopfen des Partikelabscheiders 34 durch die abgeschiedenen Partikel verhindert werden kann.
-
Damit wird eine Entgasungsvorrichtung 30 für eine Batterie geschaffen, durch welche ein Entweichen von bei einem thermischen Durchgehen einer der Batteriezellen 24 entstehenden, heißen Gemischen möglich ist, wobei ein Austreten von relativ großen Partikeln, welche eine Entzündung des Gases verursachen könnten, durch den Partikelabscheider 34 verhindert wird.
-
Es sind auch andere konstruktive Ausführungsformen als die beschriebenen Ausführungsformen möglich, die in den Schutzbereich des Hauptanspruchs fallen. Insbesondere kann das mit einem Berstelement 36 ausgeführte Entgasungselement 32 auch mit einem Partikelabscheider 34 mit einer gewölbten Form des Durchströmungsabschnitt 38 kombiniert werden. Anderenfalls kann das Entgasungselement 32 in Form eines Entgasungsventils 50 gemäß 3 auch mit einem plattenartigen Partikelabscheider 34 kombiniert werden. Weiterhin können das Batteriegehäuse 12, der Partikelabscheider 34 oder das Entgasungselement 32 anders ausgeführt werden.
-
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 102017221622 A1 [0002]
