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Die Erfindung betrifft eine Gehäuseanordnung, welche eine Notentwässerungs- und eine Druckausgleichsfunktionalität aufweist.
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Elektrifizierte Kraftfahrzeuge, insbesondere rein batterieelektrisch angetriebene Kraftfahrzeuge, haben sehr voluminöse Batteriegehäuse zur Einhausung von Batteriezellen und/oder Elektronikgehäuse zur Einhausung von diversen Elektronikbauteilen. Gerade im Falle von Passfahrten unterliegen solche Gehäuse großen Druckdifferenzen, wozu aus dem Stand der Technik Druckausgleichselemente vorhanden sind, die verhindern, dass zu große Druckdifferenzen zwischen Innenraum und Umgebung der Gehäuse entstehen. Solche Druckausgleichselemente sind üblicherweise an einer Oberseite der Gehäuse angeordnet.
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Außerdem ist bekannt, dass eine Ansammlung von Flüssigkeit, beispielsweise durch eine Leckage und einem damit verbundenen Kühlwasseraustritt, in solchen Gehäusen zu beseitigen ist, wozu Notentwässerungsventile bekannt sind, die beispielsweise nach einer Detektion von Kühlwasser geöffnet werden, um das Kühlwasser aus dem Gehäuse nach außen abzulassen. Solche Notentwässerungsventile sind üblicherweise an einem Boden der Ventile angeordnet.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine kostengünstigere Möglichkeit der Flüssigkeits- und Gasabführung aus einer Gehäuseanordnung bereitzustellen. Diese Aufgabe wird durch eine Gehäuseanordnung gemäß Anspruch 1 sowie ein Kraftfahrzeug gemäß Anspruch 10 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird eine Gehäuseanordnung, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, bereitgestellt, mit einem Batteriegehäuse zum Einhausen von Batteriezellen, und einem Auslassventil, welches in einem Boden des Batteriegehäuses angeordnet ist und welches ausgebildet ist, druckabhängig zu öffnen, wenn eine am Auslassventil anliegende Druckdifferenz zwischen einer Innenseite des Auslassventils und einer Außenseite des Auslassventils einen bestimmten Schwellenwert überschreitet. Durch die Anordnung am Boden kann das Auslassventil eine Doppelfunktionalität erfüllen, nämlich die des Druckausgleichs, insbesondere des Druckauslasses, im Falle eines Überdrucks in der Gehäuseanordnung, sowie die Funktion der Notentwässerung. Damit können beide Funktionen in einer baulichen Einheit verbunden werden, wodurch Kosten eingespart werden können.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Gehäuseanordnung ferner ausgestattet mit einem Einlassventil, welches in einem Boden des Batteriegehäuses angeordnet ist. Durch dieses Einlassventil ist eine vollständige Druckausgleichsfunktionalität in beide Richtungen gewährleistet, d.h. es wird sowohl ein Überdruck als auch ein Unterdruck in der Gehäuseanordnung verhindert.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist das Einlassventil seriell zu einer Membran angeordnet, welche gasdurchlässig und flüssigkeitsundurchlässig ist. Insbesondere ist die Membran auf einer nach außen (d.h. zur Umgebung des Batteriegehäuses) weisenden Seite des Einlassventils angeordnet. Dadurch kann zumindest das Eindringen von Flüssigkeit in das Batteriegehäuse verhindert werden.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist das Einlassventil und das Auslassventil baulich zu einer Einheit zusammengefasst. Dadurch erreicht man eine leichte Montage und Austauschbarkeit.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist das Auslassventil (falls das Einlassventil vorhanden ist, dann optional auch das Einlassventil) mit einer Abdeckhaube versehen, die auf einer vom Auslassventil weg weisenden Seite vollständig geschlossen ist. Dadurch sind die Ventile vor Verschmutzung geschützt.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Gehäuseanordnung ferner ausgestattet mit einem Elektronikgehäuse, welches zumindest ein Elektronikbauteil einhaust, wobei ein Boden des Elektronikgehäuses höher als ein Boden des Batteriegehäuses angeordnet ist, und einer Entwässerungsleitung, welche von einem Bodenbereich des Elektronikgehäuses zu einer Innenseite des Auslassventils führt. Dies ermöglicht, dass das Auslassventil im Boden des Batteriegehäuses auch für das Elektronikgehäuse mitgenutzt wird.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Gehäuseanordnung ferner ausgestattet mit einer Flüssigkeitsbarriere, die auf der Innenseite des Auslassventils angeordnet ist. Dadurch kann ein vom Elektronikgehäuse kommendes Kühlmittel nicht in das Batteriegehäuse eindringen.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Flüssigkeitsbarriere eine Membrane, welche gasdurchlässig und flüssigkeitsundurchlässig ist.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Flüssigkeitsbarriere ein zum Auslassventil seriell angeordnetes zweites Auslassventil. Dadurch kann ein Flüssigkeitseintritt vom Elektronikgehäuse in das Batteriegehäuse verhindert werden und gleichzeitig sowohl das Batteriegehäuse als auch das Elektronikgehäuse notentwässert werden.
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Darüber hinaus stellt die vorliegende Erfindung ein Kraftfahrzeug mit solch einer Gehäuseanordnung bereit.
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Nachfolgend wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. In diesen Zeichnungen ist Folgendes dargestellt:
- 1 zeigt schematisch eine Gehäuseanordnung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
- 2A zeigt schematisch eine Gehäuseanordnung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, und
- 2B zeigt schematisch ein Detail der 2A.
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1 zeigt schematisch eine Gehäuseanordnung 1 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Diese Gehäuseanordnung 1 ist in einem (nicht dargestellten) Kraftfahrzeug eingebaut. Das Kraftfahrzeug ist beispielsweise ein elektrifiziertes Kraftfahrzeug, welches zumindest zeitweise rein batterieelektrisch angetrieben wird. Die Gehäuseanordnung 1 umfasst ein Batteriegehäuse 2, welches eine Vielzahl an elektrochemischen Batteriezellen 3 einhaust. Die Batteriezellen 3 sind miteinander elektrisch seriell und/oder parallel verbunden. Die Batteriezellen 3 dienen zum Speichern elektrischer Energie und zum Bereitstellen dieser Energie zumindest für einen Antrieb des Kraftfahrzeugs.
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Die Batteriezellen 3 sind in thermischem Kontakt mit zumindest einem Kühlkörper 4 zum Temperieren, d.h. beheizen und/oder kühlen, der Batteriezellen 3. Der Kühlkörper 4 ist in seinem Inneren von einem Kühlmittel durchströmbar ist, welches in bekannter Weise in einem Kühlkreislauf zirkuliert. Der Kühlkörper 4 kann (wie schematisch angedeutet) in Form einer Kühlplatte ausgebildet sein. Es können aber auch mehrere Kühlkörper 4 in Form von wellenförmigen Bändern vorgesehen sein, die beispielsweise zwischen benachbarten Reihen von Batteriezellen verlaufen.
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Das Batteriegehäuse 2 umfasst einen Boden 5, der bezogen auf eine Schwerkraft unten angeordnet ist bzw. eine zu einer Fahrbahn weisende Seite des Batteriegehäuses 2 ist. Im Boden 5 ist ein Sicherheitselement 6 angeordnet. Das Sicherheitselement 6 übernimmt sowohl die Funktion einer Notentwässerung als auch die Funktion eines Druckausgleichs. Dazu weist das Sicherheitselement 6 zumindest ein Auslassventil 7 auf, welches nur einen Fluiddurchgang in einer Richtung von innen nach außen zulässt und in der entgegengesetzten Richtung sperrt. Dieses Auslassventil 7 kann beispielsweise in Form eines federbelasteten Rückschlagventils ausgebildet sein. Es ist angepasst zu öffnen, wenn eine Druckdifferenz zwischen einem an der Innenseite des Auslassventils 7 anliegenden Drucks und einem an der Außenseite des Auslassventils 7 anliegenden Drucks einen bestimmten Schwellenwert überschreitet.
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Tritt beispielsweise eine Leckage des Kühlkörpers 4 oder von Kühlmittelleitungen auf, so dass sich fehlerhafterweise Kühlmittel im Inneren des Batteriegehäuses 2 sammelt, dann baut sich aufgrund des Wasserdrucks eine Druckdifferenz am Auslassventil 7 auf, die höher ist als der Schwellenwert, sodass das Auslassventil 7 öffnet und das Kühlmittel nach außen (d.h. außerhalb des Batteriegehäuses 2) abfließt. Das Auslassventil 7 fungiert somit also als Notentwässerungsventil. Der Schwellenwert ist demnach so einzustellen, dass das Auslassventil 7 ab einer kritischen Höhe eines Kühlmittelpegelstandes im Batteriegehäuse 2 öffnet.
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Gleichzeitig fungiert das Auslassventil 7 auch zum Abbau eines Überdrucks im Inneren des Batteriegehäuses 2, beispielsweise im Falle einer Passfahrt. Übersteigt in einem solchen Fall die Druckdifferenz zwischen einem an der Innenseite des Auslassventils 7 anliegenden Luftdrucks und einem an der Außenseite des Auslassventils 7 anliegenden Luftdrucks den bestimmten Schwellenwert, dann öffnet das Auslassventil 7, sodass der Überdruck im Inneren des Batteriegehäuses 2 nach außen entweichen kann.
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Zusätzlich kann das Sicherheitselement 6 ein Einlassventil 8 aufweisen, welches nur die Funktion des Druckausgleichs übernehmen soll. Dieses lässt nur einen Luftdurchgang in einer Richtung von außen nach innen zu und sperrt in der entgegengesetzten Richtung. Dieses Einlassventil 8 kann beispielsweise in Form eines federbelasteten Rückschlagventils ausgebildet sein. Es ist angepasst zu öffnen, wenn eine Druckdifferenz zwischen einem an der Außenseite des Einlassventils 8 anliegenden Drucks und einem an der Innenseite des Einlassventils 8 anliegenden Drucks einen bestimmten Schwellenwert überschreitet. Zur Verhinderung, dass nur Luft und keine Feuchtigkeit in das Batteriegehäuse 2 eindringt ist seriell zum Einlassventil 8 eine Membrane 9 angeordnet, welche gasdurchlässig und feuchtigkeitsundurchlässig ist. Insbesondere ist die Membran 9 an der Außenseite des Einlassventils 8 angeordnet. Das Auslassventil 7 ist frei von einer Membrane, so dass die Flüssigkeit ungehindert nach außen abfließen kann.
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Darüber hinaus umfasst das Sicherheitselement 6 eine Abdeckhaube 10, die sowohl das Auslassventil 7 als auch das Einlassventil 8 abdeckt. Eine Fläche der Abdeckhaube 10, die von dem Aus- und Einlassventil 7, 8 weg weist, ist durchgängig geschlossen, so dass ein Einströmpfad und Ausströmpfad seitlich der Abdeckhaube 10 verläuft.
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Insbesondere ist das Sicherheitselement 6, umfassend das Einlassventil 8, das Auslassventil 7 und die Membrane 9, baulich als eine einzige Einheit ausgebildet, d.h. einstückig. Das Batteriegehäuse 2 ist, abgesehen vom Sicherheitselement 6, fluiddicht verschlossen.
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2A zeigt schematisch eine Gehäuseanordnung 101 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Um Wiederholungen zu vermeiden, werden im Rahmen des zweiten Ausführungsbeispiels nur die Unterschiede zum ersten Ausführungsbeispiel erläutert und im Übrigen auf die Beschreibung des ersten Ausführungsbeispiels verwiesen. Die Gehäuseanordnung 101 weist zusätzlich zum Batteriegehäuse 2 ein Elektronikgehäuse 111 auf, welches zumindest ein Elektronikbauteil 112 fluiddicht einhaust. Das Elektronikbauteil 112 ist beispielsweise eine Komponente aus der Gruppe umfassend: ein Steuergerät, z.B. ein Batteriesteuergerät, ein fahrzeuginternes Batterieladegerät, ein Gleichstromwandler, ein Wechselstrom-GleichstromWandler, ein Inverter, ein Rechner für autonomes Fahren oder dergleichen. Das Elektronikgehäuse 111 ist insbesondere oberhalb oder auf dem Batteriegehäuse 2 angeordnet. Zumindest ist ein Boden 113 des Elektronikgehäuses 111 höher (bezogen auf eine Schwerkraft bzw. bezogen auf eine Hochachse des Kraftfahrzeugs) als der Boden 5 des Batteriegehäuses 2 angeordnet.
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Das zumindest eine Elektronikbauteil 112 ist in thermischem Kontakt mit einem Kühlkörper 114 zum Temperieren, d.h. beheizen und/oder kühlen, des Elektronikbauteils 112. Der Kühlkörper 114 ist in seinem Inneren von einem Kühlmittel durchströmbar, welches in bekannter Weise in einem Kühlkreislauf zirkuliert. Der Kühlkörper 114 kann (wie schematisch angedeutet) in Form einer Kühlplatte ausgebildet sein.
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Vom Boden 113 des Elektronikgehäuses 111 führt eine Entwässerungsleitung 115 zu einem Sicherheitselement 116. Die Entwässerungsleitung 115 kann beispielsweise in Form eines flexiblen Schlauchs, einer starren Leitung oder als Kanal in einer Gehäusewandung ausgebildet sein.
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Im Falle einer Leckage des Kühlkörpers 114 oder von Kühlmittelleitungen im Elektronikgehäuse 111, kann das Kühlmittel über die Entwässerungsleitung 115 zum Sicherheitselement 116 ablaufen.
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2B zeigt schematisch ein Detail A bzw. ein Sicherheitselement 116 aus 2A. Das Sicherheitselement 116 weist ein erstes Auslassventil 117 auf, welches nur einen Fluiddurchgang in einer Richtung von innen nach außen (außerhalb des Batteriegehäuses 2) zulässt und in der entgegengesetzten Richtung sperrt. Dieses Auslassventil 117 entspricht in der Funktion dem Auslassventil 6 des ersten Ausführungsbeispiels und kann als Notentwässerungsventil sowie als Druckablassventil fungieren.
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Tritt beispielsweise eine Leckage des Kühlkörpers 114 oder von Kühlmittelleitungen im Elektronikgehäuse 111 auf, so dass kann das Kühlmittel über die Entwässerungsleitung 115 zur Innenseite des Auslassventils 117 strömen, so dass der Druck an der Innenseite ausreicht, das Auslassventil 117 zu öffnen, so dass das Kühlmittel an die Umgebung ablaufen kann.
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Damit verhindert wird, dass dieses Kühlmittel in das Batteriegehäuse 2 strömt, ist eine Flüssigkeitsbarriere 118 vorgesehen. Diese Flüssigkeitsbarriere 118 kann eine Membrane sein, die gasdurchlässig und flüssigkeitsundurchlässig ist. Dies ist einfach und kostengünstig umsetzbar, hat jedoch den Nachteil, dass das erste Auslassventil 117 nur für das Elektronikgehäuse 111 als Notentwässerung und nicht mehr für das Batteriegehäuse 2 als Notentwässerung fungiert. In diesem Fall würde das erste Auslassventil 117 jedoch sowohl für das Batteriegehäuse 2 als auch für das Elektronikgehäuse 111 als Druckablassventil fungieren. Die Flüssigkeitsbarriere 118 kann auch als zweites Auslassventil umgesetzt sein, welches nur einen Fluiddurchgang in einer Richtung von innen nach außen zulässt und in der entgegengesetzten Richtung sperrt. Dies hat den Vorteil, dass das Sicherheitselement 116 sowohl für das Batteriegehäuse 2 als auch für das Elektronikgehäuse 111 sowohl als Druckablassventil als auch als Notentwässerungsventil fungiert.
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Zusätzlich zum ersten Auslassventil 117 und zur Flüssigkeitsbarriere 118 weist das Sicherheitselement 116 das Einlassventil 8 sowie die Membrane 9 auf. Das Einlassventil 8 und die Membrane 9 können jedoch auch weggelassen werden. Darüber hinaus kann das Sicherheitselement 116 die Abdeckhaube 10 aufweisen.
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Während die Erfindung detailliert in den Zeichnungen und der vorangehenden Beschreibung veranschaulicht und beschrieben wurde, ist diese Veranschaulichung und Beschreibung als beispielhaft und nicht als beschränkend zu verstehen und es ist nicht beabsichtigt die Erfindung auf das offenbarte Ausführungsbeispiel zu beschränken. Die bloße Tatsache, dass bestimmte Merkmale in verschiedenen abhängigen Ansprüchen genannt sind, soll nicht andeuten, dass eine Kombination dieser Merkmale nicht auch vorteilhaft genutzt werden könnte.
