DE202012011795U1

DE202012011795U1 - Be- und Entlüftungselement für ein Batteriegehäuse

Info

Publication number: DE202012011795U1
Application number: DE202012011795U
Authority: DE
Original assignee: INFILTEC GmbH
Current assignee: INFILTEC GmbH
Priority date: 2012-08-03
Filing date: 2012-12-08
Publication date: 2013-01-04
Anticipated expiration: 2022-12-09
Also published as: DE102012015386A1

Abstract

Be- und Entlüftungselement (1) für ein Batteriegehäuse (10), umfassend einen Grundkörper (2) mit einem Abschnitt (3) zum Befestigen des Grundkörpers (2) an einem Batteriegehäuse (10) und einem durch den Grundkörper (2) hindurch verlaufenden Durchgang (9), der einen Austausch von Gas ermöglicht, wobei im Durchgang (9) eine gasdurchlässige Membran (12) angeordnet ist, die bei Auftreten einer zu hohen Druckdifferenz birst.

Description

Die Erfindung betrifft ein Be- und Entlüftungselement gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Aus dem Stand der Technik bekannte Kfz-Batterien haben bei Volllast einen relativ hohen Lade- und Entladestrom und können sich dabei entsprechend stark erwärmen. Dies führt zu einer erhöhten Verdunstung von Batteriesäure, die wiederum den Innendruck im Batteriegehäuse ansteigen lässt. In Extremsituationen, wie beispielsweise einem Kurzschluss, kann dies auch zum Bersten des Batteriegehäuses führen.
Aus dem Stand der Technik bekannte Batterien werden daher vielfach mit einem Ventil ausgestattet, das bei einer zu hohen Druckdifferenz selbsttätig öffnet und den Innendruck im Batteriegehäuse begrenzt. Bekannte Ventile umfassen beispielsweise ein Verschlusselement zum Öffnen und Schließen des Ventils, das mittels eines Federelements gegen eine Dichtung vorgespannt ist. Solche Überdruckventile sind jedoch relativ aufwändig konstruiert und teuer.
Darüber hinaus sind aus dem Stand der Technik verschiedene Be- und Entlüftungselemente bekannt, die für einen dauerhaften Gasaustausch zwischen dem Innenraum der Batterie und der Umgebung sorgen. Solche Be- und Entlüftungselemente sind jedoch nur für einen relativ geringen Gasdurchsatz ausgelegt. Bei einem plötzlichen Druckanstieg, wie er beispielsweise bei einem Kurzschluss auftritt, sind die bekannten Be- und Entlüftungselemente in der Regel nicht in der Lage, genügend Gasstrom abzuleiten, um den Innendruck wirksam zu begrenzen.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Be- und Entlüftungselement mit gleichzeitiger Druckbegrenzungsfunktion zu schaffen.
Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung durch die im Patenanspruch 1 angegebenen Merkmale. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Gemäß der Erfindung wird ein Be- und Entlüftungselement für ein Batteriegehäuse vorgeschlagen, mit einem Grundkörper, der einen Befestigungsabschnitt zur Befestigung am Batteriegehäuse und einen durch den Grundkörper hindurch verlaufenden Durchgang aufweist, der einen Austausch von Gas zwischen dem Innenraum des Batteriegehäuses und der Umgebung ermöglicht. Gemäß der Erfindung ist in dem Durchgang eine gasdurchlässige Membran angeordnet, die bei Auftreten einer zu hohen Druckdifferenz birst. Somit kann das erfindungsgemäße Element einerseits zum Be- und Entlüften eines Batteriegehäuses eingesetzt werden und erfüllt andererseits auch die Funktion eines Druckbegrenzungsventils.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung handelt es sich bei der Membran um eine gesinterte PTFE-Membran. Wahlweise könnte die Membran aber auch aus einem anderen Material, wie z. B. PES oder Zellulose hergestellt sein. Die Membran hat vorzugsweise einen Luftdurchsatz von mehr als 10 NI/h/cm², insbesondere mehr als 16 NI/h/cm², bei einer Druckdifferenz von etwa 70 mbar, und einen Wassereintrittsdruckpunkt von z. B. 0,4 bar. Die Größe und Dicke der Membran werden gemäß der Erfindung so gewählt, dass sie im Normalbetrieb (die Membran ist intakt) einerseits den gewünschten Luftdurchsatz aufweist und andererseits bei einer vorgegebenen Druckdifferenz oder einem vorgegebenen Druckanstieg automatisch birst.
Die Membran ist vorzugsweise in einem Innenraum des Be- und Entlüftungselements angeordnet. Gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung ist der Innenraum so dimensioniert, dass sich die Membran bei niedrigerem Druck frei wölben kann und mit weiter zunehmendem Druck dann gegen die Innenwandung des Elements stößt. An der Innenwandung kann ein Vorsprung, wie z. B. ein Dorn, oder ein anderes Mittel vorgesehen sein, gegen den die Membran stößt, wenn sie sich wölbt, und das ein Bersten der Membran fördert.
Alternativ könnte der Innenraum auch so groß dimensioniert sein, dass sich die Membran frei wölben kann, bis sie birst, ohne gegen eine Innenwandung des Be- und Entlüftungselements zu stoßen.
Das erfindungsgemäße Be- und Entlüftungselement ist vorzugsweise aus einem Kunststoff, wie z. B. PVC hergestellt.
Der Grundkörper des Be- und Entlüftungselements kann einteilig oder mehrteilig ausgebildet sein. Gemäß einer speziellen Ausführungsform der Erfindung umfasst der Grundkörper zwei Teile, die z. B. mittels einer Rast- bzw. Schnappverbindung lösbar miteinander verbunden werden können. Eines der Teile kann z. B. als Deckel ausgebildet sein. Die Membran ist in diesem Fall vorzugsweise zwischen den beiden Teilen eingeklemmt.
Der eingangs genannte Befestigungsabschnitt des Grundkörpers kann beispielsweise ein Gewinde oder eine Rastverbindung aufweisen, oder zum Verkleben oder Verschmelzen mit dem Batteriegehäuse ausgebildet sein. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung hat der Befestigungsabschnitt ein Außengewinde, das in ein korrespondierendes Innengewinde am Batteriegehäuse eingeschraubt wird.
Zur Abdichtung des Be- und Entlüftungselements gegenüber dem Batteriegehäuse ist vorzugsweise eine Dichtung vorgesehen. Die Dichtung kann z. B. in einer im Grundkörper vorgesehenen Nut angeordnet sein. Bei der Dichtung kann es sich z. B. um einen O-Ring handeln.
Der Grundkörper umfasst vorzugsweise einen an den Befestigungsabschnitt anschließenden Abschnitt, der einen größeren Querschnitt aufweist als der Befestigungsabschnitt. Dieser zweite Abschnitt hat vorzugsweise einen Hohlraum, in dem die Membran angeordnet ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung verläuft der Durchgang im Bereich des Befestigungsabschnitts im Wesentlichen in Längsrichtung des Grundkörpers. Auf der äußeren, dem Befestigungsabschnitt gegenüberliegenden Seite der Membran tritt der Durchgang dann in die Umgebung aus.
Der Grundkörper kann dabei eine oder mehrere Auslassöffnungen aufweisen, durch die das aus dem Batteriegehäuse ausströmende Gas in die Umgebung entweicht.
Die Auslassöffnung(en) ist/sind vorzugsweise derart ausgerichtet, dass das in die Umgebung ausströmende Gas möglichst nicht durch die Innenraumbelüftung zur Fahrerzelle gelangen kann. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die wenigstens eine Austrittsöffnung in Querrichtung, d. h. quer zur Längsrichtung des Grundkörpers, ausgerichtet. Die Öffnung(en) könnte(n) aber z. B. auch in Richtung des Batteriegehäuses zeigen oder gegen ein anderes Bauteil gerichtet sein, um das austretende Gas in eine gewünschte Richtung umzulenken.
Gemäß einer speziellen Ausführungsform der Erfindung kann auch vorgesehen sein, den Strahl des ausströmenden Gases durch entsprechende Ausbildung des Durchgangs im Bereich der Austrittsöffnung(en) zu verwirbeln oder zu lenken.
Darüber hinaus kann auch eine Leitung vorgesehen sein, mittels derer die austretenden Gase gezielt abgeleitet werden können. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist wenigstens ein Schlauch vorgesehen, mit dem das Gas gezielt ableitet wird. Der Schlauch könnte z. B. über das erfindungsgemäße Be- und Entlüftungselement mit Berstfunktion gestülpt werden.
Das erfindungsgemäße Be- und Entlüftungselement ist vorzugsweise rotationssymmetrisch gebildet. Die Länge des Grundkörpers kann z. B. zwischen 5 cm und 10 cm betragen, kann aber auch kürzer oder länger sein.
Im eingebauten Zustand des Be- und Entlüftungselements ist die Membran, bis auf die Be- bzw. Entlüftungsöffnung(en), vorzugsweise vollständig vom Grundkörper eingekapselt.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
1 eine perspektivische Ansicht eines Be- und Entlüftungselements gemäß einer speziellen Ausführungsform der Erfindung;
2 das Be- und Entlüftungselement von 1 im Schnitt; und
3 ein Batteriegehäuse mit einem Be- und Entlüftungselement nach 1 bzw. 2.
Ausführungsformen der Erfindung
Die 1 und 2 zeigen ein Be- und Entlüftungselement 1 für ein Batteriegehäuse 10, das im Wesentlichen einen Grundkörper 2 mit einer darin befindlichen Membran 12 umfasst. Der Grundkörper 2 hat einen Befestigungsabschnitt 3 mit einem Außengewinde 5, das in ein korrespondierendes Gewinde 11 am Batteriegehäuse 10 eingeschraubt wird, sowie einen Kopfabschnitt 4, in dessen Innenraum 6 sich die Membran 12 befindet.
Im Inneren des Grundkörpers 2 ist ein Durchgang 9 vorgesehen, der einen Austausch von Gas zwischen dem Batteriegehäuse 10 und der äußeren Umgebung ermöglicht. Der Durchgang 9 verläuft im Befestigungsabschnitt 3 in einer Längsrichtung L des Grundkörpers 2, geht dann weiter in Längsrichtung L durch die Membran 12 hindurch und verzweigt sich schließlich in mehrere Ein- bzw. Auslassöffnungen 8, die im Wesentlichen quer zur Längsrichtung L aus dem Kopfabschnitt 4 austreten. Die Auslassöffnungen 8 sind vorzugsweise so ausgerichtet, dass das in die Umgebung ausströmende Gas möglichst nicht durch die Innenraumbelüftung zur Fahrerzelle des Kfz gelangen kann. Alternativ könnte der Durchgang 9 z. B. auch in Längsrichtung L aus dem Kopfabschnitt 4 austreten. Aus Sicherheitsgründen wird jedoch eine Ausrichtung der Öffnungen 8 in Querrichtung bevorzugt.
Die Membran 12 dient im Normalbetrieb als Filter und erfüllt darüber hinaus auch die Funktion eines Druckbegrenzungsventils. Wenn nämlich der Innendruck im Batteriegehäuse 10 ansteigt, wölbt sich die Membran 12 nach außen und birst, wenn die über der Membran 12 abfallende Druckdifferenz einen Grenzwert überschreitet. Das Gleiche passiert auch bei einem plötzlichen Druckanstieg, wenn die Dynamik des Druckanstiegs zu hoch ist. Bei der in den 1 und 2 dargestellten Ausführungsform des Be- und Entlüftungsventils 1 ist an der Innenwandung des Kopfabschnitts 4 ein Dorn 13 vorgesehen, gegen den die Membran 12 stößt, wenn sie sich wölbt. Der Dorn 13 fördert dabei das Bersten der Membran 12. Das Be- und Entlüftungselement 1 ist, nachdem die Membran 12 zerstört ist, im Wesentlichen frei durchgängig, so dass auch große Gasmengen in kurzer Zeit abgeleitet werden können.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel handelt es sich bei der Membran 12 um eine gesinterte Membran aus PTFE. Die Membran 12 könnte aber auch aus anderen Materialien, wie z. B. PES oder Cellulose hergestellt sein. Der Luftdurchsatz der Membran 12 ist z. B. größer als 16 NI/h/cm² und hat einen Wassereintrittsdruckpunkt von etwa 0,4 bar. Die Schichtdicke der Membran kann beispielsweise 1 mm betragen. Sie kann aber auch dicker oder dünner sein.
Das Material und die Dicke der Membran 12 werden grundsätzlich so gewählt, dass sie im Normalbetrieb (die Membran ist intakt) einen gewünschten Luftdurchsatz ermöglicht und im Falle einer zu hohen Druckdifferenz bzw. eines zu schnellen Druckanstiegs unter definierten Bedingungen zerreißt. Die Membran 12 kann z. B. hergestellt werden, indem zunächst ein Materialblock, z. B. aus PTFE, hergestellt, und die Membran 12 dann mechanisch vom Block abgeschält bzw. abgeschnitten wird.
Zur Abdichtung des Grundkörpers 2 gegenüber dem Batteriegehäuse 10 ist bei der in den 1 und 2 dargestellten Ausführungsform des Be- und Entlüftungselements 1 ein O-Ring 14 vorgesehen. Dieser ist an einer Anschlagsfläche des Grundkörpers 2 in einer Ringnut angeordnet.
Der Grundkörper 2 ist vorzugsweise rotationssymmetrisch gebildet. Der Kopfabschnitt kann beispielsweise einen Durchmesser von z. B. 40 mm und der Befestigungsabschnitt 3 einen Durchmesser von 20 mm aufweisen. Die Membran 12 ist vorzugsweise plättchenförmig gebildet und kann beispielsweise einen Durchmesser von 24 mm aufweisen. Der Grundkörper 2 ist vorzugsweise aus Kunststoff hergestellt.
Der Kopfabschnitt 4 besteht vorzugsweise aus mehreren Teilen, die lösbar miteinander verbunden werden können, beispielsweise mittels einer Schnappverbindung. Die Membran 12 wird in diesem Fall zwischen den beiden Teilen des Kopfabschnitts 4 eingeklemmt.
3 zeigt ein Batteriegehäuse 10 mit einem daran montierten Be- und Entlüftungselement 1. Wie zu erkennen ist, ist das Be- und Entlüftungselement 1 in einer Vertiefung des Batteriegehäuses 10 versenkt angeordnet. Dadurch wird die Umgebung besser vor möglicherweise austretenden Gasen und Flüssigkeiten geschützt.

Claims

Be- und Entlüftungselement (1) für ein Batteriegehäuse (10), umfassend einen Grundkörper (2) mit einem Abschnitt (3) zum Befestigen des Grundkörpers (2) an einem Batteriegehäuse (10) und einem durch den Grundkörper (2) hindurch verlaufenden Durchgang (9), der einen Austausch von Gas ermöglicht, wobei im Durchgang (9) eine gasdurchlässige Membran (12) angeordnet ist, die bei Auftreten einer zu hohen Druckdifferenz birst.
Be- und Entlüftungselement (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (12) in einem Innenraum (6) des Grundkörpers (2) angeordnet ist, wobei der Innenraum (6) so dimensioniert ist, dass sich die Membran (12) bei kleineren Druckdifferenzen frei wölben kann und bei höheren Druckdifferenzen dann gegen die Innenwandung des Grundkörpers (2) stößt.
Be- und Entlüftungselement (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass an der Innenwandung ein Vorsprung (13) vorgesehen ist, gegen den die Membran (12) stößt, wenn sie sich wölbt, und der ein Bersten der Membran (12) fördert.
Be- und Entlüftungselement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (2) mehrteilig ausgebildet ist, und die Membran (12) zwischen zwei Teilen des Grundkörpers (2) eingeklemmt ist.
Be- und Entlüftungselement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abschnitt (3) zum Befestigen ein Gewinde (5) oder eine Rastverbindung aufweist, oder zum Verkleben oder Verschmelzen mit einem Batteriegehäuse (10) ausgebildet ist.
Be- und Entlüftungselement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich an den Abschnitt (3) zum Befestigen ein zweiter Abschnitt (4) anschließt, der einen größeren Querschnitt aufweist als der Abschnitt (3) zum Befestigen.
Be- und Entlüftungselement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich an den Abschnitt (3) zum Befestigen ein zweiter Abschnitt (4) anschließt, in dessen Innenraum (6) die Membran (12) angeordnet ist.
Be- und Entlüftungselement (1) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass in dem zweiten Abschnitt (4) eine oder mehrere Öffnungen (8) vorgesehen sind, die einen Teil des Durchgangs (9) bilden.
Be- und Entlüftungselement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchgang (9) im Bereich des Abschnitts (3) zum Befestigen im Wesentlichen in einer Längsrichtung (L) des Grundkörpers (2) verläuft und auf der anderen Seite der Membran (12) im Wesentlichen quer dazu aus dem Grundkörper (2) austritt.
Be- und Entlüftungselement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (12) aus einem gesinterten Material hergestellt ist.
Be- und Entlüftungselement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (12) aus PTFE hergestellt ist
Batterie mit einem Be- und Entlüftungselement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.