DE102011015926B4

DE102011015926B4 - Batteriesystem

Info

Publication number: DE102011015926B4
Application number: DE102011015926.6A
Authority: DE
Inventors: Dr. Höfler Thomas; Martin Heger; David Jakob Morton; Ingo Rottler
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2011-04-02
Filing date: 2011-04-02
Publication date: 2014-04-30
Anticipated expiration: 2031-04-03
Also published as: DE102011015926A1

Abstract

Batteriesystem mit einer Ventileinrichtung (3), wobei das Batteriesystem ein Batteriegehäuse (1) aufweist, welches die Ventileinrichtung (3) aufweist, wobei die Ventileinrichtung (3) dazu vorgesehen ist, einen Fluidstrom von der Umgebung (11) in das Innere (10) des Batteriegehäuses (1) hinein zu unterbinden, umgekehrt aber einen Austritt von eventuell im Innern (10) des Batteriegehäuses (1) befindlichen Wassers aus dem Batteriegehäuse (1) heraus zu ermöglichen, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventileinrichtung (3) einen Ventilkörper (6) aufweist und die Ventileinrichtung (3) in ihrem Grundzustand geschlossen ist und erst bei einem vorgegebenen, an einer Innenseite der Ventileinrichtung (3) anstehenden Mindestdruck öffnet und der Ventilkörper (6) auf einer Außenseite des Batteriegehäuses (1) von einem Schmutzschutzelement (12) überdeckt ist, welches dazu vorgesehen ist, Schmutzpartikel von dem Ventilkörper (6) abzuhalten.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Batteriesystem gemäß dem Oberbegriff des Patenanspruches 1.
Ein derartiges Batteriesystem ist aus der nachveröffentlichten DE 10 2010 051 687 A1 bekannt. Zum technischen Hintergrund der Erfindung zählen die 10 2009 034 959 A1 und die DE 10 2009 046 385 A1 .
In Hybridfahrzeugen bzw. reinen Elektrofahrzeugen werden Batteriesysteme eingesetzt, deren Betriebsspannungen im Bereich von mehreren Hundert Volt liegen. Sie werden daher als ”Hochvoltspeicher” bezeichnet. Hochvoltspeicher von Fahrzeugen sind während ihres Betriebs wechselnden Umgebungsluftdrücken ausgesetzt. Luftdruckwechsel resultieren zum einen aus den sich per se permanent ändernden meteorologischen Bedingungen sowie aus einem Betrieb des Fahrzeugs in unterschiedlichen Höhen, insbesondere bei Fahrten im Gebirge.
Hochvoltspeicher für Fahrzeuge müssen aus Sicherheitsgründen in einem wasserdichten Gehäuse untergebracht sein, um selbst bei extremen Einsatzbedingungen, wie z. B. einer Wattiefe von 1 m, eine ordnungsgemäße Funktion sicherzustellen und eine Personengefährdung zu vermeiden. Um bei wechselnden Umgebungsluftdrücken eine unzulässige Verformung des Gehäuses des Hochvoltspeichers zu vermeiden, müssen in Anbetracht der hohen Wasserdichtigkeitsanforderungen spezielle Maßnahmen getroffen werden.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Batteriesystem zu schaffen, das den oben beschriebenen Anforderungen gerecht wird.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Der Grundgedanke der Erfindung besteht in einem Batteriesystem, das in einem Batteriegehäuse untergebracht ist, welches eine Ventileinrichtung aufweist, die dazu vorgesehen ist, einen Fluidstrom von der Umgebung in das Batteriegehäuse hinein zu unterbinden, umgekehrt aber einen Austritt von eventuell in dem Batteriegehäuse befindlichen Wasser aus dem Batteriegehäuse heraus zu ermöglichen.
Vorzugsweise handelt es sich bei der Ventileinrichtung um eine rein mechanische Einrichtung, d. h. um eine Einrichtung, die ohne Fremdenergiezuführung funktioniert.
Nach der Erfindung ist die Ventileinrichtung in ihrem Grundzustand geschlossen und öffnet erst bei einem vorgegebenen, an einer Innenseite der Ventileinrichtung, d. h. im Inneren des Batteriegehäuses, anstehenden Mindestdruck. Konkret kann z. B. vorgesehen sein, dass die Ventileinrichtung bei einem Mindestdruck öffnet, der ca. oder genau einer Wassersäule von z. B. 10 mm entspricht oder einer Wassersäule, die in einem Bereich zwischen 2 mm und 20 mm liegt. Anders ausgedrückt kann vorgesehen sein, dass erst bei einer Mindestmenge von Wasser im Batteriegehäuse das Wasser über die Ventileinrichtung in die Umgebung abfließen kann.
Es kann vorgesehen sein, dass die Ventileinrichtung einen elastischen Ventilkörper aufweist. Der Ventilkörper kann z. B. aus einem Elastomer-Material hergestellt sein. Der Ventilkörper kann eine Vorspannung aufweisen derart, dass die Ventileinrichtung erst dann öffnet, wenn an der dem Batteriegehäuseinneren zugewandten Seite der Ventileinrichtung der oben erwähnte Mindestdruck anliegt.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung weist der Ventilkörper einen zapfenartigen Abschnitt auf, der in eine Gehäuseöffnung eingesetzt ist und einen nach außen aus dem Gehäuse herausragenden Dichtabschnitt. Im Grundzustand der Ventileinrichtung drückt der Dichtabschnitt von außen her gegen eine Gehäusewandung und dichtet damit das Gehäuse gegen einen Wassereintritt ab. Der Dichtabschnitt überdeckt dabei eine in dem Batteriegehäuse vorgesehene Entwässerungsöffnung, über die bei einem Überschreiten des Mindestdrucks Wasser aus dem Innern des Batteriegehäuses nach außen in die Umgebung abfließen kann. Der Dichtabschnitt kann z. B. pilzartig gewölbt sein.
Vergegenwärtigt man sich, dass das Batteriesystem im Unterbodenbereich eines Fahrzeugs angeordnet sein kann, so ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Ventilkörper an der Außenseite des Batteriegehäuses von einem Schmutzschutzelement überdeckt ist. Das Schmutzschutzelement ist dazu vorgesehen, Grobschmutzpartikel von dem Ventilkörper abzuhalten, um ein Verstopfen der Ventileinrichtung zu vermeiden. Bei dem Schmutzschutzelement kann es sich z. B. um ein Gummiplättchen handeln, das mit mindestens einer oder mehreren kleinen Öffnungen oder mit mindestens einem oder mehreren dünnen Schlitzen versehen ist, über die Wasser, welches über die Ventileinrichtung aus dem Batteriegehäuse abgeführt wurde, in Richtung Umgebung abfließen kann.
Als zusätzliche Schutzmaßnahme kann vorgesehen sein, dass die Ventileinrichtung und/oder das Schmutzschutzelement von einem Steinschlagschutzelement überdeckt (zumindest teilweise überdeckt) und dadurch vor Steinschlägen und somit Beschädigungen geschützt ist.
Vorzugsweise ist die Ventileinrichtung in Bezug auf die Schwerkraft im ”tiefsten Gehäusebereich” angeordnet.
Sollte dies nicht möglich sein, so kann die Ventileinrichtung auch oberhalb des tiefsten Gehäusebereichs des Batteriegehäuses angeordnet sein. In diesem Fall muss jedoch sichergestellt sein, dass sich im tiefsten Gehäusebereich des Batteriegehäuses ansammelndes Wasser ”nach oben” transportiert und über die Ventileinrichtung an die Umgebung abfließen bzw. abgeführt werden kann.
Um dies zu erreichen, kann im Batteriegehäuse ein ”Sammelbereich” vorgesehen sein, der durch die Ventilanordnung, eine in einer Vertikalrichtung des Batteriegehäuses schwingfähig angeordnete Masse und ein Rückschlagventil begrenzt ist. Der Grundgedanke besteht dabei darin, die die schwingfähig angeordnete Masse so anzuordnen, dass sie während des Betriebs des Fahrzeugs in mindestens einer vorgegebenen Richtung, z. B. in „z-Richtung”, d. h. in Vertikalrichtung des Fahrzeugs, schwingen kann. Bei einem Schwingen der Masse in der mindestens einen vorgegebenen Richtung (d. h. in eienr ersten Orientierung) wird evtl. in dem Batteriegehäuse vorhandenes Wasser über das Rückschlagventil in den Sammelbereich eingesaugt. Bei einem Schwingen der Masse in entgegengesetzter Richtung (d. h. einer der ersten Orientierung entgegengesetzten zweiten Orientierung) wird das in den Sammelbereich gesaugte Wasser über die Ventilanordnung aus dem Sammelbereich in die Umgebung gedrückt und somit aus dem Batteriegehäuse abgeführt.
Bei dem Batteriegehäuse kann es sich um ein Batteriegehäuse handeln, in dem eine Vielzahl von Batteriezellen angeordnet sind. Mehrere dieser Zellen können jeweils zu einem Batteriemodul verschaltet sein. In dem Gehäuse können wiederum mehrere miteinander elektrisch verschaltete Batteriemodule angeordnet sein.
Im Folgenden wird die Erfindung im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
1 ein erstes Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung; und
2 ein zweites Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung.
1 zeigt einen Ausschnitt eines Batteriegehäuses 1, das eine Gehäuseausnehmung 2 aufweist, in die eine Ventileinrichtung 3 eingesetzt ist. Die Ausnehmung 2 befindet sich in einem in Bezug auf die Richtung der Schwerkraft, welche durch einen Pfeil 4 angedeutet ist, tiefsten Gehäusebereich.
Bei dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel weist die Ventileinrichtung 3 einen in die Ausnehmung 2 des Batteriegehäuses 1 eingesetzten Ventilträger 5 auf. An dem Ventilträger 5 ist ein Ventilkörper 6 angeordnet, welcher einen zapfenartigen Abschnitt 6a aufweist, der in eine Öffnung 7 des Ventilkörpers 5 eingesetzt ist, und einen pilzartig gewölbten Dichtabschnitt 6b, welcher so vorgespannt ist, dass er gegen eine Außenseite 8 des Ventilkörpers drückt. In dem Ventilkörper 8 ist eine Entwässerungsbohrung 9 vorgesehen, über die Wasser, das sich eventuell im Innern des Batteriegehäuses ansammelt, nach außen in die Umgebung 11 abfließen kann.
Aufgrund der Vorspannung des Dichtabschnitts 6b ist ein gewisser ”Mindestwasserdruck” erforderlich, um den elastischen Dichtabschnitt 6b von der Außenseite 8 des Ventilkörpers 5 abzuheben. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass erst bei einem ”Wasserdruck” (Überdruck gegenüber dem Umgebungsdruck), der einer Wassersäule von 10 mm oder mehr entspricht, der Dichtabschnitt 6b von der Außenseite 8 des Ventilträgers 5 abhebt.
Bei dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Ventilkörper 6 von außen her von einem Schmutzschutzelement 12 überdeckt. Das Schmutzschutzelement 12 weist eine kleine Durchgangsöffnung 13 auf, über die Wasser, welches über die Ventileinrichtung 3 aus dem Gehäuseinnern 10 des Batteriegehäuses 1 abgeführt wurde, nach außen zur Umgebung 11 hin abfließen kann. Zusätzlich zu dem Schmutzschutzelement 12 ist ein Steinschlagschutzelement 14 vorgesehen, welches hier die gesamte Gehäuseöffnung 2 und somit insbesondere auch die Ventileinrichtung 3 überdeckt. Bei dem Steinschlagschutzelement 14 kann es sich beispielsweise um ein Gitter aus Metall oder einem entsprechend zähen Kunststoffmaterial handeln.
Wie aus 1 ersichtlich ist, kann die Ventileinrichtung 3 relativ flach ausgeführt sein und z. B. eine Höhe von nur etwa 15 mm oder weniger aufweisen. Eine möglichst flache Ausführung ist erforderlich, wenn man sich vergegenwärtigt, dass die in 1 gezeigte Ventileinrichtung 3 im tiefsten Gehäusebereich des Batteriegehäuses 1 angeordnet ist und das Batteriegehäuse 1 wiederum im Unterbodenbereich eines Fahrzeugs angeordnet ist. Nur durch eine entsprechend flache Gestaltung der Ventileinrichtung 3 kann die für Fahrzeuge nötige Bodenfreiheit erreicht werden.
2 zeigt eine Variante des Ausführungsbeispiels der 1, wobei dort die Ventileinrichtung 3 gerade nicht im tiefsten Gehäusebereich des Batteriegehäuses 1, sondern etwas oberhalb des tiefsten Bereich des Batteriegehäuses 1 angeordnet ist. In diesem Fall muss sichergestellt, dass Wasser, das sich im tiefsten Bereich 10a des Inneren 10 des Batteriegehäuses 1 ansammelt, nach oben zu der Ventileinrichtung 3 transportiert und dort über die Ventileinrichtung 3 nach außen in die Umgebung abgeführt werden kann. Hierzu ist ein Sammelbereich 10b vorgesehen. Der Sammelbereich 10b ist durch einen Teil des Inneren 10 des Batteriegehäuses gebildet. Der Sammelbereich 10b ist ”begrenzt” durch Gehäusewandungen 1a, 1b des Batteriegehäuses 1, durch eine in einer Vertikalrichtung 4 schwingfähig angeordnete Membran 15 mit einer Schwingmasse 16 und durch die Ventileinrichtung 3.
Ist das Batteriesystem in ein Fahrzeug eingebaut, so wird die Membran 15 und die damit verbundene Schwingmasse 16 während der Fahrt zu Schwingungen in Vertikalrichtung 4 angeregt.
Hat sich in dem tiefsten Gehäusebereich 10a Wasser angesammelt, so wird bei einem nach oben Schwingen der Masse 16 bzw. der Membran 15 das in dem Gehäusebereich 10a befindliche Wasser über das Rückschlagventil 17 nach oben in den Sammelbereich 10b gesaugt. Bei einem nach unten Schwingen der Masse 16 bzw. der Membran 15 wird das im Sammelbereich 10b gesammelte Wasser über die Ventileinrichtung 15 und durch das Schmutzschutzelement 12 sowie durch bzw. vorbei an dem Steinschlagschutzelement 14 nach unten an die Umgebung abgeführt.

Claims

Batteriesystem mit einer Ventileinrichtung (3), wobei das Batteriesystem ein Batteriegehäuse (1) aufweist, welches die Ventileinrichtung (3) aufweist, wobei die Ventileinrichtung (3) dazu vorgesehen ist, einen Fluidstrom von der Umgebung (11) in das Innere (10) des Batteriegehäuses (1) hinein zu unterbinden, umgekehrt aber einen Austritt von eventuell im Innern (10) des Batteriegehäuses (1) befindlichen Wassers aus dem Batteriegehäuse (1) heraus zu ermöglichen, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventileinrichtung (3) einen Ventilkörper (6) aufweist und die Ventileinrichtung (3) in ihrem Grundzustand geschlossen ist und erst bei einem vorgegebenen, an einer Innenseite der Ventileinrichtung (3) anstehenden Mindestdruck öffnet und der Ventilkörper (6) auf einer Außenseite des Batteriegehäuses (1) von einem Schmutzschutzelement (12) überdeckt ist, welches dazu vorgesehen ist, Schmutzpartikel von dem Ventilkörper (6) abzuhalten.
Batteriesystem nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Ventileinrichtung (3) eine rein mechanische Ventileinrichtung ist.
Batteriesystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventileinrichtung (3) einen elastischen, insbesondere einen aus einem Elastomermaterial bestehenden Ventilkörper (6) aufweist, der eine Vorspannung aufweist, derart, dass die Ventileinrichtung (3) erst bei Überschreiten des Mindestdrucks öffnet.
Batteriesystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Mindestdruck einer Wassersäule entspricht, die in einem Bereich zwischen 2 mm bis 20 mm liegt.
Batteriesystem nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper (6) einen zapfenartigen Abschnitt (6a) aufweist, der in eine Öffnung des Batteriegehäuses oder in eine Öffnung (7) eines in eine Öffnung (2) des Batteriegehäuses (1) eingesetzten Ventilträgers (5) eingesetzt ist und einen auf einer Außenseite des Batteriegehäuses (1) angeordneten, im Grundzustand gegen eine Außenseite des Batteriegehäuses (1) oder eine Außenseite (8) des Ventilträgers (5) drückenden Dichtabschnitt (6b), welcher eine in dem Batteriegehäuse (1) oder in dem Ventilträger (5) vorgesehene Entwässerungsöffnung (9) überdeckt.
Batteriesystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtabschnitt pilzartig gewölbt ist.
Batteriesystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Schmutzschutzelement (12) mindestens eine Öffnung (13) aufweist, über die Wasser nach außen zur Umgebung (11) hin abfließen kann.
Batteriesystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper (6) von einem Steinschlagschutzelement (14) überdeckt und dadurch vor Steinschlägen geschützt ist.
Batteriesystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Batteriegehäuse (1) in Bezug auf die Schwerkraft (4) einen tiefsten Gehäusebereich (10a) aufweist, in dem die Ventileinrichtung (3) angeordnet ist.
Batteriesystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Batteriegehäuse (1) in Bezug auf die Schwerkraft (4) einen tiefsten Gehäusebereich (10a) aufweist, wobei die Ventileinrichtung oberhalb des tiefsten Gehäusebereichs (10a) angeordnet ist.
Batteriesystem nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Batteriegehäuse (1) einen einen Sammelbereich (10b) bildenden Gehäusebereich aufweist, der durch die Ventileinrichtung (3), eine in mindestens einer vorgegebenen Richtung (4) schwingfähig angeordnete Masse (15, 16) und ein Rückschlagventil (17) begrenzt ist, wobei bei einem Schwingen der Masse (15, 16) in einer ersten Orientierung der mindestens einen vorgegebenen Richtung eventuell in dem Batteriegehäuse (10, 10a) vorhandenes Wasser über das Rückschlagventil (17) in den Sammelbereich (10b) gesaugt wird und bei einem Schwingen der Masse (15, 16) in einer der ersten Orientierung entgegengesetzten zweiten Orientierung in den Sammelbereich (10b) gesaugtes Wasser über die Ventileinrichtung (3) aus dem Sammelbereich (10b) in die Umgebung (11) gedrückt wird.