DE102012212258A1 - Kondensiervorrichtung und Verfahren zum Kondensieren von Feuchtigkeit in einer Fahrzeugbatterie - Google Patents

Kondensiervorrichtung und Verfahren zum Kondensieren von Feuchtigkeit in einer Fahrzeugbatterie Download PDF

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Abstract

Es wird eine Kondensiervorrichtung für eine Batterie in einem Fahrzeug sowie ein Verfahren zum Kondensieren von Feuchtigkeit in einer Batterie bereitgestellt, wobei die Kondensiervorrichtung umfasst: ein Batteriegehäuse, welches einen Batterieinnenraum umgibt, in welchem wenigstens eine Batteriezelle angeordnet ist; eine im Batteriegehäuse angeordnete Eingangsöffnung für ein in den Batterieinnenraum eintretendes Kühlfluid; eine erste Ausgangsöffnung und eine zweite Ausgangsöffnung, welche beide im Batteriegehäuse angeordnet sind, wobei die erste Ausgangsöffnung mit dem aus dem Batterieinnenraum austretenden Kühlfluid in fluider Verbindung steht; und eine im Batterieinnenraum angeordnete und mit dem Kühlfluid in fluider Verbindung stehende Kondensiervorrichtung, welche im Batterieinnenraum befindliche und aus der Umgebung kommende Feuchtigkeit kondensieren lässt, und wobei die kondensierte Feuchtigkeit durch die zweite Ausgangsöffnung in die Umgebung austritt.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kondensiervorrichtung und ein Verfahren zum Kondensieren von Feuchtigkeit in einer Fahrzeugbatterie, und zwar insbesondere in einer Fahrzeugbatterie in einem Kraftfahrzeug, wie zum Beispiel einem Auto.
  • Stand der Technik
  • Es ist bekannt, dass Batterien bzw. Akkumulatoren in Fahrzeugen, insbesondere Kraftfahrzeugen, wie zum Beispiel Autos, in der Regel Umwelteinflüssen ausgesetzt sind, wie beispielsweise Feuchtigkeit, welche in das Batterieinnere eindringt, und dort Korrosion bzw. Kurzschlüsse verursachen kann, was nicht nur eine Zerstörung der Batterie zur Folge haben kann, sondern unter Umständen auch von der Batterie gespeiste elektrische Verbraucher schädigen kann (wie zum Beispiel ein Fahrzeugsteuergerät, was relativ empfindlich auf Spannungsspitzen reagiert, welche bei einem Kurzschluss im Batterierinneren entstehen können).
  • Selbst wenn die Batterie gegen direktes Spritzwasser geschützt ist, was meistens aufgrund der Anordnung der Batterie im Fahrzeug der Fall ist, kann allerdings relativ hohe Luftfeuchtigkeit die Ursache für diese unerwünschten Erscheinungen sein, da eine vollständige Abdichtung des Batterieinneren gegen die umgebende Atmosphäre aufwändig und kostenintensiv ist, und zudem eine gewisse Zwangsentlüftung, zumindest vom unmittelbaren Batterieaußenraum zur Atmosphäre hin, tatsächlich gegeben sein sollte, und zwar für den Fall, dass sich ein Sicherheitsventil der Batterie aufgrund eines Überdrucks im Batterieinnenraum öffnet und sich der Überdruck zur Atmosphäre hin abbauen kann.
  • Aus dem Stand der Technik, beispielsweise der DE 10 2007 011 026 A1 , ist eine Batterie bekannt, bei der eine Kühlfalle zum Kondensieren und Abführen von Feuchtigkeit aus dem Batteriegehäuse vorgesehen ist. Allerdings ist diese Kühlfalle als separate, zusätzliche, mehrteilige Baugruppe offenbart, wodurch bei der Herstellung der Batterie zusätzliche Montageschritte notwendig sind, die den Herstellprozess verlängern und damit auch verteuern.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Die Erfindung schlägt unter einem ersten gemäß Anspruch 1 eine Kondensiervorrichtung für eine Batterie in einem Fahrzeug vor, umfassend: ein Batteriegehäuse, welches einen Batterieinnenraum umgibt, in welchem wenigstens eine Batteriezelle angeordnet ist; wenigstens eine erste am Batteriegehäuse angeordnete Eingangsöffnung für ein in den Batterieinnenraum eintretendes Kühlfluid; wenigstens eine erste Ausgangsöffnung und eine zweite Ausgangsöffnung, welche beide am Batteriegehäuse angeordnet sind, wobei die erste Ausgangsöffnung mit dem aus dem Batterieinnenraum austretenden Kühlfluid in fluider Verbindung steht; und eine im Batterieinnenraum angeordnete und mit dem Kühlfluid in fluider Verbindung stehende Kondensiervorrichtung, welche im Batterieinnenraum befindliche und aus der Umgebung kommende Feuchtigkeit kondensieren lässt, und wobei die kondensierte Feuchtigkeit durch die zweite Ausgangsöffnung in die Umgebung austritt.
  • Unter einem zweiten Aspekt gemäß Anspruch 9 schlägt die Erfindung ein Verfahren zum Kondensieren von Feuchtigkeit in einer Fahrzeugbatterie vor, und zwar mittels einer Kondensiervorrichtung, welche entsprechend der Kondensiervorrichtung nach dem ersten Aspekt funktioniert.
  • Vorteile der Erfindung
  • Der Vorteil des vorgeschlagenen Systems ergibt sich daraus, dass eine im Betrieb befindliche Batterie gekühlt wird und im Batterieinnenraum befindliche Feuchtigkeit, welche aus der Umgebung in den Batterieinnenraum gelangt und unerwünscht ist, gezielt an einer bestimmten unkritischen Stelle im Batterieinnenraum kondensieren und aus dem Batterieinnenraum ausgeleitet werden kann, und ein Niederschlag von Kondenswasser an Batteriezellen, und somit Korrosion an den Batteriezellen bzw. Kurzschlüsse zwischen diesen, vermieden werden kann.
  • Vorzugsweise umfasst die Kondensiervorrichtung eine Kühleinrichtung, welche sich in einem Kühlkreislauf des Fahrzeuges in fluider Verbindung mit diesem befindet. Hierbei ist von Vorteil, dass ein bereits vorhandener Kühlkreislauf, beispielsweise einer Klimaanlage, verwendet werden kann.
  • Weiterhin wird bevorzugt, dass sich die Kühleinrichtung außerhalb des Batteriegehäuses befindet. Dabei ist von Vorteil, dass, wenn die Kondensiereinrichtung innerhalb des Batterieinneraums und/oder die Kühleinrichtung außerhalb des Batterieinnenraums jeweils in einem Bereich angeordnet sind, welcher einer Vorwärts-Fahrtrichtung des Fahrzeuges zugewandt ist, die Kühl- bzw. Kondensiereinrichtung durch Fahrtwind, welcher bei Bewegung des Fahrzeuges auf die Kühl- bzw. Kondensiereinrichtung trifft, zusätzlich gekühlt werden können.
  • Vorteilhafterweise ist die Kondensiervorrichtung von einem porösen Werkstoff umgeben, wobei die Kondensiervorrichtung in physischem Kontakt mit dem porösen Werkstoff steht. Hierbei ist von Vorteil, dass aufgrund von Verdunstungskühlung die in dem porösen Werkstoff gespeicherte Feuchtigkeit den Kühlvorgang unterstützen kann, was in einem reduzierten Energiebedarf für die Kühlung der Batterie resultiert.
  • Bevorzugterweise umfasst der poröse Werkstoff einen aus einem Metall hergestellten Schwamm, wobei aber auch jeder andere geeignete poröse Werkstoff denkbar ist.
  • Außerdem wird noch bevorzugt, dass im Batterieinnenraum zusätzlich wenigstens ein Adsorptionsmittel angeordnet ist, welches ein Entziehen von Feuchtigkeit im Batterieinnenraum unterstützt.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsformen in Verbindung mit den Figuren erläutert, wobei:
  • 1 einen Teil eines schematischen Aufbaus eines beispielhaften Fahrzeug-Kühlsystems mit einer ersten Ausführungsform gemäß der Erfindung zeigt; und
  • 2 einen Teil eines schematischen Aufbaus eines beispielhaften Fahrzeug-Kühlsystems mit einer zweiten Ausführungsform gemäß der Erfindung zeigt.
  • Ausführungsformen der Erfindung
  • 1 zeigt schematisch eine Batterie 10 mit einem Batteriegehäuse 20, in deren Batterieinnenraum 30 sich mehrere Akkuzellen bzw. Batteriezellen 40 befinden. In dem Batteriegehäuse 20 ist eine (nicht näher dargestellte) Eingangsöffnung 40 angeordnet, sowie eine erste Ausgangsöffnung 50 und eine zweite Ausgangsöffnung 60, deren genaue Funktion später noch erläutert wird.
  • Im Batterieinnenraum 30 ist eine Kondensiervorrichtung 70 (sozusagen eine "Kondensatfalle") angeordnet, welche Teil eines Kühlkreislaufs 80 eines (hier nicht dargestellten) Fahrzeuges, wie zum Beispiel eines Autos, ist. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Kühlkreislauf 80 um einen Kühlkreislauf einer Klimaanlage des Fahrzeuges.
  • In dem Kühlkreislauf 80 in Richtung der Pfeile 81 strömendes Kühlfluid fließt in dem in 1 dargestellten Ausschnitt des Kühlkreislaufs 80 zunächst in eine Kühleinrichtung bzw. Wärmetauscher 90 (auch "Chiller" genannt), und von dort durch die Eingangsöffnung 40 in die Kondensiervorrichtung 70, deren Funktion weiter unten erläutert wird. Von der Kondensiervorrichtung 70 strömt das Kühlfluid in einer geeigneten Fluidleitung 75 durch den Batterieinnenraum 30 durch die erste Ausgangsöffnung 50 in einer Rücklaufleitung 85 zurück in die Kühleinrichtung 90, um wieder dem Kühlkreislauf 80 zugeführt zu werden.
  • Die Kondensiervorrichtung 70 ist im Beispiel in 1 als flächiges, metallisches Bauteil ausgebildet, wobei die Fluidleitung 75 entweder durch die Kondensiervorrichtung 70 hindurch verlaufen kann, wenn das Bauteil eine entsprechende Dicke aufweist, oder die Fluidleitung 75 kann an einer Oberfläche der Kondensiervorrichtung in der Art einer Kühlschlange angebracht sein. Somit weist die Kondensiervorrichtung 70 eine geringere Temperatur auf als seine Umgebung im Batterieinnenraum 30, so dass im Batterieinnenraum 30 befindliche Feuchtigkeit daran, d.h. an der gekühlten Oberfläche der Kondensiervorrichtung 70 kondensieren können.
  • Die Formgebung der Kondensiervorrichtung 70 ist derart, dass eine Oberfläche, an der die Feuchtigkeit kondensiert, im Wesentlichen senkrecht angeordnet ist, so dass kondensierte Feuchtigkeit in Form von Schwitzwasser leichter in Richtung der zweiten Ausgangsöffnung 60 tropfen kann, und zwar durch die unterhalb der Kondensiervorrichtung 70 im Batteriegehäuse 20 angeordnete zweite Ausgangsöffnung 60, welche für ein besseres Sammeln und Abführen des kondensierten Wassers in der Art einer trichterförmigen Vertiefung 61 im Boden des Batteriegehäuses 20 ausgebildet ist. Das Austreten des Schwitzwassers ist symbolisch mit einem Pfeil 65 dargestellt. Durch die Funktion der Kondensiervorrichtung 70 wird also vermieden, dass sich im Batterieinnenraum 30 befindliche Feuchtigkeit an den Akkuzellen 40 in Form von Schwitzwasser niederschlagen kann, was zu einem Ausfall der Akkuzellen 40 führen könnte.
  • Wie in 1 dargestellt, ist die Kondensiervorrichtung 70 in einem Bereich 21 des Batterieinnenraums 30 angeordnet, welcher einer Vorwärts-Fahrtrichtung des Fahrzeuges zugewandt ist (in der 1 wäre die Vorwärts-Fahrtrichtung nach links gerichtet), so dass durch den mit einem Pfeil 100 dargestellten Fahrtwind zum einen die Batterie 10 selber hauptsächlich im Bereich 21 gekühlt wird, und zum anderen auch die Kühleinrichtung 90 bzw. die Kondensiervorrichtung 70 zusätzlich gekühlt werden. Dadurch gelangt die durch den Fahrtwind bedingt eindringende Luft zuerst an die kälteste Stelle, nämlich den Bereich 21 bzw. die Kondensiervorrichtung 70, und kann dort kondensieren.
  • In einer weiteren Ausführungsform kann die Kondensiervorrichtung 70 einen porösen Werkstoff, wie z.B. einen aus Metall hergestellten "Schwamm", umfassen, durch welchen die Kühlleitung 75 mit dem darin strömenden Kühlfluid verläuft. Der Metallschwamm kann das Kondensat einerseits speichern, andererseits aber auch über die zweite Ausgangsöffnung 60 aus dem Batterieinnenraum 30 ableiten. Solange das Kondenswasser im Metallschwamm gespeichert ist, z.B. bei einer weniger schwülen und heißen Umgebung, wenn es wegen geringerer Luftfeuchtigkeit nicht zur Schwitzwasserbildung kommen kann, kühlt das Kondenswasser aufgrund von Verdunstung das durch den Metallschwamm in der Kühlleitung 75 strömende Kühlfluid, und unterstützt somit die Funktion bzw. Wirkung der Klimaanlage im Fahrzeug, d.h. der Energiebedarf der Klimaanlage zum Kühlen der Batterie wird reduziert.
  • Selbstverständlich kann der poröse Werkstoff auch jeden anderen geeigneten Werkstoff umfassen, und auch in der Formgebung entsprechend angepasst sein.
  • Weiterhin sind in 1 im Batterieinnenraum 30 angeordnete Adsorptionsmittel 110 dargestellt, d.h. feuchtigkeitsadsorbierende Mittel, wie z.B. Silicagel, die zusätzlich im Batterieinnenraum 30 befindliche Feuchtigkeit binden können. Dabei können Anzahl, Form und Anordnung der Adsorptionsmittel 110 abhängig vom Anwendungsfall variieren.
  • 2 zeigt schematisch ein weiteres Beispiel einer Ausführungsform gemäß der Erfindung.
  • Wiederum ist eine Batterie 10 mit einem Batteriegehäuse 20 und mit im Batterieinnenraum 30 angeordneten Akkuzellen 40 dargestellt, deren Anzahl, Form, Ausführung und Anordnung variieren kann. Ebenso sind im Batteriegehäuse 20 eine erste Eingangsöffnung 40, eine erste Ausgangsöffnung 50 sowie eine zweite Ausgangsöffnung 60 angeordnet, wobei durch die erste Eingangsöffnung 60 eine Kühlleitung 75 mit einem darin strömenden Kühlfluid hindurchtritt, und die Kühlleitung 75 das Batteriegehäuse 20 durch die erste Ausgangsöffnung 50 wieder verlässt, um über einen Rücklauf 85 durch eine weitere Eingangsöffnung 120 wieder in den Batterieinnenraum 30 und von dort durch eine weitere Ausgangsöffnung 130 wieder in den Kühlkreislauf 80 zu gelangen. Die Strömungsrichtung des Kühlfluides ist jeweils mit Pfeilen 81 angegeben.
  • Im Unterschied zu der in 1 dargestellten Ausführungsform ist die Kondensiervorrichtung 70 als Kühleinrichtung ausgebildet, wie sie in 1 mit Bezugszeichen 90 außerhalb des Batteriegehäuses 20 dargestellt ist. Jedoch hat die Kondensier- bzw. Kühleinrichtung 70 im dargestellten Beispiel in 2 eine entsprechende Funktion bzw. Wirkweise, d.h. sie kühlt nicht nur den Batterieinnenraum 30, sondern lässt auch im Innenraum 30 befindliche Feuchtigkeit an sich kondensieren und über die zweite Ausgangsöffnung 60 in Richtung des Pfeiles 65 in Form von Kondenswasser nach außen gelangen.
  • Auch in diesem Beispiel ist die Anordnung der Kondensier- bzw. Kühleinrichtung 70 im Batterieinnenraum 30 analog zu dem in 1 gezeigten Beispiel, wobei Fahrtwind (dargestellt durch einen mit 100 bezifferten Pfeil) eine Kühl- bzw. Kondensierwirkung unterstützt. Selbstverständlich können auch in dem in 2 gezeigten Beispiel Adsorptionsmittel unterstützend angeordnet werden.
  • Weiterhin kann das in 2 gezeigte Beispiel auch einen an der Kondensier- bzw. Kühleinrichtung 70 angeordneten porösen Werkstoff, wie zum Beispiel einen Metallschwamm, umfassen.
  • Abschließend sei noch bemerkt, dass die in den 1 bis 2 dargestellten Dimensionen nicht maßstabsgetreu sind.
  • 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 102007011026 A1 [0004]

Claims (9)

  1. Kondensiervorrichtung für eine Batterie (10) in einem Fahrzeug, umfassend: – ein Batteriegehäuse (20), welches einen Batterieinnenraum (30) umgibt, in welchem wenigstens eine Batteriezelle (40) angeordnet ist; – wenigstens eine erste im Batteriegehäuse(20) angeordnete Eingangsöffnung (41) für ein in den Batterieinnenraum (30) eintretendes Kühlfluid; – wenigstens eine erste Ausgangsöffnung (50) und eine zweite Ausgangsöffnung (60), welche beide am Batteriegehäuse (20) angeordnet sind, wobei die erste Ausgangsöffnung (50) mit dem aus dem Batterieinnenraum (30) austretenden Kühlfluid in fluider Verbindung steht; und – eine im Batterieinnenraum (30) angeordnete und mit dem Kühlfluid in fluider Verbindung stehende Kondensiervorrichtung (70), welche im Batterieinnenraum (30) befindliche und aus der Umgebung kommende Feuchtigkeit kondensieren lässt, und wobei die kondensierte Feuchtigkeit durch die zweite Ausgangsöffnung (60) in die Umgebung austritt.
  2. Kondensiervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Kondensiervorrichtung eine Kühleinrichtung (90) umfasst, welche sich in einem Kühlkreislauf (80) des Fahrzeuges in fluider Verbindung mit diesem befindet.
  3. Kondensiervorrichtung nach Anspruch 2, wobei sich die Kühleinrichtung (90) außerhalb des Batteriegehäuses (20) befindet.
  4. Kondensiervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Kondensiervorrichtung (70) innerhalb des Batterieinneraums (30) und/oder die Kühleinrichtung (90) außerhalb des Batterieinnenraums (30) jeweils in einem Bereich (21) angeordnet sind, welcher einer Vorwärts-Fahrtrichtung des Fahrzeuges zugewandt ist.
  5. Kondensiervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Kondensiervorrichtung von einem porösen Werkstoff umgeben ist und die Kondensiervorrichtung in physischem Kontakt mit dem porösen Werkstoff steht.
  6. Kondensiervorrichtung nach Anspruch 5, wobei der poröse Werkstoff einen aus Metall oder einem anderen geeigneten porösen Material hergestellten Schwamm umfasst.
  7. Kondensiervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei im Batterieinnenraum (30) zusätzlich wenigstens ein Adsorptionsmittel (110) angeordnet ist.
  8. Fahrzeug mit einer Kondensiervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Fahrzeug ein zu Lande und/oder zu Wasser und/oder in der Luft benutzbares Kraftfahrzeug mit einem Klimakreislauf (80) ist.
  9. Verfahren zum Kondensieren von Feuchtigkeit in einer Fahrzeug-Batterie (10), welche ein Batteriegehäuse (20) und einen Batterieinnenraum (30) mit wenigstens einer im Batterieinnenraum (30) angeordneten Batteriezelle (40) umfasst, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: – Bereitstellen wenigstens einer ersten Eingangsöffnung (41) für ein in den Batterieinnenraum (30) eintretendes Kühlfluid im Batteriegehäuse (20); – Bereitstellen wenigstens einer ersten Ausgangsöffnung (50) und einer zweiten Ausgangsöffnung (60) am Batteriegehäuse (20), wobei die erste Ausgangsöffnung (50) mit dem aus dem Batterieinnenraum (30) austretenden Kühlfluid in fluider Verbindung steht; und – Bereitstellen einer im Batterieinnenraum (30) angeordneten und mit dem Kühlfluid in fluider Verbindung stehenden Kondensiervorrichtung (70), welche im Batterieinnenraum (30) befindliche und aus der Umgebung kommende Feuchtigkeit kondensieren lässt, und wobei die kondensierte Feuchtigkeit durch die zweite Ausgangsöffnung (60) in die Umgebung austritt.
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