DE102017214754A1 - Device for pressure equalization in a housing - Google Patents

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André Kochanski
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Abstract

Um eine Vorrichtung (100) zum Ausgleich eines Innendrucks eines Gehäuses, insbesondere eines Batteriegehäuses für ein Kraftfahrzeug, mit einem Umgebungsdruck des Gehäuses bereitzustellen, welche die Funktionen Druckausgleich im Normalbetrieb und Notentgasung in einem Bauteil integriert, bereitzustellen, wird vorgeschlagen, dass die Vorrichtung (100) ein Druckausgleichselement (10) aufweist, wobei das Druckausgleichselement (10) wenigstens einen Elementkörper (11) und eine an dem Elementkörper (11) angeordnete Membran (12) umfasst, wobei die Vorrichtung (100) ein Verbindungselement (13) zum luftdichten Verbinden des Druckausgleichselements (10) mit dem Gehäuse (200) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass der Elementkörper (11) eine Elastizität aufweist, aufgrund derer bei Vorliegen eines Innendrucks, welcher geringer ist als ein Grenzdruck, der Elementkörper (11) luftdicht auf dem Verbindungselement (13) aufliegt und bei Vorliegen eines Innendrucks, welcher größer ist als der Grenzdruck, der Elementkörper (11) zum Austausch von Gas eine Öffnung zwischen dem Elementkörper (11) und dem Verbindungselement (13) freigibt.In order to provide a device (100) for balancing an internal pressure of a housing, in particular a battery housing for a motor vehicle, with an ambient pressure of the housing, which integrates the functions pressure compensation in normal operation and emergency degassing in a component, it is proposed that the device (100 ) comprises a pressure compensation element (10), wherein the pressure compensation element (10) at least one element body (11) and on the element body (11) arranged membrane (12), wherein the device (100) comprises a connecting element (13) for airtight connection of Pressure compensation element (10) with the housing (200), characterized in that the element body (11) has an elasticity, due to which in the presence of an internal pressure which is less than a limiting pressure, the element body (11) airtight on the connecting element (13 ) and in the presence of an internal pressure which is greater than that Limit pressure, the element body (11) for the exchange of gas, an opening between the element body (11) and the connecting element (13) releases.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Ausgleich eines Innendrucks eines Gehäuses, insbesondere eines Batteriegehäuses eines Kraftfahrzeuges, mit einem Umgebungsdruck des Gehäuses. Ferner betrifft die Erfindung eine Batterie, insbesondere eine Hochvolt-Batterie für ein Kraftfahrzeug, aufweisend die Vorrichtung zum Ausgleich eines Innendrucks eines Gehäuses mit einem Umgebungsdruck des Gehäuses.The invention relates to a device for balancing an internal pressure of a housing, in particular a battery housing of a motor vehicle, with an ambient pressure of the housing. Furthermore, the invention relates to a battery, in particular a high-voltage battery for a motor vehicle, comprising the device for balancing an internal pressure of a housing with an ambient pressure of the housing.

Stand der TechnikState of the art

In Gehäusen von Hochvolt-Batteriesystemen, insbesondere von Kraftfahrzeugen, kommt es durch Temperatur- und Druckänderungen zu Druckunterschieden zwischen dem Gehäuse des Batteriesystems und der Umgebung. Diese müssen im Normalbetrieb ausgeglichen werden. Darüber hinaus besteht besonders bei Hochvoltbatteriesystemen mit großer Kapazität die Gefahr, dass eine oder mehrere Zellen der Batterie durch Überlastung oder andere technische Defekte ausfallen. Dabei können große Schadgasmengen entstehen, die kontrolliert abgeführt werden müssen. Dies ist besonders dann notwendig, wenn das Batteriesystem in der Nähe von Klimaanlagenansaugungen oder Öffnungen zum Innenraum des Fahrzeuges liegt.In housings of high-voltage battery systems, especially of motor vehicles, it comes through pressure and temperature changes to pressure differences between the housing of the battery system and the environment. These must be compensated during normal operation. In addition, there is a risk, especially with high-capacity high-voltage battery systems, that one or more cells of the battery will fail due to overloading or other technical defects. This large amounts of harmful gas can arise, which must be removed controlled. This is especially necessary when the battery system is near air conditioning aspirations or openings to the interior of the vehicle.

Bisher sind für die beiden Funktionen, Druckausgleich im Normalbetrieb und Notentgasung, meist zwei separate Einzellösungen vorgesehen. Dabei kommen für den Druckausgleich im Normalbetrieb beispielsweise Mikrofilter zum Einsatz, während für die Notentgasung beispielsweise Berstscheiben vorgesehen sind.So far, two separate individual solutions are usually provided for the two functions, pressure equalization in normal operation and emergency degassing. In this case, for example, microfilters are used for pressure equalization during normal operation, while rupture disks are provided for emergency degassing, for example.

Diese Art der Einzellösungen umfassen in der Regel mindestens zwei Bauteile. Es entstehen dadurch hohe Kosten durch aufwendige Herstell- oder Montageprozesse. Auch werden durch die Einrichtungen meist große Bauräume in Anspruch genommen.This type of individual solutions usually comprise at least two components. This results in high costs due to complex manufacturing or assembly processes. Also, the facilities usually take up large installation spaces.

Aus der DE 10 2014 111 041 A1 ist ein Entgasungsventil zur Entgasung eines Gehäuses bekannt, welches insbesondere ein Gehäuse einer Batterie eines Kraftfahrzeuges ist. Das Entgasungsventil umfasst eine Membran, die wasserdicht, aber atmungsaktiv ist. Ein Spannrahmen drückt die Membran gegen ein Auflageelement mit einer vorbestimmten Anpresskraft. Die Anpresskraft ist geringer als eine Auslösekraft, bei der sich die Membran von dem Auflageelement löst und einen Fluidkanal zwischen einem Innenraum des Gehäuses und einer Umgebung des Gehäuses freigibt.From the DE 10 2014 111 041 A1 a degassing valve for degassing a housing is known, which is in particular a housing of a battery of a motor vehicle. The degassing valve includes a membrane that is waterproof but breathable. A clamping frame pushes the membrane against a support element with a predetermined contact force. The contact pressure is less than a release force at which the membrane detaches from the support element and releases a fluid channel between an interior of the housing and an environment of the housing.

Darstellung der Erfindung: Aufgabe, Lösung, VorteileDESCRIPTION OF THE INVENTION: Problem, Solution, Advantages

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Ausgleich eines Innendrucks eines Gehäuses, insbesondere eines Batteriegehäuses für ein Kraftfahrzeug, mit einem Umgebungsdruck des Gehäuses bereitzustellen, welche die Funktionen Druckausgleich im Normalbetrieb und Notentgasung in einem Bauteil integriert. Diese Aufgabe wird durch die in Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.The invention has for its object to provide a device for balancing an internal pressure of a housing, in particular a battery case for a motor vehicle, with an ambient pressure of the housing, which integrates the functions of pressure compensation in normal operation and emergency degassing in a component. This object is achieved by the features specified in claim 1.

Die Vorrichtung zum Ausgleich eines Innendrucks eines Gehäuses, insbesondere eines Batteriegehäuses für ein Kraftfahrzeug, mit einem Umgebungsdruck des Gehäuses, weist ein Druckausgleichselement auf, welches wenigstens einen Elementkörper und eine an dem Elementkörper angeordnete Membran umfasst. Mittels eines Verbindungselementes kann das Druckausgleichselement luftdicht mit dem Gehäuse verbunden werden. Der Elementkörper weist eine Elastizität auf, aufgrund derer bei Vorliegen eines Innendrucks, welcher geringer als ein Grenzdruck ist, der Elementkörper luftdicht auf dem Verbindungselement aufliegt. Liegt ein Innendruck vor, welcher größer ist als der Grenzdruck, gibt der Elementkörper zum Austausch von Gas eine Öffnung zwischen dem Elementkörper und dem Verbindungselement frei.The device for balancing an internal pressure of a housing, in particular a battery housing for a motor vehicle, with an ambient pressure of the housing, has a pressure compensation element, which comprises at least one element body and a membrane arranged on the element body. By means of a connecting element, the pressure compensation element can be connected airtight with the housing. The element body has an elasticity, due to which in the presence of an internal pressure which is less than a limiting pressure, the element body rests airtight on the connecting element. If there is an internal pressure which is greater than the limiting pressure, the element body releases an opening between the element body and the connecting element for exchanging gas.

Die Membran ist dabei vorzugsweise derart an dem Druckausgleichselement angeordnet, dass über die Membran der Druckausgleich im Normalbetrieb erfolgen kann. Dazu ermöglicht die Membran den Austausch kleiner Luftmengen zwischen dem Innenraum des Gehäuses und der Umgebung des Gehäuses. Darüber hinaus ist die Membran leicht dehnbar, um den Druck im Inneren des Gehäuses über dessen eine Volumenvergrößerung verringern zu können. Vorzugsweise ist die Membran flüssigkeitsundurchlässig, um das Eindringen von Wasser oder Feuchtigkeit in das Batteriegehäuse zu verhindern.In this case, the membrane is preferably arranged on the pressure compensation element in such a way that pressure equalization can take place in normal operation via the membrane. For this purpose, the membrane allows the exchange of small amounts of air between the interior of the housing and the environment of the housing. In addition, the membrane is easily stretchable to reduce the pressure inside the housing beyond its volume increase. Preferably, the membrane is liquid impervious to prevent ingress of water or moisture into the battery housing.

Eine Notentgasung ist bei Überschreiten des Grenzdrucks notwendig. Der Grenzdruck ist daher der Druck, der vorliegt, wenn im Inneren des Batteriegehäuses eine kritische Menge an Schadgas generiert wurde. Damit nach Überschreiten des Grenzdrucks ein Abführen der Schadgasmengen erfolgen kann, weist der Elementkörper eine Elastizität auf, aufgrund derer bei Erreichen des Grenzdrucks eine elastische Verformung des Elementkörpers derart auftritt, dass sich der Elementkörper vorzugsweise in eine Richtung weg vom Batteriegehäuse vom Verbindungselement abhebt, um so eine Öffnung zwischen dem Elementkörper und dem Verbindungselement freizugeben. Durch diese Öffnung können Schadgasmengen an die Umgebung abgeführt werden.An emergency degassing is necessary when the limit pressure is exceeded. The limit pressure is therefore the pressure that exists when a critical amount of noxious gas has been generated inside the battery case. Thus, after exceeding the limit pressure, a discharge of the noxious gas can take place, the element body has an elasticity, due to which upon reaching the limit pressure elastic deformation of the element body occurs such that the element body preferably in a direction away from the battery housing from the connecting element lifts so to release an opening between the element body and the connecting element. Through this opening, harmful gas quantities can be discharged to the environment.

Beim Druckausgleich im Normalbetrieb über die Membran ist ein Druckausgleich in beide Richtungen, also vom Innenraum des Gehäuses zur Umgebung oder von der Umgebung in den Innenraum des Gehäuses möglich, während die Notentgasung lediglich in eine Richtung, also vom Innenraum des Gehäuses in die Umgebung erfolgen kann. Dazu liegt der Elementkörper derart auf dem Verbindungselement auf, dass er eine Art Ventil bildet. When pressure equalization in normal operation across the membrane is a pressure equalization in both directions, ie from the interior of the housing to the environment or from the environment in the interior of the housing possible, while the Notentgasung can only be done in one direction, ie from the interior of the housing into the environment , For this purpose, the element body rests on the connecting element in such a way that it forms a type of valve.

Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.Advantageous embodiments of the invention are characterized in the subclaims.

Es ist gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung vorgesehen, dass der Elementkörper einen insbesondere kreisförmigen Rand aufweist, welcher in Form wenigstens einer Dichtlippe ausgebildet ist. Liegt ein Innendruck des Gehäuses vor, welcher geringer ist als der Grenzdruck, liegt die Dichtlippe im Randbereich, insbesondere an der Unterseite, auf einer dem Gehäuse abgewandten Fläche des Verbindungselementes auf.It is provided according to an advantageous embodiment that the element body has a particular circular edge which is formed in the form of at least one sealing lip. If there is an internal pressure of the housing, which is lower than the limiting pressure, the sealing lip lies in the edge region, in particular on the underside, on a surface of the connecting element facing away from the housing.

Bei Überschreitung des Grenzdrucks im Innenraum des Gehäuses wird zum Abführen entstandener Schadgasmengen eine Öffnung zwischen der wenigstens einen Dichtlippe und dem Verbindungselement freigegeben. Dies geschieht, indem sich das Druckausgleichselement elastisch derart verformt, dass sie vom Verbindungselement abhebt. Vorzugsweise ist eine zweite Dichtlippe vorgesehen, welche radial versetzt zur ersten Dichtlippe angeordnet ist.When the limit pressure in the interior of the housing is exceeded, an opening between the at least one sealing lip and the connecting element is released for discharging noxious gas quantities produced. This is done by the pressure compensation element elastically deformed so that it lifts off the connecting element. Preferably, a second sealing lip is provided, which is arranged radially offset from the first sealing lip.

Die Dichtlippe verläuft entlang der gesamten Umfangsfläche des kreisförmigen Randes und dichtet den Bereich zwischen dem Druckausgleichselement und dem Verbindungselement bei Unterschreiten des Grenzdrucks luftdicht ab. Erst bei Überschreiten des Grenzdrucks im Innenraum des Gehäuses hebt sich die Dichtlippe entweder teilweise oder vollständig von der dem Gehäuse abgewandten Fläche des Verbindungselementes ab.The sealing lip runs along the entire circumferential surface of the circular edge and seals the area between the pressure compensation element and the connecting element when the pressure drops below the limit pressure. Only when the limiting pressure in the interior of the housing is exceeded, the sealing lip lifts either partially or completely from the surface facing away from the housing of the connecting element.

Das Verbindungselement weist darüber hinaus eine ringförmig ausgestaltete, radial hervorstehende Fläche auf, welche vorzugsweise derart ausgestaltet ist, dass eine Anschlusseinrichtung einer Dichtigkeitsprüfvorrichtung an dieser Fläche anbringbar ist. Dazu ist die Fläche insbesondere ausreichend groß in radialer Richtung ausgebildet.The connecting element furthermore has an annular, radially projecting surface, which is preferably designed such that a connection device of a leak testing device can be attached to this surface. For this purpose, the surface is in particular formed sufficiently large in the radial direction.

Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung ist vorgesehen, dass das Druckausgleichselement einen Zapfen zur Befestigung des Druckausgleichselementes an dem Verbindungselement aufweist. Der Zapfen ist vorzugsweise an dem Elementkörper angeordnet und ist mit seiner Längsachse senkrecht zur Oberfläche des Gehäuses orientiert.According to a further expedient embodiment, it is provided that the pressure compensation element has a pin for fastening the pressure compensation element to the connecting element. The pin is preferably arranged on the element body and is oriented with its longitudinal axis perpendicular to the surface of the housing.

Vorteilhafterweise weist der Zapfen wenigstens ein Rastelement auf, welches mit einer an dem Verbindungselement vorhandenen Vertiefung, einem Vorsprung oder einer Kante in Eingriff gebracht werden kann. Besonders bevorzugt ist das Rastelement entlang der Umfangsfläche des Zapfens vollständig umlaufend ausgebildet, sodass es mit einer ringförmigen Aufnahme an dem Verbindungselement in Eingriff gebracht werden kann.Advantageously, the pin has at least one latching element which can be brought into engagement with a depression, a projection or an edge present on the connecting element. Particularly preferably, the latching element along the peripheral surface of the pin is formed completely circumferentially, so that it can be brought into engagement with an annular receptacle on the connecting element.

Mittels des Rastelementes ist eine besonders einfache Montage des Druckausgleichselementes an dem Verbindungselement möglich. Neben der Verbindung mittels eines Rastelementes ist jedoch auch jede weitere geeignete Verbindungsart zur Verbindung des Druckausgleichselementes mit dem Verbindungselement möglich. Insbesondere ist die Verbindung zwischen dem Druckausgleichselement und dem Verbindungselement lösbar, um einen einfachen Austausch des Druckausgleichselementes zu ermöglichen.By means of the locking element, a particularly simple installation of the pressure compensation element on the connecting element is possible. In addition to the connection by means of a locking element, however, any other suitable connection for connecting the pressure compensation element with the connecting element is possible. In particular, the connection between the pressure compensation element and the connecting element is releasable to allow easy replacement of the pressure compensation element.

Ein Austausch des Druckausgleichselementes ist jedoch vorteilhaft nur dann notwendig, wenn das Druckausgleichselement beschädigt ist. Dies ist jedoch nur beispielsweise nach starker äußerer Krafteinwirkung nötig, da sowohl während des Normalbetriebs als auch nach einer Notentgasung keine irreparablen Schäden an der Vorrichtung entstehen, sodass auch insbesondere nach einer Notausgasung kein Austausch der Vorrichtung notwendig ist.However, an exchange of the pressure compensation element is advantageous only necessary if the pressure compensation element is damaged. However, this is only necessary, for example, after strong external force, since both during normal operation and after an emergency degassing no irreparable damage to the device, so that in particular after an emergency outgassing no replacement of the device is necessary.

Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Membran in den Elementkörper integriert ist und von dem Elementkörper bereichsweise umschlossen wird. Die Membran ist bevorzugt ringförmig ausgestaltet. Alternativ ist es auch möglich, dass sich die Membran aus mehreren Teilmembranen zusammensetzt. Vorzugsweise besteht die Membran aus Polytetrafluorethylen (PTFE).According to a further expedient embodiment, it is provided that the membrane is integrated in the element body and is partially enclosed by the element body. The membrane is preferably designed annular. Alternatively, it is also possible that the membrane is composed of several sub-membranes. Preferably, the membrane is made of polytetrafluoroethylene (PTFE).

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der Elementkörper mindestens eine Aussparung aufweist, welche von der wenigstens einen Membran überdeckt wird. Über diese Aussparung erfolgt dann vorzugsweise der Druckausgleich im Normalbetrieb, also wenn der Druckunterschied zwischen dem Innenraum des Gehäuses und der Umgebung gering ist, indem über die über die Aussparung gespannte Membran der Austausch kleiner Luftmengen erfolgen kann.According to a further advantageous embodiment, it is provided that the element body has at least one recess which is covered by the at least one membrane. The pressure compensation in normal operation, that is to say when the pressure difference between the interior of the housing and the surroundings is low, then takes place via this recess, in that the exchange of small amounts of air can take place via the membrane stretched over the recess.

Vorteilhaft weist der Elementkörper mehrere Aussparungen auf, welche mittels Stegen aneinander grenzen. Diese Vielzahl an Aussparungen sind vorteilhaft ringförmig angeordnet, sodass sie von der ebenfalls ringförmig ausgestalteten, in den Elementkörper integrierten Membran überdeckt werden. Die Aussparungen können eine identische Größe aufweisen oder alternativ unterschiedlich groß ausgestaltet sein.Advantageously, the element body has a plurality of recesses which adjoin one another by means of webs. This plurality of recesses are advantageously arranged annularly, so that they are covered by the likewise annular designed, integrated in the element body membrane. The recesses can be an identical size or alternatively be designed differently sized.

Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Membran mittels eines Spritz- oder Gussverfahrens mit dem Elementkörper verbunden ist und somit in diesen integriert ist. Jedoch sind auch andere Verbindungstechniken denkbar, welche eine feste und luftdichte Verbindung zwischen der Membran und dem Elementkörper ermöglichen.According to a further expedient embodiment, it is provided that the membrane is connected by means of a spraying or casting process with the element body and is thus integrated in this. However, other connection techniques are conceivable which allow a firm and airtight connection between the membrane and the element body.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der Elementkörper ein Elastomer, vorzugsweise EPDM (Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk), umfasst. Dadurch erhält der Elementkörper die Eigenschaft, sich bei Überschreiten eines Grenzdrucks derart zu verformen, dass eine Öffnung zum Abführen von Schadgas oder anderen Gasen zwischen dem Verbindungselement und dem Druckausgleichselement freigegeben wird. Die Elastizität wird dazu entsprechend dem gewünschten Grenzdruck gewählt.According to an advantageous embodiment, it is provided that the element body comprises an elastomer, preferably EPDM (ethylene-propylene-diene rubber). As a result, the element body is given the property of deforming when a limiting pressure is exceeded in such a way that an opening for the discharge of noxious gas or other gases between the connecting element and the pressure compensation element is released. The elasticity is chosen according to the desired limit pressure.

Während der Notentgasung, wenn der Druck im Inneren des Gehäuses also den Grenzdruck überschreitet, bleibt der Zapfen vorzugsweise positionsfest aufgrund der Rastverbindung mit dem Verbindungselement. Es findet also keine translatorische Bewegung des Druckausgleichselements weg vom Gehäuse statt. Der Elementkörper verformt sich insbesondere im Randbereich derart, dass Gas zwischen dem Druckausgleichselement bzw. dem Elementkörper und dem Verbindungselement entweichen kann.During the emergency degassing, when the pressure inside the housing thus exceeds the limit pressure, the pin preferably remains fixed in position due to the latching connection with the connecting element. So there is no translational movement of the pressure compensation element away from the housing. The element body deforms in particular in the edge region such that gas can escape between the pressure compensation element or the element body and the connecting element.

Während des Herstellungsprozesses des Druckausgleichselements wird die Membran in ein entsprechendes Werkzeug, beispielsweise in die Form eines Spritz- oder Gusswerkzeugs oder ein Vulkanisierwerkzeug, eingelegt und von Stempeln gespannt. Die Kontaktfläche zwischen den Stempeln und der Membran wird dadurch gleichzeitig maskiert, wobei die Kontaktflächen die Aussparungen bilden bzw. diesen entsprechen. Die Form, in welche die Membran eingelegt wird, entspricht dabei der Form des Elementkörpers.During the manufacturing process of the pressure compensation element, the membrane is placed in a corresponding tool, for example in the form of a spray or casting tool or a vulcanizing tool, and clamped by punches. The contact area between the punches and the membrane is thereby simultaneously masked, wherein the contact surfaces form the recesses or correspond to these. The shape in which the membrane is inserted, corresponds to the shape of the element body.

Anschließend wird das EPDM in die Form gefüllt. Das Befüllen der Form erfolgt vorzugsweise unter hohem Druck, sodass das Elastomer in die überstehenden Membranteilflächen, welche nicht von den Stempeln abgedeckt werden, gedrückt wird. Dabei wird das Elastomer in die poröse Oberfläche der Membran gedrückt, wodurch eine mechanisch belastbare und luftdichte Verkrallung zwischen dem Elastomer beziehungsweise dem Elementkörper und der Membran entsteht. Die Verbindung zwischen der Membran und dem Elementkörper entsteht also im Wesentlichen durch Formschluss.Subsequently, the EPDM is filled into the mold. The filling of the mold is preferably carried out under high pressure, so that the elastomer is pressed into the protruding membrane part surfaces which are not covered by the punches. In this case, the elastomer is pressed into the porous surface of the membrane, whereby a mechanically strong and airtight clawing between the elastomer or the element body and the membrane is formed. The connection between the membrane and the element body thus arises essentially by positive engagement.

Um den Formschluss und damit die mechanische Belastbarkeit zwischen der Membran und dem Elementkörper weiter zu erhöhen, kann der Rand vorzugsweise mit Löchern versehen werden, welche zusätzlich während des Spritz- beziehungsweise Gussvorgangs mit dem Elastomer gefüllt werden.In order to further increase the form fit and thus the mechanical strength between the membrane and the element body, the edge may preferably be provided with holes, which are additionally filled during the injection or casting process with the elastomer.

Darüber hinaus ist es vorteilhaft denkbar, dass der Elementkörper mittels Kunststoff- oder Metalleinlagen verstärkt wird. Diese Einlagen werden vorzugsweise ebenfalls in die Form des Spritz- oder Gusswerkzeugs eingelegt.Moreover, it is advantageously conceivable that the element body is reinforced by means of plastic or metal inserts. These deposits are preferably also placed in the shape of the injection or casting tool.

Weiterhin betrifft die Erfindung eine Batterie, insbesondere eine Hochvoltbatterie für ein Kraftfahrzeug, aufweisend eine Vorrichtung mit den zuvor beschriebenen Merkmalen.Furthermore, the invention relates to a battery, in particular a high-voltage battery for a motor vehicle, comprising a device having the features described above.

Figurenlistelist of figures

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen in schematischer Darstellung

  • 1 eine Explosionsansicht der Vorrichtung zum Druckausgleich,
  • 2 eine Querschnittsdarstellung des Druckausgleichselements,
  • 3 eine Ansicht der Vorrichtung von einer dem Gehäuseinnenraum zugewandten Seite, und
  • 4 eine Querschnittsansicht der Vorrichtung.
An embodiment of the invention will be explained below with reference to the drawings. It show in a schematic representation
  • 1 an exploded view of the pressure compensation device,
  • 2 a cross-sectional view of the pressure compensation element,
  • 3 a view of the device from a housing interior facing side, and
  • 4 a cross-sectional view of the device.

In 1 ist die Vorrichtung 100 zum Ausgleich eines Innendrucks eines Gehäuses mit dem Umgebungsdruck des Gehäuses in einer Explosionsansicht gezeigt. Das Gehäuse kann beispielsweise das Gehäuse einer Hochvolt-Batterie eines Kraftfahrzeugs sein. Die Vorrichtung 100 weist auf der dem Gehäuse (in den Figuren nicht dargestellt) abgewandten Seite einen Deckel 200 auf, welcher die Vorrichtung und vor dem Eindringen von Nässe und Schmutz schützt. Gleichzeitig weist der Deckel jedoch Öffnungen auf, um einen Gasaustausch zum Druckausgleich im Normalbetrieb und während einer Notentgasung ermöglicht.In 1 is the device 100 for balancing an internal pressure of a housing with the ambient pressure of the housing in an exploded view. The housing may be, for example, the housing of a high-voltage battery of a motor vehicle. The device 100 has on the housing (not shown in the figures) side facing away from a lid 200 on, which protects the device and against the ingress of moisture and dirt. At the same time, however, the lid has openings to allow gas exchange for pressure equalization during normal operation and during emergency degassing.

Unterhalb des Deckels 200 ist das Druckausgleichelement 10 angeordnet. Das Druckausgleichselement 10 weist einen Elementkörper 11 mit einer scheibenartigen Grundform auf. Innerhalb der scheibenartigen Grundform des Elementkörpers 11 sind mehrere Aussparungen 11a angeordnet. Die Aussparungen 11a sind derart im Elementkörper 11 angeordnet, dass sie durch schmale Stege voneinander getrennt sind und eine ringartige Struktur bilden.Below the lid 200 is the pressure compensation element 10 arranged. The pressure compensation element 10 has an element body 11 with a disc-like basic shape. Within the disk-like basic shape of the element body 11 are several recesses 11a arranged. The recesses 11a are so in the element body 11 arranged so that they are separated by narrow webs and form a ring-like structure.

In den ringartig angeordneten Aussparungen 11a erstreckt sich die Membran 12. Das Druckausgleichselement 10 wird vorzugsweise in einem Spritz- oder Gussverfahren hergestellt. Dabei wird die Membran 12 mit dem Elastomer, welches den Elementkörper 11 bildet, derart umspritzt, dass die ringförmige Membran 12 an den Aussparungen 11a freiliegt und ansonsten von dem Elementkörper 11 umschlossen wird.In the ring-like recesses 11a the membrane extends 12 , The Pressure compensation element 10 is preferably produced in a spraying or casting process. The membrane becomes 12 with the elastomer, which is the element body 11 forms, so encapsulated, that the annular membrane 12 at the recesses 11a is exposed and otherwise of the element body 11 is enclosed.

Das Druckausgleichselement 10 kann mittels eines Zapfens 16 mit dem zwischen dem Gehäuse und dem Druckausgleichelement 10 angeordneten Verbindungselement 13 mit dem Gehäuse verbunden werden. Dazu weist der Zapfen 16 an der Umfangsfläche des Zapfens 16 ein umlaufendes Rastelement 16a auf, welches mit einem ringförmig ausgebildeten Gegenstück 16b in Eingriff gebracht werden kann.The pressure compensation element 10 can by means of a pin 16 with the between the housing and the pressure compensation element 10 arranged connecting element 13 be connected to the housing. For this purpose, the pin 16 on the peripheral surface of the pin 16 a circumferential locking element 16a on, which with a ring-shaped counterpart 16b can be engaged.

Das Verbindungselement 13 weist einen kreisförmigen Rand auf, welcher von einer ringförmigen Fläche 15 gebildet wird. Die ringförmige Fläche 15 ist in radialer Richtung ausreichend groß ausgebildet, damit ein Adapter einer Dichtigkeitsprüfvorrichtung an der ringförmigen Fläche anbringbar ist. Ferner weist das Verbindungselement eine Hülse umfassend eine Einrichtung zum Befestigen des Deckels 200 auf. Dies kann beispielweise ein Gewinde und eine Rasteinrichtung in Form einer Nut sein, in welche der Deckel 200 verschraubt oder eingerastet werden kann.The connecting element 13 has a circular edge, which of an annular surface 15 is formed. The annular surface 15 is formed sufficiently large in the radial direction, so that an adapter of a Dichtigkeitsprüfvorrichtung is attached to the annular surface. Furthermore, the connecting element has a sleeve comprising a device for fastening the lid 200 on. This may for example be a thread and a locking device in the form of a groove, in which the lid 200 can be screwed or locked.

Damit des Verbindungselement 13 luftdicht mit dem Gehäuse verbunden werden kann, ist zwischen dem Verbindungselement 13 und dem Gehäuse eine Dichtung 300, vorzugsweise ein O-Ring , in einer ringförmigen Nut an der Unterseite des Verbindungselements 13 angeordnet. Das Verbindungselement 13 kann beispielsweise mittels Kleben oder Schweißen luft- und wasserdicht mit dem Gehäuse verbunden werden. Als Kleb- oder Schweißfläche dient auf der Seite des Verbindungselements 13 vorzugsweise die dem Gehäuse zugewandte Seite der ringförmigen Fläche 15.So that the connecting element 13 Airtight can be connected to the housing is between the connecting element 13 and the housing a seal 300 , preferably an O-ring, in an annular groove on the underside of the connecting element 13 arranged. The connecting element 13 For example, by gluing or welding air and waterproof can be connected to the housing. As an adhesive or welding surface is used on the side of the connecting element 13 Preferably, the housing facing side of the annular surface 15 ,

In 2 ist das Druckausgleichselement 10 in einer Querschnittsdarstellung gezeigt. In der Querschnittsbetrachtung weist der Elementkörper 11 im Wesentlichen eine T-Form auf. Der Elementkörper 11 umfasst zwei Dichtlippen 14a, 14b, welche am einem Randbereich 14 des Elementkörpers 11 angeordnet sind, sowie den Zapfen 16 und das an dem Zapfen angeordnete Rastelelement 16a. Der Elementkörper 11, die Dichtlippen 14a, der Zapfen 16 und das Rastelement 16a sind vorzugsweise einstückig ausgebildet.In 2 is the pressure compensation element 10 shown in a cross-sectional view. In the cross-sectional view, the element body 11 essentially a T-shape. The element body 11 includes two sealing lips 14a . 14b , which are on the edge 14 of the element body 11 are arranged, as well as the pin 16 and arranged on the pin Rastelelement 16a , The element body 11 , the sealing lips 14a , the cone 16 and the locking element 16a are preferably formed in one piece.

Die zwei Dichtlippen 14a, 14b sind in radialer Richtung betrachtet hintereinander angeordnet und erhöhen die Dichtigkeit der Vorrichtung für die Fälle, in denen der Grenzdruck im Gehäuse nicht überschritten wird und keine Notentgasung erfolgt. Es können alternativ nur eine Dichtlippe 14a, 14b oder mehr als zwei Dichtlippen 14a, 14b vorgesehen sind.The two sealing lips 14a . 14b viewed in the radial direction are arranged one behind the other and increase the tightness of the device for the cases in which the limit pressure in the housing is not exceeded and no Notentgasung occurs. It can alternatively only a sealing lip 14a . 14b or more than two sealing lips 14a . 14b are provided.

Der Zapfen 16 ist mit seiner Längsachse senkrecht zur Membran 12 angeordnet und weist etwa mittig das Rastelement 16a auf, welches entlang der Umfangsfläche des Zapfens 16 verläuft und sich in axialer Richtung zum Zapfenende hin verjüngt. Dadurch bildet der Zapfen eine Art Widerhaken, welcher fest in ein entsprechend ringförmiges Gegenstück am Verbindungselement 13 einbringbar ist.The pin 16 is with its longitudinal axis perpendicular to the membrane 12 arranged and has approximately centrally the locking element 16a on, which along the peripheral surface of the pin 16 runs and tapers in the axial direction to the pin end. As a result, the pin forms a kind of barb, which firmly into a corresponding annular counterpart on the connecting element 13 can be introduced.

3 zeigt die Vorrichtung 100 von einer dem Gehäuseinnenraum zugewandten Seite. Zu erkennen ist die Unterseite des Verbindungselements 13 mit der ringförmigen Nut, in welcher die Dichtung 300 in Form eines O-Rings angeordnet ist. Ferner ist das Druckausgleichselement 10 mit dem Zapfen 16 zu sehen, welcher mittels des Rastelements 16a mit dem ringförmigen Gegenstück, welches eine Kante 16b bildet, verbunden ist. Durch den Rastmechanismus, welcher durch das Rastelement 16a und die Kante 16b des ringförmigen Gegenstücks gebildet wird, kann die Druckausgleichsvorrichtung auf einfache Weise insbesondere ohne den Einsatz von Werkzeug an dem Verbindungselement 13 montiert werden. 3 shows the device 100 from a housing interior facing side. Evident is the underside of the connecting element 13 with the annular groove in which the seal 300 in form of O Rings is arranged. Furthermore, the pressure compensation element 10 with the pin 16 to see which by means of the locking element 16a with the annular counterpart, which is an edge 16b forms, is connected. By the latching mechanism, which by the locking element 16a and the edge 16b is formed of the annular counterpart, the pressure compensation device in a simple manner, in particular without the use of tools on the connecting element 13 to be assembled.

Dazu wird der Zapfen 16 mit dem Rastelement 16a durch das ringförmigen Gegenstück an dem Verbindungselement gedrückt bis das Rastelement 16a hinter der Kante 16b einrastet. In diesem Zustand liegen auch die Dichtlippen 14a, 14b auf der dem Gehäuse abgewandten Seite des Verbindungselements 13 auf, und bilden so einen Gegendruck, wodurch das Druckausgleichselement 10, bis auf den Bereich der Membran 12, luftdicht mit dem Verbindungselement 13 verbunden ist.This is the pin 16 with the locking element 16a pressed by the annular counterpart on the connecting element until the locking element 16a behind the edge 16b locks. In this state are also the sealing lips 14a . 14b on the side facing away from the housing of the connecting element 13 on, and thus form a back pressure, whereby the pressure compensation element 10 , down to the area of the membrane 12 , airtight with the connecting element 13 connected is.

4 zeigt die Vorrichtung 100 umfassend den Deckel 200, das Druckausgleichselement 10, das Verbindungselement 13 sowie die Dichtung 300 in montiertem Zustand in einer Querschnittdarstellung. In diesem Zustand der Vorrichtung 100 liegt der Normalbetrieb vor, die Dichtlippen 14a, 14b liegen also auf dem Verbindungselement 1 auf. Der Deckel 200 ist mittels einer Rastvorrichtung mit dem hülsenartigen Abschnitt des Verbindungselements 13 an dieser verbunden. Sowohl der hülsenartige Abschnitt als auch der Deckel 200 weisen Öffnungen zum Austausch von Gas bzw. Luft auf. 4 shows the device 100 comprising the lid 200 , the pressure compensation element 10 , the connecting element 13 as well as the seal 300 in the assembled state in a cross-sectional view. In this state of the device 100 is the normal operation, the sealing lips 14a . 14b So lie on the connecting element 1 on. The lid 200 is by means of a locking device with the sleeve-like portion of the connecting element 13 connected to this. Both the sleeve-like section and the lid 200 have openings for the exchange of gas or air.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

100100
Vorrichtungcontraption
1010
DruckausgleichselementPressure compensation element
1111
Elementkörpermember body
11a11a
Aussparungrecess
12 12
Membranmembrane
1313
Verbindungselementconnecting member
1414
Randedge
14a,b14a, b
Dichtlippesealing lip
1515
ringförmige Flächeannular surface
1616
Zapfenspigot
16a16a
Rastelementlocking element
16b16b
Kante edge
200200
Deckelcover
300300
Dichtungpoetry

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102014111041 A1 [0005]DE 102014111041 A1 [0005]

Claims (9)

Vorrichtung (100) zum Ausgleich eines Innendrucks eines Gehäuses, insbesondere eines Batteriegehäuses für ein Kraftfahrzeug, mit einem Umgebungsdruck des Gehäuses, wobei die Vorrichtung (100) ein Druckausgleichselement (10) aufweist, wobei das Druckausgleichselement (10) wenigstens einen Elementkörper (11) und eine an dem Elementkörper (11) angeordnete Membran (12) umfasst, wobei die Vorrichtung (100) ein Verbindungselement (13) zum luftdichten Verbinden des Druckausgleichselements (10) mit dem Gehäuse umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass der Elementkörper (11) eine Elastizität aufweist, aufgrund derer bei Vorliegen eines Innendrucks, welcher geringer ist als ein Grenzdruck, der Elementkörper (11) luftdicht auf dem Verbindungselement (13) aufliegt und bei Vorliegen eines Innendrucks, welcher größer ist als der Grenzdruck, der Elementkörper (11) zum Austausch von Gas eine Öffnung zwischen dem Elementkörper (11) und dem Verbindungselement (13) freigibt.Device (100) for balancing an internal pressure of a housing, in particular a battery housing for a motor vehicle, with an ambient pressure of the housing, wherein the device (100) comprises a pressure compensation element (10), wherein the pressure compensation element (10) at least one element body (11) and a membrane (12) arranged on the element body (11), the device (100) comprising a connecting element (13) for airtight connection of the pressure compensation element (10) to the housing, characterized in that the element body (11) has an elasticity in which, in the presence of an internal pressure which is less than a limit pressure, the element body (11) rests airtight on the connecting element (13) and in the presence of an internal pressure which is greater than the limit pressure, the element body (11) for the exchange of gas an opening between the element body (11) and the connecting element (13) releases. Vorrichtung (100) nach Anspruch 1, wobei der Elementkörper (11) einen insbesondere kreisförmigen Rand (14) aufweist, welcher in Form wenigstens einer Dichtlippe (14a,14b) ausgebildet ist, wobei die Dichtlippe (14a, 14b) bei Vorliegen eines Innendrucks, welcher geringer ist als der Grenzdruck, im Randbereich, insbesondere an der Unterseite des Verbindungselements (13) aufliegt.Device (100) according to Claim 1 in which the element body (11) has a particularly circular edge (14) which is in the form of at least one sealing lip (14a, 14b), the sealing lip (14a, 14b) being in the presence of an internal pressure which is less than the limiting pressure, in the edge region, in particular on the underside of the connecting element (13) rests. Vorrichtung (100) nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Druckausgleichselement (10) einen Zapfen (16) zur Befestigung des Druckausgleichselements (10) an dem Verbindungselement (13) aufweist.Device (100) according to Claim 1 or 2 , wherein the pressure compensation element (10) has a pin (16) for fastening the pressure compensation element (10) on the connecting element (13). Vorrichtung (100) nach Anspruch 3, wobei der Zapfen (16) wenigstens ein Rastelement (16a) aufweist, welches mit einer an dem Verbindungselement (13) vorhandenen Vertiefung, einem Vorsprung oder einer Kante (16b) in Eingriff gebracht werden kann.Device (100) according to Claim 3 in that the pin (16) has at least one latching element (16a) which can be brought into engagement with a recess, projection or edge (16b) provided on the connecting element (13). Vorrichtung (100) nach einem der vorgenannten Ansprüche, wobei die Membran (12) bereichsweise von dem Elementkörper (11) umschlossen ist.Device (100) according to one of the preceding claims, wherein the membrane (12) is partially surrounded by the element body (11). Vorrichtung (100) nach einem der vorgenannten Ansprüche, wobei der Elementkörper (11) mindestens eine Aussparung (11a) aufweist, welche von der wenigstens einen Membran (12) überdeckt wird.Device (100) according to one of the preceding claims, wherein the element body (11) has at least one recess (11a) which is covered by the at least one membrane (12). Vorrichtung (100) nach einem der vorgenannten Ansprüche, wobei die Membran (12) mittels eines Spritz- oder Gussverfahrens mit dem Elementkörper verbunden ist.Device (100) according to one of the preceding claims, wherein the membrane (12) is connected to the element body by means of a spraying or casting process. Vorrichtung (100) nach einem der vorgenannten Ansprüche, wobei der Elementkörper (11) ein Elastomer, vorzugsweise EPDM (Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk), umfasst.Device (100) according to one of the preceding claims, wherein the element body (11) comprises an elastomer, preferably EPDM (ethylene-propylene-diene rubber). Batterie, insbesondere eine Hochvolt-Batterie für ein Kraftfahrzeug, aufweisend eine Vorrichtung (100) nach einem der vorgenannten Ansprüche.Battery, in particular a high-voltage battery for a motor vehicle, comprising a device (100) according to one of the preceding claims.
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