DE102022211113A1 - Pressure equalization element for a battery system, vehicle battery system and vehicle with a battery system and pressure equalization element - Google Patents

Pressure equalization element for a battery system, vehicle battery system and vehicle with a battery system and pressure equalization element Download PDF

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Christoph Hagedorn
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Abstract

Ein erfindungsgemäßes Druckausgleichselement (12) für ein Batteriesystem weist ein Gehäusegrundelement (22) auf, welches einen von einer Umgebung (U) zu einem Dichtraum (16) führenden Durchströmabschnitt (28) mit einer Einströmseite (E) und einer Ausströmseite (A) aufweist. Das Druckausgleichselement (22) weist ferner einen auf der Umgebungsseite des Gehäusegrundelements (22) angeordneten, die Einströmseite (E) überdeckenden Deckel (30) und ein in dem Gehäusegrundelement (22) angeordnetes Ventilelement (40) auf, welches derart ausgebildet ist, dass es den Durchströmabschnitt (28) bei Unterdruck im Dichtraum (16) öffnet und bei Überdruck im Dichtraum (16) schließt, wobei eine Ausströmöffnung aus dem Gehäusegrundelement (22) stromabwärts des Dichtelements (40) mittels einer Membran (46) verschlossen ist.A pressure compensation element (12) according to the invention for a battery system has a housing base element (22) which has a flow section (28) leading from an environment (U) to a sealing chamber (16) with an inflow side (E) and an outflow side (A). The pressure compensation element (22) also has a cover (30) arranged on the environment side of the housing base element (22) and covering the inflow side (E), and a valve element (40) arranged in the housing base element (22) which is designed such that it opens the flow section (28) when there is negative pressure in the sealing chamber (16) and closes it when there is positive pressure in the sealing chamber (16), wherein an outflow opening from the housing base element (22) downstream of the sealing element (40) is closed by means of a membrane (46).

Description

Die Erfindung betrifft ein Druckausgleichselement für ein Batteriesystem, insbesondere ein Druckausgleichselement für ein Fahrzeug-Batteriesystem. Ferner betrifft die Erfindung ein Fahrzeug-Batteriesystem für ein Fahrzeug sowie ein Fahrzeug mit einem Batteriesystem und einem Druckausgleichselement. Insbesondere betrifft die Erfindung Fahrzeuge in Form von Kraftfahrzeugen.The invention relates to a pressure equalization element for a battery system, in particular a pressure equalization element for a vehicle battery system. The invention also relates to a vehicle battery system for a vehicle and a vehicle with a battery system and a pressure equalization element. In particular, the invention relates to vehicles in the form of motor vehicles.

Aus DE 10 2017 221 622 A1 sind ein Speichergehäuse für einen Hochvoltspeicher eines Kraftfahrzeugs, ein Hochvoltspeicher und ein Kraftfahrzeug mit diesen Elementen bekannt. Das Speichergehäuse weist ein Druckausgleichselement zum Druckausgleich zwischen dem Gehäuseinnenraum und einer Umgebung auf. Ferner weist das Speichergehäuse ein Sicherheitsventil auf, das bei schlagartigem Überdruck öffnet. Das Druckausgleichselement und das Sicherheitsventil sind als separate Elemente ausgebildet und voneinander entkoppelt. Das Druckausgleichselement weist keine Sperrrichtung auf, mittels welcher der Eintrag von Schmutz oder sonstigen Stoffen verhinderbar ist.Out of EN 10 2017 221 622 A1 A storage housing for a high-voltage storage device of a motor vehicle, a high-voltage storage device and a motor vehicle with these elements are known. The storage housing has a pressure equalization element for pressure equalization between the housing interior and the environment. The storage housing also has a safety valve that opens in the event of sudden excess pressure. The pressure equalization element and the safety valve are designed as separate elements and are decoupled from one another. The pressure equalization element has no blocking direction by means of which the entry of dirt or other substances can be prevented.

Aus DE 10 2013 218 911 A1 sind ein Ventil mit Druckausgleichsfunktion, eine Batterie mit einem derartigen Ventil und ein Fahrzeug mit einer solchen Batterie bekannt. Das Ventil soll mit einem angeschlossenen Dichtigkeitsprüfgerät dazu nutzbar sein, die Dichtigkeit eines Batteriegehäuses der Batterie überprüfen zu können. Für den Fall, dass ein Überdruck im Batteriegehäuse oder ein Unterdruck im Batteriegehäuse vorherrscht, sind separate Ventilelemente vorgesehen, die jeweils bedarfsweise öffnen, um einen Druckausgleich durchzuführen. Aus diesem Grund weist die Vorrichtung relativ viele Einzelteile auf, benötigt relativ viel Bauraum und ist in der Herstellung und Montage kostenintensiv. Darüber hinaus ist auch kein Druckausgleichselement mit Sperrrichtung offenbart, mittels welchem der Eintrag von Schmutz oder sonstigen Stoffen verhinderbar ist.Out of EN 10 2013 218 911 A1 A valve with a pressure equalization function, a battery with such a valve and a vehicle with such a battery are known. The valve is intended to be usable with a connected leak tester to check the tightness of a battery housing. In the event that there is excess pressure in the battery housing or a negative pressure in the battery housing, separate valve elements are provided, which open as required in order to carry out pressure equalization. For this reason, the device has a relatively large number of individual parts, requires a relatively large amount of installation space and is expensive to manufacture and assemble. In addition, no pressure equalization element with a blocking direction is disclosed, by means of which the entry of dirt or other substances can be prevented.

Aus DE 10 2019 215 433 A1 ist ein Druckausgleichselement zur Dichtigkeitsprüfung eines Gehäuses bekannt. Dabei ist das Druckausgleichselement zum Ausgleichen von Druckunterschieden zwischen einem Innenraum eines Gehäuses und einer das Gehäuse umgebenden Umgebung ausgelegt.Out of EN 10 2019 215 433 A1 A pressure compensation element for testing the tightness of a housing is known. The pressure compensation element is designed to compensate for pressure differences between the interior of a housing and the environment surrounding the housing.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Druckausgleichselement für ein Batteriesystem, ein Fahrzeug-Batteriesystem sowie ein Fahrzeug mit einem Batteriesystem und einem Druckausgleichselement zur Verfügung zu stellen, welche konstruktiv einfach gestaltet sind und im bestimmungsgemäßen Betrieb eine Öffnungsrichtung und eine Sperrrichtung aufweisen, wobei in Sperrrichtung der Eintrag von Feuchtigkeit und Partikeln, insbesondere Schmutz, vermieden werden soll.The invention is based on the object of providing a pressure equalization element for a battery system, a vehicle battery system and a vehicle with a battery system and a pressure equalization element, which are structurally simple and have an opening direction and a locking direction during normal operation, wherein the entry of moisture and particles, in particular dirt, is to be avoided in the locking direction.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Weitere praktische Ausführungsformen und Vorteile der Erfindung sind in Verbindung mit den abhängigen Ansprüchen beschrieben.The object is achieved according to the invention with the features of the independent claims. Further practical embodiments and advantages of the invention are described in connection with the dependent claims.

Ein erfindungsgemäßes Druckausgleichselement für ein Batteriesystem weist ein Gehäusegrundelement auf, welches einen von einer Umgebung zu einem Dichtraum führenden Durchströmabschnitt mit einer Einströmseite und einer Ausströmseite aufweist. Das Druckausgleichselement weist ferner einen auf der Umgebungsseite des Gehäusegrundelements angeordneten, die Einströmseite überdeckenden Deckel und ein in dem Gehäusegrundelement angeordnetes Ventilelement auf. Dabei ist das Ventilelement derart ausgebildet, dass es den Durchströmabschnitt bei Unterdruck im Dichtraum öffnet und bei Überdruck im Dichtraum schließt, wobei ferner eine Ausströmöffnung aus dem Gehäusegrundelement stromabwärts des Dichtelements mittels einer Membran verschlossen ist, vorzugsweise mittels einer semipermeablen Membran. Das erfindungsgemäße Druckausgleichselement ist konstruktiv einfach gestaltet und weist im bestimmungsgemäßen Betrieb eine Öffnungsrichtung und eine Sperrrichtung auf, wobei in Sperrrichtung der Eintrag von Feuchtigkeit und Partikeln, insbesondere Schmutz, vermieden werden kann.A pressure compensation element according to the invention for a battery system has a housing base element which has a flow section leading from an environment to a sealing chamber with an inflow side and an outflow side. The pressure compensation element also has a cover arranged on the environment side of the housing base element, covering the inflow side, and a valve element arranged in the housing base element. The valve element is designed in such a way that it opens the flow section when there is negative pressure in the sealing chamber and closes it when there is positive pressure in the sealing chamber, wherein an outflow opening from the housing base element downstream of the sealing element is closed by means of a membrane, preferably by means of a semi-permeable membrane. The pressure compensation element according to the invention is structurally simple and, when used as intended, has an opening direction and a blocking direction, wherein the entry of moisture and particles, in particular dirt, can be avoided in the blocking direction.

In einer praktischen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Druckausgleichselements ist das Ventilelement aus einem elastischen Material gebildet, und das Öffnen bei Unterdruck erfolgt durch elastische Materialverformung des Ventilelements. In diesem Fall sind keine konstruktiv aufwändigen Verfahrmechanismen oder Lagerungen erforderlich, insbesondere keine Linearführung oder Scharniere. Auch die Montage mit einem Ventilelement aus einem elastischen Material kann besonders einfach durch Einpressen bzw. Einstecken erfolgen.In a practical embodiment of the pressure compensation element according to the invention, the valve element is made of an elastic material, and opening in the event of negative pressure occurs through elastic material deformation of the valve element. In this case, no structurally complex movement mechanisms or bearings are required, in particular no linear guides or hinges. Assembly with a valve element made of an elastic material can also be carried out particularly easily by pressing or inserting.

In einer weiteren praktischen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Druckausgleichselements ist das Ventilelement verrastet in dem Gehäusegrundelement befestigt. Dadurch wird die Montage weiter vereinfacht.In a further practical embodiment of the pressure compensation element according to the invention, the valve element is fastened in a locked manner in the housing base element. This further simplifies assembly.

Insbesondere wird in diesem Zusammenhang auf die konstruktiv besonders einfache Möglichkeit verwiesen, an dem Ventilelement selbst mindestens ein elastisch verformbares Rastelement auszubilden. Als ein solches Rastelement können insbesondere mehrere, insbesondere gleichmäßig über den Umfang verteilt angeordnete, Rastnasen vorgesehen sein. Ferner kann auch eine umlaufende Rastnase als kragenartig hervorragendes Rastelement an dem Ventilelement vorgesehen sein.In this context, particular reference is made to the structurally particularly simple possibility of forming at least one elastically deformable locking element on the valve element itself. Such a locking element can in particular be a plurality of locking lugs, in particular arranged evenly distributed over the circumference. Furthermore, a circumferential locking lug can also be provided as a collar-like protruding locking element on the valve element.

In einer weiteren praktischen Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Druckausgleichelements ist an dem Ventilelement ein tellerartig ausgebildeter Dichtabschnitt und/oder ein kragenartig ausgebildetes Rastelement ausgebildet, und/oder das Ventilelement ist einstückig ausgebildet. Vorzugsweise sind mehrere oder alle vorstehend beschriebenen Merkmale an einem erfindungsgemäßen Druckausgleichselement realisiert, so dass an einem einstückig ausgebildeten Ventilelement eine Vielzahl von Funktionen realisiert sind, die eine kostengünstige Herstellung, eine einfache Montage und einen funktionssicheren Betrieb eines erfindungsgemäßen Druckausgleichselements ermöglichen.In a further practical embodiment of a pressure compensation element according to the invention, a plate-shaped sealing section and/or a collar-shaped locking element is formed on the valve element, and/or the valve element is formed in one piece. Preferably, several or all of the features described above are implemented on a pressure compensation element according to the invention, so that a plurality of functions are implemented on a valve element formed in one piece, which enable cost-effective production, simple assembly and reliable operation of a pressure compensation element according to the invention.

Wenn das Gehäusegrundelement eines erfindungsgemäßen Druckausgleichselements ausgebildet ist und aus einem Gehäusegrundkörper sowie einer funktional mit diesem verbundenen Montagehülse gebildet ist, können der Gehäusegrundkörper und die Montagehülse derart ausgebildet sein, dass eine zweiseitige Montage an einem weiteren Element ermöglicht ist. Insbesondere kann dann ein erfindungsgemäßes Druckausgleichselement dadurch montiert werden, dass der Gehäusegrundkörper von einer Seite einer Öffnung in diese Öffnung eingeführt wird und die Montagehülse von der anderen Seite der Öffnung den Gehäusegrundkörper umschließend angeordnet wird. Wenn zusätzlich die Montagehülse und der Gehäusegrundkörper miteinander verrastbar ausgebildet sind, können diese beiden Elemente durch einfaches Zusammenstecken aneinander und unmittelbar an einer Öffnung eines weiteren Elements montiert werden. Dadurch ergibt sich eine besonders einfache Montage an einer Öffnung eines entsprechenden Elements.If the housing base element of a pressure compensation element according to the invention is designed and is formed from a housing base body and a mounting sleeve functionally connected to it, the housing base body and the mounting sleeve can be designed in such a way that two-sided mounting on another element is possible. In particular, a pressure compensation element according to the invention can then be mounted by inserting the housing base body into an opening from one side of this opening and arranging the mounting sleeve from the other side of the opening to enclose the housing base body. If the mounting sleeve and the housing base body are also designed to be lockable with one another, these two elements can be mounted to one another and directly on an opening of another element by simply plugging them together. This results in particularly simple mounting on an opening of a corresponding element.

Wenn das Gehäusegrundelement aus einem Gehäusegrundkörper und einer Montagehülse gebildet ist, insbesondere wenn diese Elemente durch Zusammenstecken montierbar sind, ist es besonders bevorzugt, wenn zwischen dem Gehäusegrundkörper und der Montagehülse ein Dichtelement angeordnet ist. Vorzugsweise ist das Dichtelement in diesem Fall im Bereich eines nutartig ausgebildeten Dichtelement-Abschnitts angeordnet, welcher an dem Gehäusegrundkörper und/oder an der Montagehülse ausgebildet sein kann. Es ist dementsprechend möglich, den Dichtelement-Abschnitt entweder nur an dem Gehäusegrundkörper, nur an der Montagehülse oder an einer Kombination aus Gehäusegrundkörper und Montagehülse auszubilden. Ziel des Dichtelement-Abschnitts ist es, die Relativposition des Dichtelements gegenüber dem Gehäusegrundkörper und der Montagehülse auf einen bestimmten Bereich zu beschränken. Dies kann insbesondere durch Ausbildung einer entsprechenden Vertiefung für die Anordnung des Dichtelements realisiert sein.If the housing base element is formed from a housing base body and a mounting sleeve, in particular if these elements can be assembled by plugging them together, it is particularly preferred if a sealing element is arranged between the housing base body and the mounting sleeve. In this case, the sealing element is preferably arranged in the region of a groove-like sealing element section, which can be formed on the housing base body and/or on the mounting sleeve. It is accordingly possible to form the sealing element section either only on the housing base body, only on the mounting sleeve or on a combination of housing base body and mounting sleeve. The aim of the sealing element section is to limit the relative position of the sealing element with respect to the housing base body and the mounting sleeve to a certain area. This can be achieved in particular by forming a corresponding recess for the arrangement of the sealing element.

In einer weiteren praktischen Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Druckausgleichselements ist der Deckel im Querschnitt u-förmig ausgebildet und die Umgebungsseite des Gehäusegrundelements umschließend angeordnet. In diesem Fall ergibt sich ein besonders zuverlässiger Schutz der Umgebungsseite vor dem unmittelbaren und direkten Eindringen von Flüssigkeit, insbesondere Regen-, und/oder Spritzwasser, das während des Betriebes eines Fahrzeuges, insbesondere eines Kraftfahrzeuges, in Richtung der Umgebungsseite des Durchströmungsabschnitts dringen könnteIn a further practical embodiment of a pressure compensation element according to the invention, the cover is U-shaped in cross section and is arranged to enclose the surrounding side of the housing base element. In this case, the surrounding side is particularly reliably protected against the immediate and direct penetration of liquid, in particular rain and/or splash water, which could penetrate towards the surrounding side of the flow section during operation of a vehicle, in particular a motor vehicle.

Die Erfindung betrifft auch ein Fahrzeug-Batteriesystem mit einem abgedichteten Batterieraum, der in Richtung zu einer Umgebung mittels eines wie vorstehend beschriebenen Druckausgleichselements verschlossen ist und zusätzlich an einer anderen Position ein Überdruckventil aufweist, dass bei Überdruck im Batterieraum einen Druckausgleich zur Umgebung oder zu einem anderen Druckraum ermöglicht. Auf die vorstehend bereits in Verbindung mit dem Druckausgleichselement beschriebenen Vorteile wird hiermit noch einmal verwiesen.The invention also relates to a vehicle battery system with a sealed battery compartment which is closed off from the environment by means of a pressure equalization element as described above and which additionally has a pressure relief valve at another position which, in the event of excess pressure in the battery compartment, enables pressure equalization with the environment or with another pressure compartment. Reference is hereby made once again to the advantages already described above in connection with the pressure equalization element.

Die Erfindung betrifft ferner ein Fahrzeug, insbesondere ein Kraftfahrzeug, mit einem Druckausgleichselement wie es vorstehend beschrieben wurde und/oder mit einem Fahrzeug-Batteriesystem, das wie vorstehend beschrieben ausgebildet ist. Auch in Verbindung mit einem solchen Fahrzeug gelten die vorstehend beschriebenen Vorteile, insbesondere in Verbindung mit den entsprechenden Ausführungsformen des Druckausgleichelements.The invention further relates to a vehicle, in particular a motor vehicle, with a pressure equalization element as described above and/or with a vehicle battery system which is designed as described above. The advantages described above also apply in connection with such a vehicle, in particular in connection with the corresponding embodiments of the pressure equalization element.

Weitere praktische Ausführungsformen der Erfindung sind nachfolgend im Zusammenhang mit den Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:

  • 1 ein Fahrzeug-Batteriesystem mit einem abgedichteten Batterieraum, der in Richtung zu einer Umgebung mittels eines Druckausgleichselements verschlossen ist und an einer anderen Position ein Überdruckventil aufweist, dass bei Überdruck im Batterieraum einen Druckausgleich zur Umgebung ermöglicht,
  • 2 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Druckausgleichselements in einem ersten Zustand mit geöffnetem Durchströmabschnitt,
  • 3 eine vergrößerte Darstellung des in 2 mit III gekennzeichneten Bereichs,
  • 4 das Druckausgleichselement aus 2 in einem zweiten, verschlossenen Zustand,
  • 5 den in 3 mit V gekennzeichneten Bereich in einer vergrößerten Darstellung,
  • 6 das Druckausgleichselement aus den 2 und 4 in einem weiteren Zustand mit mittels eines Prüfgeräts geöffnetem Ventilelement,
  • 7 den in 6 mit VII gekennzeichneten Bereich in einer vergrößerten Darstellung und
  • 8 den in 6 mit VIII gekennzeichneten Bereich in einer vergrößerten Darstellung.
Further practical embodiments of the invention are described below in conjunction with the drawings.
  • 1 a vehicle battery system with a sealed battery compartment which is closed off from the environment by means of a pressure equalisation element and has a pressure relief valve at another position which enables pressure equalisation with the environment in the event of excess pressure in the battery compartment,
  • 2 an embodiment of a pressure compensation element according to the invention in a first state with an open flow section,
  • 3 an enlarged view of the 2 area marked III,
  • 4 the pressure compensation element 2 in a second, closed state,
  • 5 the in 3 area marked with V in an enlarged view,
  • 6 the pressure compensation element from the 2 and 4 in another state with the valve element opened by means of a test device,
  • 7 the in 6 the area marked VII in an enlarged view and
  • 8th the in 6 The area marked VIII in an enlarged view.

In 1 ist ein Fahrzeug-Batteriesystem 10 ausschnittsweise dargestellt. Das Fahrzeug-Batteriesystem umfasst ein Druckausgleichselement 12, welches nachfolgend in Verbindung mit den 2 bis 8 im Detail beschrieben wird. Das Druckausgleichselement 12 ist in der gezeigten Ausführungsform in einer Öffnung eines oberen Batteriegehäuseelements 14 angeordnet. Es ermöglicht das Einströmen von gasförmigen Fluiden, insbesondere von Umgebungsluft, aus einer Umgebung U in einen Dichtraum 16, hier in Form eines abgedichteten Batterieraums 16, welcher sich zwischen dem oberen Batteriegehäuseelement 14 und einem unteren Batteriegehäuseelement 18 erstreckt.In 1 a vehicle battery system 10 is shown in detail. The vehicle battery system comprises a pressure compensation element 12, which is subsequently connected to the 2 to 8 is described in detail. In the embodiment shown, the pressure compensation element 12 is arranged in an opening of an upper battery housing element 14. It enables gaseous fluids, in particular ambient air, to flow from an environment U into a sealing space 16, here in the form of a sealed battery space 16, which extends between the upper battery housing element 14 and a lower battery housing element 18.

In einer Öffnung des unteren Batteriegehäuseelements 18 ist ein Überdruckventil 20 angeordnet, welches bei Überdruck im Dichtraum 16 einen Druckausgleich zur Umgebung U ermöglicht.A pressure relief valve 20 is arranged in an opening of the lower battery housing element 18, which enables pressure equalization with the environment U in the event of excess pressure in the sealing chamber 16.

Der Vollständigkeit halber wird noch darauf hingewiesen, dass sich in dem abgedichteten Batterieraum 16 nicht dargestellte Batteriezellen eines Antriebsenergiespeichers eines Kraftfahrzeuges befinden. Insbesondere handelt es sich bei diesen nicht dargestellten Batteriezellen auch um Batteriezellen eines Hochvolt-Antriebsenergiespeichers, welcher eine Betriebsspannung zwischen 48 V und 1.200 V bereitstellt, insbesondere eine Betriebsspannung zwischen 200 V und 800 V.For the sake of completeness, it should be noted that battery cells (not shown) of a drive energy storage device of a motor vehicle are located in the sealed battery compartment 16. In particular, these battery cells (not shown) are also battery cells of a high-voltage drive energy storage device, which provides an operating voltage between 48 V and 1,200 V, in particular an operating voltage between 200 V and 800 V.

In den 2 bis 8 ist das erfindungsgemäße Druckausgleichselement 12 in verschiedenen Betriebszuständen und teilweise in vergrößerten Teildarstellungen gezeigt.In the 2 to 8 the pressure compensation element 12 according to the invention is shown in different operating states and partly in enlarged partial views.

Das Druckausgleichselement 12 besteht im Wesentlichen aus einem Gehäusegrundelement 22, welches in der gezeigten Ausführungsform zweiteilig ausgebildet ist und aus einem Gehäusegrundkörper 24 und einer Montagehülse 26 gebildet ist. In dem Gehäusegrundelement 22 ist ein Durchströmabschnitt 28 ausgebildet, welcher von einer Umgebung U zu einem Dichtraum 16 führt, wenn das Druckausgleichselement 12 bestimmungsgemäß verbaut ist. Der Durchströmabschnitt 28 weist eine Einströmseite E und eine Ausströmseite A auf.The pressure compensation element 12 essentially consists of a housing base element 22, which in the embodiment shown is designed in two parts and is formed from a housing base body 24 and a mounting sleeve 26. A flow section 28 is formed in the housing base element 22, which leads from an environment U to a sealing chamber 16 when the pressure compensation element 12 is installed as intended. The flow section 28 has an inflow side E and an outflow side A.

Ferner ist ein die Einströmseite E überdeckender Deckel 30 vorgesehen. Der Deckel 30 ist in der gezeigten Ausführungsform im Querschnitt U-förmig ausgebildet und umschließt die Umgebungsseite des Gehäusegrundelement 22 mit der Einströmseite E vollständig. Damit ist gemeint, dass die Einströmseite E oberseitig vollständig von dem Deckel 30 überdeckt ist. Die U-Form des Deckels 30 ergibt sich vorliegend durch den zentralen Mittelabschnitt 32 des Deckels 30 und sich quer zu dem Mittelabschnitt 32 schenkelartig von dessen Außenseiten erstreckende Seitenflächen 34.Furthermore, a cover 30 covering the inflow side E is provided. In the embodiment shown, the cover 30 is U-shaped in cross section and completely encloses the surrounding side of the housing base element 22 with the inflow side E. This means that the inflow side E is completely covered on the top by the cover 30. The U-shape of the cover 30 results in the present case from the central middle section 32 of the cover 30 and side surfaces 34 extending transversely to the middle section 32 like legs from its outer sides.

Wie in 2 gut erkennbar ist, ist der Deckel 30 formschlüssig gegenüber der Montagehülse 26 fixiert, indem dieser aufgesteckt oder umspritzt ist. Vorzugsweise ist der Deckel 30 demontierbar aufgesteckt, damit der bedarfsweise abnehmbar ist.As in 2 As can be clearly seen, the cover 30 is fixed in a form-fitting manner relative to the mounting sleeve 26 by being plugged on or molded around. Preferably, the cover 30 is plugged on in a removable manner so that it can be removed if necessary.

Die Montagehülse 26 ist ebenfalls formschlüssig gegenüber dem Gehäusegrundkörper 24 fixiert. Zur Fixierung der Montagehülse 26 gegenüber dem Gehäusegrundkörper 24 sind an dem Gehäusegrundkörper 24 mehrere biegeelastische Rastelemente 36 ausgebildet, welche im in 2 gezeigten montierten Zustand mit einem an der Montagehülse 26 ausgebildeten Absatz 38 verrastet sind.The mounting sleeve 26 is also fixed in a form-fitting manner relative to the housing base body 24. To fix the mounting sleeve 26 relative to the housing base body 24, several flexible locking elements 36 are formed on the housing base body 24, which in 2 shown assembled state are locked into place with a shoulder 38 formed on the mounting sleeve 26.

In dem Gehäusegrundkörper 24 ist ein Ventilelement 40 angeordnet, welches derart ausgebildet ist, dass es den Durchströmabschnitt 28 bei Unterdruck im Dichtraum 16 öffnet und bei Überdruck oder ohne Druckunterschied den Übergang zum Dichtraum 16 schließt.A valve element 40 is arranged in the housing base body 24, which is designed such that it opens the flow section 28 when there is negative pressure in the sealing chamber 16 and closes the transition to the sealing chamber 16 when there is excess pressure or no pressure difference.

In 2 ist das Druckausgleichselement 12 bei Unterdruck im Dichtraum 16 gezeigt. In diesem Zustand ist ein tellerartig ausgebildeter Dichtabschnitt 42 biegeelastisch derart verformt, dass sich zwischen einer Innenwand 44 und dem tellerartig ausgebildeten Dichtabschnitt 42 ein Spalt s bildet, um einen Fluidstrom gemäß den in 2 und 3 dargestellten Pfeilen F zu ermöglichen.In 2 the pressure compensation element 12 is shown at negative pressure in the sealing chamber 16. In this state, a plate-shaped sealing section 42 is deformed in a flexible manner such that a gap s is formed between an inner wall 44 and the plate-shaped sealing section 42 in order to allow a fluid flow according to the 2 and 3 shown arrows F.

Im Bereich der Ausströmöffnung ist der Gehäusegrundkörper 24 mittels einer Membran 46 für den Durchtritt von Feststoffen verschlossen. Die Membran 46 ist als flächiges Element ausgebildet und liegt plan an einer flanschartig ausgebildeten Außenseite 48 des Gehäusegrundkörpers 24 an. Die Membran 46 ist nur gasdurchlässig, aber nicht durchlässig für Feststoffe. Vorzugsweise ist die Membran 46 auch nicht durchlässig für Flüssigkeiten. Mit der Membran 46 wird daher wirksam das Eindringen von Schmutz oder sonstigen Partikeln verhindert sowie optional und bevorzugt auch das Eindringen von Flüssigkeiten, insbesondere Regenwasser und Spritzwasser von der Umgebung U zum Dichtraum 16. Die Membran ist insoweit semipermeabel.In the area of the outflow opening, the housing base body 24 is closed by means of a membrane 46 to prevent solids from passing through. The membrane 46 is designed as a flat element and lies flat against a flange-like outer side 48 of the housing base body 24. The membrane 46 is only permeable to gases, but not permeable to solids. Preferably, the membrane 46 is also not permeable to liquids. The membrane 46 therefore effectively prevents the ingress of dirt or other particles and optionally and preferably also the ingress of liquids, in particular rainwater and splash water from the environment U into the sealing chamber 16. The membrane is semi-permeable in this respect.

Wie in 2 gut erkennbar ist, sind an dem Ventilelement 14 ein oder mehrere Rastelemente 50 ausgebildet, um das Ventilelement 40 durch einfaches Einstecken und Verrasten gegenüber einem an dem Gehäusegrundkörper 24 ausgebildeten Absatz 52 montieren zu können.As in 2 As can be clearly seen, one or more locking elements 50 are formed on the valve element 14 in order to be able to mount the valve element 40 by simply inserting and locking it relative to a shoulder 52 formed on the housing base body 24.

Das Ventilelement 40 ist in der gezeigten Ausführungsform einstückig hergestellt. Es ist vorzugsweise aus einem biegeelastischen Werkstoff hergestellt, insbesondere aus Gummi oder aus Silikon.In the embodiment shown, the valve element 40 is made in one piece. It is preferably made of a flexible material, in particular rubber or silicone.

In 2 ist ferner zu erkennen, dass zwischen dem Gehäusegrundkörper 24 und der Montagehülse 26 ein Dichtelement 54 in Form eines Dichtrings 56 angeordnet ist. Zur Lagefixierung des Dichtrings 56 ist an dem Gehäusegrundkörper 24 als Dichtelement-Abschnitt eine nutartige Vertiefung 58 ausgebildet.In 2 It can also be seen that a sealing element 54 in the form of a sealing ring 56 is arranged between the housing base body 24 and the mounting sleeve 26. To fix the position of the sealing ring 56, a groove-like recess 58 is formed on the housing base body 24 as a sealing element section.

Die Montage eines erfindungsgemäßen Druckausgleichselements 12 kann auf besonders einfache Art und Weise wie folgt erfolgen:

  • Zunächst kann der Gehäusegrundkörper 24 in Richtung des in 1 eingetragenen Pfeils 1 in eine Öffnung eines Bauelements 60 eingesetzt werden. Dort kann der Gehäusegrundkörper 24, insbesondere mit Hilfe eines Dichtelements 62, vorfixiert werden. Eine derartige Vorfixierung mit Hilfe eines Dichtelements 62 kann insbesondere durch Umspritzen eines flanschartig ausgebildeten Endabschnitts 64 des Gehäusegrundkörpers 24 erfolgen.
The assembly of a pressure compensation element 12 according to the invention can be carried out in a particularly simple manner as follows:
  • First, the housing base body 24 can be pushed in the direction of the 1 entered arrow 1 into an opening of a component 60. The housing base body 24 can be pre-fixed there, in particular with the aid of a sealing element 62. Such pre-fixing with the aid of a sealing element 62 can be carried out in particular by overmolding a flange-like end section 64 of the housing base body 24.

Das Ventilelement 40 kann bereits vor der Montage in den Gehäusegrundkörper 24 eingesetzt sein oder nachträglich in diesen eingesetzt werden.The valve element 40 can be inserted into the housing base body 24 before assembly or can be inserted therein subsequently.

Anschließend kann die Montagehülse 26 von der anderen Seite des Bauelements 60 gemäß dem Pfeil 2 in 1 eingesetzt werden. Dabei werden der Gehäusegrundkörper 24 und die Montagehülse 26 derart zusammengeschoben, dass die Rastelemente 36 des Gehäusegrundkörpers 24 mit dem Absatz 38 der Montagehülse verrasten.The mounting sleeve 26 can then be pushed from the other side of the component 60 according to the arrow 2 into 1 The housing base body 24 and the mounting sleeve 26 are pushed together in such a way that the locking elements 36 of the housing base body 24 lock into the shoulder 38 of the mounting sleeve.

Der Deckel 30 kann nachträglich auf die Montagehülse 26 aufgesteckt werden oder vormontiert sein. Auch der Dichtring 56 kann beim Einführen des Gehäusegrundkörpers 24 vormontiert sein oder nach dem Durchstecken durch die Öffnung in dem Bauelement 60 montiert werden.The cover 30 can be subsequently placed on the mounting sleeve 26 or can be pre-assembled. The sealing ring 56 can also be pre-assembled when the housing base body 24 is inserted or can be mounted after it has been pushed through the opening in the component 60.

Die 4 und 5 zeigen das erfindungsgemäße Druckausgleichselement 12 bei gleichen Druckverhältnissen im Dichtraum 16 und der Umgebung U bzw. bei Überdruck im Dichtraum 16. In diesem Zustand ist das Ventilelement 40 in Schließstellung, was daran zu erkennen ist, dass der tellerartig ausgebildete Dichtabschnitt 42 an der Innenwand 44 des Gehäusegrundkörpers 24 anliegt.The 4 and 5 show the pressure compensation element 12 according to the invention at equal pressure conditions in the sealing chamber 16 and the environment U or at overpressure in the sealing chamber 16. In this state, the valve element 40 is in the closed position, which can be seen from the fact that the plate-shaped sealing section 42 rests against the inner wall 44 of the housing base body 24.

In den 6 und 7 ist das erfindungsgemäße Druckausgleichselement 12 während einer Prüfsituation gezeigt, in welcher ein Prüfgerät 66 mit einem Druckstempel 68 bei demontiertem Deckel 30 von oben in den Durchströmabschnitt 28 eingebracht ist. Wie in 6 zu erkennen ist, weist das Prüfgerät 66 einen stempelartigen Vorsprung 68 auf. Ferner ist ein Dichtelement 70 vorgesehen, welches den Bereich zwischen einem tellerartig ausgebildeten Anlageabschnitt 72 und der Montagehülse 26 abdichtet.In the 6 and 7 the pressure compensation element 12 according to the invention is shown during a test situation in which a test device 66 with a pressure stamp 68 is introduced into the flow section 28 from above with the cover 30 removed. As in 6 As can be seen, the testing device 66 has a stamp-like projection 68. Furthermore, a sealing element 70 is provided which seals the area between a plate-like contact section 72 and the mounting sleeve 26.

Wird das Prüfgerät 66 bei abgenommenen Deckel 30 von oben in den Durchströmabschnitt 28 eingebracht und gegen das Ventilelement 40 gedrückt, wird das Ventilelement 40 in Richtung Dichtraum 16 verschoben, wodurch sich der tellerartig ausgebildete Dichtabschnitt 42 von der Innenwand 44 des Gehäusegrundkörpers 24 entfernt. Dadurch stellt sich wiederum ein Spalt s zwischen dem tellerartig ausgebildeten Dichtabschnitt 42 und der Innenwand 44 ein, so dass Fluid gemäß den Pfeilen F strömen kann.If the test device 66 is inserted into the flow section 28 from above with the cover 30 removed and pressed against the valve element 40, the valve element 40 is displaced in the direction of the sealing chamber 16, whereby the plate-shaped sealing section 42 moves away from the inner wall 44 of the housing base body 24. This in turn creates a gap s between the plate-shaped sealing section 42 and the inner wall 44, so that fluid can flow according to the arrows F.

In dem Prüfgerät 66 ist eine Öffnung 74 ausgebildet, über welche erfasst werden kann, ob Fluid gemäß den Pfeilen F aus dem Prüfgerät 66 herausströmt. Durch Erzeugung eines Überdrucks im Dichtraum 16 und Anwendung des Prüfgeräts 66 kann so geprüft werden, ob das Ventilelement 40 zuverlässig arbeitet und bei Nichtbetätigung des Prüfgeräts 66 der Fluidstrom unterbrochen wird. Ist dies nicht der Fall, muss das Ventilelement 40 oder der gesamte Gehäusegrundkörper 24 mit eingesetzten Ventilelement 40 gegebenenfalls ersetzt oder durch Wartungs- bzw. Reparaturarbeiten wieder funktionsfähig gemacht bzw. instandgesetzt werden.An opening 74 is formed in the test device 66, through which it can be determined whether fluid is flowing out of the test device 66 according to the arrows F. By generating an overpressure in the sealing chamber 16 and using the test device 66, it can be checked whether the valve element 40 is working reliably and whether the fluid flow is interrupted when the test device 66 is not actuated. If this is not the case, the valve element 40 or the entire housing base body 24 with the valve element 40 inserted must be replaced if necessary or made functional again or repaired through maintenance or repair work.

Mit dem erfindungsgemäßen Druckausgleichselement 12 kann auf einfach zu montierende Art und Weise ein Druckausgleich in einem Batteriesystem eines Fahrzeugs in eine Richtung ermöglicht werden. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn der Druckausgleich in die andere Richtung an einem anderen Ort erfolgen soll oder erfolgen muss. Mit dem erfindungsgemäßen Druckausgleichselement 12 können insoweit insbesondere konstruktive Herausforderungen gemeistert werden, die ein Anordnen von Druckausgleichselementen für Überdruck und Unterdruck an unterschiedlichen Orten innerhalb eines Batteriesystems eines Kraftfahrzeugs erfordern.The pressure compensation element 12 according to the invention enables pressure compensation in a battery system of a vehicle in one direction in a manner that is easy to install. This is particularly advantageous if the pressure compensation in the other direction is to be or must be carried out at a different location. The pressure compensation element 12 according to the invention can therefore be used to overcome design challenges that require pressure compensation elements for overpressure and underpressure to be arranged at different locations within a battery system of a motor vehicle.

Die in der vorliegenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebigen Kombinationen für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein. Die Erfindung kann im Rahmen der Ansprüche und unter Berücksichtigung der Kenntnisse des zuständigen Fachmanns variiert werden.The features of the invention disclosed in the present description, in the drawings and in the claims can be used both individually and in any combination for the implementation ization of the invention in its various embodiments. The invention can be varied within the scope of the claims and taking into account the knowledge of the person skilled in the art.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11
PfeilArrow
22
PfeilArrow
1010
Fahrzeug-BatteriesystemVehicle battery system
1212
DruckausgleichselementPressure compensation element
1414
oberes Batteriegehäuseelementupper battery housing element
1616
Dichtraum / abgedichteter BatterieraumSealed compartment / sealed battery compartment
1818
unteres Batteriegehäuseelementlower battery housing element
2020
ÜberdruckventilPressure relief valve
2222
GehäusegrundelementHousing base element
2424
GehäusegrundkörperHousing base
2626
MontagehülseAssembly sleeve
2828
DurchströmabschnittFlow section
3030
DeckelLid
3232
MittelabschnittMiddle section
3434
SeitenflächenSide surfaces
3636
RastelementLocking element
3838
AbsatzParagraph
4040
VentilelementValve element
4242
DichtabschnittSealing section
4444
InnenwandInterior wall
4646
Membranmembrane
4848
AußenseiteOutside
5050
RastelementLocking element
5252
AbsatzParagraph
5454
DichtelementSealing element
5656
DichtringSealing ring
5858
Vertiefungdeepening
6060
BauelementComponent
6262
DichtelementSealing element
6464
EndabschnittEnd section
6666
PrüfgerätTest device
6868
Vorsprunghead Start
7070
DichtelementSealing element
7272
AnlageabschnittInvestment section
7474
Öffnung Opening
AA
AusströmseiteOutflow side
EE
EinströmseiteInflow side
FF
PfeilArrow
UU
Umgebung Vicinity
ss
Spaltgap

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102017221622 A1 [0002]DE 102017221622 A1 [0002]
  • DE 102013218911 A1 [0003]DE 102013218911 A1 [0003]
  • DE 102019215433 A1 [0004]DE 102019215433 A1 [0004]

Claims (10)

Druckausgleichselement (12) für ein Batteriesystem, mit einem Gehäusegrundelement (22), welches einen von einer Umgebung (U) zu einem Dichtraum (16) führenden Durchströmabschnitt (28) mit einer Einströmseite (E) und einer Ausströmseite (A) aufweist, mit einem auf der Umgebungsseite des Gehäusegrundelements (22) angeordneten, die Einströmseite (E) überdeckenden Deckel (30) und mit einem in dem Gehäusegrundelement (22) angeordneten Ventilelement (40), welches derart ausgebildet ist, dass es den Durchströmabschnitt (28) bei Unterdruck im Dichtraum (16) öffnet und bei Überdruck im Dichtraum (16) schließt, wobei eine Ausströmöffnung aus dem Gehäusegrundelement (22) stromabwärts des Dichtelements (40) mittels einer Membran (46) verschlossen ist.Pressure compensation element (12) for a battery system, with a housing base element (22) which has a flow section (28) leading from an environment (U) to a sealing chamber (16) with an inflow side (E) and an outflow side (A), with a cover (30) arranged on the environment side of the housing base element (22) and covering the inflow side (E), and with a valve element (40) arranged in the housing base element (22) which is designed such that it opens the flow section (28) when there is negative pressure in the sealing chamber (16) and closes it when there is positive pressure in the sealing chamber (16), wherein an outflow opening from the housing base element (22) downstream of the sealing element (40) is closed by means of a membrane (46). Druckausgleichselement (12) nach dem vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilelement (40) aus einem elastischen Material gebildet ist und das Öffnen bei Unterdruck durch elastische Materialverformung des Ventilelements (40) erfolgt.Pressure compensation element (12) according to the preceding claim, characterized in that the valve element (40) is made of an elastic material and the opening in the event of negative pressure takes place by elastic material deformation of the valve element (40). Druckausgleichselement (12) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilelement (40) verrastet in dem Gehäusegrundelement (22) befestigt ist.Pressure compensation element (12) according to one of the preceding claims, characterized in that the valve element (40) is fastened in a latched manner in the housing base element (22). Druckausgleichselement (12) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Ventilelement (40) selbst mindestens ein tellerartig ausgebildeter Dichtabschnitt (42) und/oder ein kragenartig ausgebildetes Rastelement (50) ausgebildet ist.Pressure compensation element (12) according to one of the preceding claims, characterized in that at least one plate-like sealing section (42) and/or a collar-like locking element (50) is formed on the valve element (40) itself. Druckausgleichselement (12) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilelement (40) einstückig ausgebildet ist.Pressure compensation element (12) according to one of the preceding claims, characterized in that the valve element (40) is formed in one piece. Druckausgleichselement (12) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäusegrundelement (22) mindestens zweiteilig ausgebildet ist und aus einem Gehäusegrundkörper (24) sowie einer funktional mit diesem verbundenen Montagehülse (26) gebildet ist.Pressure compensation element (12) according to one of the preceding claims, characterized in that the housing base element (22) is designed in at least two parts and is formed from a housing base body (24) and a mounting sleeve (26) functionally connected to the latter. Druckausgleichselement (12) nach dem vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Gehäusegrundkörper (24) und der Montagehülse (26) ein Dichtelement (54) angeordnet ist.Pressure compensation element (12) according to the preceding claim, characterized in that a sealing element (54) is arranged between the housing base body (24) and the mounting sleeve (26). Druckausgleichselement (12) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Deckel (30) im Querschnitt u-förmig ausgebildet und der Deckel (30) die Umgebungsseite des Gehäusegrundelements (22) umschließend angeordnet ist.Pressure compensation element (12) according to one of the preceding claims, characterized in that the cover (30) is U-shaped in cross section and the cover (30) is arranged to enclose the surrounding side of the housing base element (22). Fahrzeug-Batteriesystem (10) mit einem abgedichteten Batterieraum (16), der in Richtung zu einer Umgebung (U) mittels eines Druckausgleichselements (12) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 verschlossen ist und zusätzlich an einer anderen Position ein Überdruckventil (20) aufweist, das bei Überdruck im Batterieraum (16) einen Druckausgleich zur Umgebung (U) oder zu einem anderen Druckraum ermöglicht.Vehicle battery system (10) with a sealed battery compartment (16) which is closed off towards an environment (U) by means of a pressure compensation element (12) according to one of the Claims 1 until 8th is closed and additionally has a pressure relief valve (20) at another position, which enables pressure equalization to the environment (U) or to another pressure chamber in the event of excess pressure in the battery chamber (16). Fahrzeug mit einem Druckausgleichselement (12) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 und/oder mit einem Fahrzeug-Batteriesystem (10) nach dem vorstehenden Anspruch.Vehicle with a pressure compensation element (12) according to one of the Claims 1 until 8th and/or with a vehicle battery system (10) according to the preceding claim.
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