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Die Erfindung betrifft eine Batterieanordnung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Flüssigkeitsbatterien enthalten u. a. Säure, die bei Beschädigung der Batterie und gegebenenfalls eines diese aufnehmenden Batteriekastens unter ungünstigen Umständen austreten könnte und so z. B. bei einem Unfall gegenüber Fahrzeuginsassen, Rettungskräfte oder andere Unfallbeteiligte Verletzungspotential hat. Letzteres ist insbesondere dann der Fall, wenn der Ort der Batterie und ein Fahrgastraum in Verbindung stehen.
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Um diese Gefahren und Nachteile zu verhindern bzw. zu verringern, ist es bekannt, Batterien mit Behältnissen wie z. B. Batteriekästen zu umgeben, die säuredicht sind und austretende Batterieflüssigkeiten auffangen.
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Die Patentveröffentlichung
DE 101 03 553 A1 beschreibt eine Art Abdeckung für eine Batterie, die als dichte Elastomerhülle ausgebildet ist und aus einem flexiblen säurebeständigen Material besteht. Bei dieser Anmeldung ist die Abdeckung als nach unten offene Haube ausgebildet, die man über die Batterie stülpen kann. Diese Lösung bezieht sich auf den Sonderfall des Austritts von Batteriesäure nach einem Fahrzeugüberschlag.
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Die Patentveröffentlichung
DE 43 40 007 A1 beschreibt eine Aufnahme für eine Fahrzeugbatterie, die insbesondere störende Schwingungen im Fahrzeug mit einem entgegenwirkenden Tilgersystem auffängt. Eine besondere Ausführungsform dieser Batterieaufnahme ist, daß die gesamte Aufnahme mit einem elastischen Material, insbesondere in der Art von Schaumgummi, ausgekleidet ist. Diese Schaumgummiauskleidung ist im Hinblick auf Dämpfung von Schwingungen und Wärmeisolierung ausgelegt.
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Die Patentveröffentlichung
DE 43 33 181 A1 beschreibt eine elektrische Batterie, insbesondere eine Zink-Brom-Batterie, mit von der Batterie örtlich getrennten Vorratstanks für den Elektrolyten. Der Kern der Erfindung ist, daß die Tankbehälter für den Elektrolyten – nicht aber die Batterie selbst – mit einer den Elektrolyten speichernden schwammartigen Masse gefüllt bzw. von einer Schutzhülle mit einem Material umgeben sind, das den austretenden Elektrolyten insbesondere durch eine chemische Reaktion bindet und so im Crashfall ein Auslaufen des Elektrolyten verhindert. Beschrieben sind nur Materialien, die sich dabei durch die angesprochene chemische Reaktion chemisch verändern.
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Die
US 4 348 466 A beschreibt einen Batteriekasten, der elektrolytische Batterien vor dem Auslaufen schützt. Das Besondere an diesem Batteriekasten sind Kammern zum Sammeln der Säure, wenn die Batterie auf eine beliebige Seite kippt, und labyrinthartige Ventile im Deckel des Batteriekastens, die als Auslaufschutz dienen. Diese besonderen Ventile erlauben Ausgasen, verhindern aber Auslaufen von Batterieflüssigkeit, z. B. bei einem Unfall. Die ausgelaufene Flüssigkeit kann sich in den Kammern also frei bewegen.
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Das Gebrauchsmuster
DE 85 31 259 U1 beschreibt einen Batteriekasten, der als Thermobox ausgebildet ist. Da im Winter jede Batterie einen Teil ihrer Kapazität durch die Kälteeinwirkung verliert und während des Sommers, Wenn die Batterie großer Hitze ausgesetzt ist, ein Teil des destillierten Wassers verdunstet, soll diese Thermobox, die einen losen Boden und einen Deckel besitzt, die Batterie vor Kälte- und Wärmeeinfluß schützen. Der Kern dieser Erfindung ist eine säure- und ölfeste Schutzummantelung, die als Isolierung dient. Als Isolierstoff ist ein poriges Schaummaterial von ca. 10–15 mm Stärke vorgesehen, das offensichtlich allein im Hinblick auf Wärmeisolation gewählt ist; daß an das Verhindern des Austretens von Flüssigkeit nicht gedacht ist, folgt schon aus dem Vorhandensein eines losen Bodens.
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Die Patentveröffentlichung
DE 198 55 369 A1 beschreibt eine nach unten offene Schutzhaube für Batterien gegen schwankende Temperatureinflüsse. Ähnlich wie das Gebrauchsmuster
DE 85 31 259 U1 beschreibt diese Anmeldung eine Schutzhaube aus einem leichten Schaumstoff, der z. B. geschäumtes Polysyrol (z. B. Markenname Styropor) sein kann. Die Schutzhaube hat auf ihrer Oberseite Aussparungen für die Batterieanschlüsse und besitzt definitionsgemäß keinen Boden. Diese Konstruktion dient also lediglich dem Schutz vor Kälte.
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Die Patentveröffentlichung
DE 32 32 487 A1 beschreibt wie das Gebrauchsmuster
DE 85 31 259 U1 und die Patentveröffentlichung
DE 198 55 369 A1 eine Schutzeinrichtung für Batterien, die die Batterie gegen Temperatureinflüsse schützen soll. Diese wärmeisolierende Abdeckung für Batterien besteht aus einer innen und außen mit säurebeständigem Kunststoff abgedeckten Wärmeschicht. Die Kunststoffschicht stellt einen geeigneten Schutz gegen eventuell aus der Batterie austretende Säure dar, die also wieder behälterartig aufgefangen wird.
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Auch die deutsche Patentveröffentlichung
DE 1 671 787 A beschreibt eine Schutzhülle für Kraftfahrzeugbatterien mit einem umschließenden Kasten aus thermisch isolierendem Polystyrol-Schaumstoff.
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Aus der
US 5 293 951 A ist eine Schutzhülle für eine Batterie bekannt, die die Umgebung der Batterie gegen Säure schützen soll. Diese bekannte Schutzhülle ist als geschlossenes Gehäuse gebildet, welches die Batterie vollständig umgibt. Allgemein soll dieser Behälter zum Auffangen von Batterieflüssigkeit dienen. Als Material für die Schutzhülle wird ein Polycarbonat-Harz verwendet.
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In der
US 5 840 439 A wird eine Batterieabdeckung beschrieben, die ein Austreten von Säure aus einer der Batteriezellen ins Freie verhindert. Dazu weist die bekannte Abdeckung verschiedene Kammern auf, welche so ausgebildet sind, daß aus der Batterie ausgetretene Säure aufgefangen und in die entsprechende Batteriezelle zurückgeführt wird.
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Zusammenfassend kann man sagen, daß der Kern aller beschriebenen Schutzrechtsanmeldungen bzw. Schutzrechte ist, daß Batteriesäure aus undichten Batterien in einem Auffangbehälter wie z. B. einem Batteriekasten oder einem anderen säuredichten Behältnis aufgefangen wird.
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Darüber hinaus sind im Stand der Technik, etwa durch die österreichische Patentschrift
AT 268 403 B , sogenannte leak-proof-Zellen bekannt, welche in eine Hülle aus saugfähigem Material eingeschlossen sind. Diese Hülle dient der Absorption von aufgrund zunehmender Zerstörung der Zellwände durch Alterungserscheinungen austretendem Elektrolyt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Batterieanordnung zu schaffen, die insbesondere im Falle eines Unfalls eines mit der Batterieanordnung ausgerüsteten Fahrzeugs zumindest weitgehende Sicherheit gegen das Austreten von Batteriesäure aus einer beschädigten Batterie in die Umgebung bietet.
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Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe besteht in den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs. Vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung beschreiben die Unteransprüche.
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Der wesentliche Unterschied gegenüber herkömmlichen Batterieanordnungen ist, daß bisher die Hülle einer Batterieanordnung, egal ob elastisch, wie beispielsweise in der
DE 43 40 007 A1 oder in der
DE 101 03 533 A1 , oder starr, wie beispielsweise in der
US 5 840 439 A , die nach einem Unfall austretende Batterieflüssigkeit auffangen soll, während die Erfindung jetzt die aus der Batterie austretende Batteriesäure zumindest teilweise aufsaugt.
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Der Vorteil einer saugfähigen gegenüber einer allein auffangenden Batteriehülle ist, daß bei einem Unfall keine oder zumindest deutlich weniger Batterieflüssigkeit in die Umgebung austreten kann, auch wenn die Batteriehülle teilweise zerstört wird. Wenn eine ausschließlich auffangende Batteriehülle auch nur kleine Beschädigungen aufweist, so kann doch aus diesen kleinen Öffnungen ätzende Batterieflüssigkeit austreten und Unfallbeteiligte und -helfer gefährden. Insbesondere starre Batteriekästen erweisen sich oft nicht als sehr crashfest.
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Wenn die Batterie selbstständig, d. h. ohne Unfallcrash, beispielsweise durch einen Fabrikationsfehler, undicht wird, reicht eine bekannte auffangende Hülle im Allgemeinen aus. Aber auch die in der Erfindung beschriebene aufsaugende Hülle fängt in geringen Mengen austretende Batterieflüssigkeit zuverlässig auf. Zusammenfassend kann man sagen, herkömmliche Batteriekästen und -hüllen fangen durch ein Leck aus der Batterie austretende Batterieflüssigkeit ausreichend auf, während die aufsaugende Hülle darüber hinaus bei einer von außen einwirkenden zerstörerischen Kraft, wie zum Beispiel bei einem Crash, sowie ebenfalls bei einem Leck die Umgebung vor austretender Batterieflüssigkeit zumindest weitgehend schützt. Vorteilhaft kann die saugfähige Hülle außen noch von einer crashabsorbierenden Hülle umgeben sein.
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Die erfindungsgemäße Batterieanordnung umfasst eine Nassbatterie und Mittel zum Verhindern oder Vermindern des Flüssigkeitsaustritts, wobei die Mittel eine die Batterie zumindest in ihrem Einbauzustand umgebende Hülle aus saugfähigem Material umfassen, in der austretende Batteriesäure aufgefangen wird, wobei die Hülle mehrschichtig ist. Diese Schichten können so in ihren Eigenschaften aufeinander abgestimmt werden. So kann die erste die Batterie umschließende Schicht aus einem Material bestehen, das austretende Batterieflüssigkeit besonders schnell speichert, und eine weiter außen liegende Schicht, die aber in Kontakt mit der schnell speichernden Schicht steht, kann auf hohe Speicherkapazität und/oder hohe Speichersicherheit der Batterieflüssigkeit ausgelegt sein. In Falle eines Crashs nimmt die innere Schicht dann schnell austretende Batteriesäure auf. Ist diese Schicht mit Flüssigkeit gesättigt, nimmt die weitere Schicht, die Flüssigkeiten besonders sicher und intensiv speichert, einen Teil der Batterieflüssigkeit auf und speichert sie dauerhaft. Die Speicherkapazität dieser Schicht kann z. B. durch entsprechende Bemessung ihrer Dicke an das Säurevolumen der Batterie angepasst sein.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist/sind die saugfähige(n) Schicht(en) von einem mechanischen Schutz umgeben. Dieser mechanische Schutz soll die Batterie so weit wie möglich zusammenhalten und die Gefahr verringern bzw. verhindern, daß die elastischen saugfähigen Hüllen zerstört werden, insbesondere die inneren Schichten vor Schnitten und Rissen schützen. Eine Deformation dieser Schicht bedeutet keinen Verlust der positiven Eigenschaften der darunter liegenden Schicht(en), denn die ist/sind elastisch und flexibel. Dieser mechanische Schutz kann beispielsweise aus einem Gitterkasten oder auch einem Aluminiumkasten bestehen.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die Batterieanordnung außen von einer flexiblen Hülle umgeben. Diese flexible Hülle besteht vorteilhafterweise aus einem säurebeständigen und flüssigkeitsabstoßenden Gewebe. Damit diese Gewebeumhüllung bei einem Crash möglichst nicht reißt, besitzt die Hülle Falten. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Falten senkrecht zur Crashbeanspruchungsrichtung verlaufen und wenn die Falten Heftungen mit Sollreißstellen ausweisen.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im Folgenden anhand mehrerer Figuren erläutert.
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1 gibt perspektivisch schräg von oben gesehen die Batterieanordnung im in das Fahrzeug eingebauten Betriebszustand wieder.
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2 stellt die Batterie mit einer Ummantelung dar, die als offenporige Schwammschicht ausgebildet ist;
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3 zeigt einen crashabsorbierenden Gitterkasten und
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4 die zusammengebaute Batterieanordnung, wie sie in ein Fahrzeug eingebaut wird.
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In 1 ist zu sehen, wie die Batterie 1 durch eine saugfähige Hülle 2 umhüllt wird. Diese Hülle 2 besteht aus mehreren Schichten, deren Material, Anordnung und Dicke anschließend noch geschildert wird. Zwei angenähte Gurte 3 verschließen die Hülle 2 fest (siehe auch 4). Statt der Gurte 3 können auch hochbelastbare Reißverschlüsse verwendet werden. Unter der Hülle 2 sind zwei große Platten 4 montiert, auf denen die Batterie 1 steht.
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Die verschiedenen Schichtender Hülle 2 bauen sich von innen nach außen folgendermaßen auf: Als erstes wird die Batterie durch eine offenporige Schwammschicht 5 umhüllt. Dieses wird auch besonders noch einmal in der 2 deutlich. Diese offenporige Schwammschicht 5 besitzt die Eigenschaft, Flüssigkeit besonders schnell aufnehmen zu können, wie z. B. beim plötzlichen Austreten der Batterieflüssigkeit im Crashfall. Diese Speicherung der Batterieflüssigkeit erfolgt aber nur für kurze Zeit bzw. mit relativ geringer Speicherkapazität. Als zweite Schicht wird daher ein hochsaugfähiges Vliesgewebe 6 verwendet, wie man es z. B. von Öl-Bindevlies aus der Industrie oder von Babywindeln her kennt. Das hochsaugfähige Vliesgewebe 6 arbeitet nach dem Prinzip eines Superabsorbers. Das hochsaugfähige Vliesgewebe 6 kann auch zusätzlich chemische Substanzen wie beispielsweise kleine Gelkugeln enthalten, die die Flüssigkeit binden. Die Aufgabe dieser Schicht ist, besonders viel Flüssigkeit aus der ersten Schicht zu übernehmen und lange und sicher zu speichern.
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Die offenporige Schwammschicht 5 besteht aus einem leitenden Material, damit elektrostatische Ladung abfließen kann. Dieses antistatische Material kann durch die Beimischung von Graphitpulver hergestellt werden.
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Zusammengefaßt kann man sagen, daß die erste Schicht, also die offenporige Schwammschicht 5, ein schnelles Aufsaugen nach dem Crash ermöglicht, aber nur relativ wenig die Flüssigkeit halten kann. Bei Sättigung fließt die meiste Flüssigkeit wieder aus dem Material. Dafür befindet sich jetzt die zweite Umhüllung, also das hochsaugfähige Vliesgewebe 6 mit hoher Speicherkapazität, als eine weitere Schicht um die offenporige Schwammschicht 5. Das hochsaugfähige Vliesgewebe 6 ist nach einem Crash besonders wichtig, denn es sorgt für ein dauerhaftes und sicheres Aufsaugen.
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Diese Schicht 6 dient auch der thermischen Isolation. Diese Eigenschaft ist ein positiver Nebeneffekt.
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Als dritte Umhüllung dient ein Gitterkasten 7 aus einem Drahtgerüst. Der Gitterkasten 7 soll die mechanische Robustheit des Systems, insbesondere im Crashfall, erhöhen. Außerdem verleiht er der Umhüllung eine definierte Form. Ein leichtes Wechseln der Batterie 1 ist damit gewährleistet. Wie in 3 zu sehen ist, besteht der Gitterkasten 7 aus einem Unterteil 8 und aus einem Oberteil 9.
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Die vierte und letzte Umhüllung besteht in diesem Ausführungsbeispiel aus einer Gewebeumhüllung 10. Als Material für die Gewebeumhüllung 10 bietet sich ein Nylongewebe mit hoher Reißfestigkeit an, wie beispielsweise ein Polypropylen(PP)-Kunststoff, wie er beispielsweise in der Motorradbekleidung oder bei Rucksäcken verwendet wird. Die Gewebeumhüllung 10 umschließt das System von außen. Sie ist wasser- und schmutzabweisend, aber luftdurchlässig.
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4 stellt die für den Einbau in ein Fahrzeug fertige Batterieanordnung dar. Man sieht in dieser Figur von den vier Schichten nur noch die äußerste Schicht, nämlich die Gewebeumhüllung 10. Die anderen inneren Schichten sind nicht zu erkennen. Seitlich sind in die Gewebeumhüllung 10 Falten 11 mit einem Faden so eingenäht, daß sie sich beim Crash öffnen und Platz für Teile der eventuell zerstörten Batterie 1 schaffen, ohne daß diese durch die Gewebeumhüllung 10 dringen kann. Die Gewebeumhüllung 10 kann z. B. mit einem U-förmigen Reißverschluß mit Überlappung oder einem Klettband oder Gurten 3, wie in diesem Ausführungsbeispiel gezeigt, zusammengehalten werden. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Falten 11 senkrecht zur Crashbeanspruchungsrichtung C genäht werden.
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Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel kann die dritte Umhüllung, also der Gitterkasten 7, und die vierte Umhüllung, also die Gewebeumhüllung 10, in ihrer Reihenfolge ausgetauscht werden, beziehungsweise der Gitterkasten 7 wird komplett in die Gewebeumhüllung 10 eingenäht. Dann werden die ersten beiden Schichten, die offenporige Schwammschicht 5 und das hochsaugfähige Vliesgewebe 6, erst in die Gewebeumhüllung 10 gepackt, die dann wiederum in den Gitterkasten 7 eingesetzt wird.
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Im Folgenden sei ein grundsätzlich möglicher Funktionsablauf bei einem Heckcrash in Crashbeanspruchungsrichtung C beschrieben, wenn die Batterie hinter dem Radhaus im heckseitigen Kofferraum eines Fahrzeugs mit Frontmotor eingebaut ist: Durch die Deformation des Heckbereichs wird die Batterie 1 mit der Hülle 2 gegen das Radhaus gedrückt. Dabei könnte die Batterie 1 zerstört werden und im schlimmsten Fall könnte Batterieflüssigkeit in die Batteriebox austreten. Die offenporige Schwammschicht 5 ist in der Lage, die Flüssigkeit wie ein Schwamm schnell aufzunehmen. Bei Übersättigung gibt die offenporige Schwammschicht 5 allerdings wieder Batterieflüssigkeit ab. Hier setzt das hochsaugfähige Vliesgewebe 6 ein. Durch die Zwischenspeicherung der Flüssigkeit in der offenporigen Schwammschicht 5 bekommt das hochsaugfähige Vliesgewebe 6 genug Zeit, die abgegebene Flüssigkeitsmenge aus der offenporigen Schwammschicht 5 aufzunehmen und dauerhaft zu binden. Ein Teil der Batterieflüssigkeit verbleibt in der offenporigen Schwammschicht 5. Der Gitterkasten 7 verformt sich durch den Crash in Crashbeanspruchungsrichtung C und hält die beiden flüssigkeitsaufnehmenden Umhüllungen zusammen. Die eingenähten Falten 11 der Gewebeumhüllung 10 dehnen sich aus und geben der zerstörten Batterie 1 im Inneren der Hülle 2 ausreichend Platz sich zu deformieren und auszubreiten. Die angenähten Gurte 3 halten Unterteil 8 und Oberteil 9 des Gitterkastens 7 zusammen. Es dringt so keine oder nur wenig Batterieflüssigkeit nach außen; die Insassen bleiben von austretender Batterieflüssigkeit verschont.
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Wie diese Beschreibung eines Ausführungsbeispiels zeigt, löst die Erfindung die gestellte Aufgabe mit preisgünstigen, fertigungs- und montagemäßig unkritischen Mitteln.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Batterie
- 2
- Hülle
- 3
- Gurte
- 4
- Platten
- 5
- offenporige Schwammschicht
- 6
- hochsaugfähiges Vliesgewebe
- 7
- Gitterkasten
- 8
- Unterteil des Gitterkastens
- 9
- Oberteil des Gitterkastens
- 10
- Gewebeumhüllung
- 11
- Falten
- C
- Crashbeanspruchungsrichtung
