Boot mit Elektroantrieb

Die Erfindung betrifft ein Boot mit einer Batterie, die sich in einem Batteriegehäuse befindet.

Boote mit Elektroantrieb besitzen an Bord Batterien als Energiespeicher. Lithium- Ionen-Batterien sind hierbei bevorzugte Energiespeicher für elektrische

Antriebssysteme auf Booten. Je nach benötigter Energiemenge, benötigter

Spannungshöhe des Antriebssystems, verwendeter Zellchemie und Zellkapazität wird die Batterie als Reihen-und /oder Serienschaltung von Einzelzellen realisiert.

Für die sichere Nutzung einer Batterie, insbesondere einer Lithium-Ionen-Batterie, an Bord eines Bootes ist es notwendig, ein Batteriemanagement zu verwenden, welches dafür sorgt, dass die Batterie nur innerhalb ihrer sicheren Grenzen betrieben werden kann. Je nach Typ des Bootes ist der Schutz der Batterie gegen Umwelteinflüsse unterschiedlich gut und auch die Abgrenzung gegenüber Räumen, in denen sich Personen aufhalten, ist unterschiedlich intensiv. Bei einer Bootsanwendung sind die Komponenten einer erhöhten Luftfeuchte und teilweise auch Spritzwasser ausgesetzt. Die erhöhte Luftfeuchte kann zusammen mit abwechselnder Erwärmung und Abkühlung, wie sie für den Batteriebetrieb typisch sind, zur Kondensation der Luftfeuchtigkeit innerhalb der Batterie führen. Diese

Kondensation kann wiederum zur Korrosion sowie zur Beeinträchtigung von

Isolierstrecken führen.

Batterien, die für den Einsatz auf Booten konzipiert sind, sind gemäß Schutzart IP67 wasserdicht auszuführen. Für den Fall des Eindringen von Wassers ins Boot oder im Fall einer Havarie dürfen keine spannungsführenden Teile mit dem Wasser in Kontakt kommen. Zur Realisierung dieser Schutznorm wird die Batterie mit einem ^'

wasserdichten Batteriegehäuse versehen.

Bei vollständig dichtem Batteriegehäuse kommt es bei Temperaturwechseln zu einer Druckdifferenz zwischen dem Batterieinnern und der Umgebung. Die Druckdifferenz

BESTÄTIGUNGSKOPIE kann zu einer Belastung der Dichtungen bis zu deren Versagen und / oder zu einer Deformation des Batteriegehäuses führen.

Aufgabe vorliegender Erfindung ist es daher, ein Boot mit einer Batterie zu entwickeln, wobei die oben genannten Probleme verhindert werden sollen.

Diese Aufgabe wird durch ein Boot mit einer Batterie gelöst, wobei sich die Batterie in einem Batteriegehäuse befindet, und welches dadurch gekennzeichnet ist, dass das Batteriegehäuse mit einem Abgasauslass versehen ist, und dass das Batteriegehäuse mit Ausnahme des Abgasauslasses gas- und wasserdicht ist und dass der

Abgasauslass eine gasdurchlässige Dichtung, insbesondere eine Membran, und ein Überdruckventil umfasst.

Wie oben beschrieben, kann es bei einem vollständig dichten Batteriegehäuse bei Temperaturwechseln zu einer Druckdifferenz zwischen dem Inneren des

Batteriegehäuses und der Umgebung kommen. Zur Kompensation dieser

Druckdifferenz ist ein Gasaustausch zwischen dem Inneren und dem Äußeren des Batteriegehäuses notwendig. Dieser Gasaustausch kann langsam erfolgen, da sich im normalen Betrieb die Druckdifferenz auch nur langsam aufbaut. Erfindungsgemäß wird der Gasaustausch dadurch ermöglicht, dass das Batteriegehäuse einen Abgasauslass aufweist, welcher wiederum eine gasdurchlässige Dichtung, insbesondere eine in beide Richtungen gasdurchlässige Dichtung, umfasst.

Eine Batterie ist aus einer Vielzahl von seriell und/oder parallel geschalteten

Batteriezellen aufgebaut. Sollte es zu einem Fehler des Batteriemanagements kommen, besteht die Gefahr, dass eine Batteriezelle beschädigt wird. In diesem Fall soll sichergestellt werden, dass die Beschädigung der Batteriezelle zu keiner

Personengefährdung führt. Außerdem soll die Beschädigung der Einzelzelle keine Beschädigung der benachbarten Batteriezellen, der sonstigen Batteriekomponenten oder anderer Einheiten des Antriebssystems bzw. des Bootes nach sich ziehen.

In dem unwahrscheinlichen Fall, dass eine Lithium-Ionen-Zelle überladen wird oder ein anderweitiger Schaden an einer der Batteriezellen auftritt, besteht die Gefahr, dass plötzlich eine relativ große Menge an ätzendem und giftigem Gas entsteht. Die

Gasbildung hat eine Druckerhöhung im Inneren der Batteriezelle zur Folge, welche das Batteriegehäuse schlagartig zerstören kann. Eine Explosion der Batteriezelle wäre die Folge. Um die explosive, unkontrollierte Zerstörung des Gehäuses der Batteriezelle zu vermeiden, verfügen die Batteriezellen über eine Sollbruchstelle, die bei einem definierten Zellinnendruck öffnet, bevor eine Zerstörung des übrigen Zellgehäuses stattfinden kann.

Das in einem solchen Fall aus der Batteriezelle entweichende Gas gelangt in das Batteriegehäuse, kann in der Regel über die gasdurchlässige Dichtung des

Abgasauslasses nicht schnell genug abgeführt werden und führt zu einem

Druckanstieg im Batteriegehäuse.

Erfindungsgemäß weist daher der Abgasauslass des Batteriegehäuses zusätzlich ein Überdruckventil auf, welches ab einem bestimmten Druck öffnet und Gas aus dem Inneren des Batteriegehäuses ablässt. Auf diese Weise wird eine Explosion des Batteriegehäuses oder der Batterie wirkungsvoll verhindert.

Die giftigen Dämpfe, die bei einem solchen Schadensfall entstehen können, sind schwerer als Luft und könnten sich daher nach dem Austritt aus der Batterie im Bootsinneren ansammeln. Von Vorteil ist daher eine gezielte Ableitung der Gase von dem Abgasauslass, insbesondere vom Überdruckventil, vorgesehen. Hierzu ist an dem Abgasauslass eine Abgasleitung angeschlossen, über die Gase und Dämpfe aus dem Inneren des Batteriegehäuses an eine Stelle, an der diese gefahrlos abgelassen werden können, insbesondere an eine Stelle außerhalb des Bootes. Die giftigen Dämpfe werden beispielsweise an die Luft oder in das Wasser abgegeben, so dass für die Besatzung des Bootes keine gesundheitliche Gefährdung durch die Gase und Dämpfe entsteht. Vorzugsweise ist die Abgasleitung als flexibler Schlauch ausgebildet.

Die Erfindung eignet sich insbesondere für Boote, die mit Lithium-Ionen-Batterien ausgerüstet sind, beispielsweise Boote mit Elektroantrieb. Die Erfindung findet insbesondere Anwendung für Batterien, die zur Energieversorgung eines

Elektroantriebs eines Bootes dienen, beispielsweise für Batterien mit einer Ladung von mehr als 20Ah, zum Beispiel 20 bis 50 Ah, oder mehr als 50 Ah, zum Beispiel 50 bis 100 Ah oder von 100 bis 150 Ah, und vorzugsweise für Batterien nach Schutzart IP67. Von Vorteil ist die gasdurchlässige Dichtung als semipermeable Membran ausgeführt. Zum Druckausgleich wird über die Dichtung das Eindringen von Luft in das

Batteriegehäuse bei Abkühlung ermöglicht, wobei die semipermeable Membran aber für die in der Luft vorhandene Luftfeuchtigkeit eine Barriere darstellt. Das heißt, Wasserdampf kann über die Membran nicht in das Innere des Batteriegehäuses gelangen. Der Luftfeuchtigkeit, die sich im Inneren des Batteriegehäuses befindet, setzt die Membran beim Entweichen der Innenluft, zu dem es beim Erwärmen der Batterie kommt, keinen oder nur einen geringen Widerstand entgegen. Damit das Gas vollständig von der Batterie in einen unkritischen Bereich abgeleitet werden kann, ist die Abgasleitung möglichst dicht an den Abgasauslass, insbesondere an das Überdruckventil, angeschlossen. Hierzu weist der Abgasauslass von Vorteil an der Stelle der gasdurchlässigen Dichtung und des Überdruckventils einen Flansch auf, der über einen Gewindeanschluss oder einen Klemmanschluss zur dichten

Befestigung der Abgasleitung verfügt.

Die gasdurchlässige Dichtung, beispielsweise eine Membran, und das Überdruckventil werden vorzugsweise nebeneinander an dem Abgasauslass angeordnet. Das

Batteriegehäuse kann auch einen ersten Abgasauslass mit gasdurchlässiger Dichtung besitzen, über den im normalen Betrieb des Akkumulators ein Gasaustausch zwischen dem Inneren des Batteriegehäuses und der Umgebung erfolgen kann. Außerdem kann ein zweiter Abgasauslass mit Überdruckventil vorgesehen sein, welcher dazu dient, im Schadensfall einen erhöhten Druck im Batteriegehäuse abzubauen. Die gasdurchlässige Dichtung ist von Vorteil wasserdicht bzw. wasserundurchlässig ausgeführt, um den Eintritt von Wasser in das Batteriegehäuse zu verhindern. Das Überdruckventil ist im normalen Betrieb ohnehin geschlossen und öffnet nur im

Schadensfall, in dem im Batteriegehäuse ein hoher Gasdruck herrscht. Auf diese Weise wird das Innere des Batteriegehäuses trocken gehalten.

Das Überdruckventil kann beispielsweise durch einen Stopfen realisiert werden, der in eine Einpressöffnung im Batteriegehäuse eingebracht wird. Die Einpressfläche des Stopfens ist so ausgelegt, dass der Stopfen bei einem Druck bestimmter Höhe aus der Einpressöffnung herausgedrückt wird und damit die Funktion eines Überdruckventils einnimmt. Die Druckauslöseschwelle kann durch die Querschnittsfläche des Stopfens und die Steckkraft, mit der der Stopfen in einer Einpressöffnung in dem Batteriegehäuse steckt, eingestellt werden.

In einer anderen Ausführungsform ist das Überdruckventil als Berstscheibe ausgeführt, die bei Überschreiten eines vorgegebenen Berstdruckes zerstört wird und eine

Auslassöffnung freigibt.

Die gasdurchlässige Dichtung und das Überdruckventil können auch zu einer Einheit kombiniert werden. Beispielsweise kann ein Stopfen im Kernbereich über eine

Membran zum ständigen Druckausgleich verfügen.

Das Material der Abgasleitung wird so gewählt, dass es der Temperatur des Gases für die Dauer des Ausströmens widersteht. Der Querschnitt der Abgasleitung wird so groß gewählt, dass die Gasmenge schnell genug entweichen kann, ohne dass es zu einem unzulässigen Druckanstieg im Batteriegehäuse kommt. Bei der Festlegung des Querschnitts der Abgasleitung wird insbesondere auch die Länge der Abgasleitung berücksichtigt. Je länger die Abgasleitung ist, umso größerer wird der Querschnitt vorgesehen, um eine Vergrößerung des Strömungswiderstandes, welcher zu einem kritischen Druckanstieg im Batteriegehäuse führen könnte, zu vermeiden.

In einer Ausführungsform der Erfindung werden die Abgasleitungen mehrerer

Batterien, beispielsweise mit Y- oder T-Stücken, zu einer gemeinsamen

Sammelabgasleitung verbunden, so dass nur die Sammelabgasleitung aus dem Bootsrumpf herausgeführt werden muss. Dadurch wird zum einen der Platzbedarf minimiert, zum anderen werden die Installationskosten gesenkt. Unter der Annahme, dass zeitgleiches Abblasen von Zellen in unterschiedlichen Batterien nicht vorkommt, können Sammel- und Einzelabgasleitungen über den gleichen Querschnitt verfügen.

Bei der Verwendung einer Sammelabgasleitung, an die zwei oder mehr Batterien angeschlossen sind, werden die jeweiligen Überdruckventile und gasdurchlässigen Dichtungen der einzelnen Batterien vorzugsweise so ausgeführt, dass sie einem Druckanstieg in der Sammelabgasleitung, der durch das Ablassen von Gas aus einer benachbarten Batterie hervorgerufen wurde, ohne Beeinträchtigung der Funktion widerstehen können. Die gasdurchlässige Dichtung sollte normalerweise keiner ständigen

Wasserbeanspruchung ausgesetzt sein. Von Vorteil werden daher Maßnahmen ergriffen, um das Eindringen von Wasser in die Abgasleitung zu verhindern. Zu diesem Zweck wird beispielsweise vorgesehen, die Abgasleitung an deren Auslassöffnung, d.h. an der Stelle, an der die Gase die Abgasleitung verlassen, mit einem

Rückschlagventil zu versehen, welches gegenüber dem Gas einen vernachlässigbaren Strömungswiderstand hat. Das Ventil verhindert aber das Eindringen von Wasser, welches von außen gegen die Öffnung spritzt, in die Abgasleitung. Es ist auch möglich, eine anderweitige Dichtung vorzusehen, welche bidirektional gasdurchlässig ist, aber den Durchtritt von Wasser verhindert.

Eine Alternative zum Schutz der Abgasleitung gegen eindringendes Wasser besteht darin, die Abgasleitung so auszuführen und/oder anzuordnen, dass mindestens ein Abschnitt der Abgasleitung höher liegt als deren Auslassöffnung. Die Abgasleitung wird zum Beispiel im Bootsinneren zuerst hinreichend weit in einem geeigneten Winkel nach oben geführt, so dass gegen die Auslassöffnung der Abgasleitung spritzendes Wasser in der aufsteigenden Abgasleitung seine kinetische Energie abbauen kann und zurückfließt, bevor es den höchsten Punkt der Abgasleitung erreicht. Zum Schutz gegen Kondenswasser und zum Schutz vor kleinen Wassermengen, die trotz des Rückschlagventils und / oder der aufsteigenden Abgasleitung in die

Abgasleitung eindringen, ist es günstig, die Abgasleitung vor dem Anschluss an das Batteriegehäuse bzw. an den Abgasauslass des Batteriegehäuses, so tief zu führen, dass das Wasser nicht bis zum Abgasauslass vordringen kann, sondern sich an diesem tiefsten Punkt sammelt.

Es ist weiterhin günstig, an diesem tiefgelegenen Punkt eine Wasserauslassöffnung vorzusehen, damit eingedrungenes Wasser von dort wieder entweichen kann oder abgeführt werden kann. Der Querschnitt der Wasserauslassöffnung wird klein gegen den Querschnitt der Abgasleitung gewählt, so dass das Wasser zwar abfließt, im Falle des Abblasens von Gas aus dem Batteriegehäuse jedoch nur vernachlässigbare Mengen des Gases ins Bootsinnere gelangen können.

Zur Verhinderung oder Reduzierung des Abblasens von Batteriegasen über die Wasserauslassöffnung in das Bootsinnere ist es auch günstig, die Wasserauslassöffnung mit einer Einrichtung zur Durchflussbegrenzung zu versehen, so dass im Schadensfall die über die Wasserauslassöffnung entweichende Gasmenge gesteuert werden kann. Vorzugsweise wird die Wasserauslassöffnung so in der Abgasleitung vorgesehen, dass im Falle des Gasablassens aus dem Batteriegehäuse Umgebungsluft nach dem Strahlpumpenprinzip aus der Wasserablassöffnung angesaugt wird und Zellgas aus dem Batteriegehäuse nicht über die Wasserauslassöffnung entweichen kann. Es ist ebenso möglich, die Wasserauslassöffnung mit einem Wartungsverschluss zu versehen, der regelmäßig zum Ablassen von angesammeltem Wasser geöffnet werden kann. Vorzugsweise wird das Öffnen und Schließen des Wartungsverschlusses über einen Stellvorrichtung automatisiert. Der Wartungsverschluss wird z.B. zeitgesteuert geöffnet oder wenn das Wasser im Inneren der Abgasleitung eine bestimmte Menge überschritten hat.

Die Erfindung sowie weitere Details der Erfindung sollen anhand der schematischen Zeichnungen näher erläutert werden. Hierbei zeigen

Figuren 1 und 2 eine erfindungsgemäße Batterie,

Figur 3 eine Ausführungsform des Überdruckventils,

Figur 4 eine Ausführungsform der Erfindung mit mehreren Batterien,

Figur 5 eine Ausführungsform der Abgasleitung.

In Figur 1 ist schematisch das Batteriegehäuse 1 einer in einem Boot eingesetzten Batterie dargestellt. Die Batterie ist gemäß Schutzart IP67 mit einem gas- und wasserdichten Batteriegehäuse 1 versehen. Bei einem Temperaturanstieg kann es zu einem Druckanstieg im Batteriegehäuse 1 kommen. Erfindungsgemäß ist daher im Batteriegehäuse 1 eine gasdurchlässige Dichtung 2 vorgesehen. Die gasdurchlässige Dichtung 2 ist als semipermeable Membran ausgeführt, welche Gas in beiden

Richtungen, d.h. aus dem Batteriegehäuse 1 zur Umgebung und von der Umgebung in das Batteriegehäuse 1 hinein, durchlässt. Für Wasserdampf ist die Membran 2 dagegen nur in Richtung aus dem Batteriegehäuse 1 heraus durchlässig. Die Membran 2 ermöglicht damit den Ausgleich von Druckdifferenzen zwischen dem Inneren des Batteriegehäuses 1 und der Umgebung, welche insbesondere durch Temperaturwechsel hervorgerufen werden. Neben der Membran 2 ist ein Überdruckventil 3 vorgesehen, welches nur dann öffnet, wenn der Druck im Inneren des Batteriegehäuses 1 einen vorgegebenen Mindestdruck übersteigt. Die Kombination aus Membran 2 und Überdruckventil 3 ermöglicht damit die Kompensation der temperaturbedingten Druckdifferenz zwischen dem Inneren des Batteriegehäuses 1 und der Umgebung im normalen Betrieb und den Ausgleich eines plötzlichen Druckanstiegs im Batteriegehäuse 1 im Falle einer Fehlfunktion oder eines Schadens an einer der Batteriezellen.

Die aus dem Batteriegehäuse 1 austretenden Gase werden in einer Abgasleitung 4 aufgefangen und aus dem Boot abgeleitet. Hierzu wird die Abgasleitung 4 an einem Anschlussstück 5, das die gasdurchlässige Dichtung 2 und das Überdruckventil 3 abdeckt, befestigt. Das aus der Dichtung 2 oder dem Überdruckventil 3 austretende Gas wird in die Abgasleitung 4 geführt. Umgekehrt kann im Falle eines Unterdrucks im Batteriegehäuse 1 Gas über die Abgasleitung 4 und die Dichtung 2 in das

Batteriegehäuse 1 geleitet werden.

Figur 3 zeigt eine Ausführungsform der Dichtung 2 und des Überdruckventils 3. In dieser Ausführungsform sind die Dichtung 2 und das Überdruckventil 3 in einem Dichtungselement 6 vereint. Das Dichtungselement 6 ist als ein Stopfen ausgeführt, der in eine entsprechende Einpressöffnung im Batteriegehäuse 1 eingebracht wird. Steigt der Druck im Inneren des Batteriegehäuses 1 zu stark an, so wird der Stopfen 6 aus der Einpressöffnung gedrückt und die Einpressöffnung wird freigegeben, so dass der Überdruck im Batteriegehäuse 1 schnell abgebaut werden kann.

Der Stopfen 6 ist ringförmig ausgeführt und weist in seiner zentralen Fläche eine Membran 7 auf. Die Membran 7 ist gasdurchlässig und ermöglicht den Druckausgleich bei langsamen Druckanstiegen, wie sie im normalen Betrieb beispielsweise aufgrund von Temperaturänderungen, auftreten können.

In Figur 4 ist eine Anordnung von zwei Batterien und deren Batteriegehäusen 1a, 1 b gezeigt. Analog zu der Ausführung nach Figur 2 ist jedes der Gehäuse 1 a, 1 b mit einem Anschlussstück 5a, 5b und einer Abgasleitung 4a, 4b versehen. Die beiden Abgasleitungen 4a, 4b führen in eine gemeinsame Sammelabgasleitung 8. Die

Querschnitte der Abgasleitungen 4a, 4b und der Sammelabgasleitung 8 sind identisch. Figur 5 zeigt die Anordnung einer Batterie mit Gehäuse 1 in einem Boot 9. Die gasdurchlässige Dichtung und das Überdruckventil sind durch ein Anschlussstück 5 abgedeckt. An das Anschlussstück 5 ist eine Abgasleitung 4 angeschlossen, welche aus dem Batteriegehäuse 1 abgeblasenes Gas zu einer Öffnung 10 im Rumpf des Bootes 9 führt. Die Abgasleitung 4 ist als flexibler Schlauch ausgebildet, welcher so geführt wird, dass sich ein Abschnitt 11 der Abgasleitung 4 oberhalb der Öffnung 10 befindet. In die Öffnung 10 spritzendes und in die Abgasleitung gelangendes Wasser läuft nicht bis zum Batteriegehäuse 1 , sondern muss nach oben in den erhöhten Abschnitt 11 der Abgasleitung 4 fließen. Je nachdem, um wie viel der Abschnitt 11 höher als die Öffnung 10 liegt, geht die gesamte oder ein Großteil der kinetischen Energie eindringenden Wassers verloren, so dass kein oder kaum Wasser bis zum Batteriegehäuse 1 vordringt.

Ein weiterer Abschnitt 12 der Abgasleitung 4 ist so angeordnet, dass dieser tiefer als der Abgasauslass, d.h. tiefer als die Dichtung und das Überdruckventil, liegt. Eventuell in die Abgasleitung 4 eindringendes Wasser oder kondensierender Wasserdampf sammeln sich in diesem U-förmigen Abschnitt 12. Der Abschnitt 12 kann weiterhin an seiner tiefsten Stelle mit einer Wasserauslassöffnung versehen sein, so dass sich ansammelndes Wasser abgelassen werden kann.