Trocknunqseinrichtunq sowie Batteriesvstem und Kraftfahrzeug mit dieser Trocknunqseinrichtunq

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Trocknungseinrichtung zur Minderung einer Feuchtigkeit eines in einem Innenraum eines Gehäuses befindlichen Gases, mit einer Trockenmittel aufweisenden Trockenmittelpatrone. Zudem werden ein Batteriesystem und ein Kraftfahrzeug mit dieser

Trocknungseinrichtung bereitgestellt.

Stand der Technik

Um die Sicherheit von Batteriesystemen, insbesondere Lithium-Ionen- Batteriesystemen, zu gewährleisten sowie zur Optimierung der Energie- und Leistungsparameter als auch der Lebensdauer sind die Batteriezellen des Batteriesystems bevorzugt innerhalb eines definierten Temperaturbereiches zu betreiben. Insbesondere bei hoher Leistungsaufnahme beziehungsweise Leistungsabgabe muss ein Aufheizen der Batteriezellen über eine bestimmte Betriebstemperatur vermieden werden und betriebsbedingt auftretende Wärme abgeführt werden. Zu diesem Zweck werden üblicherweise Kühlsysteme eingesetzt.

Au ßerdem kann es erforderlich sein, zu kühle Batteriezellen auf eine gewünschte Betriebstemperatur zu erwärmen. Auch zu diesem Zweck wird ein

Temperierungssystem eingesetzt. Zur Realisierung der gewünschten

Betriebstemperatur ist somit vorzugsweise eine Anlage zu verwenden, mittels derer Wärme zugeführt sowie auch Wärme abgeführt werden kann.

Zur Kühlung der Batteriezellen wird üblicherweise Luft oder Wasser als Medium eingesetzt, wobei das jeweilige Medium die Wärme aufnimmt und aus den Zellen abführt. Wässrige Kühlmedien werden oftmals durch eine Bodenplatte geleitet, die thermisch zum Beispiel über Bleche mit den Batteriezellen verbunden ist. Bei Nutzung von Luft als Kühlmedium wird diese zwischen den Zellen

hindurchgeführt. Insbesondere bei der Luftkühlung ist ein relativ hoher Aufwand zur Aufbereitung hinsichtlich Entfeuchtung und Filterung der Kühlluft sowie der

Strömungsführung durch das Gehäuse zu den Batteriezellen notwendig. Bei einem wassergekühlten Batteriesystem tritt insbesondere das Problem der Kondenswasserbildung innerhalb des Gehäuses auf.

Zur Verminderung von im Gehäuse anfallender Feuchtigkeit beziehungs

Kondenswasser ist es bekannt, die im Gehäuse befindliche Luft mittels

Trockenmittel zu trocknen.

Dazu sind entsprechende Vorkehrungen zu treffen, wie zum Beispiel die

Positionierung des Trockenmittels im Gehäuse an geeigneter Stelle. Die nicht vorveröffentlichte Anmeldung DE 10 2010 028 861 zeigt dazu eine

Trocknungseinrichtung in einem Gehäuseinnenraum, insbesondere in einem Batteriegehäuseinnenraum, wobei die Trocknungseinrichtung einen

Trockenmittelkörper sowie eine Fixierungseinrichtung zur form- und/oder kraftschlüssigen Fixierung des Trockenmittelkörpers umfasst, mittels derer der

Trockenmittelkörper im Gehäuseinnenraum oder zumindest einen Teil der inneren Oberfläche des Gehäuses ausbildend positionierbar ist.

Offenbarung der Erfindung

Erfindungsgemäß wird eine Trocknungseinrichtung zur Verfügung gestellt, welche zur Minderung einer Feuchtigkeit eines in einem Innenraum eines Gehäuses befindlichen Gases eine Trockenmittel aufweisende

Trockenmittelpatrone umfasst. Dabei weist die Trocknungseinrichtung eine ins Gehäuse eingebrachte oder einbringbare vom Innenraum flüssigkeitsdicht und gasleitend mit dem Innenraum verbundene Schutzkammer auf, in der die Trockenmittelpatrone angeordnet ist.

Hiermit ist es vorteilhaft ermöglicht, das Trockenmittel unter Beibehaltung der Dichtheit oder der Schutzklasse (Schutz gegen elektrischen Schlag) des

Gehäuses auszutauschen, da mit einem Entfernen der Trockenmittelpatrone lediglich die Sicherheitskammer von der Umgebung her zugänglich ist, nicht aber der eigentliche Innenraum des Gehäuses. Damit ist vorteilhaft ein Eindringen von Fremdkörpern in den Innenraum des Gehäuses nicht möglich. So kann ein Kontakt zu Bauteilen im Innenraum des Gehäuses vermieden werden.

Ein Austausch des Trockenmittels kann vergleichsweise risikofrei erfolgen. Der geschlossene und berührungsgeschützte Innenraum des Gehäuses bleibt auch während eines Austauschs der Trockenmittelpatrone erhalten. Besonders vorteilhaft erweist sich diese Eigenschaft bei Batteriesystemen mit

spannungsführenden Bauteilen im Innenraum des Gehäuses.

Bisher war es üblich, die Menge an Trockenmittel in Trocknungseinrichtungen in einer Überdosierung vorzuhalten, da es zu einem Austausch des Trockenmittels eines speziell geschulten Personals bedurfte, wodurch die Serviceintervalle weit auseinanderliegen konnten. Mit der erfindungsgemäßen Trocknungseinrichtung ist eine einfache und risikofreie Austauschbarkeit des Trockenmittels

gewährleistet. Speziell geschultes Personal ist nicht von Nöten. Daher ist es mit der erfindungsgemäßen Trocknungseinrichtung vorteilhaft möglich, eine geringere Menge als bisher üblich an Trockenmittel in der Trocknungseinrichtung zu verwenden. Dadurch können Gewicht und Kosten gesenkt werden. Zudem kann die austauschbare Menge an Trockenmittel variiert werden und den jeweiligen Bedürfnissen entsprechend des Einsatzgebietes leicht angepasst werden. In einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen

Trocknungseinrichtung ist vorgesehen, dass die Schutzkammer ein

Druckausgleichselement umfasst, insbesondere ein Druckausgleichelement mit einer wasserdichten und atmungsaktiven Membran. Druckausgleichselemente sind Standardbauteile. Mit der Anordnung des

Druckausgleichselements in der Trocknungseinrichtung ist es vorteilhaft ermöglicht, einfach und kostengünstig einen Druckausgleich zwischen

Innenraum und Schutzkammer erzeugen zu können. In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen

Trocknungseinrichtung ist vorgesehen, dass eine im Gehäuse an einer Gehäuseau ßenwand angeordnete Schutzabdeckung und die

Gehäuseau ßenwand die Schutzkammer bilden und das Druckausgleichselement in der Schutzabdeckung angeordnet ist. Die Schutzkammer der Trocknungseinrichtung ist in dieser Ausgestaltung zum

Teil von der Gehäuseau ßenwand gebildet. Damit ist es für diesen Teil nicht notwendig, zusätzliches Material für die Erzeugung der Schutzkammer zu verwenden. So können vorteilhaft Material und Gewicht eingespart werden. Alternativ ist in einer anderen bevorzugten Ausgestaltung der

erfindungsgemäßen Trocknungseinrichtung vorgesehen, dass eine durch eine Gehäuseöffnung einer Gehäuseau ßenwand in das Gehäuse eingebrachte oder einbringbare Schutzhülse die Schutzkammer bildet und das

Druckausgleichselement in der Schutzhülse angeordnet ist. Insbesondere ist hierbei vorgesehen, dass die Schutzhülse ein Au ßengewinde aufweist und in das

Gehäuse einschraubbar ist.

Hiermit ist es vorteilhaft ermöglicht, sämtliche Gehäuse mit der

erfindungsgemäßen Trocknungseinrichtung nachrüsten zu können. Die

Schutzhülse ist dazu lediglich an geeigneter Stelle in das Gehäuse einzubringen.

Mit dem Au ßengewinde lässt sich die Schutzhülse vorteilhaft schnell und fest fixieren.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen

Trocknungseinrichtung ist vorgesehen, dass die Trocknungseinrichtung eine

Sensoreinheit zur Ermittlung einer Aufnahmekapazität des Trockenmittels aufweist. Dabei umfasst die Sensoreinheit bevorzugt eine in Abhängigkeit der Aufnahmekapazität des Trockenmittels variable Erscheinung aufweisende Anzeige. Insbesondere umfasst die Sensoreinheit einen elektronischen Sensor, der mit einem elektronischen Managementsystem, beispielsweise einem

Batteriemanagementsystem verbindbar ist.

Hiermit kann vorteilhaft der Sättigungsgrad beziehungsweise die

Aufnahmekapazität des Trockenmittels überwacht und ein notwendiger

Austausch der Trockenmittelpatrone rechtzeitig angekündigt werden. Zudem können Fehler oder Beschädigungen zum Beispiel des Schutzgehäuses, die zu einem Flüssigkeitseintrag in das geschlossene Batteriesystem führen können, erkannt werden und vor dem Eintreten kritischer Zustände rechtzeitig angekündigt werden. Die erfindungsgemäße Trocknungseinrichtung ist in allen genannten

Ausgestaltungen bevorzugt in einem Batteriesystem integriert. Das

erfindungsgemäße Batteriesystem weist dazu ein Gehäuse und einen vom Gehäuse im Wesentlichen eingeschlossenen Innenraum auf. Die

Trocknungseinrichtung ist hierbei in das Gehäuse eingebracht. Das

Batteriesystem weist bevorzugt Lithium-Ionen-Zellen als Batteriezellen auf.

Gerade in Batteriesystemen erlangen die Vorteile der erfindungsgemäßen Trocknungseinrichtung Bedeutung, da hier im Innenraum des Gehäuses feuchtigkeitssensible, spannungsführende Bauteile angeordnet sind.

Erfindungsgemäß wird weiterhin ein Kraftfahrzeug bereitgestellt mit dem erfindungsgemäßen Batteriesystem in den zuvor genannten Ausgestaltungen, wobei das Batteriesystem mit einem Antriebssystem des Kraftfahrzeugs verbunden ist. Die Vorteile des erfindungsgemäßen Batteriesystems als Bauteil kommen so auch dem Kraftfahrzeug als Baugruppe zugute.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben und in der Beschreibung ausgeführt. Der Begriff Batteriesystem schließt in dieser Anmeldung auch Batterien,

Batteriemodule, sonstige Batterieuntereinheiten, Akkumulatoren,

Akkumulatorbatterien, Akkumulatorsysteme, insbesondere Lithium-Ionen- Systeme oder Lithium-Polymer-Ionen-Systeme mit ein. Zeichnungen

Die vorliegende Erfindung wird anhand der Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen: Figur 1 eine erfindungsgemäße Trocknungseinrichtung in einer ersten

Ausführung in einer Vorderansicht, Figur 2 die erfindungsgemäße Trocknungseinrichtung in der ersten Ausführung in einer Seitenansicht,

Figur 3 eine erfindungsgemäße Trocknungseinrichtung in einer zweiten

Ausführung in einer Seitenansicht, und

Figur 4 ein erfindungsgemäßes Batteriesystem mit der Trocknungseinrichtung.

Ausführungsformen der Erfindung

Die Figuren 1 und 2 zeigen beispielhaft und nicht beschränkend in skizzenhaften Schnittdarstellungen eine erfindungsgemäße Trocknungseinrichtung 10 in einer ersten Ausführung, in Figur 1 in einer Vorderansicht und in Figur 2 in einer Seitenansicht.

Die Trocknungseinrichtung 10 ist dabei in einem Gehäuse 40 beherbergt. Das

Gehäuse 40 weist eine einen Innenraum 34 von einer Umgebung 36 abgrenzende Gehäuseau ßenwand 12 auf. Im Wesentlichen umschließt die Gehäuseau ßenwand 12 den Innenraum 34 und dichtet diesen zur Umgebung 36 ab. Erfindungsgemäß ist dieses Gehäuse 40 bevorzugt das Gehäuse 40 eines Batteriesystems 42,

insbesondere eines Lithium-Ionen-Batteriesystems.

Die Trocknungseinrichtung 10 umfasst hierbei eine Schutzkammer 32, welche einen vom Innenraum 34 separierten Raum bildet. Die Schutzkammer 32 ist mit dem

Innenraum 34 gasdurchlässig und flüssigkeitsdicht verbunden. In der ersten

beispielhaften Ausgestaltungsvariante, gezeigt in den Figuren 1 und 2, ist die

Schutzkammer 32 durch eine Schutzabdeckung 14 gebildet, welche die Schutzkammer 32 zumindest in Teilen umschließt. Die Schutzabdeckung 14 ist an der zum Innenraum 34 gerichteten Seite der Gehäuseau ßenwand 12 angeordnet. Bevorzugt ist die

Schutzabdeckung 14 mit der Gehäuseaußenwand 12 stoffschlüssig fest verbunden. Bevorzugt umschließt die Gehäuseaußenwand 12 ebenfalls zumindest einen Teil der Schutzkammer 32. So ist die Schutzkammer 32 zur Umgebung 36 durch die

Gehäuseau ßenwand 12 abgegrenzt. In der ersten Ausführungsvariante gemäß den Figuren 1 und 2 bietet es sich an, die Schutzkammer 32 an einer Kante des Gehäuses 40 vorzusehen. Die Schutzkammer 32 und der Innenraum 34 sind erfindungsgemäß gasleitend bevorzugt mit einem Druckausgleichelement 24 miteinander verbunden, insbesondere mit einem Druckausgleichselement 24, welches eine wasserdichte und atmungsaktive Membran aufweist. In der ersten Ausgestaltungsvariante ist das

Druckausgleichselement 24 in der Schutzabdeckung 14 angeordnet.

Druckausgleichselemente sind bekannt. Sie dienen einer Belüftung und Entlüftung von abgedichteten Gehäusen 40, um Druckdifferenzen zwischen dem vom Gehäuse 40 eingeschlossenen Innenraum 34 und der Umgebung 36 des Gehäuses 40 zu vermeiden und einer Kondensatbildung im Innenraum 34 vorzubeugen.

In der vorliegenden Erfindung findet der Druckausgleich nicht unmittelbar zwischen dem Innenraum 34 und der Umgebung 36 statt, sondern zum einen zwischen dem Innenraum 36 und der Schutzkammer 32 und zum anderen zwischen der

Schutzkammer 32 und der Umgebung 36. Die Schutzkammer 32 ist dazu

druckausgleichend sowohl mit dem Innenraum 34 als auch mit der Umgebung 36 verbunden.

In der Schutzkammer 32 ist erfindungsgemäß eine Trockenmittelpatrone 18 angeordnet, die ein Trockenmittel 20 enthält. Als Trockenmittel ist bevorzugt ein Kieselgel oder Kieselsäuregel (englisch Silica-gel) beziehungsweise ein Molekularsieb vorgesehen, vorzugsweise ausgebildet als Absorptionsmittel für Feuchtigkeit nach DIN 55473.

Die Trockenmittelpatrone 18 ist austauschbar angeordnet. Sie ist durch eine

Gehäuseöffnung 38 in der Gehäuseaußenwand 12 in die Schutzkammer 32 einbringbar. Die Trockenmittelpatrone 18 weist wenigstens eine Atmungsöffnung 26 auf, welche bevorzugt hinter einem Kragen 30 angeordnet ist, um vor Eindringen von Staub und Feuchtigkeit geschützt zu sein. Durch diese wenigstens eine

Atmungsöffnung 26 ist die Schutzkammer 32 druckausgleichend mit der Umgebung verbunden.

Passieren Luftströme die Sicherheitskammer 32, so durchdringen diese die

Trockenmittelpatrone 18. In der Trockenmittelpatrone 18 ist ein Trockenmittel 20 angeordnet, welches der durchströmenden Luft Feuchtigkeitsanteile entzieht, indem es diese an sich bindet. Dabei wird sowohl aus der Umgebung 36 in den Innenraum 34 strömende Luft als auch von dem Innenraum 34 in die Umgebung 36 strömende Luft entfeuchtet beziehungsweise getrocknet.

Die erfindungsgemäße Trocknungseinrichtung 10 weist bevorzugt eine Sensoreinheit 22 zur Ermittlung einer Aufnahmekapazität des Trockenmittels 20 auf. Dabei verfügt die Sensoreinheit 22 bevorzugt über eine Anzeige, welche in Abhängigkeit der

Aufnahmekapazität des Trockenmittels 20 eine variable Erscheinung aufweist.

Beispielsweise ändert die Anzeige ihren Farbzustand. Darüber hinaus ist es

vorgesehen, dass die Sensoreinheit 22 einen elektronischen Sensor umfasst, der mit einem elektronischen Managementsystem verbindbar ist. Bevorzugt ist dieses

Managementsystem ein Batteriemanagementsystem eines Batteriesystems 42.

Figur 3 zeigt beispielhaft und nicht beschränkend in skizzenhafter Schnittdarstellung eine erfindungsgemäße Trocknungseinrichtung 10 in einer zweiten Ausführung in einer Seitenansicht.

Im Unterschied zur ersten Ausgestaltung ist die Schutzkammer 32 in dieser zweiten Ausgestaltung durch eine Schutzhülse 16 gebildet, welche die Schutzkammer 32 zumindest in Teilen umschließt. Die Schutzhülse 16 grenzt die Schutzkammer 32 zum Innenraum 34 ab. Die Schutzhülse 16 ist bevorzugt von der Umgebung 36 her in das Gehäuse 40 einbringbar, insbesondere einschraubbar. Dazu ist die Schutzhülse 16 bevorzugt mit einem Außengewinde versehen, welches mit einem entsprechenden Innengewinde in der Gehäuseöffnung 38 oder einer Dichtung 28 eine kraft- und reibschlüssige Verbindung herstellt. Alternativ sind auch Steckverbindungen oder stoffschlüssige Verbindungen möglich. Die Dichtung 28 ist an der zum Innenraum 34 gerichteten Seite der Gehäuseaußenwand 12 angeordnet und dient der Abdichtung der Gehäuseöffnung 38.

In Figur 4 ist beispielhaft und nicht beschränkend in skizzenhafter Schnittdarstellung ein erfindungsgemäßes Batteriesystem 42 mit der Trocknungseinrichtung 10 gezeigt. Die Trocknungseinrichtung 10 umfasst dabei eine Schutzkammer 32, welche durch eine Schutzhülse 16 im Innenraum 34 des Gehäuses 12 gebildet ist, entsprechend der zweiten Ausgestaltungsvariante der vorliegenden Erfindung.