卸压装置和具有该卸压装置的电池壳体的制作方法

卸压装置和具有该卸压装置的电池壳体
1.本发明涉及一种卸压装置，其用于针对由电池壳体包围的室状的空腔施加卸压功能，所述卸压装置具有被插或者能够插在壳体壁中的卸压盖单元，所述卸压盖单元在尤其是超过压力阈值和/或温度阈值时打开从空腔到壳体的外部区域中的流动路径，本发明还涉及一种具有至少一个这种卸压装置的电池壳体。
2.本发明涉及用于壳体的盖子状的卸压装置，所述卸压装置在壳体内部和外部的周围环境(通常为大气)之间存在相对较小的、例如几巴以下、通常500mbar以下的压力差时就已经产生压力平衡，这对于在电池壳体或者蓄电池壳体中的使用是典型的。这是与管道系统中的例如控制阀或安全阀相比的本质区别，所述控制阀或安全阀并不是本技术的主题。
3.由专利文件de 10 2016 121 605 a1已知这种卸压装置。在该已知的卸压装置中存在卸压盖单元，所述卸压盖单元能够插入壳体的壳体壁中，所述壳体壁包围室状的空腔、例如电池单体。如果空腔中的压力超过压力阈值，则卸压盖单元打开从壳体内的空腔到所述壳体的外部区域中的流动路径，从而避免空腔中的有害的内压。卸压盖单元具有弹簧夹，该弹簧夹具有多个径向向外指向的、从下方卡扣壳体壁的弹簧舌，以及在外侧围绕开口边缘密封地支撑在壳体壁上的盖件，当压力低于预设的压力阈值时，所述盖件借助弹簧夹以封闭开口的方式保持压在壳体壁上，然而，当超过压力阈值时，所述盖件由于空腔中的压力克服弹簧力被抬高，从而打开从腔体到外部的流动路径。为了可靠地避免例如在压力过大和/或产生过多热量并且与之相关地超过压力阈值时造成的损坏，应当尽可能在所有尤其是与电池壳体相关的可能出现的使用条件中确保可靠的功能。
4.在专利文件de 10 2011 109 310 a1、de 10 2016 004 648 a1和de 10 2015 005 276 a1中示出了其它具有卸压盖单元的卸压装置，其中，后者具有配设有分离的边缘的盖部件，所述盖部件通过接片状的铰链连接在壳体上。
5.专利文件de 10 2017 123 078 a1示出了形式为压力平衡单元的卸压装置，该卸压装置具有被保护地布置在卸压盖单元的内部中的膜，通过所述膜形成从空腔到壳体、尤其是电池壳体的外部区域中的用于气体的流动路径。
6.本发明所要解决的技术问题在于，提供下述构造的用于电池壳体的卸压装置，所述构造扩展了功能性并且提供了可靠的运行，本发明所要解决的技术问题还在于，提供一种具有这种卸压装置的电池壳体。
7.所述技术问题在具有权利要求1的特征的卸压装置和根据权利要求12所述的具有这种卸压装置的电池壳体中解决。在此规定，卸压盖单元与具有至少一个传感器元件的传感器装置直接地或者间接地连接，所述传感器装置尤其被纳入或者能够纳入卸压监测或者温度监测和/或卸压功能中。
8.通过这些措施一方面能够监测卸压的可靠的功能并且例如自动地或者通过早期维护恢复或者辅助可靠的高效能性和/或能够借助于由至少一个传感器元件输出的传感器信号产生控制信号，所述控制信号例如用于声学的或者光学的显示装置或者用于例如通过关闭或者限制相邻设备的运行来降低周围环境中的潜在危险。传感器装置、尤其是传感器元件在此有利地集成到卸压盖单元中并且因此直接地与卸压装置或者电池壳体的功能适
配或者能够适配。传感器信号或者由传感器信号获得的控制信号可以用于例如通过相应地构造的致动器装置在运行方面进行控制或者调节。具有卸压盖单元的设计方案的构造产生了相对平坦的构造，该构造有助于适宜地安装在壳体壁的开口中。(平行于容器壁的)侧向的延伸在此通常明显地(例如多于两倍或三倍)大于(垂直于容器壁的)厚度或高度。这种构造也有利于在电池壳体内部中相对较低的容器压力(通常小于500mbar)、例如在用于电动车辆或混合动力车辆和车载电池的驱动电池(高压电池，48v)中出现的容器压力下做出反应。卸压盖单元在此有利地在不同的物理条件方面适配或者能够适配，例如通过平坦的构造和/或考虑壳体体积与流动横截面的关系有助于通过敞开大的卸压横截面从而对典型的卸压速度做出快速的反应。如果需要，可以在电池壳体中设置多个这种形式为卸压盖单元的封闭单元。在过压逐渐消除时可能例如与过压的产生位置和安装元件的几何形状相关地在容器开口的区域中出现不同的流动特性。借助传感器装置对可靠的功能形成辅助。
9.在此，用于确保卸压功能的一种有利的设计方案为将传感器装置纳入卸压盖单元的操作中。例如可以克服弹簧力抬起盖部件和/或借助操作元件撕开封闭薄膜，以便以计量方式或者突然地进行卸压。
10.如果规定传感器装置设计用于将传感器信号传输给报告系统，则例如卸压盖单元的打开或者之前建立的压力并且也可能与其它信号结合地可以例如通过声学的或者光学的显示装置表示或者显示和/或与其他信息结合地用于控制或者调节其他总成。以此方式例如可以早期消除或者降低可能的损害。
11.此外，对于针对性的控制或者调节或者对于适宜的监测措施有利的设计方案为，传感器装置配设有用于传感器信号的处理单元。
12.卸压的针对性的措施也可以有利地由此进行，即传感器装置被纳入或者能够纳入卸压功能中以便控制地或者调节地进行干预。
13.用于影响卸压功能或者卸压功能的监测的不同的有利变型设计方案由此得出，即传感器装置备选地或累积地配备有压力检测功能、温度检测功能、位置检测功能、位移检测功能、速度检测功能和加速度检测功能中的至少一种功能。
14.针对与卸压功能相关的检测和作用的不同有利的设计方案变型为，传感器装置单独地或者由至少两个传感器元件组合地具有下述组中的至少一个传感器元件，所述组为应变传感器、压电传感器、热电传感器、电磁传感器、电容测量传感器、双金属元件和形状记忆元件。传感器元件在此也可以通过细的撕裂线或者由多条撕裂线的布置形成的结构构成。这种撕裂线例如可以如下设计，即所述撕裂线在超过预设的压力阈值的较低的压力中就已经撕裂，其中，所述撕裂线例如连接在受到壳体内压的作用时拉伸的元件上或者集成到这种元件中。所述撕裂线的未撕裂的完好的状态例如可以通过监测较低的通过电流来监测。
15.针对在卸压时的针对性措施的有利设计方案为，卸压装置包括至少一个致动器。致动器在此有利地直接集成到卸压盖单元中。
16.对于卸压装置的功能在此有利地规定，致动器根据至少一个传感器元件的传感器信号直接地或者间接地使卸压盖单元打开和/或关闭。致动器在此例如可以包括用于通过卸压盖单元打开或者关闭流动路径的能控制的或者能调节的执行元件。
17.针对构造和功能的另一有利的设计方案由此产生，即至少一个传感器元件和至少一个致动器集成在卸压盖单元的共同的部件中。卸压盖单元的装备有指状的、径向向外延
伸的弹簧舌的弹簧元件例如可以配设有双金属元件，所述双金属元件除了对由于弹性的弹簧舌的弹簧力而产生的压力作出反应之外也能够对空腔、例如电池单体中的产热作出反应并且将卸压盖单元的盖部件抬起，以便打开流动路径。因此，例如可以以此方式形成卸压装置的冗余的安全功能。
18.本发明尤其也包括具有至少一个按照权利要求1至11所述的卸压装置的电池壳体。电池壳体在此也理解为蓄电池壳体，其中，尤其考虑的是车辆电池和车辆蓄电池。
19.以下根据实施例参照附图详细地对本发明进行阐述。在附图中：
20.图1a以示意性的横截面视图示出了处于关闭状态中的卸压装置，其具有插入壳体的开口中的卸压盖单元和传感器装置，
21.图1b示出了处于打开状态中的根据图1a所示的卸压装置，
22.图2a以从下观察的立体视图示出了卸压装置的具有(翻转的)卸压盖单元的另一实施例和与之连接的传感器装置，
23.图2b以侧面的示意性视图示出了处于插入壳体开口中的状态中的根据图2a的卸压装置，所述卸压装置处于关闭的状态中并且具有传感器装置，
24.图2c示出了卸压盖单元处于打开的状态中的根据图2a和图2b所示的卸压装置，
25.图3a以从上观察的立体视图示出了具有插入壳体开口中的卸压盖装置和传感器装置的卸压装置的另一实施例，
26.图3b以侧面的剖切视图示出了根据图3a所示的具有插入壳体开口中的卸压盖单元和传感器装置的卸压装置，
27.图4a以俯视图示出了具有插入壳体开口中的卸压盖装置和传感器装置的卸压装置的另一实施例，并且
28.图4b以侧面的局部剖切的立体视图示出了根据图4a所示的卸压装置。
29.图1a示出了处于关闭的状态中的具有卸压盖单元2的卸压装置和与所述卸压盖单元2连接的传感器装置6，所述卸压盖单元插入存在于电池壳体1的壳体壁10中的开口7中。图1b示出了根据图1a所示的处于打开的状态中的卸压装置，在所述打开的状态中，盖部件20从壳体壁10的外侧抬起，从而打开了从被电池壳体1包围的空腔5到电池壳体1的外部区域4中的流动路径13并且在过压中存在于所述空腔5中的、尤其是气态的介质能够流动到所述外部区域4中。盖部件20在关闭的状态中借助围绕开口7的边缘的密封装置密封地支撑在壳体壁10的外侧上。这种用于电池壳体1的卸压装置在用于卸压的盖部件发生较小的偏移时就已经构成相对较大的流动横截面或者由于撕裂构成相对较大的流动横截面，从而当(通常在壳体内部空间与周围的外部空间、或者大气之间)相对较低的过压超过低的压力阈值时就已经能够产生快速的压力平衡，所述低的压力阈值例如处于不超过500mbar的范围中。
30.传感器装置6具有在此布置在卸压盖部件2上的传感器元件60并且在此还具有致动器62，所述传感器元件和致动器例如通过连接器件63连接在处理单元61上，以便处理或者分析由传感器元件60输出的传感器信号并且例如附加地用于控制(未示出的)报告系统和/或用于控制致动器62。处理单元61在此示意性地作为布置在卸压盖单元之外的单元示出，然而同样可以有利地安装到卸压盖单元2中，从而卸压装置与卸压盖单元2和传感器装置6构成紧凑的单元。处理单元61可以为了进行外部的使用而配设有用于无线的或者有线
的数据传输的接口，以便如开篇所示地例如将由传感器装置6通过处理单元61提供的状态数据用于通过显示装置声学地或者光学地进行显示和/或用于控制其它设备。
31.致动器62例如可以包括执行元件，借助所述执行元件，盖部件20为了打开而从外侧或者围绕开口7的密封面12抬起或者为了关闭而放上所述外侧或者围绕开口7的密封面。这种执行元件例如可以布置在卸压盖单元2的中心的固持件200的区段中，盖部件20借助所述区段固持在与壳体壁10连接或者贴靠的下部件23上。如图1a和1b所示，在下部件23中布置有用于构成从壳体内部空间或者空腔5到外部区域4中的流动路径13的通孔或者凹口。
32.图2a、2b和2c示出了卸压装置的第二实施例。卸压盖单元2在此同样具有盖部件20，所述盖部件在关闭状态中通过围绕开口7的密封装置21在密封面12的区域中贴靠在壳体壁10的外侧上。卸压盖单元2的下部件23在此具有弹簧夹22，所述弹簧夹配设有径向向外指向的弹簧舌220，所述弹簧舌包括长的弹簧区段221和短的弹簧区段222。长的弹簧区段221构成弹簧弹性支承的弹簧舌，所述弹簧舌围绕开口7的边缘支撑在壳体壁10的内侧上并且在电池壳体1的内部或者空腔5中的介质压力或者气体压力超过确定的压力阈值时弹性地偏移，从而盖部件20从壳体壁10的外侧上抬起并且通过开口7开通流动路径13。在盖部件20被抬起最大的打开路径a时通过短的弹簧区段的端部区段止挡在壳体壁10的下侧上，短的弹簧区段222限定打开路径的边界。如果空腔5中的压力降低至(尤其是处于500mbar以下的范围中的)压力阈值以下，则盖部件20由于长的弹簧区段221的弹簧力重新在壳体壁10的外侧上被压到密封面12上并且借助密封装置21被密封。传感器装置6在此也具有传感器元件60，所述传感器元件布置在卸压盖单元2内并且连接在处理单元61上。此外，可以将致动器62连接到处理单元61上以用于操作、例如打开和/或关闭盖元件20或者用于辅助该过程。传感器元件60例如可以对电池壳体1的内部空间或者空腔5的内部压力作出反应并且将与压力相关的传感器信号输出给用于处理或者分析和提供状态数据或者控制数据的处理单元61。所述状态数据或者控制数据又可以如在第一实施例中那样用于卸压监控和/或影响卸压功能。所述传感器元件或者其它的传感器元件60备选地或者附加地例如还可以设计为温度传感器，从而也能够与温度相关地控制或者调节卸压盖元件2的打开或者盖部件20的抬起。以此方式可以设置对卸压盖单元2的附加的、冗余的操作和/或形成附加的监测功能。在该设计方案中也可以有利地将所有传感器元件和必要时的致动器元件，必要时也和处理单元61集成到卸压盖单元2中以产生紧凑的构造单元。
33.在第二实施例中，盖部件20也借助固持件200连接在下部件23或者所述下部件的弹簧夹22上，其中，所述固持件200配设有固持区段201和中间件202。处理单元61在此也可以如在第一实施例中那样集成在卸压盖单元2中。此外，可以在弹簧夹22上布置至少一个传感器元件60，以便检测所述弹簧夹22的弯曲或者拉伸或者压缩。一个传感器元件或者多个传感器元件60在此例如可以设计为应变仪。一个或者多个传感器元件60的备选的或者附加的设计方案例如在于双金属元件，所述双金属元件通过运动变化对温度变化做出反应，使得盖部件20在超过确定的温度时抬起并且在温度降低至确定的温度阈值以下时使所述盖部件关闭。也可行的是开篇所述的其它传感器元件。
34.在图3a和图3b所示的第三实施例中，卸压装置同样具有卸压盖单元2和与所述卸压盖单元连接的传感器装置6。卸压盖单元2本身又具有盖部件20和下部件23，所述下部件配设有弹簧夹22并且通过固持件200与所述盖部件20连接。弹簧夹22在此也如在第二实施
例中那样配设有突伸的弹簧舌220，所述弹簧舌包括长的弹簧区段221和(未示出的)短的弹簧区段。长的弹簧区段221通过端部区段223围绕开口7的边缘支撑在壳体壁10的下侧上并且在空腔5中存在超过确定的(优选不高于500mbar的)压力阈值的过压时弹性地偏移，以便抬起盖部件20。
35.在盖部件20中插入由顶壁203向外遮盖的膜3，以便使颗粒或者异物远离空腔5并且使得能够通过流动路径13平衡空腔5和外部区域4之间的气压。一个或者多个传感器元件60、60
′
在此布置在卸压盖单元2上或者布置在卸压盖单元附近(或者集成到卸压盖单元2中)，其中，传感器元件60、60
′
的开篇给出的不同的变型设计方案都是可行的。膜3本身在此例如可以设计为传感器元件60或者具有一个或多个传感器元件60。膜3的传感器元件在此例如可以设计为撕裂线和/或有利地包括拉伸敏感的线或者条带、例如弹性体条带，所述线或者条带在拉伸时改变其电阻或者电容，使得根据膜3的拉伸或者隆起产生或者改变交流电信号并且将所述交流电信号作为传感器信号转发和处理。卸压盖单元2由此能够满足附加的传感器功能，以便产生或者辅助卸压监测和/或卸压功能。
36.该传感器装置6或者卸压盖单元2由此也能够被纳入报告系统、控制系统或者调节系统中，以便满足卸压监测和/或卸压功能。尤其是在将传感器装置6以及必要时也将处理单元61和/或致动器62集成到卸压盖单元2中时，在这种设计方案中也可以如在前述实施例中那样将整个卸压装置设计为紧凑的单元。
37.在图4a和图4b所示的第四实施例中，卸压装置具有卸压盖单元2和与所述卸压盖单元连接的传感器装置6，所述传感器装置可以与前述实施例对应地设计。卸压盖单元2具有盖部件20，所述盖部件通过能够切断的分离区域26介质密封地连接在壳体壁10的分离边缘27上并且借助至少一个铰链状的连接部25或者连接板同样固定在壳体壁10上。在空腔5中的内压超过压力阈值时，分离区域26相对于分离边缘27撕裂并且被破坏，由此打开从空腔到外部区域4中的流动路径13，其中，盖部件20通过连接部25固持在壳体壁10上。为了使从空腔5逸出的介质或者气体不会直接逸出到周围环境中，通过连接件40将用于排出流出的介质的管41连接到开口7上。在此，传感器元件60，例如撕裂线，例如可以设计用于借助由处理单元61检测的通过电流的中断来检测分离区域26的撕裂。也可以存在其它的传感器元件60，以便转发相应的状态并且例如用于与前述实施例类似地进行控制或者调节。