本发明涉及一种用于电池外壳的压力补偿装置以及电池外壳本身。
背景技术：
1、电池外壳常常设置有压力补偿装置，允许在外壳的内部空间和环境之间进行压力补偿。如果外壳是密封封闭的，则在外壳或位于外壳中的装置(例如电化学储能装置)的工作期间，内部空间和环境之间可能会产生压力差。通过压力补偿装置实现压力补偿，可防止外壳在工作期间发生机械故障，例如由于外壳在外部膨胀或甚至最终爆裂或泄漏。
2、对于电池或蓄电池，特别是在高电压电池(例如用作电动车辆中的牵引电池的电池)的情况下，可能会发生电池单元故障，从而导致外壳的内部空间中的压力和温度急剧升高。为了防止外壳爆裂，必须将热的且极度加压的气体从外壳的内部空间快速排放到环境中。
3、de 102012022346 b4描述了一种用于电池外壳的排气装置，其特征是基体具有气体通道开口，该气体通道开口被半透膜覆盖，该半透膜可透过气体但不可透过液体和固体，该膜以固定且流体密封的方式连接到基体。基体可以流体密封的方式连接到电池外壳的压力补偿开口。膜的半透特性确保在正常工作期间进行气体交换，同时指向膜的紧急排气心轴设置在盖体上，以便当超过由内部外壳压力引起的极限膨胀时，实现使膜穿孔并破裂的紧急排气功能，从而从内部空间向环境进行突然压力补偿是可能的。在组装状态下面向电池外壳的内侧上，内保护格栅连接到基体，该内保护格栅旨在防止异物进入电池外壳并抵抗来自外部的水压而支撑膜。
4、已知的是，在紧急排气的情况下，盖体限制可用的排气横截面，因此不利于尽可能最快的压力降低。
5、通过de 102020109148 a1解决了这个问题，该专利描述了一种排气装置，其特征是基体具有气体通道开口，该气体通道开口被膜覆盖。盖体或保护盖设置在基体的外侧上，以保护膜在正常工作期间免受有害的机械影响。如果紧急排气，保护盖可以与基体分离，从而它可以完全与基体脱离。保护盖和基体之间的连接使用形面配合接合(positiveengagement)来实现，特别是通过相应的弹簧钩元件。保护盖优选由塑料材料制成。
6、在这点上缺点是，由于制造公差和/或不均匀的材料特性，在相互形面配合接合的情况下，无法精确确定保护盖分离的切换点。此外，需要相对较高的压差或力来实现保护盖的分离。此外，在形面配合接触中使用塑料材料会带来老化问题，这意味着在计划的使用寿命内，用于分离保护盖的切换点无法保持不变，特别是在例如在电池外壳的环境中出现的热负荷的影响下。
7、基于此，本发明的目的因此是创造一种压力补偿装置，该装置以改进的紧急排气行为为特征，特别是该装置能够在较低压差下更准确地被触发并在计划的使用寿命内可靠地被触发。此外，本发明的目的是创造一种具有压力补偿装置的电池外壳。
技术实现思路
1、该目的通过具有权利要求1的特征的压力补偿装置和具有权利要求21的特征的电池外壳来解决。
2、优选实施例和变型在各自的子权利要求和说明书中详述。
3、根据本发明的压力补偿装置
4、根据本发明，提供了一种用于电池外壳的压力补偿装置，特别是用于牵引电池的电池外壳，特别是用于机动车辆。该压力补偿装置具有基体，该基体可流体密封地连接到电池外壳的压力补偿开口的边缘，并且以至少一个气体通道开口为特征。该压力补偿装置还以封闭盖为特征，当超过电池外壳的内部空间与电池外壳的环境之间的预定压力差时，该封闭盖可从压力补偿装置的正常工作状态下的初始位置沿轴向方向挠曲，以便将压力补偿装置转换为紧急排气状态。
5、根据本发明，封闭盖和基体通过斜面紧固装置连接，该斜面紧固装置以至少一个斜面体为特征，所述斜面体沿轴向方向延伸并具有至少一个斜面。斜面紧固装置还包括至少一个压力元件，该压力元件以接触压力压在斜面体的斜面上。装置部件之一(斜面体或压力元件)存在于基体上，而另一个存在于封闭盖上。换句话说，根据本发明，要么斜面体位于封闭盖上而压力元件位于基体上，要么反之亦然。
6、在有利的实施例中，斜面体可存在于基体上，而压力元件可存在于封闭盖上。
7、当封闭盖在接触压力的作用下挠曲时，压力元件可在斜面上滑落。
8、由于压力元件被压在斜面体的斜面上，相互接触会产生取决于局部斜面角度的摩擦力。局部斜面角度越陡，抵抗封闭盖运动的轴向力分量就越大。
9、与背景技术相比，封闭盖不是通过形面配合锁定而连接到基体，而是通过非形面配合锁定而连接到基体。
10、这具有若干优点：一方面，斜面的轮廓可以以如下方式定尺寸，使得封闭盖在非常低的压差下已经可以轴向位移，这对根据本发明的压力补偿装置在紧急排气情况下的打开行为具有积极影响。由于封闭盖在较低的压差下已经可以位移，因此整个压力补偿过程可以显著加快。另一方面，优点在于，与依赖于基体和封闭盖之间的形面配合紧固的已知压力补偿装置相比，使用根据本发明的斜面紧固装置可以更精确得多地确定“切换点”，即封闭盖轴向位移时的预定压差。形状和尺寸公差以及材料特性的偏差在这里几乎不起作用——相反，根据本发明的装置所期望的切换点几乎完全取决于局部斜面角度、作用于压力元件的接触压力以及在斜面和压力元件之间的摩擦系数。
11、如本文使用的“轴向方向”是指在组装状态下，对应于从电池外壳的内部空间通向环境的流动路径方向的方向。术语“径向方向”是指以这种方式定义的轴向方向。
12、在实施例中，斜面体沿轴向方向延伸，其中，斜面体的至少一个斜面从其轴向延伸部上面观察时在径向方向上具有可变的延伸部。
13、根据另一实施例，在组装状态下，斜面体的斜面可沿从电池外壳的内部空间通向环境的流动路径的方向上升。这样，一方面，可在压力补偿装置的正常工作状态下产生作用于封闭盖和基体之间的接触压力，并且另一方面，可在转换至紧急排气状态期间产生抵抗封闭盖沿流动路径的方向的位移的封闭力。
14、根据另一实施例，斜面体可存在于气体通道开口的横截面内。特别地，斜面体可通过从气体通道开口的边缘延伸的至少一个紧固腹板连接到基体。至少一个紧固腹板可特别地相对于气体通道开口径向延伸。在实施例中，可提供多于一个的紧固腹板，例如两个、三个或甚至更多个。在实施例中，可提供连续的紧固腹板，其延伸跨过气体通道开口并且支撑斜面体或特别地以在中心处支撑斜面体为特征。特别地，至少一个紧固腹板可以流动优化的横截面为特征，特别是以对称流动轮廓的形式。
15、斜面体和至少一个紧固腹板可以与基体设计成一体，特别是由塑料材料注射成型成一体。这具有的优点是可以非常有成本效益地生产，因为不需要组装步骤。此外，用于生产具有整体形成的斜面体以及至少一个紧固腹板的基体的注塑模具也是相对有成本效益的，因为斜面体以仅仅微小的底切为特征，其可以用简单的开合模具实现。在依赖塑料部件的形面配合的卡扣配合来紧固封闭盖的背景技术中，这种注射成型模具明显更复杂，因为不得不实现若干底切。
16、在实施例中，斜面体关于基体的气体通道开口基本同轴地设置。
17、在实施例中，斜面体可以以存在于斜面体的相对侧的两个斜面为特征。特别是，两个斜面可以存在于斜面体的沿径向方向彼此背对的侧面上。特别是，压力元件以接触压力压在两个斜面上，并且当封闭盖在接触压力的作用下挠曲时，压力元件可以在斜面上滑落。优点是，在正常工作状态期间和到紧急排气状态的过渡期间都可以产生相对较高的接触压力和闭合力。此外，这与特别好的安装空间利用率有关，从而避免了功能性残留结构。
18、在实施例中，斜面体的至少一个斜面可以第一斜面部分为特征，所述第一斜面部分具有在30°和85°之间、特别是在45°和75°之间的预定倾斜角。
19、倾斜角被定义为斜面关于轴向方向的局部角度。
20、根据另一实施例，斜面体的至少一个斜面可以第二斜面部分为特征，该第二斜面部分在组装状态下沿从电池外壳的内部空间引出到环境中的流动路径的方向与第一斜面部分邻接。第二斜面部分可具有不同于第一斜面部分的倾斜角的倾角。
21、通过组合具有不同倾斜角度的两个或多个斜面部分，可以在封闭元件的预定轴向挠曲范围上设定可变的力-挠度特性。斜面部分的局部倾斜角度也可以适应于压力元件的可能的非线性的力-挠度特性。
22、在实施例中，第二斜面部分的倾斜角可以小于第一斜面部分的倾斜角。特别地，第二斜面部分的倾斜角可以为0至60°，特别地为15至45°。
23、根据又另一实施例，斜面体的斜面中的至少一个斜面可以另一斜面部分为特征，该另一斜面部分在组装状态下沿从电池外壳的内部空间引出到环境中的流动路径的方向与第一或第二斜面部分邻接。另一斜面部分可在组装状态下沿从电池外壳的内部引出到环境中的流动路径的方向向下倾斜。
24、一旦封闭盖沿开启方向已轴向位移到这样的程度使得压力元件位于超出第一或第二斜面部分与另一斜面部分之间的过渡，则优选不再对封闭盖施加闭合力，而是在压力元件与另一斜面部分之间的相互接触中产生开启力，该开启力支持封闭盖在组装状态下沿从电池外壳的内部空间引出到环境中的流动路径的方向的进一步移动。有利的是，这使封闭盖能够从预定的限制挠曲快速转移到其最终挠曲状态，这进一步加速了紧急排气过程。
25、只要封闭盖在开启方向上已轴向位移仅到如此的程度使得压力元件位于第一或第二斜面部分与另一斜面部分之间的过渡的这一侧，封闭盖的打开运动就是可逆的，即在压差效应停止后，封闭盖返回其初始位置。然而，如果压差效应的大小超过预定极限值，使得封闭盖在开启方向上挠曲到这样的程度使得压力元件位于超出第一或第二斜面部分与另一斜面部分之间的过渡，则打开运动是不可逆的。
26、在实施例中，斜面体的至少一个斜面的至少一个斜面部分可以以具有本身恒定的倾斜角，或者可以具有本身变化的倾斜角，特别是渐进或递减过程的倾斜角。这样，可以至少分段地实现非线性的力-挠度特性，这在压力补偿装置的某些应用中可能是重要的，以便能够尽可能地适应系统的一般条件。
27、根据另一实施例，压力元件可包括至少一个弹簧元件，特别是至少一个片簧元件。弹簧元件特别地可以金属弹簧材料为特征或由金属弹簧材料构成。
28、使用金属材料作为压力元件的弹簧元件具有以下优点：在压力补偿装置的整个计划使用寿命内，弹簧元件的预期接触压力能够几乎保持不变。金属材料根本不会或几乎不会老化，并且对热应力和某些辐射暴露不敏感。与依赖于使用塑料弹簧钩的形面配合接合的背景技术相比，这是一个明显的技术优势，塑料弹簧钩特别在电池外壳的环境中容易出现明显的老化现象。据此，通过使用压力元件的金属弹簧元件，可以在压力补偿装置的整个计划使用寿命内确保恒定的紧急排气行为，该使用寿命可以是10至15年。
29、在实施例中，弹簧元件可以是具有至少两个腿部的弹簧支架，其中在至少一个腿部上形成有按压表面，该按压表面与斜面体的至少一个斜面接触或可以接触。弹簧支架的腿部可以特别地以轴向分量延伸，特别是在正常工作状态下以轴向分量延伸。弹簧支架还可以连接两个腿部的基部为特征，使得弹簧支架具有u形横截面。
30、在实施例中，弹簧支架特别地可以通过基部连接到封闭元件，特别是连接到封闭元件的内表面。特别地，弹簧支架到封闭元件的连接可以是不可拆卸的。特别地，弹簧支架可通过铆接、热冲压或焊接连接而连接到封闭元件。
31、在弹簧支架的至少一个腿部的其中设置有按压表面的区域中，弹簧元件可以指向远离斜面体的弯折部为特征，其中弯折部的弯曲部分形成按压表面。优点在于按压表面具有圆形轮廓，因此有利于在斜面体的斜面上滑动并防止对斜面的损坏。
32、在实施例中，弹簧支架的腿部的其中形成弯折部的部分可以包括与轴向方向成0至80°之间的角度，特别是在10至40°之间。弹簧支架的腿部的其中设置弯折部的相应部分可以相对于基部特别地径向向内弯曲。优点在于，即使在正常工作状态下，按压表面也可以非常简单且以节省空间的方式被引导到斜面体的至少一个斜面，从而提供弹簧支架的相应预张紧。
33、根据实施例的另一示例，可以提供的是，基体和/或封闭盖基本上由塑料材料、特别是热塑性塑料构成。特别是，基体和封闭盖两者均由塑料材料、特别是热塑性塑料制成，特别是相同的塑料材料。
34、在实施例中，基体可以在其内侧(即在组装状态下面向电池外壳的一侧)上具有圆周外壳密封件，该外壳密封件完全围绕气体通道开口。外壳密封件可以包括圆周密封槽，圆周密封元件插入圆周密封槽中。特别地，密封槽可以被轴向定向和/或密封元件可以是轴向有效的密封元件。然而，在其他实施例中，外壳密封件还可以包括注射成型到基体上的密封件，特别是由弹性体或tpe制成，或者至少由基体的材料形成的密封唇。
35、此外，在实施例中，斜面紧固装置可包括至少一个止动装置，该止动装置与斜面体的至少一个斜面相邻，当封闭盖发生预定的轴向挠曲时，该止动装置可与压力元件接触，从而限制或可限制封闭盖的轴向挠曲。
36、有利地，止动装置使封闭盖在紧急排气过程期间不会从基体完全分离或弹出，而是在其最终挠曲时停止并保持固定至基体，从而不会丢失。
37、在其他实施例中，可以替代地或附加地设置抓紧元件，以替代地将基体连接到封闭盖。抓紧元件例如可以是张紧在基体和封闭盖之间的抓紧线或抓紧绳。
38、在实施例中，可以提供的是，在正常工作状态下，气体通道开口由封闭盖密封地封闭。在其初始位置，封闭盖可以通过轴向力密封地压靠在基体的气体通道开口外边缘上形成的圆周密封表面上。密封表面可以特别是轴向的密封表面或组合的轴向-径向密封表面。
39、在其他实施例中，在正常工作状态下，封闭盖可以在其初始位置与基体至少在一些区域内间隔开，以允许在正常工作状态下通过基体的气体通道开口进行充气/排气。
40、在实施例中，可以提供的是，封闭盖相对于基体被预张紧，特别是在组装状态下逆着从电池外壳的内部空间引出到环境中的流动路径的方向被预张紧。
41、根据另一实施例，气体通道开口可被膜覆盖，特别是允许气体介质通过、但阻止液体和/或固体介质通过的膜。
42、替代地，在实施例中，膜可以是密封地关闭气体通道开口的膜，即，膜也可以是流体不可渗透的膜。
43、在实施例中，膜可具有等于或大于20毫米的最小宽度和/或最小长度或最小外径。膜的厚度可至少为膜的最小宽度和/或最小长度或最小外径的1/20(二十分之一)，优选至少为1/40(四十分之一)，特别是至少为1/100(一百分之一)。膜厚度可为从1微米至5毫米，优选膜厚度为0.1至2毫米，特别是0.15至0.5毫米。膜可适合满足至少100至3000毫米水柱(ws)的密封性要求。膜可由塑料材料制成，特别是热塑性塑料，例如聚四氟乙烯(ptfe)。
44、在另一实施例中，膜可以相对于电池外壳上的预期组件存在于基体的内侧上。优点在于，在内部压力载荷的情况下，膜可以更牢固地保持在基体上，因为内部压力载荷将膜额外地压在基体上。特别地，膜可以在基体的内侧上连接到围绕气体通道开口的气体通道开口的边缘。特别地，膜可以周向地粘合或焊接到基体。
45、根据又另一实施例，膜可在内侧上由至少一个支撑格栅至少部分地交叠，其中支撑格栅特别地完全覆盖气体通道开口的横截面。支撑格栅设置为在从外部作用的压缩载荷的情况下支撑膜并防止不可接受的变形或甚至破坏。从实践的角度来看，外部压缩载荷可能例如由于相对气压增加或水柱的作用而发生。特别地，支撑格栅可以由金属材料制成并且可以特别地不可拆卸地连接到基体。支撑格栅可以多个格栅开口为特征，多个格栅腹板在多个格栅开口之间延伸。格栅开口朝向其最小开口宽度的尺寸可以是0.8至12.0毫米，特别地1.0至3.0毫米。除了由于外部压缩载荷而具有支撑功能外，支撑格栅还由于紧急排气而履行一定的颗粒分离功能，因为在电池外壳中设置的至少一个电池单元出现故障的情况下产生的颗粒可以被保留。在实施例中，在基体的内侧上还可以存在若干格栅，例如靠近膜的支撑格栅和进一步远离膜的分离格栅，由于紧急排气，颗粒连续流动通过这些格栅。分离格栅可以用作颗粒预分离器，并且以较大的格栅开口为特征。
46、最后，根据另一实施例，压力补偿装置可以具有紧急排气心轴，该紧急排气心轴在组装状态下逆着从电池外壳的内部空间通向环境的流动路径的方向在膜的外侧上延伸。特别地，紧急排气心轴可以存在于基体上，特别是形成在设置在基体上的斜面体上。
47、在正常工作状态下，紧急排气心轴的尖端可以存在于距外膜表面的预定距离处。紧急排气心轴在静止(无差动压缩载荷)时位于距膜表面的预定距离处。在压缩载荷(相对内部过压)下，当达到极限压力时，膜将向外部空间凸起并与紧急排气心轴的尖端接触。由于其尖端，紧急排气心轴然后产生膜的有目标的弱化，导致其破裂。这用于确保紧急排气功能尽可能灵活，这对于能够确保如果电池外壳中出现内部压力突然增加时外壳结构保持完整是重要的。通过改变紧急排气心轴的尖端与膜表面的距离，可以调节紧急排气压力。
48、根据本发明的电池外壳
49、根据本发明的电池外壳特别是牵引电池(特别是机动车辆的牵引电池)的电池外壳。电池外壳以压力补偿开口为特征，其中压力补偿装置连接到压力补偿开口的边缘。压力补偿装置是根据本发明的压力补偿装置。
50、在根据本发明的压力补偿装置的背景下公开的所有特征、特征组合及其特定的技术优点均可转移到根据本发明的电池外壳，并且反之亦然。
1.一种用于电池外壳(100)的压力补偿装置(10)，特别是用于牵引电池的电池外壳，特别是机动车辆的牵引电池的电池外壳，所述压力补偿装置(10)包括：
2.根据权利要求1所述的压力补偿装置(10)，其中，斜面体(5)存在于气体通道开口(13)的横截面内，并且
3.根据前述权利要求中的任一项所述的压力补偿装置(10)，其中，第一斜面部分(510、520)中的每个具有在30°和85°之间、特别是在45°和75°之间的预定倾斜角。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的压力补偿装置(10)，其中，斜面(51、52)还包括第二斜面部分(511、521)，所述第二斜面部分(511、521)在从电池外壳(100)的内部空间到环境的流动路径(s)的方向上介于第一斜面部分(510、520)和另一斜面部分(513、523)之间，第二斜面部分(511、521)中的每个的倾斜角不同于第一斜面部分(510、520)的相应一个的倾斜角和另一斜面部分(513、523)的相应一个的倾斜角。
5.根据权利要求4所述的压力补偿装置(10)，其中，第二斜面部分(511、521)中的每个的倾斜角小于第一斜面部分(510、520)的相应一个的倾斜角，特别是第二斜面部分(511、521)中的每个的倾斜角为0°至60°，特别是15°至45°。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的压力补偿装置(10)，其中，第一斜面部分(510、520)中的每个具有负斜率，并且
7.根据前述权利要求中的任一项所述的压力补偿装置(10)，其中，所述压力元件(6)包括弹簧元件(6)，所述弹簧元件(6)包括金属弹簧材料。
8.根据权利要求7所述的压力补偿装置(10)，其中，所述弹簧元件(6)是具有腿部(61)的弹簧支架(6)，每个腿部(61)均包括与斜面(51、52)的相应一个接触的按压表面(611)。
9.根据前述权利要求中的任一项的压力补偿装置(10)，其中，斜面紧固装置(9)还包括止动装置(15)，该止动装置(15)与斜面(51、52)相邻，并且具有比斜面(51、52)大的径向范围，止动装置(15)被配置为当封闭盖(2)挠曲时接触压力元件(6)，从而限制封闭盖(2)的轴向挠曲。
10.根据前述权利要求中的任一项所述的压力补偿装置(10)，其中，在正常工作状态下，气体通道开口(13)被封闭盖(2)密封地封闭，并且
11.根据权利要求1至9之一所述的压力补偿装置(10)，其中，在正常工作状态下，封闭盖(2)在初始位置与基体(1)至少在一些区域内间隔开，以允许通过气体通道开口(13)进行充气/排气。
12.根据前述权利要求中的任一项所述的压力补偿装置(10)，其中，封闭盖(2)相对于基体(1)逆着从电池外壳(100)的内部空间到环境的流动路径(s)的方向被预张紧。
13.根据前述权利要求中的任一项所述的压力补偿装置(10)，其中，所述压力补偿装置(10)还包括膜(8)，所述膜覆盖所述气体通道开口(13)并且配置为允许气态介质通过并阻止液体和/或固体介质通过。
14.根据权利要求13所述的压力补偿装置(10)，其中，所述膜(8)相对于所述电池外壳(100)上的预期组件设置在所述基体(1)的内侧上，所述膜(8)连接至所述气体通道开口(13)的边缘(131)。
15.根据权利要求13或14所述的压力补偿装置(10)，其中，所述膜(8)由支撑格栅(81)至少部分地交叠，所述支撑格栅(81)完全覆盖所述气体通道开口(13)的横截面。
16.根据权利要求13至15中任一项的压力补偿装置(10)，其中，压力补偿装置(10)还包括紧急排气心轴(7)，该紧急排气心轴设置在斜面体(5)上并从斜面体(5)逆着从电池外壳(100)的内部空间到环境的流动路径(s)的方向向膜(8)延伸。
17.一种电池外壳(100)，特别是牵引电池的电池外壳，特别是机动车辆的牵引电池的电池外壳，所述电池外壳(100)包括压力补偿开口(101)，
