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1、10申请公布号CN104106154A43申请公布日20141015CN104106154A21申请号201280055717522申请日2012111661/560,64620111116USH01M2/12200601H01M2/1020060171申请人江森自控先进能源动力系统有限责任公司地址德国汉诺威72发明人拉尔夫乔斯维格马丁维格曼海尔吉布伦纳马库斯何凯文克拉代克74专利代理机构上海脱颖律师事务所31259代理人脱颖54发明名称泄压元件、泄压设备和电池57摘要本发明涉及一种在过压情况下气体介质必须被快速释放的设备中被用作过压安全装置的泄压元件11，其中泄压元件11具有至少一个凹槽9，。
2、其被设计成预定破裂点，在一定程度过压下，泄压元件11在该点破裂，从而不可逆地打开气体介质的排气通路。本发明还涉及一种电化学电池的泄压设备，包括这种泄压元件，以及一种包括这种泄压设备的电池。30优先权数据85PCT国际申请进入国家阶段日2014051386PCT国际申请的申请数据PCT/EP2012/0728512012111687PCT国际申请的公布数据WO2013/072468EN2013052351INTCL权利要求书2页说明书5页附图5页19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书2页说明书5页附图5页10申请公布号CN104106154ACN104106154A1/2页2。
3、1泄压元件11，在过压情况下气体介质必须被快速释放的设备中被用作过压安全装置，其中泄压元件11具有至少一个凹槽9，其被设计成预定破裂点，泄压元件11在一定级别的过压下破裂，从而不可逆地打开气体介质的排气通路。2根据权利要求1所述的泄压元件，其特征在于，泄压元件11形成为板状和/或盘状部件。3根据权利要求1或2所述的泄压元件，其特征在于，泄压元件11是用塑料材料制成的。4根据权利要求3所述的泄压元件，其特征在于，A泄压元件11包括注入侧68，在泄压元件11的制造期间塑料材料从注入侧68注入注塑模具中，以及B泄压元件11包括压力侧69，该侧被布置为用于填充气体介质，C其中注入侧68和压力侧69是泄。
4、压元件11的相对两侧。5根据前述权利要求之一所述的泄压元件，其特征在于，泄压元件11包括在至少一侧上的异型表面，以这样的方式，即泄压元件11的材料厚度在泄压元件11的中心区域60比在环绕中心区域60的至少一个区域61,62更大。6根据权利要求5所述的泄压元件，其特征在于，泄压元件11的材料厚度从中心区域60朝向环绕中心区域60的所述至少一个区域61,62以倾斜的方式减小。7根据前述权利要求之一所述的泄压元件，其特征在于，泄压元件11包括在其外圆周上增加了材料厚度的圆周区域65。8根据权利要求7所述的泄压元件，其特征在于，凹槽9靠近具有增加的材料厚度的圆周区域65。9根据前述权利要求之一所述的泄。
5、压元件，其特征在于，凹槽9成形为周向凹槽，其环绕中心区域60。10根据前述权利要求之一所述的泄压元件，其特征为，泄压元件11的塑料材料是硬质塑料，尤其是未增塑过的塑料材料。11根据前述权利要求之一所述的泄压元件，其特征在于，泄压元件11是膜片。12电化学电池的泄压设备，泄压设备4，80包括至少一个根据前述权利要求之一所述的泄压元件11。13根据权利要求12所述的泄压设备，其特征在于，泄压设备4，80包括从电池1的壳体2向外延伸的排气延伸部7，90，其中排气延伸部7，90包括至少一个根据权利要求1至11之一所述的泄压元件11。14根据权利要求12至13之一所述的泄压设备，其特征在于，泄压设备4，。
6、80，特别是排气延伸部7，90，包括用于安装管5的管接头10，其允许电池1的壳体2的内部和外部之间的恒定压力平衡。15根据权利要求12至14之一所述的泄压设备，其特征在于，泄压设备4，80，特别是排气延伸部7，90，包括保护盖或迷宫81，其至少部分地保护泄压元件11免受电池1的壳体2的环境侵害。16根据权利要求13至15之一所述的泄压设备，其特征在于，泄压设备4，80包括用于将排气延伸部7，90固定到电池1的壳体2的壳体壁6上的固定元件92，以这权利要求书CN104106154A2/2页3种方式固定，即通过将排气延伸部7，90插入穿过电池1的壳体2的壳体壁6上的开口而将排气延伸部7，90从电池。
7、1的壳体2的外侧连接到电池1上，并将固定元件92从电池1的壳体2的内侧连接到排气延伸部7，90上。17具有电池壳体2和多个电化学电池单元3的电池1，其中，每个电池单元包含自己的电池单元壳体，其中电池单元3位于电池壳体2内，而且，其中电池壳体2包括根据权利要求12至16之一所述的泄压设备4，80。权利要求书CN104106154A1/5页4泄压元件、泄压设备和电池0001本发明涉及根据权利要求1的用作过压安全装置的泄压元件。本发明还涉及根据权利要求12的电化学电池的泄压设备，该设备包括这种泄压元件，以及根据权利要求17的包括这种泄压设备的电池。0002在一些技术领域中，存在以快速方式释放过压的气。
8、体介质的需求，如在使用压缩空气气动设备的领域或在电化学电池的领域。这种电池越来越多地用于混合动力车辆和电动车辆。用于混合动力车辆和电动车辆的电池通常需要允许压力均衡，如在过载或短路的情况下，大量的气体可以被释放。即使在这样的电池系统中通常是一个小的横截面是开放的以允许在电池系统的操作过程中交换一定小量空气，小横截面的开口对于在紧急情况下的快速气体释放也不是足够大。小开口提供了小量的空气交换，保持电池的内外湿度处于同一水平。在电池内的压力迅速增加的情况下需要安全装置来避免电池外壳的爆炸。0003本发明的一个目的是提供一种过压安全装置，用于在过压情况下气体介质必须迅速释放的设备，其可以容易地和便宜。
9、地制造，并且用于广泛的应用范围。0004根据权利要求1，本发明的目的通过一种泄压元件来实现，该元件在过压情况下气体介质必须被快速释放的设备中被用作过压安全装置，其中泄压元件具有至少一个凹槽，其被设计成预定破裂点，在一定级别的过压下，泄压元件在该点破裂，从而不可逆地打开气体介质的排气通路。本发明的优点是所提出的是一次性使用元件，其包括预定破裂点，在该点泄压元件破裂然后保持在不可逆的打开状态。这种泄压元件可以以不同的设计很便宜地和容易地制造，无论是作为是泄压设备的一体部件的集成泄压元件还是作为可安装在泄压设备内的独立部件。在后一种情况下，泄压元件可以是可更换的部件，其可在破裂之后的修复行动中进行更。
10、换。凹槽以这种方式设计，即泄压元件在预定的过压级别或范围破裂，例如，具有过压上限和下限的范围。0005泄压元件可以是可透气的元件，它总是允许一定的气体流动，或者在其破裂之前也可以是不透气的。0006根据本发明一个有利实施例，泄压元件可被形成为板状和/或盘状部件。在这种情况下，泄压元件设置为具有平的，薄的形状。泄压元件的外轮廓可以是圆形，椭圆形，矩形或正方形或适于特定应用的任何其它形状。0007有利地，泄压元件可以用塑料材料制成。这允许将廉价的制造与至少一个凹槽形式的破裂点的可确定的安全设计相结合，特别是对于泄压元件的大规模生产来说。特别是，它使得用大量流水生产技术制造具有高重复精度的过压级别的。
11、大量泄压元件，破裂点依据该过压级别起作用。0008根据本发明一个有利实施例0009A泄压元件包括注入侧，在泄压元件的制造期间塑料材料从注入侧注入注塑模具中，以及0010B泄压元件包括压力侧，该侧被布置为用于填充气体介质，0011C其中注入侧和压力侧是泄压元件的相对两侧。0012这允许泄压元件用塑料材料以高度履行规格和高度重复精度的可靠生产。说明书CN104106154A2/5页50013根据本发明一个有利实施例，泄压元件包括在至少一侧上的异型表面，以这样的方式，泄压元件的材料厚度是泄压元件的中心区域的比环绕中心区域的至少一个区域的更大。如果泄压元件是平的，板状元件，设计泄压元件的两个相对的侧面。
12、具有这种异型表面或仅一侧具有都是可能的。在后者的情况下，另一侧可以被设计为平的，平坦表面。如果泄压元件包括上述注入侧和压力侧，有利的是设计注入侧作为具有这种异型表面的一侧。尤其有利的是将异型表面设计成在不同材料厚度的区域之间平滑过渡。如果这是在注入侧实现，泄压元件的设计支持塑料材料的均一性。特别是，能够避免在塑料材料注入期间材料中的湍流。例如，有利的是塑料材料从泄压元件的中心区域注入到周边地区。0014根据本发明的一个有利实施例，泄压元件的材料厚度可以从中心区域朝向环绕中心区域的至少一个区域以倾斜的方式减小。这允许较厚中心区域至较薄环绕区域之间的平滑过渡。通过以倾斜方式减小材料厚度，泄压元件内。
13、的张力能够以最大张力发生在泄压元件的预定破裂点这样的方式来控制。0015根据本发明的一个有利实施例，泄压元件包括在其外圆周上增加了材料厚度的圆周区域。以这种方式，泄压元件可以被设计成具有更大的外周区域，其可以用于安装和保持目的，例如，用于将泄压元件保持在圆形或其他形状的支架设备上。0016根据本发明的一个有利实施例，凹槽可以靠近具有增加的材料厚度的圆周区域。另外，凹槽可以被成型为完全或部分地环绕泄压元件的中心区域的周向凹槽。0017根据本发明的一个有利实施例，泄压元件的塑料材料可以是硬质塑料。硬质塑料应从在它们的最后的固化的状态下是相对均匀的和易碎的或难熔的材料中选择。最好是选择在一定温度范围。
14、内，例如在从40至85的温度范围内具有大致相同性能的材料。0018在预定破裂点的区域中，泄压元件的材料厚度可以是例如003毫米的最小厚度。对于用于混合动力车辆和电动车辆的电池系统的泄压元件的应用而言，有利的是破裂点发生反应依据的过压的范围从05到1巴高于大气压。0019根据本发明的一个有利实施例，泄压元件可以是膜片，尤其是透气性的膜片。0020根据权利要求12，本发明的目的通过一种电化学电池的泄压设备来实现，泄压设备包括至少一个本文前面描述的泄压元件。0021泄压设备可以根据特定应用的需求用多种方式设计。例如，泄压设备可以包括从电池的壳体向外延伸的排气延伸部，其中排气延伸部包括至少一个本文前面。
15、所描述的泄压元件。排气延伸部可以被设计成管件的形式，其具有圆形或其他的横截面。泄压元件可以作为独立部件安装在排气延伸部内，或者可以与排气延伸部的材料一体制造。0022根据本发明的一个有利实施例，泄压设备，尤其是排气延伸部，可以包括用于安装管的管接头，其允许电池的壳体的内部和外部之间的恒定压力平衡。在这种情况下，泄压设备或其排气延伸部可以实现多于一个的功能，使其成为多功能设备。0023作为可以通过泄压设备或特别是通过排气延伸部来实现的进一步的功能，它可以至少部分地通过保护盖或迷宫来保护泄压元件免受电池的壳体的环境侵害。保护盖或迷宫可以特别保护泄压元件抵抗由于机械触点或用于车辆清洗的水/蒸汽喷射的。
16、伤害。而且，电池壳体的内部也是用盖或迷宫保护的。0024根据本发明的一个有利实施例，泄压设备包括用于将排气延伸部固定到电池的壳体的壳体壁上的固定元件，以这种方式固定，即通过将排气延伸部插入电池的壳体的壳体说明书CN104106154A3/5页6壁上的开口而将排气延伸部从电池的壳体的外侧连接到电池上，然后将固定元件从电池的壳体的内侧连接到排气延伸部上。这允许将泄压设备安装到电池的壳体的壳体壁上的容易和快速的安装。0025一种将泄压设备安装在壳体壁的有利方法包括如下步骤0026插入排气延伸部到穿过电池的外壳的壳体壁上的开口，0027从电池的壳体的内侧将固定元件安装到排气延伸部上。0028根据权利要。
17、求17，本发明的目的通过具有电池壳体和多个电化学电池单元的电池来实现，其中每个电池单元包含自己的电池单元壳体，其中电池单元位于电池壳体内，并且，其中电池壳体包括本文前面所描述的泄压设备。特别是，可以使用具有自己的排气和/或泄压元件的电池单元，该泄压元件集成在电池单元壳体内。在这种情况下，本发明通过用于安装在电池壳体内的所有电池单元的泄压设备提供了共同的泄压路径。0029概括地说，本发明允许在电池内的压力增加的情况下一部件在预定破裂点打开并释放大横截面作为气体出口。0030本发明能够在电池单元由于过载、短路等而释放大量气体时使得电池与环境之间快速压力平衡。电池上的开口用具有凹槽的盖密封。这个凹槽。
18、用作预定破裂点。随着压力的增加，破裂点破碎且大横截面得到开放。外部区域可以用辅助肋或迷宫保护来抵抗由于接触或作为用于车辆清洗或水/蒸汽喷射而造成的机械破坏。此外，设置小管接头来允许内部和外部电池之间的恒定压力均衡。该元件应优选用塑料制成然后与爆破能够将被温度支持的热气体一起制成。但它也可以使用外部供给者的一种盘载体的金属部件或常规破裂盘。该设计也可以是任何形状的法兰，其通过螺栓固定，或直接夹到电池壳体上，或如在图像中所示的连接到管件上的圆柱形部件。0031现在进一步通过示例性实施例描述并通过附图说明本发明。0032附图显示0033图1具有多个电化学电池单元的电池，和0034图2具有集成的泄压元。
19、件的泄压设备，和0035图3至图5具有集成的泄压元件的泄压设备的另一实施例，和0036图6和图7泄压元件，和0037图8和图9泄压设备的另一实施例。0038在附图中，相同的标号指代相同的元件。0039图1示出一种包括电池壳体2和多个位于电池壳体2内的电化学电池单元3的电化学电池1。电化学电池单元3包括自身单元外壳。电化学电池单元3可以以柱状或圆筒型单元或任何其它合适的单元形式来提供。壳体2可以被设计为如图1所描绘的，像一个箱子或托盘。为了应用于车辆上，外壳2通常是由金属材料制成，但也可以由像树脂或其他塑料材料这些更轻的材料制成。0040在壳体2的外侧上安装泄压设备4。泄压设备4包括管状的排气延。
20、伸部7，该延伸部被固定在壳体2的壁6上的壳体处。排气延伸部7从电池1的壳体2向外延伸并在壳体2的内部和外部之间提供呼吸通道，允许空气和湿气在壳体2的内部和外部之间交换。另外，在壳体2内过压的情况下，来自电池单元3的气体可通过排气延伸部7释放。泄压设备4包括安装在排气延伸部7的外侧的泄压元件11。泄压元件11包括具有凹槽9的外壁8，说明书CN104106154A4/5页7该凹槽用作泄压元件11在壳体2内达到一定级别过压时破裂的预定破裂点。泄压设备4包括用于安装管5的管接头10，如图1所示。管接头10可以位于泄压元件11的凹槽9之外的端部。如可以看到的，管接头10的横截面显著比排气延伸部7的横截面。
21、小，这使得有必要为了安全起见设置预定的破裂点。0041在图3到5中，以不同的视图描绘了另一个安装到壳体壁6上的泄压设备4的实施例。如可以看到的，泄压设备4还是包括与图2所示的类似的排气延伸部7。在排气延伸部7上安装具有外壁8的管形元件。在外壁8上设有管接头10。在外壁8内设有环形壁形式的泄压设备11。泄压元件11也包括作为预定破裂点的凹槽9。根据图3到5中，凹槽9可以被设计为圆形或半圆形的槽，其完全地或部分地沿泄压元件11的圆周延伸。0042在图1至5的实施例中，泄压设备4可以整体地由相同的材料制成，例如塑料材料。也可能为提供例如排气延伸部7和泄压元件11的单独部件。0043图6和7图示了作为。
22、单独部件的泄压元件11的实施例，特别是作为通过注模工艺制成的塑料材料的盘状部件。图6图示了泄压元件11的等轴视图，图7图示了横截面视图。如可以在图中看到的，泄压元件11包括大致平坦的下侧69和异型上侧68，它是下侧69的相反侧。0044上侧68是泄压元件11的注入侧，是塑料材料在泄压元件11的制造期间被注入注塑模具的地方。异型注入侧68包括具有增加的材料厚度的凸起中心区域60。塑料材料被注入在区域60进入注塑模具。随着从中心区域60向外蔓延，材料厚度通过区域61，62平滑地减少，例如以倾斜的方式，直到到达外周位置63。随着位置63向外蔓延，材料厚度在区域64再次增加，以形成泄压元件11的升高外。
23、环区域65，其可以作为用于将泄压元件安装在泄压设备上的安装元件。在大致平坦的下侧69上，该侧是泄压元件11要被气体介质填充的一侧，提供圆形凹槽形式的凹槽9，其充当泄压元件11的预定破裂点。凹槽9的区域中的材料厚度是例如只有003毫米。0045图8和9图示了另一种泄压设备80的实施例，其由可以很容易地安装到彼此以及安装到壳体壁6上的几个单独部件组成。另外，根据图8和9的泄压设备80适合于合并入图6和7的泄压元件11。图8图示了完成安装的泄压设备80，图9图示了泄压设备80的分解图。0046图8和9的泄压设备80包括由图9中所示的不同元件组成的基座部分83。如可在图8中看到的，保护盖81通过卡钩部。
24、件82安装在基座部分83上。此外，可以看出，基座部分83包括管接头10。0047来到图9，可以看出泄压设备80包括四个单独部分以及根据图6和7的泄压元件11。该四个元件是已经描述过的保护盖81和基座元件83，该基座元件包括泄压元件支架90、盖固定部分91和用于将泄压设备80安装在壳体壁6上的固定元件92。为了便于说明，泄压元件支架90被附加图示在图9从其底侧看的左上部分。0048根据图8和9的泄压设备80可以以下面的方式安装到电池1的壳体2的壳体壁6上。首先，将泄压元件11放置在泄压元件支架90的接收侧上。然后将泄压元件支架90和泄压元件11放置在盖固定部分91内，随后将保护盖81通过卡钩82。
25、的手段固定在盖固定部分91上。以这种方式，泄压元件11被封装在泄压元件支架90和保护盖81之间，而泄压元件支架90被封装在盖固定部分91和保护盖81之间。包括元件11，81，90，91的单元说明书CN104106154A5/5页8随后可以插入穿过壳体2的壳体壁6上的开口。然后，固定元件92被安装在泄压元件支架90的机械连接元件93上。机械连接元件93被设计来通过盖固定部分91和壳体壁6延伸至壳体2的内侧。机械连接93可以被设计成，例如燕尾连接。0049那些阅读本公开的将会理解，各种已经图示和描述的示例性实施例，以及根据各种示例性实施例，与一个示例性实施例相关联的特征可以与包括在其他示例性实施例。
26、中的特征一起使用。0050如本文所用，术语“约”，“大约”，“大致”以及类似术语意在以普通的和由那些本公开涉及的主题的领域内的普通技术人员可接受使用的情况下具有广泛的含义。应当被那些阅读了本公开的本领域技术人员理解的是，这些术语意在允许说明所描述的和所要求保护的某些特征，而不将这些特征的范围限制到所提供的精确数值范围。因此，这些术语应该被解释为表示所描述的和所所要求保护的主题的非实质性或无关紧要的修改或替代被认为是本发明的如所附的权利要求书要求的范围之内。0051应当指出的是，在本文中用于描述各种实施例的术语“示例性”意在表明这样的实施例是可能的例子，代表和/或可能的实施例的说明而且这种术语并。
27、不意在意味着这些实施例是非常必要的或是最高级的例子。0052如本文所用术语“耦合的”，“连接的”，以及类似的是指两个构件彼此直接的或间接的接合。这样的接合可以是固定的例如，永久性的或可移动的例如，可移动的或可释放的。这样的接合可以用两个构件或者两个构件与任何附加的中间构件彼此整体形成为单个整体实现，或者用两个构件或者两个构件和任何附加的中间构件彼此连接实现。0053本文中提及的元件的位置例如，“顶部”，“底部”，“上方”，“下方”，等等仅仅用于描述各元件在图中的方向。应注意的是，各种元件的方向可以根据其它示例性实施例中而不同，并且这种变化意在被本公开涵盖。0054需要重点注意的是，如在各种示例。
28、性实施例中所图示的包括具有一体形成端子的电化学电池单元的电池模块的结构和设置只是说明性的。虽然本公开中仅详细描述了本发明的几个实施例，但是那些阅读了本公开的本领域技术人员将容易地理解许多修改都是可能的例如，各种元件的大小，尺寸，结构，形状和比例，参数值，安装布置，材料的使用，颜色，方向等等的改变，并不偏离权利要求书中所要求的主题的新颖教导和优点。例如，电池可为非圆柱形的例如，椭圆形，矩形，等等，元件的位置可以颠倒或以其它方式的改变例如，端子的方向，以及电池可能是许多不同类型的例如，镍金属氢化物，锂离子，锂聚合物，等等。因此，所有这些修改都旨在被包括在本发明的范围之内。任何过程或方法步骤的顺序或序列可以根据示例性实施例而改变或重新排序。其他替换，修改，改变和省略可以在不脱离本发明的范围所作的各种示例性实施例的设计，操作条件和布置下实施。说明书CN104106154A1/5页9图1图2说明书附图CN104106154A2/5页10说明书附图CN104106154A103/5页11图6图7说明书附图CN104106154A114/5页12图8说明书附图CN104106154A125/5页13图9说明书附图CN104106154A13。