专利名称：电池壳体的封闭元件的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于闭锁电化学储存器特别是电池壳体的开口的封闭元件。
背景技术：
大型电池系统或者其他电化学储存器(电化学储能器)诸如超级电容器得到越来越多的应用。例如它们被应用于电动车辆或者混合动力车辆，工业用牵引系统，如叉车或者机器人，应用于地面运输车辆以及体育运动用车辆和娱乐活动用车辆。其他方面还应用于铁路和航空。在所有这些应用中，电池通常由大量的被安置在电池壳体中的单个的电池单元组成。这种方式使用的能量储存器的典型电压可达1000V。电流强度可能大于100A。电池壳体的典型长度和宽度为500mmX800mm。电池壳体的典型壁厚为1至5mm。 电池壳体由金属特别是由钢或者铝构成，或者由塑料特别是聚酰胺构成。当发生内部短路时，在单个电池单元内部能够产生气体。从40Ah(安培小时)的电池单元中析出的典型总量在100L范围内。被释放的由电解质或者电解质分解产物所构成的气体是可燃和有毒的。作为典型例子，柔性的咖啡袋设计(Coffee-Bag-Design)中的电池单元在内压不足Ibar时就会打开，而在圆筒状的或者棱柱形的设计中，具有坚固的金属罩的电池单元在压力大于IObar时也会打开。被释放出的气体然后便到达电池壳体内并且导致那里的压力升高。该压力上升与电池壳体内的死点容积相关联。另外，该压力上升还与由例如壳体密封中的泄漏引起的压力下降的可能性相关联，与通过压力平衡口的气体的传输相关联，该压力平衡口用于在正常运行状态下调节电池内部的压力；以及与电池单元的种类或者电池单元打开的速度相关联。在突然释放气体的情况下，电池壳体可能会破裂。在死点容积为20L和释放气体为100L的情况下，电池壳体将承受^ar的过压。可燃的有毒气体可能会与人接触，即可能到达车辆的内部空间。可燃的有毒气体可能会与输电的部件接触，这可能会导致燃烧或者爆炸。在通常情况下释放出的气体不是特别热，因而NBR(丁腈橡胶)或者EPDM(三元乙丙橡胶)材料就能够承受得住所述气体。此外还有，当释放出气体时，因为阀门必须打开， 所以密封件已经没有意义。常常要求阀门及其部件的耐热性在500°C以上，并且要求耐受氢氟酸腐蚀。在电池燃烧时能够出现这种温度条件。在使用聚烯烃的弹性体如EPDM的情况下， 能够耐受得住通常释放出的相对较小的氢氟酸浓度。为了避免由于电池单元的所述的打开引起的整个系统的非常危险的状态，所以每个大型的电池、特别是锂电池必须设置用于安全降低过压的装置。用于降低过压的阀门在正常运行状态中是不允许打开的。例如，由于温度补偿造成的压力差或者由于上山行驶和下山行驶造成的压力差不允许导致阀门的开启。所述典型的压力波动在最大+/-0. 2bar的范围内。此外，阀门在任何情况下都要防止水从外部进入。因此，首先在汽车的使用的场合中，对阀门提出了更高的要求。所述阀门必须具有防水能力。在洗车设备中或者在出现的高压喷水中必须具有密封性。在通常情况下此处要求IP67的防护级(“防水”按照DIN EN 60529或者DIN40050第9部分)。另外还必须防止在阀门打开时部件的飞散。在打开的情况下，应该适度地降低过压。也就是说，不应该猛地一下子打开阀门，但是尽管如此，过压仍然是要顺利地被降低。整个系统应该坚固耐用。应该保证在“汽车条件规定”下10年之后依然工作正常。因此所述阀门不应该出现老化以及在被弄脏或者被腐蚀时不应该固结。阀门的典型的敞开横截面积与电池单元的容量和电池的大小相关联。典型的横截面积在5cm2到30cm2的范围内。为了解决所述的问题，大型锂电池的电池壳体在通常情况下包含有用于降低过压的单元。对此有多种实施方案。可以纳入考虑之列的是一种与位于内部的压力传感器相连并被控制的阀门。在此，其缺点为该实施方案技术成本高且价格贵、耗电、易受腐蚀和技术上过于复杂。也可以采用破裂板(Berstscheibe)的原理。对此在电池壳体的开口上例如设热塑性薄膜。在此，其缺点为其可能会出现导致失灵的材料脆化。由于破裂板的破裂，适度的压力降低是不可能的。薄膜容易遭受来自外界的穿透和/或破坏。另外，还可以使用弹簧阀。在此，其缺点为无法排除部件的飞散，弹簧易受腐蚀，并且开口横截面积受到限制。
发明内容
因此，本发明的目的是，如此地设计和进一步改进电池壳体，使得所述电池壳体在正常运行中具有可靠的密封性，但是在故障情况下允许气体顺畅和定向地泄出，而不会使电池壳体或者阀门的部件不受控制地被抛出。本发明通过权利要求1的特征实现了前述目的。根据本发明，用于闭锁电池壳体的开口的封闭元件包括一盖，该盖具有接合槽，电池壳体的壁能够嵌入或者卡入该接合槽内，其中从盖中伸出一个能够无损伤变形的连接件，其中，该连接件上设置有一个乳头状接头。根据本发明，通过该教导提供了一种简单、不用耗电和抗老化的封闭元件的实施方案。具体地，可以认识到在一侧通过乳头状接头固定地与电池壳体相连的盖不会丢失地被系缚在该电池壳体上。该盖通过一个连接件与乳头状接头相连接。有利的是，由此将保持压力在使用寿命期间都维持恒定，这样就不会出现由于老化而引起的削弱。盖的弹出是该盖发挥应急功能的标志。利用根据本发明的附件意想不到地实现了 提供一种抗老化的可靠的封闭元件。其表明阀门有损坏或有动作。盖被固定在电池壳体上，并且在气体从电池壳体中泄出时，不会被吹掉。在此方面又提供了一种电池壳体，该电池壳体在正常运行中具有可靠的密封性，但是在故障情况下允许气体顺畅和定向地泄出，而不会使电池壳体或阀门的部件不受控制地被抛出。因此实现了开头所述的目的。所述盖可设置有一个用于贴靠在电池壳体的外壁上的环绕的密封件。所述密封件能够针对于偶尔来自外部的水提供一种密封。该水中可能会含有浸透剂，例如其存在于清洗设备的洗涤介质中。所述密封件应该针对于油喷溅提供密封。此外，所述密封件还应该提供盖材料相对电池壳体的公差补偿。还期望实现一种兼顾不同热膨胀系数的平衡功能。所述密封件可以由弹性体实心材料或者2K-结构部件QK-Bauteil)构成。所述密封件可以被构造为经硫化处理的弹性体。所述密封件可以被构造为采用履带式涂敷方法 (Raupenauftragsverfahren)涂敷的弹性体。所述密封件可以被构造为挤压成型的热塑性弹性体(TPE)或者热塑性聚氨酯树脂(TPU)。所述密封件可以被构造为粘贴上的弹性体或者TPE。所述密封件可以被构造为闭孔泡沫。
接合槽可以在朝向电池壳体的内壁的一侧构造出不同的高凸。在此，接合槽相对于盖的密封件存在着偏心的定向。这使得在电池壳体的内部产生过压时，盖首先是在一侧打开，这样便实现了适度的压力降低。在此背景下，接近乳头状接头的高凸应该大于远离乳头状接头的高凸。于是，盖可以按下述方式从壁上被挤压出来，即，接合槽的最接近乳头状接头的部分最后从壁上挤压脱出。盖的表平面可以与平行于电池壳体的内壁的平面形成一个夹角。由于有了这种倾斜，盖在一个区域内比在另一个区域内具有更高的刚性。因此盖在一个区域内比在另一个区域内显示出更大的变形。在此背景下，盖的表平面应该与平行于电池壳体的内壁的平面形成一个在2° <X<30°范围内的夹角X。已经得到证明的是，这个夹角范围特别有利于使由弹性体构成的盖适当地变形。乳头状接头可以设置有一个可取下或者可拆下地套装在其上的装配辅具。这样， 所述乳头状接头能够畅地被插入开口中。壳体，特别是设置有第一开口的电池壳体，可以在第一开口中收纳此处所述种类的封闭元件的盖，其中，乳头状接头被收纳在第二开口中。由此保证当盖从壳体的壁上脱离的时候，该盖不会穿越自由空间被抛甩出去。在构造有第一开口的壁与盖的槽底之间可形成有一间隙。该间隙防止弹性体粘结在电池壳体上。另外，在较长时间后要注意取下密封件，以便使间隙保持其宽度或者甚至稍微变大一些。由此可以保证即使封闭元件在长期使用后也依然能够可靠地打开。此处所述种类的封闭元件可用于闭锁电化储存器的壳体，特别是电池壳体。另外也可将该封闭元件应用于一种在故障情况时可能产生压力上升的化学反应器中。盖或者封闭元件可以由弹性材料或者由2K-结构部件构成。盖可被夹紧在壳体中。所述盖可如此被夹紧，即，在使用数年后也不会出现与壳体粘结的现象 (St印han-Kavernen)。盖可具有如此的构造设计，即，在一侧比在另一侧更容易打开。这样
就实现了一种“预定-开启-机构(Soil-Gffnen-Mechanismus)”。所述盖可以被如此
夹紧在壳体上，即，能够平衡兼顾到不同的壳体壁厚允差。乳头状接头可以由弹性体制造。乳头状接头可被如此安装，即在盖飞出的情况下该乳头状接头也不会被拉脱。为此，乳头状接头能够从内部被装入。盖和乳头状接头的安装方向可以是同向的或者相反的。乳头状接头的一个部分是能够被拆下的。这样既能减少
5结构空间也能便于装配。连接件可以由弹性体、由端部被硫化的织物、或者由绳索构成。所述盖、乳头状接头和连接件可以成一体构造。可以在封闭元件上设置一管道或者一软管，通过该管道/软管保证气体能够被可靠地输送出去。软管可以插套也可以旋接。封闭元件可以不直接整合在电池壳体上，而是只与软管整合成一体。可以设置一种过滤件，特别是无纺布或者固体填料，所述过滤件接合/粘合或者吸收排出的气体或者物质成分。作为吸收介质，可以使用活性炭或者干燥剂。制造密封的封闭元件的材料可以是电磁屏蔽性质的。这样就保障了 没有电流能够流出/流入电池壳体。例如通过在弹性体中掺入导电的填充剂便可实现所述的屏蔽。作为选择，可以考虑至少在封闭元件和乳头状接头的表面涂覆导电的涂层。可以通过金属蒸镀法或者电镀离析实施所述涂覆。由于相对小的弹性运动/小的膨胀率，不会发生涂层在运行过程中剥落的现象。接合槽中面向金属的表面、特别是开口区域内的表面可以是涂层的。这样能防止弹性体与金属表面的粘结，并且因此保证即使在长期使用后盖也能够可靠地打开。柔性的连接件可以被事后安装到一个或者两个结构部件上，即盖或者乳头状接头上。因此可以实现模块式结构。乳头状接头的一部分能够事后被分离。可通过预定断裂处或者通过切口实施该分离。这有助于减少结构空间。在封闭元件上可以安装一个排出装置，例如管道、软管或者类似部件，该装置能够保证将由于盖的打开而被释放出来的气体输送出去。盖应该在内部过压为IOcm2面积Ibar时动作。不过当内部过压为IOcm2面积0. 3bar时该盖不允许动作。在外部压力高于内部压力时，该盖不允许动作或者被损坏。盖、连接件、密封件或者乳头状接头可以由弹性体制成。作为弹性体，可以使用NBR ( 丁腈橡胶)，HNBR (氢化丁腈橡胶)，EPDM (三元乙丙橡胶)，FKM(氟橡胶)，ACM(丙烯酸酯橡胶)或者VMQ (甲基乙烯基硅橡胶)。
附图中示出图1为电池壳体的示意图，该电池壳体构成一个内腔并且具有一个临时的第一开口，其中，所述第一开口中设置有一个密封的封闭元件；图2为密封的封闭元件的透视图和剖视图，该封闭元件由一个具有环绕的密封件的盖构成，其中所述盖通过一个柔性的连接件与乳头状接头相连接；图3为密封的封闭元件的剖视图，该封闭元件由一个具有环绕的密封件的盖构成，该盖通过一个柔性的连接件与乳头状接头相连接并且整体被引入电池壳体的壁中；和图4为密封的封闭元件的另一个实施例的剖视图，其中盖的表平面与电池壳体的壁形成一个钝角。
具体实施例方式图1简略地示出了电池壳体1，该电池壳体构成一个内腔2并且具有一个临时的第一开口 3。该第一开口 3被图2至图4中所描述的密封的封闭元件闭锁。所述封闭元件具有一个柔性的连接件，该连接件与乳头状接头相连接。该乳头状接头被收纳在临时的第二开口 4中。图2既在左边的视图中也在右边的视图中示出了用来闭锁电池壳体1的第一开口 3的封闭元件，其包括具有接合槽6的盖5，电池壳体1的壁能够卡接在接合槽中，其中从盖 5中伸出一个可以无损伤变形的连接件7，并且其中该连接件7上设置有一个乳头状接头8。盖5具有一个用于与电池壳体1的外壁贴靠的环绕的密封件9。接合槽6在朝向电池壳体1的内壁的一侧构造出不同的高凸10a，10b。接近乳头状接头8的高凸IOa大于远离乳头状接头8的高凸10b。其中，与高凸IOb相比，高凸IOa沿径向从槽底11伸出得更远。环绕的接合槽6相对环绕的密封件9是偏心布置。乳头状接头8设置有一个可取下地插装在其上的装配辅具12。该装配辅具12被构造为帽盖。图2在左边的透视图和右边的剖视图中示出密封的封闭元件，该封闭元件由一个具有环绕的密封件9的盖5构成，该盖通过一个柔性的连接件7与乳头状接头8相连接。在此，乳头状接头8包括一个凸出来的以及必要时可以取下来的装配辅具12。图3示出的是密封的封闭元件的剖视图，该封闭元件由一个具有环绕的密封件9 的盖5构成，该盖通过一个柔性的连接件7与乳头状接头8相连接并且整体被插入电池壳体1的壁13中。在本实施例中盖5的表平面14与壁13平面平行。在这种情况下，接合槽 6具有不同的高凸10a，10b，这样接近乳头状接头8的一侧的高凸IOa大于远离乳头状接头 8的一侧的高凸10b。此处被设计为一个偏心结构。该偏心结构在内部过压时首先使盖5 远离乳头状接头8的一侧打开，如此便实现了适度的降压。图4示出的是一封闭元件，在该封闭元件中，盖5的表平面14与平行于电池壳体 1的壁13的平面形成一个夹角。盖5的表平面14与平行于电池壳体的内壁的平面形成一个夹角X，该夹角在2° <X<30°的范围内。图3和图4示出的是具有第一开口 3的电池壳体1，其中，封闭元件的盖5被收纳在第一开口 3中，并且，乳头状接头8被收纳在第二开口 4中。图4中示出，在构造有开口 3、4的壁13与盖5的槽底11之间形成有间隙15。图4示出的是密封的封闭元件的剖视图，该封闭元件由一个具有环绕的密封件9 的盖5构成，该盖通过一个柔性的连接件7与乳头状接头8相连接并且整体被插入电池壳体1的壁13中。在本实施例中盖5的表平面14与电池壳体1的壁13形成一个夹角X，该夹角在2° <X<30°的范围内。在这种情况下，两个接合槽6具有大致相同的高凸10a， 10b。这样的构造在内部过压时首先使盖5负载不均勻，因此远离乳头状接头8的一侧首先打开，如此便实现了适度的降压。图4示出的是密封的封闭元件的剖视图。两个接合槽6受密封件9的限制，该密封件9具有面向壁13的唇部16。接合槽6与电池壳体1形成一个间隙15。这个实施方式具有下述优点密封件9阻止水的浸入，并且在较宽的范围内补偿温度波动。间隙15防止弹性体粘结在电池壳体1上。另外在较长时间后要注意取下密封件9，以便间隙15保持其宽度或者使其甚至稍微变大一点。由此可以保障，封闭元件即使在长期使用后也依然能够可靠地打开第一开口 3。
在图2至图4中，电池壳体1的壁13具有内壁和外壁。高凸10a，IOb贴靠在所述内壁上，而密封圈9则贴靠在所述外壁上。
权利要求
1.用于闭锁电池壳体⑴的开口⑶的封闭元件，包括一盖(5)，所述盖(5)具有接合槽(6)，电池壳体⑴的壁(13)能够嵌入该接合槽(6)内，其中，从所述盖(5)中伸出能够无损伤变形的连接件(7)，并且所述连接件(7)配置有乳头状接头(8)。
2.如权利要求1所述的封闭元件，其特征在于所述盖(5)具有用于与所述电池壳体(1)的外壁贴靠的环绕的密封件(9)。
3.如权利要求1或2所述的封闭元件，其特征在于所述接合槽(6)在朝向所述电池壳体(1)的内壁的一侧构造出不同的高凸(10a，10b)。
4.如权利要求3所述的封闭元件，其特征在于接近所述乳头状接头(8)的高凸(IOa)大于远离所述乳头状接头(8)的高凸(IOb)。
5.如权利要求1至4之任一项所述的封闭元件，其特征在于所述盖(5)的表平面(14)与平行于所述电池壳体(1)的内壁的平面形成一夹角。
6.如权利要求1至5之任一项所述的封闭元件，其特征在于所述盖(5)的表平面(14)与平行于所述电池壳体(1)的内壁的平面形成夹角X，该夹角在2° <X<30°的范围内。
7.如权利要求1至6之任一项所述的封闭元件，其特征在于所述乳头状接头(8)设置有可取下地套装在其上的装配辅具(12)。
8.带有第一开口( 的壳体，其中，如前述权利要求之任一项所述的封闭元件的盖(5)被收纳在所述第一开口(3)内，并且，所述乳头状接头(8)被收纳在一第二开口(4)中。
9.如权利要求8所述的壳体，其特征在于在构造有第一开口(3)的壁(13)与所述盖(5)的槽底(11)之间形成有一间隙(15)。
10.如权利要求1至7之任一项所述的封闭元件的应用，用于闭锁电化学储存器的或者化学反应器的壳体。
全文摘要
本发明涉及一种用于闭锁电池壳体(1)的开口(3)的封闭元件，其包括一盖(5)，该盖(5)具有接合槽(6)，电池壳体(1)的壁(13)能够嵌入该接合槽内，其中，从盖(5)中伸出能够无损伤变形的连接件(7)，并且该连接件(7)配置有乳头状接头(8)；该封闭元件实现的目的是如此地设计和改进电池壳体，使得所述电池壳体在正常运行中具备可靠的密封性，但是在故障情况下允许气体顺畅和定向地泄出，而不会发生电池壳体或者阀门的部件不受控制地被抛出的现象。
文档编号H01M2/12GK102376905SQ201110220419
公开日2012年3月14日 申请日期2011年8月3日 优先权日2010年8月11日
发明者H·翁格尔, I·斯特凡, M·克莱门斯, O·纳尔沃尔德, P·克里泽, T·克拉默 申请人:卡尔·弗罗伊登伯格公司