专利名称：高压蓄电池应用的主动排泄塞的制作方法
技术领域：
本发明总体涉及外壳的排泄塞，更具体地，涉及采用致动排泄塞的形状记忆合金 (SMA)设备的用于蓄电池外壳的排泄塞。
背景技术：
电动车辆变得越来越普遍。这些车辆包括混合动力车辆(诸如增程型电动车 (EREV))和纯电动车(诸如蓄电池电动车(BEV))，其中，EREV兼有蓄电池与主动力源，主动力源诸如内燃机、燃料电池系统等。这些类型的电动车都采用包括多个蓄电池单格电池的高压蓄电池。这些蓄电池可以是不同类型的蓄电池，诸如锂离子蓄电池、镍金属氢化物、铅酸等。典型的电动车高压蓄电池系统可以包括大量的蓄电池单格电池或包括若干蓄电池单格电池的模块，以满足车辆功率和能量要求。电动车上的高压蓄电池通常安装到支撑构件，并且由提供多种功能的适当的保护罩覆盖。例如，罩是保护罩，原因在于其防止了蓄电池单格电池由于与其他物体碰撞而被损坏。此外，罩提供与蓄电池高压的电绝缘以保护个人和用户。各种原因可以使液体聚集在蓄电池外壳内。因为车辆蓄电池是高压蓄电池，所以期望去除或排空可能已经聚集在外壳的任何流体。为了提供这种排泄设施，其上安装蓄电池堆的较低支撑结构通常包括插入到外壳壁的开口的排泄塞，可以移除该排泄塞以排出聚集在外壳内的流体。例如，现有技术提供了在排泄孔中的弹性塞，在蓄电池堆外壳的期望位置提供该排泄孔。在一种设计，排泄孔大约直径20mm。由于高压环境，通常必须由受训的维修技师来执行移除里面已经聚集由任意流体的蓄电池外壳的塞子，其中车辆需要被送往信誉良好的服务中心。此外，有时很难知道液体是否已经聚集在蓄电池外壳，这也需要去往服务中心。另外，被插入蓄电池外壳的排泄孔的已知的塞子很多时候本身发生泄漏，其中驾驶通过潮湿环境时的水可能从塞子的周围通过排泄孔进入外壳。
发明内容
根据本发明的教导，公开一种具有用于密封车辆上高压蓄电池室中的排泄孔的特定应用的排泄塞组件。所述塞组件包括插入所述排泄孔的塞。所述塞组件还包括复位弹簧，其连接到所述塞并且使所述塞偏置到所述排泄孔中。所述塞组件还包括至少一个形状记忆(合金SMA)设备，其连接到所述塞和支撑结构。所述SMA设备接收电流，以使SMA设备收缩，并且克服所述复位弹簧的偏置将所述塞移出所述排泄孔。根据下面结合附图的描述和所附权利要求，本发明的另外的特征将变得明显。本发明还公开以下方案
方案1. 一种用于打开和关闭排泄孔的塞组件，所述塞组件包括 塞，当所述塞插入所述排泄孔时密封所述排泄孔；以及
至少一个形状记忆合金(SMA)设备，连接到所述塞和支撑结构，所述SMA设备对引起SMA设备收缩并且将所述塞移出所述排泄孔的电流进行响应。方案2.根据方案1所述的塞组件，还包括复位弹簧，安装到所述塞并且使所述塞被偏置到所述排泄孔内，其中，所述SMA设备克服所述复位弹簧的偏置收缩。方案3.根据方案2所述的塞组件，其中，所述至少一个SMA设备是直的金属线，其一端连接到所述塞，另一端连接所述支撑结构。方案4.根据方案2所述的塞组件，其中，所述至少一个SMA设备是位于所述塞周围的螺旋缠绕的金属线，其一端连接到所述塞，另一端连接到覆盖所述塞的罩。方案5.根据方案2所述的塞组件，其中，所述至少一个SMA设备是金属线，其包括连接到覆盖所述塞的罩的一侧的第一端，连接到所述罩的相对侧的第二端和连接到所述塞的中间部分。方案6.根据方案2所述的塞组件，其中，所述塞附接到枢转点，所述SMA设备是金属线，其包括与所述枢转点相对地附接到所述塞的一端以及附接到所述支撑结构的相对端。方案7.根据方案1所述的塞组件，其中，所述至少一个SMA设备是两个SMA线，其中，第一 SMA线具有附接到罩的一侧的第一端、附接到罩的相对侧的第二端和附接到所述塞的中间部分，而第二 SMA线具有附接到罩的一侧的第一端、附接到罩的相对侧的第二端和附接到所述塞的中间部分，其中，致动第一 SMA线以将塞置于关闭位置，而致动第二 SMA 线以将塞置于打开位置。方案8.根据方案7所述的塞组件，还包括机械铰链，附接到所述塞和罩，附接所述第一 SMA线以将铰链迅速翻转以将所述塞置于关闭位置，所述第二 SMA线被致动以将铰链迅速翻转以将所述塞置于打开位置。方案9.根据方案1所述的塞组件，其中，所述塞和所述排泄孔是锥形的。方案10.根据方案1所述的塞组件，其中，所述排泄孔包括从所述塞向下延伸的反溅保护边沿。方案11.根据方案1所述的塞组件，其中，所述排泄孔是容纳蓄电池的外壳。方案12.根据方案11所述的塞组件，其中，所述蓄电池是电动车的高压蓄电池。方案13. —种打开和关闭蓄电池外壳中的排泄孔的塞组件，所述塞组件包括 塞，当所述塞插入所述排泄孔时密封所述排泄孔；
复位弹簧，安装到所述塞并且使所述塞偏置到所述排泄孔内；以及形状记忆合金(SMA)线，连接到所述塞和支撑结构，所述SMA线对引起SMA线收缩并且克服所述复位弹簧的偏置将所述塞移出所述排泄孔的电流进行响应。
方案14.根据方案13所述的塞组件，其中，所述至少一个SMA线是直的金属线，其一端连接到所述塞，另一端连接所述支撑结构。方案15.根据方案13所述的塞组件，其中，所述至少一个SMA线是位于所述塞周围的螺旋缠绕的金属线，其一端连接到所述塞，另一端连接到覆盖所述塞的罩。方案16.根据方案13所述的塞组件，其中，所述SMA线包括连接到覆盖所述塞的罩的一侧的第一端，连接到所述罩的相对侧的第二端和连接到所述塞的中间部分。方案17.根据方案13所述的塞组件，其中，所述塞附接到枢转点，所述SMA线包括与所述枢转点相对地附接到所述塞的一端以及附接到所述支撑结构的相对端。
方案18.根据方案13所述的塞组件，其中，所述塞和所述排泄孔是锥形的。方案19. 一种打开和关闭排泄孔的塞组件，所述塞组件包括 塞，当所述塞插入所述排泄孔时密封所述排泄孔；
覆盖所述塞的罩；
第一形状记忆合金(SMA)线，具有附接到罩的一侧的第一端、附接到罩的相对侧的第二端和附接到所述塞的中间部分；以及
第二 SMA线，具有附接到罩的一侧的第一端、附接到罩的相对侧的第二端和附接到所述塞的中间部分，其中，致动第一 SMA线以将塞置于关闭位置，致动第二 SMA线以将塞置于打开位置，其中，通过向所述线施加电流来确定所述第一 SMA线和第二 SMA线。方案20.根据方案19所述的塞组件，还包括机械铰链，其附接到所述塞和罩，附接所述第一 SMA线以将铰链迅速翻转以将所述塞置于关闭位置，以及所述第二 SMA线被致动以将铰链迅速翻转以将所述塞置于打开位置。
图1是塞处于关闭位置时密封排泄孔的塞组件的侧面平面视图； 图2是塞处于打开位置时图1示出的塞组件的侧面平面视图3是排泄孔包括防溅保护特征的图1所示的塞组件的侧面平面视图4是塞处于关闭位置时密封排泄孔的另一塞组件的侧面平面视图5是塞处于打开位置时图4示出的塞组件的侧面平面视图6是塞处于关闭位置时密封排泄孔的另一塞组件的侧面平面视图7是塞处于打开位置时图6示出的塞组件的侧面平面视图8是塞处于关闭位置时密封排泄孔的另一塞组件的侧面平面视图9是塞处于打开位置时图8示出的塞组件的侧面平面视图10是塞处于关闭位置时密封排泄孔的另一塞组件的侧面平面视图11是塞处于打开位置时图10所示的塞组件的侧面平面视图12是塞处于关闭位置时密封排泄孔的另一塞组件的侧面平面视图；以及
图13是塞处于打开位置时图12所示的塞组件的侧面平面视图。
具体实施例方式涉及用于密封排泄孔的采用SMA设备的塞组件的本发明的下面实施例的讨论仅是示例性，且不以任何方式限制本发明或其应用或使用。例如，本发明的塞组件能用于密封车辆的高压蓄电池外壳的排泄孔的特定应用。然而，本领域的技术人员也将理解，本发明的塞组件可以具有其他应用，诸如船体。图1是安装到具有排泄孔14的壁12的塞组件10的侧面平面视图。在此讨论的非限制性实施例中，壁12是车辆上的高压蓄电池的外壳的底板，或者其他适当结构。塞组件10包括在关闭位置示出的塞16，塞16由适当的弹性材料制成，且适当地成形以配装在排泄空14内从而提供适当密封。图2是示出塞16处于打开位置以从外壳去除流体的情况下的塞组件10的侧面平面视图。排泄孔14和塞16具有相应的圆锥形，从而当塞16插入排泄孔14时，塞16吻合排泄孔14的形状以提供期望的密封。此外，塞16和排泄孔14的形状允许塞16提供在排泄孔14内的自我居中特征，从而塞16可以在孔14中正确地对齐。 此外，当塞16随着时间磨损时，正是其锥形形状允许其更深地进入孔14，以继续提供期望的密封。塞组件10还包括外罩18，其具有边缘凸缘20，其通过适当螺栓22安装到壁12的内表面。外罩18包括适当的开口、狭槽、孔等，没有具体示出，以允许聚集在外壳内的流体流过外罩18且从排泄孔14流出去。塞组件10还包括螺旋复位弹簧M，其一端安装到塞16的顶端沈或者与塞16的顶端26接触，相对端安装到壳体18的顶板观或者壳体18的顶板观接触。塞组件10还包括螺旋缠绕的形状记忆合金(SMA)设备30，其第一端安装在塞16的紧邻孔14的一端处的附接点32，相对端安装到顶板观或者与顶板观接触，从而塞16大体位于SMA设备30内， 如所示。SMA设备30由适当的形状记忆合金制成，如下面详细讨论地，其执行在此讨论的期望的功能。形状记忆合金是本领域的技术人员已知的，并且提供多种期望特征。适当的形状记忆合金材料包括镍钛基合金、铟钛基合金、镍铝基合金、镍镓基合金、铜基合金(铜锌合金、铝铜合金、铜金、铜锡合金)、金镉基合金、银镉基合金、铟镉基合金、锰铜基合金、铁钼基合金、铁钼基合金、铁钯基合金等。合金可以是二元，三元，或任何高阶，只要合金成分展示形状记忆效果，例如，形状方位改变、阻尼能力等。例如，可商业获得Siape Memory Applications, Inc的NITIN0L商标下的镍钛基合金。形状记忆合金展示了单向形状记忆效果、内在双向效果或外在双向形状记忆效果，取决于合金成分和处理历史。形状记忆合金中出现的两相通常被称为马氏体相和奥氏体相。马氏体相是形状记忆合金的相对软且易变形的相，通常存在于较低温度。奥氏体相， 形状记忆合金的较强相，出现在较高温度。由形状记忆合金成分形成的展示单向形状记忆效果的形状记忆材料不能自动重新形成，并且根据形状记忆材料设计，可能需要外部机械力来重新形成先前展示的形状方向。展示内在形状记忆效果的形状记忆材料由自己会自动重新形成的形状记忆合金成分制成。当被加热时形状记忆合金记起其高温形状的温度可以通过合金成分中的微小变化和通过热处理来调节。例如，在镍钛形状记忆合金中，其可以从高于大约100° C改变到低于大约-100° C。仅在几度的范围上出现形状恢复过程，变形的开始或完成可以被控制在一度或两度的范围内，取决于期望的应用和合金成分。形状记忆合金的机械性能在贯穿其变形的温度范围上大大改变，通常使形状记忆材料具有形状记忆效果以及高阻尼能力。 形状记忆合金的固有高阻尼能力可以用于进一步增加能量吸收性质。在此实施例中，电流应用于SMA设备30，造成其由于其中产生的热量而改变其状态。当施加电流时，SMA设备30克服复位弹簧M的偏置收缩，从而塞16被向上拉入罩18 中并从排泄孔14出来，如图2所示。下面提供对控制塞组件10何时执行此操作的讨论。灰尘、泥石和其他碎屑可以从道路进入并堵塞排泄孔14，并且限制液体从外壳流动通过孔14。此外，击中塞16的障碍物可能引起塞16克服弹簧M的偏置从孔14升起，因此允许水或其他液体通过孔14进入外壳。为了有助于防止这些不利影响出现，可以修改壁 12。图3是用在具有带排泄孔42的壁40的外壳中的塞组件10的侧面平面视图，排泄孔已经被修改以包括环形特征44。特征44从塞16向下延伸且防止障碍物和碎屑击中塞16。
塞组件10中的螺旋缠绕的SMA设备30是提供由SMA致动的塞的一个非限制性实施例。图4是与塞组件10类似的塞组件50的侧面平面视图，其中，由相同标号限定相同元件，其中，塞16处于关闭位置。图5是塞16处于打开位置的情况下塞组件50的侧面平面视图。在此设计中，用直线的SMA设备52代替螺旋缠绕的SMA设备30，其中，直线SMA设备52的一端附接到塞16的上表面沈，相对端附接到安装板M。安装板M可以位于或不位于蓄电池外壳内。如上，当加热SMA设备52时，SMA设备52收缩且缩短其长度，这克服弹簧M的偏置将塞16向上拉，以打开排泄孔14，如图5所示。图6是与塞组件10类似的塞组件60的侧面平面视图，其中，由相同标号限定相同元件，其中，塞16处于关闭位置。图7是塞16处于打开位置的情况下塞组件60的侧面平面视图。在此设计中，用具有锥形构的罩62代替罩18，并且用弓弦SMA设备64代替螺旋缠绕的SMA设备30。壳62的这种构造允许弓弦型SMA设备64被连接在罩62的上角部以容纳弓弦操作。设备64的一端附接到罩62的上附接点，设备64的相对端附接到壳62的相对边缘，其中，设备64的中间点附接到附接点32。当SMA设备64处于没有电流通过其中的非致动状态时，图6所示，弹簧M的偏置促使塞16进入孔14。当设备64通过电流流动被加热时，由于形状记忆效果导致其长度缩短，使得塞16克服弹簧M的偏置向上移动以打开孔14。图8是与塞组件10类似的塞组件70的侧面平面视图，其中，由相同标号限定相同元件，其中，塞16处于关闭位置。图9是塞16处于打开位置的情况下塞组件70的侧面平面视图。在此设计中，塞组件70包括机械铰链72，其将塞16附接到罩78的内部。铰链72可以是任何设备，或者部件的组件，并且可由适用于在此讨论的目的的任何材料制成。当SMA 设备74和76被驱动时，铰链72从图8所示的关闭位置移动到图9所示的打开位置，和返回。SMA设备74是包括附接到罩78的一侧的一端以及附接到罩78的相对侧的另一端的金属线，其中，设备74的中央部分以任何适当的方式固定地安装到塞16的顶端，从而设备74具有大体向上指向的构造，如所示。类似地，SMA设备76是包括附接到罩78的一侧的一端以及附接到罩78的相对侧的另一端的金属线，其中，设备76的中央部分固定地安装到塞16的中央位置，从而设备76具有大致向下指向的构造，如所示。当塞16处于关闭位置且期望打开排泄孔14时，电流施加到设备76，使其收缩且使得铰链72从关闭位置迅速翻转到打开位置。一旦塞16处于打开位置，到设备76的电流被断开。类似地，当塞16处于打开位置且期望关闭排泄孔14时，电流施加到设备74，使其收缩且使得铰链72迅速翻转到关闭位置，其中，塞16位于排泄孔14内。一旦塞处于关闭位置，到设备74的电流被断开。图10是采用直线SMA设备82的塞组件80的侧面平面视图。设备82的一端附接到第一安装结构84，设备82的另一端附接到塞86。复位弹簧88也附接到塞86和第二安装结构90。当电流没有致动SMA设备82时，复位弹簧88的偏置使得塞86位于排泄孔92 之上，从而孔被关闭。当电流施加到SMA设备82时，使得SMA设备82收缩，塞86克服复位弹簧88的偏置滑动远离排泄孔92，如图11所示。图12是也可应用于打开和关闭排泄孔102 (诸如蓄电池外壳中的排泄孔)的塞组件100的平面图。塞组件100包括可旋转地安装到枢转点106处的适当结构的塞104。复位弹簧108包括连接到塞104的与枢转点106相对的端部的一端和连接到支撑结构110的另一端。塞组件100还包括线SMA设备112，其一端连接到塞104的与枢转点106相对的一端，另一端安装到SMA设备附接结构114。当没有致动SMA设备112时，弹簧108的偏置使得塞104在枢转点106枢转且关闭排泄孔102。然而，当期望打开排泄孔102时，将电流施加到SMA设备112，使其收缩且使塞104在枢转点106枢转，以打开排泄孔102，如图13所
7J\ ο上述各个塞组件可以包括适当的控制器(未示出)，其在期望的时间自动打开排泄孔14，以将可能已聚集在蓄电池外壳内的任何液体从蓄电池外壳排出。例如，控制器可以确定车辆处于驻车，车辆速度等于0，对于电动车，确定蓄电池被充电。在此条件下，打开排泄孔14相对安全，其中，控制器可以自动向上述任何一个SMA设备提供电流，以使塞16置于打开位置。可以采用其他控制特征，诸如通过水平传感器确定车辆是否处于水平面。此外， 为了降低控制器的复杂性和成本，塞组件可以被设计为使得每当使用简单电路给车辆充电时，就致动SMA设备。具体设计可以包括仅当车辆充电时致动SMA设备且在车辆启动时可以脉冲SMA设备以确保塞16正确设置的特征。在一个更复杂的设计中，可以设置适当的传感器以确定液体是否聚集在外壳内， 如果是，则在某些条件下使SMA设备被致动以打开排泄孔。各种塞组件可以被设计为使用可以检测过载条件的SMA设备检测排泄孔14是否被阻塞。此外，SMA设备能够根据其特征与处于空气环境中相反的而检测其处于流体环境中。此外，在冻结条件下，可以向SMA设备提供涓流电流，以使在SMA设备被驱动之前，SMA设备和其他元件融化。此外，可以采用毛细作用线将液体从外壳内的其他地方带到排泄孔。上述讨论仅公开和描述了本发明的示例性实施例。本领域的技术人员将从这种讨论以及附图和权利要求中容易地认识到，在不脱离所附权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下进行各种改变、修改和变形。
权利要求
1.一种用于打开和关闭排泄孔的塞组件，所述塞组件包括塞，当所述塞插入所述排泄孔时密封所述排泄孔；以及至少一个形状记忆合金(SMA)设备，连接到所述塞和支撑结构，所述SMA设备对引起 SMA设备收缩并且将所述塞移出所述排泄孔的电流进行响应。
2.根据权利要求1所述的塞组件，还包括复位弹簧，安装到所述塞并且使所述塞被偏置到所述排泄孔内，其中，所述SMA设备克服所述复位弹簧的偏置收缩。
3.根据权利要求2所述的塞组件，其中，所述至少一个SMA设备是直的金属线，其一端连接到所述塞，另一端连接所述支撑结构。
4.根据权利要求2所述的塞组件，其中，所述至少一个SMA设备是位于所述塞周围的螺旋缠绕的金属线，其一端连接到所述塞，另一端连接到覆盖所述塞的罩。
5.根据权利要求2所述的塞组件，其中，所述至少一个SMA设备是金属线，其包括连接到覆盖所述塞的罩的一侧的第一端，连接到所述罩的相对侧的第二端和连接到所述塞的中间部分。
6.根据权利要求2所述的塞组件，其中，所述塞附接到枢转点，所述SMA设备是金属线， 其包括与所述枢转点相对地附接到所述塞的一端以及附接到所述支撑结构的相对端。
7.根据权利要求1所述的塞组件，其中，所述至少一个SMA设备是两个SMA线，其中，第一 SMA线具有附接到罩的一侧的第一端、附接到罩的相对侧的第二端和附接到所述塞的中间部分，而第二 SMA线具有附接到罩的一侧的第一端、附接到罩的相对侧的第二端和附接到所述塞的中间部分，其中，致动第一 SMA线以将塞置于关闭位置，而致动第二 SMA线以将塞置于打开位置。
8.根据权利要求7所述的塞组件，还包括机械铰链，附接到所述塞和罩，附接所述第一 SMA线以将铰链迅速翻转以将所述塞置于关闭位置，所述第二 SMA线被致动以将铰链迅速翻转以将所述塞置于打开位置。
9.一种打开和关闭蓄电池外壳中的排泄孔的塞组件，所述塞组件包括塞，当所述塞插入所述排泄孔时密封所述排泄孔；复位弹簧，安装到所述塞并且使所述塞偏置到所述排泄孔内；以及形状记忆合金(SMA)线，连接到所述塞和支撑结构，所述SMA线对引起SMA线收缩并且克服所述复位弹簧的偏置将所述塞移出所述排泄孔的电流进行响应。
10.一种打开和关闭排泄孔的塞组件，所述塞组件包括塞，当所述塞插入所述排泄孔时密封所述排泄孔；覆盖所述塞的罩；第一形状记忆合金(SMA)线，具有附接到罩的一侧的第一端、附接到罩的相对侧的第二端和附接到所述塞的中间部分；以及第二 SMA线，具有附接到罩的一侧的第一端、附接到罩的相对侧的第二端和附接到所述塞的中间部分，其中，致动第一 SMA线以将塞置于关闭位置，致动第二 SMA线以将塞置于打开位置，其中，通过向所述线施加电流来确定所述第一 SMA线和第二 SMA线。
全文摘要
本发明涉及高压蓄电池应用的主动排泄塞。一种具有用于密封车辆上高压蓄电池室中的排泄孔的特定应用的排泄塞组件。所述塞组件包括插入所述排泄孔的塞。所述塞组件还包括复位弹簧，安装到所述塞并且使所述塞偏置到所述排泄孔中。所述塞组件还包括至少一个形状记忆合金设备，连接到所述塞和支撑结构。所述SMA设备接收电流，以使SMA设备收缩，并且克服所述复位弹簧的偏置将所述塞移出所述排泄孔。
文档编号H01M2/12GK102456860SQ20111033114
公开日2012年5月16日 申请日期2011年10月27日 优先权日2010年10月27日
发明者L. 布劳恩 A., A. 科拉 C., S. 甘地 M., L. 约翰森 N., W. 亚历山大 P., G. 奎恩 S., R. 韦布 S., 高 X. 申请人:通用汽车环球科技运作有限责任公司