CN108028338B - 压力平衡装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种压力平衡装置(10)，用于平衡在电化学装置的壳体(26)中的内压，其包括至少一个透气膜，透气膜用于在壳体(26)的内腔(28)与电化学装置的周围环境(30)之间的气体交换，其中，压力平衡装置(10)包括阀体(40)，在超过极限内压时，阀体能够从抵靠在阀座处的起始位置转换到远离阀座的工作位置，并且其中，阀体(40)具有借助于透气膜(44)封闭的气体穿流开口(47)。

Description

压力平衡装置
技术领域
本发明涉及一种压力平衡装置，用于平衡在电化学装置的壳体中的内压，其包括至少一个透气膜，透气膜用于在壳体的内腔与电化学装置的周围环境之间交换气体。
背景技术
这种装置通常用于干电池/蓄电池内部的压力平衡。封闭的电池***的内压应匹配于外压，从而电池壳体没有任何损坏。根据电池的应用领域（在便携式电池的情况下时的大气压力差、由于温差引起的压差），内压可以大于或者小于外压。
由EP 2 554 882 A1已知一种压力平衡装置。在已知的压力平衡装置中提出，透气膜根据壳体内压变形并且在超过极限压力时通过紧急排气针的尖端被损毁。为此，膜的尺寸和材料、紧急排气针的几何形状和其相对于膜的距离必须分别恰当地设计并且总体上精确地彼此协调，从而膜在低于极限压力时保持完好，并且在超过极限压力时适当地变形，以使得紧急排气针将其损毁。
发明内容
由此出发，本发明的目的在于提供一种压力平衡装置，其能够以简单的方式被设计为用于预定的极限内压。
该目的在前文所述类型的压力平衡装置中根据本发明如下地实现，即压力平衡装置包括阀体，在超过极限内压时，阀体能够从抵靠在阀座处的起始位置转换到远离阀座的使用位置，并且阀体具有借助于透气膜封闭的气体穿流开口。
根据本发明设置有一个阀体，其在超过极限内压时从起始位置转换到工作位置。由此，阀体从阀座升起并且在阀座与升起的阀体之间释放出流动路径。该流动路径实现了大量气体的快速排出。
在电池的正常运行时，阀体在其起始位置中抵靠在阀座处；由此封闭了之前提及的流动路径。阀体包括借助于透气膜封闭的气体穿流开口。以这种方式，在阀体处于其起始位置期间实现了气体交换。
在根据本发明的压力平衡装置中，不需要在超过极限内压时损毁透气膜。这使得透气膜能够在尽可能高的气体交换能力方面被优化。此外，透气膜能够被设计为比较坚固的，从而简化了对压力平衡装置的操纵。
因此，压力平衡装置在预定的极限内压方面的设计可以不取决于透气膜的尺寸和材料，原因在于该设计不必具有限定的变形性能。此外，不需要设置准确定位的紧急排气针。
根据本发明可行的是，在电池的正常运行中实现高的气体交换量，并且同时对于（例如由于故障的电池单元***导致的）电池中的内压突然地、爆发性升高的情况，在最短时间内排出大量气体并且明显减小整个电池***的风险。
根据本发明的压力平衡装置具有以下优点，即极限内压的超过情况不伴随该装置的部件或一部分的损坏或者炸开。以这种方式防止压力平衡装置的环境受到损坏，而不必为此设置可能会阻碍大量气体快速排出的安全装置。
在优选的实施方式中提出，阀体具有施加有内压的阀面，并且阀面至少部分地通过透气膜的表面来形成。以这种方式能够使用阀面的至少一部分以用于布置透气膜。在此，透气膜占阀面的部分越大，与可提供用于特定的阀体大小的气体穿流横截面就越大。因此，尤其优选的是，阀面完全地或者基本上完全地通过透气膜来形成。
为了提高气体穿流横截面，还优选的是，透气膜在膜平面中延伸，该膜平面与阀体的运动轴线成角度地，尤其垂直地延伸。
当透气膜和运动轴线相对彼此同心地布置时，在气体穿流横截面尽可能大的同时获得了紧凑的构造方式。
可以设想，阀体通过使用可损坏的连接保持在阀座处，并且该连接在超过极限内压时不起作用。但是优选的是，压力平衡装置具有反作用于内压的力生成装置，只要没有超过极限内压，力生成装置就将阀体保持在起始位置。这种力生成装置尤其是弹簧，其与阀体共同作用并且将阀体压向阀座。这具有可以多次操作阀体优点。这在以下情况下是尤其有利的，即透气膜如下地设计为足够牢固的，使得在超过极限内压时仅仅阀体转换到工作位置中，但是此时不损坏透气膜。这开启了提供以下压力平衡装置的可行性，其可以再次使用并且实现了在超过极限内压时多次排出大量气体。
为了在电化学装置的壳体处简单装配压力平衡装置，优选的是，压力平衡装置具有壳体插件，其能够固定在电化学装置的壳体的开口处或处于开口中。
这种壳体插件优选地具有内腔，其用于布置阀体和与阀体相连的透气膜。
根据本发明的压力平衡装置能够在阀体处于起始位置时沿着气体交换路径引导气体，并且能够在阀体处于工作位置时沿着与气体交换路径不同的流动路径引导气体。因此，能够提供不同的路径，这些路径分别在压力平衡装置的正常运行方面（气体交换路径）和在压力平衡装置的紧急运行方面（流动路径）能够被优化。
特别优选的是，在压力平衡装置的紧急运行期间激活的流动路径围绕阀体延伸。
附图说明
本发明的另外的细节和优点是以下说明书和优选实施例的附图展示的内容。
图中示出：
图1是压力平衡装置的实施方式的侧视图，该压力平衡装置具有在起始位置中的阀体；并且
图2是根据图1的压力平衡装置的侧视图，该压力平衡装置具有在工作位置中的阀体。
具体实施方式
图1和2示出了总体上以附图标记10标记的压力平衡装置10的一个实施方式，其具有壳体插件12。壳体插件12沿着中心轴线14在盖部16与装配部18之间延伸。
盖部16具有至少一个气体出口20。装配部18具有压合部或者螺纹部22。
壳体插件12还具有沿着中心轴线14延伸的内腔24，内腔具有多个彼此相连的且过渡到彼此中的部分24a、24b、24c、24d。
压力平衡装置10用于平衡电化学装置，尤其是电池的壳体26中的内压，电化学装置的内腔在附图中以附图标记28标出。壳体26的周围环境以附图标记30标出。
壳体26具有带有壳体开口34的壳体壁32。壳体插件12的装配部18与壳体开口34的边缘螺栓连接、压合和/或锁定。
壳体插件12具有阀座36，阀座优选布置在壳体插件的朝向内腔28的端部处（参见图2）。阀座36优选围绕中心轴线14环形地延伸，并且同时形成内腔部24d的边界面。
阀座36与总体上标有附图标记40的阀体的密封部38共同作用（参见图1）。阀体40可以沿着中心轴线14移动。阀体40在其朝向壳体26的内腔28的一面上具有密封面42，密封面至少部分地，优选完全地通过透气膜44的外侧来形成。优选地，透气膜44是圆盘状的。
透气膜44通过粘结或类似方法与阀体40固定地相连。阀体40具有气体穿流开口47，气体穿流开口与膜44的内侧面46流体连通。
阀体40在其朝向壳体26的周围环境30的端部处具有多个沿着阀体40的圆周分布的止挡件48。例如设置有三个以120°的角度距离彼此隔开的止挡件48。止挡件48具有止挡面50，止挡面优选地相对于中心轴线14倾斜。
止挡面50与支撑面52共同作用，该支撑面通过弹簧臂54来形成。弹簧臂54基本上平行于中心轴线14延伸并且从环形体56突出，环形体支撑在壳体插件12的肩部58。
弹簧臂54形成力生成装置60，力生成装置经由面52将压力施加到阀体40的止挡面50上，并且因此将阀体40的密封面42压向阀座36的肩部62（参见图2）。
优选地，阀体40和力生成装置60可靠地抵抗围绕中心轴线14的转动，例如借助抗扭部，抗扭部固定地与壳体插件12连接。以这种方式，止挡件48与弹簧臂54必须总体上仅在阀体40的圆周的很小部分上延伸，从而在周向上看在止挡件48之间并且在周向上在弹簧臂54之间保留了自由空间64，通过该自由空间气体可以流动。
在电化学装置的正常运行中，阀体40处于其原始位置中（参见图1）。内腔28中的压力很低，从而由内腔28中的内压与阀面42的乘积得出的开启力不足以克服力生成装置60的在相反方向上作用的力。在阀体的起始位置中，气体交换通过透气膜44进行，以便在电化学装置的内腔28与周围环境30之间实现压力平衡。在此，待交换的气体被沿着气体交换路径66引导，气体交换路径基本上平行于壳体插件12的中心轴线14。在气体交换时，气体也流过阀体40的气体穿流开口47。
在故障情况中可能发生，电化学装置的内腔28中的压力突然上升。为了避免或减少损坏，此时希望从电化学装置的内腔28中快速地排出大量气体到周围环境30中。力生成装置60因此被如下地设计，使得在达到极限内压时，通过施加到密封面42的压力和由此产生的开启力克服力生成装置60的闭合力。在这种情况下，阀体40从其抵靠在密封座36处的起始位置（参见图1）移动到从阀座36升起的工作位置（参见图2）。在阀体40从起始位置移动到工作位置期间，弹簧臂54利用其面52径向向外地弹簧弹性地变形，从而止挡件48的止挡面50能够沿着面52滑动，并且阀体40在与中心轴线14平行的方向上移动离开阀座36。
在阀体40的工作位置中，形成在图2中以附图标记68标出的流动路径，该流动路径与正常运行的气体交换路径66不同。流动路径68从内腔28出发经过内腔部24d，和邻接的、径向扩展的内腔部24c，径向向外地围绕阀体40的密封部38，在周向上看穿过弹簧臂54与止挡件48之间到内腔部24b的中心区域，并且最后经过内腔部24a到周围环境30。
围绕透气膜44沿着流动路径68的流动具有以下优点，即在短时间内能够排出大量气体。此时，透气膜44优选地保持完好。
在图中所示的实施例中，弹簧臂54在其径向向外地偏转之后再次径向向内地弹回，并且当阀体处于其工作位置中时，不再与阀体40接触。但是可设想的是，弹簧臂54如下地成型，使得其与止挡件48保持接触并且在排出气体量之后并且在内腔28中的压力下降之后阀体40再次自动地从其工作位置转换到其起始位置。
在图中所示的实施例中，可行的是，手动地或借助工具将阀体40再次从工作位置（参见图2）压到起始位置中（参见图1）。该方案能够以简单的方式经过内腔部24a来实现。

Claims (19)

1.一种压力平衡装置(10)，用于平衡电化学装置的壳体(26)中的内压，所述压力平衡装置包括至少一个透气膜(44)，所述透气膜用于所述壳体(26)的内腔(28)与所述电化学装置的周围环境(30)之间的气体交换，其特征在于，所述压力平衡装置(10)包括阀体(40)，在超过极限内压时，所述阀体能够从抵靠在阀座(36)处的起始位置转换到远离所述阀座(36)的工作位置，并且，所述阀体(40)具有借助于所述透气膜(44)封闭的气体穿流开口(47)，
所述压力平衡装置(10)具有反作用于所述内压的力生成装置(60)，只要没有超过所述极限内压，所述力生成装置就将所述阀体(40)保持在所述起始位置。
2.根据权利要求1所述的压力平衡装置(10)，其特征在于，所述阀体(40)具有施加有内压的阀面(42)，并且所述阀面(42)至少部分地通过所述透气膜(44)的表面来形成。
3.根据权利要求2所述的压力平衡装置(10)，其特征在于，所述阀面(42)基本上完全地通过所述透气膜(44)来形成。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的压力平衡装置(10)，其特征在于，所述透气膜(44)在膜平面中延伸，所述膜平面与所述阀体(40)的运动轴线(14)成角度地延伸。
5.根据权利要求1-3中任一项所述的压力平衡装置(10)，其特征在于，所述透气膜(44)在膜平面中延伸，所述膜平面与所述阀体(40)的运动轴线(14)垂直地延伸。
6.根据权利要求4所述的压力平衡装置(10)，其特征在于，所述透气膜(44)和所述运动轴线(14)相对彼此同心地布置。
7.根据权利要求5所述的压力平衡装置(10)，其特征在于，所述透气膜(44)和所述运动轴线(14)相对彼此同心地布置。
8.根据权利要求1至3、或权利要求6或7中任一项所述的压力平衡装置(10)，其特征在于，所述压力平衡装置(10)具有壳体插件(12)，所述壳体插件能够固定在所述电化学装置的所述壳体(26)的开口(34)处或处于所述开口中。
9.根据权利要求4所述的压力平衡装置(10)，其特征在于，所述压力平衡装置(10)具有壳体插件(12)，所述壳体插件能够固定在所述电化学装置的所述壳体(26)的开口(34)处或处于所述开口中。
10.根据权利要求5所述的压力平衡装置(10)，其特征在于，所述压力平衡装置(10)具有壳体插件(12)，所述壳体插件能够固定在所述电化学装置的所述壳体(26)的开口(34)处或处于所述开口中。
11.根据权利要求8所述的压力平衡装置(10)，其特征在于，所述壳体插件(12)具有内腔(24)，所述内腔用于布置所述阀体(40)和与所述阀体(40)相连的所述透气膜(44)。
12.根据权利要求9或10所述的压力平衡装置(10)，其特征在于，所述壳体插件(12)具有内腔(24)，所述内腔用于布置所述阀体(40)和与所述阀体(40)相连的所述透气膜(44)。
13.根据权利要求1至3、或权利要求6或7中任一项所述的压力平衡装置(10)，其特征在于，所述阀体(40)处于所述起始位置时，沿着气体交换路径(66)引导气体，并且在所述阀体(40)处于所述工作位置时，沿着与所述气体交换路径(66)不同的流动路径(68)引导气体。
14.根据权利要求4所述的压力平衡装置(10)，其特征在于，所述阀体(40)处于所述起始位置时，沿着气体交换路径(66)引导气体，并且在所述阀体(40)处于所述工作位置时，沿着与所述气体交换路径(66)不同的流动路径(68)引导气体。
15.根据权利要求5所述的压力平衡装置(10)，其特征在于，所述阀体(40)处于所述起始位置时，沿着气体交换路径(66)引导气体，并且在所述阀体(40)处于所述工作位置时，沿着与所述气体交换路径(66)不同的流动路径(68)引导气体。
16.根据权利要求8所述的压力平衡装置(10)，其特征在于，所述阀体(40)处于所述起始位置时，沿着气体交换路径(66)引导气体，并且在所述阀体(40)处于所述工作位置时，沿着与所述气体交换路径(66)不同的流动路径(68)引导气体。
17.根据权利要求9所述的压力平衡装置(10)，其特征在于，所述阀体(40)处于所述起始位置时，沿着气体交换路径(66)引导气体，并且在所述阀体(40)处于所述工作位置时，沿着与所述气体交换路径(66)不同的流动路径(68)引导气体。
18.根据权利要求10所述的压力平衡装置(10)，其特征在于，所述阀体(40)处于所述起始位置时，沿着气体交换路径(66)引导气体，并且在所述阀体(40)处于所述工作位置时，沿着与所述气体交换路径(66)不同的流动路径(68)引导气体。
19.根据权利要求13所述的压力平衡装置(10)，其特征在于，所述流动路径(68)围绕所述阀体(40)延伸。
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