專(zhuān)利名稱(chēng)：用于電化學(xué)設(shè)備殼體的壓力平衡裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于平衡電化學(xué)設(shè)備殼體中的內(nèi)部壓力的平衡裝置，其中，壓力平衡裝置包括至少一個(gè)氣體穿通開(kāi)口和至少一個(gè)膜片元件，該膜片元件具有可依賴(lài)于內(nèi)部壓力變化變形的透氣的膜片，通過(guò)該膜片來(lái)阻斷氣體穿通開(kāi)口。
背景技術(shù)：
具備大內(nèi)容積和薄壁部的封閉容器不能完全密封地相對(duì)于外壁隔開(kāi)。為了防止殼體的破裂或鼓脹，與外部環(huán)境連續(xù)的空氣交換是有必需的。然而，殼體的內(nèi)部空間應(yīng)該受到保護(hù)，以防污物和水滲入。因此，用于前面所提及的類(lèi)型的這樣的殼體的如下壓力平衡裝置是公知的，所述壓力平衡裝置包括如下的膜片或者薄膜，其具有一定的透氣性，特別是空氣透過(guò)性，也還具有不透水性的。如果在殼體內(nèi)部，在短的時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生很高的過(guò)壓(例如當(dāng)在儲(chǔ)能殼體內(nèi)部的電池單元失效時(shí))的話(huà)，則這個(gè)臨界壓力必須能夠迅速地消減，以便防止殼體的損壞。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)于殼體的這種破裂保護(hù)，公知的是將特別是由金屬片材制造的破裂安全隔膜(Berstscheiben)或者安全瓣板或者閥門(mén)用到殼體壁中。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明基于如下任務(wù)，即完成一種開(kāi)頭所提及類(lèi)型的壓力平衡裝置，該壓力平衡裝置不但在電化學(xué)設(shè)備正常運(yùn)行中實(shí)現(xiàn)了電化學(xué)設(shè)備殼體的內(nèi)部空間與該殼體的外部空間之間可靠的壓力平衡，也在殼體中的內(nèi)部壓力過(guò)高的情況下保證可靠的破裂保護(hù)，其中，該壓力平衡裝置簡(jiǎn)單地構(gòu)造并且可簡(jiǎn)單地制造。在具有權(quán)利要求I前序部分的特征的壓力平衡裝置中，所述任務(wù)依據(jù)本發(fā)明以如下方式解決，即該壓力平衡裝置包括緊急排氣元件，緊急排氣元件被這樣構(gòu)造和布置，即該緊急排氣元件當(dāng)膜片達(dá)到臨界變形時(shí)，以如下方式損壞膜片，即，該膜片為了殼體的緊急排氣而至少部分地釋放氣體穿通開(kāi)口。因此，依據(jù)本發(fā)明的解決方案基于如下方案，即在對(duì)殼體的外部空間中的高水壓有高耐受性的同時(shí)，將電化學(xué)設(shè)備殼體的壓力平衡功能和緊急排氣功能組合到一個(gè)而且是同一個(gè)構(gòu)件中。穩(wěn)定但多孔的進(jìn)而透氣的膜片的使用實(shí)現(xiàn)了壓力平衡功能以及保護(hù)殼體的內(nèi)部空間在電化學(xué)設(shè)備的正常運(yùn)行中防止水和污物滲入。例如呈緊急排氣針形式的緊急排氣元件的使用保證對(duì)于殼體所需要的破裂保護(hù)，在壓力升高至臨界壓力時(shí)，該緊急排氣針給多孔的膜片加設(shè)預(yù)定斷裂部位，該預(yù)定斷裂部位促成膜片所希望的失效。與此相對(duì)照地，在公知的設(shè)備中，總是需要兩個(gè)不同的結(jié)構(gòu)元件，即用于當(dāng)電化學(xué)設(shè)備的正常運(yùn)行中，在由于環(huán)境出現(xiàn)壓力波動(dòng)時(shí)進(jìn)行壓力平衡的第一元件以及用于當(dāng)電化學(xué)設(shè)備殼體中的內(nèi)部壓力發(fā)生爆炸式升高時(shí)迅速降低壓力的第二元件。在此，第一元件必須具有一定的透氣性和耐水壓性，以進(jìn)行壓力平衡，并且第二元件在臨界的壓力升高下，必須通過(guò)釋放足夠大的氣體穿通橫截面以實(shí)現(xiàn)迅速的壓力平衡。如果用于壓力平衡的元件構(gòu)造為膜片，該膜片構(gòu)造得如此薄，以使得該膜片在臨界壓力時(shí)自行撕裂，那么總是存在如下風(fēng)險(xiǎn)，即，膜片的這種失效不僅通過(guò)臨界的內(nèi)部壓力的加載而出現(xiàn)，而且也不希望地通過(guò)由殼體的外部空間的水壓加載而出現(xiàn)。與之相對(duì)照地，在依據(jù)本發(fā)明的壓力平衡裝置中使用具備多孔特性的膜片，為了保證殼體的內(nèi)部空間與外部空間之間的壓力平衡，該膜片具有的一定的透氣性，但如此地設(shè)計(jì)該膜片為了保護(hù)殼體的內(nèi)部空間防止灰塵和水滲入，而具有足夠的耐水壓性。在殼體的內(nèi)部空間處在臨界壓力升高的情況下，依據(jù)本發(fā)明的壓力平衡裝置的膜片不會(huì)自行撕裂，而是當(dāng)膜片由于緊急排氣元件對(duì)其的作用而損壞時(shí)才會(huì)撕破，其中，損壞方式為膜片由于這種損壞在很短的時(shí)間內(nèi)(在幾個(gè)毫秒內(nèi))失效，并且為殼體的緊急排氣釋放足夠大的橫截面。
緊急排氣元件可以特別地構(gòu)造為優(yōu)選地位置固定的或者靜止的緊急排氣針。通過(guò)以電化學(xué)設(shè)備殼體中升高的內(nèi)部壓力來(lái)加載，膜片向緊急排氣針拱起。在殼體內(nèi)部空間中的臨界過(guò)壓下，膜片碰到緊急排氣針，其中，緊急排氣針給膜片加設(shè)預(yù)損壞部，該預(yù)損壞部在幾個(gè)毫秒內(nèi)導(dǎo)致膜片的最終失效，從而使得膜片釋放足夠大的、用于緊急排氣的橫截面，并且不再阻斷壓力平衡裝置的氣體穿通開(kāi)口。通過(guò)(在膜片無(wú)凸起部的靜止?fàn)顟B(tài)中，也就是說(shuō)，當(dāng)電化學(xué)設(shè)備殼體中的內(nèi)部壓力相應(yīng)于殼體外部空間中的外部壓力的情況下)調(diào)整緊急排氣元件(特別是緊急排氣針)與膜片之間的間距，可以個(gè)別而精地調(diào)整促使膜片損壞的破裂壓力。在本發(fā)明的一種優(yōu)選的設(shè)計(jì)方案中，膜片包括多孔的合成材料，并且優(yōu)選地基本上完全由這種多孔的合成材料制成。特別地可以設(shè)置為膜片包括含氟聚合物材料，并且優(yōu)選基本上完全由含氟聚合物材料制成。特別有利的是，膜片包括聚四氟乙烯材料和/或聚四氟乙烯復(fù)合物，并且優(yōu)選地基本上完全由所提到的材料制成。在此，聚四氟乙烯復(fù)合物被理解為由四氟乙烯材料與一種或多種填充材料組成的混合物。在此，在本說(shuō)明書(shū)中以及在所附的權(quán)利要求中，術(shù)語(yǔ)聚四氟乙烯(PTFE)也標(biāo)稱(chēng)經(jīng)改性的聚四氟乙烯材料，其中，聚四氟乙烯的部分氟原子由取代基替代。由PTFE材料或者PTFE復(fù)合物制成的多孔的、透氣的而且耐水壓的膜片可以特別地以如下方式制造，即將PTFE材料的或者PTFE復(fù)合物的顆粒模壓和燒結(jié)成圓柱體的或空心圓柱體的形狀。由這樣得到的、燒結(jié)的圓柱體或空心圓柱體來(lái)制造刨削薄膜，通過(guò)將該圓柱體或者該空心圓柱體置于旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)中，并且將刨削刀朝向該圓柱體的或者空心圓柱體的殼面進(jìn)給。由這樣得到的刨削薄膜可以分離出膜片，特別是裁切出或者沖壓出膜片。為了將膜片固定在壓力平衡裝置的其他組成部件上，存在不同的可行性方案。于是，例如可以設(shè)置為壓力平衡裝置包括載體元件和夾緊元件，其中，膜片元件通過(guò)該載體元件與該夾緊元件之間的夾緊得以保持。
在此，載體元件和夾緊元件彼此單獨(dú)地制造，并且優(yōu)選在將膜片元件布置在載體元件與夾緊元件之間后，可松脫地或者不可松脫地相互連接。例如可以設(shè)置為載體元件和夾緊元件材料配合地相互連接。這樣的材料配合的連接可以特別地通過(guò)焊接，特別是激光焊接或者超聲波焊接來(lái)產(chǎn)生。對(duì)此可替選地或者補(bǔ)充性地設(shè)置為載體元件和夾緊元件相互卡鎖。對(duì)此可替選地設(shè)置為壓力平衡裝置包括載體元件，膜片元件至少部分地、特別是在該膜片的外邊緣上嵌入在該載體元件的材料中。于是，可以特別地這樣設(shè)置為膜片元件優(yōu)選在置入注塑模具中之后，被以載體元件的材料包鑄。
膜片元件可以基本上完全由膜片構(gòu)成。依據(jù)本發(fā)明的壓力平衡裝置優(yōu)選地借助至少一個(gè)固定機(jī)構(gòu)(例如借助至少一個(gè)固定螺栓)能以?xún)?yōu)選可松脫的方式固定在電化學(xué)設(shè)備殼體上。為此，可以特別地設(shè)置為壓力平衡裝置具有至少一個(gè)固定法蘭，固定法蘭具有至少一個(gè)用于固定機(jī)構(gòu)的固定機(jī)構(gòu)容納處。為了防止經(jīng)過(guò)壓力平衡裝置的在殼體的內(nèi)部空間與外部空間之間不受控制的氣體交換，有利的是壓力平衡裝置包括至少一個(gè)密封元件，用于優(yōu)選基本上氣密性地在壓力平衡裝置與電化學(xué)設(shè)備殼體之間進(jìn)行密封。這樣的密封元件可以特別地包括彈性體材料，并且優(yōu)選地基本上完全由彈性體材料制成。特別地，密封元件可以包括O形環(huán)。此外有利的是，壓力平衡裝置包括至少一個(gè)保護(hù)元件，通過(guò)該保護(hù)元件保護(hù)膜片的外側(cè)免受來(lái)自壓力平衡裝置外部的機(jī)械損壞。這樣的保護(hù)元件可以特別呈蓋狀或帽狀地構(gòu)造。為了不阻擋氣體通過(guò)壓力平衡裝置的通出，有利的是保護(hù)元件具有至少一個(gè)氣體通過(guò)開(kāi)口，優(yōu)選具有多個(gè)氣體通過(guò)開(kāi)口。為了可以特別簡(jiǎn)單地調(diào)整和/或改變臨界破裂壓力(在臨界破裂壓力下膜片應(yīng)失效并且應(yīng)為了殼體的緊急排氣而釋放壓力平衡裝置的氣體穿通開(kāi)口)，有利的是壓力平衡裝置包括用于改變緊急排氣元件與膜片(在膜片的靜止?fàn)顟B(tài)中)之間的相對(duì)位置的機(jī)構(gòu)。這樣的用于改變相對(duì)位置的機(jī)構(gòu)可以特別包括設(shè)置在緊急排氣元件上的調(diào)整螺紋。這樣的調(diào)整螺紋可以特別是同在壓力平衡裝置的另外構(gòu)件(例如壓力平衡裝置的保護(hù)元件)上的與之互補(bǔ)的螺紋共同作用。在此，緊急排氣元件的調(diào)整螺紋可以構(gòu)造為外部螺紋或者內(nèi)部螺紋，并且與之互補(bǔ)的螺紋相應(yīng)地構(gòu)造為內(nèi)部螺紋或者外部螺紋。依據(jù)本發(fā)明的壓力平衡裝置特別適合于在電化學(xué)設(shè)備中的用途，該電化學(xué)設(shè)備包括殼體、一個(gè)或者多個(gè)布置于該殼體中的電化學(xué)電池單元以及至少一個(gè)布置于殼體上的依據(jù)本發(fā)明的壓力平衡裝置。該電化學(xué)設(shè)備可以特別地構(gòu)造為蓄電池，例如為鋰離子蓄電池。
如果依據(jù)本發(fā)明的電化學(xué)設(shè)備構(gòu)造為蓄電池，那么該蓄電池特別適合作為可高負(fù)載的電源，例如適合用于車(chē)輛的驅(qū)動(dòng)。


本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點(diǎn)是下面對(duì)實(shí)施例的說(shuō)明和圖示表達(dá)的主題。在圖中圖I示出用于使電化學(xué)設(shè)備殼體中的內(nèi)部壓力平衡的壓力平衡裝置的俯視圖；圖2示出圖I中的壓力平衡裝置沿著圖I中線(xiàn)2-2的示意的縱截面；圖3示出圖I中的壓力平衡裝置沿著圖I中線(xiàn)3-3的示意的橫截面；圖4示出圖I至3中的壓力平衡裝置的示意的透視圖； 圖5以沿圖I中箭頭5方向的視向示出圖I至4中的壓力平衡裝置的示意側(cè)視圖；圖6以沿圖I中箭頭6方向的視向示出圖I至5的壓力平衡裝置的另一示意側(cè)視圖；圖7從下方示出圖I至6中的壓力平衡裝置的示意俯視圖；圖8示出在壓力平衡裝置的第二實(shí)施方式的情況下圖2中的區(qū)域I的經(jīng)放大的圖示，該第二實(shí)施方式包括用于改變壓力平衡裝置的緊急排氣元件與壓力平衡裝置的膜片之間相對(duì)位置的機(jī)構(gòu)。
具體實(shí)施例方式在所有的圖中，相同的或者功能等同的元件被以相同的附圖標(biāo)記標(biāo)示。作為整體以100標(biāo)示的、在圖I至7中以及特別是在圖6中示意地作為整體部件不出的電化學(xué)設(shè)備包括閉合的殼體102,在殼體102的內(nèi)部空間104中布置有多個(gè)電化學(xué)電池單元106，這些電化學(xué)電池單元106在電學(xué)上例如可以串聯(lián)或者并聯(lián)地連接。殼體102包括帶有例如基本上呈圓形的留空部110的殼體壁108，留空部110通過(guò)作為整體以112標(biāo)示的壓力平衡裝置來(lái)封閉。如特別是由圖2和3的斷面圖示所見(jiàn)，壓力平衡裝置112包括載體元件114，壓力平衡裝置112在裝配狀態(tài)中憑借該載體元件114抵靠在殼體壁108上；膜片元件116，其抵靠在載體元件114的膜片元件支座118上；與載體元件114連接的夾緊元件120，該夾緊元件120以?shī)A緊區(qū)域122抵靠在膜片元件116的背向載體元件114的側(cè)上，從而使膜片元件116通過(guò)在載體元件114與夾緊元件120之間的夾緊得以保持；以及與載體元件114連接的保護(hù)元件124，該保護(hù)元件124相對(duì)殼體102的外部空間126遮蓋膜片元件116和夾緊元件120，從而通過(guò)該保護(hù)元件124來(lái)阻止對(duì)膜片元件116來(lái)自殼體102外部的機(jī)械影響。如最佳地從圖2和3中所見(jiàn)地，載體元件114包括例如基本上空心圓柱形的氣體穿通通道128，該氣體穿通通道128在壓力平衡裝置112的裝配狀態(tài)中優(yōu)選至少部分地延伸進(jìn)入殼體102的內(nèi)部空間104中。氣體穿通通道128圍出例如基本上呈圓形的氣體穿通開(kāi)口 130，通過(guò)該氣體穿通開(kāi)口 130，電化學(xué)設(shè)備100的殼體102的內(nèi)部空間104與壓力平衡裝置112的內(nèi)部空間132處于流體連接中。
在氣體穿通通道128中可以布置有加固結(jié)構(gòu)131，該加固結(jié)構(gòu)131特別是可以包括中心環(huán)133，該中心環(huán)133通過(guò)多個(gè)(例如四個(gè))支柱135保持在氣體穿通通道128的側(cè)壁上。氣體穿通開(kāi)口 130由膜片元件116疊蓋。膜片元件116包括例如基本上呈圓形的膜片134，該膜片134透氣地構(gòu)造并且依賴(lài)于殼體102的內(nèi)部空間104內(nèi)的內(nèi)部壓力的變化而可變形。
膜片134可以特別是包括多孔的合成材料，并且優(yōu)選地基本上完全地由這種多孔的合成材料制成。合成材料可以包括例如含氟聚合物材料并且特別地基本上完全含氟聚合物材料制成。特別有利的是膜片包括聚四氟乙烯材料和/或聚四氟乙烯復(fù)合物，優(yōu)選地基本上完全由所提到的材料制成。在此，聚四氟乙烯復(fù)合物被理解為由四氟乙烯材料與一種或多種填充材料組成的混合物。在此，概念聚四氟乙烯(PTFE)在本說(shuō)明書(shū)以及所附的權(quán)利要求中，也標(biāo)稱(chēng)經(jīng)改性的聚四氟乙烯材料，在所述經(jīng)改性的聚四氟乙烯材料中，聚四氟乙烯的部分氟原子由取代
基替代。由PTFE材料或者PTFE復(fù)合物制成的多孔的、透氣的和耐水壓的膜片134可以特別以如下方式制造，即將PTFE材料的或者PTFE復(fù)合物的顆粒模壓和燒結(jié)成圓柱形的形狀。由這樣得到的、燒結(jié)的圓柱體制造刨削薄膜，通過(guò)將該圓柱體置于旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)中并且將刨削刀朝向圓柱體的殼面進(jìn)給。從這樣得到的刨削薄膜中可以分離出膜片134，特別是裁切出或者沖壓出膜片134。載體元件114的膜片116 (優(yōu)選地基本上面式地)抵靠于其上的膜片元件支座118由呈環(huán)形的、朝向夾緊元件120凸出的環(huán)狀突出部136包圍。載體元件114的環(huán)狀突出部136嵌接到面朝載體元件114的夾緊元件120的側(cè)上的優(yōu)選與環(huán)狀突出部136基本上互補(bǔ)地構(gòu)造的環(huán)狀槽140中。此外，特別是構(gòu)造為夾緊環(huán)142的夾緊元件102包括優(yōu)選地基本上呈空心圓柱形的氣體穿通通道144，該氣體穿通通道144基本上同軸于壓力平衡裝置112的中軸線(xiàn)138并且基本上同軸于氣體穿通開(kāi)口 130和載體元件114的氣體穿通通道128以及基本上同軸于膜片元件116的膜片134地構(gòu)造和布置。夾緊元件120和/或載體元件114優(yōu)選地由合成材料制成，特別是構(gòu)造為合成材
料注塑件。夾緊元件120和/或載體元件114可以特別地由熱塑性合成材料或者由熱固性合成材料制成。特別地，夾緊元件120和/或載體元件114可以包括聚丙烯材料、聚乙烯材料和/或聚酰胺材料。夾緊元件120和載體元件114可以基本上以任意方式彼此挨著固定，以便在其間夾入I吳片兀件116。夾緊元件120和載體元件114能可松脫地或者不可松脫地彼此相互連接。
例如可以設(shè)置為夾緊元件120和載體元件114材料配合地、特別是通過(guò)粘貼和/或通過(guò)焊接而彼此相互連接。夾緊元件120和載體元件114可以特別地通過(guò)超聲波焊接或者通過(guò)激光焊接彼此相互連接。對(duì)此可替選地或補(bǔ)充性地設(shè)置為夾緊元件120與載體元件114通過(guò)夾接或卡鎖或者通過(guò)擰合彼此相互連接。在載體元件114的背向夾緊元件120的側(cè)上(在壓力平衡裝置112的裝配狀態(tài)中，載體元件114以該側(cè)抵靠在殼體102的殼體壁108的外側(cè)上)，載體元件114設(shè)有環(huán)形的密封元件146,該密封元件146呈環(huán)形地包圍載體元件114的氣體穿通通道128。密封元件146可以特別地構(gòu)造為O形環(huán)，O形環(huán)至少部分地布置在設(shè)置于載體元件114上的環(huán)狀槽150中。
密封元件146優(yōu)選地由彈性體材料制成，特別是由彈性的合成材料制成。此外，如最佳地由圖I和2獲悉，載體元件114優(yōu)選地在密封元件146的徑向外部設(shè)有一個(gè)或者多個(gè)固定法蘭152，每個(gè)所述固定法蘭152具有至少一個(gè)固定機(jī)構(gòu)容納處154。每個(gè)固定機(jī)構(gòu)容納處154用于容納各一個(gè)(未示出的)固定機(jī)構(gòu)，固定機(jī)構(gòu)例如是固定螺栓，借助該固定螺栓，壓力平衡裝置112能(優(yōu)選以可松脫的方式)固定在電化學(xué)設(shè)備100的殼體102上。在壓力平衡裝置112的裝配狀態(tài)中，在載體元件114的背向殼體壁108的側(cè)上，載體元件114設(shè)有沿著中軸線(xiàn)138的方向突出的、呈環(huán)形的支撐突出部156，該支撐突出部156與保護(hù)元件124的同樣呈環(huán)形構(gòu)造的保持部段158共同作用，以便使保護(hù)元件124保持在載體元件114上。在此，保護(hù)元件124和載體元件114能可松脫地或者不可松脫地彼此相互連接。保護(hù)元件124優(yōu)選包括合成材料，并且可以特別地構(gòu)造為合成材料注塑件。保護(hù)元件124優(yōu)選包括熱塑性合成材料和/或熱固性合成材料。特別地，保護(hù)元件124可以包括聚丙烯材料、聚乙烯材料和/或聚酰胺材料。保護(hù)元件124例如可以材料配合地、特別是通過(guò)粘貼和/或通過(guò)焊接而與載體元件114連接。特別地，保護(hù)元件124可以通過(guò)超聲波焊接和/或通過(guò)激光焊接與載體元件114連接。對(duì)此可替選地或者補(bǔ)充性地設(shè)置為保護(hù)元件124通過(guò)夾接或卡鎖或者通過(guò)擰合與載體元件114連接。保護(hù)元件124可以特別地構(gòu)造為蓋或者帽，并且可以具有基本上呈拱頂狀的構(gòu)型。保護(hù)元件124從保持部段158 (保護(hù)元件124在該保持部段158上與載體元件114連接)出發(fā)，延伸超出載體元件114的中心區(qū)域、夾緊元件120和膜片元件116，從而通過(guò)保護(hù)元件124保護(hù)壓力平衡裝置112的這些組成部件免受來(lái)自電化學(xué)設(shè)備100的殼體102的外部空間126的機(jī)械影響。為了使從壓力平衡裝置112的內(nèi)部空間132進(jìn)入到外部空間126中的氣體穿通成為可能，保護(hù)元件124的壁部設(shè)有一個(gè)或多個(gè)(例如十個(gè))氣體通過(guò)開(kāi)口 160，如這最佳地由圖I獲悉。如果在保護(hù)元件124上設(shè)置有多個(gè)氣體通過(guò)開(kāi)口 160，那么這些通過(guò)開(kāi)口 160優(yōu)選地基本上沿著保護(hù)元件124的周邊等距地分布。緊急排氣元件164從保護(hù)元件124的與壓力平衡裝置112的中軸線(xiàn)138相交的中心區(qū)域162凸出進(jìn)入壓力平衡裝置112的內(nèi)部空間132中。緊急排氣元件164可以特別地構(gòu)造為以尖部168收尾的緊急排氣針166。緊急排氣元件164的尖部168以預(yù)先確定的間距d (在膜片134的靜止?fàn)顟B(tài)下)與膜片134相對(duì)置。緊急排氣元件164優(yōu)選沿著壓力平衡裝置112的中軸線(xiàn)138延伸。緊急排氣元件164的尖部168優(yōu)選地處于壓力平衡裝置112的中軸線(xiàn)138上。
根據(jù)在緊急排氣元件164的尖部168與膜片134之間的所希望間距d的大小，保護(hù)元件124的其上布置有緊急排氣元件164的中心區(qū)域162構(gòu)造為蓋狀的或帽狀的保護(hù)元件124中的凹陷部(如在示出的實(shí)施例中)或者為抬高部(未示出)。為了防止從保護(hù)元件124的氣體通過(guò)開(kāi)口 160進(jìn)入到膜片134，可以設(shè)置為由氣體通過(guò)開(kāi)口 160徑向向內(nèi)地在保護(hù)元件124上設(shè)置有環(huán)形的突出部170，該突出部170從保護(hù)元件124出發(fā)，延伸到壓力平衡裝置112的內(nèi)部空間132中。環(huán)形的突出部170優(yōu)選地在中軸線(xiàn)138的方向上延伸直至保護(hù)元件124的氣體通過(guò)開(kāi)口 160的最接近載體元件114的邊緣172的軸向的位置。此外優(yōu)選地設(shè)置為在保護(hù)元件124上的環(huán)形突出部170和夾緊元件120的氣體穿通通道144在中軸線(xiàn)138的方向上彼此相疊，從而使得來(lái)自膜片134的區(qū)域的氣體必須按照通過(guò)氣體穿通通道144和環(huán)形的突出部170預(yù)先確定的之字形路線(xiàn)穿過(guò)壓力平衡裝置112的內(nèi)部空間132流至氣體通過(guò)開(kāi)口 160，以便從壓力平衡裝置出來(lái)并達(dá)到外部空間126中。前面描述的壓力平衡裝置112作用如下在電化學(xué)設(shè)備100的正常運(yùn)行中，壓力平衡裝置112實(shí)現(xiàn)了 在一方面電化學(xué)設(shè)備100的殼體102的內(nèi)部空間104與另一方面殼體102的外部空間126之間的壓力平衡。對(duì)此，氣體(特別是空氣)可以從殼體102的內(nèi)部空間104通過(guò)載體元件114的帶有氣體穿通開(kāi)口 130的氣體穿通通道128，通過(guò)多孔的透氣的膜片134，通過(guò)壓力平衡裝置112的內(nèi)部空間132位于膜片134的背向載體元件114的側(cè)上的的部分，以及通過(guò)保護(hù)元件124中的氣體通過(guò)開(kāi)口 160達(dá)到外部空間126中，或者沿相反的方向，從外部空間126達(dá)到殼體102的內(nèi)部空間104中。由此，在由于環(huán)境出現(xiàn)壓力波動(dòng)時(shí)，可以通過(guò)壓力平衡裝置112進(jìn)行可靠的壓力平衡。針對(duì)壓力平衡，膜片134具有足夠的透氣性和耐水壓性，并且保護(hù)殼體102的內(nèi)部空間104以防灰塵和水滲入。膜片134以足夠的強(qiáng)度設(shè)計(jì)，以便避免膜片134由于從外部的水壓加載而產(chǎn)生不希望的失效。如果相對(duì)照地在故障情況中，例如在殼102的內(nèi)部空間104中的其中一個(gè)電化學(xué)電池單元106失效的話(huà)，在殼體102的內(nèi)部空間104中產(chǎn)生很高的過(guò)壓(例如由于電解氣體(如HF或者H2)從其中一個(gè)電化學(xué)電池單元106排出)，膜片134由于該壓力加載而向緊急排氣元件164的方向拱起，并且碰到緊急排氣元件164的尖部168。緊急排氣元件164的尖部168給膜片134加設(shè)預(yù)損壞部，該預(yù)損壞部在非常短的時(shí)間內(nèi)(在幾毫秒內(nèi))導(dǎo)致膜片134的失效和毀壞，從而使得氣體穿通開(kāi)口 130的足夠大的橫截面不再被膜片134阻斷，而是被釋放用于應(yīng)急排氣。通過(guò)合適地選擇在膜片134靜止?fàn)顟B(tài)下在緊急排氣元件164與膜片134之間的間距d，破裂壓力可以個(gè)別地而且在狹窄的邊界內(nèi)得到調(diào)整，其中，在該破裂壓力下，膜片134被緊急排氣兀件164損壞。壓力平衡裝置112的在圖8中概要示出的第二實(shí)施方式與圖I至7中示出的第一實(shí)施方式的區(qū)別在于，緊急排氣元件164不以距膜片134不可變地預(yù)先確定的間距固定在保護(hù)元件124上，而是取而代之地給緊急排氣元件164設(shè)有調(diào)整螺紋172，該調(diào)整螺紋172與在保護(hù)元件124上的與之互補(bǔ)的螺紋174共同作用，由此，緊急排氣元件164相對(duì)于保護(hù)元件124 (進(jìn)而也相對(duì)于在靜止?fàn)顟B(tài)中的膜片134)的位置沿中軸線(xiàn)138的方向可以這樣改 變，即緊急排氣元件164的調(diào)整螺紋172或多或少地?cái)Q入保護(hù)元件124的螺紋174中。在此，可以特別地設(shè)置為，調(diào)整螺紋172構(gòu)造為外部螺紋，并且螺紋174構(gòu)造為與之互補(bǔ)的內(nèi)部螺紋。由此，在緊急排氣元件164的尖部168與膜片134之間的間距d進(jìn)而還有破裂壓力能以簡(jiǎn)單的方式得到調(diào)整或者調(diào)校，其中，在該破裂壓力下，由于殼體102的內(nèi)部空間104中的壓力增加而向緊急排氣元件164拱起的膜片134與緊急排氣元件164的尖部168發(fā)生接觸并且由該尖部168 fe壞。由此，在圖8中示出的壓力平衡裝置112的第二實(shí)施方式包括用于改變?cè)诰o急排氣元件164與在膜片134靜止?fàn)顟B(tài)中的膜片134之間相對(duì)位置的機(jī)構(gòu)176。在圖I至7中示出的第一實(shí)施方式中，緊急排氣元件164優(yōu)選地與保護(hù)元件124 —體式地構(gòu)造并且優(yōu)選地由一種合成材料制成，而在第二實(shí)施方式中，緊急排氣元件164可以由與保護(hù)元件124的材料不相同的材料制成。例如可以如此設(shè)置為在第二實(shí)施方式中，緊急排氣元件164包括金屬材料并且優(yōu)選地基本上完全由金屬材料制成。在其余方面，在圖8中示出的壓力平衡裝置112的第二實(shí)施方式在結(jié)構(gòu)、工作原理和制造方式方面與在圖I至7中示出的第一實(shí)施方式一致，就此而言，參考對(duì)圖I至7中示出的第一實(shí)施方式之前的描述。不但在圖I至7中示出的壓力平衡裝置112的第一實(shí)施方式中，而且在圖8示出的壓力平衡裝置112的第二實(shí)施方式中，可以替選地設(shè)置為膜片116部通過(guò)在載體元件114與夾緊元件120之間的夾緊而固定在壓力平衡裝置112中，而是取而代之地將載體元件114和夾緊元件120相互一體式地構(gòu)造，并且膜片元件116在其周邊上被以載體元件114的材料來(lái)包鑄，從而使得膜片元件116與載體元件114材料配合地相互連接。這可以特別地以如下方式進(jìn)行，即膜片元件116置入到注塑模具中并且以載體元件114的材料包鑄。
權(quán)利要求
1.用于平衡電化學(xué)設(shè)備(100)的殼體(102)中的內(nèi)部壓力的壓力平衡裝置，所述壓力平衡裝置包括至少一個(gè)氣體穿通開(kāi)口(130)和至少一個(gè)膜片元件(116)，所述膜片元件(116)具有能依賴(lài)于內(nèi)部壓力變化變形的透氣的膜片(134)，通過(guò)所述膜片(134)將所述氣體穿通開(kāi)口(130)阻斷， 其特征在于， 所述壓力平衡裝置(112)包括緊急排氣元件(164)，所述緊急排氣元件(164)被以如下方式構(gòu)造和布置，即所述緊急排氣元件(164)在所述膜片(134)達(dá)到臨界變形時(shí)，以如下方式損壞所述膜片(134)，即所述膜片(134)為了所述殼體(102)的緊急排氣而至少部分地釋放所述氣體穿通開(kāi)口( 130)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的壓力平衡裝置，其特征在于，所述膜片(134)包括多孔的合成材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2之一所述的壓力平衡裝置，其特征在于，所述膜片(134)包括含氟聚合物材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求I至3之一所述的壓力平衡裝置，其特征在于，所述壓力平衡裝置(112)包括載體元件(114)和夾緊元件(120)，其中，所述膜片元件(116)通過(guò)在所述載體元件(114)與所述夾緊元件(120 )之間的夾緊而得以保持。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的壓力平衡裝置，其特征在于，所述載體元件(114)和所述夾緊元件(120)材料配合地相互連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的壓力平衡裝置，其特征在于，所述載體元件(114)和所述夾緊元件(120)相互卡鎖。
7.根據(jù)權(quán)利要求I至6之一所述的壓力平衡裝置，其特征在于，所述壓力平衡裝置(112)包括載體元件(114)，所述膜片元件(116)至少部分地嵌入所述載體元件(114)的材料中。
8.根據(jù)權(quán)利要求I至7之一所述的壓力平衡裝置，其特征在于，所述壓力平衡裝置能借助至少一個(gè)固定機(jī)構(gòu)固定在所述電化學(xué)設(shè)備(100)的所述殼體(102)上。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的壓力平衡裝置，其特征在于，所述壓力平衡裝置(112)具有至少一個(gè)固定法蘭(152)，所述固定法蘭(152)具有至少一個(gè)用于固定機(jī)構(gòu)的固定機(jī)構(gòu)容納處(154)。
10.根據(jù)權(quán)利要求I至9之一所述的壓力平衡裝置，其特征在于，所述壓力平衡裝置(112)包括至少一個(gè)密封元件(146)，用以在所述壓力平衡裝置(112)與所述電化學(xué)設(shè)備(100)的所述殼體(102)之間進(jìn)行密封。
11.根據(jù)權(quán)利要求I至10之一所述的壓力平衡裝置，其特征在于，所述壓力平衡裝置(112)包括至少一個(gè)保護(hù)元件(124)，通過(guò)所述保護(hù)元件(124)保護(hù)所述膜片(134)的外側(cè)免受來(lái)自所述壓力平衡裝置(112)外部的機(jī)械損壞。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的壓力平衡裝置，其特征在于，所述保護(hù)元件(124)具有至少一個(gè)氣體通過(guò)開(kāi)口(160)。
13.根據(jù)權(quán)利要求I至12之一所述的壓力平衡裝置，其特征在于，所述壓力平衡裝置(112)包括至少一個(gè)用于改變所述緊急排氣元件(164)與所述膜片(134)之間相對(duì)位置的機(jī)構(gòu)(176)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的壓力平衡裝置，其特征在于，所述用于改變相對(duì)位置的機(jī)構(gòu)(176)包括設(shè)置在所述緊急排氣元件(164)上的調(diào)整螺紋(172)。
15.根據(jù)權(quán)利要求I至14之一的壓力平衡裝置在電化學(xué)設(shè)備中的用途，所述電化學(xué)設(shè)備包括殼體(102)和多個(gè)布置于所述殼體中的電化學(xué)電池單兀(106),其中，所述壓力平衡裝置(112)布置在所述殼體(102 )上。
16.電化學(xué)設(shè)備,其包括殼體(102)、一個(gè)或多個(gè)布置于所述殼體(102)中的電化學(xué)電池單元(106)以及至少一個(gè)布置在所述殼體(102)上的根據(jù)權(quán)利要求I至14之一所述的壓力平衡裝置(112)。
全文摘要
一種用于電化學(xué)設(shè)備殼體的壓力平衡裝置，該壓力平衡裝置用于平衡電化學(xué)設(shè)備的殼體中的內(nèi)部壓力，該壓力平衡裝置包括至少一個(gè)氣體穿通開(kāi)口和至少一個(gè)膜片元件，該膜片元件具有能依賴(lài)于內(nèi)部壓力變化變形的透氣的膜片，通過(guò)該膜片阻斷氣體穿通開(kāi)口，該壓力平衡裝置不但實(shí)現(xiàn)了在該電化學(xué)設(shè)備的正常運(yùn)行中在電化學(xué)設(shè)備殼體的內(nèi)部空間與該殼體的外部空間之間可靠的壓力平衡，也在內(nèi)部壓力過(guò)高的情況下保證在殼體中可靠的破裂保護(hù)，該壓力平衡裝置被簡(jiǎn)單地組裝，并且能被簡(jiǎn)單地制造，壓力平衡裝置包括緊急排氣元件，該緊急排氣元件構(gòu)造和布置為該緊急排氣元件在膜片達(dá)到臨界變形時(shí)，損壞膜片使得該膜片為了殼體的緊急排氣至少部分地釋放氣體穿通開(kāi)口。
文檔編號(hào)H01M2/12GK102916147SQ20121027471
公開(kāi)日2013年2月6日 申請(qǐng)日期2012年8月3日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月3日
發(fā)明者弗蘭克·海姆, 揚(yáng)·格羅舍爾特, 托馬斯·施特羅伊斯勒 申請(qǐng)人:愛(ài)爾鈴克鈴爾股份公司