排气单元和壳体、尤其电池壳体的制作方法

1.本发明涉及一种用于尤其是电池的、尤其是机动车辆的牵引电池的壳体的排气单元以及一种壳体、尤其电池壳体。


背景技术：

2.用于容纳电子组件如例如电池单池和诸如此类物的壳体无法完全气体密封地相对于周围环境来进行封闭。一方面由于温度波动、比方说由于在电池单池的充电或者说放电时的热量输入并且另一方面由于尤其在移动的系统中自然发生的空气压力变化，在内部空间与外部空间之间必须能够实现换气。通过换气能够阻止壳体的不被允许的机械的负载、尤其壳体的破裂或膨胀。此外，在由于电池单池的失效而引起的突然的压力上升的情况下，尤其在电池壳体中必须存在紧急排气功能。
3.然而同样重要的是，有效地阻止异物、污垢和呈液态的水形式的湿气的进入。因此已知压力平衡设备，该压力平衡设备具有例如由所挤出的聚四氟乙烯（ptfe）组成的半透的膜片，该膜片能够透气然而不能够透液体。
4.de 102012022346 b4公开了一种电池壳体，该电池壳体具有带有壳体开口的包围壳体内部空间的壳体，该壳体开口借助于呈壳体盖的形式的膜片载体来遮盖，该膜片载体设置用于排气并且用于基本上水密封地密封壳体内部空间以防止例如水、优选地还有其他的液体的进入。壳体盖包括承载体，该承载体具有在承载体内侧与承载体外侧之间贯通地延伸的气体贯通开口，以用于导出气体或者用于压力平衡。气体贯通开口被半透的膜片完全遮盖。承载体、膜片与壳体空气密封地或气体密封地连接，使得基本上没有水并且优选地也没有空气或者没有气体能够通过壳体开口进入到壳体内部空间中。


技术实现要素：

5.本发明的任务是，实现一种用于尤其是电池的、尤其机动车辆的牵引电池的壳体的排气单元，该排气单元允许在壳体中出现过压的情况下进行快速的压力释放。
6.另一任务是，实现一种带有排气单元的壳体、尤其电池壳体，该壳体允许在壳体中出现过压的情况下进行快速的压力释放。
7.前面所提到的任务根据本发明的一个方面由用于尤其是电池的、尤其是机动车辆的牵引电池的壳体的排气单元来解决，该排气单元带有能流体密封地与壳体的壳体开口的边界连接的基体，该基体具有外侧和内侧，并且该基体具有至少一个气体穿透开口，该气体穿透开口用横向于轴向方向平面地所撑开的膜片来封闭，其中，膜片在包围气体穿透开口的边界处流体密封地与基体连接，并且该排气单元带有夹持架，该夹持架在沿径向位于包围气体穿透开口的边界之外的区域中在基体的内侧处与基体连接，其中，夹持架具有环绕的夹持面，该夹持面将夹持力施加到膜片上，从而使得膜片以传力配合的方式保持在夹持架与基体的包围气体穿透开口的边界之间。
8.另外的任务根据本发明的另一方面由一种尤其机动车辆的牵引电池的用于容纳
电池单池的壳体、尤其电池壳体来解决，该壳体具有带有壳体开口的至少一个壳体壁，其中，壳体开口由排气单元来封闭。
9.本发明的有利的设计方案和优点由另外的权利要求、说明书和附图得到。
10.根据本发明的一个方面，提出了一种用于尤其是电池的、尤其是机动车辆的牵引电池的壳体的排气单元，该排气单元带有能流体密封地与壳体的壳体开口的边界连接的基体，该基体具有外侧和内侧，并且该基体具有至少一个气体穿透开口，该气体穿透开口用横向于轴向方向平面地所撑开的膜片来封闭，其中，膜片在包围气体穿透开口的边界处流体密封地与基体连接，并且该排气单元带有夹持架，该夹持架在沿径向位于包围气体穿透开口的边界之外的区域中在基体的内侧处与基体连接。在此，夹持架具有环绕的夹持面，该夹持面将夹持力施加到膜片上，从而使得膜片以传力配合的方式保持在夹持架与基体的包围气体穿透开口的边界之间。
11.膜片位于基体的内侧处。以这种方式，膜片在壳体中的过压的情况下按压到其密封座中并且能够首先通过破裂机构如例如通过紧急排气突刺在所规定的条件下有针对性地引起破裂。
12.不仅膜片而且夹持架也布置在基体的内侧处的方案具有下述优点，即：由此一方面将膜片在壳体中的过压的情况下按压到其密封座中并且另一方面夹持架也通过沿夹持方向的压力载荷被加载荷。由此即使在极端的压力峰值下也能够实现膜片的可靠的夹持紧固，而对夹持架在基体的外侧处的紧固而言在壳体中的压力载荷下则存在危险，使得作用到膜片上的夹持力由此而降低，这可能导致膜片从其夹持座松开。
13.为了高压电池的紧急排气，通常应用带有可穿透的ptfe膜片的排气单元。对于膜片而言优选是主要成本因素的穿透性对于电池的紧急排气的纯功能而言不被需要。因此，仅承担压力平衡功能的膜片能够通过带有相同的破裂特性的明显成本更低廉的膜层来代替，以便将在热事件的情况下由于电池单池的失效而释放的气体体积流量引出。
14.然而，很少有适合于破裂功能的膜层能够与基体焊接。为了膜片在基体上的流体密封的紧固，因此提出了一种替代的紧固方案。
15.有利地，在按照本发明的排气单元中，膜片流体密封地夹持到基体上。当膜片膜层与基体的不同的材料配合使得无法进行例如膜层的焊接时，则能够尤其使用对膜片的这种类型的紧固。代替借助于超声波焊接而焊接到基体上的、通常所应用的昂贵的ptfe膜片，于是能够将成本低廉的膜层作为破裂膜片夹持到基体上。
16.膜片借助于夹持架和密封部夹持到基体上。夹持力的施加能够例如通过夹持架到基体上的焊接、尤其超声波焊接来实现。然而也能够设想到其他的连接技术方案，如例如借助于卡锁钩、环咬合的咬合、粘接或诸如此类。
17.相比于使用ptfe膜片，利用按照本发明的排气单元于是实现节省费用。
18.有利地，能够利用现有的加工装置。能够使用现有的基体，以便使排气单元装备有膜片的按照本发明的夹持部。
19.能够用现有的且已知的工艺如例如超声波焊接来实现加工。因为能够不依赖于材料配合而将不同的膜层夹持到承载板上，于是得到一种灵活的方案。
20.这种方案能够用于气体密封的纯粹的破裂膜片又或者用于穿透的膜片，如果这些膜片无法直接焊接到承载板上的话。
21.按照排气单元的一种有利的设计方案，膜片能够仅以传力配合的方式保持在夹持架与基体的包围气体穿透开口的边界之间。以这种方式，在材料配合中无法与基体焊接的各种膜层材料都能够应用为破裂膜片。由此得到用于排气单元的成本低廉的方案。
22.按照排气单元的一种有利的设计方案，夹持架能够至少局部地材料锁合地与基体连接。有利地，于是能够实现用于将膜片与基体流体密封地连接的必要的夹持力，而不必应用材料锁合的工艺。
23.按照排气单元的一种有利的设计方案，夹持力能够直接或者间接地尤其通过密封部而引入到膜片中。夹持力能够直接通过夹持架来施加并且引入到膜片中。替代地也可行的是，附加地在周围环绕地应用密封部，该密封部负责将夹持力均匀地分配到膜片上。附加地，于是也能够通过密封部确保对最小的间隙的密封。
24.按照排气单元的一种有利的设计方案，密封部能够布置在夹持架与膜片之间或者布置在膜片与基体之间。密封部于是能够负责夹持力到膜片上的均匀化，从而确保膜片相对于基体的可靠的流体密封的连接。因此能够实现气体穿透开口在壳体的符合规定的运行中的持久的密封。
25.密封部能够构造为通常的弹性体密封部或者液体密封部。密封部能够例如作为双组分密封部注塑到夹持架或者基体处。在弹性体密封部的形式中，密封部能够构造例如呈o型环的形式的圆形的横截面，或者构造带有矩形的横截面。
26.按照排气单元的一种有利的设计方案，气体穿透开口能够完全被膜片遮盖。因此能够实现气体穿透开口在壳体的符合规定的运行中的持久的密封。由此能够阻止污垢颗粒或湿气可能进入到壳体中并且危及例如高压电池的运行。
27.按照排气单元的一种有利的设计方案，膜片能够构造为不透气的膜片、尤其聚合物膜层或者构造为半透的膜片，该膜片能够实现气态的介质从周围环境穿透到壳体中，反之亦然，并且阻止液态的介质和/或固体物质的穿透。
28.作为不透气的膜片能够例如应用呈聚合物膜层的形式的无孔的膜片。能够应用经层压的膜层又或者银气相喷镀的膜层，以便在符合规定的运行中确保壳体的密封性。
29.具有用于正常运行中的通风/排气的透气性并且具有足够高的不透水性的全部的材料能够应用用于半透的膜片。作为用于半透的膜片的优选的材料能够应用聚四氟乙烯（ptfe）。半透的膜片具有能够处于0.01微米与20微米之间的平均气孔大小。孔隙度优选地处于约50 %；平均气孔大小优选地为近似10微米。
30.膜片的膜片厚度比该膜片的其余的外部尺寸小很多。膜片能够跨越等于或大于20 mm、优选地等于或大于30 mm、尤其等于或大于40 mm的最小宽度和/或最小长度或最小外径。膜片厚度能够比膜片的最小宽度和/或最小长度或最小外径要小尤其至少20倍、优选地至少40倍、尤其至少100倍。膜片厚度能够为1微米至5毫米，其中，膜片厚度优选为0.1至2 mm、尤其0.15至0.5 mm。
31.按照排气单元的一种有利的设计方案，夹持架能够焊接地、尤其超声波焊接地或者粘接地与基体连接。夹持架能够例如由与基体相同的塑料制成。于是得到针对例如通过超声波焊接又或者粘接来进行的材料锁合的连接的有利的先决条件。
32.按照排气单元的一种有利的设计方案，夹持架能够具有沿径向伸出的法兰区域，通过该法兰区域的轴向的面实现焊接或者粘接。法兰区域能够提供有利地足够的面，以便
确保通过夹持架与基体的焊接或者粘接而实现的持久的且可靠的连接。也能够尤其在超声波焊接的情况下因此实现足够的空间，以便能够合适地安置工具、如例如超声焊极。
33.按照排气单元的一种有利的设计方案，夹持面能够沿径向布置法兰区域之内。以这种方式，能够在膜片与基体之间实现可靠且耐久的流体密封的连接。
34.按照排气单元的一种有利的设计方案，基体能够相对于包围气体穿透开口的边界（膜片流体密封地布置在该边界处）具有轴向的凹槽，其中，夹持架材料锁合地布置在这种轴向的凹槽处。这样的结构能够实现有利的加工方法。特别地，在夹持架借助于超声波焊接与基体材料锁合地连接之前，能够合适地置入并且定位膜片。
35.按照排气单元的一种有利的设计方案，轴向的凹槽能够相对于包围气体穿透开口的边界沿径向向外偏置地布置。以这种方式，能够在膜片与基体之间实现可靠且耐久的流体密封的连接。
36.按照排气单元的一种有利的设计方案，沿径向伸出的法兰区域和夹持架的夹持面能够沿轴向偏置地布置。这样的结构能够实现有利的加工方法。特别地，在夹持架借助于超声波焊接与基体材料锁合地连接之前，能够合适地置入并且定位膜片。
37.按照排气单元的一种有利的设计方案，壳体密封部能够环绕基体的内侧处的气体穿透开口来布置。
38.壳体密封部能够构造为轴向-或者径向密封部，也就是说尤其存在于端面处（在轴向密封部的情况下）或者存在于周侧面处（在径向密封部的情况下）。壳体密封部能够构造为o型环（该o型环容纳在基体的相应的槽中）或者构造为注塑的密封组件。优选地将壳体密封部布置在轴向配置中，其中，特别优选地壳体密封部包围卡口式连接器件，该卡口式连接器件尤其沿轴向的方向突伸。壳体密封部尤其也能够构造为带有非圆形的、尤其沿纵向方向延伸的横截面的模制密封部。
39.按照排气单元的一种有利的设计方案，能够在基体的外侧上布置遮盖罩。特别地，遮盖罩能够具有至少一个通风口。遮盖罩保护膜片免受来自基体的外侧的机械的影响。然而，同时例如通过通风口或者通过遮盖罩与基体之间的足够的间距能够实现气体逸出。
40.按照排气单元的一种有利的设计方案，在膜片与遮盖罩之间能够布置带有朝膜片指向的紧急排气突刺的突刺承载件，该紧急排气突刺设置用于穿破由于壳体内压而朝外侧的方向弯拱的膜片，其中，紧急排气突刺集成在基体或夹持架或遮盖罩中。
41.紧急排气突刺在电池的正常运行中以相对于膜片表面的预先确定的间距来布置。在壳体中的上升的内压的情况下，膜片弯拱到紧急排气突刺上并且进行抵靠，从而使得紧急排气突刺的尖部能够穿破膜片。由于其尖部，紧急排气突刺产生了对膜片的有针对性的弱化，从而使得该膜片破裂。这有助于保证尽可能快速地作出反应的紧急排气功能，这对于在壳体中的突然的内压升高的情况下能够保证壳体结构保持功能正常而言是重要的。通过改变紧急排气突刺的尖部与膜片表面的间距能够设定紧急排气压力。
42.按照排气单元的一种有利的设计方案，基体能够与布置在其内侧处的防护栅牢固地连接。特别地，能够在此将防护栅集成在基体中。通过防护栅来保护膜片以免受来自内部空间的机械的损害。另一方面，通过防护栅也确保了，在电池壳体中的电池单池失效和由此可能发生的热事件情况下，使具有比防护栅的筛孔大小要大的大小的颗粒保留在内部的壳体中并且无法进入到周围环境中。
43.根据本发明的另一方面，提出了一种尤其机动车辆的牵引电池的用于容纳电池单池的壳体、尤其电池壳体，该壳体具有带有壳体开口的至少一个壳体壁，其中，壳体开口由根据前述权利要求中任一项所述的排气单元来封闭。
44.特别地，在此如此设置排气单元的装配，使得该排气单元借助于至少一个紧固件、尤其螺纹件而与壳体的壁相连接，其中，紧固件与基体的紧固件作用区存在接合。通过旋拧产生了用于压紧壳体密封部所必须的密封预紧力。旋拧能够尤其从电子器件壳体的内部空间出发来实现。不言而喻也包括本发明的下述实施方式，在该实施方式中，从外侧出发而实现排气单元与壳体的旋拧。
45.最后，壳体壁在外侧处能够具有环绕壳体开口的密封面，在装配状态下排气单元的壳体密封部抵靠在该密封面处。密封面优选地构造为壳体的壁的下述区域，该区域具有在平整度方面尽可能小的偏差和尽可能低的粗糙度。有利地，壳体或者说至少其壁具有金属材料或者由金属材料组成，从而使得密封面在上面所提到的特性方面能够容易地通过机械的加工来得到。
附图说明
46.另外的优点从以下的附图说明中得到。在附图中示出了本发明的实施例。附图、说明书和权利要求书包括成组合的大量的特征。本领域的技术人员以适宜的方式也单独地考虑这些特征并且将它们概括成有意义的另外的组合。
47.图中示例性地示出了：图1示出了根据本发明的实施例的排气单元的从外侧看的轴测图；图2示出了根据图1的排气单元的从内侧看的轴测图；图3示出了根据图1的在移除了防护栅的情况下的排气单元的从内侧看的轴测图；图4示出了根据图1的带有半剖的基体的排气单元的轴测剖视图；图5示出了根据图4的带有剖开的密封部的排气单元的轴测剖视图；图6示出了根据图1的排气单元的纵向剖视图；并且图7示出了根据图1的排气单元在膜片的夹持部的区域中的放大的纵向剖视图。
具体实施方式
48.在附图中相同或相同类型的组件标记有相同的附图标记。附图仅示出了实施例并且不应该限制性地理解。
49.图1示出了用于尤其是电池的、尤其是机动车辆的牵引电池的壳体20的、根据本发明的一种实施例的排气单元10的从外侧18看的轴测图，而在图2中能够看出排气单元10的从内侧17看的轴测图。图3示出了在移除了防护栅70的情况下的排气单元10的从内侧17看的轴测图。
50.在图4中以带有半剖的基体12的轴测剖视图、以及在图5中以带有剖开的密封部32的轴测剖视图并且在示出了排气单元10的纵向剖视图的图6中能够识别出排气单元10的细节。此外，图7示出了排气单元10在膜片30的夹持部的区域中的放大的纵向剖视图。
51.排气单元10具有基体12，该基体带有外侧18和内侧17，该基体能够流体密封地与壳体20（在图6中的纵向剖视图中示意性地示出）的壳体开口24的边界相连接。
52.排气单元10进一步具有气体穿透开口15（参见图6），该气体穿透开口用横向于轴向方向l平面地所撑开的膜片30来封闭。在此，气体穿透开口15完全被膜片30遮盖。膜片30存在于基体12的内侧17处。
53.膜片30在包围气体穿透开口15的边界14处流体密封地与基体12连接。
54.膜片30能够构造为不透气的膜片、尤其聚合物膜层。
55.然而替代地也可行的是，膜片30构造为半透的膜片，该膜片能够实现气态的介质从周围环境穿透到壳体20中，反之亦然，并且阻止液态的介质和/或固体物质的穿透。
56.夹持架40在沿径向位于包围气体穿透开口15的边界14之外的区域16中与基体12连接。夹持架40具有环绕的夹持面42，该夹持面将夹持力施加到膜片30上。由此，膜片30仅以传力配合的方式保持在夹持架40与基体12的包围气体穿透开口14的边界14之间。
57.夹持架40材料锁合地与基体12连接。优选地，夹持架40能够与基体焊接，尤其通过超声波焊接来焊接。然而，也能够设想到其他的紧固类型如与基体12的卡锁或粘接。
58.夹持力在所示出的实施例中间接地通过密封部32引入到膜片30中。由此，通过夹持面42实现了夹持力的均匀化。替代地，膜片30也能够直接通过夹持架40相对于基体12得以夹持。
59.密封部32在这种情况下布置在膜片30与基体12之间。替代地也可行的是，密封部30布置在夹持架40与膜片30之间。
60.在基体12的外侧18上布置遮盖罩50，该遮盖罩具有四个通风口52。
61.在膜片30与遮盖罩50之间布置突刺承载件62，该突刺承载件带有朝膜片30指向的紧急排气突刺60，该紧急排气突刺设置用于穿破由于壳体内压而朝外侧18的方向弯拱的膜片30。紧急排气突刺60在这种实施例中通过突刺承载件62集成到基体12中。替代地，紧急排气突刺60也能够集成在夹持架40或遮盖罩50中。
62.基体12与布置在其内侧17处的防护栅70牢固地连接，如尤其能够在图2中识别出的那样。在此，防护栅70通过焊接点72、例如通过超声波焊接而焊接到基体12处。然而在一种替代的实施方式中，防护栅70也能够直接集成到基体12中。
63.基体12此外在其拐角处具有四个紧固接片80，插入式插座82集成到该紧固接片中。通过这些紧固接片80，排气单元10能够与壳体20连接、例如旋拧起来。
64.壳体密封部26（图2和图3）围绕气体穿透开口15环绕地布置在基体12的内侧17处并且用于相对于壳体壁22来密封排气单元10。在装配后的排气单元10的情况下，壳体密封部26的向外可见的视觉标志28提供了对壳体密封部26的存在情况的检查方案。
65.如在图6中和尤其图7中的纵向剖视图中能够识别出的那样，夹持架40具有沿径向伸出的法兰区域44，通过该法兰区域的轴向的面实现了与基体12的区域16的焊接或粘接。在此，夹持架40的夹持面42沿径向布置在法兰区域44之内。沿径向伸出的法兰区域44和夹持架40的夹持面42沿轴向偏置地布置。
66.基体12相对于包围气体穿透开口15的边界14（膜片30流体密封地布置在该边界处）具有轴向的凹槽19。夹持架40材料锁合地布置在该轴向的凹槽19处。轴向的凹槽19相对于包围气体穿透开口15的边界14沿径向向外偏置地布置。
67.在图6中的纵向剖视图中，壳体20在截面中示意性地示出为带有壳体开口24的壳体壁22。在此，壳体开口24被排气单元10封闭。
68.排气单元10利用壳体密封部26相对于壳体壁22得到密封，该壳体密封部在基体12的外部的边界处置入到环绕的密封槽13中。
69.附图标记列表：10 排气单元12 基体13 密封槽14 边界15 气体穿透开口16 区域17 内侧18 外侧19 凹槽20 壳体22 壳体壁24 壳体开口26 壳体密封部28 视觉标志密封部30 膜片32 密封部40 夹持架42 夹持面44 法兰区域50 遮盖罩52 通风口60 紧急排气突刺62 突刺承载件70 防护栅72 焊接点80 紧固接片82 插入式插座l 轴向方向。