CN101138110B - 气体释放阀 - Google Patents

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Abstract

待要安装在电池组电池进入端口内的气体释放阀，包括其上侧由盖子(14)封闭而下侧具有导入电池组电池的开口(42)的壳体(26)，所述开口(42)通过由弹性密封元件(38)封闭的排气通道与提供在盖子(14)内的至少一个通气孔(46)相通。弹性密封元件(38)是预加载荷的止回元件，由其自身的弹性和另外通过所述通气孔(46)作用在所述密封元件(38)外表面上增加的外部压力，推动其内表面与提供在所述壳体(26)内的承座(360)密封接触。

Description

气体释放阀
本发明涉及气体释放阀，如权利要求1前序部分所述，该气体释放阀待要安装在电池组电池(battery cell)的进入端口内。
这种气体释放阀尤其应用在电池组电池里，在那里电池组电池应避免正常压力情况下蓄电池酸液或凝胶和氢气的泄露，并且，另一方面确保在预定的内部高压情况下电池组电池的排气。
上述问题最简单的解决方案是用于车辆和固定的驱动单元的电池组的通气孔塞。这些塞子设有中心孔，但是这些中心孔不能避免引起在蓄电池外部的局部化腐蚀的蓄电池组的液体的无法控制的泄露。
WO 99/36976公开了用于阀调节式电子蓄电池组的包括待要嵌入在电池组电池进入端口内的外壳的装置。所述壳体包括配置有通气孔的盖子，通气孔下部开口由固定在导入电池组电池的轴向开口的上部的阻火器封闭。所述开口的下部通过由阀门主体形成的阀门构件封闭，阀门主体包括一对相对的沿着阀门主体的下部延伸的并确定了从阀门主体的上游到下游侧的气体流动通道的通气孔。一组形成在阀门主体外表面上的间隔环形脊容许阀门构件被插入和通过作用在壳体内壁上的压力密封。阀门构件也包括弹性的、径向向外延伸的环形裙缘，环形裙缘在上游方向向外张开并且具有通常地与轴向开口的内壁接合的环形自由端。
除这种已知的排气阀具有相当复杂结构的事实之外，其在一定时间之后不能防止以弹性裙缘形式的密封元件可能松弛紧靠提供在壳体内圆柱形承座的它的弹性的密封性能。这将具有在任何内部压力下不断地排出电池内产生的氢气和来自外部相反的大气压力在任何时间将进入电池的缺点。
本发明的目的是提供一种用于电池组电池的气体释放阀传感器，虽然气体释放阀传感器具有仅要求很少的组成部件的简单结构，但是它能保证安全和可靠的操作，以至外部空气将决不能进入电池，并且保证电池组电池的排气在具有根据由生产者规定的标准的微小压力公差的情况下的预定的内部压力水平。
本发明的这些和其它的目的通过提供待要安装在电池组电池的进入端口的气体释放阀实现，气体释放阀包括壳体，壳体的上侧由盖子封闭，而下侧具有导入电池组电池的开口，所述开口通过由弹性密封元件封闭的排气通道与提供在盖子内的通气孔相通，其中，所述弹性密封元件是预加载荷的止回元件，由其自身的弹性和另外由通过所述通气孔作用在所述密封元件外表面上增加的外部压力推动其内表面与提供在所述壳体内的承座密封接触。
在优选实施例中，预加载荷的弹性密封元件是环形套环或O形环，O形环的承座形成在与提供在壳体内的轴向排气孔道相通的径向排气管道的外端。
在这个实施例中，弹性密封元件也可以是已知的在商业上可买到的O形环。通过选择材料(橡胶、合成材料等)和它的硬度可以预定这种密封元件的预加载荷特性。这样，可以准确地确定过压，也就是，排气阶段应该开始的内部压力。由密封元件的直径或它的承座的几何形状也可以预定排气阶段开始的响应水平和阈值。测试表明，在这种方法中对于仅为10mbar的打开压力和封闭压力之间的差值来说，压力水平的响应性可以进行调整。
便利地，径向排气管道的直径可以非常小，例如1mm。
本发明的又一优点是，将弹性密封元件固定在壳体的内部，以至保护了其免于遭受电池组电池内的侵蚀性液体。
根据有利的改进，径向排气管道可以形成在固定在壳体内的盖子的下表面和壳体墙壁的相对的上表面之间。由于它分离在壳体和盖子之间以至径向排气管道准确地形成在壳体和盖子之间的分离区，所以这种实施例提供了构造非常简单的阀门。
在这个实施例中，轴向排气通道可以形成在从盖子的下表面轴向伸出的中心杆部和导入电池组电池的壳体的圆柱形开口之间。杆部的圆柱形外表面也可以配置有轴向的凹槽。
根据本发明的又一改进，预加载荷的弹性密封元件可以是具有厚的中心部分和搁置在它的承座上的弹性环形外部边缘的圆盘，承座是由壳体的墙壁提供的环形的支架。
在这个实施例中，圆盘由从盖子的下表面轴向伸出的并与圆盘的中心部分邻接的鼻形部保持在它的适当位置。
根据本发明的又一实施例，弹性密封元件可以是稳固地固定在壳体内的弹性的管状裙缘，所述管状裙缘的向上延伸的内表面紧密密封地邻接它的承座，承座位于从盖子的下表面伸出的圆柱形元件的外表面上。
在这种构造中，盖子可以形成壳体的整体的一部分(integralpart)，其具有的优点是，气体释放阀仅有两部分组成，也就是壳体包括盖子和管状密封裙缘。
通过阅读下面的图中阐明的优选实施例的说明，本发明更多的目的、特征和优点将是非常明显的，其中：
图1是本发明第一个实施例的截面图，
图2是图1中所示阀门的改进形状，
图3是与图1相应的阀门的壳体的透视图，
图4是阀门的第三个实施例的截面图，
图5展示了阀门的又一个实施例，
图6展示了图5中沿着箭头VI方向的阀门的杆部，
图7是图5中沿着箭头VII方向的阀门的俯视图，
图8是图7中所示盖子的改进，
图9是阀门的又一个实施例的截面图，
图10展示了图9中的阀门的改进形状，
图11举例说明了又一个实施例，
图12是阀门的又一个实施例的截面图。
在图1和图2中，举例说明了由注射模制元件构成的圆柱形的适配器塞子10。所述塞子10可以插入车辆和其它机械的电池组电池进入端口内，并且它的盖子14的突出的轮缘12邻接所述进入端口的上部边缘。O形环16嵌入塞子10的圆柱形外壁18的环形凹槽内，并且提供了对电池组电池进入端口的密封。
塞子10的外壁18配置有用于在进入端口内紧固塞子10的机构。这些机构可以是，如图解中的螺纹20；其它固定机构可以是卡接件，按扣或同类的东西。
具有到塞子10外壁18的内表面的径向距离的中空圆柱形主体22从盖子14的下表面伸出，以至形成了环形的腔室24。也可以由注射模制元件构成的圆柱形阀门壳体26嵌入所述中空主体22内。阀门壳体26压配合在中空主体22内，在那里通过按扣珠(snap-fastener bead)30紧固它。阀门壳体26的上表面邻接盖子14的下表面28。
如在图1和图2中举例说明的，阀门壳体26的上部32具有比它的下部小的直径，以至形成了环形腔34。阀门壳体26的所述上部32配置有用作环形密封元件38(例如O形环)承座的环形凹槽36，由弹性材料制成的环形密封元件38预加载荷地与它的承座接触。多个径向排气细管40导入环形的凹槽36并且与阀门壳体26的轴向排气孔道42连接。所述轴向孔道42是导入电池组电池的阀门壳体26的开口。如图3中举例说明的，径向排气管道40的出口孔是设在环形凹槽36内的椭圆形的凹部44。
如已经叙述的，径向排气管道40的直径比轴向排气孔道42的直径小得多，可仅有1mm。
盖子14包括多个可以是弧形缝隙的通风孔46，通风孔46与环形腔34相通。整体上弧形缝隙或通风孔46具有关于整个盖子14和塞子10的轴线48的同心几何形状。
在图1中所示的实施例中，轴向排气孔道42在它的上侧是封闭的，然而在图2的实施例中，所述轴向排气孔道42穿过阀门壳体26，它的上侧由从盖子14的下表面28轴向伸出的鼻形部50封闭。因此，在这个实施例中，轴向孔道42在它的上侧也是防漏的。
如图1中所示，轴向排气孔道42的下侧可以由设有径向孔道54的挡板元件52封闭，径向孔道54伸向电池组电池并与轴向孔道42相通。同样，固定(例如通过粘结)在阀门壳体26的下部表面56上的这个挡板元件52也可以由模制件构成。挡板元件52具有避免杂质和其它部分渗透进轴向排气孔道42、从而进入径向排气细管40在那里可能引起阻塞的用途。
图4举例说明了提供挡板元件52的具有伸向电池组电池的管状的延伸管道58的气体入口孔道54的可能性。优选地，所述管道58稍微向上倾斜。这样，在电池组电池位置倾斜的情况下，保证电池组电池可靠的排气。
管状管道58的开口端可以配置自动的闸门64，例如球，其中每一个球在管状管道58的开口端的放大的承座62内可以自由移动。如果电池具有倾斜的位置，如在飞机内，向下延伸的闸门64避免液体进入到管道58的底部，从而阻塞挡板元件52；反之，管状管道58相对的自由端是开放的，以至气体可以进入其内。
在图4的实施例中，密封元件38是与在阀门壳体26上部32上的它的承座预加载荷地接触的环形套环。既然这样，阀门壳体26和它的上部32可以具有棱柱形的截面。
在图1和图2中的箭头举例说明了在电池组电池的排气阶段的气体流动。在预定压差的情况下，气体将直接地进入排气孔道42(图2)或通过挡板元件52的入口孔道54(图1)。在轴向孔道42的上侧，气体进入径向排气管道40，在那里它推动由O形环(图1和图2)或环形套环构成的密封元件38。为了使气体从提供在盖子14内的通气孔46泄出，预定的气体压差将瞬间拉伸弹性的密封元件38以至于气体进入环形腔34。一旦电池组电池的内部和外部压差不再超过界限，预置的弹性密封元件38就再次嵌入它的承座内再次密封电池组电池。在径向排气管道40的出口端的椭圆形的凹部44维持气体流畅的排出。
如可在图4中看到的那样，传感器60可以定位于靠近密封元件38的环形腔内34。这种传感器60可以是用于检测在排气过程中弹性的密封元件38的变形的微动开关、接近开关、金属丝应变计或光电池。这样，检测电池组电池内实际气体压力并用检测的值控制电池的不同的功能(充电、放电、容许温度极限的控制或同类的事情)是可能的。这种传感器60也可以用来检测电池组电池内气体的化学性质。
图5展示了本发明的又一个并且优选的实施例，根据本实施例，壳体26具有杯形的截面，壳体26上部开口由盖子14封闭。盖子14的周边搭扣配合在壳体26的所述的开口内。形成弹性密封元件38(O形环)的承座的环形凹槽36部分地形成在盖子14的下表面和相对的壳体26内壁66的上表面上。由于这种分离的构造，径向的排气管道40也形成在盖子14的下表面28和内壁66的上表面之间。
中间杆部68从盖子14的下表面28轴向地伸出并接合壳体26的圆柱形开口(轴向孔道42)。如图6中所示，杆部68的圆柱形的外表面配置有轴向的凹槽70。
如图7中所示，盖子14配置有与盖子14的轴线48同心的弧形缝隙形式的系列的通气孔46，通气孔部分重叠排列以至于盖子14的硬度在它的轴向方向变弱。
图8举例说明了具有改进的排列和几何形状的部分地弧形的缝隙46的盖子14的俯视图。同样在本实施例中，盖子14变弱以至如图5中由在盖子14的顶部的两个箭头所示它是轴向可挠曲的。
在正常情况下，当电池组电池产生气体，在盖子14的杆部68和阀门壳体26的内壁66之间允许气体流动。正常地，气体然后将从径向排气管道40泄出，并经过内壁66和盖子14之间的密封元件38(O形环)。当气体压力增加时，盖子14的中心部分连同杆部68将向上移动，以便在密封元件38和盖子14之间留出更多的空间使得更多的气体可以泄出。盖子14的中心部分的挠性移动可能是因为盖子14本身的特性以及通气孔46的结合形状和布局。
来自外部的相反压力(大气压力)将推动盖子14向下去产生与密封元件38更多的接触压力，从而提高了密封效果以至在任何时候没有外部空气将能进入电池。
图9和图10举例说明了本发明的两个进一步的包括与图5中的阀门壳体类似的阀门壳体26的实施例，阀门壳体26由配置有通气孔46的搭扣配合盖子14封闭。根据这个实施例，弹性密封元件38是柔性合成材料制成的圆盘。盘具有厚的中心部分72和搁置在它的承座360上的柔性环形外部边缘74，承座360是由壳体26的内壁66提供的环形的支架76的形式。
从盖子14的下表面28轴向伸出的鼻形部50与圆盘38的中心部分72邻接。圆盘38依靠从阀门壳体26的内壁径向伸出的凸出部78保持在它的中心位置。
同样在这个实施例中，在正常情况下，当电池组电池产生气体，允许气体如图9中箭头所示方向流动。气体在圆盘38和它的承座(支架76)之间流动。圆盘38依靠它的中心部分72的上表面上的盖子14的鼻形部50支撑，鼻形部50施加轻微的压力在中心部分72上。随着气体压力的增加，圆盘38的外部边缘74将向上弯曲以允许更多的气体泄出。
进入盖子14内的通气孔46的来自外部的相反压力将推动圆盘38的柔性外部边缘74向下紧靠着它的支架76，以制造更多的与所述支架76接触的压力，从而提高了密封效果以至在任何时候没有外部空气将能进入电池组电池。
图10举例说明了图9中阀门主体26的稍微改进了的实施例。在这里，环形的支架76变成了径向内部倾斜的脊80，脊80朝着配置在壳体26的轴向排气孔道42倾斜。阀功能的主要原理与前面图9中的型式相似；然而，存在针对脊80的改进，当阀承受的外部压力高于在电池组电池内部的压力时，脊防止圆盘38向内塌陷。当电池在航空器上并承受外部的低压时，这种情况可能发生。一旦着陆，电池的内部压力比外部的大气压力低得多。这在圆盘38上将显示向内塌陷的倾向。
改进型式的进一步的优点是在外部爆炸期间防止圆盘38的塌陷。当这种爆炸发生时，如果与电池内部的压力比较，阀门附近的外部压力将达到非常高的值。伸出的脊80将防止弹性圆盘38的塌陷。
图11举例说明了本发明的又一个实施例，本实施例中同图9和图10一样，密封元件38也是圆盘。然而，在盖子14和圆盘38之间的空间通过隔离元件88分成上部腔室90和下部腔室92。上部腔室90与形成在盖子14的中心通气孔46相通。上部腔室90和下部腔室92通过隔离元件88外围的侧面通道94相通。
隔离元件88由刚性的上部板96和下部的柔性的隔膜98形成，两者限定了内部的腔室100。从隔膜98伸出的中心鼻形部50对着圆盘38的中心部分72起作用。
内部的腔室100维持不变的压力，优选为正常的外部的大气压力。在正常的大气状态下，阀门像前面图9和图10中的方式一样工作。然而，当面对大气压力减少时，也就是，当腔室90和92中的压力减少时，封闭在内部腔室100中不变的空气压力将补偿周围的压力减少。隔膜98将因此向下面密封的圆盘38移动并补偿在它上面的压力。在这些情况下，尽管腔室90和92中的压力减少了，弹性密封盘38将打不开轴向排气孔道42。
结果，阀传感器包括对周围压力敏感的机械地影响密封元件38的隔膜，以至当在电池内部和外部之间的临界的气体释放压差是由预料到的电池周围的压力引起，而不是由内部的气体压力增加引起时，它并不排放气体。
这种应用可能使用在航空器内，在那里周围的压力随着航空器的高度连续地变化。这种自我补偿和校准的气体释放阀传感器的实施例使它作为航空器电池阀门非常理想。
如图11中进一步举例说明的，本发明包括可能应用到盖子14的中心通气孔46上的集流器管102，集流器管102引导气体通过管108到远处的集流器，因此使接近于电池的区域是不含气的。
在图11中举例说明的中心竖直的集流器管102可以是一个收容有固体发光材料(例如橡胶或塑料)制成的浮动球104的透明的管子。球104将随着进入管102的气体的流动而浮动，并且能通过光学系统探测到它的高度，可调整光学系统用于特殊的气流限制。气体流动越高，球104浮动越高。
变换器(transducer)106应用在管子102的外侧面，变换器106对预定的球104的阈值高度作出反应以至它传送输出电信号给报警装置和/或控制装置。这样，气体流动的检测起电子装置的作用，以便如果电池过充和过充气时，电子装置触发报警装置或甚至关掉充电器。
图12举例说明了本发明的又一个实施例，根据这个实施例盖子14形成壳体26的整体的一部分。预加载荷的弹性密封元件38以柔性的管状裙缘的形式稳固地固定在壳体26下侧的环形凹部内。管状裙缘38的向上延伸的内表面82紧密地密封邻接在从盖子14的下表面28伸出的圆柱形元件84的外表面。
由圆柱形元件84提供的管状裙缘38的内表面82在圆柱形承座362上预加载荷的接触防止了来自电池的任何气体的泄露。当气体压力增加时，裙缘38的上部较薄的部分86将让路以允许气体在裙缘38和盖子14的圆柱形元件84之间泄出。裙缘38的性质和尺寸将规定阀门的标准。
来自相反方向的压力(大气压力)将引起管状裙缘38的向上延伸的较薄的部分去施加更多的压力在它的承座362上，并且有效地提供更好的密封，以便没有空气能进入电池。

Claims (13)

1.一种待要安装在电池组电池的进入端口内的气体释放阀，其包括壳体(26)，所述壳体(26)的上侧由盖子(14)封闭而其下侧具有导入所述电池组电池内的开口(42)，所述开口(42)通过由弹性密封元件(38)封闭的排气通道与提供在所述盖子(14)内的至少一个通气孔(46)相通，所述弹性密封元件(38)是预加载荷的止回元件，由所述弹性密封元件(38)自身的弹性和另外由通过所述通气孔(46)作用在所述密封元件(38)外表面上的增加的外部压力推动所述弹性密封元件(38)的内表面与提供在所述壳体(26)内的承座(360)密封接触，其中，所述预加载荷的弹性密封元件(38)是具有厚的中心部分(72)和搁置在它的承座(360)上的柔性环形外部边缘(74)的圆盘，所述承座(360)是由所述壳体(26)的内壁提供的环形支架(76)的形式，所述环形支架(76)变成径向内部倾斜的脊(80)，所述脊(80)朝着提供在所述壳体(26)内的轴向排气孔道(42)倾斜。
2.如权利要求1所述的气体释放阀，其特征在于，所述圆盘由从所述壳体(26)的内壁(66)径向伸出的凸出部(78)保持在它的中心位置。
3.如权利要求1所述的气体释放阀，其特征在于，从所述盖子(14)的下表面(28)轴向伸出的鼻形部(50)与所述圆盘的中心部分(72)邻接接触。
4.如权利要求1所述的气体释放阀，其特征在于，在所述盖子(14)和所述圆盘之间的空间通过隔离元件(88)分成与所述通气孔(46)相通的上部腔室(90)和通过至少一个侧面通道(94)与所述上部腔室(90)相通的下部腔室(92)，所述隔离元件(88)具有由下部的柔性隔膜(98)封闭的压力稳定的内部腔室(100)，所述隔膜(98)的中心对着所述圆盘的中心部分(72)起作用。
5.如权利要求1所述的气体释放阀，其特征在于，所述盖子(14)在轴向方向上是柔性的。
6.如权利要求5所述的气体释放阀，其特征在于，提供在所述盖子(14)内的所述通气孔(46)是弧形缝隙，所述弧形缝隙具有部分重叠的排列，使得所述盖子(14)的硬度在它的轴向方向变弱。
7.如权利要求1所述的气体释放阀，其特征在于，由挡板元件(52)保护所述壳体(26)下端的入口开口(42)。
8.如权利要求7所述的气体释放阀，其特征在于，所述挡板元件(52)设有径向入口孔道(54)，所述径向入口孔道(54)具有导入所述电池组电池内的管状延伸管道(58)。
9.如权利要求8所述的气体释放阀，其特征在于，所述管状延伸管道(58)的开口端设有自动的闸门(64)。
10.如权利要求1所述的气体释放阀，其特征在于，所述弹性密封元件(38)与传感器(60)结合，所述传感器(60)探测所述密封元件(38)的变形，以便确定用于控制相应电池功能的实际气体压力。
11.如权利要求1所述的气体释放阀，其特征在于，引导气体到远处集流器的集流器管(102)应用到提供在所述盖子(14)中的至少一个通气孔(46)上。
12.如上述权利要求中任意一项所述的气体释放阀，其特征在于，所述至少一个通气孔(46)与气流检测装置连接，所述气流检测装置产生待要传送给控制和/或报警装置的输出信号。
13.如权利要求12所述的气体释放阀，其特征在于，所述气流检测装置是收容有浮动球(104)的竖直透明管(102)，所述浮动球(104)在预定的阈值高度触发变换器元件(106)，所述变换器元件(106)提供在管(102)的外侧面并与控制装置和/或报警装置连接。
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