CN102473877A - 用于相对于环境封闭的壳体的封闭装置和壳体 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种封闭装置，用于为相对于环境(200)封闭的壳体(100)合并提供紧急排气功能、压力平衡以及冷凝液排出，所述壳体用于接纳技术构件。根据本发明的封闭装置包括可固定在壳体开口(102)上的具有框架开口(11)的框架(10)以及封闭壳体开口(102)的封闭元件(30)。该封闭元件这样构造和/或这样相对于框架(10)设置，即：在第一封闭位置中，通过作用于封闭元件(30)的重力，在封闭元件(30)中或通过封闭元件(30)形成至少一条路径，该路径允许壳体内部(110)和环境(200)进行换气以及允许冷凝液排出。通过从环境(200)碰到封闭元件(30)上的水可引起第二封闭位置，在该第二封闭位置中路径被密封地封闭。在壳体内部相对于环境(200)具有超过预定的过压时，封闭元件(30)能从框架开口(11)上松开。

Description

用于相对于环境封闭的壳体的封闭装置和壳体
技术领域
本发明涉及一种用于为相对于环境封闭的壳体合并提供紧急排气功能、压力平衡以及冷凝液排出的封闭装置，所述壳体用于接纳技术构件。本发明还涉及一种具有封闭装置的壳体。该壳体尤其是用于车辆电池模块的壳体。
背景技术
用于接纳技术构件、如接纳车辆电池模块的壳体需要满足一系列要求，以便能够适应车辆多变的运行条件。这种壳体用于保护电池模块不受环境因素、如水和污物的影响。因此，壳体原则上必须构造成对于一定的允许进水量(所谓的允许泄漏率)是密封的。在所述电池模块由于一个或多个电池单元中的极端压力以及电池单元的紧接着的打开而损坏的情况下，从电池单元而出的气流可在短时间内在壳体中形成高的过压。因此，为了不必将壳体设计成耐压的，需要紧急排气，以便可以借助足够大的体积流量降低壳体中产生的过压。在电池模块运行中产生的热量通常通过冷却器或者说冷却剂蒸发器从电池模块内部被排出。由此可能产生冷凝液，其在密封的壳体中聚积在壳体底部上。由于从长久来看不希望这种聚积，所以需要将冷凝液排出。当设置在壳体中的电池模块在车辆中使用时，基于变化的使用条件、例如在不同的温度区域和/或高度区域，还可设置压力平衡，以便使壳体内部存在的压力适应于环境压力。
为了实现上述功能--密封性、在电池单元紧急排气情况下的卸压、壳体内部和环境之间的压力平衡、冷凝液排出，在现有技术中针对各功能分别公开了不同的解决方案。紧急排气元件例如为爆裂垫片或减压阀的形式。冷凝液排出或者水排出装置以及浮子在车辆环境中通常使用在车身中的空腔的开口中。减少污物和进气的压力平衡元件例如由主减速器已知。由于安装位置的空间狭小，所以上述功能不能通过分开的、各具有单功能的元件来实现。
发明内容
因此，本发明的任务是提出一种封闭装置和一种壳体，其用于为相对于环境封闭的用于接纳技术构件的壳体合并提供紧急排气功能、压力平衡、冷凝液排出以及密封。
该任务通过根据权利要求1的特征的封闭装置以及根据权利要求14的特征的壳体得以解决。从属权利要求分别给出有利的方案。
本发明提出一种封闭装置，用于为相对于环境封闭的、尤其在涉水时密封的壳体合并提供紧急排气功能、压力平衡以及冷凝液排出，所述壳体用于接纳技术构件、尤其是车辆中的技术构件。封闭装置包括可固定在壳体开口上的具有框架开口的框架。封闭装置还包括封闭壳体开口的封闭元件，该封闭元件这样构造和/或这样相对于框架设置，即在第一封闭位置中，通过作用于封闭元件的重力，至少一条路径在封闭元件中构成或通过封闭元件构成，该路径允许壳体内部和环境进行换气以及允许冷凝液排出。通过从环境碰到封闭元件上的水可引起第二封闭位置，在该第二封闭位置中，路径被密封地封闭。在壳体内部相对于环境具有超过预定的过压时，封闭元件可从框架开口上松开。
壳体例如是用于车辆电池模块的壳体。根据本发明的封闭装置使该壳体相对于外部区域(即环境)防水和防污物地密封。壳体或者说封闭装置在用于车辆中时例如在涉水或溅水的情况下会面临上述影响因素。当设置在壳体中的构件发生故障时，根据本发明的封闭装置能够借助足够大的体积流量降低在壳体内部短时间产生的过压。由此，壳体无须设计为压力容器。例如在技术构件构造为主动冷却的电池模块且在壳体内部存在冷却器断裂时，紧急排气也被确保。在正常运行中，封闭装置可使壳体内部和环境压力平衡、例如在山路行驶时。最后，由于壳体内部中带电压的部件不能被接触，所以封闭装置构成防接触保护装置。
如果根据一种优选的方案，框架和/或封闭元件由塑料制成，则封闭装置可以以简单且低成本的方式实现，因为所有的构件可借助注塑工艺来制造。
根据另一种适宜的方案，封闭元件在第一和第二封闭位置中在第一侧面边缘上通过铰链或活节可偏转地固定在框架上并且在另一侧面边缘上形锁合和/或力锁合地固定在框架上。在超过预定的过压时，所述形锁合和/或力锁合的连接是可松开的，从而进行从第一或第二封闭位置到打开位置中的偏转运动。因此，在壳体中出现过压的情况下，通过封闭元件相对于框架的偏转来进行紧急排气，由此在壳体内部和环境之间产生比前面所提路径更大的开口，该开口允许快速的压力平衡。
根据另一种适宜的方案，在框架开口的区域中设置尤其是密封唇形式的环绕的密封装置。根据封闭元件的构型，在另一种方案中，封闭元件至少在第二封闭位置中被压到密封装置上。在封闭元件贴靠、例如位于第二封闭位置中时，环绕的密封装置用于密封框架开口，以防止湿气、水和污物的侵入。此外，可这样构造框架开口区域中的密封装置，使得封闭装置的固定在壳体上的框架相对于壳体密封。
根据一种方案，路径至少局部地在框架开口和封闭元件之间延伸，通过该路径，壳体内部和环境之间进行压力平衡。在该方案中，封闭元件可作为整体被压到框架开口的和密封装置的边缘上。在一种替换方案中，该路径穿过封闭元件。根据该方案，封闭元件构造为多部分式的。
在另一种适宜的方案中，封闭元件具有浮子，在封闭元件的预定的安装位置中，所述路径通过从壳体内部之外(即从环境)碰到浮子上的水能被浮子封闭。通过应用简单的浮子原理可提供简单且低成本的用于密封壳体内部的封闭装置，例如在涉水时。
尤其是可将封闭元件本身构造为浮子，由此，封闭元件本身可被压到框架开口的或密封装置的边缘上。在一种替换方案中，封闭元件具有与浮子连接的密封元件，该密封元件可被压到封闭元件的活盖上以便封闭路径。在该方案中，所述路径例如在活盖和浮子之间延伸。在另一种方案中，浮子是密封元件。在该方案中，例如构造为聚苯乙烯球或木质球的浮子在第二封闭位置中承担密封功能。
另一种方案规定：在活盖中设置冷凝液排出口，作为选项，在冷凝液排出口之中或上方设置透流体的针织物或设置膜片。由此可进一步减少盐雾和灰尘进入壳体内部。另外，这种针织物或膜片可用于从壳体内部向外部以及从外部向内部的防爆保护。
此外，本发明还涉及一种壳体，用于供电装置、即所谓的电池模块，尤其是用于车辆的供电装置，所述壳体具有上述封闭装置。所述封闭装置尤其是在重力方向上设置在壳体底部上。
另外还规定：封闭装置将壳体内部与车外空间连通起来。通过这种方式例如确保，在基于壳体内部中的技术构件的故障的紧急排气的情况下，由此产生的气体不进入车内空间(座舱)。
另一种方案规定：壳体由能够抵抗直至预定压力的材料制成，该预定压力通过技术构件的故障情况、尤其是排气过程来确定。由此，壳体可由较低成本的材料制成。此外可提供重量较小的壳体。
符合目的地，壳体具有井状空间，封闭装置设置在该井状空间中。由此，封闭装置受保护地位于壳体的井状空间中，从而通过该物理结构额外增大了湿气和水侵入的难度。另外，井状空间的朝向车外空间的端部可设有阻燃网。
附图说明
接下来借助附图进一步解释本发明。附图如下：
图1为根据本发明的按第一种实施方案的封闭装置的横截面图；
图2为根据图1的封闭装置从上面看的透视图；
图3为根据图1的封闭装置的从下面看的具有打开的封闭元件的透视图；
图4为根据图1的封闭装置的从下面看的具有关闭的封闭元件的透视图；
图5为根据本发明的按第二种实施方案的封闭装置的示意性横截面图；
图6为根据本发明的按第三种实施方案的封闭装置的示意性横截面图；
图7为根据本发明的按第四种实施方案的封闭装置的示意性横截面图；
图8为图7中所示的安装在壳体中的封闭装置的示意性横截面图；
图9为根据图7的安装在壳体中的封闭装置的示意性横截面图，其中，封闭元件打开。
具体实施方式
图1以横截面图示出根据本发明的的封闭装置1的第一种实施方案，用于为相对于环境封闭的壳体合并提供紧急排气功能、压力平衡以及冷凝液排出。所述壳体未在图1中示出。封闭装置1位于正确的安装位置中，在该安装位置中，封闭装置被固定在壳体底部上。除了下面还将详细描述的密封装置外，出于成本和制造原因，封闭装置的所有元件均可由双组分注塑构成。
封闭装置1具有框架10，该框架具有构造在其中的框架开口11。在框架10的上侧、即朝向壳体内部的一侧设置密封装置20。该密封装置的尺寸相应于框架10的尺寸。在密封装置20的中心构造开口23，该开口在当前实施例中小于框架开口11。由此，密封装置20构成框架10的上终端。密封装置20和框架10可构造为分开的部件，它们在制造过程中彼此连接。在此，该连接不必是永久性质的。更多地，密封装置20只需安放在框架10的上侧上。作为替换方案，框架10和密封装置20可构造为一个共同的部件，该部件例如通过已知的双组分注塑工艺来制成。
密封突起22环绕密封装置20的开口23，在封闭装置装入壳体中后，密封突起密封地贴靠在壳体底部上，其中，密封装置20的开口23和框架开口11对应于壳体底部中的一个开口进行设置。环绕的密封唇21以一定角度从开口23的边缘延伸出(附图中未显示密封唇的压开)。密封唇21在此完全环绕开口23并且基于其翼状的横截面构造可在加载压力时进行变形。
在图1所示实施例中，密封元件30的活盖31持续地挤压密封唇21。除了在正常运行状态中邻接于密封唇21的活盖31之外，封闭元件30还包括浮子40，在该浮子朝向活盖31的主面上设置密封元件41，该密封元件41对应于活盖31中的冷凝液排出口36设置在浮子40上。与附图显示相反，所述冷凝液排出口36可借助透气和透流体的针织物或膜片来封闭。在图1显示的正常运行位置中，即壳体内部不存在过压时，密封元件41与冷凝液排出口36隔开距离地设置。浮子40的尺寸这样匹配于活盖31的尺寸，使得在浮子30和罐状活盖31的彼此邻接的侧壁之间存在间隙43。通过环绕浮子40的间隙43、活盖31中的冷凝液排出口36以及密封装置20的开口23形成一条路径，该路径将壳体内部和环境连通起来。由此，在图1示出的所谓的第一封闭位置中，壳体内部和环境可进行换气且冷凝水可从壳体内部排出。
浮子40可活动地支承在活盖31中。活盖31的朝向环境的边缘在至少两个相对置的位置上具有突起32。与此对应地，浮子在其侧面边缘上具有突起42，该突起42在多个位置上中断(在横截面图中无法看出)。由此确保浮子40不会越过图1所示的位置从活盖31滑出，且可进行压力平衡和冷凝液排出。相反，浮子40朝向活盖31底部方向的运动例如能由碰到封闭装置1上的水(例如在涉水时)引起。由此，密封元件41被压到活盖31的底部上，从而封闭冷凝液排出口36。该位置被称为第二封闭位置并且封闭形成于壳体内部和环境之间的路径。从图1的横截面中可清楚看出：为了可靠的密封，浮子的密封元件41的直径大于冷凝液排出口36。
在壳体内部相对于环境具有超过预定的过压时，封闭装置1能够通过开口(在该实施例中为密封装置20的开口23)降低过压，所述开口与上述路径相比允许大许多的体积流量。为此，封闭元件30可偏转地固定在框架10上。框架10在壁12a上具有钩状的接纳部13，用于活盖31的铰链33。在框架10的相对置的另一壁12b上构造卡钩15，封闭元件的、更确切地说是活盖31的支承面35支承于该卡钩的支承面16上。在出现过压的情况下，壁12b以卡钩16变形，使得封闭元件30围绕铰链13、33偏转。由此产生用来降低过压的路径，该路径由密封装置20的开口23的尺寸决定。
图2至4示出根据图1的封闭装置的不同的透视图。图2示出从上面看的透视图。可清楚地看到封闭元件30的活盖31的位于密封装置20开口23区域中的冷凝液排出口36。另外，还可清楚地看到四个孔5，通过这些孔，封闭装置1可借助螺钉固定在壳体上。图3示出从下面看的封闭装置1，其中，封闭元件30打开，如这是在壳体内部相对于环境具有超过预定的过压时的结果。图4示出从下面看的透视图，其中，封闭元件30相对于框架10设置在第一封闭位置中。
图5示出根据本发明的按第二种实施例的封闭装置1的示意性横截面图。与上述根据图1的实施例不同，封闭元件30构造为一体式的。在该实施方案中，封闭元件30本身构成浮子40。因此，在第一封闭位置中，封闭元件30与安装在框架10上侧上的密封装置20的密封唇21隔开距离地设置。这例如可通过相应地成形封闭元件30的朝向开口23的一侧或通过设置铰链机构来实现。可偏转地设置在框架10的接纳部13上的封闭元件30卡入在卡钩16上，由此，在密封唇21和封闭元件30之间形成提及的间隙。通过该间隙和通过各个壁12a和12b与封闭元件30的侧壁之间的空隙可进行压力平衡以及冷凝水排出。在涉水或从下方、即从环境喷出水柱的情况下，构造为浮子的封闭元件30被朝向密封唇21的方向挤压，由此使壳体内部空间相对于环境封闭。当设置在壳体中的技术构件出现故障时，壳体内部压力加在封闭元件30上方。从一定的内部压力起，封闭元件30打开，由此卡钩15偏移且气流可通过开口23泄出。
图6示出图5的实施例的一种变型方案。在该实施例中，可转动的支承装置由薄膜铰链14构成。在该实施例中，压力平衡以及冷凝水排出通过附图右侧的密封唇21和封闭元件30之间的间隙进行。另外，压力平衡和冷凝水排出还可通过形成于卡钩15和浮子40侧壁之间的空隙进行。在该实施例中，封闭元件30通过封闭板34和安装在该封闭板上的浮子40构成。当浮子被水从下向上挤压时，封闭元件30逆时针围绕薄膜铰链14转动，由此，封闭板34被压到密封唇21上。在壳体内部出现过压的故障情况下，卡钩15再次偏移，由此，封闭元件30通过顺时针方向的偏转运动而打开。
图7示出根据本发明的封闭装置1的第四种实施例的示意性横截面图。第四种实施例基于图1描述的第一种实施例并且具有由两部分式的封闭元件。在第一封闭位置中，活盖31被牢牢地压到密封唇21上。用于压力平衡的路径通过成型于活盖31上的圆柱形区段38来保证，该圆柱形区段大约在中间具有冷凝液排出口36。圆柱形区段38的端部设有突起39。在具有冷凝液排出口36和突起39的壁之间设有球状浮子40，如构造成聚苯乙烯球或木质球。这样确定浮子40的尺寸，使得其与圆柱形区段38隔开足够距离。由此在壳体内部空间和环境之间可形成压力平衡所需的路径。浮子40可活动地支承在圆柱形区段38中，由此，浮子可在涉水或从下方喷出水柱时被向上压到优选构成为孔的冷凝液排出口36上并且使壳体内部空间相对于环境封闭。作为选项，在冷凝液排出口36之中或上方设置透水的针织物(例如灯芯)或膜片，其进一步限制盐雾和水蒸气进入壳体内部。此外，在浮子40发生故障时减少水进入到壳体内部中。该封闭装置1在过压时的作用和图1至5所示的封闭装置相同，据此，封闭元件30围绕铰链机构13、33进行偏转。
图8和9分别示出图7所示封闭装置在壳体100中的横截面视图。图8示出处于第一封闭位置中的封闭装置1。图9示出超过壳体内部中的预定的内部压力的情况，从而封闭元件30相对于框架10偏转。壳体100例如用来接纳电池模块，例如该电池模块用于电气化驱动装置。这种电池模块包括若干电池单元，这些电池单元由于运行时产生的热量而必须冷却。在故障、即所谓的热故障时，例如可发生电池单元的打开，以致气流从电池单元中泄出并且使壳体内部110产生过压。本发明允许使用不耐压地设计的壳体，因为上述封闭装置具有紧急排气功能。
图8和9中仅局部示出壳体100。封闭装置1设置在壳体100的壳体井状空间103中。该壳体井状空间103优选设置在壳体100的底部101的最深处并且与车外空间200连通。在紧急排气时，气体泄入车外空间中，而非泄入车内空间。封闭装置1与壳体100的连接优选通过多个螺钉连接来进行。从附图中可清楚地看到：密封装置20的密封突起22被牢牢地压紧到壳体100上，以便密封该连接。密封突起22完全环绕壳体开口102并在安装位置中被压紧，这未在附图中示出。在壳体井状空间103的远离封闭装置1的端部104上可设置未在附图中示出的阻燃网。
根据本发明的封闭装置能够在一个结构元件中合并提供紧急排气、压力平衡以及冷凝液排出。该封闭装置使壳体内部相对于环境防水且防污物地密封。在壳体内部中的技术构件出现故障的情况下，可将可能产生的过压有针对性地从壳体中泄出。这种被称为紧急排气的功能允许以低成本的材料来制造壳体，该材料只需有限地耐压、即直至预定的最大压力是耐压的。还可排出可能产生的冷凝液。最后，可在正常运行时使电池内空间和环境压力平衡。所有的功能均可以最低成本来实现。
附图标记列表
1  封闭装置
5  孔
10  框架
11  框架开口
12a、12b  壁
13  用于铰链的接纳部
14  薄膜铰链
15  卡钩
16  卡钩的支承面
20  密封装置
21  密封唇
22  密封突起
23  开口
30  封闭元件
31  活盖
32  突起
33  铰链
34  封闭板
35  封闭元件的支承面
36  冷凝液排出口
37  透水的针织物/膜片
38  圆柱形区段
39  突起
40  浮子
41  浮子的密封元件
42  突起
43  间隙
100  壳体
101  壳体底部
102  壳体开口
103  壳体井状空间
104  壳体井状空间的端部
110  壳体内部
200  环境/车外空间

Claims (19)

1.封闭装置，用于为相对于环境(200)封闭的壳体(100)合并提供紧急排气功能、压力平衡以及冷凝液排出，所述壳体用于接纳技术构件，
该封闭装置包括能固定在壳体开口(102)上的具有框架开口(11)的框架(10)和封闭壳体开口(102)的封闭元件(30)，该封闭元件这样构造和/或这样相对于框架(10)设置，即：在第一封闭位置中，通过作用于封闭元件(30)的重力，在封闭元件(30)中或通过封闭元件(30)构成至少一条路径，该路径允许壳体内部和环境(200)进行换气以及允许冷凝水排出；从环境(200)碰到封闭元件(30)上的水能引起第二封闭位置，在该第二封闭位置中，所述路径被密封地封闭；并且在壳体内部相对于环境(200)具有超过预定的过压时，封闭元件(30)能从框架开口(11)上松开。
2.根据权利要求1的封闭装置，其中，所述框架(10)和/或封闭元件(30)由塑料制成。
3.根据权利要求1或2的封闭装置，其中，所述封闭元件(30)在第一和第二封闭位置中在第一侧面边缘上通过活节或铰链可偏转地固定在框架(10)上并且在另一侧面边缘上形锁合和/或力锁合地固定在框架(10)上，所述形锁合和/或力锁合的连接在超过预定的过压时能被松开，从而实现从第一或第二封闭位置到打开位置的偏转运动。
4.根据上述权利要求之一的封闭装置，其中，在框架开口(11)的区域中设置环绕的密封装置(20)，尤其是以密封唇(21)的形式。
5.根据权利要求4的封闭装置，其中，所述封闭元件(30)至少在第二封闭位置中被压到密封装置(20)上。
6.根据权利要求1至5之一的封闭装置，其中，所述路径至少局部地在框架开口(11)和封闭元件(30)之间延伸。
7.根据权利要求1至5之一的封闭装置，其中，所述路径穿过封闭元件(30)。
8.根据上述权利要求之一的封闭装置，其中，所述封闭元件(30)具有浮子(40)，所述路径通过从壳体内部之外碰到浮子(40)上的水能被浮子封闭。
9.根据权利要求8的封闭装置，其中，所述封闭元件(30)构造为浮子(40)，由此，封闭元件(30)本身能被压到框架开口(11)的或密封装置(20)的边缘上。
10.根据权利要求8的封闭装置，其中，所述封闭元件(30)具有与浮子(40)连接的密封元件，该密封元件能被压到封闭元件(30)的活盖上以便封闭路径。
11.根据权利要求10的封闭装置，其中，所述浮子(40)是密封元件(30)。
12.根据权利要求9或10的封闭装置，其中，在所述活盖中设置冷凝液排出口(36)。
13.根据权利要求12的封闭装置，其中，在所述冷凝液排出口(36)之中或上方设置透流体的针织物或设置膜片。
14.用于供电装置的壳体，所述供电装置尤其是用于车辆，所述壳体具有根据上述权利要求之一的封闭装置(1)。
15.根据权利要求14的壳体，其中，所述封闭装置(1)在重力方向上设置在壳体的底部(101)上。
16.根据权利要求14或15的壳体，其中，所述封闭装置(1)将壳体内部与车外空间(200)连通起来。
17.根据权利要求14至16之一的壳体，其中，所述壳体(100)由能够抵抗直至预定压力的材料制成，该预定压力通过技术构件的故障情况、尤其是排气过程来确定。
18.根据权利要求14至17之一的壳体，其中，所述壳体(100)具有井状空间，所述封闭装置(1)设置在该井状空间中。
19.根据权利要求18的壳体，其中，所述井状空间的朝向车外空间(200)的端部设有阻燃网。
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