CN103119751A - 带有用以排出冷凝物的闭锁装置的用于机动车的储能器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于机动车的储能器。该储能器包括：封闭的壳体（10），用以容纳至少一个包括相应数量存储单元（21，21，22）的储能模块（20）；压力平衡元件（30），用以使壳体（10）内部存在的内压力与环境压力实现压力平衡，该压力平衡元件设置在壳体表面上；以及在壳体（10）的底部（12）上的闭锁装置（40），用以排出积聚在壳体内部的冷凝物。其中，压力平衡元件（30）具有节流作用，该节流作用使得当内压力相对于环境而言更高时存在的正压差比当环境压力相对于壳体内部而言更高时存在的负压差更加缓慢地消减。通过储能器的运行，能够周期性地产生正压差。所述闭锁装置（40）按下述方式构造：最迟在超过正压差的第一阈值时打开该闭锁装置，从而能使冷凝物从壳体内部排出并且同时能消减正压差。

Description

带有用以排出冷凝物的闭锁装置的用于机动车的储能器

技术领域

本发明涉及一种用于机动车的储能器，该储能器例如在电动车或者混合动力车中为驱动提供所需的能量。这种储能器包括封闭的壳体，用以容纳至少一个包括相应数量存储单元的储能模块。为了保证在短时间内越过大的高度差时壳体不发生（塑性）变形，而设置有压力平衡元件，用以使壳体内部存在的内压力与环境压力实现压力平衡。该压力平衡元件设置在壳体表面上。另外，该储能器典型地包括在壳体的底部上的闭锁装置，用以排出积聚在壳体内部的冷凝物。

背景技术

对于储能器所用的壳体，通常必须要满足一系列的要求，以胜任机动车的多种变化的运行条件。例如，该壳体用来保护储能模块免受环境影响，诸如水和污物。所以，原则上壳体必须被构造为密封达到一定的许可渗水特性（所谓的许可泄漏率）。

在储能器在机动车内的运行当中，所述至少一个储能模块的存储单元承受尤其是通过存储单元的放电过程和充电过程而引起的温度波动。在储能模块运行中产生的热量通常情况下通过一个冷却器从内部加以排出。由此可能产生冷凝物，该冷凝物积聚在壳体的底部上。因为这种情况长此下去将会导致故障，所以需要将冷凝物排出。

当储能器装设在机动车中时，便要基于变化的使用条件，例如在不同的温度和/或（海拔）高度地区内，设置这样一个装置，该装置使壳体内部存在的压力与环境压力适配平衡。这种装置由压力平衡元件提供。

为了实现上述功能-密封性、壳体内部与环境之间的压力平衡、冷凝物排出–由现有技术已知有一些分别独立的、不同的解决方案。

在机动车范围内采用配有浮子的冷凝物排泄装置或者说排水装置，例如在车身内空腔的开口处。这种冷凝物排出元件典型地是设置在储能器壳体的底面上并且保持常开状态。若在机动车涉水行驶时水将要从下面涌入到壳体内部，那么浮子便封闭配属给它的壳体开口并密封所述壳体。然而，这样的冷凝物排出元件却无法应用在那些针对构件高度而言要求较高设置的储能器系统中。此外，以浮子原理为基础的冷凝物排出元件具有如下缺点：还必须采取一些额外措施来防止浮子污损。只有这样才能够长期地保证其功能能力。

使用泵的主动式冷凝物排出系统同样也是已知的。沉积在壳体内的冷凝物通过所述泵从该壳体中被送出。这种冷凝物排出装置虽然可以克服结构空间限制，然而由于除了泵以外还必须针对其控制设置其他一些电气部件，所以成本费用明显高于被动式系统。

发明内容

因此本发明的目的是，提出一种用于机动车的储能器（蓄电池），其中能够以更加简单和经济的方式实现冷凝物排出。同时，冷凝物排出应该具有仅仅最小化的结构空间需要。

这个目的通过按照权利要求1所述特征的储能器得以实现。在从属权利要求中对一些有益的构造设计加以阐释。

本发明提供一种用于机动车的储能器。该储能器包括封闭的壳体，用以容纳至少一个包括相应数量存储单元的储能模块。所述储能器还包括压力平衡元件，用以使壳体内部存在的内压力与环境压力实现压力平衡，其中，该压力平衡元件是设置在壳体表面上。另外，所述储能器包括在壳体的底部上的闭锁装置，用以排出积聚在壳体内部的冷凝物。根据本发明，压力平衡元件具有一种节流作用，该节流作用使得当内压力相对于环境而言更高时存在的正压差比当环境压力相对于壳体内部而言更高时存在的负压差更加缓慢地消减。通过储能器的运行，可周期性地产生正压差。所述闭锁装置按下述方式构造：在超过正压差的第一阈值时打开该闭锁装置，从而能使冷凝物从壳体内部排出并且同时能消减正压差。

在本说明书中，所说概念“封闭的壳体”应理解为：它相对于冲击到壳体上的流体是密封的。

本发明的储能器充分利用储能器在机动车内运行当中自动产生的、在壳体内部与环境之间的压力差来进行冷凝物排出。如果在壳体内部与环境之间的压力差（所谓的正压差）大于预先规定的第一阈值的话，那么闭锁装置便打开并且从壳体内部排出积聚在该壳体内部的冷凝物。由于为实现冷凝物排出不需要任何主动元件，所以能够以很小的成本提供这种锁闭装置。此外，这种用于冷凝物排出的工作原理允许提供最小化尺寸的闭锁装置，因而所需结构空间是最小的。

在一种发展设计中，所述闭锁装置按下述方式构造：在低于壳体内部与环境之间正压差的第二阈值时该闭锁装置将壳体内部相对环境密封，其中，所述第二阈值大于或等于第一阈值。与现有技术中以浮子原理为基础的已知闭锁装置不同，所述闭锁装置基于通常存在的压力情况（压力比例）为关闭状态，因而使壳体内部相对环境得以密封。只有当超过正压差的第一阈值的条件被满足时，闭锁装置才打开并从而能够使冷凝物从壳体内部排出以及实现压力平衡，该压力平衡自动地致使闭锁装置关闭。本发明的该变型方案具有如下优点：不必针对闭锁装置的脏污采取特别措施。必要时，粘附在闭锁装置上的污物粒子将会在满足开启条件时被排出的冷凝物“冲走”。

第一和/或第二阈值适宜由闭锁装置的几何特性和/或材料特性确定。因此可以通过闭锁装置的构造设计来确定：闭锁装置在怎样的正压差时实现打开。所述正压差可能是仅仅由于壳体内部与环境之间的气压差所引起的。同样冷凝物也往闭锁装置上贡献一个压力，因此，通过气压只须贡献到达阈值的差值即可。

在另一种构造设计中，闭锁装置构造成被动阀门，特别是止回阀。由此，可以作为具有很小尺寸的、特别经济的构件提供所述闭锁装置。

另外，适宜的做法是，将闭锁装置构造在壳体底部的凹坑的底部上。冷凝物可以积聚在所述凹坑内。根据凹坑的设计结构，积聚在该凹坑内的冷凝物可以往闭锁装置上施加一个压力，这样，在第一阈值之下（亦即低于第一阈值）的一个正压差就已经足以使闭锁装置打开。

闭锁装置例如可以构造成所谓的“伞状阀门（Umbrella Valve）”或者构造成通过弹簧被压到壳体开口上的闭锁体。伞状阀门例如可以从阀耐公司（Firma Vernay）购得。这种伞状阀门包括一个由弹性体制成的雨伞状的主体，该主体根据其几何尺寸和所使用的弹性体在规定的压力下打开。例如可以通过试验找出阀门应该在怎样的压力下、亦即在怎样的正压差下实现打开。

根据一种适当的构造设计，在壳体内部相对环境之间的正压差通过下述事件中的一个或多个可形成：对储能模块的存储单元的周期性加热和冷却；大气的气压变化；越过一高度差。在储能器在机动车内的运行当中，所述各事件可能会单独发生或者组合地发生。储能模块的存储单元的周期性加热和冷却是储能模块在时间上相继进行充电过程和放电过程的结果。通常情况下，通过所述事件中的一个或多个，在壳体内部按照周期性的、但不必是相等的时间间隔形成正压差，该正压差然后导致闭锁装置打开。

根据另一适宜的构造方案，规定：压力平衡元件设置在壳体的壳体壁上。在此，所说壳体壁是指那些并非为壳体底部的壳体部分。优选压力平衡元件包括一个微孔的、疏水的膜片。这种膜片具有下述特性，即，能使空气和水蒸气通过该膜片。然而通过该膜片可防止水进入壳体内部，例如由于涉水行驶。只要储能器在机动车内的安装位置允许的话，优选将膜片设置在处于机动车涉水线（Watlinie）之上的区域内。由此可以将水通过膜片侵入壳体内部的危险进一步降低到最小程度。

根据另一种适宜的构造方案，压力平衡元件包括一个阀门，该阀门相对膜片串联地设置，该阀门当内压力相对于环境而言更高时关闭，以完全防止通过膜片发生压力消减。通过这个阀门保证了在壳体内部相对环境之间为正压差的情况下不会通过压力平衡元件发生压力消减。在这种情况下压力消减与通过闭锁装置的冷凝物排出一起进行。这个变型方案的优点在于：能够更快地达到用以使阀门打开的正压差。

附图说明

下文将参照附图中所示实施例进一步阐述本发明。附图示出：

图1为本发明的储能器的第一实施例的横截面示意图；

图2和3为示意图，参照这些示意图对图1所示出的储能器的工作原理进行阐述；

图4为本发明的储能器的第二实施例的横截面示意图；和

图5和6为示意图，参照这些示意图对图4所示出的储能器的工作原理进行阐述。

具体实施方式

图1示出的是本发明的储能器（蓄电池）的第一实施例的横截面图。该储能器包括一个相对环境封闭的、即密封的壳体10。在壳体10内例如设置有一个储能模块20。与视图所示情况不同，也可以在壳体10内并排地和/或上下相叠地设置多个储能模块20。为了说明之目的，储能模块20仅仅包括三个存储单元21、22、23。

在侧壁11上设置有一个压力平衡元件30。该压力平衡元件30构造成微孔的、疏水的膜片31并且用于使壳体10内部存在的内压力与环境压力实现压力平衡。压力平衡元件30的膜片31构造为，使这个膜片具有一种节流作用。该节流作用导致的结果是：使得当相对于环境而言壳体中内压力更高时存在的正压差比当环境压力相对于壳体内部而言更高时存在的负压差更加缓慢地消减。另外，膜片31还具有在涉水行驶时使水不能进入壳体内部的作用。这种微孔的、疏水的膜片虽然允许空气和水蒸气（双向地）通过膜片，但是根据材料特性却阻止水从环境进入到壳体内部。

在壳体10的壳体底部12上设置有一个闭锁装置40，该闭锁装置用于排出在壳体内部积聚的冷凝物5。闭锁装置40构造成被动阀门43、特别是止回阀，该闭锁装置是构造在壳体底部12的一个凹坑13的底部上。阀门43仅仅被示意性地示出并且为了说明其功能包括一个弹簧元件42，该弹簧元件与一个球状的闭锁体41保持连接。在图1中所示处的位置中，闭锁体41将凹坑13的底部上的一个开口14封闭。由于在储能模块运行中存储单元21、22、23的温度波动以及安装在机动车内的储能器的不同运行条件以及由于在附图中未被示出的储能模块20的冷却系统产生的冷凝物积聚在所述凹坑中。

充分利用在储能器运行当中周期性出现的、在壳体内部与环境之间的压力差来排出冷凝物，由所述压力差产生一种“泵效应”，该泵效应被用于抽出冷凝物。据此可以通过被动方式，亦即在不用需要主动驱动的泵的情况下，进行冷凝物排出。

在下文的说明中，是参照以由于温度变化引起的压差进行说明的。然而原则上这个压差也可以通过气压的变化形成，例如在上下山行驶过程中，或者通过基于天气状况变化而导致的大气压力变化形成。壳体内部的温度变化主要是通过储能模块或者多个储能模块20的存储单元21、22、23的充电或者放电过程中的温度波动引起的。但是在时间上的温度变化（例如一日内的温度变化）也可能导致压差。可以理解，所述这些事件也会共同导致压差，该压差可以被用于将冷凝物从壳体内部中排出。

通过壳体内部空气的周期性加热和冷却，与阀门结合而产生了一种泵效应，该泵效应克服阀门43的关闭力将冷凝物5从壳体内部100中压出。

在储能模块冷却过程中（参照图2），在壳体内部100中产生一个负压，借此，空气从环境200通过膜片31被吸入壳体内部100中（参照气流A）。在此，阀门40基于压力情况（压力比例）而保持关闭状态。气流A内含有的湿气在壳体内部冷凝并积聚在壳体底部12上的凹坑13内。例如可以通过存储单元21、22、23的主动冷却实现对储能模块的冷却。

在储能模块加热过程中，例如通过功率输出，壳体内部的空气温度上升，这样便产生一个过压（所谓的正压差）。在超过由闭锁装置的几何特性和/或材料特性所确定的阈值时，冷凝物通过阀门43从壳体10中被送出（参照冷凝物排出B）。随着冷凝物5通过开口14的排出，正压差同时便被消减。在压差不再足以克服阀门的断开力时，这便导致阀门43自动重新关闭。

阀门43例如可以构造成所谓的“伞状阀门”，如其可以由阀耐公司提供的那样。这种在横截面中具有雨伞构形的阀门是按照下述方式设计的：在“伞体”上的开启压力为约12mbar（相当于120mm水柱）时实现打开。这样的伞状阀门由弹性体构成并且可以通过将“伞形保持座”简单地插入对应的开口中而被固定在壳体的底部上。于是冷凝物可以在伞体打开后通过一个围绕固定部延伸的环状间隙被排出，该环状间隙在低于开启压力时被伞体所覆盖。

图4示出的是本发明的储能器的第二实施例的横截面图。作为对在图2中示出的第一变型方案的补充，在膜片31前的壳体内部100内设置有一个（止回）阀32。

如同已经介绍的那样，在存储单元21、22、23的冷却过程中，在壳体内部100内产生一个负压。阀门32由于其构造设置而允许一个流入壳体内部100的气流A。通过气流A进入壳体内部的湿气在壳体内部100凝聚并积聚在凹坑13内。在储能模块20的存储单元21、22、23加热过程中（参照图6）产生一个正压差，即壳体内压力高于环境压力。如果正压差超过由阀门43的构造设计所确定的阈值的话，那么积聚在凹坑内的冷凝物5便通过阀门40从壳体内部被向外送出（附图标记B）。

与在图1至3中所示出的变型方案相比，一个优点在于：膜片31的渗透性对于排出冷凝物的功能来说并不重要。通过这种方式，达到必需的开启压力要比第一变型方案更快。

下面借助一个实例对第二实施变型方案的储能器的冷凝物排出特性进行说明。

山路行驶（Passfahrt）时阀门40的开启阈限

为了在壳体内部100与环境200之间产生1mbar的压力变化，需要越过8m的（海拔）高度差。如果阀门40例如在12mbar时打开的话，那么为了使阀门打开必须越过96m的高度差。

温度变化时的开启阈限

从20℃到23.7℃的温度变化相当于壳体内部100内的12mbar的压力变化，该压力相当于例如所选择的阀门开启压力。

在本发明的储能器中，充分利用了壳体内部与环境之间的压力差来进行冷凝物排出。压差可以由温度变化和/或大气的压力变化和/或由于上下山行驶的原因导致的压力变化形成。如果生成足够大的压差的话，那么通过使用简单的被动阀门结合一个具有节流作用的膜片就可以实现冷凝物排出。这种用于排出冷凝物的装置具有很小的结构高度并且能够利用价格低廉的构件予以实现。

附图标记列表

5          冷凝物

10         壳体

11         壳体壁

12         壳体底部

13         凹坑

14         开口

20         储能模块

21         存储单元

22         存储单元

30         压力平衡元件

31         膜片

32         阀门

40         闭锁装置

41         闭锁体

42         弹簧元件

43         阀门

100        壳体内部

200        环境

A          从环境进入壳体内部的气流

B          冷凝物流出

Claims (10)

1.用于机动车的储能器，其包括：

-封闭的壳体（10），用以容纳至少一个包括相应数量存储单元（21，21，22）的储能模块（20）；

-压力平衡元件（30），用以使所述壳体（10）内部存在的内压力与环境压力实现压力平衡，该压力平衡元件设置在壳体表面上；

-在所述壳体（10）的底部（12）上的闭锁装置（40），用以排出积聚在壳体内部的冷凝物；

其特征在于：

-所述压力平衡元件（30）具有一种节流作用，该节流作用使得当内压力相对于环境而言更高时存在的正压差比当环境压力相对于壳体内部而言更高时存在的负压差更加缓慢地消减；

-通过所述储能器的运行，能够周期性地产生正压差；以及

-所述闭锁装置（40）按下述方式构造：最迟在超过正压差的第一阈值时打开该闭锁装置，从而能使冷凝物从壳体内部排出并且同时能消减正压差。

2.如权利要求1所述的储能器，其特征在于：所述闭锁装置（40）按下述方式构造：在低于壳体内部与环境之间正压差的第二阈值时该闭锁装置（40）将壳体内部（100）相对环境（200）密封，所述第二阈值小于或等于所述第一阈值。

3.如权利要求1或2所述的储能器，其特征在于：第一和/或第二阈值是由所述闭锁装置的几何特性和/或材料特性确定的。

4.如前述权利要求之任一项所述的储能器，其特征在于：所述闭锁装置（40）构造为被动阀门（43），特别是止回阀。

5.如前述权利要求之任一项所述的储能器，其特征在于：所述闭锁装置（40）构造在壳体底部（12）的凹坑（13）的底部上。

6.如前述权利要求之任一项所述的储能器，其特征在于：所述闭锁装置（40）构造成所谓的伞状阀门或者构造成通过弹簧被压到壳体的开口上的闭锁体。

7.如前述权利要求之任一项所述的储能器，其特征在于：在壳体内部相对环境之间的正压差通过下述事件中的一个或多个可形成：

-对储能模块（20）的存储单元（21、22、23）的周期性加热和冷却；

-大气的气压变化；

-越过一高度差。

8.如前述权利要求之任一项所述的储能器，其特征在于：所述压力平衡元件（30）设置在所述壳体（10）的壳体壁（11）上。

9.如前述权利要求之任一项所述的储能器，其特征在于：所述压力平衡元件（30）包括微孔的、疏水的膜片（31）。

10.如权利要求9所述的储能器，其特征在于：所述压力平衡元件（30）包括一阀门（32），该阀门相对所述膜片串联地设置，所述阀门当内压力相对于环境而言更高时关闭，以防止通过膜片发生压力消减。

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