CN105189284A - 具有电驱动的船 - Google Patents

Abstract

本发明涉及船，所述船具有位于电池壳体中的电池，所述电池壳体提供为具有废气出口。根据本发明，所述电池壳体提供为具有废气出口，并且除了所述废气出口外，所述电池壳体是气密的并且防水的，所述废气出口包括可透气性密封件和卸压阀，所述可透气性密封件特别是隔膜。

Description

具有电驱动的船

技术领域

本发明涉及具有位于电池壳体中的电池的船。

背景技术

具有电驱动的船具有船载(on-board)电池作为能量存储。在此情况下，锂离子电池对于船上的电驱动系统是优选的能量存储。取决于所需能量的量、驱动系统的所需电压电平、所使用的单元化学成分(chemistry)以及单元容量，电池形成为单独单元的串联连接。

为了安全使用装载在船上的电池，特别是锂离子电池，使用电池管理系统是必要的，该电池管理系统保证电池可以仅在其安全限制内操作。取决于船的类型，使电池免受环境影响的防护会变化，并且相对于居民居住的空间界定也变化。

在船上使用的情况下，部件会暴露至增加的空气湿度，并且有时候还暴露至溅起的水。所增加的空气湿度与交替的加热和冷却一起，如电池操作中常见的那样，会导致电池内空气湿气的冷凝。此冷凝继而会导致腐蚀，并且会对绝缘间隙产生不利影响。

根据防护等级IP67，设计为在船上使用的电池是防水的。在水渗入船的情况下或者出现意外的情况下，没有带电部分与水接触。为了遵守此防护标准，电池提供为具有防水的电池壳体。

在完全紧密的电池壳体情况下，温度变化引起电池内部与周围环境之间的压力差。压力差会引起密封件的荷载(loading)，直到所述密封件失效和/或电池壳体变形。

发明内容

因此，本发明的目的在于研发一种具有电池的船，其中，防止了上述问题。

此目的通过具有电池的船来实现，所述电池位于电池壳体中，所述船的特征在于：所述电池壳体提供为具有废气出口，以及特征在于：除了所述废气出口外，所述电池壳体是气密的并且防水的，以及特征在于：废气出口包括可透气性密封件，特别是隔膜和卸压阀。

如上所述，完全紧密的电池壳体的情况下，温度改变会引起电池壳体的内部与周围环境之间的压力差。为了补偿此压力差，电池壳体的内部与外部之间的气体交换是必要的。此气体交换可以缓慢发生，因为在正常操作中，压力差也只是缓慢形成的。根据本发明，由于电池壳体具有废气出口，使得气体交换是可能的，所述废气出口继而包括可透气性密封件，特别是在两个方向上都可透气的密封件。

电池由串联和/或并联连接的多个电池单元形成。如果电池管理系统存在故障，那么电池单元就会有受损害的风险。在此情况下，应当确保电池单元的损害不会对人造成任意伤害。另外，单独单元的损害不应该涉及对相邻电池单元、其它电池部件或者船的驱动系统的其它单元的任意损害。

在锂离子电池过载或者在电池单元中的一个电池单元处出现其它损害的不大可能的情况下，存在这样的危险：相对大量的腐蚀性和有毒气体会突然产生。气体形成导致电池单元内部的压力增加，其会突然破坏电池壳体。这会导致电池单元的爆炸。为了避免电池单元的壳体的爆炸性的不受控的破坏，电池单元具有预定的断裂点(breakingpoint)，其在定义的单元内部压力下、在单元壳体的其余部分会破坏之前会打开。

从电池单元中逸出的气体在这种情况会进入到电池壳体，通常不能经由废气出口的可透气性密封件足够快速地移除，并且导致电池壳体中的压力上升。

根据本发明，电池壳体的废气出口因此另外地具有卸压阀，在某个压力下打开，并且将气体从电池壳体内部排放。以此方式，有效地防止了电池壳体或者电池的爆炸。

会在这种损害的情况下形成的有毒蒸汽重于空气，并且因此会沿着电池的出口聚积在船的内部。因此提供对来自废气出口(特别是来自卸压阀)的气体进行选择性移除是有利的。为此目的，废气线连接至废气出口，经由该线，来自电池壳体内部的气体和蒸汽可以传输到所述气体和蒸汽可以安全排放的地点，特别是船外侧的地点。有毒蒸汽例如释放到空气中或者水中，以使得对于船上的乘客，不存在气体和蒸汽所形成的健康风险。废气线优选地形成为柔性管。

本发明特别适于配备有锂离子电池的船，例如具有电驱动的船。本发明特别地用于电池，所述电池用作对船的电驱动的供应电力，例如，用于具有大于20Ah(例如，20Ah至50Ah)或大于50Ah(50Ah至100Ah或从100Ah至150Ah)的电量，并且优选地用于根据防护等级IP67的电池。

可透气性密封件有利地形成为半渗透隔膜。出于压力补偿，使得在冷却的情况下空气经由密封件渗入电池壳体中是可能的，然而，半渗透性隔膜构成了对空气中存在的大气湿气壁垒。这意味着水蒸气不会经由隔膜进入到电池壳体的内部。当内部气体逸出时，其会在电池变热时发生，隔膜不会对位于电池壳体内部的大气湿气进行任意抵抗，或者仅仅对其进行小的抵抗。

这样可以将气体从电池完全移除到非关键区域，废气线尽可能紧密地连接到排气出口，特别是连接到卸压阀。为此目的，废气出口具有(有利地接近可透气性密封件和卸压阀)凸缘，所述凸缘具有螺纹连接或者卡箍连接，以便紧密地紧固废气线。

可透气性密封件(例如隔膜)和卸压阀优选地并排地布置在废气出口处。电池壳体还可以具有带可透气性密封件的第一废气出口，经由所述第一废气出口，电池壳体内部与周围环境之间的气体交换可以在蓄电器正常操作期间进行。另外，可提供具有卸压阀的第二废气出口，在受损害的情况下使用所述第二废气出口来减少电池壳体中增加的压力。

可透气性密封件有利地是防水或者不透水的，从而防止水渗入电池壳体中。卸压阀在正常操作中任何情况下是关闭的，并且仅当受损害时打开，在这种情况下高气压在电池壳体中会占优势。电池壳体的内部以这种方式保持干燥。

卸压阀可以例如由引入到电池壳体中的压入开口中的阻挡器来形成。阻挡器的压入表面被设计为使得阻挡器在某个压力水平下从压入开口推出，并且因此承担卸压阀的功能。压力触发阈值可以通过阻挡器的横截面面积以及插入力来设定，阻挡器借助于所述插入力插入到电池壳体中的压入开口中。

在另一个实施例中，卸压阀形成为破裂片，所述破裂片当超过预定破裂压力的时候会破损并且释放出口开口。

可透气性密封件和卸压阀还可以进行组合以形成单元。例如，芯部区域的阻挡器可具有用于连续压力补偿的隔膜。

废气线的材料被选择为使得其在整个外流期间经受气体的温度。废气线的横截面被选择为使得气体量可以快速逸出而没有在电池壳体中引起不可承受的压力上升的尺寸。当确定废气线的横截面时，特别地，还考虑到废气线的长度。废气线越长，横截面将越大，那么可以避免流动阻力的增加，所述流动阻力会在电池壳体中引起临界压力上升。

在本发明的一个实施例中，废气线例如以Y型或T型连接到若干电池，以形成公共的废气歧管，以使得只有废气歧管必须从船体向外引导。一方面使空间需求最小化，并且另一方面使安装成本下降。在不同电池中的单元没有同时排放的假设下，废气歧管和单独废气线可以具有相同横截面。

在使用连接有两个或更多个电池的废气歧管的情况下，单独电池的各个卸压阀和可透气性密封件优选地形成为使得它们可以经受废气歧管中的压力上升而不削弱功能，所述压力上升由来自相邻电池的气体排放而产生。

可透气性密封件通常不应该暴露到连续的水荷载。因此有利地采取措施以防止水渗入到废气线中。为此目的，例如，在具有止回阀的其出口开口处提供废气线(即，在气体离开废气线的地点)，其具有相对于气体的可忽略的流动阻力。然而，所述阀防止水的渗入，所述水从开口外侧溅起，进入废气线中。提供不同的密封件也是可以的，所述不同的密封件为双向可透气的并且防止水的通道。

防护废气线免受渗入水的替换方案在于设计和/或布置废气线，以使得废气线中的至少一部分高于其出口开口。废气线初始以适合的角度被向上引导得足够远，例如在船的内部，以使得泼溅废气线的出口开口的水的动能可以在上升的废气线中减少，并且在所述水到达废气线最高点之前回流。

为了防护不受冷凝水影响并且为了防护小量的水渗入废气线(尽管有止回阀和/或上升的废气线)，在连接到电池壳体或者电池壳体的废气出口之前将废气线引导得足够深是有利的，这样水不能前进到废气出口那样远，而在此最深地点积聚。

在此深的地点提供水出口开口是有利的，以使得渗入水可以在此从那里逸出或者从那里移除。将水出口开口的横截面选择为与废气线的横截面相比较小，以使得水确实会流走，但是在其中气体从电池壳体排放的情况下，只有可忽略量的气体会进入到船内部。

为了防止或者减少电池气体经由水出口开口排放到船内部中，给水出口开口提供用于流通(throughflow)限制的装置，以使得在受损害的情况下，可控制经由水出口开口逸出的气体量。

水出口开口优选地提供在废气线中，以使得在气体从电池壳体排放的情况下，根据喷射泵原理，周围空气从水排放开口被吸入，并且来自电池壳体的单元气体不会经由水出口开口而逸出。

提供具有维修封盖的水出口开口也是可以的，其可以规律地打开以排放所积聚的水。有利地经由控制装置使维修封盖的打开和闭合自动化。维修封盖例如以时间控制方式打开，或者当废气线中的水已经超过某个量时打开。

附图说明

将基于示意图更为详细地对本发明以及本发明的进一步细节进行解释，其中

图1和2示出了根据本发明的电池，

图3示出了卸压阀的实施例，

图4示出了本发明的具有若干电池的实施例，

图5示出了废气线的实施例。

具体实施方式

在图1中，示意性地示出了在船中使用的电池的电池壳体1。电池提供为具有根据防护等级IP67的气密的并且防水的电池壳体1。在温度上升的情况下，会引起电池壳体1中的压力上升。根据本发明，可透气性密封件2因此提供在电池壳体1中。可透气性密封件2形成为半渗透隔膜，其允许气体在两个方向上通过，即，从电池壳体1到周围环境以及从周围环境到电池壳体1中。相反，隔膜2仅在从电池壳体1向外的方向上是水蒸气可渗透的。

隔膜2因此能够实现对电池壳体1的内部与周围环境之间的压力差(其特别地由温度变化引起)的补偿。

除了隔膜2，提供了卸压阀3，则卸压阀3仅当电池壳体1的内部压力超过预定最小压力时打开。隔膜2和卸压阀3的组合因此能够实现在正常操作下对电池壳体1的内部与周围环境之间的温度引入的压力差的补偿，以及在电池单元中的一个电池单元处失灵或者损坏的情况下对电池壳体1中瞬间压力上升的补偿。

从电池壳体1离开的气体在废气线4中积聚，并且从船排放。为此目的，将废气线4紧固到连接件5，连接件5盖住了可透气性密封件2和卸压阀3。从密封件2或者卸压阀3离开的气体被引导到废气线4中。相反，在电池壳体1中存在负压力的情况下，气体可以经由废气线4和密封件2引导到电池壳体1中。

图3示出了密封件2和卸压阀3的实施例。在此实施例中，将密封件2和卸压阀3组合在密封件元件6中。密封件元件6形成为阻挡器，该阻挡器被引入到电池壳体1中相对应的压入开口中。如果电池壳体1的内部压力过于急剧地上升，阻挡器6因此会从压入开口推出，并且会释放压入开口，以使得可以快速降低电池壳体1中的超压力。

阻挡器6为环状，并且在其中央区域具有隔膜7。隔膜7是可透气性的，并且允许在缓慢压力上升(如在正常操作中例如由于温度变化会发生的)的情况下进行压力补偿。

图4示出了两个电池及其电池壳体1a、1b的布置。与图2的实施例类似，壳体1a、1b中的每一个壳体提供为具有连接件5a、5b和废气线4a、4b。两个废气线4a、4b通向公共的废气歧管8中。废气线4a、4b以及废气歧管8的横截面是完全相同的。

图5示出了在船9中具有壳体1的电池的布置。可透气性密封件和卸压阀由连接件5覆盖。废气线4连接到连接件5，并且将从电池壳体1排放的气体引导到船9的船体中的开口10。废气线4形成为柔性管，其引导为使得废气线4的部分11位于开口10的上方。溅入开口10中并且到达废气线的水不会跑到远至电池壳体1，但是必须向上流入废气线4的抬高部分11中。取决于将部分11比开口10布置得高多少，渗入水的所有动能或者大部分的动能损失，以使得没有水或者几乎没有水前进到远至电池壳体1。

废气线4的另一个部分12被布置为使得其深于废气出口，即，深于密封件和卸压阀。渗入废气线4的任何水或者任何冷凝水蒸汽在此U形部分12中积聚。部分12还可以在其最深地点处提供为具有水出口开口，以使得可以排放积聚的水。

Claims (15)

1.一种船，所述船具有位于电池壳体中的电池，特征在于：所述电池壳体提供为具有废气出口，以及特征在于：除了所述废气出口外，所述电池壳体是气密的并且防水的，以及特征在于：所述废气出口包括可透气性密封件和卸压阀，所述可透气性密封件特别是隔膜。

2.根据权利要求1所述的船，特征在于：所述电池形成为锂离子蓄电池。

3.根据前述权利要求中的任一项所述的船，特征在于：所述可透气性密封件是不透水的，并且形成为半渗透隔膜，所述半渗透隔膜允许水蒸气从所述电池壳体的内部排出的通道，但防止水蒸气进入到所述电池壳体的内部中的通道。

4.根据前述权利要求中的任一项所述的船，特征在于：废气线连接到所述废气出口，以及特征在于：所述废气线的出口开口位于所述船的外侧。

5.根据权利要求4所述的船，特征在于：所述废气线形成为柔性管。

6.根据前述权利要求中的任一项所述的船，特征在于：所述可透气性密封件和所述卸压阀并排布置。

7.根据前述权利要求中的任一项所述的船，特征在于：所述卸压阀形成为阻挡器，所述阻挡器位于所述电池壳体的开口中，并且当超过预定压力时从所述开口推出并且释放所述开口。

8.根据前述权利要求中的任一项所述的船，特征在于：所述卸压阀形成为破裂片。

9.根据前述权利要求中的任一项所述的船，特征在于：在所述船上提供多个电池，所述电池中的每一个电池提供为具有废气出口和废气线，所述电池的所述废气线被组合在废气歧管中。

10.根据权利要求9所述的船，特征在于：所述废气歧管的横截面和所述废气线的横截面是完全相同的。

11.根据前述权利要求中的任一项所述的船，特征在于：所述废气线的所述出口开口提供为具有可透气性并且不透水的密封件和/或具有止回阀。

12.根据前述权利要求中的任一项所述的船，特征在于：所述废气线具有至少一个高于所述废气线的所述出口开口的部分。

13.根据前述权利要求中的任一项所述的船，特征在于：所述废气线具有至少一个深于所述废气出口的部分。

14.根据权利要求13所述的船，特征在于：所述废气线的深于所述废气出口的部分具有水出口开口。

15.根据权利要求14所述的船，特征在于：所述水出口开口提供为具有维修封盖。