CN118339710A - 用于电子器件壳体的脱气单元和具有脱气单元的电子器件壳体 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于电子器件壳体的脱气单元(10)，该电子器件壳体优选地为电池壳体，特别是用于机动车辆的牵引电池，该脱气单元的特征为：可不透流体地连接到电子器件壳体的压力补偿开口的边缘的基体(20)，并且在该基体中设计有被膜(24)覆盖的至少一个气体通道开口(22)，其中，膜(24)在围绕所述至少一个气体通道开口(22)的区域中不透流体地连接到基体(20)；以及紧急脱气心轴(42)，其具有指向膜(24)的尖端(44)，其中，在非操作状态下，弹性支撑的接触元件(46)设置在紧急脱气心轴(42)的尖端(44)和膜(24)之间。本发明进一步涉及一种电子器件壳体，特别是电池壳体，该电子器件壳体具有这种脱气单元(10)，该脱气单元设置在电子器件壳体(12)的压力补偿开口处。

Description

用于电子器件壳体的脱气单元和具有脱气单元的电子器件 壳体

技术领域

本发明涉及一种用于电子器件壳体的脱气单元，该脱气单元的特征在于：可不透流体地连接到电子器件壳体的压力补偿开口的边缘的基体，该基体以被膜覆盖的至少一个气体通道开口为特征，其中，膜在围绕气体通道开口的区域中不透流体地连接到基体；以及紧急脱气心轴，其具有指向膜的尖端。此外，本发明涉及一种具有脱气单元的电子器件壳体。

背景技术

例如，从DE 102011080325 A1中已知上文提到的类型的脱气单元和电子器件壳体。

电气设备(诸如，电池)的紧急通风是防止壳体在内部的压力增加的情况下爆裂的一项重要功能。特别是在高压电池(诸如，用作电动车辆中的牵引电池的那些电池)的情况下，会出现电池单元失效，从而导致壳体内部空间中的压力和温度急剧增加。为了防止壳体爆裂，必须将热的和极度增压的气体从壳体内部空间迅速排放到环境。

为了防止在正常操作期间来自环境的液体或颗粒进入壳体，对应的脱气单元常常具有膜作为与环境的分离层。膜应在给定的压力下爆裂。通常，提供某种心轴来使膜爆裂。这需要膜由于过压所致而变形，使得膜在所期望的爆裂压力下接触心轴并爆裂。

例如，从上文提到的DE 102011080325 A1中已知的脱气单元以固定到基体的平面膜为特征。当达到膜的临界变形时，膜被固定的紧急脱气心轴损坏，使得膜至少部分地释放气体通道开口以用于对壳体进行紧急脱气。

对于这种平面或平坦的膜，爆裂压力基本上取决于膜的材料性质及其尺寸、以及膜和心轴之间的距离。因此，对于从背景技术中已知的脱气单元，不同的爆裂压力需要用于膜的不同材料或不同的心轴位置。这可能要求将心轴定位成非常靠近膜，并且在正常操作条件下可出现损坏(例如，由于在正常操作期间电池中出现的压力波动)。此外，可在安装空间中实现的膜面积可防止实施低爆裂压力。最后，紧急脱气压力或爆裂压力的公差取决于材料性质的波动，且因此在大多数情况下是相对大的(常常例如为标称爆裂压力的+/-50％)。

本发明的目的是提供一种脱气单元，该脱气单元在可精确预定义且优选地低的紧急脱气压力下可靠地打开。

发明内容

该目的通过具有权利要求1中指定的特征的脱气单元以及根据权利要求16的电子器件壳体来解决。在从属权利要求和说明书中详细说明了优选实施例。

根据本发明，提供了一种用于电子器件壳体的脱气单元。电子器件壳体优选地为电池壳体，特别是用于机动车辆的牵引电池。电子器件壳体以壳体壁中的压力补偿开口为特征。

脱气单元以基体为特征，该基体可不透流体地连接到电子器件壳体的压力补偿开口的边缘。至少一个气体通道开口设置在基体中。通常，若干个气体通道开口设置在基体中。气体通道开口可例如通过腹板或肋彼此分离。该气体通道开口或多个气体通道开口被膜覆盖。膜在围绕该气体通道开口或多个气体通道开口的区域中不透流体地连接到基体。特别地，膜可防止颗粒和液体通过压力补偿开口或(多个)气体通道开口渗入电子器件壳体。

此外，脱气单元以紧急脱气心轴为特征。紧急脱气心轴基本上设置在膜的外侧上并朝向膜延伸。为了描述本发明，除非另有指示，否则诸如内部或外部的指示通常指电子器件壳体或设置在电子器件壳体上的脱气单元的状况。紧急脱气心轴的尖端面向膜。在脱气单元的非操作状态下，尖端可以以距膜一预定距离为特征。特别地，非操作状态描述了当电子器件壳体中的内部压力对应于正常操作压力时、特别是当内部压力对应于环境压力时出现的膜位置。

根据本发明，在非操作状态下，可弹性移位的接触元件设置在紧急脱气心轴的尖端和膜之间。换句话说，接触元件超过紧急脱气心轴的尖端朝向膜伸出。处于非操作状态的接触元件因此防止膜被紧急脱气心轴损坏。在膜到达紧急脱气心轴的尖端之前，它接触到接触元件。接触元件可以克服弹簧作用定位在紧急脱气心轴的尖端后面。为了使用紧急脱气心轴毁坏膜以便进行紧急脱气过程，必须克服弹簧作用将接触元件移动直至紧急脱气心轴的尖端或尖端后面。因此，可以通过弹簧刚度来控制紧急脱气压力。通过改变接触元件的支承刚度，脱气单元可以在不修改其他部件的情况下被调整到不同的紧急脱气压力。特别地，弹性支撑的接触元件减少了膜的制造公差对紧急脱气压力的影响。例如，可以实现与设定值最大偏差为10％的紧急脱气压力。另外，弹性接触元件通过使弹性支承的弹簧刚度很大程度上与温度无关来降低紧急脱气压力对温度的依赖性。老化的影响也得以减少。此外，弹性接触元件允许使用先前不能用于通用脱气单元的膜或膜材料。柔性被增加并使实现成本效益成为可能。

膜可克服由可弹性移位的接触元件产生的力而移位。当电池壳体上的脱气单元处于组装状况时，膜在经受内部压力时发生移位，特别是轴向移位。只有通过克服由可弹性移位的接触元件产生的力，才有可能发生这种克服内部压力的作用的移位。现在通过设计可弹性移位的接触元件的弹簧常数，在根据本发明的脱气单元中有可能简单方便地进行根据本发明的脱气单元的脱气行为—即，确定紧急脱气心轴引起膜爆裂时的内部压力。经受相当大的制造公差的膜在此仅起次要作用，这促成了可显著更精确调整的脱气行为。

在非操作状态下接触元件可与膜间隔开。优选地，在非操作状态下接触元件接触膜。接触元件可被偏压抵靠膜。这能够减少或防止膜的振动。这能够增加使用寿命并有助于避免在正常操作期间对膜的损坏。

当处于非操作状态时，膜可在平面中延伸。优选地，膜以波纹管结构为特征。特别地，波纹管结构可与紧急脱气心轴的轴线同心地设计。波纹管结构允许膜基本上在没有力或压力的情况下挠曲。因此，可以进一步减少制造公差对紧急脱气压力的影响。特别地，可以实现紧急脱气压力基本上由接触元件的支承的弹簧刚度来确定。结果，可以设定特别低的紧急脱气压力，特别是在不增加脱气单元的尺寸的情况下。波纹管结构可由膜的单个或多个波纹或折叠形成。膜的波纹管结构可通过成型操作获得，特别是深拉或热成型。术语“波纹管结构”将被广泛地解释并且将不以如下这样的限制性方式来理解：该“波纹管”必须由折叠工艺产生或者例如像手风琴一样具有一维延伸。在与紧急脱气心轴的轴线同心地设计的波纹管结构的情况下，膜在剖面中、特别是在纵向剖面中具有波纹管形状，即在剖面中被一次或多次成褶皱。术语“波纹管结构”还明确地包括沿竖直方向的较小、优选地环形同心的隆起，其中，这些隆起的高度可在从0.3至5mm、特别是从0.7至3mm、特别是从0.8至5mm的范围内。

紧急脱气压力，即，在膜被紧急脱气心轴破坏时电子器件壳体的内部空间相对于环境的过压，可为至少75hPa、特别是至少100hPa，并且/或者至多300hPa、特别是至多200hPa。

膜或接触元件从非操作状态直到膜被毁坏或紧急脱气心轴的尖端被暴露的行程可为至少1mm、特别是至少3mm、特别是至少3.5mm，并且/或者至多5mm、特别是至多4.5mm。

在非操作状态下，膜可靠在支撑装置上。这进一步减少了膜在正常操作期间的移动。特别地，可避免膜向内鼓起。支撑装置可布置在基体上。特别地，支撑装置和基体可彼此一体地形成。

优选地，支撑装置和波纹管结构设计成彼此对应。以这种方式，在非操作状态下，膜可平坦地靠在支撑装置上。

脱气单元可以以在内侧上与膜重叠的保护栅为特征。如果可用，保护栅优选地也在内侧上与用于膜的支撑装置重叠。通过保护栅，可以避免在脱气单元的组装期间或由于电子器件壳体内部的零件松动而对膜的损坏。

保护栅和基体可通过套管保持在一起，这些套管用于允许紧固装置通过。这些套管可例如以闭锁方式接合在基体中，并且以用于支承抵靠在保护栅上的轴环为特征。这简化了脱气单元的组装。用于将脱气单元附接到电子器件壳体的紧固装置可以是例如螺钉或铆钉。

优选地，接触元件以用于允许紧急脱气心轴通过的凹部为特征。这允许接触元件与紧急脱气心轴同心地布置。接触元件可以是环形的或套管形的。对称设计可以进一步减少制造公差对紧急脱气压力的影响。

用于接触元件的弹性支承的弹簧元件优选地为螺旋弹簧、特别是圆柱形螺旋弹簧。螺旋弹簧可以低成本获得，具有不同的弹簧刚度。

替代地，用于接触元件的弹性支承的弹簧元件可以是片簧。片簧可以以若干个特别是弯曲的弹簧臂为特征。当处于非操作状态时，片簧可以在一个平面中延伸。通过使用片簧，可降低脱气单元的高度。

弹簧元件和接触元件可彼此成一体或者优选地为分别的部件。在后一种情况下，接触元件可以被闭锁到弹簧元件。特别是如果弹簧元件是扁簧或片簧，则可以考虑弹簧元件和接触元件的一件式设计，该扁簧或片簧可以以形成为接触元件的接触表面为特征。

用于接触元件的弹性支承的弹簧元件可围绕紧急脱气心轴。特别地，弹簧元件可与紧急脱气心轴同心地设置。优选地，紧急脱气心轴形成用于弹簧元件和/或接触元件的引导件。结果，可实现特别精确地保持要释放紧急脱气心轴的尖端所需的力及因此紧急脱气压力。

膜可以是透气的但不透流体的。换句话说，膜可以是半渗透的。因此，在正常操作期间，膜允许电子器件壳体的内部空间和环境之间进行缓慢的气体交换。同时，膜防止液体和固体进入电子器件壳体。特别地，半渗透膜可完全防止水从外部进入直至限定的水压，优选地直至至少100毫米水柱、特别优选地250毫米水柱、非常特别优选地至少3000毫米水柱的水压。半渗透膜可以以范围可从0.01微米至20微米的平均孔径为特征。孔隙率优选地为约50％；平均孔径优选地为约10微米。

作为替代方案，膜可对所有类型的流体(即，特别是气体和液体)都不渗透。

膜(特别是半渗透膜)可由热塑性塑料制成，例如聚四氟乙烯(PTFE)。特别地，膜可由膨胀的或优选地烧结的PTFE制成。作为替代方案，膜可由(热塑性)聚丙烯(PP)制成。

膜的膜厚度基本比膜的其他外部尺寸小很多。膜可覆盖至少20mm、优选地至少30mm、特别是至少40mm的最小宽度和/或最小长度或最小外直径。膜厚度可以是膜的最小宽度和/或最小长度或最小外直径的至少20分之一、优选地至少40分之一、特别是至少100分之一。膜厚度可优选地为至少1微米、优选地至少10微米，其中，膜可以以特别是在其整个膜表面上基本上恒定的膜厚度为特征。膜厚度可为至多1mm、特别优选地至多0.5mm。

覆盖罩可设置在基体的外侧上。覆盖罩可防止在具有脱气单元的电子器件壳体的操作期间从外部对膜造成损坏。在覆盖罩和基体之间，引导通过至少一个气体通道开口的流动路径在环境和内部空间之间基本保持敞开。

有利地，覆盖罩被闭锁到基体。这简化了脱气单元的组装。

优选地，紧急脱气心轴和覆盖罩彼此一体地形成。这允许有成本效益的生产并且进一步简化了组装。

作为替代方案，紧急脱气心轴可附接到基体。特别地，紧急脱气心轴和基体可彼此一体地形成。

用于接触元件的弹性支承的弹簧元件可靠在覆盖罩或基体上。前一种情况简化了组装。至于后一种情况，基体可以支撑臂为特征。这使得可能消除对覆盖罩的需要。

用于抵靠电子器件壳体密封的密封元件可设置在基体上。密封元件可被设计为轴向密封件或径向密封件，即特别地在前面上(在轴向密封件的情况下)或在周向表面上(在径向密封件的情况下)。对于径向密封件，基体可以用于接合在压力补偿开口中的连接件为特征。轴向密封件可接合在基体的凹槽中。

也在本发明的范围内的是一种电子器件壳体，特别是电池壳体，该电子器件壳体具有如上文所描述的根据本发明的脱气单元。脱气单元基本上设置在电子器件壳体的压力补偿开口处。脱气单元的优点也变得明显，且尤其是在使用电子器件壳体时。

进一步在本发明的范围内的是一种电池，特别是用于机动车辆的牵引电池，该电池以如上文所描述的根据本发明的电子器件壳体或电池壳体、以及设置在电池壳体中的电池单元为特征。此处，脱气单元的有利效果是特别明显的。电池单元可以是例如锂离子电池单元。

附图说明

从以下对本发明的实施例示例的详细描述、专利权利要求以及参考示出根据本发明的细节的附图，本发明的其他特征和优点将变得显而易见。前述特征以及更进一步详细描述的特征可以在本发明的变型中单独地或以任何数量的适当组合来实施。附图中所示的特征以这样的方式呈现，使得根据本发明的特殊特征可变得清晰可见。在附图中，示出了：

图1以示意性剖视图示出了根据本发明的脱气单元，其中波纹管形的波纹膜通过接触元件被偏压抵靠着支撑装置；

图2以剖切的、示意性透视图示出了图1的脱气单元；

图3示出了图1的脱气单元的示意性分解图；

图4示出了图1的脱气单元的面向电子器件壳体的侧部的示意性俯视图，其示出了用于膜的保护栅；

图5以看着外侧上的覆盖罩的示意性透视图示出了图1的脱气单元；

图6示出了具有根据本发明的电子器件壳体的电池的抽象表示，该电子器件壳体以根据本发明的脱气单元为特征。

具体实施方式

图1至图5以各种视图示出了用于图6中所示的电子器件壳体12的脱气单元10。在本例中，电子器件壳体12是用于电池14的电池壳体。多个电池单元16，例如，锂离子电池单元，设置在电子器件壳体12或电池壳体中。脱气单元10设置在电子器件壳体12的壳体壁中的压力补偿开口18处。

脱气单元10以基体20为特征。在本例中，多个气体通道开口22形成在基体20中。气体通道开口22被膜24覆盖。膜24在其外周边处不透流体地连接到基体20，例如胶合或焊接到基体。膜24可以是半渗透的，即，透气的但不透流体的，并且可以由例如PTFE制成。

气体通道开口22此处设置在用于膜24的支撑装置26中。支撑装置26和基体20可彼此成一体，并且例如由共同的塑料注射模制部分形成。

特别地，在图1和图2中，脱气单元10处于非操作状态，当电子器件壳体12的内部空间28中的内部压力对应于电子器件壳体12的环境30中的环境压力时，出现该非操作状态。在非操作状态下，膜24靠在支撑装置26上。由于支撑装置26，当环境压力大于内部压力时也出现非操作状态。

在这种情况下，膜24为波纹管形，并且以呈突起32或凹部34形状的彼此同心的波纹为特征。膜24的这种波纹管结构可通过深拉工艺或热成型获得。波纹管结构使膜24变软，即中心部分可在某种程度上相对于膜24的固定边缘几乎不用力就移动。支撑装置26被成形为对应于膜24。这允许膜24以基本上平面的方式接触支撑装置26。

在所示的实施例的外侧上，覆盖罩36设置在基体20上。覆盖罩36和基体20可通过闭锁元件38、40彼此锁住。流动窗口41在覆盖罩36和基体20之间保持敞开。

脱气单元10以紧急脱气心轴42为特征。紧急脱气心轴42的尖端44指向膜24。当从电子器件壳体12的内部空间28观察时，紧急脱气心轴42位于膜24的外侧上。在图1至图5中所示的实施例中，紧急脱气心轴42与覆盖罩36一体地形成。

脱气单元10进一步以接触元件46为特征。接触元件46由弹簧元件48弹性支撑。换句话说，接触元件46可克服弹簧元件48的弹簧力的作用而移位。在所图示的实施例中，弹簧元件48为卷簧。一方面，弹簧元件48靠在接触元件46上。另一方面，弹簧元件48可靠在覆盖罩36上。

接触元件46通过弹簧元件48被偏置朝向膜24或支撑装置26。在非操作状态下，接触元件46的面向膜24的至少一个端部设置在紧急脱气心轴42的尖端44和膜24之间。换句话说，在非操作状态下，接触元件46的面向膜24的端部比紧急脱气心轴42的尖端44设置得更靠近支撑装置26或内部空间28。在本例中，接触元件46在非操作状态下靠在膜24上并将其压靠在支撑装置26上。

在这种情况下，接触元件46和弹簧元件48相对于紧急脱气心轴42的轴线50同心地设置。特别地，弹簧元件48和接触元件46周向地围绕轴线50。膜24的波纹管结构的波纹也相对于轴线50同心地延伸。

当电子器件壳体12的内部空间28中的内部压力迅速上升超过环境30中的环境压力时，膜24被抬离支撑装置26。接触元件46现在由膜24夹带，并且克服弹簧元件48的作用而朝向覆盖罩36移动。

接触元件46以凹部52为特征，该凹部用于特别地允许紧急脱气心轴42的尖端44通过。当膜24和接触元件46挠曲时，其凹部52在紧急脱气心轴42上滑动。在这种情况下，接触元件46可在紧急脱气心轴42上被引导。

当内部空间中的过压达到预定的紧急脱气压力时，紧急脱气心轴42的尖端44撞击膜24，从而引起膜被毁坏。因此，来自内部空间28的加压气体可通过气体通道开口22和流动窗口41快速逸出到环境30中。因此，避免了电子器件壳体12的爆裂。

在所示的实施例中，脱气单元10以保护栅54(特别是参见图3和图4)为特征。保护栅54设置在膜24的内侧和支撑装置26的内侧上。换句话说，如从紧急脱气心轴42看出，保护栅54定位成在膜24和支撑装置26以上。保护栅54覆盖膜24和支撑装置26至电子器件壳体12的内部空间28。

保护栅54可通过套管56保持到基体20。特别地，套管56可靠在保护栅54上并且被闭锁或压入基体20中。基体20可以紧固凹部58(特别是参见图2、图3和图5)为特征，套管56接合到这些紧固凹部中。用于将脱气单元10紧固到电子器件壳体12的紧固装置，例如，诸如螺钉，可接合穿过紧固凹部58或套管56(未详细示出)。

为了将基体20密封以与电子器件壳体12隔绝，脱气单元10以密封元件60为特征。密封元件60可接合在基体20的凹槽62中。在本例中，密封元件60是轴向密封件。

附图标记

脱气单元10

电子器件壳体12

电池14

电池单元16

压力补偿开口18

基体20

气体通道开口22

膜24

支撑装置26

内部空间28

环境30

突起32

凹部34

覆盖罩36

闭锁元件38、40

流动窗口41

紧急脱气心轴42

尖端44

接触元件46

弹簧元件48

轴线50

凹部52

保护栅54

套管56

紧固凹部58

密封元件60

凹槽62。

Claims (16)

1.用于电子器件壳体(12)的脱气单元(10)，所述电子器件壳体优选地为电池壳体，特别是用于机动车辆的牵引电池，所述脱气单元的特征在于：

-能够不透流体地连接到所述电子器件壳体(12)的压力补偿开口(18)的边缘的基体(20)，并且在所述基体中设计有被膜(24)覆盖的至少一个气体通道开口(22)，其中，所述膜(24)在围绕所述气体通道开口(22)的区域中不透流体地连接到所述基体(20)，

-以及紧急脱气心轴(42)，其具有指向所述膜(24)的尖端(44)，

其中，在非操作状态下，可弹性移位的接触元件(46)设置在所述紧急脱气心轴(42)的所述尖端(44)和所述膜(24)之间。

2.根据权利要求1所述的脱气单元(10)，其特征在于，所述膜(24)能够克服由所述可弹性移位的接触元件(46)产生的力而移位。

3.根据权利要求1或2所述的脱气单元(10)，其特征在于，在所述非操作状态下，所述接触元件(46)靠在所述膜(24)上。

4.根据前述权利要求中的一项所述的脱气单元(10)，其特征在于，所述膜(24)以波纹管结构为特征，所述波纹管结构优选地与所述紧急脱气心轴(42)的轴线(50)同心地设计。

5.根据前述权利要求中的一项所述的脱气单元(10)，其特征在于，在所述非操作状态下，所述膜(24)靠在支撑装置(26)上。

6.根据权利要求4和5所述的脱气单元(10)，其特征在于，所述支撑装置(26)和所述波纹管结构设计成彼此对应。

7.根据前述权利要求中的一项所述的脱气单元(10)，其特征在于，保护栅(54)在内侧上与所述膜(24)重叠。

8.根据权利要求7所述的脱气单元(10)，其特征在于，所述保护栅(54)和所述基体(20)通过套管(56)保持在一起，所述套管用于允许紧固装置通过。

9.根据前述权利要求中的一项所述的脱气单元(10)，其特征在于，所述接触元件(46)以用于允许所述紧急脱气心轴(42)通过的凹部(52)为特征。

10.根据前述权利要求中的一项所述的脱气单元(10)，其特征在于，用于所述接触元件(46)的弹性支承的弹簧元件(48)能够是卷簧或片簧。

11.根据前述权利要求中的一项所述的脱气单元(10)，其特征在于，用于所述接触元件(46)的弹性支承的弹簧元件(48)围绕所述紧急脱气心轴(42)，特别地，其中，所述紧急脱气心轴(42)代表用于所述弹簧元件(48)和/或所述接触元件(46)的引导件。

12.根据前述权利要求中的一项所述的脱气单元(10)，其特征在于，所述膜(24)是透气的，然而是不透流体的。

13.根据前述权利要求中的一项所述的脱气单元(10)，其特征在于，覆盖罩(36)设置在所述基体(20)的外侧上，特别地，其中，所述覆盖罩(36)被闭锁到所述基体(20)。

14.根据权利要求13所述的脱气单元(10)，其特征在于，所述紧急脱气心轴(42)和所述覆盖罩(36)彼此一体地形成，和/或其特征在于，用于所述接触元件(46)的弹性支承的弹簧元件(48)靠在所述覆盖罩(36)上。

15.根据前述权利要求中的一项所述的脱气单元(10)，其特征在于，密封元件(60)设置在所述基体(20)上以用于相对于所述电子器件壳体(12)进行密封。

16.电子器件壳体(12)，特别是电池壳体，所述电子器件壳体具有根据前述权利要求中的一项所述的脱气单元(10)，所述脱气单元设置在所述电子器件壳体(12)的压力补偿开口(18)处。