[發(fā)明專利]電池殼體用的磁性密封閥門設(shè)備

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110225300.6
• 申請日: 2011-08-03
• 公開（公告）號: CN102468462A
• 公開（公告）日: 2012-05-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: P·克里澤;O·納爾沃爾德;M·克萊門斯;H·翁格爾;T·克拉默;I·斯特凡;G·福伊里爾
• 申請（專利權(quán)）人: 卡爾·弗羅伊登伯格公司
• 主分類號: H01M2/12
• 分類號: H01M2/12
• 代理公司: 中國國際貿(mào)易促進(jìn)委員會專利商標(biāo)事務(wù)所 11038
• 代理人: 鄧斐

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種電化學(xué)電源殼體用的閥門設(shè)備、以及一種包括磁性閥門設(shè)備的殼體和一種包括具有磁性閥門設(shè)備的殼體的電化學(xué)電源。此外，本發(fā)明還涉及磁性閥門裝置在尤其是(蓄)電池殼體，燃料電池殼體以及化學(xué)或者生物反應(yīng)器上的應(yīng)用。

背景技術(shù)

大型電池系統(tǒng)或者其他電化學(xué)儲存器諸如超級電容器得到越來越多的應(yīng)用。它們特別是被用于備份應(yīng)急，即應(yīng)急供電。例如它們被應(yīng)用于電動車輛或者混合動力車輛、工業(yè)用牽引系統(tǒng)，諸如叉車或者機器人，應(yīng)用于地面運輸車輛以及體育運動用車輛和娛樂活動用車輛。其他方面還應(yīng)用于鐵路和航空。

在所有這些應(yīng)用中，電池通常由大量的被安置在電池殼體中的單個的電池單元組成。這種方式使用的能量儲存器的典型電壓可達(dá)1000V。電流強度能夠大于100A。

電池殼體的典型長度和寬度為500mm×800mm。電池殼體的典型壁厚為1至5mm。電池殼體由金屬特別是由鋼或者鋁制成，或者由塑料特別是聚酰胺制成。

當(dāng)發(fā)生內(nèi)部短路時，在單個電池單元內(nèi)部能夠產(chǎn)生氣體。從40Ah(安培小時)的鋰電池單元中釋放出的典型總量在100L范圍內(nèi)。被釋放出的由電解質(zhì)或者電解質(zhì)分解產(chǎn)物所構(gòu)成的氣體在這種情況下是可燃和有毒的。

作為典型例子，柔性的咖啡袋設(shè)計(Coffee-Bag-Design)中的電池單元在內(nèi)壓不足1bar時就會打開，而在圓筒狀的或者棱柱形的設(shè)計中，具有堅固的金屬罩的電池單元在壓力大于10bar時也會打開。

被釋放出的氣體然后便到達(dá)電池殼體內(nèi)并且導(dǎo)致那里的壓力升高。該壓力上升與電池殼體內(nèi)的死點容積相關(guān)聯(lián)。另外，該壓力上升還與由例如殼體密封中的泄漏引起的壓力下降的可能性相關(guān)聯(lián)，與通過壓力平衡口的氣體的傳輸相關(guān)聯(lián)，該壓力平衡口用于在正常運行狀態(tài)下調(diào)節(jié)電池內(nèi)部的壓力；以及與電池單元的種類或者電池單元打開的速度相關(guān)聯(lián)。

在突然釋放氣體的情況下，電池殼體可能會破裂。在死點容積為20L和釋放氣體為100L的情況下，電池殼體將承受5bar的過壓。如果可燃的有毒氣體例如能夠到達(dá)車輛的內(nèi)部空間的話，該可燃的有毒氣體可能會與人體接觸。可燃的有毒氣體可能會與輸電的部件接觸，這可能會導(dǎo)致燃燒或者爆炸。

在通常情況下釋放出的氣體不是特別熱，因而NBR(丁腈橡膠)或者EPDM(三元乙丙橡膠)材料就能夠承受得住所述氣體。此外還有，當(dāng)釋放出氣體時，因為閥門必須打開，所以密封件已經(jīng)沒有意義。常常要求閥門及其部件的耐熱性在500℃以上，并且要求耐受氫氟酸腐蝕。

在電池燃燒時能夠出現(xiàn)這種溫度條件。在使用聚烯烴的彈性體如EPDM的情況下，能夠耐受得住通常釋放出的相對較小的氫氟酸濃度。為了避免由于電池單元的所述的打開引起的整個系統(tǒng)的非常危險的狀態(tài)，所以每個大型的電池、特別是鋰電池必須設(shè)置用于安全降低過壓的裝置。

用于降低過壓的閥門在正常運行狀態(tài)中是不允許打開的。例如，由于溫度補償造成的壓力差或者由于上山行駛和下山行駛造成的壓力差不允許導(dǎo)致閥門的開啟。所述典型的壓力波動在最大+/-0.2bar的范圍內(nèi)。此外，閥門在任何情況下都要防止水從外部進(jìn)入。

因此，首先在汽車的使用的場合中，對閥門提出了更高的要求。通常情況下所述閥門必須具有防水能力。在洗車設(shè)備中或者在出現(xiàn)的高壓噴水中必須具有密封性。在通常情況下此處要求IP67的防護(hù)級(“防水”按照DIN?EN?60529或者DIN40050第9部分)。在這種情況下閥門必須能夠承受外部產(chǎn)生的典型為1至2bar的過壓。

另外還必須防止在閥門打開時部件的飛散。在打開的情況下，應(yīng)該適度地降低過壓。也就是說，不應(yīng)該猛地一下子打開閥門，但是盡管如此，過壓仍然是要順利地被降低。整個系統(tǒng)應(yīng)該堅固耐用。應(yīng)該保證在“汽車條件規(guī)定”下10年之后依然工作正常。

因此所述閥門不應(yīng)該出現(xiàn)老化以及在被弄臟或者被腐蝕時不應(yīng)該固結(jié)。閥門的典型的敞開橫截面積與電池單元的容量和電池的大小相關(guān)聯(lián)。典型的橫截面積在5cm²到30cm²的范圍內(nèi)。

為了解決所述的問題，大型鋰電池的電池殼體在通常情況下包含有用于降低過壓的單元。對此有多種實施方案。