[发明专利]电池壳体用的磁性密封阀门设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种电化学电源壳体用的阀门设备、以及一种包括磁性阀门设备的壳体和一种包括具有磁性阀门设备的壳体的电化学电源。此外，本发明还涉及磁性阀门装置在尤其是(蓄)电池壳体，燃料电池壳体以及化学或者生物反应器上的应用。

背景技术

大型电池系统或者其他电化学储存器诸如超级电容器得到越来越多的应用。它们特别是被用于备份应急，即应急供电。例如它们被应用于电动车辆或者混合动力车辆、工业用牵引系统，诸如叉车或者机器人，应用于地面运输车辆以及体育运动用车辆和娱乐活动用车辆。其他方面还应用于铁路和航空。

在所有这些应用中，电池通常由大量的被安置在电池壳体中的单个的电池单元组成。这种方式使用的能量储存器的典型电压可达1000V。电流强度能够大于100A。

电池壳体的典型长度和宽度为500mm×800mm。电池壳体的典型壁厚为1至5mm。电池壳体由金属特别是由钢或者铝制成，或者由塑料特别是聚酰胺制成。

当发生内部短路时，在单个电池单元内部能够产生气体。从40Ah(安培小时)的锂电池单元中释放出的典型总量在100L范围内。被释放出的由电解质或者电解质分解产物所构成的气体在这种情况下是可燃和有毒的。

作为典型例子，柔性的咖啡袋设计(Coffee-Bag-Design)中的电池单元在内压不足1bar时就会打开，而在圆筒状的或者棱柱形的设计中，具有坚固的金属罩的电池单元在压力大于10bar时也会打开。

被释放出的气体然后便到达电池壳体内并且导致那里的压力升高。该压力上升与电池壳体内的死点容积相关联。另外，该压力上升还与由例如壳体密封中的泄漏引起的压力下降的可能性相关联，与通过压力平衡口的气体的传输相关联，该压力平衡口用于在正常运行状态下调节电池内部的压力；以及与电池单元的种类或者电池单元打开的速度相关联。

在突然释放气体的情况下，电池壳体可能会破裂。在死点容积为20L和释放气体为100L的情况下，电池壳体将承受5bar的过压。如果可燃的有毒气体例如能够到达车辆的内部空间的话，该可燃的有毒气体可能会与人体接触。可燃的有毒气体可能会与输电的部件接触，这可能会导致燃烧或者爆炸。

在通常情况下释放出的气体不是特别热，因而NBR(丁腈橡胶)或者EPDM(三元乙丙橡胶)材料就能够承受得住所述气体。此外还有，当释放出气体时，因为阀门必须打开，所以密封件已经没有意义。常常要求阀门及其部件的耐热性在500℃以上，并且要求耐受氢氟酸腐蚀。

在电池燃烧时能够出现这种温度条件。在使用聚烯烃的弹性体如EPDM的情况下，能够耐受得住通常释放出的相对较小的氢氟酸浓度。为了避免由于电池单元的所述的打开引起的整个系统的非常危险的状态，所以每个大型的电池、特别是锂电池必须设置用于安全降低过压的装置。

用于降低过压的阀门在正常运行状态中是不允许打开的。例如，由于温度补偿造成的压力差或者由于上山行驶和下山行驶造成的压力差不允许导致阀门的开启。所述典型的压力波动在最大+/-0.2bar的范围内。此外，阀门在任何情况下都要防止水从外部进入。

因此，首先在汽车的使用的场合中，对阀门提出了更高的要求。通常情况下所述阀门必须具有防水能力。在洗车设备中或者在出现的高压喷水中必须具有密封性。在通常情况下此处要求IP67的防护级(“防水”按照DIN EN 60529或者DIN40050第9部分)。在这种情况下阀门必须能够承受外部产生的典型为1至2bar的过压。

另外还必须防止在阀门打开时部件的飞散。在打开的情况下，应该适度地降低过压。也就是说，不应该猛地一下子打开阀门，但是尽管如此，过压仍然是要顺利地被降低。整个系统应该坚固耐用。应该保证在“汽车条件规定”下10年之后依然工作正常。

因此所述阀门不应该出现老化以及在被弄脏或者被腐蚀时不应该固结。阀门的典型的敞开横截面积与电池单元的容量和电池的大小相关联。典型的横截面积在5cm²到30cm²的范围内。

为了解决所述的问题，大型锂电池的电池壳体在通常情况下包含有用于降低过压的单元。对此有多种实施方案。