紧急排气设备、机动车和将从电芯中逸出的气体从机动车排出的方法与流程
本发明涉及一种用于机动车的紧急排气设备，该紧急排气设备包括用于将从电芯中逸出的气体从机动车排出到机动车的环境中的气体排出通道、位于气体排出通道的端部上并且通入环境中的气体排出通道排放口、以及紧急排气装置，该紧急排气装置布置在气体排出通道的端部上并且具有封闭部，该封闭部设计为用于，封闭排放口并且为了将气体排出到环境中而开启排放口。此外，本发明还涉及一种具有这种紧急排气设备的机动车和一种用于将从电芯中逸出的气体从机动车排出的方法。
背景技术：
1、为了在电池、例如机动车的高压电池内的一个或多个电芯热穿透的情况下以受控的方式排出有害气体，在电池上安装像例如阀或爆破元件的构件。在此，可以使用不同的打开机构。
2、例如，de 10 2019 118 182 a描述了一种用于高压电池的电池壳体的紧急排气阀，该紧急排气阀用于使热气从电池壳体的内部空间中逸出。在此，紧急排气阀包括用于紧固在电池壳体上的阀座和用于封闭流动通道的阀体，阀体延伸穿过阀座。在此，紧急排气阀设计为被弹簧加载的全行程安全阀，并且此外具有布置在阀座上的弹簧夹紧单元。在此，为了在开启整个流动通道的情况下提供紧急排气阀的打开状态，阀体可持续地远离阀座。此外，阀座的面对环境的开口可以被覆盖元件、例如保护膜覆盖，其中，在离开流动通道时，阀体穿透覆盖元件或从开口处脱离。
3、de 10 2020 005 166 a1描述了一种电池，电池具有至少一个包括多个单电芯的电芯模块和包围电芯模块的壳体以及用于在单电芯之一热损坏的情况下的气体的流出通道，其中，流出通道构造在壳体的内部并且通过过滤元件与剩余的壳体内部空间相连接。此外，流出通道通过至少一个紧急排气元件与壳体的外部相连接，并且过滤元件通过在流出通道的通道壁中的多个开口形成。在此，紧急排气元件可以包括爆破元件。
4、如果将这种有害气体从机动车导出，则应该以这样的方式进行，即，尽可能不对刚好离开车辆的人员、例如车辆乘员造成危害。
技术实现思路
1、因此，本发明的目的是，提供一种紧急排气设备、一种机动车以及一种方法，其能够实现，将从电芯中逸出的气体排出到机动车的环境中，并且在此同时确保位于机动车附近的人员的尽可能高的安全性。
2、该目的通过具有根据相应的独立权利要求所述的特征的紧急排气设备、机动车以及方法实现。本发明的有利的设计方案是从属权利要求、说明书以及附图的主题。
3、根据本发明的用于机动车的紧急排气设备包括用于将从电芯中逸出的气体从机动车排出到机动车的环境中的气体排出通道、位于气体排出通道的端部上并且通入环境中的气体排出通道的排放口、以及紧急排气装置，该紧急排气装置布置在气体排出通道的端部上并且具有封闭部，该封闭部设计为用于，封闭排放口并且为了将气体排出到环境中而开启排放口。在此，封闭部具有以可围绕摆动轴转动的方式支承的、用于封闭排放口的活门，其中，活门可通过围绕摆动轴的转动从关闭位置转移到至少一个打开位置中，在该至少一个打开位置中，从排放口中流出的且部分地流入活门的气体可通过活门转向。
4、在此，本发明基于以下认知，即，传统的紧急排气元件和紧急排气阀通常设计为，其主要使逸出的气体散射式地且不受控地分布在所有空间方向上。原则上，这对在这种情况下位于机动车附近并且例如位于这种排放口附近的人员造成附加的潜在危害。因此，通过具有可围绕摆动轴摆动的活门——该活门在气体逸出的情况下同时可以用于使逸出的气体流定向地转向或偏转——的紧急排气装置的实施方案，有利地实现，借助阀的特殊的打开结构形式、即可围绕摆动轴摆动的活门，将用于定向的气体排放的气体引导功能集成到紧急排气装置中。由此，现在有利地实现了定向的有害气体排放，由此，特别在热事件的情况下离开车辆时，可以提高车辆乘员的安全性。因此，可以将气体有目的地引导到车辆上的如下区域中，即，在这些区域上对于机动车附近的这种乘员或者说人员的潜在危害很低。例如，通过在气体排放期间活门的向上翻起，气体可以通过部分向上翻起的活门斜向下地朝向土地或地面的方向偏转。由此，可以将对位于附近的人员的潜在危害降到最低。通过设计为活门，此外可实现，在气体流转向时，气体流此外仅仅稍微偏转。因此与现有方案相比，显著更少地搅动气体。由此，明显更受控地进行气体排放。由此，通过本发明有利地提供了在释放情况下沿着打开活门给定方向地引导气体的可能性。
5、气体排出通道可以定义成可被穿流的自由区域，该自由区域例如被通道壁界定或包围。在此，这种气体排出通道可以集成到电池壳体中，或者也可以布置在这种电池壳体之外，或者也可以部分地在电池壳体之内且部分地在这种电池壳体之外延伸。在此，这种气体排出通道此外可以如此与车辆电池或车辆电池包含的电芯耦联，即，从这种电芯中逸出的气体可被引入气体排出通道中。因此，通过这种气体排出通道实现，在这种电芯热穿透的情况下从一个电芯中逸出的气体从车辆电池中并且特别是从车辆中被排出并且排出到车辆的环境中。气体排出通道的端部在此定义成在气体排出通道与机动车的环境之间的接口。因此，具有排放口的气体排出通道的端部是在环境中的通入区域。气体、即在气体排出通道的该端部上逸出排放口的气体相应地被输送给机动车的环境。对于机动车电池来说，此时原则上可以设置一个单独的这种气体排出通道，或者也可以设置多个气体排出通道。此外，气体排出通道也可以是通道系统、特别是分支的通道系统的一部分。在此，这种通道系统原则上也可以不仅提供在环境中的通入点，而且例如也可以包括多个这种通入点和相应多个对应的排放口。在此，原则上也可以在每个这种排放口上设置相应的紧急排气装置。于是，对于此处的紧急排气装置描述的特征和以下还将描述的实施方式可以以相同的方式完全相似地适用于这种设置在另外的可选的排放口上的另外的可选的紧急排气装置。
6、为了在摆动轴上可转动地支承活门，紧急排气阀例如可以包括铰链和/或转动铰接件等。如果气体未从排放口中逸出，则活门位于关闭位置中。在气体从电芯中逸出的情况下，活门可以转移到至少一个打开位置中，由此，气体可以从出口或排放口中逸出。此时，可以单纯被动地进行活门的打开，即，通过从电芯中逸出的、穿流气体排出通道并且相应地撞到关闭的活门上的气体的气体压力引起活门打开。优选地，活门设计为，活门受压力控制且被动地打开。因此，不需要主动操控活门来打开活门并且由此开启排放口。
7、在此，排放口特别可通过活门完全封闭。于是，排放口通过所描述的活门作为唯一的活门覆盖。
8、此外，活门可以具有多个打开位置，这些打开位置例如在相对于关闭位置中的活门的打开角度方面彼此不同。换句话说，活门可以更高或更低程度地向上摆动以开启排放口。可选地，也可以设置止挡部，该止挡部定义了在打开位置中用于活门的最大打开角度并且由此限制活门的最大打开。
9、原则上，活门以及概言之紧急排气装置可以由任意材料制成，例如由金属材料、塑料或纤维增强的塑料制成。例如，气体排出通道也可以设计为，首先使从电芯中逸出并且被引入气体排出通道中的气体转向和/或搅动气体和/或使气体通过过滤元件等。由此，可以使气体减速，分离在气体流中携带的颗粒，并且在气体最终从排放口中逸出之前整体上冷却气体。因此，作为用于活门或用于紧急排气装置的材料，通常也可以使用塑料，因为活门不必承受特别高的温度。
10、在本发明的另一个有利的设计方案中，紧急排气装置具有复位装置，该复位装置设计为用于，将复位力从至少一个打开位置朝向关闭位置的方向施加到活门上。该复位力通过活门对从排放口中流出的气体流起反作用。由此，可以实现显著更受控的且与环境相适应的气体流转向和气体引导。通过这种复位力也可以更有效地防止，并且特别是还在不需要以上阐述的用于限制最大打开角度的止挡部的情况下防止，活门过度打开并且活门因此不再能有效地施加其转向功能。但在设置复位装置时特别有利的是，由此可实现根据气体流打开活门，如后面还将详细说明的那样。气体流越强，活门就可以相应越多地打开。由此防止，活门在未丧失其转向作用的情况下妨碍气体逸出。
11、在本发明的另一个有利的设计方案中，复位装置设计为，当不存在对复位力起反作用的反力时，活门通过复位装置保持在关闭位置中。由此，可以有利地保证在未使用的情况下可靠地封闭排放口，也就是说当未出现从电芯中的气体逸出并且相应地不必从气体排出通道排出气体时。在正常的运行情况下，也就是说在未发生因为这种电芯的热穿透引起的从电芯中的气体逸出时，可以通过活门保证排放口的可靠封闭，并且进而可靠地保护气体排出通道以防灰尘、污物、液体或其他环境影响侵入。
12、根据本发明的另一个有利的设计方案，复位装置设计为，活门在打开位置中的打开角度与从排放口中流出的气体流的强度相关，其中，打开角度是活门从关闭位置中围绕摆动轴摆动到打开位置中的摆动角度。因此，小的打开角度意味着，通过活门开启的开口相对小，并且大的打开角度相应地意味着，通过活门开启的开口较大。在开启排放口时活门向上摆动的程度可以相应地通过流出的气体流的强度控制。特别是，此时作用到活门上的气体压力引起活门以相应的程度打开。即，如果大量气体或者说非常强的气体流从排放口中逸出，则由此活门与弱的气体流所引起的情况相比显著更大程度地向上摆动。由此，有利地可以通过活门提供转向作用，更确切地说不仅用于弱的而且用于强的气体流，并且同时被开启的开口的大小最优地与气体流强度相匹配。
13、对于复位装置的复位机构的实施方案，存在多种不同可能性。在最简单的情况下，复位装置可以包括至少一个复位弹簧。一方面，复位弹簧可以作用在活门上，并且另一方面复位弹簧可以作用在相对于摆动轴位置固定的构件、例如气体排出通道的一部分上。这种复位弹簧也可以设置在转动铰接件的两个铰接元件之间，活门通过该转动铰接件可转动地支承在摆动轴上。
14、但是，复位装置的这种复位机构也可以以任意其他方式实现，例如，通过磁性的复位机构和/或电磁的复位机构等实现。
15、在本发明的另一个有利的设计方案中，摆动轴布置在排放口的侧面。即，换句话说，摆动轴不应该延伸越过排放口。即，摆动轴不被从排放口中流出的气体流流入。在此优选地，摆动轴布置在排放口上方并且以在机动车中的常规的安装位置为基准水平地布置，特别是当这种机动车此时常规地位于水平定向的地面上时。由此，根据这种优选的安装位置能以特别简单的方式提供，气体通过活门斜向下被引向或转向机动车所在的地面。在关闭位置中，活门完全覆盖排放口。
16、在本发明的另一个有利的设计方案中，紧急排气设备具有贴靠法兰，排放口环绕地布置在该贴靠法兰上，其中，活门在关闭位置中密封地贴靠在贴靠法兰上，并且由此密封地封闭排放口。由此，可以以可靠的方式保证，当未发生从排放口中的气体逸出时防止灰尘或污物到达排放口中。
17、为了实现这种密封作用，此外优选的是，活门具有面对排放口的内侧，该内侧具有密封元件，密封元件在活门的关闭位置中以封闭环绕的方式贴靠在贴靠法兰上。例如，当贴靠法兰设计为环形时，密封元件可以设计为环形密封件、特别是环形的轴向密封件，当活门位于关闭位置中时，该环形密封件贴靠在环形的贴靠法兰上。但原则上，也可设想任意其它几何结构。例如，贴靠法兰也可以设计为矩形或三角形。相应地，可以设置几何结构相匹配的密封元件。但活门的内侧也可以设计为整面具有弹性的密封件、例如密封的覆层。刚好通过以上描述的复位装置，有利地进一步增强了密封作用，因为复位装置在活门的关闭状态中也将复位力施加到活门上，复位力将活门压向贴靠法兰的方向。
18、在本发明的另一个有利的设计方案中，紧急排气设备包括具有至少一个电芯的电池，该至少一个电芯具有可开启的电芯排气开口，其中，紧急排气设备设计为，使得从可开启的电芯排气开口中逸出的气体可被导入气体排出通道中。
19、在此，电池不仅可以具有单独的电芯，而且例如也可以具有多个电芯、特别是大量电芯。可选地，电芯也可以组成电池模块。例如，电池可以包括多个电池模块，电池模块又分别具有多个电芯。例如，电池可以设计为用于机动车的高压电池。如以上已经描述的，在此不仅可以设置一个气体排出通道，而且根据设计方案也可以设置多个气体排出通道或包括所描述的气体排出通道的通道系统。例如，可以为每个电池模块配设自己的气体排出通道，从而在气体从这种电池模块的确定的电芯中逸出的情况下，从该电芯的电芯排气开口中逸出的气体可被导入所配设的气体排出通道中。气体排出通道也可以流动地相互连接。换句话说，被引入多个气体排出通道之一中的气体也可以通过这种流动连接到达气体排出通道中的另一个中。如果存在多个在环境中的通入点，则优选的是，在这种气体排出通道的相应的端部上布置相应的紧急排气装置。如果存在多个气体排出通道，则这些气体排出通道也可以会聚在共同的通入点上。于是，在这种情况下设置仅仅单独的排放口和相应地布置在排放口上的紧急排气装置。
20、在本发明的另一个有利的设计方案中，电池具有电池壳体，在电池壳体中布置有至少一个电芯。在此，电池壳体可以是总电池壳体，在该总电池壳体中可以布置分别具有多个电芯的以上所述的多个电池模块。此外在此有利的是，气体排出通道至少部分地在电池壳体之外延伸，并且气体排出通道的端部布置在电池壳体之外。在这种情况下，例如可以引导从电芯中逸出的气体穿过电池壳体并且将其引入气体排出通道中。例如，气体排出通道可以设置成以在机动车中的优选的安装位置为基准在高压电池之下的腔室。例如，电池可以位于机动车的底部区域中，并且气体排出通道可以构造在电池壳体的壳体底部与机动车的车底保护装置之间。有利地，该间隙可以用于排出气体，也就是说，用作至少一个气体排出通道。特别是，在该间隙中可以耦联多个流动地相互耦联的气体排出通道。在壳体底部中，例如可以设置理论断裂部位，为了到达气体排出通道中，该理论断裂部位可以被从电芯中逸出的气体穿透。
21、此外有利的是，待排出的气体通过气体排出通道被引导到机动车的尾部区域或后部区域中，或者替代地被引导到前部区域中。在此优选地，排放口不是设置在机动车的侧门槛区域或驾驶员区域或副驾驶区域中。由此，有利地不存在从车辆中下来的车辆乘员刚好可能到达从排放口中逸出的气体流中的风险。
22、替代地也可行的是，气体排出通道的排放口设计为在电池壳体中的开口。因此，在这种情况下，气体排出通道也可以集成在电池壳体的内部。原则上，此时排放口又可以集成在这种电池壳体的任意每个侧壁中，例如以在机动车中的优选的安装位置为基准集成在面对车辆前部或面对车辆后部的侧壁中，或集成在电池壳体的壳体底部中，即，面对车辆的底部的壳体底部。在此，不太优选的是再次定位在电池壳体的面对机动车的侧门槛区域或驾驶员侧或副驾驶侧的侧壁处。
23、此外，本发明还涉及一种具有根据本发明的紧急排气设备或其设计方案之一的机动车。对根据本发明的紧急排气设备及其设计方案描述的优点以相同的方式适用于根据本发明的机动车。
24、根据本发明的机动车优选地设计为汽车，特别设计为乘用汽车或商用汽车，或者设计为大客车或摩托车。
25、此外，本发明还涉及一种用于通过气体排出通道和位于气体排出通道的端部上并且通入环境中的气体排出通道排放口将从电芯中逸出的气体从机动车排出到机动车的环境中的方法，其中，紧急排气装置布置在气体排出通道的端部上，紧急排气装置具有封闭部，当没有气体逸出时该封闭部封闭排放口并且为了将气体排出到环境中而开启排放口。在此，封闭部具有以可围绕摆动轴转动的方式支承的、用于封闭排放口的活门，并且，在气体逸出的情况下，活门通过围绕摆动轴的转动从关闭位置转移到至少一个打开位置中，在该至少一个打开位置中，从排放口中流出的且部分地流入活门的气体通过活门转向。
26、在此，参考根据本发明的紧急排气装置及其实施方式描述的优点也以相同的方式适用于根据本发明的方法。
27、本发明还包括根据本发明的方法的改进方案，这些改进方案具有如已经结合根据本发明的紧急排气设备的改进方案所描述的特征。出于这个原因，在这里不再次描述根据本发明的方法的相应的改进方案。
28、本发明还包括所述实施方式的特征组合。因此，本发明还包括以下实现方案，这些实现方案分别具有多个所述实施方式的特征组合，只要这些实施方式没有被描述为相互排斥的。
技术特征：
1.一种用于机动车(10)的紧急排气设备(12)，所述紧急排气设备包括：
2.根据权利要求1所述的紧急排气设备(12)，其特征在于，紧急排气装置(32)具有复位装置(44)，该复位装置设计为用于，将复位力(f)从所述至少一个打开位置(p1)朝向关闭位置(p0)的方向施加到活门(34)上。
3.根据权利要求2所述的紧急排气设备(12)，其特征在于，复位装置(44)设计为，当不存在对复位力(f)起反作用的反力时，活门(34)通过复位装置(44)保持在关闭位置(p0)中。
4.根据权利要求2或3所述的紧急排气设备(12)，其特征在于，复位装置(44)设计为，活门(34)在打开位置(p1)中的打开角度(α)与从排放口(30)中流出的气体流(24)的强度相关，其中，打开角度(α)是活门(34)从关闭位置(p0)中围绕摆动轴(36)摆动到打开位置(p1)中的摆动角度(α)。
5.根据前述权利要求中任一项所述的紧急排气设备(12)，其特征在于，摆动轴(36)布置在排放口(30)的侧面，优选地布置在排放口(30)上方并且以在机动车(10)中的常规的安装位置为基准水平地布置。
6.根据前述权利要求中任一项所述的紧急排气设备(12)，其特征在于，紧急排气设备(12)具有贴靠法兰(38a)，排放口(30)环绕地布置在该贴靠法兰上，其中，活门(34)在关闭位置(p0)中密封地贴靠在贴靠法兰(38a)上，并且由此密封地封闭排放口(30)，特别是其中，活门(34)具有面对排放口(30)的内侧(34a)，所述内侧具有密封元件(40)，密封元件在活门(34)的关闭位置(p0)中以封闭环绕的方式贴靠在贴靠法兰(38a)上。
7.根据前述权利要求中任一项所述的紧急排气设备(12)，其特征在于，紧急排气设备(12)包括具有至少一个电芯(20、20a)的电池(14)，所述至少一个电芯具有可开启的电芯排气开口(22)，其中，紧急排气设备(12)设计为，使得从可开启的电芯排气开口(22)中逸出的气体(24)能被导入气体排出通道(28)中。
8.根据前述权利要求中任一项所述的紧急排气设备(12)，其特征在于，电池(14)具有电池壳体(18)，在电池壳体中布置有所述至少一个电芯(20、20a)，其中
9.一种具有根据前述权利要求中任一项所述的紧急排气设备(12)的机动车(10)。
10.一种用于通过气体排出通道(28)和位于气体排出通道(28)的端部(28a)上并且通入环境(26)中的气体排出通道(28)排放口(30)将从电芯(20、20a)中逸出的气体(24)从机动车(10)排出到机动车的环境(26)中的方法，其中，紧急排气装置(32)布置在气体排出通道(28)的端部(28a)上，紧急排气装置具有封闭部(34)，当没有气体(24)逸出时该封闭部封闭排放口(30)并且为了将气体(28)排出到环境(26)中而开启排放口(30)，
技术总结
本发明涉及一种用于机动车(10)的紧急排气设备(12)，其包括用于将从电芯(20、20a)中逸出的气体(24)从机动车(10)排出到机动车的环境(26)中的气体排出通道(28)、位于气体排出通道(28)的端部(28a)上并且通入环境(26)中的气体排出通道(28)排放口(30)、紧急排气装置(32)，其布置在气体排出通道(28)的端部(28a)上并且具有封闭部(34)。封闭部包括以可围绕摆动轴(36)转动的方式支承的、用于封闭排放口(30)的活门(34)，活门(34)可通过围绕摆动轴(36)的转动从关闭位置(P0)转移到至少一个打开位置(P1)中，在打开位置中，从排放口(30)中流出的且部分地流入活门(34)的气体(24)可通过活门(34)转向。
技术研发人员：I·迪特曼,T·米尔德
受保护的技术使用者：奥迪股份公司
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23