集成阀塞和包括该集成阀塞的电池

相关申请

本申请要求于2020年6月26日申请的名称为“集成阀塞和包括该集成阀塞的电池”的美国临时专利申请第63/044，657号的优先权，其全部内容以引用的方式并入本文中。

技术领域

本申请涉及阀和阻火器。更具体地，本申请涉及具有阀和阻火器的电池，例如吸收性玻璃垫(AGM)电池。

背景技术

图1A和1B示出了现有技术的聚丙烯(PP)塞子10。该塞子包括三元乙丙橡胶(EPDM)橡胶阀15，该橡胶阀15具有排气瓣20，该排气瓣20能够在气体25的压力克服排气瓣20的张力时排出气体25。图1A示出了处于非排气状态的该塞子，图1B示出了处于排气状态的该塞子。

一个AGM电池30(图2)可以具有多个电池单元。例如，一个已知的AGM电池30可以具有六个电池单元(图2中示出了电池单元1-4)。所示的AGM电池30的每个电池单元都有一个现有技术的橡胶塞子，以单独控制每个电池单元内的压力。也就是说，图2示出了具有图1的现有技术的塞子和阀的六个电池单元中的四个。图2还示出了排气通道35，所述排气通道35将该多个塞子的排气口连接到阻火器40。

因此，图2的AGM电池30可能会由于每个电池单元的阀在不同时间释放压力而导致电池单元间的变化。另外，图2的AGM电池30导致具有六个阀的六个塞子和两个阻火器40。希望有另一种替代性解决方案来解决上述的一个或多个缺陷和/或其他缺陷。

发明内容

在至少一个实施方式中，公开了一种设置在用于输送气体的通道中的集成阀塞。所述集成阀塞包括塞子主体，所述塞子主体具有用于接收来自所述通道的所述气体的开口，并具有塞子腔室。所述集成阀塞还包括设置在所述塞子腔室中的阀、设置在所述塞子腔室中的阻火器和设置在所述塞子腔室中的帽盖。所述帽盖包括用于从所述塞子主体中排出所述气体的孔。所述集成阀塞还包括气体路径，所述气体路径被限定为部分从所述开口开始经过所述阀，通过所述阻火器并通过所述孔。所述集成阀塞设计将所述阻火器和所述阀的功能结合到一个部件中。在一个结构中，所述阀为瓣阀。在另一个结构中，所述阀为伞形阀。在其他结构中可以设想其他的阀类型。

在至少另一实施方式中，公开了一种电池。所述电池包括第一电池单元隔室、第二电池单元隔室、用于所述第一电池单元隔室的第一塞子和用于所述第二电池单元隔室的第二塞子。所述第一塞子包括第一塞子腔室和与所述第一塞子腔室流体连通的第一塞子出口。所述第一塞子腔室接收来自所述第一电池单元隔室的第一气体，并通过所述第一塞子出口排出所述第一气体。所述第二塞子包括第二塞子腔室和与所述第二塞子腔室流体连通的第二塞子出口。所述第二塞子腔室接收来自所述第二电池单元隔室的第二气体，并通过所述第二塞子出口排出所述第二气体。所述电池还包括排气通道和阀塞，所述排气通道被连接为接收来自所述第一塞子出口的所述第一气体，并接收来自所述第二塞子出口的所述气体，所述阀塞被连接为接收气体，所述气体包括来自所述排气通道的所述第一气体和所述第二气体的至少部分。所述阀塞可控制地排出所述气体。这种新的电池有助于从现有技术的每个电池单元中移除各自的电池单元阀，以便为第一和第二电池单元隔室形成具有相等压力的共用的顶部空间。所述阀塞可以包括具有所述阀和所述阻火器的集成阀塞，以进一步利用所述集成阀塞的优势。

附图说明

图1是现有技术的橡胶塞子的剖视图。图1A示出了处于非排气状态的橡胶塞子的阀，图1B示出了处于排气状态的橡胶塞子的阀。

图2是现有技术的电池的一部分的剖视图。

图3是能够包括本发明的一个或多个方面的电池的立体图。

图4是图3的电池的移除了盖子的立体图。

图5是图3的电池的立体图，具有该电池的电池单元的部分分解图。

图6是图3的部分完成的电池组件的剖视图，其中电解质被注入到多个电池单元中。

图7是能够插入到图6的部分完成的电池组件的注入孔中的聚丙烯塞子的侧视图。

图8是图3的电池的一部分的侧面剖视图。

图9是图3的电池的一部分的顶部剖视图。

图10是图8所示的集成阀塞的立体图。

图11是图10的集成阀塞的剖视图。

图12是图10的集成阀塞的分解图。

图13是能够用于图8的电池的第二集成阀塞的剖视图。

图14是图13的第二集成阀塞的分解图。

图15是能够用于图8的电池的第三集成阀塞的剖视图。

图16是图15的第三集成阀塞的分解图。

图17是图15的第三集成阀塞的塞子主体的剖视图。

图18是图17的塞子主体的侧视图。

图19是图15的第三集成阀塞的帽盖的立体图。

应当理解的是，附图不一定是按比例绘制的。在某些情况下，对于理解本发明没有必要的细节或使得其他细节难以被察觉的细节可能被省略。当然，应当理解的是，本发明不一定限于本文所说明的装置或工艺。

具体实施方式

图3示出了有壳体105的电池100(例如用于车辆或其他应用的包括起动电池、照明电池和点火电池的铅酸电池、商业电池、工业电池、船用电池等)。壳体105包括基部107和盖子110。盖子110被固定在基部107(例如通过在多个位置将盖子110热密封到基部107)。电池100还包括穿过壳体105或在壳体105上(例如图示的盖子110)突出的端子115和120(或套管)，以及用于从排气系统(如下所述)排放气体的排气孔125。端子115和120设置在盖子110上，用于将电池100连接或耦接到电负载(例如车辆电气系统等)。

图4示出了盖子被移除的状态。壳体105支撑多个电池电池单元隔室130。电池单元隔室130可以由壳体105和限定多个电池单元隔室130的多个电池单元壁或隔板135形成。隔板135可以与壳体105一起形成。虽然本文讨论的结构具有六个电池单元隔室，但是可以提供不同数量的隔室。此外，虽然所示的电池单元隔室130的横截面形状大致为矩形，但是隔室可以使用其他形状。电池单元隔室130(和相关的电池电池单元)通常可以用数字来表示(例如，一个六电池单元构成的电池将具有电池单元1、2、3、4、5和6)。根据一个示例性的结构，其中电池100设置为具有六个电池单元，设置有五个隔板，在六个电池单元中的每一个电池单元之间设置一个隔板。

图5示出了多个电池单元中的一个电池单元的部分分解图。该电池电池单元包括多个正极框架、部分包围正极框架的多个分隔件和多个负极框架。图5具有用标号表示的一个正极框架140、一个分隔件145和一个负极框架150。

在铅酸电池中，正极板和负极板各自包括铅或铅合金板栅，该板栅作为基底并支撑电化学活性材料，以形成电池板，该电化学活性材料在制造过程中沉积或以其他方式设置在板栅上。板栅在正极和负极活性材料或糊膏之间提供电接触，用于传导电流。分隔件可以设置在这些板之间，以防止在电池100中发生反应的过程中产生的短路和/或不希望的电子流动。正极板和负极板可以根据制造方法分为各种类型。在一个或多个实施例中，每个板具有大致矩形的形状，并包括与电池端子115或120电连接的凸耳152/154。该板还可以包括侧壁、底边和多个相对的面。

一个或多个电池分隔件用于在导电方面将正极和负极分隔开。用于使相邻的板彼此分隔的分隔件材料具有足够的孔隙率和保持性(retention)，以容纳至少基本上所有支持电化学反应所必需的电解质。在各种实施例中，分隔件材料是可压缩的，使得在层叠设置元件时，分隔件材料基本上顺应板的表面的轮廓，以有助于分隔件材料发挥其芯吸或毛细作用。

在一个或多个实施例中，分隔件在设计和/或结构上可以类似于先前用于基于氧复合原理操作的密封铅酸电池的分隔件，特别是具有超细玻璃纤维制成的非常多孔的垫的分隔件。例如，在多种实施例中，隔板由吸收性玻璃垫(AGM)构造成。在多种实施例中，AGM是包括玻璃微纤维的非织布，旨在保持电解质(例如通过毛细作用)，但也提供气体空间，只要板栅没有被电解质完全饱和。电解质仍然可以自由移动，但比在淹没式电池单元(floodedcell)中更受限制。图6示出了电解质155通过盖子110的孔160被注入。

在继续讨论其余的附图之前，到目前为止讨论的在图3-6中的电池设计是可以包括本发明的一个或多个方面的电池的示例类型。电池领域的普通技术人员可以理解，电池领域的普通技术人员已知的其他电池类型、设计和/或布置可以使用或包括本发明的一个或多个方面。

图7示出了可以插入盖子110的孔中的塞子165。图8示出了具有多个塞子165的电池100的一部分的侧面剖视图。图9示出了具有多个塞子165的电池100的一部分的顶部剖视图。电池100具有多个电池单元(图示出六个电池单元中的电池单元1-4)。盖子110还可以包括从盖子110的表面延伸的多个壁或隔板(图8中用标号标出了一个隔板170)。盖子110中的隔板170设置成当盖子110被连接到基部107以形成完成的电池单元隔室130时，它们与电池单元隔室130的隔板135对齐。指状件175和180可以用于帮助引导盖子110与基部107的连接。在将盖子110固定在基部107上的热密封操作中，隔板170与隔板135对齐并密封到隔板135。因此，电池100的每个电池单元利用设置在壳体105中的隔板135和170彼此隔离(除了下面讨论的排气通道)。

图8所示的电池100的每个电池单元分别具有一个塞子(用标号标为塞子165)。每个塞子165具有空腔或塞子腔室185，用于使气体从电池单元(例如电池单元3)流入塞子腔室185，并通过塞子出口187进入排气通道190。塞子165可以由诸如聚丙烯的塑料树脂制造。排气通道190允许气体(用箭头所示)从电池单元开始流入塞子腔室185，通过塞子出口187，并进入排气通道190。排气通道190包括从一个塞子165到相邻塞子的路径和在每个塞子周围的路径。如图7最清楚地所示，塞子165包括用于将塞子165固定在盖子110中的螺纹192、用于提供压配合以进一步使塞子相对于排气通道190密封的O形环193和194以及用于促成塞子165周围的排气通道190的沟槽196。塞子165单元和排气通道190允许有共用的顶部空间，这有助于平衡所有六个电池单元上的压力。

集成阀塞199连接到排气通道190的端部。图8示出了单个集成阀塞，但是可以设想的是，电池100可以在排气通道190的另一端(例如在电池单元6的那端)包括冗余的第二个集成阀塞。塞子165和集成阀塞199允许将现有技术(例如图2的AGM电池30)的六个阀从每个电池单元中移除，并使用一个或两个集成阀塞199。其结果是所有六个电池单元具有相等压力的共用的顶部空间，直到集成阀塞排气为止。

在进一步继续描述之前，应当注意的是，排气通道190和一个或多个集成阀塞的位置可以与已经描述的不同。例如，中间的集成阀塞可以为两个或更多个电池单元隔室(但少于所有的电池单元隔室)形成共用的顶部空间。在这种布置中，中间的集成阀塞199可以不位于排气通道190的端部。还可以设想的是，集成的阀塞可以以“T”形布置设置在排气通道190的中间位置，然后排气朝向排气通道的多个端部前进。

图10-12更详细地示出了集成阀塞199。集成阀塞199将阻火器和AGM阀的功能结合到一个部件中。参照图10-12，集成阀塞199包括塞子主体200、架子205和由架子205支撑的弹性O形环210。弹性O形环210在集成阀塞199和壳体105(例如盖子110)之间提供弹性压缩配合。O形环210有助于防止气体从集成阀塞199和壳体105之间渗漏。O形环210代表集成阀塞199和盖子110之间的功能性密封。O形环是一种解决方案，但它还可以是一个模制肋条、多个模制肋条或瓣片(flap)。与盖子的密封也可以使用进一步的或其他的焊接方案，例如声波焊接或热密封。

在塞子主体200内有一个多级腔室215。每一级具有壁220-235，壁220-235具有相对于腔室215的中心不同的半径。多级腔室215内容纳有阀240、阻火器245和塞子套或帽盖250。阀240可以是瓣阀。

阀240包括主体255、唇形凸缘260和乳头部265。主体255大部分与腔室215的第一级抵接，唇形凸缘260与壁270抵接，壁270位于腔室215的第一壁220和第二壁225之间。

阻火器245与腔室215的第三壁230和壁275抵接，壁275位于腔室215的第二壁225和第三壁230之间。阻火器245是或包括由阻燃材料制成的点火保护熔块。阻燃材料例如可以是烧结树脂或金属材料，如聚丙烯、黄铜或铝。根据一个或多个结构，阻火器245元件的厚度小于12mm，特别是小于3mm。

塞子帽盖250包括主体280和帽盖凸缘285。帽盖凸缘285与腔体215的第四壁235抵接，并且主体280包括用于使气体流过的孔290。在组装过程中，塞子帽盖250被压入配合到塞子主体280中，并且可以随后进行热密封。当被压入腔室215时，塞子帽盖250压在阻火器245上，阻火器245类似地压在阀240的乳头部265上。这导致阻火器245在阀240上提供了预张力。然而，可以设想的是，阻火器245并不对阀240提供预张力，和/或可以提供张力或在气体被施加到阀240时提供进一步的张力。

阀240还包括阀腔室295和唇形凸缘260，阀腔室295位于主体280中。阀腔室295接收来自排气通道190的气体。排气通道190内的压力增加导致从阀240的腔室295一侧施加在唇形凸缘260上的压力增加。当推压唇形凸缘260的腔室295中的气体的压力大于阻火器施加在乳头部265上的预张力或张力时，气体被允许经过阀240、通过阻火器并通过塞子帽盖250的孔290排出。在一个示例结构中，压力可以在50毫巴和400毫巴之间。在另一种结构中，操作范围可以更小。还应注意的是，集成阀塞199及其部件的截面形状是圆形的。然而，可以设想的是，其他形状可以替代所示的圆形结构。

图13和14更详细地示出了第二集成阀塞300。这种形式的第二集成阀塞300包括伞形阀305来代替阀240。伞形阀由诸如三元乙丙橡胶(EPDM)的弹性材料制成。伞形阀305包括具有腔室315和一体的环320的杆部310。腔室315和一体的环320有助于将伞形阀305插入并保持在主体328的孔325中。伞形阀305还包括伞盖330。

塞子主体328包括一个或多个通道335，用于使气体流过并向伞形阀305的伞盖施加压力。当推压伞盖的腔室315中的气体的压力大于伞形阀305的弹力时，气体被允许经过伞形阀305、通过阻火器245并通过塞子帽盖250的孔325排出。因此，第二集成阀塞300不需要来自阻火器245的预张力或张力，从而限制了对阻火器245的损害。

图15-19更详细地示出了第三集成阀塞400。这种形式的第三集成阀塞400包括伞形阀305。对于所示的阀塞400，塞子主体405包括用于过盈配合的挤压肋条410、用于伞形阀305的第一座落表面415、位于第二座落表面425上的安置齿420以及对准表面430，对准表面430用于在将阻火器245插入到塞子主体405时帮助安置和固定阻火器245。帽盖435包括用于定心和安置帽盖435的对准肋条440。对准肋条440由对准凹部445接收(图13中最清楚地示出了凹部)。帽盖还包括齿450和凸起455，齿450在制造过程中作为声波焊接的能量聚焦部，凸起455用于将阻火器245保持到位。

本文公开了详细的实施方式。然而，应当理解的是，所公开的实施方式仅作为示例。因此，本文公开的具体结构和功能细节不应被解释为限制性的，而只是作为权利要求的基础，以及作为教导本领域的技术人员在几乎任何适当的详细结构中以各种方式实施本文的各方面的代表性基础。此外，除非明确指出，否则本文中使用的术语和短语不是为了限制，而是为了对可能的实施方式提供可理解的描述。附图示出了多种实施方式，但实施方式不限于所示的结构或应用。

本文中使用的术语“一个”被定义为一个或多于一个。本文中使用的术语“多个”被定义为两个或两个以上。本文中使用的术语“另一个”被定义为至少第二个或第N个(N＞2)。本文中使用的术语“包含”和/或“具有”被定义为包括(即开放式表达方式)。本文中使用的短语“…和…中的至少一个”是指并且包括一个或多个相关的所列出的项目中的任何以及所有可能的组合。作为示例，短语“A、B和C中的至少一个”包括仅为A、仅为B、仅为C或其任何组合(例如AB、AC、BC或ABC)。

就本公开的目的而言，术语“连接”是指两个构件直接或间接地彼此结合。这种结合在性质上可以是固定的，也可以是可动的。这种结合可以通过两个构件或两个构件以及任何附加的中间构件彼此一体地形成为单个整体，或者通过两个构件或两个构件以及任何附加的中间构件彼此连接来实现。这种结合在性质上可以是永久性的，也可以是可移除的或可释放的。

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