CN109950431A - 一种带过充和短路保护的电池盖板及其应用的电池电芯 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种带过充和短路保护的电池盖板，包括电池盖板底板，电池盖板底板的左右两端分别具有第一凹槽和第二凹槽；所述第一凹槽内设置有正极胶垫，正极胶垫内放置有正极压板；电池盖板底板正下方设置有上垫片；上垫片、电池盖板底板、正极胶垫和正极压板通过正极铆钉铆合；第二凹槽内设置有负极绝缘胶垫；负极绝缘胶垫内放置有负极压板；上垫片右端、电池盖板底板右端、负极绝缘胶垫和负极压板通过负极铆钉铆合；第一凹槽的右端焊接有压力膜片；压力膜片底部与正极铆钉顶面相接触压紧。本发明还公开了一种电池电芯。本发明能够降低对电芯一致性的要求，有效对电池电芯以及由多个锂离子动力电池电芯串联或并联组成的电池模组进行安全防护。
Description
技术领域
本发明涉及电池技术领域，特别是涉及一种带过充和短路保护的电池盖板及其应用的电池电芯。
背景技术
目前，锂离子动力电池具有安全、效率高、无污染、比能量高、原材料丰富、循环使用次数多、存储时间长等优点，不仅在便携式电子设备上如移动电话、数码摄像机和手提电脑得到广泛应用，而且也广泛应用于电动汽车、电动自行车以及电动工具等大中型电动设备方面，因此对锂离子电池的安全要求越来越高。
对于由多个锂离子动力电池电芯串联或并联组成的电池模组，由于电池电芯具有的能量越来越大，多个电芯之间的一致性差，在安全试验测试方面，在过充、短路、高温的工况下容易产生严重的安全隐患。
有鉴于此，目前迫切需要开发出一种技术，其能够降低对电芯一致性的要求，有效对锂离子动力电池电芯进行安全防护，以及对由多个锂离子动力电池电芯串联或并联组成的电池模组进行安全防护，进而提高用户对电池产品的使用感受。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种带过充和短路保护的电池盖板及其应用的电池电芯，其能够降低对电芯一致性的要求，有效对锂离子动力电池电芯进行安全防护，以及对由多个锂离子动力电池电芯串联或并联组成的电池模组进行安全防护，进而提高用户对电池产品的使用感受，具有重大的生产实践意义。
为此，本发明提供了一种带过充和短路保护的电池盖板，包括横向分布的电池盖板底板，所述电池盖板底板的左右两端上表面分别具有第一凹槽和第二凹槽；
所述第一凹槽内设置有矩形的、中空的正极胶垫，所述正极胶垫内放置有正极压板，所述正极压板与所述第一凹槽顶面相接触；
所述电池盖板底板的正下方设置有横向分布的上垫片；
所述电池盖板底板和上垫片的左右两端上下对齐；
所述上垫片的左端、电池盖板底板的左端、正极胶垫和正极压板通过一个正极铆钉铆合在一起；
所述第二凹槽内设置有矩形的、非中空的负极绝缘胶垫；
所述负极绝缘胶垫内放置有负极压板；
所述上垫片的右端、电池盖板底板的右端、负极绝缘胶垫和负极压板通过一个负极铆钉铆合在一起；
第一凹槽的右端开有一个压力膜片焊接孔，所述压力膜片焊接孔上焊接有压力膜片；
所述上垫片的左端在压力膜片的正下方位置，开有压力膜片导通孔；
压力膜片的底部通过压力膜片导通孔后，与正极铆钉的顶面相接触压紧。
其中，电池盖板底板的左端通过注塑方式连接有一个中空的正极密封圈；
第一凹槽的左端开有第一正极密封圈容纳孔，正极密封圈的上端嵌入到第一正极密封圈容纳孔中；
上垫片的左端在第一正极密封圈容纳孔的正下方，开有第二正极密封圈容纳孔；
正极密封圈的下端嵌入到第二正极密封圈容纳孔中。
其中，所述正极铆钉包括正极钉体和正极钉芯；
所述正极钉芯垂直设置于所述正极钉体的左端顶部；
所述正极钉芯插入到正极密封圈中；
所述正极钉芯从下往上贯穿位于上垫片和电池盖板底板内的正极密封圈后，与正极压板的顶面铆合在一起。
其中，正极铆钉的正极钉芯和正极压板的顶面铆合后，还进行光纤激光焊焊接。
其中，电池盖板底板的右端通过注塑方式连接有一个中空的负极密封圈；
第二凹槽的左端开有第一负极密封圈容纳孔，负极密封圈的上端嵌入到第一负极密封圈容纳孔中；
上垫片的右端在第一负极密封圈容纳孔的正下方，开有第二负极密封圈容纳孔；
负极密封圈的下端嵌入到第二负极密封圈容纳孔中。
其中，所述负极铆钉包括负极钉体和负极钉芯；
所述负极钉芯垂直设置于所述负极钉体的左端顶部；
所述负极钉芯插入到负极密封圈中；
所述负极钉芯从下往上贯穿位于上垫片和电池盖板底板内的负极密封圈后，与负极压板的顶面铆合在一起。
其中，所负极铆钉的负极钉芯和负极压板的顶面铆合后，还进行光纤激光焊焊接。
此外，本发明还提供了一种电池电芯，包括权利要求-任一项所述的电池盖板；
包括电池极组，所述电池极组的顶部左右两端分别具有正极耳和负极耳；
正极耳和负极耳分别与正极铆钉和负极铆钉相连接。
由以上本发明提供的技术方案可见，与现有技术相比较，本发明提供了一种带过充和短路保护的电池盖板及其应用的电池电芯，其能够降低对电芯一致性的要求，有效对锂离子动力电池电芯进行安全防护，以及对由多个锂离子动力电池电芯串联或并联组成的电池模组进行安全防护，进而提高用户对电池产品的使用感受，具有重大的生产实践意义。
附图说明
图1为本发明提供的一种带过充和短路保护的电池盖板的整体结构示意图；
图2为本发明提供的一种带过充和短路保护的电池盖板的立体分解结构示意图；
图3为当本发明提供的一种带过充和短路保护的电池盖板所安装的电池电芯出现问题时，压力膜片在翻起前和翻起后的位置状态变化示意图；
图4为本发明提供的一种电池电芯具有的电池极组的结构示意图，该电池极组的正极耳和负极耳，分别与本发明提供的一种带过充和短路保护的电池盖板中的正极铆钉和负极铆钉相焊接；
图中：1为电池盖板底板，2为正极压板，3为负极压板，4为正极铆钉，5为负极铆钉；
6为正极胶垫，7为负极绝缘胶垫，8为正极密封圈，9为负极密封圈，10为压力膜片；
11为第一凹槽，12为第二凹槽，13为上垫片；
20为电池极组，21为正极耳，22为负极耳。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明。
参见图1至图4，本发明提供了一种带过充和短路保护的电池盖板，其适用于以铝材质外壳为基础结构的电池，特别适用于高能量、高功率的动力电池或储能电池。
本发明包括横向分布的电池盖板底板1，所述电池盖板底板1的左右两端上表面分别具有第一凹槽11和第二凹槽12；
所述第一凹槽11内设置有矩形的、中空的正极胶垫6，所述正极胶垫6内放置有正极压板2，所述正极压板2与所述第一凹槽11顶面相接触；
所述电池盖板底板1的正下方设置有横向分布的上垫片13；
所述电池盖板底板1和上垫片13的左右两端上下对齐；
所述上垫片13的左端、电池盖板底板1的左端、正极胶垫6和正极压板2通过一个正极铆钉4铆合在一起；
第一凹槽11的右端开有一个压力膜片焊接孔100，所述压力膜片焊接孔100上焊接有压力膜片10；
所述上垫片13的左端在压力膜片10的正下方位置，开有压力膜片导通孔101；
压力膜片10的底部通过压力膜片导通孔101后，与正极铆钉4的顶面相接触压紧，从而压力膜片10与正极铆钉4的顶面进行良好的压紧。
在本发明中，所述第二凹槽12内设置有矩形的、非中空(即具有衬底)的负极绝缘胶垫7；
所述负极绝缘胶垫7内放置有负极压板3；
所述上垫片13的右端、电池盖板底板1的右端、负极绝缘胶垫7和负极压板3通过一个负极铆钉5铆合在一起。
需要说明的是，所述正极铆钉4和负极铆钉5，分别用于和电池电芯包括的电池极组顶部的正极耳和负极耳焊接在一起。
在本发明中，电池盖板底板1和压力膜片10一样，均为铝材质。所述压力膜片10在电池盖板所安装的电池电芯内部的耐压力达到预设值(该值取决于压力膜的形状和厚度)时，自然会翻起。
需要说明的是，电池电芯一般可以采用卷绕式和叠片式两种极组，顶部伸出的正极耳和负极耳，通过超声波焊接的方式，分别与正极铆钉4、负极铆钉5进行焊接。
在本发明中，具体实现上，电池盖板底板1的左端通过注塑方式连接有一个中空的正极密封圈8；
第一凹槽11的左端开有第一正极密封圈容纳孔81，正极密封圈8的上端嵌入到第一正极密封圈容纳孔81中；
上垫片13的左端在第一正极密封圈容纳孔81的正下方，开有第二正极密封圈容纳孔82；
正极密封圈8的下端嵌入到第二正极密封圈容纳孔82中。
具体实现上，所述正极铆钉4包括正极钉体41和正极钉芯42；
所述正极钉芯42垂直设置于所述正极钉体41的左端顶部；
所述正极钉芯42插入到正极密封圈8中；
所述正极钉芯42从下往上贯穿位于上垫片13和电池盖板底板1内的正极密封圈8后，与正极压板2的顶面铆合在一起。
具体实现上，正极铆钉4的正极钉芯42和正极压板2的顶面铆合后，还进行光纤激光焊焊接。
在本发明中，具体实现上，电池盖板底板1的右端通过注塑方式连接有一个中空的负极密封圈9；
第二凹槽11的左端开有第一负极密封圈容纳孔91，负极密封圈9的上端嵌入到第一负极密封圈容纳孔91中；
上垫片13的右端在第一负极密封圈容纳孔91的正下方，开有第二负极密封圈容纳孔92；
负极密封圈9的下端嵌入到第二负极密封圈容纳孔92中。
具体实现上，所述负极铆钉5包括负极钉体51和负极钉芯52；
所述负极钉芯52垂直设置于所述负极钉体51的左端顶部；
所述负极钉芯52插入到负极密封圈9中；
所述负极钉芯52从下往上贯穿位于上垫片13和电池盖板底板1内的负极密封圈9后，与负极压板3的顶面铆合在一起。
具体实现上，负极铆钉5的负极钉芯52和负极压板3的顶面铆合后，还进行光纤激光焊焊接。
需要说明的是，所述负极压板3与所述第二凹槽12不相接触，所述负极绝缘胶垫7位于所述电池盖板底板1的第二凹槽12与所述负极压板3之间，用于将所述电池盖板底板1的第二凹槽12与所述负极压板3相互间隔开，从而实现绝缘效果。
基于以上本发明提供的一种带过充和短路保护的电池盖板的技术方案，本发明还提供了一种电池电芯，其包括电池极组20，所述电池极组20的顶部左右两端分别具有正极耳21和负极耳22；
正极耳21和负极耳22，分别与前面所述结构的电池盖板中的正极铆钉4和负极铆钉5相连接。
为了更加清楚地理解本发明，下面就本发明的工作原理进行说明。
对于本发明，可以满足能量比较高材料的电池电芯使用，电池电芯在正常的工作状态下，其内部温度及气压较低，电芯保持在一个较健康的状态，大幅产气及升温现象是不会出现的。在电芯健康的状态下，压力膜片10与正极铆钉4接触，正极压板2与电池盖板底板1接触，将电池电芯具有的电池极组的正极耳和负极耳分别与正极铆钉4、负极铆钉5连接，那么，电芯的电流就可以从正极压板2和负极压板3向外输出来。
但是，对于由多个锂离子动力电池电芯串联或并联组成的电池模组，当模组的安全保护装置出现问题，例如，电路板防过充的模块或温度采集模块等出现问题时，电池模组对电芯的控制能力几乎为零，那么，电芯将会出现过充或者持续大电流放电导致的短路等异常情况。还有就是安装电池模组的车辆在行驶过程中，如果出现针刺、碰撞等事故，电芯发生贯穿伤害。当这些安全事故发生时，电芯内部会急剧产热，产气，压力会迅速上升到一个较高的水平。对于本发明，此时，与正极铆钉4连接的压力膜片10在内部压力达到起翻点后，迅速脱离与正极铆钉4的接触，此时正极压板2与电池极组的正极耳发生断路，从而使得电芯具有的电池极组与外界隔离，起到对电芯的良好保护作用。
具体参见图3所示，如果电池电芯的内部温度和压力急剧升高，电池电芯在正常状态时处于下凹位置A的压力膜片10，在高压力下被顶起而处于凸起位置B，也就是说，与正极铆钉4连接的压力膜片10在内部压力达到起翻点后，脱离与正极铆钉4的接触，不再连接，进而正极压板2与电池电芯具有的电池极组的正极耳发生断路，从而使得电芯具有的电池极组与外界隔离，实现良好的安全防护。
对于本发明，其采用的技术方案的优势在于，多个电芯在串并联时，即使电芯的一致性较差，也不会发生电芯的保护装置失效的情况，因为在串联并联电芯都存在的电路中，只要有一只电芯发生断路，那么该电芯的整个电路与外界全部断开，从而能够对这个电芯形成可靠的保护，避免由于过充或者短路造成损坏、形成安全隐患。
对于本发明，其可以使用的范围比较宽，不仅可以使用适用于平板类的电芯，箔极耳卷绕带连接引片的电池盖板也可以使用此结构。只要针对不同材料体系的电芯，设定好起翻压力，那么就可以实现对一致性较差的电芯串并联后起到保护。这种安全装置的优点在于，使用范围较广，可以变化的形式较多，精确性较好。
在本发明中，需要说明的是，过流一般指的是通过不少于1000A(安培)大小的电流。
对于本发明，需要说明的是，电池电芯的制作过程是将每个电芯包括的电池极组的正极耳和负极耳，分别与电池盖板具有的正极铆钉4和负极铆钉5进行超声波焊接，后期在组装(PACK)多个模组串并联形成的电池模组时时，将包括多个电芯的电池模组汇流排分别与正极压板1和负极压板2通过激光焊接连接在一起，这个过程中，为了保证整个电池模组的过流性能，需要严格控制每一步的焊接质量，并且监控忙内阻。
此外，除了电芯制作过程中的内阻要进行控制，电池盖板的内阻控制也是非常重要的一环。在电池盖板的制作中，将与内阻有关的点，需要进行控制。压力膜片10是预先焊在电池盖板底板1上的，将正极密封圈8和负极密封圈9注塑在电池盖板底板1，然后将正极压板2和正极铆钉4铆合在一起，负极压板3和负极铆钉5铆合在一起。
其中，正极胶垫6和负极绝缘胶垫7，分别起到保护正极压板2和负极压板3的作用，上垫片11将电芯具有的电池极组与电池盖板底板1隔离，并且防止极组在电芯内窜动。
在内阻控制方面，通过将正极铆钉4和正极压板2铆合后进行光纤激光焊焊接，负极铆钉5和负极压板3铆合后进行光纤激光焊焊接。
具体实现上，压力膜片10要与正极铆钉4压紧，并且控制两个结合面的平面度及粗糙度，最大限度的降低接触内阻。这样就可以既保证过流性能，可以进行安全保护。
需要说明的是，对于本发明提供的带过充和短路保护的电池盖板，电池盖板主体基本利用铝制作而成，因为铝的材质较软，容易加工和焊接。
正负极压板、正负极铆钉和压力膜片通过模具加工制作，正负极胶垫、正负极密封圈及上垫片通过注塑加工而成。
需要说明的是，为了保证密封性能，正极密封圈和负极密封圈是直接注塑在电池盖板底板上。将加工好的正极胶垫、负极绝缘胶垫，正极压板、负极压板、正极铆钉、负极铆钉、上垫片，通过铆接的形式装配在一起。压力膜片是直接焊在电池盖板上的，并且要与正极铆钉良好地接触在一起。为了将电池盖板的内阻控制在合理的范围内，还要将正极铆钉、负极铆钉分别与正极压板、负极压板焊接在一起。从款盖板适用于极耳向一侧伸出的极组，适用范围较广泛。
本发明的工艺的使用范围较广泛，其中密封件可以利用氟橡胶进行替代，如果在成本可以接受的情况下，模具加工的零部件也可以利用机加工的方式制作。
与现有技术相比较，本发明具有以下的有益技术效果：
1、通过应用带过充和短路保护的电池盖板，能够降低电芯对一致性的要求，在多个电芯串并联的情况下，也可以通过过充测试；
2、带过充和短路保护的电池盖板的抗腐蚀能力强；
3、安装有带过充和短路保护的电池盖板的电芯的过流性能好。
综上所述，与现有技术相比较，本发明提供的一种带过充和短路保护的电池盖板及其应用的电池电芯，其能够降低对电芯一致性的要求，有效对锂离子动力电池电芯进行安全防护，以及对由多个锂离子动力电池电芯串联或并联组成的电池模组进行安全防护，进而提高用户对电池产品的使用感受，具有重大的生产实践意义。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种带过充和短路保护的电池盖板，其特征在于，包括横向分布的电池盖板底板(1)，所述电池盖板底板(1)的左右两端上表面分别具有第一凹槽(11)和第二凹槽(12)；
所述第一凹槽(11)内设置有矩形的、中空的正极胶垫(6)，所述正极胶垫(6)内放置有正极压板(2)，所述正极压板(2)与所述第一凹槽(11)顶面相接触；
所述电池盖板底板(1)的正下方设置有横向分布的上垫片(13)；
所述电池盖板底板(1)和上垫片(13)的左右两端上下对齐；
所述上垫片(13)的左端、电池盖板底板(1)的左端、正极胶垫(6)和正极压板(2)通过一个正极铆钉(4)铆合在一起；
所述第二凹槽(12)内设置有矩形的、非中空的负极绝缘胶垫(7)；
所述负极绝缘胶垫(7)内放置有负极压板(3)；
所述上垫片(13)的右端、电池盖板底板(1)的右端、负极绝缘胶垫(7)和负极压板(3)通过一个负极铆钉(5)铆合在一起；
第一凹槽(11)的右端开有一个压力膜片焊接孔(100)，所述压力膜片焊接孔(100)上焊接有压力膜片(10)；
所述上垫片(13)的左端在压力膜片(10)的正下方位置，开有压力膜片导通孔(101)；
压力膜片(10)的底部通过压力膜片导通孔(101)后，与正极铆钉(4)的顶面相接触压紧。
2.如权利要求1所述的带过充和短路保护的电池盖板，其特征在于，电池盖板底板(1)的左端通过注塑方式连接有一个中空的正极密封圈(8)；
第一凹槽(11)的左端开有第一正极密封圈容纳孔(81)，正极密封圈(8)的上端嵌入到第一正极密封圈容纳孔(81)中；
上垫片(13)的左端在第一正极密封圈容纳孔(81)的正下方，开有第二正极密封圈容纳孔(82)；
正极密封圈(8)的下端嵌入到第二正极密封圈容纳孔(82)中。
3.如权利要求2所述的带过充和短路保护的电池盖板，其特征在于，所述正极铆钉(4)包括正极钉体(41)和正极钉芯(42)；
所述正极钉芯(42)垂直设置于所述正极钉体(41)的左端顶部；
所述正极钉芯(42)插入到正极密封圈(8)中；
所述正极钉芯(42)从下往上贯穿位于上垫片(13)和电池盖板底板(1)内的正极密封圈(8)后，与正极压板(2)的顶面铆合在一起。
4.如权利要求3所述的带过充和短路保护的电池盖板，其特征在于，正极铆钉(4)的正极钉芯(42)和正极压板(2)的顶面铆合后，还进行光纤激光焊焊接。
5.如权利要求1所述的带过充和短路保护的电池盖板，其特征在于，电池盖板底板(1)的右端通过注塑方式连接有一个中空的负极密封圈(9)；
第二凹槽(11)的左端开有第一负极密封圈容纳孔(91)，负极密封圈(9)的上端嵌入到第一负极密封圈容纳孔(91)中；
上垫片(13)的右端在第一负极密封圈容纳孔(91)的正下方，开有第二负极密封圈容纳孔(92)；
负极密封圈(9)的下端嵌入到第二负极密封圈容纳孔(92)中。
6.如权利要求5所述的带过充和短路保护的电池盖板，其特征在于，所述负极铆钉(5)包括负极钉体(51)和负极钉芯(52)；
所述负极钉芯(52)垂直设置于所述负极钉体(51)的左端顶部；
所述负极钉芯(52)插入到负极密封圈(9)中；
所述负极钉芯(52)从下往上贯穿位于上垫片(13)和电池盖板底板(1)内的负极密封圈(9)后，与负极压板(3)的顶面铆合在一起。
7.如权利要求6所述的带过充和短路保护的电池盖板，其特征在于，所负极铆钉(5)的负极钉芯(52)和负极压板(3)的顶面铆合后，还进行光纤激光焊焊接。
8.一种电池电芯，其特征在于，包括权利要求1-7任一项所述的电池盖板；
以及包括电池极组(20)，所述电池极组(20)的顶部左右两端分别具有正极耳(21)和负极耳(22)；
正极耳(21)和负极耳(22)分别与正极铆钉(4)和负极铆钉(5)相连接。
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- 2019-02-28 CN CN201910148410.3A patent/CN109950431A/zh active Pending
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