CN101315989A - 模块电池 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种模块电池，是一种新型动力电池，属于动力电池技术领域，本发明主要特点是在密封壳体内设置正极组、负极组和其之间由正、负极的导电体连接构成的极板组以及密封外壳一边的安全装置构成，本发明体积小，重量轻，可降低制造成本，适合大电流充、放电，充电效率得到很大提高，使用寿命大大延长，本发明由于是整体、平板结构，在组成高电压电池组时，通过传热快的金属板将电池热量传递到外部的梳状金属散热板上，本发明使电池组具有更高的可靠性和更高的耐振动、抗冲击能力，可以应用在更严酷的环境中。

Description

模块电池
技术领域
本发明涉及一种模块电池，是一种新型动力电池，属于动力电池技术领域。
背景技术
由于可充电电池单体电压比较低，单体电压最高的锂离子电池才3.6V，铅酸电池2.0V，镍氢电池和镍镉电池1.2V，因此使用时都需要串联组合使用。例如组成一个12V电池组，铅酸电池组是用6格采用内部穿壁焊接的方法组成。铅酸电池导电体使用的是熔点很低的铅，因此采用内部穿壁焊接的方法是一种简单实用的方法，但组成的电池组体积仍然很庞大。如果要组成12V镍氢或镍镉电池组就比铅酸电池组合方式要复杂得多。镍氢或镍镉电池导电体是熔点高达1000℃以上的金属，如果使用内部穿壁焊接的方法，焊接产生的热量必然将内部绝缘隔壁熔化，导致电池内部短路，所以不能采用内部穿壁焊接的方法来组成电池组，只能采用先制作成单体电池，再用外部连接的方法来组成电池组。如一个12V镍氢电池组，需由10只镍氢单体电池和其若干件绝缘通风散热板、连接条、极柱螺母、极柱平垫圈、极柱弹簧垫圈、夹板、拉条、螺母、平垫圈、弹簧垫圈。这种组成电池组的方式存在着零件数量多、重量重、体积大、接触电阻大、成本高、可靠性差的缺陷。在电动车上使用的电池组一般都在144V以上，有的高达360V，组成144V电池组需要使用120只单体电池，组成电池组的外部零件就有1600多个，接触点就有240个，每个接触点产生的接触电阻按1.0mΩ计算，144V电池组产生的接触电阻就达到：1.0×240＝240.0(mΩ)＝0.24Ω，假如电池组放电电流达到150.0A以上时，接触电阻产生的电压降达到：150.0×0.24＝36.0(V)，以致大电流放电时电压下降很快，放电电流更大时接触电阻产生的压降更大。这就是一些电池测试单体电池时可以以很大倍率放电，但组成电池组后的放电倍率远远低于单体电池的放电倍率，组合的电池只数越多，这个矛盾越突出。为解决这个问题一般采用加大电池容量的办法，即大马拉小车的办法，这种办法虽然解决了电池组使用性问题，由于零件太多可靠性较低的问题无法解决，用大马拉小车的办法增大了使用成本和电池组重量，造成电池组整体性能和性价比下降。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的缺陷，提供结构简单、体积小、重量轻、成本低、不用组合就可以获得较高电压的模块电池，即不用单体电池组合成电池组而是直接制造成“电池组”，可以省去大量的用于组合电池组的零部件，大大减小接触电阻，并可以避免按现有技术生产的电池组在极柱与极板连接处由于电流密度过大而引起局部高温和电池极化加剧的现象发生，电池内阻可以大大减小，可以使电池能够以更大的电流充电和更大的电流放电，电池的使用效能大大提高，电池也能够在更高的环境温度中使用。
本发明的的目的是通过以下技术方案实现的，一种模块电池，包括正电极、负电极，电池内的电解液，其特征是所述模块电池具有密封外壳，正电极穿过密封外壳连接由并联的N片正极组成的正极组，负电极穿过密封外壳连接由并联的N加一片负极组成的负极组，正极组与负极组之间依次及依层摆放极板组，正极组、极板组中的正极包裹隔膜，密封外壳一边凸起部内设置安全装置。
密封外壳由耐碱绝缘材料制成的底板槽和盖板构成。
极板组包括一片正极的导电体与一片负极的导电体焊接在一起和一片正极的导电体并焊二片负极的导电体两种结构，焊接部位的两面涂刷耐碱密封胶。
极板组由一片正极的导电体并焊二片负极的导电体时，二片负极平行间距。
密封外壳与极板组涂刷的耐碱密封胶构成若干绝缘密封腔。
每个绝缘密封腔内的电极按负极、正极排列，最外层的电极为负极。
安全装置由密封外壳内的排气口及压盖在排气口上的密封垫和密封垫一侧的弹性件构成。
本发明与现有技术相比具有如下优点：1)极板组中的正极与负极直接相连，省去了单体电池组合成电池组时必须使用的连接片、锁紧连接片的螺母、螺母垫圈、弹簧垫圈、绝缘通风散热板等零件，体积小，重量轻；2)极板组中的正极与负极的导电宽度与极板宽度基本一致，因此导电截面大，而且长度短，正极、负极上电流密度分布均匀，正极和负极横向和纵向温度分布也均匀一致，不会出现因局部流过的电流过大导致发热严重，熔化隔膜引起短路，减少故障的发生；极板导电截面增大、长度缩短，欧姆电阻大幅度减小，且流过导电体的电流密度也大幅度减小，避免了现有技术因极板导电体宽度窄，使极板与导电体连接处电流密度过大，导致电池极化增大，充电效率下降，电池内部发热，使活性物质氧化加剧，电池使用寿命缩短，严重时会熔化隔膜，造成电池短路现象发生，使电池更加适合大电流充、放电，且充电效率得到很大提高，使用寿命也大大延长；3)结构大大简化，比现有技术的单体电池结构简单，省去了原来单体电池中的绝缘侧板、金属外壳、上盖板、密封圈、极柱防转结构、绝缘上盖和导电极柱；4)组成电池组可以节省约25％以上的制造成本；5)传统电池组是采用在单体电池之间加入绝缘散热板，利用空气对流散热的方式将电池产生的热量散发到大气中去，使得电池组结构复杂、体积庞大，而且电池组进风一侧温度低，出风一侧温度高，中间电池温度高，两边电池温度低，造成电池性能提前衰减和性能一致性下降，电池组寿命缩短。本发明由于是整体、平板结构，在组成高电压电池组时，在电池模块中间加入传热快的金属板，将电池热量用传导的方式传递到外部的梳状金属散热板上。将电池组6个面都用梳状金属散热板与导热板密封并固定在一起形成一个整体，既可以将电池的热量散发到空气中去又可以防止水、灰尘进入电池组，即使将电池组完全浸入水中也不会发生短路，使电池组具有更高的可靠性和更高的耐振动、抗冲击能力，可以应用在更严酷的环境中。
附图说明
图1为本发明中极板组一片正极与一片负极连接结构示意图；
图2为本发明中极板组一片正极并焊二片负极结构示意图；
图3为本发明6V模块电池结构示意图；
图4为图3的C-C向剖视顺时针旋转90°后的结构示意图；
图5为本发明组成36V电池组的结构示意图；
图中，1底板槽，2正极组，3负极组，4隔膜，5正电极，6负电极，7排气口，8电解液，9弹性件，10密封垫，11密封胶，12导热板，13梳状金属散热板，14极板组，15盖板，16极板组，17正极，18负极。
具体实施方式
结合附图和实施例进一步说明本发明，如图3所示，本发明由密封壳体、正极组2、负极组3、隔膜4、正电极5、负电极6、极板组14、极板组16、充填在密封壳体内的电解液8以及密封外壳一边凸起部内设置的安全装置构成；正电极5穿过密封外壳的底板槽1连接由并联的N片正极组成的正极组2，负电极6穿过密封外壳的底板槽1连接由并联的N加一片负极组成的负极组3，正极组2与负极组3之间依次及依层摆放极板组14、极板组16，正极组2、极板组14、极板组16中的正极17包裹隔膜4；密封外壳由耐碱绝缘材料制成的底板槽1和盖板15构成。
如图1所示，极板组14由一片正极17与一片负极18的导电体焊接在一起，焊接部位两面涂刷耐碱密封胶11，如图2所示，极板组16由一片正极17并焊二片平行间距的负极18的导电体，焊接部位两面涂刷耐碱密封胶11；正极17由正极导电骨架、正极活性物质、正极添加剂等物质构成；负极18由负极导电骨架、负极活性物质和负极添加剂等物质构成。
如图3所示，密封外壳的底板槽1和盖板15与极板组的密封胶11构成了一格一格的密封腔，每格密封腔就相当于一个1.2V的电池，图3中的每个虚线框就是一个密封腔，密封外壳保证在电池每一格之间是密封和绝缘的，即保证电池每格密封腔中的带电离子是不能迁移到另一格密封腔去的，电子是不能从密封壳体通过的，只能从正极17和负极18的连接处通过到达电池的另一格密封腔。
如图4所示，在密封外壳底板槽1的一边设置防止电池因内部气压升高而爆裂的安全装置，安全装置由密封外壳内的排气口7及压盖在排气口7上的密封垫10和密封垫10一侧的弹性件9构成。
如图3所示，按照一定顺序将正极组2、负极组3、极板组14、极板组16摆放到电池密封外壳的底板槽1中，先摆放右边的负极组3，再将如图1所示的极板组14的正极17一端插入负极组3两片负极之间，再依次摆放如图1所示的极板组14，摆放过程中保证负极在正极17下面，摆放到最左边时摆放正极组2，重复上述过程，最后摆放如图2所示的极板组16。摆放过程中所用的全部正极17每一片都要用隔膜4包裹起来，使正极17与负极18隔离。极板摆放完毕后用盖板15将摆放好的极板密封并固定起来。
如图4所示，从安全装置的排气口7注入电解液8，然后放上密封垫10和弹性件9，模块电池就装配完毕，再经过充放电活化模块电池就生产出来了。
如图5所示，将本发明组成电池组时，若干模块电池置于封闭的梳状金属散热板13内，两相邻的模块电池之间设置导热板12，导热板12与梳状金属散热板13固定形成整体，若干模块电池串联。

Claims (7)

1、一种模块电池，包括正电极、负电极，电池内的电解液，其特征是所述模块电池具有密封外壳，正电极穿过密封外壳连接由并联的N片正极组成的正极组，负电极穿过密封外壳连接由并联的N加一片负极组成的负极组，正极组与负极组之间依次及依层摆放极板组，正极组、极板组中的正极包裹隔膜，密封外壳一边凸起部内设置安全装置。
2、根据权利要求1所述的模块电池，其特征是密封外壳由耐碱绝缘材料制成的底板槽和盖板构成。
3、根据权利要求1所述的模块电池，其特征是极板组包括一片正极的导电体与一片负极的导电体焊接在一起和一片正极的导电体并焊二片负极的导电体两种结构，焊接部位的两面涂刷耐碱密封胶。
4、根据权利要求1或3所述的模块电池，其特征是极板组由一片正极的导电体并焊二片负极的导电体时，二片负极平行间距。
5、根据权利要求1或3所述的模块电池，其特征是密封外壳与极板组涂刷的耐碱密封胶构成若干绝缘密封腔。
6、根据权利要求5所述的模块电池，其特征是每个绝缘密封腔内的电极按负极、正极排列，最外层的电极为负极。
7、根据权利要求1所述的模块电池，其特征是安全装置由密封外壳内的排气口及压盖在排气口上的密封垫和密封垫一侧的弹性件构成。
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