CN101587965A - 一种内连接方形塑壳蓄电池 - Google Patents

Abstract

一种内连接方形塑壳蓄电池，包括设有密封塑料盖的方形塑料壳体和由矩形极板叠片组装而成的单体电池内芯，单体电池内芯的正、负极极耳分别位于该单体电池内芯的相对两侧；塑料壳体内设有由塑料隔板分隔的至少二个内芯室，各内芯室中分别置有单体电池内芯并注入电解液；密封塑料盖内顶面设有多个进气嘴且每个进气嘴对应一个内芯室，各进气嘴经该盖体中的气流通道同盖体顶部的安全阀进气口连通；各单体电池内芯通过内部的密封连接器串联而成。它改进了需高电压输出电池外部串联引起的连接复杂、可靠性差的缺点，降低了连接处接触电阻，提高了电池大电流输出能力，单体内芯结构提高了材料利用率和减低了大电流放电时的极化，提高了电池整体性能。

Description

一种内连接方形塑壳蓄电池

技术领域

本发明涉及电池领域，进一步指采用内部连接方式构成的方形塑料壳体密封蓄电池。

背景技术

随着全球石油资源的逐步枯竭以及环境污染、尤其是大气污染的越来越严重，近年来全球各国政府及大型汽车制作公司均投入大量的财力、物力和人力开发既能节约石油又能减少大气污染物的电动汽车，尤其对混合动力汽车的技术开发更为重视。

开发电动汽车的关键技术是高性能、高可靠性、低成本的蓄电池的开发。由于单只蓄电池的电压等级通常较低，因此电池用在电动汽车上必然采取单体电池之间相互串联的方式使得整个电池系统达到一定的电压等级，如目前国内长安汽车公司开发的混合动力乘用车的电池系统电压等级为144V，相应的需要120只1.2V的镍氢动力电池或者40只3.6V的锂离子电池串联构成。对于方形电池的串联而言，由于便于维护，通常采用带有螺栓的外部连接方式连接单体。大量的此方式外部连接必然引起如下几个问题：

(1)增加了电池系统制作的复杂性：电池之间的串联目前基本无法实现自动法操作，因此增加了系统集成的难度；

(2)增加了电池系统的不安全性：大量的外部连接使得整个系统出现因相邻两极柱之间电压过高而引起事故的几率增加，如因电解液的少量泄露而在两高电压极柱之间发生电离反应，从而引起电池系统未工作而放电，严重时可能引起燃烧等事故；

(3)增加了电池系统的电阻：由于金属之间的机械连接通常存在较大的电子电阻，大量的外部连接使得电池系统外部电阻增加，从而降低电池系统的输出功率，这对混合动力汽车尤为不利；同时，较大的外部电阻会在使用过程中产生较大的热量，从而影响整个系统的正常使用，严重时可能发生火灾等事故；

(4)增加了电池系统的制作成本：由于需要满足能够承受一定的电流通过，单体电池串联通常采用金属材料进行连接；由于汽车零部件本身的高要求，用于串联连接的金属通常是贵金属铜(表面镀镍)或是直接采用纯镍，因此大量的外部连接必然使这些贵金属材料的用量大大增加，从而不可避免的增加了电池系统的制作成本。

为了很好的解决上述现有的问题，必须从电池本身的设计出发来减少外部的大量的连接，因此研制新的电池设计结构是必要的技术措施。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，针对现有电池设计技术存在的种种缺陷，提出一种内部连接方式的方形塑壳蓄电池，它可减少电池系统的外部连接，提高电池系统的稳定性、安全性，降低电池系统制作成本。

本发明的技术解决方案是，所述内连接方形塑壳蓄电池包括含有多个内芯室(至少2个)的方形塑料壳体和由矩形极板叠片组装而成的单体电池内芯，所述塑料壳体设有密封塑料盖，其结构特点是，所述单体电池内芯的正极极耳和负极极耳分别位于该单体电池内芯的相对两侧，所述塑料壳体内腔设有由塑料隔板分隔的至少两个内芯室，各内芯室中分别置有所述单体电池内芯并注入电解液；密封塑料盖的内顶面设有多个进气嘴且每个进气嘴对应一个内芯室，所述各进气嘴经该盖体中的气流通道同盖体顶部的安全阀进气口连通；所述塑料壳体的两端分别装有正极电流输出端和负极电流输出端；所述各塑料隔板顶部的开口槽中装有与该开口槽各槽边成密封连接的密封导电连接器；所述塑料壳体一端的第一个内芯室中单体电池内芯的正极极耳的顶部延伸端经一汇流柱同所述正极电流输出端连接，该塑料壳体另一端的最后一个内芯室中单体电池内芯的负极极耳的顶部延伸端经另一汇流柱同所述负极电流输出端连接；对于所述塑料壳体内的各单体电池内芯，一个单体电池内芯正极极耳的顶部延伸端与相邻单体电池内芯负极极耳的顶部延伸端用该两单体电池内芯所在内芯室之间塑料隔板上的密封导电连接器相连接而由此组成所述塑料壳体内各单体电池内芯的串联。

以下对本发明做出进一步说明。

本发明的技术原理是，对于常规电池系统而言，如前所述，通常采用外部连接方式对电池进行串联以增加电池的输出电压，所引起的问题是大量的外部连接不仅增加制作成本，同时提高了电池系统的不可靠性；而且传统方形单体电池的正、负极极耳基本集中在电池内芯的同侧，这对于需要大电流放电的电池的电流密度分布以及散热极为不利；本发明采用了申请人研发并获得发明专利权(授权公告号CN100411236C)的“一种用平板电极叠片制作的方形蓄电池”的电池内芯结构方式，将正、负极极耳分别分布在电池内芯的相对两侧，不仅可以使极板上的电流分布更加均匀，降低了大电流放电引起的极化，同时也更有利于电池内芯的散热，避免了传统将极耳集中分布在电池内芯上端所引起的极耳处大量发热而使隔膜烧损导致电池短路的现象，提高了电池的可靠性，成功解决了上述的传统内芯结构的不足；其次，为了减少传统高电压电池系统大量的外部连接，本发明采用内部连接以提高电池系统的稳定性、安全性和降低电池系统制作成本。由于在内部连接电池中，既要保证内部相邻的两个电池内芯极性相反的极耳有效的连接，同时需要内部连接部分充分密封以保证内部连接电池各单个电池内芯在使用过程中的一致性和有效的电压输出能力；为了解决这些问题，本发明采用了与所述塑料隔板密封连接且本身也是密封件的密封导电连接器，它具有良好的导电连接性能和密封性能，以及必要的机械强度；再者，本发明采用了气流通道结构，使每个内芯室中气体连通，平衡其内压，并且由于气孔在电池密封盖上中间部位且直径较小，在电池正常使用情况下不会导致电解液互流的现象，各个电池内芯室通过密封盖的气流通道与安全阀连接，多个电池内芯室只需一个安全阀即可；当电池内部压力过大超过一定值时，该安全阀可以自动开启泄压，而当电池内部压力回落至正常范围后，所述安全阀能自动关闭，从而使得电池内压力在正常范围，保证电池的正常工作。

以目前在混合动力汽车上应用前景最好的方形金属氢化物镍蓄电池(简称镍氢电池)为例，按照本发明所述结构制作含三单体电池内芯的内部连接方形塑壳镍氢蓄电池，正、负极极板的规格为3.5cm×6cm，单个电池内芯的容量为6Ah；以极板的长边为极耳焊接部位焊接条状金属极耳，将正、负极极板采用叠片方式组装成单体电池内芯之后，把三个电池内芯的正、负极极耳按照要求焊接在密封导电连接器的极耳连接台阶上并同时将三个电池内芯插入含有三个内芯室的的塑料壳体中，使密封导电连接器与塑料隔板开口槽采用密封胶有效的密封，用螺杆紧固两电流输出端；于每个内芯室中注入相同量的氢氧化钾电解液，然后将带有一个安全阀的密封塑料盖焊接在塑料壳体上端口，即完成了含有三单体电池内芯的内部连接方形镍氢动力电池的组装工作(两端输出标称电压3.6V)。电池组装完成后，将所制作的电池进行活化，然后进行常温大电流放电性能测试。采用6A电流充电6Ah容量(即充电1小时)，常温静止1h，分别采用15C、20C、25C和30C放电至2.1V，其不同倍率下的放电曲线见图8所示。从图中可知，按照本发明制作的内部连接方形镍氢动力蓄电池具有较好的大电流放电性能，放电电压平台较高，且在大电流条件下的放电效率也很好，即使在30C(即180A)电流下的放电效率也达到了90％以上，这说明本发明所述电池产品具有较好的大电流输出能力。

由上可知，本发明为一种内连接方形塑壳蓄电池，它在电池壳体内部通过将相邻两单体电池内芯的正、负极极耳连接在一起而实现各单体电池内芯的串联，并充分保证连接处的密封，从而大大地减少了需要高输出电压的电池系统的外部连接，降低了电池连接的金属电阻，从而提高电池的大电流放电能力和功率输出能力，提高了电池系统的安全可靠性能；同时本发明的内部连接蓄电池共用同一个安全阀，且内部各个单体电池之间有可供气体通过的气孔，使得电池在使用过程中各个单体内芯室之间压力一致，提高了电池使用过程中单体内芯之间的一致性，提高电池使用可靠性，大大地降低了电池系统的制作成本。

附图说明

图1是本发明采用三个单体电池内芯的实施例内部连接结构示意图；

图2是图1所示电池产品的外壳结构示意图；

图3是图1所示电池产品中的密封导电连接器的一种实施例结构示意图；

图4是图3所示密封导电连接器中第一汇流柱的立体结构示意图；

图5是图3所示密封导电连接器中第二汇流柱的立体结构示意图；

图6是图3所示密封导电连接器的中间连接塑料板的立体结构示意图；

图7是本发明的正极电流输出端和负极电流输出端实施例结构示意图；

图8是本发明的6Ah电池产品在常温下不同倍率放电曲线(其中充电：6Ah充电1h；放电：分别用90A、120A、150A、180A放电至2.1V)。

在图中：

1-塑料壳体，      2-负极极耳，       3-矩形极板(正极或负极极板)，

4-正极极耳，      5-塑料隔板，       6-密封垫，

7-正极电流输出端，8-密封塑料盖，     9-第一汇流柱，

10-紧固螺钉，     11-气流通道，      12-第二汇流柱，

13-连接塑料板，   14-安全阀，        15-负极电流输出端，

16-内芯室，       17-进气嘴，        18-开口槽，

19-输出端定位槽， 20-输出端定位圆孔，21-插接槽，

22-极耳连接台阶， 23-密封定位台阶，  24-圆孔，

25-圆柱，         26-带内螺纹圆孔，  27-定位槽，

28-圆孔，         29-内螺纹圆孔，    30-圆孔，

31-输出端本体。

具体实施方式

下面以制作含有三个单体电池内芯的方形塑壳蓄电池为例对本发明作出具体说明。

参见图1，本发明的内连接方形塑壳蓄电池包括方形的塑料壳体1和由矩形极板3叠片组装而成的单体电池内芯，所述塑料壳体设有密封塑料盖8，所述单体电池内芯的正极极耳4和负极极耳2分别位于该单体电池内芯的相对两侧；如图1和图2所示，所述塑料壳体1内腔设有由塑料隔板5分隔的三个内芯室16，各内芯室16中分别置有所述单体电池内芯并注入电解液；密封塑料盖8的内顶面设有三个进气嘴17且每个进气嘴17对应一个内芯室16，所述各进气嘴17经该盖体中的气流通道11同盖体顶部的安全阀14进气口连通；所述塑料壳体1的两端分别装有正极电流输出端7和负极电流输出端15；所述各塑料隔板5顶部的开口槽18中装有与该开口槽18各槽边成密封连接的密封导电连接器；所述塑料壳体一端的第一个内芯室中单体电池内芯的正极极耳4的顶部延伸端经一只第一汇流柱9同所述正极电流输出端7连接，该塑料壳体1另一端的最后一个内芯室中单体电池内芯的负极极耳2的顶部延伸端经另一个第一汇流柱9同所述负极电流输出端15连接；对于所述塑料壳体1内的各单体电池内芯，一个单体电池内芯正极极耳4的顶部延伸端与相邻单体电池内芯负极极耳2的顶部延伸端用该两单体电池内芯所在内芯室之间塑料隔板5上的密封导电连接器相连接而由此组成所述塑料壳体内各单体电池内芯的串联。

如图1至图3所示，所述密封导电连接器的一种组成与安装结构是，图6所示连接塑料板13的两侧和底部均有插接槽21同塑料隔板5顶部开口槽18两侧与底部槽边对应插接并于插接部位涂密封胶；该连接塑料板13的两面各有对应设置的定位槽27且其中部有贯通的圆孔28；图5所示第二汇流柱12由密封定位台阶23和分别位于该密封定位台阶两侧的极耳连接台阶22以及带内螺纹圆孔26的圆柱25构成，图4所示第一汇流柱9由密封定位台阶23和其一侧的极耳连接台阶22构成且该密封定位台阶23中部开有贯通的圆孔24；第二汇流柱12的密封定位台阶23装在所述连接塑料板13一面的定位槽27中且圆柱25位于圆孔28中，并于该第二汇流柱12的密封定位台阶23与连接塑料板13之间安装密封垫6；第一汇流柱9的密封定位台阶23装在所述连接塑料板13另一面的定位槽27中且在该第一汇流柱9的密封定位台阶23与连接塑料板13之间安装另一密封垫6；紧固螺钉10穿过第一汇流柱9的圆孔24并同第二汇流柱12的带内螺纹圆孔26连接；拧紧该紧固螺钉10就使第一汇流柱9与第二汇流柱12组成可靠的密封导电连接；由此组成密封导电连接器并使其同所述塑料隔板也成密封连接。实际使用时，第一汇流柱9和第二汇流柱12的极耳连接台阶22分别与其下方的对应极耳(正极极耳或负极极耳)的所述顶部延伸端可靠接触而成导电连接(参见图1)。

本发明中，制作所述单体电池内芯而进行正、负极极板叠片时，可预先将正极板装入用电池隔膜材料制作的隔膜袋中，然后将带有隔膜的正极极板与负极极板交替叠片制作成电池内芯；也可以采取在正、负极极板之间插入单片隔膜的方式使正、负极之间失去电子传导；还可以采用本专利申请人研发并申请的发明专利(公开号CN101364638)“一种方形蓄电池两侧集流内芯的隔膜隔离方法”的结构方式组成电池内芯。在叠片过程中需要使正、负极条状极耳分别集中位于电池内芯相对两侧端；电池内芯组装完成之后，将电池内芯上端的正极极耳集中连接于图3所示的密封导电连接器一侧汇流柱的极耳连接台阶上，负极极耳则集中连接于图3所示的密封导电连接器的相对侧汇流柱的极耳连接台阶上；所述极耳(正极极耳或负极极耳)与对应极耳连接台阶的连接可以采用焊接或螺栓连接。

本发明中，图1所示电池两端的正极电流输出端7和负极电流输出端15的构成与安装结构是，图7中正极电流输出端7或负极电流输出端15的输出端本体31下部置于塑料外壳1外端面上部的输出端定位槽19中并将该输出端本体31下部一侧有内螺纹圆孔29的圆形台阶放入所述输出端定位槽19中贯通的输出端定位圆孔20内，于塑料外壳1端面内侧对应位置安装第一汇流柱9并用螺钉10穿过该第一汇流柱9的圆孔24后同输出端本体31下部一侧的内螺纹圆孔29连接，在第一汇流柱9与塑料外壳1端面内侧之间设有密封垫6。

所述密封塑料盖8与电池壳体1之间可焊接或者用密封胶连接，保证电池有效的密封。

Claims (3)

1、一种内连接方形塑壳蓄电池，包括方形的塑料壳体(1)和由矩形极板(3)叠片组装而成的单体电池内芯，所述塑料壳体设有密封塑料盖(8)，其特征是，所述单体电池内芯的正极极耳(4)和负极极耳(2)分别位于该单体电池内芯的相对两侧；所述塑料壳体(1)内腔设有由塑料隔板(5)分隔的至少二个内芯室(16)，各内芯室(16)中分别置有所述单体电池内芯并注入电解液；密封塑料盖(8)的内顶面设有多个进气嘴(17)且每个进气嘴(17)对应一个内芯室(16)，所述各进气嘴(17)经该盖体中的气流通道(11)同盖体顶部的安全阀(14)进气口连通；所述塑料壳体1的两端分别装有正极电流输出端(7)和负极电流输出端(15)；所述各塑料隔板(5)顶部的开口槽(18)中装有与该开口槽(18)各槽边成密封连接的密封导电连接器；所述塑料壳体一端的第一个内芯室中单体电池内芯的正极极耳(4)的顶部延伸端经一只第一汇流柱(9)同所述正极电流输出端(7)连接，该塑料壳体1另一端的最后一个内芯室中单体电池内芯的负极极耳(2)的顶部延伸端经另一个第一汇流柱(9)同所述负极电流输出端(15)连接；对于所述塑料壳体(1)内的各单体电池内芯，一个单体电池内芯正极极耳(4)的顶部延伸端与相邻单体电池内芯负极极耳(2)的顶部延伸端用该两单体电池内芯所在内芯室之间塑料隔板(5)上的密封导电连接器相连接而由此组成所述塑料壳体内各单体电池内芯的串联。

2、根据权利要求1所述内连接方形塑壳蓄电池，其特征是，所述密封导电连接器的一种组成与安装结构为，连接塑料板(13)的两侧和底部均有插接槽(21)同塑料隔板(5)顶部开口槽(18)两侧与底部槽边对应插接并于插接部位涂密封胶；该连接塑料板(13)的两面各有对应设置的定位槽(27)且其中部有贯通的圆孔(28)；第二汇流柱(12)由密封定位台阶(23)和分别位于该密封定位台阶两侧的极耳连接台阶(22)以及带内螺纹圆孔(26)的圆柱(25)构成，第一汇流柱(9)由密封定位台阶(23)和其一侧的极耳连接台阶(22)构成且该密封定位台阶(23)中部开有贯通的圆孔(24)；第二汇流柱(12)的密封定位台阶(23)装在所述连接塑料板(13)一面的定位槽(27)中且圆柱(25)位于圆孔(28)中，并于该第二汇流柱(12)的密封定位台阶(23)连接塑料板(13)之间安装密封垫(6)；第一汇流柱(9)的密封定位台阶(23)装在所述连接塑料板(13)另一面的定位槽(27)中且在该第一汇流柱(9)的密封定位台阶(23)与连接塑料板(13)之间安装另一密封垫(6)；紧固螺钉(10)穿过第一汇流柱(9)的圆孔(24)并同第二汇流柱(12)的带内螺纹圆孔(26)连接。

3、根据权利要求1所述内连接方形塑壳蓄电池，其特征是，所述正极电流输出端(7)或负极电流输出端(15)的构成与安装结构为，正极电流输出端(7)或负极电流输出端(15)的输出端本体(31)下部置于塑料外壳(1)外端面上部的输出端定位槽(19)中并将该输出端本体(31)下部一侧有内螺纹圆孔(29)的圆形台阶放入所述输出端定位槽(19)中贯通的输出端定位圆孔(20)内，于塑料外壳(1)端面内侧对应位置安装第一汇流柱(9)并用螺钉(10)穿过该第一汇流柱(9)的圆孔(24)后同输出端本体(31)下部一侧的内螺纹圆孔(29)连接，在第一汇流柱(9)与塑料外壳(1)端面内侧之间设有密封垫(6)。

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