CN101826611A - 可再充电电池及其模块 - Google Patents

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Abstract

一种适于防止或减小过充电的可再充电电池及其模块。该可再充电电池包括：容纳电极组件的壳体；与所述壳体联接并密封所述壳体的开口的盖板；与所述电极组件的第一电极连接并与所述壳体电连接的第一电极端子；与所述电极组件的第二电极连接并在所述壳体内的压力小于阈值压力时与所述壳体电绝缘的第二电极端子；以及包括与所述第二电极端子相连的短路构件的短路单元，当所述壳体内的压力等于或大于所述阈值压力时，所述短路单元适于通过使所述壳体的一部分膨胀以接触所述短路构件而使所述第二电极端子与所述壳体短路。

Description

可再充电电池及其模块
技术领域
本发明的各个实施例涉及一种可再充电电池及其模块，具体而言，涉及能够防止或减小过充电的可再充电电池及其模块。
背景技术
大容量可再充电电池可用作驱动电动车或混合电动车(HEV)的马达的电源。大容量可再充电电池典型地提供有由一些单元电池组成的多个可再充电电池，并通过将所述单元电池彼此串联连接而形成。
大容量可再充电电池可具有圆形或棱柱形形状。棱柱形形状通常比圆形形状提供更好的热辐射性能。因此，棱柱形形状在阻止过充电的可靠性方面比圆形形状更有利。因此，圆形可再充电电池典型地提供有用于在过充电时中断电流的电流中断装置(CID)，而棱柱形可再充电电池典型地未被提供有CID。
然而，近来，由于在HEV、插电式混合电动车(PHEV)和电动车中采用的可再充电电池要求具有高容量，因而可再充电电池的尺寸会增大。在棱柱形形状的情况下，由于单元电池厚度的增大可在该单元电池的内外形成热辐射的差异，从而可能难以提供可靠的充电。
以上在该背景技术部分公开的信息仅用于增强对本发明背景的理解，因此其可包含对本国本领域技术人员已知但未构成现有技术的信息。
发明内容
本发明的各个实施例提供一种用于防止或减小过充电的可再充电电池及其模块。
本发明的各个实施例提供一种可再充电电池及其模块，用于在具有增大厚度的棱柱形可再充电电池中提供防止过充电的稳定性。
根据本发明的一个示例性实施例的可再充电电池，包括：容纳电极组件的壳体；与所述壳体联接并密封所述壳体的开口的盖板；与所述电极组件的第一电极连接并与所述壳体电连接的第一电极端子；与所述电极组件的第二电极连接并在所述壳体内的压力小于阈值压力时与所述壳体电绝缘的第二电极端子；以及包括与所述第二电极端子相连的短路构件的短路单元，当所述壳体内的压力等于或大于所述阈值压力时，所述短路单元适于通过使所述壳体的一部分膨胀以接触所述短路构件而使所述第二电极端子与所述壳体短路。所述壳体可具有棱柱六面体形状，并且所述短路单元可位于所述壳体的表面上。
所述壳体可包括：互相面对并各自均具有基本相同的第一面积的第一表面和第二表面；互相面对并位于所述第一表面与所述第二表面之间的第三表面和第四表面，所述第三表面和所述第四表面各自均具有基本相同的比所述第一面积小的第二面积；以及面对所述开口并具有与所述第三表面和所述第四表面的宽度基本相等的宽度的第五表面。所述短路单元可位于所述第三表面或所述第四表面上。所述可再充电电池可进一步包括位于所述壳体的除了之上具有所述短路单元的表面以外的外表面上的绝缘层。
所述第一表面或所述第二表面可沿第一方向延伸，并包括沿与所述第一方向相交的第二方向互相隔开的电池屏障，所述电池屏障之间限定用于使传热介质从中通过的至少一个流动通道。所述可再充电电池可进一步包括位于所述电池屏障的外表面上的绝缘层。
所述短路单元可包括膨胀诱导单元，该膨胀诱导单元包括所述壳体的所述部分，所述壳体的所述部分具有的厚度小于所述壳体的围绕所述部分的其他部分的厚度，并且所述短路构件可面对并能接触所述壳体的所述部分的外表面。
所述膨胀诱导单元在所述壳体的所述部分的内表面上可为凹形，并且所述短路构件可包括安装到所述第二电极端子上的安装部分以及面对并能接触所述膨胀诱导单元的短路端。所述短路构件可在所述安装部分与所述短路端之间弯曲，所述安装部分基本水平，并且所述短路端基本竖直。
所述短路单元可进一步包括与所述壳体连接并支撑所述短路端的支架，以及位于所述短路端与所述支架之间的绝缘构件。
所述第一电极端子可为正电极端子，并且所述第二电极端子可为负电极端子。
所述可再充电电池可包括：至少在所述盖板的外表面上的外绝缘体；以及在所述盖板的内表面上的内绝缘体，所述外绝缘体和所述内绝缘体可承接穿过其中的所述第一电极端子和所述第二电极端子的其中一个，并将所述第一电极端子和所述第二电极端子的所述其中一个与所述盖板电绝缘。
根据本发明另一实施例的可再充电电池模块，包括：彼此相邻的多个单元电池；以及将所述多个单元电池的各单元电池互相串联连接的至少一个汇流条，其中所述多个单元电池的单元电池包括：容纳电极组件的壳体；与所述壳体联接并密封所述壳体的开口的盖板；与所述电极组件的第一电极连接并与所述壳体电连接的第一电极端子；与所述电极组件的第二电极连接并在所述壳体内的压力小于阈值压力时与所述壳体电绝缘的第二电极端子；以及包括与所述第二电极端子相连的短路构件的短路单元，当所述壳体内的压力等于或大于所述阈值压力时，所述短路单元适于通过使所述壳体的一部分膨胀以接触所述短路构件而使所述第二电极端子与所述壳体短路。
这样，根据本发明的示例性实施例，一绝缘层位于壳体的外表面上，一个电极端子被电连接到所述壳体，并且一短路单元适于通过使所述壳体膨胀而将另一电极端子与所述壳体短路，由此防止或减小过充电。也就是，由于充电电流在连续充电而无电流中断时通过所述短路而被放电，因而可防止或减小电压和温度的增大。
附图说明
图1是根据本发明示例性实施例的可再充电电池模块的透视图。
图2A是图1的可再充电电池模块的单元电池在该可再充电电池模块的短路单元工作之前沿线II-II截取的剖面图。
图2B是图1的可再充电电池模块的单元电池在该可再充电电池模块的短路单元工作之后沿线II-II截取的剖面图。
图3是图1的可再充电电池模块的俯视图。
图4A是图1的可再充电电池模块的短路单元在工作之前的剖面图。
图4B是图1的可再充电电池模块的短路单元在工作之后的剖面图。
附图中表示一些元件的附图标记的说明
10：单元电池
100：可再充电电池模块
11、12：正电极端子和负电极端子
111、121：螺母
13：电极组件
14：壳体
141、142、143、144、145：壳体的第一至第五表面
146：电池屏障
147：流动通道
15：盖板
151：密封闭合件
152：排气部分
153：盖板上的端子孔
16、17：外绝缘体和内绝缘体
18：绝缘层
19：连接构件
20：汇流条
21：汇流条上的端子孔
31、32：正电极和负电极
31a、32a：未涂覆区域
33：隔板
34：集流构件
40：短路单元
41：膨胀诱导单元
42：短路构件
421：安装部分
422：短路端
43：支架
44：绝缘构件
T1、T2：第一和第二厚度
具体实施方式
下文中，本发明将参照示出本发明的示例性实施例的附图进行更充分地描述。本领域技术人员应意识到，所描述的实施例可被修改为各种方式，所有这些均不脱离本发明的精神或范围。因此，附图和说明书本质上应被视为示例性而非限制性的。相似的附图标记在整个申请文件中表示相似的元件。
图1是根据本发明的示例性实施例的可再充电电池模块的透视图。参见图1，根据一个示例性实施例的可再充电电池模块100包括彼此相邻按序设置的两个或多个单元电池10，以及将单元电池10彼此串联相连的一个或多个汇流条20。
汇流条20将其中一个单元电池10的正电极端子11与另外一个相邻的单元电池10的负电极端子12串联相连，以形成高输出的可再充电电池模块100。可再充电电池模块100的输出取决于彼此串联相连的单元电池10的数量。
图2A是可再充电电池模块100的其中一个单元电池10在该可再充电电池模块的短路单元工作之前沿图1的线II-II截取的剖面图，图2B是可再充电电池模块100的其中一个单元电池10在该可再充电电池模块的短路单元工作之后沿图1的线II-II截取的剖面图。图3是可再充电电池模块100的俯视图。参见图2A、图2B和图3，由单元电池10形成包括正电极端子11和负电极端子12的可再充电电池模块100。
在一个实施例中，每个单元电池10均包括：与正电极端子11和负电极端子12相连的电极组件13；容纳电极组件13并经由连接构件19(示于图2A中)与正电极端子11电连接的壳体14；覆盖形成在壳体14一侧的开口的盖板15；安装在盖板15的外表面上的外绝缘体16；以及安装在盖板15的内表面上的一个或多个内绝缘体17。
在一个实施例中，单元电池10进一步包括形成在壳体14的外表面上的绝缘层18。该绝缘层18可由附有绝缘材料的绝缘片或由涂覆有绝缘材料的绝缘涂覆层形成。单元电池10进一步包括被配置成通过使壳体14膨胀以将负电极端子12与壳体14短路的短路单元40，在这种情况下，壳体14的一部分在过充电条件下膨胀。
电极组件13可通过将正电极31和负电极32分别设置在隔板33的两个表面上并将正电极31、负电极32和隔板33一同卷绕而形成为胶卷形状。
正电极31和负电极32各自均可包括涂覆区域和未涂覆区域31a和32a，在涂覆区域由薄金属箔形成的集流体涂覆有活性物质，而在未涂覆区域31a和32a集流体未涂覆有活性物质。
未涂覆区域31a和32a沿正电极31和负电极32的纵向方向分别形成在正电极31和负电极32的侧端并位于彼此相对的侧端。未涂覆区域31a和32a分别通过相应的集流构件34被连接到正电极端子11和负电极端子12。
壳体14形成单元电池10的整个外部，并由诸如铝、铝合金或镀镍钢等导电金属制成。壳体14形成包容电极组件13的空间。例如，壳体14可具有棱柱六面体形状。
在一个实施例中，壳体14包括：一对第一和第二表面141和142(见图3)，其中每一个表面均具有基本相同的面积(例如由壳体14的长度和高度形成的面积)并彼此相对；一对第三和第四表面143和144，其中每一个表面均具有基本相同且比第一和第二表面141和142的面积小的面积(例如由壳体14的宽度和高度形成的面积)，并彼此相对位于第一和第二表面141和142之间的两侧；以及第五表面145，其位于第一和第二表面141和142之间的另一侧，并具有比第一和第二表面141和142的面积小的面积(例如由壳体14的长度和宽度形成的面积)。第五表面145形成与壳体14的开口相对的壳体14的一侧。
盖板15可由薄板形成，且被结合到形成在壳体14一侧的开口上并密封该开口。盖板15可具有电解质注入口(未示出)，用于将电解质注入被密封的壳体14的内部。
在注入电解质之后电解质注入口由密封闭合件151密封。盖板15可具有根据内部压力设定而切断的排气部分152，以防止单元电池10爆炸。
盖板15具有一对端子孔153，每个端子孔153承接贯穿其中的正电极端子11和负电极端子12的其中一个。正电极端子11和负电极端子12结合到盖板15上的端子孔153，以被连接到壳体14中的相应的集流构件34，并通过该集流构件34被连接到电极组件13。
在一个实施例中，外绝缘体16在盖板15外部被部分地插入负电极端子12的端子孔153，以使负电极端子12与盖板15电绝缘。也就是，外绝缘体16将负电极端子12与盖板15的外表面绝缘，同时，将负电极端子12与盖板15上的端子孔153的内表面绝缘。在外绝缘体16的示例性实施例中，对应于盖板15的外表面的部分和对应于端子孔153的内表面的部分被整体形成，但可替代地可各自单独形成(未示出)。
汇流条20被提供有对应于相邻的单元电池10的正电极端子11和负电极端子12的一对端子孔21。汇流条20通过将正电极端子11和负电极端子12插入穿过端子孔21而被安装在每个相邻的单元电池10的外绝缘体16上。螺母111和121分别结合到正电极端子11和负电极端子12，从而使汇流条20将一对单元电池10中的正电极端子11和负电极端子12互相串联连接。在所述实施例中，外绝缘体16支撑汇流条20并位于盖板15与汇流条20之间(见图2A)。
内绝缘体17被提供为对应于端子孔153位于盖板15内侧，并在盖板15的内表面上将集流构件34与盖板15电绝缘。在一个实施例中，一对集流构件34中的每一个将电极组件13的正电极31和负电极32分别连接到正电极端子11和负电极端子12。
在示例性实施例的单元电池10中，正电极端子11通过连接构件19被电连接到壳体14，但负电极端子12和壳体14为了单元电池10的正常工作而彼此绝缘。连接构件19可由诸如铜或铝等导电材料制成。
此外，在单元电池10的其他实施例中，负电极端子12可被电连接到壳体14，正电极端子11和壳体14可彼此绝缘(未示出)。在这些实施例中，在过充电状态下，短路单元40可将正电极端子11与壳体14相互短路。
当单元电池10过充电(见图2B和图4B)并偏离正常工作范围(见图2A和图4A)时，短路单元40将负电极端子12与壳体14短路。因此，当电流充电连续时，短路单元40通过将壳体14与负电极端子12电连接而释放电流，由此防止单元电池10的电压和温度额外增大。因此，单元电池10防止过充电的可靠性得到保证。
外绝缘体16和内绝缘体17将负电极端子12和壳体14彼此绝缘，短路单元40选择性地在过充电状态下将负电极端子12和壳体14相互短路。这样，外绝缘体16和内绝缘体17与短路单元40执行相反功能。
在示例性实施例中，短路单元40被形成在壳体14的一个表面上，也就是第三和第四表面143和144中的任意一个上，绝缘层18被形成在壳体14的未形成短路单元40的另外的表面上。在一个示例性实施例中，短路单元40被形成在壳体14的第三表面143上，绝缘层18被形成在第一、第二、第四和第五表面141、142、144和145上。绝缘层18可进一步被形成在第三表面143的除了对应于短路单元40的部分的一部分上(未示出)。
进一步，在一个实施例中，第一和第二表面141和142中的任意一个(例如，如图3所示的第一表面141)被提供有电池屏障146，以在电池屏障146之间形成用于使传热介质通过的流动通道147。电池屏障146沿第一方向(例如沿图3中的z轴方向)延伸，并沿与z轴方向相交的第二方向(例如图3中的x轴方向)互相隔开预定间隔。
也就是，每一个流动通道147被形成为相邻的电池屏障146之间的空间，而且所述相邻的电池屏障146被形成在两个相邻的单元电池10的一个单元电池10的第一表面141上和这两个相邻的单元电池10的另一个单元电池10的第二表面142上。
进一步，形成在第一表面141上的绝缘层18还被形成在形成于第一表面141上的电池屏障146的外表面上。形成在电池屏障146上的绝缘层18可防止相邻的单元电池10中的与正电极端子11电连接的壳体14被串联连接。
在示例性实施例中，短路单元40包括形成在壳体14的第三表面143上的膨胀诱导单元41和短路构件42。膨胀诱导单元41被形成在壳体14上，短路构件42面对膨胀诱导单元41并被连接到负电极端子12。
图4A和图4B分别是可再充电电池模块100的短路单元40在工作前、后(例如由于过充电状态)的剖面图。参见图4A，膨胀诱导单元41被形成在壳体14的第三表面143上，并具有比第三表面143(同样见图2A)的周围部分的第一厚度T1薄的第二厚度T2。因此，当壳体14内的内部压力增大时，第一至第五表面141至145(包括第三表面143的具有第一厚度T1的部分)不会膨胀，但第三表面143的膨胀诱导单元41可以在其他表面之前膨胀或凸出(见图2B和图4B)。例如，膨胀诱导单元41在第三表面143的内表面上为凹形，并被配置成因内部压力而在具有第二厚度T2的区域中向外凸出。
短路构件42在其一侧被电连接到负电极端子12，并在其另一侧面对膨胀诱导单元41的外表面。也就是，在一个实施例中，短路构件42包括安装在负电极端子12上的安装部分421和面对膨胀诱导单元41的短路端422，并且短路构件42在安装部分421与短路端422之间弯曲(例如，从安装部分421的水平方位弯曲到短路端422的竖直方位)。因此，当膨胀诱导单元41膨胀或凸出时，第三表面143的具有第二厚度T2的部分，即膨胀诱导单元41，和短路构件42可相互电短路。也就是，当膨胀诱导单元41和短路端422互相电短路时，负电极端子12、安装部分421、短路端422和膨胀诱导单元41中的每一个互相电连接。因此，由于膨胀诱导单元41在壳体14的第三表面143上被电连接到负电极端子12，正电极端子11和负电极端子12互相短路。相应地，即使在单元电池10中连续充电，由于充电电流通过短路构件42放电，因此阻止过充电的可靠性得到保证。
进一步，短路单元40可包括支架43和绝缘构件44。支架43被连接到壳体14的第三表面143，以稳定地支撑短路端422，由此防止短路端422不必要地与膨胀诱导单元41短路。绝缘构件44介于短路端422的穿透支架43的部分与支架43之间，以使短路端422和支架43互相电绝缘。
尽管本发明已结合目前被视为实际可行的示例性实施例进行了描述，但应理解，本发明不限于所公开的实施例，相反，意欲覆盖包括在所附权利要求的精神和范围内的各种修改和等同设置。

Claims (14)

1.一种可再充电电池，包括：
容纳电极组件的壳体；
与所述壳体联接并密封所述壳体的开口的盖板；
与所述电极组件的第一电极连接并与所述壳体电连接的第一电极端子；
与所述电极组件的第二电极连接并在所述壳体内的压力小于阈值压力时与所述壳体电绝缘的第二电极端子；以及
包括与所述第二电极端子相连的短路构件的短路单元，当所述壳体内的压力等于或大于所述阈值压力时，所述短路单元适于通过使所述壳体的一部分膨胀以接触所述短路构件而使所述第二电极端子与所述壳体短路。
2.如权利要求1所述的可再充电电池，其中所述壳体具有棱柱六面体形状，并且所述短路单元位于所述壳体的表面上。
3.如权利要求1所述的可再充电电池，其中所述壳体包括：
互相面对并各自均具有相同的第一面积的第一表面和第二表面；
互相面对并位于所述第一表面与所述第二表面之间的第三表面和第四表面，所述第三表面和所述第四表面各自均具有相同的比所述第一面积小的第二面积；以及
面对所述开口并具有与所述第三表面和所述第四表面的宽度相等的宽度的第五表面。
4.如权利要求3所述的可再充电电池，其中所述短路单元位于所述第三表面或所述第四表面上。
5.如权利要求4所述的可再充电电池，进一步包括位于所述壳体的除了之上具有所述短路单元的表面以外的其他表面上的绝缘层。
6.如权利要求3所述的可再充电电池，其中所述第一表面或所述第二表面沿第一方向延伸，并包括沿与所述第一方向相交的第二方向互相隔开的电池屏障，所述电池屏障之间限定用于使传热介质从中通过的至少一个流动通道。
7.如权利要求6所述的可再充电电池，进一步包括位于所述电池屏障的外表面上的绝缘层。
8.如权利要求1所述的可再充电电池，其中所述短路单元进一步包括膨胀诱导单元，该膨胀诱导单元包括所述壳体的所述部分，所述壳体的所述部分具有的厚度小于所述壳体的围绕所述部分的其他部分的厚度，并且，其中所述短路构件面对并能接触所述壳体的所述部分的外表面。
9.如权利要求8所述的可再充电电池，其中所述膨胀诱导单元在所述壳体的所述部分的内表面上为凹形，并且，其中所述短路构件包括安装到所述第二电极端子的安装部分以及面对并能接触所述膨胀诱导单元的短路端。
10.如权利要求9所述的可再充电电池，其中所述短路构件在所述安装部分与所述短路端之间弯曲，所述安装部分水平，并且所述短路端竖直。
11.如权利要求9所述的可再充电电池，其中所述短路单元进一步包括与所述壳体连接并支撑所述短路端的支架，以及在所述短路端与所述支架之间的绝缘构件。
12.如权利要求1所述的可再充电电池，其中所述第一电极端子为正电极端子，并且所述第二电极端子为负电极端子。
13.如权利要求1所述的可再充电电池，进一步包括：
至少在所述盖板的外表面上的外绝缘体；以及
在所述盖板的内表面上的内绝缘体，
其中所述外绝缘体和所述内绝缘体承接穿过其中的所述第一电极端子和所述第二电极端子的其中一个，并将所述第一电极端子和所述第二电极端子的所述其中一个与所述盖板电绝缘。
14.一种可再充电电池模块，包括：
彼此相邻的多个单元电池；以及
将所述多个单元电池的各单元电池互相串联连接的至少一个汇流条，
其中所述多个单元电池的单元电池为如权利要求1至13中任一项所述的可再充电电池。
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