CN103151489A - 硬壳动力电池 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种硬壳动力电池，其包括裸电芯、电芯保护架和导电壳体，电芯保护架包括支撑板和安装于支撑板两侧的不导电支架，裸电芯收容于电芯保护架的支撑板和支架共同围成的收容区内，裸电芯和电芯保护架一起装设于导电壳体中，支撑板的主体由导电材料制成，支撑板的导电材料与裸电芯的一极极耳电连接；导电壳体与裸电芯的另一极极耳电连接；支架在与支撑板连接的转角处开设穿槽，导电壳体变形时，将与穿槽处的导电材料接触而使电池短路。本发明不在动力电池中额外增加机械装置，而是通过在支架上开设穿槽，使动力电池受压导致壳体变形时，壳体与穿槽处的导电材料接触而实现动力电池外短路。

Description

硬壳动力电池
技术领域
本发明涉及动力电池，更具体地说，本发明涉及一种硬壳动力电池。
背景技术
随着现代社会的发展和人们环保意识的增强，越来越多的设备选择以可充电的二次电池作为电源，如手机、笔记本电脑、电动工具、电动汽车和储能电站等。其中，电动汽车和储能电站一般需要具有较大容量的动力电池，并且为了保证使用过程中的安全，一般使用硬壳动力电池。
用作汽车电源的锂离子电池的安全为重中之重，其中最极端但又非常重要的安全性测试为挤压测试。目前，动力电池保证挤压安全的主要方式是，在电池中装设受到挤压时会彼此短路连接的正负极金属板；但是，金属板的增加会降低电芯的体积/质量能量密度，同时增加电池机械结构的复杂度，降低其实现的可靠性。
有鉴于此，确有必要提供一种能够在过压时顺利实现外短路的动力电池。
发明内容
本发明的目的在于：提供一种能够在过压时顺利实现外短路的动力电池，以避免使用动力电池时发生安全事故。
为了实现上述发明目的，本发明提供了一种硬壳动力电池，其包括裸电芯、电芯保护架和导电壳体，电芯保护架包括支撑板和安装于支撑板两侧的不导电支架，裸电芯收容于电芯保护架的支撑板和支架共同围成的收容区内，裸电芯和电芯保护架一起装设于导电壳体中，支撑板的主体由导电材料制成，支撑板的导电材料与裸电芯的一极极耳电连接；导电壳体与裸电芯的另一极极耳电连接；支架在与支撑板连接的转角处开设穿槽，导电壳体变形时，将与穿槽处的导电材料接触而使电池短路。
作为本发明硬壳动力电池的一种改进，所述支架与支撑板在穿槽处为台阶式连接，支架的边缘比支撑板高出0.5～3.0mm。
作为本发明硬壳动力电池的一种改进，所述支撑板的主体外部由不导电隔膜包裹，穿槽处的导电材料设有向外的凸起或尖角，电池内的挤压力大于设定值时，凸起或尖角将刺破隔膜而与变形的导电壳体接触。
作为本发明硬壳动力电池的一种改进，所述凸起或尖角的高度比支架的边缘低0.1～1.0mm。
作为本发明硬壳动力电池的一种改进，所述支撑板的主体外部由不导电隔膜包裹，但穿槽处的导电材料未包裹隔膜而形成裸露部，导电壳体变形后将与支撑板的裸露部接触而使电池短路。
作为本发明硬壳动力电池的一种改进，所述支架的穿槽上架设有与支架等高的不导电横条，横条宽度为1～5mm。
作为本发明硬壳动力电池的一种改进，所述支架在其每一转角位置处都开设有至少两个穿槽；相邻穿槽之间为宽度1～3mm的弧形阻挡部，阻挡部下留有足够收容阻挡部的挖孔；电池内的挤压力大于设定值时，阻挡部受力变形并缩入挖孔，使变形的导电壳体与穿槽处的裸露部接触。
作为本发明硬壳动力电池的一种改进，所述支架上设有伸至穿槽中并压制裸露部的卡扣；电池内的挤压力大于设定值时，卡扣变形松开，裸露部在自身弹性作用下弹起而与变形的导电壳体接触。
作为本发明硬壳动力电池的一种改进，所述穿槽开设于支架转角处的中部位置，且支架的四个转角处都开设有穿槽。
作为本发明硬壳动力电池的一种改进，所述穿槽在转角处的弧度为60～90度，宽度为10～50mm，优选为20～30mm。
与现有技术相比，本发明硬壳动力电池不在动力电池中额外增加机械装置，而是通过在支架上开设穿槽，使动力电池受压导致壳体变形时，壳体与穿槽处的导电材料接触而实现电池外短路，释放出电芯能量并降低自身电压，大大提升了动力电池受到挤压时的安全性。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式，对本发明硬壳动力电池及其有益技术效果进行详细说明，其中：
图1为本发明硬壳动力电池第一实施方式的电芯保护架结构示意图。
图2为图1中A部分的穿槽结构放大图。
图3为本发明硬壳动力电池第二实施方式的电芯保护架的穿槽结构放大图。
图4为本发明硬壳动力电池第三实施方式的电芯保护架的穿槽结构放大图。
图5为本发明硬壳动力电池第四实施方式的电芯保护架的穿槽结构放大图。
图6为本发明硬壳动力电池第五实施方式的电芯保护架的穿槽结构放大图。
具体实施方式
为了使本发明的发明目的、技术方案及其有益技术效果更加清晰，以下结合附图和具体实施方式，对本发明进行进一步详细说明。应当理解的是，本说明书中描述的具体实施方式仅仅是为了解释本发明，并非为了限定本发明。
为便于描述本发明，以下首先对硬壳动力电池的结构进行描述。
硬壳动力电池一般包括裸电芯、电芯保护架和电池壳体，其中，电芯保护架形成收容区；裸电芯装设于电芯保护架的收容区内，再与电芯保护架一起装设于电池壳体中。
请参阅图1，本发明硬壳动力电池第一实施方式的电芯保护架通常包括支撑板10和安装于支撑板10两侧的支架12，支撑板10和支架12共同围成电芯的收容区。
为了实现硬壳动力电池的安全保护，本发明所使用的支撑板10主体为铜板，铜板上设有铜板极耳（图未示）；铜板的主体外部用隔膜包裹而形成支撑板10，但铜板转角处没有隔膜包裹。隔膜的材料为PET（聚对苯二甲酸乙二酯）塑料、聚丙烯塑料或聚乙烯塑料。
请参阅图2，支架12在与支撑板10连接的转角中部位置处开设穿槽14。穿槽14在转角处的弧度为60～90度，宽度为10～50mm，优选为20～30mm。由于支撑板10的两侧转角处未包裹隔膜，因此在穿槽14处露出弧度为60～90度、宽20～30mm的裸露铜板100。为了避免正常使用时电芯短路，支架12与支撑板10在穿槽14处为台阶式连接，支架12的边缘比支撑板10高出0.5～3.0mm，优选为1.0mm，因此支架12的高度和穿槽14的弧度能保证穿槽14处的裸露铜板100与其他部分的绝缘性。支架12为注塑一体成型的塑胶支架，其材料可以为PP塑料。
电池壳体为导电材料制成，一般为铝壳。
安装时，将裸电芯收容于支架12和支撑板10组装成的电芯保护架内，将支撑板10的铜板极耳焊接在从裸电芯引出的电池负极极耳上，再将裸电芯和电芯保护架一起装设于电池壳体中得到硬壳动力电池。安装好后的电池壳体通过顶盖与正极柱连接导通。
上述硬壳动力电池在使用中受到挤压时，铝壳会受力变形逐渐贴近转角处的裸露铜板100直至与之接触，电池实现外短路而释放出内部能量并降低自身电压，从而有效避免安全事故的发生，提高电池挤压的安全性。由于电芯保护架的四个转角处都开设有穿槽14而存在裸露铜板100，只要任何一处的裸露铜板100与铝壳接触都会实现电池外短路，因此铝壳变形时发生外短路的几率很高，从而有效地提高了电池的安全性能。
本发明支架12的穿槽14位于支架12的转角处中部，是为了使铝壳受力变形时更易于与穿槽14处的裸露铜板100接触；穿槽14的宽度设为20～30mm，一是为了保证铝壳受力变形时能充分地与裸露铜板100接触，二是为了不影响电池正常使用时的绝缘性能。
请参阅图3，为了保证电池正常使用时的安全性，作为第一实施方式的改进，本发明硬壳动力电池第二实施方式的支架12a的穿槽14a上架设了一个与支架12a一体成型的横条16a。横条16a与支架12a等高且与支架12a的边缘平行，宽度为1～5mm，其能够更充分地保证未变形的铝壳与穿槽14a处裸露铜板100a的绝缘性，保证电池的正常使用。当电池受压导致铝壳变形时，铝壳会挤断横条16a而与穿槽14a处的裸露铜板100a接触，实现电池外短路。
请参阅图4，本发明硬壳动力电池第三实施方式的结构与第一实施方式的不同在于：支架12b在其每一转角位置处都开设两个穿槽14b；两个穿槽14b之间的支架宽度为1～3mm，命名为阻挡部18b。阻挡部18b为弧形，其下留有直径不小于10mm的挖孔19b，因此阻挡部18b受力大于特定值（如1T）时会向下变形而不再起阻挡作用；阻挡部18b两边的穿槽14b的宽度分别为10～40mm，在转角处的弧度为60～90度。为了避免正常使用时电芯短路，支架12b与支撑板10b在穿槽14b处也为台阶式连接，支架12b的边缘比支撑板10b高出0.5mm，支架12b的高度尤其是阻挡部18b的高度能保证穿槽14b处的裸露铜板与其他部分绝缘。当电池受压导致铝壳变形时，阻挡部18b会受挤压变形并缩入挖孔19b内，从而使变形的铝壳与穿槽14b处的裸露铜板接触，实现电池外短路。
请参阅图5，本发明硬壳动力电池第四实施方式也是在支架12c与支撑板10c连接的转角中部位置处开设穿槽14c，穿槽14c在转角处的弧度为60～90度，宽度为30mm；同时，支架12c与支撑板10c在穿槽14c处也为台阶式连接，支架12c的边缘比支撑板10c高出0.5～3.0mm。本实施方式与第一实施方式的不同在于：支撑板10c的转角处全部由隔膜包裹，因此穿槽14c处的铜板并未裸露出来；但是此部分的铜板表面并不采用前几个实施方式的规则弧形结构，而是增设有尖角或凸起20c；这些尖角或凸起20c的高度比支架12c的边缘低0.1～1.0mm，而且在正常状态下也如铜板的其他部分一样被隔膜包裹住。当电池受压时，如果挤压力小于设定值（如1T），尖角或凸起20c不会刺破隔膜，电芯与铝壳保持绝缘；当挤压力大于设定值（如1T）时，尖角或凸起20c将刺破隔膜而与变形的铝壳接触，实现电池外短路。
请参阅图6，本发明硬壳动力电池第五实施方式也是在支架12d与支撑板10d连接的转角中部位置处开设穿槽14d，穿槽14d在转角处的弧度为60～90度，宽度为30mm。本实施方式与第一实施方式的不同在于：支架12d与支撑板10d在穿槽14d处也为台阶式连接，支架12d的边缘比支撑板10d高出0.5mm，支架12d上设有伸至穿槽14d中并压制铜板的卡扣22d，卡扣22d与支架12d齐高，能保证穿槽14d处的裸露铜板与其他部分更好地绝缘。当电池受压时，如果挤压力小于设定值（如1T），卡扣22d保持卡紧，电芯与铝壳保持绝缘；当挤压力大于设定值（如1T）时，卡扣22d变形松开，铜板在自身弹性作用下弹起而与变形的铝壳接触，实现电池外短路。
通过以上描述可知，本发明不仅能可靠地提高电池的挤压安全性，而且无需在现有电池中额外增加机械装置，因此具有简单易行的优点。
根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行适当的变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。

Claims (10)

1.一种硬壳动力电池，包括裸电芯、电芯保护架和导电壳体，电芯保护架包括支撑板和安装于支撑板两侧的不导电支架，裸电芯收容于电芯保护架的支撑板和支架共同围成的收容区内，裸电芯和电芯保护架一起装设于导电壳体中，其特征在于：所述支撑板的主体由导电材料制成，支撑板的导电材料与裸电芯的一极极耳电连接；导电壳体与裸电芯的另一极极耳电连接；支架在与支撑板连接的转角处开设穿槽，导电壳体变形时，将与穿槽处的导电材料接触而使电池短路。
2.根据权利要求1所述的硬壳动力电池，其特征在于：所述支架与支撑板在穿槽处为台阶式连接，支架的边缘比支撑板高出0.5～3.0mm。
3.根据权利要求2所述的硬壳动力电池，其特征在于：所述支撑板的主体外部由不导电隔膜包裹，穿槽处的导电材料设有向外的凸起或尖角，电池内的挤压力大于设定值时，凸起或尖角将刺破隔膜而与变形的导电壳体接触。
4.根据权利要求3所述的硬壳动力电池，其特征在于：所述凸起或尖角的高度比支架的边缘低0.1～1.0mm。
5.根据权利要求2所述的硬壳动力电池，其特征在于：所述支撑板的主体外部由不导电隔膜包裹，但穿槽处的导电材料未包裹隔膜而形成裸露部，导电壳体变形后将与支撑板的裸露部接触而使电池短路。
6.根据权利要求5所述的硬壳动力电池，其特征在于：所述支架的穿槽上架设有与支架等高的不导电横条，横条宽度为1～5mm。
7.根据权利要求5所述的硬壳动力电池，其特征在于：所述支架在其每一转角位置处都开设有至少两个穿槽；相邻穿槽之间为宽度1～3mm的弧形阻挡部，阻挡部下留有足够收容阻挡部的挖孔；电池内的挤压力大于设定值时，阻挡部受力变形并缩入挖孔，使变形的导电壳体与穿槽处的裸露部接触。
8.根据权利要求5所述的硬壳动力电池，其特征在于：所述支架上设有伸至穿槽中并压制裸露部的卡扣；电池内的挤压力大于设定值时，卡扣变形松开，裸露部在自身弹性作用下弹起而与变形的导电壳体接触。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的硬壳动力电池，其特征在于：所述穿槽开设于支架转角处的中部位置，且支架的四个转角处都开设有穿槽。
10.根据权利要求1至8中任一项所述的硬壳动力电池，其特征在于：所述穿槽在转角处的弧度为60～90度，宽度为10～50mm，优选为20～30mm。
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