CN104577225A - 用于防止电池的过度充电的装置和包括该装置的电池 - Google Patents

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Abstract

本公开提供了用于防止电池的过度充电的装置和包括该装置的电池。该装置包括安插在堆叠的电池单元之间的各个间隙上的支架以及形成在相邻支架的边界之间的安装空间。切割模块插入到安装空间中，并且其插入端布置在邻近于安装空间的内侧的单元之间以被固定到支架并且其暴露端具有形成的切割刀片，切割刀片被导向被结合在一起的引线抽头与汇流条的之间的间隙。端部之间的间隙与多个铰链连接，以便当单元在侧面方向上膨胀时压缩铰链以展开并且向外展开暴露端，以使切割刀片将引线抽头和汇流条的结合分开。

Description

用于防止电池的过度充电的装置和包括该装置的电池
技术领域
本公开涉及用于防止电池的过度充电的装置以及包括即使在很少的气体产生量下也通过感应溶胀(swelling)来断开充电电路的装置的电池。
背景技术
通常，在高压电池系统内安装过度充电安全装置。过度充电安全装置被设计成通过在电池系统中出现过度充电时切断电流的流动并且阻碍通过其的热失控来防止火灾的发生。传统被动类型的过度充电安全结构的机制利用电池的溶胀过程中产生的膨胀力。当产生足够的电池溶胀时，电池抽头通过由端板的开口诱导的电池膨胀而破裂(rupture)，从而切断电流以确保高压电池系统的安全性。
然而，在该结构中，在热失控出现之前必须产生足够的电池溶胀，并且当在热失控出现之前未产生足够的电池溶胀时，电池溶胀将与热失控同时出现，并且因此，即使当切断电流时，仍可能由于热失控而导致起火。此外，当电池的规格改变时，当未充分保持产生气体的量时，由于电池膨胀力的变化需要电池系统的设计更改。就是说，难以动态地确保对电池的规格敏感的安全结构。此外，即使对于主动阻断继电器的主动类型的安全结构，由于当继电器熔断(fuse)而出故障时难以确保安全性，因此仍需要被动类型的过度充电安全结构。
根据本发明示例性实施方式的技术涉及被动类型的过度充电安全结构，并且其使用很少的气体产生量。换言之，该技术涉及通过利用很少的气体产生量的电池膨胀力在初期阶段切断电流的过度充电安全结构。传统被动类型的过度充电安全结构利用在电池溶胀时产生的电池表面方向上的膨胀力。当产生足够的电池溶胀的溶胀时，电池在端板开口和电池抽头部分的焊接点处变形并且汇流条(bus bar)通过电池的变形而破裂，从而通过焊接点/电池抽头部分的破裂切断电流来确保安全性。
然而，在该结构下，在热失控出现之前必须产生足够的电池溶胀，由于在热失控出现之前在电池表面方向上未产生充足的电池溶胀时，电池溶胀可能与热失控同时出现。因此，即使当切断电流时，仍可能由于热失控而导致起火。此外，当电池的规格改变时，由于电池膨胀力的变化需要电池系统的设计更改。
被配置为感应电池膨胀的传感器或开关布置在传统主动类型的安全结构上并且当感应到电池膨胀时将会切断继电器的电力，从而切断电池系统的电流。然而，用于切断继电器的电力的技术不能应用于继电器熔断而出故障的情况。因此，根据主动类型的过度充电安全结构，当紧急情况(诸如事故、超出传感器或开关的操作、电子部件的故障等)与溶胀膨胀一起同时出现时难以确保安全性。
此外，根据现有技术，必须制备用于允许电池表面膨胀的空间，并且因此增加了封装件的空间，这造成了不利的每单位体积的能量密度。作为本发明的现有技术而提供的以上描述仅仅是为了帮助理解本发明的背景并且不应当被解释为包括在本领域技术人员已知的现有技术中。
发明内容
本发明提供了被配置为防止电池的过度充电的装置以及包括该装置从而可更加准确地感应溶胀并且即使在很少的气体产生量下也可断开充电电路的电池。
根据本发明的用于防止电池的过度充电的装置可包括：安插在堆叠的电池单元之间的各个间隙中的多个支架(holder)；形成在相邻支架的边界之间的安装空间；以及插入到安装空间中的切割模块，其中，切割模块的插入端布置在邻近于安装空间的内侧的单元之间以便被固定到支架，并且切割模块的暴露端形成切割刀片，切割刀片导向被结合在一起的引线抽头与汇流条(bus bar)之间的间隙，其中，插入端和暴露端之间的间隙与多个铰链连接，以便当电池向侧面方向(side direction)膨胀时压缩被展开的铰链，并且因此暴露端可向外展开(例如，推出)，以使切割用刀片将引线抽头和汇流条的结合分开。
支架可成形为围绕单元的框架，其中，相邻的单元通过支架来彼此面对面接触(例如，彼此面对)。当装配支架时，安装空间可分别形成在相邻支架的侧端部(side end)上，以彼此面对并且形成一个空间。铰链轴可设置在切割模块的一端上以被连接至安装空间的内端。当电池溶胀并进入安装空间时，电池可向侧面方向膨胀以压缩铰链。切割模块的多个铰链可布置在安装空间上同时它们被折叠。可在切割模块的一端形成朝向单元的凹口并且凹口可安装在相邻单元之间。可在切割模块处形成孔，并且可在支架处形成突出至穿过孔并随后与面对的支架接触的突出部，以确保安装空间的宽度。切割模块的多个铰链可以是与多个铰链轴连续连接的一系列铰链并且可布置在安装空间中同时被折叠成锯齿状。切割模块的多个铰链可形成为其中铰链轴布置在切割模块的端部之间的每个顶点处的菱形。
附图说明
现在将参照附图中所示的本发明的示例性实施方式来详细描述本发明的上述及其他特征，在下文中，附图仅通过图示的方式给出，并且因此并不限制本发明，并且其中：
图1是根据本发明的示例性实施方式的电池的示例性详细视图；
图2是根据本发明的示例性实施方式的电池的示例性截面图；
图3是根据本发明的示例性实施方式的防止电池的过度充电的装置的示例性截面图；
图4是根据本发明的示例性实施方式的电池的示例性视图；
图5是根据本发明的示例性实施方式的电池的示例性侧视图；
图6是根据本发明的示例性实施方式的防止电池的过度充电的装置的示例性截面图；以及
图7是根据本发明的另一示例性实施方式的防止电池的过度充电的装置的示例性截面图。
应理解，附图不一定按比例绘制，并且呈现示出本发明的基本原理的各种示例性特征的一定程度的简化表示。如本文公开的本发明的特定设计特征(包括例如，特定尺寸、方位、位置和形状)将部分地由具体预期的应用方式以及使用环境来确定。在附图中，遍及附图的多个图，相同的参考标号表示是本发明的相同或等同的部件。
具体实施方式
应理解，本文中所使用的术语“车辆”或“用车辆运载的”或其他类似术语包括一般的机动车辆，诸如包括运动型多用途车辆(SUV)的客运汽车、公共汽车、卡车、各种商用车辆、包括各种船只和舰船的船舶、飞机等；并且包括混合动力车辆、电动车辆、插电式混合电动车辆、氢动力车辆以及其他替代燃料车辆(例如源自除石油以外的资源的燃料)。如本文中提及的，混合车辆是具有两种或更多种动力源的车辆，例如，汽油动力和电动式车辆。
本文中所使用的术语仅是为了描述具体实施方式的目的而并不旨在限制本发明。除非上下文另有明确指示，否则，如本文所用的，单数形式“一”、“一个”和“该”旨在也包括复数形式。将进一步理解，当在该说明书中使用术语“包括”和/或“包含”时，规定指定的特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，而并不排除一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、元件、部件及/或其组合的存在或添加。如本文所使用的，术语“和/或”包括一个或多个相关列出项的任意和全部组合。
在下文中，将参考附图详细地说明根据本发明示例性实施方式的用于防止电池的过度充电的装置以及包括该装置的电池。图1是根据本发明的示例性实施方式的电池的示例性详细视图，图2是根据本发明的示例性实施方式的电池的示例性截面图，图3是根据本发明的示例性实施方式的用于防止电池的过度充电的装置的示例性截面图，图4是根据本发明的示例性实施方式的电池的示例性视图，图5是根据本发明的示例性实施方式的电池的示例性侧视图，图6是根据本发明的示例性实施方式的用于防止电池的过度充电的装置的示例性截面图，以及图7是根据本发明的另一示例性实施方式的用于防止电池的过度充电的装置的示例性截面图。
参考图1和图2，电池可包括防止本发明的电池的过度充电的装置，该装置包括：面对面接触(例如，彼此面对)并且堆叠的多个电池单元100a、100b；安插在堆叠的电池单元100a、100b之间的各个间隙中的多个支架200a、200b、200c、200d；在相邻支架200b、200c的边界之间形成的安装空间210；从单元(cell)100中延伸并通过安装空间暴露于外部的引线抽头(抽头)130；可以与引线抽头130一起形成接触点的汇流条400；以及插入在安装空间210中的切割模块300，其中，切割模块300的插入端330布置在邻近于安装空间210的内侧的单元100之间以便被固定到支架200上并且可形成具有被导向引线抽头130与汇流条400(两者被结合在一起)之间的间隙的切割刀片340的切割模块300的暴露端310，其中，插入端330与暴露端310之间的间隙可与多个铰链361、362、363连接，以便当单元100向侧面方向膨胀时压缩被展开的铰链360，并且因此可向外展开(例如，推出)暴露端310以使切割刀片将引线抽头130和汇流条400的结合分开。
换言之，根据本发明的示例性实施方式的电池可被设计为防止过度充电的装置以与用于车辆的电池相结合，其中，可设置可面对面接触并堆叠的多个电池单元100a、100b以及安插在堆叠的电池的电池单元100之间的各个间隙中的支架200。此外，电池单元100可用袋子(pouch，封袋)110缠绕(wrapp)并且袋子110可延伸到单元的外部，并且支架200可成形为围绕(enclose)单元100的框架，其中，相邻单元100a、100b可通过支架200来彼此面对面接触并且相邻支架200a、200b、200c、200d可被压缩，将袋子110的延伸部分保留在相邻支架之间。
此外，相邻支架200可朝向彼此来压缩同时袋子110的延伸端被折叠以缠绕相邻支架200的一端。同时，单元100和支架200可被连接以重叠并且随后通过端板在其两侧处压缩以被固定，从而最大程度的抑制表面方向上的单元的膨胀。边界部分可由支架200牢固地阻断，以允许单元膨胀到其中布置了用于防止电池的过度充电的装置的安装空间里，从而即使在很小的溶胀量下也能防止电池的过度充电。
此外，图3是根据本发明的示例性实施方式的防止电池的过度充电的装置的示例性视图，并且防止电池的过度充电的该装置可包括：安插在堆叠的电池单元100a、100b之间的各个间隙中的多个支架200a、200b、200c、200d；在相邻支架200b、200c的边界之间形成的安装空间210；以及插入在安装空间中的切割模块300，其中切割模块300的插入端布置在邻近于安装空间的内侧的单元100a、100b之间以被固定到支架200上，并且切割模块300的暴露端可具有被导向抽头130与汇流条400(两者被结合在一起)之间的间隙的切割刀片340，其中插入端330与暴露端310之间的间隙可与多个铰链361、362、363连接以便当单元100向侧面方向膨胀时压缩被展开的铰链360，并且因此暴露端310可向外展开以使得切割刀片将引线抽头130与汇流条400的结合分开。
换言之，根据本发明的示例性实施方式的防止电池的过度充电的装置可包括在相邻支架200b、200c的边界之间形成的安装空间210。具体地，安装空间210可形成于延伸到单元100的外部的位置处而被暴露，其中可布置引线抽头130，并且引线抽头130在该处成形为在相对的支架200b、200c之间凹陷。支架200可成形为围绕单元100的框架，并且相邻单元100a、100b可通过支架200a、200b、200c、200d以分别表面接触，并且安装空间210可分别形成在面对的相邻支架200b、200c的侧端部处，并且当装配支架200时可形成空间。通过该结构，支架200可通过保持压缩力来限制膨胀，但允许单元100膨胀到安装空间210。
同时，切割模块300可插入安装空间210中，其中切割模块300的插入端330可布置在安装空间210的内侧处的相邻单元100a、100b之间并且被固定到支架200上。具体地，切割刀片340可朝向引线抽头130与汇流条400(两者结合在一起)之间的间隙形成在切割模块300的暴露端310处。此外，形成与切割模块300的插入端330与暴露端310之间的间隙可与多个铰链361、362、363连接以便当单元100在安装空间210的侧面方向上膨胀时将铰链360压缩为未展开的，并且因此切割模块300的暴露端310可向外侧展开(例如，推动)，从而使刀片340将引线抽头130和汇流条400的结合分开。
换言之，切割模块300的多个铰链361、362、363可在被折叠的同时布置在安装空间210处。具体地，当电池单元100溶胀时，电池单元100可横向膨胀以进入安装空间来压缩铰链360。因此，引线抽头130和汇流条400可以由膨胀敏感的单元100的压力通过机械结构而绝缘。因此，根据本发明的防止电池的过度充电的装置比电主动类型更安全，与传统被动类型相比，可改善其灵敏度并且其性能可更加均衡。
此外，可连接至安装空间210的内端的铰链轴可布置在切割模块300的插入端330处。此外，可在切割模块300的插入端330处形成朝向单元100的凹口(notch)n并且凹口n可安装在相邻单元100a、100b之间。因此，基于凹口n而布置在两侧以彼此面对的单元100a、100b可独立地膨胀以对铰链360加压，并且铰链轴可被固定到安装表面210的内侧处的支架200上，并且切割模块300的插入端330可通过凹口n固定在面对的单元100a、100b之间。因此，即使当单元100膨胀时，切割模块300的插入端330可被固定，并且切割模块300的多个铰链361、362、363和暴露端310可相对地展开。
图6是根据本发明的示例性实施方式的防止电池的过度充电的装置的示例性截面图，其中，孔(aperture)322可形成在切割模块300处，并且突出至穿过孔322并且随后与支架200c接触并面对支架200c的突出部220可形成于支架200b处，以保持安装空间210的宽度。换言之，突出部220可形成在安装空间处的面对的支架200b上并且突出部220在穿过在切割模块300的大致中心处的孔322的同时可被支撑在面对的支架200c上，从而使安装空间210可保持预定空间以展开铰链360，以便在电池的装配过程中即使由于电池表面方向上的压缩力显著而使单元100膨胀时，也防止铰链360被压缩而不能展开的情况。
此外，切割模块300的多个铰链361、362、363可以是与多个铰链轴连续连接的一系列铰链360并且可布置在安装空间210处同时折叠成锯齿状。因此，引线抽头130和汇流条400的焊接可形成接触点同时铰链折叠成锯齿状，并且当单元100膨胀时焊接点w将会在铰链360和切割模块300被展开的同时破裂。
同时，图7是根据本发明的另一示例性实施方式的防止电池的过度充电的装置的示例性截面图，其中切割模块300的多个铰链361、362、363可形成为菱形，其中铰链轴可布置在切割模块300的插入端330与暴露端310之间的每个顶点处。具体地，铰链可被折叠以保持菱形的形状，并且当单元100膨胀时，铰链可被展开以延长菱形的形状，以使切割模块300割裂焊接点w。
此外，如图5所示，引线抽头130和汇流条400可经由多个隔离的焊接点w来结合。此外，卡合突起(catching protrusion)343可分别形成于切割刀片340的与各个焊接点w之间的点相对应位置处，以便当切割模块300展开时将卡合突起343插入到焊接点w之间的点中。换言之，当切割刀片340和焊接点w更准确地匹配时，焊接点w通过该构造可更容易地破裂。根据如上所述的防止电池的过度充电的装置和电池，可更准确地感应电池的溶胀，并且即使在很少的气体产生量的情况下也可切断充电电路。
同时，根据本发明的防止电池过度充电的装置，与其中必须确保封装空间以允许当操作装置时在表面方向上的膨胀的现有技术相比，可减小电池的封装空间以便设计更加紧凑的模块。可增加电池系统的每单位体积的能量密度，从而提高车辆的商业性。此外，可降低模块的体积以减小电池的整个封装件的体积和用于安装封装件的仪器的尺寸。此外，可省去在传统模块涉及中需要布置在单元之间的铝盖，从而节省用于模制盖子及其材料的成本。此外，与需要巨大气体产生量的传统装置相比，利用很少的气体产生量便可引起用于使单元膨胀的高压，并且从而在早期阶段便操作装置来切断电流。
尽管参考附图中示出的示例性实施方式描述了本发明，但对本领域技术人员显而易见的是，在不背离在权利要求中所描述的本发明的范围的情况下，可以各种方式改变和修改本发明。

Claims (15)

1.一种用于防止电池的过度充电的装置，包括：
多个支架，安插在堆叠的电池单元之间的各个间隙上；
安装空间，形成在相邻支架的边界之间；以及
切割模块，插入到所述安装空间中，并且所述切割模块的插入端布置在邻近于所述安装空间的内侧的所述单元之间以被固定到支架，并且所述切割模块的暴露端具有形成的切割刀片，所述切割刀片被导向被结合在一起的引线抽头与汇流条之间的间隙，
其中，所述插入端与所述暴露端之间的间隙与多个铰链连接，以便当所述单元在侧面方向上膨胀时压缩所述铰链以使其展开并且向外展开所述暴露端，以使所述切割刀片将所述引线抽头和所述汇流条的结合分开。
2.根据权利要求1所述的用于防止电池的过度充电的装置，其中，所述支架成形为围绕所述单元的框架，并且相邻的所述单元穿过所述支架以彼此面对面接触。
3.根据权利要求1所述的用于防止电池的过度充电的装置，其中，当装配所述支架时，所述安装空间分别形成在所述相邻支架的侧端部上，以彼此面对并且形成一个空间。
4.根据权利要求1所述的用于防止电池的过度充电的装置，其中，铰链轴布置在所述切割模块的所述插入端上以被连接至所述安装空间的内端。
5.根据权利要求1所述的用于防止电池的过度充电的装置，其中，当所述电池单元溶胀并进入所述安装空间时，所述电池单元在侧面方向上膨胀以压缩所述铰链。
6.根据权利要求1所述的用于防止电池的过度充电的装置，其中，所述多个铰链在被折叠时布置在所述安装空间上。
7.根据权利要求1所述的用于防止电池的过度充电的装置，进一步包括：
凹口，形成于所述切割模块的所述插入端处，朝向安装在相邻的所述单元之间的所述单元。
8.根据权利要求1所述的用于防止电池的过度充电的装置，进一步包括：
形成于所述切割模块处的孔；以及
突出部，形成于所述支架处，突出至穿过所述孔以与面对的支架接触。
9.根据权利要求1所述的用于防止电池的过度充电的装置，其中，所述切割模块的所述多个铰链是与多个铰链轴连续连接的一系列铰链并且布置在所述安装空间处同时被折叠成锯齿状。
10.根据权利要求1所述的用于防止电池的过度充电的装置，其中，所述切割模块的所述多个铰链形成为菱形，其中，铰链轴布置在所述切割模块的所述插入端与所述暴露端之间的每个顶点处。
11.一种设置有用于防止其过度充电的装置的电池，包括：
面对面接触并堆叠的多个电池单元；
安插在堆叠的所述电池单元之间的各个间隙上的多个支架；
形成在相邻支架的边界之间的安装空间；
从所述单元延伸并且通过所述安装空间暴露到外部的引线抽头；
与所述引线抽头一起形成接触点的汇流条；以及
插入在所述安装空间中的切割模块，并且所述切割模块的插入端布置在邻近于所述安装空间的内侧的所述单元之间以被固定到支架，并且所述切割模块的暴露端具有形成的切割刀片，所述切割刀片被导向被结合在一起的所述引线抽头与所述汇流条之间的间隙，
其中，所述插入端与所述暴露端之间的所述间隙与多个铰链连接，以便当所述单元向侧面方向膨胀时压缩所述铰链以使其展开并且向外展开所述暴露端，以使所述切割刀片将所述引线抽头和所述汇流条的结合分开。
12.根据权利要求11所述的设置有用于防止其过度充电的装置的电池，其中，所述引线抽头和所述汇流条经由多个隔开的焊接点结合。
13.根据权利要求12所述的设置有用于防止其过度充电的装置的电池，进一步包括：
多个卡合突起，分别形成于所述切割刀片的与各个所述焊接点之间的点对应的位置处，以便当展开所述切割模块时，将所述卡合突起插入到所述焊接点之间的点中。
14.根据权利要求11所述的设置有用于防止其过度充电的装置的电池，其中，所述电池单元利用袋子来缠绕并且所述袋子延伸至所述单元的外部，并且所述支架成形为围绕所述单元的框架，其中，相邻的所述单元穿过所述支架以彼此面对面接触并且所述相邻支架被压缩，将所述袋子的延伸部分保留在所述相邻支架之间。
15.根据权利要求14所述的设置有用于防止其过度充电的装置的电池，其中，所述相邻支架被压缩，同时所述袋子的所述延伸部分被折叠以围绕所述相邻支架的一端。
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