CN107240650A - 动力电池顶盖组件及动力电池 - Google Patents
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Abstract
本发明属于动力电池技术领域，尤其涉及一种动力电池顶盖组件及动力电池，该顶盖组件包括顶盖片、负极柱和翻转片，负极柱与顶盖片绝缘装配，顶盖片设置有连接孔，翻转片密封连接孔，负极柱包括基体部及由基体部向下延伸的柱体部，翻转片设置有电阻块，电阻块与基体部相对设置。相比于现有技术，本发明使翻转片加设电阻块，通过调设电阻块的阻值控制保护电流，当动力电池内部压力增加到翻转片的翻转压力时，翻转片与电阻块电连接，形成小电流放电，使聚集的能量得到释放，避免电池发生热失控，保证电池的安全性能；此外，本发明的顶盖组件还可省却现有电池中Fuse结构的设置，有效提高了动力电池的能量密度。
Description
技术领域
本发明属于动力电池技术领域，尤其涉及一种动力电池顶盖组件及使用该顶盖组件的动力电池。
背景技术
电动汽车和储能电站等一般需要使用具有大容量的动力电池作为电源。这些动力电池除了具有高容量，还应当具有良好的安全性及较长的循环寿命等，才能达到使用的标准和满足人们的需求。
其中，当动力电池过充时，动力电池中的电解液的分解会使动力电池内部产生过量的热造成电池起火；或者会使动力电池内部压力增大导致电池爆炸。因此在动力电池失控之前，需要借助于一个外短路结构来切断动力电池的主回路中的保险丝(Fuse)结构，阻止动力电池继续充电。例如，在动力电池过充的时候，当动力电池内部产生一定气压，外短路结构起作用，使动力电池本身形成一个回路，使得Fuse熔断，从而切断主回路。如图1所示，现有技术中采用翻转片1’来实现该外短路结构的功能，该翻转片1’采用一块圆盘，并在该圆盘中央设置一个柱状凸台。正常使用的时候，翻转片1’与动力电池顶盖上的极柱2’是断开绝缘的。当动力电池过充并产生一定气压时，气压会推动翻转片1’动作，使得翻转片1中的柱状凸台与导电块3’连接，而导电块3’又与极柱2’电连接，从而在动力电池内形成回路，使得Fuse熔断，切断主回路，保护了动力电池。
然而，现有的翻转片结构存在以下缺陷：一方面，现有的导电块一般为铝块，这样在翻转片与铝块接触的瞬间会产生一个大电流，容易导致接触位置局部熔化，另外，虽然可以通过Fuse起到切断回路的作用，但仍然会存在安全隐患，如果Fuse结构在发生热失控前不能够及时熔断，极容易引发安全问题，导致动力电池的安全性能无法得到有效保证；另一方面，Fuse结构的设置会占用动力电池的内部空间，大大降低动力电池的能量密度。
发明内容
本发明的目的在于：针对现有技术的不足，而提供一种能够提高动力电池安全性能和能量密度的动力电池顶盖组件，并提供使用这种顶盖组件的动力电池。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种动力电池顶盖组件，包括顶盖片、负极柱和翻转片，所述负极柱与所述顶盖片绝缘装配，所述顶盖片设置有连接孔，所述翻转片密封所述连接孔，所述负极柱包括基体部及由基体部向下延伸的柱体部，所述翻转片设置有电阻块，所述电阻块与所述基体部相对设置，当动力电池内部压力超过翻转片的翻转压力时，所述翻转片向上翻转，使得所述电阻块与所述基体部电连接。
作为本发明动力电池顶盖组件的一种改进，所述翻转片包括焊接部、凸台以及设置于所述焊接部与所述凸台之间的连接部，所述凸台设置有凹槽或凸缘，所述电阻块设置有与所述凹槽相配合的凸起，或所述电阻块设置有与所述凸缘相配合的凹槽。
作为本发明动力电池顶盖组件的一种改进，所述凸台设置在所述连接部的中央位置，所述焊接部设置在所述连接部的外边缘，所述焊接部与所述顶盖片电连接。
作为本发明动力电池顶盖组件的一种改进，所述焊接部、所述凸台以及所述连接部为一体化连接结构。
作为本发明动力电池顶盖组件的一种改进，所述连接部的厚度在从凸台向焊接部的方向上逐渐减小。将连接部设计成变截面的结构，不仅能够确保翻转片在特定压力下向上翻转，还有效地增加了连接部内圈的过流面积，减少翻转片被熔断的概率，从而能够有效地降低动力电池起火或者爆炸的危险，进一步增强了动力电池的安全性能。
作为本发明动力电池顶盖组件的一种改进，所述凸台为实心结构，所述连接部为片状环面结构，且所述凸台的厚度大于所述连接部的厚度。由于翻转片与基体部接触的位置是过流的瓶颈区域，因此在翻转片与基体部接触瞬间电流很大，容易导致接触位置局部熔化。因而通过实心凸台加电阻块的结构，可以保证大电流下翻转片不被熔断，从而有效地降低动力电池发生起火或者爆炸的危险，极大地提高了动力电池的安全性能。
作为本发明动力电池顶盖组件的一种改进，所述翻转片的连接部与水平面形成的夹角为6～60°，优选为10～30°。其中α的具体取值可以根据实际需要进行设置，而不同的设置角度会影响翻转片向上翻转的动作。当α值过小时，导致凸台与电阻块的距离过近，这样正常情况下翻转片极易与电阻块发生误接而使电池失效；当α值过大时，使得翻转片的重心降低，一定程度上增加了翻转片向上动作的阻力，这样可能导致翻转片向上动作发生滞后，从而影响电池的安全性能。
作为本发明动力电池顶盖组件的一种改进，所述电阻块的材质为碳化硅、石墨和聚苯硫醚中的至少一种；该材质制作的电阻块完全能够满足电化学性能需求。
作为本发明动力电池顶盖组件的一种改进，所述电阻块的阻值大小为0.1～1000mΩ。若电阻块的阻值过低，会大大降低电阻块的过流能力，这样无法满足导电性能需求，起不到有效的保护作用；若电阻块的阻值过高，会大大增加电阻块的过流能力，这样无法使电池在发生热失控前将电流瞬间释放，同时也无法取消Fuse结构，进而无法提高动力电池的能量密度。
作为本发明动力电池顶盖组件的一种改进，所述翻转片的翻转压力为0.01～1.2Mpa，优选为0.1～0.8Mpa。若翻转压力过大，起不到安全防护作用；若翻转压力过小，影响动力电池的正常使用。
作为本发明动力电池顶盖组件的一种改进，所述顶盖片还设置有极柱安装孔，所述负极柱穿过所述极柱安装孔与导电基块电连接，所述柱体部与所述顶盖片之间设置有绝缘密封圈，所述基体部与所述顶盖片之间设置有上绝缘塑胶件，所述电阻块通过所述上绝缘塑胶件固定于所述凹槽，所述顶盖片、所述绝缘密封圈和所述导电基块之间设置有下绝缘塑胶件。
作为本发明动力电池顶盖组件的一种改进，所述顶盖片设置有凸出于上表面的凸包，所述凸包在所述顶盖片的下表面形成凸包收容部，所述极柱安装孔和所述连接孔均设置于所述凸包内。安装时将极柱上移入顶盖片的凸包收容部中，在保证动力电池基本性能的同时，减小了极柱在壳体内部的高度，给电芯腾出了更大的安装空间，从而使动力电池的能量密度得到提升。
此外，本发明还提供了一种动力电池，包括电芯、壳体和顶盖组件，所述电芯置于所述壳体内，所述顶盖组件密封安装在所述壳体上，所述顶盖组件为上述任一段落所述的顶盖组件。
相比于现有技术，本发明的有益效果在于：本发明使翻转片加设电阻块，通过调设电阻块的阻值控制保护电流，当动力电池内部压力增加到翻转片的翻转压力时，翻转片向上翻转，使电阻块与极柱的基体部电连接，形成小电流放电，降低电池的电容量，使聚集的能量得到释放，从而避免电池发生热失控，保证电池的安全性能；此外，本发明的顶盖组件还可省却保险丝(Fuse)结构的设置，减少其在电池内部的占用空间，有效提高了动力电池的能量密度。
附图说明
图1为现有技术中动力电池顶盖的部分结构示意图。
图2为本发明的动力电池顶盖组件的结构示意图。
图3为图2中A的局部放大图。
图4为本发明的动力电池顶盖组件的结构分解图。
图5为本发明中动力电池顶盖组件的电阻块的结构示意图。
图6为本发明中动力电池顶盖组件的翻转片的结构示意图之一。
图7为本发明中动力电池顶盖组件的翻转片的结构示意图之二。
图中：1-顶盖片；11-极柱安装孔；2-负极柱；21-基体部；22-柱体部；3-翻转片；31-凸台；32-连接部；33-焊接部；4-电阻块；41-凸起；5-导电基块；6-绝缘密封圈；7-上绝缘塑胶件；8-下绝缘塑胶件；9-正极柱。
具体实施方式
为使本发明的技术方案和优点更加清楚，下面将结合具体实施方式和说明书附图，对本发明及其有益效果作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
如图2～7所示，一种动力电池顶盖组件，包括顶盖片1、负极柱2、正极柱9和翻转片3，负极柱2与顶盖片1绝缘装配，正极柱9与顶盖片1导电连接，顶盖片1设置有极柱安装孔11和连接孔，翻转片3密封连接孔，负极柱2和正极柱9均包括基体部21及由基体部21向下延伸的柱体部22，负极柱2和正极柱9分别穿过极柱安装孔11与导电基块5电连接，柱体部22与顶盖片1之间设置有绝缘密封圈6，其中，负极柱2的基体部21与顶盖片1之间设置有上绝缘塑胶件7，正极柱9的基体部21与顶盖片1之间设置有电阻片，顶盖片1、绝缘密封圈6和导电基块5之间设置有下绝缘塑胶件8。
其中，负极柱2为铜铝复合柱，正极柱9为铝柱；为更好区分正负极柱，可在负极柱2的表面刻印负极标识，在正极柱9的表面刻印正极标识；翻转片3设置有电阻块4，电阻块4与基体部21相对设置，当动力电池内部压力超过翻转片3的翻转压力时，翻转片3向上翻转，使得电阻块4与基体部21电连接，形成小电流放电，降低电池的SOC，使聚集的能量得到释放，从而避免电池发生热失控，保证电池的安全性能。
其中，电阻块4的材质为碳化硅、石墨和聚苯硫醚中的至少一种；该材质制作的电阻块4可以很好满足电化学性能需求。
其中，翻转片3包括焊接部33、凸台3以及设置于焊接部33与凸台3之间的连接部32，焊接部33、凸台3以及连接部32为一体化连接结构；凸台3设置有凹槽，电阻块4设置有与凹槽相配合的凸起41；或凸台3设置有凸缘，电阻块4设置有与凸缘相配合的凹槽。
在根据本发明的动力电池顶盖组件的一实施例中，凸台3设置在连接部32的中央位置，焊接部33设置在连接部32的外边缘，焊接部33与顶盖片1电连接。
在根据本发明的动力电池顶盖组件的一实施例中，连接部32的厚度在从凸台3向焊接部33的方向上逐渐减小。将连接部32设计成变截面的结构，不仅能够确保翻转片3在特定压力下向上翻转，还有效地增加了连接部32内圈的过流面积，减少翻转片3被熔断的概率，从而能够有效地降低动力电池起火或者爆炸的危险，进一步增强了动力电池的安全性能。
在根据本发明的动力电池顶盖组件的一实施例中，凸台3为实心结构，连接部32为片状环面结构，且凸台3的厚度大于连接部32的厚度。由于翻转片3与基体部21接触的位置是过流的瓶颈区域，因此在翻转片3与基体部21接触瞬间电流很大，容易导致接触位置局部熔化。因而通过实心凸台3加电阻块4的结构，可以保证大电流下翻转片3不被熔断，从而有效地降低动力电池发生起火或者爆炸的危险，极大地提高了动力电池的安全性能。
在根据本发明的动力电池顶盖组件的一实施例中，翻转片3的连接部32与水平面形成的夹角为6～60°，优选为10～30°。其中α的具体取值可以根据实际需要进行设置，而不同的设置角度会影响翻转片3向上翻转的动作。当α值过小时，导致凸台3与电阻块4的距离过近，这样正常情况下翻转片3极易与电阻块4发生误接而使电池失效；当α值过大时，使得翻转片3的重心降低，一定程度上增加了翻转片3向上动作的阻力，这样可能导致翻转片3向上动作发生滞后，从而影响电池的安全性能。
在根据本发明的动力电池顶盖组件的一实施例中，电阻块4的阻值大小为0.1～1000mΩ。若电阻块4的阻值过低，会大大降低电阻块4的过流能力，这样无法满足导电性能需求，起不到有效的保护作用；若电阻块4的阻值过高，会大大增加电阻块4的过流能力，这样无法使电池在发生热失控前将电流瞬间释放，同时也无法取消Fuse结构，进而无法提高动力电池的能量密度。
在根据本发明的动力电池顶盖组件的一实施例中，翻转片3的翻转压力为0.01～1.2Mpa，优选为0.1～0.8Mpa。若翻转压力过大，起不到安全防护作用；若翻转压力过小，影响动力电池的正常使用。
在根据本发明的动力电池顶盖组件的一实施例中，顶盖片1设置有凸出于上表面的凸包，凸包在顶盖片1的下表面形成凸包收容部，极柱安装孔11和连接孔均设置于凸包内。安装时将负极柱2和正极柱9上移入顶盖片1的凸包收容部中，在保证动力电池基本性能的同时，减小了负极柱2和正极柱9在壳体内部的高度，给电芯腾出了更大的安装空间，从而使动力电池的能量密度得到提升。
此外，本发明还提供一种采用上述顶盖组件的动力电池，包括电芯、壳体和顶盖组件，电芯置于壳体内，顶盖组件密封安装在壳体上。
相比于现有技术，本发明使翻转片3加设电阻块4，通过调设电阻块4的阻值控制保护电流，当动力电池内部压力增加到翻转片3的翻转压力时，翻转片3向上翻转，使电阻块4与极柱的基体部21电连接，形成小电流放电，降低电池的电容量，使聚集的能量得到释放，从而避免电池发生热失控，保证电池的安全性能；此外，本发明的顶盖组件还可省却保险丝(Fuse)结构的设置，减少其在电池内部的占用空间，有效提高了动力电池的能量密度。
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能够对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上述的具体实施方式，凡是本领域技术人员在本发明的基础上所作出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。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)
1.一种动力电池顶盖组件，包括顶盖片、负极柱和翻转片，所述负极柱与所述顶盖片绝缘装配，所述顶盖片设置有连接孔，所述翻转片密封所述连接孔，其特征在于：所述负极柱包括基体部及由基体部向下延伸的柱体部，所述翻转片设置有电阻块，所述电阻块与所述基体部相对设置，当动力电池内部压力超过翻转片的翻转压力时，所述翻转片向上翻转，使得所述电阻块与所述基体部电连接。
2.根据权利要求1所述的动力电池顶盖组件，其特征在于：所述翻转片包括焊接部、凸台以及设置于所述焊接部与所述凸台之间的连接部，所述凸台设置有凹槽，所述电阻块设置有与所述凹槽相配合的凸起。
3.根据权利要求2所述的动力电池顶盖组件，其特征在于：所述凸台设置在所述连接部的中央位置，所述焊接部设置在所述连接部的外边缘，所述焊接部与所述顶盖片电连接。
4.根据权利要求2所述的动力电池顶盖组件，其特征在于：所述凸台为实心结构，所述连接部为片状环面结构，且所述凸台的厚度大于所述连接部的厚度。
5.根据权利要求1所述的动力电池顶盖组件，其特征在于：所述电阻块的材质为碳化硅、石墨和聚苯硫醚中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的动力电池顶盖组件，其特征在于：所述电阻块的阻值大小为0.1～1000mΩ。
7.根据权利要求1所述的动力电池顶盖组件，其特征在于：所述翻转片的翻转压力为0.01～1.2Mpa。
8.根据权利要求1所述的动力电池顶盖组件，其特征在于：所述顶盖片还设置有极柱安装孔，所述负极柱穿过所述极柱安装孔与导电基块电连接，所述柱体部与所述顶盖片之间设置有绝缘密封圈，所述基体部与所述顶盖片之间设置有上绝缘塑胶件，所述电阻块通过所述上绝缘塑胶件固定于所述凹槽，所述顶盖片、所述绝缘密封圈和所述导电基块之间设置有下绝缘塑胶件。
9.根据权利要求8所述的动力电池顶盖组件，其特征在于：所述顶盖片设置有凸出于上表面的凸包，所述凸包在所述顶盖片的下表面形成凸包收容部，所述极柱安装孔和所述连接孔均设置于所述凸包内。
10.一种动力电池，包括电芯、壳体和顶盖组件，所述电芯置于所述壳体内，所述顶盖组件密封安装在所述壳体上，其特征在于：所述顶盖组件为权利要求1～9任一项所述的顶盖组件。
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