CN107732094A - 电池过充安全保护装置和锂离子电池 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电池过充安全保护装置和锂离子电池，属于蓄电池技术领域。其中，电池过充安全保护装置包括第一导电片、安全翻转阀和第二导电片；第一导电片用于与电池的正极连接；第二导电片用于与电池的负极或外部接地线连接；安全翻转阀与第一导电片连接，与第二导电片之间存在间隙；安全翻转阀临近第二导电片的一侧设置有翻转片。本发明提供的电池过充安全保护装置和锂离子电池，通过安全翻转阀，使得过充时正负极短路，释放出电芯能量，避免引起安全事故。该电池过充安全保护装置能够预防电池发生意外后的过充电以及释放发生意外的电池内部能量，从而进一步提高动力电池的安全性能，以克服现有技术中的动力电池顶盖安全性不甚理想的不足。

Description

电池过充安全保护装置和锂离子电池

技术领域

本发明涉及蓄电池技术领域，具体而言，涉及一种电池过充安全保护装置和锂离子电池。

背景技术

锂离子电池由于具有高能量、高容量及高功率，已被用于混合动力汽车和电动汽车。对于用做汽车电源的动力电池来说，其安全性为重中之重，过充测试就是动力电池三个最极端的安全测试之一。

为保证锂离子电池的过充安全性，单只电池及电池组在实际应用中均需配置专用保护电路进行充电管理。这种方法直接、有效，但仍存在安全风险，特别是对由几十个电池通过串、并联组成的动力电池组来说，要实现对每只电池的逐点管理难度非常大。任何一只电池的管理失控都有可能带来严重的安全问题。事实上，由电路控制失效引起的不安全事故时有发生。

发明内容

针对上述现有技术中存在的问题，本发明提供了一种电池过充安全保护装置和锂离子电池，通过安全翻转阀，使得过充时正负极短路，释放出电芯能量，避免引起安全事故。

第一方面，本发明实施例提供了一种电池过充安全保护装置，包括第一导电片、安全翻转阀和第二导电片；

所述第一导电片用于与电池的正极连接；所述第二导电片用于与电池的负极或外部接地线连接；

所述安全翻转阀与第一导电片连接，与所述第二导电片之间存在间隙；

所述安全翻转阀的内部空心，盛装有易挥发的液体；所述安全翻转阀临近第二导电片的一侧设置有翻转片；当电池内部温度过高时，液体挥发使安全翻转阀内部的压力增大，翻转片受压翻转，使第一导电片与第二导电片连通，形成外接短路，释放电池内部能量。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，所述装置还包括固定结构，所述安全翻转阀和所述第二导电片的一端位于所述固定结构的内部，所述固定结构用于限定安全翻转阀与所述第二导电片之间的间隙。

结合第一方面的第一种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，所述翻转片为圆形内凹结构的翻转片，所述翻转片上设置有凸包。

结合第一方面的第二种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，所述凸包的顶面为曲面或平面。

结合第一方面的第二种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，所述凸包为实心结构或空心结构，所述凸包与所述翻转片为一体式结构或分体式结构。

结合第一方面的第二种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，所述凸包的顶面低于所述翻转片的边缘所在的平面。

结合第一方面的第二种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中，所述凸包位于所述翻转片的中心位置。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第七种可能的实施方式，其中，所述安全翻转阀内盛装的液体包括如下液体中的一种或几种：乙胺、氯乙烷、乙胺、乙醛、呋喃、氟化氢、氰化氢、三氯化硼、乙醛、氰化氢、甲酸甲酯。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第八种可能的实施方式，其中，所述安全翻转阀上设置有注液孔。

第二方面，本发明实施例还提供了一种锂离子电池，包括上述的电池过充安全保护装置，以及锂离子电池的正极端子和负极端子；所述电池过充安全保护装置串接在锂离子电池的正极端子和负极端子之间。

本发明实施例带来了以下有益效果：

本发明实施例提供的电池过充安全保护装置和锂离子电池，通过安全翻转阀，使得过充时正负极短路，释放出电芯能量，避免引起安全事故。该电池过充安全保护装置能够预防电池发生意外后的过充电以及释放发生意外的电池内部能量，从而进一步提高动力电池的安全性能，以克服现有技术中的动力电池顶盖安全性不甚理想的不足。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一实施例所提供的电池过充安全保护装置的结构示意图；

图2为本发明一实施例所提供的第一导电片与安全翻转阀的连接结构图；

图3为本发明一实施例所提供的电池过充安全保护装置的剖视图；

图4为本发明一实施例所提供的固定结构的结构示意图。

图标：

1-第一导电片；2-第二导电片；3-安全翻转阀；31-翻转片；32-凸包；33-注液孔；4-固定结构；41-侧开口。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

针对现有的电池过充存在安全风险的问题，本发明实施例提供了一种电池过充安全保护装置和锂离子电池，以下首先对本发明的电池过充安全保护装置进行详细介绍。

实施例一

本实施例提供了一种电池过充安全保护装置，如图1至图4所示，该电池过充安全保护装置包括第一导电片1、安全翻转阀3和第二导电片2。第一导电片1用于与充电电池的正极连接，第二导电片2用于与充电电池的负极或外部接地线连接。

安全翻转阀3与第一导电片1连接，与第二导电片2之间存在间隙。安全翻转阀3的内部空心，盛装有易挥发的液体。安全翻转阀3临近第二导电片2的一侧设置有翻转片31。

具体的说，安全翻转阀3可以是圆柱形结构，该圆柱形安全翻转阀的底面与第一导电片1焊接或以其它方式固定连接。安全翻转阀3的顶面为翻转片31，翻转片31为圆形内凹结构的翻转片。正常情况下，安全翻转阀3的顶面与第二导电片2之间具有一定的间隙。该间隙不宜过大，应满足当翻转片31翻转后，能够与第二导电片2接触，使电路实现短路，达到保护锂离子电池的作用。

当然，安全翻转阀3也可以是立方体、椎体或内部空心的其它形状。当安全翻转阀3为立方体时，其上表面可以预留圆孔，用于安装翻转片31。当安全翻转阀3为椎体时，可以设置为上宽下窄的结构，其底端固定在第一导电片1上。

安全翻转阀3上设置有注液孔33，用于向安全翻转阀3内补充液体。注液孔33可由密封盖密封。如图3所示，注液孔33位于安全翻转阀3与第一导电片1相连接的一侧的侧面上。可以理解到，注液孔33也可以设置于安全翻转阀3的其它的侧面上。

为了防止第二导电片2与安全翻转阀3之间的间隙过大，该电池过充安全保护装置还包括固定结构4，安全翻转阀3和第二导电片2的一端位于固定结构4的内部，固定结构4用于限定安全翻转阀3与第二导电片2之间的间隙。固定结构4还用于防止翻转片31向上翻转的力量将第二导电片2弹开。保证在翻转片31翻转后，翻转片31与第二导电片2的稳定接触。

如图4所示，固定结构4可以是立方体结构，该固定结构4的内部设置有一内空通道，用于容纳第二导电片2，固定结构4一端开口，第二导电片2从开口处伸出。还可以在固定结构4的顶侧壁上设一凹槽，凹槽与内部通道相通，第二导电片2连接在凹槽内。该固定结构4的一个侧面上设置有侧开口41，侧开口41的长度方向平行与固定结构4的长度方向，第一导电片1从侧开口41处伸出。可以理解，固定结构4也可以是两端开口的结构，第一导电片1和第二导电片2分别从两端的开口处伸出。固定结构4也可以是圆柱形或其它形状。

在一较优选的实施例中，翻转片31上设置有凸包32。凸包32位于翻转片31的中心位置。当然，凸包32也可以位于翻转片31上的其它位置。如图3所示，凸包32为实心结构，其顶面为平面，凸包32与翻转片31为一体式结构。翻转片31与安全翻转阀3的其它部分也一体成形。可以理解，凸包32的顶面也可以是平面，其内部可以是空心结构，与翻转片31一体成形。凸包32与翻转片31还可以是分体结构，例如，凸包32为实心结构或空心结构，通过焊接或其它连接方式固定在翻转片31上。

更为优选地，凸包32位于翻转片31的中心位置，凸包32的顶面低于翻转片31的边缘所在的平面，防止翻转片31未翻转时，凸包32即可以接触到第二导电片2。

翻转片31的翻转气压为0.3～0.5MPa，并且在0.7MPa气压下不会破裂，翻转片31的翻转高度不小于0.5mm。当安全翻转阀3内部的压力增大到翻转临界值时，翻转片31向第二导电片2的方向翻转，凸包32将实现第一导电片1和第二导电片2的电连接。

安全翻转阀3内盛装的液体可以包括如下液体中的一种或几种：乙胺、氯乙烷、乙胺、乙醛、呋喃、氟化氢、氰化氢、三氯化硼、乙醛、氰化氢、甲酸甲酯等遇热易挥发的液体。安全翻转阀3内部的液体体积为0.01-7mL，优选为3.65mL。

正常情况下，安全翻转阀3与第二导电片2不接触，第一导电片1和第二导电片2之间不存在短路电路，电池正常充电。当电池发生意外或过充时，电池内部温度升高，安全翻转阀3内部的液体遇热挥发产生气压，当内压达到安全翻转阀3的翻转压力时，翻转片31发生翻转，凸包32上移和第二导电片2接触，第二导电片2与凸包32接触部位发生熔断，从而使第一导电片1和第二导电片2接通，使电池实现外短路，释放出电芯能量，达到保护电池的作用。一方面可以确保消化掉过充电流，另一方面可以释放隐患电池能量，消除安全隐患。

本发明实施例提供的电池过充安全保护装置，通过安全翻转阀，使得过充时正负极短路，释放出电芯能量，避免引起安全事故。该电池过充安全保护装置能够预防电池发生意外后的过充电以及释放发生意外的电池内部能量，从而进一步提高动力电池的安全性能，以克服现有技术中的动力电池顶盖安全性不甚理想的不足。

实施例二

本实施例提供了一种锂离子电池，该锂离子电池可以是圆柱型结构或方型结构，包括正极端子和负极端子，以及连接在正极端子和负极端子之间的电池过充安全保护装置。其中，正极端子也称为正极极耳，正极端子内部为正极材料，即包含锂的化合物。负极端子也称为负极极耳，负极端子内部为负极材料，可以是碳素材料。

锂离子电池的充放电过程，就是锂离子的嵌入和脱嵌过程。在锂离子的嵌入和脱嵌过程中，同时伴随着与锂离子等当量电子的嵌入和脱嵌。

其中，电池过充安全保护装置如上述实施例一所记载，包括第一导电片、安全翻转阀和第二导电片。第一导电片用于与充电电池的正极连接，第二导电片用于与充电电池的负极或外部接地线连接。

安全翻转阀与第一导电片连接，与第二导电片之间存在间隙。安全翻转阀的内部空心，盛装有易挥发的液体。安全翻转阀临近第二导电片的一侧设置有翻转片。

具体的说，安全翻转阀可以是圆柱形结构，该圆柱形安全翻转阀的底面与第一导电片焊接或以其它方式固定连接。安全翻转阀的顶面为翻转片，翻转片为圆形内凹结构的翻转片。正常情况下，安全翻转阀的顶面与第二导电片之间具有一定的间隙。该间隙不宜过大，应满足当翻转片翻转后，能够与第二导电片接触，使电路实现短路，达到保护锂离子电池的作用。

安全翻转阀上设置有注液孔，用于向安全翻转阀内补充液体。注液孔可由密封盖密封。

当然，安全翻转阀也可以是立方体、椎体或内部空心的其它形状。当安全翻转阀为立方体时，其上表面可以预留圆孔，用于安装翻转片。当安全翻转阀为椎体时，可以设置为上宽下窄的结构，其底端固定在第一导电片上。

为了防止第二导电片与安全翻转阀之间的间隙过大，该电池过充安全保护装置还包括固定结构，安全翻转阀和第二导电片的一端位于固定结构的内部，固定结构用于限定安全翻转阀与第二导电片之间的间隙。固定结构还用于防止翻转片向上翻转的力量将第二导电片弹开。保证在翻转片翻转后，翻转片与第二导电片的稳定接触。

固定结构可以是立方体结构，该固定结构的一端开口，第二导电片从开口处伸出。该固定结构的一个侧面上设置有侧开口，第一导电片从侧开口处伸出。可以理解，固定结构也可以是两端开口的结构，第一导电片和第二导电片分别从两端的开口处伸出。固定结构也可以是圆柱形或其它形状。

在一较优选的实施例中，翻转片上设置有凸包。凸包位于翻转片的中心位置。当然，凸包也可以位于翻转片上的其它位置。凸包为实心结构，其顶面为平面，凸包与翻转片为一体式结构。翻转片与安全翻转阀的其它部分也一体成形。可以理解，凸包的顶面也可以是平面，其内部可以是空心结构，与翻转片一体成形。凸包与翻转片还可以是分体结构，例如，凸包为实心结构或空心结构，通过焊接或其它连接方式固定在翻转片上。凸包的顶面低于翻转片的边缘所在的平面，防止翻转片未翻转时，凸包即可以接触到第二导电片。

当安全翻转阀内部的压力增大到翻转临界值时，翻转片第二导电片的方向翻转，凸包将实现第一导电片和第二导电片的电连接。

安全翻转阀内盛装的液体可以包括如下液体中的一种或几种：乙胺、氯乙烷、乙胺、乙醛、呋喃、氟化氢、氰化氢、三氯化硼、乙醛、氰化氢、甲酸甲酯等遇热易挥发的液体。

正常情况下，安全翻转阀第二导电片不接触，第一导电片和第二导电片之间不存在短路电路，电池正常充电。当电池发生意外或过充时，电池内部温度升高，安全翻转阀内部的液体遇热挥发产生气压，当内压达到安全翻转阀的翻转压力时，翻转片发生翻转，凸包上移和第二导电片接触，第二导电片与凸包接触部位发生熔断，从而使第一导电片和第二导电片接通，使电池实现外短路，释放出电芯能量，达到保护电池的作用。一方面可以确保消化掉过充电流，另一方面可以释放隐患电池能量，消除安全隐患。

本发明实施例提供的电池过充安全保护装置和锂离子电池具有相同的技术特征，所以也能解决相同的技术问题，达到相同的技术效果。

需要说明的是，在本发明所提供的实施例中，应该理解到，另外，在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种电池过充安全保护装置，其特征在于，包括第一导电片、安全翻转阀和第二导电片；

所述第一导电片用于与电池的正极连接；所述第二导电片用于与电池的负极或外部接地线连接；

所述安全翻转阀与第一导电片连接，与所述第二导电片之间存在间隙；

所述安全翻转阀的内部空心，盛装有易挥发的液体；所述安全翻转阀临近第二导电片的一侧设置有翻转片；当电池内部温度过高时，液体挥发使安全翻转阀内部的压力增大，翻转片受压翻转，使第一导电片与第二导电片连通，形成外接短路，释放电池内部能量。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括固定结构，所述安全翻转阀和所述第二导电片的一端位于所述固定结构的内部，所述固定结构用于限定安全翻转阀与所述第二导电片之间的间隙。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述翻转片为圆形内凹结构的翻转片，所述翻转片上设置有凸包。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述凸包的顶面为曲面或平面。

5.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述凸包为实心结构或空心结构，所述凸包与所述翻转片为一体式结构或分体式结构。

6.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述凸包的顶面低于所述翻转片的边缘所在的平面。

7.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述凸包位于所述翻转片的中心位置。

8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述安全翻转阀内盛装的液体包括如下液体中的一种或几种：乙胺、氯乙烷、乙胺、乙醛、呋喃、氟化氢、氰化氢、三氯化硼、乙醛、氰化氢、甲酸甲酯。

9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述安全翻转阀上设置有注液孔。

10.一种锂离子电池，其特征在于，包括上述权利要求1～9中任一项所述的电池过充安全保护装置，以及锂离子电池的正极端子和负极端子；所述电池过充安全保护装置串接在锂离子电池的正极端子和负极端子之间。