CN110391389B - 电池盖板组件、单体电池、电池模组、动力电池和电动汽车 - Google Patents

电池盖板组件、单体电池、电池模组、动力电池和电动汽车 Download PDF

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Abstract

本公开涉及一种电池盖板组件、单体电池、电池模组、动力电池和电动汽车，该电池盖板组件包括盖板、第一极柱、第二极柱、翻转件、刻痕件及第一导电件，第一极柱电连接于盖板，第二极柱包括间隔设置的上极柱和下极柱，上极柱和下极柱均绝缘固定在盖板上，且下极柱电连接于电芯，刻痕件通过其上的刻痕分为第一刻痕件和第二刻痕件，第一刻痕件通过第一导电件电连接于上极柱，第二刻痕件电连接于下极柱，盖板包括盖板主体，翻转件设置在盖板主体上并与电池内部气体连通，翻转件与第一刻痕件连接，翻转件能够在电池内部气压作用下翻转以拉断刻痕，从而断开上极柱与下极柱之间的电连接。当电池发生异常时，该电池盖板组件能够强制断开电池的充放电路。

Description

电池盖板组件、单体电池、电池模组、动力电池和电动汽车
技术领域
本公开涉及电池领域，具体地，涉及一种电池盖板组件、包括该电池盖板组件的单体电池、包括该单体电池的电池模组，包括该电池模组的动力电池和包括该动力电池的电动汽车。
背景技术
电池作为储能单元在各行各业均有重要作用，例如动力电池广泛用于新能源汽车等领域，其中动力电池的电池包内可以具有由多个单体电池相互串联或并联成电池模组以实现充放电的工作。其中，动力电池在充放电过程中，通常通过BMS(电池管理系统)监控电压和电流的变化计算荷电态。如果电压采样出现问题，就可能导致电池过充，特别是对于三元体系来说，如过充达到一定程度更会出现电池燃烧爆炸的危险。
现有的技术方案：对电池的电压和电流的监测，通过电流积分法和开路电压法计算电池电量，并以此控制电池的充放管理。但是也存在不足，例如电池电压采样或者电流采样失效，或者软件失效，导致电池长时间充电得不到控制，特别是在充电桩充电的情况下，充电桩与电池管理器通讯失效时，过充无法控制，电池过充到一定程度，会引起电池鼓涨甚至爆炸起火。
针对上述问题，现有技术中采用的断路方案和短路保护方案分别为：
在断路方案中，通过电池内部气压推动翻转件翻转并拉断与之相连接的刻痕件，从而实现将电芯与极柱断开以保护电芯。但这种方案存在弊端，因为电芯断开后，整个回路都会断开，电池包和模组停止工作，纯动汽车可能瞬间失去动力输出，存在安全风险；在短路方案中，通过电池内部气压推动翻转件翻转使得正负极发生短路，以使设置在电芯内部的保险丝熔断，从而断开电路保护电芯，但是该方案中设置在电芯内部的保险丝熔断时，会大量产热，可能使得电解液等发生气化或其他异常，从而导致电芯内部的异常变化加剧。
发明内容
本公开的目的是提供一种电池盖板组件，在电池发生异常时，该电池盖板组件能够断开电芯与外部电路的电连接，防止电池进一步热失控导致鼓胀甚至爆炸起火。
为了实现上述目的，本公开提供了一种电池盖板组件，包括盖板、第一极柱、第二极柱、翻转件、刻痕件及第一导电件，所述第一极柱电连接于所述盖板，所述第二极柱包括间隔设置的上极柱和下极柱，所述上极柱和所述下极柱均绝缘固定在所述盖板上，且所述下极柱电连接于电芯，所述刻痕件通过其上的刻痕分为第一刻痕件和第二刻痕件，所述第一刻痕件通过所述第一导电件电连接于所述上极柱，所述第二刻痕件电连接于所述下极柱，所述盖板包括盖板主体，所述翻转件设置在所述盖板主体上并与电池内部气体连通，所述翻转件与所述第一刻痕件连接，所述翻转件能够在电池内部气压作用下翻转以拉断所述刻痕，从而断开所述上极柱与所述下极柱之间的电连接。
可选地，所述盖板还包括第二导电件，所述上极柱绝缘固定在所述第二导电件上，所述第二导电件电连接在所述盖板主体上，所述下极柱绝缘固定于所述盖板主体，所述第一刻痕件和/或所述第一导电件能够在所述翻转件的驱动下移动以与所述第二导电件接触形成电连接。
可选地，所述第二导电件形成为罩设在所述下极柱、所述翻转件、所述刻痕件和所述第一导电件上的保护罩。
可选地，所述第二导电件包括顶板和从所述顶板边缘向下延伸的侧壁板，所述上极柱绝缘固定于所述顶板，所述侧壁板的下端电连接在所述盖板主体上。
可选地，所述第一刻痕件和/或所述第一导电件能够在所述翻转件的驱动下移动以与所述顶板接触。
可选地，所述电池盖板组件还包括绝缘柱，所述翻转件和所述第一刻痕件通过所述绝缘柱相连。
可选地，所述绝缘柱的上端部与所述第一刻痕件连接，所述绝缘柱的下端部固定连接在所述翻转件上。
可选地，所述翻转件上设置有凹槽结构，所述绝缘柱的下端部配合在所述凹槽结构中。
可选地，所述第一导电件形成为片状结构，所述第一导电件的一端电连接于所述上极柱，所述第一导电件的另一端电连接于所述第一刻痕件，所述第一导电件上形成有用于与所述第二导电件接触的第一凸起。
可选地，所述绝缘柱和所述第一凸起均形成为圆柱形，所述第一凸起与所述绝缘柱同轴设置。
可选地，所述盖板主体上开设有与电池内部气体连通的通孔，所述翻转件覆盖在所述通孔上。
可选地，所述第一刻痕件上形成有第二凸起，所述第二凸起与所述第一导电件相连。
可选地，所述刻痕围绕所述第二凸起设置。
可选地，所述刻痕形成为椭圆形。
可选地，所述上极柱和所述下极柱同轴设置。
通过上述技术方案，当电池出现例如过充等异常情况时，情况时，电池温度升高，内部气压增大，翻转件能够在电池内部气压作用下翻转以拉断刻痕，从而断开电芯与外部电路的电连接，防止电池出现进一步的热失控导致爆炸起火。
根据本公开的另一方面，提供一种单体电池，包括电池外壳和容纳在该电池外壳内的电芯，还包括上述电池盖板组件，所述盖板用于封装所述电池外壳，所述下极柱和所述电芯通过内引出件电连接。
根据本公开的另一方面，提供一种电池模组，该电池模组包括多个上述单体电池和多个连接片，所述连接片的一端与一个所述单体电池的第一极柱电连接，所述连接片的另一端与另一个所述单体电池的第二极柱的上极柱电连接。
根据本公开的另一方面，提供一种动力电池，包括包体和设置在该包体内的电池模组，所述电池模组为上述电池模组。
根据本公开的另一方面，提供一种电动汽车，该电动汽车包括上述动力电池。
本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：
图1是本公开一种实施方式中动力电池的部分分解立体示意图；
图2是本公开一种实施方式中电池盖板组件的剖视示意图；
图3是本公开一种实施方式中电池盖板组件的剖视示意图，其中未示出第一极柱。
附图标记说明
1 盖板 11 盖板主体
111 通孔 12 第二导电件
121 顶板 122 侧壁板
2 第一极柱 3 上极柱
4 下极柱 5 翻转件
51 翻边 6 刻痕件
61 第一刻痕件 611 第二凸起
62 刻痕 63 第二刻痕件
7 第一导电件 71 第一凸起
8 绝缘柱 9 第一绝缘环
10 第二绝缘环 100 单体电池
101 电池外壳
具体实施方式
以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。
在本公开中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、左、右”通常是以相应附图的图面方向为基准定义的，“内、外”是指相应部件轮廓的内和外。
如图1至图3所示，本公开提供了一种电池盖板组件，包括盖板1、第一极柱2、第二极柱、翻转件5、刻痕件6及第一导电件7，第一极柱2电连接于盖板1，第二极柱包括间隔设置的上极柱3和下极柱4，上极柱3和下极柱4均绝缘固定在盖板1上，且下极柱4电连接于电芯，刻痕件6通过其上的刻痕62分为第一刻痕件61和第二刻痕件63，第一刻痕件61通过第一导电件7电连接于上极柱3，第二刻痕件63电连接于下极柱4，盖板1包括盖板主体11，翻转件5设置在盖板主体11上并与电池内部气体连通，翻转件5与第一刻痕件61连接，翻转件5能够在电池内部气压作用下翻转以拉断刻痕62，从而断开上极柱3与下极柱4之间的电连接。
其中，第一极柱2和第二极柱中的一者为正极柱，另一者为负极柱。可选地，第一极柱2为正极柱，第二极柱为负极柱，盖板1与第一极柱2直接电导通。在正常情况下，第一极柱2和第二极柱进行电流的输入和输出，以完成单体电池100的充放电工作，而在异常状态下，例如当电池出现过充时，翻转件5等相关零部件快速响应以中断电池的电流输入和电流输出，起到断路保护作用。
通过本公开提供的电池盖板组件，当电池出现例如过充等异常情况时，电池温度升高，电池内部气压增大，随着气压的升高，翻转件5能够在电池内部气压作用下翻转以拉断刻痕62，从而断开电芯与外部电路的电连接，阻值电池进一步热失控导致爆炸起火。
在一种实施方式中，如图2和图3所示，盖板1还包括第二导电件12，上极柱3绝缘固定于第二导电件12上，第二导电件12电连接在盖板主体11上，下极柱4绝缘固定于盖板主体11，第一刻痕件61和/或第一导电件7能够在翻转件5的驱动下移动以与第二导电件12接触形成电连接。
当翻转件5在电池内部气压作用下翻转拉断刻痕62时，上极柱3与下极柱4之间的电连接断开；当翻转件5进一步翻转，带动第一刻痕件61和/或第一导电件7移动以使第一刻痕件61和/或第一导电件7与第二导电件12接触，从而使得上极柱3与盖板1导通。这样，上极柱3即可与第一极柱2通过盖板1直接导通，使得单体电池100的正负极短路连接，从而在整个电路中作为一段导线，避免出现整个动力电池的电路突然断开的情况，提升了汽车的安全性。
其中，为了保证电池工作的可靠性，避免出现因意外磕碰或者外界环境腐蚀导致刻痕件6、翻转件5等受损失效的情况。在一种实施方式中，如图3所示，第二导电件12可形成为罩设在下极柱4、翻转件5、刻痕件6和第一导电件7上的保护罩，以起到对上述零部件的可靠防护作用，尤其起到对刻痕件6的有效保护。
其中，第二导电件12可具有任意适当的结构和形状。在一种实施方式中，如图3所示，第二导电件12可包括顶板121和从顶板121边缘向下延伸的侧壁板122，上极柱3绝缘嵌设在顶板121上，侧壁板122的下端电连接在盖板主体11上。可选地，第二导电件12可形成为圆筒状，以便于加工和提升单体电池100的结构美观性。
在本实施方式中，第一刻痕件61和/或第一导电件7能够在翻转件5的驱动下向上移动以与顶板121接触，从而将上极柱3与第一极柱2短路导通。
在本公开中，如图3所示，电池盖板组件还包括绝缘柱8，翻转件5和第一刻痕件61通过绝缘柱8相连，以通过绝缘柱8推动第一刻痕件61，从而拉断刻痕62，实现电池的断路保护及短路连通。
进一步地，如图2和图3所示，绝缘柱8的上端部与第一刻痕件61连接，绝缘柱8的下端部固定连接在翻转件5上；更进一步地，翻转件5上设置有凹槽结构，绝缘柱8的下端部配合固定在凹槽结构中。
在本公开中，如图3所示，第一导电件7可形成为片状结构，第一导电件7的一端电连接于上极柱3，第一导电件7的另一端电连接于第一刻痕件61，第一导电件7上形成有用于与第二导电件12接触的第一凸起71。在本实施方式中，第一刻痕件61与第一导电件7的连接点与上极柱3与第一导电件7的连接点隔开一定距离，以减小推动翻转件5所需要的力。
进一步地，如图3所示，绝缘柱8和第一凸起71可均形成为圆柱形，第一凸起71与绝缘柱8同轴设置，以进一步保证第一导电件7能够与第二导电件12及时接触。
另外，如图3所示，第一刻痕件61上可形成有第二凸起611，第二凸起611与第一导电件7相连，以使第一导电件7与第二刻痕件63之间具有间隙，从而保证断路保护的可靠性，即，在电池的整个断路保护和短路连通过程中保证第二刻痕件63与第一导电件7始终处于非接触状态，从而避免在该过程中上极柱3和下极柱4电导通。
进一步地，如图3所示，在一种实施方式中，上极柱3和下极柱4同轴设置。在其他可能的实施方式中，上极柱3和下极柱4也可以不同轴。
在本公开中，如图3所示，盖板主体11上开设有与电池内部气体连通的通孔111，翻转件5覆盖在通孔111上。其中，如图2和图3所示，在一种实施方式中，翻转件5可包括底板、从底板边缘向上倾斜延伸的侧围、以及从侧围的上端水平向外延伸的翻边51，翻边51用于搭接在盖板主体11上。可采用焊接方式将翻边51连接在盖板主体11上，以防止翻转件5在翻转过程中与盖板主体11脱开，从而保证电池断路保护的可靠性。
在本实施方式中，翻转件5密封覆盖在通孔111上，一方面可防止电池内部气体从通孔111中溢出，保证气体对翻转件5的作用效果，另一方面，翻转件5将刻痕件6与电池内部隔绝开，从而不仅可阻挡电池内部的电解液与刻痕件6的接触，消除电解液腐蚀导致的刻痕件6失效的风险，而且还能够降低零部件之间由于电解液污染导致的爬电风险，从而提升相关零部件使用过程中的可靠性。
在本公开中，为了便于拉断刻痕62，刻痕62可围绕第二凸起611设置；进一步地，刻痕62可形成为椭圆形。这样在受到气压作用时，由于轮廓的曲率不同，刻痕62曲率较大的区域因集中应力而受力较大，能够被首先撕开，从而增加刻痕62被拉断的灵敏度。更进一步地，绝缘柱8可形成为圆柱形，刻痕62形成为与绝缘柱8同轴的椭圆形，以便于绝缘柱8上移过程中，能够及时、可靠地将刻痕62拉断。
在本公开中，如图3所示，电池盖板组件还包括第一绝缘环9和第二绝缘环10，上极柱3可通过第一绝缘环9绝缘固定在第二导电件12上，下极柱4可通过第二绝缘环10绝缘固定在盖板主体11上。
以下结合附图简要描述根据本公开的一种实施方式的电池盖板组件实现断路保护和短路保护的工作原理及过程。
首先，电池内部气压推动翻转件5翻转，翻转件5通过绝缘柱8推动第一刻痕件61，并拉断刻痕62，从而中断上极柱3与电芯的电连接。
然后，翻转件5进一步翻转，驱使第一导电件7上移以使第一凸起71与第二导电件12接触导通，进而实现上极柱3与第一极柱2的短路导通。
根据本公开的另一方面，提供一种单体电池100，包括电池外壳101和容纳在该电池外壳101内的电芯，还包括上述电池盖板组件，盖板1用于封装电池外壳101，下极柱4和电芯通过内引出件电连接。
根据本公开的另一方面，提供一种电池模组，该电池模组包括多个单体电池100和多个连接片，连接片的一端与一个单体电池100的第一极柱2电连接，连接片的另一端与另一个单体电池100的第二极柱的上极柱3电连接。
根据本公开的另一方面，提供一种动力电池，包括包体和设置在该包体内的电池模组，电池模组为上述电池模组。
根据本公开的另一方面，提供一种电动汽车，该电动汽车包括上述动力电池。
以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。

Claims (17)

1.一种电池盖板组件，其特征在于，包括盖板(1)、第一极柱(2)、第二极柱、翻转件(5)、刻痕件(6)及第一导电件(7)，所述第一极柱(2)电连接于所述盖板(1)，所述第二极柱包括间隔设置的上极柱(3)和下极柱(4)，所述上极柱(3)和所述下极柱(4)均绝缘固定在所述盖板(1)上，且所述下极柱(4)电连接于电芯，所述刻痕件(6)通过其上的刻痕(62)分为第一刻痕件(61)和第二刻痕件(63)，所述第一刻痕件(61)通过所述第一导电件(7)电连接于所述上极柱(3)，所述第二刻痕件(63)电连接于所述下极柱(4)，所述盖板(1)包括盖板主体(11)，所述翻转件(5)设置在所述盖板主体(11)上并与电池内部气体连通，所述翻转件(5)与所述第一刻痕件(61)连接，所述翻转件(5)能够在电池内部气压作用下翻转以拉断所述刻痕(62)，从而断开所述上极柱(3)与所述下极柱(4)之间的电连接，所述盖板(1)还包括第二导电件(12)，所述上极柱(3)绝缘固定在所述第二导电件(12)上，所述第二导电件(12)电连接在所述盖板主体(11)上，所述下极柱(4)绝缘固定于所述盖板主体(11)，所述第一导电件(7)能够在所述翻转件(5)的驱动下移动以与所述第二导电件(12)接触形成电连接，所述第二导电件(12)形成为罩设在所述下极柱(4)、所述翻转件(5)、所述刻痕件(6)和所述第一导电件(7)上的保护罩。
2.根据权利要求1所述的电池盖板组件，其特征在于，所述第二导电件(12)包括顶板(121)和从所述顶板(121)边缘向下延伸的侧壁板(122)，所述上极柱(3)绝缘固定于所述顶板(121)，所述侧壁板(122)的下端电连接在所述盖板主体(11)上。
3.根据权利要求2所述的电池盖板组件，其特征在于，所述第一导电件(7)能够在所述翻转件(5)的驱动下移动以与所述顶板(121)接触。
4.根据权利要求1所述的电池盖板组件，其特征在于，所述电池盖板组件还包括绝缘柱(8)，所述翻转件(5)和所述第一刻痕件(61)通过所述绝缘柱(8)相连。
5.根据权利要求4所述的电池盖板组件，其特征在于，所述绝缘柱(8)的上端部与所述第一刻痕件(61)连接，所述绝缘柱(8)的下端部固定连接在所述翻转件(5)上。
6.根据权利要求5所述的电池盖板组件，其特征在于，所述翻转件(5)上设置有凹槽结构，所述绝缘柱(8)的下端部配合在所述凹槽结构中。
7.根据权利要求4所述的电池盖板组件，其特征在于，所述第一导电件(7)形成为片状结构，所述第一导电件(7)的一端电连接于所述上极柱(3)，所述第一导电件(7)的另一端电连接于所述第一刻痕件(61)，所述第一导电件(7)上形成有用于与所述第二导电件(12)接触的第一凸起(71)。
8.根据权利要求7所述的电池盖板组件，其特征在于，所述绝缘柱(8)和所述第一凸起(71)均形成为圆柱形，所述第一凸起(71)与所述绝缘柱(8)同轴设置。
9.根据权利要求1所述的电池盖板组件，其特征在于，所述盖板主体(11)上开设有与电池内部气体连通的通孔(111)，所述翻转件(5)覆盖在所述通孔(111)上。
10.根据权利要求1所述的电池盖板组件，其特征在于，所述第一刻痕件(61)上形成有第二凸起(611)，所述第二凸起(611)与所述第一导电件(7)相连。
11.根据权利要求10所述的电池盖板组件，其特征在于，所述刻痕(62)围绕所述第二凸起(611)设置。
12.根据权利要求11所述的电池盖板组件，其特征在于，所述刻痕(62)形成为椭圆形。
13.根据权利要求1所述的电池盖板组件，其特征在于，所述上极柱(3)和所述下极柱(4)同轴设置。
14.一种单体电池，包括电池外壳(101)和容纳在该电池外壳(101)内的电芯，其特征在于，还包括权利要求1-13中任一项所述的电池盖板组件，所述盖板(1)用于封装所述电池外壳(101)，所述下极柱(4)和所述电芯通过内引出件电连接。
15.一种电池模组，其特征在于，该电池模组包括多个权利要求14所述的单体电池(100)和多个连接片，所述连接片的一端与一个所述单体电池(100)的第一极柱(2)电连接，所述连接片的另一端与另一个所述单体电池(100)的第二极柱的上极柱(3)电连接。
16.一种动力电池，包括包体和设置在该包体内的电池模组，其特征在于，所述电池模组为权利要求15所述的电池模组。
17.一种电动汽车，其特征在于，该电动汽车包括权利要求16所述的动力电池。
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