CN112424990B - 电池安全通气组件 - Google Patents

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Abstract

披露了一种用于具有上部环绕夹钳状形状的电池壳体的电池安全通气组件。该组件具有正极帽、安全通气盘、垫片绝缘体以及电路中断装置，该安全通气盘在该正极帽的盘元件下方延伸，该垫片绝缘体与该电池壳体的夹钳状形状紧密适配并且对该正极帽、该安全通气盘和电路中断装置提供支撑，该电路中断装置嵌入在该垫片绝缘体的底侧凹入区域中。该电路中断装置联接到从该安全通气盘向下伸出的按钮。该组件的各部分之间的气体释放通路、开口和接口被布置为使得当该电池壳体内的气压超过预定压力阈值极限时，该安全通气盘中的薄弱线允许气体安全地离开该电池壳体。

Description

电池安全通气组件
技术领域
本发明涉及电池设计，并且更具体地涉及一种电池安全通气组件。在本披露中，为了简单起见使用术语电池(battery)或电动电池(electric battery)，但是它们可与术语电池(cell)或电动电池(electrical cell)互换，它们通常呈圆柱形的形状但是不限于此。
背景技术
电动电池的安全性是要考虑的重要方面，尤其是当将很多电池组装在一起作为如用于电动车辆的电池包中时。穿孔或其他损坏可能会导致爆炸或起火，为了安全目的必须加以限制。
期望为这种电池提供确保导电和密封但还确保安全使用的装置。这通常是通过电池盖组件设计来实现的。但是现有的盖组件很复杂。由于过量的能量传递而使它们在焊接过程中易于损坏。它们通常具有受限制的通道区段，其限制了在损坏时释放由电池反应产生的气体。盖组件中的接触电阻通常是随机的并且过高。
发明内容
本发明的目标是提供一种构造简单、成本极具竞争力、安全可靠并且高效的电池安全通气组件。
根据本发明的一方面，提供了一种用于具有上部环绕夹钳状形状的电池壳体的电池安全通气组件，该电池安全通气组件包括：
正极帽，该正极帽具有盘元件以及从该盘元件向上突出的端头元件，该端头元件具有外围壁，该外围壁限定了侧面开口，这些侧面开口彼此间隔开并且形成气体出口，该盘元件具有向下伸出的凸缘；
安全通气盘，该安全通气盘在该正极帽的盘元件下方延伸，该安全通气盘具有外围边沿部分、薄弱线布置以及向下伸出的中心按钮，该外围边沿部分抵靠该正极帽的盘元件的凸缘适配，该薄弱线布置在该正极帽的端头元件下方延伸、并且形成气体释放开口以用于在该电池壳体内的气压超过预定压力阈值极限时使气体通过；
垫片绝缘体，该垫片绝缘体具有外围部分和内部部分，该外围部分与该电池壳体的夹钳状形状紧密适配、并且限定了向内导向的狭槽，该狭槽接纳该正极帽的盘元件的凸缘以及该安全通气盘的外围边沿部分，该内部部分限定了中心开口以及向下伸出的U形通道，该U形通道具有与该安全通气盘接触的上部侧向肩部，该U形通道的相对于该电池安全通气组件的中心直立轴线位于最内侧的肩部和侧壁形成底侧凹入区域；
电路中断装置，该电路中断装置具有与该底侧凹入区域适配的盘状形状，该电路中断装置具有直立通孔，这些直立通孔与该垫片绝缘体的中心开口连通并联接到该安全通气盘的按钮；以及
正极接片，该正极接片从该电路中断装置向下伸出。
因此，在本发明的宽泛实施例中，该电池安全通气组件可以包括四个主要部分，比如正极帽、安全通气盘、垫片绝缘体以及电路中断装置。
附图说明
下面将参考以下附图给出优选实施例的详细描述：
图1是根据本发明的电池安全通气组件的分解视图。
图2是根据本发明的电池安全通气组件的截面视图。
具体实施方式
参考图1，根据本发明的电池安全通气组件具有顶盖或正极帽2、安全通气盘4、垫片绝缘体6以及电路中断装置(CID)8。电池安全通气组件可以压接安装在电池壳体10的上部环绕夹钳状形状上，如图2所示。
在实施例中，正极帽2具有从盘元件14向上突出的端头元件12。端头元件12具有外围壁13，该外围壁限定彼此间隔开的多个侧面开口15、优选地是三个因此它们的尺寸非常合适，并且优选地围绕端头元件12的圆周分布，从而形成气体出口。盘元件14具有例如通过弯曲制成的向下伸出的凸缘16。凸缘16有利地在由垫片绝缘体6的外围部分18限定的向内导向的狭槽9内抓握于安全通气盘4，该垫片绝缘体与电池壳体10的夹钳状形状紧密适配并由其支撑，如图2所示。这种布置易于工厂组装，并且有助于保持正极帽2与安全通气盘4之间的低阻抗。凸缘16还形成了正极帽2与垫片绝缘体6之间的接触表面，该接触表面有助于防止电池泄漏。代替通用焊接，与涉及多个焊接点(例如，10个点)的其他布置的焊接相比，正极帽2与安全通气盘4的接触表面可以通过激光焊接工艺进行焊接以实现更好的导电性。而且，所提出的正极帽2与安全通气盘4的布置是有利的，因为当对电池的正极接片20进行焊接时，将有助于避免由于超声波焊接过程的能量而损坏安全通气盘4，安全通风盘损坏将可能引起电池泄漏，因为它是可以将超声波焊接过程的能量传递到组件的支撑点。正极帽2优选地由镀铁的镍材料制成，用于例如抵靠端头元件12的上表面进行电阻器焊接。
当组装时，安全通气盘4在正极帽2下方延伸并与其接触，如图2所示。在实施例中，安全通气盘4具有外围边沿部分17，该外围边沿部分抵靠正极帽2的盘元件14的凸缘16适配并且提供与垫片绝缘体6抵靠的接触表面以防止电池泄漏。接触表面可以具有接口22，该接口尤其旨在将超声波焊接的能量分布到正极帽2，而不是让能量积聚在安全通气盘4上。
参考图2，安全通气盘4优选地具有向下伸出的袋状壁24，该袋状壁插入垫片绝缘体6的最内侧肩部37中的狭槽中、并且形成了用于焊接在CID 8上的支撑元件。当可能由铝制成的正极接片20被焊接在CID 8上时，超声波能量则可以通过壁24传递到安全通气盘4，而不是经过CID 8与安全通气盘4的向下伸出的中心按钮28的接口26以及可能经过按钮28与安全通气盘4的大体呈垫圈状的部分42的接口30，这些情况将可能导致损坏安全通气盘4。安全通气盘4优选地由纯铝冲压而成，并且具有薄弱线31(如图1中所示)的布置，这些薄弱线在正极帽2的端头元件12下方延伸并且形成了用于在电池内的气压超过预定压力阈值极限时使气体通过的气体释放开口。薄弱线31的布置可以形成外部的一组彼此间隔开的圆形分布的薄弱线、形成了从这些圆形分布的薄弱线向内导向的X形状的薄弱线、以及靠近安全通气盘4的中心按钮28并与形成X形状的薄弱线配合的内部的八角形的一组薄弱线。安全通气盘4的按钮28与CID 8具有接口26，该接口优选地是激光焊接的并且能够通过安全通气盘4的向上运动撕裂。如果电池内的气压超过预定阈值，则气体将穿过开口32，因此将安全通气盘4向上推动，并且最终撕裂接口26并且自动关闭电池功能并实现保护。
垫片绝缘体6的主要目标是形成密封垫片以防止电池的电解质泄漏通过安全通气组件。它还防止可能的外部水分进入电池中。在实施例中，垫片绝缘体6具有内部部分，该内部部分限定了中心开口40以及向下伸出的U形通道33，该U形通道具有与安全通气盘4接触的上部侧向肩部35、37。U形通道33在安全通气盘4下方提供圆形空间34。U形通道33的相对于安全通气组件的中心直立轴线位于最内侧的肩部37和侧壁形成了底侧凹入区域以用于紧密地、紧固地且夹钳状地收纳CID 8。垫片绝缘体6优选地由注塑材料制成，使得其底侧表面36可以吸收施加到底部盘8的超声波焊接能量的冲击。在实施例中，垫片绝缘体6的尤其是在限定内表面38的内部部分处的厚度使得CID 8不能上升并与安全通气盘4接触，以便保留最小气体释放通路40，以用于由于气压流通过接口26而使已焊接的接口26破裂并将安全通气盘4的按钮28向上推动。
在实施例中，CID 8具有与垫片绝缘体6的底侧凹入区域紧密适配的盘状形状。CID8具有优选地沿圆周分布的多个直立通孔32，如图1中最佳所见，这些通孔与垫片绝缘体6的中心开口连通，以使电池内部产生的可能的气体到达抵靠安全通气盘4的空间40。CID 8优选地由铝合金制成，从而提供适当的刚性程度而防止变形，其将为了迫使由电池产生的气体使已焊接的接口26破裂而受损。该刚性还防止当将正电极的铝接片20焊接到CID 8的底表面时由于可能的压力和机械振动而引起不期望的结果。底部盘8与垫片绝缘体6之间的接口允许焊接能量通过表面36和接口22分布到正极帽2。CID 8可以具有上部凹入表面44，该上部凹入表面促进接口26在所需气压下破裂。
根据本发明的电池安全通气组件具有许多优点，以便降低电池盖的组装的复杂性；它将几个功能集成在由垫片绝缘体6形成的单件中。垫片绝缘体6提供了电池的阴极与阳极之间、绕组(图中未示出)与阴极之间的电绝缘，在焊接过程中提供能量分散，并且在由安全通气盘4形成安全阀的开口的情况下提供气体释放。组件可以有利地仅由四个部分制成。将安全通气盘4与电池的阴极进行压接使电池盖具有恒定性和降低的内部电阻。
虽然本发明的实施例已经在附图中进行了展示并且以上已经进行了描述，但对本领域技术人员显而易见的是，在不脱离本发明的情况下，可以对其进行修改。

Claims (21)

1.一种用于具有上部环绕夹钳状形状的电池壳体的电池安全通气组件，该电池安全通气组件包括：
正极帽，该正极帽具有盘元件以及从该盘元件向上突出的端头元件，该端头元件具有外围壁，该外围壁限定了侧面开口，这些侧面开口彼此间隔开并且形成气体出口，该盘元件具有向下伸出的凸缘；
安全通气盘，该安全通气盘在该正极帽的盘元件下方延伸，该安全通气盘具有平的外围边沿部分、薄弱线布置以及向下伸出的中心按钮，该平的外围边沿部分抵靠该正极帽的盘元件的凸缘适配，该薄弱线布置在该正极帽的端头元件下方在所述平的外围边沿部分中延伸、并且形成气体释放开口以用于在该电池壳体内的气压超过预定压力阈值极限时使气体通过；
垫片绝缘体，该垫片绝缘体具有外围部分和内部部分，该外围部分与该电池壳体的夹钳状形状紧密适配、并且限定了向内导向的狭槽，该狭槽接纳该正极帽的盘元件的凸缘以及该安全通气盘的外围边沿部分，该内部部分限定了中心开口以及向下伸出的U形通道，该U形通道具有与该安全通气盘接触的上部侧向肩部，该U形通道的相对于该电池安全通气组件的中心直立轴线位于最内侧的肩部和侧壁形成底侧凹入区域；
电路中断装置，该电路中断装置具有与该底侧凹入区域适配的盘状形状，该电路中断装置具有直立通孔，这些直立通孔与该垫片绝缘体的中心开口连通并联接到该安全通气盘的按钮；以及
正极接片，该正极接片从该电路中断装置向下伸出。
2.根据权利要求1所述的电池安全通气组件，其中，该垫片绝缘体压接安装在该电池壳体的上部环绕夹钳状形状中。
3.根据权利要求1所述的电池安全通气组件，其中，该正极帽的端头元件的外围壁的这些侧面开口围绕该端头元件的圆周分布。
4.根据权利要求1所述的电池安全通气组件，其中，该正极帽的盘元件的凸缘是通过弯曲制成的。
5.根据权利要求1所述的电池安全通气组件，其中，该正极帽的盘元件的凸缘在该垫片绝缘体的外围部分的狭槽内抓握于该安全通气盘。
6.根据权利要求1所述的电池安全通气组件，其中，该盘元件的凸缘形成了该正极帽与该垫片绝缘体之间的接触表面从而防止电池泄漏。
7.根据权利要求6所述的电池安全通气组件，其中，该接触表面是激光焊接的。
8.根据权利要求1所述的电池安全通气组件，其中，该正极接片被焊接到该电路中断装置。
9.根据权利要求1所述的电池安全通气组件，其中，该正极帽由镀铁的镍材料制成。
10.根据权利要求1所述的电池安全通气组件，其中，该安全通气盘具有接触表面，该接触表面抵靠该垫片绝缘体从而防止电池泄漏。
11.根据权利要求10所述的电池安全通气组件，其中，该安全通气盘的接触表面与该垫片绝缘体形成接口，从而将超声波焊接能量分布到该正极帽。
12.根据权利要求1所述的电池安全通气组件，其中，该安全通气盘具有向下伸出的袋状壁，该袋状壁插入该垫片绝缘体的这些肩部中的最内侧肩部中的狭槽中并且形成支撑元件。
13.根据权利要求1所述的电池安全通气组件，其中，该正极接片由铝制成。
14.根据权利要求1所述的电池安全通气组件，其中，该安全通气盘由纯铝冲压而成。
15.根据权利要求1所述的电池安全通气组件，其中，该薄弱线布置包括外部的一组彼此间隔开的圆形分布的薄弱线、形成了从这些圆形分布的薄弱线向内导向的X形状的薄弱线、以及靠近该安全通气盘的中心按钮并与形成X形状的薄弱线配合的内部的八角形的一组薄弱线。
16.根据权利要求1所述的电池安全通气组件，其中，该安全通气盘的按钮与该电路中断装置具有接口，该接口是激光焊接的并且能够在该电池壳体内的气压超过该预定压力阈值极限时通过该安全通气盘的向上运动撕裂。
17.根据权利要求1所述的电池安全通气组件，其中，该垫片绝缘体由注塑材料制成。
18.根据权利要求1所述的电池安全通气组件，其中，该垫片绝缘体的内部部分的厚度防止该电路中断装置上升并与该安全通气盘接触，以便保留该电路中断装置与该安全通气盘之间的最小气体释放通路，以用于由于气压流通过该按钮与该电路中断装置的接口而使该接口破裂并将该按钮向上推动。
19.根据权利要求1所述的电池安全通气组件，其中，该电路中断装置的这些直立通孔沿圆周分布。
20.根据权利要求1所述的电池安全通气组件，其中，该电路中断装置由铝合金制成，从而提供预定刚性程度。
21.根据权利要求1所述的电池安全通气组件，其中，该电路中断装置具有上部凹入表面从而促进该电路中断装置与该按钮的接口在预定气压下破裂。
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