CN114976293A - 一种圆柱形高压镍氢电池 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种圆柱形高压镍氢电池，属于电池技术领域，以解决现有的大容量电池组电解液相通，不便于充液，且相邻电池内芯之间会产生相邻电池内芯的正离子与负离子交换的问题而造成漏电，电量的使用率较低的问题，包括电池内芯组、正电极、负电极、内部绝缘密封套以及金属外壳；电池内芯组包括内心由正电极、负电极、至少两个圆柱形单体电芯组成，单体电芯的电芯绕制，绕制的单体电芯最内层与最外层均为隔膜加负极板；每个单体电芯两正负极端面均设置有汇流片，相邻单体电芯之间的两个汇流片相连，汇流片中部设置有孔洞使得单体电芯中部圆柱形通道连通形成共液结构，汇流片上设置有使正离子不能与负离子交换的隔离结构。

Description

一种圆柱形高压镍氢电池
技术领域
本发明属于电池技术领域，更具体地说，特别涉及一种圆柱形高压镍氢电池。
背景技术
圆柱形高电压镍氢电池是指电压在2.4-100V，容量在1-300AH,能量在1-3000WH的单体圆柱形高电压镍氢电池。目前，圆柱形单体镍氢电池都是1.2V的，容量小于50AH,圆柱形镍氢电池单体电池的能量60WH。功率比低于3000W/KG。能量比低于80W/KG，现有的高压镍氢电池结合使用时，为了提高了电压，每个单体都需要引出端子，电池之间需要连接片连接，由于每个连接片都会产生接触电阻，造成内阻高，由于连接片多故障率高，整体电池组能量比低。形成了镍氢电池较致命的缺点，现有的高压电池组是以单体电池结合，其电解液相通。
如申请号为CN202695666U的实用新型专利，一种储能用串联大容量电池组，包括外壳、至少6个依次串联的电芯、隔板，每个电芯之间通过隔板隔开，隔板上开设有微孔，使得每个电池内芯电解液相通，电解液相通使得电池便于散热，延长了使用寿命。
基于上述专利的检索，以及结合现有技术中的设备发现，该电解液相通，但用在圆柱形电池上则不便于充液，且相邻电池内芯之间会产生相邻电池内芯的正离子与负离子交换的问题而造成漏电，A电池的正离子和B电池的负离子形成交换造成了漏电，电量的使用率较低。
于是，有鉴于此，针对现有的结构及缺失予以研究改良，提供一种圆柱形高压镍氢电池，以期达到更具有更加实用价值性的目的。
发明内容
本发明提供一种圆柱形高压镍氢电池，以解决现有的大容量电池组电解液相通，不便于充液，且相邻电池内芯之间会产生相邻电池内芯的正离子与负离子交换的问题而造成漏电，电量的使用率较低的问题。
本发明一种圆柱形高压镍氢电池的目的与功效，由以下具体技术手段所达成：
一种圆柱形高压镍氢电池，包括电池内芯组、正电极、负电极、内部绝缘密封套以及金属外壳；
所述电池内芯组包括内心由正电极、负电极、至少两个圆柱形单体电芯组成，所述单体电芯的电芯绕制，中部形成圆柱形通道，绕制的单体电芯最内层与最外层均为隔膜加负极板；
每个所述单体电芯两正负极端面均设置有汇流片，相邻单体电芯之间的两个汇流片相连，且相邻单体电芯的正负极相对应，首位的单体电芯正极对应正电极，末位的单体电芯负极对应负电极，所述汇流片中部设置有孔洞使得单体电芯中部圆柱形通道连通形成共液结构，所述汇流片上设置有使正离子不能与负离子交换的隔离结构；
所述电池内芯组外部包裹内部绝缘密封套形成电池内胆。
进一步的，所述隔离结构包括V型隔离区，所述汇流片外圈向对应单体电芯的方向倾斜，两个相邻汇流片端部形成电池内芯组外部的V型隔离区。
进一步的，V型隔离区内底面覆盖有正极隔离环，所述正极隔离环一边延伸出V型隔离区，包裹在所述单体电芯正极区域的外周面，所述正极隔离环上卡设有位于V型隔离区内的O型圈。
进一步的，所述隔离结构包括隔离腔，所述汇流片内圈向对应的单体电芯方向倾斜，两个相邻汇流片中部形成电池内芯组外部的隔离腔。
进一步的，所述两个汇流片之间的隔离腔内设置有通液塞，所述通液塞穿过位于单体电芯正极的汇流片，且通液塞长度大于单体电芯长度的二分之一且小于单体电芯长度，通液塞中心有供电解液流通的通孔。
进一步的，所述隔离结构包括正极隔离环，所述正极隔离环包裹在所述单体电芯外周面靠近正极的区域，所述正极隔离环与该单体电芯正极对应端面的汇流片之间形成密封。
进一步的，所述隔离结构包括两个汇流片形成的电池内芯组外部的V型隔离区和中心形成隔离腔。
进一步的，所述隔离结构包括两个汇流片形成的电池内芯组外部的V型隔离区和中心形成隔离腔，隔离腔内设置有通液塞，所述通液塞穿过位于单体电芯正极的汇流片，且通液塞长度大于单体电芯长度的二分之一且小于单体电芯长度，通液塞中心有供电解液流通的通孔。
进一步的，所述隔离结构包括两个汇流片形成的电池内芯组外部的V型隔离区和中心形成隔离腔，V型隔离区内底面覆盖有正极隔离环，所述正极隔离环一边延伸出V型隔离区，包裹在所述单体电芯正极区域的外周面，所述正极隔离环上卡设有位于V型隔离区内的O型圈，隔离腔内设置有通液塞，所述通液塞穿过位于单体电芯正极的汇流片，且通液塞长度大于单体电芯长度的二分之一且小于单体电芯长度，通液塞中心有供电解液流通的通孔。
进一步的，所述正电极与负电极均采用不锈钢或者镀镍钢材料，正电极上与负电极上均具有可密封的导液孔，提供注液之用。
进一步的，所述正电极包括正极基板，设置在正极基板中间的正电极输出头，安全阀组成，所述正极基板中心开设有排液孔，所述正电极输出头中心螺纹连接有第一内六角螺栓，所述安全阀通过第一内六角螺栓固定封堵在排液孔上。
进一步的，所述负电极包括负极基板，设置在负极基板中间的负电极输出头，第二内六角螺栓，T型密封塞组成，所述负极基板中心开设有注液孔，第二内六角螺栓与负电极输出头螺纹连接，所述T型密封塞通过第二内六角螺栓固定卡设在注液孔内。
进一步的，电池内胆再由金属外壳包裹形成圆柱体结构，所述正电极与所述负电极均与金属外壳绝缘。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1、圆柱形电池的设置，电池内芯组中间形成共液的通道，便于充液，且通过汇流片将电池内芯组分为多个局部电池，通过隔离结构使得多个单体电芯相邻的正极与负极的离子交换被切断，电池内芯组外部与中心的共液结构中均只有负离子流动，且对应的电芯绕制其最内层与最外层均为隔膜加负极板，使得负离子的流动不会被中和，避免了共液的电池漏电的情况，增加了电池的存放时间。
2、通过汇流片的设置，两个相邻汇流片结合焊接的中心形成隔离腔，外端V型隔离区，拉开了离子交换的距离，中心的隔离腔与通液塞配合阻断了正离子的扩散，使得负离子不能与正离子交换，达到电池内芯组中心共液的条件，外端的V型隔离区拉开了离子交换的距离，欧型圈和电芯外围负极性配合正极隔离环阻止正离子的扩散，使正负离子不能与负离子交换，达到电池内芯组外部共液的条件。
附图说明
图1是本发明一种圆柱形高压镍氢电池的结构示意图。
图2是图1中A区域的放大图。
图3是本发明中正电极的结构示意图。
图4是本发明中负电极的结构示意图。
图5是本发明中汇流片的结构示意图。
图6是本发明中通液塞的结构示意图。
图中，部件名称与附图编号的对应关系为：
1、正电极；2、安全阀；3、金属外壳；4、内部绝缘密封套；5、O型圈；6、正极隔离环；7、通液塞；8、单体电芯；9、负电极；10、绝缘压环；11、金属压环；12、电极密封胶；13、负极标记热塑管；14、T型密封塞；15、汇流片；16、正极标记热塑管；17、正极基板；18、正电极输出头；19、安全阀；20、第一内六角螺栓；21、排液孔；22、负极基板；23、负电极输出头；24、第二内六角螺栓；25、固定环；26、注液孔。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。
在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”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”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“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。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。
实施例：
如附图1至附图6所示：
本发明提供一种圆柱形高压镍氢电池，内心有1+N个圆柱形单体电芯8，和2+2N个汇流片15，1+N个通液塞7，1+N正极隔离环6，N-1个O型圈5，两端分别加上带有安全阀2的正电极1和带有T型密封塞14的负电极9极组成电池内芯组，内芯组外部先由较薄的内部绝缘密封套4包裹着圆电池内芯组形成电池内胆，再用金属外壳3包裹形成圆柱体结构，正电极1与负电极9都与金属外壳3绝缘，圆柱形的设计易于充液，普通的方形电池内部压力大产生拉力变形，而圆柱形电池内部压力大则产生扭力变形，抗压能力更强。
安全阀2可在电池内部压力大于2兆帕小于2.5兆帕的情况安全阀2全部开启，排出气体和液体，确保电池安全。
其中，所述圆柱形高电压镍氢电池单体电芯8的电芯绕制，要求中心负极板在隔膜上先绕制一圈后再绕制隔膜与正极板，绕制结束必须负极板全部包裹正极板，负极板外部全部隔膜包裹，为共液系统建立基本条件。
其中，单体电芯8之间，由两个汇流片15形成了电池内芯组外部的V型隔离区和中心形成隔离腔，为共液体系提供了基础架构，汇流片15之间通过激光焊接，可通过电子而不通过离子，电池内芯组外部的V型隔离区和中心的隔离腔均可拉开离子交换的距离，减少离子交换而造成的漏电；V型隔离区的V型口便于两个汇流片15进行激光焊接，激光焊接有一定深度，使其能够只对焊接面进行焊接，而不会焊接到汇流片15外边缘。
在本实施例中，将单体电芯8进行整形，使正负极泡沫镍与汇流片15完全耦合，在正极的汇流片15上安装通液塞7，用耐碱胶水粘合后安装在电芯的正端，负极端安装另一个汇流片15，放入激光焊接模具中进行激光穿透焊接后形成单体的电芯。
圆柱形高电压镍氢电池的电池内芯组外部共液结构，由V型隔离区和正极隔离环6、O型圈5组成。其机理是相邻两个A电芯和B电芯对接，由A电芯的正极与B电芯的负极相连，这样形成了外部电子短路的局部电池，如果A电池的正离子和B电池的负离子再形成交换就造成了漏电，切断离子交换是能否形成共液的关键。V型隔离区拉开了离子交换的距离，O型圈5和电池内芯组外围负极性配合，正极隔离环6阻止正离子的扩散，使正负离子不能与负离子交换，达到电池内芯组外部共液的条件，O型圈5具有弹性张力，能够更好的压紧正极隔离环6，避免离子从缝隙通过。
圆柱形高电压镍氢电池的电池内芯组中心共液结构，由隔离腔和通液塞7组成，通液塞7的长度大于单体电芯8长度的二分之一且小于单体电芯8长度，避免正离子扩散进入到通液塞7内部。其机理是隔离腔拉开了离子交换的距离，通液塞7配合电芯负极性阻断了正离子扩散，使正负离子不能与负离子交换，达到电池内芯组中心共液的条件。
其中，通液塞7通过固定环25安装在汇流片15上，通液塞7一端穿过汇流片15上的孔洞，穿过端上套设固定环25，固定环25内侧面粘贴在汇流片15的中心倾斜面上，从而固定通液塞7。
其中，正电极1与负电极9，采用不锈钢或者镀镍钢材料，正电极1上与负电极9上均具有可密封的导液孔，提供注液之用。
内部绝缘密封套4采用尼龙或者耐碱热缩管材料，保证电芯与金属外壳3的绝缘，而金属外壳3采用不锈钢、镀镍铁、铝材料。保证金属外壳3能够承受电芯内部足够的压力。
其中，正电极1上与负电极9上均套有电极密封胶12，电极密封胶12采用硅胶或者环氧树脂材料保证电极不会爬碱。
其中，位于正电极1端的金属外壳3上包裹有正极标记热塑管16，为红色，位于负电极9端的金属外壳3上包裹有负极标记热塑管13，为蓝色。
其中，传统的圆电池封口是采用尼龙垫圈，使电池密封和固定作用，本圆柱形高电压镍氢电池采用图1中绝缘压环10，金属压环11,电池内部绝缘密封套4形成密封体系，克服传统圆电池在高内压情况下尼龙环被压坏造成电池短路、起火的缺点，该设置在任何情况下不会短路。
其中，正电极1包括正极基板17，设置在正极基板17中间的正电极输出头18，安全阀19组成，正极基板17中心开设有排液孔21，正电极输出头18中心螺纹连接有第一内六角螺栓20，安全阀19通过第一内六角螺栓20固定封堵在排液孔21上，通过安全阀19的设置可在电池内部压力过大时通过排液孔21排出气体和液体进行泄压，确保电池安全。
其中，附图4为电池的负电极9示意图，由负极基板22，负电极输出头23，第二内六角螺杆24，T形密封塞25组成。其中负极基板22中心附有注夜孔26，第二内六角螺栓24与负电极输出头23螺纹连接，T型密封塞25通过第二内六角螺栓24固定卡设在注液孔26内，传统的圆柱形电池都是在外壳封装前进行注夜，本圆柱形高电压镍氢电池采用的全部电池组装完成后再进行注夜，这样可进行真空加惰性气体的注夜方式，注夜完成后电池内部残留的空气几乎为零。
其中，负极基板22以及正极基板17上均设置有电极密封胶12，电极密封胶12采用环氧树脂或者硅胶进行密封，其作用在于进一步密封电池极头防止电池出现爬碱。
本实施例的具体使用方式与作用：
本发明在使用时，若该电池内设置有N+1个单体电芯8，电池内芯组则会有N个电极，当电极将电解液完全隔开时，V1＝V2＝V3＝……Vn-1，V总＝V1*(n-1)，从而达到高压的效果，当电极在电解液面下有微孔时，电解液相通，公式仍然有效，通过两个汇流片15之间形成的隔离结构，隔离腔拉开了相邻单体电芯8之间紧挨的正负极中心的离子交换，V型隔离区拉开了相邻单体电芯8外部的离子交换，有效避免了高压电池共液时的漏电情况。
本发明的实施例是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显而易见的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。

Claims (13)

1.一种圆柱形高压镍氢电池，其特征在于：包括电池内芯组、正电极(1)、负电极(9)、内部绝缘密封套(4)以及金属外壳(3)；
所述电池内芯组包括内心由正电极(1)、负电极(9)、至少两个圆柱形单体电芯(8)组成，所述单体电芯(8)的电芯绕制，中部形成圆柱形通道，绕制的单体电芯(8)最内层与最外层均为隔膜加负极板；
每个所述单体电芯(8)两正负极端面均设置有汇流片(15)，相邻单体电芯(8)之间的两个汇流片(15)相连，且相邻单体电芯(8)的正负极相对应，首位的单体电芯(8)正极对应正电极(1)，末位的单体电芯(8)负极对应负电极(9)，所述汇流片(15)中部设置有孔洞使得单体电芯(8)中部圆柱形通道连通形成共液结构，所述汇流片(15)上设置有使正离子不能与负离子交换的隔离结构；
所述电池内芯组外部包裹内部绝缘密封套(4)形成电池内胆。
2.如权利要求1所述的一种圆柱形高压镍氢电池，其特征在于：所述隔离结构包括V型隔离区，所述汇流片(15)外圈向对应单体电芯(8)的方向倾斜，两个相邻汇流片(15)端部形成电池内芯组外部的V型隔离区。
3.如权利要求2所述的一种圆柱形高压镍氢电池，其特征在于：V型隔离区内底面覆盖有正极隔离环(6)，所述正极隔离环(6)一边延伸出V型隔离区，包裹在所述单体电芯(8)正极区域的外周面，所述正极隔离环(6)上卡设有位于V型隔离区内的O型圈(5)。
4.如权利要求1所述的一种圆柱形高压镍氢电池，其特征在于：所述隔离结构包括隔离腔，所述汇流片(15)内圈向对应的单体电芯(8)方向倾斜，两个相邻汇流片(15)中部形成电池内芯组外部的隔离腔。
5.如权利要求4所述的一种圆柱形高压镍氢电池，其特征在于：所述两个汇流片(15)之间的隔离腔内设置有通液塞(7)，所述通液塞(7)穿过位于单体电芯(8)正极的汇流片(15)，且通液塞(7)长度大于单体电芯(8)长度的二分之一且小于单体电芯(8)长度，通液塞(7)中心有供电解液流通的通孔。
6.如权利要求1所述的一种圆柱形高压镍氢电池，其特征在于：所述隔离结构包括正极隔离环(6)，所述正极隔离环(6)包裹在所述单体电芯(8)外周面靠近正极的区域，所述正极隔离环(6)与该单体电芯(8)正极对应端面的汇流片(15)之间形成密封。
7.如权利要求1所述的一种圆柱形高压镍氢电池，其特征在于：所述隔离结构包括两个汇流片(15)形成的电池内芯组外部的V型隔离区和中心形成隔离腔。
8.如权利要求1所述的一种圆柱形高压镍氢电池，其特征在于：所述隔离结构包括两个汇流片(15)形成的电池内芯组外部的V型隔离区和中心形成隔离腔，隔离腔内设置有通液塞(7)，所述通液塞(7)穿过位于单体电芯(8)正极的汇流片(15)，且通液塞(7)长度大于单体电芯(8)长度的二分之一且小于单体电芯(8)长度，通液塞(7)中心有供电解液流通的通孔。
9.如权利要求1所述的一种圆柱形高压镍氢电池，其特征在于：所述隔离结构包括两个汇流片(15)形成的电池内芯组外部的V型隔离区和中心形成隔离腔，V型隔离区内底面覆盖有正极隔离环(6)，所述正极隔离环(6)一边延伸出V型隔离区，包裹在所述单体电芯(8)正极区域的外周面，所述正极隔离环(6)上卡设有位于V型隔离区内的O型圈(5)，隔离腔内设置有通液塞(7)，所述通液塞(7)穿过位于单体电芯(8)正极的汇流片(15)，且通液塞(7)长度大于单体电芯(8)长度的二分之一且小于单体电芯(8)长度，通液塞(7)中心有供电解液流通的通孔。
10.如权利要求1所述的一种圆柱形高压镍氢电池，其特征在于：所述正电极(1)与负电极(9)均采用不锈钢或者镀镍钢材料，正电极(1)上与负电极(9)上均具有可密封的导液孔。
11.如权利要求1所述的一种圆柱形高压镍氢电池，其特征在于：所述正电极(1)包括正极基板(17)，设置在正极基板(17)中间的正电极输出头(18)，安全阀(19)组成，所述正极基板(17)中心开设有排液孔(21)，所述正电极输出头(18)中心螺纹连接有第一内六角螺栓(20)，所述安全阀(19)通过第一内六角螺栓(20)固定封堵在排液孔(21)上。
12.如权利要求1所述的一种圆柱形高压镍氢电池，其特征在于：所述负电极(9)包括负极基板(22)，设置在负极基板(22)中间的负电极输出头(23)，第二内六角螺栓(24)，T型密封塞(25)组成，所述负极基板(22)中心开设有注液孔(26)，第二内六角螺栓(24)与负电极输出头(23)螺纹连接，所述T型密封塞(25)通过第二内六角螺栓(24)固定卡设在注液孔(26)内。
13.如权利要求1所述的一种圆柱形高压镍氢电池，其特征在于：电池内胆再由金属外壳(3)包裹形成圆柱体结构，所述正电极(1)与所述负电极(9)均与金属外壳(3)绝缘。
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