CN117477188A - 一种密封连接件及大容量电池 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种密封连接件及大容量电池，该密封连接件，用于将大容量电池的外壳和任一单体电池的上盖板密封连接，该密封连接件包括用于套设在单体电池极柱外侧的中空构件；该中空构件的底部用于和所述单体电池的第一区域密封连接，中空构件的顶部与所述外壳的第二区域密封连接。该密封连接件解决现有大容量电池的单体电池的上盖板和外壳之间存在间隙，导致激光熔焊时外壳和上盖板之间可能存在虚焊，甚至无法焊接的问题。

Description

一种密封连接件及大容量电池
技术领域
本发明属于电池领域，具体涉及一种密封连接件及大容量电池。
背景技术
现有的电池模组中各单体电池自身存在差异，使得电池模组中各单体电池的均一性较差，进而会直接导致电池模组的循环寿命受限，因此如何提升电池模组中各单体电池的均一性成为了该领域研究的重点和难点。
为了解决上述问题，相关技术提出了一种大容量电池，如图1和图2所述，该大容量电池包括外壳1以及多个单体电池2；多个单体电池并联放置在外壳1内，外壳1顶板上对应各单体电池2的极柱开设有供单体电池极柱伸出外壳1的第一通孔3；外壳1上设置有与各单体电池2内腔连通的至少一个共享腔室4；
如图1所示，若共享腔室4为一个，当其用于和各单体电池2内腔中电解液区连通，则可实现各单体电池的电解液共享；如图2所示，当其用于和各单体电池内腔中气体区连通，则可用于实现各单体电池的气体平衡。
如图3所示，若共享腔室4为二个，则其中一个用于实现单体电池的电解液共享，另一个用于实现各单体电池的气体平衡。
通过该共享腔室4可使各单体电池至少处于统一的电解液环境和气体平衡环境中的一种，确保了各单体电池的均一性，提升了大容量电池的性能和循环寿命。
为了避免共享腔室与外界环境保持完全的隔离，外壳1的密封性显得尤为重要。
多个单体电池2在成组后，需要将外壳1上的每个第一通孔3和与之对应的单体电池2的上盖组件进行密封焊接，以确保该位置处的密封性。当前采用的方式是，在每个第一通孔3对应的周边区域采用激光熔焊的方式将外壳和单体电池的上盖组件焊接(图1中A处圆圈为焊接轨迹)。
但是，在批量生产大容量电池时，由于加工误差和装配误差的存在，若需要确保各单体电池底部处于同一水平面，则各单体电池的顶部(即上盖组件)会出现高低差不齐的问题，使得一些大容量电池中个别单体电池的上盖组件和外壳之间存在间隙，导致激光熔焊时外壳和上盖组件之间可能存在虚焊，甚至存在无法焊接的问题，大容量电池的成品率受到了影响。
发明内容
为了解决现有大容量电池的单体电池的上盖板和外壳之间存在间隙，导致激光熔焊时外壳和上盖板之间可能存在虚焊，甚至存在无法焊接的问题，本发明一方面提供了一种密封连接件，用于将大容量电池的外壳和任一单体电池的上盖板密封连接，所述外壳上开设有多个用于大容量电池中各单体电池极柱伸出的第一通孔；该密封连接件包括用于套设在单体电池极柱外侧的中空构件；该中空构件的底部用于和所述单体电池的第一区域密封连接，中空构件的顶部与所述外壳的第二区域密封连接；
所述第一区域为位于所述任一单体电池的上盖板中任一极柱周边的区域；
所述第二区域为位于外壳上任一一个第一通孔对应的区域。
本发明采用中空构件使用时，套设在单体电池的极柱外侧，底部用于和单体电池的上盖板密封连接，顶部用于和外壳上与该极柱对应的第一通孔周边区域密封连接，无论外壳和各单体电池上盖板之间是否存在间隙，亦或是间隙尺寸不同，中空构件均可将外壳和单体电池的上盖板进行密封固定，继而确保了大容量电池外壳的密封性，解决了直接将外壳和单体电池上盖板激光熔焊时可能出现的虚焊甚至是无法焊接的问题。
进一步地，中空构件底部外侧设置有用于和单体电池的上盖板焊接的第一环形板。使用时，将中空构件套设于极柱上之后，利用第一环形板焊接于单体电池上盖板上，之后，直接利用中空构件顶部与第一通孔的孔壁进行焊接，或者将中空构件的顶部进行折弯与外壳上位于第一通孔周边的区域进行焊接。
进一步地，为了方便加工以及减少零件的数量，上述中空构件和第一环形板一体成型。
进一步地，上述中空构件顶部外侧设置有用于和所述第二区域焊接的第二环形板，以及设置在中空构件底部内侧用于和所述第一区域焊接的第三环形板；第三环形板的内径大于单体电池极柱处设置的绝缘密封垫的外径。
使用时，可将单体电池先放入外壳内，确保单体电池伸出第一通孔后，再将中空构件从第一通孔放入，确保第三环形板与单体电池的上盖板接触，第二环形板与外壳外表面接触之后，再分别对第三环形板和第一区域，以及第二环形板与第二区域进行焊接。
进一步地，为了方便加工以及减少零件的数量，上述中空构件、第二环形板以及第三环形板一体成型。
进一步地，上述中空构件侧壁上设置有缓冲形变槽。该缓冲形变槽不仅为密封固定时提供了一定的变形余量，该变形余量可以用来弥补外壳和单体电池之间间隙过大带来的不利于焊接的问题，并且也可弥补单体电池极柱和与之对应的第一通孔同轴度偏差；同时当大容量电池在受到外力或者自身振动时，该缓冲形变槽自身具有一定缓冲作用，确保了密封固定的可靠性。
本发明的第二方面提供一种大容量电池，包括外壳以及N个单体电池，N大于等于2；N个单体电池并联设置，且整体设置于外壳内部；所述外壳上设置有与各单体电池的电解液区连通的电解液共享腔室；其改进之处是：
还包括2N个上述第一方面提供的中空构件；
中空构件的底部和任一单体电池的第一区域密封连接，中空构件的顶部与所述外壳的第二区域密封连接；单体电池的极柱伸出中空构件，且单体电池极柱和中空构件之间保持绝缘。
该大容量电池通过共享腔室可实现各单体电池处于气体平衡和电解液共享的至少一种均一状态，继而使得大容量电池具有更长的循环寿命，并且大容量电池的采用中空构件将外壳和单体电池进行密封连接，不仅密封性好，并且易于装配。
本发明提供以下五种大容量电池的形态：
一、共享腔室为一个，且一体成型于所述外壳底部并与各单体电池内腔的电解液区连通，继而使大容量电池具备了电解液共享的功能，确保了各单体电池电解液一致性。
二、共享腔室为一个，且一体成型于所述外壳顶部并与各单体电池内腔的气体区连通，继而使大容量电池具备了气体平衡的功能，确保了各单体电池气体的一致性。
三、共享腔室为一个，且一体成型于所述外壳顶部并覆盖于各单体电池的泄爆口处，以确保单体电池热失控烟气冲破泄爆口后通过该共享腔室排出。
四、共享腔室为两个，其中一个共享腔室一体成型于所述外壳底部并与各单体电池内腔的电解液区连通，另一个共享腔室一体成型于所述外壳顶部并与各单体电池内腔的气体区连通，继而使大容量电池同时具备了电解液共享和气体平衡的功能，大幅提升了各单体电池气体的一致性。
五、共享腔室为两个，其中一个共享腔室一体成型于所述外壳底部并与各单体电池内腔的电解液区连通，另一个共享腔室一体成型于所述外壳顶部并覆盖于各单体电池的泄爆口处，以确保单体电池热失控烟气冲破泄爆口后通过该共享腔室排出，继而使大容量电池具备了电解液共享功能同时液具备了单一电池泄爆的功能，确保了各单体电池电解液一致性的同时也一定程度上提高了安全性。
附图说明
图1为背景技术中相关技术提出的大容量电池第一种形态结构示意图；
图2为背景技术中相关技术提出的大容量电池第二种形态结构示意图；
图3为背景技术中相关技术提出的大容量电池第三种形态结构示意图；
图4为实施例1提供的密封连接件的结构示意图；
图5为实施例1中密封连接件和单体电池连接后的示意图；
图6为实施例1中密封连接件和大容量电池连接后的示意图；
图7为实施例2提供的密封连接件的结构示意图；
图8为增设缓冲形变槽的密封连接件剖视图；
图9为实施例3中大容量电池的外壳立体图；
图10为实施例3中第一盖板的结构示意图；
图11为实施例3中U形壳体的结构示意图；
图12为实施例5中大容量电池的立体图；
图13为实施例5中大容量电池的外壳立体图；
图14为实施例5中U形壳体的结构示意图；
图15为实施例5中第二盖板的结构示意图；
图16为实施例6中大容量电池结构示意图；
图17为实施例6中大容量电池外壳的结构示意图。
附图标记如下：
1-外壳、11-筒体、12-第一盖板、13-第二盖板、14-U形壳体、15-第三盖板、16-第四盖板、2-单体电池、21-极柱转接件、3-第一通孔、4-共享腔室、5-密封连接件、51-中空构件、52-第一环形板、53-第二环形板、54-第三环形板、55-缓冲形变槽。
具体实施方式
下面将结合的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是一部分实施例，而不是全部的实施例。基于以下实施例，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。
同时，需要说明的是，文中术语“顶、底、内和外”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，因此不能理解为对技术方案的限制。此外，术语“第一、第二或第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
本发明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、可拆卸连接或一体式连接：同样可以是机械连接、电连接或直接连接，也可以通过中间媒介间接相连，也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。
本发明中密封连接件的基本设计思路是：
为了解决由于加工误差和装配误差造成的大容量电池外壳和各单体电池上盖板之间的间隙过大而导致的两者通过激光熔焊时出现虚焊或无法焊接的问题。本发明采用了密封连接件解决了以上问题。该密封连接件包括中空构件；该中空构件的底部用于和所述单体电池的第一区域密封连接，中空构件的顶部与所述外壳的第二区域密封连接；第一区域为位于所述任一单体电池的上盖板中任一极柱周边的区域；所述第二区域为位于外壳上任一一个第一通孔对应的区域。
第一通孔对应的区域为外壳外表面上对应任一一个第一通孔的周边区域；或者第一通孔对应的区域为第一通孔孔壁。
其中，极柱周边的区域即为极柱上绝缘密封垫周边的区域。该绝缘密封垫为单体电池上用于使极柱和上盖板之间绝缘的零件。
中空构件大体为一个薄壁的类管状结构，可采用粘接、铆接或焊接的方式分别于单体电池上盖板以及大容量电池的外壳密封连接。中空构件的水平截面可为矩形环或圆形环，为了更好的和第一通孔以及极柱形状适配，通常中空构件截面为圆环形。
由于相对焊接方式来说，粘接的可靠性差，铆接方式不便于装配，因此通常采用焊接的方式将中空构件分别与外壳和单体电池上盖板密封连接。
需要说明的是：本实施例中为了确保大容量电池的外壳、单体电池的上盖组件以及中空构件之间焊接的可操作性和焊接后的可靠性，由于单体电池的外壳均是采用铝制材料制成，因此，中空构件、大容量电池的外壳也采用铝制材料制作。
以下结合几个实施例来对密封连接件、以及采用该密封连接件的大容量电池进行具体说明。
实施例1
如图4所示，本实施例中密封连接件5包括中空构件51以及设置在中空构件51底部的第一环形板52；该第一环形板52可采用焊接的方式固定与中空构件51底部外侧，也可采用折弯的方式在中空构件51底部一体成型出第一环形板52，为了便于加工，通常优选采用折弯的方式在中空构件51上一体成型出第一环形板52。
结合图4至图6，该实施例的密封连接5件在使用时，先将密封连接件5套设于单体电池2的极柱外，再利用第一环形板52将密封连接件5焊接于单体电池2的上盖板，为了确保中空构件51和单体电池2的上盖板之间焊接的可靠性和密封性，本实施例选用激光熔焊的方式，然后将焊接单体电池2放入外壳1内，接着将该单体电池2上密封连接件5的顶部进行折弯后，使该折弯部分与外壳1上表面接触，最后将折弯部和外壳焊接。为了确保密封连接件5和外壳1之间焊接的可靠性和密封性，本实施例也选用激光熔焊的方式。
在一些其他实施例中，若中空构件51顶部未设置第一环形板52，将中空构件51焊接于上盖板时则无法采用激光熔焊的方式，可能会使得焊接部位的可靠性和密封性都相对较弱。
在一些其他实施例中，若中空构件51底部未通过折弯的方式，将中空构件51焊接于外壳1时则无法采用激光熔焊的方式，可能会使得焊接部位的可靠性和密封性也相对较弱。
在一些其他实施例中，为了使单体电池极柱可以伸出，可利用螺钉连接或者焊接的方式在单体电池已有极柱上增设一个极柱转接件21，以确保极柱可伸出外壳。极柱转接件21的水平截面可以为圆柱形，也可为方形。
实施例2
如图6和图7所示，本实施例中密封连接件5包括中空构件51、中空构件顶部外侧设置有第二环形板53，中空构件底部内侧设置有第三环形板54；第三环形板的内径大于单体电池极柱处设置的绝缘密封垫的外径，位于第二环形板53和第三环形板54之间的中空构件51侧壁外径尺寸小于外壳1上第一通孔3孔径。该第二环形板53、第三环形板54可采用焊接的方式分别固定于中空构件51的顶部和底部(顶部可以是中空构件的顶端或者靠近顶端的部分，优先顶端；底部为中空构件的底端)，也可采用折弯的方式在中空构件51顶部和底部一体成型出第二环形板53以及第三环形板54，为了便于加工，通常优选采用折弯的方式在中空构件上一体成型出第二环形板以及第三环形板。
参见图6，本实施例的密封连接件在使用时，可将单体电池先放入外壳1内，确保单体电池2伸出第一通孔3后，再将密封连接件5从第一通孔3放入，确保第三环形板54与单体电池的上盖板接触，第二环形板53与外壳外表面接触之后，再分别对第三环形板54和单体电池的上盖板，以及第二环形板53与外壳1外表面进行焊接。为了确保第三环形板54和单体电池上盖板之间，以及第二环形板53与外壳1外表面之间焊接的可靠性和密封性，本实施例选用激光熔焊的方式。
该中空构件结构形式相比实施例1的结构形式，无需额外的折弯操作，提升了工作效率。
另外，如图8所示，本实施例的中空构件51侧壁上还开设有缓冲形变槽55。该缓冲形变槽55不仅为密封固定时提供了一定的变形余量，该变形余量可以用来弥补外壳和单体电池之间间隙过大带来的不利于焊接的问题，并且也可弥补单体电池极柱和与之对应的第一通孔同轴度偏差；同时当大容量电池在受到外力或者自身振动时，该缓冲形变槽自身具有一定缓冲作用，确保了密封固定的可靠性。
当然，该缓冲变形槽55的结构也可适用于实施例1的密封连接件上。
实施例3
本实施例中提供了一种大容量电池，如图6所示，该大容量电池包括外壳1、N个单体电池2以及2N个密封连接件5，N大于等于2；N个单体电池2并联设置，且整体设置于外壳1内部；所述外壳1顶部设置有与各单体电池2的气体区连通的共享腔室4；
密封连接件5的底部和任一单体电池2的第一区域密封连接，密封连接件5的顶部与所述外壳1的第二区域密封连接；单体电池2的极柱伸出密封连接件5，且极柱与密封连接件5之间保持绝缘；绝缘的方式可以为浇注绝缘胶，或绝缘胶套。
其中，密封连接件5采用实施例2中的结构形式，当然实施例1的结构也同样适用。
外壳可采用以下三种形式：
一、参见图9和图10，外壳1包括筒体11、第一盖板12、第二盖板13；筒体11的顶部和底部均为敞口，第一盖板12密封固定(焊接)于筒体11顶部，第二盖板13密封固定(焊接)于筒体11底部；
第一盖板12上一体成型有一个共享腔室以及2N个第一通孔3，2N个第一通孔3分列共享腔室的两侧。
二、参见图9和图11，外壳1包括U形壳体14、第一盖板12、第三盖板15以及第四盖板16；U形壳体14的顶部、前部和后部均为敞口，第一盖板12密封固定(焊接)于U形壳体14顶部，第三盖板15、第四盖板16分别密封固定(焊接)于U形壳体14的前部和后部。
第一盖板12上一体成型有一个共享腔室，以及2N个第一通孔3，2N个第一通孔3分列共享腔室的两侧。
三、参见图9，外壳1包括筒体11、第三盖板15、第四盖板16；筒体11的前部和后部均为敞口，第三盖板15密封固定(焊接)于筒体11前部，第四盖板16密封固定(焊接)于筒体后部；
筒体11的顶部一体成型有一个共享腔室以及2N个第一通孔3，2N个第一通孔3分列共享腔室的两侧。
以上三种方式的外壳中，筒体11和U形壳体14可通过焊接的方式拼接而成，也可采用铸造或冲压等方式一体成型，为了便于加工同时确保密封性，通常选择一体成型的方式。
实施例4
参见图5，本实施例的大容量电池结构与实施例3基本一致，不同之处是：单体电池的气体口为泄爆部，此时共享腔室覆盖泄爆部，当单体电池发生热失控时，热失控烟气冲破泄爆口后可通过该共享腔室排出。
实施例5
如图12所示，本实施例的大容量电池结构与实施例3基本一致，也仅仅只有一个共享腔室，不同之处是：共享腔室设置于外壳底部，用于将各单体电池内腔的电解液区连通。由于各单体电池共享电解液，因此本实施例中多个单体电池需要并联设置。
当在电解液作用或外力作用下各单体电池下盖组件上的密封机构开启，则各单体电池的电解液区与共享腔室连通，继而使得各单体电池处于一个共同电解液体系下，提升了大容量电池性能和循环寿命。
大容量电池的外壳可采用以下三种形式构成：
一、参见图13和图15所示，外壳1包括筒体11、第一盖板12、第二盖板13；筒体11的顶部和底部均为敞口，第一盖板12密封固定(焊接)于筒体11顶部，第二盖板13密封固定(焊接)于筒体11底部；
第一盖板12上设置有2N个第一通孔3，第二盖板13上一体成型有一个共享腔室。
二、参见图13和图14，外壳1包括U形壳体14、第一盖板12、第三盖板15以及第四盖板16；U形壳体14的顶部、前部和后部均为敞口，第一盖板12密封固定(焊接)于U形壳体14顶部，第三盖板15、第四盖板16分别密封固定(焊接)于U形壳体14的前部和后部。
第一盖板12上设置有2N个第一通孔3，U形壳体14的底部上一体成型有一个共享腔室。
三、参见图13，外壳1包括筒体11、第三盖板15、第四盖板16；筒体11的前部和后部均为敞口，第三盖板15密封固定(焊接)于筒体11前部，第四盖板16密封固定(焊接)于筒体后部；
筒体11的顶部设置有2N个第一通孔3，筒体11底部一体成型有一个共享腔室。
以上三种方式的外壳中，筒体11和U形壳体14可通过焊接的方式拼接而成，也可采用铸造或冲压等方式一体成型，为了便于加工同时确保密封性，通常选择一体成型的方式。
实施例6
如图16所示，本实施例是在实施例5的基础上(可共享电解液)，在外壳顶部增设一个共享腔室4；也就是说本实施例的大容量电池上具有两个共享腔室4。
当外壳顶部增设的共享腔室4与各单体电池内腔的气体区连通时，使得大容量电池同时具备了电解液共享和气体平衡的功能，大幅提升了各单体电池气体的一致性。
当外壳顶部增设的共享腔室4覆盖于各单体电池2的泄爆部时，使得大容量电池具备了电解液共享功能同时液具备了单一电池泄爆的功能，确保了各单体电池电解液一致性的同时也一定程度上提高了安全性。
本实施例中大容量电池的外壳可采用以下三种形式构成：
一、参见图17，外壳1包括筒体11、第一盖板12、第二盖板13；筒体11的顶部和底部均为敞口，第一盖板12密封固定(焊接)于筒体11顶部，第二盖板13密封固定(焊接)于筒体11底部；
参见图10，第一盖板12上设置有2N个第一通孔3以及一体成型有一个共享腔室，参见图15，第二盖板13上同样一体成型有一个共享腔室。
二、参见图17，外壳1包括U形壳体14、第一盖板12、第三盖板15以及第四盖板16；U形壳体14的顶部、前部和后部均为敞口，第一盖板12密封固定(焊接)于U形壳体14顶部，第三盖板15、第四盖板16分别密封固定(焊接)于U形壳体14的前部和后部。
参见图10，第一盖板12上设置有2N个第一通孔3以及一体成型有一个共享腔室，参见图14，U形壳体14的底部同样一体成型有一个共享腔室。
三、参见图17，外壳1包括筒体11、第三盖板15、第四盖板16；筒体11的前部和后部均为敞口，第三盖板14密封固定(焊接)于筒体11前部，第四盖板16密封固定(焊接)于筒体后部；
筒体11的顶部设置有2N个第一通孔3以及一体成型有一个共享腔室，筒体11底部同样一体成型有一个共享腔室。
以上三种方式的外壳中，筒体11和U形壳体14可通过焊接的方式拼接而成，也可采用铸造或冲压等方式一体成型，为了便于加工同时确保密封性，通常选择一体成型的方式。

Claims (9)

1.一种密封连接件，其特征在于，用于将大容量电池的外壳和任一单体电池的上盖板密封连接，所述外壳上开设有多个用于大容量电池中各单体电池极柱伸出的第一通孔；该密封连接件包括中空构件；该中空构件的底部用于和所述单体电池的第一区域密封连接，中空构件的顶部与所述外壳的第二区域密封连接；
所述第一区域为位于所述任一单体电池的上盖板中任一极柱周边的区域；
所述第二区域为位于外壳上任一一个第一通孔对应的区域。
2.根据权利要求1所述的密封连接件，其特征在于，中空构件底部外侧设置有用于和单体电池的上盖板焊接的第一环形板。
3.根据权利要求2所述的密封连接件，其特征在于，中空构件和第一环形板一体成型。
4.根据权利要求1所述的密封连接件，其特征在于，中空构件顶部外侧设置有用于和所述第二区域焊接的第二环形板，以及设置在中空构件底部内侧用于和所述第一区域焊接的第三环形板；第三环形板的内径大于单体电池极柱处设置的绝缘密封垫的外径。
5.根据权利要求4所述的密封连接件，其特征在于，中空构件、第二环形板以及第三环形板一体成型。
6.根据权利要求2-5任一项所述的密封连接件，其特征在于，所述中空构件顶部和底部之间的侧壁上设置有缓冲形变槽。
7.一种大容量电池，包括外壳以及N个单体电池，N大于等于2；N个单体电池并联设置，且整体设置于外壳内部；所述外壳上设置有与各单体电池的内腔连通的共享腔室；其特征在于：
还包括2N个如权利要求1-6任一项所述的中空构件；
中空构件的底部和任一单体电池的第一区域密封连接，中空构件的顶部与所述外壳的第二区域密封连接；单体电池的极柱伸出中空构件，且单体电池极柱和中空构件之间保持绝缘。
8.根据权利要求7所述的一种大容量电池，其特征在于：所述共享腔室为一个，且一体成型于所述外壳底部并与各单体电池内腔的电解液区连通；
或者，所述共享腔室为一个，且一体成型于所述外壳顶部并与各单体电池内腔的气体区连通；
或者，所述共享腔室为一个，且一体成型于所述外壳顶部并覆盖于各单体电池的泄爆口处，以确保单体电池热失控烟气冲破泄爆口后通过该共享腔室排出。
9.根据权利要求7所述的一种大容量电池，其特征在于，所述共享腔室为两个，其中一个共享腔室一体成型于所述外壳底部并与各单体电池内腔的电解液区连通，另一个共享腔室一体成型于所述外壳顶部并与各单体电池内腔的气体区连通；
或者，所述共享腔室为两个，其中一个共享腔室一体成型于所述外壳底部并与各单体电池内腔的电解液区连通，另一个共享腔室一体成型于所述外壳顶部并覆盖于各单体电池的泄爆口处，以确保单体电池热失控烟气冲破泄爆口后通过该共享腔室排出。
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