CN1330017C - 蓄电池 - Google Patents

Abstract

一种使用寿命最大化的蓄电池具有多级安全阀，以分级降低电池的内部压力。多级安全阀被安装在壳体中，并且蓄电池配备有电极部件，该电极部件包括正极、负极和插入正负极之间的隔板。

Description

蓄电池

技术领域

本发明涉及蓄电池，更具体地，涉及一种配备有双重安全装置以延长其使用寿命的蓄电池。

背景技术

与无法再次充电的一次电池不同，通常蓄电池可重复充放电。近期，已经开发出一种使用无水电解液、并且具有高能量密度的高功率蓄电池。当一个蓄电池组电池被封包成组的形状时，它形成为低容量的电池，可作为诸如便携式电话、膝上型计算机和可携式摄像机等各种便携式小型电子设备的电源。当几十个蓄电池组电池串联或并联连接时，就形成了高容量蓄电池，可用于诸如混合电动汽车中驱动电机的电源。

通常，通过连接多个蓄电池来串联装配这种高容量蓄电池。该多个蓄电池中的每个蓄电池包括电极部件、壳体和盖部件。

电池可以制成诸如圆柱形或棱柱形等不同的形状，其中电池的电极部件具有正负电极板的杆以及插入到其中的绝缘器隔板，它被缠绕(象胶卷)并插入到壳体中。然后具有外部端子的盖部件安装到壳体，以形成电池。

蓄电池的盖部件可以另外包括安全装置，该安全装置设计用于在到达预定压力级别时破裂，使收集的气体外泄，以防止电池爆炸。盖部件通常包括外部端子和密封壳体的垫圈，外部端子电连接至电极部件的电极。

蓄电池可配备有保护电路，以检测过大电流，并在电池充放电过程中拦截该过大电流。换句话说，提供安全装置，以在保护电路工作反常或电池内突然出现不规律反应的化学反应过程中，减少电池由于其内部压力增高而发生爆炸或燃烧的可能性。

正如日本未决专利NO.2000-223102中所公开，一种防止电池爆炸的常规方法包括：在壳体的盖板上配备压力释放阀，该压力释放阀在达到预定压力级别时破裂。然而，这种常规技术的问题在于：在压力释放阀破裂并从电池内释放气体后，由于释放阀具有单一结构，外界空气和流入电池的水可能对电池造成损害。换句话说，因为阀在到达其能支撑的预定最大压力级别时立即破裂，该常规的阀最终可能造成电池损坏，并且使电池内部的气密性失效。

这个问题减少了电池的使用寿命，同时削弱了用于混合动力车(HEV)的高容量蓄电池的电池特点，因为HEV使用的电池需要特别高的输出和大容量。这意味着高容量的蓄电池包含的能量更多，并且其内部的压力变化比常规电池高，从而造成安装在电池上的压力释放阀更易破裂。

因此，需要一种具有改进型安全阀的蓄电池，该安全阀可以分级(instages)降低蓄电池的内部压力。

发明内容

根据本发明的蓄电池配备有安全阀，用于分级降低电池的内部压力。壳体包括电极部件，该电极部件包含正极、负极以及插入正负极之间的隔板。

上述蓄电池可装配在棱柱状或圆柱状壳体内，并且，电极部件可具有胶卷或层压(laminated)形状。

另外，上述蓄电池可用作诸如电动车、混合电动车、无线吸尘器、摩托车以及小型摩托车等高功率电器设备的电源。

上述安全阀有利地装配在具有端子的盖部件的一侧，并且密封和关闭壳体，该端子电连接至电极部件。

安全阀可以包括一个以上的阀，电池内部气体在释放出电池之前可以通过这些阀。因此，该多级安全阀使得电池的内部压力以一级以上的方式降低，而不损害电池的气密性。

安全阀可以包括至少两个在蓄电池内部压力增加至预定压力级别时打开的内部压力板。安全阀还可以包括内部压力板之间的空间以及内部压力板和最后压力板之间的空间，该最后压力板连接至最外的内部压力板。

内部压力板和最后压力板可以具有相同的或不同的破裂强度。在一个实施例中，板的破裂强度从内向外递增。

在另一实施例中，安全阀可以仅包括两个压力板：内部压力板，当蓄电池的内部压力增加至预定压力级别时打开；通过两个板中间的空间连接至该内部压力板的最后压力板，并且在预定的压力级别下将气体释放到外界。

当内部压力板随着电池内部压力增加而打开时，在内部压力板和最后压力板之间形成的空间使电池的内部压力减小，同时保持电池的气密性。

本发明的安全阀并不局限于如上所述的仅具有两个压力板，可制造为具有多个内部压力板，排列的各自板之间存在空间，并具有与外界连接的最后压力板，压力板适用于释放气体，以在电池内部气密性失效之前分级降低电池的内部压力。

每个包含在上述安全阀内的压力板可以形成为薄板结构，板上至少一个槽比其它部分薄，以使板在预定压力级别可以打开。

根据本发明一实施例，应用在棱柱状蓄电池上的盖部件包括与壳体结合并使壳体保持气密的盖板。该盖板包括与安装在壳体内部的电极部件电连接的正极端子和负极端子，还包括装配在盖板中的多级安全阀，用于分级降低电池的内部压力。

根据本发明的另一实施例，应用在圆柱状蓄电池上的盖部件包括带有外部端子的盖板，该外部端子电连接至电池内部的电极部件，盖部件还包括与壳体绝缘的垫圈和装配在该盖板内部的多级安全阀，用于降低电池的内部压力。

另外，本发明的一个示范性安全阀包括几个在预定压力级别下打开的压力板和位于各自板之间的空间，用于当板打开时降低电池的内部压力。

本发明提供了一种具有安全阀的蓄电池，安全阀装配在盖部件中，用于分级降低电池的内部压力。

本发明还提供了一种配备有电极部件的蓄电池，该电极部件的正极、负极和插入正负极之间的隔板位于壳体内部，其中多级安全阀装配在该壳体的一侧。

附图说明

图1是根据本发明一实施例的蓄电池的截面图。

图2是完全示出了根据本发明一实施例的蓄电池的安全阀的截面图。

图3是根据本发明另一实施例的蓄电池的截面图。

具体实施方式

首先，参照上述附图描述棱柱状的蓄电池，该蓄电池包括电极部件12、壳体13和盖部件30，其中电极部件12具有正极、负极和插入正负极之间的隔板，壳体13具有用于包围电极部件的空间，盖部件30位于壳体的开口处，用于密封开口。蓄电池进一步包括分别通过接头15电连接到正极和负极的正极端子16和负极端子17，并且正极端子16和负极端子17突出于盖部件30。多级安全阀20位于盖部件30中。多级安全阀20分级降低电池的内部压力，从而有助于改善电池的安全性和可靠性。

壳体13可由诸如铝、铝合金或诸如镀镍钢之类的导电金属制成，例如，壳体的形状可以是六边形，其内部空间可以容纳电极部件12。

在本发明的一个示范性实施例中，通过在集电极上涂覆活性材料把两个电极进行层压，然后将正负极和位于正负极之间的隔板一起缠绕，使电极部件12具有胶卷的构型。另外，电极部件具有分别通过接片15(或集电板)连接在正负电极端子上的正负无涂层区域12a和区域12b，正区域12a和负区域12b位于电极部件12上相对的两侧。

为了更加详细地描述，上述盖部件30包括盖板32，盖板32被结合在具有垫圈的壳体13的顶部，盖板密封壳体，以使壳体具有气密性。正极端子16和负极端子17分别位于电连接至电极部件的无涂层区域12a和12b的盖板两侧。接头和安全阀20布置在上述盖板32的中心。根据本发明该实施例，安全阀20设计用于分两级降低电池的内部压力，但是安全阀并不特定局限于分两级限压。

如图2中更详细示出，安全阀20包括位于开口33处的最后压力板21和与最后压力板隔开的内部压力板23，最后压力板21由表面27在盖板32上形成，面向外部并在达到预定压力级别时破裂以释放气体，内部压力板23面向电池的内部，在达到预定内部压力级别时破裂。

因此，如果最后压力板21打开，由于气体流入内部压力板23和最后压力板21之间的空间22，从而使电池的内部压力降低，此时电池仍然有效。

如图2中进一步所示，最后压力板21的表面27是平坦的，并在其表面的周边形成槽24，所以最后压力板21在电池内部压力增高时容易破裂。

内部压力板23朝最后压力板21凸出，并且内部压力板23和最后压力板21之间的空间22是气密的。在内部压力板23的周边形成槽25，以使内部压力板在电池内部压力增高时容易破裂。

本发明的实施例对每个压力板21和23的厚度或安全阀20上的槽24和25的厚度和结构没有特殊限制，并且这些尺寸可以根据电池的特性和所需的内部压力而更改。

下面讨论上述安全阀的工作过程。

当电池工作过程中产生的气体使电池的内部压力增高时，位于盖板32中的安全阀20分级降低电池的内部压力。最后气体可以从壳体中被释放出去，减少电池爆炸的可能性。

如果内部压力增加至超过预定压力级别，形成在内部压力板23上的槽25破裂，内部压力板23打开。内部压力板23的打开使从内部排出的气体流入内部压力板23和最后压力板21之间的空间22，从而降低电池的内部压力。因此，即使电池的内部压力降低，最后压力板21也不打开，这样可保持电池的密封性能，从而延长电池的使用寿命。

然而，如果电池的内部压力持续增加至超过该预定压力级别，最后压力板21上的槽24也将破裂，气体从电池壳体释放出来，以防止电池爆炸。

因此，本发明在将气体最终释放出电池之前，通过分级降低内部压力改善电池的使用寿命。

下面将参照图3阐述根据本发明另一实施例的圆柱状蓄电池，图3是圆柱状蓄电池的截面图。

如图3所示，圆柱状蓄电池包括电极部件40，该电极部件40具有正极41、负极42和插入正负极之间的隔板47。蓄电池还包含容纳电极部件和电解液的圆柱状壳体50，壳体与电极部件之间存在电连接。盖部件60位于壳体50的开口顶部，并密封开口，盖部件电连接至电极部件40。多级安全阀70位于盖部件60中，用于分级降低电池的内部压力。

在本实施例中，电极部件40具有通过缠绕正极41、负极42和插入正负极之间的隔板47而形成的胶卷构型，该电极部件被插入壳体50中。负极42的无涂层区域42a位于壳体底部，并被电连接至负集电板44。正极41的无涂层区域41a位于壳体顶部，并当盖部件处于向上方向时通过正集电板43和导线45电连接至盖部件60。

另外，盖部件60包括盖板62、垫圈63和安全阀70，其中，正极端子61在盖板62上形成，以将正极端子61电连接至正极41并向外突出，垫圈63使盖板62和壳体50绝缘，安全阀70位于盖板62的正极端子61内部。

而且，在盖板62上形成的正极端子61在其表面有孔64，以在安全阀70对外打开时排出电池内部的气体。

应用在本实施例的蓄电池中的安全阀70包括最后压力板71，以及位于盖板62和正极端子61内部的垫圈63之间的气密空间。最后压力板71适用于在电池达到预定压力级别时打开并释放气体。安全阀70进一步包括配备在电池内部的内部压力板72，内部压力板72和最后压力板71隔开，并适用于在达到预定内部压力级别时打开。

因此，即使内部压力板72在达到内部压力级别时打开，因为最后压力板71仍然关闭，所以电池仍然可以维持正常工作。气体释放到内部压力板72和最后压力板之间的空间73中，从而降低电池的内部压力，以减少爆炸的风险。但是，由于最后压力板71保持关闭，电池仍然可以工作。安全阀70位于形成在盖板62上的正极端子61内部，以保护电池不受外界环境的影响。

最后压力板71向外突出，与从盖板62突出的正极端子61相对应，并且在最后压力板71上形成至少一个槽74，以在电池内部压力增加时使板71破裂。

而且，内部压力板72通过垫圈63连接至最后压力板71，并向气密空间73弯曲凸出。在内部压力板72上形成至少一个槽75，从而当内部压力增加时内部压力板72容易破裂。

对每个压力板71、72的厚度和槽74、75的厚度以及结构没有特殊限制，可以根据电池特性和内部压力情况对上述厚度和结构进行改变。

如果圆柱状蓄电池的内部压力增高到超过预定级别，内部压力板72上的槽75首先破裂，将气体释放到空间73中，降低蓄电池的内部压力。此时最后压力板71仍然密封，所以，即使在内部压力板72打开时，也可以继续使用蓄电池。

然而，如果蓄电池的内部压力持续增加至超过预定级别，最后压力板71上的槽74破裂，并且将内部气体释放出最后压力板71，然后通过盖板62的正极端子61上的孔64释放到外面。

本发明的蓄电池和电池组件可有效地用于需要高输出/大容量的HEV，但是并不局限于应用于HEV中。

根据本发明的上述实施例，本发明可改善电池的使用寿命，并且，电池无需向外界释放气体，通过其自身降低内部压力以保证其安全性。

虽然通过参照具体实施例对本发明进行了详细说明，本领域普通技术人员应该理解，可以不偏离由权利要求书所限定的本发明的范围和精神，而对本发明进行多种改进和替换。

Claims (9)

1、一种蓄电池，包括位于壳体内部的电极部件和安装在该壳体中的多级安全阀，该电极部件包括正极、负极和插入所述正负极之间的隔板，该多级安全阀可以分级破裂，以降低该蓄电池的内部压力；

该多级安全阀包括最后破裂压力板和至少一个内部破裂压力板，该内部破裂压力板适用于在第一预定压力级别打开，该最后破裂压力板适用于在第二预定压力级别将气体从该电池释放出去，并且在该最后破裂压力板和至少一个内部破裂压力板之间存在空间，用于在该至少一个内部压力板破裂时接收排出的气体；

其中，当该至少一个内部破裂压力板打开时，蓄电池可以维持工作直至该最后破裂压力板也打开。

2、根据权利要求1的蓄电池，其中该多级安全阀安装在具有外部端子的盖部件的内部，该盖部件适用于密封该壳体。

3、根据权利要求1的蓄电池，其中该多级安全阀是包括一个内部破裂压力板和一个最后破裂压力板的双重安全阀。

4、根据权利要求1的蓄电池，其中该内部破裂压力板和最后破裂压力板形成为具有相同的破裂强度。

5、根据权利要求1的蓄电池，其中该内部破裂压力板和最后破裂压力板形成为具有不同的破裂强度。

6、根据权利要求1的蓄电池，其中该最后破裂压力板和至少一个内部破裂压力板的破裂强度从最内部的压力板至该最后破裂压力板递增。

7、根据权利要求1的蓄电池，其中该最后破裂压力板和至少一个内部破裂压力板具有在其表面上形成的至少一个破裂槽。

8、根据权利要求1的蓄电池，其中该壳体的形状为从棱柱和圆柱的组中选择的一个。

9、根据权利要求1的蓄电池，其中该蓄电池是电机驱动电池。