CN204668368U - 动力电池顶盖结构及动力电池 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种动力电池顶盖结构及动力电池。其中所述动力电池顶盖结构包括顶盖片、负极柱、导电片以及翻转片，导电片与负极柱电连接，负极柱和顶盖片绝缘装配；翻转片包括焊接部、实心结构的凸台以及位于焊接部和凸台之间的连接部，凸台设置在连接部的中央位置，焊接部设置在连接部的外边缘；焊接部与顶盖片电连接，凸台与导电片不接触，且在动力电池内部压力增大时，翻转片受到动力电池内部的压力，向上动作，能够使得凸台与导电片电连接。本实用新型的动力电池顶盖结构及动力电池，可以有效地增加凸台与导电片接触面的过流面积，减少过流电流，减少翻转片被熔断的概率，从而有效地降低动力电池起火或者爆炸的危险，极大地提高动力电池的安全性能。
Description
技术领域
本发明属于动力电池技术领域，尤其涉及一种动力电池顶盖结构及动力电池。
背景技术
电动汽车和储能电站等一般需要使用具有大容量的动力电池作为电源。这些动力电池除了具有高容量，还应当具有良好的安全性及较长的循环寿命等，才能达到使用的标准和满足人们的需求。
现有技术中，当动力电池过充时，动力电池中的电解液的分解会使动力电池内部产生过量的热造成电池起火；或者会使动力电池内部压力增大导致电池爆炸。因此在动力电池失控之前，需要借助于一个外短路结构来切断动力电池的主回路中的保险丝(Fuse)结构，阻止动力电池继续充电。例如，在动力电池过充的时候，当动力电池内部产生一定气压，外短路结构起作用，使动力电池本身形成一个回路，使得Fuse熔断，从而切断主回路。该外短路结构需要在一定气压下起作用，且过流能力比Fuse强，不能在大电流下先于Fuse熔断。图1为现有技术中的动力电池顶盖的部分结构示意图。如图1所示，现有技术中采用翻转片1来实现该外短路结构的功能，该翻转片1采用一块薄厚均匀的圆盘，并在该圆盘中央设置一个空心的凸起的顶面。正常使用的时候，翻转片1与动力电池顶盖上的负极柱2是断开绝缘的。当动力电池过充并产生一定气压时，气压会推动翻转片1动作，使得翻转片1中的凸起的顶面与导电片3连接，而导电片3又与负极柱2电连接，从而在动力电池内形成回路，使得Fuse熔断，切断主回路，保护了动力电池。
但是，当动力电池过充并产生一定气压时，气压推动翻转片1动作之后，翻转片1中的凸起的顶面与导电片3接触，而凸起为空心结构，过流面积较小，在翻转片1的凸起与导电片3的接触位置会产生较大电流，当电流大到一定程度，会使得翻转片1被熔断，导致动力电池存在起火或者爆炸的危险。
发明内容
本发明提供一种动力电池顶盖结构及动力电池，用于解决现有技术中由于翻转片壁厚均匀导致的内圈过流面积小，大电流通过时容易熔断，导致翻转片失去作用，动力电池起火或爆炸的缺陷。
本发明提供一种动力电池顶盖结构，所述动力电池顶盖结构包括顶盖片、负极柱、导电片以及翻转片，其中所述导电片与所述负极柱电连接，所述负极柱和所述顶盖片绝缘装配；所述翻转片包括焊接部、实心结构的凸台以及位于所述焊接部和所述凸台之间的连接部，所述凸台设置在所述连接部的中央位置，所述焊接部设置在所述连接部的外边缘；所述焊接部与所述顶盖片电连接，所述凸台与所述导电片不接触，且在动力电池内部压力增大时，所述翻转片受到所述动力电池内部的压力，向上动作，能够使得所述凸台与所述导电片电连接。
进一步地，上述动力电池顶盖结构中，所述连接部的厚度在从内而外的方向上逐渐减小。
进一步地，上述动力电池顶盖结构中，所述凸台的厚度大于所述连接部的厚度。
进一步地，上述动力电池顶盖结构中，所述凸台为圆柱体结构。
进一步地，上述动力电池顶盖结构中，所述翻转片的所述焊接部、所述凸台以及所述连接部为一体化结构。
本发明还提供一种动力电池，所述动力电池的顶盖结构采用如上所述的动力电池顶盖结构。
本发明的动力电池顶盖结构及动力电池，通过设置实心结构的凸台，可以有效地增加凸台与导电片接触面的过流面积，减少过流电流，减少翻转片被熔断的概率，从而能够有效地降低了动力电池起火或者爆炸的危险，极大地提高了动力电池的安全性能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有动力电池顶盖的部分结构示意图。
图2为本发明的电池顶盖结构的一实施例的结构示意图。
图3为图2中区域A的放大示意图。
图4为本发明的动力电池顶盖结构的另一实施例的结构示意图。
图5为图4中区域A的放大示意图。
图6A为本发明的动力电池盖结构中的翻转片的俯视图。
图6B为图6A中F-F方向的剖面图。
图6C为图6B中区域E的放大示意图。
图7为本发明的动力电池的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合现有动力电池顶盖结构以及本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。
采用图1所示的动力电池顶盖结构，当动力电池内部压力产生一定气压时，翻转片1与导电片3电连接，而导电片3又与动力电池负极柱2电连接，从而使动力电池本身形成一个回路，如果将回路电阻控制在4mohm以内，回路电流I＝动力电池电压(4-5V)/回路电阻(0.8-4mohm)，回路电流可达1000-6400A，也就是说，回路的电流会非常大。这样，当动力电池过充电流通常为1C，正常工作时电流能够达到3C以上，所以主回路中不能设置过流仅为1C的Fuse。常用的动力电池Fuse都要求能够持续过流10C以上。例如：30Ah的动力电池Fuse需要能持续过流300A，而能否持续过流，则熔断电流至少要600A以上。这样动力电池顶盖结构才可以瞬间熔断Fuse，切断主回路，从而达到保护动力电池的目的。
动力电池基本是窄长结构，不会太厚，限制了翻转片1的尺寸，为了确保翻转片1能够在一定压力下动作(如图1所示为向上动作)，需要将翻转片1的动作区域压薄，通常为0.1-0.3mm左右。为了确保翻转片1过流能力比Fuse强，需要翻转片1动作后与导电片3接触位置面积大而且非接触位置的环形截面积大。翻转片1向上动作之后与导电片3接触瞬间有很大的电阻，所以，即使翻转片1的过流面积与Fuse的过流面积相等，大电流流过时翻转片1也会先熔断，导致电芯起火。所以，翻转片1的过流面积至少达到Fuse的过流面积的1.2倍以上，才可以对动力电池进行有效保护。而动力电池正常工作时，电芯的正常使用温升不能太高，单电芯的Fuse在相同电流下要比整个动力电池电池模组的Fuse后熔断，所以Fuse的过流面积不能太小。例如在30Ah时Fuse的过流面积至少在3.5mm2以上，所以翻转片1的过流面积至少在4.2mm2以上。对于圆形翻转片1每个位置的截面积＝3.14*直径D*截面厚度T。如果翻转片1做成壁厚均匀的，为了确保翻转片1能够在一定压力下向上动作，翻转片1的壁厚为0.1-0.3mm左右，这样翻转片1内圈截面积就很小，如过流位置截面积＝3.14*4*0.3≈3.77mm2，这样电流较大时，翻转片1就会在Fuse熔断之前先熔断，引起电池起火或爆炸。
为了解决上述问题，本发明提供一种方案能够保证翻转片1在Fuse熔断之前不会熔断，保证了动力电池的安全。本发明实施例的技术方案详细如下。
图2为本发明的动力电池顶盖结构的一实施例的结构示意图。图3为图2中区域A的放大示意图。如图2和图3所示，本发明包括翻转片11，负极柱12，导电片13，正极柱14以及顶盖片15。正极柱14与顶盖片15电连接，负极柱12与顶盖片15绝缘装配，负极柱12与导电片13电连接，其中，翻转片11具体包括焊接部16、实心结构的凸台18以及位于焊接部16和凸台18之间的连接部17，凸台18设置在连接部17的中央位置，焊接部16设置在连接部17的外边缘；翻转片11与导电片13靠近不接触，且在动力电池内部压力增大时，翻转片11受到动力电池内部的压力，向上动作，能够使得凸台18与导电片13电连接。
当动力电池内部产生一定气压时，翻转片11在压力作用下向上动作，直至凸台18与导电片13电连接，使动力电池正极柱14和负极柱12之间形成回路，有很大的短路电流流过，使主回路中的Fuse熔断，切断主回路，从而保护动力电池。由于凸台18与导电片13接触的位置是过流的瓶颈区域，因此在凸台18在与导电片13接触瞬间电流很大，容易导致接触位置局部熔化。
本实施例中，将凸台18做成实心结构。电流流过翻转片11每圈的截面积＝3.14*直径D*厚度T，相对比现有技术中均匀厚度的翻转片，通过增加厚度T，从而可以使得实心结构的凸台18与导电片13接触面的过流面积增大，从而保证大电流下先不能熔断凸台18。
例如本实施例的凸台18可以为圆柱体、或者截面为多边形(如正方形、五边形或者六边形等等)的柱体；但是在内径相同时，圆的周长最长，在凸台18同等厚度的情况下，圆柱体的过流面积时最大的，因此，本实施例的凸台18优选为圆柱体。
本实施例中，通过设置实心结构的凸台18，可以有效地增加凸台18与导电片13接触面的过流面积，减少过流电流，减少翻转片11被熔断的概率，从而能够有效地降低了动力电池起火或者爆炸的危险，极大地提高了动力电池的安全性能。
上述图2和图3所示实施例的动力电池顶盖结构中，凸台18为实心的，但是翻转片11的连接部17并没有任何限定，该连接部17有可能仍然为厚度均匀的薄片。这样当动力电池内部压力增大，气压推动翻转片11动作之后，翻转片11与导电片13电连接之后，电流会一圈一圈向外散射。当电流散射至连接部17时，连接部17的过流面积不能比凸台18的小，否则连接部17瞬间也会被熔断。根据电流流过翻转片11每圈的截面积＝3.14*直径D*厚度T，当连接部17的厚度较薄时，电流流过翻转片11的连接部17的过流面积，可能小于电流流过凸台18的过流面积，导致连接部17瞬间被熔断。
为了解决上述问题，本发明还提供如下实施例的技术方案。
图4为本发明的动力电池顶盖结构的另一实施例的结构示意图。图5为图4中区域A的放大示意图，如图4和图5所示，本实施例在上述图2和图3所示实施例的技术方案的基础上，将翻转片11结构中连接部17的厚度在从内而外的方向上逐渐减小。其中图6A为本发明实施例提供的动力电池盖结构中的翻转片11的俯视图；图6B为图6A中F-F方向的剖面图；图6C为图6B中区域E的放大示意图。如图6A所示，本实施例中的翻转片11的俯视可以为一个圆盘状的。其中外边缘的圆环状为焊接部16；位于圆盘中央的为凸台18；位于焊接部16和凸台18之间的为连接部17。如图6B和图6C所示，本实施例的翻转片11的连接部17从凸台18到焊接部16的方向上即由内向外的方向上，厚度逐渐增加。且如图6A、图6B和图6C所示，凸台18的厚度大于连接部17的厚度。
如图4、图5、图6A、图6B和图6C所示，连接部17的厚度由内向外逐渐变薄，由上述电流流过翻转片11每圈的截面积公式可知，连接部17由于内圈厚，可以减小内圈直径小带来的影响；当过流电流向外圈扩散时，虽然外圈厚度变薄，但是外圈的直径D变大，仍然可以承受过流电流带来的冲击，避免连接部17直接被熔断。这样，可以使得整个连接部17的截面积由内而外都满足电流过流要求，同时由于翻转片11中连接部17的外圈壁薄，在一定气压下能够使翻转片11向上动作。
本实施例中，通过将连接部17设计成变截面的结构，不仅能够确保翻转片11能够满足动作起来所需要的压力需要，还能有效地增加了连接部17内圈的过流面积，减少过流电流，减少翻转片11被熔断的概率，从而能够有效地降低动力电池起火或者爆炸的危险，进一步增强了动力电池的安全性能。
上述实施例中的动力电池顶盖结构中的翻转片11，为了制作方便，可以将焊接部16、连接部17以及凸台18设计为一体的结构。
图7为本发明的动力电池的结构示意图。如图7所示，本实施例的动力电池包括动力电池顶盖结构21、电池壳体22、Fuse 23、绝缘片24等等。其中动力电池顶盖结构可以采用上述图2和图3所示的动力电池顶盖结构，可以有效地增加凸台18与导电片13接触面的过流面积，减少过流电流，减少翻转片11被熔断的概率，从而能够有效地降低了动力电池起火或者爆炸的危险，极大地提高了动力电池的安全性能。
本实施例的动力电池中的动力电池顶盖结构也可以采用上述图4和图5所示的动力电池顶盖结构。如图7所示，本实施例中以采用图4和图5所示的动力电池顶盖结构为例描述本实施例的技术方案。需要说明的是，本实施例的动力电池还可以包括其它部件，详细可以参考现有相关技术，在此不再赘述。
本实施例中的动力电池，通过采用上述实施例中的动力电池顶盖结构，有效的增大了翻转片11的过流面积，减少过流电流，减少翻转片11被熔断的概率，从而能够有效地降低了动力电池起火或者爆炸的危险，极大地提高了动力电池的安全性能。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (6)
1.一种动力电池顶盖结构，所述动力电池顶盖结构包括顶盖片、负极柱、导电片以及翻转片，其中所述导电片与所述负极柱电连接，所述负极柱和所述顶盖片绝缘装配；其特征在于，所述翻转片包括焊接部、实心结构的凸台以及位于所述焊接部和所述凸台之间的连接部，所述凸台设置在所述连接部的中央位置，所述焊接部设置在所述连接部的外边缘；所述焊接部与所述顶盖片电连接，所述凸台与所述导电片不接触，且在动力电池内部压力增大时，所述翻转片受到所述动力电池内部的压力，向上动作，能够使得所述凸台与所述导电片电连接。
2.根据权利要求1所述的动力电池顶盖结构，其特征在于，所述连接部的厚度在从内而外的方向上逐渐减小。
3.根据权利要求2所述的动力电池顶盖结构，其特征在于，所述凸台的厚度大于所述连接部的厚度。
4.根据权利要求1所述的动力电池顶盖结构，其特征在于，所述凸台为圆柱体结构。
5.根据权利要求1-4任一所述的动力电池顶盖结构，其特征在于，所述翻转片的所述焊接部、所述凸台以及所述连接部为一体化结构。
6.一种动力电池，其特征在于，所述动力电池的顶盖结构采用如上权利要求1-5任一所述的动力电池顶盖结构。
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| IP01 | Partial invalidation of patent right |
Commission number: 5W117939 Conclusion of examination: On the basis of claims 1-5 submitted by the patentee on October 09, 2019, the patent shall continue to be valid. Decision date of declaring invalidation: 20191018 Decision number of declaring invalidation: 41954 Denomination of utility model: Top cover structure of power battery and power battery Granted publication date: 20150923 Patentee: Contemporary Amperex Technology Co.,Ltd. |
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| IP01 | Partial invalidation of patent right |
Commission number: 5W120247 Conclusion of examination: Based on the invalidation of the patent for utility model filed on April 28, 2020, the claim of the patentee continues to be valid Decision date of declaring invalidation: 20210430 Decision number of declaring invalidation: 49304 Denomination of utility model: Power battery top cover structure and power battery Granted publication date: 20150923 Patentee: Contemporary Amperex Technology Co.,Ltd. |