CN205846086U - 一种圆柱电池的帽形电路组件及圆柱电池 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种新型圆柱电池的帽形电路组件，包括：可与18650或14500等型号未具保护电路的钢壳圆柱裸电池的顶部对接的环形外壳，环形外壳内安装有电路板，在环形外壳的中轴部、电路板的外侧设置有与普通圆柱形电池正极形状相同的电池正极，电路板内侧设置电芯充放电保护等电路，电路板内侧下方设置电极引入件。本实用新型所述的一种新型圆柱电池的帽形电路组件，与各种现有的工艺成熟的工业型圆柱体锂离子电池顶端以激光焊接等方式实现对接，通过电极引入件及外壳对接实现电联通，在不改变圆柱电池原本生产工艺的情况下，以增加帽形电路组件的方式对传统圆柱电池进行电源管理，提供了一种性能稳定、生产工艺简单、成本相对较低且功能完善的新型圆柱电池。

Description

一种圆柱电池的帽形电路组件及圆柱电池

技术领域

本实用新型涉及一种圆柱电池的帽形电路组件，以及使用该种帽形电路组件的圆柱电池。

背景技术

在电池簇群中，圆柱体电池最为常用，占有较大比例；传统意义的圆柱体电池是以金属（钢）壳体配合盖帽用滚槽及冲压封闭的形式，将电化学物质封闭其中，通过外壳底台与盖帽电极形成一对正负输出电极。这种传统意义的圆柱体电池一直沿用至今，如碱性电池和圆柱形锂离子电池，这些电池生产工艺成熟、生产自动化程度高、成本相对较低；在性能方面，锂离子电池具有能量密度高、循环寿命长、电压高、无记忆效应和自放电率低等优点，应用越来越广泛。例如18650锂离子电池，用于笔记本电脑等设备的电池包中，由多个18650单体电池串并联接且由完善的充放电电路进行管理。18650单体电池原本是工业电池属性，而今已拓展用于强光电筒、移动电源、按摩器、电子烟等消费电子产品中，其中不少是如同普通干电池般开放应用，即电池可由用户自由拆装更换；在现实应用中，还有将14500尖头锂离子电池配合充当导线的占位筒，以一代二来替代2只AA电池对设备供电。然而，18650电池和14500电池本身都未设置保护电路，这些未带保护电路的的锂离子电池，在用户使用、存放、携带及外置充电时，易发生过充、过放电或短路，造成电池寿命折损、报废、甚至火灾或爆炸；另外，14500尖头锂离子电池的外型和尺寸与一般AA干电池相同，其3.7V单体电压远高于干电池的1.5V单体电压，一旦搞混错用在用电设备中必将过压造成设备损毁。所以18650和14500等圆柱体锂离子通常仅作为工业电池使用，一般不应用于家用等直接使用场合，如果将其应用于家用场合则需要进行复杂的外部组件设计，使用不方便且不经济，因此限制了18650电池和14500电池的应用范围。

在另一个层面，相对其它类型的锂离子电池（电芯），18650和14500等圆柱体锂离子电池的生产工艺成熟、生产自动化程度高、成本相对较低，而相对碱性、镍氢电池又具有更高的性能和性价比以及环保效应，其应用领域的局限性是电池业的一大缺憾和损失。

中国专利ZL200820043879.8公开了一种以锂离子电池通过DC/DC电路将锂电高电压变换为1.5V电压而替代干电池的技术，其充分发挥出新能源的优势，取得良好性能和节能环保效果。但这类电池产品，其结构采用开口钢壳，内置软包锂离子电芯，以及将锂离子电芯引出并调节输出电压的电路板组件，与现有干电池一样通过滚槽及冲压封闭的形式加工而成。其生工艺较复杂，难以自动化生产，成本较高；在生产加工过程中易发生电芯包铝塑膜受损破裂，电解质泻漏等问题，影响电池的成品率，且有微破损的情况难以发现，影响电池后续的使用，造成电池的质量隐患。

实用新型内容

本实用新型旨在克服上述现有电池存在的缺陷，提供一种可与18650、14500、14430、14450等圆柱电池配套使用的的帽形结构电路组件，通过将其安装在现有的圆柱体锂离子电池（电芯）头部，可与其共同构成具有完整电池属性的一种新型电池，可适用于任何普通圆柱形电池应用的场合，如同手机电池、镍氢充电电池般可由普通用户直接操作使用；其性能优良而稳定，保护功能完善，使用安全，且生产工艺简单，总体成本较有优势。

本实用新型还旨在提供了一种使用上述帽形电路组件的圆柱形电池结构。

本实用新型所述的一种圆柱电池的帽形电路组件，包括可与18650电池或14500电池顶部对接的环形外壳，环形外壳内安装有电路板，在环形外壳的中部、电路板的上方设置有与普通圆柱形电池正极形状相同的电池正极，电路板内设置电芯充放电保护电路，电路板的下方设置电极引入件，电极引入件可与下方的18650电池或14500电池的正极相接，将18650电池或14500电池的正电极引入电芯充放电保护电路，电芯充放电路的输出端则连接到电路板上方的电池正极，将电源的正极引出到该电池正极。

本实用新型所述的圆柱电池的帽形电路组件，通过将其安装在18650电池或14500电池顶部后，电极引入件可引入18650电池或14500电池的正极，经连接电芯充放电保护电路后，再连接到环形外壳中部、电路板上方的电池正极中，由该电池正极对外供电。其既能可靠的将18650电池和14500电池的电极引出供电，又同时给18650电极及14500电池接入了电芯充放电保护电路，实现了对18650电池和14500电池的充放电保护；其很好的避免了用户在使用、存放、携带及外置充电时，发生过充、过放电等造成电池寿命折损甚至火灾或爆炸的现象发生，提高了电池使用的安全性；对拓展18650电池和14500电池的使用起到很重要的作用,在无需增加外部复杂保护电路的情况下即可适用于常规家用电池的应用场合。

一种使用上述帽形电路组件的圆柱形电池结构，包括18650电池或14500电池本体，在18650电池或14500电池本体的顶部安装所述圆柱电池的帽形电路组件，所述帽形电路组件，其环形外壳与18650电池或14500电池壳体的顶部焊接为一体，其电极引入件与18650电池或14500电池的正极电连接。

所述圆柱形电池结构，其在18650电池或14500电池的顶部设置了上述圆柱电池的帽形电路组件，18650电池或14500电池的顶部正极被帽形电路组件盖住，不可直接对外供电，而是通过帽形电路组件电极引入件将电极接入到帽形电路组件中，经电路板中的充放电保护电路后，再由帽形电路组件上方的正极向外供电。其以增加帽形电路组件的方式对传统18650电池及14500电池进行电源管理，形成一种具有充放电保护功能的完整意义的新型圆柱电池，其功能完善，使用安全。且其在不改变原本生产工艺的情况下，以增加帽形电路组件的方式对传统圆柱电池进行电源管理，实现了锂电池的安全应用，避免了前述易发生过充、过放电或短路，造成电池寿命折损甚至火灾或爆炸的问题。

附图说明

图1为本实用新型所述一种新型圆柱电池的帽形电路组件的示意图。

图2为本实用新型所述帽形电路组件的电路板的电路结构示意图1。

图3为本实用新型所述帽形电路组件的电路板的电路结构示意图2。

图4为本实用新型所述帽形电路组件的泄压安全通道的结构示意图1。

图5为本实用新型所述帽形电路组件的泄压安全通道的结构示意图2。

图6为本实用新型所述一种使用上述帽形电路组件的新型圆柱电池的示意图1。

图7为本实用新型所述一种使用上述帽形电路组件的新型圆柱电池的示意图2。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型所述的一种圆柱电池的帽形电路组件，包括可与18650电池或14500电池顶部对接的环形外壳1，环形外壳内安装有电路板4，在环形外壳的中部、电路板的上方设置有与普通圆柱形电池正极形状相同的电池正极2，电路板内设置电芯充放电保护电路，电路板的下方设置电极引入件5，电极引入件可与下方的18650电池或14500电池的正极相接，将18650电池或14500电池的正电极引入电芯充放电保护电路，电芯充放电路的正极输出端则连接到电路板上方的柱状电池正极，将电源的正极引出到该柱状电池正极。所述帽形电路组件与各种现有的工艺成熟的传统圆柱体电池顶端可以激光焊接等方式直接连接，无需改变传统圆柱电池的制作工艺，仅在制作完成的传统圆柱电池电路加设电路组件，实现方便简单，避免了现有实施结构需开口钢壳、软包锂离子电芯、电路组件等步骤，解决了其生产工艺复杂、不宜自动化生产，易发生铝塑膜受损破裂造成电解质泻漏等，且制造成本较高的问题。

如图1和图2所示，电路板4包括保护电芯充放电的充放电保护电路，该保护电路的输入端与传统圆柱电池的正极连接，保护电路的输出端与正极件1连接，正极件1与外部电路连接，以此实现传统圆柱电池与外部电路的连接。当电芯处于过充或过放状态是，充放电保护电路断开传统圆柱电池的正极与正极件的连接，电源正极开路，实现对电芯及外部电路的保护。

如图1和图3所示，电路板4还包括改变电池输出电压的直流电压转换电路，该直流电压转换电路的输入端与充放电保护电路的输出端连接，直流电压转换电路的输出端与柱形电池正极连接，该直流电压转换电路可为3.7V转1.5V的转换电路，则新型圆柱电池的柱形电池正极件即为1.5V电压输出，通过设置直流电压转换电路，可将本实用新型的电池的输出电压转化为1.5V，从而与现有通用圆柱形电池具有相同的电压输出，从而具有更好的适用性及通用性，可更好的应用于家用领域，适应更多的家庭用电设备。

所述柱形电池正极外侧还可设置有环形电池正极，电路板中充放电保护电路的输出端直接与环形电池正极连接，使该种新型圆柱电池正极的壳体边缘的环形电池正极输出未经转换的输出电压（通常为3.7V）。

如图1及图4所示，所述圆柱电池的帽形电路组件，其环形壳体与电池正极之间设置有绝缘环3。由于外壳为金属制成并且与电池外壳对接，该种结构确定了电路组件壳体与电池负极连通，而该种电路组件在与电池对接时可能接触电池正极存在导致电池短路的风险，故而可以通过绝缘环的设置，避免电池正极与壳体接触导致电池正负极连通，从而可避免因此导致的短路。

另外，由于电池出现内部短路等极端意外情况时，可能会急速产生大量气体，导致电池爆炸，为了避免此种危险的发生，传统的18650电池和14500电池中均会设置压力安全阀和留有泄压安全通道，而在电池的顶端固定焊接有帽形电路组件则可能导致气体无法排出，内压无法卸除，带来危险。对此，可在电路组件上设置泄压安全通道。

如图4所示，所述泄压安全通道为绝缘圈内径底部的凹台和电路板对应位置上的圆孔共同构成的供气体泄出的通道。电路板上留出圆孔可供传统圆柱电池产生的气体通过，圆孔可仅设置一个，也可设置多个，如2个、3个、4个、6个、8个或者10个圆孔等，均匀的分布在电路板周边，而绝缘圈上的凹台则给气体溢出留下空间。该种泄压安全通道针对有两种输出电压的圆柱电池设置，该种圆柱电池正极件与壳体边缘分别为不同的电压输出，正极件与壳体边缘距离较远，绝缘圈较宽，易覆盖电路板上的圆孔，故而在绝缘圈与电路板相对一侧设置凹槽，以供气体溢出。

如图5所示，所述泄压安全通道为电路板上设置的圆孔，圆孔直接与外界连通。相对于前述的泄压通道，该种在电路板上设置的圆孔，圆孔直接与外界连通的泄压通道设置方法避开了绝缘圈覆盖的位置，直接在绝缘圈未覆盖的电路板上设置圆孔，利用该圆孔与外界连接以供气体溢出。该种设置方法可适用于仅有一种输出电压，其正极件为平头，正极件的面积大且与壳体的绝缘圈窄，在电路板及其正极件的对应位置设置供气体通过的通孔即可实现将传统圆柱电池产生的其他泄出，所述通孔可为6个、8个或者10个圆孔均匀的分布在电路板及正极件周边。

如图6或图7所示，一种使用上述帽形电路组件的圆柱形电池结构，包括18650电池或14500电池本体6，在18650电池或14500电池本体的顶部安装所述圆柱电池的帽形电路组件，所述帽形电路组件，其环形外壳1与18650电池或14500电池侧壁的顶部焊接对接成一体，其电极引入件5与18650电池或14500电池的正极电连接；所述圆柱形电池结构，其在18650电池或14500电池的顶部设置了上述圆柱电池的帽形电路组件，18650电池或14500电池的顶部正极被帽形电路组件盖住，不可直接对外供电，而是通过帽形电路组件电极引入件将电极接入到帽形电路组件中，经电路板中的充放电保护电路后，再由帽形电路组件上方的正极向外供电。该种圆柱电池的顶端设置了直接与与各种现有的工艺成熟的传统圆柱体电池顶端连接的帽形电路组件，该电路组件中包括充发电保护电路及电压转换电路或其他电源管理电路，在不改变原本生产工艺的情况下，以增加帽形电路组件的方式对传统圆柱电池进行电源管理，形成一种集成充放电保护和电压电流调整控制的具有完整意义的现代型电池，提供了一种功能完善、性能稳定、生产工艺简单、成本相对较低的新型圆柱电池。

Claims (7)

1.一种圆柱电池的帽形电路组件，其特征在于：包括可与18650或14500型号未具保护电路的钢壳圆柱裸电池的顶部对接的环形外壳，环形外壳内安装有电路板，在环形外壳的中轴部、电路板的外侧设置有与普通圆柱形电池正极形状相同的电池正极，电路板内侧设置电芯充放电保护电路，电路板内侧下方设置电极引入件，电极引入件可与下方的18650电池或14500电池的正极相接，将18650电池或14500电池的正电极引入电芯充放电保护电路，电芯充放电路的输出端则连接到电路板上方的电池正极，将电源的正极引出到该电池正极。

2.根据权利要求1所述的一种圆柱电池的帽形电路组件，其特征在于：所述电路板内还包括改变电池输出电压的直流电压转换电路,直流电压转换电路的接入端连接充放电保护电路的输出端，直流电压转换电路的输出端连接到电路板上方的电池正极。

3.根据权利要求1所述的一种圆柱电池的帽形电路组件，其特征在于：其环形壳体与帽形电路组件的输出正电极之间设置有绝缘环。

4.根据权利要求1所述的一种圆柱电池的帽形电路组件，其特征在于：所述电路组件内设置有气压泄放安全通道。

5.根据权利要求4所述的一种圆柱电池的帽形电路组件，其特征在于：所述气压泄放安全通道为绝缘圈底部的凹台和电路板对应位置上的圆孔共同构成的供气体泄出的通道。

6.根据权利要求4所述的一种圆柱电池的帽形电路组件，其特征在于：所述气压泄放安全通道为电路板上设置的圆孔，圆孔直接与外界连通。

7.一种使用权利要求1-6任一所述帽形电路组件的圆柱形电池结构，包括18650或14500电池本体，在18650电池或14500电池本体的顶部安装所述圆柱电池的帽形电路组件，所述帽形电路组件，其环形外壳与18650电池或14500电池的钢壳顶部对接，其电极引入件与18650电池或14500电池的正极电连接；所述圆柱形电池结构，其在18650电池或14500电池的顶部设置了上述圆柱电池的帽形电路组件，18650电池或14500电池的顶部正极被帽形电路组件盖住，不可直接对外供电，而是通过帽形电路组件电极引入件将电极接入到帽形电路组件中，经电路板中的充放电保护电路后，再由帽形电路组件上方的正极向外供电。