CN210956838U - 安全防护电池顶盖、单体电池和动力电池组 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种安全防护顶盖、单体电池和动力电池组，包括：基板；正极单元：与电芯的正电极连接导电；负极单元：与电芯的负电极连接导电，其包括负极压板，负极压板上设置有凹槽结构；短路部件：安装在基板上，且位于负极压板下方，短路部件上设置有凸台结构，凸台结构与凹槽结构相对间隔设置，当电芯压力达到预设阈值时，短路部件向上抬起，凸台结构嵌入凹槽结构中，以使短路部件与负极压板接触，基板形成电流回路以保护电芯。本申请凸台结构和凹槽结构都是弧形结构，能够有效增加二者的接触面积，且弧形设计可接受熔融的铝熔滴，连接回路不会电流过大导致短路部件熔断，保证短路过程能够维持，从而切断外部电路，达到保护电池的目的。

Description

安全防护电池顶盖、单体电池和动力电池组

技术领域

本申请实施例涉及电池技术领域，尤其是一种安全防护顶盖、单体电池和动力电池组。

背景技术

动力电池为对设备提供动力来源的电源，例如为电动汽车、电动列车、电动自行车、机器人等提供动力的电池。动力电池的能量密度要求和安全性随着应用的广泛性要求越来越高。

电池安全主要通过化学体系的调整和结构设计的优化来实现。在电芯结构安全设计方面，通常采用在正极柱与基板之间设置有电阻，使正极柱固定在基板上，而负极柱附近设置有短路部件，当动力电池或动力电池组在发生过度充电、快速充放电、内部短路时，电解液或电极材料分解放热，产生大量气体，导致电池内部压力增大，短路部件向上动作，使动力电池的正负极形成回路，并在回路中产生较大的电流，使得连接部件熔断，从而切断主回路，实现对电池的安全防护。然而由于短路时电流较大，短路部件接触点经常有熔化断路现象，从而不能有效保持回路。

实用新型内容

本申请实施例提供一种安全防护电池顶盖、单体电池和动力电池组，通过两个短路部件对电池进行保护。

为解决上述技术问题，本申请创造的实施例采用的一个技术方案是：公开一种安全防护电池顶盖，包括：

基板：用于与电池壳体围合成一个收容电芯的空腔体；

正极单元：安装在所述基板上，与所述电芯的正电极连接导电；

负极单元：安装在所述基板上，与所述电芯的负电极连接导电，其包括负极压板，所述负极压板上设置有凹槽结构；

短路部件：安装在所述基板上，且位于所述负极压板下方，所述短路部件上设置有凸台结构，所述凸台结构与所述凹槽结构相对间隔设置，当所述电芯压力达到预设阈值时，所述短路部件向上抬起，所述凸台结构嵌入所述凹槽结构中，以使所述短路部件与所述负极压板接触，所述基板形成电流回路以保护电芯。

可选的，所述凹槽结构顶部的弧形曲率大于所述凸台结构顶部弧形曲率，以使所述凸台结构嵌入所述凹槽结构中时留有富余空间。

可选的，所述凹槽结构的开口边缘设置有弧形收口结构，以收集所述短路部件与所述负极压板接触时产生的杂质物。

可选的，所述负极压板与所述短路部件为金属材料制成。

可选的，所述负极压板与所述短路部件接触后，产生的电阻值小于100mΩ。

可选的，所述负极单元还包括负极极柱和第一密封圈，所述基板上设置有第一极柱孔，所述负极极柱一端与所述电芯的负极连接，另一端穿过所述第一极柱孔与所述负极压板接触，所述第一密封圈套设在所述负极极柱上，且夹持在所述负极极柱与所述基板之间；所述正极单元包括正极极柱、正极压板和第二密封圈，所述基板上设置有第二极柱孔，所述正极极柱一端与所述电芯的正极连接，另一端穿过所述第二极柱孔与所述正极压板接触，所述第二密封圈套设在所述正极极柱上，且夹持在所述正极极柱与所述基板之间。

可选的，所述正极单元上还设置有正极导电压板，所述正极导电压板夹持在所述正极压板和所述基板之间；所述负极单元上还设置有负绝缘压板，所述负绝缘压板夹持在所述负极压板和所述基板之间。

可选的，还包括防爆阀结构，所述防爆阀结构安装在所述基板上，且位于所述正极单元和负极单元之间。

另一方面，本申请还公开一种单体电池，包括上述任意一项所述的安全防护电池顶盖，以及电芯、电解液和电池壳体，所述电池顶盖与所述电池壳体围合成一个收容所述电芯的空腔体，所述空腔内填充所述电解液。

另一方面，本申请还公开一种动力电池组，包括两个或两个以上的所述的单体电池，各个单体电池之间相互串联或并联。

本申请实施例的有益效果为：本申请的技术方案中，在负极压板上设置有凹槽结构，在短路部件上设置有凸台结构，凸台结构与凹槽结构相对间隔设置，当所述电芯压力达到预设阈值时，所述短路部件向上抬起，所述凸台结构嵌入所述凹槽结构中，以使所述短路部件与所述负极压板接触，二者接触则表示基板形成电流回路，使电芯短路，且凸台结构和凹槽结构都是弧形结构，能够有效增加二者的接触面积，且可接受凸台结构与凹槽结构接触时产生的铝熔滴，连接回路不会因电流过大导致短路部件熔断，保证短路过程能够维持，电流从正极压板流经基板，再经过上下接触的凸台结构和凹槽结构接触再流至负极压板，由于此过程中产生焦耳热过大，时间长了与正极极柱处连接的电芯的极耳连接片熔断，形成断路，切断外部充电电路。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请一个安全防护电池顶盖爆炸示意图；

图2为本申请安全防护电池顶盖横截面图；

图3为本申请短路部件结构示意图；

图4为本申请短路部件与负极压板组合结构示意图。

主要部件名称包括：

11、基板；12、正极单元；13、负极单元；14、短路部件；111、第一极柱孔；112、第二极柱孔；121、正极压板；122、正极极柱； 123、正极导电压板；131、负极压板；1311、凹槽结构；1312、弧形收口结构；132、负极极柱；133、负绝缘压板；141、凸台结构；15、防爆结构。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

在本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的描述的一些流程中，包含了按照特定顺序出现的多个操作，但是应该清楚了解，这些操作可以不按照其在本文中出现的顺序来执行或并行执行，操作的序号如1、2、3等，仅仅是用于区分开各个不同的操作，序号本身不代表任何的执行顺序。另外，这些流程可以包括更多或更少的操作，并且这些操作可以按顺序执行或并行执行。需要说明的是，本文中的“第一”、“第二”等描述，是用于区分不同的消息、设备、模块等，不代表先后顺序，也不限定“第一”和“第二”是不同的类型。

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域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，都属于本申请保护的范围。

具体请参阅图1，图1为本实施例公开的一种单体电池，该单体电池包括一种动力电池顶盖、电芯(图未示)、电解液(图未示)和电池壳体(图未示)，所述电池顶盖与所述电池壳体围合成一个收容所述电芯的空腔体，所述空腔内填充所述电解液。

具体的，请参阅图2-图4，公开一种安全防护电池顶盖，包括：

基板11：用于与电池壳体围合成一个收容电芯的空腔体；

正极单元12：安装在所述基板11上，与所述电芯的正电极连接导电；

负极单元13：安装在所述基板11上，与所述电芯的负电极连接导电，其包括负极压板131，所述负极压板131上设置有凹槽结构1311；

短路部件14：安装在所述基板11上，且位于所述负极压板131 下方，所述短路部件14上设置有凸台结构141，所述凸台结构141 与所述凹槽结构1311相对间隔设置，当所述电芯压力达到预设阈值时，所述短路部件14向上抬起，所述凸台结构141嵌入所述凹槽结构1311中，以使所述短路部件14与所述负极压板131接触，所述基板11形成电流回路以保护电芯。

在一实施例中，电芯压力的预设阈值为0.4MPa，当电芯压力等于或大于0.4MPa时，短路部件14便向上抬起，与凹槽结构1311连接。进一步的，根据短路部件14的特性，还包括一个最大的压力值，使这个预设阈值为一个阈值区间，例如0.4～1.0Mpa。具体的预设阈值根据短路部件的材料和结构决定。本申请中，在负极压板131上设置有凹槽结构1311，在短路部件14上设置有凸台结构141，凸台结构141与凹槽结构1311相对间隔设置，即在正常情况下，二者之间存在间隙，当所述电芯压力达到预设阈值时，所述短路部件14向上抬起，所述凸台结构141嵌入所述凹槽结构1311中，以使所述短路部件14与所述负极压板12接触，二者接触则表示基板11的正极形成电流回路，使电芯短路，且凸台结构141和凹槽结构1311都是弧形结构，能够有效增加二者的接触面积，保证短路过程能够维持，从而切断外部电路，达到保护电池的目的。

在一实施例中，所述凹槽结构1311顶部的弧形曲率大于所述凸台结构141顶部弧形曲率，以使所述凸台结构141嵌入所述凹槽结构 1311中时留有富余空间。

在一实施例中，所述凹槽结构1311的开口边缘设置有弧形收口结构1312，以收集所述短路部件14与所述负极压板131接触时产生的金属液体。具体的，所述负极压板131与所述短路部件14为金属材料制成，例如，为纯铝，二者接触后，产生的电阻值小于100mΩ，且当形成的短路电流过大时，会导致负极压板131的凹槽结构1311 上的金属材料或者凸台结构141上的金属材料部分熔化，该熔化的金属材料则为杂质物。通过在凹槽结构1311的开口边缘设置弧形收口结构1312，可以收集该熔化后的金属液体，在一实施例中，该弧形收口结构1312可以为开口向上的槽，或者向外及向上扣的弧形结构，可接住留下的金属液体，金属液体在弧形收口结构1312上富集，使凹槽结构1311又与凸台结构141或者短路部件14接触，重新形成电流回路，有效延长短路时间。此时，电流从正极压板121流经基板 11，再经过上下接触的凸台结构141和凹槽结构1311接触再流至负极压板131，由于此过程中产生焦耳热过大，持续的短路电流使正极极柱122处连接的电芯的极耳连接片熔断，形成断路，切断外部充电电路。

在一实施例中，所述负极单元13还包括负极极柱132和第一密封圈(图未示)，所述基板11上设置有第一极柱孔111，所述负极极柱132一端与所述电芯的负极连接，另一端穿过所述第一极柱孔111 与所述负极压板131接触，第一密封圈套设在所述负极极柱132上，且夹持在所述负极极柱132与所述基板11之间，使基板11与负极极柱132绝缘；所述正极单元12包括正极极柱122、正极压板121和第二密封圈(图未示)，所述基板11上设置有第二极柱孔112，所述正极极柱122一端与所述电芯的正极连接，另一端穿过所述第二极柱孔112与所述正极压板121接触，所述第二密封圈套设在所述正极极柱122上，且夹持在所述正极极柱122与所述基板11之间，使基板 11与正极极柱122绝缘，本申请的技术方案通过正极极柱122与负极极柱132，将电芯与连接在正极压板121和负极压板131上的外接物相互导通。

在一实施例中，所述正极单元上还设置有正极导电压板123，所述正极导电压板123夹持在所述正极压板121和所述基板11之间，一种可行的结构为，正极导电压板123为槽体结构，设置槽体一面容置所述正极压板121，另一面与基板11连接，且在正极导电压板123上设置有供正极极柱122通过的通孔，以隔离正极压板121与基板 11。

在一实施例中，所述负极单元13上还设置有负绝缘压板133，所述负绝缘压板133夹持在所述负极压板131和所述基板11之间，以隔离负极压板131和基板11。一种可行的结构为，负绝缘压板133 为槽体结构，设置槽体一面容置所述负极压板131，另一面与基板11连接，且在负绝缘压板133上设置有供负极极柱132通过的通孔。

在一实施例中，还包括防爆阀结构15，所述防爆阀结构15安装在所述基板11上，且位于所述正极单元12和负极单元13之间，以对电池进行防爆。

另一方面，本申请还公开一种单体电池，包括上述任意一项所述的安全防护电池顶盖，以及电芯、电解液和电池壳体，所述电池顶盖与所述电池壳体围合成一个收容所述电芯的空腔体，所述空腔内填充所述电解液。

另一方面，本申请还公开一种动力电池组，包括两个或两个以上的上述所述的单体电池，各个单体电池之间相互串联。

以上所述仅是本申请的部分实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。

Claims (10)

1.一种安全防护电池顶盖，其特征在于，包括：

基板：用于与电池壳体围合成一个收容电芯的空腔体；

正极单元：安装在所述基板上，与所述电芯的正电极连接导电；

负极单元：安装在所述基板上，与所述电芯的负电极连接导电，其包括负极压板，所述负极压板上设置有凹槽结构；

短路部件：安装在所述基板上，且位于所述负极压板下方，所述短路部件上设置有凸台结构，所述凸台结构与所述凹槽结构相对间隔设置，当所述电芯压力达到预设阈值时，所述短路部件向上抬起，所述凸台结构嵌入所述凹槽结构中，以使所述短路部件与所述负极压板接触，所述基板形成电流回路以保护电芯。

2.根据权利要求1所述的安全防护电池顶盖，其特征在于，所述凹槽结构顶部的弧形曲率大于所述凸台结构顶部弧形曲率，以使所述凸台结构嵌入所述凹槽结构中时留有富余空间。

3.根据权利要求1所述的安全防护电池顶盖，其特征在于，所述凹槽结构的开口边缘设置有弧形收口结构，以收集所述短路部件与所述负极压板接触时产生的杂质物。

4.根据权利要求1所述的安全防护电池顶盖，其特征在于，所述负极压板与所述短路部件为金属材料制成。

5.根据权利要求4所述的安全防护电池顶盖，其特征在于，所述负极压板与所述短路部件接触后，产生的电阻值小于100mΩ。

6.根据权利要求1所述的安全防护电池顶盖，其特征在于，所述负极单元还包括负极极柱和第一密封圈，所述基板上设置有第一极柱孔，所述负极极柱一端与所述电芯的负极连接，另一端穿过所述第一极柱孔与所述负极压板接触，所述第一密封圈套设在所述负极极柱上，且夹持在所述负极极柱与所述基板之间；所述正极单元包括正极极柱、正极压板和第二密封圈，所述基板上设置有第二极柱孔，所述正极极柱一端与所述电芯的正极连接，另一端穿过所述第二极柱孔与所述正极压板接触，所述第二密封圈套设在所述正极极柱上，且夹持在所述正极极柱与所述基板之间。

7.根据权利要求6所述的安全防护电池顶盖，其特征在于，所述正极单元上还设置有正极导电压板，所述正极导电压板夹持在所述正极压板和所述基板之间；所述负极单元上还设置有负绝缘压板，所述负绝缘压板夹持在所述负极压板和所述基板之间。

8.根据权利要求1所述的安全防护电池顶盖，其特征在于，还包括防爆阀结构，所述防爆阀结构安装在所述基板上，且位于所述正极单元和负极单元之间。

9.一种单体电池，其特征在于，包括上述权利要求1-8任意一项所述的安全防护电池顶盖，以及电芯、电解液和电池壳体，所述电池顶盖与所述电池壳体围合成一个收容所述电芯的空腔体，所述空腔内填充所述电解液。

10.一种动力电池组，其特征在于，包括两个或两个以上的上述权利要求9所述的单体电池，各个单体电池之间相互串联或并联。

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