JP6335972B2 - 動力電池のヘッドカバー構造及び動力電池 - Google Patents

Description

本発明は動力電池の技術分野に関し、特に動力電池のヘッドカバー構造及び動力電池に関する。

電気自動車及びエネルギー蓄積発電所などでは、一般的に大容量を有する動力電池を電源として利用する必要がある。使用の基準に達成し、人々のニーズを満足することができるように、これらの動力電池に対し、大容量を有することだけでなく、良好な安全性及び長いサイクル寿命などを有することが求められている。

従来技術において、動力電池が過充電されたときに、動力電池における電解液の分解により、動力電池の内部に過量の熱を生じて電池に発火させたり、動力電池の内部における圧力が増大して電池の爆発を引き起こすことがある。そのため、動力電池が制御不能になる前に、一つの外短絡構造によって動力電池の主回路におけるヒューズ（Ｆｕｓｅ）構造を切断し、動力電池が引き続き充電されることは阻止される。例えば、動力電池が過充電されたときに、動力電池の内部に一定の気圧が生じると、外短絡構造は機能し、動力電池自身が一つの回路に形成するように、Ｆｕｓｅを溶断させることで、主回路を切断する。該外短絡構造は一定の気圧で機能し、且つ、過電流能力がＦｕｓｅより強く、大きい電流でＦｕｓｅより先に溶断しないことが必要である。図１は従来技術における動力電池のヘッドカバーの構造の一部を示す模式図である。図１に示すように、従来技術において、逆転シート１を用いて該外短絡構造の機能を実現し、該逆転シート１は、一つの厚さが均一な円盤が用いられ、該円盤の中央に一つの中空な突出する頂面が設置されている。通常の使用のときに、逆転シート１は動力電池のヘッドカバーにおける負電極ポール２と絶縁的に切断されている。動力電池が過充電され、一定の気圧が生じると、気圧の押圧により逆転シート１が動作し、逆転シート１における突出する頂面を導電シート３と接続させるが、導電シート３が負電極ポール２に電気的に接続されているため、動力電池内に回路を形成させ、Ｆｕｓｅを溶断させ、主回路を切断し、動力電池を保護している。

しかし、動力電池が過充電され、一定の気圧が生じるときに、気圧が逆転シート１を動かした後に、逆転シート１における突出する頂面が導電シート３と接触し、突起が中空構造であり、過流面積が小さく、逆転シート１の突起と導電シート３との接触位置に大きな電流が生じ、電流が一定の程度まで大きくなると、逆転シート１が溶断され、動力電池に発火又は爆発が発生する恐れがある。

本発明は、従来技術において、逆転シートの肉厚が均一なことにより、内輪の過流面積が小さくなり、大電流が通過するときに溶断しやすいことにより、逆転シートが機能できなくなり、動力電池が発火又は爆発する欠点を解消するための動力電池のヘッドカバー構造及び動力電池を提供する。

本発明は、ヘッドカバーシート、負電極ポール、導電シート及び逆転シートを備え、前記導電シートが前記負電極ポールに電気的に接続され、前記負電極ポールが前記ヘッドカバーシートに絶縁的に装着されている動力電池のヘッドカバー構造を提供する。前記逆転シートは、溶接部、中実構造の凸台及び前記溶接部と前記凸台との間に位置する接続部を備え、前記凸台は前記接続部の中央位置に設置され、前記溶接部は前記接続部の外縁に設置され、前記溶接部は前記ヘッドカバーシートに電気的に接続され、前記凸台は前記導電シートと接触しておらず、且つ、動力電池の内部圧力が増大するときに、前記逆転シートは前記動力電池の内部の圧力を受けて上方へ動作し、前記凸台を前記導電シートと電気的に接続させることできる。

さらに、上記動力電池のヘッドカバー構造において、前記接続部の厚さは内側から外側への方向に徐々に減少されている。

さらに、上記動力電池のヘッドカバー構造において、前記凸台の厚さは前記接続部の厚さより大きい。

さらに、前記凸台の上表面は弧面である。

さらに、前記凸台の上表面は球面又はアーチ面構造である。

さらに、前記凸台の上表面は前記接続部まで延びている。

さらに、前記凸台の上表面は平面である。

さらに、上記動力電池のヘッドカバー構造において、前記凸台は円柱体構造である。

さらに、前記ヘッドカバーにおいて、逆転シート接続孔が設置され、前記導電シートが前記逆転シート接続孔の上方まで延びて、前記逆転シートが前記逆転シート接続孔に設置され、前記溶接部が前記逆転シート接続孔の内壁と密封溶接されている。

さらに、前記逆転シート接続孔の端部縁に一回りの凹台が設置され、前記溶接部は前記凹台に設置されているとともに、前記凹台の側壁と密封溶接されている。

さらに、前記凹台は前記逆転シート接続孔の下端部に設置されている。

さらに、前記溶接部は前記ヘッドカバーの下表面と表面がそろっている。

さらに、前記凹台は前記逆転シート接続孔の先端部に設置されている。

さらに、前記溶接部は前記ヘッドカバーシートの上表面と表面がそろっている。

さらに、前記溶接部の上表面及び下表面はいずれも平面である。

さらに、上記動力電池のヘッドカバー構造において、前記逆転シートの前記溶接部、前記凸台及び前記接続部は一体化構造である。

本発明は、さらに動力電池を提供している。前記動力電池のヘッドカバー構造は、上述した動力電池のヘッドカバー構造を用いる。

本発明における動力電池のヘッドカバー構造及び動力電池は、中実構造の凸台を設置することにより、凸台と導電シートとの接触面の過流面積を効果的に増やすことができ、過流電流を減少させ、逆転シートが溶断される確率を低下させ、動力電池が発火又は爆発する危険を効果的に低下させ、動力電池の安全性能を大きく向上させる。

本発明における実施例又は従来技術における技術方案をより明確に説明するために、以下、実施例又は従来技術の説明に用いる必要のある図面について簡単に説明し、当然ながら、以下に説明する図面は本発明のいくつかの実施例であり、当業者にとって、創造的労力をかけない前提で、これらの図面に基づき他の図面を得ることもできる。

従来の動力電池のヘッドカバーの一部の構造を示す模式図である。 本発明に係る動力電池のヘッドカバー構造に係る一実施例の構造を示す模式図である。 図２における領域Ａの拡大模式図である。 本発明の動力電池のヘッドカバー構造に係るもう一つの実施例の構造を示す模式図である。 凹台が逆転シート接続孔の下端部に設置された場合、図４における領域Ａの拡大模式図である。 凹台が逆転シート接続孔の先端部に設置された場合、図４における領域Ａの拡大模式図である。 本発明に係る動力電池のヘッドカバー構造における逆転シートを示す平面図である。 凸台の上表面が平面である逆転シートの、図７ＡにおけるＦ-Ｆ方向における断面図である。 図７Ｂにおける領域Ｅの拡大模式図である。 凸台の上表面が弧面である逆転シートの、図７ＡにおけるＦ-Ｆ方向における断面図である。 本発明に係る動力電池の構造を示す模式図である。

本発明に係る実施例の目的、技術方案及びメリットをより明確にするために、以下、従来の動力電池のヘッドカバー構造と本発明に係る実施例における図面を組み合わせ、本発明に係る実施例における技術方案について明瞭かつ完全に説明する。当然ながら、説明する実施例は本発明の実施例の一部であり、すべての実施例ではない。当業者が本発明における実施例に基づいて創造的労力をかけないという前提で獲得したすべての他の実施例は、いずれも本発明の保護範囲に含まれる。

図１に示された動力電池のヘッドカバー構造が用いられる場合、動力電池の内部圧力により一定の気圧が生じるときに、逆転シート１が導電シート３に電気的に接続されているが、導電シート３が動力電池の負電極ポール２に電気的に接続されているため、動力電池自身が一つの回路になる。回路の抵抗を４ｍｏｈｍ以内にすれば、回路電流Ｉ＝動力電池の電圧(４−５Ｖ)／回路抵抗（０.８−４ｍｏｈｍ）であり、回路電流が１０００−６４００Ａまで達することが可能であり、即ち、回路の電流が非常に大きくなる。このように、動力電池の過充電電流が通常、１Ｃであるとき、正常に動作するときに、電流が３Ｃ以上に達することが可能であるため、主回路において、過充電電流が単に１Ｃに過ぎないＦｕｓｅを設置してはいけない。通常の動力電池のＦｕｓｅでも過充電電流が１０Ｃ以上で持続することが求められている。例えば、３０Ａｈの動力電池のＦｕｓｅとしては、過充電電流が３００Ａで持続できる必要があり、過充電電流が持続できるかどうかは、溶断電流が少なくとも６００Ａ以上である必要がある。このように、動力電池のヘッドカバー構造が瞬間的にＦｕｓｅを溶断し、主回路を切断することができるため、動力電池を保護する目的を達成する。

動力電池は基本的に狭長な構造であり、厚くないため、逆転シート１の寸法が制限される。逆転シート１が一定の圧力下で動作できることを確保するには（図１に示すように、上方へ動作する）、逆転シート１の動作領域を薄くする必要があり、通常は０.１−０.３ｍｍ前後である。逆転シート１の過電流能力がＦｕｓｅより強いことを確保するには、逆転シート１が動作した後、導電シート３と接触する位置の面積が大きく、且つ非接触位置の環状の断面積が大きいことが必要である。逆転シート１が上方へ動作した後、導電シート３と接触する瞬間に大きい抵抗が存在するため、逆転シート１の過流面積がＦｕｓｅの過流面積と同じであっても、大電流が通過するときに、逆転シート１も先に溶断して、セルが発火することを引き起こす。そのため、逆転シート１の過流面積が少なくともＦｕｓｅの過流面積の１.２倍以上に達することが必要であり、これにより動力電池を効果的に保護することができる。動力電池が正常に動作しているときに、セルの正常使用の温度上昇が高すぎてはいけないので、同じ電流で、動力電池電池モジュール全体のＦｕｓｅより、単セルのＦｕｓｅが後で溶断するため、Ｆｕｓｅの過流面積は小さすぎてはいけない。例えば、３０Ａｈのときに、Ｆｕｓｅの過流面積は少なくとも３.５ｍｍ^２以上であるため、逆転シート１の過流面積は少なくとも４.２ｍｍ^２以上である。ここで、円形の逆転シート１の各々位置の断面積＝３.１４＊直径Ｄ＊断面厚さＴである。逆転シート１は、肉厚が均一にされると、逆転シート１が一定の圧力で上方へ動作できることを確保するには、逆転シート１の肉厚は０.１−０.３ｍｍ前後であり、このように逆転シート１の内輪の断面積は非常に小さく、例えば、過流位置の断面積＝３.１４＊４＊０.３≒３.７７ｍｍ^２であり、このように、電流が大きいときに、逆転シート１はＦｕｓｅが溶断する前に先に溶断し、電池が発火又は爆発することを引き起こす。

上記問題を解決するために、本発明が提供している技術方案は、逆転シート１がＦｕｓｅが溶断する前に溶断しないことを確保することができるため、動力電池の安全を確保している。本発明に係る実施例の技術方案の詳細は以下のとおりである。

図２は本発明に係る動力電池のヘッドカバー構造に係る一実施例の構造を示す模式図である。図３は図２における領域Ａの拡大模式図である。図２及び図３に示すように、本発明は逆転シート１１、負電極ポール１２、導電シート１３、正電極ポール１４及びヘッドカバーシート１５を備える。正電極ポール１４はヘッドカバーシート１５に電気的に接続され、負電極ポール１２はヘッドカバーシート１５に絶縁的に装着され、負電極ポール１２は導電シート１３に電気的に接続され、ここで、逆転シート１１は、具体的に溶接部１６、中空構造の凸台１８及び溶接部１６と凸台１８との間に位置する接続部１７を備え、凸台１８は接続部１７の中央位置に設置され、溶接部１６は接続部１７の外縁に設置されている。逆転シート１１は導電シート１３に近づいているが、接触しておらず、且つ、動力電池の内部圧力が増大するときに、逆転シート１１は動力電池の内部の圧力を受けて上方へ動作し、凸台１８を導電シート１３と電気的に接続させることができる。

動力電池の内部に一定の気圧が生じるときに、凸台１８が導電シート１３と電気的に接続するまでに、逆転シート１１は圧力によって上方へ動作し、動力電池の正電極ポール１４と負電極ポール１２との間に回路を形成し、大きい短絡電流が通過し、主回路におけるＦｕｓｅを溶断し、主回路を切断することで、動力電池を保護する。凸台１８が導電シート１３と接触する位置は過電流のボトルネック領域であるため、凸台１８が導電シート１３と接触する瞬間に電流が大きく、接触位置の局所が熔化することを引き起こし容易である。

本実施例において、凸台１８を中実構造とする。電流が通過する逆転シート１１の各々の輪の断面積＝３.１４*直径Ｄ*厚さＴであり、従来技術における厚さが均一な逆転シートに比べ、厚さＴを増やすことにより、中空構造の凸台１８と導電シート１３との接触面の過流面積を増やすことができるため、大電流で凸台１８が先に溶断しないように確保する。

図７Ｄに示すように、本実施例における凸台１８の上表面は例えば、球面、アーチ面などの構造のような弧面であってもよい、且つ、凸台１８の上表面は周囲へ接続部１７まで延伸してもよい。より大きな過流面積を得るために、凸台１８の上表面は平面であることが好ましい。例えば、本実施例における凸台１８は円柱体、又は断面が多辺形（例えば、正方形、五角形又は六角形などが挙げられる）である柱体であってもよい。しかし、内径が同じであるときに、円の周長が最も長く、凸台１８が同等の厚さである場合、円柱体の過流面積が最も大きいことから、本実施例における凸台１８が円柱体であることが最適である。

本実施例において、中実構造の凸台１８を設置することにより、効果的に凸台１８と導電シート１３との接触面の過流面積を増やし、過流電流を減少させ、逆転シート１１が溶断される確率を減少させることができるため、効果的に動力電池が発火又は爆発する危険を低下させ、動力電池の安全性能を大きく向上させる。

上記図２と図３に示す実施例における動力電池のヘッドカバー構造において、凸台１８が中実であるが、逆転シート１１の接続部１７に対して何ら限定もないため、該接続部１７は依然として厚さが均一な薄片であることが可能である。このように、動力電池の内部圧力が増大し、気圧が逆転シート１１を動かした後、逆転シート１１が導電シート１３と電気的に接続した後、電流がぐるぐると外へ散射することになる。電流が接続部１７まで散射したときに、接続部１７の過流面積が凸台１８よりも小さくてはいけなく、さもなければ、接続部１７も瞬間的に溶断されてしまう。電流が通過する逆転シート１１の各々の輪の断面積＝３.１４*直径Ｄ*厚さＴであることによれば、接続部１７の厚さが薄いときに、電流が通過する逆転シート１１の接続部１７の過流面積は、電流が通過する凸台１８の過流面積よりも小さい可能性があり、接続部１７が瞬間的に溶断されることを引き起こす。

上記問題を解決するために、本発明はさらに以下の実施例に係る技術方案を提供する。

図４は本発明に係る動力電池のヘッドカバー構造のもう一つの実施例の構造を示す模式図である。図５は図４における領域Ａの拡大模式図であり、図４と図５に示すように、本実施例において、上記図２と図３に示す実施例に係る技術方案の上に、逆転シート１１の構造における接続部１７の厚さを内側から外側への方向に徐々に減少させる。ここで、図７Ａは本発明に係る実施例が提供する動力電池ヘッドカバー構造における逆転シート１１を示す平面図であり、図７Ｂは図７ＡにおけるＦ−Ｆ方向における断面図であり、図７Ｃは図７Ｂにおける領域Ｅの拡大模式図である。図７Ａに示すように、本実施例における逆転シート１１は、平面視で一つの円盤状のものであることが可能である。ここで、外縁にある円環状のものは溶接部１６であり、円盤中央に位置するのは凸台１８であり、溶接部１６と凸台１８との間に位置するのは接続部１７である。図７Ｂと図７Ｃに示すように、本実施例における逆転シート１１の接続部１７は凸台１８から溶接部１６までの方向に、即ち内側から外側への方向に、厚さが徐々に減少している。且つ、図７Ａ、図７Ｂ、図７Ｃ及び図７Ｄに示すように、凸台１８の厚さは接続部１７の厚さよりも大きい。

図４、図５、図６、図７Ａ、図７Ｂ、図７Ｃ及び図７Ｄに示すように、接続部１７の厚さは内側から外側へ徐々に薄くなって、上記電流が通過する逆転シート１１の各々の輪の断面積の公式からわかるように、接続部１７は内輪が厚いため、内輪の直径が小さいことによる影響を減少させることができる。過流電流が外輪へ拡散するときに、外輪の厚さが薄くなるが、外輪の直径Ｄが大きくなるため、依然として過流電流による衝撃を耐えることができるため、接続部１７が直接的に溶断されることを回避した。このように、接続部１７の断面積全体が内側から外側へ電流の過電流要求を満たすようにすることができるとともに、逆転シート１１における接続部１７の外輪壁が薄いため、一定の気圧で逆転シート１１が上方へ動作するようにすることができる。

本実施例において、接続部１７は断面が変化する構造とすることにより、逆転シート１１が動けるために必要な圧力を確保することができるだけでなく、効果的に接続部１７内輪の過流面積を増やし、過流電流を減少させ、逆転シート１１が溶断される確率を低下させることもできるため、効果的に動力電池が発火又は爆発する危険を低下させ、さらに動力電池の安全性能を向上させる。

本実施例において、ヘッドカバーシート１５に、逆転シート接続孔２５が設置され、導電シート１３が逆転シート接続孔２５の上方まで延びて、逆転シート１１が逆転シート接続孔２５に設置され、溶接部１６が逆転シート接続孔２５の内壁と密封溶接されている。具体的に、逆転シート接続孔２５の端部縁に一回りの凹台２６を設置し、溶接部１６を凹台２６に設置するとともに、凹台２６の側壁と密封溶接することができる。凹台２６は、逆転シート接続孔２５の下端部に設置されてもよい（図５を参照）が、逆転シート接続孔２５の先端部に設置されてもよい（図６を参照）。凹台２６が先端部に設置される又は下端部に設置されるかにかかわらず、溶接部１６はヘッドカバーの上表面と表面がそろっていることが最適であり、即ち、凹台２６が逆転シート接続孔２５の先端部に設置されている場合、溶接部１６はヘッドカバー１５の上表面と表面がそろっているが、凹台２６が逆転シート接続孔２５の下端部に設置されている場合、溶接部１６はヘッドカバー１５の下表面と表面がそろっているため、溶接が容易になる。逆転シート１１を逆転シート接続孔２５における異なる位置に便利に取り付けさせるために、ヘッドカバー１５に対応する表面とそろっているように、溶接部１６の上表面及び下表面をいずれも平面にすることができる。

上記実施例に係る動力電池のヘッドカバー構造における逆転シート１１は、製造の便利のために、溶接部１６、接続部１７及び凸台１８を一体構造とすることができる。

図８は本発明に係る動力電池の構造を示す模式図である。図８に示すように、本実施例における動力電池は、動力電池のヘッドカバー構造２１、電池筐体２３、Ｆｕｓｅ２２、絶縁シート２４などを備える。ここで、動力電池のヘッドカバー構造は上記の図２と図３に示す動力電池のヘッドカバー構造を採用することが可能であり、これにより、凸台１８と導電シート１３との接触面の過流面積を効果的に増やし、過流電流を減少させ、逆転シート１１が溶断される確率を低下させ、動力電池が発火又は爆発する危険を効果的に低下させ、動力電池の安全性能を大きく向上させる。

本実施例に係る動力電池における動力電池のヘッドカバー構造は上記図４乃至図６に示す動力電池のヘッドカバー構造を採用することもできる。図８に示すように、本実施例において、図４乃至図６に示す動力電池のヘッドカバー構造を例として、本実施例における技術方案を説明する。なお、本実施例における動力電池は他の部材を含むことも可能であり、その詳細は従来の関連する技術を参照することができるため、ここで繰り返し述べない。

本実施例における動力電池は、上記実施例における動力電池のヘッドカバー構造を用いることにより、逆転シート１１の過流面積を効果的に増やし、過流電流を減少させ、逆転シート１１が溶断される確率を低下させるため、動力電池が発火又は爆発する危険を効果的に低下させ、動力電池の安全性能を大きく向上させる。

最後に説明したいのは、上記実施例は本発明の技術方案を説明するためのものに過ぎず、それを限定するものではない。上記実施例を参照しながら本発明について詳しく説明したが、当業者は依然として上記各実施例に記載された技術方案に対して変更を行い、又はその中の一部の技術的特徴に対して等価置換を行うことができるが、これらの変更又は置換は、対応する技術方案の本質を本発明に係る各実施例における技術方案の主旨及び範囲から逸脱させない。

Claims (10)

1. ヘッドカバーシート、負電極ポール、導電シート及び逆転シートを備え、前記導電シートが前記負電極ポールに電気的に接続され、前記負電極ポールが前記ヘッドカバーシートに絶縁的に装着されている動力電池のヘッドカバー構造であって、
   前記逆転シートは、溶接部、中実構造の凸台及び前記溶接部と前記凸台との間に位置する接続部を備え、前記溶接部、前記凸台、及び、前記接続部は一体構造とされており、
   前記凸台は、前記導電シート側に突出するものであって、前記接続部の中央位置に設置され、前記凸台の上表面は平面であり、
   前記溶接部は前記接続部の外縁に設置され、
   前記溶接部は前記ヘッドカバーシートに電気的に接続され、
   動力電池が正常に動作するときに前記凸台は前記導電シートと接触しておらず、動力電池の内部圧力が増大するときに、前記逆転シートが前記動力電池の内部の圧力を受けて上方へ動作し、前記凸台の上表面を前記導電シートと接触させることができ、
   前記接続部の厚さは内側から外側への方向に徐々に減少され、
   前記凸台の厚さは前記接続部の厚さより大きいことを特徴とする動力電池のヘッドカバー構造。
2. 前記凸台は円柱体構造であることを特徴とする請求項１に記載の動力電池のヘッドカバー構造。
3. 前記ヘッドカバーにおいて、逆転シート接続孔が設置され、前記導電シートが前記逆転シート接続孔の上方まで延びて、前記逆転シートが前記逆転シート接続孔に設置され、前記溶接部が前記逆転シート接続孔の内壁と密封溶接されていることを特徴とする請求項１に記載の動力電池のヘッドカバー構造。
4. 前記逆転シート接続孔の端部縁に一回りの凹台が設置され、前記溶接部は前記凹台に設置されているとともに、前記凹台の側壁と密封溶接されていることを特徴とする請求項３に記載の動力電池のヘッドカバー構造。
5. 前記凹台は前記逆転シート接続孔の下端部に設置されていることを特徴とする請求項４に記載の動力電池のヘッドカバー構造。
6. 前記溶接部は前記ヘッドカバーの下表面と表面がそろっていることを特徴とする請求項５に記載の動力電池のヘッドカバー構造。
7. 前記凹台は前記逆転シート接続孔の先端部に設置されていることを特徴とする請求項４に記載の動力電池のヘッドカバー構造。
8. 前記溶接部は前記ヘッドカバーの上表面と表面がそろっていることを特徴とする請求項７に記載の動力電池のヘッドカバー構造。
9. 前記溶接部の上表面及び下表面はいずれも平面であることを特徴とする請求項６又は請求項８に記載の動力電池のヘッドカバー構造。
10. 請求項１乃至請求項９のいずれか一つに記載の動力電池のヘッドカバー構造を用いることを特徴とする動力電池。