TW201724620A - 電池安全閥致動結構 - Google Patents

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Abstract

一種電池安全閥致動結構,適於配置於一電池上,包括一端蓋、一安全閥、一正極端子導電片、一負極端子導電片、一氣孔蓋以及一致動片。端蓋設置於電池的一殼體上,端蓋具有相對的一第一表面與一第二表面,且電池的一正極端子與一負極端子穿設於端蓋。安全閥設置於端蓋的第一表面上。正極端子導電片設置於端蓋的第二表面,正極端子導電片由正極端子延伸至安全閥對應於第二表面位置。負極端子導電片設置於端蓋的第二表面,負極端子導電片由負極端子延伸至安全閥對應於第二表面位置。氣孔蓋設置於端蓋的第二表面,且氣孔蓋與安全閥相對設置。致動片設置於氣孔蓋與安全閥之間,且常態下被安全閥限制於一固定位置上,致動片與氣孔蓋之間設有一轉軸,其中當電池的內部壓力超過安全閥之一破裂壓力時,致動片被釋放而使致動片旋轉,且分別與正極端子導電片與負極端子導電片接觸,以形成一電性連接通路於正極端子與負極端子之間。

Description

電池安全閥致動結構
本發明是有關於一種電池結構,且特別是有關於一種電池安全閥致動結構。
當電池不當使用(例如過充)時,電池內部材料因為電壓過高分解反應而產生了氣體,由於電池是密封的結構,分解反應產生的氣體會使電池內壓升高,電池溫度也因為分解反應或電阻耗能的現象而溫度上升,因此習知的電池結構中必定設有安全閥,以提早在內壓升高時可以先洩壓,也由於安全閥是一種壓力致動結構,因此習知技術僅在安全閥的壓控設計上進行改良。
本發明係有關於一種電池安全閥致動結構,利用壓力致動機制來破壞安全閥,並使正極端子與負極端子發生短路,進而使總電池能量下降而達到安全性目標。
根據本發明之一方面,提出一種電池安全閥致動結構,適於配置於一電池上,包括一端蓋、一安全閥、一正極端子導電片、一負極端子導電片、一氣孔蓋以及一致動片。端蓋設置 於電池的一殼體上,端蓋具有相對的一第一表面與一第二表面,且電池的一正極端子與一負極端子穿設於端蓋。安全閥設置於端蓋的第一表面上。正極端子導電片設置於端蓋的第二表面,正極端子導電片由正極端子延伸至安全閥對應於第二表面位置。負極端子導電片設置於端蓋的第二表面,負極端子導電片由負極端子延伸至安全閥對應於第二表面位置。氣孔蓋設置於端蓋的第二表面,且氣孔蓋與安全閥相對設置。致動片設置於氣孔蓋與安全閥之間,且常態下被安全閥限制於一固定位置上,致動片與氣孔蓋之間設有一轉軸,其中當電池的內部壓力超過安全閥之一破裂壓力時,致動片被釋放而使致動片旋轉,且分別與正極端子導電片與負極端子導電片接觸,以形成一電性連接通路於正極端子與負極端子之間。
為了對本發明之上述及其他方面有更佳的瞭解,下文特舉較佳實施例,並配合所附圖式,作詳細說明如下:
100‧‧‧電池
101‧‧‧正極端子
101’‧‧‧正極端子孔
102‧‧‧負極端子
102’‧‧‧負極端子孔
103‧‧‧安全閥
104‧‧‧限位結構
105‧‧‧電池極卷
106‧‧‧正極導電體
107‧‧‧負極導電體
108‧‧‧電池安全閥致動結構
110‧‧‧端蓋
111‧‧‧第一導電柄
112‧‧‧第二導電柄
113‧‧‧第一貫通孔
115‧‧‧承載部
120‧‧‧殼體
121‧‧‧正極端子導電片
122‧‧‧負極端子導電片
123‧‧‧氣孔蓋
128‧‧‧開孔
124‧‧‧致動片
125‧‧‧絕緣層
126‧‧‧氣孔蓋固定座
127‧‧‧第二貫通孔
129‧‧‧彈簧
130‧‧‧轉軸
131‧‧‧第一磁性物質
132‧‧‧第二磁性物質
133‧‧‧第一磁性元件
134‧‧‧第二磁性元件
S1‧‧‧第一表面
S2‧‧‧第二表面
S3‧‧‧第三表面
S4‧‧‧第四表面
S5‧‧‧第五表面
S6‧‧‧第六表面
G、G1、G2‧‧‧氣壓破裂槽
200‧‧‧氣壓閥
201‧‧‧安全閥
202‧‧‧連接座
203‧‧‧氣壓閥破裂片
204‧‧‧氣壓閥套件
205‧‧‧限位結構
208‧‧‧電池安全閥致動結構
第1圖繪示應用本發明一實施例之電池安全閥致動結構的電池本體的示意圖。
第2圖繪示電池本體的元件分解圖。
第3A圖繪示依照本發明一實施例之電池安全閥致動結構的俯視示意圖。
第3B圖繪示電池安全閥致動結構的仰視示意圖。
第3C圖繪示電池安全閥致動結構的分解示意圖。
第4A~4D圖繪示致動片、正極端子導電片以及負極電子導電片的配置示意圖。
第5圖繪示依照本發明一實施例之電池安全閥致動結構的示意圖。
第6A及6B圖繪示氣壓閥之部分組件的配置示意圖。
第7圖繪示電池短路放電及溫度的關係圖。
在本發明之一實施例中,提出一種電池安全閥致動結構,適於配置於一電池上,可避免電池的內部壓力過高。當電池內氣體壓力超過殼體可以承受的破裂壓力時,電池會由強度最弱處炸裂並噴出大量可燃氣體,若此時可燃氣體濃度與溫度達到可燃火狀態,些許火星將點燃這些氣體而產生火焰,進而影響人身的安全。因此,本發明在安全閥的設計上,除了破壞安全閥以釋放可燃氣體及降低燃燒的機率外,還可透過短路裝置使正極端子與負極端子短路,以使電池在危險狀態時可以瞬間放電,使電池不再處於滿電狀態而提高安全性。對此,本發明利用壓力致動機制來破壞安全閥,並使正極端子與負極端子發生短路,進而使總電池能量下降而達到安全性目標。
此外,在電池的安全機制上,上述正極端子與負極端子發生短路而放電時,電池因阻抗的加熱所造成溫度的上升,相對於化學變化所造成的壓力上升需要的時間比較久,因此電池內部短路而造成的溫度上升仍可控制在允許的安全性規定以內。
以下係提出實施例進行詳細說明,實施例僅用以作為範例說明,並非用以限縮本發明欲保護之範圍。
第一實施例
請參照第1及2圖,其中第1圖繪示應用依照本發明一實施例之電池安全閥致動結構108的電池100本體的示意圖,第2圖繪示電池100本體的元件分解圖。電池100包括一正極端子101、一負極端子102、一端蓋110、一殼體120以及一設置於殼體120內並以端蓋110密封的電池極卷105。電池極卷105由正、負極極板(圖未繪示)以及多個位於正、負極極板之間的隔離膜(圖未繪示)捲繞而成,其兩端為正極導電體106及負極導電體107。電池極卷105內含有活性物質,且區分為正極與負極,中間夾層的隔離膜可導通離子但阻隔電子流動,用以控制電流的儲存與放電,以形成電位差。電池100為一密封結構,當電池100不當使用(例如過充或被穿刺)時,電池極卷105產生熱與可燃氣體,且氣體直接充斥於殼體120中並產生內壓,當電池100的內部壓力超過殼體120可容許的破裂壓力時,安全閥103破裂以釋放過多壓力,以避免殼體120爆開。
電池100的殼體120材質及端蓋110的材質例如為鋁或其他金屬,且端蓋110的相對兩側分別設有一第一導電柄111與一第二導電柄112,第一導電柄111與第二導電柄112的一端延伸至電池100的殼體120中,以分別電性連接電池極卷105的正極導電體106及負極導電體107,且第一導電柄111之另一端 電性連接正極端子導電片121(參見第3B圖)以及正極端子101,第二導電柄112之另一端電性連接負極端子導電片122(參見第3B圖)以及負極端子102,以使電池極卷105的正極導電體106及負極導電體107分別電性連接正極端子101與負極端子102。
請參照第3A至3C圖,其中第3A圖繪示依照本發明一實施例之電池安全閥致動結構108的俯視示意圖,第3B圖繪示電池安全閥致動結構108的仰視示意圖,第3C圖繪示電池安全閥致動結構108的分解示意圖。在一實施例中,電池安全閥致動結構108包括一端蓋110、設置於端蓋110第一表面S1上的一安全閥103以及設置於端蓋110第二表面S2的一正極端子導電片121、一負極端子導電片122、一氣孔蓋123、一致動片124以及一絕緣層125。
請參照第3A圖,端蓋110例如為長條形,當端蓋110與電池100組裝時,電池100的正極端子101與負極端子102可對應穿設於端蓋110長邊的相對兩側之正極端子孔101’與負極端子孔102’。端蓋110具有彼此相對的第一表面S1與第二表面S2,且安全閥103設置於端蓋110之第一表面S1的中央。詳細來說,請參照第3C圖,端蓋110於第一表面S1上具有向第二表面S2凹陷的一承載部115,用以配置固定安全閥103。此外,承載部115具有第一貫通孔113,且安全閥103的直徑大於第一貫通孔113的直徑,至於第一貫通孔113的功能,容後詳述。請參照第3B圖,正極端子導電片121及負極端子導電片122例如為 長條狀,其沿著端蓋110的長邊延伸並設置於端蓋110的第二表面S2,且正極端子導電片121由正極端子101延伸至安全閥103對應於第二表面位置,負極端子導電片122由負極端子102延伸至安全閥103對應於該第二表面位置。正極端子導電片121的材質例如為鋁,而負極端子導電片122的材質例如為銅,但本發明不以此為限。
在一實施例中,氣孔蓋123的表面具有貫穿的複數個開孔128,開孔128的數量及大小不限,且轉軸130設置在氣孔蓋123之中心。此外,氣孔蓋123與安全閥103係相對設置,且安全閥103可以雷射焊接方式固定焊接在端蓋110上。安全閥103具有彼此相對的第三表面S3與第四表面S4,在第三表面S3或第四表面S4上設有至少一個可使安全閥103因氣壓變化而破裂之氣壓破裂槽G(例如為V形槽)。由於氣壓破裂槽G的厚度比周圍其他板材的厚度來得薄,因此電池100內部的氣體經由氣孔蓋123的開孔128往電池100外部衝時,安全閥103會先從厚度較薄的氣壓破裂槽G開始破裂或變形(例如向外隆起),藉以釋放過多的壓力。
接著,請參照第3B圖,當端蓋110的材質為金屬(例如鋁)時,端蓋110的第二表面S2設有一絕緣層125(例如聚酯片),此絕緣層125隔離於正極端子導電片121與端蓋110之間及負極端子導電片122與端蓋110之間,以避免二端子導電片121、122與端蓋110接觸而短路。此外,絕緣層125例如設有 一氣孔蓋固定座126以及第二貫通孔127,氣孔蓋123固定設置於氣孔蓋固定座126中且相對於安全閥103,第二貫通孔127位於氣孔蓋123與安全閥103之間。在另一實施例中,當端蓋110為不導電的材質時,則不需在端蓋110的第二表面S2設置此絕緣層125,且氣孔蓋固定座126可改為直接設置於非導電的端蓋110之第二表面S2上。
請參照第3C圖,安全閥103的第四表面S4設有一限位結構104,限位結構104可經由第一貫通孔113向第二表面S2延伸。此外,致動片124設置於氣孔蓋123與安全閥103之間,且常態下被安全閥103限制於一固定位置上。詳細來說,致動片124與氣孔蓋123之間設有轉軸130,此轉軸130例如固定於氣孔蓋123上或固定於致動片124上,透過轉軸130樞接氣孔蓋123與致動片124,以使致動片124能相對於氣孔蓋123旋轉。此外,氣孔蓋123的位置與安全閥103的位置相對,且絕緣層125之第二貫通孔127與端蓋110的第一貫通孔113相連通。氣孔蓋123的材質例如為陶瓷或類似物,致動片124的材質例如為銅或鋁。
請一併參照第3C圖及第4A至4D圖,其中第4A~4D圖繪示致動片124、正極端子導電片121以及負極端子導電片122的配置示意圖。在一實施例中,安全閥103的限位結構104(例如是二夾片)用以固定致動片124,使致動片124於常態下被限制於固定位置上而無法旋轉。致動片124、正極端子導電片121以及負極端子導電片122皆為導電材質(例如銅或鋁),但由 於致動片124被限位結構104固定,因此致動片124不會與延伸至安全閥103對應於第二表面S2位置的正極端子導電片121以及負極端子導電片122接觸而導通,如第4A及4B圖所示。接著,請參照第4C及4D圖所示,當安全閥103被破壞或變形時,限位結構104鬆開而使致動片124被釋放,致動片124的兩端受磁力或彈力驅動而可自由旋轉,且致動片124的兩端分別與正極端子導電片121與負極端子導電片122接觸,以形成一電性連接通路於正極端子101與負極端子102(參見第3A)之間。
如第4C圖所示,正極端子導電片121延伸至安全閥103對應於第二表面S2位置之一端與負極端子導電片122延伸至安全閥103對應於第二表面S2位置之一端分別設有一第一磁性物質131與一第二磁性物質132,第一磁性物質131與第二磁性物質132例如以導磁材料或磁化材料製成,例如N38UH、N40UH、N35EH、N38EH、N30AH、N33AH等釹鐵硼永久磁鐵。此外,致動片124的兩端分別設有一第一磁性元件133與一第二磁性元件134,第一磁性元件133與第二磁性元件134例如以導磁材料或磁化材料製成,例如N38UH、N40UH、N35EH、N38EH、N30AH、N33AH等釹鐵硼永久磁鐵。在一實施例中,上述之釹鐵硼永久磁鐵的最大磁能積(BHmax)介於220~330KJ/m3之間,且磁鐵最大可容許的工作溫度大於500℃(遠大於電池極卷105所能容許的工作溫度120℃),不易受到高溫環境的影響。
當致動片124被釋放時,藉由第一磁性物質131與 第一磁性元件133以磁力相吸,第二磁性物質132與第二磁性元件134以磁力相吸,以驅動致動片124的兩端相對於轉軸130旋轉。由於兩物質之間的磁力與距離平方成反比,因此當距離越短時,磁力越強,也就得到更大的磁性驅動力,使致動片124的兩端分別與正極端子導電片121與負極端子導電片122接觸更緊密,以減少電阻。
此外,如第4D圖所示,除了磁力驅動外,亦可採用彈力驅動。在一實施例中,致動片124與氣孔蓋123之間例如設有一彈簧129,可以是渦捲式彈簧或壓縮彈簧,彈簧129的一端固定於致動片124上,另一端固定在氣孔蓋123上。當致動片124於常態下被限制於固定位置上,彈簧129儲存彈力;而當致動片124被釋放時,彈簧129將儲存的彈力釋放,以驅動致動片124的兩端相對於轉軸130旋轉,並且致動片124的兩端分別與正極端子導電片121與負極端子導電片122接觸。
由上述說明可知,本發明利用壓力致動機制來驅動致動片124與正極端子導電片121與負極端子導電片122接觸,使正極端子101與負極端子102發生短路,進而使總電池能量下降而達到安全性目標。
此外,在上述實施例中,電池安全閥致動結構108係以端蓋110的第二表面S2朝向電池100內部進行設置,然而在其他實施例中,亦可以端蓋110的第一表面S1朝向電池100內部進行設置,其作用機制與前述實施例雷同,於此不再贅述。
第二實施例
請參照第5及6A-6B圖,其中第5圖繪示依照本發明一實施例之電池安全閥致動結構208的示意圖,第6A及6B圖繪示氣壓閥200之部分組件的配置示意圖。在一實施例中,電池安全閥致動結構208包括端蓋110、設置於端蓋110第一表面S1上的一安全閥201以及設置於端蓋110第二表面S2的一正極端子導電片121、一負極端子導電片122、一氣孔蓋123、一致動片124以及一絕緣層125。有關端蓋110、正極端子導電片121、負極端子導電片122、氣孔蓋123、致動片124以及絕緣層125等元件的說明,已在第一實例中詳細描述,相同的元件以相同的符號表示,在此不再贅述。以下僅針對不同處進行說明。
本實施例與第一實施例不同之處在於:電池安全閥致動結構208更包括一氣壓閥200。氣壓閥200設置於安全閥201與致動片124之間。詳細來說,氣壓閥200包括設置在安全閥201之第四表面S4的一連接座202、一氣壓閥破裂片203以及一氣壓閥套件204。連接座202位於安全閥201與氣壓閥破裂片203之間並固定設置於端蓋110的第一表面S1上,氣壓閥破裂片203的中心與氣壓閥套件204相互接合,且氣壓閥破裂片203之周圍密封端蓋110的第一貫通孔113(參見第6A圖),以形成一個氣壓閥200的壓力致動機制。詳細來說,氣壓閥破裂片203中心設有一貫孔,氣壓閥套件204即設置在氣壓閥破裂片203的貫孔中,以相互密封接合。為了方便說明,第6A圖僅繪示氣壓閥破 裂片203以及氣壓閥套件204設置於端蓋110的第一貫通孔113中,第6B圖僅繪示氣壓閥套件204、致動片124、正極端子導電片121以及負極端子導電片122,但未繪示端蓋110及絕緣層125。
在一實施例中,氣壓閥套件204的下方設有一限位結構205,此限位結構205經由第一貫通孔113向第二表面S2延伸,並固定致動片124,以使致動片124於常態下被限制於固定位置上。
此外,氣壓閥破裂片203具有相對的第五表面S5與第六表面S6,且第五表面S5或第六表面S6設有至少一個可使氣壓閥破裂片203破裂之氣壓破裂槽G1(例如為V形槽),且安全閥201之第三表面S3或第四表面S4設有至少一個可使安全閥201破裂之氣壓破裂槽G2(例如為V形槽)。由於此二氣壓破裂槽G1、G2的厚度比周圍其他板材的厚度來得薄,因此電池100內部的氣體經由氣孔蓋123的開孔往電池外部衝時,安全閥201及氣壓閥破裂片203會先從厚度較薄的氣壓破裂槽G1、G2開始破裂或變形(例如向外隆起),藉以釋放過多的壓力。此外,設置在氣壓閥破裂片203中心的氣壓閥套件204可為一壓感片,係可感受到壓力而導致變形。詳細來說,當氣壓閥套件204感受到電池100內部的氣體向外的氣壓時,便會產生變形致使限位結構205鬆開而使致動片124旋轉,藉以讓正極端子導電片121以及負極端子導電片122接觸而導通放電,提升電池100的安全性。
由於本實施例採用雙閥門(安全閥及氣壓閥)的壓 力致動機制,且限位結構205與安全閥201採分離式設計,可避免安全閥201失效或不甚被外力破壞時,仍有氣壓閥200可替代失效的安全閥201,以達到雙重保護作用。因此,只有當氣壓閥200真正被電池內部的氣體破壞或產生變形時,才能釋放致動片124,進而提高安全性。
本發明上述實施例所揭露之電池安全閥致動結構,除了破壞安全閥以避免電池的內部壓力過高外,還可透過短路裝置使正極端子與負極端子短路,以使電池在危險狀態時可以瞬間放電,使電池不再處於滿電狀態而提高安全性。
請參照第7圖,其繪示電池短路放電及溫度的關係圖。在模擬電池短路放電的實驗中,將電極的正/負極端子外接外部電路,假設外部電路的阻抗值小於5毫歐姆,且其供電流流通的板截面積約為3mm2,接著將電池充飽而處於滿電狀態(例如電壓4.2V),並開啟開關以短路外部電路。此時,由於電池瞬間放電(最高電流可達800A),電池內部或正/負極端子因阻抗的加熱而造成溫度的上升。以溫度計量測電池中心量測位置、正/負極端子量測位置的溫度來看,電池短路而造成的溫度上升達到80℃左右,仍控制在允許的安全性規定以內,且大約300秒之後電池開始進入降溫冷卻階段,直到溫度下降至50℃左右而停止。
由此可知,只要本發明中正極端子導電片及負極端子導電片的線路阻抗低、導電面積足夠大電流傳導時,電池極卷產生的熱加上短路線路產生的熱,仍不足以造成電池溫度升溫大 於電池極卷的隔離膜的熔融溫度(約120℃),因此電池仍可維持安全性。
綜上所述,雖然本發明已以較佳實施例揭露如上,然其並非用以限定本發明。本發明所屬技術領域中具有通常知識者,在不脫離本發明之精神和範圍內,當可作各種之更動與潤飾。因此,本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
101’‧‧‧正極端子孔
102’‧‧‧負極端子孔
103‧‧‧安全閥
104‧‧‧限位結構
108‧‧‧電池安全閥致動結構
110‧‧‧端蓋
113‧‧‧第一貫通孔
115‧‧‧承載部
121‧‧‧正極端子導電片
122‧‧‧負極端子導電片
123‧‧‧氣孔蓋
124‧‧‧致動片
125‧‧‧絕緣層
126‧‧‧氣孔蓋固定座
127‧‧‧第二貫通孔
128‧‧‧開孔
130‧‧‧轉軸
131‧‧‧第一磁性物質
132‧‧‧第二磁性物質
133‧‧‧第一磁性元件
134‧‧‧第二磁性元件
G‧‧‧氣壓破裂槽
S3‧‧‧第三表面
S4‧‧‧第四表面

Claims (20)

  1. 一種電池安全閥致動結構,適於配置於一電池上,包括:一端蓋,設置於該電池的一殼體上,該端蓋具有相對的一第一表面與一第二表面,且該電池的一正極端子與一負極端子穿設於該端蓋;一安全閥,設置於該端蓋的該第一表面上;一正極端子導電片,設置於該端蓋的該第二表面,該正極端子導電片由該正極端子延伸至該安全閥對應於該第二表面位置;一負極端子導電片,設置於該端蓋的該第二表面,該負極端子導電片由該負極端子延伸至該安全閥對應於該第二表面位置;一氣孔蓋,設置於該端蓋的該第二表面,且該氣孔蓋與該安全閥相對設置;以及一致動片,設置於該氣孔蓋與該安全閥之間,且常態下被該安全閥限制於一固定位置上,該致動片與該氣孔蓋之間設有一轉軸,其中當該電池的內部壓力超過該安全閥之一破裂壓力時,該致動片被釋放而使該致動片旋轉,且分別與該正極端子導電片與該負極端子導電片接觸,以形成一電性連接通路於該正極端子與該負極端子之間。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之電池安全閥致動結構,其中該端蓋於該第一表面上具有向該第二表面凹陷的一承載部,用以配置該安全閥,該承載部具有一第一貫通孔,且該安全閥的一直徑大於該第一貫通孔的直徑。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之電池安全閥致動結構,其中該端蓋的該第二表面設有一絕緣層,該絕緣層隔離於該正極端子 導電片與該端蓋之間及該負極端子導電片與該端蓋之間。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之電池安全閥致動結構,其中該絕緣層設有一氣孔蓋固定座以及一第二貫通孔,該氣孔蓋固定設置於該氣孔蓋固定座中,該第二貫通孔位於該氣孔蓋與該安全閥之間。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之電池安全閥致動結構,其中該端蓋具有一氣孔蓋固定座以及一第一貫通孔,該氣孔蓋固定座設置於該端蓋的該第二表面,該氣孔蓋固定設置於該氣孔蓋固定座中,該第一貫通孔位於該氣孔蓋與該安全閥之間。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之電池安全閥致動結構,其中該安全閥具有彼此相對的一第三表面與一第四表面,該安全閥的該第四表面設有一限位結構,該端蓋設有一第一貫通孔,該限位結構經由該端蓋之該第一貫通孔向該第二表面延伸,並固定該致動片,以使該致動片於常態下被限制於該固定位置上。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之電池安全閥致動結構,其中該安全閥之該第三表面或該第四表面設有一可使該安全閥破裂之氣壓破裂槽。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之電池安全閥致動結構,其中該氣孔蓋的表面具有貫穿的複數個開孔,且該轉軸設置在該氣孔蓋之中心。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之電池安全閥致動結構,其中該致動片的兩端分別設有一第一磁性元件與一第二磁性元件,該第一磁性元件與第二磁性元件以導磁材料或磁化材料製成。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之電池安全閥致動結構,其 中該正極端子導電片延伸至該安全閥對應於該第二表面位置之一端與該負極端子導電片延伸至該安全閥對應於該第二表面位置之一端分別設有一第一磁性物質與一第二磁性物質,該第一磁性物質與該第一磁性元件以磁力相吸,而該第二磁性物質與該第二磁性元件以磁力相吸,以驅動該致動片的兩端相對於該轉軸旋轉。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之電池安全閥致動結構,其中該第一磁性物質與第二磁性物質以導磁材料或磁化材料製成。
  12. 如申請專利範圍第1項所述之電池安全閥致動結構,其中該致動片與該氣孔蓋之間設有一彈簧,以驅動該致動片相對於該轉軸旋轉。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之電池安全閥致動結構,其中該彈簧為渦捲式彈簧或壓縮彈簧,該彈簧的一端固定於該致動片上,另一端固定在該氣孔蓋上。
  14. 如申請專利範圍第1項所述之電池安全閥致動結構,更包括一氣壓閥,該氣壓閥設置於該安全閥與該致動片之間。
  15. 如申請專利範圍第14項所述之電池安全閥致動結構,其中該氣壓閥包括一連接座、一氣壓閥破裂片以及一氣壓閥套件,該連接座位於該安全閥與該氣壓閥破裂片之間且固定設置於該端蓋上,該氣壓閥破裂片的中心與該氣壓閥套件相互接合,且該氣壓閥破裂片之周圍密封該端蓋之一第一貫通孔,該氣壓閥套件的下方設有一限位結構,該限位結構固定該致動片,以使該致動片於常態下被限制於該固定位置上。
  16. 如申請專利範圍第15項所述之電池安全閥致動結構,其 中該氣壓閥破裂片具有相對的一第五表面與一第六表面,且該第五表面或該第六表面設有可使該氣壓閥破裂片破裂之一氣壓破裂槽。
  17. 如申請專利範圍第15項所述之電池安全閥致動結構,其中該氣壓閥套件為一壓感片,係可感受到壓力而導致變形。
  18. 如申請專利範圍第15項所述之電池安全閥致動結構,其中該致動片的兩端分別設有一第一磁性元件與一第二磁性元件,該第一磁性元件與第二磁性元件以導磁材料或磁化材料製成。
  19. 如申請專利範圍第18項所述之電池安全閥致動結構,其中該正極端子導電片延伸至該安全閥對應於該第二表面位置之一端與該負極端子導電片延伸至該安全閥對應於該第二表面位置之一端分別設有一第一磁性物質與一第二磁性物質,該第一磁性物質與該第一磁性元件以磁力相吸,而該第二磁性物質與該第二磁性元件以磁力相吸,以驅動該致動片的兩端相對於該轉軸旋轉。
  20. 如申請專利範圍第15項所述之電池安全閥致動結構,其中該致動片與該氣孔蓋之間設有一彈簧,以驅動該致動片相對於該轉軸旋轉。
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US15/244,059 US10103371B2 (en) 2015-12-25 2016-08-23 Actuating structure of battery safety valve
KR1020160106922A KR101902625B1 (ko) 2015-12-25 2016-08-23 배터리 안전 밸브의 작동 구조
JP2016214573A JP6293237B2 (ja) 2015-12-25 2016-11-01 バッテリー安全バルブの作動構造

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Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7028055B2 (ja) * 2018-05-16 2022-03-02 株式会社デンソー 電池システム
CN111853303B (zh) * 2019-04-29 2021-12-07 比亚迪股份有限公司 防爆阀、电池包和车辆
TWI715406B (zh) * 2020-01-06 2021-01-01 財團法人工業技術研究院 電池安全裝置
KR20230148647A (ko) 2022-04-18 2023-10-25 주식회사 엘지에너지솔루션 벤팅장치 및 이를 구비하는 각형 이차전지
US20240077030A1 (en) * 2022-09-02 2024-03-07 Raytheon Technologies Corporation Gas turbine engine with integral actuation system

Family Cites Families (33)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3189700B2 (ja) * 1996-09-09 2001-07-16 東洋製罐株式会社 シーマの潤滑油供給方法及びその装置
JP2002358943A (ja) 2001-05-31 2002-12-13 Sanyo Electric Co Ltd 安全弁を備える電池
JP5120638B2 (ja) 2008-05-08 2013-01-16 トヨタ自動車株式会社 電流遮断機構を備えた電池
US8236439B2 (en) 2009-08-14 2012-08-07 Sb Limotive Co., Ltd. Rechargeable battery
US8440336B2 (en) 2009-12-08 2013-05-14 Samsung Sdi Co., Ltd. Rechargeable battery with short circuit member
KR101165514B1 (ko) * 2010-01-27 2012-07-16 에스비리모티브 주식회사 이차 전지
CN201975473U (zh) 2011-03-11 2011-09-14 中航锂电(洛阳)有限公司 一种锂电池及锂电池安全阀
KR101254886B1 (ko) * 2011-04-04 2013-04-15 로베르트 보쉬 게엠베하 이차 전지
CN102208583B (zh) * 2011-04-28 2013-06-26 浙江谷神能源科技股份有限公司 一种锂离子动力电池用安全阀
CN202134620U (zh) * 2011-05-24 2012-02-01 珠海市鹏辉电池有限公司 耐过充锂离子电池
KR101274806B1 (ko) 2011-07-26 2013-06-13 로베르트 보쉬 게엠베하 이차 전지
KR101715954B1 (ko) 2011-11-07 2017-03-14 삼성에스디아이 주식회사 이차 전지
DE102012213100B4 (de) 2012-07-25 2015-08-06 Volkswagen Varta Microbattery Forschungsgesellschaft Mbh & Co. Kg Batterie mit Thermoschalter und pneumatisch betätigbarem Schalter und Verfahren zum sicheren Betreiben der Batterie
CN202839773U (zh) * 2012-08-23 2013-03-27 宁德时代新能源科技有限公司 一种动力电池安全顶盖
JP2014086140A (ja) 2012-10-19 2014-05-12 Toyota Motor Corp 二次電池
CN203039014U (zh) 2013-01-21 2013-07-03 宁德新能源科技有限公司 动力电池
CN203165987U (zh) * 2013-04-09 2013-08-28 宁德时代新能源科技有限公司 锂离子电池及其过充安全保护装置用安全翻转阀
CN103474599B (zh) 2013-09-15 2018-08-31 宁德新能源科技有限公司 具有理想安全性能的锂离子电池和电池包
US20150104672A1 (en) 2013-10-16 2015-04-16 Ningde Contemporary Amperex Technology Limited Safety device of lithium-ion battery
CN203644834U (zh) 2013-11-11 2014-06-11 宁德新能源科技有限公司 一种动力电池安全顶盖
CN104377338B (zh) 2013-12-31 2016-09-07 比亚迪股份有限公司 电极端子、具有其的电池盖板组件、电池和电池组
CN203733907U (zh) 2013-12-31 2014-07-23 宁德时代新能源科技有限公司 一种锂离子电池的安全装置
DE102014200202A1 (de) 2014-01-09 2015-07-09 Robert Bosch Gmbh Batteriezelle mit Überspannungsschutzvorrichtung
DE102014202043A1 (de) 2014-02-05 2015-08-06 Robert Bosch Gmbh Vorrichtung zur Erhöhung der Sicherheit beim Gebrauch von Batteriesystemen
DE102014202329A1 (de) 2014-02-10 2015-08-13 Robert Bosch Gmbh Vorrichtung zur Erhöhung der Sicherheit beim Gebrauch von Batteriesystemen
DE102014202348A1 (de) 2014-02-10 2015-08-13 Robert Bosch Gmbh Vorrichtung und Verfahren zur Erhöhung der Sicherheit beim Gebrauch von Batteriesystemen
CN204155966U (zh) 2014-06-30 2015-02-11 松下能源(无锡)有限公司 上部绝缘片、上部绝缘部件、封口板组件、电池以及电池组
CN204155997U (zh) 2014-09-24 2015-02-11 东莞市能优能源科技有限公司 锂离子电池极耳绝缘装置
CN204167372U (zh) 2014-10-23 2015-02-18 山东衡远新能源科技有限公司 一种绝缘锂电池
CN104362265A (zh) 2014-11-13 2015-02-18 天津市捷威动力工业有限公司 一种可提高电池安全性的锂离子电池
CN204303875U (zh) 2014-11-19 2015-04-29 东莞新能源科技有限公司 一种锂离子电池金属壳体的安全结构
CN204216110U (zh) 2014-11-26 2015-03-18 河南机电高等专科学校 锂离子电池安全阀
CN104577001B (zh) 2015-01-06 2017-11-21 浙江虹达特种橡胶制品有限公司 锂电池防爆安全阀

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Publication number Publication date
JP2017117777A (ja) 2017-06-29
JP6293237B2 (ja) 2018-03-14
US20170187020A1 (en) 2017-06-29
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