[发明专利]带有过压保护装置的电池

说明书

技术领域

本发明涉及具有过压保护装置的电池，并且更具体地涉及诸如锂离子充电电池等具有过压电流断路装置或组件的充电电池。本发明还涉及一种用于充电电池的过压断路装置。

背景技术

电池是广泛使用的存储能量源的形式。一只典型的电池包括正极板组和负极板组，其中正极板组和负极板组通过它们各自的电极分别连接到正极输出端子和负极输出端子。这对正极板组和负极板组包含在电池单元内并且浸入在电解质中。当电池的输出端子电气连接时，存储的能量释放并在转换过程中转换成电能。当电池充电时，电能通过相反的过程被转换成存储的能量。在这些能量的转换过程中产生热量和气体，并且电池单元的内部压力可能增加并超过安全极限。为了避免安全风险，例如，防止由于过压引起的爆炸，已知带有过压保护的电池。

由于充电锂电池能量密度高、电池电压高和保质期长，因此对于众多电子消费品而言，充电锂电池是优选的，并且目前在诸如电动工具、动力自行车和电动汽车等电力应用中正变得越来越流行。然而，众所周知的是，过压保护对于维持充电锂电池的安全使用而言是至关重要的。

专利公开US5,418,082和US4,943,497描述了具有过压电流断路装置的密封电池，其中，电极和端子之间的电流连接是通过焊接组件形成的。当内部电池的内部压力达到预设阈值时，安全构件运转以中断该焊接连接，从而断开电池的电流连接。

专利公开US5,750,277描述了具有另一类型的过压电流断路装置的密封电池。在该装置中，电极和端子之间的电流连接是通过使弹性导电部件推压在另一导电部件上而形成的。当该内部电池的内部压力达到预设阈值时，安全构件变形并运转以中断电流连接，从而断开电池的电流连接。

专利公开US7,186,477描述了具有过压保护顶盖的充电锂电池，该顶盖基本上包括安全膜（31），该安全膜与环形焊接薄片（33）铆接以形成电流连接。当电池的内部压力超过阈值时，安全膜迅速弹出来中断电流连接。

然而，已知的过压电流断路装置不是很令人满意。例如，在上面首先提到的焊接式装置中，因为通常需要大的焊接区来实现非常低的电阻，所以需要非常高的内部压力来中断焊接连接并因此断开电流连接。在弹簧推动装置中，接触电阻在电磁寿命期间可以是可变的并且不一致的，以及装有此种装置的电池在振动试验之前表现的不是很好，该振动试验在电池即将推向消费市场时是必须的。在US7,186,477的铆接式装置中，如果安全膜和环形焊接薄片之间的接触电阻太低，那么就需要非常高的内部压力来迅速弹出安全膜。

因此，有利的是可以为密封电池提供一种改进的过压电流断路装置以减少已知装置中的至少一些缺点。

发明内容

根据本发明，在此提供包括过压断路组件的电池单元或电池，该组件提供电池电极和电池的相应电池端子之间的电气连接，使得电池电流在正常工作条件下能在电池电极和相应电池端子之间流动，并且在电池内部压力达到预设压力阈值时被设置成中断该电气连接，其中，过压断路组件包括在电池内部压力达到预设压力阈值时被设置成变形并中断电气连接的压力传感表面；其特征在于，该压力传感表面包括适用于在检测到过压时实现电气连接中断变形的预设机械薄弱区图案。包括此种机械薄弱区的过压断路组件在电池内部压力达到预设水平时提供快速的电气断路。

预设机械薄弱区图案可包括分布在压力传感表面上的薄弱线。当达到预设阈值压力时，该薄弱线提供更敏感和更快速的响应。

压力传感表面可构造成：电气连接中断变形最初发生在机械薄弱区、沿机械薄弱区发生或在机械薄弱区周围发生。此种方式在变形发生时增加了可预测性。

机械薄弱区图案可包括刻在压力传感表面上的薄弱线。该薄弱线提供了一种图案，变形可沿该图案或在该图案上面发生。

例如，薄弱线可以以径向方式分布。该径向分布提供了更有效的压力传感表面横向收缩来实现分离。

通过过压断路组件的导电部分的紧密机械接合可实现电气连接，当压力传感表面由于过压而变形时，该导电部分脱离机械接合。此种方式适合于实现低接触电阻和快速分离之间的平衡，以在达到阈值压力时实现电流断路。

薄弱区可设置成：在由于电池内部过压而变形时通过在薄弱区周围使压力传感表面变褶皱、挤压或破碎来减少压力传感表面的有效底部面积。有效底部面积的减少引起导电部分之间的分离。此种方式在达到阈值压力时便于快速的分离。

机械接合可以是导电部分的紧密机械环抱、压接或紧扣。这提供了简单且有效的接合方式。