CN211017219U - 柱状锂离子充电电池及其控制器 - Google Patents

Abstract

本公开揭示了一种柱状锂离子充电电池及其控制器，该柱状锂离子充电电池包括锂离子电芯和控制器。该控制器包括控制器壳体和电路板。该控制器壳体具有内腔，其轴向一端设置有开口，控制器壳体的侧壁上开设有多个泄压孔。电路板收容于该内腔中，电路板上设电极帽，电极帽经开口外露于控制器壳体之外。

Description

柱状锂离子充电电池及其控制器

技术领域

本公开涉及二次电池领域，特别涉及一种柱状锂离子充电电池及其控制器。

背景技术

柱状电池，例如5号电池、7号电池等，被广泛应用于日常生活中的玩具、手电筒、闹钟等物件中。电池分为镍镉电池、镍氢电池、锌锰电池和锂离子电池等。近年来随着人们对电池持久性需要的日益提高，锂离子电池因其储能容量高而备受关注。

由于锂的化学性质比较活泼，当电芯失效时会产生气体膨胀，导致电池内压增大，压力达到一定程度可能会导致电池电芯发生破裂引起漏液而发生起火或爆炸等安全事故，因此为了保证用户的使用安全，通常会在电池电芯内部设置泄压装置。电池的控制器一般设置在电池电芯的端部，因此，当电池电芯内部的气体被释放出来后会直接冲掉控制器。此种做法虽然能够有效避免起火或爆炸等严重的安全事故,但安全性能仍有待于进一步提高。

实用新型内容

为了解决相关技术中存在锂离子电池安全性能不高的问题，本公开具有较高安全性能的柱状锂离子充电电池及其控制器。

本公开提供一种控制器，包括：

控制器壳体，具有内腔，其轴向一端设置有开口，所述控制器壳体的侧壁上开设有多个泄压孔；

电路板，收容于所述内腔中，所述电路板上设电极帽，所述电极帽经所述开口外露于所述控制器壳体之外。

可选的，所述泄压孔开设在所述控制器壳体的侧壁底部的边缘处，多个所述泄压孔沿所述控制器壳体的底周边间隔分布。

可选的，所述泄压孔为矩形槽口或弧形槽口。

可选的，多个所述泄压孔为沿所述控制器壳体圆周方向间隔分布的圆孔。

可选的，所述控制器壳体包括：

外壳体，包括呈筒状的外侧壁和形成于所述外侧壁一端并垂直于外侧壁轴向的限位挡板，所述限位挡板中心开设通孔，所述电极帽经所述通孔外露于所述外壳，所述泄压孔开设在所述外侧壁远离所述限位挡板的一端；及

内壳体，收容于所述内腔内，所述内壳体一端形成有支撑所述电路板的支撑边缘部，所述外壳体和所述内壳体之间通过锡焊连接，所述电路板与所述内壳体的支撑边缘部通过锡焊连接。

可选的，所述外壳体的底部超出所述内壳体的底部，以形成用于定位锂离子电芯壳体的定位柱面结构。

可选的，所述电路板包括相对设置的第一表面和第二表面，所述第一表面上设置有外壳焊盘，所述外壳焊盘与所述外壳体的限位挡板焊接；

所述电路板的第二表面上设置有内壳焊盘，所述内壳焊盘与所述内壳体焊接连接；

所述电路板的第一表面上设置有电极帽焊盘，所述电极帽焊盘与所述电极帽焊接连接；

所述控制器还包括内电极，所述第二表面上设置内电极焊盘，所述内电极焊盘与所述内电极焊接连接。

本公开另提供一种柱状锂离子充电电池，包括：

锂离子电芯，其设置有正电极和负电极，所述锂离子电芯的壳体为负电极；

上述的控制器，所述控制器安装在所述锂离子电芯的设置有正电极的正极端，所述控制器的内电极与所述锂离子电芯的正电极连接，所述控制器的控制器壳体与所述锂离子电芯的壳体连接。

可选的，所述锂离子电芯的正极端设置有多个电芯泄压孔，所述电芯泄压孔连通所述控制器的泄压孔。

可选的，所述控制器壳体与所述锂离子电芯的壳体通过焊接连接。

本公开另提供一种柱状锂离子充电电池，包括：

锂离子电芯，其两端分别设置有正电极和负电极，所述锂离子电芯的壳体为正电极；

上述控制器，所述控制器安装在所述锂离子电芯的设置有负电极的负极端，所述控制器的内电极与所述锂离子电芯的负电极连接，所述控制器的控制器壳体与所述锂离子电芯的壳体连接。

可选的，所述锂离子电芯的负极端设置有多个电芯泄压孔。

可选的，所述控制器壳体与所述锂离子电芯的壳体通过焊接连接。

本公开的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：

本公开提供一种控制器，该控制器包括控制器壳体和安装在该控制壳体内的电路板。该控制器壳体具有内腔，其轴向一端设置有开口。电路板收容于该内腔中，电路板上设电极帽，电极帽经开口外露于控制器壳体之外。控制器壳体的侧壁上开设有多个泄压孔，该多个泄压孔将电芯的电解液在当电芯失效时产生的气体排出，减小控制器壳体内部的气压，防止起火或爆炸。

本公开另提供一种柱状锂离子充电电池，其包括锂离子电芯和上述控制器。锂离子电芯设置有正电极和负电极，所述锂离子电芯的壳体为正电极。所述控制器安装在所述锂离子电芯的负电极端，所述控制器的内电极与所述锂离子电芯的负电极连接，所述控制器的控制器壳体与所述锂离子电芯的壳体连接。该柱状锂离子充电电池的控制器壳体上设置有多个泄压孔，该多个泄压孔将电芯的电解液在当电芯失效时产生的气体排出，减小控制器壳体内部的气压，防止起火或爆炸。

本公开另提供一种柱状锂离子充电电池，其包括锂离子电芯和上述控制器。锂离子电芯设置有正电极和负电极，所述锂离子电芯的壳体为负电极。所述控制器安装在所述锂离子电芯的正电极端，所述控制器的内电极与所述锂离子电芯的正电极连接，所述控制器的控制器壳体与所述锂离子电芯的壳体连接。该柱状锂离子充电电池的控制器壳体上设置有多个泄压孔，该多个泄压孔将电芯的电解液在当电芯失效时产生的气体排出，减小控制器壳体内部的气压，防止起火或爆炸。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性的，并不能限制本公开。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并于说明书一起用于解释本公开的原理。

图1是本公开控制器的爆炸图。

图2是本公开控制器组装后的剖视图。

图3是本公开控制器组装后的底部示意图。

图4是本公开电极帽为负电极帽的控制器的爆炸图。

图5是本公开电极帽为负电极帽的控制器的剖视图。

图6是负电极帽与电路板的分解示意图。

图7是柱状锂离子充电电池的爆炸图。

图8是柱状锂离子充电电池组装后的结构示意图。

图9是柱状锂离子充电电池组装后的剖视图。

具体实施方式

为了进一步说明本公开的原理和结构，现结合附图对本公开的优选实施例进行详细说明。

本公开提供一种控制器，该控制器安装于电芯上，例如，锂电池电芯上，以形成一个带控制器的锂离子充电电池，例如，5号电池，7号电池等。该控制器包括控制器壳体和安装在该控制壳体内的电路板。该控制器壳体具有内腔，其轴向一端设置有开口，控制器壳体的侧壁上开设有多个泄压孔，该多个泄压孔将电芯的电解液在当电芯失效时产生的气体排出，减小控制器壳体内部的气压，防止着火或爆炸。电路板收容于该内腔中，电路板上设电极帽，电极帽经开口外露于控制器壳体之外。

该控制器壳体可以是单壳体结构，也可以是双壳体结构。以下以双壳体为例说明本公开的方案。

如图1至图3所示，图1是本公开控制器的爆炸图，图2是本公开控制器组装后的剖视图，图3是本公开控制器组装后的底部示意图。该控制器10包括控制器壳体和电路板13。该控制器壳体包括外壳体11和内壳体12。

具体而言，该外壳体11呈筒状，其由金属材质制成。该外壳体11包括筒状的外侧壁111和形成外侧壁轴向一端并垂直于外侧壁的限位挡板112。该限位挡板112围绕该外侧壁111内圆周设置。该限位挡板112的内径小于电路板13的外径，如此，可将电路板13限位于该外壳体11的内部，防止外露。正对限位挡板112的外壳体11轴向的另一端设置有开口。该外壳体11的内部形成一内腔，限位挡板112上开设通孔，该内腔与外壳体11的另一端的开口和限位挡板112的通孔连通。

该外壳体11相对于限位挡板112的另一端设置有多个泄压孔113，更具体而言，多个该泄压孔113开设在外壳体11的外侧壁111底部的边缘处，多个泄压孔113沿外侧壁111的底周边间隔分布。该些泄压孔113用于将锂离子电芯产生的气体排出，以降低电池的内压。

可选的，该些泄压孔113沿外壳体11的周边等间距设置。

可选的，该些泄压孔113也可沿外壳体11的周边不等间距设置。

可选的，泄压孔113可以为矩形槽口或弧形槽口。

两泄压孔113形成有与电芯的外壳焊接连接的凸起115，该凸起115的外边缘与电芯的外壳接触。

可选的，该些泄压孔可以是设置在外壳体11的外侧壁111的圆孔，即该些圆孔不是设置在外侧壁11的底部边缘上而是设置在底部边缘以上，该些圆孔沿该外侧壁111围成的圆周方向间隔分布。

电路板13可以呈圆盘状，其具有相对的第一表面131和第二表面132。第一表面131上设置有电极帽15。该电极帽15经该限位挡板112的通孔外露于外壳体11。第二表面132上设置电路元器件，该电路元器件可以是包括控制充电和/或放电的元器件。

第一表面131的边缘处还设置有一圈外壳焊盘1311，该外壳焊盘1311与限位挡板112的内面通过回流焊焊接连接。第二表面132的边缘位置设置有内壳焊盘1321，该内壳焊盘1321与内壳体12的支撑边缘部121焊接连接。

内壳体12为金属材质制成，收容于该外壳体11的内腔内。该内壳体12包括环形的内侧壁122和与该内侧壁122相连接的用于支撑电路板13的上述支撑边缘部121。该内侧壁122围成筒状。该支撑边缘部121向内侧壁122的中轴线方向弯曲延伸以形成支撑电路板13的支撑面。

该支撑边缘部121包括多个形成在内侧壁122的顶端并沿着内侧壁122周向间隔分布的焊装脚1221，各焊装脚1221均向内侧壁122的中轴线方向弯曲延伸以形成支撑电路板13的支撑面，每一焊装脚1221与内侧壁122之间均形成圆弧倒角，即形成弧形的过渡部123。

该过渡部123与外侧壁111、电路板13的内壳焊盘1321之间均形成有堆积锡膏的第一间隙181。电路板13和外壳体11的外侧壁111之间形成有堆积锡膏的第二间隙182，该第一间隙181和第二间隙182之间相连通。在对电路板13、内壳体12和外壳体11进行焊接时，例如，通过回流焊的方式进行焊接时，电路板13的外壳焊盘1311和内壳焊盘1321上涂覆的锡膏，在加热时，流入至第一间隙181和第二间隙182内，填满该第一间隙181和第二间隙182。

此外，为了方便内壳体12和外壳体11之间的安装，在内壳体12的内侧壁的外表面和外壳体11的外侧璧的内表面之间也预留有间隙，外壳焊盘1311和内壳焊盘1321上的部分锡膏也会流入至该间隙内，填满该间隙。

锡膏加热固化后，使得外壳焊盘1311与外壳体11的限位挡板112连接，内壳焊盘1321与内壳体12的支撑边缘部121的支撑面连接。锡膏固化后与支撑边缘部121共同支撑电路板，由于锡膏具有良好的抗剪切性能，因此支撑边缘部121和锡膏粘合后能够为电路板13提供牢固的支撑。

该支撑边缘部121的两焊装脚1221之间形成有堆积锡膏的凹槽124，锡膏加热固化时，外壳焊盘1311和内壳焊盘1321上的锡膏也会挤入该凹槽124中。如此，进一步加固外壳体11、电路板13和内壳体12之间的连接。

此处需说明的是，也可以采用锡丝或锡球代替锡膏，由锡丝或锡球融化后的流体状的锡焊料填充间隙或凹槽。

可选的，该内壳体12的各焊装脚1211沿该内侧璧122围成的圆形周边等间距设置。

可选的，该内壳体12的焊装脚1211可以是不等间距设置。

外壳体11的底部超出内壳体12的底部，以形成用于定位锂离子电芯的壳体定位柱面结构114。

该内壳体12的底部边缘高于泄压孔113的底面，使得内壳体12不会遮挡住泄压孔113。

在其他实施例中，可以取消内壳体12，直接通过锡焊的方式将电路板13固定于外壳体11的内腔中。

电路板13上还设置有电极帽焊盘，该电极帽焊盘与电极帽15焊接连接。该电极帽15包空心圆筒状的帽体151和形成于帽体151外周的环形帽檐152。该电极帽15突出于该外壳体11。该电极帽15可以是正电极帽或负电极帽，例如，若该双壳控制器10对应安装的电池电芯的负电极与外壳体11连接，则该电极帽15与电池电芯的正电极连接，则该电极帽15为正电极帽；相反，若该双壳控制器10对应安装的电池电芯的正电极与外壳体11连接，则该电极帽15与电池电芯的负电极连接，则该电极帽15为负电极帽。

例如，如图1至图3，该电极帽15可以是正电极帽。

例如，如图4至图6所示，图4是本公开电极帽为负电极帽的控制器的爆炸图，图5是本公开电极帽为负电极帽的控制器的剖视图，图6是负电极帽与电路板的分解示意图。该控制器10b包括外壳体11b、内壳体12b和电路板13b，电路板13b上设置的电极帽为负电极帽15b，该负电极帽15b与图1至图3的正电极帽的主要区别在于，正电极帽体的高度高于负电极帽的高度，正电极帽体的帽檐外径小于负电极帽的帽檐外径。该负电极帽15b的帽檐与电路板13b第一表面131b上的多个焊盘130b焊接连接，该些焊盘130b围成环形，该环形的外径大小与该负电极帽15b的帽檐的外径相适配，如此使负电极帽15b的帽檐与该些焊盘130b相贴合。该环形的内径略大于该负电极帽15b的帽檐的内径，使得在电路板13b与负电极帽15b的帽檐通过回流焊机时，熔化的锡膏可以沿负电极帽15b的帽檐内部向上延伸，从而增加负电极帽15b的帽檐的焊接强度。该图4和图5的控制器的外壳体、内壳体和电路板等结构及彼此之间的位置关系、连接关系可与上述图1至图3涉及的实施相同。在此，省略相同部件相同结构的重复叙述。

请继续参阅图1和图2，该双壳控制器10还包括电极帽绝缘片14，该电极帽绝缘片14呈圆盘状，中间设置有通孔141，帽体151通过该通孔141外露于外壳体11，该电极帽绝缘片14覆盖该限位挡板112和帽檐152。该电极帽绝缘片14隔离电极帽151和外壳体11，防止两者导通。

该电路板13的第二表面132上还设置有用于焊接内电极16的内电极焊盘，该内电极焊盘上还设置有内电极定位孔134，内电极16的定位脚163插入至该内电极定位孔134中，保证了内电极16在电路板13上的周向定位。内电极16包括电极条161和内电极电路板焊接台164，该内电极电路板焊接台164与该电极条161形成L型。电极接触台164抵在电路板13第二表面的内电极焊盘上，保证了内电极16在电路板13上的轴向定位。内电极电路板焊接台164增大了内电极16与电路板13的接触面积，有利于通过较大电流。同时，在内电极16上通过电流时，可以降低内电极16与电路板13连接部分的发热量。

内电极16上还设有折弯定位槽162，该折弯定位槽162一方面能够定位折弯位置，另一方面还可以减少应力集中，保证内电极16在折弯定位槽162处折叠，保证了内电极16折叠的一致性。

内电极16的可活动端167设置电阻焊阻流槽165，增大内电极16与锂离子电芯的电极凸台电阻焊时通过的电流路径，从而增加焊接强度。该内电极16的可活动端167可以是条状。

可选的，在电池体积较小时，该内电极16的可活动端167可设计成圆饼状，增大电极的接触面积。

电路板13上设置有注胶孔和排气溢流孔。在真空环境下由电路板13的注胶孔向外壳体11的腔体中灌注预先配制的导热胶，导热胶注满电路板13第一表面131与电极帽15形成的内腔后，由电路板13的排气溢流孔溢出至电路板13第二表面132与外壳体11形成的空腔中，直至该导热胶覆盖在整个电路板13的第二表面上的元器件，并在形成一层导热胶层。该内电极16的可活动端和大部分电极条暴露于该导热胶层。

在该导热胶层上覆盖一内电极绝缘片17，该内电极绝缘片17具有一缺口，内电极16的一端焊接在电路板13的第二表面132上，另一端穿过该缺口使其搭放于内电极绝缘片17上，以使内电极16的另一端与电路板13上元器件隔离绝缘。内电极16在内电极绝缘片17的缺口处进行第一次折弯，在折弯定位槽162处进行第二次折弯。

本公开还提供一种柱状锂离子充电电池，该柱状锂离子充电电池可以是5号锂离子电池、7号锂离子电池，如图7至图9所示，图7是柱状锂离子充电电池的爆炸图，图8是柱状锂离子充电电池组装后的结构示意图，图9是柱状锂离子充电电池组装后的剖视图。该柱状锂离子充电电池100包括锂离子电芯20和上述图1至图3任一实施例所述的控制器10。

该锂离子电芯20内部填充有电解液，该锂离子电芯20设有负电极和正电极，该锂离子电芯的壳体24为负电极。该锂离子电芯20设有正电极的一端为正极端，该正极端设置有正电极凸台21。正电极凸台21的侧壁上设置有电芯泄压孔22，锂离子电芯产生的气体通过该电芯泄压孔22排出。

该双壳控制器10设置在该锂离子电芯20的正极端，其外壳体11与锂离子电芯的壳体24焊接连接，更具体而言，外壳体11的凸起115的外边缘与该壳体24焊接连接。该外壳体11的泄压孔113与该电芯泄压孔22连通，使从电芯泄压孔22排出的气体进入到外壳体11中，并通过外壳体11的泄压孔113排出，从而降低锂离子电芯20内部的气压。

该双壳控制器10的内电极16的可活动端167与正电极凸台21焊接连接。

该锂离子电芯20的正电极凸台21的外周设置有电芯绝缘片23，该电芯绝缘片23呈环状，用于隔离双壳控制器10的内电极与其他结构件(例如壳体24)接触，避免短路。

如图8所示，该控制器10的外壳体11的底部超出内壳体12的底部，外壳体11超出的部分形成定位柱面结构114，该定位柱面结构114围成一圈定位槽，锂离子电芯20的顶端插入该定位槽中，定位柱面结构114在外周抵接锂离子电芯20的壳体24的圆角，并在两者的结合缝处形成焊缝进行焊接。

在一实施例中，本公开另提供一种柱状锂离子充电电池，具体的，该柱状锂离子充电电池包括锂离子电芯和上述图4至图5任一实施例所述的控制器10，该锂离子电芯内部填充有电解液，锂离子电芯具有正电极和负电极。该锂离子电芯的壳体为正电极。锂离子电芯设置有负电极为负极端，该负极端设置有负电极凸台，该负电极凸台与负电极电性连接。

控制器10设置在锂离子电芯的负极端，控制器10的内电极与锂离子电芯的负电极凸台电性连接。控制器10的控制器壳体与锂离子电芯的壳体连接，使控制器壳体与锂离子电性的正电极电性连接。

该锂离子电芯的负极端设置有多个电芯泄压孔。

此外，上述实施例中，控制器壳体包括外壳体和内壳体。在一实施例中，该控制器壳体也可仅包括外壳体，此种情况，电路板可通过外壳体的限位挡板与电路板的外壳焊盘的焊接连接实现固定。

以上仅为本公开的较佳可行实施例，并非限制本公开的保护范围，凡运用本公开说明书及附图内容所作出的等效结构变化，均包含在本公开的保护范围内。

Claims (14)

1.一种控制器，其特征在于，包括：

控制器壳体，具有内腔，其轴向一端设置有开口，所述控制器壳体的侧壁上开设有多个泄压孔；

电路板，收容于所述内腔中，所述电路板上设电极帽，所述电极帽经所述开口外露于所述控制器壳体之外。

2.根据权利要求1所述的控制器，其特征在于，所述泄压孔开设在所述控制器壳体的侧壁底部的边缘处，多个所述泄压孔沿所述控制器壳体的底周边间隔分布。

3.根据权利要求2所述的控制器，其特征在于，所述泄压孔为矩形槽口或弧形槽口。

4.根据权利要求1所述的控制器，其特征在于，多个所述泄压孔为沿所述控制器壳体圆周方向间隔分布的圆孔。

5.根据权利要求1所述的控制器，其特征在于，所述控制器壳体包括外壳体，所述外壳体包括呈筒状的外侧壁和形成于所述外侧壁一端并垂直于外侧壁轴向的限位挡板，所述限位挡板中心开设通孔，所述电极帽经所述通孔外露于所述外壳，所述泄压孔开设在所述外侧壁远离所述限位挡板的一端。

6.根据权利要求5所述的控制器，其特征在于，所述控制器壳体还包括内壳体，所述内壳体收容于所述内腔内，所述内壳体一端形成有支撑所述电路板的支撑边缘部，所述外壳体和所述内壳体之间通过锡焊连接，所述电路板与所述内壳体的支撑边缘部通过锡焊连接。

7.根据权利要求6所述的控制器，其特征在于，所述外壳体的底部超出所述内壳体的底部，以形成用于定位锂离子电芯的壳体的定位柱面结构。

8.根据权利要求6所述的控制器，其特征在于，所述电路板包括相对设置的第一表面和第二表面，所述第一表面上设置有外壳焊盘，所述外壳焊盘与所述外壳体的限位挡板焊接；

所述电路板的第二表面上设置有内壳焊盘，所述内壳焊盘与所述内壳体焊接连接；

所述电路板的第一表面上设置有电极帽焊盘，所述电极帽焊盘与所述电极帽焊接连接；

所述控制器还包括内电极，所述第二表面上设置内电极焊盘，所述内电极焊盘与所述内电极焊接连接。

9.一种柱状锂离子充电电池，其特征在于，包括：

锂离子电芯，其设置有正电极和负电极，所述锂离子电芯的壳体为负电极；

如权利要求1至8所述的控制器，所述控制器安装在所述锂离子电芯的正电极端，所述控制器的内电极与所述锂离子电芯的正电极连接，所述控制器的控制器壳体与所述锂离子电芯的壳体连接。

10.根据权利要求9所述的柱状锂离子充电电池，其特征在于，所述锂离子电芯的正极端设置有多个电芯泄压孔，所述电芯泄压孔连通所述控制器的泄压孔。

11.根据权利要求10所述的柱状锂离子充电电池，其特征在于，所述控制器壳体与所述锂离子电芯的壳体通过焊接连接。

12.一种柱状锂离子充电电池，其特征在于，包括：

锂离子电芯，其设置有正电极和负电极，所述锂离子电芯的壳体为正电极；

如权利要求1至8所述的控制器，所述控制器安装在所述锂离子电芯的负电极端，所述控制器的内电极与所述锂离子电芯的负电极连接，所述控制器的控制器壳体与所述锂离子电芯的壳体连接。

13.根据权利要求12所述的柱状锂离子充电电池，其特征在于，所述锂离子电芯的负极端设置有多个电芯泄压孔。

14.根据权利要求13所述的柱状锂离子充电电池，其特征在于，所述控制器壳体与所述锂离子电芯的壳体通过焊接连接。

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