一种具有开包功能的共享系统以及大容量电池

技术领域

本发明属于电池领域，具体涉及一种具有开包功能的共享系统以及大容量电池。

背景技术

近年来随着锂离子电池的进一步发展，锂离子电池的应用场景越来越广泛。为了使锂离子电池具有较大的容量，现有的做法是将多个单体电池(单体电池一般为圆柱形电池或方形电池)通过串、并联或串并结合的方式连接在一起，构成大容量电池(也可叫做电池组或电池模组)。

这种直接通过串并联方式制作出的大容量电池由于木桶效应的存在，往往会受到性能最差的一块单体电池影响，导致整个大容量电池的容量上限及循环次数极大受限。

中国专利，公开号CN218957802U，公开了“一种大容量电池”，该专利中，包括至少两个单体电芯和电解液储液管路，所述电解液储液管路包括主管道和多个支管，所述主管道内为储液腔，可容纳电解液，所述支管设于所述主管道和单体电芯之间，所述单体电芯壳体上设有开口，所述支管与所述壳体开口一一对应连接，以实现所述电解液储液管路与所述单体电芯连通，使得所有的单体电芯均处于统一的电解液环境下，能够有效提高电芯组的均一性。

但是，该专利采用电解液储液管路作为各单体电芯共享系统存在以下问题：在采用可溶于电解液的密封膜时，密封膜需要在电解液环境下浸泡一段时间后才能溶解，使得各单体电芯的开包时间较长(即各单体电芯均与共享系统连通所耗费时间较长)，导致组成大容量电池成品的效率较低；同时，各个单体电芯上密封膜溶解时间不易控制(即各单体电芯开包耗费时间不同)，可能会对后续大容量电池的使用造成影响。

发明内容

为了解决现有大容量电池中采用可溶于电解液的密封膜实现各单体电芯电解液共享时存在各单体电芯均与共享系统连通所耗费时间较长导致大容量电池成品效率低，以及各个单体电芯上密封膜溶解时间不易，可能会对后续大容量电池的使用造成影响等问题，本发明一方面一种具有开包功能的共享系统，包括主管路、开包组件以及N个分支管路，N大于等于2；

主管路和各分支管路固定连接且保持连通，主管路的管壁上开设有至少一个通孔，通孔和一个分支管路之间构成一个径向通道；通孔处设置有密封盖；

开包组件包括拉杆、连杆机构以及刺针；

拉杆设置在主管路中，且可在主管路的轴向移动；

连杆机构为N个，每个连接机构设置在一个径向通道内；

刺针安装于连杆机构上；

拉杆沿主管路轴向移动的过程为连杆机构施力以驱使刺针沿着径向方向移动。

本发明中共享系统利用拉杆同时对各连杆机构施加外力驱动刺针将各单体电池上的密封膜刺破，使得各单体电池同时被开包，并且各单体电池内腔可通过主管路连通，大大提升了开包效率以及开包过程的可靠性。

另外，开包前各单体电池本身与外界不连通，开包过程封堵主管路的同时也推动拉杆使刺针刺破密封膜，此过程中被开包的单体电池始终处于一个与外界环境隔离的密封空间内，因此，开包过程不受操作环境的制约，大大减低了甚至避免了单体电池开包后受到外界环境影响的几率。

进一步地，为了使结构更加合理，上述主管路中沿轴向设置相互连通的第一通道和第二通道，第一通道用于和拉杆配合，作为拉杆的移动空间，第二通道作为单体电池内腔相互连通的通道使用。

进一步地，为了方便装配和操作，上述通孔的数量为N，每个通孔处均焊接一个密封盖。

进一步地，上述拉杆安装于第一通道内，拉杆上间隔设置有N个通槽；连杆机构包括第一连杆和第二连杆；第一连杆一端与密封盖铰接，另一端与第二连杆铰接，第二连杆另一端穿过通槽，且该端固定设置刺针。

使用时，先将拉杆插入主管路内，再将密封盖、连杆机构以及刺针连接为一个整体件，然后将多个所述整体件从主管路上的N个通孔依次放入各自对应的径向通道内，使整体件穿过拉杆的通槽，连杆机构的第二连杆一部分位于分支管路内，之后向外稍微拉动拉杆，确保此时密封盖能够扣合于通孔上，刺针与单体电池上的密封膜具有一定的间隙，接着，利用焊接的方式将密封盖焊接于通孔上，最后利用堵头向内推动拉杆，拉杆推动刺针刺破单体电池上的密封膜。

进一步地，上述拉杆安装于第一通道内，拉杆上间隔设置有N个卡槽；所述密封盖靠近拉杆的表面为中间突起的曲面；所述连杆机构包括第一连杆和第二连杆；第一连杆为两根连臂，两根连臂之间的间距大于拉杆外径，两根连臂的一端通过第一销轴滑动连接于所述卡槽内，且两根连臂靠近第一销轴的端部与密封盖的所述曲面接触，两根连臂的另一端通过第二销轴与第二连杆的一端铰接，第二连杆另一端设置有刺针。

使用时，先准备N个具有刺针的连杆机构作为N个整体件；

将第一个整体件从主管路上的第一个通孔放入第一径向通道内，同时将拉杆插入主管路，确保此时第一整体件通过第一销轴悬挂在拉杆上，第二连杆位于第一个分支管路中，刺针与第一个单体电池的密封膜之间保持间隙；

接着将第二个整体件从主管路上的第二个通孔放入第一径向通道内，同时继续向前推动拉杆，确保此时第二整体件通过第一销轴悬挂在拉杆上，第二连杆位于第二个分支管路中，刺针与第二个单体电池的密封膜之间保持间隙；重复该过程，将N个整体件全部安装到位；

之后调整拉杆，使得各个连杆机构的第一销轴均卡入相应的卡槽内；然后在主管路的每个通孔上各自焊接一个密封盖；最后推动拉杆，连杆机构在密封盖的所述曲面作用下驱动刺针刺破单体电池上的密封膜。

进一步地，为了方便在刺破密封膜前在主管路内推拉拉杆，上述共享系统。

本发明的第二方面提供了一种大容量电池，包括单体电池以及第一方面提供的共享系统；

单体电池为N个，且并排设置,N大于等于2；

所述共享系统中分支管路一端密封连接于一个单体电池具有密封膜的部分，另一端与主管路密封连接，且主管路和各分支管路均保持连通。

本发明的大容量电池通过此具有开包功能的共享系统可快速且同时刺破多个单体电池的密封膜，使得各单体电池内腔同时与共享系统连通，大大提升了开包效率。

同时，单体电池上无需采用可溶于电解液的密封膜，现有电池上使用的普通密封膜即可满足要求，因此，该大容量电池中使用的单体电池可采用市售方形锂离子电池。

另外，开包前各单体电池本身与外界不连通，开包过程封堵主管路的同时也推动拉杆使刺针刺破密封膜，此过程中被开包的单体电池始终处于一个与外界环境隔离的密封空间内，因此，开包过程不受操作环境的制约，大大减低了甚至避免了单体电池开包后受到外界环境影响的几率。

进一步地，基于第二方面大容量电池的基本结构，本发明还提供了yi下三种大容量电池的形态：

一、共享电解液体系的大容量电池：上述单体电池具有一个密封膜，该密封膜位于单体电池的底部，所述共享系统为一根，整体位于各单体电池下方，共享系统的主管路一端为密封堵头，另一端设置有注液机构或封闭；共享系统内的开包组件刺破各单体电池的密封膜后各单体电池内腔的电解液区通过第二通道连通，继而使得该形态的大容量电池中各单体电池可处于一个共享电解液体系下，提升了各单体电池的均一性，并且由于设置了注液机构，可在初始阶段向大容量电池内注入电解液，确保共享电解液体系内电解液的连续性，也可在运行一段时间后向大容量电池内注入注入电解液，以完成对大容量电池的阶段性修复，提升了大容量电池的循环寿命。

二、具有气体平衡体系的大容量电池：上述单体电池具有一个密封膜，该密封膜位于单体电池的顶部，所述共享系统为一根，整体位于各单体电池上方，共享系统的主管路一端为密封堵头，另一端设置有排气阀或封闭；共享系统内的开包组件刺破各单体电池的密封膜后各单体电池内腔的气体区通过第二通道连通，继而使得该形态的大容量电池中各单体电池可处于一个平衡的气体状态下，提升了各单体电池的均一性，由于设置了设置排气阀，可定期排出各单体电池内的气体，从而避免了因气体无法排出造成单体电池壳体鼓胀等一系列影响大容量电池综合性能问题的产生。

三、同时具有气体平衡体系和共享电解液体系的大容量电池：单体电池具有两个密封膜，一个密封膜位于单体电池的顶部，另一个密封膜位于单体电池底部；所述共享系统为二根，一根共享系统位于各单体电池上方，该共享系统的主管路一端为密封堵头，另一端设置有排气阀或封闭；

另一根共享系统位于各单体电池下方，该共享系统的主管路一端为密封堵头，另一端设置有注液机构或封闭。

该形态的大容量电池同时具备上述一和二两种形态大容量电池的优势，此处不再赘述。

附图说明

图1为实施例1中共享系统的剖视图；

图2为主管路的结构图；

图3为实施例1中开包组件的结构图；

图4为实施例1中拉杆的结构图；

图5为具有实施例1中共享系统的大容量电池的剖视图；

图6为实施例2中共享系统的剖视图；

图7为实施例2中开包组件的结构图；

图8为实施例2中拉杆的结构图；

图9为具有实施例2中共享系统的大容量电池的剖视图；

图10为具有共享电解液体系的大容量电池的外形图；

图11为具有气体平衡体系的大容量电池的外形图；

图12为具有共享电解液体系和气体平衡体系的大容量电池的外形图。

附图标记如下：

1-主管路、11-第一通道、12-第二通道、13-通孔、14-密封盖、15-曲面、2-开包组件、21-杆、22-连杆机构、221-第一连杆、222-第二连杆、223-连臂、224-第一销轴、225-第二销轴、23-刺针、24-通槽、25-卡槽、3-分支管路、4-单体电池、5-堵头、6-注液机构、7-排气阀。

具体实施方式

下面将结合的附图，对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一部分实施例，而不是全部的实施例。基于以下实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

同时，需要说明的是，文中术语“上、下、内和外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对技术方案的限制。此外，术语“第一、第二或第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

本发明中除非另有明确的规定和限定，术语“安装、相连、连接”应做广义理解，例如：可以是固定连接、可拆卸连接或一体式连接：同样可以是机械连接、电连接或直接连接，也可以通过中间媒介间接相连，也可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1

本实施例提供了一种具有开包功能的共享系统，具体结构形式如图1所示：包括主管路1、开包组件2以及N个分支管路3；N大于等于2；N的数值是与大容量电池中单体电池的数量保持一致的，为了举例说明本实施例中N取2；

如图1和2所示，主管路1和各分支管路3固定连接且保持连通；本实施例中，主管路1中沿轴向设置相互连通的第一通道11和第二通道12；主管路1的管壁上开设有至少一个通孔13，通孔13和一个分支管路3之间构成一个径向通道；通孔13处设置有密封盖14；

当通孔13和分支管路3数量保持一致，即数量为2时，相适配的密封盖14也可设置为2个，且与通孔13的形状相适配。

在一些实施例中，通孔13的数量也可以为1，则该通孔13需要设置为长条孔，确保可覆盖于每个分支管路3上方，相适配的密封盖14也可设置为一个，且与该长条孔的形状相适配。

为了降低零件加工精度对密封性的影响，通常会选用通孔数量、密封盖数量和分支管路数量一致的方式，在本实施例中即为2个通孔和2个密封盖的方式。

密封盖14封堵通孔13的方式可以为粘接或焊接，为了使共享系统的密封性更佳，通常选择焊接的方式。

本实施例中开包组件2的结构如图1、图3以及图4所示，包括拉杆21、连杆机构22以及刺针23；

拉杆21设置在主管路1的第一通道11中，且可在第一通道11的轴向移动,并且该拉杆21上沿其径向开设有N个通槽24；

连杆机构22为2个，每个连接机构22设置在一个径向通道内；连接机构22包括第一连杆221和第二连杆222；第一连杆221一端与密封盖14铰接，另一端与第二连杆222一端铰接，第二连杆222的另一端与刺针23固定连接；也就是说，本实施例中连杆机构22穿过拉杆21上的通槽24，且第一连杆221和第二连杆222的铰接点位于通槽24内；

为了减少装配工序，本实施例选择将第二连杆22和刺针23一体成型，当然也可以采用将第二连杆22和刺针23制作成两个零件，通过螺纹连接或者焊接或铆接方式使两者固定。

参见图5，本实施例中共享系统的装配过程及使用过程如下：

先将分支管路3焊接至各单体电池4上，再将主管路1和各分支管路3进行焊接，在此过程中，主管路1上设置通孔13的作用就是为焊接设备提供工作的空间，确保主管路1能够和分支管路3焊接；

之后将拉杆21插入第一通道11内，再将密封盖14、连杆机构22以及刺针23连接为一个整体件，然后将多个所述整体件从主管路上的2个通孔依次放入各自对应的径向通道内，使整体件穿过拉杆21的通槽24，连杆机构22的第二连杆222一部分位于分支管路内，接着向外稍微拉动拉杆21，连杆机构22收缩，确保此时密封盖14能够扣合于通孔13上，且刺针23与单体电池4上的密封膜具有一定的间隙；

利用焊接的方式将密封盖14焊接于通孔13上；

最后利用堵头5向内推动拉杆21，拉杆21推动刺针23刺破单体电池4上的密封膜，各单体电池4的内腔通过主管路的第二通道12相互连通；本实施例中主管路1远离堵头5的一端为封闭端，则此时共享系统整体为一个密闭的空间。

实施例2

本实施例中，共享系统的基本构思与实施例1基本一致，如图6所示：与实施例1不同的是：

如图7所示，使用该开包组件时，密封盖14靠近拉杆21的表面为中间突起的曲面141；

如图8所示，拉杆21上间隔设置有2个卡槽25；

连杆机构22中第一连杆221为两根连臂223，两根连臂223之间的间距大于拉杆21外径，两根连臂223的一端通过第一销轴224滑动连接于所述卡槽25内，且两根连臂223靠近第一销轴224的端部与密封盖14的所述曲面141接触，两根连臂223的另一端通过第二销轴225与第二连杆222的一端铰接。

如图9所示，本实施例中共享系统的装配过程及使用过程如下：

先将分支管路3焊接至各单体电池4上，再将主管路1和各分支管路3进行焊接，在此过程中，主管路1上设置通孔13的作用就是为焊接设备提供工作的空间，确保主管路1能够和分支管路3焊接；

准备2个具有刺针23的连杆机构22作为2个整体件；

将第一个整体件从主管路1上的第一个通孔13放入第一径向通道内，同时将拉杆21插入主管路的第一通道11内，确保此时第一整体件通过第一销轴224悬挂在拉杆21上，且第二连杆222能够插入第一个分支管路3中，同时确保刺针23与第一个单体电池4的密封膜之间保持间隙；

接着将第二个整体件从主管路1上的第二个通孔13放入第一径向通道内，同时继续向前推动拉杆21，确保此时第二整体件通过第一销轴224悬挂在拉杆上，第二连杆222能够插入第二个分支管路3中，刺针23与第二个单体电池4的密封膜之间保持间隙；

之后调整拉杆21，使得各个连杆机构22的第一销轴224均卡入相应的卡槽25内；

然后在主管路1的每个通孔13上各自焊接一个密封盖14；

最后利用堵头5向内推动拉杆21，连杆机构22在密封盖14的所述曲面141作用下驱动刺针刺破单体电池4上的密封膜，各单体电池4的内腔通过主管路1的第二通道12相互连通；本实施例中主管路1远离堵头5的一端为封闭端，则此时共享系统整体为一个密闭的空间。

实施例3

本实施例提供了一种大容量电池，包括2个单体电池4以及一根如上述实施例1或实施例2所述的共享系统；

如图10所示，当该根共享系统用于在大容量电池中构建共享电解液体系时：单体电池4具有一个密封膜，该密封膜位于单体电池4的底部，共享系统整体位于各单体电池下方，主管路1一端为堵头5，另一端设置有注液机构6或封闭；共享系统内的开包组件2刺破各单体电池的密封膜后各单体电池内腔的电解液区通过第二通道连通，继而使得该形态的大容量电池中各单体电池可处于一个共享电解液体系下，提升了各单体电池的均一性，即各单体电池内的电解液在初始阶段可以保持基本一致，在运行一段时间后也可以保持基本一致；

并且，该共享系统的主管路1一端为推动拉杆的堵头5，另一端若设置了注液机构6，则可在初始阶段向大容量电池内注入电解液，确保共享电解液体系内电解液的连续性(不会出现断液的情况)，也可在运行一段时间后向大容量电池内注入注入电解液，以完成对大容量电池的阶段性修复，提升了大容量电池的循环寿命。

如图11所示，当该根共享系统用于在大容量电池中构建气体平衡体系时，单体电池4具有一个密封膜，该密封膜位于单体电池的顶部，共享系统整体位于各单体电池上方，主管路1一端为堵头5，另一端设置有排气阀7或封闭；共享系统内的开包组件2刺破各单体电池的密封膜后各单体电池内腔的气体区通过第二通道连通，继而使得该形态的大容量电池中各单体电池可处于一个平衡的气体状态下，提升了各单体电池的均一性，使得各单体电池内压基本保持一致，降低了某个单体电池内压过高而造成的该单体电池发生鼓胀等问题；

并且，该共享系统的主管路1一端为推动拉杆的堵头5，另一端若设置了设置排气阀7，则可定期排出各单体电池内的气体，从而避免了因气体无法排出造成单体电池壳体鼓胀等一系列影响大容量电池综合性能问题的产生。

实施例4

如图12所示，本实施例提供了一种大容量电池，包括2个单体电池4以及两根如上述实施例1或实施例2所述的共享系统；

本实施例中，单体电池具有两个密封膜，一个密封膜位于单体电池4的顶部，另一个密封膜位于单体电池4底部；一根共享系统位于各单体电池4上方，主管路1一端为堵头5，另一端设置有排气阀7或封闭；

另一根共享系统位于各单体电池下方，主管路1一端为堵头5，另一端设置有注液机构6或封闭。

本实施例的大容量电池同时具备了气体平衡体系和共享电解液体系，也就是说本实施例的大容量电池兼备了实施例3中两种大容量电池各自的优点。

本实施例中所述的单体电池为市售方形锂离子电池，或者与之类似的方形电池。