CN103094790B - 一种高温自动切断的电流连接器 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种高温自动切断的电流连接器，包括下弹簧（1）、导电排、绝缘垫片、易熔垫片（4）和螺栓（7），所述下弹簧（1）套设在电池单体的电池极柱外，所述导电排对应于每个电池单体的电池极柱位置开设有通孔，所述绝缘垫片和易熔垫片（4）具有环形结构并依次叠放在所述导电排上，所述螺栓（7）穿过易熔垫片（4）、绝缘垫片和导电排上的通孔后螺接于电池极柱顶部，并在下弹簧（1）压缩下使导电排电性连接于电池极柱顶面，所述易熔垫片（4）高温熔化后，所述下弹簧（1）将导电排和电池极柱弹开一缝隙。本发明所述的电流连接器连接可靠，且具有过热、过流保护功能，提高了电池组的使用安全性。
Description
技术领域
本发明涉及电气连接领域，更具体的涉及一种高温自动切断的电流连接器。
背景技术
耗电量较大的装置如电动汽车，其巨大的电能通常存储在蓄电池及电池包内，通常电池包内的能量十分巨大，少则十几度电，多则几十度上百度电。这样巨大的能量会通过接线盒、动力电缆等分配器件缓慢的流向各个用电器，但是如果这样巨大的能量在故障状态下意外的迅速释放，将会导致不堪设想的灾难。所以需要在电路中增加防范意外事故发生的安全保护装置。
现有的保护电路通常是在电池包以外的放电回路中串联保险丝来防止短路时造成严重后果。但是这种保护方法只能对电缆以及用电器等部分回路进行保护，如果电池包内部出现短路，电池包以外的保险丝是不能起到保护作用的。例如附图1（a）-（c）中所示的：当其中A、B两点发生短路时，由于电流流过保险丝，故保险丝烧断；当短路点位于C、D或者E、F点时，由于短路电流不流过保险丝，所以保险丝不会烧断，无法起到保护作用。
而且目前的电池包都是由电池单体串联或并联组成的，单体与单体之间一般使用铜排焊接或者螺栓紧固的方法紧密的连接在一起。通常情况下，为了保证电池包的可靠性，这些连接是十分牢固的，一旦发生如附图1中C、D点或E、F点短路不能自动断开，后果不堪设想。
最近媒体所报道的多起电动车自燃事故和电动车碰撞后起火事故，其主要原因都与电池包内部短路有关，即附图1中的E、F短路方式。为了保证安全，现有技术中也出现了一些在每个电池单体之间都增加保险丝的技术，但是大电流保险丝动辄几百元的价格使得大量使用变得很困难，如一个336V的电池组，内部就会有上百的单体，那么就需要几百个保险丝，造价高达几万元，导致这种电池包的实际使用受到了很大的限制。
发明内容
针对现有技术中的上述问题，本发明提出一种高温自动切断的电流连接器，可有效的应用于电池包中单体电池间的电气连接中。传统保险丝的熔断器件既要满足大载流条件，同时要满足高温熔断条件，这就导致大电流保险丝价格昂贵，本发明在避开这种缺陷的基础上，利用熔断器件不参与导电、只考虑其熔断特性的原理，设计了一种既连接可靠，又具有过热、过流保护功能的电流连接器，使得电池包在受到严重外伤时，意外短路的单体回路可以自动断开，且不能自动恢复，从而可以大大地提高电池组的使用安全性，同时极大地降低了价格。
本发明解决上述技术问题所采取的技术方案如下：
一种高温自动切断的电流连接器，包括下弹簧、导电排、绝缘垫片、易融垫片和螺栓，所述下弹簧套设在电池单体的电池极柱外，且与电池极柱间留有间隙，上端弹性接触于所述导电排，所述导电排作为各电池单体间的载流部件，并对应于每个电池单体的电池极柱位置开设有通孔，所述绝缘垫片和易融垫片具有环形结构并依次叠放在所述导电排上，所述螺栓穿过易融垫片、绝缘垫片和导电排上的通孔后固定连接于电池极柱顶部，并在下弹簧处于压缩状态下使得导电排电性连接于电池极柱顶面，所述绝缘垫片使导电排与螺栓相绝缘，所述易熔垫片遇高温融化后，所述下弹簧将导电排和电池极柱弹开一缝隙，实现电气绝缘。
进一步的根据本发明所述的电流连接器，其中所述导电排为导电铜排或导电银排或导电铝排，具有片状结构，其上的通孔为圆形且直径小于电池极柱的外径。
进一步的根据本发明所述的电流连接器，其中还包括叠放于所述易融垫片上的钢质平垫片和弹簧垫片，所述钢质平垫片和弹簧垫片具有圆环状结构，且所述弹簧垫片的展开位移小于所述易熔垫片所占据的厚度。
进一步的根据本发明所述的电流连接器，其中所述的绝缘垫片整体为台阶状的圆环结构，包括一体形成的内环壁、平台部和外环壁，所述绝缘垫片安装于所述导电排上并使其内环壁嵌入到导电排的通孔，所述螺栓穿过该内环壁而固定连接于电池极柱顶部，所述易融垫片安装于所述平台部上，通过所述绝缘垫片使导电排与螺栓以及绝缘垫片上方设置的各部件相绝缘。
进一步的根据本发明所述的电流连接器，其中所述绝缘垫片为陶瓷垫片，所述螺栓紧贴陶瓷垫片的内环壁、易融垫片内壁以及其他各垫片内壁而穿过。
进一步的根据本发明所述的电流连接器，其中所述易熔垫片为低熔点、低硬度金属制成的圆环型垫片，外径13mm、内径8.5mm、厚度3mm。
进一步的根据本发明所述的电流连接器，其中所述电池极柱的顶面中心开设有具有内壁螺纹的圆柱形凹坑，所述螺栓通过螺接于该凹坑内壁而固定连接于电池极柱顶部。
进一步的根据本发明所述的电流连接器，其中所述螺栓表面设有防电装置或采用绝缘材料制备所述螺栓。
进一步的根据本发明所述的电流连接器，其中所述导电排包括两个以上通孔，并连接两个以上的电池单体。
通过本发明的技术方案至少能够达到以下技术效果：
1、本发明所述的电流连接器，将导电与熔断相分离，有效的避免了价格昂贵的大电流保险丝的使用，降低了成本。
2、本发明所述的电流连接器，能够保证电池包在受到严重外伤时，意外短路的单体回路可以自动断开，且不能自动恢复，进一步提高了电气连接安全性。
3、本发明所述的电流连接器能够应用于各种电池的串并联以及电池组、电池包中，尤其是可以应用于电动汽车中的动力电池包内，因此其实用价值高，市场前景广阔。
附图说明
附图1（a）为现有的电池包保护电路中外电路短路示意图；
附图1（b）和1（c）为现有的电池包保护电路中内电路短路示意图；
附图2为本发明所述电流连接器的整体安装结构示意图；
附图3为本发明所述电流连接器中陶瓷垫片及其在导电铜排中的安装结构示意图；
附图4为电池极柱及其与电流连接器中下弹簧间的安装间隙示意图；
附图5为本发明所述电流连接器中易融垫片融化前后的结构示意图；
附图6为附图5所示易融垫片融化后导电铜排被弹起的放大结构示意图。
附图中各附图标记的含义如下：
1-下弹簧；2-导电排；3-绝缘垫片；4-易融垫片；5-钢质平垫片；6-弹簧垫片；7-螺栓；8-电池单体；9-电池极柱。
具体实施方式
以下结合附图对本发明所述的连接器进行进一步的详细的描述，以使本领域技术人员能够更清楚的理解本发明，但并不以此为限。
附图2给出本发明所述电流连接器应用于两个电池单体间的连接结构示意图，当然本发明所述的连接器亦可应用于多个电池单体连接在一起组成电池组中，以及将电池组装配到一个箱体中构成的电池包中，仅需改变其中导电排可连接的电池单体数量即可。以下以本发明所述电流连接器连接于两个电池单体间的方案为例详细说明本发明所述的电流连接器，应用于电池组以及电池包中的电流连接器结构与之类似。如附图2-附图6所示，本发明所述的电流连接器的主要部件包括：下弹簧1、导电排2、绝缘垫片3、易融垫片4、钢质平垫片5、弹簧垫片6以及螺栓7，其安装结构如附图2-附图4所示，其中所述的下弹簧7如附图4所示的套在电池单体8的电池极柱9外，且与电池极柱9间留有足够大的间隙，保证两者不接触，所述电池极柱9作为电池单体8的电压接线柱，且在电池极柱9的顶部开有内壁面具有螺纹的圆柱凹坑。所述的导电排2作为载流部件，可采用导电铜排或导电银排或导电铝排等，以下以导电铜排2为例，其对应于每个电池单体的电池极柱9位置开有圆孔，其下表面抵接在下弹簧1上，通过该导电铜排2来实现将两个或更多个电池单体连接在一起，如附图2所示。所述的绝缘垫片3采用陶瓷垫片3，其结构以及其在导电铜排2上的安装结构如附图3所示，所述陶瓷垫片3整体为台阶状的圆环结构，包括一体形成的内环壁、平台部和外环壁，其中所述的内环壁嵌入到导电铜排2的圆孔内，所述螺栓7穿过该内环壁而螺接于电池极柱9的圆柱凹坑内，所述陶瓷垫片3的主要作用是使螺栓7与导电铜排2通过其内环壁而有效绝缘，并使得易熔垫片融断后导电铜排2与设置其上的钢质平垫片以及弹簧垫片间有效绝缘，保证了在易熔垫片4融化后，一旦导电铜排2在下弹簧1弹力作用下产生了位移，就马上实现电气绝缘，而不是通过螺栓7使得导电铜排2继续导电，在大电流工作环境下，钢质螺栓参与导电是不可接受的，因此所述陶瓷垫片属于连接器的核心部件之一。安装在陶瓷垫片3上的部件是易熔垫片4，具体的如附图3所示易融垫片4安装于陶瓷垫片3的连接内环壁和外环壁的平台部上，这个垫片也是整个连接器的核心部件之一，其具有的特性是当遇到高温时，易熔垫片4会融化，使螺栓的紧固力不能传递给导电铜排，起到断开电器连接的作用，具体的所述易熔垫片4为圆环型垫片，优选外径为13mm、内径8.5mm、厚度3mm，并由铅、锡等低熔点、低硬度的金属制成，其强度有限，如果厚度过大将影响导电铜排的连接紧密性。依次设置于易融垫片4上面的是圆环形的钢质平垫片5和弹簧垫片6，其中的弹簧垫片6主要起到防松的作用，钢质平垫片5主要起到减小压强的作用，这个钢质平垫片是十分必要的，如果取消该垫片，在紧固螺栓7时，弹簧垫片6的尖端将损坏易熔垫片4，使易熔垫片变的不平整，影响导电铜排2与电池极柱9的连接紧密性。所述螺栓7用来紧固整个连接器，并依次穿过所述弹簧垫片6、钢质平垫片5、易熔垫片4、陶瓷垫片3、导电铜排2而螺接于电池极柱顶部的圆柱凹坑内，优选的所述陶瓷垫片3的内环壁紧贴螺栓7的外壁，进一步的其他各垫片内壁优选的也紧贴螺栓7的外壁。
本发明所述电流连接器在实际使用时，首先将下弹簧1套在电池单体的电池极柱外，然后将陶瓷垫片3嵌入导电铜排的圆孔内并对准电池极柱顶部的圆柱凹坑，然后依次在陶瓷垫片3上设置易熔垫片4、钢质平垫片5和弹簧垫片6，并使螺栓7依次穿过所述弹簧垫片6、钢质平垫片5、易熔垫片4、陶瓷垫片3、导电铜排2而螺接于电池极柱顶部的圆柱凹坑内，调节螺栓7的拧入量使得导电铜排2底面与电池极柱9的顶面紧密结合，实现导电铜排与电池极柱间的电性导通，从而通过该导电铜排进而能够将多个电池单体电性连接在一起，同时装配完成后螺栓7亦与电池极柱9导通，如果电池包不密封，则需要对螺栓7进行防护，避免触电，但螺栓7以及与其接触的部分垫片不承担载流作用。
当电池内部出现短路现象是，强大的电流产生大量的热量，使得易熔垫片4受到外界高温而熔化，原先易熔垫片4所占据的空间被弹簧垫片6和下弹簧1的展开位移所填充，且易熔垫片4所占据的厚度大于弹簧垫片6的展开位移，这样才能给导电铜排向上移动留出足够的空间。根据测算弹簧垫片6从压紧状态到展开状态的位移量一般不超过2mm，本发明优选采用3mm后的易熔垫片，其融化后形成3mm的空间，弹簧垫片6展开占据2mm，剩余1mm被下弹簧1推动导电铜排2所占据，形成如附图6所示的状态。结合附图5和6可以看出当易熔垫片4融化后，螺栓7的紧固力消失，在下弹簧足够力量的弹力作用下，将导电铜排2和电池极柱9弹开，形成一个缝隙，实现电气绝缘，从而将电池内部电路及时断开，并且无法自动恢复，有效地避免了因电路短路导致的灾害，并可省去对昂贵保险丝的使用。
当本发明所述电流连接器应用于多个电池单体以及电池包中时，改进的也仅是其中导电铜排同时所连接的电池单体数量，附图2给出的导电铜排包括两个圆孔连接两个电池单体，但根据实际需要可设置三个以上圆孔以连接更多电池单体。
以上仅是对本发明的优选实施方式进行了描述，并不将本发明的技术方案限制于此，本领域技术人员在本发明的主要技术构思的基础上所作变形都属于本发明所要保护的技术范畴，如可将其中的螺栓7采用绝缘材料制作，将其中的弹簧垫片6和钢质平垫片选择为本领域熟知的其他垫片，等等这些都属于在本发明技术范畴内的变换，本发明具体的保护范围以权利要求书的记载为准。
Claims (9)
1.一种高温自动切断的电流连接器，其特征在于，包括下弹簧（1）、导电排（2）、绝缘垫片（3）、易熔垫片（4）和螺栓（7），所述下弹簧（1）套设在电池单体的电池极柱外，且与电池极柱间留有间隙，上端弹性接触于所述导电排（2），所述导电排（2）作为各电池单体间的载流部件，并对应于每个电池单体的电池极柱位置开设有通孔，所述绝缘垫片（3）和易熔垫片（4）具有环形结构并依次叠放在所述导电排（2）上，所述螺栓（7）穿过易熔垫片（4）、绝缘垫片（3）和导电排（2）上的通孔后固定连接于电池极柱顶部，并在下弹簧（1）处于压缩状态下使得导电排（2）电性连接于电池极柱顶面，所述绝缘垫片（3）使导电排（2）与螺栓（7）相绝缘，所述易熔垫片（4）遇高温熔化后，所述下弹簧（1）将导电排（2）和电池极柱弹开一缝隙，实现电气绝缘。
2.根据权利要求1所述的电流连接器，其特征在于，其中所述导电排（2）为导电铜排或导电银排或导电铝排，具有片状结构，其上的通孔为圆形且直径小于电池极柱的外径。
3.根据权利要求1所述的电流连接器，其特征在于，还包括叠放于所述易熔垫片（4）上的钢质平垫片（5）和弹簧垫片（6），所述钢质平垫片（5）和弹簧垫片（6）具有圆环状结构，且所述弹簧垫片（6）的展开位移小于所述易熔垫片（4）所占据的厚度。
4.根据权利要求1所述的电流连接器，其特征在于，所述的绝缘垫片（3）整体为台阶状的圆环结构，包括一体形成的内环壁、平台部和外环壁，所述绝缘垫片（3）安装于所述导电排（2）上并使其内环壁嵌入到导电排（2）的通孔，所述螺栓（7）穿过该内环壁而固定连接于电池极柱顶部，所述易熔垫片（4）安装于所述平台部上，通过所述绝缘垫片（3）使导电排（2）与螺栓（7）以及绝缘垫片（3）上方设置的各部件相绝缘。
5.根据权利要求4所述的电流连接器，其特征在于，所述绝缘垫片（3）为陶瓷垫片，所述螺栓（7）紧贴陶瓷垫片的内环壁、易熔垫片内壁以及其他各垫片内壁而穿过。
6.根据权利要求1-5任一项所述的电流连接器，其特征在于，所述易熔垫片（4）为低熔点、低硬度金属制成的圆环型垫片，外径13mm、内径8.5mm、厚度3mm。
7.根据权利要求1-5任一项所述的电流连接器，其特征在于，所述电池极柱的顶面中心开设有内壁具有螺纹结构的圆柱形凹坑，所述螺栓（7）通过螺接于该凹坑内壁而固定连接于电池极柱顶部。
8.根据权利要求1-5任一项所述的电流连接器，其特征在于，所述螺栓（7）表面设有防电装置或采用绝缘材料制备所述螺栓。
9.根据权利要求1-5任一项所述的电流连接器，其特征在于，所述导电排（2）包括两个以上通孔，并连接两个以上的电池单体。
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