CN107093699A - 一种能受热短路和破坏防爆膜的电池盖板结构及电池 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种能受热短路和破坏防爆膜的电池盖板结构及电池。电池盖板结构包括导电的热变形短路件、防爆膜破坏件、防爆膜、盖板、正极柱结构和负极柱结构，热变形短路件包括固定部和变形部；防爆膜破坏件包括固定端和与固定端连接的破坏端，防爆膜设置于盖板；盖板和负极柱结构两个部件，分为固定件和连通件，固定部固定于固定件，变形部受热变形后与连通件抵接连通，固定端固定于盖板，破坏端受热时变形翘曲戳破防爆膜。电池内部发生故障时温度会升高，热变形短路件在受热时将盖板和负极柱结构短路，通过熔断实现断路保护；防爆膜破坏件受热时可以直接将防爆膜戳破，释放电池内部气压，避免爆炸。

Description

一种能受热短路和破坏防爆膜的电池盖板结构及电池

技术领域

本发明涉及电池的技术领域，尤其涉及一种能受热短路和破坏防爆膜的电池盖板结构及电池。

背景技术

电池一般包括电池盖板结构、盒体和电芯，电池盖板结构与盒体形成容纳电芯的容置空间。如图1所示，电池盖板结构包括盖板1′，盖板1′的两端分别设置有正极柱结构2′和负极柱结构3′，正极柱结构2′与盖板1′电连接，负极柱结构3′与盖板1′绝缘。正极柱结构2′和负极柱结构3′分别与电芯中的正负极材料中引出，在盖板1′上形成正负极。电池的正极柱结构2′与电芯的连接线上会设置熔断区21′，当电池的正负极意外连通短路时，大电流通过熔断区21′会将熔断区21′熔断，使得电池被断电保护。电池在工作时，可能由于某些原因，比如撞击、意外短路等，会导致电池内部出现故障，内部反应剧烈，温度升高，甚至导致电池爆炸。因此，在电池内部出现故障时，需要保护机制对电池采取主动断电和释放内部压力等方式，避免故障进一步加剧。相关技术中，一般通过在盖板1′上设置防爆膜8′，当电池内部的反应加剧导致气压增大到一定值时，将防爆膜8′冲破释放压力。此种方式虽然能避免剧烈的爆炸，但是也已经在电池中积聚了一定的压力，存在较大的隐患。

发明内容

本发明的第一目的在于提出一种能受热短路和破坏防爆膜的电池盖板结构，可以直接在电池内部发生故障，温度升高时产生相应的动作，保护响应快，且反应时间便于精确控制。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种能受热短路和破坏防爆膜的电池盖板结构，包括导电的热变形短路件、防爆膜破坏件、防爆膜、盖板、正极柱结构和负极柱结构，所述正极柱结构和所述负极柱结构分别固定于所述盖板的两端，所述负极柱结构与所述盖板绝缘，所述正极柱结构与所述盖板电连接，所述热变形短路件包括固定部和变形部，所述变形部受热会变形翘曲；所述防爆膜破坏件包括固定端和与所述固定端连接的破坏端，所述防爆膜破坏件受热后，所述破坏端变形翘曲，所述防爆膜设置于所述盖板；所述盖板和所述负极柱结构两个部件，分为固定件和连通件，所述固定部固定于所述固定件，所述变形部在未受热时与所述连通件保持间距，受热变形后与所述连通件抵接连通，所述固定端固定于所述盖板，所述破坏端朝向所述防爆膜，所述破坏端受热时变形翘曲戳破所述防爆膜。

其中，所述防爆膜破坏件的变形温度大于所述热变形短路件的变形温度，以使得在温度升高时，所述热变形短路件先变形，将所述盖板和所述负极柱结构连通。

其中，所述热变形短路件和所述防爆膜破坏件均由双金属片制成。

其中，所述固定件朝向所述连通件的表面开设有容置槽，所述热变形短路件容置于所述容置槽。

其中，所述热变形短路件的顶部不凸出于所述容置槽。

其中，所述固定部和所述固定端均通过激光焊接固定。

其中，所述负极柱结构包括负极柱和位于所述盖板的两侧的外连接板和内连接板，外连接板和内连接板分别与负极柱的两端固定且电连接；所述外连接板、内连接板和负极柱均与所述盖板绝缘。

本发明的第二目的在于提出一种电池，其盖板可以直接在电池内部发生故障，温度升高时产生相应的动作，保护响应快，且反应时间便于精确控制。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种电池，包括上述的电池盖板结构和电芯，所述正极柱结构和所述负极柱结构分别与所述电芯连接，所述正极柱结构与电芯的连接线上设置有熔断区，当所述盖板和所述负极柱结构连通时，所述熔断区被熔断。

有益效果：本发明提供了一种能受热短路和破坏防爆膜的电池盖板结构及电池。电池盖板结构包括导电的热变形短路件、防爆膜破坏件、防爆膜、盖板、正极柱结构和负极柱结构，所述正极柱结构和所述负极柱结构分别固定于所述盖板的两端，所述负极柱结构与所述盖板绝缘，所述正极柱结构与所述盖板电连接，所述热变形短路件包括固定部和变形部，所述变形部受热会变形翘曲；所述防爆膜破坏件包括固定端和与所述固定端连接的破坏端，所述防爆膜破坏件受热后，所述破坏端变形翘曲，所述防爆膜设置于所述盖板；所述盖板和所述负极柱结构两个部件，分为固定件和连通件，所述固定部固定于所述固定件，所述变形部在未受热时与所述连通件保持间距，受热变形后与所述连通件抵接连通，所述固定端固定于所述盖板，所述破坏端朝向所述防爆膜，所述破坏端受热时变形翘曲戳破所述防爆膜。电池内部发生故障时温度会升高到异常值，热变形短路件在受热时可以将盖板和所述负极柱结构连通短路，再通过熔断实现断路保护；防爆膜破坏件受热时可以直接将防爆膜戳破，释放电池内部气压，避免爆炸。因此，此种电池盖板结构可以在故障发生初期，温度升高到异常值时即可反应进行相应动作，使得电池获得断电保护和释放压力保护，提高了电池的安全性，且保护机制响应时间更精确。

附图说明

图1是相关技术里的电池盖板结构的剖视图。

图2是本发明中实施例1的电池盖板结构的俯视图。

图3是图2的F-F剖面线的剖视图。

图4是图3的G处的局部放大图。

图5是图4的热变形短路件的变形部变形后的结构示意图。

图6是图3的B处的局部放大图。

图7是图6的防爆膜破坏件的破坏端变形后的结构示意图。

图8是本发明中实施例2的第一种电池盖板结构的俯视图。

图9是图8的电池盖板结构的剖视图。

图10是图9的C处的局部放大图。

图11是图10的热变形短路件的变形部变形后的结构示意图。

图12是本发明中实施例2的第一种电池盖板结构没有翻转阀时的剖视图。

图13是图12的D处的局部放大图。

图14是本发明中实施例2的第二种电池盖板结构的俯视图。

图15是图14的电池盖板结构的剖视图。

图16是图15的E处的局部放大图。

图17是图16的热变形短路件的变形部变形后的结构示意图。

其中：

1-盖板，2-正极柱结构，21-熔断区，3-负极柱结构，31-负极柱，32-外连接板，33-内连接板，4-热变形短路件，41-固定部，42-变形部，5-容置槽，61-第一绝缘件，62-第二绝缘件，7-防爆膜破坏件，71-固定端，72-破坏端，8-防爆膜，9-翻转阀，91-导电凸包，92-导电连接部；

1′-盖板，2′-正极柱结构，21′-熔断区，3′-负极柱结构，8′-防爆膜。

具体实施方式

为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

实施例1

如图2-图7所示，本实施例提供了一种能受热短路和破坏防爆膜的电池盖板结构，包括导电的热变形短路件4、防爆膜破坏件7、防爆膜8、盖板1、正极柱结构2和负极柱结构3，正极柱结构2和负极柱结构3分别固定于盖板1的两端，负极柱结构3与盖板1绝缘，正极柱结构2与盖板1电连接，热变形短路件4包括固定部41和变形部42，变形部42受热会变形翘曲；防爆膜破坏件7包括固定端71和与固定端71连接的破坏端72，防爆膜破坏件7受热后，破坏端72变形翘曲，防爆膜8设置于盖板1；盖板1和负极柱结构3两个部件，分为固定件和连通件，固定部41固定于固定件，变形部42在未受热时与连通件保持间距，受热变形后与连通件抵接连通，固定端71固定于盖板1，破坏端72朝向防爆膜8，破坏端72受热时变形翘曲戳破防爆膜8。热变形短路件4和防爆膜破坏件7均可以由双金属片等材料制成，在受热变形时朝向一侧翘曲变形。

实际上，正极柱结构2与电芯的连接线上，设置有熔断区21此处的横截面比较小，类似于保险丝的作用，在大电流下会被熔断，当电池的正负极由于某些原因短路时本实施例的盖板1和负极柱结构3连通时，电池的正负极即短路，流过正极柱结构2和电芯的连接线上的大电流会将熔断区21熔断，整个电池的正极柱与电芯断开，保护电池。此种通过熔断实现断电保护的结构对于功率较大的电池比较合适。

在电池处于正常状态时，温度正常，热变形短路件4的变形部42不会变形，仍然保持与固定件一定的间距。当电池发生故障后，电池内部温度会升高，导致变形部42朝连通件变形，并最终与连通件抵接，将盖板1和负极柱结构3连通。盖板1和负极柱结构3连通后，将连接线上的熔断区21熔断，及时断电，完成断电保护。

防爆膜8的厚度比较薄，当电池内由于故障产生较大的气压时，超过防爆膜8的压强承受值后，会将防爆膜8爆裂，释放气体，避免气压积聚后导致整个电池产生剧烈爆炸。因此，防爆膜8本身具有释放压力、防止进一步剧烈爆炸的功能。但是防爆膜8仍然需要电池从故障升温后，产气助剂在受热后产生气体，使得整个电池内部气压增大到一定值，才能破裂释放压力，到最后释放压力时，气压也已经到达了一定的值，内部反应已经加剧了一段时间。本实施例的防爆膜破坏件7在电池故障升温后，破坏端72由于受热变形即可戳破防爆膜8，直接释放压力，不需要等产气助剂在受热后产生气体增大压力。防爆膜破坏件7不仅对电池内部温度升高更敏感，而且整体的反应时间大大缩短。本实施例的盖板1同时设置有热变形短路件4和防爆膜破坏件7，电池内部既通过热变形短路件4变形实现盖板1和负极柱结构3连通，熔断区21熔断断电，实现断电保护，也通过防爆膜破坏件7变形戳破防爆膜8，降低高气压带来的爆炸隐患。

热变形短路件4的变形温度由材料决定，产生动作的时长即从变形到与连通件连通可以由材料和变形部42到连通件距离来控制。这些参数都可以根据实际电池的正常工作温度和异常工作温度来选择。热变形短路件4对温度的敏感程度高，且动作的起始温度和动作的速度均可以进行比较精确的设计，使得熔断时间更可控。直接利用变形部42的变形将盖板1和负极柱结构3连通，没有其他的过程，减短了大部分的反应时间。因此，热变形短路件4不仅对电池内部温度升高更敏感，而且整体的反应时间大大缩短，且更精确。

在电池的设计中，一般的故障发生后的处理逻辑是，先通过熔断区21熔断，通过断电进行保护。断电后，如果电池内部故障继续加剧，导致电池内部气压继续增大，会继续超出防爆膜8的承受压强，导致防爆膜8破裂，释放压力。防爆膜破坏件7可以将受热变形的温度设置高一些，选取合适的材料，防爆膜破坏件7的变形温度大于热变形短路件4的变形温度，以使得在温度升高时，热变形短路件4先变形，将盖板1和负极柱结构3连通。

固定件和连通件之间具有一定的间隙，或者是通过绝缘材料隔离，以避免两者直接短路。固定件朝向连通件的表面可以开设容置槽5，热变形短路件4固定部41固定于容置槽5。热变形短路件4可以整体均容置于容置槽5内，当容置槽5位于固定件的边缘时，热变形短路件4的变形部42也可以从容置槽5内伸出。容置槽5主要用于降低热变形短路件4凸出固定件的高度，从而增大热变形短路件4与连通件之间的间距，避免直接短路。为了进一步增大间距，容置槽5的深度不小于热变形短路件4的厚度，热变形短路件4的外表面低于或平齐于容置槽5的外边沿，避免对现有的固定件和连通件之间的间距产生影响，保证在正常工作状态稳定工作。热变形短路件4和防爆膜破坏件7可以均通过激光焊接固定，焊接牢固，精度高。

一般而言，负极柱结构3包括负极柱31、外连接板32和内连接板33。外连接板32与负极柱31的外端固定且电连接，内连接板33与负极柱31的内端固定且电连接，外连接板32和内连接板33位于盖板1的两侧，且均与盖板1绝缘。内连接板33与电芯中的负极板等结构连接，将电子引出。外连接和负极柱31作为电池的负极，与外部连接。本实施例中，盖板1的外侧开设有容置槽5，热变形短路件4容置于容置槽5，外连接板32覆盖容置槽5，变形部42变形时朝外连接板32翘曲。热变形短路件4放置在盖板1的外侧，可以完全避免电解液的影响，且被外连接板32覆盖保护，不会从外部被损坏。

本实施例中，固定件为盖板1，连通件为负极柱结构3。将热变形短路件4设置于盖板1的方式，可以将热变形短路件4与电芯中的电解液隔离，完全避免热变形短路件4被电解液腐蚀，提高热变形短路件4正常工作的概率。此外，电池在实际应用中，往往需要通过串/并联的方式形成电池组，以提高电池组的输出电压或输出电流。电池在串/并联的过程中，一般通过激光焊接等焊接方式利用导线将不同的电池的正负极连接。焊接过程在电池的正极或负极处会产生较大热量，在电池的串/并联连接的过程，电池本身已经装配完好，处于可以正常工作的状态。本实施例的热变形短路件4的固定部41固定于盖板1上，由于变形部42在变形后需要与负极柱结构3抵接，热变形短路件4实际是安装在盖板1上靠近负极柱结构3的一端。当电池的正极柱受到热量较大时，正极柱的大部分热量会通过被电芯和外部的外壳传导，热变形短路件4距离盖板1比较远，受到的影响比较小。当电池的负极柱31受到较大的热量时，由于热变形短路件4与负极柱31之间有间隙，由于空气的热传导率低于铜、铝等金属，热量会优先从高热传导率的区域传导，即从负极柱31到电芯，再从电芯经过正极柱，再到盖板1，整个热量传导路径更长，对热变形短路件4的影响更小。因此，将热变形短路件4设置于盖板1的方式，对热变形短路件4在电解液腐蚀的保护，和在后期电池进行串/并联时的保护均比较好。

为了绝缘设置，盖板1和外连接板32之间设置有第一绝缘件61，第一绝缘件61位于容置槽5之外的区域，避免在变形部42变形翘曲凸出容置槽5外时，被第一绝缘件61阻挡。本实施例的热变形短路件4的中部为固定部41，固定部41的两端为变形部42。当变形部42受热变形时，固定部41两端的变形部42均变形翘曲，提高与外连接板32连通的可靠性。盖板1可以直接在环绕负极柱31的位置开设容置槽5，容置槽5和固定部41的相应位置均开设通孔，负极柱31从通孔中穿出，结构紧凑。通孔内壁需要设置绝缘件，确保盖板1和负极柱31绝缘。

本实施例中，电池盖板结构还包括翻转阀9，翻转阀9包括导电凸包91和环设且电连接于导电凸包91外围的导电连接部92。盖板1上设置有翻转阀孔，导电凸包91位于翻转阀孔内，导电连接部92与盖板1密封固定且电连接，外连接板32覆盖翻转阀孔。电池内部出现故障时，电池温度升高，电池内部的产气助剂在受热后会产生气体，使得整个电池内部气压增大，将导电凸包91向上顶直至与外连接板32抵接，将盖板1和负极柱31连通。翻转阀9的反应过程比热变形短路件4慢，但是将翻转阀9和热变形短路件4结合，共同在盖板1上使用时，能使得电池获得双重断电保护，提升电池的使用安全性能。

具体选择的温度可以通过实验后具体选择和调整，再根据相应的设计温度选取合适的材料。当盖板1同时具备热变形短路件4、防爆膜破坏件7、翻转阀9后，可以实现双重断电保护和释放压力防止剧烈爆炸。防爆膜破坏件7可以减少断电后到释放压力的时间，降低爆炸隐患。

实施例2

如图8-图17所示，在实施例1的基础上，与实施例1不同的是，固定件为负极柱结构3，连通件为盖板1，即第一变形记设置于负极柱结构3上，变形部42受热翘曲时与盖板1抵接。将盖板1和负极柱结构3连通。热变形短路件4不仅对电池内部温度升高更敏感，而且整体的反应时间大大缩短。具体论述在见实施例1，此处不再赘述。

具体而言，本实施例的一种结构如图8-图11所示，内连接板33朝向盖板1的一侧开设有容置槽5，盖板1覆盖容置槽5，利于热变形短路件4的变形部42变形后与盖板1抵接。为了绝缘设置，盖板1和内连接板33之间设置有第二绝缘件62，第二绝缘件62位于容置槽5之外的区域，避免在变形部42变形翘曲凸出容置槽5内时，被第二绝缘件62阻挡。图8-图11的电池盖板结构具有翻转阀9，当盖板1上不设置翻转阀9时，如图12和图13所示，直接利用热变形短路件4实现断电保护。

本实施例的另一种结构如图14-图17所示，第二绝缘件62位于变形部42之外的区域，第二绝缘件62压在固定部41上，进一步将固定部41压紧。

实施例3

本实施例提供了一种电池，包括上述实施例的电池盖板结构和电芯，正极柱结构和负极柱结构分别与电芯连接，正极柱结构与电芯的连接线上设置有熔断区，当盖板和负极柱结构连通时，熔断区被熔断。电池内部发生故障时温度会升高到异常值，热变形短路件在受热时可以将盖板和所述负极柱结构连通短路，再通过熔断实现断路保护；防爆膜破坏件受热时可以直接将防爆膜戳破，释放电池内部气压，避免爆炸。因此，此种电池盖板结构可以在故障发生初期，温度升高到异常值时即可反应进行相应动作，使得电池获得断电保护和释放压力保护，提高了电池的安全性，且保护机制响应时间更精确。

以上内容仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种能受热短路和破坏防爆膜的电池盖板结构，其特征在于，包括导电的热变形短路件(4)、防爆膜破坏件(7)、防爆膜(8)、盖板(1)、正极柱结构(2)和负极柱结构(3)，所述正极柱结构(2)和所述负极柱结构(3)分别固定于所述盖板(1)的两端，所述负极柱结构(3)与所述盖板(1)绝缘，所述正极柱结构(2)与所述盖板(1)电连接，所述热变形短路件(4)包括固定部(41)和变形部(42)，所述变形部(42)受热会变形翘曲；所述防爆膜破坏件(7)包括固定端(71)和与所述固定端(71)连接的破坏端(72)，所述防爆膜破坏件(7)受热后，所述破坏端(72)变形翘曲，所述防爆膜(8)设置于所述盖板(1)；所述盖板(1)和所述负极柱结构(3)两个部件，分为固定件和连通件，所述固定部(41)固定于所述固定件，所述变形部(42)在未受热时与所述连通件保持间距，受热变形后与所述连通件抵接连通，所述固定端(71)固定于所述盖板(1)，所述破坏端(72)朝向所述防爆膜(8)，所述破坏端(72)受热时变形翘曲戳破所述防爆膜(8)。

2.如权利要求1所述电池盖板结构，其特征在于，所述防爆膜破坏件(7)的变形温度大于所述热变形短路件(4)的变形温度，以使得在温度升高时，所述热变形短路件(4)先变形，将所述盖板(1)和所述负极柱结构(3)连通。

3.如权利要求1所述的电池盖板结构，其特征在于，所述热变形短路件(4)和所述防爆膜破坏件(7)均由双金属片制成。

4.如权利要求1所述的电池盖板结构，其特征在于，所述固定件朝向所述连通件的表面开设有容置槽(5)，所述热变形短路件(4)容置于所述容置槽(5)。

5.如权利要求4所述的电池盖板结构，其特征在于，所述热变形短路件(4)的顶部不凸出于所述容置槽(5)。

6.如权利要求1所述的电池盖板结构，其特征在于，所述固定部(41)和所述固定端(71)均通过激光焊接固定。

7.如权利要求1-6任一项所述的电池盖板结构，其特征在于，所述负极柱结构(3)包括负极柱(31)和位于所述盖板(1)的两侧的外连接板(32)和内连接板(33)，外连接板(32)和内连接板(33)分别与负极柱(31)的两端固定且电连接；所述外连接板(32)、内连接板(33)和负极柱(31)均与所述盖板(1)绝缘。

8.一种电池，其特征在于，包括：

如权利要求1-7任一项所述的电池盖板结构；

电芯，所述正极柱结构(2)和所述负极柱结构(3)分别与所述电芯连接，所述正极柱结构(2)与电芯的连接线上设置有熔断区(21)，当所述盖板(1)和所述负极柱结构(3)连通时，所述熔断区(21)被熔断。