CN108428850A - 锂电池用具有防护功能的极耳系统 - Google Patents

Abstract

本发明就是要提供一种锂电池用具有防护功能的极耳系统，其特征是所述导电体板材上设有极耳汇流排片；所述极耳汇流排片包括电流主路单元及连接于电流主路单元相对应位置上的若干极耳；所述极耳包括极耳平面单元和连接于极耳平面单元相应一端上的极耳电流支路单元;通过设计汇流极耳的各处外形尺寸，精细化各细小截面的载流能力，达到单个极耳拥具有自我熔断的保护功能极耳的极耳系统，且结构简单生产制造成本低。

Description

锂电池用具有防护功能的极耳系统

技术领域：

本发明涉及一种电池的电芯并联时使用的极耳，特别是一种用于锂电池的在单个电芯并联成组时使用的锂电池用具有防护功能的极耳系统。

背景技术：

随着新能源技术的不断发展，新能源汽车也已经开始逐步走进人们的日常生活中，而随着新能源汽车即电动汽车的不断普及后，新能源电池的使用也在大幅度的增长。而锂电池是新能源电池中的一种主要产品，得到大幅广泛的使用。现有的电动汽车制造，其动力电源PACK生产厂家对于电芯的使用，主要是圆柱型电芯、方壳电芯、软包电芯等，其中圆柱型电芯使用居多，又以18650、26650等主要规格作为主流使用的型号。在使用圆柱型电芯作为基础电芯材料时，就必须意识到，此电芯形状在做高压高容方案时，需要使用大量的单体电芯做串并联后，才能达到符合要求的电压容量参数。而对于整包，包内电池模组、模块的串并联又是制造工艺的重中之重。

目前，无论国内还是国际，行业内都普遍认同电芯的先并后串设计；对于串联，无外乎采用导电材料压接、锁接几种方式，而对于并联设计，就存在多种多样化的设计理念。目前主流的并联材料都是铜、镍、铝等材料，连接方式有超声波铝丝焊接、镍片激光焊接、镍片电阻焊接等。在并联焊接时，需考虑到焊接对电芯的影响，以及防护，同时还需考虑后续使用过程中，出现安全异常情况时，并联的方式是否对此有紧急保护措施。由于电池模组或电池模块制备过程中，对电池与导电板材进行焊接连接时如将锂电池和导电铜材或导电镀镍钢片进行焊接连接时，由于锂电池的电解质受外部条件因素的影响，造成锂电池电流的不稳定，有时会产生瞬间大电流产生，大电流产生高热，由于瞬间高电流高热量的产生，从而极易将整个的电池组或是锂电池组的极耳系统烧坏，甚至造成锂电池电芯的烧坏，从而造成有安全隐患。

因此在电池模组及模块特别是锂电池模组及模块中，根据单电芯并联要求，如何来通过一个个由单独极耳构成极耳系统的优化设计，将单电芯的放电电流总汇在一张导电板材上如导电大铜板上，并通过设计汇流极耳的各处外形尺寸，精细化各细小截面的载流能力，达到单个极耳拥具有自我熔断的保护功能的极耳及极耳系统。特别是用于18650锂离子电池在单个电芯并联成组时极耳系统，同时亦可延伸至别的规格型号的圆柱形锂电池的具有自我熔断的保护功能的极耳或极耳系统。

发明内容：

本发明就是要提供一种锂电池用具有防护功能的极耳系统，包括导电体板材和由若干极耳单元构成的极耳片材，通过设计汇流极耳的各处外形尺寸，精细化各细小截面的载流能力，达到单个极耳拥具有自我熔断的保护功能极耳的极耳系统，且结构简单生产制造成本低。

本发明一种锂电池用具有防护功能的极耳系统，包括导电体板材和极耳，其所述导电体板材上设有极耳汇流排片；所述极耳汇流排片包括电流主路单元及连接于电流主路单元相对应位置上的若干极耳；所述极耳包括极耳平面单元和连接于极耳平面单元相应一端上的极耳电流支路单元。

优选的，是所述极耳通过极耳平面单元及连接于极耳平面单元一端上的极耳电流支路单元连接于电流主路单元相应位置上。

进一步的，是所述极耳平面单元上设有一极耳通孔，所述极耳通孔设为封闭结构或设为开口槽结构。

优选的，是控制所述极耳电流支路单元的宽度尺寸与极耳平面单元连接端宽度尺寸之百分比为25-28%；极耳电流支路单元的长度尺寸与极耳平面单元连接端宽度尺寸之百分比为12-14%。

进一步的，是所述极耳平面单元设为长方形结构，控制极耳平面单元长方形结构的四角为弧形结构，控制弧形的半径是极耳平面单元宽度尺寸的15-19%。

优选的，是控制极耳平面单元与电流主路单元分别位于两水平面上，该两水平面间的距离为极耳电流支路单元长度尺寸的1/2-1/3。

所述极耳通孔为长扁圆形或长扁圆弧形结构。

进一步的，是控制所述极耳通孔的面积为极耳平面单元面积的10-20%。

本发明公开的一种锂电池用具有防护功能的极耳系统，采用的上述系统是在现有技术的基础上，提供一种更加可靠安全，带有自我保护的锂电池电芯并联功能的极耳系统；其制备工艺简单、合理，生产使用操作方便，自我保护的安全可靠性能稳定有效。其制备的锂离子电池模组放电性能及循环性能优异，生产成本低，生产效率高。

本发明系统是基于对单电芯并联需求出发，通过一个个单独极耳，将单电芯的放电电流总汇在一张大铜板上即导电铜板上，并通过设计、极耳汇流排片上的极耳的各处外形尺寸，精细化各细小截面的载流能力，达到极耳拥有自我熔断的保护功能。实现对锂电池具有保护功能的极耳系统。

本发明的极耳系统不但可用于18650锂离子电池在单个电芯并联成组时使用，亦可延伸至别的规格型号的圆柱形锂电池具有保护功能的极耳。

附图说明：

图1、为本发明极耳汇流排片4焊接设于导电铜板1上的结构示意图及汇流排片4上对极耳进行熔断测试任意选择的6个测试点示意图；

图2、为发明三个极耳连接于电流主路单元的连接局部结构示意图；

图3、为发明极耳连接有电流连接线后的连接布置示意图，可进行自我保护熔断测试；

图4、为发明极耳的精细化设计结构示意图；

图中，1、导电铜板，2、电流主路单元，3、极耳，301、极耳平面单元，302、极耳通孔，303、极耳电流支路单元，4、极耳汇流排片，5、熔断缺元，6、601、电流连接线I、II；图1中所示的A、B、C、D、E、F、分别为极耳单元进行熔断测试6个测试点。所述极耳汇流排片4一般由镍片材或铜片材制成。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明作进一步的详细说明：

本发明公开一种锂电池用具有防护功能的极耳系统，包括导电体板材和极耳3，其所述导电体板材上设有极耳汇流排片；所述极耳汇流排片包括电流主路单元及连接于电流主路单元相对应位置上的若干极耳3；所述极耳包括极耳平面单元和连接于极耳平面单元相应一端上的极耳电流支路单元。

所述极耳3通过极耳平面单元301及连接于极耳平面单元301一端上的极耳电流支路单元303连接于电流主路单元2相应位置上。

所述极耳平面单元301上设有一极耳通孔302，所述极耳通孔301设为封闭结构或设为开口槽结构。所述极耳通孔301设计为开口槽结构时的其开口端设于与极耳电流去路单元相对应的极耳平面单元301的另一端。

实施例1

下面实施例是以作为主流使用的主要规格型号为18650锂离子电池，在单个锂电芯并联成组时使用的本发明技术方案为实施例进行说明，同时亦可延伸至别的规格型号的圆柱形锂电池；所述导电体板材为导电铜板；即导电体板材是由铜材制成。

如图1所示，为本发明由若干独立的极耳3经相应的极耳电流支路单元303连接于电流主路单元2的相应位置后形成极耳汇流排片4，本实施例极耳汇流排片4为镀镍钢片板材制备而成，将镀镍钢片板材的极耳汇流排片4焊接设于导电铜板1上即导电体板材上的结构示意图，于镀镍钢片板材制备的极耳汇流排片4上的极耳3进行熔断测试任意选择的6个测试点为A、B、C、D、E、F等的六点，极耳电流支路单元303由电流瞬间大电流通过时，根据焦耳定律，在大电流瞬间放大时，同时即会产生高热量，看所测试的A、B、C、D、E、F六个点在不同电流通过的情况下，极耳电流支路单元303熔断情况，当在大电流瞬间放大时通过极耳电流支路单元303时，极耳电流支路单元303即熔断，大电流所产生的高热即不会对锂电池模组造成损害，从而形成对电池产生保护作用，不会因此而将电池烧坏，从而达到对电池的保护作用。

如图2所示，由3个极耳3经极耳电流支路单元303连接于电流主路单元2上并焊接于导电铜板1上的连接结构放大示意图。如图3所示，是本发明为极耳3连接有电流连接线I6和电流连接线II601，分别对应的连接于电流主路单元2两侧的二极耳3上的连接结构布置示意图，进行自我保护熔断测试；当连接于极耳平面单元301上的电流连接线I6上瞬间电流过大通过时，通常是在50A以上时，极耳电流支路单元303即被瞬间熔断，而与之相对应的另一侧保持完好，电流即切断通过，形成对电池的保护。

如图4所示，本发明极耳3精细化结构设计结构示意图。图4所示说明，是以规格型号为18650型锂电池的极耳单元系统进行说明；图3中涉及的尺寸为长度单位，如本实施例为毫米，所述极耳3包括极耳平面单元301和连接于极耳平面单元301相应一端上的极耳电流支路单元303，而极耳电流支路单元303的另一端连接于电流主路单元2上，极耳平面单元301设计为平面长方形结构，平面长方形结构，控制极耳平面单元301的长方形结构的四角为弧形结构，控制弧形的半径与极耳平面单元301长方形结构宽度b1的百分比为15-19%，即该弧形的半径是极耳平面单元301长方形结构宽度b1尺寸的15-19%。如具体的设计一极耳3的极耳平面单元301长方形结构的长度L1的尺寸为8.29，宽度b的尺寸为7.6时，弧形半径的尺寸为1.5，于极耳平面单元301的中部设有一封闭式的长扁圆形结构或是封闭式的长扁圆弧形结构的极耳通孔302，控制极耳通孔302的长扁圆形结构的长L2为5.5，宽度b1为1毫米。即控制极耳通孔302的面积为极耳平面单元301面积的10-20%；极耳电流支路单元303连接于极耳平面单元301一端与连接于电流主路单元2之间的距离长度L3的尺寸为1，宽度b2的尺寸为2毫米。优选的是控制极耳平面单元301和电流主路单元2分别位于两水平面上，即如当电流主路单元2的一面紧帖焊接于导电铜板1上时，而极耳平面单元301通过极耳电流支路单元303连接时高出电流主路单元2的水平表面，当极耳电流支路单元303的宽度b2的尺寸为2毫米时则极耳平面单元301和电流主路单元2分别位于两水平面上距离控制为不大于1毫米；这样极耳平面单元301能更好的与外接电源线即电流连接线I、II6、601相连接，如与锂电池的接线柱的连线相接时更紧密方便。

下面本发明根据图1所示的随机挑选的六个测试点A、B、C、D、E、F对极耳电流支路单元302在瞬间大电流通过的情况下，发热而熔断从而实现自我保护功能。

一、测试样品名称与型号：Y100S、E160镍片九方，即是指极耳汇流排片4使用镀镍材料制成的九方格极耳系统，

二、试验项目：镍片熔断试验，试验依据，暂定为企业标准，

三、试验地点：本发明公司实验室，

四、试验设备：蓝奇柜，

五、试验方案：

a) 将蓝奇柜采集线外接一颗电芯两端；

b) 将蓝奇柜正负极功率线焊接在镍片相邻极耳3上，要求焊接可靠，窄镍带不可粘锡，即指极耳电流支路单元302上不得粘上焊锡；

c) 分别给极耳的两端通40A、50A、60A电流；

d) 观察极耳3的熔断情况；

试验判定要求：

1）：观察3s是否熔断；

2）：若不断则看1min内多久可以熔断。

六、测试结果：表1

结论说明：当极耳电流支路单元303瞬间通过的电流过大时，即瞬间大电流产生通过时即能将极耳烧黑熔断，当瞬间电流达到50A电3个测试样有两个被熔断，而当瞬间电流达到60A时三个测试样均被熔盐。因此通过设计极耳汇流排片4上极耳的各处外形尺寸，精细化各细小截面的载流能力，达到极耳拥有自我熔断的保护功能。从而达到保护锂电池组电芯不被烧坏。保护锂电池产品的正常使用。

本发明中未经描述的技术特征可以通过或采用现有技术实现，在此不再赘述。当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述实施方式，本领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种锂电池用具有防护功能的极耳系统，包括导电体板材和极耳，其特征是所述导电体板材上设有极耳汇流排片；所述极耳汇流排片包括电流主路单元及连接于电流主路单元相对应位置上的若干极耳；所述极耳包括极耳平面单元和连接于极耳平面单元相应一端上的极耳电流支路单元。

2.根据权利要求1所述锂电池用具有防护功能的极耳系统，其特征是所述极耳通过极耳平面单元及连接于极耳平面单元一端上的极耳电流支路单元连接于电流主路单元相应位置上。

3.根据权利要求1所述锂电池用具有防护功能的极耳系统，其特征是所述极耳平面单元上设有一极耳通孔，所述极耳通孔设为封闭结构或设为开口槽结构。

4.根据权利要求1或2所述锂电池用具有防护功能的极耳系统，其特征是控制所述极耳电流支路单元的宽度尺寸与极耳平面单元连接端宽度尺寸之百分比为25-28%；极耳电流支路单元的长度尺寸与极耳平面单元连接端宽度尺寸之百分比为12-14%。

5.根据权利要求1或3所述锂电池用具有防护功能的极耳系统，其特征是所述极耳平面单元设为长方形结构，控制极耳平面单元长方形结构的四角为弧形结构，控制弧形的半径是极耳平面单元宽度尺寸的15-19%。

6.根据权利要求1所述锂电池用具有防护功能的极耳系统，其特征是控制极耳平面单元与电流主路单元分别位于两水平面上，该两水平面间的距离为极耳电流支路单元长度尺寸的1/2-1/3。

7.根据权利要求3所述锂电池用具有防护功能的极耳系统，其特征是所述极耳通孔为长扁圆形或长扁圆弧形结构。

8.根据权利要求3或7所述一种锂电池用具有防护功能的极耳系统，其特征是控制所述极耳通孔的面积为极耳平面单元面积的10-20%。