CN109326763A - 电池 - Google Patents

Abstract

本申请的实施例提供了一种与用电设备搭配使用的电池，该电池包括：电池主体，电池主体设置有第一极耳；以及断路器，断路器包括第一接触件、第二接触件和热应变元件，其中，第一接触件连接在第一极耳和热应变元件之间，第二接触件包括与用电设备连接的第一端以及与第一接触件的主体可分离地接触的第二端。本申请的目的在于提供一种电池，以至少实现当电池的电芯发热时，断路器能够及时切断或降低电流，起到对电芯的保护作用。

Description

电池

技术领域

本申请的实施例涉及电池领域，并且更具体地，涉及一种电池。

背景技术

在当前的用于电池的安全结构中，常见的是在电池外部串联一个过热保护装置，例如断路器，以在电芯温度异常升高时切断或降低电流，起到保护电池电芯的作用。然而，当前的断路器的动作温度通常存在延迟，经常出现电池温度已经异常升高但断路器仍不动作的情况，因而无法起到保护电芯的作用。

发明内容

针对相关技术中存在的问题，本申请的目的在于提供一种安全的电池，以至少实现当电池的电芯发热时能够及时切断或降低电流，起到对电芯的保护作用。

为实现上述目的，本申请提供了一种与用电设备搭配使用的电池，该电池包括：电池主体，电池主体设置有第一极耳；以及断路器，断路器包括第一接触件、第二接触件和热应变元件，其中，第一接触件连接在第一极耳和热应变元件之间，第二接触件包括与用电设备连接的第一端以及与第一接触件的主体可分离地接触的第二端。

根据本申请的一个实施例，热应变元件包括热应变弹片。

根据本申请的一个实施例，热应变弹片为绝缘件。

根据本申请的一个实施例，热应变弹片为导电件，热应变元件还包括与第一接触件连接的导热元件，导热元件与热应变弹片热耦合，热应变弹片设置在导热元件和第二接触件之间，导热元件为绝缘件或导热元件为热敏元件。

根据本申请的一个实施例，热应变元件还包括：与第一接触件连接的导热元件，导热元件与热应变弹片热耦合，热应变弹片设置在导热元件和第二接触件之间。

根据本申请的一个实施例，热应变弹片包括金属弹片。

根据本申请的一个实施例，热敏元件包括热敏电阻。

根据本申请的一个实施例，电池还包括转接极耳，其中，转接极耳连接在第一接触件和第一极耳之间。

根据本申请的一个实施例，电池还包括转出极耳，其中，转出极耳连接在第二接触件和用电设备之间。

根据本申请的一个实施例，断路器位于转接极耳和转出极耳之间，其中，断路器、转接极耳和转出极耳布置在同一层中。

根据本申请的一个实施例，转接极耳位于转出极耳和断路器之间，其中，转接极耳和断路器布置在第一层中，并且转出极耳布置在第二层中。

根据本申请的一个实施例，电池主体还设置有第二极耳，其中，第二极耳与用电设备连接。

根据本申请的一个实施例，相互连接的第一极耳和转接极耳位于第二极耳以及转出极耳之间。

根据本申请的一个实施例，转出极耳位于第二极耳、以及相互连接的第一极耳和转接极耳之间。

根据本申请的一个实施例，电池主体的顶部还形成有电池顶封边，断路器固定在电池顶封边上，或者断路器固定在电池主体的顶部上。

本申请的有益技术效果在于：

在本申请的电池中，断路器的第一接触件分别与极耳和热应变元件连接，使得电芯的热量经由第一接触件直接传递到热应变元件，因此电芯到热应变元件的导热路径更短，损耗更少，热应变元件更能及时感应到电芯的异常发热并切断或降低电流，起到对电芯的保护作用。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了现有技术中的断路器的结构和导热路径的示意图；

图2a示出了根据本申请的一个实施例的断路器的结构和导热路径的示意图；

图2b示出了根据本申请的另一个实施例的断路器的结构和导热路径的示意图；

图3示出了根据本申请的一个实施例的转接极耳、转出极耳和断路器的U型布局的示意图；

图4示出了根据本申请的另一个实施例的转接极耳、转出极耳和断路器的F型布局的示意图；

图5示出了根据本申请的一个实施例的电池的示意图；

图6示出了根据本申请的另一个实施例的电池的示意图；

图7示出了根据本申请的又一个实施例的电池的示意图；以及

图8示出了实施例与对比例的热感应元件的动作温度的对比图表。

具体实施方式

现参照附图对本申请的电池进行描述。应当理解的是，以下说明书中和附图中相应的示例性实施例可以相互组合，从而形成未在以下进行描述的其他实施方式；并且其中部分部件在不同实施例中可以省略。换句话说，以下描述对本申请并不构成限定。

首先参照图2a至图6，本申请的实施例公开了一种与用电设备搭配使用的电池30，电池30总体而言包括电池主体32和断路器10。具体地，如图5所示，电池主体32设置有第一极耳34，并且如图2a和图2b所示，断路器10包括第一接触件14、第二接触件16和热应变元件18。其中，第一接触件14的两端分别连接至第一极耳34和热应变元件18，以将热量从第一极耳34传递至热应变元件18以及在第一极耳34和热应变元件18之间起导电作用；第二接触件16的第一端连接至外部用电设备，第二端则可分离地接触第一接触件14的主体，其中，第一接触件14的主体指的是第一接触件14的位于其两个端部之间的部分，具体地，第一接触件14的主体位于第一极耳34和热应变元件18之间。

在此需要指出的是，以上所述的“热应变元件”指的是：在温度变化时，能够发生形状变化，或着发生尺寸变化，或者同时发生形状和尺寸变化的元件。以上所述的“可分离地接触”指的是：第二接触件16可基于不同条件选择性地接触第一接触件14或与第一接触件14分离。例如，当电芯温度在正常工作温度范围内，热应变元件18未达到应变温度而保持原形时，第二接触件16与第一接触件14的主体保持接触，实现二者之间的导电功能；当电芯过热，例如电芯温度超过正常工作温度，来自电芯的热量经由第一接触件14传递至热应变元件18而使热应变元件18变形时，变形的热应变元件18将第二接触件16弹离第一接触件14的主体。

示例性地，在本申请的实施例中，如图2a所示，热应变元件18可包括热应变弹片22，热应变弹片22与第一接触件14热耦合连接，其可在温度变化时发生弹性形变，以选择性地使第二接触件16弹离第一接触件14。在本申请的一个实施例中，热应变弹片22为绝缘件。

另外，在本申请的实施例中，如图2b所示，热应变元件18还包括与第一接触件14连接的导热元件20，其中，导热元件20与热应变弹片22热耦合以将来自第一接触件14的热量传递至热应变弹片22，热应变弹片22设置在导热元件20与第二接触件16之间。在该实施例中，热应变弹片22通过导热元件20接收来自第一接触件14的热量，与上述实施例中热应变元件22直接与第一接触件14接触受热相比，热应变弹片22与导热元件20的接触面积更大，因此具有更好的导热效果。

在热应变弹片22为绝缘件时，不需要担心热应变弹片22变形后电路中依然存在大电流，导热元件20可为绝缘件，也可为导电件。

在热应变弹片22为导电件时，导热元件20可为绝缘件，此时能保证热应变弹片22变形后电路处于断路状态，保证电池安全。

在热应变弹片22为导电件时，导热元件20可为热敏元件。此处需要注意的是，上述提及的“热敏元件”指在温度升高时内阻增大，使得热敏元件所在电路的电流减小；或者在温度升高时变为绝缘体。热敏元件在内阻增大以及变为绝缘体时，相当于使电路形成断路，能够实现保护电路的目的。另外，为实现长久维持弹片形变的效果，所述热敏元件还可以具有在电流通过时产热的性能。例如，在上述实施例或本申请的其他实施例中，热敏元件可包括热敏电阻，根据一个实施例可以为正温度系数热敏电阻。

另外，在本申请上述实施例或其他实施例中，热应变弹片22可包括金属弹片或任何由本领域已知的其他热应变材料制成的弹片，另外，热应变弹片22可以为单层结构的弹片，也可为双层或多层结构的弹片，本申请不限于此。在热应变弹片22为金属弹片时，为保证热应变弹片22的绝缘性，可在金属弹片的表面置一层绝缘层。

接下来，如图5所示，在本申请的一个实施例中，电池主体32的顶部还形成有电池顶封边38，断路器10例如通过粘合剂等固定在电池顶封边38上。替代地，在本申请的一个实施例中，如图7所示，断路器10可固定在电池主体32的顶部上。另外参照图2a和图2b，在断路器10的底面设有开口，热应变元件18经由所述开口与电池顶封边38热耦合，以接收来自电池顶封边38的热量。

在如图2a和图2b所示的本申请实施例中，如箭头所示，由电芯到断路器10中的热应变元件18具有两条导热路径，如箭头所指示，分别为第一导热路径：电芯→第一接触件14→热应变元件18；以及第二导热路径：电芯→电池顶封边38→热应变元件18。此处，第一导热路径和第二导热路径仅为热量大致传递路径，并不限定具体热量传递路径。比如在第二导热路径中，电池顶封边38和热应变元件18之间还可以具有胶层，此时第二导热路径中具体热量传递路径为电芯→电池顶封边38→胶层→热应变元件18。

同样地，在图1所示的现有技术的断路器10中，断路器10的第二接触件16与第一极耳34连接，而第一接触件14连接外部用电设备，因此在图1所示的断路器10中，如箭头指示，电芯到热应变元件18同样包括两条导热路径，分别为第一导热路径：电芯→第二接触件16→第一接触件14→热应变元件18；以及第二导热路径：电芯→电池顶封边38→热应变元件18。其中，在第一导热路径中，第二接触件16需要横穿整个断路器10内部，然后再经过热阻较大的触点与第一接触件14接触。同样的，此处的第一导热路径和第二导热路径仅为热量大致传递路径，并不限定具体热量传递路径。

相比较而言，与图1所示的现有技术断路器10的第一导热路径相比，图2a和图2b所示的本申请断路器10的第一导热路径更短，损耗更少，因此热应变元件18更能及时感应到电芯的异常发热并切断或降低电流，起到对电芯的保护作用。

参照图3和图4，根据本申请的一个实施例中，电池30还包括转接极耳24，其中，转接极耳24连接在第一接触件14和第一极耳34之间，即，在本申请的该实施例中，第一接触件14通过转接极耳24连接至第一极耳34；当然，在本申请的其他实施例中，第一接触件14也可直接焊接至第一极耳34，本申请不局限与此。

进一步参见图3和图4，在本申请的另一个实施例中，除了转接极耳24，电池30还包括转出极耳26，其中，转出极耳26连接在第二接触件16和用电设备之间，即，在本申请的该实施例中，第二接触件16通过转出极耳26连接至用电设备。

通常，考虑到断路器10需要紧贴电池顶封边38设置，转接极耳24和转出极耳26与断路器10的第一接触件14和第二接触件16一般采取结构较简单的U型布局固定连接。具体而言，如图3所示，在本申请的一个实施例中，转接极耳24和转出极耳26分别连接在断路器10的两侧，使得断路器10位于转接极耳24与转出极耳26之间，并且断路器10、转接极耳24和转出极耳26布置在同一层中，在这种构造中，断路器10、转接极耳24和转出极耳26大致形成图3所示的U型布局。

然而，由于一些电芯结构上的特殊要求，有些情况下必须采用F型布局，具体地，如图4所示，在F型布局中，转接极耳24和转出极耳26均位于断路器10的同一侧，这时转接极耳24位于转出极耳26和断路器10之间，在这种构造中，转接极耳24和断路器10布置在第一层中，而转出极耳26布置在与第一层不同的第二侧中，三者大致形成图4所示的F型布局。在F型布局中，在断路器10与电池顶封边38之间一般隔着一层包裹有胶纸的镍片，断路器10与电池顶封边38不直接接触，因此断路器10底部的第二导热路径受阻。这时，无论是图1还是图2a和图2b所示的断路器10都仅能通过第一导热路径作用，因此在电池中使用F型布局的断路器或其他第二导热路径受阻的断路器时，图2a和图2b所示的本申请的断路器10的导热路径相比于图1所示的现有技术的断路器10的导热路径，对导热效果的改善将更加显著，由此可见，本申请的实施例提高了F型布局等其他类似布局的使用范围和实用性。

接下来，参照图5和图6，根据本申请的一个实施例，电池主体32的顶部还设置有第二极耳36，第二极耳36与用电设备连接。此外，在如图5所示的实施例中，相互连接的第一极耳34和转接极耳24位于第二极耳36与转出极耳26之间；可选地，在图6所示的实施例中，转出极耳26位于第二极耳36与相互连接的第一极耳34和转接极耳24之间。

在使用本申请的电池30时，断路器10通过粘合剂粘结在电池顶封边38上，以图2b所示的断路器10为例，转接极耳24与第一极耳34焊接，电芯的热量经由第一导热路径和第二导热路径传递到断路器10中，断路器10中的热量经由热敏元件20(例如，热敏电阻)传导至热应变弹片22，热应变弹片22的热量逐渐累积，当热应变弹片22达到设计的动作温度时反弹变形，将第二接触件16弹开，电流开始改变路径从第一接触件14传递到热敏元件20，当热敏元件20流经较大电流(例如，>0.3A)时，其阻抗瞬间升高至百欧姆或千欧姆级别(原始阻抗约10欧姆)，这相当于在电路中突然串入大电阻，电路接近断路，因此阻断导致温度升高的反应进程(包括反应热和焦耳热)，电芯温度开始下降，避免了因热失控导致的电芯燃烧。

现在对本申请电池和现有技术电池进行对比测试，总共进行了两组对比测试，第一组测试包括实施例1和对比例1，二者分别使用本申请断路器连接方式和现有技术断路器连接方式，分别对实施例1和对比例1中的电池进行1C/12V过充测试；第二组测试包括实施例2和对比例2，二者分别使用本申请断路器连接方式和现有技术断路器连接方式，分别对实施例2和对比例2中的电池进行1C/12V过充测试。其中1C/12V过充测试是指：对电池进行1C恒流充电，当电压到达12V时，从恒流模式转为恒压模式，并恒压1h。电池在此过充测试过程中不冒烟、不燃烧、不爆炸为过充通过，反之则为失效。测试结果参见表1以及附图8中所示的图表：

表1：实施例与对比例过充通过率

项目	实施例1	对比例1	实施例2	对比例2
					1C/12V过充	9/10通过	1/10通过	6/10通过	0/10通过

对比实施例1与对比例1结果以及实施例2与对比例2的结果可看出，本申请电池的过充通过率有了明显的提高。并且详细参照图8所示的动作温度数据，实施例1和实施例2的热应变元件动作温度较对比例1和对比例2提前了约5℃。由此可知，与现有技术相比，本申请实施例电池中的热应变元件18更能及时感应到电芯的异常发热并切断或降低电流，起到对电芯的保护作用。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (15)

1.一种与用电设备搭配使用的电池，其特征在于，包括：

电池主体，设置有第一极耳；以及

断路器，包括第一接触件、第二接触件和热应变元件，其中，所述第一接触件连接在所述第一极耳和所述热应变元件之间，所述第二接触件包括与所述用电设备连接的第一端以及与所述第一接触件的主体可分离地接触的第二端。

2.根据权利要求1所述的电池，其特征在于，所述热应变元件包括热应变弹片。

3.根据权利要求2所述的电池，其特征在于，所述热应变弹片为绝缘件。

4.根据权利要求2所述的电池，其特征在于，所述热应变弹片为导电件，所述热应变元件还包括与所述第一接触件连接的导热元件，所述导热元件与所述热应变弹片热耦合，所述热应变弹片设置在所述导热元件和所述第二接触件之间，所述导热元件为绝缘件或所述导热元件为热敏元件。

5.根据权利要求3所述的电池，其特征在于，所述热应变元件还包括：与所述第一接触件连接的导热元件，所述导热元件与所述热应变弹片热耦合，所述热应变弹片设置在所述导热元件和所述第二接触件之间。

6.根据权利要求2所述的电池，其特征在于，所述热应变弹片包括金属弹片。

7.根据权利要求4所述的电池，其特征在于，所述热敏元件包括热敏电阻。

8.根据权利要求1所述的电池，其特征在于，还包括转接极耳，其中，所述转接极耳连接在所述第一接触件和所述第一极耳之间。

9.根据权利要求8所述的电池，其特征在于，还包括转出极耳，其中，所述转出极耳连接在所述第二接触件和所述用电设备之间。

10.根据权利要求9所述的电池，其特征在于，所述断路器位于所述转接极耳和所述转出极耳之间，其中，所述断路器、所述转接极耳和所述转出极耳布置在同一层中。

11.根据权利要求9所述的电池，其特征在于，所述转接极耳位于所述转出极耳和所述断路器之间，其中，所述转接极耳和所述断路器布置在第一层中，并且所述转出极耳布置在第二层中。

12.根据权利要求9所述的电池，其特征在于，所述电池主体还设置有第二极耳，其中，所述第二极耳与所述用电设备连接。

13.根据权利要求12所述的电池，其特征在于，相互连接的所述第一极耳和所述转接极耳位于所述第二极耳以及所述转出极耳之间。

14.根据权利要求12所述的电池，其特征在于，所述转出极耳位于所述第二极耳、以及相互连接的所述第一极耳和所述转接极耳之间。

15.根据权利要求1所述的电池，其特征在于，所述电池主体的顶部还形成有电池顶封边，所述断路器固定在所述电池顶封边上，或者所述断路器固定在所述电池主体的所述顶部上。