CN115020933A - 电芯安全保护装置 - Google Patents
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Abstract
一种电芯安全保护装置，包括有正极极柱，于正极极柱上设置有载流薄弱区，载流薄弱区的额定电流大于电芯最高额定电流且小于电芯最小过载电流。通过上述结构设计，本发明通过对电芯极柱（正极极柱）进行结构创新，把需要设置在正极转连接片上的安全保护结构撤销，而在电芯极柱（正极极柱）上进行安全保护结构的设置。具体地，本发明通过对正极极柱进行镂空设计，使得在正极极柱上形成载流薄弱区，即电芯的安全保护装置，当过载电流经过的时，安全保护装置熔断，达到断电保护的目的。本发明合理地对正极极柱进行结构设计与改进，通过该设计改进了电芯安全保护装置，进而达到降低电芯安全隐患的目的。
Description
技术领域
本发明涉及动力电池安全性相关技术领域，更具体地说，特别涉及一种电芯安全保护装置。
背景技术
电流过载保护是电芯安全运行的一个主要研究项目。目前，典型的电芯安全保护装置（FUSE）设计在正极转连接片上，其设计结构为：挖空正极转连接片部分区域，从而形成载流薄弱区，该载流薄弱区允许最高额定电流通过，但是在过载电流经过的情况下，就会熔断正极转连接片从而形成断电，达到断电保护的目的。
在上述的过载保护结构中，正极转连接片位于电芯极组正上方，正极转连接片安全保护装置熔断时有一定几率形成高温熔球滴落在电芯极组，带来安全隐患。
发明内容
（一）技术问题
综上所述，如何解决现有技术中电芯安全保护装置所存在的正极转连接片熔断熔球可能会滴落在电芯极组上带来安全隐患的问题，成为了本领域技术人员亟待解决的问题。
（二）技术方案
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
本发明提供了一种电芯安全保护装置，包括有正极极柱，于所述正极极柱上设置有载流薄弱区，所述载流薄弱区的额定电流大于电芯最高额定电流且小于电芯最小过载电流。
优选地，在本发明所提供的电芯安全保护装置中，于所述正极极柱的内部设置有镂空结构并形成所述载流薄弱区。
优选地，在本发明所提供的电芯安全保护装置中，所述镂空结构为中心对称结构，所述镂空结构的形心与所述的正极极柱的形心重合。
优选地，在本发明所提供的电芯安全保护装置中，所述镂空结构为矩形空腔结构或圆形空腔结构。
优选地，在本发明所提供的电芯安全保护装置中，于所述正极极柱的表面设置有挖槽结构并形成所述载流薄弱区；所述挖槽结构为矩形凹槽结构。
优选地，在本发明所提供的电芯安全保护装置中，所述挖槽结构为以所述正极极柱的形心为对称中心的对称式槽体结构。
优选地，在本发明所提供的电芯安全保护装置中，所述挖槽结构为沙漏结构；自所述正极极柱的形心向所述正极极柱的两端方向延伸，所述正极极柱的直径渐阔并形成所述沙漏结构。
优选地，在本发明所提供的电芯安全保护装置中，所述正极极柱为正置二级台阶型结构，所述正极极柱包括上极柱体以及下极柱体，所述下极柱体的直径大于所述上极柱体的直径，所述载流薄弱区设置于所述上极柱体上。
优选地，在本发明所提供的电芯安全保护装置中，还包括有电芯盖板，于所述电芯盖板上设置有正极装配孔；所述正极装配孔为与所述正极极柱形状适配的倒置二级台阶型结构，所述正极装配孔包括有下孔以及上孔，所述下极柱体卡装于所述下孔中，所述上极柱体卡装于所述上孔中且相对于所述上孔向外凸出设置，所述载流薄弱区设置于所述上极柱体相对于所述上孔向外凸出的部分。
优选地，在本发明所提供的电芯安全保护装置中，于所述电芯盖板上还设置有负极装配孔以及注液孔和防爆阀；于所述负极装配孔中设置有负极极柱。
（三）有益效果
与现有技术相比，本申请的有益效果如下：
本发明提供了一种电芯安全保护装置，包括有正极极柱，于正极极柱上设置有载流薄弱区，载流薄弱区的额定电流大于电芯最高额定电流且小于电芯最小过载电流。通过上述结构设计，本发明通过对电芯极柱（正极极柱）进行结构创新，把需要设置在正极转连接片上的安全保护结构撤销，而在电芯极柱（正极极柱）上进行安全保护结构的设置，从而达到了降低电芯运行安全隐患的目的。
具体地，本发明通过对正极极柱进行镂空设计，使得在正极极柱上形成载流薄弱区，即电芯的安全保护装置，当过载电流经过的时，安全保护装置熔断，达到断电保护的目的。在电芯结构中，极组连接正极转连接片，正极转连接片连接极柱，极柱的底部（与正极转连接片连接的一端）设置有电芯盖板，当极柱的载流薄弱区熔断后，熔球不会滴落到极组上，而是被电芯盖板拦截，这样就极大地提高了电芯整体的安全性。本发明合理地对正极极柱进行结构设计与改进，通过该设计改进了电芯安全保护装置，进而达到降低电芯安全隐患的目的。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1为本发明所提供电芯安全保护装置关于正极极柱多个实施例中其中一个实施方式的结构示意图；
图2为本发明所提供电芯安全保护装置关于正极极柱多个实施例中其中另一个实施方式的结构示意图；
图3为本发明所提供电芯安全保护装置关于正极极柱多个实施例中其中再一个实施方式的结构示意图；
图4为本发明所提供电芯安全保护装置关于正极极柱多个实施例中其中又一个实施方式的结构示意图；
图5为本发明所提供电芯安全保护装置的局部结构示意图。
在图1至图5中，部件名称与附图标记的对应关系为：
载流薄弱区1、电芯盖板2、上极柱体3、下极柱体4、注液孔5、
防爆阀6、负极极柱7。
具体实施方式
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。各个示例通过本发明的解释的方式提供而非限制本发明。实际上，本领域的技术人员将清楚，在不脱离本发明的范围或精神的情况下，可在本发明中进行修改和变型。例如，示为或描述
为一个实施例的一部分的特征可用于另一个实施例，以产生又一个实施例。因此，所期望的是，本发明包含归入所附权利要求及其等同物的范围内的此类修改和变型。
在本发明的描述中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”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，仅是为了便于描述本发明而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。本发明中使用的术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间部件间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
请参考图1至图5，其中，图1为本发明所提供电芯安全保护装置关于正极极柱多个实施例中其中一个实施方式的结构示意图；图2为本发明所提供电芯安全保护装置关于正极极柱多个实施例中其中另一个实施方式的结构示意图；图3为本发明所提供电芯安全保护装置关于正极极柱多个实施例中其中再一个实施方式的结构示意图；图4为本发明所提供电芯安全保护装置关于正极极柱多个实施例中其中又一个实施方式的结构示意图；图5为本发明所提供电芯安全保护装置的局部结构示意图。
本发明提供了一种电芯安全保护装置，本发明所提供的电芯安全保护装置基于传统电芯结构（不包括正极转连接片）进行优化设计。
对于电芯而言，其基本结构如下：包括有外壳，在外壳内部设置了正极材料以及负极材料，正极材料与负极材料之间设置有隔膜结构，在外壳上设置了电芯盖板2，电芯的正极（正极极柱）以及负极（负极极柱7）均安装在电芯盖板2上，进一步地，对于一个完整的动力电池电芯而言，电芯上还设置有注液孔5以及防爆阀6（安全阀）。
为了实现电芯过载保护，需要对电芯设置安全保护结构（在现有技术中，该安全保护结构为经过结构改造的正极转连接片），在本发明中，该安全保护结构采用了对正极极柱进行结构改进的方案。具体地，电芯包括有正极极柱，正极极柱是电芯输出电能（电流）的必要结构件，如果电芯出现电流过载，过载电流必定且首先要通过正极极柱，因此，本发明于正极极柱上设置有载流薄弱区1。根据正极极柱的导电性能以及材料性能，可以对载流薄弱区1的截面面积进行计算，从而使得载流薄弱区1的额定电流（即载流薄弱区1的理论最大导电电流）大于电芯最高额定电流（电芯正常工作状态下的理论最大输出电流）且小于电芯最小过载电流（电芯的理论最小过载电流）。载流薄弱区1相当于设置在正极极柱上的保险丝，在电芯正常工作时，一般输出电流都小于电芯最高额定电流（那么必定小于载流薄弱区1的额定电流），载流薄弱区1正常工作（导电），在电芯工作异常时，即出现过载情况，即使是发生最小过载电流，载流薄弱区1也会因为过载而出现熔断，从而切断电芯，使得电芯系统断路，避免电芯继续发生电流过载，实现电芯保护。
本发明在正极极柱上设置了载流薄弱区1，那么载流薄弱区1必定是一个对正极极柱进行结构削弱的结构，即载流薄弱区1的横截面面积小于正极极柱的其他部位（相当于正极极柱的正常部位）。
对于载流薄弱区1的结构设置，本发明具有如下两个方案，第一是对正极极柱的内部结构进行改进，正极极柱的外轮廓形状不变，第二是对正极极柱的表面形状进行改进。
对于第一种方案而言，本发明于正极极柱的内部设置了镂空结构，从而形成载流薄弱区1。该镂空结构也可以分为集中式镂空以及分散式镂空两种形式。集中式镂空，就是说设置一个大的空腔结构，分散式镂空结构就是说在载流薄弱区1内设置较多的小型空腔结构（例如使得载流薄弱区1结构网格化或者气泡化）。
本发明主要采用集中式镂空结构，进一步地，镂空结构（载流薄弱区1的空腔结构）为中心对称结构，镂空结构的形心与的正极极柱的形心重合。这种结构设计能够在减小载流薄弱区1横截面面积的同时，尽可能地保证载流薄弱区1具有可靠的结构强度。
具体地，镂空结构为矩形空腔结构（正方形空腔结构或者长方形空腔结构）或圆形空腔结构（或者椭圆形空腔结构）。本发明以圆形空腔结构或者椭圆形空腔结构为优选实施方式，这样可以避免出现尖锐结构，杜绝尖锐结构（尖锐结构会聚集电荷）放电情况的发生，提高导电安全性。
在现有技术中，正极极柱为实心结构，通常为圆柱体或者二阶式阶梯圆柱（由一个大直径圆柱以及一个小直径圆柱组成）。对于第二种方案而言，本发明于正极极柱的表面设置有挖槽结构从而减小挖槽部分的横截面面积，进而形成载流薄弱区1。
需要说明的是：本发明对正极极柱的结构优化是在其强度满足使用要求的前提进行的，正极极柱设置载流薄弱区1，并不会明显影响正极极柱的结构强度，正极极柱可根据应用要求设定其镂空度（所谓的镂空度，可以理解为镂空体积占用原结构总体的百分比）。
在本发明的一个实施方式中，挖槽结构为矩形凹槽结构。
在本发明的另一个实施方式中，挖槽结构为以正极极柱的形心为对称中心的对称式槽体结构。具体地，挖槽结构为沙漏结构，即：自正极极柱的形心向正极极柱的两端方向延伸，正极极柱的直径渐阔并形成沙漏结构。载流薄弱区1相当于两个形状相同的圆台形结构小径端对接而形成的结构。
当然，挖槽结构也可以以双曲线作为母线绕正极极柱的轴线旋转而形成（与冷水塔轮廓形状相近）。
本发明所提供的电芯安全保护装置还包括有电芯盖板2，于电芯盖板2上设置有正极装配孔。进一步地，正极极柱为正置二级台阶型结构，正极极柱包括上极柱体3（上极柱体3为圆柱且直径较小）以及下极柱体4（下极柱体4为圆柱且直径较大并与上极柱体3同轴），下极柱体4的直径大于上极柱体3的直径，载流薄弱区1设置于上极柱体3上。正极装配孔为与正极极柱形状适配的倒置二级台阶型结构，正极装配孔包括有下孔以及上孔，下极柱体4卡装于下孔中，上极柱体3卡装于上孔中且相对于上孔向外凸出设置，载流薄弱区1设置于上极柱体3相对于上孔向外凸出的部分。在上述结构设计中，正极极柱与电芯盖板2之间的装配接触面积较大，其密封性能较高，载流薄弱区1熔断后，熔融金属被电芯盖板2拦截，不会进入到电芯内部，对电芯起到了良好的保护作用。
由上述可知，本发明提供了一种电芯安全保护装置，包括有正极极柱，于正极极柱上设置有载流薄弱区1，载流薄弱区1的额定电流大于电芯最高额定电流且小于电芯最小过载电流。通过上述结构设计，本发明通过对电芯极柱（正极极柱）进行结构创新，把需要设置在正极转连接片上的安全保护结构撤销，而在电芯极柱（正极极柱）上进行安全保护结构的设置，从而达到了降低电芯运行安全隐患的目的。
具体地，本发明通过对正极极柱进行镂空设计，使得在正极极柱上形成载流薄弱区1，即电芯的安全保护装置，当过载电流经过的时，安全保护装置熔断，达到断电保护的目的。本发明合理地对正极极柱进行结构设计与改进，通过该设计改进了电芯安全保护装置，进而达到降低电芯安全隐患的目的。
以上仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种电芯安全保护装置，包括有正极极柱，其特征在于，
于所述正极极柱上设置有载流薄弱区（1），所述载流薄弱区的额定电流大于电芯最高额定电流且小于电芯最小过载电流。
2.根据权利要求1所述的电芯安全保护装置，其特征在于，
于所述正极极柱的内部设置有镂空结构并形成所述载流薄弱区。
3.根据权利要求2所述的电芯安全保护装置，其特征在于，
所述镂空结构为中心对称结构，所述镂空结构的形心与所述的正极极柱的形心重合。
4.根据权利要求2所述的电芯安全保护装置，其特征在于，
所述镂空结构为矩形空腔结构或圆形空腔结构。
5.根据权利要求1所述的电芯安全保护装置，其特征在于，
于所述正极极柱的表面设置有挖槽结构并形成所述载流薄弱区；
所述挖槽结构为矩形凹槽结构。
6.根据权利要求5所述的电芯安全保护装置，其特征在于，
所述挖槽结构为以所述正极极柱的形心为对称中心的对称式槽体结构。
7.根据权利要求5所述的电芯安全保护装置，其特征在于，
所述挖槽结构为沙漏结构；
自所述正极极柱的形心向所述正极极柱的两端方向延伸，所述正极极柱的直径渐阔并形成所述沙漏结构。
8.根据权利要求1至7任一项所述的电芯安全保护装置，其特征在于，
所述正极极柱为正置二级台阶型结构，所述正极极柱包括上极柱体（3）以及下极柱体（4），所述下极柱体的直径大于所述上极柱体的直径，所述载流薄弱区设置于所述上极柱体上。
9.根据权利要求8任一项所述的电芯安全保护装置，其特征在于，
还包括有电芯盖板（2），于所述电芯盖板上设置有正极装配孔；
所述正极装配孔为与所述正极极柱形状适配的倒置二级台阶型结构，所述正极装配孔包括有下孔以及上孔，所述下极柱体卡装于所述下孔中，所述上极柱体卡装于所述上孔中且相对于所述上孔向外凸出设置，所述载流薄弱区设置于所述上极柱体相对于所述上孔向外凸出的部分。
10.根据权利要求9所述的电芯安全保护装置，其特征在于，
于所述电芯盖板上还设置有负极装配孔以及注液孔（5）和防爆阀（6）；
于所述负极装配孔中设置有负极极柱（7）。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20220906 |