CN116526086A - 极柱和电池 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种极柱和电池，极柱包括柱体和膨胀物，所述柱体设有薄弱段，所述柱体的横截面积在所述薄弱段取下限值以在所述柱体流经过载电流时使所述柱体在所述薄弱段发生电熔断，所述膨胀物设于所述薄弱段，所述膨胀物用于在环境温度或所述柱体的温度高于设定温度时膨胀以将所述柱体从所述薄弱段处崩断并实现断路保护。本发明的极柱兼具过载电流断路保护和过热断路保护，充分保障了电池使用的安全性。
Description
技术领域
本发明涉及电池保护技术领域，具体地，涉及一种可进行断路保护的极柱和一种应用该极柱的电池。
背景技术
电池是一种将化学能转化为电能的装置，近年来，随着新能源行业的兴起，电池也被应用于越来越多的领域。为了提升电池使用的安全性，目前的一些电池上通常设有安全保护结构（FUSE），但是相关技术中的安全保护结构多设于连接片上，当连接片在过载电流的作用下熔断时，熔断产生的高温熔球存在滴落至电芯极组的情况，这极大的降低了电池使用的安全性。其次，相关技术中的电池也多不具备高温防护的功能，当电池发生热失控或者外界环境温度过高时，电池依然存在较高的安全风险。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
为此，本发明实施例提出一种极柱，该极柱兼具过载电流断路保护和过热断路保护，充分保障了电池使用的安全性。
本发明实施例还提出一种包括上述极柱的电池。
本发明实施例的极柱包括：
柱体，所述柱体设有薄弱段，所述柱体的横截面积在所述薄弱段取下限值以在所述柱体流经过载电流时使所述柱体在所述薄弱段发生电熔断；
膨胀物，所述膨胀物设于所述薄弱段，所述膨胀物用于在环境温度或所述柱体的温度高于设定温度时膨胀以将所述柱体从所述薄弱段处崩断并实现断路保护。
本发明实施例的极柱兼具过载电流断路保护和过热断路保护，充分保障了电池使用的安全性。
在一些实施例中，所述薄弱段设于所述柱体的中部；和/或，所述薄弱段设有多个空腔，至少部分所述空腔内设有所述膨胀物。
在一些实施例中，所述柱体包括端子和底座，所述薄弱段连接在所述端子和所述底座之间。
在一些实施例中，所述薄弱段包括第一端板和第二端板，所述第一端板设于所述薄弱段的一端，所述薄弱段通过所述第一端板与所述端子电连接，所述第二端板设于所述薄弱段的另一端，所述薄弱段通过所述第二端板与所述底座电连接。
在一些实施例中，所述薄弱段包括板部，所述板部连接在所述第一端板和所述第二端板之间，所述板部的一侧形成第一腔，所述板部的另一侧形成第二腔，所述膨胀物设于所述第一腔和所述第二腔的其中一者，且所述膨胀物用于在膨胀时将所述板部崩断。
在一些实施例中，所述膨胀物设于所述第一腔，所述板部上设有凹槽，所述凹槽设于所述板部朝向所述第二腔的一侧；
和/或，所述板部为弧形板，所述板部向所述第二腔凸起，所述膨胀物设于所述第一腔。
在一些实施例中，所述薄弱段包括第一罩部和第二罩部，所述第一罩部与所述第一端板相连并在所述第一罩部和所述第一端板之间限制出第三腔，所述第二罩部与所述第二端板相连并在所述第二罩部和所述第二端板之间限制出第四腔，所述第一罩部和所述第二罩部止抵或通过导体电连接，且所述第一罩部和所述第二罩部之间限制出环形腔，所述膨胀物设于所述环形腔内。
在一些实施例中，所述膨胀物的膨胀温度低于电池的隔膜的热收缩温度，并大于所述电池的热安全管控温度；
和/或，所述膨胀物包括如下至少一者：聚氨酯发泡剂、PP发泡剂。
本发明实施例的电池包括绝缘件和如上述任一实施例中所述的极柱，所述薄弱段配合在所述绝缘件内，所述膨胀物位于所述薄弱段的外周侧，所述绝缘件上设有通道，所述通道用于将所述膨胀物加注至所述薄弱段处。
在一些实施例中，所述极柱上第一凸起和第二凸起，所述薄弱段位于所述第一凸起和所述第二凸起之间，所述绝缘件上设有第一限位槽和第二限位槽，所述第一凸起配合在所述第一限位槽内，所述第二凸起配合在所述第二限位槽内。
附图说明
图1是本发明实施例的极柱的剖视示意图。
图2是本发明实施例的极柱在薄弱段的纵向剖视示意图。
图3是图2中A-A处的剖视示意图。
图4是本发明另一实施例的极柱在薄弱段的纵向剖视示意图。
图5是图4中B-B处的剖视示意图。
图6是本发明又一实施例的极柱在薄弱段的纵向剖视示意图。
图7是图6中C-C处的剖视示意图。
图8是本发明实施例的电池在极柱处的剖视示意图。
附图标记：
极柱100；
柱体1；薄弱段11；第一端板111；第二端板112；板部113；凹槽1131；第一罩部114；第二罩部115；端子12；第一凸起121；底座13；第二凸起131；空腔14；第一腔141；第二腔142；第三腔143；第四腔144；环形腔145；
膨胀物2；
导体3；
绝缘件200；第一限位槽201；第二限位槽202；通道203；
盖板300。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
本发明实施例的极柱100包括柱体1和膨胀物2，如图1所示，柱体1可以为整体式结构，例如，柱体1的材质可以为铝、铜、钴、锌等，在柱体1的中部位置可以进行镂空处理，镂空处理后，柱体1上会形成一些空腔14，从而可以使得柱体1的中部能够形成薄弱段11，柱体1的横截面积（图1中垂直于上下方向的截面）在薄弱段11取下限值，即柱体1的最小横截面积位于薄弱段11处。
由此，可以使得极柱100在薄弱段11处的结构强度最低，且极柱100在薄弱段11处的电阻也较大，当柱体1内流经过载电流时，薄弱段11处较大的电阻会使得薄弱段11产生更多的热量，从而使得柱体1可以在薄弱段11处发生电熔断，从而可以使得应用该极柱100的电池能够停止对外放电或外电路对该电池的充电，实现了过载电流的断路保护。
膨胀物2可以为高温膨胀药剂，具体可以为聚氨酯发泡剂、PP发泡剂等发泡药剂。膨胀物2可以装填在薄弱段11处，当环境温度或柱体1的温度高于设定温度（可以为电池在使用中所允许的安全管控温度，也可以略大于该安全管控温度的温度值）时，膨胀物2会发生膨胀，膨胀产生的膨胀作用力可以作用在薄弱段11处，从而可以将薄弱段11致破或崩断，从而可以实现电池的过热断路保护。
需要说明的是，环境温度的变化可以为电池失效时导致的热失控而产生的高温变化，也可以为电池的外部环境所导致的温度变化，当电池在外部高温环境下工作时，柱体1由于未达到电熔断的条件，电池会继续保持放电或充电，而这种外部高温环境使得电池存在较大的安全风险，而膨胀物2的设置则可以及时的将柱体1崩断，从而避免了电池高温下运行的情况。
本发明实施例的极柱100既可以通过电熔断的方式实现过载电流的断路保护，也可以借助于膨胀物2的膨胀实现极柱100的崩断，从而实现过热断路保护，使得应用该极柱100的电池兼具过载电流断路保护和过热断路保护两重防护，充分保障了电池使用的安全性。
在一些实施例中，薄弱段11可以设在柱体1的中部，由此，在薄弱段11发生电熔断后，形成的高温熔球可以被薄弱段11两端的柱体1部分所挡止，从而可以避免高温熔球滴落至电芯极组的情况，进一步提升了防护效果。
在一些实施例中，薄弱段11设有多个空腔14，至少部分空腔14内设有膨胀物2。例如，如图1所示，空腔14可以设于薄弱段11的内部或外部，当位于外部时，空腔14可以为开放式的腔室。膨胀物2可以填充在一部分空腔14内，由此，空腔14的布置一方面可以实现对薄弱段11的结构弱化的作用，也可以减少耗材，降低成本，另一方面空腔14可以为膨胀物2的布置提供空间，从而可以避免膨胀物2凸出柱体1的外表面的情况，进而避免了膨胀物2容易对柱体1的安装布置造成干涉的情况，方便了柱体1的装配。
优选地，膨胀物2设于封闭的空腔14内，由此，使得膨胀物2产生膨胀作用力能够得以充分在薄弱段11施展，及在有限的空间内作用，可以保证崩裂效果。
在一些实施例中，如图1所示，柱体1可以为分体式结构，柱体1包括端子12和底座13，端子12即为极柱端子，底座13即为极柱底座，薄弱段11连接在端子12和底座13之间。其中端子12可以通过焊接的方式连接在薄弱段11的上方，底座13也可以通过焊接的方式连接在薄弱段11的下方。由此，使得薄弱段11可以单独加工，从而方便了薄弱段11的加工成型并有利于降低加工成本。
在一些实施例中，如图2、图4和图6所示，薄弱段11可以包括第一端板111和第二端板112，第一端板111和第二端板112均可以为平板，其中第一端板111可以设于薄弱段11的顶端，薄弱段11通过第一端板111与端子12电连接，例如，第一端板111可以通过焊接的方式与端子12的底部连接固定。
第二端板112设于薄弱段11的底端，薄弱段11通过第二端板112与底座13电连接，例如，第二端板112可以通过焊接的方式与底座13连接固定。从而方便了薄弱段11分别与端子12和底座13的安装固定，也保证了连接处的结构强度和过电流截面，进而可以避免在连接处容易发生电熔断或崩断的情况。
在一些实施例中，薄弱段11包括板部113，板部113连接在第一端板111和第二端板112之间，板部113的一侧形成第一腔141，板部113的另一侧形成第二腔142，膨胀物2设于第一腔141和第二腔142的其中一者，且膨胀物2用于在膨胀时将板部113崩断。
例如，如图2至图5所示，板部113可以为竖向板，第一端板111可以连接在板部113的上方，第二端板112可以连接在板部113的下方，板部113可以将第一端板111和第二端板112之间的空间分隔为第一腔141和第二腔142，其中第一腔141可以位于板部113的右侧，第二腔142可以位于板部113的左侧。由此，可以使得薄弱段11的结构强度得以简化，方便了加工成型。
膨胀物2可以填充在第一腔141内并可以将第一腔141填充满，由此，在膨胀物2发生膨胀时，产生的膨胀作用力可以将板部113顶破，从而可以起到将薄弱段11崩破的作用。
需要说明的是，当仅设置板部113时，分隔形成的第一腔141和第二腔142可以通过后续的绝缘件200实现周向封堵密封，从而起到存储膨胀物2的作用，保证了膨胀物2存储的稳定性。
在一些实施例中，如图2所示，膨胀物2设于第一腔141，板部113上设有凹槽1131凹槽1131设于板部113朝向第二腔142的一侧。例如，凹槽1131可以为V型槽，凹槽1131可以设于板部113的中部，且凹槽1131的槽口可以朝向左侧，且凹槽1131可以沿着板部113的宽度方向（前后方向）延伸。由此，在膨胀物2膨胀时，板部113可以从凹槽1131处崩断，从而使得板部113能够形成应力集中并可以引导板部113的崩裂，进一步保证了崩裂效果。
在一些实施例中，如图4所示，板部113可以为弧形板，板部113向第二腔142凸起，例如，板部113可以向左侧凸起并在板部113的右侧形成凹腔，膨胀物2可以填充在第一腔141内。由此，可以增加板部113和膨胀物2的作用面积，从而可以增强崩裂效果，也可以增加用于存储膨胀物2的空腔14的容积，从而可以存储更多的膨胀物2，保证了膨胀作用力的强度。
在一些实施例中，薄弱段11包括第一罩部114和第二罩部115，第一罩部114与第一端板111相连并在第一罩部114和第一端板111之间限制出第三腔143，第二罩部115与第二端板112相连并在第二罩部115和第二端板112之间限制出第四腔144，第一罩部114和第二罩部115止抵或通过导体3电连接，且第一罩部114和第二罩部115之间限制出环形腔145，膨胀物2设于环形腔145内。
例如，如图6所示，第一罩部114和第二罩部115均可以为碗状，其中第一罩部114的敞口朝上，且第一罩部114的敞口边缘与第一端板111焊接相连，由此，第一罩部114和第一端板111之间限制出完全封闭的第三腔143。第二罩部115的敞口朝下，且第二罩部115的敞口边缘与第二端板112焊接相连，由此，第二罩部115和第二端板112之间限制出完全封闭的第四腔144。
如图6和图7所示，第一罩部114的中心位置和第二罩部115的中心位置可以通过导体3进行电连接，例如，第一罩部114和第二罩部115之间可以通过焊接的方式相连，焊接形成的焊点形成导体3，从而可以满足导电的使用需要。在其他一些实施例中，第一罩部114和第二罩部115也可以通过止抵接触的方式实现电连接。
如图6所示，第一罩部114和第二罩部115整体形成沙漏或哑铃的形状，在第一罩部114和第二罩部115的周侧则可以形成开放的环形腔145，环形腔145的截面大体为V型。膨胀物2可以填充在环形腔145内并将环形腔145完全充填。
当膨胀物2膨胀后，导体3、第一罩部114、第二罩部115均可以被崩裂，从而起到过热断路保护的作用。第三腔143和第四腔144的设置则可以为第一罩部114和第二罩部115的破碎或变形提供空间，从而保证了崩裂效果。
在一些实施例中，膨胀物2的膨胀温度低于电池的隔膜的热收缩温度，并大于电池的热安全管控温度。例如，膨胀物2的膨胀起始温度可以为80℃至90℃，电池的隔膜的热收缩温度则可以为125℃左右，电池的安全管控温度则可以为65℃左右。由此，在不引起误判的前提下，在电池热失效之前能够完成电池的断路保护，充分保障了使用的安全性。
下面描述本发明实施例的电池。
如图8所示，本发明实施例的电池包括绝缘件200和极柱100，绝缘件200可以为圆环状，极柱100可以为上述任一实施例中描述的极柱100，极柱100可以穿过绝缘件200，且极柱100的薄弱段11配合在绝缘件200内。绝缘件200的外周侧可以设有盖板300，盖板300具体可以为光铝板，绝缘件200的外周侧可以设有环槽，光铝板的内边缘可以嵌入环槽内。
由此，绝缘件200可以在极柱100的周侧实现对极柱100的周向封堵，当薄弱段11发生电熔断后，形成的高温熔球可以被限制在绝缘件200和端子12、底座13所围成的空间内，进一步避免了高温熔球滴落至电芯极组处的情况，保证了防护效果。
在一些实施例中，如图8所示，膨胀物2位于薄弱段11的外周侧，绝缘件200上设有通道203，通道203的一端端口可以延伸至绝缘件200的下端面，通道203的另一端端口可以延伸至绝缘件200的内壁面，当极柱100装配在绝缘件200内，可以通过通道203将膨胀物2加注至薄弱段11的开放的空腔14内，例如，可以加注至图6中的环形腔145内，从而方便了膨胀物2向开放的空腔14的填充。
在一些实施例中，极柱100上第一凸起121和第二凸起131，薄弱段11位于第一凸起121和第二凸起131之间，绝缘件200上设有第一限位槽201和第二限位槽202，第一凸起121配合在第一限位槽201内，第二凸起131配合在第二限位槽202内。
例如，如图8所示，第一凸起121和第二凸起131均可以为环形凸起，第一凸起121可以设在端子12的外周侧并沿着端子12的周向延伸闭合为一周，第二凸起131可以设在底座13的外周侧并沿着底座13的周向延伸闭合为一周。第一限位槽201和第二限位槽202均可以为环形槽，其中第一限位槽201可以为第二限位槽202的上方。
装配极柱100和绝缘件200时，可以将第一凸起121嵌入第一限位槽201内，将第二凸起131嵌入第二限位槽202内，从而起到限制极柱100和绝缘件200在轴向上的相对位移的作用，提升了装配的紧凑性，也可以提升极柱100和绝缘件200之间的密封性，即可以将极柱100的薄弱段11在上下两侧进行密封。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、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。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。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在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征 “上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本发明中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、 “示例”、“具体示例”、或“一些示例”等意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管已经示出和描述了上述实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域普通技术人员对上述实施例进行的变化、修改、替换和变型均在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种极柱，其特征在于，包括：
柱体，所述柱体设有薄弱段，所述柱体的横截面积在所述薄弱段取下限值以在所述柱体流经过载电流时使所述柱体在所述薄弱段发生电熔断；
膨胀物，所述膨胀物设于所述薄弱段，所述膨胀物用于在环境温度或所述柱体的温度高于设定温度时膨胀以将所述柱体从所述薄弱段处崩断并实现断路保护。
2.根据权利要求1所述的极柱，其特征在于，所述薄弱段设于所述柱体的中部；和/或，所述薄弱段设有多个空腔，至少部分所述空腔内设有所述膨胀物。
3.根据权利要求1所述的极柱，其特征在于，所述柱体包括端子和底座，所述薄弱段连接在所述端子和所述底座之间。
4.根据权利要求3所述的极柱，其特征在于，所述薄弱段包括第一端板和第二端板，所述第一端板设于所述薄弱段的一端，所述薄弱段通过所述第一端板与所述端子电连接，所述第二端板设于所述薄弱段的另一端，所述薄弱段通过所述第二端板与所述底座电连接。
5.根据权利要求4所述的极柱，其特征在于，所述薄弱段包括板部，所述板部连接在所述第一端板和所述第二端板之间，所述板部的一侧形成第一腔，所述板部的另一侧形成第二腔，所述膨胀物设于所述第一腔和所述第二腔的其中一者，且所述膨胀物用于在膨胀时将所述板部崩断。
6.根据权利要求5所述的极柱，其特征在于，所述膨胀物设于所述第一腔，所述板部上设有凹槽，所述凹槽设于所述板部朝向所述第二腔的一侧；
和/或，所述板部为弧形板，所述板部向所述第二腔凸起，所述膨胀物设于所述第一腔。
7.根据权利要求4所述的极柱，其特征在于，所述薄弱段包括第一罩部和第二罩部，所述第一罩部与所述第一端板相连并在所述第一罩部和所述第一端板之间限制出第三腔，所述第二罩部与所述第二端板相连并在所述第二罩部和所述第二端板之间限制出第四腔，所述第一罩部和所述第二罩部止抵或通过导体电连接，且所述第一罩部和所述第二罩部之间限制出环形腔，所述膨胀物设于所述环形腔内。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的极柱，其特征在于，所述膨胀物的膨胀温度低于电池的隔膜的热收缩温度，并大于所述电池的热安全管控温度；
和/或，所述膨胀物包括如下至少一者：聚氨酯发泡剂、PP发泡剂。
9.一种电池，其特征在于，包括绝缘件和如上述权利要求1-8中任一项所述的极柱，所述薄弱段配合在所述绝缘件内，所述膨胀物位于所述薄弱段的外周侧，所述绝缘件上设有通道，所述通道用于将所述膨胀物加注至所述薄弱段处。
10.根据权利要求9所述的电池，其特征在于，所述极柱上第一凸起和第二凸起，所述薄弱段位于所述第一凸起和所述第二凸起之间，所述绝缘件上设有第一限位槽和第二限位槽，所述第一凸起配合在所述第一限位槽内，所述第二凸起配合在所述第二限位槽内。
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