CN215816311U - 电芯熔断结构、电池及汽车 - Google Patents

Abstract

本申请是关于一种电芯熔断结构、电池及汽车。该电芯熔断结构包括：连接电芯的极耳与极柱的连接片本体，连接片本体包括极耳连接区、极柱连接区、熔断区及导热区，其中，极耳连接区用于连接极耳，极柱连接区用于连接极柱，连接片本体开设缺口，形成熔断区，熔断区位于极耳连接区和极柱连接区之间，导热区覆盖缺口。本申请提供的方案，能够在兼顾电芯短路时的熔断保护功能的同时，提升电池快充能力及提高电芯散热能力。

Description

电芯熔断结构、电池及汽车

技术领域

本申请涉及电池技术领域，尤其涉及一种电芯熔断结构、电池及汽车。

背景技术

新能源汽车一般通过锂离子电池提供动力来源。当锂离子电池的电芯也即锂离子电芯的回路出现内短路或外短路时，锂离子电芯产生的大电流会伴随急剧热量的产生。如果锂离子电芯的回路不能及时断开，将导致锂离子电芯因升温过高而发生热失控，继而可能引发起火爆炸。

为了在锂离子电芯的回路出现内短路或外短路时，能够更及时断开锂离子电芯的回路，相关技术中，通过在电芯的极耳与极柱的连接片上冲切缺口，形成局部的狭颈，狭颈在锂离子电芯热失控时熔融断开，从而更及时断开锂离子电芯的回路。但是，形成狭颈后，一方面，狭颈处热阻变大，进而导致电池充电时的电流减小，限制了电池快充能力；另一方面，导致电芯散热能力降低，进而导致锂离子电芯的内部温度容易升高，影响电芯使用寿命。

实用新型内容

为解决或部分解决相关技术中存在的问题，本申请提供一种电芯熔断结构、电池及汽车，该电芯熔断结构，能够在兼顾短路熔断保护功能的同时，提升电池快充能力及提高电芯散热能力。

本申请第一方面提供一种电芯熔断结构，其包括连接电芯的极耳与极柱的连接片本体，所述连接片本体包括极耳连接区、极柱连接区、熔断区及导热区；其中：

所述极耳连接区用于连接极耳；

所述极柱连接区用于连接极柱；

所述连接片本体开设缺口，形成所述熔断区，所述熔断区位于所述极耳连接区与所述极柱连接区之间；

所述导热区覆盖所述缺口。

在其中一个实施例中，所述导热区包括在所述缺口敷设导热材料的区域，所述导热区连接于所述熔断区。

在其中一个实施例中，所述导热区包括在所述缺口涂覆导热胶的区域；所述导热胶包覆所述熔断区连接处。

在其中一个实施例中，所述导热胶包覆所述熔断区连接处预设距离。

在其中一个实施例中，所述导热胶包覆所述熔断区连接处1mm～3mm。

在其中一个实施例中，所述缺口的数量为N个，N为大于或等于1的自然数；所述导热区覆盖至少一个所述缺口。

在其中一个实施例中，所述连接片本体为包含所述导热区的压铸一体成型结构。

在其中一个实施例中，所述连接片本体为金属材料的电芯正极端连接片。

本申请第二方面提供一种电池，其包括上述任一实施例所述的电芯熔断结构。

本申请第三方面提供一种汽车，包括上述实施例所述的电池。

本申请提供的技术方案可以包括以下有益效果：

本申请的电芯熔断结构，通过将电芯熔断结构的极耳连接区连接于极耳，将电芯熔断结构的极柱连接区连接于极柱，当因电芯短路而出现大电流导致温度升高时，熔断区可以先于极耳连接区或极柱连接区发生熔断，从而断开电芯的回路，避免热失控。另外，通过导热区覆盖熔断区的缺口，一方面可以降低熔断区因横截面积较小所引发的热阻，进而提高电池充电时的电流，提升了电池快充能力；另一方面通过导热区能够提高电芯熔断结构的整体的散热能力，提高散热效率，从而降低锂离子电芯的内部的温升，提高电芯使用寿命。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。

附图说明

通过结合附图对本申请示例性实施方式进行更详细的描述，本申请的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本申请示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。

图1是本申请实施例示出电芯熔断结构的不含导热区的剖面示意图；

图2是本申请另一实施例示出的电芯熔断结构的剖面示意图；

图3是本申请又一实施例示出的电芯熔断结构的剖面示意图；

图4是本申请再一实施例示出的电芯熔断结构的剖面示意图。

附图标记：连接片本体10；缺口110；极耳连接区100；极柱连接区200；熔断区300；导热区400；线段a。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本申请的实施方式。虽然附图中显示了本申请的实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本申请而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本申请更加透彻和完整，并且能够将本申请的范围完整地传达给本领域的技术人员。

应当理解，尽管在本申请可能采用术语“第一”、“第二”、“第三”等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本申请范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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申请和简化描述，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申请的限制。

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；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。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申请中的具体含义。

相关技术中，锂离子电芯在因短路引发的大电流后，容易导致温升过高而发生热失控。为了预防热失控，通过在锂离子电芯中的连接片设置狭颈，局部减小连接片的横截面积，使得狭颈更容易熔断，从而更及时断开锂离子电芯的回路。但是，设置狭颈后的连接片因局部横截面积变小，一方面，狭颈处的热阻变大，进而导致电池充电时的电流减小，限制了电池快充能力；另一方面，导致电芯散热能力降低，进而导致锂离子电芯的内部温度容易升高，影响电芯使用寿命。

针对上述问题，本申请实施例提供一种电芯熔断结构，能够在兼顾短路熔断保护功能的同时，提升电池快充能力及提高电芯散热能力。

以下结合附图详细描述本申请实施例的技术方案。

参见图1和图2，本申请的电芯熔断结构包括连接电芯的极耳(图未示)与极柱(图未示)的连接片本体10，连接片本体10包括极耳连接区100、极柱连接区200、熔断区300及导热区400，其中，极耳连接区100用于连接极耳，极柱连接区200用于连接极柱；连接片本体10开设缺口110，形成熔断区300，熔断区300位于极耳连接区100和极柱连接区200之间，导热区400覆盖缺口110。

可以理解，电芯熔断结构的连接片本体10分别连接于极耳和极柱，从而使极耳和极柱通过电芯熔断结构实现电导通。其中，熔断区300位于极耳连接区100和极柱连接区200之间。可以理解，通过在连接片本体10开设缺口110，减小连接片本体10的局部区域的横截面积，从而形成熔断区。本申请的熔断区300即为狭颈结构。可以理解，熔断区300的横截面积远小于极耳连接区100的横截面积，或熔断区300的横截面积远小于极柱连接区200的面积，或熔断区300的横截面积均远小于极耳连接区100和极柱连接区200的横截面积。其中，熔断区300的横截面积越小，熔断所需时间越小。这样的设计，当连接片本体10在传输异常的大电流时，熔断区300因横截面积相对较小，从而更易发生熔断，从而断开极耳连接区100和极柱连接区200，继而断开极耳和极柱的电流导通，断开电芯的回路，从而防止热失控。进一步地，当进行正常的电流传输时，通过在连接片本体10设置导热区400，导热区400覆盖缺口110，使熔断区300与导热区400相邻，通过导热区300的热传导，从而可以有效增强熔断区300及其周围区域的散热效率，降低熔断区300及其周围区域的温升，从而降低热阻，有助于快充的提升。

综上，本申请的电芯熔断结构，通过将电芯熔断结构的极耳连接区连接于极耳，将电芯熔断结构的极柱连接区连接于极柱，当因电芯短路而出现大电流导致温度升高时，熔断区可以先于极耳连接区或极柱连接区发生熔断，从而断开电芯的回路，避免热失控。另外，通过导热区覆盖熔断区的缺口，一方面可以降低熔断区因横截面积较小所引发的热阻，进而提高电池充电时的电流，提升了电池快充能力；另一方面通过导热区能够提高电芯熔断结构的整体的散热能力，提高散热效率，从而降低锂离子电芯的内部的温升，提高电芯使用寿命。

为了在连接片本体10形成熔断区300，参见图3和图4，一实施例中，缺口110可以开设于连接片本体10的中部位置，或者，缺口110可以开设于连接片本体10的靠近外缘的位置。当缺口110开设于中部位置时，缺口110的侧壁呈连续闭合结构，缺口110的相对的两侧区域形成熔断区300。其中，缺口110两侧的熔断区300的宽度可以相等设置，也可以相异设置。当缺口110开设于靠近外缘的位置时，缺口110的侧壁呈断开结构，缺口110的一侧与连接片本体10外部环境连通，缺口110的另一侧形成熔断区300。

参见图2和图3，在一实施例中，缺口的数量为N个，N为大于或等于1的自然数。可以理解，为了加速熔断区300的熔断效率，缺口110的数量越多，缺口110的横截面积越大，相应地，熔断区300的横截面积越小。例如，缺口110的数量为一个时，对应的缺口110的横截面积较大，从而使熔断区300的横截面积相对较小，从而便于熔断区300熔断。再例如，为了使得熔断区300更及时熔断，在一实施例中，缺口110的数量两个或两个以上时，各缺口110分散开设于不同位置。进一步地，各缺口110可以呈多行多列设置。在一实施例中，相邻两行或相邻两列的缺口110错开设置。进一步地，相邻的两缺口110之间的间距可以相等设置也可以相异设置。可以理解，通过分散开设多个缺口110，相邻的缺口110之间形成熔断区300，从而产生多个熔断区300，这样的设计，便于熔断区300从连接片本体10的不同位置的开始熔断，从而提高熔断效率。

在一实施例中，缺口110的形状可以为矩形、三角形、圆形或其它几何形状。在一实施例中，当缺口110的数量为两个或两个以上时，不同的缺口110的形状可以相同设置，也可以相异设置。在一实施例中，单个缺口110的大小沿极柱连接区200或极耳连接区100的方向变化。即单个缺口110的形状可以是不规则的几何形状。例如，缺口110的大小沿朝向极耳连接区100或极柱连接区200的方向变大，从而使熔断区300的横截面积沿朝向极耳连接区100或极柱连接区200的方向变小，从而使熔断区300更易熔断，继而及时断开极耳和极柱的电连接。为了提高熔断效率，在一实施例中，极柱连接区200和/或极耳连接区100开设有缺口110。也就是说，缺口110还可以同时在极柱连接区200和/或极耳连接区100开设，从而提高熔断效率，有助于降低热失控的风险。

参见图2和图3，在一实施例中，导热区400覆盖缺口110。在其中一个实施例中，导热区400包括在缺口110敷设导热材料的区域；导热区400连接于熔断区300。也就是说，通过相关技术中的导热材料的导热性能，从而实现导热区400的导热性能。通过在缺口110敷设导热材料，从而通过导热材料对缺口110及周围对应的区域散热。导热区400连接于熔断区300，从而可以通过导热区300传导熔断区300的热量，以助于熔断区300加速散热。进一步地，导热区400的横截面积大小根据缺口110的横截面积大小设置。缺口110的横截面积越大，导热区400的横截面积越大。在一实施例中，导热区400的导热材料可以覆盖缺口110的全部区域，也可以覆盖缺口110的部分区域。进一步地，导热区400的数量可以根据缺口110的数量设置。当缺口110为N个时，例如N大于或等于1时，导热区400覆盖至少一个缺口110。缺口110的数量越多，导热区400的数量可以相应增设。也就是说，可以是各个缺口110覆盖有导热区400，也可以是部分数量的缺口110覆盖有导热区400。进一步地，不同缺口110所对应的导热区400的横截面积可以相等设置，也可以相异设置。在一实施例中，相邻两缺口110所覆盖的导热区400可以相互连接，也可以间断设置。为了提高散热效率，进一步地，导热区400还可以设置于缺口110以外的区域。进一步地，导热区400还可以设置于极柱连接区200和/或极耳连接区100。也就是说，导热材料可以叠加覆盖于极柱连接区200和/或极耳连接区100上，从而增加散热效率。

为了加固导热区400和熔断区300的连接，参见图2，在一实施例中，导热区400包括在缺口110涂覆导热胶的区域；导热胶包覆熔断区300连接处。也就是说，导热材料可以是导热胶。导热胶通过涂覆的方式填充于缺口110并与熔断区300连接。为了确保导热区400稳固连接于熔断区300，当导热胶处于液态时，将导热胶挤压填充于缺口110的同时，导热胶包覆熔断区300连接处预设距离。在一实施例中，导热胶包覆熔断区300连接处1mm～3mm。这样的设置，当导热胶固化成型后，导热胶所在的区域，即导热区400连接于熔断区300，导热区400的外周延伸覆盖熔断区300的连接处1mm～3mm。优选地，导热胶包覆熔断区300连接处2mm。导热胶和熔断区300的连接使得导热区400对应的结构更稳固地设置在连接件本体10上。参见图2，图2中的线段a的长度即为导热胶包覆熔断区300连接处的长度，该长度即为1mm～3mm。进一步地，导热胶的外周可以分别沿相异的方向延伸，以各自对应包覆相同或不同长度尺寸的熔断区300。在一实施例中，导热区为两个以上时，相邻两导热区400的导热胶的外周可以相对延伸，直至相互连接，从而提高导热区400在连接件本体10上的连接稳固性。进一步地，相异的导热区400的导热胶对熔断区300连接处的包覆长度可以相等设置，也可以相异设置。例如，一个导热区400的外周延伸覆盖至缺口110之外2mm，另一导热区400的外周延伸覆盖至缺口110之外2mm或3mm。

在一实施例中，连接片本体10为包含导热区400的压铸一体成型结构。在一实施例中，连接片本体10为金属材料；其中，导热区400为包含导热胶的区域。在压铸时，液态的导热胶和熔融的金属液在高压的作用下，高速填充模具的型腔，并使导热胶和金属液在压力下凝固成型，其中导热胶凝固成导热区400，金属液凝固成连接片本体10，从而形成一体成型结构。在一实施例中，导热胶为导热且不导电的胶体。进一步地，导热胶为耐电解液腐蚀的胶体，例如氯丁橡胶或硅胶。导热区400包括氯丁橡胶导热区或硅胶导热区。进一步地，不同的缺口110内可以覆盖不同材质的导热胶，也可以覆盖相同材质的导热胶。在一实施例中，导热区400的导热系数≥30W/(m·K)。当导热区400设置于熔断区300的缺口110后，根据相关技术的计算，可以等效提高熔断区300的过流面积≥13％，即过流能力提高≥13％。

为了加快熔断区300的熔断速度，在一实施例中，连接片本体10为金属材料的电芯正极端连接片。在一实施例中，连接片本体10为铝合金结构，连接片本体10连接于电芯正极的极耳。相关技术中，电芯的极耳包括正极极耳和负极极耳，正极极耳为铝合金材质，负极极耳为铜合金材质。为了降低内阻，电芯熔断结构的连接片本体10的材质与正极的极耳材质相同设置。可以理解，铝合金的导热系数为230W/(m·K)，铜合金的导热系数为377W/(m·K)。铝合金材质的导热系数小于铜合金材质的导热系数，即铝合金的导热效率比铜合金材质的导热效率低。因此，电芯的正极的极耳和极柱在大电流下产生的温升相较负极更大。本申请的实施例中，将本申请的电芯熔断结构连接于电芯正极端，从而有助于在电芯正极端受到大电流而升温较快时，及时进行熔断区300的熔断，以便断开电芯的回路。在一实施例中，极耳连接区100可以通过激光焊接连接于极耳，极柱连接区200可以通过激光焊接连接于极柱，熔断区300分别与极柱连接区200和极耳连接区100为一体成型结构。进一步地，连接片本体10为铝合金的一体成型结构。

与前述应用功能实现装置实施例相对应，本申请还提供了一种电池、汽车及相应的实施例。

在一实施例中，本申请提供一种电池，包括上述任一实施例的电芯熔断结构。一实施例中，电池的电芯包括极柱、极耳和集流体，极柱连接于的极柱连接区200，极耳连接于极耳连接区100，集流体连接于极耳。其中，电芯熔断结构可以设置于电池的正极端，极柱连接区200连接于正极的极柱，极耳连接区100连接于正极的极耳。可以理解，在电池通电时，电流沿集流体—极耳—极耳连接区100—熔断区300和导热区400—极柱连接区200—极柱—外部器件的顺序传输。其中，导热区400为包括导热胶的区域，具有导热不导电特性。当电芯短路时，过流面积小的熔断区300因热熔断开，从而实现熔断保护。当电芯充电时，电流通过导热区400导热，从而提高散热效率，同时降低热阻，避免限制快充能力。在其他实施例中，电芯熔断结构也可以同时设置于电池的负极。

本申请的电池，通过电芯熔断结构进行熔断保护的同时，还可以提高电池充电时的散热效率，有助于电池的快充能力的提升。

本申请提供一种汽车，包括上述实施例的电池。一实施例中，电池的数量可以有多个，不同电池的电芯熔断结构可以统一设置于电池的正极。

上文中已经参考附图详细描述了本申请的方案。在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详细描述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。本领域技术人员也应该知悉，说明书中所涉及的动作和模块并不一定是本申请所必须的。另外，可以理解，本申请实施例方法中的步骤可以根据实际需要进行顺序调整、合并和删减，本申请实施例装置中的模块可以根据实际需要进行合并、划分和删减。

以上已经描述了本申请的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术的改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。

Claims (10)

1.一种电芯熔断结构，其特征在于：

包括连接电芯的极耳与极柱的连接片本体，所述连接片本体包括极耳连接区、极柱连接区、熔断区及导热区；其中：

所述极耳连接区用于连接所述极耳；

所述极柱连接区用于连接所述极柱；

所述连接片本体开设缺口，形成所述熔断区，所述熔断区位于所述极耳连接区与所述极柱连接区之间；

所述导热区覆盖所述缺口。

2.根据权利要求1所述的电芯熔断结构，其特征在于，所述导热区包括在所述缺口敷设导热材料的区域，所述导热区连接于所述熔断区。

3.根据权利要求2所述的电芯熔断结构，其特征在于：

所述导热区包括在所述缺口涂覆导热胶的区域；所述导热胶包覆所述熔断区连接处。

4.根据权利要求3所述的电芯熔断结构，其特征在于：

所述导热胶包覆所述熔断区连接处预设距离。

5.根据权利要求3所述的电芯熔断结构，其特征在于：

所述导热胶包覆所述熔断区连接处1mm～3mm。

6.根据权利要求1所述的电芯熔断结构，其特征在于：

所述缺口的数量为N个，N为大于或等于1的自然数；所述导热区覆盖至少一个所述缺口。

7.根据权利要求1所述的电芯熔断结构，其特征在于，所述连接片本体为包含所述导热区的压铸一体成型结构。

8.根据权利要求1所述的电芯熔断结构，其特征在于：

所述连接片本体为金属材料的电芯正极端连接片。

9.一种电池，其特征在于：包括权利要求1至8中任一项所述的电芯熔断结构。

10.一种汽车，其特征在于，所述汽车包括权利要求9所述的电池。

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