本發(fā)明涉及電池的技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種能受熱短路和破壞防爆膜的電池蓋板結(jié)構(gòu)及電池。

背景技術(shù)：

電池一般包括電池蓋板結(jié)構(gòu)、盒體和電芯，電池蓋板結(jié)構(gòu)與盒體形成容納電芯的容置空間。如圖1所示，電池蓋板結(jié)構(gòu)包括蓋板1′，蓋板1′的兩端分別設(shè)置有正極柱結(jié)構(gòu)2′和負(fù)極柱結(jié)構(gòu)3′，正極柱結(jié)構(gòu)2′與蓋板1′電連接，負(fù)極柱結(jié)構(gòu)3′與蓋板1′絕緣。正極柱結(jié)構(gòu)2′和負(fù)極柱結(jié)構(gòu)3′分別與電芯中的正負(fù)極材料中引出，在蓋板1′上形成正負(fù)極。電池的正極柱結(jié)構(gòu)2′與電芯的連接線上會設(shè)置熔斷區(qū)21′，當(dāng)電池的正負(fù)極意外連通短路時，大電流通過熔斷區(qū)21′會將熔斷區(qū)21′熔斷，使得電池被斷電保護。電池在工作時，可能由于某些原因，比如撞擊、意外短路等，會導(dǎo)致電池內(nèi)部出現(xiàn)故障，內(nèi)部反應(yīng)劇烈，溫度升高，甚至導(dǎo)致電池爆炸。因此，在電池內(nèi)部出現(xiàn)故障時，需要保護機制對電池采取主動斷電和釋放內(nèi)部壓力等方式，避免故障進一步加劇。相關(guān)技術(shù)中，一般通過在蓋板1′上設(shè)置防爆膜8′，當(dāng)電池內(nèi)部的反應(yīng)加劇導(dǎo)致氣壓增大到一定值時，將防爆膜8′沖破釋放壓力。此種方式雖然能避免劇烈的爆炸，但是也已經(jīng)在電池中積聚了一定的壓力，存在較大的隱患。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的第一目的在于提出一種能受熱短路和破壞防爆膜的電池蓋板結(jié)構(gòu)，可以直接在電池內(nèi)部發(fā)生故障，溫度升高時產(chǎn)生相應(yīng)的動作，保護響應(yīng)快，且反應(yīng)時間便于精確控制。

為達此目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種能受熱短路和破壞防爆膜的電池蓋板結(jié)構(gòu)，包括導(dǎo)電的熱變形短路件、防爆膜破壞件、防爆膜、蓋板、正極柱結(jié)構(gòu)和負(fù)極柱結(jié)構(gòu)，所述正極柱結(jié)構(gòu)和所述負(fù)極柱結(jié)構(gòu)分別固定于所述蓋板的兩端，所述負(fù)極柱結(jié)構(gòu)與所述蓋板絕緣，所述正極柱結(jié)構(gòu)與所述蓋板電連接，所述熱變形短路件包括固定部和變形部，所述變形部受熱會變形翹曲；所述防爆膜破壞件包括固定端和與所述固定端連接的破壞端，所述防爆膜破壞件受熱后，所述破壞端變形翹曲，所述防爆膜設(shè)置于所述蓋板；所述蓋板和所述負(fù)極柱結(jié)構(gòu)兩個部件，分為固定件和連通件，所述固定部固定于所述固定件，所述變形部在未受熱時與所述連通件保持間距，受熱變形后與所述連通件抵接連通，所述固定端固定于所述蓋板，所述破壞端朝向所述防爆膜，所述破壞端受熱時變形翹曲戳破所述防爆膜。

其中，所述防爆膜破壞件的變形溫度大于所述熱變形短路件的變形溫度，以使得在溫度升高時，所述熱變形短路件先變形，將所述蓋板和所述負(fù)極柱結(jié)構(gòu)連通。

其中，所述熱變形短路件和所述防爆膜破壞件均由雙金屬片制成。

其中，所述固定件朝向所述連通件的表面開設(shè)有容置槽，所述熱變形短路件容置于所述容置槽。

其中，所述熱變形短路件的頂部不凸出于所述容置槽。

其中，所述固定部和所述固定端均通過激光焊接固定。

其中，所述負(fù)極柱結(jié)構(gòu)包括負(fù)極柱和位于所述蓋板的兩側(cè)的外連接板和內(nèi)連接板，外連接板和內(nèi)連接板分別與負(fù)極柱的兩端固定且電連接；所述外連接板、內(nèi)連接板和負(fù)極柱均與所述蓋板絕緣。

本發(fā)明的第二目的在于提出一種電池，其蓋板可以直接在電池內(nèi)部發(fā)生故障，溫度升高時產(chǎn)生相應(yīng)的動作，保護響應(yīng)快，且反應(yīng)時間便于精確控制。

為達此目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種電池，包括上述的電池蓋板結(jié)構(gòu)和電芯，所述正極柱結(jié)構(gòu)和所述負(fù)極柱結(jié)構(gòu)分別與所述電芯連接，所述正極柱結(jié)構(gòu)與電芯的連接線上設(shè)置有熔斷區(qū)，當(dāng)所述蓋板和所述負(fù)極柱結(jié)構(gòu)連通時，所述熔斷區(qū)被熔斷。

有益效果：本發(fā)明提供了一種能受熱短路和破壞防爆膜的電池蓋板結(jié)構(gòu)及電池。電池蓋板結(jié)構(gòu)包括導(dǎo)電的熱變形短路件、防爆膜破壞件、防爆膜、蓋板、正極柱結(jié)構(gòu)和負(fù)極柱結(jié)構(gòu)，所述正極柱結(jié)構(gòu)和所述負(fù)極柱結(jié)構(gòu)分別固定于所述蓋板的兩端，所述負(fù)極柱結(jié)構(gòu)與所述蓋板絕緣，所述正極柱結(jié)構(gòu)與所述蓋板電連接，所述熱變形短路件包括固定部和變形部，所述變形部受熱會變形翹曲；所述防爆膜破壞件包括固定端和與所述固定端連接的破壞端，所述防爆膜破壞件受熱后，所述破壞端變形翹曲，所述防爆膜設(shè)置于所述蓋板；所述蓋板和所述負(fù)極柱結(jié)構(gòu)兩個部件，分為固定件和連通件，所述固定部固定于所述固定件，所述變形部在未受熱時與所述連通件保持間距，受熱變形后與所述連通件抵接連通，所述固定端固定于所述蓋板，所述破壞端朝向所述防爆膜，所述破壞端受熱時變形翹曲戳破所述防爆膜。電池內(nèi)部發(fā)生故障時溫度會升高到異常值，熱變形短路件在受熱時可以將蓋板和所述負(fù)極柱結(jié)構(gòu)連通短路，再通過熔斷實現(xiàn)斷路保護；防爆膜破壞件受熱時可以直接將防爆膜戳破，釋放電池內(nèi)部氣壓，避免爆炸。因此，此種電池蓋板結(jié)構(gòu)可以在故障發(fā)生初期，溫度升高到異常值時即可反應(yīng)進行相應(yīng)動作，使得電池獲得斷電保護和釋放壓力保護，提高了電池的安全性，且保護機制響應(yīng)時間更精確。

附圖說明

圖1是相關(guān)技術(shù)里的電池蓋板結(jié)構(gòu)的剖視圖。

圖2是本發(fā)明中實施例1的電池蓋板結(jié)構(gòu)的俯視圖。

圖3是圖2的f-f剖面線的剖視圖。

圖4是圖3的g處的局部放大圖。

圖5是圖4的熱變形短路件的變形部變形后的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖6是圖3的b處的局部放大圖。

圖7是圖6的防爆膜破壞件的破壞端變形后的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖8是本發(fā)明中實施例2的第一種電池蓋板結(jié)構(gòu)的俯視圖。

圖9是圖8的電池蓋板結(jié)構(gòu)的剖視圖。

圖10是圖9的c處的局部放大圖。

圖11是圖10的熱變形短路件的變形部變形后的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖12是本發(fā)明中實施例2的第一種電池蓋板結(jié)構(gòu)沒有翻轉(zhuǎn)閥時的剖視圖。

圖13是圖12的d處的局部放大圖。

圖14是本發(fā)明中實施例2的第二種電池蓋板結(jié)構(gòu)的俯視圖。

圖15是圖14的電池蓋板結(jié)構(gòu)的剖視圖。

圖16是圖15的e處的局部放大圖。

圖17是圖16的熱變形短路件的變形部變形后的結(jié)構(gòu)示意圖。

其中：

1-蓋板，2-正極柱結(jié)構(gòu)，21-熔斷區(qū)，3-負(fù)極柱結(jié)構(gòu)，31-負(fù)極柱，32-外連接板，33-內(nèi)連接板，4-熱變形短路件，41-固定部，42-變形部，5-容置槽，61-第一絕緣件，62-第二絕緣件，7-防爆膜破壞件，71-固定端，72-破壞端，8-防爆膜，9-翻轉(zhuǎn)閥，91-導(dǎo)電凸包，92-導(dǎo)電連接部；

1′-蓋板，2′-正極柱結(jié)構(gòu)，21′-熔斷區(qū)，3′-負(fù)極柱結(jié)構(gòu)，8′-防爆膜。

具體實施方式

為使本發(fā)明解決的技術(shù)問題、采用的技術(shù)方案和達到的技術(shù)效果更加清楚，下面結(jié)合附圖并通過具體實施方式來進一步說明本發(fā)明的技術(shù)方案。

實施例1

如圖2-圖7所示，本實施例提供了一種能受熱短路和破壞防爆膜的電池蓋板結(jié)構(gòu)，包括導(dǎo)電的熱變形短路件4、防爆膜破壞件7、防爆膜8、蓋板1、正極柱結(jié)構(gòu)2和負(fù)極柱結(jié)構(gòu)3，正極柱結(jié)構(gòu)2和負(fù)極柱結(jié)構(gòu)3分別固定于蓋板1的兩端，負(fù)極柱結(jié)構(gòu)3與蓋板1絕緣，正極柱結(jié)構(gòu)2與蓋板1電連接，熱變形短路件4包括固定部41和變形部42，變形部42受熱會變形翹曲；防爆膜破壞件7包括固定端71和與固定端71連接的破壞端72，防爆膜破壞件7受熱后，破壞端72變形翹曲，防爆膜8設(shè)置于蓋板1；蓋板1和負(fù)極柱結(jié)構(gòu)3兩個部件，分為固定件和連通件，固定部41固定于固定件，變形部42在未受熱時與連通件保持間距，受熱變形后與連通件抵接連通，固定端71固定于蓋板1，破壞端72朝向防爆膜8，破壞端72受熱時變形翹曲戳破防爆膜8。熱變形短路件4和防爆膜破壞件7均可以由雙金屬片等材料制成，在受熱變形時朝向一側(cè)翹曲變形。

實際上，正極柱結(jié)構(gòu)2與電芯的連接線上，設(shè)置有熔斷區(qū)21此處的橫截面比較小，類似于保險絲的作用，在大電流下會被熔斷，當(dāng)電池的正負(fù)極由于某些原因短路時本實施例的蓋板1和負(fù)極柱結(jié)構(gòu)3連通時，電池的正負(fù)極即短路，流過正極柱結(jié)構(gòu)2和電芯的連接線上的大電流會將熔斷區(qū)21熔斷，整個電池的正極柱與電芯斷開，保護電池。此種通過熔斷實現(xiàn)斷電保護的結(jié)構(gòu)對于功率較大的電池比較合適。

在電池處于正常狀態(tài)時，溫度正常，熱變形短路件4的變形部42不會變形，仍然保持與固定件一定的間距。當(dāng)電池發(fā)生故障后，電池內(nèi)部溫度會升高，導(dǎo)致變形部42朝連通件變形，并最終與連通件抵接，將蓋板1和負(fù)極柱結(jié)構(gòu)3連通。蓋板1和負(fù)極柱結(jié)構(gòu)3連通后，將連接線上的熔斷區(qū)21熔斷，及時斷電，完成斷電保護。

防爆膜8的厚度比較薄，當(dāng)電池內(nèi)由于故障產(chǎn)生較大的氣壓時，超過防爆膜8的壓強承受值后，會將防爆膜8爆裂，釋放氣體，避免氣壓積聚后導(dǎo)致整個電池產(chǎn)生劇烈爆炸。因此，防爆膜8本身具有釋放壓力、防止進一步劇烈爆炸的功能。但是防爆膜8仍然需要電池從故障升溫后，產(chǎn)氣助劑在受熱后產(chǎn)生氣體，使得整個電池內(nèi)部氣壓增大到一定值，才能破裂釋放壓力，到最后釋放壓力時，氣壓也已經(jīng)到達了一定的值，內(nèi)部反應(yīng)已經(jīng)加劇了一段時間。本實施例的防爆膜破壞件7在電池故障升溫后，破壞端72由于受熱變形即可戳破防爆膜8，直接釋放壓力，不需要等產(chǎn)氣助劑在受熱后產(chǎn)生氣體增大壓力。防爆膜破壞件7不僅對電池內(nèi)部溫度升高更敏感，而且整體的反應(yīng)時間大大縮短。本實施例的蓋板1同時設(shè)置有熱變形短路件4和防爆膜破壞件7，電池內(nèi)部既通過熱變形短路件4變形實現(xiàn)蓋板1和負(fù)極柱結(jié)構(gòu)3連通，熔斷區(qū)21熔斷斷電，實現(xiàn)斷電保護，也通過防爆膜破壞件7變形戳破防爆膜8，降低高氣壓帶來的爆炸隱患。

熱變形短路件4的變形溫度由材料決定，產(chǎn)生動作的時長即從變形到與連通件連通可以由材料和變形部42到連通件距離來控制。這些參數(shù)都可以根據(jù)實際電池的正常工作溫度和異常工作溫度來選擇。熱變形短路件4對溫度的敏感程度高，且動作的起始溫度和動作的速度均可以進行比較精確的設(shè)計，使得熔斷時間更可控。直接利用變形部42的變形將蓋板1和負(fù)極柱結(jié)構(gòu)3連通，沒有其他的過程，減短了大部分的反應(yīng)時間。因此，熱變形短路件4不僅對電池內(nèi)部溫度升高更敏感，而且整體的反應(yīng)時間大大縮短，且更精確。

在電池的設(shè)計中，一般的故障發(fā)生后的處理邏輯是，先通過熔斷區(qū)21熔斷，通過斷電進行保護。斷電后，如果電池內(nèi)部故障繼續(xù)加劇，導(dǎo)致電池內(nèi)部氣壓繼續(xù)增大，會繼續(xù)超出防爆膜8的承受壓強，導(dǎo)致防爆膜8破裂，釋放壓力。防爆膜破壞件7可以將受熱變形的溫度設(shè)置高一些，選取合適的材料，防爆膜破壞件7的變形溫度大于熱變形短路件4的變形溫度，以使得在溫度升高時，熱變形短路件4先變形，將蓋板1和負(fù)極柱結(jié)構(gòu)3連通。

固定件和連通件之間具有一定的間隙，或者是通過絕緣材料隔離，以避免兩者直接短路。固定件朝向連通件的表面可以開設(shè)容置槽5，熱變形短路件4固定部41固定于容置槽5。熱變形短路件4可以整體均容置于容置槽5內(nèi)，當(dāng)容置槽5位于固定件的邊緣時，熱變形短路件4的變形部42也可以從容置槽5內(nèi)伸出。容置槽5主要用于降低熱變形短路件4凸出固定件的高度，從而增大熱變形短路件4與連通件之間的間距，避免直接短路。為了進一步增大間距，容置槽5的深度不小于熱變形短路件4的厚度，熱變形短路件4的外表面低于或平齊于容置槽5的外邊沿，避免對現(xiàn)有的固定件和連通件之間的間距產(chǎn)生影響，保證在正常工作狀態(tài)穩(wěn)定工作。熱變形短路件4和防爆膜破壞件7可以均通過激光焊接固定，焊接牢固，精度高。

一般而言，負(fù)極柱結(jié)構(gòu)3包括負(fù)極柱31、外連接板32和內(nèi)連接板33。外連接板32與負(fù)極柱31的外端固定且電連接，內(nèi)連接板33與負(fù)極柱31的內(nèi)端固定且電連接，外連接板32和內(nèi)連接板33位于蓋板1的兩側(cè)，且均與蓋板1絕緣。內(nèi)連接板33與電芯中的負(fù)極板等結(jié)構(gòu)連接，將電子引出。外連接和負(fù)極柱31作為電池的負(fù)極，與外部連接。本實施例中，蓋板1的外側(cè)開設(shè)有容置槽5，熱變形短路件4容置于容置槽5，外連接板32覆蓋容置槽5，變形部42變形時朝外連接板32翹曲。熱變形短路件4放置在蓋板1的外側(cè)，可以完全避免電解液的影響，且被外連接板32覆蓋保護，不會從外部被損壞。

本實施例中，固定件為蓋板1，連通件為負(fù)極柱結(jié)構(gòu)3。將熱變形短路件4設(shè)置于蓋板1的方式，可以將熱變形短路件4與電芯中的電解液隔離，完全避免熱變形短路件4被電解液腐蝕，提高熱變形短路件4正常工作的概率。此外，電池在實際應(yīng)用中，往往需要通過串/并聯(lián)的方式形成電池組，以提高電池組的輸出電壓或輸出電流。電池在串/并聯(lián)的過程中，一般通過激光焊接等焊接方式利用導(dǎo)線將不同的電池的正負(fù)極連接。焊接過程在電池的正極或負(fù)極處會產(chǎn)生較大熱量，在電池的串/并聯(lián)連接的過程，電池本身已經(jīng)裝配完好，處于可以正常工作的狀態(tài)。本實施例的熱變形短路件4的固定部41固定于蓋板1上，由于變形部42在變形后需要與負(fù)極柱結(jié)構(gòu)3抵接，熱變形短路件4實際是安裝在蓋板1上靠近負(fù)極柱結(jié)構(gòu)3的一端。當(dāng)電池的正極柱受到熱量較大時，正極柱的大部分熱量會通過被電芯和外部的外殼傳導(dǎo)，熱變形短路件4距離蓋板1比較遠(yuǎn)，受到的影響比較小。當(dāng)電池的負(fù)極柱31受到較大的熱量時，由于熱變形短路件4與負(fù)極柱31之間有間隙，由于空氣的熱傳導(dǎo)率低于銅、鋁等金屬，熱量會優(yōu)先從高熱傳導(dǎo)率的區(qū)域傳導(dǎo)，即從負(fù)極柱31到電芯，再從電芯經(jīng)過正極柱，再到蓋板1，整個熱量傳導(dǎo)路徑更長，對熱變形短路件4的影響更小。因此，將熱變形短路件4設(shè)置于蓋板1的方式，對熱變形短路件4在電解液腐蝕的保護，和在后期電池進行串/并聯(lián)時的保護均比較好。

為了絕緣設(shè)置，蓋板1和外連接板32之間設(shè)置有第一絕緣件61，第一絕緣件61位于容置槽5之外的區(qū)域，避免在變形部42變形翹曲凸出容置槽5外時，被第一絕緣件61阻擋。本實施例的熱變形短路件4的中部為固定部41，固定部41的兩端為變形部42。當(dāng)變形部42受熱變形時，固定部41兩端的變形部42均變形翹曲，提高與外連接板32連通的可靠性。蓋板1可以直接在環(huán)繞負(fù)極柱31的位置開設(shè)容置槽5，容置槽5和固定部41的相應(yīng)位置均開設(shè)通孔，負(fù)極柱31從通孔中穿出，結(jié)構(gòu)緊湊。通孔內(nèi)壁需要設(shè)置絕緣件，確保蓋板1和負(fù)極柱31絕緣。

本實施例中，電池蓋板結(jié)構(gòu)還包括翻轉(zhuǎn)閥9，翻轉(zhuǎn)閥9包括導(dǎo)電凸包91和環(huán)設(shè)且電連接于導(dǎo)電凸包91外圍的導(dǎo)電連接部92。蓋板1上設(shè)置有翻轉(zhuǎn)閥孔，導(dǎo)電凸包91位于翻轉(zhuǎn)閥孔內(nèi)，導(dǎo)電連接部92與蓋板1密封固定且電連接，外連接板32覆蓋翻轉(zhuǎn)閥孔。電池內(nèi)部出現(xiàn)故障時，電池溫度升高，電池內(nèi)部的產(chǎn)氣助劑在受熱后會產(chǎn)生氣體，使得整個電池內(nèi)部氣壓增大，將導(dǎo)電凸包91向上頂直至與外連接板32抵接，將蓋板1和負(fù)極柱31連通。翻轉(zhuǎn)閥9的反應(yīng)過程比熱變形短路件4慢，但是將翻轉(zhuǎn)閥9和熱變形短路件4結(jié)合，共同在蓋板1上使用時，能使得電池獲得雙重斷電保護，提升電池的使用安全性能。

具體選擇的溫度可以通過實驗后具體選擇和調(diào)整，再根據(jù)相應(yīng)的設(shè)計溫度選取合適的材料。當(dāng)蓋板1同時具備熱變形短路件4、防爆膜破壞件7、翻轉(zhuǎn)閥9后，可以實現(xiàn)雙重斷電保護和釋放壓力防止劇烈爆炸。防爆膜破壞件7可以減少斷電后到釋放壓力的時間，降低爆炸隱患。

實施例2

如圖8-圖17所示，在實施例1的基礎(chǔ)上，與實施例1不同的是，固定件為負(fù)極柱結(jié)構(gòu)3，連通件為蓋板1，即第一變形記設(shè)置于負(fù)極柱結(jié)構(gòu)3上，變形部42受熱翹曲時與蓋板1抵接。將蓋板1和負(fù)極柱結(jié)構(gòu)3連通。熱變形短路件4不僅對電池內(nèi)部溫度升高更敏感，而且整體的反應(yīng)時間大大縮短。具體論述在見實施例1，此處不再贅述。

具體而言，本實施例的一種結(jié)構(gòu)如圖8-圖11所示，內(nèi)連接板33朝向蓋板1的一側(cè)開設(shè)有容置槽5，蓋板1覆蓋容置槽5，利于熱變形短路件4的變形部42變形后與蓋板1抵接。為了絕緣設(shè)置，蓋板1和內(nèi)連接板33之間設(shè)置有第二絕緣件62，第二絕緣件62位于容置槽5之外的區(qū)域，避免在變形部42變形翹曲凸出容置槽5內(nèi)時，被第二絕緣件62阻擋。圖8-圖11的電池蓋板結(jié)構(gòu)具有翻轉(zhuǎn)閥9，當(dāng)蓋板1上不設(shè)置翻轉(zhuǎn)閥9時，如圖12和圖13所示，直接利用熱變形短路件4實現(xiàn)斷電保護。

本實施例的另一種結(jié)構(gòu)如圖14-圖17所示，第二絕緣件62位于變形部42之外的區(qū)域，第二絕緣件62壓在固定部41上，進一步將固定部41壓緊。

實施例3

本實施例提供了一種電池，包括上述實施例的電池蓋板結(jié)構(gòu)和電芯，正極柱結(jié)構(gòu)和負(fù)極柱結(jié)構(gòu)分別與電芯連接，正極柱結(jié)構(gòu)與電芯的連接線上設(shè)置有熔斷區(qū)，當(dāng)蓋板和負(fù)極柱結(jié)構(gòu)連通時，熔斷區(qū)被熔斷。電池內(nèi)部發(fā)生故障時溫度會升高到異常值，熱變形短路件在受熱時可以將蓋板和所述負(fù)極柱結(jié)構(gòu)連通短路，再通過熔斷實現(xiàn)斷路保護；防爆膜破壞件受熱時可以直接將防爆膜戳破，釋放電池內(nèi)部氣壓，避免爆炸。因此，此種電池蓋板結(jié)構(gòu)可以在故障發(fā)生初期，溫度升高到異常值時即可反應(yīng)進行相應(yīng)動作，使得電池獲得斷電保護和釋放壓力保護，提高了電池的安全性，且保護機制響應(yīng)時間更精確。

以上內(nèi)容僅為本發(fā)明的較佳實施例，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明的思想，在具體實施方式及應(yīng)用范圍上均會有改變之處，本說明書內(nèi)容不應(yīng)理解為對本發(fā)明的限制。