本發(fā)明涉及鋰電池高溫防護(hù)技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種鋰電池高溫防護(hù)結(jié)構(gòu)及鋰電池。

背景技術(shù)：

鋰電池是一類(lèi)由鋰金屬或鋰合金為負(fù)極材料、使用非水電解質(zhì)溶液的電池。鋰電池由于具有體積小質(zhì)量輕、能量高功率大、自放電率低、環(huán)保及使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，使其逐漸成為動(dòng)力電池的主流。

隨著新能源汽車(chē)市場(chǎng)的快速發(fā)展，鋰電池得到大量的應(yīng)用，其安全問(wèn)題日益凸顯，新能源汽車(chē)起火事故時(shí)有發(fā)生，其安全性已成為社會(huì)的關(guān)注焦點(diǎn)。新能源汽車(chē)的起火絕大部分原因是鋰電池的熱失控，鋰電池?zé)崾Э仄鸹?，熱擴(kuò)展引發(fā)整個(gè)電池系統(tǒng)及整車(chē)的起火，因此對(duì)鋰離子動(dòng)力電池的安全性能的要求變得更加嚴(yán)格?，F(xiàn)有新能源汽車(chē)鋰電池一旦鋰電池發(fā)生熱失控，電池主體會(huì)出現(xiàn)溫度異常升高，存在著熱失控起火隱患。

目前，鋰電池安全設(shè)計(jì)主要從體系設(shè)計(jì)方面提高，一般通過(guò)使用熱穩(wěn)定性更高的正負(fù)極材料、具有阻燃功能的電解液、高熔點(diǎn)隔膜、陶瓷涂層隔膜、負(fù)極陶瓷表面涂覆、正極極耳陶瓷涂覆、ptc添加劑等。以上安全措施都可以提高電池的安全性，抑制電池?zé)崾Э氐陌l(fā)生以及降低熱失控發(fā)生時(shí)的放熱量，以盡量避免熱失控已發(fā)電池起火。但是隨著市場(chǎng)對(duì)新能源汽車(chē)?yán)m(xù)航里程要求的不斷提高，電池能量密度的要求不斷提升，為了滿(mǎn)足能量密度的要求，電池體系設(shè)計(jì)基本榨干所有可利用的空間，而高能量密度體系安全性差，上述安全措施的使用與高能量密度體系設(shè)計(jì)往往背道而馳，很難從根本上解決鋰電池?zé)崾Э仄鸹饐?wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明為了解決現(xiàn)有鋰電池安全防護(hù)性能不足，易發(fā)生鋰電池?zé)崾Э仄鸹鸬膯?wèn)題，提供一種鋰電池高溫防護(hù)結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：一種鋰電池高溫防護(hù)結(jié)構(gòu)，所述鋰電池包括電池主體和外殼，該高溫防護(hù)結(jié)構(gòu)包括：鋰電池block框架、ksd溫度開(kāi)關(guān)、短路過(guò)電流連接件和導(dǎo)熱層；

所述鋰電池block框架為框形結(jié)構(gòu)用于固定電池主體，包括連接電池主體正負(fù)極的正負(fù)極柱和內(nèi)側(cè)的卡槽；所述短路過(guò)電流連接件為導(dǎo)體，固定于鋰電池block框架內(nèi)側(cè)的卡槽內(nèi)，短路過(guò)電流連接件分別連接鋰電池block框架的正極柱和負(fù)極柱至ksd溫度開(kāi)關(guān)上；

所述ksd溫度開(kāi)關(guān)安裝于鋰電池block框架上，ksd溫度開(kāi)關(guān)包括ksd溫度開(kāi)關(guān)感溫點(diǎn)，為常開(kāi)型具有定值溫度閉合功能；

所述導(dǎo)熱層穿過(guò)鋰電池block框架與電池主體之間的空隙，貼附在電池主體表面，并且與ksd溫度開(kāi)關(guān)感溫點(diǎn)接觸。

進(jìn)一步地，ksd溫度開(kāi)關(guān)采用壓入式卡扣安裝于鋰電池block框架中，并過(guò)量配合使ksd溫度開(kāi)關(guān)感溫點(diǎn)與導(dǎo)熱層接觸。

進(jìn)一步地，短路過(guò)電流連接件嵌入鋰電池block框架卡槽后包覆絕緣層，防止短路。

進(jìn)一步地，短路過(guò)電流連接件可為高內(nèi)阻材料制成的帶狀金屬條，便于安裝；或者高內(nèi)阻材料制成的圓柱狀金屬細(xì)絲，減少配合間的磨損。

進(jìn)一步地，所述短路過(guò)電流連接件中串聯(lián)一個(gè)限流電阻，用于調(diào)節(jié)短路電流。

本發(fā)明還提出了一種鋰電池，包括如上所述鋰電池高溫防護(hù)結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明一種鋰電池高溫防護(hù)結(jié)構(gòu)，具有溫度識(shí)別和超溫觸發(fā)安全短路降低鋰電池soc的功能，使超過(guò)安全溫度的鋰電池安全短路降低鋰電池soc，低soc鋰電池的熱失控放熱溫和，不會(huì)發(fā)生劇烈產(chǎn)熱以致起火、爆炸，達(dá)到了鋰電池高溫防護(hù)的功能。本發(fā)明鋰電池與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有高溫防護(hù)、安全可靠、結(jié)構(gòu)合理、成本低等有益效果。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明一種鋰電池高溫防護(hù)結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明一種鋰電池高溫防護(hù)結(jié)構(gòu)的平面半剖圖。

圖3為圖2的j部放大圖。

圖4為本發(fā)明一種鋰電池高溫防護(hù)結(jié)構(gòu)的縱剖面圖。

圖5為圖4的b-b剖視圖。

圖6為圖5的c部放大圖。

圖7為本發(fā)明一種鋰電池高溫防護(hù)結(jié)構(gòu)的短路連接件連接結(jié)構(gòu)示意圖。

圖8為本發(fā)明一種鋰電池高溫防護(hù)結(jié)構(gòu)的框架連接結(jié)構(gòu)示意圖。

圖9為應(yīng)用本發(fā)明組成的鋰電池模塊示意圖。

圖10為具有本發(fā)明鋰電池高溫防護(hù)結(jié)構(gòu)的鋰電池加熱測(cè)試電壓&溫度對(duì)比圖。

圖11為具有本發(fā)明鋰電池高溫防護(hù)結(jié)構(gòu)的鋰電池加熱測(cè)試電壓&電流對(duì)比圖。

圖12為不具有本發(fā)明鋰電池高溫防護(hù)結(jié)構(gòu)的鋰電池加熱測(cè)試電壓&電流對(duì)比圖。

圖中，1-鋰電池block框架，2-ksd溫度開(kāi)關(guān)，3-短路過(guò)電流連接件，4-導(dǎo)熱層，5-電池主體，6-限流電阻，7-極柱，8-ksd溫度開(kāi)關(guān)感溫點(diǎn)，9-鋰電池模塊，10-固定螺栓，11-短路過(guò)電流連接件與ksd溫度開(kāi)關(guān)連接處，12-短路過(guò)電流連接件與極柱連接處。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，現(xiàn)結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

圖1至圖8示出了本發(fā)明一種鋰電池高溫防護(hù)結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。

一種鋰電池高溫防護(hù)結(jié)構(gòu)，所述鋰電池包括電池主體5和外殼，該高溫防護(hù)結(jié)構(gòu)包括：鋰電池block框架1、ksd溫度開(kāi)關(guān)2、短路過(guò)電流連接件3和導(dǎo)熱層4；

所述鋰電池block框架1為框形結(jié)構(gòu)用于固定電池主體5，包括連接電池主體正負(fù)極的正負(fù)極柱7和內(nèi)側(cè)的卡槽；所述短路過(guò)電流連接件3為導(dǎo)體，固定于鋰電池block框架1內(nèi)側(cè)的卡槽內(nèi)，短路過(guò)電流連接件3分別連接鋰電池block框架1的正極柱和負(fù)極柱至ksd溫度開(kāi)關(guān)2上；

所述ksd溫度開(kāi)關(guān)2安裝于鋰電池block框架1上，ksd溫度開(kāi)關(guān)2包括ksd溫度開(kāi)關(guān)感溫點(diǎn)8，為常開(kāi)型具有定值溫度閉合功能；

所述導(dǎo)熱層4穿過(guò)鋰電池block框架1與電池主體5之間的空隙，貼附在電池主體5表面，并且與ksd溫度開(kāi)關(guān)感溫點(diǎn)8接觸。

進(jìn)一步地，ksd溫度開(kāi)關(guān)2采用壓入式卡扣安裝于鋰電池block框架1中，并過(guò)量配合使ksd溫度開(kāi)關(guān)感溫點(diǎn)8與導(dǎo)熱層4接觸。

進(jìn)一步地，短路過(guò)電流連接件3嵌入鋰電池block框架1卡槽后包覆絕緣層，防止短路。

進(jìn)一步地，短路過(guò)電流連接件3可為帶狀金屬條，便于安裝；或者圓柱狀金屬細(xì)絲，減少配合間的磨損。

實(shí)施例一，如圖2-圖6所示，ksd溫度開(kāi)關(guān)2為常開(kāi)型熱雙金屬突跳式溫控開(kāi)關(guān)，其性能同電池主體5的尺寸和容量大小相匹配，當(dāng)電池主體5的尺寸和容量較大時(shí)選用大尺寸和過(guò)流能力強(qiáng)的ksd溫度開(kāi)關(guān)2，ksd溫度開(kāi)關(guān)2閉合觸發(fā)溫度可根據(jù)實(shí)際需要選定。本實(shí)施例選定ksd溫度開(kāi)關(guān)2動(dòng)作溫度即鋰電池安全溫度上限值為100℃。短路過(guò)電流連接件3選用高內(nèi)阻合金材料制成，例如：鎳鉻合金、鐵鉻鋁合金，其阻值使短路電流值限定于鋰電池容量的1-3倍，短路電流i短路=u電池/r短路過(guò)電流連接件。例如：當(dāng)鋰電池為4.2v40ah時(shí)，本發(fā)明鋰電池高溫防護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的短路電流值為40a-120a，短路過(guò)電流連接件3的內(nèi)阻值為35mω-100mω。如圖7所示，短路過(guò)電流連接件與ksd溫度開(kāi)關(guān)連接11，短路過(guò)電流連接件與極柱連接12。

當(dāng)鋰電池自發(fā)熱或外界熱量傳導(dǎo)使鋰電池溫度持續(xù)上升時(shí)，導(dǎo)熱層4將熱量傳遞到ksd溫度開(kāi)關(guān)感溫點(diǎn)8，當(dāng)鋰電池溫度低于安全溫度上限值100℃時(shí)ksd溫度開(kāi)關(guān)2處于開(kāi)路。當(dāng)鋰電池溫度超出安全溫度100℃后，ksd溫度開(kāi)關(guān)2閉合，此時(shí)鋰電池正負(fù)極間通過(guò)短路過(guò)電流連接件3和ksd溫度開(kāi)關(guān)2形成了短路連接，鋰電池開(kāi)始進(jìn)行快速自短路放電降低自身soc，鋰電池在低soc狀態(tài)下熱穩(wěn)定性更高，低soc鋰電池的熱失控放熱會(huì)相對(duì)溫和，不會(huì)發(fā)生劇烈產(chǎn)熱以致起火、爆炸，起到鋰電池高溫防護(hù)功能。

ksd溫度開(kāi)關(guān)2有兩種工作模式，一種為超溫后開(kāi)關(guān)閉合，當(dāng)環(huán)境溫度恢復(fù)到安全溫度范圍內(nèi)開(kāi)關(guān)自動(dòng)斷開(kāi)；另一種為超溫開(kāi)關(guān)閉合，直到外界手工干預(yù)開(kāi)關(guān)才會(huì)恢復(fù)斷開(kāi)狀態(tài)?？筛鶕?jù)實(shí)際需要選擇不同工作模式的ksd溫度開(kāi)關(guān)2。

實(shí)施例二，如圖7、圖8所示短路過(guò)電流連接件3選用導(dǎo)電率高的金屬材料，例如：銅、鋁等。為了控制短路電流，避免短路電流過(guò)大引起ksd溫度開(kāi)關(guān)2以及短路過(guò)電流連接件3過(guò)熱，在短路過(guò)電流連接件3中串聯(lián)一個(gè)限流電阻6，以達(dá)到調(diào)節(jié)短路電流的目的，短路電流i短路=u電池/（r短路過(guò)電流連接件+r限流電阻），同樣使短路電流值限定于鋰電池容量的1-3倍。

本發(fā)明還提出了一種鋰電池，包括如上所述鋰電池高溫防護(hù)結(jié)構(gòu)。如圖9所示，由多個(gè)應(yīng)用本發(fā)明鋰電池高溫防護(hù)結(jié)構(gòu)的鋰電池組成的鋰電池模塊9，鋰電池疊加通過(guò)固定螺栓10固定，可組成鋰電池模塊9。

圖10為具備本發(fā)明鋰電池高溫防護(hù)結(jié)構(gòu)鋰電池加熱測(cè)試電壓&溫度對(duì)比圖，圖11為具備本發(fā)明鋰電池高溫防護(hù)結(jié)構(gòu)鋰電池加熱測(cè)試電壓&電流對(duì)比圖。如圖所示，使用了本發(fā)明鋰電池高溫防護(hù)結(jié)構(gòu)的鋰電池，當(dāng)電池主體溫度升高到100℃左右時(shí)觸發(fā)ksd溫度開(kāi)關(guān)閉合，電池發(fā)生短路電流從95a逐漸下降到70a時(shí)鋰電池發(fā)生了熱失控。短路過(guò)程持續(xù)了17分鐘，電壓從4.1v下降到3.7v后鋰電池發(fā)生熱失控電壓瞬間下降到0v。鋰電池整個(gè)加熱過(guò)程溫度上升較平穩(wěn)，當(dāng)鋰電池發(fā)生熱失控時(shí)溫度由于電池變形出現(xiàn)波動(dòng)，后續(xù)電池主體持續(xù)升高至300℃開(kāi)始降溫，并未發(fā)生起火，說(shuō)明本發(fā)明鋰電池高溫防護(hù)結(jié)構(gòu)有效控制了鋰電池的熱失控放熱速度及總放熱量。

圖12為沒(méi)有使用本發(fā)明鋰電池高溫防護(hù)結(jié)構(gòu)鋰電池加熱測(cè)試的電壓&電流對(duì)比圖，如圖所示，當(dāng)鋰電池溫度升高到200℃左右發(fā)生熱失控。電壓由4.1v迅速下降到0v，鋰電池溫度迅速由200℃升高到1300℃左右發(fā)生起火。

通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，本發(fā)明一種鋰電池高溫防護(hù)結(jié)構(gòu)可以有效地降低鋰電池的soc，降低鋰電池發(fā)生熱失控時(shí)的放熱速度和總放熱量。

此外，應(yīng)當(dāng)理解，雖然本說(shuō)明書(shū)按照實(shí)施方式加以描述，但并非每個(gè)實(shí)施方式僅包含一個(gè)獨(dú)立的技術(shù)方案，說(shuō)明書(shū)的這種敘述方式僅僅是為清楚起見(jiàn)，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)將說(shuō)明書(shū)作為一個(gè)整體，各實(shí)施例中的技術(shù)方案也可以經(jīng)適當(dāng)組合，形成本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的其他實(shí)施方式。