专利名称：电流熔断器以及动力电池的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及动力电池技术领域，更具体地说，是涉及一种电流熔断器 以及具有该电流熔断器的动力电池。
背景技术：
在石油等不可再生资源日渐枯竭，环境污染越发严重的背景下，人们对新 能源汽车所寄予^^艮大的期望。而动力电池则是新能源汽车的心脏，其存储着巨 大的电能。由于汽车具有的才几动性及户外路况的不确定性，^f呆i正动力电池的安 全成为亟待解决的问题，尤其是对动力电池的短路保护。
请参照图1,为了实现对动力电池的短^各保护，现有技术的做法是在单体
电池2'间采用极耳对接、搭接的钎焊连接方式设置熔断结构(fbse) 1'。当 单体电池2'间发生短路时，电流即将熔断结构r的焊点熔化，熔化后的熔体 在重力的作用下脱落，从而实现对动力电池的短路。这种做法的缺陷在于
一、 短^各发生时熔断结构断开的可靠性不够
熔断结构1'与单体电池2'采用一体式i殳计的，单体电池2'组装成电池 包后进行焊接。这样，在单体电池2'之间不可避免的会存在应力。短路时电 流产生的高温会使连接固定单体电池2'的垫板软化，单体电池2'的位置会因 应力的释放而发生移动，可能使本已断开的熔断结构1'重新搭接在一起，从 而失去短路保护的作用。而实际的应用也表明，采用对接和搭接方式设置的熔 断结构r由于焊缝小以及因应力释放引起单体电池2'位置的移动，使得多数
情况下，熔断结构r的焊点虽然熔化但仍然不能有效断开。
二、 拉弧现象
单体电池2'间所有的熔断结构都不能有效地避免拉弧现象。即使不考虑焊接应力作用下单体电池位置的移动，由于熔断结构1'焊缝的距离很小，熔
断结构r实际断开时，熔断结构i'两端的电压很大，会产生很强的拉弧。由 于电池包体在正常情况下就可能产生一些可燃气体，在短^^时候产生可燃气体 的量更大，如果不有效地进行灭弧防护，拉弧产生的高温足以点燃可燃气体， 造成安全隐患，甚至可能由于持续的拉弧而使熔断结构r失去短路保护的作 用。
三、 短鴻〃床护响应时间太长
现有技术中，对接方式设置的熔断结构r在ioooA短路电流下断开时间
是40-50s。而单体电池间熔断结构保护的最小单元是2个单体，2个单体电池 短路的电流仅有10-15s的时间维持在1000-1300A之间。因此，对于这种由2 个单体电池构成的动力电池来说，短路保护的响应速度远远不够。
四、 制造和后期维护麻烦
在电池包制造过程中，由于熔断结构与单体电池是一体化设计，熔断结构 的焊接必须在电池包体装配完成后进行，由于包体体积和重量很大，必然会影 响焊接效率、焊接质量及焊接的一致性。另外，在电池包后期维护中，如果出
化结构电池的修复工作会很繁瑣，当必须更换熔断结构时，通常需更换整个电 池单体，修复成本将会很高而且很麻烦。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题在于提供一种电流熔断器，其在短路发生 时具有良好的断开可靠性。
本实用新型所要解决的另 一技术问题在于提供一种具有上述动力电池的动 力电池。
对于本实用新型电流熔断器来说，上述技术问题是这样加以实现的提供 一种电流熔断器，包括具有空腔的绝缘盒体、第一、第二导电体以及一导电弹片，所述第一、第二导电体的内端位于所述空腔，外端延伸出所述绝缘盒体， 所述第一、第二导电体的内端之间具有缝隙，所述导电弹片的第一端被固定， 其第二端被预压而延伸至所述缝隙并与所述第一、第二导电体的内端焊接在一起。
对于本实用新型动力电池来说，上述技术问题是这样加以实现的提供一 种动力电池，包括至少两个单体电池，所述单体电池之间i殳有至少一个上述的 电流熔断器。
与现有技术相比较，由于所述导电弹片的第一端被固定，其第二端被预压 而延伸至所述缝隙并与所述第一、第二导电体的内端焊接在一起，当短路发生 时，由于电流非常大，瞬间在焊点部位产生大量的热而来不及散发，而焊点部 位的热容又很小，因此可以在很短时间使焊点熔化，导电弹片即克服焊点材料 的表面张力和外部阻力而弹开，从而实现对电池的保护，具有4艮高的断开可靠 性。
图1是现有技术中在单体电池间设置熔断结构的局部结构示意图2是本实用新型电流熔断器一较佳实施例的立体示意图3是图2的分解示意图4是图2的主^L示意图5是图4沿A-A线的剖视示意图6是焊接图2所示实施例中第一、第二导电体以及导电弹片时的装夹示 意图7是将图2所示实施例连接于单体电池间的局部结构示意图。
具体实施方式
为了使本实用新型所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，
以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解， 此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
请参照图2及图3，为本实用新型电流熔断器的一较佳实施例，该电流熔 断器包括具有空腔的绝缘盒体1以及第一、第二导电体2、 3,第一、第二导电 体2、 3内端位于所述空腔，外端延伸出所述绝缘盒体1，所述第一、第二导电 体2、 3的内端之间具有缝隙4，该电流熔断器还包括一导电弹片5,所述导电 弹片5的第一端被固定，其第二端被预压而延伸至所述缝隙4并与所述第一、 第二导电体2、 3的内端焊接在一起。这样，由于所述导电弹片5的第一端被固 定，其第二端被预压而延伸至所述缝隙4并与所述第一、第二导电体2、 3的内 端焊接在一起，当短路发生时，由于电流非常大，瞬间在焊点部位产生大量的 热而来不及散发，而焊点部位的热容又很小，因此可以在4艮短时间使焊点熔化， 导电弹片5即克服焊点材料的表面张力和外部阻力而弹开，从而实现对电池的 保护，具有^f艮高的断开可靠性。
以下对上述各组成部分分别作详细介绍。
请结合参照图4及图5，所述绝缘盒体1包括上盒体11和下盒体12，所述 空腔由所述上、下盒体ll、 12围合而成，并被所述焊接在一起的第一、第二导 电体2、 3以及导电弹片5间隔成为上、下两个密封腔体13、 14。上、下盒体 11、 12均由耐高温、耐腐蚀性的材料制成。由于电流熔断器采用独立式设计， 发生短路时，在垫板(用以连接固定电池单体的构件)因高温软化的情况下， 绝缘盒体1的刚性足以克服由于单体电池7(请参照图7)间因安装应力释放而 产生的位置移动，克服了现有技术中熔断结构不能有效断开的缺陷。本实施例 中，所述上、下盒体ll、 12分别设有第一、第二凹槽lll、 121以分别提供所 述上、下密封腔体13、 14的内部空间。所述焊接在一起的第一、第二导电体2、 3以及导电弹片5位于所述第一、第二凹槽lll、 121之间以实现所述上、下密 封腔体封腔体14发生干涉，下密封腔体14的高度大于所述上密封腔体13的高度。所 述上盒体ll、导电弹片5、第一、第二导电体2、 3、下盒体12的对应位置设 有多个螺孔，并通过螺4丁6紧固(请参照图3)。导电弹片5的第一端(即后 述长边52)被夹持在第一导电体2与下盒体12之间以实现定位。
为了实现灭弧功能，在所述上密封腔体13中填充有灭弧介质石英砂，这样， 当焊点熔化并且导电弹片5弹开缝隙4时，石英砂即在重力的作用下可从上密 封腔体13经缝隙4流入下密封腔体14，能有效的消除拉弧所造成的影响，在 增强断开稳定性的同时消除拉弧高温隐患。当然，所述灭弧介质还可以为具有 类似功能的其他材料。本实施例中，在所述上盒体11的侧壁开设有与所述上密 封腔体13贯通的螺孔112,所述石英^f少即经由所述螺孔112灌入，当石英^>'灌 入后，所述螺孔112可通过螺钉(图中未示出)密封固定。
所述导电弹片5为弹簧钢片，弹簧钢片具有良好的弹性，但是不能进行锡 焊，而铜具有较好的可焊性和耐腐蚀性，所以可将加工好的弹簧钢片作镀铜处 理，以改善其焊接性和耐腐蚀性。弹簧钢应用非常广泛，相对于目前大电流熔 断器主流的熔体材料一铜和银来说，其价格相当低廉，而且具有很好的弹性和 抗蠕变性能，但是导电性能低。而本实施例正是利用弹簧钢片稍差的导电性和 良好的弹性。本实施例中，所述导电弹片5的截面呈L形，其第二端所在的短 边51被预压而延伸至所述缝隙4并与所述第一、第二导电体2、 3的内端焊接 在一起。其第一端所在的长边52在自然状态下向导电弹片5的外侧翘起，这样， 当短边51被焊接于缝隙4内时，长边52上就储存有使导电弹片5向所述下密 封腔体14方向运动的弹性势能。短路发生时，当焊点被熔化，弹性势能即释放， 使短边51彻底脱离缝隙4，从而实现可靠的断开。改变了现有技术中单纯依靠 重力使熔体残留物脱落以实现短路保护的方式。
本实施例中，所述第一、第二导电体2、 3均呈4反状，均为导电截面为T2 铜板。其中部分别设有供螺钉6穿设固定螺孔21、 31,其外端分别设有供整个 电流熔断器与电池单体7连接的安装孔22、 32,其内端呈逐渐变窄的梯形结构。其内端的这种结构可适当增大第一、第二导电体2、 3之间的电阻，提高短路发 生时焊点的温度，加速焊点的熔化。
本实施例在满足正常过电流、并具有一定过载能力的同时，在短路时能快 速熔断，将短路异常对电池的损伤降至最小，同时方便制造和后期维护。因为 正常工作时，电流熔断器焊点位置所散发的热量有足够的时间通过第一、第二 导电体2、 3传给单体电池和热管理系统，还有一部分热量被灭弧材料石英砂所 吸收。焊点位置的局部温度和第一、第二导电体2、 3的温度基本一致，所以可 以将焊缝处局部电阻和第一、第二导电体2、 3视为一体，而整体电阻不大，因 此具有较强的过流能力。而短路时电流非常大，焊点局部热量增加的速度净皮才是 高10倍左右。大部分热量来不及散发，而焊点局部质量相对于第一、第二导电 体2、 3和石英砂来说很小，故热熔也很小，从而使得焊缝处的温度迅速升高并 达到熔点，焊点熔化，导电弹片5即弹回上密封腔体13。
以下结合实验进行说明，实验样件的第一、第二导电体2、 3为导电截面尺 寸为1.7*40 mm和2+40mm的T2铜板，焊缝(即缝隙4)距离为1.5mm，导电 弹片5的导电截面尺寸为15*1.7mm,厚0.4mm。电流熔断器的整体电阻为 0.1-0.13毫欧，焊缝局部电阻0.04-0.05毫欧。在350A过载的情况下，电流熔 断器可至少保证15分钟的过载安全；在1000A短^各情况下，电流熔断器熔断 的时间仅为18-20s。另一方面，电流熔断器所保护的最小电池单元具有两个单 体电池，而试验测得当两个单体电池短路时，前20s的平均电流为1023A，因 此本实施例的响应时间可以满足两个单体电池短路保护的要求。
另外，单体电池间的熔断结构既要具有较好的导电性，又要具有好良好的 短路保护响应时间。由于电流熔断器的整体电阻越小，过载能力越强；焊缝局 部电阻越大，短5^f呆护响应时间越短。本实施例可方^f更地通过增大焊缝局部电 阻、减小焊缝局部质量来缩短短路保护的响应时间。通过调整第一、第二导电 体2、 3的结构和导电弹片5的厚度，可以有效的调整焊缝的局部电阻和电流熔 断器的整体电阻以及热容，使其能满足不同的要求。由于当熔断结构材料确定时，熔断时间的缩短与整体电阻减小是矛盾的。现行大电流熔断器多采用银或 铜为熔体，通过增大熔体局部电阻、减小局部质量来缩短短路保护的响应时间。
而本卖施例中导电弹片5由于采用弹簧钢片，可以通过选用合适的焊接材料和 调整焊缝(即缝隙4)局部导电面积，使电流熔断器的导电性和短路响应时间 实现很好的平衡，应用范围较广。例如可增大第一、第二导电体2、 3的导电截 面、和减小焊缝局部导电面积、并增加导电弹片5的厚度，即可实现减小电流 熔断器的整体电阻，而增大焊缝局部电阻的目的。 请参照图6，生产时，可按照以下步骤进行
(1) 将第一、第二导电体2、 3和被预压变形的导电弹片5按照图示的位 置关系，装夹在焊接夹具8上，使导电弹片5的长边52压直，短边51延伸至 第一、第二导电体2、 3之间的缝隙4;
(2) 用工具将焊锡膏均匀的涂覆在缝隙4中，将导电弹片5的短边51包 覆在焊锡膏里，然后用焊接设备完成焊接，使第一、第二导电体2、 3和导电弹 片5连为一体；
(3) 将上述焊接为一体的第一、第二导电体2、 3和导电弹片5置于上、 下盒体ll、 12并通过螺钉6紧固，从上盒体11侧面的螺紋孔112向上密封腔 体13内填充石英砂，最后用螺钉封口 。
由于本实施例采用独立式设计，可以将电流熔断器的生产从电池包的生产 环节中独立出来，单独对电流熔断器进行批量生产，不仅可有效提高生产效率、 降低生产成本，而且还可提高产品的一致性。并使电流熔断器生产和维护的可 操作性得到提高。
请参照图7,本实用新型还提供了一种动力电池，所述动力电池包括至少 两个单体电池，所述单体电池之间设有至少一个上述的电流熔断器。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型， 凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应 包含在本实用新型的保护范围之内。
权利要求1、一种电流熔断器，其特征在于包括具有空腔的绝缘盒体、第一、第二导电体以及一导电弹片，所述第一、第二导电体的内端位于所述空腔，外端延伸出所述绝缘盒体，所述第一、第二导电体的内端之间具有缝隙，所述导电弹片的第一端被固定，其第二端被预压而延伸至所述缝隙并与所述第一、第二导电体的内端焊接在一起。
2、 如权利要求1所述的电流熔断器，其特征在于所述导电弹片为弹簧钢 片，其表面设有铜镀层。
3、 如权利要求1所述的电流熔断器，其特征在于所述导电弹片的截面呈 L形并包括一长边和一短边，所述导电弹片的第二端为所述短边。
4、 如权利要求1所述的电流熔断器，其特征在于所述绝缘盒体包括上盒 体和下盒体，所述空腔由所述上、下盒体围合而成，并被所述焊接在一起的第 一、第二导电体以及导电弹片间隔成为上、下两个密封腔体。
5、 如权利要求4所述的电流熔断器，其特征在于所述上腔体内填充有灭 弧介质。
6、 如权利要求5所述的电流熔断器，其特征在于所述上腔体的侧壁设有 与所述上密封腔体贯通并供所述灭弧介质进入的螺孔，所述螺孔通过螺钉密封 固定，所述灭弧介质为石英砂。
7、 如权利要求4所述的电流熔断器，其特征在于所述上、下盒体分别设 有第一、第二凹槽，所述焊接在一起的第一、第二导电体以及导电弹片位于所 述第一、第二凹槽之间，所述导电弹片位于所述第二凹槽一侧，其宽度窄于所 述第二凹槽。
8、 如权利要求1所述的电流熔断器，其特征在于所述第一、第二导电体 的内端呈逐渐变窄的梯形结构。
9、 一种动力电池，包括至少两个单体电池，其特征在于所述单体电池之 间设有至少一个如权利要求1至8任意一项所述的电流熔断器。
专利摘要本实用新型公开了一种电流熔断器以及动力电池，所述电流熔断器包括具有空腔的绝缘盒体、第一、第二导电体以及一导电弹片，所述第一、第二导电体的内端位于所述空腔，外端延伸出所述绝缘盒体，所述第一、第二导电体的内端之间具有缝隙，所述导电弹片的第一端被固定，其第二端被预压而延伸至所述缝隙并与所述第一、第二导电体的内端焊接在一起。这样，当短路发生时，瞬间在焊点部位产生大量的热而来不及散发，而焊点部位的热容又很小，因此可以在很短时间使焊点熔化，导电弹片即克服焊点材料的表面张力和外部阻力而弹开，因此具有很高的断开可靠性。
文档编号H01H85/11GK201430115SQ200920132048
公开日2010年3月24日 申请日期2009年5月21日 优先权日2009年5月21日
发明者仝志伟, 朱建华, 浩 胡, 郑卫鑫 申请人:比亚迪股份有限公司