一种用于电池的内置式双功能保护装置及电池的制作方法

本实用新型涉及电池的短路保护装置，属于电池技术领域，尤其涉及一种用于电池的内置式双功能保护装置及采用该保护装置的电池。

背景技术：

目前市场上大批量生产及装备使用的可充电电池，一般是新能源行业动力型方形电池或储能型方形电池，也可以是大型圆柱形电池，在其结构的安全性能设计上通常是通过翻转片主动短路设计方案，即电池极柱的导电连接板上设计一弧形翻转片，当电池可能出现内部压力升高至防爆片动作而泄压，或有可能发生爆炸及着火隐患前，让翻转片动作，导通该异常电池或与其相并联的整个并联电池组的盖板的正极和负极，实现短路，利用其极大的短路电流，熔断异常电池与该异常电池相并联的全部电池的内部软连接片，使该异常电池或与其相并联的整个并联电池组停止充放电工作。具体为：当电池出现异常，容器内的电解质出现气化，产生高压气体，使电池容器内部压力累积升高达到翻转压力设计值时，翻转片动作，翻转片翻转后的中心部分会从凹陷状态翻转变成凸起状态，其功能相当于一个机械压力开关，其中心部分的触点接触到电池极柱的导电连接板上，令其导通短路，使电池的正极和负极间，通过电池盖板本身及翻转片本身而形成导电的短路回路，由于电池短路回路的内阻极小，从而在回路中产生极大的短路电流，使软连接片产生过载电流而发热熔断。但此种方案在电池组合成串并联大容量电池组时至少还存在如下几点问题：

1、带有翻转片主动短路保护功能的防爆电池盖板，当电池异常导致翻转片动作而短路正负极时，一定会在软连接片上产生高温，并且熔断时有可能产生高温金属渣，这种高温及高温金属渣一定会导致电池容器内温度升高，有可能加速高活性电解质的气化，产生不可预计的风险；另外，当有很多个这种电池，组成大容量并联电池组应用时，其中一个电池出现异常，翻转片主动短路动作后，与其并联回路中的所有单体电池容器内部的软连接片都将因承受极大电流而高温熔断；但其实际上真正有问题的异常电池只有一个，其他相并联的被熔断的电池本身是没有问题的，因为电池容器内部软连接片被熔断后，所有电池都将无法恢复，只能彻底报废，这样就造成了极大的资源浪费。

2、这种通过内压力升高使翻转片短路的设计，不太适合用于先串联后并联的高容量电池组，因为当单体电池先串联的情况下，一串中的一个电池出现问题，翻转片动作将电池短路并继续搭桥接通以后，另外一个或多个与之串联的电池将分担整串电池的电压而变成高电压充放电状态，这种高电压的充放电对电池损伤利害，容易使这些高电压状态的电池快速发热而造成依次损坏；也就是说，我们目前行业中正大量应用的可再充电电池，其特点都是不能接受耐高电压，仅可耐大电流。

技术实现要素：

针对现有技术存在的技术问题，本实用新型提供一种既可实现常规限电流保险的保护、又可以实现电池异常内部压力升高时断开充放电回路功能的保护装置。

为解决上述技术问题，本实用新型提出的技术方案为：

一种用于电池的内置式双功能保护装置，包括电极软连接片、翻转片、保险断开件和保险，所述保险两端通过电极软连接片连接导通电池的极耳与极柱，所述保险断开件一端安装在翻转片内侧，所述保险断开件另一端与保险关联连接，所述保险与保险断开件的连接处设有断裂口。

作为上述技术方案的进一步改进：

所述保险可以与软连接片一体成型(目前常用一体成型方式)，也可以采用焊接或铆接等组装形式制作。

所述用于电池的内置式双功能保护装置还包括固定保险和电极软连接片的保险固定块，所述保险或保险断开件至少一端安装有保险固定块。

所述保险断开件和保险连接处的断裂口至少一端通过保险固定块固定。

所述保险断开件与保险的长方向尺寸为0.1～200mm，宽方向尺寸为0.1～20mm。

所述保险为薄片状金属导电材料，由一片或多片材料并联组成，所述保险为多片时，所述保险并排安装于保险断开件。

所述保险为条状金属导电材料，由一条或多条材料并联组成，所述保险为多条时，所述保险并排安装于保险断开件。

一种电池，包括连接的电池盖板、电池壳体和上述用于电池的内置式双功能保护装置，其中，所述用于电池的内置式双功能保护装置安装于电池盖板和电池壳体内部，其保护装置具体安装在电池极柱与极耳之间的电回路上，组成该电池充放电回路。

与现有技术相比，本实用新型提供的用于电池的内置式双功能保护装置通过巧妙的设计及安装，保险往上受力，需要动作空间才能实现断开保险，即将保险设置的断开位置设置为类似桥梁，当保险断开装置被翻转片带动向上运动，保险被断开装置联动，增加了利用电池内压直接冷状态下撕断或切断保险断开充放电回路功能，既可实现限电流保险保护功能，又可以实现电池异常内部压力升高时，利用自身胀气压力撕断电池其本身的保险丝或保险片，断开充放电回路功能；同时利用这种冷状态断开式保护功能后，这处断开后又不会影响高容量电池组内其他电池的充放电工作。

此外，本实用新型提供的用于电池的内置式双功能保护装置完全不影响现在市场上批量生产或应用中的电池组或电池箱体结构，采用这种电池内压力撕断保险形式(冷状态下直接断开电池保险)的用于电池的内置式双功能保护装置后，当电池组内出现异常电池时，电池内部不会产生多余的因主动短路保护而熔断产生的热量，这样电池会更加安全；只会断开有异常的电池自身的充放电回路，更不会影响到与之相并联的其他电池的充放电工作。维修时可直接替换同一型号电池，而非更换整个串联而成的电池组，更有效避免已经出现异常的电池进一步的恶化而导致电池发生着火或爆炸事故的危险。

同时，采用这种冷状态下直接断开单体电池回路方式的用于电池的内置式双功能保护装置后，生产的电池不再局限于先并联后串联实现大容量电池组的组装模式，组装时可以先串联提高电池组电压，也可先并联增大电池组电流，这样既提高了电池的安全性，又提高了电池串并联组装设计的方便性，完全简化了电池成组的难度。

综上，本实用新型提供的用于电池的内置式双功能保护装置和电池具有双重保险功能，当电池的正极与负极间发生电回路短路异常时，保险立即过载熔断，实现其第一种断开电池回路的保护功能；当电池发生异常出现胀气，密封的电池壳体内部气体压力达到翻转片翻转压力设计值时，翻转片联动保险断开件，使保险上产生外作用力而受力断开保险，实现其第二种断开电池充放电回路的保护功能。

附图说明

图1为本实用新型提供的用于电池的内置式双功能保护装置的俯视图；

图2为本实用新型提供的用于电池的内置式双功能保护装置的剖面图；

图3为图2的A部放大图；

图中：101、电池盖板；102、注液孔；103、防爆片；104、翻转片；105、电池壳体；108、保险断开件；109、保险固定块；112、正极软连接片；114、负极软连接片；115、保险；200、正极内绝缘垫；201、正极柱；202、正极绝缘密封圈；203、正极外绝缘垫；204、正极连接板；205、正极极柱铆焊点；300、负极内绝缘垫；301、负极柱；302、负极绝缘密封圈；303、负极外绝缘垫；304、负极连接板；305、负极极柱铆焊点。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限制本实用新型。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

如图1～图3所示，本实用新型实施例提供了一种带有用于电池的内置式双功能保护装置的电池，该电池包括电池盖板101、注液孔102、防爆片103、弧形翻转片104、电池壳体105、保险断开件108、保险固定块109、正极软连接片112、负极软连接片114、保险115、正极内绝缘垫200、正极柱201、绝缘密封圈202、正极外绝缘垫203、正极连接板204、负极内绝缘垫300、负极柱301、负极绝缘密封圈302、负极外绝缘垫303、负极连接板304、正极极柱铆接点205和负极极柱铆接点305；

其中，正极柱201、正极外绝缘垫203、正极内绝缘垫200、正极绝缘密封圈202与正极连接板204通过铆接或焊接的方式，导通且密封安装固定在电池盖板101上，形成电池盖板上的正极引出端；负极柱301、负极外绝缘垫303、负极内绝缘垫300、负极绝缘密封圈302与负极连接板304通过铆接或焊接的方式，导通且密封安装固定在电池盖板101上，形成电池盖板上的负极引出端；

在电池的电极连接板上设有可形变的弧形翻转片104，本实施例中，弧形翻转片104连接在负极连接板304上，并设于负极连接板304底部，在弧形翻转片104的内侧设有用于电池的内置式双功能保护装置，即在电池壳体105内部，弧形翻转片104远离负极连接板304一侧绝缘固定有一保险断开件108，而负极软连接片114的中间部分有保险115，保险115与保险断开件108关联安装，所述保险断开件108与保险115的长方向尺寸为0.1～200mm，宽方向尺寸为0.1～20mm，电池正常情况下，该弧形翻转片104向电池芯体凸出，当电池外部正负极之间出现短路异常，即可熔断保险115实现断开保护，或当电池内胀气使压力达到设定值，弧形翻转片104产生翻转动作至向负极连接板304凸出，此时连接在弧形翻转片104上的保险断开件108往上撕扯剪切保险115，形成断路，从而切断电池的充放电回路，防止电池进一步恶化带来安全隐患；

进一步的，为了能使保险115在受到外部短路电流时实现准确熔断，或使弧形翻转片104产生翻转动作时，带动保险断开件108往上动作而在保险115上形成撕扯力而更精准的撕断保险115，特在保险115上设置有易于撕断的撕裂口，或称狭径，其撕裂口根据不同技术要求可以设计为包括但不限于方形、圆弧形、梯形、直线裂口形形状；

进一步的，为了使保险断开件108往上动作时，保险115不会产生位移，影响撕断效果，也为了使其撕断口的断开方式及断开的位置精确且稳定可靠，在保险115的撕断口两边，也即保险断开件108的两边，至少有一边会被保险固定块109固定住，作为一种优选方式，所述保险115设置在弧形翻转片104的下方，通过弧形翻转片104翻转动作，传动安装在翻转片内侧面的保险断开件108，通过与保险固定块109的间隔组合，使架空的保险115的断裂口位置受外力作用，撕切保险115，使其断裂。具体地，保险115有多种方式固定，比如绝缘垫为塑胶PP，固定块也用PP塑胶件即可相互熔焊接，当然还有其他很多安装固定方式，例如铆接固定等，目的是为了固定保险115，保险断开件108翻转动作撕扯保险115时，保险115不会同步移动，才能形成对保险115的撕扯或剪切或切的外作用力，否则不会断。

同样的，可根据技术需要，在正极柱201旁边，把设置在负极柱301位置上的弧形翻转片104、保险断开件108、负极软连接片114上的保险115和保险固定块109，用同样的连接方式安装在正极柱201旁边，实现同样的撕断保护以及兼具熔断保护的双保护功能；

负极软连接片114的一端与负极柱301的底部相导电连接，负极软连接片114的另一端与安装在电池壳体105内部电池芯体的负极极耳导电连接；正极软连接片112的一端与正极柱201的底部相导电连接，正极软连接片112的另一端与安装在电池壳体105内部电池芯体的正极极耳导电连接；此时电池内部的负极电路通过负极软连接片114、保险115、负极柱301、负极连接板304引出到电池盖板101及壳体105外部；而电池内部的正极电路通过正极软连接片112、正极柱201、正极连接板204引出到电池盖板101及壳体105外部；

注液孔102和防爆片103的安装可参考现有技术，在此不做赘述。

而针对本实用新型提出的用于电池的内置式双功能保护装置及电池，其主要特点是：在电池盖板101的内部，负责导通电池正极和负极电路的负极软连接片114或正极软连接片112位置上，铆接或焊接或一次成型设置保险115；在保险115的正上方的盖板101上，安装弧形翻转片104(即压力翻转片)和保险断开件108，弧形翻转片104受压翻转可联动保险断开件108，而在保险115上产生机械性撕扯力、拉力、剪切力；为了使保险115具备强大导电流功能的同时，也具有容易被弧形翻转片104翻转撕断的功能，保险115采用多层较薄的，中间熔断部位带狭径或孔位设计的高导电率合金金属片，包含但不限于使用银、铜、铝、锡、镍各种常用金属，或多条细薄的合金金属丝并列连接组成；当电池外部短路或充放电回路电流达到保险115本身的熔断设定值时，保险115就会过载熔断实现断路保护；或当电池出现过充电或过放电或其他异常原因，造成电池容器内部压力过大，达到弧形翻转片104的设计压力值时，弧形翻转片104从初始的凹陷状态翻转成凸起状态，使安装在弧形翻转片104上的保险断开件108撕扯固定在保险固定块109中间的保险115位置上的易撕断狭径孔，使保险115传动撕扯力、拉力或剪切力产生变形而撕断，从而断开了电池的充放电回路，同时电池管理系统会收到电池充放电回路被切断的异常信号，也可以根据电池断开回路后的电池容量瞬间大幅减少来作为电池异常信号，简单地实现了限电流与限电池容器内压升高的双保险保护功能；有效防止电池进一步恶化而导致电池发生着火或内压持续升高造成着火爆炸事故。

上述只是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何形式上的限制。虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本实用新型。因此，凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本实用新型技术方案保护的范围内。