CN107331906A - 一种锂电池高温防护结构及锂电池 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及锂电池高温防护技术领域，具体为一种锂电池高温防护结构及锂电池，包括锂电池Block框架、KSD温度开关、短路过电流连接件和导热层；锂电池Block框架为框形结构用于固定电池主体，包括连接电池主体正负极的正负极柱和内侧的卡槽；短路过电流连接件为导体，固定于锂电池Block框架内侧的卡槽内，短路过电流连接件分别连接锂电池Block框架的正极柱和负极柱至KSD温度开关上；KSD温度开关安装于锂电池Block框架上，为常开型具有定值温度闭合功能；导热层贴附在电池主体表面与KSD温度开关感温点接触，本发明具有温度识别和超温触发安全短路功能，使锂电池热失控放热温和，不会发生起火、***，达到了锂电池高温防护的功能。

Description

一种锂电池高温防护结构及锂电池
技术领域
本发明涉及锂电池高温防护技术领域，具体为一种锂电池高温防护结构及锂电池。
背景技术
锂电池是一类由锂金属或锂合金为负极材料、使用非水电解质溶液的电池。锂电池由于具有体积小质量轻、能量高功率大、自放电率低、环保及使用寿命长等优点，使其逐渐成为动力电池的主流。
随着新能源汽车市场的快速发展，锂电池得到大量的应用，其安全问题日益凸显，新能源汽车起火事故时有发生，其安全性已成为社会的关注焦点。新能源汽车的起火绝大部分原因是锂电池的热失控，锂电池热失控起火，热扩展引发整个电池***及整车的起火，因此对锂离子动力电池的安全性能的要求变得更加严格。现有新能源汽车锂电池一旦锂电池发生热失控，电池主体会出现温度异常升高，存在着热失控起火隐患。
目前，锂电池安全设计主要从体系设计方面提高，一般通过使用热稳定性更高的正负极材料、具有阻燃功能的电解液、高熔点隔膜、陶瓷涂层隔膜、负极陶瓷表面涂覆、正极极耳陶瓷涂覆、PTC添加剂等。以上安全措施都可以提高电池的安全性，抑制电池热失控的发生以及降低热失控发生时的放热量，以尽量避免热失控已发电池起火。但是随着市场对新能源汽车续航里程要求的不断提高，电池能量密度的要求不断提升，为了满足能量密度的要求，电池体系设计基本榨干所有可利用的空间，而高能量密度体系安全性差，上述安全措施的使用与高能量密度体系设计往往背道而驰，很难从根本上解决锂电池热失控起火问题。
发明内容
本发明为了解决现有锂电池安全防护性能不足，易发生锂电池热失控起火的问题，提供一种锂电池高温防护结构。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种锂电池高温防护结构，所述锂电池包括电池主体和外壳，该高温防护结构包括：锂电池Block框架、KSD温度开关、短路过电流连接件和导热层；
所述锂电池Block框架为框形结构用于固定电池主体，包括连接电池主体正负极的正负极柱和内侧的卡槽；所述短路过电流连接件为导体，固定于锂电池Block框架内侧的卡槽内，短路过电流连接件分别连接锂电池Block框架的正极柱和负极柱至KSD温度开关上；
所述KSD温度开关安装于锂电池Block框架上，KSD温度开关包括KSD温度开关感温点，为常开型具有定值温度闭合功能；
所述导热层穿过锂电池Block框架与电池主体之间的空隙，贴附在电池主体表面，并且与KSD温度开关感温点接触。
进一步地，KSD温度开关采用压入式卡扣安装于锂电池Block框架中，并过量配合使KSD温度开关感温点与导热层接触。
进一步地，短路过电流连接件嵌入锂电池Block框架卡槽后包覆绝缘层，防止短路。
进一步地，短路过电流连接件可为高内阻材料制成的带状金属条，便于安装；或者高内阻材料制成的圆柱状金属细丝，减少配合间的磨损。
进一步地，所述短路过电流连接件中串联一个限流电阻，用于调节短路电流。
本发明还提出了一种锂电池，包括如上所述锂电池高温防护结构。
本发明一种锂电池高温防护结构，具有温度识别和超温触发安全短路降低锂电池SOC的功能，使超过安全温度的锂电池安全短路降低锂电池SOC，低SOC锂电池的热失控放热温和，不会发生剧烈产热以致起火、***，达到了锂电池高温防护的功能。本发明锂电池与现有技术相比，具有高温防护、安全可靠、结构合理、成本低等有益效果。
附图说明
图1为本发明一种锂电池高温防护结构的结构示意图。
图2为本发明一种锂电池高温防护结构的平面半剖图。
图3为图2的J部放大图。
图4为本发明一种锂电池高温防护结构的纵剖面图。
图5为图4的B-B剖视图。
图6为图5的C部放大图。
图7为本发明一种锂电池高温防护结构的短路连接件连接结构示意图。
图8为本发明一种锂电池高温防护结构的框架连接结构示意图。
图9为应用本发明组成的锂电池模块示意图。
图10为具有本发明锂电池高温防护结构的锂电池加热测试电压&温度对比图。
图11为具有本发明锂电池高温防护结构的锂电池加热测试电压&电流对比图。
图12为不具有本发明锂电池高温防护结构的锂电池加热测试电压&电流对比图。
图中，1-锂电池Block框架，2-KSD温度开关，3-短路过电流连接件，4-导热层，5-电池主体，6-限流电阻，7-极柱，8-KSD温度开关感温点，9-锂电池模块，10-固定螺栓，11-短路过电流连接件与KSD温度开关连接处，12-短路过电流连接件与极柱连接处。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，现结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1至图8示出了本发明一种锂电池高温防护结构的结构示意图。
一种锂电池高温防护结构，所述锂电池包括电池主体5和外壳，该高温防护结构包括：锂电池Block框架1、KSD温度开关2、短路过电流连接件3和导热层4；
所述锂电池Block框架1为框形结构用于固定电池主体5，包括连接电池主体正负极的正负极柱7和内侧的卡槽；所述短路过电流连接件3为导体，固定于锂电池Block框架1内侧的卡槽内，短路过电流连接件3分别连接锂电池Block框架1的正极柱和负极柱至KSD温度开关2上；
所述KSD温度开关2安装于锂电池Block框架1上，KSD温度开关2包括KSD温度开关感温点8，为常开型具有定值温度闭合功能；
所述导热层4穿过锂电池Block框架1与电池主体5之间的空隙，贴附在电池主体5表面，并且与KSD温度开关感温点8接触。
进一步地，KSD温度开关2采用压入式卡扣安装于锂电池Block框架1中，并过量配合使KSD温度开关感温点8与导热层4接触。
进一步地，短路过电流连接件3嵌入锂电池Block框架1卡槽后包覆绝缘层，防止短路。
进一步地，短路过电流连接件3可为带状金属条，便于安装；或者圆柱状金属细丝，减少配合间的磨损。
实施例一，如图2-图6所示，KSD温度开关2为常开型热双金属突跳式温控开关，其性能同电池主体5的尺寸和容量大小相匹配，当电池主体5的尺寸和容量较大时选用大尺寸和过流能力强的KSD温度开关2，KSD温度开关2闭合触发温度可根据实际需要选定。本实施例选定KSD温度开关2动作温度即锂电池安全温度上限值为100℃。短路过电流连接件3选用高内阻合金材料制成，例如：镍铬合金、铁铬铝合金，其阻值使短路电流值限定于锂电池容量的1-3倍，短路电流I短路=U电池/R短路过电流连接件。例如：当锂电池为4.2V40Ah时，本发明锂电池高温防护结构设计的短路电流值为40A-120A，短路过电流连接件3的内阻值为35mΩ-100mΩ。如图7所示，短路过电流连接件与KSD温度开关连接11，短路过电流连接件与极柱连接12。
当锂电池自发热或外界热量传导使锂电池温度持续上升时，导热层4将热量传递到KSD温度开关感温点8，当锂电池温度低于安全温度上限值100℃时KSD温度开关2处于开路。当锂电池温度超出安全温度100℃后，KSD温度开关2闭合，此时锂电池正负极间通过短路过电流连接件3和KSD温度开关2形成了短路连接，锂电池开始进行快速自短路放电降低自身SOC，锂电池在低SOC状态下热稳定性更高，低SOC锂电池的热失控放热会相对温和，不会发生剧烈产热以致起火、***，起到锂电池高温防护功能。
KSD温度开关2有两种工作模式，一种为超温后开关闭合，当环境温度恢复到安全温度范围内开关自动断开；另一种为超温开关闭合，直到外界手工干预开关才会恢复断开状态。可根据实际需要选择不同工作模式的KSD温度开关2。
实施例二，如图7、图8所示短路过电流连接件3选用导电率高的金属材料，例如：铜、铝等。为了控制短路电流，避免短路电流过大引起KSD温度开关2以及短路过电流连接件3过热，在短路过电流连接件3中串联一个限流电阻6，以达到调节短路电流的目的，短路电流I短路=U电池/（R短路过电流连接件+R限流电阻），同样使短路电流值限定于锂电池容量的1-3倍。
本发明还提出了一种锂电池，包括如上所述锂电池高温防护结构。如图9所示，由多个应用本发明锂电池高温防护结构的锂电池组成的锂电池模块9，锂电池叠加通过固定螺栓10固定，可组成锂电池模块9。
图10为具备本发明锂电池高温防护结构锂电池加热测试电压&温度对比图，图11为具备本发明锂电池高温防护结构锂电池加热测试电压&电流对比图。如图所示，使用了本发明锂电池高温防护结构的锂电池，当电池主体温度升高到100℃左右时触发KSD温度开关闭合，电池发生短路电流从95A逐渐下降到70A时锂电池发生了热失控。短路过程持续了17分钟，电压从4.1V下降到3.7V后锂电池发生热失控电压瞬间下降到0V。锂电池整个加热过程温度上升较平稳，当锂电池发生热失控时温度由于电池变形出现波动，后续电池主体持续升高至300℃开始降温，并未发生起火，说明本发明锂电池高温防护结构有效控制了锂电池的热失控放热速度及总放热量。
图12为没有使用本发明锂电池高温防护结构锂电池加热测试的电压&电流对比图，如图所示，当锂电池温度升高到200℃左右发生热失控。电压由4.1V迅速下降到0V，锂电池温度迅速由200℃升高到1300℃左右发生起火。
通过实验验证，本发明一种锂电池高温防护结构可以有效地降低锂电池的SOC，降低锂电池发生热失控时的放热速度和总放热量。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (7)

1.一种锂电池高温防护结构，所述锂电池包括电池主体和外壳，该高温防护结构其特征在于：包括锂电池Block框架、KSD温度开关、短路过电流连接件和导热层；
所述锂电池Block框架为框形结构用于固定电池主体，包括连接电池主体正负极的正负极柱和内侧的卡槽；所述短路过电流连接件为导体，固定于锂电池Block框架内侧的卡槽内，短路过电流连接件分别连接锂电池Block框架的正极柱和负极柱至KSD温度开关上；
所述KSD温度开关安装于锂电池Block框架上，KSD温度开关包括KSD温度开关感温点，为常开型具有定值温度闭合功能；
所述导热层穿过锂电池Block框架与电池主体之间的空隙，贴附在电池主体表面，并且与KSD温度开关感温点接触。
2.根据权利要求1所述的一种锂电池高温防护结构，其特征在于：所述KSD温度开关采用压入式卡扣安装于锂电池Block框架中，并过量配合使KSD温度开关感温点与导热层接触。
3.根据权利要求1或2所述的一种锂电池高温防护结构，其特征在于：所述短路过电流连接件中串联一个限流电阻，用于调节短路电流。
4.根据权利要求1或2所述的一种锂电池高温防护结构，其特征在于：所述短路过电流连接件为由高内阻合金材料制成的带状金属条，该高内阻合金材料可选自：镍铬合金、铁铬铝合金。
5.根据权利要求1或2所述的一种锂电池高温防护结构，其特征在于：所述短路过电流连接件为由高内阻合金材料制成的圆柱状金属细丝，该高内阻合金材料可选自：镍铬合金、铁铬铝合金。
6.根据权利要求1或2所述的一种锂电池高温防护结构，其特征在于：所述短路过电流连接件嵌入锂电池Block框架卡槽后包覆绝缘层。
7.一种锂电池，其特征在于：包括如权利要求1-6中任意一项所述锂电池高温防护结构。
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