BR112014005737B1

BR112014005737B1 - conjunto de tampa superior e envoltório de bateria secundário

Info

Publication number: BR112014005737B1
Application number: BR112014005737-0A
Authority: BR
Inventors: Jic Han Jeong; Jung Hwan Kim; Ju Hwan Baek; Suk Jin Song; Young Ho Son
Original assignee: Lg Chem, Ltd
Priority date: 2011-10-25
Filing date: 2012-10-15
Publication date: 2020-11-03
Also published as: EP2741347A4; JP2014526791A; JP5851041B2; BR112014005737A2; CN103797617B; EP2741347A1; KR101371364B1; BR112014005737B8; US9070911B2; TW201342691A; TWI485912B; WO2013062256A1; KR20130044821A; CN103797617A; US20150004441A1; EP2741347B1

Abstract

CONJUNTO DE TAMPA SUPERIOR DE UMA NOVA ESTRUTURA É aqui revelado um conjunto de tampa superior montado em uma célula de bateria, na qual um conjunto de eletrodos tendo uma estrutura de anodo/película separadora/catodo é vedada dentro de uma caixa de bateria, juntamente com um eletrólito e um primeiro terminal de eletrodos e um segundo terminal de eletrodos, dispostos no topo da caixa de bateria. O conjunto de tampa superior compreende um módulo de circuito protetor (PCM) e um alojamento de tampa superior eletricamente isolante que encerra uma superfície externa do PCM, o qual está montado no topo da célula de bateria. O PCM compreende: uma placa de circuito protetora (PCB) que possui um circuito protetor formado sobre ela, estando acoplado a uma parte de junta mecânica de um bloco terminal; partes de conexão ligadas ao primeiro terminal de eletrodos e ao segundo terminal de eletrodos, um elemento de segurança e o bloco terminal que é montado na PCB incluindo um conector.

Description

CAMPO TÉCNICO

[001] A presente invenção refere-se a um conjunto de tampa superior tendo uma nova estrutura, mais particularmente, a um conjunto de tampa superior montada em uma célula de bateria tendo um conjunto de eletrodos dispostos numa caixa de bateria juntamente com um eletrólito num estado vedado, sendo a caixa de bateria proporcionada numa sua extremidade superior com um primeiro terminal de eletrodo e um segundo terminal de eletrodo, o conjunto de tampa superior incluindo um módulo de circuito de proteção (PCM) e um alojamento da tampa superior eletrica-mente isolante montado na extremidade superior da célula de bateria enquanto en-volve um lado externo do PCM, em que o PCM inclui uma placa de circuito de prote-ção (PCB), tendo o circuito de proteção formado sobre a mesma, sendo a PCB aco-plada a uma parte de acoplamento mecânico de um bloco terminal, partes de cone-xão conectadas ao primeiro terminal de eletrodo e o segundo terminal de eletrodo, um elemento de segurança e o bloco terminal montado no PCM, o bloco terminal inclui conectores.

Antecedentes da Técnica

[002]À medida que os dispositivos móveis foram se desenvolvendo cada vez mais, e a demanda para esses dispositivos móveis aumentou, a demanda de baterias secundárias também aumentou rapidamente. Dentre essas baterias secundárias está uma bateria secundária de lítio que apresenta alta densidade de energia e tensão de operação bem como excelente retenção de carga e características de vida útil, que foram amplamente empregadas como uma fonte de energia para vários produtos eletrônicos, bem como para dispositivos móveis.

[003] No entanto, várias classes de materiais combustíveis estão contidas na bateria secundária de lítio. Desse modo, a bateria secundária de lítio pode ser aque-cida ou explodir, devido à sobrecarga da bateria, excesso de corrente na bateria, ou impacto físico externo. Ou seja, a segurança da bateria secundária de lítio é muito fraca. Por conseguinte elementos de segurança tais como elemento de coeficiente positivo de temperatura (PTC) e um módulo de circuito de proteção (PCM) para o controle eficaz de um estado anormal da bateria secundária de lítio, como uma so-brecarga da bateria secundária de lítio ou uma corrente excessiva na bateria secun-dária de lítio são montados numa célula de bateria num estado no qual os elementos de segurança são ligados à célula de bateria.

[004] Geralmente, um PCM é inserido no alojamento de tampa superior, sendo acoplado ao alojamento de tampa superior por métodos de solda ou soldagem. Isto é, o PCM é inserido no alojamento de tampa superior, no qual está alojado um conector, sendo acoplado ao alojamento de tampa superior por métodos de solda o soldagem, de modo que o PCM fica ligado a um conjunto de tampa superior, e o conjunto de tampa superior é acoplado a uma célula de bateria. Deste modo, é fabricado um invólucro de bateria.

[005] No entanto, para realizar o processo de soldagem ou de solda, é ne-cessária uma operação mais precisa devido a uma estrutura compacta da estrutura da bateria secundária, resultando num crescimento da taxa de defeito. Ainda, um processo de montagem do invólucro de bateria é complicado, devido a processos relacionados à soldagem, como técnicas de soldagem, lavagem e inspeção da apa-rência externa do operador de solda.

[006] Além disso, a tolerância à soldagem é inevitável, e, portanto, faz-se ne-cessário aumentar a extensão dos componentes elétricos, que constituem o invólu-cro de bateria, resultando no fato da capacidade da célula de bateria ficar reduzida.

[007] Por conseguinte, há uma grande necessidade quanto a uma tecnologia que seja capaz de acoplar estavelmente, os elementos montados na extremidade superior de uma célula de bateria sem soldagem, e, ao mesmo tempo, de simplificar um processo de montagem, minimizando assim, os custos de manufatura.

Apresentação Problema Técnico

[008] A presente invenção, portanto, foi elaborada para solucionar os pro-blemas supra, e outros problemas técnicos que ainda terão de ser resolvidos.

[009] Especificamente, constitui um objeto da presente invenção proporcionar um conjunto de tampa superior com um bloco terminal de uma nova estrutura formada em um módulo de circuito de proteção (PCM).

[010] Outro objeto da presente invenção é proporcionar um invólucro de ba-teria secundária, que pode ser estavelmente manufaturado a um mínimo custo, por meio de um processo de montagem simplificado de um conjunto de tampa superior.

Solução Técnica

[011] De acordo com um aspecto da presente invenção, os objetos supra e outros objetos podem ser realizados proporcionando-se um conjunto de tampa supe-rior montada numa célula de bateria com um conjunto de eletrodos de uma estrutura e catodo/separador/anodo dispostos numa caixa de bateria juntamente com um ele- trólito num estado vedado, a caixa de bateria sendo proporcionada a uma sua ex-tremidade superior com um primeiro terminal de eletrodo e um segundo terminal de eletrodo, incluindo a conjunto de tampa superior um módulo de circuito de proteção (PCM), e um alojamento de tampa de topo eletricamente isolante montado na ex-tremidade superior da célula de bateria enquanto envolve um lado externo do PCM, em que o PCM inclui uma placa de circuito de proteção (PCB) tendo um circuito de proteção formado sobre o módulo de circuito de proteção, sendo a PCB acoplada a uma parte de acoplamento mecânico de um bloco terminal, as partes de conexão ligadas ao primeiro terminal de eletrodo e o segundo terminal de eletrodo, um ele-mento de segurança e o bloco terminal montado ao PCM, sendo que o bloco terminal inclui conectores.

[012] No conjunto de tampa superior de acordo com a presente invenção, por conseguinte, o bloco terminal pode ser acoplado ao PCM por meio de um simples processo de montagem. Como resultado, o movimento entre os componentes fica minimizado, proporcionando assim, uma estrutura bastante estável para o conjunto de tampa superior.

[013] Numa forma de realização preferida, o primeiro terminal de eletrodos pode ser um cátodo terminal, e o segundo terminal de eletrodo pode ser um anodo terminal. Por exemplo, uma célula de bateria prismática está configurada para ter uma estrutura na qual um terminal de eletrodo salienta-se da extremidade superior da célula de bateria prismática e uma caixa de bateria forma um terminal de anodo e um terminal de cátodo, respectivamente, e um elemento isolante, como uma gaxeta, está disposto entre o terminal do anodo e o terminal do cátodo. Na estrutura dessa célula de bateria prismática, portanto, o primeiro terminal de eletrodo pode ser um terminal de cátodo, que é a extremidade superior da caixa de bateria, e o segundo terminal de eletrodo pode ser um terminal de anodo, salientando-se da extremidade superior da caixa de bateria.

[014] As partes de ligação podem ser formadas no fundo da PCB. Por exem-plo, as partes de ligação podem ser formadas em posições correspondentes ao pri-meiro terminal de eletrodo e o segundo terminal de eletrodo.

[015] Numa outra forma de realização preferida, a parte de engate mecânico pode incluir uma projeção de fixação, salientando-se para baixo de uma extremidade inferior do bloco terminal, e a PCB pode ser fornecida com uma ranhura de fixação formada numa posição correspondente à projeção de fixação.

[016] Assim, o bloco terminal pode ser facilmente montado à PCB por meio do acoplamento entre a projeção de fixação e a ranhura de fixação, simplificando desse modo, um processo de montagem e melhorando a estabilidade mecânica.

[017] Na estrutura acima, o bloco terminal pode ter pelo menos um gancho projetando-se para baixo do mesmo para prender fixamente a PCB enquanto envolve o lado externo da PCB num estado em que a projeção de fixação fica inserida na ranhura de fixação de modo a garantir um estado mais estável de acoplamento.

[018] A altura da saliência da projeção de travamento, de preferência, pode ser igual à espessura da PCB. No caso da altura da projeção ser demasiado baixa, a projeção de fixação pode não funcionar, tendo como resultado o fato da força de acoplamento entre a projeção de fixação e a ranhura de fixação ficar reduzida. Por outro lado, caso a altura da projeção da projeção de fixação ser alta demais, o volume do conjunto de tampa superior é aumentado, o que não é favorável. Consideran- do-se o assunto descrito, portanto, a altura da projeção da projeção de fixação é adequadamente ajustada. Prefere-se que a altura da projeção da projeção de fixação seja igual à espessura da PCB como descrito acima.

[019] Num exemplo específico, o bloco terminal pode ser fornecido em uma superfície principal do mesmo, com uma borda guia para a fixação mecânica com o alojamento de tampa superior e os ganchos dispostos em lados opostos da borda guia.

[020] Além disso, a tampa de topo do alojamento pode ser fornecida com uma borda terminal, que é colocada entre partes cônicas, e um par de aberturas em fenda correspondentes à borda guia e os ganchos respectivamente. Particularmente, a borda terminal saliente é formada entre as partes cônicas. Quando o alojamento da tampa de todo é montado no PCM, em conseqüência, os ganchos e a borda guia podem ser presos à borda terminal e as aberturas em fenda, respectivamente, por ajuste mecânico.

[021] Visto o acoplamento entre o alojamento da tampa superior e o bloco terminal ser conseguido por ajuste mecânico, tal como um modo de acoplamento mútuo, é possível garantir um estado de acoplamento estável do conjunto de tampa de topo.

[022] Na estrutura supra, os ganchos e a borda guia são presos, respectiva-mente, à borda terminal e as fendas quando o alojamento de tampa superior é mon-tado ao PCM. Durante o acoplamento mútuo, por conseguinte, o movimento entre o alojamento da tampa superior e o bloco terminal e o PCM fica minimizado, melho-rando desse modo, a precisão do conjunto. Ainda, um processo de soldagem é omi-tido, e, portanto, o comprimento total da célula de bateria é aumentado, maximizando por esse meio, a capacidade da célula de bateria.

[023] Entrementes, o acoplamento entre o elemento de segurança do bloco terminal e os conectores pode ser conseguido de vários modos. Por exemplo, os conectores do bloco terminal podem ser montados à PCB usando- tecnologia de montagem superficial. (SMT).

[024] Com o emprego dessa tecnologia SMT é possível prevenir que a pasta permaneça o fundo do PCM durante a soldagem ou prevenir que o fundo do PCM fique danificado devido ao calor durante a solda. Também é possível a aquisição de acoplamento preciso e confiável comparado com o uso de solda ou soldagem con-vencional. Para referência, SMT é amplamente empregado como um conjunto de partes do tipo montagem superficial a uma placa eletrônica como uma placa de cir-cuito impresso (PCB).

[025] Em um exemplo, o elemento de segurança pode ser um elemento, cuja resistência é aumentada à medida que a temperatura do elemento aumenta. De pre-ferência, o elemento de segurança é um elemento de coeficiente de temperatura positivo (PTC). Quando a temperatura de um invólucro de bateria é repentinamente aumentada devido ao curto-circuito interno, um membro de conexão acoplado ao elemento PTC presta-se a interromper a corrente da extremidade superior do invólu-cro de bateria. Naturalmente, que o elemento de segurança não está limitado ao elemento PTC. Por exemplo, um bimetal ou fusível pode ser usado como o elemento de segurança.

[026] Numa outra forma de realização, o alojamento da tampa superior pode ser fornecido com uma abertura tendo um tamanho correspondente ao bloco de ter-minais montado na PCB. Por conseguinte, o bloco de terminais pode ser facilmente montado no alojamento da tampa superior.

[027] De acordo com um outro aspecto da presente invenção, é fornecido um invólucro de bateria secundária configurado para que a conjunto de tampa superior com a construção supracitada de acordo com a presente invenção, seja montada à extremidade superior de uma célula de bateria com um conjunto de eletrodos, de uma estrutura catodo/separador/anodo disposta numa caixa de bateria junto com um eletrólito num estado vedado.

[028] A bateria secundária pode ser aplicada de vários modos, independen-temente da espécie e da aparência externa da célula de bateria. Por exemplo, pode- se aplicar um invólucro de bateria incluindo uma bateria secundária de lítio prismáti-ca como a célula de bateria.

[029] De acordo com um aspecto ulterior da presente invenção, é proporcio-nado um método de manufatura de um conjunto de tampa superior incluindo (a) acoplamento de um bloco terminal ao topo de uma PCB usando um método de fixa-ção mecânica para manufatura de um PCM, e (b) conjunto de um alojamento de tampa de topo isolante ao PCM.

[030] Num exemplo preferido, uma projeção de fixação é acoplada a uma ra-nhura de fixação na etapa (a) e uma borda guia e ganchos formados no lado de den-tro do alojamento da tampa superior são respectivamente presos às partes cônicas e aberturas em fenda formadas na parte traseira do bloco terminal na etapa (b).

[031] Por conseguinte, é possível melhorar a eficiência da montagem, quan-do se compara com um processo convencional de manufatura de um conjunto de tampa de topo, e, portanto, é possível manufaturar um invólucro de bateria com re-sistência mecânica e estabilidade aperfeiçoadas.

[032] Naturalmente que, alguns processos do método de manufatura supra podem ser omitidos ou outros processos pode ser incluídos adicionalmente, no mé-todo de manufatura por aqueles de prática comum na técnica.

Efeitos Vantajosos

[033] Como será evidente da descrição supra, o conjunto de tampa superior, de acordo com a presente invenção pode ser fabricado para ter estabilidade aperfei-çoada usando um método de montagem simplificado incluindo um processo de con-junto de um bloco terminal de uma estrutura específica a uma PCB e um processo de acoplamento mecânico de um PCM a um alojamento de tampa superior.

Breve Descrição dos Desenhos

[034] Os objetos acima e outros objetos, aspectos e outras vantagens da presente invenção tornar-se-ão evidentes a partir da descrição detalhada a seguir em conjunto com os desenhos anexos, nos quais:

[035] A Figura 1 é uma vista em perspectiva explodida mostrando um conjun-to de tampa superior de acordo com uma modalidade da presente invenção,

[036] A figura 2 é uma vista em perspectiva mostrando um módulo de circuito de proteção (PCM) da Figura 1;

[037] A figura 3 é uma vista em perspectiva mostrando um bloco terminal da Figura 1; e

[038] A figura 4 é uma vista em perspectiva frontal mostrando um alojamento de tampa superior da figura 1.

Descrição Detalhada da Invenção

[039] Serão agora descritas em detalhe, as modalidades exemplares da pre-sente invenção com referência aos desenhos anexos. Deve-se observar, contudo, que o escopo da presente invenção não está imitado a essas modalidades ilustradas.

[040] A Figura 1 é uma vista em perspectiva explodida mostrando um conjun- to de tampa superior 400 de acordo com uma modalidade da presente invenção.

[041] Com referência à figura 1, o conjunto de tampa de topo 400 inclui um modulo de circuito de proteção (PCM) 100 e um alojamento de tampa de topo eletri-camente isolante 300 montado à extremidade superior de uma célula de bateria (não mostrada) enquanto circunda o exterior do PCM 100.

[042] O PCM 100 inclui uma placa de circuito de proteção (PCB) 110 com um circuito de proteção formado sobre ela, sendo a PCB 110 acoplada a uma parte de acoplamento mecânico (não mostrado) de um bloco terminal 200, ligando as partes 120 e 130 formadas no fundo da PCB 110 e o bloco terminal 200 incluindo um ele-mento de coeficiente de temperatura positivo (PTC) 140 e conectores 210 montados no topo da PCB 110.

[043] Os conectores 210 do bloco terminal 200 são montados no topo da PCB 110 usando tecnologia de montagem superficial (SMT).

[044] A figura 2 é uma vista em perspectiva mostrando tipicamente o PCM da figura 1.

[045] Com referência à Figura 2, juntamente com a figura 1, a parte de aco-plamento mecânico (não mostrado) inclui uma projeção de fixação 221 que se projeta para baixo da extremidade inferior do bloco terminal 200. A PCB 110 é fornecida com uma ranhura de fixação 111 formada numa posição que corresponde à projeção de fixação 221.

[046] A altura que se projeta da projeção de fixação 221 é quase igual à es-pessura da PCB 110.

[047] Também um gancho 222 salienta-se para baixo do bloco terminal 200. O gancho 222 prende fixamente a PCB 110 enquanto envolve o exterior da PCB 110 num estado no qual a projeção de fixação 221 fica inserida no ressalto de fixação.

[048] A figura 3 é uma vista em perspectiva mostrando o bloco terminal da Figura 1 e a Figura 4 é uma vista em perspectiva frontal mostrando o alojamento de tampa superior da Figura 1.

[049] Referindo-se a esses desenhos em conjunto com as Figuras 1 e 2, o bloco terminal 200 é fornecido numa superfície principal do mesmo com uma borda guia 230 para fixação mecânica com o alojamento de tampa superior 200 e os gan-chos 240 dispostos em lados opostos da borda guia 230.

[050] O alojamento de tampa superior 300 é fornecido com uma borda termi-nal 330 e um par de fendas 320 correspondendo à borda guia 230 e aos ganchos 240, respectivamente. A borda terminal 330 fica disposta entre partes cônicas 310. Quando o alojamento de tampa superior 300 é montado ao PCM 100, entretanto, os ganchos 240 e a borda guia 230 são presos, respectivamente na borda terminal 330 e as fendas 320 por ajuste mecânico.

[051] Adicionalmente, o alojamento de tampa superior 300 é fornecido com uma abertura 340 com um tamanho correspondente ao bloco terminal 200 montado no topo da PCB 110, de modo que o bloco terminal 200 pode ser montado ao aloja-mento de tampa superior 300.

[052] Embora não esteja representado separadamente nos desenhos, na Fi-gura 2, o PCM é montado a uma célula de bateria prismática (não mostrado) num estado no qual o PCM é eletricamente ligado à célula de bateria prismática e o alo-jamento de tampa superior como se vê na Figura 4, é montado ao PCM. Como re-sultado, é produzido um invólucro de bateria. A conexão elétrica entre a célula de bateria prismática e o PCM é do conhecimento da técnica para a qual a presente invenção é pertinente, sendo que, uma descrição detalhada da mesma será omitida.

[053] Embora as formas de realização da presente invenção tenham sido descritas com finalidades ilustrativas, os peritos na técnica apreciarão que, várias modificações, adições e substituições são possíveis, sem se afastar do escopo e espírito da invenção conforme apresentada nas reivindicações anexas.

Claims

1. Conjunto de tampa superior (400) montado em uma célula de bateria ten-do um conjunto de eletrodos de uma estrutura catodo/separador/anodo disposta em uma caixa de bateria juntamente com um eletrólito em um estado vedado, a caixa de bateria sendo dotada em uma extremidade superior desta com um primeiro terminal de eletrodos e um segundo terminal de eletrodos, o conjunto de tampa superior compreendendo um módulo de circuito de proteção (PCM) (100) e um alojamento de tampa superior eletricamente isolante (300) montado na extremidade superior da célula de bateria enquanto envolve um lado externo do PCM (100), em que o PCM (100) compreende: uma placa de circuito de proteção (PCB) (110) tendo um circuito de proteção formado sobre a mesma, a PCB (110) sendo acoplada a uma parte de acoplamento mecânico de um bloco terminal (200); partes de conexão (120, 130) ligadas ao primeiro terminal de eletrodos e se-gundo terminal de eletrodos; um elemento de segurança; e o bloco terminal (200) montado ao PCM, o bloco terminal compreendendo conectores (210), CARACTERIZADO pelo fato de que a parte de acoplamento mecânico compreende uma projeção de fixação (221) salientando-se para baixo a partir de uma extremidade inferior do bloco termi-nal, e a PCB (100) é fornecida com uma ranhura para fixação (111) formada em uma posição correspondente à projeção de fixação (221), o bloco terminal (200) tem pelo menos um gancho (222) projetando-se para baixo do mesmo, para fixas a PCB (100) de forma fixa, enquanto circunda um lado externo da PCB (100) em um estado no qual a projeção de fixação (221) é inserida na ranhura de fixação (111), e o bloco terminal (200) é dotado, em uma superfície maior deste de uma borda guia (230) para fixação mecânica com o alojamento de tampa superior (300) e ganchos (240) dispostos em lados opostos da borda de guia (230).

2. Conjunto de tampa superior (400), de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o primeiro terminal de eletrodo é um terminal de cátodo e o segundo terminal de eletrodo é um terminal de anodo.

3. Conjunto de tampa superior (400), de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que as partes de conexão (120, 130) são formadas no fundo da PCB (110).

4. Conjunto de tampa superior (400), de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a altura da projeção da projeção de fixação (221) é igual a uma espessura da PCB (100).

5. Conjunto de tampa superior (400), de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o conjunto de tampa superior (300) é dotado de uma borda terminal (330), que é fornecida entre as partes cônicas (310) e um par de fendas (320) correspondentes à borda guia (230) e aos ganchos (240), respectiva-mente.

6. Conjunto de tampa superior (400), de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que os ganchos (240) e a borda guia (230) são fixa-dos à borda terminal (330) e às aberturas de fenda (320), respectivamente, quando o alojamento de tampa de topo (300) é montado ao PCM (100).

7. Conjunto de tampa superior (400), de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que os conectores (210) do bloco terminal são mon-tados na PCB (110) usando tecnologia de montagem superficial (SMT).

8. Conjunto de tampa superior (400), de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o elemento de segurança é um elemento de coeficiente de temperatura positivo (PTC) (140).

9. Conjunto de tampa superior (400), de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o alojamento de tampa superior (300) é dotado de uma abertura (340) tendo uma dimensão correspondente ao bloco terminal (200) montado na PCB (110).

10. Envoltório de bateria secundário CARACTERIZADO pelo fato de que é configurado para que o conjunto de tampa superior (400), conforme definido na rei-vindicação 1, seja montado em uma extremidade superior de uma célula de bateria tendo um conjunto de eletrodos de uma estrutura catodo/separador/anodo disposta em uma caixa de bateria juntamente com um eletrólito em um estado vedado.

11. Envoltório de bateria secundário, de acordo com a reivindicação 10, CARACTERIZADO pelo fato de que a célula de bateria é uma célula de bateria se-cundária de lítio prismática.