CN100544072C - 具有非常小的厚度的电池组 - Google Patents

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Abstract

公开了一种电池组。藉由在上壳体和下壳体的上端及下端间的接触区域进行超声波焊接，完成上壳体及下壳体间的结合，以及有薄膜状标签附接于彼此互相结合的上壳体及下壳体的外表面，且上壳体的上表面及下壳体的下表面为开放的，使得电池本体可直接附接于此标签，而没有间距。这种电池组能够以比任何已知的电池组小的厚度制造出来，在放电及充电的过程中，可有效完成电池本体的散热，并且这种电池组提供了电池组所需的结构稳定性及增强的壳体结合力。

Description

具有非常小的厚度的电池组
技术领域
本发明涉及一种电池组，且更特别涉及一种电池组，其中藉由在上壳体和下壳体的上端及下端间的接触区域，以超声波焊接完成上壳体及下壳体间的结合，以及有薄膜状标签附接于彼此互相结合的上壳体及下壳体的外表面，且上壳体的上表面及下壳体的下表面为开放的，使得电池本体可直接附接于此标签，而没有间距，藉此，这种电池组能够以比任何已知的电池组小的厚度制造出来，在放电及充电的过程中，可有效完成电池本体的散热，并且这种电池组提供了电池组所需的结构稳定性及增强的壳体结合力。
背景技术
因为移动装置大幅发展，且此类移动装置的需求也增加，所以作为移动装置能源的二次电池的需求也同样大幅增加。此类二次电池其中之一为具有高能量密度及放电电压的锂二次电池，对锂二次电池已进行了许多研究，而且目前已商业化及广泛使用。
基于其外部形状，锂二次电池一般分为柱形电池、矩形电池或袋形电池。基于其电解质，锂二次电池分为锂离子电池或锂离子聚合物电池。因移动装置最小化的结果，故具有相对较小厚度的矩形电池及袋形电池的需求已经增加。
此外，根据二次电池如何装置于壳体中，电池组一般可分为硬电池组(hard battery pack)或内电池组(inner battery pack)。硬电池组的典型范例示于图1中。请参考图1，硬电池组10形成外部装置的部分外观，其上装置了硬电池组10。因此，当使用时，硬电池组10具有可轻易将此硬电池组装设至外部装置的优点。然而，当有电池本体(图未示)装设于壳体中时，其需要根据外部装置的类型设计壳体(外壳)11。结果，硬电池组10具有较高的制造成本，而且，硬电池组10对外部装置的相容性较低。
另一方面，如图2所示，内电池组20装设于外部装置，然后以盖体隐藏，盖体形成外部装置的一部分。结果，虽然装设内电池组20至外部装置中较为麻烦，但内电池组20具有易于设计内电池组、内电池组的制造成本较低及内电池组与外部装置具有较高相容性等优点。
包含矩形电池本体的内电池组，其细节请参考图3及图4描述。参考这些图示，内电池组20包含：矩形电池本体21，具有阴极端子，其在电池本体一侧形成，以及阳极端子，其在电池本体另一侧形成；正温度系数(PTC)元件22，连接至两个电极端子之一，其主要保护电池出现过电流、过放电及过充电情形；保护电路单元24，穿过镍板23连接至PTC元件22侧的电极端子(阴极端子或阳极端子)，并且穿过镍板27连接至另一电极端子，以辅助保护此电池，保护电路单元24在其外侧具有外部输入及输出端子，通过这些端子，保护电路单元24连接至对应的外部装置(图未示)；上壳体25及下壳体26，用以环绕电池本体21、PTC元件22及保护电路单元24。
电池本体21的侧边与镍板23间及保护电路单元24与镍板27间装置有绝缘片28，其防止了因镍板23与电池本体21间或镍板27与保护电路单元24间非必要的接触而形成短路。
同样地，有双面胶带29设置于电池本体21及下壳体26间，使得电池壳体21藉由双面胶带29而可牢固地固定于下壳体26的底部。因此，当电池本体21容置于上壳体25及下壳体26中时，电池本体21可牢固地固定于上壳体25及下壳体26中。
在上壳体25结合至下壳体26后，其中下壳体中将容置电池本体21，已结合的上壳体25及下壳体26可由包装标签30环绕，包装标签进一步增加了上壳体25及下壳体26间的结合力，并防止外部异物进入上及下壳体间的结合区域或进入上及下壳体中。
图5为现有包含袋形电池本体的内电池组的立体示意图，图6为示于图5的电池组分解立体示意图，以及图7为示于图5中的电池组部分组合下的立体示意图。
请参考这些图示，电池组50包含具有电极组件的袋形电池本体51，其由阴极、阳极及隔板组成，与电解质以密封状态装设在一起，下壳体52，具有内空间以容置电池组51，以及上壳体53，结合至下壳体52，其中电池本体51容置于下壳体中，上壳体53用以密封电池本体51。同样地，有双面胶带54装置于电池本体51及上壳体53与下壳体52间，使得电池本体51可牢固地固定于上壳体53与下壳体52所限定出的内空间中。
在上壳体53结合至下壳体52后，其中下壳体容纳有电池本体51，结合的上壳体25及下壳体26由包装标签40环绕，以如示于图2至图4电池组20组装方法同样的方式，使得增加了上壳体53及下壳体52间的结合力，并防止外部异物进入上及下壳体间的结合区域或进入上及下壳体中。
在图2的电池组20及图5的电池组50中，上壳体及下壳体由塑料材质制造，如聚碳酸酯(PC)或聚丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)，且上及下壳体藉由超声波焊接方式彼此互相牢固地结合。超声波焊接方式是一种藉由利用由高频率机械震动，例如20,000Hz震动所产生的磨擦热而焊接所要结合的两个表面的方式。
藉由超声波焊接方式而在下壳体及上壳体间的结合细节将参照图8至图11描述。图8为上壳体53装设于下壳体52的平面示意图，图9为结合的上壳体53及下壳体52的垂直截面示意图(沿图8的A-A线截面图)。当上壳体53装置于下壳体52时，上壳体53的相对端与下壳体52的相对端接触。图10为图9的接触部B在超声波焊接之前的部分放大示意图，图11为图9的接触部B在超声波焊接之后的部分放大示意图。如图10中所示，有楔形焊接脊部61形成于上壳体53的端部，且有焊接表面71形成于下壳体52的端部，使得焊接表面71可与焊接脊部61接触。当高频震动作用于焊接脊部61及焊接表面71时，焊接脊部61及焊接表面71间的接触区域被焊接在一起，且因此焊接脊部61及焊接表面71彼此互相附接在一起。
然而，因具有更为减少厚度的小型电池组的需求增加，故下壳体52及上壳体53的厚度近年来已降低至0.3mm至0.35mm。结果，难以藉由冲模铸形或注射成形来制造下壳体及上壳体。而且，因为焊接脊部61及焊接表面71的尺寸减少，所以焊接力(结合力)降低，且因此增加了不良焊接率。
基于此原因，非常需要这样的电池组，就算使用小厚度壳体，其仍具有足够的强度应付外部碰撞，且其易于制造，及降低制造成本。
发明内容
因此，本发明的目的为基本上排除前述现有技术所遇到的问题，以及过去以来所提出的技术问题。
因为对于电池组的结构做了许多广泛深入的研究及实验的结果，本发明的发明者发现，当电池组掉落或有外部碰撞作用于电池组时，外部力量集中于壳体间的结合区域，且因此因壳体的厚度小，所以壳体的侧面结合部首先损坏，因此失去了电池组的最初功能。同样地，发明者发现：只要没有垂直外部力量施于电池组的上表面或电池组的下表面，则对电池组的上壳体(电池组上壳体的上表面)及电池组的下壳体(电池组下壳体的下表面)并无影响，且此类垂直外部力量施于电池组的上表面或电池组的下表面的可能性相对地小于外部力量对电池组的影响。
因此，发明人发现，可制造出具有非常小厚度的小尺寸电池组，且这种电池组藉由提供在壳体上端及下端间的结合区域，壳体间直接结合的结构而具有所期望的机械稳定性，在结合区域，交界面面积相对较大，藉由环绕薄膜形标签于壳体的外表面，进一步增加了结合力，且上壳体及下壳体在上及下表面处分别具有开口，使得已结合的上壳体及下壳体的高度等于电池本体的高度。
本发明基于这些发现而完成。
根据本发明的一个方面，上述及其他目的可由提供一种电池组而实现，该电池组包含：矩形电池本体，其具有电极组件，该电极组件包含阴极、阳极及隔板，它们以密封状态与电解质设置在一起；下壳体，具有内空间以容置该电池组；以及上壳体，结合至该下壳体，其中该电池本体容置于下壳体中，该上壳体用以密封该电池本体，其中藉由在上端及下端间的接触区域，以超声波焊接完成该上壳体及该下壳体间的结合，以及有薄膜状标签附接于彼此互相结合的壳体的外表面，且该上壳体的上表面及该下壳体的下表面为开放的，使得该电池本体可直接附接于该薄膜状标签，而没有间距。
根据本发明的电池组的特征之一为，仅在壳体的上端及下端间的接触区域，而非在壳体的侧面接触区域，以超声波焊接完成上壳体及下壳体的结合。这种电池组以这样一种结构，即电池本体装设于壳体中，使得保护电路单元可牢固地装设于电池本体，且此电池本体可从外部被保护。因此，结合的上壳体及下壳体具有内空间，以容置电池本体及保护电路，和保护电路装设其上的上接触区域，以及形成电池组下端的下接触区域，其具有较侧面接触区域更大的接触交界面面积。如前所述，需要在接触区域处形成焊接脊部及焊接表面，以完成超声波焊接，且交界面面积越大，结合力也越大。因此，上端及下端接触区域适于完成超声波焊接。因省去对侧面接触区域超声波焊接而导致的结合力下降，可藉由提供附接于壳体外表面的薄膜形标签，使得标签环绕壳体的方式来补充。因为没有对侧面接触区域做超声波焊接，故壳体的宽度(壳体相对侧之间的距离)可更进一步减少，且因此可制造出总体尺寸非常小的小型电池组。
根据本发明的电池组另一个特性为，上壳体的上表面及下壳体的下表面为开放的，使得该电池本体可直接附接于该薄膜状标签，而没有间距。此处，术语“没有间距”意指：当上壳体及下壳体彼此互相结合，同时电池本体装置于上壳体及下壳体中时，上壳体的上表面及下壳体的下表面为开放的，以这样一种结构，即在上壳体及下壳体及电池本体之间没有高度差，使得结合的上壳体及下壳体的总高度等于电池本体的高度。因为此结构的优点，故除了标签的厚度外，此电池组的总厚度等于此电池本体的厚度。因此，可制造出具有非常小的厚度的电池组。同时，由上述，上壳体及下壳体的开放结构，因充电及放电的过程而从电池本体所产生的热可更有效地散除。
在较佳实施例中，上壳体由具有向下延伸的侧壁的框架组件组成，下壳体由具有向上延伸的侧壁的框架组件组成。因此，当上壳体及下壳体彼此互相结合时，电池本体的侧部由上壳体及下壳体的侧壁所环绕。更较佳的是，在上壳体及下壳体的侧壁上形成有结合突出及结合槽，使得结合突出及结合槽能够以组合状态彼此互相接合。
在另一较佳实施例中，此电池组还包含：台肩，在其上该上壳体的上表面及侧壁彼此相遇，肩部略微弯曲成弯曲的截面形状。这种轻微弯曲曲线结构为一种宽拱型结构，当有外部碰撞作用于此上角部时，其相对较稳固。此轻微弯曲曲线结构也依同样方式应用于下壳体上。
用于上壳体及下壳体的材质并无特别限制。至少在上壳体及下壳体的上端及下端间的接触区域，以塑料材质制成，如聚碳酸酯(PC)或聚丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)，在接触区域进行超声波焊接。因此，整个壳体，包含上壳体及下壳体的上端及下端间的接触区域可由塑料材质或包含塑料及金属的混合材质制成。
薄膜状标签附接于上壳体及下壳体上，使得已结合其中装设有电池本体的上壳体及下壳体的外表面可完全由此标签环绕，以进一步增加上壳体及下壳体间的结合力，并且从外部保护此电池本体及壳体。此薄膜状标签为一单元薄膜或二单元薄膜。此标签的重叠部分在由此标签完全环绕上壳体及下壳体之后彼此互相结合，藉此，标签被附接至壳体及电池本体。重叠部分的结合可藉由各种方式完成，举例来说，利用胶粘剂、热焊接或另外的胶粘组件或结合组件接合。然而，除了上述指定的方式外，可以以其他不同方式完成结合。而且，胶粘剂可涂布于标签、壳体及电池本体之间，藉此更进一步增加结合力。
标签的材质并无特别限制。举例来说，此标签可由塑料材质制成，如聚碳酸酯(PC)或聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、薄金属材质，或包含塑料及金属的混合材质。而且，标签可由强化材质制成，其为一种以塑料为基础、具有纤维强化剂的材质，如短纤维、长纤维、无纺织物或纺织品，其增加标签的强度。更佳者为，此标签由塑料材质制造。考虑电池组的厚度及标签作为保护性元件的功能，所期望的标签厚度约为0.1mm至0.2mm。然而，此标签的厚度并不限定为上述的特定尺寸。
矩形电池本体或袋形电池本体可装设于根据本发明的电池组中。较佳的是，此电池本体为锂离子二次电池或锂离子聚合物二次电池。
附图说明
本发明的上述及其他目的、特征及其他优点将由上面的详细描述并结合下列所附图被更清楚地了解，其中：
图1为硬电池组的立体示意图；
图2为已知的内电池组，其包含矩形电池本体的立体示意图；
图3为示于图2中的电池组的立体分解示意图；
图4为示于图2中的电池组的立体部分组合示意图；
图5为已知内电池组包含袋形电池本体的立体示意图；
图6为示于图5的电池组的分解立体示意图；
图7为示于图5中的电池组部分组合立体示意图；
图8为已知的电池组的平面示意图；
图9为沿图8的A-A线的截面示意图；
图10为图9的B部分在超声波焊接之前的部分放大示意图；
图11为图9的B部分在超声波焊接之后的部分放大示意图；
图12为根据本发明的较佳实施例的电池组的分解立体示意图；
图13为根据本发明的较佳实施例电池组的组合立体示意图；
图14为根据本发明的另一较佳实施例的应用了一单元标签至电池组外表面的组装方法的示意图；
图15为根据本发明的较佳实施例电池组的平面示意图；
图16为沿图15的C-C线的截面示意图；以及
图17为图16的D部分的部分放大示意图。
具体实施方式
现在，本发明的较佳的实施方式将会参照所附图作详细描述。然而，这里必须注意，本发明的范围并不仅限制于此实施方式的说明。
图12为根据本发明的较佳实施例电池组的分解立体示意图，图13为根据本发明的较佳实施例电池组的组合立体示意图。
请参考图12及图13，电池组100包含电池本体200，其包含多个阴极、多个阳极及多个隔板，它们以密封状态与电解质装设在一起，下壳体300，其用以容置该电池本体200，以及上壳体300，结合至下壳体300，以密封电池本体200。
电池本体200的上端装设了保护电路装置，如保护电路模组(PCM)210及正温度系数(PTC)元件。
下壳体300具有对应于电池本体200外表面的内表面，从而使得电池本体200可位于下壳体300上。在上框部310形成端子窗口312及314，穿过端子窗口312及314，PCM210的输入端子212及输出端子214露出。
下壳体300及上壳体400以一种框型结合形成，其中下壳体300的上表面及上壳体400的下表面为开放的。在下壳体300的相对侧形成有向上延伸的侧壁320。上壳体400的相对侧形成有向下延伸的侧壁420。而且，有台肩330轻微弯曲成曲线的截面形状，下壳体300的下表面和侧壁320相遇在台肩330处。类似的，有肩部430轻微弯曲成曲线截面形状，上壳体400的上表面及上壳体400的侧壁420彼此相遇在台肩430处。因此，下壳体300及上壳体400一起形成了拱型对称结构，且因此下壳体300及上壳体400对于外力作用于下壳体300及上壳体400具有稳定结构。
下壳体300及上壳体400籍由超声波焊接而彼此互相结合。特别的是，上壳体400的上框部410及下框部440分别结合至下壳体300的上框部310及下框部340，在上壳体400的上框部410的端部，该端部与下壳体300的上框部310接触，形成了焊接脊部412。在下壳体300的上框部310的端部形成与焊接脊部412对应的焊接表面316。上框部310及410与下框部340及440具有较组成侧壁320及420的侧框部更大的厚度。因此，上框部310及410与下框部340及440具有足够的交界面面积用于超声波焊接。焊接脊部412及焊接表面316可以以相反的方式形成。在焊接脊部412及焊接表面316的超声波焊接与图10及图11的情况相同。
电池本体200的上表面及下表面分别通过上壳体400的开孔450及下壳体300的开孔350而暴露出来。
上壳体400及下壳体300的外表面彼此互相结合，分别附接于一对标签500及510。标签500及510的内表面涂布有胶粘剂，藉此标签500及510可彼此互相牢固固定，不仅在标签500及510的重叠区域，还在上壳体400及下壳体300及通过上壳体400的开孔450及下壳体300的开孔350而暴露出来的电池本体200的外表面。
图14根据本发明的另一较佳实施例的电池组101的正视示意图。
请参考图14，标签510构成一单元结构，这种结构具有足够长度，以包覆上壳体400及下壳体300的整个外表面，其与图12中的标签500及510不同。
图15为根据本发明的较佳实施例的电池组100的平面示意图，图16为电池组100的垂直截面示意图，以及图17为电池组100的侧壁的截面放大示意图。为了易于理解，图中没有显示标签。
首先请参考图15，电池本体200的上表面从上壳体400露出。因此，在充电及放电过程中，从电池本体200产生的热可有效散除，且因此完成电池本体200的最佳操作。
请参考图16及17，有结合突出360及结合槽460在下壳体300的侧壁320及上壳体400的侧壁420分别形成，使得结合突出360可与结合槽460啮合。结合突出360及结合槽460可以相反方式形成。根据情况，结合突出360及结合槽460可不同地在左及右侧壁形成。而且，结合突出360及结合槽460的外型并无特别限制。换句话说，结合突出360及结合槽460可形成各种外型。根据情况，可不形成结合突出及结合槽。因此，超声波焊接并不会用在下壳体300的侧壁320及上壳体400的侧壁420处。因此，可制造出侧边具有小厚度且没有特别限制的壳体。
请再参考图17，电池本体200装设于上壳体400及下壳体300中，而没有间距。因此，只要标签(图未示)没有附接于电池组100上，则电池本体200具有的厚度(t)等于电池组100的厚度(T)。特别的是，下壳体300的内侧端370及上壳体400的内侧端470与电池本体200的表面接触，且没有向外突出。此结构的优点是，电池本体200可牢固固定于上壳体400及下壳体300。而且，电池组可以以非常小的厚度制造出来。
根据本发明的电池组较佳的是用于内电池组。
虽然本发明在上文中已以较佳实施例揭露，但是本领域技术人员应理解的是，这些实施例仅用于描绘本发明，在不脱离本发明及所附权利要求的范畴及精神下，当有可能做各种变化、增加与置换。
工业应用性
如上述所揭露，根据本发明的电池组可以比任何现有电池组小的厚度制造出来。而且，在充电及放电过程中，从电池本体产生的热可有效散除。此外，根据本发明的电池组提供电池组所需的结构稳定性及增强的壳体结合力。

Claims (10)

1.一种电池组，包含：矩形的电池本体，其具有电极组件，该电极组件包含阴极、阳极及隔板，它们以密封状态与电解质装设在一起；下壳体，具有内空间以容纳该电池本体；以及上壳体，结合至该下壳体，该电池本体被容纳于下壳体中，该上壳体用以密封该电池本体，其中，
该上壳体及该下壳体间的结合是这样实现的，藉由在它们上端及下端间的接触区域以超声波焊接，以及有薄膜状标签附接于彼此互相结合的该上壳体及该下壳体的外表面，并且该上壳体的上表面及该下壳体的下表面为开放的，使得该电池本体能够直接附接于该薄膜状标签，而没有间距；
该上壳体由具有向下延伸的侧壁的框架组件组成，该下壳体由具有向上延伸的侧壁的框架组件组成；以及
在该上壳体及该下壳体的侧壁上形成的结合突出及结合槽，使得结合突出及结合槽能够在组合状态下彼此互相接合。
2.如权利要求1所述的电池组，还包含：
台肩，该上壳体的上表面及侧壁在台肩处彼此相遇，台肩略微弯曲成曲线的截面形状。
3.如权利要求1所述的电池组，还包含：
台肩，该下壳体的下表面及侧壁在台肩处彼此相遇，台肩略微弯曲成曲线的截面形状。
4.如权利要求1所述的电池组，其中该上壳体及该下壳体的上端和下端间的接触区域由塑料材质制成。
5.如权利要求1所述的电池组，其中薄膜状标签为一单元薄膜或二单元薄膜，该薄膜状标签的重叠部分在完全由该薄膜状标签环绕该上壳体及该下壳体之后，彼此互相结合，藉此使该薄膜状标签附接于该上壳体及该下壳体及该电池本体。
6.如权利要求1所述的电池组，其中该薄膜状标签由塑料材质制成，且该薄膜状标签的厚度为0.1mm至0.2mm。
7.如权利要求1所述的电池组，其中该电池本体为锂离子二次电池。
8.如权利要求4所述的电池组，其中所述塑料材质是聚碳酸酯或聚丙烯腈-丁二烯-苯乙烯。
9.如权利要求6所述的电池组，其中所述塑料材质是聚碳酸酯或聚对苯二甲酸乙二酯。
10.如权利要求7所述的电池组，其中所述锂离子二次电池是锂离子聚合物二次电池。
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