CN101667664B - 保护电路组件、电池组件和用于连接这二者的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种保护电路组件、一种包括该保护电路组件的电池组件、以及一种将该保护电路组件连接到该电池组件的方法。作为副保护器件的PTC器件设置在保护电路板上，并被安装为与二次电池的裸电池的电极端子电连接。根据PTC器件被电连接到裸电池并被安装在保护电路板上的结构配置，该PTC器件对裸电池的温度变化反应敏感，由此切断电流流动。由于该PTC器件的这种结构配置，在保护电路板上不再需要形成用于与裸电池电连接的电极引线。因此，设计在保护电路板上的图案形成面积增大。
Description
技术领域
本发明涉及一种二次电池。更具体而言，本发明涉及一种具有PTC器件的保护电路板、一种具有该保护电路板的二次电池、以及一种包括该二次电池的电池组。
背景技术
二次电池是一种对电池重新充电之后能够重复使用的电池。二次电池具有适用于诸如移动电话、笔记本电脑、可携式摄像机等便携式多功能设备的广阔应用领域。
二次电池由裸电池组成，该裸电池包括罐、容纳在该罐内的电极组件、以及与该罐组装在一起的盖组件。电池组被配置成装备有电连接到裸电池的保护电路板。设置在保护电路板上的保护电路用于控制裸电池的充电/放电。
电池单元与保护电路板之间提供有诸如正温度系数(PTC)器件、热保险丝等保护器件。这种安全器件被称为除了设置在电池单元中的主保护器件之外的副保护器件。该副保护器件被电连接到电池单元，从而在电池升至高温或由于过度充电/放电而发生设定电压紊乱时切断通向外部的电流流动。也就是，副保护器件用于防止电池损坏和性能退化。这种副保护器件通常安装在电池单元中，并对电池单元中的温度变化反应敏感。
主要用作副保护器件的PTC器件目前以单一部件的形式安装在保护电路板上。这种保护电路板有利于简化制造工艺，但也具有将在下文中具体描述的各种缺点。
保护电路板被安装有单一部件形式的PTC器件，因此，该PTC器件与裸电池不直接相连。换句话说，该PTC器件通过保护电路板连接到裸电池，因此该PTC器件的传热效率较低，这因而造成副保护器件性能退化。
另外，保护电路板应具有电极引线以电连接到裸电池。于是，由于形成在保护电路板上的电极引线的安装面积，图案设计面积被减小。因此，保护电路板应采用多层电路板(至少4层或更多)，以确保预定的图案形成面积，由此增加产品成本。
此外，保护电路板具有因PTC器件而增大内阻的问题。
发明内容
因此，本发明鉴于上述问题而作出，本发明的目的在于提供一种具有与裸电池的电极端子电连接的副保护器件的保护电路板。
本发明的另一目的在于提供一种具有上述保护电路板的二次电池。
本发明的又一目的在于提供一种包括上述二次电池的电池组。
本发明的目的在于提供一种保护电路组件，用于电池组件，该电池组件包括具有至少一个电极的裸电池，该保护电路组件包括：适于控制所述裸电池充电和放电的保护电路板；正温度系数(PTC)器件，包括PTC主体、第一导电板和第二导电板，其中所述第一导电板将所述PTC主体连接到所述保护电路板，所述第二导电板适于允许所述PTC主体被连接到所述裸电池的所述至少一个电极其中之一。
本发明的另一目的在于提供一种电池组件，其包括裸电池；适于控制所述裸电池充电和放电的保护电路板；以及PTC器件，其包括PTC主体、将该PTC主体电连接到所述保护电路板的第一导电板、以及将所述PTC主体电连接到所述裸电池的电极的第二导电板，使得所述PTC主体电介于所述裸电池与所述保护电路板之间。
本发明的又一目的在于提供一种将保护电路组件连接到电池组件的裸电池的方法，该方法包括：将正温度系数(PTC)器件通过该PTC器件的第一导电板电连接到所述保护电路组件的保护电路板，以及在将该PTC器件电连接到所述保护电路板之后，将所述PTC器件通过该PTC器件的第二导电板电连接到所述裸电池的一个电极。
附图说明
图1A是根据本发明一个实施例的保护电路板的侧视图；
图1B是图1A的透视图；
图1C是根据本发明一个实施例的设置在保护电路板上的PTC器件的侧视图；
图2A是根据本发明另一实施例的保护电路板的侧视图；
图2B是图2A的透视图；
图3是根据本发明的二次电池的分解透视图；
图4是图示说明在根据本发明的二次电池中保护电路板与裸电池的焊接状态的视图；并且
图5是根据本发明的电池组的分解透视图。
相同的附图标记在所有视图和详细描述中用于表示相同的元件。
具体实施方式
首先，将参照附图举例说明上述根据本发明的保护电路板的一个实施例。
图1A是根据本发明一个实施例的保护电路板的侧视图，图1B是图1A的透视图，图1C是根据本发明一个实施例的PTC器件的侧视图。
参见图1A至图1C，根据本发明一个实施例的保护电路组件100包括保护电路板(下文中称主体)110和安装在该主体110上的PTC器件120。
焊接孔111形成在主体110的中心。主体110的上部安装有用于将电流传递到外部的外部端子112，主体110的下部安装有各种电器件113。另外，正极引线114、115被设置在主体110的两个端部的下表面上。正极引线114、115被形成为从主体110弯曲和延伸，以使这些引线暴露于外部以进行焊接。
PTC器件120包括PTC主体121、连接到PTC主体121一侧的第一导电板122、以及连接到PTC主体121另一侧的第二导电板123。
PTC主体121通过将导电粒子分散在晶体状聚合物中而制备。导电粒子可以是碳粒子，晶体状聚合物可以是诸如聚烯烃树脂等合成树脂。由于导电粒子在预定温度以下聚集在一起，因此PTC主体121用于在第一导电板122与第二导电板123之间连接电流流动。另一方面，当PTC主体121暴露于高于设定温度的高温时，由晶体状聚合物膨胀引起的导电粒子的分开导致电阻快速增大，这因而导致电流流动的阻断或电流的低速流动。通过这种方式，PTC主体121起到用于防止电池损坏的安全器件的作用。电池温度上升到规定范围以上是因热发生引起的，该热发生源于使用电池期间过电流的流动或过电压或增大的能耗。当PTC主体121然后被冷却到设定温度以下时，晶体状聚合物收缩，这导致导电粒子之间重新连接，从而引起电流流动。
第一导电板122包括连接到主体110的第一导电部分122a、连接到PTC主体121的第二导电部分122b、以及用于将第一导电部分122a连接到第二导电部分122b的连接部分122c。该连接部分122c被竖直地形成以在第一导电部分122a与第二导电部分122b之间提供高度差。
第二导电板123包括连接到将在下文图示说明的裸电池的电极端子的第一导电部分123a、连接到PTC主体121的第二导电部分123b、以及用于将第一导电部分123a连接到第二导电部分123b的连接部分123c。该连接部分123c被竖直地形成以在第一导电部分123a与第二导电部分123b之间提供高度差。
根据本发明一个实施例的保护电路组件100以PTC器件120被点焊接到主体110的方式而安装。镍导电层116被安装在主体110的下表面上，PTC器件120随着第一导电板122的第一导电部分122a被点焊接到导电层116而被电连接。
在如上构造的根据本发明一个实施例的保护电路组件100中，PTC器件120的第一导电板122通过诸如电阻焊接等点焊接方法连接到主体110，第二导电板123通过电阻焊接方法连接到裸电池的负极端子(未示出)。通过这种方式，PTC器件安装有被分别焊接的第一导电板122和第二导电板123。因此，这种结构配置对连接到第一和第二导电板122、123的PTC主体121不会产生明显的热效应。这样，PTC主体121被安装成不易受热效应的影响，因此PTC器件120的性能被提高。
PTC器件120被安装在保护电路组件100的主体110上，还被电连接到裸电池的电极端子。因此，从裸电池到PTC器件120的传热效率被提高，这导致PTC器件120的安全性能提高。
PTC器件120用作用于被连接到裸电池的电极端子的电连接路径，以使主体110不再需要连接到裸电池的电极端子的电极引线。结果，主体110上的图案形成面积增大。
在下文中，将图示说明根据本发明另一实施例的保护电路板。
图2A是根据本发明另一实施例的保护电路板的侧视图，图2B是图2A的透视图。
参见图2A和图2B，保护电路组件100’包括主体110和安装在该主体110上的PTC器件120。
这样，根据本发明另一实施例的保护电路组件100’中的主体110和PTC器件120具有与本发明一个实施例的主体和PTC器件相同的配置。相同的附图标记在说明书和附图中表示相同的元件，因此在此将省略其细节。
两个不同的实施例，即保护电路组件100’与100，之间的不同之处在于与PTC器件120相对于主体110的安装方式。
也就是，保护电路组件100’的PTC器件120通过回流焊接(reflowsoldering)方法相对于主体110安装。根据回流焊接方法，焊料膏首先被涂覆到主体110，保护电路组件100’然后穿过回流焊接机，由此将热空气或光施加到PTC器件120与主体110结合的界面区。然后，涂覆到主体110的焊料膏被熔融，PTC器件120被连接到主体110。
连接到主体110的PTC器件120通过回流焊接第一导电板122的第一导电部分122a而被连接。结果，在主体110的下表面上不再需要形成导电层116。
如上所述，在根据本发明另一实施例的保护电路组件100’中，PTC器件120的第一导电板122通过回流焊接方法连接到主体110，PTC器件120的第二导电板123通过诸如电阻焊接的焊接方法连接到裸电池的电极端子(未示出)。通过回流焊接结合不同部件提供多种优点，例如在主体110的上不再需要形成单独的导电层，以及工业化制造过程和过程自动化的设计可行性。
安装在保护电路组件100’上的PTC器件120被直接电连接到裸电池的电极端子，因此，这种结构配置致使传热效率提高。
另外，根据保护电路组件100’，裸电池的电极端子通过PTC器件120连接，因此在保护电路组件100’上不再提供连接到裸电池的电极端子的单独的电极引线。结果，主体110上的图案面积增大。
在下文中，将描述根据本发明的二次电池。
图3是根据本发明的二次电池的分解透视图，图4是图示说明在根据本发明的二次电池中保护电路板与裸电池的焊接状态的视图。
参见图3和图4，根据本发明的二次电池200包括裸电池210和电连接到该裸电池210的保护电路组件100。保护电路组件100包括主体110(即，保护电路板)和PTC器件120。就此而言，保护电路组件100具有与本发明一个实施例中的保护电路组件相同的结构。相同的附图标记表示先前实施例中的相同元件。
裸电池210包括罐211、容纳在该罐211中的电极组件212、以及用于密封罐211的敞口上部的盖组件220。
罐211为金属制成的大致矩形形状容器，该容器具有敞口上部211a并通过诸如深冲压等加工方法形成。因此，罐211还能用作端子。罐211优选地可由轻质导电金属铝或铝合金形成。罐211用作电极组件212和电解液的容器，且允许电极组件212插入的敞口上部211a被盖组件220密封。
电极组件212包括正极板213、隔板214、负极板215、从正极板213引出的正极接线片216、从负极板215引出的负极接线片217、以及连接到正极接线片216和负极接线片217的绝缘带218。
电极组件212可通过堆叠正极板213、负极板215以及介于该正极板与负极板之间的隔板214，并将形成的堆叠结构螺旋形地卷绕成胶卷形状而制备。正极板213可通过将作为正极活性物质的氧化锂钴(LiCoO2)涂敷在由铝组成的正极集流体上而形成，负极板215可通过将作为负极活性物质的碳涂敷在由铜箔组成的负极集流体上而形成。隔板214由聚乙烯、聚丙烯或其共聚物形成。隔板214被形成为其宽度大于正极板213和负极板215的宽度，这有利于防止可能发生在电极板之间的电短路。
连接到正极板213的正极接线片216和连接到负极板215的负极接线片217从电极组件212向上引出。为了防止可能发生在正极板213与负极板215之间的电短路，从电极组件212向外引出的界面区被绝缘带218卷绕。
盖组件220包括盖板221、垫圈222、电极端子223、绝缘板224、端子板225和绝缘壳体226。
盖板221包括形成在其中心的端子通孔221a。该端子通孔221a提供插入电极端子223所通过的路径。电极端子223的外围放置有用于在盖板221与电极端子223之间提供电绝缘的垫圈222。盖板221的一侧设置有用于将电解液注入到罐211中的电解液注入孔221b。完成电解液的注入之后，该电解液注入孔221b利用塞227密封。
电极端子223被电连接到负极接线片217，从而用作负极端子。不过，当电极端子223被连接到正极接线片216时，电极端子223用作具有相反电极性的正极端子。通常，电极端子223用作负极端子。
绝缘板224形成在盖板221下面，并且端子板225设置在绝缘板224下面。因此，绝缘板224提供盖板221与端子板225之间的绝缘。
同时，端子板225与电极端子223的下端相连。电极组件212的负极板215通过负极接线片217电连接到端子板225和电极端子223。进一步，电极组件212的正极板213通过正极接线片216电连接到盖板221的下表面。
绝缘壳体226被设置在电极组件212的上表面上。该绝缘壳体226包括负极接线片穿过部分226a、正极接线片穿过部分226b和电解液入口226c。
塞227用于在电解液通过形成在盖板221上的孔221b注入到罐211之后密封电解液注入孔221b。
如上构造的根据本发明的二次电池200通过将保护电路组件100电连接到裸电池210而制造。
在保护电路组件100中，PTC器件120的第一导电板122通过诸如电阻焊接等点焊接方法连接到形成在主体110下表面上的导电层116。可替代地，当导电层116未形成在主体110的下表面上时，PTC器件120的第一导电板122可通过回流焊接方法连接到保护电路组件100’的下表面。
进一步，PTC器件120的第二导电板123通过电阻焊接方法连接到裸电池210的电极端子223。根据这种焊接工艺，焊条穿过形成在主体110上的焊接孔111，由此焊接第二导电板123与裸电池210的电极端子223之间的接触表面。通常，电极端子223用作裸电池210的负极端子。
当电极端子223为负极端子时，盖板221用作裸电池210的正极端子。被固定到主体110的下表面的两个正极引线114、115被提供在盖板221的上表面上。也就是，正极引线114、115被激光焊接到盖板221的上表面，由此在盖板221与主体110之间提供电连接。就此而言，正极引线114、115中的至少一个被电连接到主体110的正极端子。
通过这种方式，保护电路组件100通过PTC器件120电连接到裸电池210的负极端子223，并且盖板(用作正极端子)221通过正极引线114、115被电连接。结果，保护电路组件100具有裸电池210的正极端子和负极端子与该保护电路组件电连接的结构配置。
在此，PTC器件120被安装在使电流在保护电路组件100与裸电池210之间流动的路径上，因此当二次电池200内部或外部暴露于热时切断电流流动，从而防止电池的爆炸或点燃。
进一步，根据本发明的二次电池200通过提供具有PTC器件120的保护电路组件100或100’而能够提高从裸电池210到PTC器件120的传热效率。
进一步，PTC器件120用作与裸电池210的电极端子223连接的电连接路径，因此，主体110不再需要安装连接到裸电池210的电极端子223的单独的电极引线。结果，可在主体110上形成的图案面积增大。
在下文中，将图示说明根据本发明另一实施例的电池组。
图5是根据本发明的包括二次电池的电池组的透视图。
参见图5，根据本发明的电池组300包括裸电池210、电连接到该裸电池210的保护电路组件100、用于保护电路组件100与裸电池210的上表面之间的连接的顶部壳体310、连接到裸电池210的下表面的底部壳体320、以及将顶部壳体310和底部壳体320连接到裸电池210并围绕以保护裸电池210侧面的标签纸330。
顶部壳体310具有底部敞口的矩形形状，且内部空间的尺寸足以容纳保护电路组件100。顶部壳体310的一侧设置有端子通孔311，保护电路组件100的外部端子112通过该端子通孔311露出。顶部壳体310的另一侧设置有附着水敏性标签340的水敏性标签附着部分312。
底部壳体320的两个侧面设置有支撑裸电池210的下侧面的侧肋321。
双面带350被设置在裸电池210与底部壳体320之间，以使裸电池210的下表面和底部壳体320的上表面彼此粘合。因此，底部壳体320被结合到裸电池210的下端。
标签纸330在覆盖顶部壳体310的下端和底部壳体320的侧肋321的同时围绕裸电池210的侧面。
在如此构造的根据本发明的电池组300中，裸电池210和保护电路组件100被彼此电连接。在此，裸电池210的负极端子223被连接到PTC器件120，由此与保护电路组件100的负极端子(未示出)相连。进一步，作为裸电池210的正极端子的盖板221通过保护电路组件100的正极引线114、115连接到保护电路组件100的正极端子(未示出)。
通过这种方式，设置在保护电路组件100上的PTC器件120直接接受通过裸电池210的负极端子223的热传递。结果，PTC器件120中断电流的流动，由此防止因电池过热而发生故障时电池组300的可能爆炸或点燃。
另外，PTC器件120用作用于与裸电池210的电极端子223连接的电连接路径，因此，主体110不再需要安装连接到裸电池210的电极端子223的单独的电极引线。为此原因，主体110的图案形成面积有利地增大。
如根据上述描述明显可知，根据本发明的保护电路板通过提供电连接到裸电池的电极端子的副保护器件而能够提高电池的安全性能。
进一步，根据本发明的保护电路板通过使设置在保护电路板上的副保护器件的安装面积最小化而能够使器件内阻减小。
进一步，根据本发明的保护电路板能够使形成在该保护电路板上的图案安装面积增大，这是因为副保护器件用作负极引线。因此，即使使用双层电路板，所希望图案的设计也是可能的，因此导致显著的产品成本节省，而传统的保护电路板需要四层电路板来实现相同的效果。
本公开内容提供本发明的示例性实施例。本发明的范围不限于这些示例性实施例。众多变型，不管是由该说明书明确规定的还是由本说明书暗含的诸如结构、尺寸、材料类型和制造工艺的变型，可根据本公开内容由本领域技术人员实施。
Claims (23)
1.一种保护电路组件，用于电池组件，该电池组件包括具有至少一个电极的裸电池，该保护电路组件包括：
适于控制所述裸电池充电和放电的保护电路板；和
正温度系数器件，包括正温度系数主体、第一导电板和第二导电板，其中所述第一导电板将所述正温度系数主体连接到所述保护电路板，所述第二导电板适于允许所述正温度系数主体被连接到所述裸电池的所述至少一个电极其中之一；
其中所述第二导电板包括适于电连接到所述裸电池的所述至少一个电极的第一导电部分、电连接到所述正温度系数主体的第二导电部分、以及介于所述第一和第二导电部分之间以将所述第一和第二导电部分分开的第三部分；
其中所述第二导电板的所述第二导电部分介于所述正温度系数主体和所述保护电路板之间并且接触所述正温度系数主体和所述保护电路板。
2.如权利要求1所述的保护电路组件，其中所述第一导电板被成型为将所述正温度系数主体保持到所述保护电路板。
3.如权利要求1所述的保护电路组件，进一步包括设置在所述保护电路板上的导电层，其中所述第一导电板通过点焊接到所述导电层而电连接到所述保护电路板。
4.如权利要求3所述的保护电路组件，其中所述导电层包括镍导电层。
5.如权利要求1所述的保护电路组件，其中所述第一导电板通过回流焊接被连接到所述保护电路板。
6.如权利要求1所述的保护电路组件，其中所述第一导电板包括电连接到所述保护电路板的第一导电部分、电连接到所述正温度系数主体的第一表面的第二导电部分、以及介于所述第一和第二导电部分之间以将所述第一和第二导电部分分开的第三部分。
7.如权利要求6所述的保护电路组件，其中所述第二导电板的所述第二导电部分电连接到所述正温度系数主体的第二表面。
8.如权利要求7所述的保护电路组件，其中所述正温度系数主体被设置成邻近所述保护电路板，并且所述第二导电板的所述第二导电部分介于所述正温度系数主体的所述第二表面与所述保护电路板之间，且所述第一导电板的所述第二部分连接到所述正温度系数主体的所述第一表面。
9.一种电池组件，包括：
裸电池；
适于控制所述裸电池充电和放电的保护电路板；以及
正温度系数器件，其包括正温度系数主体、将该正温度系数主体电连接到所述保护电路板的第一导电板、以及将所述正温度系数主体电连接到所述裸电池的电极的第二导电板，使得所述正温度系数主体电介于所述裸电池与所述保护电路板之间；
其中所述第二导电板包括适于电连接到所述裸电池的所述电极的第一导电部分、电连接到所述正温度系数主体的第二导电部分、以及介于所述第一和第二导电部分之间以将所述第一和第二导电部分分开的第三部分；
其中所述第二导电板的所述第二导电部分介于所述正温度系数主体和所述保护电路板之间并且接触所述正温度系数主体和所述保护电路板。
10.如权利要求9所述的电池组件，所述裸电池包括：
电极组件，其具有第一和第二电极板及介于该第一和第二电极板之间的隔板，以及分别连接到所述第一和第二电极板的第一和第二接线片；
具有开口的罐，其中所述电极组件被设置在所述罐内；以及
连接到所述罐的盖组件，其中所述盖组件包括电连接到所述第一和第二接线片中的至少一个的电池电极。
11.如权利要求9所述的电池组件，进一步包括用于连接在所述保护电路板与所述裸电池之间的顶部壳体。
12.如权利要求9所述的电池组件，进一步包括位于所述保护电路板上的导电层，其中所述第一导电板通过点焊接到所述导电层而电连接到所述保护电路板。
13.如权利要求12所述的电池组件，其中所述导电层包括镍导电层。
14.如权利要求9所述的电池组件，其中所述第一导电板通过回流焊接而连接到所述保护电路板。
15.如权利要求9所述的电池组件，其中所述保护电路板包括主体，该主体具有形成在该主体中心处的焊接孔。
16.如权利要求15所述的电池组件，其中所述正温度系数器件的所述第二导电板通过所述保护电路板的所述焊接孔利用电阻焊接被连接到所述裸电池的所述电极。
17.如权利要求9所述的电池组件，其中所述保护电路板包括主体，该主体具有设置在该主体的两个端部的电极引线。
18.如权利要求17所述的电池组件，其中所述保护电路板的所述电极引线被激光焊接到所述裸电池的上表面。
19.一种将保护电路组件连接到电池组件的裸电池的方法，该方法包括：
将正温度系数器件通过该正温度系数器件的第一导电板电连接到所述保护电路组件的保护电路板；
在将所述正温度系数器件电连接到所述保护电路板之后，将所述正温度系数器件通过该正温度系数器件的第二导电板电连接到所述裸电池的一个电极；
其中所述第二导电板包括适于电连接到所述裸电池的所述一个电极的第一导电部分、电连接到所述正温度系数器件的正温度系数主体的第二导电部分、以及介于所述第一和第二导电部分之间以将所述第一和第二导电部分分开的第三部分；
其中所述第二导电板的所述第二导电部分介于所述正温度系数主体和所述保护电路板之间并且接触所述正温度系数主体和所述保护电路板。
20.如权利要求19所述的将保护电路组件连接到电池组件的裸电池的方法，其中将所述正温度系数器件的第一导电板电连接到保护电路板包括将所述第一导电板点焊接到形成在所述保护电路板上的导电层。
21.如权利要求19所述的将保护电路组件连接到电池组件的裸电池的方法，其中将所述正温度系数器件的第一导电板电连接到保护电路板包括将所述第一导电板回流焊接到所述保护电路板。
22.如权利要求19所述的将保护电路组件连接到电池组件的裸电池的方法，其中将所述正温度系数器件的第二导电板电连接到所述裸电池的一个电极包括通过所述保护电路板的焊接孔进行电阻焊接。
23.如权利要求19所述的将保护电路组件连接到电池组件的裸电池的方法，进一步包括将所述保护电路板的电极引线通过激光焊接电连接到所述裸电池的另一电极。
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| GR01 | Patent grant |