CN101779323A - 保护电路模块、和包括该保护电路模块的电池以及制造该电池的方法 - Google Patents

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Abstract

该文献描述了包括集成保护电路芯片的保护电路模块和二次电池。根据该文献中的实施例，所述集成保护电路芯片附接于保护电路模块的底部，并且在保护电路模块的中央形成有与电池单体的凸起对应的贯通孔。通过该保护电路模块，可以获得这样的电池，其中保护电路模块的集成保护电路芯片包括在形成于电池单体中的沟槽中，并且电池单体的凸起插入保护电路模块的贯通孔中。

Description

保护电路模块、和包括该保护电路模块的电池以及制造该电池的方法
技术领域
本文献一般涉及保护电路模块、包括该保护电路模块的电池以及制造该电池的方法。
背景技术
通常，对于例如锂离子电池的二次电池(secondary battery)而言，构成电池的电池单体具有在上部中央凸起的电气端子，并且电池单体的外部自身形成另一电气端子。换言之，由正方形壳体(例如，铝)组成的电池单体自身形成一个单一的端子(例如，正端子)，并且另一端子(例如，负端子)在电池单体的上部中央凸起。
让我对如何制造电池单体的示例进行介绍。首先，将电极组件插入其顶部开口的正方形壳体中，并通过顶盖将开口的顶部封盖且密封。将电解液注入在顶侧的一侧穿孔而成的电解液注入口中，接着进行密封，并在密封上涂覆环氧树脂。由于连接至正方形壳体的顶盖是电子连接的，因此顶盖还形成了正端子，并且该正端子通过绝缘体与负端子电子分离。
由于例如为锂二次电池的电池包含各种易燃材料，从而该电池因过度充电、过电流和其它物理的外界冲击而处于发热和爆炸的危险中，因此应该考虑安全性。因此，为了有效控制反常状态，如过度充电，锂二次电池具有嵌入电池单体中的PCM(保护电路模块)。
PCM，作为一种负责控制电流的开关元件，由FET(场效应晶体管)和手动晶体管(manual transistor)如电压探测器、电阻和电池组成，并且PCM中断过度充电、过度放电、过电流、短路和反向电压，以防止电池爆炸或过热、或泄露并防止充电和放电特性变差，并且还防止电池的电气性能恶化以及防止其物理及化学行为表现。因而，危险被消除从而延长了使用寿命。
该PCM被配置为PCB(印刷电路板)结构，其中，负责控制电池过度充电、过度放电和过电流的PCM被印制在由环氧化合物制成的矩形结构上。
对于现有的PCM，凸起的元件杂乱地安装在PCB的底部。因此，现有的PCM并不直接连接至电池单体并需要用于将其连接的结构或连接构件。
发明内容
技术问题
因此，该文献旨在针对现有技术中出现的上述问题，并且该文献的目的是提供保护电路模块和包括该保护电路模块的电池。
另外，该文献的另一目的是提供用于自动地制造电池的保护电路模块以及制造使用该保护电路模块的电池的方法。
技术方案
为了实现以上目的，本发明提供了一种保护电路模块，其包括用于控制电池的过度充电、过度放电和过电流的集成保护电路芯片，其中，集成保护电路芯片安装在保护电路模块的一侧，保护电路模块在与连接至保护电路模块的电池单体的凸起相应的位置具有贯通孔。
集成保护电路芯片可以是开关保护模块(SPM)。
保护电路模块可具有连接至贯通孔的一侧的电极引线。
保护电路模块可具有连接至保护电路模块的两侧中至少一侧的至少一个电极引线。
至少一个电极引线可被连接为穿入保护电路模块中。
至少一个电极引线的、暴露到所述保护电路模块之外的高度可高于安装在保护电路模块中的集成保护电路芯片的高度。
为了实现以上目的，本发明提供了一种电池，其包括：根据权利要求1-6任一项所述的保护电路模块；以及电池单体，其在与保护电路模块的贯通孔相应的位置具有凸起，其中，电池单体与保护电路模块电连接，以使电池单体的凸起插入保护电路模块的贯通孔中。
可对电池单体在连接至保护电路模块的一侧进行凹凸加工，以使电池单体具有至少一个沟槽，保护电路模块的集成保护电路芯片包括在所述至少一个沟槽中。
在所述电池单体与所述保护电路模块之间可包括绝缘体。
为了实现以上目的，本发明提供了一种制造电池的方法，该方法包括：将电池的凸起插入根据权利要求1-6任一项所述的保护电路模块的贯穿孔中；以及将保护电路模块的至少一个电极引线与电池单体的至少一个电极端子连接。
该方法还可以包括将顶盖、底盖和标签同时附接至与保护电路模块连接的电池单体。
有益效果
根据在本文献中所描述的保护电路模块、包括该保护电路模块的电池、以及制造电池的方法，可以减少部件的数量和连接电池单体和保护电路模块过程中的焊接数目。
另外，附接集成保护电路芯片实现了保护电路模块的小型化，因此可以减小电池的整体尺寸，因为可以降低安装在电池单体中的部件的数量和尺寸。或者，可以通过与所减小的部件尺寸相应地增加电池单体的容量而延长电池单体的寿命。
还可以在制造电池时通过减少生产线的数量来提高日产量。而且，简单的工艺会实现制造过程的自动化，并期待可以通过自动化过程来提高所述日产量。
此外，可以通过减少制造过程来降低价格并提高价格竞争力，并且存在许多更换电池单体和重复使用保护电路模块的机会。
附图说明
通过以下结合附图所进行的详细描述，可以更清楚地理解本发明的以上和其它目的、特征以及其它优点，在附图中：
图1图示了根据本发明的示例的保护电路模块的顶侧和底侧立体图。
图2图示了根据本发明的示例的保护电路模块的顶侧立体图。
图3图示了根据本发明的示例的保护电路模块的顶侧立体图。
图4图示了根据本发明的示例的保护电路模块和电池单体的组合的竖直剖视图。
图5图示了根据本发明的示例的保护电路模块和电池单体的连接的竖直剖视图。
图6图示了根据本发明的示例的保护电路模块和电池单体的连接的竖直剖视图。
图7图示了根据本发明的示例的保护电路模块和电池单体的连接的竖直剖视图。
图4图示了根据本发明的示例的保护电路模块和电池单体的连接的竖直剖视图。
图9图示了将保护电路模块与根据本发明示例的电池的电池单体电连接的过程的立体图。
图10图示了制造根据本发明示例的电池的方法的流程图。
具体实施方式
以下参照附图详细描述根据本发明的保护电路模块、包括该保护电路模块的电池以及制造该电池的方法。
根据本发明的示例的保护电路模块包括保护电路，该保护电路被小型化并集成且接着附接于PCB(印刷电路板)的底部。换言之，保护电路作为集成保护电路芯片安装在保护电路模块的一侧。以下，将集成保护电路芯片称为SPM(开关保护模块)。然而，可将该集成保护电路芯片命名为SPC(开关保护芯片)和IPCM(集成保护电路模块)，并且本发明的范围不限于名称SPM。
图1图示了根据本发明的示例的保护电路模块的顶侧和底侧立体图。
图1(a)图示了根据本发明的一个示例的保护电路模块的顶侧立体图。通过参照图1(a)，在根据本发明的一个示例的保护电路模块(10)中形成有贯穿孔(12)。这里，在保护电路模块(10)中形成的贯穿孔(12)应该对应于与连接至保护电路模块(10)的电池单体的凸起对应的位置和尺寸相对应。即，优选地将位置和尺寸形成使得当将保护电路模块(10)连接至电池单体时，可将电池单体的凸起插入贯穿孔中。
例如，一般将电池单体配置为具有这样的凸起，该凸起与位于连接至保护电路模块的一侧的、即电池单体顶部的中央的正端子或负端子相应。在这种情况下，根据本发明的示例的保护电路模块(10)具有贯穿孔(12)，该贯穿孔(12)的尺寸对应于与位于电池单体中央的正端子或负端子相应的凸起的尺寸。
图1(b)图示了根据本发明的一个示例的保护电路模块(10)的底侧立体图。通过参照图1(b)，与图1(a)中的一样，在保护电路模块(10)中形成有贯穿孔(12)，该贯穿孔(12)与连接至保护电路模块(10)的电池单体的凸起对应，并且SPM(11)被附接。如上所述，如果将SPM(11)用作保护芯片，那么可以将集成的且简单的片结构附接在保护电路模块的一侧。
如果需要额外的元件或电路芯片与SPM(11)分离，那么可将该额外的元件或芯片在保护电路模块(10)的底部与SPM(11)附接。优选地，将该额外的元件或电路芯片形成为与SPM(11)相同的简单六面体结构。
图1(b)图示了与该额外的元件或电路芯片对应的芯片(13)被配置为六面体结构并沿SPM(11)的反向附接于保护电路模块(10)的中央底部。肯定的是可以改变该芯片(13)的结构和位置。
另外，为了方便解释，将图1(b)所示的保护电路模块(10)的凸起的保护元件(11、13)的尺寸进行了放大，并且本发明的范围不限于图示。
根据所述的本发明的示例，应将电池单体的正端子和负端子与保护电路模块电连接，从而将保护电路模块附接于电池单体以进行操作。以下，将与电池单体的正端子和负端子电连接的元件称为电极引线。在以下的解释中，认为电池单体的凸起是负端子。
由于根据本发明的一个示例的保护电路模块具有用于位于电池单体中央的凸起电极的贯穿孔(12)，因此可将电极引线形成为与贯穿孔和电极电连接。
换言之，如果保护电路模块(10)的贯穿孔(12)的尺寸与电池单体的负端子的尺寸相同，详细地，如果贯穿孔(12)与负端子周长相等，那么附接用于与贯穿孔(12)的一侧或两侧电连接的电极引线(未图示)与负端子接触。
这样允许通过定位于贯穿孔(12)与负端子之间的电极引线将电池单体的负端子连接至保护电路模块。
然而，由于该方法仅当贯穿孔(12)与负端子周长相等时才是有效的，因此将公开可应用根据本发明示例的保护电路模块的电极引线的其它示例。
通过参照图2和图3解释包括电极引线的保护电路模块，该电极引线可与电池单体的正端子和负端子电连接。
图2图示了根据本发明示例的保护电路模块的顶侧立体图。
这里，保护电路模块的主要部件的描述与图1(a)和(b)所示的相同。因此，图2仅描述了待添加到图1(a)和(b)的保护电路模块的电极引线。
通过参照图2，公开了连接至电池单体负端子的贯穿孔(12)的示例和沿长斜方形(rhomboidal)方向附接至保护电路模块一侧的电极引线(14、15)的示例。
对于附接至贯穿孔(12)的电极引线(14)而言，一侧应连接至保护电路模块(10)，而另一侧则应连接至电池单体的负端子。可将附接至贯穿孔(12)的电极引线(14)命名为负引线(14)。
对于沿长斜方形方向附接至保护电路模块一侧的电极引线(15)而言，一侧应连接至保护电路模块(10)，而另一侧则连接至电池单体的正端子。同样地，可将沿长斜方形方向附接至保护电路模块一侧的电极引线(15)称为正引线(15)。
通常，由于电池单体的负端子被配置为凸起结构，因此负引线(14)的长度比正引线(15)的长度短。而且，图2仅图示了正引线(15)沿长斜方形方向附接至保护电路模块的一侧，在某些情况下可以将正引线附接至两侧。
如图2所示，由于保护电路模块的贯穿孔(12)或沿长斜方形方向附接于一侧的电极引线被折弯以在附接至保护电路模块的同时配置出向下的竖直部分，因此该竖直部分被配置为与电池单体的负端子或正端子接触。
图3图示了根据本发明的示例的保护电路模块的顶侧立体图。
图1(a)和(b)仅描述添加至保护电路模块的电极引线。
通过参照图3，与图2的示例所示的相同，负引线(14)附接至与电池单体的负端子连接的贯穿孔(12)。然而与图2不同，正引线(16a、16b)沿长斜方形方向插入保护电路模块的两端。例如，该正引线插入与保护电路模块的正引线结构对应的贯穿孔中。
图3图示了沿长斜方形方向插入保护电路模块的两端的正引线(16a、16b)的示例，但是还可以将正引线(16a、16b)沿长斜方形方向仅插入保护电路模块的一端。然而，如果仅在一端形成电极引线，那么可为了稳定的结构而在将保护电路模块组装至电池单体时添加人工(prosthetic)装置。
根据本发明的示例，可将正引线(16a、16b)配置为中空圆筒形或六面体结构。为了通过焊接将保护电路模块固定至电池单体，将正引线的底部、即连接至电池单体顶部的部分形成为块状是合适的。
在上述的示例中，电极引线是用于电连接的元件，并将电极引线称为电极片或连接端子而不限于电极引线。
通过参照图4或图8，对如何将保护电路模块连接至根据本发明的所述示例的电池单体进行解释。
图4图示了根据本发明的示例的保护电路模块和电池单体的组合的竖直剖视图。
电池单体(40)被配置为在上部中央具有作为负端子的凸起(41)。根据本发明的示例，将电池单体(40)的顶部凹凸(embossing)加工为具有与至少一个凸起元件(11、13)的尺寸对应的沟槽，至少一个凸起元件(11、13)附接至连接至电池单体(40)的保护电路模块(10)的底部。
例如，通过参照图4，如果与SPM相应的两个凸起元件(11、13)如图所示沿长斜方形方向附接至保护电路模块的两端，那么将电池单体(40)的顶部凹凸加工为具有比两个元件(11、13)的深度略深的沟槽。
根据本发明的示例，如果保护电路模块(10)安装在经凹凸加工的电池单体(40)上，那么电池单体的负端子(41)插入保护电路模块的贯穿孔(12)中，并且位于保护电路模块底部的凸起元件(11、13)插入经凹凸加工的电池单体的沟槽中。
如图4所示，根据负端子(41)和保护电路模块(10)的相对高度，负端子(41)可从保护电路模块的顶部凸起。
如有必要，可以附接负端子或至少一个正引线(15)。此时，正引线(15)在保护电路模块(10)与电池单体(40)之间形成电连接。这里，由于负引线被定位在保护电路模块(10)的贯穿孔(13)与电池单体的负引线(41)之间，因此未图示负引线。
当将电池单体(40)与保护电路模块(10)连接时，电池单体(40)可与保护电路模块(10)直接接触，但是考虑到如电气短路的危险，推荐将电池单体(40)以规则的间隙连接至保护电路模块(10)。例如，可以通过调整附接至保护电路模块一侧或两侧的正引线(15)的长度而在电池单体(40)与保护电路模块(15)之间保持规则的间隙。
图5图示了根据本发明的示例的保护电路模块和电池单体的组合的竖直剖视图。
通过参照图5，其与图4所示的结构类似，但是在保护电路模块(10)与电池单体(40)之间形成连接的负引线(14)的结构中存在差异。负引线(14)的一端附接至保护电路模块(10)的贯穿孔(12)，而另一端则附接至电池单体的负端子(41)。
在这种情况下，如上所述，由于负端子(41)相比正端子是凸起的，因此负引线(14)的长度比正引线(15)的长度短。
图6图示了根据本发明的示例的保护电路模块和电池单体的组合的竖直剖视图。
通过参照图6，其类似于图5所示的结构，但是您可以看到，在保护电路模块(10)与电池单体(40)之间存在额外的绝缘体(60)以防止保护电路模块(10)与电池单体(40)直接接触。可将该绝缘体(60)预先附接至电池单体(40)的顶部或保护电路模块(10)的底部，或者可在组装过程中附接该绝缘体(60)。
图7图示了根据本发明的示例的保护电路模块和电池单体的组合的竖直剖视图。
通过参照图7，其与图5所示的结构类似，但是在保护电路模块(10)与电池单体(40)的正端子(41)之间形成连接的正引线(16a、16b)的结构中存在差异。换言之，图7示出了组合结构，正引线(16a、16b)如图3所示附接至保护电路模块的一端或两端。
正引线(16a、16b)可以是中空的圆筒形或六面体结构以及底部为块状(floor-blocked)的结构。可以多种形式对正引线(16a、16b)的形状进行改变。
此时，正引线(16a、16b)的长度与保护电路模块(10)的厚度相同或比保护电路模块(10)的厚度大。如果正引线(16a、16b)的长度比保护电路模块(10)的厚度大，那么可以在保护电路模块(10)与电池单体(40)之间保持规则的间隙。换言之，通过将正引线(16a、16b)的一部分暴露到保护电路模块(10)的底部之外而在保护电路模块(10)与电池单体(40)之间保持规则的间隙。
图8图示了根据本发明的示例的保护电路模块和电池单体的结合的竖直剖视图。
图8图示了当电池单体(40)的顶部未经凹凸加工时保护电路模块与电池单体(40)之间的连接的示例。
即，在这种情况下，例如相比图7，保护电路模块(10)与电池单体(40)之间除元件(11、13)外的高度比所述示例高。因此，负引线(14)的长度比图7长，并且正引线(80a、80b)的高度比图7高。换言之，推荐正引线(80a、80b)的、暴露到保护电路模块(10)与电池单体之间连接的一侧之外的高度应该比附接至上述保护电路模块的凸起元件(11、13)的高度高。
这里，可以使用平面型正引线。此时，可以调整所使用的正引线的长度，并且建议使用较长的长度以确保保护电路模块(10)与电池单体(40)可以电连接。
或者，如图8所示，如果电池单体(40)的顶部未经凹凸加工，那么可以将保护电路模块(10)与电池单体(40)连接，以确保可将无凸起元件(11、13)的保护电路模块(10)附接至电池单体(40)的顶部，并且保护电路模块(10)上部朝下。
根据本发明的示例，由于具有SPM的保护电路模块与电池单体的连接侧被简单地构造，因此可以使用更有效的方法将保护电路模块连接至电池单体。
图9图示了根据本发明示例将保护电路模块与电池的电池单体电连接的过程的立体图。
通过参照图9，由于电池单体(40)由正方形壳体(例如，铝)组成，因此电池单体(40)自身形成单一的端子，而另一端子(例如，负端子：41)在上部中央凸起。另外，对电池单体(40)的顶部进行凹凸加工，从而可以包括附接至保护电路模块(10)的底部的凸起元件。
根据本发明的示例，保护电路模块(10)附接至电池单体(40)的顶部。保护电路模块(10)具有贯穿孔(12)以使负端子(41)在电池单体(40)的上部中央凸起。包括SPM的凸起元件(11)可附接至保护电路模块(10)的底部。并且，保护电路模块包括用于电池单体(40)与保护电路模块(10)之间电连接的电极引线，即，负引线和至少一个正引线。负引线和至少一个正引线分别与电池单体(40)的负端子(41)和正端子接触。
并且，将顶盖(92)和底盖(94)附接至与保护电路模块(10)连接的电池单体(40)的顶部和底部。可使用粘性材料(91、93)附接顶盖(92)和底盖(94)。该粘性材料可如图所示地单独附接，并且可替换地，可将粘合剂涂覆在顶盖(92)和底盖(94)内部。
即使未在图中图示，如有必要，也可将绝缘体定位在保护电路模块(10)与电池单体(40)之间，或定位在保护电路模块(10)与顶盖(92)之间。
图10图示了制造根据本发明的示例的电池的方法的流程图。
通过参照图10，首先在(a)步骤，在电池单体(100)的顶侧加工出凹凸。对于凹凸加工，在电池单体(100)的顶侧形成下沉到电池单体中的沟槽(102a、102b)。
在(b)步骤，将保护电路模块(110)安装在电池单体(100)的顶部，并将保护电路模块(110)的负引线和至少正引线中的一个连接至电池单体的负端子和正端子中的一个。
此时，电池单体(100)的凸起的负端子插入位于保护电路模块(110)的中央的贯穿孔中，并且附接至保护电路模块(110)的底部的凸起元件连接至通过在(b)步骤进行的凹凸加工而形成的沟槽(102a、102b)内部。
可以多种不同的方式将电池单体(100)连接至保护电路模块(110)，例如，如电焊和激光焊的焊接、使用粘合剂的粘性连接、以及分别在电池单体(100)和保护电路模块(110)上制成连接孔和连接沟槽，但不限于这些方法。
在(c)步骤，将顶盖(120)、底盖(140)和标签(130)附接至与保护电路模块连接的电池单体的顶部、底部和周面。标签(130)使保护电路模块(110)紧密地粘接至电池单体(100)并保护电池单体(100)。标签(130)可包含电池的使用信息或制造商信息。
此时，可以根据自动的过程同时附接顶盖(120)、底盖(140)和标签(130)。
如上所述，提供了关于适当施行本发明的详细信息，以确保制造者可以实施和执行本发明。即使以上通过参照本发明的适当施行方法对该详细信息进行了描述，熟悉该技术的制造者仍可以在以下的权利范围中所说明的本发明理念范围和区域内对本发明进行修改和改变。
尽管出于说明目的已对本发明的优选实施方式进行了公开，但是本领域技术人员可以理解，在不偏离所附权利要求书中所公开的本发明的范围和精神的情况下可以进行各种修改、添加和替换。

Claims (11)

1.一种保护电路模块，包括：集成保护电路芯片，用于控制电池的过度充电、过度放电和过电流，其中，所述集成保护电路芯片安装在所述保护电路模块的一侧，所述保护电路模块在与连接至所述保护电路模块的电池单体的凸起相应的位置具有贯通孔。
2.根据权利要求1所述的保护电路模块，其中，所述集成保护电路芯片是开关保护模块(SPM)。
3.根据权利要求1所述的保护电路模块，其中，所述保护电路模块具有连接至所述贯通孔的一侧的电极引线。
4.根据权利要求1所述的保护电路模块，其中，所述保护电路模块具有连接至所述保护电路模块的两侧中至少一侧的至少一个电极引线。
5.根据权利要求4所述的保护电路模块，其中，至少一个电极引线被连接为穿入所述保护电路模块中。
6.根据权利要求5所述的保护电路模块，其中，所述至少一个电极引线的、暴露到所述保护电路模块之外的高度高于安装在所述保护电路模块中的所述集成保护电路芯片的高度。
7.一种电池，包括：根据权利要求1-6任一项所述的保护电路模块；以及电池单体，所述电池单体在与所述保护电路模块的贯通孔相应的位置具有凸起，其中，所述电池单体与所述保护电路模块电连接，以使电池单体的凸起插入所述保护电路模块的贯通孔中。
8.根据权利要求7所述的电池，其中，对所述电池单体在连接至所述保护电路模块的一侧进行凹凸加工，以使所述电池单体具有至少一个沟槽，所述保护电路模块的集成保护电路芯片包括在沟槽中。
9.根据权利要求7所述的电池，其中，在所述电池单体与所述保护电路模块之间包括绝缘体。
10.一种制造电池的方法，所述方法包括：将电池的凸起插入根据权利要求1-6任一项所述的保护电路模块的贯穿孔中；以及将所述保护电路模块的至少一个电极引线与电池单体的至少一个电极端子连接。
11.根据权利要求10所述的方法，还包括：
将顶盖、底盖和标签同时附接至与所述保护电路模块连接的所述电池单体。
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