CN101911343B - 包含采用有安全构件的pcm的电池组 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电池组，该电池组包括电池单元和电连接到电池单元的保护电路模块(PCM)，电池单元具有与密封状态下的电解质一起安装在电池壳中的阴极/隔离器/阳极结构的电极组件，其中PCM设置有安全装置，该安全装置的电路当温度高或大量电流流动时被切断。

Description

包含采用有安全构件的PCM的电池组
技术领域
本发明涉及一种电池组，该电池组包括配备有安全装置的保护电路模块(PCM)，并且更具体地，涉及一种包括电池单元和保护电路模块(PCM)的电池组，该电池单元具有与密封状态下的电解质一起安装在电池壳中的阴极/隔离器/阳极结构的电极组件，该保护电路模块(PCM)电连接到电池单元，其中PCM设置有安全装置，该安全装置的电路当温度高或大量电流流动时被切断。
背景技术
随着移动装置的逐渐发展以及对于此种移动装置的需求增加，对于作为移动装置的能量源的二次电池的需求也急剧地增加。在它们之中的是具有高能量密度和高放电电压的锂二次电池，已经对锂二次电池进行了大量的研究并且现在锂二次电池已经在商业上得到了广泛地应用。
基于其外观，锂二次电池可以被分类为圆柱形电池、棱形电池或袋状电池。基于这里使用的电解质的种类，锂二次电池还可以被分类为锂离子电池或锂离子聚合物电池。近来，移动装置的小型化的趋势已经增加了对于具有小的厚度的袋状电池或棱形电池的需求。
然而，各种易燃材料被包含在锂二次电池中，结果，存在锂二次电池将由于过度充电、过电流或任何其他外部物理冲击导致变热或爆炸的危险可能性。换言之，锂二次电池具有低安全性。因此，当锂二次电池被暴露于高温，或者当由于过放电、外部短路、针刺或局部压碎导致在短时间内大量电流在电池中流动时，由于产生IR热而对电池加热，结果电池会着火或爆炸。
随着电池的温度增加，电解质与电极之间的反应加速。结果产生的反应热，并且因此，电池的温度进一步增加，其加速了电解质与电极之间的反应。因此，电池的温度急剧增加，并且因此，电解质与电极之间的反应被进一步加速。该不良的循环引起其中电池的温度急剧增加的热失控现象。当电池的温度增加到预定温度水平时，电池可能着火。此外，作为电解质与电极之间的反应结果，产生了气体，并且因此，电池的内部压力增加。当锂二次电池的内部压力增加到预定的压力水平时，电池可能爆炸。该锂二次电池着火或爆炸的可能性是电池最危险的劣势。
因此，在开发锂二次电池中必须要考虑的一点是确保电池的安全。确保电池的安全可以通过在单元的外部安装安全装置的方法或者使用所述单元中包含的材料的方法来实现。使用电池温度变化的电路中断装置(CID)元件和正温度系数(PTC)元件、用于控制电池的电流和电压的保护电路以及使用电池的内部压力变化的安全出口的使用属于前者。取决于电池的内部温度或电压的变化而可物理地、化学地以及电化学地变化的材料的添加属于后者。
在前一种情况中，电池组被构造为如下结构，在所述结构中，用于次要地保护电池并且具有可连接到外部装置的外部输入和输出端子的PCM经由镍板被连接到阴极端子和阳极端子，用于主要地保护电池不受电池单元的过电流、过放电、以及过充电的PTC元件被连接到电极端子。镍板被附着到PTC元件的顶部和底部。附着到PTC元件的顶部的镍板被电连接到PCM，并且附着到PTC元件的底部的镍板被电连接到电池单元的电极端子。
然而，为了组装具有上述构造的电池组，需要若干焊接工艺来实现PTC元件与PCM之间以及PTC元件与电极端子之间的电连接。此外，当在PTC元件和镍板没有到位的状态下执行焊接时，会发生短路，或者在电池组的组装或使用期间连接区域会彼此分离。此外，由于PTC元件被连接到PCM和电池单元，因此，要求镍板具有大的长度。长的镍板必须被弯曲，使得PCM被加载在电池单元上，结果形成与弯曲空间相对应的死空间，并且因此，相对地减少了电池组的体积密度。此外，在弯曲镍板时产生了应力，结果会损坏镍板或PTC。
在后一种情况下，添加用于改进电解质或电极的安全性的添加剂的方法可以用作使用在所述单元中包含的材料的方法。化学安全装置具有化学安全装置不要求附加工艺和空间并且可应用于所有种类的电池的优点。然而，化学安全装置具有的问题在于，由于材料的添加而使电池性能劣化。已经报道了这样的材料，包括用于在电极处形成不可移动膜的材料以及用于当温度增加时通过增加其体积来增加电极的电阻的材料。然而，当形成不可移动膜时，也形成了副产物，结果会使电池性能劣化。此外，占据电池内部的材料体积增加，结果电池的容量降低。因此，当添加材料时不保证确定的安全性，并且因此不可能使用添加材料作为独立措施的方法。
发明内容
因此，已经做出本发明来解决上述问题以及还没有被解决的其他技术问题。
作为各种广泛且深入的研究和实验来解决上述问题的结果，本申请的发明人已经发现，当保护电路模块(PCM)设置有其电路当温度高或大量电流流动时被切断的安全装置时，可以通过安全装置的简单的电连接来有效地利用电池的内部空间并且有效地确保电池的安全性。已经基于这些发现完成了本发明。
根据本发明的一方面，能够通过提供下述电池组来完成以上以及其他目的，所述电池组包括电池单元和保护电路模块(PCM)，所述电池单元具有与密封状态下的电解质一起安装在电池壳中的阴极/隔离器/阳极结构的电极组件，所述保护电路模块(PCM)电连接到电池单元，其中PCM设置有安全装置，该安全装置的电路当温度高或大量电流流动时被切断。
由于根据本发明的电池组被构造为下述结构，在所述结构中，安全装置被设置在PCM处，如上所述，因此，可以使电池组的内部空间的浪费最小化，增加电池组的体积密度，以及简化电池组组装工艺。
在具体实施例中，电池组进一步包括在PCM上加载的正温度系数(PTC)元件，用于当温度高时中断电流，并且PTC具有直接附着到PCM而没有附加的连接构件以使得PTC电连接到PCM的顶部以及经由附着到其底部的连接构件而电连接到预定电路的底部。
由于PTC元件通过附着到PTC元件的底部的连接构件而被电连接到电池单元以及与电池组的操作相关的电路，即PCM的操作电路，同时PTC元件的顶部电连接到PCM，可以使电流通过PTC元件，使得电流在电池单元与外部输入和输出端子之间流动。
在具有上述构造的电池组中，PTC元件的顶部在没有诸如镍板的附加连接构件的情况下被直接附着到PCM。因此，可以从根本上防止短路或连接区域之间分离的发生，当在通过使用镍板的焊接来实现连接时的组装工艺期间，会发生短路或连接区域之间的分离。此外，可以减少PCM与PTC元件之间的连接期间由连接构件占据的内部空间，并且最大化地利用这样的新的可用空间，从而与具有相同标准的其他电池单元相比较，增加了电池单元的体积密度。
如前所述，PTC元件通过附着到其底部的连接构件而电连接到预定电路。电连接到连接构件的预定电路可以是电池单元。
在上述结构中，连接构件被连接到电池单元的相应的电极端子，用于当温度高时中断电池单元与PCM之间的电流流动。即，PTC元件可以通过连接构件直接地连接到电池单元。
连接构件与电极端子之间的连接可以例如以下述结构来实现，其中，在包括由金属容器实现的电池壳的电池组中，突出端子形成在电池单元的顶部的中间处，使得突出端子与金属容器绝缘，并且PTC元件的连接构件被连接到突出端子。
此外，电连接到连接构件的预定电路可以是PCM的操作电路。
即，连接构件被连接到PCM的要求电连接的电路(“操作电路”)，用于执行电池组的充电和放电操作。结果，电流经由PTC元件流动，从而实现电池组的正常充电和放电。因此，当温度高时PTC元件中断PCM电路中的电流流动，并且因此，可以实现电池单元与外部输入和输出端子之间的断开。
同时，PTC元件的顶部被直接附着到PCM而没有附加连接构件，使得PTC元件被电连接到PCM。在该情况下，PTC元件优选地附着到在PCM板(即，印刷电路板(PCB))上形成的金涂覆部，以容易地实现PTC元件与PCB之间的耦合和电连接。
PTC元件的顶部与PCM之间的连接和/或PTC元件与连接构件之间的连接可以通过诸如结合、焊接以及软焊的各种方法来实现。优选地，PTC元件的顶部与PCM之间的连接和/或PTC元件与连接构件之间的连接通过软焊来实现。
用于连接构件的材料没有具体限制，只要连接构件呈现出可变的传导率即可。此外，连接构件的形状也没有具体限制。优选地，连接构件由镍板形成。
在示例性示例中，连接构件可以包括过电流中断部，所述过电流中断部具有等于整个连接构件的平均水平截面面积的10至90％的水平截面面积。在该情况下，连接构件的一部分的截面面积小于连接构件的剩余部分的截面面积。
如前所述，PTC元件通过附着到PTC元件的底部的连接构件而被电连接到电池单元以及PCB上的、连接到电池单元的操作电路。过电流中断部被包括在具有上述构造的连接构件中。因此，连接构件可以当产生过电流时自动地切断其自身，从而中断电流的流动。具体地，过电流中断部响应于电流的改变而操作，而不是响应于电池的物理形状的改变而操作，并且因此，过电流中断部呈现出快响应速度。
因此，包括具有上述构造的连接构件的PTC元件不仅用于当电池的温度异常高时中断电流的流动，而且用于当产生过电流时中断电流的流动，从而减少了组成其他安全装置的部件的数目并且提高了处理效率。
过电流中断部在电池的正常操作状态下具有可忽略的电阻。然而，在电池的异常操作状态下，例如，当由于其中几十安培(A)的过电流流动的外部短路导致通过过电流时，过电流中断部自动地切断其自身，同时由过电流中断部产生相当大量的热，以防止电池中的电传导。即，过电流中断部用作一种安全装置。将在下面详细地描述该原理。
通常，电阻、电流以及产生的热量之间的关系由下面的等式1来表示。
W＝I2×R    (1)
其中，W表示产生的热量，I表示电流，并且R表示电阻。
此外，电阻与截面面积成反比，如下面的等式2所表示的。
R∝1/A    (2)
其中，R表示电阻，并且A表示截面面积。
在包括具有等于整个连接构件的平均水平截面面积的10至90％的水平截面面积的部分的连接构件中，当产生过电流时，从具有小截面面积的部分产生的热量急剧地增加，如上面的等式1所表示的。因此，过电流中断部可以由于产生的大量的热而容易地切断自身，从而不仅确保了高温情况下的电池的稳定性，而且确保了由于电池的异常操作导致的过电流状态中的电池的稳定性。
过电流中断部的形状没有具体限制，只要过电流中断部满足上述条件即可。例如，过电流中断部可以被构造为其中连接构件的宽度被减少的结构、其中连接构件的厚度被减少的结构、或者其中连接构件的中间被钻孔的结构。根据情况，过电流中断部可以被构造为上述结构的组合。
其中连接构件的宽度被减少的结构可以通过在连接构件的一侧或两侧处形成各种形状的凹陷来设置。该凹陷可以形成为圆形、凹口形状或方形。然而，凹陷不限于上述形状。其中连接构件的中间被钻孔的结构可以通过在连接构件的中间处形成各种形状的贯通孔来设置。贯通孔可以被形成为圆形、椭圆形、矩形或三角形。然而，贯通孔不限于上述形状。过电流中断部可以以基于其形状的各种方式来形成。例如，过电流中断部可以通过锻造、轧制或冲压来形成。
另一方面，在另一具体示例中，PCM可以包括电连接到电池单元的保护电路板(PCB)，并且PCB可以被设置在电路与包括熔断部的导电图案连接的区域上，该熔断部具有相对较高电阻，并且被构造为当大量的电流流动时熔断其自身以中断电流的流动。
即，被构造为中断过电流的导电图案被印刷在PCB上，诸如以电路的方式实现的导电图案，结果电池组不要求安装具有特定体积的附加安全装置所需要的空间。因此，可以使电池组的内部空间的浪费最小化，以增加电池组的体积密度，并且简化电池组组装工艺。此外，当大量的电流流动时，熔断部响应于电流的改变快速地熔断其自身，以立即中断电流的流动，从而以高操作可靠性确保电池组的安全性。
在上述结构中，当大量的电流流动时，从熔断部产生的热量随着电阻的增加而急剧地增加，如上面的等式1所表示的。因此，产生的热量随着熔断部的电阻的增加而增加，并且因此，当大量电流传导时熔断部容易地熔断其自身。结果，可以在由于大量电流的传导导致电池的安全性达到临界之前快速地中断电流的流动。考虑该事实，熔断部可以被构造为具有高电阻值。
在示例性示例中，熔断部可以被构造为具有低电流密度。为此，可以考虑减少导电图案的截面面积的方法。与此有关，很难调整导电图案的高度。为此，优选地改变导电图案的宽度。因此，熔断部可以被构造为具有的宽度小于导电图案的整体宽度的结构。
即，当产生过电流时，由导电图案产生的热量急剧地增加，如上面的等式1所表示的。这样的增加在作为小宽度部件的熔断部处被加倍。因此，熔断部可以通过由熔断部产生的大量热而容易地熔断其自身，从而在由于电池的异常操作导致的过电流状态中确保电池的稳定性。
然而，当熔断部的宽度太小时，正常操作状态下的熔断部的输出损失由于熔断部的高电阻而导致无效率地增加，并且甚至通过由熔断部产生的相对小的热量而可以导致熔断部容易地熔断其自身，这导致操作可靠性降低。另一方面，当熔断部的宽度太大时，熔断部难以在产生过电流时自动地熔断其自身，结果难以实现想要的效果。考虑此事实，熔断部可以具有等于导电图案的平均宽度的10至90％，优选30至80％的宽度。
其中熔断部的宽度被减小的结构可以通过在熔断部的一侧或两侧处形成各种形状的凹陷来设置。凹陷可以以与前述凹陷相同的形状来形成。此外，熔断部的数目没有具体限制。例如，可以根据需要形成两个或更多熔断部。
导电图案可以是在PCB上印刷的保护电路图案的一部分。此外，导电图案可以由呈现出通常足以在保护电路图案中使用的导电性的金(Au)制成。
在示例性示例中，导电图案可以由呈现出比在PCB上印刷的保护电路图案的电阻率(specific resistance)高的电阻率的金属材料形成。可替选地，只有熔断部可以由呈现出高电阻率的金属材料形成。
这里，呈现出高电阻率的金属材料是如下构思，所述构思包括呈现出比构成PCB上的保护电路图案的金属材料的电阻率大的电阻率的金属材料或者构成导电图案的剩余区域的金属材料，而不仅是具有电阻率的绝对值的金属。呈现出高电阻率的金属材料具有足以不干涉电池的正常操作状态中的电传导的电传导率。在示例性示例中，呈现出高电阻率的金属材料可以但不限于锡(Sn)或锡合金。
形成导电图案的方法没有具体限制。例如，导电图案可以通过诸如光刻的已知图案形成方法来形成。
电池组的结构没有具体限制，只要电池组包括电池单元和PCB即可。因此，各种已知的结构可以被应用于电池组的结构而没有具体限制。电池单元可以被用在圆柱形电池、棱形电池以及袋状电池中。各种安全装置可以被加载在PCB上以组成PCM。PCM 150可以包括场效应晶体管(FET)和无源元件，所述场效应晶体管(FET)作为用于控制电流的传导的切换元件，所述无源元件是诸如电压检测器、电阻器以及电容器。
在根据本发明的电池组的示例性结构中，PCM设置有安全装置，电池单元具有与电解质一起安装在金属容器中的电极组件，金属容器具有通过顶盖密封的开口顶部，并且电池组进一步包括绝缘安装构件和绝缘盖，所述绝缘安装构件以其中PCM被加载在绝缘安装构件的顶部的结构来构造，所述绝缘安装构件被安装到电池单元的顶盖，所述绝缘盖被耦合到电池单元的上端部以用于在PCM被加载在绝缘安装构件上的状态下覆盖绝缘安装构件。此外，顶盖设置有分别连接到电极组件的阴极和阳极的一对突出型电极端子(第一突出型电极端子和第二突出型电极端子)，绝缘安装构件设置有与突出型电极端子相对应的贯通孔，PCM设置有与突出型电极端子相对应的贯通孔，并且通过连续固定地将突出型电极端子插入穿过绝缘安装构件和PCM的贯通孔来实现将PCM和绝缘安装构件耦合到电池单元。
在具有上述构造的电池组中，构成电池组的组件之间的耦合通过连续固定地将突出型电极端子插入穿过绝缘安装构件和PCM的贯通孔来实现。
此时，可以通过焊接来实现连接构件与突出型电极组件之间的电连接。可替选地，可以通过简单地将连接构件插入在突出型电极端子与保护电路模块之间来实现突出型电极端子与连接构件之间的电连接，将参考附图在下面对其进行详细的描述。
具有上述构造的电池组具有下述效果，以简单的耦合方式实现组装，实现简单的机械耦合，简化制造工艺，并且实现了对于外部冲击或振动非常稳定的耦合结构。
突出型电极端子的端部可以从保护电路模块的顶部突出预定长度，并且突出型电极端子的突出端部可以被按压以固定到保护电路模块。具体地，绝缘安装构件和PCM到电池单元的电连接和耦合以及保护电路模块和电极端子之间的电连接通过一系列的简单的工艺来同时实现，所述工艺包括在顶盖处形成一对突出型电极端子，使得突出型电极端子被分别连接到电极组件的阴极和阳极，连续地将突出型电极端子插入穿过绝缘安装构件和PCM的相应的贯通孔，并且按压从PCM的顶部突出的电极端子的端部。
突出型电极端子可以被构造为例如导电铆接结构。突出型电极端子的形状没有具体限制，只要突出型电极端子被容易地插入穿过保护电路模块和绝缘安装构件的贯通孔即可。例如，突出型电极端子可以被形成为圆形、椭圆形或矩形的平面形状。按压突出型电极端子的端部进一步增加了绝缘安装构件和PCM到电池单元的耦合的强度。
此外，用于突出型电极端子的材料没有具体限制，只要突出型电极端子由高导电材料制成即可。优选地，突出型电极端子由涂覆有铜(Cu)、镍(Ni)和/或铬(Cr)的钢、不锈钢、铝(Al)、铝合金、Ni合金、Cu合金或Cr合金制成。当突出型电极端子被一体地形成有顶盖时，自然地，突出型电极端子由与顶盖相同的材料制成。
同时，突出型电极端子可以不仅用于将保护电路模块和绝缘安装构件固定地耦合到电池单元的顶部，而且使得容易地制造电池单元并且简化电池单元的结构。
例如，突出型电极端子中的至少一个可以被构造为包括与电池的内部连通的贯通通道的中空结构。在电池单元的制造期间，在电极组件被安装在电池壳中之后，贯通通道可以被用作通过其注入电解质的电解质注入口。即，突出型电极端子中的至少一个可以被用作电解质注入口，并且因此，与传统的电池单元不同，不需要在顶盖处形成附加电解质注入口。因此，在用作电解质注入口之后，可以通过例如金属球来密封该贯通通道。
突出型电极端子可多样地得到应用，而不管电池单元的种类和外部形状。对于棱形电池单元，例如，第一突出型电极端子可以被连接到电池单元的阴极同时电连接到顶盖，并且第二突出型电极端子可以被连接到电池单元的阳极同时与顶盖电绝缘。因此，第一突出型电极端子可以用作阴极端子并且第二突出型电极端子可以用作阳极端子。
在上述结构中，第一突出型电极端子可以与顶盖一体地形成。即第一突出型电极端子可以在按压顶盖的同时形成。然而，当然，突出型电极端子可以被分离地制备，并且然后突出型电极端子可以被耦合到顶盖。例如，突出型电极端子可以通过焊接来耦合到顶盖。然而，考虑生产率，更优选地使用前面的方法来形成突出型电极端子，即在按压顶盖的同时形成突出型电极端子。
在另一示例中，顶盖可以设置有贯通孔，第二突出型电极端子可以包括板形主体；上延伸部，其从主体向上延伸，使得上延伸部垂直于主体；以及下延伸部，其从主体向下延伸，使得下延伸部垂直于主体，下延伸部被构造为被插入通过顶盖的贯通孔，并且第二突出型电极端子可以通过在每个突出型电极端子的下延伸部被插入通过顶盖的贯通孔的状态下按压第二突出型电极端子的下延伸部的端部来耦合到顶盖。
在如上所述的顶盖与突出型电极端子之间的耦合结构中，电极端子可以被容易并且稳定地耦合到顶盖。此外，每个突出型电极端子的上延伸部和下延伸部更牢固并且稳定地保持保护电路模块和绝缘安装构件到电池单元的耦合。
同时，绝缘安装构件可以优选地通过使用粘合剂的结合方法耦合到电池单元，使得绝缘安装构件被稳定地安装到顶盖，从而增加了绝缘安装构件到电池单元的耦合强度。
根据本发明的另一方面，提供了一种保护电路模块(PCM)，所述保护电路模块(PCM)包括用于控制电池单元的过充电、过放电以及过电流的保护电路，其中PCM设置有安全装置，当温度高或大量电流流动时，该安全装置的电路被切断，从而当温度高或大量电流流动时中断PCM电路中的电流流动。
在具有上述构造的PCM中，安全装置被直接地附着到PCM，或者导电图案被形成在保护电路连接的区域处，结果不需要使用用于实现PCM和安全装置之间的耦合的附加连接构件并且执行焊接处理。因此，可以改进处理效率，以显著地增加电池组的体积密度并且有效地改进电池单元的安全性。
附图说明
结合附图，从以下详细的描述中，本发明的以上和其他目的、特征以及其他优点将得到更加清楚的理解，其中：
图1是示出根据本发明的实施例的被构造为安装到电池单元的保护电路模块(PCM)的透视图；
图2是示出根据本发明的另一实施例的被构造为安装到电池单元的PCM的平面视图；
图3是示出根据本发明的另一实施例的被构造为安装到电池单元的PCM的平面视图；
图4是示出根据本发明的又一实施例的被构造为安装到电池单元的PCM的平面视图；
图5是示出根据本发明的实施例的电池组的分解透视图；以及
图6是示出图5中所示的电池组的上部的垂直截面图。
具体实施方式
图1是典型地示出根据本发明的实施例的被构造为安装到电池单元的保护电路模块(PCM)的透视图。
参考图1，PCM 150包括保护电路板(PCB)200、在PCB 200的底部上印刷的保护电路212、其顶部被附着到保护电路212的端部211的正温度系数(PTC)元件300、以及附着到PTC元件300的底部的连接构件310。
PCB 200被构造为下述结构，在所述结构中，控制电池单元的过充电、过放电和过电流并且实现电池单元与外部输入和输出端子之间的电连接的保护电路212被印刷在由环氧树脂组成物制成的长方体结构上。在PCB 200上印刷的电路之中，PTC元件300的顶部通过软焊直接附着到与外部输入和输出端子电连接的保护电路212的一端211。
没有附加连接构件被用于实现PTC元件300与PCM 150之间的电连接。因此，与具有相同标准的其他电池单元相比，可以减少电池单元的内部空间，以增加电池单元的尺寸，并且省略了焊接工艺，从而改进了处理效率。
同时，连接构件310通过软焊被附着到PTC元件300的底部。连接构件310通过焊接或软焊耦合到电池单元(未示出)的相应的电极端子以实现电池单元与PTC元件300之间的电连接。
在该结构中，电流通过连接构件310经由PTC元件300从电池单元流到PCB 200上的保护电路212。因此，当电池单元过热时，结果电池单元的温度急剧地增加，例如，PTC元件300中断电流进入到保护电路212，以确保电池单元的安全性。
图2是示出根据本发明的另一实施例的被构造为安装到电池单元的PCM的平面视图。
参考图2，PTC元件300以与图1中相同的方式直接耦合到与外部输入和输出端子电连接的保护电路212的一端211。连接构件310被附着到PTC元件300的底部。此外，连接构件310被耦合到PCB 200上的另一电路，即操作电池组所需要的操作电路222的一端221。
在该结构中，例如，电流从电池单元流到PCB 200上的操作电路222并且然后通过连接构件310经由PTC元件300流到与外部输入和输出端子连接的保护电路212。因此，当电池单元的内部温度增加时，PTC元件300中断电流进入到保护电路212以确保电池单元的安全性。
图3是示出根据本发明的另一实施例的被构造为安装到电池单元的PCM的平面视图。图3的PCM与图2中的相同，不同之处在于附着到PTC元件的连接构件的形状。因此，将不对除了连接构件之外的组件进行详细的描述。
参考图3，附着到PTC元件300的顶部的连接构件311具有过电流中断部320，其被部分地设置在具有凹陷321的相对侧。由于凹陷321，过电流中断部320具有比连接构件311的其他区域的宽度小的宽度。考虑电阻值R与截面面积成反比，如前所述，在假定连接构件311具有相同的厚度的情况下，过电流中断部320具有比连接构件311的其他区域的电阻值高的电阻值。因此，当产生过电流，并且因此，电池单元处于异常操作状态时，从过电流中断部320产生的热量增加，结果过电流中断部320被容易地切断。具体地，存在极大的可能性的是，当产生过电流时，较窄宽度区域W将被切断。
具有上述构造的连接构件311不仅被电连接到电池单元或在PCM上形成的电路，而且当产生过电流时通过切断自身来执行中断从其通过的电流的流动。因此，不需要安装用于过电流中断的附加保护元件，并且因此，可以减少电池组的构件的数目并且容易地实现组装工艺，从而提高了生产率。
同时，尽管过电流中断部320的凹陷321形成在连接构件311的相对侧，如图所示，但是凹陷321可以仅形成在连接构件311的一侧。此外，凹陷321可以形成为凹口形状或方形形状，尽管凹陷321形成为圆形形状。
图4是示出根据本发明的又一实施例的被构造为安装到电池单元的PCM的平面视图。
参考图4，PCM 150包括PCB 200、在PCB 200上印刷的保护电路210、诸如场效应晶体管(FET)、电压检测器、电阻器和电容器的各种元件330以及具有熔断部410的导电图案400。
在PCB 200处形成端子连接部220，所述端子连接部220被构造为耦合到电池单元(未示出)的相应的电极端子。端子连接部220可以直接地耦合到电极端子。可替选地，端子连接部220可以经由诸如镍板的附加导电连接构件(未示出)耦合到电极端子。
在PCB 200上印刷的保护电路210被电连接到外部输入和输出端子(未示出)以及端子连接部220。
导电图案400被印刷在PCB 200上作为保护电路210的一部分。因此，当产生过电流时，保护电路210中的电流的流动被中断，从而中断了外部输入和输出端子与电池单元之间的电传导。在附图中，导电图案400被示出为其一端被直接连接到端子连接部220的电路。然而，当然，导电图案400可以形成在外部输入和输出端子与端子连接部220彼此连接的电路的任意区域处。
熔断部410形成在导电图案400的预定位置。熔断部410具有比导电图案400的整体宽度小的宽度。在该结构中，熔断部410具有相对低的电流密度和相对高的电阻。因此，当大量的电流流动时，从熔断部410产生的热量大。因此，当大量的电流传导时，熔断部410通过产生的热熔断其自身以中断电流的流动，从而确保电池单元的安全性。同时，导电图案400可以由呈现出高传导率的金(Au)制成。可替选地，导电图案400可以由具有高电阻率值的诸如锡的金属材料制成。此外，熔断部可以形成为凹口形状、矩形或圆形。此外，根据情况可以使用两个或更多熔断部。
图5是示出根据本发明的实施例的电池组100的分解透视图。
参考图5，根据本实施例的二次电池组100包括电池单元130，其具有与电解质一起容纳在电池壳中的电极组件；顶盖120，用于密封电池壳的作为开口的顶部；板状保护电路模块150，其具有在其上形成的保护电路；绝缘安装构件140，其安装到电池单元130的顶盖120；绝缘盖160，其耦合到电池单元130的上端以在保护电路模块150被加载在绝缘安装构件140上的状态中覆盖绝缘安装构件140；以及底盖170，其安装到电池单元130的下端。
一对突出型电极端子112和114，即第一突出型电极端子112和第二突出型电极端子114从顶盖120的上端的相对侧向上突出。绝缘安装构件140设置有具有与突出型电极端子112和114的下端相对应的形状和尺寸的贯通孔142和144。保护电路模块150设置有具有与突出型电极端子112和114的上端相对应的形状和尺寸的贯通孔152和154。
第一突出型电极端子112被连接到电池单元130的阴极(未示出)同时被电连接到顶盖120。第二突出型电极端子114被连接到电池单元130的阳极(未示出)同时与顶盖120电隔离。
绝缘安装构件140和保护电路模块150到电池单元130的耦合通过下面所述来实现，即将突出型电极端子112和114插入通过位于绝缘安装构件140的相对侧的贯通孔142和144以及插入通过位于保护电路模块150的相对侧的贯通孔152和154，以及按压突出型电极端子112和114的端部。此外，绝缘安装构件140到顶盖120的耦合可以通过粘合剂来实现。
绝缘盖160被耦合到电池单元130的上端，以在保护电路模块150被加载在绝缘安装构件140上的状态中覆盖绝缘安装构件140。绝缘盖160向下延伸预定长度，以覆盖电池单元130的上部的外侧。底盖170被安装到电池单元150的下端。
在具有上述构造的电池组100中，PTC元件(未示出)的顶部被附着到保护电路模块150的底部，并且PTC元件的底部经由耦合到PTC元件的底部的连接构件而直接耦合到突出型电极端子112和114，使得PTC元件电连接到突出型电极元件112和114，如图1至3中所示，
在垂直截面图的图6中示出以如下结构被构造的电池组的上部，在所述结构中，PTC元件经由连接构件而直接耦合到电极端子。
参考图6与图5，在电池组100的顶部，绝缘安装构件140和保护电路模块150被顺序地安装到顶盖120，其与第一突出型电极端子112一体地形成。
通过其注入电解质的贯通通道1121形成在第一突出型电极端子112的中心区域。此外，第一突出型电极端子112与顶盖120一体地形成。另一方面，第二突出型电极端子114具有从上插入通过顶盖120的贯通孔122的下延伸部1146。在第二突出型端子114与顶盖120之间的界面处安装电绝缘衬垫124，用于实现第二突出型电极端子114与顶盖120之间的绝缘。此外，凹陷槽1143和1145形成在第二突出型电极端子114的上延伸部1144和下延伸部1146的端部处。
PTC元件300直接附着到保护电路模块150的底部。附着到PTC元件300的底部的连接构件310被连接到第二突出型电极端子114。连接构件310和第二突出型电极端子114之间的耦合可以通过焊接来实现。然而，即使在连接构件310被简单地插入在衬垫124与第二突出型电极端子114之间从而连接构件310与衬垫124和第二突出型电极端子114紧密接触的状态下，也可以稳定地实现连接构件310与第二突出型电极端子114之间的电连接。
另一方面，在具有上述构造的电池组100中，PCM 1560可以直接电连接到电极端子而没有使用附加连接构件。此外，由于用于当产生过电流时中断电流的流动的导电图案(未示出)被印刷在PCM 150的底部处作为保护电路的一部分，如图4中所示，因此，无需安装具有预定体积的安全元件用于过电流中断。即，根据本发明的电池组100不要求用于安全元件的电连接和安装的空间。因此，可以以非常紧凑的结构来构造电池组并且增加电池组的体积密度。
工业应用性
如从上述说明中显而易见的，根据本发明的电池组以如下结构来构造，在所述结构中，PCM设置有其电路当温度高或大量电流流动时被切断的安全装置。因此，可以增加电池组的体积密度，同时有效地改进电池组的安全性。
尽管已经为了示出的目的公开了本发明的示例性实施例，但是本领域技术人员将了解的是，在不脱离如所附权利要求书公开的本发明的精神和范围的情况下，各种修改、添加以及替换都是可能的。

Claims (22)

1.一种电池组，包括：
电池单元，所述电池单元具有与密封状态下的电解质一起安装在电池壳中的阴极/隔离器/阳极结构的电极组件；以及
保护电路模块，所述保护电路模块电连接到所述电池单元，
其中，所述保护电路模块设置有正温度系数元件，所述正温度系数元件被加载在保护电路模块上，用于当温度高时中断电流，
其中，所述正温度系数元件具有顶部和底部，所述顶部直接附着到所述保护电路模块而没有附加的连接构件以使得所述正温度系数元件电连接到所述保护电路模块，所述底部经由附着到该底部的连接构件而电连接到预定电路，
其中，所述连接构件被连接到所述保护电路模块的操作电路，用于当温度高时中断保护电路模块电路中的电流的流动。
2.根据权利要求1所述的电池组，其中，所述正温度系数元件的顶部被附着到在所述保护电路模块的板上形成的金涂覆部。
3.根据权利要求1所述的电池组，其中，所述连接构件包括过电流中断部，所述过电流中断部具有等于整个连接构件的平均水平截面面积的10至90％的水平截面面积。
4.根据权利要求3所述的电池组，其中，所述过电流中断部被构造为从以下结构组成的组中选择的一种结构，即其中所述连接构件的宽度被减小的结构、其中所述连接构件的厚度被减小的结构以及其中所述连接构件的中间被钻孔的结构、或其组合。
5.根据权利要求1所述的电池组，其中，所述保护电路模块包括保护电路板，所述保护电路板电连接到所述电池单元，所述保护电路板被设置在电路与包括熔断部的导电图案连接的区域上，所述熔断部具有相对高的电阻，并且被构造为当大量的电流传导时熔断自身以中断电流的流动。
6.根据权利要求5所述的电池组，其中，所述熔断部由于低电流密度导致具有高电阻。
7.根据权利要求6所述的电池组，其中，所述熔断部具有比所述导电图案的整体宽度小的宽度。
8.根据权利要求7所述的电池组，其中，所述熔断部具有等于所述导电图案的整体宽度的10至90％的宽度。
9.根据权利要求5所述的电池组，其中，所述导电图案是保护电路图案的一部分，由金(Au)制成，印刷在保护电路板上。
10.根据权利要求5所述的电池组，其中，所述熔断部由呈现出高电阻率的金属材料形成。
11.根据权利要求5所述的电池组，其中，所述导电图案由呈现出比在所述保护电路板上印刷的保护电路图案的电阻率高的电阻率的金属材料形成。
12.根据权利要求10或11所述的电池组，其中，呈现出高电阻率的金属材料是锡(Sn)或锡合金。
13.根据权利要求1所述的电池组，其中
所述电池单元具有与电解质一起安装在金属容器中的电极组件，所述金属容器具有通过顶盖密封的开口顶部，
所述电池组进一步包括：绝缘安装构件，所述绝缘安装构件被构造为其中所述保护电路模块被加载在所述绝缘安装构件的顶部的结构，所述绝缘安装构件被安装到所述电池单元的所述顶盖；以及绝缘盖，所述绝缘盖被耦合到所述电池单元的上端，以用于在所述保护电路模块被加载在所述绝缘安装构件上的状态中覆盖所述绝缘安装构件，以及
所述顶盖设置有一对突出型电极端子，即第一突出型电极端子和第二突出型电极端子，所述一对突出型电极端子分别被连接到所述电极组件的阴极和阳极，所述绝缘安装构件设置有与所述突出型电极端子相对应的贯通孔，所述保护电路模块设置有与所述突出型电极端子相对应的贯通孔，并且通过连续地固定地将所述突出型电极端子插入通过所述绝缘安装构件和所述保护电路模块的贯通孔来实现将所述绝缘安装构件和所述保护电路模块耦合到所述电池单元。
14.根据权利要求13所述的电池组，其中，所述突出型电极端子的端部从所述保护电路模块的顶部突出预定长度，所述突出型电极端子的突出端部被按压以固定到所述保护电路模块。
15.根据权利要求13所述的电池组，其中，所述突出型电极端子中的至少一个被构造为包括与所述电池壳的内部连通的贯通通道的中空结构，所述贯通通道在被用作电解质注入口之后被金属球密封。
16.根据权利要求13所述的电池组，其中，所述第一突出型电极端子与所述顶盖一体地形成。
17.根据权利要求13所述的电池组，其中
所述顶盖设置有贯通孔，
所述第二突出型电极端子包括板状主体；上延伸部，所述上延伸部从所述主体向上延伸，使得所述上延伸部垂直于所述主体；以及下延伸部，所述下延伸部从所述主体向下延伸，使得所述下延伸部垂直于所述主体，所述下延伸部被构造为插入通过所述顶盖的贯通孔，以及
所述第二突出型电极端子通过按压所述下延伸部的端部而耦合到所述顶盖，同时电绝缘衬垫被安装在所述第二突出型电极端子与所述顶盖的贯通孔之间的界面处，用于实现所述第二突出型电极端子与所述顶盖之间的绝缘。
18.一种电池组，包括：
电池单元，所述电池单元具有与密封状态下的电解质一起安装在电池壳中的阴极/隔离器/阳极结构的电极组件；以及
保护电路模块，所述保护电路模块电连接到所述电池单元，
其中，所述保护电路模块设置有正温度系数元件，该正温度系数元件的电路当温度高时被切断，
其中，所述正温度系数元件具有顶部和底部，所述顶部直接附着到所述保护电路模块而没有附加的连接构件以使得所述正温度系数元件电连接到所述保护电路模块，所述底部经由附着到该底部的连接构件而电连接到预定电路，
其中，所述正温度系数元件的顶部被附着到在所述保护电路模块的板上形成的金涂覆部。
19.一种电池组，包括：
电池单元，所述电池单元具有与密封状态下的电解质一起安装在电池壳中的阴极/隔离器/阳极结构的电极组件；以及
保护电路模块，所述保护电路模块电连接到所述电池单元，
其中，所述保护电路模块设置有正温度系数元件，该正温度系数元件的电路当温度高时被切断，
其中，所述正温度系数元件具有顶部和底部，所述顶部直接附着到所述保护电路模块而没有附加的连接构件以使得所述正温度系数元件电连接到所述保护电路模块，所述底部经由附着到该底部的连接构件而电连接到预定电路，
其中，所述连接构件包括过电流中断部，所述过电流中断部具有等于整个连接构件的平均水平截面面积的10至90％的水平截面面积。
20.一种电池组，包括：
电池单元，所述电池单元具有与密封状态下的电解质一起安装在电池壳中的阴极/隔离器/阳极结构的电极组件；以及
保护电路模块，所述保护电路模块电连接到所述电池单元，
其中，所述保护电路模块包括保护电路板，所述保护电路板电连接到所述电池单元，所述保护电路板被设置在电路与包括熔断部的导电图案连接的区域上，所述熔断部具有相对高的电阻，并且被构造为当大量的电流传导时熔断自身以中断电流的流动。
21.一种电池组，包括：
电池单元，所述电池单元具有与密封状态下的电解质一起安装在电池壳中的阴极/隔离器/阳极结构的电极组件；以及
保护电路模块，所述保护电路模块电连接到所述电池单元，
其中，所述保护电路模块设置有安全装置，该安全装置的电路当温度高或大量电流流动时被切断，
所述电池单元具有与电解质一起安装在金属容器中的电极组件，所述金属容器具有通过顶盖密封的开口顶部，
所述电池组进一步包括：绝缘安装构件，所述绝缘安装构件被构造为其中所述保护电路模块被加载在所述绝缘安装构件的顶部的结构，所述绝缘安装构件被安装到所述电池单元的所述顶盖；以及绝缘盖，所述绝缘盖被耦合到所述电池单元的上端，以用于在所述保护电路模块被加载在所述绝缘安装构件上的状态中覆盖所述绝缘安装构件，以及
所述顶盖设置有一对突出型电极端子，即第一突出型电极端子和第二突出型电极端子，所述一对突出型电极端子分别被连接到所述电极组件的阴极和阳极，所述绝缘安装构件设置有与所述突出型电极端子相对应的贯通孔，所述保护电路模块设置有与所述突出型电极端子相对应的贯通孔，并且通过连续地固定地将所述突出型电极端子插入通过所述绝缘安装构件和所述保护电路模块的贯通孔来实现将所述绝缘安装构件和所述保护电路模块耦合到所述电池单元。
22.一种保护电路模块，包括：
保护电路，所述保护电路用于控制电池单元的过充电、过放电以及过电流，
其中所述保护电路模块设置有正温度系数元件，所述正温度系数元件的电路当温度高时被切断，从而当温度高时中断保护电路模块电路中的电流的流动，
其中，所述正温度系数元件具有顶部和底部，所述顶部直接附着到所述保护电路模块而没有附加的连接构件以使得所述正温度系数元件电连接到所述保护电路模块，所述底部经由附着到该底部的连接构件而电连接到预定电路，
其中，所述连接构件被连接到所述保护电路模块的操作电路，用于当温度高时中断保护电路模块电路中的电流的流动。
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