CN102208593A - 二次电池组 - Google Patents

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Abstract

一种二次电池组，包括：电池单元，具有电极组件、容纳该电极组件的壳体和电连接到该电极组件的第一电极接线片和第二电极接线片；以及连接到该电池单元的保护电路模块，其中该保护电路模块包括印刷电路基板以及嵌入在所述印刷电路基板中的温度安全器件。

Description

二次电池组
相关申请的交叉引用
本申请要求于2010年3月29日向美国专利商标局递交的美国临时申请No.61/318,740的权益，该申请的整个公开内容通过引用整体合并于此。
技术领域
本发明的一个以上实施例涉及二次电池组。
背景技术
与不可再充电的一次电池不同，二次电池通常是指可放电且可再充电的电池。二次电池用作诸如笔记本电脑、移动电话、电动车辆、混合电动车辆、电动自行车和不可中断供电设备之类的移动设备的能源。
二次电池组通常包括安全设备组件。安全设备组件的示例包括温度安全器件、安全通风口、电流中断器件、温度保险丝(thermal fuse)和关断分离器(shut-down separator)。
在安全元件中，温度安全器件通过在二次电池的温度超过设定温度时提高温度安全器件的电阻来切断电流。
发明内容
本发明的一个以上实施例包括一种二次电池组，其通过使温度安全器件容易地电连接到电池单元的电极接线片来提高电池单元的传热效率。
根据本发明的一个以上实施例，一种二次电池组包括：电池单元，包括电极组件、容纳该电极组件的壳体和电连接到该电极组件的第一电极接线片和第二电极接线片；以及保护电路模块，连接到所述电池单元，其中所述保护电路模块包括：印刷电路基板；以及温度安全器件，嵌入在所述印刷电路基板中。
在一个实施例中，所述温度安全器件热连接到所述第一电极接线片或所述第二电极接线片。进一步地，金属板可以位于该印刷电路基板上，其中所述温度安全器件通过所述板电连接到所述第一电极接线片或所述第二电极接线片。所述印刷电路基板可以包括在所述板与所述温度安全器件之间的至少一个开口，所述至少一个开口容纳导电材料，例如，焊膏。在一个实施例中，所述温度安全器件的表面基本与所述印刷电路基板的表面平齐，并且在另一实施例中，所述温度安全器件与所述印刷电路基板之间有空间。
所述板可以是金属。所述金属可以包括镍。所述板的位置可以对应于所述温度安全器件的位置。所述板可以直接接触所述温度安全器件。所述板与所述温度安全器件可以有偏移，并且所述温度安全器件可以通过电路连接器电连接到所述板。所述电路连接器可以嵌入在所述印刷电路基板中。所述第一电极接线片或所述第二电极接线片可以通过焊接接触所述板。所述温度安全器件可以包括基于聚合物的导电复合物。所述导电复合物可以包括聚合物和导电填料。所述聚合物可以包括高密度聚乙烯、低密度聚乙烯、聚偏二氟乙烯、聚丙烯或乙烯/聚丙烯聚合物。所述导电填料可以包括炭黑、碳纤维、金属或金属氧化物填料。
根据本发明的一个以上实施例，一种用于二次电池组的保护电路模块包括：印刷电路基板；以及温度安全器件，嵌入在所述印刷电路基板中。所述保护电路模块可以进一步包括电连接到所述温度安全器件的板。
附图说明
图1是根据本发明实施例的电池单元的分解透视图；
图2是根据本发明实施例的包括连接到图1的电池单元的保护电路模块的二次电池组的局部分解透视图；
图3是示出根据本发明实施例的嵌入在图2的二次电池组的印刷电路基板中的温度安全器件的横截面视图；
图4是示出根据本发明另一实施例的嵌入在图2的二次电池组的印刷电路基板中的温度安全器件的横截面视图；
图5是根据本发明又一实施例的二次电池组的局部分解透视图；
图6是对图1的修改的横截面视图，示出根据本发明再一实施例的嵌入在二次电池组的印刷电路基板中的温度安全元件；
图7是示出对包括传统温度安全器件的传统二次电池组进行的过充电测试的结果的曲线图；以及
图8是示出对包括图2的温度安全器件的二次电池组进行的过充电测试的结果的曲线图。
具体实施方式
现在将具体参照实施例，这些实施例的示例在附图中示出。
图1是根据本发明实施例的电池单元100的分解透视图。
参见图1，可以是锂聚合物电池单元的电池单元100包括电极组件110和接纳电极组件110的壳体120。电极组件110包括正极板111、负极板112和位于正极板111与负极板112之间的隔板113。
正极接线片114电连接到正极板111。正极绝缘带116缠绕正极接线片114。负极接线片115电连接到负极板112。负极绝缘带117缠绕负极接线片115。
壳体120包括金属箔120a和形成在金属箔120a的两个表面上的绝缘膜120b和120c。壳体120是柔性袋型壳体。壳体120包括上壳体121和连接到上壳体121的下壳体122。上壳体121和下壳体122在它们的至少一个边缘处一体形成，以具有枢纽式构造。
电极组件110位于壳体120的空间部分123中。正极绝缘带116和负极绝缘带117热粘合至壳体120的密封表面124。正极接线片114的一端和负极接线片115的一端暴露于被密封的壳体120的外部。
图2是根据本发明实施例的包括连接到图1的电池单元100的保护电路模块(PCM)210的二次电池组200的局部分解透视图。图3是示出根据本发明实施例的嵌入在图2的二次电池组200的印刷电路基板211中的温度安全器件213的横截面视图。
与图1中的元件相同的元件由相同的附图标记表示。尽管在图1至3中，二次电池是袋型二次电池，但是本实施例不限于此，并且二次电池也可以是由厚金属材料形成的多边形二次电池或由厚金属材料形成的圆柱形二次电池等等。
参见图2和3，PCM 210包括印刷电路基板211、安装在印刷电路基板211上的多个电子器件212和用作安全器件的温度安全器件213。例如，温度安全器件可以是正温度系数器件或温度保险丝。
印刷电路基板211是通过堆叠一个以上电路图案层而形成的电路基板。电子器件212的示例可以包括集成电路(IC)芯片、场效应晶体管(FET)、电阻器和电容器。
温度安全器件213包括带有导电微粒的聚合物。
基于聚合物的导电复合物可以是聚合物、导电填料、抗氧化剂和含过氧化物的交联剂的混合物。聚合物可以是熔融指数在1到10之间的聚合物，例如，高密度聚乙烯(HDPE)、低密度聚乙烯(LDPE)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚丙烯(PP)或乙烯/聚丙烯聚合物(ethylene/polypropylene polymer)。
导电填料可以是炭黑、碳纤维、诸如镍之类的金属或金属氧化物填料。
尽管该聚合物通常为绝缘材料，但是由于当导电微粒因导电填料而在室温或高温下互连时，温度安全器件213提供导电通路，因此该聚合物具有高导电性。
如果电池单元100的温度上升到超过特定温度，或者如果有过电流流动，则温度安全器件213中所含的聚合物膨胀，且导电微粒间的距离增大以切断导电通路。通过在温度安全器件213所埋入或嵌入的印刷电路基板211中产生空间，当温度安全器件213中所含的聚合物膨胀时，温度安全器件213可以在正常状况下工作。正如将会理解的，在印刷电路基板211中嵌入的温度安全器件可以在所有侧接触印刷电路基板211，或者在一个以上侧与印刷电路基板211隔开。
从壳体120中伸出的正极接线片114电连接到形成在印刷电路基板211上的第一端子214。从壳体120中伸出的负极接线片115电连接到形成在印刷电路基板211中的温度安全器件213。
温度安全器件213嵌入在印刷电路基板211的面向负极接线片115的一个表面211a中，这将在下面进行详细解释。
温度安全器件213嵌入在印刷电路基板211中。更具体地说，温度安全器件213从印刷电路基板211的面向负极接线片115的一个表面211a嵌入到一定深度。温度安全器件213被定位为基本与负极接线片115对准。
金属板215安装在温度安全器件213与负极接线片115之间。在一个实施例中，金属板215附接到印刷电路基板211的一个表面211a，以基本与温度安全器件213对准。负极接线片115可以被点焊或采用其它手段固定到金属板215的顶面。金属板215可以由具有高导电性的金属材料形成。例如，金属板215可以是镍板。
金属板215通过开口211b电连接到温度安全器件213。也就是说，开口211b被形成为从印刷电路基板211的一个表面211a延伸到温度安全器件213的表面。诸如焊膏之类的导电材料311填充在该开口211b中。
相应地，金属板215的底面由于导电材料311而电连接到温度安全器件213。金属板215的顶面电连接到负极接线片115。
在上述构造的二次电池组200中，如果电池单元100的电极组件110的温度在工作期间上升，则热量会顺序地通过电池单元100、负极接线片115、金属板215、导电材料311和温度安全器件213传导。
如果电池单元100的温度上升到超过基准温度(例如80℃)，则温度安全器件213的电阻增大以切断电流。相应地，可以很大程度地防止对电池单元100的损害。
图4是示出根据本发明另一实施例的嵌入在图2的二次电池组200的印刷电路基板411中的温度安全器件413的横截面视图。
参见图4，温度安全器件413嵌入在印刷电路基板411中，但是与图3不同的是，温度安全器件413并没有完全嵌入在印刷电路基板411中，并且温度安全器件413的一个表面413a从印刷电路基板411中暴露出来。温度安全器件413的一个表面413a基本与印刷电路基板411的一个表面411a平齐。
金属板415安装在温度安全器件413的一个表面413a与负极接线片115之间。金属板415的底面直接电连接到温度安全器件413的一个表面413a。金属板415的顶面被点焊到负极接线片115。
由于通过负极接线片115和金属板415传导的热量，当电池单元100(见图1)的温度升高时，上述构造的温度安全器件413通过检测电池单元100(见图1)的温度有选择性地切断电流的流动。
图5是根据本发明又一实施例的二次电池组500的局部分解透视图。
参见图5，保护电路模块510包括印刷电路基板511、安装在印刷电路基板511上的多个电子器件512、温度安全器件513。
从壳体120中伸出的正极接线片114电连接到形成在印刷电路基板511上的第一端子514。从壳体120中伸出的负极接线片115电连接到形成在印刷电路基板511中的温度安全器件513。
温度安全器件513嵌入在印刷电路基板511中。温度安全器件513从印刷电路基板511的面向负极接线片115的一个表面511a嵌入到一定深度。温度安全器件513被定位为不与负极接线片115对准。也就是说，在图3和图4中，温度安全器件213或413被定位为面向负极接线片115，而在图5中，温度安全器件513不面向负极接线片115(即不与之对准)。
负极接线片115电连接到形成在印刷电路基板511上的第二端子515。温度安全器件513通过电路布线516电连接到第二端子515。电路布线516嵌入在印刷电路基板511中，并且电路布线516的一端连接到温度安全器件513，电路布线516的另一端连接到第二端子515。
可替代地，温度安全器件513可以在没有金属板的情况下连接到负极接线片115。例如，温度安全器件513可以通过电路布线516连接到负极接线片115，该电路布线516是在没有第二端子515的情况下在印刷电路基板上被图案化而成。
由于通过第二端子515和电路布线516传导的热量，上述构造的温度安全器件513通过检测电池单元100升高的温度来选择性地切断电流的流动。
图6是对图1的修改的横截面视图，示出根据本发明再一实施例的嵌入在二次电池组500的印刷电路基板511中的温度安全元件213。参见图6，在印刷电路基板511与温度安全元件213之间产生预定自由空间S。印刷电路基板511中所埋入的温度安全元件213可能随着温度安全元件213中所含的聚合物的膨胀而经历体积膨胀，并且自由空间S接纳膨胀后的温度安全元件213，从而使温度安全元件213能够正常工作。
尽管如图2至6所示，温度安全器件电连接到电极接线片115，但是这些实施例不限于此。也就是说，温度安全器件可以连接到正极接线片，而这不脱离本发明实施例的范围。
在一实施例中，正极接线片和负极接线片可以通过用于选择性地接通/关断电池单元100的开关器件(未示出)和用于监测和控制电池单元100的充放电状态的电池管理系统(BMS，未示出)电连接到外部端子。这里，可以将该外部端子形成在印刷电路基板上，该外部端子可以电连接到外部供电设备的端子或外部负载的电源端子。
该开关器件执行选择性地接通或关断电池单元100的充放电操作的开关功能，可以包括场效应晶体管(FET)。然而，本实施例不限于此，并且该开关器件可以是用于执行其它类型的开关功能的电子器件。
为了保护电池单元100，BMS可以接收诸如关于充/放电电压或电流的信息之类的状态信息，并且如果电池单元100表现出诸如过充电或过放电之类的异常，则BMS可以关断开关器件。开关器件和BMS可以安装在印刷电路基板上，或者与印刷电路基板分开提供。
现在将解释利用传统二次电池和根据本发明实施例的二次电池进行的过充电测试的结果。
图7是示出对包括传统温度安全器件的传统二次电池组进行的过充电测试的结果的曲线图。图8是示出对包括图2的温度安全器件213的二次电池组200进行的过充电测试的结果的曲线图。
传统二次电池组以下列方式来配置：传统温度安全器件和电极端子安装在暴露的印刷电路基板上，并且传统温度安全器件和电极端子通过电路布线相连接，并且电池单元的电极接线片连接到电极端子。相应地，热量顺序地通过电池单元的电极接线片、印刷电路基板的电极端子、电路布线以及传统温度安全器件传导。
本实施例的二次电池组200以下列方式来配置：温度安全器件213嵌入在印刷电路基板211中，温度安全器件213通过开口211b中填充的导电材料311电连接到金属板215，并且电池单元的负极接线片115连接到金属板215。相应地，热量顺序地通过负极接线片115、金属板215、导电材料311和温度安全器件213传导。
参见图7，由于用于检测电池单元的在工作期间可能会升高的温度的传统温度安全器件可能在电池单元的温度远远高于设定温度(例如80℃)之前一直无法检测出电池单元的温度，因此传统温度安全器件可能无法在电池单元的温度达到设定温度80℃时切断电流，从而致使温度上升到200℃，而这可能是非常危险的。例如，已经发现，电池单元在温度达到约120℃时就可能会爆炸。
参见图8，在二次电池组200的情况下，温度安全器件213进行工作以检测电池单元100的在工作时可能会升高的温度，并且在电池单元的温度达到80℃的设定温度时切断电流的流动。相应地，可以防止电池单元100爆炸。
如上所述，由于根据本发明一个以上实施例的二次电池组允许电连接到电池单元的负极接线片的温度安全器件嵌入在印刷电路基板中，因此电池单元的传热效率得以提高。也就是说，为了最大效率地操作温度安全器件，应当将电池单元中产生的近100％的热量都传导到温度安全器件，相应地，温度安全器件可以被定位为与负极接线片对准且相对靠近负极接线片。由于当温度安全器件暴露于印刷电路基板的外部时热量可能会耗散，因此可以将温度安全器件埋入印刷电路基板中以提高传热效率。
尽管已特别示出并描述了本发明的一个以上实施例，但是应当理解，可能存在很多可以替代说明书中所述实施例的等同物和修改的实施例。相应地，本公开内容的技术范围由所附权利要求及其等同物来限定。

Claims (20)

1.一种二次电池组，包括：
电池单元，包括电极组件、容纳该电极组件的壳体和电连接到该电极组件的第一电极接线片和第二电极接线片；以及
保护电路模块，连接到所述电池单元，其中所述保护电路模块包括：
印刷电路基板；以及
温度安全器件，嵌入在所述印刷电路基板中。
2.如权利要求1所述的二次电池组，其中所述温度安全器件热连接至所述第一电极接线片或所述第二电极接线片。
3.如权利要求1所述的二次电池组，进一步包括位于所述印刷电路基板上的板，其中所述温度安全器件通过所述板电连接到所述第一电极接线片或所述第二电极接线片。
4.如权利要求3所述的二次电池组，其中所述印刷电路基板具有在所述板与所述温度安全器件之间的至少一个开口，所述至少一个开口容纳导电材料。
5.如权利要求4所述的二次电池组，其中所述导电材料是焊膏。
6.如权利要求3所述的二次电池组，其中所述板是金属。
7.如权利要求6所述的二次电池组，其中所述金属包括镍。
8.如权利要求3所述的二次电池组，其中所述板的位置对应于所述温度安全器件的位置。
9.如权利要求3所述的二次电池组，其中所述板直接接触所述温度安全器件。
10.如权利要求3所述的二次电池组，其中所述板与所述温度安全器件有偏移，并且其中所述温度安全器件通过电路连接器电连接到所述板。
11.如权利要求10所述的二次电池组，其中所述电路连接器嵌入在所述印刷电路基板中。
12.如权利要求3所述的二次电池组，其中所述第一电极接线片或所述第二电极接线片通过焊接接触所述板。
13.如权利要求1所述的二次电池组，其中所述温度安全器件包括基于聚合物的导电复合物。
14.如权利要求13所述的二次电池组，其中所述导电复合物包括聚合物和导电填料。
15.如权利要求14所述的二次电池组，其中所述聚合物包括高密度聚乙烯、低密度聚乙烯、聚偏二氟乙烯、聚丙烯或乙烯/聚丙烯聚合物。
16.如权利要求14所述的二次电池组，其中所述导电填料包括炭黑、碳纤维、金属或金属氧化物填料。
17.如权利要求1所述的二次电池组，其中所述温度安全器件的表面与所述印刷电路基板的表面平齐。
18.如权利要求1所述的二次电池组，其中所述温度安全器件与所述印刷电路基板之间有空间。
19.一种保护电路模块，用于二次电池组，该保护电路模块包括：
印刷电路基板；以及
温度安全器件，嵌入在所述印刷电路基板中。
20.如权利要求19所述的保护电路模块，进一步包括电连接到所述温度安全器件的板。
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