CN104979521B - 可充电电池保护装置 - Google Patents

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Abstract

一种可充电电池保护装置，包括：电池模块，包括在正端子与负端子之间串行联接的多个单元单电池，并且被配置为通过联接至所述正端子的第一外部端口和联接至所述负端子的第二外部端口，联接至充电器，以对所述多个单元单电池进行充电；电池组保险丝，位于所述电池模块与所述充电器之间的高电流路径上；以及连接器，根据所述电池模块的内部压力形成旁通路径，所述旁通路径用于将所述多个单元单电池中的第一单元单电池与第二单元单电池之间的电流旁通至所述电池组保险丝。

Description

可充电电池保护装置
技术领域
本发明的实施例涉及可充电电池保护装置。例如，本发明的实施例涉及用于防止或降低异常过度充电的可充电电池保护装置。
背景技术
一般来说，可充电电池能够被重复地充电和放电。可充电电池的示例包括但不限于：镍金属氢化物(Ni-MH)电池，锂(Li)离子电池等。
可充电电池被用作移动设备、电动车、混合动力车、电气设备等的电源，并且可充电电池可以依据其将应用于的设备类型以各种方式被使用。
低容量可充电电池应用于小型便携式电子设备(例如但不限于移动电话、笔记本电脑和便携式摄像机)中，而高容量可充电电池被广泛地用作用于驱动混合动力车的发动机等的电源，但可充电电池不局限于此。
可充电电池可以作为单个单电池应用于小型电子设备中，或者作为电池组应用于驱动发动机的电源等中，其中，在该电池组中多个单电池电联接或连接。
当这种可充电电池被异常地过度充电时，可充电电池内部升高的电压生成气体。所生成的气体使内部压力升高，使得可充电电池的外壳可能膨胀并爆炸。
在该背景部分中公开的上述信息仅仅是为了加深对本发明背景的理解，因此其可包含未形成在该国家对于本领域普通技术人员是已知的现有技术的信息。
发明内容
示例性实施例提供一种用于保护可充电电池免于异常过度充电的可充电电池保护装置。
根据示例性实施例的可充电电池保护装置包括：电池模块，包括在正端子与负端子之间串行联接的多个单元单电池，并且被配置为通过联接至所述正端子的第一外部端口和联接至所述负端子的第二外部端口，联接至充电器，以对所述多个单元单电池充电；电池组保险丝，位于所述电池模块与所述充电器之间的高电流路径上；以及连接器，根据所述电池模块的内部压力形成旁通路径，所述旁通路径用于将所述多个单元单电池中的第一单元单电池与第二单元单电池之间的电流旁通至所述电池组保险丝。
所述连接器可以根据所述电池模块的内部压力物理地变形，以形成所述第一单元单电池和所述第二单元单电池中的每一个与所述电池组保险丝之间的电连接。
所述连接器可以包括第一连接器和第二连接器，所述第一连接器位于所述第一单元单电池上，并且被配置为根据所述第一单元单电池的内部压力电联接所述第一单元单电池与所述电池组保险丝的一端，所述第二连接器位于所述第二单元单电池上，并且被配置为根据所述第二单元单电池的内部压力电联接所述电池组保险丝的另一端与所述第二单元单电池。
所述多个单元单电池中的每一个可以包括电极组件和用于容纳所述电极组件的外壳，所述电极组件包括正电极板和负电极板。
所述第一单元单电池可以包括用于电联接所述第一单元单电池的外壳与所述第一单元单电池的正端子的连接片，并且所述第二单元单电池可以包括用于电联接所述第二单元单电池的外壳与所述第二单元单电池的正端子的连接片。
所述第一连接器和所述第二连接器中的每一个可以包括第一短路板和第二短路板，所述第一短路板朝着相应外壳的内部凸出地延伸，所述第二短路板正对所述第一短路板并且与所述第一短路板间隔开。
所述第一短路板可以根据相应单元单电池的内部压力变形，以电接触所述第二短路板。
所述电池组保险丝可以位于所述正端子与所述第一外部端口之间。
示例性实施例使用了这样一种元件，即该元件在可充电电池被异常地过度充电时由于内部压力而变形，并且旁通位于最高电压侧的单元单电池与位于最低电压侧的单元单电池之间的电流，以便熔化并切断(例如，断开)电池组保险丝，从而物理地切断(例如，断开)从该充电器供应的电流。
此外，在示例性实施例中，为每个电池模块提供用于降低或防止异常过度充电的元件，因此该元件不需要包含在每个单电池中，从而加强设计裕度和鲁棒性。
附图说明
附图与说明书一起例示了本发明的实施例，并且与说明书一起用于解释本发明的原理。
图1是根据示例性实施例的可充电电池保护装置的电路图。
图2是示出根据图1的示例性实施例的可充电电池保护装置的构造的示意图。
图3是示出图2所示的第一连接器的详细构造的示意图。
图4和图5是示出可充电电池保护装置的实施例的驱动机制的电路图。
具体实施方式
在下面的详细描述中，仅简单地通过示例示出并描述了本发明的特定示例性实施例。
如本领域技术人员将认识到的，在所有不背离本发明的精神或范围的情况下，可以以各种不同的方式修改所描述的实施例。
因此，附图和描述在本质上应被认为是说明性的而非限制性的。
在整个说明书中，相同的附图标记代表相同的元件。
在本说明书和随后的权利要求书中的各处，当一元件“联接至”或“连接至”另一元件时，该元件可以直接联接至或连接至另一元件，或者可以通过第三元件电联接或电连接、或间接联接或间接连接至另一元件。此外，在本说明书的上下文中，当第一元件被称为位于第二元件“上”时，该第一元件可以直接位于第二元件上，或者可以通过在中间放置的一个或多个中间元件间接地位于第二元件上。此外，本文中使用的诸如“在……上方”和“位于……上”之类的术语是按照相对意义使用的，因此不应当被解释为限制性的，因为根据观察点，在另一元件上方的元件可以反过来在另一元件下方。
另外，除非明确相反地描述，否则词语“包括”及变体将被理解为暗含包括所论述的元件，但不排除任意任何其它元件。
下文将参照附图更充分地描述本发明，其中，本领域技术人员可以容易地领会本发明的示例性实施例。
图1是根据示例性实施例的可充电电池保护装置的电路图。
参考图1，根据示例性实施例的可充电电池保护装置1包括电池模块10、电池组保险丝20、以及第一连接器30和第二连接器40。
正端子B+和负端子B-分别通过外部电力线OL1和OL2以及分别通过外部端口P1和P2联接或连接至充电器2，以对电池模块10进行充电。
此外，电池模块10通过外部端口P1和P2(例如，第一外部端口P1和第二外部端口P2)联接或连接至外部负载，以对电池模块10进行放电。
根据示例性实施例的电池模块10可以适用于例如车辆、电动自行车等，但本发明不局限于此。
电池模块10包括第一单元单电池C1至第六单元单电池C6。
第一单元单电池C1至第六单元单电池C6在正端子B+与负端子B-之间彼此串行联接或串行连接(例如，通过连接件BL，连接件BL可以是汇流条)。
在图1、图2、图4和图5中，电池模块10中的单元单电池的数量是六个，但示例性实施例不局限于此。例如，电池模块的实施例可以包括少于六个单元单电池或多于六个单元单电池。
电池组保险丝20位于或者形成于电池模块10与充电器2之间的高电流路径上。
如果电池模块10与充电器2之间的电流超过预定的或设定的水平，则电池组保险丝20被熔化，以切断(例如，断开)该高电流路径。
在一些实施例中，电池组保险丝20包括联接或连接至第一单元单电池C1的正端子的一端，和联接或连接至外部端口P1的另一端。
如果在电池模块10被异常地过度充电时，短路电流流经第一连接器30和第二连接器40，则根据该示例性实施例的电池组保险丝20可以被熔化，以切断(例如，断开)该高电流路径。
第一连接器30位于或者形成于第一单元单电池C1至第六单元单电池C6中的第一单元单电池C1的正端子与电池组保险丝20的另一端之间。
在一些实施例中，当电池模块10被异常地过度充电并且该电池模块的内部压力升高(例如，升高至设定压力以上)时，第一连接器30物理地变形，以形成导电线或电连接。例如，当第一单元单电池C1至第六单元单电池C6中的单元单电池的内部压力升高至设定压力以上时(例如，当电池模块10被异常地过度充电时)，第一连接器30可以物理地变形，来形成电连接，以防止或降低该电池模块的进一步异常过度充电。
第二连接器40位于或者形成于第一单元单电池C1至第六单元单电池C6中的第六单元单电池C6的正端子与电池组保险丝20的一端之间。
在一些实施例中，当电池模块10被异常地过度充电并且该电池模块的内部压力升高(例如，升高至设定压力以上)时，第二连接器40物理地变形，以形成导电线。例如，当第一单元单电池C1至第六单元单电池C6中的单元单电池的内部压力升高至设定压力以上时(例如，当电池模块10被异常地过度充电时)，第二连接器40可以物理地变形，来形成电连接，以防止或降低该电池模块的进一步异常过度充电。
示例性地描述了这样一种构造，即在该构造中，第一连接器30和第二连接器40分别联接或连接至第一单元单电池C1至第六单元单电池C6中的、位于最高电压侧和最低电压侧的第一单元单电池C1的正端子和第六单元单电池C6的正端子，但是本发明不局限于此，第一连接器30的位置和第二连接器40的位置可以根据引起电池组保险丝20熔化并切断(例如，断开)的短路电流的量而改变。
图2是示出根据图1的示例性实施例的可充电电池保护装置的构造的示意图。
参考图2，根据示例性实施例的可充电电池保护装置1包括电池模块10、电池组保险丝20、以及第一连接器30和第二连接器40。
图2的电池模块10包括沿一个方向或在一个方向上以固定的或设定的间隔布置的第一单元单电池C1至第六单元单电池C6，但是本发明不局限于此。
在该实施例中，第一单元单电池C1至第六单元单电池C6中的每一个包括电极组件11、外壳13、正端子15和负端子17。
在该实施例中，第一单元单电池C1至第六单元单电池C6中的每一个被示例性地示出或描述为棱柱形锂离子可充电电池。
示例性实施例不局限于此，而相反可以包括各种(或各式)电池，如锂聚合物电池或圆柱形电池。这些单元单电池可以具有适用于可充电电池的任何适合形状。
电极组件11包括这样一种结构，即在该结构中，在正电极板与负电极板之间具有分离器，使得负电极板和正电极板位于或被布置在该分离器的相对侧。例如，该分离器可以位于正电极板与负电极板之间，正电极板与负电极板可以彼此正对。
外壳13可以容纳电极组件11，并且可以包括诸如铝、不锈钢等之类的金属，或者由诸如铝、不锈钢等之类的金属形成，但是外壳不局限于此。
正端子15和负端子17可以各自具有或被形成为在其外周表面具有螺纹的螺栓式形状。
第二单元单电池C2至第六单元单电池C6的相应正端子15分别联接或连接至相邻的第一单元单电池C1至第五单元单电池C5的相应负端子17。
在该实施例中，第一单元单电池C1的正端子15电联接或电连接至电池模块10的正端子B+，并且第六单元单电池C6的负端子17电联接或电连接至电池模块10的负端子B-。
第一连接器30位于或被布置在第一单元单电池C1上方，并且包括第一短路板30a和第二短路板30b。
在该实施例中，第一短路板30a朝着第一单元单电池C1的外壳13的内部凸出地延伸或形成，并且由于第一单元单电池C1的内部压力而变形，以物理地接触或电接触第二短路板30b。
第一短路板30a通过连接片19电联接或电连接至第一单元单电池C1的正端子15。
连接片19从第一单元单电池C1的正端子15延伸出去或延伸地形成，但是连接片19的形状不局限于此。
第二短路板30b正对第一短路板30a或者被布置为正对第一短路板30a，并且与第一短路板30a相隔固定间隔或者被形成为与第一短路板30a相隔固定间隔。
第二短路板30b通过导线BL1电联接或电连接至电池组保险丝20的另一端。
第二连接器40位于或被布置在第六单元单电池C6上方，并且包括第一短路板40a和第二短路板40b。
在该实施例中，第一短路板40a朝着第六单元单电池C6的外壳13的内部凸出地延伸或者凸出地形成，并且由于第六单元单电池C6的内部压力而变形，以物理地接触或电接触第二短路板40b。
第一短路板40a通过连接片21电联接或电连接至第六单元单电池C6的正端子15。
连接片21可以从第六单元单电池C6的正端子15延伸出去或延伸地形成，但是连接片21的形状不局限于此。
第二短路板40b正对第一短路板40a或者被布置为正对第一短路板40a，并且与第一短路板40a相隔固定间隔或者被形成为与第一短路板40a相隔固定间隔。
第二短路板40b通过导线BL2电联接或电连接至电池组保险丝20的一端。
在该示例性实施例中，示例性地描述了这样一种构造，即在该构造中，第一连接器30的第二短路板30b和第二连接器40的第二短路板40b分别位于或被布置在第一单元单电池C1和第六单元单电池C6的各自外壳13的上方。然而，示例性实施例不局限于此，并且还体现了这样一种构造，即在该构造中，第一连接器30的第二短路板30b和第二连接器40的第二短路板40b中的每一个位于或者被布置在电池模块10的外壳上方。
图3是示出图2所示的第一连接器30的实施例的构造的图。
参考图3，根据示例性实施例的第一连接器30包括第一短路板30a和第二短路板30b。
在一些实施例中，第一短路板30a位于或者被形成在外壳13的短路孔13a上方。
第一短路板30a可以与外壳13整体地形成。
在一些实施例中，第二短路板30b与位于外壳13的短路孔13a上方的第一短路板30a间隔开，或者被布置为与位于外壳13的短路孔13a上方的第一短路板30a间隔开。
在该实施例中，第二短路板30b包括螺栓30c、环形端子30d和螺母30e。
螺栓30c通过嵌入射出被部分地埋入或嵌入绝缘体13b中，以固定至外壳13，但是螺栓30c不局限于此。
绝缘体13b位于或被形成在外壳13上。
在该实施例中，可以将绝缘体13b形成为使得其通过突出于外壳13的固定片13c被固定至外壳13。
在一些实施例中，环形端子30d与螺栓30c结合或被结合至螺栓30c，并且通过可压缩地联接或连接至其端部的导线，电联接或电连接至电池组保险丝20的另一端。
螺母30e与螺栓30c结合或被结合至螺栓30c，以便固定环形端子30d(例如，将环形端子30d固定至螺栓30c)。
当电池模块10被异常地过度充电时，具有上述构造的第一连接器30由于单元单电池的内部压力而膨胀，从而使第一短路板30a反向变形。
例如，当第一短路板30a由于单元单电池的内部压力而变形时，第一短路板30a可以具有由图3中的虚线所示的形状。
结果，第一短路板30a物理地接触或电接触螺栓30c，并且第一单元单电池C1的正端子15通过环形端子30d的导线电联接或电连接至电池组保险丝20的另一端。
同时，由于根据该示例性实施例的第二连接器40具有与第一连接器30相同或基本相同的构造，所以其详细描述和示图与第一连接器30的详细描述和示图相同或基本相同，因此这里将不重复该详细描述和示图。
图4和图5是示出可充电电池保护装置的实施例的驱动机制并且图示电池模块10被异常地过度充电的状态的电路图。
参考图4，电池模块10联接或连接至充电器2，然后被充电。
在该实施例中，当电池模块10被异常地过度充电并且单元单电池(例如，第一单元单电池C1至第六单元单电池C6中的单元单电池)的内部压力升高(例如，升高到设定压力以上)时，第一连接器30和第二连接器40物理地变形，以形成各自的电连接(例如，导电线)。
接下来，第一单元单电池C1的正端子通过第一连接器30电联接或电连接至电池组保险丝20的另一端，并且第六单元单电池C6的正端子通过第二连接器40电联接或电连接至电池组保险丝20的一端。
因此，当第一连接器30和第二连接器40物理地变形以形成各自的电连接时，第一单元单电池C1的正端子与第五单元单电池C5的负端子被短路。
例如，当第一连接器30和第二连接器40物理地变形以形成各自的电连接时，形成旁通路径BP，以通过第一连接器30和第二连接器40将流过第一单元单电池C1至第五单元单电池C5的电流旁通至电池组保险丝20。
接下来，短路电流流过第一单元单电池C1的正端子、电池组保险丝20和第五单元单电池C5的负端子，并且如图5所示，电池组保险丝20由于该短路电流而被熔化并切断(例如，断开)。
因此，电池模块10与充电器2之间的高电流路径被切断(例如，断开)，从而停止电池模块10的充电。
例如，在该示例性实施例中，在电池管理系统(BMS)不能单独控制过度充电或者不适当地控制过度充电的异常情况下，与位于最高电压侧的第一单元单电池C1和位于最低电压侧的第六单元单电池C6之间的电压差相对应的短路电流，是由于第一连接器30和第二连接器40的物理变形引起的。
因此，电池模块10与充电器2之间的电连接被断开，从而可以防止电池模块10被异常地过度充电(或者可以降低这种异常过度充电的可能性或量)。
此外，通常，当利用电流中断设备(CID)切断多个单元单电池的每个电流路径，或者利用过度充电安全设备(OSD)形成旁通该电流路径的导线或电连接，以便防止或降低过度充电时，增加了单元单电池的部件数量，因此鲁棒性是脆弱的或被降低。
此外，当向单元单电池应用OSD时，必须产生高电流，以熔化并切断安装在每个单元单电池中的附加保险丝，因此由于OSD与保险丝之间的折中，发生性能劣化。
在该示例性实施例中，由于导电线或电连接包含在电池模块10内部的两个单元单电池C1和C6中，或者导电线或电连接从电池模块10内部的两个单元单电池C1和C6形成，所以可以加强单元单电池的设计裕度和鲁棒性，并且不发生与其它系统的机械/结构干扰(或者不太可能发生)。
虽然已关于目前被视为可实施的示例性实施例描述了本发明，但应当理解，本发明不限于所公开的实施例，而是相反，旨在覆盖包含于所附权利要求及其等同物的精神和范围内的各种修改和等同布置。
一些附图标记的描述
10:电池模块
20:电池组保险丝
30:第一连接器
40:第二连接器

Claims (5)

1.一种可充电电池保护装置，包括：
电池模块，包括在正端子与负端子之间串行联接的多个单元单电池，并且被配置为通过联接至所述正端子的第一外部端口和通过联接至所述负端子的第二外部端口联接至充电器，以对所述多个单元单电池进行充电；
电池组保险丝，位于所述电池模块的所述正端子与所述第一外部端口之间；以及
连接器，根据所述电池模块的内部压力形成旁通路径，所述旁通路径用于将所述多个单元单电池中的第一单元单电池与第二单元单电池之间的电流旁通至所述电池组保险丝，
其中所述连接器包括第一连接器和第二连接器，所述第一连接器位于所述正端子与所述电池组保险丝之间，并且所述第二连接器位于所述负端子与所述电池组保险丝之间，
其中所述第一连接器位于所述第一单元单电池上，并且被配置为根据所述电池模块或所述第一单元单电池的内部压力电联接所述第一单元单电池与所述电池组保险丝的一端，所述第二连接器位于所述第二单元单电池上，并且被配置为根据所述电池模块或所述第二单元单电池的内部压力电联接所述电池组保险丝的另一端与所述第二单元单电池，并且
其中所述第一连接器和所述第二连接器中的每一个包括第一短路板和第二短路板，所述第一短路板朝着单元单电池的相应外壳的内部凸出地延伸，所述第二短路板正对所述第一短路板并且与所述第一短路板间隔开。
2.根据权利要求1所述的可充电电池保护装置，其中所述连接器根据所述电池模块的内部压力物理地变形，以形成所述第一单元单电池和所述第二单元单电池中的每一个与所述电池组保险丝之间的电连接。
3.根据权利要求1所述的可充电电池保护装置，其中所述多个单元单电池中的每一个包括电极组件和用于容纳所述电极组件的外壳，所述电极组件包括正电极板和负电极板。
4.根据权利要求3所述的可充电电池保护装置，其中所述第一单元单电池包括用于电联接所述第一单元单电池的外壳与所述第一单元单电池的正端子的连接片，并且所述第二单元单电池包括用于电联接所述第二单元单电池的外壳与所述第二单元单电池的正端子的连接片。
5.根据权利要求1所述的可充电电池保护装置，其中所述第一短路板根据相应单元单电池的内部压力变形，以电接触所述第二短路板。
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