CN111133626B - 嵌入有压力传感器的圆柱形电池和用于测量圆柱形电池的内部压力的方法 - Google Patents

嵌入有压力传感器的圆柱形电池和用于测量圆柱形电池的内部压力的方法 Download PDF

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Abstract

根据本发明的一个实施例的圆柱形电池包括用于测量二次电池的内部压力的压力传感器，并且包括：电极组件，所述电极组件包括阴极板、阳极板和用于将阴极板和阳极板电绝缘的隔膜；位于电极组件的一侧处并被嵌入圆柱形电池中的压力传感器；和位于电极组件的另一侧处的顶帽，其中，所述压力传感器具有绝缘性。

Description

嵌入有压力传感器的圆柱形电池和用于测量圆柱形电池的内 部压力的方法
相关申请的交叉引用
本申请要求2017年12月26日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2017-0180278的优先权和权益，其全部内容通过引用并入本文。
技术领域
本发明涉及一种圆柱形二次电池和用于测量其内部压力的方法，更具体地，本发明涉及一种具有测量圆柱形二次电池的内部压力的压力传感器的圆柱形二次电池和一种用于测量其内部压力的方法。
背景技术
在现代社会中，根据诸如移动电话、膝上型计算机、便携式摄像机、数码相机等便携式设备的日常使用，已经积极地开发了与便携式设备相关的领域的技术，并且开发用于便携式设备的二次电池的必要性已经增加。
二次电池的实例包括镍镉电池、镍氢电池、镍-锌电池、锂二次电池等。其中，由于可再充电并且可以具有小尺寸和大容量的锂二次电池具有高功率容量和长寿命，因此已经广泛用在各种领域中。然而，在锂二次电池中，由于作为不稳定元素的锂的特性，锂二次电池存在爆炸的风险。
锂二次电池的爆炸是由于各种原因而发生的，其中之一是锂二次电池中的气体压力增加。详细地，在电极被过充电、过放电、短路或处于过电流状态的情况下，由于电极的发热或燃烧，锂二次电池中产生气体，并且由于上述气体的产生，锂二次电池的内部隆起，从而导致锂二次电池爆炸。
作为用于防止由于电极的发热或燃烧而引起二次电池爆炸的设备，现有的二次电池已经普遍使用了电流中断装置(CID)等。电流中断装置采用的原理是，当过电流流向电流中断装置时，电流中断装置本身的温度升高，并且由于升高的高温而导致触点断开，电流中断装置可以是防止过电流(短路)或过热的保护电路。图1是示出包括电流中断装置的现有二次电池的实例的视图。可以通过图1确认包括电流中断装置的普通二次电池的形式。韩国专利申请公开No.10-2016-0143589(题目为“用于二次电池的帽组件”)等公开了这种相关技术。
然而，图1中所示的现有二次电池存在的问题是，在电流中断装置操作时，难以确认二次电池的准确内部压力。因此，需要开发用于确认二次电池的内部压力、以进一步提高使用二次电池时的安全性的技术。
发明内容
技术问题
本发明致力于提供一种具有测量圆柱形二次电池的内部压力的压力传感器的圆柱形二次电池和一种用于测量其内部压力的方法，其优点在于：解决了在使用传统二次电池时存在的问题，例如在传统二次电池处于过充电状态中或高温下时，由于传统二次电池的内部压力的增加所造成的传统二次电池的外观发生变形或传统二次电池发生爆炸；并且准确地确定二次电池的寿命。
此外，本发明致力于提供一种具有测量圆柱形二次电池的内部压力的压力传感器的圆柱形二次电池和一种用于测量其内部压力的方法，其优点在于：所述压力传感器允许用户有效地防止由于在圆柱形二次电池过充电或过热时内部压力的增加而造成圆柱形二次电池发生膨胀或爆炸；用作电极组件的下部绝缘部件和可逆压力传感器单元，其不像现有压力传感器那样以有线方式连接，而是以无线方式连接，以增加使用便利性。
此外，本发明致力于提供一种具有测量圆柱形二次电池的内部压力的压力传感器的圆柱形二次电池和一种用于测量其内部压力的方法，其具有如下优点：通过将可以在预定电压下断开的一次性传感器用作不可逆压力传感器单元，从而在圆柱形二次电池的内部压力增加到预定或更高压力的情况下，通过识别不可逆压力传感器单元是否断开而获知有问题的电池。
然而，本发明的示例性实施例所要解决的问题不限于上述问题，而是能够在包括在本发明中的技术构思的范围内进行各种扩展。
技术方案
本发明的示例性实施例提供一种具有测量二次电池的内部压力的压力传感器的圆柱形二次电池，包括：电极组件，所述电极组件包括阴极板、阳极板和将阴极板和阳极板彼此电绝缘的分隔件；位于电极组件的一侧上并嵌入圆柱形二次电池中的压力传感器；和位于电极组件的另一侧上的顶帽，其中，压力传感器具有绝缘性。
压力传感器可以包括不可逆压力传感器单元和可逆压力传感器单元中的至少一个。
可逆压力传感器单元的与电极组件接触的部分可以由绝缘材料形成。
可逆压力传感器单元的另一部分可以是压电元件。
可逆压力传感器单元可以是无线传感器。
不可逆压力传感器单元可以由陶瓷材料形成。
本发明的另一个示例性实施例提供一种用于测量圆柱形二次电池的内部压力的方法，包括如下步骤：对所述圆柱形二次电池进行充电和放电，使得所述圆柱形二次电池的内部压力升高，所述圆柱形二次电池包括电极组件，所述电极组件具有阴极板、阳极板和将所述阴极板和所述阳极板彼此电绝缘的分隔件；和利用被嵌入所述圆柱形二次电池中并且具有绝缘性的压力传感器来测量由于所述圆柱形二次电池的充电和放电而升高的所述圆柱形二次电池的内部压力。
压力传感器可以相对于电极组件被置放在顶帽的相反侧上。
压力传感器可以包括不可逆压力传感器单元和可逆压力传感器单元中的至少一个。
可逆压力传感器单元可以使用压电元件。
可逆压力传感器单元可以是一次性传感器。
在内部压力等于或大于对应于驱动圆柱形二次电池的压力范围的上限值的阈值压力的情况下，不可逆压力传感器单元可以断开。
有利的效果
根据在本发明中提出的具有测量圆柱形二次电池的内部压力的压力传感器的圆柱形二次电池和用于测量其内部压力的方法，其在于解决在使用传统二次电池时存在的问题，诸如在传统二次电池处于过充电状态中或高温下时，由于传统二次电池的内部压力的增加所造成的传统二次电池的外观发生变形或传统二次电池发生爆炸，压力传感器被嵌入二次电池中，并且测量二次电池的内部压力的压力传感器包括可逆压力传感器单元和不可逆压力传感器单元中的至少一个，从而使得能够通过测量二次电池的内部压力而准确地测量二次电池的寿命。
另外，根据本发明的示例性实施例，压力传感器可以由绝缘材料形成，并且被置放在电极组件的下侧上，以允许用户有效地防止由于在圆柱形二次电池过充电或过热时内部压力的增加而造成圆柱形二次电池膨胀或爆炸，并用作电极组件的下部绝缘部件。
此外，根据本发明的示例性实施例，不同于以有线方式连接的现有压力传感器，根据本发明的可逆压力传感器单元可以以无线方式连接，以增加使用便利性。
此外，根据本发明，可以将在预定电压下断开的一次性传感器用作不可逆压力传感器单元，从而在圆柱形二次电池的内部压力增加到预定或更高压力的情况下识别不可逆压力传感器单元是否断开，由此可以获知有问题的电池。因此，不可逆压力传感器单元可以用作能够跟踪已经引起事故的电池的黑匣子。
附图说明
图1是示出包括电流中断装置(CID)的传统二次电池的实例的视图。
图2是用于描述具有根据本发明示例性实施例的压力传感器的圆柱形二次电池的所有构件的视图。
图3是示出根据本发明示例性实施例的、测量圆柱形二次电池的内部压力的压力传感器的构件的视图。
图4是示出根据本发明示例性实施例的、具有可逆压力传感器的圆柱形二次电池的视图。
图5是示出根据本发明示例性实施例的、具有不可逆压力传感器的圆柱形二次电池的视图。
图6是用于描述根据本发明示例性实施例的、具有压力传感器的圆柱形二次电池的电极组件的视图。
图7是根据本发明示例性实施例的、用于测量圆柱形二次电池的内部压力的方法的流程图。
具体实施方式
在下文中，将参考附图详细描述本发明的多个示例性实施例，使得本发明所属领域的技术人员可以容易地实施本发明。然而，本发明可以以各种不同的形式实现，并且不限于这里提供的示例性实施例。
为了清楚地描述本发明，将省略与说明无关的部分，并且在整个当前说明书中，将利用相同的附图标记来表示类似的构件。
另外，为了便于解释，随意地示出了附图中所示的各个构件的尺寸和厚度，因此本发明不必限于附图中所示内容。在附图中，为了清楚起见，夸大了层、膜、面板、区域等的厚度。另外，在附图中，为了便于解释，已经夸大了一些层和区域的厚度。
另外，可以理解的是，当将诸如层、膜、区域或板这样的元件称为“位于”另一个元件“上”时，该元件可以直接位于该另一个元件上，或者也可以存在中间元件。相反，当一个元件被称为“直接位于”另一个元件“上”时，则不存在中间元件。另外，当元件被称为位于参考元件“上”时，它可以位于参考元件上或参考元件下方，而不必在与重力相反的方向上位于参考元件上。
另外，在整个说明书中，除非明确地相反描述，否则“包括”任何构件将被理解为暗示包括其他构件，而不是排除其他构件。
此外，在整个说明书中，术语“平面图”指的是当从顶部观察目标时的视图，术语“截面图”指的是当从侧面观察沿着竖直方向截取的目标的截面时的视图。
图2是用于描述根据本发明示例性实施例的、具有压力传感器的圆柱形二次电池的所有构件的视图。
如图2中所示，根据本发明示例性实施例的圆柱形二次电池10包括：压力传感器100，所述压力传感器被嵌入圆柱形二次电池10中，并且测量圆柱形二次电池的内部压力；电极组件200，所述电极组件被耦接到压力传感器100；和顶帽300，所述顶帽被置放在电极组件200的上侧上，并且根据本发明的压力传感器100包括由绝缘材料形成的构件。
根据本发明的压力传感器100位于二次电池中，并用于测量二次电池的内部压力。在压力传感器被置放在二次电池外侧的情况下，可能会降低内部压力测量值的精度。因此，根据本示例性实施例的压力传感器100被置放在二次电池的内侧。
压力传感器100可以被置放在电极组件200的任何一个表面上。根据示例性实施例，压力传感器100可以被置放在电极组件200的下侧上。在这种情况下，压力传感器100包括由绝缘材料形成的部分，并且可以被置放在电极组件200的下侧上，以测量二次电池的内部压力，并且用作电极组件200的下部绝缘部件。在使用用作下部绝缘部件的、根据本示例性实施例的压力传感器100的情况下，圆柱形二次电池10不需要单独地包括在现有技术中通常用作二次电池的构件的下部绝缘件。因此，电极电池200的体积可以增加所述下部绝缘件那么多的体积。
图4是示意根据本发明示例性实施例的、具有可逆压力传感器的圆柱形二次电池的视图。详细地，图4是示出包括可逆压力传感器单元100的圆柱形二次电池10的形式的视图。
如图4所示，根据本发明示例性实施例的可逆压力传感器单元110可以被置放在电极组件200的下方。在这种情况下，可逆压力传感器单元110的、与电极组件200接触的一个表面可以是由绝缘材料形成的绝缘部件112，并且根据示例性实施例，可逆压力传感器单元110的另一个表面可以是压电元件114。压电元件114测量二次电池的内部压力的变化，并且将在受到挤压时产生的信号传递到二次电池的外侧，所述压电元件114用于测量二次电池的内部压力，并向用户提供二次电池的内部压力状态信息。测量二次电池的内部压力的、根据本发明的压力传感器100可以是能够测量电压变化的任何元件，而不限于上述压电元件114。另外，根据本发明示例性实施例的可逆压力传感器单元110可以使用无线传感器。在此情况下，可以在无需进行单独的布线连接的情况下将二次电池的内部压力状态信息提供给用户，以增加使用便利性。
图5(a)和5(b)是示出根据本发明示例性实施例的、具有不可逆压力传感器的圆柱形二次电池的形式的视图。从图5(a)可以确认，不可逆压力传感器单元120相对于电极组件200被置放在顶帽300的相反侧上。不可逆压力传感器单元120是一次性传感器，其可以包括在阈值压力下能够断开的材料。所述阈值压力是指二次电池进行正常充电和放电功能的压力范围的上限值，在二次电池的内部压力达到阈值压力的情况下，则意味着二次电池不再能够进行正常的充电和放电功能。
图5(b)是不可逆压力传感器单元120的放大截面图。不可逆压力传感器单元120可以具有圆形截面，该圆形截面具有形成在其中心处的孔，并且电极组件200的电极突片可以穿过该孔。不可逆压力传感器单元120由绝缘材料形成，并且不可逆压力传感器单元120自身可以用作现有电池中的下部绝缘板。根据本发明的不可逆压力传感器单元120可以由具有绝缘性的陶瓷材料形成。然而，不可逆压力传感器单元120的材料不限于此，而是可以是具有绝缘性的任何材料。不可逆压力传感器单元120可以用作能够跟踪已经引起事故的电池的黑匣子，这意味着，可以通过识别不可逆压力传感器单元120是否断开而获知相应的电池是否是引起事故的电池。
图6是用于描述根据本发明示例性实施例的、具有压力传感器的圆柱形二次电池中的电极组件的视图。
从图6可以确认，电极组件200包括阴极板210、阳极板220和分隔件230，分隔件230用于将阴极板210和阳极板220彼此电绝缘，并且位于阴极板210和阳极板220之间。可以将具有高离子渗透性和机械强度的绝缘薄膜来用作分隔件230，并且根据示例性实施例，可以通过将阴极板210、阳极板220和分隔件230中的每一个缠绕成果冻卷状态来形成电极组件200。
根据本发明的另一示例性实施例，圆柱形二次电池还可以包括温度传感器(未示出)。用于测量圆柱形二次电池的温度的温度传感器可以包括热敏电阻、热电偶等。
图7是根据本发明示例性实施例的、用于测量圆柱形二次电池的内部压力的方法的流程图。
如图7所示，作为用于测量电池的内部压力的方法，用于使用根据本发明示例性实施例的压力传感器来测量圆柱形二次电池10的内部压力的方法包括：步骤(S100)，在该步骤中，对圆柱形二次电池进行充电和放电，使得圆柱形二次电池的内部压力升高，该圆柱形二次电池包括具有阴极板210、阳极板220和将阴极板210和阳极板220彼此电绝缘的分隔件230的电极组件；和步骤(S200)，该步骤(S200)利用被嵌入圆柱形二次电池中并且具有绝缘性的压力传感器100来测量由于圆柱形二次电池的充电和放电而升高的圆柱形二次电池的内部压力。
根据本发明的压力传感器100可以包括可逆压力传感器单元110和不可逆压力传感器单元120中的至少一个，该压力传感器100可以被置放在圆柱形二次电池中，并且准确地测量圆柱形二次电池的内部压力。根据示例性实施例，由绝缘材料形成的压力传感器100可以被置放在电极组件的下方，并且不仅可以准确测量圆柱形二次电池的内部压力，而且还可以代替下部绝缘件的功能。
另外，作为示例性实施例，可逆压力传感器单元110可以是无线传感器，以提供使用便利性。
已经关于具有根据本发明示例性实施例的压力传感器的圆柱形二次电池10描述了与各个步骤相关的详细内容，因此省略其详细描述。
虽然已经结合目前被认为是实用示例性实施例描述了本发明，但是应该理解，本发明不限于所公开的实施例。相反，它旨在涵盖在所附权利要求的精神和范围内包括的各种修改和等同布置。
<附图标记说明>
10：圆柱形二次电池
100：压力传感器
110：可逆压力传感器单元
112：绝缘部件
114：压电元件
120：不可逆压力传感器单元
200：电极组件
210：阴极板
220：阳极板
230：分隔件
300：顶帽

Claims (12)

1.一种具有压力传感器的圆柱形二次电池，所述压力传感器用于测量所述圆柱形二次电池的内部压力，所述圆柱形二次电池包括：
电极组件，所述电极组件包括阴极板、阳极板和将所述阴极板和所述阳极板彼此电绝缘的分隔件；
所述压力传感器，其位于所述电极组件的一侧上，并被嵌入所述圆柱形二次电池中，以测量所述圆柱形二次电池的内部压力，并且用作所述电极组件的下部绝缘部件；和
顶帽，所述顶帽位于所述电极组件的另一侧上，
其中，所述压力传感器具有绝缘性，
其中，所述压力传感器包括可逆压力传感器单元。
2.根据权利要求1所述的圆柱形二次电池，其中，所述压力传感器还包括不可逆压力传感器单元。
3.根据权利要求1所述的圆柱形二次电池，其中，所述可逆压力传感器单元的、与所述电极组件相接触的部分由绝缘材料形成。
4.根据权利要求3所述的圆柱形二次电池，其中，所述可逆压力传感器单元的另一部分是压电元件。
5.根据权利要求1所述的圆柱形二次电池，其中，所述可逆压力传感器单元是无线传感器。
6.根据权利要求2所述的圆柱形二次电池，其中，所述不可逆压力传感器单元由陶瓷材料形成。
7.一种用于测量圆柱形二次电池的内部压力的方法，包括如下步骤：
对所述圆柱形二次电池进行充电和放电，使得所述圆柱形二次电池的内部压力升高，所述圆柱形二次电池包括电极组件，所述电极组件具有阴极板、阳极板和将所述阴极板和所述阳极板彼此电绝缘的分隔件；和
利用被嵌入所述圆柱形二次电池中并且具有绝缘性的压力传感器来测量由于所述圆柱形二次电池的充电和放电而升高的所述圆柱形二次电池的内部压力，
其中，所述压力传感器位于所述电极组件的一侧上，并被嵌入所述圆柱形二次电池中，以测量所述圆柱形二次电池的内部压力，并且用作所述电极组件的下部绝缘部件，
其中，所述压力传感器包括可逆压力传感器单元。
8.根据权利要求7所述的用于测量圆柱形二次电池的内部压力的方法，其中，所述压力传感器相对于所述电极组件被置放在顶帽的相反侧上。
9.根据权利要求7所述的用于测量圆柱形二次电池的内部压力的方法，其中，所述压力传感器还包括不可逆压力传感器单元。
10.根据权利要求7所述的用于测量圆柱形二次电池的内部压力的方法，其中，所述可逆压力传感器单元使用压电元件。
11.根据权利要求9所述的用于测量圆柱形二次电池的内部压力的方法，其中，所述不可逆压力传感器单元是一次性传感器。
12.根据权利要求9所述的用于测量圆柱形二次电池的内部压力的方法，其中，在所述内部压力等于或大于阈值压力的情况下，所述不可逆压力传感器单元断开，所述阈值压力对应于所述圆柱形二次电池执行正常充电和放电功能的压力范围的上限值。
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