CN113646965A - 二次电池和具有该二次电池的电池模块 - Google Patents

二次电池和具有该二次电池的电池模块 Download PDF

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Abstract

公开了一种二次电池和包括该二次电池的电池模块。根据本发明的一个方面，一种二次电池，包括：电极组件；配置成容纳电极组件的片型外壳；和多个温度感测部，该多个温度感测部与外壳相邻设置，以感测外壳的一个区域的温度，其中温度感测部中的至少一个包括：正温度系数(PTC)元件；和负温度系数(NTC)元件。

Description

二次电池和具有该二次电池的电池模块
技术领域
相关申请的交叉引用
本申请要求于2019年4月17日提交的韩国专利申请第10-2019-0044991号的优先权的权益，通过援引将上述专利申请整体结合在此。
技术领域
本发明涉及一种二次电池和包括该二次电池的电池模块，更具体地，涉及一种具有当二次电池的温度超过预定值时能够阻断电流的结构的二次电池和包括该二次电池的电池模块。
背景技术
能够重复充电和放电的二次电池需要确保安全，从而不会在发生异常操作时发生着火或爆炸。
例如，当由于二次电池的短路等导致二次电池内的温度超过预定值时，必须阻断电流流过二次电池。
根据其结构或制造方法，二次电池可分为圆柱型二次电池、棱柱型二次电池、袋型二次电池等。
这些二次电池之中，袋型二次电池具有这样的结构，即具有其中电极和隔膜交替设置的结构的电极组件被容纳在片形袋外壳中。
特别是，袋型二次电池因其相对简单的工序和较低的制造成本而被广泛使用。
然而，根据相关技术，因为袋型二次电池未设置有当二次电池内的温度异常升高时能够阻断电流的部件，所以在确保安全性方面存在问题。
发明内容
技术问题
因此，为了解决上述问题，本发明的目的是提供一种当二次电池内的温度异常升高时电流被阻断而由此确保了安全性的袋型二次电池。
技术方案
为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，一种二次电池，包括：电极组件；配置成容纳所述电极组件的片型外壳；和多个温度感测部，所述多个温度感测部与所述外壳相邻设置，以感测所述外壳的一个区域的温度，其中所述温度感测部中的至少一个包括：正温度系数(PTC)元件；和负温度系数(NTC)元件。
所述二次电池可进一步包括具有向外伸出的形状的电极引线，其中所述NTC元件可设置在所述多个温度感测部之中的与所述电极引线相邻的温度感测部中。
所述电极引线可包括正极引线和负极引线，并且所述NTC元件可设置在所述多个温度感测部之中的与所述负极引线相邻的温度感测部中。
所述多个温度感测部可附接至所述外壳的作为主平面(main plane)的顶表面或底表面。
所述多个温度感测部可附接至所述外壳的侧表面。
所述外壳可包括：主体部，所述主体部具有容纳所述电极组件的内部空间；和密封部，所述密封部配置成从外部密封所述主体部的内部空间，其中所述多个温度感测部可附接至所述密封部，并且所述密封部可弯折成与所述外壳的侧表面紧密接触。
所述二次电池可进一步包括粘附至所述外壳的表面的一部分的粘合部，其中所述多个温度感测部可附接至所述粘合部。
所述外壳可包括：主体部，所述主体部具有容纳所述电极组件的内部空间；和密封部，所述密封部配置成从外部密封所述主体部的内部空间，其中所述粘合部可一起粘附至所述密封部和所述主体部，使得所述密封部弯折成与所述外壳的侧表面紧密接触。
所述粘合部可仅附接至所述外壳的作为主平面(main plane)的整个顶表面或底表面。
配置成将所述多个温度感测部彼此连接的电路可以以Z字形将所述多个温度感测部彼此连接。
为了实现上述目的，根据本发明的另一个方面，一种电池模块，包括：所述二次电池；和控制器，所述控制器配置成接收附接有所述二次电池的所述温度感测部的区域上的外壳的温度信息，其中，当附接有所述温度感测部的所述区域的一部分上的温度超过预定值时，所述控制器(i)阻断所述二次电池的电流，或者(ii)向外部发送警告信号。
所述控制器可从设置有所述PTC元件和所述NTC元件二者的每个温度感测部接收温度信息，并且当从所述NTC元件提供的温度超过第一基准温度时，所述控制器可向外部发送所述警告信号。
当从所述NTC元件提供的温度超过第二基准温度，并且从所述PTC元件提供的温度超过第三基准温度时，所述控制器可阻断所述二次电池的电流。
所述第二基准温度可大于所述第一基准温度。
所述第二基准温度可与所述第三基准温度相同。
有益效果
根据本发明，电流可在袋型二次电池内的温度异常升高时被阻断，从而提高安全性。
附图说明
图1是图解根据本发明第一实施方式的二次电池的结构的平面图。
图2是图解根据本发明第二实施方式的二次电池的结构的平面图。
图3是图解根据本发明第三实施方式的二次电池的结构的侧视图。
图4是图解根据本发明第四实施方式的二次电池的结构的平面图。
图5是图解根据本发明第五实施方式的二次电池的结构的平面图。
图6是图解根据本发明第六实施方式的二次电池的结构的侧视图。
图7是图解沿图4的线A-A截取的二次电池的结构的侧视剖面图。
图8是图解沿图5的线B-B截取的二次电池的结构的侧视剖面图。
图9是图解沿图6的线C-C截取的二次电池的结构的侧视剖面图。
图10是图解根据本发明的电池模块的结构的平面图。
具体实施方式
下文中，将参照附图描述根据本发明的二次电池和电池模块的结构。
二次电池
图1是图解根据本发明第一实施方式的二次电池的结构的平面图，图2是图解根据本发明第二实施方式的二次电池的结构的平面图。
此外，图3是图解根据本发明第三实施方式的二次电池的结构的侧视图。
根据本发明的二次电池10可包括电极组件和容纳电极组件的片型外壳200(下文中称为“外壳”)。
电极组件可具有其中电极和隔膜交替布置的结构。
如图1和图2中所示，外壳200可包括主体部210和密封部220，在主体部210中限定有容纳电极组件的内部空间，密封部220从外部密封主体部210的内部空间。密封部220可具有两个片材彼此结合的结构。
在本申请中，外壳200的主体部210的表面之中的具有最大面积的表面被称为“主平面(main plane)”，形成在主平面周围的表面被称为“侧表面”。参照图1至图3，外壳的主体部210的在图1和图2中示出的区域是外壳200的主平面，外壳的主体部210的在图3中示出的区域是外壳200的侧表面。外壳200的主平面可理解为外壳200的顶表面或底表面。
此外，根据本发明的二次电池10可包括具有伸出到外部的形状的电极引线100。电极引线100可包括正极引线100a和负极引线100b。
如图1中所示，根据本发明的第一实施方式，正极引线100a和负极引线100b可设置在外壳200的一侧，从而沿相同方向伸出。
然而，如图2中所示，根据本发明的第二实施方式，正极引线100a和负极引线100b可分别设置在外壳200的一侧和与该一侧相对的另一侧，从而沿相反的方向伸出。
根据本发明的二次电池10可包括与外壳200相邻设置的多个温度感测部300。根据本发明的温度感测部300可配置成感测外壳200的一个区域中的温度。如下所述，与由温度感测部300感测的外壳200的一个区域中的温度有关的信息可被提供至控制器20(见图10)。在图1和图2中，温度感测部300以3×3矩阵的形式设置在外壳的主平面上。在此，将温度感测部300彼此连接的电路具有其中温度感测部300以Z字形彼此连接的形状。图3图解了其中三个温度感测部300并排设置在外壳200上的状态。
多个温度感测部300可直接附接至外壳200的一个表面。在此，如图1和图2中所示，温度感测部300可附接至外壳200的作为主平面的顶表面或底表面，如图3中所示，温度感测部300可附接至外壳200的侧表面。
如图1至图3中所示，根据本发明的二次电池10可进一步包括端子部400，端子部400设置在外壳200的表面上并且通过所述电路连接至多个温度感测部300中的任意一个。图1至图3图解了其中端子部400设置在外壳200中的设置有电极引线100的一侧的情况。
根据本发明，设置在二次电池10中的多个温度感测部300的每一个可包括正温度系数(positive temperature coefficient，PTC)元件。此外，多个温度感测部300中至少之一可包括负温度系数(negative temperature coefficient，NTC)元件。多个温度感测部300中至少之一可包括PTC元件和NTC元件。
PTC元件表示其中当温度升高时电阻快速增大的元件，NTC元件表示其中当温度降低时电阻增大的元件。
根据本发明，由于多个温度感测部中至少之一包括PTC元件和NTC元件二者，因此可获得关于外壳的特定区域中的温度更加可靠的信息。
就是说，当在温度感测部中仅设置一种温度感测元件时，外壳的特定区域中的温度信息受限于仅从一种温度感测元件获得的信息。因而，即使从一种温度感测元件获得的温度信息是错误的，也不知道该信息是错误的，由此劣化了外壳的特定区域中的温度信息的可靠性。
然而，根据本发明，由于至少一个温度感测部包括两种温度感测元件，因此还可通过两个渠道获得外壳的特定区域中的温度信息。如果从一种温度感测元件获得的温度信息是错误的，则可通过利用从不同类型的温度感测元件获得的温度信息进行交叉核对来揭示出温度信息的错误。因而，根据本发明，可提高与外壳的特定区域中的温度有关的信息的可靠性。
考虑多个温度感测部的每一个包括NTC元件，并且多个温度感测部中至少之一包括PTC元件。然而，在NTC元件的情况下，由于NTC元件通常比PTC元件更昂贵，因此当温度感测部以上述结构配置时就经济性而言不是期望的。
考虑到二次电池的温度的安全性，可优选的是，多个温度感测部之中的设置有两种温度感测元件的温度感测部设置在二次电池中温度较高的位置。这是因为，在热量较大的位置处，异常温度升高的可能性也较高。
在二次电池中，电极组件和电极引线彼此连接的区域一般具有相对较高的温度。为了将电极组件连接至电极引线，执行焊接工序。因为流过具有相对较大宽度的电极组件的电流集中在具有相对较窄宽度的电极引线中，所以在焊接区域上产生较大发热。
因而，可在多个温度感测部300之中的与电极引线相邻的温度感测部中设置NTC元件。参照图1和图2，可在多个温度感测部300之中的与电极引线100最靠近的上部的温度感测部300中至少之一中设置NTC元件。
通常，由于用于负极引线的材料(例如，铜)的导热性大于用于正极引线的材料(例如，铝)的导热性，因此已知的是在负极引线中产生较大发热。此外，当二次电池放电时，由于电流从负极引线流到正极引线，因此已知的是在负极引线和电极组件彼此电连接的区域上产生相对较高的温度。
因而，可在多个温度感测部300之中的与负极引线100b相邻的温度感测部中设置NTC元件。参照图2，NTC元件可设置在多个温度感测部300之中设置在与负极引线100b最靠近的上部的温度感测部300中的中央部分处的温度感测部中。
图4是图解根据本发明第四实施方式的二次电池的结构的平面图，图5是图解根据本发明第五实施方式的二次电池的结构的平面图。此外，图6是图解根据本发明第六实施方式的二次电池的结构的侧视图。
如图4至图6中所示，根据本发明第四实施方式的二次电池10可进一步包括粘附至外壳200的表面的一部分的粘合部500，多个温度感测部300可附接至粘合部500。根据本发明的第四实施方式和第五实施方式，由于与多个温度感测部300附接的粘合部500粘附至外壳的表面，因此多个温度感测部300可通过粘合部500与外壳200的表面紧密接触。
在此，粘合部500可以以各种方式设置在二次电池10中。如图4、图5、图7和图8中所示，粘合部500可一起粘附至密封部220和主体部210，使得密封部220弯折成与外壳200的侧表面紧密接触。在此，如图4中所示，根据本发明的第四实施方式，粘合部500可沿外壳200的主平面的宽度方向延伸，以一起粘附至主体部210的表面以及分别设置在主体部210两侧的两个密封部220的每个表面。或者，如图5中所示，根据本发明的第五实施方式，粘合部500可一起粘附至主体部210的主平面以及设置在外壳200的一侧的一个密封部220的表面。在图4中，设置了三个粘合部500。在此，在各个粘合部500中的粘附至外壳200的主平面的区域上分别设置三个温度感测部300。在图5中，设置了六个粘合部500。在此，在各个粘合部500中的粘附至外壳200的主平面的每个区域上设置一个温度感测部300。然而，相反，可在粘合部500中的粘附至外壳200的侧表面的区域上设置温度感测部300。就是说，如图6和图9中所示，根据本发明的第六实施方式，粘合部500可一起粘附至密封部220和主体部210，使得密封部220弯折成与外壳200的侧表面紧密接触。在此，可在各个粘合部500中的粘附至密封部220的表面的每个区域上设置一个温度感测部300。因而，根据本发明的第六实施方式，密封部200可由于粘合部500而弯折成与外壳200的侧表面紧密接触，并且由于附接至每个粘合部500的多个温度感测部300被附接至密封部200，因此温度感测部300可与外壳200的侧表面相邻设置。
或者，相反，与多个温度感测部附接的粘合部可仅附接至外壳的作为主平面的整个顶表面或底表面。在这种情况下，设置有多个温度感测部的二次电池的结构可与图1和图2的每一个的二次电池的结构大致相同。
电池模块
图10是图解根据本发明的电池模块的结构的平面图。如图10中所示，根据本发明的电池模块1可包括多个二次电池10。将用上面的描述代替对二次电池10的结构的描述。
此外，根据本发明的电池模块1包括控制器20，控制器20从附接有二次电池10的温度感测部300(见图1至图9)的区域接收与外壳的温度有关的信息。
根据本发明，安装在多个二次电池10上的温度感测部感测附接有温度感测部的区域上的外壳的温度，以将感测的温度信息发送至控制器20。之后，当附接有与多个二次电池10附接的温度感测部的区域的一部分上的温度超过预定值时，控制器20可(i)阻断附接有发送与超过预定值的温度有关的信息的温度感测部的二次电池的电流，或者(ii)向外部发送警告信号。如下将更详细地描述根据本发明的电池模块中的控制器的控制方法。
电池模块1的控制器20从设置在二次电池10的温度感测部中的PTC元件和NTC元件的每一个接收与温度有关的信息。
根据本发明，控制器可确定从NTC元件提供的温度是(i)等于或小于第一基准温度，(ii)等于或小于超过第一基准温度的第二基准温度并且大于第一基准温度，还是(iii)超过第二基准温度。
此外，根据本发明，控制器确定从PTC元件提供的温度是(i)等于或小于第三基准温度还是(ii)超过第三基准温度。
在此，当确定从NTC元件提供的温度超过第一基准温度时，控制器向外部发送第一警告信号。之后，当确定从NTC元件提供的温度超过第二基准温度时，控制器根据从设置有NTC元件的温度感测部的PTC元件提供的温度进行如下操作。
当从NTC元件提供的温度超过第二基准温度时，而且当从PTC元件提供的温度超过第三基准温度时，控制器阻断设置有包括NTC元件和PTC元件的温度感测部的二次电池的电流。
另一方面，当从NTC元件提供的温度超过第二基准温度时，而且当从PTC元件提供的温度等于或小于第三基准温度时，控制器向外部发送第二警告信号。第二基准温度和第三基准温度可彼此相同。当第二基准温度和第三基准温度彼此相同时，由于用作中断二次电池的电流的基准的温度设置为一个，因此可使得控制器能够进行稳定控制和简化控制。在此，第二基准温度和第三基准温度彼此“相同”不仅指第二基准温度数值上与第三基准温度完全相同，而且还指第二基准温度与第三基准温度之间的差微不足道。因而，应当解释为包括其中本领域技术人员可确定这两个温度大致相同的情况。或者，相反，第二基准温度可大于第三基准温度。
在根据本发明的电池模块中，上述控制器的操作与其中从包括PTC元件和NTC元件的温度感测部提供与温度有关的信息的情况相关。因而，当从仅设置有PTC元件的温度感测部提供温度信息时，控制器可进行如下操作。
当从PTC元件提供的温度超过第三基准温度时，控制器可阻断设置有包括PTC元件的温度感测部的二次电池的电流。控制器可向外部发送警告信号。
当通过根据本发明的电池模块中的上述算法阻断二次电池的电流时，可永久地或暂时地执行阻断。二次电池的电流的永久阻断可指即使当二次电池的温度返回正常温度时，仍旧阻断电流。此外，当暂时地执行二次电池的电流的阻断时，其可指当二次电池的温度返回正常温度时，二次电池的电流再次流动。
根据本发明，由于构成电池模块的多个二次电池的每一个设置有至少一个包括PTC元件和NTC元件的温度感测部，因此可基于与从PTC元件和NTC元件提供的温度有关的信息提高二次电池的控制的可靠性。
尽管参照具体实施方式描述了本发明的实施方式，但对于本领域技术人员显而易见的是，在不背离随后权利要求中限定的本发明的精神和范围的情况下，可进行各种变化和修改。

Claims (15)

1.一种二次电池，包括：
电极组件；
配置成容纳所述电极组件的片型外壳；和
多个温度感测部，所述多个温度感测部与所述外壳相邻设置，以感测所述外壳的一个区域的温度，
其中所述温度感测部中的至少一个包括：
正温度系数(PTC)元件；和
负温度系数(NTC)元件。
2.如权利要求1所述的二次电池，进一步包括具有向外伸出的形状的电极引线，
其中所述NTC元件设置在所述多个温度感测部之中的与所述电极引线相邻的温度感测部中。
3.如权利要求2所述的二次电池，其中所述电极引线包括正极引线和负极引线，并且
所述NTC元件设置在所述多个温度感测部之中的与所述负极引线相邻的温度感测部中。
4.如权利要求1所述的二次电池，其中所述多个温度感测部附接至所述外壳的作为主平面(main plane)的顶表面或底表面。
5.如权利要求1所述的二次电池，其中所述多个温度感测部附接至所述外壳的侧表面。
6.如权利要求1所述的二次电池，其中所述外壳包括：
主体部，所述主体部具有容纳所述电极组件的内部空间；和
密封部，所述密封部配置成从外部密封所述主体部的内部空间，
其中所述多个温度感测部附接至所述密封部，并且
所述密封部弯折成与所述外壳的侧表面紧密接触。
7.如权利要求1所述的二次电池，进一步包括粘附至所述外壳的表面的一部分的粘合部，
其中所述多个温度感测部附接至所述粘合部。
8.如权利要求7所述的二次电池，其中所述外壳包括：
主体部，所述主体部具有容纳所述外壳的内部空间；和
密封部，所述密封部配置成从外部密封所述主体部的内部空间，
其中所述粘合部一起粘附至所述密封部和所述主体部，使得所述密封部弯折成与所述外壳的侧表面紧密接触。
9.如权利要求7所述的二次电池，其中所述粘合部仅附接至所述外壳的作为主平面(main plane)的整个顶表面或底表面。
10.如权利要求1所述的二次电池，其中配置成将所述多个温度感测部彼此连接的电路以Z字形将所述多个温度感测部彼此连接。
11.一种电池模块，包括：
如权利要求1所述的二次电池；和
控制器，所述控制器配置成接收附接有所述二次电池的所述温度感测部的区域上的外壳的温度信息，
其中，当附接有所述温度感测部的所述区域的一部分上的温度超过预定值时，所述控制器(i)阻断所述二次电池的电流，或者(ii)向外部发送警告信号。
12.如权利要求11所述的电池模块，其中所述控制器从设置有所述PTC元件和所述NTC元件二者的每个温度感测部接收温度信息，并且
当从所述NTC元件提供的温度超过第一基准温度时，所述控制器向外部发送所述警告信号。
13.如权利要求12所述的电池模块，其中，当从所述NTC元件提供的温度超过第二基准温度，并且从所述PTC元件提供的温度超过第三基准温度时，所述控制器阻断所述二次电池的电流。
14.如权利要求13所述的电池模块，其中所述第二基准温度大于所述第一基准温度。
15.如权利要求13所述的电池模块，其中所述第二基准温度与所述第三基准温度相同。
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