CN113966560A - 包括配置为测量内部压力的压力感测装置的袋形二次电池 - Google Patents

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Abstract

公开了一种包括压力感测装置的袋形二次电池，压力感测装置具有位于壳体内的一侧和位于壳体外部的另一侧，压力感测装置配置为精确测量袋形二次电池内的压力。因而，可预测袋形二次电池的异常或袋形二次电池的寿命。

Description

包括配置为测量内部压力的压力感测装置的袋形二次电池
技术领域
本申请要求于2020年5月20日提交的韩国专利申请第2020-0060603号的优先权的权益，通过引用将上述专利申请的整个公开内容结合在此。
本发明涉及一种包括配置为测量内部压力的压力感测装置的袋形二次电池，更具体地，涉及这样一种袋形二次电池，即，配置为以非接触方式测量压力的压力感测装置从壳体的内部延伸穿过壳体到壳体的外部，以便直接测量壳体内的压力。
背景技术
随着近来使用电池的装置的多样化，对高容量和高密度电池的需求增加。其中，具有高能量密度和放电电压的锂二次电池已被商业化并且以各种形式使用。
锂二次电池根据其外部形状分为圆柱形二次电池、棱柱形二次电池或袋形二次电池。其中，袋形二次电池通常包括由铝层压片制成的壳体和容纳在壳体中的电极组件。由于在袋形二次电池中壳体由铝层压片制成，所以为了获得高容量和高密度二次电池，可调节铝层压片的厚度。此外，优点在于二次电池可被制造成各种形状，从而与需要电池的各场所相适应。
然而，由于在袋形二次电池中壳体要在将电极组件容纳在通过使铝层压片成形而形成的容纳部中的状态下被气密地密封，所以缺点在于不能排出壳体内产生的气体。
为此，袋形二次电池通常配置为在壳体中设置能够允许壳体膨胀的裕度空间，或者配置为在容纳部以外的其他空间中设置能够容纳气体的气袋。然而，由于在裕度空间或气袋中能够容纳的气体的量有限，所以在实际使用袋形二次电池的情况下难以知晓袋形二次电池的功能何时将停止。为此，已进行了诸多研究来测量袋形二次电池的压力，以便检查袋形二次电池的寿命并且提高使用袋形二次电池的安全性。
图1是示出包括常规压力感测装置的袋形二次电池的上部的平面图。
如图1中所示，常规袋形二次电池配置为在具有容纳部11的壳体10的外部，即，电极组件20的上部设置压力感测装置30。压力感测装置30位于壳体10的变形最大的中央部分，以感测壳体的压力的变化，即，膨胀的程度。然而，在壳体不均匀膨胀的情况下，存在不能精确感测壳体内的压力的缺点。
在专利文献1中，为了检测电池单元内的压力，在电池单元的外表面安装配置为感测电池单元的膨胀的探针。然而，电池单元的膨胀程度根据探针的位置而变化。结果，由于壳体内产生的气体引起的壳体内的压力与测量的值不同，从而不能预测壳体的破裂。
因此，需要一种能够精确测量袋形二次电池内的压力，以便预测壳体的破裂并且提高袋形二次电池的安全性的构造。
(现有技术文献)
(专利文献1)韩国专利申请公开第10-2017-0040919号(2017.04.14)
发明内容
技术问题
鉴于上述问题而做出了本发明，本发明的目的是提供一种包括能够精确测量电池内的压力的压力感测装置的袋形二次电池。
本发明的目的是精确测量袋形二次电池内的压力，从而精确预测袋形二次电池的寿命并且提高袋形二次电池的安全性。
技术方案
为了实现上述目的，根据本发明的袋形二次电池包括：具有配置为容纳电极组件的容纳部的壳体；和配置为以非接触方式测量压力的压力感测装置，其中所述压力感测装置从所述壳体的内部延伸穿过所述壳体到所述壳体的外部。
此外，所述压力感测装置可设置在所述容纳部处。
所述电极组件可包括：由正极、隔膜和负极构成的堆叠体；从所述堆叠体突出的一个或多个电极接片，所述电极接片配置为将所述堆叠体电连接至外部；和与所述电极接片电连接的电极引线，所述电极引线伸出到所述壳体之外，并且所述压力感测装置可设置在由于所述电极接片而形成的空间处。
此外，所述壳体可额外具有配置为接收所述容纳部中产生的气体的气袋，并且所述压力感测装置可设置在所述气袋处。
所述压力感测装置可包括：位于所述壳体内的测量部，所述测量部配置为测量压力；位于所述壳体外部的连接端子，所述连接端子配置为将所述测量部连接至外部仪器；和位于所述测量部与所述连接端子之间的贯通部，当所述壳体被气密地密封时所述贯通部与所述壳体气密地密封在一起。
此外，所述贯通部的至少一部分可包括绝缘膜被去除的结合部。
此外，所述结合部的外表面可由铜制成。
所述结合部可设置在所述压力感测装置的未设置有板的部分处。
所述测量部中可具有诸如凝胶之类的流体，以便感测压力。
根据本发明的压力测量设备包括：配置为按压所述袋形二次电池的上部和下部的夹具；和压力传输装置，所述压力传输装置与设置在所述袋形二次电池中的所述压力感测装置连接而从所述压力感测装置向外伸出，所述压力传输装置配置为将压力信息传输到外部装置。
所述压力传输装置可通过通信方案将所述压力信息传输到所述外部装置。
根据本发明的压力测量方法包括：(S1)使用夹具按压所述袋形二次电池的上部和下部；(S2)将通过安装在被按压的袋形二次电池上的所述压力感测装置感测的信息传输到压力传输装置；和(S3)通过所述压力传输装置将压力信息传输到外部装置。
本发明可提供一种包括所述袋形二次电池的电池模块。此外，本发明可提供一种包括所述电池模块的电池组。
此外，本发明可提供一种包括所述电池组作为电源的装置。
所述装置可以是移动电子装置、可穿戴电子装置、由电池供电的电机驱动的动力工具(power tool)、诸如电动车辆(Electric Vehicle，EV)，混合动力电动车辆(HybridElectric Vehicle，HEV)或插电式混合动力电动车辆(Plug-in Hybrid ElectricVehicle，PHEV)之类的电动汽车、诸如电动自行车(E-bike)或电动滑板车(E-scooter)之类的电动两轮车、电动高尔夫球车(electric golf cart)、或储能系统。
在本发明中，可从上面的构造选择并组合彼此不冲突的一个或多个构造。
有益效果
通过上面的描述显见的是，根据本发明的袋形二次电池配置为可直接测量袋形二次电池内的压力，以便检查袋形二次电池内的气体量并且确定电池是否异常。
此外，可精确检查袋形二次电池的寿命，从而可提高使用袋形二次电池的用户的安全性，并且用户可实时检查袋形二次电池的寿命并且确定电池是否异常。
附图说明
图1是示出包括常规压力感测装置的袋形二次电池的上部的平面图。
图2是包括设置在平台部分处的根据本发明的压力感测装置的袋形二次电池的侧视剖面图。
图3是示出包括设置在平台部分处的根据本发明的压力感测装置的袋形二次电池的照片。
图4是安装根据本发明的压力感测装置的平台部分的放大图。
图5是包括设置在气袋处的根据本发明的压力感测装置的袋形二次电池的侧视剖面图。
图6是根据本发明的压力感测装置的示意图。
图7是示出根据本发明的压力感测装置的测量部的照片。
图8是在测量部的外模被去除的情况下根据本发明的压力感测装置的照片。
图9是示出根据本发明的压力测量设备的照片。
图10是根据本发明的压力测量设备的示意图。
具体实施方式
现在，将参照附图详细描述本发明的优选实施方式，使得本发明所属领域的普通技术人员能够容易实施本发明的优选实施方式。然而，在详细描述本发明的优选实施方式的工作原理中，当本文中并入的已知功能和构造的详细描述可能会使本发明的主旨模糊不清时，则将省去该详细描述。
此外，整个附图中将使用相同的参考标记来表示执行相似功能或操作的部件。在整个申请中一个部件被称为连接至另一个部件的情况下，该一个部件不仅可直接连接至该另一个部件，而且该一个部件还可经由另外的部件间接连接至该另一个部件。此外，包括某一元件并不意指排除其他元件，而是指可进一步包括其他元件，除非另有说明。
下文中，将参照附图更详细地描述本发明的实施方式。
图2是包括设置在平台部分处的根据本发明的压力感测装置的袋形二次电池的侧视剖面图。图3是示出包括设置在平台部分处的根据本发明的压力感测装置的袋形二次电池的照片。图4是安装根据本发明的压力感测装置的平台部分的放大图。
根据本发明的袋形二次电池包括：具有配置为容纳电极组件200的容纳部110的壳体100；和配置为以非接触方式测量压力的压力感测装置300，其中压力感测装置300从壳体100的内部延伸穿过壳体100到壳体100的外部。
首先描述壳体100，壳体100通常配置为具有包括内层、金属层和外层的层压片结构。内层设置为与电极组件直接接触，因此内层必须表现出高绝缘性和高耐电解质溶液性。此外，内层必须表现出高密封性，以便将壳体与外部气密地密封，即，内层之间的热结合密封部必须表现出优异的热结合强度。内层可由选自表现出优异的耐化学性和高密封性的诸如聚丙烯、聚乙烯、聚乙烯丙烯酸酯或聚丁烯之类的聚烯烃类树脂；聚氨酯树脂；和聚酰亚胺树脂之中的材料制成。然而，本发明不限于此，可使用表现出优异的诸如抗拉强度、刚性、表面硬度和抗冲击强度之类的机械物理特性以及优异的耐化学性的聚丙烯。
与内层邻接设置的金属层对应于配置为防止湿气或各种气体从外部渗透到电池中的阻挡层。轻且容易成形的铝膜可用作金属层的材料。
外层设置在与内层邻接的金属层的外表面上。外层可由表现出优异的抗拉强度、抗湿气渗透性和抗透气性的耐热聚合物制成，使得外层在保护电极组件的同时表现出高耐热性和耐化学性。作为示例，外层可由尼龙或聚对苯二甲酸乙二醇酯制成。然而，本发明不限于此。
壳体100具有能够容纳电极组件200的容纳部110。容纳部110被通过将层压片变形以容纳电极组件200而形成的侧壁围绕。
电极组件200可以是：果冻卷型电极组件，其配置为具有长片型正极和长片型负极在它们之间插置隔膜的状态下进行卷绕的结构；包括单元电池的堆叠型电极组件，每个单元电池配置为具有矩形正极和矩形负极在它们之间插置隔膜的状态下进行堆叠的结构；堆叠折叠型电极组件，其配置为具有使用长隔离膜将单元电池卷绕的结构；或者层压堆叠型电极组件，其配置为具有单元电池在之间插置隔膜的状态下进行堆叠，然后彼此附接的结构。然而，本发明不限于此。下文中，根据本发明的电极组件200将被描述为堆叠型电极组件，然而这是为了便于描述，可使用果冻卷型电极组件、堆叠折叠型电极组件和层压堆叠型电极组件中的任一种作为根据本发明的电极组件200，只要电极组件配置为被容纳在袋形二次电池中即可。
将在下面描述的电极组件200包括：由正极、隔膜和负极构成的堆叠体210；与正极或负极连接从而将堆叠体210电连接至外部的电极接片220；和与电极接片220电连接的电极引线230。电极引线230伸出到壳体100之外，从而将袋形二次电池电连接至外部装置。
压力感测装置300具有压力感测装置的一侧位于壳体100内且压力感测装置的另一侧位于壳体100外部的结构，并且压力感测装置300穿过壳体100延伸。
压力感测装置300的至少一部分可被容纳在容纳部110中。由于在一些情况下在容纳部中存在电解质溶液，所以压力感测装置300可由防水材料制成。
为了不影响袋形二次电池的性能且同时不降低袋形二次电池的密度，压力感测装置300可位于袋形二次电池中限定出的多余空间中。
作为示例，压力感测装置300可位于壳体100的平台部分120处。平台部分120是由于气密地密封壳体100而形成的多余空间，是电极组件200的电极接片220被聚集并连接至电极引线130的空间。由于电极接片220被聚集为一体，所以形成预定空间。因而，压力感测装置300占据的空间不影响袋形二次电池的密度和性能。
此外，由于压力感测装置300位于平台部分120处，所以可直接测量壳体100内的压力的变化，从而可进行更精确的测量。
如图4中的参考标号300(a)所示，压力感测装置300可从平台部分120的伸出电极引线230的表面伸出，或者如图4中的参考标号300(b)所示，可位于平台部分120的不伸出电极引线230的表面处，即，位于平台部分中的壳体100的凸出部所在的部分处。
在压力感测装置300位于由300(a)表示的位置的情况下，优点在于，压力感测装置300因与外部装置的冲突而被损坏或从壳体100分离的危险性很小。另一方面，在压力感测装置300位于由300(b)表示的位置的情况下，优点在于，可防止电极引线230所在的壳体100的密封力降低。
安装压力感测装置300的位置可根据使用袋形二次电池的场所、壳体的气密密封的程度和其他情况而变化。
为了使压力感测装置300执行各种功能且同时使壳体100中的压力感测装置300所延伸穿过的部分最小化，仅压力感测装置的能够感测由于气体而变化的压力的最小部分可位于壳体100内，并且多个端子可连接至压力感测装置的从壳体向外暴露的部分，以便执行各种功能。将在下面详细描述压力感测装置300。
图5是包括设置在气袋处的根据本发明的压力感测装置的袋形二次电池的侧视剖面图。
如图5中所示，根据本发明的袋形二次电池可进一步包括能够接收容纳部110中的气体的气袋130。在气袋130处可设置配置为仅允许气体从容纳部110的内部移动到气袋130的单向阀。
根据本发明的压力感测装置300可设置在气袋130处。例如，压力感测装置300可设置成延伸穿过气袋130和壳体100。压力感测装置300的一侧可位于气袋130内，并且压力感测装置300的另一侧可位于限定出气袋130的壳体100外部。
由于如上所述压力感测装置300的一部分位于气袋130内，所以压力感测装置300与电解质溶液反应的危险性很小。此外，由于压力感测装置感测气袋130内的压力，所以可确定袋形二次电池的寿命是否终止或者袋形二次电池是否异常。
图6是根据本发明的压力感测装置的示意图，图7是示出根据本发明的压力感测装置的测量部的照片。此外，图8是在测量部的外模被去除的情况下根据本发明的压力感测装置的照片。
图6(a)示意性示出了压力感测装置的前表面，图6(b)示意性示出了压力感测装置的后表面。
根据本发明的压力感测装置300可包括：位于壳体100内从而测量压力的测量部310；位于壳体100外部从而将测量部310连接至外部仪器的连接端子320；和贯通部330，贯通部330位于测量部310与连接端子320之间，从而当壳体被气密地密封时与壳体100气密地密封在一起。
测量部310可包括压力传感器，其包括能够因压力而变形并且当外力被去除时恢复到其原始形状的流体，诸如凝胶。测量部310中的凝胶可因外力而变形，并且这种变形可被转换为电信号。
作为示例，由于压力，在测量部310中的凝胶的分子之间发生碰撞，这被连接至凝胶的端子识别到，从而可测量压力。
此外，凝胶可因压力而变形，并且这种变形传输到测量部。因而，可通过测量部的变形测量压力。凝胶可被蚀刻为较薄，以形成隔膜，并且当压力施加至隔膜时，可通过桥电路形成输出信号。
配置为将从凝胶接收的压力传输到外部的传感器可位于凝胶下方或凝胶内。在这种情况下，凝胶可用于保护传感器免受诸如电解质溶液或湿气之类的外部材料影响。
作为凝胶的示例，可使用有机硅类树脂材料。在这种情况下，如图7和图8中所示，测量部310可具有这样的形式，即，与配置为将电信号传输至连接端子320的传送部311连接的传感器被凝胶覆盖并且使用外模固定。凝胶可以以液相填充从而覆盖传感器并且可通过热固化工序变形为凝胶相。
市场上售卖的诸如LPS33HW、MS5840-02BA和MS5837-30BA之类的压力传感器的任意一种可用作测量部310。
测量部310和连接端子320可通过传输部311传输和接收测量部310中产生的电信号。
连接端子320可配置为能够与外部装置连接的端口，或者连接端子320可与外部通信。尽管连接端子320可直接连接至外部装置，但连接端子可通过无线通信向外部装置间接传输信息。此外，连接端子320可根据气体的产生程度被不同地标记，以便指示袋形二次电池的危险程度。
贯通部330是配置为与壳体100气密地密封的部分，贯通部330可具有其中绝缘膜的至少一部分被去除以便提高壳体100的密封力的结合部。结合部的外表面可由能够容易焊接或附接至壳体100的材料，诸如铜制成。结合部可仅设置在压力感测装置300的后表面(图6(b))，如图9中所示，而不是设置在其中设置板的前表面(图6(a))。这是因为必须防止从测量部310传输的电信号的损耗。
结合部可设置在压力感测装置300的后表面(图6(b))的与壳体100接触的部分上。
此外，为了将压力感测装置300的前表面(图6(a))与壳体100气密地密封在一起，可设置配置为防止按照测量部310、传输部311和连接端子320的顺序传输的电信号的损耗的防止部。在这种情况下，防止部可由能够容易焊接或附接至壳体100的材料制成。
图9是示出根据本发明的压力测量设备的照片。图10是根据本发明的压力测量设备的示意图。
根据本发明的压力测量设备可包括袋形二次电池；配置为按压袋形二次电池的上部和下部的夹具400；和压力传输装置500，压力传输装置500与设置在袋形二次电池中的压力感测装置300连接而从压力感测装置300向外伸出，以便将压力信息传输到外部装置。
夹具400沿与袋形二次电池的电极组件200的堆叠方向相同的方向以不损坏电极组件200的程度施加按压力F，以便使气体移动到壳体100的多余部分或气袋130而使壳体100不膨胀。
如图9中所示，作为单独装置的夹具400可以是配置为测量袋形二次电池内的压力的设备的一部分。然而，很显然，当袋形二次电池在与外部装置连接的状态下操作时夹具可被安装袋形二次电池的部分代替。安装袋形二次电池的部分可以是形成为具有与袋形二次电池的尺寸相似的尺寸并且表现出一定程度的强度的空间。在袋形二次电池构成电池模块或电池组的情况下，电池模块或电池组的配置为容纳袋形二次电池的容纳部可设置为具有与袋形二次电池相同的尺寸。
压力传输装置500可通过通信方案将压力信息传输到外部装置。尽管如图9和图10中所示，压力传输装置500被设置为压力感测装置300以外的构件，但压力传输装置可与压力感测装置300形成为一体，从而感测压力，然后立即将压力传输到外部。
在根据本发明的压力测量方法中，(S1)在袋形二次电池的上部和下部被夹具400按压的状态下测量压力。此时，(S2)通过安装在被按压的袋形二次电池上的压力感测装置300执行压力测量。如上所述，根据本发明的压力感测装置300直接测量袋形二次电池内的压力。此时，压力感测装置300将与袋形二次电池内产生的压力有关的信息传输到压力传输装置500，并且压力传输装置500将压力信息传输到外部装置。或者，压力感测装置300可将压力信息传输到外部装置。
本发明所属领域的技术人员将理解到，基于上面的描述，在本发明的范畴内各种应用和修改时可能的。
(参考标号说明)
10、100：壳体
11、110：容纳部
20、200：电极组件
30、300、300(a)、300(b)：压力感测装置
120：平台部分
130：气袋
210：堆叠体
220：电极接片
230：电极引线
310：测量部
311：传输部
320：连接端子
330：贯通部
400：夹具
500：压力传输装置
F：按压力。
工业实用性
通过上面的描述显见的是，根据本发明的袋形二次电池配置为可直接测量袋形二次电池内的压力，以便检查袋形二次电池内的气体量并且确定电池是否异常。
此外，可精确检查袋形二次电池的寿命，从而可提高使用袋形二次电池的用户的安全性，并且用户可实时检查袋形二次电池的寿命并且确定电池是否异常。

Claims (12)

1.一种袋形二次电池，包括：
具有配置为容纳电极组件的容纳部的壳体；和
配置为以非接触方式测量压力的压力感测装置，
其中所述压力感测装置从所述壳体的内部延伸穿过所述壳体到所述壳体的外部。
2.根据权利要求1所述的袋形二次电池，其中所述压力感测装置设置在所述容纳部处。
3.根据权利要求2所述的袋形二次电池，其中所述电极组件包括：
由正极、隔膜和负极构成的堆叠体；
从所述堆叠体突出的一个或多个电极接片，所述电极接片配置为将所述堆叠体电连接至外部；和
与所述电极接片电连接的电极引线，所述电极引线伸出到所述壳体之外，并且
所述压力感测装置设置在由于所述电极接片而形成的空间处。
4.根据权利要求1所述的袋形二次电池，其中所述壳体额外具有配置为接收所述容纳部中产生的气体的气袋，并且
所述压力感测装置设置在所述气袋处。
5.根据权利要求1所述的袋形二次电池，其中所述压力感测装置包括：
位于所述壳体内的测量部，所述测量部配置为测量压力；
位于所述壳体外部的连接端子，所述连接端子配置为将所述测量部连接至外部仪器；和
位于所述测量部与所述连接端子之间的贯通部，当所述壳体被气密地密封时所述贯通部与所述壳体气密地密封在一起。
6.根据权利要求5所述的袋形二次电池，其中所述贯通部的至少一部分包括绝缘膜被去除的结合部。
7.根据权利要求6所述的袋形二次电池，其中所述结合部的外表面由铜制成。
8.根据权利要求6所述的袋形二次电池，其中所述结合部设置在所述压力感测装置的未设置有板的部分处。
9.根据权利要求5所述的袋形二次电池，其中所述测量部中具有诸如凝胶之类的流体，以便感测压力。
10.一种压力测量设备，包括：
配置为按压根据权利要求1至9中任一项所述的袋形二次电池的上部和下部的夹具；和
压力传输装置，所述压力传输装置与设置在所述袋形二次电池中的所述压力感测装置连接而从所述压力感测装置向外伸出，所述压力传输装置配置为将压力信息传输到外部装置。
11.根据权利要求10所述的压力测量设备，其中所述压力传输装置通过通信方案将所述压力信息传输到所述外部装置。
12.一种压力测量方法，包括：
(S1)使用夹具按压根据权利要求1至9中任一项所述的袋形二次电池的上部和下部；
(S2)将通过安装在被按压的袋形二次电池上的所述压力感测装置感测的信息传输到压力传输装置；和
(S3)通过所述压力传输装置将压力信息传输到外部装置。
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