CN1722494A - 用于锂离子电池的熔丝以及包括该熔丝的锂离子电池 - Google Patents
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Abstract
一种用于锂离子电池的熔丝装置和使用该熔丝装置的锂离子电池。该熔丝装置包括位于外部输入/输出端口和裸电池之间的电路板上的导电图案中的弱电路部分。使用该电路板的图案代替常规的电流熔丝用作过电压保护部件。由于使用电路板图案代替常规的电流熔丝,就使利用最大的电池容量成为可能。此外,可以使用无铅图案。
Description
本申请要求2004年5月31日在韩国知识产权局申请的韩国专利申请No.2004-0039168的优先权,在此将其公开内容全部引入作为参考。
技术领域
本发明涉及用于电池的过电压保护,更准确地,涉及用于锂离子电池的熔丝装置,使用电路板上的图案代替电流熔丝作为过电压保护部件。
背景技术
随着多种便携式和移动电子装置被研制和小型化,需要一种用于小型化和紧凑电子装置并且环保的高能量密度二次电池。
通常,诸如铅酸电池、镍镉电池以及镍氢电池等各种二次电池已被使用。不过,锂离子电池能够最好地满足高能量、紧凑和环保的标准。锂离子电池包括由氧化锂制成的正电极和由碳制成的负电极。锂离子电池具有高能量存储密度、轻重量和高工作电压。此外,在锂离子电池中,当锂离子从正电极经过中间材料或电解液进入负电极的碳素晶格时,电极板几乎没有损失。因此,锂离子电池是可保存的,并且具有长的寿命。
在二十世纪九十年代,研制出了锂离子电池。其后,由于锂离子电池的高能量存储密度和轻重量,常规二次电池已迅速地被锂离子电池代替。最近,锂离子电池已广泛地用于个人电脑、可携式摄像机、蜂窝电话、便携式Ca播放器以及诸如个人数字助理或PaA等便携式无线电子装置。但是,锂离子电池的用途仍然局限于昂贵的产品。此外,锂离子电池需要用于保护其的特别保护电路。因此,大量工作集中于锂离子电池的安全和性能。
图1为表示用于锂离子电池的常规充电/放电控制器900的示例的方框图。该常规充电/放电控制器900是保护电路板1000的一部分。电池6的一个电极连接到正输入/输出端口1。充电控制开关4和放电控制开关5布置在负输入/输出端口2和电池6的另一电极之间。放电控制开关5和充电控制开关4共同形成充电/放电控制器900的一部分。此外,充电/放电控制器900还包括用于控制充电和放电控制开关4和5的保护电路控制器3。
当电池6(通常称为裸电池)处于充电模式时,充电/放电控制器900控制充电控制开关4,以给电池6充电。当电池6处于放电模式时,充电/放电控制器900控制放电控制开关5,以使电池6放电。
如果电池6的化学成分变得不稳定,那么锂离子电池可能处于过充电状态、过放电状态或过电流状态。结果,在锂离子电池中可能发生如性能退化、溶液泄漏、过热、冒烟、点火以及破裂等问题。为了保护电池6,在保护电路控制器3中建立了保护电路。因此,在电池6的充电和放电时间期间,保护电路控制器3可以防止电池6过充电、过放电以及过电流。
但是,大多数常规保护电路板1000不能防止电池6过电压。过电压保护是当电压超过某个限制时防止信号被接收的保护。这有助于防止电子设备过负载和被损坏。如果由于在非标准条件中用户的粗心使用或者误用非标准充电器的而产生过电压,那么如保护电路板1000的IC等元件可能着火、破裂、损坏或起故障,以致危及电池6的安全。
现在参照图2,为了解决由过电压造成的问题,可以在正输入/输出端口1和电池6的一个电极之间附加地布置电流熔丝7。用于锂离子电池6的常规保护电路板2000包括充电/放电控制器1900。充电/放电控制器1900包括电流熔丝7。在该常规保护电路板2000中,电流熔丝7位于正输入/输出端口1和电池6的一个电极之间。
充电/放电控制器1900包括位于负输入/输出端口2和电池6的另一电极之间的充电控制开关4和放电控制开关5。充电/放电控制器1900还包括用于控制充电和放电控制开关4和5的保护电路控制器3。当电池6处于充电模式时,充电/放电控制器1900控制充电控制开关4,以使电池6充电。当电池6处于放电模式时,充电/放电控制器1900控制放电控制开关5,以使电池6放电。
为了防止该电池6过电压,当过电压小于预定电压时,充电/放电控制器1900控制充电控制开关4,以阻挡过电压。另一方面,当过电压超过这个预定电压时,充电/放电控制器1900可以控制充电控制开关4使电流熔丝7断开。充电控制开关4通过使用IC特性来阻挡过电压。
在用于电池6的常规充电/放电控制器1900中,由于有用作过电压保护部件的附加电流熔丝7,因此电流熔丝7的价格增加了生产成本。
此外,在用于电池6的常规充电/放电控制器1900中,由于电流熔丝7具有13欧姆或者以上的较高内电阻,那么由于电流熔丝7的电流消耗,不可能利用最大的电池容量。
此外,在用于电池6的常规充电/放电控制器1900中,由于电流熔丝7包含铅成分,因此难以满足相关的环境保护规定。
发明内容
为了解决与常规电流熔丝相关的问题,本发明提供一种用于锂离子电池的熔丝装置,该熔丝装置使用电路板(如印刷电路板)的典型导电图案代替电流熔丝作为过电压保护部件。将该熔丝装置集成入印刷电路板降低了生产成本,并且通过使用较低内电阻的导电图案,有助于利用最大的电池容量。另外,可以利用无铅图案,从而满足环境保护规定。
本发明的实施例也提供一种使用该熔丝装置的锂离子电池。
根据本发明的一方面,描述了一种用于锂离子电池的熔丝装置,它包括在外部输入/输出端口和裸电池之间的电路板上布置的导电图案中的弱电路部分。
在本发明的一个实施例中,该弱电路部分可以是变窄或者压紧部分或者是由不同于该导电图案的其它部分的材料所制成的部分。此外。该弱电路部分可以是导电图案的薄部分。该弱电路部分可以是高度图案和变化密度的导电图案的一部分,如台阶部分或重复台阶部分。由于热量产生集中于该弱电路部分上,因此弱电路部分可以用作熔丝装置。
根据本发明的另一方面,提供一种包括前述熔丝装置的锂离子电池,其形式为裸电池连接到包括该弱电路图案的电路板。
附图说明
图1为表示用于锂离子电池的常规充电/放电控制器的示例的方框图。
图2为表示用于锂离子电池的常规充电/放电控制器的另一示例的方框图。
图3为表示比较装置的方框图。
图4为表示根据本发明第一实施例的用于锂离子电池的熔丝装置的方框图。
图5为表示根据本发明第二实施例的用于锂离子电池的熔丝装置的方框图。
图6为表示根据本发明第三实施例的用于锂离子电池的熔丝装置的方框图。
图7为根据本发明的实施例的锂离子电池的侧视图。
图8为表示根据本发明一个实施例的用于锂离子电池的熔丝装置示例的方框图,其被用在用于锂离子电池的充电/放电控制器中。
具体实施方式
图3为表示比较示例的方框图。导电图案14将正输入/输出端口1连接到电池6的正端子。电池6的负端子通过开关16被连接到负输入/输出端口2。该比较示例在电路板8上具有图案9,它有统一的宽度和直线形状。图案9是导电图案14的一部分,但是并没有从导电图案14中区分出来。图案9没有容易遭受过电压的弱电路部分,并且不能够作为熔丝。
图4为表示根据本发明第一实施例的用于锂离子电池的熔丝装置的方框图。该熔丝装置与弱图案10形成为连接正输入/输出端口1和电池6的负端子的电路板8上的导电图案14的一部分。熔丝装置的弱图案10具有形状类似于台阶的部分或者台阶部分。这样的外形可以解释为与矩形(rect)函数或者矩形脉冲相似。弱图案10可以包括一或多个窄部分15a,15b,15c。负输入/输出端口2通过开关16被连接到电池6的负端子。
当由如非标准条件中用户的粗心使用或误用非标准充电器而将超过预定电压的过电压施加到正极输入/输出端1时,电流流过电路板8上连接正极输入/输出端1和电池6的弱图案10。
由于形成在电路板8上的弱图案10具有台阶部分,因此由电流产生的欧姆热量使弱图案10的温度增加。当过电压被施加时,与电流熔丝非常相似,弱图案10可以被生成的热断开。弱图案10的断开阻挡了电流,并且防止过电压被施加到电池6。
图5表示根据本发明第二实施例的用于锂离子电池的熔丝装置的方框图。图5中的基本部分和图4中相似。由连接正极输入/输出端1和电池6的电路板8上的弱图案11形成熔丝装置。熔丝装置的弱图案11具有重复的台阶部分。
当超过预先设定电压的过电压施加到正输入/输出端口1时,电流流过将正输入/输出端口连接到电池6的弱图案11。由于形成在电路板8上的弱图案11具有脉动部分,弱图案11比第一实施例的弱图案10更易于遭受过电压损害。当过电压被施加后,弱图案11可以类似于第一实施例的弱图案10被断开。断开弱图案11,阻挡了电流和防止过电压施加到电池6。
图6为表示根据本发明第三实施例的用于锂离子电池的熔丝装置的方框图。图6中示出的基本部分与图4和图5中相似。如图6所示,由电路板8上连接正输入/输出端口1和电池6的弱图案12形成熔丝装置。熔丝装置的弱图案12具有压紧的或者变窄的部分。
当超过预先设定电压的过电压施加到正输入/输出端口1时,电流流过电路板8上将正输入/输出端口连接到电池6的弱图案12。
由于在电路板8上形成的弱图案12具有压紧部分,因此与第一实施例的弱图案10相比,弱图案12更易于遭受过电压损害。当过电压被施加时,类似于第一和第二实施例的弱图案10和11,弱图案12可以被断开。通过断开弱图案12,电流被阻挡,以防止过电压被施加到电池6。
在第一至第三实施例中,为了起到熔丝的作用,弱图案10,11,12分别具有台阶、重复台阶以及压紧部分。此外,随着印刷电路板技术的进一步发展,在印刷电路板形成工序中,通过用不同的材料或不同的厚度形成弱电路部分可以获得相同的效果。例如,主图案由铜形成,而弱电路部分由具有高电阻率(specific resistance)的金属或易热损金属或合金形成。
根据实验,使用两片图3所示的图案9形状的熔丝。第一片的宽度为1.4mm,并且第二片的宽度为1.2mm。超过50V的电压施加到该两片中产生最大电流2A。超过40V的电压同样施加到该两片中产生最大电流2A。合适的并且可适用的熔丝应该在至少32V的施加电压和2A的最大电流处作用。所以图案9,具有1.4mm或者1.2mm宽度的直线不能用作熔丝,因为不适当的40V和50V高电压在这部分不产生使其弯曲和保护电池的足够高的热量。
如图4所示,具有约0.6mm宽度的台阶部分的弱图案10可以用作产生最大电流2A的28V施加电压或更低电压的熔丝。如图5所示,具有约0.6mm宽度的重复台阶部分的弱图案11可以用作产生最大电流2A的27V施加电压或更低电压的熔丝。如图6所示,具有约0.6mm宽度的压紧部分的弱图案12可以用作最大电流2A的30V施加电压或者更低电压的熔丝。
图7是根据本发明实施例的锂离子电池的侧视图。根据本发明的前述实施例,锂离子电池可以包括熔丝装置10,11,12。在此图中,保护电路板210被装配到裸电池100。尽管没有示出熔丝装置,但是熔丝装置具有布置作为保护电路板210上的导电图案的一部分的弱图案。具有相关结构的电池对于锂离子二次电池技术领域的普通技术人员来说是公知的。通过用电极接头(tap)焊接保护电路板210和裸电池100的电极端口可以形成硬封装电池。保护电路板210和裸电池100的电极端口之间的间隙可以由热熔性树脂(未示出)填充。
图8为表示根据本发明一个实施例的用于锂离子电池的熔丝装置的方框图,其被用在用于锂离子电池的充电/放电控制器中。用于锂离子电池6的保护电路板3000包括充电/放电控制器2900。该充电/放电控制器2900包括熔丝装置4000。熔丝装置4000可以使用图4、5或6中的实施例10、11或12中的任意一个。熔丝装置4000位于正输入/输出端口1和电池6的一个电极之间。充电/放电控制器2900包括具有位于负输入/输出端口2和该电池6的另一电极之间的充电控制开关4和放电控制开关5的开关控制电路2500,以及用于控制充电和放电控制开关4,5的保护电路控制器3。当电池6处于充电模式时,充电/放电控制器2900控制充电控制开关4,以给电池6充电。当电池6处于放电模式时,充电/放电控制器2900控制放电控制开关5,以给电池6放电。
尽管已参考示例性实施例具体示出和描述了本发明,但是本领域的普通技术人员应当意识到,可以不脱离由附加权利要求所限定的本发明的精神和范围而在形式和细节上进行各种改变。
Claims (20)
1、一种用于锂离子电池的熔丝装置,该熔丝装置包括在外部输入/输出端口和裸电池之间的弱电路部分,该弱电路部分形成为电路板上的导电图案的一部分。
2、根据权利要求1的熔丝装置,其中该弱电路部分形成为该导电图案的台阶形部分。
3、根据权利要求1的熔丝装置,其中该弱电路部分形成为该导电图案的重复台阶形部分。
4、根据权利要求1的熔丝装置,其中该弱电路部分形成为该导电图案的压紧部分。
5、根据权利要求1的熔丝装置,其中该弱电路部分由与该导电图案的其它部分不相同的材料形成。
6、根据权利要求1的熔丝装置,其中该弱电路部分具有适于在电流经过该弱电路部分时产生欧姆热的形状,该欧姆热能够将该弱电路部分与该导电图案断开。
7、根据权利要求1的熔丝装置,其中该弱电路部分的宽度等于或者小于0.6mm。
8、根据权利要求1的熔丝装置,其中该弱电路部分由具有高电阻率的金属形成。
9、根据权利要求1的熔丝装置,其中该弱电路部分由易热损金属或者合金形成。
10、一种用于具有正端子和负端子的锂离子电池的保护电路板,该保护电路板包括:
正输入/输出端口;
负输入/输出端口;
用于控制该锂离子电池的充放电的充电/放电控制器,该充电/放电控制器在该正输入/输出端口和负输入/输出端口之间与该电池连接,该充电/放电控制器包括在该正输入/输出端口和该锂离子电池的正端子之间连接的熔丝装置,并且该熔丝装置由在该保护电路板上形成的导电图案中的弱电路部分形成;
其中该负输入/输出端口通过开关控制电路连接到该锂离子电池的负端子。
11、根据权利要求10的保护电路板,其中该开关控制电路包括:
放电控制开关;
连接到该放电控制开关的充电控制开关,该放电控制开关和充电控制开关位于该负输入/输出端口和锂离子电池之间,并且被连接到该负输入/输出端口和该锂离子电池;和
用于控制该充电控制开关和放电控制开关的保护电路控制器。
12、根据权利要求10的保护电路板,其中该熔丝装置形成为台阶图案。
13、根据权利要求10的保护电路板,其中该熔丝装置形成为重复台阶图案。
14、根据权利要求10的保护电路板,其中该熔丝装置形成为压紧图案。
15、根据权利要求10的保护电路板,其中该熔丝装置由易热损导电材料形成。
16、一种锂离子电池,包括:
裸电池;和
形成在印刷电路板上的保护电路板,该保护电路板被连接到该裸电池,
其中该保护电路板包括由该印刷电路板的弱电路部分形成的熔丝装置。
17、根据权利要求16的锂离子电池,其中该弱电路部分产生欧姆热。
18、根据权利要求16的锂离子电池,其中该弱电路部分为台阶图案。
19、根据权利要求16的锂离子电池,其中该弱电路部分为重复台阶图案。
20、根据权利要求16的锂离子电池,其中该弱电路部分为压紧图案。
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