TWI525886B - 具有保護電路模組之二次電池組、包括該二次電池組的裝置、以及用於製造該二次電池組的方法 - Google Patents

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Description

具有保護電路模組之二次電池組、包括該二次電池組的裝置、以及用於製造該二次電池組的方法
本發明關於一種包括保護電路模組(PCM)的二次電池組，且更具體地，關於一種二次電池組，其包括連接到PCM之電池單元的陽極端子和陰極端子；電池單元的陽極端子和陰極端子係由板狀導電構件所製成；電池單元具有形成於其一端的陽極端子和陰極端子；電池單元具有形成於其一端的熱接合多餘部，電池單元之陽極端子和陰極端子係形成於此一端；且PCM包括具有形成於其上的保護電路之保護電路板(PCB)、連接到PCB的保護電路之外部輸入及輸出端子、以及電性絕緣的PCM殼體，其係配置成具有PCB被安裝於其中的中空構造；PCM殼體係設置有細縫，電池單元的電極端子經由此細縫被插入；在PCM被電性連接到電池單元的狀態下，PCM被裝載於電池單元的熱接合多餘部上。
隨著行動裝置已日漸發達以及對於這樣的行動裝置的需求已增加，對於二次電池之需求亦已急劇地增加。在這 些二次電池當中為展現出高的能量密度與操作電壓、以及優異的充電保持能力(charge retention)和使用壽命特徵之鋰二次電池，其被廣泛地使用來作為各種電子產品以及各種類型的行動裝置之能量來源。
依據二次電池被使用於其中的外部裝置之類型，二次電池可被配置為具有可拆型的構造，於此可拆型的構造中，二次電池可被輕易地插入到外部裝置中或從外部裝置移除，或是具有嵌入型的構造，此嵌入型的構造中，二次電池被嵌入到外部裝置中。例如，其能夠供使用者視需求去將電池插入到像是膝上型電腦的裝置中，或是將電池從像是膝上型電腦的裝置中移除。另一方面，由於其構造和容量，像是特定的行動電話之裝置需要嵌入型的電池組。
同時，各種類型的可燃材料(combustible material)被包含在鋰二次電池中。因此，鋰二次電池可能因為電池的過載、電池中的過電流、或是對電池之其他的外部物理衝擊，而被加熱或爆炸。亦即，鋰二次電池的安全性非常低。為此原因，像是正溫度係數(PTC)元件和保護電路模組(PCM)的安全元件(safety element)被連接到鋰二次電池的電池單元，這些安全元件能夠有效地控制鋰二次電池的異常狀態，例如，鋰二次電池的過載或在鋰二次電池中的過電流。
一般而言，嵌入型的二次電池組使用板狀電池單元，板狀電池單元適合用於電性連接，且PCM藉由熔接或焊接透過鎳板被連接到電池單元。亦即，鎳板藉由熔接或焊 接被連接到電池單元的電極端子，保護電路板(PCB)藉由熔接被連接到每一個鎳板的一側，保護膠帶被附接到每一個鎳板的另一側，且在PCB為與電池單元緊密接觸的狀態下，PCB的電極片和鎳板藉由熔接被相互連接。以此方式，PCM被連接到電池單元以製造出電池組。
傳統的PCM殼體包括上殼及下殼。亦即，PCM殼體為一種兩個單元的構件。在PCM和安全元件被裝載於下殼中的狀態下，上殼被連接到下殼。
包括PCM在內的安全元件所需要的是去維持與電池單元的電極端子之電性連接，且同時，與電池單元的其他部分電性隔離。
為此，絕緣膠帶被附接到包括PCM之各個構件。此外，電池單元被接收在內之電池殼體的密封部之一部分被彎曲，且絕緣膠帶被附接於其上或是條碼被印製於其上。亦即，過程為非常複雜的。
由於對於達成如上所述的安全連接而言，複數個絕緣膠帶或部分為必需的，電池組組裝過程被複雜化且製造成本被增加。
此外，當外部衝擊被施加到電池組時，由於展現出低的機械強度之絕緣膠帶之使用，PCM可能被損壞，或是電池組的尺寸穩定性(dimensional stability)可能被大幅地降低。
因此，對於能夠減少安裝在電池單元之構件的數量以簡化組裝過程、達成裝載在電池單元上之構件之間的穩定 連接、以及保護PCM之技術而言，存在有高的必要性。
因此，本發明已被作成來解決上述的問題、以及尚待解決的其他的技術問題。
具體而言，本發明的一目的在於提供一種電池組，其中，製造電池組所需要的部件之數量被減少，從而簡化組裝過程，且電池組的結構穩定性被提升。
本發明的另一個目的在於提供一種電池組，其配置為具有一構造，在該構造中，經由簡化的過程，保護電路板(PCB)被安裝到保護電路模組(PCM)殼體中。
根據本發明的一態樣，藉由提供一種二次電池組，上述和其他的目的可被達成，該二次電池組包括連接到保護電路模組(PCM)之電池單元的陽極端子和陰極端子；電池單元的陽極端子和陰極端子係由板狀導電構件所製成；電池單元具有形成於其一端的陽極端子和陰極端子；電池單元包括形成於其一端的熱接合多餘部，電池單元之陽極端子和陰極端子係形成於此一端；以及PCM包括具有形成於其上的保護電路之保護電路板(PCB)、連接到PCB的保護電路之外部輸入及輸出端子、以及電性絕緣的PCM殼體，PCM殼體配置成具有PCB被安裝於其中的中 空構造；PCM殼體係設置有細縫，電池單元的電極端子經由此細縫被插入；在PCM被電性連接到電池單元的狀態下，PCM被裝載於電池單元的熱接合多餘部上。
如上所述，根據本發明的二次電池組係配置成具有一構造，在該構造中，包括PCB經由形成在PCM殼體之細縫而被安裝於其中的PCM殼體之PCM被裝載於電池單元的熱接合多餘部上。因此，相較於傳統的嵌入型的二次電池組，其能夠去有效地保護PCB且去大幅地減少構造二次電池組之部件的數量，從而減少製造成本。
此外，根據本發明的二次電池組包括PCM殼體，其係由單一構件所構成。因此，相較於配置為具有組裝連接構造之傳統的PCM之組裝過程，其能夠去大幅地提升製造加工性(processability)。此外，根據本發明的二次電池組係配置為具有可被輕易地自動化的構造。
在根據本發明的二次電池組中，各種類型的電池單元可被使用。例如，電池單元可為一種二次電池，其具有小的厚度且為輕量化的，且配置為具有一構造，在該構造中，於密封狀態下，包括陰極、陽極、以及設置在陰極和陽極之間的隔板之電極組件被安裝到由包括金屬層以及樹脂層的積層片(laminate sheet)所製成的電池殼體中。
PCM殼體可包覆除了外部輸入及輸出端子以外的PCM。
PCM殼體並未特別地受到限制，只要PCM殼體被配置成去具有PCB被安裝於其內的中空構造，以及，此 外，係設置有細縫，電極端子經由此細縫被插入到PCM殼體中。例如，PCM殼體可被形成為多角形棒(polygonal bar)、圓形棒、或是橢圓棒。在具體的範例中，PCM殼體可被形成為具有中空構造的四角形棒(quadrangular bar)之形狀。
形成為具有如上所述之細縫的各種棒中的一種形狀之PCM殼體可被配置為具有一構造，於此構造中，棒的一端為開放的，且棒的另一端為封閉的。或者是，PCM殼體可被配置為具有一構造，於此構造中，棒在其相對端為開放的。
例如，PCM殼體的細縫可被形成在棒的一側。在具體的範例中，細縫可被形成在形成為四角形棒的形狀之PCM殼體的一側之邊緣。
由於如上所述之PCM殼體的構造，PCM可被輕易地安裝到PCM殼體中。具體而言，電池單元的陽極端子和陰極端子與PCM的外部輸入及輸出端子可經由細縫從PCM殼體的一端被插入，使得PCB被安裝到PCM殼體中。
如上所述，PCM殼體的至少一端可為開放的，且PCB可經由PCM殼體的開放端被插入，使得PCB以滑動的方式被安裝到PCM殼體中。此時，PCB經由其連接到電池單元的陽極端子和陰極端子可沿著細縫滑動。此外，PCB經由其連接到外部裝置的外部輸入及輸出端子可與的陽極端子和陰極端子一起沿著細縫滑動，使得外部輸入及 輸出端子被連接到PCM殼體。
在PCM殼體被配置為具有PCM殼體的一端為開放的且PCM殼體的另一端為封閉的構造之情況下，另一方面，PCM殼體的封閉端可作用為停止器，以在當PCB滑動到PCM殼體中時，在PCM殼體之適當的位置去停止PCB的滑動。
同時，根據本發明的二次電池組可進一步包括標籤，其以包覆的方式被附接到除了外部輸入及輸出端子以外的PCM、以及電池單元的外部。具體而言，標籤可能以包覆的方式被附接到除了外部輸入及輸出端子以外的PCM、以及電池單元的相對側之熱接合邊緣。因此，標籤能夠去固定熱接合邊緣，使得熱接合邊緣與電池單元的主體緊密接觸，同時維持電池單元的絕緣狀態。此外，標籤能夠更穩定地確保電池單元的電極端子和PCB之間的電性連接。
電池單元的類型並未被特別地限制。例如，電池單元可為具有每體積大的能量儲存容量之鋰二次電池。
根據本發明的另一態樣，其係提供一種裝置，其包括具有上述構造的二次電池組來作為電源。例如，該裝置可為從行動電話、攜帶型電腦、智慧型手機、智慧型平板、平板電腦、以及輕省筆電(netbook)電腦當中選出的任何一者。然而，本發明並不侷限於此。
根據本發明的又一態樣，其係提供一種製造具有上述構造的二次電池組之方法。
具體而言，根據本發明的二次電池組可使用一種方法來製造，該方法包括(a)藉由熔接，將鎳板連接到電池單元的陰極端子；(b)藉由熔接，將電池單元110的陽極端子和陰極端子分別連接到形成在PCB的陽極端子接合部和陰極端子接合部；(c)經由細縫插入電池單元的電極端子，使得PCB以滑動的方式被安裝到PCM殼體中；(d)彎曲電池單元的電極端子，且將PCM安裝在電池單元的熱接合多餘部；以及(e)將除了PCM的外部輸入及輸出端子及頂部外的PCM、以及電池單元包覆在標籤中。
根據本發明的製造方法簡化了PCM組裝過程，其係為製造二次電池組的過程之一部分，從而提升了生產力(productivity)。具體而言，在傳統的PCM之構造中(其中，PCB被安裝在包括上殼及下殼的PCM殼體內)，在PCB被裝載於下殼上的狀態下，上殼被連接到下殼。因此，傳統的製造方法所具備的一個缺點為，在PCM的組裝過程中，複數個步驟及精確的控制為必要的。
另一方面，在製造根據本發明的二次電池組之方法中，PCB以滑動的方式被簡單且輕易地安裝到PCM殼體中。因此，根據本發明的製造方法所具備一優點為，其能夠去提升製造加工性且去輕易地達成自動化。
100‧‧‧二次電池組
110‧‧‧電池單元
112‧‧‧陰極端子
114‧‧‧陽極端子
115‧‧‧熱接合多餘部
120‧‧‧保護電路模組(PCM)
122‧‧‧保護電路板
123a‧‧‧陰極端子接合部
123b‧‧‧陽極端子接合部
124、124’‧‧‧PCM殼體
125‧‧‧細縫
126‧‧‧封閉端
128‧‧‧外部輸入及輸出端子
129‧‧‧連接器
132‧‧‧鎳板
140‧‧‧標籤
本發明之上述和其他目的、特徵與其他的優勢將從以下的詳細說明結合所附圖式而被更清楚地理解，其中：圖1為顯示根據本發明的實施例之二次電池組的立體分解圖；圖2為圖1所顯示之保護電路模組(PCM)殼體之放大圖；圖3為顯示根據本發明的另一實施例之PCM殼體的立體圖；圖4至6為顯示製造圖1之二次電池組的過程之立體圖；以及圖7為顯示連接到圖6所顯示之構造的外部輸入及輸出端子之立體圖。
現在，將參照所附圖式詳細說明本發明的例示性實施例。然而，需注意的是，本發明的範圍並不受到所說明的實施例之限制。
圖1為典型地顯示根據本發明的實施例之二次電池組的立體分解圖。
參照圖1，二次電池組100包括電池單元110，其具有從其一端突出的陽極端子114和陰極端子112；保護電路模組(PCM)120；以及標籤140。
電池單元110的陽極端子114和陰極端子112由板狀導電構件所製成。電池單元110的陽極端子114和陰極端 子112被電性連接到保護電路模組(PCM)120的保護電路板(PCB)122。
電池單元110為袋狀二次電池，其具有陰極/隔板/陽極構造之電極組件，電極組件以密封狀態被接收在由包括金屬層和樹脂層之積層片所製成的電池殼體中。陽極端子114和陰極端子112被形成在電池單元110的一端。熱接合多餘部115被形成在電池單元110的上端殼體延伸部。
PCM 120包括具有保護電路形成於其上之PCB 122、電性連接到PCB 122的保護電路之外部輸入及輸出端子128、以及連接到PCB 122並同時包覆PCB 122的PCM殼體124。
此外，在PCM 120被電性連接到電池單元110的狀態下，PCM 120被裝載於熱接合多餘部115上。
PCM殼體124係配置為具有PCB 122被安裝於其中的中空構造。此外，PCM殼體124係設置有細縫125，電極端子112及114經由細縫125被插入到PCM殼體124中。
外部輸入及輸出端子128配置為具有板構造，其包括安裝於其一端的連接器。
在電性連接到電池單元110的陰極端子112和陽極端子114之PCB 122被PCM殼體124包覆的狀態下，PCM 120被裝載於位在電池單元110的上端殼體延伸部之熱接合多餘部115上。因此，當相較於傳統嵌入型的二次電池 組時，其能夠去有效地保護PCB 122、去大幅地減少構成二次電池組100之部件的數量、去配置二次電池組100以使其具有更為緊湊的構造。
此外，不同於具有複數個部件被組裝於其中的構造之傳統的PCM殼體，PCB 122以滑動插入的方式被插入到PCM殼體124中，PCM殼體124係由單一構件所構成。因此，其能夠去提升製造加工性。
圖2為圖1所顯示之PCM殼體之放大圖。
參照圖2連同圖1，PCM殼體124被形成為其相對端為開放的四角形棒之形狀。此外，PCM殼體124被配置為具有PCB 122被安裝於其中的中空構造。細縫125沿著四角形棒的一側之邊緣被形成。電池單元110的陽極端子114和陰極端子112以及PCM 120的外部輸入及輸出端子128經由細縫125從PCM殼體124的一端被插入，使得PCB 122被安裝到PCM殼體124當中。
圖3為顯示根據本發明的另一實施例之PCM殼體的立體圖。
參照圖3，不同於圖2之在其相對端為開放的PCM殼體124，PCM殼體124’被配置為具有一構造，其中，PCM殼體124’的一端為開放的，且PCM殼體124’的另一端126為封閉的。PCM殼體124’的封閉端126作用為停止器，以在當PCB 122滑動到PCM殼體124’中時，在PCM殼體124’之適當的位置處去停止PCB 122的滑動。
圖4至6為顯示製造圖1之二次電池組的過程之立體 圖。
製造二次電池組的過程將參照這些圖式與圖1一起來說明。
參照圖4，鎳板132被連接到電池單元110的陰極端子112之頂部，其係藉由超音波熔接被連接到PCB 122的陰極端子接合部123a。接下來，電池單元110的陽極端子114和陰極端子112分別藉由點熔接而被連接到形成在PCB 122的陽極端子接合部123b和陰極端子接合部123a，以將PCB 122電性連接到電池單元110。
將PCB 122安裝到PCM殼體124中的過程被顯示於圖5。電池單元110的陰極端子112和陽極端子114經由細縫125被插入，使得PCB 122以滑動的方式被安裝到PCM殼體124當中。接下來，如圖6所示，電池單元110的電極端子112及114被彎曲，且PCM 120被安裝於電池單元110的熱接合多餘部115。
接著，除了外部輸入及輸出端子128以外的PCM 120、以及電池單元110的相對側之熱接合邊緣被標籤140包覆，以製造出二次電池組100。
標籤140固定熱接合邊緣，使得熱接合邊緣與電池單元110的主體緊密接觸，且同時維持電池單元110的絕緣狀態。此外，標籤140更穩定地確保電池單元110的陰極端子112和陽極端子114與PCB 122之間的電性連接。
圖7為顯示連接到圖6所顯示的構造之外部輸入及輸出端子的立體圖。
參照圖7，外部輸入及輸出端子128被連接到經由細縫125被設置在PCM殼體124當中的PCB 122。連接到外部裝置的連接器129被形成在外部輸入及輸出端子128的一端。
雖然外部輸入及輸出端子128在如圖7所示之外部輸入及輸出端子128突出於電池單元110的陰極端子112和陽極端子114之間的狀態下被連接到PCB 122，但外部輸入及輸出端子128亦可從PCM殼體124的開放側突出。
此外，外部輸入及輸出端子128可被連接到PCB 122連同電池單元110的陰極端子112和陽極端子114，且接著經由圖4到6所顯示之過程向外突出。亦即，電極端子112及114可被彎曲，使得PCM殼體124的細縫125被導向於電池單元110的向外方向，且接著，PCM 120可被安裝在電池單元110的熱接合多餘部115，使得外部輸入及輸出端子128向外突出。
雖然本發明的例示性實施例已被揭露用於說明的目的，熟知本領域技術人士將理解的是，在不偏離如揭露在隨附的申請專利範圍中之本發明的範圍和精神的情況下，各種修改、添加及替換為可能的。
[產業利用性]
如同從上述說明中為明顯的，根據本發明之二次電池組係配置成具有一種構造，在此構造中，包括PCM殼體之保護電路模組(PCM)被裝載於電池單元的熱接合多餘 部上，其中，保護電路板(PCB)經由形成在PCM殼體之細縫被安裝於PCM殼體中。因此，當相較於傳統嵌入型的二次電池組時，其能夠去有效地保護PCB，且去大幅地減少構成二次電池組的部件之數量，從而減少製造成本。
此外，根據本發明之二次電池組係配置成具有一種構造，在此構造中，PCB以滑動插入的方式被插入到由單一構件所構成的PCM殼體中。因此，當相較於配置為具有組裝連接構造之傳統的PCM之組裝過程時，其能夠去大幅地提升製造加工性。此外，根據本發明的二次電池組係配置為具有可被輕易地自動化的構造。
100‧‧‧二次電池組
110‧‧‧電池單元
112‧‧‧陰極端子
114‧‧‧陽極端子
115‧‧‧熱接合多餘部
120‧‧‧保護電路模組(PCM)
122‧‧‧保護電路板(PCB)
124‧‧‧PCM殼體
125‧‧‧細縫
128‧‧‧外部輸入及輸出端子
140‧‧‧標籤

Claims (13)

  1. 一種二次電池組，包括：連接到保護電路模組(PCM)之電池單元的陽極端子和陰極端子，該電池單元的該陽極端子和該陰極端子係由板狀導電構件所製成；該電池單元具有形成於其一端的該陽極端子和該陰極端子，該電池單元包括形成於其該一端的熱接合多餘部，該電池單元之該陽極端子和該陰極端子係形成於該一端；以及該PCM包括具有形成於其上的保護電路之保護電路板(PCB)、連接到該PCB的該保護電路之外部輸入及輸出端子、以及電性絕緣的PCM殼體，該PCM殼體係配置成具有該PCB被安裝於其中的中空構造，該PCM殼體係設置有細縫，該電池單元的該等電極端子經由該細縫被插入，在該PCM被電性連接到該電池單元的狀態下，該PCM係裝載於該電池單元的該熱接合多餘部上，及其中，該電池單元的該陽極端子和該陰極端子以及該PCM的該外部輸入及輸出端子經由細縫從該PCM殼體的一端被插入，使得該PCB被安裝到該PCM殼體中，且其中，該PCB以滑動的方式被安裝到該PCM殼體中。
  2. 如申請專利範圍第1項之二次電池組，其中，該電池單元為具有電極組件的二次電池，該電極組件包括設置於陰極和陽極之間的隔板，在密封狀態下，其係安裝在由 包括金屬層以及樹脂層的積層片所製成的電池殼體中。
  3. 如申請專利範圍第1項之二次電池組，其中，該PCM殼體包覆除了該外部輸入及輸出端子以外的該PCM。
  4. 如申請專利範圍第1項之二次電池組，其中，該PCM殼體被形成為具有中空構造的四角形棒的形狀。
  5. 如申請專利範圍第4項之二次電池組，其中，該PCM殼體係配置為具有一構造，在該構造中，該四角形棒在其相對端為開放的。
  6. 如申請專利範圍第4項之二次電池組，其中，該PCM殼體係配置為具有一構造，在該構造中，該四角形棒的一端為開放的，且該四角形棒的另一端為封閉的。
  7. 如申請專利範圍第4項之二次電池組，其中，該PCM殼體係配置為具有一構造，在該構造中，細縫被形成在該四角形棒的一側之邊緣。
  8. 如申請專利範圍第1項之二次電池組，還包括標籤，該標籤係以包覆的方式附接到除了該外部輸入及輸出端子以外的該PCM、以及該電池單元。
  9. 如申請專利範圍第8項之二次電池組，其中，該標籤係以包覆的方式附接到除了該外部輸入及輸出端子以外的該PCM、以及該電池單元的相對側之熱接合邊緣。
  10. 如申請專利範圍第1項之二次電池組，其中，該電池單元為鋰二次電池。
  11. 一種裝置，其包括如申請專利範圍第1至10項的 任一項之二次電池組來作為電源。
  12. 如申請專利範圍第11項之裝置，其中，該裝置係選自行動電話、攜帶型電腦、智慧型手機、智慧型平板、平板電腦以及輕省筆電(netbook)電腦之中。
  13. 一種製造如申請專利範圍第1至10項任一項之二次電池組的方法，該方法包括：(a)藉由熔接，將鎳板連接到電池單元的陰極端子；(b)藉由熔接，將該電池單元的陽極端子和該陰極端子分別連接到形成在PCB之陽極端子接合部和陰極端子接合部；(c)經由細縫插入該電池單元的該等電極端子，使得該PCB以滑動的方式被安裝到PCM殼體中；(d)彎曲該電池單元的該等電極端子，且將該PCM安裝在該電池單元的該熱接合多餘部；以及(e)將除了該PCM的該外部輸入及輸出端子以及頂部以外的該PCM、以及該電池單元包覆在標籤中。
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