用於二次電池的安全裝置及使用該裝置的電池組的製作方法

2023-05-23 11:21:36 3

專利名稱：用於二次電池的安全裝置及使用該裝置的電池組的製作方法
技術領域：
本發明涉及用於二次電池的安全裝置，並且，更特別的是，涉及 到用於二次電池的安全裝置和包括電池單元的電池組。該安全裝置能
夠在電池單元由於異常操作或電池老化而膨脹時利用被構建於可變的 固定結構的翹翹板構件壓制壓電元件以產生電流，並能夠依據所產生 的電流使用保護電路模塊控制電池的運行，由此確保電池的安全。該 電池組包括電池單元，該電池單元具有低機械強度和高變形能力，並 被安裝在具有安全裝置的框架構件中，由此電池的安全性被提高並且 電池組的組裝效率被提高。
背景技術：
隨著移動裝置漸增地發展，和對此類移動裝置的需求的增加，以 二次電池作為移動裝置的能量來源的需求也急劇地增加。另外，對於 滿足各種需求的電池的許多研究己經被進行。
尤其是，鋰二次電池比傳統的鎳-鎘電池或傳統的鎳-金屬氫化物電 池具有較高電壓及更優秀的充電/放電循環特性，因此，對於這樣的鋰 二次電池的需求已經急劇增加。
就電池的形狀而言，對於足夠薄以應用到比如行動電話的產品上 的矩形電池或袋形電池具有高度的需求。就電池的材料而言，具有高 能量密度及高放電電壓的比如鋰鈷聚合物電池的鋰二次電池具有高度 的需求。
常見的聚合物電池的說明性結構如圖1所示。參考圖l，電池單元100包括電池殼體110;和從電池殼體110 突出的電極端子101及102。
在電池殼體110內安裝的電極組件(未顯示)包括陰極；陽極；及 面置於陰極與陽極間的隔離器。電極端子101及102通過焊接被貼附 至陰極和陽極板的電極接頭至電極導線而被形成。電極端子101及102
部分地從電池殼體110露出。電極組件設置於電池殼體110內，同時 電極端子101及102部分地從電池殼體110露出，電池殼體110充滿 電解液，且電池殼體110的上盒部及下盒部的邊緣111及112被通過 施加熱及壓力於邊緣111及112而相互熱焊接。電池單元100採用這 種方式被製造。
雖然具有上述結構的鋰二次電池比傳統鎳-鎘電池或傳統鎳-金屬
氫化物電池具有更多的優點，但是，鋰二次電池具有弱點問題。具體 來說，電解液在電池製造期間的後端工藝過程中被注射進入電池殼體。 由於此原因，通常使用具有低沸點的有機溶劑。然而，在此情況，當 電池過度充電或當電池放置於高溫下時，電池殼體的內部壓力增加。 結果，電池殼體的外觀由於膨脹現象使電極組件或電池殼體膨脹而可 以被變形，由此電池殼體可能爆炸。
為了解決上述問題，已提出硬化板形電池的方法，該方法利用紫 外線或電子束或塗附凝膠至電極板而不注射電解液(美國專利第 5,972,539號，美國專利第5，279，910號，及美國專利第5,437,942號)。
這些方法在不同程度上消除了電極組件或電池殼體膨脹的膨脹現象。 然而，上述方法並未提供令人滿意的安全性。
有些先前技術提出了一種方法，該方法根據被貼附至電池的表面 的比如應變計型的壓力傳感器檢測到的數值經由配置於電池的電極端 子(陰極及陽極)及輸入/輸出端子間的保護電路來中斷袋形電池的運 作。具體來說，當電池殼體即所述袋膨脹時，膨脹程度由傳感器檢測，檢測值被傳送至保護電路，當檢測值超過預定標準時，保護電路中斷 電流在陰極與陽極之間的流動。
然而，測量電池殼體膨脹程度的方法在提供高的可靠度上有限制， 並且難以穩定的將傳感器安裝於袋形電池表面。例如，電池由於電池 尺寸、重量及厚度的減小而最小化。結果，非常難以通過電池殼體表 面的變化精確量測電池殼體的膨脹程度，並同時保持電池殼體的有限 大小。而且，應變計型傳感器需要大的面積用以精確量測。結果，由 於應變計型傳感器可以妨礙電池的散熱，因此電池的溫度可以會有稍 許增加。所以，應變計型傳感器不能用於具有小的表面膨脹的薄型電 池。
因此，從根本上解決上述問題的技術的必要性被高度地增加。

發明內容
技術問題
因此，本發明被提出以解決上述問題，及其它尚未解決的技術問題。
由於經由各種廣泛和強化的研究與實驗為解決上述問題，本申請 的發明人發現，當電池膨脹時，電池由於異常操作或電池老化而引起 的膨脹或爆炸可以被有效防止，它是通過使用特定的構成為可變的固 定結構的翹翹板構件壓制壓電元件以產生電流，並依據產生的電流使 用保護電路模塊控制電池的運行，從而確保電池的安全性。本發明已 經基於上述的發現而完成。
技術方案
依據本發明的一個方面，上述及其它目的能夠通過提供用於二次 電池的安全裝置實現，其包括電氣連接至保護電路模塊的元件("壓 電元件")，用於在該壓電元件被壓制時產生電流；構件("翹翹板構件")，其具有接觸板形電池單元的相對表面之一的端部(a)和接觸該壓電元件 的表面的另一端部(b)，其中，該翹翹板構件被可變地固定至預定區域，
使得當該端部(a)由於該電池單元膨脹而上升時，該端部(b)下降以壓制
該壓電元件。
因此，當該電池單元由於異常操作或該電池老化而膨脹時，依據 本發明的用於二次電池的該安全裝置使用該翹翹板構件壓制該壓電元 件以產生電流，並根據所產生電流使用該保護電路模塊控制該電池的 運行，由此該安全裝置能夠敏感地響應微小變化，因此該電池的安全 性得以被確保。
圖2是說明發明中的該翹翹板構件的運行原理的典型視圖。
參考圖2，當該電池的膨脹現象發生時，該翹翹板構件的端部(a) 執行圓形旋轉運動。此時，力僅沿Y軸方向被繞布置在該翹翹板構件 相對端部之間的可變的固定軸傳送至該翹翹板構件的相對的端部(b)， 該翹翹板構件沿X軸方向被結構性地限制。因此，該旋轉運動在該翹 翹板構件相對的該端(b)被轉變為線性運動，並且該線性運動的能量通 過壓電元件轉換成電信號。再者，在端部(a)與該可變的固定軸間的距 離大於端部(b)與該可變的固定軸間的距離的情況下，端部(a)的變化更 大，並且因此，端部(b)以與該距離差成比例的更大的下降力壓制該壓 電元件。因此，該壓電元件的運行可靠性被提高。
優選地，該壓電元件及該翹翹板構件被安裝到在其中安裝有電池 單元的框架構件。在此情況下，具有低機械強度和高變形能力的袋形 電池單元能夠通過該框架構件被製造成具有預定的標準電池組形狀。 因此，避免電極端子受到損害並提高組裝效率。
該翹翹板構件的固定模式並無特別限制，只要該翹翹板構件的部 分是被可變地固定使得該翹翹板能夠根據圖2所示的原理運行。優選地，該翹翹板構件通過鉸鏈結構被連結至該框架構件。當該翹翹板構 件通過該鉸鏈結構被連結至該框架構件時，該鉸鏈結構構成可變的固 定軸(可變旋轉軸)。因此，當該翹翹板構件的接觸該電池單元表面的端 部(a)由於該電池單元膨脹而上升時，該翹翹板構件接觸該壓電元件表 面的端部(b)下降。結果，電流從該壓電元件產生。所產生的電流通過 連接該壓電元件的電纜被傳送至保護電路模塊。
在一優選實施例中，該框架構件在其上端中心可以提供凹部，在
該凹部中該壓電元件被安裝並且該翹翹板構件的端部(a)側區被插入和 連接。通常，二次電池被要求緊湊並且輕巧。因此，並不希望由於提 供該壓電元件及該翹翹板構件而增加該二次電池的尺寸。因此，通過 形成依據本發明的該凹部，可以最小化由於提供包括該壓電元件及該 翹翹板構件的該安全裝置而引起的該電池組的尺寸的增加。
通常，該電池內部壓力在該電池厚度方向的增加大於其在該電池 長度方向的增加。具體來說，當該電池內部壓力增加時，該電池殼體 厚度的增加大於該電池殼體表面擴張。因此，在該翹翹板構件被構成 為長板結構，且該翹翹板構件的該第一端部(b)具有接觸到或接近於該 電池單元的中心的長度的情況下，該電池上述厚度變化被檢測，因此， 該壓電元件的更精確的測量被實現。
依據本發明的另一個方面，其提供包括按如上述方式構成的該安 全裝置的電池組。
依據本發明的技術可以被應用於構成如下結構的電池組，在本結 構中各種電池單元被安裝在該電池組中。尤其是，依據本發明的技術 可以被應用於如下這樣的電池組，其包括電池單元，該電池單元包括 由包括金屬層及樹脂層的層壓板製成的電池殼體和安裝在該電池殼體 中的電極組件，該電池單元具有低機械強度。該電池單元的典型實例 為通過將電極組件放置在由鋁層壓板製成的摺疊型袋形殼體中而製造成的袋形電池單元，並熱焊接該袋形殼體的上端及相對側使得該殼體 能夠被密封。
在優選實施例中，該電池組被構成如下的結構，在該結構中該電 池組被安裝在包圍該電池單元的密封上端及密封相對側的框架構件 中。因為該電池組被安裝在該框架構件中，可以在製造該電池達到預 定標準的同時為該電池提供足夠的強度，由此提高組裝效率。
該電池組的其它結構和製造該電池組的方法在本發明相關的領域 已經為人所熟知，因此，關於它的詳細描述將不再給出。。


上述及本發明的其他對象、特性與其它優點根據下面結合附圖進 行的詳細描述將能夠更為清楚地理解，在附圖中 圖1是示出普通聚合物電池的透視圖2是說明依據本發明的翹翹板構件的運行原理的典型視圖；和 圖3及圖4是說明安裝有依據本發明的優選實施例的安全裝置的 電池組的透視圖和局部放大視圖。

100:電池單元 101， 102:陰極/陽極端子
210:翹翹板構件 211:鉸鏈構件
220:壓電元件 240:框架構件
具體實施例方式
現在，將參考附圖詳細描述本發明的優選實施例。然而，應注意 的是本發明的範圍並不受限於說明性的實施例。
圖3是說明安裝有依據本發明的優選實施例的安全設備的電池組 的結構的典型視圖。參考圖3，電池組200包括如圖1中所示構成的袋形電池單元
100;和電池組框架210，其被安裝到電池單元IOO使得電池單元100 的外周能夠被電池組框架210包圍。具體來說，電池組框架210被構 成格型結構，在該結構中，電池組框架210的上部及下部開口，使電 池組框架210被從電池單元100之上安裝到電池單元100，電池單元 100的側密封部沿垂直方向向上彎曲。在電池組框架210後部的上端形 成凹槽212，在其中當電池組框架210被安裝到電池單元IOO時電池單 元100的陰極101與陽極102分別被定位。電池組框架210前部的上 端安裝有壓電元件220。另外，翹翹板構件230通過鉸鏈結構被連接於 電池組框架240前部的上端。
因此，當電池單元100由於異常操作或安裝到電池組框架210的 電池單元100老化而膨脹時，翹翹板構件230的端部230a由於電池單 元100的膨脹而上升，且翹翹板構件230的另一端部230b下降以壓制 壓電元件220。電流從壓制的壓電元件220產生並被傳送到保護電路模 塊(未顯示)。
下面將參考圖4進行描述，圖4是說明被連接到在圖3中所示的 電池組的電池組框架的壓電元件和翹翹板構件的放大視圖。
參考圖4，具有預定尺寸的凹部214被形成在電池組框架240上 端的中心。壓電元件220被安裝在凹部214中。壓電元件220通過一 對電線221及222被連接至保護電路模塊(未顯示)。
翹翹板構件230的兩側通過鉸鏈232被整體地連接到電池組框架 240的凹部214。翹翹板構件230被定位使得翹翹板構件230的端部230b 接觸或鄰近於壓電元件220的表面。鉸鏈232用作固定翹翹板構件230 至電池組框架210，同時鉸鏈232保障翹翹板構件230的端部230b的 可變的向上和向下運動。因此，鉸鏈232作為翹翹板構件230的可變的旋轉軸。因為鉸鏈232被連接於凹部214的內表面，翹翹板構件230 被定位在使翹翹板構件230被實質上插入凹部214的狀態，因此，雖 然翹翹板構件230被安裝在電池組中，電池組尺寸的增加被最大程度 地限制。
當翹翹板構件230的接觸電池單元100表面的另一端部(未顯示) 由於電池單元100的膨脹而上升時，翹翹板構件230的接觸壓電元件 220表面的端部230b下降以壓制壓電元件220，由此電流被產生。所 產生電流通過電線221及222被傳送至保護電路模塊，使得電池的運 行被保護電路模塊控制。
儘管本發明的優選實施例已經為了說明的目的被公布，然而本領 域技術人員者應明白只要不偏離權利要求中所公布的本發明的範圍與 精神，各種的變換、增加與替換即是可能的。
工業應用性
根據上面的描述可以清楚，依據本發明的用於二次電池的安全裝 置及電池組使用被可變地固定的翹翹板構件和壓電傳感器。因此，可 以精確檢測電池單元由於異常操作或電池老化而引起的膨脹以控制電 池的運行，並由此改善該電池的安全性。而且，具有低機械強度及高 變形能力的袋形電池單元被安裝在具有安全裝置的框架構件中。因此， 在組裝或使用電池組期間避免了對於電池單元的損害並提高了組裝效 率。
權利要求
1.一種用於二次電池的安全裝置，包括電氣連接至保護電路模塊的元件(「壓電元件」)，用於在所述壓電元件被壓制時產生電流；構件(「翹翹板構件」)，具有與板形電池單元的相對的表面之一接觸的一個端部(a)和與所述壓電元件的表面接觸的另一端部(b)，其中該翹翹板構件被可變地固定於預定區域，使得當所述端部(a)由於所述電池單元的膨脹而上升時，所述端部(b)下降以壓制所述壓電元件。
2. 如權利要求1所述的安全裝置，其中，所述壓電元件和所述翹翹板構件被安裝到在其中安裝有所述電池單元的框架構件。
3. 如權利要求l所述的安全裝置，其中，所述翹翹板構件通過鉸 鏈結構連接至所述框架構件。
4. 如權利要求2所述的安全裝置，其中，所述框架構件在其上端 部的中心提供有凹部，在該凹部中所述壓電元件被安裝並且所述翹翹 板構件被插入和連接。
5. 如權利要求l所述的安全裝置，其中，所述翹翹板構件以長板 結構構成，並且所述翹翹板構件的第一端部(b)具有接觸到或接近所述 電池單元的中心的長度。
6. —種電池組，其包括如權利要求1至5中的任一項所述的安全 裝置。
7. 如權利要求6所述的電池組，其中，所述電池組還包括電池單 元，該電池單元具有由包括金屬層和樹脂層的層壓板製成的電池殼體， 和安裝在所述電池殼體中的電極組件，並且其中，所述安全裝置被安裝到所述電池組。
8. 如權利要求7所述的電池組，其中，所述電池單元是通過將所 述電極組件置於由鋁層壓板製成的摺疊型袋形殼體中並熱焊接所述袋 形殼體的上端及相對側使得所述殼體能夠被密封而製成。
9. 如權利要求8所述的電池組，其中，所述電池單元安裝在以格型結構構成的框架構件中，在該格型結 構中，所述框架構件的上部及下部開口，使得該電池單元能夠被安裝 在該框架構件中，其中所述電池單元的側密封部沿垂直方向向上彎曲，所述框架構件在其後部的上端提供有凹槽，所述電池單元的電極 端子被設置在該凹槽中，以及所述框架構件在其前部的上端提供有凹部，所述壓電元件被安裝 在該凹部中，並且翹翹板構件通過鉸鏈結構而連接到該凹部。
全文摘要
本發明公開一種用於二次電池的安全裝置，該安全裝置能夠在電池單元由於異常操作或電池老化而膨脹時利用被構建於可變的固定結構中的翹翹板構件壓制壓電元件以產生電流，並依據所產生的電流使用保護電路控制電池運行，由此確保該電池的安全性。並且公開一種包括電池單元的電池組，該電池單元具有低機械強度和高變形能力，並被安裝在具有安全裝置的框架構件中，由此電池的安全性被提高並且電池組的組裝效率被提高。
文檔編號H01M2/34GK101322265SQ200680045105
公開日2008年12月10日 申請日期2006年10月23日 優先權日2005年11月30日
發明者李學俊, 趙龍昊 申請人:株式會社Lg化學