專利名稱：用于二次電池的安全裝置及使用該裝置的電池組的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于二次電池的安全裝置，并且，更特別的是，涉及 到用于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
夠在電池單元由于異常操作或電池老化而膨脹時(shí)利用被構(gòu)建于可變的 固定結(jié)構(gòu)的翹翹板構(gòu)件壓制壓電元件以產(chǎn)生電流，并能夠依據(jù)所產(chǎn)生 的電流使用保護(hù)電路模塊控制電池的運(yùn)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(jī)械強(qiáng)度和高變形能力，并 被安裝在具有安全裝置的框架構(gòu)件中，由此電池的安全性被提高并且 電池組的組裝效率被提高。
背景技術(shù)：
隨著移動(dòng)裝置漸增地發(fā)展，和對(duì)此類移動(dòng)裝置的需求的增加，以 二次電池作為移動(dòng)裝置的能量來源的需求也急劇地增加。另外，對(duì)于 滿足各種需求的電池的許多研究己經(jīng)被進(jìn)行。
尤其是，鋰二次電池比傳統(tǒng)的鎳-鎘電池或傳統(tǒng)的鎳-金屬氫化物電 池具有較高電壓及更優(yōu)秀的充電/放電循環(huán)特性，因此，對(duì)于這樣的鋰 二次電池的需求已經(jīng)急劇增加。
就電池的形狀而言，對(duì)于足夠薄以應(yīng)用到比如移動(dòng)電話的產(chǎn)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(jié)構(gòu)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(nèi)安裝的電極組件(未顯示)包括陰極；陽極；及 面置于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(dǎo)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(shè)置于電池殼體110內(nèi)，同時(shí) 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 施加熱及壓力于邊緣111及112而相互熱焊接。電池單元100采用這 種方式被制造。
雖然具有上述結(jié)構(gòu)的鋰二次電池比傳統(tǒng)鎳-鎘電池或傳統(tǒng)鎳-金屬
氫化物電池具有更多的優(yōu)點(diǎn)，但是，鋰二次電池具有弱點(diǎn)問題。具體 來說，電解液在電池制造期間的后端工藝過程中被注射進(jìn)入電池殼體。 由于此原因，通常使用具有低沸點(diǎn)的有機(jī)溶劑。然而，在此情況，當(dāng) 電池過度充電或當(dāng)電池放置于高溫下時(shí)，電池殼體的內(nèi)部壓力增加。 結(jié)果，電池殼體的外觀由于膨脹現(xiàn)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 外線或電子束或涂附凝膠至電極板而不注射電解液(美國專利第 5,972,539號(hào)，美國專利第5，279，910號(hào)，及美國專利第5,437,942號(hào))。
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(xiàn)象。 然而，上述方法并未提供令人滿意的安全性。
有些先前技術(shù)提出了一種方法，該方法根據(jù)被貼附至電池的表面 的比如應(yīng)變計(jì)型的壓力傳感器檢測到的數(shù)值經(jīng)由配置于電池的電極端 子(陰極及陽極)及輸入/輸出端子間的保護(hù)電路來中斷袋形電池的運(yùn) 作。具體來說，當(dāng)電池殼體即所述袋膨脹時(shí)，膨脹程度由傳感器檢測，檢測值被傳送至保護(hù)電路，當(dāng)檢測值超過預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，保護(hù)電路中斷 電流在陰極與陽極之間的流動(dòng)。
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， 并且難以穩(wěn)定的將傳感器安裝于袋形電池表面。例如，電池由于電池 尺寸、重量及厚度的減小而最小化。結(jié)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，并同時(shí)保持電池殼體的有限 大小。而且，應(yīng)變計(jì)型傳感器需要大的面積用以精確量測。結(jié)果，由 于應(yīng)變計(jì)型傳感器可以妨礙電池的散熱，因此電池的溫度可以會(huì)有稍 許增加。所以，應(yīng)變計(jì)型傳感器不能用于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(shù)的必要性被高度地增加。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題
因此，本發(fā)明被提出以解決上述問題，及其它尚未解決的技術(shù)問題。
由于經(jīng)由各種廣泛和強(qiáng)化的研究與實(shí)驗(yàn)為解決上述問題，本申請 的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，當(dāng)電池膨脹時(shí)，電池由于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(gòu)成為可變的固 定結(jié)構(gòu)的翹翹板構(gòu)件壓制壓電元件以產(chǎn)生電流，并依據(jù)產(chǎn)生的電流使 用保護(hù)電路模塊控制電池的運(yùn)行，從而確保電池的安全性。本發(fā)明已 經(jīng)基于上述的發(fā)現(xiàn)而完成。
技術(shù)方案
依據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，上述及其它目的能夠通過提供用于二次 電池的安全裝置實(shí)現(xiàn)，其包括電氣連接至保護(hù)電路模塊的元件("壓 電元件")，用于在該壓電元件被壓制時(shí)產(chǎn)生電流；構(gòu)件("翹翹板構(gòu)件")，其具有接觸板形電池單元的相對(duì)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(gòu)件被可變地固定至預(yù)定區(qū)域，
使得當(dāng)該端部(a)由于該電池單元膨脹而上升時(shí)，該端部(b)下降以壓制
該壓電元件。
因此，當(dāng)該電池單元由于異常操作或該電池老化而膨脹時(shí)，依據(jù) 本發(fā)明的用于二次電池的該安全裝置使用該翹翹板構(gòu)件壓制該壓電元 件以產(chǎn)生電流，并根據(jù)所產(chǎn)生電流使用該保護(hù)電路模塊控制該電池的 運(yùn)行，由此該安全裝置能夠敏感地響應(yīng)微小變化，因此該電池的安全 性得以被確保。
圖2是說明發(fā)明中的該翹翹板構(gòu)件的運(yùn)行原理的典型視圖。
參考圖2，當(dāng)該電池的膨脹現(xiàn)象發(fā)生時(shí)，該翹翹板構(gòu)件的端部(a) 執(zhí)行圓形旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。此時(shí)，力僅沿Y軸方向被繞布置在該翹翹板構(gòu)件 相對(duì)端部之間的可變的固定軸傳送至該翹翹板構(gòu)件的相對(duì)的端部(b)， 該翹翹板構(gòu)件沿X軸方向被結(jié)構(gòu)性地限制。因此，該旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)在該翹 翹板構(gòu)件相對(duì)的該端(b)被轉(zhuǎn)變?yōu)榫€性運(yùn)動(dòng)，并且該線性運(yùn)動(dòng)的能量通 過壓電元件轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。再者，在端部(a)與該可變的固定軸間的距 離大于端部(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，并且因此，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(yùn)行可靠性被提高。
優(yōu)選地，該壓電元件及該翹翹板構(gòu)件被安裝到在其中安裝有電池 單元的框架構(gòu)件。在此情況下，具有低機(jī)械強(qiáng)度和高變形能力的袋形 電池單元能夠通過該框架構(gòu)件被制造成具有預(yù)定的標(biāo)準(zhǔn)電池組形狀。 因此，避免電極端子受到損害并提高組裝效率。
該翹翹板構(gòu)件的固定模式并無特別限制，只要該翹翹板構(gòu)件的部 分是被可變地固定使得該翹翹板能夠根據(jù)圖2所示的原理運(yùn)行。優(yōu)選地，該翹翹板構(gòu)件通過鉸鏈結(jié)構(gòu)被連結(jié)至該框架構(gòu)件。當(dāng)該翹翹板構(gòu) 件通過該鉸鏈結(jié)構(gòu)被連結(jié)至該框架構(gòu)件時(shí)，該鉸鏈結(jié)構(gòu)構(gòu)成可變的固 定軸(可變旋轉(zhuǎn)軸)。因此，當(dāng)該翹翹板構(gòu)件的接觸該電池單元表面的端 部(a)由于該電池單元膨脹而上升時(shí)，該翹翹板構(gòu)件接觸該壓電元件表 面的端部(b)下降。結(jié)果，電流從該壓電元件產(chǎn)生。所產(chǎn)生的電流通過 連接該壓電元件的電纜被傳送至保護(hù)電路模塊。
在一優(yōu)選實(shí)施例中，該框架構(gòu)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并且該翹翹板構(gòu)件的端部(a)側(cè)區(qū)被插入和 連接。通常，二次電池被要求緊湊并且輕巧。因此，并不希望由于提 供該壓電元件及該翹翹板構(gòu)件而增加該二次電池的尺寸。因此，通過 形成依據(jù)本發(fā)明的該凹部，可以最小化由于提供包括該壓電元件及該 翹翹板構(gòu)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(nèi)部壓力在該電池厚度方向的增加大于其在該電池 長度方向的增加。具體來說，當(dāng)該電池內(nèi)部壓力增加時(shí)，該電池殼體 厚度的增加大于該電池殼體表面擴(kuò)張。因此，在該翹翹板構(gòu)件被構(gòu)成 為長板結(jié)構(gòu)，且該翹翹板構(gòu)件的該第一端部(b)具有接觸到或接近于該 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(shí)現(xiàn)。
依據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，其提供包括按如上述方式構(gòu)成的該安 全裝置的電池組。
依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)可以被應(yīng)用于構(gòu)成如下結(jié)構(gòu)的電池組，在本結(jié) 構(gòu)中各種電池單元被安裝在該電池組中。尤其是，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù) 可以被應(yīng)用于如下這樣的電池組，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制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(jī)械強(qiáng)度。該電池單元的典型實(shí)例 為通過將電極組件放置在由鋁層壓板制成的折疊型袋形殼體中而制造成的袋形電池單元，并熱焊接該袋形殼體的上端及相對(duì)側(cè)使得該殼體 能夠被密封。
在優(yōu)選實(shí)施例中，該電池組被構(gòu)成如下的結(jié)構(gòu)，在該結(jié)構(gòu)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(duì)側(cè)的框架構(gòu)件 中。因?yàn)樵撾姵亟M被安裝在該框架構(gòu)件中，可以在制造該電池達(dá)到預(yù) 定標(biāo)準(zhǔn)的同時(shí)為該電池提供足夠的強(qiáng)度，由此提高組裝效率。
該電池組的其它結(jié)構(gòu)和制造該電池組的方法在本發(fā)明相關(guān)的領(lǐng)域 已經(jīng)為人所熟知，因此，關(guān)于它的詳細(xì)描述將不再給出。。


上述及本發(fā)明的其他對(duì)象、特性與其它優(yōu)點(diǎn)根據(jù)下面結(jié)合附圖進(jìn) 行的詳細(xì)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(jù)本發(fā)明的翹翹板構(gòu)件的運(yùn)行原理的典型視圖；和 圖3及圖4是說明安裝有依據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的安全裝置的 電池組的透視圖和局部放大視圖。
<附圖的主要參考序號(hào)說明>
100:電池單元 101， 102:陰極/陽極端子
210:翹翹板構(gòu)件 211:鉸鏈構(gòu)件
220:壓電元件 240:框架構(gòu)件
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在，將參考附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。然而，應(yīng)注意 的是本發(fā)明的范圍并不受限于說明性的實(shí)施例。
圖3是說明安裝有依據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的安全設(shè)備的電池組 的結(jié)構(gòu)的典型視圖。參考圖3，電池組200包括如圖1中所示構(gòu)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(gòu) 成格型結(jié)構(gòu)，在該結(jié)構(gòu)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(cè)密封部沿垂直方向向上彎曲。在電池組框架210后部的上端形 成凹槽212，在其中當(dāng)電池組框架210被安裝到電池單元IOO時(shí)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(gòu)件230通過鉸鏈結(jié)構(gòu)被連接于 電池組框架240前部的上端。
因此，當(dāng)電池單元100由于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(shí)，翹翹板構(gòu)件230的端部230a由于電池單 元100的膨脹而上升，且翹翹板構(gòu)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(chǎn)生并被傳送到保護(hù)電路模 塊(未顯示)。
下面將參考圖4進(jìn)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(gòu)件的放大視圖。
參考圖4，具有預(yù)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(duì)電線221及222被連接至保護(hù)電路模塊(未顯示)。
翹翹板構(gòu)件230的兩側(cè)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(gòu)件230被定位使得翹翹板構(gòu)件230的端部230b 接觸或鄰近于壓電元件220的表面。鉸鏈232用作固定翹翹板構(gòu)件230 至電池組框架210，同時(shí)鉸鏈232保障翹翹板構(gòu)件230的端部230b的 可變的向上和向下運(yùn)動(dòng)。因此，鉸鏈232作為翹翹板構(gòu)件230的可變的旋轉(zhuǎn)軸。因?yàn)殂q鏈232被連接于凹部214的內(nèi)表面，翹翹板構(gòu)件230 被定位在使翹翹板構(gòu)件230被實(shí)質(zhì)上插入凹部214的狀態(tài)，因此，雖 然翹翹板構(gòu)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(dāng)翹翹板構(gòu)件230的接觸電池單元100表面的另一端部(未顯示) 由于電池單元100的膨脹而上升時(shí)，翹翹板構(gòu)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(chǎn)生。所 產(chǎn)生電流通過電線221及222被傳送至保護(hù)電路模塊，使得電池的運(yùn) 行被保護(hù)電路模塊控制。
盡管本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例已經(jīng)為了說明的目的被公布，然而本領(lǐng) 域技術(shù)人員者應(yīng)明白只要不偏離權(quán)利要求中所公布的本發(fā)明的范圍與 精神，各種的變換、增加與替換即是可能的。
工業(yè)應(yīng)用性
根據(jù)上面的描述可以清楚，依據(jù)本發(fā)明的用于二次電池的安全裝 置及電池組使用被可變地固定的翹翹板構(gòu)件和壓電傳感器。因此，可 以精確檢測電池單元由于異常操作或電池老化而引起的膨脹以控制電 池的運(yùn)行，并由此改善該電池的安全性。而且，具有低機(jī)械強(qiáng)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(gòu)件中。因此， 在組裝或使用電池組期間避免了對(duì)于電池單元的損害并提高了組裝效 率。
權(quán)利要求
1.一種用于二次電池的安全裝置，包括電氣連接至保護(hù)電路模塊的元件(“壓電元件”)，用于在所述壓電元件被壓制時(shí)產(chǎn)生電流；構(gòu)件(“翹翹板構(gòu)件”)，具有與板形電池單元的相對(duì)的表面之一接觸的一個(gè)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(gòu)件被可變地固定于預(yù)定區(qū)域，使得當(dāng)所述端部(a)由于所述電池單元的膨脹而上升時(shí)，所述端部(b)下降以壓制所述壓電元件。
2. 如權(quán)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(gòu)件被安裝到在其中安裝有所述電池單元的框架構(gòu)件。
3. 如權(quán)利要求l所述的安全裝置，其中，所述翹翹板構(gòu)件通過鉸 鏈結(jié)構(gòu)連接至所述框架構(gòu)件。
4. 如權(quán)利要求2所述的安全裝置，其中，所述框架構(gòu)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并且所述翹翹 板構(gòu)件被插入和連接。
5. 如權(quán)利要求l所述的安全裝置，其中，所述翹翹板構(gòu)件以長板 結(jié)構(gòu)構(gòu)成，并且所述翹翹板構(gòu)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(quán)利要求1至5中的任一項(xiàng)所述的安全 裝置。
7. 如權(quán)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制成的電池殼體， 和安裝在所述電池殼體中的電極組件，并且其中，所述安全裝置被安裝到所述電池組。
8. 如權(quán)利要求7所述的電池組，其中，所述電池單元是通過將所 述電極組件置于由鋁層壓板制成的折疊型袋形殼體中并熱焊接所述袋 形殼體的上端及相對(duì)側(cè)使得所述殼體能夠被密封而制成。
9. 如權(quán)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(jié)構(gòu)構(gòu)成的框架構(gòu)件中，在該格型結(jié) 構(gòu)中，所述框架構(gòu)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(gòu)件中，其中所述電池單元的側(cè)密封部沿垂直方向向上彎曲，所述框架構(gòu)件在其后部的上端提供有凹槽，所述電池單元的電極 端子被設(shè)置在該凹槽中，以及所述框架構(gòu)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，并且翹翹板構(gòu)件通過鉸鏈結(jié)構(gòu)而連接到該凹部。
全文摘要
本發(fā)明公開一種用于二次電池的安全裝置，該安全裝置能夠在電池單元由于異常操作或電池老化而膨脹時(shí)利用被構(gòu)建于可變的固定結(jié)構(gòu)中的翹翹板構(gòu)件壓制壓電元件以產(chǎn)生電流，并依據(jù)所產(chǎn)生的電流使用保護(hù)電路控制電池運(yùn)行，由此確保該電池的安全性。并且公開一種包括電池單元的電池組，該電池單元具有低機(jī)械強(qiáng)度和高變形能力，并被安裝在具有安全裝置的框架構(gòu)件中，由此電池的安全性被提高并且電池組的組裝效率被提高。
文檔編號(hào)H01M2/34GK101322265SQ200680045105
公開日2008年12月10日 申請日期2006年10月23日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月30日
發(fā)明者李學(xué)俊, 趙龍昊 申請人:株式會(huì)社Lg化學(xué)