改善的安全性的电池组的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种电池组，包括：电源单元，其中两个或者更多个电池单元或者电池模块被电连接；切断单元，其位于电池单元或者电池模块的串联连接部中的至少一个处，并且通过由在下面描述的压力激活开关所引发的电池单元或者电池模块的短路来切断电池组中的电连接；压力激活开关，其被并联地连接到切断单元所位于的电池单元或者电池模块并且当发生电源单元的异常时通过检测电池单元或者电池模块的体积膨胀来引发电池单元或者电池模块处的短路；以及用于外部输入和输出的端子，其被连接到位于电源单元的最外面处的电极端子以将电力供应给外部设备。
【专利说明】改善的安全性的电池组
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种具有改善的安全性的电池组，并且更加具体地，涉及一种电池组，其包括:电源单元，该电源单元包括被相互电连接的两个或者更多个电池单元或者电池模块；切断部分，该切断部分位于电池单元或者电池模块之间的至少一个串联区域处，以当出现由压力驱动开关所引导的电池模块或者电池单元的短路时中断电池组中的电连接；压力驱动开关，该压力驱动开关被并联地连接到切断部分所位于的电池单元或者电池模块，以当电源单元故障时检测电池单元或者电池模块的体积的膨胀并且引导电池单元或者电池模块的短路的发生；以及外部输入和输出端子，该外部输入和输出端子被连接到位于电源单元的最外侧处的电极端子，以将电力供应给外部设备。
【背景技术】
[0002]随着移动设备的日益发展并且对于这样的移动设备的需求增加，对于二次电池的需求作为用于移动设备的电源已经急剧地增加。在这样的二次电池之中是具有高能量密度和放电电压的锂二次电池，对其已经进行了很多研究并且现在已商业化且被广泛地使用。
[0003]二次电池作为用于诸如电动自行车(E自行车)、电动车辆(EV)、以及混合电动车辆(HEV)的电力驱动设备的电源以及诸如移动电话、数字相机、个人数字助理(PDA)、以及膝上型计算机的移动无线电子设备的电源已经吸引相当大的注意。
[0004]其中安装电池单元的小型电池组被用于诸如移动电话和数字相机的小型设备。另一方面，其中安装包括被相互并联地和/或串联地连接的两个或者更多个电池单元(在下文中，也被称为“多单元”)的电池组的中型或者大型电池组，被用于诸如膝上型计算机和电动车辆的中型或者大型设备。
[0005]锂二次电池呈现优异的电性能，诸如大的容量和高的放电电压；然而，锂二次电池具有低的安全性。例如，当诸如锂二次电池的过度充电、过度放电、暴露于高温、以及电短路的异常操作出现时，引起是电池的部件的活性材料和电解液的分解，因此产生热和气体，并且由热和气体的产生引起的高温和高压条件加速上述分解。最终，可能发生火灾或者爆炸。
[0006]为此原因，锂二次电池设有安全系统，诸如保护电路，用于当电池被过度充电或者过度放电时或者当过电流流入电池时中断电流；正温度系数(PTC)元件，当电池的温度增加时其电阻大大地增加而使得中断电流；以及安全通风口，当由于气体的产生导致压力增加时中断电流或者排放气体。例如，在小型柱状二次电池的情况下，PTC元件和安全通风口通常被设置在具有阴极/隔膜/阳极结构的电极组件(发电元件)的顶部处，其被安装在柱状容器中。另一方面，在小型棱柱状或者袋状二次电池的情况下，保护电路模块和PTC元件通常被安装在棱柱状容器或者袋状壳体的上端处，其中发电元件被安装在密封状态中。
[0007]对于具有多单元结构的中型或者大型电池组，锂二次电池的安全有关的问题甚至更加严重。因为在多单元电池组中使用多个电池单元，所以电池单元中的一些的异常操作可能引起其它电池单元的异常操作，因此可能发生起火或者爆炸，这可能导致大规模事故。为此原因，中型或者大型电池组设有诸如电池管理系统(BMS)的安全系统，以保护电池单元免受过度充电、过度放电、以及过电流。
[0008]同时，随着连续地使用锂二次电池，即，随着锂二次电池被重复地充电和放电，发电元件和电连接构件逐渐地退化。例如,发电元件的退化导致电极材料和电解液的分解,通过其产生气体。结果，电池单元(容器或者袋状壳体)逐渐地膨胀。在锂二次电池的正常状态下，诸如BMS的主动控制器检测电池组的过度放电、过度充电、或者过电流。在其中检测到的电池组的过度放电、过度充电、或者过电流过大的情况下，主动控制器中断电池组中的电连接以降低电池组的风险。
[0009]然而，在使用如上所述的主动控制器的情况下，必需将外部电流供应给BMS。因此，如果没有电流供应给BMS，则BMS不能保护电池组。
[0010]因此，存在对于能够根本地确保电池组的安全性同时解决上述问题的技术的高度需求。
【发明内容】
[0011]技术问题
[0012]已经提出本发明以解决上述问题和还没有被解决的其他技术问题。
[0013]作为要解决上述问题的各种广泛的和深入的研究和试验的结果，本申请的发明人已经发现，在其中电池组包括压力驱动开关和切断部分的情况下，其在电池组中具有特定的构造，当电池组被过度充电时压力驱动开关检测电池单元或者电池模块的体积的膨胀并且引导在电池组的一部分中出现短路，当电池组出现该短路时切断部分中断电池组中的电连接，从而确保电池组的安全性处于所期待的水平。
[0014]因此，本发明的目的是提供一种具有能够提高安全性的特定结构的电池组。
[0015]技术方案
[0016]根据本发明的一个方面，通过提供一种电池组能够完成以上和其它目的，该电池组包括:电源单元，该电源单元包括被相互电连接的两个或者更多个电池单元或者电池模块；切断部分，该切断部分位于电池单元或者电池模块之间的至少一个串联连接区域处，以在发生由压力驱动开关所引导的电池单元或者电池模块的短路时中断电池组中的电连接；压力驱动开关，该压力驱动开关被并联地连接到切断部分所位于的电池单元或者电池模块，以当电源单元故障时检测电池单元或者电池模块的体积的膨胀并且弓I导电池单元或者电池模块的短路的发生；以及外部输入和输出端子，该外部输入和输出端子被连接到位于电源单元的最外侧处的电极端子，以将电力供应给外部设备。
[0017]在被配置成具有包括如前面所描述的被相互连接的多个电池单元或者电池模块的电源单元的电池组中，电池管理系统(BMS)检测电源单元的操作状态并且基于检测到的电源单元的操作状态控制电源单元的充电和放电，从而确保电池组的安全性。然而，在其中BMS由于电流的供应的中断而不操作的情况下，则不能够控制电源单元的充电和放电。
[0018]在根据本发明的电池组中，另一方面，电流在电池组的正常操作状态中流向具有大的负载的诸如电动车辆的电机的外部设备，并且电流在诸如电池单元或者电池模块的体积的膨胀的电池组的异常操作状态中，由于故意引起的短路的发生，流向具有小的负载的压力驱动开关。结果，过电流流入切断部分，因此切断部分被切断以中断电池组中的电连接，从而确保电池组的安全性。确保电池组的这样的安全性的压力驱动开关和切断部分被配置成独立于BMS进行操作。因此，即使当BMS没有操作时也能够确保电池组的安全性。
[0019]另外，根据本发明的电池组可以使用当电池单元或者电池模块被过度充电时产生的压力。因此，能够保护电池组免受过度充电。
[0020]此外，包括引起故意的短路的发生的压力驱动开关的电路被直接地连接到切断部分所位于的电池单元或者电池模块，或者被连接以与切断部分所位于的电池单元或者电池模块相邻。因此，根据本发明的电池组具有下述特定效果。
[0021]具体地，在其中包括压力驱动开关的电路位于电源单元的最外侧处的结构中，电路由于电池单元或者电池模块的膨胀可以被切断，而因此可能损坏电池组的整体。另一方面，根据本发明的电池组的压力驱动开关被连接到切断部分所位于的电池单元或者电池模块，从而解决上述问题。另外，仅组成电池组的电池单元或者电池模块中的一些被短路，因此可以替换电池组的被损坏的部分。
[0022]此外，在电池组的结构中没有大的变化的情况下通过将压力驱动开关和切断部分添加到传统的电池组来配置根据本发明的电池组。因此，根据本发明的电池组可以被配置成具有安全的结构。另外，电路具有短的长度，从而提高电池组的设计的灵活性。
[0023]基于电池单元或者电池模块的特性可以以各种方式短路电池单元或者电池模块。操作切断部分所必需的短路电流可以是500A至3000A。
[0024]切断部分没有被特别地限制，只要当在电池组中出现短路时切断部分容易地中断电池组中的电连接。例如，切断部分可以是熔断器。
[0025]在优选的示例中，压力驱动开关可以被配置成当电池单元或者电池模块的体积的膨胀超过预定值时进行操作。
[0026]可以基于电池组的结构或者容量任意地决定预定的值。如果预定值太小，则压力驱动开关可能太灵敏地响应于电池单元或者电池模块的体积的膨胀，这不是优选的。另一方面，如果预定值太大，则压力驱动开关可能太不灵敏地响应于电池单元或者电池模块的体积的膨胀，这也不是优选的。例如，预定值可以被设置为电池单元或者电池模块的体积的I 至 30%ο
[0027]压力驱动开关可以在电池单元或者电池模块的正常操作条件下被设置为电切断状态(OFF)并且当电池单元或者电池模块的体积膨胀时可以被切换到电导通状态(0N)。
[0028]具体地，在电池单元或者电池模块的正常操作条件下压力驱动开关被设置为电切断状态。因此，通过电源单元产生的电流仅被供应到外部设备使得外部设备被驱动。
[0029]另一方面，在电池单元或者电池模块的异常操作条件下，电池单元或者电池模块的体积膨胀以将压力驱动开关切换到电导通状态。由于这样的电导通，通过被连接到电池单元或者电池模块中的一些的切断部分引起故意的短路的发生，因此从电源单元到外部设备的电流的供应被中断。
[0030]可能由于各种因素，诸如电源单元的过度充电和电源单元中的过电流，引起电池单元或者电池模块的体积的膨胀。例如，由于电源单元的过度充电、电源单元的过电流、电池组的异常操作、或者由于在长的时间段充电和放电引起的电池组的退化可能发生其中电池单元或者电池模块凸出的凸出现象。根据本发明的电池组的安全性在这样的条件下是被提闻的。
[0031 ] 电池单元或电池模块的电极端子可以被相互直接地连接，或者可以被经由汇流条相互电连接。然而，本发明不限于此。
[0032]每个电池单元的形状没有被特别地限制。每个电池单元可以是圆柱状电池单元、棱柱状电池单元、或者袋状电池单元。例如，每个电池单元可以是袋状电池单元，该袋状电池单元具有被安装在由包括树脂层和金属层的层压片形成的壳体中的电极组件。优选地，每个电池单元是袋状锂二次电池。
[0033]通过基于所期待的输出和容量组合电池模块可以制造根据本发明的电池组。考虑到安装效率和结构稳定性，根据本发明的电池组可以被用作用于电动车辆、混合电动车辆、插入式混合电动车辆、或者电力存储设备的电源。然而，根据本发明的电池组的应用范围不限于此。
[0034]因此，根据本发明的另一方面，提供一种包括具有上述结构的电池组作为电源的设备。具体地，设备可以是电动车辆、混合电动车辆、插入式混合电动车辆、或者电力存储设备。
【专利附图】
【附图说明】
[0035]图1是示出根据本发明的实施例的电池组构造的视图；并且
[0036]图2是示出根据本发明的另一实施例的电池组构造的视图。
【具体实施方式】
[0037]现在，将会参考附图详细地描述本发明的示例性实施例。然而，应注意的是，所示的实施例不限制本发明的范围。
[0038]图1是典型地示出根据本发明的实施例的电池组构造的视图。
[0039]参考图1，电池组900包括:电源单元100，该电源单元100包括被相互电连接的多个电池模块110、120、130、以及140 ;压力驱动开关200和210 ;切断部分300 ;以及被电连接到外部设备400的一对外部输入和输出端子220和230。
[0040]压力驱动开关200被并联地连接到电池模块120和130，并且切断部分300位于在电池模块120和130之间的串联连接区域处。
[0041]切断部分300，诸如熔断器，位于在电池模块120和130之间的串联连接区域处，该电池模块120和130位于电池组的中间部分处；并且压力驱动开关200被直接地电连接到切断部分300被连接到的电池模块120和130。
[0042]外部输入和输出端子220和230分别被电连接到位于电源单元100的最外侧处的电池模块Iio和140的阳极端子112和阴极端子114，以将电力供应到外部设备400。
[0043]电池模块110、120、130、以及140的电极端子经由汇流条150被相互电连接。
[0044]当电池模块的体积的膨胀超过预定值时，压力驱动开关200的状态从电切断状态切换到电导通状态。
[0045]具体地，在电池模块120和130的正常操作条件下压力驱动开关200被设置成电切断状态(OFF)。当在诸如过度充电或者过电流的电源单元100的电导通条件下电池模块120和130的体积膨胀时，压力驱动开关200检测电池模块120和130的体积的膨胀，并且被切换到电导通状态(ON )。
[0046]即，当电源单元100是处于正常状态时，因为压力驱动开关200被设置为电切断状态(OFF)，所以通过电源单元100产生的电流正常地流向是大负载的外部设备。
[0047]然而，当电源单元100是处于异常状态时，电源单元100的电池模块膨胀。这时，压力驱动开关200检测电池模块的体积的膨胀并且被切换到电导通状态。
[0048]在这样的情况下，更多的电流突然地流入熔断器300，该熔断器300与是大的负载的外部设备400相比是具有小的负载的电阻。由于被突然地供应给熔断器300的电流导致从熔断器300产生热，因此熔断器300被切断。由于熔断器300的切断，导致电池模块中的一些的充电和放电被中断,从而确保电池组900的安全性。
[0049]图2是根据本发明的另一实施例的电池组的构造的视图。
[0050]参考图2以及图1，电池组900a在结构上与图1的电池组900相同，不同之处在于电池组900a的压力驱动开关200被电连接到与切断部分300被连接到的电池模块120和130相邻的电池模块119和131。
[0051]S卩，压力驱动开关200被连接到在与切断部分300相邻的位置处的电池模块使得电池组900或者900a的电池模块中的一些被短路。因此，能够大大地减少由于短路的发生可能引起的风险并且灵活地设计电池组的整个电路系统。
[0052]因此，在本发明中，其中压力驱动开关被电连接到切断部分所位于的电池单元或者电池模块的情况包括:其中压力驱动开关被直接地连接到切断部分所位于的电池单元或者电池模块的情况和其中压力驱动开关被连接与切断部分所位于的电池单元或者电池模块相邻的情况。例如，压力驱动开关可以以等于一至五个电池单元或者电池模块的距离与电池单元或者电池模块相邻。
[0053]尽管已经出于示例的目的公开了本发明的示例性实施例，但是本领域技术人员应当理解各种修改、添加和替换都是可能的，而不脱离如所附权利要求书公开的本发明的范围和精神。
[0054]工业实用性
[0055]从上面的描述显然的是，根据本发明的电池组的压力驱动开关被连接与切断部分所位于的电池单元或者电池模块相邻。因此，在发生电池组的异常操作的情况下，压力驱动开关检测电池单元或者电池模块的体积的膨胀并且引导电池模块中的一些中的短路的发生。当在电池组中故意地出现这样的短路时,切断部分中断电池组中的电连接。因此,能够大大地提高电池组的安全性。
[0056]另外，根据本发明的电池组包括切断部分，该切断部分能够响应于独立于电池管理系统(BMS)的电源单元的操作状态，中断电池组中的电连接。因此，即使在其中BMS没有操作的情况下，能够确保电池组的安全性，从而大大地提高电池组的可靠性。
[0057]此外，压力驱动开关和切断部分可以被安装在电池组的内部空间中。因此，在不改变电池组的结构的情况下能够容易地制造电池组。
【权利要求】
1.一种电池组，包括: 电源单元,所述电源单元包括被相互电连接的两个或者更多个电池单元或者电池模块； 切断部分，所述切断部分位于所述电池单元或者所述电池模块之间的至少一个串联连接区域处，以在发生由压力驱动开关所引导的所述电池单元或者所述电池模块的短路时中断所述电池组中的电连接； 所述压力驱动开关，所述压力驱动开关被并联地连接到所述切断部分所位于的所述电池单元或者所述电池模块，以当所述电源单元故障时检测所述电池单元或者所述电池模块的体积的膨胀并且引导所述电池单元或者所述电池模块的短路的发生；以及 外部输入和输出端子，所述外部输入和输出端子被连接到位于所述电源单元的最外侧处的电极端子，以将电力供应给外部设备。
2.根据权利要求1所述的电池组，其中，操作所述切断部分所必需的短路电流是500A至 3000A。
3.根据权利要求1所述的电池组，其中，所述切断部分包括熔断器。
4.根据权利要求1所述的电池组，其中，所述压力驱动开关被配置成当所述电池单元或者所述电池模块的体积的膨胀超过预定值时进行操作。
5.根据权利要求1所述的电池组，其中，所述压力驱动开关在所述电池单元或者所述电池模块的正常操作条件下，被设置为电切断状态(OFF);并且当所述电池单元或者所述电池模块的体积膨胀时，被切换到电导通状态(ON)。
6.根据权利要求1所述的电池组，其中，当所述电源单元被过度充电或者过电流流入所述电源单元时，引起所述电池单元或者所述电池模块的体积的膨胀。
7.根据权利要求1所述的电池组，其中，所述电池单元或者所述电池模块的电极端子被经由汇流条来相互电连接。
8.根据权利要求1所述的电池组，其中，所述电池单元中的每一个是袋状电池单元，所述袋状电池单元具有被安装在由包括树脂层和金属层的层压片形成的壳体中的电极组件。
9.一种包括根据权利要求1所述的电池组作为电源的设备。
10.根据权利要求9所述的设备，其中，所述设备是电动车辆、混合电动车辆、插入式混合电动车辆、或者电力存储设备。
【文档编号】B60L11/18GK103782468SQ201280044015
【公开日】2014年5月7日 申请日期:2012年10月18日 优先权日:2011年10月20日
【发明者】李珍圭, 崔晙硕, 卢泰焕, 金性泰, 金台爀 申请人:株式会社Lg化学