用于二次电池的连接结构及包括该连接结构的电池组的制作方法
【专利摘要】公开了一种用于二次电池的连接结构及包括该连接结构的电池组。根据本发明的用于二次电池的连接结构将核心组及保护电路模块互连，其中：核心组具有两个或更多个电连接的单元电池，且保护电路模块由PCB形成。连接结构包括：具有电极连接单元和电路连接单元的金属板，电极连接单元被连接至核心组的每一单元电池，且电路连接单元被连接至保护电路模块；以及电路端子单元，该电路端子单元位于在保护电路模块的PCB中形成的连接孔中，使得PCB的上表面及下表面互相连通，且电路端子单元电连接至电路连接单元。电路连接单元借助于允许选择性地连接或分离的物理连接方法而电连接至电路端子单元。
【专利说明】用于二次电池的连接结构及包括该连接结构的电池组
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于二次电池的连接结构，并且更具体地涉及将二次电池连接至保护电路模块的用于二次电池的连接结构以及包括该连接结构的二次电池组。
[0002]本申请要求于2011年6月10日向韩国知识产权局所提出的韩国专利申请第10-2011-0056289号的优先权，其所公开的内容通过引用并入于此。
【背景技术】
[0003]随着移动装置的技术发展及需求增加，越来越多二次电池被使用作为能源。其中，锂(离子/聚合物)二次电池具有高能量密度、高操作电压及优异的保存性和寿命等特性，故锂二次电池被广泛用于各种电子产品与各种移动装置的能源。
[0004]依据外部装置的使用种类，二次电池可作为单一电池单元、或具有互相电连接的多个单元电池的电池组。例如:如手机的小尺寸装置可使用单一电池单元，其电力和容量可运作预定时间；而如笔记型计算机、携带式DVD、电动车及混合电动车的中尺寸或大尺寸装置，为了确保高电力和容量，需使用电池组。
[0005]如此的电池组一般具有“软包(sof t pack) ”结构，通过保护电路等连接至“核心组”所制成该结构，其中“核心组”具有多个单元电池，其被串联或并联连接并装置于硬壳中。在单元电池使用矩形或袋状电池的情形中，堆栈该单元电池使广表面互相面对，然后通过使用如汇流条的连接件将该单元电池的电极端子互相连接。因此，在制备具有六面结构的立方形电池组的情形中，优选使用矩形或袋状电池作为单元电池。
[0006]同时，即使与矩形或袋状电池相比，圆柱状电池通常具有较高的容量，但圆柱状电池因其外型可能不易堆栈。然而，若该电池组整体为线型或板状，则圆柱状电池可比矩形或袋状电池更具有结构上的优势。
[0007]因此，在笔记型计算机或可携式DVD的情形中，电池组被构造有核心组，其中包含多个以串联或并联连接的圆柱状电池。如此的核心组一般使用2P(并联)-3S (串联)的线型结构、2P-3S的板状结构、2P-4S的线型结构、2P-4S板状结构等。
[0008]通过排列两个或更多个圆柱状电池，并联式连接结构被构造为在侧向方向上互相邻接，同时电极被排列于相同方向；接着利用连接件焊接该圆柱状电池。该并联式圆柱状电池亦称为“排(bank) ”。
[0009]通过在长长度上排列两个或更多个圆柱状电池，使相反极性的电极端子可连续设置来构造串联式连接结构；或通过排列两个或更多个的电池，使其在侧向方向上互相邻接，同时电极朝向相反方向排列，接着利用连接件焊接该圆柱状电池来构造串联式连接结构。一般可使用如镍板的薄金属板，作为用以电连接该圆柱状电池的连接件。
[0010]同时，由于此二次电池中包含多种可燃性材料，此二次电池可能因过度充电、过度放电及其它外部物理性冲击而升温或爆炸，使其非常不稳定。因此，为了有效控制如过度充电及过度放电的不正常状态，由PCB基板组成的PCM (保护电路模块)被连接至该电池组的核心组。[0011]图1是示出传统电池组的结构透视图。为了容易了解，图1以分解图示出核心组与保护电路模块之间的联接关系，图1并未描绘出封电池组壳体。
[0012]如图1所示，互相并联连接的单元电池11的三个电极对借助于金属板20串联以形成核心组10。金属板20连接至核心组10的单元电池11，且金属板20借助于焊接或钎焊被电连接至保护电路模块30。
[0013]然而，用于核心组10及保护电路模块30的焊接或钎焊程序存在下列问题。详细而言，焊接或钎焊过程需要熟练技术及技能作业员，且用于判定焊接强度的参数需要连续维持，从而导致复杂且昂贵的过程以及成为毁损生产效能的因素。再者，在核心组10及保护电路模块30的焊接或钎焊程序中，由于电池组的震动或外部冲击，连接部分可能会发生短路，以及金属板20的接口可能会有电或热伤害，上述原因皆可能成为威胁电池安全性及增加产品的劣化程度的因素。此外，在核心组10及保护电路模块30的焊接或钎焊过程期间，操作程序应严格地执行。若无法达成，从核心组10突然供应保护电路模块30大量电压，可能会毁损保护电路模块30的内部电路且引起故障。尤其是，当部分单元电池或保护电路模块30在生产过程或使用期间发生缺陷，则存在所有的电池构件皆须丢弃的缺点。
[0014]因此，目前急需一种技术，其能够取代焊接、钎焊等需要危险且复杂操作过程的连接方法，且当检查稳定性时，该技术可简单连接或分离核心组10及保护电路模块30，因此电池组的构件可部分重复使用、调换或修理。
【发明内容】
[0015]技术问题
[0016]本发明用以解决现有技术的问题，因此本发明的目的是提供一种用于二次电池的连接结构及包含其的电池组，该连接结构可利用物理连接方法达到电连接，该连接方法可执行选择性连接或分离，同时，当连接电池组的核心组和保护电路模块时，可排除使用需要复杂操作过程的焊接或钎焊。
[0017]技术方案
[0018]在本发明的一个方面中，提供一种用于二次电池的连接结构，用于电连接核心组和保护电路模块，在该核心组中两个或更多个单元电池电连接，且该保护电路模块由该核心组的单元电池及PCB基板构成，该连接结构包括:金属板，该金属板具有电极连接单元及电路连接单元，该电极连接单元被连接至该核心组的每一个单元电池的电极，且该电路连接单元被连接至该保护电路模块；以及电路端子单元，该电路端子单元通过位于连接孔中而电连接至该电路连接单元，该连接孔形成于该保护电路单元的该PCB基板中，使该PCB基板的上部及下部互相连通；其中，该电路连接单元借助于允许选择性地连接或分离的物理连接方法而电连接至该电路端子单元。
[0019]优选地，该电路端子单元被表面安装于PCB基板的连接孔的上部，并电连接至保护电路模块。
[0020]优选地，该电路端子单元具有插入槽，电路端子单元通过PCB基板的连接孔被插入该插入槽中。
[0021]优选地，该电路连接单元具有板状，且该电路端子单元进一步包括弹性表面，弹性表面与该插入槽中的电路连接单元表面接触，以固定该电路连接单元。[0022]优选地，该电路连接单元具有板状，且进一步具有联接槽，该联接槽形成在电路连接单元的在宽度方向上的两边缘处。
[0023]优选地，该电路端子单元进一步包括弹性件，弹性件被插入到在插入槽中的电路连接单元的联接槽，以固定该电路连接单元。
[0024]优选地，该电路端子单元被插入并联接至该PCB基板的该连接孔中，以电连接至该保护电路模块。
[0025]优选地,该电路端子单元为圆柱状,且具有钩状突起,该钩状突起在电路端子单元的外圆周上形成，以穿过该PCB基板的该连接孔并联接至该PCB基板的下部。
[0026]优选地，该电路连接单元被配合到该电路端子单元中。
[0027]优选地，该电路连接单元系具有垂直弯曲的上部并且具有形成于其上表面的联接单元，使该电路端子单元通过配合被联接至该电路连接单元。
[0028]优选地，该电路端子单元具有圆柱状，且具有以螺栓状形成在电路端子单元的外圆周上的螺纹。
[0029]优选地，该电路端子单元通过螺栓联接而联接至位于PCB基板的下部的连接孔中的电路连接单元。
[0030]优选地，该电路连接单元系具有垂直弯曲的上部，且进一步包括螺纹联接单元，该螺纹联接单元形成于该电路连接单元的上表面，使该电路端子单元通过螺栓联接至该电路连接单元。
[0031]优选地，该金属板系由镍制成。
[0032]优选地，该单元电池系为圆柱状电池。
[0033]在本发明的另一方面中，提供了一种电池组，其包括根据本发明的用于二次电池的连接结构。
[0034]有益效果
[0035]根据本发明，在排除使用需要复杂操作过程的焊接或钎焊的同时，利用可选择性连接或分离的物理连接方法将核心组和保护电路模块电连接。此外，可防止因焊接或钎焊所引起的电池短路的可能性，以及大幅降低不良率。再者，由于核心组和保护电路模块可被简单连接及分离，电池组的构件可部分重复使用、调换或修理，这减少了电池组的维护成本。
【专利附图】
【附图说明】
[0036]参考附图与下列实施例的描述，本公开的其它目的和方面将更明显易懂，其中:
[0037]图1为示例性地示出传统电池组的部分分解透视图；
[0038]图2为示出根据本发明第一实施例的电池组的部分分解透视图；
[0039]图3为根据本发明第一实施例的用于二次电池的连接结构的实例，示出沿着图2的线A-A’截取的截面剖视图；
[0040]图4为根据本发明第一实施例的用于二次电池的连接结构的另一实例，示出沿着图2的线B-B’截取的截面剖视图；
[0041]图5为示出根据本发明第二实施例的电池组的部分分解透视图；
[0042]图6和图7为根据本发明第二实施例的用于二次电池的连接结构的实例，示出沿着图5的线A-A’截取的截面剖视图；并且
[0043]图8和图9为根据本发明第二实施例的用于二次电池的连接结构的另一实例，示出沿着图5的线A-A’截取的截面剖视图。
【具体实施方式】
[0044]下文中，将配合附图详细描述本发明的优选实施例。在描述之前，应该理解的是，在说明书和所附权利要求中使用的术语不应被局限于普通和字面意思，而是在原理的基础上基于与本申请的技术方面对应的意思和概念作解释，允许 申请人:为了最佳阐述而适当地定义术语。因此，本发明说明书的描述与图式亦仅仅作为说明的用而非用来限定本发明，应理解，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可作其它等价变形与变型。
[0045]图2是根据本发明第一实施例的电池组的部分分解透视图，图3是根据本发明第一实施例的用于二次电池的连接结构的实例，示出沿着图2的线A-A’截取的截面剖视图；以及图4是本发明根据第一实施例的用于二次电池的连接结构的另一实例，示出沿着图2的线B-B’截取的截面剖视图。
[0046]参照图2，本发明的第一实施例的电池组包括:核心组100，其中六个单元电池110以2P (并联)_3S (串联)方式排列；以及软包(soft pack)，其中由PCB基板I所组成的保护电路模块300借助于四个金属板201电连接。同时，虽然图2中未示出，但该软包可被密封在包外壳中。
[0047]核心组100可通过并联电连接一对单元电池110而形成单一排(bank)，且三个排可以串联连接。于此，每一个单元电池110可为圆柱状或矩形电池，但优选为圆柱状电池。同时，虽然图2示出核心组100的单元电池110以2P-3S方式排列，本发明并未限制于此，可应用各种结构如1P-2S、1P-3S、2P-2S、2P-4S等，如同现有技术所使用的结构。
[0048]金属板201用于将每一个核心组100的电池单元110电连接至保护电路模块300，且金属板201包括连接至每一单元电池110的电极的电极连接单元231、以及连接至保护电路模块300的电路连接单元241。
[0049]金属板201为通过使用纯镍、镀镍钢片(N1-top)或镍合金(镀镍铜)所制成的整体薄板结构，并分为:用于测量核心组100的最大电压和最小电压的两端电位的金属板211、以及用于测量排间电压的排电位的金属板221。金属板201，即用于两端电位的金属板211和用于排电位的金属板221，被形成为连接到对应的单元电池110，但本发明并不限制金属板201的形状。
[0050]PCM(保护电路模块)300由PCB基板I所组成，并作为BMU (电池管理单元)，保护电池免受由单元电池Iio的过度充电或过度放电、或其它外部物理性冲击所引起如升温或爆炸的伤害。
[0051]连接孔2形成于保护电路模块300的PCB基板I中，使PCB基板I的上部及下部可互相连通，且本发明的连接结构包括设置于连接孔2中的电路端子单元401，以电连接至金属板201的电路连接单元241。
[0052]在下文中，在根据本发明的第一实施例的电池组中，将参照图3及图4描述借助于金属板201电连接核心组100及保护电路模块300的用于二次电池的连接结构。
[0053]如图3及图4所示，根据本发明的第一实拖例的用于二次电池的连接结构包含金属板201的电路连接单元241a，241b，及位于保护电路模块300的PCB基板I中的电路端子单元401a，401b，并且该结构通过物理连接方法提供电连接，物理连接方法可执行选择性连接或分离电路连接单元241a, 241b及电路端子单元401a, 401b。
[0054]电路连接单元241a，241b为板状，其通过PCB基板I的连接孔2且插入电路端子单元401a，401b，以电连接核心组100和保护电路模块300。
[0055]电路端子单元401a，401b借助于焊接或钎焊被表面安装于该PCB基板I的连接孔2的上部，且电连接至保护电路模块300。在电路端子单元401a，401b表面安装的部分，用于电连接该保护电路模块300的电路图案(未示出)被形成于PCB基板I上。
[0056]首先，图3所示为根据本发明第一实施例的用于二次电池的连接结构的实例，可构造电路连接单元241a和电路端子单元401a。电路连接单元241a为板状，且电路端子单元401a具有插入槽411a,而板状电路连接单元241a被插入该插入槽411a。弹性表面421a被设置在电路端子单元401a的插入槽41 Ia中，该弹性表面421a与电路连接单元241a表面接触以固定电路连接单元241a。换言之，电路连接单元241a通过由弹性表面421a提供的弹力紧密附着且固定于电路端子单元401a的内部。同时，为了切断电路连接单元241a的连接，可在电路端子单元401a处设置分离装置，用于选择性地释放弹性表面421a的弹力。
[0057]另一实例，如图4所示，可构造电路连接单元241b和电路端子单元401b。电路连接单元241在宽度方向上的两边缘进一步具有联接槽250，且电路端子单元401b包括弹性件421b，其在插入槽411b中插入电路连接单元241b的联接槽250，以固定电路连接单元241b。换句话说，当弹性件421b插入联接槽250中时，电路连接单元241b被固定至电路端子单元401b的内部。同时，电路端子单元401b可进一步包括用于选择性地释放弹性件421b的联接的装置，以切断电路连接单元241b的连接。
[0058]图5是根据本发明第二实施例的电池组的部分分解透视图。图6和图7是根据本发明第二实施例的用于二次电池的连接结构的实例，示出沿着图5的线A-A’截取的截面剖视图。图8和图9是根据本发明第二实施例的用于二次电池的连接结构的另一实例，示出沿着图5的线A-A’截取的截面剖视图。
[0059]参照图5，其为本发明第二实施例的电池组，除了用于二次电池的连接结构以外，大致上与第一实施例相同。换言之，第二实施例不同在于金属板202以及位于保护电路模块300的PCB基板I处的电路端子单元402的构造。因此，除了用于二次电池的连接结构以外，相同的构件不再详细描述。
[0060]金属板202用于保护电路模块300电连接至核心组100的每一个单元电池110，且金属板202包含连接到每一个单元电池100的电极的电极连接单元232、及连接到保护电路模块300的电路连接单元242。
[0061]与第一实施例类似，金属板202分为:用于测量核心组100的最大电压和最小电压的用于两端电位的金属板212、以及用于测量排之间的电压的用于排电位的金属板222。金属板202，即用于两端电位的金属板212及用于排电位的金属板222，被形成为连接对应的单元电池110，但本发明并未受限于金属板202的形状。
[0062]连接孔2形成于保护电路模块300的PCB基板I中，使PCB基板I的上部及下部可互相连通，且本发明的连接结构包括位于连接孔2中的电路端子单元402，以电连接至金属板202的电路连接单元242。[0063]在下文中，在根据本发明的第二实施例的电池组中，将参照图6至图9描述借助于金属板202以电连接核心组100及保护电路模块300的用于二次电池的连接结构。
[0064]如图6至图9所示，根据本发明的第二实施例的用于二次电池的连接结构包括:设置于金属板202的电路连接单元242处的联接单元262a或螺纹联接单元262b ;以及设置于保护电路模块300的PCB基板I处的电路端子单元402a，402b，并且该结构通过物理连接方法提供电连接，物理连接方法可执行选择性连接或分离电路连接单元242的联接单元262a或螺纹联接单元262b与电路端子单元402a，402b。
[0065]电路端子单元402a，402b插入并联接至PCB基板I的连接孔2，且电连接至保护电路模块300。在电路端子单元402a，402b联接的部分，用于电连接保护电路模块300的电路图案(未图示)形成于PCB基板I上。
[0066]电路连接单元242为板状且具有垂直弯曲的上部、及具有形成于上表面处的联接单元262a或螺纹联接单元262b。联接单元262a或螺纹联接单元262b电连接核心组100及保护电路模块300，并联接至电路端子单元402a，402b。
[0067]首先，图6及图7所示为根据本发明第二实施例的用于二次电池的连接结构的实例，可以构造电路连接单元242及电路端子单元402a的联接单元262a。电路端子单元402a为圆柱形，且在外圆周432a上形成有钩状突起442a。电路端子单元402a借助于钩状突起442a插入及联接至PCB基板I的连接孔2，且电连接至保护电路模块300。电路连接单元242包括圆柱状联接单元262a，该圆柱状联接单元262a联接至PCB基板I且配合到在PCB基板I下方突出的电路端子单元402a ;且通过垂直地弯曲电路连接单元242的上部以及借助于焊接或加压被结合于该弯曲的上部表面而形成联接单元262a。换言之，如图7所示，电路端子单元402a插入并联接至PCB基板I的连接孔2，且电路端子单元402a的设置钩状突起442a的圆柱状部分在PCB基板I的下方突出。电路连接单元242的联接单元262a通过配合联接至突出部分且固定至电路端子单元402a。同时，电路连接单元242的联接单元262a的内部可形成槽，使得钩状突起442a可配合到该槽。
[0068]作为另一实例，如图8和图9所示，可构造电路连接单元242的螺纹联接单元262b和电路端子单元402b。电路端子单元402b为圆柱状，且于其外圆周上形成有螺栓状的螺纹452b。电路连接单元242具有螺纹联接单元262b，联接单元262b内形成有螺纹272b，以对应电路端子单元402b的螺纹452b，使其通过螺栓联接与电路端子单元402b联接；且通过垂直地弯曲电路连接单元242的上部以及通过焊接或加压被整合于该弯曲的上部表面而形成螺纹联接单元262b。换言之，如图9所示，电路连接单元242的螺纹联接单元262b位于PCB基板I的连接孔2的下部及电路端子单元402b通过PCB基板I的连接孔2并螺栓联接至螺纹联接单元262b，以固定电路连接单元242的螺纹联接单元262b。同时，电路端子单元402b被螺栓联接至螺纹联接单元262b并固定PCB基板I，以电连接至保护电路模块300。
[0069]虽然已经详细描述本发明。然而并非用以限定本发明，本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，可作任意的改变与变型，因此本发明的保护范围当视所附权利要求范围所界定。
【权利要求】
1.一种用于二次电池的连接结构，所述连接结构用于将核心组和保护电路模块电连接，在所述核心组中两个或更多个单元电池电连接，所述保护电路模块由所述核心组的所述单元电池以及PCB基板构成,所述连接结构包括: 金属板，所述金属板具有电极连接单元和电路连接单元，所述电极连接单元被连接至所述核心组的每一个单元电池的电极，且所述电路连接单元被连接至所述保护电路模块；以及 电路端子单元，所述电路端子单元通过定位于连接孔中而电连接至所述电路连接单元，所述连接孔形成于所述保护电路模块的所述PCB基板中，使得所述PCB基板的上部和下部互相连通； 其中，所述电路连接单元借助于允许选择性地连接或分离的物理连接方法而电连接至所述电路端子单元。
2.如权利要求1所述的用于二次电池的连接结构，其中，所述电路端子单元被表面安装于所述PCB基板的所述连接孔的所述上部，并且电连接至所述保护电路模块。
3.如权利要求2所述的用于二次电池的连接结构，其中，所述电路端子单元具有插入槽，穿过所述PCB基板的所述连接孔的所述电路连接单元被插入到所述插入槽中。
4.如权利要求3所述的用于二次电池的连接结构，其中，所述电路连接单元具有板状，并且 其中，所述电路端子单元进一步包括弹性表面，所述弹性表面与所述插入槽中的所述电路连接单元表面接触以固定所述电路连接单元。
5.如权利要求3所述的用于二次电池的连接结构，其中，所述电路连接单元具有板状，并且所述电路连接单元进一步具有联接槽，所述联接槽形成在所述电路连接单元的在宽度方向上的两边缘处。
6.如权利要求5所述的用于二次电池的连接结构，其中，所述电路端子单元进一步包括弹性件，所述弹性件被插入到在所述插入槽中的所述电路连接单元的所述联接槽以固定所述电路连接单元。
7.如权利要求1所述的用于二次电池的连接结构，其中，所述电路端子单元被插入并联接于所述PCB基板的所述连接孔中，并且被电连接至所述保护电路模块。
8.如权利要求7所述的用于二次电池的连接结构，其中，所述电路端子单元具有圆柱状，且所述电路端子单元具有钩状突起，所述钩状突起形成在所述电路端子单元的外圆周上，以穿过所述PCB基板的所述连接孔并联接至所述PCB基板的下部。
9.如权利要求8所述的用于二次电池的连接结构，其中，所述电路连接单元被配合到所述电路端子单元中。
10.如权利要求9所述的用于二次电池的连接结构，其中，所述电路连接单元具有垂直弯曲的上部，并且具有形成于其上表面处的联接单元，使得所述电路端子单元通过配合被联接至所述电路连接单元。
11.如权利要求7所述的用于二次电池的连接结构，其中，所述电路端子单元具有圆柱状，且所述电路端子单元具有以螺栓状形成在其外圆周上的螺纹。
12.如权利要求11所述的用于二次电池的连接结构，其中，所述电路端子单元通过螺栓联接而联接至位于所述PCB基板的下部的所述连接孔处的所述电路连接单元。
13.如权利要求12所述的用于二次电池的连接结构，其中，所述电路连接单元具有垂直弯曲的上部，且所述电路连接单元进一步包括螺纹联接单元，所述螺纹联接单元形成于所述电路连接单元的上表面处，使得所述电路端子单元通过螺栓联接而联接至所述电路连接单元。
14.如权利要求1所述的用于二次电池的连接结构，其中，所述金属板由镍制成。
15.如权利要求1所述的用于二次电池的连接结构，其中，所述单元电池为圆柱状电池。
16.一种电池组，包括`根据权利要求1至15中任一项所述的用于二次电池的连接结构。
【文档编号】H01M2/26GK103534837SQ201280023507
【公开日】2014年1月22日 申请日期:2012年6月8日 优先权日:2011年6月10日
【发明者】成宗奎, 李在璨 申请人:株式会社Lg化学