电池组件、单位电池以及切断装置制造方法
【专利摘要】一方面，电池组件适用于容纳多个单位电池，所述电池组件具有：单位电池接线，该单位电池接线被配置为对所述单位电池提供至少一个连接；切断装置，该切断装置具有保险丝电路和加热器电路，所述保险丝电路被配置为通过所述加热器电路中产生的热量将所述连接断开；以及电源接线，该电源接线被配置为对所述切断装置的所述加热器电路提供电力。
【专利说明】电池组件、单位电池以及切断装置
【技术领域】
[0001]公开了一种电池组件、单位电池以及切断装置，更具体地，公开了一种用于在处理时使用的电池的有用配置。
【背景技术】
[0002]大容量电池系统的使用已经日益成为某些【技术领域】的重要组成部分。例如，汽车工业正在经历着从混合动力汽车的时代向电动汽车时代的快速转变。实现这种大容量的电池系统对于引入汽车新时代而言是关键的要素。在这种大容量的电池系统中，大量的电池单元彼此连接以提供期望的电压量和电流量。
[0003]随着这种结合有大量电池单元的电池系统的广泛使用，电池单元的寿命将在若干年以后到期，并且电池系统将需要处理或重复利用。
[0004]当拆卸电池系统时，一个或更多个这种电池单元具有不容忽视的水平的剩余电荷。在结合有大量电池单元的电池系统中，可能存在相当大量的能量剩余的情况。当尝试将耦接的电池单元拆分成单个电池时，如果电池具有一定数量的剩余电荷，则将失去整个电池系统的平衡。这导致一种现象，该现象为逆向电流从某些电池流向已经变得相对较弱且具有比其他电池相对较低的电压的电池。该现象可能导致不希望的后果。迄今为止尚未提供安全拆卸电池系统的方法。
[0005]考虑到这些问题，存在一种在拆卸时将由所用单位电池组成的电池组件安全且容易地电分离成单个单位电池的结构和方法的需求。
【发明内容】
[0006]一方面，提供一种适用于容纳多个单位电池的电池组件，所述电池组件具有:
[0007]-单位电池接线，该单位电池接线被配置为对所述单位电池提供至少一个连接；
[0008]-切断装置，该切断装置具有保险丝电路和加热器电路，所述保险丝电路被配置为通过所述加热器电路中产生的热量将所述连接断开；以及
[0009]-电源接线，该电源接线被配置为对所述切断装置的所述加热器电路提供电力。
[0010]另一方面，提供一种单位电池，所述单位电池具有:
[0011]-单位电池本体，该单位电池本体配置为提供电力；以及
[0012]-切断装置，该切断装置附接于所述单位电池本体，所述切断装置具有保险丝电路和加热器电路，所述保险丝电路被配置为通过所述加热器电路中产生的热量而被断开。
[0013]另一方面，提供一种切断装置，所述切断装置具有:
[0014]-保险丝电路；以及
[0015]-加热器电路，该加热器电路被配置为产生热量，
[0016]所述保险丝电路被配置为通过所述加热器电路中产生的所述热量而被断开。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1例示了等同于本实施方式中的电池组件的示例的电路图。
[0018]图2例示了等同于本实施方式中的单位电池和切断装置的示例的电路图。
[0019]图3A示意性地例示了第一实施方式中的切断装置的平面视图。
[0020]图3B示意性地例示了第一实施方式中的切断装置的侧视图。
[0021]图3C示意性地例示了第一实施方式中的切断装置的仰视图。
[0022]图3D示意性地例示了第一实施方式中的切断装置的图3A的截面视图。
[0023]图4示意性地例示了本实施方式中的单位电池的立体斜视图。
[0024]图5示意性地例示了本实施方式中的电池组件的立体斜视图。
[0025]图6A示意性地例示了正常使用中的本实施方式中的电池组件的立体斜视图。
[0026]图6B示意性地例示了进行拆卸时的本实施方式中的电池组件的立体斜视图。
[0027]图7例示了组装和拆卸本实施方式中的电池组件的示例性流程图。
[0028]图8例示了示出切断装置可以应用的位置的本实施方式中的电池组件的电路图。
[0029]图9A示意性地例示了第二实施方式中的切断装置的加热器电路的平面视图。
[0030]图9B示意性地例示了第二实施方式中的切断装置的加热器电路的图9A的截面视图。
[0031]图1OA示意性地例示了第二实施方式中的将图9A的加热器电路与保险丝电路相结合的切断装置的平面视图。
[0032]图1OB示意性地例示了第二实施方式中的切断装置的图1OA的截面视图。
[0033]图1lA示意性地例示了第三实施方式中的在将加热器电路与保险丝电路相结合之前的切断装置的斜视图。
[0034]图1lB示意性地例示了在第三实施方式中的接线之前的切断装置的斜视图。
[0035]图1lC示意性地例示了第三实施方式中的切断装置的完整斜视图。
[0036]图12A示意性地例示了第四实施方式中的利用绝缘管将保险丝电路覆盖时的保险丝电路的斜视图。
[0037]图12B示意性地例示了第四实施方式中在围绕保险丝电路形成加热器电路之前的具有绝缘管的保险丝电路的斜视图。
[0038]图12C示意性地例示了第四实施方式中的切断装置的完整斜视图。
[0039]图13例示了等同于第五实施方式中的电池组件的示例的电路图。
[0040]图14例示了等同于第六实施方式中的电池组件的示例的电路图。
【具体实施方式】
[0041]现在将详细参考实施方式，在附图中例示了实施方式的示例。附图用于说明性目的，并且可以不按比例绘制。为了提供对本发明的透彻理解，在下面的详细说明中阐述了大量的具体细节。然而，对于本领域普通技术人员而言明显的是，在没有这些具体细节的情况下也可以实施本发明。在其他示例中，为了避免不必要地模糊掉实施方式的方面，对已知方法、程序、成分、结构和电路没有进行详细描述。
[0042]本文所使用的术语“电池”应该被广义地解释为是指可以存储电力的任何类型的设备。术语“电池”可以表示可充电设备、所谓的“二次电池”或非可充电设备。然而，可以将“电池”当做暂时保存电荷的一次电池或电容器。
[0043]本文所使用的术语“单位电池”应当被广义地解释为是指电池组件中的最小成分。“单位电池(unit cell) ”还可以被称为“电池组单元(battery unit) ”、“电池组电池(battery cell) ”、“电池单元(cell unit) ”等。在本实施方式中，术语“单位电池”表示“单位电池本体”和“切断装置”两者的结合。如果没有“切断装置”附接至“单位电池本体”，则“单位电池”变得与“单位电池本体”等同。
[0044]本文所使用的术语“电池组件”应当被广义地解释为是指适用于容纳多个单位电池的任何组件。该说明书中的术语“电池组件”既是指包括多个单位电池的电池系统又是指适用于容纳单位电池并且能够在运送之后由用户组装的壳体或容器。“电池组件(batteryassembly) ”也可以被称为“电池包(battery pack) ”、“电池组库(battery bank) ”、“电池组堆(battery stack) ”、“电池组电池(battery cell) ”、“电池堆(cell stack) ”、“电池库(cell bank) ”以及本领域已知的任何其他的等同术语。
[0045]本文所使用的术语“接线”应当被广义地解释为是指同时包括单路径和多路径在内的一组导电路径。“接线”可以由形成在基板或其他绝缘体上的单条电线或多条电线或者诸如条形、壳体、图案的任何种类的导电材料组成。
[0046]图1例示了等同于本实施方式中的电池组件的示例的电路图。如图1所示，本实施方式中的电池组件1000适用于容纳多个单位电池101 (在下文中，设置在X列、Y行(X、Y为任意整数)中的单位电池101被称为“单位电池101-XY”。表述“单位电池101”指表示多个单位电池中的任何单位电池)。
[0047]在图1中，例如，电池组件1000包括四列三行、从101-11至101-43的总共12个单位电池。单位电池101的列和行的数量应当按照电池组件1000所需的规格任意地确定。例如，单位电池101的列数可以通过电池组件1000所需的输出电压以及每个单位电池101的单位电压来确定。单位电池101的行数可以通过电池组件1000所需的电流容量以及每个单位电池101的电流容量来确定。
[0048]如图11所示，例如，全部的单位电池101可以在电池组件1000B中彼此串联连接。在图11中，单位电池101-11至101-1η( ‘η’表示任何自然数)串联连接。图11中的这种结构可以将电池组件1000Β的输出电压最大化。另一方面，如图12所示，在电池组件1000C中全部的单位电池101可以彼此并联连接。在图12中，单位电池101-11至101-ml(‘m’表示任何自然数)彼此并联连接。图12中的这种结构可以将电池组件1000C的输出电流最大化。因此，可以基于电池组件提供电力的系统的使用目的来确定电池组件1000的配置，例如列和行的数量、单位电池101的总数量。
[0049]如图1所示，电池组件1000包括单位电池接线111-113、单位电池101以及电源接线121-122。每个单位电池101包括第一单位电池端子30a、第二单位电池端子30b、第一加热器端子31a以及第二加热器端子31b。每个单位电池101包括切断装置100和单位电池本体30。
[0050]图2例示了等同于本实施方式中的包括切断装置100在内的单位电池101的电路图。如图2所示，每个单位电池101包括一个单位电池本体30和一个切断装置100。
[0051]单位电池本体30是配置为提供电力的电池的单元。单位电池本体30根据其配置存储一定量的电流容量。单位电池本体30可以是可充电二次电池的任何类型的已知配置，例如锂离子电池、锂离子聚合物电池、镍镉电池、镍金属氢化物电池、钒电池、铅酸电池、钠硫电池等。诸如双层电容器和准电容器的电容器可以用于单位电池本体30。应当注意的是，对这种可充电电池在类型和配置方面没有限制。
[0052]单位电池本体30具有提供正电压的正极端子30p和提供负电压的负极端子30η。单位电池本体30的负极端子30η与单位电池101的第二单位电池端子30b连接。单位电池本体30可以根据电池的类型提供诸如接地端子的另一类型的端子。
[0053]还应当注意的是，单位电池101是否包括单位电池本体30是任意地确定的。其可以根据电池组件1000的规格来确定。根据一个方面，在运送电池组件之前，某些或全部单位电池本体30可以安装在电池组件1000中。另一方面，在运送时所有单位电池本体30可以都不安装在电池组件1000中，或者在运送时一些单位电池本体30可以安装在电池组件1000中并在运送之后将这些单位电池本体30安装在电池组件1000中。在这种情况下，已经购买了电池组件1000的用户可以选择所需的单位电池本体，然后将其安装并与单位电池接线111-113或者切断装置100连接。虽然本实施方式的电路图被例示为单位电池本体安装在电池组件中，但是包含单位电池本体30的这种情况仅仅是用于说明性目的并且不应当被解释为单位电池本体30必须安装在电池组件1000中。
[0054]如图2所示，切断装置100具有保险丝电路10和加热器电路20。加热器电路20被配置为具有产生热量的加热部分22。保险丝电路10被配置为具有可熔部分12,该可熔部分12通过加热器电路20中产生的热量将其自身断开连接。
[0055]切断装置100中的保险丝电路10具有第一保险丝电路端子Ila和第二保险丝电路端子lib。第一保险丝电路端子Ila连接至单位电池101的第一单位电池端子30a。第二保险丝电路端子Ilb经由接线40连接至单位电池本体30的正极端子30p。在图2中，单位电池本体30连接在切断装置100的第二保险丝电路端子Ilb与单位电池101的第二单位电池端子30b之间；然而，应当注意的是，单位电池本体30可以连接在单位电池101的第一单位电池端子30a与切断装置100的第一保险丝电路端子Ila之间。
[0056]切断装置100中的加热器电路20具有第一加热器电路端子21a和第二加热器电路端子21b。第一加热器电路端子21a连接至单位电池101的第一加热器端子31a。第二加热器电路端子21b连接至单位电池101的第二加热器端子31b。
[0057]例如，切断装置100被配置为附接到单位电池本体30 (例如参见图4)。应当注意的是，切断装置100可以位于除了被置于单位电池本体30上以外的任何地方，只要切断装置100可以通过提供电力而被断开连接。稍后将对切断装置100的详细结构进行说明。切断装置100还可以被嵌入在单位电池本体30中。
[0058]再参照图1，单位电池接线111-113被配置为对单位电池101提供至少一个连接。这种连接可以包括将某些单位电池101彼此串联连接的一个或更多个串联连接和/或将某些单位电池101或单位电池101的某些串联连接彼此并联连接的一个或更多个并联连接。不应将串联连接和/或并联连接的结构认为是对具体的连接结构(例如本实施方式中所描述的连接结构)的限制。
[0059]在图1中，例如，单位电池接线111-113提供四个成列的串联连接和三个成行的、具有该四个串联连接的并联连接。第一串联连接包括单位电池101-11至101-13 ;第二串联连接包括单位电池101-21至101-23 ;第三串联连接包括单位电池101-31至101-33 ;以及第四串联连接包括单位电池101-41至101-43。单位电池接线111被配置为将四个串联连接中的单位电池101-11至101-41的每个第一单位电池端子30a彼此连接，以向第一电池端子I 1a提供正电压。单位电池接线112被配置为将单位电池101-13至101-43的第二单位电池端子30b彼此连接，以向第二电池端子IlOb提供负电压。多个单位电池接线113中的每个单位电池接线被配置为将一个单位电池101的第二单位电池端子30b与下一个单位电池101的第一单位电池端子30a彼此连接，以提供串联连接。
[0060]在图1中，例如，电源接线121-122被配置为对切断装置100的加热器电路20提供电力。在图1中，例如，电源接线121被配置为将多个单位电池101的每个第一加热器端子31a彼此连接，以提供来自第一电源端子120a的正电压。电源接线122被配置为将多个单位电池101的每个第二加热器端子31b彼此连接，以提供来自第二电源端子120b的负电压。如稍后所述，第一电源端子120a和第二电源端子120b连接至电源的电源端子。应当注意的是，全部的加热器电路20彼此并联连接。
[0061]下面将详细说明第一实施方式中的切断装置100的详细结构。图3A示意性地例示了切断装置100的平面视图。图3B示意性地例示了切断装置100的侧视图。图3C示意性地例示了切断装置100的仰视图。图3D示意性地例示了切断装置100的图3A的截面视图。
[0062]如图3A至图3D所示，第一实施方式中的切断装置100包括保险丝电路10、加热器电路20以及绝缘基板I。作为一个示例，绝缘基板I形成为矩形。然而，基板的形状不限于此。
[0063]如图3A所示，第一实施方式的保险丝电路10形成在绝缘基板I的上侧IU上。保险丝电路10包括第一保险丝电路端子11a、第二保险丝电路端子Ilb以及可熔部分12。第一保险丝电路端子Ila形成在上侧IU的第一端，第二保险丝电路端子Ilb形成在上侧IU的第二端。可熔部分12形成在第一保险丝电路端子Ila和第二保险丝电路端子Ilb之间。
[0064]保险丝电路10具有与在相关【技术领域】中通常被称为“温度保险丝”或“热熔断器”的装置相类似的功能。保险丝电路10被配置为当保险丝电路10周围的环境温度或流动电流上升到一定程度时，通过熔化并断开可熔部分12，使电路绝缘并断开连接并且不可撤销地防止电流在第一保险丝电路端子Ila和第二保险丝电路端子Ilb之间进一步流动。该环境温度可以是由于异常(例如对单位电池本体30过度充电、过度放电或短路)而上升的单位电池本体30的温度。然而，在本实施方式的切断装置100中，环境温度不但可以是由于这种异常而产生的温度，而且可以是在必要时从加热器电路20中特意产生并传导的温度。
[0065]第一保险丝电路端子I Ia和第二保险丝电路端子I Ib可以通过诸如金属的任何导体材料形成。端子Ila和端子Ilb可以利用诸如光刻方法(photo lithographic method)的已知方法形成在绝缘基板I的上侧IU上。
[0066]可熔部分12由具有一定熔化温度的材料构成，在该熔化温度时可熔部分熔化并断开。可熔部分12的该熔化温度可以是当向加热器电路20施加一定量的电力时通过绝缘基板I从加热器电路20的加热部分22热传导的温度。更具体地，可熔部分12可以由具有比绝缘基板I的耐热温度低的熔点的材料制成。这是由于当向加热器电路20施加电力并且加热部分22中产生的热量被传导到保险丝电路10的可熔部分12以熔化并断开可熔部分12时，绝缘基板I应当可以承受该传导的热量。
[0067]作为可熔部分12的材料，可以采用在期望的熔点熔化的任何材料。可以选择能在期望的熔点熔化的可熔部分12的材料。作为可熔部分12的材料的一个示例，可以使用低温焊接材料。一方面，诸如锌-锡焊料的低温焊料的熔点可以被设置为80摄氏度至100摄氏度。同样地，还可以采用任何其他的金属合金作为可熔部分12的材料。对于“温度保险丝”的相关【技术领域】，使用各种类型的可熔合金。这些类型的可熔合金还可以用于本实施方式的可熔部分12。例如，用于热熔断器的材料:松下公司(Panasonic Corporat1n)生产的EYP系列可以用于可熔部分12的材料。在EYP系列的热熔断器中，熔点(工作温度)从80摄氏度到150摄氏度变化。可以采用用于热熔断器的任何材料。
[0068]如图3A所示，可以至少在表示为区域13a的保险丝电路10的可熔部分12之上形成保护层13。形成保护层13以对可熔部分12进行物理保护和化学保护。该保护层13可以覆盖绝缘基板I的上侧IU的整个表面。对于保护层13的材料，例如可以使用有机焊料焊剂材料，但不限于此。
[0069]如图3C所示，本实施方式的加热器电路20形成在绝缘基板I的底侧IB上。加热器电路20包括第一加热器电路端子21a、第二加热器电路端子21b以及加热部分22。第一加热器电路端子21a形成在底侧IB的第一端，第二保险丝电路端子Ilb形成在底侧IB的第二端。加热部分22形成在第一加热器电路端子21a和第二加热器电路端子21b之间。
[0070]第一加热器电路端子21a和第二加热器电路端子21b可以通过诸如金属的任何导体材料形成。端子21a和端子21b可以利用诸如光刻方法的已知方法形成在绝缘基板I的底侧IB上。
[0071]加热部分22由通过提供电力而产生热量的材料构成。加热部分22的材料是当向加热部分22施加一定量的电力时产生导致温度和环境温度上升的一定量的热量的材料。该温度可以作为传导热和/或辐射热进行传导。如果保险丝电路10的可熔部分12被设置为足够靠近足以接收加热器电路20的加热部分22中产生的该辐射热，则该辐射热能够使可熔部分12断开。即使可熔部分12不被设置为足够靠近足以接收该辐射热，而是被设置为接收来自加热部分22的传导热，则该传导热也能够使可熔部分12断开。在本实施方式中，如图3A至图3D所示，由于绝缘基板I被设置在可熔部分12和加热部分22之间，所以通过绝缘基板I传递的传导热的主要功能在于熔化可熔部分12。然而，只要辐射热或传导热或者两者都能断开保险丝电路10，是传导热还是辐射热使可熔部分12熔化并不重要。
[0072]对于加热部分22的材料，可以采用能够通过施加电力产生热量的任何材料。该材料的一个示例是合金金属，例如镍-铬合金、铁-铬合金。该材料的另一个示例是含碳材料。因此，对于加热部分22的材料，可以采用选自由碳、银、铁-铬-铝合金、镍-铬合金、镍-铬-铁合金、钼和钌氧化物构成的组的材料。该材料具有不足以作为导电材料的相对较低的电阻，并且当电流流动时产生焦耳热。
[0073]用于加热的该材料可以以线或膏的形式设置。诸如镍-铬丝、铁-铬丝的加热丝是可以在市场上买到的，因此该加热丝是容易获得的。加热膏也是可以在市场上买到的。该加热膏可以包括诸如银的导电金属粒子。通过调整包含在膏中的粒子的数量，可以容易地控制加热能力和导电性，以满足所需条件。在本实施方式中，例如，碳膏被用作加热部分22的材料。由于其价格便宜且容易获得，碳膏是有用的。
[0074]如图3C所示，将碳膏附接以至少覆盖形成在上侧IU上的可熔部分12的区域。在该区域中，碳膏形成为弯曲的形状23以保留一定的全长。确定加热部分22的该全长，以产生使位于绝缘基板I的相对侧上的可熔部分12断开的足够的热量。可以采用加热部分22的任何其他的形状，例如锯齿形状、蜿蜓形状或更加复杂的形状。加热部分22可以通过已知的光刻方法、通过封胶机(dispenser)的处置方法或喷墨法来形成。绝缘基板I的底侧IB还可以被保护膜部分地或整体地覆盖。通过应用碳膏作为加热部分22，加热器电路20可以被设计为具有诸如40欧姆的一定的电阻率以及16V的合适的应用电压。在该配置中，能够在大约0.25秒内将保险丝电路10加热到跳闸温度或更高。
[0075]如图3B或图3D中所示，绝缘基板I具有一定的厚度。绝缘基板I的厚度被确定为使得足以使上侧IU上的可熔部分12断开的足够热的热量能够从绝缘基板I的底侧IB上的加热部分22进行传导。绝缘基板I越薄，越能有效率地从加热部分22向可熔部分12传导热量。另一方面，绝缘基板I越薄，绝缘基板I的机械强度越弱。因此，绝缘基板I的厚度应当通过平衡热传导率和机械强度来确定。
[0076]绝缘基板I可以由导热材料构成。众所周知，金属是传导热量的材料，然而，金属不但传导热量而且传导电流。如果绝缘基板I的电阻小于特定量，则加热器电路20可能发生短路，并且难以产生热量。因此，用于绝缘基板I的材料应当是可以维持一定量的电阻的绝缘体，以避免该问题。可以采用任何种类的玻璃或树脂来形成绝缘基板I。例如，可以采用聚酰亚胺作为绝缘基板I的材料。
[0077]绝缘体可以被设置为如同本实施方式中的绝缘基板I的基板的形式。绝缘体还可以设置为膜的形式。该基板或膜可以是柔性的。聚酰亚胺膜可以在市场上买到，并且可以被采用作为本实施方式中的绝缘基板I。
[0078]切断装置100可以利用诸如树脂的密封剂进行密封。例如，环氧树脂Gpoxy)可以用于密封剂。切断装置100还可以被壳体或外壳覆盖。壳体或外壳可以由树脂或陶瓷构成。另选地，切断装置100可以被嵌入在单位电池本体30中。在这种情况下，切断装置100可以形成在单位电池本体30的外壳或壳体中形成的间隔腔内。
[0079]图4示意性地例示了本实施方式中的单位电池101的立体斜视图。如图4所示，单位电池101包括单位电池本体30和切断装置。在本实施方式中，各单位电池101设置了切断装置100。然而，如上所述，切断装置100可以不设置于所有的单位电池101，而是可以设置于单个单位电池101或某些单位电池101。
[0080]在图4中，切断装置100被附接在单位电池本体30的顶表面上。单位电池本体30在第一侧表面上具有正极端子30p，并且在第二侧表面上具有负极端子30η。单位电池本体101还具有第一单位电池端子30a、第二单位电池端子30b、第一加热器端子31a以及第二加热器端子31b。第一单位电池端子30a连接至切断装置100的第一保险丝电路端子11a。第二单位电池端子30b连接至单位电池本体30的负极端子30η。第一加热器端子31a连接至切断装置100的第一加热器电路端子21a。第二加热器端子31b连接至第二加热器电路端子31b。第二保险丝电路端子Ilb连接至单位电池本体30的正极端子。
[0081]除了端子30a、30b、31a和31b之外，整个单位电池101被例如塑料膜覆盖。通过塑料膜对切断装置100以及将端子30&、3015、31&、3113、11&、1113、21&、2113、30?和30η彼此连接的接线进行物理和化学保护。单位电池101的这种结构可以由单位电池101的制造商来提供。当制造单位电池101时或者在单独制造单位电池101之后，可以同时将切断装置100附接并接线到单位电池本体30。
[0082]在切断装置100被附接到单位电池本体30的结构中，切断装置100可以被附接到第一位置，使用中的单位电池本体30在该第一位置处的局部温度被预期上升至高于单位电池本体30的第二位置的局部温度。在特定使用中，切断装置100可以被附接到使用中的单位电池本体30的局部温度被预期上升为单位电池本体30中最高温度的位置。
[0083]如上所述，当单位电池本体30中产生的温度由于异常(例如对单位电池本体30过度充电、过度放电或短路)而上升时，切断装置100的可熔部分12可以被单位电池本体30中产生的温度熔化并断开。一方面，可以提前获知当在单位电池本体30中发生异常时温度上升的该位置。因此，切断装置100可以被附接到这样一个位置，在该位置处，单位电池本体30的温度被预期上升至高于其他位置或者成为单位电池本体30的整个表面中的最高温度。根据该结构，切断装置100不但用于当进行拆卸时将各个单位电池101断开连接，而且用于防止单位电池本体30或电池组件1000在使用中异常升高其温度并引起更严重的问题。
[0084]图5示意性地例示了本实施方式中的电池组件1000的立体斜视图。图5仅示出了电池组件1000的一个示例，可以采用该电池组件的任何其他结构。
[0085]如图5所示，电池组件1000适用于容纳多个单位电池101。多个单位电池101可以被堆叠在壳体32的成行的间隔腔内。如上所述，全部或任何的单位电池101分别具有切断装置100。在电池组件1000的壳体32的一侧处设置有第一电池端子I 1a和第二电池端子110b。当应用与图1相同的接线时，第一电池端子IlOa成为正极输出端子并且第二电池端子IlOb成为负极输出端子。
[0086]图6A示意性地例示了正常使用中的电池组件1000的立体斜视图。如图6A所示，提供接线111来连接某些第一单位电路端子30b，提供接线112来连接某些第二单位电路端子30b。在该附图中没有示出接线113。
[0087]电池组件1000可以进一步包括电源33。如上参照图1所述，电源33具有第一加热器端子120a和第二加热器端子120b。另一方面，电源33被制造商提前安装在电池组件1000中。然而，电源33可以在运送之后由用户安装。还设置有电源接线121和122，以提供与电源33的连接。电源接线121被设置为将单位电池101的各个第一加热器端子31a彼此连接，并且电源接线122被设置为将单位电池101的各个第二加热器端子31b彼此连接。可以设置短路接线123，以将电源接线121和122彼此连接。短路接线123被设置为通过使电源接线121和122短路来避免无意中向切断装置100的加热器电路20施加电压。在正常使用中，在电源接线121和122至电源端子120a和120b之间不设置连接。
[0088]进一步地，下文将对一种将本实施方式中的单位电池断开连接的方法进行说明。图6B示意性地例示了进行拆卸时的本实施方式中的电池组件的立体斜视图。
[0089]拆卸电池组件最有可能发生在当该电池组件被丢弃时。然而，即使电池组件的使用寿命尚未到期，为了维修或替换其电池单元或其他部件，有时也需要拆卸电池组件。
[0090]如图6B中所示，当拆卸电池组件时，如果已经设置了短路接线123，则首先将该短路接线123拆掉。然后，将电源接线121连接至电源33的电源端子120a。此外，将电源接线122连接至电源33的电源端子120b。然后，接通电源33的电源开关(未示出)。
[0091]通过接通电源33，向每个单位电池101中的切断装置100的加热器电路20供应电力。由于加热器电路20被配置为通过提供电力来产生热量，因此热量被产生并且从加热器电路20的加热部分22经由绝缘基板I被传导到保险丝电路10的可熔部分12。由于从电源33供应的电力被调整到足够高足以将保险丝电路10的可熔部分12断开，因此每个保险丝电路10被断开并且每个单位电池本体30与其他单位电池本体电隔离。因此，在完成上述的断开连接之后，即使某些单位电池本体30仍有一些剩余电荷，也可以通过断开接线111-113而对电池组件1000进行安全地拆卸并分离。
[0092]图7例示了组装和拆卸本实施方式中的电池组件的示例性流程图。如图7所示，一种用于组装电池组件的方法包括以下步骤:
[0093](步骤SI)将至少一个切断装置100附接到多个单位电池本体30中的至少一个单位电池本体，切断装置100具有保险丝电路10和加热器电路20 ；
[0094](步骤S2)组装多个单位电池101以形成电池组件1000；
[0095](步骤S3)经由保险丝电路10中的至少一个保险丝电路将多个单位电池101彼此连接，以提供用于正常使用的至少一个串联和/或并联连接；以及
[0096](步骤S4)将切断装置100的一个或更多个加热器电路20彼此并联连接。
[0097]在上述的步骤中，步骤S2可以在步骤SI之前执行，步骤S4可以在步骤S3之前执行。
[0098]当拆卸电池组件1000时，进一步执行以下的步骤。
[0099](步骤S5)将一个或更多个切断装置100连接到电源；以及
[0100](步骤S6)为加热器电路20提供电力，以通过加热器电路20中产生的热量将保险丝电路10断开。
[0101]应当理解的是，当进行拆卸时可以进行步骤S4中的一个或更多个切断装置100的连接。还应当理解的是，如果电源设置有电源开关，则当进行组装时，可以进行一个或更多个切断装置100与电源的连接。如果电源中不设置电源开关，则当进行与电源的连接时，同时执行步骤S5和步骤S6。
[0102]例如，如果将与热熔断器EYP 2MP系列(松下公司)相同的材料用作保险丝电路10的可熔部分12，则可以利用来自电源33的大约为1.6V和80W的外部电力在0.25秒之内将全部的单个单位电池101加热到保险丝工作温度。
[0103]最后，应当注意的是，切断装置可以被嵌入在电池组件的任何连接中。如上所述，可以为每个单位电池提供切断装置。由于该设置，所有单位电池彼此电隔离，因此保证了安全拆卸。然而，没有必要为所有单位电池都设置切断装置。如果不为所有单位电池设置切断装置，则该结构将节省切断装置的成本。
[0104]图8指示切断装置可以被嵌入在图1的电池组件1000中的位置。如图8所示，切断装置可以安装在多个单位电池本体30之间或者在串联连接的顶部和/或底部，或者在串联连接的并联连接之间。
[0105]根据第一实施方式，由于电池组件1000设置有切断装置100和电源接线121和122，因此可以断开单位电池本体30的电连接，从而能够安全地实现电池组件的拆卸。不需要安装任何特殊的部件来切断单位电池之间的电连接。通过简单地向紧邻每个保险丝电路10的加热器电路20施加电力，可以在回收或再利用时使单位电池101电分离。
[0106]根据第一实施方式，由于加热器电路20全部并联连接，可以通过向加热器电路20施加电力大致同时地使全部的单位电池101电隔离。因此，显著改善了回收和再利用电池组件的安全性。
[0107]根据第一实施方式，由于切断装置100被附接到单位电池本体30，当任何的单位电池本体30工作异常时，可以使切断装置熔化。
[0108]下面将参照图9A、图9B、图9A和图9B对第二实施方式进行说明。图9A示意性地例示了第二实施方式中的切断装置100B的加热器电路20B的平面视图。图9B示意性地例示了切断装置100B的加热器电路20B的图9A的截面视图。
[0109]第二实施方式提供切断装置的另一种结构。第二实施方式中的切断装置100B包括保险丝电路10以及堆叠在保险丝电路10上的加热器电路20B。
[0110]与第一实施方式中的切断装置100相比较，第二实施方式中的切断装置100B与切断装置100的相同之处在于保险丝电路10与第一实施方式所用的相同，而与第一实施方式的区别在于，加热器电路20B堆叠在形成在绝缘基板I的上侧IU上的保险丝电路10上而不是形成在绝缘基板I的底侧IB上。换句话说，保险丝电路10和加热器电路20B是单独制造的，然后其彼此结合。在该实施方式中的应用与第一实施方式相同的结构和材料的地方同样使用与第一实施方式中所用的附图标记相同的附图标记。省略了对这些结构和材料的详细说明。
[0111]如图9A和图9B中所示，第二实施方式中的切断装置100B的加热器电路20B被配置为与保险丝电路10分开的电路。加热器电路20B形成第一加热器电路端子21a、第二加热器电路端子21b以及加热器部分21在绝缘基板2上。绝缘基板2与其上形成有保险丝电路10的绝缘基板I在形状上有所不同。这是由于即使在堆叠加热器电路20B之后，为了保护保险丝电路10的布线连接区域，也不应当覆盖保险丝电路10的第一保险丝电路端子Ila和第二保险丝电路端子lib。对于绝缘基板2，可以使用与绝缘基板I相同的材料。可以改变第一加热器电路端子21a和第二加热器电路端子21b的大小和形状，以适应绝缘基板2。加热器部分21与第一实施方式相同。第二实施方式同样具有弯曲形状部分23。
[0112]图1OA示意性地例示了将图9A的加热器电路20B与保险丝电路10相结合的切断装置100B的平面视图。图1OB示意性地例示了切断装置100B的图1OA的截面视图。
[0113]如图1OA和图1OB中所不，在分别制造保险丝电路10和加热器电路20B之后，将两个电路结合。为了将加热器电路20B附接于保险丝电路10，可以使用已知的粘接材料。该粘接材料可以具备有耐热特性的、一定的热传导率。
[0114]根据第二实施方式，可以分别制造加热器电路20B和保险丝电路10。因此，能够提供可以更加容易地制造的切断装置。
[0115]下面将参照图1lA至图1lC对第三实施方式进行说明。第三实施方式提供切断装置的另一种可选结构。
[0116]图1lA示意性地例示了在将保险丝电路10与加热器电路20C结合之前第三实施方式中的切断装置100C的斜视图。图1lB示意性地例示了在接线之前的第三实施方式中的切断装置100C的斜视图。图1lC示意性地例示了第三实施方式中的切断装置100C的完整斜视图。
[0117]与第一实施方式中的切断装置100相比较，第三实施方式中的切断装置100C与第一实施方式的相同之处在于保险丝电路10与第一实施方式所用的相同，而与第一实施方式的区别在于，加热器电路20C形成在完全覆盖保险丝电路10的绝缘管3上。换句话说，第三实施方式中的切断装置10C具有密封的管形。在该实施方式中的应用与第一实施方式相同的结构和材料的地方同样使用与第一实施方式中所用的附图标记相同的附图标记。省略了对这些结构和材料的详细说明。
[0118]如图1lA所示，可以使用如第一实施方式中说明的保险丝电路10。首先，在对保险丝电路10进行封装之前将第一接线Ilc和第二接线Ild焊接于第一保险丝电路端子Ila和第二保险丝电路端子lib。第一接线Ilc和第二接线Ild是单位电池接线的一部分。然后，通过其上形成有加热器电路20C的绝缘管3将已接线的保险丝电路10嵌入。
[0119]绝缘管3是由热收缩材料制成的管。这种热收缩管可以例如由诸如聚烯烃树脂、PVC、含氟树脂等的电子造桥软塑料(electron bridge-building flexible plastic)制成。可以在市场上买到各种尺寸和规格的热收缩管。绝缘管3的直径可以等于或大于保险丝电路10的宽度。绝缘管3的长度可以等于或大于保险丝电路10的长度。
[0120]第一加热器电路端子21a和第二加热器电路端子21b以及端子21a和21b之间的加热部分22形成在绝缘管3的表面上。在封装之后，加热部分22形成为与保险丝电路10的可熔部分12所处的区域相重叠并将其覆盖。
[0121]另选地，可以采用通过树脂胶带或树脂涂料提供的绝缘结构来代替绝缘管3。在该可选实施方式中，可以在通过树脂胶带或树脂涂料形成绝缘结构之后形成加热器电路20C。
[0122]其次，如图1lB所示，在将保险丝电路10嵌入并定位为使得保险丝电路10的可熔部分12与加热器电路20C的加热部分22相重叠之后，向绝缘管3施加热量。热量的温度可以控制在等于或高于绝缘管3收缩的温度。通过向绝缘管3的表面施加热量，绝缘管3收缩并将保险丝电路10完全封装。在不对加热器电路20C进行如图1lC中所执行的接线的情况下，能够运送切断装置100C。在运送之后，必要时用户可以任意地将电源接线连接至加热器电路20C。
[0123]第三，如图1lC所示，在封装绝缘管3之后，将第一加热器接线21c和第二加热器接线21d焊接在第一加热器电路端子21a和第二加热器电路端子21b处。对于上述的步骤，实现了第三实施方式中的切断装置100C。有可能利用树脂涂料覆盖完整的切断装置100C。
[0124]根据第三实施方式，由于市场上可买到的管可以用来制造加热器电路20C，能够节省制造该加热器电路的成本。
[0125]根据第三实施方式，如果在没有加热器电路接线的情况下运送切断装置100C，则用户可以稍后在必要时将电源接线与加热器电路20C连接。因此，这对于最初不想进行加热器连接的用户来说是方便的。例如，在电池组件的维修服务中，当引入不具备切断装置的传统类型的电池组件时，服务人员可以将新的切断装置附接于传统电池组件，以提供本发明技术的优势。
[0126]下面将参照图12A至图12C对第四实施方式进行说明。第四实施方式提供切断装置的另一可选结构。
[0127]图12A示意性地例示了第四实施方式中的利用绝缘管3B将保险丝电路12B覆盖时的保险丝电路12B的斜视图。图12B示意性地例示了第四实施方式中在包围保险丝电路12B形成加热器电路20D之前的具有绝缘管3B的保险丝电路12B的斜视图。图12C示意性地例示了第四实施方式中的切断装置100D的完整斜视图。
[0128]在第四实施方式中，采用具有与市场上可以买到的温度保险丝相似的结构的保险丝电路10B。如图12A所示，温度保险丝在第四实施方式中被用作保险丝电路10B。由于，可以采用具有该温度保险丝的、市场上可以买到的任何类型的装置，其被配置为在一定的熔点熔化并断开其电流。温度保险丝还可以被称为“热熔断器”。
[0129]对于市场上可买到的该温度保险丝，数据单通常是可用的。在该数据单中指示了一系列温度保险丝的规格。对于指示温度保险丝的特性的规格，通常有一些特定的温度:例如，额定工作温度、工作温度、最高工作温度、保持温度以及最高温度极限。“额定工作温度”是指保险丝仅利用负载检测电流将其导电的状态变为开路时的温度。“工作温度”是指保险丝在环境空气烘箱中将其导电的状态变为开路的熔断温度，该工作温度以一定的速度且随着加载一定量的电流而增加。“最高工作温度”是指在传导一定的额定电流时可以维持保险丝的最高温度。“保持温度”是指在传导一定的额定电流时可以维持保险丝不使其导电的状态变为开路的最高温度。“最高温度极限”是指在保险丝已经改变其导电的状态之后保险丝能够维持其机械和电气性能的最高温度，而不再次关闭一定的时段。数据单中还定义了额定电功率(electrical rating)。
[0130]通过参照该数据单，考虑流过单位电池101的最大电流和从加热器电路施加的热量，可以任意选择一种合适的温度保险丝。一个示例是可以用于保险丝电路1B的热熔断器N系列、F系列、E系列、H系列、MP系列以及MU系列(松下公司)，但不限于此。
[0131]在第四实施方式中，轴向引线类型的热熔断器N系列、F系列、E系列被用于保险丝电路10B。虽然在附图中未示出，保险丝电路1B包括作为可熔部分的可熔合金以及连接至可熔合金的端部的一对铅丝。可熔合金被封装在陶瓷制成的绝缘壳内。绝缘壳利用环氧树脂的密封剂在其两端进行密封，并且在内部的可熔合金周围填充树脂焊剂。
[0132]首先，如图12A所示，保险丝电路1B被嵌入在绝缘管3B中。绝缘管3B的结构和材料可以被认为与第三实施方式中的绝缘管3相同。与第三实施方式一样地，树脂胶带或树脂涂料可以用作代替绝缘管3B的可选绝缘装置。
[0133]第二，如图12B所示，在将保险丝电路1B嵌入绝缘管3B中之后，向绝缘管3B施加热量。热量的温度可以控制为等于或高于绝缘管3B收缩的温度。通过向绝缘管3施加热量，绝缘管3B收缩并将保险丝电路10完全覆盖。
[0134]第三，如图12C中所示，在使绝缘管3B收缩之后，电热丝22B包绕在收缩的绝缘管3B上。电热丝22B为诸如镍-铬丝的已知的电热丝。包着的电热丝22B构成加热部分。第一加热器电路接线21a和第二加热器电路接线21b连接至电热丝22B的端部。
[0135]第四，保护树脂4粘附在绝缘管3B的周围，从而至少覆盖包着的电热丝22B。已知的树脂或塑料可以用于保护树脂4。对于上述的步骤，实现了第四实施方式中的切断装置10D0有可能将完整的切断装置100D容纳在壳体中。
[0136]根据第四实施方式，市场上可买到的部件被用于保险丝电路10B、绝缘管3B以及电热丝22B。因此，能够进一步节省制造成本。
[0137]如上所述的本实施方式至少具有以下的优点。例如，根据本实施方式，由于本实施方式中所用的技术都是不需要开发新技术的现有的成熟技术，因而能够以非常低的成本实现。
[0138]根据本实施方式，不需要安装任何特殊的部件来切断单位电池之间的电连接。仅仅通过向每个保险丝电路的紧邻的加热器电路施加电力，就能够在回收或再利用时断开单位电池的电连接。
[0139]根据本实施方式，由于加热器电路全部并联连接，能够通过向加热器电路施加电力大致同时地使全部的单位电池电隔离。因此，显著改善了回收和再利用电池组件的安全性。
[0140]电池组件、单位电池以及切断装置的结构适用于任何类型的电源系统。可以预期的是具有高能量密度和高容量的二次电池的使用将随着智能电网项目的进展而极大地增力口，智能电网项目即包含诸如太阳能电池系统或风力发电系统的可持续发电系统的电网系统。
[0141]此外，随着电动车在全球的扩展，据信基于锂的第二电池被认为是最有前景的技术之一。然而可以预期的是要处理掉的单位电池(电池包)的数量也将随着车辆的维修、替换购买和处理而增加。
[0142]电池包包括可以进行再利用的、具有诸如铜和锂的低能量的大量材料，以及目前正被回收的诸如钴的贵金属。可以预期的是随着电池尺寸变大和要处置的电池的数量增力口，这些材料的回收和再利用业务将在全球范围大幅增长。
[0143]电池组件、单位电池和切断装置的结构可以在拆卸堆叠有二次电池的电池组件时提供优势。
[0144]示例
[0145]下面将说明切断装置和电池组件的工作示例。
[0146]示例1:切断装置的制备
[0147]首先，制备热熔断器(EYP2MP092AFT、88摄氏度的工作温度、松下公司制造)。热熔断器在中心树脂包中具有作为可熔部分的可熔合金以及从中心树脂包延伸的一对端子。然后，将厚度为0.5_的聚酰亚胺膜切成足以覆盖热熔断器的全部长度和宽度。然后，将碳膏作为加热部分印刷在经过修整的聚酰亚胺膜的一侧上的表面中心区域。将碳膏的长度和宽度调整为具有大约40欧姆的电阻。然后，通过适当的粘合剂将热熔断器附接于聚酰亚胺膜的相反一侧，从而将位于聚酰亚胺膜一侧的已印刷碳膏的区域与位于聚酰亚胺膜的相反一侧的中心树脂包相重叠。
[0148]示例2:切断装置的安装
[0149]通过适当的粘合剂将所制造的上述切断装置附接于锂电池的一侧，以形成锂单位电池。锂电池的两个电源端子中的一个电源端子连接至热熔断器的端子中的一个。共计制备十二个具有切断装置的锂电池。将锂单位电池进行组装以形成电池组。接线被设置为与锂电池的两个电源端子中的另一端子互相连接，并且与热熔断器的端子中的另一个端子互相连接。切断装置的碳膏的两端彼此连接，以提供并联连接。如图1所示，提供了具有上述的接线、具有四列三行共计12个锂单位电池的电池组件。
[0150]示例3:用于单位电池的再利用的电池切断装置的触发
[0151]然后经由电源开关将切断装置的碳膏的彼此连接的两个端子与具有1.6伏特和80瓦特的电力的额外的电池相连接。然后，接通电源开关。在接通的瞬间，热熔断器的各个可熔合金在0.25秒之内被熔化。此时各个锂电池单元能够彼此电隔离。
【权利要求】
1.一种电池组件，该电池组件适用于容纳多个单位电池，所述电池组件包括: 单位电池接线，该单位电池接线被配置为对所述单位电池提供至少一个连接； 切断装置，该切断装置具有保险丝电路和加热器电路，所述保险丝电路被配置为通过所述加热器电路中产生的热量将所述连接断开；以及 电源接线，该电源接线被配置为对所述切断装置的所述加热器电路提供电力。
2.根据权利要求1所述的电池组件，所述电池组件进一步包括电源，该电源被配置为与所述电源接线连接，所述电源能够为所述加热器电路提供使所述保险丝电路断开的足够大的所述电力。
3.根据权利要求1所述的电池组件，所述电池组件进一步包括: 多个单位电池，所述多个单位电池被配置为连接在所述连接中， 其中，所述切断装置附接于至少一个所述单位电池。
4.根据权利要求1所述的电池组件，其中，所述连接为并联连接或串联连接。
5.一种单位电池，该单位电池包括: 单位电池本体，该单位电池本体被配置为提供电力；以及 切断装置，该切断装置附接于所述单位电池本体，所述切断装置具有保险丝电路和加热器电路，所述保险丝电路被配置为通过所述加热器电路中产生的热量而被断开。
6.根据权利要求5所述的单位电池，其中，所述切断装置附接于第一位置，使用中的所述单位电池本体在该第一位置处的局部温度被预期上升至高于所述单位电池本体的第二位置。
7.根据权利要求5所述的单位电池，其中，所述切断装置附接于这样的位置，使用中的所述单位电池本体在该位置处的局部温度被预期上升至所述单位电池本体中的最高温度。
8.一种切断装置，该切断装置包括: 保险丝电路；以及 加热器电路，该加热器电路被配置为产生热量， 所述保险丝电路被配置为通过所述加热器电路中产生的所述热量而被断开。
9.根据权利要求8所述的切断装置，该切断装置进一步包括绝缘体， 其中: 所述保险丝电路具有可熔部分， 所述加热器电路具有加热部分，所述加热部分被配置为产生所述热量，以及 所述绝缘体被设置为至少在所述可熔部分和所述加热部分之间。
10.根据权利要求9所述的切断装置，其中，所述可熔部分由具有比所述绝缘体的耐热温度更低的熔点的材料制成。
11.根据权利要求9所述的切断装置，其中，所述可熔部分由低温焊接材料构成。
12.根据权利要求9所述的切断装置，其中，所述加热器电路的所述加热部分为线或膏。
13.根据权利要求9所述的切断装置，其中，所述加热器电路的所述加热部分包括从由碳、银、铁-铬-铝合金、镍-铬合金、镍-铬-铁合金、钼和钌氧化物构成的组中选择的材料。
14.根据权利要求9所述的切断装置，其中，所述绝缘体由导热材料构成。
15.根据权利要求9所述的切断装置，其中，所述绝缘体由聚酰亚胺构成。
16.根据权利要求9所述的切断装置，其中，所述绝缘体为基板。
17.根据权利要求9所述的切断装置，其中，所述绝缘体为膜。
18.根据权利要求9所述的切断装置，其中，所述绝缘体是被配置为包围所述保险丝电路的所述可熔部分的管。
19.根据权利要求9所述的切断装置，所述切断装置进一步包括至少在所述保险丝电路的所述可熔部分之上形成的保护层。
20.根据权利要求8所述的切断装置，其中，所述保险丝电路设置有第一保险丝电路端子和第二保险丝电路端子，并且所述加热器电路设置有第一加热器电路端子和第二加热器电路端子。
21.一种使单位电池断开连接的方法，所述方法包括: 将至少一个切断装置附接于多个单位电池中的至少一个单位电池，所述切断装置具有保险丝电路和加热器电路；以及 为所述加热器电路提供电力，以通过所述加热器电路中产生的热量使所述保险丝电路断开。
22.根据权利要求21所述的方法，其中，当所述电池组件被丢弃时，执行为所述加热器电路提供所述电力的步骤。
【文档编号】H01M2/10GK104350634SQ201280073729
【公开日】2015年2月11日 申请日期:2012年6月4日 优先权日:2012年6月4日
【发明者】岩本隆 申请人:英派尔科技开发有限公司