專利名稱：用于鋰離子電池的熔絲以及包括該熔絲的鋰離子電池的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及用于電池的過電壓保護，更準確地，涉及用于鋰離子電池的熔絲裝置，使用電路板上的圖案代替電流熔絲作為過電壓保護部件。
背景技術：
隨著多種便攜式和移動電子裝置被研制和小型化，需要一種用于小型化和緊湊電子裝置并且環(huán)保的高能量密度二次電池。
通常，諸如鉛酸電池、鎳鎘電池以及鎳氫電池等各種二次電池已被使用。不過，鋰離子電池能夠最好地滿足高能量、緊湊和環(huán)保的標準。鋰離子電池包括由氧化鋰制成的正電極和由碳制成的負電極。鋰離子電池具有高能量存儲密度、輕重量和高工作電壓。此外，在鋰離子電池中，當鋰離子從正電極經(jīng)過中間材料或電解液進入負電極的碳素晶格時，電極板幾乎沒有損失。因此，鋰離子電池是可保存的，并且具有長的壽命。
在二十世紀九十年代，研制出了鋰離子電池。其后，由于鋰離子電池的高能量存儲密度和輕重量，常規(guī)二次電池已迅速地被鋰離子電池代替。最近，鋰離子電池已廣泛地用于個人電腦、可攜式攝像機、蜂窩電話、便攜式Ca播放器以及諸如個人數(shù)字助理或PaA等便攜式無線電子裝置。但是，鋰離子電池的用途仍然局限于昂貴的產(chǎn)品。此外，鋰離子電池需要用于保護其的特別保護電路。因此，大量工作集中于鋰離子電池的安全和性能。
圖1為表示用于鋰離子電池的常規(guī)充電/放電控制器900的示例的方框圖。該常規(guī)充電/放電控制器900是保護電路板1000的一部分。電池6的一個電極連接到正輸入/輸出端口1。充電控制開關4和放電控制開關5布置在負輸入/輸出端口2和電池6的另一電極之間。放電控制開關5和充電控制開關4共同形成充電/放電控制器900的一部分。此外，充電/放電控制器900還包括用于控制充電和放電控制開關4和5的保護電路控制器3。
當電池6(通常稱為裸電池)處于充電模式時，充電/放電控制器900控制充電控制開關4，以給電池6充電。當電池6處于放電模式時，充電/放電控制器900控制放電控制開關5，以使電池6放電。
如果電池6的化學成分變得不穩(wěn)定，那么鋰離子電池可能處于過充電狀態(tài)、過放電狀態(tài)或過電流狀態(tài)。結果，在鋰離子電池中可能發(fā)生如性能退化、溶液泄漏、過熱、冒煙、點火以及破裂等問題。為了保護電池6，在保護電路控制器3中建立了保護電路。因此，在電池6的充電和放電時間期間，保護電路控制器3可以防止電池6過充電、過放電以及過電流。
但是，大多數(shù)常規(guī)保護電路板1000不能防止電池6過電壓。過電壓保護是當電壓超過某個限制時防止信號被接收的保護。這有助于防止電子設備過負載和被損壞。如果由于在非標準條件中用戶的粗心使用或者誤用非標準充電器的而產(chǎn)生過電壓，那么如保護電路板1000的IC等元件可能著火、破裂、損壞或起故障，以致危及電池6的安全。
現(xiàn)在參照圖2，為了解決由過電壓造成的問題，可以在正輸入/輸出端口1和電池6的一個電極之間附加地布置電流熔絲7。用于鋰離子電池6的常規(guī)保護電路板2000包括充電/放電控制器1900。充電/放電控制器1900包括電流熔絲7。在該常規(guī)保護電路板2000中，電流熔絲7位于正輸入/輸出端口1和電池6的一個電極之間。
充電/放電控制器1900包括位于負輸入/輸出端口2和電池6的另一電極之間的充電控制開關4和放電控制開關5。充電/放電控制器1900還包括用于控制充電和放電控制開關4和5的保護電路控制器3。當電池6處于充電模式時，充電/放電控制器1900控制充電控制開關4，以使電池6充電。當電池6處于放電模式時，充電/放電控制器1900控制放電控制開關5，以使電池6放電。
為了防止該電池6過電壓，當過電壓小于預定電壓時，充電/放電控制器1900控制充電控制開關4，以阻擋過電壓。另一方面，當過電壓超過這個預定電壓時，充電/放電控制器1900可以控制充電控制開關4使電流熔絲7斷開。充電控制開關4通過使用IC特性來阻擋過電壓。
在用于電池6的常規(guī)充電/放電控制器1900中，由于有用作過電壓保護部件的附加電流熔絲7，因此電流熔絲7的價格增加了生產(chǎn)成本。
此外，在用于電池6的常規(guī)充電/放電控制器1900中，由于電流熔絲7具有13歐姆或者以上的較高內電阻，那么由于電流熔絲7的電流消耗，不可能利用最大的電池容量。
此外，在用于電池6的常規(guī)充電/放電控制器1900中，由于電流熔絲7包含鉛成分，因此難以滿足相關的環(huán)境保護規(guī)定。

發(fā)明內容
為了解決與常規(guī)電流熔絲相關的問題，本發(fā)明提供一種用于鋰離子電池的熔絲裝置，該熔絲裝置使用電路板(如印刷電路板)的典型導電圖案代替電流熔絲作為過電壓保護部件。將該熔絲裝置集成入印刷電路板降低了生產(chǎn)成本，并且通過使用較低內電阻的導電圖案，有助于利用最大的電池容量。另外，可以利用無鉛圖案，從而滿足環(huán)境保護規(guī)定。
本發(fā)明的實施例也提供一種使用該熔絲裝置的鋰離子電池。
根據(jù)本發(fā)明的一方面，描述了一種用于鋰離子電池的熔絲裝置，它包括在外部輸入/輸出端口和裸電池之間的電路板上布置的導電圖案中的弱電路部分。
在本發(fā)明的一個實施例中，該弱電路部分可以是變窄或者壓緊部分或者是由不同于該導電圖案的其它部分的材料所制成的部分。此外。該弱電路部分可以是導電圖案的薄部分。該弱電路部分可以是高度圖案和變化密度的導電圖案的一部分，如臺階部分或重復臺階部分。由于熱量產(chǎn)生集中于該弱電路部分上，因此弱電路部分可以用作熔絲裝置。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種包括前述熔絲裝置的鋰離子電池，其形式為裸電池連接到包括該弱電路圖案的電路板。


圖1為表示用于鋰離子電池的常規(guī)充電/放電控制器的示例的方框圖。
圖2為表示用于鋰離子電池的常規(guī)充電/放電控制器的另一示例的方框圖。
圖3為表示比較裝置的方框圖。
圖4為表示根據(jù)本發(fā)明第一實施例的用于鋰離子電池的熔絲裝置的方框圖。
圖5為表示根據(jù)本發(fā)明第二實施例的用于鋰離子電池的熔絲裝置的方框圖。
圖6為表示根據(jù)本發(fā)明第三實施例的用于鋰離子電池的熔絲裝置的方框圖。
圖7為根據(jù)本發(fā)明的實施例的鋰離子電池的側視圖。
圖8為表示根據(jù)本發(fā)明一個實施例的用于鋰離子電池的熔絲裝置示例的方框圖，其被用在用于鋰離子電池的充電/放電控制器中。
具體實施例方式
圖3為表示比較示例的方框圖。導電圖案14將正輸入/輸出端口1連接到電池6的正端子。電池6的負端子通過開關16被連接到負輸入/輸出端口2。該比較示例在電路板8上具有圖案9，它有統(tǒng)一的寬度和直線形狀。圖案9是導電圖案14的一部分，但是并沒有從導電圖案14中區(qū)分出來。圖案9沒有容易遭受過電壓的弱電路部分，并且不能夠作為熔絲。
圖4為表示根據(jù)本發(fā)明第一實施例的用于鋰離子電池的熔絲裝置的方框圖。該熔絲裝置與弱圖案10形成為連接正輸入/輸出端口1和電池6的負端子的電路板8上的導電圖案14的一部分。熔絲裝置的弱圖案10具有形狀類似于臺階的部分或者臺階部分。這樣的外形可以解釋為與矩形(rect)函數(shù)或者矩形脈沖相似。弱圖案10可以包括一或多個窄部分15a，15b，15c。負輸入/輸出端口2通過開關16被連接到電池6的負端子。
當由如非標準條件中用戶的粗心使用或誤用非標準充電器而將超過預定電壓的過電壓施加到正極輸入/輸出端1時，電流流過電路板8上連接正極輸入/輸出端1和電池6的弱圖案10。
由于形成在電路板8上的弱圖案10具有臺階部分，因此由電流產(chǎn)生的歐姆熱量使弱圖案10的溫度增加。當過電壓被施加時，與電流熔絲非常相似，弱圖案10可以被生成的熱斷開。弱圖案10的斷開阻擋了電流，并且防止過電壓被施加到電池6。
圖5表示根據(jù)本發(fā)明第二實施例的用于鋰離子電池的熔絲裝置的方框圖。圖5中的基本部分和圖4中相似。由連接正極輸入/輸出端1和電池6的電路板8上的弱圖案11形成熔絲裝置。熔絲裝置的弱圖案11具有重復的臺階部分。
當超過預先設定電壓的過電壓施加到正輸入/輸出端口1時，電流流過將正輸入/輸出端口連接到電池6的弱圖案11。由于形成在電路板8上的弱圖案11具有脈動部分，弱圖案11比第一實施例的弱圖案10更易于遭受過電壓損害。當過電壓被施加后，弱圖案11可以類似于第一實施例的弱圖案10被斷開。斷開弱圖案11，阻擋了電流和防止過電壓施加到電池6。
圖6為表示根據(jù)本發(fā)明第三實施例的用于鋰離子電池的熔絲裝置的方框圖。圖6中示出的基本部分與圖4和圖5中相似。如圖6所示，由電路板8上連接正輸入/輸出端口1和電池6的弱圖案12形成熔絲裝置。熔絲裝置的弱圖案12具有壓緊的或者變窄的部分。
當超過預先設定電壓的過電壓施加到正輸入/輸出端口1時，電流流過電路板8上將正輸入/輸出端口連接到電池6的弱圖案12。
由于在電路板8上形成的弱圖案12具有壓緊部分，因此與第一實施例的弱圖案10相比，弱圖案12更易于遭受過電壓損害。當過電壓被施加時，類似于第一和第二實施例的弱圖案10和11，弱圖案12可以被斷開。通過斷開弱圖案12，電流被阻擋，以防止過電壓被施加到電池6。
在第一至第三實施例中，為了起到熔絲的作用，弱圖案10，11，12分別具有臺階、重復臺階以及壓緊部分。此外，隨著印刷電路板技術的進一步發(fā)展，在印刷電路板形成工序中，通過用不同的材料或不同的厚度形成弱電路部分可以獲得相同的效果。例如，主圖案由銅形成，而弱電路部分由具有高電阻率(specific resistance)的金屬或易熱損金屬或合金形成。
根據(jù)實驗，使用兩片圖3所示的圖案9形狀的熔絲。第一片的寬度為1.4mm，并且第二片的寬度為1.2mm。超過50V的電壓施加到該兩片中產(chǎn)生最大電流2A。超過40V的電壓同樣施加到該兩片中產(chǎn)生最大電流2A。合適的并且可適用的熔絲應該在至少32V的施加電壓和2A的最大電流處作用。所以圖案9，具有1.4mm或者1.2mm寬度的直線不能用作熔絲，因為不適當?shù)?0V和50V高電壓在這部分不產(chǎn)生使其彎曲和保護電池的足夠高的熱量。
如圖4所示，具有約0.6mm寬度的臺階部分的弱圖案10可以用作產(chǎn)生最大電流2A的28V施加電壓或更低電壓的熔絲。如圖5所示，具有約0.6mm寬度的重復臺階部分的弱圖案11可以用作產(chǎn)生最大電流2A的27V施加電壓或更低電壓的熔絲。如圖6所示，具有約0.6mm寬度的壓緊部分的弱圖案12可以用作最大電流2A的30V施加電壓或者更低電壓的熔絲。
圖7是根據(jù)本發(fā)明實施例的鋰離子電池的側視圖。根據(jù)本發(fā)明的前述實施例，鋰離子電池可以包括熔絲裝置10，11，12。在此圖中，保護電路板210被裝配到裸電池100。盡管沒有示出熔絲裝置，但是熔絲裝置具有布置作為保護電路板210上的導電圖案的一部分的弱圖案。具有相關結構的電池對于鋰離子二次電池技術領域的普通技術人員來說是公知的。通過用電極接頭(tap)焊接保護電路板210和裸電池100的電極端口可以形成硬封裝電池。保護電路板210和裸電池100的電極端口之間的間隙可以由熱熔性樹脂(未示出)填充。
圖8為表示根據(jù)本發(fā)明一個實施例的用于鋰離子電池的熔絲裝置的方框圖，其被用在用于鋰離子電池的充電/放電控制器中。用于鋰離子電池6的保護電路板3000包括充電/放電控制器2900。該充電/放電控制器2900包括熔絲裝置4000。熔絲裝置4000可以使用圖4、5或6中的實施例10、11或12中的任意一個。熔絲裝置4000位于正輸入/輸出端口1和電池6的一個電極之間。充電/放電控制器2900包括具有位于負輸入/輸出端口2和該電池6的另一電極之間的充電控制開關4和放電控制開關5的開關控制電路2500，以及用于控制充電和放電控制開關4，5的保護電路控制器3。當電池6處于充電模式時，充電/放電控制器2900控制充電控制開關4，以給電池6充電。當電池6處于放電模式時，充電/放電控制器2900控制放電控制開關5，以給電池6放電。
盡管已參考示例性實施例具體示出和描述了本發(fā)明，但是本領域的普通技術人員應當意識到，可以不脫離由附加權利要求所限定的本發(fā)明的精神和范圍而在形式和細節(jié)上進行各種改變。
權利要求
1.一種用于鋰離子電池的熔絲裝置，該熔絲裝置包括在外部輸入/輸出端口和裸電池之間的弱電路部分，該弱電路部分形成為電路板上的導電圖案的一部分。
2.根據(jù)權利要求1的熔絲裝置，其中該弱電路部分形成為該導電圖案的臺階形部分。
3.根據(jù)權利要求1的熔絲裝置，其中該弱電路部分形成為該導電圖案的重復臺階形部分。
4.根據(jù)權利要求1的熔絲裝置，其中該弱電路部分形成為該導電圖案的壓緊部分。
5.根據(jù)權利要求1的熔絲裝置，其中該弱電路部分由與該導電圖案的其它部分不相同的材料形成。
6.根據(jù)權利要求1的熔絲裝置，其中該弱電路部分具有適于在電流經(jīng)過該弱電路部分時產(chǎn)生歐姆熱的形狀，該歐姆熱能夠將該弱電路部分與該導電圖案斷開。
7.根據(jù)權利要求1的熔絲裝置，其中該弱電路部分的寬度等于或者小于0.6mm。
8.根據(jù)權利要求1的熔絲裝置，其中該弱電路部分由具有高電阻率的金屬形成。
9.根據(jù)權利要求1的熔絲裝置，其中該弱電路部分由易熱損金屬或者合金形成。
10.一種用于具有正端子和負端子的鋰離子電池的保護電路板，該保護電路板包括正輸入/輸出端口；負輸入/輸出端口；用于控制該鋰離子電池的充放電的充電/放電控制器，該充電/放電控制器在該正輸入/輸出端口和負輸入/輸出端口之間與該電池連接，該充電/放電控制器包括在該正輸入/輸出端口和該鋰離子電池的正端子之間連接的熔絲裝置，并且該熔絲裝置由在該保護電路板上形成的導電圖案中的弱電路部分形成；其中該負輸入/輸出端口通過開關控制電路連接到該鋰離子電池的負端子。
11.根據(jù)權利要求10的保護電路板，其中該開關控制電路包括放電控制開關；連接到該放電控制開關的充電控制開關，該放電控制開關和充電控制開關位于該負輸入/輸出端口和鋰離子電池之間，并且被連接到該負輸入/輸出端口和該鋰離子電池；和用于控制該充電控制開關和放電控制開關的保護電路控制器。
12.根據(jù)權利要求10的保護電路板，其中該熔絲裝置形成為臺階圖案。
13.根據(jù)權利要求10的保護電路板，其中該熔絲裝置形成為重復臺階圖案。
14.根據(jù)權利要求10的保護電路板，其中該熔絲裝置形成為壓緊圖案。
15.根據(jù)權利要求10的保護電路板，其中該熔絲裝置由易熱損導電材料形成。
16.一種鋰離子電池，包括裸電池；和形成在印刷電路板上的保護電路板，該保護電路板被連接到該裸電池，其中該保護電路板包括由該印刷電路板的弱電路部分形成的熔絲裝置。
17.根據(jù)權利要求16的鋰離子電池，其中該弱電路部分產(chǎn)生歐姆熱。
18.根據(jù)權利要求16的鋰離子電池，其中該弱電路部分為臺階圖案。
19.根據(jù)權利要求16的鋰離子電池，其中該弱電路部分為重復臺階圖案。
20.根據(jù)權利要求16的鋰離子電池，其中該弱電路部分為壓緊圖案。
全文摘要
一種用于鋰離子電池的熔絲裝置和使用該熔絲裝置的鋰離子電池。該熔絲裝置包括位于外部輸入/輸出端口和裸電池之間的電路板上的導電圖案中的弱電路部分。使用該電路板的圖案代替常規(guī)的電流熔絲用作過電壓保護部件。由于使用電路板圖案代替常規(guī)的電流熔絲，就使利用最大的電池容量成為可能。此外，可以使用無鉛圖案。
文檔編號H01H85/04GK1722494SQ20051007337
公開日2006年1月18日 申請日期2005年5月31日 優(yōu)先權日2004年5月31日
發(fā)明者金潤九 申請人:三星Sdi株式會社