用于电动车的二次电池的安全开关及利用其的用于电动车的二次电池的充放电系统 |
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| 申请号 | CN200980115143.4 | 申请日 | 2009-04-28 | 公开(公告)号 | CN102017350A | 公开(公告)日 | 2011-04-13 |
| 申请人 | SK能源株式会社; | 发明人 | 张洙晔; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及 电动车 的二次 电池 的安全 开关 及利用其的电动车的二次电池的充放电系统，更具体地说，涉及能够通过操作附接到电动车的二次电池的外部的、用于电动车的二次电池的开关，以在由于用于电动车的二次电池的异常使用(例如，过充、受热、断路、反向连接等)二次电池膨胀或者过量 短路 电流 沿着二次电池的 电路 流动的情况下切断二次电池和电动车驱动 电机 之间的连接，来保护二次电池的技术。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种用于电动车的二次电池的安全开关，该用于电动车的二次电池的安全开关包括： |
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| 说明书全文 | 用于电动车的二次电池的安全开关及利用其的用于电动车的二次电池的充放电系统 技术领域[0001] 本发明涉及用于电动车的二次电池的安全开关及利用该开关的用于电动车的二次电池的充放电系统，更具体地说，涉及能够通过操作安装到用于电动车的二次电池的外部的二次电池开关，以在使用电动车的二次电池时由于二次电池的异常状态(例如，过充、受热、短路、反向连接等)造成的使二次电池膨胀的膨胀现象而导致的二次电池膨胀或者过量短路电流流进二次电池的电路时，断开电动车的驱动电机到二次电池的连接，来保护该二次电池的技术。 背景技术[0003] 其中，锂离子电池由于例如寿命长、容量大等的优良特性而成为下一代电源的关注焦点。 然而，问题是当锂离子电池暴露于由于过充和受热(这增加了电池的内部压力)造成的异常环境时锂离子电池由于内部的电化学反应而产生气体。 [0004] 锂离子电池由于其内部压力增加而膨胀。 具体地说，由于当诸如过充等的导常时间持续时电解质或活性材料的部分分解而使锂离子电池的内部压力和温度突然增加，使得存在引起锂离子电池爆炸或者起火的风险。 [0005] 此外，当锂离子电池暴露于例如短路和反向连接的导常环境中时，过量的短路电流流进锂电池的主电路，导致诸如过量电化学反应和短路的现象，使得存在引起锂离子电池爆炸或起火的风险。 [0006] 为了解决上述问题，进行了各种热和电安全性测试，例如过充、受热、短路、反向连接等，以便检验二次电池的安全性。 [0007] 在这种情况下，在测试二次电池的安全性时，在热和电安全性测试环境中二次电池不应该冒烟、燃烧和爆炸。 [0008] 同时，至今进行了各种尝试以提高二次电池的安全性。 其中，开发了通过二次电池壳体的裂开部释放二次电池内部产生的气体的方法和利用二次电池中的裂开盘直接断开二次电池的主电路的方法。 [0009] 在这种情况下，当内部压力由于在诸如过充等的异常环境中产生的气体而超过设计值时，通过使二次电池的密封部裂开或者使二次电池的电源断开，使二次电池的内部压力降低，并确保其安全性。 然而，密封部裂开时产生的火花起点火源的作用，使得存在引起二次电池爆炸和起火的问题。 [0010] 为了解决上述问题，提出了利用开关的二次电池的保护装置。 [0011] 图1是相关技术的专利申请10-2006-0041576(标题：Protective Circuitfor Secondary Battery And Secondary Battery Using The Same；申请日：2006年5月9日)的代表图。 [0014] 电阻器R1的另一端连接到二次电池V1的负(-)极。 二次电池V1和外部电池的负(-)极彼此连接。 [0015] 在该结构中，电阻器R1可以直接连接到双金属BM1或者通过导线连接到双金属BM1。 [0016] 下面，来描述具有上述结构的相关技术的操作。 [0017] 接着，双金属BM1在常温下将二次电池V1的正(+)极连接到外部电极的正(+)极，并且通过电阻器R1将二次电池V1的正(+)极连接到外部电极的负(-)极。 [0018] 接着，二次电池V1在高温下被短路，以中断来自外部电极的电流供应并通过双金属BM1和电阻器R1释放电流。 [0019] 具有上述结构和操作的相关技术根据温度控制开关操作，以保护二次电池；然而，问题在于使用了昂贵双金属装置来执行上述的根据温度的开关操作。 [0020] 此外，难以精确控制根据温度工作的双金属装置，并且存在的问题是当在高温状态下没有执行开关操作时二次电池完全暴露于危险之中。 [0021] 此外，相关技术能够在保护二次电池免于过充方面部分地保护二次电池；然而，存在的问题在于相关技术没有应对二次电池故障或误用(例如，短路、反向连接等)的对策。 [0022] 此外，存在的问题在于相关技术还没有建立同时解决由于过充等导致的二次电池中的化学变化和由于短路导致的过量短路电流而造成的膨胀现象的方法。 发明内容[0023] 本发明的一个目的是提供一种用于电动车的二次电池的安全开关，其能够防止由于在用于电动车的二次电池使用期间在过充和受热情形下由于用于电动车的二次电池的内部压力的增加产生的、用于电动车的二次电池的膨胀现象所导致的二次电池的裂开和由于有害气体的释放导致的二次电池的爆炸和起火。 [0024] 本发明的另一个目的是提供一种用于电动车的二次电池的安全开关，其能够防止在用于电动车的二次电池使用期间在短路和反向连接情形下产生的、由于过量短路电池导致的用于电动车的二次电池的裂开和由于有害气体的释放导致的二次电池的爆炸和起火。 [0025] 本发明的另一个目的是提供一种使用用于电动车的二次电池的安全开关的用于电动车的二次电池的充放电系统，其能够防止由于在用于电动车的二次电池的异常操作(例如，过充、受热、短路等)导致的二次电池的的爆炸。 [0026] 在一个总的方面，一种用于电动车的二次电池的安全开关包括：切割部件110，其附接到通过连接至少两个二次电池构成的用于所述电动车的所述二次电池中的任何一个二次电池10的一个表面上，并且所述切割部件110具有切割主体112；以及被切部件120，其附接到另一二次电池20的一个表面上同时面对所述切割部件110，并且被切部件120包括接近所述切割部件110的切割主体112的被切主体123，并且在所述二次电池由于膨胀现象而膨胀时，所述被切部件120由接近的所述切割主体112切断，以使所述二次电池电断开。 [0027] 所述切割部件110可以包括附接到任何一个二次电池10的切割主体支撑部111和从该切割主体支撑部111向外凸出并具有由刀113形成的端部的切割主体112。 [0028] 附接到所述另一二次电池20的被切部件120可以包括被切主体支撑部121和被切主体123，被切主体支撑部121具有使切割主体112插入的切割主体插入槽122，被切主体123叠在被切主体支撑部121的整个表面上并且在板中央具有由切割主体112切断的切割部124。 [0029] 所述被切主体123可以连接到所述另一二次电池20上并且可以以在产生短路电流时熔化的熔丝结构形成。 [0030] 所述被切主体123可以设置有多个孔123或者凹口，以便于切断和熔化。 [0031] 所述切割部件110和所述被切部件120可以由吸收所述被切主体123熔化时产生的热量和火花的材料来保护。 [0032] 所述切割部件110和所述被切部件120可以涂敷有阻燃绝缘材料。 [0033] 在另一个总的方面，一种用于电动车的二次电池的充放电系统包括：用于电动车的二次电池200，其通过堆叠向电动车供电的至少两个二次电池201构成；充电器220，在该充电器220中被充入用于所述电动车的二次电池200产生的电力；驱动电机 240，其提供有来自用于所述电动车的二次电池200的电力，以产生动力；逆变器单元 230，其控制所述驱动电机240的速度和方向；电池继电器单元210，其控制用于所述电动车的二次电池200和驱动电机240之间的连接；以及至少一个安全开关100，其设置在构成用于所述电动车的二次电池200的二次电池之间，并根据由于用于所述电动车的二次电池200的膨胀现象导致的移位来控制所述所述二次电池的电断开操作。 [0034] 在用于所述电动车的二次电池200中产生移位时可以操作用于所述电动车的二次电池的安全开关100，以中断用于所述电动车的二次电池200和驱动电机240之间的电路连接。 [0035] 【有效效果】 [0036] 根据本发明的用于电动车的二次电池的安全开关和用于电动车的二次电池的充放电系统，通过单个装置可以安全地保护由于二次电池的过充、短路、反向连接和受热引起的膨胀现象和由于短路电流引起的二次电池的热量产生和爆炸。 [0037] 此外，本发明通过感测二次电池的膨胀现象以在二次电池的内部压力增加时直接中断主电路的方法从根本上中断充电电力，由此使得可以在不引起二次电池泄漏或裂开的情况下能够保护二次电池。 [0038] 此外，本发明能够防止由于二次电池裂开时产生的气体所引起的二次电池的起火和爆炸。 [0040] 根据结合附图给出的对优选实施方式的以下描述，本发明的上述及其他目的、特征和优点将变得清楚，其中： [0041] 图1是根据相关技术的二次电池的安全装置的截面图； [0042] 图2是二次电池的膨胀现象的概念图； [0043] 图3是示出了本发明的用于电动车的二次电池的安全开关的切割部件的侧视图； [0044] 图4中(a)是示出了本发明的用于电动车的二次电池的安全开关的被切部件的侧视图； [0045] 图4中(b)是示出了本发明的用于电动车的二次电池的安全开关的被切部件的正视图； [0046] 图5是示出了本发明的用于电动车的二次电池的安全开关的侧视图； [0047] 图6中(a)是示出了本发明的用于电动车的二次电池的安全开关的正常状态的状态图； [0048] 图6中(b)是示出了本发明的用于电动车的二次电池的安全开关的工作状态的状态图； [0049] 图7是示出了本发明的用于电动车的二次电池的安全开关的被切部件密封在二次电池中的状态的概念图；以及 [0050] 图8是示出了本发明的用于电动车的二次电池的安全开关连接到电动车的电机和充电控制电路的状态的概念图。 [0051] 【主要元件的详细描述】 [0052] 10：任何一个二次电池 20：另一个二次电池 [0053] 21：正极 22：负极 [0054] 30：第一连接线 40：第二连接线 [0055] 100：用于电动车的二次电池的安全开关 110：切割部件 [0056] 111：切割主体支撑部 [0057] 112：切割主体 113：刀 [0058] 120：被切部件 121：被切主体支撑部 [0059] 122：切割主体插入槽 [0060] 123：被切主体 124：被切主体的切割部 [0061] 125：孔 200：用于电动车的二次电池[0062] 201：二次电池 210：电池继电器单元 [0063] 211：第一电池继电器 212：第二电池继电器 [0064] 220：充电器 230：逆变器单元 [0065] 240：驱动电机 具体实施方式[0066] 此后，将参考附图详细描述本发明的实施方式。 此后，参照附图来详细描述根据本发明的用于电动车的二次电池的安全开关及使用该开关的用于电动车的二次电池的充放电系统。 作为示例，提供了下面要描述的附图，使得本发明的构思能够充分地传递给本发明所属领域的技术人员。 因此，本发明可以以许多不同形式实施，而不限于下面要描述的附图。 此外，整个说明书中，相同的附图标记表示相同的部件。 [0067] 同时，除非另外定义了这里所用的技术和科学术语，否则它们具有本发明所属领域的技术人员所理解的意义。 省略已知的功能和组件，以便不至于以不必要的细节混淆本发明的描述。 [0068] 图2是二次电池的膨胀现象的概念图，图3是示出了本发明的用于电动车的二次电池的安全开关的切割部件的侧视图，图4中(a)是示出了本发明的用于电动车的二次电池的安全开关的被切部件的侧视图，图4中(b)是示出了本发明的用于电动车的二次电池的安全开关的被切部件的正视图，图5是示出了本发明的用于电动车的二次电池的安全开关的侧视图，图6中(a)是示出了本发明的用于电动车的二次电池的安全开关的正常状态的状态图，图6中(b)是示出了本发明的用于电动车的二次电池的安全开关的工作状态的状态图，图7是示出了本发明的用于电动车的二次电池的安全开关的被切部件密封在二次电池中的状态的概念图，而图8是示出了本发明的用于电动车的二次电池的安全开关连接到电动车的电机和充电控制电路的状态的概念图。 [0069] 首先，下面参照图2来描述二次电池10的膨胀现象。 [0070] 接着，图2中(a)是二次电池10的正视图，图2中(b)是二次电池10的侧视图，而图2中(c)示出了由于二次电池10的故障(例如过充、反向连接等)引起的膨胀现象使二次电池10膨胀的状态。 [0071] 接着，二次电池10具有密封结构。考虑到密封结构的特性，当二次电池10处于诸如过充、短路、反向连接、受热等瞬态(transit state)时从二次电池10内部产生气体，使二次电池10膨胀。 如果该膨胀继续，则二次电池10会从其内部泄漏诸如电解质等的化学物质，或者如果泄漏了相当多的化学物质可能会燃烧并爆炸。 [0072] 接着，参照图3到图5来描述根据本发明的用于电动车的二次电池的安全开关100，用于防止二次电池10的上述膨胀现象。 [0073] 如图3到5所示，用于电动车的二次电池的安全开关100配置成包括具有切割主体112的切断组件110和具有通过切割部件110的切割主体112被切断的被切主体123的被切部件120。 [0074] 在该结构中，切割部件110配置成包括切割主体支撑部111和从该切割主体支撑部111向外凸出并且具有由刀113形成的端部的切割主体112。 [0075] 此外，附接到另一二次电池20的被切部件120配置成包括具有使切割主体112插入的切割主体插入槽122的被切主体支撑部121和叠在被切主体支撑部121的整个表面上并且在板中央具有由切割主体112切断的切割部124的被切主体123。 [0076] 在该结构中，被切主体123具有与切割主体112相同的宽度并且设置有多个孔125或者凹口，以便容易被切断或者熔化，其中，孔125优选具有菱形。 [0077] 此外，优选的是被切主体123由具有低熔点以易于熔化的材料制成。 [0078] 接着，具有上述结构的用于电动车的二次电池的安全开关100安装在至少两个二次电池201之间，用作用于电动车的二次电池200的安全装置，其中，通过电连接所述至少两个二次电池201来构造二次电池200。 [0079] 参照图6和图7来描述用于电动车的二次电池的安全开关100插在二次电池之间的状态及其操作。 [0080] 如图6中(a)所示，用于电动车的二次电池的安全开关100的切割部件110附接到任何一个二次电池10的一个表面，而被切部件120附接到另一二次电池20的面向切割部件110的一个表面。 [0081] 在这种情况下，描述了任何一个二次电池10和另一个二次电池20应用于堆叠了至少两个二次电池的、用于电动车的二次电池200中的两个二次电池的示例。 [0082] 接着，如图7所示，在被切部件120中，被切主体123的上部通过第一连接线30连接到任何一个二次电池20的正极21上，而被切主体123的下部通过第二连接线40连接到另一二次电池20的负极22上。 [0083] 然后，当任何一个二次电池10和另一个二次电池20由于诸如过充、受热、短路、反向连接等情形导致的膨胀现象(swelling phenomenon)造成膨胀时，操作用于电动车的二次电池的安全开关100。 [0084] 如图6中(b)所示，切割部件110通过由于膨胀现象导致膨胀的任何一个二次电池10和另一二次电池20而接近被切部件120。 [0085] 接着，具有设置在切割部件110中的刀113的切割主体112切断被切部件120的被切主体123的切割部124，并由于切割部件110和被切部件120的接近而插入切割主体插入槽122中。 [0086] 接着，切割部124被切断，以使任何一个二次电池10与另一二次电池20电地断开，使得用于电动车的二次电池200停止供电并且阻止任何一个二次电池10和另一二次电池20的膨胀现象，由此防止二次电池爆炸和起火。 [0087] 同时，在用于电动车的二次电池200的充放电系统的电路连接部何时产生短路电流时，通过感应使被切主体123熔化。 [0088] 接着，下面来描述所述熔化。被切主体123的切割部124被熔化，以防止另一二次电池20由于短路电流的产生而异常操作，使得通过第一连接线30和第二连接线40连接的正极21和另一二次电池20的负极22彼此断开连接，由此停止另一二次电池20的操作。 [0089] 此外，优选的是，将阻燃绝缘材料或者能够吸收热量和火花的材料涂敷到切割部件110和被切部件120的整个表面，以防止在切断被切主体123时产生的电火花扩散。 [0090] 此外，优选的是利用能够吸收在被切主体123被切断或者熔化时产生的过量热量和它熔化时产生的热量及火花的材料，来保护被切主体123。 [0092] 接着，参照图8来描述具有用于电动车的二次电池的安全开关100的用于电动车的二次电池的充放电系统。 [0093] 如图8所示，用于电动车的二次电池的充放电系统配置成包括：用于电动车的二次电池200，其通过堆叠至少两个向电动车供电的二次电池201构成；充电器220，其中被充入从用于电动车的二次电池200产生的电力；驱动电机240，其提供有来自用于电动车的二次电池200的电力，以产生动力；逆变器单元230，其控制驱动电机240的速度和方向；电池继电器单元210，其控制用于电动车的二次电池200和驱动电机240之间的连接；以及至少一个用于电动车的二次电池的安全开关100，其设置在构成用于电动车的二次电池200的多个二次电池之间并根据由于用于电动车的二次电池的膨胀现象导致的移位来控制二次电池的断开电连接的操作。 [0094] 接着，用于电动车的二次电池200向驱动电机240提供驱动电力，其中，用于电动车的二次电池200和驱动电机240通过电路连接并且电路之间的连接由电池继电器单元210控制。 [0095] 接着，电池继电器单元210由第一电池继电器211和第二电池继电器212的对构成。 [0096] 接着，电池继电器单元210执行控制，以将电力提供给驱动电机240并在充电器220中充入从用于电动车的二次电池200产生的电力。 [0097] 接着，通过提供在充电器220中充入的、从用于电动车的二次电池200产生的电力，来驱动该驱动电机240。 [0098] 接着，逆变器单元230由四个逆变器构成，以控制驱动电机的速度和方向。 [0099] 尽管逆变器230使用了四个逆变器，来帮助理解这里的解释，但可以根据驱动电机240的工作状态和尺寸来改变。 [0100] 接着，当电池中继单元210执行控制、向驱动电机240供电、逆变器单元230控制驱动电机240以及在充电器220中充入电力的过程中由于诸如过充、反向连接、受热和短路的故障，导致构成用于电动车的二次电池200的至少一个二次电池201中存在高于设定值的移位或者过量短路电流流入其中时，操作用于电动车的二次电池的安全开关100。 [0101] 接着，在高于设定值的移位由于膨胀现象而应用于用于电动车的二次电池200时，用于电动车的安全开关100使被切主体123切断，在过量短路电流流入用于电动车的二次电池200时，使被切主体123熔化，由此直接中断用于电动车的二次电池200和驱动电机240之间的电路连接。 [0102] 【工业适用性】 [0103] 根据本发明的用于电动车的二次电池的安全开关和用于电动车的二次电池的充放电系统，可以通过单个装置安全地保护由于二次电池的过充、短路、反向连接和受热引起的膨胀现象和由于短路电流引起的二次电池的热量产生和爆炸。 [0104] 此外，本发明通过感测二次电池的膨胀现象以在二次电池的内部压力增加时直接中断主电路的方法从根本上中断充电电力，由此使得可以在不引起二次电池泄漏或裂开的情况下保护二次电池。 [0105] 此外，本发明能够防止由于二次电池裂开时产生的气体导所引起的二次电池的起火和爆炸。 [0106] 此外，本发明能够防止人体受到由于二次电池裂开时产生的有害气体导致的损害。 |
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