在PCB上包含LED元件的电池模块.pdf

本发明涉及一种在PCB上包含LED元件的电池模块，更具体地，涉及包含至少两个电池单元的电池模块，所述电池模块包含：安装在电池模块一侧且电连接至电池模块的保护电路板；安装在保护电路板上且显示电池单元的工作状态变化的一个以上LED元件；具有用于LED元件的光透射的窗口且通过包围整个保护电路板而安装在电池模块一侧的盖板；和安装在与盖板的窗口相对应的盖板内侧以便发射LED元件的光的透光LED盖。

权利要求书1.  一种包含至少两个电池单元的电池模块，所述电池模块包含： 安装在电池模块的侧面且电连接至所述电池模块的保护电路板； 安装在保护电路板上且显示电池单元的工作状态变化的至少一个 LED元件； 设置有用于LED元件的光透射的窗口且安装在电池模块的侧面处 以便包围保护电路板的盖板；和 安装在盖板内侧以与盖板的窗口相对应以便发射由LED元件发射 的光的透光LED盖。 2.  根据权利要求1的电池模块，其中所述电池单元为板型电池单 元。 3.  根据权利要求2的电池模块，其中所述板型电池单元为矩形二 次电池或袋型二次电池。 4.  根据权利要求1的电池模块，其中所述电池单元为锂二次电池。 5.  根据权利要求1的电池模块，其中所述工作状态包括选自以下 的至少一种：电池单元的充放电状态，根据电池单元的温度变化或电池 单元的体积变化的异常工作状态，以及电池单元的容量。 6.  根据权利要求1的电池模块，其中所述LED盖包含用于以漫反 射方式传输光的导光板。 7.  根据权利要求6的电池模块，其中所述导光板具有粗糙面以用 于将传输的光进行折射和散射。 8.  根据权利要求6的电池模块，其中所述导光板包含透光的塑性 材料。 9.  根据权利要求1的电池模块，其中所述盖板包含设置在其内部 中心处的连接部以便同时固定所述保护电路板和所述LED盖。 10.  根据权利要求1的电池模块，其中所述盖板还在其外表面设 置有外盖。 11.  根据权利要求1的电池模块，其中所述电池模块包含： 底板，所述底板包含在其上表面上设置有电池单元的容纳部，所 述电池单元以其中电极端子侧向排列的状态进行安装，且在所述容纳 部的周边处设置有向上弯曲的侧壁；和 上盖板，所述上盖板的相对面设置有基于电池单元的电极端子的 向下弯曲的侧壁，且所述上盖板固定到底板的上表面以形成电池模块 的上表面。 12.  根据权利要求11的电池模块，其中所述底板和所述上盖板通 过支架相互固定。 13.  根据权利要求12的电池模块，其中所述支架具有通过焊接而 连接至底板的侧壁的第一侧和通过紧固而连接至上盖板的侧壁的第二 侧。 14.  一种电池组，其包含权利要求1～13中任一项的电池模块。 15.  一种装置，其包含权利要求14的电池组作为电源。 16.  根据权利要求15的装置，其中所述装置选自：电动工具；电 动车辆(EV)、混合电动车辆(HEV)和插电式混合电动车辆(PHEV)；电动 自行车；电动踏板车；电动高尔夫球车；和用于存储电力的系统。

说明书在PCB上包含LED元件的电池模块
技术领域
本发明涉及一种在PCB上包含LED元件的电池模块。更特别地， 本发明涉及一种包含至少两个电池单元的电池模块，其包含：设置在 电池模块的侧面以电连接至电池模块的保护电路板；安装在保护电路 板上且显示电池单元的工作状态变化的至少一个LED元件；设置有用 于LED元件的光透射的窗口且设置在电池模块的侧面处以便包围保护 电路板的盖板；和安装在盖板内侧以与盖板的窗口相对应以便发射由 LED元件发射的光的透光LED盖。
背景技术
在近来已经越来越多地使用的二次电池中，对于因在电池形状方 面的厚度小而可应用于诸如移动电话等产品的矩形二次电池的需求 高，对于在构成电池的材料方面具有高能量密度、高放电电压、高功 率输出稳定性等的锂二次电池诸如锂离子电池、锂离子聚合物电池等 的需求高。
二次电池根据外部和内部结构特性主要地分为圆柱电池、矩形电 池和袋型电池。其中，特别地，可高度一体化地堆叠且具有相对低的 宽长比的矩形电池和袋型电池正受到关注。
此外，二次电池作为电动车辆、混合电动车辆等的能源也正受到 关注，所述电动车辆、混合电动车辆等是解决目前使用化石燃料的现 有汽油车辆、柴油车辆等的空气污染等的可替代选择。因此，由于二 次电池的优势，使用二次电池的应用正越来越多样化，且预期二次电 池未来将用在更多领域和产品中。
照此，随着二次电池的应用领域和产品的多样化，电池同样多样 化以便提供与其相对应的功率输出和容量。另外，应用于所述领域和 产品的电池强烈要求尺寸小且轻质。
例如，小的移动装置诸如移动电话、PDA、数码相机、笔记本电 脑等的每个装置使用一到三个小且轻质的电池单元以便与更小尺寸和 更轻重量的趋势相符。相比之下，由于高功率输出和高容量的要求， 中到大型装置诸如电动汽车、混合动力汽车等使用其中多个电池单元 电连接的电池模块(也称作“中到大型电池组”)。就这一点而言，电池 模块的尺寸和重量直接涉及到中到大型装置的容纳空间、功率输出等， 因此制造商已经投入大量努力制造相对小且轻质的电池模块。
电池模块包含多个电池单元且由此需要检查并控制各个电池单元 的工作状态。例如，有必要通过检测各个电池单元的物理工作状态诸 如电压、温度等来保证最佳工作状态和安全。这种物理工作状态的检 查通过如下配置来实施：其中将用于电压测量的连接元件诸如电线等 连接至作为测量对象的各个电池单元的控制单元的配置，或其中将温 度传感器安装在作为测量对象的各个电池单元的外表面或附近，且使 用连接构件将其检测信号连接至各个电池单元的控制单元的配置。
同时，当将锂二次电池用作电池模块的单元电池时，需要更小心 地考虑电池模块的安全性。锂二次电池在嵌入/脱嵌过程期间在负极经 受相对大的体积变化。即，锂二次电池在重复充放电期间重复地膨胀 和收缩且由此内部电阻通过这种膨胀和收缩而增加，其导致电池性能 显著降低。另外，电池壳由于通过电解质分解产生的气体而分开且由 此电解质漏出并最终可发生起火或爆炸。此外，在这些电池单元中引 起的燃烧或爆炸持续转移到其它电池单元，其可导致严重的情况。
因此，考虑到这些问题，检查使用锂二次电池作为单元电池的中 到大型电池模块的各个单元电池的工作状态可能是必要的，且一些相 关领域公开了使用LED元件作为显示这种工作状态变化的显示单元的 技术。
然而，当使用LED元件显示电池单元的工作状态变化时，光学显 示单元的盖导致光损失，且由于LED的光平直度而不容易进行光漫射， 由此难以看到发射自LED元件的光。另外，当为了使LED元件的光漫 射而用单独的漫射膜处理LED元件或通过制造成单独的灯而使LED元 件露出时，需要另外的制造过程，使用更多的部件，且其外观不漂亮。
另外，通过考虑设置有安装的电池模块的装置的结构特性，存在 高的需求来制造紧凑、高度结构稳定的电池模块。
因此，存在非常高的需求来开发可解决这些问题且满足这些需求 的技术。
发明内容
技术问题
因此，已经完成了本发明以解决上面的问题和其它仍要解决的技 术问题。
即，本发明的一个目的是提供一种电池模块，其包含设置有用于 LED元件的光透射的窗口且安装在电池模块的侧面处以便包围保护电 路板的盖板和安装在盖板内侧以与盖板的窗口相对应以便发射由LED 元件发射的光的透光LED盖，以此将发射自LED元件的光进行有效的 漫射且由此容易看到，并获得完全的遮蔽功能且由此有可能从PCB直 接产生光。
本发明的另一个目的是提供一种电池模块，其使用简单的制造过 程制造，而无需另外的制造过程诸如向LED元件附加漫射膜或通过制 造成单独的灯而使LED元件露出。
本发明的另一个目的是提供一种具有高结构稳定性和紧凑结构的 电池模块。
技术方案
根据本发明的一个方面，提供一种包含至少两个电池单元的电池 模块，所述电池模块包含：安装在电池模块的侧面且电连接至电池模 块的保护电路板；安装在保护电路板上且显示电池单元的工作状态变 化的至少一个LED元件；设置有用于LED元件的光透射的窗口且安装 在电池模块的侧面处以便包围保护电路板的盖板；和安装在盖板内侧 以与盖板的窗口相对应以便发射由LED元件发射的光的透光LED盖。
即，本发明提供一种电池模块，其包含：设置有用于LED元件的 光透射的窗口且安装在电池模块的侧面处以便包围保护电路板的盖 板；和安装在盖板内侧以与盖板的窗口相对应以便发射由LED元件发 射的光的透光LED盖，以此将发射自LED元件的光进行有效的漫射且 由此容易看到，并获得完全的遮蔽功能且由此有可能从PCB直接产生 光。
根据本发明的电池单元可例如为板型电池单元或其中电池单元容 纳在矩形电池壳中的矩形电池。这种矩形电池可以通过如下制造：将 电池单元插入矩形电池壳中，将设置有突出型负极端子的顶盖连接至 电池壳的开口顶端，且通过在顶盖处形成的电解质入口将电解质注入。
另外，可将电池单元应用于使用由包含树脂层和金属层的层压片 构成的袋型电池壳的二次电池。
根据本发明的电池壳可以应用于其中用含锂的电解质对电极组件 进行浸渍的锂离子二次电池，其中用凝胶型含锂的电解质对电极组件 进行浸渍的锂离子聚合物电池等。
通常，锂二次电池包括正极、负极、隔膜和含锂盐的非水电解质。
正极可通过例如将正极活性材料、导电材料和粘合剂的混合物涂 布在正极集电器上且将涂布的正极集电器进行干燥而制造。根据需要， 混合物可还包含填料。
正极活性材料的实例包括但不限于：层状化合物如锂钴氧化物 (LiCoO2)和锂镍氧化物(LiNiO2)或者被一种以上过渡金属替换的化合 物；由Li1+xMn2-xO4(其中0≤x≤0.33)表示的锂锰氧化物如LiMnO3、 LiMn2O3和LiMnO2；锂铜氧化物(Li2CuO2)；钒氧化物如LiV3O8、LiV3O4、 V2O5和Cu2V2O7；具有式LiNi1-xMxO2(其中M＝Co、Mn、Al、Cu、Fe、 Mg、B或Ga，且0.01≤x≤0.3)的Ni位点型锂镍氧化物；具有式 LiMn2-xMxO2(其中M＝Co、Ni、Fe、Cr、Zn或Ta，且0.01≤x≤0.1)或式 Li2Mn3MO8(其中M＝Fe、Co、Ni、Cu或Zn)的锂锰复合氧化物；其中一 部分Li原子被碱土金属离子替换的LiMn2O4；二硫化物化合物；和 Fe2(MoO4)3。
基于包含正极活性材料的混合物的总重量，通常以1～30重量％的 量添加导电材料。对于导电材料没有特别限制，只要其在制造的电池 中不引起化学变化且具有导电性即可。导电材料的实例包括石墨如天 然或人造石墨；炭黑类如炭黑、乙炔黑、科琴黑、槽法炭黑、炉黑、 灯黑和热裂法炭黑；导电纤维如碳纤维和金属纤维；金属粉末如氟化 碳、铝粉和镍粉；导电晶须如氧化锌晶须和钛酸钾晶须；导电金属氧 化物如二氧化钛；以及聚亚苯基衍生物。
粘合剂是辅助电极活性材料与导电材料之间的粘合及辅助电极活 性材料对电极集电器的粘合的成分。基于包含正极活性材料的混合物 的总重量，通常以1～30重量％的量添加粘合剂。粘合剂的实例包括但 不限于聚偏二氟乙烯、聚乙烯醇、羧甲基纤维素(CMC)、淀粉、羟丙基 纤维素、再生纤维素、聚乙烯基吡咯烷酮、四氟乙烯、聚乙烯、聚丙 烯、乙烯-丙烯-二烯三元共聚物(EPDM)、磺化的EPDM、丁苯橡胶、氟 橡胶和各种共聚物。
填料任选地用作抑制正极膨胀的成分。填料没有特别限制，只要 其为在制造的电池中不引起化学变化的纤维材料即可。填料的实例包 括烯烃基聚合物如聚乙烯和聚丙烯；以及纤维材料如玻璃纤维和碳纤 维。
负极可以通过将负极活性材料涂布在负极集电器上，并将涂布的 负极集电器进行干燥而制造。在某些情况下，还可将上述成分涂布到 负极集电器上。
负极活性材料的实例包括但不限于碳如硬碳和石墨类碳；金属复 合氧化物如LixFe2O3(其中0≤x≤1)、LixWO2(其中0≤x≤1)、 SnxMe1-xMe’yOz(其中Me：Mn，Fe，Pb或Ge；Me’：Al，B，P，Si，I、 II和III族元素，或者卤素；0<x≤1；1≤y≤3；且1≤z≤8)；锂金属；锂合 金；硅基合金；锡基合金；金属氧化物如SnO、SnO2、PbO、PbO2、 Pb2O3、Pb3O4、Sb2O3、Sb2O4、Sb2O5、GeO、GeO2、Bi2O3、Bi2O4和 Bi2O5；导电聚合物如聚乙炔；和Li-Co-Ni基材料。
隔膜设置在正极与负极之间，作为隔膜，使用具有高离子渗透性 和高机械强度的薄绝缘膜。隔膜通常具有0.01～10μm的孔径和5～300 μm的厚度。作为隔膜，例如使用具有耐化学性和疏水性的由以下制成 的片或无纺布：烯烃聚合物如聚丙烯；或玻璃纤维或聚乙烯。当将固 体电解质如聚合物等用作电解质时，固体电解质也可充当隔膜。
含锂的非水电解质由极性有机溶剂和锂盐组成。所述电解质可以 为非水液体电解质、有机固体电解质、无机固体电解质等。
非水液体电解质的实例包括非质子有机溶剂如N-甲基-2-吡咯烷 酮、碳酸亚丙酯、碳酸亚乙酯、碳酸亚丁酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙 酯、γ-丁内酯、1,2-二甲氧基乙烷、四氢呋喃、2-甲基四氢呋喃、二甲 基亚砜、1,3-二氧戊环、甲酰胺、二甲基甲酰胺、二氧戊环、乙腈、硝 基甲烷、甲酸甲酯、乙酸甲酯、磷酸三酯、三甲氧基甲烷、二氧戊环 衍生物、环丁砜、甲基环丁砜、1,3-二甲基-2-咪唑啉酮、碳酸亚丙酯衍 生物、四氢呋喃衍生物、醚、丙酸甲酯和丙酸乙酯。
有机固体电解质的实例包括聚乙烯衍生物、聚环氧乙烷衍生物、 聚环氧丙烷衍生物、磷酸酯聚合物、聚搅拌赖氨酸、聚酯硫化物、聚乙 烯醇、聚偏二氟乙烯和含有离子解离基团的聚合物。
无机固体电解质的实例包括但不限于锂(Li)的氮化物、卤化物和硫 酸盐如Li3N、LiI、Li5NI2、Li3N-LiI-LiOH、LiSiO4、LiSiO4-LiI-LiOH、 i2SiS3、Li4SiO4、Li4SiO4-LiI-LiOH和Li3PO4-Li2S-SiS2。
锂盐是易溶于非水电解质的材料且其实例包括但不限于LiCl、 iBr、LiI、LiClO4、LiBF4、LiB10Cl10、LiPF6、LiCF3SO3、LiCF3CO2、 iAsF6、LiSbF6、LiAlCl4、CH3SO3Li、CF3SO3Li、(CF3SO2)2NLi、氯硼 烷锂、低级脂族羧酸锂、四苯基硼酸锂和氨基锂。
另外，为了改善充放电特性和阻燃性，例如，可以向非水电解质 中添加吡啶、亚磷酸三乙酯、三乙醇胺、环醚、乙二胺、正甘醇二甲 醚、六磷酰三胺(hexaphosphoric triamide)、硝基苯衍生物、硫、醌亚胺 染料、N-取代的唑烷酮、N,N-取代的咪唑烷、乙二醇二烷基醚、铵盐、 吡咯、2-甲氧基乙醇、三氯化铝等。如果必要，为了赋予不燃性，非水 电解质可还包含含卤素的溶剂如四氯化碳、三氟乙烯。此外，为了改 善高温储存特性，非水电解质可还包含二氧化碳气体。
同时，安装在保护电路板上的LED元件显示电池单元的工作状态 变化，特别地，工作状态可以为选自如下至少一种：电池单元的充放电 状态，根据电池单元的温度变化、或电池单元的体积变化的异常工作状 态，和电池单元的容量。
虽然现有的LED元件的问题在于光学显示单元的盖导致光损失， 且发射自LED元件的光由于LED的光平直度而不容易进行光漫射，并 由此难以看到，根据本发明的LED盖可解决上述问题，因为所述LED 盖包含用于以漫反射方式传输光的导光板。
导光板没有特别限制，只要其具有其中为了引起漫反射而将不规 则进行重复的一般结构即可。在具体的实施方式中，导光板可具有粗 糙面以用于传输的光进行折射和散射且可由透光的塑性材料形成。
因此，因为根据本发明的电池模块包含透光的LED盖，所以发射 自LED元件的光在通过透光的LED盖的同时进行散射和漫射，且因此 可以容易看到。
另外，在根据本发明的电池模块中，将盖板安装在电池模块的侧 面处以便完全地包围保护电路板以提供完全的遮蔽功能。
在具体实施方式中，盖板可包含设置在其内部中心的连接部以便 同时固定保护电路板和LED盖。
因此，保护电路板可以被牢固地固定在盖板的内部中心处且还可 以通过形成在盖板上的用于光传输的窗口将自LED元件的光发射到外 面。
另外，盖板可还在其外表面设置有外盖。外盖可形成电池模块的 外观且提供完全的遮蔽功能。
在另一个具体实施方式中，电池模块可包含：底板，所述底板包 含在其上表面上设置有电池单元的容纳部，所述电池单元以其中电极 端子侧向排列的状态进行安装，且在其外缘处设置有向上弯曲的侧壁； 和上盖板，所述上盖板的相对面设置有基于电池单元的电极端子的向 下弯曲的侧壁且固定到底板的上表面以形成电池模块的上表面。
底板和上盖板可通过支架相互固定。
特别地，支架可具有优选通过焊接而固定地安装在底板的侧壁处 的第一侧和通过紧固而连接至上盖板的侧壁的第二侧。
支架与上盖板之间的紧固可使用上盖板的弹性变形实施，例如通 过在上盖板的侧壁处形成突出部分，在支架的侧壁处形成具有与所述突 出部分的尺寸相对应的尺寸的凹进部分，且将所述突出部分连接至所述 凹进部分。
突出部分和凹进部分可在相应位置包含紧固孔且通过利用紧固构 件的紧固而经紧固孔相互固定。
因此，上盖板可由于其弹性而容易地连接至支架，并因此可更容 易地实施连接组装过程且上盖板可牢固地、稳定地固定至与保护电路板 和LED盖固定在一起的上盖板。
本发明提供包含所述电池模块的电池组和包含所述电池组作为电 源的装置。
根据本发明的电池模块具有非常紧凑的具有高结构稳定性的结 构。因此，包含这种电池模块的电池组可以应用于需要小安装空间和抗 外力安全性的各种装置。
所述装置的实例包括但不限于电动工具；电动车辆(EV)、混合电 动车辆(HEV)和插电式混合电动车辆(PHEV)；电动自行车；电动踏板车； 电动高尔夫球车；及用于存储电力的装置。
附图说明
图1是根据本发明实施方式的电池模块的图；
图2是连接至图1的电池模块的侧面的盖板的立体透视图；
图3是根据本发明实施方式的盖板的图；
图4是根据本发明实施方式的LED盖和保护电路板的截面图；
图5是根据本发明实施方式的LED盖的平面图；及
图6是根据本发明另一个实施方式的电池模块的透视图。
具体实施方式
现在将参考以下实施例对本发明进行更详细地说明。这些实施例 仅用于说明本发明而提供且不应解释为限制本发明的范围和主旨。
图1是根据本发明实施方式的电池模块100的图。图2是连接至 图1的电池模块100的侧面的盖板的立体透视图；
参照图1和2，电池模块100包含：安装在电池模块100的侧面 处且电连接至电池模块100的保护电路板210，安装在保护电路板210 上且显示电池单元的工作状态变化的LED元件(未示出)，设置有用于 透射发射自LED元件的光的窗口110且安装在电池模块100的侧面处 以便完全包围保护电路板210的盖板200，安装在盖板200的内侧处以 与盖板200的窗口110相对应以便发射由LED元件发射的光的透光 LED盖220。盖板200在其外表面设置有外盖230。
图3是根据本发明实施方式的盖板200的图。
参照图3，盖板200在其内部中心处设置有连接部以便同时固定 保护电路板210和LED盖220且由此将保护电路板210和LED盖220 同时固定。固定的保护电路板210和LED盖220可以防止由于电池单 元的外部冲击或内部变形而脱落至外侧、旋转等且由此可以在组装上 实现效率提高效果。
图4是根据本发明实施方式的LED盖220和保护电路板210的截 面图。图5是根据本发明实施方式的LED盖220的平面图。
参照图4，用于显示电池单元的工作状态变化的LED元件211安 装在保护电路板210上且显示信息诸如电池单元的充放电状态，根据 电池单元的温度变化、或电池单元的体积变化的异常工作状态及电池 单元的容量等。
如上所述，LED元件211由于盖板200的窗口110而经受光损失， 且发射自LED元件211的光由于LED的光平直度而不容易漫射且由此 难以看到。为了解决这些问题，安装用以发射由LED元件211发射的 光的透光LED盖220。
参照图5，LED盖220包含用于以漫反射的方式传输光的导光板 230，导光板230具有粗糙面以用于传输的光进行折射和散射且由透光 的塑性材料制成。
粗糙面确保发射自LED元件211的光在通过具有粗糙面的导光板 230的同时进行散射和漫射且由此发射自LED元件211的光可以容易 看到。
图6是根据本发明的另一个实施方式的电池模块的透视图。
参照图6，上盖板500包含向下弯曲的侧壁510，且通过安装在底 板300处的支架400连接至底板300。
特别地，上盖板500包含与在支架400上形成的凹进部分相对应 的突出部分511、512和513。突出部分511、512和513包含可通过螺 栓与凹进部分的紧固孔分别固定的紧固孔(未示出)。
上盖板500与支架400通过紧固的连接使用上盖板500的弹性变 形，且由此确保上盖板500通过其弹性而容易地安置在支架400的正 确位置。因此，可以更容易地实施连接组装过程。
另外，上盖板500在其外表面处设置有补强圈(reinforcing bead)520 以增强上盖板500的刚性，且设置有沿上盖板500的边缘形成的多个 通气孔530。
由前述显而易见，根据本发明的电池模块包含上述的盖板且由此 可以更容易的实施连接组装过程，盖板可以牢固地且稳定地与保护电 路板和LED盖固定在一起。
本领域技术人员可以以上述内容为基础，在本发明的范围内进行 各种应用和变化。
工业应用性
由前述显而易见，根据本发明的电池模块包含LED元件，所述 LED元件的光有效地进行漫射且由此容易看到；具有完全的遮蔽功能 且由此有可能从PCB直接产生光；且具有紧凑的具有高结构稳定性的 结构。