JP5064957B2

JP5064957B2 - 二次電池

Info

Publication number: JP5064957B2
Application number: JP2007260060A
Authority: JP
Inventors: 鎮泰洪; 仁奎朴; 雲成白
Original assignee: Samsung SDI Co Ltd
Current assignee: Samsung SDI Co Ltd
Priority date: 2006-10-30
Filing date: 2007-10-03
Publication date: 2012-10-31
Anticipated expiration: 2027-10-03
Also published as: CN101174680A; US20080102357A1; EP1919022A1; JP2008112725A; KR100833744B1; KR20080038700A; US8637172B2; EP1919022B1

Description

本発明は、二次電池に関し、より詳しくは、ベアセルと保護回路との間の結合がモールディングではなく、機械的な締結方式によってなされた二次電池に関する。

最近では、携帯用無線電話機、ノート型ＰＣ、ＰＤＡ(ｐｅｒｓｏｎａｌｄｉｇｉｔａｌ[ｄａｔａ] ａｓｓｉｓｔａｎｔ)、デジタルカメラなどのコンパクト化及び軽量化を実現した電気/電子装置などが盛んに開発及び生産されている。このような携帯用電気/電子装置は、別途の電源が設置されていない場所でも作動できるように電池パックを内蔵している。内蔵された電池パックは、携帯用電気/電子装置を一定期間駆動するために一定レベルの電圧を出力できるように、内部に少なくとも一つの電池を備えている。

上記電池パックは最近では、経済性を考慮して充放電が可能な二次電池を採用している。二次電池の代表的なものとしては、ニッケル−カドミウム(Ｎｉ−Ｃｄ)電池とニッケル−水素(Ｎｉ−ＭＨ)電池及びリチウム(Ｌｉ)二次電池がある。

しかしながら、電池は、エネルギー源として多くのエネルギーを放出する可能性を有している。二次電池の場合、充電された状態でそれ自体に高エネルギーを蓄積し、充電する過程では、他のエネルギー源からエネルギーをもらって蓄積している。このような過程、或いは状態で内部短落などの二次電池の異常が発生すると、電池内に蓄積されていたエネルギーが短時間に放出され、発火、爆発などの安全上の問題を引き起こすことになる。

このために、二次電池には、充電された状態、或いは充電する過程で電池自体の異常による発火や爆発を防ぐために様々な安全装置が備えられている。安全装置は、通常リードプレート(ｌｅａｄｐｌａｔｅ)という導体構造によってベアセルの正極端子及び負極端子と連結されている。安全装置は、電池の高温上昇や、過度な充放電などで電池の電圧が急上昇した場合などに、電流を遮断して電池の破裂、発火などの危険を防止するように構成されている。このような安全装置でベアセルに連結されているものとして、異常電流や電圧を感知して電流の流れを遮断する保護回路、異常電流による過熱で作動するＰＴＣ(ｐｏｓｉｔｉｖｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ)素子、バイメタルなどがある。

ベアセルと安全装置が結合した状態の二次電池は、別途のケースに収納されることで、完成した外観を備えた二次電池となる。また、他の形態として、別途のケースを使用せずに、ベアセルと保護回路基板などの安全装置を先に溶接などで連結し、その間の空間、或いは周辺空間に成形樹脂を充填してベアセルと保護回路とを物理的に結合させた樹脂パック二次電池も多くなっている。

樹脂パック二次電池の場合、ベアセルに安全装置を付着したコアパックをケースに入れて完成させた場合と比較して外観をモールディングで整えたり、ケースに対する厚さを減らしたりでき、ケースに収納する不便がないという利点がある。

しかし、上記のような樹脂パック形態の二次電池は、ベアセルと保護回路基板を、成形樹脂を利用してパック電池に成形する際に、保護回路基板やリードプレートなどの電池部品をベアセルに固定して結合させる成形樹脂部が、キャッププレートやカンのように金属材質のベアセルと材質面で異なり、接している面積も大きくないことから付着強度が弱いという問題点がある。これによって、樹脂パック形態の二次電池に外力が作用すると、二次電池の成形樹脂部がベアセルから比較的簡単に分離する現象が発生し、これは二次電池の構造的な安全性の低下と直結することになる。

また、ベアセルと保護回路基板が結合してコアセル状態にある二次電池を金型の中に入れ、成形樹脂を上記金型の中に注入して上記ベアセルと保護回路基板とを結合させる工程時には、上記成形樹脂を常に均一な量で注入すること、さらに注入される成形樹脂を上記ベアセルと保護回路基板との間に常に一定した形態で凝固させる作業が困難であった。

このような結果、上記ベアセルと保護回路基板との間に成形樹脂を過度に注入する現象が生じ、これによって完成した二次電池の外形が不良状態になる問題があった。また、これとは逆に上記ベアセルと保護回路基板との間に注入される成形樹脂が不充分になる現象によって、完成した二次電池の外形不良は勿論、成形樹脂部の強度が弱くなって二次電池全体の構造的な安全性が低下するという問題点があった。

また、ベアセルと保護回路基板とを成形樹脂を介して結合した後に、ベアセルと保護回路基板とを再び結合することは、非常に煩わしい作業が必要になるという問題点がある。

本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、ベアセルに対する保護回路モジュールの結合が成形樹脂のモールディングではなく、機械的な締結構造によって行われる二次電池を提供することである。

本発明の他の目的は、ベアセルと保護回路モジュールとの結合が機械的な締結構造で行われ、ベアセルと保護回路モジュールとの間の結合部位に作用する曲げやねじれなどの外力に抵抗する強度を向上させた二次電池を提供することである。

本発明の他の目的は、ベアセルと保護回路モジュールとの結合作業が容易に行えるだけではなく、ベアセルと保護回路モジュールとの結合状態が良好ではない場合に、再び結合する作業を行ってその結合状態を良好にすることができ、さらに、必要なときにはベアセルと保護回路モジュールとを分離し、再結合する作業を容易に行うことのできる二次電池を提供することである。

上述した目的を達成するために、本発明の二次電池は、充放電が可能なベアセルと、前記ベアセルに対する保護回路が設置されて前記ベアセルと電気的に接続された保護回路基板とを含む二次電池において、前記保護回路基板と一体に成形された基板モールディング体と、前記ベアセルに結合され、前記基板モールディング体を前記ベアセルの一面に固定するための締結部を備えた支持部材と、前記締結部と前記基板モールディング体とを結合する締結手段とを含むことを特徴とする。

前記支持部材は、前記基板モールディング体が固定される前記ベアセルの一面に結合されたベース部を備え、前記締結部は前記ベース部から前記基板モールディング体の方向へ延長して形成される構造であり、前記締結手段は、前記支持部材の締結部と、前記基板モールディング体とを順に貫通して結合する締結ボルトであることを特徴とする。

また、前記支持部材は、互いに離隔した状態で前記ベアセルの一面に結合された一組の固定部と、前記一組の固定部材の間を連結して、その内側に締結ホールを形成する掛かり部とから形成され、前記基板モールディング体が固定されるベアセルの一面に複数結合され、前記締結手段は、前記基板モールディング体の一つの側面から前記支持部材の締結ホール、記基板モールディング体の他方の側面を順に貫通して前記基板モールディング体を前記ベアセルに固定する固定ピンであることを特徴とする。

また、前記支持部材は、互いに離隔した状態で前記ベアセルの一面に結合された一組の固定部と、前記一組の固定部の間を連結して、その間に締結ホールを形成する掛かり部とから形成され、前記基板モールディング体が固定されるベアセルの一面に複数結合され、前記締結手段は、前記基板モールディング体の向い合う二つの側面に形成された貫通ホールと前記支持部材の締結ホールとを通過して、前記基板モールディング体と前記支持部材とを結束する締結バンドであることを特徴とする。

本発明に係る二次電池において、二次電池のベアセルと保護回路基板が機械的な締結構造を介して結合されるので、ベアセルと保護回路基板との間の結合作業が一回に限定されるわけではなく、必要な場合には何回でも作業をすることができ、これによってベアセルと保護回路基板との間の結合を常に良好な状態に保つことのできる二次電池を製作することができる。

また、ベアセルと保護回路基板は、互いの結合を比較的に強度が弱い樹脂成形部に頼るのではなく、射出成形されたフレームと強度がある支持部材との間の機械的な締結によって結合されているので、結合強度が向上するだけではなく、ベアセルと保護回路モジュールとの間の結合部位に作用する曲げやねじれなどの外力に抵抗する強度を向上させることができる。

また、必要な場合には、ベアセルと保護回路モジュールとの分離及び再結合する作業が容易になり、二次電池の使用過程において保護回路基板を含んだ保護回路モジュールに異常が発生した時には、その修理や整備作業を容易に行うことができるという効果がある。

以下、本発明の実施形態について図面に基づいて説明する。

図１は、本発明に係る二次電池の一実施形態を示した分解斜視図であり、図２は、図１の実施形態に係る二次電池の結合状態を示した側面図であり、図３は、図２のII−II線の断面図である。

本発明に係る二次電池１は、ベアセル４０、保護回路基板５０、保護回路基板５０と一体に形成された基板モールディング体１０、支持部材２０及び締結手段としての締結ボルト３０を備えている。

ベアセル４０は、充電と放電ができ、このようなベアセル４０の一面に電極端子４２が絶縁ガスケット４４によって絶縁された状態で結合されている。

基板モールディング体１０は、保護回路基板５０と一体に形成され、ベアセル４０の一面に機械的な締結方式によって結合される。ここで、基板モールディング体１０は、射出成形によって保護回路基板５０と一体となるように形成されている。

支持部材２０は、ベアセル４０に結合されており、基板モールディング体１０をベアセル４０の一面に固定するための部材である。そして、支持部材２０は、基板モールディング体１０をベアセル４０に固定するための締結部２４を備えている。

このような支持部材２０の構造を説明すれば、支持部材２０は、基板モールディング体１０が固定されるベアセル４０の一面に結合されるベース部２２を備え、このベース部２２から締結部２４が基板モールディング体１０の方向に延長して形成されている。そして、締結部２４は、一組またはそれ以上の個数が平行に２列で配置されており、このように平行で２列に配置された締結部２４の間に基板モールディング体１０が挿入されて締結ボルト３０によって固定されている。本実施形態では、一組の締結部２４が平行に２列で配置され、このような一組の締結部２４の間とベース部２２とによって形成された空間に基板モールディング体１０が挿入されて締結部２４と締結ボルト３０によって締結される形態に構成した。

また、ベース部２２は、平面形状が長方形の構造をしており、締結部２４は、長方形のベース部２２の二つの短辺からそれぞれ延長して形成された一組の構成となっている。これにより、長方形のベース部２２及びベース部２２の二つの短辺から延長された一組の締結部２４によって形成された空間に基板モールディング体１０を挿入して締結ボルト３０によって結合される。また、ベース部２２は、ベアセル４０の一面に溶接で結合されてもよいし、接着層を介して結合されてもよい。このとき溶接で結合する場合には、抵抗溶接であることが好ましい。

そして、このように長方形のベース部２２を備えた支持部材２０を角形ベアセル４０に結合した構成を一例として示した本実施形態において、支持部材２０はベース部２２の長辺がベアセル４０の厚さ方向に配置された状態でベアセル４０に固定されている。また、支持部材２０は、保護回路基板５０と一体に成形された基板モールディング体１０をベアセル４０に固定するために、ベアセル４０の電極端子４２が設置された面に設置されていることが好ましい。また、支持部材２０は、一組で設置されており、電極端子４２を中心にして、その両側にそれぞれ結合された構成となっている。

ここで、支持部材２０は、一組以上設置しても構わないが、本実施形態のようにベアセル４０の電極端子４２を中心にして両側に位置して基板モールディング体１０を支持する程度であっても基板モールディング体１０に対して充分な固定力を発揮することができる。したがって、ベアセル４０に対する固定作業の容易性などを考慮して上記のように電極端子４２を中心にして両側に一組設置した構成であれば充分である。

そして、締結手段としては、締結ボルト３０を用いており、このような締結ボルト３０は、支持部材２０の締結部２４と基板モールディング体１０の側面とを順に貫通して、支持部材２０の締結部２４と基板モールディング体１０の側面とをネジ結合する。このために、支持部材２０の締結部２４と基板モールディング体１０の向い合う二つの側面の両方またはいずれか一方には、締結ボルト３０をネジ結合するためのネジホール１２が形成されている。

また、図４に示すように、基板モールディング体１０に締結ボルト３０のネジ結合のためのナット１４を一体に成形してもよい。これによって締結ボルト３０が基板モールディング体１０のナット１４にネジ結合され、支持部材２０の締結部２４と基板モールディング体１０の側面との間が結合されるように構成することができる。

次に、本発明に係る二次電池の他の実施形態を図５及び図６に示す。図５及び図６に示すように、支持部材１２０は、基板モールディング体１０が固定されるベアセル４０の面に結合されたベース部１２２を備え、このベース部１２２から締結部１２４が基板モールディング体１０の方向に延長して形成されているが、締結部１２４は一つまたは複数で１列だけ配置された形状に形成されている。

このような支持部材１２０は、その締結部１２４がベアセル４０のいずれか一方向のみに配置され、配置された支持部材１２０の締結部１２４に基板モールディング体１０のいずれか一つの側面のみが締結ボルト３０によって締結されて基板モールディング体１０をベアセル４０に固定するようにしても良い。しかし、基板モールディング体１０のベアセル４０に対する安定的な固定のためには、支持部材１２０を一組以上設置して、この一組以上の支持部材１２０はベアセル４０の上面の両端に対称に設置され、その間に基板モールディング体１０を挿入することが好ましい。

支持部材１２０が角形ベアセル４０の一面に結合されることを一例として示した本実施形態において、保護回路基板５０と一体の基板モールディング体１０は、図１乃至図４の実施形態と同様に角形ベアセル４０の電極端子４２が設置された面に固定されることが好ましい。

図面を参照すれば、二つの組の支持部材１２０が角形ベアセル４０の電極端子４２が設置された面に電極端子４２を中心に両側にそれぞれ設置されている。向い合う一組の支持部材１２０は、それぞれベアセル４０の厚さ方向に対称に設置されている。そして、このようにベアセル４０の厚さ方向に対称に設置された一組の支持部材１２０の間に基板モールディング体１０を挿入して、その側面を一組の支持部材１２０の締結部１２４で締結する。

ここで、支持部材１２０のベース部１２２は、その平面形状が長方形に形成され、このような長方形であるベース部１２２のいずれか一つの長辺側から締結部１２４が延長された形状に形成することができる。これによって支持部材１２０は、その短辺側がベアセル４０の厚さ方向に配置されてベアセル４０に結合される。

図７及び図８は、図５及び図６に示した支持部材の他の形態を示したものであり、図７及び図８に示すように、一組の支持部材１２０は角形ベアセル４０の電極端子４２が設置された面に配置されている。この一組の支持部材１２０は電極端子４２を中心にしてベアセル４０の幅方向の両側に対称に設置されている。そして、ベアセル４０の幅方向に対称な一組の支持部材１２０の間に基板モールディング体１０を挿入してその側面を一組である支持部材１２０の締結部１２４で締結する。

したがって、基板モールディング体１０に形成されたネジホール１２もベアセル４０の幅方向の両端となる基板モールディング体１０の側面にそれぞれ形成される。

また、本実施形態において、角形ベアセルを一例として説明したが、ベアセルの形態が角型ベアセルに限定されるわけではない。

次に、本発明に係る二次電池のまた他の実施形態を図９乃至図１１に基づいて説明する。図９乃至図１１に示すように、支持部材２２０は互いに離隔した状態でベアセル４０の一面に結合された一組の固定部２２２と、この二つの固定部２２２の間を連結して、その内側に締結ホール２２６が形成された掛かり部２２４から構成されている。そして、掛かり部２２４の形状は、本実施形態のように三辺を直角に折り曲げて連結した形状であり、これによって支持部材２２０の締結ホール２２６の断面は四角形状となる。ただし、これに限定されるわけではなく、掛かり部２２４やその内側に形成される締結ホール２２６の形状は半円状や台形状などであってもよい。

そして、このような支持部材２２０と基板モールディング体２１０の側面とを結合するための締結手段は、固定ピン２３０で行うことができる。すなわち、支持部材２２０の掛かり部２２４の断面形状と対応した断面形状を有する固定ピン２３０を提供し、このような固定ピン２３０を基板モールディング体２１０の一方の側面から支持部材２２０の掛かり部２２４内に形成された締結ホール２２６、基板モールディング体２１０の他方の側面へ順に貫通させて挿入する。この時、固定ピン２３０は、その両端を基板モールディング体２１０の側面に支持された状態となり、また支持部材２２０の締結ホール２２６の内面で支持部材２２０と接触した状態となる。

これによって、固定ピン２３０がベアセル４０の一面に固定された支持部材２０内に挿入された状態となり、その両端を介して基板モールディング体２１０の向い合う二つの側面を支持して基板モールディング体２１０がベアセル４０から分離しないように維持した状態となってベアセル４０の一面に結合されることになる。

また、基板モールディング体２１０の向い合う二つの側面には固定ピン２３０の挿入及び支持のための貫通ホール２１２が形成されており、この貫通ホール２１２の断面形状は、固定ピン２３０の断面形状に対応した形状である。また、ベアセル４０の一面と接触する基板モールディング体２１０の端部から貫通ホール２１２までの高さは、支持部材２２０の固定部２２２の高さと対応している。

これは、固定ピン２３０が鋭い端部を有するように形成しても、基板モールディング体２１０の側面に強制的に挿入できないので、上記のように基板モールディング体２１０の向い合う二つの側面に支持部材２２０の締結ホール２２６の形状に対応した形状の貫通ホール２１２を形成し、固定ピン２３０の基板モールディング体１０及び支持部材２２０への挿入を容易にするためである。さらに、上述したような固定ピン２３０により基板モールディング体２１０をベアセル４０の一面に支持する作業も容易になされる。

尚、固定ピン２３０は、基板モールディング体２１０の貫通ホール２１２を通じて容易に挿入できるもので、その強度は比較的軟性であっても基板モールディング体２１０に対する支持機能を充分に発揮することができるので、固定ピン２３０を基板モールディング体２１０のように射出成形によって製作することができる。すなわち、固定ピン２３０が基板モールディング体２１０と同様の材質で形成することができ、これによって基板モールディング体２１０と比較して強度が強い材質で固定ピン２３０を形成することにより発生する基板モールディング体２１０の摩耗促進や、それによる基板モールディング体２１０に対する固定ピン２３０の支持状態の弱化を防止することができる。

また、このように基板モールディング体２１０に形成された貫通ホール２１２の幅が固定ピン２３０の断面の大きさと同様か、あるいは小さく形成されることにより、固定ピン２３０が貫通ホール２１２の内面に強く密着され、さらに貫通ホール２１２と支持部材２２０の締結ホール２２６に挿入されて基板モールディング体２１０に対する支持機能がより良好になされることになる。

そして、本実施形態において、上記の支持部材２２０及び締結手段である固定ピン２３０が角形ベアセル４０に適用されることを例に挙げて説明した。

このように、角形ベアセル４０の電極端子４２が設置された面に電極端子４２を中心に両側に位置するように、支持部材２２０を一組設置し、このような一組の支持部材２２０と挿入される一組の固定ピン２３０によって基板モールディング体２１０を角形ベアセル４０の電極端子４２が設置された面に電極端子４２を中心に両側を支持して結合している。

また、本実施形態では、支持部材２２０及び固定ピン２３０を電極端子４２を中心に両側に配置する構成としているが、このような構成に限定されるわけではなく、必要によって多様な数と位置に設置できることは勿論である。

次に、本発明に係る二次電池のまた他の実施形態を図１２乃至図１４に基づいて説明する。図１２乃至図１４に示すように、支持部材２２０は、図９と図１０の実施形態に係る支持部材と同様の構造を備えているが、このような支持部材２２０を介して基板モールディング体２１０をベアセル４０の一面に結合する締結手段として締結バンド３３０を用いたことが異なっている。

すなわち、締結バンド３３０は基板モールディング体２１０の向い合う両面にそれぞれ形成されている貫通ホール２１２及び支持部材２２０の掛かり部２２４の内側に形成された締結ホール２２６を通じて基板モールディング体２１０を支持部材２２０に結束する。即ち、基板モールディング体２１０は締結バンド３３０及び支持部材２２０によってベアセル４０に結束されて固定される構成となっている。

上記の実施形態の構成によって、ベアセルと保護回路基板は、基板モールディング体、支持部材、締結手段による機械的な締結構造によって結合されるので、既存のモールディングによる成形樹脂でベアセルと保護回路基板とを結合する構造と比較して堅固な結合状態を維持することができる。これによって、ベアセルと保護回路基板の結合部位は、それに加えられる曲げやねじれなどの外力に対する抵抗強度が向上する。例えば、既存のベアセルと保護回路基板とのモールディング作業過程において、成形樹脂の注入が円滑になされず、このような成形樹脂の不足によってベアセルと保護回路基板との結合状態が不良になる現象が発生する危険が防止される。

また、ベアセルと保護回路基板とのモールディング作業過程において、成形樹脂の注入が過度になり、ベアセルと保護回路基板の結合部分が不良になる現象も防止することができる。

また、ベアセルと保護回路基板の締結状態が良好でない場合には、分離した後に再び締結することが可能であり、さらに、必要な際にはベアセルと保護回路基板とを分離して、再び組み立てる作業を容易に行うことができる。

以上、本発明は、上述した特定の好適な実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲で請求する本発明の基本概念に基づき、当該技術分野における通常の知識を有する者であれば、様々な実施変形が可能であり、そのような変形は本発明の特許請求の範囲に属するものである。

本発明に係る二次電池の一実施形態の構造を示した分解斜視図である。図１の実施形態に係る二次電池の結合した状態を示す斜視図である。図２のII−II線の断面図である。図１の実施形態に係る二次電池の他の締結手段を示した断面図である。本発明に係る二次電池の他の実施形態の構造を示した分解斜視図である。図５の実施形態に係る二次電池の結合した状態を示す断面図である。本発明に係る二次電池のまた他の実施形態の構造を示した分解斜視図である。図７の実施形態に係る二次電池の結合した状態を示す断面図である。本発明に係る二次電池のまた他の実施形態の構造を示した分解斜視図である。図９の実施形態に係る二次電池の結合した状態を示す斜視図である。図９の実施形態に係る二次電池の側断面図である。本発明に係る二次電池のまた他の実施形態の構造を示した分解斜視図である。図１２の実施形態に係る二次電池の側断面図である。図１２の実施形態に係る二次電池の横断面図である。

符号の説明

１…二次電池
１０…基板モールディング体
１２…ネジホール
１４…ナット
２０…支持部材
２２…ベース部
２４…締結部
２４a…貫通ホール
２６…溶接部
２８…接着層
３０…締結ボルト
４０…ベアセル
４２…電極端子
４４…絶縁ガスケット
５０…保護回路基板
２３０…固定ピン
３３０…締結バンド

Claims

充放電が可能なベアセルと、前記ベアセルに対する保護回路が設置されて前記ベアセルと電気的に接続された保護回路基板とを含む二次電池において、
前記保護回路基板と一体に成形された基板モールディング体と、
前記ベアセルに結合され、前記基板モールディング体を前記ベアセルの一面に固定するための締結部を備えた支持部材と、
前記締結部と前記基板モールディング体とを結合する締結手段とを含み、
前記支持部材は、前記基板モールディング体が固定される前記ベアセルの一面に結合されたベース部を備え、前記締結部は前記ベース部から前記基板モールディング体の方向へ延長して形成され、
前記締結部は、一組またはそれ以上の数であり、平行に２列配置され、その間に前記基板モールディング体が挿入されて締結され、
前記締結手段は、前記支持部材の締結部と、前記基板モールディング体とを順に貫通して結合する締結ボルトであり、
前記支持部材の締結部と前記基板モールディング体の側面のうちいずれか一方または両方にネジホールが形成され、前記ネジホールに前記締結ボルトをネジ結合し、
前記基板モールディング体は、一体に成形されたナットを備え、前記ナットに前記締結ボルトをネジ結合し、
前記ベース部は、その平面形状が長方形であり、前記締結部は前記長方形のベース部の二つの短辺からそれぞれ延長された一組からなり、その間に前記基板モールディング体が挿入される
ことを特徴とする二次電池。
前記長方形のベース部は、前記ベアセルの電極端子が設置された面に固定され、その長辺が前記ベアセルの厚さ方向に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の二次電池。