JP6313206B2 - 二次電池パック - Google Patents

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Description

本発明は、二次電池パックに関する。
モバイル機器の技術開発と需要の増加に伴い、二次電池の需要も急増している。二次電池の中でも、エネルギー密度及び作動電圧が高く、保存及び寿命特性に優れたリチウム二次電池は、各種のモバイル機器の他、様々な電子製品のエネルギー源として広く用いられている。
二次電池の構造には、それが使われるデバイスの種類によって、自由に挿入及び離脱が可能な着脱式構造と、デバイスの内部に組み込まれる形態の内蔵型構造がある。例えば、従来のモバイルデバイスに使われる二次電池は、使用者の必要に応じて電池の挿入及び離脱が可能に構成されるが、一部の携帯電話、タブレットＰＣ、スマートパッドなどのデバイスに使われる二次電池は内蔵型に構成されるものもある。
このような二次電池としてはリチウム二次電池が多用されており、これらの二次電池は、それが装着されるデバイスに電気的に連結される負極及び正極端子と、二次電池の過充電、過電流などの異常状態を效果的に制御できる安全素子などを備える。安全素子の例には、ＰＴＣ（Ｐｏｓｉｔｉｖｅ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）素子、保護回路モジュール（Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｍｏｄｕｌｅ：ＰＣＭ）、ヒューズ（ｆｕｓｅ）、ＴＣＯなどがある。
一般に、ＰＣＭのような安全素子は、導電性ニッケルプレートを介して溶接又はソルダリング方法により、負極及び正極端子を含む電池セルに連結される。例えば、ニッケルプレートを電池セルの電極端子にそれぞれ溶接又はソルダリングし、両面テープを、一側にはＰＣＢ(ｐｒｉｎｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ ｂｏａｒｄ）を溶接し、他側には保護テープを貼り付けて電池セルに密着させた状態で、ＰＣＢの電極タブとニッケルプレートとを溶接する方法によりＰＣＭを電池セルに連結して電池パックを製造する。
このようなＰＣＭは、電極端子と電気的接続を維持すると同時に、電池セルの他の部分とは電気的絶縁状態を維持しなければならない。そのため、ＰＣＭをはじめとするそれぞれの部材に絶縁性テープを貼り付ける他、電池セルケースのシーリング部の一部を折り曲げて絶縁性テープを貼り付けたり、バーコードをプリントしたりするなどの非常に複雑な過程が必要となる。
このように、安全素子と電池セルとの安全な接続形態を構成するには多数の絶縁性テープ又は多数の部品が要求されるため、電池パックの組立工程が複雑となり、製造コストが上昇するといった問題点がある。その上、外部から衝撃が加えられると、電池パックは、機械的剛性の低い絶縁性テープの使用により、ＰＣＭが破損したり、寸法安全性が顕著に劣化したりするといった問題につながることもある。
本発明は、二次電池セルの保護回路基板を電気絶縁性のケースでカバーすることによって、外部の衝撃などから保護回路基板を保護及び絶縁でき、且つ二次電池セルの電極端子が外部に露出されることを防止する二次電池パックを提供する。
また、本発明は、電池パックを構成する上で必要な部品数を減らして組立工程を簡素化し、優れた構造的安全性を発揮できる二次電池パックを提供する。
また、本発明は、保護回路基板と、該保護回路基板を収納するケースとで構成されたＰＣＭを電池セルの外周面に搭載することによって、同一規格で最大容量を提供できる二次電池パックを提供する。
また、本発明は、外部衝撃から安全素子を保護し、寸法安全性に優れており、且つ電池パックの外面にシワが形成されることを防止する保護回路モジュールを提供する。
本発明の一実施例に係る二次電池パックは、密封剰余部を有する一面上に正極端子及び負極端子が形成されている電池セルと、正極端子及び負極端子を介して前記電池セルに電気的に接続される保護回路モジュール（ＰＣＭ）と、を備えることを特徴とする。
一実施例において、前記ＰＣＭは、保護回路が形成されており、前記正極端子に接続する正極端子接続部、及び前記負極端子に接続する負極端子接続部が配置される基板と、開放された一面を通して前記基板を収納するように構成された電気絶縁性ケースと、を備えるとよい。
一実施例において、前記正極端子接続部及び負極端子接続部を介して前記電池セルの正極端子及び負極端子に接続した前記基板は、前記正極端子及び負極端子が前記ケースの開放された一面を通して露出されるように前記ケース内に収納され、前記電池セルの密封剰余部に搭載されるとよい。
一実施例において、前記ＰＣＭの負極端子接続部は、安全素子を介して前記電池セルの負極端子に接続するとよく、前記安全素子は、第１安全素子又は第２安全素子であってよい。ここで、負極端子接続部は第２安全素子接続部であってよい。
一実施例において、前記第１安全素子は保護回路であってよい。
一実施例において、前記第２安全素子は、ＰＴＣ、ヒューズ（ｆｕｓｅ）又はＴＣＯなどであってよい。
一実施例において、前記電池セルは板状の電池セルであり、前記負極端子及び正極端子は板状の導電性部材であってよい。
一実施例において、前記電気絶縁性ケースの前記一面にはＰＣＢと安全素子の装着のための装着溝が形成されているとよい。
一実施例において、前記外部入出力端子は、前記負極端子接続部及び正極端子接続部が形成された基板上に設けられるとよい。
一実施例において、前記外部入出力端子は、前記負極端子接続部及び正極端子接続部が形成された基板の他面に設けられるとよい。
一実施例において、前記基板は外部入出力端子をさらに有してもよく、前記外部入出力端子は、連結部を介して前記正極端子接続部及び負極端子接続部が形成された基板に形成されるとよい。
一実施例において、前記ケースの外面の少なくとも一面に絶縁テープがさらに貼り付けられてもよい。
一実施例において、前記電池セルは、正極、負極、及び前記正極と負極との間に挟まれた分離膜からなる電極組立体が、金属層及び樹脂層を含むラミネートシートの電池ケースに密封されている構造であってよい。
一実施例において、前記基板の一面には外部入出力端子が接続されており、他面には、正極端子及び安全素子に対応する位置にそれぞれ正極端子接続部及び安全素子接続部が形成されているとよい。
一実施例において、前記基板の正極端子接続部及び負極端子接続部には超音波溶接によりニッケルプレートがさらに装着されてもよい。
一実施例において、前記二次電池パックは、電池セルを包むラベルをさらに備えてもよく、前記ラベルは、ＰＣＭ及び電池セルの側面の密封外周面を包む構造になっているとよい。
また、前記ラベルは、電池セルの両面のうち一面を包む第１貼り付け面、電池セルの両側面を包むように前記第１貼り付け面から延びた第２及び第３貼り付け面、及びＰＣＭを包むように前記第１貼り付け面から延びた第４貼り付け面を含むシート構造になっているとよい。
本発明の他の実施例に係る保護回路モジュールは、電池セルの正極端子及び負極端子に接続する正極端子接続部及び負極端子接続部を有する保護回路基板と、開放された一面を通して前記保護回路基板を収納するように構成された電気絶縁性ケースと、を備えることを特徴とする。
一実施例に係る保護回路モジュールは、電池セルと平行な状態で電気絶縁性ケースに収納された後、前記電池セルの密封剰余部に搭載されるとよい。
一実施例に係る保護回路モジュールにおいて、前記保護回路モジュールの負極端子接続部は安全素子を介して前記電池セルの負極端子に接続するとよい。
一実施例に係る保護回路モジュールにおいて、前記電気絶縁性ケースの前記一面にはＰＣＢと安全素子の装着のための装着溝が形成されているとよい。
本発明のさらに他の実施例に係る、二次電池パックを製造する方法は、正極、負極、及び前記正極と負極との間に挟まれた分離膜からなる電極組立体を電池ケースに密封して電池セルを形成し、前記電池セルの前記密封外周面のうち一面の密封面は剰余部を有する、電池セル形成過程と、前記基板を電池セルと平行な状態で電気絶縁性ケースに収納する過程と、前記電気絶縁性ケースを電池セルの密封剰余部に搭載する過程と、を含むことを特徴とする。
図１は、電池セルの部分斜視図である。 図２は、電池セルに安全素子が結合された部分斜視図である。 図３は、ＰＣＢ基板に外部入出力端子が結合された部分斜視図である。 図４は、電池セルの上端にＰＣＢ及び安全素子が結合された部分斜視図である。 図５は、電気絶縁性ケースの斜視図である。 図６は、図４のＰＣＢ及び安全素子が電気絶縁性ケースに装着された部分斜視図である。 図７は、図６のＰＣＭを電池セルの熱融着剰余部上に搭載する過程の模式図である。 図８は、ラベルが貼り付けられる過程を示す模式図である。 図９は、ラベルが貼り付けられる過程を示す模式図である。 図１０は、ラベルが貼り付けられる過程を示す模式図である。 図１１は、本発明の他の実施例に係る二次電池パックの斜視図である。
以下、添付の図面を参照して本発明の実施例について説明するが、これは、本発明のより容易な理解を助けるためのもので、本発明の範ちゅうを限定するものではない。
本発明の一実施例に係る二次電池パックは、４個の外周面が密封されている電池セルと、これらの外周面のうち、剰余部を有する密封外周面上に搭載された安全素子と、を備えてなる。本発明の一実施例に係る安全素子は、第１安全素子及び第２安全素子で構成可能であり、第１安全素子は保護回路であってよく、第２安全素子は、ＰＴＣ、ヒューズ又はＴＣＯなどであってよい。また、第２安全素子はＰＣＭ内に部品の形態で含まれるとよい。
本発明の一実施例に係る安全素子は保護回路モジュール（ＰＣＭ）であってよく、このＰＣＭは、保護回路基板と、該保護回路基板を収納するケースとで構成されるとよい。説明の便宜上、本記載では、安全素子としてＰＣＭを採択し、ＰＣＭは保護回路基板、すなわち、ＰＣＢを含むとしているが、本発明の一実施例に係る安全素子はこれに限定されない。
以下、図１乃至図１１を参照して、本発明の一実施例に係る二次電池パックについて説明する。
図１は、電池セルの部分斜視図であり、図２は、電池セルに安全素子が結合された部分斜視図であり、図３は、ＰＣＢ基板に外部入出力端子を結合した部分斜視図であり、図４は、電池セルの上端にＰＣＢ及び安全素子が結合された部分斜視図である。
図１乃至図４を参照すると、電池セル１０は、負極端子１２及び正極端子１１が一側端部にそれぞれ形成されている板状の電池セルである。
本発明の一実施例に係る電池セル１０は、正極／分離膜／負極構造の電極組立体が、金属層及び樹脂層を含んでいるラミネートシートの電池ケースに密封されているパウチ型になっているが、これに限定されるものではない。
図１を参照すると、電池セル１０は、一面に形成されている密封剰余部１３と、この密封剰余部１３側に露出して配置されている負極端子１２及び正極端子１１と、を有する。本記載でいう「面」とは、概略的に４個の面を有する四面体において任意の面を指すもので、側面、端面或いは端部を含むことと理解すればよい。また、本記載では、電極組立体がラミネートシートの電池ケースに密封される時に形成される密封された外周面のうちの一面に形成された余分の空間を持つ密封部を、密封剰余部１３と称する。しかし、この密封剰余部は、同じ意味を内包するものであれば、シーリング剰余部、密封剰余部、シーリングテラス、密封テラスなどの用語に取り替えてもよいことは、当該技術の分野における一般の知識を有する者には理解されるであろう。
また、図１に示すように、密封剰余部１３は、電池セルの任意の一端面に形成された密封部が、その面の長さ方向と垂直な方向に延びて形成されるとよい。
図１乃至図４に示すように、正極端子接続部１０１と結合される電池セル１０の正極端子１１の一面には超音波溶接によりニッケルプレート１５がさらに取り付けられるとよい。
一方、ＰＣＢ １００には、端部にコネクター１１１が装着されているワイヤー形態の連結部１１２を含む外部入出力端子１１０が接続されており、正極端子１１及び安全素子１２０に対応する位置にそれぞれニッケルプレートの正極端子接続部１０１及び安全素子接続部１０２が形成されているとよい。
また、外部入出力端子１１０は、上記のワイヤー形態の連結部を有しても良く、プレートなどの様々な形態になっていてもよい。また、ＰＣＢに第２安全素子が付加されていない場合には、ＰＣＢは、正極端子接続部及び負極端子接続部を有すればよい。
このような接続部１０１，１０２は、図４に示すように、ＰＣＢ １００に連結された安全素子接続部１０２が折れ曲がっている。安全素子１２０の例には、ＰＴＣ（Ｐｏｓｉｔｉｖｅ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）素子又はヒューズ（ｆｕｓｅ）がある。
図５は、電気絶縁性ケースの斜視図であり、図６は、図４のＰＣＢ及び安全素子をケースに装着した部分斜視図であり、図７は、図６のＰＣＭを電池セルの密封剰余部上に搭載した状態の模式図である。
図５乃至図７を参照すると、本発明の一実施例に係る二次電池パックは、ＰＣＢ １００と安全素子１２０を取り囲みながら内部に収納するケース２１０を備えている。
ケース２１０の一例として、図５に示すように、電気絶縁性ケース２１０は、一面が開放されており、このような開放面を通してＰＣＢ １００及び安全素子１２０が装着されるように装着溝２１１が形成されている。
また、図７に示すように、本発明の一実施例に係る二次電池パックは、ＰＣＢ １００及び安全素子１２０をケース２１０に収納したＰＣＭ ２００を電池セル１０の密封剰余部１３上に搭載している。
また、本発明の一実施例に係るケース２１０は、概略的に、電池セルの密封剰余部が形成された一面の長さに対応する長さを有するボックス状であればよいが、密封剰余部の長さよりも長く形成されても、短く形成されてもよいことは勿論である。
具体的に、図７に示すように、本発明の一実施例に係る二次電池パックは、ＰＣＢ １００及び安全素子１２０をケース２１０に装着したＰＣＭ ２００を、例えば、電極端子１１，１２を折り曲げることによって、電池セル１０の密封剰余部１３上に搭載することができる。
したがって、本発明の一実施例に係る二次電池パックは、電池セルの正極端子及び負極端子に電気的に連結された保護回路基板をケースに収納して装着する構造のＰＣＭ ２００を、電池セルの一面に形成された密封剰余部上に搭載するので、従来の二次電池パックに比べて、ＰＣＭを效果的に保護できる他、部品数が顕著に減り、製造工程性を大幅に向上させることができる。
また、本発明に係る二次電池パックは、保護回路基板が電気絶縁性のケースに収納されて装着されるため、保護回路基板を含むＰＣＭの保護及び絶縁が可能であり、別の部材を用いて電極端子を絶縁しなくとも、電極端子が外部に露出されることを容易に防止することができる。
なお、本発明に係る二次電池パックは、保護回路基板がケースに内蔵される構造になっているため、従来のテープを使ってＰＣＭを絶縁する電池パックに比べて、作業が容易であり、不良率が相対的に低減し、電池パックの外面にシワが形成されない、すっきりした外観にすることができる。
なお、保護回路基板を、電池セルの一面に形成された密封剰余部上に搭載する構造になっているため、従来の電池セル構造に比べて密封剰余部を短く構成でき、電池パックの単位体積当たりの容量を増大させることができる。
上述したように、一般の二次電池パックの組立過程では、接続部材、ＰＣＭなどを結合し、各段階ごとに絶縁性テープを貼り付けることによって電池セル上にＰＣＭアセンブリーを取り付ける。そのため、多数の部品などを用いてＰＣＭアセンブリーを電池セル上に装着するだけに、多数の工程が要求され、機械的剛性の他、構造的安全性も低いという不具合があった。
これに対し、本発明に係る保護回路モジュールは、保護回路基板がケースに装着された構造になっているため、電池パックの構造的安全性が向上し、電池パックの製造工程を大幅に簡素化でき、優れた絶縁性を確保でき、従来と同一の規格の電池パックにおいて電池セルの容量を最大化できる。
図８乃至図１０は、図７で製造された電池セルにラベルを貼り付ける過程を模式的に示す図である。
図８乃至図１０を参照すると、ラベル４００は、電池セル１０の両面のうち一面を包む第１貼り付け面４１０、電池セル１０の両側面を包むように第１貼り付け面４１０から延びた第２及び第３貼り付け面４２０，４３０、及びＰＣＭ ２００を包むように第１貼り付け面４１０から延びた第４貼り付け面４４０を含むシート構造になっている。
したがって、第１貼り付け面４１０に電池セル１０の両面のうちの一面を位置させ、第２及び第３貼り付け面４２０，４３０を電池セル１０の両側面を包むように折り曲げて貼り、第４貼り付け面４４０をＰＣＭ部位を包むように折り曲げて貼ることで、ラベル４００を電池セル１０に貼り付ければよい。
製品の情報を表示するラベル４００は、電池セル１０の外面に加え、両側面でも絶縁状態を維持しながら、電池セルの電極端子とＰＣＢとの電気的連結状態をより安定的に保障する。
図１１は、本発明の他の実施例によって、外部入出力端子をＰＣＢ上に装着した二次電池パックの斜視図である。上述したように、図１１を参照すると、二次電池パック６００において、外部接続端子３１０はＰＣＢ（図示せず）の一面に形成されており、ＰＣＭケース２２０を通して外部に露出されている構造になっている。
本発明の属した分野における通常の知識を有する者にとっては上記の内容に基づいて本発明の範ちゅう内で様々な応用及び変形を行うことが可能であろう。
以上説明した通り、本発明に係る二次電池パックは、保護回路基板が電気絶縁性のケースに収納されて装着されるので、保護回路基板の保護及び絶縁が可能であり、別の部材を使って電極端子を絶縁しなくとも、電極端子が外部に露出されることを容易に防止することができる。
また、本発明に係る二次電池パックは、一つのケースに保護回路基板などを収納した構造のＰＣＭを電池セルの密封剰余部上に搭載した構造になっているため、ＰＣＭを效果的に保護でき、製造工程性を大幅に向上させることができる。
なお、本発明に係る二次電池パックは、保護回路基板がケースに装着される構造になっているため、二次電池パックを構成する上で作業が容易であり、不良率が相対的に低減し、二次電池パックの外面にシワのない、すっきりした外観にすることができる。
なお、保護回路基板を電池セルの外周面、例えば、一密封部上に搭載する構造になっているため、場合によっては前記密封部を短く構成でき、二次電池パックの単位体積当たりの容量を増大させることができる。
１０ ・・・電池セル
１１ ・・・正極端子
１２ ・・・負極端子
１３ ・・・密封剰余部
１５ ・・・ニッケルプレート
１００ ・・・ＰＣＢ
１０１ ・・・正極端子接続部
１０２ ・・・安全素子接続部
１１０ ・・・外部入出力端子
１１１ ・・・コネクター
１１２ ・・・連結部
１２０ ・・・安全素子
２００ ・・・ＰＣＭ
２１０ ・・・ケース
４００ ・・・ラベル
４１０ ・・・第１貼り付け面
４２０ ・・・第２貼り付け面
４３０ ・・・第３貼り付け面
４４０ ・・・第４貼り付け面
６００ ・・・二次電池パック

Claims (16)

  1. 正極、負極、及び前記正極と負極との間に挟まれた分離膜からなる電極組立体を電池ケースに密封して電池セルを形成し、前記電池セルの前記密封外周面のうち一面の密封面は剰余部を有する、電池セル形成過程と、
    正極端子接続部及び負極端子接続部を介して前記電池セルの正極端子及び負極端子に接続した基板を、前記正極端子及び負極端子が電気絶縁性ケースの開放された一面を通して露出されるように前記電気絶縁性ケース内に収納する過程と、
    前記電気絶縁性ケースを電池セルの前記剰余部に搭載する過程と、
    を含み、
    前記電気絶縁性ケースは、前記基板が露出されるように一面が開放された単一のケースである、二次電池パックを製造する方法。
  2. 前記負極端子接続部は、安全素子を介して前記電池セルの負極端子に接続する、請求項１に記載の方法。
  3. 前記安全素子は、保護回路、ＰＴＣ、ヒューズ、又はＴＣＯである、請求項２に記載の方法。
  4. 前記電池セルは、板状の電池セルであり、前記負極端子及び正極端子は、板状の導電性部材である、請求項１に記載の方法。
  5. 前記電気絶縁性ケースの前記一面には、前記基板と前記安全素子の装着のための装着溝が形成されている、請求項２に記載の方法。
  6. 前記基板は、外部入出力端子をさらに有する、請求項１に記載の方法。
  7. 前記外部入出力端子は、前記負極端子接続部及び正極端子接続部が形成された基板上に設けられる、請求項６に記載の方法。
  8. 前記外部入出力端子は、前記基板の、前記負極端子接続部及び正極端子接続部が形成されていない面に設けられる、請求項６に記載の方法。
  9. 前記外部入出力端子の連結部は前記基板に設けられる、請求項６に記載の方法。
  10. 前記電気絶縁性ケースの外面のうち少なくとも一面に絶縁テープがさらに貼り付けられる、請求項１に記載の方法。
  11. 前記電池セルは、正極、負極、及び前記正極と負極との間に挟まれた分離膜からなる電極組立体が、金属層及び樹脂層を含むラミネートシートの電池ケースに密封されている、請求項１に記載の方法。
  12. 前記基板の一面には外部入出力端子が接続されており、他面には、正極端子及び安全素子に対応する位置にそれぞれ正極端子接続部及び安全素子接続部が形成されている、請求項６に記載の方法。
  13. 前記基板の正極端子接続部及び安全素子接続部には超音波溶接によりニッケルプレートがさらに取り付けられている、請求項１２に記載の方法。
  14. 電池セルを包むラベルをさらに備える、請求項１に記載の方法。
  15. 前記ラベルは、前記電気絶縁性ケース及び電池セルの側面の密封外周面を包む、請求項１４に記載の方法。
  16. 前記ラベルは、電池セルの両面のうち一面を包む第１貼り付け面、電池セルの両側面を包むように前記第１貼り付け面から延びた第２及び第３貼り付け面、及び前記電気絶縁性ケースを包むように前記第１貼り付け面から延びた第４貼り付け面を含むシート構造になっている、請求項１５に記載の方法。
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