KR101035789B1 - 전원 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전지와 회로 기판을 리드 단자를 이용하여 전기적으로 접속한 전원 장치이고, 리드 단자(3)는 용접부(3a)의 두께가 도체부(3b)의 두께보다 얇게 됨으로써, 두께 방향으로 용접을 위한 전류가 많이 흘러 용접부의 전기 저항이 커지고, 이 전기 저항을 기초로 하는 발열도 커지므로 용접 너겟(63)을 크게 할 수 있다. 큰 용접 너겟이 형성됨으로써, 리드 단자는 전지(2)의 단자부(37a)에 높은 신뢰성을 갖고 용접된다.
리드 단자, 용접부, 도체부, 너겟, 전지

Description

전원 장치{POWER SUPPLY DEVICE}
본 발명은, 피접속체에 충분한 강도를 갖고 접속되는 리드 단자 및 이 리드 단자를 이용하여 전지와 회로 기판을 전기적으로 접속한 전원 장치에 관한 것이다.
본 출원은, 일본에서 2003년 1월 23일에 출원된 일본 특허 출원 번호 제2003-015167호를 기초로 하여 우선권을 주장하는 것이며, 본 출원은 참조함으로써 본 출원에 원용된다.
종래, 노트형 퍼스널 컴퓨터, 휴대형 전화기, 카메라 일체형 VTR(video tape recorder), PDA(Personal Digital Assistants) 등의 전자 기기의 전원으로서, 경량이면서 고에너지 밀도의 이차 전지가 요망되고 있다. 이러한 종류의 높은 에너지 밀도를 갖는 이차 전지로서, 예를 들어 아연 전지, 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지 등의 수계 전해액 전지보다도 큰 에너지 밀도를 갖는 리튬 이온 이차 전지가 있다.
이 리튬 이온 이차 전지는, 예를 들어 정극 및 부극을 갖는 전지 소자와, 전지 소자를 수납하는 바닥이 있는 통 형상 용기이며, 부극과 전기적으로 접속됨으로써 외부 부극 단자가 되는 외장 캔과, 이 외장 캔의 개구부를 폐쇄하고 정극과 전기적으로 접속됨으로써 외부 정극 단자가 되는 덮개를 갖고 있다. 이 리튬 이온 이차 전지는, 외장 캔의 개구부에 덮개가 가스켓을 거쳐서 압입된 후에, 외장 캔의 개구부를 코오킹함으로써 덮개가 고정되어 외장 캔의 개구부를 폐쇄하므로, 전지 소자가 외장 캔 내에 밀폐 봉입되어 있다. 이로 인해, 리튬 이온 이차 전지는 외부 부극 단자의 외장 캔과 외부 정극 단자의 덮개가 가스켓에 의해 절연된 상태가 된다.
이러한 구성의 리튬 이온 이차 전지는, 상술한 전자 기기의 전원으로서 이용하는 경우 전지 팩의 상태로 전자 기기에 실장된다. 이 전지 팩으로서 일본 특허 공개 평 제2002-343320호 공보에 기재되는 것이 있다.
이 전지 팩(100)은, 도1에 도시한 바와 같이 예를 들어 2개의 리튬 이온 이차 전지(101)가 전지에 대해 과충전 보호, 과방전 보호, 충방전 제어 등을 행하는 회로 기판(102)에 접속된 상태에서 한 쌍의 수납 케이스(103)에 수납되어 있다. 구체적으로는, 리튬 이온 이차 전지(101)를, 예를 들어 니켈, 철, 스테인레스 등의 도전성 금속 등으로 이루어지는 띠 형상의 리드 단자(104)를 거쳐서 직렬 상태로 회로 기판(102)에 접속한다. 이 때, 전지 팩(100)에서는, 예를 들어 리튬 이온 이차 전지(101)에 있어서의 외부 단자가 되는 외장 캔(105)이나 덮개(106)와 리드 단자(104)와의 접속은, 저항 용접법을 이용하여 행해진다.
이 저항 용접법은, 도2에 도시한 바와 같이 예를 들어 리드 단자(104)를 덮개(106) 등에 접촉시킨 상태에서, 리드 단자(104)의 주면 상에 배치시킨 한 쌍의 전극 막대(107, 108)의 한 쪽으로부터 다른 쪽으로 1200 A 정도의 전류를 흘렸을 때에 리드 단자(104)와 덮개(106) 사이에서 발생하는 전기 저항에 의한 발열을 이 용하여 리드 단자(104)와 덮개(106)를 용접시키는 방법이다.
이러한 방법으로 리드 단자(104)를 외장 캔(105) 또는 덮개(106)에 용접하는 경우, 리드 단자(104)의 두께를 어느 정도 얇게 할 필요가 있다. 구체적으로는, 예를 들어 니켈이나 철 등의 도전성 금속 등으로 이루어지는 리드 단자(104)의 두께를 0.15 mm 정도로 하지 않으면, 용접 신뢰성을 높일 수 있는 용접을 행하는 것이 곤란해진다.
이는 도3에 도시한 바와 같이, 예를 들어 두께가 0.2 mm 정도인 리드 단자(104)를 이용한 경우, 리드 단자(104)의 두께가 지나치게 두껍기 때문에, 저항 용접하였을 때에 전극 막대(107)로부터 전극 막대(108)로 흐르는 전류의 일부에 도3 중 화살표 X로 나타내는 경로에서 리드 단자(104) 내를 흐르는 전류, 이른바 무효 전류가 발생되어 버린다.
이로 인해, 리드 단자(104)와 외장 캔(105) 또는 덮개(106)와의 용접에 있어서는, 도3 중 화살표 Y로 나타내는 경로의 전류, 즉 리드 단자(104)의 두께 방향으로 흘러 외장 캔(105)이나 덮개(106)에까지 도달하는 전류, 이른바 유효 전류가 감소하여 리드 단자(104)의 전기 저항에 의한 발열량이 적어진다. 이에 의해, 리드 단자(104)와 외장 캔(105) 또는 덮개(106)와의 용접에 있어서는, 리드 단자(104)의 유효 전류에 의한 전기 저항의 발열에 의해, 리드 단자(104)와 외장 캔(105) 또는 덮개(106)가 서로 용합되어 형성되는 용접 덩어리, 소위 용접 너겟(109)이 작아져 용접 강도가 약해지는 경우가 있다.
특히, 외장 캔(105)이나 덮개(106)보다 전기 저항의 작은, 예를 들어 구리, 은, 알루미늄 등을 함유하는 도전성 금속 등으로 리드 단자(104)를 형성한 경우, 전극 막대(107)로부터 전극 막대(108)로 흐르는 전류 중 무효 전류의 비율이 많아져 리드 단자(104)와 외장 캔(105)이나 덮개(106)와의 용접 강도가 더욱 약해져 버린다.
이러한 리튬 이온 이차 전지(101)에서는, 예를 들어 전지 팩(100)을 전자 기기 등으로부터 떼었을 때에 잘못하여 떨어뜨리거나 하여 충격 등을 받은 경우에, 리드 단자(104)와 외장 캔(105) 또는 덮개(106)와의 용접 강도가 약하므로, 리드 단자(104)와 외장 캔(105) 또는 덮개(106)와의 접속이 해제되어 전지 팩(100)이 사용 불가능하게 되어 버리는 경우가 있다.
또한, 전지 팩(100)에 있어서는 외장 캔(105)이나 덮개(106)와의 용접 신뢰성을 높이기 위해 리드 단자(104)를 얇게 한 경우, 리튬 이온 이차 전지(101)를 충방전할 때의 리드 단자(104)를 길이 방향으로 흐르는 전류의 전기 저항이 커져 버린다. 이로 인해, 전지 팩(100)에서는 전기 저항이 큰 리드 단자(104)가 충방전의 전류로 발열하고, 이 열에 의해 리튬 이온 이차 전지(101)가 열화되는 경우가 있다. 즉, 이 전지 팩(100)에서는 더욱 고기능화, 고성능화되어 전지당 1C 내지 2C 정도의 전류로 방전하는 대전류 방전이 필요하게 되는 최근의 전자 기기의 전원으로서 이용하는 것이 곤란해진다.
또한 이 리드 단자에서는, 전기 저항이 크기 때문에 충전시 또는 방전시에 리튬 이온 이차 전지(101)에 전압 강하가 발생하여 전력 손실이 발생되어, 에너지 이용 효율을 저하시켜 버린다.
본 발명의 목적은, 상술한 바와 같은 종래의 기술이 갖는 문제점을 해결할 수 있는 새로운 리드 단자 및 이 리드 단자를 이용한 전원 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은, 피접속체에 적절한 접속 강도를 갖고 용접되고, 또한 전기 저항이 억제된 리드 단자를 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 전지와 리드 단자와의 접속 신뢰성을 높일 수 있고, 또한 대전류 부하 특성이 우수한 전원 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명에 관한 리드 단자는, 제1 피접속체와 제2 피접속체를 전기적으로 접속시키는 리드 단자에 있어서, 도전성 금속으로 이루어지는 판재이며, 제1 피접속체의 외부 단자에 접촉시킨 상태에서 전기가 흐름으로써 제1 피접속체의 외부 단자에 저항 용접되는 용접부와, 제2 피접속체의 외부 단자에 접속되는 접속부와, 용접부와 접속부 사이에 위치하여 이들을 도통시키는 도체부를 갖고, 용접부의 두께가 도체부의 두께보다 얇게 형성되어 있다.
이 리드 단자는, 제1 피접속체의 외부 단자에 저항 용접되는 용접부가, 도체부보다도 얇게 되어 있음으로써 제1 피접속체의 외부 단자와 용접부를 용접할 때의 용접부에 흐르는 전류의 대부분을 용접부의 두께 방향으로 흐르게 할 수 있다.
본 발명에 관한 리드 단자는, 용접부의 두께 방향으로 저항 용접을 위한 전류가 많이 흘러 용접부의 전기 저항이 증대되고, 제1 피접속체의 외부 단자와 용접부와의 접촉 부위에서 발생되는 발열량도 커져 용접부를 제1 피접속체의 외부 단자에 높은 용접 강도로 저항 용접할 수 있다.
이 리드 단자에서는, 용접부의 두께 방향으로 저항 용접을 위한 전류가 많이 흘러 용접부의 전기 저항이 커지므로, 이 커진 전기 저항에 의해 용접부에서 발생되는 발열도 커져 용접부를 제1 피접속체의 외부 단자에 높은 용접 강도로 저항 용접할 수 있다.
본 발명에 관한 리드 단자는, 도체부가 용접부보다 두껍게 됨으로써 도체부에 전기를 흘렸을 때에 발생되는 용접부와 접속부 사이의 전기 저항, 즉 도체부의 전기 저항을 억제시킬 수 있다.
본 발명에 관한 전원 장치는 전지와, 전지의 충전 및/또는 방전을 제어하는 회로 기판과, 전지와 회로 기판을 전기적으로 접속시키는 리드 단자를 구비하고, 리드 단자가 도전성 금속으로 이루어지는 판재이며, 전지의 외부 단자에 접촉시킨 상태에서 전기가 흐름으로써 전지의 외부 단자에 저항 용접되는 용접부와, 회로 기판의 외부 단자에 접속되는 접속부와, 용접부와 접속부 사이에 위치하여 이들을 도통시키는 도체부를 갖고, 용접부의 두께가 도체부의 두께보다도 얇게 형성되어 있다.
이 전원 장치는, 리드 단자의 용접부가 도체부보다 얇게 되어 있음으로써 전지의 외부 단자와 리드 단자의 용접부를 저항 용접할 때의 리드 단자의 용접부에 흐르는 전류의 대부분을 리드 단자의 두께 방향으로 흐르게 할 수 있다.
본 발명에 관한 전원 장치는, 용접부에 리드 단자의 두께 방향으로 저항 용접을 위한 전류가 많이 흘러 용접부의 전기 저항이 증대되고, 전지의 외부 단자와 리드 단자의 용접부와의 접촉 부위에서 발생되는 발열량도 커져 리드 단자의 용접부를 전지의 외부 단자에 높은 용접 강도로 적절하게 저항 용접할 수 있다.
이 전원 장치에서는 리드 단자에 있어서의 도체부가 용접부보다 두껍게 되어 있음으로써, 리드 단자에 전지를 충방전시키기 위한 전기를 흘렸을 때에 발생되는 용접부와 접속부 사이의 전기 저항, 즉 도체부의 전기 저항을 억제시킬 수 있으므로, 리드 단자에 있어서의 도체부의 전기 저항이 억제되어 있는 것보다, 리드 단자에 전기를 흘렸을 때의 전기 저항에 의한 리드 단자의 발열을 억제할 수 있다.
또한, 본 발명에 관한 전원 장치에 있어서는 리드 단자의 전기 저항이 억제됨으로써, 충방전시의 전압 강하와 전력 손실을 저감시킬 수 있어 충방전 효율을 양호하게 할 수 있다.
본 발명의 또 다른 목적 및 본 발명에 의해 얻어지는 구체적인 이점은, 이하에 있어서 도면을 참조하여 설명되는 실시 형태의 설명으로부터 한층 명백해질 것이다.
도1은 종래의 전지 팩을 도시한 분해 사시도이다.
도2는 전지 팩을 구성하는 리튬 이온 이차 전지에 리드 단자를 용접하는 상태를 도시한 사시도이다.
도3은 전지 팩에 설치되는 리드 단자에 저항 용접하기 위한 전류가 흐르는 상태를 모식적으로 도시한 주요부 단면도이다.
도4는 본 발명에 관한 리드 단자를 이용한 전지 팩을 도시한 사시도이다.
도5는 전지 팩을 도시한 분해 사시도이다.
도6은 전지 팩을 구성하는 전지 모듈을 도시한 사시도이다.
도7은 전지 팩에 설치되는 리드 단자의 일예를 도시한 주요부 단면도이다.
도8은 리드 단자와 전지와의 접속부를 도시한 주요부 단면도이다.
도9는 전지 팩을 구성하는 전지의 내부 구조를 도시한 사시도이다.
도10은 리드 단자와 전지를 접속하는 데 이용하는 저항 용접기를 도시한 사시도이다.
도11은 리드 단자를 전지에 접속하는 방법을 설명하기 위한 도면으로, 전지를 용접 헤드에 장착한 상태를 도시한 사시도이다.
도12는 리드 단자를 전지에 접속하는 방법을 설명하기 위한 도면으로, 리드 단자를 전지에 용접하는 상태를 도시한 사시도이다.
도13은 리드 단자를 전지에 접속하는 방법을 설명하기 위한 도면으로, 리드 단자에 저항 용접을 위한 전류가 흐르는 상태를 모식적으로 도시한 주요부 단면도이다.
도14는 리드 단자에 슬릿이 형성되고, 이 리드 단자가 전지에 용접되는 상태를 도시한 사시도이다.
도15는 리드 단자에 슬릿이 형성되고, 이 리드 단자에 저항 용접을 위한 전류가 흐르는 상태를 모식적으로 도시한 주요부 단면도이다.
도16은 리드 단자의 용접부가 마름모형으로 형성된 상태를 도시한 사시도이다.
도17은 리드 단자에 절곡부가 형성된 상태를 도시한 사시도이다.
도18은 리드 단자를 절곡부에서 절곡한 상태를 도시한 사시도이다.
도19는 리드 단자의 다른 예를 도시한 사시도이다.
도20은 리드 단자의 또 다른 예를 도시한 사시도이다.
도21은 리드 단자의 또 다른 예를 도시한 사시도이다.
도22a는 리드 단자의 또 다른 예를 도시한 사시도이고, 도22b는 그 주요부 단면도이다.
도23은 본 발명에 관한 전지 팩의 다른 예를 일부 투시하여 도시한 분해 사시도이다.
이하, 본 발명에 관한 리드 단자 및 이 리드 단자를 이용한 전원 장치에 대해, 도4 및 도5에 도시한 전지 팩(1)을 참조로 하여 설명한다. 이 전지 팩(1)은, 예를 들어 카메라 일체형 VTR 등의 전자 기기 등에 설치된 장착부에 장착되고, 전자 기기 등에 대해 소정의 전압의 전력을 안정적으로 공급하는 것이 가능한 것이다.
그리고, 전지 팩(1)은 발전 요소가 되는 대략 원기둥 형상의 한 쌍의 전지(2a, 2b)와, 한 쌍의 전지(2a, 2b)의 외부 단자에 접속되는 리드 단자(3)와, 리드 단자(3)를 거쳐서 한 쌍의 전지(2a, 2b)에 전기적으로 접속됨으로써 한 쌍의 전지(2a, 2b)에 대해 충방전의 제어 등을 행하는 회로 기판(4)을 갖고, 한 쌍의 전지(2a, 2b), 리드 단자(3) 및 회로 기판(4)이 대략 상자 형상인 수납 케이스(5)에 수 납되어 있다.
전지 팩(1)은, 한 쌍의 전지(2a, 2b)가 병렬로 리드 단자(3)로 접속되어 일체화된 전지 모듈(6)이 회로 기판(4)에 리드 단자(3)를 거쳐서 접속된 상태에서 수납되어 있다. 또한, 여기서는 한 쌍의 전지(2a, 2b)가 병렬로 접속된 전지 모듈(6)에 대해 설명하지만, 이에 한정되는 것은 아니며 예를 들어 한 쌍의 전지(2a, 2b)가 직렬로 접속된 전지 모듈이라도 좋고, 전지의 수량 및 배치 등은 임의로 구성할 수 있는 것으로 한다.
이하의 설명에 있어서, 어떠한 전지(2a, 2b)를 나타내는 경우에는 단순히 전지(2)라 기재한다.
전지 모듈(6)을 구성하는 리드 단자(3)는, 도6에 도시한 바와 같이 도전성 금속으로 이루어지는 판재이며, 한 쌍의 전지(2a, 2b)의 외부 단자가 되는 양단부면에 접속되는 복수의 용접부(3a)와, 회로 기판(4)의 접속 랜드(7) 등에 접속되는 접속부(3b)와, 이들 용접부(3a)끼리의 사이 및 용접부(3a)와 접속부(3b)와의 사이에 위치하여 이들을 도통시키는 도체부(3c)를 갖고 있다.
리드 단자(3)는, 예를 들어 니켈, 니켈 합금, 철, 철 합금, 스테인레스, 아연, 아연 합금, 구리, 구리 합금, 은, 은 합금, 금, 금 합금, 백금, 백금 합금, 알루미늄, 알루미늄 합금, 몰리브덴, 몰리브덴 합금, 텅스텐, 텅스텐 합금, 티탄, 티탄 합금, 베릴륨, 베릴륨 합금, 로듐, 로듐 합금 중 어느 1 종류, 또는 복수 종류를 함유하는 합금 등의 도전성 금속으로 형성되어 있다.
이 리드 단자(3)는, 한 쌍의 전지(2a, 2b)의 양단부면에 위치하는 동극끼리 에 용접부(3a)가 저항 용접법 등을 이용하여 각각 용접됨으로써, 한 쌍의 전지(2a, 2b)를 일체화시켜 전지 모듈(6)을 구성시키는 것이다. 구체적으로, 한 쌍의 전지(2a, 2b)의 일단부면끼리를 1개의 리드 단자(3)로 병렬로 저항 용접으로 접속하고, 한 쌍의 전지(2a, 2b)의 타단부면끼리를 1개의 리드 단자(3)로 병렬로 저항 용접으로 접속함으로써 전지 모듈(6)을 구성하고 있다. 또한, 전지 모듈(6)에 있어서는 한 쌍의 전지(2)의 단부면과 용접부(3a)가 저항 용접법으로 저항 용접되어 있음으로써, 예를 들어 초음파 용접 등으로 용접한 경우에 초음파가 전지에 전달되어 일어나는 전지 열화를 방지할 수 있어, 장치 자체가 고가인 레이저 용접 등에 비해 제조 비용을 억제할 수 있다.
이와 같이 하여 구성되는 전지 모듈(6)에서는, 한 쌍의 전지(2a, 2b)의 양단부면에 리드 단자(3)가 각각 용접되어 있으므로 전지(2)의 외주 방향으로 회전하는 것이 방지된 한 쌍의 전지(2a, 2b)가 서로 인접한 상태에서 고정되게 된다. 또한, 이 리드 단자(3)는 회로 기판(4)의 접속 랜드(7) 등에 접속부(3b)가 예를 들어 땜납 등으로 용착됨으로써 회로 기판(4)과 한 쌍의 전지(2a, 2b)를 전기적으로 접속시킨다.
이 리드 단자(3)는, 대략 직사각 형상의 용접부(3a)의 두께가 도체부(2c)의 두께보다 얇게 되어 있다. 구체적으로는, 두께가 0.3 mm 정도인 도체부(3c)에 대해 용접부(3a)의 두께는 0.15 mm 정도로까지 얇게 되어 있다.
이로 인해, 리드 단자(3)에서는 한 쌍의 전지(2a, 2b)의 외부 단자가 되는 양단부면에 저항 용접법 등으로 각각 용접되는 용접부(3a)가 도체부(3c)보다 얇게 되어 있음으로써, 전지(2)의 단부면과 용접부(3a)를 용접할 때의 용접부(3a)에 흐르는 용접을 위한 전류의 대부분을 용접부(3a)의 두께 방향으로 흐르게 할 수 있다.
따라서, 이 리드 단자(3)에서는 용접부(3a)의 두께 방향으로 용접을 위한 전류가 많이 흘러 용접부(3a)의 전기 저항이 증대되고, 전지(2)의 단부면과 용접부(3a) 사이에 발생되는 발열량도 커져 용접부(3a)가 전지(2)의 단부면에 높은 용접 강도를 갖고 용접된다.
또한, 리드 단자(3)에 있어서는 용접부(3a)를 설치하는 부위 이외를 마스킹한 상태에서 에칭 처리 등이 실시됨으로써 두께가 얇은 용접부(3a)가 설치된다. 리드 단자(3)에 있어서는, 에칭제 등에 침지해 두는 시간을 제어함으로써 용접부(3a)를 소정의 두께로 할 수 있다. 리드 단자(3)에 있어서는, 에칭 처리 등의 외에 예를 들어 레이저 가공, 교축 가공 등의 방법으로 두께가 얇게 된 용접부(3a)를 설치할 수 있다.
이 리드 단자(3)에 있어서는, 도7에 도시한 바와 같이 용접부(3a)가 도전성 금속으로 이루어지는 판재의 양 주면에서 서로 대향하는 위치에 형성된 오목부에 의해 구성되어도 좋지만, 예를 들어 도8에 도시한 바와 같이 용접부(3a)의 한 쪽 주면을 단차가 없는 평탄한 면으로 하여, 이 평탄한 면을 전지(2)의 양단부면과 대향시키도록 하여 용접시킴으로써 용접부(3a)와 전지(2) 사이에 간극이 발생되는 일 없이 적절하게 용접부(3a)를 전지(2)의 단부면에 저항 용접할 수 있다.
이 리드 단자(3)에서는, 전지(2)에 용접되는 용접부(3a)와 회로 기판(4)에 접속되는 접속부(3b)를 도통시키는 도체부(3c)가 용접부(3a)의 두께보다 두껍게 되어 있음으로써 전지(2)를 충방전시키기 위한 전기를 흘렸을 때에, 용접부(3a)와 접속부(3b) 사이에 발생되는 전기 저항, 즉 도체부(3c)의 전기 저항이 억제된다. 따라서, 이 리드 단자(3)에서는 도체부(3c)의 전기 저항이 억제되어 있음으로써, 예를 들어 전자 기기 등의 요구에 의해 전지(2)에 1C 내지 2C 정도의 대전류가 흐른 경우라도 전기 저항에 의한 발열량을 작게 할 수 있다. 또한, 리드 단자(3)에 있어서는, 예를 들어 도체부(3c)의 두께를 1 mm 내지 2 mm 정도로까지 두껍게 하는 것도 가능하다.
전지 모듈(6)이 리드 단자(3)를 거쳐서 접속되는 회로 기판(4)은, 도전성 금속 등으로 이루어져 리드 단자(3)가 땜납 등으로 접속되는 접속 랜드(7)를 갖는 도시하지 않은 패턴 배선이나, 이 패턴 배선에 접속되어 전지 모듈(6)에 대해 충방전 제어나, 과방전 및/또는 과충전 보호 등을 행하는 도시하지 않은 IC(integrated circuit) 칩, LSI(Large-scale Integrated Circuit) 칩 등의 전자 회로 부품이나 온도 퓨즈 등의 보호 소자 부품 등이 절연성 수지 등으로 이루어지는 기판(8) 상에 설치되어 있다.
또한, 회로 기판(4)에는 예를 들어 땜납 등에 의해 패턴 배선 등에 전기적으로 접속되는 커넥터(9)가 전자 회로 등을 부착한 일주면과는 반대측의 다른 주면에 부착되어 있다. 커넥터(9)는, 전원 팩(1)이 전자 기기 등에 접속될 때에 전자 기기 등에 설치된 외부 단자 등과 걸어 맞추어져 전기적으로 접속됨으로써, 전자 기기 등에 대해 전기를 공급하는 공급구로서 기능한다. 이 커넥터(9)는, 전지 모듈 (6)을 충전할 때에 예를 들어 AC 전원 등이 접속되는 접속부로서도 기능한다. 이 회로 기판(4)은, 예를 들어 대략 상자 형상의 수납 케이스(5)의 측벽과 기판(8)의 다른 주면이 서로 마주 본 상태에서 수납 케이스(5)의 측벽을 따르도록 수납 케이스(5) 내에 수납된다.
전지 모듈(6) 및 회로 기판(4)이 수납되는 수납 케이스(5)는, 예를 들어 폴리카보네이트나 ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene) 수지 등의 절연성 수지 등으로 이루어져 상부 케이스(10) 및 하부 케이스(11)에 의해 구성되어 있다. 상부 케이스(10) 및 하부 케이스(11)는, 각각 대략 직사각 형상의 주면의 외주연부를 따라 측벽이 세워 설치된 형상이며, 서로의 측벽을 맞댐으로써 대략 상자 형상의 수납 케이스(5)가 된다.
이 수납 케이스(5)에는, 회로 기판(4)에 부착된 커넥터(9)를 외부에 노출시키기 위한 개구부가, 상부 케이스(10) 및 하부 케이스(11)의 측벽에 형성된 절결부(12)와, 커넥터(9)가 걸어 맞추어지는 결합 오목부(13)에 의해 형성되어 있다.
이 수납 케이스(5)에 있어서의 하부 케이스(11)에는, 전지 모듈(6)이 수납되는 측의 면을 2등분으로 구획하는 전지 구획벽(14)이 설치되어 있다. 그리고, 수납 케이스(5)에서는 전지 모듈(6)에 있어서의 한 쌍의 전지(2a, 2b)가 전지 구획벽(14)으로 구획된 2개의 공간에 각각 수납되게 되어, 전지 구획벽(14)이 개재됨으로써 전지(2a, 2b)끼리가 내부에서 서로 부딪히는 것을 방지할 수 있다.
수납 케이스(5)에 있어서의 하부 케이스(11)에는, 상술한 전지 구획벽(14) 외에 전지(2)의 외주면과 접촉함으로써 전지 모듈(6)을 보유 지지하는 전지 보유 지지 부재(15)가, 전지 모듈(6)이 수납되는 측의 면에 복수 설치되어 있다. 이 하부 케이스(11)에서는, 전지 보유 지지 부재(15)가 전지 구획벽(14)으로 구획된 2개의 공간 전부에 복수 설치되어 있고, 전지 보유 지지 부재(15)의 전지(2)의 외주면을 따른 곡면을 갖는 접촉면(15a)이 전지(2)의 외주면에 접촉함으로써 전지 모듈(6)을 적절하게 보유 지지시킨다. 또한, 수납 케이스(5)에 있어서는 예를 들어 접착제 등의 접착 부재로 전지 모듈(6)을 내벽에 접착시킴으로써 전지 모듈(6)을 견고하게 고정시키는 것도 가능하다.
이에 의해, 전원 팩(1)에서는 수납 케이스(5) 내부에 설치된 전지 구획벽(14) 및 전지 보유 지지 부재(15)에 의해, 전지 모듈(6)을 내부에 덜걱거림 없이 수납시키는 것이 가능해진다.
이 전원 팩(1)에서는, 예를 들어 잘못하여 낙하시키는 등 외부로부터 충격을 받은 경우에, 전지 모듈(6)에 있어서의 한 쌍의 전지(2a, 2b)의 사이에 개재된 전지 구획벽(14)이 완충재로서 기능하므로, 전지(2a, 2b)끼리가 충돌하여 발생되는 전지(2)의 형상 변형이나 전지 특성 열화 등을 억제할 수 있다. 또한, 전지 구획벽(14)이나 전지 보유 지지 부재(15)는, 수납 케이스(5)의 강성을 높이도록 기능한다.
이러한 구성의 전원 팩(1)에는, 상술한 전지 모듈(6), 회로 기판(4) 등의 외에, 예를 들어 전지 모듈(6)과 회로 기판(4)과의 접촉을 방지하는 절연용 인슐레이터(16) 등도 수납되어 있다.
절연용 인슐레이터(16)는, 예를 들어 폴레에틸렌, 폴리프로필렌, 불연지 등 의 시트 형상의 절연성 재료 등으로 이루어져 전지 모듈(6)과 회로 기판(4) 사이에 배치된다. 이에 의해, 전원 팩(1)에서는 예를 들어 외부로부터 충격을 받았을 때에, 전지 모듈(6)이 회로 기판(4)에 접촉하는 것을 절연용 인슐레이터(16)가 방지하므로, 전지 모듈(6)이 회로 기판(4)과 접촉하여 발생되는 전지(2)의 외부 단락 등을 방지할 수 있다.
또한, 전원 팩(1)에는 수납 케이스(5)의 외주에 예를 들어 제조 롯 번호 등이 기재됨으로써 전지 모듈(6)이나 회로 기판(4) 등의 소성 등을 명백하게 하는 것이 가능한 라벨(17)이 부착되어 있다.
다음에, 이상과 같은 구성의 전원 팩(1)에 수납되는 전지(2)에 대해 설명한다. 이 전지(2)는, 도9에 도시한 바와 같이 전기를 발전시키는 전지 소자(20)와, 전지 소자(20) 내에서 이온을 이동시키는 전해액(21)과, 전지 소자(20) 및 전해액(21)을 수납하는 외장 캔(22)과, 외장 캔(22)의 개구부를 폐쇄하는 덮개(23)를 갖고 있다.
전지 소자(20)는, 정극 활물질로서 리튬 천이 금속 복합 산화물 등을 이용하는 띠 형상의 정극(24)과 부극 활물질로서 탄소질 재료 등을 이용하는 띠 형상의 부극(25)이, 정극(24)과 부극(25)이 접촉하지 않도록 이들을 서로 차폐하는 띠 형상의 세퍼레이터(26)를 거쳐서 적층되고, 길이 방향으로 권취된 구성으로 되어 있다. 이러한 전지 소자(20)가 발전 요소가 되는 전지(2)는, 정극(24)과 부극(25) 사이에서 리튬 이온을 왕래시킴으로써 전지 반응이 행해지는, 이른바 리튬 이온 이차 전지이다.
정극(24)은 정극 활물질과 결착제를 함유하는 정극합제 도포액을 정극 집전체(27)의 주면에 도포, 건조, 가압함으로써, 정극 집전체(27)의 주면 상에 정극합제층(28)이 압축 형성된 구조로 되어 있다. 정극(24)에는 정극 단자(29)가 정극 집전체(27)의 소정의 위치에 용접 등에 의해 전기적으로 접속되어 있다. 이 정극 단자(29)에는, 예를 들어 알루미늄 등의 도전성 금속으로 이루어지는 띠 형상 금속 부재 등을 이용한다.
정극(24)에 있어서, 정극합제층(28)에 함유되는 정극 활물질에는 리튬 이온을 도핑/탈도핑하는 것이 가능한 재료를 이용한다. 구체적으로는, 예를 들어 화학식 LixMO2(Li의 가수 x는 0.5 이상, 1.1 이하의 범위이고, M은 천이 금속 중 어느 1 종류 또는 복수 종류의 화합물임) 등으로 나타내는 리튬 천이 금속 복합 산화물, TiS2, MoS2, NbSe2, V2O5 등의 리튬을 함유하지 않는 금속 황화물, 금속 산화물, 혹은 특정한 폴리머 등을 이용한다. 이들 중, 리튬 천이 금속 복합 산화물로서는 예를 들어 리튬·코발트 복합 산화물(LiCoO2), 리튬·니켈 복합 산화물(LiNiO2), LixNiyCo1-yO2(리튬의 가수 x, 니켈의 가수 y는 전지의 충방전 상태에 따라 다르고, 1-y는 코발트의 가수이며 통상 0 < x < 1, 0.7 < y < 1.02임)나, LiMn2O4 등으로 나타내는 스피넬형 리튬·망간 복합 산화물 등을 들 수 있다. 그리고, 정극(2)에서는 정극 활물질로서 상술한 금속 황화물, 금속 산화물, 리튬 복합 산화물 등 중 어느 1 종류 또는 복수 종류를 혼합하여 이용하는 것도 가능하다.
정극(24)에서는, 정극합제층(28)의 결착제로서 비수 전해액 전지의 정극합제에 이용되는 예를 들어 폴리불화비닐, 폴리불화비닐리덴, 폴리테트라플루오로에틸렌 등의 수지 재료 등을 이용할 수 있는 것 외에, 정극합제층(28)에 도전재로서 탄소질 재료 등을 첨가하거나, 공지의 첨가제 등을 첨가하거나 할 수 있다. 또한, 정극(24)에서는 정극 집전체(27)로서 예를 들어 알루미늄 등의 도전성 금속으로 이루어지는 박 형상 금속이나 그물 형상 금속 등을 이용한다.
부극(25)은 부극 활물질과 결착제를 함유하는 부극합제 도포액을 부극 집전체(30)의 주면에 도포, 건조, 가압함으로써, 부극 집전체(30)의 주면 상에 부극합제층(31)이 압축 형성된 구조로 되어 있다. 부극(25)에는 부극 단자(32)가 부극 집전체(30)의 소정의 위치에 접속되어 있다. 이 부극 단자(32)에는, 예를 들어 구리, 니켈 등의 도전성 금속으로 이루어지는 띠 형상 금속 부재 등을 이용한다.
부극(25)에 있어서, 부극합제층(31)에 함유되는 부극 활물질에는 리튬, 리튬 합금, 또는 리튬 이온을 도핑/탈도핑할 수 있는 탄소질 재료 등이 이용된다. 리튬 이온을 도핑/탈도핑할 수 있는 탄소질 재료로서는, 예를 들어 2000 ℃ 이하의 비교적 낮은 온도로 소성하여 얻어지는 저결정성 탄소 재료, 결정화되기 쉬운 원재료를 3000 ℃ 부근의 고온으로 소성한 인조 흑연 등의 고결정성 탄소 재료 등을 이용하는 것이 가능하다. 구체적으로는, 열분해 탄소류, 코크스류, 흑연류, 유리 형상 탄소 섬유, 유기 고분자 화합물 소성체, 탄소 섬유, 활성탄 등의 탄소질 재료를 이용하는 것이 가능하다. 코크스류로서는, 예를 들어 피치 코크스, 니들 코크스, 석유 코크스 등이 있다. 또한, 유기 고분자 화합물 소성체라 함은, 페놀 수지, 푸란 수지 등을 적당한 온도로 소성하여 탄소화한 것이다. 이들 탄소질 재료는, 전지(2)를 충방전하였을 때에, 부극(25)측으로 리튬이 석출되는 것을 억제시키는 것이 가능하다.
상술한 탄소질 재료의 외에는, 부극 활물질로서 예를 들어 리튬과 화합 가능한 금속, 합금, 원소 및 이들 화합물 등을 들 수 있다. 부극 활물질로서는, 예를 들어 리튬과 화합 가능한 원소를 M이라 하였을 때에 MxM'yLiz(M'는 Li 원소 및 M 원소 이외의 금속 원소이고, M의 가수 x는 0보다 큰 수치이며, M'의 가수 y 및 Li의 가수 z는 0 이상의 수치임) 등의 화학식으로 나타내는 화합물 등이다. 이 화학식에 있어서는, 예를 들어 반도체 원소인 B, Si, As 등도 금속 원소로서 들 수 있다. 구체적으로는, 예를 들어 Mg, B, Al, Ga, In, Si, Ge, Sn, Pb, Sb, Bi, Cd, Ag, Zn, Hf, Zr, Y, B, Si, As 등의 원소 및 이들 원소를 함유하는 화합물, Li - Al, Li - Al - M(M은 2A족, 3B족, 4B족의 천이 금속 원소 중 어느 1 종류 또는 복수 종류임), AlSb, CuMgSb 등을 들 수 있다.
특히, 리튬과 화합 가능한 원소에는 3B족 전형 원소가 바람직하고, 이들 중에서도 Si, Sn이 바람직하고, 또는 Si를 이용하는 것이 바람직하다. 구체적으로는, MxSi, MxSn(M은 Si, Sn 이외의 1 종류 이상의 원소이며, M의 가수 x는 O 이상의 수치임)의 화학식으로 나타내는 Si 화합물, Sn 화합물로서, 예를 들어 SiB4, SiB6, Mg2Si, Mg2Sn, Ni2Si, TiSi2, MoSi2, NiSi2, CaSi2, CrSi2, Cu5Si, FeSi2, MnSi2, NbSi2, TaSi2, VSi2, WSi2, ZnSi2 등을 들 수 있고, 이들 중 어느 1 종류 또는 복수 종류를 혼합하여 이용한다.
또한, 부극 활물질로서는 1개 이상의 비금속 원소를 함유하는 탄소 이외의 4B족의 원소 화합물도 이용할 수 있다. 이 화합물에는, 복수 종류의 4B족의 원소를 함유하고 있어도 좋다. 구체적으로는, 예를 들어 SiC, Si3N4, Si2N2O, Ge2N2O, SiOx(산소의 가수 x는 0 < x ≤ 2의 범위임), SnOx(산소의 가수 x는 0 < x ≤ 2의 범위임), LiSiO, LiSnO 등을 들 수 있고, 이들 중 어느 1 종류 또는 복수 종류를 혼합하여 이용한다.
부극(25)에서는, 부극합제층(31)의 결착제로서 비수 전해액 전지의 부극합제에 이용되는, 예를 들어 폴리불화비닐리덴이나 폴리테트라플루오로에틸렌 등의 수지 재료 등을 이용할 수 있다. 부극(25)에서는, 부극 집전체(30)에 예를 들어 구리 등의 도전성 금속 등으로 이루어지는 박 형상 금속이나 그물 형상 금속 등을 이용한다.
세퍼레이터(26)는 정극(24)과 부극(25)을 이격시키는 것으로, 이러한 종류의 비수 전해액 전지의 절연성 미다공막으로서 통상 이용되고 있는 공지의 재료를 이용할 수 있다. 구체적으로는, 예를 들어 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 등의 고분자 필름이 이용된다. 또한, 리튬 이온 전도도와 에너지 밀도와의 관계로부터, 세퍼레이터(26)의 두께는 가능하는 한 얇은 쪽이 바람직하고, 그 두께를 30 ㎛ 이하로 하여 이용한다.
이러한 구성의 전지 소자(20)는, 정극(24)과 부극(25)이 세퍼레이터(26)를 거쳐서 적층되고 길이 방향으로 권취된 권취 부재이며, 권취축 방향의 일단부면으로부터 정극 단자(29)가 연장되고, 타단부면으로부터 부극 단자(32)가 연장된 구조로 되어 있다.
전해액(21)은, 예를 들어 비수 용매에 전해질염을 용해시킨 비수 전해액이다. 전해액(21)에 있어서, 비수 용매로서는 예를 들어 환상의 탄산에스테르 화합물, 수소를 할로겐기나 할로겐화 아크릴기로 치환한 환상탄산에스테르 화합물이나 쇄상 탄산에스테르 화합물 등을 이용한다. 구체적으로는, 프로필렌카보네이트, 에틸렌카보네이트, 디에틸카보네이트, 디메틸카보네이트, 1, 2-디메톡시에탄, 1, 2-디에톡시에탄, γ-부틸로크락톤, 테트라히드로푸란, 2-메틸테트라히드로푸란, 1, 3-디옥소란, 4메틸 1, 3디옥소란, 디에틸에테르, 술포란, 메틸술포란, 아세트니트릴, 프로피오니트릴, 아니솔, 아세트산에스테르, 부티르산에스테르, 프로피온산에스테르 등을 예로 들 수 있고, 이들 중 1 종류 이상을 이용한다. 특히, 비수 용매로서는 전압 안정성의 점에서 프로필렌카보네이트, 디메틸카보네이트, 디에틸카보네이트를 사용하는 것이 바람직하다.
또한 전해질염으로서는, 예를 들어 LiPF6, LiClO4, LiAsF6, LiBF4, LiB(C6H5)4, LiCH3SO3, LiCF3SO3, LiCl, LiBr 등을 들 수 있고, 이들 중 1 종류 이상을 이용한다.
외장 캔(22)은, 예를 들어 철, 알루미늄, 스테인레스 등의 도전성 금속 등으 로 이루어지는 바닥이 있는 통 형상 용기이며, 캔 바닥부(22a)가 원 형상 등의 형상을 갖고 있다. 외장 캔(22)에는, 예를 들어 직사각 형상, 편평 원 형상 등의 캔 바닥부(22a)를 갖는 바닥이 있는 통 형상 용기를 이용할 수도 있다.
이 외장 캔(22)은, 양단부면에 내부 단락을 방지하기 위한 인슐레이터(33)가 배치된 전지 소자(20)가 삽입되고, 전지 소자(20)의 타단면으로부터 돌출하는 부극 단자(32)가 캔 바닥부(22a)에 용접 등에 의해 전기적으로 접속됨으로써 전지(2)의 외부 부극 단자가 된다. 또한, 전지(2)에 있어서는 한 쪽 단부면이 되는 외장 캔(22)의 캔 바닥부(22a)에 리드 단자(3)의 용접부(3a)가 저항 용접법에 의해 용접되게 된다.
외장 캔(22)에는, 그 개구부 부근에 내경 전체 둘레에 걸쳐 내측으로 잘록해지는 비드부(22b)가 설치되어 있다. 이 비드부(22b)는 덮개(23)가 외장 캔(22)의 개구부에 가스켓(34)을 거쳐서 압입되어 폐쇄할 때에, 덮개(23)의 다이 시트가 되어 덮개(23)가 외장 캔(22)의 개구부에 배치되는 위치를 결정하는 동시에, 외장 캔(22)에 수납된 전지 소자(20)가 튀어 나오는 것을 방지하는 것이다.
이 외장 캔(22)은, 전지 소자(20)가 수납되고 개구부에 덮개(23)가 가스켓(34)을 거쳐서 압입된 상태에서, 비드부(22b)보다 상방의 모서리부 부근을 내측으로 굽힘 가공, 이른바 코오킹 가공됨으로써 덮개(23)가 개구부에 견고하게 고정되어 전지 소자(20)를 밀폐 봉입시킨다. 또한, 외장 캔(22)은 코오킹 가공이 실시되었을 때에, 개구부의 모서리부 전체 둘레에서 가스켓(34)이 비어져 나오도록 되어 있어 모서리부와 덮개(23)가 접촉하지 않도록 되어 있다.
덮개(23)는 전지(2)의 전지 내압이 소정 압력 이상이 되면 전지(2)에 흐르는 전류를 차단하는 전류 차단 기구부(35)와, 전지(2)에 소정 온도 이상 또는 소정의 전류치 이상의 전류가 흐르면 전기 저항을 상승시켜 전지(2)에 흐르는 전류를 작게 하는 PTC(positive temperature coefficient) 소자(36)와, 전지(2)의 외부 정극 단자가 되는 단자판(37)이 차례로 적층되어 가스켓(34)에 수납된 상태에서 외장 캔(22)의 개구부에 압입된다.
전류 차단 기구부(35)는, 전지 내압이 소정치 이상으로 상승한 경우에 파열되어 전지 내부의 기체 등을 전지 외부로 릴리프하는 안전 밸브(38)와, 정극 단자(29)가 접속되는 접속판(39)과, 접속판(39)이 접속되는 디스크(40)와, 안전 밸브(38)와 디스크(40)를 절연하는 디스크 홀더(41)에 의해 구성되어 있다.
안전 밸브(38)는, 예를 들어 알루미늄 등의 도전성 금속 등으로 이루어지고, 원반 형상 금속판에 프레스 가공 등을 실시함으로써 외장 캔(22)에 수납된 전지 소자(20)측으로 돌출하는 접시부(38a)와, 접시부(38a)의 대략 중앙으로부터 전지 소자(20)측으로 돌출하는 볼록부(38b)가 형성되어 있다. 또한, 안전 밸브(38)는 접시부(38a)에 전지 내압이 소정치 이상으로 상승하였을 때에 파열되는 육박부(38c)가 설치되어 있다.
접속판(39)은, 예를 들어 알루미늄 등의 도전성 금속 등으로 이루어지고, 일주면에는 안전 밸브(38)의 볼록부(38b)가, 다른 주면에는 전지 소자(20)가 돌출하는 정극 단자(29)가 초음파 용접 등으로 용접됨으로써 접속되어 있다.
디스크(40)는, 예를 들어 평면성을 유지할 수 있는 어느 정도의 강성을 갖는 금속판 등으로 이루어지고, 대략 중앙부에 안전 밸브(38)의 볼록부(38b)가 삽입되는 구멍부(40a)가 형성되어 있다.
디스크 홀더(41)는, 예를 들어 절연성 수지 재료 등으로 이루어지고, 원환상을 이루어 내주측에 안전 밸브(38)의 접시부(38a)와, 디스크(40)가 끼워 맞추어짐으로써 이들을 보유 지지하고 있다. 또한, 디스크 홀더(41)에는 끼워 맞추어진 안전 밸브(38)의 접시부(38a)와 디스크(40)를 접촉하지 않도록 이격시키는 이격부(41a)가 내주 전체 둘레에 걸쳐 내측으로 돌출하도록 설치되어 있다. 또한, 이 디스크 홀더(41)에는 이격부(41a)의 대략 중앙부에 안전 밸브(38)의 볼록부(38b)가 삽입되는 구멍부(41b)가 형성되어 있다.
그리고, 전류 차단 기구부(35)는 디스크 홀더(41)의 내주측에 안전 밸브(38)의 접시부(38a)와 디스크(40)가 디스크 홀더(41)의 이격부(41a)에 의해 접촉하지 않도록 끼워 맞추어지고, 안전 밸브(38)의 볼록부(38b)가 디스크 홀더(41)의 구멍부(41b) 및 디스크(40)의 구멍부(40a)에 삽입되어 접속판(39)에 예를 들어 저항 용접법이나 초음파 용접법 등에 의해 용접된 구성으로 되어 있다. 즉, 전류 차단 기구부(35)는 접속판(39), 디스크(40), 디스크 홀더(41), 안전 밸브(38)가 차례로 적층되고, 안전 밸브(38)의 볼록부가 디스크 홀더(41) 및 디스크(40)를 관통하도록 하여 접속판(39)에 접속된 것이다.
이러한 구성의 전류 차단 기구부(35)에서는, 전지 내압이 상승함에 따라서 안전 밸브(38)의 접시부(38a)가 전지 소자(20)측과는 반대인 외측으로 팽창되도록 변형해 간다. 그리고, 안전 밸브(38)의 접시부(38a)의 변형에 수반하여 볼록부 (38b)에 접속되어 있는 접속판(39)의 외측으로 이동하려고 하는 것을 디스크(40)가 억제하므로, 안전 밸브(38)의 볼록부(38b)와 접속판(39)과의 접속이 도중에서 끊어지게 된다. 이와 같이 하여, 전류 차단 기구부(35)에서는 전지 내압이 상승하였을 때에, 전지 소자(20)와 덮개(23)와의 접속을 차단하여 이 이상 전류가 흘러 전지 내압이 더 상승하는 것을 억제시킨다.
PTC 소자(36)는, 전지 온도가 소정치 이상으로 상승하거나 소정치 이상의 전류가 흐르거나 하여 온도가 상승하면, 그 전기 저항을 크게 하여 전지(2)에 흐르는 전류를 작게 하도록 한다. 이에 의해, 전지(2)에서는 PTC 소자(36)가 전류치를 제어하여 전지 내부의 온도 상승을 억제시키는 것이 가능해진다. 또한, PTC 소자(36)는 그 전기 저항이 커져, 전지(2)에 흐르는 전류가 작아져 온도가 내려가면, 그 전기 저항이 작아져 다시 전지(2)에 전류가 흐르게 한다.
단자판(37)은, 예를 들어 철, 알루미늄, 스테인레스, 니켈, 아연, 아연 합금 등 중 어느 1 종류 또는 복수 종류를 함유하는 도전성 금속 등으로 이루어지고, 접속판(39), 안전 밸브(38), PTC 소자(36)를 거쳐서 전지 소자(20)로부터 돌출하는 정극 단자(29)와 전기적으로 접속되므로 전지(2)의 정극 외부 단자로서 기능한다.
이 단자판(37)에는, 예를 들어 원반 형상 금속판에 프레스 가공 등을 실시함으로써 외장 캔(22)에 수납된 전지 소자(20)측과는 반대측으로 돌출하는 단자부(37a)가 설치된다. 이 단자부(37a)는, 정극 외부 단자가 되는 단자판(37)의 외부에 대한 정극측의 접속부가 되어, 외부로부터의 접속 단자가 예를 들어 접촉이나 용접 등에 의해 접속되게 된다. 또한, 전지(2)에 있어서는 다른 쪽 단부면이 되는 단자판(37)의 단자부(37a)에 리드 단자(3)의 용접부(3a)가 저항 용접법에 의해 용접되게 된다.
또한, 이 단자판(37)에는 예를 들어 전지 내압의 상승에 의해 안전 밸브(38)가 파열되어 외부로 방출된 기체 등을 릴리프하는 도시하지 않은 가스 방출 구멍 등이 형성되어 있다.
다음에, 이상과 같은 구성의 전지(2)가 수납되는 전지 팩(1)의 조립 방법에 대해 설명한다. 우선, 전지(2)에 리드 단자(3)를 용접하는 방법에 대해 설명한다. 또한 여기서는, 리드 단자(3)를 덮개(23)의 단자부(37a)에 접속하는 경우를 예로 들어 설명한다.
리드 단자(3)는, 도10에 도시한 저항 용접기(50)에 의해 전지(2)의 외부 단자가 되는 양단부면에 용접되게 된다. 이 저항 용접기(50)는, 피용접물에 대해 전류를 흘리는 한 쌍의 전극 막대(51a, 51b)를 구비하는 용접 헤드(52)와, 전극 막대(51a, 51b) 중 어느 하나에 전류를 공급하는 용접 트랜스부(53), 전극 막대(51a, 51b)에 흐르는 전류 등을 제어하는 제어부(54), 제어부(54)에 용접 동작을 개시의 온 신호를 보내는 스위치부(55)를 갖고 있다.
용접 헤드(52)는, 코일 스프링 등의 도시하지 않은 압박 부재 등을 거쳐서 에어 실린더 등으로 상하로 구동되는 클램프부(56)와, 이 클램프부(56)의 구동에 연동하여 움직이는 한 쌍의 전극 막대 보유 지지부(57a, 57b)와, 피용접물이 되는 전지(2)를 적재하여 전지(2)가 외부 단락되지 않도록 절연 재료로 형성된 적재대(58)를 구비하고 있다. 그리고, 용접 헤드(52)에 있어서는 전극 막대(51a, 51b)가 서로 절연된 상태의 한 쌍의 전극 막대 보유 지지부(57a, 57b)에 각각 보유 지지되어 있다. 또한, 용접 헤드(52)는 한 쌍의 전극 막대(51a, 51b)가 피용접물에 소정의 압력치로 압박하였을 때에 온(ON) 신호를 발신하는 도시하지 않은 리미트 스위치도 내장하고 있다.
용접 트랜스부(53)는 도시하지 않은 용접 트랜스로부터 도출되는 한 쌍의 웰드 케이블(59a, 59b)을 거쳐서 용접 헤드(52)의 한 쌍의 전극 막대 보유 지지부(57a, 57b)에 각각 접속되어 있다.
제어부(54)는 중앙 연산 처리 장치(Central Processing Unit : 이하, CPU라 함) 등을 구비하고 있고, 외부로부터 송신된 온 신호나 명령 신호 등의 전기 신호에 따라서 저항 용접기(50) 전체를 제어한다. 이 제어부(54)는, 장치 전체의 온/오프를 제어하는 전원 스위치(54a), 한 쌍의 전극 막대(51a, 51b)에 가해지는 전압이나 흐르는 전류 등의 절환 등을 행하는 모드 절환 스위치(54b), 한 쌍의 전극 막대(51a, 51b)에 가해지는 전압이나 흐르는 전류 등을 표시하는 모니터부(54c) 등을 구비하고 있다. 또한, 제어부(54)는 용접 헤드(52)에 접속되어 용접 헤드(52)와 전기 신호의 교환을 행하기 위한 액튜에이터 케이블(60)이나, 용접 트랜스부(53)에 접속되어 용접 트랜스부(53)와 전기 신호의 교환을 행하기 위한 파워 케이블(61)이나 한 쌍의 전극 막대 보유 지지부(57a, 57b)에 각각 접속되어 전극 막대(51a, 51b) 사이의 전압을 검출하는 전압 검출용 케이블(62) 등도 구비하고 있다.
스위치부(55)는 케이블에 의해 제어부(54)와 접속되고, 용접 동작을 개시시키기 위한 온 신호를 제어부(54)로 보내는, 이른바 답입 스위치이다.
이러한 구성의 저항 용접기(50)를 이용하여 리드 단자(3)를 덮개(23)의 단자부(37a)에 접속할 때에는, 도11에 도시한 바와 같이 우선 용접 헤드(52)의 적재대(58)에 덮개(23)와 전극 막대(51a, 51b)가 서로 마주 보도록 전지(2)를 적재한다.
다음에, 덮개(23)의 단자부(37a)에는, 도12에 도시한 바와 같이 리드 단자(3)의 용접부(3a)가 서로 마주 보도록 배치시켜, 용접부(3a)의 단차가 없는 평탄한 면측이 접촉된다.
다음에, 저항 용접기(50)의 스위치부(55)를 온으로 하여 리드 단자(3)를 덮개(23)의 단자부(37a)에 용접한다.
구체적으로, 스위치부(55)를 온으로 하면 제어부(54)는 케이블을 거쳐서 제어부(54)로 온 신호가 보내지고, 이 온 신호에 의해 CPU가 클램프부(56)를 동작시키는 명령 신호를 용접 헤드(52)로 보낸다.
다음에, 용접 헤드(52)는 제어부(54)로부터의 명령 신호에 의해 클램프부(56)를 강하시키고, 이 강하에 수반하여 한 쌍의 전극 막대(51a, 51b)가 리드 단자(3)의 용접부(3a)를 각각 압박한다.
다음에, 용접 헤드(52)는 한 쌍의 전극 막대(51a, 51b)가 리드 단자(3)의 용접부(3a)를 각각 압박하는 압력이 소정치에 도달하면, 내장하는 리미트 스위치가 온이 되어 온 신호를 발신한다.
다음에, 제어부(54)는 용접 헤드(52)의 리미트 스위치가 발신한 온 신호가 액튜에이터 케이블(60)을 거쳐서 전달되고, 이 온 신호에 의해 CPU가 소정치의 전류를 전극 막대(51a)에 흘리기 위한 명령 신호를 트랜스부(53)로 보낸다.
다음에, 제어부(54)로부터 보내진 명령 신호에 의해 용접 트랜스부(53)가 발한 전류는, 웰드 케이블(59a), 전극 막대 보유 지지부(57a)를 거쳐서 전극 막대(51a)로부터 리드 단자(3)의 용접부(3a)를 거쳐서 단자판(37)의 단자부(37a)로 흐른다.
이 때, 리드 단자(3)에는 도13에 도시한 바와 같이 한 쪽 전극 막대(51a)로부터 다른 쪽 전극 막대(51b)로 소정의 전류치, 전압치의 전기를 흘림으로써 대부분의 전류가 용접부(3a), 단자부(37a), 용접부(3a)의 경로, 구체적으로는 도13 중 화살표 A로 나타내는 경로로 흐르게 된다.
즉, 이 리드 단자(3)에서는 용접부(3a)의 두께가 도체부(3c)의 두께보다 얇게 되어 있어, 전극 막대(51a)와 단자부(37a) 사이의 거리(B)가 근접해지므로 저항 용접을 위한 전류를 용접부(3a)의 두께 방향으로 흘릴 수 있어, 종래와 같은 리드 단자의 면 방향으로 흐르는 전류, 이른바 무효 전류가 발생되는 것을 억제할 수 있다.
이에 의해, 리드 단자(3)에서는 용접부(3a)의 두께 방향으로 용접을 위한 전류가 많이 흘러 용접부(3a)의 전기 저항이 커지는 동시에, 이 전기 저항에 의한 발열량도 커진다. 그리고, 리드 단자(3)에 있어서는 용접부(3a)와 단자부(37a)에 있어서의 열용해하는 금속의 양이 많아져, 발열에 의해 용접부(3a)와 단자부(37a)가 서로 용합되어 생기는 용접 덩어리, 이른바 용접 너겟(63)을 크게 할 수 있다. 구체적으로, 여기서의 용접부(3a)의 발열량은 전극 막대(51a)로부터 흐르는 저항 용접을 위한 전류의 제곱에 비례한 값이 된다.
따라서, 리드 단자(3)에서는 큰 용접 너겟(63)에 의해 용접부(3a)가 단자부(37a)에 높은 용접 강도로 용접되므로, 덮개(23)의 단자부(37a)에 접속 신뢰성이 높여진 상태로 접속된다.
리드 단자(3)에 있어서는, 도14에 도시한 바와 같이 한 쌍의 전극 막대(51a, 51b)가 접촉되는 위치의 사이에 슬릿(3d)을 형성함으로써, 용접부(3a)를 단자부(37a)에 접속 신뢰성을 더욱 높인 상태로 용접할 수 있다. 구체적으로는, 도15에 도시한 바와 같이 전극 막대(51a)와 단자부(37a)와의 거리를 근접하게 할 수 있는 것 외에, 슬릿(3d)에 의해 전극 막대(51a)로부터 전극 막대(51b)로 리드 단자(3)만을 거쳐서 흐르는 무효 전류를 더욱 줄일 수 있어, 더 많은 유효 전류를 리드 단자(3)의 두께 방향으로 흐르게 할 수 있다. 따라서, 리드 단자(3)에 있어서는 슬릿(3d)이 설치됨으로써 용접 너겟(63)을 더욱 크게 할 수 있어 더 높은 용접 강도로 단자부(37a)에 용접된다.
상술한 예에 있어서는, 대략 직사각 형상으로 형성된 용접부(3a)를 구비하는 리드 단자(3)를 예로 들어 설명하고 있지만, 이에 한정되는 것은 아니며 예를 들어 도16에 도시한 바와 같이 저항 용접시에 접촉되는 한 쌍의 전극 막대(51a, 51b)의 위치에 대응하도록 용접부(3a)를 마름모형 등으로 형성시켜도 좋다.
그리고, 한 쌍의 전지(2a, 2b)의 각각의 양단부면에 이상과 같은 방법으로 리드 단자(3)를 용접함으로써 전지 모듈(6)을 제작할 수 있다. 또한, 이 전지(2)에는 외장 캔(22)과 덮개(23)가 리드 단자(3)를 거쳐서 접촉하여 외부 단락되지 않도록 덮개(23)에 접속된 리드 단자(3)와 외장 캔(22) 사이에 개재되는 절연 워셔 (42)와 절연 튜브(43)가 부착되어 있다. 구체적으로, 절연 워셔(42)는 덮개(23)의 상방에 부착되고, 절연 튜브(43)는 적어도 외장 캔(22)의 개구부 부근과 외주면을 덮도록 되어 있다.
다음에, 이상과 같이 하여 제작된 전지 모듈(6)은 리드 단자(3)의 접속부(3b)를, 회로 기판(4)에 설치된 접속 랜드(7)에 예를 들어 저항 용접, 초음파 용접, 레이저 용접, 플라즈마 용접, 납땜 등으로 용착함으로써 회로 기판(4)에 전기적으로 접속된다.
그리고, 전지 모듈(6)과 회로 기판(4)을 도5에 도시한 바와 같이 수납 케이스(5)의 상부 케이스(10)와 하부 케이스(11) 사이에 수납한 후, 이들 상부 케이스(10)와 하부 케이스(11)와의 주위벽끼리를 맞대도록 하여 접합한다. 이상과 같이 하여, 도4에 도시한 바와 같은 개구부로부터 커넥터(9)가 노출되는 전지 팩(1)을 조립할 수 있다.
이상과 같이 하여 조립할 수 있는 전지 팩(1)에서는, 전지 모듈(6)에 있어서의 한 쌍의 전지(2a, 2b)의 양단부면에 리드 단자(3)가 접속 신뢰성을 높인 상태로 용접되어 있어, 종래와 같은 전자 기기 등으로부터 떼어낼 때에 잘못하여 낙하시키는 등, 외부로부터 충격이 가해졌을 때에 전지와 리드 단자와의 접속이 용접 부위에서 떨어져 사용 불가능해지는 등의 문제점을 방지할 수 있다.
이 전지 팩(1)에서는, 리드 단자(3)에 있어서의 도체부(3c)가 용접부(3a)보다 두껍게 되어 있고, 예를 들어 충방전시킬 때에 리드 단자(3)의 길이 방향으로 흐르는 전류에 의해 발생되는 리드 단자(3)의 전기 저항을 작게 할 수 있다.
이에 의해, 이 전지 팩(1)에서는 리드 단자(3)의 전기 저항이 작게 되어 있음으로써, 이 리드 단자(3)에 충방전을 위한 전류가 흘렀을 때의 전기 저항에 의한 리드 단자(3)의 발열량을 억제할 수 있다. 따라서, 이 전지 팩(1)에서는 종래와 같이 충방전의 전류로 발열한 리드 단자의 열에 의해 전지 특성이 열화되어 버리는 것을 방지할 수 있다.
이 전지 팩(1)에서는, 리드 단자(3)의 전기 저항이 작게 되어 있음으로써, 종래와 같은 대전류를 흘렸을 때의 리드 단자의 전기 저항에 의한 발열로 팩 내에 설치된 온도 퓨즈나 서모스탯 등이 작동하여 충방전을 할 수 없게 되는 등의 문제점을 방지할 수 있다. 따라서, 이 전지 팩(1)에서는 예를 들어 전자 기기 등의 요구에 의한 전지당 1C 내지 2C 정도의 전류를 흘리는, 이른바 대전류에 의한 충방전을 행할 수 있다.
또한, 이 전지 팩(1)에서는 도체부(3c)가 용접부(3a)보다 두껍게 되어 리드 단자(3)의 표면적이 크게 되어 있으므로, 리드 단자(3)가 방열판으로서 기능하게 되어 충방전을 위한 전류가 흘렀을 때의 전기 저항에 의한 리드 단자(3)의 발열을 더욱 억제할 수 있다.
상술한 예에 있어서는, 용접부(3a)의 두께만이 얇게 된 리드 단자를 예로 들어 설명하고 있지만, 이에 한정되는 것은 아니며 도17 및 도18에 도시한 리드 단자(70)와 같이 그 두께가 도체부(3c)의 두께보다도 얇게 된 절곡부(70a)를 갖는 것에도 적용 가능하다. 또한, 이하에서 설명하는 리드 단자(70, 71, 72, 73, 74)에 있어서는 상술한 리드 단자(3)와 동일한 재질, 형상, 부위가 되는 것에 대해서는 설 명을 생략하는 동시에 동일한 부호를 이용한다.
이 리드 단자(70)는 도체부(3c)에 있어서의 짧은 방향의 한 쪽 모서리 단부로부터 대향하는 다른 쪽 모서리 단부에 걸쳐, 그 두께가 도체부(3c)의 두께보다도 얇게 된 절곡부(70a)가 형성되어 있어, 이 절곡부(70a)를 기준으로 하여 길이 방향으로 용이하게 절곡할 수 있다.
리드 단자(70)에 있어서, 절곡부(70a)는 용접부(3a)와 마찬가지로 에칭 처리 등이 실시됨으로써 형성된다. 따라서, 절곡부(70a)는 용접부(3a)를 형성할 때에, 일괄하여 형성시킬 수 있다. 절곡부(70a)는 리드 단자(70)를 절곡하기 쉽게 하기 위해, 도체부(3c)의 주면을 오목하게 형성한 단차가, 리드 단자(70)를 절곡하였을 때에 외측을 향하도록 배치시킨다.
또한, 상술한 예에 있어서는 리드 단자(3)나 리드 단자(70) 외에, 도19에 도시한 리드 단자(71)와 같이 예를 들어 회로 기판(4)의 접속 랜드(7)에 접속시키는 접속부(71a)의 두께가 도체부(3c)의 두께보다도 얇게 된 것에도 사용할 수 있다.
이 리드 단자(71)는 그 두께가 도체부(3c)의 두께보다도 얇게 된 접속부(71a)가 설치되어 있음으로써, 회로 기판(4)의 접속 랜드(7)에 도체부(71a)를 납땜할 때에 납땜에 이용되는 열이 접속부(71a)로부터 방열되어 버리는 것을 억제할 수 있다. 따라서, 이 리드 단자(71)에서는 접속부(71a)의 접속 신뢰성을 높인 상태로 접속 랜드(7)에 접속할 수 있다. 또한, 접속부(71a)가 쉽게 데워지므로, 접속부(71a)를 접속 랜드(7)에 납땜하는 데 필요로 하는 시간을 단축할 수 있다. 또한, 리드 단자(71)에 있어서도 접속부(71a)는 용접부(3a)와 마찬가지로 에칭 처리 등이 실시됨으로써 얇게 된다. 따라서, 접속부(71a)는 용접부(3a)를 형성할 때에, 일괄하여 형성시킬 수 있다.
또한, 상술한 예에 있어서는 도20에 도시한 리드 단자(72)와 같이 예를 들어 저항 용접시에 한 쌍의 전극 막대(51a, 51b)가 접촉되는 부분만큼, 그 두께가 도체부(3c)의 두께보다도 얇게 된 용접부(72a)가 복수 설치된 것에도 사용할 수 있다.
이 리드 단자(72)에서는, 용접부(72a)보다 두께가 두꺼운 도체부(3c)의 면적이 커지므로, 예를 들어 충방전시킬 때에 길이 방향으로 흐르는 전류에 의해 발생되는 전기 저항을 더욱 작게 할 수 있다. 따라서, 이 리드 단자(72)에서는 전기 저항이 더욱 작게 되어 있음으로써, 충방전을 위한 전류에 의해 발생되는 전기 저항에 의한 발열과 전압 강하를 더욱 억제할 수 있다.
또한, 상술한 예에 있어서는 도21에 도시한 리드 단자(73)와 같이, 예를 들어 용접부(73a)에 두께 방향으로 관통하는 구멍부(73b)가 형성되어 있는 것에도 사용할 수 있다.
이 리드 단자(73)에서는, 용접부(73a)에 구멍부(73b)가 형성되어 있음으로써 구멍부(73b)가 저항 용접할 때의 안표가 되어 저항 용접에 관한 시간을 단축할 수 있는 등 팩 제조시의 수율을 향상시킬 수 있다.
또한, 상술한 예에 있어서는 1개의 도전성 금속 등으로 용접부(3a), 접속부(3b), 도체부(3c)가 일체 형성된 리드 단자(3)를 예로 들어 설명하고 있지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 도22a 및 도22b에 도시한 리드 단자(74)와 같이 예를 들어 도전성이 다른 도전성 금속이 복수 적층된 클래드재 등으로 형성된 것도 사용할 수 있다.
이 리드 단자(74)는, 예를 들어 니켈, 니켈 합금, 철, 철 합금, 스테인레스, 아연, 아연 합금 중 어느 1 종류 이상을 함유하는 제1 도전성 금속으로 이루어지는 제1 금속층(74a)과, 구리, 구리 합금, 은, 은 합금, 금, 금 합금, 백금, 백금 합금, 알루미늄, 알루미늄 합금, 텅스텐, 텅스텐 합금, 베릴륨, 베릴륨 합금, 로듐, 로듐 합금 중 어느 1 종류 이상을 함유하는 제2 도전성 금속으로 이루어지는 제2 금속층(74b)에 의해 구성되는 것이다. 구체적으로는, 제1 도전성 금속으로 이루어지는 금속박과, 제1 도전성 금속의 도전성보다도 높게 된 제2 도전성 금속으로 이루어지는 금속박을 적층시킨 상태로 가열하면서 가압함으로써, 이들 금속박이 서로 마주보는 주면끼리가 압착 접합되어 제1 금속층(74a)과 제2 금속층(74b)을 구성하는 적층재, 즉 클래드재이다.
또한, 리드 단자(74)에 있어서는 예를 들어 제1 도전성 금속으로 이루어지는 금속박과 제2 도전성 금속으로 이루어지는 금속박 사이에 예를 들어 도전성 접착제나 땜납 필름 등을 거쳐서 적층시킨 상태로 가열 및 가압하는 등 제1 금속층(74a)과 제2 금속층(74b)을 적층 접합시키는 것도 가능하다. 또한, 제1 금속층(74a)과 제2 금속층(74b)을 적층시킨 상태에서 단순히 가압하여 압착하는 냉간 압착법 등에 의해 적층 접합시키는 것도 가능하다. 또한, 제1 금속층(74a)과 제2 금속층(74b)을 적층시킨 상태에서 소정의 부위를 저항 용접함으로써 적층 접합시키는 것도 가능하다.
그리고, 리드 단자(74)는 제2 금속층(74b)의 주면의 용접부(74c)를 설치하는 부위 이외를 마스킹한 상태에서 에칭 처리 등을 제1 금속층(74a)이 노출될 때까지 실시함으로써 제1 도전성 금속이 노출되는 용접부(74c)가 형성된다. 또한, 리드 단자(74)는 상술한 리드 단자(3)와 마찬가지로 회로 기판(4)의 접속 랜드(7)에 땜납 등에 의해 접속되는 접속부(74d), 용접부(74c)와 접속부(74d)를 도통시키는 도체부(74e)도 갖고 있다.
이 리드 단자(74)에서는, 용접부(74c)가 제2 도전성 금속보다 도전성이 낮은 제1 도전성 금속만으로 구성되어 있고, 저항 용접시의 용접부(74c)의 두께 방향으로 흐르는 유효 전류에 의한 단위 체적당 전기 저항이 커지므로, 이 전기 저항에 의한 발열량이 커진다.
구체적으로, 이 리드 단자(74)에 있어서는 도전율이 낮은 제1 도전성 금속의 열전도율은 일반적으로 낮으므로, 용접부(74c)의 발열이 주위로 방열되기 어려워 용접부(74c)의 온도 상승이 커진다. 또한, 이 리드 단자(74c)에 있어서는 용접부(74c)는 얇게 되어 있고, 예를 들어 저항 용접할 때의 전극 막대(51a)와 단자부(37a)와의 거리가 짧아지므로, 용접부(74c)에 흐르는 저항 용접을 위한 전류의 전류가 증대한다. 이들로부터, 리드 단자(74)에 있어서는 용접부(74c)를 전지(2)의 외부 단자에 높은 용접 강도로 용접할 수 있다. 또한, 여기서의 저항 용접에 기여하는 발열량의 절반 이상은, 용접부(74c)와 전지(2)의 외부 단자에 있어서의 접합면의 접촉 저항이다.
이 리드 단자(74)에서는, 도체부(74e)가 제1 금속층(74a) 외에 제1 금속층(74a)보다 도전성이 높은 구리 등의 금속으로 형성되어 있는 제2 금속층(74b)이 적 층되어 있음으로써, 예를 들어 니켈, 철, 스테인레스, 아연, 아연 합금 등 중 1 종류의 금속이나 합금으로 형성된 리드 단자(3)에 비해, 예를 들어 전지 팩(1)을 충방전시킬 때에 길이 방향으로 흐르는 전류에 의해 발생되는 전기 저항을 더욱 작게 할 수 있다. 따라서, 이 리드 단자(74)에서는 도체부(74e)의 제2 금속층(74b)에 의해 전기 저항을 더욱 작게 할 수 있으므로 충방전을 위한 전류로 발생되는 전기 저항에 의한 발열량과 전압 강하를 더욱 억제할 수 있다.
리드 단자(74)에 있어서는, 상술한 리드 단자(70)와 같은 절곡부(70a)를 형성하는 것도 가능한 동시에, 상술한 리드 단자(71)와 같이 접속부(74d)를 도체부(74e)보다도 얇게 하는 것도 가능하다. 또한, 리드 단자(74)에 있어서는 2층 구조의 클래드재를 사용한 경우를 예로 들어 설명하고 있지만, 2층 이상의 클래드재 등을 이용하는 것도 가능하다.
이 리드 단자(74)에 있어서는, 예를 들어 금, 니켈 등의 방청성이 높은 도전성 금속 등을 전해 도금이나 무전해 도금 등에 의해 그 표면을 덮는 것으로 녹을 방지하는 것도 가능하다. 이에 의해, 리드 단자(74)에서는 그 표면이 방청되어 있음으로써 저항 용접시에 용접부(74c)에 큰 전류가 흐르므로 적절히 용접부(74c)와 전지의 외부 단자를 용해시킬 수 있어 용접 강도를 강하게 할 수 있다.
예를 들어, 리드 단자(74)의 표면에 녹이 생긴 경우, 녹에 의해 저항 용접할 때의 전류가 접합면에 전류가 용접부(74c)에 흐르기 어려워져, 저항 용접을 행하는 것이 곤란해질 우려가 있다. 또한, 이 경우 접속부(74d)에 있어서는 접속 랜드(7)에 납땜할 때에, 녹이 땜납과의 합금층 형성을 방해하므로 접속 랜드(7)와의 접속 강도가 약해질 우려가 있다. 특히, 리드 단자(74)에 있어서는 예를 들어 구리를 포함하고 있는 경우 녹슬기 쉬우므로, 이상과 같은 방청성이 높은 도전성 금속으로 표면을 덮음으로써 작용 효과가 커진다.
또한, 리드 단자(74)의 표면을 방청성이 높은 도전성 금속으로 덮은 경우, 방청성이 높은 도전성 금속의 층이 도금 등으로 형성되어 얇아져 있고, 저항 용접시에 방청성이 높은 도전성 금속이 리드 단자(74)측에 용해되므로, 용접 강도를 저하시키는 일 없이 용접부(74c)와 전지의 외부 단자를 저항 용접할 수 있다. 또한, 여기서는 클래드재 등으로 이루어지는 리드 단자(74)를 예로 들어 설명하였지만, 상술한 1 종류의 금속이나 합금 등으로 이루어지는 리드 단자(3) 등의 표면에 방청성이 높은 도전성 금속의 층을 설치한 경우도 동일한 작용 효과를 얻을 수 있다.
또한, 상술한 실시 형태에 있어서는 전지 모듈(6)을 1개 구비한 전지(2a, 2b)가 병렬로 접속된 전지 모듈(6)을 1개 구비한 전지 팩(1)을 예로 들어 설명하였지만, 이러한 구성의 전지 팩(1)에 한정되지 않고 도23에 도시한 바와 같이 2개 이상의 전지를 구비한 전지 모듈을 2개 이상 구비하는 전지 팩(80)에도 적용 가능하다.
이 전지 팩(80)은 상술한 전지 팩(1)과 마찬가지로, 예를 들어 노트형 퍼스널 컴퓨터 등의 전자 기기 등에 설치된 장착부에 장착되어, 전자 기기 등에 대해 소정 전압의 전력을 안정적으로 공급하는 것이 가능한 것이다.
그리고, 이 전지 팩(80)은 발전 요소가 되는 대략 원기둥 형상의 6개의 전지(81a, 81b, 81c, 81d, 81e, 81f)와 이들 전지(81a 내지 81f)의 외부 단자에 접속되 는 리드 단자(82a, 82b)와, 전지(81a 내지 81f)와 전기적으로 접속되어 전지(81a 내지 81f)에 대해 충방전 제어 등을 행하는 회로 기판(83)을 갖고, 이들 전지(81a 내지 81f), 리드 단자(82) 및 회로 기판(83)이 대략 상자 형상인 수납 케이스(84)에 수납된 것이다.
이 전지 팩(80)은 전지(81a 내지 81f)가 3개씩 병렬로 접속되어 일체화된 전지 모듈(85a, 85b)을 각각 구성하고, 이들 전지 모듈(85a, 85b)이 회로 기판(83)에 병렬로 접속된 상태로 수납되어 있다. 구체적으로, 전지 모듈(85a)은 전지(81a 내지 81c)로 구성되고, 전지 모듈(85b)은 전지(81d 내지 81f)로 구성되어 있다. 또한, 여기서는 전지(81a 내지 81f)가 3개씩의 병렬로 접속된 전지 모듈(85a, 85b)에 대해 설명하지만, 이에 한정되는 것은 아니며 예를 들어 전지(81a 내지 81f)가 복수개 직렬로 접속된 전지 모듈이라도 좋고, 수량 및 배치 등은 임의로 구성할 수 있는 것으로 한다. 또한, 불특정 전지(81a 내지 81f)를 나타내는 경우에는, 단순히 전지(81)라 기재하는 것으로 한다.
전지 팩(80)에 있어서는, 전지(81a 내지 81f)를 3개씩의 병렬로 접속시켜 전지 모듈(85a, 85b)을 구성시키는 데, 상술한 리드 단자(3)와 동일한 재질의 도전성 금속 등으로 이루어지는 리드 단자(82a, 82b)를 이용하고 있다. 구체적으로는, 리드 단자(82a)가 전지 모듈(85a)에 있어서의 전지(81a 내지 81c)의 동극이 되는 단부면끼리 및 전지 모듈(85b)에 있어서의 전지(81d 내지 84f)의 전지 모듈(85a)의 리드 단자(82a)에서 접속된 단부면과는 대극이 되는 단부면끼리 접속하고, 리드 단자(82b)가 전지 모듈(85a, 85b)의 리드 단자(82a)에서 접속된 단부면과는 반대측의 단부면끼리와 일괄하여 접속시킨다. 즉, 리드 단자(82b)는 전지(81a 내지 81c)가 병렬로 접속된 전지 모듈(85a)과, 전지(81d 내지 81f)가 병렬로 접속된 전지 모듈(85b)을 직렬로 접속시키는 것이다.
전지 모듈(85a, 85b)을 구성시키는 리드 단자(82a, 82b)는 상술한 리드 단자(3)와 동일한 재료로 이루어지는 띠 형상의 도전성 금속으로, 전지(82)의 외부 단자가 되는 양단부면에 접속되는 복수의 용접부(86)와, 회로 기판(83)의 접속 랜드(91) 등에 접속되는 접속부(87)와, 이들 용접부(86)끼리의 사이 및 용접부(86)와 접속부(87) 사이에 위치하여 이들을 도통시키는 도체부(88)를 갖고 있다. 또한, 리드 단자(82b)에 있어서는 이들 용접부(86), 접속부(87), 도체부(88) 외에 상술한 리드 단자(70)와 동일한 절곡부(89)가 길이 방향의 대략 중앙부 부근에 형성되어 있다.
이들 리드 단자(82a, 82b)는 리드 단자(3)와 마찬가지로 용접부(86)의 두께가 도체부(88)의 두께보다 범위에서 얇게 되어 있다. 이로 인해, 리드 단자(82a, 82b)에서는 전지(81)의 외부 단자가 되는 양단부면에 저항 용접법 등에 의해 각각 용접되는 용접부(86)가, 도체부(88)보다 얇아져 있음으로써 전지(81)의 단부면과 용접부(86)를 용접할 때의 용접부(86)에 흐르는 용접을 위한 전류의 대부분을 용접부(86)의 두께 방향으로 흐르게 할 수 있다. 따라서, 이 리드 단자(82a, 82b)에서도 상술한 리드 단자(3)와 마찬가지로 용접부(86)를 전지(81)의 단부면에 높은 용접 강도를 갖고 용접할 수 있다.
또한, 이들 리드 단자(82a, 82b)에서는 전지(81)에 용접되는 용접부(86)와 회로 기판(83)에 접속되는 접속부(87)를 도통시키는 도체부(88)가, 용접부(86)보다 두껍게 되어 있음으로써 전지(81)를 충방전시키기 위한 전기를 흘렸을 때의 도체부(88)의 전기 저항을 작게 할 수 있다. 따라서, 이들 리드 단자(82a, 82b)라도 상술한 리드 단자(3)와 마찬가지로, 예를 들어 전자 기기 등의 요구에 의해 전지(81)에 1C 내지 2C 정도의 대전류가 흐른 경우라도 전기 저항에 의한 발열량을 작게 할 수 있다.
또한, 리드 단자(82b)에 있어서는 상술한 리드 단자(70)와 동일한 절곡부(89)가 형성되어 있음으로써, 절곡부(89)를 기준으로 하여 길이 방향으로 용이하게 절곡할 수 있다.
또한, 리드 단자(82a, 82b)에 있어서도 용접부(86)나 절곡부(89)를 형성하는 부위 이외를 마스킹한 상태에서 에칭 처리 등이 실시됨으로써 두께가 얇은 용접부(86)나 절곡부(89)가 형성되고, 에칭제 등에 침지해 두는 시간을 제어함으로써 이들을 소정의 두께로 할 수 있다. 또한, 이들 용접부(86)나 절곡부(89)는 에칭 처리 등의 외에, 예를 들어 레이저 가공, 교축 가공 등의 방법으로 리드 단자(82a, 82b)에 형성할 수 있다.
이들 리드 단자(82a, 82b)는, 이상과 같은 작용 효과 외에 복수의 전지(81)의 양단부면을 접속시키므로, 전지(81)가 외주 방향으로 회전하는 것을 방지시켜 이들 전지(81)가 서로 인접된 상태에서 고정시키게 된다.
그리고, 리드 단자(82a, 82b)는 회로 기판(83)의 접속 랜드(91) 등에 접속부(87)가 예를 들어 땜납 등에 의해 직접 용착됨으로써 회로 기판(83)과 전지 모듈 (85a, 85b)을 전기적으로 접속시킨다. 또한, 리드 단자(82a, 82b)에 있어서는 접속부(87)가 도체부(89)와의 경계부에서 구부러져 전지(81)의 외주면에 따르도록 되고, 접속부(87)에 예를 들어 납땜되는 등 접속되는 리드선(90)이나 온도 퓨즈 소자(97) 등을 거쳐서 회로 기판(83)에 전지 모듈(85a, 85b)을 접속시킬 수도 있다.
또한, 전지(81)의 외주면에 따르도록 접속부(87)를 도체부(89)와의 경계부에서 절곡하는 경우, 인접하는 전지(81)끼리의 외주면 사이에 형성되는 공간에 따르도록 되어 있다. 즉, 각각 대략 원기둥 형상의 전지(81)의 외주면끼리를 인접시킴으로써 형성되는 공간이 수납 케이스(4) 내에 있어서 무효 공간이 되어, 이 무효 공간에 리드 단자(82a, 82b)의 접속부(87)가 배치시키도록 하고 있다. 이에 의해, 전지 모듈(85a, 85b)에 있어서는 인접하는 전지(81)끼리의 사이에 접속부(87)가 협지되지 않고 인접하는 전지(81)끼리의 사이에 간극이 생기지 않아 일체화할 수 있으므로 소형화를 도모할 수 있다. 전지 모듈(85a)에 있어서는, 인접하는 전지(81a)와 전지(81b) 사이에 형성되는 무효 공간에, 전지 모듈(85b)에 있어서는 인접하는 전지(81e)와 전지(81f) 사이에 형성되는 무효 공간에 리드 단자(82a, 82b)의 접속부(87)가 각각 배치된다.
전지 모듈(85a, 85b)이 리드 단자(82a)나 리드선(90)을 거쳐서 접속되는 회로 기판(83)은, 도전성 금속 등으로 이루어져 리드 단자(82a)나 리드선(90)이 접속되는 접속 랜드(91)를 갖는 도시하지 않은 패턴 배선이나, 이 패턴 배선에 접속되고 전지 모듈(85a, 85b)에 대해 충방전 제어나, 과방전 및/또는 과충전 보호 등을 행하는 도시하지 않은 전자 회로 등이 절연성 수지 등으로 이루어지는 판상의 베이 스부(92) 상에 설치되어 있다.
또한, 회로 기판(83)에는 예를 들어 납땜 등에 의해 패턴 배선 등에 전기적으로 접속되는 외부 단자(93)도 부착되어 있다. 외부 단자(93)는, 전지 팩(80)이 전자 기기에 접속될 때에 전자 기기에 설치된 외부 단자 등과 걸어 맞추어 전기적으로 접속됨으로써, 전자 기기 등에 대해 전기가 공급되는 공급구로서 기능한다. 또한, 외부 단자(93)는 전지 모듈(85a, 85b)을 충전할 때에 예를 들어 AC 전원 등이 접속되는 접속부가 된다. 이 회로 기판(83)은, 예를 들어 대략 상자 형상의 수납 케이스(84)의 측벽과 베이스부(82)의 면이 서로 마주 본 상태에서 수납 케이스(84)의 측벽에 따르도록 수납 케이스(84) 내에 수납된다.
전지 모듈(85a, 85b) 및 회로 기판(83)이 수납되는 수납 케이스(84)는, 예를 들어 폴리카보네이트나 ABS 수지 등의 절연성 수지 등으로 이루어지고, 상부 케이스(94) 및 하부 케이스(95)에 의해 구성되어 있다. 상부 케이스(94) 및 하부 케이스(95)는, 각각 대략 직사각 형상의 주면의 외주연부를 따라 측벽이 세워 설치된 형상이며, 서로의 측벽을 맞댐으로써 대략 상자 형상의 수납 케이스(84)가 된다.
이 수납 케이스(84)에는, 회로 기판(83)에 설치된 외부 단자(93)를 외부로 노출시키기 위한 개구부(95a)가 하부 케이스(95)의 측벽에 형성되어 있다.
그리고, 이러한 구성의 전지 팩(80)에는 상술한 전지 모듈(85a, 85b), 회로 기판(83), 리드선(90) 등의 외에, 예를 들어 전지 모듈(85a, 85b)과 회로 기판(83)과의 접촉이나, 전지 모듈(85a, 85b)과 리드선(90)과의 접촉을 방지하는 절연용 인슐레이터(96a), 리드선(90)을 전지 모듈(85a, 85b)에 설치된 무효 공간에 보유 지 지시키는 보유 지지용 인슐레이터(96b), 전지 모듈(85a, 85b)의 온도 변화를 검지하여 소정의 온도 이상이 되면 전류를 차단하는 온도 퓨즈 소자(97) 등도 수납되어 있다.
절연용 인슐레이터(96a)는, 예를 들어 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 불연지 등의 시트 형상의 절연성 재료 등으로 이루어져, 전지 모듈(85a, 85b)과 리드선(90) 사이나 전지 모듈(85a, 85b)과 회로 기판(83) 사이에 배치된다. 이에 의해, 전지 팩(80)에서는 예를 들어 낙하 등의 충격을 받았을 때에, 절연용 인슐레이터(96a)가 전지 모듈(85a, 85b)이 회로 기판(83)이나 리드선(90)에 접촉하는 것을 방지하므로, 전지 모듈(85a, 85b)이 회로 기판(83)이나 리드선(90)과 접촉하여 일어나는 전지(81)의 외부 단락을 방지할 수 있다.
보유 지지용 인슐레이터(96b)는, 예를 들어 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 불연지 등의 시트 형상의 절연성 재료 등으로 이루어진다. 이 보유 지지용 인슐레이터(96b)는, 시트 형상의 절연성 재료가 전지 모듈(85a, 85b)에 있어서의 인접하는 전지(81)의 외주면끼리가 접하는 접선에서 곡절(谷折) 형상으로 되어 있다. 그리고, 이 보유 지지용 인슐레이터(96b)는 곡 부분에 리드선(90)이나 온도 퓨즈 소자(97) 등을 배치시킴으로써 전지 모듈(85a, 85b)에 형성된 무효 공간에 리드선(90)이나 온도 퓨즈 소자(97) 등을 보유 지지시키는 것이 가능해진다.
또한, 전지 팩(80)에서는 예를 들어 낙하 등의 충격을 받았을 때에, 보유 지지용 인슐레이터(96b)가 리드선(90)이나 온도 퓨즈 소자(97)에 대해 완충재로서 기능하므로, 리드선(90)과 리드 단자(82a, 82b)의 접속부(87)와의 접속이 해제되거 나, 온도 퓨즈 소자(97)가 손상되거나 하는 것을 억제할 수 있다.
온도 퓨즈 소자(97)는, 전지 모듈(85a, 85b)에 형성된 무효 공간에 보유 지지용 인슐레이터(96b)를 거쳐서 배치되어 있다. 이 온도 퓨즈 소자(97)는, 예를 들어 전지 팩(80)의 오작동으로 전지 모듈(85a, 85b)이 과충전 상태, 또는 과방전 상태가 된 경우에 전지 모듈(85a, 85b)의 온도를 검지하여 소정의 온도에 도달하였을 때에 전류를 차단시켜, 이 이상 과충전이나 과방전이 진행되지 않도록 하는 보호 소자이다.
또한, 전지 팩(80)에는 수납 케이스(4)의 외주에 예를 들어 제조 롯 번호 등이 기재됨으로써 전지 모듈(85a, 85b)이나 회로 기판(83) 등의 소성 등을 명백하게 하는 것이 가능한 라벨(98)이 부착되어 있다.
또한, 전지 팩(80)에 있어서는 상술한 전지 팩(1)과 마찬가지로 내부에서 전지 모듈(85a, 85b)끼리가 서로 부딪히는 것을 방지할 수 있는 전지 구획벽이나, 전지 모듈(85a, 85b)을 내부에 덜걱거림 없이 수납시킬 수 있는 전지 보유 지지 부재 등을 설치하도록 해도 좋다.
이상과 같은 구성의 전지 팩(80)으로도, 전지 모듈(85a, 85b)에 있어서의 전지(81)의 양단부면에 리드 단자(82a, 82b)가 접속 신뢰성을 높인 상태로 용접되어 있고, 종래와 같은 외부로부터 충격이 가해짐으로써 일어나는 전지와 리드 단자와의 접속이 용접 부위에서 떨어져 사용 불가능해지는 등의 문제점을 방지할 수 있다.
또한, 이 전지 팩(80)으로도 리드 단자(82a, 82b)의 전기 저항이 작게 됨으 로써, 종래와 같은 대전류를 흘렸을 때의 리드 단자의 전기 저항에 의한 발열에 의해 팩 내에 설치된 온도 퓨즈(97) 등이 작동하여 충방전을 할 수 없게 되는 등의 문제점을 방지할 수 있다. 따라서, 이 전지 팩(80)으로도 예를 들어 전지당 1C 내지 2C 정도의 전류를 흐르게 하는, 이른바 대전류에 의한 충방전을 행할 수 있다.
또한, 상술한 예에 있어서는 전지(2)로서 원통형의 리튬 이온 이차 전지를 예로 들어 설명하고 있지만, 이에 한정되는 것은 아니며 예를 들어 사각형, 박형, 코인형, 버튼형 등 그 형상에 관계없이 외부 단자에 리드 단자를 부착하는 전지이면 일차 전지나 폴리머 전지 등에도 적용 가능하다.
또한 본 발명은, 상술한 예에 한정되는 것은 아니며 첨부한 청구의 범위 및 그 주지를 일탈하는 일 없이 다양한 변경, 치환 또는 그 동등한 것을 행할 수 있는 것은 당업자에게 있어서 명백하다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면 리드 단자의 두께가 얇은 부분을 전지의 외부 단자에 용접시킴으로써 접속 신뢰성을 높인 상태로 리드 단자를 용접할 수 있으므로, 예를 들어 외부로부터 충격이 가해졌을 때에 리드 단자와 전지와의 접속이 용접 부위로부터 해제되어 버리는 것을 방지할 수 있다. 또한, 본 발명에 따르면 리드 단자의 두께가 두꺼운 부분이 리드 단자의 면 방향으로 흐르는 전류에 의해 발생되는 리드 단자의 전기 저항을 작게 한다. 따라서, 본 발명에 따르면 리드 단자에 전류가 흘렀을 때의 전기 저항에 의한 발열이 억제되므로, 충방전의 전류에 의해 발열한 리드 단자의 열에 의해 전지 특성이 열화되어 버리는 것을 방지할 수 있다. 또한, 본 발명에 따르면 리드 단자에 전류가 흘렀을 때의 전기 저항의 전압 강하에 의한 에너지 손실이 억제된 전원 장치가 되므로, 전자 기기 등의 구동 지속 시간을 길게 할 수 있다.

Claims (28)

  1. 전지와, 상기 전지의 충전 동작 및 방전 동작 중 적어도 하나를 제어하는 회로 기판과, 상기 전지와 상기 회로 기판을 전기적으로 접속시키는 리드 단자를 구비하고,
    상기 리드 단자는, 용접성이 우수한 제1 도전성 금속의 금속층과, 상기 제1 도전성 금속보다 통전성이 우수한 제2 도전성 금속의 금속층으로 이루어지는 적층체로서, 상기 리드 단자를 상기 전지의 외부 단자에 접촉시킨 상태에서 전기가 흐름으로써 상기 전지의 외부 단자에 저항 용접되는 용접부와, 상기 회로 기판의 외부 단자에 접속되는 접속부와, 상기 용접부와 상기 접속부 사이에 위치하여 이들을 도통시키는 도체부를 갖고,
    상기 용접부는, 상기 제1 도전성 금속만으로 구성되며, 그 두께가 상기 도체부의 두께보다도 얇게 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전원 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 리드 단자는 상기 용접부가 복수 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 전원 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 리드 단자는 상기 용접부와 상기 전지의 외부 단자와의 용접 부위가 복수 설치되어 있는 경우에, 이들 용접 부위끼리의 사이에 슬릿이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전원 장치.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서, 상기 리드 단자는 상기 접속부의 두께가 상기 도체부의 두께보다 얇게 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전원 장치.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 제1항에 있어서, 상기 제1 도전성 금속은 니켈, 니켈 합금, 철, 철 합금, 스테인레스, 아연, 아연 합금 중 어느 1 종류 또는 복수 종류를 함유하고,
    상기 제2 도전성 금속은 구리, 구리 합금, 은, 은 합금, 금, 금 합금, 백금, 백금 합금, 알루미늄, 알루미늄 합금, 텅스텐, 텅스텐 합금, 베릴륨, 베릴륨 합금, 로듐, 로듐 합금 중 어느 1 종류 또는 복수 종류를 함유하고 있는 것을 특징으로 하는 전원 장치.
  10. 제1항에 있어서, 상기 적층체는 상기 제1 도전성 금속과 상기 제2 도전성 금속을 적층시킨 상태에서 가열하면서 가압시킴으로써 적층 접합시킨 클래드재인 것을 특징으로 하는 전원 장치.
  11. 제1항에 있어서, 상기 적층체는 상기 제1 도전성 금속과 상기 제2 도전성 금속 사이에 도전성 접착제 또는 필름 형상의 저융점 도전성 금속을 두고 적층시킨 상태에서 가열하면서 가압함으로써, 상기 제1 도전성 금속과 상기 제2 도전성 금속을 적층 접합시킨 합판인 것을 특징으로 하는 전원 장치.
  12. 제1항에 있어서, 상기 적층체는 상기 제1 도전성 금속과 상기 제2 도전성 금속을 적층시킨 상태에서 서로 용접시킴으로써 적층 접합시킨 합판인 것을 특징으로 하는 전원 장치.
  13. 제1항에 있어서, 상기 리드 단자는 상기 도체부의 한 쪽의 모서리 단부로부터 대향하는 다른 쪽 모서리 단부에 걸쳐 설치되고, 두께가 상기 도체부의 두께보다도 얇게 형성된 절곡부에서 절곡 가능하게 되어 있는 것을 특징으로 하는 전원 장치.
  14. 제1항에 있어서, 상기 전지가 리튬 이온 이차 전지인 것을 특징으로 하는 전원 장치.
  15. 삭제
  16. 삭제
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