CN1224131C - 电池组件及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

保护电路单元(52)是通过回流焊接法等焊接将面安装形PTC热敏电阻(49)与保护用IC(45)和FET单元(46)一起安装在印刷基板(44)上的复合体。面安装形PTC热敏电阻(49)与带导线PTC热敏电阻相比，不必通过导线端子的弯曲加工或电焊来与方形单元电池(41)的负极端子或印刷基板连接构成电路，可安装在印刷基板(44)上。结果，不会由于弯曲加工应力和高温的热应力等引起电阻值变动。并且，可通过配置热敏电阻(49)来调节与单元电池(41)的热结合程度，可实现多种控制功能。

Description

电池组件及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种具有保护电池组件不受过电流或加热影响的保护功能的电池组件及其制造方法。
背景技术
在特开平7-57721号公报中公开了现有技术的电池组件，下面，参照附图来说明该电池组件。
图10A是切去作为现有电池组件主要部分的外壳的一部分后的上面的截面图，图10B是切去作为现有电池组件主要部分的外壳的一部分后的正面的截面图。
在图10A、图10B中，电池组件12由第一单元电池(电池单元)1、第二单元电池4、带导线热敏电阻7构成，容纳在外壳9中。在第一单元电池1中，设置突起形的正极端子2和在其相反面上的负极端子3。另外，在第二单元电池4中也与第一单元电池(电池单元)1-样设置突起形的正极端子5和负极端子6。带导线的PTC热敏电阻7由一对连接导线通过焊接分别机械并电气地连接在第一单元电池1的正极端子2和第二单元电池4的负极端子6上。另外，在外壳9中设置贯通孔，作为从负极端子3和正极端子5中取出电触点用的端子口10、11。
参照附图来说明电池组件12中使用的PTC热敏电阻。图11A是带导线PTC热敏电阻的上面图，图11B是沿图11A的A-A线切断时的截面图。在图11A、图11B中，带导线PTC热敏电阻15由聚合物PTC层16、电连接在聚合物PTC层16两面上的电极层17、装配在电极层17上的导线端子18、和形成为覆盖导线端子18的一部分和聚合体PTC层16及电极层17的绝缘树脂19构成。
下面，说明如此构成的带导线PTC热敏电阻与现有的电池组件的动作。首先，说明带导线PTC热敏电阻的动作。
图11B的聚合物PTC层16由聚乙烯等结晶树脂与碳黑等导电粒子的混合物构成。由于伴随聚合物的热膨胀(或收缩)导电粒子间的间隙变化，具有在比聚合物材料的融点低数度的温度附近，电阻值急剧上升(或下降)的特性。由聚合物PTC层16、电极层17和导线端子18构成的带导线PTC热敏电阻15由于该特性而在聚合物融点以上的温度环境下，转为到远比常温时高的电阻值(10000倍左右)。另外，热敏电阻15具有若将温度下降到常温则恢复为原始电阻值的功能，可作为电路保护部件而利用。关于电阻值的恢复，虽然由于迟滞特性而变为比原始电阻值还高的值(原始电阻值的1.5倍左右)，但实际应用中不成为障碍。因此，在恢复后的电阻值作为电路的内部电阻而不能忽视的情况下，放置在比聚合物融点低30℃至60℃左右的温度环境中，或放置在温度在其温度与常温之间缓慢变动的环境中。从而可返回到原始电阻值。这种将电阻值复原的方法被称为退火，后面，将通过这种热处理降低电阻值的正向变化的现象称为退火效果。
如上所述，利用电阻值可逆地上升或下降的性质，通过过电流的自身发热使温度上升并达到电阻值急剧上升的温度(后面称为保护动作温度)，将过电流抑制到微小电流。之后，暂时切断电源，降低PTC热敏电阻的温度，消除过电流的原因，从而可反复使用。这里，所谓PTC热敏电阻的电阻值可逆性质定义为包含电阻值通过退火而复原的性质。
接着，说明现有电池组件的动作。图10A、B的电池组件12为通过带导线PTC热敏电阻7串联连接单元电池1和单元电池4的电路结构。该电池组件12为通过端子口10和端子口11，将其负极端子3和正极端子5电连接到电子设备的电源端子上的电池单元。这里，在代替带导线热敏电阻7而用金属导线单纯地连接单元电池1和单元电池4的情况下，在电子设备的电源线中可能产生短路异常。另外，在未装配在电子设备中的状态下，在正极端子5和负极端子3上接触或粘附金属等导电性高的物质时，电池组件内的单元电池1和单元电池4由于过电流而发热，单元电池自身有可能由于内压的上升而破损。作为其安全对策手段，有使用带导线PTC热敏电阻7的方法。其保护动作的原理在于与单元电池串联连接的PTC热敏电阻通过伴随过电流的自身发热，其电阻值急剧上升，将过电流抑制到电池不破损的安全水平的电流值(下面称为过电流保护动作)。在使用PTC热敏电阻作为过电流保护部件的情况下，必须选择考虑电池组件的可使用时间。另外，要求常温时的电阻值尽可能低，以使电池组件容量的消耗变少。一般，电阻值在40mΩ以下，如可能则期望在20mΩ以下。
上面主要是用作一次电池的电池组件的基本结构，但近年来，以锂离子电池为代表的高性能二次电池广泛普及于便携电话用途等中。并且，特别需要内置进行充放电控制的保护电路的电池组件。下面，参照附图来说明现有的带保护电路的电池组件及其制造方法。
图12是现有的带保护电路电池组件的立体图，由方形单元电池25、印刷基板28、安装在印刷基板28的第一安装面上的保护用IC29、基本上由两个FET(场效应晶体管)构成的FET单元30构成。方形单元电池25具备兼作外周金属壳的正极端子26和仅设置在方形单元电池25的一面上的负极端子27。在与印刷基板28的保护用IC29的安装面相对的第二安装面上设置电池组件取出用正极端子31和取出用负极端子32。将带导线PTC热敏电阻33配置成元件的一部分接近方形单元电池25的两个面。带导线的PTC热敏电阻33一侧的导线端子34通过焊接与负极端子27结合。PTC热敏电阻33另一侧的导线端子35与印刷基板28连接。通过连接导线36电连接电池组件取出用正极端子31和兼作外周金属壳的正极端子26。
下面说明如此构成的现有的带保护电路电池组件的制造方法。首先，使用网目印刷法在印刷基板28的第二安装面上涂布焊剂膏。接着，在印刷形成的焊剂膏上装配、焊接取出用正极端子31和取出用负极端子32。然后，使用网目印刷法在印刷基板28的第一安装面上涂布焊剂膏。之后，在印刷形成的焊剂膏上装配保护用IC29和FET单元30。接着，使用回流焊接炉来焊接印刷基板28与保护用IC29或FET单元30。另一方面，通过电焊将带导线PTC热敏电阻33的导线端子34连接到方形单元电池25的负极端子27上，通过电焊将连接导线36连接到正极端子26上。接着，将焊接后的印刷基板28与装配在方形单元电池25上的带导线PTC热敏电阻33的导线端子35进行焊接。最后，焊接印刷基板28和连接导线36，制造现有的带保护电路电池组件。
下面，参照对应于图12的图13的电路框图来说明如此构成的现有带保护电路电池组件的动作。
带保护电路电池组件具有进行由保护用IC29、由第一FET37和第二FET38构成的FET单元30和带导线PTC热敏电阻33来保护方形单元电池25的过充电或过放电的控制动作；和对负荷短路或保护电路自身短路等引起的过电流的保护动作的功能，其代表的动作原理如下。(a)作为过充电保护动作，通过使方形单元电池25的电压达到既定值，第二FET38的栅极变为OFF(第一FET37为ON状态)，截止流过充电电流。(b)作为过放电保护动作，在方形单元电池25的电压变低时，第一FET37的栅极变为OFF(第二FET38为ON状态)，截止流过放电电流。(c)对于负荷侧短路，检测FET单元30的ON电阻变动，截止流过短路电流。另外，通过带导线PTC热敏电阻33的过电流保护动作，将电流限制到安全水平。(d)对于保护电路自身短路，通过带导线PTC热敏电阻33的过电流保护动作，将短路电流限制到安全水平。
尤其是，对于由误使用引起的电极间的短路，需要双重三重安全对策，即使保护电流不起作用的情况下，带导线PTC热敏电阻33承担作为保护部件的重要作用。另外，通过接近方形单元电池25来配置该PTC热敏电阻，对于方形单元电池25自身发热引起的温度上升，电阻值可通过直接热传导上升，并转换到保护动作状态。
但是，在上述现有结构中，将带导线PTC热敏电阻33装配组装在单元电池和印刷基板上需要加工。另外，在接近聚合物PTC层16的位置处进行图11A、图11B所示导线端子18的弯曲加工时，有时由于弯曲加工应力而在带导线PTC热敏电阻15内部的聚合物PTC层16与电极层17之间的一部分中产生龟裂。在接近聚合物PTC层16的位置处将导线端子18电焊到单元电池的电极端子上时，聚合物PTC层16由于热影响而恶化，成为带导线PTC热敏电阻15的电阻值增加的主要原因。结果，存在担心电池组件使用时间降低或对动作灵敏度的影响的问题。
这些电阻值变动主要原因对与聚合物PTC热敏电阻的温度相对应的电阻值的可逆性质产生影响，判断为性能恶化。另外，通过焊接将图12所示带导线PTC热敏电阻33的导线端子35装配在印刷基板28上时，在进行聚合物融点以上的热处理的情况下，电阻值在正极侧增加到1.5倍左右。并且，在热处理温度超过240℃的情况下，因为电阻值从2倍增加到3倍左右，所以不能将PTC热敏电阻的内部电阻(常温时的电阻)维持在较低的状态。因此，存在电池组件的使用时间降低的问题。
发明内容
鉴于上述现有技术，本发明的目的在于提供一种可提高使用时间的电池组件及其制造方法。
为了达到上述目的，本发明的电池组件由单元电池、保护上述单元电池不受过电流或过热影响的保护电路单元构成，其特征在于，上述保护电路单元由包含保护用IC和安装有面安装形PTC热敏电阻的印刷基板的复合体构成。根据该结构，通过在保护电路单元中使用面安装形PTC热敏电阻，可高性能化。
另外，本发明的电池组件制造方法的特征在于，由以下工序构成：将保护用IC和面安装形PTC热敏电阻焊接在印刷基板上的工序；热处理上述焊接后的印刷基板的工序；将连接用导线分别连接在单元电池的正极和负极上的工序；以及电连接上述连接用导线和上述印刷基板的工序，根据该方法，通过热处理焊接在印刷基板上的面安装形PTC热敏电阻，可提高使用时间。
附图说明
图1是本发明实施方式1的电池组件的立体图。
图2是本发明实施方式2的电池组件的立体图。
图3是本发明实施方式3的电池组件的立体图。
图4是本发明实施方式4的电池组件的立体图。
图5是图4的展开图。
图6是本发明实施方式5的电池组件的立体图。
图7是本发明实施方式6的电池组件的立体图。
图8是图7的电路框图。
图9是本发明其它实施方式的电路框图。
图10A是切去作为现有电池组件主要部分的外壳的一部分后的俯视图。
图10B是切去作为现有电池组件主要部分的外壳的一部分后的正面图。
图11A是带导线PTC热敏电阻的俯视图。
图11B是图11A的A-A线截面图。
图12是现有的带保护电路电池组件的立体图。
图13是图12的电路框图。
具体实施方式
下面，参照附图来说明本发明实施方式的电池组件及其制造方法。
(实施方式1)
图1是本发明实施方式1的电池组件的立体图。该电池组件由方形单元电池(电池单元)41和保护电路单元52构成。保护电路单元52由印刷基板44、通过SnAg系列或SnCu系列的无Pb焊剂安装在印刷基板44的第一安装面上的保护用IC45、面安装形PTC热敏电阻49和基本上由两个FET构成的FET单元46构成。方形单元电池41具备兼作外周金属壳的正极端子42和仅设置在方形单元电池41一面上的负极端子43。在印刷基板44中，在与保护用IC45的安装面相反侧的第二安装面上装配电池组件取出用正极端子47和负极端子48。面安装形PTC热敏电阻49的外形约为4.5mm×3.2mm，厚度约为1mm，安装前的电阻值为15mΩ至20mΩ，保护动作温度在110℃至120℃的范围内。面安装形热敏电阻49接近方形单元电池41地配置在印刷基板44的端部附近。通过负极侧的连接导线50连接负极端子43和印刷基板44。通过印刷基板44，由正极侧的连接导线51电连接电池组件的取出用正极端子47和兼作外周金属壳的正极端子42。
下面说明如此构成的电池组件的制造方法。首先，使用网目印刷法在印刷基板44的第二安装面上涂布焊剂膏。接着，在印刷形成的焊剂膏上装配、焊接取出用正极端子47和取出用负极端子48。然后，使用网目印刷法在印刷基板44的第一安装面上涂布焊剂膏。之后，在印刷形成的焊剂膏上装配保护用IC45、FET单元46和面安装形PTC热敏电阻49。接着，使用回流焊接炉，按峰值温度为250C的曲线来焊接印刷基板44与保护用IC45或面安装形PTC热敏电阻49。之后，将通过焊接安装电阻值增加到40mΩ左右的面安装形PTC热敏电阻49的印刷基板44放置在80℃的周围温度环境下约30分钟，然后，在数分钟之内切换为25℃的周围温度环境，并放置约30分钟，重复三次这种温度周期，使电阻值恢复到20mΩ以下(后面称为退火处理)。更期望重复五次该温度周期。
另一方面，通过电焊将负极侧的连接导线50连接到方形单元电池41的负极端子43上，通过电焊将正极侧的连接导线51连接到正极端子42上。接着，焊接退火处理后的印刷基板44与装配在方形单元电池41上的负极侧连接导线50。最后，焊接印刷基板44和正极侧的连接导线51。
如此构成、制造的电池组件的保护电路单元52进行保护方形单元电池41过充电或过放电的控制动作和由负荷短路或保护电路自身的短路等引起的过电流的保护动作。
如上所述，在本实施方式1中，面安装形PTC热敏电阻49与保护用IC45或FET单元46一样通过回流焊接法等焊接安装在印刷基板44上。面安装形PTC热敏电阻49与带导线PTC热敏电阻相比，不必通过导线端子的弯曲加工和电焊与方形单元电池41的负极端子43和印刷基板44连接而构成电路。从而，不会因弯曲加工应力和电焊的高温热应力等引起电阻值变动。
另外，在本实施方式1中，由如下工序构成：在印刷基板44上焊接面安装形PTC热敏电阻49的工序；退火处理焊接面安装形PTC热敏电阻49后的印刷基板44的工序；分别在方形单元电池41的正极端子42和负极端子43上电焊正极侧连接导线51和负极侧连接导线50的工序；在印刷基板44上焊接正极侧连接导线51和负极侧连接导线50的工序。使用SnAg系列或SnCu系列等融点在200℃以上的无Pb焊剂，焊接在印刷基板44上的面安装形热敏电阻48的电阻值增加到焊接前的约2倍左右的40mΩ。但是，由于退火效应，焊接后的热敏电阻49的电阻值可在短时间内减少到20mΩ以下。
另外，在本实施方式1中，面安装形PTC热敏电阻49不需要带导线PTC热敏电阻那样的导线端子弯曲加工和电焊等作业，可通过安装用固定件与保护用IC45和FET单元46同时安装、焊接在印刷基板44上。从而可削减电池组件组装加工所需的成本。
另外，在本实施方式1中，印刷基板44厚度方向的面接近方形单元电池41负极端子43的面，面安装形PTC热敏电阻49安装在印刷基板44的端部附近，从而接近方形单元电池41。由此，面安装形PTC热敏电阻49与方形单元电池41变为热结合状态。从而，通过从方形单元电池41的直接热传导，可移动到保护动作状态。
另外，在本实施方式1中，面安装形PTC热敏电阻49相对方形单元电池41的热容量不同的正负电极端子，与热容量小的负极端子43电连接，配置在负极端子43附近。从而，由于热容量小的负极端子43的温度相对方形单元电池41的发热而迅速上升，所以可通过面安装形PTC热敏电阻49来迅速传导热。
另外，在本实施方式1中，退火处理工序为将面安装形PTC热敏电阻安装在印刷基板上之后的工序，但也可是由连接导线焊接方形单元电池和安装完的印刷基板之后的工序。此时可同样减小电阻值。
另外，在实施方式1中，正极侧的连接导线与负极侧的连接导线首先电焊在方形单元电池上，之后焊接在印刷基板上，但也可以是首先焊接在印刷基板上，之后电焊在方形单元电池上的工序的顺序。
另外，在本实施方式1中，在退火处理中，高温为80℃，低温为25℃，放置时间约为30分钟。这些温度只要在面安装形PTC热敏电阻的动作温度110℃以下、-40℃以上，则可选择任意温度。并且，如果不妨碍制造工序，放置时间也可延长到12小时左右。另外，在60℃至110℃温度范围内的一定温度下，即使长时间放置数小时以上，也可降低通过焊剂增加的电阻值。
另外，在本实施方式1中，虽然向印刷基板的安装用焊剂为SnAg系列或SnCu系列的无Pb焊剂，但也可使用其它无Pb系列焊剂或现有的SnPb系列焊剂。
(实施方式2)
下面，参照附图来说明本发明实施方式2的电池组件及其制造方法。
图2是本发明实施方式2的电池组件的立体图，由方形单元电池61和保护电路单元73构成。保护电路单元73由印刷基板64、通过SnAg系列或SnCu系列的无Pb焊剂安装在印刷基板64的第一安装面上的保护用IC、面安装形PTC热敏电阻69和基本上由两个FET构成的FET单元66构成。方形单元电池61具备兼作外周金属壳的正极端子62和仅设置在方形单元电池61一面上的负极端子63。在印刷基板中，在与64的保护用IC65的安装面相反侧的第二安装面上装配电池组件取出用正极端子67和负极端子68。面安装形PTC热敏电阻69的外形约为4.5mm×3.2mm，厚度约为1mm，安装前的电阻值为15mΩ至20mΩ，保护动作温度在110℃至120℃的范围内。面安装形热敏电阻69接近方形单元电池61地配置在印刷基板64的端部附近。由固化温度为100℃的环氧树脂70粘接面安装形PTC热敏电阻69与方形单元电池61的负极端子63与焊接面。与实施方式1的不同之处在于，设置了环氧树脂70。通过负极侧的连接导线71连接负极端子63和印刷基板64。通过印刷基板64，由正极侧的连接导线72连接电池组件的取出用正极端子67和兼作外周金属壳的正极端子62。
下面说明如此构成的电池组件的制造方法。首先，使用网目印刷法在印刷基板64的第二安装面上涂布焊剂膏。接着，在印刷形成的焊剂膏上装配、焊接取出用正极端子67和取出用负极端子68。然后，使用网目印刷法在印刷基板64的第一安装面上涂布焊剂膏。之后，在印刷形成的焊剂膏上装配保护用IC65、FET单元66和面安装形PTC热敏电阻69。接着，使用回流焊接炉，按峰值温度为250℃的曲线来焊接印刷基板64与保护用IC65或面安装形PTC热敏电阻69。
另一方面，通过电焊将负极侧的连接导线71连接到方形单元电池61的负极端子63上，通过电焊将正极侧的连接导线72连接到正极端子62上。接着，焊接退火处理后的印刷基板64、装配在方形单元电池61上的负极侧连接导线71和正极侧的连接导线72。最后，在面安装形PTC热敏电阻69、方形单元电池61的负极端子63与粘合面上涂布环氧树脂70，通过在约100℃的周围温度环境下放置5小时的热处理，使之固化粘接。利用环氧树脂的固化温度，通过进行上述热处理工序，使由于焊剂而增加到40mΩ左右的面安装形PTC热敏电阻69的电阻恢复到20mΩ以下。
如此构成、制造的电池组件的保护电路单元73进行保护方形单元电池61过充电或过放电的控制动作和由负荷短路或保护电路自身的短路等引起的过电流的保护动作。
如上所述，在本实施方式2中，除了实施方式1的效果外，由作为热传导部件的环氧树脂70来粘接面安装形PTC热敏电阻69与方形单元电池61。从而，可有效地向面安装形PTC热敏电阻69进行热传递。另外，可同时进行固化环氧树脂的工序和恢复面安装形PTC热敏电阻69的电阻值的热处理工序。
另外，在本实施方式2中，虽然使用环氧树脂作为热传导部件，但即使使用苯酚树脂、硅酮树脂等有粘接性的高分子化合物也可得到同样的效果。
另外，在本实施方式2中，虽然使用环氧树脂作为热传导部件，但通过将氧化铝板、SUS板等金属作为中间材料并由环氧树脂来粘接方形单元电池和面安装形PTC热敏电阻，可更有效地进行热传导。
另外，在本实施方式2中，热处理工序兼作环氧树脂的固化工序，但也可在将面安装形PTC热敏电阻焊接在印刷基板上之后的工序中单独进行退火处理工序。
另外，在本实施方式2中，虽然对印刷基板的安装用焊剂为SnAg系列或SnCu系列的无Pb焊剂，但也可使用其它无Pb系列焊剂或现有的SnPb系列焊剂。
(实施方式3)
下面，参照附图来说明本发明实施方式3的电池组件及其制造方法。
图3是本发明实施方式3的电池组件的立体图，由方形单元电池81和保护电路单元94构成。保护电路单元94由印刷基板84、通过SnAg系列或SnCu系列的无Pb焊剂安装在印刷基板84的第一安装面上的保护用IC、面安装形PTC热敏电阻和基本上由两个FET构成的FET单元86构成。方形单元电池81中装配兼作外周金属壳的正极端子82和仅设置在上述电池一面上的负极端子83。在印刷基板84中，在与保护用IC85的安装面相反侧的第二安装面上装配电池组件取出用正极端子87和负极端子88。面安装形PTC热敏电阻89的外形约为4.5mm×3.2mm，厚度约为1mm，安装前的电阻值为15mΩ至20mΩ，保护动作温度在110℃至120℃的范围内。面安装形热敏电阻89接近方形单元电池81地配置在印刷基板84的端部附近。由负极侧的连接导线90连接负极端子83与印刷基板84。通过印刷基板84，由正极侧的连接导线电连接电池组件的取出用正极端子87和兼作外周金属壳的正极端子82。由SnAg系列或SnCu系列的无Pb焊剂部件92电连接面安装形PTC热敏电阻89的侧面电极端子93与负极侧的连接导线90。无Pb焊剂的融点在300℃以下。期望在260℃以下，更期望在240℃以下。与实施方式1的结构不同之处在于：设置焊剂部件92。
下面说明如此构成的电池组件的制造方法。首先，使用网目印刷法在印刷基板84的第二安装面上涂布焊剂膏。接着，在印刷形成的焊剂膏上装配、焊接取出用正极端子87和取出用负极端子88。然后，使用网目印刷法在印刷基板84的第一安装面上涂布焊剂膏。之后，在印刷形成的焊剂膏上装配保护用IC85、FET单元86和面安装形PTC热敏电阻89。接着，使用回流焊接炉，按峰值温度为250℃的曲线来焊接印刷基板84与保护用IC85或面安装形PTC热敏电阻89等装配部件。之后，在印刷基板84上焊接正极侧的连接导线91。由焊接部件92将负极侧的连接导线90连接在印刷基板84与面安装形PTC热敏电阻89的侧面电极端子93上。接着，由电焊将负极侧连接导线90连接在方形单元电池81的负极端子83上，由电焊将正极侧连接导线91连接在正极端子82上。最后，通过向印刷基板84焊接或连接焊剂部件92而将电阻值从40mΩ增加至50mΩ左右的面安装形PTC热敏电阻89放置在80℃的周围温度环境下约30分钟，然后，在数分钟之内切换为25℃的周围温度环境，并放置约30分钟，重复五次这种温度周期(期望是十次)，进行使电阻值恢复为在20mΩ以下的退火处理。
如此构成、制造的电池组件的保护电路单元94进行保护方形单元电池81过充电或过放电的控制动作和由负荷短路或保护电路自身的短路等引起的过电流的保护动作。
如上所述，在本实施方式3中，除实施方式1的效果外，使用融点为300℃以下的焊剂部件92来电连接面安装形PTC热敏电阻89的侧面电极端子93与负极侧的连接导线90。由此，方形单元电池81的发热可通过焊剂部件92传递到面安装形PTC热敏电阻89。另外，通过对由于连接焊接部件92而增加了电阻值的面安装形PTC热敏电阻89进行退火处理，可恢复电阻值。
另外，在本实施方式3中，焊剂部件为SnAg系列或SnCu系列的无Pb焊剂，但即使使用选自Sn、Bi、Ag、Cu、Zn、In、Au等中的无Pb系列焊剂部件或SnPb系列焊剂也可得到同样的效果。
(实施方式4)
下面，参照附图来说明本发明实施方式4的电池组件及其制造方法。图4是本发明实施方式4的电池组件的立体图。图5是图4的电池组件展开图，由方形单元电池101和保护电路单元113构成。保护电路单元113由印刷基板104、通过SnAg系列或SnCu系列的无Pb焊剂安装在印刷基板104的第一安装面上的保护用IC、面安装形PTC热敏电阻110和基本上由两个FET构成的FET单元106构成。方形单元电池101具备兼作外周金属壳的正极端子102和仅设置在方形单元电池101一面上的负极端子103。在印刷基板104中装配在与保护用IC105的安装面相反侧的第二安装面上装配的电池组件取出用正极端子107和负极端子108。印刷基板104配置成其第一安装面与负极端子103的某个面相对。超出印刷基板104并弯曲的端子107和108的前端部通过绝缘片109接近方形单元电池101的正极端子102的上面。面安装形PTC热敏电阻110的外形约为4.5mm×3.2mm，厚度约为1mm，安装前的电阻值为15mΩ至20mΩ，保护动作温度在110℃至120℃的范围内。面安装形热敏电阻110的安装面接近并与方形单元电池101的负极端子103侧的面相对。由负极侧的连接导线111连接负极端子103与印刷基板104。通过印刷基板104，由正极侧的连接导线112电连接电池组件的取出用正极端子107和兼作外周金属壳的正极端子102。
下面说明如此构成的电池组件的制造方法。首先，使用网目印刷法在印刷基板104的第一安装面上涂布焊剂膏。接着，在印刷形成的焊剂膏上装配保护用IC105、FET单元106和面安装形PTC热敏电阻110。接着，使用回流焊接炉，按峰值温度为250℃的曲线来焊接印刷基板104与保护用IC105或面安装形PTC热敏电阻110等装配部件。另一方面，由电焊将负极侧连接导线111连接在方形单元电池101的负极端子103上。由电焊将正极侧连接导线112连接在正极端子102上。之后，焊接印刷基板104、装配在方形单元电池101上的负极侧连接导线111和正极侧连接导线112。接着，弯曲负极侧的连接导线111与正极侧的连接导线112，使印刷基板104的第一安装面与方形单元电池101的负极端子103的某个面相对。之后，将弯曲成约90度的取出用正极端子107和取出用负极端子108焊接在印刷基板104的第二安装面上，使它们分别接触装配在方形单元电池101上的绝缘片109和印刷基板104的第二安装面。最后，将安装了由于与印刷基板104焊接而使电阻值增加到40mΩ左右的面安装形PTC热敏电阻110的印刷基板104与方形单元电池101一起放置在80℃的周围温度环境下约30分钟，然后，在数分钟之内切换为25℃的周围温度环境，并放置约30分钟，重复三次这种温度周期(期望是五次)。从而，通过进行退火处理使电阻值恢复为20mΩ以下。
如此构成、制造的电池组件的保护电路单元113进行保护方形单元电池101过充电或过放电的控制动作和由负荷短路或保护电路自身的短路等引起的过电流的保护动作。
如上所述，在本实施方式4中，与保护用IC105或FET单元106一样，通过回流焊接法等焊接将面安装形PTC热敏电阻110安装在印刷基板104上。面安装形PTC热敏电阻110不需要象带导线PTC热敏电阻那样通过导线端子的弯曲加工或电焊与方形单元电池101的负极端子103或印刷基板104连接来构成电路。因此，不会由于弯曲加工应力和电焊的高温热应力等引起电阻值变动。
另外，在本实施方式4中，由如下工序构成：在印刷基板104上焊接面安装形PTC热敏电阻110的工序；分别在方形单元电池101的正极端子102和负极端子103上电焊正极侧连接导线112和负极侧连接导线111的工序；在印刷基板104上焊接正极侧连接导线112和负极侧连接导线111的工序；以及同时退火处理焊接面安装形PTC热敏电阻110后的印刷基板104和方形单元电池101的工序。使用SnAg系列或SnCu系列等融点在200℃以上的无Pb焊剂进行焊接，由于退火效应，增加到约为安装前2倍左右的40mΩ的面安装形PTC热敏电阻110的电阻值可变为20mΩ以下。
另外，在本实施方式4中，使印刷基板104的安装面与方形单元电池101的负极端子103的面相对。使面安装形PTC热敏电阻110的安装面接近并与负极端子103的某个方形单元电池101的面相对。即，面安装形PTC热敏电阻110的主要面与方形单元电池101接近，变为彼此热结合的状态。从而，通过从方形单元电池101的直接热传导，可较快移动到保护动作状态。
另外，在本实施方式4中，使印刷基板104的安装面与方形单元电池101的负极端子103的面相对。通过将电池组件取出用正极端子107和取出用负极端子108装配在与安装了面安装形PTC热敏电阻110的印刷基板104的安装面相反的安装面上，将印刷基板104支撑在相对的方形单元电池101上。即，可稳定固定取出用正极端子107和取出用负极端子108，并可与外部电子设备的电极端子确实连接。
另外，在本实施方式4中，取出用正极端子107和取出用负极端子108超出印刷基板104并弯曲的部分的前端部通过绝缘片109接近方形单元电池101的正极端子102的上面。从而，取出用正极端子107和取出用负极端子108不借助印刷基板104就可支撑在方形单元电池101的上面，可牢固地固定。若在该上面与外部电子设备的电极端子连接，则可保护印刷基板104不受到机械应力。
另外，在本实施方式4中，虽然将保护用IC和FET单元与面安装形PTC热敏电阻一样配置在印刷基板的安装面上，但也可配置在与装配了取出用正极端子和取出用负极端子的面安装形PTC热敏电阻相反的印刷基板的安装面上。
另外，在本实施方式4中，退火处理温度中高温为80℃，低温为25℃，放置时间约为30分钟。这些温度只要在面安装形PTC热敏电阻的动作温度110℃以下、-40℃以上即可。另外，如果不妨碍制造工序，放置时间也可延长到12小时左右。另外，即使在60℃至110℃温度范围内的一定温度下，长时间放置数小时以上，也可降低通过焊剂增加的电阻值。
另外，在本实施方式4中，虽然向印刷基板的安装用焊剂为SnAg系列或SnCu系列的无Pb系列焊剂，但也可使用其它无Pb系列焊剂或现有的SnPb系列焊剂。另外，如图4所示，通过使面安装形PTC热敏电阻110与方形单元电池101相对，面安装形PTC热敏电阻110由于受到方形单元电池101的放射热，所以可与方形单元电池101热结合。
(实施方式5)
下面，参照附图来说明本发明实施方式5的电池组件及其制造方法。图6是本发明实施方式5的电池组件的立体图，由方形单元电池121和保护电路单元132构成。保护电路单元132由印刷基板124、通过SnAg系列或SnCu系列的无Pb焊剂安装在印刷基板124的第一安装面上的保护用IC125、面安装形PTC热敏电阻129和基本上由两个FET构成的FET单元126构成。在印刷基板124中，在与保护用IC125的安装面相反侧的第二安装面上装配电池组件取出用正极端子127和负极端子128。通过SnAg系列或SnCu系列的无Pb焊剂将面安装形PTC热敏电阻129安装在印刷基板124的第一安装面上。面安装形PTC热敏电阻129夹持保护用IC125，与FET单元126保持间隔，配置在与印刷基板124的方形单元电池121接近的端部附近。并且，面安装形PTC热敏电阻129通过印刷基板124与取出用正极端子127电连接。由负极侧的连接导线130连接负极端子123和印刷基板124。由正极侧的连接导线131通过印刷基板124电连接面安装形PTC热敏电阻129和兼作外周金属壳的正极端子122。
下面说明如此构成的电池组件的制造方法。首先，使用网目印刷法在印刷基板124的第二安装面上涂布焊剂膏。接着，在印刷形成的焊剂膏上装配、焊接取出用正极端子127和取出用负极端子128。然后，使用网目印刷法在印刷基板124的第一安装面上涂布焊剂膏。接着，在印刷形成的焊剂膏上装配保护用IC125、FET单元126和面安装形PTC热敏电阻129。接着，使用回流焊接炉，按峰值温度为250度的曲线来焊接印刷基板124与保护用IC125或面安装形PTC热敏电阻129等装配部件。之后，将安装了由于焊接而使电阻值增加到40mΩ左右的面安装形PTC热敏电阻129的印刷基板124放置在80℃的周围温度环境下约30分钟。然后，在数分钟之内切换为25℃的周围温度环境，并放置约30分钟，重复三次这种温度周期(期望是五次)。从而，通过进行退火处理使电阻值恢复为20mΩ以下。
另一方面，通过电焊将负极侧的连接导线130连接到方形单元电池121的负极端子123上。通过电焊将正极侧的连接导线131连接到方形单元电池121的正极端子122上。接着，焊接退火处理后的印刷基板124与装配在方形单元电池121上的负极侧连接导线130。最后，焊接印刷基板124和正极侧的连接导线131。
如此构成、制造的电池组件的保护电路单元132进行保护方形单元电池121过充电或过放电的控制动作和由负荷短路或保护电路自身的短路等引起的过电流的保护动作。
如上所述，在本实施方式5中，与保护用IC125或FET单元126一样，通过回流焊接法等焊接将面安装形PTC热敏电阻129安装在印刷基板124上。因此，面安装形PTC热敏电阻129不需要象带导线PTC热敏电阻那样通过导线端子的弯曲加工或电焊来构成电路。因此，不会由于弯曲加工应力和电焊的高温热应力等引起电阻值变动。
另外，在本实施方式5中，由如下工序构成：在印刷基板124上焊接面安装形PTC热敏电阻129的工序；退火处理焊接面安装形PTC热敏电阻129后的印刷基板124的工序；分别在方形单元电池121的正极端子122和负极端子123上电焊正极侧连接导线131和负极侧连接导线130的工序；以及在印刷基板44上焊接正极侧连接导线131和负极侧连接导线130的工序。使用SnAg系列或SnCu系列等融点在200℃以上的无Pb焊剂进行焊接的结果，由于退火效应，增加到约为常温时2倍的40mΩ的面安装形PTC热敏电阻49的电阻值可变为20mΩ以下。
另外，在本实施方式5中，面安装形PTC热敏电阻129与方形单元电池121的热容量大的兼作外周金属壳的正极端子122电连接，配置在接近方形单元电池121的印刷基板104的端部附近。正极端子122相对方形单元电池121的发热，温度上升慢。面安装形PTC热敏电阻129由于与方形单元电池121的间隔而难以受到来自方形单元电池121的热影响。因此，面安装形PTC热敏电阻121可将过电流引起的自身发热作为主体来进行保护动作。即，本实施方式适于优先过电流保护动作的用途。另外，通过将面安装形PTC热敏电阻129安装在不与方形单元电池121相对侧的印刷基板104的面上，可降低来自方形单元电池121的放射热或空气对流产生的热传导，达到同样的效果。另外，通过在面安装形PTC热敏电阻129与方形单元电池121之间设置屏蔽两者的部件，可减少两者之间的热传导。尤其是，在电池组件整体的结构上，在不得不形成图4所示结构的情况下，在面安装形PTC热敏电阻129与方形单元电池121之间设置屏蔽部件是有用的。
另外，在本实施方式5中，面安装形PTC热敏电阻与FET单元配置在印刷基板的同一安装面上，但也可配置彼此相反的安装面上，以使热影响较小。
另外，在本实施方式5中，虽然向印刷基板的安装用焊剂为SnAg系列或SnCu系列的无Pb系列焊剂，但也可使用其它无Pb系列焊剂或现有的SnPb系列焊剂。
(实施方式6)
下面，参照附图来说明本发明实施方式6的电池组件。图7是本发明实施方式6的电池组件的立体图。图8是图7的电池组件的电路框图，由方形单元电池141和保护电路单元154构成。保护电路单元154由印刷基板144、保护用IC145、FET单元146和面安装形PTC热敏电阻151构成。方形单元电池141的正极端子142兼作外周金属壳，仅在方形单元电池141的一个面中设置方形单元电池141的负极端子143。印刷基板144的厚度方向的面接近负极端子143的某个方形单元电池141的面。保护用IC、基本上由两个FET147和FET148构成的FET单元146、面安装形PTC热敏电阻151通过焊接安装在印刷基板144的第一安装面上。在印刷基板144中，在与保护用IC145的安装面相对的第二安装面上装配电池组件取出用正极端子149和负极端子150。面安装形PTC热敏电阻151与FET147电连接。保留在0.1mm以上、0.5mm以下的间隔来接近配置面安装形PTC热敏电阻151与FET单元146。由负极侧连接导线152连接负极端子143和印刷基板144。通过印刷基板144，由正极侧的连接导线153连接电池组件141的取出用正极端子149和兼作外周金属壳的正极端子142。保护电路单元154由印刷基板144、保护用IC145、FET单元146和面安装形PTC热敏电阻151构成。
下面说明如此构成的电池组件的制造方法。首先，使用网目印刷法在印刷基板144的第二安装面上涂布焊剂膏。接着，在印刷形成的焊剂膏上装配、焊接取出用正极端子149和取出用负极端子150。然后，使用网目印刷法在印刷基板144的第一安装面上涂布焊剂膏。接着，在印刷形成的焊剂膏上装配保护用IC145、FET单元146和面安装形PTC热敏电阻151。接着，使用回流焊接炉，按峰值温度为250℃的曲线来焊接印刷基板144与保护用IC145或面安装形PTC热敏电阻151等部件。之后，将安装了由于焊接而使电阻值增加到40mΩ左右的面安装形PTC热敏电阻151的印刷基板144放置在80℃的周围温度环境下约30分钟。然后，在数分钟之内切换为25℃的周围温度环境，并放置约30分钟，重复三次这种温度周期(期望是五次)。从而，通过进行退火处理使电阻值恢复为20mΩ以下。
另一方面，通过电焊将负极侧的连接导线152连接到方形单元电池141的负极端子143上。通过电焊将正极侧的连接导线153连接到正极端子142上。接着，焊接退火处理后的印刷基板144与装配在方形单元电池141上的负极侧连接导线152。最后，焊接印刷基板144和正极侧的连接导线153，制造电池组件。
如此构成、制造的电池组件的保护电路单元154进行保护方形单元电池141过充电或过放电的控制动作和由负荷短路或保护电路自身的短路等引起的过电流的保护动作。
如上所述，在本实施方式6中，与保护用IC145或FET单元146一样，通过回流焊接法等焊接将面安装形PTC热敏电阻151安装在印刷基板144上。由此，面安装形PTC热敏电阻151不需要象带导线PTC热敏电阻那样通过导线端子的弯曲加工或电焊来构成电路。因此，不会由于弯曲加工应力和电焊的高温热应力等引起电阻值变动。
另外，在本实施方式6中，由如下工序构成：在印刷基板144上焊接面安装形PTC热敏电阻151的工序；退火处理焊接面安装形PTC热敏电阻151后的印刷基板144的工序；分别在方形单元电池141的正极端子142和负极端子143上电焊正极侧连接导线153和负极侧连接导线152的工序；以及在印刷基板144上焊接正极侧连接导线153和负极侧连接导线152的工序。使用融点在200℃以上的无Pb焊剂进行焊接的结果，使增加到40mΩ的面安装形PTC热敏电阻151的电阻通过退火效应，电阻值可在20mΩ以下。
另外，在本实施方式6中，保留0.1mm以上、0.5mm以下的间隔来接近配置面安装形PTC热敏电阻151与FET单元146。通过如此配置，面安装形PTC热敏电阻151与FET单元146变为热结合状态，即使FET单元146发热也可进行保护动作。另外，通过电连接面安装形PTC热敏电阻151与FET147，通过印刷基板上的布线来热结合上述两部件。
另外，在本实施方式6中，如图8的电路框图所示，面安装形PTC热敏电阻构成为电路连接于方形单元电池的负极侧和FET之间，变成与FET单元热结合状态。作为其它结构，如图9所示，面安装形PTC热敏电阻161电连接于方形单元电池162与电池组件的取出用正极端子163之间的情况下，变成与FET单元164热结合状态。方形单元电池162的热容量大的正极端子163因发热引起的温度上升慢。从而，面安装形PTC热敏电阻161难以受到来自方形单元电池162的热影响，主要对于来自FET单元164的发热进行保护动作。
另外，在本实施方式6中，虽然向印刷基板的安装用焊剂为SnAg系列或SnCu系列的无Pb系列焊剂，但也可使用其它无Pb系列焊剂或现有的SnPb系列焊剂。
产业上的可利用性
如上所述，根据本发明，通过由包含保护用IC和面安装形PTC热敏电阻的复合体来构成保护电路单元，可在保护电路单元内不必弯曲加工或焊接导线端子的连接就直接装配面安装形PTC热敏电阻。结果，减轻了装配时的应力产生的影响，电阻值的不可逆电阻值变动小，并且，通过设置在印刷基板上焊接面安装形PTC热敏电阻后的工序以后进行热处理工序的方法，即使在进行聚合物融点以上的热处理的情况下，也可减小面安装形PTC热敏电阻电阻值的正向变动，可提供一种更高性能的使用时间长的电池组件及其制造方法。

Claims (44)

1.一种电池组件，
具备单元电池；和保护所述单元电池不受过电流或过热影响的保护电路单元，其中，
所述保护电路单元包括安装有保护用IC和电阻值在20mΩ以下的面安装形PTC热敏电阻的印刷基板。
2.根据权利要求1所述的电池组件，其特征在于，
热结合所述单元电池和所述PTC热敏电阻。
3.根据权利要求2所述的电池组件，其特征在于，
通过热传导部件来热结合所述单元电池和所述PTC热敏电阻。
4.根据权利要求3所述的电池组件，其特征在于，
所述热传导部件由高分子化合物或金属板构成。
5.根据权利要求3所述的电池组件，其特征在于，
所述热传导部件由融点在300℃以下的焊接用金属或金属化合物构成。
6.根据权利要求1所述的电池组件，其特征在于，
所述印刷基板的厚度方向的面接近所述单元电池的至少一个面，
所述PTC热敏电阻安装在所述印刷基板上的单元电池侧的端部附近。
7.根据权利要求1所述的电池组件，其特征在于，
所述印刷基板的第一安装面与所述单元电池相对地配置，
所述PTC热敏电阻安装在所述第一安装面上。
8.根据权利要求7所述的电池组件，其特征在于，
在所述印刷基板的与第一安装面相对侧的第二安装面上，至少连接两个金属端子。
9.根据权利要求8所述的电池组件，其特征在于，
所述至少两个金属端子超出所述印刷基板的部分、向所述印刷基板的第一安装面侧弯曲，
所述弯曲部分的至少一部分连接在设置于所述单元电池表面的绝缘片上。
10.根据权利要求1所述的电池组件，其特征在于，
所述PTC热敏电阻与所述单元电池的热容量不同的正负电极内的热容量小的电极电连接。
11.根据权利要求1所述的电池组件，其特征在于，
所述PTC热敏电阻相对于所述单元电池的热容量不同的正负电极，与热容量大的电极电连接。
12.根据权利要求1所述的电池组件，其特征在于，
所述PTC热敏电阻配置在不受来自所述单元电池热影响的位置上。
13.根据权利要求12所述的电池组件，其特征在于，
所述印刷基板的厚度方向的面接近所述单元电池的至少一个面，
所述PTC热敏电阻安装在所述印刷基板上的与所述单元电池相反侧的端部附近。
14.根据权利要求1所述的电池组件，其特征在于，
所述保护电路单元还包含FET。
15.根据权利要求14所述的电池组件，其特征在于，
所述FET安装在所述印刷基板上。
16.根据权利要求15所述的电池组件，其特征在于，
接近所述印刷基板的安装面地安装所述PTC热敏电阻和所述FET。
17.根据权利要求16所述的电池组件，其特征在于，
所述PTC热敏电阻与所述FET电连接。
18.根据权利要求16所述的电池组件，其特征在于，
所述PTC热敏电阻与所述单元电池的热容量不同的正负电极内的热容量大的电极电连接。
19.根据权利要求14所述的电池组件，其特征在于，
所述PTC热敏电阻配置在不受来自所述FET热影响的位置上。
20.根据权利要求14所述的电池组件，其特征在于，
所述PTC热敏电阻配置在不受来自所述单元电池和所述FET热影响的位置上。
21.一种电池组件的制造方法，其特征在于，具备如下工序：
(a)将保护用IC和面安装形PTC热敏电阻焊接在印刷基板上；
(b)在工序(a)之后，热处理所述印刷基板；
(c)将连接用导线分别连接在单元电池的正极和负极上；以及
(d)在工序(c)之后，电连接所述连接用导线和所述印刷基板，
所述热处理在-40℃以上110℃以下进行。
22.根据权利要求21所述的电池组件的制造方法，其特征在于，所述热处理的时间在12小时以内。
23.根据权利要求21所述的电池组件的制造方法，其特征在于，所述热处理与接合所述单元电池和所述PTC热敏电阻的树脂的固化同时进行。
24.根据权利要求21所述的电池组件的制造方法，其特征在于，
所述热处理温度在所述PTC热敏电阻的保护动作温度以下。
25.根据权利要求24所述的电池组件的制造方法，其特征在于，
工序(b)通过在60℃以上110℃以下进行的热处理和-40℃以上60℃以下的放置来进行。
26.根据权利要求25所述的电池组件的制造方法，其特征在于，所述热处理和放置进行多次。
27.一种电池组件的制造方法，其特征在于，具备如下工序：
(a)将保护用IC和面安装形PTC热敏电阻焊接在印刷基板上；
(b)在工序(a)之后，热处理所述印刷基板；
(c)将正极和负极的连接用导线电连接在所述印刷基板上；以及
(d)在工序(c)之后，在单元电池的正极和负极上分别连接所述正极和负极的连接用导线，
所述热处理在-40℃以上110℃以下进行。
28.根据权利要求27所述的电池组件的制造方法，其特征在于，所述热处理的时间在12小时以内。
29.根据权利要求27所述的电池组件的制造方法，其特征在于，所述热处理与接合所述单元电池和所述PTC热敏电阻的树脂的固化同时进行。
30.根据权利要求27所述的电池组件的制造方法，其特征在于，
所述热处理温度在面安装形PTC热敏电阻的保护动作温度以下。
31.根据权利要求30所述的电池组件的制造方法，其特征在于，
工序(b)通过在60℃以上110℃以下进行的热处理和-40℃以上60℃以下的放置来进行。
32.根据权利要求31所述的电池组件的制造方法，其特征在于，所述热处理和放置进行多次。
33.一种电池组件的制造方法，其特征在于，具备如下工序：
(a)将保护用IC和面安装形PTC热敏电阻焊接在印刷基板上；
(b)在工序(a)之后，将连接用导线分别连接在单元电池的正极和负极上；
(c)电连接所述连接用导线和所述印刷基板；以及
(d)在工序(c)之后，热处理所述单元电池和所述印刷基板，
所述热处理在-40℃以上110℃以下进行。
34.根据权利要求33所述的电池组件的制造方法，其特征在于，所述热处理的时间在12小时以内。
35.根据权利要求33所述的电池组件的制造方法，其特征在于，所述热处理与接合所述单元电池和所述PTC热敏电阻的树脂的固化同时进行。
36.根据权利要求33所述的电池组件的制造方法，其特征在于，
所述热处理温度在面安装形PTC热敏电阻的保护动作温度以下。
37.根据权利要求36所述的电池组件的制造方法，其特征在于，
工序(d)通过在60℃以上110℃以下进行的热处理和-40℃以上60℃以下的放置来进行。
38.根据权利要求37所述的电池组件的制造方法，其特征在于，所述热处理和放置进行多次。
39.一种电池组件的制造方法，其特征在于，具备如下工序：
(a)将保护用IC和面安装形PTC热敏电阻焊接在印刷基板上；
(b)在工序(a)之后，将正极和负极的连接用导线连接在所述印刷基板上；
(c)将所述正极和负极连接用导线分别连接在单元电池的正极和负极上；以及
(d)在工序(c)之后，热处理所述单元电池和所述印刷基板，
所述热处理在-40℃以上110℃以下进行。
40.根据权利要求39所述的电池组件的制造方法，其特征在于，所述热处理的时间在12小时以内。
41.根据权利要求39所述的电池组件的制造方法，其特征在于，所述热处理与接合所述单元电池和所述PTC热敏电阻的树脂的固化同时进行。
42.根据权利要求39所述的电池组件的制造方法，其特征在于，
所述热处理温度在面安装形PTC热敏电阻的保护动作温度以下。
43.根据权利要求42所述的电池组件的制造方法，其特征在于，
工序(d)通过在60℃以上110℃以下进行的热处理和-40℃以上60℃以下的放置来进行。
44.根据权利要求43所述的电池组件的制造方法，其特征在于，所述热处理和放置进行多次。
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