JP2009087920A - 二次電池用保護回路基板及びそれを用いた二次電池 - Google Patents
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Abstract
【課題】保護回路基板に設ける方式でＰＴＣ素子を設置することで、作業性を著しく向上させることができる二次電池用保護回路基板及びそれを用いた二次電池を提供する。
【解決手段】本発明による二次電池用保護回路基板１００は、基板１００上にＰＴＣ素子２００の設置する際に、ＰＴＣ素子２００の端子２１０、２２０を挿入する方式で設けることで、作業性と製造費用を節減する効果があり、このような保護回路基板１００を用いた本発明による二次電池は、ＰＴＣ素子２００が基板１００の上面に設けられたり、または下面に設けられたり、またはＰＴＣ素子２００の一端子がベアセル３００まで延長して形成されたりして、電池の劣化を敏感に検知して反応する。
【選択図】図１
【解決手段】本発明による二次電池用保護回路基板１００は、基板１００上にＰＴＣ素子２００の設置する際に、ＰＴＣ素子２００の端子２１０、２２０を挿入する方式で設けることで、作業性と製造費用を節減する効果があり、このような保護回路基板１００を用いた本発明による二次電池は、ＰＴＣ素子２００が基板１００の上面に設けられたり、または下面に設けられたり、またはＰＴＣ素子２００の一端子がベアセル３００まで延長して形成されたりして、電池の劣化を敏感に検知して反応する。
【選択図】図１
Description
本発明は二次電池に関し、より詳しくは、電池の組立作業性を向上させることで、製造費用を節減することができる二次電池用保護回路基板とそれを用いた二次電池に関する。
一般に、二次電池は再充電かつ小型化及び大容量化が可能であることで、最近、電子製品に多く適用されている。このような二次電池は、例えば、ニッケル水素電池、リチウム電池、リチウムイオン電池などのように様々に分けられる。二次電池は、通常的に正極板と負極板とがセパレータにより絶縁された電極組立体と電解質が缶の内部に収容されて、各極板から延長された電極タブがケースの外部端子に連結されて、構成される。このような二次電池には、電池の一側にＰＴＣ素子などのような安全装置を設けて電池が高温または高電流に露出される状態で、耐圧上昇による爆発及び発火などの安全事故を防止する。
ＰＴＣ素子(Ｐｏｓｉｔｉｖｅ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ Ｄｅｖｉｃｅ)は、電気電子装置が高温に露出される場合に電流の流れを遮断する素子である。ＰＴＣ素子は、様々な電気電子装置に適用されて用いられるが、電池に適用された場合、電池が高温に露出されたときに、高温によって爆発または発火することを防止する安全装置の役割を有する。ＰＴＣ素子は、導電性のあるように通常的に高分子物質と伝導性物質とを混合した物質により製作され、高温に露出されたときに、温度が上昇して高分子が膨脹し、伝導性粒子の間の接触が切れて、抵抗が急激に増加することにより、電流が遮断される原理を用いたものである。
一例として、二次電池に設けられるＰＴＣ素子は、ＰＴＣ本体と、上記ＰＴＣ本体の両端に接続される導電性端子とで構成され、二次電池のベアセルの上部または下部に設けられる。ＰＴＣ素子において、一つの端子は、電極組立体の一つの電極に連結され、他の一つの端子は、保護回路モジュールを介して外部端子に連結される。この際、上記ＰＴＣ素子の端子は、別途のリードプレートに連結した状態で、上記電極端子または保護回路モジュールと電気的に連結される。
従って、従来では、ＰＴＣ素子の設置時に端子の間の連結構造が複雑であるため、作業性が著しく低下される問題がある。
尚、ＰＴＣ素子の設置時に別途のリードプレート及び絶縁部材を追加して設置するようになり、複数の部品が要することで、電池の製造費用が増加する問題がある。
そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、保護回路基板に設ける方式でＰＴＣ素子を設置することで、作業性を著しく向上させることが可能な、新規かつ改良された二次電池用保護回路基板及びそれを用いた二次電池を提供することにある。
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、ＰＴＣ素子の端子を基板上に挿入して該基板の接続端子と結合するように構成したことを特徴とする、二次電池用保護回路基板が提供される。
また、上記ＰＴＣ素子の端子は、上記基板の内部に挿入されて該基板の接続端子に接触して結合されてもよい。
また、上記ＰＴＣ素子の端子と上記基板の接続端子は、はんだ付けされて結合されてもよい。
また、上記ＰＴＣ素子は、少なくとも２つの端子と、該２つの端子を電気的に連結するＰＴＣ本体と、からなってもよい。
また、上記ＰＴＣ本体は、結晶性高分子樹脂と伝導性物質との混合物で構成された伝導性重合体からなってもよい。
また、上記ＰＴＣ素子の端子は、上記ＰＴＣ本体に接続される接続部と、上記保護回路基板に挿入されて上記接続端子と結合される挿入部と、からなってもよい。
また、上記接続部は、平らなプレート形態に形成され、上記挿入部は、上記接続部の一端部で折曲して形成されてもよい。
また、上記挿入部の端部は、上記保護回路基板の表面に垂直に挿入されてもよい。
また、上記ＰＴＣ素子の本体及び上記ＰＴＣ本体に接続される上記２つの端子の外表面は、放熱材質または酸化防止材質でコーティングされてもよい。
また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、電極組立体及び電解質が収納される缶と当該缶の開口部を密封して上記電極組立体のうち一つの電極に接続されるキャップ組立体とを備えるベアセルと、当該ベアセルと電気的に連結されて外部端子を備える保護回路基板と、を含む保護回路モジュールを有し、上記保護回路モジュールは、上記保護回路基板上に端子が挿入されて該保護回路基板の接続端子と結合されるＰＴＣ素子を含むことを特徴とする、二次電池が提供される。
また、上記ＰＴＣ素子の端子は、上記保護回路基板に挿入されて該保護回路基板の接続端子に接触して結合されてもよい。
また、上記ＰＴＣ素子の端子と上記基板の接続端子は、はんだ付けに結合されてもよい。
また、上記ＰＴＣ素子は、少なくとも２つの端子と、該２つの端子を電気的に連結するＰＴＣ本体と、からなってもよい。
また、上記ＰＴＣ本体は、結晶性高分子樹脂と伝導性物質との混合物で構成された伝導性重合体からなってもよい。
また、上記ＰＴＣ素子の端子において、上記ＰＴＣ本体に接続される部位は、平らなプレート形態に形成され、上記保護回路基板の接続端子に結合される部位は、上記保護回路基板の表面から基板の内部に垂直に挿入されてもよい。
また、上記ＰＴＣ素子の本体及び上記ＰＴＣ本体に接続される上記２つの端子の外表面は、放熱材質または酸化防止材質でコーティングされてもよい。
また、上記ＰＴＣ素子は、上記保護回路基板において上記ベアセルと対向する面に設けられてもよい。
また、上記ＰＴＣ素子は、上記保護回路基板において上記ベアセルと対向する面とは反対側の面に設けられてもよい。
また、上記ＰＴＣ素子の端子のうち１つの端子は、上記ベアセルに接触される長さだけ延長して形成されてもよい。
また、上記ＰＴＣ素子の長さが延長された端子は、上記ベアセルの負極または正極に接触されてもよい。
以上説明したように本発明によれば、保護回路基板に設ける方式でＰＴＣ素子を設置することで、作業性を著しく向上させることができる。
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
図１は、本発明の一実施形態による保護回路基板の斜視図であり、図２〜図４は本発明の一実施形態によるＰＴＣ素子の斜視図、正面図及び側面図である。
図１〜図４に示すように、本発明の一実施形態による二次電池用保護回路基板は、接続端子１４０、１５０が備えられた保護回路基板１００と、上記保護回路基板１００の接続端子１４０、１５０に接続されるＰＴＣ素子２００と、を含む。
上記保護回路基板１００は、表面に外部端子１１０が設けられ、中央に貫通孔１２０が形成され、上記外部端子１１０の他側に接続端子１４０、１５０が備えられる。
上記ＰＴＣ素子２００は、保護回路基板１００の接続端子１４０を介して正極または負極に接続される第１端子２１０と、保護回路基板１００の接続端子１５０を介して外部端子１１０に接続される第２端子２２０と、上記第１、２端子２１０、２２０の間に介在されたＰＴＣ本体２３０とを有する。
上記第１、２端子２１０、２２０は、導電性材質に形成される。
上記第１、２端子２１０、２２０は、ＰＴＣ本体２３０に接続される接続部２１２、２２２と、上記保護回路基板１００の接続端子１４０、１５０に接続される挿入部２１４、２２４と、からなる。
上記接続部２１２、２２２は、平らなプレート形態に形成されて上記ＰＴＣ本体２３０の両方面（上下両面）にそれぞれ接触される。
上記挿入部２１４、２２４は、上記接続部２１２、２２２の一端部からそれぞれ垂直に折曲され、上記保護回路基板１００の表面に垂直方向に挿入される。
上記第１端子２１０は、上記ＰＴＣ本体２３０の上面に付着され、付着された部位の一側端部から上記保護回路基板１００の表面に向けて垂直に折曲された”Ｌ”字形状を有する。また、上記第２端子２２０は、上記ＰＴＣ本体２３０の下面に付着され、付着された部位から上記保護回路基板１００の表面に向けて垂直に折曲された”Ｌ”字形状を有する。つまり、図２等に示すように、第１端子２１０の接続部２１２及び第２端子２２０の接続部２２２は、ＰＣＴ本体２３０と平行に形成され、第１端子２１０は、ＰＴＣ素子２００の一端側で下方（保護回路基板１００方向）に折曲げられ、第２端子２２０は、ＰＣＴ素子２００の他端側で下方に折曲げられて、形成される。
上記ＰＴＣ本体２３０は、結晶性高分子樹脂と伝導性物質との混合物で構成された伝導性重合体からなり、このような伝導性物質としては、例えば、カーボンブラック、金属粒子または金属パウダーが用いられる。
上記ＰＴＣ本体２３０は、平らな六方体形状を有し、これに限定されず、平らな円筒体形状にも形成することもできる。
上記ＰＴＣ素子２００は、ＰＴＣ本体２３０及び上記ＰＴＣ本体２３０が上記２つの端子２１０、２２０に接続される部位の外表面を、放熱材質によりコーティングされてもよい。このように放熱材質によりコーティングすることで、上記ＰＴＣ本体２３０が吸収した熱が外部に放出されるのを防ぐことができる。
また、上記ＰＴＣ素子２００は、ＰＴＣ本体２３０及び上記ＰＴＣ本体２３０が上記２つの端子２１０、２２０に接続される部位の外表面を、酸化防止材質によりコーティングされてもよい。このように酸化防止材質でコーティングすると、ＰＴＣ本体２３０の酸化を防止することができる。
このように構成される本発明の一実施形態によるＰＴＣ素子が設けられた保護回路基板によれば、ＰＴＣ素子２００を設ける工程が、２つの端子２１０、２２０を保護回路基板１００に挿入する方式によって容易に完了される。従って、ＰＴＣ素子の設置作業性を著しく改善させることができる。つまり、ＰＣＴ素子２００の２つの端子２１０、２２０を保護回路基板１００の接続端子１４０、１５０に挿入するだけで、ＰＣＴ素子２００を配置することができるので、連結作業が容易で、作業性を向上させることができる。
また、保護回路基板１００に挿入された部位は、はんだ付け作業などを利用して熱的に基板上により安定的に固定することができる。
図５は、本発明の一実施形態による保護回路基板を用いた二次電池の一実施形態を示した分解斜視図である。
図５に示すように、本発明の一実施形態による二次電池は、ベアセル３００と、上記ベアセル３００と電気的に連結されて外部端子１１０を備える保護回路基板１００を含む保護回路モジュール４００と、上記ベアセル３００の上下部にそれぞれ結合される上部ケース５００及び下部ケース６００とを含む。
上記ベアセル３００は、正極板３１２及び負極板３１４とセパレータ３１６とを備える電極組立体３１０と、上記電極組立体３１０及び電解質が収納される缶３２０と、上記缶３２０の開口部を密封して上記電極組立体３１０に接続される電極端子３３２が設けられるキャッププレート３３４を備えるキャップ組立体３３０と、を含む。
上記電極端子３３２は、負極端子であることが好ましいが、極性が変わって正極端子に形成してもよい。また、上記キャッププレート３３４の上面の両端には、上記保護回路基板１００と電気的に連結して保護回路基板１００をベアセル３００の上面に対して平行に支持するリードプレート３３６、３３８が設けられる。
上記保護回路基板１００は、中央に貫通孔１２０が形成されて上記ベアセル３００の電極端子３３２に接続される電気端子１３０が貫通孔１２０を介して溶接されるように構成される。
上記保護回路モジュール４００の一面には、各種保護回路部品(図示せず)が設けられて安全装置をさらに含むことができる。
本発明の一実施形態による二次電池は、上記ＰＴＣ素子２００が設けられた保護回路基板１００を備える。即ち、上記ＰＴＣ素子２００は、保護回路基板１００の上に２つの端子２１０、２２０を挿入する方式で設けられる。
上記ＰＴＣ素子２００は、図１〜図４を参照して説明した本発明の一実施形態による二次電池用保護回路基板１００に適用された構造と同一であるため、詳しい説明は省略する。
このように上記保護回路基板１００の上面に設けられる上記ＰＴＣ素子２００の第１、２端子２１０、２２０は、それぞれ上記保護回路基板１００の接続端子１４０、１５０と電気的に連結される。
従って、本発明の一実施形態による二次電池は、電極組立体３１０を缶３２０の内部に収納し、上記缶３２０の開口部をキャップ組立体３３０で密封した後に電解液を注入して密封することで、ベアセル３００を組立し、ＰＴＣ素子２００が設けられた保護回路基板１００をベアセル３００の上部に固定設置して上部ケース５００と下部ケース６００を結合して電池の組立を完了する。
図６は、本発明の一実施形態による二次電池が上下部ケース結合前の状態の断面図である。
図６に示すように、本発明の一実施形態による二次電池は、保護回路基板１００の上面にＰＴＣ素子２００を設ける。上記ＰＴＣ素子２００は、２つの端子２１０、２２０が保護回路基板１００の接続端子に連結される。従って、別途にＰＴＣ素子２００をベアセル３００の一電極と連結したり、保護回路基板１００と連結したりする作業を排除することができる。
本発明の一実施形態による二次電池は、電池が高温に上昇すれば、電池から発生される高温の影響でＰＴＣ素子２００の温度が上昇する。従って、ＰＴＣ本体２３０の温度が上昇して伝導性物質に含まれている高分子粒子が膨脹し、伝導性粒子の間の接触を断絶することで、電流の流れを遮断する。このように保護回路基板１００上に設けられたＰＴＣ素子２００によって電池の爆発または発火を防止することができる。
図７は、本発明の他の実施形態による二次電池の上下部のケース結合前の状態の断面図である。
図７に示すように、本発明の他の実施形態による二次電池は、保護回路基板にＰＴＣ素子が設けられることは図６の実施形態と同一である。但し、保護回路基板１００の下面にＰＴＣ素子２００Ａが設けられる。従って、ＰＴＣ素子２００ＡのＰＴＣ本体２３０は、保護回路基板１００の下部に位置してベアセル３００と非常に近接した状態になる。
このような本発明の他の実施形態による二次電池は、ＰＴＣ素子２００Ａがベアセル３００と近接して設けられるので、電池の温度変化に対してより敏感に反応することができる。従って、電池の温度上昇または電池の電圧変化に従って電流の流れを遮断する安全装置の役割をより円滑に行うことができる。
図８及び図９は、本発明の更に他の実施形態による二次電池の上下部ケース結合前の状態の断面図である。
本発明の更に他の実施形態による二次電池は、ＰＴＣ素子２００Ｂが保護回路基板１００の上面に設けられる。また、上記ＰＴＣ素子２００ＢのＰＴＣ本体２３０Ｂに接続された第１、２端子２１０Ｂ、２２０Ｂのうち一つの端子が上記保護回路基板１００を介してベアセル３００の上面と接触される長さだけ延長して形成されたものである。
図８は、ＰＴＣ素子２００Ｂの第１、２端子２１０Ｂ、２２０Ｂ端子のうち第１端子２１０Ｂがベアセル３００の電極端子３３２まで延長して形成される。
図９は、上記ＰＴＣ素子２００Ｃの第１、２端子２１０Ｃ、２２０Ｃ端子のうち第２端子２２０Ｃがベアセル３００のキャッププレート３３４まで延長して形成される。
図８に示すように、ＰＴＣ素子２００Ｂの第１端子２１０Ｂは、ベアセル３００の負極に接続され、第２端子２２０Ｂは保護回路基板１００の外部端子(図示せず)と連結される。
図９に示すように、ＰＴＣ素子２００Ｃの第２端子２２０Ｃがベアセル３００の正極に接続され、第１端子２１０Ｃが保護回路基板１００の外部端子(図示せず)と連結される。
このように本発明の更に他の実施形態は、ＰＴＣ素子２００Ｂ、２２０Ｃからベアセル３００の上面に接触される長さだけ延長して形成された一つの端子２１０Ｂ、２２０Ｃによってベアセル３００の温度変化をＰＴＣ本体２３０Ｂ２３０Ｃに迅速に検知して電流の流れを遮断することができる。
以上、本発明の各実施形態に係る保護回路基板及びそれを備えた二次電池について説明した。この二次電池用保護回路基板によれば、保護回路基板にＰＴＣ素子を設けることで、作業性を向上することができる。
また、この二次電池によれば、保護回路基板にＰＴＣ素子を設けることで、電池のベアセルにＰＴＣ素子を配置する際に、他の追加部品を必要としないため、製造費用を節減することができる。
また、本発明の他の実施形態のように、保護回路基板の下面にＰＴＣ素子が設けられる場合には、ベアセルの温度変化をより敏感に感知することができる。
また、本発明の更に他の実施形態のように、保護回路基板に設けられたＰＴＣ素子の一端子をベアセルと接触される長さだけ延長して形成する場合には、ベアセルの熱がＰＴＣ素子に伝達される熱伝導率を向上させることができるので、ＰＴＣ素子の電流遮断性能を向上させることができる。
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されないことは言うまでもない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
１００ 保護回路基板
２００、２００Ａ、２００Ｂ、２００Ｃ ＰＴＣ素子
２１０、２１０Ａ、２１０Ｂ、２１０Ｃ 第１端子
２２０、２２０Ａ、２２０Ｂ、２２０Ｃ 第２端子
２１２、２２２ 接続部
２１４、２２４ 挿入部
２３０、２３０Ａ、２３０Ｂ、２３０Ｃ ＰＴＣ本体
３００ ベアセル
３１０ 電極組立体
３２０ 缶
３３０ キャップ組立体
３３２ 電極端子
３３４ キャッププレート
４００ 保護回路モジュール
５００ 上部ケース
６００ 下部ケース
２００、２００Ａ、２００Ｂ、２００Ｃ ＰＴＣ素子
２１０、２１０Ａ、２１０Ｂ、２１０Ｃ 第１端子
２２０、２２０Ａ、２２０Ｂ、２２０Ｃ 第２端子
２１２、２２２ 接続部
２１４、２２４ 挿入部
２３０、２３０Ａ、２３０Ｂ、２３０Ｃ ＰＴＣ本体
３００ ベアセル
３１０ 電極組立体
３２０ 缶
３３０ キャップ組立体
３３２ 電極端子
３３４ キャッププレート
４００ 保護回路モジュール
５００ 上部ケース
６００ 下部ケース
Claims (20)
- ＰＴＣ素子の端子を基板上に挿入して該基板の接続端子と結合するように構成したことを特徴とする、二次電池用保護回路基板。
- 前記ＰＴＣ素子の端子は、前記基板の内部に挿入されて該基板の接続端子に接触して結合されることを特徴とする、請求項１に記載の二次電池用保護回路基板。
- 前記ＰＴＣ素子の端子と前記基板の接続端子は、はんだ付けされて結合されることを特徴とする、請求項２に記載の二次電池用保護回路基板。
- 前記ＰＴＣ素子は、少なくとも２つの端子と、該２つの端子を電気的に連結するＰＴＣ本体と、からなることを特徴とする、請求項１に記載の二次電池用保護回路基板。
- 前記ＰＴＣ本体は、結晶性高分子樹脂と伝導性物質との混合物で構成された伝導性重合体からなることを特徴とする、請求項４に記載の二次電池用保護回路基板。
- 前記ＰＴＣ素子の端子は、前記ＰＴＣ本体に接続される接続部と、前記保護回路基板に挿入されて前記接続端子と結合される挿入部と、からなることを特徴とする、請求項４に記載の二次電池用保護回路基板。
- 前記接続部は、平らなプレート形態に形成され、
前記挿入部は、前記接続部の一端部で折曲して形成されることを特徴とする、請求項６に記載の二次電池用保護回路基板。 - 前記挿入部の端部は、前記保護回路基板の表面に垂直に挿入されることを特徴とする、請求項７に記載の二次電池用保護回路基板。
- 前記ＰＴＣ素子の本体及び前記ＰＴＣ本体に接続される前記２つの端子の外表面は、放熱材質または酸化防止材質でコーティングされることを特徴とする、請求項４に記載の二次電池用保護回路基板。
- 電極組立体及び電解質が収納される缶と当該缶の開口部を密封して前記電極組立体のうち一つの電極に接続されるキャップ組立体とを備えるベアセルと、
当該ベアセルと電気的に連結されて外部端子を備える保護回路基板と、
を含む保護回路モジュールを有し、
前記保護回路モジュールは、前記保護回路基板上に端子が挿入されて該保護回路基板の接続端子と結合されるＰＴＣ素子を含むことを特徴とする、二次電池。 - 前記ＰＴＣ素子の端子は、前記保護回路基板に挿入されて該保護回路基板の接続端子に接触して結合されることを特徴とする、請求項１０に記載の二次電池。
- 前記ＰＴＣ素子の端子と前記基板の接続端子は、はんだ付けに結合されることを特徴とする、請求項１１に記載の二次電池。
- 前記ＰＴＣ素子は、少なくとも２つの端子と、該２つの端子を電気的に連結するＰＴＣ本体と、からなることを特徴とする、請求項１０に記載の二次電池。
- 前記ＰＴＣ本体は、結晶性高分子樹脂と伝導性物質との混合物で構成された伝導性重合体からなることを特徴とする、請求項１３に記載の二次電池。
- 前記ＰＴＣ素子の端子において、
前記ＰＴＣ本体に接続される部位は、平らなプレート形態に形成され、
前記保護回路基板の接続端子に結合される部位は、前記保護回路基板の表面から基板の内部に垂直に挿入されることを特徴とする、請求項１３に記載の二次電池。 - 前記ＰＴＣ素子の本体及び前記ＰＴＣ本体に接続される前記２つの端子の外表面は、放熱材質または酸化防止材質でコーティングされることを特徴とする、請求項１３に記載の二次電池。
- 前記ＰＴＣ素子は、前記保護回路基板において前記ベアセルと対向する面に設けられことを特徴とする、請求項１０に記載の二次電池。
- 前記ＰＴＣ素子は、前記保護回路基板において前記ベアセルと対向する面とは反対側の面に設けられることを特徴とする、請求項１０に記載の二次電池。
- 前記ＰＴＣ素子の端子のうち１つの端子は、前記ベアセルに接触される長さだけ延長して形成されることを特徴とする、請求項１０に記載の二次電池。
- 前記ＰＴＣ素子の長さが延長された端子は、前記ベアセルの負極または正極に接触されることを特徴とする、請求項１９に記載の二次電池。
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