JP2010140903A - 二次電池 - Google Patents

Abstract

【課題】電池パックの構造に関するものであり、よりコンパクトな二次電池を提供する。
【解決手段】電池パックは、ベアセル１１０と、ベアセルに電気的に接続され第１外部端子１２３ａおよび第２外部端子１２３ｂを備える保護回路モジュール１２０と、を含み、保護回路モジュールは、胴体部１２２、および、前記第１外部端子および第２外部端子が形成された端子形成部１２３を備える回路基板１２１と、回路基板の端子形成部が上部に載置され、胴体部と離隔された支持面が形成された支持部材１２６とを備えており、回路基板にはＦＰＣ基板を用いる。
【選択図】図２

Description

本発明は、二次電池に関するものであって、特にフレキシブルプリント回路基板（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｂｏａｒｄ:以下‘ＦＰＣ基板’とする。）で形成された保護回路モジュール（Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｍｏｄｕｌｅ、以下‘ＰＣＭ’とする。）を備える二次電池に関するものである。

近年、電子、通信コンピュータ産業の急速な発展に伴い携帯用電子機器の普及が増えている。携帯用電子機器の電源としては再充電が可能な二次電池が主に用いられている。

現在はパック形態の電池が二次電池として広く用いている。パック形態の電池はベアセルと保護回路モジュール（ＰＣＭ、Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｍｏｄｕｌｅ）が一つのユニットに統合された形態である。パック形態の二次電池は、ベアセルと、保護回路モジュールと、上部ケースとを備える。保護回路モジュールはベアセルの一面に装着され、上部ケースは保護回路モジュールを覆う形で装着される。

近年、二次電池が用いられる携帯用電子機器の小型化が進められるにつれ、よりコンパクトな二次電池が要求されている。従来のパック形態の二次電池では、保護回路モジュールは一般印刷回路基板（ＰＣＢ）を用いるため、二次電池の大きさを小さくすることに限界があった。

本発明の目的は、二次電池の大きさを小さくするためにＦＰＣ基板を用いて厚さを薄くした保護回路モジュールを備える二次電池を提供することにある。

本発明の他の目的は、充電器または外部負荷に堅固に接続される端子構造を有するＦＰＣ基板を用いた保護回路モジュールを備える二次電池を提供することにある。

前記の目的を達成するために、本発明のある観点によると、ベアセルと、前記ベアセルに電気的に接続され、第１外部端子および第２外部端子を備える保護回路モジュールと、を含み、前記保護回路モジュールは、胴体部、および、前記第１外部端子および第２外部端子が形成された端子形成部を備える回路基板と、前記回路基板の端子形成部が上部に載置され、前記胴体部と離隔された支持面が形成された支持部材と、を備え、前記回路基板は、ＦＰＣ基板であることを特徴とする二次電池が提供される。

前記支持部材は、前記支持面が備えられた支持板と、前記支持板から延び、前記回路基板の胴体部に固定された複数の支持脚とを備えることができる。そして、前記支持部材の支持脚の端部には前記回路基板の胴体部と接する接触面が備えられていてもよい。また、前記保護回路モジュールは前記回路基板の胴体部に実装された回路素子を備え、前記回路素子は前記支持部材の支持板と前記回路基板の胴体部との間に形成された空間に位置してもよい。

前記回路基板は、前記胴体部と前記端子形成部を連結する連結部を備えることができるが、前記回路基板の胴体部は、例えば、胴体部の長さ方向に沿って延びたストリップ（ｓｔｒｉｐ）形態である。前記回路基板の連結部は、例えば前記胴体部の側面から延びる（延在する）か、あるいは前記胴体部の一端部から延びたものである。

前記支持部材は、例えば半田付けまたはＳＭＴ工程によって前記回路基板に固定されたものである。

前記支持部材は、例えば合成樹脂の射出物である。

前記支持部材の支持面に前記回路基板の端子形成部が接着でき、この際、前記支持部材の支持面と前記回路基板の端子形成部は両面テープによって接着することができる。

前記回路基板は、回路素子が実装された上面と、前記上面の反対面である、前記第１外部端子と第２外部端子が備えられた下面とを備えることができる。

本発明の構成によると、上述した本発明の目的を全て達成することができる。具体的には、薄いＦＰＣ基板を用いて保護回路モジュールを構成するので、二次電池の小型化が可能である。

また、ＦＰＣ基板に形成された外部端子を支持する支持部材が備えられるため、外部端子が押されることなく充電器または外部負荷との接続が堅固になる。

そして、ＦＰＣ基板に実装された各種回路素子が支持部材の内部に位置して、支持部材によって保護されるため保護回路モジュールの安全性が向上する。

本発明の一実施例に係る二次電池を示す斜視図である。 図１の二次電池を示す分解斜視図である。 図１の二次電池においてベアセルの上部をＡ−Ａ線に沿って切断して示す断面図である。 図２の保護回路モジュールにおいて端子形成部を広げて示す斜視図である。 図２の保護回路モジュールにおいて端子形成部を広げて示す斜視図である。 図４ａの支持部材を示す斜視図である。 本発明の他の実施例に係る保護回路モジュールを示す斜視図である。 図６の保護回路モジュールの端子形成部を広げて示す斜視図である。

以下、添付の図面を参照して本発明に係る実施例を説明する。但し、本発明はこれらの実施例により限定されるものではない。

図１は本発明の一実施例に係る二次電池を示す斜視図である。図２は図１の二次電池を示す分解斜視図である。図３は、図１の二次電池においてベアセルの上部をＡ-Ａ線に沿って切断して示す断面図である。図４ａおよび図４ｂは、図２の保護回路モジュールにおいて端子形成部を広げて示す斜視図である。図５は図４ａの支持部材を示す斜視図である。

図１〜図３に示すように、二次電池１００は、ベアセル（ｂａｒｅ ｃｅｌｌ）１１０と、保護回路モジュール（ＰＣＭ、Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｍｏｄｕｌｅ）１２０と、上部ケース（ｃａｓｅ）１３０とを含む。二次電池１００は、下部ケース１４０と、接着部材１５０と、ラベル１６０とをさらに備えることができる。

二次電池１００のＰＣＭ１２０は、ＦＰＣ基板で形成された回路基板１２１を備え、回路基板１２１の端子形成部１２３が支持部材１２６により支持されて充電器または外部負荷が接続された際に、後方に押されないために電気的接続状態が良好に維持される。

ベアセル１１０は、電気エネルギーを供給し、正極、負極および正極と負極の間に介するセパレータを含んでなる電極組立体（図示せず）と、金属材質からなり、電極組立体および電解液（図示せず）を収容する缶（ｃａｎ）１１１と、缶１１１の開口部を密封するキャップ組立体１１２とを備える。キャップ組立体１１２は、金属材質で形成されるキャッププレート１１２ａと、キャッププレート１１２ａに突出した形状に設けられた第１電極端子１１５と、キャッププレート１１２ａと第１電極端子１１５との間に介して第１電極端子１１５をキャッププレート１１２ａから絶縁させるガスケット１１６とを備える。本実施例では第１電極端子１１５が負極端子として機能するものとして説明する。

缶１１１およびキャッププレート１１２ａは第２電極端子として機能する。本実施例では缶１１１とキャッププレート１１２ａが正極端子として機能するものとして説明する。本実施例では、第１電極端子１１５が負極であり、缶１１１とキャッププレート１１２ａが正極であるものとして説明するが、本発明はこれに制限されるものではない。第１電極端子１１５が正極、缶１１１とキャッププレート１１２ａが負極であっても構わないことは当業者であれば既知であろう。

ＰＣＭ１２０は、回路基板１２１と、支持部材１２６と、回路基板１２１に実装された複数の回路素子１２７と、第１電極リードプレート１２８と、第２電極リードプレート１２９とを備える。ＰＣＭ１２０は二次電池１００の充放電を含む諸作動を制御する。

回路基板１２１は配線パターンが形成されたＦＰＣ基板であって、約０.１ｍｍの厚さを有する。回路基板１２１は胴体部１２２と、端子形成部１２３と、連結部１２４とを備える。

回路基板１２１の胴体部１２２は長さ方向に沿って延びたストリップ（ｓｔｒｉｐ）形態である。胴体部１２２の中央部には貫通孔１２１ｃが備えられる。貫通孔１２１ｃにベアセル１１０のガスケット１１６および第１電極端子１１５が位置する。回路基板１２１の胴体部１２２の上面１２１ａには支持部材１２６と、複数の回路素子１２７と、第１電極リードプレート１２８とが設けられる。胴体部１２２の下面１２１ｂは、両面テープまたは接着剤のような接着手段によって形成された接着層１７０によりベアセル１１０のキャッププレート１１２ａ上に接着される。

回路基板１２１の端子形成部１２３は、胴体部１２２の側面から延びた連結部１２４により胴体部１２２と連結している。端子形成部１２３の下面１２１ｂには、負極端子の第１外部端子１２３ａと、正極端子の第２外部端子１２３ｂと、制御用補助端子の第３外部端子１２３ｃが備えられる。端子形成部１２３は、支持部材１２６に形成された支持面１２６ｃ上に載置し、端子形成部１２３の下面１２１ｂに備えられた第１、第２、第３外部端子（１２３ａ、１２３ｂ、１２３ｃ）は上方に向く。端子形成部１２３は支持部材１２６により胴体部１２２側に押されないように支持される。したがって、端子形成部１２３に備えられた第１、第２、第３外部端子（１２３ａ、１２３ｂ、１２３ｃ）と充電器または外部負荷の接続状態が良好に維持される。

回路基板１２１の連結部１２４は回路基板１２１の胴体部１２２の側面から外側に延びる。回路基板１２１の連結部１２４は胴体部１２２と端子形成部１２３を連結する。

支持部材１２６は金属材質であり、支持板１２６ａと複数の支持脚１２６ｂとを備える。支持部材１２６は、回路基板１２１の端子形成部１２３を支持し、その内部に位置する複数の回路素子１２７を保護する。

支持板１２６ａには回路基板１２１の端子形成部１２３が上部に載置される支持面１２６ｃが備えられる。支持部材１２６の支持面１２６ｃと回路基板１２１の端子形成部１２３は、両面テープまたは接着剤のような接着手段により形成された接着層１７０によって互いに接着される。支持面１２６ｃの大きさおよび形状は、支持面１２６ｃに端子形成部１２３の第１、第２、第３外部端子（１２３ａ、１２３ｂ、１２３ｃ）が位置できれば制限なく可能である。支持板１２６ａは回路基板１２１の胴体部１２２と一定距離をおいて離隔されている。支持部材１２６の支持板１２６ａと回路基板１２１の胴体部１２２との間に形成された空間に、複数の回路素子１２７が位置して複数の回路素子１２７が保護される。支持部材１２６の支持板１２６ａと回路基板１２１の胴体部１２２との隔離距離（ｄ）は、複数の回路素子１２７が位置できる空間を提供することができるように最小０.６ｍｍであることが好ましい。上記の両面テープの厚みは、０．１ｍｍであることが好ましく、当該両面テープは、基板と、ＰＥＴを含む基板の両面にアクリル由来の吸着層とを含む。

複数の支持脚１２６ｂは支持板１２６ａの外周から支持面１２６ｃと反対方向に延びて形成される。支持脚１２６ｂの端部には外側に折り曲げられて形成された接触面１２６ｄが備えられる。接触面１２６ｄが回路基板１２１の胴体部１２２の上面１２１ａに接して支持部材１２６が回路基板１２１に固定される。支持部材１２６は、回路基板１２１の胴体部１２２に半田付けにより接合するか、あるいは従来のＳＭＴ（Ｓｕｒｆａｃｅ Ｍｏｕｎｔ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ、表面実装技術）工程によって、または接着剤などによって接合することができる。

支持部材１２６は回路基板１２１および回路素子１２７との絶縁のために外面が絶縁処理される。このような絶縁処理は、パリレン（ｐａｒｙｌｅｎｅ）コーティング層、ウレタンコーティング層、テフロン（登録商標）（Ｔｅｆｌｏｎ）コーティング層またはＵＶコーティング層を形成したり、支持部材１２６がアルミニウム材質である場合には陽極酸化処理（ａｎｏｄｉｚｉｎｇ）により絶縁される。

本実施例では、支持部材１２６が金属材質である場合を例として説明したが、本発明はこれに制限されるものではない。支持部材１２６は合成樹脂の射出物からなってもよい。

複数の回路素子１２７は回路基板１２１の胴体部１２２の上面１２１ａに実装される。複数の回路素子１２７は支持部材１２６の支持板１２６ａの下部に位置することにより保護される。回路素子１２７は制御ＩＣ、充放電スイッチング素子およびその他受動素子を含む。

第１電極リードプレート１２８は伝導性材質からなる。第１電極リードプレート１２８は、過熱時に電流の流れを遮断するＰＴＣ素子１２７ａを経て回路基板１２１と電気的に接続されており、溶接などの方法によってベアセル１１０の負極端子の第１電極端子１１５と電気的に接続される。第１電極リードプレート１２８およびＰＴＣ素子１２７ａは回路基板１２１の胴体部１２２の上面１２１ａ上に位置する。

第２電極リードプレート１２９は、回路基板１２１の胴体部１２２の一端部に外側に突出するように設けられている。第２電極リードプレート１２９は伝導性材質からなり、回路基板１２１をベアセル１１０の正極端子であるキャッププレート１１２ａと電気的に接続させる。

上部ケース１３０は蓋板１３１と、蓋板１３１から下方に延びた側壁１３４とを備える。上部ケース１３０はその内部空間にＰＣＭ１２０を収容することによりＰＣＭ１２０を保護する。

蓋板１３１は、ベアセル１１０のキャッププレート１１２ａとほぼ一致する形状であり、ＰＣＭ１２０を覆う。蓋板１３１には、回路基板１２１の第１、第２、第３外部端子（１２３ａ、１２３ｂ、１２３ｃ）のそれぞれに対応する領域に形成された第１、第２、第３端子孔（１３２ａ、１３２ｂ、１３２ｃ）が備えられる。第１端子孔１３２ａは回路基板１２１に備えられた第１外部端子１２３ａの少なくとも一部を露出させる。第２端子孔１３２ｂは、回路基板１２１に備えられた第２外部端子１２３ｂの少なくとも一部を露出させる。第３端子孔１３２ｃは回路基板１２１に備えられた第３外部端子１２３ｃの少なくとも一部を露出させる。

側壁１３４は蓋板１３１の外周部から下方に延びて形成される。側壁１３４にはベアセル１１０の側面１１３の上部を覆うように延びた延長部１３４ａが備えられる。

下部ケース１４０は、底板１４１と、底板１４１から上方に延びた二つの延長部１４２とを備える。底板１４１はベアセル１１０の下面１１３とほぼ同じ形状であり、接着部材１５０によりベアセル１１０の下面１１３に付着する。二つの延長部１４２はベアセル１１０の側面１１４の下部を覆う。

ラベル１６０はベアセル１１０の側面１１４を覆うように付着する。また、ラベル１６０は、上部ケース１３０の延長部１３４ａと下部ケース１４０の延長部１４２上に付着することによって、二次電池１００のベアセル１１０、上部ケース１３０および下部ケース１４０は堅固に結合される。

次は本発明の他の実施例に係る保護回路モジュールについて説明する。図６は本発明の他の実施例に係る保護回路モジュールを示す斜視図である。図７は図６の保護回路モジュールの端子形成部を広げて示す斜視図である。図６および図７に示すように、保護回路モジュール２２０は、保護回路基板２２１と、支持部材２２６と、回路基板２２１に実装された複数の回路素子（図示せず）と、第１電極リードプレート２２８と、第２電極リードプレート２２９とを備える。

回路基板２２１は、胴体部２２２と、端子形成部２２３と、連結部２２４とを備える。端子形成部２２３は、胴体部２２２の長さ方向の一端部から延びた連結部２２４により胴体部２２２と連結されている。端子形成部２２３は胴体部２２２の長さ方向に沿って延びて形成される。この場合、回路基板２２１全体が単なるストリップ形態となるため、製作および作業性がより容易となる。保護回路モジュール２２０において、その他の構成および作用は図３〜図４ｂに示す実施例と同一であるので、これについての詳細な説明は省略する。

本発明に係る実施形態に記載の二次電池では、ＰＣＢよりコストが高く使用されてこなかったＦＰＣを用いることが可能である。さらに、関連技術に係る二次電池では熱融解方法により形成された樹脂モールド構造を含むので、使用することは適していなかったＦＰＤを、本実施形態に係る二次電池では用いることが可能である。そのため、薄いＦＰＣ基板を用いて保護回路モジュールを構成するので、二次電池の小型化が可能である。

また、ＦＰＣ基板に形成された外部端子を支持する支持部材が備えられるため、外部端子が押されることなく充電器または外部負荷との接続が堅固になる。

そして、ＦＰＣ基板に実装された各種回路素子が支持部材の内部に位置して、支持部材によって保護されるため保護回路モジュールの安全性が向上する。

１００ 二次電池
１１０ ベアセル
１２０ ＰＣＭ
１２１ 回路基板
１２２ 胴体部
１２３ 端子形成部
１２３ａ 第１外部端子
１２３ｂ 第２外部端子
１２４ 連結部
１２６ 支持部材
１２６ａ 支持板
１２６ｂ 支持脚
１２６ｃ 支持面
１２６ｄ 接触面
１２７ 回路素子
１３０ 上部ケース
１３２ａ 第１端子孔
１３２ｂ 第２端子孔

Claims (17)

1. ベアセルと、
   前記ベアセルに電気的に接続され、第１外部端子および第２外部端子を備える保護回路モジュールと、を含み、
   前記保護回路モジュールは、胴体部、および、前記第１外部端子および第２外部端子が形成された端子形成部を備える回路基板と、
   前記回路基板の端子形成部が上部に載置され、前記胴体部と離隔された支持面が形成された支持部材と、を備え、
   前記回路基板は、ＦＰＣ基板であることを特徴とする二次電池。
2. 前記支持部材は、前記支持面が備えられた支持板と、
   前記支持板から延び、前記回路基板の胴体部に固定された複数の支持脚と、を備えることを特徴とする請求項１に記載の二次電池。
3. 前記支持部材は、前記支持脚の端部に前記回路基板の胴体部と接する接触面が備えられることを特徴とする請求項２に記載の二次電池。
4. 前記保護回路モジュールは、前記回路基板の胴体部に実装された回路素子を備え、
   前記回路素子は、前記支持部材の支持板と前記回路基板の胴体部との間に形成された空間に位置することを特徴とする請求項２又は３に記載の二次電池。
5. 前記支持部材の支持板と前記回路基板の胴体部との隔離距離は、少なくとも０.６ｍｍ以上であることを特徴とする請求項４に記載の二次電池。
6. 前記回路基板は、前記胴体部と前記端子形成部とを連結する連結部を備えることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の二次電池。
7. 前記回路基板の胴体部は、胴体部の長さ方向に沿って延びたストリップ形態であることを特徴とする請求項６に記載の二次電池。
8. 前記回路基板の連結部は、前記胴体部の側面から延びたことを特徴とする請求項７に記載の二次電池。
9. 前記回路基板の連結部は、前記胴体部の一端部から延びたことを特徴とする請求項７又は８に記載の二次電池。
10. 前記支持部材は、半田付けまたはＳＭＴ工程によって前記回路基板に固定されることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の二次電池。
11. 前記支持部材は金属材質であることを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の二次電池。
12. 前記支持部材の支持面は絶縁処理されることを特徴とする請求項１１に記載の二次電池。
13. 前記支持部材の支持面に絶縁テープが付着されたことを特徴とする請求項１１又は１２に記載の二次電池。
14. 前記支持部材は合成樹脂の射出物であることを特徴とする請求項１〜１３のいずれかに記載の二次電池。
15. 前記支持部材の支持面に前記回路基板の端子形成部が接着されることを特徴とする請求項１〜１４のいずれかに記載の二次電池。
16. 前記支持部材の支持面と前記回路基板の端子形成部とが両面テープによって接着されることを特徴とする請求項１５に記載の二次電池。
17. 前記回路基板は、回路素子が実装された上面と、前記上面の反対面である、前記第１外部端子と第２外部端子が備えられた下面とを備えることを特徴とする請求項１〜１６のいずれかに記載の二次電池。

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