JP2011040387A - バッテリーパック - Google Patents

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Abstract

【課題】バッテリーセルが高温に露出したとき、迅速に電流が遮断されるバッテリーパックを提供する。
【解決手段】バッテリーパックが開示される。本発明の一実施形態によると、セルタブを有するバッテリーセル、セルタブに付着する内部端子及びこれに連結されるＰＴＣ素子を有する保護回路モジュール、セルタブに付着した熱伝逹部材からなるバッテリーパックが開示される。さらに、熱伝逹部材は、セルタブだけでなくＰＴＣ素子にも付着することもできる。このようにして、本発明の一実施形態によると、バッテリーセルだけでなくセルタブ及び内部端子で発生する熱が熱伝逹部材を通してＰＴＣ素子に迅速に伝達されることで、バッテリーセルが高温に露出したとき、迅速に電流が遮断される。よって、バッテリーパックの安全性及び信頼性がより向上する。
【選択図】図４ａ

Description

本発明の一実施形態はバッテリーパックに関するものである。
一般に、バッテリーパックは、再充電可能なバッテリーセルとこのバッテリーセルの過充電または過放電を防止する保護回路モジュールを含む。近年、バッテリーセルとしては、主にリチウムイオン電池またはリチウムポリマー電池が使用されている。また、保護回路モジュールは、過充電や過放電を防止するための多数の回路素子を有する。
リチウムポリマー電池は、有機電解液が含有されない完全固体型リチウムイオンポリマー電池と、有機電解液を含有するゲル（ｇｅｌ）型高分子電解質を使用するリチウムイオンポリマー電池に分類できる。
リチウムイオンポリマー電池の場合、液体電解質を使用するリチウムイオン電池と比べて、電解液の漏出現象が小さいかまたは発生しない。したがって、リチウムイオンポリマー電池では、金属缶の代わりに金属箔と絶縁層からなるパウチを外装材として使用することができる。
本発明の一実施形態は、バッテリーセルだけでなくセルタブ及び内部端子で発生する熱が正温度係数（Ｐｏｓｉｔｉｖｅ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ：ＰＴＣ）素子に迅速に伝達されることで、バッテリーセルが高温に露出したとき、迅速に電流が遮断されるバッテリーパックを提供する。
本発明の一実施形態によるバッテリーパックは、セルタブを有するバッテリーセルと、セルタブに連結された内部端子及び内部端子に連結された正温度係数（Ｐｏｓｉｔｉｖｅ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ：ＰＴＣ）素子からなる保護回路基板と、セルタブに接触する熱伝逹部材と、を含む。
熱伝逹部材は、ＰＴＣ素子に接触する。
バッテリーパックは、少なくともバッテリーセルと保護回路基板との間に位置するフレームケースをさらに含み、熱伝逹部材は、フレームケースとセルタブとの間に位置する。熱伝逹部材はフレームケースに接触する。熱伝逹部材はフレームケースから離隔する。
バッテリーパックは、少なくともバッテリーセルと保護回路基板との間に位置するフレームケースをさらに含み、熱伝逹部材は、フレームケースとセルタブとの間、そしてフレームケースとＰＴＣ素子との間に位置する。熱伝逹部材はフレームケースに接触する。熱伝逹部材は、フレームケースから離隔する。
熱伝逹部材は、セルタブと内部端子からＰＴＣ素子に流れる電流の流れによって発生する熱を伝達する。
熱伝逹部材は内部端子に接触する。
熱伝逹部材は熱伝導性アクリルフォームテープからなり、熱伝導性アクリルフォームテープは、セラミック粒子、減圧性アクリル材及び／または難燃剤からなる。
熱伝逹部材は、熱導電層と、熱導電層とセルタブとの間に位置する接着層と、バッテリーセルに向けられて熱導電層に位置する断熱層（ａｄｉａｂａｔｉｃ ｉｎｓｕｌａｔｉｎｇ ｌａｙｅｒ）と、を含む。
熱伝逹部材は、バッテリーセルに向けられて熱導電層上に位置する断熱層をさらに含み、熱導電層は断熱層とセルタブとの間に位置する。断熱層は、０．０３Ｗ／ｍ・Ｋから０．０６Ｗ／ｍ・Ｋの熱伝導率を有する。断熱層は、発泡ポリスチレン絶縁材、圧縮発泡ポリスチレン板、ガラス綿、岩綿、発泡ポリエチレン、ポリウレタンフォーム、バーミキュライト及び／またはパーライトからなる。
熱伝達部材は、熱導電層と、熱導電層とセルタブとの間に位置する第１接着層と、第１接着層と反対側の熱導電層上に位置する第２接着層と、を含む。
保護回路基板は、絶縁層と、絶縁層の内面及び外面上にそれぞれ位置し、互いに導電ビアによって連結された内部及び外部連結パターンと、連結パターンを覆う保護層と、を含み、内部端子とＰＴＣ素子は内部連結パターンによって連結される。外部連結パターンは外部端子と電気的に連結される。熱伝逹部材はＰＴＣ素子と接触する。熱伝逹部材は、セルタブ、内部端子及びセルタブと内部端子周辺の保護層に接触する。熱伝逹部材は、セルタブ、内部端子、ＰＴＣ素子及びセルタブ、内部端子、ＰＴＣ素子周辺の保護層に接触する。
本発明の別の実施形態によるバッテリーパックは、一面に位置する端子と他面に位置し端子と連結されたＰＴＣ素子からなる保護回路基板と、自分の電極と端子との間に連結されたセルタブを有するバッテリーセルと、セルタブに接触する熱伝逹部材と、を含む。
セルタブは、端子とバッテリーセルとの間の端子上に位置する。
熱伝逹部材は、セルタブ及びＰＴＣ素子の両側に位置する。
端子はセルタブの縁部を越えて延長され、熱伝逹部材はセルタブ及び端子の両方に接触する。熱伝逹部材は、セルタブ及びＰＴＣ素子の周辺に該当する保護回路基板の領域に接触する。端子はセルタブの縁部を越えて延長され、熱伝逹部材はセルタブ、端子、ＰＴＣ素子と、セルタブ、端子及びＰＴＣ素子の周辺に該当する保護回路基板の領域に接触する。
バッテリーパックは、バッテリーセルと保護回路基板との間に位置するフレームケースをさらに含む。熱伝逹部材はフレームケースに接触する。熱伝逹部材はフレームケースから離隔する。
本発明の一実施形態によるバッテリーパックでは、バッテリーセルだけでなくセルタブ及び内部端子で発生する熱が熱伝逹部材を介してＰＴＣ素子に迅速に伝達されることで、バッテリーセルが高温に露出したとき、迅速に電流が遮断される。よって、本発明の一実施形態によるバッテリーパックの安全性及び信頼性が向上する。
本発明の一実施形態によるバッテリーパックの結合斜視図である。 本発明の一実施形態によるバッテリーパックの分解斜視図である。 本発明の一実施形態によるバッテリーパックの保護回路モジュールを示す後面斜視図である。 本発明の一実施形態によるバッテリーパックのバッテリーセルと保護回路モジュールが電気的に連結された状態を示す斜視図である。 図３ａの３領域を拡大して示す斜視図である。 本発明の一実施形態によるバッテリーパックのセルタブとＰＴＣ素子に熱伝逹部材が付着した状態を示す部分拡大斜視図である。 図４ａの４‐４線断面図である。 本発明の別の実施形態による熱伝逹部材の付着状態を示す断面図である。 本発明のさらに別の実施形態による熱伝逹部材の付着状態を示す断面図である。 本発明のさらに別の実施形態による熱伝逹部材の付着状態を示す断面図である。 本発明のさらに別の実施形態による熱伝逹部材の付着状態を示す断面図である。
以下、図面を参照しながら実施形態を通じて本発明をより詳細に説明する。ここで、層、フィルム、領域または基板のような要素（ｅｌｅｍｅｎｔ）が別の要素に「連結」されるという表現は、電気的にまたは物理的に直接別の要素に連結されることだけでなく、要素間に別の介在物が存在し得るということを理解すべきである。一方、要素が別の要素に「直接連結」されるという表現は、その要素間に介在物が存在しないということを理解すべきである。
図１ａは、本発明の一実施形態によるバッテリーパックの結合斜視図であり、図１ｂは、分解斜視図である。
図１ａ及び図１ｂを参照すると、本発明の一実施形態によるバッテリーパック１００は、バッテリーセル１１０、保護回路モジュール１２０、フレームケース１３０、カバー１４０及びラベル１５０を含む。
バッテリーセル１１０には、電荷が格納されるかまたはそれから電荷が放出され、電極組立体を囲むケースの材質によって缶型及びパウチ型などに区分される。本発明の一実施形態ではパウチ型バッテリーセルを例にあげる。しかし、これで本発明を限定するものではない。
バッテリーセル１１０は、正極、負極及び正極と負極との間に介在されるセパレーターを含む電極組立体（図示せず）と、電極組立体の正極及び負極それぞれに連結されたセルタブ１１２、１１３と、セルタブ１１２、１１３が外部に露出するようにし且つ電極組立体を収容するパウチケース１１１とを含む。ここで、電極組立体は、固体、液体及び／またはゲル状の電解液を含むこともできる。また、パウチケース１１１に接触するセルタブ１１２、１１３の部分には、電気的短絡を防止するために絶縁テープ１１４、１１５がさらに形成されてよい。しかし、このような絶縁テープ１１４、１１５が必ずしも使用される必要はない。また、セルタブ１１２、１１３は、パウチケース１１１の外側に延長及び折曲され、保護回路モジュール１２０に連結されてよい。
このようなバッテリーセル１１０は、保護回路モジュール１２０が配置される上側部１１０ａと、上側部１１０ａと連結される一対の短側部１１０ｂ、１１０ｃ及び一対の長側部１１０ｄ、１１０ｅと、上側部１１０ａと対向し且つ側部１１０ｂ、１１０ｃ、１１０ｄ、１１０ｅと連結される下側部１１０ｆとを含む。ここで、一対の短側部１１０ｂ、１１０ｃは、バッテリーセル１１０の上側部１１０ａと連結される側部１１０ｂ、１１０ｃ、１１０ｄ、１１０ｅのうち幅の狭い側部であり、一対の長側部１１０ｄ、１１０ｅは、バッテリーセル１１０の側部１１０ｂ、１１０ｃ、１１０ｄ、１１０ｅのうち幅の広い側部である。
保護回路モジュール１２０は、バッテリーセル１１０の上側部１１０ａに配置され、バッテリーセル１１０と電気的に連結されてバッテリーセル１１０の充放電状態を制御する。保護回路モジュール１２０は、回路基板１２１、外部端子１２２、内部端子（図示せず）、ＰＴＣ素子（図示せず）及び締結溝１２６を含む。
外部端子１２２は、回路基板１２１の上面に設けられ、回路基板１２１と外部装置（図示せず）を電気的に連結する。締結溝１２６は、回路基板１２１の長側外周縁に形成され、保護回路モジュール１２０とフレームケース１３０を物理的に締結する役割を果たす。このような保護回路モジュール１２０については下記でより詳しく説明する。
フレームケース１３０は、バッテリーセル１１０と保護回路モジュール１２０の間でバッテリーセル１１０を囲み、保護回路モジュール１２０と物理的に結合される。このようなフレームケース１３０は、バッテリーセル１１０の上側部１１０ａ、下側部１１０ｆ及び一対の短側部１１０ｂ、１１０ｃをそれぞれカバーするが、バッテリーセル１１０の一対の長側部１１０ｄ、１１０ｅを外部に露出させながら、一対の長側部１１０ｄ、１１０ｅの側面縁部を覆う。このような構成によって、フレームケース１３０はバッテリーセル１１０の収容空間Ｓ１を有する。
具体的に、フレームケース１３０は、バッテリーセル１１０の上側部１１０ａ、一対の短側部１１０ｂ、１１０ｃ及び下側部１１０ｆをカバーする平面部１３１、１３２、１３３、１３４と、バッテリーセル１１０の一対の長側部１１０ｄ、１１０ｅの縁部をカバーするように、縁部と平行な平面部１３１、１３２、１３３、１３４の端部から折曲されて、バッテリーセル１１０の一対の長側部１１０ｄ、１１０ｅに向けて延びた延長部１３１ａ、１３２ａ、１３３ａ、１３４ａを含む。
また、フレームケース１３０は、平面部１３１に形成される支持部１３５、締結突起１３６及びリブ１３７を含むこともできる。
支持部１３５は、平面部１３１の縁部及び中間領域で保護回路モジュール１２０の方に突出する。このような支持部１３５は、保護回路モジュール１２０が平面部１３１の上部に配置されるとき、保護回路モジュール１２０を支持し、平面部１３１と保護回路モジュール１２０の間にセルタブ１１２、１１３、内部端子（図示せず）及びＰＴＣ素子（図示せず）が配置される空間を提供する。
締結突起１３６は、保護回路モジュール１２０の締結溝１２６に対応する支持部１３５から保護回路モジュール１２０の方に突出する。このような締結突起１３６は、締結溝１２６に嵌合されて、保護回路モジュール１２０とフレームケース１３０を物理的に締結する。
リブ１３７は、支持部１３５の側部から突出する。このようなリブ１３７は、後述されるカバー１４０のリブ結合孔１４７に挿入されて、フレームケース１３０とカバー１４０を物理的に締結する役割を果たす。
このような構成を有するフレームケース１３０は、射出成形工程によって一体に形成されてよく、ＰＣ（Ｐｏｌｙｃａｒｂｏｎａｔｅ）、ＰＥＴＧ（Ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ Ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ Ｇｌｙｃｏｌ）、ＰＥ（ＰｏｌｙＥｔｈｙｌｅｎｅ）、ＰＰ（ＰｏｌｙＰｒｏｐｙｌｅｎｅ）及びＡＢＳ（Ａｃｒｏｎｉｔｒｉｌｅ‐Ｂｕｔａｄｉｅｎｅ‐Ｓｔｙｒｅｎ）から選択された何れか一つで形成されてもよい。
カバー１４０は、バッテリーセル１１０の上側に結合され、その内部空間に保護回路モジュール１２０を収容する。このようなカバー１４０は、カバープレート１４１と、カバープレート１４１から保護回路モジュール１２０の方に延びた側壁１４２とを含む。
カバープレート１４１は、回路基板１２１とほぼ似た形状に形成されてよい。カバープレート１４１の内面は、回路基板１２１の上面と相接する。カバープレート１４１の、外部端子１２２と対応する領域に、貫通孔１４３が形成される。このような貫通孔１４３は、外部端子１２２を外部に露出させて、バッテリーパック１００と外部装置（図示せず）を電気的に連結する。
側壁１４２は、カバー１４０の長さ方向の両端に位置する両端部１４４、１４５と、この両端部１４４、１４５を互いに連結する連結部１４６とを含む。ここで、両端部１４４、１４５と連結部１４６の一部は、後述されるラベル１５０によってカバーされる。
また、側壁１４２は、連結部１４６のうちフレームケース１３０のリブ１３７と対応する領域に形成されるリブ結合孔１４７を含むこともできる。このようなリブ結合孔１４７にはフレームケース１３０のリブ１３７が挿入されて、フレームケース１３０とカバー１４０を物理的に締結する。
ラベル１５０は、バッテリーセル１１０の側部１１０ｂ、１１０ｃ、１１０ｄ、１１０ｅを囲むように付着する。ラベル１５０は、カバー１４０の両端部１４４、１４５の一部と連結部１４６の一部を覆う。このようなラベル１５０は、バッテリーセル１１０、フレームケース１３０及びカバー１４０の結合力を高める役割を果たす。
図２は、本発明の一実施形態によるバッテリーパックの保護回路モジュールを示す後面斜視図である。
図２に示すように、保護回路モジュール１２０の回路基板１２１は、主に絶縁層からなり、バッテリーセル１１０の充電電圧、放電電圧及び電流を感知する回路１２７ａ、過充電電圧、過放電電圧または過電流の際に電流を遮断するスイッチ１２７ｂなどを含む。
また、回路基板１２１には、バッテリーセルに向けられた内部端子１２３、１２４が形成され、これらはバッテリーセルのセルタブと直接溶接によって電気的に連結される。ここで、内部端子１２３とセルタブは保護回路モジュール１２０の正極配線パターン（図示せず）と電気的に連結されることができ、内部端子１２４とセルタブはＰＴＣ素子１２５を経由して保護回路モジュール１２０の負極配線パターン（図示せず）と連結されることができる。
ＰＴＣ素子１２５は、回路基板１２１に実装され、内部端子１２４と電気的に連結されて、バッテリーセルの温度が許容温度以上になると電流を遮断することで、バッテリーセルの発熱による異常現象を防止する。ここで、ＰＴＣ素子１２５は、内部端子１２４の代わりに内部端子１２３に連結されてもよい。
また、ＰＴＣ素子１２５は、常温抵抗が数百オームであり、動作温度が７５〜１２０℃であり、回路基板１２１への表面実装（ｓｕｒｆａｃｅ ｍｏｕｎｔ）が可能なチップＰＴＣサーミスタであってよいが、このような種類で本発明を限定するものではない。
さらに、下記でより詳細に説明するが、セルタブ及び内部端子１２４で発生する熱がより迅速にＰＴＣ素子１２５に伝達されるよう、セルタブ、内部端子１２４及びＰＴＣ素子１２５に一体の熱伝逹部材（図示せず）が付着する。
図３ａは、本発明の一実施形態によるバッテリーパックのバッテリーセルと保護回路モジュールが電気的に連結された状態を示す斜視図であり、図３ｂは、図３ａの３領域を拡大して示す斜視図である。
図３ａ及び図３ｂに示すように、保護回路モジュール１２０の回路基板１２１に形成された内部端子１２３には、バッテリーセル１１０のセルタブ１１２が接続される。例えば、セルタブ１１２が超音波溶接、抵抗溶接またはレーザ溶接によって内部端子１２３に接続される。また、保護回路モジュール１２０の回路基板１２１に形成された内部端子１２４には、バッテリーセル１１０のセルタブ１１３が接続される。接続方式は上述した通りである。
一方、ＰＴＣ素子１２５は、内部端子１２４に電気的に接続され、この内部端子１２４がセルタブ１１３に電気的に接続されるので、ＰＴＣ素子１２５はセルタブ１１３とも電気的に連結される。
ここで、図３ａ及び図３ｂに示されていないが、実質的にバッテリーセル１１０と保護回路モジュール１２０との間には、フレームケース１３０の平面部（１３１、図１ｂ参照）が介在される。フレームケース１３０は、通常、熱伝導性の良くない樹脂からなるので、バッテリーセル１１０の熱がＰＴＣ素子１２５に迅速に伝達され難い。よって、バッテリーセル１１０の温度が許容温度以上になった場合にも、ＰＴＣ素子１２５が迅速に動作しないこともある。
図４ａは、本発明の一実施形態によるバッテリーパックのセルタブとＰＴＣ素子に熱伝逹部材が付着した状態を示す部分拡大斜視図であり、図４ｂは、図４ａの４‐４線断面図である。ここで、図４ａには、理解の便宜のためにフレームケースの図示が省略されており、図４ｂには、フレームケースの平面部１３１が示されている。
図４ａ及び図４ｂに示すように、内部端子１２４にはセルタブ１１３が接続され、セルタブ１１３及びＰＴＣ素子１２５には、一体に形成された板状の熱伝逹部材１６０が付着している。実質的にセルタブ１１３から内部端子１２４にまたは内部端子１２４からセルタブ１１３に電流が流れるとき、セルタブ１１３及び内部端子１２４の接触領域での接触抵抗が相対的に大きいため、多量の熱が発生する。特に、過電流が流れてバッテリーセル１１０が発熱する場合、セルタブ１１３及び内部端子１２４でもかなり多くの熱が発生する。この場合、セルタブ１１３及び内部端子１２４で発生した熱は、熱伝逹部材１６０を通して直接ＰＴＣ素子１２５に迅速に伝達される。よって、バッテリーセル１１０とＰＴＣ素子１２５との間に熱伝導性の良くない平面部１３１が介在されていても、セルタブ１１３及び内部端子１２４で発生した熱が熱伝逹部材１６０を通して直接ＰＴＣ素子１２５に伝達されることで、ＰＴＣ素子１２５が迅速に動作する。すなわち、バッテリーセル１１０の過熱時に電流が迅速に遮断される。これによって、バッテリーセル１１０の安全性及び信頼性がより向上する。さらに、熱伝逹部材１６０は、一面がセルタブ１１３、内部端子１２４及びＰＴＣ素子１２５に接着または密着し、他面はフレームケースの平面部１３１に密着または離隔することもできる。熱伝逹部材１６０は、バッテリーセル１１０に対する熱感応性を向上させるために、フレームケースの平面部１３１に密着することが好ましい。
一方、回路基板１２１は、図４ｂに示すように、板状の絶縁層１２１ａと、絶縁層１２１ａの表面に形成された配線パターン１２１ｂ、１２１ｃ、１２１ｄと、配線パターン１２１ｃ及び配線パターン１２１ｄを電気的に連結する導電性ビア１２１ｅと、配線パターン１２１ｂ、１２１ｃ及び配線パターン１２１ｄを覆う保護層１２１ｆ、１２１ｇとを含む。ここで、二層構造の回路基板１２１を例に挙げているが、多層構造の回路基板も可能である。
配線パターン１２１ｂに内部端子１２４が接続される。勿論、内部端子１２４にはセルタブ１１３が接続される。また、ＰＴＣ素子１２５は端子１２５ａ、１２５ｂとＰＴＣ素子材料１２５ｃとからなり、一側の端子１２５ａが配線パターン１２１ｂに接続され、他側の端子１２５ｂが配線パターン１２１ｃに接続される。さらに、示されていないが、配線パターン１２１ｄは、外部端子（例えば負極端子）に電気的に連結されることもできる。さらに、内部端子１２４は配線パターン１２１ｂと一体に形成されてもよい。また、内部端子１２４は、配線パターン１２１ｂに厚く形成されためっき層からなってもよい。
このような構造によって、実質的にセルタブ１１３と内部端子１２４で発生した熱は配線パターン１２１ｂを通してＰＴＣ素子１２５に伝達される。しかし、配線パターン１２１ｂは厚さが薄いため、熱伝逹部材１６０ほどには効率良く熱を伝達しない。よって、配線パターン１２１ｂを通した熱伝逹効率を向上させるために、配線パターン１２１ｂの厚さを相対的に厚くしてもよい。
ＰＴＣ素子１２５には、大きく三つの経路を通して熱が伝達される。すなわち、バッテリーセル１１０からフレームケースの平面部１３１を通してＰＴＣ素子１２５に至る経路と、セルタブ１１３及び内部端子１２４から配線パターン１２１ｂを通してＰＴＣ素子１２５に至る経路と、セルタブ１１３及び内部端子１２４から熱伝逹部材１６０を通してＰＴＣ素子１２５に至る経路がある。
このうち、熱伝逹部材１６０を通した熱伝達効率が最も優れており、次に配線パターン１２１ｂ及びフレームケースの平面部１３１を通した熱伝達効率が優れている。
熱伝逹部材１６０は、電気的に絶縁性で、熱的に伝導性のものであれば何れを使用しても良い。一例として、熱伝逹部材１６０は、セラミック粒子と減圧性アクリル材及び難燃剤からなる熱伝導性アクリルフォームテープ（Ｔｈｅｒｍａｌｌｙ Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ Ａｃｒｙｌｉｃ Ｆｏａｍ Ｔａｐｅ）であってよいが、これで本発明を限定するものではない。また、実質的に熱伝逹部材１６０は、熱伝導部１６１と接着部１６２からなってもよい。すなわち、通常、熱伝導部１６１は接着性を有しないので、表面に薄い接着部１６２が形成されることもできる。接着部１６２は、熱伝導部１６１の一面または両面に形成されてよい。すなわち、熱伝逹部材１６０は、熱伝導部１６１を中心に両面に接着部１６２が形成された両面接着テープの形態からなってよい。勿論、将来技術が発展して熱伝導部１６１自体が接着性を有するようになれば、熱伝導部１６１の表面に別途の接着部１６２が形成される必要はない。
図４ｂには、熱伝導部１６１の一面にだけ接着部１６２が形成され、セルタブ１１３及びＰＴＣ素子１２５に接着された熱伝逹部材１６０が示されている。
熱伝逹部材１６０には、熱が容易に放出されない断熱部１６３がさらに形成されてもよい。断熱部１６３は、セルタブ１１３から熱伝導部１６１に熱が吸収された後、熱が外部に放出されることを防止する。よって、セルタブ１１３を通して一旦吸収された熱は、熱伝導部１６１に長く留まることで、ＰＴＣ素子１２５への熱伝導率がより向上する。このような断熱部１６３は、熱伝導率が０．０３〜０．０６Ｗ／ｍ・Ｋである発泡ポリスチレン絶縁材（Ｆｏａｍ Ｐｏｌｙｓｔｙｒｅｎｅ Ｔｈｅｒｍａｌ Ｉｎｓｕｌａｔｉｏｎ Ｍａｔｅｒｉａｌ）、圧縮発泡ポリスチレン板（Ｅｘｔｒｕｄｅｄ Ｆｏａｍ Ｐｏｌｙｓｔｙｒｅｎｅ Ｂｏａｒｄ）、高発泡ポリスチレン、ガラス綿（Ｔｈｅｒｍａｌ Ｉｎｓｕｌａｔｉｏｎ Ｍａｔｅｒｉａｌ Ｍａｄｅ ｏｆ Ｇｌａｓｓ Ｗｏｏｌ）、岩綿（Ｔｈｅｒｍａｌ Ｉｎｓｕｌａｔｉｏｎ Ｍａｔｅｒｉａｌ Ｍａｄｅ ｏｆ Ｒｏｃｋ Ｗｏｏｌ）、発泡ポリエチレン（Ｆｏａｍ ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ Ｔｈｅｒｍａｌ Ｉｎｓｕｌａｔｉｏｎ Ｍａｔｅｒｉａｌ）、ポリウレタンフォーム、バーミキュライト（Ｖｅｒｍｉｃｕｌｉｔｅ）、パーライト（Ｐｅｒｌｉｔｅ、Ｐｅａｒｌｓｔｏｎｅ）及びその等価物から選択された何れか一つからなってよいが、これでその材質を限定するものではない。さらに、このような断熱部１６３は、熱がバッテリーセル１１０から平面部１３１を通して熱伝逹部材１６０に良好に伝達されることを所望する場合には、省略されることもできる。以下の説明でも断熱部は省略可能である。
一方、熱伝逹部材１６０、特に熱伝逹部１６１及び接着部１６２からなる熱伝逹部材１６０は、大韓民国所在「ｓａｍｄｏ産業」で提供されるモデル名ＳＤ‐ＡＴ０９０、ＳＤ‐ＡＴ０４０Ｃ、ＳＤ‐ＡＴ０４５、ＳＴＣ‐２４００、ＳＴＣ‐２２５０から選択された何れか一つであってよい。一例として、ＳＴＣ‐２２５０の物性を記載すると次の通りである。
Figure 2011040387
ここで、初期粘着力は、ＫＳＡ １５２９（大韓民国公認規格）に基づいて１８０度引っ張って剥がすことで粘着力を測定したものである。
‐放置時間：３０分
‐測定速度：３００ｍｍ／ｍｉｎ
‐測定幅：１０ｍｍ
また、状態粘着力は、初期粘着力と同様の方法にするが、熱伝逹部材の付着後、放置時間を１日（２４時間）にして測定したものである。
また、ＨＣＲはＳＵＳ（Ｓｔａｉｎｌｅｓｓ Ｓｔｅｅｌ）パネルに２５×２５ｍｍの大きさで付着させた後、５００ｇの錘を取り付けて、２０分に１０℃ずつ上昇させながら錘が落ちる温度または押し下がった距離を測定したものである。
このような熱伝逹部材１６０は、高い熱伝導係数（Ｋ＞０．８Ｗ／ｍ・Ｋ）と低い熱抵抗、そして熱の均一な分散効果（温度の均一性）を有し、また高温に対する機械的強度（剪断引張強度）が大きく、高温に対する粘着力の維持力が優れている。
したがって、熱伝逹部材１６０は、過電流によってセルタブ１１３と内部端子１２４が過熱される場合、このような熱を迅速にＰＴＣ素子１２５に伝達するだけでなく、熱伝逹部材１６０は、高温の環境でも機械的強度及び粘着力が劣らないので、本発明の一実施形態であるバッテリーパックへの適用に適合する。
図５は、本発明の別の実施形態による熱伝逹部材の付着状態を示す断面図である。
図５に示すように、本発明の別の実施形態では、熱伝逹部材２６０がセルタブ１１３にのみ接着されてもよい。すなわち、接着部２６２、熱伝導部２６１及び断熱部２６３からなる熱伝逹部材２６０がセルタブ１１３にのみ接着される。
より具体的に説明すると、接着部２６２がセルタブ１１３にのみ接着され、その表面に熱伝導部２６１が形成される。また、熱伝導部２６１には断熱部２６３が形成される。よって、熱伝逹部材２６０は、実質的にセルタブ１１３から熱を吸収し、外部に容易に放出されないようにする。結果的に、セルタブ１１３で発生した熱は、主に配線パターン１２１ｂを通してＰＴＣ素子１２５に伝達される。すなわち、熱伝逹部材２６０がセルタブ１１３とＰＴＣ素子１２５を直接連結しているのではないので、熱伝逹部材２６０に蓄積される熱は、セルタブ１１３とＰＴＣ素子１２５を電気的に連結する配線パターン１２１ｂを通してＰＴＣ素子１２５に伝達される。
図６は、本発明のさらに別の実施形態による熱伝逹部材の付着状態を示す断面図である。
図６に示すように、本発明のさらに別の実施形態では、熱伝逹部材３６０がセルタブ１１３、内部端子１２４及びＰＴＣ素子１２５を完全に覆う。さらに、熱伝逹部材３６０は、セルタブ１１３、内部端子１２４及びＰＴＣ素子１２５の外周縁に該当する回路基板１２１の一部領域も覆う。
より具体的に説明すると、接着部３６２がセルタブ１１３、内部端子１２４、ＰＴＣ素子１２５及びその外周縁に該当する回路基板１２１に接着される。勿論、熱伝導部３６１はこの接着部３６２に形成される。最後に、断熱部３６３が熱伝導部３６１に形成される。このようにして、接着部３６２、熱伝導部３６１及び断熱部３６３は、セルタブ１１３及びＰＴＣ素子１２５の表面を完全に覆うだけでなく、その外周縁に該当する回路基板１２１も覆う。
したがって、セルタブ１１３で発生した熱は、熱伝導部３６１を通してＰＴＣ素子１２５に効率良く伝達され、断熱部３６３によって熱伝導部３６１の熱が外部に放出されない。よって、セルタブ１１３の発熱時、ＰＴＣ素子１２５が非常に迅速に動作する。実質的に、このように熱伝逹部材３６０がセルタブ１１３及びＰＴＣ素子１２５の表面まで完全に覆う場合、熱伝逹部材３６０の熱伝達効率が最も良い。
図７は、本発明のさらに別の実施形態による熱伝逹部材の付着状態を示す断面図である。
図７に示すように、本発明のさらに別の実施形態では、熱伝逹部材４６０がセルタブ１１３及び内部端子１２４のみを完全に覆う。さらに、熱伝逹部材４６０は、セルタブ１１３の外周縁に該当する回路基板１２１の一部領域も覆う。
より具体的に説明すると、接着部４６２がセルタブ１１３及び内部端子１２４及びその外周縁に該当する回路基板１２１に接着される。勿論、熱伝導部４６１が接着部４６２に形成される。最後に、断熱部４６３が熱伝導部４６１に形成される。このようにして、セルタブ１１３で発生した熱は熱伝導部４６１を通して吸収され、断熱部４６３によって熱が外部に放出されない。よって、セルタブ１１３で発生した熱は、主に配線パターン１２１ｂを通してＰＴＣ素子１２５に、より迅速に伝達される。
図８は、本発明のさらに別の実施形態による熱伝逹部材の付着状態を示す断面図である。
図８に示すように、本発明のさらに別の実施形態では、熱伝逹部材５６０がセルタブ１１３、内部端子１２４及び内部端子１２４の外周縁に位置する配線パターン１２１ｂも覆う。
より具体的に説明すると、内部端子１２４の外周縁と対応する配線パターン１２１ｂには保護層１２１ｆが形成されない。よって、内部端子１２４の外周縁と対応する配線パターン１２１ｂは露出する。
また、熱伝逹部材５６０の接着部５６２が、セルタブ１１３及び内部端子１２４だけでなくその外周縁の配線パターン１２１ｂにも接着される。勿論、熱伝導部５６１が接着部５６２に形成される。最後に、断熱部５６３が熱伝導部５６１に形成される。
このようにして、セルタブ１１３で発生した熱は、熱伝逹部材５６０を通して配線パターン１２１ｂに迅速に伝達され、その熱は配線パターン１２１ｂを通してＰＴＣ素子１２５に迅速に伝達される。
本発明の一実施形態は、添付図面に示された例を参照として説明されたが、これは例示的なものに過ぎず、当該技術分野における通常の知識を有する者であればこれから様々な変形及び均等な別の実施形態が可能であるということを理解できるはずである。よって、本発明の真の保護範囲は添付の特許請求の範囲のみによって定まるべきであろう。
１００ バッテリーパック
１１０ バッテリーセル
１２０ 保護回路モジュール
１３０ フレームケース
１４０ カバー
１５０ ラベル
１６０ 熱伝逹部材

Claims (28)

  1. セルタブを有するバッテリーセルと、
    前記セルタブに連結された内部端子及び前記内部端子に連結されたＰＴＣ素子からなる保護回路基板と、
    前記セルタブに接触する熱伝逹部材と、
    を含むことを特徴とするバッテリーパック。
  2. 前記熱伝逹部材は、前記ＰＴＣ素子に接触することを特徴とする請求項１に記載のバッテリーパック。
  3. 少なくとも前記バッテリーセルと前記保護回路基板との間に位置するフレームケースをさらに含み、
    前記熱伝逹部材は、前記フレームケースと前記セルタブとの間に位置することを特徴とする請求項１に記載のバッテリーパック。
  4. 前記熱伝逹部材は前記フレームケースに接触することを特徴とする請求項３に記載のバッテリーパック。
  5. 前記熱伝逹部材は前記フレームケースから離隔することを特徴とする請求項３に記載のバッテリーパック。
  6. 少なくとも前記バッテリーセルと前記保護回路基板との間に位置するフレームケースをさらに含み、
    前記熱伝逹部材は、前記フレームケースと前記セルタブとの間、そして前記フレームケースと前記ＰＴＣ素子との間に位置することを特徴とする請求項２に記載のバッテリーパック。
  7. 前記熱伝逹部材は前記フレームケースに接触することを特徴とする請求項６に記載のバッテリーパック。
  8. 前記熱伝逹部材は、前記フレームケースから離隔することを特徴とする請求項６に記載のバッテリーパック。
  9. 前記熱伝逹部材は前記内部端子に接触することを特徴とする請求項１に記載のバッテリーパック。
  10. 前記熱伝逹部材は熱伝導性アクリルフォームテープからなることを特徴とする請求項１に記載のバッテリーパック。
  11. 前記熱伝導性アクリルフォームテープは、セラミック粒子、減圧性アクリル材及び／または難燃剤からなることを特徴とする請求項１０に記載のバッテリーパック。
  12. 前記熱伝逹部材は、
    熱導電層と、
    前記熱導電層と前記セルタブとの間に位置する接着層と、
    前記バッテリーセルに向けて熱導電層に位置する断熱層と、
    を含むことを特徴とする請求項１に記載のバッテリーパック。
  13. 前記熱伝逹部材は、
    前記バッテリーセルに向けられて熱導電層上に位置する断熱層をさらに含み、前記熱導電層は前記断熱層と前記セルタブとの間に位置することを特徴とする請求項１に記載のバッテリーパック。
  14. 前記断熱層は、０．０３Ｗ／ｍ・Ｋから０．０６Ｗ／ｍ・Ｋの熱伝導率を有することを特徴とする請求項１３に記載のバッテリーパック。
  15. 前記断熱層は、発泡ポリスチレン絶縁材、圧縮発泡ポリスチレン板、ガラス綿、岩綿、発泡ポリエチレン、ポリウレタンフォーム、バーミキュライト及び／またはパーライトからなることを特徴とする請求項１３に記載のバッテリーパック。
  16. 前記熱伝達部材は、
    熱導電層と、
    前記熱導電層と前記セルタブとの間に位置する第１接着層と、
    前記第１接着層と反対側の前記熱導電層上に位置する第２接着層と、
    を含むことを特徴とする請求項１に記載のバッテリーパック。
  17. 前記保護回路基板は、
    絶縁層と、
    前記絶縁層の内面及び外面上にそれぞれ位置し、互いに導電ビアによって連結された内部及び外部連結パターンと、
    前記連結パターンを覆う保護層と、を含み、
    前記内部端子と前記ＰＴＣ素子は前記内部連結パターンによって連結されたことを特徴とする請求項１に記載のバッテリーパック。
  18. 前記熱伝逹部材は、前記セルタブ、前記内部端子及び前記セルタブと前記内部端子周辺の保護層に接触することを特徴とする請求項１７に記載のバッテリーパック。
  19. 前記熱伝逹部材は、前記セルタブ、前記内部端子、前記ＰＴＣ素子及び前記セルタブ、前記内部端子、前記ＰＴＣ素子周辺の保護層に接触することを特徴とする請求項１７に記載のバッテリーパック。
  20. 一面に位置する端子と、他面に位置し前記端子と連結されたＰＴＣ素子からなる保護回路基板と、
    自分の電極と前記端子との間に連結されたセルタブを有するバッテリーセルと、
    前記セルタブに接触する熱伝逹部材と、
    を含むことを特徴とするバッテリーパック。
  21. 前記セルタブは、前記端子と前記バッテリーセルとの間の前記端子上に位置することを特徴とする請求項２０に記載のバッテリーパック。
  22. 前記熱伝逹部材は、前記セルタブ及び前記ＰＴＣ素子の両側に位置することを特徴とする請求項２０に記載のバッテリーパック。
  23. 前記端子は前記セルタブの縁部を越えて延長され、前記熱伝逹部材は前記セルタブ及び前記端子の両方に接触することを特徴とする請求項２０に記載のバッテリーパック。
  24. 前記熱伝逹部材は、前記セルタブ及び前記ＰＴＣ素子の周辺に該当する保護回路基板の領域に接触することを特徴とする請求項２２に記載のバッテリーパック。
  25. 前記端子は前記セルタブの縁部を越えて延長され、前記熱伝逹部材は前記セルタブ、前記端子、前記ＰＴＣ素子と、前記セルタブ、前記端子及び前記ＰＴＣ素子の周辺に該当する保護回路基板の領域に接触することを特徴とする請求項２２に記載のバッテリーパック。
  26. 前記バッテリーセルと前記保護回路基板との間に位置するフレームケースをさらに含むことを特徴とする請求項２０に記載のバッテリーパック。
  27. 前記熱伝逹部材は前記フレームケースに接触することを特徴とする請求項２６に記載のバッテリーパック。
  28. 前記熱伝逹部材はフレームケースから離隔することを特徴とする請求項２６に記載のバッテリーパック。
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