JP5135315B2 - 保護回路モジュール及び二次電池 - Google Patents
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Description
本発明は、二次電池に関するものであり、より詳しくは保護回路モジュールと、その保護回路モジュールを備えた二次電池に関するものである。
二次電池は、充放電が可能な電池であって、携帯性及び再充電が容易であることから、近年各種電子機器に適用され脚光を浴びている。
このような二次電池の一例として、角形二次電池は、略角形（例えば直方体や立方体）に形成された缶と、その缶の内部に収容される電極組立体と、電極組立体を缶に挿入するための開口部に装着するキャップ組立体と、を含んでベアセルを構成する。
ベアセルは、二次電池の充放電を制御するために保護回路モジュールに対して電気的に接続される。そしてベアセルと保護回路モジュールとの間には、ＰＴＣ素子（Ｐｏｓｉｔｉｖｅ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｄｅｖｉｃｅ）及び温度ヒューズ（ｔｈｅｒｍａｌ ｆｕｓｅ）のような安全装置が設けられる。
安全装置は、ベアセルの少なくとも１つの電極端子に接続され、ベアセルと隣接した位置に設けられる。そして、安全装置は、電池の温度が高温に上昇したり、或いは過度な充放電などによって電池の電圧が基準以上に上昇する場合に、ベアセルと外部との間の電流の流れを遮断する。従って、安全装置は、温度の異常な上昇及び過電圧などの条件が発生したときに、電池の破損又は劣化を防止する役割をする。
近年、安全装置中の１つであるＰＴＣ素子が保護回路基板に設けられ、保護回路モジュールを構成することがある。このＰＴＣ素子は、保護回路基板で異常電圧発生時に電流の流れを遮断することにより電池の安全性を実現できる。このようなＰＴＣ素子を通常的に「チップ型ＰＴＣ素子」と言う。チップ型ＰＴＣ素子は、設置が容易であり、且つ安価であるという利点がある。
しかしながら、チップ型ＰＴＣ素子は、保護回路基板に設けられるため、ベアセルと離隔した状態で設けられる。従って、チップ型ＰＴＣ素子は、ベアセルが高温に上昇すると温度感知性能が低下する。このように、チップ型ＰＴＣ素子は、ベアセルで発生する熱を直接感知できないため、保護素子としての機能を円滑に発揮できない場合がある。
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、チップ型ＰＴＣ素子によるベアセルの温度感知性能を向上させて、安全性を向上させることが可能な、新規かつ改良された保護回路モジュール及び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、基板本体と、
上記基板本体に設けられるチップ型ＰＴＣ素子と、
上記チップ型ＰＴＣ素子と電池の発熱部とを接続する熱伝達部材と、
を含み、
上記基板本体は、ベアセルの電極端子と電気的に接続される電極端子タブを含むことを特徴とする、保護回路モジュールが提供される。
上記基板本体に設けられるチップ型ＰＴＣ素子と、
上記チップ型ＰＴＣ素子と電池の発熱部とを接続する熱伝達部材と、
を含み、
上記基板本体は、ベアセルの電極端子と電気的に接続される電極端子タブを含むことを特徴とする、保護回路モジュールが提供される。
また、上記電極端子タブは、上記ベアセルの負極端子と電気的に接続される負極端子タブであってもよい。
また、上記電極端子タブは、
上記ベアセルの負極端子に接続される端子固定部と、
上記端子固定部と一体に形成され、上記基板本体に固定される基板固定部と、
を含んでもよい。
上記ベアセルの負極端子に接続される端子固定部と、
上記端子固定部と一体に形成され、上記基板本体に固定される基板固定部と、
を含んでもよい。
また、上記端子固定部は、上記基板固定部の一端から折り曲げられて上記ベアセルの負極端子の表面と平行に形成されてもよい。
また、上記端子固定部は、上記基板固定部から下方に折り曲げられて上記ベアセルの負極端子の表面に接触するように形成されてもよい。
また、上記熱伝達部材は、上記チップ型ＰＴＣ素子と上記電池の発熱部とに接触する長さで延長形成されてもよい。
また、上記熱伝達部材は、
折り曲げ部と、
上記折り曲げ部から上記チップ型ＰＴＣ素子に接触する方向に延長形成された接触部と、
を含んでもよい。
折り曲げ部と、
上記折り曲げ部から上記チップ型ＰＴＣ素子に接触する方向に延長形成された接触部と、
を含んでもよい。
また、上記熱伝達部材は、接着部材によって上記チップ型ＰＴＣ素子に取り付けられてもよい。
また、上記接着部材は、絶縁テープであってもよい。
また、上記チップ型ＰＴＣ素子は、
ＰＴＣの特性を有する導電性ポリマーから形成されたＰＴＣ本体と、
上記ＰＴＣ本体の上・下面に金属箔の形態で設けられる第１の導電部及び第２の導電部と、
を含んでもよい。
ＰＴＣの特性を有する導電性ポリマーから形成されたＰＴＣ本体と、
上記ＰＴＣ本体の上・下面に金属箔の形態で設けられる第１の導電部及び第２の導電部と、
を含んでもよい。
また、上記基板本体の下面に、上記電極端子タブと上記チップ型ＰＴＣ素子とを接続する熱伝達パスが形成されてもよい。
また、上記熱伝達パスは、
上記基板本体の下面に少なくとも一つの上記電極端子タブと上記チップ型ＰＴＣ素子との間に形成され、上記電極端子タブと上記チップ型ＰＴＣ素子とを電気的に接続するパターンと、
上記パターンの上部に塗布されるソルダークリームと、
を含んでもよい。
上記基板本体の下面に少なくとも一つの上記電極端子タブと上記チップ型ＰＴＣ素子との間に形成され、上記電極端子タブと上記チップ型ＰＴＣ素子とを電気的に接続するパターンと、
上記パターンの上部に塗布されるソルダークリームと、
を含んでもよい。
また、上記電極端子タブは、上記ベアセルの正極端子と電気的に接続される正極端子タブであってもよい。
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、ベアセルと、
上記ベアセルに電気的に接続される保護回路モジュールと、
を含み、
上記保護回路モジュールは、
基板本体と、
上記基板本体に設けられるチップ型ＰＴＣ素子と、
上記チップ型ＰＴＣ素子と上記ベアセルを接続する熱伝達部材と、
を含み、
上記基板本体は、上記ベアセルの電極端子と電気的に接続される電極端子タブを含むことを特徴とする、二次電池が提供される。
上記ベアセルに電気的に接続される保護回路モジュールと、
を含み、
上記保護回路モジュールは、
基板本体と、
上記基板本体に設けられるチップ型ＰＴＣ素子と、
上記チップ型ＰＴＣ素子と上記ベアセルを接続する熱伝達部材と、
を含み、
上記基板本体は、上記ベアセルの電極端子と電気的に接続される電極端子タブを含むことを特徴とする、二次電池が提供される。
また、上記熱伝達部材は、上記基板本体の負極端子タブにより上記ベアセルの負極端子と接続されてもよい。
また、上記熱伝達部材は、上記基板本体の正極端子タブにより上記ベアセルの正極端子に接続されてもよい。
また、上記正極端子は、上記ベアセルのキャッププレートであってもよい。
以上説明したように本発明によれば、チップ型ＰＴＣ素子によるベアセルの温度感知性能を向上させて、安全性を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。
＜第１実施形態＞
本発明の第１実施形態に係る保護回路モジュールについて説明する。
図１Ａは、本発明の第１実施形態に係る保護回路モジュールの側面図であり、図１Ｂは、図１Ａの負極端子タブの斜視図であり、図１Ｃは、図１Ａのチップ型ＰＴＣ素子の斜視図である。
本発明の第１実施形態に係る保護回路モジュールについて説明する。
図１Ａは、本発明の第１実施形態に係る保護回路モジュールの側面図であり、図１Ｂは、図１Ａの負極端子タブの斜視図であり、図１Ｃは、図１Ａのチップ型ＰＴＣ素子の斜視図である。
図１Ａ〜図１Ｃに示すように、本発明の第１実施形態に係る保護回路モジュール１００は、基板本体１１０と、基板本体１１０に設けられるチップ型ＰＴＣ素子（Ｃｈｉｐ ｔｙｐｅ Ｐｏｓｉｔｉｖｅ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｄｅｖｉｃｅ）１２０と、チップ型ＰＴＣ素子１２０とベアセル（図示せず）の発熱部とを接続する熱伝達部材１３０と、を含む。また、ベアセルの発熱部の負極端子（図示せず）に接続される負極端子タブ１１２（電極端子タブの一例）を含む。ここで、負極端子タブ１１２は、熱伝達部材１３０と一体に延長形成される。
基板本体１１０は、略中央部にホール１１１が形成される。基板本体１１０のホール１１１の下部に負極端子タブ１１２が取り付けられる。負極端子タブ１１２はベアセルの負極端子と電気的に接続される。基板本体１１０の左・右両端部の下面には正極端子タブ１１３、１１４が取り付けられる。正極端子タブ１１３、１１４中の少なくとも１つはベアセルの正極端子と電気的に接続される。基板本体１１０の上面には電池の電流を外部に伝達する複数の外部端子１１５が設けられる。また、基板本体１１０の下面には１又は複数の保護回路素子１１６が設けられる。ここで、保護回路素子１１６は、ベアセルの充電と放電とを制御する。
負極端子タブ１１２は、ベアセルの負極端子に接続される端子固定部１１２ａと、端子固定部１１２ａと一体に形成され基板本体１１０に固定される基板固定部１１２ｂと、を含む。端子固定部１１２ａは、長方形のプレート状に形成される。このプレート状の端子固定部１１２ａは、ベアセルの負極端子と平行に設けられる。そして端子固定部１１２ａは、ベアセルの負極端子にフレキシブルな状態で溶接される。従って、端子固定部１１２ａは、ベアセルの負極端子と弾性的に溶接されるため、基板本体１１０の反りが発生しても負極端子との固定状態を維持できるという利点がある。基板固定部１１２ｂは、端子固定部１１２ａの一端から折り曲げ形成され、基板本体１１０の下面に密着するように長方形のプレート状に形成される。端子固定部１１２ａと基板固定部１１２ｂとは、連結部１１２ｃにより一体に連結される。負極端子タブ１１２は、熱伝達部材１３０と一体に形成される。
熱伝達部材１３０は、負極端子タブ１１２の基板固定部１１２ｂの一端からチップ型ＰＴＣ素子１２０に接触する長さだけ延長形成される。熱伝達部材１３０は、基板固定部１１２ｂを介して、基板本体１１０の下面に固定され、基板固定部１１２ｂに対して反対方向に折り曲げられた折り曲げ部１３１と、折り曲げ部１３１からチップ型ＰＴＣ素子１２０の外面に接触する方向に延長形成された接触部１３２と、を含む。熱伝達部材１３０の折り曲げ部１３１は、基板固定部１１２ｂ又は接触部１３２に対して、垂直に形成されるか、或いは所定の傾斜角で形成される。すなわち、折り曲げ部１３１は、接触部１３２がチップ型ＰＴＣ素子１２０の一面に接触可能な高さだけ、接触部１３２を基板本体１１０から離隔させるように、形成される。接触部１３２は、チップ型ＰＴＣ素子１２０の一面に接触可能な長さと面積で形成される。
また、熱伝達部材１３０とチップ型ＰＴＣ素子１２０とは、接着部材１４０により取り付けられる。接着部材１４０は、熱伝達部材１３０の接触部１３２をチップ型ＰＴＣ素子１２０の一面に接触された状態で固定させる。接着部材１４０は、テープ形態が好ましく、より好ましくは絶縁テープを使用するのがよい。しかし接着部材１４０の種類を限定する必要はない。
チップ型ＰＴＣ素子１２０は、ＰＴＣの特性を有する導電性ポリマーから形成されたＰＴＣ本体１２１と、ＰＴＣ本体１２１の上・下面に金属箔の形態で設けられる第１の導電部１２２及び第２の導電部１２３を含む。ＰＴＣ本体１２１は、導電性粒子を結晶性高分子に分散させて製造される。これにより、設定温度以下でＰＴＣ本体１２１は、第１の導電部１２２と第２の導電部１２３との間に流れる電流の通路となる。しかし過電流の発生により設定温度以上になると、結晶性高分子が膨張して結晶性高分子に分散されている導電性粒子間の連結が分離しながら抵抗が急激に増加する。これによって、第１の導電部１２２と第２の導電部１２３との間の電流の流れが遮断されたり電流の流れが減少する。このようにＰＴＣ本体１２１により電流の流れが遮断され、電池の破裂を防止する安全装置の役割を果たす。そしてまた設定温度以下に冷却されると、ＰＴＣ本体１２１は、結晶性高分子が収縮して導電性粒子間の連結が復元されるため、電流の流れがスムーズになる。
このような構成の本発明の一実施形態に係る保護回路モジュール１００の機能について説明する。
保護回路モジュール１００の基板本体１１０は、ホール１１１を通じて負極端子タブ１１２の端子固定部１１２ａがベアセルの負極端子（図示せず）と溶接され電気的に接続される。これにより、ベアセルの負極端子で発生する電流が負極端子タブ１１２を通じて基板本体１１０に伝達される。そしてチップ型ＰＴＣ素子１２０は、負極端子タブ１１２の基板固定部１１２ｂに一体に形成された熱伝達部材１３０を通じて電流が伝達される。
従って、チップ型ＰＴＣ素子１２０は、負極端子タブ１１２と一体に形成された熱伝達部材１３０を通じて、ベアセルの負極端子で発生する熱を直接的に感知することによって熱感知特性が顕著に向上する。そのため、過電流の発生時に、チップ型ＰＴＣ素子１２０のＰＴＣ本体１２１は内部抵抗が急激に上昇され、第１の導電部１２２と第２の導電部１２３との間の電流の流れが遮断される。これにより、チップ型ＰＴＣ素子１２０によって電池の破裂又は発火を防止することができる。
＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態に係る保護回路モジュール２００について説明する。
図２Ａは、本発明の第２実施形態に係る保護回路モジュールの側面図であり、図２Ｂは、図２Ａの負極端子タブの斜視図であり、図２Ｃは、図２Ａをひっくり返した状態の保護回路モジュールの斜視図である。
次に、本発明の第２実施形態に係る保護回路モジュール２００について説明する。
図２Ａは、本発明の第２実施形態に係る保護回路モジュールの側面図であり、図２Ｂは、図２Ａの負極端子タブの斜視図であり、図２Ｃは、図２Ａをひっくり返した状態の保護回路モジュールの斜視図である。
図２Ａ〜図２Ｃに示すように、本発明の第２実施形態に係る保護回路モジュール２００は、基板本体２１０と、基板本体２１０に設けられるチップ型ＰＴＣ素子１２０と、チップ型ＰＴＣ素子１２０とベアセル（図示せず）の発熱部を接続する熱伝達部材２３０と、を含む。また、ベアセルの発熱部である負極端子（図示せず）に接続される負極端子タブ２１２を含む。
基板本体２１０は、略中央部にホール２１１が形成され、ホール２１１の下部には負極端子タブ２１２が取り付けられる。
基板本体２１０の左・右両端部の下面に設けられる正極端子タブ（１１３、１１４）と、基板本体２１０の上面に設けられる複数の外部端子１１５と、基板本体２１０の下面に設けられる保護回路素子１１６と、の構成は、本発明の一実施形態と同様である。
負極端子タブ２１２は、熱伝達部材２３０と一体に形成される。負極端子タブ２１２はベアセルの負極端子に接続される端子固定部２１２ａと、端子固定部１１２ａと一体に形成され、基板本体２１０に固定される基板固定部２１２ｂとを含む。基板固定部２１２ｂは長方形のプレート状に形成される。端子固定部２１２ａは、基板固定部２１２ｂの内側中央部にベアセルの負極端子に接触するように下方に折り曲げられ、断面がＵ字状に形成される。
熱伝達部材２３０は、負極端子タブ２１２の基板固定部２１２ｂの一端からチップ型ＰＴＣ素子１２０に接触する長さだけ延長形成される。熱伝達部材２３０は、基板本体２１０の下面に固定され、基板固定部２１２ｂに対して反対方向に折り曲げられた折り曲げ部２３１と、折り曲げ部２３１からチップ型ＰＴＣ素子１２０の外面に接触する方向に形成された接触部２３２とを含む。
熱伝達部材２３０の折り曲げ部２３１は垂直に形成されるか、或いは所定の傾斜角で形成される。すなわち、折り曲げ部２３１は接触部２３２がチップ型ＰＴＣ素子１２０の一面に接触可能な高さだけ形成される。接触部２３２はチップ型ＰＴＣ素子１２０の一面に接触可能な長さと面積で形成される。
また、熱伝達部材２３０とチップ型ＰＴＣ素子１２０は接着部材１４０により取り付けられる。
チップ型ＰＴＣ素子１２０は、本発明の一実施形態と構成が同一であるので、詳細な説明は省略する。
このような構成の本発明の他の実施形態に係る保護回路モジュール２００の機能について説明する。
保護回路モジュール２００は、基板本体２１０のホール２１１を通じて負極端子タブ２１２の端子固定部２１２ａがベアセルの負極端子（図示せず）と溶接され電気的に接続される。この時、端子固定部２１２ａは断面が略Ｕ字状に形成され、ベアセルの負極端子側に下向に折り曲げられる。すなわち、端子固定部２１２ａによってベアセルの負極端子が安定的に支持される。
これによって、ベアセルの負極端子で発生する電流が負極端子タブ２１２を通じて基板本体２１０に伝達される。そしてチップ型ＰＴＣ素子１２０は負極端子タブ２１２の基板固定部２１２ｂに一体に形成された熱伝達部材２３０を通じて電流が伝達される。
従って、チップ型ＰＴＣ素子１２０は熱伝達部材２３０を通じてベアセルの負極端子で発生する熱を直接的に感知することとなる。これによって、電池の過電流発生時にチップ型ＰＴＣ素子１２０の内部抵抗が急激に上昇され、電流の流れを遮断することにより、電池の破裂又は発火を防止することができる。
＜第３実施形態＞
次に、本発明のまた第３実施形態に係る保護回路モジュール３００について説明する。
図３は、本発明のまた第３実施形態に係る保護回路モジュールをひっくり返した状態の斜視図である。
次に、本発明のまた第３実施形態に係る保護回路モジュール３００について説明する。
図３は、本発明のまた第３実施形態に係る保護回路モジュールをひっくり返した状態の斜視図である。
図３に示すように、本発明のまた別の実施形態に係る保護回路モジュール３００は、基板本体２１０と、基板本体２１０に設けられるチップ型ＰＴＣ素子１２０と、チップ型ＰＴＣ素子１２０と、ベアセル（図示せず）の発熱部を接続する熱伝達部材３３０と、を含む。
基板本体２１０とチップ型ＰＴＣ素子１２０とは、本発明の第２実施形態と構成が同一であるので、同一符号を使用し、構成の詳細な説明は省略する。
本発明の第３実施形態は、熱伝達部材３３０が基板本体２１０の下面に設けられている負極端子タブ２１２とチップ型ＰＴＣ素子１２０を接続する。すなわち、負極端子タブ２１２は、ベアセルの負極端子（図示せず）に接続されるため、熱伝達部材３３０によりチップ型ＰＴＣ素子１２０とベアセルの負極端子が接続されるのである。
熱伝達部材３３０は、一種の熱伝達パスの形態で形成される。熱伝達パスは、基板本体２１０の下面に、負極端子タブ２１２とチップ型ＰＴＣ素子１２０間の電気的導通のためにパターン（Ｐ）（Ｐａｔｔｅｒｎ）を広く形成しその上部にソルダークリーム（Ｓ）（Ｓｏｌｄｅｒ Ｃｒｅａｍ）を塗布して形成される。このように形成された熱伝達パスは、パターン（Ｐ）により電流の流れの経路として機能するだけでなく、ソルダークリーム（Ｓ）が熱伝達経路として機能することによって、チップ型ＰＴＣ素子１２０の熱感知性能が顕著に向上する。
このような熱伝達部材３３０としてワイヤソルダー（ｗｉｒｅ ｓｏｌｄｅｒ）などを用いることもできる。
熱伝達部材３３０は負極端子タブ２１２の基板固定部２１２ｂの一端からチップ型ＰＴＣ素子１２０に到達する長さだけ形成される。
このような構成の本発明のまた別の実施形態に係る保護回路モジュール３００の機能について説明する。
保護回路モジュール３００は、基板本体２１０のホール２１１を通じて、負極端子タブ２１２の端子固定部２１２ａがベアセルの負極端子（図示せず）と溶接され電気的に接続される。これにより、ベアセルの負極端子で発生する電流は、負極端子タブ２１２を通じて負極端子タブ２１２の基板固定部２１２ｂと接続されている熱伝達部材３３０によりチップ型ＰＴＣ素子１２０に流れることになる。
従って、チップ型ＰＴＣ素子１２０は熱伝達部材３３０を通じてベアセルの負極端子で発生する熱を直接的に感知することとなる。これによって、電池の過電流発生時に電流の流れを遮断して電池の破裂又は発火を防止することができる。
＜第４実施形態＞
次に、本発明の第４実施形態に係る保護回路モジュール４００について説明する。
図４は、本発明の第４実施形態に係る保護回路モジュールをひっくり返した状態の斜視図である。
次に、本発明の第４実施形態に係る保護回路モジュール４００について説明する。
図４は、本発明の第４実施形態に係る保護回路モジュールをひっくり返した状態の斜視図である。
図４に示すように、本発明のまた第４実施形態に係る保護回路モジュール４００は、基板本体２１０と、基板本体２１０に設けられるチップ型ＰＴＣ素子１２０と、チップ型ＰＴＣ素子１２０とベアセル（図示せず）の発熱部を接続する熱伝達部材４３０とを含む。
基板本体２１０とチップ型ＰＴＣ素子１２０は、本発明の第２実施形態と構成が同一であるので、同一符号を使用し、構成の詳細な説明は省略する。
本発明の第４実施形態に係る保護回路モジュール４００は、基板本体２１０の左・右両端部の下面に設けられている正極端子タブ（１１３、１１４）中の少なくとも一つの正極端子タブと、基板本体２１０の下面に設けられているチップ型ＰＴＣ素子１２０とが熱伝達部材４３０により接続される。正極端子タブ（１１３、１１４）はベアセルの正極端子の役割をするキャッププレート（図示せず）に接続される。これにより、チップ型ＰＴＣ素子１２０は熱伝達部材４３０によってベアセルの発熱部に該当する正極端子に接続される。
正極端子タブ（１１３、１１４）中の少なくとも一つの正極端子タブは、熱伝達部材４３０によりチップ型ＰＴＣ素子１２０に接続されている。図面では、チップ型ＰＴＣ素子１２０と正極端子タブ１１４が接続されているが、他の正極端子タブ１１３とチップ型ＰＴＣ素子１２０を接続することも可能である。
熱伝達部材４３０は、一種の熱伝達パスの形態で形成される。熱伝達パスは、基板本体２１０の下面に、正極端子タブ１１４とチップ型ＰＴＣ素子１２０間の電気的導通のためにパターン（Ｐ）（Ｐａｔｔｅｒｎ）を広く形成しその上部にソルダークリーム（Ｓ）（Ｓｏｌｄｅｒ Ｃｒｅａｍ）を塗布して形成される。このように形成された熱伝達パス４３０は、パターン（Ｐ）により電流流れの経路を形成するだけでなく、ソルダークリーム（Ｓ）により熱伝達経路が形成されることによって、チップ型ＰＴＣ素子１２０の熱感知性能が顕著に向上する。
このような熱伝達部材４３０としてワイヤソルダー（ｗｉｒｅ ｓｏｌｄｅｒ）などを用いることも可能である。
熱伝達部材４３０は正極端子タブ１１４の一端からチップ型ＰＴＣ素子１２０に接触する長さだけ形成される。
このような構成の本発明のまた別の実施形態に係る保護回路モジュール４００の機能について説明する。
保護回路モジュール４００は、基板本体２１０のホール２１１を通じて負極端子タブ２１２がベアセルの負極端子（図示せず）に溶接され電気的に接続される。さらに、基板本体２１０の左・右両端部の下面に設けられている正極端子タブ（１１３、１１４）がベアセルのキャッププレート（図示せず）の上面に溶接される。ベアセルのキャッププレートはベアセルの正極端子に該当するため、正極端子タブ（１１３、１１４）はベアセルの正極端子と電気的に接続されるのである。
これにより、ベアセルのキャッププレートで発生する電流又は熱が正極端子タブ１１４を通じて熱伝達部材４３０に伝達され、熱伝達部材４３０によりチップ型ＰＴＣ素子１２０に伝達される。
このように、チップ型ＰＴＣ素子１２０は、熱伝達部材４３０を通じてベアセルのキャッププレートで発生する電流又は熱を直接的に感知することとなる。そのため、電池の過電流発生時に、チップ型ＰＴＣ素子１２０の内部抵抗が急激に増加して電流の流れを遮断することとなる。これによって電池の破裂又は発火を防止することができる。
＜各実施形態に係る二次電池の例＞
次に、上述したような本発明の様々な実施形態に係る保護回路モジュールを適用する本発明に係る二次電池について、角形二次電池を一例として説明する。
次に、上述したような本発明の様々な実施形態に係る保護回路モジュールを適用する本発明に係る二次電池について、角形二次電池を一例として説明する。
図５は、本発明の第１実施形態に係る保護回路モジュールを備えた二次電池の分解斜視図である。
図５に示すように、本発明の各実施形態に係る二次電池１０は、ベアセル２０と、ベアセル２０に電気的に接続される保護回路モジュール１００とを含む。
ベアセル２０は、缶２１と、缶２１に収容される電極組立体２２と、缶２１の開口部２１ａを密封するキャップ組立体３０と、を含む。
缶２１は、例えば、角形二次電池において略直六面体状で、一端部に開口部２１ａが形成された金属材質の容器であり、深絞り（ｄｅｅｐ ｄｒａｗｉｎｇ）などの加工方法によって形成される。それで、缶２１自体が端子の役割をすることも可能である。缶２１の材質は、軽量の伝導性金属のアルミニウム又はアルミニウム合金が好ましい。
電極組立体２２は、正極板２３及び負極板２５と、これらを相互絶縁させるセパレータ２４を正極板２３と負極板２５の間に介して積層し、渦巻き（Ｊｅｌｌｙ Ｒｏｌｌ）状に巻回して形成される。正極板２３は、例えばアルミニウム材質で形成された集電体に正極活物質のコバルト酸リチウムをコートして形成される。負極板２５は、例えば銅材質で形成された集電体に負極活物質の炭素などをコートして形成される。セパレータ２４は、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、又はポリエチレンとポリプロピレンの共重合体（ｃｏ-ｐｏｌｙｍｅｒ）からなっている。
電極組立体２２からは、正極板２３に取り付けられている正極タブ２６と、負極板２５に取り付けられている負極タブ２７と、が引き出されている。電極組立体２２の外部に引き出されている境界部には正極板２３及び負極板２５との短絡を防止するために絶縁テープ２８が巻かれている。
キャップ組立体３０は、キャッププレート３１、ガスケット３２、負極端子３３、絶縁プレート３４、端子プレート３５、絶縁ケース３６、栓３７を含む。
キャッププレート３１は、略中央部に端子通孔３１ａが形成され、キャッププレート３１に、負極端子３３を組み立てる時に負極端子３３の外面にガスケット３２を位置させて端子通孔３１ａを貫通させる。キャッププレート３１の一側には電解液注入孔３１ｂが形成され、電解液を注入した後に電解液注入孔３１ｂは栓３７で封入する。
絶縁プレート３４は、キャッププレート３１の下面に設けられ、絶縁プレート３４の下面には端子プレート３５が設けられる。これにより、絶縁プレート３４によってキャッププレート３１と端子プレート３５が絶縁される。端子プレート３５は、負極端子３３の下端部に結合される。
電極組立体２２の負極板２５は、負極タブ２７と端子プレート３５を通じて、負極端子３３と電気的に接続される。また、電極組立体２２の正極板２３は、正極タブ２６を通じてキャッププレート３１に電気的に接続される。これによってキャッププレート３１は、正極端子の役割を果たすことになる。絶縁ケース３６は、電極組立体２２の上部に位置し、電極組立体２２とキャップ組立体３０が電気的に接続されることを遮断する。
保護回路モジュール１００は、基板本体１１０と、基板本体１１０に設けられるチップ型ＰＴＣ素子１２０と、チップ型ＰＴＣ素子１２０とベアセル２０の負極端子３３を接続する熱伝達部材１３０とを含む。
基板本体１１０と、チップ型ＰＴＣ素子１２０及び熱伝達部材１３０の構成は、上述した本発明の第１実施形態に係る保護回路モジュール１００の構成と同一であるので、詳細な説明は省略する。
このような構成の本発明の各実施形態に係る二次電池１０の機能について説明する。
保護回路モジュール１００は、基板本体１１０のホール１１１を通じて、負極端子タブ１１２の端子固定部１１２ａが、ベアセル２０の負極端子３３とレーザ溶接されて電気的に接続される。また、保護回路モジュール１００の正極端子タブ（１１３、１１４）は、ベアセル２０のキャッププレート３１上面の左・右側に抵抗溶接され電気的に接続される。これによって、キャッププレート３１は、正極端子の役割を果たすことになる。
ベアセルの負極端子３３で発生する電流は、負極端子タブ１１２を通じて基板本体１１０に伝達される。それと同時にベアセルの負極端子３３で発生する電流は、負極端子タブ１１２に一体に形成された熱伝達部材１３０を通じてチップ型ＰＴＣ素子１２０に流れるようになる。すなわち、チップ型ＰＴＣ素子１２０は、熱伝達部材１３０を通じてベアセルの電流を直接伝達されることによって、結果的にベアセルで発生する熱を直接的に感知することとなる。
このように、チップ型ＰＴＣ素子１２０とベアセルの負極端子３３とが、一体形成された熱伝達部材１３０及び負極端子タブ１１２により電気的に接続されている状態で、ベアセル２０が設定温度以下の場合は、チップ型ＰＴＣ素子１２０を通じて正常に電流が流れるようになる。しかしベアセル２０で過電流が発生する場合は、チップ型ＰＴＣ素子１２０の結晶性高分子が膨張して、結晶性高分子に分散されている導電性粒子間の連結が分離する。これにより、チップ型ＰＴＣ素子１２０は、電流の流れを遮断することによって、電池の破裂を防止する安全装置の役割を果たす。そして、また電池が正常な温度に復帰すると、チップ型ＰＴＣ素子１２０は、導電性粒子が連結しながら正常な電流の流れになる。
＜本発明の各実施形態による効果の例＞
本発明の各実施形態では、チップ型ＰＴＣ素子１２０とベアセル２０との間に熱伝達部材１３０による熱伝達経路が形成され、チップ型ＰＴＣ素子１２０がベアセル２０の温度変化を直接感知することが可能であるため、電池の安全性を向上させる効果がある。
本発明の各実施形態では、チップ型ＰＴＣ素子１２０とベアセル２０との間に熱伝達部材１３０による熱伝達経路が形成され、チップ型ＰＴＣ素子１２０がベアセル２０の温度変化を直接感知することが可能であるため、電池の安全性を向上させる効果がある。
なお、上記第１〜第３実施形態では、熱伝達パスが熱伝達部材１３０及び負極端子タブ１１２により形成される場合について説明した。しかしながら、第４実施形態のように、負極端子タブ１１２の代りに正極端子タブ１１３を使用することも可能である。そして、熱伝達パスとして、既に保護回路モジュール１００に設けられた負極端子タブ１１２又は正極端子タブ１１３を用いたり、或いは保護回路モジュールの基板本体にソルダークリーム又はワイヤソルダーのような物質を塗布することによって製造コストを低減し、且つ製造工程は簡略化できるという効果もある。
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、各種の変更例又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。
１０ 二次電池
２０ ベアセル
２１ 缶
２２ 電極組立体
３０ キャップ組立体
３１ キャッププレート
３３ 負極端子
１００ 保護回路モジュール
１１０ 基板本体
１１２ 負極端子タブ
１１３、１１４ 正極端子タブ
１２０ チップ型ＰＴＣ素子
１３０ 熱伝達部材
１４０ 接着部材
２０ ベアセル
２１ 缶
２２ 電極組立体
３０ キャップ組立体
３１ キャッププレート
３３ 負極端子
１００ 保護回路モジュール
１１０ 基板本体
１１２ 負極端子タブ
１１３、１１４ 正極端子タブ
１２０ チップ型ＰＴＣ素子
１３０ 熱伝達部材
１４０ 接着部材
Claims (14)
- 基板本体と、
前記基板本体に設けられるチップ型ＰＴＣ素子と、
前記チップ型ＰＴＣ素子に接続された熱伝達部材と、
前記熱伝達部材に接続され、かつ、ベアセルの電極端子と電気的に接続される電極端子タブと、
を含み、
前記電極端子タブは、
前記ベアセルの負極端子と電気的に接続される負極端子タブであり、
前記ベアセルの負極端子に接続される端子固定部と、
前記端子固定部と一体に形成され、前記基板本体に固定される基板固定部と、
を含むことを特徴とする、保護回路モジュール。 - 前記端子固定部は、前記基板固定部の一端から折り曲げられて前記ベアセルの負極端子の表面と平行に形成されることを特徴とする、請求項１に記載の保護回路モジュール。
- 前記端子固定部は、前記基板固定部から下方に折り曲げられて前記ベアセルの負極端子の表面に接触するように形成されることを特徴とする、請求項２に記載の保護回路モジュール。
- 前記熱伝達部材は、前記チップ型ＰＴＣ素子に接触する長さで延長形成されることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の保護回路モジュール。
- 前記熱伝達部材は、
折り曲げ部と、
前記折り曲げ部から前記チップ型ＰＴＣ素子に接触する方向に延長形成された接触部と、
を含むことを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の保護回路モジュール。 - 前記熱伝達部材は、接着部材によって前記チップ型ＰＴＣ素子に取り付けられることを特徴とする、請求項１に記載の保護回路モジュール。
- 前記接着部材は、絶縁テープであることを特徴とする、請求項６に記載の保護回路モジュール。
- 前記チップ型ＰＴＣ素子は、
ＰＴＣの特性を有する導電性ポリマーから形成されたＰＴＣ本体と、
前記ＰＴＣ本体の上・下面に金属箔の形態で設けられる第１の導電部及び第２の導電部と、
を含むことを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１項に記載の保護回路モジュール。 - 前記基板本体の下面に、前記電極端子タブと前記チップ型ＰＴＣ素子とを接続する熱伝達パスが形成されることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか１項に記載の保護回路モジュール。
- 前記熱伝達パスは、
前記基板本体の下面に少なくとも一つの前記電極端子タブと前記チップ型ＰＴＣ素子との間に形成され、前記電極端子タブと前記チップ型ＰＴＣ素子とを電気的に接続するパターンと、
前記パターンの上部に塗布されるソルダークリームと、
を含むことを特徴とする、請求項９に記載の保護回路モジュール。 - 前記電極端子タブは、前記ベアセルの正極端子と電気的に接続される正極端子タブであることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の保護回路モジュール。
- ベアセルと、
前記ベアセルに電気的に接続され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、
基板本体と、
前記基板本体に設けられるチップ型ＰＴＣ素子と、
前記チップ型ＰＴＣ素子と前記ベアセルを接続する熱伝達部材と、
を含み、
前記基板本体は、前記ベアセルの電極端子と電気的に接続される電極端子タブを含み、
前記電極端子タブは、
前記ベアセルの負極端子と電気的に接続される負極端子タブであり、
前記ベアセルの負極端子に接続される端子固定部と、
前記端子固定部と一体に形成され、前記基板本体に固定される基板固定部と、
を含み、
前記熱伝達部材は、該負極端子タブを介して前記ベアセルの負極端子に接続されることを特徴とする、二次電池。 - 前記電極端子タブは、前記ベアセルの正極端子と電気的に接続される正極端子タブであり、前記熱伝達部材は、該負極端子タブを介して前記ベアセルの負極端子に接続されることを特徴とする、請求項１２に記載の二次電池。
- 前記正極端子は、前記ベアセルのキャッププレートであることを特徴とする、請求項１３に記載の二次電池。
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