JP5138488B2 - 保護回路基板及びこれを具備するバッテリーパック - Google Patents

保護回路基板及びこれを具備するバッテリーパック Download PDF

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Description

本発明は保護回路基板及びこれを具備するバッテリーパックに係り、素子の実装領域を広げることができ、作業性及び工程性を向上させることができる保護回路基板及びこれを具備するバッテリーパックに関する。
二次電池は充電と放電を繰り返して反復使用できるので使い捨て乾電池に比べて経済的で、近来には小さな体積で高容量を具現することができるようになることによって、携帯電話、カムコーダ、ノートブックコンピューター等携帯用電子／電気機器の駆動電源で広く用いられている。
このような二次電池には、例えば、ニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池、ニッケル亜鉛電池、リチウム二次電池等がある。
これらの中でリチウム二次電池は小型及び大容量化が可能であり、作動電圧が高くて、単位重量当たりのエネルギー密度が高いという長所のため最近広く用いられている傾向にある。
リチウム二次電池は陽極板、陰極板及びセパレーターで構成される電極組立体を収容する外装材の形態によって缶形式及びパウチ型に区分することができ、缶形式は円筒形と角形に区分することができる。
リチウム二次電池が缶形式で構成される場合、外装材は一般的にアルミニウム等の金属で構成され、円筒形あるいは角柱形やコーナーに曲面を形成した柱形等の形状を有する。
缶の一側には開口部が形成され、開口部を介して缶内部に電極組立体及び電解液を収容した後、開口部を組立体で密封することによって二次電池が形成される。
二次電池は形成過程または使用途中に過充電、過放電、過電流等の異常動作による爆発、発火等が発生する可能性があるので、安全事故を予防するための保護素子を実装している保護回路基板と共に連結して用いる。
保護回路基板の一面にはＰＴＣサーミスタ、充放電素子、充放電制御部、抵抗、キャパシタ等の保護素子が実装され、他の一面には外部機器と連結するための外部連結端子が実装される。
二次電池において小型化、大容量化及び安全性確保等の要求が増加しているが、保護回路基板の限られた領域に複数の保護素子を実装するための空間及び大電流パターン形成空間を確保するには多くの限界がある。
また、複数の保護素子の実装空間及び大電流パターン形成空間を確保しても、限られた領域内に実装及びパターンを形成するには難しさが伴う。
また、実装される保護素子の高さが二次電池の外側に突出する電極端子の高さより厚いため、保護素子を実装することができるように保護素子と電極端子の差に該当するだけの高さを補償するための構成が必要になる。
大韓民国特許出願公開第２００７−００５５６７３号明細書 大韓民国特許第１０−０７０４２９０号明細書 大韓民国特許出願公開第２００６−００２７２５１号明細書 米国特許出願公開第２００５／０２７１９３４号明細書
前記のような従来技術の問題点を解決するための本発明は、素子の実装領域を広げることができ、作業性及び工程性を向上させることができる保護回路基板及びこれを具備するバッテリーパックを提供することを目的とする。
本発明はフレキシブルプリント回路基板、前記フレキシブルプリント回路基板に実装される保護モジュール、ＰＴＣサーミスタ、第１及び第２接続端子を具備する保護回路基板であることを特徴とする。
また、本発明はキャッププレート及び電極端子を含むベアセル及び前記ベアセルの外側に位置し、保護モジュール、ＰＴＣサーミスタ、第１及び第２接続端子が実装されたフレキシブルプリント回路基板で形成される保護回路基板を具備するバッテリーパックであることを特徴とする。
本発明の前記保護回路基板は前記保護モジュール、ＰＴＣサーミスタ、第１及び第２接続端子が実装される第１領域、及び外部機器と接続される外部連結端子及び前記第１及び第２接続端子と前記外部連結端子を連結する配線が形成された第２領域で構成されることを特徴とする。
本発明の前記保護回路基板は前記第１領域を基準にして前記第２領域と対向して位置する第３領域を含む。
本発明の前記外部連結端子が前記ベアセルの下部面に位置することを特徴とする。
本発明の前記外部連結端子が、前記第３領域が位置するベアセルの側面に位置することを特徴とする。
本発明の前記外部連結端子が前記第３領域と重なって位置することを特徴とする。
本発明は前記ベアセルの上部面に結合する上部カバー及び前記ベアセルの下部面に結合する下部カバーを具備することを特徴とする。
前記の本発明によると、複数の保護素子を実装することができる空間及び大電流パターンを形成するための空間を確保することができ、実装及びパターンを形成するための作業を容易にできる。
また、保護素子と電極端子間の高さを補償するための別途の構造物が必要でないので、作業性及び工程性が増大する。
本発明の目的と技術的構成及びそれによる作用効果に関する詳細な事項は本発明の望ましい実施形態を示している図面を参照した以下詳細な説明によりさらに明確に理解される。
また、図面において、層及び領域の厚さ、長さ等は便宜のために誇張されて表現され、明細書全般にかけて同じ参照番号は同じ構成要素を示す。
図１Ａは本発明の実施形態による保護回路基板の展開状態を示した斜視図であって、図１Ｂは図１Ａの保護回路基板を点線に沿って折り畳んだ状態を示した斜視図であって、図１Ｃは図１Ｂの保護回路基板を上下を逆にして置いた斜視図を示したものである。
図１Ａないし図１Ｃを参照すると、保護回路基板１０は一定領域を有するフレキシブルプリント回路基板（ＦＰＣＢ：Ｆｌｅｘｉｂｌｅ ｐｒｉｎｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ ｂｏａｒｄ）２０上に多様な保護素子を実装して形成される。
一般的にフレキシブルプリント回路基板２０はポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ；ｐｌｏｙｅｔｈｙｌｅｎｅｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ）、ポリイミド（ＰＩ：ｐｏｌｙｉｍｉｄｅ）等の絶縁性シートで構成される可撓性基板上に銅、ニッケル等で構成される配線が形成されて、その上に回路保護型絶縁フィルムであるカバーレイが積層される多層構造で形成される。
前記フレキシブルプリント回路基板２０は当業者の必要によって多様な形状を有することができ、図１Ａないし図１Ｃに示された形状は本発明を説明するための一実施形態を示したものであって、本発明がこれに限られるのではない。
前記フレキシブルプリント回路基板２０は保護回路及び電気素子等で構成される保護モジュール３１、ＰＴＣ（Ｐｏｓｉｔｉｖｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）サーミスタ３３及び接続端子３５ａ、３５ｂ等が実装される第１領域２１を含む。
また、前記第１領域２１の一側にはホール３７が形成され、前記ホール３７上に一部が露出される第２リードプレート５３が二次電池と連結するための通路を提供する。
保護モジュール３１は過電流、過充電、過放電、内圧上昇等の異常動作によって充放電を制御して、これ以上の電流が流れないようにすることで発火、爆発等の安全事故を防止する。
保護モジュール３１はセンサ抵抗、充放電ＦＥＴ、フューズ、制御部、温度フューズ等を含んで構成されることができ、キャパシタ、抵抗等のような受動素子を含む。
接続端子３５ａ、３５ｂは二次電池と保護回路基板を電気的に連結するための第１リードプレート５１及び第２リードプレート５３の一側と連結される。
また、フレキシブルプリント回路基板２０は外部機器と接続される外部連結端子４１及び接続端子３５ａ、３５ｂと外部連結端子４１を連結するための配線４３が形成された第２領域２３を含む。
また、フレキシブルプリント回路基板２０は配線４３が形成された第２領域２３に保護回路基板２０が正常的に動作しているか確認することができるようにテスト端子４５を具備することができる。
これ以外にも印刷回路基板２０は、保護回路基板１０を二次電池に結合して用いる場合、二次電池と保護回路基板１０の固定を強化させるための第３領域２５を含むことができる。
本実施形態では第３領域２５が第１領域２１を基準にして第２領域２３と対向するように形成されていることを示しているが、これに限られるのではない。
図１Ａのように形成された保護回路基板２０は図１Ｂのように第１領域２１を中心にして両側に位置した第２領域２３及び第３領域２５が図１Ａの点線に沿って折り畳まれた形態を有することもできる。
また、図１Ｂ及び図１Ｃに示したように外部連結端子４１を含んだ第２領域の縁の一部が折り畳まれた形態に形成されることができる。
図２は本発明の実施形態によるバッテリーパックに具備されるベアセルの実施形態を示した分離斜視図である。
図２を参照すると、ベアセル１００は外形を形成する缶１１０、缶１１０の内部に収容されるゼリーロール型の電極組立体１２０及び缶１１０の一側に結合されるキャップ組立体１３０を含む。
前記缶１１０は一側が開口された形状を有する金属材で構成されることができ、円筒形、角柱形やコーナーに曲面を形成した柱形等の形状を有する。
前記電極組立体１２０は第１電極タブ１２１が連結された第１電極板１２２、第２電極タブ１２３が連結された第２電極板１２４及び前記両電極板１２２、１２４間に介在されるセパレーター１２５が巻かれた形態で構成される。
第１電極板１２２及び第２電極板１２４は電極集電体に電極活物質を含んだスラリーが塗布され、スラリーが塗布されない無地部を含んで形成され、無地部には前記第１電極タブ１２１及び第２電極タブ１２３が連結される。
前記キャップ組立体１３０は開口部を密封するキャッププレート１３１に電極端子１３２がガスケット１３３が介在された形態で結合する。
前記電極端子１３２はキャッププレート１３１の下部に位置するターミナルプレート１３５と電気的に連結される。
キャッププレート１３１とターミナルプレート１３５間には絶縁プレート１３４が位置して、キャッププレート１３１とターミナルプレート１３５を絶縁させる。
キャッププレート１３１の一側には電解液を注入するための電解液注入口１３１ａが形成されていて、電解液注入口１３１ａには電解液注入口栓１３１ｂが結合して密閉される。
また、缶１１０に収容された電極組立体１２０の上面には電極組立体１２０とキャップ組立体１３０を電気的に絶縁させて、電極組立体１２０の遊動を防止することができる絶縁ケース１３６が具備される。
キャッププレート１３１の下面には第１電極板１２２と電気的に連結された第１電極タブ１２１が熔接されて、ターミナルプレート１３５の下面には第２電極板１２４と電気的に連結された第２電極タブ１２３が熔接される。
ターミナルプレート１３５は一側が第２電極タブ１２３と連結されて、一側が電極端子１３２と連結されて、第２電極タブ１２３と電極端子１３２間の電気的経路を形成する。
図３は本発明の実施形態によるバッテリーパックの分離斜視図を示したものであって、図４Ａないし図４Ｃは図３のベアセルと保護回路基板が結合された斜視図を示したものである。
また、図４Ｄないし図４Ｆは外部連結端子が形成される位置を示した多様な実施形態を示した斜視図である。
図３ないし図４Ｃを参照すると、バッテリーパックはベアセル１００’とベアセル１００’の外側に位置する保護回路基板１０’を具備し、ベアセル１００’と保護回路基板１０’間に介在される両面テープ２００により結合される。
前記図３のベアセル１００’は前記図２のベアセル１００と同じ構成要素を有し、これに対する詳細な説明は省略するようにする。
また、前記図３のベアセル１００’の構成要素のうち図２のベアセル１００と同じ構成要素に対しては同じ図面符号を用いる。
ベアセル１００’は外観を形成する缶１１０、缶１１０の開口部を密封するキャッププレート１３１及びガスケット１３３によりキャッププレート１３１と絶縁された電極端子１３２が外形を形成している。
保護回路基板１０’とベアセル１００’間に介在される両面テープ２００は多様な形状を有することができるが、保護回路基板１０’をベアセル１００’に付着することが目的であるので、保護回路基板１０’と同じ形状を有することが望ましい。
また、両面テープ２００はベアセル１００’に形成されたガスケット１３３及び電極端子１３２と対応する位置にホール２１０が形成されて、電極端子１３２が外部に露出されるようにする。
前記図３の保護回路基板１０’は図１Ａないし図１Ｃの保護回路基板１０と同じ構成要素を有し、これに対する詳細な説明は省略するようにする。
また、前記図３の保護回路基板１０’の構成要素のうち図１Ａないし図１Ｃの保護回路基板１０と同じ構成要素に対しては同じ図面符号を用いる。
保護回路基板１０’は保護モジュール３１、ＰＴＣサーミスタ３３及び接続端子３５ａ、３５ｂ等が実装される第１領域２１がベアセル１００’の電極端子１３２が形成された上部面に位置する。
第１接続端子３５ａに接続されている第１リードプレート５１はベアセル１００’のキャッププレート１３１と連結されて、第２接続端子３５ｂに接続されている第２リードプレート５３はベアセル１００’の電極端子１３２と連結される。
前記第１領域２１のベアセル１００’の電極端子１３２に対応する位置にはホール３７が形成されて、前記ホール３７上に一部が露出される第２リードプレート５３がベアセル１００’の電極端子１３２と連結することができるようにする。
保護回路基板１０’は接続端子３５ａ、３５ｂと外部連結端子４１を連結するための配線４３が形成された第２領域２３がベアセル１００’の側面に位置し、外部連結端子４１を含む第２領域の縁は曲がってベアセル１００’の下部面に位置する。
また、外部連結端子４１ａは図４Ｄに示したようにベアセル１００’の側面に位置することができ、この場合ベアセル１００’の側面を包む（くるむ）外装材５００は外部連結端子が露出されるように形成されなければならない。
また、図４Ｅに示したように第２領域に形成された外部連結端子４１ｂを第３領域２５が位置したベアセル１００’の側面に位置するように形成することができ、図４Ｆに示したように第３領域２５と重なるように外部連結端子４１ｃを形成することができる。
また、保護回路基板１０’はベアセル１００’との固定を強化するための第３領域２５が第２領域２３が位置する側面と対向するベアセル１００’の側面に位置することもできるが、第３領域２５の位置を限定するのではない。
バッテリーパックはベアセル１００’の上部面及び下部面に上部カバー３００及び下部カバー４００を結合して外観を形成することができる。
この時、外部連結端子４１がベアセル１００’の下部面に位置するようになれば、ベアセル１００’の下部面に結合する下部カバー４００には外部連結端子４１が外部に露出されるようにホール４１０が形成される。
また、下部カバー４００の厚さが外部連結端子の厚さで形成されると逆挿入防止構造を形成する厚さを確保できなくなるので、逆挿入防止構造３１０を外部連結端子４１が位置しないベアセル１００’の上部面に結合される上部カバー３００に形成することができる。
もちろん、外部連結端子４１がベアセル１００’の側面に位置する場合には、上部カバー３００及び下部カバー４００のうちいずれかの位置にも逆挿入防止構造３１０を形成することができる。
また、ベアセル１００’の外観を保護するために外装材５００をさらに具備することができ、外装材５００はベアセル１００’の外側にチュービングまたはラベリングが実施されて形成されうる。
または、外装材５００は別途の外部ケースを具備して、ベアセル１００’の外側に結合させて形成されうる。
本発明は以上でよく見たように望ましい実施形態を示しているが、前記した実施形態に限られず、本発明を逸脱しない範囲内で該発明が属する技術分野で通常の知識を有する者により多様な変更と修正が可能であるものである。
本発明の実施形態による保護回路基板の展開状態を示した斜視図である。 図１Ａの保護回路基板を点線に沿って折り畳んだ状態を示した斜視図である。 図１Ｂの保護回路基板を上下を逆にして置いた斜視図を示したものである。 本発明の実施形態によるバッテリーパックに具備されるベアセルの実施形態を示した分離斜視図である。 本発明の実施形態によるバッテリーパックの分離斜視図を示したものである。 図３のベアセルと保護回路基板が結合された斜視図を示したものである。 図３のベアセルと保護回路基板が結合された斜視図を示したものである。 図３のベアセルと保護回路基板が結合された斜視図を示したものである。 外部連結端子が形成される位置を示した多様な実施形態を示した斜視図である。 外部連結端子が形成される位置を示した多様な実施形態を示した斜視図である。 外部連結端子が形成される位置を示した多様な実施形態を示した斜視図である。
符号の説明
１０、１０’ 保護回路基板
２０ フレキシブルプリント回路基板
２１ 第１領域
２３ 第２領域
２５ 第３領域
３１ 保護モジュール
３３ ＰＴＣサーミスタ
３５ａ、３５ｂ 接続端子
３７ ホール
４１、４１ａ、４１ｂ、４１ｃ 外部連結端子
４３ 配線
４５ テスト端子
５１ 第１リードプレート
５３ 第２リードプレート
１００、１００’ ベアセル
１１０ 缶
１２０ 電極組立体
１２１ 第１電極タブ
１２２ 第１電極板
１２３ 第２電極タブ
１２４ 第２電極板
１２５ セパレーター
１３０ キャップ組立体
１３１ キャッププレート
１３１ａ 電解液注入口
１３１ｂ 電解液注入口栓
１３２ 電極端子
１３３ ガスケット
１３４ 絶縁プレート
１３５ ターミナルプレート
１３６ 絶縁ケース
２００ 両面テープ
３００ 上部カバー
３１０ 逆挿入防止構造
４００ 下部カバー
５００ 外装材

Claims (20)

  1. フレキシブルプリント回路基板；及び
    前記フレキシブルプリント回路基板に実装される保護モジュール、ＰＴＣサーミスタ、第１及び第２接続端子を具備し、
    前記フレキシブルプリント回路基板は前記保護モジュール、ＰＴＣサーミスタ、第１及び第２接続端子が実装される第１領域；及び
    外部機器と接続される外部連結端子及び前記第１及び第２接続端子と前記外部連結端子を連結する配線が形成された第２領域で構成され、
    前記フレキシブルプリント回路基板は前記第２領域にテスト端子を具備することを特徴とする保護回路基板。
  2. フレキシブルプリント回路基板；及び
    前記フレキシブルプリント回路基板に実装される保護モジュール、ＰＴＣサーミスタ、第１及び第２接続端子を具備し、
    前記フレキシブルプリント回路基板は前記保護モジュール、ＰＴＣサーミスタ、第１及び第２接続端子が実装される第１領域；
    外部機器と接続される外部連結端子及び前記第１及び第２接続端子と前記外部連結端子を連結する配線が形成された第２領域；及び
    前記第１領域を基準にして前記第２領域と対向する第３領域で構成されることを特徴とする保護回路基板。
  3. 前記フレキシブルプリント回路基板は前記第１領域を基準にして前記第２領域と対向する第３領域を含むことを特徴とする請求項１に記載の保護回路基板。
  4. 前記第１領域は一側にホールが形成されることを特徴とする請求項１又は２に記載の保護回路基板。
  5. 前記保護回路基板は前記第１接続端子と連結される第１リードプレート及び前記第２接続端子と連結される第２リードプレートをさらに具備して、
    前記第２リードプレートは前記ホールを介して一部が露出されることを特徴とする請求項４に記載の保護回路基板。
  6. 前記第１領域を中心にして前記第２領域及び前記第３領域が折り畳まれることを特徴とする請求項２又は３に記載の保護回路基板。
  7. 前記外部連結端子を含んだ前記第２領域の縁の一部が折り畳まれることを特徴とする請求項１又は２に記載の保護回路基板。
  8. キャッププレート及び電極端子を含むベアセル；及び
    前記ベアセルの外側に位置し、保護モジュール、ＰＴＣサーミスタ、第１及び第２接続端子が実装されたフレキシブルプリント回路基板で形成される保護回路基板を具備し、
    前記保護回路基板は前記保護モジュール、ＰＴＣサーミスタ、第１及び第２接続端子が実装される第１領域；及び
    外部機器と接続される外部連結端子及び前記第１及び第２接続端子と前記外部連結端子を連結する配線が形成された第２領域で構成され、
    前記保護回路基板は前記第２領域にテスト端子を具備することを特徴とするバッテリーパック。
  9. キャッププレート及び電極端子を含むベアセル；及び
    前記ベアセルの外側に位置し、保護モジュール、ＰＴＣサーミスタ、第１及び第２接続端子が実装されたフレキシブルプリント回路基板で形成される保護回路基板を具備し、
    前記保護回路基板は前記保護モジュール、ＰＴＣサーミスタ、第１及び第２接続端子が実装される第１領域；
    外部機器と接続される外部連結端子及び前記第１及び第２接続端子と前記外部連結端子を連結する配線が形成された第２領域；
    前記第１領域を基準にして前記第２領域と対向する第３領域で構成されることを特徴とするバッテリーパック。
  10. 前記保護回路基板は前記第１接続端子と前記キャッププレートを電気的に連結する第１リードプレート；及び
    前記第２接続端子と前記電極端子を電気的に連結する第２リードプレートを具備することを特徴とする請求項８又は９に記載のバッテリーパック。
  11. 前記保護回路基板は前記第１領域を基準にして前記第２領域と対向して位置する第３領域を含むことを特徴とする請求項８に記載のバッテリーパック。
  12. 前記第１領域は前記ベアセルの電極端子が形成された上部面に位置することを特徴とする請求項８又は９に記載のバッテリーパック。
  13. 前記第１領域は前記ベアセルの電極端子と対応する位置にホールが形成されることを特徴とする請求項１２に記載のバッテリーパック。
  14. 前記第２領域は前記ベアセルの一側面に位置することを特徴とする請求項８又は９に記載のバッテリーパック。
  15. 前記第３領域は前記第２領域が位置する側面と対向する前記ベアセルの一側面に位置することを特徴とする請求項９又は１１に記載のバッテリーパック。
  16. 前記外部連結端子が前記ベアセルの下部面に位置することを特徴とする請求項８又は９に記載のバッテリーパック。
  17. 前記外部連結端子が前記第３領域が位置するベアセルの側面に位置することを特徴とする請求項９又は１１に記載のバッテリーパック。
  18. 前記外部連結端子が前記第３領域と重なって位置することを特徴とする請求項９又は１１に記載のバッテリーパック。
  19. 前記バッテリーパックは前記ベアセルの上部面に結合する上部カバー；及び
    前記ベアセルの下部面に結合する下部カバーを具備することを特徴とする請求項８又は９に記載のバッテリーパック。
  20. 前記上部カバーまたは下部カバーは逆挿入防止構造を含むことを特徴とする請求項１９に記載のバッテリーパック。
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