JP5188978B2 - バッテリーパック - Google Patents

Description

発明の分野

技術分野
本発明は、無溶接型バッテリーパックに、より詳しくは、一対の接続突起を包含する接続部材、接続溝を包含する保護回路モジュール(PCM)、該接続溝の中に該接続突起を、該PCMを該接続部材に連結できるように挿入し、該接続溝は保護回路に接続される、及び該PCMを取り囲んだ状態で該接続部材またはバッテリーセルに連結されるキャップハウジングを備えてなるバッテリーパックに関する。

背景技術的
可動装置の開発が進み、そのような可動装置の需要が増加するにつれて、可動装置用の動力源として二次バッテリーの需要も急速に増加している。二次バッテリーの一つは、エネルギー密度および作動電圧が高く、貯蔵及び耐用寿命特性が優れており、様々な電子工学製品ならびに各種の可動装置用のエネルギー供給源として現在広く使用されているリチウム二次バッテリーである。

しかし、リチウム二次バッテリーには、様々な可燃性材料が含まれている。その結果、過充電、過電流、あるいは他のいずれかの、外部の物理的影響により、リチウム二次バッテリーが加熱されるか、または爆発するという危険性がある。つまり、リチウム二次バッテリーの安全性は低い。そのため、バッテリーの異常、例えば過充電、を効果的に抑制するための保護回路モジュール(PCM)がリチウム二次バッテリーに取り付けられており、そのPCMは、リチウム二次バッテリーのバッテリーセルに接続されている。

PCMは、電流を制御するための切換素子として作用するフィールド効果トランジスタ(FET)、電圧検出器、及び受動素子、例えば抵抗及びキャパシタ、を包含する。PCMは、バッテリーの過充電、過放電、過電流、短絡、及び逆方向電圧を遮断し、バッテリーの爆発または過熱、バッテリーの液体漏れ、及びバッテリーの充電及び放電特性の低下を阻止し、バッテリーの電気的効率低下及びバッテリーの異常な物理化学的挙動を阻止し、それによって、危険なファクターをバッテリーから取り除き、バッテリーの耐用寿命を増加する。

一般的に、PCMは、溶接またははんだ付けにより、導電性のニッケル板を経由してバッテリーセルに接続される。具体的には、ニッケル板をPCMの電極タップに、溶接またははんだ付けにより固定し、次いで、そのニッケル板をバッテリーセルの電極端子に溶接またははんだ付けにより固定する。このようにして、PCMをバッテリーセルに接続し、バッテリーパックを製造する。

この場合、バッテリーパックの製造には幾つかの溶接またははんだ付け操作が必要である。しかし、これらの溶接またははんだ付け操作は、二次バッテリーの構造が小さいために、非常に高い精度で行う必要がある。その結果、不良率が増加する。さらに、溶接またははんだ付け操作により、製品の製造工程が多くなり、製品の製造コストが増加する。

従って、スポット溶接またははんだ付け工程を行わずにPCM及びバッテリーを組み立てる方法が強く求められている。この理由から、溶接またははんだ付け工程を省略する技術の研究が今日まで鋭意行われている。

例えば、未審査の韓国公開特許出願第2005-81175号は、PCMアセンブリー、PCMアセンブリーを収容するためのキャップハウジング、及び電気的接続用の電極リード線を包含し、複数の溝を有するPCMブロックがバッテリーセルに取り付けてあり、該溝がPCMアセンブリー及びキャップハウジングと、電極リード線が外側に露出するように連絡している、バッテリーパックを開示している。

また、未審査の韓国公開特許出願第2005-15314号は、PCM及び突き出た接点を包含するプリント回路基板(PCB)がバッテリーセルに取り付けられ、次いでそのPCBが固定部材によりバッテリーセルに固定される、バッテリーパックを開示している。

上記の先行技術には、二次バッテリーを製造する時の溶接またははんだ付け工程が省略され、それによって、バッテリーの組立方法が簡素化され、バッテリーの構成部品数が減少し、従って、バッテリーの製造コストが低減されるという利点がある。しかし、より経済的に製造することができ、製造効率が高いバッテリーパックの必要性は、依然として高い。

発明の開示
技術的問題
従って、本発明は、上記の問題および他の未解決の技術的問題を解決するためになされたものである。

具体的には、本発明の目的は、バッテリーパックの組立工程が簡素化され、バッテリーパックの製造を自動化することができ、外部の影響によるバッテリーパックの内部抵抗の欠陥及び変化が最少に抑えられ、バッテリーの容量が増加し、バッテリーパックの安定性が改良されるバッテリーパックを提供することである。

技術的解決策
本発明により、上記及び他の目的は、(a)バッテリーセルの上側末端に取り付けた絶縁フレーム、及び該フレームの上側末端表面に形成された、該バッテリーセルの電極端子と接触している一対の接続突起を包含する接続部材、(b)該接続部材に取り付けた保護回路モジュール(PCM)、該PCMは、接続溝を包含し、該接続溝の中に該接続突起を、該PCMを該接続部材に連結できるように挿入し、該接続溝は保護回路に接続される、及び(c)該PCMを取り囲んだ状態で該接続部材またはバッテリーセルに連結されるキャップハウジングを備えてなる、バッテリーパックを提供することにより、達成することができる。

本発明のバッテリーパックは、新規な構造を有し、容易に製造できる接続部材を使用しており、それによって、バッテリーパックの製造コストが低減され、バッテリーパックの組立工程がさらに簡素化され、溶接またははんだ付けにより引き起こされる欠陥が排除される。

好ましい実施態様では、接続部材が、絶縁板状本体、及び一対の接続板を包含し、該接続板が、該板状本体の対向末端に、バッテリーセルの対応する電極端子と接触するように配置され、接続突起は接続板に形成されている。接続部材をバッテリーセルとPCMとの間に取り付けると、バッテリーセルとPCMは、接続部材の上記の構造により、接続部材の特定区域、すなわち接続板、を除いて、絶縁板状本体により、互いに電気的に絶縁される。

接続部材の板状本体及び一対の接続板は、分離した構造に構築することができる。例えば、板状本体は、その対向末端に溝を備え、接続板は、その対向する末端表面に、該溝に対応する突起を備え、それによって、該突起を対応する溝の中に噛み合わせることにより、板状本体は接続板に一体的に連結される。

これを行うために、接続板を、接続板の上側及び下側末端表面に形成された突起により、板状本体及びPCMに連結し、板状本体及びPCMは、板状本体とPCMが接続板に連結される区域で、突起に対応する接続溝を備える。

接続部材は、バッテリーセルに様々な様式で取り付けることができる。例えば、接続部材を両面接着性テープまたは接着剤によりバッテリーセルに固定する固定方法、接続部材を溶接またははんだ付けによりバッテリーセルに固定する固定方法、あるいは別の連結部材をバッテリーセル及び接続部材の接触区域に取り付けるか、またはバッテリーセル及び接続部材の接触区域を連結構造中に形成する機械的連結方法、を使用して、接続部材をバッテリーセルに連結することができる。

好ましい実施態様では、接続部材が、その中央に、バッテリーセルの上側末端に形成された、突き出た端子を通すことができる通し穴を備える。突き出た端子及び接続板を、通し穴を通して互いに接触させ、それによって、電気的接続を達成する。

本発明では、キャップハウジングは、バッテリーセルの上側末端表面にほぼ対応する下側構造を有するので、バッテリーセルの上側末端に取り付けたPCMをキャップハウジングに取り付けた状態で、キャップハウジングがバッテリーセルに連結される。

状況に応じて、キャップハウジングは、インサート射出成形により、PCMと一体的に形成することができる。この一体的構造は、本特許出願の出願者の名称で提出された韓国特許出願第2003-88528号に開示されている。上記の韓国特許出願の開示全文をここに参考として含める。

キャップハウジングは通し穴を備え、PCMをキャップハウジングの下側末端に取り付けた状態で、それらの通し穴を通して、PCMの外部入力及び出力端子が露出される。キャップハウジングは、絶縁材料から製造され、それによって、外部入力及び出力端子を除いて、キャップハウジングは外側から電気的に絶縁される。

また、キャップハウジングは、バッテリーセルに、上記の、接続部材をバッテリーセルに取り付ける取付様式と類似した、様々な様式で取り付けることができる。状況に応じて、キャップハウジングは、その下側末端に、キャップハウジングをバッテリーセルに取り付けた時にバッテリーセルを部分的に覆う側方延長部を備えることができる。これによって、バッテリーセルの外側表面に包装フィルムを取り付けた時に、その包装フィルムは側方延長部にも取り付けられ、それによって、キャップハウジングのバッテリーセルへの取付が完了する。

本発明で使用するバッテリーセルは、カソード、アノード、及びセパレータを備えてなり、密封された状態で電解質を含浸させた電極アセンブリーを有する二次バッテリーである。好ましくは、バッテリーセルは、そのような電極アセンブリーを長方形の金属ケース中に取り付けた、いわゆる長方形バッテリーである。

本発明の上記の、及び他の目的、特徴及び利点は、添付の図面を参照しながら記載する下記の詳細な説明により、より深く理解される。

発明の様式
ここで、添付の図面を参照しながら、本発明の好ましい実施態様を詳細に説明する。しかし、本発明の範囲は、例示する実施態様に限定されるものではない。

図1は、本発明の好ましい実施態様によるバッテリーパックを例示する透視図であり、図2は、図１に示すバッテリーパックの分解組立図である。

図1及び2に関して、バッテリーパック100は、バッテリーセル10の上側末端に取り付けた接続部材（図には示していない）、接続部材に取り付けた保護回路モジュール(PCM)30、PCM30を内部に取り付けた状態でバッテリーセル10に取り付けたキャップハウジング40、及びバッテリーセル10の下側末端に取り付けた下側キャップ50を包含する。

接続部材20は、バッテリーセル10の上側末端表面17に取り付けであり、該上側末端表面17は、カソード(またはアノード)を構成し、その中央に、アノード(またはカソード)を構成する突き出た端子16を備えている。

接続部材20は、絶縁板状本体21、該絶縁板状本体21は、その中央に、突き出た端子16を挿入できる通し穴25が形成されている、及び接続板22、該接続板22は、バッテリーセル10の各電極端子16及び17と電気的に接続され、板状本体21の反対側の末端に連結されている、を包含する。

絶縁板状本体21は、バッテリーセル10の上側末端表面17に、様々な連結様式で取り付けることができる。絶縁板状本体21とPCM30との間の機械的連結および電気的接続は、接続板22により達成される。

具体的には、接続部材20の接続板22は、その上側及び下側末端表面に突起23を備えている。接続部材の絶縁板状本体21及びPCM30は、それぞれ、突起23に対応する溝24及び34を備えている。従って、接続部材20とPCM30の連結は、突起を対応する溝の中に噛み合わせることにより、容易に行われる。

上記の連結を行う場合、接続板22の片側の部分を、バッテリーセル10の電極端子16及び17と接触させる。従って、接続板22は、バッテリーセル10とPCM30の電気的接続も行う。PCM30の、接続板22と接触する下側末端表面には保護回路を接続し、従って、接続板22とPCM30を互いに接触させると、当然のことながら電気的接続も達成される。

キャップハウジング40は、バッテリーセル10の上側末端表面17に対応する構造を有する開いた下側末端を包含するので、バッテリーセル10に取り付けたPCM30をキャップハウジング40に取り付けた状態で、キャップハウジング40は、接続部材20によりバッテリーセル10に連結される。また、キャップハウジング40は、複数の通し穴45を備え、それらの通し穴を通して、PCM30の外部入力及び出力端子が露出する。

図3は、図1に示すバッテリーパックの平面図である。

図3に関して、バッテリーパックは、図1及び2に関して上に詳細に説明したように、バッテリーセル10、接続部材20、該接続部材20は、バッテリーセル10に取り付けられ、その対向する末端に、機械的連結及び電気的接続のための突起23を備えている、PCM30、該PCM30は、突起23に対応する溝（図には示していない）を有する、及びキャップハウジング40、該キャップハウジング40は、PCM30をキャップハウジング40に取り付けた状態でバッテリーセル10に連結される、を包含する。

キャップハウジング40の下側末端には、キャップハウジング40をバッテリーセル10に容易に連結できるように、バッテリーセル10に向かって伸びる側方延長部48が形成されている。側方延長部48は、キャップハウジング40をバッテリーセル10に取り付けた時、バッテリーセルを部分的に覆う。従って、包装フィルムをバッテリーセル10の外側表面に取り付けると、キャップハウジング40とバッテリーセル10との間の連結力が増加する。

図4は、保護回路モジュール(PCM)を、図１に示すバッテリーパックのバッテリーセルに、無溶接様式で取り付ける一連の工程を例示する透視図である。

図4に関して、バッテリーパック100は、下記の様に組み立てられる。先ず、バッテリーセル10の上側末端および／または接続部材20の下側末端に接着剤を塗布し、バッテリーセル10と接続部材20を互いに取り付け、それによって、接続部材20をバッテリーセル10に堅く取り付ける。この取付は、接続部材20の板状本体とバッテリーセル10との間で達成される。

続いて、接続部材20の対向する末端に形成された突起、具体的には、接続部材20の接続板に形成された突起23、が、PCM30に形成された対応する溝の中に噛み合うように、PCM30を接続部材20に取り付け、それによって、PCM30を接続部材20に堅く連結する。このPCMと接続部材との間の連結は、突起を対応する溝の中に噛み合わせることにより達成され、従って、PCMと接続部材との間の連結は 非常に容易に、単純に達成される。この時、接続部材20の接続板に形成された突起23は、板状本体に形成された、対応する溝の中に噛み合わされる。状況に応じて、板状本体と接続板との間の界面に接着剤を塗布することができる。

その後、PCM30の外側表面がキャップハウジング40により覆われるように、キャップハウジング40をバッテリーセル10の上側末端に連結することにより、バッテリーパック100を製造する。状況に応じて、包装フィルム（図には示していない）をバッテリーセル10の外側表面に取り付けることができる。

バッテリーパック100の組立方法は、上記の組立方法に限定されない。例えば、バッテリーパック100の組立方法は、PCM30が接続部材20またはキャップハウジング40に予め連結している状態で行うことができる。

本発明の好ましい実施態様を例示のために開示したが、当業者には明らかなように、請求項に記載する本発明の範囲及び精神から離れることなく、様々な修正、追加及び置き換えが可能である。

産業上の利用可能性
上記の説明から明らかなように、本発明の無溶接型バッテリーパックには、バッテリーパックの組立工程が簡素化され、バッテリーパックの製造を自動化することができ、外部の影響によるバッテリーパックの内部抵抗の欠陥及び変化が最少に抑えられ、バッテリーの容量が増加し、バッテリーパックの安定性が改良されるという効果がある。

図１は、本発明の好ましい実施態様によるバッテリーパックを例示する透視図である。 図２は、図１に示すバッテリーパックの分解組立図である。 図３は、図１に示すバッテリーパックの平面図である。 図４は、保護回路モジュール(PCM)を、図１に示すバッテリーパックのバッテリーセルに取り付ける一連の工程を例示する透視図である。

符号の説明

＜図面の主要参照番号の説明＞
10 バッテリーセル 20 接続部材
30 PCM 40 キャップハウジング

Claims (8)

1. （ａ）バッテリーセルの上側末端に取り付けた絶縁板状本体と、及び、前記バッテリーセルの電極端子に電気的に接続された一対の接続板とを包含する接続部材と、
   （ｂ）前記接続部材に取り付けた保護回路モジュール（ＰＣＭ）と、並びに
   （ｃ）前記ＰＣＭを取り囲んだ状態で前記接続部材又はバッテリーセルに連結されるキャップハウジングとを備えてなるものであり、
   前記接続板が、前記接続板の上側末端表面及び下側末端表面に接続突起を備えてなり、
   前記絶縁板状本体が、前記接続板の前記下側末端表面に備えられた前記接続突起に対応する溝を備えてなり、
   前記接続板の前記上側末端表面における接続突起が、前記接続板の前記上側末端表面における前記接続突起に対応する前記ＰＣＭの接続溝に挿入され、前記ＰＣＭを前記接続部材に連結できるようにし、かつ、前記接続溝が保護回路に接続されてなり、
   前記接続板の前記下側末端表面における前記接続突起が、前記絶縁板状本体における接続溝に挿入されてなる、バッテリーパック。
2. 前記接続部材を両面接着性テープ又は接着剤により前記バッテリーセルの前記上側末端に固定する固定方法、
   前記接続部材を溶接又ははんだ付けにより前記バッテリーセルに固定する固定方法、或いは、
   連結部材を前記バッテリーセルと前記接続部材の接触区域に取り付け、又は前記バッテリーセルと前記接続部材の接触区域を連結する固定方法を使用して、前記接続部材を前記バッテリーセルに連結してなる、請求項１に記載のバッテリーパック。
3. 前記接続部材が、前記接続部材の中央に、前記バッテリーセルの突出端子を通すことができる通し穴を備えてなる、請求項１に記載のバッテリーパック。
4. 前記絶縁板状本体が、前記接続部材の前記絶縁板状本体における接続溝に、前記接続板の下側末端表面における接続突起を噛み合わせることにより、前記接続板に一体的に連結されてなる、請求項１に記載のバッテリーパック。
5. 前記接続板が、前記接続板の前記上側末端表面及び前記下側末端表面に備えられた前記接続突起により、前記絶縁板状本体及び前記ＰＣＭに連結されてなり、
   前記絶縁板状本体及び前記ＰＣＭが、前記絶縁板状本体と前記ＰＣＭが前記接続板に連結される区域で、前記接続板の前記上側末端表面及び前記下側末端表面に備えられた前記接続突起に対応する前記接続溝を備えてなる、請求項１に記載のバッテリーパック。
6. 前記ＰＣＭが、インサート射出成形により、前記キャップハウジングと一体的に形成されてなる、請求項１に記載のバッテリーパック。
7. 前記PCMが前記キャップハウジングに取り付けられた状態において、前記キャップハウジングが前記バッテリーセルの前記上側末端に、接着、溶接、はんだ付け、又は機械的連結により連結されてなる、請求項１に記載のバッテリーパック。
8. 前記キャップハウジングが、前記キャップハウジングの下側末端に側方延長部を備えてなり、
   前記側方延長部が、前記キャップハウジングを前記バッテリーセルの前記上側末端に取り付けた時に前記バッテリーセルを部分的に覆うものであり、及び
   前記バッテリーセルの外側表面に包装フィルムを取り付けた時に、前記包装フィルムが前記側方延長部にも取り付けられてなり、
   それによって、前記キャップハウジングの前記バッテリーセルへの取付が完了する、請求項１に記載のバッテリーパック。

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