JP5401512B2 - 二次電池 - Google Patents
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Description
本発明は、二次電池に関する。
二次電池は充電又は放電される過程で過充電又は過放電が発生し得る。過充電又は過放電は電解液の分解によるガスの発生や発熱を誘発して電池性能の劣化又は電池の損傷などを招く。したがって、二次電池は過充電又は過放電を防止するために保護回路モジュールを具備する。保護回路モジュールは二次電池の過充電又は過放電が感知される場合充電又は放電を遮断する。
また、二次電池は発熱による追加的な損傷を防止するためにヒューズ素子のような温度感応素子を具備する。温度感応素子はベアセルの発熱を感知し、ベアセルの温度が所定温度を超えるかベアセルに過電流が流れる場合ベアセルの電流の流れを遮断する。
本発明の目的とするところは、温度感応素子に電池セルの熱を容易に伝達して、安全性を向上させることができる二次電池を提供することにある。
本発明による二次電池は、缶、前記缶上部のキャッププレート、及び前記キャッププレートから突出する電極端子を含むベアセルと、前記ベアセル上部の保護回路モジュールを含み、前記保護回路モジュールは、回路基板と、前記回路基板に連結された温度感応素子、及び前記回路基板及び前記電極端子に電気的に連結された第１リードプレートを含むことができる。
ここで、前記リードプレートは、前記温度感応素子の面のうち前記ベアセルに向かう面に接するように形成され得る。
また、前記リードプレートは、前記温度感応素子と溶接又は熱伝導性接着部材によって結合され得る。
また、前記リードプレートの高さは、前記温度感応素子の厚さと対応し得る。
また、前記リードプレートは、前記保護回路モジュールの下面に連結された第１領域、前記第１領域から折り曲げられて形成された第２領域、前記第２領域から折り曲げられて前記温度感応素子と結合された第３領域を含むことができる。
また、前記第３領域は、前記第２領域を基準に前記第１領域とは逆の方向に延長されて形成され得る。
また、前記第３領域は、前記第２領域を基準に前記第１領域とは逆の方向に延長されて形成され得る。
以上説明したように本発明によれば、温度感応素子に電池セルの熱を容易に伝達して、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。
以下、本発明の一実施例による二次電池の構成を説明する。
以下、本発明の一実施例による二次電池の構成を説明する。
図１は、本発明の一実施例による二次電池の斜視図である。図２は、本発明の一実施例による二次電池の分解斜視図である。図３は、本発明の一実施例による二次電池で電池セルと保護回路モジュールの結合を示した斜視図である。図４は、図３のＡ−Ａ’断面図である。図５は、本発明の一実施例による二次電池の保護回路モジュールを下面から示した斜視図である。
図１及び図２に示すように、本発明の一実施例による二次電池１００は、ベアセル１１０、保護回路モジュール１２０、温度感応素子１３０、第１リードプレート１４０、第２リードプレート１５０、第３リードプレート１６０を含む。また、本発明の一実施例による二次電池１００は、上部カバー１７０、下部カバー１８０及びラベル１９０をさらに含むことができる。
ベアセル１１０は、充電及び放電が可能であり、正極、負極及び正極と負極の間に介在され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及び電解液（図示せず）を収容する容器状の缶１１１と、缶１１１を密封するキャッププレート１１２を含むことができる。ここで、キャッププレート１１２は、金属材質で形成され、キャッププレート１１２の略中央には電極端子１１３が結合される。この時、キャッププレート１１２と電極端子１１３の間には、電極端子１１３をキャッププレート１１２から絶縁させる絶縁ガスケット１１４が介在し得る。
缶１１１及びキャッププレート１１２は、端子の役割を担うことができ、一例として正極の役割を担うものとして説明する。この場合、電極端子１１３は負極の役割を担う。むろん、キャッププレート１１２及び電極端子１１３の極性は、逆であることができる。
ベアセル１１０は、ガスケット１１４により絶縁された状態で電極端子１１３が突出した上面１１０ａ、上面１１０ａと連結される一対の短側面１１０ｂ、１１０ｃと一対の長側面１１０ｄ、１１０ｅ、側面１１０ｂ、１１０ｃ、１１０ｄ、１１０ｅと連結され上面１１０ａと対向する下面１１０ｆからなることができる。ここで、一対の短側面１１０ｂ、１１０ｃは、ベアセル１１０の上面１１０ａと連結される側面１１０ｂ、１１０ｃ、１１０ｄ、１１０ｅのうち幅の狭い側面であり、一対の長側面１１０ｄ、１１０ｅは、ベアセル１１０の側面１１０ｂ、１１０ｃ、１１０ｄ、１１０ｅのうち幅の広い側面である。
保護回路モジュール１２０は、ベアセル１１０の上部に配置され、ベアセル１１０と電気的に連結される。保護回路モジュール１２０は、回路基板１２１、端子１２２、回路素子１２３、ＦＥＴ１２４及び熔接用孔１２５を含む。
回路基板１２１は、略板状に形成され、ベアセル１１０の過充電、過放電及び過電流を防止する保護回路を含む。ここで、回路基板１２１の上面１２１ａは、保護回路モジュール１２０の上面と同じで、回路基板１２１の下面１２１ｂは、保護回路モジュール１２０の下面と同じであると定義する。
端子１２２は、回路基板１２１の上面１２１ａに形成され、回路基板１２１と外部電子機器を電気的に連結する役割を担う。端子１２２は、一例としてパックマイナス端子１２２ａ、パックプラス端子１２２ｂ、温度及びＩＤ確認端子１２２ｃからなることができる。
回路素子１２３は、回路基板１２１の下面１２１ｂに形成される。回路素子１２３は、ベアセル１１０に対する充電及び放電動作を行う充放電回路を構成する。また、回路素子１２３は、上述した過充電、過放電及び過電流を防止する保護回路をなす。
ＦＥＴ１２４は、回路基板１２１の下面に形成される。ＦＥＴ１２４は、回路基板１２１を介して回路素子１２３と電気的に連結される。ＦＥＴ１２４は、回路素子１２３の充放電回路の一部を形成する。ＦＥＴ１２４は、ベアセル１１０の充電経路又は放電経路のうち少なくとも一部に位置して、充電又は放電動作を制御する。ＦＥＴ１２４の動作中に熱が発生するため、ＦＥＴ１２４は回路素子１２３の外部に別途の構成で備えられ得る。ただし、回路の設計によっては、ＦＥＴ１２４が回路素子１２３の内部に含まれるように形成することもできる。
熔接用孔１２５は、回路基板１２１の略中央であり、上面１２１ａと下面１２１ｂを貫通して形成される。このような熔接用孔１２５は、ベアセル１１０の電極端子１１３と対応する領域に位置し、抵抗又はレーザ溶接によって電極端子１１３に後述する第１リードプレート１４０を溶接する時に溶接空間を提供する。
受動素子１２６は、回路素子１２３の充放電回路又は保護回路を構成する一部であり得る。受動素子１２６は、独立した構成として図示されているが、回路素子１２３の内部に形成されることができる。
温度感応素子（例えば、陽性温度素子、ｐｏｓｉｔｉｖｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｃｏｅｆｆｉｃｉｎｅｔ：ＰＴＣ）１３０は、回路基板１２１の下面１２１ｂに設置されて保護回路モジュール１２０のパターンに電気的に連結される。温度感応素子１３０は、ベアセル１１０の温度が基準温度以上になると電流を遮断することで、ベアセル１１０の発熱による異常現象を防止する。温度感応素子１３０は、回路基板１２１に表面実装（ｓｕｒｆａｃｅ ｍｏｕｎｔ）可能なチップＰＴＣサーミスタであり得るが、温度感応素子１３０の種類は限定されない。このような温度感応素子１３０は、一例として、常温抵抗が数百オウムで動作温度が７５乃至１２０である動作特性を有し得る。温度感応素子１３０は、陽性温度素子（ＰＴＣ）、温度ヒューズ（ｔｈｅｒｍａｌ ｆｕｓｅ）又は陰性温度素子（Ｎｅｇａｔｉｖｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｃｏｅｆｆｉｃｉｎｅｔ：ＮＴＣ）を含むことができる。
温度感応素子１３０の面のうちベアセル１１０に向かう下面１３０ａは、第１リードプレート１４０と電気的に連結される。すなわち、第１リードプレート１４０の端部が、温度感応素子１３０の下面１３０ａまで延長されて電気的に連結される。また、温度感応素子１３０は、第１リードプレート１４０と溶接によって結合され得る。また、温度感応素子１３０は、熱伝導性接着剤によって温度感応素子１３０と結合され得る。
第１リードプレート１４０は、ベアセル１１０の電極端子１１３に直接的に接触し熱伝導度の良好な金属材質からなるので、ベアセル１１０の熱は、第１リードプレート１4０を介して損失なく温度感応素子１３０に伝達されることができる。したがって、温度感応素子１３０は、ベアセル１１０の温度に応じて敏感に反応し、基準温度が超えると電流経路を遮断できる。したがって、本発明の一実施例による二次電池１００は安全性を確保することができる。
第１リードプレート１４０は、回路基板１２１の下面１２１ｂに形成される。第１リードプレート１４０は、回路基板１２１のパターンと連結され、折り曲げられてベアセル１１０の電極端子１１３と連結される。また、第１リードプレート１４０の端部は、延長され、温度感応素子１３０の下面１３０ａに連結される。
第１リードプレート１４０は、回路基板１２１の下面１２１ｂに連結された第１領域１４１（第１平坦部に該当）、第１領域１４１から折り曲げられて形成された第２領域１４２（連結部に該当）、第２領域１４２から折り曲げられてベアセル１１０の電極端子１１３及び温度感応素子１３０に連結された第３領域１４３（第２平坦部に該当）を含む。
第１領域１４１は、回路基板１２１の下面１２１ｂに結合される。この時、第１領域１４１は、回路基板１２１の下面に形成された回路パターンと電気的に連結される。第１領域１４１は、ベアセル１１０の電極端子１１３から印加された信号を回路基板１２１に伝達する。
第２領域１４２は、第１領域１４１から折り曲げられる。第２領域１４２は、第１領域１４１からベアセル１１０のキャッププレート１１２に向かう方向に略９０度をなしながら折り曲げられる。この時、第２領域１４２は、温度感応素子１３０の厚さに対応する長さに形成される。したがって、第２領域１４２は、第１領域１４１と第３領域１４３の間の高さが温度感応素子１３０の厚さに対応するように維持する。その結果、第２領域１４２に連結された第３領域１４３は、温度感応素子１３０の下面まで水平をなすように延長され得る。
第３領域１４３は、第２領域１４２から折り曲げられる。また、第３領域１４３は、第２領域１４２を基準に、第１領域１４１とは逆の方向に延長されて形成される。
第３領域１４３は、ベアセル１１０の電極端子１１３と接触する。また、第３領域１４３は、電極端子１１３と電気的に連結される。第３領域１４３は、保護回路モジュール１２０の熔接用孔１２５を介してベアセル１１０の電極端子１１３と溶接され得る。したがって、第３領域１４３は、ベアセル１１０の電極端子１１３が直接連結されるため、電極端子１１３からベアセル１１０の熱を容易に伝達され得る。
また、第３領域１４３の端部は、温度感応素子１３０の下面１３０ａまで延長される。第３領域１４３は、温度感応素子１３０の下面１３０ａに溶接又は熱伝導性接着剤によって結合され得る。第３領域１４３は、ベアセル１１０の電極端子１１３から印加された熱を温度感応素子１３０に損失なく伝達する。したがって、温度感応素子１３０は、ベアセル１１０の温度を正確に感知することができ、温度が基準温度以上である場合は敏感に電流経路を遮断する動作を行うことができる。
第２リードプレート１５０は、保護回路モジュール１２０の一側下部に形成される。第２リードプレート１５０は、保護回路モジュール１２０の端子パターンに電気的に連結される。第２リードプレート１５０は、ベアセル１１０と保護回路モジュール１２０を電気的に連結する。このような第２リードプレート１５０は、金属材質、例えばニッケル又はニッケル合金からなることができる。ここで、第２リードプレート１５０は、ベアセル１１０の上面１１０ａ、すなわち、キャッププレート１１２と連結され、正極として動作できる。第２リードプレート１５０は、保護回路モジュール１２０の下側に形成された第１領域１５１、第１領域１５１から折り曲げられて連結された第２領域１５２、第２領域１５２から折り曲げられてベアセル１１０のキャッププレート１１２に結合される第３領域１５３を含む。
第３リードプレート１６０は、第２リードプレート１５０と対応して保護回路モジュール１２０の他側下部に形成される。第３リードプレート１６０は、第２リードプレート１５０と対称をなすように形成され、保護回路モジュール１２０に形成された端子パターンと電気的に連結される。第３リードプレート１６０は、第２リードプレート１５０の各構成１５１乃至１５３に対応するように第１領域１６１、第２領域１６２及び第３領域１６３を含んでなる。
上部カバー１７０は、ベアセル１１０の上部に結合され、内部空間に保護回路モジュール１２０を収容する。上部カバー１７０は、カバープレート１７１、カバープレート１７１から保護回路モジュール１２０の方向に延長された側壁１７３、１７４を含む。
カバープレート１７１は、ベアセル１１０の上面１１０ａと略類似の形状に形成され得る。カバープレート１７１の内面は、回路基板１２１の上面１２１ａと互いに接する。また、カバープレート１７１は、端子１２２と対応する領域に貫通孔１７２が形成されている。貫通孔１７２は、端子１２２を外部に露出させ、本発明の一実施例によるバッテリパック１００と外部電子機器（図示せず）が電気的に連結されることができるようにする。
側壁１７３、１７４は、上部カバー１７０の長さ方向の両終端に位置する端部１７３と、端部１７３を連結する連結部１７４を含む。端部１７３は、ベアセル１１０の上面１１０ａのうち短側面１１０ｂ、１１０ｃと対応する領域に接し、カバープレート１７１を支持する。一方、連結部１７４は、保護回路モジュール１２０に向かう下部方向に端部１７３よりさらに延長される。連結部１７４のうちベアセル１１０の長側面１１０ｄ、１１０ｅの上部を覆う部分は、後述するラベル１９０によって覆われる。
下部カバー１８０は、ベアセル１１０の下部に結合される。下部カバー１８０は、底部プレート１８１と、底部プレート１８１からベアセル１１０の方向に延長された延長部１８２を含んでなることができる。
底部プレート１８１は、ベアセル１１０の下面１１０ｆと略同じ形状であり、接着部材１８３によってベアセル１１０の下面１１０ｆに付着され得る。
また、延長部１８２は、ベアセル１１０の長側面１１０ｄ、１１０ｅの下部を覆う。そして、延長部１８２は、後述するラベル１９０によって覆われる。
ラベル１９０は、ベアセル１１０の側面１１０ｂ、１１０ｃ、１１０ｄ、１１０ｅを覆うように付着される。ラベル１９０は、上部カバー１７０の連結部１７４の一部と下部カバー１８０の延長部１８２を覆う。
上記のようにすることで、本発明の実施例による二次電池１００は、保護回路モジュール１２０の下部に形成されてベアセル１１０の電極端子１１３に連結された第１リードプレート１４０が温度感応素子１３０の下面まで延長されて結合されることによって、ベアセル１１０の熱を温度感応素子１３０に損失なく伝達できる。したがって、温度感応素子１３０がベアセル１１０の温度に敏感に反応して動作することによって、動作信頼性を確保し、製品の安全性を確保することができる。
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。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、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
１００：二次電池
１１０：ベアセル
１２０：保護回路モジュール
１３０：温度感応素子
１４０：第１リードプレート
１４１：第１領域
１４２：第２領域
１４３：第３領域
１５０：第２リードプレート
１６０：第３リードプレート
１７０：上部カバー
１８０：下部カバー
１９０：ラベル
１１０：ベアセル
１２０：保護回路モジュール
１３０：温度感応素子
１４０：第１リードプレート
１４１：第１領域
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１５０：第２リードプレート
１６０：第３リードプレート
１７０：上部カバー
１８０：下部カバー
１９０：ラベル
Claims (17)
- 缶、前記缶上部のキャッププレート、及び前記キャッププレートから突出する電極端子を含むベアセルと、
前記ベアセル上部の保護回路モジュールを含み、
前記保護回路モジュールは、
回路基板と、
前記回路基板の前記ベアセルと向かい合う面に連結された温度感応素子と、
前記回路基板、前記電極端子、及び前記温度感応素子に電気的に連結された第１リードプレートを含む、二次電池。 - 前記第１リードプレートは、
前記回路基板に結合された第１平坦部、
前記電極端子に連結された第２平坦部、及び
前記第１平坦部と前記第２平坦部の間に位置し、前記第１平坦部と前記第２平坦部を連結する連結部を含む、請求項１に記載の二次電池。 - 前記連結部は、前記第１平坦部及び前記第２平坦部に対して垂直な状態で位置する、請求項２に記載の二次電池。
- 前記連結部の、前記第１平坦部から前記第２平坦部へ向かう方向の長さは、前記温度感応素子の高さと同じである、請求項２に記載の二次電池。
- 前記回路基板は、前記キャッププレートから離隔された、請求項１に記載の二次電池。
- 前記保護回路モジュールは、前記回路基板と前記キャッププレートに連結された第２リードプレートをさらに含む、請求項１に記載の二次電池。
- 前記保護回路モジュールは、前記回路基板と前記キャッププレートに連結された第３リードプレートをさらに含む請求項６に記載の二次電池。
- 前記第２リードプレート及び前記第３リードプレートは、それぞれ、第１平坦部、第２平坦部、及び前記第１平坦部と前記第２平坦部の間に位置し前記第１平坦部と前記第２平坦部を連結する連結部を含む、請求項７に記載の二次電池。
- 前記第２リードプレート及び前記第３リードプレートの前記第１平坦部は、前記回路基板に接触し、
前記第２リードプレート及び前記第３リードプレートの前記第２平坦部は、前記キャッププレートに接触する、請求項８に記載の二次電池。 - 前記第１リードプレートは、溶接又は熱伝導性接着剤によって前記温度感応素子に連結される請求項１に記載の二次電池。
- 前記第１リードプレートは、金属を含む、請求項１に記載の二次電池。
- 前記保護回路モジュールは、前記回路基板上に電界効果トランジスタをさらに含む、請求項１に記載の二次電池。
- 前記電界効果トランジスタは、前記キャッププレートから離隔された、請求項１２に記載の二次電池。
- 前記保護回路モジュールは、前記第１リードプレートに整列された開口を具備する、請求項１に記載の二次電池。
- 前記第１リードプレート及び前記電極端子は、前記開口に対応する領域で溶接された、請求項１４に記載の二次電池。
- 前記温度感応素子は、チップ温度感応素子サーミスタを含む、請求項１に記載の二次電池。
- 前記温度感応素子は、温度感応素子、温度ヒューズ、又は陰性温度素子を含む、請求項１に記載の二次電池。
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