JP5474654B2

JP5474654B2 - バッテリパック

Info

Publication number: JP5474654B2
Application number: JP2010109523A
Authority: JP
Inventors: 云成白
Original assignee: Samsung SDI Co Ltd
Current assignee: Samsung SDI Co Ltd
Priority date: 2009-12-18
Filing date: 2010-05-11
Publication date: 2014-04-16
Anticipated expiration: 2030-05-11
Also published as: CN102104124A; EP2343753B1; KR101122904B1; EP2343753A1; JP2011129499A; US20110151287A1; CN102104124B; KR20110070443A

Description

本発明は二次電池に関し、より詳しくは、絶縁テープを不要にすることにより、外部ケースの製造工程を単純化し、相対的に歪みに対する抵抗力を高めることのできるバッテリパックに関する。

一般に、バッテリパックは経済的な側面を考慮して充放電が可能な二次電池を採用しているが、二次電池としては、ニッケル-カドニウム（Ｎｉ-Ｃｄ）電池、ニッケル-水素（Ｎｉ-ＭＨ）電池、リチウム（Ｌｉ）電池、リチウムイオン（Ｌｉ-ｉｏｎ）電池、リチウムポリマ電池などが挙げられる。

そして、バッテリパックは外部の形態によって２種類のタイプに分けられる。即ち、外部機器と電気的に連結される外部端子が露出した状態で電池の外面にプラスチック樹脂のハウジングが一体となって成形されている形態のハードパック電池と、外部端子が露出した状態で電池の外面にプラスチック樹脂のハウジングが別途に成形されていない形態のインナーパック電池がある。ハードパック電池は外部機器に装着された状態でその外面の一部が露出するので、露出する外面のハウジングのうち少なくとも一部は一般に外部機器のハウジングと同じ素材からなっている。従って、外部機器に対する電池の装着が容易であるという長所はあるものの、外部機器の形態及び構造によってそれに合うように電池のハウジングを製作しなければならないという問題点を有している。その反面、インナーパック電池は外部機器に装着された状態で別途の外付けケースが取り付けられるので、ハードパック電池と比較して装着が煩雑である面はあるが、外部機器の形態及び構造と関係なく使用できるという長所を有している。従って、近年は外部機器の形態及び構造と関係なく使用できるインナーパック電池の開発が進んでいる。

大韓民国特許公開第２００７−００７５７０７号大韓民国特許公開第２００９−００３１１５８号

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、絶縁テープを不要にすることによって、外部ケースの製造工程を単純化できるバッテリパックを提供することにある。

本発明の他の目的は、相対的に歪みに対する抵抗力を高めることのできるバッテリパックを提供することにある。

前記目的を達成するために、本発明に係るバッテリパックは、充放電可能なベアセルと、前記ベアセルと連結された回路部材と、前記ベアセルの一対の長側面部を除いた外部全体をカバーするフレームケースとを含んでなり、前記フレームケースは前記ベアセルの一対の長側面部に向かって延在形成された一対のリブを１つ以上の一側面部に備えていることを特徴とするバッテリパックを提供する。

本発明の他の側面によるバッテリパックは、充放電可能なベアセルと、前記ベアセルと連結された回路部材と、前記ベアセルの一対の長側面部を除いた外部全体をカバーする電池収容フレームと、前記電池収容フレームの外部周囲をカバーするフレームケースとを含んでなり、前記電池収容フレームは前記ベアセルの一対の長側面部に向かって延在形成された一対のリブを１つ以上の一側面部に備えていることを特徴とするバッテリパックを提供する。

本発明の別の側面によるバッテリパックは、充放電可能なベアセルと、前記ベアセルと連結された回路部材と、前記ベアセルの一対の長側面部を除いた外部全体をカバーするフレームケースとを含んでなり、前記ベアセルが安着する前記フレームケースの一内側面にラウンド状のアンダーカットを形成したことを特徴とするバッテリパックを提供する。

本発明の更に他の側面によるバッテリパックは、充放電可能なベアセルと、前記ベアセルと連結された回路部材と、前記ベアセルの一対の長側面部を除いた外部全体をカバーする電池収容フレームと、前記電池収容フレームの外部周囲をカバーするフレームケースとを含んでなり、前記電池収容フレームは前記ベアセルが安着する一内側面にラウンド状のアンダーカットが形成されていることを特徴とするバッテリパックを提供する。

本発明において、フレームケースはロ字状の一体型であるが、電池収容フレームはベアセルの一部のみを覆う形態であってもよく、また電池収容フレームは本発明のバッテリパックに備えられていなくてもよい。

また、本発明において、フレームケース又は電池収容フレームの一対のリブはいずれか１つが更に長く形成されてバッテリパックを収納しやすくし、定着を堅固にする。

本発明において、フレームケースは、前記回路部材に含まれている外部端子部が露出するように前記フレームケースの一側面に少なくとも１つの開口部を更に含み、また本発明のバッテリパックは外部を覆うことができる包装用ラベルを更に含むことができる。

また、本発明でフレームケース又は電池収容フレームの一側面部がラウンド状のアンダーカットである場合、ベアセルは一側面部が前記アンダーカットに強制嵌合されて安着する。そして、このようなアンダーカット部の形状は、その一側が他側よりも前記ベアセルの長側面部側に更に長く形成されていることが好ましい。

本発明に係るバッテリパックは、絶縁テープを不要にしたので、外部ケースの製造工程を単純化し、部品数を減少させてバッテリパックの競争力を確保することができる。

また、本発明に係るバッテリパックは、ラウンド部を有するアンダーカットを備えたフレームケース又は電池収容フレームとベアセルとの結合によって形成されているので、相対的に歪みに強く、堅固に固定することができるという効果を奏する。

本発明の一実施形態に係るバッテリパックの完成斜視図である。本発明の一実施形態に係るバッテリパックの分解斜視図である。本発明の一実施形態に係るバッテリパックのベアセルの縦断面図である。本発明の一実施形態に係るバッテリパックのフレームケースとベアセルとの結合前の様子を示す断面図である。本発明の一実施形態に係るバッテリパックのフレームケースとベアセルとの結合後の様子を示す断面図である。図４Ｂに示す「Ａ」部分の拡大平面図である。本発明の一実施形態に係るバッテリパックの分解斜視図である。本発明の一実施形態に係るバッテリパックの分解斜視図である。バッテリパックの分解斜視図である。

以下、図面を参照しつつ実施形態を通じて本発明を更に詳細に説明する。

図８は、バッテリパックの分解斜視図である。図８に示すように、バッテリパック１００の構成は、充放電可能なベアセル１０と、ベアセル１０に電気的に結合されて充放電を制御し、かつ過充放電時に回路を遮断する回路部材２０と、ベアセル１０と回路部材２０との間に結合されて回路部材２０がベアセル１０から分離しないようにする補助ケース６０と、補助ケース６０とベアセル１０とを結合するための絶縁テープ５０と、ベアセル１０と回路部材２０と樹脂をパックキングして外部セットに装着可能な形態で成形する外部ケース７０とを含んでいる。

このようなバッテリパック１００を製造するために、まずベアセル１０の陽極にリード（図示せず）を接続し、また陰極にピーティーシー（ＰＴＣ）２２を接続した状態で、回路部材２０をリード及びＰＴＣ２２に電気的に接続する。次に、回路部材２０がベアセル１０から分離しないように回路部材２０とベアセル１０との間に補助ケース６０を結合して機械的に固定し、また外部装置に装着可能な形態を有する外部ケース７０を用いて一体のベアセル１０と回路部材２０をパックキングする。ここで、外部ケース７０は、回路部材２０を覆ってショートを防止し、外部の衝撃から回路部材２０を保護するためのケースや、ベアセル１０を覆って隅部を外部の衝撃から保護するためのケースなど多様なケースを含むことができる。このとき、外部ケース７０は回路部材２０とフック結合するか、ボンディングや接着、テーピングなどの方法で結合されてカバーケース型のバッテリパックを形成できる。また、外部ケース７０は回路部材２０と結合した後、ベアセル１０と共にラベル８０で覆うことができる。

また、このような形態の補助ケース６０とベアセル１０との間には絶縁テープ５０を形成することで、補助ケース６０をベアセル１０と結合させている。このようなインナーパック電池を製造するために用いられるテープは、ケースの固定と絶縁を目的としてベアセル１０に結合されている。ところが、一般的なテープ作業は両面テープの場合には一般のインナーパック電池の製造において２つの工程を追加する必要があり、断面テープの場合には１つの工程を追加する必要があるので、バッテリパックの製造において競争力を低下させる原因となっている。

また、このような形態のバッテリパックは外部ケースが一体に形成されるので、相対的に歪みに弱いという問題もある。

図１は本発明の一実施形態に係るバッテリパックの完成斜視図であり、図２は本発明の一実施形態に係るバッテリパックの分解斜視図である。

図１及び図２に示すように、本発明の一実施形態に係るバッテリパック１００は、充放電可能なベアセル１０と、ベアセル１０と電気的に連結される回路部材２０と、回路部材２０を含むベアセル１０の外部周囲を全て覆うフレームケース３０とを含み、フレームケース３０はベアセル１０の一側面が安着する所にラウンド状のアンダーカット３０ｇが形成されている。

フレームケース３０は、図示するように、ベアセル１０の一側面が安着し、堅固に固定され得るラウンド状のアンダーカット３０ｇが一側面部に形成され、ベアセル１０をこのアンダーカット３０ｇに強制嵌合して押し込む。このアンダーカット３０ｇを形成する場合、アンダーカット３０ｇの両側面は自然にリブ状の部分で、安着したベアセル１０を覆いながら固定することになる。最初はこのリブによってベアセル１０の定着に干渉が発生し得るが、一端定着すれば、別途のテープを用いなくても堅固に結合することができる。

また、本発明では、フレームケース３０がベアセル１０の一対の長側面部１０ｄ、１０ｅに向かって延在形成された一対のリブを１つ以上の一側面部に備えるようにすることも可能である。このような一対のリブを長く形成してベアセル１０の長側面部１０ｄ、１０ｅを一定部分覆うようにした場合、アンダーカット３０ｇを形成したのと類似した効果を得ることができる。さらに、アンダーカット３０ｇの一側が他側よりもベアセル１０の長側面部１０ｄ、１０ｅ側に更に長くなるように形成してもよい。

本発明の実施形態において、ベアセル１０はパウチ状であってもよく、缶状であってもよいが、本発明の一実施形態では缶状を例に挙げて説明する。

図３は、本発明の一実施形態に係るバッテリパックのうち缶状ベアセルの縦断面図である。

図３に示すように、ベアセル１０は、電極組立体１１と、電極組立体１１が収容される缶１２と、缶１２の上端開口部を封止する缶組立体１３とを含んで構成している。

電極組立体１１は、陽極活物質が塗布された陽極板１１ａと、陰極活物質が塗布された陰極板１１ｂと、陽極板１１ａと陰極板１１ｂとの間に介在するセパレータ１１ｃとを積層及び巻回して形成されている。

陽極板１１ａには陽極集電体の陽極活物質層が形成されていない領域に陽極タップ１１ｄが電気的に連結され、陰極板１１ｂには陰極集電体の陰極活物質層が形成されていない領域に陰極タップ１１ｅが電気的に連結されている。このとき、陽極タップ１１ｄと陰極タップ１１ｅが電極組立体１１から引き出される境界部には電極タップと２つの電極板間の短絡を防止するための絶縁テープがそれぞれ巻き取られている。また、セパレータ１１ｃはその幅が陽極板１１ａ及び陰極板１１ｂの幅に比べて更に広く形成することによって、極板間の短絡を防止できる。

一方、電極組立体１１の上面には電極組立体１１と缶組立体１３の電気的絶縁と電極組立体１１の上端部をカバーできるように絶縁ケース１４を設置し得るが、絶縁ケース１４は絶縁性を有する高分子樹脂からなる。また、絶縁ケース１４の中央部には陰極タップ１１ｅが通過できるように通孔が形成され、その側部には電解液通過孔１４ａが形成されている。

缶１２はアルミニウム或いはアルミニウム合金からなり、略直六面体状に形成され、開放された上端を通じて電極組立体１１が収容されて電極組立体１１及び電解液の容器としての役割を果たしている。また、缶１２はそれ自体が端子としての役割を果たすことができる。

缶組立体１３は、缶１２の開放された上部と対応する大きさと形状を有する平板状のキャッププレート１５を備えている。このとき、キャッププレート１５の中央部には端子通孔１５ａが形成され、端子通孔１５ａを貫通する電極端子１６とキャッププレート１５との間には電気的絶縁のためにチューブ状のガスケット１７を設けている。また、キャッププレート１５の下面には絶縁プレート１８が配置され、絶縁プレート１８の下面には端子プレート１９が設けられている。また、電極端子１６の底面部は端子プレート１９と電気的に連結されている。キャッププレート１５の下面には陽極板１１ａから引き出された陽極タップ１１ｄが溶接され、電極端子１６の下面には陰極板１１ｂから引き出された陰極タップ１１ｅがジグザグ状の折曲部を有する状態で溶接されている。

キャッププレート１５は一側に電解液注入口１５ｂが形成され、電解液が注入された後に電解液注入口１５ｂを密閉させるために栓１５ｃが設けられている。栓１５ｃはアルミニウムやアルミニウム含有金属で形成されたボール型母材であって、電解液注入口１５ｂ上に乗せて機械的に電解液注入口１５ｂに圧入する。また、封止のために、栓１５ｃは電解液注入口１５ｂの周辺でキャッププレート１５に溶接される。一方、キャッププレート１５は他側に安全ベンツ１５ｄが形成される。安全ベンツ１５ｄは電池内部の圧力が一定圧力以上に上昇すれば、破損して電池の発火、爆発を防止する役割を果たす。

一方、本発明ではベアセル１０が直四角形状に形成することができ、ベアセル１０の陽極タップ１１ｄ及び陰極タップ１１ｅが形成された方向を「上部」方向と称する。

回路部材２０は、図２に示すようにベアセル１０と電気的に連結されている。回路部材２０はＰＣＭ２１とＰＴＣ２２を内包し、回路部材２０の陰極と電極端子１６との間にＰＴＣ２２が電気的に連結されて過度な温度上昇や過度な電流が流れる場合に回路部材２０の陰極と電極端子１６の電気的な連結を遮断できる。

前記のように、回路部材２０と電気的に連結されたベアセル１０には、図１及び図２に示すように、バッテリパック１００の外観の一部を形成するように、フレームケース３０が結合される。

フレームケース３０は、図２を参照すれば、ベアセル１０の上部１０ａと、ベアセル１０の下部１０ｆと、ベアセル１０の上部１０ａと連結された幅が狭い一対の短側部１０ｂ、１０ｃをそれぞれカバーできるようにロ字状に形成されている。この形態は一体型であることが好ましい。

また、更に具体的に説明すると、フレームケース３０は一側面部にラウンド状のアンダーカット３０ｇを含んで形成されている。また、フレームケース３０は開口部３０ｃを更に含んで形成することができる。

フレームケース３０の平面部３０ａは、ベアセル１０の上部１０ａ、一対の短側部１０ｂ、１０ｃ及び下部１０ｆをカバーするように形成されている。ここで、ベアセル１０の上部１０ａ、一対の短側部１０ｂ、１０ｃ及び下部１０ｆをカバーするための平面部３０ａは同じ幅を有することができる。

そして、図面に示す３０ｂはフレームケース３０の段差部３０ｂと称する。この段差部３０ｂは、ベアセル１０の一対の長側面部１０d、１０ｅの隅部をカバーするように平面部３０ａの端部からフレームケース３０の内側へ段差が延びて形成された部分を表示するものと定義する。

フレームケース３０の開口部３０ｃは外部端子部２３を露出するために平面部３０ａのうちベアセル１０に配置された回路部材２０に設けられた外部端子部２３に対応する領域に少なくとも１つ形成する。

バッテリパック１００は、フレームケース３０にベアセル１０が装着されたとき、相対的に歪みに強い効果が発生する。更に詳細に説明すれば、図５に示すように、フレームケース３０は、一内側面にラウンド状のアンダーカット３０ｇが形成されている。フレームケース３０のアンダーカット３０ｇは、ベアセル１０がフレームケース３０に装着される時に自然に装着されるようにするために、フレームケース３０の平面部３０ａと段差部３０ｂが接する部分から始まって一定の半径を有して形成されている。

図４Ａ及び図４Ｂに示すように、フレームケース３０の平面部３０ａと段差部３０ｂが接する領域からラウンド状のアンダーカット３０ｇを形成すれば、このようなアンダーカット３０ｇを形成せずに平面部３０ａと段差部３０ｂが直角に連結された構造のフレームケース３０の場合よりも、ベアセル１０を最初に結合する時には干渉したとしても、アンダーカット３０ｇにベアセル１０が安着すれば、堅固な結合がなされ、相対的に歪みに強い効果が現れる。従って、絶縁テープが不要になるため、外部ケースの製造工程を単純化し、部品数を減少させてバッテリパック１００の競争力を向上させることができる。

また、フレームケース３０は、ベアセル１０と共に図６に示す包装用ラベル８０で覆うことができる。さらに、フレームケース３０の外部周囲をカバーする外郭フレームを更に含むようにしてもよい。この外郭フレームは、回路部材２０に含まれている外部端子部２３が露出するように外郭フレームの平面部のうち外部端子部２３に対応する領域に少なくとも１つの開口部が形成されている。

図６及び図７は、本発明の他の実施形態に係るバッテリパックを分解した部分断面図である。

図６及び図７に示すように、本発明の他の実施形態に係るバッテリパック１００は、ベアセル１０と、回路部材２０と、フレームケース３０とを含んで形成されている。本実施形態において、ベアセル１０、回路部材２０及びフレームケース３０は前述したので、重複した説明は避ける。従って、本実施形態ではベアセル１０の外部周囲を一部又は全部覆う電池収容フレーム４０を示して重点的に説明する。

図６に示すように、本発明の他の実施形態に係るバッテリパック１００は、ベアセル１０の外部周囲を一部覆う電池収容フレーム４０を含んでいる。電池収容フレーム４０は、ベアセル１０と回路部材２０との間に結合されて回路部材２０がベアセル１０から分離しないようにし、電池収容フレーム４０はベアセル１０の上部１０ａ、１つの短側部１０ｂ及び下部１０ｆをカバーするようにコ字状に形成されている。

図７に示すように、本発明の更に他の実施形態に係るバッテリパック１００は、ベアセル１０の外部周囲を全部覆う電池収容フレーム４０を含んでいる。電池収容フレーム４０は、ベアセル１０の上部１０ａ、一対の短側部１０ｂ、１０ｃ及び下部１０ｆをカバーするようにロ字状に形成されている。

具体的に、電池収容フレーム４０はベアセル１０が安着する一側面部の内側面にラウンド状のアンダーカット４０ｇを含んで形成されている。また、電池収容フレーム４０は平面部４０ａからベアセル１０の長側面部に延在形成された一対のリブを更に含んで形成することができる。

電池収容フレーム４０の平面部４０ａは、ベアセル１０の上部１０ａ、一対の短側部１０ｂ、１０ｃ及び下部１０ｆをカバーするように形成されている。ここで、ベアセル１０の上部１０ａ、一対の短側部１０ｂ、１０ｃ及び下部１０ｆをカバーするための平面部４０ａは同じ幅を有することができる。

そして、図面に示す４０ｂは電池収容フレーム４０の段差部４０ｂと称する。この段差部４０ｂは、ベアセル１０の一対の長側部１０d、１０ｅの隅部をカバーするように平面部４０ａの端部から電池収容フレーム４０の内部に段差をもって延びて形成された部分を表示するものと定義する。本発明では電池収容フレームの一側面部の内側面をラウンド状のアンダーカットを形成するか、又は一対のリブを形成してベアセルの長側面部を一定部分覆うように形成している。これにより、別途の絶縁テープを用いなくても更に堅固な結合がなされ、相対的に歪みに強い効果が発生する。

以上説明したように、本発明の最も好ましい実施形態について説明したが、本発明は、上記記載に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載され、又は明細書に開示された発明の要旨に基づき、当業者において様々な変形や変更が可能なことはもちろんであり、斯かる変形や変更が、本発明の範囲に含まれることは言うまでもない。

１０ベアセル、
２０回路部材、
３０フレームケース
３０ｇアンダーカット
１００バッテリパック

Claims

充放電可能なベアセルと、
前記ベアセルと電気的に連結された回路部材と、
前記ベアセルの一対の長側面部を除いた外部全体をカバーするフレームケースとを含んでなり、
前記ベアセルが安着する前記フレームケースの一内側面にラウンド状のアンダーカットを形成し、
前記アンダーカットは、前記ベアセルの２つの長側面部の同じ位置に対応するように形成され、
前記ベアセルの一側面部が前記アンダーカットに強制嵌合され、
前記フレームケースはロ字状の一体型であり、
前記フレームケースのアンダーカットの一側が他側よりも前記ベアセルの長側面部側に更に長く形成される
ことを特徴とするバッテリパック。
前記フレームケースは、前記回路部材に含まれている外部端子部が露出するように前記フレームケースの一側面に少なくとも１つの開口部を更に含んでいることを特徴とする請求項１に記載のバッテリパック。
前記バッテリパックは、前記ベアセルと前記フレームケースとの間に前記ベアセルの外側面の一部をカバーする電池収容フレームを更に含むことを特徴とする請求項１または２に記載のバッテリパック。
前記フレームケースの外部周囲をカバーする外郭フレームを更に含むことを特徴とする請求項１に記載のバッテリパック。
前記外郭フレームは、前記回路部材に含まれている外部端子部が露出するように前記外郭フレームの平面部のうち前記外部端子部に対応する領域に形成された少なくとも１つの開口部を更に含むことを特徴とする請求項４に記載のバッテリパック。
前記回路部材はＰＴＣ素子を更に含むことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載のバッテリパック。
前記バッテリパックは、外部を覆う包装用ラベルを更に含むことを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載のバッテリパック。