JP5924907B2 - サーミスタが装着された保護回路モジュールおよびこれを備えた二次電池パック - Google Patents

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Description

本発明は、サーミスタが装着された保護回路モジュールおよびこれを備えた二次電池パックに関し、より詳細には、サーミスタを固定可能な保護回路モジュールおよび二次電池パックに関する。
サーミスタ（thermistor）は、二次電池パックに使用される保護素子の一つであって、固有抵抗が温度によって変化する現象を利用する抵抗素子である。このようなサーミスタは、温度の上昇とともに抵抗値が減少する負の温度係数（Negative Temperature Coefficient、ＮＴＣ）物質からなるサーミスタと、逆に、温度の上昇とともに抵抗値が増加する正の温度係数（Positive Temperature Coefficient、ＰＴＣ）物質からなるサーミスタとに分けられる。特に、ＰＴＣ物質は、常温では相対的に抵抗が低く、電流を通過させやすいが、周囲の温度が上昇したり、過電流によって物質の温度が上昇すると、抵抗が最初の状態に比べて約１０００〜１００００倍以上に増加し、流れていた電流を遮断する。そのため、これを用いて、各種電子部品を過熱または過電流から保護する用途に幅広く使用されている。
本発明の目的は、別途の構成および工程なしでも、二次電池パックの内部にサーミスタを固定可能な手段を備えた保護回路モジュールおよび二次電池パックを提供することにある。
また、本発明の目的は、二次電池パックの製造後、移動または使用中に二次電池パックに衝撃が加えられた場合でも、サーミスタが異常に離脱するのを防止する手段を備えた保護回路モジュールおよび二次電池パックを提供することにある。
本発明の一実施例による保護回路モジュール（protection circuit module）は、保護回路部（protection circuit portion）を備える印刷回路基板（printed circuit board、ＰＣＢ）と、前記保護回路モジュールの保護回路部に接続されるサーミスタとを含む。前記サーミスタには、温度センサが備えられ、温度センサがベアセルの外周面に密着するように形成される。
本発明の一実施例によれば、弾性体を備える支持本体と、前記支持本体上に形成された温度センサと、印刷回路基板に接続される端子部と、前記支持本体上に形成された導電性接続部とを含み、前記導電性接続部は、前記端子部および温度センサに接続されるサーミスタを提供する。
また、本発明において、前記導電性接続部は、導電性フィルムである。さらに、本発明において、前記導電性接続部は、絶縁性フィルム上にプリントされた導電性導線である。
また、本発明において、前記導電性接続部は、前記支持本体の外周面全体にわたって形成される。なお、本発明において、前記導電性接続部は、前記支持本体の側面を除く全体にわたって形成される。
また、本発明において、前記導電性接続部は、支持本体の一領域上にのみ形成できる。さらに、本発明において、前記支持本体は、断面が四角形、五角形、または六角形であり得る。
なお、本発明において、前記支持本体は、一領域がラウンド形状を有することができる。さらに、本発明において、前記温度センサは、ラウンドされた支持本体の外表面上に形成される。
また、本発明において、前記サーミスタは、追加の第２温度センサおよび第２端子部を含み、前記第２温度センサは、第２端子部に電気的に接続される。
さらに、本発明において、前記サーミスタは、前記支持本体を貫通して形成されるホールを含む。
また、本発明の他の実施例によれば、ベアセルと、印刷回路基板およびサーミスタを備える保護回路モジュールとを含み、前記サーミスタは、弾性体を備える支持本体と、前記支持本体上に形成された温度センサと、印刷回路基板に接続される端子部と、前記支持本体上に形成された導電性接続部とを含み、前記導電性接続部は、前記端子部および温度センサに接続される二次電池を提供する。
さらに、本発明において、前記印刷回路基板は、サーミスタの端子部が挿入される端子部収容口を含む。
また、本発明において、前記印刷回路基板は、前記端子部収容口に隣接する領域内に前記サーミスタを載置するための凹部が形成される。
なお、本発明において、前記端子部は、前記端子部収容口を貫通し、前記印刷回路基板の表面に沿って折り曲げられた領域を含む。さらに、本発明において、前記端子部の折り曲げられた領域は、印刷回路基板に半田付けされる。
また、本発明において、前記温度センサは、ベアセルの外周面と接触する。なお、本発明において、前記二次電池は、複数のベアセルを含むか、または、前記サーミスタは、１つ以上のベアセルと接触する。
本発明は、別途の構成および工程なしでも、二次電池パックの内部にサーミスタを固定可能な手段を備えた保護回路モジュールおよび二次電池パックを提供することができる。
また、本発明は、二次電池パックの製造後、移動または使用中に衝撃が加えられる場合でも、サーミスタが異常に離脱しないようにすることができる。
本発明の一実施例による電池パックの様子を示す分解斜視図である。 図１（ａ）の電池パックを示す平面図である。 一実施例によるサーミスタと回路基板とが結合した様子を示す断面図である。 一実施例によるサーミスタを示す斜視図である。 図３（ａ）のサーミスタを示す側面図である。 他の実施例によるサーミスタを示す側面図である。 さらに他の実施例によるサーミスタを示す側面図である。 さらに他の実施例によるサーミスタを示す斜視図である。 屈曲面が形成されたサーミスタを示す側面図である。 図４（ａ）のサーミスタとベアセルとが接触した様子を示す側面図である。 貫通口が形成されたサーミスタの様子を示す斜視図である。 一実施例によるサーミスタと回路基板とが結合した様子を示す断面図である。 他の実施例による電池パックの様子を示す概略平面図である。 一実施例によるサーミスタの位置を示す概略正面図である。 他の実施例によるサーミスタの様子を示す側面図である。 図９のサーミスタが使用される様子を示す正面図である。
以下、添付した図面を参照して本発明の実施例を説明する。特別な定義や言及がない場合、本説明における「上下左右」などの方向を表示する用語は、図面に表示された状態を基準とする。また、各実施例を通じて、同一の図面符号は同一の部材を指し示す。
図１（ａ）は、本発明の一実施例による電池パックの様子を示す分解斜視図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）の電池パックを示す平面図である。一方、図２は、一実施例によるサーミスタと回路基板とが結合した様子を示す断面図である。
これらの図に示すように、本実施例による二次電池パックは、サーミスタ３００を備えた保護回路モジュール１００と、前記保護回路モジュール１００に電気的に接続された少なくとも１つ以上のベアセル２００とを含む。そして、前記サーミスタ３００は、後述する温度センサを備え、前記保護回路モジュール１００と前記ベアセル２００との間において前記ベアセル２００の外表面に密着接触する。
まず、本発明による保護回路モジュール１００は、印刷回路基板上に充放電を行い、外部との通信を行うモジュールが実装されており、充放電を行う過程での安定性を担保するための保護回路部が実装される。また、保護回路モジュール１００には、各ベアセル２００と接続するための電極端子１０５が備えられる。各ベアセル２００は、ニッケルタブ２５０などの電気的導線の役割を果たす部材を介して、保護回路モジュール１００に備えられた端子と電気的に接続される。また、図１（ｂ）をみると、前記保護回路モジュール１００の外側面には、外部機器に接続される別途のコネクタ１５０が具備できる。
一方、保護回路モジュール１００には、後述するサーミスタ３００の端子部が収容される端子部収容口１２０（図２参照）が正極と負極の１対で形成される。このとき、保護回路モジュール１００とサーミスタ３００との固定力を向上させるために、保護回路モジュール１００には、載置部１１０（図２参照）が形成されてもよい。載置部１１０は、サーミスタ３００との接触面に類似する形状に段差付いて形成される。
一方、図２に示すように、サーミスタ３００の１対の端子部３１０は、保護回路モジュール１００上に形成された端子部収容口１２０に挿入された状態で、溶接（welding）または半田付け（soldering）によって固定される。このとき、前述したように、サーミスタ３００が揺れたり離脱しやすくなるのを防止するために、前記端子部収容口１２０に隣接する領域に凹部形状の載置部１１０を形成することで、サーミスタ３００を載置させる。このように、窪まされた載置部１１０により、サーミスタ３００は、より強固に保護回路モジュール１００の印刷回路基板内に装着可能である。前記載置部１１０は、保護回路モジュール１００、より正確には、保護回路モジュール１００の印刷回路基板の一領域上に段差付いて形成された溝（groove）形状に形成され、前記サーミスタ３００を収容するようになる。
次に、サーミスタ３００が備えられた保護回路モジュール１００をベアセル２００と接続する。各ベアセル２００の端子を並列または直列に接続するニッケルタブ２５０の一側を、対応する保護回路モジュールと半田付けまたは溶接によって接続する。このとき、前述したサーミスタ３００は、図１（ｂ）に示すように、保護回路モジュール１００とベアセル２００との間に位置し、ベアセル２００の外周面に密着することによってある程度収縮した状態で押圧される。サーミスタ３００は、保護回路モジュール１００に固定された状態でベアセル２００によって押圧されている状態で電池パックが形成されることから、容易に離脱しない安定した構造を形成するようになる。
一方、サーミスタ３００の固定力をより向上させるために、図６に示すように、１対の端子部３１０ａの端部を折り曲げた状態で、溶接または半田付けによって接続することも可能である。この場合、端子部３１０ａの折り曲げられた端部によって半田が剥がれた場合などでも、サーミスタが容易に離脱しないようにすることができる。
図３（ａ）は、本発明の一実施例によるサーミスタを示す斜視図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）のサーミスタを示す側面図である。一方、図３（ｃ）〜図３（ｅ）は、本発明の多様な実施例によるサーミスタの側面図、斜視図を示す。
まず、図３（ａ）および図３（ｂ）に示すサーミスタ３００は、支持本体３４０と、導電性接続部３２０と、温度センサ３３０と、１対の端子部３１０とから構成される。本発明において、サーミスタ３００は、温度センサ３３０を用いて温度を測定する手段を通称して使用するものと仮定する。一方、このようなサーミスタ３００は、周囲の温度によって抵抗値が変化する素子であって、正温度係数特性を有するＰＴＣタイプと、負温度係数特性を有するＮＴＣタイプとがすべて使用可能である。
また、支持本体３４０は、好ましくは、外力によって収縮可能な弾性体で形成される。弾性体によって支持本体３４０を形成する場合、本発明によるサーミスタ３００がベアセル２００に弾性的にさらに密着可能になる。本実施例における支持本体３４０は、直方体形状に形成されているが、図３（ｃ）に示すように、支持本体の縦断面形状が六角形に形成され、さらに、前記六角形の支持本体３４０の外周面に導電性接続部３２０ａが形成されてもよい。また、図３（ｄ）に示すように、縦断面形状が角のない丸い形状に形成され、前記円形の支持本体３４０の外周面に導電性接続部３２０ｂを形成してもよい。このように、支持本体３４０の形態は多様に変形可能である。
一方、導電性接続部３２０は、後述する温度センサ３３０と１対の端子部３１０とを電気的に接続する構成である。導電性接続部３２０は、前述した弾性体からなる支持本体３４０の外周面を取り囲む方式で備えられる。このとき、導電性接続部３２０は、フィルムタイプの導電性部材を使用するか、または絶縁性フィルムに導線をプリントすることによって実現することができる。導電性接続部３２０はさらに、前述した支持本体３４０を固定させる役割も果たすようになる。したがって、導電性接続部３２０は、図３（ａ）に示すように、対向する２つの面が開放された状態で、支持本体３４０の残りの４つの面を取り囲むように備えられることが好ましい。このとき、前記導電性接続部は、前記支持本体の側面を除く全体にわたって形成されている。また、導電性接続部３２０が、図３（ｃ）または図３（ｄ）に示すように、縦断面形状が六角形または丸い形状の場合にも、支持本体３４０の外周面を覆うようになる。一方、導電性接続部３２０ｃは、図３（ｅ）に示すように、後述する温度センサ３３０と１対の端子部３１０との接続だけのための最小面積で形成され、支持本体３４０の外周面の位置領域上にのみ形成できる。
一方、前記サーミスタ３００の導電性接続部３２０は、その形態によって３２０ａ、３２０ｂ、３２０ｃ、３２０ｄと言及されたが、以下には、これを参照番号３２０と統合して称するものとする。
このような導電性接続部３２０の外表面には、温度センサ３３０が備えられる。そして、この温度センサ３３０は、前記ベアセル２００の外周面に密着して接触する。このような温度センサ３３０は、周囲の温度に応じた情報を電気的な特性に切り替え、前述した保護回路モジュール１００に伝達する機能を果たす。すなわち、温度センサ３３０は、導電性接続部３２０と１対の端子部３１０を介して保護回路モジュール１００に電気的に接続され、このために、前記導電性接続部３２０上に具備できる。
より正確には、前記温度センサ３３０は、ベアセル２００の温度を測定し、導電性接続部３２０、３２０ａ、３２０ｂ、３２０ｃ、３２０ｄと１対の端子部３１０を介して保護回路モジュール１００の保護回路部に接続される。
一方、本発明における１対の端子部３１０、導電性接続部３２０、および温度センサ３３０は、フィルム状に実現することができる。すなわち、一体に形成されたフィルム状のサーミスタを用いることにより、各々の構成を別途に作製する必要がないことから、作製が容易になり、作製費用が節減できる。
図４（ａ）は、本発明のさらに他の実施例による屈曲面またはラウンド面が形成されたサーミスタを示す側面図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）のサーミスタとベアセルとが接触した様子を示す側面図である。
これらの図に示すように、本発明によるサーミスタ３００は、支持本体３４０ｄの一側面が屈曲した形状またはラウンド形状である。そして、前記支持本体３４０ｄの外周面には、導電性接続部３２０ｄが形成されている。そして、前記導電性接続部３２０ｄまたは支持本体３４０ｄのラウンドされた外表面には、温度センサ３３０が取り付けられている。
前記支持本体３４０ｄまたは導電性接続部３２０ｄのベアセルと接触する外表面を円筒状のベアセルと密着接触するために、ラウンド形状に形成することができる。そして、このようなラウンド形状を有する支持本体３４０ｄにより、本実施例によるサーミスタ３００は、ベアセル２００が円筒状の場合に比べて密着度がより向上し、安定した構造を形成することができる。図４（ｂ）は、導電性接続部３２０ｂまたは支持本体３４０ｄの一側面がラウンド形状を有して前記一側面に温度センサ３３０が取り付けられ、これをベアセル２００と密着固定した状態を示している。
図５は、本発明のさらに他の実施例による多孔性ホールが形成されたサーミスタの斜視図である。本実施例では、特に、支持本体３４０ｃを弾性体で形成し、かつ、多孔性形状を有するようにするのである。図５には、弾性体で形成した支持本体３４０ｃの内部に１つの多孔性ホール３４５を形成したが、このような多孔性ホール３４５は、多様な個数で備えられてもよいことはいうまでもない。このように、支持本体３４０ｃ自体に多孔性ホール３４５を備えると、サーミスタ３００の弾性力を向上させることができる。すなわち、支持本体３４０ｃ自体の収縮と膨張力を向上させることができる。前記多孔性ホール３４５は、密着して接触するベアセル２００の中心軸方向と平行に、または支持本体３４０ｃが収縮する方向と垂直な方向に形成されることが好ましい。一方、前記多孔性ホール３４５の縦方向の断面形状は、どのような形態でもかまわない。
一方、図７は、本発明のさらに他の実施例による電池パックの様子を示す概略平面図であり、図８は、サーミスタの位置を示す概略正面図である。
これらの図に示すように、本実施例では、保護回路モジュール１００と複数のベアセル２００が直角に配置される場合である。このとき、サーミスタ３００ｅが、図８に示すように、複数のベアセルのうちの１つのベアセル２００にのみ接触した場合には、上記実施例１と類似しており、サーミスタ３００ｅと保護回路モジュール１００との接続構造および方式は、上述したすべての内容が適用可能である。
一方、図９は、本発明のさらに他の実施例によるサーミスタを示す側面図であり、図１０は、図９のサーミスタが使用される様子を示す正面図である。
これらの図に示すように、本実施例は、保護回路モジュール１００がベアセル２００上に配置され、サーミスタ３００ｆが円筒状のベアセルのうちの２つのセルに同時に接触することを示す。この場合、サーミスタ３００ｆの形状をみると、弾性体からなる支持本体３４０ｆが、図１０に示すように、隣接する２つのベアセル２００間の空間の形状または空間を埋めることができる形状に形成できる。この場合、支持本体３４０ｆは、断面形状が隣接する２つのベアセル２００と密着できるように、支持本体３４０ｆと２つのベアセル２００との間に形成される空間の形態を有することができる。図においては、この形態が略五角形状として示された。同時に、付着または接着力を向上させるために、ベアセル２００との接着面がラウンド形状になるように形成することができる。このようなサーミスタ３００ｆを保護回路モジュール１００に取り付けた後、ベアセル２００と保護回路モジュール１００とを接続すると、図１０に示すように、サーミスタ３００ｆの２つの面が同時に隣接するベアセル１００と密着し、より安定した構造を形成するようになる。本実施例では、前記サーミスタ３００ｆが２つのベアセルと密着して接触することを例示したが、前記サーミスタ３００ｆが２つを超えるベアセルと密着して接触してもよいことはいうまでもない。支持本体３４０ｆとベアセルとの間に形成される温度センサ３３０は、少なくとも１つ以上で構成してサーミスタ３００ｆを形成することができる。一方、１つ以上の温度センサ３３０が備えられた場合、１対の端子部３１０も、温度センサ３３０と同数で備えてそれぞれ接続することができる。例えば、温度センサ３３０が２つ備えられた場合には、２つの温度センサ３３０にそれぞれ接続される２対の端子部３１０を備えることができる。ここで、２つの温度センサをそれぞれ第１温度センサおよび第２温度センサ、端子部は第１端子部および第２端子部と称することができ、第１温度センサ、第２温度センサは、それぞれ第１端子部と第２端子部に接続可能である。他方、温度センサ３３０が１つ以上備えられた場合でも、１対の端子部３１０に１つ以上の温度センサ３３０を並列または直列に接続して温度を測定することができる。
以上のように、発明によれば、固定用テープなど別途の固定用の構成がなくても、サーミスタを二次電池パック内に安定して固定することができる。
また、前記固定用テープなどを用いて前記サーミスタを二次電池パックに固定するための別途の工程を省略できるという効果がある。
本実施例は、導電性接続部の他の実施例に関するものである。
導電性接続部は、上述したように、温度センサと１対の端子部とを電気的に接続する構成である。本実施例における導電性接続部は、支持本体の内部を貫通するように形成される。また、導電性接続部は、支持本体が外力を受けて収縮する場合に一定の方向に撓む方式で一定の弾性を有するようになる。
以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明の技術的思想が上述した好ましい実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって具体化された本発明の技術的思想を逸脱しない範疇で多様な電池パックで実現可能である。
１００：保護回路モジュール
１０５：電極端子
１１０：載置部
１２０：端子部収容口
１５０：コネクタ
２００：ベアセル
２５０：ニッケルタブ
３００：サーミスタ
３１０：端子部
３２０：導電性接続部
３３０：温度センサ
３４０：支持本体

Claims (16)

  1. 弾性体を備える支持本体と、
    前記支持本体上に形成された温度センサと、
    印刷回路基板に接続される端子部と、
    前記支持本体上に形成された導電性接続部とを含み、
    前記導電性接続部は、前記端子部および温度センサに接続され、
    前記温度センサは、ラウンドされた前記支持本体の外表面上に形成され、かつ前記温度センサは、ベアセルの外周面と接触し、
    前記支持本体は、前記支持本体を貫通して形成される多孔性ホールを含む
    ことを特徴とするサーミスタ。
  2. 前記導電性接続部は、導電性フィルムであることを特徴とする請求項１に記載のサーミスタ。
  3. 前記導電性接続部は、絶縁性フィルム上にプリントされた導電性導線であることを特徴とする請求項１に記載のサーミスタ。
  4. 前記導電性接続部は、前記支持本体の外周面全体にわたって形成されることを特徴とする請求項３に記載のサーミスタ。
  5. 前記導電性接続部は、前記支持本体の側面を除く全体にわたって形成されることを特徴とする請求項３に記載のサーミスタ。
  6. 前記導電性接続部は、支持本体の一領域上にのみ形成されることを特徴とする請求項１に記載のサーミスタ。
  7. 前記支持本体は、断面が四角形、五角形、または六角形であることを特徴とする請求項１に記載のサーミスタ。
  8. 前記支持本体は、一領域がラウンド形状であることを特徴とする請求項１に記載のサーミスタ。
  9. 前記サーミスタは、追加の第２温度センサおよび第２端子部を含み、前記第２温度センサは、第２端子部に電気的に接続されることを特徴とする請求項１に記載のサーミスタ。
  10. ベアセルと、
    印刷回路基板およびサーミスタを備える保護回路モジュールとを含み、
    前記サーミスタは、
    弾性体を備える支持本体と、
    前記支持本体上に形成された温度センサと、
    印刷回路基板に接続される端子部と、
    前記支持本体上に形成された導電性接続部とを含み、
    前記導電性接続部は、前記端子部および温度センサに接続され、
    前記温度センサは、ラウンドされた前記支持本体の外表面上に形成され、かつ前記温度センサは、ベアセルの外周面と接触し、
    前記支持本体は、前記支持本体を貫通して形成される多孔性ホールを含む
    ことを特徴とする二次電池。
  11. 前記印刷回路基板は、前記サーミスタの端子部が挿入される端子部収容口を含むことを特徴とする請求項１０に記載の二次電池。
  12. 前記印刷回路基板は、前記端子部収容口に隣接する領域内に前記サーミスタを載置するための凹部が形成されていることを特徴とする請求項１０に記載の二次電池。
  13. 前記端子部は、前記端子部収容口を貫通し、前記印刷回路基板の表面に沿って折り曲げられた領域を含むことを特徴とする請求項１０に記載の二次電池。
  14. 前記端子部の折り曲げられた領域は、前記印刷回路基板に半田付けされることを特徴とする請求項１３に記載の二次電池。
  15. 前記二次電池は、複数の前記ベアセルを含むことを特徴とする請求項１０に記載の二次電池。
  16. 前記サーミスタは、１つ以上の前記ベアセルと接触することを特徴とする請求項１０に記載の二次電池。
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