KR20000057767A

KR20000057767A - 팩 전지

Info

Publication number: KR20000057767A
Application number: KR1020000002232A
Authority: KR
Inventors: 와따나베아쓰시; 이노우에야스시; 구보료스께; 이시하마게이지; 야마가미야스히로; 마쓰다다꾸야; 다마이미끼따까
Original assignee: 다카노 야스아키; 산요 덴키 가부시키가이샤
Priority date: 1999-02-26
Filing date: 2000-01-18
Publication date: 2000-09-25
Anticipated expiration: 2020-01-18
Also published as: HUP0000867A3; EP1032108A3; KR100535739B1; JP3454748B2; EP1032108B1; DE60040185D1; US6492058B1; HUP0000867A2; TW437116B; HU227186B1; JP2000311667A; EP1032108A2; HU0000867D0

Abstract

전지의 누설액이나 침입수(侵入水)가 원인이 되어 발생하는 보호 회로의 오작동을 극소화시킨, 극히 우수한 내진구조를 가진 팩 전지가 개시된다. 또한, 보호 회로를 매우 컴팩트함과 동시에, 내수, 내진, 절연 구조로 하여 보호 회로를 케이스 내의 임의의 위치에 설치할 수 있도록 한 팩 전지가 개시된다.

팩 전지는 이차 전지 (2) 와 직렬로 접속되어 전지에 흐르는 전류를 제어하는 스위칭 소자 (7) 및 전지 전압과 전지 전류 중 어느 한쪽 또는 양쪽을 검출하여 스위칭 소자 (7) 를 제어하는 제어 회로 (8) 를 구비한 보호 회로 (3) 를 이차 전지 (2) 와 함께 케이스 (1) 에 내장하고 있다. 보호 회로 (3) 는 절연재를 사용하여 단일 패키지로 몰딩함으로써 1 패키지 유닛 (9) 으로 하고 있다. 1 패키지 유닛 (9) 을 절연 홀더 (6) 에 형성되어 있는 수납 공간 (14) 에 설치하고, 1 패키지 유닛 (9), 절연 홀더 (6) 및 이차 전지 (2) 를 케이스 (1) 에 수납한다.

Description

팩 전지{PACK BATTERY}

본 발명은 이차 전지와 보호 회로를 내장하고 있는 팩 전지에 관한 것이다.

보호 회로를 내장하는 팩 전지는 이미 개발되어 있다 (일본 공개특허공보 평8-329913호). 이 공보에 기재된 팩 전지는, 도 1 에 나타낸 바와 같이, 각형(角形)의 전지 (16) 인 리튬 이온 이차 전지와 보호 회로 (3) 를 내장하고 있다. 보호 회로 (3) 는 전지의 전류와 전압을 검출하여 전지가 이상 상태에서 사용되지 않도록 제어한다. 보호 회로 (3) 는 전지의 과방전이나 과충전을 방지하거나, 혹은 전지에 과대한 전류가 흐르지 않도록 제어한다. 보호 회로 (3) 는, 전지에 흐르는 전류를 제어하기 위해, FET 등의 스위칭 소자를 직렬로 접속하고 있다. 스위칭 소자는 제어 회로에 의해 제어된다. 제어 회로는 전지의 전압이나 전류를 검출하여 스위칭 소자를 온-오프로 제어한다. 제어 회로가 스위칭 소자를 오프로 전환하면 전지에 흐르는 전류가 차단된다.

도면에 나타낸 팩 전지는 보호 회로 (3) 를 실장한 프린트 기판 (17) 을 각형 전지 (16) 와 케이스 (1) 사이에 배치하고 있다. 프린트 기판 (17) 에는 스위칭 소자 및 이 스위칭 소자를 온-오프로 제어하는 제어 회로를 실현하는 다수의 전자 부품이 고정되어 있다. 또한, 프린트 기판 (17) 에 고정된 전자 부품을 절연하기 위해 프린트 기판 (17) 의 양면에 절연지 (18) 를 배치하고 있다.

도 1 에 나타낸 팩 전지는 프린트 기판의 표면에 스위칭 소자 및 제어 회로를 실장하고 있기 때문에, 전지로부터 누설된 전해액으로 인해 보호 회로가 고장나서 정상적으로 동작하지 않는 경우가 있다. 이것은 전해액이 프린트 기판의 표면에 부착되어 있는 금속 부분을 부식시키거나, 혹은 마이그레이션 (migration) 에 의해 도전부를 단락시키는 경우가 있기 때문이다. 보호 회로는 전지가 정상 상태에서 사용되지 않는 경우에 전지를 보호하는 것이기 때문에, 전지로부터 전해액이 새어나오는 이상 상태에서 사용할 경우에 정상적으로 동작하는 것이 특히 중요하다. 이 때문에 보호 회로는 전해액이 새어나오는 경우에 있어서도 확실히 동작하여 전지를 보호하는 것이 중요하다.

또, 팩 전지를 사용할 때에 물이 침입하는 경우가 있다. 팩 전지에 침입된 물은 전해액과 마찬가지로 프린트 기판에 실장되어 있는 보호 회로의 전자 부품에 나쁜 영향을 끼치며, 혹은 금속 부분을 부식시켜 보호 회로의 정상적인 동작을 저해한다. 팩 전지의 케이스를 완전한 방수 구조로 하여 이 결점을 해소할 수 있다. 그러나, 팩 전지의 케이스는 외부에 전극 단자 등을 노출시킬 필요가 있기 때문에 완전한 방수 구조로 할 수는 없다. 이 때문에 물이 침입했을 때에 얼마만큼 정상적으로 동작할 수 있는가가 매우 중요하다.

그리고, 프린트 기판에 스위칭 소자와 제어 회로를 실장하고 있는 팩 전지를 충분한 내진구조로 하는 것은 매우 어렵다. 팩 전지가 진동하면 프린트 기판에 연결되어 있는 스위칭 소자나 제어 회로의 전자 부품이 진동하기 때문이다. 또한, 프린트 기판의 표면에 부착되어 있는 도전막에 전자 부품을 고정하기 때문에, 진동으로 인해 도전막이 박리되기 쉽다는 결점도 있다. 이 때문에, 프린트 기판에 보호 회로의 전자 부품을 실장한 팩 전지는, 예를 들면, 케이스를 초음파 용착(溶着)하는 등의 진동을 가하는 방법으로 조립을 행할 경우, 내장된 전자 부품의 파손이나 결락(缺落)을 초래할 가능성이 있다.

종래의 팩 전지에서는 보호 회로가 커지게 되므로 케이스 내의 설치 위치에 제약을 받는다. 이 때문에, 반드시 이상적인 위치, 예를 들면 보호 회로를 접속할 부분에 좀더 가깝게 설치할 수 없는 경우가 있다. 따라서 보호 회로를 접속하는 리드 부재가 길어지는 등의 폐해가 발생하기도 한다.

본 발명은 종래의 팩 전지가 갖는 이러한 결점을 해결하는 것을 목적으로 하여 개발된 것이다. 본 발명의 중요한 목적은 전지의 누설액이나 침입수가 원인이 되어 발생하는 보호 회로의 오작동을 극소화시키고, 극히 우수한 내진 구조로 된 팩 전지를 제공하는 것에 있다.

또, 본 발명의 다른 중요한 목적은 보호 회로를 매우 컴팩트화 함과 동시에, 내수, 내진, 절연 구조로 하여 케이스 내의 임의의 위치에 설치할 수 있도록 한 팩 전지를 제공하는 것이다.

도 1 은 종래의 팩 전지의 분해사시도.

도 2 는 본 발명의 실시예의 팩 전지의 분해사시도.

도 3 은 본 발명의 실시예의 팩 전지의 보호 회로의 회로도.

도 4 는 본 발명의 실시예의 팩 전지에 내장되는 1 패키지 유닛의 정면도.

도 5 는 도 4 에 나타낸 1 패키지 유닛의 절연 기판의 평면도.

도 6 은 도 4 에 나타낸 1 패키지 유닛의 절연 기판의 단면도.

도 7 은 1 패키지 유닛의 다른 일례를 나타낸 정면도.

도 8 은 도 7 에 나타낸 1 패키지 유닛의 평면도.

도 9 는 도 7 에 나타낸 1 패키지 유닛의 절연 기판의 평면도.

도 10 은 도 2 에 나타낸 팩 전지의 이차 전지와 절연 홀더의 분해사시도.

도 11 은 본 발명의 다른 실시예에 의한 팩 전지의 분해사시도.

도 12 는 도 11 에 나타낸 팩 전지를 조립한 상태를 나타낸 사시도.

도 13 은 본 발명의 다른 실시예에 의한 팩 전지의 분해사시도.

도 14 는 도 13 에 나타낸 팩 전지를 조립한 상태를 나타낸 사시도.

도 15 는 본 발명의 다른 실시예에 의한 팩 전지의 분해사시도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

1 …케이스 1A …바닥 케이스 1B …상부 케이스

2 …이차 전지 2A …광폭 표면

3 …보호 회로 4 …전극 단자 5 …전극창

6 …절연 홀더 7 … 스위칭 소자 8 …제어 회로

9 …1 패키지 유닛 9A …절연 기판 9B …표면절연층

10 …리드 부재 11 …테스트 포인트 구멍

12 …테스트 포인트 13 …PTC 14 …수납 공간

15 …리드 판 16 …각형 전지

17 …프린트 기판 18 …절연지 19 …프린트 기판

20 …기재 21 …절연 수지 22 …표면 전극

23 …잘라낸 부분 24 …도전박 25 …전극 단자 홀더

B+ …표면 전극 B- …표면 전극 V- …표면 전극

본 발명의 팩 전지는 이차 전지 (2) 와 직렬로 접속되어 전지에 흐르는 전류를 제어하는 스위칭 소자 (7) 및 전지 전압과 전지 전류 중 어느 한쪽 또는 양쪽을 검출하여 스위칭 소자 (7) 를 제어하는 제어 회로 (8) 를 갖춘 보호 회로 (3) 를 이차 전지 (2) 와 함께 케이스 (1) 에 내장한 것이다. 스위칭 소자 (7) 와 제어 회로 (8) 를 갖춘 보호 회로 (3) 는 절연재를 사용하여 단일 패키지로 몰딩되어 1 패키지 유닛 (9) 으로 형성된다. 1 패키지 유닛 (9) 은 절연 홀더 (6) 에 형성되어 있는 수납 공간 (14) 에 배치된다. 1 패키지 유닛 (9), 절연 홀더 (6) 및 이차 전지 (2) 는 케이스 (1) 에 수납된다.

본 발명의 청구항 제 2 항의 팩 전지는 이차 전지 (2) 로서 각형 리튬 이온 이차 전지를 사용한 것이다.

본 발명의 청구항 제 3 항의 팩 전지는, 이차 전지 (2), 1 패키지 유닛 (9) 및 절연 홀더 (6) 를 내장하는 케이스 (1) 를 초음파 용착하여 이루어진 플라스틱 케이스로 한 것이다.

본 발명의 청구항 제 4 항의 팩 전지는 보호 회로 (3) 를 에폭시 수지로 몰딩하여 이루어지는 1 패키지 유닛 (9) 을 구비한다.

본 발명의 청구항 제 5 항의 팩 전지는 1 패키지 유닛 (9) 의 상하 양면을 절연재로 피복하고, 이 1 패키지 유닛 (9) 에 리드 부재 (10) 의 일단을 매설한 것이다. 1 패키지 유닛 (9) 의 리드 부재 (10) 는 이차 전지 (2) 및 팩 전지의 전극 단자 (4) 에 접속된다.

본 발명의 청구항 제 6 항의 팩 전지는 절연 홀더 (6) 를 이차 전지 (2) 에 인접하도록 설치한 것이다. 이 절연 홀더 (6) 는 이차 전지 (2) 와 대향하는 측으로 개구된 수납 공간 (14) 을 형성하고 있다. 이 수납 공간 (14) 에 1 패키지 유닛 (9) 을 배치하고, 절연 홀더 (6) 를 이차 전지 (2) 의 단부에 배치하고 있다.

본 발명의 청구항 제 7 항의 팩 전지에서는, 1 패키지 유닛 (9) 이 프린트 기판 (19) 에 고정되어 있다. 프린트 기판 (19) 에는 리드 부재 (10) 가 연결되어 있다. 이 1 패키지 유닛 (9) 은 프린트 기판 (19) 에 고정된 상태에서 절연 홀더 (6) 에 장착된다.

본 발명의 청구항 제 8 항의 팩 전지에서는, 1 패키지 유닛 (9) 을 직사각형으로 하고, 저면의 모서리부에 표면 전극 (B+, B-, V-) 을 형성시킨다.

본 발명의 청구항 제 9 항의 팩 전지에서는, 이차 전지 (2) 의 양 (+) 측과 음 (-) 측에 접속되는 표면 전극 (B+), (B-) 이 1 패키지 유닛 (9) 의 서로 반대측 단부에 형성된다.

본 발명의 청구항 제 10 항의 팩 전지에서는, 이차 전지 (2) 로서 박형 전지가 케이스 (1) 에 내장되고, 1 패키지 유닛 (9) 을 이차 전지 (2) 에 접속하기 위한 리드 판 (15) 이 이차 전지 (2) 의 광폭(廣幅) 표면 (2A) 의 측부 가장자리를 따라서 배치된다. 본 명세서에 있어서 「박형 전지」는 외형의 가로폭보다 두께가 작은 전지를 의미한다.

본 발명의 청구항 제 11 항의 팩 전지에서는, 이차 전지 (2) 로서 박형 전지가 케이스 (1) 에 내장되며, 1 패키지 유닛 (9) 은 직사각형이다. 직사각형인 1 패키지 유닛 (9) 에는 단부로부터 길이방향으로 돌출하도록 리드 부재 (10) 가 연결된다. 1 패키지 유닛 (9) 의 단부로부터 돌출하는 리드 부재 (10) 는 이차 전지 (2) 의 돌출된 전극에 접속된다. 직사각형의 1 패키지 유닛 (9) 은 가늘고 긴 이차 전지 (2) 의 단부와 평행한 자세로 절연 홀더 (6) 의 수납 공간 (14) 에 배치된다.

발명의 실시 형태

다음에서 본 발명의 실시예를 도면에 기초하여 설명한다. 단, 하기 실시예는 본 발명의 기술 사상을 구체화하기 위한 팩 전지를 예시하는 것으로, 본 발명은 팩 전지를 하기의 것으로 특정하지는 않는다.

본 명세서는 특허청구범위를 이해하기 쉽도록, 실시예에서 나타내는 부재에 대응하는 번호를 「특허청구범위의 란」 및 「과제를 해결하기 위한 수단의 란」에서 설명되는 부재에 부기하고 있다. 단, 특허청구범위에 나타낸 부재가 실시예의 부재로 특정되는 것은 결코 아니다.

도 2 의 분해사시도에 나타낸 팩 전지는 케이스 (1) 에 이차 전지 (2) 와 보호 회로 (3) 를 내장한 것이다. 케이스 (1) 는 열가소성의 플라스틱 성형품인 바닥 케이스 (1A) 와 상부 케이스 (1B) 로 이루어진다. 단, 본 발명의 팩 전지는 케이스를 반드시 플라스틱 성형품으로 한 것일 필요는 없고, 예를 들면 열수축 필름으로 케이스를 구성할 수도 있다. 케이스 (1) 는 바닥 케이스 (1A) 를 상자 모양으로 한 것으로 이차 전지 (2) 와 보호 회로 (3) 를 내장한다. 또한, 바닥 케이스 (1A) 에는 전극 단자 (4) 를 외부에 노출시키는 전극창 (5) 이 형성된다. 전극창 (5) 은 절연 홀더 (6) 에 고정되어 있는 전극 단자 (4) 를 내측에 배치하여 전극 단자 (4) 를 외부로 노출시킨다. 케이스 (1) 는 이차 전지 (2), 보호 회로 (3) 및 절연 홀더 (6) 를 바닥 케이스 (1A) 에 내장시킨 상태에서 개구부의 둘레 가장자리를 따라서 상부 케이스 (1B) 의 둘레 가장자리를 초음파 용착하여 형성된다.

초음파 용착된 케이스 (1) 는 접속재를 사용하지 않고도 개구부가 박리되지 않도록 강고하게 연결하여 고정할 수 있다. 이 때문에 고품질의 팩 전지를 저가에 다량 생산할 수 있는 장점이 있다. 단, 케이스는 접착 혹은 끼워 부착하는 구조로 하여 조립할 수도 있다. 케이스는 플라스틱의 성형품과 금속제로 하지 않고, 이차 전지, 1 패키지 유닛 및 절연 홀더를 연결하여 열수축 필름으로 피복하는 구조로 할 수도 있다.

도면의 팩 전지에서는 이차 전지 (2) 로서 각형 전지인 리튬 이온 이차 전지가 케이스 (1) 에 내장된다. 단, 본 발명의 팩 전지는 이차 전지를 리튬 이온 이차 전지로 특정하지 않는다. 이차 전지는 현재 이미 사용되고 있거나, 또는 이제부터 개발되는 이차 전지, 예를 들면 니켈-수소전지나 니켈-카드뮴 전지로 할 수도 있다. 그리고, 이차 전지를 반드시 각형 전지로 할 필요는 없다. 이차 전지는 원통형 전지나 코인 (coin) 형 전지 등으로 할 수도 있다.

보호 회로 (3) 는 이차 전지 (2) 와 직렬로 접속되어 전지에 흐르는 전류를 제어하는 스위칭 소자 및 전지 전압과 전지 전류 중 어느 한쪽 또는 양쪽을 검출하여 스위칭 소자를 제어하는 제어 회로를 가지고 있다. 보호 회로 (3) 의 회로도를 도 3 에, 정면도를 도 4 에 나타내고 있다. 상기 도면의 보호 회로 (3) 는 전지와 직렬로 접속되는 스위칭 소자 (7) 인 FET 및 이 FET 를 제어하는 제어 회로 (8) 를 구비한다. 스위칭 소자에는 FET 대신에 트랜지스터를 사용할 수도 있다.

도면의 스위칭 소자 (7) 는 전지의 충전 상태를 제어하는 FET 및 방전 상태를 제어하는 FET 를 직렬로 접속한 것이다. FET 는 게이트를 제어 회로 (8) 에 접속하고 제어 회로 (8) 로부터 출력된 신호에 의해 온 오프로 제어된다. 정상 상태에서 제어 회로 (8) 는 양쪽의 FET 를 온 상태로 한다. 전지를 충전하는 도중 이상 상태가 되면, 충전을 제어하는 FET 가 오프로 전환되어 충전 전류를 차단한다. 또, 전지를 방전하는 도중 이상 상태가 되면, 방전을 제어하는 FET 가 오프로 전환되어 방전 전류를 차단한다.

제어 회로 (8) 는 전지의 전압 및 전지에 흐르는 전류를 검출하여 스위칭 소자 (7) 를 제어한다. 충전하고 있을 때에 전지 전압이 설정된 최고 전압보다도 높아지면, 전지의 과충전을 방지하기 위해 충전을 제어하는 FET 를 오프로 전환하는 신호를 출력한다. 또한, 전지의 과방전을 방지하기 위해, 전지의 전압이 설정된 최저 전압보다도 낮어지면 방전을 제어하는 FET 를 오프로 전환하는 신호를 출력한다. 제어 회로 (8) 는 팩 전지의 출력측이 단락되어 전지에 과전류가 흐르거나, 혹은 팩 전지에 잘못하여 높은 충전 전압이 가해져서 과전류가 흐르면, 이를 검출하여 스위칭 소자 (7) 를 오프로 하는 신호를 출력한다.

도 3 의 보호 회로 (3) 는 한쌍의 FET 로 이루어지는 스위칭 소자 (7), 제어 회로 (8), 저항 및 콘덴서로 구성된다. 이들 전자 부품으로 이루어지는 보호 회로 (3) 는, 도 4 에 나타낸 바와 같이, 절연재를 사용하여 단일 패키지로 몰딩되어 1 패키지 유닛 (9) 으로 된다. 절연재는 에폭시 수지이다. 보호 회로 (3) 를 몰딩하는 에폭시 수지는 2 액을 혼합하여 가열하지 않고 상온에서 경화할 수 있으므로 고효율로 다량 생산이 가능하다. 또한, 경화된 상태에서 단단하고 충분한 강도가 있다. 게다가, 우수한 절연성과 내수성을 가지고 있기 때문에 이상적인 상태에서 보호 회로 (3) 를 몰딩할 수 있다. 단, 보호 회로를 몰딩하는 절연재로는 에폭시 수지 대신에 우레탄 수지, 실리콘 수지 등도 사용할 수 있다.

도 4 에 나타낸 1 패키지 유닛 (9) 은 2 층의 절연재를 적층한 패키지에 보호 회로 (3) 를 내장하고 있다. 이 1 패키지 유닛 (9) 은 하층의 절연기판 (9A) 의 상면에 표면절연층 (9B) 을 빈틈없이 밀착하여 적층하여 형성된다. 절연 기판 (9A) 에는 보호 회로를 실현하는 FET, 제어 회로의 IC, 저항 및 콘덴서가 고정되어 있다. 또한, 절연기판 (9A) 에는 도 5 의 평면도에 나타낸 바와 같이 리드 부재 (10) 가 접속된다.

절연 기판 (9A) 의 내부 구조를 도 6 의 단면도에 나타낸다. 이 도에 나타낸 절연 기판 (9A) 은 유리 에폭시 수지와 세라믹 등의 기재 (20) 표면에 FET, 제어 회로의 IC, 저항 및 콘덴서 등의 보호 회로를 실현하는 부품 (parts) 을 고정하고, 그 표면을 절연 수지 (21) 로 피복하여 이들 부품을 절연 수지 (21) 에 매설하고 있다. 절연 기판 (9A) 은 도면에 있어서의 상면에 표면 전극 (22) 을 설치한다.

절연 기판 (9A) 의 표면 전극 (22) 에 리드 부재 (10) 를 연결하고, 절연 기판 (9A) 상면에 표면절연층 (9B) 을 빈틈없이 적층한다. 표면절연층 (9B) 을 플라스틱으로 성형하는 경우, 리드 부재 (10) 를 연결하고 절연 기판 (9A) 을 삽입하여 고정할 수 있다. 이 1 패키지 유닛 (9) 은 상하 양면을 절연재로 피복한 상태에서 보호 회로 (3) 를 몰딩하여 리드 부재 (10) 의 일단을 패키지에 매설하여 고정시킨다. 1 패키지 유닛 (9) 에서 절연 기판 (9A) 과 표면절연층 (9B) 은 동일한 절연재로 하거나 혹은 상이한 절연재로 한다.

도 4 에 나타낸 1 패키지 유닛 (9) 의 표면절연층 (9B) 에는 테스트 포인트 구멍 (11) 이 형성된다. 테스트 포인트 구멍 (11) 은 절연 기판 (9A) 의 상면에 고정되어 있는 보호 회로 (3) 의 테스트 포인트 (12) 에 접촉 가능한 위치에 개구하고 있다. 테스트 포인트 구멍 (11) 은 보호 회로 (3) 를 시험할 때에 접속 핀을 삽입하여 테스트 포인트 (12) 에 접촉시킬 수 있도록 해준다. 테스트 포인트 구멍 (11) 은 통상적으로 제거 가능한 시일 (seal) 이나 충전재로 폐색된다.

1 패키지 유닛 (9) 은, 도 7 과 도 8 에서 나타내고 있는 바와 같이, 이것을 프린트 기판 (19) 에 연결하여 리드 부재 (10) 에 연결할 수도 있다. 프린트 기판 (19) 에 연결한 1 패키지 유닛 (9) 의 저면도를 도 9 에 나타낸다. 상기 도면의 1 패키지 유닛 (9) 은 전체의 형상을 직사각형으로 하고, 저면의 네 모서리부에 표면 전극을 배치하고 있다. 모서리부의 표면 전극은, 도면에 나타낸 바와 같이, 1 패키지 유닛 (9) 의 두 변에 접하도록 형성하거나, 혹은 도시하지 않았으나 하나의 변에 접하도록 형성된다. 이러한 구조의 1 패키지 유닛 (9) 은 프린트 기판 (19) 에 납땜으로 연결한 상태에서 표면 전극이 프린트 기판 (19) 에 정확히 접속하고 있는지 여부를 확인할 수 있는 장점이 있다. 또한, 도 9 에 나타낸 바와 같이 표면 전극의 측부 가장자리에 잘라낸 부분 (23) 을 형성하여 표면 전극과 프린트 기판 (19) 의 접속 상태를 보다 정확히 확인할 수 있다.

도 9 에 나타낸 1 패키지 유닛 (9) 은 이차 전지 (2) 의 양(+) 측과 음(-) 측에 접속되는 표면 전극 (B+), (B-) 을 서로 반대측 단부에 형성하고 있다. 이 1 패키지 유닛 (9) 은 표면 전극 (B+), (B-) 을 멀리 이격시키는 것이 가능하기 때문에, 전지의 +, - 단락을 유효하게 방지할 수 있는 장점이 있다. 특히, 이 도면의 1 패키지 유닛 (9) 은 표면 전극 (B+), (B-) 을 상변의 모서리부에 배치하고, 표면 전극 (B-) 및 팩 전지의 전극 단자에 접속하는 표면 전극 (V-) 을 좌측 모서리부에 배치하고 있다. 이러한 구조의 1 패키지 유닛 (9) 은 표면 전극 (B-) 과 표면 전극 (V-) 을 최단으로 배선하여 이 사이의 저항을 작게 할 수 있다.

도 9 에 나타낸 1 패키지 유닛 (9) 은 두 개의 테스트 포인트가 되는 표면 전극 (TI), (T2) 을 표면 전극측인 상변에 배치하는데, 표면 전극 (B+) 에 접속되는 테스트 포인트인 표면 전극 (T1) 을 저항을 사이에 두고 표면 전극 (B+) 측에 근접하게 배치하며, 표면 전극 (V-) 에 접속되는 테스트 포인트인 표면 전극 (T2) 을 저항을 사이에 두고 표면 전극 (B-) 에 근접하게 배치한다. 이러한 구조의 1 패키지 유닛 (9) 은 팩 전지에 수분이 침입했을 때에 보호 회로가 오작동하는 것을 줄일 수 있다. 이것은, 테스트 포인트인 표면 전극 (T1) 과 표면 전극 (T2) 을 사이에 두어, 표면 전극 (B+, B-), 표면 전극 (V-) 의 단락 전류를 저지할 수 있기 때문이다.

1 패키지 유닛 (9) 은, 도 8 의 평면도에 나타낸 바와 같이, 프린트 기판 (19) 의 표면에 납땜에 의해 연결된다. 1 패키지 유닛 (9) 은, 예를 들면, 리플로 (reflow) 납땜에 의해 프린트 기판에 연결된다. 프린트 기판 (19) 의 한쪽 면에는 도전박(箔) (24) 이 고정된다. 프린트 기판 (19) 의 도전박 (24) 에 1 패키지 유닛 (9) 의 표면 전극을 접속하고, 여기에 리드 부재 (10) 를 납땜하여 연결한다. 1 패키지 유닛 (9) 을 프린트 기판 (19) 에 연결하여 리드 부재 (10) 에 접속하는 구조는 간단한 설비로 1 패키지 유닛 (9) 에 리드 부재 (10) 를 연결할 수 있다는 장점을 가진다.

팩 전지는 보호 회로 (3) 를 내장하고 있는 1 패키지 유닛 (9) 을 절연 홀더 (6) 를 사용해 케이스 내에 설치한 것이다. 1 패키지 유닛 (9) 은, 도 4 에 나타낸 바와 같이 리드 부재 (10) 를 매설하는 구조, 혹은 도 7 에 나타낸 바와 같이 프린트 기판 (19) 에 고정하여 프린트 기판 (19) 에 리드 부재 (10) 를 접속하는 구조로 절연 홀더 (6) 를 사이에 두고 케이스 내에 설치된다. 절연 홀더 (6) 는 플라스틱 성형품으로, 도 10 에 나타낸 바와 같이, 프린트 기판이 없는 1 패키지 유닛 (9), 혹은 프린트 기판에 고정하고 있는 1 패키지 유닛 (9) 을 내장하는 수납 공간 (14) 을 내측면에 형성하고 있고, 표면에는 전극 단자 (4) 를 삽입하여 고정하고 있다.

도면에 나타낸 절연 홀더 (6) 는 이차 전지 (2) 와 대향하는 측에 수납 공간 (14) 을 형성하고 있다. 수납 공간 (14) 은 1 패키지 유닛 (9) 을 거의 빈틈없이 수납할 수 있는 크기로 개구된다. 절연 홀더 (6) 는, 1 패키지 유닛 (9) 을 수납 공간 (14) 의 정위치에 설치하기 위해, 1 패키지 유닛 (9) 과 수납 공간 (14) 을 끼워 부착하는 구조로 하거나, 혹은 1 패키지 유닛 (9) 을 연결하고 있는 프린트 기판과 절연 홀더 (6) 를 끼워 부착하는 구조로 한다.

도 2 에 나타낸 팩 전지는 박형 전지인 이차 전지 (2) 를 케이스 (1) 에 내장하고 있다. 이차 전지 (2) 의 단부에 절연 홀더 (6) 를 배치하고, 절연 홀더 (6) 와 이차 전지 (2) 의 사이에 1 패키지 유닛 (9) 을 배치하고 있다. 절연 홀더 (6) 는 폭을 이차 전지 (2) 의 폭과 거의 동일하게 하고 있다. 이 절연 홀더 (6) 는 상면에 전극 단자를 고정하고 내면에 수납 공간 (14) 을 형성하며, 도 4 또는 도 7 에 나타낸 구조의 1 패키지 유닛 (9) 을 내장하고 있다. 절연 홀더 (6) 는 하면의 양측에 측벽을 일체로 성형하여 형성하고 있고, 이 측벽의 일부를 잘라내고 이 잘라낸 부분을 수납 공간 (14) 으로 하여 1 패키지 유닛 (9) 을 수납한다.

본 발명의 팩 전지는 절연 홀더에 형성되어 있는 측벽의 내측을 수납 공간으로 하여, 여기에 1 패키지 유닛 (9) 을 수납하는 구조로 할 수도 있다. 이러한 구조의 절연 홀더는, 1 패키지 유닛 (9) 을 고정하고 있는 프린트 기판으로 수납 공간의 개구부를 폐색하는 상태, 즉 1 패키지 유닛을 수납 공간의 내부에 넣어서 수납 공간의 개구부를 프린트 기판으로 폐색하는 구조로 할 수 있다.

도면에 나타낸 절연 홀더 (6) 는 이차 전지 (2) 의 돌출된 전극의 옆에 생기는 공간을 수납 공간 (14) 으로 하여 여기에 1 패키지 유닛 (9) 을 수납하고 있다. 여기에 수납되는 1 패키지 유닛 (9) 은 직사각형의 단부로부터 길이방향으로 돌출하는 리드 부재 (10) 를 이차 전지 (2) 의 돌출된 전극에 접속하고, 직사각형인 1 패키지 유닛 (9) 을 가늘고 긴 이차 전지 (2) 의 단부와 평행한 자세로 하여 절연 홀더 (6) 의 수납 공간 (14) 에 설치한다. 이 구조는 1 패키지 유닛 (9) 에 접속하고 있는 리드 부재 (10) 를 이차 전지 (2) 의 돌출된 전극에 단거리로 연결할 수 있게 한다. 이 때문에 1 패키지 유닛 (9) 과 1 패키지 유닛 (9) 을 고정하고 있는 프린트 기판 (19) 을 정위치에 확실하게 고정할 수 있다. 또한, 이차 전지 (2) 의 돌출된 전극에 의해 그 옆에 생기는 공간을 유효하게 이용하여 1 패키지 유닛 (9) 을 수납할 수 있기 때문에, 팩 전지의 외형을 작게 하고 보호 회로 (3) 를 내장할 수 있는 장점이 있다.

도 11 내지 도 14 에 나타낸 팩 전지는 박형 전지의 표면에 리드 판 (15) 을 배치하고 있다. 이들 도면의 팩 전지는 1 패키지 유닛 (9) 을 프린트 기판 (19) 에 고정하여 절연 홀더 (6) 에 장착하고 있다. 이차 전지 (2) 를 1 패키지 유닛 (9) 에 연결하는 리드 판 (15) 은 이차 전지 (2) 의 횡폭이 넓은 광폭 표면 (2A) 에 위치하고, 또한 측부 가장자리를 따라 배치된다. 리드 판 (15) 은 일단을 이차 전지 (2) 의 전극에 접속하고, 타단을 1 패키지 유닛 (9) 과 프린트 기판 (19) 에 접속한다. 리드 판 (15) 을 상기 위치에 배치하여 케이스 (도시 생략) 에 수납한다. 이 구조의 팩 전지는 케이스 내의 용적을 유효하게 이용하여 리드 판 (15) 을 내장할 수 있다. 이것은, 얇은 각형 전지에서는 내압이 상승하면 횡폭이 넓은 표면의 중앙부가 불룩해지기 때문에, 케이스와 이차 전지 (2) 사이에 빈틈이 형성되는데, 이 빈틈에 리드 판 (15) 을 설치할 수 있기 때문이다. 내압이 높아진 이차 전지 (2) 는 횡폭이 넓은 중앙 부분은 불룩해지지만 측부 가장자리는 불룩해지지 않는다. 불룩해지지 않는 측부 가장자리에 리드 판 (15) 을 배치하고 있기 때문에 리드 판 (15) 을 배치하기 위해 케이스룰 크게 할 필요가 없다.

1 패키지 유닛 (9) 에 접속하고 있는 3 개의 리드 부재 (10) 는 도 3 의 회로도에 나타낸 바와 같이, 전지의 양(+) 측 전극 단자 (4), PTC (13) 및 음(-) 측 전극 단자 (4) 에 접속된다. PTC (13) 는 전지와 직렬로 접속되어 전지의 표면에 접촉하도록 배치된다. PTC (13) 는 전지 온도가 설정된 온도까지 높아졌을 때에 저항이 급격하게 커진다. 이 때문에 전지 온도가 비정상적으로 높아지면 전지의 전류가 거의 흐르지 않고 실질적으로 차단된다. 이 팩 전지는 PTC (13) 와 보호 회로 (3) 에 의해 전지를 이중으로 보호하기 때문에 보다 신뢰성을 높일 수 있다. 전지를 이중으로 보호하는 팩 전지는 PTC 대신에 퓨즈를 내장시킬 수 있다. 또한, 퓨즈, PTC 및 보호 회로를 내장시킬 수도 있다. 단, 본 발명의 팩 전지는 보호 회로 이외에 반드시 PTC 나 퓨즈 등을 내장시킬 필요는 없다.

상기 구조의 팩 전지는 이하의 공정으로 조립된다.

① 절연 홀더 (6) 의 수납 공간 (14) 에 보호 회로 (3) 를 내장하는 1 패키지 유닛 (9) 을 설치한다.

② 1 패키지 유닛 (9) 의 리드 부재 (10) 를 절연 홀더 (6) 의 전극 단자 (4) 에 스폿 용접 등의 방법으로 접속한다.

③ 절연 홀더 (6) 을 이차 전지 (2) 의 정위치에 장착하고, 1 패키지 유닛 (9) 의 남은 리드 부재 (10) 를 이차 전지 (2) 및 PTC (13) 에 스폿 용접 등의 방법으로 접속한다.

④ PTC (13) 의 다른 리드 부재를 리드 판 (15) 을 사이에 두고 이차 전지 (2) 에 접속한다.

⑤ 서로 연결된 이차 전지 (2), 절연 홀더 (6) 및 PTC (13) 를 바닥 케이스 (1A) 의 정위치에 넣는다.

⑥ 바닥 케이스 (1A) 의 개구부에 상부 케이스 (1B) 를 초음파 용착하거나, 혹은 접착 연결하여 상하의 케이스 (1) 를 연결한다.

팩 전지는, 도 15 에 나타낸 바와 같이, 절연 홀더 (6) 의 전극 단자 (4) 에 전극 단자 홀더 (25) 를 연결한 것일 수도 있다. 이러한 팩 전지는, 팩 전지를 내장하는 전기 기기의 기종에 대응하여, 전극 단자 (4) 에 연결되는 전극 단자 홀더 (25) 를 여러 종류로 변경한다. 이와 같이, 전극 단자 홀더 (25) 를 갖춘 팩 전지는 동일한 형상의 절연 홀더 (6) 를 사용하여, 바꿔 말하면, 연결된 이차 전지 (2), 1 패키지 유닛 (9) 및 절연 홀더 (6) 를 단일 유닛으로 하고 전극 단자 홀더 (25) 만을 복수 기종의 전기 기기에 대응시켜, 매우 높은 효율로 다량 생산할 수 있는 장점이 있다. 이 팩 전지는 절연 홀더 (6) 의 전극 단자 (4) 에 전극 단자 홀더 (25) 를 연결한 후 케이스의 정위치에 넣거나, 혹은 케이스의 정위치에 이차 전지, 1 패키지 유닛 (9) 및 절연 홀더를 넣은 후에 절연 홀더의 전극 단자에 전극 단자 홀더를 연결하여 조립된다.

상기 실시예의 팩 전지는 이차 전지 (2), 1 패키지 유닛 (9) 및 절연 홀더 (6) 를 플라스틱 성형품인 케이스 (1) 에 수납한 것이다. 케이스를 열수축 필름으로 하는 팩 전지는 1 패키지 유닛, 절연 홀더 및 이차 전지를 연결한 상태에서 열수축 필름으로 피복하여 조립된다. 이 팩 전지는, 예를 들면, 절연 홀더에 전극 단자를 형성하거나, 혹은 전극 단자를 형성하지 않고 외부에 리드 선을 인출하여 이 리드 선의 선단에 전극 단자를 내장하고 있는 커넥터를 연결하는 구조로 할 수도 있다.

본 발명의 팩 전지는 전지의 누설액이나 침입수가 원인이 되어 발생하는 보호 회로의 오작동을 극소화시키는 장점이 있다. 이것은, 본 발명의 팩 전지가 전지에 흐르는 전류를 제어하는 스위칭 소자 및 이 스위칭 소자를 제어하는 제어 회로를 갖춘 보호 회로를, 절연재를 사용하여 단일 패키지로 몰딩하여 이차 전지와 함께 케이스에 내장하기 때문이다. 이러한 구조의 팩 전지는 보호 회로가 절연재로 단일 패키지에 몰딩되어 있기 때문에, 전지의 누설액이나 침입수가 보호 회로에 침입하는 것을 유효하게 저지할 수 있다. 이 때문에, 본 발명의 팩 전지는 누설액이나 침입수에 기인하는 보호 회로의 오작동과 고장을 극소화시키고, 장기간에 걸쳐 안심하고 사용할 수 있는 장점이 실현된다. 또, 본 발명의 팩 전지는, 보호 회로가 절연재로 몰딩되어 있기 때문에, 스위칭 소자와 제어 회로를 소정의 위치에 확실하게 고정하여 극히 우수한 내진 구조로 할 수 있는 장점도 가진다.

본 발명의 팩 전지는 스위칭 소자와 제어 회로를 갖춘 보호 회로를 절연재를 사용하여 단일 패키지로 몰딩하고 있기 때문에, 보호 회로를 극히 컴팩트화할 수 있다. 따라서, 본 발명의 팩 전지는 보호 회로를 내수, 내진, 절연 구조로 하고, 설치하는 위치에 제약을 받지 않으면서 케이스 내의 임의의 위치에 간단하게 설치할 수 있다는 장점을 가진다.

Claims

이차 전지 (2) 와 직렬로 접속되어 전지에 흐르는 전류를 제어하는 스위칭 소자 (7) 및 전지 전압과 전지 전류 중 어느 한쪽 또는 양쪽을 검출하여 상기 스위칭 소자 (7) 를 제어하는 제어 회로 (8) 를 갖춘 보호 회로 (3) 가 상기 이차 전지 (2) 와 함께 케이스 (1) 에 내장되어 형성되는 팩 전지에 있어서,

상기 스위칭 소자 (7) 및 상기 제어 회로 (8) 를 갖춘 상기 보호 회로 (3) 를 절연재를 사용하여 단일 패키지로 몰딩하여 이루어지는 1 패키지 유닛 (9) 으로 하고, 상기 1 패키지 유닛 (9) 을 절연 홀더 (6) 에 형성된 수납 공간 (14) 에 설치하며, 상기 1 패키지 유닛 (9), 상기 절연 홀더 (6) 및 상기 이차 전지 (2) 를 상기 케이스 (1) 에 수납하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 팩 전지.
제 1 항에 있어서, 상기 이차 전지 (2) 가 각형(角形) 리튬 이온 이차 전지인 것을 특징으로 하는 팩 전지.
제 1 항에 있어서, 상기 이차 전지 (2), 상기 1 패키지 유닛 (9) 및 상기 절연 홀더 (6) 를 내장하는 상기 케이스 (1) 가 초음파 용착된 플라스틱 케이스인 것을 특징으로 하는 팩 전지.
제 1 항에 있어서, 상기 1 패키지 유닛 (9) 이 상기 보호 회로 (3) 를 에폭시 수지로 몰딩함으로써 이루어지는 것임을 특징으로 하는 팩 전지.
제 1 항에 있어서, 상기 1 패키지 유닛 (9) 의 상하 양면이 절연재로 피복되고, 상기 1 패키지 유닛 (9) 에 리드 부재 (10) 의 일단이 매설되며, 상기 리드 부재 (10) 가 상기 이차 전지 (2) 와 팩 전지의 전극 단자 (4) 에 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 팩 전지.
제 1 항에 있어서, 상기 절연 홀더 (6) 는 상기 이차 전지 (2) 와 대향하는 측으로 개구된 수납 공간 (14) 을 가지며, 상기 수납 공간 (14) 에 상기 1 패키지 유닛 (9) 을 설치하고, 상기 절연 홀더 (6) 를 상기 이차 전지 (2) 의 단부에 인접하도록 설치하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 팩 전지.
제 1 항에 있어서, 상기 1 패키지 유닛 (9) 을 프린트 기판 (19) 에 고정시키고, 상기 프린트 기판 (19) 에 리드 부재 (10) 를 연결하며, 상기 1 패키지 유닛 (9) 과 상기 프린트 기판 (19) 을 상기 절연 홀더 (6) 에 장착하는 것을 특징으로 하는 팩 전지.
제 1 항에 있어서, 상기 1 패키지 유닛 (9) 이 직사각형이고, 저면의 모서리부에 표면 전극 (B+), (B-), (V-) 이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 팩 전지.
제 8 항에 있어서, 상기 이차 전지 (2) 의 양 (+) 측과 음 (-) 측에 접속되는 상기 표면 전극 (B+), (B-) 을 상기 1 패키지 유닛 (9) 의 서로 반대측 단부에 형성하고 있는 것을 특징으로 하는 팩 전지.
제 1 항에 있어서, 상기 이차 전지 (2) 가 박형(薄形) 전지이고, 상기 1 패키지 유닛 (9) 을 상기 이차 전지 (2) 에 접속하기 위한 리드 판 (15) 을 박형 전지인 상기 이차 전지 (2) 의 광폭표면 (2A) 의 측부 가장자리를 따라서 배치한 것을 특징으로 하는 팩 전지.
제 1 항에 있어서, 상기 이차 전지 (2) 가 박형 전지이고, 상기 1 패키지 유닛 (9) 은 직사각형이며, 직사각형인 상기 1 패키지 유닛 (9) 의 단부로부터 길이 방향으로 돌출하도록 상기 1 패키지 유닛 (9) 에 리드 부재 (10) 를 연결하고, 상기 1 패키지 유닛 (9) 의 단부로부터 돌출하는 상기 리드 부재 (10) 를 이차 전지 (2) 의 돌출된 전극에 접속하며, 직사각형인 상기 1 패키지 유닛 (9) 을 가늘고 긴 상기 이차 전지 (2) 의 단부와 평행한 자세로 하여 상기 절연 홀더 (6) 의 상기 수납 공간 (14) 에 설치한 것을 특징으로 하는 팩 전지.