(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極／分離膜／負極構造の電極組立体が電解液と共に電池ケースの内部に封止されており、第１電極端子及び第２電極端子が電池ケースの上端に設けられている電池セルに装着されるトップキャップアセンブリーであって、
保護回路モジュール（ＰＣＭ）と、該ＰＣＭの外面を覆いながら電池セルの上端に装着される電気絶縁性のトップキャップハウジングと、を備えており、
前記ＰＣＭは、
保護回路が形成されており、下記端子ブロックの機械的結合部と結合する保護回路基板（ＰＣＢ）と、
前記第１及び第２電極端子に接続される接続部と、
安全素子と、
前記ＰＣＢ上に搭載されており、コネクターを有している端子ブロックと、
を備え、
前記端子ブロックの一面には、トップキャップハウジングとの機械的締結のためのガイドリブと、前記ガイドリブの両側にフックがそれぞれ設けられていることを特徴とする、トップキャップアセンブリー。
【請求項２】
前記第１電極端子は正極端子であり、第２電極端子は負極端子であることを特徴とする、請求項１に記載のトップキャップアセンブリー。
【請求項３】
前記接続部は、ＰＣＢの下面に設けられていることを特徴とする、請求項１に記載のトップキャップアセンブリー。
【請求項４】
前記機械的結合部は、端子ブロックの一側下端に下方に突出している締結突起を有しており、ＰＣＢには、前記締結突起に対応する位置に締結溝が形成されていることを特徴とする、請求項１に記載のトップキャップアセンブリー。
【請求項５】
前記端子ブロックには、締結突起が締結溝に挿入された状態でＰＣＢの外側面を覆いながら締結固定するための一つ以上のフックが下方に突出していることを特徴とする、請求項４に記載のトップキャップアセンブリー。
【請求項６】
前記締結突起の突出高さはＰＣＢの厚さと同一であることを特徴とする、請求項４に記載のトップキャップアセンブリー。
【請求項７】
前記トップキャップハウジングには、前記ガイドリブ及びフックと対応するテーパー間の端子リブ及び一対のスリット開口が設けられていることを特徴とする、請求項１に記載のトップキャップアセンブリー。
【請求項８】
前記ＰＣＭに前記トップキャップハウジングが装着される時、前記フック及びガイドリブが前記端子リブ及びスリット開口に締結されることを特徴とする、請求項７に記載のトップキャップアセンブリー。
【請求項９】
前記端子ブロックのコネクターは、ＰＣＢ上に表面実装技術（ＳＭＴ）方式で搭載されていることを特徴とする、請求項１に記載のトップキャップアセンブリー。
【請求項１０】
前記安全素子はＰＴＣ素子であることを特徴とする、請求項１に記載のトップキャップアセンブリー。
【請求項１１】
前記トップキャップハウジングには、ＰＣＢ上に搭載されている端子ブロックに対応する大きさの開口が形成されていることを特徴とする、請求項１に記載のトップキャップアセンブリー。
【請求項１２】
請求項１乃至１１のいずれかに記載のトップキャップアセンブリーが、正極／分離膜／負極構造の電極組立体が電解液と共に電池ケースの内部に封止されている電池セルの上端に装着されていることを特徴とする、二次電池パック。
【請求項１３】
前記電池セルは、角形のリチウム二次電池セルであることを特徴とする、請求項１２に記載の二次電池パック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、新規な構造のトップキャップアセンブリーに係り、特に、電極組立体が電解液と共に電池ケースの内部に封止されており、第１電極端子及び第２電極端子が電池ケースの上端に設けられている電池セルに装着されるトップキャップアセンブリーであって、保護回路モジュール（ＰＣＭ）と、該ＰＣＭの外面を覆いながら電池セルの上端に装着される電気絶縁性のトップキャップハウジングと、を備えており、前記ＰＣＭは、保護回路が形成されており、下記の端子ブロックとの機械的結合部が設けられている保護回路基板（ＰＣＢ）と、前記第１及び第２電極端子に接続される接続部と、前記ＰＣＢ上に搭載されており、安全素子及びコネクターを有している端子ブロックと、を備えるタブキャップアセンブリーに関する。
【背景技術】
【０００２】
モバイル機器の技術開発と需要の増加に伴い、二次電池の需要も急増しつつあり、特に、エネルギー密度及び作動電圧が高く、保存及び寿命特性に優れているリチウム二次電池が、各種モバイル機器を含めた様々な電子製品のエネルギー源として広く使われている。
【０００３】
しかしながら、リチウム二次電池には各種の可燃性物質が含まれているため、過充電、過電流、その他物理的外部衝撃などにより発熱、爆発するなどの危険性があり、安全性の確保が重大な課題となる。そこで、リチウム二次電池には、過充電、過電流などの異常状態を效果的に制御できる安全素子としてＰＴＣ（Ｐｏｓｉｔｉｖｅ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）素子、保護回路モジュール（Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ  Ｃｉｒｃｕｉｔ  Ｍｏｄｕｌｅ：ＰＣＭ）などが電池セルに接続された状態で搭載されている。
【０００４】
一般に、ＰＣＭなどは、トップキャップハウジングに挿入されて溶接又はソルダリング方法で結合される。すなわち、コネクターの組み立てられているトップキャップハウジングにＰＣＭを挿入した後、それぞれ溶接又はソルダリングする方法により、ＰＣＭをトップキャップアセンブリーに連結し、電池セル上に結合することによって、電池パックを製造する。
【０００５】
しかしながら、上記溶接又はソルダリングを行う過程において、二次電池の小さい構造から、より精度な作業が要求され、それだけに不良の可能性も高い。また、ソルダリング、洗浄、ソルダー外観検査などの、ソルダリング及びその関連工程により、電池パックの組立過程が複雑になるという問題点があった。
【０００６】
その上、ソルダリング公差が不可避であるため、パックの電装長さを長くしなければならず、結果として電池セルの容量が減るという問題もあった。
【０００７】
そこで、電池セルの上端部に搭載される部材にソルダリングを行うことなく安定して相互結合させると同時に、組立工程を簡素化し、製造コストを最小化できる技術が強く望まれる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上記のような従来技術の問題点、及び過去から要請されてきた技術的課題を解決することを目的とする。
【０００９】
具体的に、本発明の目的は、ＰＣＭ上に新規な構造の端子ブロックが設けられるトップキャップアセンブリーを提供することにある。
【００１０】
本発明の他の目的は、トップキャップアセンブリーの簡素化した組立工程により、安定した組立構造及び製造コストの最小化が図られる二次電池パックを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
このような目的を達成するための本発明に係るトップキャップアセンブリーは、
正極／分離膜／負極構造の電極組立体が電解液と共に電池ケースの内部に封止されており、第１電極端子及び第２電極端子が電池ケースの上端に設けられている電池セルに装着されるトップキャップアセンブリーであって、
保護回路モジュール（ＰＣＭ）と、該ＰＣＭの外面を覆いながら電池セルの上端に装着される電気絶縁性のトップキャップハウジングと、を備えており、
前記ＰＣＭは、
保護回路が形成されており、下記端子ブロックの機械的結合部に結合する保護回路基板（ＰＣＢ）と、
前記第１及び第２電極端子に接続される接続部と、
安全素子と、
前記ＰＣＢ上に搭載されており、コネクターを有している端子ブロックと、
を備える構造になっている。
【００１２】
したがって、本発明に係るトップキャップアセンブリーは、ＰＣＭ上に端子ブロックを簡素化した組立工程により結合することができ、部品間の動きを最小化し、全般的に非常に安定した構造を達成できる。
【００１３】
一つの好適な例において、前記第１電極端子は正極端子であり、第２電極端子は負極端子であってよい。例えば、角形電池セルは、上端面に突出した電極端子と電池ケースがそれぞれ負極端子と正極端子を形成する構造になっており、且つこれらの間にはガスケットなどの絶縁部材が介在され、相互絶縁している。したがって、このような角形電池セル構造において、第１電極端子は、電池ケースの上端面である正極端子であり、第２電極端子は、前記電池ケースの上端面に突出している負極端子であってよい。
【００１４】
前記接続部は、好ましくは、ＰＣＢの下面に設けられており、それぞれ、第１電極端子及び第２電極端子に対応する位置に設けられていればよい。
【００１５】
他の好適な例において、前記機械的結合部は、端子ブロックの一側下端に下方に突出している締結突起を有しており、ＰＣＢには、前記締結突起に対応する位置に締結溝が形成されていればよい。
【００１６】
したがって、前記締結突起と締結溝との相互結合によりＰＣＢ上に端子ブロックを容易に装着でき、これにより、組立工程の簡素化及び機械的安全性の向上を図ることができる。
【００１７】
上記構造において、より安定した結合状態を確保できるように、前記端子ブロックには、締結突起が締結溝に挿入された状態でＰＣＢの外側面を覆いながら締結固定される一つ以上のフックが下方に突出していてもよい。
【００１８】
前記締結突起の突出高さは、好ましくは、ＰＣＢの厚さと同一であればよい。前記高さが低すぎると、締結突起としての役割を充分に果たすことができず、結合力が低下することがあり、逆に、前記高さが高すぎると、トップキャップアセンブリーの体積が嵩むため、好ましくない。したがって、このような点を考慮して締結突起の突出高さを適度に決定すればよく、上記のように、ＰＣＢの厚さと同一にすることがより好ましい。
【００１９】
一つの具体例において、前記端子ブロックの一面には、トップキャップハウジングとの機械的締結のためのガイドリブと、該ガイドリブの両側にフックがそれぞれ設けられていてもよい。
【００２０】
また、トップキャップハウジングには、前記ガイドリブ及びフックと対応するテーパー間の端子リブ及び一対のスリット開口を設けることができる。特に、前記テーパー間には突出した端子リブが設けられており、ＰＣＭにトップキャップハウジングが装着される時、フック及びガイドリブが端子リブ及びスリット開口に圧入して締結される。
【００２１】
このような相互結合方式により、トップキャップハウジングへの端子ブロックの結合が圧入によりなされるため、キャップアセンブリーの安定した結合状態を確保することができる。
【００２２】
このような構造において、ＰＣＭにトップキャップハウジングが装着される時、前記フック及びガイドリブが端子リブ及びスリット開口に締結される。したがって、相互締結した時に、トップキャップハウジング、端子ブロック及びＰＣＭ間の動きを最小化し、組立精度を向上させることができ、且つソルダリング工程を省略することによって、電池セルの全長が増え、容量を極大化することができるので、非常に好ましい。
【００２３】
一方、端子ブロックの安全素子とコネクターとの結合は様々な方法で達成でき、好ましくは、ＰＣＢ上に表面実装技術（ＳＭＴ）方式で搭載されている。
【００２４】
このようなＳＭＴ方式は、ソルダリング時にペーストがＰＣＭの下面に残っていたり、溶接時にＰＣＭの下面が熱により破損したりすることを防止し、従来の溶接又はソルダリング方式に比べてより正確且つ高信頼で相互間を結合できるので好ましい。ちなみに、ＳＭＴは、印刷回路基板（ＰＣＢ）のような電子基板上に表面実装型の部品を装着するのに多く用いられている。
【００２５】
一例において、前記安全素子は、温度上昇につれて抵抗が増加する素子であって、好ましくはＰＴＣ素子であってよい。このようなＰＴＣ素子は、電池パックが内部短絡などにより温度が急上昇するとき、ＰＴＣ素子に結合された接続部材が電池パックの上端で電流を遮断する役割を担う。しかし、安全素子は、ＰＴＣ素子に限定されず、例えば、バイメタル、ヒューズなども使用可能である。
【００２６】
他の例において、前記トップキャップハウジングには、ＰＣＢ上に搭載されている端子ブロックに対応する大きさの開口が形成されており、端子ブロックの装着が容易である。
【００２７】
本発明に係るトップキャップアセンブリーは、正極／分離膜／負極構造の電極組立体が電解液と共に電池ケースの内部に封止されている電池セルの上端に装着されている二次電池パックを提供する。
【００２８】
前記二次電池パックは、電池セルの種類及び外形に関わらずに様々に適用可能であり、好ましくは、角形のリチウム二次電池を電池セルとして含む電池パックが可能である。
【００２９】
本発明はまた、トップキャップアセンブリーを製造する方法であって、
（ａ）ＰＣＢの上面に端子ブロックを機械式締結方式で結合してＰＣＭを製造する過程と、
（ｂ）前記ＰＣＭ上に絶縁性トップキャップハウジングを装着する過程と、
を具備するトップキャップアセンブリーの製造方法を提供する。
【００３０】
一つの好適な例において、前記過程（ａ）で、締結溝と締結突起とが結合し、前記過程（ｂ）で、トップキャップハウジングの内面に設けられたガイドリブ及びフックが、端子ブロックの後面に設けられたテーパー及びスリット開口と締結される。
【００３１】
したがって、従来のトップキャップアセンブリーの工程に比べて、組立工程が著しく簡易となり、機械的剛性及び安全性が大きく向上した電池パックを製造することができる。
【００３２】
このような製造方法は、当業者にとって、一部の工程が必要によって省略されてもよく、その他工程がさらに含まれてもよいことは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】図１は、本発明の一実施例に係るトップキャップアセンブリーの分解図である。
【図２】図２は、図１におけるＰＣＭの斜視図である。
【図３】図３は、図１における端子ブロック斜視図である。
【図４】図４は、図１におけるトップキャップハウジングの正面斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
以下、本発明の実施例に係る図面を参照して説明するが、これは、本発明のより容易な理解を助けるためのもので、本発明の範ちゅうを限定するためのものではない。
【００３５】
図１には、本発明の一実施例に係るトップキャップアセンブリーの分解図が示されている。
【００３６】
図１を参照すると、トップキャップアセンブリー４００は、ＰＣＭ １００と、ＰＣＭ １００の外面を覆いながら電池セル（図示せず）の上端に装着される、電気絶縁性のトップキャップハウジング３００と、を備える。
【００３７】
ＰＣＭ １００は、保護回路が形成されており、端子ブロック２００の機械的結合部（図示せず）が形成されているＰＣＢ １１０と、ＰＣＢ １１０の下面に形成されている接続部１２０，１３０と、ＰＴＣ素子１４０と、ＰＣＢ １１０の上面に搭載されているコネクター２１０を有している端子ブロック２００と、を備える。
【００３８】
端子ブロック２００のコネクター２１０は、ＰＣＢ １１０の上面に表面実装技術（ＳＭＴ）方式で搭載されている。
【００３９】
図２には、図１におけるＰＣＭの斜視図が模式的に示されている。
【００４０】
図２を図１と共に参照すると、機械的結合部（図示せず）は、端子ブロック２００の一側下端に下方に突出している締結突起２２１を有しており、ＰＣＢ １１０には、締結突起２２１に対応する位置に締結溝１１１が形成されている。
【００４１】
締結突起２２１の突出高さは、ＰＣＢ １１０の厚さと略同一である。
【００４２】
また、端子ブロック２００には、締結突起２２１が締結溝１１１に挿入された状態でＰＣＢ １１０の外側面を覆いながら締結固定するためのフック２２２が下方に突出している。
【００４３】
図３には端子ブロックの斜視図が示されており、図４には、図１のトップキャップハウジングの正面斜視図が示されている。
【００４４】
図３及び図４を図１及び図２と共に参照すると、端子ブロック２００の一面には、トップキャップハウジング３００との機械的締結のためのガイドリブ２３０と、ガイドリブ２３０の両側にフック２４０がそれぞれ設けられている。
【００４５】
トップキャップハウジング３００には、ガイドリブ２３０及びフック２４０に対応するテーパー３１０間の端子リブ３３０及び一対のスリット開口３２０が設けられている。したがって、ＰＣＭ １００にトップキャップハウジング３００が装着される時、フック２４０及びガイドリブ２３０が端子リブ３３０及びスリット開口３２０に圧入して締結される。
【００４６】
また、トップキャップハウジング３００には、ＰＣＢ １１０上面に搭載されている端子ブロック２００に対応する大きさの開口３４０が形成されており、端子ブロック２００の装着が容易である。
【００４７】
図示してはいないが、図２に示すようなＰＣＭが角形電池セル（図示せず）に電気的に連結された状態で搭載され、このようなＰＣＭ上に、図４に示したようなトップキャップハウジングが装着されることで、電池パックが作製される。角形電池セルとＰＣＭとの電気的連結方式などは当業界に公知のものであり、その詳細な説明は本明細書では省略する。
【００４８】
以上、本発明の実施例に係る図面を参照して説明したが、本発明の属する分野における通常の知識を有する者にとっては、上記内容に基づき、本発明の範ちゅう内で様々な応用及び変形を実施することが可能であろう。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
以上説明した通り、本発明に係るトップキャップアセンブリーは、特定の構造の端子ブロックをＰＣＢ上に装着する工程、及びトップキャップハウジングにＰＣＭを機械的に結合する工程によって、組立工程をより簡易化し、且つ安全性の向上した構造を達成することができる。
【符号の説明】
【００５０】
１００  ・・・ＰＣＭ
１１０  ・・・ＰＣＢ
１１１  ・・・締結溝
１２０  ・・・接続部
１３０  ・・・接続部
１４０  ・・・ＰＴＣ素子
２００  ・・・端子ブロック
２１０  ・・・コネクター
２２１  ・・・締結突起
２２２  ・・・フック
２３０  ・・・ガイドリブ
２４０  ・・・フック
３００  ・・・トップキャップハウジング
３１０  ・・・テーパー
３２０  ・・・スリット開口
３３０  ・・・端子リブ
３４０  ・・・開口
４００  ・・・トップキャップアセンブリー
【図１】
0005851041.tif 000002
【図２】
0005851041.tif 000003
【図３】
0005851041.tif 000004
【図４】
0005851041.tif 000005