(57)【要約】  保護回路基板をバッテリーセルに電気的に接続することができるように、バッテリーセルに取り付けた、または付け加えた保護回路基板上に、無線周波数信号を送受信するためのループアンテナがパターン形成されている、ループアンテナを有する二次バッテリーを開示する。本発明の二次バッテリーでは、無線周波数信号を送受信するためのループアンテナが、バッテリーセルに取り付けた、または付け加えた保護回路基板上にパターン形成されている。そのため、二次バッテリーが取り付けられているデバイスのたわみ性プリント基板（ＦＰＣＢ）もしくは液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）信号中のノイズ発生が効果的に阻止され、発生したノイズによる干渉が大幅に低下する。さらに、ループアンテナを設置するための追加の空間を必要としないので、二次バッテリーのサイズ、特に厚さ、及び重量の低下が達成される。また、従来の高価な外側型ループアンテナを使用しないので、二次バッテリーの製造コストを大幅に低減させることができる。本発明の、上記の構造を有する二次バッテリーは、好ましくは、インナーパック型二次バッテリーに使用する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ループアンテナを有する二次バッテリーであって、
前記ループアンテナが、無線周波数信号を送受信するために、保護回路基板上にパターン形成されており、前記保護回路基板が、前記保護回路基板をバッテリーセルに電気的に接続できるように、前記バッテリーセルに取り付けられてなる、二次バッテリー。
【請求項２】
前記ループアンテナが、前記保護回路基板の上側末端表面上または下側末端表面上に形成されてなる、請求項１に記載の二次バッテリー。
【請求項３】
前記ループアンテナが、前記保護回路基板の上側末端表面上または下側末端表面上に全体的または部分的に形成されてなる、請求項２に記載の二次バッテリー。
【請求項４】
前記ループアンテナが、前記保護回路基板上の保護回路から予め決められた間隔を置いた区域に対して、または前記保護回路に対して、絶縁被覆を施すことにより形成された絶縁被覆層上に配置されてなる、請求項１に記載の二次バッテリー。
【請求項５】
前記二次バッテリーがインナーパック型二次バッテリーである、請求項１に記載の二次バッテリー。
【請求項６】
前記二次バッテリーが、インサート射出成形により形成されたキャップアセンブリーを有するインナーパック型二次バッテリーである、請求項５に記載の二次バッテリー。
【発明の詳細な説明】
【発明の分野】
【０００１】
本発明は、ループアンテナが保護回路基板上にパターン形成されている二次バッテリーに、より詳しくは、バッテリーセルに電気的に取り付けられた、または付け加えられた保護回路用プリント基板（ＰＣＢ）上にループアンテナがパターン形成されている二次バッテリーに関し、それによって、二次バッテリーと、該二次バッテリーが取り付けられているデバイスとの間の信号干渉を最少に抑えることができ、二次バッテリーの製造コストを大きく下げることができ、二次バッテリーをより薄く、より軽量の構造で製造することができる。
【０００２】
発明の背景
一般的に、二次バッテリーは、バッテリーセル及び保護回路モジュール（ＰＣＭ）を備えてなる。バッテリーセルは、カソードプレート、アノードプレート、及びセパレータを有する電極アセンブリー、及び該電極アセンブリーを収容し、予め決められた量の電解質をその中に満たしているケースを包含する。ＰＣＭは、バッテリーセルの外側に取り付けられた、または付け加えられたプリント基板（ＰＣＢ）を包含し、ＰＣＢは、バッテリーセルの電極端子に電気的に接続された保護回路、保護回路基板をバッテリーセルに電気的に接続するための接続端子、及び保護回路基板の両側にある外部入力及び出力端子を有し、その外部入力及び出力端子は外部デバイス（例えばワイヤレス端子、ラップトップコンピュータ、または電気自動車）に接続される。
【０００３】
外部デバイス、例えば携帯電話、に取り付けられる二次バッテリーは、その二次バッテリーが最終的に外部デバイスに応用された時の二次バッテリーの外観により、２種類の二次バッテリーに分類される。具体的には、二次バッテリーは、プラスチック樹脂から製造されたハウジングがバッテリーの外側表面で一体的に形成され、対応する外部デバイスに電気的に接続すべき端子が外側に露出している(「外部端子」)ハードパック型二次バッテリー、及びプラスチック樹脂から製造されたハウジングがバッテリーの外側に形成されてなく、対応する外部デバイスに電気的に接続すべき端子が外側に露出しているインナーパック型二次バッテリーに分類される。ハードパック型二次バッテリーの外側表面は、ハードパック型二次バッテリーが対応する外部デバイスに取り付けられた状態で、外側に部分的に露出している。この理由から、ハードパック型二次バッテリーの露出した外側表面におけるハウジングは、外部デバイスのハウジングと同じ材料から製造されている。したがって、ハードパック型二次バッテリーには、二次バッテリーを対応する外部デバイスに容易に、都合良く取り付けることができるという利点があるが、ハードパック型二次バッテリーには、対応する外部デバイスの形状及び表面に基づいて二次バッテリーのハウジングを製造する必要があるという問題がある。他方、インナーパック型二次バッテリーでは、インナーパック型二次バッテリーを対応する外部デバイスに取り付けた状態で、インナーパック型二次バッテリーに追加の外側ケースを取り付ける。したがって、インナーパック型二次バッテリーには、インナーパック型二次バッテリーの取り付け方法が、ハードパック型二次バッテリーと比較して面倒であるという問題があるが、インナーパック型二次バッテリーには、インナーパック型二次バッテリーを、対応する外部デバイスの形状及び構造に関係なく、使用できるという利点がある。この理由から、二次バッテリーを、対応する外部デバイスの形状及び構造に関係なく使用できるインナーパック型二次バッテリーに標準化することが最近進められている。
【０００４】
また、無線周波数（ＲＦ）を使用する可動型電子商取引装置及び識別装置が情報処理技術の進歩と共に急速に成長している。その結果、可動型電子商取引装置及び識別装置用の電子チップを中に取り付けたスマートカードも増加している。さらに、そのような装置は、ワイヤレス通信端末、例えば携帯電話またはパーソナルデジタルアシスタンス（ＰＤＡ）、で実用化されており、上記の装置に対する需要はさらに増加すると期待されている。
【０００５】
上記の装置が実用化されているワイヤレス端末の一般的な構造は、下記の通りである。無線周波数識別（ＲＦＩＤ）信号を送信及び受信するためのループアンテナがワイヤレス端末の上側ケースに取り付けてあり、ループアンテナで送受信された信号を処理するための電子チップがワイヤレス端末の端末本体中に取り付けてある。しかし、この構造のために、上側ケースの内側形状が複雑になり、ワイヤレス端末の組立は容易ではない。その結果、欠陥製品の数が増加する。また、性能の偏りが、ループアンテナの種類に応じて非常に大きくなる。ループアンテナの長いワイヤのために、たわみ性プリント基板（ＦＰＣＢ）または液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）の信号にノイズが生じる。そのため、そのようなループアンテナを、ワイヤレス端末の電源として使用する取り外し可能なバッテリーに取り付ける方法が提案されている。
【０００６】
しかし、外部デバイス、例えばワイヤレス端末、のサイズ、特に厚さ、及び重量は低下しており、したがって、ワイヤレス端末に取り付けるバッテリーの組立工程に時間がかかり、高い精度で行うことが求められる。そのため、ループアンテナをバッテリーに取り付ける方法は、複数の、より複雑な多くの工程を含む。さらに、上記のインナーパック型二次バッテリーの構造では、バッテリー部品のほとんど全てを、バッテリーセル上にキャップアセンブリーとして取り付ける必要があるために、この問題は非常に深刻である。
【０００７】
保護回路基板、接続端子、及び安全素子、例えば正温度係数（ＰＴＣ）素子、を成形装置の中にバッテリーセルと共に配置し、キャップアセンブリーを単体として成形するための幾つかの方法が提案されている。しかし、これらの従来方法では、キャップアセンブリーと成形装置との間の接触のために、キャップアセンブリーが短絡する可能性が高く、成形工程中にバッテリーセルの変形を引き起こす過剰の圧力がバッテリーセルにかかることがあり、成形に必要な高温条件下でバッテリーが爆発する可能性が高い。さらに、上記の従来製造方法には、ループアンテナの取り付け工程を容易に行うことができないという問題がある。
【０００８】
この理由から、本発明者らは、図１及び２に示すように、保護回路基板１０及びループアンテナ２０を包含する保護回路モジュールだけを成形装置の中に挿入し、溶融樹脂を成形装置の中に注入して射出成形物３０を製造し、射出成形物３０をバッテリーセル（図には示していない）に接続することにより製造される、韓国特許出願第２００４−１０６７１２号明細書に開示されている二次バッテリーを開発した。
【０００９】
上記の二次バッテリーでは、保護回路をバッテリーに接続していない状態で、すなわち保護回路に電圧が印加されていない状態で、インサート射出成形により、保護回路モジュール及びループアンテナだけを形成する。したがって、成形工程は、通常の樹脂を使用して行うことができ、二次バッテリーは電気的に安定しており、短絡を防止するための被覆工程を必要とせず、保護回路に対する電気的損傷の可能性が無い。さらに、上記の成形物により、ループアンテナを二次バッテリーに取り付けるにも関わらず、二次バッテリーの製造方法が簡単になる。上記の成形物は、特にインナーパック型二次バッテリーの製造に使用するのが好ましい。
【００１０】
発明の概要
さらに、本発明者らは、図１及び２に示すような高価なループアンテナを使用する代わりに、所望の無線周波数を送受信するためのアンテナを中に取り付けた新規な構造の二次バッテリーを開発した。
【００１１】
本発明の二次バッテリーは、保護回路基板をバッテリーセルに電気的に接続することができるようにバッテリーセルに取り付けた、または付け加えた保護回路基板上に、無線周波数信号を送受信するためのループアンテナがパターン形成されていることを特徴とする。
【００１２】
バッテリーセルは、バッテリーの主要構成部品であり、その中に、カソード、アノード、及びセパレータを包含する電極アセンブリーが、カソードとアノードとの間に、巻き付けた、または積み重ねた状態で配置され、電解質と共にアルミニウムまたはステンレス鋼製のケースの中に、もしくはアルミニウムラミネート絶縁小袋ケース中に、密封された状態で取り付けられている。カソードおよびアノードは、連続的に充電及び放電できる様々な活性材料から製造することができる。カソードおよびアノード用の材料は、本発明が関与する技術分野で良く知られている。
【００１３】
保護回路基板は、板状エポキシ系合成樹脂上に印刷された、バッテリーの過充電、過放電、及び過電流を防止するための回路（すなわち保護回路）を有するＰＣＢを意味する。保護回路基板は、保護回路基板をバッテリーセルに電気的に接続できるように、バッテリーセルの上側末端に取り付けるか、またはバッテリーセルの側方または下側末端に取り付ける。状況に応じて、過電流、過充電、または過放電からバッテリーをより安全に保護するために、安全素子を、ＰＣＢの上または電極アセンブリーとＰＣＢとの間に、電気的に接続された状態で配置することができる。安全素子としては、ヒューズ、バイメタル、または正温度係数（ＰＴＣ）素子を使用することができる。温度が予め決められた温度を超えると、ＰＴＣ素子は電流の流れを迅速に遮断し、温度が予め決められた温度より下がると、ＰＴＣ素子は電流の流れを迅速に再開する。また、ＰＴＣ素子を使用すると、バッテリーのサイズを下げることができる。そのため、ＰＴＣ素子が好ましく、最も一般的に使用されている。
【００１４】
本発明は、ループアンテナが保護回路としての保護回路基板上にパターン形成されていることを特徴とする。したがって、ループアンテナを設置するための余分な空間を必要としない。また、図１に示すような高価な外側型ループアンテナを使用する必要が無く、したがって、二次バッテリーの製造コストを大幅に下げることができる。
【００１５】
電磁波の高周波帯域をデバイス（ワイヤレス端末）中のＰＣＢに送受信するための、特定の形状、例えば逆Ｆ形状及び電子結合プリントスロットマイクロストリップの形状にあるアンテナを取り付けるための幾つかの従来技術が開示されている。この種のアンテナは、数百メガヘルツ〜数ギガヘルツを有する電磁波を対応するデバイスと中継局との間で送受信するためのアンテナであるが、このアンテナは、局所的な通信、例えば電子商取引及び識別（ＩＤ）、用の無線周波数を送受信するには、そのサイズ及び形状の点で不適当である。上記の従来技術におけるように、無線周波数を送受信するためのループアンテナを対応するデバイス中のＰＣＢ上にパターン形成することは考えられる。しかし、上記のデバイス、例えばワイヤレス端末、は、一般的にその外側表面上に、使用者の安全性を保証する電磁波遮断装置を備えている。この構造では、ＲＦ信号のノイズが大きく、誤差発生の比率が増加するか、またはノイズが、対応するデバイスのたわみ性プリント基板（ＦＰＣＢ）もしくは液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）信号中に発生する。
【００１６】
したがって、本発明の、無線周波数を送受信するアンテナを、二次バッテリーの保護回路基板上にパターン形成する技術は新規であり、この技術は、上記の注目すべき効果そのものを提供する。
【００１７】
本発明のループアンテナは、保護回路基板の上側末端表面または下側末端表面上の任意の位置に形成することができる。また、このループアンテナは、保護回路基板の上側末端表面または下側末端表面上に全体的または部分的に形成することができる。好ましくは、ループアンテナは、保護回路基板上の保護回路から予め決められた間隔を置いた区域に対して、または保護回路に対して絶縁被覆を施すことにより形成された絶縁被覆層上に配置するとよく、これによって、ループアンテナと保護回路との間の干渉が最少に抑えられる。
【００１８】
本発明は、様々な種類の二次バッテリーに適用できる。好ましくは、本発明は、インナーパック型二次バッテリー、特にインサート射出成形により形成されたキャップアセンブリーを有するインナーパック型二次バッテリーに適用できる。
【００１９】
キャップアセンブリーとは、バッテリーの、電極アセンブリーの上に取り付けた、保護回路基板を有する保護回路モジュール、保護回路モジュールの外側表面を覆うキャップハウジング、及び選択的な電気的接続を行うためのリード線を包含する、構成部品を意味する。
【００２０】
インサート射出成形方法およびインサート射出成形方法により製造されたインナーパック型二次バッテリーの詳細は、本出願者の名前で提出されたＰＣＴ国際特許出願第ＰＣＴ／ＫＲ２００４／２８８２号明細書に開示されている。上記国際特許出願の開示全文をここに参考として含める。
【００２１】
本発明の上記の、及び他の目的、特徴及び利点は、添付の図面を参照しながら記載する下記の詳細な説明により、より深く理解される。
【００２２】
好ましい実施態様の詳細な説明
ここで、添付の図面を参照しながら、本発明の好ましい実施態様を詳細に説明する。しかし、本発明の範囲は、例示する実施態様に限定されるものではない。
【００２３】
図３及び４は、本発明の好ましい実施態様により保護回路基板（ＰＣＢ）の片側表面上に部分的及び全体的にパターン形成された典型的なループアンテナをそれぞれ例示する透視図である。
【００２４】
これらの図面に関して、外部入力及び出力端子１１０及び１１２が、板状保護回路基板１００の上側末端に形成されている。過充電、過放電、及び過電流を制御するための保護回路（図には示していない）は、板状保護回路基板１００の上側末端上に印刷される。各種の安全素子１１４及び１１６が、板状保護回路基板１００の上側末端上に取り付けられる。また、ループアンテナ１２０も、保護回路基板１００の上側末端または下側末端上に、部分的または全体的にパターン形成される。ループアンテナ１２０は、保護回路が保護回路基板１００上に印刷されるのと同時に、保護回路が保護回路基板１００上に印刷される前に、または保護回路が保護回路基板１００上に印刷された後に、印刷することができる。ループアンテナ１２０は、保護回路基板１００上にパターン形成されるので、ループアンテナ１２０を設置するための追加の空間を必要としない。
【００２５】
上記の構造を有する保護回路基板１００を、様々な構造を有する二次バッテリー用のバッテリーセルに電気的に取り付けるか、または接続する。
【００２６】
図５は、図３または４に示すループアンテナを上にパターン形成した保護回路基板を適用する、本発明の好ましい実施態様によるインナーパック型二次バッテリーの分解組立透視図である。
【００２７】
図５に関して、インナーパック型二次バッテリー２００は、バッテリーセル３００、及び保護回路モジュール４００を備えてなり、該バッテリーセル３００は、カソード、アノード、及びセパレータを電解質と共に包含する電極アセンブリー（図には示していない）を有し、該保護回路モジュール４００は、保護回路基板１００、接続端子４１０、及び正温度係数（ＰＴＣ）ブロック４２０を包含し、該保護回路基板１００の下側末端表面上にループアンテナ１２０がパターン形成されている。ループアンテナ１２０は、保護回路基板１００上にある任意の回路を通して、保護回路モジュール４００に接続されている。
【００２８】
バッテリーセル３００の中に密封された状態で取り付けられている電極アセンブリーの一方の電極（例えばアノード）は、中央の突出端子３１０に接続され、電極アセンブリーの他方の電極（例えばカソード）は、導電性アルミニウムケース３２０に、ケース３２０自体が端子として作用するように直接接続されている。
【００２９】
この実施態様は、ループアンテナ１２０が取り付けられている保護回路モジュール４００及びキャップハウジング４６０がインサート射出成形により形成され、それによって、キャップアセンブリーが単一の物体として製造されることを特徴とする。基本的に、保護回路モジュール４００は、保護回路基板１００及び接続端子４１０と４１２を包含し、該保護回路基板１００の上に保護回路及びループアンテナ１２０が形成されている。場合により、保護回路モジュール４００は、ＰＴＣブロック４２０および／またはリード線４３０と４３２を包含することができる。
【００３０】
ＰＴＣブロック４２０およびリード線４３０と４３２がキャップアセンブリー成形物の中に包含されない場合、製造工程は、接続端子４１０と４１２及び保護回路基板１００だけを予め決められた成形装置（図には示していない）の中に配置し、次いで溶融樹脂を成形装置の中に射出し、それによって、接続端子４１０と４１２及び保護回路基板１００がキャップハウジング４６０と一体的に形成されるように行う。
【００３１】
キャップアセンブリー成形物及びバッテリーセル３００の組立工程は下記の様に行う。
【００３２】
先ず、接着強度が高い導電性部材３３０、例えばニッケルクラッド、をバッテリーセル３００の上側末端の片側に取り付け、絶縁部材３４０を、バッテリーセル３００の上側末端の反対側に取り付ける。リード線４３０を導電性部材３３０に接続する。その後、リード線４３０、すなわちカソードリード線、を保護回路モジュール４００のカソード接続端子４１０に接続する。他方、ＰＴＣブロック４２０を突出しているアノード端子３１０に接続する。リード線４３２は、ＰＴＣブロック４２０の接続端子に接続する。その後、リード線４３２を、保護回路モジュール４００のアノード接続端子４１２に接続する。導電性部材３３０とカソードリード線４３０との間、及びＰＴＣブロック４２０とアノードリード線４３２との間の接続は、好ましくは、スポット溶接により行う。保護回路基板１００及びキャップハウジング４６０から構成され、単一物体として一体的に形成されているキャップアセンブリー成形物を、接続端子４１０及び４１２の一部がバッテリーの下側末端で露出している状態でリード線４３０及び４３２が上記のように接続されているバッテリーの上側末端に取り付ける。
【００３３】
キャップアセンブリー成形物を上記のようにバッテリーの上側末端に取り付けた後、接続端子４１２及び４３２を、溶接により、キャップアセンブリー成形物の側部に形成された開口部４４０を通して互いに接続し、次いで開口部４４０を側方キャップ４５０により密封する。その結果、バッテリーの上側部分が形成される。続いて、下側キャップ５００をバッテリーセル３００に取り付け、次いで、バッテリーセル３００の外側表面を包装部材７００により覆う。その結果、インナーパック型二次セル１００が完成する。
【００３４】
図６は、バッテリーを包装部材により覆う前のバッテリーの接続状態を例示する透視図である。
【００３５】
図６に関して、キャップアセンブリー成形物６００がバッテリーセル３００の上側末端に取り付けられた状態で、バッテリーセル３００の外側表面が包装部材７００により覆われる。その結果、インナーパック型二次セルが完成する。図６に示すように、包装部材７００として絶縁性ラベルを使用しているが、様々な部材、例えば箱型部材、を使用することもできる。ループアンテナは、上記の図面に示すように保護回路基板上にパターン形成されているので、ループアンテナを設置するための追加の空間を必要としない。
【００３６】
本発明の好ましい実施態様を例示のために開示したが、当業者には明らかなように、請求項に記載する本発明の範囲及び精神から離れることなく、様々な修正、追加及び置き換えが可能である。
【００３７】
産業上の利用可能性
上記の説明から明らかなように、本発明の二次バッテリーでは、無線周波数信号を送受信するためのループアンテナが、バッテリーセルに取り付けた、または付け加えた保護回路基板上にパターン形成されている。そのため、二次バッテリーが取り付けられているデバイスのたわみ性プリント基板（ＦＰＣＢ）もしくは液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）信号中のノイズ発生が効果的に阻止され、発生したノイズによる干渉が大幅に低下する。さらに、ループアンテナを設置するための追加の空間を必要としないので、二次バッテリーのサイズ、特に厚さ、及び重量の低下が達成される。また、従来の高価な外側型ループアンテナを使用しないので、二次バッテリーの製造コストを大幅に低減させることができる。本発明の、上記の構造を有する二次バッテリーは、好ましくは、インナーパック型二次バッテリーに使用する。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】図１は、本出願者の名前で提出された韓国特許出願第２００４−１０６７１２号明細書に開示されている二次バッテリーのプリント基板（ＰＣＢ）に接続されたループアンテナを例示する透視図である。
【図２】図２は、図１に示すループアンテナをインサート射出成形により取り付けたキャップアセンブリーを例示する透視図である。
【図３】図３は、本発明の好ましい実施態様によりＰＣＢの片側表面上に部分的にパターン形成されたループアンテナを例示する透視図である。
【図４】図４は、本発明の別の好ましい実施態様によりＰＣＢの片側表面上に全体的にパターン形成されたループアンテナを例示する透視図である。
【図５】図５は、本発明の好ましい実施態様によりキャップアセンブリー成形物をインサート射出成形により製造する前のバッテリーセルの分解組立透視図である。
【図６】図６は、インサート射出成形により製造され、図５に示すバッテリーセルに接続されたキャップアセンブリーを例示する透視図である。
【符号の説明】
【００３９】
＜図面の主要参照番号の説明＞
１００  保護回路基板                  １２０  ループアンテナ
２００  二次バッテリー                ３００  バッテリーセル
４００  保護回路モジュール            ５００  下側キャップ
６００  キャップアセンブリー成形物    ７００  包装部材
【図１】
2008537310.tif 000003
【図２】
2008537310.tif 000004
【図３】
2008537310.tif 000005
【図４】
2008537310.tif 000006
【図５】
2008537310.tif 000007
【図６】
2008537310.tif 000008
【国際調査報告】
2008537310.tif 000009
2008537310.tif 000010