(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
二次バッテリーパックであって、
バッテリーケース中に電解質と共に取り付けられた電極アセンブリーを有するバッテリーセルと、
前記バッテリーケースが、トップキャップにより密封された開いた上部を有してなり、
前記バッテリーセルの過充電、過放電、及び過電流を制御するための保護回路を有する保護回路モジュールと、及び
前記保護回路モジュールが絶縁性取付部材の上部に搭載され、前記絶縁性取付部材が前記バッテリーセルの前記トップキャップに取り付けられた構造に構築されてなる、絶縁性取付部材と、
前記保護回路モジュールが前記絶縁性取付部材上に搭載された状態で、前記絶縁性取付部材を覆うために、前記バッテリーセルの上側末端に連結された絶縁性キャップとを備えてなるものであり、
前記トップキャップが、少なくとも一個の突起型電極端子を備えてなり、
前記トップキャップが、前記突起型電極端子が形成されていない部分的区域に、予め決められた深さだけ下方に窪んだ空間(窪み空間)を備えてなり、前記保護回路モジュールの底部上に搭載された素子を前記窪み空間の中に受け入れるか、または正温度係数(PTC)素子を前記窪み空間の中に取り付けるものであり、
前記絶縁性取付部材が、前記窪み空間に対応する通し孔(第二通し孔)を備え、
前記PTC素子が前記窪み空間の中に取り付けられ、前記PTC素子の片側が前記保護回路モジュールに電気的に接続され、前記PTC素子の反対側が前記バッテリーセルの電極端子に電気的に接続される、二次バッテリーパック。
【請求項２】
前記絶縁性取付部材が、前記突起型電極端子に対応する通し孔(第一通し孔)を備えてなり、
前記保護回路モジュールが、前記第一通し孔に対応する連結通し孔を備えてなり、及び
前記バッテリーセルに対する、前記絶縁性取付部材及び前記保護回路モジュールの連結が、前記突起型電極端子を前記絶縁性取付部材の前記第一通し孔及び前記保護回路モジュールの前記連結通し孔を通じて順次挿入し、固定されることにより達成される、請求項１に記載の二次バッテリーパック。
【請求項３】
保護回路モジュールが前記絶縁性取付部材上に搭載された状態で、前記保護回路モジュールの前記底部上に搭載された前記素子が前記窪み空間の中に受け入れられる、請求項１に記載の二次バッテリーパック。
【請求項４】
前記窪み空間が、前記トップキャップの一部を予め決められた深さだけ可塑的に変形させることにより、形成されてなる、請求項１に記載の二次バッテリーパック。
【請求項５】
前記窪み空間が、前記トップキャップの対応する区域を予め決められた深さだけ下方に屈曲させることにより形成された通し孔の末端に、板形状密封部材を連結することにより形成されてなる、請求項１に記載の二次バッテリーパック。
【請求項６】
前記突起型電極端子の末端が、前記保護回路モジュールの上部から予め決められた長さだけ突き出ており、前記突起型電極端子の前記末端が圧迫され、前記保護回路モジュールに固定される、請求項２に記載の二次バッテリーパック。
【請求項７】
前記突起型電極端子の末端が、前記保護回路モジュールの上部から予め決められた長さだけ突き出ており、前記突起型電極端子の前記末端が前記保護回路モジュールに機械的連結様式で固定される、請求項２に記載の二次バッテリーパック。
【請求項８】
前記トップキャップが、一対の突起型電極端子(第一突起型電極端子及び第二突起型電極端子)を備えてなる、請求項２に記載の二次バッテリーパック。
【請求項９】
前記突起型電極端子の少なくとも一個が、前記バッテリーケースの内側と連絡する通し通路を包含する中空構造に構築され、前記通し通路が、電解質注入口として使用された後、金属ボールにより密封されてなる、請求項８に記載の二次バッテリーパック。
【請求項１０】
前記第一突起型電極端子が、前記トップキャップに電気的に接続された状態で、前記バッテリーセルのカソードに接続され、前記第二突起型電極端子が、前記トップキャップから電気的に絶縁された状態で、前記バッテリーセルのアノードに接続される、請求項８に記載の二次バッテリーパック。
【請求項１１】
二次バッテリーパックであって、
前記トップキャップが通し孔を備えてなり、
前記第一突起型電極端子が前記トップキャップと一体的に形成されてなり、
前記第二突起型電極端子が、
板形状の本体と、
上側延長部と、及び
下側延長部とを備えてなるものであり、
前記上側延長部が前記本体から上向きに伸びて、前記上側延長部が前記本体から直角になり、
前記下側延長部が前記本体から下向きに伸びて、前記下側延長部が前記本体から直角になり、
前記下側延長部が、前記トップキャップの前記通し孔を通じて挿入されるように構築され、
それによって、前記下側延長部の末端を圧迫することにより、前記第二突起型電極端子が前記トップキャップに連結されてなる、請求項８に記載の二次バッテリーパック。
【請求項１２】
前記第二突起型電極端子と前記トップキャップの前記通し孔との間の界面に取り付けられた電気的に絶縁性のガスケットをさらに備えてなり、前記第二突起型電極端子と前記トップキャップとの間の絶縁を達成するものである、請求項１１に記載の二次バッテリーパック。
【請求項１３】
前記突起型電極端子が前記トップキャップの対向する側部に配置されてなり、
前記窪み空間が前記突起型電極端子間に配置されてなる、請求項８に記載の二次バッテリーパック。
【請求項１４】
前記PTC素子と前記バッテリーセルの前記電極端子との間の電気的接続及び／または前記PTC素子と前記保護回路モジュールとの間の電気的接続が、導電性接続部材により達成されてなる、請求項１に記載の二次バッテリーパック。
【請求項１５】
前記バッテリーセルの前記バッテリーケースが、前記電極アセンブリーのカソードタブまたはアノードタブに電気的に接続され、電極端子(a)を構成してなる、請求項１に記載の二次バッテリーパック。
【請求項１６】
前記PTC素子の底部が、前記窪み空間の下側末端に直接連結され、
前記PTC素子の底部が前記電極端子(a)に電気的に接続されてなる、請求項１５に記載の二次バッテリーパック。
【請求項１７】
前記窪み空間に、絶縁フィルムを取り付けるか、又は絶縁層を付与し、
前記PTC素子を前記絶縁フィルム又は前記絶縁層上に搭載し、及び
前記PTC素子の底部を、前記バッテリーケースから電気的に絶縁された前記バッテリーセルの電極端子(b)に、導電性接続部材を介して接続する、請求項１に記載の二次バッテリーパック。
【請求項１８】
前記PTC素子の上部が前記保護回路モジュールに、別の導電性接続部材を介して接続される、請求項１７に記載の二次バッテリーパック。
【請求項１９】
二次バッテリーパックであって、
バッテリーケース中に電解質と共に取り付けられた電極アセンブリーを有するバッテリーセルと、
前記バッテリーケースが、トップキャップにより密封された開いた上部を有してなり、
前記バッテリーセルの過充電、過放電、及び過電流を制御するための保護回路を有する保護回路モジュールと、及び
前記保護回路モジュールが絶縁性取付部材の上部に搭載され、前記絶縁性取付部材が前記バッテリーセルの前記トップキャップに取り付けられた構造に構築されてなる、絶縁性取付部材と、
前記保護回路モジュールが前記絶縁性取付部材上に搭載された状態で、前記絶縁性取付部材を覆うために、前記バッテリーセルの上側末端に連結された絶縁性キャップとを備えてなるものであり、
前記トップキャップが、少なくとも一個の突起型電極端子を備えてなり、
前記トップキャップが、前記突起型電極端子が形成されていない部分的区域に、予め決められた深さだけ下方に窪んだ空間(窪み空間)を備えてなり、前記保護回路モジュールの底部上に搭載された素子を前記窪み空間の中に受け入れるか、または正温度係数(PTC)素子を前記窪み空間の中に取り付けるものであり、
前記絶縁性取付部材が、前記窪み空間に対応する通し孔(第二通し孔)を備え、
前記窪み空間が、前記トップキャップの一部を予め決められた深さだけ可塑的に変形させることにより、形成されてなる、二次バッテリーパック。
【請求項２０】
二次バッテリーパックであって、
バッテリーケース中に電解質と共に取り付けられた電極アセンブリーを有するバッテリーセルと、
前記バッテリーケースが、トップキャップにより密封された開いた上部を有してなり、
前記バッテリーセルの過充電、過放電、及び過電流を制御するための保護回路を有する保護回路モジュールと、及び
前記保護回路モジュールが絶縁性取付部材の上部に搭載され、前記絶縁性取付部材が前記バッテリーセルの前記トップキャップに取り付けられた構造に構築されてなる、絶縁性取付部材と、
前記保護回路モジュールが前記絶縁性取付部材上に搭載された状態で、前記絶縁性取付部材を覆うために、前記バッテリーセルの上側末端に連結された絶縁性キャップとを備えてなるものであり、
前記トップキャップが、少なくとも一個の突起型電極端子を備えてなり、
前記トップキャップが、前記突起型電極端子が形成されていない部分的区域に、予め決められた深さだけ下方に窪んだ空間(窪み空間)を備えてなり、前記保護回路モジュールの底部上に搭載された素子を前記窪み空間の中に受け入れるか、または正温度係数(PTC)素子を前記窪み空間の中に取り付けるものであり、
前記絶縁性取付部材が、前記窪み空間に対応する通し孔(第二通し孔)を備え、
前記窪み空間が、前記トップキャップの対応する区域を予め決められた深さだけ下方に屈曲させることにより形成された通し孔の末端に、板形状密封部材を連結することにより形成されてなる、二次バッテリーパック。
【請求項２１】
二次バッテリーパックであって、
バッテリーケース中に電解質と共に取り付けられた電極アセンブリーを有するバッテリーセルと、
前記バッテリーケースが、トップキャップにより密封された開いた上部を有してなり、
前記バッテリーセルの過充電、過放電、及び過電流を制御するための保護回路を有する保護回路モジュールと、及び
前記保護回路モジュールが絶縁性取付部材の上部に搭載され、前記絶縁性取付部材が前記バッテリーセルの前記トップキャップに取り付けられた構造に構築されてなる、絶縁性取付部材と、
前記保護回路モジュールが前記絶縁性取付部材上に搭載された状態で、前記絶縁性取付部材を覆うために、前記バッテリーセルの上側末端に連結された絶縁性キャップとを備えてなるものであり、
前記トップキャップが、少なくとも一個の突起型電極端子を備えてなり、
前記トップキャップが、前記突起型電極端子が形成されていない部分的区域に、予め決められた深さだけ下方に窪んだ空間(窪み空間)を備えてなり、前記保護回路モジュールの底部上に搭載された素子を前記窪み空間の中に受け入れるか、または正温度係数(PTC)素子を前記窪み空間の中に取り付けるものであり、
前記絶縁性取付部材が、前記突起型電極端子に対応する通し孔(第一通し孔)と前記窪み空間に対応する通し孔(第二通し孔)とを備え、
前記保護回路モジュールが、前記第一通し孔に対応する連結通し孔を備えてなり、及び
前記バッテリーセルに対する、前記絶縁性取付部材及び前記保護回路モジュールの連結が、前記突起型電極端子を前記絶縁性取付部材の前記第一通し孔及び前記保護回路モジュールの前記連結通し孔を通じて順次挿入し、固定されることにより達成され、
前記突起型電極端子の末端が、前記保護回路モジュールの上部から予め決められた長さだけ突き出ており、前記突起型電極端子の前記末端が圧迫され、前記保護回路モジュールに固定される、二次バッテリーパック。
【請求項２２】
二次バッテリーパックであって、
バッテリーケース中に電解質と共に取り付けられた電極アセンブリーを有するバッテリーセルと、
前記バッテリーケースが、トップキャップにより密封された開いた上部を有してなり、
前記バッテリーセルの過充電、過放電、及び過電流を制御するための保護回路を有する保護回路モジュールと、及び
前記保護回路モジュールが絶縁性取付部材の上部に搭載され、前記絶縁性取付部材が前記バッテリーセルの前記トップキャップに取り付けられた構造に構築されてなる、絶縁性取付部材と、
前記保護回路モジュールが前記絶縁性取付部材上に搭載された状態で、前記絶縁性取付部材を覆うために、前記バッテリーセルの上側末端に連結された絶縁性キャップとを備えてなるものであり、
前記トップキャップが、少なくとも一個の突起型電極端子を備えてなり、
前記トップキャップが、前記突起型電極端子が形成されていない部分的区域に、予め決められた深さだけ下方に窪んだ空間(窪み空間)を備えてなり、前記保護回路モジュールの底部上に搭載された素子を前記窪み空間の中に受け入れるか、または正温度係数(PTC)素子を前記窪み空間の中に取り付けるものであり、
前記絶縁性取付部材が、前記突起型電極端子に対応する通し孔(第一通し孔)と前記窪み空間に対応する通し孔(第二通し孔)とを備え、
前記保護回路モジュールが、前記第一通し孔に対応する連結通し孔を備えてなり、及び
前記バッテリーセルに対する、前記絶縁性取付部材及び前記保護回路モジュールの連結が、前記突起型電極端子を前記絶縁性取付部材の前記第一通し孔及び前記保護回路モジュールの前記連結通し孔を通じて順次挿入し、固定されることにより達成され、
前記突起型電極端子の末端が、前記保護回路モジュールの上部から予め決められた長さだけ突き出ており、前記突起型電極端子の前記末端が前記保護回路モジュールに機械的連結様式で固定される、二次バッテリーパック。
【請求項２３】
二次バッテリーパックであって、
バッテリーケース中に電解質と共に取り付けられた電極アセンブリーを有するバッテリーセルと、
前記バッテリーケースが、トップキャップにより密封された開いた上部を有してなり、
前記バッテリーセルの過充電、過放電、及び過電流を制御するための保護回路を有する保護回路モジュールと、及び
前記保護回路モジュールが絶縁性取付部材の上部に搭載され、前記絶縁性取付部材が前記バッテリーセルの前記トップキャップに取り付けられた構造に構築されてなる、絶縁性取付部材と、
前記保護回路モジュールが前記絶縁性取付部材上に搭載された状態で、前記絶縁性取付部材を覆うために、前記バッテリーセルの上側末端に連結された絶縁性キャップとを備えてなるものであり、
前記トップキャップが、少なくとも一個の突起型電極端子を備えてなり、
前記トップキャップが、前記突起型電極端子が形成されていない部分的区域に、予め決められた深さだけ下方に窪んだ空間(窪み空間)を備えてなり、前記保護回路モジュールの底部上に搭載された素子を前記窪み空間の中に受け入れるか、または正温度係数(PTC)素子を前記窪み空間の中に取り付けるものであり、
前記絶縁性取付部材が、前記突起型電極端子に対応する通し孔(第一通し孔)と前記窪み空間に対応する通し孔(第二通し孔)とを備え、
前記保護回路モジュールが、前記第一通し孔に対応する連結通し孔を備えてなり、及び
前記バッテリーセルに対する、前記絶縁性取付部材及び前記保護回路モジュールの連結が、前記突起型電極端子を前記絶縁性取付部材の前記第一通し孔及び前記保護回路モジュールの前記連結通し孔を通じて順次挿入し、固定されることにより達成され、
前記トップキャップが、一対の突起型電極端子(第一突起型電極端子及び第二突起型電極端子)を備えてなる、二次バッテリーパック。
【発明の詳細な説明】
【発明の分野】
【０００１】
本発明は、緻密な構造の二次バッテリーパックに関し、より詳しくは、バッテリーセル、保護回路モジュール(PCM)、絶縁性取付部材、及び絶縁性キャップを包含する二次バッテリーパックであって、トップキャップが少なくとも一個の突起型電極端子及び予め決められた深さだけ下方に窪んだ窪み空間を備え、絶縁性取付部材が、突起型電極端子に対応する通し孔(第一通し孔)及び窪み空間に対応する通し孔(第二通し孔)を備え、PCMが、第一通し孔に対応する連結通し孔を備え、絶縁性取付部材及びPCMのバッテリーセルに対する連結が、突起型電極端子を絶縁性取付部材の第一通し孔及びPCMの連結通し孔を通して順次挿入、固定することにより、達成される、二次バッテリーパックに関する。
【発明の背景】
【０００２】
可動装置の開発が進み、そのような可動装置の需要が増加するにつれて、二次バッテリーの需要も急速に増加している。特に、高いエネルギー密度及び作動電圧及び優れた保存及び耐用寿命特性を有するリチウム二次バッテリーが、様々な電子製品ならびに可動装置用のエネルギー供給源として広く使用されている。
【０００３】
二次バッテリーは、その外部及び内部構造に基づいて、一般的に円筒形バッテリー、プリズム形バッテリー、及び小袋形バッテリーに分類することができる。特に、高集積度で積み重ねることができ、幅と長さの比が小さいプリズム形バッテリー及び小袋形バッテリーに大きな関心が集まっている。
【０００４】
また、二次バッテリーは、化石燃料を使用する既存のガソリン及びディーゼル車両により引き起こされる大気汚染のような問題を解決するために開発された電気自動車及びハイブリッド電気自動車用のエネルギー供給源としても非常に大きな関心を集めている。その結果、二次バッテリーを使用する用途の種類は、二次バッテリーの長所のために増加しており、今後、二次バッテリーは、現在よりも多くの用途及び製品に応用されると期待されている。
【０００５】
しかし、リチウム二次バッテリーには様々な可燃性材料が含まれる。その結果、リチウム二次バッテリーが、過充電、過電流、または他の外部の物理的衝撃により、加熱されるか、または爆発する危険性がある。つまり、リチウム二次バッテリーの安全性は低い。この理由から、素子をセルの外側に取り付け、バッテリーの安全性を確保する方法が考慮されている。これら素子には、リチウム二次バッテリーの異常、例えば過充電、を効果的に制御するための保護回路モジュール(PCM)、バッテリーの温度変化を利用する正温度係数(PTC)素子及び回路遮断装置(CID)素子、及びバッテリーの内部圧力変化を利用する安全通気装置が挙げられる。
【０００６】
PCMは、電流伝導を制御するための切換素子として機能する電界効果トランジスタ(FET)、電圧検出器、及び受動素子、例えば抵抗、及びキャパシタを包含する。PCMは、バッテリーセルの過充電、過放電、過電流、短絡、及び逆電圧を遮断し、バッテリーセルの爆発または過熱、バッテリーセルからの液体の漏れ、及びバッテリーセルの充電及び放電特性の劣化を防止し、バッテリーセルの電気的効率低下及びバッテリーセルの異常な物理化学的挙動を抑制し、それによって、バッテリーセルから危険なファクターを取り除き、バッテリーセルの耐用寿命を増加する。PTC素子は、バッテリーセルの電極アセンブリーと外部入力及び出力端子との間を電気的に接続し、バッテリーセルが正常に作動する温度では、PTC素子が低い抵抗を維持し、その中を通して電流を流し、バッテリーセルの異常状態、例えば過電流または高温、では、PTC素子の抵抗が温度と共に急激に増加し、それによって、PTC素子が、それ自体を切断するか、またはPTC素子を通してほんの少量の電流だけが流れるようにする。従って、PTC素子は、バッテリーの過熱によるバッテリーの内部圧力増加を抑制するのに役立つ。
【０００７】
PTC素子を包含するバッテリーパックでは、例えば、外部入力及び出力端子を有するPCMがカソード端子及びアノード端子に、導電性のニッケル板を介して（経由して）溶接またははんだ付けにより接続され、ニッケル板の上部及び底部に取り付けられたPTC素子は、PCM及びバッテリーセルの電極端子に電気的に接続される。
【０００８】
しかし、上記の構造を有するバッテリーパックを組み立てるには、PTC素子とPCMとの間及びPTC素子電極端子との間の電気的接続を達成するために幾つかの溶接またははんだ付け工程が必要である。さらに、PTC素子はPCM及びバッテリーセルに接続するので、ニッケル板の長さを長くする必要がある。PCMがバッテリーセル上に搭載されるように、長いニッケル板を曲げる必要があり、その結果、通気空間に対応する死空間が形成され、従って、同じ標準を有する他のバッテリーパックと比較して、バッテリーパックの容積密度が相対的に低下する。
【０００９】
上記の理由から、素子を基板上に取り付けてPCMを製造する方法では、チップ-オン-ボード技術を使用して非常に薄いPCMを製造し、バッテリーパックの総体積を低減させ、バッテリーパックの上部にPCMを搭載する技術的が開発されている。しかし、チップ-オン-ボード技術を使用して製造されるPCMは、従来技術により製造されるPCMより価格が高くなるので、バッテリーパックの製造コストが増加する。
【００１０】
従って、バッテリーパックの、PCMが搭載されている上側末端における空間を効率的に活用し、バッテリーセルの上部に搭載される絶縁性取付部材及び安全素子を容易に組み立て、同時に、従来技術により製造されたPCMを包含するバッテリーパックを使用しても、バッテリーパックの総体積を増加させないための、様々な技術に対する研究が鋭意なされている。
【００１１】
この問題に関して、韓国特許出願公開第2007-0097143号明細書は、2個の異なった電極を、それらの2電極間にセパレータを配置した状態で折り曲げる構造に構築された電極アセンブリー、電極アセンブリーが中に取り付けられる容器、及び容器の開いた上部に連結されるキャップアセンブリーを包含する二次バッテリーであって、電極アセンブリーとキャップアセンブリーとの間に絶縁ケースが取り付けてあり、その絶縁ケースが、キャップアセンブリーの下方に突き出た区域を少なくとも部分的に受け入れるための第一溝を備えている、二次バッテリーを開示している。
【００１２】
しかし、絶縁ケースに形成された第一溝は、絶縁ケースの曲げ変形を阻止し、キャップアセンブリーと絶縁ケースとの間の不要な空間を最小に抑えるために設けてある。その結果、この第一溝のために、絶縁性取付部材と安全素子を容易に組み立てることができないか、またはPCMの全ての素子をその中に導入するための十分な空間が得られない。従って、バッテリーパックの上側末端における空間を効率的に活用することが困難である。また、PCMを包含する安全素子は、バッテリーセルの電極端子に溶接またははんだ付けにより接続されるので、バッテリーパックの組立工程が複雑になる。
【００１３】
従って、バッテリーセルの上部に取り付ける部材の数を少なくし、組立工程を簡素化し、PCMと絶縁性取付部材との間の接続を非溶接様式で達成し、安全素子、例えば比較的厚いPCM及びPTC素子、を、バッテリーパックの厚さを増加させずに、バッテリーパックの上部に取り付けることができる技術が強く求められている。
【発明の概要】
【００１４】
従って、本発明は、上記の問題及び他の未解決の技術的問題を解決するためになされたものである。
【００１５】
具体的には、本発明の目的は、予め決められた窪み空間がトップキャップに形成されており、それによって、バッテリーパックの上側末端における空間的効率を増加させる構造に構築された二次バッテリーパックを提供することである。
【００１６】
本発明の別の目的は、バッテリーセル及び保護回路モジュール及び絶縁性取付部材が、特殊な連結構造を通して、バッテリーセルに連結され、それによって、組立工程を大きく簡素化し、連結強度の改良により優れた構造的安定性を与える構造に構築された二次バッテリーパックを提供することである。
【００１７】
本発明の別の目的は、正温度係数(PTC)素子が窪み空間の中に取り付けられる構造により、高い空間的効率及び優れた構造的安定性を示す二次バッテリーパック提供することである。
本発明の好ましい態様
〔１〕二次バッテリーパックであって、
バッテリーケース中に電解質と共に取り付けられた電極アセンブリーを有するバッテリーセルと、
前記バッテリーケースが、トップキャップにより密封された開いた上部を有してなり、  前記バッテリーセルの過充電、過放電、及び過電流を制御するための保護回路を有する保護回路モジュールと、及び
前記保護回路モジュールが絶縁性取付部材の上部に搭載され、前記絶縁性取付部材が前記バッテリーセルの前記トップキャップに取り付けられた構造に構築されてなる、絶縁性取付部材と、
前記保護回路モジュールが前記絶縁性取付部材上に搭載された状態で、前記絶縁性取付部材を覆うために、前記バッテリーセルの上側末端に連結された絶縁性キャップとを備えてなるものであり、
前記トップキャップが、少なくとも一個の突起型電極端子を備えてなり、
前記トップキャップが、前記突起型電極端子が形成されていない部分的区域に、予め決められた深さだけ下方に窪んだ空間(窪み空間)を備えてなり、前記保護回路モジュールの底部上に搭載された素子を前記窪み空間の中に受け入れるか、または正温度係数(PTC)素子を前記窪み空間の中に取り付けることができる、二次バッテリーパック。
〔２〕前記絶縁性取付部材が、前記突起型電極端子に対応する通し孔(第一通し孔)と、及び前記窪み空間に対応する通し孔(第二通し孔)とを備えてなり、
前記保護回路モジュールが、前記第一通し孔に対応する連結通し孔を備えてなり、及び
前記バッテリーセルに対する、前記絶縁性取付部材及び前記保護回路モジュールの連結が、前記突起型電極端子を前記絶縁性取付部材の前記第一通し孔及び前記保護回路モジュールの前記連結通し孔を通じて順次挿入し、固定されることにより達成される、〔１〕に記載の二次バッテリーパック。
〔３〕保護回路モジュールが前記絶縁性取付部材上に搭載された状態で、前記保護回路モジュールの前記底部上に搭載された前記素子が前記窪み空間の中に受け入れられる、〔１〕に記載の二次バッテリーパック。
〔４〕前記PTC素子が前記窪み空間の中に取り付けられ、前記PTC素子の片側が前記保護回路モジュールに電気的に接続され、前記PTC素子の反対側が前記バッテリーセルの電極端子に電気的に接続される、〔１〕に記載の二次バッテリーパック。
〔５〕前記窪み空間が、前記トップキャップの一部を予め決められた深さだけ可塑的に変形させることにより、形成されてなる、〔１〕に記載の二次バッテリーパック。
〔６〕前記窪み空間が、前記トップキャップの対応する区域を予め決められた深さだけ下方に屈曲させることにより形成された通し孔の末端に、板形状密封部材を連結することにより形成されてなる、〔１〕に記載の二次バッテリーパック。
〔７〕前記突起型電極端子の末端が、前記保護回路モジュールの上部から予め決められた長さだけ突き出ており、前記突起型電極端子の前記末端が圧泊され、前記保護回路モジュールに固定される、〔２〕に記載の二次バッテリーパック。
〔８〕前記突起型電極端子の末端が、前記保護回路モジュールの上部から予め決められた長さだけ突き出ており、前記突起型電極端子の前記末端が前記保護回路モジュールに機械的連結様式で固定される、〔２〕に記載の二次バッテリーパック。
〔９〕前記トップキャップが、一対の突起型電極端子(第一突起型電極端子及び第二突起型電極端子)を備えてなる、〔２〕に記載の二次バッテリーパック。
〔１０〕前記突起型電極端子の少なくとも一個が、前記バッテリーケースの内側と連絡する通し通路を包含する中空構造に構築され、前記通し通路が、電解質注入口として使用された後、金属ボールにより密封されてなる、〔９〕に記載の二次バッテリーパック。
〔１１〕前記第一突起型電極端子が、前記トップキャップに電気的に接続された状態で、前記バッテリーセルのカソードに接続され、前記第二突起型電極端子が、前記トップキャップから電気的に絶縁された状態で、前記バッテリーセルのアノードに接続される、〔９〕に記載の二次バッテリーパック。
〔１２〕二次バッテリーパックであって、
前記トップキャップが通し孔を備えてなり、
前記第一突起型電極端子が前記トップキャップと一体的に形成されてなり、
前記第二突起型電極端子が、
板形状の本体と、
上側延長部と、及び
下側延長部とを備えてなるものであり、
前記上側延長部が前記本体から上向きに伸びて、前記上側延長部が前記本体から直角になり、
前記下側延長部が前記本体から下向きに伸びて、前記下側延長部が前記本体から直角になり、
前記下側延長部が、前記トップキャップの前記通し孔を通じて挿入されるように構築され、
それによって、前記下側延長部の末端を圧迫することにより、前記第二突起型電極端子が前記トップキャップに連結されてなる、〔９〕に記載の二次バッテリーパック。
〔１３〕前記第二突起型電極端子と前記トップキャップの前記通し孔との間の界面に取り付けられた電気的に絶縁性のガスケットをさらに備えてなり、前記第二突起型電極端子と前記トップキャップとの間の絶縁を達成するものである、〔１２〕に記載の二次バッテリーパック。
〔１４〕前記突起型電極端子が前記トップキャップの対向する側部に配置されてなり、
前記窪み空間が前記突起型電極端子間に配置されてなる、〔９〕に記載の二次バッテリーパック。
〔１５〕前記PTC素子と前記バッテリーセルの前記電極端子との間の電気的接続及び／または前記PTC素子と前記保護回路モジュールとの間の電気的接続が、導電性接続部材により達成されてなる、〔４〕に記載の二次バッテリーパック。
〔１６〕前記バッテリーセルの前記バッテリーケースが、前記電極アセンブリーのカソードタブまたはアノードタブに電気的に接続され、電極端子(a)を構成してなる、〔４〕に記載の二次バッテリーパック。
〔１７〕前記PTC素子の前記底部が、前記窪み空間の下側末端に直接連結され、
前記PTC素子の底部が前記電極端子(a)に電気的に接続されてなる、〔１６〕に記載の二次バッテリーパック。
〔１８〕前記窪み空間に、絶縁フィルムを取り付けるか、又は絶縁層を付与し、
前記PTC素子を前記絶縁フィルム又は前記絶縁層上に搭載し、及び
前記PTC素子の底部を、前記バッテリーケースから電気的に絶縁された前記バッテリーセルの電極端子(b)に、導電性接続部材を介して接続する、〔４〕に記載の二次バッテリーパック。
〔１９〕前記PTC素子の上部が前記保護回路モジュールに、別の接続部材を介して接続される、〔４〕に記載の二次バッテリーパック。
【００１８】
本発明の一態様により、上記の、及び他の目的は、バッテリーケース中に電解質と共に取り付けられた電極アセンブリーを有するバッテリーセル、該バッテリーケースは、トップキャップにより密封される開いた上部を有し、該バッテリーセルの過充電、過放電、及び過電流を制御するための保護回路を有する保護回路モジュール、絶縁性取付部材、該絶縁性取付部材は、該保護回路モジュールが該絶縁性取付部材の上部に搭載され、該絶縁性取付部材が該バッテリーセルの該トップキャップに取り付けられる構造に構築され、及び該保護回路モジュールが該絶縁性取付部材上に搭載された状態で、該絶縁性取付部材を覆うために、該バッテリーセルの上側末端に連結された絶縁性キャップを包含する二次バッテリーパックであって、該トップキャップが、少なくとも一個の突起型電極端子を備え、該トップキャップが、突起型電極端子が形成されていない部分的区域に、予め決められた深さだけ下方に窪んだ空間(窪み空間)を備え、該保護回路モジュールの底部上に搭載された素子を該窪み空間の中に受け入れるか、または正温度係数(PTC)素子を該窪み空間の中に取り付けることができる、二次バッテリーパックを提供することにより、達成される。
【００１９】
本発明により、予め決められた深さを有する窪み空間がトップキャップに形成され、従って、該保護回路モジュール(PCM)の底部上に搭載された素子を受け入れるか、または予め決められた体積を有するPTC素子を取り付ける空間を確保することができる。これによって、二次バッテリーパックをより緻密な構造に製造することができる。
【００２０】
好ましくは、絶縁性取付部材は、突起型電極端子に対応する通し孔(第一通し孔)及び窪み空間に対応する通し孔(第二通し孔)を備え、PCMが、第一通し孔に対応する連結通し孔を備え、絶縁性取付部材及びPCMのバッテリーセルに対する連結が、突起型電極端子を絶縁性取付部材の第一通し孔及びPCMの連結通し孔を通して順次挿入、固定することにより、達成される。
【００２１】
すなわち、上記の構造では、突起型電極端子は、絶縁性取付部材及びPCMがバッテリーセル上に搭載された状態で、絶縁性取付部材の第一通し孔及びPCMの連結通し孔を通過するのに有効な長さを有する。
【００２２】
この構造では、絶縁性取付部材及びPCMのバッテリーセルに対する連結が、トップキャップに形成された突起型電極端子を絶縁性取付部材の第一通し孔及びPCMの連結通し孔を通して順次挿入、固定することにより、達成される。これによって二次バッテリーパックの組立が、簡単な連結様式で達成される。
【００２３】
さらに、絶縁性取付部材及びPCMは、絶縁性取付部材とPCMとの間の確実な機械的連結が容易に達成される構造に構築されている。従って、幾つかの溶接またははんだ付け工程を必要とする構造に構築された従来の二次バッテリーパックと比較して、製造工程が大きく簡素化され、外部衝撃または振動に対して非常に安定した連結構造が得られる。
【００２４】
前に説明したように、窪み空間の中に、PCMの底部に搭載された素子を受け入れるか、またはPTC素子を取り付けることができる。
【００２５】
従って、代表的な例では、PCMを絶縁性取付部材上に搭載した状態で、PCMの底部に搭載された素子を窪み空間の中に受け入れることができる。この場合、PCMの底部に搭載された素子は、絶縁性取付部材の第二通し孔を通して、窪み空間の中に受け入れることができる。
【００２６】
別の代表的な例では、PTC素子を窪み空間の中に取り付けることができ、PTC素子の片側をPCMに電気的に接続し、反対側をバッテリーセルの電極端子に電気的に接続する。
【００２７】
本発明の二次バッテリーパックでは、バッテリーケースが、容易な加工性及び予め決められたレベル以上の機械的強度を示す必要がある。この理由から、バッテリーケースは、金属容器でよい。好ましくは、バッテリーケースはアルミニウム容器である。
【００２８】
トップキャップに形成される窪み空間は、様々な形状を有することができる。窪み空間の形状には、窪み空間の中に、PCMの底部に搭載された素子を受け入れるか、またはPTC素子を取り付けることができる限り、特に制限は無い。例えば、窪み空間は、4箇所の丸めた角部を有する長方形の平面形状に形成することができる。この形状を有する窪み空間は、窪み空間が、トップキャップの下に位置する電極アセンブリーと接触せずに、窪み空間の中に、PCMの底部に搭載された素子を最も容易に受け入れるか、またはPTC素子を最も容易に取り付けることができるので、好ましい。
【００２９】
代表的な例では、窪み空間は、トップキャップの一部を予め決められた深さだけ可塑的に変形させることにより、形成することができる。例えば、窪み空間は、トップキャップを製造する時に、窪み空間が予め決められた深さだけ下方に窪むように、深絞りにより形成することができる。
【００３０】
具体的には、窪み空間は、窪み空間がバッテリーセル中の電極アセンブリーと接触しないように、好ましくは0.1〜1.0 mm、より好ましくは0.3〜0.6 mmの深さを有することができる。
【００３１】
窪み空間の深さが1.0 mm以上になるように、窪み空間を深絞りにより形成する場合、引張変形が増加するので、窪み空間の角部が薄くなり、トップキャップを構成する材料に亀裂が生じる。従って、トップキャップの引き伸ばされた区域の強度が大きく低下するか、またはトップキャップが最終的に破損し、製品欠陥につながることがある。
【００３２】
別の代表的な例では、トップキャップの対応する区域を予め決められた深さだけ下方に曲げることにより形成された通し孔の下側末端に、板形状の密封部材を連結することにより、窪み空間を形成することができる。
【００３３】
この構造では、窪み空間の深さを必要に応じて調節することができ、従って、窪み空間の中に、PCMの高さが大きい素子を容易に受け入れるか、または高さが大きいPTC素子を容易に取り付けることができる。下方に曲げた通し孔の下側末端と板形状密封板との間の連結は、好ましくは、溶接により達成することができる。従って、窪み空間の深さは、板形状密封板が電極アセンブリーと接触しない範囲内で、例えば0.5〜2.0 mm、好ましくは0.6〜1.5 mmでよい。
【００３４】
板形状密封板用の材料には、特に制限は無い。板形状密封板は、バッテリーケースの材料と同一であるか、または異なった材料から製造することができる。また、板形状密封板は、導電性材料または絶縁性材料から製造することができる。
【００３５】
突起型電極端子が、前に説明したように、絶縁性取付部材の第一通し孔及びPCMの連結通し孔を通して挿入、固定される構造では、突起型電極端子を、絶縁性取付部材の第一通し孔及びPCMの連結通し孔を通して挿入した後、突起型電極端子を様々な様式で固定することができる。突起型電極端子の固定には、突起型電極端子の、絶縁性取付部材の第一通し孔及びPCMの連結通し孔に対する連結が改良され、突起型電極端子とPCMとの間の電気的接続が達成される限り、特に制限は無い。
【００３６】
代表的な例では、突起型電極端子の末端は、PCMの上部から予め決められた長さだけ突き出すことができ、突起型電極端子の末端を圧泊してPCMに固定する。
【００３７】
例えば、突起型電極端子が導電性リベットから形成される場合、絶縁性取付部材及びPCMの、バッテリーセルに対する連結及びPCMとバッテリーセルの電極端子との間の電気的接続は、導電性リベットをトップキャップに形成すること、リベットを、絶縁性取付部材の第一通し孔及びPCMの連結通し孔を通して順次挿入すること、及びPCMの上部から突き出た電極端子の末端を圧迫することを包含する、一連の簡単な工程により、同時に達成される。突起型電極端子の末端を圧迫することにより、絶縁性取付部材及びPCMのバッテリーセルに対する連結の強度がさらに増加する。
【００３８】
別の例では、突起型電極端子を、絶縁性取付部材の第一通し孔及びPCMの連結通し孔を通して挿入した時に、突起型電極端子の末端がPCMの上部から予め決められた長さだけ突き出る構造に、突起型電極端子を構築し、次いで、突起型電極端子の末端をPCMに機械的連結様式で固定することができる。PCMと突起型電極端子の突き出た末端の機械的連結は、様々な様式で達成することができる。代表的な例では、PCMと突起型電極端子の突き出た末端の連結は、雌ネジと雄ネジ構造に基づくネジ山の噛み合わせにより達成することができる。
【００３９】
バッテリーセルは、カソード端子及びアノード端子を包含する。好ましくは、トップキャップは、一対の突起型電極端子(第一突起型電極端子及び第二突起型電極端子)を備える。
【００４０】
突起型電極端子により、PCM及び絶縁性取付部材がバッテリーセルの上側末端に連結、固定されるのみならず、バッテリーセルを容易に製造し、バッテリーセルの構造を簡素化することもできる。
【００４１】
例えば、突起型電極端子の少なくとも一個を、バッテリーケースの内側と連絡する通し通路を包含する中空構造に構築することができる。通し通路は、バッテリーセルを製造する際の、電極アセンブリーをバッテリーケース中に取り付けた後に、電解質注入口として使用し、そこを通して電解質を注入することができる。
【００４２】
突起型電極端子の少なくとも一個を電解質注入口として使用することができるので、従来のバッテリーセルと異なり、トップキャップに追加の電解質注入口を形成する必要が無い。従って、通し通路は、電解質注入口として使用した後、例えば金属ボールにより密封することができる。
【００４３】
また、電極端子の末端がPCMに機械的連結様式で固定される構造では、例えば、突起型電極端子のそれぞれが、それらの末端に、ネジ山部分を備えることができる。この場合、各突起型電極端子の末端を、突起型電極端子の末端がPCMの上部から突き出た状態で、ナットの中にネジにより噛み合わせ、それによって、突起型電極端子とPCMモジュールとの間の機械的連結を達成することができる。
【００４４】
突起型電極端子は、バッテリーセルの種類及び外側形状に関係なく、様々に使用できる。例えば、プリズム形バッテリーセルでは、第一突起型電極端子を、トップキャップに電気的に接続した状態で、バッテリーセルのカソードに接続することができ、第二突起型電極端子を、トップキャップから電気的に絶縁された状態で、バッテリーセルのアノードに接続することができる。従って、第一突起型電極端子はカソード端子として作用し、第二突起型電極端子はアノード端子として作用することができる。
【００４５】
上記構造の一例として、トップキャップが通し孔を備え、第一突起型電極端子がトップキャップと一体的に形成され、第二突起型電極端子が、
板形状の本体と、
上側延長部と、及び
上側延長部が本体から直角になるように本体から上向きに伸び、
下側延長部とを包含し、
下側延長部が本体から直角になるように本体から下向きに伸び、下側延長部が、トップキャップの通し孔を通して挿入されるように構築され、それによって、下側延長部の末端を圧迫することにより、第二突起型電極端子をトップキャップに連結することができる。
【００４６】
第一突起型電極端子がアノードとして作用する構造では、例えば、トップキャップと一体的に形成された第一突起型電極端子は、トップキャップをプレス加工する時に同時に形成することができる。しかし、無論、突起型電極端子を別に製造し、次いで突起型電極端子をトップキャップに連結することもできる。例えば、突起型電極端子をトップキャップに溶接により連結することができる。しかし、生産性を考えると、前者の方法を使用して突起型電極端子を形成する、すなわちトップキャップをプレス加工する時に突起型電極端子を同時に形成する方が、より好ましい。
【００４７】
また、第二突起型電極端子がカソードとして作用する構造では、上記のように、トップキャップと第二突起型電極端子との間の連結構造により、第二突起型電極端子をトップキャップに、より容易に、安定して連結することができ、PCM及び絶縁性取付部材のバッテリーセルに対する連結が、第二突起型電極端子の上側延長部及び下側延長部により、より確実に、安定して達成される。
【００４８】
他方、第二突起型電極端子がアノードとして作用する構造では、例えば電気的に絶縁性のガスケットを第二突起型電極端子とトップキャップの通し孔との間の界面に取り付け、第二突起型電極端子と、カソードとして作用するトップキャップとの間の絶縁性を達成することができる。
【００４９】
突起型電極端子の構造には、突起型電極端子がPCMに容易に電気的に接続される限り、特に制限は無い。また、窪み空間の構造にも、窪み空間の中に、PCMの素子が効果的にを受け入れられるか、またはPTC素子が効果的に取り付けられる限り、特に制限は無い。好ましくは、突起型電極端子をトップキャップの対向する側部に配置し、窪み空間を突起型電極端子間に配置する。
【００５０】
また、突起型電極端子用の材料には、突起型電極端子が高導電性材料から製造される限り、特に制限は無い。好ましくは、突起型電極端子は、銅(Ｃｕ)、ニッケル(Ｎｉ)、及び／またはクロム(Ｃｒ)で被覆された鋼、ステンレス鋼、アルミニウム(Ａｌ)、Ａｌ合金、Ｎｉ合金、Ｃｕ合金、またはＣｒ合金から製造する。突起型電極端子をトップキャップと一体的に形成する場合、無論、突起型電極端子をトップキャップと同じ材料から製造する。
【００５１】
一方、PTC素子が窪み空間中に取り付けられる構造では、前に説明したように、PTC素子の片側がPCMに電気的に接続され、PTC素子の反対側がバッテリーセルの対応する電極に電気的に接続される。従って、外部入力及び出力端子に電気的に接続されたPCMは、PTC素子を介して（経由して）バッテリーセルに電気的に接続され、従って、バッテリーの内部温度が増加した時、PTC素子がPCM回路中の電流の流れを遮断し、それによって、バッテリーセルと外部入力及び出力端子との間を遮断する。
【００５２】
PTC素子とバッテリーセルの電極端子との間の電気的接続及び／またはPTC素子とPCMとの間の電気的接続には、特に制限は無い。例えば、PTC素子とバッテリーセルの電極端子との間の電気的接続及び／またはPTC素子と保護回路モジュールとの間の電気的接続は、導電性接続部材を使用する直接連結または間接連結により達成することができる。接続部材は、変形し得る導電性材料から製造することができる。好ましくは、接続部材はニッケル板から形成する。
【００５３】
バッテリーセルの電極端子は、バッテリーケースにより構成することができる。代表的な例では、バッテリーケースを金属容器から形成することができ、バッテリーケースを電極アセンブリーのカソードタブまたはアノードタブに電気的に接続し、電極端子(a)を構成することができる。
【００５４】
バッテリーケースが電極端子(a)を構成し、トップキャップを変形させて窪み空間を形成する場合、窪み空間は電極端子(a)も形成する。従って、PTC素子の底部は、PTC素子の底部が電極端子(a)に電気的に接続されるように、窪み空間の下側末端に直接連結することができる。
【００５５】
PTC素子を窪み空間に直接連結する場合、導電性接続部材の数を少なくすることができる。PTC素子の底部と窪み空間との間の連結には、特に制限は無い。例えば、PTC素子の底部と窪み空間との間の連結は、導電性接着、溶接またははんだ付けにより達成することができる。好ましくは、PTC素子の底部と窪み空間との間の連結は、はんだ付けにより達成する。
【００５６】
また、バッテリーセルの、PTC素子が電気的に接続される電極端子は、バッテリーケースから電気的に絶縁され、バッテリーケースに接続された電極と反対の極性を有する電極に連結された電極端子(b)でよい。電極端子(b)とPTC素子との間の電気的接続は、別の導電性接続部材により達成することができる。
【００５７】
具体的な例では、窪み空間が電極端子(a)を構成する場合、PTC素子は、電極端子(b)に電気的に接続し、窪み空間に絶縁フィルムを取り付けるか、または絶縁層を施し、PTC素子を絶縁フィルムまたは絶縁層上に搭載することにより、PTC素子と電極端子(b)との間の電気的絶縁を達成することができる。PTC素子と電極端子(b)との間の連結は、導電性接続部材により達成することができる。この時、導電性接続部材は、電極端子(a)から電気的に絶縁されていることが必要である。電気的絶縁は、例えば絶縁フィルム、樹脂、ゴム、または絶縁性被覆層により達成することができる。
【００５８】
一方、PTC素子の上部は、別の導電性接続部材を経由して、PCMに電気的に接続することができる。接続部材の材料には、接続部材が変形し得る導電性材料から製造される限り、特に制限は無い。好ましくは、接続部材は、ニッケル板から形成する。
【００５９】
状況に応じて、PTC素子と突起型電極端子との間の電気的接続を、別の導電性接続部材により達成することができ、導電性接続部材を突起型電極端子に溶接により連結することができる。あるいは、PTC素子と突起型電極端子との間の電気的接続は、導電性接続部材を突起型電極端子とガスケットとの間に挿入することにより達成することができるが、これは、以下に添付の図面を参照しながら詳細に説明する。
【００６０】
本発明の二次バッテリーパックでは、絶縁性キャップが、バッテリーセルを外部衝撃から保護し、バッテリーセルの上部に取り付けた部材の機械的強度を補完し、部材間の電気的絶縁性を維持するのに役立つ。好ましくは、絶縁性キャップがバッテリーセルの上側末端に取り付けられた状態で、絶縁性キャップの少なくとも一部がバッテリーセルの上側末端の外側表面を覆うように、絶縁性キャップは、予め決められた長さだけ下方に伸び、それによって、バッテリーセルに対する連結が改良される。そのような効果を最大限にするために、絶縁性キャップの下方延長部は、好ましくは、バッテリーセルの上側末端の外側表面に接着または機械的連結により接合する。状況に応じて、絶縁性取付部材がトップキャップに、より安定して取り付けられるように、トップキャップと絶縁性取付部材との間に接着剤を塗布することができる。
【００６１】
バッテリーセルの上側末端に連結された絶縁性キャップに加えて、別の絶縁性キャップ(底部キャップ)もバッテリーセルの下側末端に取り付けることができる。また、シースフィルムをバッテリーセルのバッテリーケースの外側表面に取り付けることもできる。シースフィルムを備えることにより、バッテリーセルは外部衝撃から保護され、バッテリーセルの電気的絶縁性が維持される。好ましくは、シースフィルムが絶縁性キャップの下側延長部を覆うように、シースフィルムをバッテリーケースの外側表面に取り付ける。
【００６２】
本発明の二次バッテリーパックは、バッテリーセルの種類及び外観に関係なく、様々な様式で応用できる。好ましくは、バッテリーセルは、カソード/セパレータ/アノード構造の電極アセンブリーをプリズム形金属容器中に取り付けたプリズム形バッテリーである。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
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。
【図１】図1は、本発明の一実施態様による二次バッテリーパックを例示する分解組立透視図である。
【図２】図2は、図1に示すバッテリーセルのトップキャップ区域を典型的に例示する部分的拡大図である。
【図３】図3は、図1に示す二次バッテリーパックの上側部分を、二次バッテリーパックが組み立てられた状態で、典型的に例示する垂直断面図である。
【図４】図4は、図3に示す窪み空間が変形した構造にある二次バッテリーパックの上側部分を典型的に例示する垂直断面図である。
【図５】図5は、本発明の別の実施態様によるバッテリーセルのトップキャップ区域を典型的に例示する部分的拡大図である。
【図６】図6は、図5に示すバッテリーセル構造で考えられる、二次バッテリーパックの上側部分の形状を典型的に例示する垂直断面図である。
【図７】図7は、図5に示すバッテリーセル構造で考えられる、二次バッテリーパックの上側部分の形状を典型的に例示する垂直断面図である。
【図８】図8は、図1に示す二次バッテリーパックで使用できる代表的な第一突起型電極端子を典型的に例示する垂直断面図である。
【図９】図9は、図1に示す二次バッテリーパックで使用できる代表的な第一突起型電極端子を典型的に例示する垂直断面図である。
【図１０】図10は、図1に示す二次バッテリーパックで使用できる代表的な第二突起型電極端子を典型的に例示する垂直断面図である。
【図１１】図11は、本発明の一実施態様による二次バッテリーパックの上側部分を典型的に例示する垂直断面図である。
【図１２】図12は、本発明の別の実施態様による二次バッテリーパックの上側末端を典型的に例示する垂直断面図である。
【図１３】図13は、本発明の別の実施態様による二次バッテリーパックの上側末端を典型的に例示する垂直断面図である。
【図１４】図14は、図12に示す二次バッテリーパックで窪み空間の構造が変形している一例を例示する典型的な図である。
【図１５】図15は、本発明の別の実施態様による二次バッテリーパックを例示する分解組立透視図である。
【図１６】図16は、電気的接続に関連する代表的な構造を示すための、図15の二次バッテリーパックの上側末端を例示する垂直断面図である。
【好ましい実施態様の詳細な説明】
【００６４】
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。
【００６５】
図1は、本発明の一実施態様による二次バッテリーパックを例示する分解組立透視図であり、図2は、図1に示すバッテリーセルのトップキャップ区域を典型的に例示する部分的拡大図である。
【００６６】
これらの図に関して、この実施態様による二次バッテリーパック100は、バッテリーケース中に電解質と共に受け入れた電極アセンブリーを有するバッテリーセル130、バッテリーケースの開いている上部を密封するためのトップキャップ120、保護回路が上に形成されている板形状保護回路モジュール(PCM)150、バッテリーセル130のトップキャップ120に取り付けた絶縁性取付部材140、PCM 150が絶縁性取付部材140上に搭載された状態で絶縁性取付部材140を覆うための、バッテリーセル130の上側末端に連結された絶縁性キャップ160、及びバッテリーセル130の下側末端に取り付ける底部キャップ170を包含する。
【００６７】
バッテリーセルは、トップキャップ120の上側末端の対向する側部から上向きに突き出た第一突起型電極端子112及び第二突起型電極端子114を包含する。また、予め決められた深さだけ下方に窪んだ窪み空間122が、トップキャップ120上の、突起型電極端子112と114との間に形成されている。PCM 150の底部に搭載された素子は、この窪み空間122の中に配置することができる。
【００６８】
絶縁性取付部材140は、突起型電極端子112及び114の下側末端に対応する形状及びサイズを有する第一通し孔142及び144、及び窪み空間122に対応する形状を有する第二通し孔146を備えている。PCM 150は、突起型電極端子112及び114の上側末端に対応する形状及びサイズを有する連結通し孔152及び154を備えている。
【００６９】
第一突起型電極端子112は、トップキャップ120に電気的に接続された状態で、バッテリーセル130のカソード(図には示していない)に接続される。第二突起型電極端子114は、トップキャップ120から電気的に絶縁された状態で、バッテリーセル130のアノード(図には示していない)に接続されている。
【００７０】
絶縁性取付部材140及びPCM 150の、バッテリーセル130に対する連結は、突起型電極端子112及び114を、絶縁性取付部材140の対向する側部に配置された第一通し孔142及び144、及びPCM 150の対向する側部に配置された連結通し孔152及び154を通して挿入し、突起型電極端子112及び114の末端を圧迫することにより、達成される。また、絶縁性取付部材140の、トップキャップ120に対する連結は、必要に応じて、接着剤によりさらに確実にすることができる。
【００７１】
突起型電極端子112及び114は、PCM 150に連結された状態で、PCM 150の回路に電気的に接続する。
【００７２】
絶縁性キャップ160は、PCM 150が絶縁性取付部材140上に搭載された状態で、絶縁性取付部材140を覆うために、バッテリーセル130の上側末端に連結する。絶縁性キャップ160は、下向きに予め決められた長さだけ伸び、バッテリーセル130の上側部分の外側を覆う。底部キャップ170は、バッテリーセル150の下側末端に取り付ける。
【００７３】
図3は、図1に示す二次バッテリーパックの上側部分を、二次バッテリーパックが組み立てられた状態で、典型的に例示する垂直断面図である。
【００７４】
図3ならびに図1に関して、トップキャップ120、絶縁性取付部材140、及びPCM 150は、バッテリーセル130の上側部分に順次取り付ける。PCM 150の底部に取り付けた素子156は、トップキャップ120の上側末端から予め決められた深さｄだけ下方に窪んだ窪み空間122の中に受け入れられる。従って、PCM 150の素子156がトップキャップ120の窪み空間122の中に導入されるので、バッテリーパックの高さは減少する。その結果、同じ標準を有する他のバッテリーパックと比較して、バッテリーセル130のサイズは、死空間の減少につれて増加し、それによって、バッテリーの容量をそれだけ増加することができる。窪み空間122は、トップキャップ120をプレス加工により製造する時に、例えば、深絞りにより形成することができる。
【００７５】
図3には簡単に例示してあるが、第二突起型電極端子114は、第二突起型電極端子114がトップキャップ120から電気的に絶縁されるように取り付けられる。この構造は、以下に説明する図4にも等しく適用できる。
【００７６】
図4は、図3に示す窪み空間が変形した構造にある二次バッテリーパックの上側部分を典型的に例示する垂直断面図である。
【００７７】
図4に関して、窪み空間222は、トップキャップ220の中央部分に位置する予め決められた区域から、予め決められた深さＤだけ下方に屈曲した通し孔224及び通し孔224の下側末端に溶接により連結された板形状密封部材226により形成される。上記の構造を有する窪み空間222の深さは、図3の窪み空間122の深さより大きい。窪み空間222は、トップキャップ220に対する深絞りの制限により、深い窪み形状を形成することができない場合に、特に好ましい。
【００７８】
図5は、本発明の別の実施態様によるバッテリーセルのトップキャップ区域を典型的に例示する部分的拡大図である。
【００７９】
図5に関して、バッテリーセル330の上側末端に取り付けたトップキャップ320から、アノード端子312だけが上向きに突き出ており、トップキャップ320は、その片側に窪み空間322を備えており、その窪み空間は、PCM(図には示していない)の底部に搭載された素子が窪み空間322の中に受け入れられるように、予め決められた深さだけ下方に窪んでいる。
【００８０】
図6及び7は、図5に示すバッテリーセル構造で考えられる、二次バッテリーパックの上側部分の形状を典型的に例示する垂直断面図である。図6及び7に示すバッテリーパックでは、図1〜4と異なり、突起型電極端子がPCMに連結されていない。
【００８１】
図6に関して、アノード端子312は、バッテリーセル330上部の中央区域から上向きに突き出ており、アノード端子312の上側部分は、ニッケル板352を経由してPCM 350に電気的に接続されている。また、PCM 350の底部に取り付けられた素子356は、トップキャップ320の上側末端から予め決められた深さｄだけ下方に窪んだ窪み空間322の中に受け入れられている。
【００８２】
図7に関して、窪み空間422は、板形状密封部材426を、トップキャップ420の上側末端から予め決められた深さＤだけ下方に屈曲した通し孔424の下側末端に、溶接により連結することにより、形成され、PCM 450の底部に取り付けられた素子456は、窪み空間322の中に受け入れられている。
【００８３】
図6の窪み空間322と比較して、図7の窪み空間422には、トップキャップ320の中央部分に配置されたアノード端子312により制限されるトップキャップ320の空間中に、より深い窪み空間をより効率的に形成することができ、従って、大きいサイズの素子356を窪み空間422の中に受け入れることができる、という利点がある。
【００８４】
図8及び9は、図1に示すバッテリーパックで使用できる代表的な第一突起型電極端子を典型的に例示する垂直断面図である。
【００８５】
これらの図ならびに図1に関して、図8の第一突起型電極端子112aは、板形状のヘッド1122及びヘッド1122から直角に伸びる本体1124を包含する導電性リベットである。また、本体1124の末端外周部にネジ山部分1125を備えている。従って、第一突起型電極端子112aを絶縁性取付部材140の通し孔142及び144、及びPCM 150の連結通し孔152及び154を順次通して挿入した後、本体1124の末端に設けたネジ山部分1125をナット(図には示していない)の中にネジで噛み合わせることができる。
【００８６】
図9の第一突起型電極端子112bでは、ヘッド1122の下側末端がトップキャップ120'と一体的に形成されている。従って、バッテリーパックを製造する時の部品数を少なくすることができる。また、ヘッド1122及び本体1124の中央部分に通し通路1121が形成されている。通し通路1121は、電解質注入口として使用することができる。トップキャップ120'と一体的に形成されている第一突起型電極端子112bは、トップキャップ120'をプレス加工する時に、同時に形成することができる。
【００８７】
図10は、図1に示すバッテリーパックで使用できる代表的な第二突起型電極端子を典型的に例示する垂直断面図である。
【００８８】
図10に関して、第二突起型電極端子114'は、板形状本体1142、本体1142から直角に、上向きに突き出た上側延長部1144、及び本体1142から直角に、下向きに突き出た下側延長部1146を包含する。下側延長部1146は、トップキャップ120'(図11)の通し孔126(図11)を通して挿入されるように構築されている。
【００８９】
また、窪み溝1143及び1145が、上側延長部1144及び下側延長部1146の末端にそれぞれ形成されている。従って、上側延長部1144及び下側延長部1146の末端は、窪み溝1143及び1145を設けることにより、容易に圧迫することができる。
【００９０】
図11は、本発明の一実施態様による二次バッテリーパックの上側部分を典型的に例示する垂直断面図である。分かり易くするために、突起型電極端子は、図11では、突起型電極端子がまだ圧迫されていない状態で示す。
【００９１】
図11に関して、絶縁性取付部材140'及びPCM 150'を、二次バッテリーパック(図には示していない)の上部で、第一突起型電極端子112bと一体的に形成されたトップキャップ120'に順次取り付ける。
【００９２】
前に説明したように、中を通して電解質を注入する通し通路1121が、第一突起型電極端子112bの中央区域に形成されている。また、第一突起型電極端子112bは、トップキャップ120'と一体的に形成されている。
【００９３】
他方、第二突起型電極端子114'の下側延長部1146は、トップキャップ120'の通し孔126を通して挿入される。第二突起型電極端子114'とトップキャップ120'との間の界面には、電気的絶縁性のガスケット124が取り付けられ、第二突起型電極端子114'とトップキャップ120'との間の絶縁を達成する。また、窪み溝1143及び1145が、第二突起型電極端子114'の上側延長部1144及び下側延長部1146の末端にそれぞれ形成されている。
【００９４】
従って、第一突起型電極端子112bおよび第二突起型電極端子114'の突き出た末端を圧迫すると、絶縁性取付部材140'及びPCM 150'がトップキャップ120'に堅く連結される。
【００９５】
また、トップキャップ120'には、第一突起型電極端子112bと第二突起型電極端子114との間に窪み空間122'が形成され、PCM 150'の底部に取り付けられた素子156'が窪み空間122'の中に受け入れられる。従って、トップキャップ120'の上部に搭載された絶縁性取付部材140'及びPCM 150'の全高を大幅に下げることができる。
【００９６】
図12及び13は、本発明の別の実施態様による二次バッテリーパックの上側末端を典型的に例示する垂直断面図である。
【００９７】
先ず図12に関して、バッテリーケース330は、金属製である。バッテリーケース330は、電極アセンブリー110のカソードタブ(図には示していない)に連結され、従って、バッテリーケース330はカソード端子を構成する。また、バッテリーケース330に接続されたトップキャップ320もカソード端子を構成する。アノードタブ111は、電極アセンブリー110上部の中央区域から上向きに、屈曲した状態で突き出ている。屈曲したアノードタブ111はアノード端子312に接続されている。屈曲したアノードタブ111により、予め決められた分離空間Ｌが、電極アセンブリー110の上部とトップキャップ320との間に限定される。
【００９８】
深絞りによりトップキャップ320の一部を可塑的に変形させることにより形成された窪み空間322は、その窪み空間322が、トップキャップ320の、カソード端子を構成する部分であるので、カソード端子を構成する。従って、PTC素子500を窪み空間322にはんだ付けにより直接連結することにより、PTC素子500とバッテリーセルのカソード端子との間の連結を容易に達成することができる。この時、PCM 350と、絶縁性取付部材340の上に搭載されたPTC素子500との間の電気的接続は、PTC素子500の上部に取り付けた接続部材520をPCM 350に溶接することにより、達成される。
【００９９】
他方、PTC素子500がアノード端子312に接続されている例を図13に示す。図13に関して、PTC素子500は、カソード端子を構成する窪み空間322から電気的に絶縁されている必要がある。従って、電気的絶縁性部材511、例えば絶縁性フィルム、樹脂、ゴム、または絶縁性テープ、をPTC素子500と窪み空間322との間に配置する。電気的絶縁性部材511がPTC素子500と窪み空間322との間に配置された状態で、PTC素子500とアノード端子312との間の電気的接続は、PTC素子500の底部に取り付けた接続部材530により達成され、絶縁性取付部材340上に搭載されたPCM 350とPTC素子500との間の電気的接続は、PTC素子500の上部に取り付けた接続部材520により達成される。
【０１００】
図14は、図12に示すバッテリーパックで窪み空間の構造が変形している一例を例示する典型的な図である。参考に、図14のバッテリーパックは、窪み空間の構造を除いて、図12のバッテリーパックと等しい。従って、図14に示すバッテリーパックの他の構成部品は、図12に示すバッテリーパックの構成部品と同じ番号で示す。図14に示す窪み空間の構造は、図7に示す窪み空間の構造と等しいので、窪み空間の詳細な説明は行わない。
【０１０１】
板形状密封部材426を、トップキャップ420と同一であるか、または類似の導電性材料で製造した場合、板形状密封部材426は、カソード端子として使用することができる。従って、PTC素子500とバッテリーセルとの間の電気的接続を、PTC素子500を板形状密封部材426に直接連結することにより、達成することができる。
【０１０２】
他方、板形状密封部材426が絶縁材料から製造される場合、PTC素子500をアノード端子312に接続する時に、別の絶縁性部材を使用せずに、PTC素子500を板形状密封部材426に直接取り付けることができる。この時、PTC素子500とアノード端子3122との間の接続は、別の接続部材(図には示していない)をPTC素子500の底部に取り付け、接続部材をアノード端子312に溶接することにより、達成することができる。しかし、絶縁性部材を、トップキャップ420を下方に屈曲させることにより形成した通し孔424と、PTC素子500とアノード端子312を相互接続する接続部材とが互いに接触している区域に配置する必要がある。
【０１０３】
図15は、本発明の別の実施態様による二次バッテリーパックを例示する分解組立透視図である。
【０１０４】
図15に関して、二次バッテリーパック100aは、バッテリーケース中に電解質と共に受け入れた電極アセンブリーを有するバッテリーセル130、バッテリーケースの開いている上部を密封するためのトップキャップ120、保護回路が上に形成されている板形状PCM 150、バッテリーセル130のトップキャップ120に取り付けた絶縁性取付部材140、PCM 150が絶縁性取付部材140上に搭載された状態で絶縁性取付部材140を覆うための、バッテリーセル130の上側末端に連結された絶縁性キャップ160、及びバッテリーセル130の下側末端に取り付ける底部キャップ170を包含する。
【０１０５】
一対の突起型電極端子112及び114、すなわち第一突起型電極端子112及び第二突起型電極端子114が、トップキャップ120の上側末端の対向する側部から上向きに突き出ている。予め決められた深さだけ下方に窪んだ窪み空間122が、トップキャップ120の、突起型電極端子112と114との間に形成されている。また、PTC素子500が窪み空間122の中に取り付けられている。
【０１０６】
上記の構造を有する二次バッテリーパック100aでは、PTC素子500とカソード端子との間の電気的接続は、図12に関して前に説明したように、PTC素子500の底部を、カソード端子を構成する窪み空間122に直接連結することにより、達成することができる。あるいは、PTC素子500を第一突起型電極端子112に、別の接続部材を経由して接続することができる。一方、PTC素子500及びPCM 150は、PTC素子500の上部に取り付けた接続部材520を経由して互いに電気的に接続することができる。
【０１０７】
他方、PTC素子500がアノード端子に電気的に接続されいる例を図16に典型的に例示する。
【０１０８】
図16に関して、絶縁性取付部材140'及びPCM 150'が、第一突起型電極端子112bと一体的に形成されたトップキャップ120'に、二次バッテリーパックの上部で順次取り付けられる。
【０１０９】
中を通して電解質を注入する通し通路1121が、第一突起型電極端子112bの中央区域に形成されている。第一突起型電極端子112bは、トップキャップ120'と一体的に形成されている。他方、第二突起型電極端子114'の下側延長部1146は、トップキャップ120'の通し孔を通して上から挿入される。第二突起型電極端子114'とトップキャップ120'との間の界面には、電気的絶縁性のガスケット124及び126が取り付けられ、第二突起型電極端子114'とトップキャップ120'との間の絶縁を達成する。また、窪み溝1143及び1145が、第二突起型電極端子114'の上側延長部1144及び下側延長部1146の末端にそれぞれ形成されている。
【０１１０】
従って、第一突起型電極端子112bおよび第二突起型電極端子114'の突き出た末端を圧迫すると、絶縁性取付部材140'及びPCM 150'がトップキャップ120'に安定して固定される。
【０１１１】
PTC素子500は、アノード端子を構成する第二突起型電極端子114'に、絶縁性部材が窪み空間122'中に配置された状態で、PTC素子500の底部に取り付けられた接続部材530を経由して電気的に接続することができる。この場合でも、PTC素子500及びPCM 150'は、PTC素子500の上部に取り付けられた接続部材520を経由して互いに電気的に接続することができる。
【０１１２】
接続部材530は、第二突起型電極端子114'に溶接により連結することができる。あるいは、接続部材530と第二突起型電極端子114'との間の電気的接続は、接続部材530がガスケット124及び125と第二突起型電極端子114'との間に緊密に接触する様式で単純に挿入される状態でも、安定して達成することができる。後者の場合、溶接工程を省略し、それによって、製法効率を改良することができる。また、接続部材530のための設置空間が必要なく、従って、バッテリーをより緻密な構造に構築することができる。
【０１１３】
本発明の代表的な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。
【産業上の利用可能性】
【０１１４】
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パックは、トップキャップに、予め決められた深さだけ下方に窪むように形成された窪み空間の中に、PCM上に搭載された素子が受け入れられるか、またはPTC素子が取り付けられる構造に構築される。従って、同じ標準を有する他のバッテリーパックと比較して、緻密な高電力二次バッテリーパックを製造することができる。
【０１１５】
また、本発明の二次バッテリーパックは、バッテリーパックの上部における絶縁性取付部材とPCMとの間の連結が、特殊な構造の突起型電極端子を使用して達成される。従って、バッテリーパックの組立工程を大きく簡素化し、優れた連結強度によりバッテリーパックの構造的安定性を改良することができる。
【０１１６】
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。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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