パック電池
【課題】素電池の一端面上に保護回路基板および安全素子を備えたパック電池において、セル占有率を高めるとともにパック電池を組み立てる工程を簡素にする。
【解決手段】素電池１０の封口蓋１２上に、保護回路基板２０などが配され、これらを埋め込むように樹脂モールド部５０が形成されてパック電池が構成されている。
保護回路基板２０は、１対のプリント回路板２１，２２が、絶縁層２３を介して対向配置されて多層配線構造となっている。そして絶縁層２３内に、保護ＩＣ素子５１、ＦＥＴ素子５２、ＰＴＣ素子５３、機種判別用抵抗素子５４が埋設されて構成されている。
【解決手段】素電池１０の封口蓋１２上に、保護回路基板２０などが配され、これらを埋め込むように樹脂モールド部５０が形成されてパック電池が構成されている。
保護回路基板２０は、１対のプリント回路板２１，２２が、絶縁層２３を介して対向配置されて多層配線構造となっている。そして絶縁層２３内に、保護ＩＣ素子５１、ＦＥＴ素子５２、ＰＴＣ素子５３、機種判別用抵抗素子５４が埋設されて構成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、素電池、保護素子を含む保護回路基板、およびＰＴＣ素子などの安全素子が内蔵されているパック電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話機などモバイル機器の電源として、リチウム電池をはじめとする素電池と、保護回路基板と、ＰＴＣ素子などの安全素子が内蔵されているパック電池が多く用いられるようになっている。
従来例に係るパック電池の構成について説明する。
図５は、特許文献１に開示されたパック電池の構成を示す断面図である。
【０００３】
本図に示すように、扁平角形の素電池１０３の上端面１０３Ａに、負極端子１０４が設けられ、当該一端面を覆うように保護回路基板１０５が配設されている。保護回路基板１０５の上面には外部機器に出力するための出力端子１０６が設けられている。またこの保護回路基板１０５には、素電池１０３と外部機器との間の電力流通制御を行う保護回路素子が実装されることもある。
【０００４】
そして、素電池１０３と保護回路基板１０５との間には、ＰＴＣ（Ｐｏｓｉｔｉｖｅ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）素子などの安全素子１０１、リード１０２，１１１などが介挿されている。安全素子１０１は、その一方の素子電極が、リード１０２によって素電池１０３の負極端子１０４に接続され、他方の素子電極が、保護回路基板１０５の端子に接続され、温度を検知して電流を制御する機能を有する。
【０００５】
素電池１０３における上端面１０３Ａと保護回路基板１０５の正極端子とは、リード１１１で接続されている。
このようなコアパックに、インサート成形（低温成形）によって樹脂成型部（モールディング）１０９が形成されてなるパック電池は、樹脂成型部内に部品が収納され、比較的簡素な構成となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−３４６９４５号公報
【特許文献２】特開２００７−３２３９４９号公報
【特許文献３】特開２０００−３１１６６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
このようなパック電池において、素電池の占める体積の割合（セル占有率）を高めることが望まれる。そのために、保護回路基板と素電池との間隙を小さくすればよいが、上記のように保護回路基板と素電池との間にＰＴＣ素子を配設する場合、保護回路基板と素電池との間にその分の間隙を確保する必要があるので当該間隙を小さくするにも限界がある。
【０００８】
また、パック電池を製造するコスト低減するために、組み立て時に用いる部品点数を少なくして、パック電池を組み立てる工程をできるだけ簡素にすることが望まれる。
しかし、上記のようなパック電池を組み立てるときに、素電池１０３における上端面１０３Ａと保護回路基板１０５の正極端子とを、リード１１１を介して接続する工程、安全素子１０１を保護回路基板１０５の端子と接続する工程、リード１０２を介して安全素子１０１と負極端子１０４とを接続する工程などが必要となる。
【０００９】
また、電池パックを構成する部品と、上端面１０３Ａとを絶縁するために絶縁板を配設する必要が生じたり、電池の上端面１０３Ａに安全弁が設けられている場合、インサート成形で樹脂成型部１０９を形成する工程において、安全弁がインサート樹脂から高圧力を受けないように、安全弁上に遮蔽板を配設する必要が生じることもある。
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであって、素電池に保護回路基板及び安全素子が設けされたパック電池において、セル占有率を高めること、並びにパック電池を組み立てる際の部品点数を低減して組み立て工程を簡素にすることを主な目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明は、一端面に電極端子が設けられた素電池を備え、保護回路素子を含む保護回路基板及び安全素子が、電極端子に接続されているパック電池において、保護回路基板に、多層配線構造を設け、安全素子及び保護回路素子を、当該多層配線の層間に埋設した状態で実装し、この保護回路基板を、上記素電池の一端面上に配設することとした。
【００１１】
ここで、「保護回路素子」は、素電池に過充電、過放電あるいは過電流が生じたときにそれを検知して、外部に供給する電力を遮断する回路を備えた素子であって、一般に保護ＩＣとして市販されている。
また、「安全素子」は、ＰＴＣ素子、ＮＴＣ（Negative Temperature Coefficient）素子、温度ヒューズ素子などの感熱素子をはじめとして、電池制御に用いられる種々の安全素子を指している。
【００１２】
上記本発明において、保護回路基板に、絶縁層を介して対向配置された１対のプリント配線板を設け、保護回路素子及び安全素子を、１対のプリント配線板で挟んで、絶縁層中に埋設することが好ましい。
上記素電池の電極端子が、一端面から突出している場合、保護回路基板を、その一端面上において、電極端子と並んで配置することが好ましい。
【００１３】
上記保護回路基板の外面側に、外部機器と接続するための外部端子を設けてもよい。
上記保護回路基板の表面には、少なくとも一端面と対向する部分に、レジスト膜を配設することが好ましい。
上記本発明において、素電池の一端面に安全弁が設けられていてモールド樹脂を成形する場合、保護回路基板を、当該安全弁を覆うように配し、当該保護回路基板を覆うようにモールド樹脂を成形することが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
上記本発明にかかるパック電池によれば、保護回路基板が多層配線構造を有し、保護回路素子と安全素子とが、その多層配線の層間に埋設されているので、保護回路基板を、素電池の一端面上に配設するときに、保護回路基板と素電池との間にＰＴＣ素子を配設するための間隙を確保する必要がない。従って、保護回路基板を、素電池の一端面に近接して配置できるので、パック電池の外形サイズが同じでも素電池の高さを大きくでき、セル占有率を高めることができる。
【００１５】
また、ＰＴＣ素子が保護回路基板の中に組み込まれているので、パック電池を組み立てるときに、保護回路基板を素電池に装着すると、ＰＴＣ素子も自動的に装着される。従って、パック電池の組み立て時に、組み込む部品点数が少なくなり、組み立て工程も簡素となる。
また、保護回路基板を多層配線構造にすることで、保護回路基板内に保護回路素子および安全素子を配置する形態の自由度が大きくなり、保護回路基板のサイズも小さくできる。
【００１６】
特に、上記素電池の電極端子が、一端面から突出している場合、保護回路基板を、その一端面上において、電極端子と並んで配置すれば、セル占有率を高める上で有利である。
また本発明によれば、上記のように保護回路基板を、素電池の一端面に近接して配置することができるのに加えて、保護回路基板内において、ＰＴＣ素子が熱伝導性の良好な多層配線で囲まれるので、ＰＴＣ素子と素電池との熱カップリングがより良好となり、素電池の温度をＰＴＣ素子で正確に検知できる。
【００１７】
上記本発明において、特に、保護回路基板に、絶縁層を介して対向配置された１対のプリント配線板を設け、保護回路素子及び安全素子を、１対のプリント配線板に挟んで、絶縁層中に埋設させれば、保護回路基板が簡素な構成となる。
上記保護回路基板の表面において、少なくとも素電池の一端面と対向する部分にレジスト膜を配設しておけば、別途に絶縁板を設けなくても、保護回路基板と素電池などとの間を絶縁できるので、組み立て時の部品点数の低減及びセル占有率の増加に寄与する。
【００１８】
また、素電池の一端面に安全弁が設けられていてモールド樹脂を成形する場合、保護回路基板を、当該安全弁を覆うように配し、当該保護回路基板を覆うようにモールド樹脂を成形すれば、インサート成型で樹脂モールド部を形成するときに、保護回路基板が、インサート樹脂によって安全弁に加わる圧力を軽減する遮蔽板として機能する。従って、安全弁に別個に遮蔽板を配設しなくても、安全弁に高圧力がかかるのを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】実施の形態にかかるパック電池の外観斜視図である。
【図２】上記パック電池の分解斜視図である。
【図３】パック電池本体の構成を示す分解斜視図である。
【図４】保護回路基板２０の内部構成を示す断面図である。
【図５】従来技術にかかるパック電池の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
図１は、実施の形態にかかるパック電池の外観を示す斜視図である。
図２は、パック電池１の構成を示す斜視図である。
このパック電池１は、パック電池本体２の表面上にラベル３が貼り付けられて構成されている。
１．パック電池本体２の構成
図３は、パック電池本体２の構成を示す分解斜視図である。説明上、図中において矢印Ｘが示す方向を上方、矢印Ｙが示す方向を右方、矢印Ｚが示す方向を前方とする。
【００２１】
パック電池本体２の構成について、図３を参照しながら説明する。
図３に示すように、パック電池本体２は、扁平角形の素電池１０を備え、この素電池１０の封口蓋１２上に、保護回路基板２０、正極リード３１、負極リード３２、コネクタ４０などが配され、これらを埋め込むように樹脂モールド部５０が形成され、素電池１０の底面上に底カバー６０が装着されて構成されている。
【００２２】
素電池１０は、リチウムイオン二次電池であって、Ａｌ合金からなる扁平直方体形状の外装缶１１に電極体、電解液が充填され、外装缶１１の開口部が封口蓋１２で封口されて形成されている。
封口蓋１２は、左右に伸長する長尺板状であって、封口蓋１２の上面には、中央部に負極端子１３が凸設され、その左側に安全弁１４が設けられ、左端部にはクラッド板である正極端子１５が設けられている。
【００２３】
保護回路基板２０は、保護回路を形成するための素子が内蔵された板状部品であって、封口蓋１２の表面上における負極端子１３の左側領域に、安全弁１４の領域を覆うように両面テープ２５を介して配設されている。
封口蓋１２上の正極端子１５には、正極リード３１が接続されている。この正極リード３１は、Ｌ字状に折り曲げられ、折曲部分３１ａが、保護回路基板２０の左端部に設けられた端子（図３，４に示される貫通ビア２２２ａ）に挿入されて接続されている。
【００２４】
負極端子１３には、Ｎｉ板からなる負極リード３２が接続され、保護回路基板２０の右端部に設けられた端子（図４に示される配線部２１１ｈの導電ランド）に接続されている。
コネクタ４０は、開口部４１ａ，４１ｂ，４１ｃが形成された樹脂製部材を備え、保護回路基板２０の上面に接合されている。コネクタ４０において、各開口部４１ａ，４１ｂ，４１ｃの内部には金属製出力端子を備え、各出力端子は、保護回路基板２０の外部端子２４ａ，２４ｂ，２４ｃと接続されている。
【００２５】
樹脂モールド部５０は、低温インサート成形（低温成形）により形成されたものであって、保護回路基板２０を覆うように形成されている。また、樹脂モールド部５０は、コネクタ４０の側部も覆っているが、コネクタ４０の開口部４１ａ，４１ｂ，４１ｃは外部に露出している。
２．保護回路基板２０の構成
図４は、保護回路基板２０の内部構成を示す断面図である。なお当図において、回路パターン配線、貫通ビアなどは、代表的なものだけを表示している。
【００２６】
図４に示すように、保護回路基板２０は、１対のプリント回路板２１，２２が、絶縁層２３を介して対向配置され、この絶縁層２３内に、保護ＩＣ素子５１、ＦＥＴ素子５２、ＰＴＣ素子５３、機種判別用抵抗素子５４が埋設されて構成されている。
プリント回路板２１は、基材に絶縁性樹脂を含浸してなる基板２１０に対して、その表面に導電体（銅箔）で回路パターン配線が形成され、貫通ビア２１２ａ〜２１２ｃも形成されて構成されている。上記回路パターンとして、図４に示すように基板２１０の内面上には配線部２１１ａ〜２１１ｄが、外面上には配線部２１１ｅ〜２１１ｈが形成されている。上記貫通ビア２１２ａ〜２１２ｃは、内面側の配線部２１１ａ，２１１ｂ，２１１ｄと、外面側の配線部２１１ｆ，２１１ｇ，２１１ｈとを接続している。
【００２７】
プリント回路板２２も同様に、基板２２０に対して、回路パターン配線（配線部２２１ａ〜２２１ｃ）が形成されて構成されている。
さらに、保護回路基板２０においては、基板２１０と絶縁層２３と基板２２０とを貫通するように、貫通ビア２２２ａ，２２２ｂも設けられている。この貫通ビア２２２ａは、配線部２１１ｅと配線部２２１ａとを接続し、貫通ビア２２２ｂは、配線部２１１ｃと配線部２２１ｂとを接続している。
【００２８】
そして、プリント回路板２１とプリント回路板２２の対向面上に、保護ＩＣ素子５１、ＦＥＴ素子５２、ＰＴＣ素子５３、機種判別用抵抗素子５４が実装されている。
保護ＩＣ素子５１は、過充電、過放電、過電流が生じたときに、それを検出するために電圧検出器などが内蔵されている素子である。ＰＴＣ素子５３は、正の温度特性 (温度が上昇すると抵抗が増加する) を持つ材料、例えばＢａＴｉＯ3に微量の希土類を添加した材料を、ブロック状に成形してなる素子である。
【００２９】
図４に示す例では、保護ＩＣ素子５１はプリント回路板２２上に、ＦＥＴ素子５２をプリント回路板２１上に実装され、ＰＴＣ素子５３はプリント回路板２１とプリント回路板２２とにまたがって実装されている。
具体的には、保護ＩＣ素子５１は、プリント回路板２２の内面（プリント回路板２１に対向する面）上に実装され、保護ＩＣ素子５１の正側端子が配線部２２１ａに接合され負側端子が配線部２２１ｂに接合されている。また、ＦＥＴ素子５２は、プリント回路板２１の内面（プリント回路板２２に対向する面）上に実装され、そのドレイン端子及びソース端子が、配線部２１１ｂ及び配線部２１１ｃに接合されている。
【００３０】
なお、保護ＩＣ素子５１からＦＥＴ素子５２のゲート端子には、不図示の配線を通して開閉信号が送られるようになっている。
ＰＴＣ素子５３は、その上面がプリント回路板２１の配線部２１１ｄに、下面がプリント回路板２２の配線部２２１ｃに接合されている。機種判別用抵抗素子５４は、プリント回路板２１の内面上に実装され、機種判別用抵抗素子５４の一端子が配線部２１１ａに接合され、他端子が配線部２１１ｂに接合されている。
【００３１】
保護回路基板２０の最上面には、コネクタ４０を介して外部機器と接続するために、３つの外部端子（プラス端子２４ａ，機種判別端子２４ｂ，マイナス端子２４ｃが設けられている。この外部端子２４ａ，２４ｂ，２４ｃは、プリント回路板２１の外面側において、配線部２１１ｅ，２１１ｆ，２１１ｇ上に積層して配置されている。
また、保護回路基板２０における最上面にはレジスト膜２１３が、最下表面にはレジスト膜２２３が配されている。
【００３２】
レジスト膜２１３は、基板２１０の外側表面及び配線部２１１ｅ，２１１ｆ，２１１ｇ，２１１ｈを全体的に覆うように配されているが、外部端子２４ａ，２４ｂ，２４ｃ及び配線部２１１ｈの導電ランドが存在する領域にはレジスト膜２１３は存在せず、外部に露出している。
一方、レジスト膜２２３は、基板２２０の外側表面全体を覆うように配されている。
【００３３】
このような保護回路基板２０において、素電池１０の負極端子１３，正極端子１５、外部端子２４ａ，２４ｂ，２４ｃとの間は、保護ＩＣ素子５１，ＰＴＣ素子５３，ＦＥＴ素子５２を介して以下のように接続されている。
素電池１０の正極端子１５は、正極リード３１及び配線部２１１ｅを介して外部端子２４ａと接続されている。
【００３４】
一方、負極端子１３は、負極リード３２、配線部２１１ｈ，貫通ビア２１２ｃ，配線部２１１ｄ、ＰＴＣ素子５３，配線部２２１ｃ，貫通ビア２２２ｂ、配線部２１１ｃ，ＦＥＴ素子５２，配線部２１１ｂ，貫通ビア２１２ｂ，配線部２１１ｇを順に介して、外部端子２４ｃと接続されている。すなわち、素電池１０の負極端子１３と外部端子２４ｃとの間は、直列接続されたＰＴＣ素子５３及びＦＥＴ素子５２を介して接続されている。
【００３５】
また、保護ＩＣ素子５１は、正側端子が、配線部２２１ａ、貫通ビア２２２ａ，正極リード３１を介して正極端子１５に接続され、負側端子が、配線部２２１ｂなどを介して負極端子１３に接続されている。
また機種判別用抵抗素子５４は、配線部２１１ｆ，貫通ビア２１２ａ及び貫通ビア２１２ｂ，配線部２１１ｇを介して、外部端子２４ｂと外部端子２４ｃとの間に接続されている。なお、ここでは機種判別用抵抗素子５４を用いるが、代わりに温度測定用のサーミスタを用いることもできる。
【００３６】
以上のように接続された保護回路基板２０によって、素電池１０に過充電、過放電あるいは過電流が生じたときには、保護ＩＣ素子５１がそれを検知してＦＥＴ素子５２を遮断することによって、負極端子１３と外部端子２４ｃとの間の電流路が遮断されるので素電池１０が保護される。また、素電池１０の温度が異常に上昇した場合にも、ＰＴＣ素子５３の抵抗が上昇し、負極端子１３と外部端子２４ｃとの間の電流路が遮断されるので素電池１０が保護される。
【００３７】
３．パック電池１の製造方法
上記保護回路基板２０は、例えば以下のようにして作製することができる。
基板２１０及び基板２２０に、配線パターン並びに貫通ビア２１２ａ〜２１２ｃを形成して、プリント回路板２１及びプリント回路板２２を作製する。
プリント回路板２１上に、ＦＥＴ素子５２、機種判別用抵抗素子５４を実装し、プリント回路板２２上に保護ＩＣ素子５１を実装する。
【００３８】
プリント回路板２１及びプリント回路板２２を対向配置するとともに、両プリント回路板２１，２２の間にＰＴＣ素子５３を実装し、両プリント回路板２１，２２の間隙に絶縁用樹脂を充填することによって絶縁層２３を形成することによって、絶縁層２３を介してプリント回路板２１，２２が積層された積層体を作製する。
作製した積層体に対して、貫通ビア２２２ａ，２２２ｂを形成する。そして、積層体の表面にレジスト膜２１３，２２３を形成する。
【００３９】
配線部２１１ｅ，２１１ｆ、２１１ｇ上に外部端子２４ａ，２４ｂ，２４ｃを形成する。
次に、この保護回路基板２０を用いて、以下のようにパック電池を組み立てることができる。
保護回路基板２０における配線部２１１ｈの導電ランドに負極リード３２の一端を溶接し、保護回路基板２０にコネクタ４０を接着する。
【００４０】
素電池１０の正極端子１５に、正極リード３１を溶接する。そして、正極リード３１の折曲部分３１ａを、保護回路基板２０の貫通ビア２２２ａに挿入しながら、封口蓋１２上に、保護回路基板２０とコネクタ４０を装着する。
また、負極リード３２を、保護回路基板２０及び素電池１０の負極端子１３に溶接することによってコアパックが出来上がる。
【００４１】
そして、このコアパックに対して、低温インサート成形（低温成形）を施すことによって樹脂モールド部５０を形成する。すなわち、コアパックおよび樹脂モールド部５０に相当する空間を有する金型に、コアパックを載置し、溶融した樹脂を注入する。樹脂モールド部５０をインサート成形する樹脂材料としては、アクリルニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）樹脂、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）樹脂、ポリカーボネート（ＰＣ）樹脂ポリプロピレン（ＰＰ）樹脂、ポリエチレン（ＰＥ）樹脂、ポリアミド（ＰＡ）樹脂、ウレタン系樹脂などを用いることができる。
【００４２】
注入されたインサート樹脂は、保護回路基板２０の上下面及びコネクタ４０の側部をカバーするように、封口蓋１２上に充填され（図４参照）て、樹脂モールド部５０が成形される。
一方、素電池１０の底面上には底カバー６０を装着する。
以上のように作成したパック電池本体２の周面を取り巻くようにラベル３を貼り付ける（図２参照）ことによって、パック電池１が完成する。
【００４３】
４．パック電池１による効果
上記構成のパック電池１による効果について説明する。
パック電池１においては、保護ＩＣ素子５１、ＦＥＴ素子５２とともに、ＰＴＣ素子５３が、保護回路基板２０の中に組み込まれているので、パック電池１を組み立てるときに、保護回路基板２０を素電池１０上に装着すると、ＰＴＣ素子５３も装着される。すなわち、パック電池１を組み立て時に、保護回路基板と別個にＰＴＣ素子を組み込む必要がないので、組み込む部品点数が少なく、組み立て工程も簡素である。
【００４４】
また、従来技術のように、保護回路基板と素電池との間に安全素子が配置されている場合、保護回路基板と素電池との間に安全素子を配置する間隙を確保する必要があり、安全素子と素電池との間に絶縁板を介挿させる場合は、そのための間隙も確保する必要がある。
これに対して、本実施形態では、ＰＴＣ素子５３が、保護回路基板２０の中に組み込まれているので、保護回路基板２０と素電池１０との間にＰＴＣ素子を配設するための間隙を確保する必要ない。また、保護回路基板２０の下面はレジスト膜２２３で被覆されているので、保護回路基板２０と素電池１０との間に絶縁板を介挿させる必要もない。
【００４５】
従って、素電池１０の上面から保護回路基板２０の上面までの距離を小さくすることができるので、パック電池の外形サイズが同じでも素電池１０の高さを大きくできる。すなわちセル占有率を高めることができる。
また、保護回路基板２０は、多層配線構造となっているので、保護ＩＣ素子５１、ＦＥＴ素子５２、ＰＴＣ素子５３を配置する形態の自由度が大きく、保護回路基板２０のサイズ（左右長さ）も小さくしやすい。
【００４６】
そして、保護回路基板２０の左右長さを小さく設定して、上述したように封口蓋１２の上面における負極端子１３の左側領域に配置すれば、保護回路基板２０が負極端子１３の上には重ならず、図４に示すように、保護回路基板２０の上面の高さを負極端子１３の上面と同程度の高さに抑えることもできる。それによって、特にセル占有率を高める効果が得られる。
【００４７】
実際、上記実施形態に基づいて作製したパック電池１において、保護回路基板２０は厚み０．６ｍｍ程度に薄く作製でき、保護回路基板が負極端子を覆うように設けられた従来品と比べて、素電池の高さを１．１ｍｍ程度高くすることができた。
また、本実施形態のパック電池１においては、保護回路基板２０が、封口蓋１２の表面上に近接配置されており、さらに保護回路基板２０内において、ＰＴＣ素子５３の周りに熱伝導性の良好なパターン配線（配線部２２１ｃなど）が形成されているので、ＰＴＣ素子５３と素電池１０との熱カップリングが良好であり、素電池１０の温度をＰＴＣ素子５３で正確に検知できる。
【００４８】
さらに、パック電池１においては、保護回路基板２０が、安全弁１４の領域を覆うように両面テープ２５を介して配設されているので、インサート成型で樹脂モールド部５０を形成するときに、この保護回路基板２０が、インサート樹脂によって安全弁１４に加わる圧力を軽減する遮蔽板として機能する。従って、安全弁１４上に別個に遮蔽板を配設する必要がない。このように、保護回路基板２０、両面テープ２５により、インサート成型で樹脂モールド部５０を形成するときに、溶融した樹脂が、安全弁１４に進入することを防止することができる。
【００４９】
５．変形例など
パック電池１において、用いる素電池１０の種類については、リチウムイオン二次電池に限定されず、ニッケルカドミウム二次電池やニッケル水素二次電池などにも適用できる。
上記パック電池１では、保護回路基板２０を覆うように樹脂モールド部５０を形成したが、保護回路基板２０と同様にＰＴＣ素子を組み込んだ保護回路基板を、素電池と共に外装ケース内に組み込んでパック電池を構成することもできる。
【００５０】
上記パック電池１では、ＰＴＣ素子５３が組み込まれた保護回路基板２０を封口蓋１２上に配設したが、外装缶１１の側面上あるいは底面上に、ＰＴＣ素子が組み込まれた保護回路基板を配設してもよく、同様の効果を奏する。
上記実施の形態では、素電池１０として扁平角形のリチウムイオン二次電池を例にとって説明したが、例えば円筒形の素電池に対しても本発明を適用でき、円筒形外装缶の側面上あるいは底面上に、ＰＴＣ素子を組み込んだ保護回路基板を配設することによって、同様の効果を奏する。
【００５１】
上記実施の形態では、安全素子として、ＰＴＣ素子５３を用いたが、ＮＴＣ素子や温度ヒューズ素子などの感熱素子をはじめ、種々の電池制御用安全素子を用いることができる。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
本発明によれば低コストのパック電池を実現することができ、モバイル機器の電源などとして有用である。
【符号の説明】
【００５３】
１ パック電池
２ パック電池本体
１０ 素電池
１２ 封口蓋
１３ 負極端子
１４ 安全弁
１５ 正極端子
２０ 保護回路基板
２１，２２ プリント回路板
２３ 絶縁層
２４ａ，２４ｂ，２４ｃ 外部端子
３１ 正極リード
３２ 負極リード
４０ コネクタ
４１ａ，４１ｂ，４１ｃ 開口部
５０ 樹脂モールド部
５１ 保護ＩＣ素子
５２ ＦＥＴ素子
５３ ＰＴＣ素子
５４ 機種判別用抵抗素子
１１０ 基板
１３０ 保護回路基板
２１０ 基板
２１２ａ〜２１２ｃ 貫通ビア
２１３，２２３ レジスト膜
２２０ 基板
２２１ａ〜２２１ｃ 配線部
２２２ａ，２２２ｂ 貫通ビア
２２３ レジスト膜
【技術分野】
【０００１】
本発明は、素電池、保護素子を含む保護回路基板、およびＰＴＣ素子などの安全素子が内蔵されているパック電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話機などモバイル機器の電源として、リチウム電池をはじめとする素電池と、保護回路基板と、ＰＴＣ素子などの安全素子が内蔵されているパック電池が多く用いられるようになっている。
従来例に係るパック電池の構成について説明する。
図５は、特許文献１に開示されたパック電池の構成を示す断面図である。
【０００３】
本図に示すように、扁平角形の素電池１０３の上端面１０３Ａに、負極端子１０４が設けられ、当該一端面を覆うように保護回路基板１０５が配設されている。保護回路基板１０５の上面には外部機器に出力するための出力端子１０６が設けられている。またこの保護回路基板１０５には、素電池１０３と外部機器との間の電力流通制御を行う保護回路素子が実装されることもある。
【０００４】
そして、素電池１０３と保護回路基板１０５との間には、ＰＴＣ（Ｐｏｓｉｔｉｖｅ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）素子などの安全素子１０１、リード１０２，１１１などが介挿されている。安全素子１０１は、その一方の素子電極が、リード１０２によって素電池１０３の負極端子１０４に接続され、他方の素子電極が、保護回路基板１０５の端子に接続され、温度を検知して電流を制御する機能を有する。
【０００５】
素電池１０３における上端面１０３Ａと保護回路基板１０５の正極端子とは、リード１１１で接続されている。
このようなコアパックに、インサート成形（低温成形）によって樹脂成型部（モールディング）１０９が形成されてなるパック電池は、樹脂成型部内に部品が収納され、比較的簡素な構成となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−３４６９４５号公報
【特許文献２】特開２００７−３２３９４９号公報
【特許文献３】特開２０００−３１１６６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
このようなパック電池において、素電池の占める体積の割合（セル占有率）を高めることが望まれる。そのために、保護回路基板と素電池との間隙を小さくすればよいが、上記のように保護回路基板と素電池との間にＰＴＣ素子を配設する場合、保護回路基板と素電池との間にその分の間隙を確保する必要があるので当該間隙を小さくするにも限界がある。
【０００８】
また、パック電池を製造するコスト低減するために、組み立て時に用いる部品点数を少なくして、パック電池を組み立てる工程をできるだけ簡素にすることが望まれる。
しかし、上記のようなパック電池を組み立てるときに、素電池１０３における上端面１０３Ａと保護回路基板１０５の正極端子とを、リード１１１を介して接続する工程、安全素子１０１を保護回路基板１０５の端子と接続する工程、リード１０２を介して安全素子１０１と負極端子１０４とを接続する工程などが必要となる。
【０００９】
また、電池パックを構成する部品と、上端面１０３Ａとを絶縁するために絶縁板を配設する必要が生じたり、電池の上端面１０３Ａに安全弁が設けられている場合、インサート成形で樹脂成型部１０９を形成する工程において、安全弁がインサート樹脂から高圧力を受けないように、安全弁上に遮蔽板を配設する必要が生じることもある。
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであって、素電池に保護回路基板及び安全素子が設けされたパック電池において、セル占有率を高めること、並びにパック電池を組み立てる際の部品点数を低減して組み立て工程を簡素にすることを主な目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明は、一端面に電極端子が設けられた素電池を備え、保護回路素子を含む保護回路基板及び安全素子が、電極端子に接続されているパック電池において、保護回路基板に、多層配線構造を設け、安全素子及び保護回路素子を、当該多層配線の層間に埋設した状態で実装し、この保護回路基板を、上記素電池の一端面上に配設することとした。
【００１１】
ここで、「保護回路素子」は、素電池に過充電、過放電あるいは過電流が生じたときにそれを検知して、外部に供給する電力を遮断する回路を備えた素子であって、一般に保護ＩＣとして市販されている。
また、「安全素子」は、ＰＴＣ素子、ＮＴＣ（Negative Temperature Coefficient）素子、温度ヒューズ素子などの感熱素子をはじめとして、電池制御に用いられる種々の安全素子を指している。
【００１２】
上記本発明において、保護回路基板に、絶縁層を介して対向配置された１対のプリント配線板を設け、保護回路素子及び安全素子を、１対のプリント配線板で挟んで、絶縁層中に埋設することが好ましい。
上記素電池の電極端子が、一端面から突出している場合、保護回路基板を、その一端面上において、電極端子と並んで配置することが好ましい。
【００１３】
上記保護回路基板の外面側に、外部機器と接続するための外部端子を設けてもよい。
上記保護回路基板の表面には、少なくとも一端面と対向する部分に、レジスト膜を配設することが好ましい。
上記本発明において、素電池の一端面に安全弁が設けられていてモールド樹脂を成形する場合、保護回路基板を、当該安全弁を覆うように配し、当該保護回路基板を覆うようにモールド樹脂を成形することが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
上記本発明にかかるパック電池によれば、保護回路基板が多層配線構造を有し、保護回路素子と安全素子とが、その多層配線の層間に埋設されているので、保護回路基板を、素電池の一端面上に配設するときに、保護回路基板と素電池との間にＰＴＣ素子を配設するための間隙を確保する必要がない。従って、保護回路基板を、素電池の一端面に近接して配置できるので、パック電池の外形サイズが同じでも素電池の高さを大きくでき、セル占有率を高めることができる。
【００１５】
また、ＰＴＣ素子が保護回路基板の中に組み込まれているので、パック電池を組み立てるときに、保護回路基板を素電池に装着すると、ＰＴＣ素子も自動的に装着される。従って、パック電池の組み立て時に、組み込む部品点数が少なくなり、組み立て工程も簡素となる。
また、保護回路基板を多層配線構造にすることで、保護回路基板内に保護回路素子および安全素子を配置する形態の自由度が大きくなり、保護回路基板のサイズも小さくできる。
【００１６】
特に、上記素電池の電極端子が、一端面から突出している場合、保護回路基板を、その一端面上において、電極端子と並んで配置すれば、セル占有率を高める上で有利である。
また本発明によれば、上記のように保護回路基板を、素電池の一端面に近接して配置することができるのに加えて、保護回路基板内において、ＰＴＣ素子が熱伝導性の良好な多層配線で囲まれるので、ＰＴＣ素子と素電池との熱カップリングがより良好となり、素電池の温度をＰＴＣ素子で正確に検知できる。
【００１７】
上記本発明において、特に、保護回路基板に、絶縁層を介して対向配置された１対のプリント配線板を設け、保護回路素子及び安全素子を、１対のプリント配線板に挟んで、絶縁層中に埋設させれば、保護回路基板が簡素な構成となる。
上記保護回路基板の表面において、少なくとも素電池の一端面と対向する部分にレジスト膜を配設しておけば、別途に絶縁板を設けなくても、保護回路基板と素電池などとの間を絶縁できるので、組み立て時の部品点数の低減及びセル占有率の増加に寄与する。
【００１８】
また、素電池の一端面に安全弁が設けられていてモールド樹脂を成形する場合、保護回路基板を、当該安全弁を覆うように配し、当該保護回路基板を覆うようにモールド樹脂を成形すれば、インサート成型で樹脂モールド部を形成するときに、保護回路基板が、インサート樹脂によって安全弁に加わる圧力を軽減する遮蔽板として機能する。従って、安全弁に別個に遮蔽板を配設しなくても、安全弁に高圧力がかかるのを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】実施の形態にかかるパック電池の外観斜視図である。
【図２】上記パック電池の分解斜視図である。
【図３】パック電池本体の構成を示す分解斜視図である。
【図４】保護回路基板２０の内部構成を示す断面図である。
【図５】従来技術にかかるパック電池の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
図１は、実施の形態にかかるパック電池の外観を示す斜視図である。
図２は、パック電池１の構成を示す斜視図である。
このパック電池１は、パック電池本体２の表面上にラベル３が貼り付けられて構成されている。
１．パック電池本体２の構成
図３は、パック電池本体２の構成を示す分解斜視図である。説明上、図中において矢印Ｘが示す方向を上方、矢印Ｙが示す方向を右方、矢印Ｚが示す方向を前方とする。
【００２１】
パック電池本体２の構成について、図３を参照しながら説明する。
図３に示すように、パック電池本体２は、扁平角形の素電池１０を備え、この素電池１０の封口蓋１２上に、保護回路基板２０、正極リード３１、負極リード３２、コネクタ４０などが配され、これらを埋め込むように樹脂モールド部５０が形成され、素電池１０の底面上に底カバー６０が装着されて構成されている。
【００２２】
素電池１０は、リチウムイオン二次電池であって、Ａｌ合金からなる扁平直方体形状の外装缶１１に電極体、電解液が充填され、外装缶１１の開口部が封口蓋１２で封口されて形成されている。
封口蓋１２は、左右に伸長する長尺板状であって、封口蓋１２の上面には、中央部に負極端子１３が凸設され、その左側に安全弁１４が設けられ、左端部にはクラッド板である正極端子１５が設けられている。
【００２３】
保護回路基板２０は、保護回路を形成するための素子が内蔵された板状部品であって、封口蓋１２の表面上における負極端子１３の左側領域に、安全弁１４の領域を覆うように両面テープ２５を介して配設されている。
封口蓋１２上の正極端子１５には、正極リード３１が接続されている。この正極リード３１は、Ｌ字状に折り曲げられ、折曲部分３１ａが、保護回路基板２０の左端部に設けられた端子（図３，４に示される貫通ビア２２２ａ）に挿入されて接続されている。
【００２４】
負極端子１３には、Ｎｉ板からなる負極リード３２が接続され、保護回路基板２０の右端部に設けられた端子（図４に示される配線部２１１ｈの導電ランド）に接続されている。
コネクタ４０は、開口部４１ａ，４１ｂ，４１ｃが形成された樹脂製部材を備え、保護回路基板２０の上面に接合されている。コネクタ４０において、各開口部４１ａ，４１ｂ，４１ｃの内部には金属製出力端子を備え、各出力端子は、保護回路基板２０の外部端子２４ａ，２４ｂ，２４ｃと接続されている。
【００２５】
樹脂モールド部５０は、低温インサート成形（低温成形）により形成されたものであって、保護回路基板２０を覆うように形成されている。また、樹脂モールド部５０は、コネクタ４０の側部も覆っているが、コネクタ４０の開口部４１ａ，４１ｂ，４１ｃは外部に露出している。
２．保護回路基板２０の構成
図４は、保護回路基板２０の内部構成を示す断面図である。なお当図において、回路パターン配線、貫通ビアなどは、代表的なものだけを表示している。
【００２６】
図４に示すように、保護回路基板２０は、１対のプリント回路板２１，２２が、絶縁層２３を介して対向配置され、この絶縁層２３内に、保護ＩＣ素子５１、ＦＥＴ素子５２、ＰＴＣ素子５３、機種判別用抵抗素子５４が埋設されて構成されている。
プリント回路板２１は、基材に絶縁性樹脂を含浸してなる基板２１０に対して、その表面に導電体（銅箔）で回路パターン配線が形成され、貫通ビア２１２ａ〜２１２ｃも形成されて構成されている。上記回路パターンとして、図４に示すように基板２１０の内面上には配線部２１１ａ〜２１１ｄが、外面上には配線部２１１ｅ〜２１１ｈが形成されている。上記貫通ビア２１２ａ〜２１２ｃは、内面側の配線部２１１ａ，２１１ｂ，２１１ｄと、外面側の配線部２１１ｆ，２１１ｇ，２１１ｈとを接続している。
【００２７】
プリント回路板２２も同様に、基板２２０に対して、回路パターン配線（配線部２２１ａ〜２２１ｃ）が形成されて構成されている。
さらに、保護回路基板２０においては、基板２１０と絶縁層２３と基板２２０とを貫通するように、貫通ビア２２２ａ，２２２ｂも設けられている。この貫通ビア２２２ａは、配線部２１１ｅと配線部２２１ａとを接続し、貫通ビア２２２ｂは、配線部２１１ｃと配線部２２１ｂとを接続している。
【００２８】
そして、プリント回路板２１とプリント回路板２２の対向面上に、保護ＩＣ素子５１、ＦＥＴ素子５２、ＰＴＣ素子５３、機種判別用抵抗素子５４が実装されている。
保護ＩＣ素子５１は、過充電、過放電、過電流が生じたときに、それを検出するために電圧検出器などが内蔵されている素子である。ＰＴＣ素子５３は、正の温度特性 (温度が上昇すると抵抗が増加する) を持つ材料、例えばＢａＴｉＯ3に微量の希土類を添加した材料を、ブロック状に成形してなる素子である。
【００２９】
図４に示す例では、保護ＩＣ素子５１はプリント回路板２２上に、ＦＥＴ素子５２をプリント回路板２１上に実装され、ＰＴＣ素子５３はプリント回路板２１とプリント回路板２２とにまたがって実装されている。
具体的には、保護ＩＣ素子５１は、プリント回路板２２の内面（プリント回路板２１に対向する面）上に実装され、保護ＩＣ素子５１の正側端子が配線部２２１ａに接合され負側端子が配線部２２１ｂに接合されている。また、ＦＥＴ素子５２は、プリント回路板２１の内面（プリント回路板２２に対向する面）上に実装され、そのドレイン端子及びソース端子が、配線部２１１ｂ及び配線部２１１ｃに接合されている。
【００３０】
なお、保護ＩＣ素子５１からＦＥＴ素子５２のゲート端子には、不図示の配線を通して開閉信号が送られるようになっている。
ＰＴＣ素子５３は、その上面がプリント回路板２１の配線部２１１ｄに、下面がプリント回路板２２の配線部２２１ｃに接合されている。機種判別用抵抗素子５４は、プリント回路板２１の内面上に実装され、機種判別用抵抗素子５４の一端子が配線部２１１ａに接合され、他端子が配線部２１１ｂに接合されている。
【００３１】
保護回路基板２０の最上面には、コネクタ４０を介して外部機器と接続するために、３つの外部端子（プラス端子２４ａ，機種判別端子２４ｂ，マイナス端子２４ｃが設けられている。この外部端子２４ａ，２４ｂ，２４ｃは、プリント回路板２１の外面側において、配線部２１１ｅ，２１１ｆ，２１１ｇ上に積層して配置されている。
また、保護回路基板２０における最上面にはレジスト膜２１３が、最下表面にはレジスト膜２２３が配されている。
【００３２】
レジスト膜２１３は、基板２１０の外側表面及び配線部２１１ｅ，２１１ｆ，２１１ｇ，２１１ｈを全体的に覆うように配されているが、外部端子２４ａ，２４ｂ，２４ｃ及び配線部２１１ｈの導電ランドが存在する領域にはレジスト膜２１３は存在せず、外部に露出している。
一方、レジスト膜２２３は、基板２２０の外側表面全体を覆うように配されている。
【００３３】
このような保護回路基板２０において、素電池１０の負極端子１３，正極端子１５、外部端子２４ａ，２４ｂ，２４ｃとの間は、保護ＩＣ素子５１，ＰＴＣ素子５３，ＦＥＴ素子５２を介して以下のように接続されている。
素電池１０の正極端子１５は、正極リード３１及び配線部２１１ｅを介して外部端子２４ａと接続されている。
【００３４】
一方、負極端子１３は、負極リード３２、配線部２１１ｈ，貫通ビア２１２ｃ，配線部２１１ｄ、ＰＴＣ素子５３，配線部２２１ｃ，貫通ビア２２２ｂ、配線部２１１ｃ，ＦＥＴ素子５２，配線部２１１ｂ，貫通ビア２１２ｂ，配線部２１１ｇを順に介して、外部端子２４ｃと接続されている。すなわち、素電池１０の負極端子１３と外部端子２４ｃとの間は、直列接続されたＰＴＣ素子５３及びＦＥＴ素子５２を介して接続されている。
【００３５】
また、保護ＩＣ素子５１は、正側端子が、配線部２２１ａ、貫通ビア２２２ａ，正極リード３１を介して正極端子１５に接続され、負側端子が、配線部２２１ｂなどを介して負極端子１３に接続されている。
また機種判別用抵抗素子５４は、配線部２１１ｆ，貫通ビア２１２ａ及び貫通ビア２１２ｂ，配線部２１１ｇを介して、外部端子２４ｂと外部端子２４ｃとの間に接続されている。なお、ここでは機種判別用抵抗素子５４を用いるが、代わりに温度測定用のサーミスタを用いることもできる。
【００３６】
以上のように接続された保護回路基板２０によって、素電池１０に過充電、過放電あるいは過電流が生じたときには、保護ＩＣ素子５１がそれを検知してＦＥＴ素子５２を遮断することによって、負極端子１３と外部端子２４ｃとの間の電流路が遮断されるので素電池１０が保護される。また、素電池１０の温度が異常に上昇した場合にも、ＰＴＣ素子５３の抵抗が上昇し、負極端子１３と外部端子２４ｃとの間の電流路が遮断されるので素電池１０が保護される。
【００３７】
３．パック電池１の製造方法
上記保護回路基板２０は、例えば以下のようにして作製することができる。
基板２１０及び基板２２０に、配線パターン並びに貫通ビア２１２ａ〜２１２ｃを形成して、プリント回路板２１及びプリント回路板２２を作製する。
プリント回路板２１上に、ＦＥＴ素子５２、機種判別用抵抗素子５４を実装し、プリント回路板２２上に保護ＩＣ素子５１を実装する。
【００３８】
プリント回路板２１及びプリント回路板２２を対向配置するとともに、両プリント回路板２１，２２の間にＰＴＣ素子５３を実装し、両プリント回路板２１，２２の間隙に絶縁用樹脂を充填することによって絶縁層２３を形成することによって、絶縁層２３を介してプリント回路板２１，２２が積層された積層体を作製する。
作製した積層体に対して、貫通ビア２２２ａ，２２２ｂを形成する。そして、積層体の表面にレジスト膜２１３，２２３を形成する。
【００３９】
配線部２１１ｅ，２１１ｆ、２１１ｇ上に外部端子２４ａ，２４ｂ，２４ｃを形成する。
次に、この保護回路基板２０を用いて、以下のようにパック電池を組み立てることができる。
保護回路基板２０における配線部２１１ｈの導電ランドに負極リード３２の一端を溶接し、保護回路基板２０にコネクタ４０を接着する。
【００４０】
素電池１０の正極端子１５に、正極リード３１を溶接する。そして、正極リード３１の折曲部分３１ａを、保護回路基板２０の貫通ビア２２２ａに挿入しながら、封口蓋１２上に、保護回路基板２０とコネクタ４０を装着する。
また、負極リード３２を、保護回路基板２０及び素電池１０の負極端子１３に溶接することによってコアパックが出来上がる。
【００４１】
そして、このコアパックに対して、低温インサート成形（低温成形）を施すことによって樹脂モールド部５０を形成する。すなわち、コアパックおよび樹脂モールド部５０に相当する空間を有する金型に、コアパックを載置し、溶融した樹脂を注入する。樹脂モールド部５０をインサート成形する樹脂材料としては、アクリルニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）樹脂、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）樹脂、ポリカーボネート（ＰＣ）樹脂ポリプロピレン（ＰＰ）樹脂、ポリエチレン（ＰＥ）樹脂、ポリアミド（ＰＡ）樹脂、ウレタン系樹脂などを用いることができる。
【００４２】
注入されたインサート樹脂は、保護回路基板２０の上下面及びコネクタ４０の側部をカバーするように、封口蓋１２上に充填され（図４参照）て、樹脂モールド部５０が成形される。
一方、素電池１０の底面上には底カバー６０を装着する。
以上のように作成したパック電池本体２の周面を取り巻くようにラベル３を貼り付ける（図２参照）ことによって、パック電池１が完成する。
【００４３】
４．パック電池１による効果
上記構成のパック電池１による効果について説明する。
パック電池１においては、保護ＩＣ素子５１、ＦＥＴ素子５２とともに、ＰＴＣ素子５３が、保護回路基板２０の中に組み込まれているので、パック電池１を組み立てるときに、保護回路基板２０を素電池１０上に装着すると、ＰＴＣ素子５３も装着される。すなわち、パック電池１を組み立て時に、保護回路基板と別個にＰＴＣ素子を組み込む必要がないので、組み込む部品点数が少なく、組み立て工程も簡素である。
【００４４】
また、従来技術のように、保護回路基板と素電池との間に安全素子が配置されている場合、保護回路基板と素電池との間に安全素子を配置する間隙を確保する必要があり、安全素子と素電池との間に絶縁板を介挿させる場合は、そのための間隙も確保する必要がある。
これに対して、本実施形態では、ＰＴＣ素子５３が、保護回路基板２０の中に組み込まれているので、保護回路基板２０と素電池１０との間にＰＴＣ素子を配設するための間隙を確保する必要ない。また、保護回路基板２０の下面はレジスト膜２２３で被覆されているので、保護回路基板２０と素電池１０との間に絶縁板を介挿させる必要もない。
【００４５】
従って、素電池１０の上面から保護回路基板２０の上面までの距離を小さくすることができるので、パック電池の外形サイズが同じでも素電池１０の高さを大きくできる。すなわちセル占有率を高めることができる。
また、保護回路基板２０は、多層配線構造となっているので、保護ＩＣ素子５１、ＦＥＴ素子５２、ＰＴＣ素子５３を配置する形態の自由度が大きく、保護回路基板２０のサイズ（左右長さ）も小さくしやすい。
【００４６】
そして、保護回路基板２０の左右長さを小さく設定して、上述したように封口蓋１２の上面における負極端子１３の左側領域に配置すれば、保護回路基板２０が負極端子１３の上には重ならず、図４に示すように、保護回路基板２０の上面の高さを負極端子１３の上面と同程度の高さに抑えることもできる。それによって、特にセル占有率を高める効果が得られる。
【００４７】
実際、上記実施形態に基づいて作製したパック電池１において、保護回路基板２０は厚み０．６ｍｍ程度に薄く作製でき、保護回路基板が負極端子を覆うように設けられた従来品と比べて、素電池の高さを１．１ｍｍ程度高くすることができた。
また、本実施形態のパック電池１においては、保護回路基板２０が、封口蓋１２の表面上に近接配置されており、さらに保護回路基板２０内において、ＰＴＣ素子５３の周りに熱伝導性の良好なパターン配線（配線部２２１ｃなど）が形成されているので、ＰＴＣ素子５３と素電池１０との熱カップリングが良好であり、素電池１０の温度をＰＴＣ素子５３で正確に検知できる。
【００４８】
さらに、パック電池１においては、保護回路基板２０が、安全弁１４の領域を覆うように両面テープ２５を介して配設されているので、インサート成型で樹脂モールド部５０を形成するときに、この保護回路基板２０が、インサート樹脂によって安全弁１４に加わる圧力を軽減する遮蔽板として機能する。従って、安全弁１４上に別個に遮蔽板を配設する必要がない。このように、保護回路基板２０、両面テープ２５により、インサート成型で樹脂モールド部５０を形成するときに、溶融した樹脂が、安全弁１４に進入することを防止することができる。
【００４９】
５．変形例など
パック電池１において、用いる素電池１０の種類については、リチウムイオン二次電池に限定されず、ニッケルカドミウム二次電池やニッケル水素二次電池などにも適用できる。
上記パック電池１では、保護回路基板２０を覆うように樹脂モールド部５０を形成したが、保護回路基板２０と同様にＰＴＣ素子を組み込んだ保護回路基板を、素電池と共に外装ケース内に組み込んでパック電池を構成することもできる。
【００５０】
上記パック電池１では、ＰＴＣ素子５３が組み込まれた保護回路基板２０を封口蓋１２上に配設したが、外装缶１１の側面上あるいは底面上に、ＰＴＣ素子が組み込まれた保護回路基板を配設してもよく、同様の効果を奏する。
上記実施の形態では、素電池１０として扁平角形のリチウムイオン二次電池を例にとって説明したが、例えば円筒形の素電池に対しても本発明を適用でき、円筒形外装缶の側面上あるいは底面上に、ＰＴＣ素子を組み込んだ保護回路基板を配設することによって、同様の効果を奏する。
【００５１】
上記実施の形態では、安全素子として、ＰＴＣ素子５３を用いたが、ＮＴＣ素子や温度ヒューズ素子などの感熱素子をはじめ、種々の電池制御用安全素子を用いることができる。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
本発明によれば低コストのパック電池を実現することができ、モバイル機器の電源などとして有用である。
【符号の説明】
【００５３】
１ パック電池
２ パック電池本体
１０ 素電池
１２ 封口蓋
１３ 負極端子
１４ 安全弁
１５ 正極端子
２０ 保護回路基板
２１，２２ プリント回路板
２３ 絶縁層
２４ａ，２４ｂ，２４ｃ 外部端子
３１ 正極リード
３２ 負極リード
４０ コネクタ
４１ａ，４１ｂ，４１ｃ 開口部
５０ 樹脂モールド部
５１ 保護ＩＣ素子
５２ ＦＥＴ素子
５３ ＰＴＣ素子
５４ 機種判別用抵抗素子
１１０ 基板
１３０ 保護回路基板
２１０ 基板
２１２ａ〜２１２ｃ 貫通ビア
２１３，２２３ レジスト膜
２２０ 基板
２２１ａ〜２２１ｃ 配線部
２２２ａ，２２２ｂ 貫通ビア
２２３ レジスト膜
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一端面に電極端子が設けられた素電池を備え、保護回路素子を含む保護回路基板及び安全素子が、前記電極端子に接続されているパック電池であって、
前記保護回路基板は、
多層配線構造を有し、
前記安全素子及び前記保護回路素子が、当該多層配線の層間に埋設された状態で実装されてなり、
前記一端面上に配設されていることを特徴とするパック電池。
【請求項２】
前記保護回路基板は、
絶縁層を介して対向配置された１対のプリント配線板を備え、
前記保護回路素子及び前記安全素子は、
前記１対のプリント配線板に挟まれて、前記絶縁層中に埋設されていることを特徴とする請求項１記載のパック電池。
【請求項３】
前記素電池の電極端子は、前記一端面から突出し、
前記保護回路基板は、
前記一端面上において、前記電極端子と並んで配置されていることを特徴とする請求項１または２記載のパック電池。
【請求項４】
前記保護回路基板の外面側には、
外部機器と接続するための外部端子が設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか記載のパック電池。
【請求項５】
前記保護回路基板の表面において、
少なくとも前記一端面と対向する部分に、レジスト膜が配設されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか記載のパック電池。
【請求項６】
前記素電池の一端面には、安全弁が設けられ、
前記保護回路基板は、当該安全弁を覆うように配され、
当該保護回路基板を覆うようにモールド樹脂が成形されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか記載のパック電池。
【請求項１】
一端面に電極端子が設けられた素電池を備え、保護回路素子を含む保護回路基板及び安全素子が、前記電極端子に接続されているパック電池であって、
前記保護回路基板は、
多層配線構造を有し、
前記安全素子及び前記保護回路素子が、当該多層配線の層間に埋設された状態で実装されてなり、
前記一端面上に配設されていることを特徴とするパック電池。
【請求項２】
前記保護回路基板は、
絶縁層を介して対向配置された１対のプリント配線板を備え、
前記保護回路素子及び前記安全素子は、
前記１対のプリント配線板に挟まれて、前記絶縁層中に埋設されていることを特徴とする請求項１記載のパック電池。
【請求項３】
前記素電池の電極端子は、前記一端面から突出し、
前記保護回路基板は、
前記一端面上において、前記電極端子と並んで配置されていることを特徴とする請求項１または２記載のパック電池。
【請求項４】
前記保護回路基板の外面側には、
外部機器と接続するための外部端子が設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか記載のパック電池。
【請求項５】
前記保護回路基板の表面において、
少なくとも前記一端面と対向する部分に、レジスト膜が配設されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか記載のパック電池。
【請求項６】
前記素電池の一端面には、安全弁が設けられ、
前記保護回路基板は、当該安全弁を覆うように配され、
当該保護回路基板を覆うようにモールド樹脂が成形されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか記載のパック電池。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１０−１９８７６９（Ｐ２０１０−１９８７６９Ａ）
【公開日】平成２２年９月９日（２０１０．９．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−３９３８９（Ｐ２００９−３９３８９）
【出願日】平成２１年２月２３日（２００９．２．２３）
【出願人】（０００００１８８９）三洋電機株式会社 (18,308)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年９月９日（２０１０．９．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年２月２３日（２００９．２．２３）
【出願人】（０００００１８８９）三洋電機株式会社 (18,308)
【Ｆターム（参考）】
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