JP2007508681A - バッテリパックにおいてバッテリセルを相互接続するための装置及びその方法 - Google Patents

バッテリパックにおいてバッテリセルを相互接続するための装置及びその方法 Download PDF

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Abstract

コードレス電動工具用バッテリバックはハウジングに配置される複数のバッテリセルを有する。本発明の１つの実施態様において、バッテリセルは導電層が間に挟まれる非導電層を有する積層プレート構造によって相互接続され、導電層のうち少なくとも１つはバッテリセルを相互接続するためにバッテリセルに接続される。本発明の１つの実施態様において、バッテリパックのバッテリセルは、バッテリセルを相互接続するためにバッテリセルに取り付けられる導電トレースを有するフレキシブルプリント回路板によって相互接続される。本発明の１つの実施態様において、コードレス電動工具は上記のバッテリパックのうちいずれかを有する。本発明の１つの実施態様において、バッテリセルはリチウムイオンバッテリセルである。

Description

本発明はバッテリパックに関するものであり、より特定して言うと積層プレート構造またはフレキシブルプリント回路板によって相互接続される複数のバッテリセルを有するバッテリパックに関するものである。
充電式バッテリを使用するコードレス製品は家庭にも職場にも普及している。家庭用品から電動工具まで、充電式バッテリは数多くの装置に使用されている。通常、これらの装置にはニッケル-カドミウムまたはニッケル水素バッテリセルが使用される。これらの装置は複数のバッテリセルを使用するので、バッテリセルは通常バッテリパックとしてパッケージされている。このようなバッテリパックはコードレス装置と結合され装置に固定される。バッテリパックはコードレス装置から取り外して充電器で充電されるか、コードレス装置自体で充電される。
（関連出願の記載）
本出願は、２００３年１０月１４日に出願された米国仮出願番号60/510123の恩典を請求する。
現在バッテリパックのセルは、固定具にセルを保持して対のセルの接点間で個々の相互接続ストラップを溶接することによって組み立てられる。このプロセスは、各相互接続ストラップを単一対のセルに貼り付けて拘束し、ストラップを接点に抵抗溶接するステップを含む。このストラップが溶接された後、次のセルについて同じプロセスが連続的に繰り返される。ストラップは、直列及び（または）並列に配置される列状のセルを作るように配置される。このプロセスに伴う困難の１つは、溶接中相互接続ストラップを個別に貼り付けて拘束しなければならない点である。もう１つの欠点は溶接プロセスを１回に１対のセルについてしか実施できないことである。
本発明の１つの実施態様においては、バッテリパックのバッテリセルは、間に導電層が挟まれる非導電層を有する積層プレート構造で相互接続され、導電層のうち少なくとも１つはバッテリセルを相互接続するためにバッテリセルに接続される。
本発明の１つの実施態様においては、バッテリパックのバッテリセルは、導電トレースを有するフレキシブルプリント回路板によって相互接続され、トレースはバッテリセルを相互接続するためにバッテリセルに取り付けられる。
本発明の１つの実施態様においては、コードレス電動工具は上記のバッテリパックのうちいずれかを有する。本発明の１つの実施態様において、バッテリパックは、リチウムイオンバッテリセルを有するリチウムイオンバッテリパックである。
本発明のさらに応用可能な領域は、以下の詳細な説明から明らかになるだろう。詳細な説明及び特定の例は本発明の望ましい実施態様を示しているのであり、例示のためだけのものであって、本発明の範囲を限定するためのものではないことが分かるはずである。
本発明は、本発明を実施するための最良の形態及び添付図面からより良く理解することができるだろう。
望ましい実施態様に関する以下の説明は本質的に単なる例であり、決して本発明、その応用及び使用法を限定するものではない。
図１を参照すると、電動工具などコードレス装置が参照番号１で示されている。電動工具１は、通常、クラムシェル型のハウジング２を含む。ハウジング２はハウジング２をバッテリパック４と結合するためのメカニズム３を含む。コードレス装置１は、バッテリパック４の対応する電気素子６と結合する電気素子５を含む。装置１は、技術上既知の通り、ハウジング２内に配備されるモーター８を活動させるために起動されるトリガ７を含む。通常、複数のバッテリセル９がバッテリパック４のハウジング１１内に配置される。モーター８を制御するためにハウジング２内にコントローラ１０を配備することができる。その代わりに（またはそれに加えて）コントローラ１０をバッテリパック４の中に配置し、バッテリパック４の放電だけでなく充電も制御するために使用することができる。
図２及び３において、バッテリパックのバッテリセル９など複数のバッテリセルを相互接続しかつバッテリセル９を電気素子６など外部装置に接続する積層プレート構造２００が示されている。積層プレート構造２００は複数の非導電層または絶縁層２０２を含み、隣接する非導電層２０２の間に１つまたはそれ以上の「導電層」２０４が挟まれる。本明細書において使用される場合、「導電層」とは平面に配置される導電素子の層を意味する。
図２及び３に示される実施態様において、積層プレート構造２００は、５つの層、すなわち３つの非導電層２０２及び２つの導電層２０４を含む。非導電層２０２は、例えばマイラー、厚紙など非導電性材料から打ち抜くことができる。参照番号２０６で示され電力回路層２０６と呼ばれる１つの導電層２０４は例えば電力回路相互接続をもたらし、参照番号２０８で示される信号層２０８と呼ばれる他の導電層は例えば信号相互接続をもたらす。
電力回路層２０６は複数の導電素子２１０を含む。（図を明確にするために、図２においては導電素子２１０のうち１つだけが参照番号２１０で示されている）。導電素子２１０は、例えばニッケル、メッキ鋼など導電性金属シートから打ち抜くことによって形成される導電性金属ストリップである。導電素子２１０は、例えば、図４に示される通り接続セグメント２１２によって積層プレート構造２００の組み立て中導電層２０４を扱いやすくするために結合される。接続セグメント２１２は、例えば導電素子２１０と一緒に形成される。例えば、導電素子２１０が導電性金属シートを打ち抜くことによって形成される場合、導電性金属シートを打ち抜くことによって接続セグメント２１２を同時に形成することができる。
信号層２０８は、リード線２１８を有する複数の端子パッド２１４を含む（図を明確にするためにそのうち一部だけが参照番号２１４で示されている）。信号層２０８は、例えば、金属など導電性材料のシートから打ち抜くことによって形成される。または従来のプリント回路板エッチング法を用いてプリント回路板として形成することができ、例えばフレキシブルプリント回路板とすることができる。電力回路装置２０６も例えばフレキシブルプリント回路板などプリント回路板とすることができる。これに関しては、一方の面のみエッチングされたプリント回路板として電力回路層２０６を形成することによって、導電層２０４としても非導電層２０２としても作用することができる。同様に、一方の面のみエッチングされたプリント回路板として信号層２０８を形成することによって、導電層２０４としても非導電層２０２としても作用することができる。
各非導電層２０２は、例えば複数の孔２２０を含む（図を明確にするために、その一部だけが参照番号２２０で示されている）。各孔２２０は、積層プレート構造２００がバッテリセル９に貼り付けられるとき、バッテリセル９の一端で端子２２２の周りに配置される。（図を明確にするためにバッテリセル９の端子２２２の一部のみが参照番号２２２で示されている）。積層プレート構造は、例えば、バッテリパック４のバッテリセル９の上面及び底面に貼り付けることができる。
図６は、積層プレート構造２００を組み立てるための方法例のフローチャートである。ステップ６００において、１つまたはそれ以上の導電層２０４が隣接する非導電層２０２の間に配置され、ステップ６０２において、積層プレート構造２００を形成するために非導電層２０２と導電層２０４は一緒に圧縮されて、例えば一緒に接着される。信号層２０８の端子パッド２１４は、例えば非導電層２０２のそれぞれの孔２２０に中心を定め、電力回路層２０６の導電素子２１０は、一端がこれらの孔２２０に対して軸方向に間隔を置くようにそれぞれの隣接する孔２２０の間に伸びる。図２に示される実施態様において、積層プレート構造２００は５つの層、すなわち３つの非導電層２０２及び隣接する非導電層２０２の間に配置される導電層を有する。積層プレート構造２００は５より多い層を持つことができるが、非導電層２０２が積層プレート構造２００の上面層２２４及び底面層２２６になるように奇数の層を有することが望ましいことが分かるはずである。
図７は、バッテリセルを相互に及び電気素子６と相互接続するためにバッテリセル９に積層プレート構造２００を組み立てるための方法例のフローチャートである。ステップ７００において、積層プレート構造２００は、バッテリセル９の上面及び底面に置かれる。孔２２０はバッテリセル９の端子２２２に中心を定める。溶接チップ（図には示されていない）例えばスポット溶接機の溶接チップが、電力回路２０６の導電素子２１０及び（または）端子パッド２１４がその中に配置される各孔２２０に挿入され、その孔に配置されるバッテリセルの端子２２２にこれらを押し付ける。次に、導電素子２１０及び（または）端子パッド２１４はバッテリセル９の端子２２２に溶接される。例えば、全ての溶接は同時に、個別にまたは２つ以上の溶接を同時に行って順次に行うことができる。溶接と同時にまたはその後に、接続セグメント２１２は、パンチプレスを用いてパンチングするなどによって、破壊される。この点に関して、接続セグメント２１２の除去を容易にするために接続セグメント２１２へ通じる孔２２８（図を明確にするために一部しか示されていない）を非導電層２０２に設けることができる。
導電素子２１０は、２つ以上の隣接するバッテリセル９を一緒に接続して、これらのバッテリセル９を直列または並列に接続し、端子パッド２１４はバッテリセル９のプラス及びマイナス端子への信号接続をもたらす。例えば、２つの隣接するセルが直列に接続される場合、一方のセルはそのプラス端子を上に向け、他方のセルはそのマイナス端子を上に向ける。導電素子２１０の一端は一方のセル９のプラス端子に溶接され、他方の端は他方のバッテリセル９のマイナス端子２２に溶接される。２つの隣接するバッテリセル９が並列に接続される場合、そのプラス端子は上に向けられ、導電素子２１０は各バッテリセル９のプラス端子に溶接され、かつ導電素子２１０はバッテリセル９のマイナス端子に溶接される。同様に、３つ以上のバッテリセル９が並列に接続される場合、そのプラス端子は上に向けられて、導電素子２１０は各バッテリセル９のプラス端子に溶接され、かつ導電素子２１０は各バッテリセル９のマイナス端子に溶接される。これに関して、導電素子２１０は、前記バッテリセル９の端子を中心とする３つ以上の隣接する孔２２０の間で伸びる。また、少なくとも１つの導電素子を例えばリード線２３０に接続し、少なくとも１つの導電素子を例えばリード線２３２に接続することができる。一方、リード線２３２を電気素子６に接続することができる（図１）。この論証から、導電素子２１０は、バッテリセル９を相互の及び電気素子６との望ましい相互接続をもたらすようにサイズが定められ、電力回路層２０６に配置されることが明らかなはずである。
また、図２、３及び５に示される実施態様において信号層２０８は各バッテリセル９ごとに端子パッド２１４を持つが、これは単なる例であり、信号層２０８は、例えば信号接続を必要とするバッテリセルのためにのみ端子パッド２１４を持つことができることが分かるはずである。例えばバッテリセル９を含むバッテリパック４の電圧がモニタされており、他のパラメータがモニタされていない場合、信号層２０８は２つの端子パッド、すなわち該当のバッテリセル９のプラス端子及びマイナス端子に溶接されるプラス用端子パッドとマイナス用端子パッドしか持たなくてもよい。
図２及び３に示される実施態様においては、各非導電層２０２は各バッテリセル用の孔２２０を持つが、各非導電層２０２は、孔２２０を通って伸びる溶接チップによって導電素子２１０及び（または）信号端子パッド２１４に溶接される端子を有するバッテリセルのためにしか孔２２０を持つ必要がないことが分かるはずである。
図８−１０において、バッテリパック４のバッテリセル９など複数のバッテリセルを相互接続しかつバッテリセル９を電気素子６など外部装置に接続するためのフレキシブルプリント回路板（ＰＣＢ）８００が示されている。フレキシブルＰＣＢ８００は、その上に導電トレース８０４を有するマイラーなど可撓性材料で作られる基板８０２を含む。導電トレース８０４はパッド８０６例えばソルダーパッドを含む。基板８０２はソルダーパッド８０６に隣接して配置される孔８１０を有する。例えば各バッテリセル９に孔８１０が１つあり、基板８０２が下に説明する通りバッテリセル９に被せて配置されるとき孔８１０が各バッテリセル９の端子１１００と軸方向に整合するように基板８０２に孔８１０が配置される。各ソルダーパッド８０６は、ソルダーパッド８０６が隣接するバッテリセル９を相互接続するのかまたは電気素子６など外部素子に接続される端部接続であるのかに応じて相互接続ラブ９０２（図９）のブレード９００または端部接続タブ１００２のブレード１０００を受けるために、中にスロット８０８を有する。本明細書において相互接続タブ９０２及び端部接続タブ１００２をまとめて接続タブと呼ぶ。相互接続タブ９０２のブレード９００は相互接続タブ９０２の本体９０４からほぼ垂直に伸びる。本体９０４の相対するタブ９０６はブレード９００の両側に外向きに伸び、本明細書において接続パッド９０６と呼ばれる接続タブまたは端子となる。ブレード１０００は端部接続タブ１００２の本体からほぼ垂直に伸びる。本体１００４は接続タブまたは端子となり、同じく本明細書において接続タブ１００４と呼ばれる。
図１３を参照すると、フレキシブルＰＣＢ８００は、以下の通りに形成される。導電トレース８０４はステップ１３００において従来の方法で基板８０２に形成される。このとき１つまたはそれ以上の制御回路を実現するために制御エレクトロニクスを任意にＰＣＢ８００に組み込むことができる。この任意の制御回路は、表面取付けコンポーネントまたは通り穴コンポーネントを利用することができる。制御回路は、平衡用回路、バッテリセル監視回路及び（または）温度監視回路を含むことができる。セル９の温度を感知するためのサーミスタもＰＣＢ８００に直接組み立てることができる。相互接続タブ９０２のブレード９００及び端部接続タブ１００２のブレード１０００はそれぞれのソルダーパッド８０６のスロットに挿入され、その後１３０２においてウェーブはんだ付けまたはこれと同様の方法によってソルダーパッド８０６にはんだ付けされる。各相互接続タブ９０２の相対するタブ９０６はこの相互接続タブのブレード９００がはんだ付けされるソルダーパッド８０６の両側に隣接する孔８１０に被さるように伸びる。各端部接続タブ１００２の本体１００４はこの端部接続タブ１００２のブレード１０００がはんだ付けされるソルダーバッド８０６に隣接する孔８１０に被さるように伸びる。
続けて図１３を参照すると、ステップ１３０４において、結果として得られたフレキシブルＰＣＢ８００は相互接続タブ９０２の本体９０４及び端部接続タブ１００２の本体１００４が基板８０２とバッテリセル９との間に配置されるようにバッテリバック４のセルに被せて配置される。これに関して、１つのフレキシブルＰＣＢ８００を例えばセル９の上面に配置し、１つのフレキシブルＰＣＢ８００をセルの底面に配置することができる。例えば剛性非導電プラスティックで作られるセルセパレータプレート１１０２（図１１においてはそのうち１枚だけが示されている）がバッテリセル９の一般に上面及び底面に配置され、バッテリセル９を受けるための孔を有する。セルセパレータプレート１１０２は、バッテリセル９を相互に間隔を置いてかつフレキシブルＰＣＢ８００の配置のための適切な位置に保持する。１３０６において、相互接続タブ９０２の接続パッド９０６及び端部接続タブ１０４の接続パッド１００４は、図２に関連して上に説明したのと同様に溶接によるなどしてそれぞれのバッテリセル９の端子１１００に留められる。導電トレース８０４は、そのソルダーパッド８０６を適切な形態で接続するので、フレキシブルＰＣＢ８００は直列および（または）並列で希望の電圧及び電力をもたらすために適切な数のバッテリセル９を接続するなど希望の形態でバッテリセル９を相互接続し、かつ例えばバッテリパック４を電気素子６など外部素子に接続するために端部接続タブがはんだ付けされるソルダーパッド８０６に接点を設ける。
図１２は、参照番号８００’で示されるフレキシブルＰＣＢ８００の変形を示している。図１２に示される通り、基板８０２’は、バッテリパック４のバッテリセル９の上面及び底面の両方に沿って伸びる。基板８０２’のバッテリセル９の上面と底面の間に伸びる部分１２００は、例えばバッテリパック４及び（または）モーター８を制御するためのコントローラ１０など電子素子を含む電子回路を含むことができる。
基板８０２は、電気素子６など外部装置まで伸びこれに接続されるリード部１２０２を持つこともできる。リード部１２０２は、このようにバッテリパック４と電気素子６など外部装置との間のリード接続をもたらす。
本発明の１つの実施態様において、フレキシブルＰＣＢ８００の基板８０２’とバッテリセル９の上面及び底面との間にシール１２０４が配備される。シール１２０４は、例えば合成発泡材またはプラスティックシートで作ることができ、バッテリセル９及びフレキシブルＰＣＢ８００’の基板８０２’にこれを貼り付けるためにその上面及び下面に接着層を持つことができる。
図１４−１６は、セル９の端子１１００など接触面への高電流フレキシブルＰＣＢ１４００の直接接着を用いる複数のセル９の相互接続を示している。この点に関して、端子１１００は突出した端子素子ではなく平らな接触面とすることができることが分かるはずである。この方法は、上述の方法と同様であり、同じ利点を多くもたらす。主要な相違は、接続タブの変わりに直接接着接続が使用される点である。これは組立てを単純化し、サーミスタ１４１６など温度感知サーミスタと、サーミスタ１４１６によって監視されるセル９との間の結合を高める。
フレキシブルＰＣＢ１４００は、導電トレース１４０４及び１４０６をその上に有するマイラーなど可撓性材料で作られる１つまたはそれ以上の基板１４０２を含む。ＰＣＢ１４００が複数の基板１４０２を持つ場合、導電トレース１４０４、１４０６を異なる基板１４０２に配置することができる。マイラーの一部は図に１４０８で示される導電トレース１４０４の部分を露出するためにＰＣＢ１４００の製造中取り除かれる。ＰＣＢ１４００は、抵抗溶接設備の溶接チップがセル９の接触面１１００に接触できるようにするために、基板１４０２及びその上の導電トレース１４０４を貫通する孔１４１０を有する。その代わりに、トレース１４０４を接触面１１００に接着するために摩擦または超音波溶接など非抵抗溶接法を用いて、孔１４１０を除外することができる。図において１４１４で表される電子コンポーネント用のパッド１４１２（図１４にはそのうち１つだけが示されている）も、標準製造法を用いてＰＣＢ上に形成することができる。本明細書において使用される場合、電子コンポーネントは、電子回路に使用されるコンポーネントであり、レジスタ、キャパシタ、インダクタ、サーミスタなど受動コンポーネント及びトランジスタ、演算増幅器及び集積回路など能動コンポーネントの両方を含む。これらのパッド１４１２は、基板の利用可能なスペースに配置することができ、電子コンポーネントの適切な構成によってバッテリパック４の様々な電子機能を組み込めるようにする。サーミスタ１４１６は、セル９からより正確に温度を読み取れるようにするために、ＰＣＢ１４００がセル９に接続される位置に近接する位置で、パッド１４１２に組み立てられる。サーミスタ１４１６を含めて電子コンポーネント１４１４は従来のウェーブはんだ付けまたは同様の方法を用いてＰＣＢ１４００に組み立てられる。
ＰＣＢ１４００をセル９に組み立てるために、セルセパレータプレート１４１８が個々のセルの上面及び底面に配置されて、組み立て中セルを所定の位置に保持する。次に、露出エリア１４０８がセル９の接触面１１００と整合するようにＰＣＢ１４００がセル９の上面に被せられる。スポット溶接棒（図には示されていない）など溶接チップが、それぞれのセル９の接触面１１００の一部に接触するように１つまたはそれ以上孔１４１０を通じて挿入される。第二のスポット溶接棒はトレース１４０４の露出部１４０８と接触して、トレース１４０４をセル９の接触面１１００に溶接するために露出部１４０８に溶接電流を加える。露出部１４０８は、はんだ付けによってセル９の接触面１１００に取り付けることもできる。導電トレース１４０８はバッテリセル９を相互接続し、導電トレース１４０４を有する基板１４０２は電力回路層をもたらし、導電トレース１４０６を有する基板１４０２は信号層をもたらす。
図１７を参照すると、フレキシブルＰＣＢ１４００は、表面に導電トレース１４０４、１４０６を含む可撓性材料の１つまたはそれ以上の基板層１４０２を持つように形成される。ＰＣＢ１４００の形成中、可撓性材料は導電トレース１４０４、１４０６の部分１４０８の周りから取り除かれる。ただし、可撓性材料は、導電トレース１４０４、１４０６を１つまたはそれ以上の基板１４０２に配置してＰＣＢ１４００が形成された後に取り除くことができることが分かるはずである。その後サーミスタ１４１６及びその他の電子コンポーネント１４１４が導電トレース１４０４、１４０６のパッド１４１２に組み立てられる。その後ＰＣＢ１４００はセル９に取り付けられる。
変形態様として、トレース１４０４の露出部１４０８は導電性接着剤によってセル９の接触面１１００に接着される。接着剤は露出部１４０８とセル９の上面または底面の接触面１１００との間に配置される。ＰＣＢ１４００は硬化期間中セル９に押し付けられ、保持される。同じプロセスが、セル９の他方の側にＰＣＢ１４００を取り付けるために繰り返される。その後ＰＣＢ１４００とセル９のアセンブリがハウジング１１に入れられる。
フレキシブルＰＣＢ１４００は、マイラーなど絶縁材に囲まれた薄い導電層から成るので標準的プリント回路板に比べて薄いパッケージとなり、有利である。表面取付け部品を使用することにより凸凹の少ない制御回路を得ることができる。また、フレキシブルＰＣＢ１４００がセル９に取り付けられる前に全ての温度監視回路及び平衡回路がフレキシブルＰＣＢ１４００に実装されるので、製造を容易にする。フレキシブルＰＣＢ１４００は、制御回路と共に事実上「プラグインモジュール」となる。温度監視回路において全て金属接続（すなわちカンに溶接される銅、パッド１４１２にはんだ付けされる表面取付けサーミスタ）を使用することにより、サーミスタ１４１６を所定の位置に糊付けしたり紙絶縁材を通して温度を検出しようとしたりする必要をなくす。フレキシブルプリント回路板は、図１２に関連して説明した通り、バッテリパック用の端子で成端するために延長することができ、バッテリパック内部に付加的配線を行う必要を排する。これは、また、フレキシブルＰＣＢ１４００のマイラー被覆が必要な絶縁を行うので、セル９の上面及び底面で紙絶縁を行う必要を排する。
上に説明したバッテリパック及びその中でバッテリセルを相互接続するための技法は、セル９がリチウムイオン電池である場合のように高電圧バッテリパックに使用でき有利である。上述の相互接続技法は、リチウムイオンバッテリパックの高出力を処理することができる。また、リチウムイオンバッテリパックにおいては、各セル９の温度は別個に監視しなければならない。これは、図１４−１６に関連して上に説明した通り、各セル９ごとにサーミスタ１４１６を使用することによって可能になる。電子コンポーネント１４１４は、サーミスタ１４１６及び温度フューズなどその他の電子コンポーネントを用いる温度監視回路になるように構成される。電子コンポーネント１４１４は、また、セル平衡回路になるように構成され、たとえば表面取付けマイクロプロセッサ及び適切な受動及び能動表面取付け装置を含む。
本発明の説明は本質的に単なる例示であり、本発明の主旨から逸脱しない変形は本発明の範囲内にあるものとする。この種の変形は本発明の精神及び範囲からの逸脱とは見なされないものとする。
コードレス電動工具の側面断面図である。 本発明の１つの実施態様に従ってバッテリパックのバッテリセルを相互接続する積層プレート構造の分解組立図である。 図２の積層プレート構造の上面図である。 図２の積層プレート構造の導電素子グリッドの上面図である。 図２の積層プレート構造の信号層の上面図である。 図２の積層プレート構造を形成するためのプロセスのフローチャートである。 図２の積層プレート構造でバッテリパックのバッテリセルを相互接続するためのフローチャートである。 本発明の１つの実施態様に従ってバッテリパックのバッテリセルを相互接続するためのフレキシブルプリント回路板の底面図である。 図８のフレキシブルプリント回路板の相互接続タブの側面斜視図である。 図８のフレキシブルプリント回路板の端部接続タブの側面斜視図である。 本発明の１つの実施態様に従ってバッテリパックのバッテリセルを相互接続する図８のフレキシブルプリント回路板の剥離側面図である。 本発明の１つの実施態様に従ってバッテリパックのバッテリセルを相互接続するフレキシブルプリント回路板の変形の側面図である。 図８のフレキシブルプリント回路板を形成し本発明の１つの実施態様に従ってバッテリパックのバッテリセルを相互接続するためにこれを使用するためのフローチャートである。 フレキシブルプリント回路板の導電トレースをバッテリセルに直接接続してバッテリセルを相互接続するためのフレキシブルプリント回路板の上面斜視図である。 バッテリセルを相互接続する図１４のフレキシブルプリント回路板の側面図である。 バッテリセルを相互接続する図１４のフレキシブルプリント回路板の側面斜視図である。 図１４のフレキシブルプリント回路板を形成し本発明の１つの実施態様に従ってバッテリパックのバッテリセルを相互接続するためにこれを使用するためのフローチャートである。

Claims (76)

  1. コードレス電動工具用のバッテリパックであり、
    ａ．ハウジングと、
    ｂ．前記ハウジングの中に配置される複数のバッテリセルと、
    ｃ．バッテリセルの上面及び底面のうち少なくとも一方に配置される積層プレートであり、該積層プレートが導電層及び非導電層を含み、前記導電層が前記バッテリセルの端子に貼り付けられる複数の端子パッド及び前記バッテリセルを相互接続するために前記端子パッドを相互接続する複数の導電素子を含む、積層プレートと、
    を含む、バッテリパック。
  2. 前記導電層が少なくとも１つの電力回路層及び少なくとも１つの信号層を含み、前記電力回路層が前記複数の導電素子を含み、かつ前記信号層が前記複数の端子パッドを含む、請求項１に記載のバッテリパック。
  3. 前記非導電層が複数の非導電層を含み、前記電力回路層及び前記信号層が前記非導電層のそれぞれの間に挟まれ、前記非導電層のうち少なくとも１つが前記電力回路層と前記信号層との間に配置される、請求項２に記載のバッテリパック。
  4. 前記電力回路層及び信号層のうち少なくとも一方がプリント回路板を含む、請求項２に記載のバッテリパック。
  5. 前記プリント回路板がフレキシブルプリント回路板である、請求項４に記載のバッテリパック。
  6. 前記プリント回路板が前記非導電層にもなるように前記プリント回路板の一面にだけエッチングが施される、請求項４に記載のバッテリパック。
  7. 前記電力回路層及び前記信号層がプリント回路板を含む、請求項３に記載のバッテリパック。
  8. 前記電力回路層の前記プリント回路板及び前記信号層の前記プリント回路板がフレキシブルプリント回路板である、請求項７に記載のバッテリパック。
  9. 前記プリント回路板が前記非導電層にもなるように前記プリント回路板の一面にだけエッチングが施される、請求項７に記載のバッテリパック。
  10. 前記導電素子が導電性金属ストリップを含む、請求項１に記載のバッテリパック。
  11. 前記非導電層が前記バッテリパックのそれぞれの端子が貫通するための複数の孔を含む、請求項１に記載のバッテリパック。
  12. コードレス電動工具用のバッテリパックであり、
    ａ．ハウジングと、
    ｂ．前記ハウジングの中に配置される複数のバッテリセルと、
    ｃ．前記バッテリセルの上面に配置される第一の積層プレート及び前記バッテリセルの底面に配置される第二の積層プレートであり、各積層プレートが導電層及び非導電層を含み、前記導電層が前記バッテリセルの端子に貼り付けられる複数の端子パッド及び前記バッテリセルを相互接続するために前記端子パッドを相互接続する複数の導電素子を含む、積層プレートと、
    を含む、バッテリパック。
  13. 前記導電層が少なくとも１つの電力回路層及び少なくとも１つの信号層を含み、前記電力回路層が前記複数の導電素子を含み、かつ前記信号層が前記複数の端子パッドを含み、前記非導電層が複数の非導電層を含み、前記電力回路層及び前記信号層が前記非導電層のそれぞれの間に挟まれ、少なくとも１つの非導電層が前記電力回路層と前記信号層との間に配置される、請求項１２に記載のバッテリパック。
  14. 前記電力回路層及び信号層が各々フレキシブルプリント回路板を含む、請求項１２に記載のバッテリパック。
  15. コードレス電動工具用のバッテリパックであり、
    ａ．ハウジングと
    ｂ．前記ハウジングの中に配置される複数のバッテリセルと、
    ｃ．前記バッテリセルの上面に配置される積層プレート及び前記バッテリセルの底面に配置される第二の積層プレートであり、各積層プレートが第一、第二及び第三の非導電層、前記第一と第二の非導電層の間にはさまれる電力回路層及び前記第二と第三の非導電層の間に挟まれる信号層を含み、前記信号層が前記バッテリセルの端子に貼り付けられる複数のパッドを含み、かつ前記電力回路層が前記バッテリセルを相互接続するために前記端子パッドを相互接続する複数の導電素子を含む、積層プレートと、
    を含む、バッテリパック。
  16. 前記電力回路層及び信号層のうち少なくとも一方がプリント回路板を含む、請求項１５に記載のバッテリパック。
  17. 前記プリント回路板がフレキシブルプリント回路板である、請求項１６に記載のバッテリパック。
  18. 前記導電素子が導電性金属ストリップを含む、請求項１５に記載のバッテリパック。
  19. 前記信号層が信号接続を必要とするバッテリセルのためにのみ端子パッドを有する、請求項２に記載のバッテリパック。
  20. 前記信号層が信号接続を必要とするバッテリセルのためにのみ端子パッドを有する、請求項１３に記載のバッテリパック。
  21. 前記信号層が信号接続を必要とするバッテリセルのためにのみ端子パッドを有する、請求項１５に記載のバッテリパック。
  22. 前記バッテリセルがリチウムイオンバッテリセルである、請求項１に記載のバッテリパック。
  23. 前記バッテリセルがリチウムイオンバッテリセルである、請求項１３に記載のバッテリパック。
  24. 前記バッテリセルがリチウムイオンバッテリセルである、請求項１５に記載のバッテリパック。
  25. 前記導電素子が複数の導電性金属ストリップを含み、前記非導電層が、接続セグメントへの接近路を設けるために、該バッテリパックの形成中前記接続セグメントが破壊される前に前記複数の導電性金属ストリップを接合する前記接続セグメントの周りに配置される複数の孔を含む、請求項１に記載のバッテリパック。
  26. コードレス電動工具用のバッテリパックを作るための方法であり、
    ａ．ハウジングの中に配置されるバッテリセルの上面に第一の積層プレートを配置し、かつ前記バッテリセルの底面に第二の積層プレートを配置するステップであり、前記積層プレートが非導電層の間に挟まれる導電層を含み、前記導電層が端子パッド及び前記端子パッドを相互接続する導電素子を有し、前記非導電層が孔を有し、各積層プレートが、前記孔が前記バッテリの端子を中心と定めるように配置される、ステップと、
    ｂ．前記孔に配置される前記バッテリセルの前記端子に前記導電素子及び端子パッドを押し付けるために中に前記導電素子のうち少なくとも１つ及び端子パッドが配置される各孔に溶接チップを挿入し、前記導電素子及び端子パッドを前記バッテリセルの前記端子に溶接するステップと、
    を含む、方法。
  27. 前記導電素子が接続セグメントによって接合される複数の導電性金属ストリップを含み、該方法が溶接中または溶接後前記接続セグメントを破壊するステップを含む、請求項２６に記載の方法。
  28. コードレス電動工具用のバッテリパックであって、バッテリセルに取り付けられるフレキシブルプリント回路板上の第一の導電トレースによって相互接続されるように配置される複数のバッテリセルを有するハウジングを含む、バッテリパック。
  29. 前記フレキシブルプリント回路板が、電子コンポーネントが取り付けられる第二の導電トレースを含む、請求項２８に記載のバッテリパック。
  30. 前記電気コンポーネントが少なくとも１つのサーミスタを含む、請求項２９に記載のバッテリパック。
  31. 前記電気コンポーネントが各バッテリセルと関連付けられる少なくとも１つのサーミスタを含み、各サーミスタが、これと関連付けられる前記バッテリセルに近接する前記第二の導電トレースのうちの１つに取り付けられる、請求項３０に記載のバッテリパック。
  32. 前記バッテリセルがリチウムイオンバッテリセルであり、かつ前記電子コンポーネントが温度監視回路として構成される電子コンポーネント及びセル平衡回路として構成される電子コンポーネントを含む、請求項３１に記載のバッテリパック。
  33. 前記電子コンポーネントが少なくとも１つの制御回路に構成される電子コンポーネントを含む、請求項２９に記載のバッテリパック。
  34. 前記第一の導電トレースが前記バッテリセルの端子と整合するパッドを含み、前記パッドが、接続タブが貫通するスロットを含み、前記接続タブが前記バッテリセル端子及び前記パッドに接着される、請求項２８に記載のバッテリパック。
  35. さらに、中に前記バッテリセルが配置され、前記フレキシブルプリント回路板を前記バッテリセルに取り付けるために前記バッテリセルを所定の位置に保持するセルセパレータプレートを含む、請求項２８に記載のバッテリパック。
  36. さらに、前記フレキシブルプリント回路板と前記バッテリセルの上面及び底面との間に配置されるシールを含む、請求項２８に記載のバッテリパック。
  37. 前記フレキシブルプリント回路板が複数の基板を含み、前記基板のうち少なくとも１つに前記第一の導電トレースを持つ、請求項２８に記載のバッテリパック。
  38. 前記基板のうち少なくとも１つが、電気コンポーネントが取り付けられる第二の導電トレースを有する、請求項３７に記載のバッテリパック。
  39. 前記電子コンポーネントが少なくとも１つのサーミスタを含む、請求項３８に記載のバッテリパック。
  40. 前記電気コンポーネントが各バッテリセルと関連付けられる少なくとも１つのサーミスタを含み、各サーミスタが、これと関連付けられる前記バッテリセルに近接する前記第二の導電トレースのうちの１つに取り付けられる、請求項３９に記載のバッテリパック。
  41. 前記バッテリセルがリチウムイオンバッテリセルであり、前記電子コンポーネントが温度監視回路として構成される電子コンポーネント及びセル平衡回路として構成される電子コンポーネントを含む、請求項４０に記載のバッテリパック。
  42. 該バッテリパックにおいて、前記電子コンポーネントが少なくとも１つの制御回路に構成される電子コンポーネントを含む、請求項３７に記載のバッテリパック。
  43. 前記第一及び第二の導電トレースが別個の基板にある、請求項３７に記載のバッテリパック。
  44. 前記フレキシブルプリント回路板が、前記バッテリセルのそれぞれと整合しかつ基板及び導電トレースを貫通して溶接チップに前記バッテリセルの端子への接近をもたらすそれぞれの孔を含む、請求項３７に記載のバッテリパック。
  45. さらに、中に前記バッテリセルが配置され、前記フレキシブルプリント回路板を前記バッテリセルに取り付けるために前記バッテリセルを所定の位置に保持するセルセパレータプレートを含む、請求項４４に記載のバッテリパック。
  46. 前記フレキシブルプリント回路板が前記バッテリセルの上面及び底面の両方に取り付けられる、請求項２８に記載のバッテリパック。
  47. 前記フレキシブルプリント回路板が前記バッテリセルの上面及び底面の両方に取り付けられ、前記電子コンポーネントが前記バッテリセルの前記上面と底面との間に伸びる前記フレキシブルプリント回路板の部分に配置される少なくとも１つの制御回路に構成される、請求項２９に記載のバッテリパック。
  48. コードレス電動工具用のバッテリパックを作るための方法であって、
    ａ．第一の導電トレースを表面に含むフレキシブルプリント回路板を形成するステップと、
    ｂ．複数のバッテリセルを相互接続するためにハウジングに配置される前記複数のバッテリセルに前記第一の導電トレースを取り付けるステップと、
    を含む、方法。
  49. 第二の導電トレースを含む前記フレキシブルプリント回路板を形成し、電子コンポーネントを前記第二の導電トレースに取り付けるステップを含む、請求項４８に記載の方法。
  50. 電子コンポーネントを前記第二の導電トレースに取り付けるステップが、各バッテリセル用のサーミスタを前記バッテリセルに近接する前記第二の導電トレースに取り付けるステップを含む、請求項４９に記載の方法。
  51. 電子コンポーネントを前記第二の導電トレースに取り付けるステップが、少なくとも１つの制御回路に電子コンポーネントを構成するステップを含む、請求項４９に記載の方法。
  52. 前記バッテリセルの端子及び前記導電トレースのパッドに接続タブを取り付けることによって、前記第一の導電トレースを前記バッテリセルに取り付けるステップを含む、請求項４８に記載の方法。
  53. 前記フレキシブルプリント回路板が前記バッテリセルに取り付けられるとき前記バッテリセルを所定の位置に保持するために前記フレキシブルプリント回路板を前記バッテリセルに取り付ける前にセルセパレータプレートに前記バッテリセルを配置するステップを含む、請求項４８に記載の方法。
  54. 前記フレキシブルプリント回路板を前記バッテリセルの上面及び底面に取り付けるステップを含む、請求項４８に記載の方法。
  55. 複数の基板及び第二の導電トレースを含む前記フレキシブルプリント回路板を形成するステップを含み、前記第一及び第二の導電トレースが別個の基板にある、請求項４８に記載の方法。
  56. 前記バッテリセルの端子と整合し前記基板及び第一の導電トレースを貫通する孔を有する前記フレキシブルプリント回路板を形成するステップ、及び前記孔を通じて前記バッテリセルの前記端子を溶接チップと接触させ、前記第一の導電トレースを前記バッテリセルの前記端子に溶接するステップとを含む、請求項５５に記載の方法。
  57. 前記第一の導電トレースを非抵抗溶接によって前記バッテリセルの端子に接着するステップを含む、請求項５５に記載の方法。
  58. 前記第一の導電トレースを摩擦溶接によって前記バッテリセルの端子に接着するステップを含む、請求項５５に記載の方法。
  59. 前記第一の導電トレースを超音波溶接によって前記バッテリセルの端子に接着するステップを含む、請求項５５に記載の方法。
  60. 電子コンポーネントを第二の導電トレースに取り付けるステップを含む、請求項５５に記載の方法。
  61. 前記フレキシブルプリント回路板の孔を通じて前記バッテリセルの端子を溶接チップと接触させ、前記第一の導電トレースを前記バッテリセルの前記端子に溶接するステップを含む、請求項４８に記載の方法。
  62. コードレス電動工具であって、
    その中にモーターが配置されるハウジングと、
    前記ハウジングに結合されるバッテリパックと、
    を含み、
    前記バッテリパックが複数のバッテリセルが中に配置されるバッテリパックハウジングを含み、前記バッテリセルの上面及び底面のうち少なくとも一方に積層プレートが配置され、前記積層プレートが導電層及び非導電層を含み、前記導電層が前記バッテリセルの端子に貼り付けられる複数の端子パッド及び前記バッテリセルを相互接続するために前記端子パッドを相互接続する複数の導電素子を含む、
    コードレス電動工具。
  63. 前記積層プレートが第一及び第二の積層プレートを含み、前記第一の積層プレートが前記バッテリセルの前記上面に配置されかつ前記第二の積層プレートが前記バッテリセルの前記底面に配置される、請求項６２に記載のコードレス電動工具。
  64. 前記導電層が少なくとも１つの電力回路層及び少なくとも１つの信号層を含み、前記電力回路層が前記複数の導電素子を含みかつ前記信号層が前記複数の端子パッドを含み、前記非導電層が複数の非導電層を含み、前記電力回路層及び前記信号層が前記非導電層のそれぞれの間に挟まれ、少なくとも１つの非導電層が前記電力回路層と前記信号層との間に配置される、請求項６２に記載のコードレス電動工具。
  65. 前記電力回路層及び前記信号層のうち少なくとも一方がプリント回路板を含む、請求項６４に記載のコードレス電動工具。
  66. 前記プリント回路板がフレキシブルプリント回路板である、請求項６５に記載のコードレス電動工具。
  67. 前記バッテリセルがリチウムイオンバッテリセルを含む、請求項６４に記載のコードレス電動工具。
  68. コードレス電動工具であり、
    ａ．中にモーターが配置されるハウジングと、
    ｂ．前記ハウジングに結合されるバッテリパックであり、該バッテリパックが、前記バッテリセルに取り付けられるフレキシブルプリント回路板上の第一の導電トレースによって相互接続される複数のバッテリセルが中に配置されるバッテリパックハウジングを含む、バッテリパックと、
    を含む、コードレス電動工具。
  69. 前記フレキシブルプリント回路板が、電子コンポーネントが取り付けられる第二の導電トレースを含む、請求項６８に記載のコードレス電動工具。
  70. 前記フレキシブルプリント回路板が複数の基板を含み、前記第一及び第二の導電トレースが別個の基板にある、請求項７０に記載のコードレス電動工具。
  71. 前記電子コンポーネントが少なくとも１つのサーミスタを含む、請求項７０に記載のコードレス電動工具。
  72. 前記バッテリセルがリチウムイオンバッテリセルであり、前記電気コンポーネントが各バッテリセルに関連付けられる少なくとも１つのサーミスタを含み、各サーミスタが、これと関連付けられる前記バッテリセルに近接する前記第二の導電トレースのうちの１つに取り付けられ、前記電子コンポーネントが温度監視回路として構成される電子コンポーネント及びセル平衡回路として構成される電子回路も含む、請求項７０に記載のコードレス電動工具。
  73. 前記電子コンポーネントが少なくとも１つの制御回路に構成される電子化コンポーネントを含む、請求項７０に記載のコードレス電動工具。
  74. 前記フレキシブル回路板が前記バッテリセルの上面及び底面の両方に取り付けられる、請求項７０に記載のコードレス電動工具。
  75. 前記第一の導電トレースが前記バッテリセルの端子と整合するパッドを含み、前記パッドが、接続タブが貫通するスロットを含み、前記接続タブが前記バッテリセル端子及び前記パッドに接着される、請求項６８に記載のバッテリパック。
  76. さらに、中に前記バッテリセルが配置され、前記フレキシブルプリント回路板を前記バッテリセルに取り付けるために前記バッテリセルを所定の位置に保持するセルセパレータプレートを含む、請求項６８に記載のコードレス電動工具。
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