JP2011054360A

JP2011054360A - 電池パック

Info

Publication number: JP2011054360A
Application number: JP2009201068A
Authority: JP
Inventors: Fumikazu Iwahana; 史和岩花
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2009-08-31
Filing date: 2009-08-31
Publication date: 2011-03-17
Anticipated expiration: 2029-08-31
Also published as: JP5558051B2

Abstract

【課題】小型化を実現するとともに製造コストを削減した電池パックを提供する。
【解決手段】複数の二次電池セルＢＴを含む第１電池モジュールＭＤＬ１および第２電池モジュールＭＤＬ２と、第１方向Ｄ１に並んで配置された複数の二次電池セルＢＴの、隣に並んだ二次電池セルＢＴの電極端子２、４同士を電気的に接続する導電部材１０と、第１電池モジュールＭＤＬ１および第２電池モジュールＭＤＬ２の導電部材１０から電位を取得する回路基板２０と、を備え、回路基板２０は、その基板面と二次電池セルＢＴの主壁８とが対向するように、複数の二次電池セルＢＴが並ぶ方向Ｄ１に、二次電池セルＢＴと並んで配置されている電池パック。
【選択図】図２

Description

本発明は電池パックに関し、特に、複数の二次電池セルを備える電池モジュールに関する。

一般に、複数の二次電池（以下、二次電池セルと呼ぶ）を組み合わせて使用する電池パックは、二次電池セルを平面内の縦方向および横方向に並べて配置し、各二次電池セルの上部等に配置された電極端子間を導体（以下、バスバーと呼ぶ）にて接続して構成されている。

特に、複数のリチウムイオン二次電池セルを備える電池パックは、安全性のために一般的に個々の二次電池セルの状態（電圧、温度等）を監視している。個々の二次電池セルを監視するための構造としては、例えば、バスバーから突出したタブを設け、監視用回路基板をバスバー上に実装して、タブから二次電池セルの電圧を取得することにより、二次電池セルの状態を監視可能としている。１枚の監視用回路基板は、所定数の二次電池セルの状態を監視することが可能である。

従来、例えば特許文献１のパック電池は、平面内の縦方向および横方向に並んで配置された複数の二次電池を備え、複数の二次電池セルの電極端子が隔離プレートを貫通してプリント基板に固定されている。プリント基板は、保護回路、残存容量積算回路、パック電池を特定するＩＤ等を記憶している回路等を実現する電子部品を実装している。プリント基板は、平面状に並べられた二次電池の外形にほぼ等しい大きさであって、二次電池が並ぶ平面と略直交する方向において、複数の二次電池に積層されている。

特開２００１−９３４９４号公報

しかし、例えば電池パックを構成する二次電池セル数が増加すればするほど、必要となるプリント基板が大きくなる。したがって、電池パック内に占めるプリント基板のスペースが増加し、電池パックが大きくなることがあった。また、電池パックの数に応じてプリント基板の数量が増えるため、電池パックの数が多くなると製造コストを削減することが困難であった。

本発明は上記事情に鑑みて成されたものであって、小型化を実現するとともに製造コストを削減した電池パックを提供することを目的とする。

本発明の態様による電池パックは、複数の二次電池セルを含む第１電池モジュールおよび第２電池モジュールと、第１方向に並んで配置された前記複数の二次電池セルの、隣に並んだ二次電池セルの電極端子同士を電気的に接続する導電部材と、前記第１電池モジュールおよび前記第２電池モジュールの前記導電部材から電位を取得する回路基板と、を備え、前記回路基板は、前記複数の二次電池セルが並ぶ方向に、前記二次電池セルと並んで配置されている電池パックである。

本発明によれば、小型化を実現するとともに製造コストを削減した電池パックを提供することができる。

本発明の一実施形態に係る電池パックの二次電池セルの一構成例を説明するための図である。本発明の第１実施形態に係る電池パックの一構成例を説明するための図である。図２および図５に示す電池パックの回路基板の一構成例を説明するための図である。５つの電池パック毎に回路基板を用意した場合の回路基板の一構成例を説明するための図である。本発明の第２実施形態に係る電池パックの他の構成例を説明するための図である。第１実施形態に係る電池パックと第２実施形態に係る電池パックとを組み合わせた場合の一構成例を示す図である。

以下、本発明の第１実施形態に係る電池パックについて、詳細に説明する。本実施形態に係る電池パック１００は、二次電池セルＢＴを複数含む第１電池モジュールＭＤＬ１および第２電池モジュールＭＤＬ２と、主壁８が互いに対向するように第１方向Ｄ１に並んで配置された複数の二次電池セルＢＴの、隣に並んだ二次電池セルＢＴの電極端子２、４同士を電気的に接続する導電部材（バスバー）１０と、第１電池モジュールＭＤＬ１および第２電池モジュールＭＤＬ２の導電部材１０から電位を取得する回路基板２０と、を備え、回路基板２０は、その基板面と二次電池セルＢＴの主壁８とが対向するように、複数の二次電池セルＢＴが並ぶ方向Ｄ１に、二次電池セルＢＴと並んで配置されている電池パック１００である。

本実施形態に係る電池パック１００は、複数の二次電池セルＢＴを備えている。二次電池セルＢＴは、図１に示すように略直方体状である。すなわち、二次電池セルＢＴは、略直方体形状の容器を備えている。略直方体状の容器は、底壁（図示せず）と、底壁と対向した容器の上壁５とを備えている。上壁５には、電極端子が配置されている。電極端子は負極端子２および正極端子４を備えている。

容器内には電解液（図示せず）、正電極（図示せず）、および負電極（図示せず）が収容されている。正極端子４は正電極と電気的に接続され、負極端子２は負電極と電気的に接続されている。正極端子４と負極端子２とは上壁５から外側に突出している。この容器は、例えばアルミニウム等の導電性材料で形成されている。

二次電池セルＢＴの容器は、上壁５と底壁との間に延びると共に互いに対向した２つの主壁８と主壁８間に延びる２つの側壁６とを備えている。主壁８は、負極端子２と正極端子４とが並ぶ方向と略平行である。複数の二次電池セルＢＴは、隣合う二次電池セルＢＴの主壁８同士が対向するように並んで配置されている。

上記のような密封型電池では、過充電等によって容器内部に発生したガスにより、容器内部のガス圧が高まって爆発事故を起こすことがある。このため二次電池セルＢＴはその上壁５に安全弁（図示せず）を設けることによりガス圧の上昇に対処可能としている。二次電池セルＢＴ内のガス圧が上昇すると安全弁が開いてガスが外部に放出され、爆発事故が回避される。

図２に示すように、本実施形態に係る電池パック１００は、第１電池モジュールＭＤＬ１および第２電池モジュールＭＤＬ２を備えている。第１電池モジュールＭＤＬ１および第２電池モジュールＭＤＬ２は、それぞれ５つの二次電池セルＢＴを備えている。５つの二次電池セルＢＴは、主壁８同士が対向するように方向Ｄ１に、間隔を置いて並んで配置されている。

第１電池モジュールＭＤＬ１および第２電池モジュールＭＤＬ２は、二次電池セルＢＴが並ぶ方向Ｄ１に所定の間隔を置いて並んで配置されている。第１電池モジュールＭＤＬ１と第２電池モジュールＭＤＬ２との間には、回路基板２０が配置されている。

第１電池モジュールＭＤＬ１の二次電池セルＢＴの電極端子は、隣に配置された二次電池セルＢＴの電極端子と導電性材料で形成されたバスバー１０によって電気的に接続されている。本実施形態では、５つの二次電池セルＢＴは、負極端子２と正極端子４とが交互に並ぶように配置され、直列に接続されている。二次電池セルＢＴの負極端子２は、隣に配置された二次電池セルＢＴの正極端子４と電気的に接続されている。

同様に、第２電池モジュールＭＤＬ２の二次電池セルＢＴの電極端子は、隣に配置された二次電池セルＢＴの電極端子とバスバー１０によって電気的に接続されている。５つの二次電池セルＢＴは、負極端子２と正極端子４とが交互に並ぶように配置され、隣に配置された二次電池セルＢＴ同士の負極端子２と正極端子４とが電気的に接続されている。

第１電池モジュールＭＤＬ１と第２電池モジュールＭＤＬ２との、直列に接続された端の電極端子は、バスバー１２によって電気的に接続されている。図２に示すように、第１電池モジュールＭＤＬ１と第２電池モジュールＭＤＬ２とは直列に接続されている。

回路基板２０には、２つのコネクタ２２と、複数のＬＳＩ（large-scale integration）等の集積回路２４（図４に示す）が搭載されている。本実施形態では回路基板２０に２つの集積回路２４が搭載されている。一方のコネクタ２２には、第１電池モジュールＭＤＬ１の二次電池セルＢＴの電極端子電位が供給される。他方のコネクタ２２には、第２電池モジュールＭＤＬ２の二次電池セルＢＴの電極端子電位が供給される。

図２に示すように、第１電池モジュールＭＤＬ１の二次電池セルＢＴの電極端子に電気的に接続されたバスバー１０と一方のコネクタ２２とは、電位を供給するための配線Ｗによって電気的に接続されている。

第２電池モジュールＭＤＬ２の二次電池セルＢＴの電極端子に電気的に接続されたバスバー１０と他方のコネクタ２２とは、電位を供給するための配線Ｗによって電気的に接続されている。

第１電池モジュールＭＤＬ１および第２電池モジュールＭＤＬ２は、図示しない収容体内に収容される。例えば図２に示すように収容体の壁ＰＬ１、ＰＬ２が位置している。このとき、複数の二次電池セルＢＴを冷却するための冷却媒体は、例えば、複数の二次電池セルＢＴの底壁側から上壁５側に向かって主壁８に沿って循環し、その後、壁ＰＬ２と上壁５との間の空間を循環してダクトから排気される。

複数の二次電池セルＢＴの上壁と壁ＰＬ２との間に回路基板２０を積層すると、二次電池セルＢＴの上壁５と回路基板２０との間の隙間に冷却媒体を流すことになり、隙間が小さいことによる圧損流量バラツキが生じる。

本実施形態のように、本実施形態に係る電池パック１００では、回路基板２０が、複数の二次電池セルＢＴの上壁５と壁ＰＬ２との間に配置されていないため、冷却媒体の循環経路が拡張され、圧損が減少する。したがって、収容体内を循環する冷却媒体の流量の確保が可能となり、大きな構造変更無く、冷却性能を向上させることができる。

次に、回路基板２０について説明する。図３に示すように、回路基板２０は、通信ケーブルＣＢによって、他の回路基板２０あるいは上位制御手段（図示せず）に接続されている。回路基板２０の集積回路２４は、コネクタ２２を介して取得した電位の値を各二次電池セルＢＴの電極間電位として出力する。回路基板２０に搭載された複数の集積回路２４同士は、回路基板２０に実装された通信機能により互いに通信を行なうことができる。

本実施形態では、回路基板２０には２つの集積回路２４が搭載され、一方の集積回路２４が第１電池モジュールＭＤＬ１の各二次電池セルＢＴの電極間電位を出力し、他方の集積回路２４が第２電池モジュールＭＤＬ２の各二次電池セルＢＴの電極間電位を出力する。

例えば、図４に示すように、５つの二次電池セルＢＴ毎に１つの回路基板２０´を取り付けると、１０個の二次電池セルＢＴの電極間電位を監視するためには、回路基板２０´が２つ必要になる。そうすると、電池パック１００全体が大きくなることがあった。

これに対し、図３に示すように、１つの回路基板２０に２つの集積回路２４を搭載し、この回路基板で２つの二次電池モジュールの二次電池セルＢＴの電極間電位を取得すると、回路基板２０は、回路基板２０´の半分の数でよく、回路基板２０の面積も、２つの回路基板２０´の面積よりも小さくすることができる。したがって、電池パック１００全体を小型化することができるとともに、回路基板２０を小さくすることでコストを減少させることができる。

さらに、回路基板２０´を２つ用意した場合には、バスバー１０から回路基板２０´のコネクタ２２に延びる配線Ｗは、全部で１２本必要であったが、回路基板２０のコネクタ２２とバスバー（あるいはバスバー１２）との間に延びる配線Ｗは１１本である。したがって、本実施形態に係る電池パック１００では、配線Ｗの本数を削減することができ、よりコストを削減させることができる。

さらに、回路基板２０´同士は通信ケーブルＣＢによって接続されている。これに対し、回路基板２０には通信手段が実装されているため、通信ケーブルＣＢ数を削減することができ、集積回路２４間の接続信頼性を向上させることができる。

すなわち、本実施形態に係る電池パック１００によれば、小型化を実現するとともに製造コストを削減した電池パック１００を提供することができる。

次に、本発明の第２実施形態に係る電池パック２００について図面を参照して以下に説明する。なお、以下の説明において上述の第１実施形態に係る電池パック１００と同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。

図５に示すように、本実施形態に係る電池パック２００は、第１電池モジュールＭＤＬ１および第２電池モジュールＭＤＬ２を備えている。第１電池モジュールＭＤＬ１と第２電池モジュールＭＤＬ２とは、複数の二次電池セルＢＴが並ぶ方向Ｄ１と略直交する方向Ｄ２に並んでいる。第１電池モジュールＭＤＬ１と第２電池モジュールＭＤＬ２とはバスバー１２によって電気的に接続されている。

回路基板２０は、その基板面が、方向Ｄ１において端部に配置された二次電池セルＢＴの主壁８に対向するように配置されている。回路基板２０は、２つのコネクタ２２を備えている。

回路基板２０には、２つのコネクタ２２と、複数のＬＳＩ（large-scale integration）等の集積回路２４（図４に示す）が搭載されている。一方のコネクタ２２には、第１電池モジュールＭＤＬ１の二次電池セルＢＴの電極端子電位が供給される。他方のコネクタ２２には、第２電池モジュールＭＤＬ２の二次電池セルＢＴの電極端子電位が供給される。

上述の第１実施形態と同様に、本実施形態に係る電池パック２００では、回路基板２０が、複数の二次電池セルＢＴの上壁５と壁ＰＬ２との間に配置されていないため、冷却媒体の循環経路が拡張され、圧損が減少する。したがって、収容体内を循環する冷却媒体の流量の確保が可能となり、大きな構造変更無く、冷却性能を向上させることができる。

また、図３に示すように、回路基板２０は、通信ケーブルＣＢによって、他の回路基板２０あるいは上位制御手段（図示せず）に接続されている。回路基板２０の集積回路２４は、コネクタ２２を介して取得した電位の値を各二次電池セルＢＴの電極間電位として出力する。本実施形態では、回路基板２０には２つの集積回路２４が搭載され、一方の集積回路２４が第１電池モジュールＭＤＬ１の各二次電池セルＢＴの電極間電位を出力し、他方の集積回路２４が第２電池モジュールＭＤＬ２の各二次電池セルＢＴの電極間電位を出力する。回路基板２０に搭載された複数の集積回路２４同士は、回路基板２０に実装された通信機能により互いに通信を行なうことができる。

上記のように、回路基板２０を用いると、図４に示す回路基板２０´を用いるよりも、電池パック２００全体を小型化することができるとともに、回路基板２０を小さくすることで製造コストを減少させることができる。さらに、配線Ｗの数を削減してコストを削減することができるとともに、通信ケーブルＣＢ数を削減することで、集積回路２４間の接続信頼性を向上させることができる。

すなわち、本実施形態に係る電池パック２００によれば、小型化を実現するとともに製造コストを削減した電池パック２００を提供することができる。

なお、この発明は、上記実施形態そのものに限定されるものではなく、その実施の段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。

また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。

例えば、図６に示すように、第１実施形態に係る電池パック１００と第２実施形態に係る電池パック２００とを組み合わせて図示しない収容体内に収容して、大容量の電池パックを構成してもよい。なお、図６は、複数の二次電池セルＢＴの上壁５側から示した図であって、配線Ｗや通信ケーブルＣＢ等は図示していない。

図６に示すように、第１実施形態に係る電池パック１００と第２実施形態に係る電池パック２００とを組み合わせることにより、多くの二次電池セルＢＴを用いる場合であっても、上述の第１実施形態および第２実施形態に係る電池パック１００、２００と同様の効果を得ることができる。

さらに、上記の実施形態では、１つの電池パックに２つの電池モジュールＭＤＬ１、ＭＤＬ２が含まれていたが、３つ以上の電池パックが含まれていてもよい。回路基板２４に各電池モジュールに対応する数の集積回路２４を実装することによって、回路基板２４自体が小型化されて回路基板２４が配置される領域が小さくなり、配線Ｗの数を削減して電池パックの小型化が実現されるとともに、回路基板２４のコストを削減することができる。

ＢＴ…二次電池セル、Ｗ…配線、ＣＢ…通信ケーブル、ＭＤＬ１…第１電池モジュール、２…負極端子、ＭＤＬ２…第２電池モジュール、４…正極端子、１０…バスバー（導電部材）、１２…バスバー（導電部材）、２０…回路基板、２４…集積回路。

Claims

二次電池セルを複数含む第１電池モジュールおよび第２電池モジュールと、
主壁が互いに対向するように第１方向に並んで配置された前記複数の二次電池セルの、隣に並んだ二次電池セルの電極端子同士を電気的に接続する導電部材と、
前記第１電池モジュールおよび前記第２電池モジュールの前記導電部材から電位を取得する回路基板と、を備え、
前記回路基板は、その基板面と前記二次電池セルの主壁とが対向するように、前記第１方向に、前記二次電池セルと並んで配置されている電池パック。
前記回路基板は、前記第１電池モジュールと前記第２電池モジュールとの間に配置されている請求項１記載の電池パック。
前記第１電池モジュールと前記第２電池モジュールとは、前記複数の二次電池セルが並ぶ方向と略直交する方向に並んで配置され、
前記回路基板は、前記複数の二次電池セルが並ぶ方向に、前記第１電池モジュールおよび前記第２電池モジュールの端に配置された二次電池セルと並んで配置されている請求項１記載の電池パック。
二次電池セルを複数含む第１電池モジュールおよび第２電池モジュールと、
主壁が互いに対向するように第１方向に並んで配置された前記複数の二次電池セルの、隣に並んだ二次電池セルの電極端子同士を電気的に接続する導電部材と、
前記第１電池モジュールおよび前記第２電池モジュールの前記導電部材から電位を取得する回路基板と、を備え、
前記回路基板には、前記第１電池モジュールの前記導電部材から取得した電位に基づいて、前記第１電池モジュールの各二次電池セルの電極端子間電位を出力する第１集積回路と、前記第２電池モジュールの前記導電部材から取得した電位に基づいて、前記第２電池モジュールの各二次電池セルの電極端子間電位を出力する第２集積回路と、が搭載されている電池パック。
前記回路基板は、その基板面と前記二次電池セルの主壁とが対向するように、前記第１方向に、前記二次電池セルと並んで配置されている請求項４記載の電池パック。