JP2013516044A - 大容量のバッテリパック - Google Patents

Abstract

本明細書において開示されるのは、バッテリセル配列であって、３つ以下のバッテリセルを含み、これらバッテリセルのそれぞれは、バッテリケース内に電解質とともにシール状態で配置されているカソード／セパレータ／アノード構造の電極組立体を有しており、これらバッテリセルは３アンペア（Ａｈ）以上の電流容量を有し、かつ互いに電気的に直列接続されているバッテリセル配列と、保護回路モジュール（ＰＣＭ）であって、バッテリセル配列の上端に接続されてバッテリパックの作動を制御し、保護回路を含み、この保護回路からはバッテリセル間の電圧不平衡を調節するための機能が除かれている保護回路モジュールと、バッテリセル配列及び保護回路モジュールが配置されるパックケースと、を含むバッテリパックである。

Description

本発明は、大容量のバッテリパックに関し、より具体的には、バッテリセル配列であって、横方向に配列された３つ以下のバッテリセルを含み、これらバッテリセルは３アンペア（Ａｈ）以上の電流容量を有し、かつ互いに電気的に直列接続されているバッテリセル配列と、保護回路モジュール（ＰＣＭ）であって、バッテリセル配列の上端に接続されてバッテリパックの作動を制御し、保護回路を含み、この保護回路からはバッテリセル間の電圧不平衡を調節するための機能が除かれている、保護回路モジュールと、バッテリセル配列及び保護回路モジュールが配置されるパックケースと、を含むバッテリパックに関する。

様々な種類の可燃性の材料が、二次電池内に含まれている。結果として、二次電池は、二次電池の過充電、二次電池内の過電流、又は二次電池に加えられた別の物理的な外的衝撃に起因して、発熱する又は破裂する場合がある。すなわち、二次電池の安全性は非常に低い。その結果として、二次電池の過充電又は二次電池内の過電流のような二次電池の異常状態を効果的に制御するための、正温度係数（ＰＴＣ）要素及び保護回路モジュール（ＰＣＭ）のような安全要素が、バッテリセルに、安全要素がバッテリセルに接続された状態で配置される。

その一方で、ラップトップコンピュータ用のバッテリパックは、比較的低い容量を有する幾つかのバッテリセルが、二次電池の技術的制限及び装置ベースの制限と、二次電池の低い安全性及び生産量に起因して、互いに直列又は並列に接続される構造を有するように構成されており、これによって、所望の容量をバッテリパックに提供している。

近年は、２並列（Ｐ）−２直列（Ｓ）、２Ｐ−３Ｓ、及び２Ｐ−４Ｓ構造を有するように構成された、ラップトップコンピュータ用のバッテリパックが開発されてきた。このようなバッテリパックは、約２８Ｗｈ〜約９０Ｗｈに及ぶ様々な容量を提供する。

すなわち、大容量のバッテリセルを製造することは、バッテリパックを構成するバッテリセルの技術的制限が原因で難しい。この理由のために、幾つかの小容量（例えば２．５アンペア）のバッテリセルが接続されて、所望の容量をバッテリパックに提供している。

例えば、図１は、主に、２Ｐ−２Ｓ構造を有する従来のバッテリパックを示す分解図である。

図１を参照すると、従来のバッテリパック１００は、４つのバッテリセル３０が２Ｐ−２Ｓ構造で互いに電気的に接続されるように構成されている。保護回路モジュール４０及びフレキシブル保護回路基板（ＦＰＣＢ）４２は、バッテリセルの上端に接続されて、バッテリパックの作動を制御する。

また、両面粘着テープ３４が、バッテリセル３０間、及びバッテリセル３０と下側ケース１０との間に設けられている。バッテリセル３０、保護回路モジュール４０、及びフレキシブル保護回路基板４２は、上側ケース２０及び下側ケース１０によってシールされている。

加えて、保護回路モジュール４０は、バッテリセル間の電気的直列接続に起因するバッテリセル間の電圧不平衡を調節するための、追加的な要素（図示されていない）を含んでいる。

しかしながら、上述のバッテリパック構造において、バッテリセルは互いに並列に接続されているので、互いに並列接続されたバッテリセル間のセル電圧不平衡が、バッテリパックの作動中に考慮されなければならず、このことは保護回路の設計を複雑にする。また、回路を構成するパーツの追加に関するコストは増大し、従って、バッテリパックを製造するために必要なコストは増大する。さらに、バッテリパック欠陥率は、保護回路の誤作動範囲及び許容範囲を超えるセル電圧不平衡に起因して増大する。

上述されたようなバッテリパック製造技術において、小容量のバッテリセルは互いに接続されて、バッテリパックを製造する。その結果として、バッテリセル間の直列接続及び並列接続用の配線は、バッテリセルの数の増大によって複雑化し、このことはバッテリパックの組み立てを複雑化し、その結果、生産性はより低くなり、生産中のバッテリパックの低質な組み立てに基づく欠陥率は増大する。

従って、バッテリセル間の並列接続なしに大容量を提供することができる特定の構造を有するバッテリパックに対する高い必要性がある。

一方で、ラップトップコンピュータ内に取り付けられたバッテリパックは、高出力及び大容量を必要とする。このために、複数のシリンダー状バッテリセルを含む従来のシリンダー状のバッテリパックが、通常用いられてきた。しかしながら近年、ラップトップコンピュータのサイズは小さくなっており、従って、細いタイプのバッテリパックに対する高い必要性がある。

従って、大容量のポーチ形状のバッテリセルを用いて、細いタイプのバッテリパックを製造し、これによって、バッテリパックの全体的な電流容量を増加させることができる技術に対する高い必要性がある。

従って、本発明は、上述の問題、及び依然として解消されていない別の技術的問題を解決するために発明された。

特に、本発明の目的は大容量のバッテリパックを提供することであり、このバッテリパックは、並列接続構造を用いることなく製造することができ、同時に、バッテリセルが互いに並列接続される場合のバッテリセル間の電圧不平衡に起因する欠陥率を大幅に減少させることができる。

本発明の別の目的は、大容量のバッテリパックを提供することであり、このバッテリパックは単純かつ容易な方法を用いて製造され、かつこのバッテリパックのパーツの数は削減され、これによって製造コストを削減する。

本発明の一態様によると、上述の目的及び別の目的は、バッテリパックであって、（ａ）バッテリセル配列であって、横方向に配列された３つ以下のバッテリセルを含み、これらバッテリセルのそれぞれは、バッテリケース内に電解質とともにシール状態で配置されているカソード／セパレータ／アノード構造の電極組立体を有しており、これらバッテリセルは３アンペア（Ａｈ）以上の電流容量を有し、かつ互いに電気的に直列接続されているバッテリセル配列と、（ｂ）保護回路モジュール（ＰＣＭ）であって、バッテリセル配列の上端に接続されてバッテリパックの作動を制御し、保護回路を含み、この保護回路からはバッテリセル間の電圧不平衡を調節するための機能が除かれている、保護回路モジュールと、（ｃ）バッテリセル配列及び保護回路モジュールが配置されるパックケースと、を含むバッテリパックの提供によって達成することができる。

本発明によるバッテリパックは、３アンペア以上の電流容量をそれぞれ有しているバッテリセルを含んでいる。その結果として、本発明によるバッテリパックは、ラップトップコンピュータ用の従来のバッテリパックが、２．５アンペアの電流容量をそれぞれ有する４つ以上のバッテリセルを含むのと比較して、３つ以下のバッテリセルを使用し、従って、より単純な方法を用いてバッテリパックを組み立てることができる。

また、バッテリセルは互いに電気的に直列に接続されている。その結果として、バッテリセル間の電圧不平衡に起因するバッテリパックの欠陥率を、互いに電気的に並列に接続されているバッテリセルを含む、ラップトップコンピュータ用の従来のバッテリパックと比較して、減少させることができる。

加えて、バッテリセル間の並列の電気的接続は用いられない。その結果として、互いに電気的に並列接続されたバッテリセル間の電圧不平衡を防ぐための、保護回路によって実行される機能のうちの一つである、セル電圧不平衡の補正機能を除くことが可能となる。結果として、保護回路の設計を単純化し、回路パーツの数を削減し、これによってバッテリパックの製造コストを大幅に削減することが可能となる。

バッテリセル間の直列の電気的接続は、２つ以上のバッテリセル間の、並列の電気的接続が含まれていない限り、特に制限されることはない。好ましくは、バッテリセルは、１並列（Ｐ）−２直列（Ｓ）構造又は１Ｐ−３Ｓ構造で、互いに電気的に直列接続される。

直列の電気的接続構造は、３つ以下のバッテリセルを用いて得られる。その結果として、よりコンパクトな構造を有する大容量のバッテリパックを製造することが可能となる。

バッテリパックは、パックケースとバッテリセル配列との間に取り付けられるスペーサをさらに含むことができ、これにより、バッテリパックの充放電の間のバッテリセル配列の厚さの増加に対応する空間を提供することができる。

その結果として、パックケースの厚さを均一化すると同時にバッテリパックの充放電の間のバッテリセル配列の厚さの増加に対応する空間を、パックケースとバッテリセル配列との間に取り付けられたスペーサによって提供することができ、これによって、バッテリパックの重量及びサイズの全体的な増加を最小化する。

加えて、パックケースの厚さが局所的に減少する従来のバッテリパック構造と比較して、パックケースの厚さを均一化することができ、これによって、射出成型の間の不良を最小化する。

本願の発明者によって実施された実験の結果によると、二次電池の３００〜５００サイクルの充放電の後の二次電池の厚さは、二次電池の充放電の前の二次電池の厚さより５〜１０％厚い。このため、スペーサは、バッテリセル配列の厚さの５〜１０％、好ましくは７〜８％に相当する厚さを有してもよく、これにより、二次電池の厚さの増加をオフセットする。

好ましい実施例においては、パックケースはプラスチック材料から形成することができ、スペーサはシート部材又はプラスチック材料から形成することができる。

その結果として、本発明によるパックケースは、バッテリパックの重量を削減することができ、かつ、金属材料から形成されたパックケースと比較して、複雑な製品に容易に適用することができる。

シート部材は好ましくはノーメックス材料から形成することができる。参考までに、ノーメックスは、イー・アイ・デュポン・ド・ヌムール・アンド・カンパニーによって製造され販売される製品の商標である。

一方、スペーサは、このスペーサの頂部または底部に粘着剤が設けられ、この粘着剤によって、スペーサはバッテリセル配列の外面に接着される。その結果として、スペーサが所定の場所から移動することを効果的に防ぐことができる。あるいは、スペーサは両面粘着テープから形成され得る。

スペーサは、バッテリセルの頂部及び底部に、このバッテリセルの２つ以上のエッジ部において、このスペーサが所定の幅を有する状態で取り付けることができる。この構造において、スペーサは、バッテリセルのそれぞれの幅の５％〜２０％に相当する幅を有することができる。

スペーサの幅が、バッテリセルのそれぞれの幅の５％未満である場合、スペーサは、このスペーサの幅が狭いので、ダメージを受ける場合がある。他方では、スペーサの幅が、バッテリセルのそれぞれの幅の２０％を超える場合、バッテリセル配列の厚さの増加をオフセットするための空間が不十分となり、このことは好ましくない。

好ましい実施例においては、スペーサはストリップ状部材とすることができる。

別の好ましい実施例においては、スペーサは、格子構造を有するように形成することができ、この場合、スペーサはバッテリセルに、このバッテリセルの頂部又は底部が露出した状態で、一斉に取り付けられる。

一方、保護回路モジュールは、バッテリセルの電極端子に抵抗溶接によって接続された接続端子と、バッテリセルを互いに電気的に接続するための金属プレートと、バッテリパックの作動を制御するための保護回路とを含むことができる。

上述の構造の好ましい実施例においては、バッテリセルを互いに電気的に接続するための金属プレートは、保護回路モジュールの頂部に形成することができる。この構造において、従来のバッテリパック構造と比較して、ＰＣＭを容易に製造するとともにバッテリパックを容易に組み立てることができ、この従来のバッテリ構造においては、金属ワイヤがＰＣＭの保護回路内の層に形成され、これによりバッテリセルを互いに電気的に接続している。

上述の構造の別の好ましい実施例においては、バッテリセルのカソード端子と保護回路モジュールとの間の電気的接続領域は、保護回路モジュールの接続端子それぞれの頂部に取り付けられた導電性プレートが溶接され、この導電性プレートがバッテリセルのカソード端子それぞれを覆う構造を有するように構成することができる。

したがって、上述された構造を有するバッテリパックにおいて、保護回路モジュールの接続端子とバッテリセルのカソード端子とは、大きな溶接連結力によって、導電性プレートを介して互いに直接的に接続され、この導電性プレートは特定の構造を有するように構成され、かつバッテリセルは、保護回路モジュール内に含まれる金属プレートを介して互いに電気的に直列接続される。その結果として、大容量のバッテリパックを、単純な方法の使用を通じて、容易に製造することができる。

例えば、バッテリパックが３つのバッテリセルから構成されている場合、バッテリセルは、横方向に配列されてバッテリセル配列を構成し、このバッテリセル配列及びＰＣＭはパックケースに配置され、及びバッテリセルの電極端子及びＰＣＭの接続端子は、抵抗溶接によって互いに接続され、これによって、所望のバッテリパックを製造する。

特に、導電性プレートは、この導電性プレートが屈曲できるように、保護回路モジュールの接続端子に取り付けることができ、この導電性プレートは、バッテリセルのカソード端子が導電性プレートに配置される状態で、ブラケット形状に屈曲することができ、かつ、抵抗溶接は、導電性プレートの屈曲領域の上方から開始することができ、これによって、保護回路モジュールの接続端子とバッテリセルのカソード端子との間の物理的な連結及び電気的な接続を達成する。

導電性プレートの形状は、導電性プレートが容易に屈曲できる限り、特に制限されることはない。例えば、導電性プレートは、この導電性プレートが保護回路モジュールの対応する接続端子に取り付けられた状態で、Ｌ字形状に形成することができる。

導電性プレートのそれぞれは、保護回路モジュールの接続端子のうちの対応するものの頂部に取り付けられる第１の接続部分と、バッテリセルのうちの対応するもののカソード端子の頂部に取り付けられる第２の接続部分とを含むことができる。その結果として、バッテリセルのカソード端子と保護回路モジュールの接続端子との間の接続が、より確実に得られる。加えて、外力がバッテリパックに加えられた際に、バッテリセルのカソード端子と保護回路モジュールとの間の電気的接続領域の変形が妨げられる。

導電性プレートのそれぞれを構成する材料は、導電性プレートが上述のように溶接された際に導電性プレートが大きな連結力を提供できる限り、特に限定されることはない。好ましくは、導電性プレートのそれぞれはニッケルプレートであり、バッテリセルのカソード端子のそれぞれはアルミニウム端子である。

その結果として、抵抗溶接ロッドからの、抵抗溶接中の、ニッケルプレートとアルミニウム端子との間の電流は、抵抗が大きいニッケルプレートから抵抗が小さいアルミニウム端子に流れ、この結果として、ニッケルプレートとアルミニウム端子との間の抵抗溶接は容易に達成される。

好ましくは、パックケースは、バッテリセル配列及び保護回路モジュールが配置される下側ケースと、この下側ケースを覆ってバッテリセル配列と保護回路モジュールとを所定の場所に固定するための上側ケースとを含む。

下側ケースは、バッテリセルが配置されるバッテリセル取付部分と、保護回路モジュールが配置される保護回路モジュール取付部分とに分割することができ、かつ分割壁が、バッテリセル取付部分と保護回路モジュール取付部分との間の境界に形成されてもよい。また、開口部であって、この開口部を通じてバッテリセルの電極端子が保護回路モジュールに向かって露出される開口部が、バッテリセルの電極端子と保護回路モジュールとの間の電気的接続領域に対応する、分割壁の領域に形成されてもよい。

このパックケース構造において、分割壁がバッテリセル取付部分と保護回路モジュール取付部分との間に形成されるので、バッテリセルの電極端子と保護回路モジュールのパーツとの間の接触を抑制することが可能となる。また、電解質が１つ以上のバッテリセルからリークした場合であっても、電解質が保護回路モジュールに流れることは妨げられ、これによって、短絡の発生を防ぐ。

また、開口部であって、この開口部を通じてバッテリセルの電極端子が保護回路モジュールに向かって露出される開口部が、バッテリセルの電極端子と保護回路モジュールとの間の電気的接続領域に対応する分割壁の領域に形成されるので、この開口部を通じて露出しているバッテリセルの電極端子を保護回路モジュールの接続端子に容易に溶接することができる。

分割壁の高さは、バッテリセル取付部分と保護回路モジュール取付部分とを互いに十分に絶縁するために十分であり得る。

保護回路モジュール取付部分は、支持部分を含む構造を有するように構成することができ、これにより、バッテリセルの電極端子と保護回路モジュールとの間の電気的接続領域を支持することができる。

支持部分の形状は、この支持部分がバッテリセルの電極端子と保護回路モジュールとの間の電気的接続領域を容易に支持することができる限り、特に限定されることはない。例えば、支持部分は下側ケースに、上向きの突起の形状として形成することができる。

好ましくは、支持部分は十字状の突起の形状として形成される。その結果として、支持部分は、バッテリセルの電極端子と保護回路モジュールとの間の電気的接続領域を、バッテリセルの電極端子と保護回路モジュールとの間の抵抗溶接中に、より安定して支持することができる。

本発明によるバッテリパックにおいて、任意のバッテリセルは、バッテリセルの種類及び形状に関わりなく様々な方法で用いることができる。小さな厚さ対幅比を有する、略六面体構造のポーチ形状の二次電池、好ましくはポーチ形状のリチウム二次電池は、バッテリパックのバッテリセルそれぞれとして用いることができる。

状況に従って、外部入出力端子であって、電流をバッテリパックに入力し、電流をバッテリパックから出力し、及び、情報を送受信する外部入出力端子を、埋め込まれた形で保護回路モジュールの前方に取り付けることができる。

この構造において、外部入出力端子はコネクタ構造を有するように構成されているので、バッテリパックは外部デバイスに外部入出力端子を通じて安定して接続することができる。

本発明の別の態様によると、上述された構造を有するバッテリパックを電源として含むラップトップコンピュータが提供される。

しかしながら、本発明によるバッテリパックは、バッテリパックを構成するバッテリセルの数を変えることによって、デバイスによって必要とされるパワー及び容量を提供するように製造することができる。従って、当然のことながら、本発明によるバッテリパックは、ラップトップコンピュータに加えて、様々なバッテリ容量を必要とする様々なデバイスに適用することができる。

上述の、及びその他の本発明の目的、特性、及び別の利点は、添付の図面と組み合わせて解釈される以下の詳細な記載からより明確に理解されるだろう。

２Ｐ−２Ｓ構造を有する従来のバッテリパックを示す分解図である。 本発明の実施形態によるバッテリパックを示す分解図である。 本発明の別の実施形態によるバッテリパックを示す分解図である。 本発明の別の実施形態によるバッテリパックを示す分解図である。 スペーサが、図４のバッテリセル配列の上端に取り付けられている構造を示す斜視図である。 本発明のさらなる実施形態によるバッテリパックを示す分解図である。 主に図６のスペーサを示す拡大図である。 主に図６の領域Ａを示す拡大図である。 主に図６の領域Ｂを示す拡大図である。 下側ケースの斜視図である。 主に図１０の領域Ｃを示す拡大図である。 本発明の抵抗溶接構造を示す代表的図である。 本発明の別の実施形態による複数のポーチ形状のバッテリセルが、互いに電気的に接続されている構造を示す部分斜視図である。 主に図１３の保護回路モジュール（ＰＣＭ）を示す拡大平面図である。

ここで、本発明の例示的な複数の実施形態が、添付の図面を参照して詳細に記載される。しかしながら、本発明の技術的範囲が、説明される実施形態によっては限定されないことが理解されるべきである。

図２は、主に、本発明の実施形態によるバッテリパックを示す分解図である。

図２を参照すると、バッテリパック１００ａは、２つのバッテリセル３２ａを含むバッテリセル配列３０ａであって、これらバッテリセル３２ａは、３アンペアの電流容量を有し、かつこれらバッテリセル３２ａが互いに電気的に直列接続されている状態で横方向に配列されている、バッテリセル配列３０ａと、バッテリセル配列３０ａの上端に接続されている保護回路モジュール４０ａと、間にバッテリセル配列３０ａ及び保護回路モジュール４０ａが配置されているパックケース１０ａ及び２０ａと、を含んでいる。

保護回路モジュール４０ａは保護回路を含み、この保護回路からは、バッテリセル間の電圧不平衡を調節するための機能が除去されている。

バッテリセル３２ａのそれぞれは、カソード／セパレータ／アノード構造を有する電極組立体が、バッテリケース内に電解質とともに、シールされた状態で配置されるように構成されたポーチ形状の二次電池である。ポーチ形状の二次電池は通常、プレート形状の構造、すなわち、小さな厚さ対幅比を有する略６面体構造を有するように構成される。通常、ポーチ形状の二次電池はポーチ形状のバッテリケースを含んでいる。バッテリケースは積層シート構造を有するように構成され、この積層シート構造において、高い耐久性を示すポリマー樹脂から形成された外側コーティング層と、水蒸気又は空気を遮る金属材料から形成されたバリア層と、熱溶着することができるポリマー樹脂から形成された内側シーラント層とが連続的に積み重ねられている。

パックケースは、バッテリセル配列３０ａ及び保護回路モジュール４０ａが取り付けられている下側ケース１０ａと、下側ケース１０ａの上に配置されてバッテリセル配列３０ａ及び保護回路モジュール４０ａを所定の位置に固定する上側ケース２０ａとを含んでいる。

図３及び図４は、主に、本発明の別の実施形態によるバッテリパックを示す分解図である。

まず図３を参照すると、図３のバッテリパック１００ｂは、３つのバッテリセル３２ｂが互いに電気的に直列接続されていることを除いて、図２のバッテリパック１００ａと構造上同一であり、従ってこのバッテリパック１００ｂの詳細な記載は与えられない。

図４を参照すると、図４のバッテリパック１００ｃにおいて、上側ケース２０ｃ及び下側ケース１０ｃがプラスチック材料から形成され、スペーサ５０ｃ及び５２ｃが、ノーメックスのような両面粘着テープから形成されている。

スペーサ５０ｃ及び５２ｃは、バッテリセル配列３０ｃの頂部に取り付けられた上側スペーサ５２ｃと、バッテリセル配列３０ｃの底部に取り付けられた下側スペーサ５０ｃとを含む。スペーサのそれぞれは、バッテリセル３２ｃそれぞれの厚さの約８％に相当する厚さを有している。

図５は、主に、スペーサが図４のバッテリセル配列の上端に取り付けられた構造を示す斜視図である。

図５を参照すると、上側スペーサ５２ｃは、第１の上側スペーサ５２３ｃ及び５２４ｃであって、これら第１の上側スペーサ５２３ｃ及び５２４ｃのそれぞれは、バッテリセル３２ｃのそれぞれの幅Ｗの約２０％に相当する幅ｗを有している第１の上側スペーサ５２３ｃ及び５２４ｃと、第２の上側スペーサ５２１ｃ及び５２２ｃであって、これら第２の上側スペーサ５２１ｃ及び５２２ｃのそれぞれは、バッテリセル３２ｃのそれぞれの幅Ｗの約１０％に相当する幅ｗを有している第２の上側スペーサ５２１ｃ及び５２２ｃと、を含む。

その結果として、バッテリセル３２ｃの充放電の間に増加したバッテリセル３２ｃの厚さは、第１の上側スペーサ５２３ｃ及び５２４ｃと第２の上側スペーサ５２１ｃ及び５２２ｃとの間の空間Ｓ内においてオフセットされる。結果として、バッテリパックの全体の厚さは変化しない。

また、第１の上側スペーサ５２３ｃ及び５２４ｃと、第２の上側スペーサ５２１ｃ及び５２２ｃとは、対応するバッテリセル３２ｃの頂部に、対応するバッテリセル３２ｃの２つのエッジ部において取り付けられる。第１の上側スペーサ５２３ｃ及び５２４ｃと、第２の上側スペーサ５２１ｃ及び５２２ｃとは、細長いストリップ状の形状に形成される。

図６は、主に、本発明のさらなる実施形態によるバッテリパックを示す分解図であり、図７は、主に図６のスペーサを示す拡大図である。

これら図面を参照すると、スペーサ５０ｄ及び５２ｄが、バッテリセル３２ｄの頂部及び底部に、これらバッテリセル３２ｄの４つのエッジ部において取り付けられている。スペーサ５０ｄ及び５２ｄは、格子構造を有するように形成され、この構造において、スペーサ５０ｄ及び５２ｄはバッテリセル３２ｄに、このバッテリセル３２ｄの頂部又は底部が露出する状態で一斉に取り付けられる。

図８は、主に図５の領域Ａを示す拡大図であり、図９は、主に図５の領域Ｂを示す拡大図である。

これら図面を図５と共に参照すると、下側ケース１０ｃは、バッテリセル３２ｃが配置されるバッテリセル取付部分１２ｃと、保護回路モジュール４０ｃが配置される保護回路モジュール取付部分１４ｃとに分割されている。

分割壁１６ｃが、バッテリセル取付部分１２ｃと保護回路モジュール取付部分１４ｃとの間の境界部に形成されている。開口部１８ｃであって、この開口部１８ｃを通じてバッテリセル３２ｃのアノード端子３４ｃが保護回路モジュール４０ｃに向かって露出される開口部１８ｃが、バッテリセル３２ｃのアノード端子３４ｃと保護回路モジュール４０ｃとの間の電気的接続領域に対応する、分割壁１６の領域に形成されている。

分割壁１６ｃは、バッテリセル取付部分１２ｃと保護回路モジュール４０ｃとを互いに十分に絶縁するために十分な高さｈを有している。状況によっては、対応する分割壁は上側ケース（図示されていない）に形成することができ、これにより上述の絶縁を得ることができる。

保護回路モジュール４０ｃは、バッテリセル３２ｃのカソード端子３３ｃに抵抗溶接によって接続されている接続端子４２ｃと、接続端子４２ｃを互いに電気的に接続するための金属プレート（図示されていない）と、バッテリパックの作動を制御するための保護回路（図示されていない）とを含む。

バッテリセル３２ｃのそれぞれのカソード端子３３ｃと保護回路モジュール４０ｃとの間の電気的接続領域Ｂは、保護回路モジュール４０ｃの接続端子４２ｃのうちの対応するものに取り付けられた導電性プレート４１ｃが、バッテリセル３２ｃのそれぞれのカソード端子３３ｃを包む構造を有するように構成される。

また、ニッケルプレートとすることができる導電性プレート４１ｃは、保護回路モジュール４０ｃの対応する接続端子４２ｃの頂部に取り付けられる第１の接続部分４３ｃと、対応するバッテリセル３２の、アルミニウム端子とすることができるカソード端子の頂部に取り付けられる第２の接続部分４４ｃとを含む。

特定的に、導電性プレート４１ｃは、保護回路モジュール４０ｃの対応する接続端子４２ｃの頂部に、Ｌ字状形状として取り付けられる。導電性プレート４１は、対応するバッテリセル３２ｃのカソード端子３３ｃが導電性プレート４１ｃの第１の接続部分４３ｃの頂部に配置された状態で、ブラケット形状に屈曲され、次いで抵抗溶接が第２の接続部分４４ｃの上方から実行され、この第２の接続部分４４ｃは、導電性プレート４１ｃの屈曲領域である。

その一方で、電流をバッテリパックに入力し、電流をバッテリパックから出力し、及び情報を送受信する外部入出力端子、すなわちコネクタ４６ｃが、埋め込まれた形で保護回路モジュール４０ｃの前方に取り付けられる。

図１０は、主に下側ケースを示す斜視図であり、図１１は、主に図１０の領域Ｃを示す拡大図である。

これら図面を図５及び図９と共に参照すると、電流をバッテリパックに入力し、電流をバッテリパックから出力し、及び情報を送受信する外部入出力端子４６ｃが取り付けられる外部入出力端子取付部分１５ｃが、下側ケース１０ｃの保護回路モジュール取付部分１４ｃに形成されている。

また、バッテリセル３２ｃのそれぞれのカソード端子３３ｃと保護回路モジュール４０ｃとの間の電気的接続領域を支持するための支持部分１３ｃが、下側ケース１０ｃに、上向きの十字状の突起の形状として、この支持部分１３が分割壁１６ｃに接続された状態で形成される。支持部分１３は、バッテリセル３２のそれぞれのカソード端子３３ｃの上に抵抗溶接の間に位置付けられる溶接チップ（図示されない）によって加えられる下向きの圧力を適切に支持し、これによって、高い溶接加圧力を提供する。

図１２は、本発明の抵抗溶接構造を示す典型的な図である。

図１２を参照すると、保護回路基板４１０の頂部に位置付けられたニッケルプレート４３０とアルミニウム端子４２０との間の抵抗溶接中に抵抗溶接ロッド４４０から発生した電流は、抵抗が大きいニッケルプレート４３０から抵抗が小さいアルミニウム端子４２０に流れ、ニッケルプレート４３０に流れ戻る。この際に、熱が、アルミニウム端子４２０とニッケルプレート４３０との間の界面から、これらアルミニウム端子４２０とニッケルプレート４３０との間の抵抗差によって発生し、その結果、ニッケルプレート４３０とアルミニウム端子４２０との間の抵抗溶接は容易に達成される。

図１３は、主に、本発明の別の実施形態による複数のポーチ形状のバッテリセルが互いに電気的に接続されている構造を示す部分斜視図であり、図１４は、主に図１３の保護回路モジュール（ＰＣＭ）を示す拡大平面図である。

これら図面を参照すると、バッテリセル３２ｄ、３４ｄ及び３６ｄに互いに電気的に接続される金属プレート４０２ｄが、保護回路モジュール４０ｄの頂部に、第１のバッテリセル３２ｄのアノード端子３２４ｄが第２のバッテリセル３４ｄのカソード端子３４２ｄに直列接続される構造として、形成されている。

また、保護回路モジュール４０ｄは、保護回路を有し、過充電、過放電及び過電流を制御するＰＣＭ本体４０１ｄと、バッテリセル３２ｄ、３４ｄ及び３６ｄの電極端子に対応する、ＰＣＭ本体４０１ｄの位置に形成され、これによりバッテリセル３２ｄ、３４ｄ及び３６ｄを互いに直接電気的に接続する接続端子４０４ｄ及び４０７ｄと、ＰＣＭ本体４０１ｄの頂部に形成され、接続端子４０４ｄ及び４０７ｄを互いに電気的に接続する金属プレート４０５ｄと、電流をバッテリパックに入力し、電流をバッテリパックから出力し、及び情報を送受信するための、埋め込まれた形でＰＣＭ本体４０１の前方に取り付けられた外部入出力端子４０３ｄとを含む。

本発明の例示的な実施形態が例示を目的として開示されたが、当業者は、様々な変更、追加及び置換が、添付の特許請求の範囲において開示されている本発明の技術的範囲及び精神から逸脱することなく可能であることを理解する。

上述から明らかなように、本発明によるバッテリパックは、３つ以下のバッテリセルであって、これらバッテリセルのそれぞれは３アンペア以上の電流容量を有し、これらバッテリセルが横方向に配列される状態で互いに電気的に直列接続されているバッテリセルを含み、これにより、大きな容量を提供する。その結果として、大きな容量のバッテリパックを、並列接続構造を用いることなく製造し、同時に、バッテリセルが互いに並列に接続された場合のバッテリセル間の電圧不平衡に起因する欠陥率を大幅に削減することができる。

また、保護回路モジュールはバッテリセル間の電圧不平衡を調節する要素を含まない。その結果として、バッテリパックを単純かつ容易な方法を用いて製造するとともに、バッテリパックを構成するパーツの数を削減し、これによって製造コストを大幅に削減することが可能となる。

１０ａ、１０ｃ 下側ケース
１００ａ、１００ｂ、１００ｃ バッテリパック
１２ｃ バッテリセル取付部分
１３ｃ 支持部分
１４ｃ 保護回路モジュール取付部分
１５ｃ 外部入出力端子取付部分
１６ｃ 分割壁
１８ｃ 開口部
２０ａ、２０ｃ 上側ケース
３０ａ、３０ｃ バッテリセル配列
３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄ バッテリセル
３３ｃ カソード端子
３４ｃ アノード端子
４０ｃ、４０ｄ 保護回路モジュール
４０１ｄ ＰＣＭ本体
４０２ｄ、４０５ｄ 金属プレート
４１ｃ 導電性プレート
４２ｃ 接続端子
４３ｃ 第１の接続部分
４４ｃ 第２の接続部分
４６ｃ 外部入出力端子
４１０ 保護回路基板
４３０ ニッケルプレート
５０ｃ 下側スペーサ
５２ｃ 上側スペーサ
５２１ｃ、５２２ｃ 第２の上側スペーサ
５２３ｃ、５２４ｃ 第１の上側スペーサ

Claims (18)

1. （ａ）横方向に配列された３つ以下のバッテリセルを備えるバッテリセル配列であって、前記バッテリセルのそれぞれは、電解質とともにバッテリケース内にシール状態で配置されたカソード／セパレータ／アノード構造の電極組立体を有し、前記バッテリセルは３アンペア（Ａｈ）以上の電流容量を有し、かつ電気的に互いに直列接続されているバッテリセル配列と、
   （ｂ）前記バッテリセル配列の上端に接続されて、バッテリパックの作動を制御する保護回路モジュール（ＰＣＭ）であって、保護回路を備え、前記保護回路からは前記バッテリセル間の電圧不平衡を調節するための機能が取り除かれている保護回路モジュールと、
   （ｃ）前記バッテリセル配列及び前記保護回路モジュールが配置されているパックケースと、
   を備えることを特徴とするバッテリパック。
2. 前記バッテリセルは、１並列（Ｐ）−２直列（Ｓ）構造又は１Ｐ−３Ｓ構造で互いに電気的に直列接続されることを特徴とする請求項１に記載のバッテリパック。
3. 前記パックケースと前記バッテリセル配列との間に取り付けられて、前記バッテリパックの充放電中の前記バッテリセル配列の厚さの増加に対応する空間を提供するスペーサをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のバッテリパック。
4. 前記スペーサは、前記バッテリセル配列の厚さの５％〜１０％に相当する厚さを有することを特徴とする請求項３に記載のバッテリパック。
5. 前記パックケースはプラスチック材料から形成され、前記スペーサはシート部材又はプラスチック材料から形成されることを特徴とする請求項３に記載のバッテリパック。
6. 前記スペーサは、前記スペーサの頂部又は底部に粘着剤が設けられ、前記粘着剤によって前記スペーサが前記バッテリセル配列の外面に接着されることを特徴とする請求項５に記載のバッテリパック。
7. 前記スペーサは前記バッテリセルの頂部又は底部に、前記バッテリセルの２つ以上のエッジ部において、前記スペーサが所定の幅を有する状態で取り付けられることを特徴とする請求項３に記載のバッテリパック。
8. 前記保護回路モジュールは、前記バッテリセルの電極端子に抵抗溶接によって接続される接続端子と、前記バッテリセルを互いに電気的に接続するための金属プレートと、前記バッテリパックの作動を制御するための保護回路と、を備えることを特徴とする請求項１に記載のバッテリパック。
9. 前記バッテリセルを互いに電気的に接続するための前記金属プレートは、前記保護回路モジュールの頂部に形成されることを特徴とする請求項８に記載のバッテリパック。
10. 前記バッテリセルのカソード端子と前記保護回路モジュールとの間の電気的接続領域は、前記保護回路モジュールの前記接続端子それぞれの頂部に取り付けられる導電性プレートが溶接されて、前記導電性プレートが前記バッテリセルのカソード端子それぞれを包む構造を有するように構成されることを特徴とする請求項８に記載のバッテリパック。
11. 前記導電性プレートのそれぞれは、前記保護回路モジュールの前記接続端子のうちの対応するものの頂部に取り付けられる第１の接続部分と、前記バッテリセルのうちの対応するものの前記カソード端子の頂部に取り付けられる第２の接続部分と、を備えることを特徴とする請求項１０に記載のバッテリパック。
12. 前記導電性プレートのそれぞれはニッケルプレートであり、前記バッテリセルの前記カソード端子のそれぞれはアルミニウム端子であることを特徴とする請求項１１に記載のバッテリパック。
13. 前記パックケースは、前記バッテリセル配列と前記保護回路モジュールとが配置される下側ケースと、前記下側ケースを覆い、前記バッテリセル配列と前記保護回路モジュールとを所定の位置に固定するための上側ケースと、を備えることを特徴とする請求項１に記載のバッテリパック。
14. 前記下側ケースは、前記バッテリセルが配置されるバッテリセル取付部分と、前記保護回路モジュールが配置される保護回路モジュール取付部分と、に分割され、
    分割壁が、前記バッテリセル取付部分と前記保護回路モジュール取付部分との間の境界に形成され、開口部であって、前記開口部を通じて前記バッテリセルの電極端子が前記保護回路モジュールに向かって露出される開口部が、前記バッテリセルの前記電極端子と前記保護回路モジュールとの間の電気的接続領域に対応する、前記分割壁の領域に形成されることを特徴とする請求項１３に記載のバッテリパック。
15. 前記保護回路モジュール取付部分は、支持部分を備え、前記バッテリセルの前記電極端子と前記保護回路モジュールとの間の前記電気的接続領域を支持することを特徴とする請求項１４に記載のバッテリパック。
16. 前記バッテリセルのそれぞれはポーチ形状の二次電池であることを特徴とする請求項１に記載のバッテリパック。
17. 電流を前記バッテリパックに入力し、電流を前記バッテリパックから出力し、及び、情報を送受信する外部入出力端子が、埋め込まれた形で前記保護回路モジュールの前方に取り付けられることを特徴とする請求項１に記載のバッテリパック。
18. 請求項１に記載の前記バッテリパックを電源として備えることを特徴とするラップトップコンピュータ。

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