JP2014175307A - 二次電池パック - Google Patents

Abstract

【課題】ケースの強固な結合耐久性を向上させることができる二次電池パックを提供する。
【解決手段】二次電池パックは、二次電池１００と、二次電池の少なくとも一部分を囲むマウントフレーム２１０と、マウントフレームを囲むように設けられ、第１リード部２２７が突出する第１ケース２２１および第２リード部が突出する第２ケース２２３を含むアウタケースと２２０、二次電池と電気的に連結される保護回路モジュール２３０とを含む。第１リード部と第２リード部は、マウントフレームの内部で挿入固定される。
【選択図】図２

Description

本発明は、二次電池パックに関するものであって、より詳細には、二次電池パックの外部衝撃に対応して耐久性が強化される二次電池パックに関するものである。

二次電池（rechargeable battery）は、充電不可能な一次電池とは異なり、充電および放電が可能な電池である。低容量の二次電池は、携帯電話やノートパソコンおよびビデオカメラのように携帯が可能な小型電子機器に用いられ、大容量の二次電池は、ハイブリッド自動車などのモータ駆動用電源として幅広く用いられている。

代表的な二次電池には、ニッケル−カドミウム（Ｎｉ−Ｃｄ）電池とニッケル−水素（Ｎｉ−ＮＨ）電池、およびリチウム（Ｌｉ）電池とリチウムイオン（Ｌｉ−ｉｏｎ）二次電池などがある。特に、リチウムイオン二次電池は、携帯用電子装備の電源として多く使用されているニッケル−カドミウム電池やニッケル−水素電池に比べて、作動電圧が約３倍も高い。また、単位重量あたりのエネルギー密度が高いという面で幅広く用いられている。

二次電池は、主に、正極活物質としてリチウム系酸化物、負極活物質としては炭素材を使用している。一般的には、電解質の種類によって、液体電解質電池と、高分子電解質電池とに分類され、液体電解質を使用する電池をリチウムイオン電池といい、高分子電解質を使用する電池はリチウムポリマー電池という。

このような二次電池には、充電と放電を制御する保護回路モジュールが設けられる。保護回路モジュールは、二次電池の過充電および過放電を防止し、二次電池の安全性および寿命を向上させる役割を果たす。

前述した構成の二次電池および保護回路モジュールは、外部衝撃などから保護するための方法として、二次電池の外側を囲むケースを備える。また、保護回路モジュールは、二次電池を保護するフレームに物理的に結合される。

このように、ケースは、嵌合などの物理的結合により二次電池および保護回路モジュールに結合されるので、外部衝撃の発生時にケースの固定部位が変形し、二次電池パックの耐久性が低下し得る問題があった。

本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであって、本発明の目的は、ケースの強固な結合耐久性を向上させることができる二次電池パックを提供することである。

本発明の一実施形態にかかる二次電池パックは、二次電池と、二次電池の少なくとも一部分を囲むマウントフレームと、マウントフレームを囲むように設けられ、第１リード部が突出する第１ケースおよび第２リード部が突出する第２ケースを含むアウタケースと、二次電池と電気的に連結される保護回路モジュールとを含む。第１リード部と第２リード部は、マウントフレームの内部で挿入固定される。

マウントフレームは、二次電池の両側壁部をカバーする第１フレームと、第１フレームに結合されながら、保護回路モジュールが設けられる第２フレームと、第１フレームに結合されながら、第１リード部と第２リード部が共に挿入される挿入ホールが形成される第３フレームとを含むことができる。

第３フレームは、第１フレームに結合されるボディフレームと、ボディフレームに突出し、第１リード部と第２リード部が共に挿入される挿入ホールが形成される突出フレームとを含むことができる。

突出フレームは、ボディフレーム上に突出する第１突出部と、ボディフレーム上で第１突出部から離隔した位置で突出する第２突出部と、ボディフレームの表面から離隔した位置で第１突出部と第２突出部とを連結し、挿入ホールを形成するカバー部とを含むことができる。

第１リード部と第２リード部は、ニッケルまたはステンレス（ＳＵＳ）材質で形成できる。

第１リード部および第２リード部は、第１ケースおよび第２ケースの角部の外側に少なくとも２つ以上突出できる。

第１リード部のいずれか１つと第２リード部のいずれか１つは、挿入ホールに挿入された状態で抵抗溶接またはレーザ溶接できる。

カバー部には、第１リード部と第２リード部との溶接のための溶接ホールが形成できる。

第３フレームには、複数の凹部が形成できる。凹部は、第１リード部のいずれか１つと第２リード部のいずれか１つとが挿入される第１凹部と、底面に凹凸部が形成された第２凹部とを含むことができる。

第１ケースには、第２凹部に挿入され、凹凸部に弾性力で係合される係止部が突出する第１固定リード部をさらに含むことができる。

第２ケースには、第２凹部に挿入され、凹凸部に弾性力で係合される係止部が突出する第２固定リード部をさらに含むことができる。

本発明の一実施形態によれば、二次電池を保護するケースをマウントフレームに溶接および係合することが可能で、外部衝撃に対応して二次電池の耐久性が向上する。

本発明の一実施形態にかかる二次電池を概略的に示す図である。 本発明の第１実施形態にかかる二次電池パックを概略的に示す部分分解斜視図である。 図２の二次電池パックを底面から眺めた部分分解斜視図である。 本発明の一実施形態にかかる第３フレームを概略的に示す斜視図である。 図４の第３フレームの側面図である。 本発明の第２実施形態にかかる二次電池パックを概略的に示す部分分解斜視図である。

以下、添付した図面を参考にして、本発明の実施形態について、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者が容易に実施できるように詳細に説明する。本発明は、種々の異なる形態で実現可能であり、ここで説明する実施形態に限定されない。図面において、本発明を明確に説明するために説明上不必要な部分は省略し、明細書全体にわたって同一または類似の構成要素については同一の参照符号を付した。

図１は、本発明の一実施形態にかかる二次電池を概略的に示す図である。図１に示されるように、二次電池１００は、電極アセンブリ１１０と、電極アセンブリ１１０を収容するパウチ１２０とを含む。電極アセンブリ１１０は、正極１１１と、負極１１２と、正極１１１と負極１１２との間に介在したセパレータ１１３とが巻き取られた構造となる。

セパレータ１１３は、正極１１１と負極１１２との間に位置し、短絡を防止し、リチウムイオンの移動を可能にする。セパレータ１１３は、ポリエチレン（ＰＥ）またはポリプロピレン高分子膜、またはこれらの多重膜から形成できる。

正極１１１には正極タブ１１４が電気的に連結される。そして、負極１１２には負極タブ１１５が電気的に連結される。このような正極タブ１１４には正極用絶縁テープ１１６が巻かれており、負極タブ１１５には負極用絶縁テープ１１７が巻かれている。

パウチ１２０は、柔軟性を有するケースを指すものであって、上部ケース１２１と下部ケース１２２とを含む。上部ケース１２１および下部ケース１２２は、少なくとも一面が一体に接合できる。パウチ１２０は、金属箔と、金属箔の両面に積層された絶縁性フイルムとから構成された３層構造であり得るが、必ずしもこれに限定されるものではない。

図２は、本発明の第１実施形態にかかる二次電池パックを概略的に示す部分分解斜視図であり、図３は、図２の二次電池パックを底面から眺めた部分分解斜視図である。

図２および図３に示されるように、本発明の第１実施形態にかかる二次電池パック２００は、二次電池１００と、二次電池１００の少なくとも一部分を囲むマウントフレーム２１０と、マウントフレーム２１０を囲むように設けられ、第１ケース２２１および第２ケース２２３を含むアウタケース２２０と、二次電池１００と電気的に連結される保護回路モジュール２３０とを含む。

二次電池１００には、電極アセンブリ１１０を収容するパウチ１２０が設けられる。パウチ１２０は、一側に正極タブ１１４の端部と、負極タブ１１５の端部とが外部に露出する。パウチ１２０は、柔軟性を有するケースであって、電極アセンブリ１１０がパウチ１２０の内部に収容された状態で形状自在に折り畳み可能である。このような二次電池１００は、マウントフレーム２１０によって少なくとも一部分が囲まれている。

マウントフレーム２１０は、二次電池１００の両側壁部をカバーする第１フレーム２１１と、二次電池１００の図２に示す上端部をカバーする第２フレーム２１３と、第１フレーム２１１の図２に示す下端部に設けられる第３フレーム２１５とを含む。

第１フレーム２１１は、二次電池１００の側面の少なくとも２部分以上を囲むように設けられる。

図２にあって第２フレーム２１３は、第１フレーム２１１の上端に設けられ、正極タブ１１４と負極タブ１１５とが保護回路モジュール２３０の方向に露出可能な二つの貫通ホール２１３ａ、２１３ａが形成される。このような第２フレーム２１３の外面には、複数の挿入溝２１３ｂが形成される。挿入溝２１３ｂは、アウタケース２２０の結合突部２２５が挿入される部分をいう。ここで、結合突部２２５は、挿入溝２１３ｂに嵌合されることも可能であり、別の固定手段を用いて物理的に固定されることも可能である。第１フレーム２１１の図２における下端部には、第３フレーム２１５が設けられる。第３フレーム２１５は、第１フレーム２１１に選択的に分離可能に設けられることも可能である。

図３にあっては上端部に位置する第３フレーム２１５には、アウタケース２２０を構成する第１ケース２２１に突出した第１リード部２２７と、第２ケース２２３に突出した第２リード部２２９とが挿入される挿入ホール２１５ａ(図４に示す)が形成される。このような挿入ホール２１５ａは、第３フレーム２１５の長手方向の中央位置に形成できる。挿入ホール２１５ａは、第１リード部２２７と第２リード部２２９が共に挿入された状態で固定のために形成されるものである。このような挿入ホール２１５ａは、以下に第３フレーム２１５を説明しながらより具体的に説明する。

図４は、本発明の一実施形態にかかる第３フレームを概略的に示す斜視図であり、図５は、図４の第３フレームの側面図である。

図４および図５に示されるように、第３フレーム２１５は、ボディフレーム２１７と突出フレーム２１９とを含む。ボディフレーム２１７は、第１フレーム２１１に直接的に結合される部分をいう。このようなボディフレーム２１７上には、挿入ホール２１５ａの形成のための突出フレーム２１９が複数個設けられる。

突出フレーム２１９は、ボディフレーム２１７上に突出する第１突出部２１９ａと、第１突出部２１９ａから離隔した位置でボディフレーム２１７上に突出する第２突出部２１９ｂと、第１突出部２１９ａと第２突出部２１９ｂとを連結するカバー部２１９ｃとを含む。

第１突出部２１９ａと第２突出部２１９ｂは、ボディフレーム２１７上で互いに離隔した状態で突出することにより、ボディフレーム２１７上で第１突出部２１９ａと第２突出部２１９ｂとの間に凹部２１７ａが形成できる。一方、ボディフレーム２１７の両側周縁の端部には係止顎２１７ｂが突出する。これにより、凹部２１７ａは、第３フレーム２１５の長手方向の中央部分と、第３フレーム２１５の長手方向の両側とにそれぞれ１つ形成されることが可能である。つまり、本実施形態において、凹部２１７ａは、第３フレーム２１５に３つ形成されることを例として説明する。しかし、凹部２１７ａの個数は、３つに必ずしも限定されるものではなく、突出部の個数を異ならせると、凹部２１７ａの個数も異なって形成可能である。

本実施形態で説明する３つの凹部２１７ａのうち、第３フレーム２１５の長手方向の中央部分に形成される凹部２１７ａには、カバー部２１９ｃが形成される。つまり、カバー部２１９ｃは、一端は第１突出部２１９ａの側面に連結され、他端は第２突出部２１９ｂの側面に連結されることにより、第３フレーム２１５の中央部分に形成された凹部２１７ａを覆うように形成される。したがって、第１突出部２１９ａおよび第２突出部２１９ｂとカバー部２１９ｃによって、第１リード部２２７および第２リード部２２９が挿入される挿入ホール２１５ａが形成できる。

本実施形態では、第１リード部２２７および第２リード部２２９が挿入ホール２１５ａに挿入された状態で抵抗溶接またはレーザ溶接で固定されることを例として説明する。しかし、これに必ずしも限定されるものではなく、第１リード部２２７および第２リード部２２９は、挿入ホール２１５ａの内部で嵌合によって固定されることも可能である。

一方、カバー部２１９ｃには、第１リード部２２７および第２リード部２２９の溶接のための溶接ホール２１９ｄが形成される。溶接ホール２１９ｄは、カバー部２１９ｃの上側に形成され、溶接熱が第１リード部２２７および第２リード部２２９に伝達されやすくする。溶接ホール２１９ｄは、溶接熱の伝達が容易となるように、カバー部２１９ｃの長さに対応する楕円形に形成できる。しかし、溶接ホール２１９ｄは、楕円形に必ずしも限定されるものではなく、多角形または円形に形成されることも可能である。本実施形態において、第１リード部２２７および第２リード部２２９は、抵抗溶接またはレーザ溶接で溶接されることが可能である。

このように、第１リード部２２７および第２リード部２２９は、第３フレーム２１５の挿入ホール２１５ａに挿入された状態で溶接熱によって互いに溶接で固定されることにより、二次電池パック２００に衝撃が伝達されても、アウタケース２２０の結合耐久性が低下しなくなる。第１リード部２２７および第２リード部２２９は、第１ケース２２１および第２ケース２２３の周縁から折り曲げられた状態で突出するものであって、以下にアウタケース２２０を説明しながらより具体的に説明する。

再び図２および図３を参照すれば、アウタケース２２０は、マウントフレーム２１０の開放された一側面を保護する第１ケース２２１と、マウントフレーム２１０の開放された他側面を保護する第２ケース２２３とを含む。

第１ケース２２１は、マウントフレーム２１０で保護されない、二次電池１００の露出した第１側面を覆うように設けられる。第２ケース２２３は、マウントフレーム２１０で保護されない、二次電池１００の露出した第２側面を覆うように設けられる。つまり、第１ケース２２１と第２ケース２２３は、二次電池１００を挟んで対向した両側面にそれぞれ設けられ、二次電池１００を外部衝撃から保護することとなる。

このような第１ケース２２１および第２ケース２２３は、金属材質からなり、側面の周縁の一部分が互いに重なった状態で溶接で固定されることが可能である。つまり、第１ケース２２１の角部の一部分が第２ケース２２３の角部の一部分と重なって位置した状態で抵抗溶接またはレーザ溶接で固定できる。もちろん、第１ケース２２１と第２ケース２２３は、溶接固定に必ずしも限定されるものではなく、物理的嵌合で結合されることも可能である。第１ケース２２１と第２ケース２２３との嵌合時には、第１ケース２２１および第２ケース２２３の側面に凹凸部（図示せず）を形成し、弾性力を利用して嵌合で固定できる。また、第１ケース２２１および第２ケース２２３は、マウントフレーム２１０に嵌合されることも可能である。

第１ケース２２１には、第３フレーム２１５の挿入ホール２１５ａに挿入される第１リード部２２７が突出する。このような第１リード部２２７は、第１ケース２２１の周縁の外側に少なくとも２つ以上の複数個で突出できる。このような第１リード部２２７のいずれか１つは、第３フレーム２１５に形成された挿入ホール２１５ａに挿入され、他のいずれか１つは、第３フレーム２１５に形成された凹部２１７ａに当接され得る。このように、第１リード部２２７は、第３フレーム２１５の挿入ホール２１５ａおよび凹部２１７ａに容易に挿入又は当接できるように、第１ケース２２１の周縁から第３フレーム２１５の方向に折り曲げ可能である。このとき、中央部の第１リード部２２７は、中央部ではない第１リード部２２７と高さが異なってもよい。或いは、中央部ではない第１リード部２２７は、中央部ではない凹部２１７ａ中に設けられた図示しない挿入ホールに挿入されてもよく、この場合には二つの第１リード部２２７は同じ高さで形成されてもよい。

一方、第１ケース２２１には第１固定リード部２２７ａが突出できる。第１固定リード部２２７ａは、長手方向に沿って屈曲し、第３フレーム２１５に弾性係止作用によって係合できる。

第１固定リード部２２７ａの結合のために、本実施形態の第３フレーム２１５のいずれか１つの凹部２１７ａには、凹凸部２２２が形成される。

図４および図５に示されるように、凹部２１７ａの底面には、複数の凹凸部２２２が形成される。これにより、第１固定リード部２２７ａが凹部２１７ａに挿入される第１固定リード部２２７ａの端部が凹凸部２２２に係合されることにより、第１ケース２２１のより安定した固定が可能となる。

第２ケース２２３には、第３フレーム２１５の挿入ホール２１５ａに挿入される第２リード部２２９が突出する。

このような第２リード部２２９は、第２ケース２２３の周縁の外側に少なくとも２つ以上の複数個で突出できる。このような第２リード部２２９のいずれか１つは、第３フレーム２１５に形成された挿入ホール２１５ａに挿入され、他のいずれか１つは、第３フレーム２１５に形成された凹部２１７ａに当接され得る。このように、第２リード部２２９は、第３フレーム２１５の挿入ホール２１５ａおよび凹部２１７ａに容易に挿入又は当接できるように、第２ケース２２３の周縁から第３フレーム２１５の方向に折り曲げ可能である。このとき、中央部の第２リード部２２９は、中央部ではない第２リード部２２９と高さが異なってもよい。或いは、中央部ではない第２リード部２２９は、中央部ではない凹部２１７ａ中に設けられた図示しない挿入ホールに挿入されてもよく、この場合には二つの第２リード部２２９は同じ高さで形成されてもよい。このように第２リード部２２９は、挿入ホール２１５ａで第１リード部２２７と重なった状態で挿入されるか、あるいは他の凹部２１７ａにて第１リード部２２７と当接した状態とされることにより、第１リード部２２７と第２リード部２２９とが溶接で固定されることが可能である。

一方、第２ケース２２３には第２固定リード部２２９ａが突出できる。第２固定リード部２２９ａは、長手方向に沿って屈曲し、第３フレーム２１５に弾性係止作用によって係合できる。

第２固定リード部２２９ａは、前述した第３フレーム２１５の凹部２１７ａの凹凸部２２２に弾性力によって固定できる。つまり、第２固定リード部２２９ａは、第１固定リード部２２７ａと共に同一の凹部２１７ａに共に係合される。このように、第１固定リード部２２７ａと第２固定リード部２２９ａとが１つの凹部２１７ａに係止固定されるように、第１固定リード部２２７ａの突出した長さと第２固定リード部２２９ａの突出した長さは、凹部２１７ａの長さの半分以下の長さに形成できる。これにより、第１固定リード部２２７ａは、凹部２１７ａの一部分に係合で固定され、第２固定リード部２２９ａは、凹部２１７ａの他の一部分に共に係合で固定され得る。

このように、本実施形態の第１ケース２２１および第２ケース２２３は、第１リード部２２７および第２リード部２２９が溶接で結合され、第１固定リード部２２７ａおよび第２固定リード部２２９ａが係合で固定されることにより、より安定したケースの固定が可能で、耐久性が向上する。

図６は、本発明の第２実施形態にかかる二次電池パックを概略的に示す図である。図１ないし図５と同じ参照番号は同じ機能の同じ部材を指す。以下、同じ参照番号についてはその詳細な説明を省略する。

図６に示されるように、本発明の第２実施形態にかかる二次電池パック３００は、第１ケース３２１の周縁の長手方向の中央部分に第１リード部３２７が突出し、第１ケース３２１の周縁の両側に第１固定リード部３２７ａがそれぞれ突出する。

そして、第２ケース３２３の周縁の長手方向の中央部分には第２リード部３２９が突出し、第２ケース３２３の周縁の両側には第２固定リード部３２９ａがそれぞれ突出する。

一方、第３フレーム３１５には、長手方向の両側に、底面に凹凸部３２２が形成された凹部３１７ａがそれぞれ突出する。

したがって、第１固定リード部３２７ａと第２固定リード部３２９ａは、第３フレーム３１５の両側に形成された凹部３１７ａで凹凸部３２２の弾性係止作用によって安定した固定が行われる。また、第１リード部３２７と第２リード部３２９は、第３フレーム２１５の挿入ホール３１５ａに挿入された状態で抵抗溶接またはレーザ溶接で強固な固定が行われる。このように、第１ケース３２１と第２ケース３２３とを溶接または係止固定でマウントフレーム２１０に固定することが可能で、外部衝撃に対応して耐久性を向上させることが可能である。

以上、本発明を、図示の実施形態を参照して説明した。しかし、本発明は、これに限定されず、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者によって本発明と均等な範囲に属する多様な変形例または他の実施形態が可能である。

１００：二次電池
１１０：電極アセンブリ
１１１：正極
１１２：負極
１１３：セパレータ
１１４：正極タブ
１１５：負極タブ
１２０：パウチ
２００：二次電池パック
２１０：マウントフレーム
２１１：第１フレーム
２１３：第２フレーム
２１３ａ：貫通ホール
２１３ｂ：挿入溝
２１５：第３フレーム
２１５ａ：挿入ホール
２１７：ボディフレーム
２１９：突出フレーム
２１９ａ：第１突出部
２１９ｂ：第２突出部
２１９ｃ：カバー部
２２０：アウタケース
２２７：第１リード部
２２７ａ：第１固定リード部
２２９：第２リード部
２２９ａ：第２固定リード部

Claims (12)

1. 二次電池と、
   前記二次電池の少なくとも一部分を囲むマウントフレームと、
   前記マウントフレームを囲むように設けられ、第１リード部が突出する第１ケースおよび第２リード部が突出する第２ケースを含むアウタケースと、
   前記二次電池と電気的に連結される保護回路モジュールとを含み、
   前記第１リード部と前記第２リード部は、前記マウントフレームの内部で挿入固定されることを特徴とする二次電池パック。
2. 前記マウントフレームは、
   前記二次電池の両側壁部をカバーする第１フレームと、
   前記第１フレームに結合されながら、前記保護回路モジュールが設けられる第２フレームと、
   前記第１フレームに結合されながら、前記第１リード部と前記第２リード部が共に挿入される挿入ホールが形成される第３フレームとを含むことを特徴とする請求項１記載の二次電池パック。
3. 前記第３フレームは、
   前記第１フレームに結合されるボディフレームと、
   前記ボディフレームに突出し、前記第１リード部と前記第２リード部が共に挿入される挿入ホールが形成される突出フレームとを含むことを特徴とする請求項２記載の二次電池パック。
4. 前記突出フレームは、
   前記ボディフレーム上に突出する第１突出部と、
   前記ボディフレーム上で前記第１突出部から離隔した位置で突出する第２突出部と、
   前記ボディフレームの表面から離隔した位置で前記第１突出部と前記第２突出部とを連結し、前記挿入ホールを形成するカバー部とを含むことを特徴とする請求項３記載の二次電池パック。
5. 前記第１リード部と前記第２リード部は、ニッケルまたはステンレス（ＳＵＳ）材質で形成されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の二次電池パック。
6. 前記第１リード部および前記第２リード部は、前記第１ケースおよび前記第２ケースの角部の外側に少なくとも２つ以上突出することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の二次電池パック。
7. 前記第１リード部のいずれか１つと前記第２リード部のいずれか１つは、前記挿入ホールに挿入された状態で抵抗溶接またはレーザ溶接されることを特徴とする請求項３〜６のいずれか一項に記載の二次電池パック。
8. 前記カバー部には、前記第１リード部と前記第２リード部との溶接のための溶接ホールが形成されることを特徴とする請求項４〜７のいずれか一項に記載の二次電池パック。
9. 前記第３フレームには、複数の凹部が形成されることを特徴とする請求項２〜８のいずれか一項に記載の二次電池パック。
10. 前記凹部は、
    前記第１リード部のいずれか１つと前記第２リード部のいずれか１つとが挿入される第１凹部と、底面に凹凸部が形成された第２凹部とを含むことを特徴とする請求項９記載の二次電池パック。
11. 前記第１ケースには、前記第２凹部に挿入され、前記凹凸部に弾性力で係合される係止部が突出する第１固定リード部をさらに含むことを特徴とする請求項１０記載の二次電池パック。
12. 前記第２ケースには、前記第２凹部に挿入され、前記凹凸部に弾性力で係合される係止部が突出する第２固定リード部をさらに含むことを特徴とする請求項１０又は１１記載の二次電池パック。

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