JP2018029021A - Power storage module - Google Patents

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正人 齋藤
Masato Saito
正人 齋藤
浩一 平岡
Koichi Hiraoka
浩一 平岡
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a power storage module that has a protection circuit board mounted thereon without increasing the number of components.SOLUTION: A power storage module 10 has a plurality of power storage elements 1 including electrode leads 3 electrically connected in series and/or in parallel via the electrode leads 3. The power storage module includes a protection circuit board 4 that monitors and controls at least the voltage of the power storage elements 1; the protection circuit board 4 includes a TH connection part 5; the electrode leads 3 and TH connection part 5 are directly joined to each other.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、蓄電モジュールに関する。   The present invention relates to a power storage module.

太陽光発電、風力発電等の負荷平準化装置、瞬時電圧低下対策装置、電気自動車又はハイブリッドカーのエネルギー回生装置等のような蓄電システムにおいては、エネルギー容量が大きくて且つ急速充放電が可能な蓄電素子が必要とされている。   In power storage systems such as load leveling devices such as solar power generation and wind power generation, instantaneous voltage drop countermeasure devices, energy recovery devices for electric vehicles or hybrid cars, etc., they have a large energy capacity and can be charged and discharged quickly. A device is needed.

近年、リチウムイオン二次電池、ニッケル水素電池、電気二重層キャパシタ、リチウムイオンキャパシタ等の蓄電素子を用いた蓄電モジュールが開発されている。蓄電モジュールは、複数の蓄電素子が直列又は並列接続された蓄電体を含み、高電圧又は大容量の状態で充放電することができるため、電源装置として様々な用途に用いられている。   In recent years, power storage modules using power storage elements such as lithium ion secondary batteries, nickel metal hydride batteries, electric double layer capacitors, and lithium ion capacitors have been developed. The power storage module includes a power storage unit in which a plurality of power storage elements are connected in series or in parallel, and can be charged and discharged in a high voltage or large capacity state. Therefore, the power storage module is used in various applications as a power supply device.

蓄電モジュールは、蓄電池を厚み方向に積層し、蓄電池同士を電気的に接続して、外装部品等によって締結保持されて構成されている。平板形状の蓄電池の内、ラミネートフィルムを用いたパウチ型の外装体で作製される蓄電池は、その作製が容易であり、かつ薄型化及び軽量化し易いといった利点と、それ自体が薄型の為に放熱性に優れるといった利点とを有する。   The power storage module is configured by stacking storage batteries in the thickness direction, electrically connecting the storage batteries, and being fastened and held by an exterior component or the like. Among the flat-plate storage batteries, the storage battery manufactured with a pouch-type exterior body using a laminate film is easy to manufacture and has the advantage that it is easy to reduce the thickness and weight, and because it is thin, it dissipates heat. It has the advantage that it is excellent in property.

蓄電モジュールは、蓄電素子の過充電、過放電、温度異常などを防止する目的で、蓄電素子の電圧又は温度を監視し制御するための保護回路基板を内蔵している。一般に、蓄電モジュールに内蔵される保護回路基板と蓄電素子とは、電線ハーネスを用いて接続されている。また、電線ハーネスと蓄電素子とはネジ締結や溶接などによって接続が行われ、電線ハーネスと保護回路基板とはコネクタ端子などを介して接続が行われる(特許文献1)。
これに対し、より小型な蓄電モジュールを提供できる構造として、蓄電素子に電極端子部品を取り付けて、保護回路基板に設けた貫通孔を電極端子部品が貫通するように配設し、保護回路基板の電圧検知部分と電極端子部品を半田付け接続して成る蓄電モジュールが提案されている(特許文献2)。
The power storage module has a built-in protection circuit board for monitoring and controlling the voltage or temperature of the power storage element in order to prevent overcharge, overdischarge, temperature abnormality and the like of the power storage element. Generally, the protection circuit board and the storage element built in the storage module are connected using an electric wire harness. Further, the electric wire harness and the storage element are connected by screw fastening or welding, and the electric wire harness and the protection circuit board are connected via a connector terminal or the like (Patent Document 1).
On the other hand, as a structure that can provide a smaller power storage module, an electrode terminal component is attached to the power storage element, and a through hole provided in the protection circuit board is disposed so that the electrode terminal component penetrates. A power storage module has been proposed in which a voltage detection portion and electrode terminal parts are connected by soldering (Patent Document 2).

特開2014−127229号公報JP 2014-127229 A 特開2001−93494号公報JP 2001-93494 A

特許文献1には、アルミニウム製またはアルミニウム合金製の芯線を絶縁被覆で被覆して成る電圧検知用の電線を備えることで、軽量化した配線モジュールを提供できることが記述されている。しかしながら、特許文献1に記載の蓄電モジュールには、配線モジュール自体の部品点数が多く、また取り付けが煩雑になる課題がある。   Patent Document 1 describes that a weighted wiring module can be provided by providing a voltage detection electric wire formed by coating an aluminum or aluminum alloy core wire with an insulating coating. However, the power storage module described in Patent Document 1 has a problem that the wiring module itself has a large number of parts and is complicated to mount.

特許文献2によれば、プリント基板と二次電池の間に隔離プレート等を配設して、プリント基板を二次電池から隔離し、且つ、プリント基板と二次電池を簡単に電気接続する構造を提供している。しかしながら、プリント基板と二次電池との間を電気的に接続するための電極端子部品を、二次電池の電極部分にスポット溶接等の方法で接続する必要があり、その電極端子部品はプリント基板に半田付けして固定する必要がある。電極端子部品を使用するために、特許文献2に記載の蓄電モジュールの組立工程が複雑になり、製造コストが上昇するといった問題点がある。また、電極端子部品を保護回路基板に接続するために半田付け接続が必要であるが、電極端子部品は一般的な電子回路用実装部品と比較して大きい為、多量の半田を乗せることになり半田クラックが生じ易くなる等の信頼性問題がある。さらに、プリント基板には電極端子部品が貫通するための穴を設ける必要があり、プリント基板上における回路パターンはその穴を避けるように設計しなければならず、プリント基板が大きくなり、結果として蓄電モジュールが大きくなってしまう。
したがって、本発明は、部品点数を増加させることなく保護回路基板を搭載した蓄電モジュールを提供することを目的とする。
According to Patent Document 2, an isolation plate or the like is disposed between a printed circuit board and a secondary battery, the printed circuit board is isolated from the secondary battery, and the printed circuit board and the secondary battery are easily electrically connected. Is provided. However, it is necessary to connect an electrode terminal component for electrically connecting the printed circuit board and the secondary battery to the electrode portion of the secondary battery by a method such as spot welding, and the electrode terminal component is a printed circuit board. It is necessary to solder and fix to. Since the electrode terminal parts are used, there is a problem that the assembly process of the power storage module described in Patent Document 2 becomes complicated and the manufacturing cost increases. Also, soldering connection is required to connect the electrode terminal parts to the protection circuit board. However, since the electrode terminal parts are larger than general electronic circuit mounting parts, a large amount of solder is put on them. There is a reliability problem such that solder cracks are likely to occur. Furthermore, it is necessary to provide holes for the electrode terminal parts to pass through on the printed circuit board, and the circuit pattern on the printed circuit board must be designed to avoid the holes, resulting in a larger printed circuit board, resulting in storage of electricity. Module becomes large.
Therefore, an object of the present invention is to provide a power storage module on which a protection circuit board is mounted without increasing the number of components.

上記課題は、以下の技術的手段によって解決される。
[1]
電極リードを有する複数の蓄電素子が、前記電極リードを介して電気的に直列および/または並列に接続された蓄電モジュールであって、
蓄電モジュールは、前記蓄電素子の少なくとも電圧を監視制御する保護回路基板を有し、
前記保護回路基板は、TH接続部を有し、かつ
前記電極リードと前記TH接続部は直接接合されて成る、
前記蓄電モジュール。
[2]
前記電極リードと前記TH接続部との直接接合の状態は溶接状態である、[1]に記載の蓄電モジュール。
[3]
前記TH接続部は、前記保護回路基板の片方の面に配置された導体層である、[1]または[2]に記載の蓄電モジュール。
[4]
前記TH接続部は、前記保護回路基板を厚み方向に貫通した導体層である、[1]または[2]に記載の蓄電モジュール。
[5]
前記導体層は、銅または銀を含む金属材料である、[3]または[4]に記載の蓄電モジュール。
[6]
前記保護回路基板に設けられた前記TH接続部と前記電極リードの位置を合わせる工程と、
前記TH接続部の上面側からレーザー光を照射して前記TH接続部と前記電極リードとを接合する工程と、
を含む、[1]〜[5]のいずれか1項に記載の蓄電モジュールの製造方法。
The above problem is solved by the following technical means.
[1]
A plurality of power storage elements having electrode leads are power storage modules electrically connected in series and / or in parallel via the electrode leads,
The power storage module has a protection circuit board that monitors and controls at least the voltage of the power storage element,
The protective circuit board has a TH connection portion, and the electrode lead and the TH connection portion are directly bonded.
The power storage module.
[2]
The electrical storage module according to [1], wherein a state of direct bonding between the electrode lead and the TH connection portion is a welded state.
[3]
The TH connection section is the power storage module according to [1] or [2], which is a conductor layer disposed on one surface of the protection circuit board.
[4]
The TH connection portion is the power storage module according to [1] or [2], which is a conductor layer that penetrates the protection circuit board in a thickness direction.
[5]
The electrical storage module according to [3] or [4], wherein the conductor layer is a metal material containing copper or silver.
[6]
Aligning the positions of the electrode leads and the TH connection provided on the protection circuit board;
Irradiating a laser beam from the upper surface side of the TH connection portion to bond the TH connection portion and the electrode lead;
The manufacturing method of the electrical storage module of any one of [1]-[5] containing.

本発明に依れば、回路基板に設けられたTH接続部と蓄電素子に配設された電極リードとが直接接合されて成ることによって、部品点数を増加させることなく保護回路基板を搭載した蓄電モジュールを提供することが出来る。   According to the present invention, the TH connecting portion provided on the circuit board and the electrode lead provided on the power storage element are directly joined, so that the power storage equipped with the protection circuit board without increasing the number of components. Modules can be provided.

図1は、本発明の第一の実施形態に係る蓄電モジュール10の内部構造を示す斜視図である。FIG. 1 is a perspective view showing an internal structure of a power storage module 10 according to the first embodiment of the present invention. 図2は、図1のA−A’線における蓄電モジュール10の内部構造の断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view of the internal structure of the power storage module 10 taken along the line A-A ′ of FIG. 1. 図3(a)は、本発明の第一の実施形態に係る蓄電モジュール10において、TH接続部5と電極リード3とが直接接合されている部分を拡大した模式図であり、かつ図3(b)は、TH接続部5と電極リード3とを直接接合する工法について説明した模式図である。FIG. 3A is an enlarged schematic view of a portion where the TH connection portion 5 and the electrode lead 3 are directly joined in the power storage module 10 according to the first embodiment of the present invention, and FIG. b) is a schematic diagram illustrating a method of directly joining the TH connection portion 5 and the electrode lead 3. 図4は、本発明の第二の実施形態に係る蓄電モジュール10の内部構造を示す斜視図である。FIG. 4 is a perspective view showing the internal structure of the power storage module 10 according to the second embodiment of the present invention. 図5は、図4のB−B’線における蓄電モジュール10の内部構造の断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view of the internal structure of the power storage module 10 taken along the line B-B ′ of FIG. 4. 図6(a)は、本発明の第二の実施形態に係る蓄電モジュール10において、TH接続部5と電極リード3とが直接接合されている部分を拡大した模式図であり、かつ図6(b)は、TH接続部5と電極リード3とを直接接合する工法について説明した模式図である。FIG. 6A is an enlarged schematic view of a portion where the TH connection portion 5 and the electrode lead 3 are directly joined in the power storage module 10 according to the second embodiment of the present invention, and FIG. b) is a schematic diagram illustrating a method of directly joining the TH connection portion 5 and the electrode lead 3.

以下、本願の蓄電モジュール及び蓄電モジュールの製造方法の実施形態を、図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態により、本発明が限定されるものではない。   Hereinafter, an embodiment of a power storage module and a method for manufacturing the power storage module of the present application will be described in detail based on the drawings. In addition, this invention is not limited by this embodiment.

<実施形態1>
図1は、本発明の第一の実施形態に係る蓄電モジュール10の内部構造を示す斜視図である。
蓄電モジュール10は、電極リード3を有する複数の蓄電素子1を、蓄電素子1の厚み方向に重ね合わせ、其々の蓄電素子1の電極リード3を電気的に直列および/または並列に接続した構造を有している。一例として、図1には8個の蓄電素子1を積層した蓄電モジュール10の内部構造を示しているが、蓄電素子1の積層個数は限定されない。
両端に位置する蓄電素子1の電極リード3は、一方は、隣接する蓄電素子1の電極リード3に接続されるが、他方は、図示されない蓄電モジュール10の外部端子に接続される。
<Embodiment 1>
FIG. 1 is a perspective view showing an internal structure of a power storage module 10 according to the first embodiment of the present invention.
The power storage module 10 has a structure in which a plurality of power storage elements 1 having electrode leads 3 are stacked in the thickness direction of the power storage elements 1 and the electrode leads 3 of the respective power storage elements 1 are electrically connected in series and / or in parallel. have. As an example, FIG. 1 shows the internal structure of a power storage module 10 in which eight power storage elements 1 are stacked, but the number of stacked power storage elements 1 is not limited.
One of the electrode leads 3 of the storage element 1 located at both ends is connected to the electrode lead 3 of the adjacent storage element 1, while the other is connected to an external terminal of the storage module 10 (not shown).

蓄電モジュール10は、積層した蓄電素子1を両端から固定するためのエンドプレート(未図示)や、エンドプレートに接続して蓄電素子1を積層する方向に押圧するための拘束部材(未図示)や、外装ケース(未図示)などが取り付けられる。   The power storage module 10 includes an end plate (not shown) for fixing the stacked power storage elements 1 from both ends, a restraining member (not shown) connected to the end plates and pressed in the direction in which the power storage elements 1 are stacked, An exterior case (not shown) or the like is attached.

蓄電素子1は、図示されない発電要素と、発電要素に電気的に接続された電極リード3(正極リードおよび負極リード)と、金属ラミネート樹脂フィルム製の外装体とを具備する。更に、蓄電素子1には、発電要素が収まる集電部があり、図1において蓄電モジュール10は、其々の蓄電素子1の集電部同士が重なり合うように積層されている。   The power storage element 1 includes a power generation element (not shown), electrode leads 3 (a positive electrode lead and a negative electrode lead) electrically connected to the power generation element, and an exterior body made of a metal laminate resin film. Furthermore, the power storage element 1 has a power collection unit in which a power generation element is accommodated. In FIG. 1, the power storage module 10 is stacked so that the power collection units of the power storage elements 1 overlap each other.

蓄電素子1は、例えばリチウムイオンを含む有機電解液および電極積層体が密封された、例えばアルミ箔を樹脂フィルムでラミネートしたラミネートフィルム材などの気密性軟包装材料を外装とする。外装体の最表面は、一般的に、ナイロン材、PET材(ポリエチレンテレフタレート)などから構成される。   The power storage element 1 has an exterior made of an airtight flexible packaging material such as a laminated film material in which an organic electrolyte containing lithium ions and an electrode laminate are sealed, for example, an aluminum foil laminated with a resin film. The outermost surface of the exterior body is generally composed of a nylon material, a PET material (polyethylene terephthalate), or the like.

本実施形態では、発電要素(図示せず)は、素子において、電気を発生させるか、又は電力以外のエネルギーを電力へ変換させる部材である。発電要素は、対向している一対の電極又はそれらの積層体、2つの電極の間にセパレータが介在する積層体又はその捲回体、その他の電池又はキャパシタ等でよい。   In the present embodiment, the power generation element (not shown) is a member that generates electricity or converts energy other than electric power into electric power in the element. The power generation element may be a pair of electrodes facing each other or a stacked body thereof, a stacked body in which a separator is interposed between the two electrodes, or a rolled body thereof, other batteries or capacitors, and the like.

集電部は、内部に発電要素(有機電解液及び電極積層体など)を収めた部分である。
電極積層体は、負極電極体とセパレータと正極電極体とが複数積層されたものである。
負極電極体は、銅箔などから成る負極集電体と、負極集電体の片面上又は両面上に設けられた負極活物質層とを有する。
正極電極体は、アルミニウム箔などから成る正極集電体と、正極集電体の片面上又は両面上に設けられた正極活物質層とを有する。
電極積層体の積層方向を厚み方向と定義する。
The current collector is a portion in which a power generating element (such as an organic electrolyte and an electrode laminate) is housed.
The electrode laminate is formed by laminating a plurality of negative electrode bodies, separators, and positive electrode bodies.
The negative electrode body has a negative electrode current collector made of copper foil or the like, and a negative electrode active material layer provided on one side or both sides of the negative electrode current collector.
The positive electrode body includes a positive electrode current collector made of an aluminum foil and the like, and a positive electrode active material layer provided on one side or both sides of the positive electrode current collector.
The stacking direction of the electrode stack is defined as the thickness direction.

電極リード3の材料はアルミニウム、または銅を主材料とする金属によって構成されている。本明細書では、特定の部品又は材料が、特定の含有物を主成分として含むことは、特定の部品又は材料が特定の含有物を50質量%以上含むことを意味する。また、電極リード3の表面はめっき処理されていてもよく、例えば銅製の母材に対してニッケルめっき表面を有していてもよい。また、電極リード3の厚みは、例えば、0.1mm以上2mm以下の範囲内である。   The material of the electrode lead 3 is made of a metal whose main material is aluminum or copper. In this specification, that a specific part or material contains a specific content as a main component means that the specific part or material contains 50% by mass or more of the specific content. Further, the surface of the electrode lead 3 may be plated, and for example, it may have a nickel plating surface with respect to a copper base material. Moreover, the thickness of the electrode lead 3 is in the range of 0.1 mm or more and 2 mm or less, for example.

隣接する複数の蓄電素子1同士の間で、電気的に直列および/または並列に接続された電極リード3には、蓄電素子1の少なくとも電圧を監視制御する保護回路基板4が接続される。保護回路基板4は、TH(Through Hole)接続部5を有しており、電極リード3とTH接続部5は直接接合されている。保護回路基板4においてTH接続部5は、電極リード3の位置とほぼ重なる位置に設けられている。図1においてTH接続部5は丸型形状を有しているが、特に限定されるものでは無く、四角型形状などであってもよい。   A protection circuit board 4 that monitors and controls at least the voltage of the power storage element 1 is connected to the electrode leads 3 that are electrically connected in series and / or in parallel between the plurality of adjacent power storage elements 1. The protection circuit board 4 has a TH (Through Hole) connection portion 5, and the electrode lead 3 and the TH connection portion 5 are directly bonded. In the protection circuit board 4, the TH connection portion 5 is provided at a position substantially overlapping with the position of the electrode lead 3. In FIG. 1, the TH connection portion 5 has a round shape, but is not particularly limited, and may be a square shape or the like.

本実施形態における保護回路基板4は、説明の為、蓄電素子1に対峙する側を下面とし、その対面を上面とする。
本実施形態における直接接合とは、電極リード3とTH接続部5とが、電極端子部品や電線ハーネスやコネクタ端子などを介さずに、電気的に接続される状態を指す。
For the sake of explanation, the protective circuit board 4 in the present embodiment has a side facing the power storage element 1 as a lower surface and the opposite surface as an upper surface.
The direct bonding in the present embodiment refers to a state in which the electrode lead 3 and the TH connection portion 5 are electrically connected without using an electrode terminal component, an electric wire harness, a connector terminal, or the like.

保護回路基板4は、図示されない保護回路を構成する電子部品などが実装されており、TH接続部5は保護回路に電気的に接続されている。保護回路は其々の蓄電素子1の電圧値に応じて、過充電および/または過放電の検知及び警告信号出力を行う。   The protection circuit board 4 is mounted with electronic components that constitute a protection circuit (not shown), and the TH connection portion 5 is electrically connected to the protection circuit. The protection circuit detects overcharge and / or overdischarge and outputs a warning signal according to the voltage value of each storage element 1.

図2は、図1のA−A’線における蓄電モジュール10の内部構造の断面図である。
電極リード3は、保護回路基板4の下面側に位置し、TH接続部5と直接接合されている。直接接合の方法は特に限定しないが、例えばレーザー溶接などの溶接によって接合させることができる。つまり、保護回路基板4の上面側からTH接続部5にレーザー光を照射して、TH接続部5と電極リード3とを溶接することができる。このとき、レーザー光の照射時間は数ミリ秒という極めて短時間であるため、保護回路基板4の他の部分、例えば回路パターンや電子部品には影響を与えないで溶接することができる。
また、前述のように電極リード3は、隣り合う蓄電素子1同士の電極リード3を接続している為、2つの電極リード3とTH接続部5とを、レーザー光によって溶接してもよい。
FIG. 2 is a cross-sectional view of the internal structure of the power storage module 10 taken along the line AA ′ of FIG.
The electrode lead 3 is located on the lower surface side of the protection circuit board 4 and is directly joined to the TH connection portion 5. Although the method of direct joining is not specifically limited, For example, it can join by welding, such as laser welding. That is, the TH connection portion 5 and the electrode lead 3 can be welded by irradiating the TH connection portion 5 with laser light from the upper surface side of the protection circuit board 4. At this time, since the irradiation time of the laser light is an extremely short time of several milliseconds, it is possible to perform the welding without affecting other portions of the protection circuit board 4, such as a circuit pattern or an electronic component.
Further, as described above, since the electrode lead 3 connects the electrode leads 3 of the adjacent power storage elements 1, the two electrode leads 3 and the TH connection portion 5 may be welded by laser light.

電極リード3とTH接続部5との直接接合の状態は溶接状態であってよい。溶接状態とは、お互いの金属が混ざり合って接合した状態であり、溶接状態であるか否かは、接合部の断面形状の観察によって確かめることができる。また、お互いの金属が同種の金属であったとしても、其々の金属の粒界の変化状態や、其々の金属が有する表面層(例えば、自然酸化物層やメッキ層など)の混ざり状態を観察することによって溶接状態か否かを判断することが出来る。   The state of direct bonding between the electrode lead 3 and the TH connection portion 5 may be a welded state. The welded state is a state in which the metals are mixed and joined, and whether or not it is in a welded state can be confirmed by observing the cross-sectional shape of the joint. Moreover, even if each metal is the same kind of metal, the state of change in grain boundaries of each metal and the mixed state of the surface layer (for example, natural oxide layer or plating layer) possessed by each metal It is possible to determine whether or not the welded state is obtained by observing.

図3(a)は、TH接続部5と電極リード3とが直接接合されている部分を拡大した模式図である。保護回路基板4はプリント回路基板であって、その材料は例えば、紙材を含有したフェノール樹脂、紙材を含有したエポキシ樹脂、ガラス繊維を含有したエポキシ樹脂、またはこれらを複合したコンポジット材料などによって構成されるか、または、保護回路基板4はフレキシブルプリント回路基板であって、その材料は例えば、ポリイミド樹脂やポリエステル樹脂などによって構成される。   FIG. 3A is an enlarged schematic view of a portion where the TH connection portion 5 and the electrode lead 3 are directly joined. The protective circuit board 4 is a printed circuit board, and the material thereof is, for example, a phenol resin containing a paper material, an epoxy resin containing a paper material, an epoxy resin containing a glass fiber, or a composite material obtained by combining these. The protection circuit board 4 is a flexible printed circuit board, and the material thereof is made of, for example, polyimide resin or polyester resin.

TH接続部5は、保護回路基板4の厚み方向に貫通した導体層であって、例えば銅や銀を主材料とする金属材料によって構成されており、めっき法や導電性ペースト熱硬化成形法などによって設置することができる。
TH接続部5の厚みは、例えば0.2mm〜4.0mmの範囲内で、好適に選択することが出来る。
The TH connection portion 5 is a conductor layer that penetrates in the thickness direction of the protective circuit board 4 and is made of, for example, a metal material mainly composed of copper or silver, such as a plating method or a conductive paste thermosetting method. Can be installed.
The thickness of the TH connecting portion 5 can be suitably selected, for example, within a range of 0.2 mm to 4.0 mm.

以上のように、TH接続部5と電極リード3とは互いに溶接状態を成すことによって直接接続されている。これによって、電極端子部品を用いずとも蓄電素子1と保護回路基板とを電気的に接続することが出来、半田クラックの信頼性問題を解決することが出来る。さらに溶接状態は、お互いの金属が混ざり合うように接合しているため、線膨張係数の差によるクラックが生じ難く、より信頼性の高い接続状態を得ることができる。   As described above, the TH connection portion 5 and the electrode lead 3 are directly connected by forming a welded state. Thereby, the electrical storage element 1 and the protection circuit board can be electrically connected without using electrode terminal parts, and the reliability problem of solder cracks can be solved. Furthermore, since the welded state is joined so that the metals are mixed, cracks due to the difference in linear expansion coefficient hardly occur, and a more reliable connection state can be obtained.

次に、本実施形態に係る蓄電モジュールの製造方法について説明する。
まず、電極リード3を有する複数の蓄電素子1を厚み方向に重ね合わせて、其々の電極リード3を電気的に直列および/または並列に接続できる状態にした蓄電モジュール10の内部構造体を準備する。
Next, a method for manufacturing the power storage module according to this embodiment will be described.
First, an internal structure of a power storage module 10 is prepared in which a plurality of power storage elements 1 having electrode leads 3 are stacked in the thickness direction so that the electrode leads 3 can be electrically connected in series and / or in parallel. To do.

次に、保護回路基板4に設けられたTH接続部5と、電極リード3の位置を合わせる工程を実施する。つまり、TH接続部5の直上/直下に電極リード3が位置するように調整して、TH接続部5と電極リード3とを接触させる。このとき、治具などを用いてTH接続部5と電極リード3とを押圧して接触させてもよい。   Next, a step of aligning the positions of the TH connection portion 5 provided on the protection circuit board 4 and the electrode lead 3 is performed. That is, adjustment is made so that the electrode lead 3 is positioned immediately above / below the TH connection portion 5, and the TH connection portion 5 and the electrode lead 3 are brought into contact with each other. At this time, the TH connecting portion 5 and the electrode lead 3 may be pressed and brought into contact with each other using a jig or the like.

次に、TH接続部5の上面側からレーザー光を照射してTH接続部5と電極リード3とを接合する工程を実施する。このとき、レーザー光はTH接続部5に第一に照射されてTH接続部5の導体層の一部が溶融して貫通し、その後、レーザー光は電極リード3に第二に照射されて電極リード3の一部が溶融して溶けた導体層と混ざり合い、レーザー光の照射終了と共に、溶融した金属が硬化してTH接続部5と電極リード3の直接接合が完了する。
本実施形態では、レーザー光はYAGレーザーを用いて、エネルギー13.0ジュールを5ミリ秒の間、φ0.4mmに集光して照射した。
Next, a process of joining the TH connection portion 5 and the electrode lead 3 by irradiating laser light from the upper surface side of the TH connection portion 5 is performed. At this time, the laser beam is first irradiated to the TH connection portion 5 and a part of the conductor layer of the TH connection portion 5 is melted and penetrated. Thereafter, the laser beam is irradiated second to the electrode lead 3 and the electrode A part of the lead 3 is melted and mixed with the melted conductor layer, and upon completion of the laser light irradiation, the molten metal is cured and the direct connection between the TH connection portion 5 and the electrode lead 3 is completed.
In this embodiment, the laser beam is irradiated with a 1AG joule of energy of 13.0 joules collected at a diameter of φ0.4 mm for 5 milliseconds.

図3(b)は、TH接続部5と電極リード3とを直接接合する工法について説明した模式図である。直接接合は、前述のようにレーザー光を照射することによって接合でき、図中の点線はレーザー光の照射部分6を示している。レーザー光は第二に照射される電極リード3を貫通しないように照射することが好ましく、レーザー光の照射エネルギー密度、照射時間などを好適に設定することで制御することが出来る。また、レーザー光を照射する点数は1点に限らず複数であってもよい。また、スポット溶接の他、シーム溶接であってもよい。   FIG. 3B is a schematic diagram illustrating a method for directly joining the TH connection portion 5 and the electrode lead 3. Direct bonding can be performed by irradiating laser light as described above, and the dotted line in the figure indicates the irradiated portion 6 of the laser light. The laser light is preferably irradiated so as not to penetrate the electrode lead 3 irradiated second, and can be controlled by suitably setting the irradiation energy density, irradiation time, etc. of the laser light. Further, the number of points irradiated with laser light is not limited to one point, and may be plural. In addition to spot welding, seam welding may be used.

次に、積層された蓄電素子の両端に位置する蓄電素子の電極リードに外部端子を接続する。また、積層された蓄電素子の両端にエンドプレートを取り付け、エンドプレート同士を接続固定するように拘束部材を取り付ける。最後に外装ケースを取り付けることで蓄電モジュールの組立が完了する。   Next, external terminals are connected to the electrode leads of the power storage elements located at both ends of the stacked power storage elements. Further, end plates are attached to both ends of the stacked power storage elements, and a restraining member is attached so as to connect and fix the end plates. Finally, the assembly of the power storage module is completed by attaching the exterior case.

以上のように、TH接続部5を貫通するようにレーザー光を照射することによって、TH接続部5と電極リード3とが直接接合される。これによって、電極端子部品を用いて半田付け工程を実施せずとも蓄電素子1と保護回路基板とを電気的に接続することが出来、半田クラックの信頼性問題を解決することが出来る。さらに溶接状態は、お互いの金属が混ざり合うように接合しているため、線膨張係数の差によるクラックが生じにくく、より信頼性の高い接続状態を得ることができる。   As described above, the TH connection portion 5 and the electrode lead 3 are directly joined by irradiating the laser beam so as to penetrate the TH connection portion 5. Accordingly, the power storage element 1 and the protection circuit board can be electrically connected without performing the soldering process using the electrode terminal parts, and the reliability problem of solder cracks can be solved. Furthermore, since the welded state is joined so that the metals are mixed, cracks due to the difference in linear expansion coefficient are unlikely to occur, and a more reliable connection state can be obtained.

<実施形態2>
図4は、本発明の第二の実施形態に係る蓄電モジュール10の内部構造を示す斜視図であり、図5は、第二の実施形態における、B−B’線における蓄電モジュール10の内部構造の断面図である。第二の実施形態は、保護回路基板4の上面側に電極リード3が配置される点において、第一の実施形態と異なる。
<Embodiment 2>
FIG. 4 is a perspective view showing the internal structure of the power storage module 10 according to the second embodiment of the present invention, and FIG. 5 is the internal structure of the power storage module 10 along the line BB ′ in the second embodiment. FIG. The second embodiment is different from the first embodiment in that the electrode lead 3 is disposed on the upper surface side of the protection circuit board 4.

保護回路基板4は、電極リード3に設けられた切欠き部に収まるように設置され、図示していない部品によって固定されている。
TH接続部5(斜線部)は、保護回路基板4の少なくとも片方の面に設けられた導体層であって、例えば銅や銀を主材料とする金属材料によって充填されている。
The protection circuit board 4 is installed so as to be accommodated in a notch provided in the electrode lead 3, and is fixed by a component (not shown).
The TH connection portion 5 (shaded portion) is a conductor layer provided on at least one surface of the protection circuit board 4, and is filled with a metal material mainly composed of copper or silver, for example.

電極リード3は、保護回路基板4の上面側に位置し、TH接続部5と直接接合されている。直接接合の方法は特に限定しないが、例えばレーザー溶接などの溶接によって接合させることができる。つまり、電極リード3の面からTH接続部5にレーザー光を照射して、電極リード3とTH接続部5とを溶接することができる。   The electrode lead 3 is located on the upper surface side of the protection circuit board 4 and is directly joined to the TH connection portion 5. Although the method of direct joining is not specifically limited, For example, it can join by welding, such as laser welding. That is, the electrode lead 3 and the TH connection portion 5 can be welded by irradiating the TH connection portion 5 with laser light from the surface of the electrode lead 3.

図6(a)は、本実施形態におけるTH接続部5と電極リード3とが直接接合されている部分を拡大した模式図であり、TH接続部5の断面形状は逆台形で示されているが、特に限定されるものではなく、矩形や逆三角形などであってもよい。さらに、保護回路基板4の厚み方向に段階的に幅が変化する構造であってもよい。   FIG. 6A is an enlarged schematic view of a portion where the TH connection portion 5 and the electrode lead 3 are directly joined in the present embodiment, and the cross-sectional shape of the TH connection portion 5 is shown as an inverted trapezoid. However, it is not particularly limited, and may be a rectangle or an inverted triangle. Furthermore, a structure in which the width changes stepwise in the thickness direction of the protection circuit board 4 may be used.

また、TH接続部5は、図2に示される第一の実施形態のような保護回路基板4を貫通した導体層であってもよい。この場合にレーザー光による溶接接合を実施する際は、レーザー光がTH接続部5を抜けて蓄電素子1に到達する可能性があるが、レーザー光の強度・照射時間を適切に選択することによって貫通しないようにするか、またはレーザー光が導体層を貫通した先に、治具などの遮蔽物を設置するなどの方法によって、この問題を回避することが出来る。   Further, the TH connection portion 5 may be a conductor layer penetrating the protection circuit board 4 as in the first embodiment shown in FIG. In this case, when carrying out welding joining with laser light, there is a possibility that the laser light may pass through the TH connection portion 5 and reach the electricity storage element 1, but by appropriately selecting the intensity and irradiation time of the laser light. This problem can be avoided by preventing the laser beam from penetrating or by installing a shielding object such as a jig at the point where the laser beam penetrates the conductor layer.

尚、電極リード3には切欠き部が設けられることによって、電極リード3の電流が流れる方向に対する断面積が減少し、抵抗が増加することが考えられる。しかしながら、予め電極リード3の断面積を大きくするか、または、切欠き部を設けずに電極リード3を延長した部分を設けるなどの方法によってこの問題を回避することが出来る。   In addition, it is conceivable that the electrode lead 3 is provided with a notch, so that the cross-sectional area of the electrode lead 3 with respect to the direction in which the current flows decreases and the resistance increases. However, this problem can be avoided by increasing the cross-sectional area of the electrode lead 3 in advance or by providing a portion in which the electrode lead 3 is extended without providing a notch.

続いて、第二の実施形態に係る蓄電モジュールの製造方法について説明する。
レーザー光が照射される順序が、電極リード3に第一に照射されて、TH接続部5に第二に照射される以外は、第一の実施形態と同様の方法で第二の実施形態に係る蓄電モジュールを製造することができる。
また図6(b)は、TH接続部5と電極リード3とを直接接合する工法について説明した模式図である。直接接合は、前述のようにレーザー光を照射することによって接合でき、図中の点線はレーザー光の照射部分6を示している。レーザー光は第二に照射されるTH接続部5を貫通しないように照射することが好ましく、レーザー光の照射エネルギー密度、照射時間などを好適に設定することで制御することが出来る。また、レーザー光を照射する点数は1点に限らず複数であってもよい。また、スポット溶接の他、シーム溶接であってもよい。
Then, the manufacturing method of the electrical storage module which concerns on 2nd embodiment is demonstrated.
The order in which the laser light is irradiated is the same as in the first embodiment except that the electrode lead 3 is irradiated first and the TH connection portion 5 is irradiated second. Such a power storage module can be manufactured.
FIG. 6B is a schematic diagram illustrating a method for directly joining the TH connection portion 5 and the electrode lead 3. Direct bonding can be performed by irradiating laser light as described above, and the dotted line in the figure indicates the irradiated portion 6 of the laser light. The laser beam is preferably irradiated so as not to penetrate the TH connection portion 5 to be irradiated second, and can be controlled by suitably setting the irradiation energy density, irradiation time, etc. of the laser beam. Further, the number of points irradiated with laser light is not limited to one point, and may be plural. In addition to spot welding, seam welding may be used.

以上の説明により、回路基板に設けられたTH接続部と蓄電素子に配設された電極リードとが直接接合されて成ることによって、部品点数を増加させることなく保護回路基板を搭載した蓄電モジュールを提供することが出来る。   From the above explanation, the TH connection portion provided on the circuit board and the electrode lead arranged on the power storage element are directly joined, so that the power storage module equipped with the protection circuit board can be mounted without increasing the number of parts. Can be provided.

本発明の蓄電素子及び蓄電モジュールは、例えば、自動車における内燃機関、燃料電池、又はモーターと、蓄電素子と、を組み合わせたハイブリット駆動システムの分野;瞬間電力ピーク時のアシスト電源用途等として、好適に利用することができる。   The power storage element and the power storage module of the present invention are suitable, for example, in the field of a hybrid drive system in which an internal combustion engine, a fuel cell, or a motor in a car and a power storage element are combined; Can be used.

1 蓄電素子
2 セルスタック
3 電極リード
4 保護回路基板
5 TH接続部
6 レーザー光の照射部分
10 蓄電モジュール
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Power storage element 2 Cell stack 3 Electrode lead 4 Protection circuit board 5 TH connection part 6 Laser light irradiation part 10 Power storage module

Claims (6)

電極リードを有する複数の蓄電素子が、前記電極リードを介して電気的に直列および/または並列に接続された蓄電モジュールであって、
蓄電モジュールは、前記蓄電素子の少なくとも電圧を監視制御する保護回路基板を有し、
前記保護回路基板は、TH接続部を有し、かつ
前記電極リードと前記TH接続部は直接接合されて成る、
前記蓄電モジュール。
A plurality of power storage elements having electrode leads are power storage modules electrically connected in series and / or in parallel via the electrode leads,
The power storage module has a protection circuit board that monitors and controls at least the voltage of the power storage element,
The protective circuit board has a TH connection portion, and the electrode lead and the TH connection portion are directly bonded.
The power storage module.
前記電極リードと前記TH接続部との直接接合の状態は溶接状態である、請求項1に記載の蓄電モジュール。   The power storage module according to claim 1, wherein a state of direct bonding between the electrode lead and the TH connection portion is a welded state. 前記TH接続部は、前記保護回路基板の片方の面に配置された導体層である、請求項1または2に記載の蓄電モジュール。   The power storage module according to claim 1, wherein the TH connection portion is a conductor layer disposed on one surface of the protection circuit board. 前記TH接続部は、前記保護回路基板を厚み方向に貫通した導体層である、請求項1または2に記載の蓄電モジュール。   The power storage module according to claim 1, wherein the TH connection portion is a conductor layer that penetrates the protection circuit board in a thickness direction. 前記導体層は、銅または銀を含む金属材料である、請求項3または4に記載の蓄電モジュール。   The power storage module according to claim 3 or 4, wherein the conductor layer is a metal material containing copper or silver. 前記保護回路基板に設けられた前記TH接続部と前記電極リードの位置を合わせる工程と、
前記TH接続部の上面側からレーザー光を照射して前記TH接続部と前記電極リードとを接合する工程と、
を含む、請求項1〜5のいずれか1項に記載の蓄電モジュールの製造方法。
Aligning the positions of the electrode leads and the TH connection provided on the protection circuit board;
Irradiating a laser beam from the upper surface side of the TH connection portion to bond the TH connection portion and the electrode lead;
The manufacturing method of the electrical storage module of any one of Claims 1-5 containing these.
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