JP2018510488A - バッテリーパック保護のための相互接続部 - Google Patents

Abstract

バッテリーパック（３２）を保護する方法であって、各々が、正極（２５、２７）、負極（２９、３１）、および縁部（４３）を有する第１のバッテリーセル（２１）および第２のバッテリーセル（２３）が、第１および第２のバッテリーセルの正極が隣接するように整列される。第１および第２のバッテリーセルの縁部に配置されるように構成された導電性バスバー（４７）が、第１のバッテリーセルの正極を第１の保護デバイスに、第２のバッテリーセルの正極を第２の保護デバイスに、第１の保護デバイスを第２の保護デバイスに、そして第１のバッテリーセルの負極を第２のバッテリーセルの負極に電気的に接続する。バッテリーパック保護アセンブリもまた提供される。

Description

関連出願の相互参照

本出願は、２０１５年２月２７日に出願の米国仮出願第６２／１２６，４４１号の優先権を主張し、参照によりその開示が本明細書に組み込まれる。

本発明は、バッテリーパック保護のための相互接続に関する。

ノートまたはラップトップコンピュータまたはタブレットといった電子機器は、多くの場合、複数のバッテリーセル、または、複数のセルを収容するバッテリーパックを収容し、ラップトップコンピュータ、タブレットおよび他の電子デバイスに十分なエネルギーを供給する手段として相互に接続されている。リチウムイオンおよびリチウムポリマーバッテリー（総称的に「Ｌｉ‐バッテリー」）は、その高エネルギー密度、小さなフォームファクタおよび設計の融通性のため、使用されることが多い。しかしながら、Ｌｉ‐バッテリーパックは、外因的な短絡、充電状態の暴走、および／または過充電の濫用によって生じる障害に影響されやすく、結果として過電流および過剰温度状態によって損傷する可能性がある。過充電、深放電、または、短絡状態は、熱を発生させ、Ｌｉ‐バッテリーセルを膨張、破裂、または、他の問題を発生させる可能性がある。これにより、個別にまたはパックとして接続されているセルが、例えばサーマルカットオフ（ＴＣＯ）デバイスまたは他のタイプの過電流および過温度デバイスによって保護され、過電流および／または過温度の状況が生じた場合、損傷防止の助けとなるために電流を遮断する必要がある。

正の温度係数（ＰＴＣ）の素子およびＴＣＯのような保護デバイスは、バッテリーセルおよびバッテリーパックに、いかなる方法でも接続することができ、例えば、直列に、並列に、または、どんなこれらの組み合わせでも適切な保護を可能にする。しかしながら、電気機器においてバッテリーを備えた装置は、空間などの制約を受けるといったことが、電子機器がより小さくかつより薄くなるにつれて、特に問題となる。加えて、接続および組み立ての容易さが要求される。バッテリーを配置する従来の方法は、バッテリーセル対のうちの第１のバッテリーセルの正極と、その対のうちの第２のバッテリーセルの負極とを整列させ、一方の正極から第２の正極、そして一方の負極から第２の負極へ、ワイヤによって保護デバイスに接続するものである。この種のワイヤは、回路内のそれぞれの部品にはんだ付け、または、溶接されなければならず、その取り付けにより、乱雑におよび／または散乱して配線している装置となることがあり得る。複雑な装置は、より高い電力消費、より高い抵抗、およびより高い電圧低下を有することになり、距離の長い導電路を備え得る。これら全ては、電子機器の過熱に帰する可能性がある。更にまた、当該装置は、当機器の有用な空間を占有し、時に、当該保護デバイスおよび配線を収容するために、より大きなデバイスサイズとなる。依然として、十分な保護をもたらす一方で、簡素化した装置が、このように所望される。

第１の態様において、バッテリーパックを保護する方法であって、
（ａ）各々が（ｉ）正極、（ｉｉ）負極、および（ｉｉｉ）縁部を有する、第１および第２のバッテリーセルを提供することと、
（ｂ）第１の保護デバイスおよび第２の保護デバイスを提供することと、
（ｃ）第１および２のバッテリーセルの正極を整列させることと、
（ｄ）第１および第２のバッテリーセルの縁部上に配置されるように構成された導電性バスバーを提供することと、
（ｅ）第１のバッテリーセルの正極を第１の保護デバイスに、第２のバッテリーセルの正極を第２の保護デバイスに、そして第１の保護デバイスを第２の保護デバイスに、バスバーによって電気的に接続することと、を含む、方法を提供する。

バッテリーパック保護アセンブリであって、
（ａ）各々が（ｉ）正極、（ｉｉ）負極、および（ｉｉｉ）縁部を有する、第１および第２のバッテリーセルであって、第１および第２のバッテリーセルの正極が、対を形成するように互いに整列される、第１および第２のバッテリーセルと、
（ｂ）第１の保護デバイスおよび第２の保護デバイスと、
（ｃ）第１および第２のバッテリーセルの縁部上に配置され、第１のバッテリーセルの正極を第１の保護デバイスに、第２のバッテリーセルの正極を第２の保護デバイスに、第１の保護デバイスを第２の保護デバイスに、そして第１のバッテリーセルの負極を第２のバッテリーセルの負極に電気的に接続する導電性バスバーと、を備える、バッテリーパック保護アセンブリもまた提供される。

図１は、従来のバッテリーパック保護装置の回路図である。

図２は、本開示のバッテリーパック保護装置の回路図である。

図３は、本開示の一対のバッテリーセルの分解斜視図である。

図４は、本開示のバッテリーパック保護装置の斜視図である。

図５は、図４のバッテリーパック保護装置の分解斜視図である。

図６は、図５の一部分の詳細図である。

図７は、本開示のバッテリーパック保護装置の底部からの分解斜視図である。

図８は、本開示の当該バッテリーパック保護装置の断面図である。

従来のバッテリーパック保護装置の回路図を図１に示す。回路１は、第１のセルの正極（端子ともいう）９が、第２のセル７の負極１１と直接向かい合って（または、隣接して第１および第２のセルが並んで「挟む」場合）整列されるように配置した、３つの第１のバッテリーセル５および３つのバッテリーセル７を示す。サーマルカットオフデバイス１３は、各正極９に電気的に接続し、その電気接続は、バスバー１５または他の電気接続によって、各第１のセル５の正極から各第２のセル７の正極まで行われる。第１のセル５および第２のセル７からの負極１１もまた、バスバー１７または他の電気的手段により接続され、第１および第２のバッテリーセルの一対の負極から、第１および第２のバッテリーセルの第２の部品の正極まで接続される。この種の接続は、多くの場合、ワイヤを使用している。適切なバッテリーセルに接続するために、比較的長さの長いワイヤが必要な場合があり、複雑かつ乱雑である可能性のある相互接続をもたらす。これは結果として、アセンブリを製造する時間が長くなる場合がある。相互接続するワイヤが互いに交差する場合、ワイヤ間で電気的に接触する可能性があり、望ましくなく、かつ、短絡を引き起こす可能性がある。その結果、接触を防止するために、電気的に絶縁する場合があり、装置のコストと複雑さが増す。

図２は、本開示のバッテリーパック保護装置２０の回路図である。本実施形態において、３つの第１のバッテリーセル２１、２１Ａ、２１Ｂはそれぞれ、正極２５および負極２９を有する。３つの第２のバッテリーセル２３、２３Ａ、２３Ｂはそれぞれ、正極２７および負極３１を有する。第１のバッテリーセル２１および第２のバッテリーセル２３の各組み合わせは、対３２、別名バッテリーパックを形成する。第１の保護デバイス３３は、本実施形態においてサーマルカットオフデバイス（ＴＣＯ）として示され、接続３７によって第１のバッテリーセルの正極２５に電気的に接続し、一方で、第２の保護デバイス３５が、接続３９によって第２のバッテリーセルの正極２７に電気的に接続している。第１および第２の保護デバイスは、接続４１を介して電気的に接続される。

図３の分解模式図において更に詳細に示すように、正極２５および負極２９は、第１のバッテリーセル２１の縁部４３上に配置され、正極２７および負極３１は、第２のバッテリーセル２３の縁部４５上に配置される。第１および第２のバッテリーセルが、極性の整列があるように配置されること、つまり各々の正極が整列される、すなわち、図２の模式図に示すように、相互に向かい合って配置されることが重要である。図３の線Ｐは正極端子２５、２７のこの整列を示し、線Ｎは負極端子２９、３１の整列を示す。このような整列は、本開示の簡略化された相互接続方式を可能にする鍵である。

図４および５は、それぞれ斜視図および分解斜視図にて、バスバー４７を介して接続される、３つのバッテリーパック２３、２３Ａ、２３Ｂを有するバッテリーパック保護装置を示す。金属層４９および絶縁キャリアストリップ５１が組み合わされて、バスバー４７を形成し、これが一体となった場合、部分アセンブリとして使用することができる。一実施形態において、金属層４９は銅であるが、任意の適切な金属であることもできる。図５に示す実施形態では、４つの金属片は、金属層４９を形成する。一部の用途では、金属片を覆って絶縁層を形成し、例えば溶接によって電気的接続を行うために、露出させた金属領域を残すことが望ましい。絶縁キャリアストリップ５１は、任意の適切な電気絶縁（誘電体）材料から作製され、絶縁をもたらすことに加えて、金属層４９の補強材としての機能を果たすことができる。製造の容易さのために、キャリアストリップ５１は、プラスチックが望ましい。補強素子５３は、キャリアストリップ５１の一部であり、同様のノッチ５５は、溶接のために適切な位置へ接触を可能にし、支柱５７は、金属層４９上の整列した穴５９から突き出ることができ、適切な取り付けを通じて、素子を保持するための機能を果たす。

本実施形態において、３つのバッテリーパックが示される一方で、必要に応じて電力を電子機器に供給するために、任意のパック数であってもよい。

図６は、図５の一部分の詳細図を示す。保護デバイス３５Ａは、例えば、溶接もしくははんだまたは他の適切な手段によって、第１の金属端子６１を介し正極端子２７Ａへ電気的に取り付けられ、第２の金属端子６３によりバスバー４７に取り付ける役目をする取り付け素子６５へ電気的に取り付けられる。正極２５Ａおよび取り付け支柱６５´に接続した保護デバイス３３Ａを伴ったバッテリーパックの反対側に、同様の接続が行われる。

図７は、バスバー４７および３つのバッテリーパック３２の底部からの分解図を示す。見えている部分は、取り付け支柱６５に電気接続を可能にするために、ノッチ５５を介して提供される接触部である。

図８は、組み立てられた保護装置２０の横断面を示す。

開示されるバッテリーパックを保護する方法は、各々が正極および負極を備えた、第１および第２のバッテリーセルを提供することを含む。第１および第２の保護デバイスもまた提供される。第１および第２のバッテリーセルの正極が対を形成するように整列され、導電性バスバーは、第１のバッテリーセルの正極から第１の保護デバイスへの電気接続、第２のバッテリーセルの正極から第２の保護デバイスへの電気接続、第１の保護デバイスから第２の保護デバイスへの電気接続、そして第１のバッテリーセルの負極から第２のバッテリーセルの負極への電気接続があり、このように配置される。電気接続は、溶接、はんだ付け、導電性接着剤の使用、機械的取り付け（例えばステープルまたはリベットを介して）、または、任意の他の適切な手段によって行われる。

保護デバイスは、サーマルカットオフデバイス、例えば、バイメタル素子を含むデバイスでもよい。あるいは、正温度係数抵抗（ＰＴＣ）デバイスであってよい。保護デバイスが再設置可能であることが特に好ましい。好適なデバイスは、タイコエレクトロニクス社で販売されているＭＨＰ−ＴＡデバイスであり、ポリマーＰＴＣ部品およびバイメタル素子の両方を有する。

開示されるのは、相互接続のバッテリー保護配置図であり、並列および直列回路において単純な相互接続の板により、複数のバッテリーセルを電気的に保護することができる。バッテリーの相互接続保護の配置図は、簡素な設計を実現するために、あるセルの正極と共に配列され、別のバッテリーセルの正極と整列された、複数の対となるバッテリーセルの配置図を有する。前述の図２および５を参照すると、一実施形態では、６つのバッテリーパック用としての、バッテリー保護の相互接続部、すなわちバスバーは、１枚の絶縁体の小板に付けられた露出した接続領域を備えた、４つの絶縁された導電性金属片から成り得る。第１の金属片は、バッテリー２１および２３の両方の負極に接続している。第２の金属片は、バッテリー２１および２３の正極側からバッテリー２１Ａおよび２３Ａの負極側まで、２つの回路保護デバイスに接続している。第３の金属片は、第２の金属片と同じである。最後に、第４の金属片は、２つの回路保護デバイスおよび正極に接続している。相互接続のバッテリー保護の配置図は、複数のバッテリーセルおよび平行／直列接続を備えた回路保護デバイスにとって、簡易な設計を可能にする。

前述の発明の詳細な説明は、大部分または専ら特有な部分または本発明の態様に関する引用文を含む。これは明瞭さおよび便宜のためであり、固有の特徴が、開示された部分において、ただの引用文以上に適切であり得ることがあり、本明細書において開示は、異なる引用文で判明したすべての情報の適切な組み合わせを含むことを理解すべきである。同様に、それぞれの図およびその説明が、本発明の特定の実施形態に関するにもかかわらず、ここでは固有の特徴が、特定の図の前後関係にて開示されると理解すべきであり、このような特徴を、適切に拡張して、別の図の前後関係において、別の特徴と組み合わせて、または、通常は本発明にて使用することもできる。

上記装置の配列および方法は、原理または本発明の応用例を、そこから単に図示し、多くの他の実施形態および変形例は、本請求項記載の本発明の趣旨と範囲から逸脱することなく作製され得ると理解されるであろう。

Claims (11)

1. バッテリーパックを保護する方法であって、
   （ａ）各々が（ｉ）正極、（ｉｉ）負極、および（ｉｉｉ）縁部を有する、第１および第２のバッテリーセルを提供することと、
   （ｂ）第１の保護デバイスおよび第２の保護デバイスを提供することと、
   （ｃ）対を形成するように、前記第１および第２のバッテリーセルの前記正極を整列させることと、
   （ｄ）前記第１および第２のバッテリーセルの前記縁部に配置されるように構成された導電性バスバーを提供することと、
   （ｅ）前記第１のバッテリーセルの前記正極を前記第１の保護デバイスに、前記第２のバッテリーセルの前記正極を前記第２の保護デバイスに、前記第１の保護デバイスを前記第２の保護デバイスに、そして前記第１のバッテリーセルの前記負極を前記第２のバッテリーセルの前記負極に、前記バスバーによって電気的に接続することと、を含む、方法。
2. 前記第１および第２のバッテリーセルが、リチウムバッテリーまたはリチウムポリマーバッテリーである、請求項１に記載の方法。
3. 前記第１および第２の保護デバイスのうちの少なくとも１つがサーマルカットオフデバイスであり、好ましくは、前記サーマルカットオフデバイスは、バイメタル部品を含む、請求項１に記載の方法。
4. 前記第１および第２の保護デバイスのうちの少なくとも１つが正温度係数（ＰＴＣ）デバイスであり、好ましくは、前記第１および第２の保護デバイスは、ＰＴＣデバイスである、請求項１に記載の方法。
5. 前記バスバーは銅を含み、好ましくは、前記バスバーは更に、前記バスバーに取り付けられた絶縁キャリアストリップを備える、請求項１に記載の方法。
6. 複数の第１および第２のバッテリーセルの対を提供することを含む、請求項１に記載の方法。
7. バッテリーパック保護アセンブリであって、
   （ａ）各々が（ｉ）正極、（ｉｉ）負極、および（ｉｉｉ）縁部を有する、第１および第２のバッテリーセルであって、前記第１および第２のバッテリーセルの前記正極が、対を形成するように互いに整列されている、第１および第２のバッテリーセルと、
   （ｂ）第１の保護デバイスおよび第２の保護デバイスと、
   （ｃ）前記第１および第２のバッテリーセルの前記縁部上に配置され、前記第１のバッテリーセルの前記正極を前記第１の保護デバイスに、前記第２のバッテリーセルの前記正極を前記第２の保護デバイスに、前記第１の保護デバイスを前記第２の保護デバイスに、そして前記第１のバッテリーセルの前記負極を前記第２のバッテリーセルの前記負極に電気的に接続する導電性バスバーと、を備える、バッテリーパック保護アセンブリ。
8. 前記バスバーによって接続された複数の第１および第２のバッテリーセルの対を含む、請求項７に記載の保護アセンブリ。
9. 前記第１および第２の保護デバイスのうちの少なくとも１つは、サーマルカットオフデバイスであり、好ましくは、前記第１および第２の保護デバイスは、両方ともサーマルカットオフデバイスである、請求項７に記載の保護アセンブリ。
10. 前記第１および第２の保護デバイスのうちの少なくとも１つが正温度係数（ＰＴＣ）デバイスであり、好ましくは、前記第１および第２の保護デバイスは、ＰＴＣデバイスである、請求項１２に記載の保護アセンブリ。
11. 前記バスバーは銅を含み、好ましくは、前記バスバーは更に、前記バスバーに取り付けられた絶縁キャリアストリップを備える、請求項１２に記載の保護アセンブリ。

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