JP3606278B2

JP3606278B2 - 電池の端子接続構造

Info

Publication number: JP3606278B2
Application number: JP2003064950A
Authority: JP
Inventors: 祐志中田
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2003-03-11
Filing date: 2003-03-11
Publication date: 2005-01-05
Anticipated expiration: 2023-03-11
Also published as: JP2004273351A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、配線基板に搭載した電池単体の電極端子を電圧検出線に接続する電池の端子接続構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、自動車の排ガスによる大気汚染が世界的な問題となっている中で、電気を動力源とする電気自動車やエンジンとモータを組み合わせて走行するハイブリッドカーが注目を集めており、これらに搭載する高エネルギ密度、高出力密度となる高出力型電池の開発が産業上重要な位置を占めている。
【０００３】
このような高出力型電池としては例えばリチウムイオン電池があり、平板状の正極板と負極板とをセパレータを介在させつつ積層した発電要素の両面を一対のラミネートフィルムで挟み、その周縁部を熱溶着により接合することで、発電要素とともに電解液を密封する積層型電池が知られている。
【０００４】
上記したラミネートフィルムを外装とした電池単体は、複数並列に配置した電池集合体（以下、組電池ともいう）を金属板上に固定して電池パックを構成したものが、例えば特開２００２−１００３３７号公報に開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、複数の電池単体によって構成した電池集合体は、電池間の容量がばらつくために個々の電池単体の電圧を検出して、各電池単体相互間の電圧バランス（容量）を調整する必要があり、この場合、本来の充放電を行う配線以外に電圧検出用の配線を必要とする。
【０００６】
このように、電圧検出用の配線を必要とする場合は、配線箇所が増加するために電池集合体の製造工程が複雑化し、これにより製品のコストアップを招くものとなる。
【０００７】
そこで、本発明は、電圧検出線と電池単体との接続の簡素化を図り、組立工程での作業性を向上させることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の電池集合体は、ラミネートフィルムで外装した電池単体を配線基板の面内に搭載し、この電池単体の正極および負極の電極端子に電圧検出線を接続する電池の端子接続構造であって、前記配線基板に前記電圧検出線を設けるとともに、この配線基板の面内に、前記電圧検出線と前記電池単体の電極端子との双方に電気的に接続される導電性のベースプレートを設け、前記電極端子が接続される前記ベースプレート表面の電極端子接続部に、前記電極端子を位置決めする凹部を、前記配線基板と反対側の前記ベースプレート表面に開口するよう設け、前記ベースプレートに形成した凹部に、前記電池単体の正極および負極の電極端子をそれぞれ嵌合して、前記電池単体の正極および負極の電極端子と前記電圧検出線とを電気的に接続することを特徴としている。
【０００９】
【発明の効果】
本発明によれば、配線基板の面内にベースプレートを設け、この配線基板に電池単体を搭載する際にその電極端子をベースプレートに接続することにより、電極端子と電圧検出線との接続を行うようにしたので、電池単体を搭載する際に電圧検出線との接続の簡素化を図ることができ、組立工程での作業性を向上することができる。
また、ベースプレートの表面に、配線基板と反対側のベースプレート表面に開口するよう凹部を設けて、電池単体の正極および負極の電極端子を位置決めするようにしたので、電池単体を配線基板に搭載する際に簡単かつ正確に位置決めすることができ、組立工程での作業性をさらに向上することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面に基づき説明する。
【００１１】
図１〜図１０は本発明に係わる電池の端子接続構造の一実施形態を示し、図１は電池単体の斜視図、図２は図１中Ａ−Ａ線に沿った拡大断面図、図３は図１中Ｂ部の拡大断面図、図４はベースプレートを設けた配線基板の平面図、図５はベースプレートの拡大斜視図、図６は電池単体を搭載した配線基板の平面図、図７は図６中Ｃ−Ｃ線に沿った要部拡大断面図、図８は図６中Ｄ−Ｄ線に沿った要部拡大断面図、図９は組電池の分解斜視図、図１０は組電池の外観斜視図である。
【００１２】
本実施形態の電池の端子接続構造は、図１に示す電池単体１０を、図４に示す配線基板としてのフレキシブルプリント配線基板２０に搭載する際に、電池単体１０と電圧検出線３０ａ〜３０ｅとを接続する構造に適用する。
【００１３】
電池単体１０は、図２に示すように発電要素としての積層電極１１を、一対のラミネートフィルム１２，１３の中央部間に配置し、これら一対のラミネートフィルム１２，１３によって積層電極１１の両面（図２中、上下方向）を挟むようにして覆ってある。
【００１４】
前記積層電極１１は、図２に示すように複数枚の正極板１１Ａおよび負極板１１Ｂを、それぞれセパレータ１１Ｃを介在しつつ順次積層して構成してある。各正極板１１Ａは正極リード１１Ｄを介して電極端子としての正極タブ１４と接続するとともに、各負極板１１Ｂは負極リード１１Ｅを介して電極端子としての負極タブ１５と接続し、これら正極タブ１４および負極タブ１５を前記ラミネートフィルム１２，１３の接合部分１６から外方に引き出してある。
【００１５】
積層構造として形成した前記積層電極１１は、所定肉厚を持った扁平な矩形状を成しており、図２に示すように一方のラミネートフィルム１２に形成した凹部１８に電解液とともに収納する。そして、この凹部１８の開口部を覆うように平坦に形成した他方のラミネートフィルム１３を配置して、これら両方のラミネートフィルム１２，１３の周縁部同士を減圧条件下で熱溶着して密封し、これらラミネートフィルム１２，１３によって外装ケース１７を構成してある。
【００１６】
前記ラミネートフィルム１２，１３は、図３に示すように外側から内側（接合部分１６）に向かって樹脂層となるナイロン層α、接着剤層β、金属層となるアルミ箔層γ、樹脂層となるＰＥ（ポリエチレン）またはＰＰ（ポリプロピレン）層δで構成してある。このようにして構成される電池単体１０としては、例えばリチウムイオン二次電池がある。
【００１７】
ところで、本実施形態では図６に示すように、配線基板としてのフレキシブルプリント配線基板２０に複数（本実施形態では４個）の第１〜第４電池単体１０ａ〜１０ｄを搭載して電池集合体１を構成している。
【００１８】
このように複数の電池単体１０ａ〜１０ｄを搭載して電池集合体１を構成する場合、個々の電池単体１０ａ〜１０ｄ間の電圧バランス（容量）を調整するために、本実施形態では各電池単体１０ａ〜１０ｄの電圧を検出して全体的な電圧を制御している。この際、各電池単体１０ａ〜１０ｄの電圧を取り出すために第１〜第５電圧検出線３０ａ〜３０ｅを設ける。
【００１９】
ここで、本実施形態では図４に示すように、前記第１〜第５電圧検出線３０ａ〜３０ｅを前記フレキシブルプリント配線基板２０に設けるとともに、このフレキシブルプリント配線基板２０の面内に、前記各電圧検出線３０ａ〜３０ｅと前記各電池単体１０ａ〜１０ｄの正，負極タブ１４，１５との双方に電気的に接続する導電性の第１〜第５ベースプレート４０ａ〜４０ｅを設けてある。
【００２０】
第１，第５ベースプレート４０ａ，４０ｅは、１つの電池単体１０を接続する短尺タイプとし、一方、第２，第３，第４ベースプレート４０ｂ，４０ｃ，４０ｄは、２つの電池単体１０を並設して接続する長尺タイプとなっている。
【００２１】
そして、第１，第３，第５ベースプレート４０ａ，４０ｃ，４０ｅを、フレキシブルプリント配線基板２０の一側部分２０ａに、これらの順に適宜間隔を設けて配置する一方、第２，第４ベースプレート４０ｂ，４０ｄを、フレキシブルプリント配線基板２０の他側部分２０ｂに、これらの順に適宜間隔を設けて配置する。
【００２２】
第１〜第５ベースプレート４０ａ〜４０ｅには、それぞれ対応する前記第１〜第５電圧検出線３０ａ〜３０ｅの一端部を接続するとともに、これら第１〜第５電圧検出線３０ａ〜３０ｅの他端部は、フレキシブルプリント配線基板２０の一側部分２０ａから外方に延設した集合部２０ｃに集合して取り出してある。そして、前記集合部２０ｃの先端部に電圧検出線３０ａ〜３０ｅのコネクタ３１が設けられる。
【００２３】
前記各ベースプレート４０ａ〜４０ｅは、図５に示すように電極端子接続部となる表面４０Ｆに、電池単体１０の正，負極タブ１４，１５の位置決め部となる凹部４１を設ける。なお、図５のベースプレートは、長尺の第２〜第４ベースプレート４０ｂ〜４０ｄに例を示した関係上、凹部４１を２箇所設けてあるが、もちろん、短尺の第１，第５ベースプレート４０ａ，４０ｅでは凹部４１は１箇所となる。
【００２４】
そして、図６に示すように第１〜第４電池単体１０ａ〜１０ｄをフレキシブルプリント配線基板２０に搭載するにあたって、第１ベースプレート４０ａの凹部４１に第１電池単体１０ａの正極タブ１４を嵌合して接続するとともに、第２ベースプレート４０ｂの一方の凹部４１に第１電池単体１０ａの負極タブ１５を、他方の凹部４１に第２電池単体１０ｂの正極タブ１４を嵌合して接続する。
【００２５】
このようにして、第３ベースプレート４０ｃ、第４ベースプレート４０ｄ、第５ベースプレート４０ｅの各凹部４１に、第２電池単体１０ｂの負極タブ１５、第３電池単体１０ｃの正，負極タブ１４，１５、第４電池単体１０ｄの正，負極タブ１４，１５を順次嵌合して接続し、第１〜第４電池単体１０ａ〜１０ｄを、第１〜第５ベースプレート４０ａ〜４０ｅを介して直列接続する。
【００２６】
また、前記第１〜第５ベースプレート４０ａ〜４０ｅにそれぞれ対応して第１〜第５バスバー４２ａ〜４２ｅを設け、図７，図８に示すように、各バスバー４２ａ〜４２ｅと前記ベースプレート４０ａ〜４０ｅとの間に前記正，負極タブ１４，１５を挟み固定する。
【００２７】
すなわち、本実施形態では図５に示すように、前記第１〜第５ベースプレート４０ａ〜４０ｅの両端部に透孔４０Ｈを形成するとともに、この透孔４０Ｈに整合する透孔４２Ｈ（図８参照）を前記第１〜第５バスバー４２ａ〜４２ｅの両端部に形成する。そして、図８に示すように、これら透孔４０Ｈ，４２Ｈに挿通した取付ボルト４３をフレキシブルプリント配線基板２０に貫通して、その下端部からナット４３ａを締結する。
【００２８】
これによって、前記正，負極タブ１４，１５は、ベースプレート４０ａ〜４０ｅとバスバー４２ａ〜４２ｅとの間に強く挟み固定され、また、これと同時にベースプレート４０ａ〜４０ｅおよびバスバー４２ａ〜４２ｅはフレキシブルプリント配線基板２０に結合される。
【００２９】
このとき、図８に示すように前記電圧検出線３０ａ〜３０ｅは、フレキシブルプリント配線基板２０の内部に埋設状態で配線されており、各ベースプレート４０ａ〜４０ｅに対応した電圧検出線３０ａ〜３０ｅが、ベースプレート４０ａ〜４０ｅの両端部に設けた取付ボルト４３の一方に接触する。そして、その取付ボルト４３を介して電圧検出線３０ａ〜３０ｅは、それぞれ対応するベースプレート４０ａ〜４０ｅおよびバスバー４２ａ〜４２ｅと短絡することになる。
【００３０】
このようにして、１枚のフレキシブルプリント配線基板２０の片面に複数の電池単体１０ａ〜１０ｄを搭載して電池集合体１を構成するが、さらに、図９，図１０に示すように、この電池集合体１を複数積層して電池積層体２を構成することができる。
【００３１】
このとき、電池積層体２は、上下方向に積層した電池集合体１同士を互いに電気的に接続する必要がある。この上下方向への接続は、図６，図９に示すように、第１バスバー４２ａおよび第５バスバー４２ｅをそれぞれフレキシブルプリント配線基板２０の外方に突出させて延設し、それら延設部分４２ａ′，４２ｅ′の一方を下方に隣接する電池集合体１と短絡するとともに、他方を上方に隣接する電池集合体１と短絡させる。これにより、上下に積層した複数の電池集合体１相互を直列に接続する。
【００３２】
したがって、本実施形態の電池積層体２では、各電池集合体１で複数の電池単体１０ａ〜１０ｄを直列接続したものを、積層した上下に隣接する電池集合体１で直列接続したことにより、電池積層体２全体で高電圧の取り出しが可能となっている。
【００３３】
また、図１０に示すように前記電池積層体２には、各電池集合体１の電圧検出線３０ａ〜３０ｅで取り出した各電池単体１０の電圧を入力して制御する電池制御基板３を設けてある。この電池制御基板３を各フレキシブルプリント配線基板２０と重ね合わされる方向、つまり、本実施形態では電池積層体２の頂面、言い換えれば最上段の電気集合体１の上面に配置する。
【００３４】
そして、各フレキシブルプリント配線基板２０から突出した集合部２０ｃを図１０中で上方に折り曲げて、その先端部に設けたコネクタ３１を前記電池制御基板３に接続する。なお、前記電池制御基板３に実装されるＩＣなどの電子部品は省略してある。
【００３５】
このとき、前記集合部２０ｃの延設長さは、電池制御基板３を電池積層体２の頂面に配置した関係上、上層に配置されるフレキシブルプリント配線基板２０程短くして、集合部２０ｃが無駄に弛むのを防止してある。
【００３６】
以上の構成により本実施形態の電池の端子接続構造にあっては、複数の電池単体１０ａ〜１０ｄをフレキシブルプリント配線基板２０に搭載するにあたって、このフレキシブルプリント配線基板２０の面内に、電圧検出線３０ａ〜３０ｅと電池単体１０ａ〜１０ｄの正，負極タブ１４，１５との双方に電気的に接続される導電性のベースプレート４０ａ〜４０ｅを設けるようにしたので、電池単体１０ａ〜１０ｄを搭載する際に、それぞれの正，負極タブ１４，１５をベースプレート４０ａ〜４０ｅに接続することにより、電池単体１０ａ〜１０ｄと電圧検出線３０ａ〜３０ｅとの接続が完了する。これにより、これら電池単体１０ａ〜１０ｄと電圧検出線３０ａ〜３０ｅとの接続の簡素化が図られ、ひいては、組立工程での作業性を向上することができる。
【００３７】
また、本実施形態では前記作用・効果に加えて、前記ベースプレート４０ａ〜４０ｅの表面４０Ｆに凹部４１を設けて、各電池単体１０ａ〜１０ｄの正，負極タブ１４，１５を位置決めするようにしたので、フレキシブルプリント配線基板２０に搭載する際に電池単体１０ａ〜１０ｄを簡単かつ正確に位置決めすることができ、組立工程での作業性をさらに向上することができる。
【００３８】
さらに、１つのフレキシブルプリント配線基板２０に複数の電池単体１０ａ〜１０ｄを搭載し、それぞれの電池単体１０ａ〜１０ｄを直列接続して電池集合体１を構成したので、各フレキシブルプリント配線基板２０で大電圧を取り出すことができる。そして、この電池集合体１を複数積層することで、組電池となる電池積層体２を容易に構成することができる。
【００３９】
ところで、本実施形態では複数の電池単体１０ａ〜１０ｄを直列接続した場合を開示したが、これら電池単体１０ａ〜１０ｄは並列接続してもよく、また、直列接続と並列接続とを混在させることもでき、並列接続によって電池容量を高めることができる。
【００４０】
また、前記電池単体１０ａ〜１０ｄはフレキシブルプリント配線基板２０の片面に搭載したが、これに限ることなくフレキシブルプリント配線基板２０の両面に搭載してもよく、このように両面搭載することにより電池集合体１の容積効率を高めることができる。
【００４１】
また、前記ベースプレート４０ａ〜４０ｅに対応してバスバー４２ａ〜４２ｅを設けて、このバスバー４２ａ〜４２ｅとベースプレート４０ａ〜４０ｅとの間に電池単体１０ａ〜１０ｄの正，負極タブ１４，１５を挟み固定したので、正，負極タブ１４，１５の接続を簡単かつ確実に行えるとともに、正，負極タブ１４，１５の支持剛性を高めることができる。
【００４２】
さらに、電池単体１０ａ〜１０ｄを搭載したフレキシブルプリント配線基板２０はフレキシブル素材であり、このフレキシブルプリント配線基板２０から集合部２０ｃを延設し、この集合部２０ｃに電圧検出線３０ａ〜３０ｅを集合して、その集合部２０ｃの先端部に電圧検出線３０ａ〜３０ｅのコネクタ３１を設けたので、電圧検出線３０ａ〜３０ｅの取り出し部分を集合部２０ｃで保護した状態で湾曲や折曲げが可能となって、コネクタ３１を目的の接続部位（本実施形態では電池制御基板３）に容易に案内することができ、配線の作業性が向上する。
【００４３】
さらにまた、前記コネクタ３１は、前記フレキシブルプリント配線基板２０に重ね合わせ方向に配置した電池制御基板３に接続する構造となっているので、電池制御基板３をフレキシブルプリント配線基板２０と一体化させることができ、フレキシブルプリント配線基板２０を複数積層して電池積層体２を構成した場合にも、全体のコンパクト化を図ることができる。
【００４４】
ところで、本発明の電池の端子接続構造は前記実施形態に例を取って説明したが、これに限ることなく本発明の要旨を逸脱しない範囲で各種実施形態を採用することができる。例えば、電池単体１０ａ〜１０ｄとしてはリチウムイオン二次電池に限ることなく、同様の構成となる他の電池を用いた場合にあっても本発明を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示す電池単体の斜視図である。
【図２】図１中Ａ−Ａ線に沿った拡大断面図である。
【図３】図１中Ｂ部の拡大断面図である。
【図４】本発明の一実施形態を示すベースプレートを設けた配線基板の平面図である。
【図５】本発明の一実施形態を示すベースプレートの拡大斜視図である。
【図６】本発明の一実施形態を示す電池単体を搭載した配線基板の平面図である。
【図７】図６中Ｃ−Ｃ線に沿った要部拡大断面図である。
【図８】図６中Ｄ−Ｄ線に沿った要部拡大断面図である。
【図９】本発明の一実施形態を示す組電池の分解斜視図である。
【図１０】本発明の一実施形態を示す組電池の外観斜視図である。
【符号の説明】
１電池集合体
２電池積層体
３電池制御基板
１０，１０ａ〜１０ｄ電池単体
１４正極タブ（電極端子）
１５負極タブ（電極端子）
２０フレキシブルプリント配線基板（配線基板）
２０ｃフレキシブルプリント配線基板の集合部
３０ａ〜３０ｅ電圧検出線
３１コネクタ
４０ａ〜４０ｅベースプレート
４０Ｆベースプレートの表面（電極端子接続部）
４１電極端子を位置決めする凹部
４２ａ〜４２ｅバスバー

Claims

ラミネートフィルムで外装した電池単体を配線基板の面内に搭載し、この電池単体の正極および負極の電極端子に電圧検出線を接続する電池の端子接続構造であって、
前記配線基板に前記電圧検出線を設けるとともに、この配線基板の面内に、前記電圧検出線と前記電池単体の電極端子との双方に電気的に接続される導電性のベースプレートを設け、
前記電極端子が接続される前記ベースプレート表面の電極端子接続部に、前記電極端子を位置決めする凹部を、前記配線基板と反対側の前記ベースプレート表面に開口するよう設け、
前記ベースプレートに設けた凹部に、前記電池単体の正極および負極の電極端子をそれぞれ嵌合させて、前記電池単体の正極および負極の電極端子と前記電圧検出線とを電気的に接続することを特徴とする電池の端子接続構造。
前記配線基板に搭載する電池単体を複数設け、この複数の電池単体それぞれを直列および／または並列に接続するように、各電池単体を配線基板の片面または両面に搭載したことを特徴とする請求項１に記載の電池の端子接続構造。
前記ベースプレートに対応するバスバーを設け、このバスバーとベースプレートとの間に前記電極端子を挟み固定したことを特徴とする請求項１または２に記載の電池の端子接続構造。
前記配線基板をフレキシブル素材で形成し、この配線基板から前記電圧検出線の取り出し部を集合する集合部を延設し、この集合部の先端部に電圧検出線のコネクタを設けたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の電池の端子接続構造。
前記コネクタは、前記配線基板に重ね合わせ方向に配置した電池制御基板に接続したことを特徴とする請求項４に記載の電池の端子接続構造。