JP5111099B2 - 電池パック - Google Patents

Description

この発明は、電池パックの構造に関し、特に複数個の扁平状の電池セルが積み重ねられてなる電池パックの振動耐性を強化するための構造に関する。

２次電池、特に、リチウムイオン２次電池は、高容量・高エネルギー密度を有し、かつ、貯蔵性能や充放電の繰り返し特性に優れる為、広く民生機器に利用されている。
民生用機器においては小型、高密度化が必須であり、外装材で収納された発電要素（電気化学セル）の一辺から正極及び負極が外部に導出されたリードを有する電池セルが用いられている（例えば、特許文献１参照）。
図１３および図１４は、従来の電池パックの構成例を示す斜視図である。図１３は、一つの電池セル１００の形状を示している。符号１０１は正極リード、符号１０２は負極リードである。

このような構成の電池セルを用いて、更なる２次電池の大容量化および／または高電圧化を図る場合、複数の電池セルを積層した電池パックとして用いる。図１４は、複数の電池セル１００ａ〜１００ｎが積み重ねられてなる電池パックの構成を示す斜視図である。図１４においては、上下に隣り合う電池セルを表裏反転させて積層している。このように積層すれば、上下に隣り合うリードは、互いの極性が異極になる。そこで、これらのリードを互いに溶接することによって、電気的に直列接続され、高電圧の２次電池を得ることができる。

具体的には、第１の電池セル１００ａの正極リード１０１ａと表裏反転させて積層した第２の電池セル１００ｂの負極リード１０２ｂとをスポット溶接により溶接する。次に第２の電池セル１００ｂの正極リード１０１ｂと第３の電池セル１００ｃの負極リード１０２ｃを溶接することにより、直列に接続される。このような複数個の電池セルに対して、第ｎの電池セル１００ｎまで積層する。

以上のように接続された電池セルに対して、第１の電池セル１００ａの負極リード１０２ａから出力配線１０３と第ｎの電池セルの正極リード１０１ｎから出力配線１０４を溶接して引回し、電圧を出力することにより、高電圧の２次電池を得ることができる。

なお、各電池セルから導出されたリードをスポット溶接により接続する関係上、作業性を考慮して、約１５ｍｍ以上の長さを有している。また、リード間での短絡を防ぐため、リードとリードとの間に図示しない絶縁シートが配置される。

さらに安全性の観点から、それぞれの電池セルの電圧値が確認できるように、リードのスポット溶接部分に電圧検出線１０５が接続される。電圧検出線１０５の電圧を監視することにより各電池セルに係る異常電圧の発生を検出することができる。
特開２００６−７３４５７号公報

しかしながら、従来の電池パックの構造は、積層されている各電池セルのリードを直接的に溶接できる反面、リードのスポット溶接時に、作業性の観点から、リードには最低１５ｍｍ以上の長さは必要であり、空間的にロスが発生する。

また、リードでの溶接信頼性に関していえば、スポット溶接は簡単な方法で物体を一体化できる反面、物体が局所的に接続されているだけであるため、耐振動性に関して十分な信頼性が確保できない場合がある。例えば、電池パックの輸送時等に振動が加わって各電池セルに横方向（積層方向に対して垂直な方向）のズレが発生した場合、ズレによってリード間の溶接をはがすような力が発生し、溶接部分が破断することがある。

また、上記構造の複数個の電池セルを有する２次電池の出力に関して、リード（１０２ａ、１０１ｎ）から、別途、出力配線用のケーブル（１０３、１０４）を用いて所望の位置まで引回す必要がある。さらに、安全性の向上を図る上で、各電池セル単位で電圧値を検知する必要があり、その為には電圧検出用のケーブル１０５をそれぞれの電池セルから導出されるリードの溶接と同時に溶接する必要があり、さらにケーブル数が増えてしまう。これらのケーブルの引回しの際に、配線の固定が不十分であると、輸送時の振動などで、線材が他の部材と擦れてしまい磨耗粉が発生する、或いは、最悪のケースにおいては断線し、異常として検出され、電池パックからの出力を遮断してしまう。

さらにまた、これらの引回されたケーブルからの電圧を検出し、制御するための基板が必要であり、別途そのような基板を配置することで空間的なロスが生じ、電池パックが大きくなってしまうという課題を有している。
また、発電要素を封止する外装材は、アルミを主材とする厚さが薄いラミネート材にて構成されており、一般的なアルミ缶から形成される電池と異なり柔らかいため、非常に取扱いに注意する必要がある。その為、高い安全性を保つためには、電気的な接続部分や各種固定部分を強固にする必要がある。

さらに、低コスト化が求められる民生用機器用途に対しては、小容量の電池セルを複数個用いるよりも大容量の電池セルを用いる方が部品点数の削減の観点から有利である反面、大容量化に伴って、電池セルの中央部分が積層方向に変形しやすく、特に各種部品の固定に関しては、小容量の電池セル以上の特別な配慮が必要である。

本発明は上記のような課題を解決しようとするものであり、複数の電池セル間の電気的接続について高い信頼性を得ることができ、かつ、輸送時などの振動に対して高い信頼性を確保することのできる、高密度実装の電池パックを提供するものである。

この発明は、電気化学的発電要素、前記発電要素を封止する外装材および前記発電要素から外装材の外側へ導出される正極および負極のリードを有する平板状扁平状の電池セルと、複数の前記電池セルが積み重ねられた状態で各電池セルのリードが挿入されるスロット部と前記スロット部に挿入された各リードを他のリードと直列接続および／または並列接続する配線パターンとが形成されてなる配線基板と、断熱用および緩衝用のシート状部材（断熱緩衝部材）と、各電池セルと前記配線基板と前記断熱緩衝部材とを収容する絶縁性のケース部材と、前記配線基板の配線パターンと接続されケース部材の外部に露出する電池端子とを備え、前記断熱緩衝部材は、積み重ねられた各電池セルの間に配置されること特徴とする電池パックを提供する。

この発明の電池パックは、前記断熱緩衝部材が、積み重ねられた各電池セルの間に配置されるので、複数の電池セル間の電気的接続について高い信頼性を得ることができ、かつ、輸送時などの振動に対して高い信頼性を確保することができる。即ち、電池セル間に樹脂部材を介在させることにより、電池パックあるいはそれが取り付けられた製品の輸送時などに電池セルが直接こすれあうことが抑制できるとともに、複数個の電池セルのうち１つの電池セルに熱的な異常が発生した場合においても、電池セル間では熱的に絶縁を図ることができる。それによって、他の電池セルに熱的な異常が連鎖するという現象を抑制することができる。

より詳細には、上記のように電池パックを構成することにより、電池セルが積層される方向と垂直な方向において、各電池セルは基板のスリット部分により固定される。一方、各電池セルが積層される方向においては、各電池セルの間に配置された断熱緩衝材（例えば、図１に示す例では、２８ａ〜２８（ｎ−１））により振動が緩和されるため、セルが振動から保護され、耐振動性を強化できる。

この発明において、電池セルは、電気化学的な反応によって起電力を発生させる発電要素が絶縁性の外装材で封止され、起電力を取り出すリードが前記発電要素に接続されたものである。その具体的な態様の一例は、リチウム塩を含む非水電解液を主な発電要素とするリチウムイオンセルである。後述する実施形態において、電池セルは、電池セル１（１ａ〜１ｎの各電池セル）に相当する。

この発明に係る配線基板は、例えば、一般的な電気回路用の配線基板としても用いられる材質、即ち、ガラスエポキシや紙フェノールからなり、その表面に銅等の導電性の配線パターンが形成され、かつ、前記リードを挿入するためのスロットが形成されたものである。配線基板は、複数の電池セルのリードを電気的に接続して各電池セルを直列接続および／または並列接続すると共に、各電池セルのリードを固定することにより各電池セルの位置を固定するものである。後述する実施形態において、配線基板は、基板６、６−１、６−２に相当する。

この発明に係る断熱緩衝部材は、各電池セルの間に挿入されて振動や発熱に対して各電池セルを保護するためのものであって、この発明の特徴に特に関連する部材である。断熱緩衝部材としては、ポリカーボネートあるいはポリプロピレン等の樹脂性のシートを用いることができる。後述する実施形態において、断熱緩衝部材は、断熱緩衝シート２８（２８ａ〜２８（ｎ−１）の各シート）に相当する。

この発明に係るケース部材は、各電池セルと前記配線基板と前記断熱緩衝部材とを収容する絶縁性の部材であり、例えば、ABS樹脂やポリカーボネートなどの材質からなる。後述する実施形態において、ケース部材は、ベースプレート２０および筐体の上蓋２６に相当する。

この発明に係る電池端子は、直列および／または並列接続された各電池セルの起電力を電池パックの外部に取り出すための端子で、例えば、銅や黄銅の導電性金属材料の表面にニッケルメッキ等の表面処理が施されてなる。後述する実施形態において、電池端子は出力端子１５に相当する。

以下、この発明の好ましい態様について説明する。
前記断熱緩衝部材は、その表面に凹凸が形成されてもよい。このようにすれば、凹部の通風効果により電池セル間の断熱効果が一層高められると共に衝撃に対して凹凸が変形し、衝撃を吸収する効果がより高められる。
凹凸は、例えば、厚み１ｍｍのシート２４対して幅２ｍｍ、深さ０．５ｍｍの溝が設けられるようにしたものが好ましい。このような溝は、成型などの手法により形成することができる。

また、前記断熱緩衝部材は、ポリカーボネート樹脂製またはポリプロピレン樹脂製のシートからなっていてもよい。このようにすれば、柔軟性、難燃性、耐久性および表面の加工性に優れた断熱緩衝材が得られる。

さらにまた、前記ケース部材と積み重ねられた電池セルとの間に配置される緩衝部材をさらに備えていてもよい。このようにすれば、最上部の電池セルと電池パックの上側の蓋との間に緩衝材を配置することにより、上部電池セル及び、複数個の電池セルは積層方向に押さえつけられるとともに、振動による影響を抑制することができる。

積み重ねられた各電池セルを一つに結束する結束部材をさらに備えていてもよい。このようにすれば、積み重ねられた状態の各電池セルを強固に一体化することができ、輸送時等の振動に対して電池セルがずれるなどといった問題を抑制できる。

また、前記配線基板は、各電池セルの電圧を検出するための配線パターンが形成されていてもよい。このようにすれば、各電池セルの電圧を検出するためのリード線を引き回す必要がなくなるので、振動によるリード線の被覆の磨耗や断線の虞がなくなり、より信頼性の高い電池パックを実現することができる。

さらに、前記配線基板は、各電池セルの電圧を検出するための電圧検出回路が実装されていてもよい。このようにすれば、各電池セルの電圧を検出する配線と電圧検出回路とが同一基板上に実装されるので、より信頼性の高い電池パックを実現することができると共に高密度実装が可能になる。

さらに、前記配線基板は、前記電圧検出回路が電池セルの異常電圧を検出した際、直列接続および／または並列接続された各リードと電池端子との接続を遮断する保護回路がさらに実装されていてもよい。このようにすれば、各電池セルの電圧を検出する配線と電圧検出回路に加えて保護回路が同一基板上に実装されるので、より信頼性の高い電池パックを実現することができると共に高密度実装が可能になる。

さらに、前記配線基板は、前記電圧検出回路が電池セルの異常電圧を検出した際に異常電圧を示す信号を伝える配線がさらに形成されてなり、前記信号を外部へ出力する信号端子が接続されていてもよい。このようにすれば、各電池セルの電圧を検出する配線と電圧検出回路に加えて、異常電圧を示す信号の配線とその信号を外部へ出力する信号端子とが同一基板上に実装されるので、より信頼性の高い電池パックを実現することができると共に高密度実装が可能になる。

また、前記発電要素がリチウムイオン電池であってもよい。
前記電池セルの外装材が、導電性の金属層の表裏に絶縁性樹脂がコーティングされてなるラミネートシートからなっていてもよい。金属層としては、例えばアルミニウム材を用いることができる。絶縁性樹脂としては、例えばナイロン樹脂やポリプロピレン樹脂を用いることができる。
ここで示した種々の好ましい態様は、それら複数を組み合わせることもできる。

以下、図面を用いてこの発明をさらに詳述する。なお、以下の説明は、すべての点で例示であって、この発明を限定するものと解されるべきではない。

（実施の形態１）
図１〜図４は、本発明の２次電池パックにおいて、電池セルから導出された正極及び負極のリードを基板に挿入する図を示す。なお、本実施形態においては、薄型の金属材料からなるリードを材料として用いている。

図１において、図示しない発電要素が外装材により封止された扁平形状の電池セル１の同一の辺から正極及び負極を有するリード２，３が導出されている。図２に示すように、スリット４、５を有するプリント基板６にこのリード２，３が挿入される。プリント基板６のスリット４，５の周囲には、各スリットを取り巻くようにランドパターン７，８が形成されている。ランドパターン７，８間はプリント基板６に形成された銅配線パターン９と電気的に接続されている。各電池セルは、その正極リードおよび負極リード（例えば、リード２、３）が対応するスリット（例えば、スリット４、５）に挿入され、スリットの周囲のランドパターン（例えば、ランドパターン７，８）と電気的に接続されることにより、直列および／または並列に接続されるように配線されている。図２の例では、各電池セルは直列に接続される。

前述の接続により、各電池セルからの起電力（電圧）は合成され、出力配線１０、１１により出力端子１５（電池端子に相当する）に接続される。合成された電圧は、出力端子１５を介して外部の回路に接続され、電池パックとしての充放電が行われる。
前述のように配線基板６の各スリットに挿入された電池セルのリードは、図３に示すようにリードの先端が折り曲げられる。挿入されたリード２，３がスリット４、５から抜けないようにするためである。

次に、図４に示すように、半田のような低融点導電材料１６を用いて、リード２，３とランドパターン７，８とが固定および接続される。以上のようにして、複数個の電池セルを有する電池パック構造が得られる。

以下、本発明の構成及び組立手順の詳細を記す。
この実施形態において、図１に示す電池セル１の外形（リード部分を除く）は、例えば幅２６ｃｍ、長さ４２ｃｍ、厚さ３ｍｍである。このサイズにおいて１５Ａｈ以上の容量を有することが可能である。従来の３Ａｈ程度の小容量電池のサイズは幅８ｃｍ、長さ１５ｃｍ、厚さ２ｍｍ程度であるが、大容量にすることにより、３Ａｈの電池セルを用いた場合と比較して同じ容量を得るに当たって電池セル個数を１／５にすることができる。それに伴って電池セル間の電圧を検出するための配線数も減らすことができ、さらに配線を接続するための工数を削減できるため、コストの削減及び高密度実装につなげることができる。民生用機器に代表されるように、低コスト化が要求される用途においては、収納部分の体積による制約や部品のハンドリングに注意を要するが、安全性を確保した上での容量増加が有効な手法である。

ここで、従来技術で用いられているセルのサイズは後述する実験例で用いた電池セルに比べて小さく（８ｃｍ×１５ｃｍ、厚み２ｍｍ程度）、この発明のような構造を有する必要がなかった。しかし、部品点数削減によるコスト削減および高密度実装化の観点から電池セルは大型化、大容量化する傾向にある。この実施形態および後述する実験例で用いられる電池セルは、従来の電池セルに比べて大型電池であり（２６ｃｍ×４２ｃｍ、厚み３ｍｍ程度）、１５Ah以上の容量を有する。そのため、電池セルの大きさに対する厚みが従来のものに対して相対的に薄く、積層すると特にセルの中央部分が積層方向に変形しやすく、特に耐振動性に弱いという課題を有する。この発明に係る構造を適用することにより、振動に対する耐性を向上させることが可能である。

電池セル１の内部には発電要素として正極と、負極と、セパレータと、リチウム塩を含む非水電解液とを備えている。また、これらの発電要素は正極リード３及び負極リード２が導出された状態で外装部材により封止されている。
この正極リード３に関して、発電要素内の電極と接合される材料はアルミやチタンが好ましいが、後工程の基板との半田付け工程を考慮し、例えばアルミ材に対してニッケル材を超音波接合によって継ぐとよい。

また負極リード２に関しては、発電要素内の電極と接合される材料はニッケルや銅が好ましいが、後工程での基板との半田付け工程を考慮し、ニッケルを選択するとよい。
この時のニッケルのリード部材には、幅３０ｍｍ、厚さ０．１ｍｍを用いている。
また外装部材にはアルミ材に樹脂コーティングが施されたラミネートフィルムを用いている。アルミ材の外装樹脂として、例えばナイロンを貼り付け、内側面に内装樹脂を貼り付けてなる。内装樹脂としては、融点が低く、密着性がよい、例えばポリプロピレンフィルムが適している。

ラミネートフィルムは、発電要素の両面に重ねて、その周囲を貼り合わせてもよいし、１枚のラミネートフィルムの中央部分を折り曲げて、先端部分を貼り合わせるようにしてもよい。融着はシーラーを使用する。このようにして融着することにより、電池内に水分が浸入するのを防止する。
このようにして構成された電池セル１を以下の手順にて積層を行う。

図２に電池セルを積層した際の図を記す。
まず、電池セルサイズよりも大きい形状の電気絶縁性を有するベースプレート２０に対し、スリット（４，５）を有するプリント基板６をL字状アングル２２によって固定する。
プリント基板の固定の別の方法として、ベースプレート２０に溝を設け、それにプリント基板を挿入する構成でもかまわない。この場合は、Ｌ字状アングル２２の部品を削減できる長所を有するが、挿入したプリント基板が振動などで揺れないように、挿入部に接着剤などで固定するとよい。

このように固定されたプリント基板に対して第１の電池セル１ａの正極及び負極のリード２，３を挿入する。
この時、さらに複数個の電池セルを積層する工程を有するために、正極及び負極のリード２，３を挿入後、図３に示すように、リードの端部を機械的に折り曲げるとよい。このように折り曲げることによって、以降の工程での作業時に電池セルがずれる、或いは、挿入したプリント基板から抜けるといった問題をなくす事ができる。

このようにして第１の電池セル１ａを搭載後、両面に粘着性を有するテープが貼り付けられた厚み１ｍｍの断熱緩衝シート２８ａを第１の電池セル１ａの上部に固定する。
その後、第２の電池セル１ｂを搭載し、前述の両面テープを介して第１の電池セル１ａと第２の電池セル１ｂとは、一体化される。このように、断熱緩衝シートを介在させることにより、万が一、複数個積層された電池セルのうちの１つが異常発熱した際にも、上下の位置関係にある電池セルへの熱の影響を低減することができると共に、振動による電池セルのこすれを防止することができる。

この断熱緩衝シート２８ａの材質としては、ポリカーボネートよりなる難燃性材料を用いた。断熱および衝撃の吸収ができればポリカーボネート以外にポリプロピレンでも構わない。但し、難燃性の規格ＵＬ９４−Ｖ０を満たす材料のほうが異常発生時の被害が少なくてよい。

また、形状としては、薄板形状のものをそのまま用いても構わないが、図５に示すように、溝２５が設けられて凹凸のあるシートを用いることにより、電池セル間においては断熱が図れるとともに、電池セルの積層時にはこの溝により通風効果を図ることができる。また、積層方向の振動に対して、この溝が変形し、緩衝材としての機能を有することができる。
なお、この溝の向きに関しては、長辺方向でも短辺方向でもどちらでも構わない。
溝２５は、例えば、エンドミルを用いた機械加工により形成してもよい。あるいは、より量産に適した手法として、成型により形成することができる。溝の幅が広すぎるとセルの支持面積が不十分でありセルが波打つように変形してしまう。溝の幅が狭すぎる場合は電池セルとの間の空間が小さすぎて通風効果および緩衝効果が十分に得られない。溝の深さが深すぎると、断熱緩衝材の強度が不足し衝撃で破断してしまう。一方、溝の深さが浅いと電池セルとの間の空間が小さすぎて通風効果および緩衝効果が十分に得られない。好ましい範囲は、樹脂の厚み０．５ｍｍ〜１０ｍｍ、溝幅０．５ｍｍ〜５ｍｍ、溝深さは樹脂の厚みの２５％〜７５％であり、特に好ましい範囲は樹脂の厚み０．７ｍｍ〜２ｍｍ、溝幅１ｍｍ〜３ｍｍ、溝深さは樹脂の厚みの４０％〜６０％である。最良の値は、厚み１ｍｍの絶縁シート２４に対して幅２ｍｍ、深さ０．５ｍｍである。なお、図５のように平行な溝を形成する形状の変形例として、Ｖ字状の溝が考えられる。この時の作製方法も成型により可能である。Ｖ字状の溝深さが０．５ｍｍ〜１ｍｍ程度と浅い場合には、鋭利物を押し付けることによっても作製可能である。

このように搭載された第２の電池セル１ｂに対しても前述のようにリードの端部を折り曲げ、次工程での作業による電池セルのズレ、プリント基板からの抜けを抑制する。
この作業を第ｎの電池セル１ｎまで繰り返し行う。

このようにして積層された電池セルをさらに、結束部材としてのテープ２３を用いて固定する。この固定の際には、ベースプレート２０に形成した溝２１を利用して、積層された電池セル全体を１周巻きつける。このようにすることにより、積み重ねられた状態の各電池セルを強固に一体化することができ、輸送時等の振動に対して電池セルがずれるなどといった問題を抑制できる。なお、固定に用いたテープは、幅が３０ｍｍ、厚みが０．５ｍｍのテープを用いている。

ここで図２に示すように、スリットが形成されたプリント基板６は、リードサイズより外形が約１ｍｍ大きく形成されている。また、スリットの周囲には、約０．５ｍｍの幅にて銅製のランドパターン７，８が形成されている。
これらのランドパターン７，８に対して第１の電池セル１ａの正極と第２の電池セル１ｂの負極を銅配線９により接続する。さらに、第２の電池セル１ｂの正極と第３の電池セル１ｃの負極も銅により配線を形成しておく。本配線を第ｎの電池セルのリードに対応するスリットまで同様の配線を形成しておく。

また、第１の電池セル１ａの負極に対応するスリットのランドパターンと第ｎの電池セル１ｎの正極に対応するランドパターンから、それぞれ、出力配線１０，１１を引き出しておく。
電池セルの積層の最終工程にて、図４に示すように、リード２，３とランドパターン７，８に対して半田付け１６を行うことにより、プリント基板６と電池セルとは電気的に接続が行われる。

この時の半田付け方法としては、上下の位置関係にあるリードとのランドパターン間距離が非常に狭い。そこで、近傍にあるランドパターンとの短絡を抑制する必要があり、半田付けをしたい部分のみ口の字状に開口が設けられているジグを用いる。このようなジグを用意することにより、近傍リードとの短絡を抑制することができる。
このようにして形成された電池セル１、プリント基板６、ベースプレート２０の集結体を別途用意した筐体に固定する。

また、第１の電池セルの負極から引き出される出力配線１０と第ｎの電池セルの正極から引き出される出力配線１１との電位を出力端子１５から出力することにより、高容量の２次電池を得る。
なお、本実施形態において、出力端子１５がプリント基板６上にラウンドとして形成されている例を記載したが、出力端子部分に丸端子形状の圧着端子が固定できる端子台を接続すると、より安全性の高い接続部を得ることができる。

また、電池セルから導出されるリードに関して、本実施形態においては薄板金属よりなるリードを用いたが、丸棒形状のリードでも構わない。
このようにして構成した電池セルに対して、図２に示すように、最上部の電池セル１ｎと筐体の上蓋２６との間に緩衝材２７を介在させて固定する。

なお、緩衝材はゴム系よりなる材料を用い、約１０ｍｍの厚みの材質を約５ｍｍ圧縮して用いる仕様としている。このように圧縮して用いることによって、特に電池セルの中心部の変形を抑制することができ、積層方向の振動に対しても高い信頼性を保つことが可能である。なお、緩衝材のサイズは電池セルの全面を覆うサイズとしている。

また、図６は、実施の形態１の変形例を示す斜視図である。図６では、各電池セルの正極リード３と負極リード２の形状を異ならせ、それに対応させて基板６の負極側スリット４と正極側スリット５の形状を異ならせることにより、各電池セルの正極と負極の誤挿入が防止されるようにしている。

また、各リードは基板のスリット部分を貫通している為、リードをスポット溶接のみで接続している場合に比較して、振動などにも強く、強固で信頼性の高い接続部を得ることができる。このようにして、スリットに挿入された後、リード部分の端部を折り曲げることにより、リードの逆方向への抜けを防止し、さらにリードの挿入部に半田を流し込むことにより、電気的な接続がなされる。

また、別途ケーブルなどにより所望の位置まで配線を引回す必要がなく、パック内部のインピーダンスを低減及び部品点数の削減を図ることができる。
また、電池セルの固定も兼ねることができる。さらに、輸送中の振動等の負荷によりリード同士の接触によるパック内の電池セル間短絡を防止できる。
また、図７は、実施の形態１の変形例を示す斜視図である。図７では、電池セル１の外装材は、アルミ缶で形成されている。前述の実施の形態においては外装材として、アルミのラミネートフィルムを用いて、周囲をシーラにより融着して発電要素を封止したが、発電要素を捲回した状態でアルミ缶に挿入し、最後に蓋をかしめる構造で封止する構造の電池においても本発明を適用することが可能である。

（実験例）
以下に、本実施の形態を採用した際の振動試験結果を記す。
なお振動試験基準として、一般にリチウムイオン電池の輸送規定で用いられている試験内容（ｘ、ｙ、ｚ軸に対して２００Ｈｚ、８Ｇを負荷、計６時間の試験）を適用した。

以上の結果から、従来技術の小容量電池セルの搭載方法をそのまま大容量に適用した際には、上記表の条件(2)に示すように、振動試験にて溶接部分のはずれなどの電気的な問題が発生した。そこで、本実施の形態を適用した結果、電気的な試験では問題がないことが確認された。より信頼性を高めるためには、条件(1-2)のように複数の電池セルの一体化に当たって、テープにて固定するだけでは若干のこすれが発生するために不十分であり、条件(1-1)に示すように、最上部電池セルとパックの上蓋間に緩衝材を設置して押さえつける方式を採用するほうが望ましい。
以上の結果から、本実施の形態に係る構造の有効性が確認された。

（実施の形態２−電池セルの異常電圧の監視）
本発明の実施の形態２について説明する。なお、実施の形態１と同一構成については詳細な説明を省略する。

図８は、第１〜ｎの電池セルを直列に接続するための配線９と同時に、それぞれの電池セルの電圧値を検出すための配線１２を各電池セルの正極、負極とから引き出し、一箇所に集結させ、電圧値を確認できるようにしている。
また、引回し後の最終点においては、電圧値検出用のコネクタ１３を形成しておき、外部より一括して電圧値をモニタリングできるようにしておく。

このように基板内に電圧を検知するための配線を形成しておくことで、別途、ケーブルを用いて各電池セルのリードより引回す必要がなく、部材点数の削減、及び、輸送時の振動による部品同士の摩擦を低減することができる。
また、電池セルを組上げ途中に電圧値を監視しておくことにより、予期せぬ外力が加わり電池セルに不良が発生した場合においても、早期に交換が容易である。

図９に本実施の説明図を示す。
図９は、電池セルからのリードを一体化する為のプリント基板に対して、電圧検出回路、保護素子及び異常信号を出力するための端子を説明する図である。
図９に示すように、プリント基板６内に電圧検出回路１４を設ける。これによって、それぞれの電池セル１の電圧を監視することができ、電池セル１の作動状態を確認することができる。さらに、電圧検出回路１４からの信号に対してＯＮ／ＯＦＦ機能を有するスイッチング素子１６を基板６内に搭載することで、電圧検出回路１４で検知された値に対して、電池セル１に対して充電または放電を遮断することができる。

このようにすることで、実施の形態３においては、電池セル１の電圧を確認するために、他の位置に配置された電圧検出回路までケーブルなどを用いて配線を引回す必要があったが、その必要がなくなり、部品点数の削減、及び高密度に実装することができる。
さらに電圧検出回路１４で電圧を検出するとともに、保護回路１７を基板６内に搭載することで、積層された複数個の電池セル間のバランスが崩れ、例えば充電時に過充電にならないようにする或いは、電池セルが過放電して寿命を短くするのを抑制する機能を有する。

さらに、電池セル１の電圧値がある設定電圧より大きい、或いは小さい場合は、過充電異常及び過放電異常などの異常信号を出力させる。そのための異常出力端子１８，１９を設けることで、電池パック外部へ異常ランプを点灯させ、使用者或いはサービスマンに異常モードが確認できるようになる。

（実施の形態３−実装形態の変形例）
以上の実施形態においては、積層方向に対して電極特性を同一の極が来るように搭載したが、図１０に示すように互いに正極及び負極が異極の特性を有する向きにて搭載しても同様の効果を得ることができる。
また以上の実施形態においてはそれぞれの電池セル間を直列接続する説明を実施したが、図１１に示すように、それぞれ同じ極性を有するリードを並列接続する構造にも同様の効果を得ることができる。

また以上の実施形態においては、積層時に１つのプリント基板に対してリードを挿入して出力合成する説明を実施したが、図１２に示すように両側にプリント基板（６−１、６−２）を設けて、両側にリードの取り出し口を設ける。
この場合、互いに上下の位置関係にある電池セルは、リードの取り出し向きが反対向きで積層されている。

この時の積層方法としては、両側にプリント基板が配置されており、プリント基板のスリットにリードを挿入しながら組んでいくことが不可能である。そこで、リードがプリント基板のスリットの位置と一致するように、位置決め用ジグを用意して、電池セルの積層体を形成する。その後、両側からプリント基板で固定し、リードを折り曲げ、半田付けをし、電池セルの積層構造を得る。
このような構成にすることにより、１つのプリント基板でのリードの溶接間隔を広くでき、リードの基板への溶接作業が容易になる。

前述した実施の形態の他にも、この発明について種々の変形例があり得る。それらの変形例は、この発明の範囲に属さないと解されるべきものではない。この発明には、請求の範囲と均等の意味および前記範囲内でのすべての変形とが含まれるべきである。

実施の形態１の電池パックの構造を示す第１の説明図である。 実施の形態１の電池パックの構造を示す第２の説明図である。 実施の形態１の電池パックにおけるリードの固定接続方法を示す第１の説明図である。 実施の形態１の電池パックにおけるリードの固定接続方法を示す第２の説明図である。 実施の形態１に係る断熱緩衝材の構造を示す説明図である。 実施の形態１の変形例を示す説明図１ 実施の形態１の変形例を示す説明図２ 本発明の実施形態２の説明図 本発明の実施形態３の説明図 本発明の他の実施の形態の説明図 本発明の他の実施の形態の説明図 本発明の他の実施の形態の説明図 従来技術の電池パックの構造例を示す第１の斜視図である。 従来技術の電池パックの構造例を示す第２の斜視図である。

符号の説明

１ 電池セル
２ 負極リード
３ 正極リード
４ 負極側スリット
５ 正極側スリット
６ 基板
７ （負極側）ランドパターン
８ （正極側）ランドパターン
９ 配線
１０、１１ 出力配線
１３ コネクタ
１４ 電圧検出回路
１５ 出力端子
１６ スイッチング素子（保護素子）
１７ 保護回路
１８，１９ 異常出力端子
２０ ベースプレート
２１ 溝
２２ Ｌ字状アングル
２３ テープ
２４ 絶縁シート
２５ 溝
２６ 筐体の上蓋
２７ 緩衝材
２８ 断熱緩衝シート、断熱緩衝材
１００ 従来技術の電池セル構造
１０１ 従来技術の正極リード
１０２ 従来技術の負極リード
１０３ 従来技術の（負極側）出力配線
１０４ 従来技術の（正極側）出力配線
１０５ 従来技術の電圧検出用のケーブル

Claims (11)

1. 電気化学的発電要素、前記電気化学的発電要素を封止する外装材および前記電気化学的発電要素から外装材の外側へ導出される正極および負極のリードを有する扁平状の電池セルと、
   複数の前記電池セルが積み重ねられた状態で各電池セルのリードが挿入されるスロット部と前記スロット部に挿入された各リードを他のリードと直列接続および／または並列接続する配線パターンとが形成されてなる配線基板と、
   断熱用および緩衝用のシート状部材（断熱緩衝部材）と、
   各電池セルと前記配線基板と前記断熱緩衝部材とを収容するケース部材と、
   前記配線基板の配線パターンと接続されケース部材の外部に露出する電池端子とを備え、前記断熱緩衝部材は、積み重ねられた各電池セルの間に配置されること特徴とする電池パック。
2. 前記断熱緩衝部材は、その表面に凹凸が形成されてなる請求項１に記載の電池パック。
3. 前記断熱緩衝部材は、ポリカーボネート樹脂製またはポリプロピレン樹脂製のシートからなる請求項１または２に記載の電池パック。
4. 前記ケース部材と積み重ねられた電池セルとの間に配置される緩衝部材をさらに備える請求項１〜３の何れか一つに記載の電池パック。
5. 積み重ねられた各電池セルを一つに結束する結束部材をさらに備える請求項１〜４に記載の電池パック。
6. 前記配線基板は、各電池セルの電圧を検出するための配線パターンが形成されてなる請求項１〜５の何れか一つに記載の電池パック。
7. 前記配線基板は、各電池セルの電圧を検出するための電圧検出回路が実装されてなる請求項６に記載の電池パック。
8. 前記配線基板は、前記電圧検出回路が電池セルの異常電圧を検出した際、直列接続および／または並列接続された各リードと電池端子との接続を遮断する保護回路がさらに実装されてなる請求項７に記載の電池パック。
9. 前記配線基板は、前記電圧検出回路が電池セルの異常電圧を検出した際に異常電圧を示す信号を伝える配線がさらに形成されてなり、前記信号を外部へ出力する信号端子が接続されてなる請求項７または８に記載の電池パック。
10. 前記電気化学的発電要素がリチウムイオン電池である請求項１〜９の何れか一つに記載の電池パック。
11. 前記電池セルの外装材が、導電性の金属層の表裏に絶縁性樹脂がコーティングされてなるラミネートシートからなる請求項１〜１０の何れか一つに記載の電池パック。

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