JP5166392B2 - バッテリーパック - Google Patents

Description

本発明は、バッテリーパックに関し、特に、多数の単位電池を具備し、高出力、大容量に適するようにしたバッテリーパックに関する。

二次電池（ｓｅｃｏｎｄａｒｙ ｂａｔｔｅｒｙ）は、充電が不可能な一次電池とは異なり、充電及び放電が可能な電池である。かかる二次電池は、低容量電池の場合、携帯電話やノートパンコン及びカムコーダーのような携帯可能な小型電子機器に使用され、大容量電池の場合、ハイブリッド自動車などのモーター駆動用電源として広く使用されている。

前記二次電池は、円筒形、角形等のように様々な形状からなる。大きい電力を必要とする機器、例えば、電気自動車等のモーター駆動に使用できるように、複数の高出力二次電池を直列連結して、大容量の二次電池を構成する。

このように一つの大容量二次電池である電池モジュールは、通常直列に連結される複数の単位電池からなる。前記各々の単位電池は、正極板と負極板がセパレーターを介在して位置する電極組立体と、前記電極組立体が内蔵されるケースと、前記ケースに結合されてこれを密閉するキャップ組立体と、前記キャップ組立体に突出して前記電極組立体に備えられた正極板及び負極板の集電体と電気的に連結される正極及び負極端子を含む。これにより、前記電池モジュールは、前記多数の単位電池が所定の間隔で配列され、各単位電池が電極タブにより直列または並列に連結されて構成される。前記電池モジュールはスペーサに挿入されて、単位電池同士が互いに離隔する。

そして前記電池モジュールは、最終的に電気的に連結された保護回路基板と共に外装ケースの内部に収納されて、バッテリーパックを形成する。

従来は、前記保護回路基板から引き出されたリードワイヤが単位電池と接触する。これは、前記リードワイヤを単位電池側に整列された状態で配線するための構造物が無いからである。従って、前記単位電池が過熱すると、前記リードワイヤが融着されて、保護回路基板の作動不良が発生する問題がある。

また、従来は前記保護回路基板から前記リードワイヤが引き出された位置が単位電池と連結される部位と反対方向の場合、リードワイヤの配線作業が難しい。また、単位電池の連結部位に沿ってリードワイヤを長く延長形成するので、製造コストが上昇する問題が発生する。

本発明の目的は、多数の単位電池と連結されるリードワイヤを配線処理できるようにして、電池セルとリードワイヤの接触による不良発生を防止することにある。

本発明の他の目的は、多数の単位電池と連結されるリードワイヤが最短距離で配線処理されるようにして、配線作業性を向上させ、製造コストを節減することにある。

本発明に係るバッテリーパックは、複数の単位電池と、前記複数の単位電池の間に設けられるスペーサと、リードワイヤによって前記単位電池と連結される保護回路基板と、前記複数の単位電池を囲み、前記リードワイヤが通過する経路を有するホルダーと、を含むことを特徴とする。

前記ホルダーには、前記単位電池のそれぞれに向かって前記リードワイヤを分岐させる分離隔壁が形成されたことが好ましい。

前記ホルダーには、前記リードワイヤを結線する掛け具が形成されたことが好ましい。

前記ホルダーは、前記単位電池の上部及び側部を各々囲む上板及び側板を含むことが好ましい。

前記ホルダーの上面には、前記保護回路基板が設けられる基板設置部が形成されたことが好ましい。

前記保護回路基板は、前記単位電池の電流または電圧をバランスする回路を含むことが好ましい。

前記単位電池は円筒形電池であって、複数の電池が多段に設けられ、互いに隣接する単位電池は、互いに反対極性を有するように配置されることが好ましい。

前記スペーサは、プレート形状の本体に前記単位電池の外周面と一致する複数の安着面が形成され、前記安着面と他の安着面の間には放熱溝が形成された隔壁が備えられることが好ましい。

前記スペーサには、長さ方向にリードワイヤ引出孔が形成され、前記リードワイヤが通過して、配線処理が効率的に行われるようにする。

前記スペーサは、軟性プラスチック材質で形成されたことが好ましい。この時、前記軟性プラスチックは、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリスチレン（ＣＰＳ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴＥ）またはこれと等価の性質を有する材質のうち選択される少なくとも一つの材質を含むことが好ましい。

前記単位電池とスペーサを収納するケースをさらに含むことが好ましい。

前記ケースは、前記複数の単位電池とスペーサが収納される下部ケースと、前記下部ケースを密閉する上部ケースとを含むことが好ましい。

前記下部ケースは、底板に前記単位電池が安着する半円形断面を有する安着溝部が格子状に形成されたことが好ましい。

前記複数の単位電池を電気的に連結し、前記リードワイヤが連結される電極タブをさらに含むことが好ましい。

前記電極タブは、前記単位電池と溶接される接点部と、リードワイヤが接続されるリードワイヤ連結部とを含むことが好ましい。

前記電極タブには、前記電極タブを保護する絶縁テープが付着したことが好ましい。

本発明に係るバッテリーパックは、高出力を要求する大容量バッテリーパックを提供し、且つ、多数の単位電池の発熱時にバッテリーパックに配線されたリードワイヤの熱融着による電池の作動不良を防止する効果がある。

また、本発明に係るバッテリーパックは、多数の単位電池と連結されるリードワイヤが最短距離以内で配線処理されて、組立性が向上し、製造コストが節減される効果がある。

本発明に係るバッテリーパックの外観斜視図である。 本発明に係るバッテリーパックで上部ケースが分離された状態を示す図である。 本発明に係るバッテリーパックの分解斜視図である。 本発明の一実施例に係るスペーサの斜視図である。 図４のスペーサと単位電池が結合された状態を示す図である。 本発明の一実施例に係るホルダーの斜視図である。 図６のホルダーと単位電池が結合された状態を示す図である。 図７のＡ部分を拡大して示す図である。 図７のＢ部分を拡大して示す図である。

以下、上記のような本発明の好ましい実施例を添付図面に基づいて説明する。

（実施例）
図１は本発明に係るバッテリーパックの外観斜視図であり、図２は本発明に係るバッテリーパックで上部ケースが分離された状態を示す図であり、図３は本発明に係るバッテリーパックの分解斜視図であり、図４は本発明の一実施例に係るスペーサの斜視図であり、図５は図４のスペーサと単位電池が結合された状態を示す図であり、図６は本発明の一実施例に係るホルダーの斜視図であり、図７は図６のホルダーと単位電池が結合された状態を示す図である。

図１〜図７を参照すると、本発明の一実施例に係るバッテリーパック１００は、多数の単位電池１１０と、前記多数の単位電池１１０を区画するスペーサ１２０と、前記多数の単位電池１１０を直列または並列に接続する電極タブ１３０と、前記単位電池１１０とリードワイヤ１４１によって連結される保護回路基板１４０と、前記単位電池１１０を囲んで、前記リードワイヤ１４１が通過する経路を有するホルダー１９０を含む。

前記バッテリーパックは、前記電極タブ１３０の外周面に付着する絶縁テープ１７０と、クッションテープ１８０及びこれらを収納するケースをさらに含む。

前記多数の単位電池１１０は、円筒形電池である。前記単位電池１１０は、５個の単位電池１１０が一列に設けられ、一列に設けられた電池は２段に配置される。前記単位電池１１０は、互いに隣接する単位電池１１０が互いに相違する極性を有するように設けられる。即ち、正極（＋）極性が一方向に設けられる単位電池に対して、隣接する単位電池は負極（−）極性が一方向に位置するように配置される。

前記スペーサ１２０は、プレート形状のスペーサ本体１２１に前記円筒形電池である単位電池１１０の外周面と一致する半円形の安着面１２２が形成される。前記安着面１２２は、前記スペーサ本体１２１の上下面にそれぞれ５区間ずつ形成される。前記安着面１２２同士の間には、隔壁１２３が備えられる。前記隔壁１２３の上部には、複数の放熱溝１２４が形成される。

前記スペーサ１２０は、前記スペーサ本体１２１の長さ方向に貫通されるリードワイヤ引出孔１２５が形成される。前記リードワイヤ引出孔１２５は、上下端に形成された二つの安着面１２２の間に形成される。図面には、四つのリードワイヤ引出孔１２５が図示されている。前記リードワイヤ引出孔１２５を通して、前記保護回路基板１４０から引き出されるリードワイヤ１４１が通過する。

前記スペーサ１２０は、前記スペーサ本体１２１の両端部に単位電池１１０の動きを防止する係止リブ１２６が形成される。前記係止リブ１２６が前記安着面１２２の少なくとも一側端部に形成されることで、安着面１２２に挿入された単位電池１１０が係止リブ１２６によってスペーサ本体１２１の外に離脱しなくなる。かかる前記係止リブ１２６は、前記リードワイヤ引出孔１２５の上下部に形成される。この時、前記係止リブ１２６は、スペーサ本体１２１の安着面１２２において一側にのみ形成され、他側には形成されない。そして、その次の安着面１２２には係止リブが他側にのみ形成される。このように、スペーサ本体１２１において、安着面１２２の一側と他側に交互に係止リブ１２６が形成されても、単位電池の動き及び離脱を防止することができる。このように、前記係止リブ１２６は前記スペーサ本体１２１の両端部に交互に形成されるので、前記電極タブ１３０が単位電池１１０と溶接された状態で、前記電極タブ１３０と係止リブ１２６が互いに干渉されない。

前記スペーサ１２０は、軟性プラスチック材質で形成される。前記軟性プラスチックは、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリスチレン（ＣＰＳ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴＥ）またはこれと等価の性質を有する材質のうち選択される少なくとも一つの材質を含む。このような材質的特性は、衝撃を吸収しながら対象物を支持及び保護する。

前記電極タブ１３０は、前記単位電池１１０のうち上下段に互いに隣接して位置する２個または４個の単位電池を直列に連結する。前記電極タブ１３０の四つの角部または両端部に、前記単位電池１１０の正極（＋）または負極（−）と溶接される接点部１３１が備えられる。前記電極タブ１３０の中央には、前記リードワイヤ１４１が接続されるリードワイヤ連結部１３２が形成される。前記電極タブ１３０は、伝導性の良好な金属材質で形成される。例えば、前記電極タブ１３０は、ニッケル、アルミニウム、銅または銀のうち選択される少なくとも一つの材質で形成されることができる。

前記保護回路基板１４０には、過充放電の際に前記多数の単位電池１１０を保護する保護回路（図示せず）または電気素子（図示せず）が装着される。また、前記保護回路基板１４０は、単位電池１１０の充放電時に電流、電圧をバランスする回路を含む。

前記保護回路基板１４０からは複数のリードワイヤ１４１が引き出される。前記リードワイヤ１４１は、前記保護回路基板１４０と前記単位電池１１０を連結する。前記リードワイヤ１４１は、前記スペーサ１２０のリードワイヤ引出孔１２５を貫通して、前記電極タブ１３０のリードワイヤ連結部１３２に固定される。

前記ケースは、前記単位電池１１０、スペーサ１２０及び電極タブ１３０と前記保護回路基板１４０が収納される下部ケース１５０と、前記下部ケース１５０の開放された上部を密閉する上部ケース１６０を含む。

前記下部ケース１５０は、底板１５１と前記底板１５１の各辺から上方に延びた四つの側壁１５２を持有する。

前記底板１５１の内底面には、前記単位電池１１０が安着する半円形断面を有する安着溝部１５３が多数形成される。よって、前記底板１５１には、前記安着溝部１５３が格子状に形成される。

前記側壁１５２の内側面には、複数の間隙防止リブ１５４が形成される。

前記上部ケース１６０は、前記下部ケース１５０の開放された上部を密閉できる形態と大きさに形成される。よって、略箱型に形成された下部ケース１５０に対して箱をカバーする蓋板形状に形成される。

前記絶縁テープ１７０は、前記電極タブ１３０の外面に付着して、前記電極タブ１３０を保護する。前記クッションテープ１８０は、下部ケース１５０の底板１５１の上面に設けられ、安着する単位電池１１０が底板１５１と直接衝突しないようにする。

前記ホルダー１９０は、上板１９１及び前記上板１９１と一体に形成された側板１９２を含む。これによって、前記単位電池１１０の上面と側面を囲むように設けられて、外部衝撃から単位電池１１０を保護する。前記ホルダー１９０の前記上板１９１の上面に、前記保護回路基板１４０が装着される基板設置部１９３が形成される。そして、前記上板１９１の両端部には、前記保護回路基板１４０から引き出されるリードワイヤ１４１をそれぞれ前記単位電池１１０の方に分岐させる複数の分離隔壁１９４が形成される。また、前記分離隔壁１９４の上側には、分離隔壁１９４によって配線される複数のリードワイヤ１４１を結束させることができる掛け具１９５がそれぞれ形成される。前記掛け具１９５は、２回折曲された形状を有する。しかし、前記掛け具１９５の形状をそれに限定するのではない。

このように構成された本発明に係るバッテリーパックの一実施例の組立方法及び組み立てられた状態による作用を、前記図１〜図７と、図８及び図９を参照して説明する。

先ず、多数の単位電池１１０をスペーサ１２０に安着させる。前記単位電池１１０は、互いに隣接する単位電池１１０同士の極性が互いに逆になるように、スペーサ１２０の両側面に形成された安着面１２２に安着する。前記安着面１２２の間に形成された隔壁１２３には放熱溝１２４が形成されており、単位電池１１０で発生する熱を放出する。また、前記スペーサ１２０に安着した多数の単位電池１１０は、スペーサ本体１２１の両端に交互に形成された係止リブ１２６によって離脱が防止される。さらに、外部衝撃発生時、前記係止リブ１２６は単位電池１１０の一端と他端を支持しているので、単位電池１１０の動きを防止する。

前記多数の単位電池１１０のうち少なくとも２個の電池（または４個の電池）は、両端部にそれぞれ一つの電極タブ１３０が溶接される。よって、前記電極タブ１３０で連結された複数の単位電池１１０は、直列または並列に連結される。

前記電極タブ１３０の外面には絶縁テープ１７０が付着する。前記絶縁テープ１７０は、前記電極タブ１３０と対応する形状に形成され、前記下部ケース１５０と接触する電極タブ１３０を保護する。

前記単位電池１１０の上部にはホルダー１９０が結合される。前記ホルダー１９０は、前記単位電池１１０の上面を上板１９１によって囲み、単位電池１１０の側面を側板１９１によって囲む。前記ホルダー１９０の上板１９１に形成された基板設置部１９３には、保護回路基板１４０が設けられる。前記保護回路基板１４０からは複数のリードワイヤ１４１が引き出される。

前記リードワイヤ１４１は、前記単位電池１１０とそれぞれ溶接されて固定された電極タブ１３０と連結される。即ち、前記保護回路基板１４０から引き出された４本のリードワイヤ１４１は、前記ホルダー１９０に形成された複数の分離隔壁１９４によってそれぞれの単位電池１１０に向かって配線される。よって、保護回路基板１４０から引き出された４本のリードワイヤ１４１のうち２本のリードワイヤは、分岐した位置で直に電極タブ１３０のリードワイヤ連結部１３２と接続される。そして、他の２本のリードワイヤ１４１は、スペーサ１２０に形成されたリードワイヤ引出孔１２５を通過して、反対側で溶接された電極タブ１３０のリードワイヤ連結部１３２と接続される。これは、前記単位電池１１０は、隣接する単位電池が互いに反対方向の極性になるよう配置されているからである。従って、前記リードワイヤ１４１は、前記保護回路基板１４０から引き出されて最短距離以内で前記単位電池１１０の電極タブ１３０と連結される。この時、前記４本のリードワイヤ１４１が分離隔壁１９４によって分岐し、配線時に二つ以上配線されるリードワイヤ１４１は掛け具１９５によって結束される。従って、多数のリードワイヤ１４１が配線されても、リードワイヤ１４１は単位電池１１０と接触しないようになる。さらに、外部衝撃が発生しても、結束されたリードワイヤ１４１は掛け具１９５から離脱されない。

このように、前記スペーサ１２０に安着した単位電池１１０及び電極タブ１３０と保護回路基板１４０の組立が完了した電池モジュールは、下部ケース１５０の内部に収納される。

この時、前記下部ケース１５０の底板１５１に安着する電池モジュールは、クッションテープ１８０の上に安着するので、底板１５１との衝撃から保護される。そして、前記スペーサ１２０の単位電池１１０のうちホルダー１９０によって囲まれない単位電池１１０は、下部ケース１５０の底板１５１に形成された多数の安着溝部１５３にそれぞれ安着する。そして、前記スペーサ１２０は、下部ケース１５０の側壁１５２に形成された間隙防止リブ１５４と密着して、動きが防止される。

最後に、前記下部ケース１５０の内部に多数の単位電池１１０とスペーサ１２０及び電極タブ１３０を含む電池モジュールと保護回路基板１４０が収納された状態で、下部ケース１５０と上部ケース１６０をスクリューで締結すると、バッテリーパック１００の組立が完了する。

１００、２００ バッテリーパック
１１０ 単位電池
１２０ スペーサ
１２１ スペーサ本体
１２２ 安着面
１２３ 隔壁
１２４ 放熱溝
１２５ リードワイヤ引出孔
１２６ 係止リブ
１３０ 電極タブ
１３１ 接点部
１３２ リードワイヤ連結部
１４０ 保護回路基板
１４１ リードワイヤ
１５０ 下部ケース
１５１ 底板
１５２ 側壁
１５３ 安着溝部
１５４ 間隙防止リブ
１６０ 上部ケース
１７０ 絶縁テープ
１８０ クッションテープ
１９０ ホルダー
１９１ 上板
１９２ 側板
１９３ 基板設置部
１９４ 分離隔壁
１９５ 掛け具

Claims (16)

1. 多段に配置され、円筒形状を有する複数の単位電池と、
   前記複数の単位電池の間に設けられるスペーサと、
   リードワイヤによって前記単位電池と連結される保護回路基板と、
   前記複数の単位電池を囲み、前記リードワイヤが通過する経路を有するホルダーと、を含み、
   前記スペーサが、前記単位電池の外周面と一致する半円形の複数の安着面と、前記安着面間に形成されたリードワイヤ引出孔とを有し、
   前記複数の単位電池が、前記スペーサの複数の安着面にそれぞれ配置される、バッテリーパック。
2. 前記ホルダーには、前記単位電池のそれぞれに向かって前記リードワイヤを分岐させる分離隔壁が形成された請求項１に記載のバッテリーパック。
3. 前記ホルダーには、前記リードワイヤを結線する掛け具が形成された請求項１に記載のバッテリーパック。
4. 前記ホルダーは、前記単位電池の上部及び側部を各々囲む上板及び側板を含む請求項１に記載のバッテリーパック。
5. 前記ホルダーの上面には、前記保護回路基板が設けられる基板設置部が形成された請求項１に記載のバッテリーパック。
6. 前記単位電池は円筒形電池であって、複数の電池が多段に設けられ、互いに隣接する単位電池は、互いに反対極性を有するように配置される請求項１に記載のバッテリーパック。
7. 前記スペーサは、プレート形状の本体に前記単位電池の外周面と一致する複数の安着面が形成され、前記安着面と他の安着面の間には放熱溝が形成された隔壁が備えられる請求項１に記載のバッテリーパック。
8. 前記スペーサには、長さ方向にリードワイヤ引出孔が形成された請求項１に記載のバッテリーパック。
9. 前記スペーサは、軟性プラスチック材質で形成された請求項１に記載のバッテリーパック。
10. 前記軟性プラスチックは、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリスチレン（ＣＰＳ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴＥ）またはこれと等価の性質を有する材質のうち選択される少なくとも一つの材質を含む請求項９に記載のバッテリーパック。
11. 前記単位電池とスペーサを収納するケースをさらに含む請求項１に記載のバッテリーパック。
12. 前記ケースは、前記複数の単位電池とスペーサが収納される下部ケースと、前記下部ケースを密閉する上部ケースとを含む請求項１１に記載のバッテリーパック。
13. 前記下部ケースは、底板に前記単位電池が安着する半円形断面を有する安着溝部が格子状に形成された請求項１２に記載のバッテリーパック。
14. 前記複数の単位電池を電気的に連結し、前記リードワイヤが連結される電極タブをさらに含む請求項１に記載のバッテリーパック。
15. 前記電極タブは、前記単位電池と溶接される接点部と、リードワイヤが接続されるリードワイヤ連結部とを含む請求項１４に記載のバッテリーパック。
16. 前記電極タブには、前記電極タブを保護する絶縁テープが付着した請求項１４に記載のバッテリーパック。

Images