JP5399242B2 - バッテリーパックケース - Google Patents

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Description

本発明は、バッテリーパックケースに関し、より詳しくは、複数のバッテリーセルがパックケース中に取り付けられ、該バッテリーセルが互いに電気的に接続される構造に構築されたパックケースであって、該パックケースが、中空構造に構築された上側ケース及び下側ケースを包含し、該構造中で、該バッテリーセルが該上側ケースと該下側ケースとの間に取り付けられた状態で、該上側ケース及び該下側ケースが互いに連結されており、各ケースが、各ケースの内側部分に、該バッテリーセルを支持するための複数のスペーサを一体的に備え、各ケースが、各ケースの外側部分に、各ケースの該内側と連絡する数の通気開口部を備えている、パックケースに関する。
可動装置が益々多く開発され、そのような可動装置の需要が増加するにつれて、それらの可動装置用のエネルギー源として二次バッテリーの需要も急速に増加している。特に、高エネルギー密度及び高放電電圧を有するリチウム二次バッテリーに対して多くの研究が行われており、このバッテリーが現在商業化され、広く使用されている。
二次バッテリーが使用される外部装置の種類に応じて、二次バッテリーは、単一バッテリーの形態で、または複数の単位電池が互いに電気的に接続されているバッテリーパックの形態で使用することができる。例えば、小型の装置、例えば携帯電話、は、一個のバッテリーの出力及び容量で予め決められた時間操作することができる。他方、中または大型装置、例えばラップトップコンピュータ、動力工具、及びハイブリッド電気自動車、では、高出力及び大容量が中または大型装置に必要なので、バッテリーパックを使用する必要がある。
バッテリーパックは、複数の単位電池が互いに直列および／または並列に電気的に接続されているバッテリー構造である。バッテリーパックは、単位電池が互いに連続的に、電気的に接続されるように、単位電池の安定した配置構造を維持することが重要である。
特に、バッテリーパックの単位電池として使用される円筒形二次バッテリーは、それらの外観的特徴のために、配置構造を維持するのが非常に困難である。この理由から、円筒形二次バッテリーには、追加の固定部材を使用する必要がある。
一般的に、そのような円筒形二次バッテリーを包含するバッテリーパックは、円筒形二次バッテリーの外部形状に対応する構造を有するスペーサを、円筒形二次バッテリー同士の間に配置し、円筒形二次バッテリーの配置構造を維持するように構築する。しかし、スペーサは、円筒形二次バッテリーの充電及び放電の際に、円筒形二次バッテリーから発生する熱の流れを妨害し、それによって、バッテリーパックの劣化を引き起こす。また、スペーサは、別の部材としてバッテリーパックに取り付けるので、組立工程が複雑になり、製造コストが増加する。さらに、バッテリーパックは、スペーサに固定された円筒形二次バッテリーを別の外部ケースに取り付けることにより、構築される。しかし、スペーサ及び外部ケースを使用することにより、バッテリーパックの体積及び重量が増加する。
特に、携帯用動力工具、例えば電気ドリル、またはハイブリッド電気自動車用の電源として使用するバッテリーパックには、外部の物理的衝撃、例えば例えば振動または落下、がバッテリーパックに作用した場合でも、単位電池の配置構造を安定して維持し、高速放電によりバッテリーパックから瞬間的に発生する大量の熱を遅滞なく移動させるための装置が強く求められる。
技術的な問題
従って、本発明は、上記の問題および他の未解決の技術的問題を解決するためになされたものである。
特に、本発明の目的は、複数のバッテリーセルが、簡単な組立方法により、コンパクトな構造に、パックケース中に安定して取り付けられるように構築されたパックケースを提供することである。
本発明の別の目的は、バッテリーセルの充電及び放電の際にバッテリーセルから発生する熱を効果的に除去することができるパックケースを提供することである。
本発明の別の目的は、追加の安全装置、例えば検出部材および／または保護回路モジュール、をパックケース中に容易に取り付けられる構造に構築されたパックケースを提供することである。
本発明の別の目的は、そのようなパックケースを包含するバッテリーパックを提供することである。
技術的解決策
本発明の一態様により、上記の、及び他の目的は、複数のバッテリーセルがパックケース中に取り付けられ、該バッテリーセルが互いに電気的に接続される構造に構築されたパックケースであって、該パックケースが、中空構造に構築された上側ケース及び下側ケースを包含し、該構造中で、該バッテリーセルが該上側ケースと該下側ケースとの間に取り付けられた状態で、該上側ケース及び該下側ケースが互いに連結されており、各ケースが、各ケースの内側部分に、該バッテリーセルを支持するための複数のスペーサを一体的に備え、各ケースが、各ケースの外側部分に、各ケースの該内側と連絡する複数の通気開口部を備えている、パックケースを提供することにより、達成される。
従って、本発明のパックケースには、複数のバッテリーセルが、簡単な組立方法により、コンパクトな構造に、パックケース中に安定して取り付けられ、バッテリーセルの充電及び放電の際にバッテリーセルから発生する熱が効果的に除去され、それによって、バッテリーパックの構造的安定性及び火災に対するバッテリーパックの安全性が改良される、という利点がある。
上側ケース及び下側ケースの形状には、特に制限は無い。従って、上側ケース及び下側ケースを様々な形状に製造することができる。例えば、バッテリーセルが上側ケース及び下側ケースの間に安定して積み重ねられるように、上側ケース及び下側ケースを六面体構造で互いに連結することができる。また、上側ケース及び下側ケースが対称的な構造で互いに連結されるように、上側ケース及び下側ケースを同じ形状に製造することができる。この場合、上側ケース及び下側ケースは、パックケースを組み立てる際に上側ケースと下側ケースを区別せずに、互いに連結することができ、高い組立効率が達成できる。
また、上側ケース及び下側ケースは、制限無しに、様々な構造で互いに連結することができる。例えば、上側ケース及び下側ケースは、連結溝の中にフックを挿入することにより、互いに連結することができる。この場合、フック及び連結溝は、上側ケースと下側ケースの間の界面の片側に、フックが連結溝に対応するように形成することができる。
上側ケース及び下側ケースを上記のように対称的構造に構築する場合、フック及び連結溝は、上側ケースと下側ケースの間の界面で対称的様式で形成することができる。具体的には、フックを、上側ケースと下側ケースの間の界面の片側で上側ケースに形成し、連結溝を、上側ケースと下側ケースの間の界面の片側で下側ケースに形成する場合、連結溝は、上側ケースと下側ケースの間の界面の他の側で上側ケースに形成し、フックを、上側ケースと下側ケースの間の界面の他の側で下側ケースに形成し、これによってフック及び連結溝は、対称的構造に配置される。
好ましい実施態様では、スペーサが、隣接するバッテリーセルの外側周辺部を部分的に取り囲むように、スペーサがパックケースの内側部分から予め決められた長さで突き出ている。状況により、スペーサが、パックケースの中央でパックケースの外側と連絡するように、パックケースは、パックケースの、スペーサに対応する外側部分に複数の通し穴を備えることができる。例えば、バッテリーパックの単位電池として円筒形二次バッテリーを使用する場合、スペーサは、隣接する4個の円筒形二次バッテリーを部分的に取り囲む構造に構築することができる。具体的には、隣接する4個の円筒形二次バッテリーが互いに接触する場合、特徴的な湾曲表面のために、隣接する円筒形二次バッテリーの中に造り出される空の空間に束ねられた隣接する4個のアーク部分により形成される中空円筒形構造に、スペーサを構築することができる。
好ましい実施態様では、各ケースは、その、バッテリーセルの電極端子に対応する外側部分に、接続通し穴を備え、その通し穴を通してバッテリーセルの電極端子が露出し、各ケースは、その外側部分で、接続通し穴同士の間に、接続部材をパックケースに取り付けるための突起を備えている。この場合、接続通し穴及び突起は、特に制限無しに、様々なサイズ及び形状に形成することができる。
上記の構造では、接続部材用の材料には、その接続部材がバッテリーセルの電極端子を互いに接続する限り、特に制限は無い。好ましくは、接続部材は金属板である。
状況に応じて、上側ケースおよび／または下側ケースは、保護回路装置を対応するケースに取り付けるための連結部材を備えることができる。連結部材の構造には、その連結部材が保護回路装置を対応するケースに安定して取り付ける限り、特に制限は無い。例えば、連結部材は、フック構造に構築することができる。
本発明の別の態様では、上記構造のパックケースを包含するバッテリーパックを提供する。このバッテリーパックは、複数のバッテリーセルの組合せを必要とする高速放電電源として使用することができる。バッテリーパックには、円筒形バッテリーセルがバッテリーパックに取り付けられている限り、特に制限は無い。好ましくは、バッテリーパックは、動力工具またはハイブリッド電気自動車用の電源として使用する。
本発明により、バッテリーパックを構成するバッテリーセルの電極端子は、上側及び下側ケースの外側部分で、パックケース中のバッテリーセルの電極端子に対応する位置で形成された接続通し穴を通して露出し、バッテリーセルの電極端子は、対応するケースの外側部分に取り付けた接続部材により、互いに電気的に接続されている。
上記の構造では、バッテリーセルの電圧を検出するための検出部材を、接続部材にさらに接続することができる。好ましくは、検出部材は、プリント回路基板(PCB)またはたわみ性プリント回路基板(FPCB)である。
また、保護回路装置を、パックケースの片側にさらに取り付けることができる。この場合、保護回路装置は、好ましくは検出部材に接続する。
本発明の上記の、及び他の目的、特徴及び利点は、添付の図面を参照しながら記載する下記の詳細な説明により、より深く理解される。
発明の様式
ここで、添付の図面を参照しながら、本発明の好ましい実施態様を詳細に説明する。しかし、本発明の範囲は、例示する実施態様に限定されるものではない。
図1は、本発明の好ましい実施態様によるバッテリーパックを例示する分解組立図である。
図1に関して、バッテリーパック600は、複数の円筒形バッテリーセル200が内部に取り付けられている構造に構築されたバッテリーパックケース100、バッテリーセル200同士を互いに電気的に接続するための金属板300、バッテリーセル200の電圧を検出するための、金属板300に接続されたたわみ性プリント回路基板(FPCB)400、及びバッテリーセル200を制御するための、FPCB 400に接続された保護回路装置500を包含する。
バッテリーパックケース100は、対称的構造に互いに連結された上側ケース101及び下側ケース102を包含する。上側及び下側ケース101及び102は、それらの内側部分に、円筒形バッテリーセル200を支持するための複数のスペーサ110を一体的に備えている。上側及び下側ケース101及び102のそれぞれは、それらの上側部分に、上側及び下側ケース101及び102のそれぞれの内部と連絡する複数の通気開口部120(図2参照)を備えている。パックケースの細部の構造は、図2及び3に、より詳細に示す。説明の都合上、パックケースの一部を図2に示すが、図2に示す構造は、上側ケース及び下側ケースの両方に等しく適用することができる。
図1〜3に関して、パックケース100は、一般的に中空の六面体構造に構築される。パックケース100は、その底部103に、バッテリーセル200の配置構造を維持するためのスペーサ110及び接続通し穴130を備えており、それらの通し穴を通してバッテリーセルの電極端子210がパックケース100の外側に露出されている。また、パックケース100は、それらの側部104に、通気開口部120をそなえており、それらの通気開口部を通して、バッテリーセル200から発生した熱がパックケース100の外側に排出される。
スペーサ110は、パックケース100の底部103から突き出ている。スペーサ110は、隣接する4個のスペーサ110、111、112、及び113が中空の円筒形構造を形成するように配置されている。従って、各スペーサ110は、隣接する4個の円筒形バッテリーセル200、201、202、及び203の外周部を部分的に取り囲む。
パックケース100の最も外側の区域に、パックケース100の側部104に沿って位置するスペーサ110'は、パックケース100の最も外側の区域に位置する、隣接する2個のバッテリーセル201及び203の外周部を部分的に取り囲む。特に、最も外側のスペーサ110'は、中間部にあるスペーサ110の半分に相当する形態に構築される。各スペーサ110の中央には、パックケース100の底部103を通してパックケース100の外側と廉部分する通し穴114が形成されている。スペーサ110の通し穴114は、通気開口部120と共に、バッテリーセル200から出る熱をパックケース100の外側に排出するのに役立つ。
接続通し穴120は、バッテリーセル200の電極端子210がパックケース100の底部103を通してパックケース100の外側に露出するように、隣接する4個のスペーサ110、111、112、及び113の中に位置する。
各通気開口部120は、隣接する2個のバッテリーセル201と202の間の界面に対応する位置に配置される。従って、バッテリーセル200から発生する熱は、それぞれのバッテリーセル200間の界面に沿って効果的に排出される。
パックケース100の側部104の上側末端に、第一フック140及び第一連結溝150が形成されている。第一フック140及び第一連結溝150は、図3に示すように、第一フック140及び第一連結溝150が、上側ケース101及び下側ケース102のそれぞれの側部104の上側末端で互いに対応するように、配置されている。従って、第一フック140を対応する第一連結溝150の中に挿入することにより、2個のケース101及び102が互いに連結される。また、第二フック180が、保護回路装置500が第二フック180を使用してパックケース100に取り付けられるように、パックケース100の側部104の下側末端に形成されている。
パックケース100は、その底部103に、複数の突起160、該突起160は、バッテリーセル同士200を互いに電気的に接続する金属板300をパックケース100に取り付けるのに使用される、及び別の複数の突起170、該突起170は、金属板300に接続された、バッテリーセル200の電圧を検出するためのFPCB 400をパックケース100に取り付けるのに使用される、を備えている。
金属板を取り付ける突起160は、バッテリーセル200の列に沿って接続通し穴130の間に形成される。FPCBを取り付ける突起170は、パックケース100の底部103の対向する側部の中央区域に形成される。
また、パックケース100は、その底部103に、金属板300がバッテリーセルの電極端子210に所定の位置で接続されるように、接続通し穴130を相互接続するために形成された溝190を備えている。
図4は、図1に示すバッテリーパックに接続部材として取り付けた金属板を典型的に例示する透視図であり、図5〜7は、図4に示す金属板の代表的な構造を典型的に例示する拡大図である。
これらの図面と図1に関して、金属板300は、パックケース100の底部103に突起160を使用して取り付け、図3に示すように外側に露出した電極端子210を電気的に接続する。
金属板300は、バッテリーセル200の電極端子210に接触する端子接触部分310、端子接触部分310同士を接続させる接続部分320、及び端子接触部分310または接続部分320から突き出ている外部入力及び出力端子部分330及び350を包含する。各接続部分320は、パックケース100の底部103に形成された金属板を取り付ける突起160に対応する溝360を備えている。金属板300の端子接触部分310は、パックケース100の底部103の厚さにより、金属板300の接続部分320より低くなっているので、金属板300は、パックケース100の底部103に安定して取り付けられる。
金属板300は、金属板300の端子接触部分310及び接続部分320の構造に基づいて、Ａ型金属板301、Ｂ型金属板302、及びＣ型金属板303に分けられる。
図5に示すように、各Ａ型金属板301は、一列に配置された2個のバッテリーセルを電気的に接続する構造に構築されている。特に、各Ａ型金属板301は、2個の端子接触部分310を接続するための2個の端子接触部分310及び1個の接続部分320を包含する。
図6に示すように、各Ｂ型金属板302は、長方形に配置された4個のバッテリーセルを電気的に接続する構造に構築されている。特に、各Ｂ型金属板302は、4個の端子接触部分310を接続するための4個の端子接触部分310及び4個の接続部分320を包含する。
図7に示すように、各Ｃ型金属板303は、一列に配置された4個のバッテリーセルを電気的に接続する構造に構築されている。特に、Ｃ型金属板303は、4個の端子接触部分310を接続するための4個の端子接触部分310及び3個の接続部分320を包含する。
各Ａ型金属板301に関して、外部入力及び出力端子部分350は、対応する端子接触部分310から、パックケース100の、保護回路装置500が取り付けられる方の側部104に向かって突き出ているので、外部入力及び出力端子部分350は、保護回路装置500に直接接続される。各Ｂ型金属板302及びＣ型金属板303に関して、外部入力及び出力端子部分330は、対応する接続部分320から、外部入力及び出力端子部分330がFPCB 400に接続されるように突き出ている。特に、Ａ型金属板301の外部入力及び出力端子部分350は、その末端で屈曲しているので、保護回路装置500は、屈曲した外部入力及び出力端子部分350により機械的に固定される。Ａ型金属板301の外部入力及び出力端子部分350は、バッテリーパック600の外部入力及び出力端子として作用する、バッテリーセル200の最終的な電極端子である。
図8は、図1に示すバッテリーパックに取り付けた、検出部材としてのFPCB及び保護回路装置を例示する透視図である。
図1及び8に関して、FPCB 400は、FPCB 400が金属板300の外部入力及び出力端子部分330に接続されるように、FPCB取付突起170を使用することにより、パックケース100の底部103に取り付ける。保護回路装置500は、保護回路装置500がFPCB 400に電気的に接続されるように、第二フック180を使用してパックケース100の側部104に取り付ける。この目的に、FPCB 400は、パックケース100の底部103に形成されたFPCB取付突起170に対応する溝470を備え、保護回路装置500は、パックケース100の側部104に形成された第二フック180に対応する連結溝580を備える。
保護回路装置500は、パックケース100の第二フック180を使用してパックケース100に主として連結される。しかし、図5に関して前に説明したように、保護回路装置500とパックケース100の間の連結力は、Ａ型金属板301の外部入力及び出力端子部分350により、さらに増強することができる。
図9は、代表的な構造及び方法により製造されたバッテリーパックを典型的に例示する透視図である。
図1及び9に関して、バッテリーパック600は、複数のバッテリーセルが、上側ケース101と下側ケース102の間に限定される空間中に取り付けられている状態で、第一フック140を対応する連結溝150の中に挿入することにより、上側ケース101及び下側ケース102を互いに連結し、金属板300がバッテリーセル200に接続されている状態で(円Ａ参照)、金属板取付突起160を対応する溝360の中に挿入することにより、金属板300をパックケースに取り付け、検出部材としてのFPCB 400が、金属板300に接続されている状態(円Ｂ参照)で、FPCB取付突起170を対応する溝470の中に挿入することにより、FPCB 400をパックケースに取り付け、保護回路装置500がFPCB 400に取り付けられている状態で(円Ｃ参照)、第二フック180を対応する連結溝580の中に挿入することにより、保護回路装置500をパックケースに取り付けることにより、組み立てる。
本発明の好ましい実施態様を例示のために開示したが、当業者には明らかなように、請求項に記載する本発明の範囲及び精神から離れることなく、様々な修正、追加及び置き換えが可能である。
上記の説明から明らかなように、本発明のパックケースには、複数のバッテリーセルが、簡単な組立方法により、コンパクトな構造に、パックケース中に安定して取り付けられ、バッテリーセルの充電及び放電の際にバッテリーセルから発生する熱を効果的に除去することができ、追加の安全装置、例えば検出部材および／または保護回路モジュール、をパックケース中に容易に取り付けられる、という効果がある。
図1は、本発明の好ましい実施態様によるバッテリーパックケースを包含するバッテリーパックを例示する分解組立図である。 図2は、図1に示すバッテリーパックを構成するパックケース(上側ケースまたは下側ケース)の内部構造を例示する透視図である。 図3は、図1に示すバッテリーパックを組み立てる際に、上側ケース及び下側ケースを互いに連結することにより、複数のバッテリーセルをパックケース中に取り付ける方法を例示する透視図である。 図4は、図1に示すバッテリーパックを組み立てる際に、図3に示すパックケースの外側表面に接続部材を取り付ける方法を例示する透視図である。 図5は、本発明の好ましい実施態様による接続部材を例示する拡大図である。 図6は、本発明の好ましい実施態様による接続部材を例示する拡大図である。 図7は、本発明の好ましい実施態様による接続部材を例示する拡大図である。 図8は、図1に示すバッテリーパックを組み立てる際に、検出部材を図5〜7に示す接続部材に、検出部材が接続部材に電気的に接続されるように取り付け、保護回路モジュールを検出部材に、保護回路モジュールが検出部材に電気的に接続されるように取り付ける方法を例示する透視図である。 図9は、本発明の好ましい実施態様により組み立てたバッテリーパックを例示する透視図である。
＜図面の主要参照番号の説明＞
100 パックケース、101 上側ケース
102 下側ケース110、110 スペーサ
120 通気開口部、200 バッテリーセル
300 接続部材、400 検出部材
500 保護回路モジュール

Claims (14)

  1. パックケースと接続部材とを備えてなる、バッテリーパックであって、
    前記パックケースが、複数のバッテリーセルがパックケース中に取り付けられ、前記バッテリーセルが互いに電気的に接続される構造に構築されてなるものであり、
    前記パックケースが、中空構造に構築された上側ケース及び下側ケースを包含し、
    前記構造中で、前記バッテリーセルが前記上側ケースと前記下側ケースとの間に取り付けられた状態で、前記上側ケース及び前記下側ケースが互いに連結されており、
    各ケースが、各ケースの内側部分に、前記バッテリーセルを支持するための複数のスペーサを一体的に備えてなり、
    各ケースが、各ケースの外側部分に、各ケースの前記内側と連絡する複数の通気開口部を備えてなり、
    前記パックケースが、前記バッテリーセルの電極端子に対応する位置に、接続通し穴を備えてなり、前記接続通し穴を通じて前記バッテリーセルの電極端子が露出してなり、
    前記接続部材の前記端子接触部分が前記バッテリーセルの前記電極端子に接続されてなり、前記接続部材の前記接続部分が前記パックケースに取り付けられてなり、
    前記端子接触部分が、前記パックケースの底部の厚さにより、前記接続部材の接続部分よりも低くなっているものである、バッテリーパック。
  2. 前記上側ケース及び前記下側ケースが、対称的な六面体構造で構築されてなる、請求項１に記載のバッテリーパック。
  3. 前記上側ケース及び前記下側ケースが、前記上側ケースと前記下側ケースの間の界面の片側に形成されたフックと連結溝との間の連結により互いに連結されてなる、請求項１に記載のバッテリーパック。
  4. 前記スペーサが、隣接するバッテリーセルの外側周辺部を部分的に取り囲むように、前記スペーサが各ケースの内側部分から突き出ており、
    前記スペーサが、前記パックケースの中央で前記パックケースの外側と連絡するように、各ケースが、前記スペーサに対応する外側部分に通し穴を備えてなる、請求項１に記載のバッテリーパック。
  5. 各ケースが、各ケースの、前記バッテリーセルの電極端子に対応する外側部分に、接続通し穴を備えてなり、前記接続通し穴を通して前記バッテリーセルの電極端子が露出してなり、
    各ケースが、各ケースの外側部分で、前記接続通し穴同士の間に、接続部材を前記パックケースに取り付けるための突起を備えてなる、請求項１に記載のバッテリーパック。
  6. 前記接続部材が金属板である、請求項５に記載のバッテリーパック。
  7. 前記上側ケースおよび／または前記下側ケースが、保護回路装置を対応するケースに取り付けるための連結部材を備えてなる、請求項１に記載のバッテリーパック。
  8. 前記連結部材がフック構造に構築されてなる、請求項７に記載のバッテリーパック。
  9. 高速放電に使用される、請求項１〜８の何れか一項に記載のバッテリーパック。
  10. 動力工具用の電源として使用される、請求項１〜８の何れか一項に記載のバッテリーパック。
  11. ハイブリッド電気自動車用の電源として使用される、請求項１〜８の何れか一項に記載のバッテリーパック。
  12. 前記バッテリーセルの電圧を検出するための検出部材が、前記接続部材にさらに接続されてなる、請求項１〜１１の何れか一項に記載のバッテリーパック。
  13. 前記検出部材が、プリント回路基板(PCB)、又はたわみ性プリント回路基板(FPCB)である、請求項１２に記載のバッテリーパック。
  14. 保護回路装置が、前記パックケースの片側にさらに取り付けられ、
    前記検出部材が前記保護回路装置に接続されてなる、請求項１３に記載のバッテリーパック。
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