JP5537086B2 - 二次電池パック - Google Patents

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Description

本発明は、二次電池パックに関し、特に複数の二次電池セルを備えた二次電池パックに関する。
近年、様々な電子機器の電源として二次電池が用いられている。高い電圧が必要な機器には、直列に接続された複数の二次電池セルを備えた二次電池モジュールの搭載が検討されている。
二次電池セルが適正な充電量を越えて過充電となると、電解液の分解に伴ってガスが発生することがある。このように過充電によりガスが発生すると、密閉型の二次電池セルの場合、二次電池セル内部でガス圧が高まって爆発事故を起こす危険性があった。
従来、複数の単位セルを直列に接続した組電池について、単位セルの正負極端子間電圧の異常を検出する異常検出回路を備えた組電池の異常検出装置が提案されている(例えば、特許文献1参照)。特許文献1の異常検出回路は、単位セルの正負極端子間電圧が第1の所定電圧よりも上昇して過充電状態となったことを検出するとともに、正負極端子間電圧が第2の所定電圧よりも降下して過放電状態となったことを検出する。
特許文献1に記載されたように、二次電池セルの正負極端子間電圧を得るために、二次電池セルの電極間電圧を検出するための回路と、この回路に二次電池セルの電極間電圧を供給する配線等の電圧供給手段が必要となる。したがって、回路や配線等を収容するために二次電池パックを大きくする必要があるとともに、部品点数を削減することが困難であった。
特開2003−303626号公報
本発明は上記事情に鑑みて成されたものであって、部品点数を削減し小型化可能な二次電池パックを提供することを目的とする。
本発明の態様による二次電池パックは、電極端子を備えた複数の二次電池セルと、前記二次電池セルが収容されるケース、および、前記ケースの開口を閉じる蓋体を有する収容体と、隣合う前記二次電池セルの電極端子を電気的に接続するバスバーと、を備え、前記蓋体には前記二次電池セルの電圧を検出するための回路が一体成形され、前記回路は、前記複数の二次電池セルの上壁と対向した前記蓋体の天面に配置され、前記回路と前記バスバーとは接続手段を介して電気的に接続され、前記接続手段は、前記蓋体の前記天面において前記回路の配線の端に前記配線と電気的に接続するように固定された接続部材と、前記蓋体側に延びる前記バスバーの突起とを備え、前記接続部材と前記突起とは電気的に接続され、前記突起は開口を備え、前記接続部材は、前記天面と平行に延びる第1部材と、前記第1部材の端部から前記天面に直交する方向に延びる第2部材と、前記第2部材が延びた端部から前記天面側に屈曲した第3部材と、を備え、前記第3部材が前記開口に挿入されて前記突起と前記接続部材とが契合している二次電池パックである。
本発明によれば、部品点数を削減し小型化可能な二次電池パックを提供することができる。
本発明の第1実施形態に係る二次電池パックの一構成例を説明するための図である。 図1に示す二次電池パックの構成要素の一例について説明するための図である。 バスバーと電圧供給配線との接続部の一構成例を示す図である。 バスバーと電圧供給配線との接続部の一構成例を示す図である。 バスバーと電圧供給配線との接続部の一構成例を示す図である。 図1に示す二次電池パックの蓋体の一構成例について説明するための図である。 本発明の第2実施形態に係る二次電池パックの一構成例について説明するための図である。 図5に示す二次電池パックの構成要素の一例について説明するための図である。 図5に示す二次電池パックの蓋体の一構成例について説明するための図である。 図5に示す二次電池パックのバスバーの一構成例について説明するための図である。 図5に示す二次電池パックの保持部材の一構成例について説明するための図である。 図9に示す保持部材の構成要素の一例について説明するための図である。
以下、本発明の第1実施形態に係る二次電池パックついて、図面を参照して説明する。図1に示すように、本実施形態に係る二次電池パックMDLは、複数の二次電池セルBTと、複数の二次電池セルBTを収容する収容体とを備えている。
収容体は、二次電池セルの底壁側の端部(図示せず)を保持するケース10と、ケース10の開口を閉じる蓋体20とを備えている。ケース10および蓋体20は絶縁性材料によって形成されている。本実施形態ではケース10および蓋体20は樹脂材料により形成されている。
図2に示すように、各二次電池セルBTは略直方体形状の容器を備えている。底壁と対向した容器の上壁9には、電極端子が配置されている。電極端子は負極端子2および正極端子4を備えている。負極端子2と正極端子4との間には、安全弁6が設けられている。
容器内には電解液(図示せず)、正電極(図示せず)、および負電極(図示せず)が収容されている。正極端子4は正電極と電気的に接続され、負極端子2は負電極と電気的に接続されている。正極端子4と負極端子2とは上壁9から外側に突出している。この容器は、例えばアルミニウム等の導電性材料で形成されている。
なお、密封型電池では、過充電等によって容器内部に発生したガスにより、容器内部のガス圧が高まって爆発事故を起こすことがある。このため二次電池セルBTはその上壁9に安全弁6を設けることによりガス圧の上昇に対処可能としている。二次電池セルBT内のガス圧が上昇すると安全弁6が開いてガスが外部に放出され、爆発事故が回避される。
二次電池セルBTの容器は、上壁9と底壁との間に延びると共に互いに対向した2つの主壁1と主壁1間に延びる2つの側壁8とを備えている。主壁1は、負極端子2と正極端子4とが並ぶ方向と略平行である。複数の二次電池セルBTは、隣合う二次電池セルBTの主壁1同士が対向するように、所定の間隔を置いてケース10に保持されている。
ケース10は、隣合う二次電池セルBT同士が接触することを防止するとともに、二次電池セルBTを位置決めするための絶縁手段14と、二次電池セルBT間の空間と連通するスリット12と、を備えている。絶縁手段14は、二次電池セルBTの側壁8と対向するケース10の部分から二次電池セルBTの間へ、複数の二次電池セルBTが並ぶ方向と略直交する方向に延びている。このようなケース10内に二次電池セルBTを収容することで、二次電池セルBTの位置決めが容易になる。
スリット12は、ケース10の二次電池セルBTの側壁8と対向するケース10の部分に設けられ、二次電池セルBT間に冷却媒体が循環可能となるように構成されている。したがって、二次電池セルBTの充放電により発生する熱によって二次電池セルBTの温度が上昇したときに、ケース10のスリット12を通過して二次電池セルBT間を循環する冷却媒体(例えば空気)で冷却することができる。
正極端子4は、隣合う二次電池セルBTの負極端子2と、バスバー30によって電気的に接続されている。バスバー30によって複数の二次電池セルBTは、直列に接続されている。バスバー30は、正極端子4と負極端子2とが挿入される2つの電極挿入口32を備えている。バスバー30の電極挿入口32は例えば溶接により正極端子4および負極端子2に固定されている。
直列に接続された複数の二次電池セルBTの両端に位置する電極端子には、外部に電力を取り出すための取り出し部材30Aが取り付けられている。取り出し部材30Aは、電極端子が挿入される電極挿入口32Aを備え、ケース10に蓋体20を取り付けた際に、蓋体20の外に一部が露出するように取り付けられている。
バスバー30は、各二次電池セルBTの電圧を取り出すための突起34を備えている。突起34は、複数の二次電池セルBTが並ぶ方向と略平行に延びるバスバー30の端縁から蓋体20の天面20T側に延びている。突起34は開口34Aを備えている。
蓋体20の天面20Tは、複数の二次電池セルBTの上壁9と対向している。図4に示すように、蓋体20の天面20Tには配線20Wを含む回路20Cが形成されている。配線20Wの一端は、コネクタCNTに接続されている。コネクタCNTは、蓋体20に嵌め込まれている。コネクタCNTには、上位の制御手段(図示せず)が接続される。上位の制御手段は、例えば二次電池パックMDLの充電および放電の動作を制御する手段である。
なお、蓋体20の天面20Tにチップ抵抗を固定可能な回路パタンが作成され、チップ抵抗をハンダあるいは導電性接着剤で回路パタンに接続する。このチップ抵抗は、二次電池セルBTの回路20Cで二次電池セルBTの異常電圧等で二次電池セルBTが破損する前にチップ抵抗が損傷することで、二次電池セルBTからの電圧を遮断して上位の制御手段を保護している。
本実施形態に係る二次電池パックMDLでは、蓋体20の天面20Tに回路20Cを一体成形している。蓋体20の天面20Tに回路20Cを一体成型することにより、二次電池パックMDLに電圧検出のための回路を取り付ける作業を軽減することができる。また、蓋体20の天面20Tに回路20Cを一体成型することにより、回路20Cと蓋体20とが強固に接続され、振動に対する強度を増すことができる。
また、蓋体20に、嵌め込み式コネクタCNTを挿入して固定する構成により、二次電池パックMDLの作業工数の削減ができるとともに、二次電池パックMDLを小形化することができる。
配線20Wの他端20WEは、接続部材40あるいはサーミスタSSに電気的に接続されている。サーミスタSSは、蓋体20の内側に取り付けられている。蓋体20の天面20Tにおいて、サーミスタSSにより温度を検出するように回路20Cを構成することで、二次電池セルBT近傍の温度を上位の制御手段で検出することができる。したがって、上位の制御手段は冷却用ファンを制御することにより、二次電池セルBTの温度を最適化し、二次電池パックMDLを効率的に運用することができる。
図3A乃至図3Cに示すように、接続部材40は、蓋体20の天面20Tと略平行に延びるとともに、蓋体20の天面20Tに設けられた保持部22に保持された第1部材42と、蓋体20の天面20Tに対して略直交する方向に延びる第2部材44と、第2部材44が延びた端部44Eから天面20T側に屈曲した第3部材46とを備えている。なお、図3A乃至図3Cには、接続部材40および突起34の説明のために二次電池セルBTを省略している。
複数の二次電池セルBTが並ぶ方向において、第2部材44の幅は第3部材46の幅よりも大きくなっている。蓋体20をケース10に取り付ける際に、第3部材46がバスバー30の突起34に設けられた開口34Aに挿入され、接続部材40と突起34とが契合する。
すなわち、ケース10内に複数の二次電池セルBTを収容し、隣合う二次電池セルBTの電極端子同士をバスバー30によって接続した後、ケース10に蓋体20を取り付けると同時に、バスバー30と配線20Wとが、接続手段としての接続部材40および突起34により契合して、二次電池セルBTの電圧を取得することができる。したがって、二次電池パックMDLの組み立て作業が容易となる。
上記のように、バスバー30に蓋体20の天面20T側に延びる突起34を設けることによって、バスバー30と蓋体20に設けられた電圧検出のための回路20Cの配線20Wとを、接続部材40を介して容易に接続可能となる。
さらに、バスバー30の突起34に開口34Aを設けることで、突起34と接続部材40とが契合する。突起34と接続部材40とが契合することで、振動等による負荷や、周囲環境の温度や湿度の変化によって、バスバー30と接続部材40との接続が遮断されることが無く、電圧検出の信頼性を向上させることができる。
なお、振動等による負荷が大きい場合には、接続部材40を配線20Wの端部20WEにハンダあるいは導電性接着剤により接続し、電圧検出の信頼性を確保する。その場合、複数の二次電池セルBTが並ぶ方向において、接続部材40の第1部材42の幅を、配線20Wの接続部材40が接続された端部20WEの幅よりも小さくする。そうすると、ハンダあるいは導電性接着剤が、接着面および周囲に発生するフィレット形状(なだらかに接続材料同士が接続する形状)となり、接続部材40と配線20Wの端部20WEとの接続強度を増すことができる。
上記のように、各二次電池セルBTの電極端子の電圧を検出するための回路20Cを、蓋体20の天面20Tに設けたことによって、二次電池パックMDLの実装面積を小さくすることができ小型化可能となるとともに、部品点数を削減することができ製造工程を削減し、製造コストを低減させることができる。すなわち、本実施形態に係る二次電池パックMDLによれば、部品点数を削減し小型化可能な二次電池パックを提供することができる。
また、蓋体20の天面20Tに設けた回路20Cが破損した場合であっても、蓋体20を容易に交換あるいは修理することができ、ユーザの利便性を向上させることが可能である。
次に、本発明の第2実施形態に係る二次電池パックMDLについて図面を参照して以下に説明する。なお、以下の説明において、上述の第1実施形態に係る二次電池パックMDLと同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。図5および図6に示すように、本実施形態に係る二次電池パックMDLは、複数の二次電池セルBTと、複数の二次電池セルBTの底壁側の端部を保持するケース10と、ケース10の一開口を閉じる蓋体20とを備えている。
図5および図6に示すように、本実施形態に係る二次電池パックMDLでは、複数の二次電池セルBTの電圧検出のための回路20Cが、蓋体20の外表面20A側に配置されている。電圧検出のための回路20Cは複数の配線20Wを含む。本実施形態では、回路20Cは、外表面10Aに一体に形成されている。
図7に示すように、蓋体20は二次電池セルBTの電極端子を露出させる第1開口24と、複数の二次電池セルBTが並ぶ方向において第1開口24間に配置された第2開口28と、複数の二次電池セルBTが並ぶ方向と略直交する方向において第1開口24を挟むように配置された第3開口26と、第2開口28の近傍に配置された第4開口29とを備えている。第1開口24、第2開口28、第3開口26、および、第4開口29は、蓋体2を、天面から外表面20Aに貫通するように設けられている。
蓋体20は、複数の二次電池セルBTの安全弁6と対向する位置に配置されたガス排出手段50を備えている。ガス排出手段50は、安全弁6から排出されたガスを、端部に設けたガス排出口50Hに誘導するように構成されている。ガス排出手段50を設けることによって、安全弁6から排出されたガスが外部に漏れることを回避し、二次電池パックMDLの安全性を担保することができる。
図8に示すように、本実施形態に係る二次電池パックMDLのバスバー30は、二次電池セルBTの電極端子が挿入される2つの電極挿入口32と、電極挿入口32が並ぶ方向において電極挿入口32間に配置された緩衝部38と、電極挿入口32が並ぶ方向と略直交する方向において電極挿入口32の両脇に配置された位置決め部36と、緩衝部38の近傍に配置された接続手段としての接続部39とを備えている。
直列に接続された複数の二次電池セルBTの両端に位置する電極端子に取り付けられるバスバー30Aは、電極端子が挿入される電極挿入口32Aと、電極挿入口32Aの両脇に配置された位置決め部36Aと、を備えている。
位置決め部36、36A、緩衝部38、および、接続部39は、電極挿入口32、32Aが形成された平板と略直交する方向に延びている。緩衝部38は、電極挿入口32が形成された平板を蓋体20側へ凸形状に屈曲させた部分であって、電極挿入口32が並ぶ方向に加えられる力を吸収するように構成されている。位置決め部36、36Aは、複数の二次電池セルBTが並ぶ方向と略平行なバスバー30、30Aの端縁から電極挿入口32、32Aが形成された平板と略直交する方向に延びている。
バスバー30は、隣合う二次電池セルBTの正極端子4と負極端子2とが2つの電極挿入口32に挿入されるように、二次電池セルBTに取り付けられる。バスバー30は、例えば溶接により、正極端子4と負極端子2とを電気的に接続した状態で固定される。
複数の二次電池セルBTは、ケース10に収容される。図9および図10に示すように、ケース10は、複数の二次電池セルBTの底壁側の端部を保持する複数の保持穴16Hを備える仕切り部材16と、仕切り部材16を収容するフレーム18とを備えている。
仕切り部材16は、複数の二次電池セルBTを絶縁するために絶縁材料で形成され、たとえば樹脂成型が望ましい。本実施形態では、フレーム18は例えばアルミニウム等の金属材料から成る。例えば、フレーム18を金属、例えばアルミニウムなどで形成することにより、フレーム製作コストを削減できる。また、フレーム18を金属材料とすることで、フレーム18の強度を増すことができる。なお、フレーム18の材料は金属、樹脂材料ともに可能である。また、フレーム18自体は単純なフレーム構造となるため、製作コストを削減できる。
フレーム18は、複数の二次電池セルBTの主壁1に対向する位置と側壁8に対向する位置とに配置された窓部10Aを備えている。フレーム18の窓部10Aは、開口した面が広いため、二次電池セルBTの周囲を循環する冷却媒体量を増すことができる。
例えば、上述の第1実施形態のスリット12では、二次電池セルBTの主壁1間にだけ冷却媒体が循環するが、窓部10Aは複数の二次電池セルBTの側壁8を露出するように開口されているため、二次電池セルBTの側壁8に沿って冷却媒体が循環して、さらに二次電池セルBTを冷却することができる。
本実施形態では、仕切り部材16とフレーム18とは、例えば一体成型されている。例えば樹脂材料の仕切り部材16と金属材料のフレーム18とを一体成型することにより、仕切り部材16とフレーム18とが強固に接続され、ケース10全体の強度を増すことができる。また、仕切り部材16とフレーム18とを一体成型することにより、これらを接続するための接続工数を削減できる。
複数の二次電池セルBTは、その底壁側の端部がケース10の保持穴16Hに挿入されることによって、隣合う二次電池セルBTと所定の間隔を置いて位置決めおよび固定され、フレーム18内に収容される。
複数の二次電池セルBTの電極端子にバスバー30を取り付けて、ケース10に蓋体20を取り付けると、バスバー30の位置決め部36が蓋体20の第3開口26に挿入され、複数の二次電池セルBTが位置決めおよび固定される。バスバー30の緩衝部38は第2開口に挿入される。バスバー30の接続部39は蓋体20第4開口29に挿入される。
複数の二次電池セルBTが並ぶ方向と略直交する方向における、蓋体20の端部には、コネクタCNT1、CNT2が設けられている。蓋体20の外側の外表面20Aには、配線20Wが形成されている。配線20Wは、一端がコネクタCNT1あるいはコネクタCNT2に接続され、他端が第4開口29に延びている。すなわち、第4開口29において、配線20Wの他端が接続手段としての接続部39に電気的に接続される。
上記の二次電池パックMDLを組み立てる際には、保持穴16Hに二次電池セルBTの底壁側の端部を挿入して、ケース10に複数の二次電池セルBTを収容し、電極端子にバスバー30を取り付けて複数の二次電池セルBTを直列に接続する。その後、ケース10に蓋体20を取り付けると、バスバー30の位置決め部36、緩衝部38、および接続部39が蓋体20の第3開口26、第2開口28、および第4開口29に挿入され、外表面20A側に貫通する。
そうすると、蓋体20をケース10に取り付けると同時に、外表面20A側に貫通した接続部39と配線20Wの他端とが電気的に接続され、コネクタCNT1、CNT2を介して上位制御手段へ二次電池セルBTの電圧を供給することができる。
上記のように、本実施形態に係る二次電池パックMDLによれば、蓋体20の外表面20Aに設けられた回路20Cにより、組み立て作業を行う者が容易に回路20Cにアクセスすることができる。また、二次電池パックMDLを組み立てた後であっても、一目で回路20Cを見ることができるため、接続不具合を目視することが容易である。
また、二次電池セルBTに不具合が生じ、液漏れ等が発声した場合に、回路20Cがショートしにくくなる。また、二次電池セルBTの充電および放電等により、二次電池セルBTの温度が上昇した場合であっても、回路20Cが温度上昇の影響を受けることがなく、電圧検出の信頼性を担保することができる。
すなわち、本実施形態に係る二次電池パックMDLによれば、部品点数を削減し小型化可能な二次電池パックを提供することができる。また、本実施形態に係る二次電池パックMDLによれば、上述の第1実施形態に係る二次電池パックMDLと同様の効果が得られるとともに、接続部材40が必要なくなるため、さらに部品点数を削減することができる。
なお、この発明は、上記実施形態そのものに限定されるものではなく、その実施の段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。例えば、上記第1実施形態と第2実施形態とでは、ケース10の構成が異なっているが、例えば第1実施形態におけるケース10を第2実施形態に係る二次電池パックMDLに適用してもよく、第2実施形態におけるケース10を第1実施形態に係る二次電池パックMDLに適用してもよい。その場合であっても、上記第1実施形態および第2実施形態に係る二次電池パックMDLと同様の効果を得ることができる。また、上記第1実施形態および第2実施形態に係る二次電池パックMDLでは、複数の二次電池BTが直列に接続されていたが、並列に接続される場合にも適用可能である。
また、上記第2実施形態に係る二次電池パックMDLでは、バスバー30は接続手段として接続部39を備えていたが、接続手段は位置決め部36や緩衝部38であってもよい。その場合でも上述の第2実施形態に係る二次電池パックMDLと同様の効果を得ることができる。
また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。
MDL…二次電池パック、BT…二次電池セル、2…負極端子、4…正極端子、9…上壁、10…ケース、20…蓋体、20C…回路、30…バスバー、34…突起、38…緩衝部、39…接続部、40…接続部材。

Claims (10)

  1. 電極端子を備えた複数の二次電池セルと、
    前記二次電池セルが収容されるケース、および、前記ケースの開口を閉じる蓋体を有する収容体と、
    隣合う前記二次電池セルの電極端子を電気的に接続するバスバーと、を備え、
    前記蓋体には前記二次電池セルの電圧を検出するための回路が一体成形され、前記回路は、前記複数の二次電池セルの上壁と対向した前記蓋体の天面に配置され、
    前記回路と前記バスバーとは接続手段を介して電気的に接続され、前記接続手段は、前記蓋体の前記天面において前記回路の配線の端に前記配線と電気的に接続するように固定された接続部材と、前記蓋体側に延びる前記バスバーの突起とを備え、前記接続部材と前記突起とは電気的に接続され、
    前記突起は開口を備え、
    前記接続部材は、前記天面と平行に延びる第1部材と、前記第1部材の端部から前記天面に直交する方向に延びる第2部材と、前記第2部材が延びた端部から前記天面側に屈曲した第3部材と、を備え、
    前記第3部材が前記開口に挿入されて前記突起と前記接続部材とが契合している二次電池パック。
  2. 前記蓋体は、その外表面に配置された前記回路と、前記複数の二次電池セルの上壁と対向した前記蓋体の天面と前記外表面とを貫通した第1開口と、を備え、
    前記接続手段は、前記バスバーの前記第1開口に挿入された接続部を備え、
    前記回路は、その端が前記第1開口において前記接続部と電気的に接続された配線を備える請求項1記載の二次電池パック。
  3. 前記蓋体は、前記蓋体の前記天面と前記外表面とを貫通した第2開口をさらに備え、
    前記バスバーは、前記第2開口に挿入された緩衝部をさらに備え、
    前記緩衝部は、前記複数の二次電池セルの上壁と対向した前記蓋体の天面側から、前記外表面側に突出するように屈曲した凸形状である請求項2記載の二次電池パック。
  4. 前記蓋体は、前記蓋体の前記天面と前記外表面とを前記蓋体を貫通した第3開口をさらに備え、
    前記バスバーは、前記第3開口に挿入された位置決め手段を備える請求項2記載の二次電池パック。
  5. 前記ケースは、絶縁性材料から成るとともに隣合う前記二次電池セル間に延びる仕切り部を備える請求項1乃至請求項4のいずれか1項記載の二次電池パック。
  6. 前記ケースは、隣合う前記二次電池セル間の空間と連通するスリットを備える請求項5記載の二次電池パック。
  7. 前記ケースは、前記複数の二次電池セルの一端が挿入されて、前記二次電池セルが配置されるピッチを規定する複数の保持穴を備えた仕切り部材と、
    前記仕切り部材を収容するフレームと、を備える請求項1乃至請求項4のいずれか1項記載の二次電池パック。
  8. 前記二次電池セルは、互いに対向する主壁と、前記複数の二次電池セルが並ぶ方向に主壁間に伸びる側壁と、を備え、
    前記フレームは、複数の二次電池セルの端に配置された二次電池セルの前記主壁と、前記複数の二次電池セルの側壁と、に対向する窓部を備える請求項7記載の二次電池パック。
  9. 前記フレームは金属から成り、
    前記フレームと前記仕切り部材とは一体成形された請求項7または請求項8記載の二次電池パック。
  10. 前記複数の二次電池セルの近傍に配置されたサーミスタをさらに備え、
    前記回路は、その端が前記サーミスタに接続された配線をさらに備える請求項1乃至請求項9のいずれか1項記載の二次電池パック。
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