JP5606576B2 - 二次電池パック - Google Patents

Description

本発明は、複数の単位セル電池および電池監視用の基板を備えた二次電池パックに関する。

二次電池パックは、同一平面内に正極端子および負極端子が互いに離間して形成された複数の二次電池（例えば角型二次電池）を互いに隣接して容器内に収納した構造を有している。このような二次電池パックは、個々の二次電池（単位セル）の充電電圧を検出して管理することが必要となる。

従来の二次電池パックは、筐体に組み込まれた複数の二次電池のうち、例えば隣接する二次電池のうち一方の二次電池の正極端子と他方の二次電池の負極端子をバスバーで接続し、このバスバーにリード線を接続し、リード線の他端を引き回して筐体の所定箇所に配置された検出回路等に接続することが行われている（例えば、特許文献１）。

特開２００６−１３９９１９号公報

しかしながら、このような二次電池パックは、１）リード線の引き回し部を収めるために束ねたり、揃えたりする作業が必要になる、２）複数のリード線をバスバーと検出回路とに接続する必要があるために接続作業が煩雑になり、かつ誤接続を生じる虞がある、３）さらに収納する二次電池の増大に伴ってリード線の本数が多くなると、二次電池の正負極端子側にリード線の折り曲げ断線を回避するのに十分な空間スペースを確保する必要があるため、筐体が大型化する、等の問題がある。

本発明は上記の点に鑑みなされたもので、その目的は、複数の二次電池と検出・制御系等との接続作業の簡素化、誤接続の防止および安全性の向上を図ることが可能な二次電池パックを提供することにある。

この発明の態様に係る二次電池パックは、それぞれ正極端子および負極端子を有し、並んで配設された複数の単位セル電池と、前記複数の単位セル電池の上に配設され、前記単位セル電池の電圧、温度を監視する電池監視用基板と、それぞれ隣り合う単位セル電池の電極端子同士を電気的に接続する複数のバスバーと、を備えている。前記バスバーは、このバスバーと同一材料により形成された検出用の接続片を有し、前記電池監視用基板は、その側縁に形成された複数の切欠きと、前記切欠きの内面を含む切欠きの周囲に形成された導電層と、を有し、前記接続片は前記電池監視用基板の切欠きに係合し、前記導電層にハンダ付けされ、前記電池監視用基板に直接、接続されている。

上記構成によれば、複数の二次電池と検出・制御系等との接続作業の簡素化、誤接続の防止および安全性の向上を図ることが可能な二次電池パックを提供することができる。

図１は、この発明の第１の実施形態に係る二次電池パックを示す斜視図。 図２は、前記二次電池パックの基板と接続片との接続部分を拡大して示す斜視図。 図３は、前記二次電池パックの分解斜視図。 図４は、前記二次電池パックの分解斜視図。 図５は、図１の線Ａ−Ａに沿った二次電池パックの断面図。 図６は、この発明の第２の実施形態に係る二次電池パックを示す斜視図。 図７は、第２の実施形態に係る二次電池パックの分解斜視図。 図８は、第２の実施形態に係る二次電池パックの基板と接続片との接続部分を拡大して示す分解斜視図。 図９は、前記接続部分を示す平面図。 図１０は、第３の実施形態に係る二次電池パックの基板と接続片との接続部分を拡大して示す分解斜視図。

以下、図面を参照しながら、この発明の第１の実施形態に係る二次電池パックについて詳細に説明する。
図１は、第１の実施形態に係る二次電池パック全体を示す斜視図、図２は、二次電池パックの基板と接続片との接続部分を拡大して示す斜視図、図３は、二次電池パックの電池パック本体と基板とを分解して示す分解斜視図、図４は、二次電池パックの電池パック本体を分解して示す分解斜視図、図５は、図１の線Ａ−Ａに沿った二次電池パックの断面図である。

図１、図３ないし図５に示すように、二次電池パックは、複数、例えば６個の二次電池（単位セル電池）１０を有する電池パック本体１２と、二次電池に接続され、各二次電池の電圧、温度を監視する電池監視回路基板１４と、を備えている。電池パック本体１２は、６個の二次電池（単位セル電池）を収容した矩形箱状の筐体１６と、隣合う二次電池の電極端子間を電気的に接続した複数のバスバー１８と、を備えている。

各二次電池１０は、リチウムイオン電池等の非水電解質二次電池であり、例えば、アルミニウムまたはアルミニウム合金で形成された扁平な矩形箱状の容器２０と、容器内に収容された図示しない電極体および電解液と、容器の一端面に互いに離間して設けられた、例えば、段付き矩形状の正極端子２１および負極端子２２と、を有している。正極端子２１および負極端子２２は、例えばアルミニウムまたはアルミニウム合金により形成されている。

筐体１６は、矩形板状の底壁２４、底が開放した矩形箱状のカバー体２６、および矩形板状の蓋体２８を有し、これは、例えば合成樹脂のような絶縁材料で形成されている。底壁２４には、二次電池１０の数に対応した数、ここでは、６つの係合溝２５が形成されている。各係合溝２５は、二次電池１０の容器２０の断面形状に対応した細長い矩形状に形成され、底板の幅方向に沿って延びている。また、複数の係合溝２５は、底壁２４の長手方向に所定の間隔を置いて並んで設けられている。

カバー体２６の天井壁２６ａには、二次電池１０の数に対応した６つの係合孔２７が形成されている。各係合孔２７は、二次電池１０の容器２０の断面形状に対応した細長い矩形状に形成され、天井壁２６ａの幅方向に沿って延びている。複数の係合孔２７は、天井壁２６ａの長手方向に所定の間隔を置いて並んで設けられている。カバー体２６を底壁２４に被せた状態において、複数の係合孔２７は、底壁２４の複数の係合溝２５と対向して位置している。天井壁２６ａの内面には、複数の仕切りリブ３０が一体に形成され、これらの仕切りリブは、隣合う係合孔２７に位置している。

各二次電池１０は、容器２０の下端部が底壁２４の係合溝２５内に嵌合され、また、容器の上端部が天井壁２６ａの係合孔２７に挿通された状態で、筐体１６内に収容されている。これにより、６個の二次電池１０は、容器２０の主面同士が所定の隙間を置いて向い合った状態で一列に並んで保持されている。正極端子２１および負極端子２２が設けたられた一端面は、係合孔２７内に露出している。

本実施形態において、隣合う２つの二次電池１０は、正極端子２１および負極端子２２の位置が逆となるように、互いに１８０度反転した状態で配列されている。すなわち、６個の二次電池１０は、その配列方向に沿って、正極端子２１と負極端子２２と交互にかつ２列に並ぶように、配置されている。

筐体１６の蓋体２８は、それぞれ二次電池１０の電極端子に対応する複数の開口３２と、電池監視用の回路基板１４を支持する複数のボス３４とを有している。複数の開口３２は、互いに所定の間隔を置いて２列に並んで設けられている。各開口３２は、二次電池１０の電極端子よりも大きな矩形状に形成されている。複数、例えば、３つのボス３４は、蓋体２８の上面に突設され、蓋体の長手方向の両端部および中央部にそれぞれ設けられている。

蓋体２８は、カバー体２６の天井壁２６ａに重ねてカバー体に固定され、二次電池１０の一端面を覆っている。各二次電池１０の正極端子２１および負極端子２２は、蓋体２８の開口３２内に位置し、この開口を通して上方に露出している。

図３ないし図５に示すように、複数の二次電池１０は、複数のバスバー１８により、直列に接続されている。バスバー１８は、導電材料、例えば、アルミニウム等からなる金属板を折曲げ成形して形成されている。バスバー１８は、一対の矩形状の接続部１８ａと、これらの接続部１８ａ間を延びる湾曲した連結部１８ｂと、を有している。各接続部１８ａには、二次電池１０の電極端子２１あるいは２２が係合する端子開口１８ｃが形成されている。また、バスバー１８は、連結部１８ｂから、接続部１８ａの表面に対して垂直な方向に延出した、接続端子３６を有している。この接続端子３６は、バスバー１８と同一の導電材料、ここでは、アルミニウムにより、バスバー１８と一体に形成されている。接続端子３６は接続片として機能し、その延出端部は、ハンダに対して濡れ性の高い銅等の導電膜がコーティングされている。

バスバー１８は、一方の接続部１８ａが二次電池１０の正極端子２１に接続され、他方の接続部１８ａが、隣合う他の二次電池１０の負極端子２２に接続されている。各接続部１８ａは、端子開口１８ｃ内に電極端子２１あるいは２２の先端部が係合した状態で、電極端子に溶接、例えば、レーザ溶接により接合されている。溶接は、レーザ溶接に代えて電子ビーム溶接や抵抗溶接を用いてもよい。６個の二次電池１０は、５個のバスバー１８により直列に接続されている。これらバスバー１８の接続端子３６は、筐体１６の蓋体２８に対してほぼ垂直上方に延出している。

複数の二次電池１０の内、配列の一方の端に位置した二次電池１０の負極端子２２、および、配列の他端に位置した二次電池１０の正極端子２１には、それぞれ出力端子３８が接続されている。各出力端子４０は、矩形状の接続部４０ａと、この接続部に形成された端子開口４０ｂと、接続部から垂直上方に延出した接続端子４２と、を有し、アルミニウム等の金属板により一体に形成されている。各接続部４０ａは、端子開口４０ｂ内に電極端子２１あるいは２２の先端部が係合した状態で、電極端子にレーザ溶接により接合されている。出力端子４０の接続端子３６は、筐体１６の蓋体２８に対してほぼ垂直上方に延出している。
バスバー１８の接続端子３６および出力端子４０の接続端子４２は、互いにほぼ同じ高さに形成され、２列に並んで配置されている。

図１ないし図５に示すように、電池監視回路基板１４は、筐体１６の蓋体２８とほぼ等しい大きさの矩形状に形成されている。電池監視回路基板１４には、銅箔等により所望の配線パターンが形成され、また、ほぼ中央部に、複数の制御素子４４が実装されている。これらの制御素子４４は、各二次電池１０の電圧、温度等を測定し監視する電池監視部４７を構成している。

電池監視回路基板１４には、この回路基板の両側縁に沿って、スリット状の複数の係合孔４６が形成されている。これらの係合孔４６は、電池パック本体１２側の接続端子３６、４２に対応して、２列に並んで設けられている。各係合孔４６の内面および係合孔の周囲には、銅箔あるいはメッキ層により導電層５０が形成されている。これらの導電層５０は、回路基板の配線パターンに電気的に導通している。

また、電池監視回路基板１４には、複数の抵抗５２が実装されている。各抵抗５２は、例えば、数Ωないし数百Ωに形成され、各導電層５０と電池監視部４７との間に接続されている。これらの抵抗５２は、二次電池１０からの過放電を規制し、電池監視回路基板１４を保護する。

電池監視回路基板１４は、電池パック本体１２の上方に配設され、複数のねじ６２により蓋体２８のボス３４にねじ止めされている。これにより、電池監視回路基板１４は、ボス３４上に支持され、蓋体２８と隙間を置いて対向し支持されている。各バスバー１８の接続端子３６および各出力端子４０の接続端子４２は、それぞれ電池監視回路基板１４の対応する係合孔４６に挿通され、ハンダ５４により電池監視回路基板１４の導電層５０にハンダ付けされている。これにより、接続端子３６および各出力端子４０の接続端子４２は、電池監視回路基板１４に直接、機械的、かつ電気的に接続され、また、それぞれ抵抗５２を介して電池監視部４７に電気的に接続されている。電池監視回路基板１４は、ボス３４に加え、バスバー１８および出力端子４０によって支持され、電池パック本体１２に対して強固に支持および接続されている。そして、電池監視回路基板１４は、接続端子３６を有したバスバー１８を介して、各二次電池１０に電気的に接続されている。

電池監視回路基板１４の電池監視部４７は、各二次電池１０の電圧、温度を測定および監視し、二次電池１０の過充電、過放電等を防止する。

以上のように構成された電池パックによれば、隣り合う二次電池の電極端子同士を電気的に接続する複数のバスバー１８は、このバスバーと同一材料により形成された検出用の接続端子３６を有し、この接続端子は電池監視回路基板１４に直接ハンダ接続されている。従って、各二次電池１０は、バスバー１８により、電池監視回路基板１４に電気的に接続される。そのため、従来のように二次電池と回路基板との間で複数のリード線を引き回す場合に比べて電池パック本体１２と電池監視回路基板１４との接続作業を容易に行うことができ、かつ誤接続を防止することできる。また、リード線のショート現象を生じることがなく、安全性の向上を図ることができる。更に、回路基板１４の支持構造を堅牢にすることができ、二次電池パックの信頼性を向上することが可能となる。

次に、第２の実施形態に係る二次電池パックについて説明する。
図６は、第２の実施形態に係る二次電池パック全体を示す斜視図、図７は、二次電池パックの電池パック本体と回路基板とを分解して示す分解斜視図、図８は、二次電池パックの電池パック本体と回路基板との接続部を拡大して示す分解斜視図、図９は、二次電池パックの回路基板と接続片との接続部分を拡大して示す平面図である。
第２の実施形態において、前述した第１の実施形態と同一の部分には同一の参照符号を付してその詳細な説明を省略し、異なる部分を中心に説明する。

図６ないし図９に示すように、第２の実施形態によれば、電池監視回路基板１４は、対向する２つの側縁にそれぞれ形成された複数の切欠き（係合凹所）６０を有している。これらの切欠き６０は、電池パック本体１２側の接続端子３６、４２に対応して、２列に並んで設けられている。各切欠き６０は、接続端子３６、４２に対応して矩形状に形成され、接続端子の幅および厚さよりも僅かに大きな幅および深さに形成されている。各切欠き６０内および切欠きの周囲には、銅箔あるいはメッキ層により導電層５０が形成されている。これらの導電層５０は、回路基板１４の配線パターンに電気的に導通している。

電池監視回路基板１４には、複数の抵抗５２が実装されている。各抵抗５２は、例えば、数Ωないし数百Ωに形成され、各導電層５０と電池監視部４７との間に接続されている。これらの抵抗５２は、二次電池１０からの過放電を規制し、電池監視回路基板１４を保護する。

電池監視回路基板１４は、電池パック本体１２の上方に配設され、複数のねじ６２により蓋体２８のボス３４にねじ止めされている。これにより、電池監視回路基板１４は、ボス３４上に支持され、蓋体２８と隙間を置いて対向し支持されている。各バスバー１８の接続端子３６および各出力端子４０の接続端子４２は、それぞれ電池監視回路基板１４の対応する切欠き６０に係合され、ハンダ５４により電池監視回路基板１４の導電層５０にハンダ付けされている。これにより、接続端子３６および各出力端子４０の接続端子４２は、電池監視回路基板１４に直接、機械的、かつ電気的に接続され、また、それぞれ抵抗５２を介して電池監視部４７に電気的に接続されている。電池監視回路基板１４は、ボス３４に加え、バスバー１８および出力端子４０によって支持され、電池パック本体１２に対して強固に支持および接続されている。そして、電池監視回路基板１４は、接続端子３６を有したバスバー１８を介して、各二次電池１０に電気的に接続されている。
電池パック本体１２および電池監視回路基板１４の他の構成は、前述した第１の実施形態と同一である。

以上のように構成された第２の実施形態に係る二次電池パックによれば、隣り合う二次電池の電極端子同士を電気的に接続する複数のバスバー１８は、このバスバーと同一材料により形成された検出用の接続端子３６を有し、この接続端子は電池監視回路基板１４に直接ハンダ接続されている。従って、各二次電池１０は、バスバー１８により、電池監視回路基板１４に電気的に接続される。そのため、従来のように二次電池と回路基板との間で複数のリード線を引き回す場合に比べて電池パック本体１２と電池監視回路基板１４との接続作業を容易に行うことができ、かつ誤接続を防止することできる。また、リード線のショート現象を生じることがなく、安全性の向上を図ることができる。回路基板１４の支持構造を堅牢にすることができ、二次電池パックの信頼性を向上することが可能となる。

更に、第２の実施形態によれば、電池監視回路基板１４の接続部を切欠き６０とすることにより、バスバーの接続端子および出力端子の接続端子を切欠き６０に対して容易に位置合せでき、接続作業が一層容易となる。また、いずれかの二次電池を交換あるいは修理の目的で電池パックから取外す際、接続端子３６、４２と電池監視回路基板１４との接続を容易に外すことができ、メインテナンス性が向上する。

なお、この発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、実施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。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わせにより、種々の発明を形成できる。実施の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し、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

例えば、図１０に示すように、電池監視回路基板１４における接続端子の接続部は、回路基板の側縁に設けられていてもよい。すなわち、電池監視回路基板１４の側縁の複数個所およびその周囲に導電層５０が形成され、バスバー１８の接続端子３６は、電池監視回路基板１４の側縁に直接、接続されている。

このような構成とした場合でも、前述した実施形態と同様の作用効果が得られるとともに、接続端子の接続作業を一層容易に行うことが可能となる。

二次電池パックにおいて、二次電池の数は、６個に限らず、必要に応じて増減可能である。各二次電池の正極端子および負極端子は、角柱形状に限らず、円柱形状等の他の形状としてもよい。バスバーは、一対の端子開口のないバスバーを用いてもよい。バスバーの接続端子は、バスバーの連結部に限らず、接続部から延出する構成としてもよい。
バスバーの形状および材質、また、筐体の形状、材質、構造は、前述した実施形態に限らず、適宜変更することができる。

以上、本発明を特にその好ましい実施の形態を参照して詳細に説明した。本発明の容易な理解のために、本発明の具体的な形態を以下に付記する。
（付記１）
それぞれ正極端子および負極端子を有し、並んで配設された複数の単位セル電池と、
前記複数の単位セル電池の上に配設され、前記単位セル電池の電圧、温度を監視する電池監視用基板と、
それぞれ隣り合う単位セル電池の電極端子同士を電気的に接続する複数のバスバーと、を備え、
前記バスバーは、このバスバーと同一材料により形成された検出用の接続片を有し、 前記接続片は前記電池監視用基板に直接ハンダ接続されている二次電池パック。

（付記２）
前記電池監視用基板は、それぞれ前記接続片が挿通される複数の係合孔と、前記係合孔の周囲に形成された導電層と、を有し、前記接続片は前記係合孔に挿通され前記導電層にハンダ付けされている付記１に記載の二次電池パック。

（付記３）
前記電池監視用基板は、その側縁に形成された複数の切欠きと、前記切欠きの内面を含む切欠きの周囲に形成された導電層と、を有し、
前記接続片は前記電池情報監視用基板の切欠きに係合し、前記導電層にハンダ付けされている付記１に記載の二次電池パック。

（付記４）
前記電池監視用基板は、前記複数の単位セル電池に対応した大きさの矩形状を有し、前記電池監視基板の対向する２つの側縁に、それぞれ前記複数の切欠きが形成されている付記３に記載の二次電池パック。

（付記５）
前記バスバーおよび接続片は、金属板を折り曲げて形成されている付記１ないし４のいずれか１に記載の二次電池パック。
（付記６）
前記バスバーは、それぞれ単位セル電池の電極端子が係合する一対の端子開口を有し、前記接続片は、前記端子開口の間で前記バスバーから延出している付記５に記載の二次電池パック。

１０…二次電池、１２…電池パック本体、１４…電池監視用回路基板、１６…筐体、
１８…バスバー、１８ａ…接続部、１８ｂ…連結部、１８ｃ…端子開口、
２１…正極端子、２２…負極端子、３６…接続端子、４０…出力端子、
４２…接続端子、４６…係合孔、４７…電池監視部、５０…導電層、６０…切欠き

Claims (4)

1. それぞれ正極端子および負極端子を有し、並んで配設された複数の単位セル電池と、
   前記複数の単位セル電池の上に配設され、前記単位セル電池の電圧、温度を監視する電池監視用基板と、
   それぞれ隣り合う単位セル電池の電極端子同士を電気的に接続する複数のバスバーと、を備え、
   前記バスバーは、このバスバーと同一材料により形成された検出用の接続片を有し、
   前記電池監視用基板は、その側縁に形成された複数の切欠きと、前記切欠きの内面を含む切欠きの周囲に形成された導電層と、を有し、
   前記接続片は前記電池監視用基板の切欠きに係合し、前記導電層にハンダ付けされ、前記電池監視用基板に直接、接続されている二次電池パック。
2. 前記電池監視用基板は、前記複数の単位セル電池に対応した大きさの矩形状を有し、前記電池監視用基板の対向する２つの側縁に、それぞれ前記複数の切欠きが形成されている請求項１に記載の二次電池パック。
3. 前記バスバーおよび接続片は、金属板を折り曲げて形成されている請求項１又は２に記載の二次電池パック。
4. 前記バスバーは、それぞれ単位セル電池の電極端子が係合する一対の端子開口を有し、前記接続片は、前記端子開口の間で前記バスバーから延出している請求項１ないし３のいずれか１項に記載の二次電池パック。

Images