JP6443936B2 - 電池パック - Google Patents
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Description
本発明は、二次電池を内蔵する電池パックに関する。
電気自動車、電動バイク、電動アシスト自転車等をはじめとする車両に用いる電源や、家屋やビル等で用いられる電源には、二次電池を組み込んだ電池モジュールや電池パックを用いている。これらに利用する二次電池としては、各種のものを使用することができるが、質量エネルギー密度、体積エネルギー密度がともに大きく、単位電池当たりの電圧が高いリチウムイオン電池が好適である。
リチウムイオン電池には帯状の正極と帯状の負極とをセパレーターを介して積層したものを巻回した巻回型や、平板状の正極と負極とをセパレーターを介して積層した積層型があり、形状は柱状または扁平状が一般的である。
リチウムイオン電池には帯状の正極と帯状の負極とをセパレーターを介して積層したものを巻回した巻回型や、平板状の正極と負極とをセパレーターを介して積層した積層型があり、形状は柱状または扁平状が一般的である。
これらのなかでも、電池要素をフィルム状部材で外装した扁平状のリチウムイオン電池は、概ね矩形状をしていることから密に機器内に収容できるうえに軽量であるので、高い体積エネルギー密度や質量エネルギー密度の装置を実現することができる。とりわけ、軽量という特性は、車両などの動力用モーター等の移動用電源の電池においては重要な意義を有している。
電動自転車等の屋外で使用する機器に使用する電池パックにおいては、複数の電池を連結してなる電池のコアパックを、可撓性シートを水密構造に密閉して袋状として収納した先行技術がある（例えば、特許文献１、２参照）。
また、コアパックが、複数の電池に接続した回路基板を備え、回路基板を有するコアパックをブリスターパックに収納した電池パックがある（例えば、特許文献３参照）。
また、コアパックが、複数の電池に接続した回路基板を備え、回路基板を有するコアパックをブリスターパックに収納した電池パックがある（例えば、特許文献３参照）。
電池モジュール等の電池のコアパックのみ、あるいは電池のコアパックと回路基板の両者を、ブリスターパック等によって防水対策を施した場合には、充放電時の電池の発熱を放散させることが不充分となるという問題がある。このため、電池のコアパックの性能の劣化を引き起こす可能性があった。
本発明は、フィルム外装電池を積層した電池モジュールを備えた電池パックであって、基板の防水性を高めた放熱性が良好な電池パックを提供することを課題とするものである。
本発明は、フィルム外装電池を積層した電池モジュールを備えた電池パックであって、基板の防水性を高めた放熱性が良好な電池パックを提供することを課題とするものである。
本発明は、単位電池と保護回路を備えた回路基板とを外装ケースの内部に収容する電池パックであって、前記回路基板を当該回路基板から引き出したケーブルの一部を除いて前記外装ケースとは異なる防水性の容器に収容し、前記ケーブルを、前記防水性の容器の開口部から引き出し、前記開口部を封止することで前記回路基板を前記防水性の容器に液密に収容し、前記封止は、熱溶着または接着性材料による接着により、前記単位電池は前記防水性の容器に収容されない電池パックを提供することで解決するものである。
本発明によれば、雨天時に屋外で使用した場合にも、電池パックに設けた回路基板が水によって誤動作や漏電をすることはなく、また、電池パック内にフィルム外装材で封止した回路基板を装着した場合には、格別な対策を施すことなく、良好な放熱と確実な防水の両者を実現することで、長寿命の電池パックを提供することができる。
図１は、本発明の電池パックを説明する図であり、分解斜視図である。
本発明の電池パック１００は、フィルム外装電池からなる単位電池１０１の複数個を一体化した電池モジュール１０３と、電池の充放電等を制御する回路基板１０５を備えている。
回路基板１０５は、防水性の容器１２０（図では破線で示す）に収容し，ゴム状部材１１０上に載置している。防水性の容器１２０と、開口部に装着した上部防水ゴム１２１a、および下部防水ゴム１２１ｂとの間には、接着性材料１２３を充填して封止を行っている。
また、上部防水ゴム１２１aと下部防水ゴム１２１ｂとの間からは、充放電電流の入出力用ケーブル１０７ａおよび充放電制御用の信号ケーブル１０７ｂをゴム状部材１１０に形成した溝１１１に配置して引き出してコネクタ１１２へ接続している。
本発明の電池パック１００は、フィルム外装電池からなる単位電池１０１の複数個を一体化した電池モジュール１０３と、電池の充放電等を制御する回路基板１０５を備えている。
回路基板１０５は、防水性の容器１２０（図では破線で示す）に収容し，ゴム状部材１１０上に載置している。防水性の容器１２０と、開口部に装着した上部防水ゴム１２１a、および下部防水ゴム１２１ｂとの間には、接着性材料１２３を充填して封止を行っている。
また、上部防水ゴム１２１aと下部防水ゴム１２１ｂとの間からは、充放電電流の入出力用ケーブル１０７ａおよび充放電制御用の信号ケーブル１０７ｂをゴム状部材１１０に形成した溝１１１に配置して引き出してコネクタ１１２へ接続している。
電池モジュール１０３と回路基板を収容した防水性の容器１２０は、下部容器１３１の本体収容部１３３に収容し、コネクタ１１２を下部容器１３１のコネクタ収容部１３７に収容している。これらを収容後に上部から上部蓋体１３５を装着し、ねじ穴１４２にビスをねじ込み、上部蓋体１３５と下部容器１３１とを一体化する。これによって防水性に優れた電池パックが完成する。また、電池モジュールと防水性の容器との間、それぞれの外面、あるいは、上部蓋体、下部容器の内面にスポンジ等の緩衝材を配置することが好ましい。
図２は、本発明の電池パックの組立手順を説明する図である。
図２Ａに示すように、フィルム外装電池からなる単位電池１０１の複数個を一体化した電池モジュール１０３上に設けたゴム状部材１１０上に回路基板１０５を載置する。回路基板１０５の端部には、下部防水ゴム１２１ｂを配置する。
次いで、下部防水ゴム１２１ｂ上に回路基板１０５から取り出した充放電電流の入出力用ケーブル１０７ａおよび充放電制御用の信号ケーブル１０７ｂを配置する。また、各ケーブルは、ゴム状部材に設けた溝１１１を通じて取り出してコネクタ１１２へ接続する。
接着性材料１２３を前記の各ケーブルの周囲に塗布し、その上部に上部防水ゴム１２１ａを配置して上部防水ゴム１２１ａと下部防水ゴム１２１ｂとを一体化して、各ケーブルの周囲、および上部防水ゴムと下部防水ゴム１２１ｂとの間から水が浸透しないようにする。
上部防水ゴム、下部防水ゴムには、合成ゴム発泡体を用いることができる。また、防水性の容器には、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート等のポリエステル樹脂、ポリ塩化ビニル等を挙げることができる。また、接着性材料には、合成ゴム系接着剤を利用することができる。
図２Ａに示すように、フィルム外装電池からなる単位電池１０１の複数個を一体化した電池モジュール１０３上に設けたゴム状部材１１０上に回路基板１０５を載置する。回路基板１０５の端部には、下部防水ゴム１２１ｂを配置する。
次いで、下部防水ゴム１２１ｂ上に回路基板１０５から取り出した充放電電流の入出力用ケーブル１０７ａおよび充放電制御用の信号ケーブル１０７ｂを配置する。また、各ケーブルは、ゴム状部材に設けた溝１１１を通じて取り出してコネクタ１１２へ接続する。
接着性材料１２３を前記の各ケーブルの周囲に塗布し、その上部に上部防水ゴム１２１ａを配置して上部防水ゴム１２１ａと下部防水ゴム１２１ｂとを一体化して、各ケーブルの周囲、および上部防水ゴムと下部防水ゴム１２１ｂとの間から水が浸透しないようにする。
上部防水ゴム、下部防水ゴムには、合成ゴム発泡体を用いることができる。また、防水性の容器には、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート等のポリエステル樹脂、ポリ塩化ビニル等を挙げることができる。また、接着性材料には、合成ゴム系接着剤を利用することができる。
次いで、図２Ｂに示すように、防水性の容器１２０の開口部を回路基板１０５からケーブルを取り出した側とは反対側から差し入れる。そして、前記開口部の端部を、上部防水ゴム１２１ａ、下部防水ゴム１２１ｂの表面に塗布した接着性材料１２３によって接着して開口部を封止する。これによって、回路基板の防水処理が完了する。
図３は、本発明の電池パックの他の組立手順を説明する図である。
図３Ａに示すように、フィルム外装電池からなる単位電池１０１の複数個を一体化した電池モジュール１０３上に設けたゴム状部材１１０上に、回路基板１０５を載置する。
次いで、回路基板１０５から取り出した充放電電流の入出力用ケーブル１０７ａおよび充放電制御用の信号ケーブル１０７ｂをゴム状部材１１０上に設けた溝１１１に配置する。
次いで、防水性の容器１２０の開口部を回路基板１０５からケーブルを取り出した側とは反対側から差し入れる。
図３Ａに示すように、フィルム外装電池からなる単位電池１０１の複数個を一体化した電池モジュール１０３上に設けたゴム状部材１１０上に、回路基板１０５を載置する。
次いで、回路基板１０５から取り出した充放電電流の入出力用ケーブル１０７ａおよび充放電制御用の信号ケーブル１０７ｂをゴム状部材１１０上に設けた溝１１１に配置する。
次いで、防水性の容器１２０の開口部を回路基板１０５からケーブルを取り出した側とは反対側から差し入れる。
図３Ｂは、防水性の容器の開口部を熱溶着する熱溶着用治具の一例を説明する図である。
熱溶着用治具１５０は、各ケーブルの周囲とともに防水性の容器の熱溶着による封止が可能なケーブル用の凹部１５１を有したものである。したがって、各ケーブル部を防水性の容器と共に凹部１５１に装着して両面から熱溶着治具で押圧しながら熱溶着することで防水性の容器１２０の開口部をケーブルと共に封止した熱溶着部を形成することができる。
その結果、図３Ｃに示すようにケーブルを取り出した部分を含めて熱溶着部を形成することで回路基板の防水処理が完了する。
熱溶着用治具１５０は、各ケーブルの周囲とともに防水性の容器の熱溶着による封止が可能なケーブル用の凹部１５１を有したものである。したがって、各ケーブル部を防水性の容器と共に凹部１５１に装着して両面から熱溶着治具で押圧しながら熱溶着することで防水性の容器１２０の開口部をケーブルと共に封止した熱溶着部を形成することができる。
その結果、図３Ｃに示すようにケーブルを取り出した部分を含めて熱溶着部を形成することで回路基板の防水処理が完了する。
本発明の電池パックは、図１に示す様に、電池モジュール１０３と回路基板１０５を収容した防水性の容器１２０は、下部容器１３１の本体収容部１３３に収容し、コネクタ１１１を下部容器１３１のコネクタ収容部１３７に収容している。これらを収容の後に上部から上部蓋体１３５を装着し、ねじ穴１４２にビスをねじ込み上部蓋体１３５と下部容器１３１とを一体化することで、防水性に優れた電池パックが完成する。図示していないが、上面、下面および周囲にスポンジ等の緩衝材を配置して衝撃によって電池パック内で、電池モジュール、回路基板等が移動しないようにすることが好ましい。
また、前記防水性の容器には、摩擦係数を小さくして摺動性に優れたものとする処理を施していることが好ましい。摺動性が優れたものとすることで、組立時の作業性を向上することができる。
具体的には、含フッ素樹脂を溶解したフッ素系コーティング剤を表面に塗布することで摺動性を高めることができる。また、前記防水性の容器には、透明なフィルムを用いることで内部の状態の確認が容易に行うことができる。
具体的には、含フッ素樹脂を溶解したフッ素系コーティング剤を表面に塗布することで摺動性を高めることができる。また、前記防水性の容器には、透明なフィルムを用いることで内部の状態の確認が容易に行うことができる。
図４は、本発明の電池パックの他の組立手順を説明する図である。
フィルム外装電池からなる単位電池の複数個を一体化した電池モジュール１０３上に設けたゴム状部材１１０上に、三方に壁面を有する基板ホルダー１２５を配置する。
次いで、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート等で代表されるポリエステル樹脂やポリ塩化ビニル等からなる防水性容器に回路基板１０５を挿入した後に、基板ホルダーの壁面内に載置する。
回路基板１０５から取り出した充放電電流の入出力用ケーブル１０７ａおよび充放電制御用の信号ケーブル１０７ｂを、上部防水ゴム１２１ａ、下部防水ゴム１２１ｂで挟持して、合成ゴム系接着剤等の接着性材料を用いて開口部を封止する。これによって、回路基板の防水処理が完了する。
電池モジュール１０３と回路基板を収容した基板ホルダー１２５を上部蓋体１３５に収容すると共に基板ホルダー１２５を上部蓋体１３５に螺子止めする。これらを収容後に下部から下部容器１３１を装着し、ねじ穴１４２にビスをねじ込み、上部蓋体１３５と下部容器１３１とを一体化する。これによって防水性に優れた電池パックが完成する。また、電池モジュールと防水性の容器との間、それぞれの外面、あるいは、上部蓋体、下部容器の内面にスポンジ等の緩衝材を配置することが好ましい。
フィルム外装電池からなる単位電池の複数個を一体化した電池モジュール１０３上に設けたゴム状部材１１０上に、三方に壁面を有する基板ホルダー１２５を配置する。
次いで、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート等で代表されるポリエステル樹脂やポリ塩化ビニル等からなる防水性容器に回路基板１０５を挿入した後に、基板ホルダーの壁面内に載置する。
回路基板１０５から取り出した充放電電流の入出力用ケーブル１０７ａおよび充放電制御用の信号ケーブル１０７ｂを、上部防水ゴム１２１ａ、下部防水ゴム１２１ｂで挟持して、合成ゴム系接着剤等の接着性材料を用いて開口部を封止する。これによって、回路基板の防水処理が完了する。
電池モジュール１０３と回路基板を収容した基板ホルダー１２５を上部蓋体１３５に収容すると共に基板ホルダー１２５を上部蓋体１３５に螺子止めする。これらを収容後に下部から下部容器１３１を装着し、ねじ穴１４２にビスをねじ込み、上部蓋体１３５と下部容器１３１とを一体化する。これによって防水性に優れた電池パックが完成する。また、電池モジュールと防水性の容器との間、それぞれの外面、あるいは、上部蓋体、下部容器の内面にスポンジ等の緩衝材を配置することが好ましい。
また、回路基板１０５から取り出した入出力用ケーブル１０７ａおよび充放電制御用の信号ケーブル１０７ｂは、ゴム状部材１１０上に配置したケーブル保持部材１２７に設けた溝で保持することで、耐振動特性、耐衝撃特性を高めることができる。
図５は、本発明の電池パックを説明する分解斜視図である。
図５は、図４で説明した本発明の電池パックの組立工程によって組立てた電池パックを説明する分解斜視図である。
本実施態様の電池パックでは、回路基板１０５を電池モジュール１０３上に配置した三方に壁面を有する基板ホルダー１２５内部で保持、それを上部蓋体に固定している。また、回路基板１２５から取り出した入出力用ケーブル１０７ａおよび充放電制御用の信号ケーブル１０７ｂを、ゴム状部材１１０上に配置したケーブル保持部材１２７に設けた溝で保持している。
その結果、本実施態様の電池パックでは、回路基板１０５のより確実な保持が実現する。これによって耐振動特性、耐衝撃特性を高めた電池パックの提供が可能となる。
図５は、図４で説明した本発明の電池パックの組立工程によって組立てた電池パックを説明する分解斜視図である。
本実施態様の電池パックでは、回路基板１０５を電池モジュール１０３上に配置した三方に壁面を有する基板ホルダー１２５内部で保持、それを上部蓋体に固定している。また、回路基板１２５から取り出した入出力用ケーブル１０７ａおよび充放電制御用の信号ケーブル１０７ｂを、ゴム状部材１１０上に配置したケーブル保持部材１２７に設けた溝で保持している。
その結果、本実施態様の電池パックでは、回路基板１０５のより確実な保持が実現する。これによって耐振動特性、耐衝撃特性を高めた電池パックの提供が可能となる。
本発明の電池パックに用いるフィルム外装電池の構成の一例を挙げれば、電池本体の正極電極には、活物質としてリチウムマンガン複合酸化物やリチウムコバルト複合酸化物等のリチウム遷移金属複合酸化物を活物質として用いることができる。また、これに適宜導電性付与材やその他の添加剤を加えることができる。集電箔としては、アルミニウム箔等のように正極の電位が加わっても安定な金属を挙げることができる。
また、負極電極には、リチウムをドープ・脱ドープ可能な炭素材料等を、カーボンブラック等の導電性付与材、結着剤等を混合したスラリーを銅箔等に塗布乾燥したものを用いることができる。
本発明の電池パックは、充放電時の発熱が大きな電池モジュールを除き、回路基板のみを防水性の容器に収納して封止したので、放熱性が良好であるとともに、雨天時に屋外で使用した場合にも、安定した作動を実現する電池パックを提供することができる。
１００・・・電池パック、１０１・・・単位電池、１０３・・・電池モジュール、１０５・・・回路基板、１０７ａ・・・充放電電流の入出力用ケーブル、１０７ｂ・・・充放電制御用の信号ケーブル、１１０・・・ゴム状部材、１１１・・・溝、１１２・・・コネクタ、１２０・・・防水性の容器、１２１a・・・上部防水ゴム、１２１ｂ・・・下部防水ゴム、１２３・・・接着性材料、１２５・・・基板ホルダー、１２７・・・ケーブル保持部材、１３１・・・下部容器、１３３・・・本体収容部、１３５・・・上部蓋体、１３７・・・コネクタ収容部、１４２・・・ねじ穴、１５０・・・熱溶着用治具、１５１・・・凹部
Claims (7)
- 単位電池と保護回路を備えた回路基板とを外装ケースの内部に収容する電池パックであって、
前記回路基板を当該回路基板から引き出したケーブルの一部を除いて前記外装ケースとは異なる防水性の容器に収容し、
前記ケーブルを、前記防水性の容器の開口部から引き出し、
前記開口部を封止することで前記回路基板を前記防水性の容器に液密に収容し、
前記封止は、熱溶着または接着性材料による接着により、
前記単位電池は前記防水性の容器に収容されないことを特徴とする電池パック。 - 前記回路基板をさらに基板ホルダーに載置し、
前記基板ホルダーおよび前記回路基板を前記防水性の容器に収容したことを特徴とする請求項１に記載の電池パック。 - 前記回路基板に接続したケーブルの形状に一致する溝部を有するゴム状部材を備え、
前記ケーブルを前記ゴム状部材で挟持し、
前記ゴム状部材の周囲と、前記防水性の容器とを熱溶着または接着部材で接着することによって、前記回路基板を液密に封止したことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電池パック。 - 前記防水性の容器が、前記ゴム状部材の形状に応じた開口部を備えることを特徴とする請求項３に記載の電池パック。
- 前記基板ホルダーは、基板の周縁部の一部または全部に側壁部を有し、
前記側壁部および前記ゴム状部材によって、前記防水性の容器を保持することを特徴とする請求項２を引用する請求項３、又は、請求項２を引用する請求項３に従属する請求項４に記載の電池パック。 - 前記防水性の容器が、ポリエステル樹脂系の袋であることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の電池パック。
- 前記防水性の容器には、摺動性に優れた処理を施していることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の電池パック。
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