JP7022790B2 - 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する。

通常、二次電池は、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。二次電池は、モバイル機器、電気自動車、ハイブリッド自動車、電気自転車、無停電電源供給装置（ｕｎｉｎｔｅｒｒｕｐｔｉｂｌｅ ｐｏｗｅｒ ｓｕｐｐｌｙ）などのエネルギー源として使われ、適用される外部機器の種類によって、単一電池の形態で使われたり、複数の電池を連結して一つの単位としてまとめたパック形態で使われたりする。

携帯電話のような小型モバイル機器は、単一電池の出力及び容量で所定時間作動が可能であるが、電力消耗の多い電気自動車及びハイブリッド自動車のように、長期間駆動及び高電力駆動が必要な場合には、出力及び容量の問題により、複数の電池を含むパック形態が好まれ、内蔵された電池の個数によって、出力電圧や出力電流が高められる。

本発明が解決しようとする課題は、バッテリーセルの温度を敏感に測定し、バッテリーセルの異常過熱を漏れなく捕捉して、充放電の中止のような保護動作を迅速に取ることが可能なバッテリーパックを提供するところにある。

本発明が解決しようとする他の課題は、バッテリーセルの温度情報と共に、バッテリーセルの電圧情報を伝達する統合型センサユニットを適用することにより、温度情報及び電圧情報の伝達のための小信号配線構造が単純化され、かつ相異なる情報を伝達する小信号配線間の短絡や、周辺の他の構成との物理的な干渉や電気的な短絡の危険が除去されるバッテリーパックを提供するところにある。

課題を解決するために、本発明のバッテリーパックは、長手方向に沿って第１及び第２端部と、第１及び第２端部の間の外周面とを含むバッテリーセルと、バッテリーセルをモニタリングするための回路基板と、回路基板からバッテリーセルに向かって延び、バッテリーセルの外周面に対して接触するセンサユニットと、を含み、センサユニットは、バッテリーセルの外周面に向かって凹な曲面を含む筐体と、筐体内のサーミスタチップから筐体の外部に引き出されて、回路基板に連結されるリード線と、筐体内に満たされた充填材と、を含む。

例えば、センサユニットは、バッテリーセルの長手方向に追従し、回路基板に対して直立した姿勢で延びてもよい。

例えば、リード線は、筐体の開放端部を介して筐体の外部に引き出され、回路基板のリードホールに直立した姿勢で嵌め込まれて結合されてもよい。

例えば、センサユニットは、開放端部の両側から回路基板に向かって突出する結合突起の対をさらに含み、結合突起の対は、回路基板に形成された一対の結合ホールに嵌め込まれてもよい。

例えば、筐体は、バッテリーセルの丸みを帯びた外周面と整合されるように、凹な曲面を含む第１面と、第１面と反対側に形成され、扁平な平面を含む第２面と、第１面と第２面とを連結する側面であって、第１面と接する第１側面、及び第２面と接する第２側面を含む側面と、を備えてもよい。

例えば、第１面、第２面及び側面は、筐体の閉鎖された断面を形成してもよい。

例えば、第１面は、筐体の断面のうち、一番長い辺を画定するように形成され、第２面は、筐体の断面のうち、第１面によって画定される辺よりも短い辺を画定するように形成されてもよい。

例えば、第１側面は、第１面から第１及び第２側面の境界に向かって拡張する傾向の勾配を有し、第２側面は、第１及び第２側面の境界から第２面に向かって縮小する傾向の勾配を有してもよい。

例えば、バッテリーパックは、バッテリーセルの外周面に向かって、センサユニットを圧迫する加圧部材をさらに含んでもよい。

例えば、加圧部材は、センサユニットのうち、バッテリーセルと接触する第１面と反対側の第２面に接触してもよい。

例えば、バッテリーセルは、複数のバッテリーセルを含み、バッテリーパックは、複数のバッテリーセルについての組立位置を提供し、複数のバッテリーセルを構造的に結束するセルホルダーをさらに含んでもよい。

例えば、バッテリーパックは、バッテリーセルの外周面に向かって、センサユニットを圧迫する加圧部材をさらに含み、加圧部材は、セルホルダーに対して固定された一端側の固定部と、一端側の固定部から延びて、センサユニットに対して接触する他端側の加圧部と、を含んでもよい。

例えば、加圧部材は、センサユニットから離隔された一端側の固定部から、センサユニットに向かって斜めに延びていて、他端側の加圧部でセンサユニットに密着して、センサユニットと共に、バッテリーセルの長手方向に沿って垂直に延びてもよい。

例えば、セルホルダーは、回路基板とバッテリーセルとの間に形成され、セルホルダーには、回路基板とバッテリーセルとの間で延びるセンサユニットが貫通するセンサ貫通孔が形成されてもよい。

例えば、筐体と充填材とは、相異なる樹脂素材を含んでもよい。

例えば、筐体は、熱可塑性樹脂を含み、充填材は、熱硬化性樹脂を含んでもよい。

例えば、センサユニットは、バッテリーセルの第１及び第２端部のうちいずれか一端部と電気的に連結されるタブ部材をさらに含んでもよい。

例えば、タブ部材は、バッテリーセルの外周面を横切って、筐体を貫通するように延び、バッテリーセルの一端部と回路基板とを電気的に連結してもよい。

例えば、タブ部材は、筐体の開放端部を介して、リード線と並んで筐体の外部に引き出されて、回路基板に連結され、開放端部と反対側の、筐体の底部を貫通して、バッテリーセルの一端部に延びてもよい。

例えば、充填材は、タブ部材とリード線との間に介在され、電気的な絶縁を提供してもよい。

本発明の望ましい実施形態に係るバッテリーパックの分解斜視図である。 本発明の望ましい実施形態に係るバッテリーパックの分解斜視図である。 図１に示したバッテリーセルの電気的な連結状態を示す図面である。 本発明の一実施形態に係るセンサユニットを説明するための図面であって、センサユニットの分解斜視図である。 本発明の一実施形態に係るセンサユニットを説明するための図面であって、センサユニットの装着状態を示す斜視図である。 本発明の一実施形態に係るセンサユニットを説明するための図面であって、図５のＶＩ－ＶＩ線に沿って取った断面図である。 加圧部材を説明するための図面である。 本発明の他の実施形態によるバッテリーパックの分解斜視図である。 図８の一部を示す斜視図である。 図９に示したセンサユニットの側面を示す図面である。

以下、添付された図面を参照して、本発明の望ましい実施形態によるバッテリーパックについて説明する。

図１及び図２は、本発明の望ましい実施形態に係るバッテリーパックの相異なる分解斜視図である。図３は、図１に示したバッテリーセル１０の電気的な連結状態を示す図面である。

図１及び図２を参照すれば、バッテリーパックは、複数のバッテリーセル１０と、複数のバッテリーセル１０が嵌め込まれるセルホルダー２０と、セルホルダー２０上に配置される回路基板５０とを含む。

理解の便宜上、まず、図３を参照して、本発明の一実施形態によるバッテリーセル１０、及びバッテリーセル１０の電気的な連結について説明した後、図１及び図２を参照して、本発明によるバッテリーパックの全体的な構造について具体的に説明する。

図３を参照すれば、バッテリーセル１０は、第１及び第２端部１０ａ，１０ｂと、第１及び第２端部１０ａ，１０ｂを連結する外周面１０ｃとを含む。本発明の一実施形態において、バッテリーセル１０の第１及び第２端部１０ａ，１０ｂには、相異なる極性の端子が形成され、バッテリーセル１０の第１及び第２端部１０ａ，１０ｂと連結される第１及び第２タブプレート１１，１２を介して、相異なるバッテリーセル１０と直列、並列または直並列混合方式により互いに電気的に連結される。但し、本発明において、バッテリーセル１０の第１及び第２端部１０ａ，１０ｂは、バッテリーセル１０の長手方向に沿って、相対的に上側に配置された端部と、相対的に下側に配置された端部とを区別するためのものであり、空間的な配置による区分であるので、相異なるバッテリーセル１０の第１端部１０ａは、同じ極性を有するか、または相異なる極性を有し、同様に、相異なるバッテリーセル１０の第２端部１０ｂは、同じ極性を有するか、または相異なる極性を有する。例えば、互いに隣接したバッテリーセル１０の間で上下反転されるように、上下逆さまに配置された場合、それらのバッテリーセル１０の第１端部１０ａ及び第２端部１０ｂは、相異なる極性を有する。

本発明の一実施形態において、バッテリーセル１０は、円筒状のバッテリーセル１０として設けられ、第１及び第２端部１０ａ，１０ｂは、所定の半径を有する円形に形成され、第１及び第２端部１０ａ，１０ｂを連結する外周面１０ｃは、丸みを帯びた形状に形成される。本明細書において、上下方向または垂直方向とは、バッテリーセル１０の長手方向、すなわち、バッテリーセル１０の第１及び第２端部１０ａ，１０ｂを連結する外周面１０ｃの延長方向を意味する。

バッテリーセル１０の第１及び第２端部１０ａ，１０ｂは、それぞれ第１及び第２タブプレート１１，１２を介して、電気的に連結される。後述するように、第１及び第２タブプレート１１，１２は、それぞれ相異なる第１及び第２セルホルダー２１，２２（図１）上に配置され、第１及び第２タブプレート１１，１２は、それぞれ第１及び第２タブプレート１１，１２から回路基板５０に延びる第１及び第２タブ１１ａ，１２ａを介して、回路基板５０に電気的に連結される。第１及び第２タブプレート１１，１２と回路基板５０との連結構造については、より具体的に後述する。

図１及び図２を参照すれば、セルホルダー２０は、バッテリーセル１０を挟んで、互いに対向して結合される第１及び第２セルホルダー２１，２２を含む。第１及び第２セルホルダー２１，２２には、バッテリーセル１０の第１及び第２端部１０ａ，１０ｂを包み込むように、収容部２０’が形成され、それぞれのバッテリーセル１０は、第１及び第２端部１０ａ，１０ｂが収容部２０’に嵌め込まれるように、第１及び第２セルホルダー２１，２２に組み立てられつつ、バッテリーセル１０の位置が固定される。すなわち、セルホルダー２０は、複数のバッテリーセル１０それぞれについての組立位置を提供しつつ、複数のバッテリーセル１０を構造的に結束することが可能であり、複数のバッテリーセル１０は、セルホルダー２０に組み立てられつつ、一つのバッテリーパック形態にモジュール化されることが可能である。

収容部２０’は、バッテリーセル１０の第１及び第２端部１０ａ，１０ｂを包み込むように円形に形成され、収容部２０’により包み込まれた第１及び第２端部１０ａ，１０ｂの少なくとも一部は、セルホルダー２０の外側に露出される。セルホルダー２０の外側に露出されたバッテリーセル１０の第１及び第２端部１０ａ，１０ｂは、第１及び第２タブプレート１１，１２と電気的に連結される。本発明の一実施形態において、バッテリーセル１０の第１及び第２端部１０ａ，１０ｂは、収容部２０’の開口部を介して、セルホルダー２０の外側に露出され、収容部２０’の開口部周辺に形成されたストッパ２５（図２）により、バッテリーセル１０が収容部２０’の開口部を通じて離脱しないように位置固定される。

第１及び第２セルホルダー２１，２２、または第１及び第２セルホルダー２１，２２の収容部２０’は、バッテリーセル１０の第１及び第２端部１０ａ，１０ｂを包み込むように、バッテリーセル１０の長手方向に沿って、所定の厚さを有する。例えば、収容部２０’は、所定の厚さに形成され、バッテリーセル１０の長手方向に沿って、外周面１０ｃの少なくとも一部を露出させ、露出されたバッテリーセル１０の外周面１０ｃには、バッテリーセル１０の温度情報を検出するためのセンサユニット３０が接触する。より具体的には、第１及び第２セルホルダー２１，２２、または第１及び第２セルホルダー２１，２２の収容部２０’は、バッテリーセル１０の長手方向に沿って、所定の厚さを有するが、バッテリーセル１０の長手方向に沿って、中央領域では、収容部２０’が排除されるように、第１及び第２セルホルダー２１，２２、または第１及び第２セルホルダー２１，２２の収容部２０’の厚さが制限される。この時、第１及び第２セルホルダー２１，２２の収容部２０’から露出されたバッテリーセル１０の外周面１０ｃには、センサユニット３０が接触する。センサユニット３０は、バッテリーセル１０の外周面１０ｃに接触して、バッテリーセル１０の温度情報を出力することができる。センサユニット３０についての技術的事項は、より具体的に後述する。

セルホルダー２０上には、相異なるバッテリーセル１０の電気的な連結のための第１及び第２タブプレート１１，１２、並びに第１及び第２タブプレート１１，１２と電気的に連結される回路基板５０が配置される。すなわち、第１及び第２セルホルダー２１，２２上には、それぞれ相異なるバッテリーセル１０の第１及び第２端部１０ａ，１０ｂを電気的に連結するための第１及び第２タブプレート１１，１２が配置され、第１及び第２セルホルダー２１，２２のうちいずれか一つのセルホルダー２０、例えば、第１セルホルダー２１上には、回路基板５０が配置される。

回路基板５０は、バッテリーセル１０の状態をモニタリングするために、バッテリーセル１０の電圧情報及び温度情報を入手し、入手したバッテリーセル１０の電圧情報及び温度情報に基づいて、バッテリーセル１０の充放電動作を制御するか、または、回路基板５０と別途の回路構成により、バッテリーセル１０の充放電動作を制御することが可能である。

回路基板５０は、第１及び第２タブ１１ａ，１２ａを介して、第１及び第２タブプレート１１，１２と電気的に連結され、第１及び第２タブプレート１１，１２と連結されたバッテリーセル１０の電圧情報を入手することができる。第１及び第２タブ１１ａ，１２ａは、それぞれ第１及び第２タブプレート１１，１２から延びて、回路基板５０に連結され、第１及び第２タブプレート１１，１２と連結されたバッテリーセル１０の電圧情報を回路基板５０に伝達する。この時、回路基板５０は、セルホルダー２０上に配置されるが、第１及び第２セルホルダー２１，２２のうち、選択的に第１セルホルダー２１上に配置されるので、相対的に第２タブプレート１２よりも第１タブプレート１１に隣接した位置に形成される。それによって、第１タブプレート１１と回路基板５０との間の第１タブ１１ａの長さは、相対的に短く形成され、第２タブプレート１２と回路基板５０との間の第２タブ１２ａの長さは、相対的に長く形成される。例えば、第２タブ１２ａは、セルホルダー２０の外側面に沿って延び、第１及び第２セルホルダー２１，２２の外側面に沿って延びて、回路基板５０に連結される。第２タブ１２ａとバッテリーセル１０の外周面１０ｃとの間に、セルホルダー２０が介在されることにより、第２タブ１２ａとバッテリーセル１０との電気的な干渉や短絡が防止できる。

第１及び第２タブ１１ａ，１２ａは、回路基板５０のタブホール５１に嵌め込まれ、セルホルダー２０上に回路基板５０を装着しつつ、回路基板５０のタブホール５１に、第１及び第２タブ１１ａ，１２ａが共に嵌め込まれるように組み立てられることにより、一括的に第１及び第２タブ１１ａ，１２ａと回路基板５０との電気的な連結が同時に行われる。第１及び第２タブ１１ａ，１２ａは、回路基板５０のタブホール５１にソルダリング結合されてもよい。

回路基板５０は、センサユニット３０を介して、バッテリーセル１０の温度情報を入手することができる。センサユニット３０は、バッテリーセル１０の外周面１０ｃ上に密着して、バッテリーセル１０の温度情報についての電気的な信号を出力し、出力した温度情報は回路基板５０に伝達される。センサユニット３０は、バッテリーセル１０に対して密着し、バッテリーセル１０に対して密着する第１面Ｓ１と反対側の、センサユニット３０の第２面Ｓ２には、セルホルダー２０から延びる加圧部材４０が接触しつつ、センサユニット３０をバッテリーセル１０に対して密着させることが可能である。

図４ないし図６は、本発明の一実施形態に係るセンサユニット３０を説明するための図面である。より具体的には、図４は、センサユニット３０の分解斜視図であり、図５は、センサユニット３０の装着状態を示す斜視図であり、図６は、図５のＶＩ－ＶＩ線に沿って取った断面図である。

図４を参照すれば、センサユニット３０は、筐体３１と、筐体３１内に収容されたサーミスタチップ３２と、サーミスタチップ３２から筐体３１の外部に引き出される一対のリード線３３と、筐体３１内に満たされた充填材３５とを含む。

筐体３１は、サーミスタチップ３２、及びサーミスタチップ３２と連結された一対のリード線３３を内部に収容するように、内部が空いているチューブ状に形成される。例えば、筐体３１は、外部に向かって開放された開放端部ＯＰを含み、開放端部ＯＰを介して、一対のリード線３３が連結されたサーミスタチップ３２が筐体３１内に収容される。この時、筐体３１の開放端部ＯＰを介して、充填材３５が注入されつつ、サーミスタチップ３２が位置固定され、筐体３１からサーミスタチップ３２に向かう熱フローが円滑に行われ、筐体３１の内部のサーミスタチップ３２が、充填材３５を経由して、バッテリーセル１０の温度を敏感に捕捉することができる。開放端部ＯＰを除いた筐体３１の他の部分は、密閉された形態に形成されるので、液状またはゲル状に注入される充填材３５を漏れることなく収容することができる。

充填材３５は、流動性を有する液状またはゲル状に注入された後に硬化可能であるように、熱硬化性樹脂で形成され、例えば、熱伝導性の面で有利なエポキシ樹脂で形成される。充填材３５は、バッテリーセル１０と直接接触を形成する筐体３１から、サーミスタチップ３２に向かう熱フローが円滑に行われるように、熱伝導性に優れた素材で形成される。

本発明の一実施形態において、サーミスタチップ３２は、温度によって抵抗が変化する可変抵抗体を含み、一対のリード線３３を連結する可変抵抗体を含むので、一対のリード線３３の両端の電圧差を測定する方式により、温度変化を捕捉することができる。サーミスタチップ３２と、一対のリード線３３とは、互いに電気的に連結され、一対のリード線３３が連結されたサーミスタチップ３２が、筐体３１の開放端部ＯＰを介して、筐体３１の内部に収容された後、筐体３１の内部に充填材３５を注入することにより、一対のリード線３３が連結されたサーミスタチップ３２が、筐体３１内で位置固定される。

図６を参照すれば、筐体３１は、バッテリーセル１０の外周面１０ｃと対向する第１面Ｓ１と、第１面Ｓ１と反対側の第２面Ｓ２と、第１及び第２面Ｓ１，Ｓ２を互いに連結する側面Ｓ３とを含む。この時、筐体３１の第１面Ｓ１、第２面Ｓ２及び側面Ｓ３は、筐体３１の閉鎖された断面を形成する。一方、筐体３１は、センサユニット３０の外形を形成するものであり、筐体３１の第１面Ｓ１、第２面Ｓ２及び側面Ｓ３は、センサユニット３０の第１面Ｓ１、第２面Ｓ２及び側面Ｓ３に該当する。

筐体３１の第１面Ｓ１は、丸みを帯びたバッテリーセル１０の外周面１０ｃと対向する凹な曲面を含む。例えば、バッテリーセル１０は、円筒状のバッテリーセル１０として設けられ、この時、第１面Ｓ１は、円筒状のバッテリーセル１０の外周面１０ｃに整合されるように、一定の曲率を有する凹な曲面を含み、バッテリーセル１０を包み込む円弧の一部として形成される。筐体３１の第１面Ｓ１が、バッテリーセル１０の外周面１０ｃを包み込みつつ密着するように、バッテリーセル１０の外周面１０ｃに対応する凹な曲面として形成されることにより、筐体３１とバッテリーセル１０とが離れたり、それらの間に隙間が生じたりすることがなく、それによって、筐体３１とバッテリーセル１０との間の熱抵抗が減少することができる。筐体３１の第１面Ｓ１は、センサユニット３０のうち、バッテリーセル１０と対向する外面を形成し、バッテリーセル１０に対して接触する部分であって、筐体３１の第１面Ｓ１が、バッテリーセル１０との隙間なくバッテリーセル１０に対して密着することにより、バッテリーセル１０の温度を敏感に測定し、バッテリーセル１０の異常過熱を漏らさず捕捉して、それによって、充放電の中止のような保護動作を迅速に取ることができる。本発明の一実施形態において、筐体３１の第１面Ｓ１は、バッテリーセル１０との十分な接触面積を確保するように、筐体３１の断面のうち、一番広い面積で形成される。例えば、筐体３１の第１面Ｓ１は、反対側の第２面Ｓ２や、第１面Ｓ１と第２面Ｓ２とを連結する側面Ｓ３よりも広い面積で形成される。

第２面Ｓ２は、凹な曲面を含む第１面Ｓ１と反対側に形成され、扁平な平面を含む。第２面Ｓ２には、センサユニット３０をバッテリーセル１０の外周面１０ｃに向かって圧迫する加圧部材４０が接触し、加圧部材４０との安定した面接触を維持するように、第２面Ｓ２は、第１面Ｓ１と異なり、扁平な平面を含む。本発明の一実施形態において、筐体３１の第２面Ｓ２は、筐体３１の断面のうち、一番狭い面積で形成される。例えば、筐体３１の第２面Ｓ２は、反対側の第１面Ｓ１や、第１面Ｓ１と第２面Ｓ２とを連結する側面Ｓ３よりも狭い面積で形成される。筐体３１は、センサユニット３０の外形を形成するものであり、周辺の他の構成との物理的な干渉を引き起こすこともあり、例えば、センサユニット３０は、稠密に配列されたバッテリーセル１０の間に介在されるので、測定対象のバッテリーセル１０から一番遠く配置されるようにし、周辺の他のバッテリーセル１０との干渉が懸念される筐体３１の第２面Ｓ２は、一番狭い面積で形成される。筐体３１の第２面Ｓ２は、加圧部材４０との面接触により、十分な圧力を発揮できる限度に十分に狭く形成されることにより、周辺の他のバッテリーセル１０との干渉を回避することができる。

第１面Ｓ１と第２面Ｓ２との間の側面Ｓ３は、第１面Ｓ１と接する第１側面Ｓ３１、及び第２面Ｓ２と接する第２側面Ｓ３２を含む。側面Ｓ３は、一番広い第１面Ｓ１と、一番狭い第２面Ｓ２とを連結する。より具体的には、第１側面Ｓ３１は、第１面Ｓ１から第１及び第２側面Ｓ３１，Ｓ３２の境界に向かって拡張する傾向の勾配を有する斜面を含み、第１面Ｓ１から拡張しつつ、第１面Ｓ１を安定して支持することができる。第２側面Ｓ３２は、第１及び第２側面Ｓ３１，Ｓ３２の境界から第２面Ｓ２に向かって縮小する傾向の勾配を有する斜面を含み、第２面Ｓ２に向かって縮小しつつ、周辺の他のバッテリーセル１０との物理的な干渉を回避することができる。例えば、第１側面Ｓ３１と第２側面Ｓ３２とは、互いに逆になる勾配を有し、第１及び第２側面Ｓ３１，Ｓ３２の境界で勾配が反転される「く」字形の側面を形成する。

そのため、第１面は、第１面、第２面及び側面によって画定される筐体の閉鎖された断面のうち、一番長い辺を画定するように形成され、第２面は、筐体の閉鎖された断面のうち、第１面によって画定される辺よりも短い辺を画定するように形成されうる。

本発明の一実施形態において、第１側面Ｓ３１よりも第２側面Ｓ３２が相対的に広く形成され、それによって、周辺の他のバッテリーセル１０との干渉を最大限回避するように設計されることが可能である。

筐体３１は、バッテリーセル１０の外周面１０ｃに対して密着するように、弾性や柔軟性を有する軟性素材で形成され、例えば、熱可塑性樹脂で形成される。例えば、筐体３１は、バッテリーセル１０の外周面１０ｃに対して加圧接触するが、この時、筐体３１は、柔軟に変形しつつ、バッテリーセル１０の外周面１０ｃを包み込み、バッテリーセル１０の外周面１０ｃに対して密着する。

図５を参照すれば、筐体３１には、回路基板５０に向かって突出した結合突起３８の対が形成される。結合突起３８の対は、回路基板５０に形成された結合ホール５８の対に嵌め込まれつつ、筐体３１を含むセンサユニット３０を位置固定させる。結合突起３８は、筐体３１の開放端部ＯＰに形成され、開放端部ＯＰから回路基板５０に向かって突出するように形成される。より具体的には、結合突起３８は、開放端部ＯＰの両端部に対で形成され、対で形成された結合突起３８の内側に一対のリード線３３が引き出される。センサユニット３０の結合突起３８が、回路基板５０の結合ホール５８に嵌め込まれつつ、センサユニット３０は、回路基板５０に対して直立した状態で結合される。

センサユニット３０は、バッテリーセル１０の長手方向に追従しつつ、回路基板５０に対して直立した状態で結合される。ここで、センサユニット３０が、回路基板５０に対して直立した状態で結合されるということは、センサユニット３０が、バッテリーセル１０の長手方向に沿って、回路基板５０から垂直または垂直に近く立てられた形態に延びつつ、バッテリーセル１０の外周面１０ｃに接触するということを意味する。ここで、センサユニット３０の延長方向は、一対のリード線３３の延長方向を意味し、一対のリード線３３は、回路基板５０から垂直または垂直に近く立てられた形態に延びる。一対のリード線３３は、直立した姿勢で、回路基板５０の相異なるリードホール５３に嵌め込まれて導電性結合され、一対のリード線３３の結合により、センサユニット３０が回路基板５０に対して結合される。すなわち、本発明の一実施形態において、センサユニット３０と回路基板５０とは、センサユニット３０の結合突起３８と、回路基板５０の結合ホール５８との嵌め込み結合、及びセンサユニット３０の一対のリード線３３と、回路基板５０のリードホール５３との導電性結合により、二重に位置固定される。例えば、一次的に、センサユニット３０の結合突起３８と、回路基板５０の結合ホール５８との嵌め込み結合により、センサユニット３０が安定して位置固定された状態で、二次的に、センサユニット３０の一対のリード線３３と、回路基板５０のリードホール５３との導電性結合が行われる。一対のリード線３３と回路基板５０との導電性結合は、ソルダリング結合により行われ、一対のリード線３３は、ＳＭＴ（ｓｕｒｆａｃｅ ｍｏｕｎｔ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）によりリフローソルダリングされる。本発明の一実施形態において、一対のリード線３３は、剛性金属ロードまたは金属薄板で形成され、一対のリード線３３は、回路基板５０のリードホール５３に嵌め込まれた後、リフローソルダリングにより回路基板５０と結合される。本発明の他の実施形態において、一対のリード線３３は、柔軟な金属ワイヤで形成され、一対のリード線３３は、回路基板５０の導電パッド（図示せず）上にソルダリング結合されてもよい。

センサユニット３０は、回路基板５０から垂直または垂直に近く立てられた形態に延びつつ、バッテリーセル１０の外周面１０ｃに接触する。この時、回路基板５０に対して結合されたセンサユニット３０の結合位置Ｐと、バッテリーセル１０の外周面１０ｃとは、互いに垂直に位置整列されるか、またはセンサユニット３０の結合位置Ｐは、バッテリーセル１０の外周面１０ｃからギャップを置いて形成されるが、センサユニット３０の結合位置Ｐから延びるセンサユニット３０が、加圧部材４０によりバッテリーセル１０の外周面１０ｃに対して圧迫されつつ、バッテリーセル１０の外周面１０ｃに対して密着する。

図７は、加圧部材４０を説明するための図面である。

図５及び図７を共に参照すれば、加圧部材４０は、センサユニット３０をバッテリーセル１０の外周面１０ｃに対して圧迫する。すなわち、加圧部材４０は、センサユニット３０の第２面Ｓ２と面接触を形成しつつ、センサユニット３０をバッテリーセル１０の外周面１０ｃに対して圧迫して、センサユニット３０の第１面Ｓ１をバッテリーセル１０の外周面１０ｃに対して密着させる。加圧部材４０は、一端側の固定部４１と、他端側の加圧部４２とを含む。本発明の一実施形態において、加圧部材４０は、セルホルダー２０に固定され、セルホルダー２０に固定された一端側の固定部４１から、センサユニット３０に沿って下方に延びつつ、他端側の加圧部４２によりセンサユニット３０を圧迫する。すなわち、加圧部材４０は、一端側の固定部４１からセンサユニット３０に向かって斜めに延びていて、加圧部４２に達してセンサユニット３０に対して密着しつつ、反り変形され、センサユニット３０と並んでバッテリーセル１０の長手方向に沿って垂直に延びる。すなわち、加圧部材４０は、センサユニット３０のうち、一対のリード線３３が形成された上部よりも、サーミスタチップ３２が形成された下部を集中的に圧迫し、加圧部材４０のうち、一対のリード線３３と対向する固定部４１側は、センサユニット３０から離隔されるものの、サーミスタチップ３２と対向する加圧部４２側は、センサユニット３０に対して密着しつつ、センサユニット３０、より具体的には、サーミスタチップ３２をバッテリーセル１０の外周面１０ｃの方向に圧迫する。センサユニット３０のうち、サーミスタチップ３２は、実質的にバッテリーセル１０の温度を測定する部分に該当するので、バッテリーセル１０との熱的接触が円滑に行われるように、サーミスタチップ３２は、バッテリーセル１０に向かって圧迫される。このように、加圧部材４０は、センサユニット３０の全体ではない、サーミスタチップ３２が配置された下部を集中的に加圧することにより、サーミスタチップ３２をバッテリーセル１０に向かって効果的に密着させることができる。

センサユニット３０に関して、セルホルダー２０には、加圧部材４０と共に、センサ貫通孔２１’が形成される。例えば、加圧部材４０及びセンサ貫通孔２１’は、第１及び第２セルホルダー２１，２２のうち、回路基板５０が配置された第１セルホルダー２１に選択的に形成される。センサユニット３０は、第１セルホルダー２１に形成されたセンサ貫通孔２１’を経由して、第１セルホルダー２１上の回路基板５０と、第１セルホルダー２１下のバッテリーセル１０との間で延びる。すなわち、センサユニット３０は、回路基板５０から直立した姿勢で延びつつ、セルホルダー２０のセンサ貫通孔２１’を通過して、バッテリーセル１０の外周面１０ｃに接触する。この時、加圧部材４０は、センサ貫通孔２１’の周辺に形成された一端側の固定部４１から延びて、センサユニット３０とほぼ平行な方向に沿って、直立した姿勢で延び、他端側の加圧部４２によりセンサユニット３０を圧迫する。

図８は、本発明の他の実施形態によるバッテリーパックの分解斜視図であり、図９は、図８の一部を示す斜視図である。そして、図１０は、図９に示したセンサユニット１３０の側面を示す図面である。

図８を参照すれば、バッテリーパックは、バッテリーセル１０と、バッテリーセル１０が嵌め込まれたセルホルダー２０と、セルホルダー２０上に配置される回路基板５０と、回路基板５０と連結されるセンサユニット１３０とを含む。本発明の実施形態において、センサユニット１３０は、バッテリーセル１０の温度信号と共に、電圧信号を回路基板５０に伝達する。すなわち、図１に示した実施形態におけるセンサユニット３０は、バッテリーセル１０の温度信号を伝達し、バッテリーセル１０の電圧信号は、別途の第１及び第２タブ１１ａ，１２ａを介して、回路基板５０に伝達される構造を有しているものの、図８に示した実施形態におけるセンサユニット１３０は、バッテリーセル１０の温度信号はいうまでもなく、電圧信号も共に回路基板５０に伝達する。

図９を参照すれば、センサユニット１３０は、筐体１３１と、筐体１３１内に収容されたサーミスタチップ１３２と、サーミスタチップ１３２から筐体１３１の外部に引き出される一対のリード線１３３と、筐体１３１を貫通するように延びつつ、バッテリーセル１０の一端部、例えば、第２端部１０ｂと電気的に連結されるタブ部材１３６と、筐体１３１内に満たされた充填材１３５とを含む。

筐体１３１は、バッテリーセル１０の外周面１０ｃに対して密着し、加圧部材（図示せず）により、バッテリーセル１０の外周面１０ｃに対して圧迫される。筐体１３１の断面構造は、図４ないし図６を参照して述べられたように、バッテリーセル１０の外周面１０ｃに向かって凹な曲面を含む第１面Ｓ１と、第１面Ｓ１と反対側の扁平な第２面Ｓ２と、第１及び第２面Ｓ１，Ｓ２を連結する側面Ｓ３とを含む。そして、側面Ｓ３は、相対的に広い第１面Ｓ１と、相対的に狭い第２面Ｓ２とを連結しつつ、第１面Ｓ１と連結される第１側面Ｓ３１、及び第２面Ｓ２と連結される第２側面Ｓ３２を含む。筐体１３１及び充填材１３５の素材特性やその他の技術的事項は、前述したところと事実上同様であるので、反復的な説明は省略する。

図９及び図１０を共に参照すれば、タブ部材１３６は、筐体１３１を貫通するように延びる。より具体的には、タブ部材１３６は、回路基板５０に連結された一端の第１導電部１３６ａと、バッテリーセル１０の一端部、例えば、第２端部１０ｂと電気的に連結される他端の第２導電部１３６ｂと、第１及び第２導電部１３６ｂの間で、筐体１３１を横切って延びる延長部１３６ｃとを含む。

本発明の一実施形態において、タブ部材１３６の第２導電部１３６ｂは、バッテリーセル１０の第２端部１０ｂと電気的に連結され、バッテリーセル１０の外周面１０ｃ、より具体的には、筐体１３１を横切って延びつつ、回路基板５０から相対的に遠く配置されたバッテリーセル１０の第２端部１０ｂと電気的に連結される。本発明は、それに限定されず、タブ部材１３６の第２導電部１３６ｂは、バッテリーセル１０の第１端部１０ａと電気的に連結されてもよい。但し、タブ部材１３６は、バッテリーセル１０の外周面１０ｃ、より具体的には、筐体１３１を横切って延びつつ、回路基板５０とバッテリーセル１０の一端部、例えば、第２端部１０ｂとを連結するので、相対的に回路基板５０に隣接したバッテリーセル１０の第１端部１０ａよりも、相対的に回路基板５０から遠く配置されたバッテリーセル１０の第２端部１０ｂと電気的に連結されることが望ましい。例えば、バッテリーセル１０の第２端部１０ｂは、バッテリーセル１０の外周面１０ｃ、より具体的には、筐体１３１を横切って、相対的に長尺状に延びるものの、バッテリーセル１０の第１端部１０ａは、相対的に短尺状に延びる第１タブ１１ａ（図８）を介して、回路基板５０と電気的に連結されるので、バッテリーセル１０の外周面１０ｃ、より具体的には、筐体１３１を経由するように迂回しない。

本発明において、タブ部材１３６の第２導電部１３６ｂが、バッテリーセル１０の第２端部１０ｂと電気的に連結されるということは、タブ部材１３６の第２導電部１３６ｂが、直接バッテリーセル１０の第２端部１０ｂに連結されることと、第２タブプレート１２を介して、バッテリーセル１０の第２端部１０ｂと連結されることの両方を包括する。本発明の一実施形態において、タブ部材１３６の第２導電部１３６ｂは、第２タブプレート１２に連結され、第２タブプレート１２を介して、バッテリーセル１０の第２端部１０ｂと電気的に連結される。但し、本発明の他の実施形態において、タブ部材１３６の第２導電部１３６ｂは、直接バッテリーセル１０の第２端部１０ｂに連結されてもよい。

図９を参照すれば、タブ部材１３６は、筐体１３１の開放端部ＯＰを介して、一対のリード線１３３と共に並んで外部に引き出される。筐体１３１の開放端部ＯＰには、一対の結合突起１３８が形成され、結合突起１３８の内側で、タブ部材１３６と一対のリード線１３３とが並んで外部に引き出される。この時、タブ部材１３６の第１導電部１３６ａと、一対のリード線１３３とは、回路基板５０で互いに隣接して形成されたタブ部材ホール５６及びリードホール５３に連結されることにより、タブ部材１３６を介して入手される電圧情報と、一対のリード線１３３を介して入手される温度情報とを処理する回路領域が互いに密集された形態に形成されるので、回路領域の面積が減少し、それほど回路基板５０の面積が減少するか、または節約された面積が他の処理のための回路領域として割り当てられる。例えば、タブ部材１３６の第１導電部１３６ａと、一対のリード線１３３とは、直立した姿勢で、回路基板５０のタブ部材ホール５６及びリードホール５３に嵌め込まれて結合され、例えば、回路基板５０のタブ部材ホール５６及びリードホール５３にソルダリング結合される。この時、一対のリード線１３３と共に、タブ部材１３６が回路基板５０に結合されつつ、センサユニット１３０をより堅固に位置固定させることができ、例えば、外部振動や衝撃にもかかわらず、センサユニット１３０が遊動せずに堅固に位置固定できる。

タブ部材１３６は、開放端部ＯＰと反対側の、筐体１３１の底部を貫通して、バッテリーセル１０の第２端部１０ｂに向かって延びる。筐体１３１の底部には、タブ部材１３６の貫通孔（図示せず）が形成され、貫通孔（図示せず）とタブ部材１３６との間はシーリング処理されて、筐体１３１の内部に注入される充填材１３５が漏れないようにする。

センサユニット１３０は、回路基板５０に対して直立した状態で結合される。すなわち、センサユニット１３０は、バッテリーセル１０の長手方向に追従し、回路基板５０から垂直または垂直に近く立てられた形態に延びつつ、バッテリーセル１０の外周面１０ｃに接触する。ここで、センサユニット３０の延長方向とは、タブ部材１３６の延長方向を意味し、かつ、一対のリード線１３３の延長方向を意味する。少なくともタブ部材１３６のうち延長部１３６ｃは、一対のリード線１３３と並んで、回路基板５０から垂直または垂直に近く立てられた形態に延びつつ、センサユニット１３０の延長方向を形成する。タブ部材１３６と一対のリード線１３３とは、相異なる電気信号、すなわち、電圧情報及び温度情報を伝達するものであり、筐体１３１内に注入された充填材１３５により、互いに離隔が確保され、互いに電気的な絶縁が確保される。本実施形態では、回路基板５０に対して、バッテリーセル１０の温度情報と共に、バッテリーセル１０の電圧情報を伝達する統合型センサユニット１３０を適用することにより、温度情報及び電圧情報の伝達のための小信号配線構造が単純化され、かつ相異なる情報を伝達する小信号配線間の短絡や、周辺の他の構成との物理的な干渉や電気的な短絡の危険を除去できる。同様な筐体１３１内で、タブ部材１３６と一対のリード線１３３とを位置固定させることにより、全体的に配線構造を単純化させることができ、例えば、図１に示したように、センサユニット３０と別に形成されつつ、相対的に長く延びる第２タブ１２ａが省略される。例えば、図１に示した実施形態において、第２タブ１２ａは、バッテリーセル１０との電気的な短絡を避けるために、セルホルダー２０の外側面に沿って延びつつ、第２タブ１２ａの遊動やガタツキにより、周辺の他の構成との物理的な干渉や電気的な短絡の危険があるものの、図１０に示した実施形態では、センサユニット１３０を介して、タブ部材１３６を堅固に位置固定させることができ、筐体１３１を介在して、バッテリーセル１０や周辺の他の構成との絶縁を確保することができる。

本発明によれば、バッテリーセルの温度情報を出力するセンサユニットを、バッテリーセルの外周面に対して密着させることにより、バッテリーセルの温度を敏感に測定し、バッテリーセルの異常過熱を漏れなく捕捉して、それによって、充放電の中止のような保護動作を迅速に取ることが可能である。

本発明によれば、バッテリーセルの温度情報と共に、バッテリーセルの電圧情報を伝達する統合型センサユニットを適用することにより、温度情報及び電圧情報の伝達のための小信号配線構造が単純化され、かつ相異なる情報を伝達する小信号配線間の短絡や、周辺の他の構成との物理的な干渉や電気的な短絡の危険を除去することが可能である。

本発明は、図面に示した実施形態を参考にして説明したが、それは、例示的なものに過ぎず、当業者ならば、それらから様々な変形及び均等な他の実施形態が可能であるという点を理解できるであろう。したがって、本発明の真の保護範囲は、特許請求の範囲により決まらなければならない。

本発明は、例えば、二次電池保護関連の技術分野に適用可能である。

１０ バッテリーセル
１０ａ 第１端部
１０ｂ 第２端部
１０ｃ 外周面
１１ 第１タブプレート
１１ａ 第１タブ
１２ 第２タブプレート
１２ａ 第２タブ
２０ セルホルダー
２０’ 収容部
２１ 第１セルホルダー
２１’ センサ貫通孔
２２ 第２セルホルダー
２５ ストッパ
３０ センサユニット
３１ 筐体
３２ サーミスタチップ
３３ リード線
３５ 充填材
３８ 結合突起
４０ 加圧部材
５０ 回路基板
５１ タブホール
５３ リードホール
５８ 結合ホール
ＯＰ 開放端部
Ｓ１ 第１面
Ｓ２ 第２面
Ｓ３ 側面
Ｓ３１ 第１側面
Ｓ３２ 第２側面

Claims (19)

1. 長手方向に沿って第１及び第２端部と、前記第１及び第２端部の間の外周面とを含むバッテリーセルと、
   前記バッテリーセルをモニタリングするための回路基板と、
   前記回路基板から前記バッテリーセルに向かって延び、前記バッテリーセルの外周面に対して接触するセンサユニットと、を含み、
   前記センサユニットは、
   筐体と、
   前記筐体内のサーミスタチップから前記筐体の外部に引き出されて、回路基板に連結されるリード線と、
   前記筐体内に満たされた充填材と、を含み、
   前記筐体は、
   前記バッテリーセルの丸みを帯びた外周面と整合されるように、凹な曲面を含む第１面と、
   前記第１面と反対側に形成された第２面と、を含み、
   前記第１面は、前記筐体の断面のうち、一番長い辺を画定するように形成され、
   前記第２面は、前記筐体の断面のうち、前記第１面によって画定される辺よりも短い辺を画定するように形成されることを特徴とするバッテリーパック。
2. 前記センサユニットは、前記バッテリーセルの長手方向に追従し、前記回路基板に対して直立した姿勢で延びることを特徴とする請求項１に記載のバッテリーパック。
3. 前記リード線は、前記筐体の開放端部を介して前記筐体の外部に引き出され、前記回路基板のリードホールに直立した姿勢で嵌め込まれて結合されることを特徴とする請求項１に記載のバッテリーパック。
4. 前記開放端部の両側から前記回路基板に向かって突出する結合突起の対をさらに含み、
   前記結合突起の対は、前記回路基板に形成された一対の結合ホールに嵌め込まれることを特徴とする請求項３に記載のバッテリーパック。
5. 前記筐体はさらに、
   前記第１面と前記第２面とを連結する側面であって、前記第１面と接する第１側面、及び前記第２面と接する第２側面を含む側面と、を備え、
   前記第２面は扁平な平面を含むことを特徴とする請求項１に記載のバッテリーパック。
6. 前記第１面、前記第２面及び前記側面は、前記筐体の閉鎖された断面を形成することを特徴とする請求項５に記載のバッテリーパック。
7. 前記第１側面は、前記第１面から前記第１及び第２側面の境界に向かって拡張する傾向の勾配を有し、
   前記第２側面は、前記第１及び第２側面の境界から第２面に向かって縮小する傾向の勾配を有することを特徴とする請求項５に記載のバッテリーパック。
8. 前記バッテリーセルの前記外周面に向かって、前記センサユニットを圧迫する加圧部材をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のバッテリーパック。
9. 前記加圧部材は、前記センサユニットのうち、前記バッテリーセルと接触する第１面と反対側の第２面に接触することを特徴とする請求項８に記載のバッテリーパック。
10. 前記バッテリーセルは、複数のバッテリーセルを含み、
    前記複数のバッテリーセルについての組立位置を提供し、前記複数のバッテリーセルを構造的に結束するセルホルダーをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のバッテリーパック。
11. 前記バッテリーセルの前記外周面に向かって、前記センサユニットを圧迫する加圧部材をさらに含み、
    前記加圧部材は、
    前記セルホルダーに対して固定された一端側の固定部と、
    前記一端側の固定部から延びて、前記センサユニットに対して接触する他端側の加圧部と、を含むことを特徴とする請求項１０に記載のバッテリーパック。
12. 前記加圧部材は、前記センサユニットから離隔された前記一端側の固定部から、前記センサユニットに向かって斜めに延びていて、前記他端側の加圧部で前記センサユニットに密着して、前記センサユニットと共に、前記バッテリーセルの長手方向に沿って垂直に延びることを特徴とする請求項１１に記載のバッテリーパック。
13. 前記セルホルダーは、前記回路基板と前記バッテリーセルとの間に形成され、
    前記セルホルダーには、前記回路基板と前記バッテリーセルとの間で延びる前記センサユニットが貫通するセンサ貫通孔が形成されることを特徴とする請求項１０に記載のバッテリーパック。
14. 前記筐体と前記充填材とは、相異なる樹脂素材を含むことを特徴とする請求項１に記載のバッテリーパック。
15. 前記筐体は、熱可塑性樹脂を含み、
    前記充填材は、熱硬化性樹脂を含むことを特徴とする請求項１４に記載のバッテリーパック。
16. 前記センサユニットは、前記バッテリーセルの第１及び第２端部のうちいずれか一端部と電気的に連結されるタブ部材をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のバッテリーパック。
17. 前記タブ部材は、前記バッテリーセルの前記外周面を横切って、前記筐体を貫通するように延び、前記バッテリーセルの一端部と前記回路基板とを電気的に連結することを特徴とする請求項１６に記載のバッテリーパック。
18. 前記タブ部材は、前記筐体の開放端部を介して、前記リード線と並んで前記筐体の外部に引き出されて、前記回路基板に連結され、
    前記開放端部と反対側の、前記筐体の底部を貫通して、前記バッテリーセルの一端部に延びることを特徴とする請求項１７に記載のバッテリーパック。
19. 前記充填材は、前記タブ部材と前記リード線との間に介在され、電気的な絶縁を提供することを特徴とする請求項１８に記載のバッテリーパック。

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