JP7269325B2

JP7269325B2 - 電池パックおよびその出力構造

Info

Publication number: JP7269325B2
Application number: JP2021512770A
Authority: JP
Inventors: 小平劉; 小明陳; 理李
Original assignee: Dongguan Amperex Technology Ltd
Current assignee: Dongguan Amperex Technology Ltd
Priority date: 2019-06-21
Filing date: 2020-06-19
Publication date: 2023-05-08
Anticipated expiration: 2040-06-19
Also published as: AU2020294731B2; WO2020253848A1; US20210218105A1; AU2020294731A1; CN209822766U; US12009541B2; JP2021536110A

Description

本出願は、電池の技術分野に関し、特に、電池パックの出力構造及びそれを含む電池パックに関する。

現在の電池パックの出力接続方式は、通常、タブにより導電板と溶接され、さらにねじロックにより導線と接続される。ねじロック工程が複雑であるため工程コストが高くなる。また、導線と導電板との接続が不安定であり、ねじロックの接触内部抵抗が保証されにくく、特に振動中にネジが緩みやすくなり、接続箇所が内部抵抗の増大に起因して発熱が激しく、電池の発火のリスクが増大し、且つ組立品質が管理されにくくなる。また、この方法によれば、大きなスペースを占有し、電池パックの組み立ての困難度を増加させている。

このような状況に鑑み、構造が簡単で、接続が安定で、製造コストが低くて抜けにくい等の利点を有する出力構造、及び、当該出力構造を含む電池パックを提供する必要がある。

本願の一実施形態に係る電池パックの出力構造は、出力端子、回路基板、第１の端子及び導電部材を含み、前記第１の端子は、前記回路基板と電気的に接続され、前記導電部材は、前記回路基板に電気的に接続され、前記第１の端子は、前記導電部材と溶接され、前記出力端子は、前記導電部材または前記第１の端子と溶接される。

また、本願の幾つかの実施例において、前記導電部材は、前記出力端子と前記第１の端子との間に設けられるか、又は、前記第１の端子は、前記導電部材と前記出力端子との間に設けられている。

また、本願の幾つかの実施例において、前記導電部材と前記回路基板との間には、半田付け層が設けられている。

また、本願の幾つかの実施例において、前記導電部材は、第１の導電片と、前記第１の導電片と接続された第２の導電片と、を含み、前記第１の導電片、前記出力端子及び前記第１の端子は、溶接で接続され、前記第２の導電片は、前記回路基板に電気的に接続されている。

また、本願の幾つかの実施例において、前記第１の導電片は、前記第１の端子と前記出力端子との間に設けられ、または、前記第１の端子は、前記出力端子と前記第１の導電片との間に設けられている。

また、本願の幾つかの実施例において、前記第２の導電片と前記回路基板との間には、半田付け層が設けられている。

また、本願の幾つかの実施例において、前記電池パックは、直列又は並列に接続された複数の電池セルを含み、前記回路基板には、前記電池セルの正極端子又は負極端子に対応して設けられた溶接パッドが複数設けられている。

また、本願の幾つかの実施例において、前記回路基板には、それぞれの前記溶接パッドを電気的に接続するための電圧検出回線が設けられている。

また、本願の幾つかの実施例において、前記出力端子は、接続部及び出力部を含み、前記接続部の第１の端部は、前記導電部材または前記第１の端子と電気的に接続され、前記接続部の第２の端部は、前記出力部と電気的に接続される。

また、本願の幾つかの実施例において、前記接続部は、シート状の構造である。

また、本願の幾つかの実施例において、前記出力構造は、前記電池の負極端子に電気的に接続された第２の端子をさらに備える。

本願に係る電池パックは、直列又は並列に接続された複数の電池セルと、上記のいずれか１項に記載の出力構造とを備え、前記出力構造の第１の端子は、前記複数の電池セルのうちの１つの正極端子で構成されるか、又は、前記第１の端子は、前記複数の電池セルの正極端子を電気的に接続する。

本発明の一実施形態の出力構造と電池パックとの接続構造を示す図である。図１の出力構造の分解概略図である。図１の出力構造における回路基板の構成図である。図２の出力構造における導電部材と回路基板が結合される前の構成図である。図４における導電部材と前記回路基板とが結合された後の構成図である。導線と図１の出力構造における出力端子との接続方法を示す模式図である。出力構造の第１の端子、導電部材及び出力端子が本願の一実施形態での溶接方式を示す模式図である。出力構造の第１の端子、導電部材及び出力端子が本願のもう１つの一実施形態での溶接方式を示す模式図である。

以下では、本発明の実施形態の図面に関連して、本願の実施形態における技術的な態様を明確にし、完全に説明するが、説明した実施形態は、全ての実施形態ではなく、本願の一部の実施形態のみであることは明らかである。

図１に示すように、電池パック６と導線５とを接続するための出力構造１００は、出力端子１と、回路基板２と、第１の端子３と、導電部材４と、を備えている。第１の端子３は、回路基板２と電気的に接続されている。導電部材４は、回路基板２に電気的に接続される。第１の端子３と導電部材４とは、溶接されている。出力端子１は、導電部材４または第１の端子３と溶接されている。

従来の技術に比べて、本願の実施形態で提供された出力構造１００は、出力端子１、第１の端子３及び導電部材４を溶接の方法で接続固定している。当該出力構造１００は、接続状態及び溶接品質が安定しており、且つ制御が容易であり、抜けにくいという利点があり、接続箇所がその内部抵抗の増大によって発熱問題が深刻になるのを回避することができる。さらに、この発熱による電池の発火などのリスクを避けることができる。さらに、この出力構造１００は、電池パックの生産コストとその組立の難しさを低減することができる。

具体的には、図２に示すように、出力構造１００は、電池パック６の負極端子に電気的に接続される第２の端子７をさらに備えてもよい。第１の端子３は、電池パック６の正極端子に電気的に接続される。幾つかの態様では、電池パック６は、複数の直列または並列接続された電池セル６２を含むことができ、各電池セル６２は、１つの正極端子と１つの負極端子とを含み、各電池セル６２は、既存の組み合わせ方式により互いに直列または並列に接続されて電池パック６を構成するが、本願はこれに限定されない。なお、他の実施形態では、第１の端子３は、電池セル６２の正極端子のうちの１つで構成されてもよく、前記第２の端子７は、電池セル６２の負極端子のうちの１つで構成されてもよいことが理解できる。または、第１の端子３は、電池セル６２の正極端子に電気的に接続され、第２の端子は、電池セル６２の負極端子に電気的に接続される。

複数の電池セル６２同士は、複数の接続部材６１を介して、異なる電池セル６２の正極端子及び負極端子に電気的に接続されて、直列又は並列を実現している。複数の接続部材６１は、回路基板２と電気的に接続されており、電池パック６と回路基板２との電気的な接続を実現している。なお、他の実施形態では、接続部材６１を形成するために、異なる電池セル６２の正極端子又は負極端子を接着や溶接等により接合してもよい。さらに、出力端子１は、導線５に接続されて、導線５を介して、電池パック６の電気エネルギーを出力したり、電池パック６に充電したり、または導線５を介して電気設備と電気的に接続する。

引き続き図３を参照すると、回路基板２には、電池セル６２の正極端子又は負極端子に対応して配置された複数の溶接パッド２１が設けられている。具体的には、複数の接続部材６１は、対応する溶接パッド２１に半田付けにより接続される。これにより、電池セル６２の正極端子又は負極端子は、当該溶接パッド２１に対応して電気的に接続される。電池セル６２を対応マークの溶接パッド２１に電気的に接続して、出力構造１００の取り付けの難しさを低減するために、複数の溶接パッド２１には、電池セル６２に対応するためのマーク「Ｂ１～Ｂ９」が設けられている。この溶接パッド２１の数とマークは、実際の状況に応じて増減されることが可能である。図３における各溶接パッド２１間の矢印は、電池パック６と回路基板２とが電気的に接続された後、回路基板２における電流が流れる方向に沿っている。

幾つかの態様では、回路基板２の側辺に近い位置には、回路基板２と電気的に接続されたピンパッド２２がさらに設けられている。導電部材４と回路基板２との間には、半田付け層が設けられている。即ち、当該半田付け層は、導電部材４とピンパッド２２との間に設けられる。これは、ピンパッド２２に対して表面実装技術等で導電部材４を接続することで、導電部材４を回路基板２に電気的に接続することに有利である。幾つかの態様では、ピンパッド２２は、２つがあることが好ましく、且つ回路基板２の両側にそれぞれ設けられる。一方のピンパッド２２の下端には、正極を示す「Ｂ＋」が表記され、他方のピンパッド２２の下端には、負極を示す「Ｂ－」が表記されている。「Ｂ＋」が付されたピンパッド２２の個所に設けられた導電部材４は、第１の端子３と固定され、「Ｂ－」が付されたピンパッド２２の個所に設けられた導電部材４は、第２の端子７と固定されている。

幾つかの態様では、回路基板２には、それぞれの溶接パッド２１とピンパッド２２とを電気的に接続する電圧検出回線２３が設けられている。電圧検出回線２３は、回路基板２の下端の縁に近い位置に集中部が形成されている。各溶接パッド２１とピンパッド２２に電気的に接続された回線の支線は、前記集中部に集めて順次に配列されている。前記集中部で各支線間の電圧を検出することにより、電池セル６２の電圧または電池パック６の正負極電圧を判断することができる。実際の操作では、簡単で便利であり、電池セル６２または電池パック６の動作状況を迅速に判断することに有利である。

幾つかの態様では、図４及び図５に示すように、導電部材４は、第１の導電片４１と、第２の導電片４２と、を含み、第１の導電片４１と第２の導電片４２は、略直角を成して接続され、他の角度で接続されてもよい。両者は、一体成型構造であってもよい。第１の導電片４１、出力端子１及び第１の端子３または第２の端子７は、溶接により接続される。溶接方式は、レーザ溶接であることが好ましい。第２の導電片４２は、回路基板２のピンパッド２２に電気的に接続される。第２の導電片４２とピンパッド２２との間には、鋼網で錫ペーストを塗ることにより形成された半田付け層が設けられている。導電部材４は、溶接位置を回路基板２に固定させるとともに、溶接位置のがたつきを回避し、溶接品質の安定性を向上させるために、一定の硬度を有する。

図６に示すように、幾つかの態様では、出力端子１は、接続部１１と出力部１２とを含む。接続部１１の第１の端部は、導電部材４または第１の端子３に電気的に接続され、接続部１１の第２の端部は、出力部１２に電気的に接続されている。出力部１２は、導線５と電気的に接続される。接続部１１は、形状及び大きさが第１の導電片４１にマッチングしているシート状の構造をしている。出力部１２は、略中空の円筒形であり、周側にはスリットが開いており、導線５の端部は、出力部１２内に挿入されて、出力部１２と機械圧着により一体に接続されている。なお、他の実施形態では、導線５は、溶接の方式で出力部１２と接続されてよい。接続部１１と出力部１２は、一体成型された構成であってもよい。出力端子１は、銅端子であることが好ましい。銅端子は、紫銅の材質であり、優れた熱伝導性、導電性、延性及び耐食性を持っており、溶接性能が良い。導線５の型番は、電池パック６の過電流パラメータの要求に適合する。

図７に示すように、導電部材４は、出力端子１及び第１の端子３（又は第２の端子７）とレーザ溶接で接続されている。導電部材４の第１の導電片４１は、出力端子１と第１の端子３との間に設けられ、レーザエネルギー方向は、第１の端子３から出力端子１に向けられている。

図８に示すように、もう１つの実施形態では、第１の端子３（又は第２の端子７）は、導電部材４の第１の導電片４１と出力端子１との間に設けられ、レーザエネルギー方向は、導電部材４から出力端子１に向いている。好ましくは、出力端子１の位置は、レーザエネルギーの方向に依存して、レーザ溶接の効果を保証するために、レーザ方向の最も後側に常に設けられる。

理解できるように、他の実施形態では、出力端子１は、第１の端子３と第１の導電片４１との間に設けられてもよいし、レーザエネルギー方向は、第１の端子３から第１の導電片４１に向いてもよく、第１の導電片４１から第１の端子３に向いてもよい。出力端子１、第１の端子３、及び第１の導電片４１の三者の重ね合わせの面積の大きさは、電池パック６の過電流パラメータの大小にマッチングしており、電池パック６の過電流パラメータが大きいほど、前記重ね合わせの面積が大きい。

また、図１に示すように、出力構造１００に対する溶接が完了した後、第１の端子３（または第２の端子７）と出力端子１とを導電部材４で接続して固定し、電池パック６の出力電流が第１の端子３及び第２の端子７から回路基板２と導電部材４とに伝達し、さらに出力端子１に伝達し、最後に導線５に伝達することで、電池パック６と外部電気設備との電気的な接続が良好となる。

また、本願発明は、直列接続又は並列に接続された複数の電池セル６２と、上記いずれかの出力構造１００とを備えた電池パックをさらに提供する。上記出力構造１００の第１の端子３は、複数の電池セル６２のうちの１つの正極端子で構成されるか、又は第１の端子３は複数の電池セル６２の正極端子に電気的に接続される。

以上の実施形態は、本願の技術案を説明するのみに用いられ、本願を制限するものではない。以上の好ましい実施形態を参照して本願を詳細に説明したが、当業者は、本願の技術案を修正又は均等に置換することで得られたものも、本願の技術案の精神と範囲から逸脱することがないと理解されるべきである。

１００出力構造
１出力端子
２回路基板
２１溶接パッド
２２ピンパッド
２３電圧検出回線
３第１の端子
４導電部材
４１第１の導電片
４２第２の導電片
５導線
６電池パック
６１接続部材
６２電池セル
７第２の端子

Claims

出力端子、回路基板、及び前記回路基板に電気的に接続される第１の端子を含む電池パックの出力構造であって、
前記出力構造は、前記回路基板と電気的に接続された導電部材をさらに含み、
前記第１の端子は、前記導電部材と溶接され、
前記出力端子は、前記導電部材または前記第１の端子と溶接され、
前記導電部材は、前記出力端子と前記第１の端子との間に設けられるか、又は、前記第１の端子は、前記導電部材と前記出力端子との間に設けられ、
前記導電部材は、第１の導電片を含み、
前記回路基板には、前記第１の端子が貫通する貫通孔が設けられており、前記出力端子と前記第１の端子と前記第１の導電片との３者が重ね合わさるように貼り合わされていることを特徴とする電池パックの出力構造。
前記導電部材と前記回路基板との間には、半田付け層が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の電池パックの出力構造。
前記導電部材は、前記第１の導電片と接続された第２の導電片を含み、
前記第１の導電片、前記出力端子及び前記第１の端子は、溶接で接続され、
前記第２の導電片は、前記回路基板に電気的に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の電池パックの出力構造。
前記第１の導電片は、前記第１の端子と前記出力端子との間に設けられ、または、前記第１の端子は、前記出力端子と前記第１の導電片との間に設けられていることを特徴とする請求項３に記載の電池パックの出力構造。
前記第２の導電片と前記回路基板との間には、半田付け層が設けられていることを特徴とする請求項３に記載の電池パックの出力構造。
前記電池パックは、直列又は並列に接続された複数の電池セルを含み、前記回路基板には、前記電池セルの正極端子又は負極端子に対応して設けられた溶接パッドが複数設けられていることを特徴とする請求項１に記載の電池パックの出力構造。
前記回路基板には、それぞれの前記溶接パッドを電気的に接続するための電圧検出回線が設けられていることを特徴とする請求項６に記載の電池パックの出力構造。
前記出力端子は、接続部及び出力部を含み、前記接続部の第１の端部は、前記導電部材または前記第１の端子と電気的に接続され、前記接続部の第２の端部は、前記出力部と電気的に接続されることを特徴とする請求項１に記載の電池パックの出力構造。
前記接続部は、シート状の構造であることを特徴とする請求項８に記載の電池パックの出力構造。
前記出力構造は、電池の負極端子に電気的に接続された第２の端子をさらに備えることを特徴とする請求項８に記載の電池パックの出力構造。
直列又は並列に接続された複数の電池セルと、請求項１～１０のいずれか１項に記載の電池パックの出力構造とを備え、
前記出力構造の第１の端子は、前記複数の電池セルのうちの１つの正極端子で構成されるか、又は、前記第１の端子は、前記複数の電池セルの正極端子に電気的に接続されることを特徴とする電池パック。