WO2022163477A1 - 電源装置及びその製造方法 - Google Patents

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尚樹 河合
孝浩 山下
智之 市座
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三洋電機株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a power supply device and its manufacturing method.
  • a power supply with a large number of secondary battery cells connected in series and parallel can be used as a backup power supply for servers, as a power supply for stationary power storage in homes, offices, and factories, as well as for hybrid vehicles and electric vehicles. It is used as a power source for driving vehicles such as automobiles, electric carts, and electric scooters, and as a power source for driving assisted bicycles and electric tools.
  • a plurality of secondary battery cells are connected in series to achieve high output.
  • a power supply device 600 shown in the exploded perspective view of FIG. I have it.
  • An IC chip such as an AFE is mounted on the circuit board 640 .
  • Battery holder 610 and circuit board 640 are electrically connected via a lead plate or the like.
  • the circuit board 640 is generally in the form of a flat plate as shown in FIG. 6, and has a structure in which patterns for electrical connection and lead plates are fixed on its surface. It is uncertain which of the two contacts first to establish conduction, and even if one tries to connect the low potential side first, other parts may unintentionally come into contact with each other, making the work cumbersome.
  • One of the objects of the present invention is to provide a power supply device that avoids unintended damage during assembly and improves workability, and a method of manufacturing the same.
  • a method for manufacturing a power supply device includes a plurality of secondary battery cells each having an electrode terminal, and a battery holding the plurality of secondary battery cells.
  • a method for manufacturing a power supply device comprising a holder and a circuit board on which a control circuit that is electrically connected to the plurality of secondary battery cells and controls charging and discharging is mounted, wherein the plurality of secondary battery cells are drawn out from the battery holder.
  • a step of connecting a battery-side ground terminal which is the ground side of the total output obtained by electrically connecting the secondary battery cells in series and / or in parallel, to the board-side ground terminal provided on the circuit board;
  • One or more substrates on which the circuit board is placed, and one or more battery-side intermediate terminals electrically connected to at least one of the plurality of secondary battery cells provided on the battery holder are provided on the circuit board. side intermediate terminals and connecting respectively.
  • the step of connecting the battery-side ground terminal to the substrate-side ground terminal may include: a step of connecting the battery-side ground terminal pulled out to the outside with the board-side ground terminal.
  • a power supply device includes: a plurality of secondary battery cells each having an electrode terminal; a battery holder holding the plurality of secondary battery cells; and a circuit board mounted thereon, wherein the battery holder includes one or more battery-side intermediate terminals electrically connected to at least one of the plurality of secondary battery cells, and an external terminal from the battery holder. and a battery-side ground terminal that serves as a ground side for a total output in which the plurality of secondary battery cells are electrically connected in series and/or in parallel, and the circuit board is connected to the one or more battery-side intermediate terminals.
  • the battery-side ground terminal pulled out from the battery holder can be connected to the substrate-side ground terminal first, so that the battery-side intermediate terminal and the substrate-side intermediate terminal are electrically connected first.
  • the reliability during assembly can be improved by avoiding the breakage caused by this.
  • the battery-side ground terminal is pulled out from the battery holder via a flexible member.
  • the board-side intermediate terminal is located on the side of the circuit board facing the battery holder and is located on the battery-side intermediate terminal.
  • a lug terminal is provided at a position corresponding to the terminal, and the circuit board is placed on one surface of the battery holder, and the lug terminal is connected to the battery-side intermediate terminal.
  • the battery holder connects the electrode terminals of adjacent secondary battery cells among the plurality of secondary battery cells to each other.
  • the lead plate serving as the ground side of the total output by electrically connecting the plurality of secondary battery cells in series and/or in parallel is defined as a ground lead plate;
  • a battery-side ground terminal is connected to the ground lead plate.
  • the power supply device is such that the flexible member is a lead wire, and one end of the lead wire is connected to the battery-side ground terminal. and the other end is a free end that can be connected to the ground lead plate.
  • the power supply device is characterized in that the battery-side ground terminal is a battery-side ground terminal provided at the other end of the lead wire connected to the substrate-side ground terminal.
  • a connector is provided, and the board-side ground terminal is provided with a board-side connector connected to the battery-side connector.
  • the battery holder connects electrode terminals of adjacent secondary battery cells among the plurality of secondary battery cells, respectively.
  • a plurality of lead plates for electrical connection are provided, and the battery-side intermediate terminals are formed on a portion of the plurality of lead plates.
  • the circuit board is formed in a rectangular shape, and the board-side ground terminal is attached to an edge of the rectangular shape. are provided. With the above configuration, it is possible to easily connect the battery-side ground terminal to the board-side ground terminal provided on the edge of the circuit board.
  • a power supply device includes: a plurality of secondary battery cells each having an electrode terminal; a battery holder holding the plurality of secondary battery cells; a circuit board to be mounted, wherein the battery holder includes one or more battery-side intermediate terminals electrically connected to at least one of the plurality of secondary battery cells; a battery-side ground terminal that serves as a ground side for a total output in which battery cells are electrically connected in series and/or in parallel, and the circuit board includes one or more substrate-side intermediate terminals connected to the one or more battery-side intermediate terminals. and a board-side ground terminal connected to the battery-side ground terminal, which is led out from the circuit board.
  • the power supply device is such that the battery-side ground terminal includes a battery-side connector, and the board-side ground terminal includes the battery-side connector.
  • a mating board-side connector is provided.
  • FIG. 1 is an exploded perspective view showing a power supply device according to Embodiment 1 of the present invention
  • FIG. 2 is an enlarged plan view of a main part of the power supply device of FIG. 1
  • FIG. FIG. 2 is an exploded perspective view of the power supply device of FIG. 1 as seen from the rear side
  • 2 is a bottom view of the circuit board of FIG. 1
  • FIG. FIG. 11 is an exploded perspective view showing a power supply device according to Embodiment 2
  • FIG. 11 is an exploded perspective view showing a conventional power supply device.
  • the power supply device of the present invention is a backup power supply for a server, a power supply mounted in an electric vehicle such as a hybrid vehicle or an electric vehicle to supply power to a running motor, and a storage of power generated by natural energy sources such as solar power generation and wind power generation. It is used for various purposes such as a power source for storing power at night, and a power source for storing late-night power.
  • a power supply device used as a backup power supply for a server will be described below as an embodiment of the present invention. [Embodiment 1]
  • FIG. 1 An exploded perspective view of FIG. 1 shows a power supply device 100 according to Embodiment 1 of the present invention.
  • a power supply device 100 shown in this figure includes a battery holder 10 and a circuit board 40 placed on one surface of the battery holder 10 .
  • a battery holder 10 holds a plurality of secondary battery cells 1 . (Secondary battery cell 1)
  • Each secondary battery cell 1 is a cylindrical secondary battery cell having a cylindrical exterior can. Cylindrical secondary battery cell 1 has electrode surfaces on both end faces. A plurality of secondary battery cells 1 are connected at least in series. Preferably, the secondary battery cells 1 connected in series are further connected in parallel. The output of the battery assembly composed of the secondary battery cells 1 including series connection in this way is output from the power supply device 100 .
  • the secondary battery cell 1 is a cylindrical lithium ion secondary battery. However, in the power supply device of the present invention, the secondary battery cells are not specified as cylindrical batteries, nor are they specified as lithium ion secondary batteries. Battery cells can also be all rechargeable batteries, such as nickel metal hydride battery cells. (Battery holder 10)
  • the battery holder 10 is a member for holding a plurality of secondary battery cells 1.
  • the battery holder 10 forms a cylindrical battery holder into which the cylindrical secondary battery cell 1 can be inserted.
  • the battery holding portion is arranged in two stages, and the center of the cylinder of the battery holding portion is offset between the upper and lower stages, thereby suppressing the overall thickness.
  • the battery holder 10 is made of a material having excellent insulation and heat resistance, such as polycarbonate ABC resin.
  • the battery holder 10 is divided into a plurality of sub-holders, and configured to sandwich the secondary battery cells 1 from both sides. An intermediate portion of the secondary battery cell 1 is exposed from the sub-holder. Further, the lead plate 20 is fixed to the side surface of the battery holder 10 while the secondary battery cell 1 is sandwiched between the sub-holders, and the secondary battery cell 1 and the lead plate 20 are welded. A lead positioning guide along the outer shape of the lead plate 20 is formed on the side surface of the battery holder 10 so as to position the lead plate 20 at a predetermined position.
  • the battery holder 10 includes a plurality of lead plates 20 and battery-side ground terminals 30 .
  • a plurality of lead plates 20 are provided with battery-side intermediate terminals 21 .
  • Battery-side intermediate terminal 21 is electrically connected to at least one of the plurality of secondary battery cells 1 . (Lead plate 20)
  • Each lead plate 20 is arranged on the side surface of the battery holder 10 and connected to the electrode surfaces of the plurality of secondary battery cells 1 .
  • the lead plate 20 is used to connect a plurality of secondary battery cells 1 in series and in parallel.
  • a high-capacity secondary battery cell 1 such as a lithium ion secondary battery
  • the potential of each lead plate 20 is detected in order to grasp the state of each secondary battery cell 1.
  • 20 and the voltage of the assembly of the secondary battery cells 1 connected in parallel can be grasped.
  • a battery assembly is formed of a total of 42 secondary battery cells 1, in which six secondary battery cells 1 are connected in parallel and seven sets of these are connected in series.
  • the plurality of lead plates 20 electrically connect the electrode terminals of adjacent secondary battery cells 1 to each other.
  • a plurality of secondary battery cells 1 are electrically connected in series and/or in parallel, and a lead plate serving as the ground side of the total output is designated as a ground lead plate 20G.
  • a ground terminal 30 is connected.
  • the battery-side ground terminal 30 is connected to the ground side of the total output obtained by electrically connecting a plurality of secondary battery cells 1 in series and/or in parallel.
  • the battery-side ground terminal 30 is drawn out from the battery holder 10 .
  • the upper surface of the battery holder 10 is used as a mounting surface 11 on which the circuit board 40 is mounted.
  • a frame for holding the circuit board may be formed on the substrate mounting surface.
  • a board holder for holding the circuit board may be provided separately.
  • the circuit board 40 is mounted on the mounting surface 11 .
  • the circuit board 40 is equipped with electronic circuits such as a voltage detection circuit that detects the intermediate potential of the battery assembly in which the secondary battery cells 1 are connected in series or in parallel, a control circuit that controls charging and discharging, and a safety circuit. be done.
  • the intermediate potential of the plurality of series-connected secondary battery cells 1 forming the battery assembly is detected from the potential of the lead plate 20 and input to the voltage detection circuit.
  • the circuit board 40 is formed in a rectangular shape.
  • the circuit board 40 includes a board-side intermediate terminal 41 and a board-side ground terminal 46 .
  • the board-side intermediate terminal 41 is connected to one or more battery-side intermediate terminals 21 .
  • the board-side ground terminal 46 is connected to the battery-side ground terminal 30 .
  • the ground of the circuit board 40 is easily and reliably connected to the ground of the battery holder 10 first to improve stability, and then the circuit board 40 and the battery holder are connected. 10 can be safely connected.
  • the circuit board 40 is provided with the board-side ground terminal 46 on the edge side of the rectangular shape.
  • the board-side ground terminal 46 By arranging the board-side ground terminal 46 at the edge of the circuit board 40 in this manner, the battery-side ground terminal 30 that is pulled out can be easily connected.
  • board-side ground terminals 46 are arranged at the longitudinal edge of the circuit board 40 extending in one direction. (Battery-side ground terminal 30)
  • the battery-side ground terminal 30 is preferably pulled out from the battery holder 10 via a flexible member, as shown in FIG.
  • the lead wire 31 can be used as the flexible member.
  • One end of the lead wire 31 is previously connected to the ground lead plate 20G.
  • the other end of the lead wire 31 is a free end that can be connected to the ground lead plate 20G. This configuration makes it easy to connect the battery-side ground terminal 30 drawn out from the battery holder 10 by the flexible lead wire 31 to the board-side ground terminal 46 .
  • one end of the lead wire 31 serves as a round terminal 32 and is screwed to the ground lead plate 20G.
  • the upper end of the ground lead plate 20G is bent into an L shape, a through hole is provided, and a round terminal 32 is screwed.
  • a battery-side connector 33 is provided at the other end of the lead wire 31 , that is, the tip side.
  • the board-side ground terminal 46 is provided with a board-side connector 47 that engages with the battery-side connector 33 .
  • the battery holder 10 has one or more holder-side terminals 12 connected to one or more battery-side intermediate terminals 21 on the side facing the circuit board 40 .
  • the holder-side terminal 12 may be formed by bending the battery-side intermediate terminal 21 provided on the lead plate 20 .
  • the circuit board 40 has lug terminals 42 mounted at positions corresponding to the holder-side terminals 12 on the side facing the battery holder 10 as shown in FIG. With such a configuration, the lug terminals 42 can be connected to the holder-side terminals 12 by placing the circuit board 40 thereon. That is, before placing the circuit board 40, the battery-side ground terminal 30 is previously connected to the board-side ground terminal 46 as shown in FIG.
  • the board-side ground terminal 46 of the circuit board 40 is reliably connected first for stabilization.
  • the safety is high and the yield is excellent, and since the order of connection is not specified, highly flexible and efficient assembly work is realized.
  • the back side of the circuit board 40 is tilted vertically so that it can be easily seen, but this does not necessarily mean that the circuit board 40 is placed on the mounting surface 11 of the battery holder 10 in such a vertical position. .
  • a positioning mechanism may be provided on the mounting surface 11 of the battery holder 10 and the circuit board 40 so that the lug terminals 42 and the holder-side terminals 12 can be easily connected in a positioned state.
  • a protrusion may be formed on the mounting surface 11 and the edge of the circuit board 40 may be positioned by pressing the protrusion.
  • recesses or holes may be formed in the circuit board 40, and locking pieces to be inserted into these recesses or holes may be formed on the mounting surface 11 side.
  • a fitting structure can be provided at the joint portion between the lug terminal 42 and the holder-side terminal 12, so that both the mechanical connection and the positioning function can be used.
  • This power supply device 100 is assembled in the following procedure. First, the battery-side ground terminal 30 pulled out from the battery holder 10 is connected to the board-side ground terminal 46 provided on the circuit board 40 . Next, the circuit board 40 is mounted on the mounting surface 11 of the battery holder 10, and the battery-side intermediate terminals 21 are connected to the board-side intermediate terminals 41, respectively. In this way, when the power supply device 100 is assembled, the battery-side ground terminal 30 pulled out from the battery holder 10 can be easily connected to the board-side ground terminal 46 first, and as a result, the ground of the circuit board 40 is stabilized. As a result, the reliability during assembly can be improved by avoiding the breakage caused by the first electrical connection between the battery-side intermediate terminal 21 and the substrate-side intermediate terminal 41 . [Embodiment 2]
  • the present invention is not limited to this configuration, and any configuration that facilitates connection between the ground on the battery side and the ground on the substrate side may be used.
  • the board-side ground terminal may be pulled out from the circuit board side and connected to the battery-side ground terminal.
  • FIG. 5 Such an example is shown in FIG. 5 as a power supply device according to the second embodiment.
  • the same members as those of the power supply device 100 according to the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
  • the board-side ground terminal 46' is led out from the circuit board 40' through the lead wire 31'.
  • the board-side ground terminal 46' is provided with a board-side connector 47'.
  • the battery holder 10' also has a battery-side ground terminal 30' provided at the edge of the battery holder 10'.
  • the battery-side ground terminal 30' is used as a battery-side connector 33'.
  • a power supply device can be suitably used as a backup power supply device that can be mounted on a power supply module of a computer server.
  • backup power supply for wireless base stations such as mobile phones, storage power supply for domestic use and factories, power supply for street lights, etc., power storage combined with solar cells, backup power supply for traffic lights, etc., or EV driving It can also be appropriately used for applications such as power sources for plug-in hybrid electric vehicles, hybrid electric vehicles, and electric vehicles that are capable of switching between modes and HEV running modes.

Abstract

電源装置の組立時の意図しない破損を回避し作業性を高める。 電源装置の製造方法は、それぞれが電極端子を有する複数の二次電池セル(1)と、複数の二次電池セル(1)を保持する電池ホルダ(10)と、複数の二次電池セル(1)と電気接続され充放電を制御する制御回路を実装した回路基板とを備える電源装置の製造方法であって、電池ホルダ(10)から外部に引き出された、複数の二次電池セル(1)を直列及び/又は並列に電気接続した総出力のグランド側となる電池側グランド端子(30)を、回路基板に設けた基板側グランド端子と接続する工程と、電池ホルダ(10)の一面に回路基板を載置し、電池ホルダ(10)に設けた、複数の二次電池セル(1)の少なくともいずれかと電気接続された一以上の電池側中間端子(21)を、回路基板に設けた、一以上の基板側中間端子と、それぞれ接続する工程とを含む。

Description

電源装置及びその製造方法
 本発明は、電源装置及びその製造方法に関する。
 多数の二次電池セルを直列、並列に接続した電源装置は、サーバーのバックアップ用電源として、あるいは据え置き型の蓄電用途で家庭用、事業所用、工場用の電源装置として、さらにはハイブリッド車や電気自動車、電動カートや電動スクータなどの車両の駆動用、アシスト自転車や電動工具の駆動用電力源等に用いられている。このような電源装置は、二次電池セルを複数本、直列に接続して高出力化を図っている。例えば図6の分解斜視図に示す電源装置600は、複数の二次電池セル601を保持する電池ホルダ610と、この二次電池セル601の充放電を制御する制御回路を実装した回路基板640を備えている。回路基板640には、AFEなどのICチップを実装している。電池ホルダ610と回路基板640とは、リード板等を介して電気的に接続される。
 このような電源装置の組立時において、回路基板と電池ホルダとをリード板等で接続する際、回路のグランドが浮いて不定状態になっていると、高電圧が回路に印加されてIC等の素子が破壊されたり、意図しない回路に過電圧が印加されたり、意図しない経路にラッシュ電流が流れるなどして回路誤動作や回路破壊を引き起こす可能性があった。特に複数箇所をリード板等で接続する際には、どのリード板が最初に接続されるかに応じて、回路に印加される電圧が異なる。このため、接続順が悪い場合は、一時的に高電圧が回路に印加されて、素子を破壊する事態が生じ得る。これを防ぐためには、回路側の低電位側と、電池ホルダ側の低電位側とを接続していくことが考えられる。
 しかしながら、回路基板640は一般に図6に示すような平板状であり、その表面に電気接続要のパターンやリード板を固定した構造のため、単に電池ホルダ610上に載置すると、複数の接続部位のいずれが先に接触して導通されるかは不定であり、先に低電位側を接続しようとしても意図せず他の部分が接触してしまうこともあり、その作業は面倒であった。
特開2011-243426号公報
 本発明の目的の一は、組立時の意図しない破損を回避し作業性を高めた電源装置及びその製造方法を提供することにある。
課題を解決するための手段及び発明の効果
 上記の目的を達成するために、本発明の第1の形態に係る電源装置の製造方法は、それぞれが電極端子を有する複数の二次電池セルと、前記複数の二次電池セルを保持する電池ホルダと、前記複数の二次電池セルと電気接続され充放電を制御する制御回路を実装した回路基板とを備える電源装置の製造方法であって、前記電池ホルダから外部に引き出された、前記複数の二次電池セルを直列及び/又は並列に電気接続した総出力のグランド側となる電池側グランド端子を、前記回路基板に設けた基板側グランド端子と接続する工程と、前記電池ホルダの一面に前記回路基板を載置し、前記電池ホルダに設けた、前記複数の二次電池セルの少なくともいずれかと電気接続された一以上の電池側中間端子を、前記回路基板に設けた、一以上の基板側中間端子と、それぞれ接続する工程とを含む。これにより、電源装置の組立時には電池ホルダから外部に引き出された電池側グランド端子を基板側グランド端子に先に接続することが可能となり、電池側中間端子と基板側中間端子が先に導通することで生じる破損を回避して組立時の信頼性を向上できる。
 また、本発明の第2の形態に係る電源装置の製造方法は、上記において、前記電池側グランド端子を前記基板側グランド端子と接続する工程が、前記電池ホルダから可撓性のある部材を介して外部に引き出された前記電池側グランド端子を、前記基板側グランド端子と接続する工程である。これにより、外部に引き出された電池側グランド端子の取り回しが向上され、他の接続端子の接続作業に先立ち行われる接続作業を速やかに行える利点が得られる。
 さらにまた、本発明の第3の形態に係る電源装置は、それぞれが電極端子を有する複数の二次電池セルと、前記複数の二次電池セルを保持する電池ホルダと、前記電池ホルダの一面に載置される回路基板と、を備える電源装置であって、前記電池ホルダは、前記複数の二次電池セルの少なくともいずれかと電気接続された一以上の電池側中間端子と、前記電池ホルダから外部に引き出された、前記複数の二次電池セルを直列及び/又は並列に電気接続した総出力のグランド側となる電池側グランド端子と、を備え、前記回路基板は、前記一以上の電池側中間端子と接続する一以上の基板側中間端子と、前記電池側グランド端子と接続する基板側グランド端子と、を備える。上記構成により、電源装置の組立時には電池ホルダから外部に引き出された電池側グランド端子を基板側グランド端子に先に接続することが可能となり、電池側中間端子と基板側中間端子が先に導通することで生じる破損を回避して組立時の信頼性を向上できる。
 さらにまた、本発明の第4の形態に係る電源装置は、上記構成において、前記電池側グランド端子が、前記電池ホルダから可撓性のある部材を介して外部に引き出されている。上記構成により、外部に引き出された電池側グランド端子の取り回しが向上され、他の接続端子の接続作業に先立ち行われる接続作業を速やかに行える利点が得られる。
 さらにまた、本発明の第5の形態に係る電源装置は、上記いずれかの構成において、前記基板側中間端子は、前記回路基板の、前記電池ホルダに面する側であって、前記電池側中間端子と対応する位置に設けられたラグ端子を備えており、前記電池ホルダの一面に前記回路基板を載置して、前記ラグ端子を前記電池側中間端子と接続するよう構成している。上記構成により、回路基板を載置することでラグ端子を電池側中間端子と接続することが可能となる。特に、回路基板を載置する前に電池側グランド端子を基板側グランド端子と接続しておくことで、ラグ端子と電池側中間端子とのランダム接続が実現される。
 さらにまた、本発明の第6の形態に係る電源装置は、上記いずれかの構成において、前記電池ホルダは、前記複数の二次電池セルの内、隣接する二次電池セルの電極端子同士をそれぞれ電気接続する複数のリード板を備え、前記複数のリード板の内、前記複数の二次電池セルが直列及び/又は並列に電気接続され総出力のグランド側となるリード板をグランドリード板とし、前記グランドリード板に電池側グランド端子が接続されている。
 さらにまた、本発明の第7の形態に係る電源装置は、上記いずれかの構成において、前記可撓性のある部材がリード線であり、前記リード線は、その一端を、前記電池側グランド端子と予め接続しており、その他端を、前記グランドリード板と接続可能な自由端としている。上記構成により、電池ホルダから可撓性のリード線で引き出された電池側グランド端子を、容易に基板側グランド端子に接続し易くなる。
 さらにまた、本発明の第8の形態に係る電源装置は、上記いずれかの構成において、前記電池側グランド端子は、前記基板側グランド端子と接続する前記リード線の他端に設けられた電池側コネクタを備えており、前記基板側グランド端子は、前記電池側コネクタと接続される基板側コネクタを備えている。
 さらにまた、本発明の第9の形態に係る電源装置は、上記いずれかの構成において、前記電池ホルダは、前記複数の二次電池セルの内、隣接する二次電池セルの電極端子同士をそれぞれ電気接続する複数のリード板を備え、前記複数のリード板の一部に、前記電池側中間端子を形成している。
 さらにまた、本発明の第10の形態に係る電源装置は、上記いずれかの構成において、前記回路基板は、矩形状に形成されており、該矩形状の端縁に、前記基板側グランド端子を設けている。上記構成により、回路基板の端縁に設けられた基板側グランド端子に、電池側グランド端子を接続し易くできる。
 さらにまた、本発明の第11の形態に係る電源装置は、それぞれが電極端子を有する複数の二次電池セルと、前記複数の二次電池セルを保持する電池ホルダと、前記電池ホルダの一面に載置される回路基板と、を備える電源装置であって、前記電池ホルダは、前記複数の二次電池セルの少なくともいずれかと電気接続された一以上の電池側中間端子と、前記複数の二次電池セルを直列及び/又は並列に電気接続した総出力のグランド側となる電池側グランド端子と、を備え、前記回路基板は、前記一以上の電池側中間端子と接続する一以上の基板側中間端子と、前記回路基板から外部に引き出された、前記電池側グランド端子と接続する基板側グランド端子と、を備えている。上記構成により、電源装置の組立時には回路基板から外部に引き出された基板側グランド端子を電池側グランド端子と先に接続することが可能となり、電池側中間端子と基板側中間端子が先に導通することで生じる破損を回避して組立時の信頼性を向上できる。
 さらにまた、本発明の第12の形態に係る電源装置は、上記いずれかの構成において、前記電池側グランド端子は、電池側コネクタを備えており、前記基板側グランド端子は、前記電池側コネクタと係合する基板側コネクタを設けている。上記構成により、電池側グランド端子の電池側コネクタを、基板側グランド端子の基板側コネクタに係合することで、簡単且つ確実に基板側のグランドを電池側のグランドと電気接続して、回路基板の電圧の安定化を図ることが実現される。
本発明の実施形態1に係る電源装置を示す分解斜視図である。 図1の電源装置の要部拡大平面図である。 図1の電源装置を背面側から見た分解斜視図である。 図1の回路基板の底面図である。 実施形態2に係る電源装置を示す分解斜視図である。 従来の電源装置を示す分解斜視図である。
 以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施形態は、本発明の技術思想を具体化するための例示であって、本発明は以下のものに特定されない。また、本明細書は特許請求の範囲に示される部材を、実施形態の部材に特定するものでは決してない。特に実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。さらに以下の説明において、同一の名称、符号については同一若しくは同質の部材を示しており、詳細説明を適宜省略する。さらに、本発明を構成する各要素は、複数の要素を同一の部材で構成して一の部材で複数の要素を兼用する態様としてもよいし、逆に一の部材の機能を複数の部材で分担して実現することもできる。
 本発明の電源装置は、サーバー用のバックアップ電源、ハイブリッド車や電気自動車などの電動車両に搭載されて走行モータに電力を供給する電源、太陽光発電や風力発電などの自然エネルギーの発電電力を蓄電する電源、あるいは深夜電力を蓄電する電源用など、種々の用途に使用され、特に大電力、大電流の用途に好適な電源として使用される。以下、本発明の一実施形態として、サーバー用のバックアップ電源として用いる電源装置について説明する。
[実施形態1]
 本発明の実施形態1に係る電源装置100を図1の分解斜視図に示す。この図に示す電源装置100は、電池ホルダ10と、電池ホルダ10の一面に載置される回路基板40とを備える。電池ホルダ10は、複数の二次電池セル1を保持している。
(二次電池セル1)
 各二次電池セル1は、その外装缶を円筒形とする円筒形二次電池セルである。円筒形二次電池セル1は、両側の端面に電極面を有する。複数の二次電池セル1は、少なくとも直列に接続されている。好ましくは、直列接続された二次電池セル1をさらに並列に接続している。このように直列接続を含む二次電池セル1で構成された電池集合体の出力は、電源装置100から出力される。二次電池セル1は、円筒形のリチウムイオン二次電池である。ただ本発明の電源装置は、二次電池セルを円筒形電池には特定せず、またリチウムイオン二次電池にも特定しない。電池セルには、充電できるすべての電池、例えばニッケル水素電池セルなども使用できる。
(電池ホルダ10)
 電池ホルダ10は、複数の二次電池セル1を保持するための部材である。この電池ホルダ10は、円筒形二次電池セル1を挿入可能な円筒形の電池保持部を形成している。図1の電池ホルダ10は、電池保持部を二段として、上下段で電池保持部の円筒の中心をオフセットさせて配置することで、全体の厚みを抑えている。この電池ホルダ10は、絶縁性、耐熱性に優れた材質で構成され、例えばポリカーボネートABC樹脂製とする。
 電池ホルダ10は、複数のサブホルダに分割して、二次電池セル1を両側から挟み込むように構成している。二次電池セル1の中間部分は、サブホルダから露出された状態となる。また、サブホルダ同士で二次電池セル1を狭持した状態で、電池ホルダ10の側面にリード板20が固定され、二次電池セル1とリード板20とを溶接する。リード板20を所定の位置に位置決めするよう、電池ホルダ10の側面には、リード板20の外形に沿ったリード位置決めガイドが形成される。
 さらに電池ホルダ10は、複数のリード板20と、電池側グランド端子30を備える。複数のリード板20は、電池側中間端子21を備えている。電池側中間端子21は、複数の二次電池セル1の少なくともいずれかと電気接続される。
(リード板20)
 各リード板20は、電池ホルダ10の側面に配置されて、複数の二次電池セル1の電極面と接続される。リード板20は、複数の二次電池セル1を直列、並列に接続するために用いられる。特に、リチウムイオン二次電池等の高容量の二次電池セル1を用いる場合は、各二次電池セル1の状態を把握するため、各リード板20の電位を検出することで、このリード板20と並列に接続された二次電池セル1の集合体の電圧を把握することができる。この例では、6本の二次電池セル1を並列に接続し、かつこれを7組直列に接続した、計42本の二次電池セル1で構成される電池集合体としている。
 また複数のリード板20は、隣接する二次電池セル1の電極端子同士をそれぞれ電気接続する。さらに複数のリード板20の内、複数の二次電池セル1が直列及び/又は並列に電気接続され総出力のグランド側となるリード板をグランドリード板20Gとし、このグランドリード板20Gに電池側グランド端子30が接続されている。
 電池側グランド端子30は、複数の二次電池セル1を直列及び/又は並列に電気接続した総出力のグランド側と接続されている。この電池側グランド端子30は、電池ホルダ10から外部に引き出されている。
 さらに電池ホルダ10の上面は、回路基板40を載置する載置面11としている。基板載置面には、回路基板を保持する枠体を形成してもよい。あるいは、回路基板を保持する基板ホルダを別途設けてもよい。
(回路基板40)
 回路基板40は、載置面11に載置される。回路基板40には、二次電池セル1が直列や並列に接続された電池集合体の中間の電位を検出する電圧検出回路や、充放電を制御する制御回路、安全回路等の電子回路が実装される。電池集合体を構成する直列接続された複数の二次電池セル1の中間電位は、リード板20の電位から検出されて電圧検出回路に入力される。
 回路基板40は、矩形状に形成されている。この回路基板40は、基板側中間端子41と、基板側グランド端子46を備える。基板側中間端子41は、一以上の電池側中間端子21と接続される。基板側グランド端子46は、電池側グランド端子30と接続される。このような構成により、電源装置100の組立時には電池ホルダ10から外部に引き出された電池側グランド端子30を基板側グランド端子46に先に接続することが可能となり、電池側中間端子21と基板側中間端子41が先に導通することで生じる破損を回避して組立時の信頼性を向上できる。
 電源装置の組立時においては、回路基板と電池ホルダとを電気接続する必要がある。この際に回路基板側のグランドが浮いて不定状態になっている状態で、電池ホルダの端子と電気接続されると、特に二次電池セルを直列接続して高電圧となっている場合は、意図しない箇所に過電圧が印加されたり、意図しない経路にラッシュ電流が流れるなどして、回路誤動作や回路破壊を引き起こす可能性があった。特に複数箇所をリード板等で接続する際には、どのリード板が最初に接続されるかに応じて、回路に印加される電圧が異なる。このため、接続順が悪い場合は、一時的に高電圧が回路に印加されて、素子を破壊する事態が生じ得る。これを防ぐためには、回路基板と電池ホルダとの電気接続を、電圧の低い側から順に行うことが考えられる。しかしながら、リード板等を電気接続する接続順を固定することは、組立時の接続作業を一定の順序で行うことを強いられて作業効率が悪くなり、すべての箇所の接続に時間を要していた。近年では、ICの接続端子の接続順を問わないランダム接続をうたうものが登場しており、接続作業の自由度を高める観点からは好まれている。しかしながら、このようなランダム接続可能なICであっても、IC単体での接続順を規定しないことを保証しているにすぎず、ICが実装された回路としての接続順によっては、依然として過渡的な高電圧の印加や過電流の流入によって素子が破損されるリスクがあった。
 これに対し、本実施形態に係る電源装置100によれば、回路基板40のグランドを電池ホルダ10のグランドと先に確実に接続し易くして安定性を高め、その後に回路基板40と電池ホルダ10との接続を安全に行える。
 回路基板40は、基板側グランド端子46を矩形状の端縁側に設けることが好ましい。このように回路基板40の端縁に基板側グランド端子46を配置することで、引き出された電池側グランド端子30を接続し易くできる。図1の例では、一方向に延長した回路基板40の長手方向の端縁に、基板側グランド端子46を配置している。
(電池側グランド端子30)
 電池側グランド端子30は、図2に示すように電池ホルダ10から可撓性のある部材を介して外部に引き出することが好ましい。これにより、外部に引き出された電池側グランド端子30の取り回しが向上され、他の接続端子の接続作業に先立ち行われる接続作業を速やかに行える利点が得られる。可撓性のある部材は、例えばリード線31などが利用できる。リード線31は、一端を予めグランドリード板20Gと接続している。またリード線31の他端は、グランドリード板20Gと接続可能な自由端としている。この構成により、電池ホルダ10から可撓性のリード線31で引き出された電池側グランド端子30を、容易に基板側グランド端子46に接続し易くなる。
 図2の例では、リード線31の一端は丸端子32として、グランドリード板20Gに螺合されている。ここではグランドリード板20Gの上端をL字状に折曲すると共に貫通孔を設け、丸端子32を螺合している。またリード線31の他端すなわち先端側は、電池側コネクタ33を設けている。一方、基板側グランド端子46は、この電池側コネクタ33と係合する基板側コネクタ47を設けている。このような構成により、電池側グランド端子30の電池側コネクタ33を、基板側グランド端子46の基板側コネクタ47に係合することで、簡単且つ確実に基板側のグランドを電池側のグランドと電気接続して、回路基板40の電圧の安定化を図ることが実現される。また図1や図3に示すように基板側コネクタ47を回路基板40の隅部に設けることで、電池側コネクタ33を基板側コネクタ47に接続しやすい環境が実現される。
(ホルダ側端子12)
 電池ホルダ10は、回路基板40と面する側に、一以上の電池側中間端子21と接続された一以上のホルダ側端子12を設けている。ホルダ側端子12は、リード板20に設けた電池側中間端子21を折曲して形成してもよい。一方回路基板40は、図4に示すように電池ホルダ10に面する側であって、ホルダ側端子12と対応する位置にラグ端子42が実装されている。このような構成により、回路基板40を載置することでラグ端子42をホルダ側端子12と接続することが可能となる。すなわち、回路基板40を載置する前に、図3に示すように予め電池側グランド端子30を基板側グランド端子46と接続しておく。これによって回路基板40側の電圧が安定し安全性が確保されるので、ラグ端子42とホルダ側端子12のランダム接続が実現される。この状態で図1等に示すように、電池ホルダ10の載置面11に回路基板40を、ラグ端子42とホルダ側端子12が対応するように位置合わせして載置することで、これらの電気接続部位の連結作業を順不同に行えるランダム接続が実現される。すなわち従来であれば、図6に示すようにどの部位が先に接触して導通するかによって、意図しない過電圧が回路基板に実装された電子部品に印加されるなどの破損のリスクがあったところ、本実施形態に係る電源装置100では、直列接続した二次電池セル1にほぼ同時にランダム接続する際であっても、回路基板40の基板側グランド端子46を確実に最初に接続して安定化させることができる。この結果、安全性が高く歩留まりに優れ、かつ接続順を規定しないことで柔軟性の高い、効率のよい組み立て作業が実現される。なお図3は回路基板40の裏面側が見易いよう垂直姿勢に傾けているが、回路基板40を電池ホルダ10の載置面11に載せる際にこのような垂直姿勢とすることを必ずしも意味するものでない。
 また、電池ホルダ10の載置面11や回路基板40には、ラグ端子42とホルダ側端子12とを位置決めした状態で連結し易いように、位置決め機構を設けてもよい。例えば載置面11に突起を形成し、回路基板40の端縁をこの突起を押し当てて位置決めすることができる。あるいは回路基板40に凹部や孔部を形成し、載置面11側にこれらの凹部や孔部に挿入される係止片を形成してもよい。さらに、ラグ端子42とホルダ側端子12との接合部分に、嵌合構造を設けて、機械的な連結と位置決め機能を兼用することもできる。
[電源装置100の製造方法]
 この電源装置100は、以下の手順で組み立てられる。まず、電池ホルダ10から外部に引き出された電池側グランド端子30を、回路基板40に設けた基板側グランド端子46と接続する。次に、電池ホルダ10の載置面11に回路基板40を載置し、電池側中間端子21を基板側中間端子41とそれぞれ接続する。このようにして、電源装置100の組立時には電池ホルダ10から外部に引き出された電池側グランド端子30を基板側グランド端子46に先に接続することが容易に行える結果、回路基板40のグランドが安定し、電池側中間端子21と基板側中間端子41が先に導通することで生じる破損を回避して組立時の信頼性を向上できる。
[実施形態2]
 以上の例では、電池ホルダ10側から電池側グランド端子30を引き出して、回路基板40の基板側グランド端子46に接続する構成を説明した。ただ本発明は、この構成に限らず、電池側のグランドと基板側のグランドを接続し易くする構成であればよい。例えば、回路基板側から基板側グランド端子を引き出して、電池側グランド端子に接続するように構成してもよい。このような例を実施形態2に係る電源装置として、図5に示す。この図に示す電源装置200において、上述した実施形態1に係る電源装置100と同じ部材については、同じ符号を付して詳細説明を省略する。図5に示す電源装置200は、回路基板40’側から基板側グランド端子46’をリード線31’を介して引き出している。基板側グランド端子46’は、基板側コネクタ47’を設けている。また電池ホルダ10’は、電池側グランド端子30’を電池ホルダ10’の端縁に設けている。電池側グランド端子30’は、電池側コネクタ33’としている。この電池側コネクタ33’に、基板側コネクタ47’を係合して、電池側と基板側のグランドを一致させることが可能となり、実施形態1と同様に以降のランダム接続が実現される。
 本発明に係る電源装置は、コンピュータサーバの電源モジュールに搭載可能なバックアップ電源装置として好適に利用できる。また、携帯電話等の無線基地局用のバックアップ電源装置、家庭内用、工場用の蓄電用電源、街路灯の電源等、太陽電池と組み合わせた蓄電装置、信号機等のバックアップ電源用、あるいはEV走行モードとHEV走行モードとを切り替え可能なプラグイン式ハイブリッド電気自動車やハイブリッド式電気自動車、電気自動車等の電源等の用途にも適宜利用できる。
100、200、600…電源装置
1、601…二次電池セル
10、10’、610…電池ホルダ
11…載置面
12…ホルダ側端子
20…リード板
20G…グランドリード板
21…電池側中間端子
30、30’…電池側グランド端子
31、31’…リード線
32…丸端子
33、33’…電池側コネクタ
40、40’、640…回路基板
41…基板側中間端子
42…ラグ端子
46、46’…基板側グランド端子
47、47’…基板側コネクタ

Claims (12)

  1.  それぞれが電極端子を有する複数の二次電池セルと、
     前記複数の二次電池セルを保持する電池ホルダと、
     前記複数の二次電池セルと電気接続され充放電を制御する制御回路を実装した回路基板と、
    を備える電源装置の製造方法であって、
     前記電池ホルダから外部に引き出された、前記複数の二次電池セルを直列及び/又は並列に電気接続した総出力のグランド側となる電池側グランド端子を、前記回路基板に設けた基板側グランド端子と接続する工程と、
     前記電池ホルダの一面に前記回路基板を載置し、前記電池ホルダに設けた、前記複数の二次電池セルの少なくともいずれかと電気接続された一以上の電池側中間端子を、前記回路基板に設けた、一以上の基板側中間端子と、それぞれ接続する工程と、
    を含む電源装置の製造方法。
  2.  請求項1に記載の電源装置の製造方法であって、
     前記電池側グランド端子を前記基板側グランド端子と接続する工程が、前記電池ホルダから可撓性のある部材を介して外部に引き出された前記電池側グランド端子を、前記基板側グランド端子と接続する工程である電源装置の製造方法。
  3.  それぞれが電極端子を有する複数の二次電池セルと、
     前記複数の二次電池セルを保持する電池ホルダと、
     前記電池ホルダの一面に載置される回路基板と、
    を備える電源装置であって、
     前記電池ホルダは、
      前記複数の二次電池セルの少なくともいずれかと電気接続された一以上の電池側中間端子と、
      前記電池ホルダから外部に引き出された、前記複数の二次電池セルを直列及び/又は並列に電気接続した総出力のグランド側となる電池側グランド端子と、
    を備え、
     前記回路基板は、
      前記一以上の電池側中間端子と接続する一以上の基板側中間端子と、
      前記電池側グランド端子と接続する基板側グランド端子と、
    を備えてなる電源装置。
  4.  請求項3に記載の電源装置であって、
     前記電池側グランド端子が、前記電池ホルダから可撓性のある部材を介して外部に引き出されてなる電源装置。
  5.  請求項4に記載の電源装置であって、
     前記基板側中間端子は、前記回路基板の、前記電池ホルダに面する側であって、前記電池側中間端子と対応する位置に設けられたラグ端子を備えており、
     前記電池ホルダの一面に前記回路基板を載置して、前記ラグ端子を前記電池側中間端子と接続するよう構成してなる電源装置。
  6.  請求項4又は5に記載の電源装置であって、
     前記電池ホルダは、前記複数の二次電池セルの内、隣接する二次電池セルの電極端子同士をそれぞれ電気接続する複数のリード板を備え、
     前記複数のリード板の内、前記複数の二次電池セルが直列及び/又は並列に電気接続され総出力のグランド側となるリード板をグランドリード板とし、
     前記グランドリード板に電池側グランド端子が接続されてなる電源装置。
  7.  請求項6に記載の電源装置であって、
     前記可撓性のある部材がリード線であり、
     前記リード線は、
      その一端を、前記電池側グランド端子と予め接続しており、
      その他端を、前記グランドリード板と接続可能な自由端としてなる電源装置。
  8.  請求項7に記載の電源装置であって、
     前記電池側グランド端子は、前記基板側グランド端子と接続する前記リード線の他端に設けられた電池側コネクタを備えており、
     前記基板側グランド端子は、前記電池側コネクタと接続される基板側コネクタを備えて
    なる電源装置。
  9.  請求項6~8のいずれか一項に記載の電源装置であって、
     前記電池ホルダは、前記複数の二次電池セルの内、隣接する二次電池セルの電極端子同士をそれぞれ電気接続する複数のリード板を備え、
     前記複数のリード板の一部に、前記電池側中間端子を形成してなる電源装置。
  10.  請求項1~9のいずれか一項に記載の電源装置であって、
     前記回路基板は、矩形状に形成されており、
     該矩形状の端縁に、前記基板側グランド端子を設けてなる電源装置。
  11.  それぞれが電極端子を有する複数の二次電池セルと、
     前記複数の二次電池セルを保持する電池ホルダと、
     前記電池ホルダの一面に載置される回路基板と、
    を備える電源装置であって、
     前記電池ホルダは、
      前記複数の二次電池セルの少なくともいずれかと電気接続された一以上の電池側中間端子と、
      前記複数の二次電池セルを直列及び/又は並列に電気接続した総出力のグランド側となる電池側グランド端子と、
    を備え、
     前記回路基板は、
      前記一以上の電池側中間端子と接続する一以上の基板側中間端子と、
      前記回路基板から外部に引き出された、前記電池側グランド端子と接続する基板側グランド端子と、
    を備えてなる電源装置。
  12.  請求項1~11のいずれか一項に記載の電源装置であって、
     前記電池側グランド端子は、電池側コネクタを備えており、
     前記基板側グランド端子は、前記電池側コネクタと係合する基板側コネクタを設けてなる電源装置。
     
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