(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【発明を実施するための形態】
【0010】
本発明の上記の電池パックにおいて、前記複数の端子が一直線上に配置されていてもよい。この場合、前記仕切板は、前記一直線と平行な方向に沿って互いに離間して複数個配置されていることが好ましい。複数の端子を一直線上に配置することにより、電圧監視用の複数の配線を、電池積層体から複数の端子に、互いに接触することなく案内することができる。このような場合に、複数の仕切板を、複数の端子の配置方向と平行に、互いに離間して配置することにより、複数の配線のうちの1つが破断しても、破断した配線が隣の配線と短絡する可能性を、簡単な仕切板の構成で効率よく低減することができる。
【0011】
上記において、前記複数の仕切板をつなぐ、前記一直線と平行な衝立板が、前記カバーに立設されていてもよい。これにより、破断した配線が回路基板上の各種部品や配線回路と短絡するのを衝立板が防止する。従って、配線の破断によって短絡事故が発生する可能性を更に低減することができる。
【0012】
前記回路基板に、前記回路基板と平行な方向における前記配線の位置を規制する位置規制機構が形成されていてもよい。これにより、破断した配線の位置を位置規制機構が規制するので、破断した配線が当該配線に対応する空間より外にはみ出して、隣の配線等に接触する可能性を更に低減することができる。
【0013】
以下に、本発明を好適な実施形態を示しながら詳細に説明する。但し、本発明は以下の実施形態に限定されないことはいうまでもない。以下の説明において参照する各図は、説明の便宜上、本発明の実施形態の構成部材のうち、本発明を説明するために必要な主要部材のみを簡略化して示したものである。従って、本発明は以下の各図に示されていない任意の部材を備え得る。また、以下の各図では、実際の部材の寸法および各部材の寸法比率等が忠実に表されていない。
【0014】
<電池セル>
本発明の一実施形態にかかる電池パックを構成する電池セルについて説明する。
【0015】
図1Aは、電池セル10の正面側から見た斜視図、
図1Bは、その背面側から見た斜視図である。電池セル10は、平面視形状が略矩形であり、当該略矩形の縦横寸法に比べて厚みが薄い薄板形状を有する。この電池セル10では、ラミネートシート13からなる外装内に、略矩形の平面視形状を有する薄板状の発電要素(図示せず)が電解液とともに封入されている。発電要素は、正極集電体の所定領域の両面に正極活物質を含む正極合剤層が塗布形成された正極と、負極集電体の所定領域の両面に負極活物質を含む負極合剤層が塗布形成された負極とが、セパレータを介して交互に積層されてなる電極積層体である。電池の種類は特に制限はないが、二次電池、中でもリチウムイオン二次電池が好ましい。
【0016】
ラミネートシート13は、発電要素に比べて薄く、且つ、可撓性を有している。ラミネートシート13は、例えば、アルミニウム等からなる基層の、発電要素に対向する側の面に熱融着性樹脂層(例えば変性ポリオレフィン層)が積層された可撓性を有する多層シートであってもよい。1枚の矩形のラミネートシート13が、発電要素を挟むように下辺(一方の短辺)14bで二つ折りにされ、下辺14b以外の三辺に沿って重ね合わされてヒートシール法などによりシールされている。
【0017】
下辺14bに対向する上辺(他方の短辺)14aから、正極タブ11p及び負極タブ11nが導出されている。正極タブ11p及び負極タブ11nは、短冊形状を有し、上辺14aに対して直交する方向(即ち、上辺14aに隣接する一対の側辺(長辺)14sと平行な方向)に沿って延びている。正極タブ11pは、例えばアルミニウムの薄板からなり、発電要素を構成する複数の正極集電体(図示せず)と電気的に接続されている。また、負極タブ11nは、例えば銅の薄板、ニッケルメッキされた銅の薄板、または銅/ニッケルのクラッド材等からなり、発電要素を構成する複数の負極集電体(図示せず)と電気的に接続されている。
【0018】
図1Aに示されているように、発電要素に対応する長方形の領域16が電池セル10の三辺14a,14s,14sに沿ったラミネートシート13のシール領域に対して突出している。領域16が突出した面を、電池セル10の「正面」と呼ぶ。一方、
図1Bに示されているように、略一平面をなす、正面とは反対側の面を、電池セル10の「裏面」と呼ぶ。
【0019】
本発明において、電池セルの構成は上記に限定されない。例えば、発電要素を2枚の矩形状のラミネートシートで挟み、4辺に沿って2枚のラミネートシートをシールした四方シールタイプの電池セルであってもよい。
【0020】
<電池積層体>
図2は、本発明の一実施形態にかかる電池パックを構成する電池積層体20の分解斜視図である。電池積層体20は、複数の電池セル10が積層されて構成される。電池セル10が積層される方向(
図2において横方向)を「積層方向」と呼ぶ。
図2に示されているように、複数の電池セル10は、隣り合う2つの電池セル10間において異極のタブ(即ち正極タブ11pと負極タブ11n)同士が積層方向に互いに対向するように、1つおきの電池セル10は裏返されている。二点鎖線23で示すように、積層方向に対向する正極タブ11pと負極タブ11nとが電気的に接続される。その結果、複数の電池セル10が直列に接続される。異極タブと接続されない両端の正極タブ11p’及び負極タブ11n’は、電池積層体20に対して電力の入出力を行う入出力タブとなる。
【0021】
図3は、電池積層体20の斜視図である。本実施形態の電池積層体20は直列に接続された14個の電池セル10で構成されている。図示を省略しているが、隣り合う電池セル10間に、薄い板材を介在させてもよい。板材の材料は任意であるが、例えば電池セル10間の絶縁性を向上させる目的であればポリカーボネート等の絶縁性を有する樹脂材料を用いることができ、放熱性を向上させる目的であれば銅、アルミニウムなどの熱伝導性に優れた金属材料を用いることができる。隣り合う電池セル10(更には、その間の板材)は、例えば両面粘着テープを用いて一体化されている。
【0022】
積層方向に対向する正極タブ11pと負極タブ11nとが電気的に接続されてタブ接続部11cを形成している。本実施形態の電池積層体20は、13個のタブ接続部11cを有している。入出力用正極タブ11p’と入出力用負極タブ11n’とを結ぶ直線に沿って6個のタブ接続部11cが配置され、この直線と平行な直線に沿って7個のタブ接続部11cが配置されている。13個のタブ接続部11cのそれぞれに、電圧監視用の配線(後述する
図5に示された配線22)が接続される。タブ接続部11cは、
図3において下向きに折り返されてもよい。
【0023】
<電池パック>
図4は本発明の一実施形態にかかる電池パック1の斜視図、
図5は電池パック1の分解斜視図である。以下の説明の便宜のために、
図4の紙面の上下方向を電池パック1の「上下方向」と呼び、上下方向と垂直な方向を「水平方向」と呼ぶ。但し、この「上下方向」及び「水平方向」は、電池パック1の実際の使用時の向きを意味するものではない。
【0024】
図5に示されているように、上方が開口した中空の略直方体形状を有する筐体30内に、電池積層体20が収納されている。21pは、電池積層体20の入出力用正極タブ11p’(
図3参照)に接続された短冊状の正極リードであり、21nは、電池積層体20の入出力用負極タブ11n’(
図3参照)に接続された短冊状の負極リードである。22は、電池積層体20のタブ接続部11c(
図3参照)に接続された電圧監視用の配線(ワイヤ)である。
図5では、図面を簡単化するために、電池積層体20を構成する電池セル10やこれから上方に向かって導出された正極タブ11p及び負極タブ11nの図示を省略し、電池積層体20の上面を単なる一平面で示している。
【0025】
筐体30の上側の開口を塞ぐように、回路基板40が筐体30に嵌入され固定される。
図6は回路基板40の平面図である。回路基板40は、略矩形の平面視形状を有する板状部材である。回路基板40の電池積層体20とは反対側の面(上面)には、保護回路(例えばIC)41、複数(本実施形態では13個)の端子42、正極端子45p、負極端子45n、入出力用端子ボックス47等が搭載されている。端子42、正極端子45p、負極端子45n、端子ボックス47は、回路基板40上又は回路基板40内に形成された配線回路(図示せず)を介して保護回路41に接続されている。
【0026】
13個の端子42のうちの6個が回路基板40の側端40aに沿って一定ピッチで配置され、残りの7個が側端40aとは反対側の側端40bに沿って一定ピッチで配置されている。13個の略L字形状の切り欠き43が、回路基板40に形成されている。切り欠き43と端子42とは一対一に対応し、切り欠き43は対応する端子42の近傍に形成されている。各切り欠き43は、回路基板40の側端40a又は40bに開口している。電圧監視用の配線22は、切り欠き42に係止されて回路基板40より上側に案内され、端子42に接続される(後述する
図8参照)。配線22と端子42との接続方法は任意である。本実施形態では、配線22の末端(上端)に取り付けられたオス型コネクタ(図示せず)をメス型コネクタとして機能する端子42に挿入することで、配線22と端子42とが接続される。但し、これ以外の方法、例えばはんだ付けによる方法など公知の方法を用いることもできる。
【0027】
正極リード21p及び負極リード21nは、回路基板40を貫通するスリット状の開口46p及び開口46nに貫挿され、正極端子45p及び負極端子45nにそれぞれ接続される。
【0028】
端子ボックス47は、図示していないが正極端子及び負極端子を備え、電池パック1に対して電力の入出力を行うために使用される。
【0029】
図5に戻り、カバー50が、回路基板40の上方からかぶせられ、筐体30に固定される。
図4に示すように、回路基板40はカバー50で覆われる。
【0030】
図7は、カバー50の下面(回路基板40に対向する面)側から見た斜視図である。カバー50の天板53から複数(本実施形態では11枚)の仕切板51が立設されている。5枚の仕切板51がカバー50の上下方向に平行な側壁50aに沿って一定ピッチで配置され、6枚の仕切板51がカバー50の側壁50aに対向する側壁50bに沿って一定ピッチで配置されている。仕切板51のピッチは、回路基板40に設けられた端子42のピッチと同じである。
【0031】
側壁50aに沿った5枚の仕切板51は、いずれも側壁50aに接続され、且つ、側壁50aに対して垂直である。この5枚の仕切板51をつなぐ衝立板52aが、側壁50aに対向し且つこれと平行に、天板53から立設されている。衝立板52aと側壁50aとの間に、5枚の仕切板51によって区画された6つの空間55が形成されている。
【0032】
同様に、側壁50bに沿った6枚の仕切板51は、いずれも側壁50bに接続され、且つ、側壁50bに対して垂直である。この6枚の仕切板51をつなぐ衝立板52bが、側壁50bに対向し且つこれと平行に、天板53から立設されている。衝立板52bと側壁50bとの間に、6枚の仕切板51によって区画された7つの空間55が形成されている。
【0033】
図8は、側壁50a側から見た端子42、切り欠き43、配線22、仕切板51等を示した拡大斜視図である。カバー50内のこれらの部材を示すため、側壁50a及び天板53の一部を切り欠いている。
【0034】
仕切板51の下端と回路基板40とはわずかに離間している。仕切板51によって画定された各空間55に対応して、端子42及び切り欠き43が各1つ配置されている。配線22が切り欠き43に係止されて回路基板40の下側から上側に向かって延び、下向きに湾曲されて端子42に接続されている。配線22のうち少なくとも湾曲した部分は空間55内に収納されている。
【0035】
詳細な説明を省略するが、側壁50aに対向する側壁50b側の端子42、切り欠き43、配線22、仕切板51等の構成も、
図8と同じである。
【0036】
<作用>
本実施形態の電池パック1の作用を、比較例にかかる電池パックと比較しながら説明する。
【0037】
図9は、比較例にかかる電池パックに使用されるカバー150の下面(回路基板40に対向する面)側から見た斜視図である。
図9において、
図7に示した部材と同じ部材には同一の符号を付してある。
図9を本発明の一実施形態にかかるカバー50を示した
図7と比較すれば容易に理解できるように、比較例のカバー150には、カバー50に形成されていた仕切板51及び衝立板52a,52bが形成されていない。比較例の電池パックでは、本発明の電池パック1においてカバー50に代えてカバー150が用いられる。
【0038】
図10は、比較例にかかる電池パックの側壁50a側から見た端子42、切り欠き43、配線22等を
図8と同様に示した拡大斜視図である。
図10において、
図8に示した部材と同じ部材には同一の符号を付してある。
図10を
図8と比較すれば容易に理解できるように、
図10では
図8に示された仕切板51及び衝立板52aが存在しない。これを除いて
図10は
図8と同じである。
【0039】
上述したように、電池パックの搬送時や輸送時に電池パックに振動や衝撃が加えられることがある。このような振動や衝撃により筐体30内で電池積層体20が移動することがあり、これにより、配線22が変位したり、配線22に張力が印加されたりする。その結果、配線22が破断することがある。
【0040】
図11は、
図10に示した比較例にかかる電池パックにおいて、配線22と端子42との接続部分において1本の配線22が破断した状態を示した切り欠き斜視図である。上述したように、配線22は曲げ変形させられて端子42に接続されている。配線22が破断すると、曲げ変形されていた配線22が弾性回復し、
図11に示すようにその隣の配線22に接触し、短絡が生じることがある。電圧監視用の配線22同士が短絡すると、電池セル10が異常発熱し、最悪の場合には発煙や発火に至る。また、図示を省略するが、短絡した配線22が、回路基板40上に搭載された部品や回路基板40上に形成された配線回路に接触することもあり、このような場合も、短絡によって電池セル10の異常発熱を生じうる。
【0041】
これに対して、本発明の電池パック1では、
図8に示したように、仕切板51によって画定された空間55内に配線22の一部が収納されている。従って、
図12に示すように、1本の配線22が破断したとしても、破断した配線22は仕切板51に衝突してその変位が制限され、当該配線22に対応する空間55より外にはみ出すことはない。従って、破断した配線22がその隣の配線22や端子42等に接触して短絡事故が生じる可能性は低い。また、衝立板52aも破断した配線22の変位を制限するので、破断した配線22が周囲の部品や配線回路等に接触して短絡事故が生じる可能性は低い。
【0042】
以上のように、本発明の電池パック1では、カバー50の回路基板40に対向する面に仕切板51が形成されている。仕切板51によって、カバー50内に複数の空間(小部屋)55が形成される。空間55は配線22に一対一に対応する。端子42に接続された1本の配線22の一部が、当該配線22に対応する1つの空間55内に収納される。従って、当該配線22が破断しても、配線22が仕切板51を超えて空間55外に水平方向にはみ出すことがない。よって、配線22の破断に起因する短絡事故の発生を防止することができるのである。
【0043】
回路基板40には、複数の配線22をそれぞれ係止する複数の切り欠き43が形成されている。切り欠き43は、配線22の水平方向(回路基板40と平行な方向)の位置を規制する位置規制機構として機能し、配線22が破断しても、当該配線22の位置を規制し続ける。従って、位置規制機構は、破断した配線22が対応する空間55外に水平方向にはみ出す可能性を低減させるのに有利である。
【0044】
上記の実施形態は例示にすぎない。本発明は上記の実施形態に限定されず、種々に変更することができる。
【0045】
配線22が収納される空間55を画定する仕切板の構成は、配線22及び端子42の回路基板40上の配置に応じて適宜変更することができる。上方から見たとき配線22、端子42及び空間55は、上記の実施形態のように一直線上に配置されている必要はない。例えば配線22及び端子42が格子点上に配置されている場合には、仕切板を格子状に配置することができる。
【0046】
上記の実施形態では、カバー50の側壁50a,50b及び衝立板52a,52bも空間55を画定するのに寄与しているが、側壁50a,50b及び衝立板52a,52bが空間55を画定する必要はない。即ち、上記の実施形態において、仕切板55は側壁50a,50bから離間していていてもよい。また、衝立板52a,52bを省略してもよい。
【0047】
仕切板のカバー50の天板53からの突出高さは任意である。破断した配線22に起因する短絡を防止できるのであれば、仕切板が、天板53からの突出高さが低いリブ状の突起であってもよい。また、回路基板40上に搭載された部品に仕切板が衝突しない場合には、仕切板の下端が回路基板40に接触してもよい。
【0048】
配線22の水平方向の位置を規制する位置規制機構の構成は、上記の略L字状の切り欠き43に限定されない。例えば、略L字形状以外の任意の形状の切り欠きであってもよい。あるいは、切り欠き43に代えて、回路基板40の側端に開口していない貫通孔であってもよい。共通する1つの位置規制機構によって複数の配線22の水平方向における位置が規制されてもよい。配線22を回路基板40の電池積層体20側からその反対側に案内するために回路基板40に形成された切り欠き又は貫通孔が、実質的に配線22の位置規制機能を有しないほどに大きな寸法を有していてもよい。回路基板40の寸法を、筐体30の上側の開口寸法より小さくすることにより、配線22を案内するための切り欠き43を省略してもよい。
【0049】
本発明の電池パックが備える電池積層体の構成は上記の実施形態に限定されない。電池積層体を構成する電池セル10の数は、上記の実施形態より多くてもよく、また、少なくてもよい。電池セル10の数に応じて、配線22、端子42、空間55の数が変更される。