JP6404473B2 - 組電池 - Google Patents

Description

本発明は、複数の二次電池を有する組電池に関するものである。

特許文献１には、「各電池セルの充電状態が充電状態検出手段によって検出される蓄電池ユニットであって、前記導電連結部材、若しくは、電極に設けられた充電状態検出端子と、少なくとも前記充電状態検出端子を露出させて前記一方側から導電連結部材を覆い、かつ前記複数の電池セルを固定する絶縁ホルダと、前記各充電状態検出端子と対向する位置に接点を有し、この接点を介して前記各充電状態検出端子と前記充電状態検出手段を接続する導通回路基板と、を備え、前記導通回路基板が前記絶縁ホルダに固定されることにより、前記絶縁ホルダから露出した充電状態検出端子と前記導通回路基板の接点が接続されている」と記載されている。

特開2009-059663号公報

組電池は、複数の単電池の電極間を必要な電力を得るための断面積をもつバスバー等の導電体により接続して電気的接続を構成しており、特にリチウムイオン二次電池で構成された組電池の場合、各単電池の電圧を監視し、電圧を平準化するためのバランシング機構や外部機器と接続し、通信や制御を行う回路基板を備えている。

特許文献１では、この回路基板を組電池の上面側に配置し、組電池と一体とする構成となっているが、回路基板は、組電池の導通連結部材を覆う絶縁部材である絶縁ホルダ（覆い板）にネジ固定されている。したがって、例えば組み付けにより絶縁ホルダが変形した場合に、回路基板上の電子部品やはんだに過大な応力が発生し、電子部品自体の破損やはんだ剥がれによる断線が発生する恐れがある。

本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ケース内の回路基板に作用する応力を緩和できる組電池を提供することである。

上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。解決手段の一例を挙げるならば、本発明の組電池は、正極端子及び負極端子が一面に設けられた複数の単電池を並べて保持するケースと、該ケースに保持された前記複数の単電池の一面側を覆う絶縁カバーと、前記複数の単電池の互いに隣り合う端子間を電気的に接続して前記絶縁カバーから露出するバスバーと、前記ケースに固定されて前記絶縁カバーの上に配置される回路基板と、を有し、前記回路基板の前記絶縁カバーと対向する裏面には、前記回路基板を前記ケースに固定することにより前記バスバーに押圧接触される弾性接触部材が取り付けられており、前記絶縁カバー又は前記バスバーには、前記回路基板の裏面とは反対側の前記回路基板の表面に当接して前記回路基板を支持する支持部材が設けられていることを特徴とする。

本発明によれば、ケース内の回路基板に作用する応力を緩和することができる。なお、上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

実施例１の組電池の外観斜視図。 図１のＡ−Ａ線断面図。 図２の部分拡大図。 図１の回路基板を組み付ける前の分解斜視図。 回路基板の裏面側の外観斜視図。 絶縁カバーの外観斜視図。 実施例２の組電池の外観斜視図。 実施例２の組電池の要部を断面により示す部分拡大図。 実施例３の組電池の外観斜視図。 実施例３のバスバーの外観斜視図。

以下、本発明の実施例について図面を用いて説明する。

［実施例１］
図１は、本実施例の組電池の外観斜視図、図２は、図１のＡ−Ａ線断面図、図３は、図２の部分拡大図、図４は、図１の回路基板を組み付ける前の外観斜視図、図５は、回路基板の裏面側の外観斜視図、図６は、絶縁カバーの斜視図である。

本実施例の組電池は、複数の単電池４を組電池とし、単電池４の状態監視と組電池の制御回路用の回路基板６をケース２にねじ固定した組電池の構成において、回路基板６の回路と組電池の単電池４間のバスバー５を接続するために回路基板６の裏面に弾性接触部材６１が設けられており、弾性接触部材６１と回路基板６の表面６ａ側に設けられた爪部８１との間に回路基板６を挟持する構造を有する。

組電池１は、図１及び図２に示すように、絶縁性を有する例えばＰＢＴ樹脂などで成形されたケース２と、ケース２に勘合する同じく絶縁性を有する例えばＰＢＴ樹脂で成形された蓋３を有しており、ケース２の内部に複数の単電池４や回路基板６などの構成部品が組み付けられている。

ケース２は、上部が開放された有底の箱形状を有している。単電池４は、角形形状を有しており、正極端子４１と負極端子４２が一面に設けられている。そして、ケース２の長手方向に複数が積層状に配置されて収容されている。複数の単電池４は、ケース２の内部において各単電池４の正極端子４１及び負極端子４２が一面側（単電池４の上面４３側）に配列されるように並置されており、電池集合体を構成している。そして、複数の単電池４の互いに隣り合う端子間に、銅やアルミなどの導電部材であるバスバー５が配置され、各端子にそれぞれ溶接されて電気的に接続されている。

図３に示すように、バスバー５には、検出端子部５１が設けられている。検出端子部５１は、単電池４の正極端子４１又は負極端子４２との接続面から引き出されて、各単電池４の正極端子４１と負極端子４２の間で絶縁カバー８の上面に沿って基板６の裏面６ｂと対向する位置に配置されている。

単電池４の正極端子４１及び負極端子４２が設けられた一面側である上面４３側には、絶縁カバー８が配置されている。絶縁カバー８は、ケース２に保持された単電池４の上面４３側を覆い、他部品との絶縁性を保つものであり、絶縁性を有する例えばＰＰ樹脂等で成形されている。絶縁カバー８は、積層状に配置された複数の単電池４の上面４３全体を覆い、さらに単電池４の上面４３から側方に突出する大きさを有している。絶縁カバー８には、各単電池４の正極端子４１及び負極端子４２に対応する位置に開口部が設けられており、バスバー５が露出されるようになっている。

絶縁カバー８は、ステンレスや鋼に防食メッキを施した板状の金属バンド９をケース２にネジ７１で締結することによってケース２に固定され、単電池４をケース２の内部に収容した状態で保持する。絶縁カバー８には、回路基板６を支持する支持部材として爪部８１が概略等間隔で複数設けられている。爪部８１は、回路基板６の表面６ａに対向して配置されており、弾性接触部材６１の反力によって回路基板６の表面６ａに接触している。
爪部８１は、絶縁カバー８に一体に設けられている。

絶縁カバー８の上には、回路基板６が配置されている。回路基板６は、外形隅部をケース２にネジ７０で固定されている。回路基板６は、多層の銅箔パターンと例えばガラスエポキシ等の絶縁樹脂の積層構造からなる。回路基板６は、複数の単電池４のそれぞれの端子電圧を検出するための複数の配線を備えている。回路基板６の表面６ａには、単電池４の状態監視用の素子６２、図示しない外部機器と組電池１との電気的接続および遮断するコンタクター１０の駆動や単電池４の状態監視情報を演算処理する制御素子６３等が配置されている。そして、回路基板６の表面６ａないしは内層に設けられた銅箔パターンでこれらの素子６２と制御素子６３との間が接続されて所定の電気回路が構成されている。また、回路基板６には、組電池１の図示しない上位制御回路への通信用のコネクタ６４が搭載されており、回路基板６の電気回路に接続されている。

回路基板６には、板状の導電部材であるシャントバスバー６５が予め取り付けられており、シャントバスバー６５の一方の端部は、銅やアルミなどの導電部材のターミナルバスバー５３Ａと共にボルト１１でケース２に固定される。ターミナルバスバー５３Ａは、ケース２の内部に積層状に配列された単電池４のうちの列方向一方端の単電池４の電極端子に溶接されている。そして、シャントバスバー６５の他方の端部は、蓋３の長辺隅部に空いた穴から露出する位置でケース２に固定される端子バスバー５２と共にケース２にボルト１１で固定される。

ケース２の内部に積層状に配列された単電池４のうちの列方向他方端の単電池４の電極端子には、コンタクター１０に接続されるターミナルバスバー５３Ｂが溶接されている。ターミナルバスバー５３Ｂは、ボルト１１でケース２に固定されている。コンタクター１０の他接続部には、図示しないバスバーが接続されており、端子バスバー５４に接続されている。端子バスバー５４は、蓋３の長辺隅部に空いた他方の穴から露出する位置でケース２に固定される。端子バスバー５２および５４は組電池１の蓋３がケース２に組み付けられた状態においても蓋３の長辺隅部に空いた穴からその一部が露出しており、組電池１が接続される外部機器との電気接続部となっている。

図５に示すように、回路基板６の絶縁カバー８と対向する裏面６ｂには、回路基板６をケース２に固定することによりバスバー５に押圧接触される弾性接触部材６１が取り付けられている。弾性接触部材６１は、例えばばね用リン青銅などの弾性材を折り曲げて形成されている。弾性接触部材６１は、回路基板６の複数の配線にそれぞれ対応して設けられており、対応する配線に電気的に接続されている。弾性接触部材６１は、バスバー５の検出端子部５１と接触して回路基板６の単電池４の状態監視用の回路に接続される。

弾性接触部材６１は、回路基板６の裏面６ｂに実装されており、回路基板６の長辺端部に沿って各バスバー５の検出端子部５１に対する位置にそれぞれ配置されている。弾性接触部材６１は、回路基板６の表面ないしは内層の銅箔パターン６６によって回路基板６の弾性接触部材６１の実装面とは反対側の表面６ａに配置された単電池４の状態監視用の素子６２、図示しない外部機器と組電池１の電気接続および遮断するコンタクター１０の駆動や単電池４の状態監視情報を演算処理する制御素子６３、および上位制御回路への通信用のコネクタ６４に接続されている。

回路基板６は、絶縁カバー８の上面側から組み付けられ、ケース２に固定される。ケース２への固定は、ネジ７０をケース２のネジ穴２０に螺入することにより行われる。弾性接触部材６１は、回路基板６の裏面６ｂでかつ各バスバー５の検出端子部５１に対応する位置に実装されており、ネジ７０でケース２に回路基板６を固定することで検出端子部５１に押圧接触される。

回路基板６は、弾性接触部材６１の弾性力によって絶縁カバー８の上面から離間する離間方向に付勢される。そして、絶縁カバー８の爪部８１が回路基板６の表面６ａに接触して、離間方向への移動が規制され、回路基板６と検出端子部５１との距離が定まる。すなわち、回路基板６は、弾性接触部材６１と爪部８１との間に挟持されてバスバー５と回路基板６との距離が一定となっている。したがって、弾性接触部材６１は、任意の荷重を保持した状態で検出端子部５１に接続されており、ネジや中継端子を用いずに、バスバー５との接点部分の接圧を保持できる。

上記構成を有する組電池１は、回路基板６がケース２に固定されており、弾性接触部材６１がバスバー５の検出端子部５１と接続され、爪部８１が回路基板６の表面６ａに接触しているので、回路基板６は、絶縁カバー８に対して完全に固定されておらず、回路基板６の板面に沿った方向と板面に垂直な方向に相対的に移動及び変形可能に支持された、いわゆるフローティング支持された状態となっている。したがって、絶縁カバー８が組み付けにより変形したり、絶縁カバー８に振動が加えられたとしても、その変形による応力や振動が回路基板６に作用するのを防ぐことができる。したがって、回路基板６上の電子部品の破損やはんだ剥がれによる断線の発生を未然に防ぐことができ、信頼性の高い組電池を得ることができる。

［実施例２］
図７は、実施例２の組電池の外観斜視図、図８は、実施例２の組電池の要部を断面により示す部分拡大図である。なお、上述の実施例１と同様の構成要素には同一の符号を付することで詳細な説明は省略する。

本実施例において特徴的なことは、実施例１の爪部８１の代わりに、絶縁カバー８にネジ８２を固定し、その固定したネジ８２の頭部を回路基板６の表面６ａに当接させる構成としたことである。本実施例の絶縁カバー８は、実施例１の爪部８１の位置に、ボス穴８３ａを有するボス部８３が形成されている。このボス部８３のボス穴８３ａにネジ８２を螺入し、ネジ８２の頭部を、回路基板６の表面６ａに当接させる。ネジ８２は、図８に示すように、段付ネジを利用しても良いが、タッピングスクリューを用いてもよい。

回路基板６は、表面６ａにネジ８２の頭部が当接することにより、絶縁カバー８の上面から離間する離間方向への移動が規制され、かかる位置に支持される。したがって、回路基板６の板面に沿った方向と板面に垂直な方向に相対的に移動及び変形可能にフローティング支持された状態となる。したがって、絶縁カバー８が組み付けにより変形したり、絶縁カバー８に振動が加えられたとしても、その変形による応力や振動が回路基板６に作用するのを防ぐことができる。したがって、回路基板６上の電子部品の破損やはんだ剥がれによる断線の発生を未然に防ぐことができ、信頼性の高い組電池を得ることができる。

本実施例によれば、組立作業において回路基板６を絶縁カバー８の上面にセットする際、実施例１のように爪部８１を弾性変形させる必要がなく、回路基板６を所定位置に置くだけでセットでき、回路基板６のセット作業を簡単化できる。

［実施例３］
図９は、実施例３の組電池の外観斜視図、図１０は、実施例３のバスバーの外観斜視図である。なお、上述の実施例と同様の構成要素には同一の符号を付することで詳細な説明は省略する。

本実施例において特徴的なことは、回路基板６を支持する支持部材として突起部５０１をバスバー５に設けたことである。本実施例では、バスバー５の一部に突起部５０１が設けられており、突起部５０１とは別に検出端子部５１が設けられている。回路基板６は、バスバー５の突起部５０１と検出端子部５１の間に配置され、回路基板６の表面６ａが突起部５０１の先端に接触する。突起部５０１の先端は、樹脂コーティング等の絶縁処理が施されており、回路基板６との絶縁が図られている。

回路基板６は、表面６ａにバスバー５の突起部５０１が当接することにより、絶縁カバー８の上面から離間する離間方向への移動が規制され、かかる位置に支持される。したがって、回路基板６の板面に沿った方向と板面に垂直な方向に相対的に移動及び変形可能にフローティング支持された状態となる。したがって、絶縁カバー８が組み付けにより変形したり、絶縁カバー８に振動が加えられたとしても、その変形による応力や振動が回路基板６に作用するのを防ぐことができる。したがって、回路基板６上の電子部品の破損やはんだ剥がれによる断線の発生を未然に防ぐことができ、信頼性の高い組電池を得ることができる。

本実施例によれば、実施例１のように、絶縁カバー８に爪部８１を設ける必要がなく、また、実施例２のように絶縁カバー８にボス部８３を設けてネジ８２を取り付ける必要もないので、構造の簡素化、組立作業の簡単化を図ることができる。

以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。例えば、前記した実施の形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。さらに、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

１ 組電池
２ ケース
３ 蓋
４ 単電池
５ バスバー
５１ 検出端子部
６ 回路基板
６１ 弾性接触部材
８ 絶縁カバー
９ 金属バンド
１０ コンタクター

Claims (4)

1. 正極端子及び負極端子が一面に設けられた複数の単電池を並べて保持するケースと、
   該ケースに保持された前記複数の単電池の一面側を覆う絶縁カバーと、
   前記複数の単電池の互いに隣り合う端子間を電気的に接続して前記絶縁カバーから露出するバスバーと、
   前記ケースに固定されて前記絶縁カバーの上に配置される回路基板と、を有し、
   前記回路基板の前記絶縁カバーと対向する裏面には、前記回路基板を前記ケースに固定することにより前記バスバーに押圧接触される弾性接触部材が取り付けられており、
   前記絶縁カバー又は前記バスバーには、前記回路基板の裏面とは反対側の前記回路基板の表面に当接して前記回路基板を支持する支持部材が設けられていることを特徴とする組電池。
2. 前記支持部材は、前記絶縁カバーに一体に設けられた爪部を有しており、該爪部が前記回路基板の表面に当接していることを特徴とする請求項１に記載の組電池。
3. 前記支持部材は、前記絶縁カバーに固定されたネジを有しており、該ネジの頭部が前記回路基板の表面に当接していることを特徴とする請求項１に記載の組電池。
4. 前記支持部材は、前記バスバーに一体に設けられた突起部を有しており、該突起部が前記回路基板の表面に当接していることを特徴とする請求項１に記載の組電池。
   
   

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