(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数個のリチウムイオン二次電池セルと、
これらの二次電池セルの充電制御並びに放電制御を行なう制御回路を備え、前記二次電池セルの上面又は上方に配置した基板ユニットと、
複数の二次電池セル間の電気的バランスをとるために、前記基板ユニット上に設けた複数の負荷素子と、を上面が開口した金属製ボックスに収納し、前記金属製ボックスの開口部を金属製蓋で閉じてなる二次電池パックであって、
前記金属ボックスの底面と前記二次電池セルの下面と間に良電熱性を有し且つ電気絶縁性を有するマットを備えたことを特徴とするリチウムイオン二次電池パック。
【請求項２】
前記制御回路は、二次電池セルの充電制御を行なう充電制御回路と二次電池セルの放電制御を行なう放電制御回路を別々に備え、これらの充電制御回路及び放電制御回路は、前記二次電池セルの側方に配置されたことを特徴とする請求項１記載のリチウムイオン二次電池パック。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はリチウムイオン二次電池パックに関する。
【０００２】
【従来の技術】
リチウムイオン二次電池は、鉛二次電池と共に二次電池の主流を占める充電可能な電池である。
これらの鉛二次電池やリチウムイオン二次電池の二次電池パックとして、例えば、▲１▼実開平２−１２３０６４号公報「ガス排出装置」や▲２▼実開平３−６８３５５号公報「鉛蓄電池」が知られている。
上記▲１▼は、同公報の第１図によれば、バッテリケース２に複数のバッテリ１１を収納した二次電池パックである。
上記▲２▼は、同公報の第１図によれば、ハウジング内を隔壁２で複数の空間に仕切り、この空間にセル３を収納したモノブロック式鉛蓄電池１（二次電池パック）である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記▲１▼では、バッテリケース２に複数のバッテリ１１を収納しただけのものなので、実際に、電気自動車などに搭載する場合には、充放電のための制御回路を別に設ける必要がある。制御回路を別に設ければ、バッテリと制御回路との間をケーブルで引回さなければならず、制御回路廻りが煩雑になる。また、ケーブルを用いれば、コネクタなどで電気的に接続する部分が増加し、二次電池パックの信頼性が落ちる。
また、上記▲２▼でも、同様なことが起り得る。
【０００４】
そこで、本発明の目的は、制御回路廻りを簡素化することができ、信頼性の高いリチウムイオン二次電池パックを提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１は、複数個のリチウムイオン二次電池セルと、これらの二次電池セルの充電制御並びに放電制御を行なう制御回路を備え、二次電池セルの上面又は上方に配置した基板ユニットと、複数の二次電池セル間の電気的バランスをとるために、基板ユニット上に設けた複数の負荷素子と、を上面が開口した金属製ボックスに収納し、金属製ボックスの開口部を金属製蓋で閉じてなる二次電池パックであって、金属ボックスの底面と二次電池セルの下面と間に良電熱性を有し且つ電気絶縁性を有するマットを備えたことを特徴とする。
【０００７】
金属ボックスの底面と二次電池セルの下面と間に良電熱性を有し且つ電気絶縁性を有するマットを備えることで、二次電池セルの放熱効果の改善を図る。
【０００８】
請求項２は、制御回路に二次電池セルの充電制御を行なう充電制御回路と二次電池セルの放電制御を行なう放電制御回路を別々に備え、これらの充電制御回路及び放電制御回路が、二次電池セルの側方に配置されたことを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を添付図に基づいて以下に説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。
図１は本発明に係るリチウムイオン二次電池パックの正面断面図である。
リチウムイオン二次電池パック１０は、上面が開口した金属製ボックス１１と、この金属製ボックス１１内の底１１ａに敷く良伝熱性を有し且つ電気絶縁性を有するマット１２と、このマット１２の上に並べた複数個のリチウムイオン二次電池セル３０・・・（・・・は複数個を示す。以下、同じ）と、これらの二次電池セル３０・・・の充電制御並びに放電制御を行なう制御回路１４を備え、二次電池セル３０・・・の上面又は上方に配置した基板ユニット１５と、複数の二次電池セル３０・・・間の電気的バランスをとるために、基板ユニット１５上に設けた複数の負荷素子１６・・・と、これらの負荷素子１６・・・に接触し熱を導出する放熱部材１７と、この放熱部材１７に接触するとともに、マット１２、二次電池セル３０・・・、基板ユニット１５、負荷素子１６・・・、放熱部材１７を収納した状態の金属製ボックス１１を閉じる金属製蓋１８とからなる。
【００１１】
図２は図１の２−２線矢視図であり、リチウムイオン二次電池パックの側面断面図である。
二次電池パック１０は、二次電池セル３０・・・の熱Ｑ１を矢印のように、マット１２を経由させ金属製ボックス１１から外へ排出する。また、負荷素子１６の熱Ｑ２を矢印のように、放熱部材１７を経由させ金属製蓋１８から外へ排出する。
【００１２】
換言すれば、二次電池パック１０は、金属製ボックス１１及び金属製蓋１８からなるケース２１に、複数個の二次電池セル３０・・・を収納するとともに基板ユニット１５をも収納し、且つ二次電池セル３０・・・から発生する熱をマット１２及び金属製ボックス１１を介して外へ排出するとともに、負荷素子１６から発生する熱を放熱部材１７及び金属製蓋１８を介して外へ排出するようにしたものである。
【００１３】
従って、二次電池セル３０・・・（本図では１個のみ示す）の熱を、マット１２及び金属製ボックス１１を介して外へ排出するようにした構造なので、二次電池セル３０・・・の放熱を効果的に促進することができる。
また、負荷素子１６・・・（本図では１個のみ示す）の熱を、放熱部材１７及び金属製蓋１８を介して外へ排出するようににした構造なので、二次電池セル３０・・・の放熱を効果的に促進することができる。
【００１４】
図３は本発明に係るリチウムイオン二次電池パックの分解斜視図である。
マット１２は、良伝熱性を有し且つ電気絶縁性を有する素材で形成したものであり、例えば、低硬度のシリコーンが好適である。
基板ユニット１５は、充電制御並びに放電制御を行なう制御回路１４を備え、この制御回路に複数の二次電池セル３０・・・間の電気的バランスをとるための負荷素子１６を備える。なお、制御回路１４の回路構成については、図５で説明する。
【００１５】
放熱部材１７は、負荷素子１６・・・に接触し熱を導出する部材であり、アルミニウム又は銅系金属が好適である。
ケース２１は、金属製ボックス１１及び金属製蓋１８からなり、アルミニウム又は銅系金属が好適である。
ここで、２３・・・は金属製ボックス１１内の底１１ａに基板ユニット１５を止める止めねじ、２４・・・は金属製ボックス１１に金属製蓋１８を止める止めねじ、２５・・・は金属製蓋１８に放熱部材１７を止める止めねじ、２６・・・は放熱部材１７に負荷素子１６・・・を止める止めねじである。
【００１６】
図４は本発明に係るリチウムイオン二次電池パックの二次電池セルの分解斜視図である。
二次電池セル３０は、正電極板３１と、負電極板３２と、これら正・負電極板３１，３２との間に設けたセパレータ３３，３３と、正電極板３１の上部にレーザ溶接する正極端子である集電板３４と、負電極板３２の下部にレーザ溶接した負極端子である集電板３５と、これらの正・負電極板３１，３２、セパレータ３３，３３及び集電板３４，３５を収納する導電性のある電池ケース３６と、このケース３６の底部３６ａ側にこれら正・負電極板３１，３２、セパレータ３３，３３及び集電板３４，３５を押し付けるための弾性部材である導電板３７と、電池ケース３６の上部の開口部３６ｂに導電板３７とともにガスケット３８を介してかしめた蓋３９と、ケース３６内に注入する図示せぬ電解液とからなる。
【００１７】
凸部３４ａは、導電板３７の押圧部３７ａに接触する部分であり、凸部３５ａは、ケース３６の底部３６ａにレーザ溶接する部分である。なお、凸部３５ａと底部３６ａとの結合は、他の溶接方法で行ってもよい。
ケース３６は、底部３６ａを除いて外面を電気的に絶縁処理したものである。
【００１８】
図５は本発明に係るリチウムイオン二次電池パックの制御回路のブロック図である。
制御回路１４は、二次電池セル３０・・・の状態を監視する監視回路４１と、二次電池セル３０・・・の充電を制御する充電制御回路４２と、二次電池セル３０・・・の放電を制御する放電制御回路４３とからなる。
監視回路４１は、二次電池セル３０・・・間の電気的バランスをとるための負荷素子１６・・・（図３参照）を備えた負荷バランス調整回路４５と、それぞれの二次電池セル３０・・・の電圧及び表面温度を監視する電圧温度監視ＩＣ（Integrated  Circuit）４６と、これらの電圧温度監視ＩＣ４６を統轄するセル監視回路４７とを備える。
【００１９】
充電制御回路４２は、二次電池セル３０・・・の充電を制御する充電制御回路本体５１と、この充電制御回路本体５１ので電流をＯＮ／ＯＦＦする充電制御ＦＥＴ（Field  Effect  Transistor）５２と、電流検出抵抗５３で充電電流を検出する充電電流検出回路５４と、充電制御回路本体５１のラッチをリセットするリセットスイッチ５５と、二次電池セル３０・・・の充電完了を表示する充電完了ＬＥＤ（Light  Emitting  Diode）５６と、充電器５８を接続する充電用端子５７と、充電器５８を制御する充電器制御端子５９とからなる。
【００２０】
放電制御回路４３は、二次電池セル３０・・・の放電を制御する放電制御回路本体６１と、この放電制御回路本体６１で電流をＯＮ／ＯＦＦする放電制御ＦＥＴ６２と、電流検出抵抗６３で放電電流を検出する放電電流検出回路６４と、放電制御回路本体６１のラッチをリセットするリセットスイッチ６５と、二次電池セル３０・・・の残量を検出する残量検出回路６６と、充電状態の異常を知らせる過電流アラーム出力６７、残量アラーム出力６８及び過放電アラーム出力６９と、負荷７１を接続する放電用端子７２とからなる。
【００２１】
以上に述べたリチウムイオン二次電池パック１０の作用を次に説明する。
図６は本発明に係るリチウムイオン二次電池パックの充電時のシーケンスである。なお、ＳＴ××はステップ番号を示す（符号は図５参照）。
ＳＴ０１：充電器５８を接続する。
ＳＴ０２：放電制御ＦＥＴ６２をＯＦＦする。
ＳＴ０３：充電制御ＦＥＴ５２をＯＮし、充電を開始する。
ＳＴ０４：充電電流制御する。すなわち、充電電流検出回路５４で充電電流を監視する。
ＳＴ０５：過充電検出電圧（４．２Ｖに設定）に到達した二次電池セル３０・・・があるか。ＹＥＳならばＳＴ０６へ進み、ＮＯならばＳＴ０９に進む。
ＳＴ０６：すべての二次電池セル３０・・・が過充電検出電圧（４．２Ｖ）に到達したか。ＹＥＳならばＳＴ０７へ進み、ＮＯならばＳＴ１２に進む。
ＳＴ０７：充電をストップする。
ＳＴ０８：充電完了ＬＥＤ５６が点灯する。
【００２２】
ＳＴ０９：ＳＴ０５において、ＮＯの場合に、二次電池セル３０・・・の発熱は正常範囲かをチェック。ＹＥＳならばＳＴ０４へ戻り、ＮＯならばＳＴ１０に進む。
ＳＴ１０：充電禁止する。
ＳＴ１１：リセットスイッチ５５で充電禁止（ラッチ）を解除する。ＳＴ０４へ戻る。
【００２３】
ＳＴ１２：ＳＴ０６において、ＮＯの場合。過充電検出電圧到達した二次電池セル３０・・・は放電開始する。
ＳＴ１３：過充電解除電圧（４．１Ｖに設定）まで下がったか。ＹＥＳならばＳＴ０４へ戻り、ＮＯならば過充電解除電圧（４．１Ｖ）まで放電をする。
【００２４】
図７は本発明に係るリチウムイオン二次電池パックの放電時のシーケンスである。なお、ＳＴ××はステップ番号を示す（符号は図５参照）。
ＳＴ０１：負荷７２を接続する。
ＳＴ０２：放電開始する。
ＳＴ０３：各二次電池セル３０・・・が過放電禁止電圧（２．３Ｖに設定）以上あるか。ＹＥＳならばＳＴ０４へ進み、ＮＯならばＳＴ０９に進む。
ＳＴ０４：残量基準値（例えば、２．４Ｖ以上）あるか。ＹＥＳならばＳＴ０５へ進み、ＮＯならばＳＴ１１に進む。
ＳＴ０５：二次電池セル３０・・・の発熱は正常範囲かをチェック。ＹＥＳならばＳＴ０３に戻り、ＮＯならばＳＴ０６に進む。
ＳＴ０６：過電流アラーム出力６７を出す。
ＳＴ０７：放電を禁止する。
ＳＴ０８：リセットスイッチ５５で放電禁止（ラッチ）を解除する。ＳＴ０３へ戻る。
【００２５】
ＳＴ０９：ＳＴ０３において、ＮＯの場合に、過放電アラーム出力６９を出す。
ＳＴ１０：放電禁止。すなわち、放電をストップする。
ＳＴ１１：ＳＴ０４において、ＮＯの場合に、残量アラーム出力６８を出す。二次電池セル３０・・・の残量が少ないことを知らせる。しかし、放電可能なのでＳＴ０５へ進む。
【００２６】
図８（ａ），（ｂ）は本発明に係るリチウムイオン二次電池パックの第１作用説明図であり、（ａ）は比較例のリチウムイオン二次電池パック１００を示し、（ｂ）は実施例のリチウムイオン二次電池パック１０を示す。
（ａ）において、リチウムイオン二次電池パック１００は、リチウムイオン二次電池セル１０１を複数個収納したパックであって、二次電池セル１０１・・・を制御するためにケース１０２に組込んだ基板ユニット１０３を別置きしたものである。従って、二次電池パック１００と基板ユニット１０３とを接続するケーブル１０４が必要になり、二次電池セル１０１・・・及び基板ユニット１０３廻りの信頼性が損われることがある。
（ｂ）において、リチウムイオン二次電池パック１０は、ケース２１内に二次電池セル３０・・・及び基板ユニット１５を収納し、例えば、二次電池セル３０・・・と基板ユニット１５とを別置きする場合に必要なケーブル類を省くことができ、二次電池セル３０・・・及び基板ユニット１５廻りの信頼性の向上を図ることができる。
【００２７】
図９（ａ），（ｂ）は本発明に係るリチウムイオン二次電池パックの第２作用説明図であり、リチウムイオン二次電池パック１０の複数の使用例を示す。
（ａ）において、二次電池パック１０を直列接続する。すなわち、図５に示す制御回路１４に充電制御回路４２及び放電制御回路４３を別々に備え、充電制御回路４２に充電用端子５７を備え、放電制御回路４３に放電用端子７１を備えることで、二次電池パック１０の使い勝手の拡大を図ることができる。
（ｂ）において、リチウムイオン二次電池パック１０を並列接続する。（ａ）と同様の理由で、二次電池パック１０の使い勝手の拡大を図ることができる。
【００２８】
尚、実施例では図３に示すように基板ユニット１５内に複数の二次電池セル３０・・・をマウントできるようにしたが、これに限定するものではなく、二次電池セル３０・・・の上面又は上方に基板ユニット１５を配置したものであってもよい。
【００２９】
【発明の効果】
本発明は上記構成により次の効果を発揮する。
請求項１は、金属ボックスの底面と二次電池セルの下面と間に良電熱性を有し且つ電気絶縁性を有するマットを備えたので、二次電池セルの熱を効果的に放熱することができる。
【００３０】
請求項２は、制御回路に二次電池セルの充電制御を行なう充電制御回路と二次電池セルの放電制御を行なう放電制御回路を別々に備え、これらの充電制御回路及び放電制御回路が、二次電池セルの側方に配置された。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るリチウムイオン二次電池パックの正面断面図
【図２】図１の２−２線矢視図
【図３】本発明に係るリチウムイオン二次電池パックの分解斜視図
【図４】本発明に係るリチウムイオン二次電池パックの二次電池セルの分解斜視図
【図５】本発明に係るリチウムイオン二次電池パックの制御回路のブロック図
【図６】本発明に係るリチウムイオン二次電池パックの充電時のシーケンス
【図７】本発明に係るリチウムイオン二次電池パックの放電時のシーケンス
【図８】本発明に係るリチウムイオン二次電池パックの第１作用説明図
【図９】本発明に係るリチウムイオン二次電池パックの第２作用説明図
【符号の説明】
１０…リチウムイオン二次電池パック、１１…金属製ボックス、１２…マット、１４…制御回路、１５…基板ユニット、１６…負荷素子、１７…放熱部材、１８…金属製蓋、３０…リチウムイオン二次電池パック、４２…充電制御回路、４３…放電制御回路、５７…充電用端子、７１…放電用端子。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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