JP6027456B2 - Secondary battery pack having a protection circuit - Google Patents
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Description
本発明は、二次電池に保護回路が接続された二次電池パックに関し、特に、高電流による急速充電を容易とするためにインピーダンスが低減された二次電池パックに関する。 The present invention relates to a secondary battery pack in which a protection circuit is connected to a secondary battery, and more particularly, to a secondary battery pack with reduced impedance to facilitate rapid charging with a high current.
電池パックは、内蔵された二次電池の正負極に接続された外部出力端子から外部へ通電可能な状態で提供される。また、過充電、過放電、過大電流、異常な温度上昇等の異常状態から二次電池を保護するために、異常状態が発生したときには充放電を停止する制御を行う保護機能を有する。すなわち、外部出力端子と二次電池との間に充放電制御スイッチを介在させて、保護回路により充放電制御スイッチを制御する。保護回路は、過充電、過放電等が検出されたときに、充放電制御スイッチをオフにして充放電路を遮断する制御を行い、二次電池を保護する。 The battery pack is provided in a state in which it can be energized from the external output terminal connected to the positive and negative electrodes of the built-in secondary battery. Further, in order to protect the secondary battery from abnormal states such as overcharge, overdischarge, excessive current, and abnormal temperature rise, it has a protection function that performs control to stop charging and discharging when an abnormal state occurs. That is, a charge / discharge control switch is interposed between the external output terminal and the secondary battery, and the charge / discharge control switch is controlled by the protection circuit. When overcharge, overdischarge, or the like is detected, the protection circuit performs control to turn off the charge / discharge control switch to cut off the charge / discharge path, thereby protecting the secondary battery.
図11は、そのような保護機能を有する二次電池パックの従来例を示す。この電池パックは、二次電池1と、保護回路2から構成される。保護回路2は、二次電池1のセル正極端子3及びセル負極端子4に接続され、正極出力端子5及び負極出力端子6を介して、二次電池1から外部負荷への放電、あるいは外部からの二次電池1に対する充電が行われる。
FIG. 11 shows a conventional example of a secondary battery pack having such a protection function. This battery pack includes a secondary battery 1 and a
セル負極端子4と負極出力端子6とを結ぶ負極側の充放電路中には、PTC素子7と、充放電制御スイッチ8が挿入されている。PTC素子7は温度保護素子として、二次電池1の発熱による昇温に応じた抵抗値の変化により、充放電路を流れる電流を制限し、あるいは遮断するために用いられる。
A
充放電制御スイッチ8は、並列接続された2つのスイッチ回路8a、8bにより構成されている。スイッチ回路8a、8bは各々、MOSFETからなる放電制御FET9a、及び充電制御FET10aを直列に接続して構成されている。放電制御FET9aは、ドレイン・ソース間に存在する寄生ダイオード9bが、正極出力端子5から二次電池1の方向に流れる充電電流に対して順方向となるように接続されている。充電制御FET10aは、寄生ダイオード10bが、放電電流に対して順方向となるように接続されている。
The charge / discharge control switch 8 is constituted by two
保護IC11により構成された電圧監視部では、二次電池1から、抵抗R1、キャパシタCを介して、電源電圧が電源端子VDDに供給される。基準電位端子VSSは、充放電制御スイッチ8の二次電池1の側に接続されている。また、過電流検出端子V−は、抵抗R2を介して、充放電制御スイッチ8の負極出力端子6の側に接続されている。
In the voltage monitoring unit configured by the
放電制御FET9aおよび充電制御FET10aのそれぞれのゲートには、保護IC11からの制御信号DOおよびCOがそれぞれ供給される。通常の充電および放電動作では、制御信号DOおよびCOがハイレベルとされ、放電制御FET9aおよび充電制御FET10aがON状態に制御される。
Control signals DO and CO from the
保護IC11は、基準電位端子VSSと過電流検出端子V−の間の電圧を検出し、検出された電圧から、等価的に充放電路に流れる電流を検出する。すなわち、放電制御FET9aおよび充電制御FET10aのオン抵抗によって生じる電圧降下に基づいて等価的に電流を検出する。規定の電流値以上の電流(すなわち、過電流)が流れた場合に、放電制御FET9aまたは充電制御FET10aをOFFさせて電流を遮断する。
The
以上のような構成の二次電池パックに対して、二次電池の急速充電を容易とする改良が望まれている。特に、携帯電話などの高機能化に伴って、リチウム二次電池にはより高容量が求められているため、従来と同程度の電流値による充電では、充電に要する時間が実用的な範囲を超えて長くなる。これを回避するためには、より大きな電流値での充電を可能として、充電に要する時間を短縮化することが求められる。大電流での充電を可能とするために、二次電池パックのインピーダンスを低減することが必要である。二次電池パックの低インピーダンス化を図るためには、保護回路2、PTC素子7(温度保護素子)、配線材の固有抵抗を低減することが改良対象となる。
An improvement that facilitates quick charging of the secondary battery is desired for the secondary battery pack having the above-described configuration. In particular, as the functionality of mobile phones and the like increases, lithium secondary batteries are required to have a higher capacity. Be longer than that. In order to avoid this, it is required to reduce the time required for charging by enabling charging with a larger current value. In order to enable charging with a large current, it is necessary to reduce the impedance of the secondary battery pack. In order to reduce the impedance of the secondary battery pack, reduction of the specific resistance of the
図11のように、並列接続された2つのスイッチ回路8a、8bにより充放電制御スイッチ8を構成することは、保護回路2の抵抗を低減するための方策として提案されたものである。すなわち、充放電制御スイッチ8は、基本的には1個のスイッチ回路で構成することができる。これに対して、2つのスイッチ回路8a、8bを並列接続した構成を用いれば、充放電制御スイッチ8のオン抵抗を低減することができる。
As shown in FIG. 11, configuring the charge / discharge control switch 8 by two
しかし、このように構成された充放電制御スイッチ8を通して電流が流れた場合、各々の放電制御FET9aおよび充電制御FET10aのオン抵抗によって生じる電圧降下は少なくなる。従って、充放電路に流れる電流として等価的に検出される値は小さくなり、過大電流を検出できるレベルが高くならざるを得ない。すなわち、保護ICの過大電流検出値の一般的な最小値は0.05Vであるため、充放電制御スイッチ8のオン抵抗を、例えば0.003Ωまで低減させた場合、過大電流として検出できる電流値が0.05V÷0.003Ω=16.6Aとなってしまう。
However, when a current flows through the charge / discharge control switch 8 configured as described above, a voltage drop caused by the on-resistance of each of the
そのため、一般的なモバイル機器に用いるリチウムイオン電池の容量帯域(2Ah〜3Ah)においては、5.5倍〜8.3倍の電流が流れた場合でなければ過大電流保護動作が働かないこととなり、安全性の低下が懸念される。従って、放電制御FET9aおよび充電制御FET10aの抵抗値は8mΩ〜10mΩ程度(1C容量値の約3倍の保護電流値設定)にする事が望ましい。コスト、実装面積の観点からも、並列接続するMOSFETは、2個に留める事が望ましい。
Therefore, in the capacity band (2Ah-3Ah) of lithium ion batteries used for general mobile devices, the overcurrent protection operation will not work unless a current of 5.5 times to 8.3 times flows. There is concern about a decrease in safety. Therefore, it is desirable that the resistance values of the
また、PTC素子7の抵抗値は約0.005Ωであるため、PTC素子に代えてブレーカー(約2.5mΩ)を用いることで、当該素子部分の低抵抗化が可能であることが一般的に知られている。従って、二次電池パックのインピーダンスを更に低減するためには、二次電池と保護回路、二次電池とブレーカー、ブレーカーと保護回路を接続する配線材の低抵抗化を図ることが、残された課題として挙げられる。従来は、溶接性の観点から、配線材に純Niが用いられている。これに対し、Cu材を用いて配線材の低インピーダンス化を図ることが知られている。しかし、Cu材を用いる場合、導電率が従来のNiに比べ向上するため、溶接が困難である。
Further, since the resistance value of the
そこで、特許文献1には、電極に溶接接続するためのNi、Ni合金またはFe合金からなる溶接層と、Cu又は耐熱Cu合金からなる基層とがクラッドされた2層構造の電池用リード材料(配線材)が開示されている。この電池用リード材料が、電池の電極と電池パックの外部端子間に配置され、抵抗溶接により溶接層が電極へ固着接続されている。これにより、純ニッケルを使用した従来のリード材料に比べて、電気抵抗を約半分に低減することができ、かつ耐食性・溶接性にもすぐれている、とされている。 Therefore, Patent Document 1 discloses a battery lead material having a two-layer structure in which a weld layer made of Ni, Ni alloy or Fe alloy for welding connection to an electrode and a base layer made of Cu or a heat-resistant Cu alloy are clad ( Wiring material) is disclosed. The battery lead material is disposed between the battery electrode and the external terminal of the battery pack, and the weld layer is fixedly connected to the electrode by resistance welding. As a result, the electrical resistance can be reduced by about half compared to the conventional lead material using pure nickel, and the corrosion resistance and weldability are also excellent.
また、特許文献2には、電池の正負極の端子と保護回路基板とを配線材によりそれぞれ接続した電池パックが開示されている。配線材としては、電池の端子に対して接合性を有するアルミニウム板と、保護回路基板に対して接合性を有するニッケル板とを貼り合わせた異種金属のクラッド板を用いることが記載されている。これにより、保護回路基板を電池の同一側面に配置された短い配線材で接続できるので、配線材の長さを短縮でき、電池パックのコスト低減、及び製造工程の簡素化を図ることができる、とされている。さらに、異種金属のクラッドとして金属板の一方をアルミニウムや銅のような低抵抗の金属から構成すれば、配線材のインピーダンスを下げることが可能になる、とされている。
二次電池、保護回路、及びブレーカーを相互に接続するクラッド材としては、低抵抗の観点から、Ni層と、Cu層またはCu合金層とからなるCu−Niクラッド材を用いることが望ましい。これに関し、特許文献1には、Cu−Niクラッド材を用い、溶接に適したNi層を電池の電極と保護回路の電極に対して溶接させた構造が開示されている。 As a clad material for connecting the secondary battery, the protection circuit, and the breaker to each other, it is desirable to use a Cu—Ni clad material composed of a Ni layer and a Cu layer or a Cu alloy layer from the viewpoint of low resistance. In this regard, Patent Document 1 discloses a structure in which a Cu-Ni clad material is used and a Ni layer suitable for welding is welded to a battery electrode and a protection circuit electrode.
ところが、Cu−Niクラッド材を用い、溶接に適したNi層を電極に当接させて抵抗溶接を行う実験を行った結果、抵抗溶接のシリーズ溶接ではCu材が焼ける事や、Cu材に亀裂が生じて、配線材としての機能が劣化することが判った。また、特許文献1には、電池の電極と保護回路基板との接続形態に関する記載はない。 However, as a result of conducting resistance welding by using a Cu-Ni clad material and contacting an electrode with a Ni layer suitable for welding, the Cu material is burned or cracked in the resistance welding series welding. It was found that the function as a wiring material deteriorates. Patent Document 1 does not describe a connection form between the battery electrode and the protection circuit board.
一方、特許文献2には、電池の電極と保護回路基板との接続のための配線材として、異種金属のクラッド板を用いることが開示されている。すなわち、電池の電極に対して接合性を有する第1の金属板と、保護回路基板の端子に対して接合性を有する第2の金属板を貼り合わせたクラッド板を用いる。また、Cuを用いたクラッド材として、第1の金属板としてCuを用い、第2の金属板としてAlを用いることが開示されている。
On the other hand,
しかし、特許文献2では、電池の電極に対して接合性を有する第1の金属板と、保護回路基板の端子に対して接合性を有する第2の金属板を貼り合わせたクラッド板を用いるため、電池の電極と保護回路基板の端子には各々異なる金属層が溶接される。従って、Cuを用いたクラッド材の場合、溶接部の一方では、Cu材が表面になり、シリーズ溶接によって焼けや亀裂が生じる問題が発生する。
However,
また、特許文献2に実施の形態として具体的に記載された配線材は、Al−Niクラッド材である。このため、Cu−Niクラッド材を用いた場合の、Cu層に発生する焼けや亀裂の問題に対する課題認識、および解決策に関する記載はない。
Moreover, the wiring material specifically described as an embodiment in
従って、本発明は、電池の電極と保護回路基板との間の配線材としてCu−Niクラッド材を用いて低抵抗化を図り、それに伴うCu材が焼ける問題を解消した二次電池パックを提供することを目的とする。 Therefore, the present invention provides a secondary battery pack in which resistance is reduced by using a Cu-Ni clad material as a wiring material between a battery electrode and a protection circuit board, and a problem of burning the Cu material associated therewith is eliminated. The purpose is to do.
本発明の二次電池パックは基本構成として、二次電池と、前記二次電池の一対のセル電極端子と外部出力端子との間の充放電路中に配置された保護回路とを備え、前記保護回路は、前記充放電路に直列に挿入された充放電制御スイッチと、前記充放電路を流れる電流を検出する電流検出部を有し、前記電流検出部の検出値が過電流域に達したときに、前記充放電制御スイッチをオフに制御するように構成され、前記保護回路が実装された保護回路基板が、前記二次電池の前記セル電極端子と対向して装着されている。 The secondary battery pack of the present invention includes, as a basic configuration, a secondary battery, and a protection circuit disposed in a charge / discharge path between a pair of cell electrode terminals of the secondary battery and an external output terminal, The protection circuit includes a charge / discharge control switch inserted in series in the charge / discharge path, and a current detection unit that detects a current flowing through the charge / discharge path, and a detection value of the current detection unit reaches an overcurrent region. When this is done, the charge / discharge control switch is configured to be turned off, and a protection circuit board on which the protection circuit is mounted is mounted to face the cell electrode terminal of the secondary battery.
上記課題を解決するために、本発明の二次電池パックは、前記二次電池の前記一対のセル電極端子の各々と、前記保護回路基板の回路端子の間を接続する配線材として、Ni層と、Cu層またはCu合金層とからなるCu−Niクラッド材が用いられ、前記配線材は、前記セル電極端子及び前記回路端子に対してCu層側を当接させて抵抗溶接されていることを特徴とする。 In order to solve the above problems, the secondary battery pack of the present invention includes a Ni layer as a wiring material for connecting between each of the pair of cell electrode terminals of the secondary battery and the circuit terminals of the protection circuit board. When, Cu layer or Cu-Ni clad material composed of Cu alloy layer is used, the wiring member is bordered resistor soluble by contacting the Cu layer side with respect to the cell electrode terminals and the circuit terminals It is characterized by being.
上記構成の二次電池パックによれば、配線材にCu−Niクラッド材を用いることで、二次電池パックの配線部の抵抗を低減させることができる。しかも、配線材は、セル電極端子及び回路端子に対してCu層側を当接させて抵抗溶接により接合されているので、Cu材が焼ける問題の発生が回避されて、抵抗溶接による接続部の接合強度を劣化させることなく、二次電池パックの配線部の抵抗をより低減させることが可能である。この結果、二次電池に保護回路が接続された構成の二次電池パックに対する、高電流での急速充電の容易性を向上させることができる。 According to the secondary battery pack having the above configuration, the resistance of the wiring portion of the secondary battery pack can be reduced by using the Cu—Ni clad material as the wiring material. In addition, since the wiring material is bonded by resistance welding with the Cu electrode side being brought into contact with the cell electrode terminal and the circuit terminal, the problem of burning of the Cu material is avoided, and the connection portion by resistance welding is avoided. It is possible to further reduce the resistance of the wiring part of the secondary battery pack without deteriorating the bonding strength. As a result, it is possible to improve the ease of rapid charging at a high current for a secondary battery pack having a configuration in which a protection circuit is connected to the secondary battery.
本発明の二次電池パックは、上記構成を基本として、以下のような態様をとることができる。 The secondary battery pack of the present invention can take the following aspects based on the above configuration.
すなわち、前記回路端子と前記セル電極端子との間を接続する前記配線材は、前記Ni層を内側にしてU字状に180度の角度で屈曲されて、上側及び下側の屈曲片を形成し、上側の屈曲片及び下側の屈曲片が各々、前記回路端子及び前記セル電極端子に対してCu層を対向させている構成とすることができる。 That is, the wiring member connecting between the circuit terminal and the cell electrode terminal is bent at an angle of 180 degrees in a U shape with the Ni layer inside, forming upper and lower bent pieces. Then, the upper bent piece and the lower bent piece can be configured such that the Cu layer faces the circuit terminal and the cell electrode terminal, respectively.
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
<実施の形態>
図1は、本発明の一実施の形態における二次電池パックの回路構成を示すブロック図である。図11に示した従来例と同様の構成要素については同一の参照符号を付して、説明の繰り返しを簡略化する。
<Embodiment>
FIG. 1 is a block diagram showing a circuit configuration of a secondary battery pack according to an embodiment of the present invention. Constituent elements similar to those in the conventional example shown in FIG.
この二次電池パックは、例えば、リチウムイオン電池等の二次電池1を内蔵している。二次電池1には保護回路2が接続され、保護回路2の正極(外部)出力端子5及び負極(外部)出力端子6を介して、外部の負荷への放電、あるいは外部からの充電が行われる。
The secondary battery pack includes a secondary battery 1 such as a lithium ion battery. A
二次電池1のセル負極端子4と、負極出力端子6の間の負極側の充放電路中には、ブレーカー12と、2つの並列接続されたスイッチ回路8a、8bからなる充放電制御スイッチ8が、直列に接続されている。ブレーカー12は、バイメタルとPTC素子を組み合わせた構成を有し、その具体的な構造及び動作については後述するが、図11に示した従来例におけるPTC素子7に代えて用いられている。
In the charge / discharge path on the negative electrode side between the cell
図1には、二次電池1のセル正極端子3と保護回路2の回路端子13を接続する配線材15、二次電池1のセル負極端子4とブレーカー12を接続する配線材16、及びブレーカー12と保護回路2の回路端子14を接続する配線材17が示されている。本実施の形態では、配線材15、配線材16、及び配線材17として、Ni層と、Cu層またはCu合金層とからなるCu−Niクラッド材(片側のみにNi層を有する)が用いられる。
FIG. 1 shows a
本実施の形態の特徴は、セル正負極端子3、4、及び回路端子13、14に対して、配線材15〜17のCu−Niクラッド材のCu層側が、抵抗溶接により接合されていることである。この構成の詳細及び効果については、後述する。
The feature of this embodiment is that the Cu layer side of the Cu—Ni clad material of the
ブレーカー12は、図2に断面図で示す構造を有する。すなわち、枠体18に支持されたリード端子19、20間に、PTC素子21及びバイメタル22を介在させて構成である。枠体18の外部に突出したリード端子19、20の外端部が、図1に示したように充放電路中に接続される。
The
枠体18内で、リード端子19は底部に配置され、リード端子20は上部に配置されて上下方向に対向し、両者間にPTC素子21及びバイメタル22が配置されて、温度に応じてリード端子19、20間の導通形態が変化するように構成されている。枠体18内のリード端子20の端部には屈曲部23が形成され、その先端に端子突起24が設けられている。端子突起24がリード端子19に当接することにより、リード端子19、20間が直接導通した第1導通状態が形成される。
In the
バイメタル22は、常温下では図示されるように上方に凸となるように湾曲している。一方、温度が上昇したときには、湾曲の程度が小さく(曲率が小さく)なり、端部が上方に変位するため、リード端子20の屈曲部23が押し上げられる。それにより、端子突起24はリード端子19から離間して、端子突起24を介した電流経路は遮断される。これにより、リード端子19、20間の電流経路は、PTC素子21及びバイメタル22を介して間接的に導通した第2導通状態となる。この状態では、極めて高抵抗であり、実質的に電流は遮断されるが、若干の電流は流れる。
The bimetal 22 is curved so as to protrude upward as shown in the drawing at room temperature. On the other hand, when the temperature rises, the degree of bending becomes small (the curvature becomes small) and the end portion is displaced upward, so that the
以上の動作から明らかなように、第1導通状態では、リード端子19、20間の直接導通によって電流が流れるので、ブレーカー12は極めて低抵抗の状態である。ブレーカー12は機械的接点構造の為、バイメタルが反転するまでの温度帯においては抵抗変動がない。つまり、抵抗値の温度依存性がなく、温度によって抵抗値が変動するPTC素子7と比べて低抵抗を実現できる。大電流で充電する急速充電においては、セルの発熱が増すため、充電時のセルの発熱による抵抗変化をうけないブレーカーは、低抵抗化に有利な素子である。
As is clear from the above operation, in the first conduction state, current flows by direct conduction between the
但し、本発明は、ブレーカー12ではなく、例えば温度ヒューズ等の他の温度保護素子を用いた場合に適用しても、相応の効果を得ることが可能である。なお、温度保護素子とは、二次電池1の発熱による昇温に応じて、充放電路を流れる電流を制限する機能を持つ素子を意味する。
However, even if the present invention is applied to a case where other temperature protection elements such as a thermal fuse are used instead of the
また、並列接続された2つのスイッチ回路8a、8bからなる充放電制御スイッチ8を採用することも必須ではない。すなわち、単一の放電制御FET9aと充電制御FET10aの直列回路によって充放電制御スイッチ8を構成した場合に本発明を適用しても、相応の効果が得られる。
In addition, it is not essential to employ the charge / discharge control switch 8 including the two
次に、本実施の形態の二次電池パックにおける配線材15〜17の適用構造の例について、図3〜図7を参照して説明する。図3は、本実施の形態の二次電池パックの外観を示す斜視図である。
Next, an example of an application structure of the
図3に示すように、二次電池1の上部にはキャップフレーム25が装着されて、その内部の上部に保護回路基板が装着されているが、表装材に覆われているため図3には表れない。保護回路基板には、保護IC11等を含む保護回路2が実装されている。キャップフレーム25の上端面から、外部接続用の出力端子26が露出している。出力端子26は、保護回路基板に取り付けられており、図1の正極出力端子5及び負極出力端子6を含む。
As shown in FIG. 3, a
図4は、二次電池1に対する保護回路基板の装着部の構成を概念的に示す要部断面図である。図4は、図3の状態から表装材を除去した二次電池パックの断面構造を示したものである。二次電池1は、例えばアルミニウム又はアルミニウム合金で形成された外装缶27の内部に素電池を内蔵して構成されている。外装缶27の内部の構成は一般的なものであるため、図示を省略する。外装缶27の上面部に配置されたセル正極端子3及びセル負極端子4は各々、素電池の正極及び負極と導通している。セル正極端子3はクラッド板で構成されていてもよい。
FIG. 4 is a cross-sectional view of an essential part conceptually showing the configuration of the mounting portion of the protection circuit board for the secondary battery 1. FIG. 4 shows a cross-sectional structure of the secondary battery pack from which the cover material is removed from the state of FIG. The secondary battery 1 is configured by incorporating a unit cell inside an
キャップフレーム25は外装缶27の上部に装着されて、外装缶27の上面との間に空間を形成している。この空間の上部に位置するように、保護回路2が実装された保護回路基板28が装着されている。保護回路基板28の下面に設けられた回路端子13は、セル正極端子3と接続されている。同様に設けられた回路端子14は、ブレーカー12を介在させてセル負極端子4と接続されている。
The
図5〜図7は、配線材15〜17による接続部を拡大して示した部分断面図である。図5は図4の右側面から見た図であり、二次電池1のセル正極端子3と保護回路2の回路端子13の接続部を示す。図6は図4の正面から見た図であり、二次電池1のセル負極端子4とブレーカー12のリード端子20の接続部を示す。図7は図4の左側面から見た図であり、保護回路2の回路端子14とブレーカー12のリード端子19の接続部を示す。但し、図4は見易いように概念的に示したので、図5〜図7の各部の寸法とは対応していない。
5 to 7 are partial cross-sectional views showing enlarged connection portions of the
この構成における二次電池1、ブレーカー12、及び保護回路基板28の間は、配線材15〜17との溶接により、以下のとおりに接続されている。すなわち、図5に示すように、配線材15の一端部と保護回路基板28の回路端子13、及び配線材15の他端部と二次電池1のセル正極端子3が、溶接により接合されている。配線材15は、Cu層15aとNi層15bからなるクラッド材であり、Ni層15bを内側にしてU字状に、すなわち180度の角度で屈曲されている。従って、配線材15は上側及び下側の屈曲片を形成し、上側の屈曲片ではCu層15aが上方に向き、下側の屈曲片ではCu層15aが下方に向く。これにより配線材15は、セル正極端子3及び回路端子13の双方に対してCu層15aを対向させて溶接されている。
The secondary battery 1, the
また、図6に示すように、配線材16の一端部とブレーカー12のリード端子20、及び配線材16の他端部と二次電池1のセル負極端子4が、溶接により接合されている。配線材16も、Cu層16aとNi層16bからなるクラッド材であり、Cu層16aを下側にすることにより、セル負極端子4に対してCu層16aを対向させて抵抗溶接されている。一方、リード端子20に対してもCu層16aを対向させているが、後述するように、リード端子20に対してはNi層16bを対向させた構成であってもよい。
Moreover, as shown in FIG. 6, the one end part of the
さらに、図7に示すように、配線材17の一端部と保護回路基板28の回路端子14、及び配線材17の他端部とブレーカー12のリード端子19が、溶接により接合されている。配線材17も、Cu層17aとNi層17bからなるクラッド材であり、Ni層17bを内側にしてU字状に、すなわち180度の角度で屈曲されている。これにより、回路端子14に対してCu層17aが対向した状態で溶接されている。リード端子19に対してもCu層16aを対向させているが、リード端子20の場合と同様、Ni層16bを対向させた構成であってもよい。
Further, as shown in FIG. 7, one end of the
このように、セル正負極端子3、4、及び回路端子13、14に対して、配線材15〜17がCu層15a〜17aを対向させて抵抗溶接されている。これにより、従来の抵抗溶接技術を用いた接合を適用しても、Cu材が焼けることや、Cu材に亀裂が生じることを回避することが可能となった。従って、溶接による接続部の特性を劣化させることなく、二次電池パックの配線部の抵抗をより低減させることができる。その結果、二次電池に保護回路が接続された構成の二次電池パックに対する、高電流での急速充電の容易性を向上させることができる。
In this way, the
このような効果が得られる理由について、以下に説明する。抵抗溶接においては一般的に、2種類の方法、すなわち、シリーズ溶接とダイレクト溶接が用いられる。上記構成の二次電池パックの場合、セル正負極端子3、4、及び回路端子13、14に対する配線材15〜17の溶接には、後述する理由により、シリーズ溶接を用いる。一方、ブレーカー12のリード端子19、20に対する配線材16、17の溶接には、ダイレクト溶接を用いる。
The reason why such an effect is obtained will be described below. In resistance welding, generally two types of methods are used: series welding and direct welding. In the case of the secondary battery pack having the above configuration, series welding is used for welding the
シリーズ溶接に伴う作用を、セル正極端子3と配線材15の場合を例として図8に示す。また、ダイレクト溶接に伴う作用を、リード端子19と配線材16の場合を例として図9に示す。シリーズ溶接では、図8に示すように、セル正負極端子3に当接させた配線材15の上部の同一平面上に、2本の電極棒29を押し当てて通電する。これに対して、ダイレクト溶接では、図9に示すように、リード端子19の下面と配線材16の上面に対して、対向する方向に電極棒29を押し当てて通電する。
The action accompanying series welding is shown in FIG. 8 by taking the case of the cell
但し、図9から判るように、ダイレクト溶接の適用には、電極棒29で溶接対象部材を挟める状態であることが前提である。従って、ブレーカー12のリード端子19、20の場合は、ダイレクト溶接を用いる適用することが可能であるが、セル正負極端子3、4、及び回路端子13、14の場合は、電極棒29で挟む事が不可能な構造であるため、シリーズ溶接を用いざるを得ない。
However, as can be seen from FIG. 9, the application of direct welding is based on the premise that the welding target member is sandwiched between the
シリーズ溶接においては、図8に示すように、有効電流Ieにより、セル正負極端子3と配線材15の間に溶接ポイント30が形成される。一方、Ni層15b及びCu層15aに流れて溶接に寄与しない無効電流In、Icも発生する。本来溶接したいポイントとは違う場所に電流が流れるため、これにより焼けが発生する。但し、Ni層15bが上部に配置されているため表層の無効電流は抑制されて、焼け等の影響は少ない。
In series welding, as shown in FIG. 8, a
シリーズ溶接に伴う問題点を説明するために、図10には、本実施の形態とは異なり、Ni層15bをセル正負極端子3に当接させてシリーズ溶接を行った場合の作用を示す。この場合、電極棒29が当接するCu層15aを流れる無効電流Icは大きなものとなる。そのため、電極棒29とCu層15aの間でも発熱し、Cu層15aに対する電極棒29の不要溶接部32が形成される場合がある。この状態で電極棒29を無理に引き離すと、Cu層15aの肉が電極棒29に付着して剥離する事態が発生した。その結果、Cu層15aが肉薄となり、結果的に割れが発生することとなる。
In order to explain the problems associated with series welding, FIG. 10 shows the effect when series welding is performed with the
これに対して、本実施の形態の場合は、Cu層15aをセル正極端子3に当接させ、従って電極棒29がNi層15bに当接する配置により表層の無効電流が抑制されて、電極棒29の接合を低減させることが可能となる。さらに、Ni層はCu層より硬いため、電極棒が接合されたとしても、簡単にNiの肉が電極棒に付着して剥離されることはない。
On the other hand, in this embodiment, the
一方、ダイレクト溶接の場合は、図9に示すように、上下の電極棒29間に流れる電流は溶接ポイント31の接合に有効に作用し、無効電流はその溶接原理上無視できる。このため、焼け・割れを考慮する必要はない。従って、図9にはCu層15aをリード端子19に当接させた構造を示したが、Ni層15bを当接させて抵抗溶接を行っても問題はない。
On the other hand, in the case of direct welding, as shown in FIG. 9, the current flowing between the upper and
配線材15〜17のCu−Niクラッド材としては、例えば、Cu層(あるいはCu合金層)とNi層の厚さの比率Cu:Ni=3:1で、クラッド材全体の厚さt=0.1mmのものを用いることにより、良好な特性を得ることができる。
As the Cu—Ni clad material of the
この構成における二次電池1、ブレーカー12及び保護回路基板28の間の接続工程は、一例として、次のように行うことができる。配線材15、17は、後の工程でU字状に屈曲させるが、当初は平坦な状態で用いる。先ず、配線材17の一端部のCu層17a若しくはNi層17aをブレーカー12のリード端子19に当接させ、配線材16の一端部のCu層16a若しくはNi層16aをブレーカー12のリード端子20に当接させて、各々ダイレクト溶接により接合する。
The connection process among the secondary battery 1, the
次に、保護回路基板28を、図4に示した状態に対して上下反転した姿勢に載置して、その上端に位置した回路端子13の上面に配線材15の一端部のCu層15aを当接させ、同様に上端に位置した回路端子14の上面に配線材17の他端部のCu層17aを当接させて、各々シリーズ溶接により接合する。
Next, the
次に、上述のように上下反転した状態の保護回路基板28の上端面(図4における下端面)と、二次電池1の上端面を整列位置させる。これにより、保護回路基板28の回路端子13、14と、二次電池1のセル正極端子3及びセル負極端子4が、同一平面上に整列した状態になる。
Next, the upper end surface (the lower end surface in FIG. 4) of the
この状態で、配線材15の他端部のCu層15aを二次電池1のセル正極端子3に当接させ、配線材16の他端部のCu層16aをセル負極端子4に当接させて、各々シリーズ溶接により接合する。その後、配線材15、17を、図5、図7に示したように中央部で180度屈曲させることにより、図4に示したように、保護回路基板28が外装缶27の上部に装着された状態とする。この状態を保持することで、装着が完了する。
In this state, the
その後、キャップフレーム25と外装缶27との間の空間には、一体成形樹脂を注入することによりキャップフレーム25と外装缶27を一体化し、二次電池1が完成する。
Thereafter, the
なお、保護回路等を外装缶に一体化させて電池パックを形成ためには、他の手段を採ることもできる。例えば、キャップフレーム自体を一体成形樹脂で形成する手段や、インナーフレームに保護回路等を搭載してキャップフレームでカバーして二次電池を形成する手段等を用いてもよい。 In addition, in order to integrate a protective circuit etc. in an exterior can and form a battery pack, other means can also be taken. For example, a means for forming the cap frame itself from an integrally molded resin, a means for forming a secondary battery by mounting a protection circuit or the like on the inner frame and covering it with the cap frame may be used.
本発明の二次電池パックは、配線材にCu−Niクラッド材を用いることで、二次電池パックのインピーダンスを低減させ、しかも、溶接に伴う問題の発生を回避することが可能であり、携帯電話のような急速充電可能であることを要求される機器に用いる電池パックとして有用である。 The secondary battery pack of the present invention can reduce the impedance of the secondary battery pack by using a Cu—Ni clad material as a wiring material, and can avoid the occurrence of problems associated with welding. It is useful as a battery pack used for a device such as a telephone that is required to be rapidly rechargeable.
1 二次電池
2 保護回路
3 セル正極端子
4 セル負極端子
5 正極出力端子
6 負極出力端子
7、21 PTC素子
8 充放電制御スイッチ
8a、8b スイッチ回路
9a 放電制御FET
9b 寄生ダイオード
10a 充電制御FET
10b 寄生ダイオード
11 保護IC
12 ブレーカー
13、14 回路端子
15〜17 配線材
18 枠体
19、20 リード端子
22 バイメタル
23 屈曲部
24 端子突起
25 キャップフレーム
26 出力端子
27 外装缶
28 保護回路基板
29 電極棒
30、31 溶接ポイント
32 不要溶接部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
9b
10b
12
Claims (2)
前記保護回路は、前記充放電路に直列に挿入された充放電制御スイッチと、前記充放電路を流れる電流を検出する電流検出部を有し、前記電流検出部の検出値が過電流域に達したときに、前記充放電制御スイッチをオフに制御するように構成され、
前記保護回路が実装された保護回路基板が、前記二次電池の前記セル電極端子と対向して装着された二次電池パックにおいて、
前記二次電池の前記一対のセル電極端子の各々と、前記保護回路基板の回路端子の間を接続する配線材として、Ni層と、Cu層またはCu合金層とからなるCu−Niクラッド材が用いられ、
前記配線材は、前記セル電極端子及び前記回路端子に対してCu層側を当接させて抵抗溶接されていることを特徴とする二次電池パック。 A secondary battery, and a protection circuit disposed in a charge / discharge path between a pair of cell electrode terminals of the secondary battery and an external output terminal;
The protection circuit includes a charge / discharge control switch inserted in series in the charge / discharge path, and a current detection unit that detects a current flowing through the charge / discharge path, and a detection value of the current detection unit is in an overcurrent region. Configured to control the charge / discharge control switch to turn off when
In the secondary battery pack in which the protection circuit board on which the protection circuit is mounted is mounted facing the cell electrode terminal of the secondary battery,
As a wiring material for connecting each of the pair of cell electrode terminals of the secondary battery and the circuit terminals of the protection circuit board, a Cu-Ni clad material made of a Ni layer and a Cu layer or a Cu alloy layer is used. Used,
The wiring material, a secondary battery pack characterized in that it bordered resistor soluble by contacting the Cu layer side with respect to the cell electrode terminals and the circuit terminals.
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