JP2002134177A

JP2002134177A - 電池パック

Info

Publication number: JP2002134177A
Application number: JP2000326573A
Authority: JP
Inventors: Ryoichi Hamazaki; 良一濱崎
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2000-10-26
Filing date: 2000-10-26
Publication date: 2002-05-10
Anticipated expiration: 2020-10-26
Also published as: JP3764332B2

Abstract

(57)【要約】【課題】発熱による各単電池の温度上昇を極力抑制で
き、各単電池間に温度差が生じるのを防止することので
きる構成を備えた電池パックを提供する。【解決手段】単電池２を一列配列した複数の電池列Ｂ１
〜Ｂ４の各間に、熱伝導性に優れた金属薄板からなる集
熱板７を介在させて、集熱板７の両面に各単電池２を接
触させる。各集熱板７の一端部に折曲形成した各集熱片
７ａとこれに接触されたヒートパイプ８の加熱部８ａと
を、熱伝導性に優れた素材からなるラミネートシート９
で周囲を覆って互いに密着状態に保持する。単電池２、
集熱板７およびヒートパイプ８を上記配置でパックケー
ス１内に収容する。パックケース１の一部外面に接合し
た放熱部材４の取付用受溝４ａに、ヒートパイプ８の放
熱部８ｂを嵌め込ませる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、複数個の単電池を
直列または並列接続した状態で集合一体化して用いる電
池パックに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、例えば、電動ドリルや電動グライ
ンダーなどの電動工具の駆動電源として用いられる電池
パックには、電動工具のハイパワー化に伴って高電圧と
強放電に耐えることが要求されており、それに対応して
一つの電池パックに使用される単電池の個数は、例えば
30個といったように激増している。また、電動工具用の
電池パックを構成する単電池としては、一般にニッケル
−カドミウム二次電池が使用されており、近年では環境
対策上の要請もあってニッケル−水素二次電池などが使
用され始めている。これらの電池は、何れも無保守化の
必要上、密閉化された円筒形二次電池である。

【０００３】従来の電池パックは、多数個の円筒形二次
電池をパックケース内部の限られたスペースに収納する
ために、多数個の円筒形二次電池を、スペース利用効率
の良い俵積み状態に積層または配列するとともに、各々
の電極をニッケル端子板などで直列または並列に電気接
続してパックケース内に収容されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、電池パック
には上述のように密閉形電池が一般的に用いられている
が、この密閉形電池は、充放電時に発生するジュール熱
とガス吸収反応に伴う反応熱とによって電池温度が上昇
する。また、電池パックのパックケースは、単電池との
電気絶縁を図ることを目的として、熱伝導性の悪い樹脂
製のものが一般的に採用されているので、このパックケ
ース内に多数個収容された各単電池の発熱は、熱伝導性
の悪いパックケースによって外部への放熱が妨げられて
いる。さらに、電動工具などの駆動電源として使用する
場合には、電動工具のモータなどを駆動させる放電時に
大電流が流れ、これによっても単電池の温度がさらに上
昇する。これらにより、単電池の温度は80°Ｃ以上にも
上昇することがあるが、アルカリ二次電池では、80°Ｃ
以上もの高温になると満充電できないことから、充放電
特性が低下するとともに、充放電サイクル寿命が劣化す
る。

【０００５】また、俵積み状態に積層または配列されて
パックケース内に収容された各単電池のうちの中央部に
位置する単電池は、その周囲を他の単電池で囲まれてい
ることから、放熱性が一層悪くなり、他の単電池に比較
して温度上昇が激しい。このように単電池間に温度差が
生じた場合には、充放電にばらつきが生じて単電池の劣
化を促進するだけでなく、各単電池の電池性能のばらつ
き、ひいては劣化のばらつきが生じる原因となる。

【０００６】そこで、従来では、電池パックにおける俵
積み状態に積層または配列された単電池の温度上昇を抑
制するための種々の手段（例えば、特開平9-306447号公
報および特開平6-223804号公報参照）が提案されてい
る。ところが、これらの電池パックは、金属酸化物を含
んだ合成樹脂製の波状仕切板を単電池間に介在させて、
各単電池の発熱を波状仕切板で集熱したのちに、波状仕
切板の端部に接触させたケースカバーを通じて外部に放
熱したり、ヒートパイプの加熱部を単電池に直接接触さ
せて単電池の発熱を加熱部に吸熱し、ヒートパイプにお
けるパックケースの外部に導かれた放熱部から放熱する
などの構成となっており、いずれも単電池の発熱の集熱
効果およびケース外部への放熱効果が不十分であるとと
もに、俵積み状態に積層または配列された各単電池から
均等に集熱することができないので、各単電池間の温度
差を解消することは到底無理なものである。

【０００７】そこで、本発明は、上記従来の課題に鑑み
てなされたもので、発熱による各単電池の温度上昇を極
力抑制できるとともに、各単電池間に温度差が生じるの
を防止することのできる構成を備えた電池パックを提供
することを目的とするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の電池パックは、複数の電池列に配列された
複数個の単電池と、熱伝導性に優れた金属薄板からな
り、隣接する二つの前記電池列の間に介在して両面に前
記電池列の前記各単電池が接触された集熱板と、前記集
熱板の一端部を折曲して形成された集熱片に自身の加熱
部を接触させた配置で設けられたヒートパイプと、熱伝
導性に優れた素材からなり、前記集熱片と前記加熱部と
をこれらの周囲を覆うように被せられて互いに密着状態
に保持するラミネートシートと、前記単電池、前記集熱
板および前記ヒートパイプが収容されたパックケース
と、前記パックケースの一部外面に接合されて、前記パ
ックケースとの接合面に凹状に設けられた取付用受溝に
前記ヒートパイプの放熱部が嵌め込まれた放熱部材とを
備えて構成されていることを特徴としている。

【０００９】この電池パックでは、複数個の単電池の全
てが集熱板に接触されているので、集熱板が全ての各単
電池からの発熱を万遍なく均等に集熱し、その集熱した
発熱が、ラミネートシートにより互いに熱的に確実に結
合された集熱板の集熱片からヒートパイプの加熱部に極
めて効率良く伝熱され、さらに、ヒートパイプの加熱部
から放熱部に向けて潜熱の形で迅速に放熱部材に導かれ
たのちに、放熱部材から外部に放出される。そのため、
この電池パックでは、各単電池からの発熱が効率良く外
部に放出されるので、各単電池を連続して充放電するこ
とが可能となり、また、各単電池間に温度差が生じない
ように均等に集熱されるので、各単電池の各々の電池機
能が均質化され、各単電池の充放電サイクルの特性が損
なわれることがなく、電池パック自体が常に高機能状態
に維持される。

【００１０】上記発明において、ヒートパイプは、加熱
部に対し放熱部が直交方向に配置するＬ字状に形成され
ていることが好ましい。これにより、放熱部の放熱部材
に対する接触面積の増大を図ることができ、加熱部から
高速移送されてきた潜熱を放熱部から放熱部材に効率良
く伝熱することができる。

【００１１】また、上記発明において、ヒートパイプの
放熱部が、シリコンを塗布されて放熱部材の取付用受溝
に嵌め込まれていることが好ましい。これにより、シリ
コンは熱伝導性に優れ、且つ高い電気絶縁性を有してい
ることから、ヒートパイプの放熱部から放熱部材への熱
伝導が一層効率的に行われるとともに、単電池からヒー
トパイプを通じて放熱部材に漏電することが確実に防止
される。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好ましい実施の形
態について図面を参照しつつ詳細に説明する。図１は本
発明の一実施の形態に係る電池パックを示す分解斜視図
である。この電池パックは、上面が開口した箱状の樹脂
製パックケース１の内部に、円筒状の密閉形単電池２が
複数個（この実施の形態では20個の場合を例示）俵積み
状態に配列、つまり20個の単電池２が恰も俵積み状態に
積層したのちに立てた配列で収容されている。このパッ
クケース１の上端開口部は樹脂製の蓋板３で施蓋され、
さらに、パックケース１の一部外面に金属製の放熱部材
４が接合された構成になっている。

【００１３】20個の単電池２は、各６個をそれぞれ長手
方向に立てた状態で互いに密着させて一列に配列されて
なる二つの中央電池列Ｂ１，Ｂ２と、各４個をそれぞれ
長手方向に立てた状態で互いに密着させて一列に配列さ
れてなり、且つ各中央電池列Ｂ１，Ｂ２の両側部に配さ
れた二つの側部電池列Ｂ３，Ｂ４とに分けて配置されて
いる。

【００１４】図２は蓋板３を除外した状態の一部破断し
た平面図、図３は図２のＡ−Ａ線断面図、図４（ａ）は
図２のＢ−Ｂ線断面図、同図（ｂ）は（ａ）の要部の拡
大図をそれぞれ示す。両中央電池列Ｂ１，Ｂ２の間およ
び各中央電池列Ｂ１，Ｂ２とこれらに隣接する各側部電
池列Ｂ３，Ｂ４との各間には、図２および図４（ａ）に
明示するように、細長い矩形の平板状となった３枚の集
熱板７がそれぞれ介在されている。この集熱板７は、熱
伝導性に優れた金属、例えばアルミニウムまたは銅から
なる厚さが0.3 ｍｍ程度の薄板で形成されている。この
各集熱板７の両面には、隣接する電池列Ｂ１〜Ｂ４の各
単電池２がそれぞれ接触されている。これにより、各集
熱板７は、隣接する電池列Ｂ１〜Ｂ４の各単電池２によ
って両側から挟まれることにより、パックケース１内に
保持されている。

【００１５】上記集熱板７には、これの上端部を上辺に
沿って折り曲げることにより、短冊状の集熱片７ａが形
成されており、この各集熱片７ａの上面には、帯状のヒ
ートパイプ８が載置されている。このヒートパイプ８
は、この実施の形態において断面形状が矩形状の開口を
有する管体となったものを例示している。ヒートパイプ
８は、周知のように、管内壁にウイック構造を有する金
属パイプの内部を真空にするとともに、その金属パイプ
の内部に作動液として少量の純水を密封した伝熱素子で
ある。

【００１６】上記ヒートパイプ８は、その一端側の加熱
部８ａが加熱されると、その加熱部８ａの作動液が蒸発
するときの蒸発熱によって熱を吸収したのちに、蒸気流
となって低温部である放熱部８ｂに向け高速移動したの
ちに、蒸気流が放熱部８ｂの管内壁に接触して冷却され
ることによって凝縮し、そのとき、凝縮潜熱による熱放
出を行い、その凝縮液が毛細管現象または重力によって
加熱部８ａに戻るというサイクルを繰り返して、熱を連
続的に極めて効率良く移送して放熱できるものである。

【００１７】上記各ヒートパイプ８の加熱部８ａとこれ
が上面に載置された集熱片７ａとは、図４（ｂ）に明示
するように、熱伝導性に優れたアルミニウムからなるラ
ミネートシート９で覆われて互いに密着状態に保持さ
れ、良好な伝熱性で確実に結合されている。各ヒートパ
イプ８の放熱側の端部近傍箇所は、図２に明示するよう
に、パックケース１に形成された導出用溝１ａを挿通し
てパックケース１の外部に導き出されるとともに、放熱
側端部に加熱部８ａに対し直交方向に屈曲配設された放
熱部８ｂが、放熱部材４におけるパックケース１との接
合面に形成された取付用受溝４ａに圧入状態に嵌め込ま
れている。ヒートパイプ８は、パックケース１が蓋板３
で施蓋されることにより、蓋板３とパックケース１の導
出用溝１ａとで囲まれる取付孔内に確実に固定される。

【００１８】この電池パックでは、俵積み状態に立てて
配列されている20個の単電池２の全てが何れかの集熱板
７に接触されているので、各集熱板７が全ての各単電池
２からの発熱を万遍なく均等に集熱する。また、集熱板
７は、熱伝導性に優れたアルミニウムまたは銅などの薄
板で形成されているので、単電池２の発熱を効率的に集
熱することができる。

【００１９】上記集熱板７は、図４（ａ）に明示するよ
うに、単電池２の長さよりも僅かに大きな幅（配置状態
における高さ）を有する矩形状になっているので、パッ
クケース１の高さは集熱板７が無い場合に比較して殆ど
増大しない。また、集熱板７は厚さが0.3 ｍｍ程度の薄
板であるから、パックケース１の容積が増大することも
なく、電池パック自体の大型化を招かない。

【００２０】３枚の各集熱板７に集熱された熱は、これ
らの集熱片７ａからヒートパイプ８の加熱部８ａに伝導
される。このとき、集熱板７の集熱片７ａとヒートパイ
プ８の加熱部８ａとは、熱伝導性に優れたアルミニウム
からなるラミネートシート９により覆われて互いに密着
状態に保持されて、熱的に確実に結合されているから、
集熱板７で集熱された熱は、これの集熱片７ａからヒー
トパイプ８の加熱部８ａに対し極めて効率良く伝導され
る。加熱部８ａに伝導された熱は、放熱部８ｂに向けて
潜熱の状態で迅速に熱伝導される。

【００２１】上記ヒートパイプ８は、一般の固体熱伝導
に比較して重量当たりの伝熱量が１桁以上大きいので、
集熱板７の集熱片７ａから加熱部８ａに伝導された熱を
放熱部８ｂに向けて極めて高速に移送したのちに、放熱
部８ｂから放熱部材４に対し熱伝導する。金属製の放熱
部材４は、アルミニウムまたは銅などの熱伝導性の良い
金属を素材として形成されているので、ヒートシンクと
しての機能を有するものである。

【００２２】また、ヒートパイプ８は、加熱部８ａに対
し放熱部８ｂが直交方向に屈曲形成されたＬ字形状を有
していることにより、放熱部８ｂの放熱部材４に対する
接触面積の増大が図られている。さらに、ヒートパイプ
８の放熱部８ｂは、図２の一部破断部分に明示するよう
に、放熱部材４の取付用受溝４ａに圧入されて隙間無く
密着状態に嵌まり込んでいる。これらの構成により、加
熱部８ａから高速移送されてきた潜熱が放熱部８ｂから
放熱部材４に効率良く伝熱され、放熱部材４から外部に
放熱される。なお、図示していないが、取付用受溝４ａ
は、その開口端部に、ヒートパイプ８の放熱部８ｂを自
身の溝底部に円滑に導き入れるためのテーパーが形成さ
れている。

【００２３】このように、上記電池パックでは、各単電
池２からの発熱が効率良く外部に放熱されるので、各単
電池２を連続して充放電することが可能となり、また、
電池パック内部の各単電池２間に温度差が生じないよう
に均等に集熱されるので、各単電池２の各々の電池機能
が均質化され、各単電池２の充放電サイクルの特性が損
なわれることがなく、電池パック自体が常に高機能状態
に維持される。

【００２４】上記実施の形態では、便宜上、図示を省略
しているが、ヒートパイプ８の放熱部８ｂは、熱伝導性
に優れ、且つ高い電気絶縁性を有するシリコンが塗着さ
れた状態で取付用受溝４ａに嵌め込まれている。これに
より、この電池パックでは、ヒートパイプ８の放熱部８
ｂから放熱部材４への熱伝導が一層効率的に行われると
ともに、単電池２からヒートパイプ８を通じて放熱部材
４に漏電することが確実に防止される。また、集熱板７
の集熱片７ａとヒートパイプ８の加熱部８ａとの間には
伝熱グリスが塗布されており、これにより、集熱板７か
らヒートパイプ８への伝熱性の一層の向上を図ることが
できる。

【００２５】なお、集熱板７は、アルミニウム薄板の両
面に粘着層を形成してなるアルミニウムラミネートシー
トに形成することもできる。このような集熱板７では、
両面に各単電池２が粘着層によって接着固定されるの
で、各単電池２から集熱板７への高効率の熱伝導を長期
間にわたり確実に維持することができる。

【００２６】また、上記実施の形態では、集熱板７を薄
い平板状としたが、両側に配置された各単電池２の一部
を交互に嵌まり込ませることのできる波板状に金属薄板
を形成して、これを集熱板として用いれば、集熱板と単
電池２との接触面積が増大して、単電池２から集熱板へ
の熱伝導効率が一層向上する。さらに、各ヒートパイプ
８は、各々の加熱部８ａの放熱側一端部が単一の放熱部
に連通状態に互いに連結された一体物としてもよい。

【００２７】

【発明の効果】以上のように本発明の電池パックによれ
ば、複数個の単電池の全てが何れかの集熱板に接触され
ている構成としたので、各集熱板が全ての各単電池から
の発熱を万遍なく均等に集熱し、その集熱した発熱が、
ラミネートシートにより熱的に確実に結合された集熱板
の集熱片からヒートパイプの加熱部に極めて効率良く伝
熱され、さらに、ヒートパイプの加熱部から放熱部に向
けて潜熱の形で迅速に導かれたのちに、放熱部材から外
部に放出される。そのため、この電池パックでは、各単
電池からの発熱が効率良く外部に放出されるので、各単
電池を連続して充放電することが可能となり、また、各
単電池間に温度差が生じないように均等に集熱されるの
で、各単電池の各々の電池機能が均質化され、各単電池
の充放電サイクルの特性が損なわれることがなく、電池
パック自体が常に高機能状態に維持される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態に係る電池パックを示す
分解斜視図。

【図２】同上の電池パックの蓋板を除外した状態の一部
破断した平面図。

【図３】図２のＡ−Ａ線断面図。

【図４】（ａ）は図２のＢ−Ｂ線断面図、（ｂ）は
（ａ）の要部の拡大図。

【符号の説明】

１パックケース２単電池４放熱部材４ａ取付用受溝７集熱板７ａ集熱片８ヒートパイプ８ａ加熱部８ｂ放熱部９ラミネートシートＢ１〜Ｂ４電池列

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の電池列に配列された複数個の単電
池と、熱伝導性に優れた金属薄板からなり、隣接する二つの前
記電池列の間に介在して両面に前記電池列の前記各単電
池が接触された集熱板と、前記集熱板の一端部を折曲して形成された集熱片に自身
の加熱部を接触させた配置で設けられたヒートパイプ
と、熱伝導性に優れた素材からなり、前記集熱片と前記加熱
部とをこれらの周囲を覆うように被せられて互いに密着
状態に保持するラミネートシートと、前記単電池、前記集熱板および前記ヒートパイプが収容
されたパックケースと、前記パックケースの一部外面に接合されて、前記パック
ケースとの接合面に凹状に設けられた取付用受溝に前記
ヒートパイプの放熱部が嵌め込まれた放熱部材とを備え
て構成されていることを特徴とする電池パック。
【請求項２】ヒートパイプは、加熱部に対し放熱部が
直交方向に配置するＬ字状に形成されている請求項１に
記載の電池パック。
【請求項３】ヒートパイプの放熱部が、シリコンを塗
布されて放熱部材の取付用受溝に嵌め込まれている請求
項１または２に記載の電池パック。