JP2005317456A - パック電池 - Google Patents

Abstract

【課題】ケース内部で発生される熱を効率よく外部に放熱でき、信頼性を高めたパック電池を提供する
【解決手段】パック電池は、複数の電池と、複数の電池の端面を固定して電池同士を略平行状態に保持するリード板と、隣接する電池同士の間を区画する絶縁性を有するスペーサとを備える電池ブロックと、電池ブロックの一面に配置され、電池と配線される電子回路を実装した基板と、電池ブロックおよび基板を収納する収納ケースとを有する。このパック電池は、リード板が一部を突出させたリード突出部を形成し、リード突出部でもって放熱を行うよう構成している。これによって、電池の発熱を放熱するためのリード突出部を、パック電池に内蔵される電池群の中間電位検出用の端子に兼用することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、主として大電流の放電に適しているパック電池に関し、特に複数の電池を並列と直列に接続しているパック電池に関する。

パック電池は、並列に接続する電池の個数を多くして出力電流を大きくでき、また、直列に接続する電池の個数多くして出力電圧を高くできる。この構造のパック電池は、多数の電池を内蔵するので、各々の電池を能率よく接続できる構造とすることが大切である。このことを実現するパック電池として、独特の構造のリード板で電池を接続するパック電池が開発されている（例えば特許文献１参照）。また、大出力が要求される用途、例えば自転車、工具、自動車等に使用されるパック電池においても、複数の電池を並列に接続し、さらに、これを直列に接続して出力を大きくする構造がとることができる。

本出願人は、このような用途に好適なパック電池として、内部に収納される電池を確実に保護して防水性を高めたパック電池を先に開発した（特願２００４−４８２０号）。一方でこのようなパック電池は、大電流で使用すると電池の発熱量も大きくなるため、何らかの放熱対策が必要となる。特に近年の大出力の要求に伴い、電池の電流量も大きくなる傾向にあるため、これに応じた放熱特性の向上が求められている。このことは、電池の保護のためケース内部にインナーケースを使用しているパック電池では、熱が内部にこもりやすくなるため、特に重要となる。ケース内部に複数の電池が密接して配置される構造では、熱を外部に放出することが難しい。また一方で、パック電池は電池の充放電を行う充放電回路等の駆動回路を備えた回路基板も内蔵している。このような回路基板も、大電流に対応したパワー系の素子を使用しているため、相当量発熱する。このため、電池のみならずその駆動回路の放熱対策も考慮する必要があり、大電流の使用下においても十分な放熱特性を維持できる信頼性の高い放熱構造が求められていた。
特開平１０−３０８２０５号公報

本発明は、従来のこのような問題点を解決するためになされたものである。本発明の主な目的は、ケース内部で発生される熱を効率よく外部に放熱でき、信頼性を高めたパック電池を提供することにある。

上記の目的を達成するために、本発明のパック電池は、複数の電池と、複数の電池の端面を固定して電池同士を略平行状態に保持するリード板と、隣接する電池同士の間を区画する絶縁性を有するスペーサとを備える電池ブロックと、電池ブロックの一面に配置され、電池と配線される電子回路を実装した基板と、電池ブロックおよび基板を収納する収納ケースとを有する。このパック電池は、リード板が一部を突出させたリード突出部を形成し、リード突出部でもって放熱を行うよう構成している。これによって、電池の発熱を放熱するためのリード突出部を、パック電池に内蔵される電池群の中間電位検出用の端子に兼用することができる。

また、本発明の他のパック電池は、リード板は電池の端面を固定する平面に対して略垂直に折曲されたリード折曲部を複数備える。これにより、複数のリード折曲部が設けてリード板を立体的に構成して表面積を増加させ、リード板の放熱性を改善できる利点が得られる。

さらに、本発明の他のパック電池は、リード突出部が一対のリード折曲部を備える。これによって、電池からリード板に伝達された熱は、リード突出部から効率よく放熱される。

さらにまた、本発明の他のパック電池は、リード折曲部がスペーサと略同一面となるように折曲されており、かつスペーサがリード折曲部に面するよう突出され、スペーサとリード折曲部とを接触させている。これによって、隣接するリード板のリード折曲部同士が接触して短絡しないようスペーサで確実に絶縁され、さらにリード折曲部をスペーサに接触させることで熱伝導し、電池の発熱を効率よく放熱できる。

さらにまた、本発明の他のパック電池は、基板が、電池ブロックの一面であって、リード板から突出されるリード突出部の突出方向と逆向きに配置される。これにより、基板で発生される熱と電池で発生される熱の放熱経路を、別方向に分離することができ、熱を拡散させ易くして放熱性を向上させる。

さらにまた、本発明の他のパック電池は、リード板のリード突出部にリード線が固定され、リード線を介して基板とリード板が電気的に接続されている。これにより、対向する面に配置されたリード突出部と基板とをリード線を介して電気接続でき、かつリード突出部に固定されたリード線からの放熱効果も得られる。

さらにまた、本発明の他のパック電池は、収納ケースに電池ブロックを挿入した状態で、リード突出部が収納ケースから突出するよう、収納ケースの一部にリード用スリットを形成し、かつリード用スリットの周囲を囲むように、リード突出部の突出する方向と略並行な方向に直立する封止用リブを形成し、さらに封止用リブの高さがリード用スリットにリード突出部を挿入した状態で、リード突出部の上端よりも高くなるよう構成され、かつリード突出部にリード線を接続した状態で封止用リブに封止材としてシリコン系樹脂を充填して固定する。これにより、シリコン系樹脂で充填されてリード板およびリード線が確実に固定されると共に、熱伝導性に優れたシリコン系樹脂により放熱性が高められる。

さらにまた、本発明の他のパック電池は、封止用シリコン系樹脂がアルミナを含む。これにより、アルミナを含有するシリコン系樹脂は熱伝導に優れるため、シリコン系樹脂による放熱性を改善できる。

さらにまた、本発明の他のパック電池は、スペーサが電池ブロックの少なくとも一方の端面で突出されており、隣接するリード板同士を絶縁している。これにより、電池同士を絶縁するスペーサでリード板同士の絶縁も兼用することができる。

本発明のパック電池は、内蔵する電池が発生する熱をリード板に熱伝導し、確実に放熱できるという優れた利点が得られる。特に本発明では、リード板からリード突出部を突出させることにより、このリード突出部によって効果的に放熱を行うことができ、さらにリード突出部を電池群の中間電位検出用の端子に兼用することで、構造を簡略化してコストを安価に抑えることができる。また、熱伝導性に優れたシリコン系樹脂で充填することにより、さらに放熱性を高めることもできる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施の形態は、本発明の技術思想を具体化するためのパック電池を例示するものであって、本発明はパック電池を以下のものに特定しない。

また、本明細書は特許請求の範囲に示される部材を、実施の形態の部材に特定するものでは決してない。特に実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。さらに以下の説明において、同一の名称、符号については同一もしくは同質の部材を示しており、詳細説明を適宜省略する。さらに、本発明を構成する各要素は、複数の要素を同一の部材で構成して一の部材で複数の要素を兼用する態様としてもよいし、逆に一の部材の機能を複数の部材で分担して実現することもできる。
［外装ケース１００］

図１に本発明の一実施の形態に係るパック電池の外形を、図２に断面図をそれぞれ示す。これらの図に示すパック電池は、内部に複数の電池を内蔵し、外部を外装ケース１００で覆っている。外装ケース１００は、ＡＢＳ樹脂などで成型されており、２以上の部材に分割されてネジ止めや嵌め込み式などの連結方法により固定される。外装ケース１００は、パック電池の用途や目的、使用状況に応じた様々な形状に設計できる。図１に示す外装ケース１００は、上外装ケース１０１と下外装ケース１０２に分割されている。また、上部に取手１０３を一体成型して持ち運びを容易にしている。さらに図１に示す下外装ケース１０２は、上外装ケース１０１を連結するために、外周面に沿って連結リブ１０４を設けている。また上外装ケース１０１の外周にも同様に連結リブ１０４を設けており、互いの連結リブ同士を連結して、上外装ケース１０１と下外装ケース１０２とを連結する。さらに、この状態でネジ止めして外装ケースが固定される。

外装ケース１００の内部には、複数の電池が収納されている。電池の固定方法を、図３〜図５に示す。これらの図に示すように、各電池２１０は円筒型であり、複数本を同一方向に並べ、オフセット状に重ねて積み上げた電池ブロック２００を構成している。電池２１０をオフセット状に配置することで、円筒形の電池２１０を効率よく多数並べて配置できる。図３の例では、７本の電池２１０を２段に積層しており、７本の電池２１０をそれぞれ直列に接続して、さらにこれらを並列に接続している。ただ、電池の使用数や配置、接続形態はこの例に限定されるものでない。例えば、電池をオフセット配置でなく碁盤目状に配置してもよい。
［電池２１０］

電池ブロック２００の電池２１０は、充電可能な二次電池である。図３のパック電池は、電池２１０を円筒型電池としている。ただ、電池２１０には角型電池や薄型電池も使用できる。本実施の形態においては、電池２１０として円筒型のリチウムイオン電池を使用する。リチウムイオン電池は、複数個を並列に接続して、これを直列に接続するパック電池の二次電池として適している。それは、複数のリチウムイオン電池を並列に接続して、内部抵抗を小さくして出力電流を大きくできるからである。また、リチウムイオン電池は、充電容量も大きいので、大電流を必要とする用途の場合でも、容量不足を招かずに十分な使用時間を確保できる。ただし、本発明のパック電池は電池をリチウムイオン電池に特定せず、ニッケル−水素電池やニッケル−カドミウム電池等の二次電池も使用できる。

［スペーサ２２０］
図３に示すように、電池と電池の間にはスペーサ２２０が配置される。スペーサ２２０は、図４に示すように断面がハニカム状となるような構造としており、円筒形の電池２１０の側面を保持するように開口した電池保持部２２２を形成している。電池保持部２２２は、円筒型電池２１０の湾曲面を確実に保持できるように、断面が略六角形状のハニカム型や円形状とする。また、スペーサ２２０に弾性変形する部材を使用すれば、電池２１０の湾曲面を挟着して確実に保持できる。あるいはスペーサ表面は必ずしも平面状とする必要はなく、表面を凹凸形状としてもよい。図４のスペーサ２２０は、７つの電池保持部２２２をオフセットさせて２段に形成しており、それぞれ電池保持部２２２に電池２１０を挿入することで図３のような電池ブロック２００を構成する。スペーサ２２０は絶縁性部材で構成され、例えば硬質あるいは軟質のプラスチックを一体成型して形成される。スペーサ２２０は電池保持部２２２を区画することによって複数の電池を正確に位置決めしながら配列でき、かつ各電池２１０を各々独立して分離させることができる。スペーサがない状態で電池を複数接近させると電池同士の摩擦や、電池の発熱によって他の電池が影響を受ける問題がある。例えば、一の電池が短絡するなどして異常に発熱した場合、その熱によって隣接する電池も損傷を受けることがあった。図４のスペーサ２２０で各電池２１０を隔離することによりこれらの影響を低減できる。尚、スペーサ２２０の一部または全部に、金属等の熱伝導性の良好な部材を用いた場合は、発熱した電池の放熱を促進して、電池の寿命低下を防ぐこともできる。ただ、スペーサはハニカム状に限られず、平板状とすることもでき、複数の平板状スペーサを電池同士の間に各々挿入する構成としてもよい。

［リード板２４０］
さらに、各電池２１０の端面にはリード板２４０が固定される。リード板２４０は平面部分で複数の電池２１０の端面を覆い、電池２１０の端子同士を電気接続して直列、並列に電池２１０を接続する。リード板２４０は電気導電および熱伝導のよい材質が使用され、アルミニウムや銅、銀等の金属板が好適に使用できる。図３の例では、上下左右の４本の電池２１０の端子を接続するリード板２４０と、上下の２本の電池２１０の端子を接続するリード板２４０を使用している。これらのリード板２４０は、馬蹄形あるいはＵ字状のスリット２４１を形成して電池２１０の端子との間で確実に電気接続を得ている。馬蹄形のスリット２４１の内側を電池２１０の電極との溶着部として、電極に抵抗溶接でスポット溶接される。この構造のリード板２４０は、スリット２４１で分離された溶着部がリード板２４０に対して変形できるので、電池２１０の寸法誤差や衝撃による振動を吸収して、電池２１０がリード板２４０から外れる事態を効果的に阻止できる。ただ、溶着部は必ずしも馬蹄形のスリット２４１の内側とする必要はなく、Ｖ字状やコ字状のスリットを設けて、その内側を溶着部とすることもできる。さらにリード板２４０は、内側に溶着部を設けてなるスリット２４１の非開口部が、直列に接続される電池２１０の方向を向くように、すなわち互いに縦方向で対向する姿勢となるように複数のスリット２４１を開口している。この構造のリード板２４０は、直列に接続される電池列を最短距離で、いいかえるとスリットで分断することなく低抵抗に接続できる特長がある。
［リード突出部２４２］

またリード板２４０には一端にリード突出部２４２を突出させる。リード突出部２４２は、図２および図３の例ではリード板２４０の下方に突出させている。リード突出部２４２は、電池群の中間電位を測定するための端子を兼用しており、リード線を配線するための孔を形成している。このように、中間電位検出用の端子を大きめに形成することで、放熱板の機能を兼用させることができ、部品点数を減らして構成を簡素化できる。
［リード折曲部２４４］

さらにリード突出部２４２の放熱性を高めるため、その両端にリード折曲部２４４を設けている。リード折曲部２４４はリード突出部２４２の先端をＴ字状に形成し、これをほぼ垂直に折曲することで形成される。このようにリード板２４０の平面から垂直に折曲されたリード折曲部２４４によって、表面積を広くし、かつ立体的に構成して、放熱性を向上させることができる。またリード突出部２４２およびリード折曲部２４４は、リード板２４０と一体成型される。

このリード突出部２４２は、図５に示すように電池ブロック２００を下インナーケース４０２に挿入する際、下外装ケース１０２に形成されたリード用スリット４１０に挿入される。下インナーケース４０２にはリード突出部２４２が位置する部位に予めリード突出部２４２が挿入できる大きさのリード用スリット４１０を開口している。またリード用スリット４１０にリード突出部２４２を挿入させる際は、リード折曲部２４４を折曲させず、挿入後にリード折曲部２４４を折曲させる。このようにリード用スリット４１０にリード突出部２４２を挿入することで電池ブロック２００が下インナーケース４０２に位置決めされ、またリード折曲部２４４を折曲させて抜けないように保持される。

リード突出部２４２をリード用スリット４１０に挿入すると、リード突出部２４２は下インナーケース４０２を貫通してインナーケース４００の外部に突出する。この状態で、リード突出部２４２に開口された配線用の孔にリード線５００の一端が配線される。リード線５００の他端は、後述する回路基板６００に配線される。このように、各リード板２４０に配線を行うのは、電池２１０の端子電圧を測定するためである。特にリチウムイオン電池２１０を使用する場合は、電池２１０を保護するために電池電圧を検出して、電池群の中間電位として電池ブロックの両端電圧をモニタする必要がある。このため、各リード板２４０の電圧を検出して、所定の電池ブロックの端子電圧をモニタできる。
［封止用リブ４１２］

またリード用スリット４１０の周囲には、図６に示すように封止用リブ４１２が設けられている。図６はインナーケース４００の底面を示す斜視図である。この図に示すように、リード用スリット４１０の周囲を囲むように、リード突出部２４２の突出する方向と略並行な方向に直立する封止用リブ４１２が形成される。封止用リブ４１２は、リード突出部２４２にリード線５００を配線した状態で封止するための区画を形成している。
［封止材３００］

封止は、シリコン系樹脂などの封止材３００を封止用リブ４１２で囲まれた領域に注入して行われる。これによりリード板２４０とリード線５００が確実に電気接続された状態で固定され、かつ放熱性を持たせると共に防水も図られる。充填材としてシリコン系樹脂を使用すると、熱伝導性に優れており、封止用リブ４１２で囲まれた領域に放熱性を持たせることができる。特に封止用シリコン系樹脂にアルミナを含有させると、シリコン系樹脂の熱伝導性がさらに改善されるため、好適に使用できる。

封止用リブ４１２は下外装ケース１０２の表面に一体成型により設けられる。図６に示すように、封止用リブ４１２は下外装ケース１０２の側面から延長されるように、側面と同一平面で形成されており、さらにＵ字状にリード線保持部４１４を形成している。これにより、リード線５００を折曲させることなく回路基板６００から直線状に引き出し、さらにリード保持部でリード線５００を挟着して保持し、配線を安定して行える。また封止用リブ４１２の高さは、全周にわたって均一とせず、一部の壁面のみを高く形成してもよい。特に、インナーケース４００の側面側に面した封止用リブ４１２は、リード用スリット４１０にリード突出部２４２を挿入した状態でリード突出部２４２の上端よりも高くなるよう設計される。これによって、突出するリード突出部２４２が金属などの導電性部材に接触してショートすることが防止される。特に、封止後にリード突出部２４２の一部が露出しないので、この部分でのショートの恐れを回避できる。また、封止前の状態でも導電性のリード突出部２４２が突出しないので、超音波溶着の際等に金属板に接触してもショートし難くできる。
［感熱素子］

さらに感熱素子も、上記のリード突出部２４２と同様の方法で固定される。感熱素子は電池２１０の温度を検出して電池保護の制御を行うために利用される。感熱素子としてはサーミスタや熱電対、ＰＴＣ素子など温度に応じて電気特性を変化させる素子が利用できる。図３の例では感熱素子としてサーミスタを使用している。サーミスタである感熱素子は図３に示すように、電池２１０の谷間に位置することで、一個の感熱素子で２個の電池の温度を測定することができ、また谷間のスペースを利用して感熱素子の配置スペースを稼ぐことができる。感熱素子は感熱素子ホルダ２５０に固定されており、電池２１０の谷間に感熱素子ホルダ２５０を固定できるよう、スペーサ２２０には感熱素子ホルダ用切り欠き２２４を形成している。感熱素子ホルダ２５０で感熱素子を電池ブロック２００に固定した状態で、電池２１０の側面部分を貼付するように両面テープなどの固定テープ２６０で電池ブロック２００の周囲を捲回して、電池ブロック２００を固定する。これにより、電池２１０がスペーサ２２０から脱離しないよう確実に固定される。
［感熱素子用リード板２５１］

また感熱素子ホルダ２５０には、感熱素子の端子接続用に一部を突出させた感熱素子用リード板２５１を固定している。感熱素子用リード板２５１は、リード突出部２４２と同じ方向に突出させており、リード用スリット４１０と同様にインナーケース４００に開口された感熱素子リード用スリット４２０に挿入される。感熱素子リード用スリット４２０の周囲にも同様に感熱素子リード封止用リブ４２２が形成されている。感熱素子リード用スリット４２０に感熱素子用リード板２５１を挿入した状態で、感熱素子用リード板２５１に形成された孔にリード線５００の一端を配線し、他端を回路基板６００の感熱素子用回路と配線される。また、感熱素子用リード板２５１が配線された状態で、上記と同様の封止を行い防水とショートなどから保護する。また感熱素子リード封止用リブ４２２を構成する側面側の高さは、感熱素子リード用スリット４２０に感熱素子用リード突出部２５２を挿入した状態で、感熱素子用リード突出部２５２の上端よりも高くなるよう設計される。これによって、封止後に感熱素子用リード突出部２５２の一部が露出することが防止され、感熱素子のショートが防止される。
［インナーケース４００］

以上のようにして構成された電池ブロック２００は、インナーケース４００に挿入されて固定される。インナーケース４００は上下に分割された構成であり、図６に示すように開口部を有する箱状の下インナーケース４０２と、蓋状の上インナーケース４０１で構成される。図５に示すように内部に組立済みの電池ブロック２００を上方を開口した下インナーケース４０２挿入した後、上インナーケース４０１で開口部を閉塞して超音波溶着などの熱溶着や接着により、この部分で気密に固定される。インナーケース４００は、絶縁材を成形して製作される。インナーケース４００を成形する絶縁材は、超音波溶着できるプラスチック、すなわち熱可塑性のプラスチックである。またインナーケース４００は、好ましくは透光性の部材とする。透光性の部材としては、ポリカーボネート樹脂が好適に利用できる。ポリカーボネート樹脂は耐熱性に優れており、また電解液に溶解しないので、リチウムイオン電池の保護に適している。透光性のインナーケースを使用することで、インナーケース内部の状態が外部から視認できるので、電池の不具合や組立上の問題などが目視で発見しやすくなり、電池の信頼性を高められる。一方、外装ケース１００等は安価なＡＢＳ樹脂などで構成でき、パック電池の製造コストを低減できる。

なお、上記の例ではインナーケースを使用する例について説明したが、インナーケースを使用せず、外装ケースに直接電池ブロックを収納する構成としてもよい。請求項における収納ケースは、インナーケースまたは外装ケースに対応する。また、上記の例では電池をオフセット状に配置する場合を説明したが、本発明はこの配置に限られず、電池を碁盤目状に配置してもよい。図７に本発明の他の実施の形態に係るパック電池のリード板２４０Ｂの斜視図を示す。この配置例は、円筒型電池の他、角形電池などの場合に好適に利用できる。また、図７において奥側に配置されるリード板２４０Ｂは、手前側のリード板２４０Ｂとオフセット状に配置することにより、上下に隣接する電池を２本並列に接続すると共に、左右に隣接する電池を直列に接続している。図７の例では、リード突出部２４２Ｂの説明のため、リード突出部２４２Ｂを上方に突出させる姿勢でのリード板２４０Ｂの斜視図を示している。この図に示すリード板２４０Ｂは、略正方形状の平板状に形成されたリード板本体２４３の略中心から上方に向かって、リード突出部２４２Ｂを一体成形し、さらにリード突出部２４２Ｂの両側面にリード折曲部２４４Ｂを一体成形で形成し、かつ略垂直に折曲され、外部に向かって突出させている。またリード板本体２４３には電池の端面と固定される位置に、スポット溶接用に穴が各々形成されており、さらにリード突出部２４２Ｂにはリード線との配線用に穴が形成されている。このように、大きめのリード突出部２４２Ｂを形成し、かつリード折曲部２４４Ｂを形成して表面積を稼ぐことで放熱特性を高めている。

さらに、リード板本体２４３の側面には、別のリード折曲部２４４Ｃが形成されている。このリード折曲部２４４Ｃは、リード突出部２４２Ｂのリード折曲部２４４Ｂと同様に表面積を大きくして放熱特性を高める他、スペーサ２２０Ｂと接触させてスペーサ２２０Ｂとの間で熱伝導を生じさせる効果も得られる。図７に示すスペーサ２２０Ｂは平板状に形成されており、各電池の間に挿入されて電池間を絶縁する。さらにスペーサ２２０Ｂは、電池ブロックの一方の端面に突出されて隣接するリード板２４０Ｂ同士の間に挿入される。これにより、隣接するリード板２４０Ｂ同士がスペーサ２２０Ｂで確実に絶縁され、導通を防止して安全性を高める。このように電池同士を絶縁するスペーサ２２０Ｂを、リード板２４０Ｂ同士の絶縁にも併用できる利点が得られる。電池ブロックの間から突出されるスペーサ２２０Ｂは、リード板本体２４３側面のリード折曲部２４４Ｃと熱伝導可能な状態に接触される。

スペーサ２２０Ｂは電池間に挿入させて両面を電池の側面と接触させることで、電池の発熱をスペーサ２２０Ｂに熱伝導させる。このスペーサ２２０Ｂに伝導された熱を、リード板本体２４３側面のリード折曲部２４４Ｃに熱伝導することで、電池で発生された熱をリード板２４０Ｂから効果的に放熱できる。特にパック電池に内蔵される複数の電池は、電池同士が隣接して配置されるため構造上熱が内部に籠もりやすくなる。これに対して、電池同士の間に挿入されたスペーサ２２０Ｂで熱を電池の端面側に伝導して、端面に配置されたスペーサ２２０Ｂで放熱することで、電池端面のスペーサ２２０Ｂと接触する面のみならず、電池側面からも熱伝導経路が形成されるため、効率よく放熱を図ることができる利点が得られる。また必要に応じて、ヒートシンクなどの放熱部材をリード板に熱伝導状態に接続して、さらに放熱性を高めることも可能であることはいうまでもない。

さらにまた、リード板で電池の発熱を放熱する構造に加えて、回路基板で発生される熱と放熱経路を分離させるように配置することで、さらに放熱特性を高めることもできる。このことを実現する構造を図８に基づいて説明する。電池２１０の駆動回路を実装した回路基板６００Ｂは、パワー系の半導体素子等を備えるため、回路基板６００Ｂ自体も発熱する。このため、電池２１０で発生される熱と回路基板６００Ｂで発生される熱の双方を効率よくパック電池の外部に放出する構造が必要となる。このため本実施の形態では、電池ブロックの一面、図８の例においては上面に回路基板６００Ｂを配置する一方、電池ブロックの端面に固定されたリード板２４０Ｂのリード突出部２４２Ｂを、回路基板６００Ｂの配置面とは逆側である下方に突出させることで、回路基板６００Ｂの放熱経路と電池２１０の放熱経路とを上下に分離している。すなわち、図８の矢印で示すように、上方に配置された回路基板６００Ｂは、概ねパック電池の上方に放熱され、一方下方にリード突出部２４２Ｂを突出させたリード板２４０Ｂは、電池２１０の発熱を概ねパック電池の下方に向かって放熱している。このように、回路基板６００Ｂと電池２１０という２つの熱源に対して、放熱経路が別々になるよう配置することで、これらの熱が相互作用して悪影響を及ぼす事態を回避し、放熱の促進を実現している。
［通気口４３０］

また図６に戻って、インナーケース４００には通気口４３０が開口されている。通気口４３０は、下インナーケース４０２の端面に形成された傾斜面４４０に開口される。傾斜面４４０に通気口４３０を形成することで、インナーケース４００を覆う外装ケース１００との距離を保ち、通気量を確保している。通気口４３０には、通気性及び防水性を有するシート４５０を内側から貼付して閉塞している。これにより、内圧の調整と防水性が維持される。インナーケース４００を密閉すると、内部の電池２１０から排出されるガスによってインナーケース内部が高圧になることがある。一方、インナーケース内部の電池を保護するために防水する必要がある。したがって、空気は通過しかつ水分は通過させないフィルタを介することによって、防水性と通気性を両立させ、内圧による膨張や収縮でインナーケース４００が変形する事態を防止し、同時に内部の電池２１０を水分から保護する。このような通気性および防水性を有するシート４５０には、ゴアテックス（登録商標）等が使用できる。
［リード線５００］

回路基板６００は、図６や図９に示すようにリード用スリット４１０等を開口した面と対向するインナーケース４００の反対面に固定される。回路基板６００は、リード線５００を介して対向面のリード板２４０と配線される。このとき、各リード線５００は互いに直交しないように、それぞれ直線状にリード板２４０と回路基板６００とを配線する。リード線５００は電池電圧が印加されているため、ショートが発生し難いような配慮が求められる。上述の通りリチウムイオン電池を多数直列に接続する場合、電池電圧のモニタのため複数のリード線を回路基板６００に接続する必要がある。各リード線には電池電圧が印加されているため、複数のリード線で配線される状況でリード線を引き回すとショートのおそれがある。そこで本実施の形態では、リード線同士が直交しないように、リード線５００がムカデの足状に延びるように、すなわちほぼ同一の方向で、並行に近い方向に延長されるよう配置している。この状態でリード線５００が維持できるよう、上述した側面側の封止用リブ４１２に形成したリード線保持部４１４に加えて、図６に示すようにインナーケース４００の側面にもリード用リブ４６０を形成している。また回路基板上の端子も、該当するリード板２４０と配線し易いように、回路基板６００の端部に、それぞれのリード板２４０と対応する位置近傍に配置されるよう回路が設計される。このようなリード線５００による配線によって、ショートの恐れを低減している。コネクタによる接続であれば、電池電圧の印加された端子が接近して配置されるため、金属片がコネクタに挿入されるなど何らかの原因でショートすることが考えられるが、本実施の形態ではリード線による配線を行っているので、電池電圧の印加された端子や経路を離間させることができ、しかもショートの原因となるリード同士の接触も排除しており、高い安全性が確保される。
［回路基板６００］

電子部品などを実装し、電池の充電制御や保護回路などを構成したり、電池の残容量の演算回路を構成する回路基板６００は、基板ホルダ６１０に保持される。図９に、インナーケース４００上に回路基板６００を固定した状態の斜視図を示す。この図に示すように、基板ホルダ６１０は回路基板６００の周囲を囲むように基板ホルダ用リブ６１２を直立させている。一般に回路基板は厚さに対して薄く面積が広くなるため、強度的に弱くなるが、基板ホルダ６１０によって周囲を枠状に囲むことで、平面と直交する面に延長された基板ホルダ用リブ６１２で補強される効果が得られる。

回路基板６００は、電池ブロック２００と並行に配置され、リード線５００による配線を短くシンプルに行えるようにしている。回路基板６００に実装された保護回路は、電池の過充電や過放電を検出して電流を制御する回路、電池の過充電を検出して電流を遮断する回路等である。保護回路は、電池の過充電や過放電を検出するために、電池の電圧を検出する電圧検出回路（図示せず）を備える。電圧検出回路は、リード板２４０を介して電池ブロック２００の中間電位の電圧を検出し、検出した電圧から電池の過充電や過放電を検出する。さらに、回路基板は、図示しないが充放電用の出力端子に接続されている。パック電池は、充放電用の出力端子が電動機器に接続される状態で放電し、充放電用の出力端子が充電器に接続される状態で電池が充電される。
［ポッティング］

基板ホルダ６１０内で配線された回路基板６００は、図９に示すように樹脂６２０によるポッテングまたはコーティングにより防水加工される。回路基板６００のポッティング等により、回路基板６００の防水が図られるとともに、回路基板６００と配線されたリード線５００の分離を阻止し、ショートの恐れを回避する。ポッティングの材料には、ウレタン系樹脂、シリコン系樹脂、エポキシ系樹脂等の樹脂６２０が利用できる。ポッティングすることで、放熱性が改善される。何らコーティングなどを行わない状態では断熱性の高い空気に曝されることとなり、熱伝導性が悪いが、コーティングによって接触面積から放熱が行われるので、放熱性を改善してパック電池の信頼性も向上される。また上述の通りシリコン系樹脂は放熱性を向上できるため、ポッティング材料として好ましい。
［基板ホルダ６１０の固定］

回路基板６００を含む基板ホルダ６１０は、図９に示すようにインナーケース４００上に固定される。ここではネジ止めにより固定されるが、フックによる係止や接着などの方法も利用できることはいうまでもない。インナーケース４００上に基板ホルダ６１０を固定し、また表示基板７００を仮止めした状態で、図１０に示すようにインナーケース４００が外装ケース１００に挿入される。外装ケース１００は上下に分割された構造であり、内部にインナーケース４００を収納できる大きさ及び形状に設計される。図１０に示すように外装ケース１００の内部にはインナーケース保持用リブ１０６を突出させている。インナーケース保持用リブ１０６は上外装ケース１０１の内面から垂直に突出するよう、一体成型で設けられる。インナーケース保持用リブ１０６の先端をインナーケース４００に当接させることで、インナーケース４００は外装ケース１００内部で動かないよう確実に保持される。
［緩衝材８００］

さらに、インナーケース４００と外装ケース１００との間には、図１０に示すように緩衝材８００が配置される。緩衝材８００は、リード線５００を配線、固定した状態で、インナーケース４００の側面及び基板ホルダ６１０を設けない底面に固定される。これによってインナーケース４００と外装ケース１００の間に緩衝材８００を介在させることができ、外部の衝撃からインナーケース４００を保護する。インナーケース保持用リブ１０６は、インナーケース４００の外周を覆う緩衝材８００に先端を当接して、インナーケース４００を外装ケース１００の内部で挟着するように保持する。これによって、インナーケース４００は外装ケース１００内部でがたつくことなく確実に保持され、しかも緩衝材８００によって衝撃や振動から保護される。緩衝材８００はクッション性のよい弾性体が使用でき、シリコンゴムや発泡体等が利用できる。緩衝材８００は粘着テープなどでインナーケース４００の表面に貼付される。また、回路基板６００を収納する基板ホルダ６１０の面積はインナーケース４００の上面よりも小さくなるよう設計される。さらに基板ホルダ６１０がインナーケース４００の上面から突出しないように、インナーケース４００内に含まれる状態に位置決めされて固定される。これによって、インナーケース４００のみが外装ケース１００と接触して固定される。いいかえると、基板ホルダ６１０は外装ケース１００の内面と直接接触せず、インナーケース４００上に載置される状態となっている。これによって、外装ケース１００を落下させるなど強い衝撃が加えられても、衝撃が直接回路基板６００には伝達されず、緩衝材８００とインナーケース４００を介して伝搬されるため、回路基板６００に実装された電子部品やはんだ付けなどの電気接続部分が保護される。このように、インナーケース保持用リブ１０６と緩衝材８００でインナーケース４００を保持する構造によって、回路基板６００は衝撃や振動から保護され、この部分での信頼性が向上する。
［表示基板７００］

表示基板７００は、電池の残量表示などを行う表示部７０１を含んでおり、例えば液晶表示器やＬＥＤ表示器等の７セグメント表示器が使用される。表示基板７００は、外装ケース１００に開口された開口窓１０８を通じて表示部７０１を外部に表出させる。このため、表示部７０１は外装ケース１００に固定する必要がある。一方、表示部７０１を駆動させるために表示基板７００は回路基板６００と配線される必要がある。このため、従来の組み立て工程においては、表示基板から長めのリード線を回路基板と配線し、先に表示基板を外装ケースに固定した後、基板ホルダを含むインナーケースを外装ケースに収納していた。この方法では、インナーケースに固定された回路基板と表示基板とが配線された状態で、回路基板を外装ケースに固定する必要があり、リード線が邪魔になって作業しづらいという問題があった。また作業しやすくするためにリード線を長くすると、長いリード線が外装ケースの組立時に上外装ケースと下外装ケースの間に挟まれやすくなる。さらに、長いリード線を外装ケース内部に収納するスペースも問題となる。

そこでパック電池の組立方法では、まず表示基板７００をインナーケース４００上に仮止めし、インナーケース４００を外装ケース１００に挿入して外装ケース１００を閉鎖した後、外装ケース１００の外部からネジ止めなどにより表示基板７００を固定する方式とした。これによって、表示基板７００を外装ケース１００に固定するための位置決めが容易に行え、またリード線を長くする必要もなく、組み立て作業の効率が大きく改善される。

具体的には、インナーケース４００上に表示基板７００を仮止めするための仮止め機構としてボス４７０を設ける。図１１に示すように、ボス４７０は基板ホルダ６１０に隣接した位置に表示基板７００を配置するよう、２箇所で円筒状に突出するよう形成される。表示基板７００を回路基板６００と隣接させることにより、これらの間を配線するリード部も最短とすることができる。また表示基板７００には、ボス４７０が挿入できるボス孔７１０を底面に設け、かつ上外装ケース１０１の内面でネジ止めするための表示基板ネジ孔７２０を形成している。好ましくは、ボス孔７１０と表示基板ネジ孔７２０が一直線上となるように配置される。これによって、表示基板７００への孔の形成を同時に行える。なお、ボス孔７１０およびボス４７０にはネジを締結するネジ溝などの構造を設けない。これらは仮止めのための機構であって、実際に固定されるのは表示基板７００と外装ケース１００との間であり、ネジ溝などの固定機構は表示基板ネジ孔７２０に設けられる。さらに、上外装ケース１０１には、図１２に示すように上外装ケース１０１の裏側に位置する表示基板７００をネジ止めするためのネジ孔１０９が開口される。インナーケース４００上に形成されるボス４７０は、インナーケース４００を外装ケース１００に挿入後、外装ケース１００のネジ孔１０９と表示基板ネジ孔７２０が一致する位置に表示基板７００が決めされるよう設計される。ボス４７０を使って表示基板７００を位置決めすることにより、インナーケース４００を外装ケース１００に挿入後、ネジ孔１０９からネジ止めして表示基板７００が外装ケース１００に固定される。これにより、表示基板７００がインナーケース４００上に仮止めされた状態から、外装ケース１００に確実に固定される。その後、ネジ孔１０９を隠すように表示ラベル１１０をインナーケース４００に貼付する。これによって、ネジ孔１０９を防水でき、またネジが外部に表出させないことで不用意な分解を防止できる。表示ラベル１１０は、図１２のように開口窓１０８の部分を開口させた一枚のシールとする他、ネジ孔をそれぞれ閉塞する複数のシールとすることもできる。

以上のパック電池を組み立てる工程を、以下説明する。
（１）まず、図３に示す電池ブロックを構成する。スペーサ２２０の電池保持部２２２に各々電池２１０を挿入し、かつ電池２１０の端面にリード板２４０を固定する。リード板２４０はリード突出部２４２が同一方向となるように、電池２１０の左右に各々で配置される。図３の例では、上下左右２個ずつ、４個の電極端子を固定するリード板２４０を３枚と、上下２個の電極端子を固定するリード板２４０を１枚、電池２１０の両端に使用して、計１４個の電池２１０を７本直列接続し、かつこれら２つの並列接続を構成する。加えて、電池２１０の谷間に感熱素子を保持する感熱素子ホルダ２５０を固定する。感熱素子は、複数箇所に設けることが好ましく、例えば電池２１０の上列右側から２番目と３番目の間と、下列左側から２番目と３番目の間に設ける。また感熱素子用リード突出部２５２を、リード突出部２４２と同じ方向に突出させる。その後、電池ブロック２００の周囲を両面テープなどの固定テープ２６０で捲回し、表出している電池２１０の円筒側面がテープで接着されて電池２１０が固定される。

（２）この電池ブロック２００を、図５に示すように下インナーケース４０２に挿入する。なお、下インナーケース４０２には図６に示すように予め通気口４３０を内側から覆うようにシート４５０が固定されている。リード突出部２４２および感熱素子用リード突出部２５２が、それぞれ下インナーケース４０２に開口されたリード用スリット４１０、感熱素子リード用スリット４２０に挿入される。一方、下インナーケース４０２の開口部に電池ブロック２００を挿入後、上インナーケース４０１で開口部を閉塞し、超音波溶着で上下インナーケース４０２を溶着させ、この部分で気密に固定する。上インナーケース４０１の上面には、基板ホルダ６１０が載置され、ネジ止めにより固定される。図９に示すように基板ホルダ６１０は、予め電子部品などが実装されリード線５００が配線された基板を挿入して、ウレタン系樹脂でポッティングして防水処理された状態とされる。基板ホルダ６１０を上インナーケース４０１に固定した後、リード線５００を反対面のリード板２４０側に折り返す。このとき、複数のリード線５００が互いに交差しないように下方に折り返され、リード用リブ４６０で保持される。そして各リード板２４０にリード線５００を配線し、図６に示すようにシリコンで突出部が埋設されるように封止する。

（３）また図１１に示すように、インナーケース４００の上面に表示基板７００を仮止めする。インナーケース４００のボス４７０に表示基板７００のボス孔７１０を挿入して、表示基板７００がインナーケース４００上に位置決めされて保持される。この状態で、インナーケース４００を外装ケース１００に挿入し、上外装ケース１０１と下外装ケース１０２を図１０に示す左右の係止部で係止した後、ネジ止めで固定する。最後に、図１２に示すように上外装ケース１０１のネジ孔１０９からネジを挿入して、表示基板７００を上外装ケース１０１に固定し、その後表示ラベル１１０をネジ孔１０９を覆うように貼付する。これによって、パック電池は組み立てられる。

本発明のパック電池は、自転車、工具、自動車等、複数の電池を並列に接続し、かつこれらを直列に接続して出力を大きくしたパック電池に好適に適用できる。

本発明の一実施の形態に係るパック電池の外形を示す斜視図である。 図１のパック電池を示す断面図である。 図２のパック電池に内蔵される電池ブロックを示す斜視図である。 電池ブロックに使用されるスペーサを示す斜視図である。 電池ブロックを外装ケースに挿入する状態を示す斜視図である。 インナーケースを底面から見た斜視図である。 本発明の他の実施の形態に係るパック電池に使用されるリード板を示す斜視図である。 本発明の実施の形態に係るパック電池における放熱経路を示すイメージ図である。 インナーケース上に回路基板を固定した状態を示す斜視図である。 インナーケースを外装ケースに挿入する状態を示す斜視図である。 インナーケースの上面に表示基板を仮止めする状態を示す斜視図である。 外装ケースの外側から表示基板を固定する状態を示す斜視図である。

符号の説明

１００…外装ケース
１０１…上外装ケース
１０２…下外装ケース
１０３…取手
１０４…連結リブ
１０６…インナーケース保持用リブ
１０８…開口窓
１０９…ネジ孔
１１０…表示ラベル
２００…電池ブロック
２１０…電池
２２０、２２０Ｂ…スペーサ
２２２…電池保持部
２２４…感熱素子ホルダ用切り欠き
２４０、２４０Ｂ…リード板
２４１…スリット
２４２、２４２Ｂ…リード突出部
２４３…リード板本体
２４４、２４４Ｂ、２４４Ｃ…リード折曲部
２５０…感熱素子ホルダ
２５１…感熱素子用リード板
２５２…感熱素子用リード突出部
２６０…固定テープ
３００…封止材
４００…インナーケース
４０１…上インナーケース
４０２…下インナーケース
４１０…リード用スリット
４１２…封止用リブ
４１４…リード線保持部
４２０…感熱素子リード用スリット
４２２…感熱素子リード封止用リブ
４３０…通気口
４４０…傾斜面
４５０…シート
４６０…リード用リブ
４７０…ボス
５００…リード線
６００、６００Ｂ…回路基板
６１０…基板ホルダ
６１２…基板ホルダ用リブ
６２０…樹脂
７００…表示基板
７０１…表示部
７１０…ボス孔
７２０…表示基板ネジ孔
８００…緩衝材

Claims (9)

1. 複数の電池と、
   前記複数の電池の端面を固定して電池同士を略平行状態に保持するリード板と、
   隣接する電池同士の間を区画する絶縁性を有するスペーサと、
   を備える電池ブロックと、
   前記電池ブロックの一面に配置され、前記電池と配線される電子回路を実装した基板と、
   前記電池ブロックおよび基板を収納する収納ケースと、
   を有するパック電池であって、
   前記リード板が一部を突出させたリード突出部を形成し、前記リード突出部でもって放熱を行うよう構成してなることを特徴とするパック電池。
2. 請求項１に記載されるパック電池であって、前記リード板は前記電池の端面を固定する平面に対して略垂直に折曲されたリード折曲部を複数備えることを特徴とするパック電池。
3. 請求項２に記載されるパック電池であって、前記リード突出部が一対のリード折曲部を備えることを特徴とするパック電池。
4. 請求項２に記載されるパック電池であって、前記リード折曲部が前記スペーサと略同一面となるように折曲されており、かつ前記スペーサが前記リード折曲部に面するよう突出され、前記スペーサとリード折曲部とを接触させてなることを特徴とするパック電池。
5. 請求項１に記載されるパック電池であって、前記基板が、前記電池ブロックの一面であって、前記リード板から突出されるリード突出部の突出方向と逆向きに配置されることを特徴とするパック電池。
6. 請求項５に記載されるパック電池であって、前記リード板のリード突出部にリード線が固定され、リード線を介して前記基板とリード板が電気的に接続されてなることを特徴とするパック電池。
7. 請求項１に記載されるパック電池であって、前記収納ケースに前記電池ブロックを挿入した状態で、前記リード突出部が収納ケースから突出するよう、前記収納ケースの一部にリード用スリットを形成し、かつ前記リード用スリットの周囲を囲むように、リード突出部の突出する方向と略並行な方向に直立する封止用リブを形成し、さらに前記封止用リブの高さが前記リード用スリットにリード突出部を挿入した状態で、リード突出部の上端よりも高くなるよう構成され、かつリード突出部にリード線を接続した状態で封止用リブに封止材としてシリコン系樹脂を充填して固定することを特徴とするパック電池。
8. 請求項７に記載されるパック電池であって、前記封止用シリコン系樹脂がアルミナを含むことを特徴とするパック電池。
9. 請求項１に記載されるパック電池であって、前記スペーサが電池ブロックの少なくとも一方の端面で突出されており、隣接するリード板同士を絶縁してなることを特徴とするパック電池。

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