JP2005317458A - パック電池 - Google Patents

Abstract

【課題】衝撃が加えられたときでも安全性を維持し得るパック電池を提供する。
【解決手段】パック電池は円筒形の二次電池２１０を内蔵し、隣接する二次電池がオフセット状に配置され、リード板２４０がオフセット状に配置された電池２１０の端面と接続されるようジグザグ状に形成されている。これにより、オフセット状に配置された円筒形の二次電池は、パック電池に外力が加えられた際に外力と垂直な方向に広がろうとする力が働き、一定以上の力が加えられるとリード板と電池との接続が外れて電池が該垂直方向に分解するように力が作用する。このため、電池自体が潰れる事態を効果的に回避でき、液漏れによるショートなどが防止され、パック電池が破損しても安全な状態が保たれる。
【選択図】図６

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。

このような屋外で使用されることの多いパック電池においては、振動や衝撃に対する耐性のみならず、破壊されたときの安全性も要求される。すなわち、落下や衝突等でパック電池に強い力が印加されてケースが破損したり潰れるようなことがあっても、ショートや発火などを可能な限り避けるような機構が求められる。このため、従来のパック電池には種々の保護回路を内蔵ものがある。しかしながら、このようなパック電池であっても、衝突等の事故で保護回路自体が故障してしまうと、ショートにより大電流が流れることを阻止できなくなる。このため、万一衝撃を受けて故障しても、安全を維持できる構造が切望されている。特に、リチウムイオン二次電池は、エネルギー密度が非常に高いという利点を有する反面、電極に使用されるリチウムが水分と反応する性質のため、電解液には水溶液に代わって有機電解液が使用されている。有機溶媒の電解液は分解すると一般に可燃性を有するため、液漏れを防止する必要がある。

本出願人は先に、衝突事故等で大きな衝撃を受けたときでも電池を安全に保護する電源装置を開発した（特許文献２参照）。この電源装置１は図１２に示すように、電池収納部３Ａと衝撃吸収部３Ｂをケース３に設けている。電池収納部３Ａは電池２を収納しており、衝撃吸収部３Ｂは、電池収納部３Ａに隣接して、電池収納部３Ａよりも破壊強度を弱くしている。この電源装置は、自動車に搭載され、自動車が衝突等の事故を起こしてケース３に衝撃が加わると、衝撃吸収部３Ｂを破壊して、電池収納部３Ａを保護する。すなわち、衝撃吸収部３Ｂを衝撃の緩衝部として、電池収納部３Ａを安全に保護する。ただ、この構造では衝撃吸収部３Ｂを設ける必要があり、サイズが大型化する問題があった。また、電池収納部３Ａまで応力が及ぶ場合については対応が困難であった。
特開平１０−３０８２０５号公報 特開２００３−４５３９２号公報

本発明は、さらに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、衝撃が加えられたときでも安全性を維持し得る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、複数の電池をケースの特定の面に対して垂直な姿勢で、互いに接近して縦横に並べてなる電池ブロック集合体と、電池ブロック集合体を収納している収納ケースと、電池に接続されている回路基板とを備える。電池ブロック集合体は、横列に並べている複数の電池の向きを同じ方向として、同じ向きに並べている電池の電極にリード板を接続して複数の電池を並列に接続している電池ブロックで構成される。複数の電池ブロックは縦方向に電池の向きが異なる方向となるように並べられる。また電池ブロックの複数の電池を並列に接続するリード板は、縦方向に隣接する電池ブロックの電池の電極にも接続されて、複数の電池ブロックを縦方向に直列に接続している。さらに電池は円筒形の二次電池であって、隣接する二次電池が俵積み状に配置される。さらにまたリード板が、俵積み状に配置された電池の端面と接続されるようジグザグ状に形成されている。これにより、俵積み状に配置された円筒形の二次電池は、パック電池に外力が加えられた際に外力と垂直な方向に広がろうとする力が働き、一定以上の力が加えられるとリード板と電池との接続が外れて電池が該垂直方向に分解するように力が作用する。このため、電池自体が潰れる事態を効果的に回避でき、液漏れによるショートなどが防止され、パック電池が破損しても安全な状態が保たれる。

また、本発明の他のパック電池は、リード板が、電池の電極に接続する部分に馬蹄形のスリットを設けており、この馬蹄形のスリットの内側を電極にスポット溶接している。これにより、パック電池に振動などの外力が加えられると、馬蹄形のスリットが変形して外力を吸収できるので、少々の力では電池とリード板の剥離が阻止され、また円筒型電池が回転してリード板とのねじ切りが生じる事態を回避できる。

さらに、本発明の他のパック電池は、さらに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を備えており、スペーサは、円筒形の電池の側面を保持するハニカム状の電池保持部を開口しており、電池保持部を俵積み状に複数配置することで、電池保持部に保持される電池を俵積み状に配置するよう構成されている。これにより、スペーサで隣接する電池間を絶縁でき、さらにハニカム状の電池保持部に円筒形の電池を保持することで電池との間に空間を形成しており、パック電池に外力が加えられるとこの空間に電池が入り込むことでハニカム面を押圧し、これにより隣接する２つの電池の間が押し広げられ、電池が拡散する方向に力が働きやすくなる。

さらにまた本発明の他のパック電池は、電池がリチウムイオン二次電池である。上記のように、衝突などの際に電池を潰す方向に力が働かない構成により、リチウムイオン二次電池を使用するパック電池であっても、液漏れなどを防止して安全性を高めることができる。

さらにまた本発明の他のパック電池は、電池ブロックの外周を捲回して固定する固定テープを備えている。これにより、電池ブロックから電池が脱落しないよう確実に固定されると共に、電池ブロックの周囲に位置する電池の回転が阻止される。このため振動などにより円筒形の電池が回転してリード板との接合が剥離される自体が回避され、パック電池の信頼性が向上する。

さらにまた本発明の他のパック電池は、電池ブロック同士の界面に、これらを絶縁するためのセパレータを備えており、セパレータは両面テープを備えている。これにより、セパレータで電池ブロックを界面で絶縁するとと共に、振動などにより円筒形の電池が回転するのが阻止され、電池の回転によるリード板との剥離が回避される。
る。

さらにまた本発明の他のパック電池は、リード板が２列以上の電池を縦方向に接続している。これにより、電池の端面でリード板により２列以上の電池を並列に接続しつつ、縦方向の電池との間で直列接続を得ることができ、並列接続された電池のブロック単位で積層しやすくできる。

以上の本発明のパック電池によれば、落下や衝突によりパック電池に外力が印加されても、安全な状態が維持される。それは、本発明のパック電池が、オフセット配置された円筒型電池の円筒缶が潰される方向に働くよりも、電池が分解する方向に力が作用するため、潰れた電池の円筒缶から内部の電解液が漏れるといった事態を極減できるからである。このことは、電解液に可燃性の有機溶媒を使用するリチウムイオン二次電池においては、特に有効である。

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および図２に、本発明の一実施の形態に係るパック電池の外形を示す。これらの図において、図１はパック電池を斜め上方から見た斜視図を、図２は斜め下方から見た斜視図を、それぞれ示している。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９に示す。これらの図において、図３は電池ブロック集合体２０１の斜視図を、図４は図３の電池ブロック集合体２０１に感熱素子２５３およびフレキシブル基板２５４を装着した状態を示す斜視図を、図５は図４の電池ブロック集合体２０１をインナーケース４００に収納した状態を示す平面図を、図６は図５のインナーケース４００をＶＩ−ＶＩ線から見た断面図を、図７はＶＩＩ−ＶＩＩ線から見た断面図を、図８は図５のインナーケース４００を斜め下方から見た斜視図を、図９は図８のインナーケース４００にリード線５００を配線して外装ケース１００に収納した状態を示す断面図を、それぞれ示している。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、俵積み状に重ねて積み上げた電池ブロック２００を構成している。なお本明細書において俵積みとは、円筒形の電池の中心軸が相互に偏心してオフセット状となるよう積層された状態を指す。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段に積層した計１４本の電池ブロックを、さらに２段重ねとして計２８本の電池２１０を含む電池ブロック集合体２０１を構成している。図３に示すように、この例では縦方向に４本の電池２１０を並列に接続し、かつ横方向に７組を直列に接続した７直４並の構成としている。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。
［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の電池ブロック集合体２０１では、電池２１０を円筒型電池としている。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二次電池を使用する。リチウムイオン二次電池は、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二次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、リチウムイオン二次電池は、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２１０をリチウムイオン二次電池に特定せず、円筒形の電池であればニッケル−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６および図７に示すように、電池同士の間にはスペーサ２２０が配置される。スペーサ２２０は、図６および図７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。各電池保持部２２２に円筒型電池２１０を挿入することで、図３のような電池ブロックが構成される。図３〜図７の例では、スペーサ２２０を２つ使用し、各スペーサで７本の電池保持部２２２をオフセットさせて２段に形成しており、さらに各スペーサで構成された電池ブロックの間に、これらの界面で絶縁するためのセパレータ８１０が配置されている。また、円筒形電池とスペーサとを接着材や粘着テープなどで接着してもよい。接着材には、シアノアクリレート系の瞬間接着材等が利用できる。
［セパレータ８１０］

セパレータ８１０は、オフセット配置される電池ブロック２００同士の間に沿うように、波形に形成されている。これにより電池ブロック同士を区画し絶縁するのみならず、電池ブロック間でのずれを防止する。セパレータは絶縁性の部材が使用され、プラスチックの一体成形や折曲された紙などで構成される。さらにセパレータ８１０表面に両面テープを設けることで、界面で接触する電池ブロック２００の電池２１０の固定を補強し、かつ円筒形の電池２１０が振動で回転するのを阻止する。両面テープはセパレータ８１０表面に貼付する他、セパレータ８１０自体を両面テープで構成してもよい。

一方、スペーサ２２０も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、一の電池が短絡等に起因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おそれがあったが、図６および図７のようなスペーサ２２０で各電池２１０を隔離することにより、このような悪影響を低減できる。なお、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。

以上の構造の電池は、図６において左右の方向から外力が加えられた場合に、電池を押圧することなくバラバラに分解させる方向に作用するように構成される。図１０および図１１に基づいて、この原理を説明する。図１０（ａ）に示すように、従来型の碁盤目状に十字に円筒型電池２１０が配置された例では、左右から力が加わると電池同士が押し合う形となり、図１０（ｂ）に示すように電池２１０の外装缶自体が変形する。この状態では、電池内部の電解液が漏れ出してしまうおそれがある。これに対して、図１１（ａ）に示すようにオフセット状に配置された円筒型電池２１０では、横方向で隣接する電池２１０との接点が水平位置でなく斜めになるため、上端に位置する電池Ａでは上向きの力が働き、ケースから上に飛び出そうとする。そして電池Ａが上向きに押し上げられる結果、その斜め下に位置する電池Ｂでは電池Ａとの接点の力が弱くなる結果、上向きの力が強くなって同様に押し上げられる。さらにこの結果、次段の電池Ｃが上向きに押し上げられる。このようにして、上向きに押し上げられる力が伝搬していく結果、上方に位置する電池２１０は全体に上向きに押し上げられる。また同様に下端に位置する電池２１０には下向きの力が働き、これが伝搬していく結果、ケースから下に飛び出そうとする。このように、ケース内部の電池２１０が上下に移動してケースから押し出される方向に移動し、図１１（ｂ）に示すように電池２１０は外装缶を変形するよりも、むしろケースから飛び出して分解する方向に作用する。この結果、電池２１０の外装缶が破損する可能性が低減され、パック電池は安全なまま分解されるという好ましい破壊状態とできる。このように、オフセット配置により、円筒形の電池をスペース効率よく配置してケースの厚みを少なくできることに加えて、過度な負荷が印加されたときでも安全性を維持できる。
［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は図３〜図７に示すように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〜図７の例では、横２列および縦４行の計６本の電池２１０の端子を接続するリード板２４０を３枚と、端部の１列で縦４本の電池２１０の端子を接続する小リード板２４０Ｂを１枚使用している。

リード板２４０は、図６および図７に示すようにオフセット状に配置された電池に従って端面を接続するよう、ジグザグ状に形成される。電池の端面に沿って各リード板２４０をジグザグ状とすることで、隣接するリード板２４０や該リード板２４０に接続される電池と離間させて短絡を防止できる。また、ジグザグ状に形成されたリード板２４０は、複数の斜め方向を有しているため外力が印加されても負荷が集中し難く分散され易い傾向にあり、リード板が破断するよりも変形して力が吸収される効果が高くなる。
［馬蹄形スリット］

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。スポット溶接は複数の箇所で行うこともでき、これによって接続を確実かつ強固にする。図６および図７の例において、「×」は、スポット溶接された位置を示し、これらの例においては一枚のリード板２４０で４カ所をスポット溶接している。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。

また一方で、過大な負荷が印加されて上述のように電池が分解される状態では、スリット部分でリード板が破断されて電池とリード線との分解が容易となる。
［リード突出部２４２］

またリード板２４０にはリード突出部２４２が形成される。リード突出部２４２は、電池ブロック集合体２０１の中間電位を測定するための端子であり、配線作業を容易にするためリード板２４０から突出させるよう一体に形成すると共に、リード線５００を配線するための孔を形成している。またリード突出部２４２を大きめに形成すれば、放熱板の機能を兼用させることもできる。
［感熱素子２５３］

さらに電池ブロック２００は、電池温度を検出するための感熱素子２５３を備える。感熱素子２５３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２５３としてはサーミスタや熱電対、ＰＴＣ素子、ＰＴＣサーミスタ（ポジスタ）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４および図５の例では感熱素子２５３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２５３は、図４〜図７に示すように、電池ブロック２００の上面において、中央付近に位置する電池２１０同士の谷間に配置している。ここにおいても、隣接する円筒形の電池２１０の谷間を利用して感熱素子２５３を配置することでスペースを節約し、感熱素子２５３を付加することによる電池ブロック２００のサイズ大型化を抑制できる。また感熱素子２５３を電池の側面の谷間に位置させることで、２本の電池の側面に一個の感熱素子２５３が接触して、２本の電池の温度を測定することができる。また感熱素子２５３は、少なくとも中央付近に位置する電池に配置することが好ましい。複数の電池を近接して並べて配置する場合は、一般に中心に近いほど放熱効果が低く、温度が高くなる傾向にあるため、最も温度の高い電池の温度を検出することで、安全な温度制御を行えるからである。さらに感熱素子２５３を複数個、例えば１本の電池の左右に２つ設けることで、バックアップとすることができ、一方の感熱素子に不具合が発生しても他方で検出を行うことができる。感熱素子２５３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を形成してもよい。

さらに、図４〜図７の例では、他の感熱素子２５３Ｂとしてさらにポジスタを複数、電池の谷間に配置すると共に、これらのポジスタを表面に表出させたフレキシブル基板２５４を、電池ブロック集合体２０１の表面に沿うよう捲回している。フレキシブル基板２５４は、紐状に延長された形状で、長さ方向に所定の間隔で複数のポジスタを表面に装着し、かつこれらのポジスタを直列に電気接続している。ポジスタは、図７に示すようにフレキシブル基板２５４を電池ブロック集合体２０１の表面に沿ってほぼ半周を捲回させたとき、電池同士の間に形成される谷間に位置するよう、フレキシブル基板２５４上に間隔および個数を調整して配置される。図７の例では、電池ブロック集合体２０１の表面側に２個、裏面側に４個、計６個のポジスタを配置している。ポジスタは大きな正の抵抗−温度特性をもつサーミスタであり、所定温度以上で抵抗値が急激に上昇する特性を持つ。このようなポジスタを、図７に示すように直列に接続することで、ポジスタが接触するいずれかの電池で温度上昇が生じると、抵抗値が増大して異常が検出される。フレキシブル基板２５４は、電池の保護回路を実装する回路基板６００に配線するために、感熱素子ホルダ２５０Ｂと接続されている。感熱素子ホルダ２５０Ｂは、リード線５００を介して回路基板６００と配線される。この感熱素子ホルダ２５０Ｂは、フレキシブル基板２５４と配線された状態で、電池ブロック集合体２０１の表面からポリプロピレンテープ等の固定テープ２６１で貼付されて固定されている。このフレキシブル基板２５４は、いずれかのポジスタで温度上昇が検出されると、回路基板６００は充放電回路や保護回路を駆動して電流量を抑制したり遮断するなど、所定の動作を行う。これにより、電池の温度上昇による異常が発生しても、これを検出して問題を解消するための動作が実行され、安全性が保たれる。なお、上記の例ではいずれかのポジスタで抵抗値が上昇すると電池温度の異常を検出する構成のため、いずれの電池で異常が発生したかを判別することはできない。ただ、ポジスタなどの感熱素子を回路基板と並列に接続することにより、異常の発生した電池の判別を行うようにすることもできる。

この電池ブロック集合体は、感熱素子ホルダ２５０で感熱素子２５３Ｂ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と共に、円筒形の電池２１０が振動や衝撃で電池保持部２２２内で回転してリード板２４０との接合面から剥離する事態が回避される。固定テープ２６０は片面粘着テープや両面テープ、あるいはシールやラベルなどが利用でき、透光性あるいは透明とすると内部の配線などが確認できるので好ましい。固定テープ２６０は、電池ブロック集合体の周囲を１周して完全に捲回している。これによって、固定テープ２６０のない開放部分をなくして、円筒形電池の周囲を完全に覆い脱落を防止する。固定テープ２６０は非常に薄いため、円筒形電池の表面を被覆しても厚さは殆ど変わらず、インナーケース４００への挿入に支障を来すことがない。また柔軟性を備える固定テープ２６０は、円筒型電池の表面に密着できるため、電池との間に隙間が生じることもなく、この点からもパック電池の外形サイズの大型化を阻止できる。さらに十分な伸張性と引張強度とを有しているので、パック電池を捲回した状態で円筒形電池を確実に保護する。落下などの衝撃に対しても伸縮してショックを吸収するので、破断して円筒形電池が外れることが殆どない。

さらに、固定テープ２６０で固定された電池ブロック集合体は、インナーケース４００に挿入される。図８に、インナーケース４００に電池ブロック集合体２０１を挿入した状態を、下インナーケースから見た斜視図を示す。リード板２４０のリード突出部２４２は、電池ブロック２００をインナーケース４００の下インナーケース４０２に挿入する際、下インナーケース４０２に形成されたリード用スリット４１０に挿入される。このように、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を開口しており、これによって電池ブロック２００がインナーケース４００に位置決めされる。

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二次電池を使用する場合は、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、所定の電池の組の電圧をモニタできる。
［封止用リブ４１２］

また図８に示すように、リード用スリット４１０の周囲には封止用リブ４１２が設けられている。封止用リブ４１２は、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して形成される。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。封止用リブ４１２で囲まれた領域は、この領域に含まれるリード用スリット４１０に挿入されるリード突出部２４２が電池の谷間に配置されていることに対応させて、電池の谷間と合致するように傾斜されている。封止は、シリコン樹脂などの封止材を封止用リブ４１２で囲まれた領域に注入して行われ、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、同時に防水、絶縁および放熱も図られる。封止用リブ４１２は下インナーケース４０２の表面に一体成型により設けられる。図８に示すように、封止用リブ４１２は下インナーケース４０２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、さらにリード線保持部４１４でリード線５００を挟着して保持し、配線を安定して行える。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。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。
［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、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。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、リチウムイオン二次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。
［リード線５００］

回路基板６００は、図８および図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、図９に示すようにリード線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二次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、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８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。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２０１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、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。

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を斜め上方から見た斜視図である。 図１のパック電池を斜め下方から見た斜視図である。 パック電池に内蔵される電池ブロック集合体を示す斜視図である。 図３の電池ブロック集合体に感熱素子およびフレキシブル基板を装着した状態を示す斜視図である。 図４の電池ブロック集合体をインナーケースに収納した状態を示す平面図である。 図５のインナーケースをＶＩ−ＶＩ線から見た断面図である。 図５のインナーケースをＶＩＩ−ＶＩＩ線から見た断面図である。 図５のインナーケースを斜め下方から見た斜視図である。 図８のインナーケースにリード線を配線して外装ケースに収納した状態を示す断面図である。 碁盤目状に円筒型電池が配置されたパック電池に両側から応力を加えた状態を示すイメージ図である。 オフセット状に円筒型電池が配置されたパック電池に両側から応力を加えた状態を示すイメージ図である。 従来の電源装置の一例を示す断面図である。

符号の説明

１…電源装置
２…電池
３…ケース；３Ａ…電池収納部；３Ｂ…衝撃吸収部
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
２００…電池ブロック
２０１…電池ブロック集合体
２１０、Ａ、Ｂ、Ｃ…電池
２２０…スペーサ
２２２…電池保持部
２２４…感熱素子ホルダ用切り欠き
２４０…リード板
２４０Ｂ…小リード板
２４１…スリット
２４２…リード突出部
２５０、２５０Ｂ…感熱素子ホルダ
２５３、２５３Ｂ…感熱素子
２５４…フレキシブル基板
２６０、２６１…固定テープ
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
４６０…リード用リブ
５００…リード線
６００…回路基板
６１０…基板ホルダ
６１２…基板ホルダ用リブ
６２０…樹脂
８１０…セパレータ

Claims (7)

1. 複数の電池をケースの特定の面に対して垂直な姿勢で、互いに接近して縦横に並べてなる電池ブロック集合体と、
   前記電池ブロック集合体を収納している収納ケースと、
   前記電池に接続されている回路基板とを備えるパック電池であって、
   前記電池ブロック集合体は、横列に並べている複数の電池の向きを同じ方向として、同じ向きに並べている電池の電極にリード板を接続して複数の電池を並列に接続してなる電池ブロックで構成され、複数の電池ブロックを縦方向に電池の向きが異なる方向となるように並べており、
   かつ電池ブロックの複数の電池を並列に接続する前記リード板は、縦方向に隣接する電池ブロックの電池の電極にも接続されて複数の電池ブロックを縦方向に直列に接続しており、
   さらに前記電池は円筒形の二次電池であって、隣接する二次電池が俵積み状に配置され、
   さらにまた前記リード板が、俵積み状に配置された前記電池の端面と接続されるようジグザグ状に形成され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、電池の電極に接続する部分に馬蹄形のスリットを設けており、この馬蹄形のスリットの内側を電極にスポット溶接していることを特徴とするパック電池。
3. 請求項１に記載されるパック電池であって、さらに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を備えており、
   前記スペーサは、円筒形の電池の側面を保持するハニカム状の電池保持部を開口しており、
   前記電池保持部を俵積み状に複数配置することで、前記電池保持部に保持される電池を俵積み状に配置するよう構成されてなることを特徴とするパック電池。
4. 請求項１に記載されるパック電池であって、
   前記電池が、リチウムイオン二次電池であ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、さらに
   前記電池ブロックの外周を捲回して固定する固定テープを備えることを特徴とするパック電池。
6. 請求項１に記載されるパック電池であって、さらに
   前記電池ブロック同士の界面に、これらを絶縁するためのセパレータを備えてなり、
   前記セパレータは両面テープを備え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、
   前記リード板は、２列以上の電池を縦方向に接続してなることを特徴とするパック電池。
   

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