JP2006114424A - 電池パック - Google Patents

Abstract

【課題】 防振、防水性に優れ、セルなどの構成要素の位置精度が高い電池パックを提供する。
【解決手段】 セル３と基板４とが固定された仕切り部材２の縁部に設けられている固定部２４を、防振用部材８を介して外筐ケース５によって、外筐ケース５と仕切り部材２との間に隙間が形成されるように固定する。セル３からの電源は、コネクタ６の端子によって外部に供給する。これによって、仕切り部材２に接している部分の振動を防振用部材８で吸収させ、さらに、外筐ケース５と仕切り部材２との間の隙間によって仕切り部材２への振動の伝達を抑制して、仕切り部材２が振動するのを防止する。また、セル３、基板４、タブ７などを仕切り部材２に組み込む構成とすることで、これらの位置決め精度が向上する。
【選択図】 図２

Description

この発明は、電動自転車の駆動電源などに適用して好適な電池パックに関する。

近年、用途に応じて様々な電池パックが使用されている。例えば、補助動力として電気を用いる電動自転車では、駆動部分にモータを配し、そのモータの電源としてフレーム部分などに電池パックを搭載している。電動自転車で使用される電池パックは、モータを駆動するため、高電圧、大容量である必要がある。また、モータの起動時には、高い電力が消費される。依って、電動自転車の電池パックは、通常、複数個のセルを組み合わせた構成とされており、外筐ケース内にその複数個のセルが収容された構造とされている。

このような電池パックでは、通常、外筐ケース内の各セルを絶縁部材によって仕切ることで、セル間におけるショートを防止している。例えば、下記の特許文献１には、千鳥配置したセルを絶縁部材で絶縁した電池パックが記載されている。

特開平８−２１２９８９号公報

ところで、電動自転車は、屋外などの悪環境下で使用することが想定される。依って、通常、電動自転車の電池パックは、防振、防水を考慮した構成とされている。例えば、セルと外筐ケースとの間に低発泡ポリウレタンなどの緩衝材を介在させて防振がなされる。特許文献１に記載の電池パックは、セルと外筐ケースとの間に防振用のゴムを配することで振動や衝撃から内部のセルを保護する構成としている。また、この電池パックは、セルを熱収縮チューブで包み込み、さらに、上下ケースからなる外筐ケースの嵌め合わせ部が互い違いに重なり合うようにすることで、外部からの水分の浸入を防止する構成とされている。

しかしながら、上述したような従来の電池パックには、以下のような問題点があった。電池パック内には、通常、セルと共に保護回路などが形成された回路基板が収容されている。回路基板は、通常、外筐ケースに固定されており、電池パックの振動は、外筐ケースを介して回路基板に伝わりやすい。依って、その振動が回路基板上の電子部品に影響を及ぼすおそれがあった。特に、回路基板に電池の残容量計算を行う残容量計算回路などが形成されている場合には、振動に弱いマイクロコンピュータ、水晶振動子が使用されるため、振動によって故障等の不具合が生じやすいという問題点があった。

また、外筐ケースとセルとの間に防振材を介在させる構成は、外部からの衝撃に対しては効果的であるが、セルに伝わる振動を解消することは困難であり、振動への防振効果が低いという問題点があった。また、この構成では、低発泡ポリウレタンなどからなる防振材が大量に必要であり、さらに、セルと外筐ケースとの間に防振材があるため外筐ケースとセルの精度を出しにくいといった問題点があった。

また、外筐ケース内に回路基板とセルとが別個に配置されており、それぞれに防水処理を施しているため、防水処理が複雑であり、特に、セルと回路基板とを接続する接続ハーネス部においては、通常、シリコンなどのコーティング材でコーティングしているだけであり、防水性に優れたものではなかった。依って、外筐ケース内に水が入りこんだ場合、ショートしやすいという問題点があった。

したがって、この発明の目的は、防振、防水性に優れ、セルなどの構成要素の位置精度が高い電池パックを提供することにある。

上記目的を達成するために、この発明は、セルと回路基板とが固定された仕切り部材と、防振用部材を介して仕切り部材の縁部が固定されると共に、仕切り部材との間に隙間が形成されるように仕切り部材を覆う外筐ケースと、セルからの電源を外部に供給する端子とを有することを特徴とする電池パックである。

この発明によれば、外筐ケースと仕切り部材との間に隙間が形成されるように、防振用部材を介して仕切り部材の縁部が外筐ケースに固定されるため、仕切り部材に接している部分の振動が防振用部材で吸収され、さらに、外筐ケースと仕切り部材との間の隙間によって仕切り部材への振動の伝達が抑制されて、仕切り部材が振動するのを防止できる。依って、例えば、電動自転車の電池パックに適用すれば、自転車の振動が仕切り部材に固定されているセルおよび回路基板などに伝わるのを防止することができる。

回路基板の防振を良好にできるため、回路基板上の電子部品への影響を防止できる。特に、電池の残容量表示などで使用する振動に弱いマイクロコンピュータ、振動子などの電子部品が回路基板に搭載されていても誤動作、故障などの不具合の発生を防止できる。

仕切り部材を防水部材で被覆することで、仕切り部材に固定されたセルおよび回路基板を容易に防水できる。セルと回路基板とを一緒に防水できるので、防水構成が簡略化でき、より確実に防水できる。

セルからの電源を外部に供給する端子が設けられたコネクタが外筐ケースに固定され、コネクタと仕切り部材とが接触しない構成とすることで、コネクタの振動が仕切り部材に伝達されるのを防止できる。

セルを複数個とし、仕切り部材にその複数個のセルをそれぞれ固定し絶縁する仕切りを設けることで、各セル間でのショートを防止して信頼性を向上できる。

仕切り部材を外筐ケースに固定するため、外筐ケース、仕切り部材、セルおよび回路基板の位置決め精度を高めることができる。仕切り部材に複数個のセルを収納し、各セルをそれぞれ固定し絶縁する仕切りを設けた場合には、各セルの位置決め精度を高めることができる。また、仕切り部材がセルと電気的に接続されるタブをガイドする構成とすることで、さらに、タブの位置決め精度を高めることができる。

以下、この発明の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。図１および図２は、この発明の一実施形態による電池パックの構成の一例を示す。図１は、電池パックの分解斜視図であり、図２は、電池パックの側面図である。

電池パック１は、補助動力として電気を用いる電動自転車に使用されるものである。電池パック１は、セル３と基板４とが固定された仕切り部材２を、上側ケース５１と下側ケース５２とからなる外筐ケース５で、仕切り部材２の縁部が固定されると共に、外筐ケース５と仕切り部材２との間に隙間が形成されるように覆った構成を有している。外筐ケース５には、コネクタ６が嵌合されており、セル３からの電源を外部に供給する端子を有している。

仕切り部材２は、絶縁性を有しており、例えば、ポリカーボネートなどの合成樹脂材料で構成されている。仕切り部材２の材料は、特に合成樹脂に限定されるものではないが、軽量且つ十分な強度を有することが好ましい。仕切り部材２には、複数個のセル３をそれぞれ収納する複数個のセル収納部２１と、基板４が固定される基板配置部２２とが一体化された構成を有している。セル収納部２１は、セル３を挿入することで収納する筒形状を有しており、挿入されたセル３が動かないように支持する構成とされている。なお、この例では、セル収納部２１を角筒形状としているが、セル収納部２１は、円筒形状など、他の形状であってもよい。

セル３は、リチウムイオン二次電池などの円筒形状の電池単体である。電池パック１は、セル３を１４個使用しており、金属などの導電性部材からなるタブ７によって、並列に接続した２個のセル３の組を７個直列に電気的に接続した形態とされている。セル３を複数個使用することで、高電圧、大容量が要求される電池パック１とすることができる。

直線状のタブ７は、隣り合う４個のセル３の端子を電気的に接続しており、略正方状のタブ７は、上段２個と下段２個の計４個のセル３の端子を電気的に接続しており、Ｔ字状のタブ７は、隣り合う２個のセル３の端子を電気的に接続している。セル３間の接続の両端にそれぞれ配置されているＴ字状のタブ７は、電源の取り出し用としても使用されている。

なお、これらセル３の形状、種類、数量、接続形態、タブ７の形状は、特に限定されるものではなく、所望のものとすることができる。各セル３は、筒形状のセル収納部２１によってそれぞれ仕切られ絶縁されるため、電池パック１は、複数個のセル３間におけるショートを防止することができ、信頼性を向上できる。

仕切り部材２は、各タブ７をガイドする構成を有している。すなわち、仕切り部材２のセル３が挿入される各セル収納部２１の両開口部に複数個のセル３の接続形態に適したタブ７が嵌合する凹形状が設けられている。これによって、仕切り部材２へのタブ７の位置決めを容易に精度良く行うことができる。セル３を仕切り部材２のセル収納部２１に挿入して、セル収納部２１の開口をタブ７で塞ぐことで、容易に精度良く仕切り部材２へのセル３の位置きめを行うことができる。

基板４は、電池パック１の保護回路などが形成されている回路基板である。基板４には、保護回路と共に電池の残容量を計算する残容量計算回路が形成されており、残容量の計算を行うためのマイクロコンピュータ、水晶振動子などの振動に弱い電子部品が搭載されている。

基板４は、図２に示すように、仕切り部材２の基板配置部２２に設けられているボス２３にネジ止めすることで固定されている。これによって、仕切り部材２への基板４の位置決めを容易に精度良く行うことができる。なお、基板配置部２２への基板４の固定は、ボス２３へのネジ止めに限らず、嵌め込みや接着剤の使用など、他の固定方法によって固定してもよい。

図２に破線で示すタブ７は、裏側に配置されているものであり、実線で示すタブ７は、表側に配置されているものである。基板４には、Ｔ字状のタブ７を介してセル３から電源が供給される。例えば、図２に示す裏側に配置されているＴ字状のタブ７は、基板４の電源入力端子に半田付けで直接接続され、表側に配置されているＴ字状のタブ７は、基板４の電源入力端子に図示しないハーネスを介して接続される。なお、基板４へのタブ７の接続は、これに限ったものではなく、例えば、共にハーネスを介して基板４の電源入力端子に接続したり、タブ７の形状を変えるなどして、共に基板４の電源入力端子に直接半田付けすることで接続したりしてもよい。

仕切り部材２の縁部には、防振用部材８を介して外筐ケース５と固定される固定部２４が設けられている。固定部２４は、上面または下面から見た仕切り部材２の縁部の四隅に設けられている。なお、固定部２４の位置、個数は、仕切り部材２が外筐ケース５に固定されるのであれば、特に限定されるものではないが、外筐ケース５へ固定した際の強度、振動の抑制などを考慮して設けることが好ましい。仕切り部材２は、固定部２４によって外筐ケース５に精度良く位置決めされる。

外筐ケース５は、例えば、ポリカーボネートなどの合成樹脂材料で構成されている。外筐ケース５の材料は、特に合成樹脂に限定されるものではないが、軽量且つ十分な強度および絶縁性を有することが好ましい。外筐ケース５には、電源を外部に供給するためのコネクタ６が嵌合され固定されている。コネクタ６は、基板４を介して複数個のセル３から電源を取り出すための端子を有している。

ここで、図３を参照して、固定部２４の外筐ケース５への固定の一例について説明する。仕切り部材２の固定部２４は、上側ケース５１および下側ケース５２に、それぞれが対向するように凹設された凹部５３および凹部５４によって挟持されている。

凹部５３および凹部５４の、凹部５３と凹部５４とが対向する部分には、それぞれネジ孔が設けられている。また、仕切り部材２の固定部２４には、ネジ１０が貫挿する孔が設けられている。これら凹部５３、固定部２４、凹部５４の孔にネジ１０を嵌通して、上側ケース５１と下側ケース５２とを締め付けることで、上側ケース５１と下側ケース５２とを固定すると共に、仕切り部材２を外筐ケース５に固定している。なお、この上側ケース５１と下側ケース５２とによる固定部２４の固定は、このネジ止めによる固定に限定されるものではなく、上側ケース５１と下側ケース５２との嵌合のみによって固定する構成としたり、ボルトとナットによって締め付けて固定したりするなど、他の固定方法を使用してもよい。

固定部２４と凹部５３との間および固定部２４と凹部５４との間には、それぞれ防振ゴムなどの防振材からなる振動を吸収する防振用部材８が配置されている。図４に防振用部材８の断面構成の一例を示す。防振用部材８は、例えば、図５に示すように、小径の略円盤形状の嵌合部８１と大径の円盤形状の挟着部８２とを同心上に重ね合わせた形状を有し、中央にネジ１０が貫挿する孔が設けられた構成とされている。嵌合部８１は、固定部２４の孔に嵌合する形状とされている。挟着部８２は、固定部２４と凹部５３または凹部５４との間に挟まれる部分である。固定部の孔の上下両側から、防振用部材８をそれぞれ嵌合することで、図４に示すような断面構成とされる。

なお、防振用部材８の構成は、外筐ケース５の振動が仕切り部材２に伝わらないように吸収できるものであれば、特に限定されるものではない。

図２に示すように、仕切り部材２は、防水シートなどの防水部材９で被覆された状態で外筐ケース５に固定されている。例えば、防水部材９として熱収縮チューブを使用することで、内部を容易に密閉することができる。仕切り部材２を防水部材９で被覆することによって、防水用シート９内に水分が浸入するのを防ぐことができる。すなわち、仕切り部材２に組み込まれるセル３、基板４およびタブ７などの部材を防水することができる。仕切り部材２をセル３、基板４およびタブ７などと共に、ひとつの防水部材で一緒に防水できるので、防水構成が簡略化でき、セル３と基板４との接続部も完全に防水部材で覆うことができるので、より確実に防水できる。

仕切り部材２の固定部２４は、防振用部材８を介して外筐ケース５と接触しているため、仕切り部材２と接している外筐ケース５の振動は、防振用部材８で吸収される。また、仕切り部材２は、外筐ケース５内にフローティング構造的に配置されている。すなわち、上述した仕切り部材２の固定部２４の固定部分を除き、仕切り部材２と外筐ケース５との間には、隙間が形成されている。この隙間によって、振動が仕切り部材２に伝達されるのを抑制できる。これらによって、外筐ケース５の振動が仕切り部材２に伝達されることを防止できる。すなわち、仕切り部材２に収納されているセル３および基板４の振動を防止できる。

さらに、仕切り部材２とコネクタ６との間には、隙間が設けられており、外筐ケース５に固定されているコネクタ６が振動しても、コネクタ６と仕切り部材２とが接触しない構成とされている。これによって、コネクタ６の振動が仕切り部材２に伝達されることを防止できる。

依って、マイクロコンピュータ、水晶振動子などの振動に弱い電子部品が基板４に搭載されていても、誤動作、故障などの不具合の発生を防止できる。

この発明は、上述したこの発明の一実施形態に限定されるものでは無く、この発明の要旨を逸脱しない範囲内で様々な変形や応用が可能である。例えば、上述した電池パック１は、電動自転車用のものとしたが、これに限らず、防振、防水を要する他の電池パックに適用することができる。また、上述した仕切り部材２には、セル３、基板４、タブ７を組み込むとしたが、仕切り部材２への組み込みは、これに限らず、必要に応じて他の部材を組み込む構成としてもよい。

この発明の一実施形態による電池パックの分解斜視図である。 この発明の一実施形態による電池パックの側面図である。 仕切り部材の固定について説明するための図である。 防振用部材が重なり合っている状態を示す断面図である。 防振用部材の構成を示す図である。

符号の説明

１・・・電池パック
２・・・仕切り部材
３・・・セル
４・・・基板
５・・・外筐ケース
６・・・コネクタ
７・・・タブ
８・・・防振用部材
９・・・防水部材

Claims (6)

1. セルと回路基板とが固定された仕切り部材と、
   防振用部材を介して上記仕切り部材の縁部が固定されると共に、上記仕切り部材との間に隙間が形成されるように上記仕切り部材を覆う外筐ケースと、
   上記セルからの電源を外部に供給する端子とを有することを特徴とする電池パック。
2. 請求項１において、
   上記回路基板に電池の残容量計算回路が形成されていることを特徴とする電池パック。
3. 請求項１において、
   上記仕切り部材が防水部材で被覆されていることを特徴とする電池パック。
4. 請求項１において、
   上記端子は、上記外筐ケースに固定されたコネクタに設けられており、上記コネクタと上記仕切り部材とが接触しない構成とされていることを特徴とする電池パック。
5. 請求項１において、
   上記セルが複数個であり、上記仕切り部材に上記複数個のセルをそれぞれ固定し絶縁する仕切りが設けられていることを特徴とする電池パック。
6. 請求項１において、
   上記仕切り部材は、上記セルと電気的に接続されるタブをガイドする構成を有することを特徴とする電池パック。
   

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