JP2006164655A

JP2006164655A - パック電池

Info

Publication number: JP2006164655A
Application number: JP2004352203A
Authority: JP
Inventors: Shoichi Toya; 正一遠矢; Katsuji Mizuta; 克二水田
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2004-12-06
Filing date: 2004-12-06
Publication date: 2006-06-22
Anticipated expiration: 2024-12-06
Also published as: JP4596898B2

Abstract

【課題】電池を冷却熱量の制限なく有効に冷却しながら、電池を確実な防水構造でケースに収納する。
【解決手段】パック電池は、複数の二次電池２をケース１に収納している。ケース１は、外ケース３と、この外ケース３の内部に設けている内ケース４とを備えている。ケース１は、内ケース４を水密構造に密閉して、内部に二次電池２を収納している。さらに、外ケース３と内ケース４との間には中空層５を設けると共に、この中空層５を外部に開放する通気穴６を外ケース３に開口している。パック電池は、通気穴６を介して中空層５の空気を外部に換気し、内ケース４を介して二次電池２を冷却している。
【選択図】図１

Description

本発明は、防水性と冷却性に優れたパック電池に関する。

パック電池は、電池を効率よく冷却できる構造としながら、防水構造とすることが大切である。電池を効率よく冷却できないパック電池は、充放電するときに電池温度が高くなって寿命を短くしたり、あるいは、電池温度が異常に高くなるときに、充放電を休止して電気機器の使用を一時的に停止する必要がある。また、電池を防水構造としてケースに収納できないパック電池は、電池の内部に、安全弁の穴から水が侵入して、電池を使用できなくする弊害が発生する。とくに、容量の大きなリチウムイオン二次電池等は、安全弁の穴から水が侵入して薄い金属膜の安全弁を腐食させると、電解液が漏れて使用できなくなる。

ただ、電池を防水構造でケースに収納することと、電池を効率よく冷却することは、互いに相反する特性であって、両方を満足するのが難しい。たとえば、電池を効率よく冷却するために、ケースに通気穴を開けると、ここから水が侵入して有効な防水構造にはできない。また、防水構造とするためにケースを完全に水密に密閉すると、電池を効率よく冷却できなくなる。とくに、パック電池のケースは、衝撃で破損しない耐衝撃強度が要求されるので、ケースを完全に密閉すると、電池の冷却は極めて悪くなる。

電池の急激な温度上昇による弊害は、例えば特許文献１に記載されるように、パック電池のケース内に蓄熱材を入れて防止できる。このパック電池は、電池の発熱を蓄熱材で吸収して温度上昇を少なくできる。このパック電池は、電池の発熱量が少ないときに有効である。ただ、電池の発熱量が多くて蓄熱材が熱を吸収しなくなると、電池の温度が上昇する弊害がある。たとえば、電動工具に使用されるパック電池は、急速充電して満充電し、その後、直ちに大電流で使用されることがある。パック電池は、満充電された状態で温度が高くなる。したがって、仮に、蓄熱材がこの状態で熱を吸収できなくなると、その後、大電流で放電させるときに発生する熱を吸収できなくなる。蓄熱材が吸収できるトータルの熱量は、蓄熱材の使用量に比例する。したがって、パック電池に収納する蓄熱材量を多くして、蓄熱量を多くできる。ただ、パック電池の内部に多量の蓄熱材を収納すると、パック電池が大きく、高価になるので、このことから蓄熱材の使用量は制限される。
特開２００２−２９１６７０号公報

本発明は、このような欠点を解決することを目的に開発されたものである。本発明の重要な目的は、電池を冷却熱量の制限なく有効に冷却しながら、電池を確実な防水構造でケースに収納できるパック電池を提供することにある。

本発明のパック電池は、前述の目的を達成するために以下の構成を備える。
パック電池は、複数の二次電池２をケース１に収納している。ケース１は、外ケース３と、この外ケース３の内部に設けている内ケース４とを備えている。ケース１は、内ケース４を水密構造に密閉して、内部に二次電池２を収納している。さらに、外ケース３と内ケース４との間には中空層５を設けると共に、この中空層５を外部に開放する通気穴６を外ケース３に開口している。パック電池は、通気穴６を介して中空層５の空気を外部に換気し、内ケース４を介して二次電池２を冷却している。

ケース１は、内ケース４の周囲と上面に中空層５を設けることができる。ケース１は、プラスチック製の下ケース１Ａと上ケース１Ｂとを備えることができる。下ケース１Ａは、上方を開口する外ケース３の内側に、上方を開口する内ケース４を一体的に成形して設けて、上ケース１Ｂは、外ケース３の上方開口部を閉塞するように下ケース１Ａに連結して、下ケース１Ａの内ケース４を内部蓋７で閉塞することができる。このケースは、上ケース１Ｂに通気穴６を開口することができる。さらに、このケースは、内部蓋７の上方に回路基板８を配置することができる。

本発明のパック電池は、電池を冷却熱量の制限なく有効に冷却しながら、電池を確実な防水構造でケースに収納できる特長がある。それは、本発明のパック電池が、ケースを外ケースと内ケースとで構成して、内ケースを水密構造に密閉して内部に二次電池を収納すると共に、外ケースと内ケースとの間に中空層を設けて、この中空層の空気を、外ケースに開口した通気穴を介して外部に換気しているからである。

この構造のパック電池は、水密構造に密閉した内ケースに電池を収納するので、電池の内部に水が侵入するのを確実に防止して、電池が使用できなくなる等の弊害を防止できる。さらに、この構造のパック電池は、外ケースと内ケースとの間に設けた中空層に外部の空気を換気しているので、内ケースを介して二次電池を冷却して電池を効率よく冷却できる。とくに、従来のパック電池のように、ケースに蓄熱材量を収納することなく、中空層に換気する空気で電池を冷却するので、冷却熱量の制限なく有効に冷却できると共に、安価に生産できる特長がある。また、この構造のパック電池は、蓄熱材を収納するスペースを必要としないので、ケースの外形を大きくすることなく、全体をコンパクトにできる特長もある。

さらに、パック電池のケースは、衝撃で破損しない耐衝撃強度が要求されるが、本発明のパック電池は、ケースを外ケースと内ケースの二層構造とすることにより、耐衝撃強度を向上できる特長も実現される。とくに、二層構造のケースは、対衝撃性が向上するので、内ケースを薄くして熱伝導を良くし、電池の冷却効率を高めることが可能である。すなわち、本発明のパック電池は、外ケースと内ケースの二層構造で耐衝撃性を向上しながら、内ケースを薄くして冷却効率を高めることができる。

以上のように、本発明のパック電池は、互いに相反する特性である、電池を防水構造でケースに収納することと、電池を効率よく冷却することの両方を満足しながら、さらに対衝撃強度を向上できる真に理想的な特長が実現できる。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施例は、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。

さらに、この明細書は、特許請求の範囲を理解しやすいように、実施例に示される部材に対応する番号を、「特許請求の範囲」および「課題を解決するための手段の欄」に示される部材に付記している。ただ、特許請求の範囲に示される部材を、実施例の部材に特定するものでは決してない。

図１の断面図と図２の平面図に示すパック電池は、複数の二次電池２をケース１に収納している。ケース１は、外ケース３と、この外ケース３の内部に設けている内ケース４とを備えている。図のケース１は、プラスチック製の下ケース１Ａと上ケース１Ｂとを備える。下ケース１Ａは上方を開口する外ケース３の内側に、上方を開口する内ケース４を一体的に成形して設けている。上ケース１Ｂは、外ケース３の上方開口部を閉塞するように下ケース１Ａに連結している。内ケース４の開口部は、内部蓋７で閉塞している。

下ケース１Ａは、図１と図３に示すように、１重の底板１０に、外ケース３の外周壁１１と、内ケース４の内周壁１２とを一体的に成形して設けている。外周壁１１は外ケース３を形成し、内周壁１２は内ケース４を構成する。図の下ケース１Ａは、底板１０を１枚としている。ただ、本発明のパック電池は、下ケースの底板を二重底として、内ケースと外ケースとに別々の底板を設けることもできる。

下ケース１Ａは、外周壁１１と内周壁１２との間に隙間を設けて、外ケース３と内ケース４との間に中空層５を設けている。内ケース４となる下ケース１Ａの内周壁１２は、電池コア９を収納できる大きさで、上方を開口している四角形の箱形としている。電池コア９は、複数の二次電池２の両端をリード板１６で連結してブロック状としたものである。図の電池コア９は、４本の円筒型電池を直列に接続した２組のブロックを２組並列に接続している。下ケース１Ａの内周壁１２は、内部に電池コア９を収納し、上面の開口部を内部蓋７で水密に閉塞して水密構造に密閉される。

内部蓋７は、超音波溶着して、下ケース１Ａの内周壁１２の開口縁に水密に連結される。ただ、内部蓋は、接着して内周壁の開口縁に連結され、あるいはパッキンを介して内周壁の開口縁にネジ止して固定することもできる。二次電池２の電極に接続している電池コア９のリード板１６は、内部蓋７を水密に貫通して、内周壁１２の上方に突出している。したがって、内部蓋７は、リード板１６を貫通させるスリット（図示せず）を設けている。リード板１６をスリットに挿通して、スリットとリード板１６との隙間をシール材等で水密に閉塞する。図のパック電池は、下ケース１Ａの内周壁１２の開口部を内部蓋７で水密に閉塞しているが、下ケースの内周壁の開口部は、上ケースで水密に閉塞することもできる。この上ケースは、内部蓋と同じように超音波溶着又は接着し、あるいはパッキンを介してネジ止して、内周壁の開口部を水密に閉塞する。

外周壁１１は、内周壁１２よりも低く成形している。上ケース１Ｂの周壁１４を連結するからである。外周壁１１も、上方を開口する四角形の箱形に成形している。内周壁１２と外周壁１１の両方を四角形として、内周壁１２と外周壁１１との間に中空層５を設けている。中空層５は、ここに外気を換気して、内周壁１２の内側に収納している二次電池２を冷却する。

上ケース１Ｂは、天板１３の周囲に周壁１４を一体的に成形して設けている。周壁１４は、その下端縁を下ケース１Ａの外周壁１１の上端縁に連結して、外ケース３を構成する。上ケース１Ｂの周壁１４と、下ケース１Ａの外周壁１１は、超音波溶着して連結され、あるいは接着して連結される。ただし、下ケースと上ケースはネジで連結することもできる。下ケース１Ａは、外周壁１１を四角形とするので、上ケース１Ｂの周壁１４も四角形の箱形としている。周壁１４と外周壁１１とは、互いに連結する当接縁の形状を同じ形状として、超音波溶着し、あるいは接着して連結する。

上ケース１Ｂは、中空層５に外気を換気する通気穴６を開口している。図の上ケース１Ｂは、天板１３の両側部にスリット状の通気穴６を開口している。さらに、図の上ケース１Ｂは、通気穴６を中空層５の上方に開口している。このケース１は、中空層５からスムーズに外気を中空層５に換気して、内ケース４に収納している二次電池２を外気で効率よく冷却する。

パック電池は、図示しないが、充電器にセットされる状態で、通気穴６から強制送風して、内蔵する二次電池２を効果的に冷却できる。さらに、パック電池に強制送風する充電器は、一方の通気穴６に外気を強制的に供給して、内蔵する二次電池２を強制冷却する。一方の通気穴６から中空層５に供給された空気は、中空層５を通過して内ケース４を介して二次電池２を冷却し、その後、他方の通気穴６から外部に排気される。ケース１に複数の通気穴６を開口するパック電池は、特定の通気穴６から外気を強制送風して供給し、残りの通気穴６から内部の空気を排気して、効率よく二次電池２を冷却できる。ただし、本発明のパック電池は、ひとつの通気穴を開口することもできる。また、通気穴から必ずしも強制送風して冷却する必要はなく、通気穴から外気を自然に換気して二次電池を冷却することもできる。

さらに、図のパック電池は、上ケース１Ｂから上方に突出して、電気機器に連結する連結凸部１５を一体的に成形して設けている。連結凸部１５のあるパック電池は、電気機器や充電器の定位置に確実に連結できる。

さらに、図のパック電池は、図１と図４に示すように、上ケース１Ｂに回路基板８を配設している。回路基板８は、基板ホルダー１７に入れて、内部蓋７の上に固定している。回路基板８は、パック電池を充放電する電流をコントロールする二次電池２の保護回路（図示せず）を実装している。保護回路は、各々の二次電池２の過充電と過放電を防止し、また過電流を防止して充放電させる。したがって、保護回路は、各々の二次電池２の残容量を検出し、また各々の二次電池２の電圧を検出して、パック電池の充放電をコントロールする。さらに、二次電池２の過電流を検出して、電流を遮断する回路を実装している。とくに、二次電池２をリチウムイオン二次電池とするパック電池は、各々の電池電圧を検出して、パック電池の充放電電流をコントロールする。ただし、本発明のパック電池は、二次電池をリチウムイオン二次電池には特定しない。二次電池は、ニッケル水素電池やニッケルカドミウム電池も使用できるからである。

基板ホルダー１７は、回路基板８を収納できる上方開口の箱形にプラスチックを成形している。基板ホルダー１７は、回路基板８を収納した後、未硬化で液状ないしペースト状のプラスチックを充填し、これを硬化させてプラスチックに回路基板８と電子部品を埋設して防水構造とする。回路基板８は、リード板１６を介して二次電池２に接続している。リード板１６は、基板ホルダー１７と内部蓋７とを防水構造で貫通して、二次電池２に接続している。この構造のパック電池は、回路基板８を内ケース４の外部に配設しながら、理想的な状態で防水できる。このため、通気穴６からケース１内に水が侵入しても、これが回路基板８を腐食させる等の故障の原因とならない。

以上のパック電池は、以下の工程で組み立てられる。
(1) 複数の二次電池２をリード板１６で連結して電池コア９とする。
(2) 下ケース１Ａの内周壁１２の内部に電池コア９を収納する。
(3) 下ケース１Ａの内周壁１２の上方開口部を内部蓋７で閉塞する。内部蓋７は超音波溶着して、内部蓋７の上端縁に水密に連結される。この状態で、二次電池２は内ケース４の内部に水密構造で収納される。
(4) 内部蓋７の上に、基板ホルダー１７と回路基板８をセットして、電池コア９のリード板１６を回路基板８に接続する。
(5) 基板ホルダー１７の内部に未硬化のプラスチック液を充填して硬化させる。未硬化のプラスチック液は、回路基板８とこれに実装する電子部品を完全に埋設するように充填される。
(6) 下ケース１Ａの上に上ケース１Ｂを載せ、下ケース１Ａの外周壁１１の上縁に上ケース１Ｂの周壁１４の下縁を超音波溶着して連結する。この状態で、上ケース１Ｂと下ケース１Ａとが連結されて、内ケース４の外側に外ケース３が設けられる。

本発明の一実施例にかかるパック電池の断面図である。図１に示すパック電池の平面図である。図１に示すパック電池の下部の分解斜視図である。図１に示すパック電池の上部の分解斜視図である。

符号の説明

１…ケース１Ａ…下ケース
１Ｂ…上ケース
２…二次電池
３…外ケース
４…内ケース
５…中空層
６…通気穴
７…内部蓋
８…回路基板
９…電池コア
１０…底板
１１…外周壁
１２…内周壁
１３…天板
１４…周壁
１５…連結凸部
１６…リード板
１７…基板ホルダー

Claims

複数の二次電池(2)をケース(1)に収納しているパック電池であって、ケース(1)が外ケース(3)と、この外ケース(3)の内部に設けている内ケース(4)とを備えており、
内ケース(4)を水密構造に密閉して、内部に二次電池(2)を収納しており、
さらに、外ケース(3)と内ケース(4)との間には中空層(5)を設けると共に、この中空層(5)を外部に開放する通気穴(6)を外ケース(3)に開口して、通気穴(6)を介して中空層(5)の空気を外部に換気して内ケース(4)を介して二次電池(2)を冷却するようにしてなるパック電池。
ケース(1)が内ケース(4)の周囲と上面に中空層(5)を設けている請求項１に記載されるパック電池。
ケース(1)がプラスチック製の下ケース(1A)と上ケース(1B)とを備え、下ケース(1A)は上方を開口する外ケース(3)の内側に、上方を開口する内ケース(4)を一体的に成形して設けており、
上ケース(1B)は、外ケース(3)の上方開口部を閉塞するように下ケース(1A)に連結しており、さらに、下ケース(1A)の内ケース(4)を内部蓋(7)で閉塞している請求項１に記載されるパック電池。
上ケース(1B)に通気穴(6)を開口している請求項３に記載されるパック電池。
内部蓋(7)の上方に回路基板(8)を配置している請求項３に記載されるパック電池。