JP2007294175A - 電池パック - Google Patents

Abstract

【課題】複数の電池と電池の充放電を制御する制御基板からなる電池パックにおいて、特別な部品を設けることなく電池パック内部の温度を均一にし、小型で安価な構成で電池パック内の温度ばらつきによる電池の短寿命化や特性の劣化などを抑制することを目的とする。
【解決手段】電池群単体での作動時の発熱による温度分布と、制御基板単体での作動時の発熱による温度分布とは、互いに相反する分布を持ち、作動時に電池パック内の温度分布が、前記電池群単体での作動時の発熱による温度分布よりばらつきが少なくなるように、前記電池群と前記制御基板とを近接配近接配置する。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数の電池と電池を制御する基板からなる電池パックに関し、特に複数の電池の温度ばらつきによる電池特性の劣化を防止する技術に関する。

従来から２次電池を使用する際、充放電によって生じる熱によって２次電池の特性が変化することが知られており、特に複数の２次電池で構成された電池パックを使用する際は各２次電池の特性のばらつきが、電池パックとしての短寿命につながってしまうという問題があり、電池パック内の温度を均一にするための方法が多く提案されている。

電池パック内の温度を均一にするための方法としては、複数の２次電池を一定間隔で並列配置し、送風方向が並列された電池と交差する方向となるように送風ファンを配置して、空冷により電池パック内の温度を均一にするという方法がある。（例えば、特許文献１参照）
また、複数の２次電池の充放電を制御するシステムメインリレーを２つ配置し、システムリレーのソレノイドコイルへの印加電流のデューティ比を変化させて発熱量をコントロールして電池パック内部の温度を均一にするという方法がある。（例えば、特許文献２参照）
特開２００５―２０９３６７号公報 特開２００４−３１１２９０号公報

しかし、前記従来の技術では、パック内部の温度を均一にするためにファンや複数のリレーを必要としているため、それらを駆動するための回路が必要になり、制御基板の規模が大きくなってしまい部品点数が増えることで電池パックの価格が高くなってしまうといった問題や、ファンやリレーを配置するためのスペースが必要となるため電池パックのサイズが大きくなってしまうといった問題がある。

本発明の目的は、新たにパック内部の温度を均一にするための部品を設けることなく、パック内部の温度をできるだけ均一にした、小型化の可能な電池パックを提供することにある。

本発明は、前記課題を解決するために以下の手段を提供する。

本発明の電池パックは、複数の電池を並べて配置した電池群および前記電池を制御する制御基板を外装内に内蔵した電池パックにおいて、前記電池群単体での作動時の発熱による温度分布と、前記制御基板単体での作動時の発熱による温度分布とは、互いに相反する分布を持ち、作動時に前記電池パック内の温度分布が、前記電池群単体での作動時の発熱による温度分布よりばらつきが少なくなるように、前記電池群と前記制御基板とを近接配置したものである。

上記構成によれば、電池パックは複数の電池の発熱による温度分布と制御基板の発熱による温度分布が逆となっているため、それらが合わさることで電池パック内部の温度は均一となる。このような構成とすることで電池パック内部の温度を均一にするための部品を新たに配置する必要が無く、小型で安価な構成で電池パック内の温度ばらつきによる電池
の短寿命化や特性の劣化などを抑制することができる。

また、上記構成において、前記電池群は、前記電池群単体での作動時の発熱による温度分布が中央部ほど高くなるように構成し、逆に、前記制御基板は、前記制御基板単体での作動時の発熱による温度分布が周辺ほど高くなるように構成するのも好ましい。

電池群をコンパクトにまとめると、作動時の発熱は、周辺部から放熱されるため、温度分布が中央部ほど高くなる。そのため制御基板は、発熱による温度分布が周辺ほど高くなるように構成すると、相反する分布となる。

このとき、発熱部品を周辺部に配置し、中央部に信号系部品を配置することにより、前記制御基板単体での作動時の発熱による温度分布が周辺ほど高くなるように構成するのが、さらに好ましい。

信号系部品は、作動させてもほとんど発熱しないため、容易に作動時の発熱による温度分布が周辺ほど高くなるように構成できる。

以上述べたとおり、本発明によると、小型で安価な構成で電池パック内の温度ばらつきによる電池の短寿命化や特性の劣化などを抑制することができる。

以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態を詳細に説明するが、本発明はこれらのみに限定されるものではない。

図１は、本実施の形態に係る電池パックの分解斜視図である。

本実施形態の電池パック１０１は、図１に示すように、複数の２次電池１０２〜１０７からなる電池群と、複数の２次電池の充放電を制御する制御基板１０８とから構成される。図１において、６本の２次電池は、横１列に並べて配置し、直列に接続されているが、本数は、２本以上の複数であれば何本でも良い。また、横１列の並べ方以外の並べ方、例えば、横２列や横１列縦２列でも良い。さらに、接続方法に関しても、並列に接続したり、直列と並列を併用したりしてもかまわない。

複数の２次電池を充放電した際、充放電による発熱は各２次電池の初期特性によって若干のばらつきはあるもののほぼ同程度の発熱が起こるとすると、図１で示すように配置さした複数の２次電池において、２次電池１０３、１０４、１０５、１０６は、両側に２次電池が配置されているため他の２次電池の発熱により、２次電池１０２、１０７のように片側のみに２次電池が配置されているものに比べて温度が高くなるため電池の温度分布は、中央部が高く周辺に行くほど低くなる。

図２に、図１のＡ−Ａ’線上での電池のみの温度分布図を示す。この図は、図１の制御基板１０８が、無い場合である。ａ点は、電池１０２の端であり、ｂ点は電池１０２と電池１０３との接触点である。以下同様に、ｃ点からｆ点までは、それぞれ電池１０３から電池１０７までの接触点であり、ｇ点は電池１０７の端の位置を示す。

温度分布は使用する電池や充放電電流、配置によって異なるが、例えば、公称容量３３００ｍＡの電池を６本用いて横並びに直列配置し４０Ａの放電を行うと電池の温度ばらつき、つまり図２における最高点と最低点の差は１０℃程度みられる。

一方、制御基板１０８は、発熱部品１０９、１１１を周辺に配置し、信号系部品１１０を中央部に配置することで、制御基板１０８の温度分布は、中央部が低く周辺に行くほど高くなる。

図３に、図１のＢ−Ｂ’線上での制御基板のみの温度分布図を示す。図２と同様に、この図は、図１の電池群が無い場合の分布図である。Ａ点、Ｂ点およびＣ点は、それぞれ発熱部品１０９、信号系部品１１０および発熱部品１１１の中心点である。

ここで、発熱部品１０９、１１１とは例えば充放電の制御を行うためのリレーやＦＥＴ、電源回路を構成するレギュレータやＤＣ／ＤＣコンバータ、充放電電流を計測するための電流センサなどである。例えば、Ｒｏｎ１０ｍΩのＦＥＴのＳ−Ｄ間に６Ａの電流を流すとＦＥＴの温度は約１０℃程度上昇する。温度上昇は使用する部品や、流れる電流量によって変化するが、部品を正常に使用する範囲内においては最大で３０℃程度の上昇がある。

図４に制御基板の部品配置の一例を示す。制御基板４０１は、充放電を制御するマイコン４０２およびその周辺回路（図示せず）や電池電圧、電池電流、電池温度などを計測するための計測回路４０３や計測したデータなどを外部に通信するための通信回路４０４など比較的発熱量が少ない部品については制御基板４０１の中央部に配置する。充放電の制御を行うリレー４０５及びその周辺回路（図示せず）、外部からの電源を昇降圧するためのＤＣ／ＤＣコンバータ４０６及びその周辺回路（図示せず）、マイコン４０２や計測回路４０３、通信回路４０４などに電源を供給するためのレギュレータ４０７及びその周辺回路（図示せず）、充放電電流を計測するための電流センサ４０８及びその周辺回路（図示せず）などは、動作時に比較的発熱量が多いため制御基板４０１の外周に配置する。

一般的に、電池の温度が上昇すると充電効率が低下するため、電池パック内部で温度分布があると、例えば温度差が２℃の時は２０００回のサイクル試験を行った後の容量維持率が９０％だったのに対して、温度差が７℃の時は６５％、温度差が１５℃の時は３０％というように電池パックとしての特性が低下してしまう。しかし、本実施の形態のように、制御基板の温度分布を中央部が低く周辺部が高くし複数の２次電池の温度分布と逆になるようにして電池パックに配置することで、例えば電池パックのみの時の温度分布が１５℃だったのに対して基板とセットにすることで温度分布が４℃になる、というように、電池パック内部の温度分布のばらつきを低く抑えることができる。

図５に、図１のＡ−Ａ’線上での電池パックの温度分布図を示す。これは、図２で示す電池のみの温度分布が、図３に示す制御基板の温度分布に影響を受けて、ばらつきが小さくなった例を示したものである。

このように、複雑な制御やファンなどの冷却部品を用いることなく電池パック内部の温度を均一にすることができるので、小型で安価な構成で電池パック内の温度分布による電池の短寿命化や特性の劣化などを抑制することができる。

なお、本実施の形態において、電池パックは直列に配置した複数の２次電池と制御回路から構成されているが、２次電池の配置はこの限りではなく他の配置および本数においても同様の効果が得られる。

本発明の電池パックは電池の温度分布と制御基板の温度分布が逆になるように制御基板に部品を配置して、複雑な制御や冷却部品を用いることなく電池パック内部の温度を均一にして、小型で安価な構成で電池の短寿命化や特性の劣化を抑制することができるため、
電源工具などの電池電源や、様々なバックアップ電源として好適な電池パックを提供することができる。

本実施の形態に係る電池パックの分解斜視図 図１のＡ−Ａ’線上での電池のみの温度分布図 図１のＢ−Ｂ’線上での制御基板のみの温度分布図 本実施の形態に係る制御基板の部品配置図 図１のＡ−Ａ’線上での電池パックの温度分布図

符号の説明

１０１ 電池パック
１０２、１０３、１０４、１０５、１０６、１０７ 電池
１０８ 制御基板
１０９、１１１ 発熱部品
１１０ 信号系部品
４０１ 制御基板
４０２ マイコン
４０３ 制御回路
４０４ 通信回路
４０５ リレー
４０６ ＤＣ／ＤＣコンバータ
４０７ レギュレータ
４０８ 電流センサ

Claims (3)

1. 複数の電池を並べて配置した電池群および前記電池を制御する制御基板を外装内に内蔵した電池パックにおいて、
   前記電池群単体での作動時の発熱による温度分布と、前記制御基板単体での作動時の発熱による温度分布とは、互いに相反する分布を持ち、
   作動時に前記電池パック内の温度分布が、前記電池群単体での作動時の発熱による温度分布よりばらつきが少なくなるように、前記電池群と前記制御基板とを近接配置したことを特徴とする電池パック。
2. 前記電池群は、前記電池群単体での作動時の発熱による温度分布が中央部ほど高くなるように構成し、逆に、前記制御基板は、前記制御基板単体での作動時の発熱による温度分布が周辺ほど高くなるように構成した請求項１記載の電池パック。
3. 前記制御基板は、発熱部品を周辺部に配置し、中央部に信号系部品を配置することにより、前記制御基板単体での作動時の発熱による温度分布が周辺ほど高くなるように構成したものである請求項２記載の電池パック。