JP2008166209A - パック電池 - Google Patents

Abstract

【課題】回路基板を小さくして部品コストを低減し、さらに全体をコンパクトにする。
【解決手段】パック電池は、複数の電池１を多段多列に配列してなる電池ブロック集合体１０の各々の電池１に、リード板５を介して回路基板６を連結して外装ケース４に収納している。電池ブロック集合体１０は、全体の形状を細長い四角柱状として、一端面に回路基板６を配置すると共に、複数の直列ブロック９を縦方向に多段に積層している。各々の直列ブロック９は、複数の電池１を２段の俵積み状に縦方向に配列している。多段に積層される直列ブロック９は、電池１の端部電極に、縦に長いリード板５を接続している。リード板５は、直列ブロック９を構成する２段の電池１を直列に接続し、かつ各々の直列ブロック９の電池１を並列に接続している。複数枚のリード板５を、横に並べて非接触状態に配置し、各々のリード板５の一端を回路基板６に接続している。
【選択図】図３

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し、さらに電動自転車に最適な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を多くして出力電圧を高くできる。多数の電池を直列と並列に接続するパック電池は、充放電を繰り返すにしたがって、電池の電気特性のアンバランスが大きくなる。電池のアンバランスは、電池の寿命を短くすることに加えて、パック電池の安全性を低下させる原因となる。この弊害を避けるために、各々の電池電圧を検出しながら、充放電をコントロールするパック電池が開発されている。（特許文献１参照）
特開２００５−３１７４５９号公報

特許文献１のパック電池は、図１に示すように、電池ブロック集合体９０と回路基板９６をケース９４に内蔵する。電池ブロック集合体９０は、多数の電池９１を平行な姿勢で、多段多列に配列して、全体の形状を細長い四角柱状としている。さらに、電池ブロック集合体９０は、対向する両面をリード接続面として、ここにリード板９５を配置している。全ての電池９１は、端部電極をリード接続面に配置して、ここにリード板９５をスポット溶接等の方法で接続している。リード板９５は、縦方向（図において上下方向）に並べられる電池９１を直列に接続して、横方向（図において左右方向）に並べられる電池９１を並列に接続している。図１の電池ブロック集合体９０は、横方向に並べた４本の電池９１を並列に接続して、縦方向に並べた７本の電池９１を直列に接続している。すなわち、２８本の電池９１を、４並、７直に接続している。各々のリード板９５は、電池ブロック集合体９０の側面に配置する回路基板９６に接続している。回路基板９６は、各々のリード板９５を介して全ての電池９１の端部電極に接続される。回路基板９６は、各々の電池電圧を検出して、充放電をコントロールする電圧検出回路を実装する。このパック電池は、電圧検出回路で全ての電池電圧を検出して電流をコントロールできる。このため、電池電圧がアンバランスになり、特定の電池電圧が高くなるのを監視しながら充放電をコントロールして、安全性を向上し、また特定の電池の劣化を防止できる。

ただ、図１のパック電池は、電池ブロック集合体９０の側面に回路基板９６を配置することから、回路基板９６が大きくなる。回路基板が大きくなることは、部品コストを高くすることに加えて、パック電池全体の容積を大きくする欠点もある。また、図１のパック電池は、電池ブロック集合体９０の側面に回路基板９６を積層して配置することから、全体の幅が広くなる。さらに、出力電流を大きくするために、並列に接続する電池の個数が多くなるとパック電池の幅が広くなる。幅の広いパック電池は、電気機器の狭い部分にはセットできず、パック電池をセットするために、電気機器を改造する等の設計変更が要求されることがある。

本発明は、この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、全ての電池の電圧を検出できる構造として、電池を保護しながら安全に使用できることに加えて、回路基板を小さくして部品コストを低減し、さらに全体をコンパクトにできるパック電池を提供することにある。
また、本発明の他の大切な目的は、横幅を狭くでき、また、横幅を広くすることなく、並列接続する電池の個数を多くして出力電流を大きく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、複数の電池１を平行な姿勢で、多段多列に配列してなる電池ブロック集合体１０と、この電池ブロック集合体１０を構成する各々の電池１にリード板５を介して接続されて、各々の電池電圧を検出する電圧検出回路を備える回路基板６と、回路基板６を連結してなる電池ブロック集合体１０を収納している外装ケース４とを備えるパック電池であって、以下の全ての構成を有するパック電池。
（ａ）電池ブロック集合体１０は、全体の形状を細長い四角柱状としている。
（ｂ）電池ブロック集合体１０の一端面に対向する姿勢で回路基板６を配置している。
（ｃ）電池ブロック集合体１０は、複数の直列ブロック９を縦方向に多段に積層している。
（ｄ）各々の直列ブロック９は、複数の電池１を２段の俵積み状に配列している。
（ｅ）２段の俵積み状に配列される直列ブロック９は、一方の段の電池１の個数を他方の段よりもひとつ少なくしている。
（ｆ）俵積み状に配列される２段の電池１は、電池ブロック集合体１０の縦方向に配置される。
（ｇ）多段に積層される直列ブロック９は、電池１の端部電極を、電池ブロック集合体１０のリード接続面８に配置している。
（ｈ）各々の電池１は、リード接続面８に配置される端部電極にリード板５を接続している。
（ｉ）リード板５は、電池ブロック集合体１０の縦に長い形状で、直列ブロック９を構成する２段の電池１を直列に接続し、かつ各々の直列ブロック９の電池１を並列に接続している。
（ｊ）電池ブロック集合体１０のリード接続面８には、複数枚のリード板５を、横に並べて非接触状態に配置している。
（ｋ）各々のリード板５の一端を回路基板６に接続している。

ただし、本明細書において、細長い四角柱状の長手方向を「縦方向」、縦方向に直交する方向を「横方向」と定義する。図において、縦方向は上下方向となり、横方向は水平方向となる。

本発明の請求項２のパック電池は、請求項１の構成に加えて、各々の直列ブロック９が、５個ないし９個の電池１を２段の俵積み状に配置している。

本発明の請求項３のパック電池は、請求項１の構成に加えて、パック電池を電動自転車４０又は電動オートバイの走行モータに電力を供給する電源用としている。

本発明の請求項４のパック電池は、請求項１の構成に加えて、電池１をリチウムイオン二次電池としている。

本発明のパック電池は、直列と並列に接続される全ての電池の電圧を検出できるように回路基板に接続して、電池を保護しながら安全に使用できると共に、回路基板を小さくして部品コストを低減し、さらに全体をコンパクトにできる特徴がある。この特徴は、電池ブロック集合体の電池の配列とリード板の接続状態を独特の構成として実現される。本発明のパック電池は、電池ブロック集合体の全体形状を細長い四角柱状として、その一端面に対向して回路基板を配置し、この回路基板に各々の電池の端部電極をリード板で接続している。各々の電池の端部電極を回路基板に接続するリード板は、電池を直列と並列に接続する。リード板がこの状態で、電池と回路基板とを接続するために、電池ブロック集合体は、複数の直列ブロックを縦方向に多段に積層している。そして、各々の直列ブロックは、複数の電池を２段の俵積み状に配列している。さらに、俵積み状に配列される２段の電池は、電池ブロック集合体の縦方向に配置される。電池をこの状態に配列し、リード板を、電池ブロック集合体の縦に長い形状として、直列ブロックを構成する２段の電池を直列に接続し、かつ各々の直列ブロックの電池を並列に接続しながら、これを回路基板に接続して、各々の電池の端部電極を回路基板に接続している。

以上のパック電池は、横幅を狭くでき、また横幅を広くすることなく、並列接続する電池の個数を多くして出力電流を大きくできる。それは、回路基板を電池ブロック集合体の端部に配設すると共に、並列に接続される直列ブロックを電池ブロック集合体の縦方向に積層するからである。

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。

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、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。

図２と図３は、本発明の実施例のパック電池を示す。図２は外装ケースに収納される電池ブロック集合体を示し、図３は電池ブロック集合体の分解斜視図を示している。これ等の図のパック電池は、複数の電池１を平行な姿勢で、多段多列に配列している電池ブロック集合体１０と、この電池ブロック集合体１０を構成する各々の電池１にリード板５を介して接続されて、各々の電池電圧を検出する電圧検出回路（図示せず）を備える回路基板６と、回路基板６を連結している電池ブロック集合体１０を収納している外装ケース４とを備える。

［電池１］
電池１は、充電可能な円筒形の二次電池である。本実施の形態においては、電池１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。

［電池ブロック集合体１０］
電池ブロック集合体１０は、複数の電池１を多段多列に配列している。図の電池ブロック集合体１０は、各々の電池１を電池ホルダ２で定位置に配置して、リード板５に接続している。図のパック電池の回路図を図４に示す。この回路図のパック電池は、５組の直列ブロック９をリード板５で並列に接続している。各々の直列ブロック９は、７個の電池１を直列に接続している。したがって、このパック電池は、３５個の電池１を、７直、５並に接続している。

図２の電池ブロック集合体１０は、全体の形状を細長い四角柱状として、一端面である上面と対向する姿勢で回路基板６を配置している。電池ブロック集合体１０は、複数の直列ブロック９を縦に多段に積層して、全体の形状を四角柱状としている。図の電池ブロック集合体１０は、５組の直列ブロック９を縦に積層するように配列して、図の上下方向となる縦方向に細長い四角柱状としている。直列ブロック９は、複数の電池１を２段の俵積み状に配列している。図の直列ブロック９は、上段に４本の電池１を水平面に並べ、下段に３個の電池１を水平面に並べている。上段と下段の電池１は、互いに隣接する電池１の谷間にあって、俵積み状に配列される。本明細書において、電池を「俵積み状」に配列するとは、米俵を崩れないように積み重ねるように、上下の電池をその谷間に配設して積層する配列を意味する。さらに、直列ブロック９は、図５に示すように、各々の電池１の端部電極をリード接続面８に配置している。俵積み状に配置される電池１は、上段と下段の電池１が谷間に位置するので、図３に示すように、最も外側に配列されるリード板５の端縁、図３において右側に配列される複数のリード板５の最も左端に配置されるリード板５の左側縁と、左側に配列される複数のリード板５の最も右端に配置されるリード板５の右側縁を直線状にして、上下の直列ブロック９を並列に接続でき、また回路基板６にも接続できる。また、電池１を俵積み状に配列するパック電池は、無駄なスペースを少なくして、外形を小さくできる。それは、円筒形電池の谷間にできるスペースを有効に利用して電池１を配置するからである。

図の直列ブロック９は、電池１を４列と３列に並べて俵積み状に配置するので、１組みの直列ブロック９は、７個の電池１を直列に接続している。ただし、本発明のパック電池は、１組の直列ブロックの電池を７個には特定しない。直列ブロックは、図示しないが、３列と２列に電池を配列して５個の電池を直列に接続し、あるいは５列と４列に電池を配列して、９個の電池を直列に接続することもできる。直列ブロック９は、電池１を２段の俵積み状に配列するが、上段と下段の電池１は個数が異なり、一方の列を他方よりもひとつ少なくしている。上段と下段に同じ個数の電池を並べると、電池ブロック集合体１０の縦に長いリード板５で、直列ブロック９の電池１を直列に接続して、直列ブロック９の電池１を並列に接続できなくなるからである。図のパック電池は、直列ブロック９の上段の電池１を下段の電池１よりも多くしているが、上下を反転して、上段の電池の個数を下段の電池よりも少なくすることもできる。

縦に積層される直列ブロック９は、リード板５を介して並列に接続される。図のパック電池は、５組の直列ブロック９を並列に接続している。本発明のパック電池は、並列に接続する直列ブロックの個数を５組には特定しない。４組以下の直列ブロックを縦に並べて並列に接続し、あるいは６組以上の直列ブロックを縦に並べて並列に接続することもできる。ただ、電池ブロック集合体１０は、縦に細長い四角柱状となるように、複数の直列ブロック９を縦に並べて並列に接続する。多段に積層される直列ブロック９は、電池１の端部電極を、電池ブロック集合体１０のリード接続面８に配置する。全ての直列ブロック９の電池１にリード板５を接続するためである。

［リード板５］
全ての電池１は、リード接続面８に配置される端部電極にリード板５を接続している。リード板５は、電気導電および熱伝導のよい材質が使用され、表面をニッケル等のメッキをした鉄板、ニッケル板、銅板、アルミニウム板等の金属板が好適に使用できる。

リード板５は、電池ブロック集合体１０の縦に長い形状で、直列ブロック９を構成する２段、７個の電池１を直列に接続し、かつ各々の５組の直列ブロック９の電池１を並列に接続している。電池ブロック集合体１０のリード接続面８に、複数枚のリード板５を非接続状態で横に並べて配置して、各々のリード板５を電池１の端部電極に接続している。リード板５は、電池ブロック集合体１０の縦方向、図において上下に配列される電池１に接続されて、直列ブロック９を構成する７個の電池１を直列に接続し、さらに、上下に配列される直列ブロック９を並列に接続する。図のパック電池は、直列ブロック９が４列と３列の電池１を俵積み状に配列するので、各リード接続面８において、４列のリード板５を互いに非接触状態に離して配置する。とくに、図のパック電池は、４枚のリード板５を電池ホルダ２の位置決凹部２４に入れて定位置に配置する。この構造のパック電池は、隣接するリード板５を確実に絶縁して配置できる。

上下の電池１は俵積み状に配列されて、水平方向で位置ずれしている。したがって、上下の電池１の端部電極に接続されるリード板５は、金属板を所定の幅のジグザグ状に裁断して製作される。図３に示すようにジグザグ状に形成されるリード板５は、電池１の端面に沿って各リード板５をジグザグ状とするので、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５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。ただし、リード接続面８の片側に配列されるリード板５、図３において電池１の右側に配置される複数のリード板５の最も左側のリード板５と、電池の左側に配置される複数のリード板５の最も右側のリード板５は、上下の直列ブロック９の出力端子となる端部電極を並列に接続するので、電池１をひとつ飛びに接続する。したがって、このリード板５は、片側をジグザグ状として、外側縁を直線状としている。

各々のリード板５は、その上端を回路基板６に接続して、回路基板６に実装される電圧検出回路（図示せず）で全ての電池電圧を検出する。リード板５は、回路基板６に接続する接続部５Ａを端部（図において上端）に設けている。リード板５は、回路基板６に連結しているリードピン２１にハンダ付け等の方法で接続され、あるいは、回路基板６に連結しているリード板２０にネジ止めして連結される。

［電池ホルダ２］
電池ホルダ２は、図２と図３に示すように、電池１を挿通して保持する保持筒１１の両端に、支持側壁１２を一体的に成形して連結している。この電池ホルダ２は、一対の支持側壁１２の対向する内側に保持筒１１を設けて電池収納部としている。保持筒１１に電池１を入れて、電池１は定位置に保持される。この電池ホルダ２２は絶縁材を成形して製作される。電池ホルダ２を成形する絶縁材はプラスチックである。保持筒１１は、電池１を挿通する複数の挿通穴１３を貫通して設けている。電池ホルダ２は、保持筒１１の挿通穴１３に電池１を挿通して、複数の電池１を所定の位置に保持している。図の電池ホルダ２は、３５本の円筒型電池１を連結して保持するので、支持側壁１２に３５本の保持筒１１を設けて、各々の保持筒１１に挿通穴１３を設けている。これらの保持筒１１は、３５本の電池１を前述の配列で、すなわち俵積み状に配列できるように、支持側壁１２に一体成形して設けている。

図３に示す電池ホルダ２は、保持筒１１を軸方向の中間で２分割して、一対の支持側壁１２に一体的に成形して連結している。分割された保持筒１１の端部を支持側壁１２の内側に連結する形状に成形している。この電池ホルダ２は、保持筒１１の分割端である開口部を挿通穴１３として電池１を挿入し、一対の支持側壁１２を連結して、複数の電池１を電池ホルダ２に収納している。

保持筒１１は、図３に示すように、電池１の表面のほぼ全周に沿う筒状に挿通穴１３を開口している。ただ、保持筒は、必ずしも電池の全周に沿う筒状に挿通穴を開口する必要はない。さらに、図３に示す電池ホルダ２は、保持筒１１の一部に開口部１１Ａを設けている。図の電池ホルダ２は、分割された一方の保持筒１１の開口端部を切欠して開口部１１Ａを設けている。この電池ホルダ２は、保持筒１１に設けた開口部１１Ａに温度センサー１９を配設して、電池１の温度を検出することができる。このパック電池は、温度センサーで電池温度を検出しながら、電池１の充放電を制御できる特徴がある。ただ、保持筒は、必ずしも開口部を設ける必要はない。

中間で分割される保持筒１１は、図示しないが、分割端側から支持側壁１２側に向かって次第に内径が小さくなるテーパー状に内面を成形している。この保持筒１１は、支持側壁１２側の端部の内面に突出する部分を電池１の表面に面接触させて電池１を定位置に保持できる。このように、保持筒１１を分割する構造は、プラスチックを成形する金型の設計を簡単にして、プラスチック成形を容易にできる特長がある。

一対の支持側壁１２は、保持筒１１の両端に位置して、互いに平行な姿勢で設けられている。支持側壁１２は、保持筒１１に対して直交する板状に成形されている。一対の支持側壁１２は、中央部に保持筒１１を設けて電池収納部とし、外周部に回路基板６の収納スペース１４を設けている。電池ホルダ２は、一対の支持側壁１２を、保持筒１１の両端から、図において上方に突出させており、一対の支持側壁１２の間に、基板ホルダ７を収納する収納スペース１４を設けている。基板の収納スペース１４は、保持筒１１の長さ、すなわち電池１の長さで幅が特定され、支持側壁１２が保持筒１１から上方に突出する突出高さで深さが特定される。収納スペース１４の深さ、すなわち、支持側壁１２の突出高さは、収納スペース１４に基板ホルダ７を収納できる高さとする。

さらに、電池ホルダ２は、両側に位置する支持側壁１２に、リード板５を配設している。支持側壁１２は、保持筒１１の外側において、挿通穴１３の開口部から表出する端部電極にリード板５を溶着して連結している。図２と図３の支持側壁１２は、リード板５を嵌入する位置決凹部２４を外側面に設けており、この位置決凹部２４にリード板５を入れて定位置に配置している。位置決凹部２４は、リード板５の外形よりもわずかに大きい外形として、ここにリード板５を入れて定位置に配置している。

さらに、支持側壁１２は、リード板５の接続部５Ａを回路基板６に接続するための接続窓１８を開口している。接続窓１８は、位置決凹部２４に配設されるリード板５の接続部５Ａの位置に開口されており、接続部５Ａを収納スペース１４に表出させている。リード板５の接続部５Ａは、接続窓１８に配置されて、収納スペース１４に配置される基板ホルダ７の回路基板６に接続している。

以上の電池ホルダ２は、図３に示すように、一対の支持側壁１２に保持筒１１を一体的に成形してホルダーユニット２Ａとし、このホルダーユニット２Ａを連結している。一対のホルダーユニット２Ａは、一体的に成形されたボス２２に止ネジ２３をねじ込んで互いに連結される。図２と図３のホルダユニット２Ａは、両端部と中央下部に、ボス２２を一体的に成形して設けている。ボス２２は筒状で、内部に止ネジ２３を挿通している。ただ、図示しないが、分割されたホルダーユニットは、係止構造で連結し、あるいは接着して連結し、あるいはまた、これらを組み合わせて連結することもできる。

以上の電池ホルダ２は、保持筒１１の半分と支持側壁１２とを一体的に成形してホルダーユニット２Ａとしているが、本発明のパック電池は、電池ホルダを以上の構造に特定しない。電池ホルダは、複数の電池を所定の位置に保持できる他の全ての構造とすることができる。電池ホルダは、たとえば、保持筒と支持側壁を分割することなく一体構造とすることも、保持筒と両端の支持側壁とを分割してなる構造とすることもできる。以上のように、複数の電池１を電池ホルダ２で定位置に保持して電池ブロック集合体１０とする構造は、電池ブロック集合体１０の組み立てを簡単かつ容易にできる特長がある。

［回路基板６］
回路基板６は、リード板５を介して電池１に接続される。回路基板６は、各々の電池電圧を検出して、電池を保護する保護回路（図示せず）を実装している。回路基板６に実装される保護回路は、電池１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１の過充電や過放電を検出するために、電池１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５を介して各々の電池電圧を検出し、検出した電圧から電池１の過充電や過放電を検出する。保護回路は、いずれかの電池電圧が最低電圧よりも低くなると、放電電流を遮断するスイッチング素子をオフに切り換えて、放電電流を遮断する。また、いずれかの電池電圧が最高電圧よりも高くなると、充電を停止するスイッチング素子をオフに切り換えて、充電を停止する。このように、各々の電池電圧を検出して、充放電をコントロールする保護回路を実装するパック電池は、電池１を保護しながら安全に使用できる。

さらに、図示しないが、回路基板６からは、リード線が引き出されている。このリード線は、外部機器に接続されるコネクタを先端に接続している。回路基板は、通信用のリード線を引き出してコネクタに接続することもできる。コネクタは、内蔵する電池の出力用の出力端子や、外部機器との接続端子を装備している。コネクタは、出力端子や接続端子を外部に表出する状態で外装ケースに設けた開口窓に配設される。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。

［基板ホルダ７］
基板ホルダ７は、回路基板６を収納して所定の位置に配置する。図２と図３に示す基板ホルダ７は、底板２５の周囲に周壁２６を設けて上方開口の箱形としており、この周壁２６の内側に回路基板６を収納して、所定の位置に配置している。基板ホルダ７は、図３に示すように、底板２５から下方に突出する連結部２８を一体成形して設けており、この連結部２８に電池ホルダ２を貫通する止ネジ３０をねじ込んで電池ホルダ２に固定している。電池ホルダ２は、連結部２８に止ネジ３０をねじ込むために、支持側壁１２の内側に突出する連結ボス２９を一体成形して設けている。連結部２８は、図３に示すように、最上段に位置する保持筒１１の上面の谷間の部分に位置して配設している。基板ホルダ７は、連結ボス２９を貫通する止ネジ３０が連結部２８にねじ込まれて、電池ホルダ２の定位置に固定される。ただ、基板ホルダは、図示しないが、係止構造で電池ホルダに固定することもできる。

さらに、図３に示す基板ホルダ７は、底板２５から突出する支持部２７を設けており、この支持部２７に止ネジ３１を介して回路基板６を固定して、回路基板６を基板ホルダ７の底板２５から離れた位置に配置している。この回路基板６は、基板ホルダ７の底板２５との対向面に保護回路等を実現する電子部品（図示せず）を配置できる。このように、基板ホルダ７の底板２５との対向面に電子部品を配置する構造は、これらの電子部品の凹凸が、外側に突出するのを有効に防止できる。

基板ホルダ７に収納される回路基板６は、たとえば、絶縁樹脂にポッテングして埋設される。回路基板６を絶縁樹脂にポッティングして埋設することにより、回路基板６の防水が図られると共に、回路基板６に接続されたリード線５の分離を阻止し、ショートの恐れを回避する。このように、回路基板６を絶縁樹脂にポッティングして埋設する構造は、回路基板６を防水構造に保護できるので、回路基板６の故障を極減し、長期間にわたって回路基板６で電池１を保護しながら充放電できる特徴がある。図３に示す回路基板６は、基板ホルダ７の底板２５との間に絶縁樹脂を充填できるように、中央部に貫通孔６Ａを開口している。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が利用できる。

［外装ケース４］
外装ケース４は、詳細には表示しないが、たとえば、ＡＢＳ樹脂などで成形されており、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連結して固定される。外装ケース４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。外装ケース４は、図２の鎖線で示すように、上部に取手４Ａを一体成形して設けて、持ち運びを容易にできる。

以上のように、複数の電池１を電池ホルダ２で所定の位置に保持して電池ブロック集合体１０とすると共に、各々の電池１の端面に接続したリード板５を回路基板６に接続し、さらに、回路基板６が固定された基板ホルダ７を電池ホルダ２に固定して電池のコアパックとなる。電池のコアパックが、外装ケース４に収納されて、パック電池となる。

さらに、本発明のパック電池は、電池のコアパックを防水袋に収納し、その開口部を水密に閉塞して防水構造として、外装ケースに収納することもできる。この防水袋には、たとえば、可撓性シートを袋状に成形したものが使用できる。防水袋の可撓性シートには、プラスチックシートが使用できる。プラスチックシートには、ポリイミド（ＰＩ）、ポリエチレンイミド（ＰＥＩ）、ペット（ＰＥＴ）等が使用できる。このパック電池は、電池に回路基板を接続している電池のコアパックを防水袋に収納するので、電池に加えて回路基板も一緒に防水構造として外装ケースに収納できる。さらに、このパック電池は、防水袋で電池のコアパックを防水しながら、これをクッション材に使用して、外装ケースの衝撃を吸収して、耐衝撃強度を向上することもできる。

本発明のパック電池は、たとえば、図６に示すように、電動自転車４０のモーターを駆動する電源として使用することができる。図に示すパック電池は、電動自転車４０のサドル４２の下に設けた縦パイプ４１の背面に装着している。このように、電動自転車４０の縦パイプ４１に沿って装着されるパック電池は、幅が広くなると、横方向、あるいは後方に突出し、バランスよく配設できなくなる。とくに、垂直方向に立てた姿勢で、縦パイプ４１に沿って安定して装着できなくなる。本発明のパック電池は、電池ブロック集合体１０の電池１の配列とリード板５の接続状態を独特の構成とすることにより、多数の電池を所定の出力電圧となるように接続しながら、しかも回路基板６を細長い四角柱状の電池ブロック集合体１０の上部に配置して、パック電池全体の横幅を広くすることなくコンパクトにできる。したがって、電動自転車用の電源として、垂直姿勢で立てた姿勢で縦パイプ４１に装着するパック電池として、理想的な状態で使用できる。ただ、本発明のパック電池は、電動自転車以外の電動機器の電源として、使用できるのは言うまでもない。とくに、本発明のパック電池は、横幅を広くすることなく、細長い四角柱状としてコンパクトな形状としながら、並列接続する電池の個数を多くして出力電流を大きくすることが求められる用途に好適に使用できる。

本発明のパック電池は、屋外で使用される電気機器、とくに、電動自転車や電動オートバイの電源として好適に使用される。

従来のパック電池の横断面図である。 本発明の一実施例にかかるパック電池の電池ブロック集合体の斜視図である。 電池ブロック集合体の分解斜視図である。 本発明の一実施例にかかるパック電池の回路図である。 電池ブロック集合体を構成する電池のリード接続面にリード板を接続する状態を示す概略断面図である。 本発明の一実施例にかかるパック電池の使用例を示す側面図である。

符号の説明

１…電池
２…電池ホルダ ２Ａ…ホルダユニット
４…外装ケース ４Ａ…取手
５…リード板 ５Ａ…接続部
６…回路基板 ６Ａ…貫通孔
７…基板ホルダ
８…リード接続面
９…直列ブロック
１０…電池ブロック集合体
１１…保持筒 １１Ａ…開口部
１２…支持側壁
１３…挿通穴
１４…収納スペース
１８…接続窓
１９…温度センサー
２０…リード板
２１…リードピン
２２…ボス
２３…止ネジ
２４…位置決凹部
２５…底板
２６…周壁
２７…支持部
２８…連結部
２９…連結ボス
３０…止ネジ
３１…止ネジ
４０…電動自転車
４１…縦パイプ
４２…サドル
９０…電池ブロック集合体
９１…電池
９４…ケース
９５…リード板
９６…回路基板

Claims (4)

1. 複数の電池(1)を平行な姿勢で、多段多列に配列してなる電池ブロック集合体(10)と、この電池ブロック集合体(10)を構成する各々の電池(1)にリード板(5)を介して接続されて、各々の電池電圧を検出する電圧検出回路を備える回路基板(6)と、回路基板(6)を連結してなる電池ブロック集合体(10)を収納している外装ケース(4)とを備えるパック電池であって、以下の全ての構成を有するパック電池。
   （ａ）前記電池ブロック集合体(10)は、全体の形状を細長い四角柱状としている。
   （ｂ）前記電池ブロック集合体(10)の一端面に対向する姿勢で前記回路基板(6)を配置している。
   （ｃ）電池ブロック集合体(10)は、複数の直列ブロック(9)を縦方向に多段に積層している。
   （ｄ）各々の直列ブロック(9)は、複数の電池(1)を２段の俵積み状に配列している。
   （ｅ）２段の俵積み状に配列される直列ブロック(9)は、一方の段の電池(1)の個数を他方の段よりもひとつ少なくしている。
   （ｆ）俵積み状に配列される２段の電池(1)は、電池ブロック集合体(10)の縦方向に配置される。
   （ｇ）多段に積層される直列ブロック(9)は、電池(1)の端部電極を、電池ブロック集合体(10)のリード接続面(8)に配置している。
   （ｈ）各々の電池(1)は、リード接続面(8)に配置される端部電極にリード板(5)を接続している。
   （ｉ）リード板(5)は、電池ブロック集合体(10)の縦に長い形状で、直列ブロック(9)を構成する２段の電池(1)を直列に接続し、かつ各々の直列ブロック(9)の電池(1)を並列に接続している。
   （ｊ）電池ブロック集合体(10)のリード接続面(8)には、複数枚のリード板(5)を、横に並べて非接触状態に配置している。
   （ｋ）各々のリード板(5)の一端を回路基板(6)に接続している。
2. 各々の直列ブロック(9)が、５個ないし９個の電池(1)を２段の俵積み状に配置している請求項１に記載されるパック電池。
3. パック電池が電動自転車(40)又は電動オートバイの走行モータに電力を供給する電源用である請求項１に記載されるパック電池。
4. 電池(1)がリチウムイオン二次電池である請求項１に記載されるパック電池。

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