JP2008512832A - バッテリパック - Google Patents

Abstract

本発明は、電動機器または電動車両、特に電動工具に給電するためのバッテリパック（２）であって、複数のバッテリセル（４）と、互いに隣接したバッテリセル（４）の間の中間室（１６）内に配置された少なくとも１つの熱補償エレメント（１８）とが設けられている形式のものに関する。本発明によれば、熱補償エレメント（１８）が、プラスチック材料から成っていることが提案されている。

Description

本発明は、請求項１の上位概念部に記載した形式の、電動機器または電動車両、特に電動工具に給電するためのバッテリパックに関する。この場合、ここで使用される「バッテリセル」および「バッテリパック」という概念は、再充電可能な蓄電器（蓄電池）もしくは蓄電池パックも包括するものとする。

背景技術
電動工具または別の電動機器に給電するためのバッテリパックは、高い使用電流に基づき運転中に加熱される。特にバッテリパックのバッテリセルの一部が、バッテリパックのハウジングの外壁に直接接触していない場合には、この内側のセルの冷却が、外壁に隣接したセルの冷却よりも悪化する。なぜならば、出力変換に基づく損失熱が、外壁に隣接したセルでは一層容易にハウジング壁を通って周辺に放出され得るからである。不均一な冷却によって、内側のもしくは外側のセルが、互いに異なる効率を有し得る。このことは、さらに、アンバランシング、すなわち、セルの不均一な充電状態ひいては個々のセルの過熱に繋がり得る。

バッテリパックのセルの間の温度分配の均一化のための手段として、互いに隣接したセルの間の中間室内に金属製の熱補償エレメントを配置することがすでに知られている。この熱補償エレメントはセルの間のより良好な熱補償のために働く。有利には、熱補償エレメントはアルミニウムボディによって形成される。このアルミニウムボディは、優れた熱伝導率と比較的僅かな比重とを兼ね備えている。しかし、この金属製の熱補償エレメントは、セルの間の中間室内に導電性のボディが位置しているという欠点を有している。このボディは、場合により、振動または衝撃によって、中間室を橋渡しする導電性のセル接続体に接触し、このセル接続体とボディとの間の短絡を生ぜしめ得る。このことを阻止するためには、ハウジング内での熱補償エレメントの極めて確実な支承が必要となる。しかし、このような手段にもかかわらず、たとえば互いに隣接したセルの、一般的に紙から成る絶縁体の、振動または衝撃に起因した損傷に基づき、熱補償エレメントを介した短絡の発生が生ぜしめられ得る。さらに、自体アルミニウムから製作された熱補償エレメントは、少なくない重量を有している。このことは、特に携帯可能な電動機器、特に手持ち案内式の電動工具の場合に不都合であると感じられる。

発明の利点
従来のものに比べて、請求項１に記載した特徴を備えた本発明によるバッテリパックは、プラスチック材料から製作された熱補償エレメントが、金属製の熱補償エレメントと比べて軽く、電気的に絶縁性であり、さらに、廉価であるという利点を有している。さらに、プラスチック材料は一般的に金属よりも軟質であり、これによって、セルの周面により良好に適合される。さらに、熱可塑性のプラスチックの使用時には、熱補償エレメントを成形部材として射出成形または押出し成形によって製造することができる。これによって、極めて廉価な製作のほかに、さらに、セルの間の中間室の横断面形状に最適に適合された横断面形状を実現することもできる。さらに、プラスチックは一般的に金属よりも高い熱膨張係数を有しており、これによって、プラスチックがセルの加熱時により強く膨張させられ、したがって、一層良好にセルに適合される。これによって、まさに必要な場合に、つまり、強い発熱時に、改善された熱移行を達成することができる。当然ながら、熱補償エレメントをプラスチックから製作することによって、バッテリセル自体を将来的に固有の絶縁なしに形成することが注視され得る。この場合、この絶縁の役割はプラスチック熱補償エレメントによって引き受けられる。セルの絶縁によって、熱伝達時のさらなる窮境を排除することと、熱補償に対するポテンシャルを一層改善することとが恐らく可能となる。

本発明の有利な構成は、熱補償エレメントを製作するためのプラスチック材料として、熱可塑性のポリオレフィン、有利にはポリエチレン、最良には高密度ポリエチレン（ＰＥ−ＨＤ）が使用されることを提案している。なぜならば、この高密度ポリエチレンの熱伝導率が約０．４０〜０．４２Ｗ／ｍＫの値によって、たいていのセルの内部の最大の熱伝導率の範囲に達するからである。計算的にかつ試験によって確認されたように、バッテリセルの内部における最大の熱伝導率または限界熱伝導率の範囲は、一般的に約０．４〜０．５Ｗ／ｍＫによって達しており、これによって、この値範囲を上回る熱補償エレメントの熱伝導率は、熱導出に対するさほどの利点をもたらさない。

したがって、本発明の別の有利な構成は、熱補償エレメントが、使用されるバッテリセルの形式に応じて、０．３Ｗ／ｍＫよりも高い熱伝導率、有利には０．４〜０．５Ｗ／ｍＫの熱伝導率を有していることを提案している。この場合、必要な場合には、ベース材料として使用されるプラスチックの幾分僅かな熱伝導率を、このプラスチックに製作時に無機のまたは金属の粒子、たとえば酸化アルミニウムまたはアルミニウムの形の充填剤が添加されることによって高めることができる。この場合、粒度は、有利には２０μｍよりも少なく、有利には１０μｍよりも少ない。

本発明の別の有利な択一的な構成によれば、熱補償エレメントが、エラストマのプラスチック材料から成っていてもよい。このエラストマのプラスチック材料は、熱可塑性のプラスチックよりも一層良好にバッテリセルの周面に適合され、これによって、熱移行を改善するだけでなく、同時にさらにセルの導入も容易にし、このセルの、優れた振動減衰のためにも働く。

さらに、有利には、熱補償エレメントが形状接続的にバッテリセルの周面に当て付けられ、誤差補償を生ぜしめるように、熱補償エレメントの材料が選択されるだけでなく、熱補償エレメントの横断面が、少なくとも熱補償エレメントの長さの一部、有利には熱補償エレメントの長さの大部分にわたって、セルの間の中間室の横断面に対して相補的であるように選択され、これによって、熱補償エレメントが中間室をほぼ完全に塞いでいる。しかし、熱補償エレメントの一方のまたは両方の端部に隣接して、この熱補償エレメントが、中間室を橋渡しするセル接続体とのコンタクトを阻止するために、より小さな横断面を有していてよい。

以下に、本発明の実施例を図面につき詳しく説明する。

実施例の説明
図面にハウジングなしで示したバッテリパック２は、電動機器、たとえば手持ち案内式の電動工具（図示せず）のための給電装置として働く。バッテリパック２は、主として、プラスチック材料から製作されたハウジング（図示せず）と、このハウジング内に個々に相並んで配置された一層または多層のバッテリセル４と、ハウジングをセル４の一番上側の層の端部で閉鎖するクロージャ（図示せず）とから成っている。一般的に電動機器の一部によって形成されるクロージャは２つのコンタクトを有している。両コンタクトは、ハウジングの閉鎖時にバッテリパック２の接続コンタクト６に接触し、これによって、ハウジング内に収納された、直列にまたは並列に接続されたセル４が、電動機器の消費器の電流回路に接続される。

図示のバッテリパック２は１つの層内に全部で１１個の円筒状のバッテリセル４を有している。これらのバッテリセル４は、一部では、より緩い四角形パッキングで配置されていて、一部では、より密な三角形パッキングで配置されている。この場合、四角形パッキングの場合には、互いに隣接した４つのセル４の中心軸線が、正方形の角隅を形成しており、三角形パッキングの場合には、互いに隣接した３つのセル４の中心軸線が、正三角形の角隅を形成している。セル４の上側の端部の上方には、導電性の金属薄板から成るＨ字形の一連のセル接続体８が配置されている。これらのセル接続体８は、それぞれ互いに隣接した２つのセル４を互いに直列に接続している。セル接続体８の自由脚部１０は対を成して、セル４の、逆の極性が付与された端部に設けられたコンタクト面１２，１４に接触して取り付けられる。

出力変換時に各層の、ハウジングから十分に離された内側のバッテリセル４で放出された損失熱をより迅速に周辺に導出しかつセル４の冷却を改善するためには、各層の、四角形パッキングで配置されたセル４の間の楔状室１６内に、それぞれ熱補償エレメント１８が配置されている。この熱補償エレメント１８は、セル４の間の熱分配の均一化のために働く。これによって、１つの層のセル４の間での不均一な効率ひいてはセルのアンバランシングを阻止することができる。

熱補償エレメント１８は、セル４の長さに相当する長さと、その長さの大部分にわたって、セル４の間の楔状室１６の形状に適合された横断面とを有している。この適合された横断面の領域では、熱補償エレメント１８が、主として、凹状の部分円筒状の４つの側面２０によって仕切られる。これらの側面２０の曲率半径は、セル４の円筒状の周面２２の曲率半径に相当している。互いに隣接した側面２０の間の鋭い縁部によるセル４の絶縁体の損傷を回避するためには、側面２０が、互いに近づけられた縁部で狭幅の端面２４によって分離されている。さらに、この端面２４は幾分丸み付けられていてよい。側面２０もしくは端面２４の上側の端部と下側の端部とに隣接して、熱補償エレメント１８はより小さな円筒状の横断面を有しており、これによって、熱補償エレメント１８が、そこで、セル接続体８から十分な側方の間隔を維持している。このことは、たとえばセル４の間に侵入した異物に基づく熱補償エレメント１８の軸方向の変位の事例において、隣接した１つのセル４と、このセル４に接触した１つのセル接続体８との間のコンタクトの損傷を阻止している。

各層の、三角形パッキングで配置されたセル４の間の楔状室内にも同じく、この楔状室の横断面に相当する横断面を備えた熱補償エレメント（図示せず）が配置されていてよい。

熱補償エレメント１８は、個別部材として高密度ポリエチレン（ＰＥ−ＨＤ）から射出成形によって製作される。この高密度ポリエチレンの熱伝導率は約０．４〜０．４２Ｗ／ｍＫによって、０．４〜０．５Ｗ／ｍＫのセル４自体の熱伝導率に匹敵し得る値を有している。非導電性のポリエチレンからの熱補償エレメント１８の製作に基づき、この熱補償エレメント１８は、セル４の絶縁体の損傷時でさえ、セル４の間の短絡が生ぜしめられないことを確保している。さらに、高密度ポリエチレン（ＰＥ−ＨＤ）は、ＩＳＯ１１８３による１３５０ＭＰａの比較的高い弾性係数と、金属に比べて大きな熱膨張係数とを有しており、これによって、この材料から製作された熱補償エレメント１８が、加熱時に金属製の熱補償エレメントよりも強く膨張させられ、隣接したセル４に密に当て付けられる。この場合、熱補償エレメント１８の、セル４の周面２２に接触する端面２０の間の、場合により存在するエアギャップが閉鎖され、これによって、セル４から熱補償エレメント１８への熱移行が、特にセル４の過熱またはアンバランシングを回避するために最も必要となる場合に改善される。

ハウジングなしのバッテリパックの一部の、部分的に展開された斜視図である。

符号の説明

２ バッテリパック、 ４ バッテリセル、 ６ 接続コンタクト、 ８ セル接続体、 １０ 自由脚部、 １２ コンタクト面、 １４ コンタクト面、 １６ 楔状室、 １８ 熱補償エレメント、 ２０ 側面、 ２２ 周面、 ２４ 端面

Claims (10)

1. 電動機器または電動車両、特に電動工具に給電するためのバッテリパックであって、複数のバッテリセルと、互いに隣接したバッテリセルの間の中間室内に配置された少なくとも１つの熱補償エレメントとが設けられている形式のものにおいて、熱補償エレメント（１８）が、プラスチック材料から成っていることを特徴とする、バッテリパック。
2. プラスチック材料がポリオレフィンである、請求項１記載のバッテリパック。
3. プラスチック材料がポリエチレンである、請求項２記載のバッテリパック。
4. プラスチック材料が高密度ポリエチレン（ＰＥ−ＨＤ）である、請求項３記載のバッテリパック。
5. 熱補償エレメントが、エラストマのプラスチック材料から成っている、請求項１記載のバッテリパック。
6. 熱補償エレメントが、塑性変形可能なプラスチック材料から成っている、請求項１記載のバッテリパック。
7. プラスチック材料が封止コンパウンドである、請求項１記載のバッテリパック。
8. プラスチック材料が、０．３Ｗ／ｍＫよりも高い熱伝導率、有利には０．４〜０．５Ｗ／ｍＫの熱伝導率を有している、請求項１から７までのいずれか１項記載のバッテリパック。
9. プラスチック材料が、少なくとも一種類の充填剤を含有している、請求項１から８までのいずれか１項記載のバッテリパック。
10. 熱補償エレメント（１８）が、少なくともその長さの一部にわたって、バッテリセル（４）の間の中間室の横断面に対して相補的な横断面を有している、請求項１から９までのいずれか１項記載のバッテリパック。

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