JP2010205672A

JP2010205672A - パック電池

Info

Publication number: JP2010205672A
Application number: JP2009052344A
Authority: JP
Inventors: Norio Kawai; 規男河合; Isao Doi; 功土居
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2009-03-05
Filing date: 2009-03-05
Publication date: 2010-09-16
Anticipated expiration: 2029-03-05
Also published as: JP5512152B2

Abstract

【課題】要求される機械的強度を確保しながら、低コスト化および軽量化を図ることができる構成のパック電池を提供する。
【解決手段】パック電池１では、同一の外観形状を有する４本の円筒型の素電池３１〜３４を備える。素電池３１〜３４は、互いの長手方向同士が揃えられた状態で束ねられて素電池群３０を構成している。素電池群３０は、Ｚ軸方向右側の筒端が負極カバーホルダ５０で覆われ、Ｚ軸方向左側の筒端が正極カバーホルダ５１で覆われている。また、素電池群３０の外周は、熱収縮チューブ１００が収縮されてなる外装チューブにより覆われている。そして、負極カバーホルダ５０および正極カバーホルダ５１は、樹脂材料から構成された構造体である。外装チューブは、そのＺ軸方向両端部分において、負極カバーホルダ５０および正極カバーホルダ５１に対し、一部がオーバーラップしている。
【選択図】図２

Description

本発明は、パック電池に関し、特に、複数の筒型素電池が外装体内に収納された形態を有するパック電池に関する。

従来、ハンディターミナルなどのモバイル機器や電動工具などの電源には、電池容量などの観点から、所謂、単一型あるいは単二型の電池が多く用いられていた。しかし、マスメリットを生かしたコスト低減および生産効率の向上という観点から、複数の単三型の電池を用い、これを束ねて外装体に収納したパック電池を構成し、これを単一型あるいは単二型の電池の代替とすることについて開発がなされている（例えば、特許文献１を参照）。特許文献１で提案されているパック電池の構成について、図６を用い説明する。

図６に示すように、上記提案のパック電池は、４本の円筒型の素電池９３１〜９３４を備える。４本の円筒型の素電池９３１〜９３４は、Ｚ軸方向に中心軸が揃えられた状態で並設されており、これら素電池群９３０を構成している。
素電池群９３０は、２つのケース９５０，９５１で構成される外装体内に収納されている。ケース９５０，９５１は、それぞれＺ軸方向に深さを有する有底円筒状をしている。ケース９５０とケース９５１とは、それぞれの開口縁９５０ａ，９５１ａ同士が突き合う状態で組み合わされる。そして、ケース９５０とケース９５１とは、ケース９５０に設けられた舌部９５１ｃの先端の爪９５１ｄが、ケース９５０の側面に開口された掛止窓９５０ｃに嵌合されることにより、互いに掛止される。

なお、ケース９５０，９５１には、それぞれの側面にＺ軸方向にスリット状に窓部９５０ｂ，９５１ｂが設けられている。この窓部９５０ｂ，９５１ｂからは、素電池群９３０の各素電池９３１〜９３４の側面の一部が露出する。
上記提案のパック電池は、以上のような構成を採用することにより、単三型の素電池９３１〜９３４を４本内蔵し、全体としては単一型の電池と同様の外観サイズを備える。

特開２００６−２６９１９３号公報

しかしながら、上記のようなパック電池では、ともに有底筒状をした２つのケース９５０，９５１の組み合わせによって外装体が構成されており、素電池群９３０の外周もケース９５０，９５１の側壁により覆われているので、更なる低コスト化および軽量化などの要望に対して十分であるとはいえない。また、環境負荷の軽減という観点からは、パック電池の構成部材を削減という要望にも、十分対応できるものとはいえない。

なお、パック電池には、その使用時において、各種の衝撃が加わることを考慮しておく必要があり、低コスト化および軽量化は、パック電池の機械的強度を確保した上で行うことは前提条件となる。
本発明は、上記問題の解決を図ろうとなされたものであって、要求される機械的強度を確保しながら、低コスト化および軽量化を図ることができる構成のパック電池を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係るパック電池は、次の構成を特徴とする。
本発明に係るパック電池は、同じ外観形状を有する複数の筒型素電池と、複数の筒型素電池を収納する外装体とを備える。外装体内に収納される複数の筒型素電池は、互いの長手方向同士が揃えられた状態に束ねられて素電池群を構成している。ここで、構成された素電池群は、全体の外観が筒状をしている（束ねられた状態の複数の筒型素電池に対し、各端面に外接する２つの平面と、外周を囲む１つの周面とで筒状となる）。

本発明に係るパック電池の外装体は、素電池群における両筒端を覆う第１および第２のカバーと、素電池群における筒外周を覆う第３のカバーとの組み合わせを以って構成されている。そして、本発明に係るパック電池では、第１および第２のカバーが、第３のカバーよりも高い機械的剛性を有する構造体であり、且つ、それぞれ素電池群における各筒端を覆う部分が平板状に成形されたものであり、第３のカバーが、シート材を用いて形成されたチューブ状体であって、その両端部分において、第１のカバーおよび第２のカバーと一部重なりを有することを特徴とする。

なお、上記において「構造体」とは、少なくとも第３のカバーよりも高い機械的強度を有し、自重などに対して自らの形状を保持し得るものを指している。

図６に示す従来技術に係るパック電池では、ともに有底筒状をした２つのケース９５０，９５１の組み合わせによって外装体が構成されており、素電池群９３０の外周もケース９５０，９５１の側壁により覆われている。このため、ケース９５０，９５１の部材厚み分だけパック電池の断面サイズの増大および重量の増加をもたらすこととなり、また、部品コストという観点からも問題を有する。

これに対して、本発明に係るパック電池では、上記のように、外装体を３つのカバー（第１のカバー、第２のカバー、第３のカバー）の組み合わせを以って構成している。そして、外装体を構成する３つのカバーの内、素電池群の筒端を覆う第１および第２のカバーが、該当部分が平板状の構造体であって、素電池群の外周を覆う第３のカバーが、シート材をチューブ状に形成したものである、という特徴を有する。よって、本発明に係るパック電池では、素電池群の外周を覆う第３のカバーがシート材から構成されているので、上記従来技術に係るパック電池のケース９５０，９５１よりもサイズ面、重量面および部材コスト面で優れている。

また、本発明に係るパック電池では、素電池群の筒端を覆う第１および第２のカバーが第３のカバーよりも高い機械的剛性を有するので、外部から付加される衝撃などから素電池群を有効に保護することができる。なお、具体的には、第１および第２のカバーが、常温状態において、機械的剛性を有する固体であって、シート材など柔軟性を有する材料からなるものを含まない。

さらに、本発明に係るパック電池では、素電池群の外周をシート材からなる第３のカバーにより覆われているので、素電池群への異物の付着などを防止できると共に、煩雑な作業を伴うことなく第３のカバーを被着することができる。このため、本発明に係るパック電池では、製造時における作業工数という観点から優れている。
従って、本発明に係るパック電池は、要求される機械的強度を確保しながら、低コスト化および軽量化を図ることができる。

本発明に係るパック電池は、次のようなバリエーションを一例として採用することができる。
上記本発明に係るパック電池では、複数の筒型素電池が、それぞれの一方の端面に正極端子が形成され、他方の端面に負極端子が形成されている。そして、この場合には、素電池群において、複数の筒型素電池が、各正極端子が形成された端面同士、および各負極端子が形成された端面同士が、それぞれ同じ向きを向くように並設された状態で束ねられており、複数の筒型素電池における全ての正極端子が、板状をした一枚の正極リード板に接続され、複数の筒型素電池における全ての負極端子が、板状をした一枚の負極リード板に接続されている、という構成を採用することができる。

また、上記本発明に係るパック電池では、第１のカバーの外側に正極外部端子が載置されており、第２のカバーの外側に負極外部端子が載置されている。そして、この場合において、正極リード板と正極外部端子との間、および負極リード板と負極外部端子との間は、一方がリードを介して電気的に接続されており、他方が安全素子を介して電気的に接続されている、という構成を採用することができる。

また、上記本発明に係るパック電池では、複数の筒型素電池のそれぞれが、円筒型の外観形状を有しており、第１および第２のカバーの各々が、素電池群における筒端を覆う板状のカバー本体部と、当該カバー本体部における素電池群の側から立設された柱状のリブ体とが、一体形成されてなる、という構成を備える。そして、この場合において、第１および第２のカバーにおける各リブ体が、隣接する筒型素電池の外周面間に挿入されている、という構成を採用することができる。

また、上記本発明に係るパック電池では、第１および第２のカバー体が樹脂から構成されており、第３のカバー体が熱収縮チューブである、という構成を採用することができる。
また、上記本発明に係るパック電池では、複数の筒型素電池の各々がアルカリ二次電池である、という構成を採用することができる。

また、上記本発明に係るパック電池では、筒型素電池として単三型の電池を採用し、素電池群を、４本の筒型素電池により構成する場合において、素電池群が外装体に収納された状態では、単一型の電池に相当する外観サイズを有する、という構成を採用することができる。

実施の形態に係るパック電池１の外観を示す外観斜視図である。パック電池１の内部構成を示す展開斜視図である。負極カバーホルダ５０の構成を示す斜視図、正面図および側面図である。正極カバーホルダ５１の構成を示す斜視図、正面図および側面図である。正極リード板４０および負極リード板４１の構成を示す正面図である。従来技術に係るパック電池の構成を示す展開斜視図である。

以下では、本発明を実施するための形態について、一例を示して説明する。なお、以下の説明で用いる実施の形態は、本発明の構成および作用・効果を分かりやすく説明するために用いる一例であって、本発明は、その本質的部分以外に以下の形態に何ら限定を受けるものではない。
１．パック電池１の外観構成
実施の形態に係るパック電池１の外観構成について、図１を用い説明する。

図１に示すように、本実施の形態に係るパック電池１は、コーナーが丸みをもった角柱形状の外観を有している。パック電池１の外周は、外装チューブ１０により構成されている（外周部１０ａ）。外装チューブ１０は、端面にも回り込んでいる（端部１０ｂ）。
パック電池１では、Ｚ軸方向上側の外装チューブ１０の開口部分からは、正極外部端子板２０の一部が外部に露出している。正極外部端子板２０には、その中央部分にＺ軸方向上向きに凸部２０ａが突設されている。

ここで、本実施の形態に係るパック電池１では、単三型のアルカリ二次電池を４本用いており、パク電池１の延在方向（Ｚ軸方向）の寸法は、概略、単一型の電池と同一である。また、パック電池１の横断面（Ｘ−Ｙ断面）の外周は、単一型の電池の横断面の外周円に対し、概略、内接する形状である。よって、本実施の形態に係るパック電池１は、単一型の電池の代替として、これを用いた電子機器の電池収納部にそのまま収納することができる。

２．パック電池１の内部構成
パック電池１の内部構成について、図２を用い説明する。図２は、パック電池１の内部構成を示す展開斜視図である。
図２に示すように、パック電池１では、内部に４本の素電池３１〜３４が収納されている。４本の素電池３１〜３４は、各々が円筒型をしており、筒芯がＺ軸方向に沿い、互いの外周面同士が当接し、且つ、互いの長手方向同士が揃えられた状態に束ねられている（素電池群３０）。

素電池群３０では、各素電池３１〜３４が、各負極端子３１ａ〜３４ａがＺ軸方向右側を向き、各正極端子（図２での図示を省略。）がＺ軸方向左側を向くように配されている。素電池群３０における各素電池３１〜３４の正極端子（素電池群３０における一方の筒端）には、正極リード板４０が溶接により接合されている。
一方、素電池群３０における各素電池３１〜３４の負極端子３１ａ〜３４ａ（素電池群３０における他方の筒端）には、負極リード板４１が溶接により接合されている。正極リード板４０および負極リード板４１には、それぞれ接続のための舌部４０ａ，４１ａが延出されている。正極リード板４０の舌部４０ａは、ＰＴＣ（ＰｏｓｉｔｉｖｅＴｅｍｐｅｒａｔｕｒｅＣｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）素子６０および接続リード６２を介して、正極外部端子板２０に接続されている。各部の接続は、溶接によりなされている。なお、正極リード板４０とＰＴＣ素子６０との間には、絶縁板６１が介挿されている。

素電池群３０に接合された負極リード板４１は、舌部４１ａの先端部分がコの字状に曲折加工されており、負極外部端子板２１に接合されている。この間の接合についても、溶接によりなされている。
正極リード板４０およびＰＴＣ素子６０と正極外部端子板２０との間には、外装を構成する一部要素となる正極カバーホルダ５１が挿設されている。見方をかえると、正極外部端子板２０は、正極カバーホルダ５１におけるＺ軸方向左側の主面上に載置されており、また、正極カバーホルダ５１は、素電池群３０におけるＺ軸方向左側の筒端を覆う状態に配置されている。

また、負極リード板４１と負極外部端子板２１との間には、外装を構成する一部要素となる負極カバーホルダ５０が挿設されている。負極外部端子板２１についても、負極カバーホルダ５０におけるＺ軸方向右側の主面上に載置されており、また、負極カバーホルダ５０は、素電池群３０におけるＺ軸方向右側の筒端（素電池３１〜３４における負極端子３１ａ〜３４ａ側の端面に外接する外接面）を覆う状態に配置されている。

素電池群３０の外周には、熱収縮チューブ１００が被着される。熱収縮チューブ１００におけるＺ軸方向長さは、素電池群３０に対し、カバーホルダ５０，５１や外部端子板２０，２１が取り付けられた状態のＺ軸方向長さよりも長くなっており、これに熱収縮チューブ１００の開口側１００ａから素電池群３０などが挿入された後に、熱を掛けられることで図１に示すような状態の外装チューブ１０が構成される。

３．負極カバーホルダ５０および正極カバーホルダ５１の構成
負極カバーホルダ５０および正極カバーホルダ５１の構成について、図３および図４を用い説明する。
図３（ａ）および図３（ｃ）に示すように、負極カバーホルダ５０は、平板状の本体部５０ａと、本体部５０ａの外縁部分からＺ軸方向に突出した３つの腕部５０ｂ，５０ｃ，５０ｅとが一体に形成されてなる。負極カバーホルダ５０は、樹脂材料から構成されており、常温状態において、熱収縮チューブからなる外装チューブ１０よりも高い機械的剛性を有する。

また、図３（ｂ）に示すように、負極カバーホルダ５０の本体部５０ａの外縁の一部には、切欠き部５０ｄが設けられている。切欠き部５０ｄは、負極リード板４１の舌部４１ａを挿通させるためのものである（図２を参照）。また、負極カバーホルダ５０の本体部５０ａのサイズは、Ｘ軸方向の幅Ｗ_１とＹ軸方向の幅Ｗ_２とが略同じであり、ともに２７．０〜３１．０［ｍｍ］程度であって、４本の素電池３１〜３４を束ねて構成された素電池群３０の端部を覆うサイズとなっている。なお、本体部５０ａの中央部分は、外縁部分に比べて凹んでおり、当該凹んだ部分に負極リード板４１および素電池群３０の端部の一部が挿入される（図２を参照）。

図３（ｃ）に示すように、本体部５０ａの厚みＴ_１は、機械的剛性を維持できるように設定されており、例えば、２．０〜３．５［ｍｍ］程度である。また、腕部５０ｂ，５０ｃ，５０ｅは、図２に示すように、素電池３１〜３４の外周面同士の間の隙間に挿入されるものであり、Ｚ軸方向長さＨ_１は、例えば、５．０〜１５．０［ｍｍ］程度である。
図４（ａ）および図４（ｃ）に示すように、正極カバーホルダ５１についても、基本的に、上記負極カバーホルダ５０と同様の形状を有する。即ち、正極カバーホルダ５１も、平板状の本体部５１ａと、本体部５１ａの外縁部分からＺ軸方向に突出した３つの腕部５１ｂ，５１ｃ，５１ｅとが一体に形成されてなり、また、負極カバーホルダ５０と同様に樹脂材料を用い一体形成されている。

また、図４（ｂ）に示すように、正極カバーホルダ５１についても、本体部５１ａの外縁の一部に、正極リード板４０の舌部４０ａを挿通させるための切欠き部５１ｄが設けられている。
正極カバーホルダ５１のサイズは、本体部５１ａの厚みＴ_２を除き、負極カバーホルダ５０と同一であって、幅Ｗ_３および幅Ｗ_４が、ともに２７．０〜３１．０［ｍｍ］程度、腕部５１ｂ，５１ｃ，５１ｅのＺ軸方向長さＨ_２が、５．０〜１５．０［ｍｍ］程度である。

正極カバーホルダ５１における本体部５１ａの厚みＴ_２は、負極カバーホルダ５０における本体部５０ａの厚みＴ_１に比べて、１．０〜１．５［ｍｍ］厚くなっている。
なお、正極カバーホルダ５１についても、本大部５１ａの中央部分が凹んでおり、当該凹んだ部分に正極リード板４０、ＰＴＣ素子６０および素電池群３０の端部の一部が挿入される（図２を参照）。

４．正極リード板４０および負極リード板４１の構成
正極リード板４０および負極リード板４１の構成について、図５（ａ）および図５（ｂ）を用い説明する。なお、図５（ａ）および図５（ｂ）に示すように、正極リード板４０と負極リード板４１とは、舌部４０ａ，４１ａの形状が異なるのみであって、その他の構成は同一である。

図５（ａ）および図５（ｂ）に示すように、正極リード板４０および負極リード板４１は、Ｙ軸方向の中心線Ｌ_１，Ｌ_２に対して、形状が線対称で規定されている。このため、正極リード板４０および負極リード板４１を素電池３１〜３４に対してスポット溶接（抵抗溶接）する場合には、溶接条件を統一することができる。
なお、本実施の形態に係るパック電池１の製造においては、冶工具により正極リード板４０および負極リード板４１を保持しながら、素電池３１〜３４の筒芯方向外側からシリーズスポット溶接を行うことで、素電池群３０と正極リード板４０および負極リード板４１とを接合する。

また、図５（ａ）および図５（ｂ）に示すように、正極リード板４０および負極リード板４１は、各素電池３１〜３４に対応した箇所が、円形に形成されている（領域４０ｂ〜４０ｅ、領域４１ｂ〜４１ｅ）。そして、各溶接領域４０ｂ〜４０ｅ，４１ｂ〜４１ｅには、渦電流の防止を図るためのスリット４０ｆ〜４０ｉ，４１ｆ〜４１ｉが設けられている。

各スリット４０ｆ〜４０ｉ，４１ｆ〜４１ｉの近傍には、ハッチングで示したスペース４０ｂ_１〜４０ｅ_１，４１ｂ_１〜４１ｅ_１が確保されている。これらのスペース４０ｂ_１〜４０ｅ_１，４１ｂ_１〜４１ｅ_１は、スポット溶接の際の、所謂、スポット焼けを防止するための領域である。
５．その他の事項
上記実施の形態では、４本の円筒型外観形状を有する素電池３１〜３４を収納する形態を一例として採用したが、素電池の外観形状は筒型であれば同様の構成を採用することで同一の効果を得ることができ、また、収納する素電池の本数については、適宜の変更が可能である。例えば、角柱型やガム型の電池を素電池として用いることができ、収納する素電池の本数は、２〜３本であっても、５本以上であってもよい。

例えば、単四型の素電池を４本用い、これらで素電池群を構成する場合には、パック電池の延在方向における寸法は、概略、単二型の電池と同一となり、横断面における外周は、単二型の電池の横断面における外周面に、概略、内接する。よって、このような構成を採用する場合には、単二型の電池の代替とすることができ、従来、単二型の電池を用いていた電子機器に対し、本発明に係るパック電池を代替として用いることができる。

また、素電池としては、その電池種類に限定を受けるものではなく、例えば、ニッケル−カドミウム二次電池やニッケル水素二次電池などのアルカリ二次電池や、リチウムイオン二次電池などの非水型二次電池を採用することもできる。
また、上記実施の形態では、熱収縮チューブを用いてなる外装チューブ１０を採用したが、必ずしもこれに限定されるものではない。例えば、紫外線などの光線で収縮するチューブなどを用いることもできる。さらに、帯状の粘着テープを素電池群３０の外周まわりにスパイラル状に巻回してゆくことでも外装を構成することができる。このような構成を採用する場合にも、製造上の煩雑さを低減することができる。

負極カバーホルダ５０および正極カバーホルダ５１の構成材料は、樹脂材料に限定を受けるものではなく、自重などに対し自らの形状を保持し得る材料であれば、これ以外のものを用いることもできる。ただし、素電池３１〜３４や他の部品などとの関係から、絶縁性を有することが必要となる。例えば、金属板の表面をゴムなどで被覆して絶縁処理したものを用いることも可能である。

また、上記実施の形態では、４本の素電池３１〜３４を並列接続したが、直列接続あるいは直並列接続することもできる。

本発明は、電動工具やハンディターミナルなどのモバイル機器の電源としてのパック電池を実現するのに有用である。

１．パック電池
１０．外装チューブ
２０．正極外部端子板
２１．負極外部端子板
３０．素電池群
３１〜３４．素電池
４０．正極リード板
４１．負極リード板
５０．負極カバーホルダ
５１．正極カバーホルダ
６０．ＰＴＣ素子
６１．絶縁板
６２．接続リード

Claims

同じ外観形状を有する複数の筒型素電池と、前記複数の筒型素電池を収納する外装体とを備えるパック電池であって、
前記複数の筒型素電池は、互いの長手方向同士が揃えられた状態に束ねられて素電池群を構成しており、
前記素電池群は、全体の外観が筒状をしており、
前記外装体は、前記素電池群における両筒端を覆う第１および第２のカバーと、前記素電池群における外周を覆う第３のカバーとの組み合わせを以って構成されており、
前記第１および第２のカバーは、前記第３のカバーよりも高い機械的剛性を有する構造体であり、且つ、前記素電池群における各筒端を覆う部分が平板状に形成されており、
前記第３のカバーは、シート材からなるチューブ状体であって、両端部分において、前記第１のカバーおよび第２のカバーと一部重なりを有する
ことを特徴とするパック電池。
前記複数の筒型素電池は、それぞれの一方の端面に正極端子が形成され、他方の端面に負極端子が形成されており、
前記素電池群では、前記複数の筒型素電池が、各正極端子が形成された端面同士、および各負極端子が形成された端面同士が、それぞれ同じ向きを向くように並設された状態で束ねられており、
前記複数の筒型素電池における全ての正極端子は、板状をした一枚の正極リード板に接続され、前記複数の筒型素電池における全ての負極端子は、板状をした一枚の負極リード板に接続されている
ことを特徴とする請求項１に記載のパック電池。
前記第１のカバーには、その外側に正極外部端子が載置されており、
前記第２のカバーには、その外側に負極外部端子が載置されており、
前記正極リード板と前記正極外部端子との間、および前記負極リード板と前記負極外部端子との間は、一方がリードを介して電気的に接続されており、他方が安全素子を介して電気的に接続されている
ことを特徴とする請求項２に記載のパック電池。
前記複数の筒型素電池は、それぞれ円筒型の外観形状を有しており、
前記第１および第２のカバーの各々は、前記筒端を覆う板状のカバー本体部と、当該カバー本体部における前記素電池群の側から立設された柱状のリブ体とが、一体形成されてなり、
前記第１および第２のカバーにおける各リブ体は、隣接する前記筒型素電池の外周面間に挿入されている
ことを特徴とする請求項２または３に記載のパック電池。
前記第１および第２のカバー体は、樹脂から構成されており、
前記第３のカバー体は、熱収縮チューブである
ことを特徴とする請求項１から４の何れかに記載のパック電池。
前記複数の筒型素電池の各々は、アルカリ二次電池である
ことを特徴とする請求項１から５の何れかに記載のパック電池。
前記筒型素電池は、単三型の電池であり、
前記素電池群は、４本の前記筒型素電池により構成されているものであって、
前記素電池群が前記外装体に収納された状態では、単一型の電池に相当する外観サイズを有する
ことを特徴とする請求項１から６の何れかに記載のパック電池。