JP2011216366A - バッテリパック - Google Patents
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Abstract
【解決手段】バッテリパックは、複数の電池ブロック3をリード板5で連結して直線状に配置してなる電池のコアパック10を有する。電池ブロック3は、3組以上である奇数組の並列ユニット2を備え、各並列ユニット2を、各々の素電池1の長手方向が同じ方向を向く姿勢で横一列に連結している。並列ユニット2は、複数の素電池1を互いに平行な姿勢に配置して、素電池1両端の端面電極1Aに接続してなるリード板5で素電池1を並列に接続している。電池ブロック3は、隣接して配置している並列ユニット2をリード板5で直列に接続している。電池ブロック3は、対角位置に配置してなるリード板5を中間で折曲して、折曲部5bの両側の接続片5cで、隣接する電池ブロック3の並列ユニット2を直列に接続している。
【選択図】図9
Description
また、本発明の他の目的は、隣接して配置している電池ブロックを、並列ユニットを直列に接続するリード板を折曲して連結することで、能率よく安価に組み立てできるバッテリパックを提供することにある。
(a)電池ブロック3は、3組以上である奇数組の並列ユニット2を備える。
(b)電池ブロック3は、各々の素電池1の長手方向が同じ方向を向く姿勢で、奇数組の並列ユニット2を横一列に連結している。
(c)並列ユニット2は、両端を端面電極1Aとする複数の素電池1を互いに平行な姿勢に配置して、素電池1両端の端面電極1Aに接続してなるリード板5で素電池1を並列に接続している。
(d)電池ブロック3は、隣接して配置している並列ユニット2を、並列ユニット2を構成する素電池1を並列に接続してなるリード板5で直列に接続している。
(e)電池ブロック3は、対角位置に配置してなるリード板5を中間で折曲して、折曲部5bの両側の接続片5cで、隣接する電池ブロック3の並列ユニット2を直列に接続している。
以上のバッテリパックは、複数の電池ブロックを連結してなる積層体の一端又は両端に、電池ブロックよりも少ない組数の並列ユニットを備えるサブ電池ブロックを連結することで、直列に接続される並列ユニットの数を自由に調整して、バッテリパックを最適な出力電圧に変更できる特長がある。
以上のバッテリパックは、電池ブロックとサブ電池ブロックとを多段に積み重ねた姿勢として、全体の長さを短くしながら、両端面に配置されるリード板をスポット溶接できるので、スポット溶接機のストローク範囲を小さくしながら効率よくスポット溶接できる。
このバッテリパックは、最も一般的な電池である円筒形電池を多数配列しながら、用途に最適な外形と出力電圧に調整できる。
以上のバッテリシステムは、素電池をリチウムイオン電池としながら、これらの素電池の充放電を回路基板に実装された保護回路で制御できる。
以上のバッテリパックは、複数の素電池を電池ホルダーで定位置に保持して電池ブロックとするので、電池ブロックの組み立てを簡単かつ容易にできる特長がある。さらに、このバッテリパックは、複数の素電池が定位置に配置された複数の電池ブロックを直線状に連結するので、バッテリパック全体としても多数の素電池を定位置にバランス良く配置できる。
以上のバッテリパックは、分割された一対のセルホルダーで素電池の両端部を保持しながら定位置に配置できると共に、分割された一対のセルホルダーを爪嵌合で簡単かつ容易に連結できる。
以上のバッテリパックは、直線状に配置される複数の電池ブロックを、これを貫通する貫通ネジでもって、分離しないように強固に連結できる。
なお、本明細書において、横方向及び上下方向は、図5に示す方向と定義する。すなわち、図5の紙面における左右方向を横方向とする。また、素電池の長手方向を長さ方向と定義する。
電池ブロック3は、図10と図11の分解斜視図に示すように、充電できる複数の素電池1を、多段多列に配置している。素電池1は、円筒形の充電できる二次電池で、リチウムイオン二次電池である。ただし、本発明は、素電池をリチウムイオン電池に特定せず、ニッケル水素電池やニッケルカドミウム電池、リチウムポリマー電池等の充電できる他の全ての二次電池が使用できる。さらに、図のバッテリパックは、素電池1を円筒形電池とするが、素電池は角形電池とすることもできる。
電池ブロック3は、素電池1を定位置に配置する電池ホルダー4を備えており、この電池ホルダー4でもって、電池ブロック3を構成する複数の素電池1を定位置に配置している。電池ホルダー4は、絶縁性に優れた部材、例えばプラスチック等で成形している。電池ホルダー4は、各々の素電池1を平行な姿勢として、素電池1の両端の端面電極1Aを同一面に位置させるように定位置に保持している。
さらに、図9に示す電池のコアパック10は、複数の電池ブロック3を直線状に配置してなる電池ブロック3の積層体10Aの一端に、サブ電池ブロック6を配置している。このサブ電池ブロック6は、電池ブロック3よりも少ない組数の並列ユニット2を備えている。図のコアパック10は、電池ブロック3の積層体10Aの一端にのみ、サブ電池ブロック6を配置しているが、サブ電池ブロックは、電池ブロックの積層体の両端に配置することもできる。
なお、サブ電池ホルダー7について、前述の電池ホルダー4と同じ構成要素については、同符号を付して、その詳細な説明を省略する。
3組の並列ユニットを備える電池ブロックを3個、積層して連結する。
(2)10組の並列ユニットを直列接続する場合
3組の並列ユニットを備える電池ブロックを3個、積層して連結し、この積層体の一端に1組の並列ユニットを備えるサブ電池ブロックを積層して連結する。
(3)11組の並列ユニットを直列接続する場合
3組の並列ユニットを備える電池ブロックを3個、積層して連結し、この積層体の一端に2組の並列ユニットを備えるサブ電池ブロックを積層して連結する。
または、3組の並列ユニットを備える電池ブロックを3個、積層して連結し、この積層体の両端に1組の並列ユニットを備えるサブ電池ブロックを積層して連結する。
(4)12組の並列ユニットを直列接続する場合
3組の並列ユニットを備える電池ブロックを4個積層して連結する。
リード板5は、電池ホルダー4の両端面において、挿通穴21の開口部から表出する素電池1の端面電極1Aにスポット溶接等で溶着して固定している。リード板5は、導電性に優れた薄い金属板で構成される。リード板5は、並列ユニット2を構成する複数の素電池1の端面電極1Aが同一平面となるように連結して、これらの素電池1を並列に接続すると共に、隣接して配置している並列ユニット2同士を直列に接続している。図に示すリード板5は、同一の電池ブロック3を構成する並列ユニット2を直列に接続する平面リード板5Xと、互いに隣接する電池ブロック3の並列ユニット2を直列に接続する折曲リード板5Yとを備えている。
(1)図13に示すように、3個の電池ブロック3と1個のサブ電池ブロック6とを2段2列に積み重ねた姿勢から、図14に示すように、電池ブロック3とサブ電池ブロック6が起立姿勢となるようにコアパック10を立てる。このとき、1番目の電池ブロック3と2番目の電池ブロック3を連結する折曲リード板5Y、及び3番目の電池ブロック3とサブ電池ブロック6を連結する折曲リード板5Yを、起立姿勢のコアパック10の下面側に配置し、2番目の電池ブロック3と3番目の電池ブロック3を連結する折曲リード板5Yを、起立姿勢のコアパック10の上面側に配置する。
(2)図14の矢印で示すように、上面に配置された折曲リード板5Yを折曲部5bで折曲しながら、この折曲部5bを中心軸として、起立姿勢にあるコアパック10の下部を前後方向に展開する。すなわち、図14において、前方に位置する電池ブロック3及びサブ電池ブロック6と、後方に位置する2組の電池ブロック3とを、折曲される折曲部5bを中心として、下面側の端面が互いに離れるように展開して、図15に示すように、3個の電池ブロック3とサブ電池ブロック6とを平面状に広げる。この状態で、折曲された折曲リード板5Yを介して連結された2番目の電池ブロック3と3番目の電池ブロック3の対向する端面は、互いに重なり合う状態で連結される。さらに、2番目の電池ブロック3と3番目の電池ブロック3は、2番目の電池ブロック3の対向面から突出する連結ボス34が、3番目の電池ブロック3の対向面に設けた連結凹部35に嵌入されて、相対位置がずれないように連結される。
(3)さらに、図15の矢印Aで示すように、1番目の電池ブロック3と2番目の電池ブロック3を連結する折曲リード板5Yを折曲部5bで左右方向に折曲しながら、この折曲部5bを中心軸として、1番目の電池ブロック3を2番目の電池ブロック3に向かって回転移動させる。1番目の電池ブロック3と2番目の電池ブロック3は、折曲リード板5Yを介して連結された端面同士が互いに重なり合う状態で連結される。このとき、1番目の電池ブロック3と2番目の電池ブロック3は、連結ボス34と連結凹部35を介して、相対位置がずれないように連結される。
(4)さらに、図15の矢印Bで示すように、3番目の電池ブロック3とサブ電池ブロック6を連結する折曲リード板5Yを折曲部5bで左右方向に折曲しながら、この折曲部5bを中心軸として、サブ電池ブロック6を3番目の電池ブロック3に向かって回転移動させる。サブ電池ブロック6と3番目の電池ブロック3は、折曲リード板5Yを介して連結された端面同士が互いに重なり合う状態で連結される。このとき、サブ電池ブロック6と3番目の電池ブロック3は、連結ボス34と連結凹部35を介して、相対位置がずれないように連結される。
(5)以上の状態で、図16に示すように、3個の電池ブロック3と1個のサブ電池ブロック6とが直線状に配置されて、互いに連結される。
以上のようにして複数の電池ブロック3及びサブ電池ブロック6を直線状に連結する際は、図9、図14、及び図15に示すように、対向する電池ブロック3同士、及び電池ブロック3とサブ電池ブロック6の境界面で、リード板5がショートしないよう、絶縁シート18を介在させる。絶縁シート18には、絶縁性に優れた紙やプラスチックフィルムなどが利用できる。図に示す絶縁シート18は、電池ホルダー4に設けた位置決凹部28に嵌入する外形として、位置決凹部28に配置されるリード板5の表面を覆うことができるようにしている。さらに、図9に示す絶縁シート18は、電池ホルダー4の端面に配置する状態で、位置決ブロック27Aを案内する貫通穴18Aを開口している。この貫通穴18Aは、位置決ブロック27Aを嵌入できる形状としており、この貫通穴18Aに位置決ブロック27Aを嵌入して、対向する電池ブロック3同士、及び電池ブロック3とサブ電池ブロック6の境界の定位置に絶縁シート18を挟着して配置している。なお、図に示す絶縁シート8は、折曲された折曲リード板5Yの接続片5cの間にも介在させている。これにより、対向する接続片5c同士の間で意図しない放電が生じる事態を回避できる。
さらに、図に示すコアパック10は、直線状に連結された複数の電池ブロック3及びサブ電池ブロック6をより強固に連結するために、連結部材を介して連結している。図に示す連結部材は、コアパックの10の中央部を貫通する貫通ネジ12としている。電池ホルダー4とサブ電池ホルダー7は、中央部の2ヶ所に貫通ネジ12を挿通する貫通孔26を開口している。このコアパック10は、複数の電池ブロック3とサブ電池ブロック6を直線状に連結する状態で、電池ホルダー4とサブ電池ホルダー7を貫通する貫通ネジ12を挿通し、貫通ネジ12の先端部をナット13にねじ込んで、複数の電池ブロック3を直線状に連結された状態に保持している。図7に示すバッテリパックは、貫通ネジ12の先端がねじ込まれるナット13を、サブ電池ホルダー7のセルホルダー7Aにインサートして固定している。ただ、ナットは、インサートすることなく、貫通孔の外側に配置することもできる。
さらに、図6に示すバッテリパックは、電池のコアパック10に接続している回路基板8を備えている。図7と図8に示すコアパック10は、互いに連結してなる電池ホルダー4とサブ電池ホルダー7の上面に回路基板8を配置する収納凹部11を設けており、この収納凹部11に回路基板8を配置している。回路基板8は、基板ホルダ9を介してコアパック10の定位置に配置している。図のコアパック10は、各々のリード板5を、基板ホルダ9に配置している回路基板8に接続している。
外装ケース40は、筒状のケース本体41の両端面をエンドプレート42、43で閉塞して、内部に電池のコアパック10を収納している。ケース本体41は、強度と放熱性に優れた、例えばアルミニウム等の金属製としている。エンドプレート42、43は、硬質のプラスチック製としている。ただ、エンドプレートも金属製とすることができる。さらに、外装ケース40は、金属製のケース本体41を絶縁するため、表面をラミネートフィルムやビニールなどで被覆することもできる。さらに、図のバッテリパックは、金属製のケース本体41と、これに収納されるコアパック10のリード板5及び回路基板8とのショートを防止するために、コアパック10の側面と回路基板8の上面に絶縁シート17を配設している。
2…並列ユニット
3…電池ブロック
4…電池ホルダー 4A…セルホルダー
4B…セルホルダー
4X…外側端面
4Y…分割端面
5…リード板 5X…平面リード板
5Y…折曲リード板
5Z…端面リード板
5a…接続端子部
5b…折曲部
5c…接続片
5d…折曲片
5e…貫通穴
6…サブ電池ブロック
7…サブ電池ホルダー 7A…セルホルダー
7B…セルホルダー
8…回路基板
9…基板ホルダ 9A…連結部
10…コアパック 10A…積層体
11…収納凹部
12…貫通ネジ
13…ナット
14…リード
15…電子部品
16…止ネジ
17…絶縁シート
18…絶縁シート 18A…貫通穴
19…温度センサ
20…保持筒
21…挿通穴
22…表出開口
23…連結部
24…連結ボス
25…連結凹部
26…貫通孔
27…突出阻止部 27A…位置決ブロック
27B…位置決凸条
28…位置決凹部
29…固定ボス
30…爪嵌合
31…係止凸部
32…係止部 32A…突出片
32B…係止孔
34…連結ボス
35…連結凹部
40…外装ケース
41…ケース本体
42…エンドプレート
43…エンドプレート
44…凸条
45…縦溝
46…ねじ穴
47…止ネジ
48…パッキン
49…谷間スペース
51…放電コネクタ
52…充電コネクタ
53…コネクタカバー
60…コアパック
80…コアパック
82…電池ブロック
91…円筒形電池
92…電池ホルダー
93…筒部
95…リード板
Claims (9)
- 複数の電池ブロック(3)をリード板(5)で連結して直線状に配置してなる電池のコアパック(10)を有するバッテリパックであって、以下のすべての構成を有するバッテリパック。
(a)前記電池ブロック(3)が、3組以上である奇数組の並列ユニット(2)を備える。
(b)前記電池ブロック(3)は、各々の素電池(1)の長手方向が同じ方向を向く姿勢で、奇数組の並列ユニット(2)を横一列に連結している。
(c)前記並列ユニット(2)は、両端を端面電極(1A)とする複数の素電池(1)を互いに平行な姿勢に配置して、素電池(1)両端の端面電極(1A)に接続してなるリード板(5)で素電池(1)を並列に接続している。
(d)前記電池ブロック(3)は、隣接して配置している並列ユニット(2)を、並列ユニット(2)を構成する素電池(1)を並列に接続してなる前記リード板(5)で直列に接続している。
(e)前記電池ブロック(3)は、対角位置に配置してなるリード板(5)を中間で折曲して、折曲部(5b)の両側の接続片(5c)で、隣接する電池ブロック(3)の並列ユニット(2)を直列に接続している。 - 前記電池のコアパック(10)が、直線状に配置してなる複数の電池ブロック(3)の積層体(10A)の一端又は両端に、前記電池ブロック(3)よりも少ない組数の並列ユニット(2)を備えるサブ電池ブロック(6)をリード板(5)で連結しており、
前記サブ電池ブロック(6)とこれに隣接する電池ブロック(3)とを連結するリード板(5)を中間で折曲して、折曲部(5b)の両側の接続片(5c)で、互いに隣接するサブ電池ブロック(6)と電池ブロック(3)の並列ユニット(2)同士を直列に接続してなる請求項1に記載されるバッテリパック。 - 前記電池のコアパック(10)が、4個以上の電池ブロック、または、3個以上の電池ブロック(3)及び1個以上のサブ電池ブロック(6)を、前記リード板(5)で互いに直列に連結しており、
互いに隣接する電池ブロック(3)同士、または、互いに隣接する電池ブロック(3)とサブ電池ブロック(6)を連結するリード板(5)が、一対の接続片(5c)を折曲部(5b)で左右方向に折曲してなるリード板(5)と、一対の接続片(5c)を折曲部(5b)で上下方向に折曲してなるリード板(5)とからなり、
4個以上の電池ブロック、または、3個以上の電池ブロック(3)及び1個以上のサブ電池ブロック(6)を多段多列に積み重ねた状態で、電池ブロック(3)及びサブ電池ブロック(6)の両端面に配置される複数のリード板(5)を、両側からスポット溶接して素電池(1)の端面電極(1A)に溶接するようにしてなる請求項1または2に記載されるバッテリパック。 - 前記電池のコアパック(10)が、3個の電池ブロック(3)と1個のサブ電池ブロック(6)とを、一対の接続片(5c)を折曲部(5b)で左右方向に折曲してなるリード板(5)と、一対の接続片(5c)を折曲部(5b)で上下方向に折曲してなるリード板(5)とを交互に配置して互いに直列に連結しており、
3個の電池ブロック(3)と1個のサブ電池ブロック(6)を2段2列に積み重ねた状態で、電池ブロック(3)及びサブ電池ブロック(6)の両端面に配置される複数のリード板(5)を、両側からスポット溶接して素電池(1)の端面電極(1A)に溶接してなる請求項3に記載されるバッテリパック。 - 前記素電池(1)が円筒形電池である請求項1ないし4のいずれかに記載されるバッテリパック。
- 前記電池のコアパック(10)に接続してなる回路基板(8)を備え、この回路基板(8)は素電池(1)の充放電を制御する保護回路を実装しており、
前記素電池(1)はリチウムイオン電池で、素電池(1)の両端に接続してなる各々のリード板(5)を前記回路基板(8)に接続してなる請求項1ないし5のいずれかに記載されるバッテリパック。 - 前記電池ブロック(3)が、素電池(1)を定位置に配置する電池ホルダー(4)を備え、この電池ホルダー(4)でもって、電池ブロック(3)を構成する素電池(1)を定位置に配置してなる請求項1ないし6のいずれかに記載されるバッテリパック。
- 前記電池ホルダー(4)が、素電池(1)の中間で2分割してなる一対のセルホルダー(4A)、(4B)からなり、一対のセルホルダー(4A)、(4B)を爪嵌合(30)で連結してなる請求項1ないし7のいずれかに記載されるバッテリパック。
- 前記電池のコアパック(10)を構成する複数の電池ブロック(3)を貫通する貫通ネジ(12)を備えると共に、前記電池ホルダー(4)には、この貫通ネジ(12)を挿通する貫通孔(26)を設けており、直線状に配置される複数の電池ブロック(3)を、前記貫通ネジ(12)を介して連結してなる請求項1ないし8のいずれかに記載されるバッテリパック。
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