JP2013089560A - パック電池 - Google Patents

Abstract

【課題】ケース内に電池ブロックが収納され、底板を機器本体に向けた状態で機器本体に装着されるパック電池において、機器本体に装着した状態で強い衝撃を受けた時にも衝撃に耐え得るようにする。
【解決手段】電池ホルダ２０は、縦方向に伸長する長方形体状の縦仕切板２１と、横方向に伸長する長方形状の横仕切板２２とが、互いに直交する状態で固着され、断面十字形状となっている。縦仕切板２１の厚さは比較的大きく、横仕切板２２の厚さは比較的小さく設定されている。縦仕切板２１の表面において、素電池５１〜５４の外周面が接する領域には、当該外周面に合わせた断面円弧状の内面を有する凹みが形成されている。素電池５１〜５４の外周部分が凹みに填まり込んで、素電池５１〜５４の外周面と凹みの内面とが面接触している。
【選択図】図１

Description

本発明はパック電池に関し、特に、複数の素電池を配列し複数段に積み重ねた電池ブロックをケース内に収納したパック電池に関する。

近年、ポータブル型ＰＣをはじめ、携帯電話機、トランシーバー、携帯情報端末（ＰＤＡ）、デジタルスチルカメラ等の電子機器、或いは電動工具、モバイルプリンタ、アシスト自転車などの電源として、二次電池を複数備えたパック電池が広く用いられている。
このパック電池は一般に、素電池を複数配列し、直列に接続したセル群を保護回路基板に接続し、これを一体的に外装体でパックして構成される。

そして、このようなパック電池は、機器本体に装着されて、機器本体に電力を供給するようになっている。

ＵＳ２０１０／２４７９９４Ａ１ 特開２０１１−１３４５２３号公報

上記のように複数の素電池がケース内に収納されたパック電池は、機器本体に装着された状態で床に落下したりすると、パック電池内部はケースによってある程度保護されるものの、強い衝撃を受けてパック電池内の素電池などが破損することもある。
そこで、本発明は、上記課題に鑑み、ケース内に電池ブロックが収納され、底板を機器本体に向けた状態で機器本体に装着されるパック電池において、機器本体に装着した状態で強い衝撃を受けた時にも衝撃に耐え得るようにすることを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、底板及び蓋体を有するケ―ス内に、底板に沿って複数の素電池が配列されたものが複数段に積層されてなる電池ブロックが収納され、底板を機器本体に向けた状態で機器本体に装着されるパック電池において、電池ブロックの素電池同士を、底板に対して垂直方向に仕切る縦仕切板と、電池ブロックの素電池同士を底板に沿った方向に仕切る横仕切板とが、交差した状態で互いに固着されてなる電池ホルダを設け、縦仕切板の厚さを、横仕切板の厚さよりも大きく設定した。

パック電池が機器本体に装着された状態で床に落下したりすると、パック電池に対して大きな衝撃力が加わることがあるが、その強い衝撃力は、主に機器本体の荷重によって、パック電池の底板に対して垂直方向にかかる。
ここで、上記本発明のパック電池によれば、ケース内において、比較的厚さの大きい縦仕切板が、ケースの底板に対して垂直な方向に設けられているので、大きな衝撃力が加わったときに、比較的厚さの大きい縦仕切板がケースの内部空間における支柱として働いて衝撃力を吸収する。従って、素電池に加わる衝撃力は低減される。

一方、横仕切板は比較的厚さが小さいが、落下時に横方向には大きな衝撃力は加わらないので大丈夫であり、厚みが小さい分、ケース内における素電池の占める体積を大きくできる。
上記発明において、縦仕切板が支柱としての効果を得る上で、電池ホルダにおいて、縦仕切板と横仕切板とが交差する箇所に、両仕切板が交差する角度を固定する固定リブを設けると、縦仕切板と横仕切板との角度が一定に固定されるので、電池ホルダの強度が向上し、素電池を保持する機能も高まる。

また、縦仕切板は、一方の縁を底板の内面上に固定し、他方の縁を蓋体の内面に接するようにすることによって、縦仕切板が、ケース内で内部空間を縦に貫くように配されるので、支柱としての機能が高まる。
また、ケース内において、底板上に、回路基板と当該基板ホルダを保持する基板ホルダを装着し、縦仕切板の一方の縁を、基板ホルダに嵌合させれば、電池ホルダが、基板ホルダ上にしっかりと固定され、縦仕切板の支柱としての機能も高まる。

また、素電池が円筒形の場合、縦仕切板の表面に、当該表面に隣接する素電池の外周部分が填まり込む凹部を形成すれば、電池ホルダの凹部内面と素電池の外周部分とを面接触させて、電池ホルダが素電池を安定して保持することができる。
横仕切板の縁と縦仕切板の縁が臨む電池ホルダの端部に、横仕切板及び前記縦仕切板を挟んで隣接する複数の素電池の端子同士を接続するリード板を、横仕切板の縁及び縦仕切板の縁を横切って配設する場合、横仕切板の縁と縦仕切板の縁に、リード板が横切る各位置に段差部を形成することによって、電池ホルダの端部にリード板を容易に位置決めできる。ここで、各段差部の形成位置を、横仕切板と縦仕切板の交差線に対して非対称にすれば、リード板を誤って逆付けするのを防止できる。

縦仕切板と横仕切板とは、樹脂成型などで一体的に成形すれば、容易に製造することができる。

実施の形態にかかるパック電池の分解斜視図である。 パック電池が機器本体に装着された状態を示す斜視図である。 外装ケースの中に収納されている構成要素を示す斜視図である。 パック電池１をＺ方向端部において、Ｘ−Ｙ平面で切断した断面図である。 電池ホルダ２０及び基板ホルダ３０を示す斜視図である。

以下、本発明を実施する形態について説明するが、本発明の構成およびその構成から奏される作用・効果を分かりやすく説明する一例であって、以下の例示に何ら限定を受けるものではない。
（パック電池１の全体構成）
図１は、パック電池１の内部構成を示す分解斜視図である。

このパック電池１は、直方体状の全体形状を有するカメラ用電源であって、底ケース１１と蓋ケース１２からなる外装ケースの中に、複数の円筒形の素電池５１〜５４が配列されてなる電池ブロック、素電池５１〜５４を保持する電池ホルダ２０、保護回路が組み込まれた回路基板４０、回路基板４０を保持する基板ホルダ３０、素電池５１〜５４同士及び素電池と回路基板４０を電気接続するリード板４１〜４３が設けられて構成されている。

電池ブロックにおいて、素電池５１〜５４は、各電池の軸がパック電池１の長手方向（Ｚ方向）に沿って平行に並び、複数段に配列されている。
ここでは、図１に示すように、４本の円筒形の素電池５１〜５４が２列×２段で配列されたものについて説明する。
図２はパック電池１が機器本体２に装着された状態を示す斜視図である。

当図に示すように機器本体２はデジタルビデオカメラであって、パック電池１は、その底ケース１１の底面を機器本体２に対向させた状態で、機器本体２の後部に装着されている。
図３は、外装ケースの中に収納されている構成要素（電池ブロック、電池ホルダ２０、基板ホルダ３０、回路基板４０）を示す斜視図である。

図４は、パック電池１をＺ方向端部において、Ｘ−Ｙ平面で切断した断面図である。
これらの図を参照しながら、各構成要素について以下に説明する。
（外装ケース）
底ケース１１は、配列された素電池５１〜５４からなる電池ブロックの底面に相当する大きさを有する長方形状の底板１１０及びその底板１１０の外周に沿って立設されたリブ１１１〜１１４を有している。

蓋ケース１２は、電池ブロックの上面をカバーする天板１２０及び電池ブロックの側面をカバーする側板１２１〜１２４を有している。
底ケース１１及び蓋ケース１２は、耐熱性・機械的強度に優れるポリカーボネート等の樹脂材料を射出成形してなる成形品である。そして、蓋ケース１２の側板１２１〜１２４の下縁が、底ケース１１のリブ１１１〜１１４の上縁に嵌合して外装ケースが形成されている。

なお、底ケース１１には、回路基板４０上のコネクタ４１の位置に、切り欠き１１５が形成されている。
また、底ケース１１には、パック電池１を機器本体２に装着するときに、機器本体側の突起と係合させる係合溝１１６が形成されている。
（素電池５１〜５４）
各素電池５１〜５４は、例えば直径１８mm×長さ６５mmを持つ円筒型リチウムイオン二次電池である。

素電池５１〜５４は、各電池の軸がＺ方向に沿った状態で、横方向（Ｘ方向）及び縦方向（Ｙ方向）に行列状に配列されている。すなわち、下段において素電池５３と素電池５４が横方向（Ｘ方向）に並び、上段において素電池５１と素電池５２が、横方向（Ｘ方向）に並んでいる。また、素電池５１と素電池５３、並びに素電池５２と素電池５４は、縦方向（Ｙ方向）に並んでいる。

（電池ホルダ２０）
図５（ａ），（ｂ）は、電池ホルダ２０及び基板ホルダ３０を示す斜視図であって、（ａ）は電池ホルダ２０を基板ホルダ３０に装着する前の状態、（ｂ）は装着後の状態を示す。
電池ホルダ２０は、縦方向に伸長する長方形状の縦仕切板２１と、横方向に伸長する長方形状の横仕切板２２とが、互いに直交する状態で固着され、断面十字形状となっている。

図４に示すように、縦仕切板２１は、横に並ぶ素電池５１と素電池５２との間、並びに素電池５３と素電池５４との間に介在し、両者を縦方向に仕切っている。同様に、横仕切板２２は、縦に並ぶ素電池５１と素電池５３の間、並びに素電池５２と素電池５４との間に介在して両者を横方向に仕切っている。
縦仕切板２１と横仕切板２２の厚さを比べると、図４に示すように、縦仕切板２１の厚さは比較的大きく、横仕切板２２の厚さは比較的小さく設定されている。

縦仕切板２１の厚みは例えば３．０ｍｍ、横仕切板２２の厚みは例えば中央部（縦仕切板２１に近い部分）が１．２ｍｍ、先端部が０．９ｍｍである。
縦仕切板２１は、外装ケース内で内部空間を縦に貫くように配され、縦仕切板２１の上縁は蓋ケース１２の天板１２０内面に面接触し、縦仕切板２１の下縁は、基板ホルダ３０の台板部３１の上面に面接触している。

なお、縦仕切板２１の下縁には、位置決め用の切込み２１５が形成されている。また、図３，５（ａ），（ｂ）に示すように、縦仕切板２１の表面には、対応する素電池の端子極性（素電池５１，５３の正極端子）を示すマーク２５が印されている。
図５（ａ），（ｂ）に示すように、縦仕切板２１と横仕切板２２とが交差するラインＬに沿って、縦仕切板２１と横仕切板２２とを互いに直角に固定する補強リブ２３が列設されている。

各補強リブ２３は、縦仕切板２１と横仕切板２２のいずれにも直交するＸ−Ｙ面に沿った板状に形成されている。また、各補強リブ２３は、素電池５１〜５４に接触しないようにラインＬの近傍だけに形成され、各補強リブ２３の縁は、素電池５１〜５４の外周面に沿った滑らかな円弧状となっている。この円弧の半径は例えば９.２７５ｍｍである。
縦仕切板２１の表面において、素電池５１〜５４の外周面が接する領域には、当該外周面に合わせた断面円弧状の内面を有する凹み２１１〜２１４が形成されている。そして、素電池５１〜５４の外周部分がこの凹み２２１〜２２４に填まり込んで、素電池５１〜５４の外周面と凹み２２１〜２２４の内面とが面接触している。

電池ホルダ２０も、その全体が耐熱性・機械的強度に優れるポリカーボネート等の樹脂材料を射出成型してなる一体成形品である。
ここで、電池ホルダ２０の断面形状は、図４に示されるように、縦仕切板２１を境にして図４の右方向及び左方向のいずれの方向に進んでも、Ｙ方向の幅が単調減少している。従って、電池ホルダ２０を射出成型する際に、金型として、縦仕切板２１を境にして、右側部分と左側部分に分けた１対の金型を用いれば、射出成型後に１対の金型を、右方向と左方向にスライドさせて成型物を引き抜くことができる。従って、電池ホルダ２０を容易に一体成型することができる。

この電池ホルダ２０は、下記のように基板ホルダ３０の上に固定されるようになっている。
なお、詳しくは後述するが、電池ホルダ２０の長手方向（Ｚ方向）一端の端面には、リード板４２を位置決めするための段差部２４ａ〜２４ｄが形成され、他方の端面にも、リード板４３，４４を位置決めする段差が形成されている。

（基板ホルダ３０）
図５（ａ）に示すように、基板ホルダ３０は、長方形状の台板部３１と、そのＸ方向両端から垂下する１対に収の脚板部３２を備え、台板部３１の下側で両脚板部３２の間に回路基板４０を保持している。
また基板ホルダ３０は、脚板部３２が底ケース１１のリブ１１１の内側に填め込まれて、底ケース１１の上に装着される。

なお、各脚板部３２の下縁には切り込み３２１が形成され、底ケース１１にはこれに填まり込むリブ（不図示）が形成されている。これによって、基板ホルダ３０のＺ方向の位置決めがされるようになっている。
基板ホルダ３０の両脚板部３２を底ケース１１の内面上に設置すると、台板部３１は、底ケース１１の底板１１０内面上に間隙を開けて平行に安定して保持される。そして、回路基板４０はその間隙に収納される。

図３，４に示すように、台板部３１は、下段の素電池５３，５４の下面を支持しており、台板部３１における横方向の縁端部３１１は、素電池５３，５４の外周面に沿って湾曲している。
また、台板部３１の上面には、基板ホルダ３０における縦仕切板２１の下端部分を挟持するホルダリブ３３ａ，３３ｂが突設されている。このホルダリブ３３ａ，３３ｂは、台板部３１の中央においてＺ方向に沿って複数列設されている。また、台板部３１の上面には、上記電池ホルダ２０の切込み２２５に填まり込む係止リブ３４も突設されている。

これによって、電池ホルダ２０の縦仕切板２１の下縁部分を、このホルダリブ３３ａ，３３ｂの間に挿入すると、ホルダリブ３３ａ，３３ｂが縦仕切板２１の下端部分を横方向に挟持して、電池ホルダ２０は、基板ホルダ３０上に固定される。また、係止リブ３４も切込み２２５に係合して、Ｚ方向に対する位置決めもなされる。
基板ホルダ３０も樹脂材料を射出成形してなる成形品である。

（回路基板４０，リード板４２〜４４）
回路基板４０は、ガラスやエポキシ樹脂などを含む材料からなり配線が形成された基板に、各種素子が実装され、コネクタ４１が取付けられている。
このコネクタ４１は、上記切り欠き１１５を通って、機器本体側のコネクタと電気接続される。

リード板４２〜４４は、いずれも導電性に優れる金属材料、例えばニッケル板で形成される。
リード板４２は、電池ブロックにおける長手方向（Ｚ方向）の一端において、縦仕切板２１及び横仕切板２２を挟んで隣接する素電池５１〜５４の各端子同士を接続している。
すなわち、リード板４２は、４本のリード部４２１〜４２４を有する枠体状であって、リード部４２１は横仕切板２２の縁をまたいで素電池５１，５３の負極端子同士を接続し、リード部４２２は横仕切板２２の縁をまたいで素電池５２，５４の正極端子同士を接続し、リード部４２３縦仕切板２１の縁をまたいで素電池５１の負極端子と素電池５２の正極端子を接続し、リード部４２４は縦仕切板２１の縁をまたいで素電池５３の負極端子と素電池５４の正極端子を接続している。

一方、長手方向（Ｚ方向）の他端側において、リード板４３は素電池５１，５３の正極端子及び回路基板４０の正極端子を接続し、リード板４４は素電池５２，５４の負極端子及び回路基板４０の負極端子を接続している。
これによって、素電池５１，５３が並列接続され、素電池５２，５４が並列接続され、それらが直列接続されて、回路基板４０を経由して、コネクタ４１から機器本体に電力を供給できるようになっている。

なお、リード板４２は、回路基板４０の中間端子に接続され、電池ブロックの中間電圧を検知できるようになっている。
（パック電池１を組み立てる方法）
パック電池１の組み立て方法について一例を示す。
電池ホルダ２０に素電池５１〜５４を配置する。ここで、素電池５１〜５４の端子の向きはマーク２５に基づいて配置する。

リード板４２〜４４を素電池５１〜５４の端子に接続する。
この工程で、リード板４２〜４４を接続する際に、電池ホルダ２０の長手方向の一端面に形成されている段差部２４ａ〜２４ｄにリード板４２のリード部４２１〜４２４を填め込むことによって、リード部４２１〜４２４の内縁が段差部２４ａ〜２４ｄによって位置決めされる。リード板４３，４４も、電池ホルダ２０の長手方向の他端面に設けられた段差で位置決めされる。

このようにリード板４２〜４４を位置決めした状態で、素電池５１〜５４の端子に、正確に溶接することができる。
一方、基板ホルダ３０の下に回路基板４０を装着し、その基板ホルダ３０の上に、素電池５１〜５４を組み込んだ電池ホルダ２０を装着する。そして、リード板４２〜４４を、回路基板４０に接続する。

図３のように、素電池５１〜５４、電池ホルダ２０、基板ホルダ３０、回路基板４０、リード板４２〜４４が組合わせられたコアパックが作製される。
コアパックを底ケース１１上に装着し、蓋ケース１２を被せて超音波溶着することによって、パック電池１が作製される。
（段差部２４ａ〜２４ｄの配置位置に関して）
電池ホルダ２０における端面に形成されている段差部２４ａ〜２４ｄは、縦仕切板２１と横仕切板２２の交差線Ｌに対して非対称な位置に形成されている。

すなわち、図５（ｂ）に示すように、段差部２４ａと交差線Ｌの距離Ａは、段差部２４ｂと交差線Ｌとの距離Ｂよりも小さく、段差部２４ｃと交差線Ｌの距離Ｃは、段差部２４ｄと交差線Ｌの距離Ｄよりも小さく設定されている。
上記のように電池ホルダ２０に装着した素電池５１〜５４の端子に、リード板４２を接続する工程で、リード板４２を段差部２４ａ〜２４ｄの周りに装着するが、仮に、段差部２４ａ〜２４ｄが交差線Ｌに対して対称な位置に設けられていれば、例えばリード板４２を本来の向きから１８０°回転した状態でも、リード部４２２を段差部２４ａに、リード部４２１を段差部２４ｂに位置合わせして装着することはできるが、本実施形態では上記のようにリード板４２を、交線Ｌに対して非対称な位置で電池ホルダ２０に位置合わせするようにしているので、リード板４２を、本来の向きから１８０°回転した状態で装着しようとすると、うまく装着できず、リード板４２を誤って逆向きに装着するのを防止できる。

従って、本実施形態によれば、リード板４２の向きを間違うことなく電池ブロックに装着することができる。
（電池ホルダ２０による効果）
１．上記のようにパック電池１は、底ケース１１の底面を機器本体２に向けて装着されているので、機器本体２が床に落下してその後部に装着したパック電池１を床にぶつけたときや、機器本体２に装着したパック電池１を物にぶつけたときには、外装ケースに対して縦方向（Ｙ方向）に衝撃力が加わりやすく、横方向（Ｘ方向）の衝撃力が加わることは少ない。

ここで、外装ケース内を縦仕切板２１が貫くように配され、縦仕切板２１の上縁は蓋ケース１２の天板１２０内面に接し、縦仕切板２１の下縁は、基板ホルダ３０の台板部３１の上面に接し、この台板部３１は、底ケース１１の底板１１０内面上に間隙を開けて平行に安定して保持されているので、外装ケース内において、外装ケースに対してＹ方向に衝撃力が加わっても、同じＹ方向に沿った縦仕切板２１が天板１２０を支える支柱として機能する。ここで、縦仕切板２１はその厚みが比較的大きいので、縦仕切板２１に大きな衝撃力が加わっても耐えることができる。

従って、衝撃力による外装ケースの変形は少なく、素電池５１〜５４に対して加わる縦方向の衝撃力は小さくなる。
一方、横仕切板２２は、比較的厚みが薄く設定されているが、上記のように外装ケースに対して横方向の衝撃力は加わりにくいので、素電池５１〜５４が横方向の衝撃力を受けることも少ない。そして、横仕切板２２の厚みを薄くすることによって、素電池５１，５２と素電池５３，５４との間隔を小さくして、電池ブロックの高さを低減できる。

２．縦仕切板２１の表面に形成された凹み２２１〜２２４に、素電池５１〜５４の外周部分が填まり込み、素電池５１〜５４の外周面と凹み２２１〜２２４の内面とが面接触しているので、素電池５１〜５４は、電池ホルダ２０によってより安定に保持される。
ここで、凹み２２１〜２２４が形成されている箇所では、縦仕切板２１の厚みが小さくなっているが、縦仕切板２１は、凹み２２１〜２２４のところで隣接する素電池によって両側から挟持されているので、強い衝撃力を受けたときにも、縦仕切板２１は凹み２２１〜２２４のところで撓むことはなく、支柱としての機能を果たす。

＜その他の事項＞
上記実施の形態では、素電池の数が４（２列×２段）で、電池ホルダ２０が縦仕切板２１及び横仕切板２２を１枚づつ備える場合について説明したが、電池ブロックにおける素電池の数（配列数，段数）は、６（３列×２段），８（４列×２段），９（３列×３段），１０（５列×２段），１２（４列×３段あるいは６列×２段）などでも、電池ホルダ２０における縦仕切板２１及び横仕切板２２の数を変えて実施することができる。

上記パック電池１では、素電池として円筒型リチウムイオン二次電池を用いたが、素電池の形状は角形等の形状であっても構わない。また、素電池の種類はニッケルカドミウム二次電池等、他の種類も利用可能である。

本発明のパック電池は、デジタルカメラ用の電源の他、トランシーバー、携帯情報端末、電動工具、バックアップ電源、アシスト自転車、車両用の電源としても利用できる。

１ パック電池
２ 機器本体
１１ 底ケース
１２ 蓋ケース
２０ 電池ホルダ
２１ 縦仕切板
２２ 横仕切板
２３ 補強リブ
２４ａ〜２４ｄ 段差部
２５ マーク
３０ 基板ホルダ
３１ 台板部
３２ 脚板部
３３ａ，３３ｂ ホルダリブ
３４ 係止リブ
４０ 回路基板
４２〜４３ リード板
５１〜５４ 素電池

Claims (7)

1. 底板及び蓋体を有するケ―ス内に、前記底板に沿って複数の素電池が配列されたものが複数段に積層されてなる電池ブロックが収納され、前記底板を機器本体に向けた状態で当該機器本体に装着されるパック電池であって、
   前記電池ブロックの素電池同士を、前記底板に対して垂直方向に仕切る縦仕切板と、
   前記電池ブロックの素電池同士を前記底板に沿った方向に仕切る横仕切板とが、交差した状態で互いに固着されてなる電池ホルダを有し、
   前記縦仕切板の厚さは、前記横仕切板の厚さよりも大きいことを特徴とするパック電池。
2. 前記電池ホルダは、
   前記縦仕切板と前記横仕切板とが交差する箇所に、両仕切板が交差する角度を固定する固定リブが設けられていることを特徴とする請求項１記載のパック電池。
3. 前記縦仕切板は、
   一方の縁が前記底板の内面上に固定され、他方の縁が前記蓋体の内面に接していることを特徴とする請求項１又は２記載のパック電池。
4. 前記ケース内には、
   前記底板上に、回路基板と当該基板ホルダを保持する基板ホルダが装着され、
   前記縦仕切板の一方の縁は、前記基板ホルダに嵌合されていることを特徴とする請求項３記載のパック電池。
5. 前記素電池は円筒形であって、
   前記縦仕切板の表面には、当該表面に隣接する素電池の外周部分が填まり込む凹部が形成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか記載のパック電池。
6. 前記横仕切板の縁と縦仕切板の縁が臨む前記電池ホルダの端部に、
   前記横仕切板及び前記縦仕切板を挟んで隣接する複数の素電池の端子同士を接続するリード板が、前記横仕切板の縁及び縦仕切板の縁を横切って配設され、
   前記横仕切板の縁と縦仕切板の縁には、前記リード板が横切る各位置に段差部が形成され、
   当該各段差部の形成位置が、前記横仕切板と縦仕切板の交差線に対して非対称であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか記載のパック電池。
7. 前記縦仕切板と前記横仕切板とが一体的に成形されていることを特徴とする請求項１〜６に記載のいずれかに記載のパック電池。

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