JP3643782B2 - パック電池 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の二次電池を内蔵するパック電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
パック電池は、電気機器に装着して使用される。電気機器に装着するパック電池は、電気機器に適した出力電圧と容量とする必要がある。出力電圧と容量を最適値とするために、パック電池は複数の二次電池を内蔵して、二次電池を直列または並列に接続している。素電池を直列に接続する数を多くして出力電圧を高くできる。また、素電池を並列に接続して容量を大きくできる。出力電圧と容量を電気機器の最適値とするために、複数の電池を直列に接続し、さらに、直列に接続した電池を並列に接続しているパック電池が使用される。
【０００３】
また、パック電池は、ひとつの電気機器に対して、大小異なる容量のものが選択的に使用されることがある。たとえば、小容量のパック電池を装着して１時間使用でき、大容量のパック電池を装着して２時間使用できる用途がある。このような用途として、ビデオカメラ、デジタルカメラ、ラップトップマイコン等の多くの電気機器がある。大小異なる容量のパック電池を実現するには、並列に接続する電池の数を変更する必要がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
出力容量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、パック電池は外形が大きくなる。従来のパック電池は、出力容量を大きくすると厚くなるので、このパック電池を装着する電気機器は、薄いパック電池と厚いパック電池の両方を装着できる構造が要求された。厚さが異なるパック電池を収納する構造は、決して簡単には実現できない。厚いパック電池を収納できるように、収納部を厚くすると、電気機器の全体形状が厚く大きくなるからである。したがって、大容量のパック電池を装着できるようにしている電気機器に、小容量のパック電池を装着しても、電気機器全体をコンパクトにできない欠点があった。
【０００５】
本発明は、このような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、厚さを変更することなく出力容量を増加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、並列に接続している素電池の温度環境をより均等な状態として、並列接続の素電池間の温度差によって、各電池に流れる電流が不均一になるのを少なくできるパック電池を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明のパック電池は、複数個の素電池３を内蔵している。パック電池は、複数の素電池３を、１段目ユニット６と２段目ユニット７からなる２段の積層構造に並べている。１段目ユニット６を構成している複数の素電池３は、＋−の各電極を各々同じ方向とする姿勢で同一平面で平行に並べており、かつ第１リード８を介して互いに並列に接続している。２段目ユニット７を構成する素電池３も、＋−の各電極を各々同じ方向とする姿勢で同一平面で平行に並べており、かつ、第２リード９を介して互いに並列に接続している。１段目ユニット６と２段目ユニット７は、素電池３を平行とする姿勢で２段に積層している。さらに、互いに並列に接続された１段目ユニット６と２段目ユニット７の素電池３は、互いに直列に接続している。
【０００７】
パック電池は、１段目ユニット６と２段目ユニット７の素電池３の側面に、ホルダー５を介して保護回路部品１３を実装するプリント基板４を配設する。このパック電池は、第１リード８と第２リード９とをプリント基板４に接続し、１段目ユニット６と２段目ユニット７とをプリント基板４を介して直列に接続することができる。ホルダー５は、絶縁材料で成形することができる。このホルダー５は、プリント基板４に接続している第１リード８と第２リード９との間に隔壁５Ｂを突出して設けて、この隔壁５Ｂで第１リード８と第２リード９の接触を阻止することができる。パック電池は、ホルダー５にパック電池の出力端子１０を固定することができる。
【０００８】
パック電池は、１段目ユニット６の素電池３を並列に接続する第１リード８を、素電池３の端面に配設し、２段目ユニット７の素電池３を並列に接続する第２リード９を、素電池３の表面に配設することができる。
【０００９】
さらに、パック電池は、好ましくは、１段目ユニット６と２段目ユニット７のいずれかの素電池３の端部に、両端に突出するリード端子１１Ａを有する保護素子１１を配設する。このパック電池は、保護素子１１の一方のリード端子１１Ａに直交してＬ字リード板１５を溶接して、このＬ字リード板１５を介して１段目ユニット６と２段目ユニット７を直列に連結することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施例は、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。
【００１１】
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、「特許請求の範囲の欄」、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、特許請求の範囲に示される部材を、実施例の部材に特定するものでは決してない。
【００１２】
図１ないし図５は、順番にパック電池の正面図、左側面図、右側面図、平面図、底面図を示している。これ等の図に示すパック電池は、ケース１に電池コア２を内蔵させている。ケース１は、図７〜図９の断面図に示すように、プラスチックを四角形の箱型に成形している第１ケース１Ａと第２ケース１Ｂからなる。第１ケース１Ａと第２ケース１Ｂは、周壁を連結して、内部に電池コア２を収納している。周壁は、超音波溶着または接着して先端縁を互いに連結している。図のケース１は、第１ケース１Ａに電池コア２の出力端子１０を表出させる電極窓１ａを開口している。さらに、図のケース１は、第１ケース１Ａに電気機器の定位置に装着する嵌着凸部１ｂを設けている。
【００１３】
電池コア２の回路図を図６に示す。この電池コア２は、２個の素電池３を並列に接続して、並列に接続している２個の素電池３を互いに直列に接続している。互いに並列に接続している２個の素電池３は、保護素子１１を直列に接続している。保護素子１１は、過電流や異常な温度で電流を遮断するブレーカ等である。互いに並列に接続される２個の素電池３は、プリント基板４を介して直列に接続される。さらに、プリント基板４は、電池の過充電や過放電を防止して電池を保護する保護回路１２を実現する保護回路部品１３を実装している。さらに、プリント基板４には、＋−と温度端子からなる出力端子１０を接続している。
【００１４】
ケース１から取り出した電池コア２を図１０〜図１３に示す。図１０は、電池コアの斜視図、図１１は、図１０に示す電池コアの平面図、図１２と図１３は、図１１を両側から見た側面図である。これ等の図に示す電池コア２は、４個の素電池３と、プリント基板４と、プリント基板４を定位置に保持するホルダー５とを備える。素電池３は、リチウムイオン二次電池、ニッケル−水素電池、ニッケル−カドミウム電池等の充電できる薄型電池である。４個の素電池３は、図１０において下段にある１段目ユニット６と、上段にある２段目ユニット７とからなる。１段目ユニット６と２段目ユニット７は、２段の積層構造として並べている。
【００１５】
１段目ユニット６を構成する２個の素電池３は、同一平面に位置して互いに平行に並べられている。さらに、２個の素電池３は、＋−の各電極を各々同じ方向とする姿勢で隣接して並べている。また、２個の素電池３は、第１リード８で互いに並列に接続される。第１リード８は、薄型電池の＋−の各電極を各々連結する一対のリード板８Ａ、８Ｂからなる。一方のリード板８Ａは、図１０に示すように、凸部電極３Ａを連結し、他方のリード板８Ｂは、図１２に示すように薄型電池の底面３Ｂを連結する。図の１段目ユニット６は、第１リード８を薄型電池の端面に配設して、２個の素電池３を並列に接続している。
【００１６】
２段目ユニット７を構成する２個の素電池３も、同一平面に位置して互いに平行に並べられ、＋−の各電極を各々同じ方向とする姿勢で隣接して並べている。さらに、２段目ユニット７の２個の素電池３は、第２リード９を介して互いに並列に接続される。第２リード９も薄型電池の＋−の各電極を各々連結する一対のリード板９Ａ、９Ｂからなる。一方のリード板９Ａは、図１１と図１２に示すように、薄型電池の端面に配設されて凸部電極３Ａを連結する。他方のリード板９Ｂは、図１０と図１１と図１３に示すように、薄型電池の底面３Ｂに連結されて、素電池３の表面に配設される。
【００１７】
１段目ユニット６と２段目ユニット７は、互いに素電池３を平行な姿勢とし２段に積層される。１段目ユニット６と２段目ユニット７は、その間に絶縁シート１４を挟着している。絶縁シート１４は、１段目ユニット６と２段目ユニット７の素電池３の外装缶を絶縁して積層する。したがって、この構造は、絶縁されない金属製外装缶の素電池３を使用できる。したがって、素電池３の製造コストを低減できる。また、素電池３の外装缶からの放熱を有効にできる特長もある。絶縁シート１４は、積層する素電池３の表面に接着されて、１段目ユニット６と２段目ユニット７とをしっかりと連結することもできる。
【００１８】
１段目ユニット６と２段目ユニット７の電池は、保護素子１１を介してプリント基板４に接続されて互いに直列に連結される。図１０ないし図１３の電池コア２は、１段目ユニット６と２段目ユニット７の凸部電極３Ａに接続しているリード板８Ａ、９Ａを、保護素子１１でプリント基板４に接続している。第１リード８に接続している保護素子１１は、両端に直線状にリード端子１１Ａを突出させている。この保護素子１１は、一方のリード端子１１Ａを第１リード８に、他方のリード端子１１Ａをプリント基板４に接続している。第２リード９に接続している保護素子１１は、図１２に示すように、両端に突出するリード端子１１Ａの片方に、直交してＬ字リード板１５をスポット溶接して連結している。このＬ字リード板１５は、先端を第１リード８に連結して、１段目ユニット６と２段目ユニット７を直列に連結し、第１リード８を介してプリント基板４に接続している。Ｌ字リード板１５を有する保護素子１１は、第１リード８と第２リード９を接続するリード板に併用できる。このため、第１リード８と第２リード９を接続する専用のリード板を使用する必要がなく、能率よく安価に製作できる特長がある。第１リード８と第２リード９と保護素子１１のリード端子１１Ａは、スポット溶接して確実に連結できる。ただ、リード端子１１Ａを第１リード８や第２リード９に接続する部分は、半田付けして連結することもできる。
【００１９】
第１リード８と第２リード９は、図１４に示すように一端をプリント基板４に半田付けして連結し、この状態で、各々の素電池３の電極にスポット溶接して連結することができる。この組み立て構造は、リード板８Ａ、８Ｂ、９Ａ、９Ｂを能率よく素電池３に連結できる特長がある。また、プリント基板４を介して各々のリード板８Ａ、８Ｂ、９Ａ、９Ｂを正確な位置に配置できる特長もある。図１４において、素電池３の表面に配設されるリード板９Ｂは、他のリード板８Ａ、８Ｂ、９Ａに対して直交してプリント基板４に接続される。プリント基板４に接続しているリード板８Ａ、８Ｂ、９Ｂは、プリント基板４に対して直角に折曲して、素電池３の電極に連結される。
【００２０】
プリント基板４に連結しているリード板８Ａ、８Ｂ、９Ｂが素電池３に連結されるとき、プリント基板４と素電池３との間にホルダー５が配設される。ホルダー５は、プラスチックの成形品である。図１０のホルダー５は、素電池３との対向面に、１段目ユニット６と２段目ユニット７との間に嵌入される嵌入凸部５Ａを突出して設けている。プリント基板４を装着する面には、両端部に隔壁５Ｂを突出して設けている。隔壁５Ｂは、プリント基板４の両端部に位置して、プリント基板４を両端で挟んで定位置に保持する。さらに、一方の隔壁５Ｂ、図１４において左端の隔壁５Ｂは、プリント基板４に接続している第１リード８と第２リード９との間に突出して設けられて、第１リード８と第２リード９の接触を阻止する。この構造は、仮に第１リード８や第２リード９がプリント基板４から離れても、互いに接触してショートするのを隔壁５Ｂで有効に阻止できる。
【００２１】
この構造のホルダー５は、プリント基板４と素電池３との間に挟まれて定位置に保持される。プリント基板４と素電池３は、第１リード８と第２リード９で互いに連結される。プリント基板４は、ホルダー５の定位置に保持されるので、ホルダー５によってプリント基板４も定位置に配設される。さらに、ホルダー５は、パック電池の出力端子１０を固定している。この出力端子１０は、プリント基板４を装着する状態で、プリント基板４に半田付けして接続される。
【００２２】
１段目ユニット６と２段目ユニット７を２段に積層して連結し、さらにホルダー５とプリント基板４とを連結している電池コア２は、開かれた第１ケース１Ａに入れられる。電池コア２を入れた第１ケース１Ａは、第２ケース１Ｂで閉塞され、第１ケース１Ａと第２ケース１Ｂの周壁を連結してパック電池とされる。
【００２３】
【発明の効果】
本発明のパック電池は、厚さを変更することなく出力容量を増加できる特長がある。それは、本発明のパック電池が、複数の素電池を、１段目ユニットと２段目ユニットの２段の積層構造に並べると共に、１段目ユニットと２段目ユニットを構成する素電池を同一平面で平行に並べてリードで並列に接続し、並列に接続している１段目ユニットと２段目ユニットを互いに直列に接続しているからである。
【００２４】
さらに、本発明のパック電池は、並列に接続している素電池の温度環境をより均等な状態として、並列接続の素電池間の温度差によって、各素電池に流れる電流が不均一となるのを少なくできる特長もある。それは、互いに並列に接続している１段目ユニットと２段目ユニットを積層して２段積層構造としているからである。１段目ユニットを構成する複数の電池は同一平面にあって、パック電池の片側表面に配設され、また、２段目ユニットを構成する電池も同一平面にあってパック電池の片側表面に配設される。この構造のパック電池が、たとえば電気機器の表面に装着される場合、たとえば１段目ユニットの電池を電気機器に対向して配設し、２段目ユニットを電気機器に対向しない外側面に配設する。電気機器に対向する面に位置する複数の電池は同じ冷却環境となり、また電気機器と対向しない外側に位置する複数の電池も冷却環境を同じとして、温度環境を近似できる。このため、互いに並列に接続している１段目ユニットの複数の素電池は、温度を均等にして温度による電気特性の相違を少なくでき、各素電池に流れる電流を均一にできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例のパック電池の正面図
【図２】図１に示すパック電池の左側面図
【図３】図１に示すパック電池の右側面図
【図４】図１に示すパック電池の平面図
【図５】図１に示すパック電池の底面図
【図６】本発明の実施例のパック電池の回路図
【図７】図１に示すパック電池のＡ−Ａ線断面図
【図８】図１に示すパック電池のＢ−Ｂ線断面図
【図９】図１に示すパック電池のＣ−Ｃ線断面図
【図１０】図１に示すパック電池に内蔵される電池コアの斜視図
【図１１】図１０に示す電池コアの平面図
【図１２】図１０に示す電池コアの左側面図
【図１３】図１０に示す電池コアの右側面図
【図１４】第１リードと第２リードをプリント基板に連結した状態を示す展開図
【符号の説明】
１…ケース １Ａ…第１ケース １Ｂ…第２ケース
１ａ…電極窓 １ｂ…嵌着凸部
２…電池コア
３…素電池 ３Ａ…凸部電極 ３Ｂ…底面
４…プリント基板
５…ホルダー ５Ａ…嵌入凸部 ５Ｂ…隔壁
６…１段目ユニット
７…２段目ユニット
８…第１リード ８Ａ…リード板 ８Ｂ…リード板
９…第２リード ９Ａ…リード板 ９Ｂ…リード板
１０…出力端子
１１…保護素子 １１Ａ…リード端子
１２…保護回路
１３…保護回路部品
１４…絶縁シート
１５…Ｌ字リード板

Claims (6)

1. 複数個の素電池（３）を内蔵するパック電池において、複数の素電池（３）は、１段目ユニット（６）と２段目ユニット（７）からなる２段の積層構造に並べられ、１段目ユニット（６）を構成している複数の素電池（３）は、＋−の各電極を各々同じ方向とする姿勢で同一平面で平行に並べられ、かつ第１リード（８）を介して互いに並列に接続され、２段目ユニット（７）を構成する素電池（３）も、＋−の各電極を各々同じ方向とする姿勢で同一平面で平行に並べられ、かつ、第２リード（９）を介して互いに並列に接続され、１段目ユニット（６）と２段目ユニット（７）は、素電池（３）を平行とする姿勢で２段に積層され、かつ、互いに並列に接続された１段目ユニット（６）と２段目ユニット（７）の素電池（３）は互いに直列に接続されてなり、１段目ユニット（６）と２段目ユニット（７）の素電池（３）の側面に、ホルダー（５）を介して保護回路部品（１３）を実装するプリント基板（４）を配設していることを特徴とするパック電池。
2. 第１リード(8)と第２リード(9)とをプリント基板(4)に接続して、１段目ユニット(6)と２段目ユニット(7)とをプリント基板(4)を介して直列に接続している請求項１に記載されるパック電池。
3. ホルダー（５）が絶縁材料を成形したもので、このホルダー（５）は、プリント基板（４）に接続している第１リード（８）と第２リード（９）との間に隔壁（５Ｂ）を突出して設けており、この隔壁（５Ｂ）で第１リード（８）と第２リード（９）の接触を阻止してなる請求項１に記載されるパック電池。
4. ホルダー（５）にパック電池の出力端子（１０）を固定している請求項１に記載されるパック電池。
5. １段目ユニット（６）の素電池（３）を並列に接続する第１リード（８）を、素電池（３）の端面に配設すると共に、２段目ユニット（７）の素電池（３）を並列に接続する第２リード（９）を、素電池（３）の表面に配設している請求項１に記載されるパック電池。
6. １段目ユニット（６）と２段目ユニット（７）のいずれかの素電池（３）の端部に保護素子（１１）を配設しており、この保護素子（１１）は両端に突出するリード端子（１１Ａ）を有すると共に、一方のリード端子（１１Ａ）に直交してＬ字リード板（１５）を溶接して連結しており、このＬ字リード板（１５）を介して１段目ユニット（６）と２段目ユニット（７）を直列に連結している請求項１に記載されるパック電池。

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