JP4522693B2 - 組合せ電池を収容するケーシングとそれを備える電池パック - Google Patents

Description

本発明は、異種の電池が直列に接続されている電池群（いわゆる組合せ電池）を収容するためのケーシングに関する。

例えば電動工具には、二次電池をケーシングに収容した電池パックがよく用いられる。この種の電池パックの多くは、電動工具に必要な起電力を得るために複数の同種の電池を組合せて構成されている。例えば、１０個のニッケル水素電池（電池１個当りの起電力１．２Ｖ）を直列に接続することによって１２Ｖの起電力を得ることがある。
組合せ電池を用いれば、例えば、１個のニッケル水素電池（電池１個当りの起電力１．２Ｖ）と３個のリチウムイオン電池（電池１個当りの起電力３．６Ｖ）を直列に接続することにより、１２Ｖの起電力を得ることができる。異種の電池を組合せて用いることによって、少ない数の電池で所望の起電力を得ることが可能となる。また、組合せ電池を用いれば、例えば、電池パックの起電力を細かく異ならせた電池パック群を用意することもできる。
なお、特許文献１には、非水系二次電池群と水溶液系二次電池群を組合せた組合せ電池が開示されている。
特開平９−１８０７６８号公報

電池パックのケーシングは、内部に収容する電池の特性に応じた形態を採用するべきである。例えば、ガス抜きが必要な電池は通気孔が設けられたケーシングに収容した方がよいし、電解液の漏れを防止する必要がある電池は気密性が確保されたケーシングに収容した方がよい。しかしながら、異種の電池が組合わさった組合せ電池を用いる場合、一方の種類の電池に合ったケーシングを採用すると、他方の種類の電池に対しては適切でないことがある。

本発明は、上記した実情に鑑みてなされたものであり、組合せ電池を収容するのに最適なケーシングを提供することを目的とする。

本発明では、少なくとも二種類の電池が直列に接続されている電池群を収容するためのケーシングを提供する。このケーシングは、一方の種類の電池が収容される第１空間と他方の種類の電池が収容される第２空間とを連通する隙間なく隔絶する壁を有する。壁は、第１空間を画定する第１壁と、第１壁から距離を隔てて配置されているとともに第２空間を画定する第２壁とによって構成されている。第１壁と第２壁との間には、空気室が形成されている。
このケーシングによると、第１空間と第２空間を隔絶する壁が設けられているために、収容される電池の種類に応じて第１空間と第２空間を異なる環境に設定することができる。例えば、第１空間は気密性が確保され、第２空間は通気性が確保されるようにケーシングを構成することができる。
このケーシングは、収容される各電池の種類に応じた環境を設定することができ、組合せ電池を収容するのに最適である。

また、第１空間を画定する第１壁と第２空間を画定する第２壁が離れて配置されているために、第１空間と第２空間の間の熱伝導をほぼ完全に遮断することができる。

上記のケーシングは、第１空間とケーシング外を連通する通気孔が設けられていないとともに、第２空間とケーシング外を連通する通気孔が設けられているようにしてもよい。
第１空間は、ケーシング外と連通していないために、気密性が保持されている。また、第２空間は、ケーシング外と連通しているために、通気性が確保されている。第１空間には気密性を確保した方が好ましい種類の電池が収容され、第２空間には通気性を確保した方が好ましい種類の電池が収容される。

上記したケーシングの、気密性が確保された第１空間にリチウムイオン電池を収容し、通気性が確保された第２空間にニッケル水素電池を収容した電池パックは極めて有益である。
リチウムイオン電池は、電解液が漏れてしまわないように気密室内に収容しておいた方がよい。従って、リチウムイオン電池は、気密性が確保されている第１空間に収容される。ニッケル水素電池は、水素ガスが漏れた場合にガス抜きができるように通気性が確保された方がよい。従って、ニッケル水素電池は、通気性が確保されている第２空間に収容される。
この電池パックでは、リチウムイオン電池とニッケル水素電池の特性に応じたケーシング構造が採用されている。安全性に優れた電池パックを提供することができる。

ここでは、下記の実施例に記載の技術の主要な特徴をまとめておく。
（形態１）電池パックは１２Ｖの起電力を有する。この場合、３つのリチウムイオン電池（電池１個当りの起電力３．６Ｖ）と１つのニッケル水素電池（電池１個当りの起電力１．２Ｖ）を直列に接続する。
（形態２）ニッケル水素電池が収容される空間とケーシング外を連通する通気孔は、ケーシングの底面に設けられる。
（形態３）電池パックは、リチウムイオン電池が収容される空間内に発火物（例えばヒューズ）が設けられていないことが好ましい。
仮に、リチウムイオン電池が収容される空間内にヒューズが設けられていると、リチウムイオン電池の電解液が漏れ、かつ、ヒューズが切れた場合に、電解液が発火する可能性がある。従って、リチウムイオン電池が収容される空間以外のところにヒューズを配置することが好ましい。例えば、ニッケル水素電池が収容される空間内にヒューズを配置するか、あるいは、ケーシング外にヒューズを配置する。

図面を参照して、実施例に係る電池パックについて説明する。図１は、電池パック１０の平面図である。図２は、電池パック１０の側面図である。図３は、電池パック１０の底面図である。図４は、図１のIV−IV線断面図である。
この電池パック１０は、電動工具に脱着可能であり、電動工具の電源として用いられる。また、電池パック１０は、充電器に脱着可能である。即ち、電池パック１０が有する電池４２，４４，４６，４８（図４に示されている）は二次電池である。
図１に示されるように、電池パック１０の上面は外蓋５０によって構成されている。図４に示されるように、電池パック１０の下面及び側面は下ケーシング３０によって構成されている。電池パック１０の外観は、外蓋５０と下ケーシング３０によって構成されている。図４をみるとよくわかるように、下ケーシング３０には、上ケーシング２０が載置されている。下ケーシング３０と上ケーシング２０によって、４つの電池４２，４４，４６，４８を収容する全体ケーシング１００が構成されている。

この電池パック１０は、図４に示されるように４つの電池４２，４４，４６，４８を有している。図５は、電池群４２等の接続関係を示す回路図である。図５に示されるように、各電池４２，４４，４６，４８は、リードプレート１２０，１２２，１２４によって、隣合う電池と直列に接続されている。即ち、電池４２のプラス極は電池４４のマイナス極と接続され、電池４４のプラス極は電池４６のマイナス極と接続され、電池４６のプラス極は電池４８のマイナスと接続されている。

図４によく示されるように、上ケーシング２０の上面には、ネジ８４によって基板９０が接合されている。基板９０の上面には信号端子９２が設けられている。この基板９０には、信号端子９２の他にも、プラス端子７０、サーモスタット端子７２、及び接地端子７４が固定されている（これらは図１に示されている）。
また、上ケーシング２０と上蓋５０の間にはフック８０が設けられている。フック８０は、上ケーシング２０に挿通されているバネ８２によって上方に付勢されている。図４は、フック８０が最上位置にあるときの図である。フック８０に人的な力が加えられていない限り、フック８０は図４の位置を維持する。フック８０は押圧部８０ａを有している。この押圧部８０ａを下方に押すことによって、バネ８２の付勢力に抗してフック８０を押し下げることができる。

図１によく示されるように、外蓋５０には、複数のスリット５２，５４，５６，５８，６０等が設けられている。
スリット５２は図１の左右方向に伸びている。スリット５２には、プラス端子７０が臨んでいる。プラス端子７０は、図５に示されるリードプレート１２６を介して、電池４８のプラス極と接続されている。
スリット５４も図１の左右方向に伸びている。スリット５４からは、サーモスタット端子７２が臨んでいる。サーモスタット端子７２は、図５に示されるサーモスタット１３２に接続される。電池群４２等の温度が所定温度以下であれば、サーモスタット端子７２には電池群４２等のプラス電圧がかかり、所定温度以上となるとサーモスタット１３２がオフして電圧がフローティングする。サーモスタット端子７２の電圧変化を監視することによって、電池セル群４２等の温度が所定温度以下なのか、あるいは所定温度以上なのかがわかる。
スリット５６も図１の左右方向に伸びている。スリット５６からは、接地端子７４が臨んでいる。接地端子７４は、図５に示されるリードプレート１２８を介して、電池４２のマイナス極と接続されている。
スリット５８は、電池パック１０が充電器や電動工具に装着された場合に、充電器や電動工具の信号端子が電池パック１０の信号端子９２と接続されるのを許容する。
スリット６０は、図１の紙面上下方向に伸びる長孔と、その長孔の各端部から左方向に伸びる短孔とによって構成されている。即ち、スリット６０は略コの字形状に形成されている。スリット６０はフック８０が上下方向に移動するのを許容するものである。

電池パック１０は、矢印Ａ方向（図１〜４に示している）に移動させることによって、電動工具や充電器に接続される。電動工具や充電器には、矢印Ｂ方向に伸びる端子が設けられている。電池パック１０を矢印Ａ方向に移動させて接続すると、プラス端子７０と電動工具又は充電器のプラス端子が接続され、接地端子７４と電動工具又は充電器の接地端子が接続される。また、サーモスタット端子７２には、充電器のサーモスタット検出端子が接続される。電池パック１０が充電器に取り付けられると、サーモスタット端子７２で電池パック１０の異常昇温を監視しながら、プラス端子７０と接地端子７４との間に充電電流を流して電池群４２等を充電する。電池パック１０が電動工具に取り付けられると、プラス端子７０と接地端子７４を使って電動工具に駆動電力を供給する。

図２を見るとよくわかるように、フック８０は上蓋５０よりも上方に突出している。電池パック１０がＡ方向にスライドすることによって電動工具又は充電器と接続される場合、電動工具又は充電器によってフック８０が下方に押される。フック８０はバネ８２の付勢力に抗して下方に移動する。電動工具又は充電器と完全に接続するまで電池パック１０をスライドさせると、電動工具や充電器に設けられている壁がフック８０の上端よも右側に回り込み、フック８０はバネ８２の付勢力によって上方に移動する。こうなると、電動工具や充電器に対して電池パック１０がＢ方向に移動することが禁止される。即ち、フック８０は、電池パック１０が電動工具や充電器から外れるのを禁止するストッパである。電池パック１０を電動工具や充電器から取外すには、押圧部８０ａを下方に押してフック８０を下方に押し下げた状態で、電池パック１０を矢印Ｂ方向に移動させればよい。

上述しているように、全体ケーシング１００は、上ケーシング２０と下ケーシング３０によって構成されている。
図４に示されるように、上ケーシング２０は、その上面から上方に伸びる突出部２０ａを有している。突出部２０ａにはコイルバネ８２が挿通している。コイルバネ８２はフック８０を上方に付勢している。
上ケーシング２０には、その下面から下方に伸びる壁部２２が形成されている。この壁部２２の下端は、下ケーシング３０の上面に当接している。
下ケーシング３０は、図１に示される４つのネジ７６ａ〜７６ｄによって、上蓋５０と接合されている。
下ケーシング３０には、その上面から上方に伸びる壁部３２が形成されている。この壁部３２の上端は、上ケーシング２０の下面に当接している。
なお、以下では、上ケーシング２０の壁部２２のことを第１壁と記載し、下ケーシング３０の壁部３２のことを第２壁と記載する。
第１壁２２は、電池４２，４４，４６が収容される空間１１０を画定しており、第２壁３２は、電池４８が収容される空間１１２を画定している。図４によく示されるように、第１壁２２と第２壁３２は距離を隔てて配置されており、第１壁２２と第２壁３２の間に空気層（空気室）１１４が形成されている。この構成を採用することにより、空間１１０と空間１１２の間の熱伝導を完全に遮断している。

全体ケーシング１００は、４つの電池４２，４４，４６，４８を収容している。全体ケーシング１００内の空間は、２つの壁２２，３２によって、２つの電池収容室１１０，１１２に分けられている。
第１の電池収容室１１０には、３つの電池４２，４４，４６が収容されている。本実施例における電池４２，４４，４６はリチウムイオン電池である。リチウムイオン電池４２，４４，４６は、それぞれ３．６Ｖの起電力を有する。第２の電池収容室１１２には、１つの電池４８が収容されている。本実施例における電池４８はニッケル水素電池である。ニッケル水素電池４８は、１．２Ｖの起電力を有する。
従って、電池４２，４４，４６，４８が直列に接続されている電池パック１０は１２Ｖの起電力を有する。１２Ｖの電源は、電動工具に一般的に用いられる。

全体ケーシング１００は、第１の電池収容室１１０と第２の電池収容室１１２が連通する隙間がないように構成されている。即ち、第１の電池収容室１１０と第２の電池収容室１１２は、第１壁２２と第２壁３２によって完全に隔絶されている。
なお、電池４６のプラス極と接続されているリードフレーム１２４（図５参照）は、上ケーシング２０の「第１の電池収容室１１０に対応する位置」に設けられた孔（図示省略）を通って、上ケーシング２０外に伸びている。そして、上ケーシング２０の「第２の電池収容室１１２に対応する位置」に設けられた孔（図示省略）を通って、第２の電池収容室１１２内に伸び、電池４８のマイナス極と接続されている。この構成により、リードフレーム１２４によって電池４６と電池４８が接続されている。なお、上ケーシング２０外を伸びているリードフレーム１２４は下ケーシング３０の内側に存在しており、リードフレーム１２４が電池パック１０の外部に露出することが防止されている。
電池４２のマイナス極と接続されているリードフレーム１２８（図５参照）は、上ケーシング２０に設けられた孔（図示省略）を通って上ケーシング２０外に伸びている。上ケーシング２０外を伸びているリードフレーム１２８は接地端子７４と接続される。

第１の電池収容室１１０は、完全に気密に維持されている。即ち、第１の電池収容室１１０は、全体ケーシング１００の外部と連通していない。なお、上述したように、リードフレーム１２４及びリードフレーム１２８を通すための孔が上ケーシング２０に設けられているが、これらの孔は各リードフレーム１２４，１２８によって完全に塞がれる。従って、上ケーシング２０に設けられた孔によって、第１の電池収容室１１０の気密性が損なわれることはない。
一般的に、リチウムイオン電池は気密性を確保した状態でケーシングすることが好ましい。電解液が漏れる可能性があるからである。本実施例の電池パック１０では、リチウムイオン電池４２，４４，４６を収容している第１の電池収容室１１０が気密に維持されているために、電池４２，４４，４６から電解液が漏れてもパック外に漏れることはない。

図３によく示されるように、下ケーシング３０には、４つの通気孔３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄが設けられている。図３では、第１壁２２と第２壁３２をそれぞれ１本の鎖線で模式的に示している。４つの通気孔３４ａ〜３４ｄは、第２の電池収容室１１２に対応する位置に設けられおり、第１の電池収容室１１０に対応する位置には設けられていない。この構成により、第２の電池収容室１１２は、全体ケーシング１００の外部と連通することが実現されている。一方において、第１の電池収容室１１０は、全体ケーシング１００外と連通しておらず、気密性が維持されている。
一般的に、ニッケル水素電池は、水素ガスが発生したときに水素ガスを抜けるように、通気性を確保した状態でケーシングした方が好ましい。本実施例では、第２の電池収容室１１２が全体ケーシング１００外と連通しており、ガス抜き可能な構造になっている。また、通気孔３４ａ〜３４ｄを設けたことにより、電池４８を冷却できるという効果も得られる。

図５に示されるように、本実施例では、第２の電池収容室１１２内にヒューズ１３０を配置している。このヒューズ１３０は、過大電流が流れると溶断するものである。本実施例では、第１の電池収容室１１０にヒューズが配置されないようにしている。ヒューズを第１の電池収容室１１０内に設けると、リチウムイオン電池４２等の電解液が漏れた室内でヒューズが切断される可能性があるからである。本実施例では、第１の電池収容室１１０内にヒューズを設けないようにすることで安全性を確保している。
なお、図５に示されるように、サーモスタット１３２も第２の電池収容室１１２に配置されている。

本実施例に係る電池パック１０によると、第１壁２２と第２壁３２によって、第１の電池収容室１１０と第２の電池収容室１１２が完全に隔絶されている。このために、第１の電池収容室１１０と第２の電池収容室１１２を異なる環境に設定することが可能となっている。本実施例では、第１の電池収容室１１０は気密性が確保され、第２の電池収容室１１２は通気性が確保されている。
また、第１壁２２と第２壁３２の間に空気層１１４を設けているために、第１の電池収容室１１０と第２の電池収容室１１２の間の熱伝導がほぼ完全に遮断されている。これにより、例えば、第１の電池収容室１１０の冷却構造と第２の電池収容室１１２の冷却構造を変えることも可能である。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
本実施例では、リチウムイオン電池とニッケル水素電池を収容している電池パックを例示したが、他の種類の電池の組合せであっても本発明の技術は適用することができる。

また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

電池パックの平面図である。 電池パックの側面図である。 電池パックの底面図である。 図１のIV−IV線断面図である。 電池群の電気回路図である。

符号の説明

１０・・電池パック
２０・・上ケーシング
２２・・第１壁
３０・・下ケーシング
３２・・第２壁
４２、４４、４６・・リチウムイオン電池
４８・・ニッケル水素電池
５０・・上蓋
１００・・全体ケーシング
１１０・・第１の電池収容室
１１２・・第２の電池収容室

Claims (3)

1. 少なくとも二種類の電池が直列に接続されている電池群を収容するためのケーシングであり、
   一方の種類の電池が収容される第１空間と他方の種類の電池が収容される第２空間との間に位置し、前記第１空間と前記第２空間とを連通する隙間なく隔絶する壁を有しており、
   前記壁は、前記第１空間を画定する第１壁と、前記第１壁から距離を隔てて配置されているとともに前記第２空間を画定する第２壁とによって構成されており、
   前記第１壁と前記第２壁との間には、空気室が形成されていることを特徴とするケーシング。
2. 前記第１空間とケーシング外を連通する通気孔が設けられていないとともに、前記第２空間とケーシング外を連通する通気孔が設けられていることを特徴とする請求項１のケーシング。
3. 請求項２のケーシングと、前記第１空間に収容されているリチウムイオン電池と、前記第２空間に収容されているニッケル水素電池とを備える電池パック。

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