JP4601432B2

JP4601432B2 - パック電池

Info

Publication number: JP4601432B2
Application number: JP2005005697A
Authority: JP
Inventors: 正一遠矢; 秀世森田; 尉浩大野
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2005-01-12
Filing date: 2005-01-12
Publication date: 2010-12-22
Anticipated expiration: 2025-01-12
Also published as: JP2006196277A

Description

本発明は、防水性と冷却性に優れたパック電池に関する。

パック電池は、電池を効率よく冷却しながら防水構造とすることが大切である。電池を効率よく冷却できないパック電池は、充放電するときに電池温度が高くなって寿命を短くしたり、あるいは、電池温度が異常に高くなるときに、充放電を休止して電気機器の使用を一時的に停止する必要がある。また、電池を防水構造としてケースに収納できないパック電池は、電池の内部に、とくに安全弁の穴から水が侵入して、電池を使用できなくする弊害が発生する。とくに、容量の大きなリチウムイオン二次電池等は、安全弁の穴から水が侵入して薄い金属膜の安全弁を腐食させると、電解液が漏れて使用できなくなる。

パック電池において、電池を防水構造でケースに収納することと、電池を効率よく冷却することは、互いに相反する特性であって、両方を満足するのが難しい。たとえば、電池を効率よく冷却するために、ケースに通気穴を開けると、ここから水が侵入して有効な防水構造にはできない。また、防水構造とするためにケースを完全に密閉すると、電池を効率よく冷却できなくなる。とくに、パック電池のケースは、衝撃で破損しない耐衝撃強度が要求されるので、ケースを完全に密閉すると、電池の冷却は極めて悪くなる。

電池を防水構造としながら放熱するパック電池として、電池を熱伝導性絶縁物やポッティング材に埋設する構造が開発されている（特許文献１及び２参照）。
特開２０００−１８２５８１号公報特開２００４−３９４８５号公報

特許文献１に記載されるパック電池は、通気孔を有する電池収容筐体内に電池収容部を設けて、ここに複数の電池を収容している。さらに、電池収容部内には熱伝導性絶縁物を充填して、熱伝導性絶縁物で複数の電池を覆い、また、熱伝導性絶縁物には、電池のガス抜き弁孔を通気孔に連通する空洞部を設けている。このパック電池は、熱伝導性絶縁物で各々の電池間に熱を伝導する。このため、各々の電池の温度差を小さくできる。

さらに、特許文献２には、ポッティング材を用いて、高い冷却性能を実現するパック電池が記載される。このパック電池は、電池をケースのボスに固定した後、ケースにポッティング材原液を流し込んで、電池をポッティング材内に埋設している。このパック電池は、ポッティング材で振動吸収性能を向上でき、また、電池の発熱をタブおよびボスを通じてケースに効率的に伝導して、冷却性能を向上する。

以上のパック電池は、電池を熱伝導性絶縁物やポッティング材に埋設し、電池の熱を熱伝導性絶縁物等で伝導してその外部から冷却する。この構造は、各々の電池の温度差を小さくすることには有効であるが、電池を理想的な状態で効率よく冷却できない。それは、熱伝導性絶縁物やポッティング材に電池の熱を伝導させて、外部に放熱して冷却するからである。すなわち、電池の熱を熱伝導性絶縁物やポッティング材を介してケースに伝導し、ケースを冷却して、電池を間接的に冷却するからである。

本発明は、これ等の公報に記載されるパック電池の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、電池を効果的に冷却する構造としながら、電池の水による弊害を有効に阻止できるパック電池を提供することにある。

本発明のパック電池は、複数の二次電池１と、二次電池１の両端を連結している一対のホルダー２と、一対のホルダー２で複数の二次電池１を連結している電池組３を収納しているケース４とを備える。ホルダー２は、二次電池１の両端部を保持して、複数の二次電池１を平行な姿勢で連結する。さらにホルダー２は、下方に突出する高床脚１４を有し、この高床脚１４をケース４の底面に当接させて、二次電池１をケース４の底面から上方に離して配置している。ケース４は、底面に排水換気穴２１を開口して、ケース４内に侵入する水を排水換気穴２１から外部に排気するようにしている。

本発明のパック電池は、たとえば、電動工具に脱着できるように装着して使用される。また、本発明のパック電池は、ケース４の上面に換気口２０を開口して、隣接する二次電池１の間に換気隙間を設けるようにホルダー２に連結している。このパック電池は、換気口２０からケース４内に循環させる空気を、換気隙間に送風して電池１をより効果的に冷却できる。また、本発明のパック電池は、電動工具のグリップの下端に嵌合される嵌合凸部１９を上面に突出するように設けることができる。

さらに、パック電池は、ホルダー２の高床脚１４の下面とケース底の内面との間にクッション材１５を配設して、電池１の衝撃をクッション材１５で吸収して、耐衝撃強度を向上できる。

本発明のパック電池は、互いに相反する特性であって、両方を実現するのが難しい電池の冷却と防水の両特性を満足する。ケースに収納している電池は、効率よく冷却して高温による特性低下を有効に防止でき、さらに、ケース内に侵入する水による弊害を有効に阻止できる特徴がある。さらに、本発明は、この優れた特徴を極めて簡単な構造で実現する。すなわち、本発明のパック電池は、電池の両端を一対のホルダーに連結して電池組とし、さらに、ホルダーには高床脚を設けてケースに収納し、高床脚でもって電池をケースの底から上方に離し、さらにケースの底面に排水換気穴を開口して以上の優れた効果を実現する。この構造によって、本発明のパック電池は、排水換気穴からケース内に電池を冷却する空気を換気して電池を効果的に冷却し、また、ケースの底面に排水換気穴を開口することによって、排水換気穴からケース内に水が侵入するのを有効に防止し、仮に排水換気穴から水が侵入しても、これが電池に接触しないように、ホルダーの高床脚で電池をケース底から離している。

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。

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」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。

図１ないし図４は、電動工具に装着して使用されるパック電池を示す。電動工具のパック電池は、できるかぎり短時間で急速充電して便利に使用できる。また、使用状態においては、大電流で放電されるので二次電池の発熱が大きい。さらに、使用されるときに、ケースに水が侵入する環境でも使用される。この状態で使用されるパック電池は、二次電池を効果的に冷却して電池温度を低くしながら、水による弊害が発生しない構造とすることが大切である。したがって、本発明は、電動工具のように大電流で充放電されると共に、ケースに水が侵入する環境で使用されるパック電池に適している。ただし、本発明は、パック電池の用途を電動工具には特定しない。大電流で充放電される他の用途に使用されるパック電池にも使用できる。

図のパック電池は、複数の二次電池１と、二次電池１の両端を連結している一対のホルダー２と、一対のホルダー２で複数の二次電池１を連結している電池組３を収納しているケース４とを備える。

二次電池１は、リチウムイオン二次電池である。ただし、二次電池は、ニッケル水素電池やニッケルカドミウム電池とすることもできる。さらに、図のパック電池は、二次電池１を円筒型電池とするが、角型電池とすることもできる。図のパック電池は、４本の電池１を直列に接続したものを２組並列に接続している。二次電池１は、平行な姿勢で、同一面に４本の電池１を並べて、さらに上下に２段に配置して、端面を同一面に位置させるように、両端部をホルダー２に連結している。

この姿勢に配置される二次電池１は、端面にリード板５を溶着している。図のパック電池は、各々のリード板５を、電池組３の上方に配置している回路基板６に接続している。リード板５は、回路基板６に接続する接続部５Ａを上方に突出するように設けている。回路基板６は、各々の電池電圧を検出して、充放電の電流を遮断する保護回路（図示せず）を実装している。保護回路は、いずれかの電池電圧が最低電圧よりも低くなると、放電電流を遮断するスイッチング素子をオフに切り換えて、放電電流を遮断する。また、いずれかの電池電圧が最高電圧よりも高くなると、充電を停止するスイッチング素子をオフに切り換えて、充電を停止する。このように、各々の電池電圧を検出して、充放電をコントロールする保護回路を実装するパック電池は、電池１を保護しながら安全に使用できる。

電池１は、図５と図６の断面図に示すように、封口板７の内部に安全弁８を内蔵している。安全弁８は、電池１の外装缶の内圧が設定圧力よりも高くなるときに開弁して、内圧の上昇を防止する。封口板７は、開弁する安全弁８から流体を外部に排出する開口部９を設けている。この開口部９から水が内部に侵入するのを阻止するために、電池の封口板７には、防水リング１０を積層している。防水リング１０は、封口板７の凸部電極１１を挿通する貫通孔を設けている。貫通孔は、内面を凸部電極１１の外周面に密着させる大きさとしている。防水リング１０は、封口板７の開口部９から内部に侵入しようとする水分を吸水して、電池１の内部に侵入するのを阻止する。したがって、防水リング１０は、吸水性を有するシート材、たとえば連続気泡を有する合成樹脂発泡体、繊維を立体的に隙間ができるように積層している不織布等で製作される。防水リング１０は、好ましくは、弾性変形できる材質で製作される。この防水リング１０は、弾性変形して、封口板７に密着して、開口部から水が侵入するのを確実に阻止できる。防水リング１０は、両面接着テープを介して、あるいは接着剤を介して封口板７の平面部に付着することができる。また、防水リング１０は、図５に示すように、電池の表面を被覆する熱収縮チューブ等の絶縁カバー２２で封口板７に固定することができる。また、図６に示すように、凸部電極１１に固定されるリード板５で挟着して固定することもできる。

一対のホルダー２は、絶縁材を成形して製作される。ホルダー２を成形する絶縁材はプラスチックである。ホルダー２は、電池１の両端部を挿入する連結穴１２を貫通して設けている。図のホルダー２は、８本の円筒型電池１を連結するので、８個の連結穴１２を設けている。８個の連結穴１２は、上下２段に並べて、上段と下段に各々４個設けている。ただ、パック電池は、３段以上の電池を並べて収納することができ、また、同一段に３個以下、あるいは５個以上の電池を並べることもできる。

ホルダー２は、連結穴１２を設ける位置で、電池１の連結位置を特定する。図のホルダー２は、上下に隣接する電池１の間に換気隙間を設けて、同一面に配設する電池１の間には換気隙間を設けないように連結穴１２を設けている。このパック電池は、上下の電池１の間に設けている換気隙間に空気を送風して、電池１を冷却できる。パック電池は、同一面に並べる電池１の間に換気隙間を設けることもできる。また、上下の電池１と同一面の電池１の間の両方に換気隙間を設けることができる。

ホルダー２は、連結穴１２に入れた電池１を面接触状態で保持する。このホルダー２は連結穴１２の内面を円柱状に成形している。ホルダー２の連結穴１２は、その内径を、円筒型電池１の外径にほぼ等しくしている。正確には、連結穴１２の内径は、円筒型電池１の外径よりもわずかに大きく、連結穴１２に円筒型電池１をスムーズに挿入して、挿入する状態で簡単に抜けないようにしている。連結穴１２と円筒型電池１の間には、ゴム状弾性体のパッキン（図示せず）を入れることもできる。この構造は、円筒型電池１を抜けないように連結穴１２に連結できる。

ホルダー２の厚さ、すなわち、連結穴１２の深さは、電池１の長さの約１／４〜１／８とする。厚いホルダー２は、連結穴１２が深くなって、電池１の表面に広い面積で接触して、しっかりと保持する。ただ、厚いホルダー２は、ホルダー２間の冷却換気部１３の幅を狭くする。電池１の両端をホルダー２の連結穴１２に入れて連結するからである。この構造の電池組３は、電池１の全長から、一対のホルダー２の厚さの和を減算した値が、冷却換気部１３の幅となる。したがって、ホルダー２の厚さを電池１の長さの１／４とすれば、冷却換気部１３の幅は電池１の約半分となる。

一対のホルダー２は、二次電池１の両端部を保持して、二次電池１を平行な姿勢で連結して電池組３とする。さらに、ホルダー２は、電池１をケース４の底面から浮かせてケース４内に配置する。このことを実現するために、ホルダー２は、下方に突出する高床脚１４を有する。ホルダー２は、高床脚１４をケース４の底面に当接させて、二次電池１をケース４の底面から上方に離して配置する。高床脚１４の高さは、下段に配設される電池１の最下面とケース底の内面との隙間（ｄ）を２ｍｍ以上、好ましくは３ｍｍ以上とする寸法である。高い高床脚１４は、ケース４内に侵入する水から電池１を有効に隔離する。ただ、高床脚１４を高くするとケース４の全高が大きくなるので、高床脚１４は、電池１の最下面とケース４の底面との隙間を１０ｍｍ以下とするように設計される。

図のホルダー２は、高床脚１４の下面とケース底の内面との間にクッション材１５を配設している。クッション材１５は、軟質の合成樹脂発泡体や衝撃を吸収する軟質シートである。クッション材１５は、粘着層や接着材でホルダー２とケース４の底面とに接着される。このパック電池は、たとえば落下時の衝撃をクッション材１５で吸収できる。このため、衝撃に強くできる特徴がある。とくに本発明のパック電池は、電池１の両端をホルダー２の連結穴１２に入れて、広い面接触状態で保持しているので、電池１をしっかりと保持するホルダー２の衝撃をクッション材１５で吸収して、耐衝撃性を著しく向上できる。また、クッション材１５は、ホルダー２の高床脚１４を高くして、電池１と底面との間隔を広する効果もある。

一対のホルダー２は、連結ロッド１６で互いに連結している。図のホルダー２は、両端部に、連結ロッド１６をプラスチックで一体的に成形して設けている。連結部は筒状で、内部に止ネジ（図示せず）を挿通している。止ネジは、各々のホルダー２に設けている連結部を連結して、一対のホルダー２が連結される。このホルダー２は、連結穴１２に電池１を入れる状態で、連結部を連結して電池組３となる。

ケース４は、プラスチックを成形して製作される。図のケース４は、プラスチック製の上ケース４Ａと下ケース４Ｂを連結して、内部に電池組３を収納している。上ケース４Ａと下ケース４Ｂは周壁１７を一体的に成形して設けている。さらに、図のケース４は、周壁１７の内側に、ボス１８を突出して設けている。ボス１８は、上ケース４Ａと下ケース４Ｂの四隅部に設けている。ボス１８に止ネジを挿通し、この止ネジで上ケース４Ａと下ケース４Ｂを連結する。連結された上ケース４Ａと下ケース４Ｂは、互いに周壁１７の開口縁を隙間なく接触させる。

上ケース４Ａは、電気機器に連結する嵌合凸部１９を一体的に成形して設けている。このパック電池は、電動工具のグリップの下端に脱着できるように連結される。嵌合凸部１９は、電動工具のグリップに設けている嵌合凹部（図示せず）に嵌合されて、パック電池を定位置に連結する。嵌合凸部１９は、パック電池の出力端子（図示せず）を表出して設けている。出力端子はリード線を介して電池１に連結している。また、嵌合凸部１９は、パック電池の充電器（図示せず）の嵌合凹部にも嵌合される。充電器は、ケース４の上面に開口して嵌合凹部を設けており、この嵌合凹部に嵌合凸部１９を入れて、パック電池を定位置に連結する。

さらに、上ケース４Ａは、その上面に、パック電池を充電するときに内部に強制送風するための換気口２０を開口している。換気口２０は、パック電池を充電器（図示せず）にセットする状態で、充電器の送風口に連結される。このパック電池は、充電器にセットして充電される状態で、充電器に内蔵している送風機から冷却用の空気が強制送風されて電池１が冷却される。パック電池は、図１と図２に示す姿勢から、上下反転して充電器にセットされる。したがって、本明細書においてパック電池の上下方向は、図１と図２において特定する。パック電池は、この姿勢で電気機器に装着して使用されるからである。

下ケース４Ｂは、底面に排水換気穴２１を開口している。排水換気穴２１は、ケース４内に侵入する水を排水する。パック電池は、電気機器にセットして使用される状態で、水溜りに置かれて、排水換気穴２１から水が侵入することがある。図の下ケース４Ｂは、ケース４内に侵入する水を排水換気穴２１から残らず速やかに排水できるように、複数の排水換気穴２１を底面に開口している。さらに、下ケース４Ｂは、底の内面を平面状に成形して、複数の排水換気穴２１を開口している。図の下ケース４Ｂは、１列に４個の排水換気穴２１を開口して、これを３列に並べて、全体で１２個の排水換気穴２１を開口している。この下ケース４Ｂは、侵入する水を残らず速やかに排水できる。排水換気穴２１は、水をスムーズに排水できるように、内径を１ｍｍよりも大きく、好ましくは２ｍｍよりも大きく、さらに好ましくは３ｍｍよりも大きくしている。

さらに、ケース４の底面に排水換気穴２１を開口する構造は、排水換気穴２１からケース４内に水が侵入するのを有効に防止できる特長もある。たとえば、パック電池を電気機器にセットして使用するとき、地面や床面等に置いた状態では、ケース４の下面が地面や床面に接近するので、底面に開口された排水換気穴２１が地面や床面で閉塞される状態となる。このため、電気機器を地面や床面等に置いた状態で、この電気機器の近傍で誤って水や飲み物をこぼしても、これらの液体が排水換気穴２１からケース４内に侵入するのを極減できる。しかも、底面に開口された排水換気穴２１からケース４内に水等が侵入するには、重力に逆らって上向きに流入する必要があるので、このことによっても、底面に開口された排水換気穴２１からケース４内に水が侵入するのが有効に防止される。仮に、排水換気穴２１から水等が侵入しても、ホルダー２の高床脚１４で電池１をケース４の底面から離しているので、ケース４内に侵入する水から電池１を有効に隔離して、電池１に水が接触するのを防止できる。

図の下ケース４Ｂは、底の内面を平面状としているが、下ケースは、底の内面にリブを設け、あるいは凹部を設ける構造とすることもできる。この下ケースは、リブで区画された各々の領域に排水換気穴を設け、また各々の凹部に排水換気穴を設ける。この下ケースは、リブで区画された全ての領域から水を排水でき、また全ての凹部から水を排水できる。

以上のパック電池は、以下のようにして組み立てられる。
(1) 全ての電池１の両端をホルダー２に挿入した後、一対のホルダー２を連結ロッド１６で連結する。
(2) 一対のホルダー２の上方に回路基板６を固定し、この回路基板６と電池１の電極にリード板５を連結する。その後、回路基板６を樹脂にポッティングして絶縁する。
以上の工程で、電池組３が組み立てられる。
(3) 電池組３を下ケース４Ｂ又は上ケース４Ａに入れて、リード線を介して回路基板６を出力端子に連結する。
(4) 上ケース４Ａと下ケース４Ｂとを連結する。上ケース４Ａと下ケース４Ｂは、ボス１８をネジ止して連結される。

本発明のパック電池は、たとえば、電動工具等に電気機器に脱着できるように装着して電源として使用される。また、電動工具等の電気機器から外し、充電器にセットして充電される。

本発明の実施例にかかるパック電池の分解斜視図である。図１に示すパック電池を異なる方向から見た分解斜視図である。図１に示すパック電池の電池組を分解した状態を示す分解斜視図である。図３の電池組を異なる方向から見た分解斜視図である。電池の封口板に防水リングを連結する部分の断面図である。電池の封口板に防水リングを連結する他の一例を示す断面図である。

符号の説明

１…電池
２…ホルダー
３…電池組
４…ケース４Ａ…上ケース４Ｂ…下ケース
５…リード板５Ａ…接続部
６…回路基板
７…封口板
８…安全弁
９…開口部
１０…防水リング
１１…凸部電極
１２…連結穴
１３…冷却換気部
１４…高床脚
１５…クッション材
１６…連結ロッド
１７…周壁
１８…ボス
１９…嵌合凸部
２０…換気口
２１…排水換気穴
２２…絶縁カバー

Claims

複数の二次電池(1)と、二次電池(1)の両端を連結している一対のホルダー(2)と、一対のホルダー(2)で複数の二次電池(1)を連結している電池組(3)を収納しているケース(4)とを備えるパック電池であって、
ホルダー(2)が、二次電池(1)の両端部を保持して、複数の二次電池(1)を平行な姿勢で連結すると共に、下方に突出する高床脚(14)を有し、この高床脚(14)をケース(4)の底面に当接させて、二次電池(1)をケース底面から上方に離して配置しており、
さらに、ケース(4)は底面に排水換気穴(21)を開口して、ケース(4)内に侵入する水を排水換気穴(21)から外部に排気するようにしてなるパック電池。
パック電池が電動工具に脱着できるように装着して使用される請求項１に記載されるパック電池。
ケース(4)が、上面に換気口(20)を開口しており、ホルダー(2)が隣接する二次電池(1)の間に換気隙間を設けて連結している請求項１に記載されるパック電池。
パック電池が、電動工具のグリップの下端に嵌合される嵌合凸部(19)を上面に突出するように設けている請求項２又は３に記載されるパック電池。
ホルダー(2)の高床脚(14)の下面とケース底の内面との間にクッション材(15)を配設している請求項１に記載されるパック電池。