JP4632754B2

JP4632754B2 - パック電池

Info

Publication number: JP4632754B2
Application number: JP2004324995A
Authority: JP
Inventors: 尉浩大野
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2004-11-09
Filing date: 2004-11-09
Publication date: 2011-02-16
Anticipated expiration: 2024-11-09
Also published as: JP2006134800A

Description

本発明は、複数の電池をケースに収納しているパック電池に関する。

図１に示すように、ケース２１に複数の電池２２を収納するパック電池は、ケース２１をプラスチックで成形し、このケース２１に電池２２を収納している。このパック電池は、電池２２の熱をケース２１を介して外部に放熱する。電池の放熱は、電池とケースとの接触面を広くして大きくできる。電池とケースとの接触面で電池の熱がケースに伝導され、ケースの熱が外部に放熱されるからである。電池がケースに直接に接触しないと、電池とケースとの間に空気層ができる。この構造によると、電池の熱は空気を介してケースに伝導されるので、効率よくケースに伝導できなくなる。このため、電池の熱を有効に放熱するためには、電池をケースに直接に接触させることが大切である。

また、電池をケースに入れて、電池とケースとの間に隙間があるパック電池は、耐衝撃強度が低下する欠点もある。それは、衝撃を受けると、ケース内で電池が移動するからである。このことから、電池はケース内に隙間ができないように収納することが大切である。

プラスチックケースは、絶縁特性と耐衝撃に優れているので、パック電池のケースとして優れた物性を有する。しかしながら、図１に示すように、ケース２１を底板２３の周囲に側壁２４のある形状に成形して、側壁２４の内部に電池２２を収納するパック電池は、製造工程から、電池２２と側壁２４との間に隙間を皆無にするのが極めて難しい。それは、プラスチックで成形されるケースを、金型からスムーズに離型するために、抜き勾配を設けているからである。抜き勾配は、側壁２４を金型から離型しやすいように、側壁２４の内側を、開口部に向かって広くなるテーパー状に成形する。この形状に成形される側壁は、電池の端面と側壁内面との間隔を、側壁の開口部に向かって広くする。このため、電池の端面と側壁内面との間に隙間ができる。この隙間は、電池から側壁への熱伝導を悪くし、またパック電池の耐衝撃性を低下させる。

この弊害は、電池の端面と側壁との間に、隙間を塞ぐスペーサーを入れて解消できる。しかしながら、ここにスペーサーを入れる電池は、専用のスペーサーを特定の位置に挿入する必要があるので、製造工程が複雑になる。また、ここに入れられたスペーサーは、使用しているときにずれないように、接着する等の方法で定位置に固定する必要があり、さらに手間がかかる欠点がある。

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、電池から側壁への熱伝導を良好にして、電池の熱をケースから効果的に放熱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、電池の端面と側壁との隙間を塞いで、耐衝撃強度を向上できるパック電池を提供することにある。
さらに本発明の他の目的は、電池の端面と側壁との間の正確な位置に、位置ずれしないように隙間を塞ぐスペーサーやリード板を配設できるパック電池を提供することにある。

本発明の請求項１のパック電池は、底板１０の周縁に沿って一体的に成形して側壁１１を設けているプラスチック製の本体ケース１Ａに、底板１０と平行な姿勢で、複数の電池２を平行に並べて、電池２の端面を側壁１１と対向して収納しており、本体ケース１Ａの開口部を蓋ケース１Ｂで閉塞している。パック電池は、電池２の間にプラスチック製のスペーサー３を配設している。このスペーサー３は、電池２の端面と側壁１１との間に配設される隙間プレート６を電池２間に配設されるスペーサー本体３Ａに一体的に成形している。パック電池は、スペーサー本体３Ａを電池２の間に配設し、このスペーサー本体３Ａに一体的に成形している隙間プレート６を電池２の端面と本体ケース１Ａの側壁１１との間に配設して、電池２の熱を隙間プレート６を介して側壁１１に伝導している。

本発明のパック電池は、本体ケース１Ａに複数の電池２を複数段に積層して収納し、スペーサー本体３Ａを複数段に積層している電池２の間に配設することができる。

本発明のパック電池は、隣接して配設している電池２を、電池２の端面と側壁１１との間に配置される金属板のリード板４で接続して、このリード板４の間にスペーサー３の隙間プレート６を配設することができる。さらに、本発明のパック電池は、本体ケース１Ａ内に複数段に積層して複数の電池２を収納すると共に、本体ケース１Ａと蓋ケース１Ｂのいずれか一方の外側に回路基板を配設して、この回路基板にリード板４を接続することができる。

本発明のパック電池は、電池２を円筒型電池として、スペーサー本体３Ａを円筒型電池の表面に沿う湾曲面を有する形状とすることができる。

さらに、本発明の請求項６のパック電池は、リード板４は弾性金属板で、側壁１１に向かって突出する弾性凸部７を設ける形状に折曲している。パック電池は、リード板４を電池２の端面と本体ケース１Ａの側壁１１との間に配設して、電池２の熱を側壁１１に伝導している。

本発明のパック電池は、電池から側壁への熱伝導を良好にして、電池の熱をケースから効果的に放熱できる特長がある。本発明の請求項１のパック電池は、電池の間に配設されるスペーサー本体に、電池端面と側壁との間に配設される隙間プレートを一体的に成形しているので、電池端面と側壁との間に配設される隙間プレートを介して電池の熱を側壁に伝導させて、電池の熱をケースから効果的に放熱できる。また、請求項６のパック電池は、隣接する電池の端面を接続するリード板を折曲して弾性凸部を設けているので、電池端面と側壁との間に配設されるリード板の弾性凸部を側壁に弾性的に接触させて、このリード板を介して電池の熱を側壁に伝導させて、電池の熱をケースから効果的に放熱できる。

さらに、本発明のパック電池は、スペーサーの隙間プレート、あるいはリード板の弾性凸部を、電池の端面と本体ケースの側壁との間に配設するので、この隙間プレートまたは弾性凸部で電池端面と側壁との間の隙間を塞いで、パック電池の耐衝撃強度を向上できる。とくに、本発明のパック電池は、専用のスペーサーを挿入する従来のパック電池のように、製造工程を複雑にすることなく、極めて簡単に電池の端面と側壁内面との間にできる隙間を閉塞できる特長がある。しかも、本発明のパック電池は、スペーサー本体に一体成形された隙間プレートやリード板に設けた弾性凸部を、電池の端面と側壁との間に配設して隙間を閉塞するので、隙間を塞ぐスペーサーやリード板を正確な位置に、位置ずれしないように配設できる特長もある。

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２ないし図６に示すパック電池は、プラスチック製の本体ケース１Ａと、この本体ケース１Ａに収納している複数の電池２と、電池２の間に配設しているスペーサー３と、本体ケース１Ａの開口部を閉塞しているプラスチック製の蓋ケース１Ｂとを備える。

本体ケース１Ａは、底板１０の周縁に沿って側壁１１を一体的に成形して設けている。図の本体ケース１Ａは、底板１０を長方形とする四角形の箱形で、周囲の４辺に側壁１１を設けて、図において上方を開口している。四角形の本体ケース１Ａの側壁１１は、両側縁に沿って設けている長い側壁１１Ａと、両端に沿って設けている短い側壁１１Ｂを備え、長い側壁１１Ａと短い側壁１１Ｂとはコーナー部で互いに直角に連結している。電池２は、その端面を長い側壁１１Ａの内側と対向させて、すなわち短い側壁１１Ｂと平行な姿勢で横に並べてケース１に収納される。したがって、両側の長い側壁１１Ａ間の間隔は、両端にリード板４を接続している電池２の全長にほぼ等しくしている。短い側壁１１Ｂ間の間隔は、内部に収納する電池２の本数により調整される。図のパック電池は、７本の電池２を横に並べて同一面に配列するので、短い側壁１１Ｂ間の間隔を、７本の電池２を収納できる長さとしている。本体ケース１Ａは、底板１０と側壁１１を一体的に成形している。全体を一体成形している本体ケース１Ａは、側壁１１の内面に、金型から離型しやすいように、抜き勾配を設けている。

図のパック電池は、ケース１に上下２段に電池２を積層して収納する。したがって側壁１１の高さは、開口部に蓋ケース１Ｂを連結して、内部に積層している電池２を収納できる高さに成形する。図のパック電池は、蓋ケース１Ｂの周縁にも低い周壁１２を一体的に成形して設けている。蓋ケース１Ｂは、周壁１２の下端縁を本体ケース１Ａに設けている側壁１１の上端縁に連結して、本体ケース１Ａの開口部を閉塞する。したがって、周壁１２と側壁１１は、平面形状において同じ形状に成形されている。周壁１２と側壁１１は、超音波溶着して連結され、あるいは接着して連結され、あるいは係止構造で連結される。

電池２は、底板１０と平行な姿勢で、横に隣接して平行に並べられ、かつ端面が側壁１１の内面と対向する姿勢でケース１に収納される。図のパック電池は、同一平面に７本の電池２を横に平行に並べてケース１に収納している。さらに、７本の電池２を上下２段に配置して、全体で１４本の電池２を収納している。

図のパック電池は、電池２を円筒型電池としている。円筒型電池は同一平面に並べると、電池２間に谷間ができる。図のパック電池は、下段の電池２の谷間に上段の電池２を入れて、また上段の電池２の間の谷間に下段の電池２を入れて、電池２を、いわゆる俵積みする状態で積層して、隣接する電池２間にできる隙間を狭くしている。この構造は、ケース１内にできる無駄なスペースを少なくして、パック電池の外形を小さくできる。また、電池２間の隙間に入れるスペーサー３を薄くして、各々の電池２の温度差を少なくできる。さらに、上下の電池２が谷間に配設されて、互いに位置ずれが阻止される特徴もある。ただし、本発明のパック電池は、図に示すように電池を俵積みすることなく、下段の電池の上方に上段の電池を配置して積層することもできる。また、図のパック電池は、電池２を２段に積層してケース１に収納するが、ケースには電池を１段に並べ、あるいは３段以上に積層して収納することもできる。

電池２は、リチウムイオン二次電池である。ただし、電池には、リチウムイオン二次電池以外の充電できる他の二次電池、たとえばニッケル水素電池やニッケルカドミウム電池も使用できる。リチウムイオン二次電池は電圧が高く、各々の電池電圧を検出して充放電をコントロールして安全に使用できる。このことを実現するために、電池２をリチウムイオン二次電池とするパック電池は、各々の電池電圧を検出する電圧検出回路を実装する回路基板（図示せず）を内蔵する。図のパック電池は、回路基板を、本体ケース１Ａの底板１０の外側に配設する。ここに配設される回路基板は、電池２の端面に接続するリード板４を接続して、各々の電池電圧を検出する。

図のパック電池は、上下に配置される２本の電池２を並列に接続して、横に配列する電池２を直列に接続している。すなわち、７本の電池２を直列に接続している上下２組の電池２を互いに並列に接続している。この状態で電池２を接続するために、両端の上下に配設される２本の電池２を除く他の電池２は、リード板４で４本を接続している。両端の電池２は、上下２本の電池２をリード板４で接続している。リード板４は、抵抗スポット溶接して、あるいはレーザー溶接して電池２の端面に接続される。リード板４は、隣接するリード板４との間に、隙間ができる外形に金属板を裁断している。隙間は、隣のリード板４が接触してショートするのを阻止し、かつ、ここに後述するスペーサー３の隙間プレート６を配設できるように、たとえば１ｍｍ〜１０ｍｍとする。

全ての電池２の電極、すなわち端面を回路基板に接続するために、全てのリード板４に接続端子５を設けている。図のリード板４は、接続端子５を下方に突出して設けている。この接続端子５は、本体ケース１Ａの底板１０を貫通し、底板１０の外側に配設している回路基板に接続される。パック電池は、回路基板を蓋ケースの外側に配設することもできる。このパック電池は、リード板の接続端子を蓋ケースに貫通させて、回路基板に接続する。

回路基板は、各々の電池２の電圧を検出する電圧検出回路を備えており、この電圧検出回路はリード板４を介して各々の電池電圧を検出する。電圧検出回路は、電池電圧を検出してパック電池の充放電をコントロールする。たとえば、パック電池を放電しているときに、いずれかの電池電圧が最低電圧まで低下すると放電電流を遮断する。また、パック電池を充電しているときに、いずれかの電池電圧が最高電圧まで上昇すると、充電電流を遮断する。

スペーサー３は、全体をプラスチックで一体的に成形して製作している。スペーサー３は、ポリプロピレンを成形して製作される。ただ、スペーサー３は、ポリプロピレン以外のプラスチック、たとえばポリエチレン、塩化ビニル、ナイロン、ウレタン、ＥＶＡ等のプラスチックを成形して製作することもできる。スペーサー３は、電池２の間に配設されて、電池２に挟着されるスペーサー本体３Ａと、電池２の端面と側壁１１との間に配設されて、電池２と側壁１１との隙間を塞ぐ隙間プレート６とを一体的に成形している。

図のパック電池は、円筒型電池を俵積み状態で、２段に積層してケース１に収納している。このパック電池は、積層している電池２の間にスペーサー本体３Ａを配設している。図示しないが、パック電池は、電池を３段以上に積層してケースに収納することもできる。このパック電池は、複数段に積層している電池の間にスペーサー本体を配設する。円筒型電池の間に配設されるスペーサー本体３Ａは、円筒型電池の表面に沿う湾曲面に成形される。スペーサー本体３Ａは、好ましくは図６に示すように、隣接して配設される電池２の間のできる隙間を塞ぐ形状に成形される。この構造によると、隣接する電池２がスペーサー本体３Ａに広い面積で接触する。このため、隣接する電池２の温度差が少なくなり、また、スペーサー３を介して電池２を効果的に冷却できる。

スペーサー３は、スペーサー本体３Ａの両側縁に、スペーサー本体３Ａに直交して隙間プレート６を一体的に成形して設けている。隙間プレート６は、電池２の端面と側壁１１内面との隙間に配設されて、電池２と側壁１１との隙間を塞ぐ。電池端面にはリード板４も接続しているので、隙間プレート６はリード板４のない部分にあって、リード板４と同一面に設けられる。図のパック電池は、４本の電池２を接続するリード板４の外形を平行四辺形として、リード板４の間に一定の間隔の隙間を設けている。隙間プレート６は、この隙間に配設されるように、隙間の幅よりもわずかに狭い幅に成形している。隙間プレート６は、電池２の端面と側壁１１内面との隙間を塞ぐので、電池２の端面と側壁１１内面との隙間に等しい厚さに成形される。ケース１の側壁１１は、抜き勾配によって、開口部に向かって電池２の端面との隙間が広くなる。隙間プレート６の厚さを、側壁１１の開口部に向かって厚く、図１と図２において上方に向かって厚く成形して、電池２の端面と側壁１１内面との隙間を理想的な状態で塞ぐことができる。ただし、隙間プレートの厚さを同じにしても、電池の端面と側壁内面との隙間をほぼ塞ぐことができる。

リード板４の隙間に隙間プレート６を配設する構造、いいかえると、隙間プレート６の間にリード板４を配設する構造は、電池２の端面と側壁１１内面との間に、隙間プレート６とリード板４とが配設される。このパック電池は、隙間プレート６とリード板４の両方が、電池２の端面と側壁１１内面との隙間を塞ぎ、あるいは隙間プレート６が隙間を塞いで、リード板４が隙間を狭くする。このため、このパック電池は、電池２の熱を、隙間プレート６とリード板４の両方で側壁１１に伝導するので、電池２をより効率よく冷却できる。

さらに、図７は、電池２の熱を側壁１１に効率よく伝導するリード板４を示している。このリード板４は、弾性変形する弾性金属板、たとえば表面をメッキした鉄や鉄合金、あるいはニッケル板で製作される。このリード板４は、側壁１１の内面に向かって突出する弾性凸部７を設ける形状に折曲している。このリード板４は、電池２の端面と側壁１１との間に配設されると、弾性凸部７が側壁１１の内面に弾性的に押圧する状態で接触する。また、電池２の端面と側壁１１内面との隙間が多少広くても、弾性凸部７は側壁１１内面に弾性的に押圧して接触する。このため、電池２の端面は、リード板４を介して確実に側壁１１の内面に接触し、リード板４を介して電池２の熱は効果的に側壁１１に伝導される。したがって、電池２が側壁１１で効率よく冷却される。

さらに、図示しないが、図７のリード板４の間に隙間を設けて、この隙間に隙間プレートを配設するパック電池は、隙間プレートとリード板の両方で電池の熱を側壁に伝導できる。また、このパック電池は、隙間プレートで隣接するリード板を絶縁しながら、電池を効率よく冷却できる特徴がある。図７のリード板４で接続される電池２は、図２ないし図６に示すパック電池と同じように、ケースに収納して製作される。また、図７のリード板４で接続される電池２は、電池２の間にスペーサー３を配設して、ケースに収納することができる。

さらに、本発明のパック電池は、図示しないが、電池の端面と側壁との間にスペーサーの隙間プレートやリード板の弾性凸部を配設する状態で、電池の端面と側壁との隙間にシリコンやウレタン樹脂等の充填材を充填することもできる。ここにシリコンやウレタン樹脂等の充填材を充填するパック電池は、電池の端面と側壁とを充填材で熱結合させて、電池から側壁への熱伝導をさらに向上できるので、電池の熱をケースからより効果的に放熱できる特長がある。さらに、このパック電池は、充填材によって耐衝撃強度をさらに向上できると共に、この部分を防水構造にできる特長もある。

さらに、このパック電池は、シリコンやウレタン樹脂等の充填材とケースとの密着性を向上するために、ケースの内面をシボ加工することができる。内面をシボ加工したケースは、荒れた表面に塗布される充填材の密着性を向上して、充填材が塗布後に剥離するのを有効に防止できる。さらに、ケースを透明樹脂で成形する場合においては、ケース内面にシボ加工を施すことによって、充填材を塗布した部分にのみ透明性が現れるので、充填材の塗布状態を外側から容易に確認できる特長もある。

以上のパック電池は、本体ケース１Ａや蓋ケース１Ｂの外側に回路基板を固定しているので、さらにこれを外ケース（図示せず）に入れて完成されたパック電池となる。また、外ケースに入れることなく、機器組み込み用のパック電池として使用することもできる。

従来のパック電池のケースに電池を収納する状態を示す概略断面図である。本発明の一実施例にかかるパック電池の分解斜視図である。図２に示すパック電池に内蔵される電池組立を示す斜視図である。図３に示す電池組立の平面図、正面図及び両側面図である。本発明の一実施例にかかるパック電池の横断面図である。本発明の一実施例にかかるパック電池の縦断面図である。本発明の他の実施例にかかるパック電池に内蔵される電池組立の斜視図である。

符号の説明

１…ケース１Ａ…本体ケース１Ｂ…蓋ケース
２…電池
３…スペーサー３Ａ…スペーサー本体
４…リード板
５…接続端子
６…隙間プレート
７…弾性凸部
１０…底板
１１…側壁１１Ａ…長い側壁１１Ｂ…短い側壁
１２…周壁
２１…ケース
２２…電池
２３…底板
２４…側壁

Claims

底板(10)の周縁に沿って一体的に成形して側壁(11)を設けているプラスチック製の本体ケース(1A)に、底板(10)と平行な姿勢で、複数の電池(2)を平行に並べて、電池(2)の端面を側壁(11)と対向して収納しており、本体ケース(1A)の開口部を蓋ケース(1B)で閉塞しているパック電池であって、
電池(2)の間にプラスチック製のスペーサー(3)を配設しており、このスペーサー(3)が
、電池(2)の端面と側壁(11)との間に配設される隙間プレート(6)を電池(2)間に配設されるスペーサー本体(3A)に一体的に成形しており、スペーサー本体(3A)を電池(2)の間に配設し、このスペーサー本体(3A)に一体的に成形している隙間プレート(6)を電池(2)の端面と本体ケース(1A)の側壁(11)との間に配設して、電池(2)の熱を隙間プレート(6)を介して側壁(11)に伝導するようにしてなるパック電池。
本体ケース(1A)に複数の電池(2)を複数段に積層して収納しており、スペーサー本体(3A)を複数段に積層している電池(2)の間に配設している請求項１に記載されるパック電池。
隣接して配設している電池(2)を、電池(2)の端面と側壁(11)との間に配置される金属板のリード板(4)で接続しており、このリード板(4)の間にスペーサー(3)の隙間プレート(6)を配設している請求項１に記載されるパック電池。
本体ケース(1A)内に複数段に積層して複数の電池(2)を収納しており、本体ケース(1A)
と蓋ケース(1B)のいずれか一方の外側に回路基板を配設しており、この回路基板にリード板(4)を接続している請求項３に記載されるパック電池。
電池(2)が円筒型電池で、スペーサー本体(3A)が円筒型電池の表面に沿う湾曲面を有する請求項１に記載されるパック電池。
リード板(4)が弾性金属板で、リード板(4)に側壁(11)に向かって突出する弾性凸部(7)
を設ける形状に折曲しており、リード板(4)を電池(2)の端面と本体ケース(1A)の側壁(11)との間に配設して、電池(2)の熱を側壁(11)に伝導するようにしてなる請求項１に記載されるパック電池。