JP4845346B2

JP4845346B2 - パック電池

Info

Publication number: JP4845346B2
Application number: JP2004136457A
Authority: JP
Inventors: 正一遠矢
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2004-04-30
Filing date: 2004-04-30
Publication date: 2011-12-28
Anticipated expiration: 2024-04-30
Also published as: JP2005317461A

Description

本発明は、主として大電流の放電に適しているパック電池に関し、特に複数の電池を並列および／または直列に接続しているパック電池に関する。

パック電池は、並列に接続する電池の個数を多くして出力電流を大きくでき、また、直列に接続する電池の個数多くして出力電圧を高くできる。この構造のパック電池は、多数の電池を内蔵するので、各々の電池を能率よく接続できる構造とすることが大切である。このことを実現するパック電池として、独特の構造のリード板で電池を接続するパック電池が開発されている（例えば特許文献１参照）。また、大出力が要求される用途、例えば自転車、工具、自動車等に使用されるパック電池においても、複数の電池を並列に接続し、さらに、これを直列に接続して出力を大きくする構造がとることができる。

このような電池は、一般に有底筒状の金属製外装缶に発電要素を収納し、開口部を封口してその封口部から＋極端子を突出させ、かつ外装缶を−端子とする構成が採用されている。このため、複数の電池を並べて使用する場合は、これらを絶縁する必要がある。さらに絶縁された複数の電池をパック電池内で一体に纏める必要もある。このため、複数の電池を使用するパック電池の組み立て工程は、一般に図１に示すように、（１）すべての電池２１０に１本毎に熱収縮チューブや紙管等の絶縁被膜２１１を被せて絶縁構造とし（図１（ａ）、図１（ｂ））、（２）その後スポット治具などに各電池２１０をセットし、隣接する電池２１０の端面にリード板２４０をスポット溶接し（図１（ｃ））、（３）さらにリード板２４０が配線された電池２１０のブロックを粘着テープ２１２あるいは接着剤等で固定して一体化させる（図１（ｃ））という手順を踏んでいた。この方法では、部品点数が多くなり、また工数も多くなり製造コストが高くなるという問題がある。さらにスポット溶接の際に、位置がずれて溶接が不十分になるといった品質上の問題もあった。
特開２００２−１５１０２７号公報

本発明は、このような問題点を解決するためになされたものである。本発明の主な目的は、パック電池の構成を簡素化して組み立て作業を容易にしたパック電池を提供することにある。

上記の目的を達成するために、本発明のパック電池は、複数の円筒形電池を垂直姿勢で隣接させて収納するパック電池であって、各電池を収納するための円筒形の収納部を電池の配置パターンに応じて複数連結してなり、かつ電池の長さ方向に２分割された収納ケースを備えており、前記上下の収納ケースの少なくともいずれかは、電池を収納した状態で端面において電池の端面を露出させる開口部を形成している。これにより、収納ケースに電池を収納して電池同士の絶縁と一体化が同時に行え、かつ開口部においてリード板を溶接すれば電池同士を電気接続できる。

また、本発明の他のパック電池は、前記収納ケースが、隣接する収納部の端面において、少なくとも一方の端面において開口部を部分的に被覆する被覆部を形成している。これにより、隣接する電池同士が端面で露出する領域を離間でき、この部分でショートするおそれを低減できる。また被覆部の厚さによって電池が開口部から多少奥まった位置となるため、接触事故のおそれを少なくなるできる。

さらに、本発明の他のパック電池は、前記収納ケースが、前記開口部に隣接する電池と電気的に接続するリード板を案内するリード案内リブを形成している。これにより、リード案内リブでリード板の位置決めを行い仮止めすることができ、リード板の固定作業を簡略化できる。

さらにまた、本発明の他のパック電池は、上下の収納ケースは各々の収納部に電池を収納した状態でこれらを連結して固定する連結部を備えている。これにより、上下の収納ケースを容易に固定できる。

さらにまた、本発明の他のパック電池は、前記収納ケースが、少なくとも収納部の部分を樹脂製又は紙製で形成している。これにより、各電池を安価に絶縁できる。

さらにまた、本発明の他のパック電池は、複数の円筒形電池を垂直姿勢で隣接させて収納するパック電池であって、各電池を収納するための円筒形の収納部を電池の配置パターンに応じて複数連結してなり、かつ電池の長さ方向に２分割された収納ケースを備えており、収納ケースは、端面においてリード板をインサート成型しており、上下の収納ケースの少なくともいずれかは、電池を収納した状態で端面においてリード板の端面を露出させる開口部を形成している。これにより、電池を収納部に収納した状態で電池端面にリード板が位置決めされた状態に配置され、リード板の取り付け工程を極めて簡素化できる。
また、連結部は、隣接する円筒形の収納部の谷間に配置する。

以上のように、本発明のパック電池によれば、上下一対に分割された収納ケースの組み合わせで、絶縁および一体化、さらにリード板位置決めといった多くの作業を簡素化できるという優れた作用効果を発揮する。特に、多数の電池を収納するパック電池においては、従来は一本ごとに絶縁、配線し、さらに一体化を行うという一連の作業が要求され、この作業は電池の使用本数が多くなるほど煩雑化するという問題があった。これに対して本発明では、電池を収納ケースに挿入するのみで絶縁状態とでき、さらに上下の収納ケースを連結することにより一体化でき、電池の本数が多くなってもこの容易な作業で対応でき、さらに位置決めなどの面倒な作業を不要にできるという優れた特長を有する。また、リード板の位置決めを行うためのリード案内リブを設けたり、あるいはリード板をインサート成型することによって、リード板のスポット溶接などの作業も大幅に簡素化でき、これによって更に作業性の優れたパック電池を実現できる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施の形態は、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。

また、本明細書は特許請求の範囲に示される部材を、実施の形態の部材に特定するものでは決してない。特に実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。さらに以下の説明において、同一の名称、符号については同一もしくは同質の部材を示しており、詳細説明を適宜省略する。さらに、本発明を構成する各要素は、複数の要素を同一の部材で構成して一の部材で複数の要素を兼用する態様としてもよいし、逆に一の部材の機能を複数の部材で分担して実現することもできる。
［実施の形態１］

図２〜図６に、本発明の一実施の形態に係るパック電池を示す。これらの図において、図２は収納ケース４００を上下に分割して電池２１０を収納する状態を示す分解図を、図３は図２の収納ケース４００を組み立てた状態を示す斜視図を、図４は図３においてＩＶ−ＩＶ線から見た断面図を、図５は同じく図３においてＶ−Ｖ線から見た断面図を、図６は図３の収納ケース４００にリード板２４０を固定する様子を示す斜視図を、それぞれ示している。これらの図に示すパック電池は、上下に分割されて上収納ケース４０１と下収納ケース４０２とで構成される収納ケース４００と、収納ケース４００に収納される複数の電池２１０とを備える。この例においては、２本の電池２１０が収納されるよう、上下収納ケース４０１、４０２は各々が２本の電池２１０を収納する収納部４０４を備えている。収納部４０４は、収納される電池２１０の形状に応じて開口部分の形状を設計する。
［電池２１０］

この例において電池２１０は、円筒型のリチウムイオン二次電池である。ただ、本発明は電池の種類を特定せず、例えばニッケル−カドミウム電池やニッケル水素電池等も使用でき、あるいは各種の一次または二次電池としてもよい。また、円筒型に限らず角型や偏平型の電池を使用することができる。

電池２１０は、有底筒状の金属製外装缶に発電要素を収納し、開口部を封口してその封口部から＋極端子を突出させている。また−端子は外装缶とする。外装缶の側面は、絶縁用の熱収縮チューブ等を被覆させてもよく、一般には缶底を−端子として使用する。このようにして、電池２１０の電極を電池２１０の両端面から取り出すよう構成されている。
［収納ケース４００］

一方、図２に示す収納ケース４００は、薄肉の樹脂で形成されて上下に分割された上収納ケース４０１と下収納ケース４０２とで構成される。各収納ケース４００には、個々の電池２１０を直立姿勢で挿入するための収納部４０４が形成されている。収納部４０４は、電池２１０の外形に沿うように円形に形成されている。収納ケース４００は、絶縁性の部材で構成され、例えば樹脂や紙で構成される。
［収納部４０４］

図２に示すように、収納部４０４に収納される２本の電池２１０は、各々上下の極性を逆にして配置されている。これにより、一方の端面で隣接する電極同士を連結して直列に電池２１０を接続できる。もちろん、同じ向きで電池を保持して両端面を各々電気接続することにより、２本の電池を並列に接続することも可能であることはいうまでもない。

図２および図３の例においては、電池２１０の端面を開口すると共に、部分的に被覆部４０６で被覆している。従来のパック電池においては、複数の電池を隣接させて配置する場合、側面を熱収縮チューブなどで被覆しているが、端面がむき出しであると、隣接する端面と何らかの原因で接触してショートする可能性があった。特に熱収縮チューブは一般に薄いため、隣接する電池同士の接点においては電極面同士の距離は１ｍｍ以下となることがある。このような場合に、電池の電解液が漏れるなどして隣接する電池端面と導通状態となることがある。このような事態を防止するために、図２に示すように上収納ケース４０１の一方の端面を被覆部４０６で円周部分から覆い、中心部分のみを開口している。この図においては、左側の電池２１０Ａを正極を上面にして、右側の電池２１０Ｂを負極を上面にして各々収納部４０４に挿入している。正極は中心を凸状に突出させているため、左側の収納部４０４においては、この正極の凸状を挿入できる大きさに、被覆部４０６の中心部分を開口している。また、右側の収納部４０４においては、大きく開口して負極面を表出させつつ、収納部４０４の厚さ分により隣接する収納部４０４と離間されている。さらに被覆部４０６を設けた側においては、被覆部４０６を形成する厚さ分だけ電池が開口部４０７から多少奥まった位置となるため、接触事故のおそれが少なくなると共に、万一電解液のリークがあっても、開口部４０７から多少奥まった位置に離間された電池端面に接触する可能性が少なくなり、この点においても短絡事故を極減できる。また図２では図示されないが、下収納ケース４０２においても同様に、左側の収納部端面は開口し、右側の収納部端面は正極の凸状を挿入できる開口を設けた被覆部を形成している。

このように、隣接する収納部４０４において、少なくとも一方に円周を被覆する被覆部４０６を設けることで、電池端縁の電極を周辺の部材と近距離で隣接させない構成とし、電池端面が意図せず導通することを防止できる。また、図７の斜視図に示す変形例のように、両方の収納部４０４の端面に被覆部４０６を設けることもできる。このように、電池を収納部４０４に収納することで容易に電池の絶縁を図ることができ、従来のように電池毎に熱収縮チューブで被覆して絶縁する方法に比較して極めて簡単で、製造工数およびコストを低減できる。なお、より安全性を高めるために電池に熱収縮チューブを被覆する構成を併用することも可能である。

また上下収納ケース４０１、４０２を同一形状とすれば、一の部材で収納ケース４００を構成でき、より製造コストを安価にし、さらに組み立て工程において２つの異なる部材を使用しないので取り違えなどの問題を無くし作業を容易にできる利点が得られる。
［リード案内リブ４０８］

一方で、図２のパック電池においては収納部４０４の上端でリード板２４０により電池端面同士を電気的に接続している。この様子を、図４および図６に基づき説明する。図６（ａ）に示すように、被覆部４０６を設けた収納部４０４には、被覆部４０６の開口部４０７を挟むように離間して、一対のリード案内リブ４０８を設けている。リード案内リブ４０８は、リード板２４０を案内して位置決めするためのガイドである。図６（ｂ）に示すように、リード案内リブ４０８の間にリード板２４０を挿入して電池２１０の端面同士を連結する。連結は、スポット溶接や半田付けにより行われる。リード板２４０は電気導電および熱伝導のよい材質が使用され、アルミニウムや銅、銀等の金属板が好適に使用できる。このように、リード板２４０を固定する際の位置決めや仮固定を行う部材を設けることで、リード板２４０の固定作業を容易に行うことができ、また溶接位置が位置ずれして品質が低下することも回避され、品質向上にも貢献する。図６の例では、リード板２４０は電池２１０の両端面で行う。上収納ケース４０１の端面では、上述のように収納部４０４同士の端面を接続し、一方下収納ケース４０２の端面では、左右にリード板２４０を引き出すように固定している。これにより、パック電池の電源引き出し用端子が形成される。

またリード案内リブ４０８は、上記の構成に限られない。図６の例では右側の収納部４０４端面の正極側にのみリード案内リブ４０８を設けたが、図７の変形例のように、負極側にも被覆部４０６と共にリード案内リブ４０８を設けることもできる。また、図８に示すように、リード案内リブ４０８として、収納部４０４端面にリード板を挿入する切り欠き４０９を形成してもよい。図８のように、リード板の形状に応じた寸法および形状に形成される矩形状の切り欠き４０９を設けることで、より確実にリード板を位置決めできると共に、被覆部４０６とリード板案内リブを同時に形成でき、より簡素な構成とできる。なお図８の例では、２つの収納部４０４のいずれにも切り欠き４０９状のリード板案内リブを形成しているが、一方の切り欠き４０９にリード板を挿入することで位置決めが行えるため、いずれか一方の端面のみにリード板案内リブを設ける構成としてもよい。さらに、この例では隣接する収納部同士をリード板で導通させる構成を示しているが、図６（ｂ）の底面にようにリード板を外部への引き出しや他の部位に接続する場合は、切り欠きの角度を適宜変更して位置決めできることはいうまでもない。
［連結部５００］

また上下の収納ケース４００はこれらを連結して固定する連結部５００を備えている。連結部５００は、円筒形の電池を収納する収納部４０４が円筒形の場合、好ましくは隣接する円筒形の谷間に配置する。これにより、連結部５００を設けることで収納ケース４００の外形が大きくなることを抑制し、ひいてはパック電池の小型化に寄与し得る。また連結部５００は、図５に示すように前後に備える。この例では、各収納ケース４００の前後で、各々円筒部の谷間に設けられる。図５の例では、連結部５００は爪部５０２と係止部５０４で構成される。一方の収納ケース４００に設けられた爪部５０２を、他方の収納ケース４００に設けられた係止部５０４に挿入して係止する。これにより、特別な道具を使用すること無く上下の収納ケース４００を両面で係止して容易に固定状態とできる。ただ、連結部はその他ネジ止めや、接着、超音波溶着や熱溶着なども利用できる。また、両面で異なる連結部を設けてもよい。例えば一方の側には穴に突出部を挿入する構成とし、先に突出部を穴に挿入した状態で他方の側で爪部を係止部に挿入し、連結状態とすることもできる。
［実施の形態２］

図９に、本発明の他の実施の形態に係るパック電池として、複数の電池を収納する収納ケース４００Ｂを示す。この図に示す収納ケース４００Ｂは、７本の電池２１０をオフセット状に隣接させて略６角形状に形成している。この収納ケース４００Ｂは、上述した構成と同様の収納部４０４を予め７本分連結しており、７本の電池２１０を収納可能な上収納ケース４０１Ｂ、下収納ケース４０２Ｂに分割される。上収納ケース４０１Ｂ、下収納ケース４０２Ｂは各々、７本分の収納部４０４Ｂを連結しており、一の上収納ケース４０１Ｂ、下収納ケース４０２Ｂのいずれかに電池を収納した後、これらを連結して電池の絶縁と一体化を実現できる。このように、電池の本数が多い場合は、本実施の形態を適用して組み立て工程を大幅に簡素化できる。

本発明のパック電池は、自転車、工具、自動車等、複数の電池を並列に接続し、かつこれらを直列に接続して出力を大きくしたパック電池に好適に適用できる。

従来のパック電池の組み立て工程を示すイメージ図である。本発明の一実施の形態に係るパック電池の収納ケースを上下に分割して電池を収納する状態を示す分解図である。図２の収納ケースを組み立てた状態を示す斜視図である。図３の収納ケースをＩＶ−ＩＶ線から見た断面図である。図３の収納ケースをＶ−Ｖ線から見た断面図である。図３の収納ケースにリード板を固定する様子を示す斜視図である。本発明の他の実施の形態に係るパック電池の収納ケースを示す斜視図である。本発明のさらに他の実施の形態に係るパック電池の収納ケースを示す斜視図である。本発明のさらに別の実施の形態に係るパック電池の収納ケースを示す斜視図である。

符号の説明

２１０、２１０Ａ、２１０Ｂ…電池
２１１…絶縁被膜
２１２…粘着テープ
２４０…リード板
４００、４００Ｂ…収納ケース
４０１、４０１Ｂ…上収納ケース
４０２、４０２Ｂ…下収納ケース
４０４、４０４Ｂ…収納部
４０６…被覆部
４０７…開口部
４０８…リード案内リブ
４０９…切り欠き
５００…連結部
５０２…爪部
５０４…係止部

Claims

複数の円筒形電池を垂直姿勢で隣接させて収納するパック電池であって、
各電池を収納するための円筒形の収納部を電池の配置パターンに応じて複数連結してなり、かつ電池の長さ方向に２分割された収納ケースを備えており、
前記上下の収納ケースの少なくともいずれかは、電池を収納した状態で端面において電池の端面を露出させる開口部を形成し、
前記収納ケースが、前記開口部に隣接する電池と電気的に接続するリード板を案内するリード案内リブを形成してなることを特徴とするパック電池。
請求項１に記載されるパック電池であって、
前記収納ケースが、隣接する収納部の端面において、少なくとも一方の端面において開口部を部分的に被覆する被覆部を形成してなることを特徴とするパック電池。
請求項１に記載されるパック電池であって、さらに上下の収納ケースは各々の収納部に電池を収納した状態でこれらを連結して固定する連結部を備えていることを特徴とするパック電池。
請求項１に記載されるパック電池であって、
前記収納ケースが、少なくとも収納部の部分を樹脂製又は紙製で形成してなることを特徴とするパック電池。
複数の円筒形電池を垂直姿勢で隣接させて収納するパック電池であって、
各電池を収納するための円筒形の収納部を電池の配置パターンに応じて複数連結してなり、かつ電池の長さ方向に２分割された収納ケースを備えており、
前記収納ケースは、端面においてリード板をインサート成型しており、
前記上下の収納ケースの少なくともいずれかは、電池を収納した状態で端面において前記リード板の端面を露出させる開口部を形成してなることを特徴とするパック電池。
請求項３に記載されるパック電池であって、
前記連結部は、隣接する円筒形の収納部の谷間に配置することを特徴とするパック電池