JP5405189B2

JP5405189B2 - パック電池

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Publication number: JP5405189B2
Application number: JP2009114260A
Authority: JP
Inventors: 修稲岡
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2009-05-11
Filing date: 2009-05-11
Publication date: 2014-02-05
Anticipated expiration: 2029-05-11
Also published as: JP2010262878A; CN101887954A; CN101887954B

Description

本発明は、パック電池に関し、特に、素電池に接続される回路基板および外部端子の配置に関する。

電動工具や電動アシスト自転車、さらには電動バイクやハイブリッド自動車などにパック電池が広く用いられている（例えば、特許文献１を参照）。
特許文献１で提案されているパック電池は、２つのケース部材の組み合わせにより外装ケースが構成されており、その内部空間に複数の素電池が収納されている。外装ケース内には、素電池の他に、素電池に電気的に接続された回路基板および外部端子が収納されている。

複数の素電池は、各々が円筒状の外観形状を有し、角筒軸同士が平行となるように並設され、当該状態で２つのホルダにより保持されている。そして、回路基板は、複数の素電池を保持する２つのホルダの一方に取り付けられている。
特許文献１で提案されているパック電池では、２つのケース部材の一方において、外方に向けて一部が突設されており、その先端で外部端子が露出するようになっている。このため、当該従来技術に係るパック電池は、装着対象となる機器において対応して設けられた凹部に対して、上記突設された部分を挿入することで装着され、突設された部分の先端に露出する外部端子が、装着機器側の端子に電気的に接続されることになる。

特開２００６−１９６２７７号公報

しかしながら、上記従来技術に係るパック電池では、外装ケースにおける突設部分には素電池が収納されていないスペースであり、その分、パック電池の外形サイズが大きくなってしまう、という問題がある。ここで、外装ケースにおける突設部分の内部にも素電池を収納するように設計変更することも考えられるが、従来技術に係るパック電池では、複数の素電池と突設部分との間に回路基板が配されているので、回路基板のサイズが制約条件となって、外形サイズの小型化を図ることが困難である。

本発明は、上記問題の解決を図るべくなされたものであって、複数の素電池と回路基板とを備えながら、外形サイズの小型化を図るのに優位な構造を有するパック電池を提供することを目的とする。

そこで、本発明では、次の構成を採用する。
本発明に係るパック電池は、複数の素電池と、これらに電気接続された回路基板および複数の外部端子と、複数の素電池および回路基板および複数の外部端子を収納する外装ケースとを備える。
本発明に係るパック電池では、複数の素電池が、各々円筒状の外観を有するとともに、各筒軸同士が平行する状態で並設されており、且つ、当該並設された状態において、筒軸方向における両外から第１および第２のホルダにより保持されている。外装ケースは、ともに有底筒状をした第１および第２のケース部材が、その開口端同士が突き合わせられて構成され、第１のケース部材の底面が第２のケース部材の底面に対して小さなサイズに形成され、第１のケース部材に複数の窓部が開設されている。複数の素電池は、第１および第２のケース部材に対し、その両内部空間にわたり収納されている。

本発明に係るパック電池では、回路基板のサイズが、第１のケース部材の底面のサイズよりも大きく、且つ、第２のケース部材の底面のサイズよりも小さく設定されており、第２のホルダに対し取り付けられている。そして、複数の外部端子は、その各々が、第１のホルダに対し取り付けられているとともに、第１のケース部材に開設された窓部から一部が外部に露出されている、ことを特徴とする。

上記のように、本発明に係るパック電池では、第２のケース部材に比べて相対的に底面のサイズが小さい第１のケース部材に開設された窓部から外部端子が外部に露出している。よって、本発明に係るパック電池では、第１のケース部材が機器に装着されることになる。また、本発明に係るパック電池の回路基板は、第２のホルダに取り付けられており、第２のケース部材の側に収納される。そして、第２のケース部材は、その底面が第１のケース部材の底面よりも大きなサイズとなっているので、回路基板のサイズが第１のケース部材のサイズを小型化するにあたっての制約とはならない。

よって、本発明に係るパック電池では、複数の素電池が、第１のケース部材および第２のケース部材の両内部空間にわたって収納されるのであるが、このときに第１のケース部材の底面に近い箇所まで複数の素電池を収納することができ、無駄なスペースを排除できる構成となっている。
以上より、本発明に係るパック電池では、複数の素電池と回路基板とを備えながら、外形サイズの小型化を図るのに優位である。

本発明に係るパック電池では、次のようなバリエーションを採用することができる。
本発明に係るパック電池では、並設される複数の素電池の各外周面同士の間に、スペーサが介挿されている、という構成を採用することができる。このように素電池間にスペーサを介挿させることにより、パック電池の使用時においても、外装ケースに対して素電池が確実に固定されることになる。

また、本発明に係るパック電池では、複数の素電池が互いに同じ外形サイズを有し、スペーサにおける素電池との各当接面が、各素電池の外周面に対応するように凹状に形成されている、という構成を採用することができる。これにより、より確実に素電池を保持することができる。
また、本発明に係るパック電池では、回路基板と複数の素電池とが、第２のホルダを挟んで配置されている、という構成を採用することができる。

また、本発明に係るパック電池では、外部端子が、曲折加工された短冊状の金属板である、という構成を採用することができる。このような構成を採用することで、本発明に係るパック電池では、大電流の供給を行うのに適し、電動工具や電動アシスト自転車、さらには、ハイブリッド自動車の電源として用いることができる。
また、本発明に係るパック電池では、複数の素電池の各々が非水電解質二次電池である、という構成を採用することができる。

また、本発明に係るパック電池では、回路基板と外部端子とが、リード板またはリード線を以って接続されており、リード板またはリード線が、複数の素電池に対し、隣接する素電池同士の外周面間の隙間に配されている、という構成を採用することができる。このような構成を採用すれば、素電池間のスペースを有効に利用することができ、高いスペース効率を実現できる。

従って、このような構成を採用する場合には、一定のスペースに比較的多くの素電池を収納することができ、更なる小型化や高容量化・高出力化などを図ることができる。
また、本発明に係るパック電池では、複数の素電池の各外周面が外装ケースの内面に対向または当接している、という構成を採用することができる。即ち、複数の素電池の外周面に当たる部分には、ホルダを配することがないので、その分だけ外形サイズの小型化を図ることができる。

実施の形態に係るパック電池１の外観構成を示す模式斜視図である。パック電池１の内部構成を示す展開斜視図である。コアパック４０の構成を示す展開斜視図である。（ａ）は、パック電池１の外観構成を示す正面図であり、（ｂ）および（ｃ）は、パック電池１の模式断面図である。コアパック４０の接続関係を示す模式ブロック図である。

以下では、本発明を実施するための形態について、一例を示して説明する。なお、以下の説明で用いる実施の形態は、本発明の構成および作用・効果を分かりやすく説明するために用いる一例であって、本発明は、その本質的部分以外に以下の形態に何ら限定を受けるものではない。
１．パック電池１の外観構成
実施の形態に係るパック電池１の外観構成について、図１を用い説明する。

図１に示すように、本実施の形態に係るパック電池１では、筒状の外観形状を有する。パック電池１では、第１ケース部材１１と第２ケース部材１２との組み合わせを以って外装ケースが構成されている。第１ケース部材１１と第２ケース部材１２とは、４本のネジ３１〜３４により固定されている。なお、図１では、図示の都合上、３本のネジ３１〜３３だけを示している。

第１ケース部材１１は、第２ケース部材１２に比べて、Ｘ−Ｙ面での外周サイズが小さく形成されている。そして、第１ケース部材１１におけるＺ軸方向上端部分の側面１１ａからは、３つの外部端子２１〜２３が外部に露出している。第１ケース部材１１では、Ｚ軸方向の下端部分１１ｂがフランジ状に拡がった状態に形成されており、当該部分をネジ３１〜３４が挿通する。

第２ケース部材１２には、Ｙ軸方向両側の側面に着脱ボタン１３，１４が取り付けられている。この着脱ボタン１３，１４は、本実施の形態に係るパック電池１を機器、例えば、電動工具に対し着脱する際に用いるボタンであり、着脱ボタン１３，１４を押すことにより、ラッチによる装着機器との掛止状態が解除される。
２．パック電池１の内部構成
パック電池１の内部構成について、図２を用い説明する。図２は、パック電池１の内部構成を示す展開斜視図である。

図２に示すように、パック電池１では、第１ケース部材１１と第２ケース部材１２との組み合わせを以って構成される外装ケースの内部空間に、３本の素電池４１〜４３を構成要素として含むコアパック４０が収納されている。
第１ケース部材１１および第２ケース部材１２は、ともに有底筒状をしており、Ｚ軸方向に互いの開口端同士が突き合わされた状態で、４本のネジ３１〜３４により互いに固定されている。第１ケース部材１１の側面１１ａには、外部端子２１〜２３を外部に露出させるための窓部１１ｃ〜１１ｅがそれぞれに対応して開設されている。また、第１ケース部材１１におけるＺ軸方向の下端部分１１ｂには、ネジ３１〜３４が挿通する孔１１ｆ〜１１ｈ、・・が開設されている。なお、図２では、ネジ３４に対応する孔については、便宜上、図示を省略している。

第２ケース部材１２に対する着脱ボタン１３，１４は、コイル状のバネ１５，１６がそれぞれ介挿されて取り付けられている。このため、着脱ボタン１３，１４は、外部から力を受けない状態では、バネ１５，１６が伸長された状態となり、Ｙ軸方向の外側に配置されている。
第２ケース部材１２の内部空間１２ａには、底面からＺ軸方向上向きに４つの柱部１２ｆ〜１２ｉが立設されている。各柱部１２ｆ〜１２ｉには、ネジ３１〜３４に対応する雌ネジが形成されている。そして、第２ケース部材１２の外底面には、ラベル１７が貼着されている。

コアパック４０は、３本の素電池４１〜４３を有し、３本の素電池４１〜４３は、各々が円筒状の外観を有する。そして、３本の素電池４１〜４３は、筒軸同士が平行となるように並設されており、Ｚ軸方向の両外側から端面を覆うように、第１ホルダ４４および第２ホルダ４５により保持されている。第１ホルダ４４は、角部分が丸みをもった三角形をした板状体であり、第２ホルダ４５は、略四角形をした板状体である。第１ホルダ４４には、３つの外部端子２１〜２３が掛止されており、第２ホルダ４５には、回路基板４６が取り付けられている。

コアパック４０における第１ホルダ４４は、Ｘ−Ｙ面の形状・サイズが第１ケース部材１１の内部空間の断面形状・サイズに対応しており（略三角形）、一方、第２ホルダ４５は、Ｘ−Ｙ面のサイズが第２ケース部材の内部空間１２ａの断面形状・サイズに対応している（略四角形）。
コアパック４０は、第１ケース部材１１および第２ケース部材１２の両内部空間にわたって収納され、素電池４１〜４３の周面は、第１ケース部材１１および第２ケース部材１２の側壁内面に対向することになる。なお、第１ケース部材１１および第２ケース部材１２のサイズによっては、その側壁内面に対して素電池４１〜４３の周面が当接する場合もある。

外部端子２１〜２３は、第１ホルダ４４の上端部分に掛止されており、その一部が第１ケース部材１１に設けられた窓部１１ｃ〜１１ｅから外部に露出するが、外部端子２１〜２３における他の部分については、第１ホルダ４４の側面と第１ケース部材１１の側壁内面との間に挟み込まれる。このため、パック電池１では、第１ホルダ４４に対して、接着剤やネジなどで外部端子２１〜２３を固定しなくても、第１ホルダ４４と第１ケース部材１１との間での挟み込みで確実に位置固定がなされる。なお、外部端子２１〜２３は、短冊状の金属板が曲折加工されてなるものである。

回路基板４６は、第２ホルダ４５と相似形の略四角形をしており、第２ホルダ４５と第２ケース部材１２の内底面との間に収納されることになる。ここで、回路基板４６のＸ−Ｙ面のサイズは、第２ケース部材１２の内底面のサイズと同等あるいは若干小さくなっているが、第１ケース部材１１の内底面のサイズよりも大きい。
３．コアパック４０の構成
コアパック４０の構成について、図３から図５を用い説明する。図３は、コアパック４０の構成を示す展開斜視図であり、図４は、パック電池１の内部構成を示す模式断面図である。また、図５は、コアパック４０での電気的な接続関係を模式的に示すブロック図である。

図３に示すように、本実施の形態に係るパック電池１では、３本の素電池４１〜４３が同一形状・同一サイズを有する。そして、素電池４１〜４３は、例えば、リチウムイオン二次電池に代表される非水電解質二次電池である。３本の素電池４１〜４３の内、２本の素電池４１，４２については、正極端子４１ａ，４２ａがＺ軸方向上側となるように配され、素電池４３については、負極端子４３ｂがＺ軸方向上側となるように配されている。

３本の素電池４１〜４３には、その中央部分にできる間隙にスペーサ４７が挿入されている。スペーサ４７は、各素電池４１〜４３との当接面４７ａ〜４７ｃが、素電池４１〜４３の外周面に対応して凹状に形成されている。このため、３本の素電池４１〜４３は、スペーサ４７の介挿により、相対的な移動が抑制される。
素電池４１の正極端子４１ａには、リード板４８が接合されている。リード板４８には、Ｚ軸方向下向きに曲折された舌部４８ａが設けられている。リード板４８の舌部４８ａと素電池４１，４２の各外装缶との間には、絶縁板５０が介挿されている。素電池４２の正極端子４２ａと素電池４３の負極端子４３ｂとは、リード板４９により接合されている。リード板４９にも、Ｚ軸方向下向きに曲折された舌部４９ａが設けられており、リード板４９の舌部４９ａと素電池４２，４３の各外装缶との間には、絶縁板５１が介挿されている。

一方、素電池４１の負極端子と素電池４３の正極端子とは（図示を省略）、リード板５２で接合されている。また、素電池４２の負極端子には（図示を省略）、リード板５３が接合されている。リード板５２，５３には、それぞれＺ軸方向下向きに曲折された舌部５２ａ，５３ａが設けられている。
回路基板４６は、Ｚ軸方向下側の主面４６ａに複数の電子部品が実装されており（図示を省略）、Ｚ軸方向上向きに延伸する複数のリード線４６１〜４６５が設けられている。なお、リード板５２，５３については、リード線を介することなく、各舌部５２ａ，５３ａが第２ホルダ４５の孔を挿通して、直接、回路基板４６に接合されている。

回路基板４６は、第２ホルダ４５のＺ軸方向下側に設けられた４箇所の爪４５ｂ（図３では、便宜上、３箇所のみ図示）を用い、その外辺部分で掛止されている。回路基板４６から延出されるリード線４６１〜４６５の内、リード線４６１が外部端子２２に接続され、リード線４６２がリード板４９の舌部４９ａに接続され、リード線４６３が外部端子２３に接続され、リード線４６４がリード板４８の舌部４８ａに接続され、リード線４６５が外部端子２１に接続されている。各リード線４６１〜４６５は、３本の素電池４１〜４３の互いの外周面同士の間の隙間に配されている。

図４（ａ）のＡ−Ａ断面を図４（ｂ）に示す。図４（ｂ）に示すように、第２ホルダ４５上の３本の素電池４１，４２，４３は、各々の中心が三角形を描くように、互いの外周面同士が接触あるいは近接した状態に配されている。そして、第２ホルダ４５は、第２ケース部材１２に取り付けられている。３本の素電池４１〜４３における外周面と第２ケース部材１２の側壁との間には、ホルダ４５は介在しておらず、上述のように、互いに対向関係にある。

図４（ａ）のＢ−Ｂ断面を図４（ｃ）に示す。図４（ｃ）に示すように、３本の素電池４１〜４３（図４（ｃ）では、便宜上、素電池４１の図示を省略。）の上下には、上記のように、第１ケース部材１１および第２ケース部材１２の両内部空間にわたって収納されている。第２ケース部材１２の内部空間には、第２ホルダ４５の下側に取り付けられた回路基板４６も収納されている。回路基板４６の幅Ｗ_４６は、第１ケース部材１１の内幅Ｗ_１１よりも大きい。

図５に示すように、コアパック４０では、３本の素電池４１〜４３がリード板４９，５２により“３直１並”の形態で接続されており、接続における両端（素電池４１の正極端子４１ａと素電池４２の負極端子４２ｂ）が、リード板４８，５３およびリード線４６４により回路基板４６に接続されている。
また、直列接続された素電池４１〜４３に対しては、各接続中間部分（リード板４９，５２）から、直接あるいはリード線４６２を介して回路基板４６に信号入力されている。

図３に戻って、第１ホルダ４４には、各外部端子２１〜２３のＺ軸方向下向きに曲折された部分に対応して、ガイド部分４４ａ〜４４ｃが設けられている。外部端子２１〜２３は、その曲折された部分が第１ホルダ４４のガイド部分４４ａ〜４４ｃに沿った状態で配され、第１ケース部材１１の側壁内面との間で挟み込まれることになる。
４．パック電池１の優位性
本実施の形態に係るパック電池１では、３本の素電池４１〜４３が、並設された状態で、第１ケース部材１１および第２ケース部材１２の両内部空間にわたって収納されている。そして、３つの外部端子２１〜２３は、コアパック４０における第１ホルダ４４に対し取り付けられているとともに、第１ケース部材１１に開設された窓部１１ｃ〜１１ｅから各一部が露出されている。よって、本実施の形態に係るパック電池１は、３本の素電池４１〜４３と３つの外部端子２１〜２３とが一体のコアパック４０として設けられており、外部端子が露出する部分が素電池を収納する部分から離れた位置に配されている上記従来技術のパック電池に比べ、外形サイズの小型化が図られる。

また、パック電池１では、外装ケースを構成する２つのケース部材（第１ケース部材１１、第２ケース部材１２）の内、外部端子２１〜２３が露出する側の第１ケース部材１１の方が第２ケース部材１２に対して小さな底面を有するので、機器に装着する部分の小型化が図られている。
さらに、パック電池１では、回路基板４６が第２ホルダ４５に取り付けられており、第２ホルダ４５および回路基板４６が第２ケース部材１２の内部空間１２ａに収納されることになる。そして、第２ケース部材１２の底面の方が第１ケース部材１１の底面よりも大きなサイズで構成されている。即ち、図４（ｃ）に示すように、第２ケース部材１２の底面の内幅が、回路基板４６を収納可能なサイズに設定されているのに対して、第１ケース部材１１の内幅Ｗ_１１が、回路基板４６の幅Ｗ_４６よりも小さく設定されているので、パック電池１では、回路基板４６のサイズにより、パッケージ全体での外形サイズが大型化することが回避できる。

以上より、本実施の形態に係るパック電池１では、３本の素電池４１〜４３と回路基板４６とを備えながら、外形サイズの小型化を図るのに優位である。
パック電池１では、並設される３本の素電池４１〜４３の各外周面同士の間に、スペーサ４７が介挿されているので、パック電池１を機器に装着して使用する際においても、外装ケース（第１ケース部材１１と第２ケース部材１２）の内面に対して３本の素電池４１〜４３が確実に固定されることになる。

また、パック電池１では、外部端子２１〜２３が、曲折加工された短冊状の金属板からなるので、大電流の供給を行うのに適し、電動工具や電動アシスト自転車、さらには、ハイブリッド自動車の電源として用いることができる。
また、パック電池１では、３本の素電池４１〜４３の各々がリチウムイオン二次電池（非水電解質二次電池）ので、ニッケル水素二次電池やニッケルカドミウム二次電池などに比べて、高い電池性能を有する。また、パック電池１では、回路基板４６と外部端子２１〜２３および各リード板４８，４９との間が、リード線４６１〜４６５により接続されており、各リード線４６１〜４６５が、３本の素電池４１〜４３に対し、隣接する素電池４１〜４３同士の外周面間の隙間に配されているので、素電池４１〜４３同士間のスペースを有効に利用することができ、高いスペース効率を実現できる。

また、パック電池１では、３本の素電池４１〜４３の各外周面が第１ケース部材１１および第２ケース部材１２の内面に対向または当接しているので、素電池４１〜４３の外周面に当たる部分にもホルダを配する場合に比べて、外形サイズの小型化を図ることができ、軽量化および低コスト化を図ることもできる。
５．その他の事項
上記実施の形態では、３本の素電池４１〜４３を備える形態を一例として採用したが、２本の素電池を備える構成を採用することも、また、４本以上の素電池を備える構成を採用することも勿論できる。この場合にも、素電池群の上下両端を２つのホルダで保持し、その一方に外部端子を取り付け、他方に回路基板を取り付ける構成とすることにより、上記同様の効果を得ることができる。

上記実施の形態では、外部端子２１〜２３が、短冊状の金属板を曲折加工したものを用いたが、パック電池の外部端子として用いられる端子であれば、これに限定されない。
また、上記実施の形態では、回路基板４６と外部端子２１〜２３との間、および回路基板４６とリード板４８，４９との間を、リード線４６１〜４６５で接続することとしたが、その代りにリード板とすることもできる。

また、回路基板４６の形状については、四角形に限定されるものではなく、第２ケース部材１２の内部空間における形状に合わせて適宜変更することができる。

本発明は、電動工具や電動アシスト自転車、さらにはハイブリッド自動車の電源として、小型化に優位な構成のパック電池を実現するのに有効である。

１．パック電池
１１．第１ケース部材
１２．第２ケース部材
１３，１４．着脱ボタン
１５，１６．バネ
１７．ラベル
２１〜２３．外部端子
３１〜３４．ボルト
４０．コアパック
４１〜４３．素電池
４４．第１ホルダ
４５．第２ホルダ
４６．回路基板
４７．スペーサ
４８，４９，５２，５３．リード板
５０，５１．絶縁板
４６１〜４６５．リード線

Claims

複数の素電池と、前記素電池に電気接続された回路基板および複数の外部端子と、前記複数の素電池および前記回路基板および前記複数の外部端子を収納する外装ケースとを備えるパック電池であって、
前記複数の素電池は、その各々が円筒状の外観を有するとともに、各筒軸同士が平行する状態で並設されており、且つ、当該並設された状態において、前記筒軸方向における両外から第１および第２のホルダにより保持されており、
前記外装ケースは、ともに有底筒状をした第１および第２のケース部材が、その開口端同士が突き合わせられて構成され、前記第１のケース部材の底面が前記第２のケース部材の底面に対して小さなサイズに形成され、前記第１のケース部材に複数の窓部が開設されており、
前記第１および第２のホルダにより保持された状態の前記複数の素電池は、前記第１および第２のケース部材に対し、その内部空間にわたり収納されており、
前記回路基板は、そのサイズが、前記第１のケース部材の底面のサイズよりも大きく、且つ、前記第２のケース部材の底面のサイズよりも小さいとともに、前記第２のホルダに対し取り付けられており、
前記複数の外部端子は、前記第１のホルダに対し取り付けられているとともに、前記第１のケース部材の各窓部からその各一部が外部に露出されている
ことを特徴とするパック電池。
前記複数の素電池の各外周面同士の間には、スペーサが介挿されている
ことを特徴とする請求項１に記載のパック電池。
前記複数の素電池は、互いに同じ外形サイズを有し、
前記スペーサは、前記複数の素電池の各々に対する当接面が、各素電池の外周面に対応するように凹状に形成されている
ことを特徴とする請求項２に記載のパック電池。
前記回路基板と前記複数の素電池とは、前記第２のホルダを挟んで配置されている
ことを特徴とする請求項１から３の何れかに記載のパック電池。
前記外部端子は、曲折加工された短冊状の金属板である
ことを特徴とする請求項１から４の何れかに記載のパック電池。
前記複数の素電池は、各々が非水電解質二次電池である
ことを特徴とする請求項１から５の何れかに記載のパック電池。
前記回路基板と前記外部端子とは、リード板またはリード線を以って接続されており、
前記リード板またはリード線は、前記複数の素電池に対し、隣接する素電池同士の外周面間の隙間に配されている
ことを特徴とする請求項１から６の何れかに記載のパック電池。
前記複数の素電池は、各外周面が前記外装ケースの内面に対向または当接している
ことを特徴とする請求項１から７の何れかに記載のパック電池。