JP5512152B2 - パック電池 - Google Patents

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Description

本発明は、パック電池に関し、特に、複数の筒型素電池が外装体内に収納された形態を有するパック電池に関する。
従来、ハンディターミナルなどのモバイル機器や電動工具などの電源には、電池容量などの観点から、所謂、単一型あるいは単二型の電池が多く用いられていた。しかし、マスメリットを生かしたコスト低減および生産効率の向上という観点から、複数の単三型の電池を用い、これを束ねて外装体に収納したパック電池を構成し、これを単一型あるいは単二型の電池の代替とすることについて開発がなされている(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の構成について、図6を用い説明する。
図6に示すように、上記提案のパック電池は、4本の円筒型の素電池931〜934を備える。4本の円筒型の素電池931〜934は、Z軸方向に中心軸が揃えられた状態で並設されており、これら素電池群930を構成している。
素電池群930は、2つのケース950,951で構成される外装体内に収納されている。ケース950,951は、それぞれZ軸方向に深さを有する有底円筒状をしている。ケース950とケース951とは、それぞれの開口縁950a,951a同士が突き合う状態で組み合わされる。そして、ケース950とケース951とは、ケース950に設けられた舌部951cの先端の爪951dが、ケース950の側面に開口された掛止窓950cに嵌合されることにより、互いに掛止される。
なお、ケース950,951には、それぞれの側面にZ軸方向にスリット状に窓部950b,951bが設けられている。この窓部950b,951bからは、素電池群930の各素電池931〜934の側面の一部が露出する。
上記提案のパック電池は、以上のような構成を採用することにより、単三型の素電池931〜934を4本内蔵し、全体としては単一型の電池と同様の外観サイズを備える。
特開2006−269193号公報
しかしながら、上記のようなパック電池では、ともに有底筒状をした2つのケース950,951の組み合わせによって外装体が構成されており、素電池群930の外周もケース950,951の側壁により覆われているので、更なる低コスト化および軽量化などの要望に対して十分であるとはいえない。また、環境負荷の軽減という観点からは、パック電池の構成部材を削減という要望にも、十分対応できるものとはいえない。
なお、パック電池には、その使用時において、各種の衝撃が加わることを考慮しておく必要があり、低コスト化および軽量化は、パック電池の機械的強度を確保した上で行うことは前提条件となる。
本発明は、上記問題の解決を図ろうとなされたものであって、要求される機械的強度を確保しながら、低コスト化および軽量化を図ることができる構成のパック電池を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明に係るパック電池は、次の構成を特徴とする。
本発明に係るパック電池は、同じ外観形状を有する複数の筒型素電池と、複数の筒型素電池を収納する外装体とを備える。外装体内に収納される複数の筒型素電池は、互いの長手方向同士が揃えられた状態に束ねられて素電池群を構成している。ここで、構成された素電池群は、全体の外観が筒状をしている(束ねられた状態の複数の筒型素電池に対し、各端面に外接する2つの平面と、外周を囲む1つの周面とで筒状となる)。
本発明に係るパック電池の外装体は、素電池群における両筒端を覆う第1および第2のカバーと、素電池群における筒外周を覆う第3のカバーとの組み合わせを以って構成されている。そして、本発明に係るパック電池では、第1および第2のカバーが、第3のカバーよりも高い機械的剛性を有する構造体であり、且つ、それぞれ素電池群における各筒端を覆う部分が平板状に成形されたものであり、第3のカバーが、シート材を用いて形成されたチューブ状体であって、その両端部分において、第1のカバーおよび第2のカバーと一部重なりを有することを特徴とする。
なお、上記において「構造体」とは、少なくとも第3のカバーよりも高い機械的強度を有し、自重などに対して自らの形状を保持し得るものを指している。
また、本発明に係るパック電池は、以下の構成を備える。
第1のカバーにおけるリブ体の先端と、該先端と対向する第2のカバーにおけるリブ体の先端とは、間隔を備えている。
第2のカバーには、その外側に負極外部端子が載置されており、第2のカバーにおけるカバー本体部の外縁の一部には、切欠き部が設けられ、負極リード板には舌部を備え、切欠き部を該舌部が挿通して、負極リード板が負極外部端子に接続される。
第1のカバーにおけるカバー本体部の外縁の一部には、切欠き部が設けられ、正極リード板に電気接続された接続リードを備え、切欠き部を該接続リードが挿通して、正極外部端子に接続される。
素電池群は、4本の前記筒型素電池により構成されているものであって、第1および第2のカバーのリブ体を、該リブ体の先端を対向させた状態にて、筒型素電池間の3ケ所に設けられ、筒型素電池間の他の1ケ所においては、第1および第2のカバーにおける切欠き部が設けられる。
図6に示す従来技術に係るパック電池では、ともに有底筒状をした2つのケース950,951の組み合わせによって外装体が構成されており、素電池群930の外周もケース950,951の側壁により覆われている。このため、ケース950,951の部材厚み分だけパック電池の断面サイズの増大および重量の増加をもたらすこととなり、また、部品コストという観点からも問題を有する。
これに対して、本発明に係るパック電池では、上記のように、外装体を3つのカバー(第1のカバー、第2のカバー、第3のカバー)の組み合わせを以って構成している。そして、外装体を構成する3つのカバーの内、素電池群の筒端を覆う第1および第2のカバーが、該当部分が平板状の構造体であって、素電池群の外周を覆う第3のカバーが、シート材をチューブ状に形成したものである、という特徴を有する。よって、本発明に係るパック電池では、素電池群の外周を覆う第3のカバーがシート材から構成されているので、上記従来技術に係るパック電池のケース950,951よりもサイズ面、重量面および部材コスト面で優れている。
また、本発明に係るパック電池では、素電池群の筒端を覆う第1および第2のカバーが第3のカバーよりも高い機械的剛性を有するので、外部から付加される衝撃などから素電池群を有効に保護することができる。なお、具体的には、第1および第2のカバーが、常温状態において、機械的剛性を有する固体であって、シート材など柔軟性を有する材料からなるものを含まない。
さらに、本発明に係るパック電池では、素電池群の外周をシート材からなる第3のカバーにより覆われているので、素電池群への異物の付着などを防止できると共に、煩雑な作業を伴うことなく第3のカバーを被着することができる。このため、本発明に係るパック電池では、製造時における作業工数という観点から優れている。
従って、本発明に係るパック電池は、要求される機械的強度を確保しながら、低コスト化および軽量化を図ることができる。
本発明に係るパック電池は、次のようなバリエーションを一例として採用することができる。
上記本発明に係るパック電池では、複数の筒型素電池が、それぞれの一方の端面に正極端子が形成され、他方の端面に負極端子が形成されている。そして、この場合には、素電池群において、複数の筒型素電池が、各正極端子が形成された端面同士、および各負極端子が形成された端面同士が、それぞれ同じ向きを向くように並設された状態で束ねられており、複数の筒型素電池における全ての正極端子が、板状をした一枚の正極リード板に接続され、複数の筒型素電池における全ての負極端子が、板状をした一枚の負極リード板に接続されている、という構成を採用することができる。
また、上記本発明に係るパック電池では、第1のカバーの外側に正極外部端子が載置されており、第2のカバーの外側に負極外部端子が載置されている。そして、この場合において、正極リード板と正極外部端子との間、および負極リード板と負極外部端子との間は、一方がリードを介して電気的に接続されており、他方が安全素子を介して電気的に接続されている、という構成を採用することができる。
また、上記本発明に係るパック電池では、複数の筒型素電池のそれぞれが、円筒型の外観形状を有しており、第1および第2のカバーの各々が、素電池群における筒端を覆う板状のカバー本体部と、当該カバー本体部における素電池群の側から立設された柱状のリブ体とが、一体形成されてなる、という構成を備える。そして、この場合において、第1および第2のカバーにおける各リブ体が、隣接する筒型素電池の外周面間に挿入されている、という構成を採用することができる。
また、上記本発明に係るパック電池では、第1および第2のカバー体が樹脂から構成されており、第3のカバー体が熱収縮チューブである、という構成を採用することができる。
また、上記本発明に係るパック電池では、複数の筒型素電池の各々がアルカリ二次電池である、という構成を採用することができる。
また、上記本発明に係るパック電池では、筒型素電池として単三型の電池を採用し、素電池群を、4本の筒型素電池により構成する場合において、素電池群が外装体に収納された状態では、単一型の電池に相当する外観サイズを有する、という構成を採用することができる。
実施の形態に係るパック電池1の外観を示す外観斜視図である。 パック電池1の内部構成を示す展開斜視図である。 負極カバーホルダ50の構成を示す斜視図、正面図および側面図である。 正極カバーホルダ51の構成を示す斜視図、正面図および側面図である。 正極リード板40および負極リード板41の構成を示す正面図である。 従来技術に係るパック電池の構成を示す展開斜視図である。
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は、コーナーが丸みをもった角柱形状の外観を有している。パック電池1の外周は、外装チューブ10により構成されている(外周部10a)。外装チューブ10は、端面にも回り込んでいる(端部10b)。
パック電池1では、Z軸方向上側の外装チューブ10の開口部分からは、正極外部端子板20の一部が外部に露出している。正極外部端子板20には、その中央部分にZ軸方向上向きに凸部20aが突設されている。
ここで、本実施の形態に係るパック電池1では、単三型のアルカリ二次電池を4本用いており、パク電池1の延在方向(Z軸方向)の寸法は、概略、単一型の電池と同一である。また、パック電池1の横断面(X−Y断面)の外周は、単一型の電池の横断面の外周円に対し、概略、内接する形状である。よって、本実施の形態に係るパック電池1は、単一型の電池の代替として、これを用いた電子機器の電池収納部にそのまま収納することができる。
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、内部に4本の素電池31〜34が収納されている。4本の素電池31〜34は、各々が円筒型をしており、筒芯がZ軸方向に沿い、互いの外周面同士が当接し、且つ、互いの長手方向同士が揃えられた状態に束ねられている(素電池群30)。
素電池群30では、各素電池31〜34が、各負極端子31a〜34aがZ軸方向右側を向き、各正極端子(図2での図示を省略。)がZ軸方向左側を向くように配されている。素電池群30における各素電池31〜34の正極端子(素電池群30における一方の筒端)には、正極リード板40が溶接により接合されている。
一方、素電池群30における各素電池31〜34の負極端子31a〜34a(素電池群30における他方の筒端)には、負極リード板41が溶接により接合されている。正極リード板40および負極リード板41には、それぞれ接続のための舌部40a,41aが延出されている。正極リード板40の舌部40aは、PTC(Positive Temperature Coefficient)素子60および接続リード62を介して、正極外部端子板20に接続されている。各部の接続は、溶接によりなされている。なお、正極リード板40とPTC素子60との間には、絶縁板61が介挿されている。
素電池群30に接合された負極リード板41は、舌部41aの先端部分がコの字状に曲折加工されており、負極外部端子板21に接合されている。この間の接合についても、溶接によりなされている。
正極リード板40およびPTC素子60と正極外部端子板20との間には、外装を構成する一部要素となる正極カバーホルダ51が挿設されている。見方をかえると、正極外部端子板20は、正極カバーホルダ51におけるZ軸方向左側の主面上に載置されており、また、正極カバーホルダ51は、素電池群30におけるZ軸方向左側の筒端を覆う状態に配置されている。
また、負極リード板41と負極外部端子板21との間には、外装を構成する一部要素となる負極カバーホルダ50が挿設されている。負極外部端子板21についても、負極カバーホルダ50におけるZ軸方向右側の主面上に載置されており、また、負極カバーホルダ50は、素電池群30におけるZ軸方向右側の筒端(素電池31〜34における負極端子31a〜34a側の端面に外接する外接面)を覆う状態に配置されている。
素電池群30の外周には、熱収縮チューブ100が被着される。熱収縮チューブ100におけるZ軸方向長さは、素電池群30に対し、カバーホルダ50,51や外部端子板20,21が取り付けられた状態のZ軸方向長さよりも長くなっており、これに熱収縮チューブ100の開口側100aから素電池群30などが挿入された後に、熱を掛けられることで図1に示すような状態の外装チューブ10が構成される。
3.負極カバーホルダ50および正極カバーホルダ51の構成
負極カバーホルダ50および正極カバーホルダ51の構成について、図3および図4を用い説明する。
図3(a)および図3(c)に示すように、負極カバーホルダ50は、平板状の本体部50aと、本体部50aの外縁部分からZ軸方向に突出した3つの腕部50b,50c,50eとが一体に形成されてなる。負極カバーホルダ50は、樹脂材料から構成されており、常温状態において、熱収縮チューブからなる外装チューブ10よりも高い機械的剛性を有する。
また、図3(b)に示すように、負極カバーホルダ50の本体部50aの外縁の一部には、切欠き部50dが設けられている。切欠き部50dは、負極リード板41の舌部41aを挿通させるためのものである(図2を参照)。また、負極カバーホルダ50の本体部50aのサイズは、X軸方向の幅WとY軸方向の幅Wとが略同じであり、ともに27.0〜31.0[mm]程度であって、4本の素電池31〜34を束ねて構成された素電池群30の端部を覆うサイズとなっている。なお、本体部50aの中央部分は、外縁部分に比べて凹んでおり、当該凹んだ部分に負極リード板41および素電池群30の端部の一部が挿入される(図2を参照)。
図3(c)に示すように、本体部50aの厚みTは、機械的剛性を維持できるように設定されており、例えば、2.0〜3.5[mm]程度である。また、腕部50b,50c,50eは、図2に示すように、素電池31〜34の外周面同士の間の隙間に挿入されるものであり、Z軸方向長さHは、例えば、5.0〜15.0[mm]程度である。
図4(a)および図4(c)に示すように、正極カバーホルダ51についても、基本的に、上記負極カバーホルダ50と同様の形状を有する。即ち、正極カバーホルダ51も、平板状の本体部51aと、本体部51aの外縁部分からZ軸方向に突出した3つの腕部51b,51c,51eとが一体に形成されてなり、また、負極カバーホルダ50と同様に樹脂材料を用い一体形成されている。
また、図4(b)に示すように、正極カバーホルダ51についても、本体部51aの外縁の一部に、正極リード板40の舌部40aを挿通させるための切欠き部51dが設けられている。
正極カバーホルダ51のサイズは、本体部51aの厚みTを除き、負極カバーホルダ50と同一であって、幅Wおよび幅Wが、ともに27.0〜31.0[mm]程度、腕部51b,51c,51eのZ軸方向長さHが、5.0〜15.0[mm]程度である。
正極カバーホルダ51における本体部51aの厚みTは、負極カバーホルダ50における本体部50aの厚みTに比べて、1.0〜1.5[mm]厚くなっている。
なお、正極カバーホルダ51についても、本大部51aの中央部分が凹んでおり、当該凹んだ部分に正極リード板40、PTC素子60および素電池群30の端部の一部が挿入される(図2を参照)。
4.正極リード板40および負極リード板41の構成
正極リード板40および負極リード板41の構成について、図5(a)および図5(b)を用い説明する。なお、図5(a)および図5(b)に示すように、正極リード板40と負極リード板41とは、舌部40a,41aの形状が異なるのみであって、その他の構成は同一である。
図5(a)および図5(b)に示すように、正極リード板40および負極リード板41は、Y軸方向の中心線L,Lに対して、形状が線対称で規定されている。このため、正極リード板40および負極リード板41を素電池31〜34に対してスポット溶接(抵抗溶接)する場合には、溶接条件を統一することができる。
なお、本実施の形態に係るパック電池1の製造においては、冶工具により正極リード板40および負極リード板41を保持しながら、素電池31〜34の筒芯方向外側からシリーズスポット溶接を行うことで、素電池群30と正極リード板40および負極リード板41とを接合する。
また、図5(a)および図5(b)に示すように、正極リード板40および負極リード板41は、各素電池31〜34に対応した箇所が、円形に形成されている(領域40b〜40e、領域41b〜41e)。そして、各溶接領域40b〜40e,41b〜41eには、渦電流の防止を図るためのスリット40f〜40i,41f〜41iが設けられている。
各スリット40f〜40i,41f〜41iの近傍には、ハッチングで示したスペース40b〜40e,41b〜41eが確保されている。これらのスペース40b〜40e,41b〜41eは、スポット溶接の際の、所謂、スポット焼けを防止するための領域である。
5.その他の事項
上記実施の形態では、4本の円筒型外観形状を有する素電池31〜34を収納する形態を一例として採用したが、素電池の外観形状は筒型であれば同様の構成を採用することで同一の効果を得ることができ、また、収納する素電池の本数については、適宜の変更が可能である。例えば、角柱型やガム型の電池を素電池として用いることができ、収納する素電池の本数は、2〜3本であっても、5本以上であってもよい。
例えば、単四型の素電池を4本用い、これらで素電池群を構成する場合には、パック電池の延在方向における寸法は、概略、単二型の電池と同一となり、横断面における外周は、単二型の電池の横断面における外周面に、概略、内接する。よって、このような構成を採用する場合には、単二型の電池の代替とすることができ、従来、単二型の電池を用いていた電子機器に対し、本発明に係るパック電池を代替として用いることができる。
また、素電池としては、その電池種類に限定を受けるものではなく、例えば、ニッケル−カドミウム二次電池やニッケル水素二次電池などのアルカリ二次電池や、リチウムイオン二次電池などの非水型二次電池を採用することもできる。
また、上記実施の形態では、熱収縮チューブを用いてなる外装チューブ10を採用したが、必ずしもこれに限定されるものではない。例えば、紫外線などの光線で収縮するチューブなどを用いることもできる。さらに、帯状の粘着テープを素電池群30の外周まわりにスパイラル状に巻回してゆくことでも外装を構成することができる。このような構成を採用する場合にも、製造上の煩雑さを低減することができる。
負極カバーホルダ50および正極カバーホルダ51の構成材料は、樹脂材料に限定を受けるものではなく、自重などに対し自らの形状を保持し得る材料であれば、これ以外のものを用いることもできる。ただし、素電池31〜34や他の部品などとの関係から、絶縁性を有することが必要となる。例えば、金属板の表面をゴムなどで被覆して絶縁処理したものを用いることも可能である。
また、上記実施の形態では、4本の素電池31〜34を並列接続したが、直列接続あるいは直並列接続することもできる。
本発明は、電動工具やハンディターミナルなどのモバイル機器の電源としてのパック電池を実現するのに有用である。
1.パック電池
10.外装チューブ
20.正極外部端子板
21.負極外部端子板
30.素電池群
31〜34.素電池
40.正極リード板
41.負極リード板
50.負極カバーホルダ
51.正極カバーホルダ
60.PTC素子
61.絶縁板
62.接続リード

Claims (5)

  1. 同じ外観形状を有する複数の筒型素電池と、前記複数の筒型素電池を収納する外装体とを備えるパック電池であって、
    前記複数の筒型素電池は、互いの長手方向同士が揃えられた状態に束ねられて素電池群を構成しており、
    前記素電池群は、全体の外観が筒状をしており、
    前記外装体は、前記素電池群における両筒端を覆う第1および第2のカバーと、前記素電池群における外周を覆う第3のカバーとの組み合わせを以って構成されており、
    前記第1および第2のカバーは、前記第3のカバーよりも高い機械的剛性を有する構造体であり、且つ、前記素電池群における各筒端を覆う部分が平板状に形成されており、
    前記第3のカバーは、シート材からなるチューブ状体であって、両端部分において、前記第1のカバーおよび第2のカバーと一部重なりを有し、
    前記複数の筒型素電池は、それぞれ円筒型の外観形状を有しており、
    前記第1および第2のカバーの各々は、前記筒端を覆う板状のカバー本体部と、当該カバー本体部における前記素電池群の側から立設された柱状のリブ体とが、一体形成されてなり、
    前記第1および第2のカバーにおける各リブ体は、隣接する前記筒型素電池の外周面間に挿入され、
    前記第1のカバーにおける前記リブ体の先端と、該先端と対向する前記第2のカバーにおける前記リブ体の先端とは、間隔を備え
    前記複数の筒型素電池は、それぞれの一方の端面に正極端子が形成され、他方の端面に負極端子が形成されており、
    前記素電池群では、前記複数の筒型素電池が、各正極端子が形成された端面同士、および各負極端子が形成された端面同士が、それぞれ同じ向きを向くように並設された状態で束ねられており、
    前記複数の筒型素電池における全ての正極端子は、板状をした一枚の正極リード板に接続され、前記複数の筒型素電池における全ての負極端子は、板状をした一枚の負極リード板に接続され、
    前記第2のカバーには、その外側に負極外部端子が載置されており、
    前記第2のカバーにおける前記カバー本体部の外縁の一部には、切欠き部が設けられ、前記負極リード板には舌部を備え、前記切欠き部を該舌部が挿通して、前記負極リード板が負極外部端子に接続され、
    前記第1のカバーにおける前記カバー本体部の外縁の一部には、切欠き部が設けられ、前記正極リード板に電気接続された接続リードを備え、前記切欠き部を該接続リードが挿通して、正極外部端子に接続され、
    前記素電池群は、4本の前記筒型素電池により構成されているものであって、
    前記第1および第2のカバーの前記リブ体を、該リブ体の先端を対向させた状態にて、前記筒型素電池間の3ケ所に設けられ、
    前記筒型素電池間の他の1ケ所においては、前記第1および第2のカバーにおける前記切欠き部が設けられる
    ことを特徴とするパック電池。
  2. 前記第1のカバーには、その外側に正極外部端子が載置されており、
    前記第2のカバーには、その外側に負極外部端子が載置されており、
    前記正極リード板と前記正極外部端子との間、および前記負極リード板と前記負極外部端子との間は、一方がリードを介して電気的に接続されており、他方が安全素子を介して電気的に接続されている
    ことを特徴とする請求項1に記載のパック電池。
  3. 前記第1および第2のカバー体は、樹脂から構成されており、
    前記第3のカバー体は、熱収縮チューブである
    ことを特徴とする請求項1または2の何れかに記載のパック電池。
  4. 前記複数の筒型素電池の各々は、アルカリ二次電池である
    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。
  5. 前記筒型素電池は、単三型の電池であり、
    前記素電池群は、4本の前記筒型素電池により構成されているものであって、
    前記素電池群が前記外装体に収納された状態では、単一型の電池に相当する外観サイズを有する
    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。
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