JP5685731B2

JP5685731B2 - 電池パック

Info

Publication number: JP5685731B2
Application number: JP2011180721A
Authority: JP
Inventors: 田中　尚武; 尚武田中
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2011-08-22
Filing date: 2011-08-22
Publication date: 2015-03-18
Anticipated expiration: 2031-08-22
Also published as: JP2013045519A

Description

本発明は、電動工具の電源として好適に用いられる電池パックに関する。

従来から電動工具の電源として、電動工具に対して着脱自在の電池パックが用いることで、外部電源に接続するためのコードを廃して、電動工具の取り回し作業を行い易くしたものがある。このような電池パックは、電池パックのハウジング内に、複数の電池セルと、電池セル同士を電気的に接続する連結端子とを備え、連結端子はスポット溶接等で電池セルと電気的に接続して取り付けられる。そして、電池パックは、外部との接触時の衝撃や、電動工具の使用時に電動工具で生じた振動等を受けるため、電池セルの位置ずれを生じて、連結端子と電池セルとを繋ぐスポット溶接の外れや電池セルの短絡等の不具合をまねくことがある。

そこで、特許文献１に記載の電池パック等のように、衝撃や振動に起因する不具合の発生を抑制したものがある。例えば、特許文献１に記載された電池パックでは、仕切り板を介在させたセルケースで、複数の電池セルを個別に区画したセルブロックを形成する。そして、電池パックの外殻を形成する容器とこのセルブロックとの間に、板状の緩衝体を介在させて、緩衝体と電池セルの間に連結端子を位置させることで、上記振動等による電池セルの位置ずれに伴う連結端子の溶接外れ等を軽減している。

また、充電や放電時（充放電時）に、電池セルが発熱し、この電池セルの温度上昇によって、電池容量の低下や過放電等の不具合が生じ易くなる。そこで、電池セルの温度を検知する温度検知部を電池セルの間に設け、温度検知部で検知した温度に応じて充放電動作を調整する制御を行うものもある。

特開２０１０−５００４４号公報

しかしながら、上記特許文献１等の構成では、連結端子の並ぶ電池セルの長手方向に対して付与された衝撃や振動等を軽減し易いが、仕切り板で区画された電池セルの並ぶ方向の衝撃や振動等を軽減し難い。そのため、電池セルの並ぶ方向に付与された振動等によって電池セルが位置ずれを生じることがあり、この位置ずれに伴うスポット溶接の外れや電池セルの短絡を抑制し難いという問題がある。

更に、仕切り板で電池セルを区画したことで、電池セル毎の内部抵抗の差や容器内の通風状況等によって、電池セル毎の温度上昇にばらつきが生じ易くなる。そして、電池セル毎に温度上昇にばらつきが生じ易い場合、温度に応じた充放電制御を行うには、全ての電池セルの温度を検知して、温度に応じた制御を電池セル毎に行うこととなる。そのため、電池パックの構成部材の増加や制御の複雑化等でコストアップを生じると共に、温度検知部の設置空間の確保が必要となる。そして、この設置空間を確保するために、セルケースに開口を形成したり緩衝体を小さくしたりすると、セルケースの強度低下や緩衝体の厚さ減少等をまねき、振動等をセルケースや緩衝体で軽減し難くなる。

本発明では、電池セルの並ぶ方向の衝撃等による影響を軽減すると共に電池セル毎の温度のばらつきを軽減可能な電池パックを提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明の電池パックは、外殻を形成するハウジング内に、複数の電池セルを備えたセルブロックが設けられ、前記電池セルが前後方向の端部に電気的接点を有し、前後方向に交差する左右方向に前記電池セルを並べた電池群が、前後方向及び左右方向に交差する上下方向に重ねて配置され、前記セルブロックが、重ねて配置した前記電池群を上下方向に挟み保持するセルケースと、前記電池群の上下方向の間に介在して配置された仕切り板とを更に備え、前記仕切り板を、弾性を有した弾性部と、弾性部に比べて硬い硬質部とを有する伝熱部材で形成しているとともに、仕切り板における前記電池セルの外面に当接されて前記電池セルを保持するセル保持部が前記硬質部であることを特徴とする。

この電池パックとして、前記仕切り板が、前記弾性部を形成する軟質部材と、前記硬質部を形成する硬質部材とを用いた成形品であることが好ましい。

本発明は、電池セルの並ぶ方向の衝撃等による影響を軽減し易くすることができると共に、電池セル毎の温度のばらつきを軽減し易くすることができる。

実施形態１のセルブロックの分解斜視図である。電池パックの斜視図である。同上の電池パックにおいて、（ａ）が平面図であり、（ｂ）が図３（ａ）のＢ―Ｂ断面図である。ハウジングの分解した状態の電池パックの斜視図である。

本発明を、添付図面に示す実施形態に基づいて説明する。

図２には、本発明の電池パック１の実施形態の一例を示している。本実施形態の電池パック１は図３に示すように複数の電池セル３１が内蔵されており、電動工具（図示せず）や充電器（図示せず）に着脱自在に取り付けられる。この電動工具は、例えば、インパクト工具やドリルドライバー等となっており、モータを駆動源とした駆動部を備える。そして、電動工具は、このモータを回転駆動させる電源として、本実施形態の電池パック１が利用される。また、上記充電器は、電気的に接続された外部電源（図示せず）から給電されており、電池パック１はこの充電器に取り付けられることで、電池セル３１の充電が行われる。

電池パック１は、図３や図４に示すように、外殻１ａが平面視長方形の箱形状となっており、外殻１ａを形成するハウジング２と、ハウジング２に内蔵されたセルブロック３とを備える。以下、図３に示した平面視図面（平面図）を基準に、この平面視を上方から見下ろした状態として、上下方向Ｚ（図３（ｂ）参照）を定め、更に図３におけるハウジング２の長手方向を左右方向Ｙとし、短手方向を前後方向Ｘとし、上下方向Ｚと左右方向Ｙと前後方向Ｘは各々略直交する向きとなっている。

ハウジング２は、取付部２３と、接続部２４とを上面部２２に有する。取付部２３は、電池パック１を電動工具に取り付けた際に電池パック１を着脱自在に保持し、接続部２４は、電池パック１を電動工具に取り付けた際に電動工具の内部回路や駆動源とセルブロック３とを電気的に接続させる。

そして、ハウジング２は、上下方向Ｚに一対のハウジング半体２１で主体が形成され、対をなすハウジング半体２１を上下方向Ｚに嵌め合わせた状態で、ねじ等の固定具２７によって固定され、外殻１ａを形成している。更に、上下方向Ｚに嵌め合わせるハウジング半体２１の間には、電動工具を取付部２３から取り外すための着脱操作部２６が配置される。着脱操作部２６は、上面部２２を形成する上方側のハウジング半体２１とセルブロック３との間に配置した付勢ばね２６ａによって、上方に付勢されており、この付勢に抗して下方に操作されることで、電動工具を取外し可能にする。

なお、図２や図３では、上面部２２に保護カバー２５が取り付けた状態となっている。この保護カバー２５は電池パック１に着脱自在で取り付けられ、電池パック１の出荷時や電池パック１を電動工具や充電器に取り付けない保管時等に、接続部２４への塵や埃等の付着を抑制するものとなっている。

セルブロック３は、図１に示すように、複数の電池セル３１と、仕切り板５と、連結端子３３と、セルケース４と、充放電回路６と、緩衝板３４とで主体が構成される。

電池セル３１は、例えば、円柱状の二次電池となっており、電池パック１内に１０個設けられる。そして、電池セル３１は、軸心を前後方向Ｘに平行に位置してハウジング２内に配置されており、前後方向Ｘの端部（円柱の端部）に電気的接点３１ａを有する。更に、複数の電池セル３１は、左右方向Ｙに５個並べた電池群３２を二組構成すると共に、この電池群３２を上下方向Ｚに積み重ねてある。また、電池セル３１は、電池群３２の上下方向Ｚの間に仕切り板５を介在させて、セルケース４に保持される。

セルケース４は上下方向Ｚに対をなすケース半体４１で構成され、絶縁性樹脂等の絶縁性を有した材料で形成される。ケース半体４１は、前後方向視半円形状の凹部４２を、左右方向Ｙに複数（本例では五つ）有し、対をなすケース半体４１は、凹部４２が上下方向Ｚにおいて対向して配置される。

この凹部４２を形成する円弧形状の部位は、前後方向視半円形状の円弧の端部が左右方向Ｙに隣り合う他の円弧形状の部位の端部と繋がっており、ケース半体４１は所謂波板状となっている。更に、凹部４２（円弧形状の部位）は内径が電池セル３１の外径と略同一となるように形成されており、電池セル３１の外周面の上下方向Ｚにおける略半分が当接される。

以下、対をなすケース半体４１を各々区別する際には、上下方向Ｚにおいて、下方側に位置する一方のケース半体４１を第１ケース半体４１ａとし、上方側に位置する他方のケース半体４１を第２ケース半体４１ｂとする。なお、前述の内径は内側の半径を意味し、前述の外径は外側の半径を意味する。

第１ケース半体４１ａは、下方側の電池群３２を構成する電池セル３１の外周面の略下半分が凹部４２に当接され、第１ケース半体４１ａは電池セル３１を位置決めして下方側から保持する。また、第１ケース半体４１ａは左右方向Ｙにおける端部（側端部４３）の両方が、凹部４２を形成する円弧状の部位より上方に向けて延長して（突出して）設けてある。側端部４３は外面の前後方向Ｘの略中央に、内側（凹部４２側）に凹んだ凹所４５を有し、凹所４５の前後方向Ｘの略中央には、係止フック４６が左右方向Ｙに突出して設けてある。

第２ケース半体４１ｂは、上方側の電池群３２を構成する電池セル３１の外周面の略上半分が凹部４２に当接され、第２ケース半体４１ｂは電池セル３１を位置決めして上方側から保持する。また、第２ケース半体４１ｂは左右方向Ｙにおける端部（側端部４３）の両方が、凹部４２を形成する円弧状の部位より下方に向けて延長して（突出して）設けてある。そして、側端部４３は外面の前後方向Ｘの略中央に、下方に向けて更に突出した板状の凸片４７を有し、凸片４７は前後方向Ｘの略中央に、係止孔４８（係止部）が左右方向Ｙに貫通して設けてある。

第２ケース半体４１ｂは、図３や図４に示すように、第２ケース半体４１ｂと上下方向Ｚに嵌め合わせた際に、側端部４３の下端辺が仕切り板５を介在して、第１ケース半体４１ａの側端部４３の上端辺に当接される。そのため、第１ケース半体４１ａと第２ケース半体４１ｂの上下方向Ｚの間には、電池セル３１配置用の空間が形成される。

そして、このケース半体４１を嵌め合わせた際に、凸片４７が第１ケース半体４１ａの凹所４５内に位置して、係止フック４６が係止孔４８に引っ掛かって止められ（掛け止めされ）、一対のケース半体４１は嵌め合わせた状態に保持される。すなわち、一対のケース半体４１は、係止フック４６を係止孔４８に掛け止めることで、ねじやピン等の固定具を用いずに、上下方向Ｚに嵌め合わせてセルケース４を形成した状態に保持される。

電池群３２の上下方向Ｚの間に配置された仕切り板５は、弾性及び絶縁性を有した伝熱部材で形成されており、例えば、エラストマーで形成される。なお、エラストマーはシリコンゴム等の熱硬化性エラストマーに限らず、軟質系の熱伝導フィラーを導入した熱可塑性エラストマー、所謂放熱エラストマー等であってもよい。そして、伝熱部材は、弾性及び絶縁性に加えて、振動を抑制し易い制振性を有するものが好ましい。

また、仕切り板５は、図１に示すように、本体部５１と、隔壁部５２と、セル保持部５３と、位置決め凸部５４と、端子用凸部５５とで主体が構成される。

本体部５１は、平面視略長方形の平板状で、上下方向Ｚに板面を有する。そして、本体部５１は、前後方向Ｘの寸法が電池セル３１の前後方向Ｘの寸法と略同寸となっており、左右方向Ｙの寸法が、電池群３２の左右方向Ｙの寸法と略同寸或いは若干大きい寸法となっている。そのため、本体部５１は二組の電池群３２の上下方向Ｚの間に位置することで、上下方向Ｚにおいて複数の電池セル３１を二組の電池群３２に区画している。

隔壁部５２は本体部５１の両方の上記板面から上下方向Ｚに立ち上がって形成されると共に、本体部５１の両方の板面に各々複数設けてある。そして、隔壁部５２は前後方向Ｘに長尺の平板状で、左右方向Ｙに対向面を有して、略等間隔に左右方向Ｙに並んで位置する。更に、隔壁部５２は上下方向Ｚに立ち上がった先端辺がケース半体４１の円弧形状の部位の端部に当接される。すなわち、隔壁部５２の左右方向Ｙの間隔は凹部４２の内側の直径（内径の二倍）となっており、隔壁部５２の間には各々電池セル３１が一つ配置される。

セル保持部５３は、隔壁部５２の対向面に各々設けられると共に、前後方向Ｘに並んで対向面毎に複数配置される。そして、セル保持部５３は電池セル３１の外周面に沿った円弧状に形成されており、電池セル３１の外周面のケース半体４１に当接されてない側が弾性的に当接されて、セル保持部５３の円弧状の面と電池セル３１の外周面とが略密着する。更に、セル保持部５３はセルケース４と共に、複数の電池セル３１を本体部５１と隔壁部５２とで区画された状態で弾性的に保持する。

位置決め凸部５４は本体部５１の左右方向Ｙにおける両方の端辺に各々設けられる。そして、位置決め凸部５４は左右方向視略矩形状で、本体部５１から左右方向Ｙに突出すると共に、前後方向Ｘにおいて所定の間隔を空けて上記端辺上に二つ形成される。位置決め凸部５４は、仕切り板５を介在してセルケース４を形成した際に、セルケース４の側端部４３に設けた位置決め凹部４４に嵌まり込み、仕切り板５を一対のケース半体４１の上下方向Ｚにおける略中間に位置決めする。

端子用凸部５５は本体部５１の前後方向Ｘにおける両方の端辺に各々設けられる。そして、端子用凸部５５は前後方向視略円形状で、上記端辺から前後方向Ｘに突出すると共に、左右方向Ｙに所定の間隔を空けて複数形成される。また、端子用凸部５５には、電池セル３１どうしや電池セル３１と充放電回路６とを電気的に接続する連結端子３３が取り付けてある。

連結端子３３は仕切り板５に複数設けてあり、上下方向Ｚに並ぶ異なる電池群３２の電池セル３１どうしを電気的接点３１ａで電気的に接続すると共に、電池群３２の電池セル３１を電気的な直列に接続する。更に、連結端子３３のうち、電池群３２において陰極側の端部と陽極側の端部とに位置する連結端子３３は各々充放電回路６と電気的に接続されている。

充放電回路６は、回路基板６１と、温度検出部６２と、接続端子６３とを備え、連結端子３３が回路基板６１に電気的に接続されている。そして、回路基板６１は第２ケース半体４１ｂの上部に設けられ、温度検出部６２からの検出結果が入力されており、検出結果に応じて電池セル３１の充電や放電を制御する制御部を有する。

温度検出部６２は、クッション等の緩衝部材で電池セル３１に圧接されてセルケース４に取り付けてある。そして、温度検出部６２は、一つの電池セル３１から電池セル３１の温度の指標となる情報を検出し、回路基板６１に出力している。

更に、回路基板６１は上方側の板面に接続端子６３が取り付けてある。接続端子６３は、電池セル３１や回路基板６１を、電動工具の駆動源や内部回路或いは充電器の内部回路等に、電気的に接続させるための導電部材となっている。

緩衝板３４は、弾性を有した平板状となっている。そして、緩衝板３４は板面が、二組の電池群３２の前後方向Ｘの両端部に、連結端子３３を介在して取り付けてあり、前後方向Ｘにおいて連結端子３３及び電池セル３１への衝撃等を軽減している。

このように、仕切り板５が弾性を有したことで、電池パック１着脱時等の衝撃等を仕切り板５の弾性によって緩和し易くなり、この衝撃等による電池セル３１の位置ずれ等を生じ難くすることができる。更に、電動工具の使用時等にモータの回転駆動に伴う上下方向Ｚや左右方向Ｙ、前後方向Ｘの往復振動が電動工具に生じた際には、この電動工具から電池パック１を構成するハウジング２、セルケース４、電池セル３１に伝達される。この場合、上記振動に伴う電池セル３１の振動の方向に沿った相対移動を仕切り板５の弾性によって緩和し易くなる。そのため、連絡端子３３の電池セル３１との溶接部位へ、繰り返し振動や衝撃等が付与され難くすることができ、この溶接部位での断線を生じ難くすることができる。

そして、セルケース４は、凹部４２によって左右方向Ｙにおいて電池セル３１を位置決め保持し、上下方向Ｚに当接した両側端部４３によって電池セル３１を配置する空間の上下方向Ｚの間隔を保持すると共に仕切り板５を位置決め保持している。そのため、上下方向Ｚや左右方向Ｙに隣り合う電池セル３１どうしの間に、絶縁距離を規定し易くなると共に、この規定した絶縁距離を保持し易くなり、電池セル３１の短絡を生じ難くすることができる。更に、両側の係止フック４６と係止部とを嵌め合わせてセルケース４を形成したことで、固定具を用いてセルケース４を形成したものに比べて、振動等によるケース半体４１どうしの緩みを生じ難くすることができる。

そして、仕切り板５を伝熱部材で形成したことで、電池セル３１に生じた熱が仕切り板５に伝達され易くなり、発熱した電池セル３１を冷却し易くすることができ、電池セル３１の温度上昇を抑え易くすることができる。更に、電池セル３１の熱を仕切り板５に伝達し易くしたことで、ハウジング２内の通風や電池セル３１毎の内部抵抗等による、電池セル３１の温度上昇のばらつきを抑え易くすることができ、複数の電池セル３１の温度が均一化され易くなる。そのため、電池セル３１全ての温度を検出しなくても、一部の電池セル３１の温度（指標）を検出することで、電池セル３１（セルブロック３）の温度に応じた充放電の制御を良好に行うことが可能となり、温度検出部６２等によるコストアップを抑え易くなる。

また、仕切り板５は、弾性を有した弾性部と、弾性部に比べて硬い硬質部とを有した構成であってもよい。このものでは、例えば、弾性部が、本体部５１、隔壁部５２、位置決め凸部５４、端子用凸部５５となっており、硬質部がセル保持部５３となっている。

弾性部はシリコンゴム等の弾性体（樹脂系のエラストマー）等の軟質部材で形成されており、硬質部は上記軟質部材に比べて硬い硬質部材で構成されている。そして、この硬質部材としては、例えば、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート等の構造用プラスチック（所謂、エンジニアリングプラスチック）となっており、ＪＩＳＡ硬度計（ＪＩＳＫ６２５３）にて硬度９０以上となるものが好ましい。

このように、仕切り板５が、軟質部材で形成した弾性部と、硬質部材で形成した硬質部とを有したことで、軟質部材に比べて安価のものを硬質部材に用いる等で、コストを抑え易くなる。そして、硬質部を有したことで、軟質部材だけで形成した仕切り板５に比べて、仕切り板５の強度を向上させ易くなる。

更に、セル保持部５３を硬質部としたことで、電池セル３１を位置決め保持するセル保持部５３を、仕切り板５の他の部位（弾性部）に比べて、弾性変形し難くすることができる。そのため、上下方向Ｚや左右方向Ｙの衝撃等の影響を弾性部で軽減した際に、上下方向Ｚや左右方向Ｙに隣り合う電池セル３１間の絶縁距離をセル保持部５３で保持し易くなる。

なお、仕切り板５は、硬質部に弾性体を用いると共に、弾性部に硬質部より柔らかい弾性体を用いる等の、硬さの異なる二つのエラストマーを用いたもの等であってもよい。

１電池パック
１ａ外殻
２ハウジング
３セルブロック
３１電池セル
３１ａ電気的接点
３２電池群
４セルケース
５仕切り板
Ｘ前後方向
Ｙ左右方向
Ｚ上下方向

Claims

外殻を形成するハウジング内に、複数の電池セルを備えたセルブロックが設けられ、
前記電池セルが前後方向の端部に電気的接点を有し、
前後方向に交差する左右方向に前記電池セルを並べた電池群が、前後方向及び左右方向に交差する上下方向に重ねて配置され、
前記セルブロックが、重ねて配置した前記電池群を上下方向に挟み保持するセルケースと、前記電池群の上下方向の間に介在して配置された仕切り板とを更に備え、
前記仕切り板を、弾性を有した弾性部と、弾性部に比べて硬い硬質部とを有する伝熱部材で形成しているとともに、仕切り板における前記電池セルの外面に当接されて前記電池セルを保持するセル保持部が前記硬質部であることを特徴とする電池パック。
前記仕切り板が、前記弾性部を形成する軟質部材と、前記硬質部を形成する硬質部材とを用いた成形品であることを特徴とする請求項１に記載の電池パック。