WO2012131798A1 - 電池パックおよび電動自転車 - Google Patents

Abstract

【解決手段】　第一の板状部４２０と、前記第一の板状部の幅方向の両端部に一体に結合し、前記第一の板状部の両面に対して略垂直方向に延びる第二の板状部４４０とを有した電池保護部材４００備え、前記第一の板状部上に扁平状電池を載置した、耐衝撃性、放熱特性、電池温度特性が良好な電池パック。

Description

電池パックおよび電動自転車

　本発明は、二次電池を複数接続して構成される電池パック、および電池パックを搭載した電動自転車に関する。

　電動自転車には各種の二次電池が駆動用あるいは補助駆動用電源として用いられているが、なかでもリチウムイオンが負極と正極とを移動することにより充放電が行われるリチウムイオン二次電池は、高エネルギー密度で、高出力である電池特性を有することから駆動用電源用の電池として好適である。
　リチウムイオン電池には正極と負極をセパレータを介して積層したものを卷回した円柱状のもの、正極と負極をセパレータを介して積層した扁平状ものが知られている。
　これらのなかでも扁平状のものは正極、負極の面積を大きくしたり、積層する正極、負極の枚数を増加することによって単位電池当たりの容量を大きくすることが容易であるので、機器駆動モーター等の電源用の電池として好適である。
　扁平状のリチウムイオン電池の単位電池は、電池要素をフィルム状外装材で外装することによって、リチウムイオン電池の有する高いエネルギー密度を有効に利用することができる。
　フィルム外装電池は、各種の用途に用いられているが、例えば、特許文献１（特開２００７－２５７９０１号公報）には、フィルム外装電池を使用した電動自転車用の電池パックが提案されている。

特開２００７－２５７９０１号公報

　電動自転車には装着したモーターの作用によって自転車の走行時の運転者の負担を軽減するものと、運転者がペダルを踏み込むことなく自走可能なものが知られている。電動自転車には、モーター、駆動機器、およびモーター駆動用の電池の質量が加わるので、これらの機器類の質量を小さくすることが求められている。長距離、あるいは長時間の移動時にモーターの作用を利用するためには容量が大きな電池が必要となる。
　各種の電池のなかでも、質量エネルギー密度および容積エネルギー密度が大きなリチウムイオン電池は電動自転車には好適である。なかでもフィルム状外装材によって外装したフィルム外装電池は金属製の缶を外装材とした電池に比べてエネルギー効率が大きいという特徴を有している。

　電動自転車には、車体に緩衝装置を介して取り付けた軸受けに車輪が装着されているものもあるが、車体に加わる衝撃は自動車とは大きく異なっている。このため、自転車の車体に取り付けた電池パックには路面からの衝撃、振動が大きい。
　一方、エネルギー密度に優れたフィルム外装電池は、厚みが薄いフィルム状外装材で覆われているので金属製の外装缶に収納した電池に比べて衝撃、振動の対策が重要である。
　特許文献１の電池パックでは、扁平なフィルム外装電池からの発熱を放熱するために、両端部の集熱板の間に間隔を設けて中間集熱板を配置した集熱部材を設けているが、各集熱板の間の三方が開放された空間に剛性が小さな扁平状電池を変形等を生じさせることなく挿入する作業には手数を必要とする。

　また、扁平状電池の挿入を容易とするために間隔を大きくすると中間集熱板との間に空隙が生じるので、単位電池と集熱板との熱的接触が不十分なものとなる。一方、間隔が小さな場合には、短時間に作業をすることは困難となる。
　また、特許文献１の電池パックでは、集熱部材は三方が開放しているので、フィルム外装電池の固定、振動および衝撃対策には不十分であった。
　本発明は、フィルム外装電池を使用した電池パックであって、フィルム外装電池に対して振動、衝撃を緩和して安定した保持が可能であって、電動自転車に与える質量増加が小さな電池保護部材を設けた電池パックを提供するものである。

　また、本発明は、フィルム外装電池を使用した電池パックであって、フィルム外装電池に対して振動、衝撃を緩和して安定した保持が可能であって、電池からの放熱特性も良好であって電動自転車に与える質量増加の影響も小さな電池保護部材を設けた電池パックを提供するものである。

　本発明は、上記課題を解決するものであって、第一の板状部と、前記第一の板状部の幅方向の両端部に一体に結合し、前記第一の板状部の両面に対して略垂直方向に延びる第二の板状部とを有した電池保護部材を備え、前記第一の板状部上に載置した扁平状電池を有する電池パックである。
　本発明において、略垂直とは、垂直及び所望の作用効果を実質的に得ることができる状態を含み、例えば８０°～１００°の角度をなすものも含む。
　前記第一の板状部の長手方向に垂直な面での切断面がＨ字状である電池保護部材である前記の電池パックである。
　前記扁平状電池の載置面が前記第一の板状部の両面に形成されている前記の電池パックである。
　扁平状電池がフィルム外装電池である前記の電池パックである。
　前記保護部材の第一の板状部の長手方向に前記扁平状電池の引出タブが取り出された前記の電池パックである。
　前記扁平状電池に両面接着テープの一方の接着面を接着して、前記第一の板状部または隣接する扁平状電池面に接着した前記の電池パックである。

　前記第一の板状部の少なくともいずれか一方の面に前記第二の板状部の前記第一の板状部からの高さを越えて扁平状電池を載置した電池保護部材ブロックを備え、前記電池保護部材ブロックの複数個を、前記第二の板状部材の高さを越えて載置した扁平状電池面同士を対面させて一体化した前記の電池パックである。
　前記第一の板状部上に扁平状電池を積層した前記の電池パックである。
　前記扁平状電池の平板面が前記第一の板状部に載置されている前記の電池パックである。

　前記第一の板状部上に扁平状電池を載置した電池保護部材ブロックと、前記電池保護部材ブロックの複数個を前記扁平状電池面同士を対面させて一体化した電池連結構造体を備え、前記対面させて一体化した扁平状電池の総高さが、前記第二の板状部の前記第一の板状部からの高さの２倍より大きい前記の電池パックである。

　前記第一の板状部に表裏を交互に逆転して載置した複数の扁平状電池を有し、前記扁平状電池のそれぞれの正極引出タブと負極引出タブは同一方向に引き出された前記の電池パックである。
　前記扁平状電池は、同一方向に引き出された正極引出タブと負極引出タブの間の中心を通る線に対して略線対称である前記の電池パックである。
　本発明において、略線対称とは、線対称及び所望の作用効果を実質的に得ることができる状態を含み、例えば扁平状電池を載置して正極引出タブと負極引出タブが円滑に導電接続可能な程度のずれを有するものも含む。
　前記保護部材の第一の板状部の長手方向に前記扁平状電池の引出タブが取り出された前記の電池パックである。

　良熱伝導性材料製の前記電池保護部材を備えた前記の電池パックである。
　前記良熱伝導性材料が、金属製部材、良熱伝導性材料粒子を分散した合成樹脂製部材である前記の電池パックである。
　前記金属製部材が、アルミニウム、アルミニウム合金、銅から選ばれるいずれかであり、前記良熱伝導性材料粒子が窒化アルミニウム、窒化ケイ素、アルミナのいずれかである前記の電池パックである。

　前記第一の板状部にフィルム状外装材によって封口した扁平状電池を載置したものであって、前記扁平状電池の外縁の前記第一の板状部上への垂直投影面は、前記第一の板状部の外縁の内側に位置している前記の電池パックである。
　前記の電池パックを備えた電動自転車である。

　本発明に係る電池パックによれば、フィルム状外装材に外装したエネルギー効率に優れたリチウムイオン電池等を、本発明の軽量な電池保護部材によって衝撃等から確実な保護ができるので、電動自転車の電池パックのように振動、衝撃を常時受ける用途に用いても、長時間にわたり安定した動作が期待できる。また、前記電池の電池保護部材の載置面上への垂直投影面を載置した板状体の外縁部よりも内側に配置した場合には、電池パックに大きな衝撃が加わった場合でも、扁平状電池の外縁部は保護部材によって保護される。また、良熱伝導性部材の電池保護部材によって衝撃等から確実な保護ができるので、電動自転車の電池パックのように振動、衝撃を常時受ける用途に用いても、長時間にわたり安定した動作が期待できるとともに、周囲温度の変化によって出力特性が変化を受けにくいものとすることができる。
このように、本発明の軽量な電池保護部材によって衝撃等から確実な保護するとともに、電池保護部材上に積層した際に、隣接する単位電池の引出タブが異極性となるので、相互の引出タブ間の距離が最も短い引出タブを相互に接続するのみで積層した単位電池の直列接続が可能となり、積層方向斜めの接続を行うことなく、任意の容量の電池パック、およびそれを装着した電動自転車を提供することができる。

図１は、本発明の実施形態に係る電池パックを構成する単位電池１００を示す図である。　図１Ａは、四辺に熱融着部を形成して封口した単位電池１００を示す図である。図１Ｂは、三辺に熱融着部を形成して封口した単位電池１００を示す図である。 図２は、単位電池１００の正極引出タブ１２０に対して接続タブ１２５を接合する様子を示す図である。 図３は、単位電池１００の直列接続のため正極性の引出タブと負極性の引出タブに穴を設けた状態を示す図である。 図４は、本発明の実施形態に係る電池パックを構成するホルダ部材２００を説明する図である。 図５は、本発明の実施形態に係る電池パックで単位電池１００の直列接続に利用される基板３００の斜視図である。 図６は、本発明の実施形態に係る電池パックを構成する電池保護部材４００を説明する図である。 図７は、本発明の実施形態に係る電池パックを構成する電池連結構造体５００の製造工程を説明する図である。 図８は、本発明の実施形態に係る電池パックを構成する電池連結構造体５００の製造工程を説明する図である。 図９は、本発明の実施形態に係る電池パックを構成する電池連結構造体５００の製造工程を説明する図である。 図１０は、本発明の実施形態に係る電池パックを構成する電池連結構造体５００の製造工程を説明する図である。 図１１は、本発明の実施形態に係る電池パックを構成する電池連結構造体５００の製造工程を説明する図である。 図１２は、本発明の実施形態に係る電池パックを構成する電池連結構造体５００の製造工程を説明する図である。 図１３は、本発明の実施形態に係る電池パックを構成する電池連結構造体５００の製造工程を説明する図である。 図１４は、本発明の実施形態に係る電池パックを構成する電池連結構造体５００の製造工程を説明する図である。 図１５は、本発明の実施形態に係る電池パックを構成する電池連結構造体５００の製造工程を説明する図である。 図１６は、本発明の実施形態に係る電池パックを構成する電池連結構造体５００の製造工程を説明する図である。 図１７は、本発明の実施形態に係る電池パックを構成する電池連結構造体５００の製造工程を説明する図である。 図１８は、本発明の実施形態に係る電池パックの製造工程を説明する図である。 図１９は、本発明の実施形態に係る電池パックの製造工程を説明する図である。 図２０は、本発明の実施形態に係る電池パックの製造工程を説明する図である。 図２１は、本発明の実施形態に係る電池パックの製造工程を説明する図である。 図２２は、本発明の実施形態に係る電池パックの製造工程を説明する図である。 図２３は、本発明の実施形態に係る電池パックの製造工程を説明する図である。 図２４は、本発明の実施形態に係る電池パックの製造工程を説明する図である。 図２５は、本発明の実施形態に係る電池パックの製造工程を説明する図である。 図２６は、本発明の実施形態に係る電動自転車を説明する図である。

　以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。図１は本発明の実施形態に係る電池パックを構成する単位電池１００を示す図である。この単位電池１００としては、リチウムイオンが負極と正極とを移動することにより充放電が行われるリチウムイオン二次電池が用いられる。
　また、本発明の単位電池１００は、その形状が扁平であるので扁平状電池とも称す。
　単位電池本体部１１０は、複数のシート状正極と複数のシート状負極とがセパレータを介して積層された積層電極体、および電解液（いずれも図示しない）が、平面視で矩形のフィルム状外装材内に収容された構造となっている。そして、単位電池本体部１１０の上端部１１１からは、正極引出タブ１２０及び負極引出タブ１３０が引き出されている。

　正極引出タブ１２０及び負極引出タブ１３０は、いずれも平面状で、フィルム状外装材内において、それぞれ、シート状正極、シート状負極と直接またはリード体などを介して接続されている。フィルム状外装材は、電池内側となる面に熱融着樹脂層を有し、電池外側となる面に保護フィルムを積層したアルミニウム箔等の金属箔に積層したフィルム状外装材が用いられる。
　具体的には、アルミニウム箔の外面側に位置する面には、ナイロン、ポリエチレンテレフタレート等の強度、および耐熱性を有する部材を、内面側には、ポリプロピレン、ポリエチレン等の熱融着性が良好な材料をそれぞれ積層したものを用いることができる。

　フィルム状外装材によって、正極および負極をセパレータを介して積層した電池要素、および電解液を、内部に収容した状態でフィルム状外装材の周囲、すなわち上端部１１１、下端部１１２、２つの側端部１１３が熱融着されることで、その内部が密閉されている。
　上記のような単位電池１００においては、正極引出タブ１２０の材質としてはアルミニウムまたはアルミニウム合金が、また、負極引出タブ１３０の材質としては、ニッケル、ニッケルメッキをした銅、ニッケル－銅クラッドが一般的に用いられている。本実施形態においては、アルミニウム製の正極引出タブ１２０が、また、ニッケル製の負極引出タブ１３０がそれぞれ用いられている。
　以上の説明では、フィルム状外装材が電池要素の上端部１１１、下端部１１２、２つの側端部１１３を熱融着するものについて説明したが、例えば、電池要素を一枚のフィルム状外装材を折り曲げて覆い、電池要素の三辺を熱融着によって封口したものであっても良い。この場合には、いずれの端部をフィルム状外装材の折り曲げ部としても良いが、下端部１１２をフィルム状外装材の折り曲げ部とすることが好ましい。

　本発明に係る電池パックを構成する上では、単位電池１００の正極性の引出タブ１２０と、この単位電池１００に隣り合う単位電池１００の負極性の引出タブとを、ボルトナットによって機械的に締め付けることで固着し、電気接続を行う。ここで、単位電池１００のアルミニウム製の正極引出タブ１２０と、ニッケル製の負極引出タブとを機械的に固着させる構成では、電位差の問題により所定の年月が経過した後の導電性が劣化する可能性がある。そこで、本発明に係る電池パックにおいては、単位電池１００の正極性の引出タブと、この単位電池１００に隣り合う負極性の引出タブとを機械的に固着する箇所においては、ニッケル製部材同士が接触するようにして、引出タブ同士を連結した。
　このための構成について説明する。図１に示すように、電池パックを構成する上では、単位電池１００におけるアルミニウム製の正極引出タブ１２０は上端部１１１から長さａとされ、ニッケル製の負極引出タブ１３０は上端部１１１から長さｂ（ｂ＞ａ）とされる。次に、長さａのアルミニウム製の正極引出タブ１２０に対しては、上端部１１１からの長さがｂとなるように、ニッケル製の接続タブ１２５が超音波接合によって接合され、継ぎ足される（図２、図３参照）。単位電池１００同士を直列接続するために、正極性の引出タブとしての接続タブ１２５には穴１２７が設けられ、負極引出タブ１３０には穴１３７が設けられる。なお、以下、接続タブ１２５が接合されて形成された引出タブ全体を、正極引出タブ１２０と称することもある。
　後述するように、本発明に係る電池パックにおいては、複数の単位電池１００を電気接続する上では、ニッケル製部材同士（接続タブ１２５、負極引出タブ１３０）が接触するようにして、異なる極性の引出タブ同士を連結するので、隣り合う単位電池同士の電気接続部は、同種の金属材料による電気接続となり、電位差の問題がなく、年月の経過による導電性の劣化が発生することがほとんどなくなる。

　次に、本発明の実施形態に係る電池パックにおいて、複数の単位電池１００の正極性の引出タブと負極性の引出タブとを電気接続する上で用いられるホルダ部材２００について説明する。図４はホルダ部材２００を説明する図であり、図４Ａは第１の主面側からホルダ部材２００を見た図である。また、図４Ｂは第２の主面側からホルダ部材２００を見た図であり、図４Ｃは図４ＡのＸ－Ｘ’断面を示す図であり、図４Ｄはホルダ部材２００を側面から見た図である。
　ホルダ部材２００は、第１面２１０と、この第１面２１０と表裏の関係にある第２面２５０が形成されてなるＡＢＳ樹脂などの合成樹脂製の部材である。ホルダ部材２００の第１面２１０の第１列２１１には、図４Ａで見て、上から下に引出タブ挿通穴２１５が並んで形成されている。同じく、第１面２１０の第２列２１２側にも、上から下に引出タブ挿通穴２１５が並んで形成されている。ホルダ部材２００に単位電池１００を取り付けられる際には、この第１面２１０側に設けられた引出タブ挿通穴２１５が利用される。引出タブ挿通穴２１５は、第１面２１０側から第２面２５０側に貫通する穴で、単位電池１００の引出タブを挿通可能な穴である。

　図４Ａで見て、第１列２１１及び第２列２１２の上側、下側には、引出タブ案内リブ２０３が設けられている。また、第１列２１１側の引出タブ案内リブ２０３に挟まれるようにして引出タブ引回部２１３が、また、第２列２１２側の引出タブ案内リブ２０３に挟まれるようにして引出タブ引回凹部２１４が設けられている。
　第１列２１１側においては、引出タブ案内リブ２０３による規制に基づいて、直列接続される複数の単位電池１００のうちの端部側の単位電池１００の引出タブが、第１面２１０側から第２面２５０側に、引出タブ引回部２１３を通るようにして、案内されるようになっている。
　また、第２列２１２側においては、引出タブ案内リブ２０３による規制に基づいて、直列接続される複数の単位電池１００のうちの端部側の単位電池１００の引出タブが、第１面２１０側から第２面２５０側に、引出タブ引回凹部２１４を通るようにして、案内されるようになっている。

　直列接続される複数の単位電池１００のうち、端部側にない単位電池１００の引出タブは、引出タブ挿通穴２１５に挿通するようにして、ホルダ部材２００に取り付けられる。この引出タブ挿通穴２１５の上下（図４Ａで見て）には、これを上下から挟むような引出タブガイド突状部２２０が設けられている。この引出タブガイド突状部２２０は、頂部２２１とこれに連なる２つのテーパー側面２２２とにより概略構成されており、単位電池１００の引出タブを引出タブ挿通穴２１５に挿通させようとする際には、２つのテーパー側面２２２で挟まれる空間が徐々に狭くなるようになっており、単位電池１００のホルダ部材２００への取り付けが容易となっている。このため、複数の単位電池１００を直列に接続する際の作業効率が向上し、生産性を高めることができる。

　ホルダ部材２００の第２面２５０においては、基板３００が取り付けられるようになっている。この基板３００上で、隣り合う単位電池１００の引出タブ同士が折り重ねられて、連結され、導通が図られる。隣り合う単位電池１００の引出タブ同士を連結する際には、ボルトナットによる機械的な固着によるが、このためのナット２５６を収容するためのナット収容部２５５が第２面２５０側の第１列２１１側に６個、第２列２１２側に５個設けられている。また、第２面２５０側においては、基板３００上に形成される単位電池１００の引出タブ連結部間、或いは、引出タブ連結部と引出タブとの間の絶縁を確保するための仕切り片２６０が、第１列２１１側に３箇所、第２列２１２側に２箇所設けられている。
　位置合わせ用突起部２６３は、基板３００をホルダ部材２００に取り付ける際の位置合わせに用いられる突起で、第１列２１１側及び第２列２１２側のそれぞれに１つずつ配されている。また、上記の位置合わせ用突起部２６３を用いて、基板３００をホルダ部材２００に取り付けた後に、基板３００とホルダ部材２００とを固着するために利用されるネジ穴２７０が、第１列２１１側及び第２列２１２側のそれぞれに１つずつ設けられている。

　次に、本発明の実施形態に係る電池パックにおいて、複数の単位電池１００の引出タブ同士の連結部が形成される基板３００の構成について説明する。
図５は本発明の実施形態に係る電池パックで単位電池１００の直列接続に利用される基板３００の斜視図である。
　主としてガラスエポキシなどを基材として構成されてなる基板３００はホルダ部材２００の第２面２５０側に取り付けられて利用されるものであり、基板３００の外周形状は、ホルダ部材２００の第２面２５０側の外周形状に略一致するようになっている。基板３００の外周の２箇所には、ホルダ部材２００の引出タブ引回凹部２１４に対応するように引出タブ引回切欠部３１４が形成されている。
　また、基板３００には、ホルダ部材２００の引出タブ挿通穴２１５に対応するように、引出タブ引出穴３１５が設けられている。また、基板３００には、ホルダ部材２００の仕切り片２６０に対応するように、仕切り片引出穴３１７が設けられている。また、基板３００には、ホルダ部材２００の引出タブ挿通穴２１５と仕切り片２６０の双方に対応するような、引出タブ・仕切り片引出穴３１６が設けられている。これらの穴は、いずれも基板３００の一方の主面から、他方の主面に貫通する穴であり、単位電池１００の引出タブや、仕切り片２６０などが挿通可能に構成されるものである。
　単位電池１００の引出タブが、ボルトナットで基板３００に固着される箇所には、薄膜電極部３２０ａ、薄膜電極部３２０ｂ、薄膜電極部３２０ｃが設けられている。

　薄膜電極部３２０ａは、基板３００上に固着されている金属製の正極端子用電極座金３２１と導通が図られており、薄膜電極部３２０ｃは基板３００上に固着されている金属製の負極端子用電極座金３２２と導通が図られている。正極端子用電極座金３２１及び負極端子用電極座金３２２には、直列接続される単位電池１００の端部の引出タブが接続されることとなるので、正極端子用電極座金３２１及び負極端子用電極座金３２２は電池パックとしての電力の充放電のための端子として利用されることとなる。
　また、薄膜電極部３２０ｂは、コネクタ３４０の不図示の端子部と導通が図られており、個々の単位電池１００のモニタを行うための電位が、コネクタ３４０を介して測定できるようになっている。なお、コネクタ３４０は、単位電池１００の温度を測定する温度測定センサ（不図示）からの信号を取り出せるように構成することもできる。

　また、薄膜電極部３２０ａ、薄膜電極部３２０ｂ、薄膜電極部３２０ｃのそれぞれには、単位電池１００の引出タブの固着に利用される引出タブ接続ボルト２５７が挿通される引出タブ接続ネジ穴３２５が設けられている。薄膜電極部３２０ａ及び薄膜電極部３２０ｃにおいては、直列接続される単位電池１００のうち端部の単位電池１００の引出タブが１枚固着されるようになっている。一方、薄膜電極部３２０ｂは、隣り合う単位電池１００の引出タブが折り重ねられるようにして２枚固着されるようになっている。
　基板３００には、ホルダ部材２００の第２面２５０側に設けられている位置合わせ用突起部２６３に対応する位置合わせ穴３２８が２つ形成されており、２つの位置合わせ用突起部２６３を、位置合わせ穴３２８に貫通させることにより、簡便にホルダ部材２００と基板３００とを固着する際の位置合わせが行えるようになっており、生産性向上に寄与している。また、基板３００に形成されている基板固着ネジ穴３２９は、ホルダ部材２００と基板３００とを固着するために利用される基板固着ネジ２７１を挿通する穴である。

　次に、本発明の実施形態に係る電池パックにおいて、複数の単位電池１００を直列接続し電池連結構造体５００としたときに、これを保護するための電池保護部材４００について説明する。
　図６は本発明の実施形態に係る電池パックを構成する電池保護部材４００を説明する図であり、図６Ａは単位電池１００の主面が貼着される第一の板状部４１０を臨むように電池保護部材４００を見た図であり、図６Ｂは図６Ａの上側から電池保護部材４００を見た図である。
　電池保護部材４００は、単位電池１００を載置する際に、載置された単位電池１００間に介挿されるようにして利用されるものである。
　電池保護部材４００は、ＡＢＳ樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリカーボネート樹脂などの合成樹脂で形成することができる。また、電池保護部材４００は、金属製部材、良熱伝導性材料粒子を分散した合成樹脂製部材でも形成することができる。こういった材料を用いることで、電池保護部材４００を熱伝導性が良好であってかつ軽量に実現できる。
　具体的には、金属製部材が、アルミニウム、アルミニウム合金、銅から選ばれるいずれかであり、良熱伝導性材料粒子が窒化アルミニウム、窒化ケイ素、アルミナのいずれかである。
　合成樹脂材料としては、ＡＢＳ樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリカーボネート樹脂を挙げることができ、これらに良熱伝導性材料粒子を分散した材料を挙げることができる。
　これらのなかでも、アルミニウム、アルミニウム合金が好ましい。
　アルミニウム、アルミニウム合金等の場合には、表面にアルマイト処理膜や絶縁性皮膜を形成することが好ましい。これによって、万一保護部材に電圧の印加部が接触しても問題の発生を防止することができる。
　電池保護部材４００の第一の板状部４１０は、単位電池１００と、これと直列接続される単位電池１００との間に挟まれる部材である。一方、第一の板状部４１０の両端部からは、第一の板状部４１０に垂直な方向に第二の板状部４４０が延在するように設けられている。したがって、図６（Ｂ）に示すように、電池保護部材４００は断面がＨ字状の部材となる。
　また、第一の板状部４１０には、最も深い切り欠き部である第１切欠部４２１と、この第１切欠部４２１の両サイドに配され、第１切欠部４２１に次いで深い切り欠き部である第２切欠部４２２と、第２切欠部４２２の両側に配された最も浅い切り欠き部である第３切欠部４２３とからなる切欠部４２０が構成されている。

　次に、以上のような各部材から、単位電池１００を連結してなる電池連結構造体５００を製造する手順について図７乃至図１７に基づいて説明する。図７乃至図１７は本発明の実施形態に係る電池パックを構成する電池連結構造体５００の製造工程を説明する図である。
　まず、図７に示す工程においては、ホルダ部材２００の第２面２５０に設けられている全てのナット収容部２５５に対してナット２５６を装着する。ナット収容部２５５の内周は、ナット収容部２５５にナット２５６が内嵌されると、ナット２５６が簡単には外れない程度の寸法とされている。
　続く図８に示す工程では、ホルダ部材２００の位置合わせ用突起部２６３を、基板３００の位置合わせ穴３２８に挿通させることで、ホルダ部材２００と基板３００との位置合わせを行う。続いて、２つの基板固着ネジ２７１を、基板固着ネジ穴３２９に挿通させて、ネジ穴２７０にネジ止めすることで、ホルダ部材２００と基板３００とを固着する。なお、基板固着ネジ穴３２９としては、様々な種類のネジを利用することができるが、タッピング用のネジを用いることで、製造時の作業効率が向上する。

　次の図９に示す工程では、ホルダ部材２００の第１面２１０に単位電池１００を配し、単位電池１００の負極引出タブ１３０を、引出タブ引回凹部２１４を利用して基板３００の薄膜電極部３２０ｂに接触するようにして折り曲げる。また、単位電池１００の正極引出タブ１２０を、引出タブ引回部２１３を利用して、基板３００の薄膜電極部３２０ａに接触するようにして折り曲げ、引出タブ接続ボルト２５７を正極引出タブ１２０の穴１２７、引出タブ接続ネジ穴３２５に挿通し、引出タブ接続ボルト２５７と、ナット収容部２５５に収容されているナット２５６とを螺着させる。これにより、第１番目の単位電池１００の取り付けが完了する。

　次の図１０に示す工程では、ホルダ部材２００の第１面２１０側での作業となる。この工程では、図示するように、単位電池１００の上主面に２条の両面接着テープ４６０を貼着する。この両面接着テープ４６０は、ホルダ部材２００に第１番目に取り付けられる単位電池１００と、ホルダ部材２００に第２番目に取り付けられる単位電池１００との間の固着を行うために用いられるものである。両面接着テープ４６０を単位電池１００の主面に、図示するように２条設けるのは、２つの両面接着テープ４６０の中間に、後述するスペーサーを配して生産性を上げるようにしているからである。

　本発明の電池パックでは、同一方向に引き出された正極引出タブと負極引出タブの間の中心を通る線に対して線対称の扁平状の単位電池を、電池保護部材上に表裏を交互反転して積層したことも特徴としている。
　図１１に示す工程においては、両面接着テープ４６０の厚さ分以上のスペーサー（不図示）を、第１番目に取り付けられた単位電池１００の上に配した上で、さらに、このスペーサー上を滑らせるようにして、第２番目の単位電池１００の２つの引出タブを引出タブ挿通穴２１５に挿通するようにしている。２つの引出タブ挿通穴２１５の上下には、前述したように引出タブガイド突状部２２０が配されており、さらに、引出タブガイド突状部２２０にテーパー側面２２２が設けられているため、上下の引出タブガイド突状部２２０に挟まれる空間は徐々に狭くなるようになっている。これにより、単位電池の引出タブをホルダ部材２００の引出タブ挿通穴２１５に簡単に導くことができるようになっている。

　ここで、ホルダ部材２００に対して第１番目に取り付けられる単位電池１００の正極引出タブ１２０は第１列２１１側に、負極引出タブ１３０は第２列２１２側になるように配されるが、ホルダ部材２００に対して第２番目に取り付けられる単位電池１００の正極引出タブ１２０は第２列２１２側に、負極引出タブ１３０は第１列２１１側になるように配される。以下、単位電池１００を順次載置あるいは積層する上では、奇数番目に取り付けられる単位電池１００の正極引出タブ１２０は第１列２１１側に、負極引出タブ１３０は第２列２１２側になるように配され、偶数番目に取り付けられる単位電池１００の正極引出タブ１２０は第２列２１２側に、負極引出タブ１３０は第１列２１１側になるように配される。このように、載置あるいは積層方向において、隣り合う単位電池１００の引出タブの向きが異なるように配されているため、基板３００側では、載置あるいは積層方向斜めの接続を行う必要がない。
　第２番目の単位電池１００の上端部１１１がホルダ部材２００の第１面２１０に突き当てられるまで押し込まれたことを確認した上で、次の基板３００側の作業に移行する。

　続く図１２に示す工程においては、第２番目に取り付けられた単位電池１００の正極引出タブ１２０は図示下側に折り曲げられ、第１番目に取り付けられた単位電池１００の負極１３０と重ねられる。このようにされた上で、引出タブ接続ボルト２５７を、各引出タブの穴１２７、引出タブ接続ネジ穴３２５に挿通し、引出タブ接続ボルト２５７とナット２５６とを螺着させて、薄膜電極部３２０ｂ上に第１番目に取り付けられた単位電池１００の負極引出タブ１３０と、第２番目に取り付けられた単位電池１００の正極引出タブ１２０との連結部を形成し、電気接続を完了する。
　一方、第２番目に取り付けられた単位電池１００の負極引出タブ１３０は図で示す上側に折り曲げられ、第３番目に取り付けられた単位電池１００の正極引出タブ１２０との連結の準備を行う。

　次の図１３に示す工程においては、第２番目の単位電池１００を取り付けた場合と同様の要領で、スペーサーを用いて、電池保護部材４００を取り付ける。第２番目の単位電池１００の上面と、電池保護部材４００の下面とは２条の両面接着テープ４６０によって貼着される。さらに、図示するように、電池保護部材４００の上面に２条の両面接着テープ４６０を貼着する。この両面接着テープ４６０によって、電池保護部材４００と、ホルダ部材２００に第３番目に取り付けられる単位電池１００との間の固着を行う。

　本発明の電池保護部材４００を有する電池パックでは、電池保護部材に載置した単位電池の発熱を速やかに放熱することができるとともに、電池保護部材に装着した電池の温度を速やかに均一なものとすることができる。
　特に、寒冷地で屋外に長時間放置されて温度が低下した電池パックの場合には、起動直後は、電池保護部材の中央部に配置された単位電池は速やかに温度上昇するが、両端部に配置された電池は温度上昇が遅く、各電池の出力にばらつきが生じる。
　本発明の電池保護部材のように良熱伝導性材料を使用した場合には、中央部に配置された電池の発熱が良熱伝導性材料を通じて、中央部に比べて温度が低い両端部に伝達が進むこととなる。
　その結果、各単位電池は、電池パック内での位置に依存せずに温度が速やかに均一化するので、出力特性が周囲温度に影響を受けにくい電池パックを提供することができる。

　図１４は、これまで説明した方法と同様の方法によって、第３番目の単位電池１００から第８番目の単位電池１００を、ホルダ部材２００、基板３００に順次取り付けた状態を示している。基板３００側においては、単位電池１００がひとつずつ取り付けられる度毎に、引出タブを折り重ねて、引出タブ接続ボルト２５７を利用して、隣り合う単位電池１００の引出タブを連結し、電気接続を行っている。

　次の図１５に示す工程においては、第８番目の単位電池１００を取り付けた後に、さらに、電池保護部材４００を取り付けた状態を示している。このように、本実施形態に係る電池連結構造体５００においては、二つの電池保護部材４００が配されており、電池保護部材によって保護された二つの電池保護部材ブロック４５０が形成されて、各単位電池１００を外的な衝撃などから保護するようになっている。
　また、単位電池１００は、第一の板状部４２０からの第二の板状部４４０の高さ方向の上端部を越えて載置している。このように、第二の板状部４４０の上端部を越えて単位電池を載置することによって、単位電池の周囲からの放熱を良好にすることができる。
　上記の第二の板状部の上端部を越えて載置する電池は、図上で上部または下部のいずれか、あるいは両者の電池保護部材４００に載置することができる。

　図１６は、電池保護部材４００の第一の板状部４２０上に、さらに第９番目の単位電池１００と、第１０番目の単位電池１００を、ホルダ部材２００、基板３００に取り付けた状態を示している。
　第１０番目の単位電池１００の負極引出タブ１３０については、引出タブ引回部２１３を利用して、基板３００の薄膜電極部（図示せず）に固着する。これにより、第１番乃至第１０番目までの単位電池１００の各引出タブが、基板３００上で連結されて、１０個の単位電池１００の直列接続が完了して二つの電池保護部材ブロック４５０を備えた電池連結構造体５００が完成する。

　本発明の電池パックでは、単位電池１００の下端部１１２の外縁１１２Ａの第一の板状部４１０への垂直投影面は、第一の板状部外縁４８０よりも内側に位置している。したがって、電池パックに大きな衝撃が加わった場合でも、単位電池１００には、電池パックの第一の板状部の外縁４８０によって直接の衝撃が加わるのを防止することができるので、単位電池を確実に保護することができる。

　また、この図で示す電池連結構造体５００は、電池保護部材の側面の第二の板状部４４０の第一の板状部４２０面からの高さ方向の上端部を越えて単位電池１００が載置されており、一部の単位電池は、側面が第二の板状部４００によって覆われていない。
　したがって、載置した単位電池１００には、上下の電池保護部材の第二の板状部４４０の間からも周囲の空気が流通することになり単位電池１００の放熱特性が向上する。

　フィルム状外装材で外装された単位電池１００は、周囲に熱融着部を有しており、側端部１１３は折り曲げておらず、その側端部１１３は、電池保護部材４００の第二の板状部４４０の内面に接触する大きさを有しているので、電池保護部材４００上で正確な位置決めを行うとともに第一の板状部上に円滑に載置することができる。
　また、フィルム状外装材は、柔軟であるものの熱融着部は、他の部分に比べて硬度が高い部分が形成されているので、側端部１１３からの加わる力には十分な耐力を有しており、振動、衝撃等を受け止めることが可能となる。

　図１７は、図１６で示した電池連結構造体を基板側から見た図である。
　二つの電池保護部材ブロック４５０を備えており、直列接続された１０個の単位電池１００への充放電は、基板３００に取り付けられた正極端子用電極座金３２１及び負極端子用電極座金３２２を利用して行われる。正極端子用電極座金３２１には端子部材３３１が、また、負極端子用電極座金３２２には端子部材３３２が取り付けられている。

　以上のように、本発明に係る電池パックによれば、複数の単位電池１００の正極性の引出タブと負極性の引出タブとを、ホルダ部材２００の引出タブ挿通穴２１５に挿通する作業を行い、複数の単位電池１００の互いに異なる極性の引出タブ同士を基板３００上で連結するように構成するので、電池バックを製造する上での作業効率が高く、生産性が向上する。
　また、複数の単位電池１００の互いに異なる極性の引出タブ同士を引出タブ接続ボルト２５７とナット２５６により基板３００上で連結するように構成されているので、複数の単位電池１００同士を簡単に電気接続することができ、電池パックを製造する上での作業効率が高くなり、生産性が向上する。

　次に、以上のように構成される電池連結構造体５００を用いて、本発明に係る電池パックを構成する工程について、図１８乃至図２５を参照して説明する。
　図１８に示す工程では、電池連結構造体５００を収容するための第１ケース体６００に対して、第１ケース体６００に設けられている放電端子取付凹部６１１及び充電端子取付凹部６１２を利用して、放電端子６１３及び充電端子６１４をネジ止めする。
　図１９に示す工程では、第１ケース体６００の第２収容部６０２に第１緩衝部材６２１を、また、回路収容部６０３に第２緩衝部材６２２を接着剤などで取り付ける。
　図２０に示す工程では、第２ケース体６６０の第２収容部６６２に第３緩衝部材６６３を接着剤などで取り付ける。

　図２１及び図２２に示す工程は、電池連結構造体５００に対して、緩衝材を取り付ける工程が行われる。本発明に係る電池パックにおいては、第１の電池連結構造体５００、及び、第２の電池連結構造体５００の２つの構造体が電池パックに収容される構成となっている。
　図２１の工程においては、第１の電池連結構造体５００に対して、端部の単位電池１００に肉厚の第４緩衝部材５０４が取り付けられ、全ての電池保護部材の第二の板状部に、第４緩衝部材５０４より薄い第５緩衝部材５０５が取り付けられる。第４緩衝部材５０４、第５緩衝部材５０５を各部に取り付ける際には接着剤などが利用される。
　一方、図２２の工程においては、第２の電池連結構造体５００に対して、端部の単位電池１００に第４緩衝部材５０４が取り付けられ、一方側の電池保護部材の第二の板状部にのみ、第５緩衝部材５０５が取り付けられる。先に述べたものと同様、第４緩衝部材５０４、第５緩衝部材５０５を各部に取り付ける際には接着剤などが利用される。

　図２３に示す工程においては、放電端子６１３及び充電端子６１４と保護回路基板７００とが結線されると共に、第１ケース体６００の回路収容部６０３に保護回路基板７００がネジ止めされる。
　図２４に示す工程においては、第１及び第２の電池連結構造体５００と保護回路基板７００とが結線されると共に、第１ケース体６００の第１収容部６０１に第１の電池連結構造体５００Ａを、また、第２収容部６０２に第２の電池連結構造体５００Ｂをそれぞれ収容する。
　図２５に示す工程において、第１ケース体６００と第２ケース体６６０とがネジ止めされることで、本発明に係る電池パックが完成する。
　図２６は、本発明の電池パックを装着した電動自転車を説明する図である。
　電動自転車１は、フレーム２に、本発明の電池パック４を装着しており、電動自転車の駆動機構３に対して電力を供給している。
　本発明の電池パック４は、路面からの振動、衝撃を受けるフレーム２に直接装着しているが、電池パック４内には、振動、衝撃の対策が施されているので、安定した作動が実現できる。

　本発明の電池パックは、扁平状のフィルム外装電池を電池保護部材に装着したので、振動、衝撃に対する特性が優れ、載置した電池の温度を均質化することができる。また、前記扁平状電池の外縁部の前記第一の板状部上への垂直投影面を前記第一の板状部の外縁部よりも内側に配置したので、電池パックに大きな衝撃が加わった場合でも、扁平状電池の外縁部は保護部材によって保護されるので、損傷を受けることなく長期間にわたり安定した動作が期待できるので、電動自転車に装着した場合には長期間にわたり安定した作動が実現できる。更に、本発明の電池パックは、振動、衝撃の対策とともに、載置した電池の温度を均質化することができるので、電動自転車に装着した場合には寒冷地でも作動が安定した電動自転車を提供することができる。

１・・・電動自転車、２・・・フレーム、３・・・駆動機構、４・・・電池パック、１００・・・単位電池、１１０・・・単位電池本体部、１１１・・・上端部、１１２・・・下端部、１１２Ａ…下端部外縁、１２０・・・正極引出タブ、１２５・・・接続タブ、１２７・・・穴、１３０・・・負極引出タブ、１３７・・・穴、２００・・・ホルダ部材、２０３・・・引出タブ案内リブ、２１０・・・第１面、２１１・・・第１列、２１２・・・第２列、２１３・・・引出タブ引回部、２１４・・・引出タブ引回凹部、２１５・・・引出タブ挿通穴、２２０・・・引出タブガイド突状部、２２１・・・頂部、２２２・・・テーパー側面、２５０・・・第２面、２５５・・・ナット収容部、２５６・・・ナット、２５７・・・引出タブ接続ボルト、２６０・・・仕切り片、２６３・・・位置合わせ用突起部、２７０・・・ネジ穴、２７１・・・基板固着ネジ、３００・・・基板、３１４・・・引出タブ引回切欠部、３１５・・・引出タブ引出穴、３１６・・・引出タブ・仕切り片引出穴、３１７・・・仕切り片引出穴、３２０ａ、３２０ｂ、３２０ｃ・・・薄膜電極部、３２１・・・正極端子用電極座金、３２２・・・負極端子用電極座金、３２５・・・引出タブ接続ネジ穴、３２８・・・位置合わせ穴、３２９・・・基板固着ネジ穴、３３１、３３２・・・端子部材、３４０・・・コネクタ、４００・・・電池保護部材、４１０・・・第一の板状部、４２０・・・切欠部、４２１・・・第１切欠部、４２２・・・第２切欠部、４２３・・・第３切欠部、４４０・・・第二の板状部、４５０・・・電池保護部材ブロック、４６０・・・両面接着テープ、４８０・・・第一の板状部の外縁、５００・・・電池連結構造体、５０４・・・第４緩衝部材（厚）、５０５・・・第５緩衝部材（薄）、６００・・・第１ケース体、６０１・・・第１収容部、６０２・・・第２収容部、６０３・・・回路収容部、６１１・・・放電端子取付凹部、６１２・・・充電端子取付凹部、６１３・・・放電端子、６１４・・・充電端子、６２１・・・第１緩衝部材、６２２・・・第２緩衝部材、６６０・・・第２ケース体、６６１・・・第１収容部、６６２・・・第２収容部、６６３・・・第３緩衝部材、６７３・・・回路収容部、７００・・・保護回路基板

Claims (35)

1. 　第一の板状部と、
   　前記第一の板状部の幅方向の両端部に一体に結合し、前記第一の板状部の両面に対し略垂直方向に延びる第二の板状部とを有した電池保護部材を備え、
   前記第一の板状部上に載置した扁平状電池を有することを特徴とする電池パック。
2. 　前記第一の板状部上に扁平状電池を積層したことを特徴とする請求項１記載の電池パック。
3. 　前記第一の板状部の長手方向に垂直な面での切断面がＨ字状である電池保護部材であることを特徴とする請求項１または２記載の電池パック。
4. 　前記扁平状電池の載置面が前記第一の板状部の両面に形成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載の電池パック。
5. 　前記扁平状電池がフィルム外装電池であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項記載の電池パック。
6. 　前記保護部材の第一の板状部の長手方向に前記扁平状電池の引出タブが取り出されたことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項記載の電池パック。
7. 　前記扁平状電池に両面接着テープの一方の接着面を接着して、前記第一の板状部または隣接する扁平状電池面に接着したことを特徴とする請求項１から６のいずれか１項記載の電池パック。
8. 　前記第一の板状部の少なくともいずれか一方の面に前記第二の板状部の前記第一の板状部からの高さを越えて扁平状電池を載置した電池保護部材ブロックを備え、
   　前記電池保護部材ブロックの複数個を、前記第二の板状部材の高さを越えて載置した扁平状電池面同士を対面させて一体化したことを特徴とする請求項１記載の電池パック。
9. 　前記扁平状電池の載置面が前記第一の板状部の両面に形成されていることを特徴とする請求項８記載の電池パック。
10. 前記第一の板状部上に扁平状電池を積層したことを特徴とする請求項８または９記載の電池パック。
11. 前記扁平状電池の平板面が前記第一の板状部に載置されていることを特徴とする請求項８から１０のいずれか１項記載の電池パック。
12. 前記扁平状電池がフィルム外装電池であることを特徴とする請求項８から１１のいずれか１項記載の電池パック。
13. 前記保護部材の第一の板状部の長手方向に前記扁平状電池の引出タブが取り出されたことを特徴とする請求項８から１２のいずれか１項記載の電池パック。
14. 前記扁平状電池に両面接着テープの一方の接着面を接着して、前記第一の板状部または隣接する扁平状電池面に接着したことを特徴とする請求項８から１３のいずれか１項記載の電池パック。
15. 前記第一の板状部上に扁平状電池を載置した電池保護部材ブロックと、
    前記電池保護部材ブロックの複数個を前記扁平状電池面同士を対面させて一体化した電池連結構造体を備え、
    前記対面させて一体化した扁平状電池の総高さが、前記第二の板状部の前記第一の板状部からの高さの２倍より大きいことを特徴とする請求項１記載の電池パック。
16. 前記第一の板状部に表裏を交互に逆転して載置した複数の扁平状電池を有し、
    前記扁平状電池のそれぞれの正極引出タブと負極引出タブは同一方向に引き出されたことを特徴とする請求項１記載の電池パック。
17. 　前記扁平状電池は、同一方向に引き出された正極引出タブと負極引出タブの間の中心を通る線に対して略線対称であることを特徴とする請求項１６記載の電池パック。
18. 　前記扁平状電池の載置面が前記第一の板状部の両面に形成されていることを特徴とする請求項１６または１７記載の電池パック。
19. 　前記扁平状電池の平板面が前記第一の板状部に積層されていることを特徴とする請求項１６から１８のいずれか１項記載の電池パック。
20. 　扁平状電池がフィルム外装電池であることを特徴とする請求項１６から１９のいずれか１項記載の電池パック。
21. 　前記保護部材の第一の板状部の長手方向に前記扁平状電池の引出タブが取り出されたことを特徴とする請求項１６から２０のいずれか１項記載の電池パック。
22. 　扁平状電池に両面接着テープの一方の接着面を接着して、前記第一の板状部または隣接する扁平状電池面に接着したことを特徴とする請求項１６から２１のいずれか１項記載の電池パック。
23. 　良熱伝導性材料製の前記電池保護部材を備えたことを特徴とする請求項１記載の電池パック。
24. 　前記扁平状電池の載置面が前記第一の板状部の両面に形成されていることを特徴とする請求項２３記載の電池パック。
25. 　前記扁平状電池の平板面が前記第一の板状部に積層されていることを特徴とする請求項２３または２4記載の電池パック。
26. 　前記良熱伝導性材料が、金属製部材、良熱伝導性材料粒子を分散した合成樹脂製部材であることを特徴とする請求項２３から２５のいずれか１項記載の電池パック。
27. 　前記金属製部材が、アルミニウム、アルミニウム合金、銅から選ばれるいずれかであり、前記良熱伝導性材料粒子が窒化アルミニウム、窒化ケイ素、アルミナのいずれかであることを特徴とする請求項２６-記載の電池パック。
28. 　前記扁平状電池がフィルム外装電池であることを特徴とする請求項２３から２７のいずれか１項記載の電池パック。
29. 　前記保護部材の第一の板状部の長手方向に前記扁平状電池の引出タブが取り出されたことを特徴とする請求項２３から２８のいずれか１項記載の電池パック。
30. 　前記扁平状電池に両面接着テープの一方の接着面を接着して、前記第一の板状部または隣接する扁平状電池面に接着したことを特徴とする請求項２３から２９のいずれか１項記載の電池パック。
31. 　前記第一の板状部にフィルム状外装材によって封口した扁平状電池を載置したものであって、
    前記扁平状電池の外縁の前記第一の板状部上への垂直投影面は、前記第一の板状部の外縁の内側に位置していることを特徴とする請求項１記載の電池パック。
32. 　扁平状電池の載置面が前記第一の板状部の両面に形成されていることを特徴とする請求項３１記載の電池パック。
33. 　前記保護部材の第一の板状部の長手方向に前記扁平状電池の引出タブが取り出されたことを特徴とする請求項３１または３２のいずれか１項記載の電池パック。
34. 　前記扁平状電池に両面接着テープの一方の接着面を接着して、前記第一の板状部または隣接する扁平状電池面に接着したことを特徴とする請求項３１から３３のいずれか１項記載の電池パック。
35. 　請求項１から３４のいずれか１項記載の電池パックを備えたことを特徴とする電動自転車。

Images