WO2021084990A1 - 電池パック及び電気機器 - Google Patents

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WO2021084990A1
WO2021084990A1 PCT/JP2020/036446 JP2020036446W WO2021084990A1 WO 2021084990 A1 WO2021084990 A1 WO 2021084990A1 JP 2020036446 W JP2020036446 W JP 2020036446W WO 2021084990 A1 WO2021084990 A1 WO 2021084990A1
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battery
cell
support portion
battery pack
cell support
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PCT/JP2020/036446
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吉田　敏之
浩之 塙
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工機ホールディングス株式会社
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    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention relates to a battery pack that supplies power to an electric device main body provided with a load device such as a motor and lighting. It also relates to an electric device that operates a work device by attaching a battery pack.
  • Electric devices such as electric tools have come to be driven by battery packs using secondary batteries such as lithium-ion batteries, and electric devices are becoming cordless.
  • a battery pack containing a plurality of secondary battery cells is used as a power source, and a load device such as a motor is used by the electric energy stored in the battery pack.
  • the battery pack is detachably attached to the power tool body, and when the voltage drops due to discharge, the battery pack is removed from the power tool body and charged using an external charger.
  • the technique of Patent Document 1 is known as an example of such a battery pack.
  • the battery pack of Patent Document 1 realizes a battery pack with a rated voltage of 14.4 V by connecting four cells of a lithium ion secondary battery having a rated voltage of 3.6 V in series and connecting two sets in parallel. There is.
  • a conventional battery pack will be described with reference to FIG.
  • the battery pack 300 accommodates a total of eight battery cells 341 to 348 inside the space defined by the upper case 310 and the lower case 320 made of synthetic resin.
  • Two rails (not visible in the figure) extending in parallel toward the mounting direction of the battery pack 300 are provided on the left and right sides of the upper case 310 of the battery pack 300, and batteries are provided on the left and right sides behind the rails.
  • a latch mechanism (not visible in the figure) is provided to hold the pack from falling out of the power tool.
  • Battery cells 341 to 348 are arranged in an orderly manner on the lower side and four on the upper side, and the longitudinal direction of the battery cells 341 to 348 extends in a direction orthogonal to the extending direction (front-back direction) of the rail portion, that is, in the left-right direction. Arranged like this.
  • the battery cells 341 to 348 are held by a separator 330 made of synthetic resin.
  • a battery pack When a battery pack is realized by using a battery cell thicker than the conventional one such as 21700 (hereinafter referred to as "thick diameter battery cell"), a battery pack having almost the same capacity as a battery pack using 10 18650 sizes is thickened. This can be achieved with five diameter battery cells.
  • the large-diameter battery cells are arranged so that the longitudinal directions are arranged in the left-right direction as in the conventional case, the width (the size in the left-right direction) and the length (the size in the front-rear direction) of the battery pack case become large. It becomes a battery pack that is difficult to use.
  • the length of the battery cell differs slightly due to manufacturing variations (for example, about 0.1 to 0.3% of the length of the battery cell), and the cell is particularly short when the battery pack case is made of resin. It has been found by the inventors' examination that the rattling may increase and the mechanical strength may decrease in the presence of the battery.
  • the present invention has been made in view of the above background, and an object of the present invention is to realize a small and lightweight battery pack and an electric device using the same by changing the arrangement direction and stacking method of the battery cells in the battery pack. To do. Another object of the present invention is to improve the shape of the cell support portion that supports the battery cell formed in the case of the battery pack to realize a battery pack that suppresses rattling and an electric device using the same. There is. Still another object of the present invention is a battery pack capable of effectively suppressing breakage of the tab joint of the battery cell and deformation of the battery cell when a strong impact such as dropping is applied to the battery pack. The purpose is to realize electrical equipment using.
  • a case forming an outer frame, a plurality of battery cells stacked in a bag by an upper battery cell located on the upper side and a lower battery cell located on the lower side in the case, and a battery.
  • an upper cell support portion provided at a position facing the upper battery cell and a lower cell support portion provided at a position facing the lower battery cell are provided and face each battery cell.
  • the upper cell support portion and the lower cell support portion are configured to be independent of each other.
  • the upper cell support portion and the lower cell support portion are formed integrally with the case. Further, the upper cell support portion and the lower cell support portion are provided on both sides in the longitudinal direction of the battery cell, respectively.
  • the upper cell support portion and the lower cell support portion have a fragile portion.
  • the upper battery cells are stacked in a case so as to be larger than the lower battery cells in a radial direction, and the support portion is configured to support the upper battery cell located at the end of the upper battery cell from below. ..
  • a battery pack having a plurality of battery cells stacked in a bale, and includes a support portion for supporting the upper battery cells located at both ends in the direction in which the battery cells are arranged from below. ..
  • This support is formed integrally with the case.
  • each battery is provided with an upper cell support portion provided at a position facing the upper battery cell and a lower cell support portion provided at a position facing the lower battery cell in the longitudinal direction of the battery cell.
  • the upper cell support portion and the lower cell support portion facing the cell are configured to be independent of each other.
  • the upper cell support portion is provided so as to project inward from the case, and the lower cell support portion projects inward from the case at a position below the upper cell support portion and away from the upper cell support portion.
  • an electric device main body having a battery pack, a rail groove into which the battery pack can be mounted, and a battery pack mounting portion having a locking claw that is locked to the rail groove is realized, and electricity is realized.
  • the device body is configured to operate a load unit such as a motor that consumes the power supplied from the battery pack.
  • a small and lightweight battery pack and electric device can be realized, and rattling of the battery cell with respect to the case can be suppressed. Further, it is possible to suppress the breakage of the tab of the battery cell and the deformation of the battery cell.
  • the cells are arranged in a bale and a cell support portion that acts independently for each battery cell is provided. It is possible to improve the impact resistance and the vibration resistance against the vibration of the power tool.
  • the fragile portion formed by a plurality of ribs is formed on the cell support portion, so that there is no possibility of being affected by the size of adjacent battery cells. .. Furthermore, even if there is a long battery cell next to a short battery cell, rattling can be effectively suppressed, eliminating the need to install an elastic spacer and reducing manufacturing costs. Can contribute.
  • FIG. 3 is a view showing a state in which the insulating sheet 178 is removed from the assembly of the separator 250 of FIGS. 3 and 4,
  • FIG. 3A is a perspective view of the assembly of the separator 250 as viewed from the front side, and FIG.
  • FIG. 8 It is a perspective view which looked at the assembly of the separator 250 from the rear side. It is a perspective view which shows the separator 250 alone of FIG. It is a top view of the lower case 200 of FIG. 3, and is the figure which shows the storage position of the battery cell 145 to 149 to be housed. It is sectional drawing of the part AA of FIG. It is the same cross-sectional view as FIG. 8, and is the figure which emphasized the contact part between the upper cell support part 211-213 and the battery cell 145-147, and the contact part between the lower cell support part 214-215 and the battery cell 148-149. It is sectional drawing of the BB part of FIG. It is a perspective view of the lower case 200 alone of FIG.
  • FIG. 3 is a view of the lower case 200 alone, (A) is a plan view, (B) is a sectional view of a portion CC of (A), and (C) is DD of (A). It is sectional drawing of a part. It is a partially enlarged view of the part E of FIG. 12 (A).
  • 1 is a view of the battery pack 100, FIG. 1A is a top view, FIG. 1B is a sectional view taken along line FF of FIG. 1, and FIG. 1B is a sectional view taken along line GG of FIG. It is a figure.
  • (A) is a cross-sectional view of the HH portion of FIG. 14 (A)
  • (B) is a cross-sectional view of the I-I portion of FIG. 14 (A). It is a vertical sectional view of a conventional battery pack.
  • FIG. 1 The front-back, left-right directions on the main body side of the power tool are the directions shown in FIG. 1, and the front-back, left-right, and up-down directions when viewed as a single battery pack are shown in FIGS. 1, 2, etc. with reference to the battery pack mounting direction. It will be described as the direction shown.
  • FIG. 1 is a perspective view of the power tool main body 1 according to the present embodiment and the battery pack 100 mounted on the power tool main body 1.
  • An electric tool which is a form of an electric device, has a battery pack 100, and drives a tip tool or a work device by using a rotational driving force by a motor (not shown).
  • a rotational driving force by a motor (not shown).
  • Various types of power tools have been realized, but the impact tool shown in FIG. 1 performs tightening work by applying a rotational force or a striking force in the axial direction to the tip tool 9.
  • the power tool main body 1 includes a housing 2 which is an outer frame forming an outer shape.
  • the housing 2 is composed of a body portion 2a for accommodating a motor and a power transmission mechanism (not shown), a handle portion 2b extending downward from the body portion 2a, and a battery pack mounting portion 10 formed under the handle portion 2b. ..
  • a trigger-shaped operation switch 4 is provided in the vicinity of a part of the handle portion 2b where the index finger hits when the operator grips the handle portion 2b.
  • An anvil (not visible in the figure) serving as an output shaft is provided on the front side of the housing 2, and a tip tool holding portion 8 for mounting the tip tool 9 is provided at the tip of the anvil.
  • a Phillips screwdriver bit is attached as the tip tool 9.
  • the terminal portion 20 is manufactured by integrally molding a non-conductor material such as synthetic resin, and a plurality of metal terminals, for example, a positive electrode input terminal 22, a negative electrode input terminal 27, and an LD terminal (abnormal signal terminal) 28 are cast therein. Is done.
  • the terminal portion 20 is formed with a vertical surface 20a and a horizontal surface 20b which are abutting surfaces in the mounting direction (front-rear direction), and the horizontal surface 20b is a surface adjacent to and facing the upper surface 115 when the battery pack 100 is mounted.
  • a curved portion 12 that comes into contact with the raised portion 132 of the battery pack 100 is formed on the front side of the horizontal plane 20b, and a protruding portion 14 is formed near the center of the left and right sides of the curved portion 12.
  • the protrusion 14 also serves as a boss for screwing the housing of the power tool body 1 formed in two in the left-right direction, and also serves as a stopper that limits the relative movement of the battery pack 100 in the mounting direction.
  • the battery pack 100 contains five lithium-ion battery cells with a rating of 3.6V in a case composed of an upper case 110 and a lower case 200, and outputs a direct current with a rating of 18V.
  • a plurality of slots 121 to 128 are formed extending rearward from the front stepped portion 114 on the upper step surface 115.
  • Two rail portions 138a and 138b are formed on the side surface of the upper surface 115 of the battery pack 100.
  • the rail portions 138a and 138b are formed so that the longitudinal direction is parallel to the mounting direction of the battery pack 100.
  • the groove portion of the rail portions 138a and 138b has an open end at the front end and a closed end connected to the front side wall surface of the raised portion 132 at the rear end.
  • FIG. 2A and 2B are single views of the battery pack 100, where FIG. 2A is a top view, FIG. 2B is a left side view, and FIG. 2C is a rear view.
  • the two rail portions 138a and 138b are formed in parallel so as to extend in the front-rear direction.
  • the slot group arrangement area 120 is arranged on the upper surface 115 sandwiched between the rail portions 138a and 138b, and eight slots 121 to 128 are formed in the slot group arrangement area 120. Slots 121 to 128 are notched portions so as to have a predetermined length in the battery pack mounting direction, and inside the notched portions, the power tool main body 1 or an external charging device (shown).
  • a plurality of connection terminals (described later in FIG.
  • Slots 121 to 128 are notched on the upper surface and the vertical surface parallel to the mounting direction so that the terminal on the power tool main body side can be inserted from the lower surface 111 side.
  • the slot 121 on the right side of the battery pack 100 near the rail portion 138a serves as an insertion port for the positive electrode terminal (C + terminal) for charging
  • the slot 122 serves as an insertion port for the positive electrode terminal (+ terminal) for discharging.
  • the slot 127 on the left side of the battery pack 100 near the rail portion 138b serves as an insertion port for the negative electrode terminal (-terminal).
  • a plurality of signal terminals for signal transmission used for controlling the battery pack 100, the power tool main body 1 and an external charging device (not shown) are arranged, and here, for signal terminals.
  • the four slots 123 to 126 are provided between the power terminal groups.
  • Slot 123 is a spare terminal insertion slot, and no terminal is provided in this embodiment.
  • the slot 124 is an insertion port for a T terminal for outputting a signal serving as identification information of the battery pack 100 to the power tool main body or the charging device.
  • Slot 125 is an insertion slot for a V terminal for inputting a control signal from an external charging device (not shown).
  • the slot 126 is an insertion port for an LS terminal for outputting battery temperature information by a thermistor (temperature sensitive element) (not shown) provided in contact with the cell.
  • a slot 128 for the LD terminal which outputs an abnormal stop signal by the battery protection circuit described later included in the battery pack 100 is further provided.
  • Latches 141a and 141b which are operation buttons of the latch mechanism, are provided behind the side surface of the battery pack 100.
  • a stopper portion 131 that is recessed downward from the raised portion 132 is formed in the vicinity of the center sandwiched between the latches 141a and 141b.
  • the stopper portion 131 serves as an abutting surface of the protrusion 14 (see FIG. 1) when the battery pack 100 is mounted on the battery pack mounting portion 10, and the protrusion 14 on the power tool body 1 side is the stopper portion.
  • the plurality of terminals (device side terminals) arranged in the power tool main body 1 and the plurality of connection terminals (described later in FIG. 4) arranged in the battery pack 100 come into contact with each other. Becomes conductive.
  • a plurality of slits 134 serving as cooling air intakes connected to the inside of the battery pack 100 are provided.
  • the slit 134 is a wind window used for forcibly flowing cooling air inside the battery pack 100 when the battery pack 100 is connected to a charging device (not shown) for charging, and is a wind window used for forcibly flowing cooling air inside the battery pack 100.
  • the cooling air taken in is discharged to the outside through a slit 201a (described later in FIG. 3), which is an exhaust air window provided on the front wall of the lower case 200.
  • the slit 134 may be used as an exhaust air window, and the slit 201a may be used as a cooling air intake.
  • the lower case 200 has a substantially rectangular parallelepiped shape with an open upper surface, and is composed of a bottom surface, a front wall 201 extending in the vertical direction with respect to the bottom surface, a rear wall 202, a right side wall 203, and a left side wall 204.
  • a locking portion 142b protrudes to the left at the lower part of the rail portion 138b due to the action of a spring, and a recess (not shown) formed in the rail portion 11a of the power tool body 1 is formed.
  • a similar locking portion 142a is also provided on the right rail portion 138a.
  • Inwardly recessed portions 203a (see FIG. 3 to be described later) and 204a are formed on the front lower side of the left side wall 204 and the right side wall 203 (not visible in the drawing) of the lower case 200.
  • the recessed portion 204a has the effect of increasing the strength of the lower case 200 by forming irregularities on the outer surface, and also has the effect of being a design point and making it easier for the operator to grip the battery pack 100.
  • the joint surface between the upper case 110 and the lower case 200 is located immediately below the latches 141a and 141b, and the upper case 110 and the lower case 200 are fixed by screws (not shown). Screw bosses 207c and 207d having through holes from the bottom to the top are formed in the lower case 200.
  • FIG. 3 is a perspective view of the battery pack 100 according to the embodiment of the present invention.
  • the housing of the battery pack 100 is formed by a lower case 200 and an upper case 110 that can be divided in the vertical direction.
  • the lower case 200 and the upper case 110 are made of a member that does not conduct electricity, for example, a synthetic resin.
  • the upper case 110 is provided with a mounting mechanism for the battery pack 100 and a connection mechanism for establishing an electrical connection with the main body of the electric device, and an opening 113 that opens downward is formed.
  • the lower case 200 is formed to accommodate five battery cells 145 to 149 (see FIG. 5 for reference numerals) and has an opening 206 that opens upward.
  • the upper case 110 and the lower case 200 are fixed to each other by four screws (not shown) penetrating the screw bosses 207a to 207d (see FIG. 2C for 207d) so that the opposing openings 113 and 206 are aligned. To.
  • the upper case 110 is formed with two rail portions 138a and 138b for attachment to the battery pack mounting portion 10.
  • the rail portions 138a and 138b are mounting mechanisms formed so that the longitudinal direction is parallel to the mounting direction of the battery pack 100 and the rail portions 138a and 138b project and recess in the left and right directions from the left and right side surfaces of the upper case 110.
  • the rail portions 138a and 138b are formed in a shape corresponding to the rail portions 11a and 11b (see FIG. 2) formed in the battery pack mounting portion 10 of the power tool body 1, and the rail portions 138a and 138b are the rail portions 11a and 11b.
  • the battery pack 100 is fixed to the power tool main body 1 by locking with the locking portions 142a and 142b (see FIG. 2) which are the claws of the latch in the state of being fitted with the battery pack 100.
  • a flat lower surface 111 is formed on the front side of the upper case 110, and an upper surface 115 formed higher than the lower surface 111 is formed near the center.
  • the lower surface 111 and the upper surface 115 are formed in a stepped shape, and the connecting portion thereof is a stepped portion 114 which is a vertical surface.
  • the front side portion from the step portion 114 to the upper stage surface 115 becomes the slot group arrangement area 120.
  • a raised portion 132 formed so as to be raised is formed on the rear side of the upper surface 115, and a recessed stopper portion 131 and a slit 134 are formed near the center.
  • a synthetic resin separator 250 is housed in the internal space of the lower case 200.
  • the separator 250 serves as a base for holding the five battery cells in a stacked state and for mounting the circuit board 150 for holding the connection terminal group on the upper side.
  • the circuit board 150 fixes a plurality of connection terminals (161, 162, 164 to 168), and electrically connects these connection terminals to a circuit pattern (not shown).
  • the circuit board 150 is further equipped with various electronic elements (not shown here) such as a battery protection IC, a microcomputer, a PTC thermistor, a resistor, and a capacitor.
  • a single-layer board, a double-sided board, or a multi-layer board can be used.
  • the positive electrode terminals 161 and 162 are arranged on the right side of the circuit board 150, and the negative electrode terminals 167 are arranged on the left side.
  • Three signal terminals (T terminal 164, V terminal 165, LS terminal 166) are provided between them.
  • An LD terminal 168 is provided on the left side of the negative electrode terminal 167.
  • These connection terminals have an arm portion that fits with the plate-shaped connection terminal on the main body side of the electric device, and the same parts as the connection terminals used in the conventional battery pack 300 shown in FIG. 16 can be used. ..
  • An insulating sheet 178 is provided at the front end in the longitudinal direction of the battery cells 145 to 149 (not visible in the figure) housed in the separator 250.
  • the insulating sheet 178 is made of a material that does not conduct electricity, for example, paper, and a sealing material is applied to the inner portion thereof.
  • the insulating sheet 178 achieves electrical insulation, and a metal connection tab (described later in FIG. 5) provided at the end of the battery cell protects the portion corresponding to the support portion of the lower case.
  • the internal space of the lower case 200 has a shape suitable for accommodating the separator 250, and a cell support portion and a cell side surface support portion (both described later) are formed in order to stably hold the separator 250.
  • the lower case 200 is designed according to the number of battery cells to be accommodated and the size of the separator 250 to be changed accordingly.
  • the upper case 110 used for the 18V battery pack that has already been commercialized as the upper case 110 is used as it is, and redesigned according to the size, number, and separator 250 of the battery cell that accommodates only the lower case 200. It is a miniaturized version.
  • FIG. 4 is the same developed perspective view as in FIG. 3, and is a view seen from the rear side.
  • the end of the battery cell is also located on the rear side of the separator 250, and the insulating sheet 179 is provided.
  • Two screw bosses 207c and 207d are formed on the rear side wall surface of the lower case 200.
  • five battery cells are mounted, a circuit board is mounted, a metal connection tab (described later in FIG. 5), an insulating sheet 178 (see FIG. 3), and the like.
  • a thin rubber sheet, sponge sheet, or the like it is not necessary to interpose a thin rubber sheet, sponge sheet, or the like. However, since it is not absolutely unnecessary, it is optional to insert a thin rubber sheet, sponge sheet, or the like.
  • FIG. 5 is a perspective view showing a state in which only the insulating sheets 178 and 179 are removed from the assembly of the separator 250 of FIGS. 3 and 4.
  • FIG. 5A is a view of the separator 250 viewed diagonally from the front as in FIG. 3
  • FIG. 5B is a view of the separator 250 viewed diagonally from the rear as in FIG.
  • the separator 250 accommodates five battery cells 145 to 149.
  • the battery cells 145 to 149 so-called "21700 size" lithium ion battery cells having a diameter of 21 mm and a length of 70 mm are used.
  • the battery cells 145 to 149 are arranged with two cells on the lower side and three cells on the upper side so that the longitudinal direction thereof is the front-rear direction.
  • bale stacking is a stacking method in which the outer peripheral surfaces of the cylindrical battery cells are in contact with each other, and the virtual surface connecting the upper end positions of the lower battery cells is the lower end of the upper battery cells.
  • the battery cells 145 to 149 are substantially W-shaped in the lower case 200. Be placed.
  • R is the diameter of the battery cells.
  • the separator 250 covers most of the outer peripheral surface so that the battery cells 145 to 149 do not come into direct contact with each other. ..
  • the type of battery cell is not limited to the lithium ion battery, and any kind of secondary battery such as a nickel hydrogen battery cell, a lithium ion polymer battery cell, and a nickel cadmium battery cell may be used. Further, the size of the battery cell is not limited to the so-called “21700 size", but may be larger or smaller than this if it can be accommodated in the lower case.
  • the synthetic resin separator 250 (details will be described later) is formed with an inner cylinder portion through which the cylindrical battery cells 145 to 149 penetrate, and both ends of the battery cells 145 to 149 in the longitudinal direction are exposed from the separator 250. Hold in the form of. In that state, the connection tabs 171 to 175 made of a thin metal plate are connected to the adjacent battery cells.
  • Various orientations of the battery cells 145 to 149 can be considered, but here, the upper battery cells 145 to 147 are arranged so that the front side in the axial direction is the negative electrode, and the lower battery cells 148 to 149 are arranged in the front direction in the axial direction.
  • the positive electrode and the negative electrode may be arranged in reverse.
  • the battery cells 145 and 148 are connected to the axial front ends of the battery cells 145 to 147 by the connection tab 172, and the battery cells 146 and 149 are connected by the connection tab 174.
  • the battery cell 147 is provided with a connection tab 176 for connecting to the negative electrode terminal 167.
  • the positive electrode of the battery cell 146 and the negative electrode of the battery cell 148 are connected to the rear end in the axial direction of the battery cells 145 to 147 by the connection tab 173, and the battery is connected by the connection tab 175.
  • the positive electrode of cell 147 and the negative electrode of 149 are connected.
  • the positive electrode of the battery cell 145 is provided with a connection tab 171 for connecting to the positive electrode terminals 161 and 162.
  • connection tabs 171 to 176 are fixed to the battery cells 145 to 149 by spot welding at four locations. In order to stabilize the spot welding of the connection tabs 171 to 176, slits extending in the vertical direction are formed in the connection tabs 171 to 176 so as to divide two of the four welding points. Further, the connection tabs 172 to 175 are formed with drawer portions 172a to 175a for monitoring the intermediate potential of the battery cells connected in series by a protection IC (not shown). The ends of the drawers 172a and 174a are connected to the circuit board 150 by lead wires (not shown), and the ends of the drawers 173a and 175a have through holes formed in the circuit board 150 from the back surface side to the front surface side of the circuit board 150. It is penetrated and soldered on the surface side.
  • FIG. 6 is a perspective view showing a single unit of the separator 250 of FIG.
  • Five cylindrical cell accommodating portions 251 to 255 are formed on the separator 250, and the battery cells 145 to 149 are stacked so that their axes are parallel to each other.
  • the length of the separator 250 in the front-rear direction is substantially the same as or slightly smaller than that of the battery cells 145 to 149, so that the front end faces and the rear end faces of the battery cells 145 to 149 are exposed from the separator 250.
  • the outer edge near the front opening has a continuous wall surface
  • the outer edge near the rear opening also has a continuous wall surface.
  • a part of the side wall is cut out in the vicinity of the center of the cell accommodating portions 251 to 255 in the front-rear direction, and a part of the side surface of the battery cell is exposed so as to be seen from the outside of the separator 250.
  • This cut-out portion is for weight reduction of the separator 250.
  • the separator 250 holds the stacked battery cells 145 to 149 so that they do not move relative to the lower case 200. Therefore, the separator 250 itself is also restricted from moving in the vertical and horizontal directions by the lower case 200.
  • the outer peripheral surfaces of the battery cells 145 and 147 provided on the upper left and right sides (contact portions 273 to 276 of the separator 250 (273, 274 in the figure). Is not visible)) is directly supported from below by the cell supports 231, 232, 241 and 242 (see FIG. 7 below).
  • Planar left side contact surfaces 263 and 264 are formed on the side surfaces of the legs 257 and 258 of the separator 250.
  • a plurality of ribs 267 and 268 formed in the vertical direction for reinforcement are formed on the lower side of the side connecting portions of the cell accommodating portions 253 and 255 of the separator 250.
  • Ribs are similarly formed on the right side surface of the separator 250 and below the side surface connection portions of the cell accommodating portions 251 and 254.
  • the movement of the separator 250 in the front-rear direction with respect to the lower case 200 is restricted in the left-right direction by a triangular protrusion 290 provided at the lower part of the legs 257 and 258 between the cell accommodating portion 254 and the cell accommodating portion 255.
  • the protrusions 290 are provided on both front and rear sides of the separator 250, the front protrusion 290 abuts on the cell support 212 (see FIG. 7 described later), and the rear protrusion 290 abuts on the cell support 222 (described later). (See FIG. 7).
  • two strut-shaped contact portions 285 and 286 are formed so as to come into contact with the lower surface (back surface) of the circuit board 150. Further, as shown in FIG. 5, the tip portion of the contact portion 286 is inserted into the notch 150a of the circuit board 150, positions the circuit board 150 with respect to the separator 250 together with the support column portion 282, and refers to the separator 250. The rotation of the circuit board 150 is prevented.
  • a contact surface 271 for making good surface contact with the inner wall surface of the lower case 200 is formed on the right side wall of the cell accommodating portion 251 of the separator 250.
  • a contact surface 272 for making good surface contact with the inner wall surface of the lower case 200 is formed on the left side wall of the cell accommodating portion 253 of the separator 250.
  • FIG. 7 is a top view of the lower case 200 of FIG. 3, which shows the storage positions of the battery cells 145 to 149 to be housed.
  • the width W of the effective internal volume of the lower case 200 corresponds to the width of three of the battery cells 145 to 149 stacked in a bale
  • the length L is the length of the battery cells 145 to 149 and the connection tabs 171 to 176. Is approximately equal to the length of the insulating sheet 178 plus the thickness of the insulating sheet 179.
  • cell support portions 211 to 215 for holding (or supporting) each of the battery cells 145 to 149 are provided at one end (front side) of the battery cells 145 to 149 in the longitudinal direction.
  • the cell support portions 211 to 213 hold (or support) the battery cells 145 to 147 located on the upper side, and the cell support portions 214 to 215 hold (or support) the battery cells 148 and 149 located on the lower side. Support).
  • cell support portions 221 to 225 for holding (or supporting) each of the battery cells 145 to 149 are provided.
  • the cell support portions 221 to 223 hold (or support) the battery cells 145 to 147 located on the upper side, and the cell support portions 224 and 225 hold (or support) the battery cells 148 and 149 located on the lower side. Support).
  • the cell support portions 211 to 215 and 221 to 225 are provided so as to project inward from the inner wall of the lower case 200. In FIG. 7, the connection tabs 171 to 176 and the insulating sheets 178 and 179 are not shown.
  • Cell support portions 231 and 232 are formed on the right side of the battery cell 145 and inside the right side wall 203. Similarly, cell support portions 241 and 242 are formed inside the left side wall 204. The cell support portions 231, 232, 241 and 242 are provided so as to project inward from the inner wall of the lower case 200. In this way, the five battery cells 145 to 149 are held (or supported) by the cell support portions on both end sides in the longitudinal direction, so that the battery cells 145 to 149 rattle in the longitudinal direction, that is, in the front-rear direction. It is held (or supported) so that it does not stick.
  • the battery cells 145 to 147 facing the right side wall 203 or the left side wall 204, in other words, the battery cells 145 to 147 are arranged at both ends in the horizontal direction.
  • the 145 and 147 are supported by the cell support portions 231, 232, 241 and 242 that support the bottom surface side and the side surface side from below.
  • the battery cells 148 and 149 arranged on the lower side are held by the cell support portions 233, 234, 243, and 244, but are not visible in FIG. 7 (described later in FIG. 12).
  • FIG. 8 is a cross-sectional view of a portion AA of FIG. 2
  • FIG. 9 is a cross-sectional view of the same as that of FIG. In this cross-sectional position, it is slightly in front of the front end of the battery cells 145 to 149.
  • the insulating sheets 178 and 179 are not shown in order to explain the positional relationship.
  • the upper cell support portions 211 to 213 support each battery cell so that the upper battery cells 145 to 147 do not shift in the axial direction.
  • the upper cell support portions 211 and 213 come into contact with the battery cells 145 and 147 without contacting the connection tabs 172 and 176. Since an insulating sheet 178 (not shown) is actually interposed, the upper cell support portions 211 and 213 support the battery cells 145 and 147 so as to sandwich the insulating sheet 178.
  • the contact portions 211a and 213a at this time are as shown in FIG.
  • connection tab 174 (not shown). It is also possible to customize the shape of the connection tab 174 to form a special shape so as to avoid a contact portion with the connection tab 174. However, the same parts are used for the connection tabs 172 and 174 in order to maintain the commonality of the parts (connection tabs 172 and 174) as much as possible, improve the productivity, and reduce the cost. As a countermeasure, the position of the upper cell support portion 212 in the axial direction is shifted from the other cell support portions 211, 213 to 215 in the axial direction, and the structure thereof will be described later in FIG.
  • the lower battery cells 148 and 179 are held by the lower cell support portions 214 and 215 so as not to be displaced in the axial direction.
  • the lower cell support portions 214 and 215 axially support a lower portion of the lower battery cells 148 and 149.
  • the lower cell support portions 214, 215 and the battery cells 148 and 149 are not interposed with the connection tabs 172 and 174, but only with the insulating sheet 178 (not shown).
  • the battery cell 146 is supported at the contact portions 214a and 215a of the lower cell support portions 214 and 215, respectively, via an insulating sheet 178 (not shown).
  • the independent (separated) cell support portions 211 to 215 corresponding to the battery cells 145 to 149 are formed inside the front side wall surface of the lower case 200 of the present embodiment, the battery cells 145 to 149 are formed. Can satisfactorily support (restrict) the movement of the battery in the axial direction. Further, except for the cell support portion 212, the remaining cell support portions 211, 213 to 215 are in a form of directly holding the battery cells 145 and 147 to 149 (actually, there is an insulating sheet 178), so that there is little rattling. It is possible to stably hold (or support) the battery cell.
  • the upper cell support portions 211 to 213 and the lower cell support portions 214 to 215 facing the battery cells 145 to 149 are integrally formed with the lower case 200, but are formed as protrusions independent (separated) from each other. Therefore, each size and shape, particularly the formation of a fragile portion described later in FIG. 11, can be made into a unique shape, and each battery cell 145 to 149 can be satisfactorily supported.
  • the cell support portions 211 to 215 formed inside the front wall 201 of the lower case 200 have been described, but the cell support formed inside the rear wall 202 of the lower case 200 has been described.
  • the portions 221 to 225 also have the same shape as the cell support portions 211 to 215.
  • the upper cell support portion and the lower cell support portion are provided at both end portions in the longitudinal direction of the battery cells 145 to 149, respectively.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view of a portion BB of FIG.
  • the battery cells 145 to 149 are housed inside the lower case 200 in a so-called bale-stacked state.
  • the left-right end of the separator 250 is formed with contact surfaces 271 and 272 for good surface contact with the inner wall surface of the lower case 200, ensuring the left-right positioning of the separator 250 with respect to the lower case 200. ..
  • the right side contact surface 261 of the separator 250 is in contact with the cell support portion 233
  • the left side contact surface 263 of the separator 250 is in contact with the cell support portion 243, so that the lower battery cells 148 and 149 (separator 250) are left and right. Hold (or support) so that the direction does not shift.
  • a part of the outer peripheral surfaces (cylindrical surfaces) of the upper battery cells 145 and 147 is held by the cell support portions 231 and 241 formed in an arc shape via the separator 250.
  • the cell support portions 231 and 241 were formed by stacking bales, and the number of the upper battery cells 145 to 147 arranged in the horizontal direction was three, while the number of the lower battery cells 148 and 149 was two. This is to stably hold (or support) the upper battery cells 145 and 147 in the vertical direction. By forming the cell support portions 231 and 241, the battery cells 145 and 147 are supported so as not to move downward.
  • the rib-shaped contact portions 283 and 284 formed on the upper left and right ends of the separator 250 are formed on the lower surface 111 of the upper case 110 (specifically, in FIG. 3, below the rail portions 138a and 138b in the lower surface 111).
  • the separator 250 is fixed so as not to move upward by abutting on the lower side of the step portion 114 (a portion one step lower than the portion located in front of the step portion 114).
  • the cell support portions 231 and 241 are provided on the inner wall side of the lower case 200, and the battery cells 145 and 147 located at both ends of the upper battery cells are supported from below, respectively. In the battery pack having the above battery cells, the impact resistance could be made extremely high in the stacking method of three on the upper side and two on the lower side.
  • FIG. 11 is a perspective view of the lower case 200 of FIG.
  • upper cell support portions 221 to 223 provided at positions facing the upper battery cell are formed on the rear side in the longitudinal direction of the battery cell, and are located at positions facing the lower battery cell. Is provided with lower cell support portions 224 and 225.
  • the contact portions between the upper cell support portions 221 to 223 and the lower cell support portions 224 and 225 on the separator 250 side are formed in a plurality of ribs extending in the vertical direction instead of a flat surface. The reason for making it ribbed is to make it easier to measure the size of the molded product.
  • a narrow surface such as a rib has a higher molding accuracy of the dimensions that sandwich the battery cell than a wide surface such as a flat surface.
  • the portion opposite to the rib (the back side of the rib) with respect to the facing portion (base portion 214f or the like in FIG. 13) in which the rib extends and faces each battery cell.
  • a space portion is formed between the facing portion and the inside of the rear wall 202). (Detailed in FIG. 13). With this space portion, when each cell support portion is pushed by the battery cell in the longitudinal direction of the battery cell, the facing portion can escape to the space portion.
  • each cell support portion 221 to 225 has a space portion forming a fragile portion, the facing portion of each cell support portion 221 to 225 is easily deformed. Therefore, the battery cell can be reliably supported regardless of the dimensional error of the battery cell.
  • the cell support portions 211 to 215 formed on the front side in the longitudinal direction of the battery cell are formed on the front side in the longitudinal direction of the battery cell.
  • the upper cell support portions 221 to 223 and the lower cell support portions 224 and 225 are configured so that the protruding portions from the rear wall 202 to the front are independent (separated) from each other. Further, in order to increase the rigidity of the upper cell support portion 222, reinforcing ribs 226 and 227 are formed on the left and right and are connected to the screw bosses 207c and 207d.
  • reinforcing ribs 226 and 227 are formed on the left and right and are connected to the screw bosses 207c and 207d.
  • Upper cell support portions 231 and 232 are formed on the inner portion of the right side wall 203 of the lower case 200, and upper cell support portions 241 and 242 are formed on the inner portion of the left side wall 204.
  • the shape of the upper cell support portions 232 and 242 is the same as that of the upper cell support portions 231 and 241 shown in FIG.
  • Cell support portions 234 and 244 are formed in the vicinity of the bottom surface 205 of the upper cell support portions 232 and 242.
  • the cell support portions 234 and 244 have the same shape as the cell support portions 233 and 243, the cell support portion 234 abuts on the right side contact surface (not visible in the drawing) of the separator 250, and the cell support portion 242 is on the left side of the separator 250.
  • the lower battery cells 148 and 149 are held (or supported) so as not to be displaced in the left-right direction.
  • Reinforcing ribs 235 and 236 are formed to increase the rigidity of the lower case 200. Further, since the recessed portions 203a and 204a are formed on the right side wall 203 and the left side wall 204, the rigidity of the lower case 200 can be further increased.
  • the cell support portions 211 to 215 and 221 to 225 located at both ends in the longitudinal direction in the direction in which the battery cells 145 to 149 are arranged are provided, and the cell support portions 231 that support the upper battery cells on both the left and right sides from below. 232, 241 and 242 were provided. Since these support portions are made of synthetic resin and are integrally formed with the lower case 200, the rigidity is extremely high.
  • FIG. 12A and 12B are views of the lower case 200 of FIG. 3, FIG. 12A is a plan view, FIG. 12B is a cross-sectional view of a portion CC of FIG. It is sectional drawing of -D part.
  • the distance between the cell support portions 231 and 241 in the lateral direction (horizontal direction and / and the front-rear direction) and the distance between the cell support portion 232 and the cell support portion 242 in the lateral direction (horizontal direction and / and the front-rear direction). are formed equally.
  • the distance between the cell support portions 233 and 243 in the left-right direction and / and the front-rear direction is formed equal to the distance between the cell support portion 234 and the cell support portion 244 in the left-right direction and / and the front-rear direction.
  • the positions of the five cell support portions 211 to 215 arranged side by side in the horizontal direction (horizontal direction) are not the same, and only the middle cell support portion 212 is configured to be slightly offset forward.
  • the middle cell support portion 222 is configured to be slightly offset rearward. This is because the thickness of the connection tabs 173 and 174 (both see FIG. 5) is required in addition to the battery cell 146 between the cell support portions 212 and 222. This state will be further described with reference to FIG.
  • FIG. 13 is a partially enlarged view of part E in FIG. 12 (A).
  • the contact surface of the cell support portion 214 is not flat, and has a shape such that five ribs 214a to 214e extending downward from the top extend rearward from the base portion 214f.
  • a space portion 214g is formed on the side opposite to the rib with respect to the base portion 214f, that is, between the inner surface of the front wall 201 and the inner surface of the base portion 214f (the back side of the rib).
  • the space portion 214g allows the base portion 214f to escape to the space portion 214g when the cell support portion 214 is pushed in the longitudinal direction by the battery cell 148. That is, since the cell support portion 214 has the space portion 214g forming the fragile portion, the base portion 21f of the cell support portion 214 is easily deformed. Therefore, the battery cell can be reliably supported regardless of the dimensional error of the battery cell.
  • the cell support portion 214 effectively absorbs the impact when the battery cell 148 is moved in cooperation with the insulating sheet 178 interposed between the cell support portion 214 and the battery cell 148.
  • the cell support portions 231 and 232 also have high strength because the contact portion with the separator 250 is not a flat surface but is formed by four ribs, and a downward impact applied to the battery cell 145 is applied. Even if it occurs, the battery cell 145 can be reliably supported. Since the lower cell support portions 233 and 234 do not receive a downward force from the top of the separator 250 but only suppress the movement in the left-right direction, the shape of the inner side surface thereof is flat. No fragile portions are formed in the cell support portions 231, 232, 233, and 234.
  • FIG. 12C shows the upper cell support portions 221 to 223 formed inside the rear wall 202 and the lower cell support portions 224 and 225.
  • the cell support portions 222, 224, and 225 are formed with five parallel ribs that are continuous in the vertical direction
  • the cell support portions 221, 223 are formed with three parallel ribs that are continuous in the vertical direction. ..
  • These ribs are integrally molded portions formed during injection molding of the lower case 200.
  • FIG. 14A and 14B are views of the battery pack 100 of this embodiment, where FIG. 14A is a top view, FIG. 14B is a sectional view taken along line FF of FIG. It is sectional drawing of G part.
  • the cross section of the FF portion shown in FIG. 14B is a vertical cross-sectional view of the battery pack 100 centered in the left-right direction.
  • the battery cell 146 is formed to be slightly longer than the length of the separator 250 in the front-rear direction.
  • the lower part of the front end of the battery cell 146 is held by the cell support portion 212, and the lower part of the rear end is held by the cell support portion 222.
  • the support column 282 protruding upward from the separator 250 is inserted into a through hole formed in the circuit board 150.
  • FIG. 14C is a cross section of the GG portion, which is a cross section passing through a part of the battery cell 147 and 149.
  • a screw boss 281b for fixing the circuit board 150 is formed on the separator 250 at this cross-sectional position.
  • the battery cell 149 has a vertical cross section slightly to the left of the axial center position, and at that position, the reinforcing rib 217 formed between the cell support portions 212 and 215 and the reinforcement formed between the cell support portions 222 and 225. It will pass through rib 227.
  • the reinforcing ribs 217 and 227 are formed at a position sufficiently distant from the battery cell 149 and are in a position where they do not interfere with each other.
  • FIG. 15 (A) is a cross-sectional view of the HH portion of FIG. 14 (A).
  • This cross-sectional position is a vertical cross section that passes through the axial center position of the battery cell 147, and is a position through which the lower side surface of the separator 250 passes.
  • This cross-sectional position is a cross-sectional position that passes through the rib portion extending in the vertical direction of the cell support portions 243 and 244.
  • FIG. 15 (B) is a cross-sectional view of the I-I portion of FIG. 14 (A).
  • This cross-sectional position is a vertical cross section slightly to the left of the axial center position of the battery cell 147, and is at a position where the lower side surface of the separator 250 can be seen, and reinforcing ribs 267 and 268 can be confirmed. Further, this cross-sectional position is a cross-sectional position that passes through the rib portion extending in the vertical direction of the cell support portions 243 and 244. To.
  • large-diameter battery cells 145 to 149 are stacked in a bales to reduce the height, and the longitudinal direction of the battery cells is not horizontal, but vertically arranged in the front-rear direction, so that the battery cells are compact.
  • a high-capacity battery pack 100 could be realized.
  • the cell support portions on both ends of the battery cell in the length direction suppress the shake in the axial direction, it is possible to realize a battery pack that is strong against impact and has excellent durability. Further, since the cell support portion is formed independently (separated) for each battery cell, even if the length of the battery cell varies, it can be satisfactorily dealt with.
  • the present invention has been described above based on Examples, the present invention is not limited to the above-mentioned Examples, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
  • the shape of the separator can be changed and applied to a battery cell other than a cylindrical shape such as a prismatic shape.
  • the battery cells may have two upper battery cells and three lower battery cells, and the number of battery cells may be other than five.
  • the orientation of the battery cell in the case may be arranged so that the longitudinal direction of the battery pack faces the left-right direction as in the conventional battery pack shown in FIG.
  • Insulation sheet 200 ... Lower case, 201 ... Front wall, 201a ... Slit, 202 ... Rear wall, 203 ... Right side wall, 203a, 204a ... Recess, 204 ... Left side wall, 205 ... Bottom , 205a ... raised portion, 206 ... opening, 207a to 207d ... screw boss, 211 to 213 ... (upper) cell support portion, 211a to 215a ... contact portion, 212f ... base portion, 214 to 215 ... (lower) cell Support portion, 214a to 214e ... Rib, 214f ... Base portion, 214g ... Space portion, 215a to 215e ... Rib, 215f ...

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Abstract

電池パック内の電池セルの配置方向や積み方を変更することにより、小型で軽量の電池パックを実現する。上ケース１１０と下ケース２００により形成される電池パック１００のケース内に、電池セル１４５～１４９を縦方向に並べて、上側に３本、下側に２本の俵積みとする。上側の電池セルの端面の一部（２１１ａ～２１３ａ）は、下ケース２００の内壁と一体に形成されたセル支持部２１１～２１３によって軸方向に支持される。同様に下側の電池セルの端面の一部（２１４ａ、２１５ａ）は、下ケース２００の内壁と一体に形成されたセル支持部２１４、２１５によって軸方向に支持される。セル支持部２１１～２１５は互いに独立して形成される。

Description

電池パック及び電気機器
本発明はモータ、照明等の負荷装置を備えた電気機器本体に対して電源を供給する電池パックに関するものである。また、電池パックを装着することにより作業機器を作動させる電気機器に関するものである。
電動工具等の電気機器が、リチウムイオン電池等の二次電池を用いた電池パックにて駆動されるようになり、電気機器のコードレス化が進んでいる。例えば、モータにより先端工具を駆動する手持ち式の電動工具においては、複数の二次電池セルを収容した電池パックが電源として用いられ、電池パックに蓄電された電気エネルギーにてモータ等の負荷装置を駆動する。電池パックは電動工具本体に着脱可能に構成され、電池パックは放電によって電圧が低下したら電動工具本体から取り外されて、外部充電器を用いて充電される。このような電池パックの例として特許文献１の技術が知られている。
特許文献１の電池パックは、定格電圧３．６Ｖのリチウムイオン二次電池のセルを４本直列に接続し、それら二組を並列接続することにより定格電圧１４．４Ｖの電池パックを実現している。このような従来の電池パックを図１６にて説明する。電池パック３００は合成樹脂製の上ケース３１０と下ケース３２０によって画定される空間の内部に、合計８本の電池セル３４１～３４８を収容したものである。電池パック３００の上ケース３１０の左右両側には、電池パック３００の装着方向に向けて平行に延びる２本のレール部（図では見えない）が設けられ、レール部の後方側の左右には電池パックが電動工具から脱落しないように保持するラッチ機構（図では見えない）が設けられる。電池セル３４１～３４８は下側に４本、上側に４本整然と並べられ、電池セル３４１～３４８の長手方向がレール部の延在方向（前後方向）と直交する方向、即ち、左右方向に延びるように配置される。電池セル３４１～３４８は合成樹脂製のセパレータ３３０にて保持される。図１６の電池パック３００にて１８．０Ｖ出力としたい場合には、上ケース３１０と下ケース３２０の大きさを後方側に伸ばすように変更して、電池セル３４４、３４８の後方側、又は電池セル３４１、３４５の前方側にさらに２本の電池セルを追加し、上段に５本、下段に５本の電池セルを配置する。
特開２０１２－０５１０６４号公報
コードレス型の電気機器においては所定の稼働時間の確保や、所定の出力が要求され、二次電池の性能向上に伴い高電圧化や高出力化が図られてきた。一方で、作業性を良くするために、コンパクトで軽量な電池パックの実現が望まれている。二次電池としてリチウム電池セルを用いる場合は、普及している１８６５０サイズの電池セルを、その長手方向が左右方向に向くように配置していた。近年、電池セルの種類として、１８６５０サイズでなく、２１７００等の太径で長いものが普及してきている。この２１７００等の従来よりも太い電池セル（以下、「太径電池セル」と称する）を用いて電池パックを実現すると、１８６５０サイズを１０本用いた電池パックとほぼ同等容量の電池パックを、太径電池セル５本で実現できる。しかしながら、太径電池セルを従来と同じように長手方向が左右方向に並ぶように配置すると、電池パックのケースの横幅（左右方向の大きさ）や、長さ（前後方向の大きさ）が大きくなって使いにくい電池パックになる。
一方、近年の電池パックの大容量化実現と共に、高出力の電気機器の製品が増えており、電動工具においては電池パックの高出力化に伴いモータの高出力化が進み、工具本体の重量が増加し、動作時の振動や出力が増加する傾向にあるという問題が顕在化してきた。それに伴い電池パックに要求される落下、振動に対する機械的強度の要求も高くなる。電池パック内部の部品は電池セルの質量の割合が高く、電池セルとそれを収納するケース間のがたつきを低減することが、電池セル同士や電池セルと他の部品を接続するタブ接合部の破断防止や、電池セルの変形防止などに寄与する。但し、電池セルは製造上のばらつきよりわずかながらその長さが異なり（例えば、電池セルの長さの０．１～０．３％程度）、電池パックのケースが樹脂製の場合、特に短いセルが存在した場合にがたつきが大きくなり、機械的な強度が低下する虞があることが、発明者らの検討によって判明した。
本発明は上記背景に鑑みてなされたもので、その目的は、電池パック内の電池セルの配置方向や積み方を変更することにより、小型で軽量の電池パック及びそれを用いた電気機器を実現することにある。本発明の他の目的は、電池パックのケースに形成される電池セルを支持するセル支持部の形状を改良することにより、がたつきを抑えた電池パック及びそれを用いた電気機器を実現することにある。本発明のさらに他の目的は、電池パックに落下等の強い衝撃が加わった際に、電池セルのタブ接合部の破断や、電池セルの変形を効果的に抑制できるようにした電池パック及びそれを用いた電気機器を実現することにある。
本願において開示される発明のうち代表的な特徴を説明すれば次のとおりである。本発明の一つの特徴によれば、外枠を形成するケースと、ケース内で上側に位置する上側電池セルと下側に位置する下側電池セルによって俵積みされた複数の電池セルと、電池セルの長手方向において、上側電池セルと対向する位置に設けられた上側セル支持部と、下側電池セルと対向する位置に設けられた下側セル支持部と、を備え、各電池セルに対向する上側セル支持部と下側セル支持部は互いに独立するように構成した。上側セル支持部及び下側セル支持部は、ケースと一体に形成される。また、上側セル支持部及び下側セル支持部はそれぞれ、電池セルの長手方向において両側に設けられる。
本発明の他の特徴によれば、上側セル支持部及び下側セル支持部は脆弱部を有するようにした。上側電池セルは下側電池セルよりも多くなるようにケース内において、径方向に並んで俵積みされ、支持部は上側電池セルの端に位置する上側電池セルを下方から支持するように構成した。
本発明のさらに他の特徴によれば、俵積みされた複数の電池セルを有する電池パックであって、電池セルが並んだ方向で両端に位置する上側電池セルを下方から支持する支持部を備える。この支持部はケースと一体に形成される。さらに、電池セルの長手方向において、上側電池セルと対向する位置に設けられた上側セル支持部と、下側電池セルと対向する位置に設けられた下側セル支持部と、を備え、各電池セルに対向する上側セル支持部と下側セル支持部は互いに独立するように構成した。また、上側セル支持部は、ケースから内側に突出するよう設けられ、下側セル支持部は、上側セル支持部より下方の位置において、上側セル支持部から離れた状態でケースから内側に突出するよう設けられている。以上のように構成することによって、電池パックと、電池パックを装着可能なレール溝と、レール溝に係止される係止爪を有する電池パック装着部を備えた電気機器本体が実現され、電気機器本体が電池パックから供給される電力を消費するモータ等の負荷部を稼働させる構成にした。
本発明によれば、小型で軽量の電池パック及び電気機器を実現し、ケースに対する電池セルのがたつきを抑えることができる。また、電池セルのタブの破断や電池セルの変形を抑えることができる。また、個々に長さの異なる電池セルとケースの間のがたつきを小さくするために、セルを俵積みに並べて、電池セル毎に独立して作用するセル支持部を設けたので、落下による耐衝撃性や、電動工具の振動に対する耐振動性を向上することができる。さらに、セル支持部に複数のリブで形成される脆弱部を形成したので、脆弱部がセルの大きさに合わせて変形量が変わるため、隣り合う電池セルの大きさの影響を受ける虞がない。さらに、長さが短い電池セルの隣に、長さが長い電池セルがあってもがたつきを効果的に抑制できるので、弾性のあるスペーサの設置の必要性もなくなり、製造コストの低減に寄与できる。
本発明の実施例に係る電動工具本体１と、それに装着される電池パック１００の斜視図である。 本実施例の電池パック１００の単体図であり、（Ａ）は上面図、（Ｂ）は左側面図、（Ｃ）は背面図である。 本発明の実施例に係る電池パック１００の展開斜視図である（その１）。 図３の電池パック１００の展開斜視図である（その２）。 図３、図４のセパレータ２５０の組立体から、絶縁シート１７８を取り外した状態を示す図であり、（Ａ）はセパレータ２５０の組立体を前方側から見た斜視図であり、（Ｂ）はセパレータ２５０の組立体を後方側から見た斜視図である。 図３のセパレータ２５０単体を示す斜視図である。 図３の下ケース２００の上面図であって、収容される電池セル１４５～１４９の収納位置を示す図である。 図２のＡ－Ａ部の断面図である 図８と同じ断面図であり、上側セル支持部２１１～２１３と電池セル１４５～１４７、下側セル支持部２１４、２１５と電池セル１４８、１４９との接触部位を強調した図である。 図２のＢ－Ｂ部の断面図である。 図３の下ケース２００単体の斜視図である。 図３の下ケース２００単体の図であり、（Ａ）は平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＣ－Ｃ部の断面図であり、（Ｃ）は（Ａ）のＤ－Ｄ部の断面図である。 図１２（Ａ）のＥ部の部分拡大図である。 図１の電池パック１００の図であり、（Ａ）は上面図、（Ｂ）は（Ａ）のＦ－Ｆ部の断面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＧ－Ｇ部の断面図である。 （Ａ）は図１４（Ａ）のＨ－Ｈ部の断面図であり、（Ｂ）は図１４（Ａ）のＩ－Ｉ部の断面図である。 従来の電池パックの縦断面図である。
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。以下の図において、同一の部分には同一の符号を付し、繰り返しの説明は省略する。本明細書においては、電気機器の一例として電池パックにて動作する電動工具（インパクト工具）を例示して説明するものとする。電動工具の本体側の前後左右の方向は図１に示す方向とし、電池パックの単体で見た際の前後左右、上下の方向は、電池パックの装着方向を基準として図１、図２等に示す方向であるとして説明する。
図１は本実施例に係る電動工具本体１と、それに装着される電池パック１００の斜視図である。電気機器の一形態である電動工具は、電池パック１００を有し、図示しないモータによる回転駆動力を用いて先端工具や作業機器を駆動する。電動工具は種々の種類が実現されているが、図１で示すインパクト工具は先端工具９に回転力や軸方向の打撃力を加えることにより締め付け作業を行う。電動工具本体１は、外形を形成する外枠たるハウジング２を備える。ハウジング２は、図示しないモータや動力伝達機構を収容する胴体部２ａと、胴体部２ａから下方に延びるハンドル部２ｂと、ハンドル部２ｂの下側に形成される電池パック装着部１０により構成される。ハンドル部２ｂの一部であって作業者が把持した際に人差し指があたる付近には、トリガ状の動作スイッチ４が設けられる。ハウジング２の前方側には出力軸たるアンビル（図では見えない）が設けられ、アンビルの先端には先端工具９を装着するための先端工具保持部８が設けられる。ここでは先端工具９としてプラスのドライバービットが装着されている。
電池パック装着部１０には、左右両側の内壁部分に前後方向に平行に延びる溝部を含む１１ａ、１１ｂが形成され、それらの間にターミナル部２０が設けられる。ターミナル部２０は、合成樹脂等の不導体材料の一体成形により製造され、そこに金属製の複数の端子、例えば正極入力端子２２、負極入力端子２７、ＬＤ端子（異常信号端子）２８が鋳込まれる。ターミナル部２０は、装着方向（前後方向）の突き当て面となる垂直面２０ａと、水平面２０ｂが形成され、水平面２０ｂは電池パック１００の装着時に、上段面１１５と隣接、対向する面となる。水平面２０ｂの前方側には、電池パック１００の隆起部１３２と当接する湾曲部１２が形成され、湾曲部１２の左右中央付近には突起部１４が形成される。突起部１４は左右方向に２分割で形成される電動工具本体１のハウジングのネジ止め用のボスを兼ねると共に、電池パック１００の装着方向への相対移動を制限するストッパの役目も果たす。
電池パック１００は、上ケース１１０と下ケース２００からなるケースに、定格３．６Ｖのリチウムイオン電池セルを５本収容したものであり、定格１８Ｖの直流を出力する。電池パック１００のスロット群配置領域１２０には、前方の段差部１１４から上段面１１５にて後方側に延びる複数のスロット１２１～１２８（符号は図２を参照）が形成される。電池パック１００の上段面１１５の側面には、２本のレール部１３８ａ、１３８ｂが形成される。レール部１３８ａ、１３８ｂは、長手方向が電池パック１００の装着方向と平行になるように形成される。レール部１３８ａ、１３８ｂの溝部分は、前方側端部が開放端となり、後方側端部が隆起部１３２の前側壁面と接続された閉鎖端となる。電池パック１００を電動工具本体１から取り外すときは、左右両側にあるラッチ１４１ａ、１４１ｂを押すことにより、爪状の係止部１４２ａ（図では見えない）、１４２ｂが内側に移動して係止状態が解除されるので、その状態で電池パック１００を装着方向と反対側に移動させる。
図２は電池パック１００の単体図であり、（Ａ）は上面図、（Ｂ）は左側面図、（Ｃ）は背面図である。２本のレール部１３８ａ、１３８ｂは、前後方向に延びるように平行に形成される。レール部１３８ａ、１３８ｂに挟まれる上段面１１５にはスロット群配置領域１２０が配置され、スロット群配置領域１２０には８本のスロット１２１～１２８が形成される。スロット１２１～１２８は電池パック装着方向に所定の長さを有するように切り欠かれた部分であって、この切り欠かれた部分の内部には、電動工具本体１又は外部の充電装置（図示せず）の機器側端子と嵌合可能な複数の接続端子（図３で後述）が配設される。スロット１２１～１２８は下段面１１１側から電動工具本体側のターミナルを挿入可能なように、装着方向と平行な上面と鉛直面にそれぞれ切り欠きが形成されたものである。
スロット１２１～１２８は、電池パック１００の右側のレール部１３８ａに近い側のスロット１２１が充電用正極端子（Ｃ＋端子）の挿入口となり、スロット１２２が放電用正極端子（＋端子）の挿入口となる。また、電池パック１００の左側のレール部１３８ｂに近い側のスロット１２７が負極端子（－端子）の挿入口となる。正極端子と負極端子の間には、電池パック１００と電動工具本体１や外部の充電装置（図示せず）への制御に用いる信号伝達用の複数の信号端子が配置され、ここでは信号端子用の４つのスロット１２３～１２６が電力端子群の間に設けられる。スロット１２３は予備の端子挿入口であり、本実施例では端子は設けられない。スロット１２４は電池パック１００の識別情報となる信号を電動工具本体又は充電装置に出力するためのＴ端子用の挿入口である。スロット１２５は外部の充電装置（図示せず）からの制御信号が入力されるためのＶ端子用の挿入口である。スロット１２６はセルに接触して設けられた図示しないサーミスタ（感温素子）による電池の温度情報を出力するためのＬＳ端子用の挿入口である。負極端子（－端子）の挿入口となるスロット１２７の左側には、さらに電池パック１００内に含まれる後述する電池保護回路による異常停止信号を出力するＬＤ端子用のスロット１２８が設けられる。
電池パック１００の側面後方には、ラッチ機構の操作ボタンたるラッチ１４１ａ、１４１ｂが設けられる。ラッチ１４１ａ、１４１ｂに挟まれる中央付近には、隆起部１３２から下方向に窪むストッパ部１３１が形成される。ストッパ部１３１は、電池パック１００を、電池パック装着部１０に装着した際に、突起部１４（図１参照）の突き当て面となるもので、電動工具本体１側の突起部１４がストッパ部１３１に当接するまで挿入されると、電動工具本体１に配設された複数の端子（機器側端子）と電池パック１００に配設された複数の接続端子（図４にて後述）が接触して導通状態となる。
電池パック１００のストッパ部１３１の内側には、電池パック１００の内部とつながる冷却風取入口たる複数のスリット１３４が設けられる。この電池パック１００が電動工具本体１に装着された状態では、スリット１３４が外部から視認できないように覆われて閉鎖状態になる。スリット１３４は、電池パック１００を図示せぬ充電装置に連結して充電を行う際に、電池パック１００の内部に冷却用の空気を強制的に流すために用いられる風窓であって、電池パック１００内に取り込まれた冷却風は下ケース２００の前方壁に設けられた排気用の風窓たるスリット２０１ａ（図３で後述）から外部に排出される。なお、スリット１３４を排気用の風窓とし、スリット２０１ａを冷却風取入口としても良い。
下ケース２００は、上面が開口された略直方体の形状であって、底面と、底面に対して鉛直方向に延びる前方壁２０１と、後方壁２０２と、右側側壁２０３と、左側側壁２０４により構成される。図２（Ｂ）においてラッチ１４１ｂの前方には、係止部１４２ｂがばねの作用によりレール部１３８ｂの下部で左方向に飛び出して、電動工具本体１のレール部１１ａに形成された図示しない凹部と係合することにより、電池パック１００の脱落が防止される。尚、右側のレール部１３８ａにも同様の係止部１４２ａが設けられる。下ケース２００の左側側壁２０４と右側側壁２０３（図では見えない）の前方下側には、内側にくぼむ窪み部２０３ａ（後述する図３参照）、２０４ａが形成される。窪み部２０４ａは、外面に凹凸を形成することによって下ケース２００の強度を上げる効果の他に、デザイン状のポイントとなり、作業者が電池パック１００を把持する際に掴みやすくなるという効果がある。
図２（Ｃ）において、上ケース１１０と下ケース２００の接合面は、ラッチ１４１ａ、１４１ｂのすぐ下方に位置し、上ケース１１０と下ケース２００は図示しないネジによって固定される。下ケース２００には下から上方向に貫通穴を有するネジボス２０７ｃ、２０７ｄが形成される。
図３は本発明の実施例に係る電池パック１００の斜視図である。電池パック１００の筐体は、上下方向に分割可能な下ケース２００と上ケース１１０により形成される。下ケース２００と上ケース１１０は電気を通さない部材、例えば合成樹脂製である。上ケース１１０には、電池パック１００の装着機構と、電気機器本体との電気的接続を確立するための接続機構が設けられ、下側に開口する開口部１１３が形成される。下ケース２００には、５本の電池セル１４５～１４９（符号は図５を参照）を収容するために形成され、上側に開口する開口部２０６を有する。上ケース１１０と下ケース２００は、対向する開口部１１３、２０６を合わせるようにして、ネジボス２０７ａ～２０７ｄ（２０７ｄは図２（Ｃ）参照）を貫通させる４本の図示しないネジによってお互いが固定される。
上ケース１１０には電池パック装着部１０に取り付けるために２本のレール部１３８ａ、１３８ｂが形成される。レール部１３８ａ、１３８ｂは、長手方向が電池パック１００の装着方向と平行になるように、且つ、上ケース１１０の左右側面から左右方向に突出及び窪むように形成された装着機構である。レール部１３８ａ、１３８ｂは、電動工具本体１の電池パック装着部１０に形成されたレール部１１ａ、１１ｂ（図２参照）と対応した形状に形成され、レール部１３８ａ、１３８ｂがレール部１１ａ、１１ｂと嵌合した状態で、ラッチの爪となる係止部１４２ａ、１４２ｂ（図２参照）にて係止することにより電池パック１００が電動工具本体１に固定される。
上ケース１１０の前方側には平らな下段面１１１が形成され、中央付近は下段面１１１よりも高く形成された上段面１１５が形成される。下段面１１１と上段面１１５は階段状に形成され、それらの接続部分は鉛直面となる段差部１１４となっている。段差部１１４から上段面１１５の前方側部分がスロット群配置領域１２０になる。上段面１１５の後方側には、隆起するように形成された隆起部１３２が形成され、中央付近に窪み状のストッパ部１３１とスリット１３４が形成される。
下ケース２００の内部空間には、合成樹脂製のセパレータ２５０が収容される。セパレータ２５０は、５本の電池セルを積層した状態で保持するためと、上側に接続端子群を保持する回路基板１５０を搭載するための基台となる。回路基板１５０は複数の接続端子（１６１、１６２、１６４～１６８）を固定すると共に、これら接続端子と図示しない回路パターンとの電気的な接続を行う。回路基板１５０にはさらに、電池保護ＩＣやマイクロコンピュータ、ＰＴＣサーミスタ、抵抗、コンデンサ等の様々な電子素子（ここでは図示していない）を搭載する。回路基板１５０としては、単層基板、両面基板、多層基板を用いることができる。
正極端子１６１、１６２は回路基板１５０の右側に配置され、負極端子１６７は左側に配置される。それらの間には３つの信号端子（Ｔ端子１６４、Ｖ端子１６５、ＬＳ端子１６６）が設けられる。負極端子１６７の左側にはＬＤ端子１６８が設けられる。これらの接続用の端子は、電気機器本体側の板状の接続端子と嵌合する腕部を有するもので、図１６で示す従来の電池パック３００で用いる接続端子と同じ部品を用いることができる。
セパレータ２５０に収容される電池セル１４５～１４９（図では見えない）の長手方向の前側端部には絶縁シート１７８が設けられる。絶縁シート１７８は電気を通さない材質、例えば紙製であって、その内側部分はシール材が塗布されている。絶縁シート１７８により電気的な絶縁性を達成すると共に、電池セル端部に設けられる金属製の接続タブ（図５にて後述）が下ケースの支持部に当たる部分の保護をする。
下ケース２００の内部空間はセパレータ２５０を収容するのに好適な形状とされ、セパレータ２５０を安定して保持するためにセル支持部やセル側面支持部（ともに後述）が形成される。下ケース２００は、収容される電池セルの本数や、それに伴って変更されるセパレータ２５０の大きさに合わせて設計される。ここでは、上ケース１１０として製品化済みの１８Ｖ用電池パックに使用される上ケース１１０をそのまま用いて、下ケース２００だけを収容する電池セルの大きさ、本数やセパレータ２５０に合わせて再設計して小型化したものである。
図４は図３と同じ展開斜視図であって、後ろ側から見た図である。セパレータ２５０の後方側にも電池セルの端部が位置して、絶縁シート１７９が設けられる。下ケース２００の後方側壁面には２つのネジボス２０７ｃ、２０７ｄが形成される。尚、本実施例の電池パック１００においては、５本の電池セルを装着し、回路基板を搭載して、金属製の接続タブ（図５にて後述）と絶縁シート１７８（図３参照）、１７９を取り付けた組立体を、下ケース２００の内部に収容する際に、薄いゴムシートやスポンジシート等を介在させなくても良い。但し、絶対不要という訳ではないので、薄いゴムシートやスポンジシート等を介在させることも任意である。
図５は、図３及び図４のセパレータ２５０の組立体から、絶縁シート１７８、１７９だけを取り外した状態の斜視図である。図５（Ａ）が図３と同じくセパレータ２５０を斜め前から見た図であり、図５（Ｂ）が図４と同じくセパレータ２５０を斜め後から見た図である。セパレータ２５０には、５本の電池セル１４５～１４９が収容される。ここでは、電池セル１４５～１４９として、直径２１ｍｍ、長さ７０ｍｍのいわゆる“２１７００サイズ”のリチウムイオン電池セルが用いられる。電池セル１４５～１４９は、その長手方向が前後方向になるように、下側に２つ、上側に３つのセルが配置される。電池セル１４５～１４９は、いわゆる俵積み状態になるように、合成樹脂製のセパレータ２５０によって保持される。ここで、「俵積み」とは、円柱形の電池セルの外周面が接するような積み方であって、下段側の電池セルの上端位置をつないだ仮想面が、上段側の電池セルの下端位置をつないだ仮想面よりも上側になるように、上段側の電池セル１４５～１４７と、下段側の電池セル１４８～１４９を、電池セルの半径分だけ横方向にずらすようにして積層する方法である。前方視又は後方視において、電池セル１４５、１４８、１４６、１４９、１４７の順に各電池セルの径方向中心を仮想線で結ぶと、電池セル１４５～１４９は下ケース２００内に略Ｗ字状に配置される。このように電池セル１４５～１４９を俵積みすることによって、２段の積層に必要な高さを２Ｒ（Ｒは電池セルの直径）よりも小さくすることが可能となる。ここでは、電池セル１４５～１４９同士が直接接触するような積み方では無く、セパレータ２５０にて外周面の大部分が覆われるようにして、電池セル１４５～１４９同士が直接当たらないようにしている。尚、電池セルの種類は、リチウムイオン電池だけに限られずに、ニッケル水素電池セル、リチウムイオンポリマー電池セル、ニッケルカドミウム電池セル等の任意の種類の二次電池を用いても良い。また、電池セルの大きさは、いわゆる“２１７００サイズ”だけでなく、下ケース内に収容できるならばこれよりも大きい又は小さいサイズであっても良い。
合成樹脂製のセパレータ２５０（詳細は後述の図）には、円柱形の電池セル１４５～１４９を貫通させる内筒部が形成され、電池セル１４５～１４９の長手方向の両端部がセパレータ２５０から露出する形で保持する。その状態にて、薄い金属板からなる接続タブ１７１～１７５で隣接する電池セルと接続される。電池セル１４５～１４９の並べる向きは種々考えられるが、ここでは、上側の電池セル１４５～１４７を、軸線方向前方が負極になるように配置し、下側の電池セル１４８、１４９の軸線方向前方が正極になるように配置した。なお、正極と負極は逆の配置であっても良い。図５（Ａ）に見ると、電池セル１４５～１４７の軸線方向前端部には、接続タブ１７２によって電池セル１４５と１４８が接続され、接続タブ１７４によって電池セル１４６と１４９が接続される。電池セル１４７には、負極端子１６７への接続用の接続タブ１７６が設けられる。同様にして、図５（Ｂ）に示すように、電池セル１４５～１４７の軸線方向後端部には、接続タブ１７３によって電池セル１４６の正極と１４８の負極が接続され、接続タブ１７５によって電池セル１４７の正極と１４９の負極が接続される。電池セル１４５の正極には、正極端子１６１、１６２への接続用の接続タブ１７１が設けられる。
接続タブ１７１～１７６の電池セル１４５～１４９への固定は、４カ所のスポット溶接によって行われる。接続タブ１７１～１７６のスポット溶接を安定させるために、４カ所の溶接箇所の２つを分断するように接続タブ１７１～１７６に、上下方向に延びるスリットがそれぞれ形成される。さらに、接続タブ１７２～１７５には、図示しない保護ＩＣによって直列接続された電池セルの中間電位を監視可能とするための引出し部１７２ａ～１７５ａが形成される。引出し部１７２ａ、１７４ａの端部は図示しないリード線により回路基板１５０に接続され、引き出し部１７３ａ、１７５ａの端部は、回路基板１５０に形成された貫通穴を回路基板１５０の裏面側から表面側に貫通され、表面側で半田付けされる。
図６は図３のセパレータ２５０の単体を示す斜視図である。セパレータ２５０には５つの円筒状のセル収容部２５１～２５５が形成され、各電池セル１４５～１４９の軸線がそれぞれ平行になるように積み重ねる。セパレータ２５０の前後方向の長さは電池セル１４５～１４９とほぼ同じか、わずかに小さくされ、電池セル１４５～１４９の前側端面と後側端面がセパレータ２５０から露出するような状態とされる。セル収容部２５１～２５５のうち、前側開口付近の外縁は連続された壁面を有し、後ろ側開口付近の外縁も連続された壁面を有する。一方、セル収容部２５１～２５５の前後方向の中央付近は、側壁の一部が切り抜かれた状態とされ、電池セルの側面の一部がセパレータ２５０の外側から見えるような露出状態になる。この切り抜かれた部分は、セパレータ２５０の軽量化のためである。セパレータ２５０は、スタックした電池セル１４５～１４９が下ケース２００に対して相対的に動かないように保持する。そのためセパレータ２５０自身も下ケース２００によって上下方向及び左右方向の相対移動が制限される。上下方向の移動は、セパレータ２５０の脚部２５７、２５８に加えて、上側の左右両側に設けられた電池セル１４５と１４７の外周面（セパレータ２５０の当接部２７３～２７６（図では２７３、２７４は見えない））がセル支持部２３１、２３２、２４１、２４２（いずれも後述の図７参照）によって直接下方から支持される。セパレータ２５０の脚部２５７、２５８の側面には平面状の左側当接面２６３、２６４が形成される。セパレータ２５０のセル収容部２５３と２５５の側面接続部下側には、補強のための鉛直方向に形成される複数のリブ２６７、２６８が形成される。セパレータ２５０の右側側面であって、セル収容部２５１と２５４の側面接続部下側にも、同様にリブ（図では見えない）が形成される。下ケース２００に対するセパレータ２５０の前後方向の移動規制は、左右方向でセル収容部２５４とセル収容部２５５の間で脚部２５７及び２５８の下部に設けられた三角形状の突起部２９０によって行われる。突起部２９０はセパレータ２５０の前後両側に設けられており、前側の突起部２９０はセル支持部２１２（後述する図７参照）に当接し、後側の突起部２９０はセル支持部２２２（後述する図７参照）に当接する。
セパレータ２５０の上側には、回路基板１５０を固定する為のネジボス２８１ａ、２８１ｂや、回路基板１５０中央の位置決め穴（図示せず）に係合する支柱部２８２が形成される。また、セパレータ２５０の回路基板１５０よりも右側の縁部と左側の縁部には、上ケース１１０（図４参照）によってセパレータ２５０の上部を良好に当接させるための当接部２８３、２８４が形成される。当接部２８３、２８４は、平行する鉛直状のリブを等間隔で形成することによって軽量化を図り、広範囲において上ケース１１０の下面と当接するようにしている。回路基板１５０の後方側には、回路基板１５０の下面（裏面）と当接するように、２つの支柱状の当接部２８５、２８６が形成される。また、当接部２８６の先端部分は、図５に示すように、回路基板１５０の切り欠き１５０ａに挿入されており、支柱部２８２と共にセパレータ２５０に対して回路基板１５０を位置決めするとともにセパレータ２５０に対する回路基板１５０の回転を防止している。
セパレータ２５０のセル収容部２５１の右側壁には、下ケース２００の内壁面と良好に面接触させるための当接面２７１が形成される。同様にセパレータ２５０のセル収容部２５３の左側壁には、下ケース２００の内壁面と良好に面接触させるための当接面２７２が形成される。
図７は図３の下ケース２００の上面図であって、収容される電池セル１４５～１４９の収納位置を示す図である。下ケース２００の有効内容積の幅Ｗは俵積みされた電池セル１４５～１４９の３本分の横幅にほぼ相当し、長さＬは電池セル１４５～１４９の長さに、接続タブ１７１～１７６の厚さと、絶縁シート１７８、１７９の厚さを加えた長さにほぼ等しい。ここで、電池セル１４５～１４９の長手方向の一方の端部（前側）には、電池セル１４５～１４９のそれぞれを保持（又は支持）するセル支持部２１１～２１５が設けられる。セル支持部２１１～２１３は、上側に位置する電池セル１４５～１４７を保持（又は支持）するものであり、セル支持部２１４、２１５は、下側に位置する電池セル１４８、１４９を保持（又は支持）するものである。同様にして、電池セル１４５～１４９の長手方向の他方の端部（後側）には、電池セル１４５～１４９のそれぞれを保持（又は支持）するセル支持部２２１～２２５が設けられる。セル支持部２２１～２２３は、上側に位置する電池セル１４５～１４７を保持（又は支持）するものであり、セル支持部２２４、２２５は、下側に位置する電池セル１４８、１４９を保持（又は支持）するものである。セル支持部２１１～２１５、２２１～２２５は下ケース２００の内壁から内側に突出するよう設けられている。尚、図７では接続タブ１７１～１７６と、絶縁シート１７８、１７９の図示は省略している。
電池セル１４５の右側であって、右側側壁２０３の内側にはセル支持部２３１、２３２が形成される。同様にして、左側側壁２０４の内側にはセル支持部２４１、２４２が形成される。セル支持部２３１、２３２、２４１、２４２は下ケース２００の内壁から内側に突出するよう設けられている。このように、５本の電池セル１４５～１４９は、長手方向の両端側にてセル支持部に保持（又は支持）されることによって電池セル１４５～１４９が長手方向に、即ち前後方向にがたつかないように保持（又は支持）される。また、５本の電池セル１４５～１４９のうち、右側側壁２０３又は左側側壁２０４に対向する電池セル１４５、１４７～１４９、換言すると電池セル１４５～１４７が並んだ横方向の両端に位置する電池セル１４５、１４７を下方から底面側と側面側を支持するセル支持部２３１、２３２、２４１、２４２にて支持するようにした。尚、下側に並べられる電池セル１４８、１４９は、セル支持部２３３、２３４、２４３、２４４にて保持されるが図７では見えない（図１２にて後述する）。
図８は図２のＡ－Ａ部の断面図であり、図９は図８と同じ断面図である。この断面位置では電池セル１４５～１４９の前側端部よりもやや前側である。これらの図においては、位置関係を説明するために、絶縁シート１７８、１７９の図示は省略している。セル支持部２１１～２１５と電池セル１４５～１４９を軸線方向から見たときに、セル支持部２１１～２１５と電池セルと１４５～１４９との大きさや重なり具合の関係がわかるであろう。上側セル支持部２１１～２１３は、上側の電池セル１４５～１４７が軸方向にずれないように各電池セルを支持する。その際、上側セル支持部２１１と２１３は、接続タブ１７２、１７６に当接せずに電池セル１４５と１４７を当接する形になる。実際には図示しない絶縁シート１７８が介在するので、上側セル支持部２１１と２１３は絶縁シート１７８を挟むようにして電池セル１４５と１４７を支持する。この際の接触部位２１１ａ、２１３ａは図９に示すようになる。
上側の電池セル１４６については、左右中央に形成される上側セル支持部２１２にて軸方向の動きが制限される。つまり、上側セル支持部２１２の接触部位２１２ａにて、図示しない絶縁シート１７８と接続タブ１７４を介して電池セル１４６を支持する。尚、接続タブ１７４の形状をカスタマイズして、接続タブ１７４との接触部位を回避するようにした特殊な形状に形成することも可能である。しかしながら、できるだけ部品（接続タブ１７２、１７４）の共通性を保ち、生産性を向上させ、コストダウンを図るために、接続タブ１７２、１７４は同一部品を用いている。この対策としては上側セル支持部２１２の軸線方向の位置を他のセル支持部２１１、２１３～２１５と軸線方向にずらすようにしているが、その構造については図１１にて後述する。
下側の電池セル１４８、１７９は、下側セル支持部２１４、２１５によって軸方向にずれないように保持される。下側セル支持部２１４、２１５は、下側の電池セル１４８、１４９の下側の一部分を軸方向に支持する。その際、下側セル支持部２１４、２１５と電池セル１４８、１４９は、接続タブ１７２、１７４が介在せずに、図示しない絶縁シート１７８が介在するだけになる。そして、下側セル支持部２１４及び２１５のそれぞれの接触部位２１４ａ及び２１５ａにて、図示しない絶縁シート１７８を介して電池セル１４６を支持する。
以上のように、本実施例の下ケース２００の前側壁面の内側には、電池セル１４５～１４９にそれぞれ対応する独立（分離）したセル支持部２１１～２１５を形成したので、電池セル１４５～１４９の軸線方向の動きを良好に支持（制限）することができる。また、セル支持部２１２を除いて残りのセル支持部２１１、２１３～２１５は電池セル１４５、１４７～１４９を直接保持する形（実際には絶縁シート１７８あり）になるので、がたつきが少なくて安定して電池セルを保持（又は支持）することが可能となる。また、各電池セル１４５～１４９に対向する上側セル支持部２１１～２１３と下側セル支持部２１４、２１５は、下ケース２００と一体に形成されているものの、互いに独立（分離）した突起として形成されているので、それぞれの大きさや形状、特に図１１にて後述する脆弱部の形成などを独自の形状とすることができ、各電池セル１４５～１４９を良好に支持できる。
図８及び図９の断面図においては、下ケース２００の前方壁２０１の内側に形成されたセル支持部２１１～２１５を説明したが、下ケース２００の後方壁２０２の内側に形成されたセル支持部２２１～２２５もセル支持部２１１～２１５と同じ形状とされる。このように、上側セル支持部と下側セル支持部はそれぞれ電池セル１４５～１４９の長手方向両側端部に設けられる。
図１０は図２のＢ－Ｂ部の断面図である。電池セル１４５～１４９はいわゆる俵積みされた状態にて下ケース２００の内部に収容される。セパレータ２５０の左右方向の端部は、下ケース２００の内壁面と良好に面接触させるための当接面２７１、２７２が形成され、セパレータ２５０の下ケース２００に対する左右方向の位置決めを確実にしている。またセパレータ２５０の右側当接面２６１はセル支持部２３３に当接し、セパレータ２５０の左側当接面２６３はセル支持部２４３に当接することによって下側の電池セル１４８、１４９（セパレータ２５０）が左右方向のずれないように保持（又は支持）する。上側の電池セル１４５と１４７の外周面（円筒面）の一部は、セパレータ２５０を介して円弧状に形成されたセル支持部２３１、２４１によって保持される。セル支持部２３１、２４１を形成したのは、俵積みで、上側の電池セル１４５～１４７の横方向に並べる本数が３本であるのに対して、下側の電池セル１４８、１４９が２本と少ないので、上側の電池セル１４５、１４７を上下方向に安定して保持（又は支持）させるためのである。セル支持部２３１、２４１を形成したことによって、電池セル１４５、１４７は下方向に動かないように支持される。
セパレータ２５０の左右両端の上側に形成されたリブ状の当接部２８３、２８４は、上ケース１１０の下段面１１１（詳細には図３において、下段面１１１の内、レール部１３８ａ、１３８ｂの下方のように、段差部１１４の前方に位置する部分よりも一段下がった部分）の下側に当接することにより、セパレータ２５０が上方向に動かないように固定される。以上のように、下ケース２００の内壁側にセル支持部２３１、２４１を設けて、上側電池セルのうち両端に位置する電池セル１４５、１４７をそれぞれ下方から支持することにより、俵積みされた複数の電池セルを有する電池パックにおいて、上側３本、下側２本という積み方において耐衝撃性を極めて高くすることができた。
図１１は図３の下ケース２００の斜視図である。図８で示したように、電池セルの長手方向の後方側には、上側電池セルと対向する位置に設けられた上側セル支持部２２１～２２３が形成され、下側電池セルと対向する位置には下側セル支持部２２４、２２５が設けられる。ここで、上側セル支持部２２１～２２３と下側セル支持部２２４、２２５のセパレータ２５０側との接触部位は、平面ではなく上下方向に延在する複数のリブ状にて形成される。リブ状にする理由は、成形品の寸法を出し易くするためである。平面のような広い面よりもリブのような狭い面のほうが、電池セルを挟む寸法の成形精度が高まる。一方で、各セル支持部２２１～２２５において、リブが延在し各電池セルと対向する対向部（図１３の基台部分２１４ｆ等）に対してリブと反対側の部分（リブの裏側であって対向部と後方壁２０２の内側との間）には空間部が形成されている。（図１３で詳述する）。この空間部によって、各セル支持部が電池セルによって電池セルの長手方向に押された際に対向部が空間部に逃げることができる。つまり、各セル支持部２２１～２２５が脆弱部を構成する空間部を有することにより各セル支持部２２１～２２５の対向部が変形し易くなる。よって電池セルの寸法誤差によらず確実に電池セルを支持することができる。なお、電池セルの長手方向の前方側に形成されたセル支持部２１１～２１５についても同様である。
上側セル支持部２２１～２２３と下側セル支持部２２４、２２５は、後方壁２０２から前方への突出部分が互いに独立（分離）しているように構成される。また、上側セル支持部２２２の剛性を高めるために、左右に補強リブ２２６、２２７が形成されネジボス２０７ｃ、２０７ｄと連結されている。図１１の斜視図では下ケース２００の前方壁２０１の内側の形状が見えないが、図で見える後方壁２０２の内側の形状と対称の形状である。下ケース２００の底面２０５の中心近くには隆起部２０５ａが形成される。これは射出成形上、材料の流動性を向上させるために形成されるものである。
下ケース２００の右側側壁２０３の内側部分には上側セル支持部２３１、２３２が形成され、左側側壁２０４の内側部分には上側セル支持部２４１、２４２が形成される。上側セル支持部２３２、２４２の形状は図１０で示した上側セル支持部２３１、２４１と同じ形状である。上側セル支持部２３２、２４２の底面２０５付近には、セル支持部２３４、２４４が形成される。セル支持部２３４、２４４はセル支持部２３３、２４３と同じ形状であり、セル支持部２３４はセパレータ２５０の右側当接面（図面では見えない）に当接し、セル支持部２４２はセパレータ２５０の左側当接面２６４に当接することによって下側の電池セル１４８、１４９（セパレータ２５０）が左右方向のずれないように保持（又は支持）する。下ケース２００の剛性をあげるために、補強リブ２３５、２３６が形成される。また、右側側壁２０３と左側側壁２０４には窪み部２０３ａ、２０４ａが形成されるので、さらに下ケース２００の剛性を高めることができる。
以上のように、電池セル１４５～１４９が並んだ方向で長手方向両端に位置するセル支持部２１１～２１５、２２１～２２５を設け、左右両側の上側電池セルを下方から支持するセル支持部２３１、２３２、２４１、２４２を設けた。これらの支持部は合成樹脂製であって下ケース２００と一体に形成されるので、きわめて剛性が高くなる。
図１２は図３の下ケース２００の図であり、（Ａ）は平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＣ－Ｃ部の断面図であり、（Ｃ）は（Ａ）のＤ－Ｄ部の断面図である。上面視においては、セル支持部２３１と２４１の横方向（左右方向又は／及び前後方向）の間隔と、セル支持部２３２とセル支持部２４２の横方向（左右方向又は／及び前後方向）の間隔は等しく形成される。また、セル支持部２３３と２４３の左右方向又は／及び前後方向の間隔と、セル支持部２３４とセル支持部２４４の左右方向又は／及び前後方向の間隔は等しく形成される。ここで、横方向（左右方向）に並べて配置される５つのセル支持部２１１～２１５の前後方向位置が同じでは無く、真ん中のセル支持部２１２だけがわずかに前方にオフセットされたように構成される。同様に、セル支持部２２１～２２５のうち、真ん中のセル支持部２２２だけがわずかに後方にオフセットされたように構成される。これらは、セル支持部２１２、２２２の間には電池セル１４６に加えて接続タブ１７３、１７４（ともに図５参照）の分の厚さが必要になるためである。この状態を図１３を用いてさらに説明する。
図１３は図１２（Ａ）のＥ部の部分拡大図である。ここでは上側のセル支持部２１２と、下側のセル支持部２１４、２１５の３つだけを示している。セル支持部２１４の当接面は平面状では無くて、上から下方向に延びる５本のリブ２１４ａ～２１４ｅが基台部分２１４ｆから後方側に延在するような形状とされる。このようにセル支持部２１４の当接面の有効面積をリブによって調整することによって、成形品の寸法を出し易くしている。平面のような広い面よりもリブのような狭い面のほうが、電池セルを挟む寸法の成形精度が高まるためである。一方で、セル支持部２１４において、基台部分２１４ｆに対してリブと反対側、すなわち、前方壁２０１の内面と基台部分２１４ｆの内面（リブの裏側）との間には空間部２１４ｇが形成されている。この空間部２１４ｇによって、セル支持部２１４が電池セル１４８によってその長手方向に押された際に基台部分２１４ｆが空間部２１４ｇに逃げることができる。つまり、セル支持部２１４が脆弱部を構成する空間部２１４ｇを有することによりセル支持部２１４の基台部分２１ｆが変形し易くなる。よって電池セルの寸法誤差によらず確実に電池セルを支持することができる。なお、他のセル支持部２１１～２１３、２１５、２２１～２２５についても同様である。また、セル支持部２１４は、電池セル１４８との間に介在される絶縁シート１７８との協働により電池セル１４８の移動時の衝撃を効果的に吸収する。他のセル支持部も同様である。
再び図１２に戻る。図１２（Ｂ）において、セル支持部２３１、２３２もセパレータ２５０との当接部分が平面では無くて４本のリブによって形成されているので強度が高く、電池セル１４５に加わる下方向の衝撃が生じても電池セル１４５を確実に支持することができる。下側のセル支持部２３３、２３４はセパレータ２５０の上から下方向の力を受ける部分ではなく、左右方向の動きを押さえるだけなので、その内側側面の形状は平面である。セル支持部２３１、２３２、２３３、２３４には脆弱部は形成されない。
図１２（Ｃ）では、後方壁２０２の内側に形成された上側のセル支持部２２１～２２３と、下側のセル支持部２２４、２２５を示している。ここではセル支持部２２２、２２４、２２５には上下方向に連続する５本の平行するリブが形成され、セル支持部２２１、２２３には上下方向に連続する３本の平行するリブが形成される。これらのリブは下ケース２００の射出成形時に形成される一体成形部分である。
図１４は本実施例の電池パック１００の図であり、（Ａ）は上面図、（Ｂ）は（Ａ）のＦ－Ｆ部の断面図であり、（Ｃ）は（Ａ）のＧ－Ｇ部の断面図である。図１４（Ｂ）に示すＦ－Ｆ部の断面は、電池パック１００の左右方向中心の鉛直断面図となる。セパレータ２５０の前後方向の長さよりも電池セル１４６の方がわずかに長く形成される。電池セル１４６の前端の下側一部はセル支持部２１２によって保持され、後端の下側一部はセル支持部２２２によって保持される。セパレータ２５０の上側に突出する支柱部２８２は、回路基板１５０に形成された貫通穴に挿入される。
図１４（Ｃ）はＧ－Ｇ部の断面であり、電池セル１４７の一部と１４９を通る断面である。この断面位置のセパレータ２５０には、回路基板１５０を固定するためのネジボス２８１ｂが形成される。電池セル１４９は軸心位置よりもやや左寄りの縦断面であり、その位置においてはセル支持部２１２と２１５の間に形成される補強リブ２１７、セル支持部２２２と２２５の間に形成される補強リブ２２７を通ることになる。図から明らかなように、補強リブ２１７、２２７は電池セル１４９とは十分離れた位置に形成され、干渉しない位置にある。
図１５（Ａ）は図１４（Ａ）のＨ－Ｈ部の断面図である。この断面位置は電池セル１４７の軸心位置を通る縦断面であり、セパレータ２５０の下側側面が通る位置である。この断面位置はセル支持部２４３、２４４の縦方向に延在するリブ部分を通る断面位置である。
図１５（Ｂ）は図１４（Ａ）のＩ－Ｉ部の断面図である。この断面位置は電池セル１４７の軸心位置よりわずかに左側の縦断面であり、セパレータ２５０の下側の側面が見える位置にあり、補強用のリブ２６７、２６８が確認できる。また、この断面位置はセル支持部２４３、２４４の縦方向に延在するリブ部分を通る断面位置である。る。
本発明によれば、太径の電池セル１４５～１４９を俵積みにして高さを抑えた上に、電池セルの長手方向が横向きでなく、前後方向に並べる縦向きにしたので、コンパクトでありながら高容量の電池パック１００を実現できた。また、電池セルの長さ方向の両端側でセル支持部によって軸方向のぶれを抑えるようにしたので、衝撃に強くて耐久性の優れた電池パックを実現できた。さらに、セル支持部は電池セル毎に独立（分離）して形成されるので、電池セルの長さにばらつきがあっても、良好に対応することができる。
以上、本発明を実施例に基づいて説明したが、本発明は上述の実施例に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で種々の変更が可能である。例えばセパレータの形状を変更し、角柱形等の円筒形以外の電池セルに適用することもできる。また、電池セルは上側電池セルを２つ、下側電池セルを３つにしても良いし、電池セルの個数を５つ以外でも良い。また、電池セルを俵積みにする必要もなく図１６に示す従来の電池パックのように、上側の各電池セルの真下に下側電池セルを配置する構成でも良い。また、電池セルのケース内での向きも図１６に示す従来の電池パックのように、電池パックの長手方向が左右方向を向くように配置しても良い。
１…電動工具本体、２…ハウジング、２ａ…胴体部、２ｂ…ハンドル部、４…動作スイッチ、８…先端工具保持部、９…先端工具、１０…電池パック装着部、１１ａ，１１ｂ…レール部、１２…湾曲部、１４…突起部、２０…ターミナル部、２０ａ…垂直面、２０ｂ…水平面、２１ｆ…基台部分、２２…正極入力端子、２７…負極入力端子、２８…ＬＤ端子（異常信号端子）、１００…電池パック、１１０…上ケース、１１１…下段面、１１３…開口部、１１４…段差部、１１５…上段面、１２０…スロット群配置領域、１２１～１２８…スロット、１３１…ストッパ部、１３２…隆起部、１３４…スリット、１３８ａ，１３８ｂ…レール部、１４１ａ，１４１ｂ…ラッチ、１４２ａ，１４２ｂ…係止部、１４５～１４９…電池セル、１５０…回路基板、１５０ａ…切り欠き、１５５ａ，１５５ｂ…ネジ、１６１…正極端子、１６４…Ｔ端子、１６５…Ｖ端子、１６６…ＬＳ端子、１６７…負極端子、１６８…ＬＤ端子、１７１～１７６…接続タブ、１７２ａ，１７３ａ，１７４ａ，１７５ａ，１７６ａ…引出し部、１７８，１７９…絶縁シート、２００…下ケース、２０１…前方壁、２０１ａ…スリット、２０２…後方壁、２０３…右側側壁、２０３ａ，２０４ａ…窪み部、２０４…左側側壁、２０５…底面、２０５ａ…隆起部、２０６…開口部、２０７ａ～２０７ｄ…ネジボス、２１１～２１３…（上側）セル支持部、２１１ａ～２１５ａ…接触部位、２１２ｆ…基台部分、２１４～２１５…（下側）セル支持部、２１４ａ～２１４ｅ…リブ、２１４ｆ…基台部分、２１４ｇ…空間部、２１５ａ～２１５ｅ…リブ、２１５ｆ…基台部分、２１７，２１９…補強リブ、２２１～２２３…（上側）セル支持部、２２４～２２５…（下側）セル支持部、２２６～２２９…補強リブ、２３１～２３４…支持部、２３５，２３６…補強リブ、２４１～２４４…支持部、２５０…セパレータ、２５１～２５５…セル収容部、２５７，２５８…脚部、２６１，２６２…（セパレータの）右側当接面、２６３，２６４…（セパレータの）左側当接面、２６７，２６８…リブ、２７１～２７６…当接面（当接部）、２８１ａ，２８１ｂ…ネジボス、２８２…支柱部、２８３～２８６…当接部、２９０…突起部、３００…電池パック、３１０…上ケース、３２０…下ケース、３３０…セパレータ、３４１～３４８…電池セル 

Claims (15)

  1. 外枠を形成するケースと、
    前記ケース内で上側に位置する上側電池セルと下側に位置する下側電池セルによって俵積みされた複数の電池セルと、
    前記電池セルの長手方向において、前記上側電池セルと対向する位置に設けられた上側セル支持部と、前記下側電池セルと対向する位置に設けられた下側セル支持部と、を備え、
    各電池セルに対向する前記上側セル支持部と前記下側セル支持部は互いに独立していることを特徴とする電池パック。
  2. 前記上側セル支持部及び前記下側セル支持部は、前記ケースと一体に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の電池パック。
  3. 前記上側セル支持部及び前記下側セル支持部はそれぞれ、前記電池セルの長手方向において両側に設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の電池パック。
  4. 前記上側セル支持部及び前記下側セル支持部は、脆弱部を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の電池パック。
  5. 前記上側電池セルを下方から支持する支持部を有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の電池パック。
  6. 前記ケース内において、前記上側電池セルは下側電池セルよりも多く径方向に並んで俵積みされており、
    前記支持部は、前記上側電池セルの端に位置する上側電池セルを下方から支持することを特徴とする請求項５に記載の電池パック。
  7. 前記上側電池セルは径方向に３つ並んで配置され、前記下側電池セルは径方向に２つ並んで配置されることで前記俵積みされており、
    前記支持部は、前記上側電池セルの両端に位置する電池セルをそれぞれ、下方から支持することを特徴とする請求項６に記載の電池パック。
  8. 前記支持部は前記ケースと一体に形成されていることを特徴とする請求項５乃至７のいずれか一項に記載の電池パック。
  9. 外枠を形成するケースと、
    前記ケース内で上側に位置する上側電池セルと下側に位置する下側電池セルによって俵積みされた複数の電池セルであって、電池セルの径方向において前記上側電池セルは前記下側電池セルより多く並んで配置された複数の電池セルと、
    前記電池セルが並んだ方向で両端に位置する前記上側電池セルを下方から支持する支持部と、を備えることを特徴とする電池パック。
  10. 前記支持部は前記ケースと一体に形成されていることを特徴とする請求項９に記載の電池パック。
  11. 前記電池セルの長手方向において、前記上側電池セルと対向する位置に設けられた上側セル支持部と、前記下側電池セルと対向する位置に設けられた下側セル支持部と、を備え、各電池セルに対向する前記上側セル支持部と前記下側セル支持部は互いに独立していることを特徴とする請求項９又は１０に記載の電池パック。
  12. 前記上側セル支持部及び前記下側セル支持部はそれぞれ、前記電池セルの長手方向において両側に設けられていることを特徴とする請求項１１に記載の電池パック。
  13. 前記上側セル支持部及び前記下側セル支持部は、脆弱部を有することを特徴とする請求項１１又は１２に記載の電池パック。
  14. 前記上側セル支持部は、前記ケースから内側に突出するよう設けられ、前記下側セル支持部は、前記上側セル支持部より下方の位置において、前記上側セル支持部から離れた状態で前記ケースから内側に突出するよう設けられていることを特徴とする請求項１乃至８、１１乃至１３のいずれか一項に記載の電池パック。
  15. 請求項１乃至１４のいずれか一項に記載の前記電池パックと、
    前記電池パックを装着可能なレール溝と、前記レール溝に係止される係止爪を有する電池パック装着部を備えた電気機器本体を有し、
    前記電気機器本体には前記電池パックから供給される電力を消費する負荷部が内蔵されることを特徴とする電気機器。 
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