JP5178024B2 - バッテリパック - Google Patents

Description

本発明は、主として大電流の放電に適しているバッテリパックに関する。

バッテリパックは、多数の電池を接続して大きな出力にできる。直列に接続する個数を多くして出力電圧を多く、また、並列に接続する個数を多くして充電電流を大きくできる。大出力のバッテリパックは、多数の電池を直列と並列に接続して出力電力を大きくしている。このバッテリパックは、多数の電池を定位置に配置しながら、直列と並列に接続する必要がある。本出願人は、このことを実現するバッテリパックを開発した。（特許文献１参照）
特願２００６−３５６９２１号公報

本出願人が先に開発したバッテリパックを図１に示す。このバッテリパックは、多数の電池９１を電池ホルダ９２でもって平行な姿勢で、多段多列に配列している。電池ホルダ９２に収納される各々の電池９１は、端部電極にリード板９５を接続している。リード板９５は、電池ホルダ９２の外側に固定されて、電池９１を直列と並列に接続している。このバッテリパックは、リード板９５で電池９１を直列と並列に接続し、出力側となるリード板９５はリード線（図示せず）を介してバッテリパックの出力端子に接続される。

この構造のバッテリパックは、電池ホルダ９２で多数の電池９１を所定の位置に保持し、電池９１の両端の端部電極にリード板９５を溶接して製造される。リード板９５は電池を直列や並列に接続すると共に、バッテリパックの出力端子にリード線を介して接続される。図２は、多数の電池９１を並列と直列に接続して出力端子を接続するバッテリパックの回路図を示す。この図において、両側に配設されるリード板９５は、回路基板９６に接続されると共に、リード線（図示せず）を介してバッテリパックの出力端子（図示せず）に接続される。出力端子に接続されるリード板９５は、大きな負荷電流が流れる。たとえば、自転車などに使用されるバッテリパックは、両側のリード板に約３０Ａもの大きな電流が流れる。リード板に流れる大電流は、リード板をジュール熱で加熱する。ジュール熱は、リード板の電気抵抗と電流の自乗に比例して大きくなる。このため、電流が大きくなり電気抵抗が大きくなると大きなジュール熱でリード板が加熱される。加熱されたリード板は、電池を過熱して電池の電気特性を悪くするばかりでなく、電池の寿命も短くする。ジュール熱に起因する発熱は、リード板の電気抵抗を小さくして少なくできる。ただ、リード板は電池の端部電極に溶接して接続されることから厚さに制限を受ける。厚すぎるリード板を電池の端部電極に溶接できないからである。厚いリード板を端部電極に溶接するには、溶接電流を大きくする必要があるが、大きな溶接電流は電池の加熱温度と熱量が大きくなって、電池に熱に起因する弊害を与える。また溶接電流が大きすぎると、電池の外装缶に損傷を与えて漏液などの原因となる。厚さに制限を受けるリード板は、電気抵抗が大きくなって大電流による発熱が大きくなる。リード板の幅を広くして電気抵抗を小さくできるが、多数の電池を並べて収納して各々の電池を直列や並列に接続することから、リード板の幅にも制限を受ける。平行に配設される複数のリード板を互いに離して絶縁状態に配設するからである。厚さと幅に制限を受けるリード板は、電気抵抗を小さくできず、大きな電流が流れると高温に発熱して、電池に弊害を与える。

また、リード板の電気抵抗が大きくなると、出力電圧を低下させる電圧降下も大きくなる。リード板の電圧降下が電気抵抗と電流の積に比例するからである。電圧降下はバッテリパックの出力電圧を低下させて、無駄に電力を消費し、さらにバッテリパックの最大出力を制限する欠点がある。

本発明は、この欠点を解決することを目的に開発されたものである。本発明の重要な目的は、ジュール熱によるリード板の発熱を小さくして電池の温度障害を防止し、さらにリード板の電気抵抗を小さくして無駄な電力消費を少なくして最大の出力電力を大きくできるバッテリパックを提供することにある。

本発明のバッテリパックは、前述の目的を達成するために以下の構成を備える。
バッテリパックは、複数の電池１を電池収納部１５に収納している電池ホルダ２と、この電池ホルダ２の電池収納部１５に収納される電池１の電極に接続されて電池１を直列又は並列に接続しているリード板５と、リード板５で接続される電池１を有する電池ホルダ２を収納している外装ケース４とを備える。電池ホルダ２は、電池収納部１５の両側に位置して一対の支持側壁１２を有する。一対の支持側壁１２は、電池収納部１５に収納される電池１の端部電極にリード板５を接続する電極窓１９を開口して、この電極窓１９で電池１の端部電極にリード板５を接続して、リード板５を支持側壁１２の外側に配置している。さらに、支持側壁１２は、電池収納部１５よりも幅広く成形されて電池収納部１５から外側に突出する突出部１６を有し、この突出部１６の内側には出力リード板２０を配設している。さらにまた、この出力リード板２０は、支持側壁１２の外側にあって電池の端部電極に接続される出力側となるリード板５に電流経路の幅を増すように接続している。

本発明の請求項２のバッテリパックは、請求項１の構成に加えて、出力リード板２０を、リード板５よりも厚い金属板としている。

本発明の請求項３のバッテリパックは、請求項１の構成に加えて、支持側壁１２の突出部１６の側縁に、外装ケース４の内面に沿う接触プレート部１７を設けており、出力リード板２０を接触プレート部１７の内面に配設している。

本発明の請求項４のバッテリパックは、請求項１の構成に加えて、出力リード板２０を止ネジ３３でリード板５に接続している。

本発明の請求項５のバッテリパックは、請求項１の構成に加えて、出力リード板２０が、出力端子に接続されるリード線３４を接続する出力タブ３４を有する。

本発明の請求項６のバッテリパックは、請求項1の構成に加えて、リード板は、複数の電池１の電極を接続する長い形状であって、互いに接続される電池１の配列方向に沿って、側縁を折曲して折曲リブを設けている。

本発明の請求項７のバッテリパックは、請求項６の構成に加えて、電池の端部電極に接続されるリード板に折曲リブを設けている。

本発明の請求項８のバッテリパックは、請求項６の構成に加えて、支持側壁が、リード板を嵌入する位置決凹部を外側面に備えており、リード板が、この位置決凹部の内面に沿う折曲リブを設けている。

本発明の請求項１のバッテリパックは、ジュール熱によるリード板の発熱を小さくして電池の温度障害を防止できる特徴がある。それは、本発明のバッテリパックが、電池を収納する電池ホルダの支持側壁の外側に配設するリード板で電池を直列や並列に接続し、さらに支持側壁の内側に出力リード板を配設して、この出力リード板を支持側壁の外側のリード板に接続しているからである。とくに、本発明のバッテリパックは、支持側壁の内面に出力リード板を配置して、これを支持側壁の外側のリード板に接続するので、無駄なスペースを有効に利用して出力リード板を設けることができる。とくに、本発明のバッテリパックは、電池に接続するリード板を厚くしないで、リード板の電気抵抗を小さくできるので、電池の端部電極にリード板を確実に溶接でき、また電池に弊害を与えることなく接続できる特徴も実現できる。

さらに、本発明のバッテリパックは、出力リード板によってリード板の電気抵抗を小さくできるので、リード板による無駄な電力消費を少なくして、最大の出力電力を大きくできる特徴も実現する。

本発明の請求項６のバッテリパックは、ジュール熱によるリード板の発熱を小さくして電池の温度障害を防止できる特徴がある。それは、本発明のバッテリパックが、電池を収納する電池ホルダの支持側壁の外側に配設されて電池を直列や並列に接続するリード板の側縁を折曲して折曲リブを設けているからである。この構造のバッテリパックは、リード板に設けた折曲リブによって、リード板全体の断面積を大きくして、リード板の電気抵抗を小さくできるので、リード板による無駄な電力消費を少なくして、出力電力の低下を有効に防止できる。また、側縁に折曲リブを有するリード板は、折曲リブを補強リブに併用して全体を補強できる特徴もある。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施の形態は、本発明の技術思想を具体化するためのパック電池を例示するものであって、本発明はパック電池を以下のものに特定しない。

さらに、この明細書は、特許請求の範囲を理解しやすいように、実施例に示される部材に対応する番号を、「特許請求の範囲」および「課題を解決するための手段の欄」に示される部材に付記している。ただ、本明細書は、特許請求の範囲に示される部材を、実施の形態の部材に特定するものでは決してない。特に実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。さらに以下の説明において、同一の名称、符号については同一もしくは同質の部材を示しており、詳細説明を適宜省略する。さらに、本発明を構成する各要素は、複数の要素を同一の部材で構成して一の部材で複数の要素を兼用する態様としてもよいし、逆に一の部材の機能を複数の部材で分担して実現することもできる。

図３と図４は、本発明の実施の形態１のバッテリパックを示す。これらの図に示すバッテリパックは、電池１を電池ブロック集合体１０として外装ケース４に収納している。図３は電池ブロック集合体１０を示し、図４は電池ブロック集合体１０の分解斜視図を示している。これ等の図のバッテリパックは、複数の電池１を平行な姿勢で、多段多列に配列して電池ブロック集合体１０としている。この電池ブロック集合体１０は、各々の電池１をリード板５を介して直列と並列に接続している。さらにリード板５は、各々の電池電圧を検出する電圧検出回路（図示せず）を備える回路基板６に、電池１を接続している。

［電池１］
電池１は、充電可能な円筒形の二次電池である。本実施の形態においては、電池１として円筒型のリチウムイオン二次電池を使用する。リチウムイオン二次電池は、複数個を並列に接続して、これを直列に接続するバッテリパックの二次電池として適している。それは、複数のリチウムイオン二次電池を並列に接続して、内部抵抗を小さくして出力電流を大きくできるからである。また、リチウムイオン二次電池は、充電容量も大きいので、大電流を必要とする用途の場合でも、容量不足を招かずに十分な使用時間を確保できる。ただし、本発明のバッテリパックは、電池をリチウムイオン二次電池に特定せず、円筒形の電池であればニッケル水素電池やニッケルカドミウム電池等の二次電池も使用できる。

［電池ブロック集合体１０］
電池ブロック集合体１０は、複数の電池１を多段多列に配列している。図の電池ブロック集合体１０は、各々の電池１を電池ホルダ２で定位置に配置して、リード板５に接続している。図のバッテリパックの回路図を図５に示す。この回路図のバッテリパックは、５組の直列ブロック９をリード板５で並列に接続している。各々の直列ブロック９は、７個の電池１を直列に接続している。したがって、このバッテリパックは、３５個の電池１を、７直、５並に接続している。

図３の電池ブロック集合体１０は、全体の形状を細長い四角柱状として、一端面である上面と対向する姿勢で回路基板６を配置している。電池ブロック集合体１０は、複数の直列ブロック９を縦に多段に積層して、全体の形状を四角柱状としている。図の電池ブロック集合体１０は、５組の直列ブロック９を縦に積層するように配列して、図の上下方向となる縦方向に細長い四角柱状としている。直列ブロック９は、複数の電池１を２段の俵積み状に配列している。図の直列ブロック９は、上段に４本の電池１を水平面に並べ、下段に３個の電池１を水平面に並べている。上段と下段の電池１は、互いに隣接する電池１の谷間にあって、俵積み状に配列される。本明細書において、電池を「俵積み状」に配列するとは、米俵を崩れないように積み重ねるように、上下の電池をその谷間に配設して積層する配列を意味する。さらに、直列ブロック９は、図６に示すように、各々の電池１の端部電極をリード接続面８に配置している。俵積み状に配置される電池１は、上段と下段の電池１が谷間に位置するので、図４に示すように、最も外側に配列されるリード板５の端縁、図４において右側に配列される複数のリード板５の最も右端に配置されるリード板５の右側縁と、左側に配列される複数のリード板５の最も左端に配置されるリード板５の左側縁を直線状にして、上下の直列ブロック９を並列に接続でき、また回路基板６にも接続できる。また、電池１を俵積み状に配列するバッテリパックは、無駄なスペースを少なくして、外形を小さくできる。それは、円筒形電池の谷間にできるスペースを有効に利用して電池１を配置するからである。

図の直列ブロック９は、電池１を４列と３列に並べて俵積み状に配置するので、１組みの直列ブロック９は、７個の電池１を直列に接続している。ただし、本発明のバッテリパックは、１組の直列ブロックの電池を７個には特定しない。直列ブロックは、図示しないが、３列と２列に電池を配列して５個の電池を直列に接続し、あるいは５列と４列に電池を配列して、９個の電池を直列に接続することもできる。直列ブロック９は、電池１を２段の俵積み状に配列するが、上段と下段の電池１は個数が異なり、一方の列を他方よりもひとつ少なくしている。上段と下段に同じ個数の電池を並べると、電池ブロック集合体１０の縦に長いリード板５で、直列ブロック９の電池１を直列に接続して、直列ブロック９の電池１を並列に接続できなくなるからである。図のバッテリパックは、直列ブロック９の上段の電池１を下段の電池１よりも多くしているが、上下を反転して、上段の電池の個数を下段の電池よりも少なくすることもできる。

縦に積層される直列ブロック９は、リード板５を介して並列に接続される。図のバッテリパックは、５組の直列ブロック９を並列に接続している。本発明のバッテリパックは、並列に接続する直列ブロックの個数を５組には特定しない。４組以下の直列ブロックを縦に並べて並列に接続し、あるいは６組以上の直列ブロックを縦に並べて並列に接続することもできる。ただ、電池ブロック集合体１０は、縦に細長い四角柱状となるように、複数の直列ブロック９を縦に並べて並列に接続する。多段に積層される直列ブロック９は、電池１の端部電極を、電池ブロック集合体１０のリード接続面８に配置する。全ての直列ブロック９の電池１にリード板５を接続するためである。

［電池ホルダ２］
電池ホルダ２は、図３と図４に示すように、電池１を挿通して保持する保持筒１１の両端に、支持側壁１２を一体的に成形して連結している。この電池ホルダ２は、一対の支持側壁１２の対向する内側に保持筒１１を設けて電池収納部１５としている。保持筒１１に電池１を入れて、電池１は定位置に保持される。この電池ホルダ２は絶縁材を成形して製作される。電池ホルダ２を成形する絶縁材はプラスチックである。保持筒１１は、電池１を挿通する複数の挿通穴１３を貫通して設けている。電池ホルダ２は、保持筒１１の挿通穴１３に電池１を挿通して、複数の電池１を所定の位置に保持している。図の電池ホルダ２は、３５本の円筒型電池１を連結して保持するので、支持側壁１２に３５本の保持筒１１を設けて、各々の保持筒１１に挿通穴１３を設けている。これらの保持筒１１は、３５本の電池１を前述の配列で、すなわち俵積み状に配列できるように、支持側壁１２に一体成形して設けている。

図４に示す電池ホルダ２は、保持筒１１を軸方向の中間で２分割して、一対の支持側壁１２に一体的に成形して連結している。分割された保持筒１１の端部を支持側壁１２の内側に連結する形状に成形している。この電池ホルダ２は、保持筒１１の分割端である開口部を挿通穴１３として電池１を挿入し、一対の支持側壁１２を連結して、複数の電池１を電池ホルダ２に収納している。

保持筒１１は、図４に示すように、電池１の表面のほぼ全周に沿う筒状に挿通穴１３を開口している。ただ、保持筒は、必ずしも電池の全周に沿う筒状に挿通穴を開口する必要はない。さらに、図４に示す電池ホルダ２は、保持筒１１の一部に開口部１１Ａを設けている。図の電池ホルダ２は、分割された一方の保持筒１１の開口端部を切欠して開口部１１Ａを設けている。この電池ホルダ２は、保持筒１１に設けた開口部１１Ａに温度センサー（図示せず）を配設して、電池１の温度を検出することができる。このバッテリパックは、温度センサーで電池温度を検出しながら、電池１の充放電を制御できる特徴がある。ただ、保持筒は、必ずしも開口部を設ける必要はない。

中間で分割される保持筒１１は、図示しないが、分割端側から支持側壁１２側に向かって次第に内径が小さくなるテーパー状に内面を成形している。この保持筒１１は、支持側壁１２側の端部の内面に突出する部分を電池１の表面に面接触させて電池１を定位置に保持できる。このように、保持筒１１を分割する構造は、プラスチックを成形する金型の設計を簡単にして、プラスチック成形を容易にできる特長がある。

一対の支持側壁１２は、保持筒１１の両端に位置して、互いに平行な姿勢で設けられている。支持側壁１２は、保持筒１１に対して直交する板状に成形されている。一対の支持側壁１２は、中央部に保持筒１１を設けて電池収納部１５とし、外周部に回路基板６の収納スペース１４を設けている。電池ホルダ２は、一対の支持側壁１２を、保持筒１１の両端から、図において上方に突出させており、一対の支持側壁１２の間に、基板ホルダ７を収納する収納スペース１４を設けている。基板の収納スペース１４は、保持筒１１の長さ、すなわち電池１の長さで幅が特定され、支持側壁１２が保持筒１１から上方に突出する突出高さで深さが特定される。収納スペース１４の深さ、すなわち、支持側壁１２の突出高さは、収納スペース１４に基板ホルダ７を収納できる高さとする。

さらに、電池ホルダ２は、両側に位置する支持側壁１２の外側に、リード板５を配設している。支持側壁１２は、保持筒１１の外側において、挿通穴１３の開口部である電極窓１９から表出する端部電極にリード板５を溶着して連結している。図３と図４の支持側壁１２は、リード板５を嵌入する位置決凹部２４を外側面に設けており、この位置決凹部２４にリード板５を入れて定位置に配置している。位置決凹部２４は、リード板５の外形よりもわずかに大きい外形として、ここにリード板５を入れて定位置に配置している。

さらに、支持側壁１２は電池収納部１５よりも幅広く成形して、電池収納部１５のから外側に突出する突出部１６を設けている。電池ホルダ２は、保持筒１１を電池収納部１５とするので、保持筒１１よりも外側に突出する形状に支持側壁１２を成形して、突出部１６を設けている。さらに、図４の電池ホルダ２は、支持側壁１２の突出部１６の側縁に、外装ケース４の内面に沿う接触プレート部１７を設けている。接触プレート部１７は、保持筒１１の表面から離して配設されて、接触プレート部１７と保持筒１１との間に隙間３２を設けている。この電池ホルダ２は、図７の断面図に示すように、接触プレート部１７を保持筒１１の外側に配設するので、接触プレート部１７の間に出力端子に接続されるリード線３４を配設できる。いいかえると、リード板５をここに配設するために、接触プレート部１７を保持筒１１から外側に配設して、接触プレート部１７と保持筒１１との間に隙間３２を設けている。

さらに、支持側壁１２は、リード板５の接続部５Ａを回路基板６に接続するための接続窓１８を開口している。接続窓１８は、位置決凹部２４に配設されるリード板５の接続部５Ａの位置に開口されており、接続部５Ａを収納スペース１４に表出させている。リード板５の接続部５Ａは、接続窓１８に配置されて、収納スペース１４に配置される基板ホルダ７の回路基板６に接続している。

以上の電池ホルダ２は、図４に示すように、一対の支持側壁１２に保持筒１１を一体的に成形してホルダーユニット２Ａとし、このホルダーユニット２Ａを連結している。一対のホルダーユニット２Ａは、一体的に成形されたボス２２に止ネジ２３をねじ込んで互いに連結される。図３と図４のホルダユニット２Ａは、両端部と中央下部に、ボス２２を一体的に成形して設けている。ボス２２は筒状で、内部に止ネジ２３を挿通している。ただ、図示しないが、分割されたホルダーユニットは、係止構造で連結し、あるいは接着して連結し、あるいはまた、これらを組み合わせて連結することもできる。

以上の電池ホルダ２は、保持筒１１の半分と支持側壁１２とを一体的に成形してホルダーユニット２Ａとしているが、本発明のバッテリパックは、電池ホルダを以上の構造に特定しない。電池ホルダは、複数の電池を所定の位置に保持できる他の全ての構造とすることができる。電池ホルダは、たとえば、保持筒と支持側壁を分割することなく一体構造とすることも、保持筒と両端の支持側壁とを分割してなる構造とすることもできる。以上のように、複数の電池１を電池ホルダ２で定位置に保持して電池ブロック集合体１０とする構造は、電池ブロック集合体１０の組み立てを簡単かつ容易にできる特長がある。

［リード板５］
全ての電池１は、リード接続面８に配置される端部電極にリード板５を接続している。リード板５は、電池の端部電極にスポット溶接やレーザ溶接等の方法で溶接して接続でき、かつ電気導電および熱伝導のよい材質が使用され、表面をニッケル等のメッキをした鉄板、ニッケル板、銅板、アルミニウム板等の金属板が好適に使用できる。

リード板５は、電池ブロック集合体１０の縦に長い形状で、直列ブロック９を構成する２段、７個の電池１を直列に接続し、かつ各々の５組の直列ブロック９の電池１を並列に接続している。電池ブロック集合体１０のリード接続面８に、複数枚のリード板５を非接続状態で横に並べて配置して、各々のリード板５を電池１の端部電極に接続している。リード板５は、電池ブロック集合体１０の縦方向、図において上下に配列される電池１に接続されて、直列ブロック９を構成する７個の電池１を直列に接続し、さらに、上下に配列される直列ブロック９を並列に接続する。図のバッテリパックは、直列ブロック９が４列と３列の電池１を俵積み状に配列するので、各リード接続面８において、４列のリード板５を互いに非接触状態に離して配置する。とくに、図のバッテリパックは、４枚のリード板５を電池ホルダ２の位置決凹部２４に入れて定位置に配置する。この構造のバッテリパックは、隣接するリード板５を確実に絶縁して配置できる。

上下の電池１は俵積み状に配列されて、水平方向で位置ずれしている。したがって、上下の電池１の端部電極に接続されるリード板５は、金属板を所定の幅のジグザグ状に裁断して製作される。図４に示すようにジグザグ状に形成されるリード板５は、電池１の端面に沿って各リード板５をジグザグ状とするので、外力が印加されても負荷が集中し難く分散され易い傾向にあり、リード板５が破断するよりも変形して力が吸収される効果が高くなる。ただし、リード接続面８の片側に配列されるリード板５、図４において電池１の右側に配置される複数のリード板５の最も右側のリード板５と、電池の左側に配置される複数のリード板５の最も左側のリード板５は、上下の直列ブロック９の出力端子となる端部電極を並列に接続するので、電池１をひとつ飛びに接続する。したがって、このリード板５は、片側をジグザグ状として、外側縁を直線状としている。さらに、このリード板５は、図８と図９に示すように、直線状としてなる外側縁を折曲して、折曲リブ５Ｂを設けている。このリード板５は、折曲リブ５Ｂを設けることによって、断面積を大きくできるので、電気抵抗を小さくできる特徴がある。ただ、リード板は、必ずしも折曲リブを設ける必要はない。それは、後述する出力リード板２０を、出力側となるリード板５に接続することによって、リード板５を低抵抗な状態で出力端子に接続できるからである。

各々のリード板５は、その上端を回路基板６に接続して、回路基板６に実装される電圧検出回路（図示せず）で全ての電池電圧を検出する。リード板５は、回路基板６に接続する接続部５Ａを端部（図において上端）に設けている。リード板５は、回路基板６に連結しているリードピン２１にハンダ付け等の方法で接続される。

［出力リード板２０］
リード板５には出力リード板２０を接続している。出力リード板２０は、支持側壁１２の外側にあって、バッテリパックの出力側となるリード板５に接続している。出力リード板２０は、大きな電流が流れる出力側となるリード板５に接続されて、このリード板５の電気抵抗を小さくする。したがって、出力リード板２０は、リード板５よりも厚い金属板で製作されて電気抵抗を小さくしている。出力リード板２０は、導電性の止ネジ３３を介してリード板５に接続される。止ネジ３３は、リード板５の貫通孔５ａに挿通され、出力リード板２０に設けた雌ねじ穴２０ａにねじ込まれて、出力リード板２０をリード板５に接続する。したがって、出力リード板２０は図８に示すように、止ネジ３３をねじ込む雌ねじ穴２０ａのある接続タブ２０Ａを設けている。また、支持側壁１２は、出力リード板２０の接続タブ２０Ａをリード板５に接続させるための連結窓３５を開口している。図の出力リード板２０は、３カ所をリード板５に接続しているので、３カ所に接続タブ２０Ａを設けている。出力リード板２０は、好ましくは複数点をリード板５に接続する。

さらに、出力リード板２０は、図８と図９に示すように、出力端子に接続されるリード線３４を接続するための出力タブ２０Ｂも設けている。図の出力リード板２０は、ふたつの出力タブ２０Ｂを設けて、各々の出力タブ２０Ｂにリード線３４を接続している。リード線３４は、回路基板６を介して出力端子に接続される。

さらにまた、出力リード板２０は、電池ホルダ２の突出部１６の内側に固定される。図７と図９の電池ホルダ２は、支持側壁１２の突出部１６に接触プレート部１７を設け、この接触プレート部１７と保持筒１１との間に隙間３２を設けているので、この隙間３２に出力リード板２０を配設している。隙間３２に配設される出力リード板２０は、支持側壁１２である接触プレート部１７の内側に配設される。この出力リード板２０は、接触プレート部１７の内側に固定するために、連結片２０Ｃを設けている。支持側壁１２は、内面に突出する連結ボス３６を設けており、連結片２０Ｃを貫通する止ネジ３７を連結ボス３６にねじ込んで出力リード板２０を支持側壁１２に固定している。

［回路基板６］
回路基板６は、リード板５を介して電池１に接続される。回路基板６は、各々の電池電圧を検出して、電池を保護する保護回路（図示せず）を実装している。回路基板６に実装される保護回路は、電池１の過充電や過放電を検出して電流を制御する回路、電池の過充電を検出して電流を遮断する回路等である。保護回路は、電池１の過充電や過放電を検出するために、電池１の電圧を検出する電圧検出回路（図示せず）を備える。電圧検出回路は、リード板５を介して各々の電池電圧を検出し、検出した電圧から電池１の過充電や過放電を検出する。保護回路は、いずれかの電池電圧が最低電圧よりも低くなると、放電電流を遮断するスイッチング素子をオフに切り換えて、放電電流を遮断する。また、いずれかの電池電圧が最高電圧よりも高くなると、充電を停止するスイッチング素子をオフに切り換えて、充電を停止する。このように、各々の電池電圧を検出して、充放電をコントロールする保護回路を実装するバッテリパックは、電池１を保護しながら安全に使用できる。

さらに、図示しないが、回路基板６からは、リード線が引き出されている。このリード線は、外部機器に接続されるコネクタを先端に接続している。回路基板は、通信用のリード線を引き出してコネクタに接続することもできる。コネクタは、内蔵する電池の出力用の出力端子や、外部機器との接続端子を装備している。コネクタは、出力端子や接続端子を外部に表出する状態で外装ケースに設けた開口窓に配設される。バッテリパックは、充放電用の出力端子が電動機器に接続される状態で放電し、充放電用の出力端子が充電器に接続される状態で電池が充電される。

［基板ホルダ７］
基板ホルダ７は、回路基板６を収納して所定の位置に配置する。図３と図４に示す基板ホルダ７は、底板２５の周囲に周壁２６を設けて上方開口の箱形としており、この周壁２６の内側に回路基板６を収納して、所定の位置に配置している。基板ホルダ７は、図４に示すように、底板２５から下方に突出する連結部２８を一体成形して設けており、この連結部２８に電池ホルダ２を貫通する止ネジ３０をねじ込んで電池ホルダ２に固定している。電池ホルダ２は、連結部２８に止ネジ３０をねじ込むために、支持側壁１２の内側に突出する連結ボス２９を一体成形して設けている。連結部２８は、図４に示すように、最上段に位置する保持筒１１の上面の谷間の部分に位置して配設している。基板ホルダ７は、連結ボス２９を貫通する止ネジ３０が連結部２８にねじ込まれて、電池ホルダ２の定位置に固定される。ただ、基板ホルダは、図示しないが、係止構造で電池ホルダに固定することもできる。

さらに、図４に示す基板ホルダ７は、底板２５から突出する支持部２７を設けており、この支持部２７に止ネジ３１を介して回路基板６を固定して、回路基板６を基板ホルダ７の底板２５から離れた位置に配置している。この回路基板６は、基板ホルダ７の底板２５との対向面に保護回路等を実現する電子部品（図示せず）を配置できる。このように、基板ホルダ７の底板２５との対向面に電子部品を配置する構造は、これらの電子部品の凹凸が、外側に突出するのを有効に防止できる。

基板ホルダ７に収納される回路基板６は、たとえば、絶縁樹脂にポッテングして埋設される。回路基板６を絶縁樹脂にポッティングして埋設することにより、回路基板６の防水が図られると共に、回路基板６に接続されたリード線の分離を阻止し、ショートの恐れを回避する。このように、回路基板６を絶縁樹脂にポッティングして埋設する構造は、回路基板６を防水構造に保護できるので、回路基板６の故障を極減し、長期間にわたって回路基板６で電池１を保護しながら充放電できる特徴がある。図４に示す回路基板６は、基板ホルダ７の底板２５との間に絶縁樹脂を充填できるように、両端部に開口部６Ａを設けている。ポッティングの材料には、ウレタン系樹脂、シリコン系樹脂、エポキシ系樹脂等の樹脂が利用できる。

［外装ケース４］
外装ケース４は、詳細には表示しないが、たとえば、ＡＢＳ樹脂などで成形されており、２以上の部材に分割されてネジ止めや嵌め込み式などの連結方法により連結して固定される。外装ケース４は、バッテリパックの用途や目的、使用状況に応じた様々な形状に設計できる。外装ケース４は、図３の鎖線で示すように、上部に取手４Ａを一体成形して設けて、持ち運びを容易にできる。

以上のように、複数の電池１を電池ホルダ２で所定の位置に保持して電池ブロック集合体１０とすると共に、各々の電池１の端面に接続したリード板５を回路基板６に接続し、さらに、回路基板６が固定された基板ホルダ７を電池ホルダ２に固定して電池のコアパックとなる。電池のコアパックが、外装ケース４に収納されて、バッテリパックとなる。

以上のバッテリパックは、支持側壁１２の外側に配設されて出力端子に接続されるリード板５に、支持側壁１２の内側に配設される出力リード板２０を接続して、この出力リード板２０を介して電池１の出力を取り出している。この構造により、このバッテリパックは、出力端子に接続されるリード板５の電気抵抗を小さくして、リード板５による無駄な電力消費を少なくして、出力電力の低下を有効に防止している。ただ、本発明のバッテリパックは、出力リード板を配設することなく、リード板の電気抵抗を小さくして、リード板による無駄な電力消費を少なくして、出力電力の低下を有効に防止することもできる。このバッテリパックを、本発明の実施の形態２のパック電池として、図１０と図１１に示す。これらの図に示すバッテリパックは、リード板５５の電気抵抗を小さくするために、リード板５５の側縁部を折曲して折曲リブ５５Ｂを設けている。このバッテリパックは、リード板５５の構造、電池出力の取り出し部における構造、及び、電池ホルダ５２の支持側壁６２の構造において、実施の形態１のバッテリパックと相違する。以下、実施の形態２のバッテリパックにおけるリード板５５の構造、及びその接続構造、さらに電池ホルダ５２の支持側壁６２の構造について詳述する。なお、図１０と図１１に示す実施の形態２のバッテリパックにおいて、前述の実施の形態１のバッテリパックと同じ構成要素については、同符号を付してその説明を省略する。

図１０と図１１に示すバッテリパックは、リード板５５を、複数の電池１の電極を接続する長い形状とすると共に、互いに接続される電池１の配列方向（図において上下方向）に沿って、側縁を折曲して折曲リブ５５Ｂを設けている。図１０と図１１のバッテリパックは、電池１の左側に配置される複数のリード板５、５５の最も左側のリード板５５と、電池１の右側に配置される複数のリード板５、５５の最も右側のリード板５５の側縁部を折曲して折曲リブ５５Ｂを設けている。これらのリード板５５は、図１２に示すように、直線状としてなる外側縁を、電池１の配列方向に沿って折曲して、折曲リブ５５Ｂを設けている。図のリード板５５は、外側縁部を直角に折曲加工して折曲リブ５５Ｂを設けており、全体の断面形状をＬ字状としている。ただ、折曲リブは、必ずしも直角に折曲することなく、多少傾斜する姿勢に折曲して設けることもできる。

このように、折曲リブ５５Ｂを有するリード板５５は、折曲リブ５５Ｂによって断面積を大きくできるので、電気抵抗を小さくできる特徴がある。とくに、上下の直列ブロック９の出力端子となる端部電極を並列に接続するリード板５５は、俵積み状に配列される複数の電池１の最も端に位置する電池１をひとつ飛びに接続するので、隣接して接続される電池１の間の部分の幅が狭くなる。図１０ないし図１２に示すように、外側縁部を折曲加工して折曲リブ５５Ｂを設けてなるリード板５５は、幅が狭くなる部分の断面積を折曲リブ５５Ｂでもって大きくできるので、この部分の電気抵抗を効果的に小さくして、出力電圧の低下や、無駄な電力消費を有効に防止できる。さらに、リード板５５の幅が狭くなる部分を、折曲リブ５５Ｂで補強できる特徴もある。

図１０ないし図１２のバッテリパックは、電池ホルダ５２の両側に設けた一対の支持側壁６２の外側面にリード板５、５５を入れて定位置に配置する位置決凹部２４を設けている。複数のリード板５、５５は、この位置決凹部２４に嵌入されて定位置に配置される。折曲リブ５５Ｂを有するリード板５５は、この位置決凹部２４の内面に沿って折曲リブ５５Ｂを設けている。このリード板５５は、折曲リブ５５Ｂを位置決凹部２４の内面に接触させる状態で正確に位置決めしながら定位置に配置される。さらに、折曲リブ５５Ｂの折曲高さは、位置決凹部２４の深さよりやや小さくしている。この構造は、折曲リブ５５Ｂが位置決凹部２４の開口縁から突出するのを防止して、隣接するリード板５、５５を確実に絶縁して配置できる。位置決凹部２４に配置されるリード板５、５５は、電池１の端部電極に、スポット溶接やレーザ溶接等の方法で溶接して接続される。

さらに、図１０と図１１のバッテリパックは、出力端子に接続されるリード板５５の上端の接続部５５Ａを回路基板６に接続しており、この接続部５５Ａから電池１の出力を取り出すと共に、回路基板６に実装される電圧検出回路（図示せず）で電池電圧を検出している。図のリード板５５は、先端部を折曲して接続部５５Ａとしており、この接続部５５Ａを回路基板６に連結しているリード板７０にネジ止めして連結している。出力端子に接続されないリード板５は、上端の接続部５Ａを、回路基板６に連結しているリードピン２１にハンダ付け等の方法で接続しており、回路基板６に実装される電圧検出回路（図示せず）で電池電圧を検出している。

以上のバッテリパックは、出力端子に接続されるリード板５５に折曲リブ５５Ｂを設けている。ただ、本発明のバッテリパックは、出力端子に接続されないリード板に折曲リブを設けることもできる。このリード板も、側縁部を折曲加工して折曲リブを設けることができる。
なお、図１０ないし図１２において、５２Ａはホルダユニットを、６０は電池ブロック集合体を示している。

さらに、本発明のバッテリパックは、電池のコアパックを防水袋に収納し、その開口部を水密に閉塞して防水構造として、外装ケースに収納することもできる。この防水袋には、たとえば、可撓性シートを袋状に成形したものが使用できる。防水袋の可撓性シートには、プラスチックシートが使用できる。プラスチックシートには、ポリイミド（ＰＩ）、ポリエチレンイミド（ＰＥＩ）、ペット（ＰＥＴ）等が使用できる。このバッテリパックは、電池に回路基板を接続している電池のコアパックを防水袋に収納するので、電池に加えて回路基板も一緒に防水構造として外装ケースに収納できる。さらに、このバッテリパックは、防水袋で電池のコアパックを防水しながら、これをクッション材に使用して、外装ケースの衝撃を吸収して、耐衝撃強度を向上することもできる。

本発明のバッテリパックは、たとえば、図１３に示すように、電動自転車４０のモーターを駆動する電源として使用することができる。図に示すバッテリパックは、電動自転車４０のサドル４２の下に設けた縦パイプ４１の背面に装着している。このように、電動自転車４０の縦パイプ４１に沿って装着されるバッテリパックは、幅が広くなると、横方向、あるいは後方に突出し、バランスよく配設できなくなる。とくに、垂直方向に立てた姿勢で、縦パイプ４１に沿って安定して装着できなくなる。本発明のバッテリパックは、電池ブロック集合体１０の電池１の配列とリード板５の接続状態を独特の構成とすることにより、多数の電池を所定の出力電圧となるように接続しながら、しかも回路基板６を細長い四角柱状の電池ブロック集合体１０の上部に配置して、バッテリパック全体の横幅を広くすることなくコンパクトにできる。したがって、電動自転車用の電源として、垂直姿勢で立てた姿勢で縦パイプ４１に装着するバッテリパックとして、理想的な状態で使用できる。ただ、本発明のバッテリパックは、電動自転車以外の電動機器の電源として、使用できるのは言うまでもない。とくに、本発明のバッテリパックは、横幅を広くすることなく、細長い四角柱状としてコンパクトな形状としながら、並列接続する電池の個数を多くして出力電流を大きくすることが求められる用途に好適に使用できる。

本発明のバッテリパックは、屋外で使用される電気機器、とくに、電動自転車や電動オートバイの電源として好適に使用される。

本出願人が先に出願したバッテリパックの分解斜視図である。 図１に示すバッテリパックの回路図である。 本発明の実施の形態１にかかるバッテリパックの斜視図である。 図３に示すバッテリパックの電池ブロック集合体の分解斜視図である。 本発明の一実施例にかかるバッテリパックの回路図である。 電池ブロック集合体を構成する電池のリード接続面にリード板を接続する状態を示す概略断面図である。 図３に示す電池ブロック集合体の断面図である。 支持側壁と出力リード板とリード板との連結構造を示す分解斜視図である。 支持側壁と出力リード板とリード板との連結構造を示す分解斜視図である。 本発明の実施の形態２にかかるバッテリパックの斜視図である。 図１０に示すバッテリパックの電池ブロック集合体の分解斜視図である。 図１０に示すバッテリパックの支持側壁とリード板との連結構造を示す分解斜視図である。 本発明の一実施例にかかるパック電池の使用例を示す側面図である。

符号の説明

１…電池
２…電池ホルダ ２Ａ…ホルダユニット
４…外装ケース ４Ａ…取手
５…リード板 ５Ａ…接続部
５ａ…貫通孔
５Ｂ…折曲リブ
６…回路基板 ６Ａ…開口部
７…基板ホルダ
８…リード接続面
９…直列ブロック
１０…電池ブロック集合体
１１…保持筒 １１Ａ…開口部
１２…支持側壁
１３…挿通穴
１４…収納スペース
１５…電池収納部
１６…突出部
１７…接触プレート部
１８…接続窓
１９…電極窓
２０…出力リード板 ２０Ａ…接続タブ ２０ａ…雌ねじ穴
２０Ｂ…出力タブ
２０Ｃ…連結タブ
２１…リードピン
２２…ボス
２３…止ネジ
２４…位置決凹部
２５…底板
２６…周壁
２７…支持部
２８…連結部
２９…連結ボス
３０…止ネジ
３１…止ネジ
３２…隙間
３３…止ネジ
３４…リード線
３５…連結窓
３６…連結ボス
３７…止ネジ
４０…電動自転車
４１…縦パイプ
４２…サドル
５２…電池ホルダ ５２Ａ…ホルダユニット
５５…リード板 ５５Ａ…接続部
５５Ｂ…折曲リブ
６０…電池ブロック集合体
６２…支持側壁
７０…リード板
９１…電池
９２…電池ホルダ
９５…リード板
９６…回路基板

Claims (8)

1. 複数の電池(1)を電池収納部(15)に収納している電池ホルダ(2)と、この電池ホルダ(2)
   の電池収納部(15)に収納される電池(1)の電極に接続されて電池(1)を直列又は並列に接続しているリード板(5)と、リード板(5)で接続される電池(1)を有する電池ホルダ(2)を収納している外装ケース(4)とを備え、
   前記電池ホルダ(2)が、電池収納部(15)の両側に位置して一対の支持側壁(12)を有し、
   一対の支持側壁(12)は、電池収納部(15)に収納される電池(1)の端部電極にリード板(5)を接続する電極窓(19)を開口して、この電極窓(19)で電池の端部電極にリード板(5)を接続
   して、リード板(5)を支持側壁(12)の外側に配置しており、さらに、支持側壁(12)は電池
   収納部（15)よりも幅広く成形されて電池収納部(15)から外側に突出する突出部(16)を有し
   、この突出部(16)の内側には出力リード板(20)を配設しており、さらにまたこの出力リード板(20)は、支持側壁(12)の外側にあって電池の端部電極に接続される出力側となるリード板(5)に電流経路の幅を増すように接続されてなるバッテリパック。
2. 出力リード板(20)がリード板(5)よりも厚い金属板である請求項１に記載されるバッテ
   リパック。
3. 支持側壁(12)の突出部(16)の側縁に、外装ケース(4)の内面に沿う接触プレート部(17)
   を設けており、出力リード板(20)を接触プレート部(17)の内面に配設してなる請求項１に記載されるバッテリパック。
4. 出力リード板(20)が止ネジ(33)でリード板(5)に接続されてなる請求項１に記載される
   バッテリパック。
5. 出力リード板(20)が出力端子に接続されるリード線(34)を接続する出力タブ(20B)を有
   する請求項１に記載されるバッテリパック。
6. リード板は、複数の電池(1)の電極を接続する長い形状であって、互いに接続される電
   池(1)の配列方向に沿って、側縁を折曲して折曲リブを設けてなる請求項１に記載される
   バッテリパック。
7. 電池の端部電極に接続されるリード板に折曲リブを設けてなる請求項６に記載されるバッテリパック。
8. 支持側壁が、リード板を嵌入する位置決凹部を外側面に設けており、リード板が、この位置決凹部の内面に沿って折曲リブを設けている請求項６に記載されるバッテリパック。
   

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