CN1898819A - 电池组 - Google Patents
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Abstract
提供这样一种电池组：用中心框架(7)、底侧框架(8)和端子侧框架(6)将多个二次电池(2)分别保持在相邻之间隔开规定间隔而并列配置的状态，通过将电路基板(3)安装在串联连接上述多个二次电池(2)的端子侧框架(6)上，从而使这些多个二次电池(2)与电路基板(3)成为一体，通过对电路基板(3)实施树脂模塑，保证即使在水及尘埃从抑制二次电池温度上升的通气口进入的情况下电路部分也不会产生故障。另外，将连接板(9)接合在保持于上述端子侧框架(6)上的多个二次电池(2)的封口板上形成的正极和负极端子上，使上述多个二次电池(2)串联连接，使各连接板(9)上形成的连接凸起***连接孔中来安装电路基板(3)，据此使多个二次电池(2)与电路基板(3)成为一体化的结构，这样一来就能够轻易地实现使多个二次电池分别与电路基板连接的布线连接。
Description
技术领域
本发明涉及适合作为电动钻孔机等电动工具的电池电源的电池组。
背景技术
随着电动工具的大功率化，要求构成其电池电源的电池组能够输出较大的放电功率。为了满足这一要求，目前使用的是将多个二次电池收纳到电池组壳体内的电池组。但是，由于电动工具多是手持操作，所以要求电池组外型更小且重量更轻。通常使用的电池是镍镉蓄电池或镍氢蓄电池，在重量能量密度及体积能量密度方面不能完全满足要求，而且由于需要多个二次电池导致电池组重量变大，因此存在使电动工具的可操作性下降或密集配置多个电池引起的电池散热性的问题。
与上述镍镉蓄电池及镍氢蓄电池相比，作为重量能量密度及体积能量密度优良的二次电池，我们知道锂离子二次电池等非水电解液二次电池，如果使用这些电池构成电池组，则可以促进相同输出电力的电池组的小型轻量化。这其中，与使用圆筒形电池的情况相比，如果使用扁平方形锂离子二次电池则能够构成空间效率优良的电池组。
但是，由于锂离子二次电池这样的使用非水电解液的二次电池容易出现由于过充电及过放电引起的老化及发热现象，所以有必要设置电池保护电路及充放电控制电路，将构成这些电路的电路基板和二次电池一同收纳在电池组壳体内构成电池组。像这种将二次电池和电路基板收纳在电池组壳体内构成的电池组已有多个提案，如专利文献1所述的电池组等。
但是，在像电动工具的电池电源那样要求较大电力的电池组的情况下，由于使用多个二次电池，因此存在将各二次电池连接到电路基板上的连线结构复杂的问题。并且，因为电动工具多在尘埃、水滴飞散的环境下使用，所以电路基板等电气电路部分还必须要具有防水、防潮、防尘的结构，要求不会因此而降低二次电池的散热性或不会使电池组的体积增大的结构。
专利文献1：日本特开2001-313015号公报
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种设置了简易地连接多个二次电池和电路基板的结构而使其一体化、同时还设置了电气电路部分的防水、防潮、防尘结构的电池组。
为达到上述目的，本发明的电池组是将多个扁平方形的二次电池和电路基板收纳在电池组壳体内构成的电池组，所述扁平方形的二次电池通过将极板组及电解液收纳在电池罐内并用封口板封住开口端，并在上述封口板上设置电极端子而构成，所述电路基板构成管理各二次电池的工作状态的电池管理电路；使上述多个二次电池的封口板侧为同一方向并用框架保持，据此使多个二次电池成为一体，将上述电路基板安装在保持多个二次电池的封口板侧的框架上，在将电路基板和各二次电池以及输入输出端子之间进行电连接后，实施用树脂覆盖电路基板的所需面的树脂模塑(resin mold)。
根据上述结构，由于多个二次电池用框架一体化成相邻之间隔开规定的间隔而并列配置的状态，并将电路基板安装在保持二次电池的封口板侧的框架上，因此多个二次电池与电路基板一体化，并在电路基板上实施树脂模塑，所以各二次电池的正负极端子或电路基板处于隔离状态，通过树脂模塑而覆盖，因此即使尘埃或水分等从冷却二次电池用的与外部相通的通风口等处浸入电池组壳体内，也可以保护电路部分。
此外，本发明的电池组是将多个二次电池和电路基板收纳在电池组壳体内构成的电池组，所述二次电池通过将极板组及电解液收纳在电池罐内并用封口板封住开口端，并在上述封口板上设置电极端子而构成，所述电路基板构成管理各二次电池的工作状态的电池管理电路；使上述多个二次电池的封口板侧为同一方向并用框架固定，将连接板接合到各二次电池的电极端子上，使多个二次电池串联和/或并联连接，将上述连接板上设置的连接凸起***连接孔中来安装上述电路基板，使连接凸起与电路基板相接合。
根据上述结构，多个二次电池用框架将一体化，在位于保持封口板侧的框架内的、与封口板上形成的正极及负极电极端子相接合而将多个二次电池串联和/或并联连接的连接板上形成的连接凸起上接合电路基板，可以将多个二次电池与电路基板一体化，各二次电池连接到电路基板上，电路基板上构成的电池管理电路能够检测各二次电池的电压并进行充放电控制及电池保护等。利用这种结构，多个二次电池与电路基板的连接不需要引线布线，利用多个二次电池与电路基板一体化的结构能够实施电连接。
附图说明
图1表示实施方案的电池组的外观结构的立体图
图2表示上述电池组的构成要素的分解立体图
图3表示适用于上述电池组的二次电池的结构的立体图
图4表示保持二次电池的中心框架的结构的立体图
图5A～图5B表示端子侧框架的结构，图5A为表示外面一侧的立体图，图5B为表示里面一侧的立体图
图6表示多个二次电池与电路基板的连接结构的侧面图
图7表示串联连接板的结构的立体图
图8表示空气相对于二次电池流动的结构的剖视图
图9说明安装到电动工具上的安装结构的侧视图
图10说明安装到充电器上的安装结构的侧视图
具体实施方式
下面参考图1～图10说明本发明的优选实施形态。
图1表示实施方案的电池组1，如图9所示那样安装至电动工具A中构成电动工具A的驱动电源。另外，在由于电动工具A的使用而使电池容量减少时，可以将其从电动工具A中卸下，如图10所示那样，安装至充电器B中进行充电。安装到电动工具A或充电器B上时，使电动工具A或充电器B上设置的凸条部嵌入设置在电池组壳体5上方的安装部20的两侧面上形成的滑动沟20a内来推入电池组1后，保持在安装部20中央的连接器壳体12上设置的连接插头14***电动工具A或充电器B的插口进行电连接，同时电池组1被安装。
该电池组1如图2分解图表示那样，其结构为：电池组壳体5内收纳有10个二次电池2和构成进行该二次电池2的充放电控制及电池保护控制等的电池管理电路的电路基板3，并与促进二次电池2散热的风扇4组合为一体。
上述二次电池2适用形成了扁平长方体外形的锂离子二次电池，如图2所示，该二次电池2的最大面积平坦面与电池组壳体5的底面垂直，并隔开规定的间隔相互对置，并列配置有10个二次电池2。为了保持这样将10个二次电池2隔开规定间隔并列配置的状态，如图4所示，用形成有10个电池收纳部(开口部)17的中心框架7保持二次电池2的中央部分，该电池收纳部17具有与二次电池2的长度方向中央部分截面积相对应的开口形状和大小，二次电池2的两端分别由端子侧框架6、底侧框架8保持。
如图3所示，二次电池2在形成为有底方筒的电池罐24内***将形成为长尺寸状的正极板和负极板夹着隔膜卷绕而成的卷绕型极板组，或是***夹着隔膜层叠多个正极板和负极板的层叠型极板组，在电池罐24的开口端焊接封口板23封住电池罐24的开口端，向电池罐24内注入电解液后密封电池罐24。在上述封口板23上与封口板23电绝缘地设置与正极板连接的正极端子21，封口板23及电池罐24构成二次电池2的负极端子。
当二次电池2由于大电流放电或过度充电等原因导致温度上升时，电池罐24会因为热膨胀或电解液汽化等出现膨胀现象，在成为电池罐24侧面的最大面积平坦面上这种情况会明显地出现。收纳在电池罐24内的极板组无论是卷绕型还是层叠型，都处于在正极板和负极板夹着隔膜层叠的状态下被夹压在电池罐24两侧的最大平坦面之间，在以浸渍在隔膜中的状态存在的电解液中移动的离子在正极板与负极板之间来回移动，从而实现充放电反应。而一旦电池罐24出现膨胀现象，各层间的紧密状态便会受到破坏，各层之间会出现空隙，从而有可能离子移动的程度会出现不正常现象，成为充放电反应不充分的状态。
如图4所示，在中心框架7中，当分别将10个二次电池2***电池收纳部17内时，由于二次电池2保持在其电池罐24的大致中央部分被从周围包住的状态，所以二次电池2处于被夹压的状态而不会发生膨胀现象。附带说一下，由于适用于本实施方案的二次电池2的短边方向宽度为10mm，电池收纳部17的短边方向宽度为10.4mm，所以在最初安装时能够将二次电池2顺利地***电池收纳部17内，并且由于电池罐24的膨胀被电池收纳部17的宽度限制，因此可以抑制因电池罐24的膨胀导致的二次电池2的性能下降等问题。
使10个二次电池2分别为同一方向地***中心框架7的各个电池收纳部17中，并列形成了形状大小与电池罐24底部的形状大小相对应的底部收纳凹部18的底侧框架8安装在二次电池2的底面一侧。在二次电池2的封口板23一侧，如图5B所示，安装有端子侧框架6，该端子侧框架6在其内侧形成有收纳二次电池2的封口板23侧的封口部收纳凹部19，并在其凹部底面形成有使正极端子21贯穿的正极连接窗25和可以观察封口板23的一部分板面的负极连接窗26。在该端子侧框架6的外侧，如图5A所示，形成有收纳电路基板3的基板收纳凹部28、串联连接10个二次电池2并将各二次电池2连接至电路基板3的串联连接板9、正极连接板10、收纳负极连接板11的连接板收纳凹部27。在连接板收纳凹部27的底面上开有上述正极连接窗25和负极连接窗26。
在用端子侧框架6、中心框架7和底侧框架8围着10个二次电池2将其相互接合之后，如图6所示从端子侧框架6上形成的正极连接窗25和负极连接窗26使图7所示的串联连接板9跨越相邻的二次电池2与正极端子21和封口板23相抵接，分别将正极连接部41点焊至正极端子21上，将负极连接部42点焊至封口板23上，从而将10个二次电池2串联连接。正极连接板10点焊在成为串联连接的正极侧的连接端的二次电池2的正极端子21上，负极连接板11点焊在成为串联连接的负极侧的连接端的二次电池2的封口板23上。图7为串联连接板9的示例，在串联连接板9、正极连接板10、负极连接板11上分别形成有为与电路基板3相连接的基板连接凸起29。
当将电路基板3收纳到将串联连接板9、正极连接板10、负极连接板11点焊到10个二次电池2上的端子侧框架6的基板收纳凹部28中后，串联连接板9、正极连接板10及负极连接板11上形成的基板连接凸起29***电路基板3上形成的连接孔中，因此各基板连接凸起29便被钎焊至电路基板3上。通过采用这种连接结构，不用为了将10个二次电池2分别连接到电路基板3上而进行引线布线，就可以将各二次电池2连接到电路基板3上，在电路基板3上从基板连接凸起29之间的电压可以测定各二次电池2的每个电池的电压，电路基板3上构成的电池保护电路根据每个二次电池2的电池电压进行保护二次电池2不会过度充电、过度放电的控制，充放电控制电路根据测定的电池电压及电池温度进行充放电控制。
在将收纳在基板收纳凹部28中的电路基板3、设置在中心框架7上配置的连接器壳体12内的风扇4及连接插头14之间进行引线连接之后，对电路基板3实施树脂模塑。树脂模塑通过使熔化的树脂流入包含引线的连接部分在内的电子元器件的安装面中并使其凝固，能够强化电路基板3的电绝缘性，同时还起到防潮、防水性的作用。更优选的是：以掩埋基板收纳凹部28内的方式使熔化的树脂流入并凝固，则电路基板3的整个面都被树脂包在里面，在电路基板3和端子侧框架6上都实施树脂模塑。该树脂模塑除了作为安装到电路基板3上的电子元器件的防潮对策之外，还能够防止从电池组壳体5上形成的通气孔13a、13b等处浸入的水导致电力障碍的发生。
在如上所述地将二次电池2及电路基板3组合成一体后，如图2所示，在四面配置保护板16，在将配置在中心框架7上的风扇4围起来配置连接器壳体12之后，关闭由右壳体5a及左壳体5b构成的电池组壳体5，完成图1所示的电池组1的安装。
当将该电池组1如图9所示那样滑动安装在电动工具A中之后，设置在连接器壳体12内的连接插头14与设置在电动工具A中的连接插口相连接，通过将电动工具A的驱动开关置于ON上，向电动工具A供给驱动电力的电力供给电路便处于闭合状态。在加大电动工具A的驱动负荷后，二次电池2的放电量随之增加，因此温度上升，当电池管理电路检测到规定温度后，电池管理电路控制驱动风扇4，因此二次电池2被风扇冷却。因为锂离子二次电池中的放电会产生放热反应，所以在使用电动工具A出现大电流发电的情况下，二次电池2的温度上升剧烈，电池管理电路控制风扇4，通过送风使二次电池2在60℃或以下的温度状态下使用。尤其是在盛夏的高温环境中，可以假定使用以前二次电池2的温度超过40℃，在这种环境下使用电动工具A，则温度上升很大，所以电池管理电路如下进行控制：在二次电池2的温度较高时，不论电动工具A的使用情况如何都驱动风扇4以冷却二次电池2；在二次电池2的温度超过60℃的情况下，则停止对电动工具A供给电力，通过驱动风扇4降低二次电池2的温度。
风扇4的结构为通过旋转将外部空气吸入电池组壳体5内的吸气扇，将吸入的外部空气吹向二次电池2使其冷却。当将电池组1安装在电动工具A中时，由于连接器壳体12与电动工具A的电池组安装面相抵接，因此在与连接器壳体12的吸气口32相对的电动工具A的电池组安装面上形成开口部，如图9所示，在电动工具A的安装电池组1的安装部位的侧面形成与上述开口部相通的外部空气吸入口a。
如图8白色箭头所示，由于风扇4配置在电池组壳体5内的中心框架7上，所以在驱动风扇4后，由吸气口32吸入的外部空气通过按规定间隔并列配置的二次电池2之间，形成从电池组壳体5下面开口的下方通气孔13a排出的空气流动线路，因此可以冷却因驱动电动工具A的较大放电电流导致温度上升的二次电池2，控制温度的上升。并且，设置在中心框架7上的整流板15的作用是：可以将由风扇4送出的空气流向两侧分流，不仅能够使空气吹到位于风扇4正下方的二次电池2，而且还能吹到位于两端的二次电池2，使所有二次电池2都得以均等冷却。通过在整流板15上调整开口半径及开口位置而形成开口部，能够进行调整使空气流到位于整流板15下方的二次电池2上，使每个二次电池2的空气冷却状态均等，能够使电池的温度均等地进行控制。
当将电池组1安装在电动工具A中时，如图9所示，通过将电池组1的大小形成为使电动工具A的最下部与电池组1的底面处于同一高度位置，从而能够使电动工具A稳定地立在地板等上。如图8所示，电池组壳体5的二次电池2的长度方向的截面形成为，在下方两侧形成有下方凹处31a，在上方两侧形成有上方凹处31b，在该下方及上方的各个凹处31a、31b上分别形成有下方通气孔13a、上方通气孔13b。通过形成该下方及上方的各个凹处31a、31b，在电动工具A处于直立状态，即即使在电动工具A停止驱动的状态下，下方通气孔13a也不会堵塞，如虚线箭头所示，从下方通气孔13a流入的外部空气形成一条通过二次电池2之间从上方通气孔13b流出的空气流。尤其是在驱动电动工具A之后，二次电池2的温度上升，由于热量而产生流到上方通气孔13b的上升气流，随之形成从下方通气孔13a流入外部空气，并通过二次电池2之间流到上方通气孔13b的空气流，温度上升的二次电池2即使在风扇4停止的状态下也能促进冷却作用，能够加速二次电池2的温度下降。
上述下方及上方的各个通气孔13a、13b虽然能够有效地促进二次电池2的冷却，但是在雨中等水滴飞散的环境下使用电动工具A的情况，及将电动工具A放置在积水的地面上的情况下，有水从下方及上方各个通气孔13a、13b浸入的可能。如图8所示，由于即使水浸入电池组壳体5内部，各二次电池2的封口板侧都被端子侧框架6所包围，电路基板3被树脂模塑30所覆盖，所以水不会浸入到通电部分，从而确保了电动工具A的电池组1在假想的恶劣环境下使用的安全性。
在因驱动电动工具A而使电池电量降低的情况下，将电池组1从电动工具A中卸下，如图10所示，将电池组1安装至充电器B中对二次电池2实施充电。当将电池组1安装至充电器B中时，如图所示，将上下方向颠倒安装在充电器B中，从设置在充电器B的电池组1的安装位置的通风口吸出充电器B内的空气，在排出充电器B的热量的同时使充电中的二次电池2冷却。如果在充电器B一侧也设置排气扇时，与风扇4一起送风，则能够起到更好的冷却效果。
从刚刚使用后的电动工具A中卸下的电池组1，可以假定二次电池2的温度处于适合的充电温度或以上，电池的温度不仅可以用电池管理电路检测出，还可以通过连接器在充电器B一侧检测出，所以在电池温度处于45℃以上的情况下不开始充电，通过送风继续冷却到电池温度在45℃以下后再开始充电。
虽然在以上说明的电池组1中适用扁平方形电池作为二次电池2，但也可以适用形成为圆筒形状的二次电池，能够取得与上述实施方案的结构相同的效果。
如上所述，根据本发明，由于采用相邻之间设置间隙地并列配置多个二次电池，利用空气流通促进二次电池的冷却，即使尘埃、水滴从将外部空气吸入电池组壳体内部的通气口进入，也因为电路部分被树脂模塑所覆盖而不容易受到损害的结构，除此以外，还在使多个二次电池与电路基板一体化成为块状的结构中，将各二次电池和电路基板电连接，因此不需要在各二次电池与电路基板之间进行引线布线，而且主要构成要素形成为块状，因此只需将其放入电池组壳体内就能简单地构成坚固的结构，所以适用于实现适合作为多数情况下在恶劣环境下使用的电动工具等的电池电源的电池组。
Claims (5)
1.一种将多个二次电池(2)和电路基板(3)收纳在电池组壳体(5)内而构成的电池组，所述二次电池(2)通过将极板组及电解液收纳在电池罐(24)内并用封口板(23)封住开口端，并在所述封口板上设置电极端子(21)而构成，所述电路基板(3)构成了控制管理各二次电池的动作的电池管理电路；其特征在于，使所述多个二次电池的封口板侧为同一方向并用框架(6、7、8)保持，据此使多个二次电池成为一体，将所述电路基板安装到保持多个二次电池的封口板侧的框架(6)上，在将电路基板和各二次电池以及输入输出端子之间进行电连接后，实施用树脂覆盖电路基板的所需面的树脂模塑。
2.一种将多个二次电池(2)和电路基板(3)收纳在电池组壳体(5)内构成的电池组，所述二次电池(2)通过将极板组及电解液收纳在电池罐(24)内并用封口板(23)封住开口端，并在所述封口板上设置电极端子(21)而构成，所述电路基板(3)构成了控制管理各二次电池的动作的电池管理电路；其特征在于，使所述多个二次电池的封口板侧为同一方向并用框架(6、7、8)保持，将连接板(9、10、11)接合到各二次电池的电极端子上，使多个二次电池串联和/或并联连接，使所述连接板上设置的连接凸起(29)***所述电路基板上设置的连接孔中来安装所述电路基板，使连接凸起与电路基板相接合。
3.如权利要求1或2所述的电池组，其中，二次电池(2)形成为扁平方形，并且以其最大面积平坦面隔开规定的间隔且相互对置的方式由框架(6，7，8)保持。
4.如权利要求1所述的电池组，其中树脂模塑是用树脂覆盖包括导电部分在内的电子元器件的安装面。
5.如权利要求1所述的电池组，其中树脂模塑是将树脂填充到封口板(23)一侧的框架(6)的收纳有电路基板(3)的凹部(28)内而覆盖电路基板。
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