JP2011198660A - 電池パック - Google Patents

Abstract

【課題】電極端子同士を接続する際の接合を容易にする。
【解決手段】複数の素電池１０を厚さ方向に積層した電池積層体１の端面をそれぞれ被覆する一対のエンドプレート２０と、一対のエンドプレート２０同士を接続するバインドバー２２とを備える電池パックであって、さらに、各素電池１０の、該素電池１０の端面と折曲片１２との間に挿入され、折曲片１２の端子ねじ穴１３と対応する位置に、端子固定ねじ３６を締結するためのホルダねじ穴を開口した接続ホルダ３１を、複数連結したホルダ体３０を備えており、ホルダ体３０は各接続ホルダ３１を互いに略平行で、その間隔を各素電池の積層される間隔に応じて離間しており、さらに各接続ホルダ３１の一方の端部を接続片３２でそれぞれ固定する。
【選択図】図８

Description

本発明は、複数の角形の素電池を積層した電池パックに関する。

パック電池は、直列接続する素電池の数を多くして出力電圧を高くできる。このため大出力が要求される用途、例えば自転車、電動工具、自動車等に使用されるパック電池は、複数の素電池を直列に接続して出力を大きくしている。また素電池にスペース効率に優れた角形電池を使用すれば、角形素電池を多数積層した電池ブロックとして、外形を比較的小型に抑えつつ大容量の電池パックを実現できる（特許文献１参照）。

特開２００８−２８２５８２号公報

このような電池ブロックにおいて、素電池の電極端子同士を接続する構成として、本発明者は図１３に示すような構成を開発した。この電池ブロック２００は、各素電池２１０の一方の端面から突出させた電極端子２１１を上下逆に折曲させて、上下に隣接する素電池２１０の電極端子２１１同士を電気的に接続している。一般に電極端子２１１は、正極と負極で異なる材質が使用されるため（例えば負極が銅製、正極がアルミニウム製の金属板）、異種金属同士の接続には溶接は適さず、ねじの締結による螺合が利用されている。このため各電極端子２１１は、ねじ穴を開口している。また上下に重ね合わせた電極端子２１１には、さらにバスバー２２４を重ねている。螺合のためには、電極端子２１１の裏側にナットを配置する必要があるが、ナットを素電池２１０端面と電極端子２１１との間に位置決めして配置することは困難であるため、図１３に示すように予めナットをインサート成型した接続ホルダ２３１を挿入して、ナットの配置を容易にしている。

しかしながら、図１３の構成では、この接続ホルダ２３１を位置決めした状態に保持するため、手で接続ホルダ２３１を支えるなどしてねじ止めを行う必要があり、作業が面倒であった。また治具を用意するにしても、相当複雑な治具が必要となり、容易でない。特に多くの素電池を使用する場合は、このようなねじ締結を行う数も膨大になるため、作業能率の低下が問題となる。

本発明は、従来のこのような背景に鑑みてなされたものである。本発明の主な目的は、電極端子同士を接続する際の螺合を容易にした電池パックを提供することにある。

課題を解決するための手段及び発明の効果

上記目的を達成するために、本発明の第１の電池パックによれば、外形を略角形とし、その端面から正負一対の電極端子１１をそれぞれ突出させて、該端面と離間させて、この面と略平行となるように折曲しつつ、正負の電極端子１１で互いに逆方向に突出させた折曲片１２に端子ねじ穴１３を形成してなる複数の素電池１０と、前記複数の素電池１０を厚さ方向に積層した電池積層体１の端面をそれぞれ被覆する一対のエンドプレート２０と、前記一対のエンドプレート２０同士を接続するバインドバー２２とを備える電池パックであって、さらに、各素電池１０の、該素電池１０の端面と前記折曲片１２との間に挿入され、前記折曲片１２の端子ねじ穴１３と対応する位置に、端子固定ねじ３６を締結するためのホルダねじ穴を開口した接続ホルダ３１を、複数連結したホルダ体３０を備えており、前記ホルダ体３０は各接続ホルダ３１を互いに略平行で、その間隔を各素電池の積層される間隔に応じて離間しており、さらに各接続ホルダ３１の一方の端部を接続片３２でそれぞれ固定することができる。これにより、各電極端子同士の接続に対して、個別に接続ホルダを挿入する手間を省き、一体化にしたホルダ体を電池積層体の横から挿入するだけで各接続ホルダを所定位置にセットできるようになり、パック電池の組み立て作業の大幅な省力化が図られる。

また、第２の電池パックによれば、前記素電池１０は、前記一対の折曲片１２を、端面の左右に設けてなり、前記ホルダ体３０を２つ用意し、電池パックの左右からそれぞれ挿入することができる。これにより、２つのホルダ体を電池パックの左右からそれぞれ挿入することで、折曲片を螺合するためのナットを所定位置に簡単に配置できる。

さらに、第３の電池パックによれば、前記バインドバー２２は、前記電池積層体１の側面で略中央に位置するように固定されてなり、各接続ホルダ３１の他方の端部に、前記バインドバー２２の表面に当接させる当接面３８を形成することができる。これにより、各接続ホルダの先端を当接面を介して裏面からバインドバーの表面で下支えできるので、接続ホルダの両側を接続片とバインドバーで支持して、端子固定ねじの螺合の際に端子固定ねじの進行で接続ホルダが押し出される事態を回避して安定的に保持できる利点が得られる。

さらにまた、第４の電池パックによれば、前記バインドバー２２上で、前記２つのホルダ体３０の接続ホルダ３１の当接面３８が交互に並ぶよう配置することができる。これにより、左右からセットされるホルダ体の接続ホルダ先端の当接面がバインドバー上に左右交互に並ぶようにオフセット配置して、これら当接面が互いに干渉することを回避できる。

さらにまた、第５の電池パックによれば、前記２つのホルダ体３０は、略同一形状に形成することができる。これにより、電池パックの左右にセットされるホルダ体を共通にして製造コストを削減すると共に、電池パックの組み立て時に左右のホルダ体を取り違えることもなく、製造効率も向上できる。

さらにまた、第６の電池パックによれば、前記ホルダ体３０を、可撓性を有する部材で形成することができる。これにより、ホルダ体の可撓性によって振動や衝撃をある程度吸収、緩和できるようになり、仮に接続ホルダが強固に固定されていたとしても、振動等によりバインドバーを通じて各電極端子の螺合部分に強い負荷が印加される事態を回避できる。

さらにまた、第７の電池パックによれば、各接続ホルダ３１のホルダねじ穴に、ナット３４をインサート成型することができる。これにより、接続ホルダの螺合を容易にかつ安定的に行える利点が得られる。

さらにまた、第８の電池パックによれば、さらに前記積層された上下に隣接する素電池１０の折曲片１２同士を重ね合わせた状態で螺合により固定されるバスねじ穴２５を開口したバスバー２４を備えることができる。これにより、電極端子の強度が不十分な場合などに、これらで直接接続することを避けて別部材のバスバーを利用することによって、強度的な安定性が増す。

さらにまた、第９の電池パックによれば、前記接続ホルダ３１を櫛状に形成することができる。

実施の形態に係る電池パックを示す斜視図である。 図１の電池パックからエンドプレートとバインドバーを外した状態を示す分解斜視図である。 図１の電池パックからホルダ体とバスバーを外した状態を示す分解斜視図である。 図３のホルダ体の斜視図である。 二種類の異なる端子形状を備える素電池を示す斜視図である。 図５の素電池を積層した状態を示す斜視図である。 図６の上下面にエンドプレートを固定した状態を示す斜視図である。 図７にホルダ体を挿入する様子を示す斜視図である。 図８にバスバーを固定する状態を示す斜視図である。 図１の電池パックの正面図である。 図１のＶＩ−ＶＩ線における断面図である。 図１のＶＩＩ−ＶＩＩ線における断面図である。 本発明者が先に開発した電池パックを示す斜視図である。

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電池パックを例示するものであって、本発明は電池パックを以下のものに特定しない。なお、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材の寸法、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。また、一部の実施例、実施形態において説明された内容は、他の実施例、実施形態等に利用可能なものもある。

図１〜図１２に、本発明の一実施の形態に係る電池パック１００を示す。これらの図において、図１は電池パック１００の外観斜視図、図２は図１の電池パック１００からエンドプレート２０とバインドバー２２を外した状態を示す分解斜視図、図３は図１の電池パック１００からホルダ体３０とバスバー２４を外した状態を示す分解斜視図、図４は図３のホルダ体３０の斜視図、図５（ａ）、（ｂ）は二種類の異なる端子形状を備える素電池１０の斜視図、図６は図５の素電池１０を積層した状態を示す斜視図、図７は図６の上下面にエンドプレート２０を固定した状態を示す斜視図、図８は図７にホルダ体３０を挿入する様子を示す斜視図、図９は図８にバスバー２４を固定する状態を示す斜視図、図１０は図１の電池パック１００の正面図、図１１は図１のＶＩ−ＶＩ線における断面図、図１２は図１のＶＩＩ−ＶＩＩ線における断面図を、それぞれ示している。この電池パック１００は、図１〜図３等に示すように、素電池１０を複数積層した電池積層体１と、電池積層体１の上下面を被覆するエンドプレート２０と、エンドプレート２０同士を固定するバインドバー２２と、素電池１０の電極端子１１に固定されるバスバー２４と、バスバー２４と電極端子１１とをねじで固定するためのホルダ体３０（図４）とを備えている。
（素電池１０）

素電池１０は、図５（ａ）、（ｂ）の斜視図に示すように外形を角形とした扁平型のラミネート電池であり、これらを積層して電池積層体１を構成している。各ラミネート電池は、樹脂等でラミネートされたアルミニウムフィルムを上下から電極体に重ね合わせ、端面を溶着している。各ラミネート電池の端面からは、電極端子１１を突出させている。電極端子１１は正負一対に設けられており、各電極端子１１はそれぞれＬ字状に、逆方向に折曲されている。すなわち電極端子１１は、図５（ａ）、（ｂ）に示すように一方の端面の左右で、厚さ方向の一方の平面（図５の例では、素電池１０の下面）から引き出された板状の２つのタブの、先端部分をそれぞれ折曲して折曲片１２とし、この折曲片１２が端面とほぼ平行になるようにしている。また折曲方向は、正極端子と負極端子とで互いに逆方向になるようにする。この例では、図５（ａ）及び（ｂ）に示すように、端子形状の異なる二種類の素電池１０Ａ、１０Ｂを交互に積層して、上下方向に隣接する素電池１０Ａ、１０Ｂ同士を電気接続している。すなわち、図５（ａ）においては一方の極性（例えば正極端子）を上方向に折曲し、他方の極性（例えば負極端子）を下方向に折曲しており、一方図５（ｂ）においてはこれと逆に折曲する（例えば正極端子を下方向に、負極端子を上方向に、それぞれ折曲）。このように折曲方向を逆にした二種類の素電池１０Ａ、１０Ｂを交互に積層することで、図２、図６の斜視図に示すように、上下に積層した際に、上下に隣接する他の素電池１０の電極端子１１と重ねることができ、これらの間の電気接続を容易にしている。図６等の例では、電池パック１００は１０枚の素電池１０を積層して電池積層体１を構成している。なお図５の例では、一方の平面から電極端子１１を引き出しているが、これに限らず、素電池の厚さ方向においてほぼ中央の水平面から引き出すこともできる。この場合は、電極端子の折曲方向を変更するだけで、端子形状の異なる２種類の素電池を容易に製造できる利点が得られる。

なお、素電池には外形を角形とする他の電池が利用できる。例えば、ラミネート電池に代わって、扁平型電池や、金属製の外装缶を用いた角形電池を使用することも可能である。金属製外装缶を用いた角形電池は、外装缶をアルミニウムなど金属板の深絞りにより、有底筒状に形成される。また好ましくは、外装缶の外部表面を絶縁する。ここでは外装缶の表面をラミネートフィルムなどの絶縁部材で被覆することにより、外装缶同士を積層しても絶縁することができる。これら扁平型電池や角形電池に利用する電池自体はリチウムイオン電池、ポリマー電池等が利用できる。また、上記のラミネート電池の種類も実施例ではリチウムイオン電池であるが、ポリマー電池であってもよい。

さらに図２の例では、素電池１０同士の間に介在シート１４を介在させている。この例では、介在シート１４をアルミニウム製としている。なおここでは外装缶の外部をラミネートフィルムで絶縁しているため、介在シートを省略してもよい。また外装缶の外部表面を絶縁しない場合は、介在シートを紙やプラスチック製シート等の絶縁部材で構成し、外装缶を積層する際の外装缶同士の導通を回避できる。

素電池１０は充電可能な二次電池であり、特に体積あたりの容量が大きいリチウムイオン二次電池が好適に利用できる。ただ、素電池としてニッケル水素電池やニッケルカドミウム電池を利用してもよい。
（エンドプレート２０）

電池積層体１の上下面は、図２、図７に示すようにエンドプレート２０で狭持される。エンドプレート２０も板状で、素電池１０の主面を完全に被覆できるよう、これとほぼ同じ大きさとする。このエンドプレート２０は好ましくは絶縁性に優れたプラスチック製とする。ただ、絶縁性が担保できる場合は、より強度の高い金属性としてもよい。

電池積層体１の上下面を被覆するエンドプレート２０同士は、バインドバー２２により固定される。バインドバー２２は図２の分解斜視図に示すように、両端を同じ方向に折曲したコ字状に形成されて、折曲部分をエンドプレート２０に掛けて、プレート固定ねじ２６により固定される。このため折曲部分には、プレート固定ねじ２６を挿通するプレート固定ねじ穴２３が設けられる。このバインドバー２２は、金属板など十分な強度を有する部材で構成される。
（ホルダ体３０）

電極端子１１同士は、バスバー２４と共に、端子固定ねじ３６の締結によって固定される。このため、図３の分解斜視図などに示すように、端子固定ねじ３６のねじ山を受けるナット３４を、各折曲片１２に開口された端子ねじ穴１３に配置するためのホルダ体３０を使用している。ホルダ体３０は図４の斜視図に示すように、外形全体を櫛状とし、複数の接続ホルダ３１を平行に所定間隔で並べ、接続ホルダ３１の一端を棒状の接続片３２で固定している。このようにホルダ体３０は、ナット３４を保持して所定位置に配置するナットホルダとして機能する。ナット３４は、端子固定ねじ３６を受けるホルダねじ穴を構成する。ただ、ナットをホルダ体と別部材とせず、用途や目的に応じてホルダ体をナットと一体化したり、あるいはホルダ体に端子固定ねじを受けるねじ穴を直接開口してもよい。

各接続ホルダ３１は、図８〜図１０、及び図１２の断面図等に示すように、上下に積層された２枚の素電池１０同士の間で、電極端子１１の折曲片１２同士を重ねた際に、この折曲片１２と素電池１０端面との間に形成されるホルダ挿入空間１６に挿入される。このため接続ホルダ３１の外形は、ホルダ挿入空間１６に挿入できる大きさ、図４の例では角柱状に形成される。

この電池パック１００は、複数の接続ホルダ３１を所定の間隔で離間させた姿勢とするよう、接続ホルダ３１の一端を接続片３２に固定して一体化したホルダ体３０としている。これにより、ホルダ体３０を電池積層体１の側面から、各接続ホルダ３１をそれぞれのホルダ挿入空間１６に一括して挿入することで、接続ホルダ３１の挿入作業を大幅に簡素化することができる。接続片３２に固定される接続ホルダ３１同士の間隔は、素電池１０を積層する間隔、すなわち素電池１０の厚さとほぼ等しく設計される。

さらに各接続ホルダ３１は、端子固定ねじ３６を挿入する位置、すなわち各折曲片１２の端子ねじ穴１３に配置するよう、ナット３４を保持している。ナット３４は、好ましくはインサート成型によって接続ホルダ３１に埋め込まれている。さらに好ましくは、接続ホルダ３１と接続片３２とを樹脂などの一体成型により設けている。
（当接面３８）

さらに各接続ホルダ３１の他端には、図４、図８などに示すように当接面３８を設けている。当接面３８は、図１１の断面図に示すように、ホルダ挿入空間１６に接続ホルダ３１を挿入した際、その先端をバインドバー２２の表面に当接させるよう、段差状に形成される。これによって、端子固定ねじ３６を締結する際に端子固定ねじ３６の進行により接続ホルダ３１が押し出されないよう、接続ホルダ３１を背面からバインドバー２２で下支えすることができ、この結果接続ホルダ３１の両端を接続片３２とバインドバー２２でそれぞれ保持して、端子固定ねじ３６の螺合を安定的に行うことができる。

ホルダ体３０は、図８の斜視図及び図１０の正面図に示すように、パック電池の左右に位置する電極端子群を個別に螺合するため、左用ホルダ体３０Ａと右用ホルダ体３０Ｂの２つを用意している。そして左右それぞれの側面から、ホルダ挿入空間１６に左用ホルダ体３０Ａと右用ホルダ体３０Ｂを各々挿入することで、各電極端子１１を効率よく螺合できる。この際、ホルダ体３０を点対称、すなわち図１０の正面図に示すように回転させて使用可能なように形成すれば、左用ホルダ体３０Ａと右用ホルダ体３０Ｂを共通化して部材を統一でき、製造コストを低減できると共にパック電池組み立て時の取り違えをなくし、生産効率も向上できる。

また図５、図６、図１０に示すように、電池積層体１は各素電池１０の電極端子１１の折曲方向を左右で上下逆方向としているため、折曲片１２は図１０に示すように、電池パック１００の正面視において左右がオフセット状に配置される。このため、左用ホルダ体３０Ａと右用ホルダ体３０Ｂは、各接続ホルダ３１の先端が干渉することなく、当接面３８をバインドバー２２上で左右交互に並べることができ、ホルダ体３０の保持構造として理想的な配置を達成できる。
（バスバー２４）

ホルダ体３０を挿入した状態で、図３、図９に示すように折曲片１２にバスバー２４を重ね合わせて、端子固定ねじ３６を螺合する。電極端子１１は素電池１０の集電タブと接続されているため機械的な強度が十分でないことも考えられ、補強のために金属板のバスバー２４を追加している。バスバー２４にも、端子固定ねじ３６を挿入するためのバスねじ穴２５が開口されている。この状態で、端子固定ねじ３６をバスバー２４と２枚の折曲片１２を貫通させて、接続ホルダ３１で保持されたナット３４に締結する。これにより、素電池１０同士が電気的に接続されて、各素電池１０を直列接続したパック電池が得られる。また、このパック電池の出力は図１０の正面図に示すように、電池積層体１の上下端面に位置する素電池１０の、他の素電池の電極端子と接続されない折曲片１２Ａ、１２Ｂとなる。

ホルダ体３０は、上述の通りパック電池の左右から挿入されてナット３４が端子固定ねじ３６と螺合されることでパック電池と固定されている。ここでホルダ体３０とパック電池との接触部分は、好ましくは端子固定ねじ３６と端子ねじ穴１３でのみ固定、接触している構成とする。言い換えると、固定後においては当接面３８とホルダ体３０との間に一定のクリアランスを設けることが好ましい。これによってホルダ体３０とパック電池とを分離し、仮に外部から衝撃がホルダ体３０に印加されても、当接面３８を介してパック電池に衝撃が伝達されることを回避できる。また仮に強い応力によって当接面３８がホルダ体３０と接触しても、ホルダ体３０に可撓性を持たせることで、振動や衝撃の伝達をある程度吸収、緩和できるようになり、電極端子１１へのストレスを低減できるので好ましい。上述の通り、ホルダ体３０をプラスチック製などとすることで、適度な弾力性を持たせることができる。この構成は、例えばホルダ体自体を金属製などとして、直接端子固定ねじを受けるねじ穴を開口する構成に比べ、端子固定ねじの締結を受けるナットを別部材として締結強度を持たせつつ、全体は可撓性を有する部材として、外部応力に対する柔軟性を発揮させて、電極端子の電気接続と外部応力からの保護を両立できる利点がある。なお、ホルダ体３０を固定する作業時においては、端子ねじ穴１３に端子固定ねじ３６を螺合する際に弾性変形して当接面３８に当接し、クリアランスが失われる状態となるが、固定作業後は元の形状に復帰し、クリアランスが形成される。

本発明に係る電池パックは、アシスト自転車用および電動バイク等の比較的大型の電源装置として好適に利用できる。

１００…電池パック
１…電池積層体
１０、１０Ａ、１０Ｂ…素電池
１１…電極端子
１２、１２Ａ、１２Ｂ…折曲片
１３…端子ねじ穴
１４…介在シート
１６…ホルダ挿入空間
２０…エンドプレート
２２…バインドバー
２３…プレート固定ねじ穴
２４…バスバー
２５…バスねじ穴
２６…プレート固定ねじ
３０…ホルダ体
３０Ａ…左用ホルダ体
３０Ｂ…右用ホルダ体
３１…接続ホルダ
３２…接続片
３４…ナット
３６…端子固定ねじ
３８…当接面
２００…電池ブロック
２１０…素電池
２１１…電極端子
２２４…バスバー
２３１…接続ホルダ

Claims (9)

1. 外形を略角形とし、その端面から正負一対の電極端子(11)をそれぞれ突出させて、該端面と離間させて、この面と略平行となるように折曲しつつ、正負の電極端子(11)で互いに逆方向に突出させた折曲片(12)に端子ねじ穴(13)を形成してなる複数の素電池(10)と、
   前記複数の素電池(10)を厚さ方向に積層した電池積層体(1)の端面をそれぞれ被覆する一対のエンドプレート(20)と、
   前記一対のエンドプレート(20)同士を接続するバインドバー(22)と、
   を備える電池パックであって、さらに、
   各素電池(10)の、該素電池(10)の端面と前記折曲片(12)との間に挿入され、前記折曲片(12)の端子ねじ穴(13)と対応する位置に、端子固定ねじ(36)を締結するためのホルダねじ穴を開口した接続ホルダ(31)を、複数連結したホルダ体を備えており、
   前記ホルダ体は各接続ホルダ(31)を互いに略平行で、その間隔を各素電池(10)の積層される間隔に応じて離間しており、さらに各接続ホルダ(31)の一方の端部を接続片(32)でそれぞれ固定してなることを特徴とする電池パック。
2. 請求項１に記載の電池パックであって、
   前記素電池(10)は、前記一対の折曲片(12)を、端面の左右に設けてなり、
   前記ホルダ体を２つ用意し、電池パックの左右からそれぞれ挿入してなることを特徴とする電池パック。
3. 請求項２に記載の電池パックであって、
   前記バインドバー(22)は、前記電池積層体(1)の側面で略中央に位置するように固定されてなり、
   各接続ホルダ(31)の他方の端部に、前記バインドバー(22)の表面に当接させる当接面(38)を形成してなることを特徴とする電池パック。
4. 請求項３に記載の電池パックであって、
   前記バインドバー(22)上で、前記２つのホルダ体の接続ホルダ(31)の当接面(38)が交互に並ぶよう配置してなることを特徴とする電池パック。
5. 請求項４に記載の電池パックであって、
   前記２つのホルダ体は、略同一形状に形成されてなることを特徴とする電池パック。
6. 請求項１から５のいずれか一に記載の電池パックであって、
   前記ホルダ体が、可撓性を有する部材で形成されてなることを特徴とする電池パック。
7. 請求項１から６のいずれか一に記載の電池パックであって、
   各接続ホルダ(31)のホルダねじ穴に、ナット(34)をインサート成型してなることを特徴とする電池パック。
8. 請求項１から７のいずれか一に記載の電池パックであって、さらに、
   前記積層された上下に隣接する素電池(10)の折曲片(12)同士を重ね合わせた状態で螺合により固定されるバスねじ穴(25)を開口したバスバー(24)を備えることを特徴とする電池パック。
9. 請求項１から８のいずれか一に記載の電池パックであって、
   前記接続ホルダ(31)が櫛状に形成されてなることを特徴とする電池パック。

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