JP4568067B2 - パック電池 - Google Patents

Description

本発明は、主として大電流の放電に適しているパック電池に関し、とくに、複数の電池を並列と直列に接続しているパック電池に関する。

パック電池は、並列に接続する電池の個数を多くして出力電流を大きくでき、また、直列に接続する電池の個数で出力電圧を高くできる。このことから、大出力が要求される用途、たとえば自転車、工具、自動車等に使用されるパック電池は、複数の電池を並列に接続し、さらに、これを直列に接続して出力を大きくできる。この構造のパック電池は、多数の電池を内蔵するので、各々の電池を能率よく接続できる構造とすることが大切である。このことを実現するパック電池として、独特の構造のリード板で電池を接続するパック電池が開発されている（特許文献１参照）。
特開平１０−３０８２０５号公報

この公報に記載されるパック電池は、図１に示すように、２列に横並べしている電池３１の端面にリード板３２をスポット溶接して接続している。リード板３２は、中間でスムーズに折曲できるように、中間に沿ってスリット３３を設けている。さらに、スリット３３に沿って折曲すると、回路基板３４に接続する突起が突出するように、リード板３２の中間には配線用突起３５を設けている。このリード板３２は、中間をスリット３３に沿って１８０度折り返すと、図２に示すように配線用突起３５が突出する。突出した配線用突起３５が回路基板３４に接続されて、電池３１は回路基板３４に連結される。

図１と図２に示す配列のパック電池は、並列に接続している電池を直列に接続するリード板の電気抵抗が大きくなる。それは、リード板を、直列に接続する中間部分で折曲するために、スリット等を設けて折曲しやすくしているからである。大出力のパック電池は、電気抵抗を極力小さくすることが大切である。それは、極めてわずかな電気抵抗があっても、電流が大きいために損失が大きくなり、しかも最大出力を制限するからである。

また、図１と図２のパック電池は、全ての電池の電極にリード板を接続した後、リード板を１８０度折り曲げて回路基板に接続するので、リード板を折り曲げるときに、リード板と電池との接続が外れやすい欠点もある。また、完全には外れないが、外れ易い状態となって、使用しているときにリード板が電池から外れて故障しやすい欠点がある。さらに困ったことに、リード板を対向する電池端面の狭い隙間に配設するので、リード板と電池との接続を確認することが難しく、また、外れたリード板を電極に接続するのも極めて難しい欠点がある。

さらにまた、この構造のパック電池は、回路基板が大きくなると共に、並列に接続する電池の個数を増加させると、回路基板がさらに大きくなる欠点があり、電池の個数を設計変更するのに簡単に対応できない欠点もある。

また、以上の構造のパック電池は、電池を回路基板の表面に１段に配置するので、電池の個数が多くなると全体の外形が大きくなる欠点がある。全体の外形を小さくするために、回路基板の表面に、電池を複数段に積層して配置すると、各々の電池電圧を検出するために、電池と回路基板とに接続するリード板の絶縁が難しくなる。それは、回路基板から離れて配置される電池のリード板が、回路基板側に配置している電池の電極やこの電極に接続しているリード板の近傍を通過するからである。

さらにまた、図１と図２に示すパック電池は、電池３１をリード板３２で互いに連結し、さらにこのリード板３２で回路基板３４に接続する電池組立の状態に組み立てた後、電池３１の外側を絶縁するための絶縁ケースに収納する必要がある。このため、多数の電池をリード板で直列や並列に接続しながら各々の電池の電極を回路基板に接続する電池組立を製造する工程と、この工程で製作された電池組立を、絶縁ケースの定位置に収納して固定するケース収納工程からなる２工程で組み立てる必要があり、組み立てに手間がかかる欠点もあった。

本発明は、以上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、電池を縦横に多段に積層して配置しながら、リード板を確実に絶縁して配置でき、さらに、リード板の接続とケース収納を同じ工程として、能率よく組み立てできるパック電池を提供することにある。
また、本発明の他の大切な目的は、多数の電池を極めて低抵抗な状態で接続できると共に、リード板を確実に外れない状態で電池に連結でき、しかもリード板と電池との接続部分の確認を簡単にでき、またリード板と電池とを能率よく接続でき、さらに電池の個数を変更する設計変更に簡単に対応して、用途に最適な状態にできるパック電池を提供することにある。

本発明の請求項１のパック電池は、複数の電池１を、端面を同一の面に位置させる平行な姿勢で縦横に並べて収納し、かつ収納している電池１の端部を外部に表出させる開口部８を設けている絶縁材からなるケース２と、このケース２の開口部８に固定されて、電池１をケース２から出ないように定位置に固定すると共に、各々の電池１の端面電極位置に電極窓１１を開口している絶縁材からなるエンドプレート３と、ケース２の開口部８から電池１の端部に接続されて、隣接する電池１を接続しているリード板５とを備える。エンドプレート３側のリード板５は、電池端部の電極に接続される連結部５ａと、この連結部５ａから引き出されてなる引出し部５ｂとを備えている。連結部５ａは、エンドプレート３の電池対向面である内側に配置されて、互いに隣に配置している電池１の電極に接続されて、隣接する電池１を並列又は直列に接続し、あるいは並列と直列に接続している。引出し部５ｂは、エンドプレート３と平行な方向であって、同一方向に引き出されている。パック電池は、エンドプレート３でリード板５を定位置に連結すると共に、電池１を第１グループの電池１Ａと第２グループの電池１Ｂで構成して、第１グループの電池１Ａに連結部５ａを接続している第１のリード板５Ａの引出し部５ｂをエンドプレート３の内側面に、第２グループの電池１Ｂに連結部５ａを接続している第２のリード板５Ｂの引出し部５ｂをエンドプレート３に貫通させて外側面に配置して、エンドプレート３でもって第１のリード板５Ａの引出し部５ｂと第２のリード板５Ｂの引出し部５ｂを絶縁している。

本発明の請求項２のパック電池は、複数の電池１を、端面を同一の面に位置させる平行な姿勢で縦横に並べて収納し、かつ収納している電池１の端部を外部に表出させる開口部８を設けている絶縁材からなるケース２と、このケース２の開口部８に固定されて、電池１をケース２から出ないように定位置に固定すると共に、各々の電池１の端面電極位置に電極窓１１を開口している絶縁材からなるエンドプレート３と、ケース２の開口部８から電池１の端部に接続されて、隣接する電池１を接続しているリード板５とを備える。エンドプレート３側のリード板５は、電池端部の電極に接続される連結部５ａと、この連結部５ａから引き出されてなる引出し部５ｂとを備えており、連結部５ａは、エンドプレート３の電池対向面の反対側である外側に配置されて、互いに隣に配置している電池１の電極に接続されて、隣接する電池１を並列又は直列に接続し、あるいは並列と直列に接続している。引出し部５ｂは、エンドプレート３と平行な方向であって、同一方向に引き出されている。パック電池は、エンドプレート３が、リード板５を定位置に連結すると共に、電池１を第１グループの電池１Ａと第２グループの電池１Ｂで構成して、第１グループの電池１Ａに連結部５ａを接続している第１のリード板５Ａをエンドプレート３の外側に配置し、第２グループの電池１Ｂに連結部５ａを接続している第２のリード板５Ｂの引出し部５ｂは、絶縁材１７で絶縁して第１のリード板５Ａの外側に積層してエンドプレート３の外側面に配置して、第１のリード板５Ａの引出し部５ｂと第２のリード板５Ｂの引出し部５ｂを絶縁材１７で絶縁している。

本発明の請求項３のパック電池は、複数の電池１を、端面を同一の面に位置させる平行な姿勢で縦横に並べて収納し、かつ収納している電池１の端部を外部に表出させる開口部８を設けている絶縁材からなるケース２と、このケース２の開口部８に固定されて、電池１をケース２から出ないように定位置に固定すると共に、各々の電池１の端面電極位置に電極窓１１を開口している絶縁材からなるエンドプレート３と、ケース２外周のひとつの面に固定されて、各々の電池１の電圧を検出する電圧検出回路を備える回路基板４と、ケース２の開口部８から電池１の端部に接続されて電池１の電極を回路基板４に接続しているリード板５とを備える。エンドプレート３側のリード板５は、電池端部の電極に接続される連結部５ａと、この連結部５ａに連結されて連結部５ａを回路基板４に接続する引出し部５ｂとを備えている。連結部５ａは、エンドプレート３の電池対向面である内側に配置されて、互いに隣に配置している電池１の電極に接続されて、隣接する電池１を並列又は直列に接続し、あるいは並列と直列に接続している。引出し部５ｂは、回路基板４に接続されて、各々の電池電圧を電圧検出回路に入力している。パック電池は、エンドプレート３でリード板５を定位置に連結すると共に、電池１を第１グループの電池１Ａと第２グループの電池１Ｂで構成して、第１グループの電池１Ａに連結部５ａを接続している第１のリード板５Ａの引出し部５ｂをエンドプレート３の内側面に、第２グループの電池１Ｂに連結部５ａを接続している第２のリード板５Ｂの引出し部５ｂをエンドプレート３に貫通させて外側面に配置して、エンドプレート３でもって第１のリード板５Ａの引出し部５ｂと第２のリード板５Ｂの引出し部５ｂを絶縁して電池１の電極を回路基板４に接続している。

本発明の請求項４のパック電池は、複数の電池１を、端面を同一の面に位置させる平行な姿勢で縦横に並べて収納し、かつ収納している電池１の端部を外部に表出させる開口部８を設けている絶縁材からなるケース２と、このケース２の開口部８に固定されて、電池１をケース２から出ないように定位置に固定すると共に、各々の電池１の端面電極位置に電極窓１１を開口している絶縁材からなるエンドプレート３と、ケース２外周のひとつの面に固定されて、各々の電池１の電圧を検出する電圧検出回路を備える回路基板４と、ケース２の開口部８から電池１の端部に接続されて電池１の電極を回路基板４に接続しているリード板５とを備える。エンドプレート３側のリード板５は、電池端部の電極に接続される連結部５ａと、この連結部５ａに連結されて連結部５ａを回路基板４に接続する引出し部５ｂとを備えている。連結部５ａは、エンドプレート３の電池対向面の反対側である外側に配置されて、互いに隣に配置している電池１の電極に接続されて、隣接する電池１を並列又は直列に接続し、あるいは並列と直列に接続している。引出し部５ｂは、回路基板４に接続されて、各々の電池電圧を電圧検出回路に入力している。パック電池は、エンドプレート３でリード板５を定位置に連結すると共に、電池１を第１グループの電池１Ａと第２グループの電池１Ｂで構成している。さらに、パック電池は、第１グループ１Ａの電池１Ａに連結部５ａを接続している第１のリード板５Ａをエンドプレート３の外側に配置し、第２グループの電池１Ｂに連結部５ａを接続している第２のリード板５Ｂの引出し部５ｂは、絶縁材１７で絶縁して第１のリード板５Ａの外側に積層してエンドプレート３の外側面に配置して、第１のリード板５Ａの引出し部５ｂと第２のリード板５Ｂの引出し部５ｂを絶縁材１７で絶縁して電池１の電極を回路基板４に接続している。

本発明のパック電池は、第１グループの電池１Ａと第２グループの電池１Ｂを、回路基板４に接近する側の電池１と、回路基板４から離れる側の電池１とに分離し、回路基板４側の電池１を第１グループの電池１Ａとして、回路基板４から離れる側の電池１を第２グループの電池１Ｂとすることができる。

本発明のパック電池は、ケース２をプラスチック製として、電池１を挿通して外周を保持する保持部７を一体的に成形して設けて、各々の電池１を保持部７に挿通して定位置に配置することができる。

本発明のパック電池は、ケース２が、電池１の両端に開口部８を設けて、一端の開口部８にエンドプレート３に固定することができる。

本発明のパック電池は、エンドプレート３にリード板５を係止する係止部１２を一体的に成形して設けることができる。

さらに、本発明のパック電池は、エンドプレート３に、止ネジを挿通するネジ孔１５を設けると共に、ケース２に、止ネジをねじ込むネジ挿入部１６を、ネジ孔１５に対向する位置に設けることができる。このパック電池は、エンドプレート３のネジ孔１５に挿通する止ネジをケース２のネジ挿通部１６にねじ込んで、エンドプレート３をケース２の定位置に連結することができる。

さらにまた、本発明のパック電池は、エンドプレート３とケース２のいずれか一方に嵌着突出部を設けると共に、他方にこの嵌着突出部を嵌合する嵌合凹部を設けることができる。このパック電池は、嵌着突出部を嵌合凹部に嵌合させてエンドプレートをケースの定位置に連結することができる。

本発明のパック電池は、電池を縦横多段に積層して配置しながら、各々の電池に接続するリード板を確実に絶縁して配置できる特長がある。それは、本発明のパック電池が、リード板をエンドプレートの定位置に連結すると共に、このエンドプレートを絶縁材に併用し、あるいはエンドプレートの定位置に配置している絶縁材でもって、リード板の積層部分を絶縁しているからである。とくに、請求項１と３のパック電池は、エンドプレートの内側と外側にリード板を配置してエンドプレートで絶縁するので、絶縁材を使用することなく確実に絶縁できる。また、請求項２と４のパック電池は、リード板をエンドプレートの外側に配置して、絶縁材でリード板を絶縁するので、エンドプレートでもってリード板と絶縁材の両方を定位置に配置し、絶縁材でリード板を確実に絶縁できる。

また、本発明のパック電池は、エンドプレートの定位置にリード板を連結して、リード板で電池を直列や並列に接続するので、エンドプレートをケースの開口部に連結する状態で、電池にリード板を接続することができる。このため、リード板の接続と、エンドプレートをケースに固定して電池をケースに収納するのを同じ工程として、能率よく組み立てできる特徴も実現される。

さらにまた、本発明のパック電池は、複数の電池をリード板でもって低抵抗な状態で接続できると共に、リード板を確実に外れない状態で電池に連結できる特長がある。それは、本発明のパック電池が、電池を縦横に配置して、リード板の連結部を隣の電池の電極に接続して、電池を直列または並列に接続でき、しかも、リード板をケースに固定されるエンドプレートの定位置に連結して、電池の電極に接続するからである。

また、本発明のパック電池は、リード板と電池との接続部分の確認を簡単にでき、またリード板と電池とを能率よく接続でき、さらに電池の個数を変更する設計変更に簡単に対応して、用途に最適な状態にできる特長も備える。それは、本発明のパック電池が、縦横に並べている電池の電極にリード板の連結部を溶接等の方法で連結すると共に、リード板をケースの定位置に固定されるエンドプレートに連結して、電池に連結し、さらに、電池を縦横に配列する個数を変更して全体の個数を調整できるからである。

とくに、本発明の請求項３と４のパック電池は、各々の電池の電圧を検出する電圧検出回路を備える回路基板と電池とを接続するリード板の積層部分をエンドプレートまたは絶縁材で絶縁しているので、電池の電極と回路基板とを接続するリード板を確実に絶縁して、各々の電池電圧を正確に検出できる。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施例は、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、特許請求の範囲に示される部材を、実施例の部材に特定するものでは決してない。

図３ないし図５に示すパック電池は、複数の電池１と、電池１を収納しているケース２と、ケース２の開口部８に固定しているエンドプレート３と、電池１に接続されて電池電圧を検出する電圧検出回路を実装する回路基板４と、この回路基板４に電池１を接続すると共に、電池１を直列と並列に接続するリード板５とを備える。さらに、図のパック電池は、外ケース６にケース２と回路基板４を収納している。

電池１は、円筒型のリチウムイオン二次電池である。ただ、電池には、充電できる全ての二次電池、たとえばニッケル水素電池やニッケルカドミウム電池とすることもてきる。また、電池は、円筒型電池に代わって角型電池も使用できる。

図のパック電池は、縦横に並べている電池１を４行５列に配置して、２０個の電池１を備えている。ただし、本明細書において、電池の行と列は、図３と図４に示すように、回路基板４を上面に配置する姿勢で、横一並びの要素を行、縦一並びの要素を列とする。

図のパック電池は、隣接する行（図において上下）に配置される電池１の向きを、上２行および下２行に配置される電池同士で等しくすると共に、同じ列に配設される電池１については、上２行の電池１と下２行の電池１とでは逆向きとなるようにしている。すなわち、ケース２の開口部８から表出する電池１の極性は、上２行の電池同士及び下２行の電池同士では同じ極性とするとが、同じ列に配置される上２行の電池１と下２行の電池１では異なる極性としている。いいかえると、ケース２の開口部８において、ひとつの列では、上２行に凸部電極を下２行に平面電極を配置し、あるいは、上２行に平面電極を下２行に凸部電極を配置している。このように配列される電池１は、上２行または下２行で上下に位置する電池１をリード板５で接続してこれらを並列に接続できる。また、ひとつの列に配置される４個の電池をリード板５で接続して、上２行の電池１と下２行の電池１を直列に接続できる。

また、図のパック電池は、隣接する列（図において左右）に配置される電池１の向きを逆向きとして、ケース２の開口部８から表出する電池１の極性を、隣接する列の電池同士では互いに異なる極性としている。すなわち、ケース２の開口部８において、左右に隣接する電池同士は、凸部電極と平面電極とが交互に位置するようにしている。したがって、左右に隣接する電池１の電極をリード板５で接続して、これらを直列に接続できる。

図のパック電池は、一方の開口部８において、上下に位置する電池１の電極を並列と直列に接続し、他方の開口部８において、左右に位置する電池１の電極を直列に接続して、２０個の電池１を互いに接続している。図のパック電池は、１０個の電池１を直列に接続し、さらに１０個ずつの電池１を２個ずつ並列に接続している。すなわち、２個の電池１を並列にしたものを１０個直列に接続している。

図の電池１は、上２行の電池１を第１グループの電池１Ａとして、下２行の電池１を第２グループの電池１Ｂとしている。すなわち、第１グループの電池１Ａと第２グループの電池１Ｂを２行の電池１で構成する。ただし、本発明のパック電池は、第１グループの電池と第２グループの電池を３行以上とすることができる。第１グループの電池１Ａと第２グループの電池１Ｂは同じ行数とするので、パック電池全体の行数は、第１グループの電池１Ａと第２グループの電池１Ｂの行数の２倍となる。たとえば、第１グループの電池と第２グループの電池を３行の電池とするパック電池は、全体の行数が６行となる。また、図のパック電池は、列の数が電池１を直列に接続する個数を特定する。正確には、図のパック電池は列の数の２倍が電池１の直列個数となる。したがって、電池１を図に示す配列で並列と直列に接続するパック電池においては、列数を多くして、直列に接続する電池１の個数を多くして、出力電圧を高くできる。

図のパック電池は、上下２列の電池１を並列に接続して、隣接する列の電池１を直列に接続しているが、本発明は電池を並列と直列に接続する電池の配列を図に示す構造には特定しない。上下の電池を直列に接続して、隣接する列の電池を並列に接続することもできる。さらに、図のパック電池は、複数の電池１を縦横に直線状に並べて行列に配置するが、電池は必ずしも直線状に配置する必要はなく、たとえば、図示しないが縦列に並ぶ電池を左右に位置をずらせる状態として、ジグザグ状に配置し、あるいは横の行に配置する電池を上下に位置がずれる状態に配置することもできる。

ケース２は、ポリプロピレンやポリエチレン等のプラスチック等の絶縁材で製作される。ケース２を成形するプラスチックはポリプロピレンである。ただ、ポリエチレンやナイロン等の他のプラスチックで成形することもできる。絶縁材で製作されるケース２は、表面を絶縁処理しない電池、すなわち、金属製の外装缶を表面に表出させている電池を直接にケースに収納できる。

ケース２は、図５の断面図に示すように、電池１を挿通し、挿通される電池１の外周を保持して定位置に配置する保持部７を一体的に成形して設けている。保持部７は、電池１を挿入して保持するので、内面の形状を電池１の外形にほぼ等しく、正確には電池１の外形よりもわずかに大きく成形している。図のパック電池は、ケース２に円筒型電池１を収納しているので、保持部７を円筒状としている。ケース２は、円筒状の保持部７を縦横に連結して設けている。各々の保持部７に電池１を挿入して、ケース２は複数の電池１を定位置に配置して収納する。保持部７は内面形状を電池１の外形に沿う形状とするが、電池１の全表面に沿う円筒状とする必要はない。円筒の一部を切欠する形状の保持部に電池を挿入して、定位置に配置できるからである。

ケース２は、各々の保持部７に電池１を挿入して、複数の電池１の端面が同一の面に位置する平行な姿勢として、縦横に並べて、すなわち行列に並べて収納する。図３と図４のパック電池は、電池１の端面が垂直面に位置するように、電池１を水平な姿勢で平行にケース２に収納している。

電池１は、ケース２の保持部７に収納された状態で端部にリード板５を接続する。このことを実現するために、ケース２は、電池１の端部を外部に表出させる開口部８を設けている。図３と図４のケース２は、一方の開口部８を、電池１を出し入れできる構造とし、他方の開口部８を、電池１が出ない構造としている。電池１を出し入れできる開口部８は、保持部７の開口部を電池１を通過できる大きさとする。電池１が出ない構造の開口部８は、図４に示すように、電池１の挿通を阻止するストッパ凸部１０を一体的に成形して設けている。ストッパ凸部１０は、電池１の端面に当接して、電池１が開口部８から出るのを阻止する。

図３と図４のケース２は、エンドプレート３を固定する開口部８を、電池１を出し入れできる構造として、他方の開口部８を電池１を出し入れできない構造としている。この構造のケース２は、エンドプレート３を外す状態でケース２の保持部７に電池１を挿入し、その後、開口部８にエンドプレート３を固定して、電池１をケース２から出ないように収納できる。

エンドプレート３はプラスチック等の絶縁材で製作される。エンドプレート３は、ケース２の開口部８に固定されて、電池１をケース２から出ないように定位置に固定する。また、このエンドプレート３は、これをケース２に固定する状態で、電池１の端部にリード板５を固定できるように、各々の電池１の端面電極位置に電極窓１１を開口している。図のパック電池は、４行５列に２０個の電池１を収納するので、エンドプレート３は２０個の電極窓１１を開口している。

エンドプレート３は、ケース２の定位置に連結される。エンドプレート３をケース２の定位置に連結するために、図のエンドプレート３は、ネジ止してケース２に連結するネジ孔１５を設けている。一方、ケース２は、止ネジをねじ込むネジ挿入部１６をネジ孔１５に対向する位置に設けている。ネジ孔１５は、エンドプレート３を貫通する貫通孔であって、エンドプレート３の周縁部に複数個を開口して設けている。ネジ挿通部１６は、ネジ孔１５に挿通される止ネジをねじ込む部分であって、ネジ孔１５に対向する位置、図のケース２においては、端部の外周部に設けている。エンドプレート３は、ネジ孔１５に止ネジが挿通されると共に、この止ネジがケース２のネジ挿通部１６にねじ込まれて、ケース２の定位置に連結される。

さらに、パック電池は、図示しないが、エンドプレートとケースのいずれか一方に嵌着突出部を設けると共に、他方にこの嵌着突出部を嵌合する嵌合凹部を設けて、嵌着突出部を嵌合凹部に嵌合させてエンドプレートをケースの定位置に連結することもできる。この連結構造は、たとえば、嵌着突出部を凸部や凸条とし、嵌合凹部を凸部や凸条を嵌入する凹部や穴、溝とすることができる。嵌着突出部と嵌合凹部は、エンドプレートとケースの互いに対向する部分であって、たとえば、周縁部や中間部に設けることができる。このパック電池は、嵌着突出部を嵌合凹部に嵌合させる状態でエンドプレートとケースとを定位置に連結する。さらに、定位置に連結されるエンドプレートとケースとを接着剤で固定し、あるいは溶着し、あるいはまたネジ止めして強固に固定することができる。

以上のように、エンドプレート３をケース２の定位置に連結するパック電池は、リード板５をエンドプレート３の定位置に連結し、電池１をケース２の保持部７でケース２の定位置に連結することにより、リード板５を電池１の定位置に配置して、簡単に電池１の電極に連結できる特徴が実現できる。ただ、本発明のパック電池は、エンドプレートをケースの定位置に連結する構造を以上の構造に特定しない。パック電池は、エンドプレートをケースの定位置に連結できる他の全て構造でエンドプレートとケースを連結することができる。

エンドプレート３は、リード板５を定位置に連結している。図のエンドプレート３は、リード板５の両側に係止部１２を設け、この係止部１２でリード板５を定位置に連結している。係止部１２は、図６の断面図に示すように、リード板５の両側縁を係止するＬ字状に成形された凸部である。この形状の係止部１２は、プラスチック製のエンドプレート３に一体的に成形して設けられる。図のエンドプレート３は、電池１の端部に連結される連結部５ａの両側に係止部１２を設けている。このエンドプレート３は、リード板５を上から係止部１２に挿入して、すなわち、リード板５の両端縁を係止部１２に挿入する状態でスライドさせて簡単に連結できる。ただし、本発明のパック電池は、エンドプレートにリード板を接着して連結し、あるいは嵌着して連結し、あるいは粘着テープ等を介して定位置に連結することもできる。

図３と図４のパック電池は、図７ないし図１０に示すように、エンドプレート３の内側面にリード板５の連結部５ａを連結している。図のパック電池は、電池１を第１グループの電池１Ａと第２グループの電池１Ｂに分離している。図のパック電池は、回路基板４に接近する側の電池１と、回路基板４から離れる側の電池１とで第１グループの電池１Ａと第２グループの電池１Ｂに分離している。図において、回路基板４側の上２行の電池１を第１グループの電池１Ａとして、回路基板４から離れる側の下２行の電池１を第２グループの電池１Ｂとしている。

第１グループの電池１Ａに連結部５ａを接続している第１のリード板５Ａの引出し部５ｂは、エンドプレート３の内側面に配置される。第２グループの電池１Ｂに連結部５ａを接続している第２のリード板５Ｂの引出し部５ｂは、エンドプレート３を貫通して外側面に配置している。エンドプレート３は、図９に示すように、第２のリード板５Ｂの引出し部５ｂを挿通する貫通孔１３を開口しており、この貫通孔１３にリード板５Ｂの引出し部５ｂを挿通して、エンドプレート３の内側に第２のリード板５Ｂの連結部５ａを、外側に第２のリード板５Ｂの引出し部５ｂを配置している。さらに、図９のエンドプレート３は、外側に引き出された第２のリード板５Ｂの引出し部５ｂを案内する嵌入凹部１４を設けている。この構造のエンドプレート３は、第１のリード板５Ａの引出し部５ｂを内側に、第２のリード板５Ｂの引出し部５ｂを外側に配置して絶縁し、絶縁された引出し部５ｂ、５ｂが回路基板４に接続される。

第１のリード板５Ａと第２のリード板５Ｂは、電池１の電極に接続される連結部５ａに、回路基板４に接続される引出し部５ｂを連結した形状に金属板を裁断して製作される。第１のリード板５Ａと第２のリード板５Ｂは、幅の広い連結部５ａに幅の狭い引出し部５ｂを連結した４本電池連結用のリード板と、引出し部５ｂと連結部５ａの幅を同じ幅とする２本電池連結用のリード板からなる。４本電池連結用のリード板は、図において上下左右に隣接する４本の電池１の電極に溶接等の方法で接続される。この４本電池連結用のリード板は、上下に配置される２本の電池１を並列に接続して、さらに左右に位置する２本の電池１を直列に接続する。２本電池連結用のリード板は、図において上下に位置する電池１の電極に溶接等の方法で接続されて、２本の電池１を並列に接続する。２本電池連結用のリード板は出力端子（図示せず）に接続される。

パック電池は、エンドプレート３の反対側で電池１の電極に第３のリード板５Ｃを連結している。第３のリード板５Ｃは、縦１列の電池１の電極に接続されて、上端を回路基板４に接続する。第３のリード板５Ｃは、２本の電池１を並列に接続して、さらに並列に接続している２本の電池１を直列に接続する。すなわち、上２行の電池１を並列に、さらに、下２行の電池１も並列に接続し、さらに、上２行と下２行の電池１を互いに直列に接続する。第１のリード板５Ａと第２のリード板５Ｂは、上２行の電池１を並列に、さらに、下２行の電池１も並列に接続して、隣の列にある２個の電池１を直列に接続する。したがって、図のパック電池は、第３のリード板５Ｃで上下の電池１を直列に接続して、第１のリード板５Ａと第２のリード板５Ｂで左右の電池１を直列に接続する。

以上のパック電池は、以下のようにして、エンドプレート３とリード板５を連結する。
(1) エンドプレート３の定位置に、第１のリード板５Ａと第２のリード板５Ｂを連結する。このとき、第１のリード板５Ａの引出し部５ｂは、エンドプレート３の内側に配置し、第２のリード板５Ｂの引出し部５ｂは、エンドプレート３の貫通孔１３に挿通して外側に引き出し、嵌入凹部１４に案内してエンドプレート３の外側に配置する。
(2) ケース２の保持部７に電池１を挿入して、電池１をケース２に収納する。
(3) ケース２の開口部８にエンドプレート３を連結する。エンドプレート３は、ネジ止してケース２に連結される。
(4) 第１のリード板５Ａと第２のリード板５Ｂの連結部５ａ、５ａを、電池１の電極にスポット溶接し、あるいはレーザー溶接して連結する。
(5) ケース２の反対側の開口部８に第３のリード板５Ｃを配置し、電池１の電極にスポット溶接し、あるいはレーザー溶接して連結する。

以上の構造のエンドプレート３は、別の部品を使用することなく、第１のリード板５Ａと第２のリード板５Ｂの引出し部５ｂ、５ｂを絶縁して配置できる。ただし、本発明のパック電池は、図１１ないし図１４に示すように、リード板５の全体をエンドプレート３の外側に配置することもできる。このパック電池は、第２のリード板５Ｂの引出し部５ｂをエンドプレート３に貫通させない。このパック電池は、エンドプレート３の外側に第１のリード板５Ａと第２のリード板５Ｂを配置する。第２のリード板５Ｂの引出し部５ｂを第１のリード板５Ａから絶縁するために、第２のリード板５Ｂの引出し部５ｂと、第１のリード板５Ａとの間に絶縁材１７を積層している。絶縁材１７は、紙シートやプラスチックシートである。なお、図１１ないし図１４に示す実施例において、前述の実施例と同じ構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略する。

これ等の図に示すエンドプレート３は、リード板５を定位置に連結するために、リード板５をはめ込んで固定する嵌着凹部１８を外側面に設けている。嵌着凹部１８は、リード板５の連結部５ａを嵌着するように、その内形を連結部５ａの外形にほぼ等しくしている。図のリード板５は連結部５ａの全体形状を四角形とするので、嵌着凹部１８も四角形としている。さらに、図１１と図１２のエンドプレート３は、絶縁材１７も嵌着凹部１８にはめ込んで、定位置に嵌着するようにしている。絶縁材１７は、エンドプレート３の嵌着凹部１８に嵌着される連結部５ａをカバーする形状としている。図１１と図１２のエンドプレート３は、第１のリード板５Ａを３列に並べて連結している。絶縁材１７は、３列に並べている第１のリード板５Ａの連結部５ａをカバーする本体カバー部１７Ａを、幅の狭いアーム部１７Ｂで連結している。さらに、絶縁材１７は、エンドプレート３の電極窓１１と同じ位置に電極窓１７ａを開口している。この絶縁材１７は、第１のリード板５Ａに積層する状態で、第１のリード板５Ａを電池１の電極に溶接して固定できる。絶縁材１７の電極窓１７ａから第１のリード板５Ａを外部に表出できるからである。図のエンドプレート３は、絶縁材１７の本体カバー部１７Ａとアーム部１７Ｂをはめ込んで定位置に連結する嵌着凹部１８を設けている。絶縁材１７の本体カバー部１７Ａは、図１１と図１２に示すように、第１のリード板５Ａの連結部５ａの表面に積層されて、第２のリード板５Ｂの引出し部５ｂを第１のリード板５Ａから絶縁する。

第２のリード板５Ｂの引出し部５ｂは、電極窓１７ａの間に配置される。引出し部５ｂが電極窓１７ａを閉塞する位置にあると、第２のリード板５Ｂの引出し部５ｂが電極窓１７ａから第１のリード板５Ａにショートしやすく、また、第２のリード板５Ｂをエンドプレート３に連結する状態で、第１のリード板５Ａを電池１に溶接して連結できなくなるからである。

エンドプレート３は、電池１の端部に位置して電極窓１１を設けている。凸部電極側の電極窓１１Ａは、凸部電極を挿通できるように、凸部電極の外形にほぼ等しい。凸部電極と反対側の平面電極を挿通する平面電極側の電極窓１１Ｂは、電池１の平面電極側を挿通して、平面電極をエンドプレート３の外側面に位置させる。したがって、平面電極側の電極窓１１Ｂは、電池１の外形にほぼ等しい大きさに開口される。凸部電極と平面電極は、電極窓１１に挿通されて、エンドプレート３の外側面に積層されるリード板５に接触する。この状態で、凸部電極と平面電極は、リード板５の連結部５ａに溶接して連結される。凸部電極側の電極窓１１Ａを、凸部電極の外形にほぼ等しくしているエンドプレート３は、凸部電極の外周に入れる絶縁リングを省略できる。エンドプレート３が、凸部電極の周囲にあるカシメ凸部を絶縁するので、凸部電極に連結するリード板５が、かしめ凸部に接触してショートするのを阻止できるからである。

以上のように、リード板５をエンドプレート３の外側に配置しているパック電池は、以下のようにして、エンドプレート３とリード板５を固定する。
(1) ケース２の保持部７に電池１を挿入する。
(2) ケース２の開口部８にエンドプレート３を固定する。エンドプレート３はケース２の開口部８を閉塞して、ケース２から電池１を出ないようにする。
(3) エンドプレート３の外側に設けている嵌着凹部１８に第１のリード板５Ａを入れて定位置に連結する。絶縁材１７をエンドプレート３の嵌着凹部１８に入れて、エンドプレート３の定位置に連結する。第２のリード板５Ｂを嵌着凹部１８に入れて、エンドプレート３の定位置に連結する。
(4) 第１のリード板５Ａと第２のリード板５Ｂの連結部５ａを、スポット溶接などの方法で電池１の電極に連結する。
(5) ケース２の反対側の開口部８に第３のリード板５Ｃを配置し、電池１の電極にスポット溶接し、あるいはレーザー溶接して連結する。

以上の方法は、第１のリード板５Ａと第２のリード板５Ｂの連結部５ａをひとつの工程で、電池１の電極に溶接して連結するので、リード板５を能率よく電池１に連結できる。ただ、第１のリード板５Ａをエンドプレート３の外側に連結して、第１のリード板５Ａを電池１の電極に連結し、その後、絶縁材１７を積層した後、第２のリード板５Ｂをエンドプレート３に連結して、第２のリード板５Ｂの連結部５ａを電池１の電極に連結することもできる。

回路基板４は、各々の電池電圧を検出して、電池１の充放電を制御する電圧検出回路を実装している。図のパック電池は、全ての電池電圧を別々に独立して電圧検出回路で検出する。電池１をリチウムイオン二次電池とするパック電池は、全ての電池電圧を検出して、充放電を理想的な状態で制御できる。図のパック電池は、２個の電池１を並列に接続しているので、並列接続している電池１は一緒に電圧が検出される。リチウムイオン二次電池は、満充電された状態と、完全に放電された状態を電圧で検出できる。複数の電池１を直列に接続しているパック電池は、全ての電池１を同じ電流で充放電させる。ただ、全ての電池１が同じ状態で充放電されるとは限らない。全ての電池１が同じように劣化せず、また、製造工程においても全く同じ特性には製作されない。このため、直列に接続された複数の電池１は、実質的に満充電できる容量や内部抵抗等にばらつきがある。このような電池１を同じ電流で充放電すると、いずれかの電池１が先に満充電され、あるいは完全に放電される。

電圧検出回路で全ての電池電圧を検出しながら、充放電をコントロールするパック電池は、全ての電池１の過充電と過放電を防止しながら充放電する。電圧検出回路は、パック電池を充電しているときに、いずれかの電池電圧が最高電圧まで上昇すると充電電流を遮断する。また、放電しているときは、いずれかの電池１の電圧が最低電圧まで低下すると放電電流を遮断する。

電池１をニッケル水素電池やニッケルカドミウム電池とするパック電池においても、全ての電池電圧を検出しながら充放電を制御して、全ての電池１の過充電と過放電を防止しながら使用できる。したがって、本発明は電池をリチウムイオン二次電池に特定しない。

回路基板４は、ケース２外周のひとつの面に固定される。図のパック電池は、ケース２の上面に回路基板４を固定している。図のパック電池は、ケース２の上面に基板ホルダ１９を固定し、この基板ホルダ１９内に回路基板４を固定している。基板ホルダ１９は、プラスチックでもって、ケース２と別に成形された上方開口の箱である。基板ホルダ１９の内部に固定している回路基板４は、リード線２０を介してリード板５の引出し部５ｂの先端に連結している。図のパック電池は、回路基板４にリード線２０を半田付けして連結して、リード線２０をリード板５の引出し部５ｂに半田付けして連結している。

リード板５は、引出し部５ｂを回路基板４に接続するので、引出し部５ｂを回路基板４の方向に延長している。引出し部５ｂは、電池１から負荷に流す負荷電流を流さない。したがって、引出し部５ｂは連結部５ａよりも幅を狭くして、回路基板４に向かって延長される。

さらに、図３と図４のパック電池は、電池１とケース２と回路基板４と基板ホルダ１９からなる電池組立２１を外ケース６に収納している。外ケース６は、第１ケース６Ａと第２ケース６Ｂを連結して、内部に電池組立２１を収納している。第１ケース６Ａと第２ケース６Ｂは、四角い底板の周囲に周壁を設けた形状にプラスチックを成形している。周壁をネジで固定して、内部に電池組立２１を収納している。

従来のパック電池であって、電池にリード板を接続した状態を示す斜視図である。 図１に示すリード板を２つ折りにした状態を示す側面図である。 本発明の一実施例にかかるパック電池の分解斜視図である。 図３に示すパック電池の電池組立の背面斜視図である。 本発明の一実施例にかかるパック電池の垂直縦断面図である。 本発明の一実施例にかかるパック電池のエンドプレートの水平断面図である。 本発明の一実施例にかかるパック電池のエンドプレートを内側から見た図である。 図７に示すエンドプレートを外側から見た図である。 図７に示すエンドプレートの分解斜視図である。 図８に示すエンドプレートの分解斜視図である。 本発明の他の実施例にかかるパック電池の分解斜視図である。 図１１に示すパック電池の背面斜視図である。 本発明の他の実施例にかかるパック電池のエンドプレートを内側から見た図である。 図１３に示すエンドプレートを外側から見た図である。

符号の説明

１…電池 １Ａ…第１グループの電池
１Ｂ…第２グループの電池
２…ケース
３…エンドプレート
４…回路基板
５…リード板 ５Ａ…第１のリード板
５Ｂ…第２のリード板
５Ｃ…第３のリード板
５ａ…連結部
５ｂ…引出し部
６…外ケース ６Ａ…第１ケース
６Ｂ…第２ケース
７…保持部
８…開口部
１０…ストッパ凸部
１１…電極窓 １１Ａ…凸部電極側の電極窓
１１Ｂ…平面電極側の電極窓
１２…係止部
１３…貫通孔
１４…嵌入凹部
１５…ネジ孔
１６…ネジ挿入部
１７…絶縁材 １７Ａ…本体カバー部
１７Ｂ…アーム部
１７ａ…電極窓
１８…嵌着凹部
１９…基板ホルダ
２０…リード線
２１…電池組立
３１…電池
３２…リード板
３３…スリット
３４…回路基板
３５…配線用突起

Claims (10)

1. 複数の電池(1)を、端面を同一の面に位置させる平行な姿勢で縦横に並べて収納し、かつ収納している電池(1)の端部を外部に表出させる開口部(8)を設けている絶縁材からなるケース(2)と、このケース(2)の開口部(8)に固定されて、電池(1)をケース(2)から出ないように定位置に固定すると共に、各々の電池(1)の端面電極位置に電極窓(11)を開口している絶縁材からなるエンドプレート(3)と、ケース(2)の開口部(8)から電池(1)の端部に接続されて、隣接する電池(1)を接続しているリード板(5)とを備えており、
   エンドプレート(3)側のリード板(5)は、電池端部の電極に接続される連結部(5a)と、この連結部(5a)から引き出されてなる引出し部(5b)とを備えており、連結部(5a)は、エンドプレート(3)の電池対向面である内側に配置されて、互いに隣に配置している電池(1)の電極に接続されて、隣接する電池(1)を並列又は直列に接続し、あるいは並列と直列に接続しており、引出し部(5b)は、エンドプレート(3)と平行な方向であって、同一方向に引き出されており、
   エンドプレート(3)が、リード板(5)を定位置に連結すると共に、電池(1)を第１グループの電池(1A)と第２グループの電池(1B)で構成して、第１グループの電池(1A)に連結部(5a)を接続している第１のリード板(5A)の引出し部(5b)をエンドプレート(3)の内側面に、第２グループの電池(1B)に連結部(5a)を接続している第２のリード板(5B)の引出し部(5b)をエンドプレート(3)に貫通させて外側面に配置して、エンドプレート(3)でもって第１のリード板(5A)の引出し部(5b)と第２のリード板(5B)の引出し部(5b)を絶縁しているパック電池。
2. 複数の電池(1)を、端面を同一の面に位置させる平行な姿勢で縦横に並べて収納し、かつ収納している電池(1)の端部を外部に表出させる開口部(8)を設けている絶縁材からなるケース(2)と、このケース(2)の開口部(8)に固定されて、電池(1)をケース(2)から出ないように定位置に固定すると共に、各々の電池(1)の端面電極位置に電極窓(11)を開口している絶縁材からなるエンドプレート(3)と、ケース(2)の開口部(8)から電池(1)の端部に接続されて、隣接する電池(1)を接続しているリード板(5)とを備えており、
   エンドプレート(3)側のリード板(5)は、電池端部の電極に接続される連結部(5a)と、この連結部(5a)から引き出されてなる引出し部(5b)とを備えており、連結部(5a)は、エンドプレート(3)の電池対向面の反対側である外側に配置されて、互いに隣に配置している電池(1)の電極に接続されて、隣接する電池(1)を並列又は直列に接続し、あるいは並列と直列に接続しており、引出し部(5b)は、エンドプレート(3)と平行な方向であって、同一方向に引き出されており、
   エンドプレート(3)が、リード板(5)を定位置に連結すると共に、電池(1)を第１グループの電池(1A)と第２グループの電池(1B)で構成して、第１グループの電池(1A)に連結部(5a)を接続している第１のリード板(5A)をエンドプレート(3)の外側に配置し、第２グループの電池(1B)に連結部(5a)を接続している第２のリード板(5B)の引出し部(5b)は、絶縁材(17)で絶縁して第１のリード板(5A)の外側に積層してエンドプレート(3)の外側面に配置して、第１のリード板(5A)の引出し部(5b)と第２のリード板(5B)の引出し部(5b)を絶縁材(17)で絶縁しているパック電池。
3. 複数の電池(1)を、端面を同一の面に位置させる平行な姿勢で縦横に並べて収納し、かつ収納している電池(1)の端部を外部に表出させる開口部(8)を設けている絶縁材からなるケース(2)と、このケース(2)の開口部(8)に固定されて、電池(1)をケース(2)から出ないように定位置に固定すると共に、各々の電池(1)の端面電極位置に電極窓(11)を開口している絶縁材からなるエンドプレート(3)と、ケース(2)外周のひとつの面に固定されて、各々の電池(1)の電圧を検出する電圧検出回路を備える回路基板(4)と、ケース(2)の開口部(8)から電池(1)の端部に接続されて電池(1)の電極を回路基板(4)に接続しているリード板(5)とを備えており、
   エンドプレート(3)側のリード板(5)は、電池端部の電極に接続される連結部(5a)と、この連結部(5a)に連結されて連結部(5a)を回路基板(4)に接続する引出し部(5b)とを備えており、連結部(5a)は、エンドプレート(3)の電池対向面である内側に配置されて、互いに隣に配置している電池(1)の電極に接続されて、隣接する電池(1)を並列又は直列に接続し、あるいは並列と直列に接続しており、引出し部(5b)が回路基板(4)に接続されて、各々の電池電圧を電圧検出回路に入力しており、
   エンドプレート(3)が、リード板(5)を定位置に連結すると共に、電池(1)を第１グループの電池(1A)と第２グループの電池(1B)で構成して、第１グループの電池(1A)に連結部(5a)を接続している第１のリード板(5A)の引出し部(5b)をエンドプレート(3)の内側面に、第２グループの電池(1B)に連結部(5a)を接続している第２のリード板(5B)の引出し部(5b)をエンドプレート(3)に貫通させて外側面に配置して、エンドプレート(3)でもって第１のリード板(5A)の引出し部(5b)と第２のリード板(5B)の引出し部(5b)を絶縁して電池(1)の電極を回路基板(4)に接続しているパック電池。
4. 複数の電池(1)を、端面を同一の面に位置させる平行な姿勢で縦横に並べて収納し、かつ収納している電池(1)の端部を外部に表出させる開口部(8)を設けている絶縁材からなるケース(2)と、このケース(2)の開口部(8)に固定されて、電池(1)をケース(2)から出ないように定位置に固定すると共に、各々の電池(1)の端面電極位置に電極窓(11)を開口している絶縁材からなるエンドプレート(3)と、ケース(2)外周のひとつの面に固定されて、各々の電池(1)の電圧を検出する電圧検出回路を備える回路基板(4)と、ケース(2)の開口部(8)から電池(1)の端部に接続されて電池(1)の電極を回路基板(4)に接続しているリード板(5)とを備えており、
   エンドプレート(3)側のリード板(5)は、電池端部の電極に接続される連結部(5a)と、この連結部(5a)に連結されて連結部(5a)を回路基板(4)に接続する引出し部(5b)とを備えており、連結部(5a)は、エンドプレート(3)の電池対向面の反対側である外側に配置されて、互いに隣に配置している電池(1)の電極に接続されて、隣接する電池(1)を並列又は直列に接続し、あるいは並列と直列に接続しており、引出し部(5b)が回路基板(4)に接続されて、各々の電池電圧を電圧検出回路に入力しており、
   エンドプレート(3)が、リード板(5)を定位置に連結すると共に、電池(1)を第１グループの電池(1A)と第２グループの電池(1B)で構成して、第１グループの電池(1A)に連結部(5a)を接続している第１のリード板(5A)をエンドプレート(3)の外側に配置し、第２グループの電池(1B)に連結部(5a)を接続している第２のリード板(5B)の引出し部(5b)は、絶縁材(17)で絶縁して第１のリード板(5A)の外側に積層してエンドプレート(3)の外側面に配置して、第１のリード板(5A)の引出し部(5b)と第２のリード板(5B)の引出し部(5b)を絶縁材(17)で絶縁して電池(1)の電極を回路基板(4)に接続しているパック電池。
5. 第１グループの電池(1A)と第２グループの電池(1B)を、回路基板(4)に接近する側の電池(1)と、回路基板(4)から離れる側の電池(1)とに分離し、回路基板(4)側の電池(1)を第１グループの電池(1A)として、回路基板(4)から離れる側の電池(1)を第２グループの電池(1B)としている請求項３または４に記載されるパック電池。
6. ケース(2)がプラスチック製で、電池(1)を挿通して外周を保持する保持部(7)を一体的に成形して設けており、各々の電池(1)を保持部(7)に挿通して定位置に配置している請求項１ないし４のいずれかに記載されるパック電池。
7. ケース(2)が電池(1)の両端に開口部(8)を設けて、一端の開口部(8)にエンドプレート(3)を固定している請求項１ないし４のいずれかに記載されるパック電池。
8. エンドプレート(3)にリード板(5)を係止する係止部(12)を一体的に成形して設けている請求項１ないし４のいずれかに記載されるパック電池。
9. エンドプレート(3)に、止ネジを挿通するネジ孔(15)を設けると共に、ケース(2)に、止ネジをねじ込むネジ挿入部(16)を、ネジ孔(15)に対向する位置に設けており、エンドプレート(3)のネジ孔(15)に挿通する止ネジをケース(2)のネジ挿通部(16)にねじ込んで、エンドプレート(3)をケース(2)の定位置に連結する請求項１ないし８のいずれかに記載されるパック電池。
10. エンドプレート(3)とケース(2)のいずれか一方に嵌着突出部を設けると共に、他方にこの嵌着突出部を嵌合する嵌合凹部を設けており、嵌着突出部を嵌合凹部に嵌合させてエンドプレートをケースの定位置に連結する請求項１ないし８のいずれかに記載されるパック電池。
    

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