JP5735382B2 - 電池ユニット - Google Patents

Description

本発明は、複数の柱状の電池が互いに電気的に接続された電池ユニットに関する。

従来より、複数の柱状の電池が互いに電気的に接続された電池ユニットが知られている。このような電池ユニットでは、例えば特許文献１に開示されるように、回路基板上に柱状の電池が複数配置されているとともに、それらの電池が互いに電気的に接続されている。これにより、電気機器等のバッテリーパックが構成される。

また、電池ユニットとして、軸線が平行になるように柱状の電池を複数並べた状態で該電池を電気的に接続することにより電池列を構成し、該電池列を複数列並べて互いに電気的に接続した構成も知られている。このような電池ユニットでは、柱状の電池同士及び電池列同士は、金属配線によって接続される。

特開平１１−３４５６００号公報

ところで、電池列を複数列並べて接続した電池ユニットでは、電池列同士を金属配線で接続すると、落下等の衝撃によって金属配線が損傷を受ける可能性がある。

また、上述のように電池列を複数列、接続する場合、電池同士を接続する金属配線と電池列同士を接続する金属配線とを交差するように配置して、金属配線同士を交差する部分で溶接する構成が考えられる。しかしながら、そのような構成では、金属配線同士の溶接部分の強度が低下して、損傷を受けやすくなる。

そのため、本発明では、複数の柱状の電池が互いに電気的に接続された電池ユニットにおいて、強度の向上を図れるような構成を得ることを目的とする。

本発明の一実施形態に係る電池ユニットは、複数の柱状の電池が、各電池の軸線が平行になるように並べられた状態で互いに電気的に接続された複数の電池列と、前記複数の電池列が電気的に接続された基板とを備え、前記複数の電池列は、各電池列を構成する各電池の軸線が互いに平行で且つ該軸線が前記基板の面方向に延びるように、該基板に対して配置される（第１の構成）。

以上の構成では、基板に対して、複数の電池列が互いに平行に配置される。これにより、複数の電池は、軸線方向から見て、縦横に複数配置されるため、電池同士で互いに支え合うことができる。そして、複数の電池列は、それぞれ、基板に電気的に接続されるため、該複数の電池列同士を金属配線で接続する必要がなくなる。これにより、落下等の衝撃によって電池列同士を接続する金属配線が損傷を受けるのを防止できる。しかも、上述のように電池列同士を接続する金属配線が不要になることで、電池列同士を接続する金属配線と電池列内で複数の電池同士を電気的に接続する金属配線との溶接個所がなくなる。

したがって、上述の構成により、電池ユニットの強度の向上を図れる。

また、上述の構成では、基板は、電池の側面上に配置されるため、該基板を複数の電池に対してより安定した状態で配置できる。

前記第１の構成において、前記電池列は、該電池列を構成する複数の電池を電気的に接続する接続端子を有し、前記接続端子は、前記電池の軸方向端部同士を接続しつつ、端部が前記基板に電気的に接続されている（第２の構成）。

これにより、複数の電池の軸線方向端部同士を接続する接続端子によって、電池の軸線が基板の面方向に対して平行に配置された電池列を、基板に電気的に接続することができる。よって、上述の構成により、複数の電池が接続された電池列を基板に対して簡単且つコンパクトに接続することができる。

前記第２の構成において、前記接続端子は、前記複数の電池のうち一部の電池同士を電気的に接続する複数の接続部材を有する（第３の構成）。こうすることで、電池列を構成する複数の電池を１つの部材によって接続する場合に比べ、部材の反りなどの影響が少なくなる。よって、上述の構成により、複数の電池を接続端子によって容易に電気的に接続することができる。しかも、接続端子を複数の接続部材によって構成することで、電池列内で電池が相対移動した場合でも、接続端子が破損を受けたり電池から外れたりするのを防止できる。

前記第１から第３の構成のうちいずれか一つの構成において、前記基板における前記電池列側の面には、回路部品が実装されている（第４の構成）。これにより、基板上に実装される回路部品は、電池列とともに、該基板の一側に位置付けられる。よって、基板における電池列とは反対側の面に回路部品等が露出するのを防止できる。

前記第４の構成において、前記回路部品は、前記基板上における前記電池列同士の間に取り付けられている（第５の構成）。こうすることで、基板上に実装される回路部品が、電池列同士の間に位置付けられるため、電池ユニット全体としてコンパクト化を図れる。

前記第１から第５の構成のうちいずれか一つの構成において、前記電池列における前記電池の軸方向端部側に配置される補強部材をさらに備える（第６の構成）。これにより、電池列における電池の軸方向端部を補強部材によって支えることができるため、電池ユニット全体として強度の向上を図れる。

前記第６の構成において、前記補強部材は、平板状に形成されていて、前記電池列における前記電池の軸方向端部と前記基板の外周端部とによって形成される段部に配置される（第７の構成）。こうすることで、補強部材が電池ユニットの外方に突出するのを抑制することができる。したがって、上述の構成により、電池ユニットのコンパクト化を図れる。

本発明の一実施形態に係る電池ユニットによれば、複数の電池列を、電池の軸線が互いに平行で且つ基板の面方向に平行になるように、該基板に対して配置するとともに、該基板に対して各電池列を電気的に接続した。これにより、電池列同士を接続端子によって電気的に接続する必要がなくなるため、電池ユニットの強度向上を図れる。しかも、上述の構成により、電池同士が互いに支え合うとともに、基板によって複数の電池列が支えられるため、電池ユニット全体のさらなる強度向上を図れる。

図１は、実施形態１に係る電池ユニットの概略構成を示す斜視図である。 図２は、電池ユニットにおいて片側の補強板及び外装フィルムを外した状態を示す斜視図である。 図３は、電池列において電池の正極側の概略構成を示す斜視図である。 図４は、電池列において電池の負極側の概略構成を示す斜視図である。 図５は、基板を電池列側から見た場合の図である。 図６は、外装フィルムを外した状態の電池ユニットにおいて、電池列と基板との段差を示す側面図である。

以下、図面を参照し、本発明の実施の形態を詳しく説明する。図中の同一または相当部分については同一の符号を付してその説明は繰り返さない。

図１は、本発明の実施形態に係る電池ユニット１の概略構成を示す図である。この電池ユニット１は、電気的に接続された複数の円柱状の電池１１（円筒型電池）を有する。電池ユニット１は、例えば、ガスメータ等の機器における電源の一部として用いられる。

図１に示すように、電池ユニット１は、複数の電池１１、略矩形状の基板２１、配線３１、補強板４１，４２、スペーサ４３及び外装フィルム５１を有する。

電池ユニット１では、全体として略直方体状になるように、電池１１、基板２１、補強板４１，４２及びスペーサ４３が組み合わされる。具体的には、電池ユニット１では、軸線が互いに平行になるように配置された複数の電池１１に対し、面方向が該電池１１の軸線と平行になるように基板２１が配置されている。また、補強板４１，４２は、複数の電池１１の軸線方向両端部にそれぞれ配置されている。さらに、スペーサ４３は、後述するように略矩形の枠部材であり、基板２１の面上に面法線方向に開口するように配置される。そして、電池１１、基板２１、補強板４１，４２及びスペーサ４３を上述のように配置した状態で、これらの部材を外装フィルム５１によって覆うことにより、全体として略直方体形状を有する電池ユニット１を構成することができる。本実施形態では、電池ユニット１を直方体形状に形成しているが、この限りではなく、他の形状に形成してもよい。

なお、図１では、電池ユニット１の内部構造を図示するために、外装フィルム５１を一点鎖線で記載している。外装フィルム５１は、ＰＶＣ（ポリ塩化ビニル）などの難燃性の樹脂フィルムからなる。

電池ユニット１では、複数の電池１１（本実施形態では７個の電池１１）の軸線が互いに平行になるように電池１１を一列に並べて電気的に接続することにより、電池列１０が構成される（図２から図４参照）。図２に示すように、電池ユニット１は、このような電池列１０を複数（本実施形態では５列）、有している。

なお、図２では、電池列１０の配置及び構成を説明するために、電池ユニット１において外装フィルム５１及び補強板４１を外した状態を図示している。

電池列１０は、図２から図４に示すように、複数の電池１１と、電池１１同士を電気的に接続する正極側接続端子１３及び負極側接続端子１６とを有する。正極側接続端子１３は、図２及び図３に示すように、電池１１の正極同士を接続する。負極側接続端子１６は、図４に示すように、電池１１の負極同士を接続する。正極側接続端子１３及び負極側接続端子１６が、それぞれ、接続端子に対応する。

正極側接続端子１３は、図２及び図３に示すように、正極側リード線１４及びＰＴＣ（Ｐｏｓｉｔｉｖｅ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）素子１５を有する。正極側リード線１４は、ステンレス製の部材であり、電池列１０において隣り合う２つの電池１１同士を電気的に接続する。ＰＴＣ素子１５は、電池列１０において正極側リード線１４によって電気的に接続されていない隣り合う２つの電池同士を電気的に接続する。すなわち、この実施形態では、電池列１０において、正極側接続端子１３の一部がＰＴＣ素子１５によって構成されている。正極側リード線１４及びＰＴＣ素子１５は、各電池１１の正極に対し、溶接によって接続されている。ここで、正極側リード線１４及びＰＴＣ素子１５が、それぞれ、接続部材に対応する。

上述の構成において、ＰＴＣ素子は、電流が閾値以上になると電流を遮断する。これにより、ＰＴＣ素子１５によって、電池列１０内に過電流が流れるのを抑制することができる。また、上述のように正極側接続端子１３の一部にＰＣＴ素子１５を用いることで、電池列１０内に流れる電流が前記閾値よりも小さくなると、該電池列１０内のＰＴＣ素子１５が導通して、該電池列１０に電流が流れる。なお、ＰＴＣ素子は、従来と同様の構成を有するため、詳しい説明を省略する。

電池列１０の一方側の端部に位置する電池１１には、先端側が該電池１１の外方に突出した正極側リード線１４が接続されている。この正極側リード線１４の先端側は、後述するように、基板２１に電気的に接続される。

負極側接続端子１６は、図４に示すように、長さが異なる数種類（本実施形態では４種類）の負極側リード線１７〜２０（接続部材）を有する。これらの負極側リード線１７〜２０は、ステンレス製の部材である。負極側リード線１７は、４個の電池１１の負極側を互いに電気的に接続する。負極側リード線１８は、負極側リード線１７によって互いに接続された４個の電池１１のうち端部に位置する電池１１に対し、別の１個の電池１１を電気的に接続する。負極側リード線１９は、負極側リード線１８によって前記４個の電池１１に電気的に接続された１個の電池に対し、別の２個の電池１１を電気的に接続する。負極側リード線２０は、負極側リード線１７〜１９によって接続された複数の電池１１のうち端部に位置する電池１１に、先端側が該電池１１の外方に突出するように取り付けられている。負極側リード線２０の先端側は、後述するように、基板２１に電気的に接続される。

以上のように、正極側接続端子１３及び負極側接続端子１６を、それぞれ、複数の部材によって構成することで、一つの部材によって構成した場合のように部材の反りの影響を受けにくくなる。よって、正極側接続端子１３及び負極側接続端子１６を、それぞれ、複数の電池１１に対して容易に取り付けることができる。

しかも、上述の構成により、電池列１０において、各電池１１が並び方向と交差する方向に相対移動した場合でも、正極側接続端子１３及び負極側接続端子１６が損傷を受けたり電池１１から外れたりするのを防止できる。すなわち、正極側接続端子１３及び負極側接続端子１６は、それぞれ複数個所で分断されているため、電池列１０内の電池１１が相対移動した場合、正極側接続端子１３及び負極側接続端子１６を構成する部材が別々に移動する。これにより、正極側接続端子１３及び負極側接続端子１６に、大きな力が加わるのを防止でき、該正極側接続端子１３及び負極側接続端子１６が損傷を受けたり電池１１から外れたりするのを防止できる。

基板２１は、樹脂製の長方形状の板部材であり、該基板２１に電気的に接続される複数の電池列１０を互いに電気的に接続するための回路（図示省略）が形成されている。本実施形態では、基板２１は、図２及び図５に示すように、電池例１０を５列並べた状態で、それらの電池列１０の端部に位置する５個の電池１１を基板２１の長手方向に並列に配置可能な大きさに形成されている。また、後述するように、基板２１は、該基板２１に対して電池列１０を配置した状態で、電池１１の軸線方向に対応する長さ（本実施形態では基板２１の短手方向の長さ）が、該電池１１の軸線方向長さよりも大きい。なお、基板２１は、電源として必要な数の電池列１０を接続可能な大きさ及び形状を有していれば、どのような大きさ及び形状であってもよい。

図５に示すように、基板２１には、各電池列１０の電池１１の正極及び負極に対応する位置に、それぞれ、開口部２１ａ，２１ｂが形成されている。本実施形態の場合、開口部２１ａ，２１ｂは、基板２１に、それぞれ、５つずつ形成されている。開口部２１ａは、電池列１０の正極側リード線１４が挿入可能に形成されている。開口部２１ｂは、電池列１０の負極側リード線２０が挿入可能に形成されている。開口部２１ａ内に挿入された正極側リード線１４及び開口部２１ｂ内に挿入された負極側リード線２０は、それぞれ、基板２１における電池列１０とは反対側の面で半田によって固定される。図１及び図２にそれぞれ示す符号２２は、負極側リード線２０の端部を半田付けした半田部である。

図５に示すように、基板２１には、電池列１０が配置される側の面に、ヒューズ２３（回路部品）が実装されている。ヒューズ２３は、各電池列１０に、ＰＴＣ素子１５が遮断する電流よりもさらに過大な電流が流れた際に溶断する。本実施形態の場合、ヒューズ２３は、電池列１０の数に対応して、基板２１に５個設けられている。

ヒューズ２３は、基板２１において、電池列１０が配置される領域同士の間、すなわち開口部２１ａと開口部２１ｂとの間以外の領域に実装されている。これにより、基板２１に対して複数の電池列１０を配置した状態で、該電池列１０同士の間にヒューズ２３が位置する。したがって、上述の構成により、ヒューズ２３が実装された基板２１と複数の電池列１０とをコンパクトに配置することができる。

また、基板２１には、図２に示すように、配線３１も接続されている。すなわち、配線３１は、一方の端部が基板２１に形成された図示しない回路に電気的に接続されている。配線３１の他方の端部には、接続部３２が設けられている（図１及び図２参照）。この接続部３２は、図示しない機器に接続される。なお、本実施形態の場合、配線３１は、基板２１に形成された開口を挿通した一方の端部が、該基板２１における電池列１０とは反対側の面に半田付けによって固定されている。

補強板４１，４２（補強部材）は、ＰＣ（ポリカーボネート）などの難燃性の樹脂材料からなる平板状の部材である。図１に示すように、補強板４１，４２は、それぞれ、電池ユニット１における全ての電池１１の軸方向端部を覆うような面積を有する。

補強板４１,４２は、図１及び図６に示すように、電池列１０の各電池１１に対し、軸線方向の両端部に配置される。上述のように、基板２１は、該基板２１に対して電池列１０を配置した状態で、電池１１の軸線方向に対応する長さが、該電池１１の軸線方向長さよりも長い。そのため、図６に示すように、基板２１の外周端部と電池１１の軸線方向両端部との間には、それぞれ、段差部２５が形成される。補強板４１，４２は、端部が段差部２５に位置するように配置される。これにより、補強板４１，４２が電池ユニット１０の外方に突出するのを防止できる。

スペーサ４３は、ＰＣなどの難燃性の樹脂材料からなる略矩形状の枠部材である。すなわち、スペーサ４３は、図１及び図２に示すように、４方に側壁４３ａを有する断面略矩形状の角筒部材である。よって、スペーサ４３は、４つの側壁４３ａによって形成された開口部４３ｂを有する。スペーサ４３は、開口部４３ｂの開口方向から見て、基板２１と同じ外形を有する。

スペーサ４３は、図１及び図２に示すように、基板２１に対して、該基板２１の面法線方向に開口部４３ｂが開口するように配置される。すなわち、スペーサ４３は、図６に示すように、基板２１に対して、該基板２１の厚み方向に側壁部４３ａが延びるように配置される。

これにより、スペーサ４３によって、電池ユニット１の外形寸法を適度な大きさに調整することができる。しかも、スペーサ４３によって、基板２１における電池列１０とは反対側の面に設けられた半田部２２等を保護することができる。

上述のような構成を有する電池ユニット１は、例えば以下のような方法によって組み立てられる。

まず、複数の電池１１を互いに軸線が平行になるように並べて、電池１１同士を正極側接続端子１３及び負極側接続端子１６によって電気的に接続する。これにより、電池列１０を形成する。また、基板２１に、ヒューズ２３を実装するとともに、配線３１を接続する。

一面が開口した箱状のジグ内に、電池１１の軸線が互いに平行になるように、複数の電池列１０を配置する。このとき、箱状のジグの開口部分に、各電池列１０において電池１１から外方に突出する正極側リード線１４及び負極側リード線２０が位置付けられるように、複数の電池列１０をジグ内に配置する。

上述の状態で、箱状のジグの開口部分に、基板２１を配置する。このとき、基板２１の開口部２１ａに正極側リード線１４の先端部分が挿入されるとともに、開口部２１ｂに負極側リード線２０の先端部分が挿入されるように、基板２１を複数の電池列１０に対して組み付ける。そして、基板２１に対して正極側リード線１４及び負極側リード線２０をそれぞれ半田付けする。

その後、ジグ内から電池列１０及び基板２１を取り出して、該基板２１上にスペーサ４３を配置するとともに、電池列１０に対して補強板４１，４２を配置する。その状態で、電池列１０、基板２１、補強板４１，４２及びスペーサ４３を、外装フィルム５１によって覆う。これにより、図１に示す電池ユニット１が得られる。

（実施形態の効果）
以上より、この実施形態によれば、複数の電池１１を正極側接続端子１３及び負極側接続端子１６によって接続して電池列１０を構成するとともに、複数の電池列１０を基板２１に対して電気的に接続した。これにより、電池列同士を接続端子によって接続する場合のように、該電池列内で電池同士を接続する接続端子と電池列同士を接続する接続端子とが重なるのを防止できる。よって、接続端子同士の重なり部分を溶接する必要もなくなる。したがって、電池ユニット１が落下した際に受ける衝撃によって正極側接続端子１３及び負極側接続端子１６が損傷を受けるのを防止できる。

また、上述の構成では、複数の電池列１０を、基板２１に対して、電池１１の軸線が該基板２１の面方向に平行になるように配置した。これにより、電池列１０内で複数の電池１１同士を電気的に接続する正極側接続端子１３及び負極側接続端子１６の端部を、基板２１に対して簡単且つコンパクトに接続できる。しかも、基板２１が複数の電池列１０を束ねる役割も果たすため、電池ユニット１全体の強度向上を図れる。さらに、複数の電池列１０を上述のように配置することで、複数の電池１１が互いに支えあうことができ、安定感のある電池ユニット１を構成することができる。

また、基板２１に対して、各電池列１０の電池１１の軸方向両端部が正極側接続端子１３及び負極側接続端子１６によって接続されているため、電池列１０の電池１１の倒れをより確実に防止することができる。

さらに、上述のように基板２１に対して各電池列１０を配置することで、電池列１０の電池１１の側面上に基板２１が位置付けられることになる。これにより、複数の電池１１に対して基板２１をより安定した姿勢で配置することが可能になる。

（その他の実施形態）
以上、本発明の実施の形態を説明したが、上述した実施の形態は本発明を実施するための例示に過ぎない。よって、上述した実施の形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で上述した実施の形態を適宜変形して実施することが可能である。

前記実施形態では、電池列１０は７個の電池１１を有する。しかしながら、電池列は、６個以下の電池を有していてもよいし、８個以上の電池を有していてもよい。

前記実施形態では、電池ユニット１は、５つの電池列１０を有する。しかしながら、電池ユニットは、４つ以下の電池列を有していてもよいし、６つ以上の電池列を有していてもよい。

前記実施形態では、電池１１は円柱状である。しかしながら、電池は、角柱状など、柱状であれば他の形状であってもよい。

前記実施形態では、電池ユニット１はスペーサ４３を有する。しかしながら、要求される電池ユニットのサイズによってはスペーサ４３を設けなくてもよい。

前記実施形態では、正極側接続端子１３及び負極側接続端子１６はそれぞれ複数の部材によって構成されている。しかしながら、正極側接続端子及び負極側接続端子をそれぞれ１つの部材によって構成してもよい。また、前記実施形態では、正極側接続端子１３を３つのＰＴＣ素子１５及び４つの正極側リード線によって構成し、負極側接続端子１６を４つの負極側リード線１７〜２０によって構成している。しかしながら、電池１１同士を電気的に接続して電池列１０を構成することができれば、正極側接続端子１３及び負極側接続端子１６を、それぞれ、他の数の部材によって構成してもよい。

前記実施形態では、正極側接続端子１３の一部をＰＴＣ素子１５によって構成している。しかしながら、正極側接続端子１３として機能する構成であれば、ＰＴＣ素子を用いなくてもよい。

前記実施形態では、基板２１にヒューズ２３を実装しているが、他の回路部品を基板２１に実装してもよい。例えば、電池１１を２次電池によって構成する場合には、充電回路を構成する回路部品を基板２１に実装してもよい。

前記実施形態では、電池ユニット１は補強板４１，４２を有する。しかしながら、電池ユニットは、一方の補強板のみを有していてもよいし、補強板がない構成であってもよい。また、前記実施形態では、電池ユニット１を補強する部材として平板状の補強板４１，４２を用いている。しかしながら、電池ユニット１を補強することができる部材であれば、板状の部材に限らず、他の形状であってもよい。

本発明による電池ユニットは、複数の柱状の電池を有する電池ユニットとして利用可能である。

１：電池ユニット、１０：電池列、１１：電池、１３：正極側接続端子（接続端子）、１４：正極側リード線（接続部材）、１５：ＰＴＣ素子（接続部材）、１６：負極側接続端子（接続端子）、１７〜２０：負極側リード線（接続部材）、２１：基板、２３：ヒューズ(回路部品）、２５：段差部、４１，４２：補強板（補強部材）

Claims (5)

1. 複数の柱状の電池が、各電池の軸線が平行になるように並べられた状態で互いに電気的に接続された複数の電池列と、
   前記複数の電池列が電気的に接続された基板とを備え、
   前記複数の電池列は、各電池列を構成する各電池の軸線が互いに平行で且つ該軸線が前記基板の面方向に延びるように、該基板に対して配置され、
   前記電池列は、該電池列を構成する複数の電池を電気的に接続する接続端子を有し、
   前記接続端子は、前記電池の軸方向一方端部同士を接続しつつ、端部が前記基板に電気的に接続される正極側接続端子と、前記電池の軸方向他方端部同士を接続しつつ、端部が前記基板に電気的に接続される負極側接続端子とを有し、
   前記正極側接続端子及び前記負極側接続端子は、それぞれ、１つの電池列を構成する複数の電池のうち一部の電池同士を電気的に接続する複数の接続部材で構成されており、
   前記正極側接続端子を構成する複数の接続部材は、ＰＴＣ素子を含む、電池ユニット。
2. 請求項１に記載の電池ユニットにおいて、
   前記基板における前記電池列側の面には、回路部品が実装されている、電池ユニット。
3. 請求項２に記載の電池ユニットにおいて、
   前記回路部品は、前記基板上における前記電池列同士の間に取り付けられている、電池ユニット。
4. 請求項１から３のいずれか一つに記載の電池ユニットにおいて、
   前記電池列における前記電池の軸方向端部側に配置される補強部材をさらに備える、電池ユニット。
5. 請求項４に記載の電池ユニットにおいて、
   前記補強部材は、平板状に形成されていて、前記電池列における前記電池の軸方向端部と前記基板の外周端部とによって形成される段部に配置される、電池ユニット。

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