JP6859319B2

JP6859319B2 - 電池パック

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Publication number: JP6859319B2
Application number: JP2018508964A
Authority: JP
Inventors: 淳史高田; 政博川畑
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2016-03-30
Filing date: 2017-03-14
Publication date: 2021-04-14
Anticipated expiration: 2037-03-14
Also published as: JPWO2017169728A1; WO2017169728A1

Description

本発明は、複数の電池セルをホルダーケースの定位置に収納してなる電池パックに関し、とくに、電池セルの中間部をホルダーケースの内部に表出する状態で収納してなる電池パックに関する。

近年、太陽光や風力等の自然エネルギーを利用した発電が注目されている。これ等の発電方法は、石油や石炭等の限りある化石燃料をエネルギーとして使用する発電方法に比べて、資源が枯渇しない再生可能エネルギーを使用する地球環境に優しいクリーンな発電方法として、さらなる導入、普及が期待されている。ただ、この種の発電では、発電量が昼夜の時間帯や天候等に作用されるという問題点がある。このため、安定した電力供給を実現するために、発電された電力を蓄電する設備の需要が高まってきている。また、再生可能エネルギーによる発電に限らず、火力発電や原子力発電等の発電においても、２４時間タービンを回して発電を継続する場合、深夜に発電された電力を、使用量が多くなる昼間に供給できるように蓄電する設備が求められている。

このような蓄電装置として、繰り返し使用できるリチウムイオン二次電池やニッケル水素二次電池等の電池セルを多直列多並列に接続してなる電池パックを備える装置が採用されている。中でもリチウムイオン二次電池は、軽量でありながら、起電力が高く、高エネルギー密度であるため、近年では多用されている。電池パックは、多数の電池セルを直列に接続して出力電圧を高くでき、また並列に接続して出力電流を大きくできる。特に近年の大容量化の要求から、収納する電池セルの数が多くなる傾向にある。しかしながら、電池セルは大電流で充放電すると発熱するため、放熱性を確保することも重要となる。

多数の電池セルを備える電池パックとして、円筒形の電池セルを筒状の電池収納部に収納する電池ホルダを備える電池パックが開発されている（特許文献１参照）。この電池パックは、多数の電池セルを収納するために、筒状の電池収納部を多数形成してなる電池ホルダを備えている。この電池ホルダは、電池セルの中間において二分割されており、一対の分割ケースで電池セルを両側から挟み込むようにして保持する構造としている。以上の電池ホルダは、絶縁性などの観点から樹脂製とすることが一般的であり、このような二分割された分割ケースを各々金型で射出成形する場合、筒状の電池収納部の数が増えるに従い、脱型時の摩擦抵抗が増加する。このため、多数の電池セルを収納する電池ホルダを構成しようとしても、金型成型が困難となって製造コストが高騰するという問題があった。

これに対して、円筒状の電池セル全体を電池収納部に収納することなく、両端部のみを電池収納部に収納して電池セルの中間部を表出させる構造の電池パックも提案されている（特許文献２参照）。この電池パックは、電池ホルダを２分割してなる一対の分割ケースの内面に、電池セルの端部を収納する筒状の電池収納部を設けている。この電池ホルダは、電池セルの端部のみを電池収納部に挿入するので、電池セルの中間部を表出させて、この部分の放熱特性を向上できる特徴がある。

特開２００７−３１７５７９号公報国際公開番号ＷＯ２０１２／１３２１３５

電池セルの両端部を電池収納部で保持する電池ホルダ９２は、図１２に示すように、一方の分割ケース９２Ｘ（図においては下ケース）の電池収納部９３に電池セル９１の一端を挿入した状態で、他方の分割ケース９２Ｙ（図においては上ケース）の電池収納部９３に電池セル９１の他端を挿入して両側から挟持する。このとき、一方の分割ケース９２Ｘの電池収納部９３に一端が挿入された電池セル９１の他端の位置が前後左右に移動する状態となると、電池セル９１の他端を他方の分割ケース９２Ｙの電池収納部９３に速やかに案内するのが難しくなる。とくに、多数の電池セル９１を収納する場合には、全ての電池セル９１の他端を同じタイミングで対向する分割ケース９２Ｙの電池収納部９３に挿入する必要があって、この作業に手間がかかる。困ったことに、この問題点は、電池収納部９３を浅くして電池セル９１が表出する領域を広くするほど顕著になる。

すなわち、電池ホルダは、一対のケースに形成される電池収納部である筒部の深さを深くすると挿入される電池の姿勢を特定し易くして組み立てを楽にできるが、金型が複雑になって脱型も難しくなり、また製造コストも高くなる。さらに、電池ホルダの内部に表出する電池セルの面積も小さくなり放熱特性が低下する。反対に電池収納部を浅くすると、金型の構造を簡単にして脱型もし易くなる。このため、製造コストを低減でき、さらに、電池ホルダの内部に表出する電池セルの面積も大きくできるが、多数の電池セルを電池ホルダの定位置に配置しながら、対向する一対のケースで両側から挟み込むように保持するのが難しくなり、組み立て作業の効率が低下する。以上のように、電池収納部を浅くして電池ホルダや金型を簡単な構造とすることと、一対のケースからなる電池ホルダの電池収納部に電池セルの両端部を速やかに案内して多数の電池セルを両側から挟持することは、互いに相反する特性であり、両方を同時に満たすことはできなかった。

本発明は、このような背景に鑑みてなされたものであり、その目的の一は、ホルダーケースを簡単な構造として、金型の構造を簡単にし、脱型もし易くし、しかも製造コストを低減でき、さらには多数の電池セルを一対のケースの間に位置決めしながら配置し、電池セルの両端部を一対のケースで両側から簡単に保持して挟持できる電池パックを提供することにある。
さらに、本発明は、電池セルの両端部をホルダーケースで保持しながら、電池セルの中間部の広い面積をホルダーケース内に表出させて放熱特性を向上できる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

上記の目的を達成するために、本発明の第１の形態に係る電池パックによれば、筒状で有底の外装缶１１の開口部を封口板１２で閉塞してなる複数の電池セル１と、複数の電池セル１を互いに平行な姿勢とし、かつ各電池セル１の両端に設けられた電極端子１３を同一面に配置する姿勢で保持するホルダーケース２とを備えている。ホルダーケース２は、電池セル１の一方の端部を挿入して保持する保持部２１を内側に複数設けた第１ケース２Ｘと、電池セル１の他方の端部を挿入して保持する保持部２１を内側に複数設けた第２ケース２Ｙとを備え、第１ケース２Ｘと第２ケース２Ｙで複数の電池セル１を長手方向の両側から挟持して、複数の電池セル１の両端部を保持部２１で保持すると共に、複数の電池セル１の中間部をホルダーケース２内に表出させる構造としている。さらに、電池パックは、第１ケース２Ｘの保持部２１と第２ケース２Ｙの保持部２１との間に配置されて、複
数の電池セル１の中間部を保持して位置決めする位置決スペーサー３を備えている。さらに、第１ケース２Ｘ及び第２ケース２Ｙが、複数の保持部２１を内側面に設けた端面プレート部２２と、端面プレート部２２の周囲に沿って形成された周壁２３とを備え、全体の外形を略矩形状として、周壁２３の対向する開口縁を互いに連結して、内部に電池セル１の中間部を表出させる中空部２０を形成し、第１ケース２Ｘ及び第２ケース２Ｙの対向する周壁２３で位置決スペーサー３を挟着して定位置に配置することができる。

上記構成により、第１ケースと第２ケースの間に配置される複数の電池セルの中間部を位置決スペーサーで保持して位置決めすることで、電池セルの両端部を第１ケースと第２ケースの保持部に案内しながら、電池セルを長手方向の両側から挟持できる。このため、複数の電池セルの両端部を第１ケースと第２ケースの保持部に簡単かつ容易に案内して、組立作業を効率よくできる。また、組み立て時において、第１ケースと第２ケースの間に配置される位置決スペーサーで複数の電池セルを位置決めできるので、第１ケース及び第２ケースに形成される保持部を浅く形成でき、これにより、簡単な構造の金型を使用して第１ケースと第２ケースを簡単かつ容易に、しかも低コストに製造できる。さらに、第１ケースと第２ケースとを、複数の保持部を内面に設けた端面プレート部と、この端面プレート部の周囲に沿って形成された周壁とで構成し、外形を略矩形状として、周壁の対向する開口縁を互いに連結することで、ホルダーケースを簡単な構造としながら、内部に形成される収納室の定位置に複数の電池セルを配置できる。さらに、第１ケースと第２ケースの対向する周壁で位置決スペーサーを挟着することで、位置決スペーサーを正確な位置に配置して、電池セルを正確に位置決めできる。

また、第２の形態に係る電池パックによれば、位置決スペーサー３が、電池セル１を貫通させて、電池セル１の中間部を保持する挿通孔３Ａを複数開口してなる多孔プレートで、挿通孔３Ａに電池セル１を嵌入して電池セル１を位置決めすることができる。上記構成により、位置決スペーサーを簡単な構造としながら、多孔プレートに開口された挿通孔に電池セルを嵌入して、複数の電池セルを確実に位置決めできる。

さらに、第３の形態に係る電池パックによれば、ホルダーケース２を熱硬化性樹脂で成形することができる。上記構成により、第１ケースと第２ケースとを簡単な形状とすることで、熱硬化性樹脂を使用して容易に製造できる。とくに、ホルダーケースを熱硬化性樹脂で成形することで、優れた耐熱性と耐薬品性を実現できる。

さらにまた、第４の形態に係る電池パックによれば、第１ケース２Ｘ及び第２ケース２Ｙの保持部２１の深さを電池セル１の全長の２５％以下とし、位置決スペーサー３の厚さを電池セル１の全長の１０％以下とすることができる。

上記構成により、第１ケース及び第２ケースの保持部の深さを浅くし、位置決スペーサーの厚さを薄くすることで、電池セルがホルダーケース内に表出する面積を広くして効果的に放熱できる。とくに、第１ケース及び第２ケースの保持部の深さを電池セルの全長の２５％以下とし、位置決スペーサーの厚さを電池セルの全長の１０％以下とすることで、電池セルの外周面の４０％以上の領域を表出させて効果的に放熱できる。

さらにまた、第６の形態に係る電池パックによれば、第１ケース２Ｘ及び第２ケース２Ｙの少なくとも一方は、周壁２３の開口縁に沿って位置決スペーサー３を嵌合させる段差凹部２３Ａを設けることができる。上記構成により、第１ケースまたは第２ケースの少なくとも一方の開口縁に沿って設けた段差凹部に位置決スペーサーを嵌合させて位置決スペーサーを定位置に配置できる。

さらにまた、第７の形態に係る電池パックによれば、さらに、第１ケース２Ｘ及び第２ケース２Ｙの端面プレート部２２の外側に配置される一対のバスバープレート４を備えることができる。この電池パックは、複数の電池セル１を、同じ向きに並べてホルダーケース２に収納し、第１ケース２Ｘ及び第２ケース２Ｙは、保持部２１の底面を貫通する接続孔２４を端面プレート部２２に開口して、接続孔２４から電池セル１の電極端子１３を露出させて、電極端子１３をバスバープレート４に接続して複数の電池セル１を並列に接続することができる。

上記構成により、複数の電池セルを同じ向きに並べてホルダーケースに収納し、第１ケース及び第２ケースの保持部に挿入された電池端部の電極端子を端面プレート部に開口された接続孔から露出させ、この電極端子を端面プレート部の外側に配置されるバスバープレートに接続することで複数の電池セルを簡単に並列接続できる。さらに、この電池パックは、第１ケース及び第２ケースの端面プレート部の外側に一対のバスバープレートを配置するので、バスバープレートを介して、電池セルの両端から伝導される熱を効果的に放熱できる。

さらにまた、第８の形態に係る電池パックによれば、一対のバスバープレート４が、第１ケース２Ｘの外側に配置される第１のバスバープレート４Ｘと第２ケース２Ｙの外側に配置される第２のバスバープレート４Ｙからなり、各バスバープレート４は、端面プレート部２２の外周縁から周壁２３に沿って折曲された折曲片４１、４３を備え、折曲片４１、４３の先端部をさらに折曲して外部接続部４２、４４を設けることができる。第１のバスバープレート４Ｘは、外形を矩形状とするホルダーケース２の側面である第１面２Ａに折曲片４１を配置し、第２のバスバープレート４Ｙは、第１面２Ａと対向する側面である第３面２Ｃに折曲片４３を配置することができる。

上記構成により、ホルダーケースの両面に配置される一対のバスバープレートの折曲片をホルダーケースの対向する側面に配置することで、これ等の折曲片が互いに干渉するのを確実に防止できる。また、複数の電池パックを外部接続する際においても正負の外部接続部をホルダーケースの対向する側面に配置することで、ショート等の弊害を確実に阻止しながら安全に接続できる。

さらにまた、第９の形態に係る電池パックによれば、ホルダーケース２が、第１のバスバープレート４Ｘの折曲片４１が配置される第１面２Ａに、折曲片４１を案内する嵌合凹部２６を備えて、第２のバスバープレート４Ｙの折曲片４３が配置される第３面２Ｃに、折曲片４３を案内する嵌合凹部２７を備えて、この嵌合凹部２７には外部接続部４４を配置する段差面２８を形成することができる。

上記構成により、ホルダーケースの第１面と第３面に配置される折曲片を嵌合凹部に案内して定位置に配置しながら確実に外部接続できる。とくに、ホルダーケースの表面から後退した嵌合凹部に折曲片を案内することで、金属片である折曲片がホルダーケースの表面側に突出するのを防止して、ショート等の弊害を有効に防止できる。また、ホルダーケースの第３面に設けた嵌合凹部には、第２のバスバープレートの外部接続部を配置する段差面を設けているので、この面において第２のバスバープレートの外部接続部を確実に外部接続できる。例えば、複数の電池パックを直列に接続する場合には、この段差面に配置される第２のバスバープレートの外部接続部の上面に、隣接する電池パックの第１のバスバープレートの外部接続部を積層状態で配置して確実に接続できる。

本発明の一実施の形態にかかる電池パックの斜視図である。図１に示す電池パックのＩＩ−ＩＩ線断面図である。図１に示す電池パックのＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。図１に示す電池パックの分解斜視図である。図４に示す電池パックを下側から見た分解斜視図である。図４に示す電池パックのホルダーケースの分解斜視図である。図７Ａ〜図７Ｄは、図１に示す電池パックの組立工程を示す模式断面図である。第１のバスバープレートの一部拡大分解斜視図である。第２のバスバープレートの一部拡大分解斜視図である。バスバープレートと電池セルの接続工程を示す要部拡大断面図である。複数の電池パックを直列に接続する状態を示す断面図である。従来の電池パックの組立工程を示す分解断面図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施形態は、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。また、本明細書は、特許請求の範囲に示される部材を、実施形態の部材に特定するものでは決してない。特に実施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。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若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。

本発明の電池パックは、載置型の蓄電用設備の電源として利用でき、例えば発電所や発電施設用、工場用、公共施設用の蓄電装置として、太陽光発電や風力発電で充電し、あるいは深夜電力で充電して、必要時に放電する蓄電装置に適用できる。このような用途においては、複数の電池パックを連結して、これらを直列及び／又は並列に接続して出力を大きくして蓄電装置を構成できる。蓄電装置は、複数の電池パックを数珠繋ぎに接続して、終端にコントローラを接続して、各電池パックの充放電を制御することができる。ただし、本発明の電池パックは、このような蓄電用設備の電源に限らず、日中の太陽光を充電して夜間に放電する街路灯用の電源や、停電時に駆動する信号機やコンピュータサーバ用のバックアップ電源、携帯電話等の無線基地局用のバックアップ電源装置等にも利用可能であることはいうまでもない。

図１〜図６に、本発明の一実施形態に係る電池パックを示している。これらの図において、図１は電池パックの斜視図、図２は図１の電池パックのＩＩ−ＩＩ線断面図、図３は図１の電池パックのＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図、図４は図１の電池パックの分解斜視図、図５は図４の電池パックを下側から見た分解斜視図、図６はホルダーケースの分解斜視図をそれぞれ示している。

これ等の図に示す電池パック１０は、筒状で有底の外装缶１１の開口部を封口板１２で閉塞してなる複数の電池セル１と、複数の電池セル１１を互いに平行な姿勢とし、かつ各電池セル１の両端に設けられた電極端子１３を同一面に配置する姿勢で保持するホルダーケース２とを備えている。ホルダーケース２は、電池セル１の一方の端部を挿入して保持する保持部２１を内側に複数設けた第１ケース２Ｘと、電池セル１の他方の端部を挿入して保持する保持部２１を内側に複数設けた第２ケース２Ｙとを備えている。ホルダーケース２は、第１ケース２Ｘと第２ケース２Ｙで複数の電池セル１を長手方向の両側から挟持して、複数の電池セル１の両端部を保持部２１で保持して中間部をホルダーケース２内に表出させている。さらに、電池パック１０は、第１ケース２Ｘの保持部２１と第２ケース２Ｙの保持部２１との間に配置されて、電池セル１の中間部を位置決めしながら保持する位置決スペーサー３を備えている。

（電池セル１）
電池セル１は、充放電できるリチウムイオン二次電池である。ただ、電池セルは、リチウムイオン二次電池に限定されず、ニッケル水素電池やニッケルカドミウム電池等の充放電できる電池であってもよい。さらに、本実施例の電池パックでは、円筒形電池が使用されているが、これに限定されず、角形電池や扁平形電池とすることもできる。

電池セル１は、図６の一部拡大図に示すように、筒状で有底の外装缶１１に電極体（図示せず）を収納すると共に、電解液を充填して外装缶１１の開口部を封口板１２で閉塞している。電池セル１は、両端面である外装缶１１の底面と、この外装缶１１の開口部に絶縁状態で閉塞された封口板１２とを正負の電極端子１３としている。

図６に示す電池セル１は、外装缶１１を鉄または鉄合金として強度を高くすると共に、封口板１２には凸部電極を設けることなく、中央凹となる円板形状に形成された金属板を使用している。このような封口板１２として、アルミニウム又はアルミニウム合金が使用できる。この構造の電池セル１は、鉄製の外装缶１１に対してアルミニウム製の封口板１２の強度を低くすることができる。このため、過充電や内部短絡等により、内圧が異常に高くなる等の問題が生じた際には、アルミニウム製の封口板１２を優先的に開放させて、内部のガス等を速やかに外部に排出して安全性を保証することができる。ただ、電池セルは、図示しないが、封口板に凸部電極を設けた構造とすることもできる。この電池セルは、封口板や凸部電極に安全弁を設けて、電池の内圧が上昇すると、安全弁を開弁して内部のガスを排気口から排気することができる。

（ホルダーケース２）
図２、図３、及び図６に示すホルダーケース２は、複数の電池セル１を互いに平行な姿勢で収納している。複数の電池セル１は、同じ向きとなるように配置されている。すなわち、図においては、外装缶１１の底側の端部が下方となり、封口板１２で閉塞された端部側が上方となる姿勢で配置されている。ホルダーケース２は、各電池セル１の両端に設けられた電極端子１３を同一面に配置する姿勢で定位置に保持している。

ホルダーケース２は、図６に示すように、電池セル１の長手方向であって、厚さ方向の中間において、第１ケース２Ｘと第２ケース２Ｙに二分割されている。第１ケース２Ｘと第２ケース２Ｙは、それぞれ円筒状の電池セル１の端部を個別に挿入して保持するための保持部２１を内側に設けている。第１ケース２Ｘと第２ケース２Ｙは、電池セル１の端部を挿入する複数の保持部２１を内側面に設けた端面プレート部２２と、端面プレート部２２の周囲に沿って形成された周壁２３とを備えている。第１ケース２Ｘと第２ケース２Ｙは、全体の外形を略矩形状として、周壁２３の対向する開口縁を互いに連結している。

（保持部２１）
保持部２１は、電池セル１の端部を挿入して保持できる形状に形成されている。図に示す保持部２１は、電池セル１の外周面に沿う形状であって、好ましくは電池セル１の外周面に接近ないし接触して、電池セル１の外周面との間を隙間なくできる形状の凹部として端面プレート部２２の内側に複数設けている。複数の保持部２１は、ここに挿入される電池セル１を端面プレート部２２に対して略垂直姿勢で保持できるように形成されている。ここでは、電池セル１は円筒形二次電池を使用しているため、円筒形の電池セル１を収納できるように、ホルダーケース２は、内部を円柱状とする保持部２１を形成している。これ等の保持部２１は、図６の分解斜視図に示すように、第１ケース２Ｘと第２ケース２Ｙとを電池セル１の両側から挟み込むように接合することで、複数の電池セル１をホルダーケース２の内部の定位置に収納可能としている。ただ、保持部は、電池セルの外形に沿う形状の内形を有する筒部とし、この筒部を複数並べることもできる。

複数の保持部２１は、第１ケース２Ｘ及び第２ケース２Ｙの内側にそれぞれ所定の配列で設けられている。ホルダーケース２に形成される保持部２１の数は、収納する電池セル１の本数によって決定される。本実施例においては、ホルダーケース２は、第１ケース２Ｘ及び第２ケース２Ｙにそれぞれ６６個の保持部２１を設けている。図６に示すホルダーケース２の保持部２１は、第２面２Ｂから第４面２Ｄに向かって９列に並べて形成されると共に、各列においては、第１面２Ａから第３面２Ｃに向かって７〜８個を等間隔で直線状に並べて、全体で６６個の保持部２１を設けている。したがって、このホルダーケース２は、最大で６６本の電池セル１を収納できる構造としている。また、多列にわたって形成される保持部２１は、隣接する列間では、ひとつの列内で隣り合う電池セル１の間に隣の列の電池セル１が位置するように、すなわち千鳥配列の状態で省スペースに電池セル１を配置できるようにしている。

凹部形状に形成された保持部２１の深さは、電池セル１の長さの５〜３０％、好ましくは１０〜２５％、さらに好ましくは、１５〜２５％とする。さらに、第１ケース２Ｘと第２ケース２Ｙとで、電池セル１を両側から挟み込むように接合することで、２つの保持部２１で電池セル１の両端部分を収納して保持すると共に、電池セル１の中間部分をホルダーケース２の内部に表出させて、ホルダーケース２の内部に、電池セルの中間部分を表出させる中空部２０を形成している。これにより、電池セル１の中間部分が隣接する各電池セルの間が離間できるため、電池セルの冷却効果を向上させることができる。

さらに、第１ケース２Ｘ及び第２ケース２Ｙは、保持部２１の底面を貫通する接続孔２４を端面プレート部２２に開口している。この端面プレート部２２は、内側に設けた保持部２１に電池セル１の端部を挿入する状態で、外側面に開口された接続孔２４から電極端子１３を露出させている。さらに、接続孔２４は、図２と図３に示すように、保持部２１に挿入される電池セル１の外装缶１１の外形よりも小さくして、電池セル１の通過を阻止する構造としている。これにより、保持部２１に挿入される電池セル１の端部を端面プレート部２２に貫通させることなく接続孔２４の定位置で停止できるようにしている。端面プレート部２２の接続孔２４から露出される電池セル１の電極端子１３は、詳細には後述するが、端面プレート部２２の外側に配置されるバスバープレート４に接続される。

図４〜図６に示す第１ケース２Ｘ及び第２ケース２Ｙは、端面プレート部２２の外側面に、バスバープレート４を配置する収納凹部２５を形成している。図に示す第１ケース２Ｘ及び第２ケース２Ｙは、端面プレート部２２の周囲に設けた周壁２３を端面プレート部２２の外側にも突出させており、この突出部と端面プレート部２２とで形成される凹部を収納凹部２５としてバスバープレート４の収納スペースとしている。図に示すホルダーケース２は、収納凹部２５にバスバープレート４を配置すると共に、この収納凹部２５の外側をカバー部材５で閉塞している。

さらに、ホルダーケース２は、図示しないが、側面である周壁２３に通気口を開口することもできる。これによりホルダーケース２の内外において換気がなされて、ホルダーケース２に収納される電池セル１の放熱特性をさらに向上できる。

（成形樹脂）
このような第１ケース２Ｘと第２ケース２Ｙは、それぞれ金型を使用した射出成形により形成される。ホルダーケース２は、絶縁性に優れた部材、好適には樹脂で構成される。このような樹脂として、ＰＣ（ポリカーボネート）やＰＰ（ポリプロピレン）、ＰＢＴ等の熱可塑性樹脂や、不飽和フェノール樹脂や不飽和ポリエステル等の熱硬化性樹脂が使用できる。なお、熱硬化性樹脂の場合、圧縮成形や射出圧縮成形により形成される。

ホルダーケースを熱可塑性樹脂で成形する構造は、金型を使用した射出成形を簡単にできると共に、安価である熱可塑性樹脂を使用することで製造コストを低減できる。ただ、ホルダーケースは、電池セルの異常時に高温に加熱される虞があるので、使用する電池セルの容量や本数、使用環境、要求される耐熱性能に応じて、熱可塑性樹脂で製造することができる。

これに対して、ホルダーケース２を熱硬化性樹脂で成形する構造は、金型を使用した成形時において、溶融樹脂を金型に注入する時間が長くなると共に、注入後において加熱して硬化させる工程を要するため、短時間で効率よく多量生産できない問題点と、高価である熱硬化性樹脂を使用することで製造コストが高騰する問題点があった。しかしながら本発明の電池パックでは、ホルダーケース２を構成する第１ケース２Ｘと第２ケース２Ｙの間に位置決スペーサー３を介在させることにより複数の電池セル１を定位置に配置するので、第１ケース２Ｘ及び第２ケース２Ｙに形成される保持部２１を浅くしても、電池セルの両端部を両側から挟み込みながら保持部２１で保持することが可能となる。すなわち、電池セル１の端部を挿入する保持部２１を浅く形成することで、金型を簡単な構造としつつ、使用する樹脂の量を低減して、製造時間を短縮しながら製造コストを低減でき、多量生産することが可能となる。また、熱硬化性樹脂製のホルダーケースは、優れた耐熱性を有するので、前述のように、電池セルに以上が生じた際に発火や発煙により高温に加熱されることがあっても、溶融されることなく隣接する電池セルへの類焼が有効に防止される。また、熱硬化性樹脂は耐薬品性にも優れているため、電池セルから排出される電解液等による弊害も防止できる。以上のような観点から、ここでは、ホルダーケースを製造する樹脂として、好ましくは熱硬化性樹脂を使用する。

（位置決スペーサー３）
位置決スペーサー３は、第１ケース２Ｘの保持部２１と第２ケース２Ｙの保持部２１との間に配置されて、複数の電池セル１の中間部を保持して、これ等の電池セル１の位置を特定する。図６に示す位置決スペーサー３は、電池セル１を貫通させて、電池セル１の中間部を保持する挿通孔３Ａを複数開口してなる多孔プレートとしている。位置決スペーサー３に開口される挿通孔３Ａは、上下に配置される第１ケース２Ｘ及び第２ケース２Ｙの保持部２１と対向する位置に設けられている。さらに、挿通孔３Ａは、電池セル１の外周面に接触する内形としており、電池セル１の中間部を定位置に保持できるようにしている。この位置決スペーサー３は、挿通孔３Ａに挿入される電池セル１の中間部を保持することで、電池セル１をホルダーケース２内の定位置に位置決めできるようにしている。

以上の電池パック１０は、複数の電池セル１を位置決スペーサー３で位置決めしながら、第１ケース２Ｘと第２ケース２Ｙとで電池セル１の両端部を両側から挟み込むように保持することで、多数の電池セル１を位置決めしながら簡単に対向する保持部２１に挿入することができる。例えば、図７に示すように第１ケース２Ｘの開口部に位置決スペーサー３を配置した状態で、位置決スペーサー３の挿通孔３Ａに電池セル１を挿通し、挿入側の端部を第１ケース２Ｘの保持部２１に挿入することで、電池セル１を位置決めしながら第１ケース２Ｘに配置できる（図７Ｂ参照）。この状態で、第１ケース２Ｘに配置された多数の電池セル１は、下端が第１ケース２Ｘの保持部２１に挿入されると共に、中間部が位置決スペーサー３の挿通孔３Ａで位置決めされるので、上側の端部が前後左右に移動することなく、第２ケース２Ｙの保持部２１に挿入されにくくなる自体を解消できる。すなわち、第１ケース２Ｘに配置された多数の電池セル１は、中間部が位置決スペーサー３によって定位置に保持されることで、上側の端部の位置が位置決めされて、第２ケース２Ｙを上から被せる状態で確実に電池セル１の上側端部を第２ケース２Ｙの保持部２１に挿入できる（図７Ｃ参照）。この構造は、実質的には、電池セル１の約半分の長さを収納する電池収納部と同じ状態で電池セルを位置決めしながら保持できる。したがって、反対側の端部を速やかに対向する保持部に挿入して、電池セル１の両端部を両側から挟み込むように保持できる。これにより、組立時の作業能率を向上できる。

位置決スペーサー３は、その厚さを薄くすることで電池セル１を挿通しやすくできると共に、電池セル１の中間部を保持する状態で、ホルダーケース２内に表出する領域を広くすることができる。したがって、位置決スペーサーの厚さは、好ましくは、電池セルの全長の１０％以下とすることができる。このような位置決スペーサー３は、樹脂製とし、あるいは金属製とすることもできる。

以上の位置決スペーサー３は、第１ケース２Ｘと第２ケース２Ｙの対向する周壁２３で挟着されてホルダーケース２の中間に配置されている。図に示すホルダーケース２は、下ケースである第１ケース２Ｘの周壁２３の開口縁に沿って位置決スペーサー３を嵌合させる段差凹部２３Ａを設けている。このホルダーケース２は、位置決スペーサー３を第１ケース２Ｘの段差凹部２３Ａに嵌合させて位置決めする状態で、第１ケース２Ｘと第２ケース２Ｙの対向する周壁２３で位置決スペーサー３を挟着して定位置に固定する。ただ、段差凹部は、第２ケースに設けることもできる。また、位置決スペーサーは、接着して、あるいはネジ止めや係止構造によりホルダーケースに固定することもできる。

以上のようにして、内部に複数の電池セル１が収納されるホルダーケース２は、図６に示すように、第１ケース２Ｘと第２ケース２Ｙの対向位置に設けた連結ボス２９に連結ネジ３９がねじ込まれて第１ケース２Ｘと第２ケース２Ｙが固定される。図に示す第１ケース２Ｘは、端面プレート部２２と周壁２３に連結ボス２９を一体的に成形して設けている。ただ、第１ケースと第２ケースは、連結ボルトとナットを介して互いに連結することもできる。

（バスバープレート４）
さらに、図２〜図５の電池パック１０は、ホルダーケース２の上下の外側に、ホルダーケース２に収納される複数の電池セル１の両端の電極端子１３を接続するバスバープレート４を備えている。バスバープレート４は、端面プレート部２２の外側をカバーする平板状の金属板であって、端面プレート部２２の接続孔２４から表出する複数の電池セル１の電極端子１３を接続するために複数の貫通孔４０を開口している。これ等の貫通孔４０は、端面プレート部２２に開口された接続孔２４と対向する位置に開口されている。

バスバープレート４は、ホルダーケース２に収納される複数の電池セル１の電極端子１３に電気接続される。図に示す電池パック１０は、ホルダーケース２の下ケースである第１ケース２Ｘの下面側であって、端面プレート部２２の外側に配置される第１のバスバープレート４Ｘと、上ケースである第２ケース２Ｙの上面側であって、端面プレート部２２の外側に配置される第２のバスバープレート４Ｙとを備えている。これ等のバスバープレート４は、端面プレート部２２の全体を被覆する形状と大きさを有しており、ホルダーケース２に収納される全ての電池セル１の電極端子１３を接続できる大きさとしている。バスバープレート４は、これを貫通する止ネジ３８を介してホルダーケース２に固定される。この構造は、バスバープレート４をホルダーケース２の定位置に確実に固定できる。

バスバープレート４は、図８〜図１０に示すように、リード板４５を介して電池セル１に接続される。図８と図９に示すリード板４５は、薄い金属板であって、バスバープレート４の貫通孔４０と対向する位置に連結孔４５Ａを開口すると共に、この連結孔４５Ａに位置して接続片４６、４７を備えている。接続片４６、４７は、リード板４５に一体的に連結して形成されている。リード板４５は、接続片４６、４７がバスバープレート４に開口された貫通孔４０に位置するようにバスバープレート４に固定されている。図８と図９に示すバスバープレート４は、３枚のリード板４５が連結されている。

バスバープレート４は、リード板４５の接続片４６、４７が電池セル１の電極端子１３に溶着されて、電池セル１に接続される。したがって、接続片４６、４７は、接続孔２４から表出する接続端子１３と対向する位置に配置されている。接続片４６、４７は、図１０に示すように、溶接ロッド６０が押圧される状態で、接続端子１３に溶着される形状と大きさに形成されている。さらに、図８に示すリード板４５は、連結孔４５Ａの開口縁と接続片４６との間に溶断部４８を形成している。図に示す溶断部４８は、細長い線状であってクランク状に形成されており、過電流が流れる状態で溶断されて、電池セル１の電極端子１３をリード板４５から確実に遮断できる構造としている。図に示すリード板４５は、細く形成された溶断部４８を保護するために、固定部材４９である接着テープを溶断部の表面に張着している。この接着テープは、熱により溶融されるテープで、溶断部４８が溶断される状態では、接着テープも溶融されて切断されるようにしている。

リード板４５が固定されたバスバープレート４は、図１０に示すように、端面プレート部２２の外側面に積層される状態で配置され、リード板４５の接続片４７が端面プレート部２２の接続孔２４に配置される。接続孔２４に配置された接続片４７は、電池セル１の電極端子１３に溶着される。溶接時において、溶接ロッド６０は、図１０に示すように、リード板４５の接続片４７を端面プレート部２２の接続孔２４から表出する電極端子１３に押圧して溶着する。溶接ロッド６０は、バスバープレート４の貫通孔４０を通過して接続片４７を電池セル１の電極端子１３に押圧する状態で溶着する。以上のようにして、ホルダーケース２に収納された複数の電池セル１の両端の電極端子１３が、第１のバスバープレート４Ｘと第２のバスバープレート４Ｙとに接続されることで複数の電池セル１が並列に接続される。

さらに、図４と図５に示すバスバープレート４は、端面プレート部２２の外周縁から周壁２３に沿って折曲された折曲片４１、４３を備えており、折曲片４１、４３の先端部をさらに折曲して外部接続部４２、４４としている。図１〜図５に示す電池パック１０は、外形を矩形状とするホルダーケース２の対向する側面であって、第１面２Ａに折曲片４１を配置し、第３面２Ｃに折曲片４３を配置している。このように一対のバスバープレート４の折曲片４１、４３をホルダーケース２の対向する側面に配置することで、これ等の折曲片４１、４３が互いに干渉するのを阻止している。

第１のバスバープレート４Ｘは、ホルダーケース２の第１面２Ａに沿って折曲片４１を配置している。この折曲片４１は、第１ケース２Ｘの下面側から第１面２Ａに沿って立ち上がるように形成されると共に、先端部を水平方向に折曲して外部接続部４２としている。ホルダーケース２は、第１のバスバープレート４Ｘの折曲片４１が配置される第１面２Ａに、折曲片４１を案内する嵌合凹部２６を形成している。このように、折曲片４１を嵌合凹部２６に案内することで、折曲片４１を定位置に配置しながら、折曲片４１がホルダーケース２の表面側に突出するのを防止している。

第２のバスバープレート４Ｙは、ホルダーケース２の第３面２Ｃに沿って折曲片４３を配置している。この折曲片４３は、第２ケース２Ｙの上面側から第２面２Ｃに沿って垂れ下がるように形成されると共に、先端部を水平方向に折曲して外部接続部４４としている。ホルダーケース２は、第２のバスバープレート４Ｙの折曲片４３が配置される第３面２Ｃに、折曲片４３を案内する嵌合凹部２７を形成している。さらに、この嵌合凹部２７には外部接続部４４を配置する段差面２８を形成している。このように、折曲片４３及び外部接続部４４を嵌合凹部２７に案内することで、折曲片４３及び外部接続部４４を定位置に配置しながら、折曲片４３及び外部接続部４４がホルダーケース２の表面側に突出するのを防止している。また、段差面２８において、外部接続部４４を確実に外部接続できるようにしている。

（カバー部材）
さらに、電池パック１０は、図１〜図６に示すように、バスバープレート４が固定されたホルダーケース２の上面側及び下面側の外側に位置して、バスバープレート４を被覆するカバー部材５を備えている。図に示すカバー部材５は、バスバープレート４の表面を被覆して絶縁している。カバー部材５は、絶縁性部材とすることが好ましく、好適には樹脂製とする。これにより、絶縁性と軽量化を安価に実現できる。また耐久性と熱伝導性を考慮すれば、アルミニウムなど金属製のカバー部材も利用できる。この場合は、金属製のカバー部材の表面を、ラミネートフィルムやビニールなどの絶縁性部材で被覆し、あるいは絶縁性の塗料を塗布して絶縁することもできる。

カバー部材５は、ホルダーケース２の上下面を被覆する形状と大きさを有している。図に示すカバー部材５は、ホルダーケース２の外形に沿う平板状の閉塞プレート部５１とこの閉塞プレート部５１の周囲に連結してなるカバー部５２とを備えている。カバー部５２は、ホルダーケース２の外周面に設けた係止凸部３１に係止して固定される。図２〜図５に示すカバー部５２は、係止凸部３１を係止する係止部５３として係止穴を開口しているこのカバー部材５は、カバー部５２をホルダーケース２の係止凸部３１に係止状態で係止させて定位置に固定される。

図１〜図５に示すカバー部材５は、第１ケース２Ｘ側の外側をカバーする第１のカバー部材５Ｘと、第２ケース２Ｙ側の外側をカバーする第２のカバー部材５Ｙとを備えている。第１のカバー部材５Ｘは、第１ケース２Ｘの４つの側面をカバーする状態でカバー部５２を設けている。第２のカバー部材５Ｙは、第２ケース２Ｙの４つの側面のうち第１面２Ａを除く３面に対向してカバー部５２を設けている。第２のカバー部材５Ｙは、第２面２Ｂ〜第４面２Ｄに対して、前述の係止構造で固定すると共に、第１面においては、第２のバスバープレート４Ｙの折曲片４３を通過させるべくカバー部５２を設けることなく開放している

以上の電池パック１０は、図７に示す以下の工程で組み立てられる。
（１）図７Ａに示すように、第１ケース２Ｘの開口部に位置決スペーサー３を配置する。位置決スペーサー３は、例えば、その外周縁が、第１ケース２Ｘの周壁２３の開口縁に沿って形成された段差凹部２３Ａに嵌合状態で配置されて定位置に固定される。
（２）図７Ｂに示すように、第１ケース２Ｘの開口部に配置された位置決スペーサー３の挿通孔３Ａに電池セル１を挿通すると共に、挿入側の端部を第１ケース２Ｘの保持部２１に挿入する。この状態で、第１ケース２Ｘに配置された多数の電池セル１は、下端が第１ケース２Ｘの保持部２１に挿入されると共に、中間部が位置決スペーサー３の挿通孔３Ａで位置決めされて定位置に固定される。
（３）図７Ｃに示すように、第２ケース２Ｙを上から被せる状態で降下させて、第２ケース２Ｙの保持部２１に電池セル１の上側端部を案内する。このとき、複数の電池セル１は、上端部が定位置に固定されているので、この上端部を第２ケース２Ｙの保持部２１に速やかに案内して挿入できる。第１ケース２Ｘと第２ケース２Ｙは、複数の電池セル１の両端部をそれぞれの保持部２１で保持する状態で互いに連結されて、ホルダーケース２の内部に複数の電池セル１が収納される。
（４）さらに、図７Ｄに示すように、ホルダーケース２の下面側に第１のバスバープレート４Ｘを配置して複数の電池セル１の一方の電極端子１３を接続した後、第１のバスバープレート４Ｘの下方に第１のカバー部材５Ｘを配置してホルダーケース２に連結する。また、ホルダーケース２の上面側に第２のバスバープレート４Ｙを配置して複数の電池セル１の他方の電極端子を接続した後、第２のバスバープレート４Ｙの上方に第２のカバー部材５Ｙを配置してホルダーケース２に連結する。

以上の電池パック１０は、図６に示すように、ホルダーケース２に設けた６６個の保持部２１の内、１箇所を除く６５箇所に電池セル１を収納している。すなわち、この電池パック１０は、電池容量を４．６２Ａｈ／セルとする６５本の電池セル１をバスバープレート４を介して並列に接続して、出力電圧が約３Ｖ〜４．１５Ｖの大容量の電池パック１０を構成している。なお、ホルダーケース２に収納される電池セル１の数、配列及び接続に関してはこれに限られるものではなく、必要とされる電圧や出力容量によって変更が可能なことは言うまでもない。

さらに、以上の電池パック１０は、図１１に示すようにして複数の電池パック１０を直列に接続することができる。図１１では、左側に位置する電池パック１０の右側面に配置された第２のバスバープレート４Ｙの外部連結部４４に、右側に位置する電池パック１０の左側面に配置された第１のバスバープレート４Ｘの外部連結部４２を接続する状態を示している。互いに積層される外部連結部４２、４４同士は、嵌合凹部２７において、連結ネジ６１がねじ込まれてホルダーケース２に固定される。このように、互いに隣接する電池パックの対向する外部連結部４２、４４同士を嵌合凹部２７の内側で連結することで、外部との意図しない接触を確実に防止しながら接続できる。

本発明は、複数の電池セルをホルダーケース内において中空状に保持してなる電池パックであって、載置型の蓄電用設備の電源として、あるいは種々の電池機器のバックアップ用電源として好適に利用できる。

１…電池セル
２…ホルダーケース
２Ｘ…第１ケース
２Ｙ…第２ケース
２Ａ…第１面
２Ｂ…第２面
２Ｃ…第３面
２Ｄ…第４面
３…位置決スペーサー
３Ａ…挿通孔
４…バスバープレート
４Ｘ…第１のバスバープレート
４Ｙ…第２のバスバープレート
５…カバー部材
５Ｘ…第１のカバー部材
５Ｙ…第２のカバー部材
１０…電池パック
１１…外装缶
１２…封口板
１３…電極端子
２０…中空部
２１…保持部
２２…端面プレート部
２３…周壁
２３Ａ…段差凹部
２４…接続孔
２５…収納凹部
２６…嵌合凹部
２７…嵌合凹部
２８…段差面
２９…連結ボス
３１…係止凸部
３８…止ネジ
３９…連結ネジ
４０…貫通孔
４１…折曲片
４２…外部接続部
４３…折曲片
４４…外部接続部
４５…リード板
４５Ａ…連結孔
４６…接続片
４７…接続片
４８…溶断部
４９…固定部材
５１…閉塞プレート部
５２…カバー部
５３…係止部
６０…溶着ロッド
６１…連結ネジ
９１…電池セル
９２…電池ホルダ
９２Ｘ…分割ケース
９２Ｙ…分割ケース
９３…電池収納部

Claims

筒状で有底の外装缶の開口部を封口板で閉塞してなる複数の電池セルと、
前記複数の電池セルを互いに平行な姿勢とし、かつ各電池セルの両端に設けられた電極端子を同一面に配置する姿勢で保持するホルダーケースと、
を備え、
前記ホルダーケースは、
前記電池セルの一方の端部を挿入して保持する保持部を内側に複数設けた第１ケースと、
前記電池セルの他方の端部を挿入して保持する保持部を内側に複数設けた第２ケースとを備え、
前記第１ケースと前記第２ケースで前記複数の電池セルを長手方向の両側から挟持して、前記複数の電池セルの両端部を前記保持部で保持すると共に、該複数の電池セルの中間部を前記ホルダーケース内に表出させる構造としており、
さらに、前記第１ケースの保持部と前記第２ケースの保持部との間に配置されて、前記複数の電池セルの中間部を保持して位置決めする位置決スペーサーを備え、
前記第１ケース及び前記第２ケースは、複数の前記保持部を内側面に設けた端面プレート部と、前記端面プレート部の周囲に沿って形成された周壁とを備え、全体の外形を略矩形状として、前記周壁の対向する開口縁を互いに連結して、内部に前記電池セルの中間部を表出させる中空部を形成しており、
前記第１ケース及び前記第２ケースの対向する前記周壁で前記位置決スペーサーを挟着して定位置に配置してなる電池パック。
請求項１に記載される電池パックであって、
前記位置決スペーサーが、前記電池セルを貫通させて、該電池セルの中間部を保持する挿通孔を複数開口してなる多孔プレートで、前記挿通孔に前記電池セルを嵌入して該電池セルを位置決めするようにしてなる電池パック。
請求項１または２に記載される電池パックであって、
前記ホルダーケースが熱硬化性樹脂で成形されてなる電池パック。
請求項１から３のいずれか一項に記載される電池パックであって、
前記第１ケース及び前記第２ケースの前記保持部の深さが前記電池セルの全長の２５％以下で、前記位置決スペーサーの厚さが前記電池セルの全長の１０％以下である電池パック。
請求項１に記載される電池パックであって、
前記第１ケース及び前記第２ケースの少なくとも一方は、前記周壁の開口縁に沿って前記位置決スペーサーを嵌合させる段差凹部を設けてなる電池パック。
請求項１に記載される電池パックであって、
さらに、前記第１ケース及び前記第２ケースの端面プレート部の外側に配置される一対のバスバープレートを備えており、
前記複数の電池セルは、同じ向きに並べて前記ホルダーケースに収納されており、
前記第１ケース及び前記第２ケースは、前記保持部の底面を貫通する接続孔を前記端面プレート部に開口して、前記接続孔から前記電池セルの電極端子を露出させると共に、前記電極端子を前記バスバープレートに接続して前記複数の電池セルを並列に接続してなる電池パック。
請求項６に記載される電池パックであって、
前記一対のバスバープレートは、前記第１ケースの外側に配置される第１のバスバープレートと前記第２ケースの外側に配置される第２のバスバープレートからなり、各バスバープレートは、前記端面プレート部の外周縁から周壁に沿って折曲された折曲片を備え、前記折曲片の先端部をさらに折曲して外部接続部としており、
前記第１のバスバープレートは、外形を矩形状とする前記ホルダーケースの側面である第１面に前記折曲片を配置しており、
前記第２のバスバープレートは、前記第１面と対向する側面である第３面に前記折曲片を配置してなる電池パック。
請求項７に記載される電池パックであって、
前記ホルダーケースは、前記第１のバスバープレートの前記折曲片が配置される前記第１面に、該折曲片を案内する嵌合凹部を備えており、前記第２のバスバープレートの前記折曲片が配置される前記第３面に、該折曲片を案内する嵌合凹部を備えると共に、この嵌合凹部に前記外部接続部を配置する段差面を備える電池パック。