WO2017187889A1

WO2017187889A1 - 電池パック及び電動工具、並びに電池パック及び電動工具のセット

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Publication number: WO2017187889A1
Application number: PCT/JP2017/013667
Authority: WO
Inventors: 西河　智雅; 松野　智; 光隆坂本
Original assignee: 日立工機株式会社
Priority date: 2016-04-26
Filing date: 2017-03-31
Publication date: 2017-11-02
Also published as: JPWO2017187889A1; US11411277B2; US20190148687A1; CN210061022U; DE212017000112U1

Abstract

内蔵する電池セルの寸法が変わっても互換性を確保することの可能な電池パック及びそれを着脱可能な電動工具、並びに電池パック及び電動工具のセットを提供するため、第２電池パック２０は、第２電池セル２５及びそれを収容した第２ケース２１、電動工具への装着用の第２ラッチ部２３、及び第２ラッチ操作部２４を備え、第２電池パック２０は、第２電池セル２５よりも短い電池セルを収容した所定の電池パックと比較してケース幅が大きい一方でレール幅が等しく、前記所定の電池パックに替えて電動工具に着脱可能である。

Description

電池パック及び電動工具、並びに電池パック及び電動工具のセット

本発明は、電池パック、及び電池パックを着脱可能な電動工具、並びに電池パック及び電動工具のセットに関する。

近年、電池パックの高出力化が望まれており、電池パックに内蔵される電池セルの高出力化の動きがある。従来、電池セルは、直径１８ｍｍかつ長さ６５ｍｍの１８６５０サイズが主流であったが、高出力化を実現するために、直径２０ｍｍの電池セルも開発されている（下記特許文献１）。

特開２００６－３１３７３６号公報

電池セルの寸法が異なれば、それを内蔵する電池パックの寸法も異なってくる。従来の電池パック（以下「旧電池パック」とも表記）で駆動する電動工具に、高出力タイプの電池パック（以下「新電池パック」とも表記）が接続できなければ、すなわち互換性が無ければ、ユーザは新電池パックに対応した電動工具を新たに準備する必要があり、ユーザにとって負担が大きくなることが懸念される。また、電池セルが大型化するに伴い、その取扱いが困難になることも懸念される。

本発明はこうした状況を認識してなされたものであり、その第１の目的は、内蔵する電池セルの寸法が変わっても互換性を確保することの可能な電池パック及びそれを着脱可能な電動工具、並びに電池パック及び電動工具のセットを提供することにある。

本発明の第２の目的は、電池パックが大型化しても取扱いが容易な電池パック及びそれを着脱可能な電動工具を提供することにある。

本発明の第３の目的は、電池パックが大型化により、従来と比較してラッチ操作部の破損リスクを抑制することを可能とした電池パック及びそれを着脱可能な電動工具を提供することにある。

本発明の第１の態様は、電動工具である。この電動工具は、第１及び第２電池パックを択一的に着脱可能な電池パック装着部を備え、前記第１電池パックは、第１ケースと、前記第１ケース内に収容された複数の第１電池セルと、前記第１電池パックを前記電池パック装着部に係止するための第１ラッチ部と、前記第１ラッチ部を操作可能な第１ラッチ操作部と、を有し、前記第１ケースは、前記第１電池セルの長手方向において互いに第１レール幅離間して設けられた、前記電池パック装着部への装着用の一対の第１レール部を有し、前記第２電池パックは、第２ケースと、前記第２ケース内に収容された複数の第２電池セルと、前記第２電池パックを前記電池パック装着部に係止するための第２ラッチ部と、前記第２ラッチ部を操作可能な第２ラッチ操作部と、を有し、前記第２ケースは、前記第２電池セルの長手方向において互いに第２レール幅離間して設けられた、前記電池パック装着部への装着用の一対の第２レール部を有し、前記第１及び第２ケースは、少なくとも前記第１及び第２電池セルの長手方向における幅が相互に異なり、かつ前記第１及び第２レール幅が互いに略等しいことを特徴とする。

前記第１及び第２レール部の長さが互いに略等しくてもよい。

前記第２電池セルの長手方向の寸法が、前記第１電池セルの長手方向の寸法より大きくてもよい。

前記第２電池セルの径方向の寸法が、前記第１電池セルの径方向の寸法より大きくてもよい。

前記第２ケースの前記第２レール部が設けられた両側面にそれぞれ、前記第２ラッチ部と、前記第２ラッチ操作部と、が設けられ、前記第２電池パックの重心位置が、前記第２レール部の長さ方向において、前記第２ラッチ部と前記第２ラッチ操作部との間にあってもよい。

前記第２ケースの前記第２レール部が設けられた両側面にそれぞれ、前記第２ラッチ部と、前記第２ラッチ操作部と、が設けられ、前記第２ラッチ操作部の最外面は、前記第２ラッチ操作部が設けられた前記第２ケースの側面のうち最外面となる部分と略同一面又は当該部分より内側に存在してもよい。

本発明の第２の態様は、電池パックである。この電池パックは、ケースと、前記ケース内に収容された複数の電池セルと、を備え、前記ケースは両側面にそれぞれ、装着用のレール部と、係止用のラッチ部と、前記ラッチ部を操作可能なラッチ操作部と、を有し、重心位置が、前記レール部の長さ方向において、前記ラッチ部と前記ラッチ操作部との間にあることを特徴とする。

本発明の第３の態様は、電池パックである。この電池パックは、ケースと、前記ケース内に収容された複数の電池セルと、を備え、前記ケースは両側面にそれぞれ、装着用のレール部と、係止用のラッチ部と、前記ラッチ部を操作可能なラッチ操作部と、を有し、前記ラッチ操作部の最外面は、前記ラッチ操作部が設けられた前記ケースの側面のうち最外面となる部分と略同一面又は当該部分より内側に存在することを特徴とする。

本発明の第４の態様は、電池パックである。この電池パックは、20700サイズ乃至21700サイズの複数の電池セルと、前記複数の電池セルを収容したケースと、電動工具の電池パック装着部に係止するためのラッチ部と、前記ラッチ部を操作可能なラッチ操作部と、を備え、18650サイズの複数の電池セルを収容した所定の電池パックに替えて前記電動工具に着脱可能であることを特徴とする。

前記ケースは、自身に収容した電池セルの長手方向において互いに所定のレール幅離間して設けられた、電動工具への装着用の一対のレール部を有し、前記レール幅が、18650サイズの複数の電池セルを収容した所定の電池パックのレール幅と略等しくてもよい。

本発明の第５の態様は、第２から第４の態様の電池パックを着脱可能に装着したことを特徴とする電動工具である。

本発明の第６の態様は、電池パック及び電動工具のセットであり、第１ラッチ部、第１レール幅及び第１ケース幅を有する第１電池パックを装着可能な電動工具と、第２ラッチ部、第２レール幅及び第２ケース幅を有し、前記電動工具に対して前記第１電池パックと択一的に装着可能な第２電池パックであって、前記第２レール幅は前記第１レール幅と略等しく、前記第２ケース幅は前記第１ケース幅より大きい前記第２電池パックと、を備える。

なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法やシステムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明の第１、第４及び第６の態様によれば、内蔵する電池セルの寸法が変わっても互換性を確保することの可能な電池パック及びそれを着脱可能な電動工具、並びに電池パック及び電動工具のセットを提供することができる。

本発明の第２及び第５の態様によれば、電池パックが大型化しても取扱いが容易な電池パック及びそれを着脱可能な電動工具を提供することができる。

本発明の第３及び第５の態様によれば、電池パックが大型化により、従来と比較してラッチ操作部の破損リスクを抑制することを可能とした電池パック及びそれを着脱可能な電動工具を提供することができる。

18650サイズの複数の電池セルを収容した第１電池パック１０の斜視図。 20700サイズ乃至21700サイズの複数の電池セルを収容した、本発明の実施の形態に係る第２電池パック２０の斜視図。第１電池パック１０の左側断面図。第２電池パック２０の左側断面図。第１電池パック１０の、第１ラッチ操作部１４の位置における背断面図。第２電池パック２０の、第２ラッチ操作部２４の位置における背断面図。第１電池パック１０の、第１レール部１２の長さ方向中間位置における正断面図。第２電池パック２０の、第２レール部２２の長さ方向中間位置における正断面図。第１電池パック１０の分解斜視図。第２電池パック２０の分解斜視図。第１電池パック１０を装着した電動工具１の側面図。第２電池パック２０を装着した電動工具１の側面図。第１電池パック１０を装着した電動工具１の正面図。第２電池パック２０を装着した電動工具１の正面図。第２電池パック２０を装着した電動工具１’（携帯用切断機）の側面図。

以下、図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態を詳述する。なお、各図面に示される同一または同等の構成要素、部材等には同一の符号を付し、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は発明を限定するものではなく例示であり、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。

図１、図３、図５、図７及び図９を参照し、第１電池パック１０の構成を説明する。図１により、第１電池パック１０における、前後、上下、左右の各方向を定義する。第１電池パック１０は、既存のスライド式の電池パックの一例であって、第１ケース１１の内部に複数の第１電池セル１５を収容する。なお、図３に示すように、ここでは第１電池セル１５を１０本としている。第１電池セル１５は、18650サイズ（外径１８ｍｍ、長さ６５ｍｍ）のリチウムイオン電池等の二次電池である。第１ケース１１は、図９から明らかなように、第１上ケース１１ａ及び第１下ケース１１ｂを組み合わせたものである。

図３に示すように、第１電池セル１５は、第１ケース１１内において、第１セパレータ１６によって所定の配列に保持される。具体的には、第１電池セル１５は、長手方向が左右方向（第１電池パック１０の幅方向）となるように、２段×５列で前後方向に配列される。第１ケース１１内において、第１電池セル１５の上方には、第１基板１７が第１セパレータ１６に保持される。第１基板１７には、第１電池セル１５の電圧や各種信号を出力するための所定数の第１端子１８が設けられる。

第１ケース１１は、左右方向において互いに第１レール幅Ｗ１（図７）離間して設けられた一対の第１レール部１２を有する。第１レール部１２は、第１ケース１１の左右両側面にそれぞれ図７に示すＬ１の突出長で設けられて前後方向に延びる。第１レール部１２は、第１電池パック１０を図１１及び図１３に示すように電動工具１にスライド装着する際にガイドとして用いられる。なお、図１１において第１電池パック１０は左側から右側に向かって電動工具１にスライド装着される。

第１ケース１１の左右両側面にはそれぞれ、第１電池パック１０を図１１及び図１３に示すように電動工具１の電池パック装着部２ｃに係止するための第１ラッチ部１３と、第１ラッチ部１３を操作可能な第１ラッチ操作部１４と、が設けられる。第１ラッチ部１３は、第１ケース１１の側面から突出するように付勢される。ユーザは、第１電池パック１０を電動工具１から取り外す際には、第１ラッチ操作部１４を押して第１ラッチ部１３を第１ケース１１の側面内に引っ込めることで、第１ラッチ部１３による係止を解除する。

第１電池パック１０において１０本の第１電池セル１５を直列接続した場合、定格出力電圧は３６Ｖ、連続出力電流は約２０Ａ、合計セル体積は約170,000ｍｍ³となる。ここで、定格出力電圧は３６Ｖのまま連続出力電流を２８Ａ以上とする場合、第１電池セル１５を２０本（１０本の直列接続を並列に２列）にする必要があり、合計セル体積は約340,000ｍｍ³となる。

続いて、図２、図４、図６、図８及び図１０を参照し、第２電池パック２０の構成を説明する。図２により、第２電池パック２０における、前後、上下、左右の各方向を定義する。第２電池パック２０は、本発明の実施の形態に係るスライド式の電池パックの一例であって、第１電池パック１０に替えて電動工具１に着脱可能である。第２電池パック２０は、第２ケース２１の内部に複数の第２電池セル２５を収容する。なお、図４に示すように、ここでは第２電池セル２５を１０本としている。第２電池セル２５は、20700サイズ（外径２０ｍｍ、長さ７０ｍｍ）乃至21700（外径２１ｍｍ、長さ７０ｍｍ）サイズのリチウムイオン電池等の二次電池である。したがって、第２電池セル２５は、第１電池セル１５と比較して、径方向の寸法が大きく、かつ長手方向の寸法が大きい。なお、図示の例では第２電池セル２５を21700サイズとしている。第２ケース２１は、図１０から明らかなように、第２上ケース２１ａ及び第２下ケース２１ｂを組み合わせたものである。図１～図４から明らかなように、第２ケース２１は、前後方向における長さが第１ケース１１より長い。また、図５～図８から明らかなように、第２ケース２１は、左右方向における幅が第１ケース１１より大きい。

図４に示すように、第２電池セル２５は、第２ケース２１内において、第２セパレータ２６によって所定の配列に保持される。具体的には、第２電池セル２５は、長手方向が左右方向（第２電池パック２０の幅方向）となるように、２段×５列で前後方向に配列される。第２ケース２１内において、第２電池セル２５の上方には、第２基板２７が第２セパレータ２６に保持される。第２基板２７には、第２電池セル２５の電圧や各種信号を出力するための所定数の第２端子２８が設けられる。

第２ケース２１は、左右方向において互いに第２レール幅Ｗ２（図８）離間して設けられた一対の第２レール部２２を有する。第２レール幅Ｗ２は、図７に示す第１電池パック１０の第１レール幅Ｗ１と略等しい。第２レール部２２は、第２ケース２１の左右両側面にそれぞれ図８に示すＬ２の突出長で設けられて前後方向に延びる。第２ケース２１の側面からの第２レール部２２の突出長Ｌ２は、図７に示す第１ケース１１の側面からの第１レール部１２の突出長Ｌ１と略等しい。また、第２レール部２２の長さは、第１レール部１２の長さと略等しい。第２レール部２２は、第２電池パック２０を図１２及び図１４に示すように電動工具１にスライド装着する際にガイドとして用いられる。なお、図１２において第２電池パック２０は左側から右側に向かって電動工具１にスライド装着される。

第２ケース２１の左右両側面にはそれぞれ、第２電池パック２０を図１２及び図１４に示すように電動工具１の電池パック装着部２ｃに係止するための第２ラッチ部２３と、第２ラッチ部２３を操作可能な第２ラッチ操作部２４と、が設けられる。第２電池パック２０の重心位置は、第２レール部２２の長さ方向、すなわち前後方向において、第２ラッチ部２３と第２ラッチ操作部２４との間にある。また、図６に示すように、第２ラッチ操作部２４の最外面は、第２ラッチ操作部２４が設けられた第２ケース２１の側面のうち最外面となる部分と略同一面又は当該部分より内側に存在する。第２ラッチ部２３は、第２ケース２１の側面から突出するように付勢される。ユーザは、第２電池パック２０を電動工具１から取り外す際には、第２ラッチ操作部２４を押して第２ラッチ部２３を第２ケース２１の側面内に引っ込めることで、第２ラッチ部２３による係止を解除する。

第２電池パック２０において20700サイズの１０本の第２電池セル２５を直列接続した場合、定格出力電圧は３６Ｖ、連続出力電流は約３０Ａ、合計セル体積は約220,000ｍｍ³となる。また、第２電池パック２０において21700サイズの１０本の第２電池セル２５を直列接続した場合、定格出力電圧は３６Ｖ、連続出力電流は約３５Ａ、合計セル体積は約250,000ｍｍ³となる。

図１１～図１４に示すように、電動工具１のハウジング２は、不図示のモータを収容する筒状部２ａと、筒状部２ａの中間部から下方に延びるハンドル部２ｂと、ハンドル部２ｂの下端部に設けられた電池パック装着部２ｃと、を有する。電池パック装着部２ｃは、第１電池パック１０及び第２電池パック２０を択一的に着脱可能である。電池パック装着部２ｃには、電動工具１を壁面等に引っ掛けるためのフック３が設けられる。なお、電動工具１は、Ｔ型ハウジングを有する電動ドライバ等に限定されず、携帯用切断機等の他の種類のものであってもよい。上述したように、第２電池パック２０の第２ケース２１は、前後方向における長さが第１電池パック１０の第１ケース１１より長いが、第２レール部２２の先端から第２ケース２１の先端までの長さは、第１レール部１２の先端から第１ケース１１の先端までの長さと略等しく、第２ラッチ操作部２４の後方側の第２ケース２１が、第１ラッチ操作部１４の後方側の第１ケース１１よりも長くなっている。すなわち、スライド装着方向における後方側の寸法を長くしている。そのため、図１５に示す携帯用切断機１’のように、電池パックのスライド装着方向側にハウジング等の壁５がある電動工具であっても、前後方向の寸法が第１電池パック１０よりも長い第２電池パック２０を装着することができる。

本実施の形態によれば、下記の効果を奏することができる。

(1) 第１電池パック１０の第１レール幅Ｗ１と第２電池パック２０の第２レール幅Ｗ２が互いに略等しいため、既存の第１電池パック１０を装着可能な電動工具１に新しい高出力タイプの第２電池パック２０を装着可能である（互換性を確保できる）。このため、第１電池パック１０から第２電池パック２０に切り替える場合に、ユーザは第２電池パック２０に対応した電動工具を新たに準備する必要がなく、ユーザにとって負担が小さい。

(2) 第２電池パック２０は、第１電池パック１０と比較して大型になるが、重心位置が前後方向において第２ラッチ部２３と第２ラッチ操作部２４との間にあるため、取扱いが容易である。すなわち、第２電池パック２０は、第１電池パック１０と比較して大型化したことに伴う取扱い困難性を抑制できる。

(3) 第２電池パック２０において、第２ラッチ操作部２４の最外面は、第２ラッチ操作部２４が設けられた第２ケース２１の側面のうち最外面となる部分と略同一面又は当該部分より内側に存在するため、第２電池パック２０が落下した場合等における第２ラッチ操作部２４の破損を抑制できる。

(4) 18650サイズの第１電池セル１５を使用して定格出力電圧３６Ｖかつ連続出力電流を２８Ａ以上とするには、第１電池セル１５を２０本にする必要があり、合計セル体積は約340,000ｍｍ³と大きくなるが、第２電池パック２０は、合計セル体積が300,000ｍｍ³と比較的小型でありながら、定格出力電圧３６Ｖかつ連続出力電流を２８Ａ以上の高出力を実現できる。

以上、実施の形態を例に本発明を説明したが、実施の形態の各構成要素や各処理プロセスには請求項に記載の範囲で種々の変形が可能であることは当業者に理解されるところである。

１…電動工具、１’ …電動工具（携帯用切断機）、２…ハウジング、２ａ…筒状部、２ｂ…ハンドル部、２ｃ…電池パック装着部、３…フック、５…壁、１０…第１電池パック、１１…第１ケース、１１ａ…第１上ケース、１１ｂ…第１下ケース、１２…第１レール部、１３…第１ラッチ部、１４…第１ラッチ操作部、１５…第１電池セル、１６…第１セパレータ、１７…第１基板、１８…第１端子、２０…第２電池パック、２１…第２ケース、２１ａ…第２上ケース、２１ｂ…第２下ケース、２２…第２レール部、２３…第２ラッチ部、２４…第２ラッチ操作部、２５…第２電池セル、２６…第２セパレータ、２７…第２基板、２８…第２端子

Claims

第１及び第２電池パックを択一的に着脱可能な電池パック装着部を備え、
前記第１電池パックは、第１ケースと、前記第１ケース内に収容された複数の第１電池セルと、前記第１電池パックを前記電池パック装着部に係止するための第１ラッチ部と、前記第１ラッチ部を操作可能な第１ラッチ操作部と、を有し、
前記第１ケースは、前記第１電池セルの長手方向において互いに第１レール幅離間して設けられた、前記電池パック装着部への装着用の一対の第１レール部を有し、
前記第２電池パックは、第２ケースと、前記第２ケース内に収容された複数の第２電池セルと、前記第２電池パックを前記電池パック装着部に係止するための第２ラッチ部と、前記第２ラッチ部を操作可能な第２ラッチ操作部と、を有し、
前記第２ケースは、前記第２電池セルの長手方向において互いに第２レール幅離間して設けられた、前記電池パック装着部への装着用の一対の第２レール部を有し、
前記第１及び第２ケースは、少なくとも前記第１及び第２電池セルの長手方向における幅が相互に異なり、かつ前記第１及び第２レール幅が互いに略等しいことを特徴とする、電動工具。
前記第１及び第２レール部の長さが互いに略等しいことを特徴とする、請求項１に記載の電動工具。
前記第２電池セルの長手方向の寸法が、前記第１電池セルの長手方向の寸法より大きいことを特徴とする、請求項１又は２に記載の電動工具。
前記第２電池セルの径方向の寸法が、前記第１電池セルの径方向の寸法より大きいことを特徴とする、請求項３に記載の電動工具。
前記第２ケースの前記第２レール部が設けられた両側面にそれぞれ、前記第２ラッチ部と、前記第２ラッチ操作部と、が設けられ、
前記第２電池パックの重心位置が、前記第２レール部の長さ方向において、前記第２ラッチ部と前記第２ラッチ操作部との間にあることを特徴とする、請求項３又は４に記載の電動工具。
前記第２ケースの前記第２レール部が設けられた両側面にそれぞれ、前記第２ラッチ部と、前記第２ラッチ操作部と、が設けられ、
前記第２ラッチ操作部の最外面は、前記第２ラッチ操作部が設けられた前記第２ケースの側面のうち最外面となる部分と略同一面又は当該部分より内側に存在することを特徴とする、請求項３から５のいずれか一項に記載の電動工具。
ケースと、前記ケース内に収容された複数の電池セルと、を備え、
前記ケースは両側面にそれぞれ、装着用のレール部と、係止用のラッチ部と、前記ラッチ部を操作可能なラッチ操作部と、を有し、
重心位置が、前記レール部の長さ方向において、前記ラッチ部と前記ラッチ操作部との間にあることを特徴とする、電池パック。
ケースと、前記ケース内に収容された複数の電池セルと、を備え、
前記ケースは両側面にそれぞれ、装着用のレール部と、係止用のラッチ部と、前記ラッチ部を操作可能なラッチ操作部と、を有し、
前記ラッチ操作部の最外面は、前記ラッチ操作部が設けられた前記ケースの側面のうち最外面となる部分と略同一面又は当該部分より内側に存在することを特徴とする、電池パック。
20700サイズ乃至21700サイズの複数の電池セルと、前記複数の電池セルを収容したケースと、電動工具の電池パック装着部に係止するためのラッチ部と、前記ラッチ部を操作可能なラッチ操作部と、を備え、
18650サイズの複数の電池セルを収容した所定の電池パックに替えて前記電動工具に着脱可能であることを特徴とする、電池パック。
前記ケースは、自身に収容した電池セルの長手方向において互いに所定のレール幅離間して設けられた、電動工具への装着用の一対のレール部を有し、
前記レール幅が、18650サイズの複数の電池セルを収容した所定の電池パックのレール幅と略等しいことを特徴とする、請求項９に記載の電池パック。
請求項６から１０のいずれか一項に記載の電池パックを着脱可能に装着したことを特徴とする、電動工具。
第１ラッチ部、第１レール幅及び第１ケース幅を有する第１電池パックを装着可能な電動工具と、
第２ラッチ部、第２レール幅及び第２ケース幅を有し、前記電動工具に対して前記第１電池パックと択一的に装着可能な第２電池パックであって、前記第２レール幅は前記第１レール幅と略等しく、前記第２ケース幅は前記第１ケース幅より大きい前記第２電池パックと、
を備える、電池パック及び電動工具のセット。