JP2020095778A - Battery pack - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電池ホルダで定位置に配置している複数の電池をバスバーで直列又は並列に接続してなる電池パックに関し、とくに電池の過電流で溶断するヒューズリンクをバスバーに設けてなる電池パックに関する。 The present invention relates to a battery pack in which a plurality of batteries arranged at fixed positions in a battery holder are connected in series or in parallel by a bus bar, and in particular, a battery pack in which a fuse link that is blown by an overcurrent of the battery is provided in the bus bar. Regarding
複数の電池をバスバーで直列や並列に接続している電池パックは、バスバーにヒューズリンクを設けて電池の過電流を防止している。(特許文献1、2参照)
バスバーは、電池を直列や並列に接続する金属板で、一枚の金属板を裁断して製作される。バスバーは、電池を直列や並列に接続するベース部と、電池の電極端子に接続される固定端子とをヒューズリンクで連結している。固定端子はヒューズリンクを介してベース部に接続されるので、電池の電流、すなわち固定端子に流れる電流が設定電流よりも大きくなると溶断するように設計される。ヒューズリンクが溶断する設定電流は、ヒューズリンクの電気抵抗で調整できるので、導電率の高い金属板のヒューズリンクは細くして設定電流を調整している。ヒューズリンクは、設定された過電流が流れると発熱して溶断するように、細くして電気抵抗を大きくしている。
In a battery pack in which a plurality of batteries are connected in series or in parallel by a bus bar, a fuse link is provided in the bus bar to prevent battery overcurrent. (See
The bus bar is a metal plate that connects batteries in series or in parallel, and is manufactured by cutting one metal plate. The bus bar connects a base portion for connecting batteries in series or in parallel with a fixed terminal connected to an electrode terminal of the battery with a fuse link. Since the fixed terminal is connected to the base portion via the fuse link, the fixed terminal is designed to blow when the current of the battery, that is, the current flowing through the fixed terminal becomes larger than the set current. Since the set current at which the fuse link is blown can be adjusted by the electric resistance of the fuse link, the fuse link made of a metal plate having high conductivity is made thin to adjust the set current. The fuse link is made thin so as to have a large electric resistance so as to generate heat and melt down when a set overcurrent flows.
ヒューズリンクは、過電流のジュール熱で加熱されて溶断される。ジュール熱は、電流の二乗と電気抵抗の積で特定される。したがって、ヒューズリンクは電気抵抗を調整して、溶断する設定電流を特定している。ヒューズリンクの電気抵抗は、ヒューズリンクを細くして調整している。バスバーは、導電率の大きい、すなわち電気の流れやすい金属板で製作されるので、電気抵抗を大きくするために、細いヒューズリンクとしている。細いヒューズリンクは、電池パックの落下の衝撃や振動が原因で破断されやすい欠点がある。 The fuse link is heated by the overcurrent Joule heat and blown. Joule heat is specified by the product of the square of the current and the electrical resistance. Therefore, the fuse link adjusts the electric resistance to specify the set current to be blown. The electric resistance of the fuse link is adjusted by narrowing the fuse link. Since the bus bar is made of a metal plate having a high conductivity, that is, a flow of electricity easily, a thin fuse link is used to increase the electric resistance. The thin fuse link has a drawback that it is easily broken due to the impact or vibration of the battery pack falling.
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、ヒューズリンクを設定された過電流で溶断するように細く加工しながら、振動や衝撃で破断されるのを阻止して、種々の用途においてヒューズ機能を失うことなく耐衝撃性に優れた電池パックを提供することにある。 The present invention was developed to solve the above drawbacks. An important object of the present invention is to make a fuse link thin so as to be blown by a set overcurrent, prevent it from being broken by vibration or impact, and endure it without losing the fuse function in various applications. It is to provide a battery pack having excellent impact resistance.
本発明のある態様の電池パックは、充電できる複数の電池と、各々の電池を定位置に配置してなる電池ホルダと、電池の電極端子に固定している金属板のバスバーとを備える。バスバーは、電池の電極端子に接続してなる複数の固定端子と、ベース部と、先端を固定端子に連結して付け根部をベース部に連結してなるヒューズリンクとを有する。ベース部は、ヒューズリンクの付け根部を連結してなるヒューズリンク連結部を有し、このヒューズリンク連結部には第1の嵌合部を設けている。電池ホルダは、第1の嵌合部に連結されてヒューズリンク連結部に連結される第2の嵌合部を有し、第1の嵌合部に第2の嵌合部が連結されて、ヒューズリンク連結部を電池ホルダに連結している。 A battery pack according to an aspect of the present invention includes a plurality of rechargeable batteries, a battery holder in which each battery is arranged in a fixed position, and a metal plate bus bar fixed to an electrode terminal of the battery. The bus bar has a plurality of fixed terminals connected to the electrode terminals of the battery, a base portion, and a fuse link having a tip connected to the fixed terminal and a root portion connected to the base portion. The base portion has a fuse link connecting portion formed by connecting the base portions of the fuse links, and the fuse link connecting portion is provided with a first fitting portion. The battery holder has a second fitting portion connected to the first fitting portion and a fuse link connecting portion, and the second fitting portion is connected to the first fitting portion, The fuse link connecting portion is connected to the battery holder.
以上の電池パックは、設定電流で溶断する細いヒューズリンクが、振動や衝撃で破断されるのを防止して、耐衝撃性を改善し、種々の用途においてヒューズ機能を失うことなく安全に使用できる特徴を実現する。この特徴は、以上の電池パックが、ヒューズリンクの付け根部を連結しているヒューズリンク連結部に第1の嵌合部を設けて、この第1の嵌合部には、電池ホルダに設けた第2の嵌合部を連結して、ヒューズリンク連結部を電池ホルダに連結して、電池ホルダに移動しないように連結しているからである。電池ホルダは、電池とヒューズリンク連結部の両方を定位置に配置して、ヒューズリンクと電池との相対移動を阻止する。衝撃や振動で、ヒューズリンクと電池とが相対運動すると、細いヒューズリンクが変形して損傷するが、以上の電池パックは、落下などの衝撃を受けても、細いヒューズリンクと電池とが相対運動せず、ヒューズリンクの損傷が防止される。 The above battery pack prevents the thin fuse link that blows at the set current from being broken by vibration or shock, improves shock resistance, and can be used safely in various applications without losing the fuse function. Realize the characteristics. This feature is that the battery pack described above is provided with the first fitting portion at the fuse link connecting portion that connects the base portions of the fuse links, and the first fitting portion is provided at the battery holder. This is because the second fitting portion is connected and the fuse link connecting portion is connected to the battery holder so as not to move to the battery holder. The battery holder places both the battery and the fuse link connection in place to prevent relative movement between the fuse link and the battery. When the fuse link and the battery move relative to each other due to shock or vibration, the thin fuse link is deformed and damaged, but in the above battery pack, the thin fuse link and the battery move relative to each other even if the battery pack is shocked by being dropped. The damage to the fuse link is prevented.
本発明のある態様の電池パックは、第1の嵌合部を嵌合穴として、第2の嵌合部を電池ホルダに一体的に成形してなる連結リブとすることができる。また、ある態様の電池パックは、ヒューズリンク連結部に設けている第1の嵌合部をヒューズリンク付け根部の近傍に、又は第1の嵌合部とヒューズリンク付け根部との距離(k)をヒューズリンク横幅(W)の5倍以下とし、あるいは又、隣接する固定端子の間に位置するヒューズリンク連結部に第1の端子部を設け、さらにまた、第1の嵌合部をヒューズリンク連結部であって、ヒューズリンク付け根部の延長線上に配置さすることができる。 In the battery pack according to an aspect of the present invention, the first fitting portion may be a fitting hole, and the second fitting portion may be a connecting rib formed integrally with the battery holder. Further, in a battery pack of a certain aspect, the first fitting portion provided in the fuse link connecting portion is provided in the vicinity of the fuse link root portion, or the distance (k) between the first fitting portion and the fuse link root portion. Is less than or equal to 5 times the lateral width (W) of the fuse link, or the fuse link connecting portion located between the adjacent fixed terminals is provided with the first terminal portion, and the first fitting portion is the fuse link. The connection portion may be disposed on an extension line of the fuse link root portion.
また、本発明のある態様の電池パックは、定位置に収納している電池の電極端子を露出させる電極窓を電池ホルダに設け、さらにこの電池ホルダに、ヒューズリンク内面との対向位置に支持面を設けて、ヒューズリンクを支持面に接触又は近接して配置することができ、また、電極窓を四角形として、支持面を電極窓の開口縁の外側に配置することもできる。 Further, in a battery pack according to an aspect of the present invention, an electrode window for exposing an electrode terminal of a battery housed in a fixed position is provided in a battery holder, and the battery holder is provided with a supporting surface at a position facing the inner surface of the fuse link. Can be provided to place the fuse link in contact with or in close proximity to the support surface, or the electrode window can be square and the support surface can be located outside the opening edge of the electrode window.
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。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。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. However, the embodiment described below exemplifies a battery pack for embodying the technical idea of the present invention, and the present invention does not specify the battery pack to the following. Further, the present specification does not specify the members shown in the claims as the members of the embodiment. Unless otherwise specified, the dimensions, materials, shapes, relative arrangements, and the like of the components described in the embodiments are not intended to limit the scope of the present invention thereto, but merely illustrative examples. Nothing more. The sizes and positional relationships of members shown in the drawings may be exaggerated for clarity of explanation. Further, in the following description, the same names and reference numerals indicate the same or similar members, and detailed description thereof will be appropriately omitted. Further, each element constituting the present invention may be configured such that a plurality of elements are configured by the same member and one member also serves as a plurality of elements, or conversely, the function of one member is performed by a plurality of members. It can be shared and realized.
本発明の電池パックは、主として動力用の電源として使用される。この電池パックは、例えば、電動工具、電動アシスト自転車、電動バイク、電動車椅子、電動三輪車、電動カート等のモータで駆動される電動機器の電源として使用される。ただし、本発明は、電池パックの用途を特定するものではなく、電動機器以外の電気機器、例えば、クリーナーや無線機、照明装置、デジタルカメラ、ビデオカメラ等の屋内外で使用される種々の電気機器用の電源として使用することができる。 The battery pack of the present invention is mainly used as a power source for power. This battery pack is used, for example, as a power source for electric devices driven by motors such as electric tools, electric-assisted bicycles, electric motorcycles, electric wheelchairs, electric tricycles, and electric carts. However, the present invention does not specify the use of the battery pack, but various electric devices other than electric devices, such as cleaners, radios, lighting devices, digital cameras, video cameras, and various other electric devices used indoors and outdoors. It can be used as a power source for equipment.
図1の分解斜視図は、本発明の実施例に係る電池パックを示している。この図の電池パックは、充電できる複数の電池1と、複数の電池1を定位置に配置する電池ホルダ2と、電池ホルダ2で定位置に配置している複数の電池1を直列と並列とに接続しているバスバー3とを備える。電池ホルダ2は、複数の電池1を互いに平行な姿勢として、両端部を同一平面に配置して定位置に配置する。さらに、電池パックは、複数の電池1を定位置に配置している電池ホルダ2ーを外装ケース(図示せず)に収納して組み立てられる。
The exploded perspective view of FIG. 1 shows a battery pack according to an embodiment of the present invention. The battery pack of this figure has a plurality of
(電池1)
図の電池パックは電池1を円筒形電池とする。円筒形電池は、円筒状の外装缶に電極体を収納し、電解液を充填して外装缶の開口部を封口板で密閉している。円筒形電池は、両端面である外装缶の底面と、封口板の中央部に設けた凸部電極とを正負の電極端子としている。両端面に正負の電極端子のある円筒形電池は、電池ホルダ2に平行姿勢で配置されて、その両端の電極端子を電池ホルダ2の両面に露出して、バスバー3で直列と並列に接続される。図の電池パックは電池1を円筒形電池とするが、本発明は電池を円筒形電池に特定せず、たとえば角形電池とすることもできる。電池はリチウムイオン電池などの非水電解質二次電池1である。ただし、本発明は、電池をリチウムイオン電池に特定するものでなく、他の非水電解質二次電池やニッケル水素電池等、現在使用され、これから開発される全ての二次電池が使用できる。
(Battery 1)
In the battery pack shown in the figure, the
(電池ホルダ2)
電池ホルダ2は、絶縁材料である熱可塑性樹脂等の樹脂によって所定の形状に成形されている。電池ホルダ2は、好ましくは難燃性に優れた樹脂製とすることができる。このような樹脂として、例えば、PC(ポリカーボネート)やPP(ポリプロピレン)が使用できる。
(Battery holder 2)
The
電池ホルダ2は、図1の分解斜視図と図2の断面図とに示すように、複数の電池1を電池収納部4に挿入して平行な姿勢で定位置に配置する。電池1は、電池収納部4に挿入されて、両端面に設けている電極端子を同一平面に配置して電池ホルダ2の両面に露出させる。電池ホルダ2は、隔壁5で電池収納部4を区画して設けている。隔壁5は電池1の外周面に熱結合状態に接触する。電池1に熱結合された隔壁5は、電池1の発熱が伝導されて、電池1の発熱を吸収する。電池収納部4を区画する隔壁5は、隣接する電池1の間にあって、表面を電池1の表面に接触させて電池1に熱結合し、電池1の表面に接触して電池1を定位置に配置する。隔壁5で区画された電池収納部4は、内側に電池1を挿入して定位置に配置するので、内面を電池1の外周面に沿う内形としている。図の電池ホルダ2は、円筒形電池を電池収納部4に挿入して定位置に配置するので、電池収納部4は内形を円柱状とする。円柱状の電池収納部4は、内径を円筒形電池の外径よりも僅かに大きくして、円筒形電池に熱結合して定位置に配置する。電池収納部4は、隔壁5で区画されるので、電池1間に配置される隔壁5は、表面を、円筒形電池の表面に沿う形状とする。
As shown in the exploded perspective view of FIG. 1 and the cross-sectional view of FIG. 2, the
図1と図2に示す電池ホルダ2は、複数の電池収納部4を平行な姿勢で「俵積み状態」に多列多段に並べた形状としている。電池ホルダ2は、電池間の隔壁5と、この隔壁5に一体成形されて、電池ホルダ2の外周に設けている外周壁9とからなる。この電池ホルダ2は、外周壁9と隔壁5との間に、外周部に配置してなる電池収納部4を設けて、隔壁5の間に内部に配置する電池収納部4を設けている。隔壁5と外周壁9は、電池接触面を電池1の表面に沿う形状として、電池1に熱結合して定位置に配置する。
The
図の電池ホルダ2は、電池収納部4を俵積み状態に配置する。この電池ホルダ2は、電池1をスペース効率よく配置して、全体をコンパクトにできる特徴がある。また、谷間部分の樹脂を節約することで、使用する樹脂の量を少なくして製造コストを低減して軽量化できる特徴もある。ただ、電池ホルダは、多段多列に配置する電池を縦横に並べて、碁盤格子状の交点に電池を配置することもできる。
The
図2の電池ホルダ2は、112本の電池1を、8段14列に配置する。図において上下方向に配置する1列の電池1はジグザグ状に配置され、隣の列の電池1をジグザグの谷部に配置して、俵積み状態に配置する。電池ホルダ2は、多段多列に配置される電池1の間に隔壁5を配置し、いいかえると、隔壁5で電池収納部4を設けて、隔壁5の間に電池1を配置して電池1の熱を隔壁5に伝導する。
In the
電池ホルダ2は、中央部に設けている隔壁を断熱分割隔壁5Aとする。断熱分割隔壁5Aは、電池ホルダ2の中央部にあって、両側の電池1を、図において左右の2ブロックに分割して、ブロック間における熱の拡散を防止している。断熱分割隔壁5Aは、全体を2ブロックに分割し、さらに両側に配置している電池1の発熱を吸収して中央部の電池1の温度上昇を小さくする。断熱分割隔壁5Aは、中央部の電池1(図2においてA列とB列)の間で電池1を両側の2ブロックに分割する。断熱分割隔壁5Aは、空気層6の両側に対向隔壁5Bを設けているので、隔壁5よりも厚く、両側に配置される電池間距離(S1)は、両側に分割されたブロックに配置する電池間距離(S2)よりも大きくなる。中央部に設けた断熱分割隔壁5Aは、連続する大電流で電池1の発熱量が大きくなる状態においても、電池1全体を両側のブロックに分割して断熱し、ブロック間における熱の拡散を防止し、また断熱しながら放熱して、中央部の電池1温度の上昇を有効に阻止する。断熱分割隔壁5Aは、密閉されない空気層6の両側に対向隔壁5Bを設けている。対向隔壁5Bは、一方の表面を電池1に熱結合して電池1の熱エネルギーを吸収し、他方の表面を空気層6に露出して吸収した熱エネルギーを空気中に放熱する。
In the
図1と図2の電池ホルダ2は、電池1を多段多列に配置して、図においては水平方向に細長いブロック状とする。水平方向に細長い電池ホルダ2は、長手方向の中央部において電池1温度が高くなるので、長手方向の中央部に断熱分割隔壁5Aを配置する。ジグザグに配置される電池1の間に設けられ断熱分割隔壁5Aは、ジグザグ状として両側に電池1を配置する。図9の拡大断面図に示す対向隔壁5Bは、隣接する電池1が最接近する最接近位置50で連結して、3個の電池1で囲まれる領域で内幅を最も広くすることにより内容積を大きくしている。
In the
図1と図2の電池ホルダ2は、長手方向の中央部に断熱分割隔壁5Aを配置し、断熱分割隔壁5Aを電池ホルダ2の長手方向に交差する方向に延びる形状とする。一対の対向隔壁5Bは、電池ホルダ2の長手方向に離して空気層6を設けている。俵積みに配置される電池1は、図9の拡大断面図に示すように、3個の電池1a、b、cの中心が三角形の頂点に配置される。図の拡大断面図において、電池ホルダ2の長手方向に配置される電池1aと1bの間で対向隔壁5Bを間隔(d)離して、空気層6を設けている。電池1bと1cとの間で一対の対向隔壁5Bは最接近位置50として連結している。電池1cと1aとの間には空気層のない隔壁5を配置する。
In the
図9の電池ホルダ2は、電池1bと1cとの間に配置される一対の対向隔壁5Bを最接近位置50として連結する構造、すなわちこの部分の対向隔壁5Bを2層構造として厚くして、電池1aと1bの間の対向隔壁5Bに間隔(d)を設けて、電池間距離(S1)を大きくできる。したがって、一対の対向隔壁5Bを局部的に連結しながら、対向隔壁5Bの間に空気層6を設けることができる。一対の対向隔壁5Bを連結する電池ホルダ2は、断熱分割隔壁5Aを介してその両側に配置される隔壁5を一体構造に連結できるので、中央部の断熱分割隔壁5Aに空気層6を設けながら、電池ホルダ2の全体を一体構造にできる。このため、中央部に空気層6のある断熱分割隔壁5Aを設けながら、断熱分割隔壁5Aの両側で別々に成形された電池ホルダ2を外装ケースなどで連結する必要がない。
The
図2の電池ホルダ2は、断熱分割隔壁5Aを対向面(図において上下面)まで延びるように配置する。すなわち、断熱分割隔壁5Aの全長を電池ホルダ2の厚さにほぼ等しくしている。この電池パックは、断熱分割隔壁5Aでもって細長い電池ホルダ2の中央部に配置される電池1の温度上昇を有効に防止できる。ただ、本発明の電池パックは、必ずしも断熱分割隔壁5Aを電池ホルダ2の全幅に配置する必要はなく、断熱分割隔壁5Aの長さを電池ホルダ2の厚さの1/3以上、好ましくは1/2以上として、中央部の電池1の温度上昇を防止することもできる。
In the
図1に示す電池ホルダ2は、中間で分割してなる一対のホルダーユニットで構成している。このホルダーユニットは、電池1を挿通して保持する電池収納部4の両端に、電池1の両端の電極端子を露出させる電極窓7を開口して、この電極窓7から露出する電池1の電極端子にバスバー3接続できる形状とする。図の電池ホルダ2は、電池1の一方の電極端子を露出させる電極窓7を四角形としている。他方の電極端子を露出する電極窓7は円形としている。さらに、電極窓7は、電池1が通過しないように、電池1の外形よりも小さく、電池1を電池収納部4に配置する。
The
図1に示す電池ホルダ2は、中間で分割してなる一対のホルダーユニット2Aで構成している。このホルダーユニット2Aは、電池1を挿通して保持する電池収納部4の両端に、電池1の両端の電極端子を露出させる電極窓7を開口して、この電極窓7から露出する電池1の電極端子にバスバー3接続できる形状とする。図の電池ホルダ2は、電池1のマイナス側の電極端子を露出する電極窓7を四角形、プラス側の電極端子を露出する電極窓7を円形としている。電極窓7は、電池1が通過しないように、電池1の外形よりも小さく、電池1を電池収納部4に配置する。
The
さらに電池ホルダ2は、一対のホルダーユニット2Aで形成される電池収納部4の長さ、すなわち片方のホルダーユニット2Aの厚さを、電池1の全長のほぼ半分の長さとしている。このホルダーユニット2Aは、互いに連結する状態で、一対のホルダーユニット2Aで設けられる電池収納部4に電池1を挿入して、電池1外周面の全体を被覆する。このように電池1外周面の全体を電池収納部4で被覆する構造は、隣接する電池間の類焼を有効に防止できる。
Further, in the
(バスバー3)
図1のバスバー3は、多段多列に配置している複数の電池1を直列と並列に接続している。バスバー3は導電性の金属板で、電池1の電極端子に接続される複数の固定端子3Aと、固定端子3Aを介して複数の電池1を直列と並列に接続するベース部3Bと、先端を固定端子3Aに連結して付け根部をベース部3Bに連結しているヒューズリンク3Cとからなる。バスバー3は1枚の金属板を金型で裁断し、また折曲して製作される。図2は電池ホルダ2の表面に配置されるバスバー3の正面図で、図3は電池ホルダ2の裏面に配置しているバスバー3の正面図である。電池ホルダ2は、表面と裏面に8枚のバスバー3を配置して、バスバー3でもって各電池1を並列と直列に接続している。
(Bus bar 3)
The
固定端子3Aは電池1の電極端子にスポット溶接して接続される。固定端子3Aは段差部3Dの先端に溶接部3Eを設けている。さらに固定端子3Aはベース部3Bとの間に隙間3Fを設けて、溶接部3Eをベース部3Bから切り離している。溶接部3Eは電池ホルダ2に設けている電極窓7の内側に配置されて、電池1の電極端子にスポット溶接して接続される。段差部3Dは、ベース部3Bから分離された溶接部3Eを電極端子に向かって突出させて、溶接部3Eを電極窓内部の電極端子に接触して連結する。段差部3Dを介して電極端子に向かって突出する溶接部3Eは、電池ホルダ2の電極窓7の内部に挿入されて、電極窓7の内面に配置される電極端子に接触する。溶接部3Eは、電極端子に向かって局部的に突出する凸部3Gを、スリット3Hの両側に各々ふたつ設けて、凸部3Gを電極端子にスポット溶接して接続する。スリット3Hは無効電流を少なくして、凸部3Gを効率よく電極端子に溶接する。
The fixed
固定端子3Aは、ヒューズリンク3Cを介してベース部3Bに連結している第1の固定端子3Aaと、ヒューズリンクを介することなく直接にベース部3Bに連結している第2の固定端子3Abからなる。第1の固定端子3Aaは、段差部3Dと溶接部3Eとの間にヒューズリンク3Cを連結している。第2の固定端子3Abは段差部3Dを直接にベース部3Bに連結している。図の電池パックは、電池1のマイナス側の電極端子にヒューズリンク3Cを接続するので、第1の固定端子3Aaを電池1のマイナス側に接続して、第2の固定端子3Abを電池1のプラス側の電極端子に接続する。
The fixed
ヒューズリンク3Cは、電池ホルダ2に設けている支持面2Bとの対向位置に、いいかえると、電池ホルダ2は、ヒューズリンク3Cとの対向面に支持面2Bを設けている。ヒューズリンク3Cは、電池ホルダ2の支持面2Bに接触ないし近接する位置にあって、支持面2Bで変形や破損が防止される。ヒューズリンク3Cを支持面2Bに接触ないし近接するように、段差部3Dの段差を設定している。すなわち、段差部3Dは、溶接部3Eを電極端子に固定する状態で、ヒューズリンク3Cが支持面2Bに接触ないし近接するように段差部3Dの段差を設定している。このバスバー3は、溶接部3Eを電極端子に固定して、ヒューズリンク3Cを支持面2Bに接触ないし近接できる。図1の電池ホルダ2は、電極窓7を四角形として、電極窓7の開口縁の外側にヒューズリンク3Cの支持面2Bを設けている。電極窓7を四角形としてその外側に支持面2Bを設ける電池ホルダ2は、ヒューズリンク3C全面の対向位置に支持面2Bを設けて、ヒューズリンク3C全体の変形や破損を確実に防止できる特徴がある。
The fuse link 3C is provided at a position facing the supporting
ベース部3Bは、固定端子3Aとヒューズリンク3Cとを除くバスバー3の他の部分で、固定端子3Aを接続している全ての電池1を並列と直列に接続する。バスバー3は、図5に示すように、1枚の金属板をプレス加工して、内部に複数の固定端子3A及びヒューズリンク3Cとを配置する形状に裁断し、折曲加工し、固定端子3Aの外側と、隣接する固定端子3Aの間とにベース部3Bを設けている。バスバー3は、隣接する固定端子3Aの間にあって、ヒューズリンク3Cの付け根部を連結しているベース部3Bをヒューズリンク連結部3Baとしている。
The
ヒューズリンク連結部3Baは、電池ホルダ2との相対運動を阻止するために、電池ホルダ2に連結される第1の嵌合部3Iを設けている。この第1の嵌合部3Iは、電池ホルダ2に設けている第2の嵌合部2Cに連結される。第1の嵌合部3Iに第2の嵌合部2Cが連結されて、ヒューズリンク連結部3Baは電池ホルダ2に相対運動しないように連結される。ヒューズリンク連結部3Baと電池ホルダ2とが相対運動しない構造は、電池1とヒューズリンク3Cとの相対運動を阻止する。電池1が電池ホルダ2の定位置に配置され、ヒューズリンク3Cがヒューズリンク連結部3Baに連結しているので、ヒューズリンク3Cが電池ホルダ2を介して電池1に相対運動しないように連結されるからである。電池1とヒューズリンク3Cとが相対的に移動しない構造は、電池パックが衝撃や振動を受ける状態で、ヒューズリンク3Cの変形を防止できる。このため、電池パックが落下する等のショックを受けても、ヒューズリンク3Cの破断を防止できる。
The fuse link connecting portion 3Ba is provided with a first fitting portion 3I connected to the
図6と図7のバスバー3は、第1の嵌合部3Iを嵌合穴として、第2の嵌合部2Cを電池ホルダ2に成形している連結リブとする。嵌合穴はバスバー3を切断して設けられ、連結リブは電池ホルダ2に一体的に成形して設けられる。連結リブの外形は、嵌合穴の内形にほぼ等しいが、挿入できる大きさとしている。図のバスバー3は、嵌合穴を円形として、連結リブを円柱状とするので、嵌合穴の内径を連結リブの外径よりも僅かに大きくしている。この構造は、組み立て時に嵌合穴に連結リブを挿入して、ヒューズリンク連結部3Baを電池ホルダ2に相対運動しないように連結して、ヒューズリンク3Cと電池1との相対運動を阻止して、ヒューズリンク3Cの変形を確実に防止できる。この構造は、組み立てを簡単にできる特徴がある。また、バスバー3となる金属板を切断して嵌合穴を設けて、電池ホルダ2を成形する工程で連結リブを一体的に成形できるので、製造工程も簡単にできる。ただし、本発明は、図示しないが、第1の嵌合部3Iを嵌合凸部として、第2の嵌合部2Cは、嵌合凸部を嵌合できる嵌合凹部や嵌合穴とすることもできる。
In the
図5ないし図7のバスバー3は、第1の嵌合部3Iをヒューズリンク3C付け根部の近傍に配置する。このバスバー3は、第1の嵌合部3Iとヒューズリンク3C付け根部との距離(k)を、ヒューズリンク3C横幅(W)の5倍以下として、ヒューズリンク3Cの変形をより少なくできる。また、図のバスバー3は、ヒューズリンク連結部3Baに設けている第1の嵌合部3Iを、ヒューズリンク3C付け根部の延長線上に配置して、第1の嵌合部3Iをヒューズリンク3Cの付け根部に接近する位置に配置する。この構造も、第1の嵌合部3Iと第2の嵌合部2Cとでヒューズリンク3Cの変形をより確実に阻止して、変形や損傷を効果的に防止できる特徴がある。
In the
バスバーは、必ずしも全てのヒューズリンク連結部に第1の嵌合部を設ける必要はない。図5ないし図7のバスバー3は、隣接する固定端子3Aの間のヒューズリンク連結部3Baにのみ第1の嵌合部3Iを設けて、外周部に配置するヒューズリンク連結部3Baには第1の嵌合部を設けていない。外周部のヒューズリンク連結部3Baは、近くのベース部3Bに貫通穴3Jを設けて、この貫通穴3Jに電池ホルダ2の連結リブを挿入して、貫通穴3Jと連結リブとで相対運動を阻止して、ヒューズリンク3Cの変形を防止している。
The bus bar does not necessarily need to be provided with the first fitting portion in all the fuse link connecting portions. In the
バスバー3は、図5ないし図7において左右に位置する固定端子3Aの間のベース部3Bに位置決め穴3Kを設けている。この位置決め穴3Kは、電池ホルダ2に一体的に成形して設けている連結リブを挿入して、バスバー3を電池ホルダ2の定位置に配置している。位置決め穴3Kと連結リブは、バスバー3を電池ホルダ2の定位置に配置しながら、バスバー3と電池ホルダ2との相対運動を防止する作用もある。
The
電池ホルダ2表面に配置している各バスバー3は、図において上下方向に配置している電池1を並列に接続して、水平方向に離して横に隣接する電池1を直列に接続している。電池ホルダ2の裏面に配置しているバスバー3は、両側に配置されて上下方向に1列に並べて配置する電池1を並列に接続するバスバー3と、2列の電池1を並列と直列に接続するバスバー3からなる。2列の電池1を並列と直列に接続するバスバー3は、電池ホルダ2表面のバスバー3と同じように、各列の電池1を並列に接続して、隣の列の電池1を直列に接続している。
In each
バスバー3は、電池1の一方の電極端子には、ヒューズリンク3Cを介して第1の固定端子3Aaを接続している。図11は複数の電池1を並列と直列に接続する概略回路図を示している。この回路図の回路構成の電池パックは、各電池1のマイナス側にヒューズリンク3Cを連結している。各電池1は、プラス側とマイナス側とにバスバー3の固定端子3Aが接続して、マイナス側に接続される第1の固定端子3Aaにヒューズリンク3Cを連結するので、マイナス側に接続される半分の第1の固定端子3Aaにヒューズリンク3Cを連結している。
The
バスバー3はスポット溶接して、あるいはレーザー溶接して固定端子3Aを電池1の電極端子に接続している。電池ホルダ2は、バスバー3を定位置に配置する位置決め凹部を両面に成形して設けている。図8は図2の左下部分の拡大正面図である。この図に示す電池1は、バスバー3(鎖線で示す)を介しては、多段に配置している(図において上下に配置している)電池1を互いに並列に接続して、多列に配置している(図において左右方向に配置している)電池1を直列に接続している。ただし、バスバー3は、多段に配置している電池1を直列に接続して、多列に配置している電池1を並列に接続することもできる。バスバー3は、断熱分割隔壁に設けている空気層の両側に配置されて、空気層を密閉しない状態で電池ホルダ2の両面に配置されて、電池1を直列と並列に接続する。
The
以上の電池パックは、電池の熱暴走の誘発を防止できる特徴がある。図11に示すように、複数の電池1を互いに接近して多段多列に配置し、バスバー3で直列と並列に接続している電池パックは、何れかの電池1が熱暴走して異常発熱すると、熱暴走した電池1の熱エネルギーが隣の電池1に熱伝導されて、隣の電池1を熱暴走させる。熱暴走が隣の電池1に誘発されると、発生する熱エネルギーが著しく増大して安全性が低下する。熱暴走の誘発は、直列接続された電池(以下、直列電池という)間よりも並列接続された電池(以下、並列電池という)間において高い確率で発生する。それは、並列接続された電池1は熱暴走した電池1に加熱され、さらに熱暴走した電池1を介して大きなショート電流が流れるからである。電池1の熱暴走は内部短絡が大きな原因となるので、内部短絡して熱暴走した電池1に並列接続された電池1は、大きなショート電流が流れてジュール熱で発熱する。ジュール熱は、電流の二乗に比例して大きくなるので、大きなショート電流は発熱量が極めて大きく、電池1温度を急激に上昇させる。各々の電池に接続するヒューズリンクは、過大なショート電流で溶断するように最大電流を設定して、電池の熱暴走の誘発を防止できる。
The above battery pack has a feature that it can prevent the thermal runaway of the battery. As shown in FIG. 11, in a battery pack in which a plurality of
熱暴走して異常発熱した電池1の隣にある並列電池1は、異常発熱した電池1からの大きな熱エネルギーが隔壁を介して伝導され、さらに電池1自体も過大なショート電流で異常発熱して急激に温度上昇する。これに対して、熱暴走して異常発熱した電池1の隣にあって直列接続された直列電池1は、異常発熱した電池1から熱エネルギーは伝導されても、異常発熱した電池1を介してショート電流が流れることがなく、ジュール熱による発熱がない。このため、異常発熱した電池1と直列に接続された直列電池1は、並列に接続された並列電池1よりも熱暴走の誘発が起こり難く、熱暴走して類焼することがない。
In the
図9の電池ホルダ2は、電池1の熱暴走の誘発を防止するため、隔壁の特定部位に、電池1との間に配置する断熱層10を設けている。断熱層10は、隔壁の特定部位を断熱して、電池1の異常発熱による熱暴走の誘発を防止し、また、熱暴走した電池1の類焼を防止する。断熱層10は、並列電池1の間の隔壁の接近部5Cに設けられて、並列電池間を断熱して、並列接続している電池間における熱暴走の誘発を防止する。断熱層10は、直列電池1の間の隔壁5には設けられず、直列電池間の隔壁において、異常発熱した電池1の熱エネルギーを熱伝導して異常発熱した電池1の温度を低下させる。
In the
並列電池1の間の隔壁の接近部5Cに設けた断熱層10は、異常発熱した電池1から隣の並列電池1に伝導される熱エネルギーを遮断して、熱暴走の誘発を防止する。電池1の熱暴走は隣接して配置されて直列に接続された電池1、すなわち直列電池1よりも隣接して配置されて並列に接続された並列電池1に発生しやすいので、並列電池1の間での熱伝導エネルギーを、並列電池1の間の隔壁の接近部5Cに設けた断熱層10で遮断する。
The
熱暴走が誘発され難い、直列に接続されて隣接する直列電池1は、その間に設けた隔壁で熱伝導して、異常発熱した電池1の熱エネルギーを隣の直列電池1に熱伝導して、異常発熱した電池1の温度を低下させる。直列電池間の隔壁5は、並列電池1の間の隔壁の接近部5Cように断熱層10を設けず、両面を電池1の表面に熱結合状態として異常発熱した電池1の熱エネルギーを隣の直列電池1に熱伝導して放熱する。断熱層10のない直列電池間の隔壁5は、異常発熱した電池1の熱エネルギーを効率よく隣の直列電池1に熱伝導して放熱するので、異常発熱した電池1の温度を速やかに低下できる特徴がある。
The
以上の電池ホルダ2は、何れかの電池1が熱暴走して異常発熱するとき、異常発熱した電池1の熱エネルギーを、直列電池間の隔壁5を介して隣の直列電池1に熱伝導して異常発熱電池1の温度を速やか低下し、熱暴走の誘発されやすい隣の並列電池1の間の隔壁の接近部5Cには、断熱層10で熱伝導する熱エネルギーを遮断して、全ての電池1の熱暴走の誘発を防止する。熱暴走した電池1の熱エネルギーは、隣にある直列電池1と並列電池1の両方に同じようには伝導しない。すなわち、熱暴走して異常発熱した電池1の隣にある直列電池1には異常発熱した電池1の熱エネルギーを熱伝導して異常発熱した電池1の温度を低下し、並列電池1は、並列電池1の間の隔壁の接近部に設けた断熱層で熱伝導する熱エネルギーを制限して熱暴走の誘発を阻止する。さらに、各々の電池にヒューズリンクを接続する電池パックは、ショート電流でヒューズリンクを溶断することで、より効果的に熱暴走の誘発を防止できる。
The
並列電池1の間の隔壁の接近部5Cは、表面に凹部を設けて、電池1表面との間に断熱層10を設けている。凹部は、電池収納部4の内面、すなわち隔壁の内面にあって、電池1の長手方向に延びる細長い形状である。並列電池1の間の隔壁の接近部の表面に設けた凹部は、電池1表面との間に断熱層10の断熱層10を形成し、この断熱層10の断熱効果で、異常発熱した電池1からの熱伝導を制限する。図の凹部は、底面を電池1の外周面に沿う湾曲面として、電池1の外周面の円弧に沿って均一な厚さの断熱層10を設けている。
The approaching
図2の電池ホルダ2は、並列電池1の間の隔壁の接近部5Cの最薄部に、両側に均等な横幅の断熱層10を設けている。異常発熱した電池1の熱エネルギーは、隔壁を介して隣の電池1に熱伝導されるが、最も薄くなる最薄部において、熱伝導される熱エネルギーが最も大きくなる。並列電池1の間の隔壁の接近部5Cの最薄部に断熱層10を配置する構造は、最薄部から隣の電池1に熱伝導される熱エネルギーを小さくして、並列接続された電池1の熱暴走の誘発を効果的に阻止できる。さらに断熱層10は、凹部を深くし、また電池1との対向面積を大きくして断熱特性を向上できる。さらに、断熱層10は、電池1の長手方向に延びる細長い形状として断熱特性を向上できる。
In the
電池1の長手方向に延びる断熱層10は、たとえばその全長を電池1の全長の30%以上とし、好ましくは50%以上とし、さらに好ましくは80%以上とする。また、断熱層10は、その端部を電池収納部4の端部に開口して、内部の空気を電池ホルダ2の外部に換気する構造として、断熱特性を向上できる。さらにまた、断熱層10の断熱特性は、円周方向の開口幅を広くして断熱特性を向上できるので、断熱層10の開口幅は、たとえば電池1外周の1/20以上、好ましくは1/10以上であって、1/4以下、最適には約1/7とする。また、並列電池の間の隔壁の接近部の最薄部に設けられる断熱層10は、最薄部を中心としてその両側を同じ横幅として開口される。この断熱層10は、開口幅に対して断熱特性を最良にできる特徴がある。それは、熱伝導の熱エネルギーの最も大きい部分に断熱層10が配置されるからである。
The
断熱層10は、並列電池間での熱伝導を小さく制限して、異常発熱した電池1の熱伝導を理想的な状態にコントロールする。断熱層10は並列電池1の間の隔壁の接近部5Cに設けられて、直列電池間の隔壁には設けない。この電池ホルダ2は、熱暴走して異常発熱した電池1の熱エネルギーを、直列電池間の隔壁を介して直列接続した電池1に放熱して、熱暴走の誘発されやすい並列電池1は接近部5Cでもって熱暴走の誘発を阻止する。隔壁に設けられる断熱層10は、何れかの電池1が異常発熱する状態で、並列接続した電池1と、直列接続した電池1の両方の電池1の熱暴走の誘発を最も効率よく阻止できるように、長手方向の長さと、開口幅と、凹部の深さとが調整される。
The
以上の電池ホルダ2は、直列電池間の隔壁に断熱層10を設けることなく、並列電池1の間の隔壁の接近部5Cに断熱層10を設けている。これにより、並列電池1の間の隔壁の接近部5Cの熱伝導は、直列電池間の隔壁5の熱伝導よりも少なくなるので、異常発熱した電池1の類焼を阻止することができる。電池ホルダ2は、並列電池間の接近部5Cの熱伝導を直列電池間の隔壁の熱伝導よりも小さく制限して、電池1の類焼を防止することができる。なお、並列電池間の隔壁の接近部5Cに設けている断熱層10の断熱性を直列電池間の隔壁の断熱性よりも大きくしても良い、すなわち、並列電池の間の隔壁の接近部と直列電池間の隔壁の両方に断熱層を設けて、並列電池1の間の隔壁の接近部に設けている断熱層の断熱性を、直列電池間の隔壁に設けている断熱層10の断熱性よりも大きくすることもできる。断熱層10の断熱性は、横幅を広くて、電池1の長手方向に長くして電池1の対向面積を大きくし、また、凹部の深さ、すなわち断熱層10の厚さを大きくして大きくできる。したがって、電池ホルダ2は、並列電池1の間の隔壁の接近部5に設けている断熱層10の電池1との対向面積を直列電池間の隔壁の断熱層10よりも大きく、また並列電池1の間の隔壁の接近部5Cに設けている断熱層10を直列電池間の隔壁の断熱層10よりも厚くして、並列電池1の間の隔壁の接近部5Cの断熱性を直列電池間の隔壁の断熱性よりも大きくできる。
In the
(外装ケース)
図1に示す外装ケース11は、複数の円筒形電池を定位置に配置してなる電池ホルダ2を収納している。図に示す外装ケース11は、本体ケース11Aと蓋ケース11Bに分割されており、内部には電池ホルダ2を収納する収納部を形成している。図1に示す本体ケース11Aは、電池ホルダ2のほぼ全体を収納可能な深さを有する箱形としている。この外装ケース11は、本体ケース11Aと蓋ケース11Bに設けている周壁の端面を超音波溶着し、あるいは接着して連結される。図示しないが、本体ケースと蓋ケースは、一方のケースを貫通する止ネジをして、他方のケースに設けたボスにねじ込んで連結することもできる。
(Exterior case)
The
さらに、外装ケースは、電池ホルダ2に加えて回路基板を収納することもできる。回路基板は保護回路などの電子部品を実装することができる。保護回路は、各々の円筒形電池の電圧、残容量、温度などを検出する検出回路と、この検出回路で検出される電池1のデータでオンオフにスイッチングされるスイッチング素子を備えることができる。また、回路基板を収納してなる電池パックは、回路基板に接続している出力コネクタを外装ケースに固定することもできる。出力コネクタは出力端子と信号端子とを有し、出力端子を介して充放電され、信号端子を介してセットされる機器と通信することができる。ただ、電池パックは、出力コネクタを設けることなく、出力端子と信号端子からなる接続端子を回路基板に固定し、これらの接続端子を底ケースから表出させて、外部接続する構造とすることもできる。
Furthermore, the outer case can house a circuit board in addition to the
本発明は、多数の電池1を電池ホルダ2に収納して、電池にヒューズリンクを接続して安全性を向上している電池パックに有効に利用できる。
INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be effectively used for a battery pack in which a large number of
1、1a、1b、1c…電池
2…電池ホルダ
2A…ホルダーユニット
2B…支持面
2C…第2の嵌合部
3…バスバー
3A…固定端子
3Aa…第1の固定端子
3Ab…第2の固定端子
3B…ベース部
3Ba…ヒューズリンク連結部
3C…ヒューズリンク
3D…段差部
3E…溶接部
3F…隙間
3G…凸部
3H…スリット
3I…第1の嵌合部
3J…貫通穴
3K…位置決め穴
4…電池収納部
5…隔壁
5A…断熱分割隔壁
5B…対向隔壁
5C…接近部
50…最接近位置
6…空気層
7…電極窓
8…位置決め凹部
9…外周壁
10…断熱層
11…外装ケース
11A…本体ケース
11B…蓋ケース
1, 1a, 1b, 1c...
Claims (8)
前記バスバーは、前記電池の電極端子に接続してなる複数の固定端子と、ベース部と、先端を前記固定端子に連結して、付け根部を前記ベース部に連結してなるヒューズリンクとを有し、
さらに、前記ベース部は、前記ヒューズリンクの付け根部を連結してなるヒューズリンク連結部を有し、このヒューズリンク連結部には第1の嵌合部を設けており、
前記電池ホルダは、前記第1の嵌合部に連結されて前記ヒューズリンク連結部に連結される第2の嵌合部を有し、
前記第1の嵌合部に前記第2の嵌合部が連結されて、前記ヒューズリンク連結部が前記電池ホルダに連結されてなることを特徴とする電池パック。 A plurality of rechargeable batteries, a battery holder in which each battery is placed in a fixed position, and a metal plate bus bar fixed to the electrode terminals of the battery,
The bus bar has a plurality of fixed terminals connected to the electrode terminals of the battery, a base portion, and a fuse link having a tip connected to the fixed terminal and a root portion connected to the base portion. Then
Further, the base portion has a fuse link connecting portion formed by connecting the base portions of the fuse links, and the fuse link connecting portion is provided with a first fitting portion.
The battery holder has a second fitting part that is connected to the first fitting part and is connected to the fuse link connecting part,
The battery pack, wherein the second fitting part is connected to the first fitting part, and the fuse link connecting part is connected to the battery holder.
前記第1の嵌合部が嵌合穴で、前記第2の嵌合部が前記電池ホルダに一体的に成形してなる連結リブとしてなることを特徴とする電池パック。 The battery pack according to claim 1, wherein
A battery pack, wherein the first fitting portion is a fitting hole, and the second fitting portion is a connecting rib formed integrally with the battery holder.
前記ヒューズリンク連結部に設けてなる第1の嵌合部が、前記ヒューズリンクの付け根部の近傍に配置してなることを特徴とする電池パック。 The battery pack according to claim 1 or 2, wherein
A battery pack, wherein a first fitting portion provided in the fuse link connecting portion is arranged in the vicinity of a root portion of the fuse link.
前記第1の嵌合部と前記ヒューズリンクの付け根部との距離(k)が、前記ヒューズリンク横幅(W)の5倍以下としてなることを特徴とする電池パック。 The battery pack according to claim 3, wherein
The battery pack, wherein the distance (k) between the first fitting portion and the root portion of the fuse link is 5 times or less the lateral width (W) of the fuse link.
隣接する前記固定端子の間に位置する前記ヒューズリンク連結部に前記第1の嵌合部を設けてなることを特徴とする電池パック。 The battery pack according to any one of claims 1 to 4,
The battery pack, wherein the first fitting portion is provided in the fuse link connecting portion located between the adjacent fixed terminals.
前記第1の嵌合部が、前記ヒューズリンク連結部であって、前記ヒューズリンクの付け根部の延長線上に配置されてなることを特徴とする電池パック。 The battery pack according to any one of claims 1 to 5, wherein
The battery pack, wherein the first fitting portion is the fuse link connecting portion and is arranged on an extension line of a root portion of the fuse link.
前記電池ホルダが、定位置に収納してなる前記電池の電極端子を露出させる電極窓を有し、
さらに前記電池ホルダが、前記ヒューズリンク内面との対向位置に支持面を有し、
前記ヒューズリンクが前記支持面に接触又は近接して配置されてなることを特徴とする電池パック。 The battery pack according to any one of claims 1 to 6, comprising:
The battery holder has an electrode window exposing the electrode terminals of the battery housed in a fixed position,
Further, the battery holder has a supporting surface at a position facing the inner surface of the fuse link,
A battery pack, wherein the fuse link is arranged in contact with or close to the supporting surface.
前記電極窓が四角形で、前記支持面が前記電極窓の開口縁の外側に配置されてなることを特徴とする電池パック。 The battery pack according to claim 7, wherein
A battery pack, wherein the electrode window has a quadrangular shape, and the supporting surface is arranged outside an opening edge of the electrode window.
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