(57)【要約】【課題】本発明の目的は、収納されるリチウムイオン二次電池セルの冷却効果を向上させた収納形態を有する電動工具用電池パックを提供することにある。【解決手段】  容量と寸法サイズの種類が互いに異なる少なくとも２種類のリチウムイオン二次電池３ａおよび３ｂを組合せて電池パック２内に収納することにより電池パック２内の二次電池セル３ａ間にスペース２ｂを構成する。これによりリチウムイオン二次電池セル３ａ、３ｂの放熱効果を向上させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のリチウムイオン二次電池を収納し、前記複数のリチウムイオン二次電池を互いに電気的接続するための電動工具用電池パックにおいて、前記複数のリチウムイオン二次電池の中、少なくとも一つ以上のリチウムイオン二次電池は、残りのリチウムイオン二次電池とサイズが異なることを特徴とする電動工具用電池パック。
【請求項２】
前記複数のリチウムイオン二次電池の中、少なくとも一対は、電気的に並列接続されていることを特徴とする請求項１に記載された電動工具用電池パック。
【請求項３】
前記複数のリチウムイオン二次電池は、円筒形状のリチウムイオン二次電池から構成され、該円筒形状のリチウムイオン二次電池の直径は、少なくとも大小２種類のサイズを有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載された電動工具用電池パック。
【請求項４】
前記円筒形状の前記複数のリチウムイオン二次電池の中、少なくとも一対は、残りのものより前記直径が小さく、かつ互いに電気的に並列接続され、前記残りのリチウムイオン二次電池は、互いに互いに電気的に直列接続されていることを特徴とする請求項３に記載された電動工具用電池パック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数のリチウムイオン二次電池から成る電動工具用電池パックに関し、特に、電動工具用電池パック内に収納される複数のリチウムイオン二次電池の熱放散を向上させるための収納構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
コードレスタイプの電動工具において、一般に、電動工具の駆動電源としてリチウムイオン二次電池から構成された電池パックが適用されつつある。リチウムイオン電池パックは、ニッケルカドミウム電池やニッケル水素電池に比較してセル公称電圧が高く、かつ出力密度が高いため小形軽量であるという特徴を有する。さらに、放電効率も良く、比較的低温環境の中でも放電が可能で、広い温度範囲で安定した電圧を得ることができる特徴も有する。このため、リチウムイオン電池パックは、電動工具の軽量化、小型化、および作業効率の向上を図る電源として期待されている。
【０００３】
コードレスタイプの電動工具の電源として用いられる、ニッケルカドミウム電池やニッケル水素電池等の電池パックを充電する場合、比較的大きな充電電流で充電すれば短時間で充電できるが、充電時において電池パック内の二次電池の発熱が大きくなってしまい、二次電池のサイクル寿命を短くする一つの原因となる。そこで、下記特許文献１に示されるように、電池パックを大きな充電電流によって短時間で充電するために、充電装置に冷却ファンを設ける技術が提案されている。これにより、電池パック内の温度上昇を抑制しながら、比較的大きな充電電流によって短時間で充電することが行われている。
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−３１２４４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した従来技術による充電装置では、充電装置に設けられた冷却ファンの風冷により電池パック内の二次電池セルが冷却される。しかし、電池パック内の二次電池セルの配列によっては、互いにより密集して隣接した電池セルは、充電時に互いに発生する熱の影響を受けて、電池パック内の他の位置に配列した二次電池セルに比較して冷却効果が低下することになる。このため、電池パック内に収納された複数の二次電池セルは、局部的に温度上昇が高くなるという問題が生ずる。
【０００６】
充電時における電池パック内の複数の二次電池セルへの冷却により、発熱を抑制し、サイクル寿命への劣化の進行を抑制する場合、複数の二次電池セルは、局部的な温度上昇の度合いにより劣化の進行度が異なってくる。すなわち、電池パック内の冷却効率が悪い場所に配置された二次電池セルは、冷却効率が良い電池セルに比較して、充放電のサイクル寿命を損なうことになる。
【０００７】
特に、電池パックを構成する複数の二次電池がリチウムイオン電池の場合、充放電のサイクル寿命が温度に依存する。リチウムイオン二次電池は、過放電を起こすと負極の銅箔が溶出する場合がある。この状態で充電すると溶出した銅がデンドライト（樹状の析出物）として負極に析出し、セパレータを貫通し内部短絡を引き起こす危険性がある。
【０００８】
電池パック内に異なる劣化度を有する複数の二次電池セルが混在する場合、より劣化度が進行している二次電池セルは、放電時において他の二次電池セルに比べて電圧降下の具合が早い。
【０００９】
一般的に、複数のリチウムイオン二次電池を有する電池パック内には、過放電および過充電を防止するための保護ＩＣやマイコンが設けられている。このような保護回路では、電池パック内に収納された複数の二次電池セルについて１セル毎の電池電圧を監視し、複数の二次電池セルの少なくとも一つが所定の放電電圧以下に低下した場合、過放電であると判別して放電を停止させるように構成したものである。また、充電時には、１セル毎の充電電圧が所定電圧を超えないように監視して過充電による劣化を抑制している。
【００１０】
この時、劣化度の異なる二次電池セルが混在していると、より劣化度が進行した二次電池セルについては、放電時の電圧降下がより早くなるため、前述したある放電電圧に早く低下してしまうので、早く放電を停止してしまう結果となる。このように、各二次電池セルの放熱効果のばらつきにより、電池パック全体としての放電容量または充電容量が減少し、結果として電池パックのサイクル寿命が短くなる。
【００１１】
このような問題点を、図３および図４に示す従来の電動工具用電池パックについて具体的に説明する。図３は、従来の電動工具用電池パックにおける、８個のリチウムイオン二次電池セル３ａの収納構造を示す。図３において、（ａ）は、胴体ハウジング部１ａと、ハンドルハウジング部１ｂと、先端工具部（例えば、ドライバビット）１ｃと、胴体ハウジング部１ａ内に収納された電動モータ１ｄと、から構成された電動工具本体１を示す。（ｂ）は、前記電動工具本体のハンドルハウジング部１ｂに着脱容易に装着される電池パック２を示し、電池パック２は、保護回路基板４およびリチウムイオン二次電池セル３ａを収納する。（ｃ）は、一般的に使用されている円筒状のリチウムイオン二次電池セル３ａのサイズを示す。（ｄ）は８個の電池セル３ａの電気的接続形態を、（ｅ）は８個の電池セル３ａの収納配列状態をそれぞれ示す。
【００１２】
上記８個の円筒状電池セル３ａのサイズは、１．５Ａｈの容量を有する直径１８０ｍｍ、長さ６５０ｍｍで、一対が並列接続された電池組を構成し、電池組の４対が直列接続されている。なお、電池パック２内には、過充電および過放電を防止するための保護回路基板（保護ＩＣ）４が収納されている。この従来例では、リチウムイオン電池の公称電圧は、１４．４Ｖ（３．６Ｖ／セル×４組）であり、また公称容量は、３．０Ａｈ（１．５Ａｈ×２個＝３．０Ａｈ）である。
【００１３】
かかる従来の配列状態では、隣接する二次電池セル３ａ間の距離が狭いので、隣り合った二次電池セル３ａ間の熱の影響を非常に受けやすい。また、電池セル３ａと電池パック２のハウジング２ａ間の空間が少ないため、例えば電池パック２内を充電装置に設置された冷却ファン等を用いて冷却しようとしても、電池セル３ａの発熱による暖かい空気が電池パック２のハウジング２ａ内にこもり、充分な冷却効果が得られない構成となっている。
【００１４】
一方、図４は、図３の二次電池セル３ａとサイズ（種類）が異なる、３．０Ａｈの電流容量を有する円筒形状の二次電池セル３ｂ（例えば、直径２６０ｍｍ×長さ６５０ｍｍ）を、４本直列に接続し、上述した図３に示した電池パックと同様に、公称電圧１４．４Ｖおよび公称容量３．０Ａｈの電池パック２を構成したものである。図３に示した従来例と比較すると、電池セル３ｂと電池パック２のハウジング２ａ間の空間が広いため、隣接する電池セル３ｂ間には空気が流れやすく、より冷却効果に適した構成となる。しかし、電池セル３ｂ間の収納空間が広くなるので、電池パック２自体のサイズが大きくなってしまうという問題点がある。
【００１５】
したがって、本発明の目的は、上記従来技術の欠点を解消し、収納されるリチウムイオン二次電池セルの冷却効果を向上させた収納形態を有する電動工具用電池パックを提供することにある。
【００１６】
本発明の他の目的は、占有体積が比較的少ないリチウムイオン二次電池セルの収納配列を可能にした電動工具用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】
【００１７】
上記課題を解決するために本発明に従って開示される発明のうち、代表的なものの特徴を説明すれば、次のとおりである。
【００１８】
本発明の一つの特徴によれば、複数のリチウムイオン二次電池を収納し、前記複数のリチウムイオン二次電池を互いに電気的接続するための電動工具用電池パックにおいて、前記複数のリチウムイオン二次電池の中、少なくとも一つ以上のリチウムイオン二次電池は、残りのリチウムイオン二次電池とサイズが異なるように構成する。
【００１９】
本発明の他の特徴によれば、前記複数のリチウムイオン二次電池の中、少なくとも一対は、電気的に並列接続されるように構成する。
【００２０】
本発明のさらに他の特徴によれば、前記複数のリチウムイオン二次電池は、円筒形状のリチウムイオン二次電池から構成され、該円筒形状のリチウムイオン二次電池の直径は、少なくとも大小２種類のサイズを有する。
【００２１】
本発明のさらに他の特徴によれば、前記複数のリチウムイオン二次電池の中、少なくとも一対は、残りのものより前記直径が小さく、かつ互いに電気的に並列接続され、前記残りのリチウムイオン二次電池は、互いに互いに電気的に直列接続されている。
【発明の効果】
【００２２】
上記本発明の特徴によれば、リチウムイオン二次電池セルを収納する電池パック内の収納配列に自由度を持たせることが可能となるので、占有体積を大きくすることなく、二次電池セルの冷却効果を向上させた電池パックを提供することができる。
本発明の上記および他の目的、ならびに上記および他の特徴は、以下の本明細書の記述および添付図面からさらに明らかにされるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の電動工具用電池パックに係る実施形態について、図１および図２を参照して説明する。なお、実施形態を説明するための図１および図２の図面、ならびに上記従来技術に関する図３および図４の図面において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰返しの説明を省略する場合がある。
【００２４】
図１に示した電動工具用電池パックにおいて、（ａ）は、胴体ハウジング部１ａと、ハンドルハウジング部１ｂと、先端工具部（例えば、ドライバビット）１ｃと、胴体ハウジング部１ａ内に収納された電動モータ１ｄと、から構成された電動工具本体１を示す。（ｂ）は、前記電動工具本体のハンドルハウジング部１ｂに着脱容易に装着される電池パック２を示し、電池パック２は、保護回路基板４と、サイズが異なる２種類のリチウムイオン二次電池セル３ａおよび３ｂを収納する。（ｃ）は、サイズの異なる２種類の円筒状のリチウムイオン二次電池セル３ａおよび３ｂのサイズを示す。（ｄ）は５個の電池セル３ａおよび３ｂの電気的接続形態を、（ｅ）は５個の電池セル３ａおよび３ｂの収納配列状態をそれぞれ示す。
【００２５】
本実施形態によれば、電池パック２は、リチウムイオン二次電池セル３として、図１の（ｃ）に示すように、サイズが互いに異なる２種類の電池パック３ａおよび３ｂを収納する。すなわち、図１の（ｃ）および（ｄ）に示すように、直径２６０ｍｍ×長さ６５０ｍｍのサイズで、容量３．０Ａｈを有する二次電池セル３ｂを３本直列接続する。一方、直径１８０ｍｍ×長さ６５０ｍｍのサイズで、容量１．５Ａｈを有する二次電池セル３ａを２本並列接続して容量３．０Ａ（１．５Ａｈ×２個＝３．０Ａｈ）を構成する。これら３本の二次電池セル３ｂと２本の二次電池セル３ａを図１の（ｅ）に示すように積層し、図１の（ｂ）に示すように、電池パック２のハウジング２ａ内に収納する。
【００２６】
このように異なる種類のサイズを組合せた構成により、図３に示した従来技術（直径１８０ｍｍ×長さ６５０ｍｍのサイズ３ａを２本並列接続した電池組を４組直列接続したもの）と同等な電流容量（３．０Ａｈ）を得ることができると共に、従来の電池パックと同程度の大きさにかかわらず、電池パック２内には、隣接する二次電池セル３ａ間のスペース２ｂを広くとれるので、冷却効果に優れた電池パックを提供することができる。
【００２７】
図２は、本発明に係る他の実施形態を示す。本実施形態では、図２の（ｃ）および（ｄ）に示すように、容量１．５Ａｈの小サイズ（直径１８０ｍｍ×長さ６５０ｍｍ）の二次電池セル３ａの１対を並列接続して電流容量３．０Ａｈの電池組を構成し、これら２対を直列接続する。他方、容量３．０Ａｈの大サイズ（直径２６０ｍｍ×長さ６５０ｍｍ）の二次電池セル３ｂを２個直列接続し、前記並列接続した小サイズ３ａの電池組と直列接続する。図２の（ｅ）に示すように、小サイズの二次電池セル３ａは上列に配置し、大サイズの二次電池セル３ｂは下列に配置し、図２の（ｂ）に示すように電池パック２のハウジング２ａ内に収納する。このように異なる種類のサイズを組合せた構成により、図１に示した実施形態と同様に、電池パック２内には、隣接する二次電池セル３ｂ間のスペース２ｂを広くとれるので、冷却効果に優れた電池パックを提供することができる。さらに、本発明の電池パック２を電動工具本体１に組合せて使用すれば、先端工具１ｃによる過放電時における電池パック２の温度上昇を抑制できるので、電池パック２の寿命を向上できる。
【００２８】
以上の実施形態の説明から明らかにされるように、本発明によれば、電池パック内に収納するリチウムイオン二次電池のサイズを少なくとも大小２種類で構成することにより、電池パック内の放熱効果を向上させることができる。
【００２９】
以上、本発明者によってなされた発明を実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものでなく、その要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明に係る電動工具用電池パックの一実施形態を示す構成図。
【図２】本発明に係る電動工具用電池パックの他の実施形態を示す構成図。
【図３】従来技術に係る電動工具用電池パックの一例を示す構成図。
【図４】従来技術に係る電動工具用電池パックの他の例を示す構成図。
【符号の説明】
【００３１】
１：電動工具本体      １ａ：胴体ハウジング部      １ｂ：ハンドルハウジング部
１ｃ：先端工具（ドライバビット）      １ｄ：電動モータ      ２：電池パック
２ａ：ハウジング      ２ｂ：電池パック内のスペース
３、３ａ、３ｂ：リチウムイオン二次電池セル      ４：保護回路基板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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