(57)【要約】【課題】放熱プレートによるリード板のショートを確実に阻止しながら、リード板から放熱プレートへの熱伝導を高効率として、リード板と放熱プレートでもって、各々の電池を効率よく放熱する。【解決手段】電池パックは、互いに平行な姿勢で隣接して配設されてなる複数の充電できる電池１と、この電池１の端部電極に溶接されて複数の電池１を直列又は並列に接続し、かつ互いに絶縁隙間５を設けて分離して配設されてなる複数のリード板３とを備える。さらに、電池パックは、各々のリード板３の表面に熱結合状態で固定されてなる複数の放熱プレート４を備える。各々の放熱プレート４は、リード板３の絶縁隙間５で分離されて、同電位のリード板３にのみ熱結合状態で固定している。この電池パックは、絶縁隙間５で分離してなる各々のリード板３を、絶縁隙間５で分離してなる各々の放熱プレート４で放熱している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに平行な姿勢で隣接して配設されてなる複数の充電できる電池(1)と、この電池(1)の端部電極に溶接されて複数の電池(1)を直列又は並列に接続し、かつ互いに絶縁隙間(5)を設けて分離して配設されてなる複数のリード板(3)とを備える電池パックであって、
各々のリード板(3)の表面に熱結合状態で固定されてなる複数の放熱プレート(4)を備えると共に、各々の放熱プレート(4)は、リード板(3)の絶縁隙間(5)で分離されて、同電位のリード板(3)にのみ熱結合状態で固定され、絶縁隙間(5)で分離してなる各々のリード板(3)を、絶縁隙間(5)で分離してなる各々の放熱プレート(4)で放熱するようにしてなる電池パック。
【請求項２】
前記放熱プレート(4)がリード板(3)よりも厚い金属板である請求項１に記載される電池パック。
【請求項３】
前記リード板(3)で複数の電池(1)を連結しており、かつリード板(3)の表面に放熱プレート(4)を固定してなる電池組立(10)を収納してなる外装ケース(9)を備え、この外装ケース(9)と放熱プレート(4)との間に、弾性変形する弾性熱伝導シート(6)が積層され、この弾性熱伝導シート(6)を介して放熱プレート(4)の熱を外装ケース(9)から外部に放熱するようにしてなる請求項１に記載される電池パック。
【請求項４】
複数のリード板(3)が絶縁隙間(5)を設けて互いに平行に配設されて電池(1)の端部電極に溶接して固定されると共に、各々のリード板(3)の表面に、絶縁隙間(5)で分離して互いに平行に配設してなる放熱プレート(4)を熱結合状態で固定してなる請求項１に記載される電池パック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の充電できる電池の端部電極にリード板を溶接してなる電池パックに関し、とくに、リード板を介して各々の電池を放熱するようにしてなる電池パックに関する。
【背景技術】
【０００２】
複数の電池をリード板で直列又は並列に接続している電池パックは、各々の電池を効率よく放熱することが大切である。とくに、多数を直列や並列に接続し、また充放電の電流が大きい電池パックは、電池の発熱量が大きく、電池の発熱を効率よく放熱することが大切である。このことを実現するために、電池に接続するリード板から放熱する電池パックが開発されている。（特許文献１参照）
【特許文献１】特開２００５−３１７４５６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
特許文献の電池パックは、リード板にリード突出部を設け、このリード突出部でもってリード板を放熱して、リード板を介して電池を放熱する。この構造の電池パックは、電池の端部電極にスポット溶接して連結されるリード板に電池の発熱を熱伝導して放熱する。この構造は、リード板に厚い金属板を使用して電池の発熱をリード板に効率よく熱伝導できる。しかしながら、リード板は、電池の端部電極に溶接して連結されることから厚さに制約を受ける。厚すぎるリード板は、電池の端部電極に安定して溶接できなくなるからである。また、厚いリード板は、熱溶融して電池に接合される熱エネルギーが大きく、加熱されたリード板が電池の溶接部を局部的に加熱して電池に熱損傷を与える弊害がある。このことから、電池の端部電極に溶接されるリード板は厚くできない。薄い金属板からなるリード板は、熱抵抗が大きく、多数の電池を均一に冷却できない。この欠点は、リード板の表面に、厚い放熱プレートを熱結合するように積層して解消できる。ただ、電池パックは複数のリード板で各々の電池を直列や並列に接続することから、隣接して配設されるリード板に電位差が発生する。このため、放熱プレートが隣のリード板に接触すると電池をショートさせる原因となる。この弊害を避けるために、リード板に熱結合状態で積層される放熱プレートは、リード板から絶縁して積層する必要がある。すなわち、リード板と放熱プレートとの間に絶縁材を挟んで積層する必要がある。この電池パックは、絶縁材がリード板と放熱プレートとの間を絶縁する状態に保持する必要がある。ただ、この電池パックは、年月が経過して絶縁材の一部が破損し、あるいは振動や衝撃で絶縁材が破損してリード板に接触すると、これがリード板をショートする弊害がある。絶縁材を厚くして弊害を少なくできるが、厚い絶縁材はリード板と放熱プレートとの熱伝導を阻害する。このため、リード板と放熱プレートを介して電池を効率よく放熱できなくなる欠点がある。
【０００４】
本発明は、さらにこ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、放熱プレートによるリード板のショートを確実に阻止しながら、リード板から放熱プレートへの熱伝導を極めて高効率として、リード板と放熱プレートでもって、各々の電池を極めて効率よく放熱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】
【０００５】
本発明の電池パックは、前述の目的を達成するために以下の構成を備える。
電池パックは、互いに平行な姿勢で隣接して配設されてなる複数の充電できる電池１と、この電池１の端部電極に溶接されて複数の電池１を直列又は並列に接続し、かつ互いに絶縁隙間５を設けて分離して配設されてなる複数のリード板３とを備える。さらに、電池パックは、各々のリード板３の表面に熱結合状態で固定されてなる複数の放熱プレート４を備える。各々の放熱プレート４は、リード板３の絶縁隙間５で分離されて、同電位のリード板３にのみ熱結合状態で固定している。この電池パックは、絶縁隙間５で分離してなる各々のリード板３を、絶縁隙間５で分離してなる各々の放熱プレート４で放熱している。
【０００６】
本発明の請求項２の電池パックは、放熱プレート４をリード板３よりも厚い金属板としている。
【０００７】
本発明の請求項３の電池パックは、リード板３で複数の電池１を連結して、かつリード板３の表面に放熱プレート４を固定してなる電池組立１０を収納してなる外装ケース９を備える。この電池パックは、外装ケース９と放熱プレート４との間に、弾性変形する弾性熱伝導シート６を積層し、この弾性熱伝導シート６を介して放熱プレート４の熱を外装ケース９から外部に放熱している。
【０００８】
本発明の請求項４の電池パックは、複数のリード板３を、絶縁隙間５を設けて互いに平行に配設して電池１の端部電極に溶接して固定すると共に、各々のリード板３の表面に、絶縁隙間５で分離して互いに平行に配設してなる放熱プレート４を熱結合状態で固定している。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の電池パックは、電池を冷却する放熱プレートによるリード板のショートを確実に阻止しながら、リード板から放熱プレートへの熱伝導を極めて高効率として、リード板と放熱プレートでもって、各々の電池を極めて効率よく放熱できる特徴が実現される。それは、本発明の電池パックが、複数のリード板の表面に熱結合状態で固定している複数の放熱プレートを備え、各々の放熱プレートは、リード板の絶縁隙間で分離されて、同電位のリード板にのみ熱結合状態で固定され、絶縁隙間で分離している各々のリード板を、絶縁隙間で分離している各々の放熱プレートで放熱するからである。この構造の電池パックは、放熱プレートとリード板とを絶縁する必要がない。放熱プレートは絶縁材を介することなく直接にリード板に熱結合できる。このため、リード板と放熱プレートとの熱伝導を極めて良好な状態として、リード板の熱を効率よく放熱プレートに伝導できる。放熱プレートは、リード板のように電池に確実に溶接するために厚さが制限されず、放熱に最適な厚さとし、放熱プレート自体の熱抵抗を小さくして効率よく放熱できる。
また、放熱プレートにより、電池パックの強度を増加させたり、電池を外部応力から保護する補強する役目も備えている。
【００１０】
とくに、本発明の請求項２の電池パックは、放熱プレートをリード板よりも厚い金属板とするので、熱抵抗が小さく、リード板を介して電池を効率よく冷却できる。また、厚い金属板からなる放熱プレートは熱容量が大きく、各々の電池の急激な発熱を効率よく吸収して、電池の温度変化を少なくできる特徴も実現する。
【００１１】
さらに、本発明の請求項３の電池パックは、リード板の表面に放熱プレートを固定してなる電池組立を収納してなる外装ケースを備え、この外装ケースと放熱プレートとの間に、弾性変形する弾性熱伝導シートを積層し、この弾性熱伝導シートを介して放熱プレートの熱を外装ケースから外部に放熱するので、外装ケースを介して電池の熱を効率よく放熱できる。
【００１２】
本発明の請求項４の電池パックは、複数のリード板を、絶縁隙間を設けて互いに平行に配設して電池の端部電極に溶接して固定すると共に、各々のリード板の表面に、絶縁隙間で分離して互いに平行に配設してなる放熱プレートを熱結合状態で固定している。この電池パックは、電池の端部電極を回路基板に接続するのに好都合な配置としながら、複数の電池を放熱プレートで効率よく冷却できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施例は、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。
【００１４】
さらに、この明細書は、特許請求の範囲を理解しやすいように、実施例に示される部材に対応する番号を、「特許請求の範囲」および「課題を解決するための手段の欄」に示される部材に付記している。ただ、特許請求の範囲に示される部材を、実施例の部材に特定するものでは決してない。
【００１５】
図１の電池パックは、外装ケース９に、複数の電池１をリード板３で連結している電池組立１０を収納している。
【００１６】
［外装ケース］
図１の外装ケース９は、内部に電池組立１０を内蔵し、電池組立１０を弾性熱伝導シート６を介して内面に熱結合状態に密着している。外装ケース９は、ＡＢＳ樹脂などで成形されており、２以上の部材に分割されてネジ止めや嵌め込み式などの連結方法により固定される。外装ケース９は、電池パックの用途や目的、使用状況に応じた様々な形状に設計できる。図１に示す外装ケース９は、第１外装ケース９Ａと第２外装ケース９Ｂに分割されている。図１に示す外装ケース９は、第２外装ケース９Ｂと第１外装ケース９Ａを連結するために、外周面に沿って連結リブ１１を設けている。互いの連結リブ１１を連結して、第１外装ケース９Ａと第２外装ケース９Ｂとを連結している。さらに、この状態でネジ止めして外装ケース９が固定される。
【００１７】
［電池組立］
電池組立１０を図２ないし図６に示す。これらの図の電池組立１０は、互いに平行な姿勢で隣接して配設されている複数の充電できる電池１と、電池１を定位置に配置する電池ホルダー２と、電池ホルダー２で配置される各々の電池１の端部電極に溶接されて、隣接する電池１を接続している複数のリード板３と、このリード板３の表面に固定している放熱プレート４とを備える。
【００１８】
図の電池１は円筒形電池であり、両端の端部電極を同一面に位置して、複数本を多段多列に並べている。図の電池組立１０は、図において上下６段、左右７列に配列している。隣接する列の電池１は、上下にずらせて互いに隣の電池１がその中間に位置するように並べている。この配列は、円筒形の電池１を互いに接近して多列に配列できる。ただ、本発明の電池パックは、電池の個数や配置をこの状態に特定しない。たとえば、電池を碁盤目状に配置することもできる。
【００１９】
［電池］
電池１は、充電できる電池である。図の電池パックは、電池１を円筒型電池としているが、電池には角型電池や薄型電池も使用できる。本実施の形態においては、電池１として円筒型のリチウムイオン電池を使用する。リチウムイオン電池は、大容量、大出力の電池パックに適している。それは、リチウムイオン電池が容積や重量に対する容量を大きくできるからであ。ただし、本発明の電池パックは、電池をリチウムイオン電池には特定せず、ニッケル水素電池やニッケルカドミウム電池等の二次電池も使用できる。
【００２０】
［電池ホルダー］
図１に示す電池組立１０は、電池ホルダー２の保持穴１２に電池１を挿入して定位置に配置している。電池ホルダー２は、図６に示すように、円筒状の保持穴１２を有する形状に成形している。保持穴１２は、円筒型電池１を挿入できる内形に成形している。図６の電池ホルダー２は、６段７列の電池１を挿入できるように、４２個の保持穴１２を設けている。保持穴１２は両端を開口している。図１と図６の電池パックは、電池ホルダー２を、円筒形電池１の長さ方向である、図において水平方向に２分割している。左右の電池ホルダー２は、保持穴１２の両端を開口して、円筒形電池１を挿入できる形状に成形している。電池ホルダー２は、プラスチックなどの絶縁性部材で成形される。保持穴１２を設けた形状にプラスチックを成形している電池ホルダー２は、電池１を区画して配列することで、複数の電池１を正確に位置決めしながら配列でき、かつ各電池１を各々独立して分離することで、電池１の熱暴走の誘発を防止できる。２分割して成形される電池ホルダー２は、２つを連結する状態で、電池１の端部電極を保持穴１２の開口部から外部に露出させる。外部に露出する端部電極にリード板３がスポット溶接やレーザー溶接などの方法で溶接される。電池ホルダー２のプラスチック材料としては、ポリカーボネートが利用できる。この材料は強度が大きく、漏液したリチウムイオン電池の電解液に対して解け難い性質がある。なお、ＡＢＳ樹脂は、漏液したリチウムイオン電池の電解液に対して解け易い性質があるので望ましくない。
【００２１】
［リード板］
リード板３は、電池１の端部電極に溶接されて、隣接する電池１を直列又は並列に接続する。図４の電池組立１０は、複数枚のリード板３を、絶縁隙間５を設けて互いに平行に配列して、電池１の端部電極に溶接している。図の電池組立１０は、電池１の各々の端部に、４列のリード板３を絶縁隙間５を設けて配列している。このリード板３は、同じ列にある６個の電池１を並列に接続して、隣の列にある電池１を直列に接続している。すなわち、４２個の電池１を、６個を並列に、７個を直列に、すなわち６並列、７直列に接続している。リード板３は、電気抵抗が小さくて熱伝導に優れた金属板、たとえばニッケル板、鉄や鉄合金あるいは銅や銅合金等の表面をニッケル等のメッキをしている金属板が使用される。リード板３は、溶接に最適な厚さの金属板、たとえば０．１ｍｍ〜０．３ｍｍの金属板が使用される。スポット溶接やレーザー溶接されるリード板３は、厚すぎても薄すぎて理想的な状態で電池１の端部電極に溶接できない。厚すぎるリード板３は、加熱して溶融させるのに大きな熱エネルギーを必要とするので、電池１を加熱する弊害が大きくなる。また、薄すぎるリード板３は、電気抵抗や熱抵抗が大きく、また、十分な強度がない。このため、リード板３は、流れる電流や用途を考慮して最適な厚さに設定される。
【００２２】
図４のリード板３は、電池１の端部電極にスポット溶接する溶接部に、溶接の無効電流を少なくするスリット１３を設けている。図のリード板３は、溶接部に縦スリット１３Ａと、この縦スリット１３Ａの上下に縦スリット１３Ａから離して横スリット１３Ｂを設けている。このリード板３は、縦スリット１３Ａの両側にスポット溶接の電極を押圧して、縦スリット１３Ａの両側を電池１の端部電極に溶接する。さらに、リード板３は、その上端に、回路基板（図示せず）に接続するための突出部３Ａを設けている。リード板３の突出部３Ａは、リード１４を介して回路基板に接続している。
【００２３】
［放熱プレート］
電池組立１０は、図３に示すように、複数のリード板３の表面に、熱結合状態で複数の放熱プレート４を固定している。放熱プレート４は、リード板３の絶縁隙間５で分離されて、同電位のリード板３にのみ熱結合状態で固定されている。一枚の放熱プレート４は、電位差のない一枚のリード板３に熱結合状態で固定される。放熱プレート４は、リード板３よりも厚い金属板であって、熱伝導に優れる金属板である。放熱プレート４は、アルミニウムやアルミニウム合金、鉄や鉄合金等の金属板で製作される。放熱プレート４は、リード板３よりも厚く、たとえば０．５ｍｍないし３ｍｍの金属板が使用される。放熱プレート４は、厚くして熱容量、すなわち急激に上昇する電池１の熱を吸収できる熱容量を大きくして、電池１の温度変化を少なくできる。
【００２４】
各々の放熱プレート４は、各々のリード板３に固定されるので、その外形をリード板３の外形にほぼ等しくしている。さらに、放熱プレート４は、図３に示すように、上下の端部に、電池ホルダー２に固定するための固定部４Ａを上下に突出して設けている。放熱プレート４の上端部の固定部４Ａは、リード板３の突出部３Ａに位置して設けている。放熱プレート４の下端部の固定部４Ａは、リード板３から突出して設けている。図の電池組立１０は、放熱プレート４を止ネジ１５で電池ホルダー２に固定して、リード板３の表面に密着して熱結合状態に固定している。止ネジ１５は、放熱プレート４とリード板３を貫通して、あるいは放熱プレート４のみを貫通して電池ホルダー２にねじ込んで放熱プレート４を固定している。この構造は、放熱プレート４を確実に強固にリード板３に熱結合状態で固定できる。ただし、放熱プレートは、たとえば熱伝導に優れた接着剤を介してリード板に接着して固定することもできる。また、放熱プレートを外装ケースの内面に固定し、この放熱プレートの表面にリード板を押しつけて、リード板に熱結合状態で固定することもできる。また、放熱プレート４は、金属板を利用することより、電池パック、電池組立１０の強度を増加させたり、電池１を外部応力から保護する補強する役目も備えている。
【００２５】
［弾性熱伝導シート］
弾性熱伝導シート６は、図１に示すように、放熱プレート４と外装ケース９の内面に挟着されて、放熱プレート４の熱を外装ケース９に熱伝導する。この弾性熱伝導シート６は、弾性変形できると共に、熱伝導に優れたクッション性のあるシート、たとえばシリコン樹脂からなる弾性シートである。弾性熱伝導シート６は、図２に示すように、片面を放熱プレート４に密着して、他の片面を外装ケース９の内面に密着して、放熱プレート４の熱を効率よく外装ケース９に熱伝導する。両面を放熱プレート４と外装ケース９に密着する弾性熱伝導シート６は、放熱プレート４の熱を効率よく外装ケース９に熱伝導して、電池１の熱をリード板３と放熱プレート４を介して外装ケース９の外部に効果的に放熱する。弾性熱伝導シート６は、厚くしてその両面を放熱プレート４と外装ケース９の内面に密着できる。また、薄くして放熱プレート４の熱を効率よく外装ケース９に熱伝導できる。したがって、この弾性熱伝導シート６の厚さは、放熱プレート４と外装ケース９への密着性と、熱伝導とを考慮して、たとえば０．５ｍｍないし３ｍｍとする。弾性熱伝導シート６は、電池組立１０を外装ケース９に収納して、外装ケース９の第１外装ケース９Ａと第２外装ケース９Ｂを連結する状態で、わずかに押し潰され、弾性的に復元力でもって、片面を放熱プレート４に、他の片面を外装ケース９の内面に密着する。
【００２６】
［回路基板］
各々のリード板３が接続される回路基板は、図示しないが、電子部品などを実装し、電池１の充電制御や保護回路などを構成したり、電池１の残容量の演算回路を実装している。回路基板は、図１ないし図６において、電池ホルダー２の上面に固定している基板ホルダ７に保持される。基板ホルダ７は、回路基板の周囲を囲むように基板ホルダ用リブ７Ａを直立させている。一般に、回路基板は、厚さに対して薄く面積が広くなるため、強度的に弱くなるが、基板ホルダ７によって周囲を枠状に囲むことで、平面と直交する面に延長された基板ホルダ用リブ７Ａで補強される効果が得られる。
【００２７】
回路基板に実装される保護回路は、電池１の過充電や過放電を検出して電流を制御する回路、電池１の過充電を検出して電流を遮断する回路等である。保護回路は、電池１の過充電や過放電を検出するために、電池１の電圧を検出する電圧検出回路（図示せず）を備える。電圧検出回路は、リード板３を介して各々の電池電圧を検出して、過充電や過放電を防止する。
【００２８】
［ポッティング］
基板ホルダ７は、絶縁樹脂１６を充填して、回路基板をポッテングして絶縁樹脂１６に埋設している。絶縁樹脂１６は、回路基板を防水し、また回路基板に固定しているＦＥＴやダイオードなどの発熱部品の熱を効率よく放熱する。ポッティングする絶縁樹脂１６は、ウレタン系樹脂、シリコン系樹脂、エポキシ系樹脂等の樹脂が利用できる。
【００２９】
以上の電池パックは、以下のようにして組み立てられる。
（１）図６に示すように、複数の電池１を電池ホルダー２の保持穴１２に所定の向きで挿入する。複数の電池１は、図において上下に配列される電池１を同じ向きとし、左右に配列される電池１が逆向きとなるように挿入する。全ての電池１を電池ホルダー２の保持穴１２に挿入した後、一対の電池ホルダー２を連結する。
（２）電池ホルダー２の上方に基板ホルダ７を固定する。基板ホルダ７は、予め回路基板（図示せず）を固定している。さらに、基板ホルダ７は、回路基板を絶縁樹脂１６にポッティングして絶縁している。
（３）各々の電池１の端部電極に、リード板３を溶着して固定する。リード板３は、電池ホルダー２の保持穴１２の開口部から表出する電池１の端部電極に、スポット溶接やレーザー溶接などの方法で溶接される。互いに隣接するリード板３は、絶縁隙間５を設けて接触しないように配列している。さらに、リード板３の突出部３Ａを、リード１４を介して回路基板に接続する。
（４）複数のリード板３の表面に、熱結合状態で複数の放熱プレート４を固定する。複数の放熱プレート４は、リード板３の絶縁隙間５で分離される状態で固定される。すなわち、一枚の放熱プレート４を、電位差のない一枚のリード板３に熱結合状態で固定する。放熱プレート４は、これを貫通する止ネジ１５をねじ込んで電池ホルダー２に固定する。
以上の工程で、電池組立１０が組み立てられる。
【００３０】
（５）電池組立１０を外装ケース９に収納する。このとき、電池組立１０の放熱プレート４と外装ケース９の内面との間に弾性熱伝導シート６を挟着する状態で配設する。電池組立１０は、放熱プレート４が、弾性熱伝導シート６を介して、外装ケース９の内面に熱結合状態で密着するように収納される。
（６）外装ケース９の第１外装ケース９Ａと第２外装ケース９Ｂとを連結する。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
本発明の電池パックは、電動車いす、電動自転車、電動オートバイ、電動工具、作業用ロボット等、複数の電池１を並列に接続し、かつこれらを直列に接続して出力を大きくした電池パックに好適に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の一実施例にかかる電池パックの分解斜視図である。
【図２】図１に示す電池パックの電池組立と弾性熱伝導シートの密着状態を示す斜視図である。
【図３】図１に示す電池パックの電池組立の斜視図である。
【図４】図３に示す電池組立の放熱プレートを取り外した状態を示す斜視図である。
【図５】図４に示す電池組立のリード板を取り外した状態を示す斜視図である。
【図６】図５に示す電池組立の分解斜視図である。
【符号の説明】
【００３３】
１…電池
２…電池ホルダー
３…リード板                ３Ａ…突出部
４…放熱プレート            ４Ａ…固定部
５…絶縁隙間
６…弾性熱伝導シート
７…基板ホルダ              ７Ａ…基板ホルダ用リブ
９…外装ケース              ９Ａ…第１外装ケース
９Ｂ…第２外装ケース
１０…電池組立
１１…連結リブ
１２…保持穴
１３…スリット              １３Ａ…縦スリット
１３Ｂ…横スリット
１４…リード
１５…止ネジ
１６…絶縁樹脂
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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