JP2014170711A - 電池パック及び電池パックの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】
リード板に負荷をかけず、複雑な作業工程を廃して、電池ホルダの端面にリード板を確実に仮固定できる電池パック及びその製造方法を提供する。
【解決手段】
電池と、電池を収納する保持筒を備えた電池ホルダと、電池の電極端子に接続されるリード板とを備える電池パックにおいて、電池ホルダの端面には、リード板を案内する案内部が設けられており、案内部には、保持筒と連通する開口部が形成され、電池の電極端子が、開口部より露出した状態でリード板に接続されており、さらに、案内部には、外側に突出した凸部が設けられており、リード板には、凸部が貫通する孔が設けられており、孔に凸部が貫通した状態で、凸部の先端がプレス加工によって、塑性変形し係止部が形成され又は凸部の先端が熱加工によって、溶融し係止部が形成され、案内部と凸部に設けられた係止部との間にリード板が配置されていることを特徴とする電池パック。
【選択図】図４

Description

本発明は、電池を収納した電池ホルダにリード板を仮固定する電池パック及びその製造に関する。

近年、電池パックは、電動工具や電動アシスト自転車、さらには電動バイクやハイブリッド自動車（ＨＥＶ）や電気自動車（ＥＶ）などの用途に広く用いられている。多数の電池を内蔵した電池パックの構造として、正負の電極端子を備えた複数の電池が、一対の電池ホルダの保持筒に、電池の延在方向において両端から挟み込むように収納され、電池ホルダの両端面の開口部より露出した電池の電極端子とリード板とを接続している。また、このリード板によって、複数の電池が多直列及び多並列に接続されている。さらに、このような電池パックは、電池と電気的に接続されたリード板を介して電気的に接続された保護回路基板が配置されている。また、リード板を電池の電極端子にスポット溶接による接続を行う場合、作業の効率化などの観点から、複数の電池を水平に維持した状態で積み上げた電池ホルダの両端面にリード板を配置し、リード板を垂直姿勢に維持した状態で治具などによって保持して、両側からスポット溶接機で溶接される。この際、電池パックを冶具に固定するまでの間、リード板が電池ホルダの両端面から倒れずに垂直に立った状態を維持する必要がある。

ここで、特許文献１に記載される電池パックでは、図７に示すように電池ホルダ１０２の両端面には、弾性リブ１０１が設けられており、電池ホルダ１０２の両端面に配置されたリード板１０５が、弾性リブ１０２によって係止され、リード板１０５が電池ホルダ１０２の両端面から自重によって、落下することを阻止している。

また、特許文献２に記載される電池パックでは、図８に示すように、電池ホルダ２０２に形成された端部係止部２０１と中間係止部２０３の二つの係止部で保持するよう、リード板２０５を平行移動させるか若しくは回動させることによって、リード板２０５を電池ホルダ２０２の両端面に仮固定し配置する構造及びその製造方法が開示されている。

特開2005-197192 特開2011-171125

リード板を電池ホルダの端面に配置し、電池ホルダの両端面に設けられ弾性リブによってリード板を仮固定する構造では、リード板の端面が弾性リブを押圧し、この押圧によって弾性リブを変形させて、電池ホルダの端面と弾性リブとの間にリード板が案内され、リード板が電池ホルダの端面から抜け落ちることを防止している。しかし、リード板は、金属性の材質からなる薄板状であるため強度が弱く、リード板の端面が弾性リブを押圧する際に、リード板の端面が変形することで製造不良を発生させるという課題がある。

また、電池ホルダの端面に設けられた係止部で保持するため、リード板を平行移動させるか若しくは回動させることによって、リード板を電池ホルダの端面に仮固定し配置する
構造においては、作業者による作業工程が必須となり、機械による自動化ができないという課題がある。また、電池ホルダの端面に設けられた係止部にリード板を配置した後、リード板を平行移動させるか若しくは回動させるという工程が必要なため、複雑な作業が必要であり、作業ミスによって、リード板を係止部に適切に配置できず、結果として、リード板が電池ホルダの端面から抜け落ちるという課題があった。さらに、リード板は、薄板形状をしているため、リード板を平行移動又は回動させる際に、あやまってリード板を変形させ製造不良を発生させるという課題があった。

本発明は、このような課題を解決するために成されたものであり、リード板を電池ホルダの端面に仮固定する際に生じるリード板の変形を防止し、製造不良を低減させ、さらに、リード板を電池ホルダの端面に仮固定する際の複雑な工程を廃する電池パックを提供することを目的とする。

本発明の電池パックは、電池と電池を収納する保持筒を備えた電池ホルダと電池の電極端子に接続されるリード板とを備えた電池パックにおいて、電池ホルダの端面には、リード板を案内する案内部が設けられており、案内部には、保持筒と連通する開口部が形成され、電池の電極端子が、開口部より露出した状態でリード板に接続されており、さらに、案内部には、外側に突出した凸部が設けられており、リード板には、凸部が貫通する孔が設けられており、孔に凸部が貫通した状態で、凸部の先端がプレス加工によって、塑性変形し係止部が形成され又は凸部の先端が熱加工によって、溶融し係止部が形成され、案内部と凸部に設けられた係止部との間にリード板が配置されている。

また、本発明の電池パックは、電池ホルダが、樹脂製の材料から形成されている。

さらに、本発明の電池パックは、係止部とリード板とは間隙を設けて配置されている。

本発明の電池パックの製造方法は、本発明の電池パックの製造方法は、電池を電池ホルダの保持筒に収納する電池収納工程と、電池収納工程の後に、電池ホルダの端面にリード板を案内する案内部が設けられ、案内部には、保持筒と連通する開口部が形成されており、さらに、案内部には、外側に突出した凸部が設けられて、リード板には、凸部が貫通する孔が設けられており、電池の電極端子が、開口部より露出した状態でリード板が配置されると同時に孔に凸部が貫通した状態となるリード板配置工程と、リード板配置工程の後に、凸部の先端がプレス加工によって、塑性変形し係止部が形成され又は凸部の先端が熱加工によって、溶融し係止部が形成され、案内部と凸部に設けられた係止部との間にリード板が配置される仮固定がなされる仮固定工程と、仮固定工程の後に、電池の電極端子とリード板とを接続するリード板接続工程とを備えている。

本発明に係る電池パックでは、電池ホルダの端面に設けられた凸部が、リード板の孔を貫通するように配置され、凸部の先端がプレス加工又は熱加工によって係止部が形成される構成によって、リード板を確実に電池ホルダの端面に仮固定でき、電池とリード板との溶接時に、リード板が電池ホルダから脱落することを防止するという効果を備える。また、本発明の電池パックにおいては、リード板の端面を弾性リブに押圧しないため、リード板の端面が変形することによる製造不良の発生を防ぐことができる。さらに、リード板を電池ホルダの端面に配置する際の複雑な作業を廃することができ、生産性が向上するという効果を備える。

また、本発明に係る電池パックでは、電池ホルダが樹脂製の材料から形成されているため、凸部の先端をプレス加工よって、塑性変形し係止部を形成する際に、プレスする荷重
を金属製の電池ホルダと比較し、小さくすることができる。それは、樹脂の方がアルミ等の金属よりも硬度が低いからである。また、電池ホルダが樹脂製の材料から形成されているため、凸部の先端が熱加工によって、溶融し係止部を形成する際に、金属製の電池ホルダと比較し、凸部の先端に配置される金属棒の熱を低くすることができる。

さらに、本発明に係る電池パックでは、凸部の先端に形成された係止部とリード板とが間隙を有している。そのため、電池ホルダの端面に直交するように延在している電池において、電池の延在方向の寸法公差が生じた場合においても、寸法公差に対応してリード板が間隙の間を移動することができるため、電池の電極端子とリード板との接続を適切に行うことができる。

本発明に係る電池パックの製造方法では、電池ホルダの端面の凸部が、リード板の孔に貫通した状態で、凸部の先端がプレス加工によって、塑性変形し係止部が形成される又は凸部の先端が熱加工によって、溶融し係止部が形成されるため、電池ホルダの端面にリード板を確実に仮固定した状態で、電池の電極端子とリード板とを接続することができる。また、電池ホルダの端面にリード板を配置した後、電池ホルダの端面の凸部の先端を加工し係止部を形成することで、電池ホルダの端面にリード板を仮固定することができるため作業工程を簡素化でき、作業者による加工のバラツキを低減することができる。

本発明の実施の形態における電池パックの斜視図である。 図１に示す電池パックの分解斜視図である。 （ａ）図２に示す電池コアパックの右側側面図である。(ｂ) 図２に示す電池コアパックの左側側面図である。 凸部におけるプレス加工前の状態を示した図３（ａ）におけるＡ−Ａ線の部分拡大断面図である。 凸部における熱溶着加工前の状態を示した図３（ａ）におけるＡ−Ａ線の部分拡大断面図である。 凸部におけるプレス加工後又は熱溶着加工後の状態を示した図３（ａ）におけるＡ−Ａ線の部分拡大断面図である。 従来例における電池パックの電池ホルダにリード板を仮固定した状態を示した斜視図である。 他の従来例における電池パックの電池ホルダにリード板を仮固定した状態を示した斜視図である。

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、部材の形状、寸法、材質等を記載しているが、本発明は電池パックを以下のものに特定しない。

＜電池パック３の構成＞
図１及び図２に示される本発明の電池パック３は、主として電子機器本体に装着されて、電子機器本体に電力を供給する。このような目的で使用される電池パック３には、複数の電池１を互いに平行な姿勢とし、かつ電池１の両端に正負の異なる電極端子１１を備え、この電極端子１１を同一面に配置して多段多列に配置している電池ホルダ２と、この電池ホルダ２に収納している電池１の電極端子１１に接続されて、隣接する電池１を直列と並列に接続してなるリード板５とを備えている。とくに、本発明は、電池１とリード板５との接続工程において、電池１とリード板５とが位置ずれなく正確に接続を行うため、リード板５を電池ホルダ２に仮固定を行う構成を備えている。以下、実施の形態として、電池ホルダ２にリード板５が仮固定される構成及びその製造方法について記述するが、本発
明の電池パック３は、この構成に限定されるものではない。

図２の電池パック３の分解斜視が示すように、複数の電池１が両端部の電極端子１１を同一面に配置し、互いに平行な姿勢として、電池ホルダ２に配置され収納保持されている。また、この電池ホルダ２は、一対の電池ホルダユニット２１が嵌合されることで構成されており、一方の電池ホルダユニット２１は、電池１の端部を挿入し、電池１を収納する保持筒２２を備えている。電池ホルダ２は、絶縁材料であるプラスチック等の熱可塑性樹脂によって形成されている。さらに、一方の電池ホルダユニット２１の保持筒２２に電池１を収納した状態で、他方の電池ホルダユニット２１を配置し、連結させることで、電池１の端面以外の側面を覆うような電池収納部が形成されている。一対の電池ホルダユニット２１によって複数の電池１が収納保持されている。

図２及び図３に示すように、電池ホルダ２は、複数の電池１を多段多列に配置し、定位置に保持している。また、電池１の電極端子１１は、電池ホルダの端面２８に設けられた開口部２３より露出した状態でリード板５に接続されている。さらに、電池１は、このリード板５を介して、回路基板６に接続されている。この回路基板６は、電池ホルダ２の端面２８同士の間に位置している電池ホルダ２の上面に配置されている。

以上のように、複数の電池１を電池ホルダ２で所定の位置に保持すると共に、回路基板６を基板ホルダの上面に固定し、さらに、各々の電池１の電極端子１１がリード板５と接続され、このリード板５を介して、回路基板６に接続して電池コアパック７としている。

また、外装ケース４は、第１ケース４Ａと第２ケース４Ｂからなり、図２に示すように電池コアパック７の両端面より第１ケース４Ａと第２ケース４Ｂとがそれぞれ向かい合うように配置され、連結されることで電池コアパック７を収納して、電池パック３としている。また、外装ケース４は、プラスチックを成形して製作されたものであるが、材質はプラスチックに限られず、放熱性を考慮してアルミ等の金属部材であっても良い。

電池１は、充電できるリチウムイオン二次電池であるが、リチウムイオン電池に限定されず、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３では、円筒型電池が使用されているが、これに限定されず、角型電池や扁平形電池とすることもできる。電池コアパック７は、電池１を平行な姿勢として、多段多列に並べて電池ホルダ２に収納している。本実施例の電池パック３は、円筒形電池が３９本使用されており、１３直列３並列で電気接続されている。図３に示すように、電池ホルダ２は３９本の電池１を適宜配置している。

図３（ａ）、（ｂ）に示すように、電池ホルダの端面２８には、それぞれ形状の異なるリード板５を案内する案内部２４が電池ホルダの端面２８から凹設するように形成されている。また、この案内部２４には、電池１が収納される保持筒２２と連通するように孔５１が設けられており、この孔５１が電池１の電極端子１１を露出する開口部２３としている。また、案内部２４には、複数の開口部２３が形成されている。

本実施例では、それぞれ形状の異なる１４枚のリード板５が用いられており、３並列用のリード板２枚と、２直列３並列用のリード板１２枚から構成されている。図３（ａ）、の電池コアパックの右側面図では、１枚の３並列用のリード板と、６枚の２直列３並列用のリード板が配置されている構成が示されている。図３（ｂ）の電池コアパックの左側面図では、１枚の３並列用のリード板と、６枚の２直列３並列用のリード板が配置されている構成が示されている。３並列用のリード板は、３本の電池１の電極端子１１に接続されており、２直列３並列用のリード板は、６本の電池１の電極端子１１に接続されている。これら形状の異なる１４枚のリード板５が、電池ホルダの端面２８に設けられた案内部２
４に配置される。

図２に示すように、電池ホルダの端面２８は、電池収納部である保持筒２２の両端に位置して、互いに平行な姿勢で設けられている。電池ホルダの端面２８は、保持筒２２に対して直交するように成形されている。また、この電池ホルダの端面２８は、外装ケース４の内形に沿う形状としている。また、開口部２３は、電池ホルダの端面２８における保持筒２２と連通して形成されている。この開口部２３は、電池１の電極端子１１を露出するように形成されている。この開口部２３より、電池１の電極端子１１が、電池ホルダの端面２８の外面から表出している。

また、図２に示すように開口部２３は、電池ホルダの端面２８の外面１２Ａからみて凹設して設けられている。開口部２３は、電池１の端部断面に合わせた円形状であり、開口部２３の径は、電池１の端面の径より小さくすることで、開口部２３から電池１が抜け落ちないようにしている。すなわち、電池ホルダ２の電池収納部に配置された電池１とは、電池１の端部が、開口部２３の保持筒２２側の外縁と当接することで、定位置に保持され、固定されている。

電池ホルダの端面２８に設けられたリード板５を案内する案内部２４には、複数の開口部２３が設けられており、開口部２３同士の間に位置する端面より突出した凸部２５が設けられており、さらに、リード板５には、凸部２５が貫通する孔５１が設けられており、リード板５が案内部２４に配置されることで、リード板５の孔５１に凸部２５が貫通した状態となる。この凸部２５の先端がプレス加工による塑性変形又は熱溶着加工によって溶融変形し、係止部２６が形成される。図４及び図５に示すように、本実施例では凸部２５の形状は、円柱状をしており、大きさは、断面の直径が１．５ｍｍで高さが２．５ｍｍである。また、本実施例では、凸部２５の形状は、円柱状の形状であるが特にこの形状に限定されることはなく、多角形の柱状や円錐形状や円錐台形状等であってもよい。

図４では、リード板５が電池ホルダの端面２８の案内部２４に配置され、凸部２５が、リード板５の孔５１を貫通した状態において、凸部２５の先端部をプレス加工する構成が示されている。この凸部２５の先端部をプレス加工する治具は、凸部２５の先端部を押圧し塑性変形させるプレス棒８を備えている。治具のプレス棒８の端面が、凸部２５の先端部を押圧し、塑性変形させ、図６で示すように、凸部２５の先端部の端面から水平方向に突出した係止部２６が形成され、案内部２４と凸部２５に設けられた係止部２６との間にリード板５が配置される構成となる。したがって、係止部２６は、プレス棒８の端面が押圧される前の凸部２５の先端部よりも断面積が大きく形成され、かつ、凸部２５からリード板５の孔５１が抜け落ちることがないアンダーカットの形状となっている。この凸部２５の先端部が、プレス加工によって、凸部２５からリード板５の孔５１が抜け落ちることがないアンダーカットの形状となることで、電池ホルダの端面２８の案内部２４にリード板５を仮固定することができる。

図５では、リード板５が電池ホルダの端面２８の案内部２４に配置され、凸部２５が、リード板５の孔５１を貫通した状態において、凸部２５の先端部を熱溶着加工する構成が示されている。図５に示す熱溶着加工は、金属棒９による熱溶着加工方法を使用している。図５に示すように、この凸部２５の先端部に金属棒９を当接させて、凸部２５の先端部を溶融させて凸部２５の先端部の端面から水平方向に突出した係止部２６が形成される。よって、案内部２４の外面と凸部２５の先端に設けられた係止部２６との間にリード板５が配置される構成となる。したがって、係止部２６は、熱加工される前の凸部２５の先端部の端面から水平方向に突出した溶融樹脂からなり、凸部２５からリード板５の孔５１が抜け落ちることがないアンダーカットの形状となっている。この凸部２５の先端部が、熱溶着加工によって係止部２６が形成され、凸部２５からリード板５の孔５１が抜け落ちる
ことがないアンダーカットの形状となることで、電池ホルダの端面２８の案内部２４にリード板５を仮固定することができる。本実施例では、金属棒９による、熱溶着加工の方法が用いられているが、この加工方法に限定されず、超音波溶着やレーザー溶接加工等の方法を用いてもよい。

図６では、プレス加工後又は熱溶着加工後の凸部２５を示したものである。プレス加工と熱溶着加工との加工方法の相違によって、形成される係止部２６の表面や断面における形状が異なるが、図６では、概略の形状としての係止部２６を図示している。プレス加工後又は熱溶着加工後によって形成された係止部２６と案内部２４に配置されたリード板５とは、間隙２７を備えている。実施例では、間隙２７の寸法は、およそ０．５ｍｍである。この間隙２７を備えることによって、電池１の延在方向における寸法公差を吸収することができる。例えば、電池１の延在方向における寸法が規定値よりも０．４ｍｍ程度大きい場合、間隙２７の寸法である０．５ｍｍの範囲内において、リード板５が係止部２６の側に移動することができるため、電池１の延在方向の寸法公差を吸収することができる。なお、電池ホルダ２の保持筒２２の延在方向の寸法は、電池１の延在方向における寸法公差の最大値に合わせて設定している。

また、図６に示すように、リード板５が電池ホルダの端面２８の案内部２４に配置され、電池ホルダの端面２８に設けられた凸部２５が、リード板５の孔５１を貫通して配置され、凸部２５の先端部がプレス加工や熱溶着加工によって、係止部２６が形成されリード板５が電池ホルダ２に仮固定される。この構成によって電池ホルダの端面２８の案内部２４にリード板５が確実に仮固定されるため、リード板５の脱落を防止することができる。また、リード板５は、凸部２５の先端部がプレス加工や熱溶着加工によって、係止部２６が形成される際に負荷が係らないため、リード板５の変形を防止することができる。このようにして、電池ホルダの端面２８の案内部２４にリード板５が仮固定された後、電池１の電極端子１１とリード板５とがスポット溶接によって接続され、電池コアパック７が形成される。

＜電池パック３の製造方法＞
以下、電池パック３の製造方法における主要な工程について記載する。

（ａ）はじめに、一対の電池ホルダユニット２１の内、一方の電池ホルダユニット２１の保持筒２２に電池１の正負極の向きを予め規定された向きに合わせて配置した後、他方の電池ホルダ２ユニット２１を一方の電池ホルダユニット２１に嵌合させる電池収納工程を備えている。この工程によって、電池１を電池ホルダ２の保持筒２２に収納する。

（ｂ）次に、（ａ）の工程の電池１を電池ホルダ２に収納した後、電池ホルダの端面にリード板を案内する案内部が設けられ、案内部には、保持筒と連通する開口部が形成されており、さらに、案内部には、外側に突出した凸部が設けられて、リード板には、凸部が貫通する孔が設けられており、電池の電極端子が、開口部より露出した状態でリード板が配置されると同時に孔に凸部が貫通した状態となるリード板配置工程を備えている。

（ｃ）さらに、リード板配置工程の後に、凸部の先端がプレス加工によって、塑性変形し係止部が形成され又は凸部の先端が熱加工によって、溶融し係止部が形成され、案内部と凸部に設けられた係止部との間にリード板が配置される仮固定がなされる仮固定工程を備えている。

（ｄ）次に、仮固定工程の後に、電池ホルダの端面２８に設けられた案内部２４にリード板５が仮固定された状態で、一方の電池ホルダの端面２８が底面となるように作業台に配置し、他方の電池ホルダの端面２８側の電池１の電極端子１１とリード板５とをスポッ
ト溶接によって接続させ、その後、他方の電池ホルダの端面２８が底面となるように作業台に配置し、一方の電池ホルダの端面２８側の電池１の電極端子１１とリード板５とをスポット溶接によって接続させるリード板接続工程を備えている。

（ｅ）さらに、リード板接続工程の後に、リード板５が接続された電池ホルダ２の上面に回路基板６を配置し、回路基板６とリード板５とを接続した電池コアパック７を作成し、電池コアパック７を外装ケース４に収納する組立工程とを備えている。以上の主な工程によって、実施例の電池パック３が製造される。

１…電池
１１…電極端子
２、１０２、２０２…電池ホルダ
２１…電池ホルダユニット
２２…保持筒
２３…開口部
２４…案内部
２５…凸部
２６…係止部
２７…間隙
２８…電池ホルダの端面
３…電池パック
４…外装ケース ４Ａ…第１ケース
４Ｂ…第２ケース
５、１０５、２０５…リード板
５１…孔
６…回路基板
７…電池コアパック
８…プレス棒
９…金属棒
１０１…弾性リブ
２０１…端部係止部
２０３…中間係止部

Claims (4)

1. 電池と、
   前記電池を収納する保持筒を備えた電池ホルダと、
   前記電池の電極端子に接続されるリード板とを備える電池パックにおいて、
   電池ホルダの端面には、前記リード板を案内する案内部が設けられており、前記案内部には、前記保持筒と連通する開口部が形成され、前記電池の前記電極端子が、前記開口部より露出した状態で前記リード板に接続されており、
   さらに、前記案内部には、外側に突出した凸部が設けられており、前記リード板には、前記凸部が貫通する孔が設けられており、前記孔に前記凸部が貫通した状態で、前記凸部の先端がプレス加工によって、塑性変形し係止部が形成され又は前記凸部の先端が熱加工によって、溶融し係止部が形成され、
   前記案内部と前記凸部に設けられた前記係止部との間に前記リード板が配置されていることを特徴とする電池パック。
2. 前記電池ホルダは、樹脂製の材料から形成されていることを特徴とする請求項１に記載の電池パック。
3. 前記係止部と前記リード板とは間隙を設けて配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の電池パック
4. 電池を電池ホルダの保持筒に収納する電池収納工程と、
   前記電池収納工程の後に、前記電池ホルダの端面にリード板を案内する案内部が設けられ、前記案内部には、保持筒と連通する開口部が形成されており、さらに、前記案内部には、外側に突出した凸部が設けられて、前記リード板には、前記凸部が貫通する前記孔が設けられており、前記電池の電極端子が、前記開口部より露出した状態で前記リード板が配置されると同時に前記孔に前記凸部が貫通した状態となるリード板配置工程と、
   前記リード板配置工程の後に、前記凸部の先端がプレス加工によって、塑性変形し係止部が形成され又は前記凸部の先端が熱加工によって、溶融し係止部が形成され、前記案内部と前記凸部に設けられた前記係止部との間に前記リード板が配置される仮固定がなされる仮固定工程と、
   前記仮固定工程の後に、前記電池の電極端子と前記リード板とを接続するリード板接続工程とを備える電池パックの製造方法。