JP2020095778A - 電池パック - Google Patents

Abstract

【課題】細いヒューズリンク３Ｃが振動や衝撃での破断を防止して電池パックの耐衝撃性を向上する。【解決手段】電池ホルダ２で定位置に配置してなる複数の電池１を電気接続している金属板のバスバー３が、電池１の電極端子に接続してなる固定端子３Ａと、固定端子３Ａを接続しているベース部３Ｂと、固定端子３Ａとベース部３Ｂとの間に連結しているヒューズリンク３Ｃを有し、バスバー３のベース部３Ｂは、ヒューズリンク３Ｃの付け根部を連結しているヒューズリンク連結部３Ｂａに第１の嵌合部３Ｉを設けて、この第１の嵌合部３Ｉに連結される第２の嵌合部２Ｃを電池ホルダ２に設けており、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を電池ホルダ２に相対運動しないように連結している。【選択図】図３

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。

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。

特開２０１５−１４１８０１号公報 特開２０１６−０６６４５５号公報

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。

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。

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。

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。

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。

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。

本発明の一実施例にかかる電池パックの概略分解斜視図である。 図１に示す電池パックの電池ホルダの垂直横断面図である。 図１に示す電池ホルダのバスバーを固定した状態を示す正面図である。 図１に示す電池ホルダのバスバーを固定した状態を示す背面図である。 図１の示す電池パックのバスバーの正面図である。 図５に示すバスバーの一部拡大断面図である。 図５に示すバスバーの一部拡大断面図である。 図１に示す電池パックの電池ホルダの一部拡大断面図である。 図１に示す電池パックの電池ホルダの中央部の拡大断面図である。 図１に示す電池パックのホルダーユニットの正面図である。 図１に示す電池パックの電池の接続状態を示す概略回路図である。

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。

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。

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。

（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。

（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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

（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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

（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。

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。

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。

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

Claims (8)

1. 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、前記電池の電極端子に固定してなる金属板のバスバーとを備え、
   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。
2. 請求項１に記載される電池パックであって、
   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。
3. 請求項１または２に記載される電池パックであって、
   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。
4. 請求項３に記載される電池パックであって、
   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。
5. 請求項１ないし４のいずれかに記載される電池パックであって、
   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。
6. 請求項１ないし５のいずれかに記載される電池パックであって、
   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。
7. 請求項１ないし６のいずれかに記載される電池パックであって、
   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。
8. 請求項７に記載される電池パックであって、
   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。

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