專利名稱：電池組及電動(dòng)工具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及把多個(gè)單元電池裝入容器內(nèi)的電池組(battery pack)。具體而言，涉及可抑制多個(gè)單元電池溫度升高及溫度離散、可穩(wěn)定充電并可確實(shí)取得該電池特性的電池組。
近來(lái)，鎳氫二次電池用作電動(dòng)汽車(chē)和電動(dòng)助動(dòng)車(chē)及電動(dòng)工具的驅(qū)動(dòng)電源。這種電池通常是把多個(gè)單元電池作串聯(lián)或并聯(lián)連接的電池群裝入例如聚碳酸酯或ABS樹(shù)脂構(gòu)成的容器中，作為電池組提供。
以往電池組為使得整體形狀小型化，把多個(gè)單元電池以最緊密的狀態(tài)裝入容器中，以提高其容積率。在單元電池為圓柱形狀時(shí)，例如如

圖19所示，將12個(gè)單元電池1的圓周面相互接觸，層疊成3排配置并裝入矩形容器2中，使其裝入容積為最小。
在這種以往構(gòu)造的電池組中，沿容器2壁面配置的單元電池1與配置在其中間部分的單元電池1之間易產(chǎn)生溫度差。即，沿容器2壁面配置的單元電池1的熱量經(jīng)容器2的壁面易于散發(fā)，而配置在中間部分的單元電池1的熱量易于蓄熱于內(nèi)部。這種電池溫度的離散是各單元電池1電池特性(特別是電池容量)產(chǎn)生離散的主要原因。一旦在多個(gè)單元電池1的電池特性離散的狀態(tài)下使用電池組，則從電池容量小的單元電池1開(kāi)始依次耗盡其容量。在容量耗盡的單元電池1中會(huì)產(chǎn)生例如極性反轉(zhuǎn)或因電解液耗費(fèi)而產(chǎn)生內(nèi)阻增加等問(wèn)題。又，電解液耗費(fèi)就是造成伴隨單元電池1內(nèi)部壓力上升而從安全閥排出氣體的原因。其結(jié)果使電池特性降低或產(chǎn)生不能再充電等不良情況。從而電池組的性能顯著降低，其壽命惡化。
在單元電池為鎳氫二次電池時(shí)，其充電時(shí)產(chǎn)生大量熱量。尤其以大電流短時(shí)間對(duì)單元電池1進(jìn)行充電時(shí)，發(fā)熱更為顯著。而鎳氫二次電池一旦電池溫度升高，其充電效率便降低，從而電池容量下降。而且隨著電池溫度升高，構(gòu)成其負(fù)極的貯氫合金易被電解液腐蝕，該貯氫合金吸收、釋放氫的能力下降。從而對(duì)裝入容器2中的單元電池(鎳氫二次電池)1來(lái)說(shuō)，防止溫度升高特別是在充電時(shí)的溫度升高就非常重要。
用作電動(dòng)工具驅(qū)動(dòng)電源的電池組，因一般電動(dòng)工具本身使用條件惡劣，故相對(duì)于尤其掉落等外部沖擊等，要求具有堅(jiān)固的構(gòu)造。
本發(fā)明的目的在于提供可防止裝入容器中的電池組中的多個(gè)單元電池溫度升高、抑制各單元電池的溫度差異并充分發(fā)揮其電池性能的電池組。
尤其，本發(fā)明的目的在于提供一種可有效抑制充電時(shí)電池溫度上升從而可安全充電的電池組。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種可有效地使電池組冷卻的電動(dòng)工具。
本發(fā)明是把多個(gè)單元電池排列裝入容器中的電池組，特別是提供一種這樣的電池組，其特征在于，所述容器包括把環(huán)狀設(shè)置的成對(duì)內(nèi)壁部和外壁部所包圍的空間作為電池裝入部、把所述內(nèi)壁部所圍空間作為上下開(kāi)放的空洞部的有底的槽狀體，及封閉該槽狀體的上述電池裝入部上部開(kāi)口部的蓋體。其特點(diǎn)是多個(gè)單元電池產(chǎn)生的熱量不僅可經(jīng)上述槽狀體的外壁部散熱，而且可從其內(nèi)壁部經(jīng)空洞部散熱，從而可抑制各單元電池溫度升高且可抑制各電池溫度離散。
最好，形成的構(gòu)造使多個(gè)圓柱形的單元電池其圓周面互相接觸橫排成一排環(huán)狀裝入上述電池裝入部中，從而各單元電池經(jīng)槽狀體的外壁部和內(nèi)壁部散熱。在把鎳氫二次電池用作上述單元電池時(shí)，也可有效地抑制充電時(shí)發(fā)出的熱量。
又，本發(fā)明提供一種電池組，其構(gòu)造是，在并排裝入上述槽狀體的電池裝入部的多個(gè)單元電池的上部，設(shè)置引出該多個(gè)單元電池構(gòu)成的電池群的電極引線的端子座；在與所述蓋體的所述電極引線相對(duì)的部位，設(shè)置開(kāi)口部，使該電極引線可露出從而與外部連接。
最好，所述端子座的電極引線配置在面向所述空洞部的部位。且沿面向所述蓋體空洞部的內(nèi)周部設(shè)置開(kāi)口部，使所述電極引線可露出與外部連接。
尤其，所述端子座具有與電池群的電極引線連接的一對(duì)正負(fù)電極引線端子及該電極群的一個(gè)或多個(gè)輔助端子。
所述輔助端子在電池群充電時(shí)使用，具體而言，它包含經(jīng)能敏感電池溫度、切斷電池組充電電路的溫度保護(hù)元件與上述電池群串聯(lián)的充電端子；連接檢測(cè)電池溫度的感溫元件的溫度檢測(cè)用端子；連接具有與電池規(guī)格相應(yīng)阻值的電阻的電池類別識(shí)別用端子。
又，所述溫度保護(hù)元件沿環(huán)狀裝入上述槽狀體電池裝入部的多個(gè)單元電池排列方向，分別在多處設(shè)置，將這些溫度保護(hù)元件串聯(lián)安裝在所述電池群與所述充電用端子間。
上述槽狀體的內(nèi)壁，設(shè)置成從其底部向上端開(kāi)口部向外側(cè)傾斜，使由所述內(nèi)壁部包圍而形成的空洞部的上端側(cè)開(kāi)口截面積逐漸變窄。由于開(kāi)口截面積收縮，使流過(guò)空洞部的氣流在上端側(cè)加速，從而提高冷卻效率。這時(shí)，只要使上述內(nèi)壁部相對(duì)于垂直方向傾斜0.5°～5°即可。另外，所述槽狀體的內(nèi)壁部和外壁部的高度只要與所述圓筒狀的單元電池高度相當(dāng)即可。
上述構(gòu)造的電池組可整體安裝在例如電動(dòng)工具把持部的下部，用作其驅(qū)動(dòng)電源。希望利用電動(dòng)工具內(nèi)置的電機(jī)旋轉(zhuǎn)，使空氣在所述電池組的空洞部流通，從而提高電池群的冷卻效率。
根據(jù)本發(fā)明提供一種電池組，所述電池組結(jié)構(gòu)上可穩(wěn)定裝入多個(gè)單元電池，同時(shí)能抑制各單元電池溫度上升及溫度離散，可充分發(fā)揮其電池性能。還可提供邊監(jiān)測(cè)單元電池充電狀態(tài)(尤其是電池溫度)邊非常安全地控制其充電的電池組。
本發(fā)明可提供能穩(wěn)定保持多個(gè)單元電池、對(duì)外部沖擊等具有足夠強(qiáng)度的構(gòu)造的電池組及使用方便的電動(dòng)工具。
圖1是表示本發(fā)明電池組基本構(gòu)成的部分剖視的立體分解圖。
圖2是示于圖1的電池組中將多個(gè)單元電池裝入槽狀體的裝入狀態(tài)的俯視圖。
圖3是本發(fā)明電池組的另一構(gòu)成例子，表示裝入槽狀體內(nèi)的單元電池裝入狀態(tài)的俯視圖。
圖4是本發(fā)明電池組的另一構(gòu)成例子，表示裝入槽狀體內(nèi)的單元電池裝入狀態(tài)的俯視圖。
圖5是本發(fā)明電池組的另一構(gòu)成例子，表示裝入槽狀體內(nèi)的單元電池裝入狀態(tài)的俯視圖。
圖6是表示本發(fā)明電池組又一構(gòu)成例子的分解立體圖。
圖7是表示本發(fā)明電池組又一構(gòu)成例子的分解立體圖。
圖8是表示本發(fā)明電池組又一構(gòu)成例子的分解立體圖。
圖9是表示本發(fā)明第1實(shí)施形態(tài)的電池組大致構(gòu)成的分解立體圖。
圖10是示于圖9的電池組的俯視圖。
圖11是示于圖9的電池組的側(cè)視圖。
圖12是示于圖9的電池組沿A-A線的剖面圖。
圖13是示于圖9的電池組沿B-B線的剖面圖。
圖14是示于圖9的電池組的電氣連接構(gòu)成圖。
圖15是表示本發(fā)明第2實(shí)施形態(tài)的電池組大致構(gòu)成的分解立體圖。
圖16是表示本發(fā)明第3實(shí)施形態(tài)的電池組大致構(gòu)成的分解立體圖。
圖17是本發(fā)明電池組的另一構(gòu)成例。
圖18是本發(fā)明電池組的又一構(gòu)成例。
圖19是表示以往電池組中將多個(gè)單元電池裝入容器中的裝入狀態(tài)的俯視圖。
首先，參照?qǐng)D1和圖2，對(duì)本發(fā)明電池組的基本構(gòu)成加以說(shuō)明。
圖1是表示本發(fā)明電池組構(gòu)造的部分剖視的分解立體圖。圖2是表示多個(gè)單元電池1裝入容器2中的裝入狀態(tài)的俯視圖。容器2由形成大致矩形框狀的有底槽狀體構(gòu)成，包括相對(duì)設(shè)置的一對(duì)內(nèi)壁部21和外壁部22及與該內(nèi)壁部21和外壁部22的下端部間連接的底部23。該容器2的內(nèi)壁部21與外壁部22的高度與圓柱形單元電池1的高度(軸向長(zhǎng)度)大致相等或略高。容器2底部23的寬度與上述單元電池1的外徑大致相等。該有底的槽狀空間形成電池裝入空間，將多個(gè)(例如12個(gè))單元電池1的圓周側(cè)面相互接觸形成環(huán)形排成1排裝入該裝入空間內(nèi)。由槽狀體(容器2)的內(nèi)壁部21圍成的中央空間形成上下開(kāi)放的空洞部6。
多個(gè)單元電池1加上預(yù)定的電極引線裝入槽狀體(容器2)中。這時(shí)，裝入容器2中的各單元電池1的周?chē)鷤?cè)面與內(nèi)壁部21或外壁部22之一接觸，最好與兩者均接觸。具體而言，如圖2所示，分別裝在矩形框狀容器(槽狀體)2的四角位置的單元電池1分別接觸2個(gè)相鄰的外壁部22(2點(diǎn)接觸)。而裝在四角的單元電池1之間位置的其余單元電池1分別接觸內(nèi)壁部21與外壁部22(2點(diǎn)接觸)。
裝入多個(gè)單元電池1的容器2的上端開(kāi)口部(電池裝入空間上部)用與該上端開(kāi)口部形狀大致相同的蓋體4封閉。單元電池1密閉于容器2與蓋體4之間，從而實(shí)現(xiàn)密封構(gòu)造的電池組。電池組的電極引線例如經(jīng)蓋體4引出至其外部。
這種把多個(gè)單元電池1排成1排裝入形成框狀槽狀體的容器2中而構(gòu)成的電池組，在其使用過(guò)程中(充電、放電)，各單元電池1也會(huì)發(fā)熱，但因各單元電池1分別與內(nèi)壁部21與外壁部22兩點(diǎn)接觸，因而各單元電池1的熱量可分別經(jīng)內(nèi)壁部21及外壁部22而順利散發(fā)。結(jié)果各單元電池1的散熱進(jìn)程大致相同，從而抑制了這些電池的溫度離散。而且對(duì)各單元電池1的散熱是經(jīng)內(nèi)壁部21及外壁部22進(jìn)行的，故散熱效率高，可有效地抑制電池溫度上升。從而根據(jù)本發(fā)明構(gòu)成的電池組，可使各單元電池1的充電效率大致相同，其電池容量也大致相同，從而可提高作為電池組的使用壽命特性。
又，根據(jù)本發(fā)明，實(shí)現(xiàn)了密封構(gòu)造的電池組，從而具有防塵效果，在把電池組用作電動(dòng)工具的驅(qū)動(dòng)電源時(shí)，還可防止作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)產(chǎn)生的金屬粉屑等侵入電池組內(nèi)，從而能可靠防止單元電池1間的短路故障。再者，利用電池組的空洞部6還可組裝其它構(gòu)成部件。
在電池組中，因充電時(shí)單元電池1的發(fā)熱量大，最好在其充電時(shí)，在空洞部6中強(qiáng)制流過(guò)空氣來(lái)風(fēng)冷內(nèi)壁部21。這時(shí)，最好用熱傳導(dǎo)率高的金屬材料構(gòu)成內(nèi)壁部21。即使在用樹(shù)脂材料形成內(nèi)壁部21時(shí)，若在其表面涂敷熱傳導(dǎo)性良好的涂料等，也可進(jìn)一步提高其散熱效果。
另外，上述例子中容器2的外觀形狀是形成大致四棱柱形狀的，但也可把多個(gè)單元電池1裝入圓環(huán)狀容器2中構(gòu)成電池組，如圖3所示。在這種場(chǎng)合也是把容器2的內(nèi)壁部21與外壁部22圍成的槽狀空間作為圓環(huán)狀電池裝入部，把內(nèi)壁部21所圍中央空間作為空洞部6。將多個(gè)單元電池1與內(nèi)壁部21與外壁部22接觸并排成一排裝入容器2中。在容器2制成橢圓形狀時(shí)，也可同樣地構(gòu)成。
也可如圖4所示，沿圓環(huán)狀容器2的內(nèi)壁部21配置1排多個(gè)單元電池1，在其外側(cè)，沿容器2的外壁部22再配置成1排的多個(gè)單元電池。即也可構(gòu)成包括2層的配置成圓環(huán)狀的多個(gè)單元電池1，使單元電池1必然與容器2的內(nèi)壁部21或外壁部22中之一接觸。
考慮到內(nèi)壁部21與外壁部22比較，其與外部空間接觸的面積小，還可例如如圖5所示，把內(nèi)壁部21的壁面形狀做成波紋形狀，以與環(huán)狀配置的多個(gè)單元電池1的周?chē)鷤?cè)面廣泛接觸，從而可提高其散熱效果。這時(shí)，若適當(dāng)?shù)卦O(shè)計(jì)內(nèi)壁部21與單元電池1周?chē)鷤?cè)面的接觸面積，則可任意調(diào)節(jié)其散熱效果。對(duì)于外壁部22也可如內(nèi)壁部21那樣設(shè)法改變其壁面形狀，則也能調(diào)節(jié)其接觸面。
在上述例子中，容器(槽狀體)2的高度與單元電池1的高度大致相同，但也可如圖6所示，使其高度為單元電池1高度的大致二分之一，再用與該容器2同一形狀的蓋體(槽狀體)4構(gòu)成電池組。這時(shí)，只要將多個(gè)單元電池1裝入一個(gè)槽狀體(容器2)后，將2個(gè)槽狀體(容器2與蓋體4)相互對(duì)準(zhǔn)連接蓋住這些單元電池1，即可構(gòu)成電池組。
在有必要把底板7安裝在電池組底面上時(shí)，可以在底板7的中央部形成與空洞部6相同形狀的開(kāi)口部(未圖示)，也可如圖7所示，沿容器2的內(nèi)壁部21的內(nèi)側(cè)形成多個(gè)孔7a。再者，不言而喻，也可如圖8所示，把多個(gè)電池組多層重疊(圖8中為2層)構(gòu)成一個(gè)電池組。
本申請(qǐng)的發(fā)明者為確認(rèn)上述構(gòu)造的電池組的效果，采用12個(gè)其外徑尺寸為直徑為17mm、高度43mm、4/5A大小的鎳氫二次電池(標(biāo)稱容量1700mAh)作為單元電池1，試制示于圖5的圓環(huán)狀電池組A。對(duì)于構(gòu)成該電池組A的圓環(huán)狀容器(槽狀體)2，采用聚碳酸酯樹(shù)脂，其外徑、空洞部6的直徑分別制成88mm與42mm，外壁部22與內(nèi)壁部21的厚度均為3mm。多個(gè)單元電池1配置成1排與內(nèi)壁部21接觸。
為比較，采用12個(gè)相同單元電池1，試制示于圖19的以往構(gòu)造的電池組B。對(duì)該電池組B的容器，采用聚碳酸酯樹(shù)脂，制成壁部厚度為3mm、縱長(zhǎng)為52.4mm、橫寬為82.5mm的箱形形狀。
對(duì)這兩種電池組A、B，在初始溫度(環(huán)境溫度)為27℃的環(huán)境下，以4.5A的恒流快速充電20分鐘，然后，以0.8A的恒流補(bǔ)充充電15分鐘。測(cè)定完成快速充電及補(bǔ)充充電時(shí)的各單元電池1的電池溫度。按上述操作，電池組A完成快速充電時(shí)各單元電池1的溫度與初始溫度比較上升約16℃，大致穩(wěn)定在44℃左右。完成補(bǔ)充充電時(shí)各單元電池1的溫度大致固定在46℃左右。
與此不同的是，以往構(gòu)成的電池組B完成快速充電時(shí)各單元電池1的溫度，相對(duì)于初始溫度升高16～22℃，在43℃～49℃范圍內(nèi)，出現(xiàn)差異。完成補(bǔ)充充電時(shí)的各單元電池1的溫度在48℃～52℃范圍內(nèi)，也出現(xiàn)差異。
另一方面，對(duì)如上所述充電的電池組A、B，各間隔30秒停止期，進(jìn)行30秒鐘10A連續(xù)脈沖的快速放電，在完成該快速放電時(shí)刻測(cè)定各單元電池1的電池溫度。按上述操作，電池組A完成快速放電時(shí)各單元電池1的溫度大致穩(wěn)定在48℃左右，與此不同的是，電池組B完成快速放電時(shí)各單元電池1的溫度具有較大差異(45℃～51℃)。
再進(jìn)一步，對(duì)電池組A、B，以1.7A恒流充電，在-ΔV控制下檢測(cè)充電完成，其后，以12A的電流使之強(qiáng)制放電直到終止電壓為9.6V(平均每個(gè)單元電池為0.8V)，以上述動(dòng)作為1個(gè)循環(huán)進(jìn)行循環(huán)壽命試驗(yàn)，以此研究電池壽命特性。-ΔV控制是把電池組A、B的充電電壓達(dá)到峰值后，從該峰值電壓下降120mV(平均每個(gè)單元電池10mV)的檢測(cè)時(shí)刻作為充電完成。根據(jù)上述循環(huán)壽命試驗(yàn)，電池組A的電池特性可保證至500次循環(huán)，而電池組B的電池特性僅為350次循環(huán)，與電池組A相比該特性惡化。
由上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以確認(rèn)，本發(fā)明構(gòu)造的電池組，單元電池1的溫度相對(duì)于初始溫度的上升較少且有效抑制電池溫度離散。而且可以確認(rèn)，根據(jù)該電池組，可提高多個(gè)單元電池1的充電效率，多個(gè)單元電池1不存在溫度離散，可確實(shí)獲得各單元電池1的特性(電池性能)，且可延長(zhǎng)使用壽命。
下面，對(duì)涉及本發(fā)明的電池組的具體實(shí)施形態(tài)，以12個(gè)圓柱形鎳氫二次電池(單元電池1)串聯(lián)連接裝入容器2的電池組為例，加以說(shuō)明。
圖9是本實(shí)施形態(tài)所涉及電池組的整體構(gòu)造的分解立體圖，1是作為單元電池的12個(gè)圓柱形鎳氫二次電池，2是并排裝入這些鎳氫二次電池(單元電池)1的容器。3是設(shè)置在鎳氫電池1上部的端子座，4是覆蓋端子座3、封閉上述容器2上部開(kāi)口部的蓋體。
圖10是表示示于圖9的電池組上部構(gòu)造的俯視圖，圖11是表示其側(cè)面構(gòu)造的側(cè)視圖。圖12是圖10沿箭頭A-A向的剖面構(gòu)成圖，圖13表示圖10沿B-B向的剖面構(gòu)造。
容器2例如通過(guò)注射模塑成形聚碳酸酯或ABS樹(shù)脂而構(gòu)成。該容器2包含用彎曲部連接-對(duì)平行部及其兩端間、圍成所謂長(zhǎng)圓形狀的內(nèi)壁部21和外壁部22。內(nèi)壁部21與外壁部22用底部23連接形成有底的槽狀體，其中形成回廓形狀的電池裝入空間，形成回廓形狀的電池裝入部的槽狀體的內(nèi)側(cè)，即由內(nèi)壁部21圍成的容器1的中央部，從其上部貫通至底部，形成空洞部6。
形成上述電池裝入空間的內(nèi)壁部21和外壁部22的高度(形成電池裝入空間的槽的深度)設(shè)置成比圓柱形單元電池的高度(長(zhǎng)度)略高，底部23的寬度比圓柱形單元電池1的直徑略寬。上述內(nèi)壁部21和外壁部22設(shè)置成使其上端部分別向其外側(cè)傾斜約0.5°～5°，從而可使其注射模塑成形(鑄模成形)時(shí)易于取模。同時(shí)，由于內(nèi)壁部21傾斜，由該內(nèi)壁部21包圍而形成的空洞部6的開(kāi)口截面設(shè)定成向其上端側(cè)逐漸變窄。圓柱形單元電池1例如是4/5A大小，其外徑尺寸為直徑為17mm，高度為43mm。
該容器2在槽狀電池裝入空間中，將12個(gè)單元電池1的周?chē)砻嫦嗷ソ佑|并排成環(huán)狀一排裝入。具體而言，在縱向一排配置5個(gè)單元電池1，在這兩排單元電池端部間，向其外側(cè)稍微偏心各配置1個(gè)單元電池1，由此，共計(jì)配置12個(gè)單元電池1形成長(zhǎng)圓形的環(huán)形。
在外壁部22構(gòu)成的縱向壁面的部位，設(shè)置用于嵌入后述的檔塊5的缺口24。在槽狀電池裝入空間的內(nèi)側(cè)，沿外壁部22豎立設(shè)置四個(gè)用于固定螺絲的支柱25，是利用圓周面相互接觸而裝入的圓柱形單元電池1的側(cè)部形成的空間設(shè)置這些固定螺絲用的支柱25。又，設(shè)置的支柱不妨礙單元電池1的裝入。這些支柱25規(guī)定了單元電池1的裝入位置，還起防止其晃動(dòng)的作用。
在內(nèi)壁部21的上端部從槽狀電池裝入空間外側(cè)設(shè)置凸緣26，換言之，凸緣26設(shè)置成向形成于容器2中央部的空洞部側(cè)突出。該凸緣26承擔(dān)在其上部支持端子座3的作用，同時(shí)如后所述，與蓋體4的中央部嵌合，承擔(dān)從下方支持蓋體4中央部的作用。
另一方面，裝入上述容器2的槽狀電池裝入空間的多個(gè)單元電池1，沿該裝入空間，如上所述形成環(huán)形配置成一排。這些單元電池1由未圖示的導(dǎo)線串聯(lián)。環(huán)狀配置的一排單元電池的上端部由例如絕緣材料構(gòu)成的罩體11覆蓋，以穩(wěn)定地保持該排列形狀。
設(shè)置在一排單元電池上部的端子座3由絕緣材料構(gòu)成，具有大致為U字形的塊狀形狀。沿配置成環(huán)狀的一排單元電池的縱向，端子座3在兩側(cè)邊緣部分，設(shè)置一對(duì)正負(fù)電極引線端子31、32，在沿連接這兩側(cè)邊緣部分的橫向的彎曲邊緣部分設(shè)置3個(gè)輔助端子33、34、35。在上述一對(duì)正負(fù)電極引線端子31、32上各自連接串聯(lián)的多個(gè)單元電池1組成的電池組的電極引線。3個(gè)輔助端子33、34、35在單元電池1充電時(shí)使用，這些輔助端子33、34、35，通過(guò)裝在端子座3內(nèi)側(cè)的電阻或設(shè)置在環(huán)狀排列的單元電池1周?chē)砻嫔系臒崦綦娮杌驘釀?dòng)開(kāi)關(guān)與電池組的電池引線相連。這些輔助端子33、34、35的功能，在后面參照?qǐng)D14加以說(shuō)明。
另外，設(shè)置封閉容器2上部開(kāi)口部的蓋體4用于覆蓋裝入容器2的一排單元電池及設(shè)置在其上部的端子座3。該蓋體4具有與容器2的內(nèi)壁部21和外壁部22的上端部嵌合的大致平板狀的主體部41，及該主體部41的與端子座3的相對(duì)部位部分隆起、在其內(nèi)側(cè)形成該端子座3安放空間的突出部42。在該突出部42的側(cè)壁上設(shè)置5個(gè)矩形開(kāi)口部43(43a、43b～43e)使上述電極引線端子31、32及3個(gè)輔助端子33、34、35可分別露出以與外部連接。在主體部41的中央部設(shè)置位于突出部42側(cè)面的、與容器2的空洞部連通的開(kāi)口44。進(jìn)而在主體部41的縱向邊緣部設(shè)置下延壁45。該下延壁45與設(shè)置在容器2的外壁部22上的上述缺口24配合，形成用于嵌入檔塊5的大致方形的開(kāi)口。具體而言，下延壁45，在蓋體4覆蓋容器2的上端開(kāi)口部時(shí)，與缺口24的上部嵌合，在與該缺口24之間形成開(kāi)口。
又，用螺絲49把蓋體4固定在裝入單元電池1的容器2上。該螺絲49經(jīng)設(shè)置在主體部41的通孔47從蓋體4的上方插入，與支柱25的頂部螺紋配合。在容器2內(nèi)壁部21和壁部22的上端部及蓋體4之間，根據(jù)需要加裝密封構(gòu)件(未圖示)，由此把電池裝入空間封閉成密封狀態(tài)。
接著，對(duì)缺口24與下延壁45間形成的開(kāi)口中設(shè)置的檔塊5加以說(shuō)明。該檔塊5由大致方形的突出部構(gòu)成的按壓部51，及從該按壓部51邊緣伸出的臂部52構(gòu)成，在臂部52的前端有鉤形的彎鉤53。如圖13所示，檔塊5使所述彎鉤53從設(shè)置在蓋體4上的鉤孔46突出，從其內(nèi)側(cè)嵌入至上述開(kāi)口。檔塊5由設(shè)置在內(nèi)表面的板簧55向容器2外側(cè)靠緊加以支持。檔塊5通過(guò)手指等按壓偏向內(nèi)側(cè)，使彎鉤53埋入鉤孔46內(nèi)。
該彎鉤53與安裝電池組的電動(dòng)工具殼體70上設(shè)置的結(jié)合突起結(jié)合，實(shí)現(xiàn)把電池組裝入電動(dòng)工具。即，該電池組把其上部即蓋體4側(cè)作為安裝至電動(dòng)工具殼體70下部的安裝部。電池組，通過(guò)使彎鉤53靠緊結(jié)合突起同時(shí)靠彈性偏向內(nèi)側(cè)，從而用單次操作(咔嗒一推)即裝至電動(dòng)工具。在取出電池組時(shí)，將按壓部51按向內(nèi)側(cè)，強(qiáng)制使彎鉤53偏向內(nèi)側(cè)。這樣，解除設(shè)置在電動(dòng)工具殼體70上的結(jié)合突起與彎鉤53的結(jié)合，從而從殼體70下側(cè)取出電池組。
另一方面，設(shè)置上述裝在端子座3中的熱敏電阻、電阻和熱動(dòng)開(kāi)關(guān)應(yīng)確保電池組充電時(shí)的安全性。即如圖14所示的電池組電氣構(gòu)成，多個(gè)單元電池1串聯(lián)，其兩端一對(duì)正負(fù)電極引線分別連接電極引線端子31、32。電池組經(jīng)這些電極引線端子(+，-)31、32，連接電動(dòng)工具的電機(jī)等負(fù)荷。
裝在容器2中的熱敏電阻81是測(cè)量單元電池1表面溫度的感溫元件，安裝在輔助端子(Th)33與電極引線端子32之間，電池組充電時(shí)，監(jiān)測(cè)該熱敏電阻81的阻值，由此監(jiān)測(cè)單元電池1的溫度。該熱敏電阻81貼附在預(yù)先指定的單元電池1的周?chē)砻嫔稀?br> 安裝在輔助端子(ID)34與電極引線端子32間的電阻82具有與電池組規(guī)格對(duì)應(yīng)的阻值。通過(guò)測(cè)量電阻81的阻值，可求得例如單元電池1串聯(lián)的個(gè)數(shù)及其電流容量等作為ID信息。根據(jù)該ID信息，控制電池組充電，從而預(yù)先防止其過(guò)充電。即使電池組的外形相同，但其裝入的單元電池1的個(gè)數(shù)等其內(nèi)部構(gòu)成可能不同。電池組充電時(shí)，由上述ID信息求得電氣規(guī)規(guī)，從而進(jìn)行最佳充電。
輔助端子35在電池組充電時(shí)，用于代替上述電極引線端子32，在電極引線端子31與輔助端子35間提供充電電流，進(jìn)行充電。在該輔助端子35與單元電池1的負(fù)極側(cè)(電極引線端子32)之間串聯(lián)安裝能敏感電池溫度、在電池本身對(duì)電池組切斷充電電路的溫度保護(hù)元件(具體而言，為2個(gè)熱動(dòng)開(kāi)關(guān)83、84)。這些熱動(dòng)開(kāi)關(guān)83、84沿環(huán)狀排列的多個(gè)單元電池1的排列方向各自貼附在例如形成上述兩個(gè)圓弧狀短邊部的單元電池1的圓周面上。這些熱動(dòng)開(kāi)關(guān)83、84在環(huán)狀排列的多個(gè)單元電池1中的任一個(gè)溫度上升時(shí)動(dòng)作，具有切斷充電電路的功能。
與端子座3連接對(duì)電池組進(jìn)行充電的充電裝置3邊從該輔助端子33、34、35監(jiān)視單元電池1(電池組)的充電狀態(tài)，邊控制其充電電流和充電時(shí)間等，穩(wěn)定高效地對(duì)電池組進(jìn)行充電。上述熱動(dòng)開(kāi)關(guān)83、84盡管在該充電控制下對(duì)電池組正在進(jìn)行充電，但在該電池溫度上升時(shí)，自己切斷該充電電路，保護(hù)單元電池(電池組)。
于是根據(jù)這樣構(gòu)成的電池組，由于在形成環(huán)狀回廓形的容器2的內(nèi)壁部21與外壁部22之間裝入排成環(huán)狀一排的多個(gè)單元電池1，各單元電池1產(chǎn)生的熱量可各自經(jīng)內(nèi)壁部21與外壁部22有效散發(fā)。而且，容器2中央部的內(nèi)壁部21的外側(cè)，形成上下貫通該容器2的空洞部，從而可預(yù)料經(jīng)空洞部對(duì)單元電池1有較大的散熱效果。尤其是，空洞部29的開(kāi)口截面積設(shè)定成向上端側(cè)逐漸變小，因而從空洞部29下部引入而上升的空氣流速越向上端側(cè)越快，可以提高冷卻效率。
因多個(gè)單元電池1環(huán)狀配置成一排，與示于圖18的以往通常的單元電池排列構(gòu)造相比，各單元電池1的散熱效果可大致趨于一致。從而可有效防止多個(gè)單元電池1的溫度升高，同時(shí)，可抑制各單元電池1的溫度離散，可分別充分發(fā)揮各單元電池1所具有的電池性能，提高作為電池組的電池性能。
又，由于在環(huán)狀排列裝入容器2中的單元電池1的上部設(shè)置端子座3，引出其電極引線，因此與多個(gè)單元電池1排列成環(huán)狀相配合，可使一對(duì)電極引線長(zhǎng)度趨于一致。而且，在串聯(lián)的單元電池1的一組電池兩端部上方位置設(shè)置端子座3，可使電極引線長(zhǎng)度本身縮短。從而，具有還可能把電極引線的電阻損耗降至最低限度的效果。再者，若沿內(nèi)壁部21設(shè)置電極引線，則可有效保護(hù)電極引線免受加在容器2上的外部沖擊等，還可充分提高機(jī)械構(gòu)造的穩(wěn)定性。
若根據(jù)上述電池組，由于備有經(jīng)如上所述熱敏電阻81、電阻82及熱動(dòng)開(kāi)關(guān)83、84而連接的輔助端子33、34、35，因此，可經(jīng)這些輔助端子33、34、35識(shí)別電池組規(guī)格，并可邊監(jiān)測(cè)電池溫度邊控制其充電。從而可防止電池溫度升高，并安全地進(jìn)行其充電。再者，即使在電池溫度上升而充電控制比較慢的場(chǎng)合，因沿環(huán)狀配置的單元電池1多處設(shè)置的熱動(dòng)開(kāi)關(guān)83、84中任一個(gè)可敏感電池溫度而切斷充電電路，因而可采取雙重安全對(duì)策。
上述構(gòu)造的電池組是采取將蓋體4側(cè)安裝于電動(dòng)工具等殼體70上的結(jié)構(gòu)，容器2當(dāng)中夾著蓋體4安裝在殼體70上。從而只要不從殼體70取下電池組，就不可能對(duì)于容器2取下蓋體4。因而完全不會(huì)有在電動(dòng)工具使用時(shí)無(wú)意中取下蓋體4這種不良情況。
再有，在內(nèi)側(cè)形成裝入端子座3的空間并突出的蓋體4的突出部42，在安裝在殼體70的狀態(tài)下由該殼體70覆蓋。因而在使用狀態(tài)中電池組形成不突出的外觀形狀。這時(shí)，容器2的外表面，尤其是外壁部22的彎角部分和與底部23的交界部等分別加工成曲面，盡管存在蓋體4的突出部42，但整體形狀仍是光滑的，可提高操作使用性能。
作為突出部42，只要在其內(nèi)側(cè)裝入端子座3，電極引線端子31、32和輔助端子33、34、35露出于其側(cè)壁面與外部連接即可，因而其高度不必太高。易于把蓋體4突出部42的突出高度降低，可使整體形狀緊湊。對(duì)于外部沖擊可構(gòu)成牢固的結(jié)構(gòu)。
在安裝這種構(gòu)造電池組的電動(dòng)工具中，利用例如其電機(jī)的旋轉(zhuǎn)力驅(qū)動(dòng)內(nèi)置風(fēng)扇，使空氣經(jīng)容器空洞部在電機(jī)內(nèi)部流通，用這種構(gòu)成，可由氣流冷卻電池組本身，同時(shí)冷卻電動(dòng)機(jī)工具的電動(dòng)機(jī)。從而取得能提高冷卻效率的效果。再者，容器1本身整體上具有帶圓弧的外觀形狀，因而使用電動(dòng)工具作業(yè)時(shí)，其彎角部分等不易勾住衣服等處，使用性能優(yōu)良。而且因沒(méi)有尖角部分，即使因掉落等情況承受沖擊時(shí)，應(yīng)力也不會(huì)集中，使之成為堅(jiān)固結(jié)構(gòu)。
作為容器2，例如如圖12和13所示，形成帶有規(guī)定錐度的形狀，使其內(nèi)壁部21與外壁部22向其上端開(kāi)口部方向的正面寬度變寬，在注射模塑成形時(shí)取模容易。該錐度角度為4.5°～5°左右已足夠。由于設(shè)置錐度，即使形成與單元電池1高度相當(dāng)深度的槽狀體，也易于裝入單元電池1。而且，由支柱25等分別規(guī)定裝入槽狀體內(nèi)的單元電池1的位置，可有效抑制各單元電池1的晃動(dòng)。從而實(shí)現(xiàn)構(gòu)造簡(jiǎn)單且可穩(wěn)定維持單元電池1的裝入狀態(tài)、高強(qiáng)度的電池組。
電池組的電極也可如圖15所示，朝向空洞部6側(cè)設(shè)置。即，在由大致為U字形的塊狀體構(gòu)成的端子座3的兩側(cè)邊的內(nèi)側(cè)設(shè)置一對(duì)正負(fù)電極引線端子31、32，沿連接該兩側(cè)邊橫向的彎曲邊內(nèi)側(cè)設(shè)置3個(gè)輔助端子33、34、35。使電極引線端子31、32和3個(gè)輔助端子33、34、35可分別經(jīng)沿形成蓋體4的開(kāi)口邊緣部的內(nèi)側(cè)設(shè)置的開(kāi)孔部43(43a、43b～43e)露出至空洞部6側(cè)。
若形成電極引線端子31、32和3個(gè)輔助端子33、34、35朝向面對(duì)空洞部6的內(nèi)側(cè)配置的構(gòu)造，則即使假設(shè)外部沖擊施加于蓋體4的突出部42，也不會(huì)對(duì)上述端子31、32～35產(chǎn)生直接影響。從而可有效保護(hù)這些端子31，32～35。而且因端子31、32～35面向容器2的內(nèi)側(cè)，即使假設(shè)金屬制的工具等接觸電池組，該工具也不會(huì)直接接觸端子31、32～35。換言之，只要不故意將工具等插入空洞部6，異物(工具等)就不會(huì)接觸端子31、32～35。從而可有效保護(hù)端子31、32～35。可預(yù)先防止端子31、32～35間的意外短路事故。
容器2也可如圖16所示形成為大致矩形形狀。而且也可如圖16所示，蓋體4的上面形成為大致平面形狀，端子座3設(shè)置在一排單元電池的內(nèi)側(cè)上部。這時(shí)，希望構(gòu)成為，在內(nèi)壁部21的上端部，在朝向空調(diào)部6側(cè)伸出設(shè)置的凸緣26上形成階梯部26a，在該階梯部26a上，從其上面把端子座3支持于最里面的位置。
在內(nèi)壁部21與外壁部22形成的槽狀電池裝入空間中裝入多個(gè)單元電池1，配置成環(huán)狀的電池組，再將多個(gè)所述電池組并排裝入1個(gè)容器中，可構(gòu)成更大規(guī)模(大容量)的電池組。這時(shí)，例如如圖17所示，相對(duì)于形成容器2的外壁的外壁部22，設(shè)置隔離其內(nèi)部空間的隔板27，在由該隔板27劃分的空間中，分別設(shè)置與外壁部22和隔板27相應(yīng)的內(nèi)壁部21。
把外壁部22、隔板27與內(nèi)壁部21所夾環(huán)狀空間作為槽狀電池裝入空間，而內(nèi)壁部21所圍中央空間作為上下開(kāi)口的空洞部6a、6a，即，在容器1中并排形成2個(gè)環(huán)形的槽狀電池裝入空間。
分別把10個(gè)單元電池1使其周?chē)鷤?cè)面相互接觸排成環(huán)狀一排裝入各電池裝入空間中。這時(shí)，最好使多個(gè)單元電池1接觸內(nèi)壁部21、外壁部22或隔壁27，外壁部22的四角，最好其曲率與單元電池1的曲率大致相同以提高其接觸面積。又，如圖18所示，對(duì)于內(nèi)壁部21，也希望其內(nèi)壁面為波紋形狀，使與單元電池1外側(cè)面的接觸面變寬。對(duì)隔板27，最好例如相隔預(yù)定間隙27b設(shè)置兩塊隔板27a、27a，以阻止經(jīng)隔板27在相鄰的單元電池1間傳遞熱量。
若做成這種構(gòu)造，即使離開(kāi)外壁部22而配置于容器2中央部的單元電池1，也必定與2個(gè)內(nèi)壁部21之一接觸，可經(jīng)該內(nèi)壁部21所包圍的空洞部6a、6a散熱，因而可有效抑制其溫度升高。又若采用這種構(gòu)造，即使在一個(gè)容器2中裝入數(shù)量很多的單元電池1時(shí)，不增大容器2的外形尺寸，可有效抑制各單元電池1溫度上升。又，隔板27從內(nèi)側(cè)支持外壁部22，因而還具有提高容器2機(jī)械強(qiáng)度的作用，可使容器牢固。
在圖17和18中，是用隔板27把容器2的內(nèi)部空間分成2個(gè)，但也可縱橫交叉地設(shè)置2個(gè)隔板27，把容器2的內(nèi)部空間分成4個(gè)。這時(shí)，只要在每個(gè)分割的空間中分別形成內(nèi)壁部21從而形成環(huán)狀電池裝入空間即可。而且還可把這種結(jié)構(gòu)的多個(gè)容器2，使其空洞部6的位置相互對(duì)齊，在高度方向重疊，從而可實(shí)現(xiàn)更大容量的電池組。這樣做，還可用作各種電子設(shè)備的備用電源。
本發(fā)明不限于上述實(shí)施形態(tài)，例如，容器2中裝入的單元電池1的種類和其個(gè)數(shù)也可根據(jù)電池組所要求的規(guī)格確定。自然也可把多個(gè)單元電池1適當(dāng)并聯(lián)作為增大電流容量的電池組。又，也可沿環(huán)狀配置的單元電池1設(shè)置更多的溫度保護(hù)元件(熱動(dòng)開(kāi)關(guān))。容器中形成的環(huán)狀空間數(shù)量也無(wú)特別限定。此外，本發(fā)明在不脫離其要點(diǎn)的范圍內(nèi)可作種種變化。
權(quán)利要求
1.一種電池組，其特征在于，它包括多個(gè)單元電池和容器，所述容器是并排裝入這些單元電池的容器，所述容器包括把環(huán)狀設(shè)置的成對(duì)內(nèi)壁部和外壁部所夾空間作為電池裝入部、把所述內(nèi)壁部所圍的中央空間作為上下開(kāi)放的空洞部的有底的槽狀體；封閉所述槽狀體的所述電池裝入部上部開(kāi)口部的蓋體。
2.如權(quán)利要求1所述的電池組，其特征在于，所述槽狀體把多個(gè)圓柱形單元電池，使其圓周面相互接觸排成環(huán)形一排裝入所述電池裝入部。
3.如權(quán)利要求1或2所述的電池組，其特征在于，所述單元電池由鎳氫二次電池組成。
4.如權(quán)利要求1所述的電池組，其特征在于，還包括設(shè)置在并排裝入所述槽狀體的電池裝入部的多個(gè)單元電池上部的、引出所述多個(gè)單元電池的電池群的電極引線的端子座；所述蓋體包括，在所述電極引線相對(duì)部位使所述電極引線露出以可與外部連接的開(kāi)口部。
5.如權(quán)利要求4所述的電池組，其特征在于，所述端子座在面向所述空洞部的部位配置電極引線；使所述電極引線露出以可與外部連接的開(kāi)口部，沿面向所述蓋體空洞部的內(nèi)周部設(shè)置。
6.如權(quán)利要求4或5所述的電池組，其特征在于，所述端子座包括連接電池群的電極引線的一對(duì)正負(fù)電極引線端子和該電池群的一個(gè)或多個(gè)輔助端子。
7.如權(quán)利要求6所述的電池組，其特征在于，所述輔助端子在電池群充電時(shí)使用，它包括經(jīng)能敏感電池溫度、切斷電池群充電電路的溫度保護(hù)元件，與所述電池群串聯(lián)的充電用端子；連接檢測(cè)電池溫度的感溫元件的溫度檢測(cè)用端子；連接具有與電池規(guī)格相應(yīng)阻值的電阻的電池類別識(shí)別用端子。
8.如權(quán)利要求7所述的電池組，其特征在于，所述溫度保護(hù)元件，沿裝入所述槽狀體電池裝入部的形成環(huán)狀的多個(gè)單元電池排列方向分別設(shè)置在多處，且串聯(lián)安裝在所述電池群和所述充電用端子間。
9.如權(quán)利要求1所述的電池組，其特征在于，所述槽狀體的內(nèi)壁部，設(shè)置成從其底部向上端開(kāi)口部向外側(cè)傾斜，使所述內(nèi)壁部包圍而形成的空洞部上端側(cè)的開(kāi)口截面積變小。
10.如權(quán)利要求9所述的電池組，其特征在于，所述內(nèi)壁部具有相對(duì)于垂直方向0.5°～5°的傾斜角度。
11.如權(quán)利要求1所述的電池組，其特征在于，所述槽狀體的內(nèi)壁部和外壁部，其高度與所述圓柱形單元電池的高度相當(dāng)。
12.如權(quán)利要求1所述的電池組，其特征在于，設(shè)置多個(gè)所述內(nèi)壁部，在與所述外壁部間形成多個(gè)環(huán)狀電池裝入空間，并各自形成內(nèi)壁部所圍的空洞部。
13.一種電動(dòng)工具，其特征在于，安裝如權(quán)利要求1至11所述的電池組作為其驅(qū)動(dòng)源。
14.如權(quán)利要求13所述的電動(dòng)工具，其特征在于，還包括以電池組作為驅(qū)動(dòng)源而旋轉(zhuǎn)的電機(jī)；利用所述電機(jī)旋轉(zhuǎn)，使空氣在所述槽狀體內(nèi)壁部所圍的空洞部中流通的機(jī)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明揭示一種把多個(gè)單元電池并排裝入容器的電池組,該容器包括:把環(huán)狀設(shè)置的成對(duì)內(nèi)壁部和外壁部所圍空間作為電池裝入部、把上述內(nèi)壁部所圍空間作為上下開(kāi)放的空洞部的有底的槽狀體;封閉該槽狀體的上述電池裝入部的上部開(kāi)口部的蓋體。沿內(nèi)壁部和外壁部把多個(gè)單元電池作環(huán)狀排列,由此可抑制各單元電池溫度升高及電池溫度離散。
文檔編號(hào)H01M2/10GK1267093SQ00104089
公開(kāi)日2000年9月20日 申請(qǐng)日期2000年3月13日 優(yōu)先權(quán)日1999年3月12日
發(fā)明者武野和太, 赤本行伯, 田中晴彥, 佐藤和美, 石塚清司, 金崎弘司 申請(qǐng)人:東芝電池株式會(huì)社