JP2003257394A - 電池パック及び充電式掃除機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 大電流での放電時のサイクル特性が向上され
た電池パックを提供することを目的とする。 【解決手段】 外装ケース１と、前記外装ケース１内
に、縦にＮ列、横にＭ列の配列（Ｎ列≦Ｍ列）で収納さ
れた円筒形リチウムイオン二次電池とを具備する電池パ
ックにおいて、前記外装ケース１は、縦１列目の前記二
次電池の外周面と対向する第１の面３ａに送風口４が開
口され、かつ前記第１の面の反対側に位置する第２の面
３ｂに排気口５が開口されており、前記二次電池は、互
いに隙間を隔てており、縦１列目の前記二次電池は、外
周面のうち前記第１の面との距離が最短になる領域が、
前記外装ケース１の前記送風口４と対向し、縦２列目の
前記二次電池は、外周面のうち前記第１の面との距離が
最短になる領域が、前記縦１列目中の隙間を挟んで、前
記外装ケース１の前記送風口４と対向することを特徴と
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、円筒形リチウムイ
オン二次電池を備える電池パックと、この電池パックを
備えた充電式掃除機に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】リチウムイオン二次電池は小型で軽量、
そして３００回以上の繰り返し充放電が可能であるた
め、携帯型パーソナルコンピュータや携帯電話を初めと
する多くの電子機器に使用されており、需要が増加して
いる。これはリチウムイオン二次電池（ＬＩＢ）の重量
エネルギー密度がニッカド二次電池（Ｎｉ−Ｃｄ）やニ
ッケル水素二次電池（Ｎｉ−ＭＨ）に比較して大きいた
めである。重量エネルギー密度はＮｉ−Ｃｄでは４４
［Ｗｈ／ｋｇ］、Ｎｉ−ＭＨでは５４［Ｗｈ／ｋｇ］、
ＬＩＢでは１５０［Ｗｈ／ｋｇ］であり、ＬＩＢが圧倒
的に優れている。

【０００３】デジタルカメラなどの各種電子機器、ビデ
オカメラやコードレスクリーナなどの民生用電気製品、
電動アシスト自転車などでは、これまでＮｉ−Ｃｄ電池
が用いられてきたが、小型軽量化を図るために電源をＮ
ｉ−ＣｄからＮｉ−ＭＨへ、そしてさらにはＬＩＢへの
変更が進んでいる。このようにＬＩＢの需要は大きく増
加しているものの、Ｎｉ−Ｃｄ、Ｎｉ−ＭＨを全て置き
換えるには至っていない。

【０００４】現在ＬＩＢが使用されている市場は使用電
流が比較的小さい製品である。Ｃレート（単電池の充電
容量を１時間で消費する電流値）で表すと約１Ｃ程度、
おおよそ１Ａ前後の比較的小さな電流値である。これら
の製品としてはパソコン、携帯電話、デジカメ、ウォー
クマンなどであって、大電流が必要な製品、例えば、モ
ータを駆動させるパワーツール（電動工具）、コードレ
スクリーナ、無停電電源（ＵＰＳ：Ｕｎｉｎｔｅｒｒｕ
ｐｔｅｄ Ｐｏｗｅｒ Ｓｏｕｒｃｅ）、電動アシスト
自転車、ハイブリッドカーなどでは採用されていない。
この理由は、ＬＩＢでは、大電流の充放電を繰り返すこ
とにより負極上にＬｉ金属のデンドライト（樹枝状結
晶）が析出しやすく、析出したリチウムデンドライトが
セパレータを貫通して正極に達して内部短絡を生じる恐
れがあり、安全上問題があるためである。

【０００５】円筒形や角型に限らず、リチウムイオン二
次電池の充放電反応は、電極シート全面で均一に起こり
難く、中央部に集中する傾向がある。このため、大電流
で充放電を施すと、特に負極上にＬｉ金属のデンドライ
トが短時間で成長しやすい。また、Ｎｉ−ＭＨ二次電池
では、内部抵抗が数ｍΩと極めて低いため、ジュール熱
による発熱が非常に小さく、大電流での放電を連続して
行っても安全を確保することが可能である。一方、リチ
ウムイオン二次電池では、内部インピーダンスが５０〜
８０ｍΩとＮｉ−ＭＨの２０倍近く大きくなる。よっ
て、リチウムイオン二次電池にＮｉ−ＭＨ二次電池と同
じ条件の大電流放電を施すと、ジュール熱によって電池
内部の温度が高くなり、デンドライトの成長がより早く
進行するため、内部短絡の発生率が増加する。このこと
が、大電流放電用途にリチウムイオン二次電池が実用化
されず、その結果、コードレスクリーナ、ロボット、Ｕ
ＰＳ、電動アシスト自転車などの大電流を必要とする機
器に応用できない原因となっている。

【０００６】一方、特開平１０−２７００９５号公報の
請求項１には、複数個の単電池を一列に電気的かつ機械
的に直列に接続してなる電池モジュールを、多数本並列
配置してホルダーケースに保持させ、このホルダーケー
ス内に一方向に空気を強制的に流動させることにより、
ホルダーケース内の多数本の電池モジュールを冷却する
装置であって、前記空気の流動方向が電池モジュールの
長手方向に直交する方向であることを特徴とする電池電
源の冷却装置が記載されている。

【０００７】前述した冷却装置では、前記公報の段落
［０００９］及び［００２４］に記載されている通り、
各電池モジュールを構成する単電池相互の冷却が均一に
なされる。このため、この冷却装置をリチウムイオン二
次電池の冷却に使用すると、大電流放電を行う充放電サ
イクルにおいて長寿命が得られないという問題点を生じ
る。

【０００８】

【特許文献１】特開平１０−２７００９５号公報（特許
請求の範囲、段落［０００９］及び［００２４］）

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、大電流での
放電時のサイクル特性が向上された電池パックと、この
電池パックを備える充電式掃除機を提供することを目的
とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明に係る第１の電池
パックは、外装ケースと、前記外装ケース内に、縦にＮ
列、横にＭ列の配列（Ｎ列≦Ｍ列）で収納された円筒形
リチウムイオン二次電池とを具備する電池パックにおい
て、前記外装ケースは、縦１列目の前記二次電池の外周
面と対向する第１の面に送風口が開口され、かつ前記第
１の面の反対側に位置する第２の面に排気口が開口され
ており、前記二次電池は、互いに隙間を隔てており、縦
１列目の前記二次電池は、外周面のうち前記第１の面と
の距離が最短になる領域が、前記外装ケースの前記送風
口と対向し、縦２列目の前記二次電池は、外周面のうち
前記第１の面との距離が最短になる領域が、前記縦１列
目中の隙間を挟んで、前記外装ケースの前記送風口と対
向することを特徴とするものである。

【００１１】本発明に係る第２の電池パックは、外装ケ
ースと、前記外装ケース内に収納され、円筒形リチウム
イオン二次電池を単電池とする組電池とを具備する電池
パックであって、単電池は、長手方向が重力方向に平行
で、かつ単電池間に隙間を設けた状態で縦にＮ列、横に
Ｍ列の配列（Ｎ列≦Ｍ列）で前記外装ケース内に収納さ
れており、前記外装ケースは、縦１列目の単電池の外周
面と対向する第１の面に送風口が開口され、かつ前記第
１の面の反対側に位置する第２の面に排気口が開口され
ており、縦１列目の単電池は、外周面のうち前記第１の
面との距離が最短になる領域が、前記外装ケースの前記
送風口と対向し、縦２列目の単電池は、外周面のうち前
記第１の面との距離が最短になる領域が、前記縦１列目
中の隙間を挟んで、前記外装ケースの前記送風口と対向
することを特徴とするものである。

【００１２】本発明に係る第１の充電式掃除機は、電池
パックを備え、前記電池パックは、外装ケースと、前記
外装ケース内に、縦にＮ列、横にＭ列の配列（Ｎ列≦Ｍ
列）で収納された複数の円筒形リチウムイオン二次電池
とを具備し、前記外装ケースは、縦１列目の前記二次電
池の外周面と対向する第１の面に送風口が開口され、か
つ前記第１の面の反対側に位置する第２の面に排気口が
開口されており、前記二次電池は、互いに隙間を隔てて
おり、縦１列目の各二次電池は、外周面のうち前記第１
の面との距離が最短になる領域が、前記外装ケースの前
記送風口と対向し、縦２列目の各二次電池は、外周面の
うち前記第１の面との距離が最短になる領域が、前記縦
１列目中の隙間を挟んで、前記外装ケースの前記送風口
と対向することを特徴とするものである。

【００１３】本発明に係る第２の充電式掃除機は、モー
タと、前記モータの吸気経路もしくは排気経路内に配置
される電池パックとを備え、前記電池パックは、外装ケ
ースと、前記外装ケース内に、縦にＮ列、横にＭ列の配
列（Ｎ列≦Ｍ列）で収納された複数の円筒形リチウムイ
オン二次電池とを具備し、前記外装ケースは、縦１列目
の前記二次電池の外周面と対向する第１の面に送風口が
開口され、かつ前記第１の面の反対側に位置する第２の
面に排気口が開口されており、前記二次電池は、互いに
隙間を隔てており、縦１列目の各二次電池は、外周面の
うち前記第１の面との距離が最短になる領域が、前記外
装ケースの前記送風口と対向し、縦２列目の各二次電池
は、外周面のうち前記第１の面との距離が最短になる領
域が、前記縦１列目中の隙間を挟んで、前記外装ケース
の前記送風口と対向することを特徴とするものである。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明に係る電池パックについて
説明する。

【００１５】この電池パックは、外装ケースと、前記外
装ケース内に、縦にＮ列、横にＭ列の配列（Ｎ列≦Ｍ
列）で収納された円筒形リチウムイオン二次電池とを具
備する。

【００１６】前記外装ケースは、縦１列目の全ての二次
電池の外周面と対向する第１の面に送風口が開口され、
かつ前記第１の面の反対側に位置する第２の面に排気口
が開口されている。

【００１７】一方、前記二次電池は、互いに隙間を隔て
ており、縦１列目の前記二次電池は、それぞれ、外周面
のうち前記第１の面との距離が最短になる領域が、前記
外装ケースの前記送風口と対向し、縦２列目の前記二次
電池は、それぞれ、外周面のうち前記第１の面との距離
が最短になる領域が、前記縦１列目中の隙間を挟んで、
前記外装ケースの前記送風口と対向している。

【００１８】ここで、縦にＮ列、横にＭ列の配列（Ｎ列
≦Ｍ列）について説明する。円筒形リチウムイオン二次
電池を縦置きの状態で横に並べた列が、横の列で、横に
Ｍ列とは、この横に並んだ列を構成する二次電池個数が
Ｍ個あることを意味する。この横の列を縦方向に複数並
べる。横の列が縦方向に並んだ数が縦の列数である。縦
にＮ列とは、横の列が縦方向にＮ組並んでいることを意
味する。縦のＮ列は、最低２列必要で、横のＭ列と等し
いか、もしくは少なくすることが望ましい。なお、縦の
列が１列である場合は、リチウムイオン二次電池が縦置
きの状態で横一直線に並んでいることを意味するため、
本発明に係る電池パックを構成するものではない。

【００１９】本発明に係る電池パックでは、円筒形リチ
ウムイオン二次電池を縦置きの状態で縦にＮ列、横にＭ
列の配列（Ｎ列≦Ｍ列）で配置し、さらにこれら二次電
池の軸方向（高さ方向）に二次電池を積み上げても良
い。積み上げる段数は、１段以上にすることができる。
このようにして積み上げられた二次電池を、二次電池の
軸方向（上面）から見た際の二次元的な配列は、縦にＮ
列、横にＭ列の配列（Ｎ列≦Ｍ列））を満たしている。

【００２０】また、本発明に係る電池パックでは、縦１
列目中の隙間とは、二次電池間の隙間の他に、列の端に
位置する二次電池と外装ケースとの隙間も意味する。

【００２１】このような電池パックによれば、縦一列目
と縦二列目の各々の二次電池について、送風口側を集中
して冷却することができるため、二次電池の送風口側の
温度を排気口側の温度に比較して低くすることができ
る。その結果、二次電池中の非水電解質の拡散性を向上
することができるため、Ｌｉ金属のデンドライドの析出
と成長を抑制することができ、大電流での放電時のサイ
クル特性（以下、ハイレートサイクル特性と称す）を向
上することができる。

【００２２】本発明に係る電池パックの一例を図１〜図
８を参照して説明する。図１は本発明に係る電池パック
の一例を示す斜視図で、図２は図１の電池パックにおけ
る二次電池の配置を説明するための模式図で、図３は図
１の電池パックと冷却風との位置関係を示す斜視図で、
図４は図１の電池パックに組み込まれる円筒形リチウム
イオン二次電池の一例を示す斜視図で、図５は図１の電
池パックにおける二次電池の配置を説明をするための別
の模式図で、図６は図１の電池パックの外装ケース内に
均熱板を配置した例を示す模式図で、図７は図６の均熱
板を示す平面図で、図８は図１の電池パックの外装ケー
ス内に配置される均熱板の別な例を示す平面図である。

【００２３】矩形の外装ケース１内には、例えば１２本
の円筒形リチウムイオン二次電池（単電池）２₁〜２₁₂
が縦置きの状態で収納されている。よって、二次電池の
長手方向は、重力方向に平行である。このリチウムイオ
ン二次電池（単電池）を２個並列に接続したものを１単
位とし、これを６単位直列に接続し、組電池としてい
る。電池配列は、縦２列（Ｎ列）×横６列（Ｍ列）であ
る。また、二次電池を軸方向（高さ方向）に積み上げて
いない例である。さらに、組電池中の単電池２₁〜２₁₂
は、接しておらず、互いに隙間を隔てている。なお、組
電池にするための単電池の接続は、Ｎｉタブの抵抗溶接
により行われているが、このＮｉタブによる接続は、単
電池２₁〜２₁₂の配列の固定も兼ねている。さらに、組
電池全体は、外装ケース１によって一体化されている。

【００２４】外装ケース１の長手方向側の２つの側面の
うち、縦一列目の全ての単電池２₁〜２₆の外周面と対向
している側面を第１の面３ａとし、この第１の面３ａの
反対側に位置する側面を第２の面３ｂとする。第１の面
３ａには、送風口として、矩形のスリット４が縦に１２
個形成され、これが横に３列形成されている。一方、第
２の面３ｂには、排気口として、矩形のスリット５が縦
に１２個形成され、これが横に３列形成されている。

【００２５】縦一列目の単電池２₁〜２₆は、それぞれ、
外周面のうち第１の面３ａと距離が最短になる領域（ｄ
₁）が、送風口４と対向している。

【００２６】一方、縦二列目の単電池２₇〜２₁₂は、そ
れぞれ、外周面のうち第１の面３ａとの距離が最短にな
る領域（ｄ₂）が、縦一列目に存在する隙間を挟んで送
風口４と対向している。縦一列目に存在する隙間には、
単電池２₁〜２₆の間に存在する隙間の他に、列の端に位
置する単電池２₁または２₆とケース内面との隙間も含ま
れる。

【００２７】冷却風の向きは、図３に示すように、単電
池２₁〜２₁₂の長手方向と直交する。

【００２８】単電池内の温度分布を測定するための熱電
対６は、単電池２₁〜２₁₂それぞれの外周面のうち上位
置、中間位置、下位置の縦３カ所を１組とし、これを３
組外周面上に配置することにより単セル全体の温度分布
を測定できる。従って送風側と排気側との温度を測定で
きる。かかる熱電対６には、例えばＫタイプの熱電対を
使用することができる。なお、図が煩雑になるため図
１，２には全ての熱電対を書いてはいない。

【００２９】ここで、単電池２₁〜２₁₂の具体的な構成
について説明する。

【００３０】図４に示すように、例えばステンレスから
なる有底円筒状の容器１１は、底部に絶縁体１２が配置
されている。電極群１３は、前記容器１１内に収納され
ている。前記電極群１３は、正極１４、セパレータ１５
及び負極１６をこの順序で積層した帯状物を渦巻き状に
巻回した構造になっている。

【００３１】前記容器１１内には、非水電解液が収容さ
れている。中央部に孔が開口された絶縁紙１７は、電極
体１３の上に配置されている。中央部に孔が開口された
ＰＴＣ素子１８と帽子形状の正極端子１９を備える封口
部材は、前記容器１１の上部開口部に絶縁ガスケット２
０を介してかしめ固定されている。なお、前記正極端子
１９には、ガス抜き孔（図示しない）となる安全機構が
組み込まれている。正極リ―ド２１の一端は、前記正極
１４に、他端は前記ＰＴＣ素子１８にそれぞれ接続され
ている。前記負極１６は、図示しない負極リ―ドを介し
て負極端子である前記容器１１に接続されている。

【００３２】（作用説明）このような構成を有する電池
パックによれば、ケース１の送風口４から取り入れられ
た風を、縦１列目と縦２列目の全ての単電池２₁〜２₁₂
の外周面のうち最も突き出ている部分に当てることがで
きる。その結果、以下の（１）及び（２）に説明する効
果を得ることができるため、電池パックのハイレートサ
イクル特性を向上することができる。

【００３３】（１）全ての単電池２₁〜２₁₂について、
送風口側を集中的に冷却することができ、送風口側と排
気口側との間に十分な温度差を設けることができる。そ
の結果、単電池に含まれる非水電解液に対流を生じさせ
ることができるため、この対流により負極表面に生成し
ていたデンドライトの核を溶解消滅させることができ
る。さらに負極から正極に移動するリチウムイオンは正
極活物質中に均一にインターカレートさせることができ
るため、つぎの充電時にも均一に負極のグラファイト中
にインターカレートさせることができ、デンドライトの
生成を抑制することができる。

【００３４】（２）送風口側と排気口側との温度差につ
いての単電池２₁〜２₁₂間でのばらつきを小さくするこ
とができるため、単電池２₁〜２₁₂間の充放電特性の差
を小さくすることができる。

【００３５】従って、単電池自体のハイレートサイクル
特性を向上させることができ、同時に、ハイレートサイ
クル特性についての単電池間のばらつきを小さくするこ
とができるため、ハイレートサイクル特性に優れる電池
パックを実現することができる。

【００３６】ところで、単電池についての送風口側と排
気口側との間の温度差は、２〜１０°Ｋの範囲内にする
ことが望ましい。温度差を２°Ｋより小さくすると、非
水電解液の対流が起こり難くなる。この場合、最初は電
極全体で充放電が行われるが、長い円筒形では缶の中央
部が電極の膨張により膨れるため、電解液が電極の中央
部に集中し、充放電反応が電極の中央部に集中するよう
になり、充放電サイクル寿命が短くなる。一方、温度差
が１０°Ｋより大きいと、温度が高い部分での放電が優
先的に生じるため、温度が高い部分から過剰にＬｉイオ
ンが抜ける結果、負極は局部的に過放電状態となりやす
い。その結果、集電体の銅（Ｃｕ）が溶解析出してＣｕ
のデンドライトを形成し、これがセパレータを貫通して
正極に達することにより内部短絡を引き起こす恐れがあ
る。

【００３７】（隙間Ｇ１、Ｇ２）隙間Ｇ１、Ｇ２は、下
記（１）〜（２）式を満足することが望ましい。

【００３８】０．１≦Ｇ１≦５ （１） ０．５Ｇ１≦Ｇ２≦Ｇ１ （２） 但し、Ｇ１は、縦一列目の単電池２₁〜２₆間の隙間の大
きさ（ｍｍ）で、Ｇ２は、縦一列目の単電池２₁〜２₆と
縦二列目の単電池２₇〜２₁₂との隙間の大きさ（ｍｍ）
である。

【００３９】ここで、隙間Ｇ１は、縦一列目の単電池
（例えば、２₆）と、この単電池の隣に位置する単電池
（例えば、２₅）との最短距離を意味する。一方、隙間
Ｇ２は、縦１列目の単電池（例えば、単電池２₅）と、
この単電池と対向する縦２列目の単電池（例えば、単電
池２₁₂と２₁₁）との最短距離を意味する。つまり、縦１
列目の単電池（例えば、単電池２₅）とこの単電池と対
向していない単電池（例えば、単電池２₁₀）との最短距
離は、隙間Ｇ２に含まれない。

【００４０】隙間Ｇ１を前記範囲に規定する理由を説明
する。隙間の大きさＧ１が５ｍｍを超えると、電池パッ
ク自体のサイズが大きくなり、隙間が小さい場合と比較
して、同じ風速を得るために必要な風量が大きくなるた
め、冷却用モータとして出力の大きなものが必要にな
り、実用的でない。また、電池パックの容積効率が低下
する可能性もある。一方、隙間の大きさＧ１を０．１ｍ
ｍより小さくすると、風が通過するための抵抗が増大す
るため、電池の冷却に十分な風速と風量を得るために必
要なモータの出力が大きくなり、実用的でない。したが
って好ましい範囲は、０．５ｍｍ以上、３ｍｍ以下であ
る。隙間Ｇ１の大きさは、縦１列目を構成する全ての単
電池間で等しくても、あるいは異なっていても良い。

【００４１】また、隙間の大きさＧ２を０．５Ｇ１≦Ｇ
２≦Ｇ１の範囲内に設定することによって、十分な風速
を得ることができるため、縦二列目の単電池の送風口側
を十分に冷却することができる。なお、隙間Ｇ２の大き
さは、揃っていても、あるいは不揃いでも良い。

【００４２】隙間の大きさＧ１は、０．１〜５ｍｍの範
囲内で、かつ単電池の直径の０．３８〜２８％に相当す
る大きさにすることが好ましい。このような構成にする
ことによって、送風口側と排気口側の温度差の単電池間
でのばらつきをより低減することができるため、電池パ
ックのハイレートサイクル特性をさらに向上することが
できる。

【００４３】（隙間Ｇ３）縦２列目の単電池２₇〜２₁₂
の隙間Ｇ３は、前述した図２に示すように、隙間Ｇ１と
等しくしても良いが、異なっていても良い。隙間Ｇ３に
ついての好ましい形態を図５を参照して説明する。縦２
列目の端に位置する単電池のうち、少なくとも一方の端
部の単電池（例えば、単電池２₇）は、一部が縦１列目
から突出しているため、送風口から取り入れられた風が
直接当る面積が多い。このため、２列目の他の単電池に
比較して過冷却になる。よって、他の単電池に比較して
放電特性が悪いため、電池パックとしての充放電特性を
悪化させる要因の一つになる可能性がある。

【００４４】縦２列目の単電池においては、下記（３）
式を満足することが望ましい。

【００４５】 ０．２Ｇ１≦Ｇ３^*≦０．８Ｇ１ （３） ここで、Ｇ３^*は、縦２列目の単電池のうち少なくとも
一方の端の単電池（例えば、単電池２₇）と、その隣の
単電池（例えば、単電池２₈）との隙間の大きさ（ｍ
ｍ）である。

【００４６】この時、縦２列目の他の単電池（例えば、
単電池２₈〜２₁₂）の隙間Ｇ３については、Ｇ１と等し
くすることが望ましい。このような構成にすることによ
って、縦２列目の単電池のうち縦１列目から突出した単
電池に風が直接当たる面積を少なくすることができるた
め、過冷却を緩和することができ、電池パックのサイク
ル特性をさらに向上することができる。

【００４７】Ｇ３^*は、下記（４）式を満足することが
更に望ましい。

【００４８】 ０．２Ｇ１≦Ｇ３^*≦０．５Ｇ１ （４） なお、図５では、隙間Ｇ３と隙間Ｇ３^*についての説明
を明瞭にするため、送風口形成領域、隙間Ｇ２、最短距
離ｄ₁、ｄ₂についての表示を省略したが、図５に示す電
池パックは、前述した図２に示す電池パックと同様な構
成を有するものである。

【００４９】（均熱板）縦１列目の単電池２₁〜２₆と縦
２列目の単電池２₇〜２₁₂との間に、通気孔を備えた均
熱板を配置することが望ましい。この際、均熱板は、縦
１列目の単電池２₁〜２₆と、縦２列目の単電池２₇〜２
₁₂の双方に接触させることが好ましい。このような構成
にすることによって、送風口側と排気口側との温度差の
縦２列目の単電池２₇〜２₁₂間でのばらつきを小さくす
ることができるため、電池パックのハイレートサイクル
特性をさらに向上させることができる。また、縦一列目
の単電池と縦二列目の単電池の間に均熱板を介装させる
ことにより、均熱板がない場合に比較して単電池の振動
を大幅に抑制することができる。振動を抑制することに
より、電極からの活物質の剥離・脱離を防ぐことができ
る。

【００５０】均熱板は、例えば、金属から形成すること
ができる。均熱板の質量が大きい方が単電池の振動を抑
制する効果が大きい。しかしながら、あまり質量が大き
くなると電池パックの重量が重くなるため好ましくな
い。中でも、アルミニウムは、密度がおよそ２．７ｇ／
ｍ³であるため、縦二列目の単電池の冷却と単電池の振
動の抑制と電池パックの軽量化とを両立することがで
き、好ましい。

【００５１】均熱板には、平板を使用しても良いが、波
板形状にすることが望ましい。波板形状の均熱板を使用
した一例を図６，７に示す。すなわち、縦１列目の単電
池２ ₁〜２₆と縦２列目の単電池２₇〜２₁₂との間に、単
電池の外周形状に沿った波板形状を有する均熱板３１が
配置されている。この均熱板３１には、通気孔として矩
形のスリット３２が縦に２つ形成され、これが横に３列
並べられている。

【００５２】また、前述した図６，７に示すように均熱
板に通気口を開口する代わりに、２枚以上の均熱板を用
い、これら均熱板の隙間を通気口として利用することも
可能である。この一例を図８に示す。

【００５３】この均熱板は、上部均熱板３３と、下部均
熱板３４とを備える。縦１列目の単電池２₁〜２₆の上部
と縦２列目の単電池２₇〜２₁₂の上部との間には、単電
池の外周形状に沿った波板形状を持つ上部均熱板３３が
配置されている。一方、縦１列目の単電池２₁〜２₆の下
部と縦２列目の単電池２₇〜２₁₂の下部との間には、単
電池の外周形状に沿った波板形状を持つ下部均熱板３４
が配置されている。上部均熱板３３と下部均熱板３４と
の間には、隙間が設けられており、この隙間が通気口と
して機能する。

【００５４】（外装ケース）外装ケースは、例えば、プ
ラスチック、金属、熱可塑性樹脂フィルムから形成する
ことができる。また、射出成形のような樹脂モールド加
工により外装ケースを形成することができる。

【００５５】（送風口と排気口）送風口の開口部の総面
積は、外装ケースの第１の面の１０〜８０％に相当する
大きさであることが望ましい。送風口の開口部の総面積
を外装ケースの第１の面の１０％よりも小さくすると、
二次電池の冷却が不十分となって電池パックのハイレー
トサイクル特性を向上させることが困難になる恐れがあ
る。一方、送風口の開口部の総面積が第１の面の８０％
よりも大きくなると、複数電池の一体化が難しくなるだ
けでなく、電極や電極同士を結ぶ接続端子に接触する感
電や短絡の危険性があるため好ましくない。送風口の総
面積のさらに好ましい範囲は、第１の面の１５〜８０
％、最も好ましい範囲は２０〜８０％である。個々の送
風口の開口部の面積は、互いに等しくても、あるいは異
なっていても良い。

【００５６】排気口の開口部の総面積は、送風口の場合
と同様な理由により、外装ケースの第２の面の少なくと
も１０〜８０％に相当する大きさであることが望まし
い。排気口の総面積のさらに好ましい範囲は、第２の面
の１５〜８０％、最も好ましい範囲は２０〜８０％であ
る。個々の排気口の開口部の面積は、互いに等しくて
も、あるいは異なっていても良い。

【００５７】前述した図１では、送風口と排気口の形状
を矩形にしたが、送風口および排気口の形状は、矩形に
限らず、単電池の冷却を十分に行うことが可能であれば
どのような形状であっても良い。例えば、円形、楕円、
三角などを挙げることができる。また、送風口の開口部
の形状は、同じ形に揃えても、あるいは異なる形状のも
のを組合わせても良い。排気口の形状についても、同様
のことが言える。

【００５８】前述した図１では、外装ケースの長手方向
に平行にスリット（横スリット）を形成したが、外装ケ
ースの短手方向に平行にスリット（縦スリット）を形成
しても構わない。

【００５９】前述した図１では、送風口及び排気口のス
リットの数をそれぞれ３６個としたが、スリットの数は
これに限らず、外装ケースの大きさ、単電池のサイズと
本数、冷却速度、安全性等を考慮して最適なスリット数
に設定することが望ましい。

【００６０】（内面に凹部が形成された外装ケース）外
装ケースの上板の内面に単電池の上端部が収納される第
１の凹部を形成し、かつ底板の内面に単電池の下端部が
収納される第２の凹部を形成することが望ましい。この
ような外装ケースは、下記（５）式を満足することが望
ましい。

【００６１】ｄ＜Ｄ （５） 但し、ｄは、前記第１の凹部の深さ（ｍｍ）であり、Ｄ
は、前記第２の凹部の深さ（ｍｍ）である。

【００６２】前述した（５）式を満足する外装ケースに
よれば、第２の凹部の深さＤが第１の凹部の深さｄに比
べて深いため、単電池の下端部に当る風量を上端部に比
較して少なくすることができる。その結果、単電池の下
端部はあまり冷却されず、単電池の下端部の温度を上端
部の温度よりも高くすることができるため、非水電解液
の対流がより起き易くなる。このため、Ｌｉ金属のデン
ドライトの生成と成長を抑制できる結果、電池パックの
ハイレートサイクル特性をさらに向上することができ
る。

【００６３】前述した（５）式を満足する外装ケースの
一例を図９〜図１１に示す。図９は、外装ケースの収納
部の一例を示す斜視図で、図１０は、外装ケースの蓋体
の一例を示す斜視図で、図１１は、図９及び図１０に示
す外装ケースを備える電池パックに冷却風を当てた状態
を模式的に示す斜視図である。なお、前述した図１〜図
２と同様な部材については同符号を付して説明を省略す
る。

【００６４】図９に示すように、長箱型の収納部７１の
第１の面３ａには、矩形のスリット４が送風口として形
成されている。一方、第２の面３ｂには、矩形のスリッ
ト５が排気口として形成されている。収納部７１の底部
内面には、単電池２₁〜２₁₂の負極端子部または正極端
子部が収納される第２の円形凹部７２ａが形成されてい
る。第２の円形凹部７２ａの間には、単電池間を接続し
ているリードを収納するための溝部７２ｂが形成されて
いる。

【００６５】一方、図１０に示すように、収納部７１の
開口部に配置される蓋板７３の内面には、単電池２₁〜
２₁₂の正極端子部または負極端子部が収納される第１の
円形凹部７４ａが形成されている。第１の凹部７４ａの
間には、単電池間を接続しているリードを収納するため
の溝部７４ｂが形成されている。蓋板７３と収納部７１
は、例えば、ネジやスナップ留めなどにより一体化され
る。また、第１の凹部７４ａの深さｄと第２の円形凹部
７２ａの深さＤは、前述した（５）式を満足する。

【００６６】図１１に示すように、単電池の長手方向と
直交する方向から風を電池パックに当てると、前述した
図１で説明した場合と同様に単電池の送風口側と排気口
側とで温度差を生じるため、非水電解液の対流が起き
る。単電池の直径方向におけるセル内部の温度分布の一
例を図１２に示す。図１２から、単電池の送風口側の外
周面の温度が、セル内部よりも低くなっていることを理
解することができる。また、第２の凹部７２ａ内に収納
された単電池の端子部には、風がほとんど当らないた
め、冷却度を小さくすることができる。したがって、図
１３に示すように収納部７１の底部の凹部７２ａに近く
なるほどセル内部温度が高くなるため、図１４に示すよ
うに、単電池２において矢印７５で示す方向にも非水電
解液を対流させることができる。その結果、非水電解液
を絶えず流動させることができるため、リチウム金属の
デンドライト析出のための核が生成し難く、たとえ核生
成が生じても流動している電解液のなかに溶解してしま
うのですぐに消滅する、あるいは非常に成長しにくい環
境を形成することができる。よって、電池パックのハイ
レートサイクル特性をさらに向上することができる。

【００６７】また、第２の凹部７２ａと第１の凹部７４
ａによって、単電池を外装ケース内に固定することがで
きるため、電池パックが振動した場合に接続端子と電池
セルの接続部に無理な力が加わるのを回避することがで
きる。その結果、接続端子が電池セルから外れる故障が
起き難くなる。

【００６８】なお、前述した図９〜図１１では、収納部
７１の底部内面と蓋板７３の内面の双方に凹部を形成す
る例を説明したが、収納部７１の底部内面の第２の凹部
７２ａの深さＤを十分な大きさにすれば、蓋体７３の内
面に凹部を形成しなくても、単電池の固定と冷却を行う
ことが可能である。

【００６９】（送風口非形成の箇所を設けた外装ケー
ス）前述した図９〜図１１に示すような凹部を形成しな
くても、例えば図１５に示すような外装ケースを用いて
同様な効果が得られる。このためには、外装ケース１の
第１の面３ａの下端Ｈ₀から外装ケースの高さ（Ｈ₁）ま
でを送風口非形成領域とすることが望ましい。送風口非
形成領域の高さ（Ｈ₁）は、外装ケースの高さの２５％
以下にすることが望ましい。このような構成にすること
によって、単電池の下部側が冷却され難くなり、上部側
ほど冷却度が高くなるため、前述した図１３に示すよう
な温度分布を形成することができる。その結果、前述し
た図１４に示すような非水電解液の対流を生じさせるこ
とができるため、電池パックのハイレート特性をさらに
向上することができる。送風口非形成領域のより好まし
い高さ（Ｈ₁）は、外装ケースの高さの２０％以下の範
囲内である。

【００７０】（通風口が形成された外装ケース）外装ケ
ースの上板か、底板もしくは上板と底板の両方に通風口
を形成しても良い。これにより、単電池の端部の冷却度
を大きくすることができる。その結果、前述した図１４
に示すような非水電解液の対流を生じさせることができ
るため、電池パックのハイレート特性をさらに向上する
ことができる。このような外装ケースの一例を図１６に
示す。

【００７１】図１６に示すように、外装ケース１の上面
に第１の通風口として矩形のスリット７６ａを形成し、
底面に第２の通風口として矩形のスリット７６ｂ（図示
しない）を形成することによって、上面側に近い電池セ
ル２₁〜２₁₂の部分はそれぞれよく冷却されるが、底面
に近い電池セル２₁〜２₁₂の部分では風が電池パックを
通過する際に温まっているために冷却度が小さくなる。
したがって、図１７に示すように、外装ケースの上面側
に近いセル部分の温度が低く、かつ外装ケースの底面側
に近いセル部分の温度が高い温度分布が形成される。そ
の結果、図１８に示すように、単電池２中の非水電解液
を矢印７７の方向にも対流させることができる。したが
って、非水電解液が絶えず流動しているため、リチウム
金属のデンドライト析出のための核が生成し難く、たと
え核生成が生じても流動している電解液のなかに溶解し
てしまうのですぐに消滅する、あるいは非常に成長しに
くい環境を形成することができる。よって、電池パック
のハイレートサイクル特性をさらに向上することができ
る。

【００７２】（複合材料からなる外装ケース）外装ケー
スの胴部、すなわち、縦１列目〜縦Ｎ列目の二次電池の
外周面と対向する第３の面と、この第３の面の反対側に
位置する第４の面と、前記第１の面と、前記第２の面と
を、それぞれ、アルミニウム、アルミニウム合金、マグ
ネシウム、マグネシウム合金、チタン、チタン合金、
鉄、鉄合金及びステンレス鋼よりなる群から選択される
少なくとも１種類の金属から形成することによって、外
装ケースの胴部の熱伝導率を高くすることができるた
め、単電池の中央部分を十分に冷却することができ、単
電池の上端部と下端部の温度を中央部分よりも高くする
ことができる。その結果、非水電解液をセルの長手方向
にも対流させることができるため、電池パックのハイレ
ートサイクル特性をさらに向上することができる。ま
た、セル間の温度分布の均一性を向上させることができ
るため、セル間の特性の均一性も向上する。

【００７３】この外装ケースの上板と底板を樹脂から形
成すると、単電池の上、下端部と中央部分との温度差を
十分に大きくすることができるため、電池パックのハイ
レートサイクル特性をさらに向上することができる。

【００７４】上述したような複合材料から形成された外
装ケースを備える電池パックの一例を図１９に示す。外
装ケースの胴部、すなわち、第１の面７８ａと、第２の
面７８ｂと、縦１〜２列目の単電池の外周面と対向する
第３の面７８ｃと、縦１〜２列目の単電池の外周面と対
向する第４の面７８ｄとは、それぞれ、アルミニウム、
アルミニウム合金、マグネシウム、マグネシウム合金、
チタン、チタン合金、鉄、鉄合金及びステンレス鋼より
なる群から選択される少なくとも１種類の金属から形成
されている。一方、底板７９と、蓋板８０は、それぞ
れ、樹脂から形成されている。

【００７５】（波形加工が施されている外装ケース）外
装ケースのうち少なくとも第１の面が波形の面であるこ
とが好ましい。この場合、第１の面全体が波形でも、電
池と接する内側の面のみが波形でもいずれの場合でも構
わない。これにより、第１の面の内面に縦１列目の単電
池を固定することができるため、単電池の送風口側の面
を十分に冷却することができる。また、第２の面の少な
くとも内面も波形面にすると、第２の面の内面に縦Ｎ列
目の単電池を固定することができるため、単電池の冷却
効率をさらに高くすることができる。波形加工の施され
た外装ケースの一例を図２０、図２１に示す。なお、前
述した図１で説明したのと同様な部材については、同符
号を付して説明を省略する。図２０は、第１の面３ａと
第２の面３ｂそれぞれの面全体が波形面である例であ
る。この波形面では、波の進行方向が外装ケースの長手
方向に平行である。縦１列目の単電池２₁〜２₆は、第１
の面３ａの波形の凹部にそれぞれ固定されている。ま
た、縦２列目の単電池２₇〜２₁₂は、第２の面３ｂの波
形の凹部にそれぞれ固定されている。一方、図２１は、
第１の面３ａのうち電池と接する内側の面と第２の面３
ｂのうち電池と接する内側の面それぞれが波形面である
例である。縦１列目の単電池２₁〜２₆は、第１の面３ａ
の内面の波形の凹部にそれぞれ固定されている。また、
縦２列目の単電池２₇〜２₁₂は、第２の面３ｂの内面の
波形の凹部にそれぞれ固定されている。

【００７６】なお、前述した図２０，図２１では、単電
池の長手方向を重力方向に平行して単電池を外装ケース
内に収納した例を説明したが、単電池の長手方向を重力
方向に直交させて単電池を外装ケース内に収納する場
合、波形面の波の進行方向を外装ケースの高さ方向に平
行にすることが望ましい。

【００７７】（制振材料で被覆された外装ケース）外装
ケースの表面及び内面のうちの少なくとも一部を、振動
を減衰させる制振材料で被覆することが望ましい。これ
により、単電池の容量低下を抑制することが可能にな
る。制振材料としては、例えば、ウレタンゴム、天然ゴ
ム、ゲル状シリコン等を挙げることができる。

【００７８】すなわち、正極及び負極は、それぞれ、金
属箔のような集電体に電極合剤を担持させたものから実
質的になる。電極合剤は、これに含まれる結着剤で集電
体に接着されている。しかしながら、単電池に大きな衝
撃が加わったり、あるいは小さな振動が長時間に亘って
加わると、電極合剤が集電体から剥離するため、単電池
容量が低下する。外装ケースの表面及び内面のうちの少
なくとも一部を、振動を減衰させる制振材料で被覆する
ことによって、単電池に加わる振動を軽減することがで
きるため、単電池容量の低下を抑えることができる。制
振材料が用いられた外装ケースの一例を図２２〜図２６
に示す。図２２は、外装ケース１の上面、底面及び第
３，第４の面を振動吸収材８１で被覆した例である。図
２３は、外装ケース１の第３，第４の面それぞれを振動
吸収材８２ａ，８２ｂで被覆した例である。図２４は、
外装ケース１の８つのコーナそれぞれを振動吸収材８３
ａ，８３ｂ，８３ｃ（図示しない），８３ｄ，８３ｅ，
８３ｆ，８３ｇ，８３ｈで被覆した例である。図２５
は、外装ケース１の短辺方向の角部を内側から振動吸収
材８４で被覆した例である。図２６は外装ケース１の上
部内面と底部内面それぞれを振動吸収材８５ａ，８５ｂ
で被覆した例である。

【００７９】（温度分布）縦１列目の単電池２₁〜２
₆は、それぞれ、温度差が２°Ｋ〜１０°Ｋである温度
分布を有することが望ましい。温度差を２°Ｋより小さ
くすると、非水電解液の対流が起こり難くなる。この場
合、最初は電極全体で充放電が行われるが、縦長の円筒
形リチウムイオン二次電池では缶の中央部が電極の膨張
により膨れるため、電解液が電極の中央部に偏在しやす
く、充放電反応が電極の中央部に集中するようになり、
充放電サイクル寿命が短くなる恐れがある。一方、温度
差が１０°Ｋより大きいと、温度が高い部分での放電が
優先的に生じるため、温度が高い部分から過剰にＬｉイ
オンが抜ける結果、負極は局部的に過放電状態となりや
すい。その結果、集電体の銅（Ｃｕ）が溶解析出してＣ
ｕのデンドライトを形成し、これがセパレータを貫通し
て正極に達することにより内部短絡を引き起こす恐れが
ある。温度差のより好ましい範囲は、２°Ｋ〜７°Ｋで
あり、さらに好ましい範囲は３°Ｋ〜７°Ｋである。

【００８０】縦１列目の単電池が温度差が２°Ｋ〜１０
°Ｋの温度分布を持っている電池パックによれば、非水
電解液の対流速度の単電池間でのばらつきを小さくする
ことができるため、単電池毎の性能ばらつきを少なくす
ることができ、電池パックのハイレートサイクル特性を
さらに向上することができる。電池パックのハイレート
サイクル特性をより高くする観点から、縦２列目の単電
池についても、温度差が２°Ｋ〜１０°Ｋの温度分布を
持っていることが望ましい。特に、電池パックを構成す
る全ての単電池が、温度差が２°Ｋ〜１０°Ｋの温度分
布を持っていることがより望ましい。

【００８１】単電池の温度分布の測定方法について説明
する。

【００８２】単電池２₁〜２₆それぞれについて、図４及
び図２７に示すように、正極端子１９の鍔部の下面から
Ｘｍｍの地点に第１の上部熱電対６₁を固定し、第１の
上部熱電対６₁から１２０°離れた位置に第２の上部熱
電対６₂を固定する。さらに、第２の上部熱電対６₂から
１２０°離れた位置に第３の上部熱電対６₃を固定す
る。また、前述した図４に示すように、容器１１の底面
からＹｍｍ離れ、かつ第１の上部熱電対と同角度の地点
に第１の下部熱電対を固定する。この第１の下部熱電対
から１２０°離れた地点に第２の下部熱電対を固定し、
さらに２４０°離れた地点に第３の下部熱電対を固定す
る。一方、前述した図４に示すように、各単電池の総高
さＨの半分の位置（Ｈ／２）で、かつ第１の上部熱電対
と同角度の地点に中間熱電対を固定する。この第１の中
間熱電対から１２０°離れた地点に第２の中間熱電対を
固定し、さらに２４０°離れた地点に第３の中間熱電対
を固定する。距離Ｘと距離Ｙは、電池パックの大きさに
応じて変更することが望ましい。充電式掃除機及び電動
アシスト自転車に用いられる電池パックにおいては、距
離Ｘと距離Ｙは、５ｍｍに設定することが望ましい。一
方、電気自動車及びハイブリッドカーに用いられる電池
パックにおいては、距離Ｘと距離Ｙは、１０ｍｍに設定
することが望ましい。なお、熱電対には、例えばＫタイ
プの熱電対を使用することができる。

【００８３】各単電池２₁〜２₆に設けられた９箇所の熱
電対の温度を測定し、そのうちの任意の一つを基準熱電
対とし、これ以外の８つの熱電対それぞれについて基準
熱電対との温度差を求める。得られた８つの温度差デー
タが２°Ｋ〜１０°Ｋの範囲内にある時、単電池が温度
差が２°Ｋ〜１０°Ｋの温度分布を持っているとする。

【００８４】（組電池のサイズ）組電池の大きさは、用
途や仕様により異なる。例えば容量が1.6Ahで18650サイ
ズの単電池を使用した場合、入力160Wのコードレスクリ
ーナでは、単電池を２つ並列に接続したものを１単位と
し、これを６単位直列に接続するため、組電池の大きさ
は幅135mm×高さ65mm×奥行き33mmとなる。さらにパワ
ーをあげて入力300Wとすると、単電池を２つ並列に接続
したものを１単位とし、これを１０単位直列に接続する
ため、組電池の大きさはおおよそ幅225mm×高さ65mm×
奥行き33mmである。よって、充電式掃除機に電池パック
を使用する場合、組電池の大きさ（占有体積）は、長辺
方向の幅が１３５ｍｍ〜２５０ｍｍの範囲内で、短辺方
向の幅が３３ｍｍ〜５０ｍｍの範囲内で、かつ高さが６
５ｍｍ〜１３０ｍｍの範囲内であることが望ましい。

【００８５】また、定格出力235Wの直流モータを使用し
た電動アシスト自転車では、単電池を３つ並列に接続し
たものを１単位とし、これを７単位直列に接続した組電
池を用いる場合、組電池のサイズはおおよそ幅175mm×
高さ65mm×奥行き50mmである。よって、電動アシスト自
転車に電池パックを使用する場合、組電池の大きさ（占
有体積）は、長辺方向の幅が１７５ｍｍ〜３５０ｍｍの
範囲内で、短辺方向の幅が３３ｍｍ〜５０ｍｍの範囲内
で、かつ高さが６５ｍｍ〜１３０ｍｍの範囲内であるこ
とが望ましい。

【００８６】さらに、例えば30kWのモータを用いたハイ
ブリッドカーでは、直径35mm、長さ200mmで電池容量14A
hの単電池を５つ並列に接続したものを１単位とし、こ
れを９６単位直列に接続した組電池を使用する場合、組
電池のおおよそのサイズは600mm×700mm×280mmとな
る。よって、電気自動車及びハイブリッドタイプの自動
車に電池パックを搭載する場合、組電池の大きさ（占有
体積）は、長辺方向の幅が６００ｍｍ〜７００ｍｍの範
囲内で、短辺方向の幅が２８０ｍｍ〜４００ｍｍの範囲
内で、かつ高さが７００ｍｍ〜８００ｍｍの範囲内であ
ることが望ましい。

【００８７】（単電池の外周面と第１の面との最短距離
ｄ₁、ｄ₂）充電式掃除機及び電動アシスト自転車に用い
られる電池パックにおいては、縦一列目の単電池２₁〜
２₆の外周面と第１の面３ａとの最短距離（ｄ₁）を０〜
５ｍｍの範囲内にし、かつ縦二列目の単電池２₇〜２₁₂
の外周面と第１の面３ａとの最短距離（ｄ₂）を１７ｍ
ｍ〜２３ｍｍの範囲内にすることが望ましい。これは、
最短距離（ｄ₁）が５ｍｍを超えたり、あるいは最短距
離（ｄ₂）が１７ｍｍ〜２３ｍｍの範囲から外れると、
単電池の送風口側の冷却が不十分になるため、単電池内
に十分な温度差を設けることができず、高いハイレート
サイクル特性を得られない恐れがあるからである。

【００８８】電気自動車及びハイブリッドカーに用いら
れる電池パックにおいては、縦一列目の単電池２₁〜２₆
の外周面と第１の面３ａとの最短距離（ｄ₁）を０〜５
ｍｍの範囲内にし、かつ縦二列目の単電池２₇〜２₁₂の
外周面と第１の面３ａとの最短距離（ｄ₂）を３２ｍｍ
〜４０ｍｍの範囲内にすることが望ましい。これは、最
短距離（ｄ₁）が５ｍｍを超えたり、あるいは最短距離
（ｄ₂）が３２ｍｍ〜４０ｍｍの範囲から外れると、単
電池の送風口側の冷却が不十分になるため、単電池内に
十分な温度差を設けることができず、高いハイレートサ
イクル特性を得られない恐れがあるからである。

【００８９】前述した図１〜図２７では、単電池の配列
が、縦に２列、横に６列の例を説明したが、縦の列は３
列以上にすることができる。例えば３列の場合、縦３列
目の単電池は、互いに隙間を設けて並べ、かつ縦２列目
から離し、さらに単電池それぞれの外周面のうち第１の
面との距離が最短になる領域（外周面のうち最も突き出
ている部分）を、縦２列目の単電池間の隙間に位置させ
ることが望ましい。また、横の列数については、縦の列
数よりも多ければ、いくつであっても構わない。

【００９０】なお、前述した図１においては、二次電池
を軸方向（高さ方向）に積み上げていない例を説明した
が、本発明に係る電池パックは、二次電池を軸方向（高
さ方向）に積み上げることを許容する。この一例を図２
８に示す。

【００９１】矩形の外装ケース１内には、例えば８本の
円筒形リチウムイオン二次電池（単電池）６２が縦置き
の状態で収納されている。このリチウムイオン二次電池
（単電池）を２個並列に接続したものを１単位とし、こ
れを４単位直列に接続したものからなる組電池である。
この組電池を軸方向（上面）から見た二次元的な電池配
列は、縦２列（Ｎ列）×横２列（Ｍ列）である。また、
この組電池においては、二次電池が軸方向（高さ方向）
に積み上げられており、軸方向（高さ方向）の段数が２
段の例である。

【００９２】外装ケース１の長手方向側の２つの側面の
うち、縦一列目の全ての単電池２の外周面と対向してい
る側面を第１の面３ａとし、この第１の面３ａの反対側
に位置する側面を第２の面３ｂとする。第１の面３ａに
は、送風口として、縦長のスリット６４が横に６個形成
され、これが縦に２列形成されている。一方、第２の面
３ｂには、排気口として、縦長のスリットが横に６個形
成され、これが縦に２列形成されている（図示せず）。

【００９３】縦一列目の単電池６２は、それぞれ、外周
面のうち第１の面３ａと距離が最短になる領域（ｄ₁）
が、送風口６４と対向している。

【００９４】一方、縦二列目の単電池６２は、それぞ
れ、外周面のうち第１の面３ａとの距離が最短になる領
域（ｄ₂）が、縦一列目に存在する隙間を挟んで送風口
６４と対向している。ここで、縦一列目に存在する隙間
とは、単電池６２の間に存在する隙間と、列の端に位置
する単電池とケース内面との隙間とを意味する。

【００９５】単電池内の温度分布を測定するための熱電
対は、前述した図１において説明したのと同様に設置さ
れることが望ましい。特に、前述した温度分布形成の項
目で説明したのと同様な配置に設置することが望まし
い。図が煩雑になるため、図２８には熱電対を書いては
いない。

【００９６】外装ケース１の蓋板３ｃの内面には、単電
池６２の上端部が収納される第１の円形凹部６５が形成
されている。また、外装ケース１の底面３ｄの内面に
は、単電池６２の下端部が収納される第２の円形凹部６
６が形成されている。第１の凹部６５と第２の凹部６６
は、前述した（５）式を満足する。

【００９７】ｄ＜Ｄ （５） 但し、ｄは、前記第１の凹部６５の深さ（ｍｍ）であ
り、Ｄは、前記第２の凹部６６の深さ（ｍｍ）である。

【００９８】また、環状の支持部材６７は、高さ１列目
の単電池６２の上端部と高さ２列目の単電池６２の下端
部とに跨って形成されている。これにより、高さ１列目
の単電池に高さ２列目の単電池が固定される。環状の支
持部材６７による被覆率を、高さ１列目の単電池６２の
上端部よりも、高さ２列目の単電池６２の下端部の方を
多くすることが望ましい。前述した（５）式を満足する
と共に、高さ２列目の単電池の下端部に支持部材６７を
多く被せると、図２８に示すように単電池の長手方向と
重力方向を一致させ、かつ単電池の長手方向と直交する
方向から風を単電池に当てる場合に、単電池の下端部の
温度を単電池の上端部に比較して高くすることができる
ため、前述した図１４に示すような非水電解液の対流を
生じさせることができる。

【００９９】環状の支持部材６７は、例えば、ポリテト
ラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）のようなフッ素樹脂、
エポキシ樹脂、シリコン樹脂等から形成することができ
る。また、支持部材６７の厚さは、０．５〜１ｍｍ程度
にすることができる。

【０１００】（充電式掃除機）以下に、本発明に係る充
電式掃除機について説明する。

【０１０１】充電式掃除機は、掃除機の筐体内に電池パ
ックを収容し、掃除機の駆動中は、使用後に充電するも
のである。本発明に係る充電式掃除機は、モータと、前
述した本発明に係る電池パックとを備えるものである。
電池パックは、モータの吸気あるいは排気の経路内に、
吸気あるいは排気が外装ケースの送風口からケース内に
取り入れられるように配置することが望ましい。

【０１０２】本発明に係る充電式掃除機の一例を図２９
〜図３１を参照して説明する。図２９は、本発明に係る
充電式掃除機の一例の概略構成を示す模式図で、図３０
は、本発明に係る充電式電気掃除機の一例の概略構成を
示す部分断面図で、図３１は、図３０の掃除機本体のＡ
−Ａ線に沿う断面図である。

【０１０３】掃除機本体４０は、置き台兼用の充電器４
１に載置されている。掃除機本体４０の底面には、前輪
４２と、１対の後輪４３とが設けられている。掃除機本
体４０は、ホース４４と、ケーシング４５と、集塵収納
部としてのダストカップ４６と、ホース４４から塵や埃
等のゴミをダストカップ４６に吸引するための吸気を行
う駆動手段とを具備する。ダストカップ４６と駆動手段
は、ケーシング４５内に収納されている。駆動手段は、
吸引機としてのファン４７と、ファン４７を駆動するた
めのモータ４８とを備える。吸引ダクト４９は、一端が
ホース４４の出口に接続され、かつ他端がダストカップ
４６の入口４６ａに接続されている。吸気ダクト５０
は、ダストカップ４６とファン４７の間に介装されてい
る。第１のフィルタ５１は、ダストカップ４６の出口に
配置され、第２のフィルタ５２は、吸気ダクト５０内に
配置され、さらに第３のフィルタ５３は、吸気ダクト５
０とファン４７の間に配置されている。

【０１０４】ファン４７からの排気の通路となる排気ダ
クト５４内に、電池パック５５が、ケースの第１面の送
風口からケース内に排気が取り込まれるように配置され
ている。ファン４７からの排気を外部に放出するための
排気口５６は、ケーシング４５の両側面に開口されてい
る。

【０１０５】この掃除機本体４０の使用中の動作につい
て説明する。

【０１０６】電池パック５５を放電させてモータ４８を
駆動し、ファン４７の羽根車を回転させると、ホース４
４から空気と共に塵や埃等のゴミが吸引される。吸引さ
れた空気とゴミは、吸引ダクト４９を通過して入口４６
ａからゴミパック４６内に入り、大部分のゴミはゴミパ
ック４６に捕集される。ゴミパック４６により捕集でき
なかったサブミクロンサイズのゴミは、ゴミパック４６
を通過する空気に含まれる。この空気は、第１のフィル
タ５１、第２のフィルタ５２、吸気ダクト５０及び第３
のフィルタ５３を通過した後、ファン４７の外部に排出
され、排気ダクト５４を通過する。

【０１０７】電池パック５５の単電池は、放電により発
熱するが、排気ダクト５４内を通過する排気が外装ケー
スの第１の面の送風口から取り込まれるため、この排気
によって縦１、２列目の単電池の送風口側を冷却するこ
とができる。その結果、単電池それぞれについて、送風
口側と排気口側との間に十分な温度差を設けることがで
きるため、リチウムデンドライトの析出を抑制すること
ができ、ハイレートサイクル特性を向上することができ
る。

【０１０８】なお、前述した図２９〜図３１では、排気
経路としての排気ダクト５４内に電池パック５５を配置
した例を説明したが、吸気経路である吸気ダクト５０内
に電池パック５５を配置し、モータへの吸気を、外装ケ
ースの送風口から取り入れて冷却しても良い。

【０１０９】（ハイブリッドタイプの自動車・電気自動
車）本発明に係る電池パックは、ハイブリッドタイプの
自動車および電気自動車に搭載することができる。図３
２は、内燃機関と電池駆動モータとを組合わせて走行駆
動源としたハイブリッドタイプの自動車を示している。
このハイブリッドタイプの自動車は、内燃機関を最適条
件で稼動させ、走行条件によって出力不足が生じる時、
その出力不足を電池駆動モータの出力で補い、また減速
時に回生電力吸収を行うことによって、通常の内燃機関
単独走行の自動車に比較して、単位燃料当りの走行距離
を飛躍的に増大させたものである。電池駆動モータの電
力源には、本発明に係る電池パック９１が用いられてい
る。この電池パック９１は、後部座席９２の後方に位置
するトランクルーム９３内に配置されている。

【０１１０】

【実施例】以下、本発明の実施例を前述した図面を参照
して詳細に説明する。

【０１１１】（実施例１）１８６５０サイズで、直径が
１８ｍｍで、長さが６５ｍｍで、容量が１．５Ａｈの円
筒形リチウムイオン二次電池２₁〜２₁₂を１２個用意し
た。このリチウムイオン二次電池を２個並列にＮｉタブ
の抵抗溶接により接続したものを１単位とし、これを６
単位直列にＮｉタブにより接続し、組電池にした。電池
配列は、縦２列×横６列とした。なお、Ｎｉタブによる
接続は、１２本の単電池が互いに隙間を設けた状態で配
置されるように行った。得られた組電池の寸法は、幅
（長辺方向の幅）が１３５ｍｍで、奥行き（短辺方向の
幅）が３３ｍｍで、高さが６５ｍｍであった。

【０１１２】この組電池の周囲に、エポキシ樹脂の射出
成形によって外装ケース１を形成することで、組電池を
外装ケース１内に収納し、前述した図１及び図２に示す
構造を有し、寸法が１４０ｍｍ×７０ｍｍ×３８ｍｍの
電池パックを作製した。

【０１１３】外装ケース１の長手方向側の２つの側面の
うち、第1の面３ａには、縦が２ｍｍで、横が３５ｍｍ
の長方形の横スリット４を等間隔で縦に１２個並べ、こ
れを横に３列並べ、合計３６個の送風口を形成した。一
方、第２の面３ｂには、縦が２ｍｍで、横が３５ｍｍの
長方形の横スリット５を等間隔で縦に１２個並べ、これ
を横に３列並べ、合計３６個の排気口を形成した。送風
口の総面積の第１の面に対する割合と、排気口の総面積
の第２の面に対する割合は、それぞれ、２７％であっ
た。

【０１１４】ここで、外装ケース１内の単電池２₁〜２
₁₂の配置について詳しく説明する。

【０１１５】前述したように単電池は、縦に２列並んで
いるが、外装ケース１の第１の面３ａと対向する方の列
を縦１列目とする。縦１列目の単電池２₁〜２₆は、それ
ぞれ、外周面のうち第１の面３ａとの距離が最も短い領
域（ｄ₁）が、送風口４と対向している。縦１列目の単
電池２₁〜２₆の間の隙間Ｇ１は、０．５ｍｍに設定さ
れ、電池直径に対して２．８％に相当する大きさであ
る。なお、最短距離ｄ₁は、２ｍｍであった。

【０１１６】一方、縦２列目の単電池２₇〜２₁₂は、そ
れぞれ、外周面のうち第１の面３ａとの距離が最短にな
る領域（ｄ₂）が、縦1列目に存在する隙間を挟んで送風
口４と対向している。なお、最短距離ｄ₂は、２ｍｍで
あった。縦１列目の単電池２₁〜２₆と縦２列目の単電池
２₇〜２₁₂との隙間Ｇ２は、１．０×Ｇ１に相当する大
きさに設定されている。ここで、縦1列目に存在する隙
間とは、単電池間の隙間と、単電池２₁と外装ケース１
の間の隙間と、単電池２₆と外装ケース１の間の隙間と
を意味する。

【０１１７】縦２列目の端の単電池２₇とその隣の単電
池２₈との隙間の大きさＧ３^*と、縦２列目の単電池２₈
〜２₁₂の隙間Ｇ３は、隙間Ｇ１とそれぞれ等しい。

【０１１８】（実施例２〜８）縦１列目の単電池間の隙
間Ｇ１か、あるいは縦１列目の単電池と縦２列目の単電
池との隙間Ｇ２を、下記表１に示すように変更すること
以外は、前述した実施例１で説明したのと同様な構成の
電池パックを組み立てた。

【０１１９】（実施例９）縦１列目の単電池２₁〜２₆と
縦２列目の単電池２₇〜２₁₂との間に均熱板を介在させ
ること以外は、前述した実施例１で説明したのと同様な
構成の電池パックを組み立てた。

【０１２０】なお、均熱板としては、前述した図６及び
図７に示すような、単電池の外周形状に沿った波板形状
のものを用意した。均熱板の材質は、アルミニウムで、
縦が６０ｍｍで、横が１１９ｍｍで、板厚は１．０ｍｍ
とした。均熱板には、縦が１０ｍｍで、横が２５ｍｍの
長方形の横スリットを１０ｍｍ間隔で縦に２個並べ、こ
れを横に３列並べ、通気口とした。

【０１２１】（実施例１０）２６６５０サイズで、直径
が２６ｍｍで、長さが６５ｍｍで、容量が３．０Ａｈの
円筒形リチウムイオン二次電池を６本用意した。このリ
チウムイオン二次電池を６本直列にリードにより接続
し、組電池にした。電池配列は、縦２列×横３列とし
た。なお、リードによる接続は、６本の単電池が互いに
隙間を設けた状態で配置されるように行った。得られた
組電池の寸法は、幅（長辺方向の幅）が９５ｍｍで、奥
行き（短辺方向の幅）が５０ｍｍで、高さが６５ｍｍで
あった。

【０１２２】この組電池の周囲に、エポキシ樹脂の射出
成形によって外装ケースを形成することで、組電池を外
装ケース内に収納し、寸法が１１０ｍｍ×７０ｍｍ×５
６ｍｍの電池パックを作製した。

【０１２３】外装ケースの長手方向側の２つの側面のう
ち、第1の面には、縦が３ｍｍで、横が３０ｍｍの長方
形の横スリットを等間隔で縦に１２個並べ、これを横に
３列並べ、合計３６個の送風口を形成した。一方、第２
の面には、縦が３ｍｍで、横が３０ｍｍの長方形の横ス
リットを等間隔で縦に１２個並べ、これを横に３列並
べ、合計３６個の排気口を形成した。送風口の総面積の
第１の面に対する割合と、排気口の総面積の第２の面に
対する割合は、それぞれ、４２％であった。

【０１２４】ここで、外装ケース内の単電池の配置につ
いて詳しく説明する。

【０１２５】前述したように単電池は、縦に２列並んで
いるが、外装ケースの第１の面と対向する方の列を縦１
列目とする。縦１列目の単電池は、それぞれ、外周面の
うち第１の面との距離が最短になる領域が、送風口と対
向している。縦１列目の単電池の間の隙間Ｇ１は、１ｍ
ｍに設定され、電池直径に対して３．８％に相当する大
きさである。なお、最短距離ｄ₁は、２ｍｍであった。

【０１２６】一方、縦２列目の単電池は、それぞれ、外
周面のうち第１の面との距離が最短になる領域が、縦1
列目に存在する隙間を挟んで送風口と対向している。な
お、最短距離ｄ₂は、２ｍｍであった。縦１列目の単電
池と縦２列目の単電池との隙間Ｇ２は、１×Ｇ１に相当
する大きさに設定されている。ここで、縦1列目に存在
する隙間とは、単電池間の隙間と、単電池と外装ケース
の間の隙間を意味する。

【０１２７】（比較例１）単電池の間に隙間を設けずに
接触させると共に、縦１列目の単電池と縦２列目の単電
池との間に均熱板を介在させること以外は、前述した実
施例１で説明したのと同様な構成の電池パックを組み立
てた。但し、均熱板としては、前述した実施例９で説明
したのと同様なものを使用した。

【０１２８】得られた実施例１〜１０及び比較例１の電
池パックについて、以下に説明する条件で充放電を２０
０回繰り返し、電池容量を測定した。充電は、定電流定
電圧方式で電流２Ａで電圧２４．９Ｖまで２時間で行っ
た。放電は、外装ケースの第１の面に風速１ｍ／ｓの風
を当てることにより冷却しながら、１０Ａの定電流を終
止電圧１８Ｖまで流した。初期容量を１００％とした際
の２００回使用後の電池容量をハイレートサイクル特性
として下記表１に示す。また、放電時、単電池の送風口
側の表面と排気口側の表面との温度差をＫタイプの熱電
対６により測定し、最大温度差の分布（最大温度差の最
小値と最大値で規制される範囲）を下記表１に示す。

【０１２９】

【表１】

【０１３０】表１から明らかなように、実施例１〜１０
の電池パックは、比較例１の電池パックに比較してハイ
レート放電特性に優れていることがわかる。

【０１３１】これに対し、比較例１の電池パックは、１
６回目の充電時に内部短絡を生じ、内圧が異常上昇した
ために電流遮断装置が作動した。電池を分解して負極電
極表面を観察したところ、多量のデンドライトが生成し
ていた。

【０１３２】（比較例２）円筒形リチウムイオン二次電
池の代わりに、４／３Ａサイズで、直径が１７．２ｍｍ
で、容量が２．９Ａｈの円筒形ニッケル水素二次電池を
使用し、１６本直列（縦２列×横８列）に接続すること
以外は、前述した比較例１で説明したのと同様な構成の
電池パックを組み立てた。

【０１３３】（比較例３）円筒形リチウムイオン二次電
池の代わりに、前述した比較例２で説明したのと同様な
種類の円筒形ニッケル水素二次電池を使用すること以外
は、前述した実施例１で説明したのと同様な構成の電池
パックを組み立てた。

【０１３４】比較例２及び３の電池パックについて、以
下に説明する条件で充放電を２００回繰り返し、電池容
量を測定した。

【０１３５】充電は、定電流方式で電流２Ａで２時間で
行った。ただし、２時間以内に満充電になり、セル温度
が所定の温度に達した場合は充電を停止した。放電は、
外装ケースの第１の面に風速１ｍ／ｓの風を当てること
により冷却しながら、１０Ａの定電流を終止電圧１５Ｖ
まで流した。初期容量を１００％とした際の２００回使
用後の電池容量を比較したところ、比較例２が３６％
で、比較例３が４５％であった。この結果から、ニッケ
ル水素二次電池の組電池パックにおいては、単電池の送
風口側と排気口側とで温度差を設けても、サイクル寿命
の十分な改善を望めないことがわかった。

【０１３６】（実施例１１）縦２列目の端の単電池２₇
とその隣の単電池２₈との隙間の大きさＧ３^*を、０．８
×Ｇ１にすること以外は、前述した実施例３と説明した
のと同様な構成の電池パックを組み立てた。

【０１３７】（実施例１２）縦２列目の端の単電池２₇
とその隣の単電池２₈との隙間の大きさＧ３^*を、０．５
×Ｇ１にすること以外は、前述した実施例３と説明した
のと同様な構成の電池パックを組み立てた。

【０１３８】（実施例１３）縦２列目の単電池２₇とそ
の隣の単電池２₈との隙間の大きさＧ３^*を、０．１×Ｇ
１にすること以外は、前述した実施例３と説明したのと
同様な構成の電池パックを組み立てた。

【０１３９】（比較例４）縦２列目の単電池２₇とその
隣の単電池２₈との隙間の大きさＧ３^*を設けないこと以
外は、前述した実施例３と説明したのと同様な構成の電
池パックを組み立てた。

【０１４０】実施例１１〜１３及び比較例４の電池パッ
クについて、前述した実施例1で説明したのと同様にし
てハイレートサイクル特性と最大温度差の分布を測定し
たところ、実施例１１の電池パックについては、温度分
布差は３〜５°Ｋ、２００回使用後の電池容量は８６％
で、実施例１２の電池パックについては、温度分布差は
３〜４°Ｋ、２００回使用後の電池容量は８９％であっ
た。

【０１４１】これに対し、実施例１３の電池パックは、
温度分布差が４〜７°Ｋ、２００回使用後の電池容量は
７８％で、比較例４の電池パックは、温度分布差が４〜
１１°Ｋ、２００回使用後の電池容量は４８％であっ
た。

【０１４２】次いで、実施例１の電池パックを、前述し
た図７〜図９に示すコードレスクリーナ用電源に使用し
た。電池パックは、放電時にファンモータの排気による
風で冷却できるように排気ダクト５４内に配置した。排
気の風速は１ｍ／ｓとした。

【０１４３】経路の電池パックの充電は、定電流定電圧
方式で電流２Ａで電圧２４．９Ｖまで２時間で行った。
放電は、平均８．３Ａの電流で終止電圧１８Ｖまで行っ
た。この充放電を２００回繰り返して電池容量を測定し
たところ、２００回使用後の電池容量は、初期容量の８
６％にあたることがわかった。

【０１４４】（実施例１４）１８６５０サイズで、直径
が１８ｍｍで、長さが６５ｍｍで、容量が１．５Ａｈの
円筒形リチウムイオン二次電池２₁〜２₁₂を１２個用意
した。このリチウムイオン二次電池を２個をNi接続端子
を用いて抵抗溶接により並列接続したものを１単位と
し、これを６単位直列にNi接続端子を用いて抵抗溶接に
より接続し、組電池にした。電池配列は、縦２列×横６
列とした。なお、接続端子による抵抗溶接接続は、１２
本の単電池が互いに隙間を設けた状態で配置されるよう
に行った。得られた組電池の寸法は、幅（長辺方向の
幅）が１３５ｍｍで、奥行き（短辺方向の幅）が３３ｍ
ｍで、高さが６５ｍｍであった。

【０１４５】この組電池の周囲に、エポキシ樹脂の射出
成形によって前述した図９，１０に示す構造の外装ケー
スを形成することで、組電池を外装ケース内に収納し、
寸法が１４０ｍｍ×７５ｍｍ×３８ｍｍの電池パックを
作製した。

【０１４６】外装ケースの収納部７１の長手方向側の２
つの側面のうち、第1の面３ａには、縦が２ｍｍで、横
が３５ｍｍの長方形の横スリット４を第１の面３ａの下
端から５ｍｍの位置から上端から５ｍｍの位置までの間
に等間隔で縦に１０個並べ、これを横に３列並べ、合計
３０個の送風口を形成した。第１の面３ａの下端から５
ｍｍの位置は、第１の面３ａの下端から外装ケース高さ
の６．７％に相当する位置となるため、送風口非形成領
域は、第１の面３ａの下端から外装ケース高さの６．７
％に相当する位置までである。

【０１４７】一方、第２の面３ｂには、縦が２ｍｍで、
横が３５ｍｍの長方形の横スリット５を面３ｂの下端か
ら５ｍｍの位置から上端から５ｍｍの位置までの間に等
間隔で縦に１０個並べ、これを横に３列並べ、合計３０
個の排気口を形成した。送風口の総面積の第１の面に対
する割合と、排気口の総面積の第２の面に対する割合
は、それぞれ、２０％であった。

【０１４８】外装ケースの収納部７１の底部内面に形成
された第２の円形凹部の深さＤは７ｍｍにした。一方、
外装ケースの蓋板７３の内面に形成された第１の円形凹
部の深さｄは２ｍｍとした。よって、これら凹部の深さ
は、前述した（５）式の関係を満足する。

【０１４９】ここで、外装ケース１内の単電池２₁〜２
₁₂の配置について詳しく説明する。

【０１５０】前述したように単電池は、縦に２列並んで
いるが、外装ケース１の第１の面３ａと対向する方の列
を縦１列目とする。縦１列目の単電池２₁〜２₆は、それ
ぞれ、外周面のうち第１の面３ａとの距離が最も短い領
域（ｄ₁）が、送風口４と対向している。最短距離ｄ
₁は、２ｍｍであった。縦１列目の単電池２₁〜２₆の間
の隙間Ｇ１は、１ｍｍに設定され、電池直径に対して
２．８％に相当する大きさである。

【０１５１】一方、縦２列目の単電池２₇〜２₁₂は、そ
れぞれ、外周面のうち第１の面３ａとの距離が最短にな
る領域（ｄ₂）が、縦1列目に存在する隙間を挟んで送風
口４と対向している。最短距離ｄ₂は、２ｍｍであっ
た。縦１列目の単電池２₁〜２₆と縦２列目の単電池２₇
〜２₁₂との隙間Ｇ２は、１ｍｍに設定されている。ここ
で、縦1列目に存在する隙間とは、単電池間の隙間と、
単電池２₁と外装ケース１の間の隙間と、単電池２₆と外
装ケース１の間の隙間とを意味する。

【０１５２】縦２列目の端の単電池２₇とその隣の単電
池２₈との隙間の大きさＧ３^*と、縦２列目の単電池２₈
〜２₁₂の隙間Ｇ３は、１ｍｍであった。

【０１５３】（実施例１５）２６６５０サイズで、直径
が２６ｍｍで、長さが６５ｍｍで、容量が３．０Ａｈの
円筒形リチウムイオン二次電池を６本用意した。このリ
チウムイオン二次電池を６本直列にＮｉタブの抵抗溶接
により接続し、組電池にした。電池配列は、縦２列×横
３列とした。なお、Ｎｉタブによる接続は、６本の単電
池が互いに隙間を設けた状態で配置されるように行っ
た。得られた組電池の寸法は、幅（長辺方向の幅）が９
５ｍｍで、奥行き（短辺方向の幅）が５０ｍｍで、高さ
が６５ｍｍであった。

【０１５４】この組電池の周囲に、エポキシ樹脂の射出
成形によって外装ケースを形成することで、組電池を外
装ケース内に収納し、寸法が１１０ｍｍ×７５ｍｍ×５
６ｍｍの電池パックを作製した。

【０１５５】外装ケースの長手方向側の２つの側面のう
ち、第1の面には、面３ａの下端から５ｍｍの位置から
上端から５ｍｍの位置までの間に等間隔で縦が２ｍｍ
で、横が３０ｍｍの長方形の横スリットを等間隔で縦に
１０個並べ、これを横に３列並べ、合計３０個の送風口
を形成した。一方、第２の面には、面３ｂの下端から５
ｍｍの位置から上端から５ｍｍの位置までの間に等間隔
で縦が２ｍｍで、横が３０ｍｍの長方形の横スリットを
等間隔で縦に１０個並べ、これを横に３列並べ、合計３
０個の排気口を形成した。送風口の総面積の第１の面に
対する割合と、排気口の総面積の第２の面に対する割合
は、それぞれ、２２％であった。

【０１５６】外装ケースの収納部の底部内面に形成され
た第２の円形凹部の深さＤは３ｍｍにした。一方、外装
ケースの蓋板の内面には凹部を形成しなかった。

【０１５７】ここで、外装ケース内の単電池の配置につ
いて詳しく説明する。

【０１５８】前述したように単電池は、縦に２列並んで
いるが、外装ケースの第１の面と対向する方の列を縦１
列目とする。縦１列目の単電池は、それぞれ、外周面の
うち第１の面との距離が最短になる領域が、送風口と対
向している。最短距離ｄ₁は、２ｍｍであった。縦１列
目の単電池の間の隙間Ｇ１は、１ｍｍに設定され、電池
直径に対して３．８％に相当する大きさである。

【０１５９】一方、縦２列目の単電池は、それぞれ、外
周面のうち第１の面との距離が最短になる領域が、縦1
列目に存在する隙間を挟んで送風口と対向している。最
短距離ｄ₂は、２ｍｍであった。縦１列目の単電池と縦
２列目の単電池との隙間Ｇ２は、１×Ｇ１に相当する大
きさに設定されている。ここで、縦1列目に存在する隙
間とは、単電池間の隙間と、単電池と外装ケースの間の
隙間を意味する。

【０１６０】縦２列目の端の単電池２₇とその隣の単電
池２₈との隙間の大きさＧ３^*と、縦２列目の単電池２₈
〜２₁₂の隙間Ｇ３は、１ｍｍであった。

【０１６１】（実施例１６）容器を胴体と底蓋に分解で
きる構造とし、胴体のみをアルミニウムにしたこと以外
は、前述した実施例１４で説明したのと同様な構成の電
池パックを組み立てた。

【０１６２】（実施例１７）送風口と排気口の配置を下
記に説明するように変更すること以外は、前述した実施
例１４で説明したのと同様な構成の電池パックを組み立
てた。

【０１６３】第1の面３ａには、縦が２ｍｍで、横が３
５ｍｍの長方形の横スリット４を面３ａの下端から１０
ｍｍの位置から上端から５ｍｍの位置までの間に等間隔
で縦に１０個並べ、これを横に３列並べ、合計３０個の
送風口を形成した。一方、第２の面３ｂには、縦が２ｍ
ｍで、横が３５ｍｍの長方形の横スリット５を面３ｂの
下端から５ｍｍの位置から上端から５ｍｍの位置までの
間に等間隔で縦に１０個並べ、これを横に３列並べ、合
計３０個の排気口を形成した。

【０１６４】第１の面３ａの下端から１０ｍｍの位置
は、第１の面３ａの下端から外装ケース高さの１３％に
相当する位置となるため、送風口非形成領域は、第１の
面３ａの下端から外装ケース高さの１３％に相当する位
置までである。

【０１６５】（実施例１８）送風口と排気口の配置を下
記に説明するように変更すること以外は、前述した実施
例１４で説明したのと同様な構成の電池パックを組み立
てた。

【０１６６】第1の面３ａには、縦が２ｍｍで、横が３
５ｍｍの長方形の横スリット４を面３ａの下端から１
８．７５ｍｍの位置から上端から５ｍｍの位置までの間
に等間隔で縦に１０個並べ、これを横に３列並べ、合計
３０個の送風口を形成した。一方、第２の面３ｂには、
縦が２ｍｍで、横が３５ｍｍの長方形の横スリット５を
面３ｂの下端から５ｍｍの位置から上端から５ｍｍの位
置までの間に等間隔で縦に１０個並べ、これを横に３列
並べ、合計３０個の排気口を形成した。

【０１６７】第１の面３ａの下端から１８．７５ｍｍの
位置は、第１の面３ａの下端から外装ケース高さの２５
％に相当する位置となるため、送風口非形成領域は、第
１の面３ａの下端から外装ケース高さの２５％に相当す
る位置までである。

【０１６８】（実施例１９）送風口と排気口の配置を下
記に説明するように変更すること以外は、前述した実施
例１４で説明したのと同様な構成の電池パックを組み立
てた。

【０１６９】外装ケース１の長手方向側の２つの側面の
うち、第1の面３ａには、縦が２ｍｍで、横が３５ｍｍ
の長方形の横スリット４を面３ａの下端から３５ｍｍの
位置から上端から５ｍｍの位置までの間に等間隔で縦に
５個並べ、これを横に３列並べ、合計１５個の送風口を
形成した。一方、第２の面３ｂには、縦が２ｍｍで、横
が３５ｍｍの長方形の横スリット５を面３ｂの下端から
３５ｍｍの位置から上端から５ｍｍの位置までの間に等
間隔で縦に５個並べ、これを横に３列並べ、合計１５個
の排気口を形成した。

【０１７０】第１の面３ａの下端から３５ｍｍの位置
は、第１の面３ａの下端から外装ケース高さの４７％に
相当する位置となるため、送風口非形成領域は、第１の
面３ａの下端から外装ケース高さの４７％に相当する位
置までである。

【０１７１】セルの長手方向が重力方向に一致するよう
に実施例１４〜１９の電池パックを立てた。実施例１４
〜１９の電池パックには、風を外装ケースの第１の面３
ａに垂直に当てた。第１の面３ａのスリットに入る前の
風速は、１ｍ／ｓであった。

【０１７２】得られた実施例１４〜１９及び実施例１の
電池パックについて、以下に説明する条件で充放電を３
００回繰り返し、電池容量を測定した。充電は、定電流
定電圧方式で電流２Ａで電圧２４．９Ｖまで２時間で行
った。放電は、上述した条件で風を当てる冷却を行ない
ながら、８Ａの定電流を終止電圧１８Ｖまで流した。初
期容量を１００％とした際の３００回使用後の電池容量
をハイレートサイクル特性として下記表２に示す。ま
た、電池パックを構成する単電池各々の温度分布を前述
した温度分布形成の項目で説明したのと同様な方法で測
定し、その結果を下記表２に併記する。なお、熱電対に
は、Ｋタイプの熱電対を使用した。

【０１７３】

【表２】

【０１７４】表２から明らかなように、実施例１４〜１
９の電池パックは、実施例１の電池パックに比較してハ
イレート放電特性に優れていることがわかる。

【０１７５】（実施例２０）実施例１４の電池パック
を、前述した図２９〜図３１に示すコードレスクリーナ
用電源に使用した。電池パックは、放電時にファンモー
タの排気による風で冷却できるように排気ダクト５４内
に配置した。排気の風速は１ｍ／ｓとした。

【０１７６】経路の電池パックの充電は、定電流定電圧
方式で電流１．５Ａで電圧２４．９Ｖまで５時間で行っ
た。放電は、８．３Ａの電流で終止電圧１８Ｖまで行っ
た。この充放電を３００回繰り返して電池容量を測定し
たところ、３００回使用後の電池容量は、初期容量の８
３％にあたることがわかった。

【０１７７】

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、ハ
イレートサイクル特性に優れる電池パックと、この電池
パックを備える充電式掃除機を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係る電池パックの一例を示す斜視
図。

【図２】 図１の電池パックにおける二次電池の配置を
説明するための模式図。

【図３】 図１の電池パックに冷却風が当る状態を模式
的に示した斜視図。

【図４】 図１の電池パックに組み込まれる円筒形リチ
ウムイオン二次電池の一例を示す斜視図。

【図５】 図１の電池パックにおける二次電池の配置を
説明をするための別の模式図。

【図６】 図１の電池パックの外装ケース内に均熱板を
配置した例を示す模式図。

【図７】 図６の均熱板を示す平面図。

【図８】 図１の電池パックの外装ケース内に配置され
る均熱板の別な例を示す平面図。

【図９】 本発明に係る電池パックで用いられる外装ケ
ースの収納部の一例を示す斜視図。

【図１０】 図９の収納部に配置される蓋板の一例を示
す斜視図。

【図１１】 図９の収納部と図１０の蓋体を備える電池
パックに冷却風が当る状態を模式的に示した斜視図。

【図１２】 単電池の直径方向におけるセル内部温度の
分布の一例を示す特性図。

【図１３】 単電池の長手方向におけるセル内部温度の
分布の一例を示す特性図。

【図１４】 円筒形リチウムイオン二次電池中の非水電
解液が対流する様子の一例を示す模式図。

【図１５】 本発明の別な実施形態に係る電池パックに
冷却風が当る状態を模式的に示した斜視図。

【図１６】 本発明のさらに別な実施形態に係る電池パ
ックに冷却風が当る状態を模式的に示した斜視図。

【図１７】 単電池の長手方向におけるセル内部温度の
分布の別な例を示す特性図。

【図１８】 円筒形リチウムイオン二次電池中の非水電
解液が対流する様子の別な例を示す模式図。

【図１９】 本発明に係る電池パックのさらに別な実施
形態を示す模式的な斜視図。

【図２０】 本発明に係る電池パックのさらに別な実施
形態を示す模式的な斜視図。

【図２１】 本発明に係る電池パックのさらに別な実施
形態を示す模式的な斜視図。

【図２２】 本発明に係る電池パックのさらに別な実施
形態を示す模式的な斜視図。

【図２３】 本発明に係る電池パックのさらに別な実施
形態を示す模式的な斜視図。

【図２４】 本発明に係る電池パックのさらに別な実施
形態を示す模式的な斜視図。

【図２５】 本発明に係る電池パックのさらに別な実施
形態を示す模式的な斜視図。

【図２６】 本発明に係る電池パックのさらに別な実施
形態を示す模式的な斜視図。

【図２７】 熱電対が取り付けられた円筒形リチウムイ
オン二次電池を模式的に示した上面図。

【図２８】 本発明に係る電池パックのさらに別な実施
形態を示す模式的な斜視図。

【図２９】 本発明に係る充電式掃除機の一例の概略構
成を示す模式図。

【図３０】 本発明に係る充電式電気掃除機の一例の概
略構成を示す部分断面図。

【図３１】 図３０の掃除機本体のＡ−Ａ線に沿う断面
図。

【図３２】 本発明に係る電池パックが搭載された自動
車の一例を示す模式図。

【符号の説明】

１…外装ケース、２₁〜２₁₂…単電池、３ａ…第１の
面、３ｂ…第２の面、４…送風口、５…排気口、６，６
₁〜６₃…熱電対、３１…均熱板、３２…通気口、３３…
上部均熱板、３４…下部均熱板、７１…収納部（外装ケ
ース本体）、６５，７２ａ…第２の凹部、６６，７４ａ
…第１の凹部、６７…環状部材、７３…蓋体、７６ａ，
７６ｂ…通風口、７８ａ…第１の面、７８ｂ…第２の
面、７８ｃ…第３の面、７８ｄ…第４の面。

フロントページの続き (72)発明者 久野 勝美 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株 式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者 岩崎 秀夫 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株 式会社東芝研究開発センター内 Ｆターム(参考） 3B057 DE01 5H031 HH08 KK08 5H040 AA28 AS22 NN00 NN01

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 外装ケースと、前記外装ケース内に、縦
   にＮ列、横にＭ列の配列（Ｎ列≦Ｍ列）で収納された円
   筒形リチウムイオン二次電池とを具備する電池パックに
   おいて、 前記外装ケースは、縦１列目の前記二次電池の外周面と
   対向する第１の面に送風口が開口され、かつ前記第１の
   面の反対側に位置する第２の面に排気口が開口されてお
   り、 前記二次電池は、互いに隙間を隔てており、 縦１列目の前記二次電池は、外周面のうち前記第１の面
   との距離が最短になる領域が、前記外装ケースの前記送
   風口と対向し、 縦２列目の前記二次電池は、外周面のうち前記第１の面
   との距離が最短になる領域が、前記縦１列目中の隙間を
   挟んで、前記外装ケースの前記送風口と対向することを
   特徴とする電池パック。
2. 【請求項２】 前記縦１列目の前記二次電池間の隙間Ｇ
   １は、０．１〜５ｍｍの範囲内で、前記縦１列目の前記
   二次電池と前記縦２列目の前記二次電池との隙間Ｇ２
   は、０．５Ｇ１≦Ｇ２≦Ｇ１の範囲内を満足することを
   特徴とする請求項１記載の電池パック。
3. 【請求項３】 前記縦１列目の前記二次電池と前記縦２
   列目の前記二次電池との間に、通気口を備えた均熱板を
   介在させたことを特徴とする請求項１ないし２いずれか
   １項記載の電池パック。
4. 【請求項４】 下記（３）式を満足することを特徴とす
   る請求項１〜３いずれか１項記載の電池パック。 ０．２Ｇ１≦Ｇ３^*≦０．８Ｇ１ （３） 但し、Ｇ３^*は、前記縦２列目の前記二次電池のうち少
   なくとも一方の端に位置する二次電池と、この二次電池
   の隣に位置する二次電池との隙間（ｍｍ）である。
5. 【請求項５】 前記縦１列目の前記二次電池は、温度差
   が２°Ｋ〜１０°Ｋの範囲内の温度分布を有することを
   特徴とする請求項１〜４いずれか１項記載の電池パッ
   ク。
6. 【請求項６】 前記外装ケースの前記第１の面の内面
   は、波形面であり、前記縦１列目の前記二次電池は、前
   記波形面の凹部に収納されていることを特徴とする請求
   項１〜５いずれか１項記載の電池パック。
7. 【請求項７】 前記縦１列目の前記二次電池の外周面と
   前記第１の面との最短距離は、０ｍｍ〜５ｍｍの範囲内
   であることを特徴とする請求項１〜６いずれか１項記載
   の電池パック。
8. 【請求項８】 前記二次電池は長手方向が重力方向に平
   行な状態で前記外装ケース内に収納されており、前記外
   装ケースの上部内面には、前記二次電池の上端部が収納
   される第１の凹部が形成され、前記外装ケースの底部内
   面には、前記二次電池の下端部が収納される第２の凹部
   が形成され、前記第１の凹部と前記第２の凹部は、下記
   （５）式を満足することを特徴とする請求項１記載の電
   池パック。 ｄ＜Ｄ （５） 但し、ｄは、前記第１の凹部の深さ（ｍｍ）であり、Ｄ
   は、前記第２の凹部の深さ（ｍｍ）である。
9. 【請求項９】 前記二次電池は長手方向が重力方向に平
   行な状態で前記外装ケース内に収納されており、前記第
   １の面の下端部は送風口非形成領域で、前記送風口非形
   成領域の高さは、外装ケースの高さの２５％以下である
   ことを特徴とする請求項１記載の電池パック。
10. 【請求項１０】 請求項１〜９いずれか１項記載の電池
    パックを備えることを特徴とする充電式掃除機。