JP2007200758A

JP2007200758A - 電池パック

Info

Publication number: JP2007200758A
Application number: JP2006019081A
Authority: JP
Inventors: Shinichiro Kosugi; 伸一郎小杉; Tamon Ozaki; 多文尾崎; Katsumasa Araoka; 勝政荒岡
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2006-01-27
Filing date: 2006-01-27
Publication date: 2007-08-09
Also published as: CN101375461A; EP1978589A1; EP1978589A4; US20090305125A1; WO2007086495A1

Abstract

【課題】各単電池の電圧をケース外部から監視して単電池の過充電を防止する。外部のケースとして金属ケースを使用することで、ケースの強度を格段に向上させ、外部からの衝撃や内部からの発火事故時の破裂に対する安全性を図る。
【解決手段】複数の単電池１の−側と＋側の端子を接続部材３によって接続した状態で金属ケース２内に収納する。金属ケース２には＋側と−側の外部端子４を設け、外部端子４と単電池１の端子とをリード５によって接続する。金属ケース２には、電圧監視用コネクタ６を設け、この電圧監視用コネクタ６と各単電池１の＋側と−側から伸びる電圧取出用電線７を接続する。電圧監視用コネクタ６によって、個々の単電池の充電度合いを知ることができ、単電池の過充電を防止できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数個の単電池をケース内に収納して成る電池パックに関するものであって、特に、ケース内に封入された単電池の電圧を監視する電圧監視用コネクタを設けたことを特徴とするものである。

複数個の単電池をケース内に収納して成る電池パックとしては、従来から特許文献１や特許文献２に記載のものが知られている。特許文献１に記載の技術は、単電池とケースとの間に弾性体を配置して、単電池の振動を防止したものである。また、特許文献２に記載の技術は、複数の単電池をケース内に収納すると共に、単電池とケースとの間にゲル状の接着剤やゴムシートを配設したものである。

また、特許文献３に記載の技術は、単電池としてリチウムイオン二次電池を使用した場合に、その液漏れやガスの侵入抑制のため、ガスバリヤ層を有するシート状物から構成したケース内に複数の単電池を収納したものである。
特開２００４−１４６１６１特開２００４−５５３４６特開２００１−６８０７４

しかしながら、前記のように形成された従来の電池パックには次のような解決すべき課題があった。即ち、前記各特許文献で提案されているような電池パックにおいて、内部に収納する単電池として、リチウムイオン二次電池などを使用した場合、過充電により単電池が破裂して、内部の石油系溶剤が漏れ発火してしまうおそれがある。

特に、複数の単電池を一つのケース内に収納した状態で充電を行うと、各単電池ごとに充電度合いが異なり、複数の単電池の幾つかは１００％充電された状態でも、他の単電池が完全に充電されていないと、電池パック全体としての充電度合いは１００％に達していないため、充電操作が停止されることなく継続されることになる。その結果、すでに１００％の充電度に達している単電池に対しても充電電流が流れることになり、過充電が生じることになる。

前記の各特許文献に記載の従来技術は、いずれも前記のような各単電池間における充電度の相違に起因する過充電への対応策を有するものではなく、過充電による単電池の破裂の可能性を否定できなかった。

また、リチウムイオン電池のような二次電池では、水分が電池内部に入ることによって電池の寿命が著しく短くなる。従来技術では、単電池ごとにアルミ缶やラミネートフィルムなどの水分を透過しない材質でできた外被に入れて外部から水分が入らないように厳重にシールを行うが、シール部分の出来不出来による水分の透過量が単電池の外被ごとに異なり、それによって内蔵された単電池ごとにその寿命が相違することになる。

これに対して、特許文献３の技術は、外側のケース自体にガスバリヤ性能を付与することで、ケース内部の各単電池に対する水分の侵入を防止することで寿命に関する課題の解決を図るものである。しかし、この特許文献３の技術は、ケースとして複数種類の素材を積層して成るシート状の部材を使用しているため、ケース自体に剛性がなく、外部からの衝撃や内部の発火事故に十分対応できるものではない。

本発明は上述した課題を解決するためになされたものであり、各単電池の電圧をケース外部から監視することが可能で、衝撃や発火事故に対する強度にも優れた電池パックを提供することを目的とする。

前記の目的を達成するために、本発明の電池パックは、接続状態にある複数の単電池を外気とシールした金属ケース内部に密封し、この金属ケースに接続状態にある単電池からケース外部に電流を取り出すための端子を設け、さらに、各単電池の電圧を取り出すための配線を金属ケース内部に設け、この配線を金属ケース外部に設けた単電池電圧監視用コネクタに接続したことを特徴とする。

また、本発明の電池パックは、接続状態にある複数の単電池を外気とシールした金属ケース内部に密封し、この金属ケースに接続状態にある単電池からケース外部に電流を取り出すための端子を設け、さらに、各単電池の電圧を取り出すための配線とこれに接続された電圧監視用電子回路を前記金属ケース内部に設け、前記電圧監視用電子回路を金属ケース外部に設けた情報授受用のコネクタに接続したことを特徴とする。

なお、前記金属ケースの内部の空隙部分に、窒素ガスやアルゴンガスなどの不活性ガスを封入したり、発泡ウレタンや発泡スチロールなどの発泡材を充填することも可能である。

本発明によれば、各単電池の電圧をケース外部から監視することができるので、単電池の過充電を確実に防止することができる。また、外部のケースとして金属ケースを使用することで、ケースの強度を格段に向上させることが可能となり、外部からの衝撃や内部からの発火事故時の破裂に対する安全性を図ることができる。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
（１）第１実施形態
図１に示す第１実施形態は、本発明の基本的な構成を示すものであって、単電池１として、その上下端部に＋端子と−端子を備えた柱状のものを使用したものである。これら複数の単電池１は、鉄やアルミのプレス成型品や鋳造品から成る気密・水密性の金属ケース２内に収納されている。

前記単電池１は、金属ケース２内において交互に上下の向きを変えて収納されており、その−側と＋側の端子を接続部材３によって接続することで、電気的には直列に接続されている。金属ケース２には、＋側と−側の外部端子４が設けられ、これら外部端子４と単電池１の端子とがリード５によって接続されている。

金属ケース２には、電圧監視用コネクタ６が設けられ、この電圧監視用コネクタ６における金属ケース内側の接点に各単電池１の＋側と−側から伸びる電圧取出用電線７が接続されている。

前記金属ケース２と各単電池１との空隙部には、窒素ガスやアルゴンガスなどの不活性ガスを封入するか、あるいは、発泡ウレタンや発泡スチロールなどの発泡材を充填する。

このような構成を有する第１実施形態においては、金属ケース２に設けたコネクタ６によって個々の単電池の電圧を監視することが可能になるので、ある特定の単電池の充電度が１００％に達した時点で電池パック全体の充電を停止することで、その単電池に対する過充電を防止することが可能になる。

また、単電池１を剛性のある金属ケース２内部に収納しているため、金属ケース内部で単電池が破裂するようなことがあっても発火することがなく、安全性が高まる。特に、特許文献３のように、複合シートによって水分の浸入を防止する技術に比較して、剛性の高い金属ケースの使用により外部からの衝撃に対する単電池の保護機能が向上すると共に、複合シートに比較して容易に金属ケースを製作できる点でも有利である。

なお、前記のように前記金属ケース２と各単電池１との空隙部に不活性ガスを封入した場合には、耐発火性能が向上する。また、発泡ウレタンや発泡スチロールなどの発泡材を充填した場合には、金属ケース２内での単電池の振動を防止したり、石油系溶剤の漏出防止や外部からの水分浸入防止などの効果がある。

（２）第２実施形態
図２に示す第２実施形態は、前記第１実施形態が各単位電池１の電圧を直接電圧監視用コネクタ６に取り出すように構成していたのに対して、金属ケース２内に電圧監視用の電子回路８を設けて、この電圧監視用電子回路８によって、
(a) いずれの単電池が過充電状態に達したか。
(b) 電池パックに対する充電の可否。
(c) 各単電池の充電度合い。
(d) 電池寿命。
などの情報を収集し、これを金属ケース２に設けた情報授受用のコネクタ９を介して金属ケース２外部に取り出すものである。

この第２実施形態によれば、各単電池の電圧を検出する以外に、各単電池や電池パック全体に関するその他の情報をコネクタ９によって取得することができるので、前記第１実施形態に比較して、充電時や電池寿命に関するより高度な管理が可能となる利点がある。

（３）第３実施形態
図３に示す第３実施形態は、薄い板状の単電池１を複数個積層した状態で金属ケース２に収納したものである。この場合、各単電池１は、電池本体１ａをポリエチレン、ポリプロピレン、ＰＥＴ、ポリカーボネート、ＡＢＳなどの被覆１ｂ内に密封し、被覆１ｂの一辺から＋および−の端子を引き出し、これらの端子を圧着、溶着などの手段で互いに接続することにより、電気的に接続している。

また、積層された各単電池１の端部には、前記の第２実施形態に示すような監視用の電子回路８とコネクタ９、および＋側と−側の外部端子４が一体に取り付けられている。

金属ケース２としては、筒状のケース本体２ａと、その前後に設けられた蓋板２ｂ，２ｃから成る箱状のものが使用される。この場合、前方の蓋板２ｂには、コネクタ９と外部端子４を挿入するための開口部９ａ，４ａが設けられている。そして、積層状態にある単電池１をケース本体２ａ内に挿入した状態でその前後の蓋板２ｂ，２ｃをネジ止めあるいは嵌合などの手段により固定することで、単電池１を内部に密封している。

なお、金属ケース２の気密・水密性を確保するために、ケース本体２ａと前後の蓋板２ｂ，２ｃの接合部分や、コネクタ９や外部端子４と開口部９ａ，４ａとの接合部分にはシール材等を配置することも可能である。

このような構成を有する第３実施形態においては、前記各実施形態における作用効果に加えて、外部の金属ケース２によって高度の非透湿性が確保されるため、単電池１の被覆をポリエチレン等の成形性・加工性の良い絶縁材料で作成しても、単電池内部への水分浸入のおそれがなく、電池寿命の短縮化を招くことがない。そのため、内部で短絡事故等を起こす可能性が低くなり、より安全性が高まる。

本発明による電池パックの第１実施形態を示す断面図。本発明による電池パックの第２実施形態を示す断面図。本発明による電池パックの第３実施形態を示す分解斜視図。

符号の説明

１…単電池
２…金属ケース
３…接続部材
４…外部端子
５…リード
６…電圧監視用コネクタ
７…電圧取出用電線
８…電圧監視用電子回路
９…情報授受用のコネクタ

Claims

接続状態にある複数の単電池を外気とシールした金属ケース内部に密封し、この金属ケースに接続状態にある単電池からケース外部に電流を取り出すための端子を設け、各単電池の電圧を取り出すための配線を金属ケース内部に設け、この配線を金属ケース外部に設けた単電池電圧監視用コネクタに接続したことを特徴とする電池パック。
接続状態にある複数の単電池を外気とシールした金属ケース内部に密封し、この金属ケースに接続状態にある単電池からケース外部に電流を取り出すための端子を設け、各単電池の電圧を取り出すための配線とこれに接続された電圧監視用電子回路を前記金属ケース内部に設け、前記電圧監視用電子回路を金属ケース外部に設けた情報授受用のコネクタに接続したことを特徴とする電池パック。
前記金属ケースの内部の空隙部分に、窒素ガスやアルゴンガスなどの不活性ガスを封入したことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電池パック。
前記金属ケース内部の空隙部分に、発泡ウレタンや発泡スチロールなどの発泡材を充填したことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電池パック。