JP2008140629A - パック電池 - Google Patents

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Abstract

【課題】パック電池の大型化を回避しつつ、隣接する電池同士の熱伝播を防止し熱暴走を回避する。
【解決手段】パック電池は、2本以上が互いに平行な姿勢で配置された円筒状の電池1と、電池1同士の間に配置されて固定され、電池1との接触面3Aを電池1の側面に沿うする曲面状とした断熱性部材で構成されたスペーサ3とを備える。
【効果】電池の間に配置される断熱性部材で構成されるスペーサによって、電池間の熱伝播を阻止して、電池の熱暴走が伝達されるのを防止できる。
【選択図】図4

Description

本発明は、複数の二次電池を同一平面で横並びに連結しているパック電池に関する。
パック電池は、出力を上げるために複数の二次電池を連結している。特にパック電池の小型化の要求から、隣接する電池同士の間隔を詰めて配置される傾向にある(例えば特許文献1参照)。一方、電池が高熱になると熱暴走することがあり、例えばリチウムイオン電池は、内部短絡等により非常に高温になることがある。この場合、複数の電池が隣接して配置されている構造では、1本の電池が高熱になり熱暴走すると、隣接する電池にも熱が伝搬して熱暴走を誘発し、次々と熱暴走が発生することが起こり得る。
特開2005−317455号公報
このような事態を防止するには、電池同士を接触させず離間させて配置し、熱伝導が生じ難いように隔離する構成が考えられる。しかしながらこの構成では電池間にスペースを設けることでパック電池が大型化し、単位体積あたりの出力電力が小さくなるという問題があった。
本発明は、従来のこのような問題点を解決するためになされたものである。本発明の主な目的は、パック電池の大型化を回避しつつ、隣接する電池同士の熱伝播を防止し熱暴走を回避し得るパック電池を提供することにある。
本発明のパック電池は、2本以上が互いに平行な姿勢で配置された円筒状の電池1と、電池1同士の間に配置されて固定され、電池1との接触面3Aを電池1の側面に沿うする曲面状とした断熱性部材で構成されたスペーサ3とを備える。
本発明の請求項2のパック電池は、スペーサ3の幅(D)を、電池1の直径とほぼ同じか、これよりも大きくしている。
本発明の請求項3のパック電池は、電池1を収納するケース2を備え、ケース2の内壁と、スペーサ3の少なくとも一端が当接されるよう構成している。
本発明の請求項4のパック電池は、スペーサ3を、電池1の隣接方向において多層構造としており、この多層構造が、スペーサ3を構成する断熱性部材よりもさらに断熱性の高い高断熱性層4を含んでいる。
本発明の請求項5のパック電池は、スペーサ3が、電池1の隣接方向において中空の空間5を形成している。
さらに、本発明の請求項6のパック電池は、スペーサ3が、電池1との当接面に複数の凸条6Aを形成している。また、本発明の請求項7のパック電池は、スペーサ3が、電池1との当接面にシボ加工を施している。
さらにまた、本発明の請求項8のパック電池は、電池1を、リチウムイオン電池としている。
本発明のパック電池は、パック電池の大型化を回避しつつ、隣接する電池同士の熱伝播を確実に防止して、熱暴走を回避できる特長がある。それは、本発明のパック電池が、電池の間に配置されるスペーサに断熱性を持たせており、スペーサを介した電池の熱伝播を阻止しているからである。
さらに、本発明のパック電池は、円筒状の電池同士の間に、電池との接触面を電池の側面に沿う曲面状とするスペーサを配置しているので、隣接する電池をスペーサで定位置に配置できる特長がある。
本発明の請求項2のパック電池は、スペーサの幅を、電池の直径とほぼ同じか、これよりも大きくしているので、隣接する電池同士で一方の電池から他方の電池に輻射熱が伝播することを阻止できる特長がある。
本発明の請求項3のパック電池は、電池を収納するケースの内壁と、スペーサの少なくとも一端を当接させるので、ケース内部における各電池の収納空間を、ケースの内壁とスペーサで区画して熱伝播を低減し、パック電池の小型化を図りつつ熱暴走を回避できる特長がある。
本発明の請求項4のパック電池は、スペーサを多層構造として、スペーサを構成する断熱性部材よりもさらに断熱性の高い高断熱性層を設けているので、この高断熱性層によって、隣接する電池同士の断熱効果をさらに高めることができる。
本発明の請求項5のパック電池は、スペーサが、電池の隣接方向において中空の空間を形成しているので、断熱性の高い空気層をスペーサ内部に形成して、隣接する電池同士の断熱効果をさらに高めることができる。
本発明の請求項6のパック電池は、スペーサが、電池との当接面に複数の凸条を形成しているので、スペーサと電池との当接面を凸条で離間させて空気層を形成して断熱性を高めることができる。
また、本発明の請求項7のパック電池は、スペーサが、電池との当接面にシボ加工を施しているので、スペーサと電池との当接面をシボ加工で微視的に離間させて、これらの間に空気層を形成して断熱性を高めることができる。
さらにまた、本発明の請求項8のパック電池は、リチウムイオン電池のひとつが発熱しても周囲の電池に伝搬して熱暴走が拡散する事態を回避できる。
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施の形態は、本発明の技術思想を具体化するためのパック電池を例示するものであって、本発明はパック電池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、実施の形態の部材に特定するものでは決してない。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も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。
図1ないし図4に示すパック電池は、ケース2に複数の電池1を収納している。複数の電池1は、2本以上が互いに平行な姿勢となるように配置すると共に、互いに隣接する電池1同士の間には、断熱性部材で構成されたスペーサ3を配置して、隣接する電池1同士の熱伝播を防止している。
図のパック電池は、ケース2に6本の電池1を収納している。6本の電池1は、2本を平行に並べて連結すると共に、平行に連結している3組の電池1を直線状に連結している。パック電池は、図2ないし図6に示すように、互いに隣接して平行に配置される2本の電池1の間にスペーサ3を配設すると共に、2本の電池1を並列に接続して並列ユニット12とし、2本の電池1とスペーサ3とからなる3組の並列ユニット12を、電池1の向きが等しくなるように直線状に連結して、互いに直列に接続している。すなわち、図のパック電池は、6本の電池1を、2並3直に接続して電池ブロック11としている。ただ、本発明のパック電池は、ケースに収納する電池を、2本ないし4本とすることも、8本以上とすることもできる。さらに、本発明のパック電池は、複数の電池の接続状態を、以上に限定しない。パック電池は、平行に連結する電池を3本以上とすることができ、また、直線状に連結する電池を2本以下とすることも、4本以上とすることもできる。たとえば、パック電池は、3本以上の電池1を並列に接続して並列ユニットとすることができ、また、互いに直列に接続する並列ユニットを2組以下とすることも、4組以上とすることもできる。さらにまた、パック電池は、互いに平行に配置される電池を必ずしも同じ向きとして並列に接続する必要はなく、逆向きとすることもできる。ただし、どの場合においても、互いに隣接して平行に配置される電池同士の間には、スペーサを配置する。隣接する電池同士の熱伝播を防止するためである。
互いに隣接して平行に配置される電池1は、電池間にスペーサ3を介在させる状態で、両端の電極にリード板13、14を接続して並列に接続される。並列ユニット12を構成する電池1は、同じ方向に向けられて両端の電極にリード板13、14を接続している。互いに直列に接続される並列ユニット12は、電池1の方向を同じ方向として、対向する電極をリード板13で接続する。このリード板13は、各並列ユニット12の電池1を並列に接続すると共に、互いに隣接する並列ユニット12を直列に接続する。電池ブロック11の両端に接続されるリード板14は、両端に位置する2本の電池1を並列に接続する。リード板13、14は金属板で、スポット溶接して、あるいはレーザ溶接して電池1の電極に接続される。
さらに、図に示すパック電池は、電池1の保護回路を実装する回路基板9をケース2に内蔵している。このパック電池は、図3、図5及び図6に示すように、回路基板9を、リード板13、14を介して電池ブロック11に接続して電池のコアパック10とし、このコアパック10をケース2に収納している。電池ブロック11の両端に接続されるリード板14は、電池1の出力リードとして回路基板9に接続しており、並列ユニット12を直列に接続するリード板13は、各並列ユニット12の電圧検出用のリードとして回路基板9に接続している。回路基板4は、絶縁基板に電子部品を実装した基板で、各々の並列ユニット5の電池電圧を検出して、電池1の充放電電流を制御する保護回路を実装している。このパック電池は、保護回路で電池1の過充電と過放電を防止しながら充放電する。また、保護回路は、電池1の過電流を検出して、電池1の充放電を制御することもできる。
電池1は、円筒型のリチウムイオン電池である。リチウムイオン電池は、非水系電解液を使用する。リチウムイオン電池が熱暴走してこの電解液が噴出されると、危険な状態となる。このため、リチウムイオン電池を備えるパック電池は、熱暴走をいかにして効果的に阻止できるかが大切である。本発明のパック電池は、断熱性部材で構成されたスペーサ3で隣接する電池間の熱伝播を防止して電池の熱暴走を防止するので、リチウムイオン電池を内蔵する構造に適している。ただし、電池は、ニッケル水素電池やニッケルカドミウム電池とすることもできる。
ケース2は、プラスチックを成形して製作される。図のケース2は、電池のコアパック10を入れる箱形に成形している本体ケース2Aと、この本体ケース2Aの開口部を閉塞する蓋ケース2Bとからなる。本体ケース2Aは、表面プレート15の外周に沿って周壁16を一体的に成形して、全体の形状を上方開口の箱型としている。さらに、図3と図4に示す本体ケース2Aは、表面プレート15の一辺に沿うコーナー部を、電池1の外周面に沿う湾曲面2aとしている。この本体ケース2Aは、ケース2の外形を小さくして、パック電池全体をコンパクトにできる特長がある。蓋ケース2Bは、表面プレート17の外周に沿って周壁18を一体的に成形した形状としている。本体ケース2Aは、蓋ケース2Bよりも周壁16の高さを高くして、蓋ケース2Bよりも深くしている。蓋ケース2Bは、周壁18の高さを低くして浅くしている。このケース2は、本体ケース2Aに、組み立てられた電池のコアパック10を入れ、開口部に蓋ケース2Bを固定して組み立てられる。
ケース2は、互いに連結される本体ケース2Aと蓋ケース2Bの内部に閉鎖された収納室19を形成しており、この収納室19に、電池のコアパック10を収納している。したがって、収納室19は、電池のコアパック10を収納できる大きさとしている。図のケース2は、表面プレート15、17の外形をほぼ長方形として、直方体に近い箱形としている。以上のケース2は、本体ケース2Aの表面プレート15と蓋ケース2Bの表面プレート17の間に複数の電池1を収納する。したがって、複数の電池1は、上下の表面プレート15、17と平行な面内に並べられて、一対の表面プレート15、17の間に収納される。一対の表面プレート15、17の間隔、言い換えると収納室19の深さは、電池1の外径とほぼ等しく、あるいはわずかに大きく、ここに電池1とスペーサ3と回路基板9を一体的に連結している電池のコアパック10が収納される。
本体ケース2Aと蓋ケース2Bは、周壁16、18の端縁を連結して互いに連結され、内部に閉鎖された収納室19を形成する。このケース2は、本体ケース2Aと蓋ケース2Bを周壁16、18の端縁で連結するので、本体ケース2Aと蓋ケース2Bの周壁16、18は、端縁の連結部の形状を同じ形状としている。図の本体ケース2Aと蓋ケース2Bは、周壁16、18の端縁の連結部を嵌着させると共に、この連結部を係止構造で連結している。ただ、本体ケースと蓋ケースの周壁は、接着して連結し、あるいは超音波溶着して連結することもできる。
さらに、図2と図3に示すケース2は、一方の側面から突出して、回路基板9を収納する基板収納部20を設けている。このケース2は、基板収納部20に回路基板9を収納して定位置に配置できる。さらに、ケース2は、基板収納部20に配設される回路基板9に固定した出力コネクタ21を、ケース2の外部に表出させる電極窓22を開口して設けている。このパック電池は、電極窓22から表出する出力コネクタ21を電子機器に接続して、パック電池から電子機器へ電力が供給される。
スペーサ3は、互いに隣接して平行な姿勢で配置される電池1の間に配置されて、隣接する電池1同士の熱伝播を阻止する。スペーサ3は、発熱する電池1の熱の伝播を阻止できるように、断熱性部材で構成している。さらに、スペーサ3は、隣接する電池同士を絶縁するために、絶縁材であるプラスチックで製作される。したがって、スペーサ3は、熱伝導率の低い材質、例えばポリカーボネート(PC)等のプラスチックを成形して製作している。断熱性部材で構成されるスペーサ3は、発熱する電池の熱を遮断して、発熱電池の熱が隣の電池1に熱伝導されるのを防止する。これにより、発熱電池の熱暴走が隣の電池に伝達されるのを阻止する。
さらに、スペーサ3は、電池1との接触面3Aを、円筒状の電池1の側面外形に沿う曲面状に成形している。図3ないし図7に示すスペーサ3は、円弧状に湾曲してなる2枚の保持プレート30を互いに逆向きに連結してなる形状であって、断面形状をX字状とする形状に成形している。このスペーサ3は、電池1と対向する保持プレート30の湾曲面を保持溝31として、ここに配置される電池1を保持する構造としている。保持溝31は、図7の斜視図に示すように、円筒形電池1の表面に沿う溝型に成形される。この保持溝31は、円筒形電池1の表面に面接触状態で接触して、円筒形電池1を位置ずれしないように定位置に保持する。図に示すスペーサ3は、保持プレート30を電池1の外周のほぼ半分に沿う円弧状としている。ただ、保持プレートは、電池の外周面に沿う部分を電池の外周の半分以下とすることもできる。
さらに、スペーサ3は、その幅(D)を、電池1の直径とほぼ同じか、あるいは、これよりも大きくしている。このスペーサ3は、一方の電池から他方の電池に輻射熱が伝播するのを有効に阻止できる。とくに、このスペーサ3は、図4に示すように、電池1をケース2に収納する状態で、スペーサ3の上下の両端をケース2の内壁である表面プレート15、17の内面に当接させる。この構造は、ケース2の内部に形成される収納室19を、ケース2とスペーサ3とで区画して、各々の電池1を収納する区画室19Aを形成するので、発熱した電池の熱をこの区画室19Aでブロックして、隣接する区画室19Aに収納される電池に伝播するのを有効に防止できる特長がある。ただ、本発明のパック電池は、必ずしもスペーサの上下の両端をケースの内壁に当接させる必要はなく、いずれか一端のみをケースの内壁に当接させることもできる。
さらに、図4に示すスペーサ3は、保持溝31を形成する一対の保持プレート30の背面に、電池1の軸方向に延びるV字状の縦溝32を設けている。このように、保持プレート30の背面に縦溝32を備えるスペーサ3は、図4に示すように、スペーサ3の上下に形成される縦溝32と上下の表面プレート17、15の内面との間に中空の空気層33を形成するので、隣接する区画室19A間での熱の移動をより効果的に防止できる特長がある。さらに、この形状のスペーサ3は、縦溝32で形成されるスペースにリード線等を配置することもできる。このスペースは、スペーサ3によって電池1から絶縁された空間となるので、リード線を電池から絶縁しながら配置できる。
さらに、スペーサ3は、図8と図9に示すように、電池1との当接面に、電池1の側面に向かって突出する複数の凸部6を設けることもできる。図に示すスペーサ3は、両側に設けた保持溝31の内面に、複数の凸部6を形成して設けている。保持溝31の内面に凸部6を備えるスペーサ3は、保持溝31の内面が直接に電池1の側面に接触することなく、すなわち、電池1をスペーサ3の接触面3Aに面接触させることなく配置する。このスペーサ3は、凸部6の先端面を電池1の側面に当接させて電池1を定位置に保持する。この構造のスペーサ3は、これらの凸部6によって電池1をスペーサ3から離間させて配置するので、電池1との接触面積を小さくできると共に、保持溝31の内面と電池1の側面との間に形成される空気の層によって、電池1とスペーサ3との断熱性を高めることができる。
図9に示すスペーサ3は、接触面3Aに設ける凸部6として、複数列の凸条6Aを設けている。図のスペーサ3は、両側の保持溝31の内面に、電池1の外周方向に沿って、複数列の凸条6Aを互いに平行な姿勢で設けている。このように、電池1の外周方向に沿う凸条6Aを保持プレート30の内面に設ける構造は、この凸条6Aを補強リブとして、スペーサ3の強度を高めることができる。ただ、凸条は、必ずしも電池の外周方向に設ける必要はなく、電池の軸方向に沿って設けることも、あるいは、縦横に交差する形状の凸条を設けることもできる。また、保持溝の内面に設ける凸部は、凸条以外の形状とすることもできる。この凸部は、たとえば、柱状や錐体状、半球状とすることができる。これらの形状の凸部は、多数の凸部を規則正しく、あるいは不規則に配置して電池を保持溝の内面から離間させて保持できる。
さらに、本発明のパック電池は、図10に示す構造とすることもできる。このパック電池は、互いに隣接して平行に配置される電池1の間に、板状のスペーサ3を配置している。板状のスペーサ3は、図11に示すように、電池1との接触面3Aを電池1の側面に沿う形状に成形して保持溝31を設けている。図のスペーサ3は、中央部の両側であって、全体の幅(D)の約1/3の領域に保持溝31を設けている。ただ、保持溝の幅(d)は、スペーサ全体の幅(D)の1/10以上とすることができる。図のスペーサ3も、前述のスペーサと同様に、その幅(D)を、電池1の直径とほぼ同じか、あるいは、これよりも大きくしており、一方の電池から他方の電池に輻射熱が伝播するのを有効に阻止している。さらに、このパック電池も、図10に示すように、電池1をケース2に収納する状態で、スペーサ3の上下の両端をケース2の内壁である表面プレート15、17の内面に当接させて、ケース2の内部に形成される収納室19を、各々の電池1を収納する区画室19Aに区画している。このパック電池は、スペーサを最も簡単な構造として、電池の熱暴走が隣の電池に伝達されるのを阻止できる。
さらに、図12と図13に示すスペーサ3は、電池1の隣接方向において多層構造としている。図のスペーサ3は、両側に配置される電池1に当接する2枚の両側プレート部35の間に中間プレート部36を積層してなる多層構造としている。このように、多層構造とするスペーサ3は、各層の境界部分における熱伝導にロスが生じるため、両側に配置される両側プレート部35と中間プレート部36の間における熱の移動を効果的に抑制できる特長がある。
さらに、このスペーサ3は、中間プレート部36を、両側プレート部35よりも、さらに断熱性の高い高断熱性層4としている。この構造のスペーサ3は、両側に位置する両側プレート部同士の熱伝達を、高断熱性層4である中間プレート部36が阻止するので、一方の電池から他方の電池に向かって熱が伝播するのをより確実に阻止できる。とくに、中間に配設する高断熱性層4は、直接に電池1に接触する層とはならないので、硬度や絶縁性などに制約がなく、断熱性に優れた材質のものを優先的に使用できる。また、多層構造とするスペーサ3は、両側に配置される両側プレート部35を、電池1の表面に当接させながら定位置に保持するために、プラスチック等の成形体とするが、中間プレート部36は、直接に電池1には接触しないので、このような加工性が要求されない。したがって、中間プレート部36は、特定の形状に成形することなく、板状のものを積層して多層構造にできる。このことは、高断熱性層4を構成する中間プレート部36として、加工性にとらわれることなく、加工が困難な材質を選択でき、これにより、優れた断熱特性を有する材質を好適に使用できる。高断熱性層4として、たとえば、塩化ビニル、発泡プラスチック、コルク、石綿、ガラスウール、石膏、木材、紙、フェルト、布、合成または天然繊維の集合体等が使用できる。高断熱性層4は、これらの材料を、たとえば、所定の厚さの板状に成形したものを使用できる。図に示すスペーサ3は、中間に1層の高断熱性層4を設けて全体を3層構造としているが、多層構造のスペーサは、中間に設ける高断熱性層を複数の層として、全体を4層以上とすることもできる。
また、図14に示すスペーサ3は、電池1の隣接方向において、中空の空間5を形成している。この構造のスペーサ3は、電池1に接触する接触面3Aの間に中空の空間5を形成しているので、断熱性の高い空気層によって、隣接する電池1同士の断熱効果をさらに高めることができる。このスペーサ3は、簡単な構造でスペーサ3の断熱性を高めることができる。
さらにまた、図15と図16に示すスペーサ3は、電池1との当接面である保持溝31の内面にシボ工を施して、無数の凸部6を設けている。このスペーサ3も、これらの無数の凸部6によって電池1をスペーサ3から離間させて配置するので、電池1との接触面積を小さくできると共に、保持溝31の内面と電池1の側面との間に形成される空気の層によって、電池1とスペーサ3との断熱性を高めることができる。
本発明の一実施例にかかるパック電池の斜視図である。 図1に示すパック電池の内部構造を示す斜視図である。 図2に示すパック電池の分解斜視図である。 図1に示すパック電池のA−A線断面図である。 図2に示すパック電池のコアパックの平面図である。 図5に示すコアパックの側面図である。 図3に示すパック電池のスペーサの斜視図である。 本発明の他の実施例にかかるパック電池の断面図である。 図8に示すパック電池のスペーサの斜視図である。 本発明の他の実施例にかかるパック電池の断面図である。 図10に示すパック電池のスペーサの斜視図である。 本発明の他の実施例にかかるパック電池の断面図である。 図12に示すパック電池のスペーサの斜視図である。 本発明の他の実施例にかかるパック電池の断面図である。 本発明の他の実施例にかかるパック電池の断面図である。 図15に示すパック電池のスペーサの斜視図である。
符号の説明
1…電池
2…ケース 2A…本体ケース
2B…蓋ケース
2a…湾曲面
3…スペーサ 3A…接触面
4…高断熱性層
5…空間
6…凸部 6A…凸条
9…回路基板
10…コアパック
11…電池ブロック
12…並列ユニット
13…リード板
14…リード板
15…表面プレート
16…周壁
17…表面プレート
18…周壁
19…収納室 19A…区画室
20…基板収納部
21…出力コネクタ
22…電極窓
30…保持プレート
31…保持溝
32…縦溝
33…空気層
35…両側プレート部
36…中間プレート部

Claims (8)

  1. 2本以上が互いに平行な姿勢で配置された円筒状の電池(1)と、
    前記電池(1)同士の間に配置されて固定され、電池(1)との接触面(3A)を電池(1)の側面に沿う曲面状とした断熱性部材で構成されたスペーサ(3)と、
    を備えることを特徴とするパック電池。
  2. 請求項1に記載のパック電池であって、
    前記スペーサ(3)の幅(D)が、前記電池(1)の直径とほぼ同じか、これよりも大きいことを特徴とするパック電池。
  3. 請求項1又は2に記載のパック電池であって、さらに、
    前記電池(1)を収納するケース(2)を備え、
    前記ケース(2)の内壁と、前記スペーサ(3)の少なくとも一端が当接されてなることを特徴とするパック電池。
  4. 請求項1から3のいずれか一に記載のパック電池であって、
    前記スペーサ(3)を、電池(1)の隣接方向において多層構造とし、該多層構造にはスペーサ(3)を構成する断熱性部材よりもさらに断熱性の高い高断熱性層(4)を含むことを特徴とするパック電池。
  5. 請求項1から3のいずれか一に記載のパック電池であって、
    前記スペーサ(3)が、電池(1)の隣接方向において、中空の空間(5)を形成してなることを特徴とするパック電池。
  6. 請求項1から5のいずれか一に記載のパック電池であって、
    前記スペーサ(3)の、電池(1)との当接面に複数の凸条(6A)を形成してなることを特徴とするパック電池。
  7. 請求項1から5のいずれか一に記載のパック電池であって、
    前記スペーサ(3)の、電池(1)との当接面にシボ加工を施してなることを特徴とするパック電池。
  8. 請求項1から7のいずれか一に記載のパック電池であって、
    前記電池(1)がリチウムイオン電池であることを特徴とするパック電池。
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