JP2008226518A - 電池パックおよび携帯式電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】電池セルから放出される可燃性ガスおよび電池セルの外装缶の破裂に対する安全性を向上させた電池パックを提供する。
【解決手段】
電池パック２１のハウジング２５、２７にはスリット開口が形成され、スリット開口は電池セル２３から放出された可燃性ガスにより上昇した電池パック内の温度で融解する閉塞部材２９で閉塞されている。内部に高温の可燃性ガスが発生すると閉塞部材が融解して可燃性ガスを外部に放出する。ハウジングは放出されたガスによる電池パック内の温度で融解しないように構成されているので、電池セルの外装缶が破裂しても、その内容物が電池パックの外に飛散することを防ぐことができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、携帯式電子機器に装着して使用される電池パックの安全性を向上する技術に関し、さらに詳細には、電池パック内の急激な温度上昇に対する安全性を向上する技術に関する。

ノートブック型コンピュータ（以下、ノートＰＣという。）や携帯電話などの携帯式電子機器は、近年機能が向上してきたことに伴い消費電力も増大している。したがって、携帯式電子機器に使用される２次電池のセルの容量またはエネルギー密度も一層増大する傾向にある。携帯式電子機器に使用される電池は、電子機器の動作に適切な電圧と長時間の電源供給に充分な容量とを得るために、複数個の電池セルに対して直列接続および並列接続を組み合わせて一つのハウジングに収納した電池パックの形態をとっている場合が多い。

電池セルとしては、従来はニッケル・カドミウム（Ｎｉ−Ｃｄ）電池、またはニッケル水素（ＮｉＭＨ）電池などの水溶性電解液を用いた２次電池が採用されていたが、近年は質量エネルギー密度（Ｗｈ／ｋｇ）および体積エネルギー密度（Ｗｈ／ｌ）に優れたリチウム・イオン（Ｌｉ−Ｉｏｎ）電池が多く採用されてきている。リチウム・イオン電池には、正極にコバルト酸リチウム、負極に炭素材料、電解液には可燃性の有機溶剤にリチウム塩を溶解させた有機電解液が使用される。有機電解液が使用されるのは、リチウムが水と反応しやすいという特性を持つためである。したがって、リチウム・イオン電池のセルを形成する外装缶は密閉構造になっている。

水溶性電解液を用いた２次電池では、充電末期に電池電圧と温度が上昇して電解液が分解し酸素ガスが発生しても酸素サイクルや触媒栓により元の水に戻る。しかし、リチウム・イオン電池の電解液は一旦分解すると元に戻らないため、充電電圧や充電電流が既定値以上に上昇したり異常な状態で使用されたりして温度が上昇すると電解液が分解しガスが発生して内部圧力が上昇する。よって、リチウム・イオン電池のセルの外装缶には、破裂を防止するためにガス放出弁が設けられている。

電池パックの形態としては、硬いプラスチック・ケースに電池セルを収納したハード・パックと熱収縮チューブで電池セルを包装したソフト・パックがあるが、多数のセルを収納する場合には取り扱いの容易なハード・パックが採用される。リチウム・イオン電池のセルを多数収納するハード・パックには、通常、充電電流、充電電圧、およびセルの温度などを監視して回路を遮断する保護回路が設けられている。最近の電池パックではこのような保護回路を実現したり正確に残存容量を計測したりするために、電池パックの中にコントローラや各種センサを内蔵して、自ら充放電の状態を計測および管理し電子機器のシステムに対して通知するいわゆるインテリジェント・バッテリ・システムが採用されている。

ノートＰＣに搭載される電池パックは、ハウジングがノートＰＣ本体の筐体の一部を構成する場合が多い。さらに、電池セルの収納空間を増大するために、ハウジングの一部がノートＰＣの筐体からはみ出した形状のいわゆる拡張タイプの電池パックも採用されている。ユーザがノートＰＣを会社で使用する場合は、ケースや鞄に入れないで会議室やオフィスの間を持ち運ぶことが一般的でありノートＰＣを床に落とす可能性がある。このとき電池パックに、ノートＰＣの重量が加わった強い衝撃が与えられ、電池セルの内部回路が短絡したり破損したりして、セルの温度が急激に上昇しガス放出弁から高温の可燃性ガスが電池パックの室内に放出されることがある。

電池セルは、高温の可燃性ガスに所定時間以上晒されると、内部温度が上昇してガス放出弁から可燃性ガスが吹き出す。吹き出した高温の可燃性ガスは、電池パックの内部の電気回路で着火したり高温で自然着火したりする可能性がある。電池パックの中には多数の電池セルが密集して収納されているため、高温の可燃性ガスが他の電池セルを加熱し、加熱された電池セルからもさらに可燃性ガスが放出されることにより、ハウジング内が非常に高い温度になって電池パックに収納された電池セル全体が類焼する危険性も潜んでいる。そして、電池セルが満充電に近い状態にあるほど放出されるガスの熱エネルギー量は大きくなり類焼の危険性は高くなる。

特許文献１は、電池セルを外筐で密閉した防爆構造の電池パックにおいて、内圧が上昇しても破裂させないで、かつ、電池の電解液が漏洩しても外筐から外部へ流出することを防止する技術を開示する。この電池パックは、内部の圧力で剥がれる防水シールと流出した電解液をそれが所定量に達するまで堰き止めるガス抜きパイプで電解液の漏洩を抑制している。特許文献２は、複数のリチウム・イオン電池を収納する電池パックを開示している。電池パックの筐体はポリカーボネートをベースにした樹脂に不燃性の酸化チタンを添加して形成され、安全孔が設けられている。安全孔は、セルからリークした電解液の蒸発ガスを筐体の外に逃がす役割を果たしている。

特許文献３は、電池の発火や爆発を防ぐための安全通気口に関する技術を開示する。安全通気口は、電力用取り出し端子の周辺に形成された環状の隙間とその隙間に充填された熱融解性組成物で構成されている。熱融解性組成物としては、融点が１００℃〜１５０℃のスズ、ビスマス、鉛、カドミウムおよびインジウムから選択した金属の共晶合金が例示されている。特許文献４は、運搬時に加わる外部からの衝撃によって誤作動することなく、内部圧力の上昇時に低い圧力でも精度よく作動する防爆安全装置を備えた電池セルの防爆容器を開示する。
特開２０００２１３７０号公報 特開平８−２９３３２７号公報 特開２０００−６７８４０号公報 特開平７−１６９４５２号公報

前述のインテリジェント・バッテリィ・システムでは電池パックに各種の保護回路が採用されているが、過充電や過放電が繰り返されてセルが劣化したり落下などにより外部から物理的な衝撃が加えられたりして電池セルが発熱したときに、セルの内部圧力が急激に上昇してガス放出弁から高温の可燃性ガスが電池パックの室内に放出される可能性は依然として残る。可燃性ガスは電池パックに設けられている半導体装置やスイッチを着火源として発火したり、高温状態が電池パック内に持続して自然発火したりする。そして、他の電池セルに類焼して発火の規模が拡大する可能性があるので電池パックの内部に放出された可燃性ガスはすみやかに外に排除しなければならない。

特許文献３，４に示すように、防爆栓または安全弁といったガス抜き構造はこれまで、電池セルの外装缶に形成することだけが考慮されていた。また、特許文献２に示すように電池パックのハウジング材料としては、これまで安価で軽量な難燃性の合成樹脂が使用されてきた。しかし、近年のエネルギー密度が向上した電池セルを多数収納する電池パックでは、１つの電池セルから放出されるガスの熱エネルギーは大きくなる一方であり、類焼が発生するとこれまでの難燃性の合成樹脂では一瞬にして融解されてしまって電池セルの内蔵物が電池パックの外に飛散する事態にまで発展することも想定されるようになってきた。

そのためには、外装缶が破裂しても電池セルの内蔵物が電池パックの外に飛散しないように金属などの強固なハウジングで電池パックを製作することが考えられる。しかし、携帯式電子機に採用される電池パックは軽量化を考慮する必要があるので、金属でハウジングを製作しようとしても強度の確保には限界がある。そして、電池パックのハウジングを密閉しようとした場合には、エネルギー密度の大きな多数の電池セルが類焼して内部の温度および圧力が急激に上昇し、金属であっても破裂する危険性もある。

これまでの電池パックには、特許文献２に記載されたような開口面積が２ｍｍ^２程度の通気口が３〜４個設けられていた。しかし、このような通気口では、近年のエネルギー密度の高い電池セルのガス放出弁から放出されたガスに対する対策としては十分機能しない場合があることがわかってきた。電池パックの内部温度を上昇させないで電池セルの発火および類焼を防ぐためには、いずれかの電池セルから可燃性ガスが放出されたときに短時間で電池パックの外に排気する必要があり、そのために通気口の開口面積を相当大きくする必要がある。しかし電池パックは携帯式電子機器に搭載されて屋外で使用されるため、通気口の開口面積を大きくすると、粉塵や雨滴が内部に進入したり、また、通気口から金属片が差し込まれたりするので困難であり、そのような電池パックは実現されていなかった。

そこで本発明の目的は、電池セルのガス放出弁からガスが放出したときの安全性を向上させた電池パックを提供することにある。さらに本発明の目的は、電池セルの外装缶が破裂して放出された内蔵物が外部に飛散しない電池パックを提供することにある。さらに本発明の目的はそのような電池パックの搭載が可能な携帯式電子機器を提供することにある。

本発明にかかる電池パックはハウジングにガス開口が形成されているが、ガス開口は閉塞部材で閉塞される。電池セルのガス放出弁は電池セルの内部温度が異常に高くなった場合に作動するため放出されるガスは高温である。電池セルのガス放出弁からガスが放出されると、閉塞部材が融解してガスが外部に排気され内部の温度上昇を抑制することができるため、電池セルの類焼および外装缶の破裂を回避することができる。ハウジングは電池セルのガス放出弁から放出されたガスにより上昇した電池パック内の温度で融解しない材料で形成されているため、万一電池セルの外装缶が破裂しても高温の内蔵物が電池パックの外に飛散することを防ぐことができる。

ガス開口の開口面積は大きいほど短時間でガスを排気できるので内部温度の上昇を抑える上で望ましい。本発明では、ガス開口を閉塞部材で閉塞するため、粉塵や雨滴の進入といった問題が生じないので開口面積を大きくすることができる。ガス開口が閉塞されたハウジングは、密閉状態にすることができるので、水滴や粉塵の進入を完全に防ぐことができる。ハウジングの密閉状態とは、ガス開口が閉塞部材で閉塞された状態ではハウジングの内部と外部を連絡する通気口が他に存在しないことを意味する。

ハウジングをマグネシウム合金またはアルミニウム合金で形成すると軽量化と強度の確保を両立できるので望ましい。閉塞部材を合成樹脂で形成すると、電池パックの内部が正常な温度状態では融解することがなく、かつ、ガス放出弁からガスが放出されたときだけ融解してガス開口からガスをハウジングの外に排気することができる。合成樹脂は、ガス開口の形状に整合するようにあらかじめ成型しておき、接着剤または溶着により容易にハウジングに取り付けることができる。

ガス放出弁からガスが放出された瞬間は、電池パック内の温度と圧力が急激に上昇する。このような異常状態のときには、閉塞部材ができるだけ短時間で崩壊してガスを排気することが望ましい。そのために合成樹脂で形成された閉塞部材に薄肉部を形成しておくと、異常な温度と圧力の相乗作用で短時間のうちに閉塞部材が崩壊してガスを排気することができるようになる。

ガス開口は、どの電池セルから最初にガスが放出されても短時間で排気できるように、各電池セルに隣接した位置に複数設けることが望ましい。複数のガス開口の開口面積の合計は、各ガス開口の開口面積を含んだハウジングの表面積の１％以上とすることが望ましく、最適には６％以上とすることが望ましい。ガス開口の開口面積の上限は、正常な使用状態における電池パックの機械的な強度および電池セルが破裂したときに内蔵物を外部に飛散させないための機械的な強度を考慮して決定される。

ハウジングが上部ハウジングと下部ハウジングで構成されるときは、電池セルは通常電池パック内で嵌合部に隣接して配置されるため、ガス開口を上部ハウジングと下部ハウジングの嵌合部に沿って形成することが望ましい。嵌合部は電池パックが落下により衝撃を受けやすい個所であり、嵌合部近くの電池セルは衝撃で損傷してガスを放出しやすい。このとき、嵌合部に沿ってガス開口を設けておくと、損傷した電池セルに隣接するガス開口の閉塞部材が崩壊して、すみやかにガスが放出されて電池パックの温度上昇を抑制することができる。ガス開口は、スリット状にしたり小さな円形や楕円の形状にしたりして嵌合部に沿って複数個形成することができる。複数のスリット状のガス開口を形成する場合は、その総長は嵌合部の総長の５０％以上とすることが望ましい。スリット状のガス開口の総長を長くするほど嵌合部の強度は低下するので、総長の上限は嵌合部の機械的な強度で決定することができる。

ガス開口は、上部ハウジングの底面および下部ハウジングの底面またはいずれか一方に形成することもできる。ガス開口をメッシュ状に形成すると、正常な使用状態でハウジングと閉塞部材の強度を確保しながら、ガス放出時に必要な開口面積を得る構造にすることができる。複数の電池セルが直列に接続されて電池セルの列を構成する場合は、嵌合部に隣接していない電池セルの列があっても、上部ハウジングまたは下部ハウジングの底面に電池セルの列に沿って開口部を形成することで、それらの電池セルからガスが放出されてもすみやかに電池パックの外にガスを放出することができる。

ハウジングが携帯式電子機器本体の輪郭の一部を形成したり、輪郭より外側に位置する拡張部分を含んでいたりするような場合は、携帯式電子機器とともに落下したときに電池セルが損傷してガスが放出されやすいので、本発明にかかるガス開口と閉塞部材で構成されるガスの放出機構が特に有効である。ガス開口を携帯式電子機器の電池ベイの壁面に対向するハウジングの面にだけ形成すれば、ガスを電池パックから直接周囲に排気することがなくなる。このとき、電池ベイの壁面に放出されたガスを取り入れる開口を設けておくと、電池パックから放出されたガスをほとんどメイン筐体の内部に取り入れることができるので望ましい。

本発明により、電池セルから可燃性ガスが放出したときの安全性を向上させた電池パックを提供することができた。さらに本発明により、電池セルの外装缶が破裂して放出された内蔵物が外部に飛散しない電池パックを提供することができた。さらに本発明によりそのような電池パックの搭載が可能な携帯式電子機器を提供することができた。

図１は、本発明の実施の形態にかかるノートＰＣ１０の全体構成を示す図である。図１（ａ）は、ノートＰＣ１０を開いてユーザが使用する状態での斜視図で、図１（ｂ）は、電池パック２１をノートＰＣ１０に装着した状態でのメイン筐体の底面１４を示す平面図である。ノートＰＣ１０は、表面にキーボードおよびポインティング・デバイスを搭載し内部に多くのデバイスを収納したメイン筐体１１と、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）を表面に搭載したディスプレイ側筐体１３とで構成される。ディスプレイ側筐体１３は、メイン筐体１１に対して開閉自在に取り付けられている。そして、メイン筐体の底面１４の後方には電池ベイ１２が形成されており、そこに電池パック２１が装着される。

電池ベイ１２に電池パックが装着されていなければ電池ベイ１２は空洞である。ディスプレイ側筐体１３を閉じてノートＰＣ１０の蓋をした状態において、メイン筐体の底面１４およびメイン筐体の側面１６ａ、１６ｂを延長して電池ベイの空洞部分を覆う面とノートＰＣ１０のその他の外部に露出している面で形成される概略直方体の形状がノートＰＣ１０の本体の輪郭を形成する。電池パック２１が電池ベイ１２に装着されると、メイン筐体の側面１６ａ、１６ｂおよび底面１４とほぼ同一平面上にある電池パック２１のハウジングの一部が、ノートＰＣ１０の輪郭の一部を形成する。

図２（ａ）は、電池パック２１の組み立て前の分解斜視図で、図２（ｂ）は組み立て後の斜視図である。電池パック２１は、組み立て前の状態で上部ハウジング２５がリチウム・イオン電池である６本の円筒形状の電池セル２３ａ〜２３ｆと、充放電の状態を計測および管理するプロセッサ、スイッチ、および温度センサなどを含む制御回路（図示せず）とを収納する。電池セル２３ａ〜２３ｃと２３ｄ〜２３ｆは各々直列に接続されて電池セルの列を形成している。さらに３個ずつ直列に接続された電池セルが並列に接続されて、その出力電圧が制御回路に入力される。電池パック２１の表面には、電力端子と制御端子（図示せず）が形成されており、電池パック２１を電池ベイ１２に装着すると、これらの各端子が電池ベイ１２に形成された対応する端子に接続される。

上部ハウジング２５および下部ハウジング２７は、アルミニウム合金またはマグネシウム合金のダイキャストなどにより成形される。電池パック２１が電池ベイ１２に装着されたとき、上部ハウジングの底面２６はメイン筐体の底面１４とほぼ同一平面上に存在し、ノートＰＣ１０の本体の輪郭の一部を形成する。また、上部ハウジング２５と下部ハウジング２７のそれぞれの側面の一部は、メイン筐体の側面１６ａ、１６ｂとほぼ同一平面上に存在し、ノートＰＣ１０の本体の輪郭の一部を形成する。電池パック２１が電池ベイ１２に装着されたとき、下部ハウジングの底面２８と上部ハウジング２５および下部ハウジング２７のそれぞれの側面の一部は電池ベイ１２の壁面に対向する。

上部ハウジング２５の側壁には、切り込み３１ａ〜３１ｆが形成されている。下部ハウジング２７の側壁にも上部ハウジングの切り込み３１ａ〜３１ｆに対応する位置に、切り込み３３ａ〜３３ｆが形成されている。上部ハウジング２５の側壁と下部ハウジング２７の側壁は、両者を突き合わせて概略直方体の１つのパッケージにするときに一方の側壁の端が他方の側壁の内側に入り込んで嵌合するように構成されている。嵌合状態では、切り込み３１ａ〜３１ｆと切り込み３３ａ〜３３ｆにより嵌合部に沿って６個のスリット開口が形成される。図２から明らかなように、６個のスリット開口は、電池セル２３ａ〜２３ｆのそれぞれに隣接するように嵌合部に沿って配置されている。

キャップ２９ａ〜２９ｆは、融点が摂氏１００度前後のＡＢＳ樹脂またはポリカーボネート樹脂などの難燃性の合成樹脂によりスリット開口の形状に整合するように成形されている。上部ハウジング２５の切り込み３１ａ〜３１ｆにキャップ２９ａ〜２９ｆを固定し、キャップ２９ａ〜２９ｆの上に下部ハウジング２７の切り込み３３ａ〜３３ｆの位置を整合させて上部ハウジング２５と下部ハウジング２７とを嵌合させると６個のスリット開口がキャップ２９ａ〜２９ｆによって閉塞される。電池パック２１は、各スリット開口がキャップ２９ａ〜２９ｆで閉塞されると、他には通気口を設けていないので密閉状態となる。したがって、粉塵や雨滴が中に入り込んで電池パックの電気回路を短絡させたり腐食させたりすることがない。

図３（ａ）は図２のＸ−Ｘ断面から見た側面図である。電池セル２３ａが隣接する上部ハウジングの側壁２５ａと下部ハウジングの側壁２７ａの嵌合部にはキャップ２９ａが配置され、電池セル２３ｄが隣接する上部ハウジングの側壁２５ａと下部ハウジングの側壁２７ａの嵌合部にはキャップ２９ｄが配置されている。図３（ｂ）は、図３（ａ）のキャップ２９ａの周辺を拡大した状態を示している。キャップ２９ａの電池パック側には、断面がＶ字形の切り込み３５ａが形成されている。切り込み３５ａの最も深い部分でキャップ２９ａの肉厚Ｌは最も薄くなっており、その厚さは０．３〜０．５ｍｍ程度である。キャップ２９ａにこの切り込み３５ａによる薄肉部を形成しておくと、電池パック２１内の温度および圧力が異常に上昇したときに両者の相乗効果でキャップが短時間で崩壊しやすくなる。なお、薄肉部の形状はＶ字形に限定されず、また厚さも材質や電池パックの特質に応じて適宜異なる値にすることができる。

上部ハウジング２５と下部ハウジング２７の側壁２５ａ、２７ａがスリット開口を画定する部分には、肉厚が薄くなったスリット側壁３７ａ、３７ｂが形成されている。また、キャップ２９ａには、スリット側壁３７ａ、３７ｂと嵌合する形状の凹部が形成されている。上部ハウジング２５と下部ハウジング２７を位置合わせして結合するときには、キャップ２９ａはスリット側壁３７ａ、３７ｂで固定される。上部ハウジング２５と下部ハウジング２７が結合したあとには、キャップ２９ａは熱溶着によってスリット側壁３７ａ、３７ｂと密着され電池パック２１の内部は完全に密閉される。

キャップ２９ａは、接着剤でスリット側壁３７ａ、３７ｂに接着してもよい。なお、図３（ｂ）では、スリット側壁３７ａ、３７ｂとキャップ２９ａがスリット開口の長手方向の縁で嵌合している状態が示されているが、スリット開口の短手方向の縁でも同様に嵌合し、かつ、熱溶着されている。キャップ２９ｂ〜２９ｆについても形状および取取り付け方法は、図３（ｂ）に示したキャップ２９ａと同一である。

電池パック２１が電池ベイ１２に装着されたとき、上部ハウジングの底面２６と上部ハウジング２５と下部ハウジング２７の側面２５ａ、２７ａの一部は、ノートＰＣ１０の本体の輪郭の一部を構成する。したがって、電池パック２１を装着したノートＰＣ１０が床面に落下すると、その衝撃によって電池セル２３ａの内部回路が短絡したり破損したりすることにより、電池セルの内部温度が急激に上昇してガス放出弁から高温の可燃性ガスが放出される。そのガスの量は、電池セル１本あたり約１〜２リットルで、放出時の温度は、摂氏約６００〜７００度である。

リチウム・イオン電池セルは、通常、ＵＬ規格に適合しており、摂氏１５０度の環境温度で１０分間保持しても、発火および破裂がしないようになっている。しかし、摂氏１５０度を超える温度に対しては電池セルが満たすべき規格も保証も特にないので、電池セルがそのような状況におかれたときには、ガス放出弁からガスが放出されたり発火したりする場合がある。ただし、下部ハウジング２５および上部ハウジング２７はアルミニウム合金またはマグネシウム合金によって形成されているので、摂氏６００〜７００度の高温ガスによって融解したり変形したりすることはない。

可燃性のガスが発火する原因には大きく２種類あり、１つは電気回路などの火花がガスに引火する場合で、もう１つはガス自体が高温・高圧の状態に保たれることにより自然発火する場合である。前述のように電池パック２１はハウジングが密閉されているので、可燃性ガスを自然発火させてしまう危険性がある。そうなると、全ての電池セル２３ａ〜２３ｆが類焼して内部の温度および圧力が非常に高くなり、電池パック２１のハウジングを破裂させ、電池セル２３ａ〜２３ｆの内容物が電池パック２１の外に飛散する可能性がでてくる。このような事態を防ぐためには、電池セル２３ａから放出されたガスを、すみやかに電池パック２１の外部に排出して電池パックの内部温度およびガス濃度の上昇を防ぐ必要がある。

図４は、電池セル２３ａからガス５３の放出があった場合の、電池パック２１内部の挙動について説明する図である。図４は、図３（ｂ）と同一の断面におけるキャップ２９ａの周辺の側面を示している。電池パック２１のハウジングは密閉式なので、電池セル２３ａの外装缶が破裂したりガス放出弁が作動したりして電池セル２３ａからガス５３が放出されると、電池パックの内部は急激に温度および圧力が上昇し、電池セル２３ａの近くに配置されているキャップ２９ａはガス５３により上昇した電池パック内の温度で融解する。ここで、キャップ２９ａは切り込み３５ａにより薄肉部が形成されておりガス５３の圧力で破断しやすくなっている。したがって、キャップ２９ａはガス５３の温度と圧力による相乗作用でガス５３の放出後の短時間で崩壊する。

キャップ２９ａが崩壊すると、電池セル２３ａの近くにガス５３を排出する排気口５５が形成され、高圧のガス５３は電池パック２１の外部に短時間のうちに排気される。ガス５３が短時間で排気されると電池パック２１の内部温度が危険な状態に到達しないので、電池セル２３ｂ〜２３ｆに対する類焼を防ぐことができる。なお、崩壊するキャップは、ガスが放出された電池セルに最も近い位置に配置されたものに限定されず、電池パック内部の温度と圧力によっては他のキャップも崩壊する。

以上に述べたキャップ２９ａの動作と同じように、他の電池セル２３ｂ〜２３ｆからガスの放出があった場合も、それぞれに近接するキャップ２９ｂ〜２９ｆが温度と圧力による相乗作用で短時間のうちに崩壊して排気口が形成され、放出されたガス５３をすぐに電池パック２１の外部に排気することができる。スリット開口の開口面積は大きいほど短時間にガスを放出することができるので望ましいが、スリット開口の開口面積を大きくすると、電池パックの内部で類焼が発生したときの強度が低下したり、電池セルの内蔵物が飛散したりする可能性があるので限界がある。

各スリット開口の開口面積の合計は、開口面積も含めた電池パックの表面積の１％以上あることが望ましく、最適には６％以上あることが望ましい。また、スリット開口によりすべての電池セルに近接した十分な排気口を形成できるようにするためには、スリット開口の長さの総長は、電池パック２１の嵌合部の全周の長さの５０％以上あることが望ましい。ガスが放出されている間、上部ハウジング２５および下部ハウジング２７はガス５３の温度によって融解や変形することはないので、類焼しても電池セル２３ａ〜２３ｆの内蔵物や外装缶などが電池パック２１の外部に飛散することがなくなる。

図５（ａ）は本発明にかかる他の構成を備える電池パック１２１の組み立て前の分解斜視図で、図５（ｂ）は組み立て後の斜視図である。電池パック１２１は、図２に示した電池パック２１と同じようにノートＰＣ１０の電池ベイ１２に装着されて使用されるが、電池パック２１が６本の電池セル２３ａ〜２３ｆを収納するのに対して、電池パック１２１は９本の円筒形状の電池セル１２３ａ〜１２３ｉを収納するようになっている。なお、電池パック２１と共通する要素については、参照番号も同一として説明を省略する。

電池セル１２３ａ〜１２３ｃ、１２３ｄ〜１２３ｆ、１２３ｇ〜１２３ｉは各々直列に接続されて電池セルの列を形成し、３個ずつ直列に接続された電池セルが並列に接続されている。したがって、電池パック１２１の出力電圧は電池パック２１のそれと同一であるが、電池パック２１と比べて全体の容量が増大している。電池パック１２１の下部ハウジングの底面２８には、電池セル１２３ｄ〜１２３ｆに近接する位置に、スリット開口１４１ａ〜１４１ｃが形成されている。そして、スリット開口１４１ａ〜１４１ｃに、キャップ１４３ａ〜１４３ｃがそれぞれ嵌め込まれ、下部ハウジング２７に接着もしくは熱溶着している。

図６は、電池パック１２１をノートＰＣ１０の電池ベイ１２に装着した状態を示すノートＰＣ１０の底面１４の平面図である。電池ベイ１２に電池パック１２１を装着すると、メイン筐体１１の底面１４と上部ハウジングの底面２６とは同一平面上にある。また、メイン筐体１１の側面１６ａを延長した面より外側に拡張部分１２４が位置する。この拡張部分１２４は、電池パックの一部であって、ノートＰＣ１０の本体の輪郭よりも外側に位置する部分である。

拡張部分には３本の電池セル１２３ｇ〜１２３ｉが収納される。拡張部分１２４によって、ノートＰＣ１０を大型化せずに電池パック１２１の容量だけを増大させることができるが、その一方で、ユーザがノートＰＣ１０を落下させた場合には、拡張部分１２４がノートＰＣ１０の本体の重量を含む衝撃を受けて電池セル１２３ｇ〜１２３ｉが破損する危険性が高いことになる。電池セル１２３ａ〜１２３ｆが収納される部分の上部ハウジングの底面２６も、ノートＰＣ１０の本体の輪郭の一部を構成して露出しているので、電池セル１２３ａ〜１２３ｆも外部から衝撃を受ける可能性が存在する。

また、外部からの衝撃がなくても、並列に接続された電池セル間に電圧のアンバランスが生じてセル間に過大な電流が流れた場合や、電池セルが劣化して短絡した場合などで、電池セル１２３ａ〜１２３ｉのうちいずれかの温度が異常に上昇し、発火もしくは破裂に至る可能性もある。したがって、いずれの電池セルのガス放出弁からガスが放出されてもすみやかに電池パック１２１の外に排気できることが望ましい。

図７は、図５（ｂ）のＸ−Ｘ断面について示している。電池パック２１では、上部ハウジング２５と下部ハウジング２７の側壁２５ａ、２７ａの嵌合部に沿って複数のスリット開口を形成することで、収納された電池セル２３ａ〜２３ｆのすべての近辺にキャップ２９ａ〜２９ｆ配置することができた。しかし、電池パック１２１は９本の電池セル１２３ａ〜１２３ｉを収納するので、ハウジングの側壁２５ａ、２７ａにキャップを配置するだけでは、中央に配置された電池セル１２３ｄ〜１２３ｆの近辺にキャップがないため、それらの電池セルからガスの放出があったときに排気されるまでの間に他の電池セルが過熱されてしまう。そこで電池パック１２１は、電池セル１２３ｄ〜１２７ｆに近接する位置において、下部ハウジングの底面２８に３つのスリット開口を形成して各電池セルに近接する位置にキャップ１４３ａ〜１４３ｃ設けるようにしている。キャップ１４３ａ〜１４３ｃも、キャップ２９ａ〜２９ｆと同様に難船性の合成樹脂で形成されており、電池パック１２１の内側にはキャップ２９ａ〜２９ｆと同様のＶ字形の切り込みが形成されている。

図７の断面では、電池セル１２３ａに近接した位置にはキャップ２９ａ、電池セル１２３ｇに近接した位置にはキャップ２９ｄが存在する。そして、電池セル１２３ｄに近接した位置にキャップ１４３ａが存在する。キャップ１４３ａも、下部ハウジングの底面２８に取り付けられている点を除いては、キャップ２９ａ〜２９ｆと同一の作用を有する。電池セル１２３ｄからガスの放出があると、近接するキャップ１４３ａが崩壊して、排気口を形成することができる。同じように、電池セル１２３ｅ、１２３ｆからガスの放出があった場合も、それぞれに近接するキャップ１４３ｂ、１４３ｃが崩壊して排気口を形成することができる。他の電池セル１２３ａ〜１２３ｃおよび１２３ｇ〜１２３ｉから放出されるガスについては、それぞれに近接するキャップ２９ａ〜２９ｆが崩壊して排気口を形成することができる。

なお、本実施の形態では下部ハウジングの底面２８にキャップ１４３ａ〜１４３ｃを配置したが、同様のキャップを上部ハウジングの底面２６において、電池セル１２３ｄ〜１２３ｆに近接する位置に配置してもよいし、また上部ハウジングの底面１２６と下部ハウジングの底面１２８の両方の底面にキャップを配置することも可能である。また、スリット開口に代えて、円形、楕円形、正方形などの形状複数の開口を形成してそれぞれを閉塞部材で閉塞するようにしてもよい。

８（ａ）は本発明にかかる他の構成を備える電池パック２２１の組み立て前の分解斜視図で、図８（ｂ）は組み立て後の斜視図である。電池パック２１、１２１は、スリット開口を合成樹脂のキャップで閉塞し、電池セルからガスの放出があった場合にキャップが崩壊してガスを排気するというものであった。しかし、電池パック２１、１２１はハウジングがノートＰＣ１０の本体の輪郭の一部を構成するので、輪郭を形成する位置にスリット開口を設けると、ガスがノートＰＣ１０の周囲に拡散することになり、ノートＰＣ１０の使用環境によっては望ましくない場合もある。電池パック２２１はこの問題を解決する構成を備えている。

電池パック２２１の構成は、電池パック１２１と基本的には同一であるが、ノートＰＣ１０の輪郭を構成する部分および輪郭より外側の拡張部分にはキャップを設けず、電池ベイ１２の壁面に対向するハウジングの面に対してのみキャップを設けている点である。電池パック２２１は、上部ハウジング２５と下部ハウジング２７との嵌合する部分で電池セル１２３ａ〜１２３ｃに近接した位置にキャップ２９ａ〜２９ｃを有する。そして下部ハウジングの底面２８には、電池セル１２３ａ〜１２３ｃの列と電池セル１２３ｄ〜１２３ｆの列に近接した位置にスリット開口２４１ａ〜２４１ｃが形成され、電池セル１２３ｄ〜１２３ｆの列と電池セル１２３ｇ〜１２３ｉの列に近接した位置にスリット開口２４１ｄ〜２４１ｆが形成される。そして、各々のスリット開口２４１ａ〜２４１ｆはキャップ２４３ａ〜２４３ｆで閉塞される。

電池パック１２１では拡張部分１２４に嵌合部に沿ってキャップ２９ｄ〜２９ｆが存在していたが、電池パック２２１では拡張部分１２４にキャップを設ける代わりに下部ハウジングの底面２８にキャップ２４３ｄ〜２４３ｆを設けている。拡張部分１２４の内部に収容される電池セル１２３ｇ〜１２３ｉから放出されたガスに対しては、主としてキャップ２４３ｄ〜２４３ｆが崩壊して排気する。電池セル１２３ｄ〜１２３ｆから放出されたガスに対しては、主としてキャップ２４３ｄ〜２４３ｆとキャップ２４３ａ〜２４３ｆが崩壊して排気する。さらに、電池セル１２３ａ〜１２３ｃから放出されたガスに対しては、主としてキャップ２９ａ〜２９ｃとキャップ２４３ａ〜２４３ｃが崩壊して排気する。これによって、すべての電池セル１２３ａ〜１２３ｉから放出されたガスを近接した位置に配置されたスリット開口から排気することができる。電池パック２１は以上に述べた点以外は電池パック２１および１２１と同一の構成なので、参照番号も同一として説明を省略する。

図９は、電池パック２２１およびそれが取り付けられたノートＰＣ２１０の断面について示す側面図である。図９は、図８（ｂ）のＸ−Ｘ断面と同一断面におけるノートＰＣ２１０の断面について示している。ノートＰＣ２１０のメイン筐体２１１には電池ベイ２２２が形成されている。電池ベイ２２２の側壁２２４ａには、開口２５１ｂ、２５１ｃが形成され、側壁２２４ｂには、開口２５１ａが形成されている。そして電池パック２２１のキャップ２９ａには開口２５１ａが対向し、キャップ２４３ａには開口２５１ｂが対向し、キャップ２４３ｄには開口２５１ｃがそれぞれ対向する。

同じように、電池パック２２１に設けられたキャップ２９ａ〜２９ｃおよび２４３ａ〜２４３ｆのすべてに対して、対応する位置における電池ベイの側壁に開口が設けられている。電池ベイの各開口は、電池パック２２１から放出されたガス２５３をメイン筐体２１１の内部に取り入れ、メイン筐体１１の外側にはガスが直接排気されないようにしている。ちなみに開口２５１ａ〜２５１ｃが設けられる電池ベイ２２２の側壁は、ノートＰＣ１０の輪郭を形成せず、メイン筐体２１１に電池パック２２１が取り付けられた後は露出しないので、開口からメイン筐体２１１内部に異物や雨滴が侵入することはない。

メイン筐体２１１内部にはスイッチなどの火花を発生する可能性のある電子部品も含まれる。しかし、メイン筐体２１１の内部に取り込まれたガス２５３は温度および濃度が低下しているので引火の可能性は低い。たとえ、メイン筐体２１１の内部に取り込まれたガス２５３に引火したとしても、ガス２５３の温度および濃度は低いので発火の規模は小さく、メイン筐体２１１は強固に形成されているため、発火による電池セルの類焼や電池パックの破裂などの危険性はない。

これまで、ガスを排気するガス開口を、スリット開口を例にして説明してきたが、本発明は開口の形状がこれに限定されるものではない。ガス開口はできるだけすべての電池セルの近くに配置されること、通常の取り扱いのときおよび電池セルからガスが噴出したときに十分な機械的強度を備えること、電池パックの内部から電池セルの内蔵物が飛散しないことなどを考慮すれば他の形状の開口でもよい。

図１０は、メッシュ状の開口が形成された電池パック３２１の斜視図を示す。電池パック３２１は、上部ハウジング３２５と下部ハウジング３２７で形成されるが、開口はメッシュ状の開口３２６ａ、３２６ｂ、３２６ｃとして下部ハウジングの底面に形成されている。そして、各メッシュの開口は、合成樹脂３２８で閉塞されている。

以上で述べた構造は、ノートＰＣに限らず、電池パックから電力の供給を受ける電子機器において幅広く利用できる。また、その電池パックで使用される電池セルの種類は、リチウム・イオン電池に限定されない。特に破損したときに高温の可燃性ガスを放出しうる種類の電池セルを使用する電池パックに対して有効である。ハウジングの材料としては、電池セルから放出されるガスの温度においても十分な機械的強度を持つ材料であれば、アルミニウム合金およびマグネシウム合金に限定されない。また、キャップの材料としては、通常の使用状態で密封状態を維持でき、かつ電池セルのガス放出弁から放出されるガスによる温度で融解する材料であれば合成樹脂以外も採用できる。

これまで本発明について図面に示した特定の実施の形態をもって説明してきたが、本発明は図面に示した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の効果を奏する限り、これまで知られたいかなる構成であっても採用することができることは言うまでもないことである。

携帯式電子機器に搭載する電池パックに利用可能である。

本発明の実施の形態にかかるノートＰＣの全体構成を示す図である。 本発明の実施の形態にかかる電池パックの構成を示す斜視図である。 本発明の実施の形態にかかる電池パックの構成を示す側面図である。 電池セルからガスの放出があった場合の、電池パックの挙動について示す図である。 本発明の電池パックの他の構成を示す斜視図である。 本発明の電池パックをノートＰＣ１０に取り付けた状態を示す平面図である。 本発明の実施の形態にかかる電池パックの他の構成を示す側面図である。 本発明の実施の形態にかかる電池パックの他の構成を示す斜視図である。 本発明の実施の形態にかかる電池パックが装着されたノートＰＣの部分的な断面図である。 本発明の実施の形態にかかる電池パックの他の構成を示す斜視図である。

符号の説明

１０、２１０…ノートＰＣ
１１、２１１…メイン筐体
１２、２２２…電池ベイ
１３…ディスプレイ側筐体
１４…メイン筐体の底面
１６ａ、１６ｂ…メイン筐体の側面
２１、１２１、２２１…電池パック
２３ａ〜２３ｆ、１２３ａ〜１２３ｉ…電池セル
２５…上部ハウジング
２６…上部ハウジングの底面
２７…下部ハウジング
２８…下部ハウジングの底面
２９ａ〜２９ｆ、１４３ａ〜１４３ｃ、２４３ａ〜２４３ｆ…キャップ
３１ａ〜３１ｆ、３３ａ〜３３ｆ…切り込み
３７ａ、３７ｂ…スリット側壁
１２４…拡張部分
１４１ａ〜１４１ｃ、２４１ａ〜２４１ｆ…スリット開口
２２４ａ、２２４ｂ…電池ベイの側壁
２５１ａ〜２５１ｃ…開口

Claims (16)

1. 携帯式電子機器に装着して使用される電池パックであって、
   それぞれガス放出弁を備える複数の電池セルと、
   前記電池セルを収納しガス開口が形成され前記ガス放出弁から放出されたガスにより上昇した前記電池パック内の温度で融解しないハウジングと、
   前記ガス開口を閉塞し前記ガス放出弁から放出されたガスにより上昇した前記電池パック内の温度で融解する閉塞部材と
   を有する電池パック。
2. 前記ハウジングは、前記ガス開口が閉塞されることにより密閉状態となる請求項１記載の電池パック。
3. 前記ハウジングがマグネシウム合金またはアルミニウム合金で形成され、前記閉塞部材が合成樹脂で形成されている請求項１記載の電池パック。
4. 前記合成樹脂は、前記ガス開口の形状にあらかじめ成型されて接着剤または溶着により前記ハウジングに取り付けられる請求項３記載の電池パック。
5. 前記合成樹脂に薄肉部が形成されている請求項３記載の電池パック。
6. 前記ガス開口が前記ハウジングに複数形成され、複数の前記ガス開口の開口面積の合計が前記ハウジングの表面積の１％以上である請求項１記載の電池パック。
7. 前記ハウジングが上部ハウジングと下部ハウジングで構成され、前記ガス開口が前記上部ハウジングと前記下部ハウジングの嵌合部に沿って形成されている請求項１記載の電池パック。
8. 前記ガス開口がスリット状に複数形成され、複数の前記ガス開口の総長が前記嵌合部の総長の５０％以上である請求項７記載の電池パック。
9. 前記ハウジングが上部ハウジングと下部ハウジングで構成され、前記ガス開口が前記上部ハウジングの底面および前記下部ハウジングの底面またはいずれか一方に形成されている請求項１記載の電池パック。
10. 前記ガス開口がメッシュ状に形成されている請求項９記載の電池パック。
11. 前記複数の電池セルが直列に接続された電池セルの列を含み、前記ガス開口が前記上部ハウジングの底面および前記下部ハウジングの底面またはいずれか一方に前記電池セルの列に沿って形成されている請求項９記載の電池パック。
12. 前記電池パックが前記携帯式電子機器に装着されたときに前記ハウジングが前記携帯式電子機器本体の輪郭の一部を形成する請求項１記載の電池パック。
13. 前記電池パックが前記携帯式電子機器に装着されたときに前記ハウジングが前記携帯式電子機器本体の輪郭より外側に位置する拡張部分を含む請求項１記載の電池パック。
14. 前記電池パックが前記携帯式電子機器の電池ベイに装着が可能であり、前記ガス開口が前記電池ベイの側壁に対向する前記ハウジングの面にだけ形成されている請求項１記載の電池パック。
15. メイン筐体に電池パックの装着が可能な電池ベイを備える携帯式電子機器であって、前記電池パックが、
    それぞれがガス放出弁を備える複数の電池セルと、
    前記複数の電池セルを収納しガス開口が形成され前記ガス放出弁から放出されたガスにより上昇した前記電池パック内の温度で融解しないハウジングと、
    前記ガス開口を閉塞し前記ガス放出弁から放出されたガスにより上昇した前記電池パック内の温度で融解する閉塞部材と
    を有する携帯式電子機器。
16. 前記電池ベイの側壁に前記電池パックのガス開口から放出されたガスを前記メイン筐体の内部に取り入れるための開口が形成されている請求項１５記載の携帯式電子機器。

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