JP2010062093A

JP2010062093A - 電池パック

Info

Publication number: JP2010062093A
Application number: JP2008228964A
Authority: JP
Inventors: Taisuke Yamamoto; 泰右山本; Kazuya Iwamoto; 和也岩本; Osamu Ogawa; 修小川; Hideji Takesawa; 秀治武澤; Tomohiko Yokoyama; 智彦横山
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2008-09-05
Filing date: 2008-09-05
Publication date: 2010-03-18

Abstract

【課題】電池パックを電子機器に搭載して使用している際に電池に異常発熱が生じた場合において、電池パックの表面温度が過剰に上昇することを防止する。
【解決手段】電池パック１は、電池２と、電池２の一部の面の少なくとも一部を被覆する断熱層４と、前記面とは異なる別の面の少なくとも一部を被覆する放熱層４と、これらを収納する容器３と、を有している。
【選択図】図１

Description

本発明は、二次電池等の電池を取り扱いやすいように複数の電池を単一の容器内に収納した電池パックに関する。

近年、ノート型パソコン、携帯電話等のポータブル機器の普及により、その電源である電池の需要が高まっている。特に、小型かつ軽量でエネルギー密度が高く、繰り返し充放電が可能な二次電池の需要が高まっている。このような電池として、非水溶媒を電解液に用いるリチウムイオン二次電池の研究開発が活発に行われている。

リチウムイオン二次電池は、ポータブル機器の高機能化に伴い、より大きなエネルギーを保有するようになってきている。これに伴い、潜在的な異常発生時の発熱量も大きくなる傾向がある。

このような二次電池は取扱いを容易にするため、複数の電池を単一の容器内にまとめて収納した電池パックとして流通している。電池パックを構成する容器としては、ハロゲン系難燃剤を混合したポリカーボネート樹脂を成形したもの（例えば、特許文献１を参照）や、リン酸エステル系難燃剤を混合したポリフェニレンエーテルにスチレン系樹脂をブレンドした樹脂組成物を成形したもの等、難燃性樹脂による成形体が用いられている（例えば、特許文献２を参照）。

また、低温下での使用時に電池の特性が低下するのを抑制するため、電池パックの内部に断熱材を挿入して、電池と周囲温度を遮断することが提案されている（特許文献３を参照）。
特開平１０−４６０１５号公報特開平９−８２２９３号公報特開平５−２３４５７３号公報

しかしながら、断熱材のみを用いる従来法では、電池パックを電子機器に搭載して使用している際に、電池に万一、異常発熱が生じると、電池が周囲から断熱されているので、発生した熱が電池内部に蓄積されることになる。このため、電池パックの表面温度（使用者側の表面温度）が過剰に上昇し、使用者に対する安全性が問題になる可能性があった。

そこで本発明は、電池パックを電子機器に搭載して使用している際に電池に異常発熱が生じた場合において、電池パックの表面温度が過剰に上昇することを防止し、使用者の安全性を高めることを目的とする。

本発明は、電池と、前記電池の表面のうち一部の面の少なくとも一部を被覆する断熱層と、前記断熱層によって被覆される面とは異なる別の面の少なくとも一部を被覆する放熱層と、前記電池、前記断熱層及び前記放熱層を収納する容器と、を含む電池パックに関する。

本発明の電池パックによれば、電池に異常発熱を生じたときに、電池温度及び電池パックの表面温度の過剰な上昇を抑制することができる。これにより、通常使用時の電池特性を低下させることなく、異常発熱時の使用者に対する安全性を改善することが可能となる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
図１に本発明に係る電池パックの一実施形態の概略断面図を示す。

電池パック１は、複数の二次電池２と、難燃性樹脂からなる収納容器３と、断熱層４と、放熱層５とから構成されている。電池２の一面（図１における上面）は、放熱層５によって被覆され、それ以外の面（図１における横面と下面）は、断熱層４によって被覆されている。断熱層４は、図１における下面のように電池の面と直接接触していてもよいし、図１における横面のように電池の面との間に空間（空気層）を有していてもよい。収納容器３は、電池２と、断熱層４と、放熱層５とを内部に収容している。

図２に従来例の電池パックの概略断面図を示す。従来例の電池パック１は、複数の電池２と、難燃性樹脂からなる収納容器３と、断熱層４とから構成されている。電池２の全面が断熱層４によって被覆されており、収納容器３は、電池２と、断熱層４とを内部に収容している。

従来例では電池の全面が断熱層によって被覆されているため、電池が異常発熱したときに電池内部の熱が拡散することができず、熱が蓄積され、過剰に電池温度が上昇する。この結果、電池パックの表面温度も過剰に上昇することになる。また、電池パックが複数の電池から構成されている場合、異常発熱を生じた１つの電池の温度が過剰に上昇するため、隣接する電池に熱が拡散し、当該電池で異常発熱を誘引する可能性がある。

これに対し、本発明に係る電池パックでは、断熱層のほかに放熱層を有しているため、異常発熱によって生じた電池の熱を放熱層を通じて拡散させることができ、電池の過剰な昇温を防止することができる。これにより、使用者が直接触れる可能性のある電池パック表面温度の昇温を抑制することができる。さらに、隣接する電池への熱拡散を抑制できるため、隣接セルの熱暴走を防止することが可能となる。

本発明に係る電池パックは、電子機器に搭載した際に、前記断熱層を設けた面が前記電子機器の外部側を向くように構成されていることが好ましい。すなわち、図１では電池パックの下面が前記電子機器の外部側を向くように電子機器に搭載される。これにより、搭載時に使用者が接する電池パックの表面温度の昇温を抑制できるためである。

また、電子機器に搭載した際に、前記放熱層を設けた面が前記電子機器の内部側を向くように構成されていることが好ましい。これにより、電池の異常発熱により生じた熱を電池パックの外部に拡散させることが可能となり、電池温度が過剰に昇温するのを抑制することが可能となる。

上記構成を同時に採用することにより、電池が異常発熱をきたした場合にでも、電子機器への搭載時に使用者が直接接する可能性がある箇所（図１の下面）は断熱層により熱が伝わりにくくなっているため、電池の異常発熱による表面温度の上昇を抑制することができる。一方、使用者が直接接することがない箇所（図１の上面及び横面）から熱が拡散しやすい構成になっているため、電池の異常発熱による電池温度の上昇を抑制することができる。

断熱層４は断熱性能を示す断熱材から構成することができ、当該断熱材を構成する材料としては特に制限はないが、十分な断熱効果を確保するためには、熱伝導率が０．１Ｗ／ｍ・Ｋ以下の材料を用いることが好ましい。このような熱伝導率を有する材料を用いることにより、断熱層の厚みが小さくても十分な断熱効果を確保することが可能となる。以上の観点から、断熱層の材料としては、グラスウール、ロックウール、ウレタンフォーム、スチレンフォーム、膨張断熱材、真空断熱材等が挙げられる。

断熱層４を構成する材料は、電池が異常発熱したときに上昇した温度によって断熱性能が低下しないよう、耐熱性を有する材料であることが好ましい。

また、断熱層４を構成する材料は、電池が異常発熱したときに、万が一発火した場合であっても十分な断熱性能を発揮できるよう、耐火性を有する材料であることが好ましい。

放熱層５は放熱性能を示す放熱材から構成することができ、当該放熱材を構成する材料としては特に制限はないが、十分に放熱効果を達成できるよう、０．５Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導率を有する材料を用いることが好ましい。このような材料としては、金属製のシート又は板、グラファイトシート等の炭素質材料等が挙げられる。

放熱層５の材料も、断熱層４の材料と同様、高温に達した時に放熱性能が低下しないよう、耐熱性を有する材料であることが好ましい。

また、放熱層５の材料は、万が一発火した際にでも効果的に放熱できるよう、耐火性を有する材料であることが好ましい。

断熱層４及び放熱層５の厚みには特に制限はないが、モバイル機器などの体積が制限された機器内では、断熱層の厚みが放熱層の厚みよりも大きいことが好ましい。これにより、小さな体積を保持しながら、異常発熱した電池の温度を低下させ、かつ電池パック表面温度を上昇させないことができる。

本発明に係る難燃性樹脂とは、ＵＬ−９４規格のＶ−０以上の難燃性樹脂であることが好ましく、これについては「ノート型ＰＣにおけるリチウムイオン二次電池の安全利用に関する手引書」（（社）電子情報技術産業協会、（社）電池工業会）でも求められている。したがって本発明の実施の形態においても難燃性樹脂からなる収納容器については、難燃化を図られた高分子材料を用いることとした。高分子材料としては、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）などに難燃化処理を施したものを用いる。

本発明に係る電池に特に制限はないが、高容量化の観点からリチウムイオン電池を用いるのが好ましい。

以下に実施例を掲げて本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。

（実施例１）
本発明の効果を実証するために、Ｆｌｕｅｎｔを用いた熱シミュレーションによる伝熱解析を行った。

＜モデル＞
図３（ａ）及び（ｂ）に本実施例での計算に用いたモデルの上面図と断面図を示す。このモデルは、角型電池１２を６セル含む電池パック１１である。ただし、電池パックを構成する容器は示していない。また、図３（ｂ）では放熱層１５を配置していない状態での上面図を示している。

角型電池１２のサイズは、厚み５．２ｍｍ、幅３５ｍｍ、高さ９９ｍｍとした。角型電池１２の上面全体には厚み１ｍｍの放熱層１５を配置し、角型電池１２の下面全体には厚み１ｍｍの断熱層１４を配置した。ただし、角型電池１２の下面と、断熱層１４とのあいだには、空気層１６を厚み１．４ｍｍで配置した。図３（ｂ）の上面が電子機器の内部を向き、下面が電子機器の外部を向くことを想定している。断熱層１４の熱伝導率を０．０５Ｗ／ｍ・Ｋ、放熱層１５の熱伝導率を４００Ｗ／ｍ・Ｋに設定した。
表２に伝熱解析に用いた物性値を示す。

電池パック外部への熱伝導として、電池パック下部への熱伝導係数１０Ｗ／ｍ^２Ｋ、側面への熱伝導係数を６Ｗ／ｍ^２Ｋとした。

＜発熱＞
図３中で斜線で示した電池１３が、１Ｗの発熱速度、６０秒間という条件で異常発熱を生じたものと仮定して熱シミュレーションを行い、電池１３（発熱セル）の最高温度、電池１３に隣接する電池（隣接セル）の最高温度、及び、電池パック表面（図３（ｂ）の下面側）の温度を求めた。

（実施例２）
実施例１と同様の構成で、放熱層１５の熱伝導率を１６．３Ｗ／ｍ・Ｋに変更した。

（比較例１）
実施例１と同様の構成で、放熱層１５をすべて、熱伝導率が０．０５Ｗ／ｍ・Ｋの断熱層に変更した。

実施例１、２及び比較例１に関して計算を行った結果を表２に示す。

比較例１と実施例１、２を比べると、発熱セル、隣接セル及びパック表面の全ての温度に関して、実施例の構成を用いたほうが温度が低下することが確認された。

さらに、実施例１と２を比較すると、放熱層の熱伝導率を向上させることで、より温度が低下することが確認された。

以上により、本発明による構成を用いることで、電子機器に搭載した時に電池パックの表面温度を低下させることが可能となり、万が一電池が異常発熱を生じた場合であっても使用者に与える危険性を低減することが確認された。

本発明に係る電池パックは、パーソナルコンピュータや携帯電話といった電子機器に搭載して用いられる電池パック等として有用である。また、大型の定置用電池あるいは電気自動車用電池のパッケージ等の用途にも応用できる。

本発明に係る電池パックの一実施形態の概略断面図従来例の電池パックの概略断面図実施例１で用いた電池パックを示す（ａ）上面図及び（ｂ）断面図

符号の説明

１電池パック
２二次電池
３収納容器
４断熱層
５放熱層
１１電池パック
１２二次電池
１３異常発熱したと想定した二次電池
１４断熱層
１５放熱層
１６空気層

Claims

電池と、
前記電池の表面のうち一部の面の少なくとも一部を被覆する断熱層と、
前記断熱層によって被覆される面とは異なる別の面の少なくとも一部を被覆する放熱層と、
前記電池、前記断熱層及び前記放熱層を収納する容器と、を含む電池パック。
前記電池パックを電子機器に搭載した際に、前記断熱層を設けた面が前記電子機器の外部側を向くように構成されている、請求項１に記載の電池パック。
前記電池パックを電子機器に搭載した際に、前記放熱層を設けた面が前記電子機器の内部側を向くように構成されている、請求項１に記載の電池パック。
前記電池パックを電子機器に搭載した際に、前記断熱層を設けた面が前記電子機器の外部側を向き、かつ前記放熱層を設けた面が前記電子機器の内部側を向くように構成されている、請求項１に記載の電池パック。
前記断熱層が、グラスウール、ロックウール、ウレタンフォーム、スチレンフォーム、膨張断熱材、及び、真空断熱材からなる群より選択される少なくとも１種からなる断熱材を有している、請求項１に記載の電池パック。
前記放熱層が、金属シート、及び、グラファイトシートからなる群より選択される少なくとも１種の材料からなる放熱材を有している、請求項１に記載の電池パック。
電池と
前記電池を収納する容器と、
前記容器の内側の少なくとも一部に断熱層を含む面と、
前記容器の内側の前記断熱層とは異なる別の面の少なくとも一部に放熱層と、を含む電池パック。