JP2018195549A - 電池パック構造 - Google Patents

Abstract

【課題】電池間の断熱に配慮された電池パック構造の提供。
【解決手段】設置空間を画成する筐体４と、電池本体５１及び本体５と接続されている一対の端子５２とをそれぞれ有し、本体５１が互いに上下に間隔を空けて重なるように、設置空間に配置されている複数の電池５と、少なくとも１枚あって、複数の電池５の本体５１間にある間隔に配置されているセラミックペーパー６と、を具える電池パック構造。セラミックペーパー６はいずれも、複数の電池５のセラミックペーパーと上下に隣り合っているものとの間に放熱のための隙間６０が空けられている電池パック構造。
【選択図】図５

Description

本発明は、電池パック構造に関し、詳しくは複数のパウチセルを内包する電池パック構造に関する。

図１及び図２に、特許文献１に係る従来の電池パック構造が示されている。この従来の電池パック構造は、複数のリチウム電池を組み込むためのものであって、図示のように、上下一体に組み合わされて１つの筐体１となるケース上部１１及びケース下部１２と、筐体１内に上下に積まれるように設置される複数の平板状の電池２と、筐体１の一端に配置されるエンドプレート３とを具える。各電池２は、各電池２から突出する一対の端子２１を有する。エンドプレート３には、各電池２の端子２１を通すための複数の通し孔３１が設けられている。各端子２１がエンドプレート３のそれぞれ対応の通し孔３１に通された上で、同方向に曲げられて重なり合うことで、図２のように、複数の電池２の同極の端子２１同士が接触する。これにより複数の電池２が連結されて所望の出力電圧を具えるようになった電池パック構造が構成される。

台湾登録実用新案第Ｍ２９６４８２号公報

しかしながら、上記従来の電池パック構造では、筐体１内で複数の電池２における隣接するもの同士が直接接触するように上下に積まれているので、１つの電池２の発熱が他の電池２に伝わってしまう。そこで、例えばいずれか１つの電池２において熱暴走（thermal runaway）が起きると、隣接する電池２に熱が瞬時に伝わってしまい、熱暴走が複数の電池２で連鎖的に起きる危険がある。

そこで、本発明の目的は、電池間の断熱に配慮された電池パック構造を提供することにある。

上記目的を達成するための手段として、本発明は、以下の電池パック構造を提供する。
即ち、設置空間を画成する筐体と、
本体及び該本体と接続されている一対の端子とをそれぞれ有し、前記本体が互いに上下に間隔を空けて重なるように前記設置空間に配置されている複数の電池と、
少なくとも１枚あって、前記複数の電池の前記本体間にある間隔に配置されているセラミックペーパーと、を具えることを特徴とする電池パック構造を提供する。

上記手段によれば、複数の電池の隣り合うもの同士の間に、セラミックペーパーが配置されているので、セラミックペーパーの断熱効果により、電池間で熱が伝わりにくくなる。よって、例えばいずれか１つの電池で熱暴走が起きても、熱暴走が複数の電池で連鎖的に起こることを防ぐことができる。

従来の電池パック構造を示す分解斜視図である。 従来の電池パック構造を示す部分断面図である。 本発明に係る電池パック構造の一実施形態を示す組立斜視図である。 上記実施形態を示す分解斜視図である。 上記実施形態の前後方向に沿った断面を示す断面図である。 上記実施形態の左右方向に沿った断面を示す断面図である。 上記実施形態の前後方向に沿った断面の一部を示す部分断面図である。

以下、図面を参照しながら本発明の具体的な実施形態を説明する。

図３及び図４に、本発明に係る電池パック構造の一実施形態の全体が示されている。この内、図３は全ての構成を組み立てた組立斜視図、図４は一部の構成を分解して示す分解斜視図である。また、図５は本実施形態の電池パック構造を前後方向に切った断面を示す図であり、図６は本実施形態の電池パック構造を左右方向に切った断面を示す図であり、図７は図６の図示において左上の部分を拡大して示す図である。

主に図４に示されているように、本実施形態では、筐体４内に複数の電池５が互いに間隔を空けて配置され、前記間隔に断熱材としてセラミックペーパー６が配置されている。以下、詳細を説明する。

なお、以下の説明において用いる上下、左右、前後は単に相対的な方向関係を示し、例えば図３及び図４では、左上―右下の方向（筐体４の幅方向）が左右、左下―右上の方向（筐体４の奥行き方向）が前後である。

（筐体４）
筐体４は、複数の部材からなる１つのユニットであって、当該複数の部材として、主に図４に示されているように、互いに組み合わされて電池５を設ける１つのラックとなる左右一対の第１のラック４１Ａ及び第２のラック４１Ｂと、前後方向の両端に開口を有すると共にこれら第１のラック４１Ａ及び第２のラック４１Ｂを囲うハウジング４３と、ハウジング４３の前端開口を取り外し可能に覆うフロントプレート４４と、ハウジング４３の後端開口を取り外し可能に覆うバックプレート４５とを有する。そして、第１のラック４１Ａと第２のラック４１Ｂとの間に、電池５を設置するための設置空間４０が画成されている。

第１のラック４１Ａ及び第２のラック４１Ｂは、概ね左右対称の形状を有し、組み合わされた状態においてそれぞれ、前後方向に延伸する側壁４１１と、各側壁４１１の後端から対向するように延伸して２つの側壁４１１同士を繋ぐように一連となる端壁４１２とを有する。

即ち、筐体４は全体的に言うと、左右方向に相対する２つの側壁４１１と、２つの側壁４１１の後端同士を繋ぐ端壁４１２とを有する。２つの側壁４１１は、第１のラック４１Ａ及び第２のラック４１Ｂにそれぞれ形成されていて、端壁４１２は、第１のラック４１Ａ及び第２のラック４１Ｂにそれぞれその一部が形成されている。

また、各側壁４１１には、各側壁４１１の設置空間４０に面する内面から設置空間４０に向かってそれぞれ平面的に突出する複数の載置板４１３と、各側壁４１１の内面から設置空間４０に向かってそれぞれ各載置板４１３と所定の間隔を置いて隣接するように平面的に突出するスロット形成板４１４とが設けられている。

載置板４１３は、下述のように電池５を載置するためのものである。載置板４１３とスロット形成板４１４とは、それぞれ前後方向に延伸して上面が平面状になっているものであり、上下方向で互い違いになるよう設けられている。また、互いに隣接する載置板４１３とスロット形成板４１４との間に空けられている前後方向に延伸する上記所定の間隔は、セラミックペーパー６を配置するためのスロット４１６として用いられる。

端壁４１２には、図５に示されているように、スロット４１６の後端において端壁４１２を貫通して対応のスロット４１６と連通する挿入口４１７が形成されている。なお、挿入口４１７は下述のようにセラミックペーパー６をスロット４１６に配置する際の挿入口とすることができる。

ハウジング４３は、図４に示されているように、前後方向に直交する断面が矩形状の筒状体であり、第１のラック４１Ａ及び第２のラック４１Ｂがそれぞれ有する側壁４１１を外から覆う左右一対の外壁４３１と、外壁４３１の上端同士を繋ぐ上壁４３２と、外壁４３１の下端同士を繋ぐ底壁４３３とを有する。

フロントプレート４４は、ハウジング４３の前端開口を覆うプレート部４４１と、プレート部４４１に上下に間隔をおいて設けられて各電池５と電気的に連結され、且つプレート部４４１を介して各電池５とは反対側に突起する一対の端子部４４２とを有する。

また、本実施形態においては、放熱のための排気口として、２つの側壁４１１の少なくともいずれか一方には設置空間４０と外部とを連通する複数の第１の排気口４１５（図４及び図５参照）が設けられ、ハウジング４３の少なくともいずれか一方の外壁４３１には第１の排気口４１５と連通する複数の第２の排気口４３４（図４参照）が設けられ、バックプレート４５にはバックプレート４５を貫通してハウジング４３の内外を連通する複数の第３の排気口４５１（図４及び図５参照）がそれぞれ設けられている。

（電池５）
複数の電池５は、それぞれ、平板状の本体５１と、本体５１と接続されている正負一対の端子５２とを有する。本実施形態においては電池５としてパウチセル（pouch cell）が用いられ、本体５１の外装体としてアルミラミネートフィルムが用いられている。

各電池５は、本体５１が、第１のラック４１Ａ及び第２のラック４１Ｂがそれぞれ有する側壁４１１における複数の載置板４１３のうちの左右に対応する一対に載置される。これにより、本体５１が互いに上下に間隔を空けて重なるように設置空間４０に配置される。なお、上記間隔は即ち隣り合う載置板４１３の上面同士の間隔に相当する。

複数の電池５は、直列に連結されてもよく、並列に連結されてもよく、或いは部分的に直列及び並列となるよう連結されてもよく、本発明に係る電池パック構造の実際の応用において求められる電圧等によって適宜連結されればよい。連結された複数の電池５は、端子５２が更にフロントプレート４４の一対の端子部４４２に連結され、これら端子部４４２を介して外部から電力を取り出すことができる。

（セラミックペーパー６）
セラミックペーパー６は、隣り合う電池５間で熱が伝わるのを防ぐために、互いに隣接する載置板４１３とスロット形成板４１４とにより形成されている各スロット４１６に配置されている。

また、セラミックペーパー６はいずれも、図７に示されているように、複数の電池５の当該セラミックペーパー６と上下に隣り合っているものとの間に放熱のための隙間６０がそれぞれ空けられている。隙間６０は、本実施形態の電池パック構造を前後方向に沿って切った断面を示す図５に示されているように、後端で挿入口４１７と連通している。なお、この隙間６０は、放熱効果、構成全体の厚み、及び下述する電池５の熱膨張を考慮して、１ｍｍほど空けられることが好ましい。

セラミックペーパー６として本実施形態では、セラミック繊維と結合材とにより紙状に形成されたものを用いている。セラミックペーパー６は、断熱性及び加工性に優れ、且つ断熱材としては比較的軽く薄いという利点がある。なお、セラミックペーパー６の厚さは、断熱効果と構成全体の厚みとの兼ね合いから、０．８ｍｍ〜５．２ｍｍであることが好ましい。このように電池５間の断熱にセラミックペーパー６を用いることにより、本発明に係る電池パック構造は、全体を軽く且つ薄く構成することが可能となる。

なお、電池５及びセラミックペーパー６の数量として、図示の例では、図５及び図６に示されているように、７個の電池５が設置空間４０に配置され、各電池５間に１枚ずつ計６枚のセラミックペーパー６が配置されているが、これに限らず、本発明に係る電池パック構造は、例えば２個の電池５と１枚のセラミックペーパー６だけで構成することも可能である。

上記実施形態の電池パック構造を組み立てる際には、まず、各電池５を、左右両端が第１のラック４１Ａ及び第２のラック４１Ｂに挟まれるようにして対応する左右一対の載置板４１３に載せる。そして、各セラミックペーパー６を、端壁４１２に設けられた各挿入口４１７に挿入し、各セラミックペーパー６の左右両端を対応する左右一対のスロット４１６に挿入する。これにより、上下方向に重なるように隣り合う電池５間にそれぞれセラミックペーパー６が介在するようになる。その後、ハウジング４３、フロントプレート４４、バックプレート４５をそれぞれ組み合わせることにより、図３及び図５に示されるように、電池パック構造が構成される。

以上のように構成された電池パック構造によれば、例えばいずれかの電池５で熱暴走が起きた場合でも、その熱が隣接する電池５に伝わるのを防ぐことができ、ひいては熱暴走が連鎖的に発生することを防ぐことができる。

また、上記実施形態では、電池５とセラミックペーパー６との間に隙間６０がそれぞれ空けられているので、電池５が発する熱を、隙間６０及びこれに連通する挿入口４１７更には第３の排気口４５１を介して筐体４の外部に放熱することができる。更に、隙間６０は、電池５が熱で膨張することを考慮した遊びでもある。更に、本実施形態では、筐体４に第１の排気口４１５及び第２の排気口４３４が設けられているので、筐体４の放熱効率がより高められている。

よって、電池５間での断熱に配慮されている上に、電池５が発する熱の放熱効果にも優れる電池パック構造を提供できる。

以上、本発明の好ましい実施形態を説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

本発明に係る電池パック構造は、ＵＰＳ（無停電電源装置）におけるバッテリーユニット、クラウドサーバーなど電信設備に対する電力供給設備など様々な応用が可能である。

４ 筐体
４０ 設置空間
４１Ａ 第１のラック
４１Ｂ 第２のラック
４１１ 側壁
４１２ 端壁
４１３ 載置板
４１４ スロット形成板
４１５ 第１の排気口
４１６ スロット
４１７ 挿入口
４３ ハウジング
４３１ 外壁
４３２ 上壁
４３３ 底壁
４３４ 第２の排気口
４４ フロントプレート
４４１ プレート部
４４２ 端子部
４５ バックプレート
４５１ 第３の排気口
５ 電池
５１ 本体
５２ 端子
６ セラミックペーパー
６０ 隙間

Claims (10)

1. 設置空間を画成する筐体と、
   本体及び該本体と接続されている一対の端子とをそれぞれ有し、前記本体が互いに上下に間隔を空けて重なるように前記設置空間に配置されている複数の電池と、
   少なくとも１枚あって、前記複数の電池の前記本体間にある間隔に配置されているセラミックペーパーと、を具えることを特徴とする、電池パック構造。
2. 前記セラミックペーパーはいずれも、前記複数の電池の該セラミックペーパーと上下に隣り合っているものとの間に放熱のための隙間が空けられている、請求項１に記載の電池パック構造。
3. 前記筐体は、左右方向に相対する２つの側壁と、これら側壁の内面から前記設置空間に向かってそれぞれ突出する複数の載置板とを有し、
   各前記電池は、前記本体が前記間隔を挟んで他の前記電池の前記本体と上下方向に互いに重なるように各前記載置板に載置されている、請求項１または請求項２に記載の電池パック構造。
4. 前記２つの側壁の少なくともいずれか一方には、前記設置空間と外部とを連通する第１の排気口が設けられている、請求項３に記載の電池パック構造。
5. 前記筐体は、各前記側壁の内面から前記設置空間に向かってそれぞれ各前記載置板と所定の間隔を置いて隣接するように突出する複数のスロット形成板を更に有し、
   互いに隣接する前記載置板及び前記スロット形成板との前記所定の間隔が、前記セラミックペーパーを配置するためのスロットとなっている、請求項３に記載の電池パック構造。
6. 前記筐体は、前記左右方向と前記上下方向とに直交する前後方向における一端に前記２つの側壁同士を繋ぐ端壁を更に有し、
   前記スロットは、前記前後方向に延伸するように形成されており、
   前記端壁には、各前記スロットの一端において前記端壁を貫通して対応の前記スロットと連通する挿入口が形成されている、請求項５に記載の電池パック構造。
7. 前記筐体は、前記２つの側壁のうちの一方を有する第１のラックと、前記２つの側壁のうちの他方を有する第２のラックとを有し、
   前記端壁は、前記第１のラック及び前記第２のラックとにそれぞれその一部が形成されている、請求項６に記載の電池パック構造。
8. 前記筐体は、前記前後方向の両端に開口を有すると共に前記第１のラック及び前記第２のラックを囲うハウジングと、前記ハウジングの前端開口を取り外し可能に覆うフロントプレートと、前記ハウジングの後端開口を取り外し可能に覆うバックプレートとを有する、請求項７に記載の電池パック構造。
9. 前記ハウジングは、前記第１のラック及び前記第２のラックがそれぞれ有する前記側壁を外から覆う２つの外壁を有し、
   前記外壁の少なくともいずれか一方には、前記第１の排気口と連通する第２の排気口が形成されていて、
   前記バックプレートには、前記ハウジングの内外を連通する第３の排気口が形成されている、請求項８に記載の電池パック構造。
10. 前記セラミックペーパーの厚さが０．８ｍｍ〜５．２ｍｍである、請求項１に記載の電池パック構造。