JP2019133778A - Battery pack and battery system including the same - Google Patents

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Takayuki Mino
孝之 三野
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雅之 山嶋
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Abstract

To provide a battery pack in which breakdown of laminate film during normal time is prevented without providing a complex mechanism, and a determination can be made whether or not the laminate film is broken by a sharp part.SOLUTION: A battery pack includes a secondary battery 50 covered with a laminate film, a sharp part 80 for releasing internal pressure of the secondary battery 50, by breaking the laminate film upon expansion of the secondary battery 50, and a liquid leakage detection sensor 90 for detecting leakage of electrolyte. An outer case 20 receiving the secondary battery 50 has irregular shape constituted of the inner walls of the protrusions 22A and recesses 22B, and this irregular shape functions as a holding mechanism for separating the laminate film and the sharp part 80 when the secondary battery 50 is not expanded. With such an arrangement, breakdown of the laminate film can be prevented during normal time. Furthermore, since the liquid leakage detection sensor 90 is provided, a determination can be made whether or not the laminate film is broken by the sharp part 80.SELECTED DRAWING: Figure 6

Description

本発明は電池パック及びこれを備える電池システムに関し、特に、ラミネートフィルムで覆われた二次電池を用いた電池パック及びこれを備える電池システムに関する。   The present invention relates to a battery pack and a battery system including the same, and more particularly to a battery pack using a secondary battery covered with a laminate film and a battery system including the same.

リチウムイオン電池などの二次電池を用いた電池パックとしては、ラミネートフィルムで覆われた二次電池とこれを収容する外装ケースからなる電池パックが広く知られている。ラミネートフィルムで覆われた二次電池は、温度が上昇すると内圧が高まり、これによって全体が膨張することがある。しかしながら、ラミネートフィルム自体にはガス弁を設けることができないため、内圧が異常に高くなると、ラミネートフィルムの膨張によって、外装ケースや当該電池パックを使用する本体機器が破損するおそれがある。   As a battery pack using a secondary battery such as a lithium ion battery, a battery pack including a secondary battery covered with a laminate film and an outer case for housing the secondary battery is widely known. When the temperature rises, the secondary battery covered with the laminate film increases in internal pressure, which may cause the entire battery to expand. However, since the laminate film itself cannot be provided with a gas valve, if the internal pressure becomes abnormally high, the main body device using the outer case or the battery pack may be damaged due to the expansion of the laminate film.

この問題を解決すべく、特許文献1,2には、ラミネートフィルムが膨張した場合に、鋭利部によってラミネートフィルムを破ることにより、二次電池の内部圧力を開放する方法が提案されている。   In order to solve this problem, Patent Documents 1 and 2 propose a method of releasing the internal pressure of the secondary battery by breaking the laminate film with a sharp portion when the laminate film expands.

特開2012−74300号公報JP2012-74300A 特許第4686833号公報Japanese Patent No. 4686833

しかしながら、特許文献1に記載された電池パックでは、ラミネートフィルムと鋭利部が常に接触可能な位置関係にあることから、振動や衝撃によってラミネートフィルムが意図せず破損するおそれがある。これに対し、特許文献2に記載された電池パックでは、鋭利部の先端をシャッターで覆うことにより、通常時におけるラミネートフィルムの破損を防止している。しかしながら、特許文献2に記載された電池パックは、シャッターを開閉させるための駆動機構や制御機構が必要となるため、構成が複雑化するという問題があった。   However, in the battery pack described in Patent Document 1, since the laminate film and the sharp portion are always in a contactable relationship, the laminate film may be unintentionally damaged by vibration or impact. On the other hand, in the battery pack described in Patent Document 2, damage to the laminate film at normal times is prevented by covering the tip of the sharp portion with a shutter. However, the battery pack described in Patent Document 2 has a problem that the configuration is complicated because a drive mechanism and a control mechanism for opening and closing the shutter are required.

しかも、特許文献1,2に記載された電池パックは、鋭利部によって実際にラミネートフィルムが破られたか否かを判定することができないため、信頼性を十分に確保することが困難であった。   Moreover, since the battery packs described in Patent Documents 1 and 2 cannot determine whether or not the laminate film has actually been broken by the sharp part, it has been difficult to ensure sufficient reliability.

したがって、本発明は、複雑な機構を設けることなく通常時におけるラミネートフィルムの破損を防止し、且つ、鋭利部によってラミネートフィルムが破られたか否かを判定可能な電池パック及びこれを備える電池システムを提供することを目的とする。   Accordingly, the present invention provides a battery pack capable of preventing damage to the laminate film during normal times without providing a complicated mechanism and determining whether or not the laminate film is torn by the sharp part, and a battery system including the battery pack. The purpose is to provide.

本発明による電池パックは、電解液が封入され、少なくとも一部がラミネートフィルムで覆われた二次電池と、二次電池の膨張時にラミネートフィルムを破ることにより、二次電池の内部圧力を開放する鋭利部と、二次電池の非膨張時にラミネートフィルムと鋭利部を離間させる保持機構と、電解液の漏洩を検出する漏液検出センサと、備えることを特徴とする。   The battery pack according to the present invention releases the internal pressure of the secondary battery by breaking the laminate film when the secondary battery is expanded, and the secondary battery in which the electrolytic solution is sealed and at least partially covered with the laminate film. A sharp portion, a holding mechanism that separates the laminate film and the sharp portion when the secondary battery is not expanded, and a liquid leakage detection sensor that detects leakage of the electrolytic solution are provided.

本発明によれば、非膨張時には保持機構によってラミネートフィルムと鋭利部が離間されることから、複雑な機構を設けることなく、通常時におけるラミネートフィルムの破損を防止することができる。しかも、電解液の漏洩を検出する漏液検出センサを備えていることから、鋭利部によってラミネートフィルムが破られたか否かを判定することもできる。これにより、信頼性の高い電池パックを提供することが可能となる。   According to the present invention, since the laminate film and the sharp part are separated by the holding mechanism at the time of non-expansion, it is possible to prevent the laminate film from being damaged in a normal state without providing a complicated mechanism. In addition, since the liquid leakage detection sensor that detects the leakage of the electrolytic solution is provided, it can be determined whether or not the laminate film has been torn by the sharp part. Thereby, it becomes possible to provide a highly reliable battery pack.

本発明による電池パックは、二次電池を収容する外装ケースをさらに備え、外装ケースの内壁には、鋭利部を収容することにより保持機構として機能する凹部が設けられており、凹部の深さは、鋭利部の高さよりも大きくても構わない。これによれば、通常の充放電に伴って二次電池が僅かに膨張した場合であっても、鋭利部がラミネートフィルムと接触することがないため、通常時におけるラミネートフィルムの破損をより確実に防止することが可能となる。   The battery pack according to the present invention further includes an exterior case that accommodates the secondary battery, and the inner wall of the exterior case is provided with a recess that functions as a holding mechanism by accommodating the sharp portion, and the depth of the recess is The height of the sharp part may be larger. According to this, even when the secondary battery expands slightly with normal charging / discharging, the sharp part does not come into contact with the laminate film. It becomes possible to prevent.

本発明において、外装ケースは、厚み方向から見て互いに重なる第1及び第2の天板を有し、第1の天板は、厚み方向における高さが互いに異なる第1の凸部及び第1の凹部を有し、第2の天板は、厚み方向における高さが互いに異なる第2の凸部及び第2の凹部を有し、第1の凸部は、厚み方向から見て第2の凹部と重なり、第2の凸部は、厚み方向から見て第1の凹部と重なっても構わない。これによれば、外装ケースの天板が凹凸形状を有していることから、表面積の拡大によって放熱性及び機械的強度が高められる。しかも、複数の電池パックを重ねた場合であっても凸部同士が干渉しないことから、複数の蓄電池を高密度に積層することも可能となる。   In the present invention, the exterior case includes first and second top plates that overlap each other when viewed from the thickness direction, and the first top plate includes the first convex portion and the first height that are different from each other in the thickness direction. The second top plate has a second convex portion and a second concave portion having different heights in the thickness direction, and the first convex portion is a second convex portion as viewed from the thickness direction. The second convex portion may overlap the concave portion, and the second convex portion may overlap the first concave portion when viewed from the thickness direction. According to this, since the top plate of the exterior case has a concavo-convex shape, heat dissipation and mechanical strength are enhanced by increasing the surface area. In addition, even when a plurality of battery packs are stacked, the protrusions do not interfere with each other, so that a plurality of storage batteries can be stacked at a high density.

本発明において、鋭利部及び漏液検出センサは、第2の天板の凸部の内壁に配置されていても構わない。これによれば、第2の天板の凸部と凹部の段差がそのまま保持機構として機能することから、保持機構を別途設ける必要がなくなる。   In the present invention, the sharp part and the liquid leakage detection sensor may be arranged on the inner wall of the convex part of the second top plate. According to this, since the step between the convex part and the concave part of the second top plate functions as a holding mechanism as it is, it is not necessary to provide a holding mechanism separately.

本発明において、漏液検出センサは、外装ケース内の重力方向における下部に配置されていても構わない。これによれば、実使用時における電池パックの向きにかかわらず、電解液の漏洩を確実に検出することが可能となる。   In the present invention, the liquid leakage detection sensor may be disposed in the lower part in the direction of gravity in the outer case. According to this, it is possible to reliably detect leakage of the electrolyte regardless of the orientation of the battery pack during actual use.

本発明において、漏液検出センサは、鋭利部の先端近傍に配置された2又はそれ以上の電極を含むものであっても構わない。これによれば、鋭利部によって突き破られた部分から漏洩する電解液を直ちに検出することが可能となる。   In the present invention, the liquid leakage detection sensor may include two or more electrodes arranged near the tip of the sharp part. According to this, it becomes possible to immediately detect the electrolyte solution leaking from the portion pierced by the sharp portion.

本発明において、二次電池は、ラミネートフィルムが封止された封止部を有し、漏液検出センサは、封止部の近傍に配置されても構わない。これによれば、封止部の剥離によって生じる電解液の漏洩を検出することが可能となる。   In the present invention, the secondary battery may have a sealing portion in which a laminate film is sealed, and the liquid leakage detection sensor may be disposed in the vicinity of the sealing portion. According to this, it is possible to detect leakage of the electrolytic solution caused by peeling of the sealing portion.

本発明による電池パックは、漏液検出センサを複数備え、複数の漏液検出センサが並列接続されていても構わない。これによれば、電解液の漏洩をより確実に検出することが可能となる。   The battery pack according to the present invention may include a plurality of liquid leakage detection sensors, and the plurality of liquid leakage detection sensors may be connected in parallel. According to this, it becomes possible to detect the leakage of the electrolyte more reliably.

本発明において、二次電池は、リチウムイオン二次電池であっても構わない。これによれば、高い電池容量を得ることが可能となる。   In the present invention, the secondary battery may be a lithium ion secondary battery. According to this, it becomes possible to obtain a high battery capacity.

本発明による電池システムは、上述した電池パックを複数備え、複数の電池パックが直列又は並列に接続されていることを特徴とする。本発明によれば、より大きな電圧又は電流を供給することが可能となる。   A battery system according to the present invention includes a plurality of the above-described battery packs, and the plurality of battery packs are connected in series or in parallel. According to the present invention, a larger voltage or current can be supplied.

このように、本発明によれば、複雑な機構を設けることなく通常時におけるラミネートフィルムの破損が防止され、且つ、鋭利部によってラミネートフィルムが破られたか否かを判定可能な電池パック及びこれを備える電池システムを提供することが可能となる。   Thus, according to the present invention, there is provided a battery pack capable of preventing damage to the laminate film during normal time without providing a complicated mechanism and determining whether the laminate film has been torn by the sharp part. It is possible to provide a battery system provided.

図1は、本発明の好ましい実施形態による電池パック10の外観を示す略斜視図である。FIG. 1 is a schematic perspective view showing an appearance of a battery pack 10 according to a preferred embodiment of the present invention. 図2は、外装ケース20の分解斜視図である。FIG. 2 is an exploded perspective view of the exterior case 20. 図3は、外装ケース20に収容される二次電池50を示す斜視図である。FIG. 3 is a perspective view showing the secondary battery 50 accommodated in the outer case 20. 図4は、二次電池50の略分解斜視図である。FIG. 4 is a schematic exploded perspective view of the secondary battery 50. 図5は、図4に示すA−A線に沿った略断面図である。FIG. 5 is a schematic cross-sectional view along the line AA shown in FIG. 図6は、非膨張時における電池パック10のxz断面図である。FIG. 6 is an xz cross-sectional view of the battery pack 10 when not expanded. 図7は、膨張時における電池パック10のxz断面図である。FIG. 7 is an xz sectional view of the battery pack 10 during expansion. 図8は、検出電極91,92のレイアウトの一例を示す略斜視図である。FIG. 8 is a schematic perspective view showing an example of the layout of the detection electrodes 91 and 92. 図9は、カバー81の表面に検出電極91,92を形成した例を示す部分断面図である。FIG. 9 is a partial cross-sectional view showing an example in which the detection electrodes 91 and 92 are formed on the surface of the cover 81. 図10は、別の漏液検出センサ90を追加した例による電池パック10のxz断面図である。FIG. 10 is an xz cross-sectional view of the battery pack 10 according to an example in which another liquid leakage detection sensor 90 is added. 図11は、封止部54aの近傍に漏液検出センサ90を配置した例による電池パック10の平面断面図である。FIG. 11 is a plan cross-sectional view of the battery pack 10 according to an example in which the leak detection sensor 90 is disposed in the vicinity of the sealing portion 54a. 複数の漏液検出センサ90を並列接続した例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the example which connected the some leak detection sensor 90 in parallel. 図13は、複数の電池パック10を積層した状態を示す略斜視図である。FIG. 13 is a schematic perspective view showing a state in which a plurality of battery packs 10 are stacked. 図14は、複数の電池パック10を積層した状態を示すxz断面図である。FIG. 14 is an xz sectional view showing a state in which a plurality of battery packs 10 are stacked.

以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態について詳細に説明する。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

図1は、本発明の好ましい実施形態による電池パック10の外観を示す略斜視図である。   FIG. 1 is a schematic perspective view showing an appearance of a battery pack 10 according to a preferred embodiment of the present invention.

図1に示すように、本実施形態による電池パック10は、外装ケース20と、正極端子31と、負極端子32と、検出端子33,34と、ガス弁40とを備え、外装ケース20内には後述するリチウムイオン電池などの二次電池50が収容される。外装ケース20は、熱伝導率の高い材料、例えば、アルミニウム(Al)などの金属によって構成することが好ましい。   As shown in FIG. 1, the battery pack 10 according to the present embodiment includes an outer case 20, a positive terminal 31, a negative terminal 32, detection terminals 33 and 34, and a gas valve 40. Accommodates a secondary battery 50 such as a lithium ion battery described later. The outer case 20 is preferably made of a material having high thermal conductivity, for example, a metal such as aluminum (Al).

外装ケース20は、z方向を厚み方向とする略箱形形状であり、xy面を構成する第1の天板21及び第2の天板22は凹凸形状を有している。本実施形態による電池パック10は、外装ケース20の天板がこのような凹凸形状を有していることから、天板の表面が平坦である場合と比べて表面積が増大する。これにより、従来と比べて放熱性が向上するばかりでなく、機械的強度も向上する。特に限定されるものではないが、側面(xz面及びyz面)は凹凸形状を有していない。上述した正極端子31、負極端子32、検出端子33,34及びガス弁40は、xz面に形成されている。   The exterior case 20 has a substantially box shape with the z direction as the thickness direction, and the first top plate 21 and the second top plate 22 constituting the xy plane have an uneven shape. In the battery pack 10 according to the present embodiment, since the top plate of the outer case 20 has such a concavo-convex shape, the surface area increases as compared with the case where the surface of the top plate is flat. Thereby, not only the heat dissipation is improved, but also the mechanical strength is improved. Although not particularly limited, the side surfaces (xz plane and yz plane) do not have an uneven shape. The positive electrode terminal 31, the negative electrode terminal 32, the detection terminals 33 and 34, and the gas valve 40 described above are formed on the xz plane.

本実施形態においては、第1の天板21にy方向に延在する2つの凸部21Aと2つの凹部21Bが設けられ、第2の天板22にy方向に延在する2つの凸部22Aと2つの凹部22Bが設けられている。凸部とはz方向に突出した部分を指し、凹部とはz方向に窪んだ部分を指す。したがって、凸部と凹部は、互いにz方向における高さが相違している。そして、図1に示すように、凸部21Aはz方向から見て凹部22Bと重なり、凸部22Aはz方向から見て凹部21Bと重なっている。本実施形態においては、凸部21Aと凹部21Bによって形成される段差のz方向における高さは、凸部22Aと凹部22Bによって形成される段差のz方向における高さと等しい。また、凸部21A,22Aのx方向における幅W1は、凹部21B,22Bのx方向における幅W2とほぼ同一、或いは、幅W2よりもやや狭く設計されている。   In the present embodiment, the first top plate 21 is provided with two convex portions 21A and two concave portions 21B that extend in the y direction, and the second top plate 22 has two convex portions that extend in the y direction. 22A and two recesses 22B are provided. The convex portion refers to a portion protruding in the z direction, and the concave portion refers to a portion recessed in the z direction. Therefore, the height of the convex portion and the concave portion is different from each other in the z direction. As shown in FIG. 1, the convex portion 21A overlaps with the concave portion 22B when viewed from the z direction, and the convex portion 22A overlaps with the concave portion 21B when viewed from the z direction. In the present embodiment, the height in the z direction of the step formed by the convex portion 21A and the concave portion 21B is equal to the height in the z direction of the step formed by the convex portion 22A and the concave portion 22B. Further, the width W1 of the convex portions 21A and 22A in the x direction is designed to be substantially the same as or slightly narrower than the width W2 of the concave portions 21B and 22B in the x direction.

図2は外装ケース20の分解斜視図であり、図3は外装ケース20に収容される二次電池50を示す斜視図である。   FIG. 2 is an exploded perspective view of the outer case 20, and FIG. 3 is a perspective view showing the secondary battery 50 accommodated in the outer case 20.

図2に示すように、外装ケース20はxz面を構成する封止板23を備えており、封止板23を外装ケース20の本体に溶接することによって内部が密封される。電池パック10の製造工程においては、まず外装ケース20の本体を用意し、その内部に図3に示す二次電池50を収容した後、封止板23を溶接する。封止板23を取り付ける際には、二次電池50に設けられた正極タブ51を封止板23の正極端子31に接続し、二次電池50に設けられた負極タブ52を封止板23の負極端子32に接続する。これにより、正極端子31及び負極端子32を介して二次電池50の充放電を行うことが可能となる。また、外装ケース20の内部は基本的に密封されているが、内圧が所定値以上に高まった場合には、ガス弁40が自動的に開くことで内圧が下げられる。   As shown in FIG. 2, the outer case 20 includes a sealing plate 23 that forms an xz plane, and the inside is sealed by welding the sealing plate 23 to the main body of the outer case 20. In the manufacturing process of the battery pack 10, first, the main body of the exterior case 20 is prepared, and after the secondary battery 50 shown in FIG. 3 is accommodated therein, the sealing plate 23 is welded. When attaching the sealing plate 23, the positive electrode tab 51 provided on the secondary battery 50 is connected to the positive terminal 31 of the sealing plate 23, and the negative electrode tab 52 provided on the secondary battery 50 is connected to the sealing plate 23. Connected to the negative terminal 32. As a result, the secondary battery 50 can be charged / discharged via the positive electrode terminal 31 and the negative electrode terminal 32. The interior of the outer case 20 is basically sealed, but when the internal pressure increases to a predetermined value or more, the internal pressure is lowered by automatically opening the gas valve 40.

図4は二次電池50の略分解斜視図であり、図5は図4に示すA−A線に沿った略断面図である。   4 is a schematic exploded perspective view of the secondary battery 50, and FIG. 5 is a schematic cross-sectional view taken along the line AA shown in FIG.

二次電池50は例えばリチウムイオン二次電池であり、図4に示すように、積層体53と、図示しない電解液とともに積層体53を収容する袋状のラミネートフィルム54を備える。ラミネートフィルム54からは、正極タブ51及び負極タブ52が導出されている。積層体53は、複数の正極71と複数の負極72がセパレータ73を介して積層された構造を有している。セパレータ73は、電解液に含まれるリチウムイオンを透過する微少な孔が形成された絶縁膜である。   The secondary battery 50 is, for example, a lithium ion secondary battery, and includes a laminate 53 and a bag-like laminate film 54 that accommodates the laminate 53 together with an electrolyte (not shown) as shown in FIG. A positive electrode tab 51 and a negative electrode tab 52 are led out from the laminate film 54. The stacked body 53 has a structure in which a plurality of positive electrodes 71 and a plurality of negative electrodes 72 are stacked via a separator 73. The separator 73 is an insulating film in which minute holes that transmit lithium ions contained in the electrolytic solution are formed.

正極71は、正極集電体の表面に正極活物質が形成された構造を有しており、正極集電体の一部がラミネートフィルム54から導出されて正極タブ51を構成している。正極タブ51は、正極集電体に接続された別の金属体であっても構わない。正極集電体は例えばアルミニウム(Al)からなり、正極活物質は例えばLiCoO、LiNiO、LiMnなど、リチウムイオンの吸蔵及び放出が可能な材料からなる。 The positive electrode 71 has a structure in which a positive electrode active material is formed on the surface of the positive electrode current collector, and a part of the positive electrode current collector is led out from the laminate film 54 to constitute the positive electrode tab 51. The positive electrode tab 51 may be another metal body connected to the positive electrode current collector. The positive electrode current collector is made of, for example, aluminum (Al), and the positive electrode active material is made of a material capable of inserting and extracting lithium ions, such as LiCoO 2 , LiNiO 2 , and LiMn 2 O 4 .

負極72は、負極集電体の表面に負極集電体が形成された構造を有しており、負極集電体の一部がラミネートフィルム54から導出されて負極タブ52を構成している。負極タブ52は、負極集電体に接続された別の金属体であっても構わない。負極集電体は例えば銅(Cu)からなり、負極活物質は例えばグラファイトからなる。   The negative electrode 72 has a structure in which a negative electrode current collector is formed on the surface of the negative electrode current collector, and a part of the negative electrode current collector is led out from the laminate film 54 to constitute the negative electrode tab 52. The negative electrode tab 52 may be another metal body connected to the negative electrode current collector. The negative electrode current collector is made of, for example, copper (Cu), and the negative electrode active material is made of, for example, graphite.

このような構造を有する積層体53は、電解液とともに袋状のラミネートフィルム54に収容される。ラミネートフィルム54は、金属フィルムの両面に絶縁フィルムが積層された構造を有しており、袋状に加工することによって積層体53及び電解液が密閉される。ラミネートフィルム54を袋状に加工する方法としては、1枚のラミネートフィルム54を2つに折り畳んだ後、重なった3辺を加熱することによって、上側の絶縁フィルムの端部と下側の絶縁フィルムの端部を接着しても構わないし、2枚のラミネートフィルム54を重ねた後、4辺を加熱することによって、上側の絶縁フィルムの端部と下側の絶縁フィルムの端部を接着しても構わない。図4に示す符号Bは積層体53と重なる領域を示し、その外側の3辺又は4辺を加熱することによって、上下の絶縁フィルムが接着され、袋状に密閉されたラミネートフィルム54が形成される。   The laminate 53 having such a structure is accommodated in a bag-like laminate film 54 together with the electrolytic solution. The laminate film 54 has a structure in which an insulating film is laminated on both surfaces of a metal film, and the laminate 53 and the electrolytic solution are sealed by processing into a bag shape. As a method of processing the laminate film 54 into a bag shape, one end of the laminate film 54 is folded into two, and then the three overlapping sides are heated to thereby end the upper insulating film and the lower insulating film. The end portions of the upper insulating film and the lower insulating film may be bonded to each other by heating four sides after the two laminated films 54 are stacked. It doesn't matter. Reference numeral B shown in FIG. 4 indicates a region overlapping the laminated body 53, and by heating three or four sides on the outside, the upper and lower insulating films are bonded to form a laminated film 54 sealed in a bag shape. The

図2に示すように、外装ケース20の内壁は、天板21,22の凹凸形状を反映した形状を有している。つまり、凸部21A,22Aが形成された部分においてz方向における高さが拡大され、凹部21B,22Bが形成された部分においてz方向における高さが縮小されている。これに対し、二次電池50のxy面は、図3に示すようにほぼ平坦である。このため、電池パック10のxz断面図である図6に示すように、二次電池50を外装ケース20に収容すると、二次電池50と凸部21A,22Aとの間には空間60が形成される。空間60は、二次電池50と凹部21B,22Bとの間にも形成され得るが、この場合であっても、二次電池50と凸部21A,22Aとの間に形成される空間60のz方向における間隔は、二次電池50と凹部21B,22Bとの間に形成される空間60のz方向における間隔よりも広くなる。   As shown in FIG. 2, the inner wall of the exterior case 20 has a shape reflecting the uneven shape of the top plates 21 and 22. That is, the height in the z direction is enlarged at the portions where the convex portions 21A and 22A are formed, and the height in the z direction is reduced at the portions where the concave portions 21B and 22B are formed. On the other hand, the xy plane of the secondary battery 50 is substantially flat as shown in FIG. For this reason, as shown in FIG. 6 which is an xz sectional view of the battery pack 10, when the secondary battery 50 is accommodated in the exterior case 20, a space 60 is formed between the secondary battery 50 and the convex portions 21A and 22A. Is done. The space 60 can also be formed between the secondary battery 50 and the recesses 21B and 22B, but even in this case, the space 60 formed between the secondary battery 50 and the projections 21A and 22A The interval in the z direction is wider than the interval in the z direction of the space 60 formed between the secondary battery 50 and the recesses 21B and 22B.

凸部21A,22Aは外装ケース20の内部から見れば凹部を構成し、凹部21B,22Bは外装ケース20の内部から見れば凸部を構成する。そして、図6に示すように、凸部22Aの内壁によって構成される凹部には、鋭利な先端を有する鋭利部80が配置されている。鋭利部80の先端は二次電池50を構成するラミネートフィルム54と向かい合っているが、鋭利部80の高さhは凸部22Aを構成する内壁の凹部の深さHよりも低いため、二次電池50が膨張していない通常時においては、鋭利部80の先端がラミネートフィルム54と接触することはない。また、二次電池50に対して充放電を行うと、これに伴って二次電池50が僅かに膨張することがあるが、凹部の深さHと鋭利部80の高さhの差をある程度確保しておけば、通常の充放電で生じる二次電池50の膨張によって鋭利部80の先端がラミネートフィルム54と接触することはない。二次電池50と外装ケース20の内壁は互いに固定されていても構わないし、固定されていなくても構わない。両者を固定する場合、図6に示すように、平面視で鋭利部80と重なる凹部21Bの内壁に、接着剤55などを用いて二次電池50を固定することが好ましい。これによれば、通常時における鋭利部80の先端とラミネートフィルム54の距離を十分に確保することが可能となる。   The convex portions 21A and 22A constitute a concave portion when viewed from the inside of the outer case 20, and the concave portions 21B and 22B constitute a convex portion when viewed from the inside of the outer case 20. And as shown in FIG. 6, the sharp part 80 which has a sharp front-end | tip is arrange | positioned at the recessed part comprised by the inner wall of 22 A of convex parts. The tip of the sharp part 80 faces the laminate film 54 constituting the secondary battery 50, but the height h of the sharp part 80 is lower than the depth H of the concave part of the inner wall constituting the convex part 22A. In a normal time when the battery 50 is not expanded, the tip of the sharp portion 80 does not come into contact with the laminate film 54. Further, when the secondary battery 50 is charged / discharged, the secondary battery 50 may slightly expand along with this, but the difference between the depth H of the concave portion and the height h of the sharp portion 80 is to some extent. If secured, the tip of the sharp portion 80 does not come into contact with the laminate film 54 due to expansion of the secondary battery 50 caused by normal charge / discharge. The inner walls of the secondary battery 50 and the outer case 20 may or may not be fixed to each other. When fixing both, as shown in FIG. 6, it is preferable to fix the secondary battery 50 to the inner wall of the recessed part 21B which overlaps with the sharp part 80 in plan view using an adhesive 55 or the like. According to this, it becomes possible to ensure a sufficient distance between the tip of the sharp part 80 and the laminate film 54 in a normal state.

そして、温度上昇によって二次電池50の内圧が異常に高まると、二次電池50が膨張する。ある程度の膨張については空間60がマージンとして働くが、二次電池50がさらに膨張すると、図7に示すように、ラミネートフィルム54が鋭利部80の先端と接触する。これにより、ラミネートフィルム54が破れて穴が空き、ここからガスが放出されることから内圧が開放される。放出されたガスは、外装ケース20に設けられたガス弁40を介して大気中に放出される。   And if the internal pressure of the secondary battery 50 increases abnormally due to the temperature rise, the secondary battery 50 expands. The space 60 acts as a margin for a certain degree of expansion, but when the secondary battery 50 further expands, the laminate film 54 comes into contact with the tip of the sharp portion 80 as shown in FIG. As a result, the laminate film 54 is torn and a hole is formed, and gas is released from this, so that the internal pressure is released. The released gas is released into the atmosphere through a gas valve 40 provided in the outer case 20.

このように、本実施形態においては、外装ケース20の内壁部分に鋭利部80が設けられていることから、二次電池50の膨張時にラミネートフィルム54を破ることにより、二次電池50の内部圧力を開放することができる。しかも、天板22の凹凸形状が、二次電池50の非膨張時においてラミネートフィルム54と鋭利部80を離間させる保持機構として機能することから、シャッターなどの複雑な機構を設けることなく、非膨張時におけるラミネートフィルム54の破損を防止することができる。   Thus, in this embodiment, since the sharp part 80 is provided in the inner wall part of the exterior case 20, the internal pressure of the secondary battery 50 can be obtained by breaking the laminate film 54 when the secondary battery 50 is expanded. Can be released. In addition, since the uneven shape of the top plate 22 functions as a holding mechanism that separates the laminate film 54 and the sharp portion 80 when the secondary battery 50 is not expanded, it does not expand without providing a complicated mechanism such as a shutter. It is possible to prevent the laminate film 54 from being damaged.

さらに、本実施形態による電池パック10は、電解液の漏洩を検出する漏液検出センサ90を備えている。漏液検出センサ90は、一対の検出電極91,92間のインピーダンスに基づいて漏液の有無を判定するセンサであり、図6に示すように、鋭利部80の近傍に検出電極91,92が設けられる。このため、鋭利部80によってラミネートフィルム54が破られると、ここから電解液が漏洩したか否かを直ちに判定することができる。   Furthermore, the battery pack 10 according to the present embodiment includes a liquid leakage detection sensor 90 that detects leakage of the electrolytic solution. The liquid leakage detection sensor 90 is a sensor that determines the presence or absence of liquid leakage based on the impedance between the pair of detection electrodes 91 and 92. As shown in FIG. Provided. For this reason, when the laminate film 54 is torn by the sharp portion 80, it can be immediately determined whether or not the electrolyte has leaked.

図8は、検出電極91,92のレイアウトの一例を示す略斜視図である。   FIG. 8 is a schematic perspective view showing an example of the layout of the detection electrodes 91 and 92.

図8に示す例では、円錐状である鋭利部80の表面に検出電極91,92が形成されており、両者は所定のギャップGによって絶縁されている。このため、通常時においては検出電極91と検出電極92の間のインピーダンスは十分に高い。しかしながら、鋭利部80によってラミネートフィルム54が破られ、ここから電解液が漏洩すると、検出電極91と検出電極92が電解液を介して導通する。これにより、検出電極91と検出電極92の間のインピーダンスが低下することから、図示しない検出回路によって電解液の漏洩を検知することが可能となる。検出回路については、外装ケース20の内部に配置しても構わないし、検出電極91,92をそれぞれ検出端子33,34に接続し、外部の検出回路に接続しても構わない。   In the example shown in FIG. 8, the detection electrodes 91 and 92 are formed on the surface of the sharp portion 80 having a conical shape, and both are insulated by a predetermined gap G. For this reason, in normal times, the impedance between the detection electrode 91 and the detection electrode 92 is sufficiently high. However, when the laminate film 54 is broken by the sharp portion 80 and the electrolytic solution leaks from here, the detection electrode 91 and the detection electrode 92 are conducted through the electrolytic solution. Thereby, since the impedance between the detection electrode 91 and the detection electrode 92 is lowered, it is possible to detect leakage of the electrolytic solution by a detection circuit (not shown). The detection circuit may be disposed inside the outer case 20, or the detection electrodes 91 and 92 may be connected to the detection terminals 33 and 34, respectively, and connected to an external detection circuit.

また、検出電極91,92のうち少なくともギャップGを構成する部分にスズ又はこれを含む合金のメッキを施しておけば、検出電極91,92に電解液が付着すると、マイグレーションによってメッキの一部がギャップGに移動し、検出電極91,92が容易に短絡する。このため、検出電極91,92にスズ又はこれを含む合金のメッキを施しておけば、電解液がギャップGに滴下しない場合であっても、メッキのマイグレーションによって電解液の漏洩を検出することが可能となる。   Further, if tin or an alloy containing this is plated on at least a portion of the detection electrodes 91 and 92 that constitutes the gap G, a part of the plating is caused by migration when the electrolytic solution adheres to the detection electrodes 91 and 92. Moving to the gap G, the detection electrodes 91 and 92 are easily short-circuited. For this reason, if the detection electrodes 91 and 92 are plated with tin or an alloy containing the same, leakage of the electrolyte can be detected by plating migration even when the electrolyte does not drop into the gap G. It becomes possible.

鋭利部80の一部は、外装ケース20自体によって構成されていても構わない。ここで、外装ケース20が金属材料によって構成されている場合には、図9に示すように、外装ケース20の一部を内側に変形させることによって円錐状の鋭利部80を形成するとともに、円錐状の鋭利部80を樹脂などの絶縁性材料からなるカバー81で覆うことが好ましい。そして、カバー81の表面に検出電極91,92を形成すれば、検出電極91,92と金属製の外装ケース20との短絡を防止することが可能となる。   A part of the sharp part 80 may be constituted by the outer case 20 itself. Here, when the exterior case 20 is made of a metal material, as shown in FIG. 9, a part of the exterior case 20 is deformed inward to form a conical sharp portion 80, and It is preferable to cover the sharp portion 80 with a cover 81 made of an insulating material such as resin. If the detection electrodes 91 and 92 are formed on the surface of the cover 81, it is possible to prevent a short circuit between the detection electrodes 91 and 92 and the metal outer case 20.

また、図10に示すように、上側の天板21の凸部21Aの内壁部分にも検出電極91,92を含む別の漏液検出センサ90を配置しても構わない。このように、天板21,22の両方の内壁にそれぞれ漏液検出センサ90を配置すれば、実使用時において、天板21が重力方向における下側に位置する状態で使用された場合であっても、漏洩した電解液が天板21に設けられた漏液検出センサ90に到達することから、電解液の漏洩をより確実に検出することが可能となる。   Further, as shown in FIG. 10, another liquid leakage detection sensor 90 including detection electrodes 91 and 92 may be disposed on the inner wall portion of the convex portion 21 </ b> A of the upper top plate 21. As described above, if the liquid leakage detection sensors 90 are arranged on both inner walls of the top plates 21 and 22, respectively, the top plate 21 is used in a state where it is located on the lower side in the direction of gravity during actual use. However, since the leaked electrolytic solution reaches the liquid leakage detection sensor 90 provided on the top plate 21, the leakage of the electrolytic solution can be detected more reliably.

さらに、図11に示すように、ラミネートフィルム54の3辺に熱圧着などによる封止部54aが存在する場合、封止部54aの近傍に1又は2以上の漏液検出センサ90を配置しても構わない。ラミネートフィルム54の封止部54aは、圧着部分の剥離によって電解液の漏洩が生じる可能性があるため、封止部54aの近傍に漏液検出センサ90を配置すれば、封止部54aからの漏液を速やかに検出することが可能となる。   Furthermore, as shown in FIG. 11, when the sealing part 54a by thermocompression bonding exists on the three sides of the laminate film 54, one or two or more leak detection sensors 90 are arranged in the vicinity of the sealing part 54a. It doesn't matter. Since the sealing portion 54a of the laminate film 54 may cause electrolyte leakage due to peeling of the crimped portion, if the leakage detection sensor 90 is disposed in the vicinity of the sealing portion 54a, the sealing portion 54a is separated from the sealing portion 54a. It becomes possible to quickly detect the leakage.

複数の漏液検出センサ90を配置する場合、図12に示すように、複数の漏液検出センサ90を並列接続しても構わない。図12に示す例では、各漏液検出センサ90の検出電極91,92をそれぞれ配線91L,92Lに接続している。これによれば、複数の漏液検出センサ90のうち、いずれか一つの漏液検出センサ90のインピーダンスが低下すれば、配線91Lと配線92Lの間のインピーダンスが低下することから、これにより電解液の漏洩を検知することができる。   When a plurality of leak detection sensors 90 are arranged, a plurality of leak detection sensors 90 may be connected in parallel as shown in FIG. In the example shown in FIG. 12, the detection electrodes 91 and 92 of each leakage detection sensor 90 are connected to the wirings 91L and 92L, respectively. According to this, if the impedance of any one of the plurality of leak detection sensors 90 decreases, the impedance between the wiring 91L and the wiring 92L decreases. Can be detected.

図13及び図14は複数の電池パック10を積層した状態を示す図であり、図13は略斜視図、図14はxz断面図である。   13 and 14 are views showing a state in which a plurality of battery packs 10 are stacked, FIG. 13 is a schematic perspective view, and FIG. 14 is an xz sectional view.

図13及び図14に示すように、複数の電池パック10をz方向に積層すると、下段に位置する電池パック10の凸部21Aが上段に位置する電池パック10の凹部22Bに嵌合するとともに、上段に位置する電池パック10の凸部22Aが下段に位置する電池パック10の凹部21Bに嵌合する。つまり、上下の電池パック10に設けられた凸部同士が干渉することなく凸部と凹部が嵌合することから、複数の電池パック10をz方向に高密度に積層することができる。しかも、上下の電池パック10を構成する外装ケース20同士がより広範囲に接触することから、一部の電池パック10において過熱が生じた場合であっても、他の電池パック10の外装ケース20を介して効果的に放熱することが可能となる。   As shown in FIGS. 13 and 14, when a plurality of battery packs 10 are stacked in the z direction, the convex portion 21A of the battery pack 10 located in the lower stage is fitted into the concave portion 22B of the battery pack 10 located in the upper stage, The convex part 22A of the battery pack 10 located in the upper stage is fitted into the concave part 21B of the battery pack 10 located in the lower stage. That is, since the convex portions and the concave portions are fitted without interference between the convex portions provided on the upper and lower battery packs 10, a plurality of battery packs 10 can be stacked with high density in the z direction. In addition, since the outer casings 20 constituting the upper and lower battery packs 10 come into contact with each other in a wider range, even if some battery packs 10 are overheated, the outer casings 20 of the other battery packs 10 It is possible to effectively dissipate heat.

尚、図13及び図14に示す例では、複数の電池パック10がz方向だけでなくx方向にも配列されており、これにより多数(図13に示す例では12個)の電池パック10からなる電池システムが構成されている。この電池システムを構成する複数の電池パック10は、必要に応じて並列接続または直列接続され、これにより必要な電池容量または電圧を確保することができる。本実施形態においては、電池パック10のyz面が平坦であることから、x方向に隣接する電池パック10の外装ケース20同士についても、広範囲に接触させることができる。   In the example shown in FIGS. 13 and 14, a plurality of battery packs 10 are arranged not only in the z direction but also in the x direction, so that from a large number (12 in the example shown in FIG. 13) of battery packs 10. A battery system is configured. The plurality of battery packs 10 constituting this battery system are connected in parallel or in series as necessary, thereby ensuring a necessary battery capacity or voltage. In this embodiment, since the yz surface of the battery pack 10 is flat, the exterior cases 20 of the battery packs 10 adjacent to each other in the x direction can be brought into contact in a wide range.

以上説明したように、本実施形態による電池パック10は、外装ケース20の内部に鋭利部80が設けられているとともに、天板22の凹凸形状が保持機構として機能し、これが二次電池50の非膨張時においてラミネートフィルム54と鋭利部80を離間させる役割を果たす。これにより、振動や衝撃によるラミネートフィルム54の意図しない破損を防止しつつ、二次電池50の膨張時においては、鋭利部80によってラミネートフィルム54を確実に破ることができる。しかも、本実施形態による電池パック10は、鋭利部80によってラミネートフィルム54が破られ、これにより電解液が漏洩すると、漏液検出センサ90によってこれを検出することができることから、電解液の漏洩を電気的に検知することも可能である。   As described above, in the battery pack 10 according to the present embodiment, the sharp portion 80 is provided inside the outer case 20, and the uneven shape of the top plate 22 functions as a holding mechanism. It plays the role which separates the laminate film 54 and the sharp part 80 at the time of non-expansion. Thereby, the laminate film 54 can be reliably broken by the sharp portion 80 when the secondary battery 50 is expanded while preventing the unintended damage of the laminate film 54 due to vibration or impact. Moreover, in the battery pack 10 according to the present embodiment, when the laminate film 54 is broken by the sharp portion 80 and the electrolyte solution leaks, the leak detection sensor 90 can detect this, so that the electrolyte solution leaks. It is also possible to detect electrically.

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。   The preferred embodiments of the present invention have been described above, but the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention. Needless to say, it is included in the range.

例えば、上記実施形態では、本発明をリチウムイオン二次電池に適用した場合を例に説明したが、本発明の対象がリチウムイオン二次電池に限定されるものではなく、他の種類の電池パックに適用することも可能である。   For example, in the above embodiment, the case where the present invention is applied to a lithium ion secondary battery has been described as an example. However, the subject of the present invention is not limited to a lithium ion secondary battery, and other types of battery packs are used. It is also possible to apply to.

また、上記実施形態では、二次電池50の全体がラミネートフィルム54で覆われているが、一部分のみがラミネートフィルム54で覆われている場合には、ラミネートフィルム54が露出する部分と向かい合うよう、鋭利部80を配置すれば良い。   Moreover, in the said embodiment, although the whole secondary battery 50 is covered with the laminate film 54, when only a part is covered with the laminate film 54, facing the part which the laminate film 54 exposes, The sharp part 80 may be disposed.

10 電池パック
20 外装ケース
21 第1の天板
22 第2の天板
21A,22A 凸部
21B,22B 凹部
23 封止板
31 正極端子
32 負極端子
33,34 検出端子
40 ガス弁
50 二次電池
51 正極タブ
52 負極タブ
53 積層体
54 ラミネートフィルム
54a 封止部
55 接着剤
60 空間
71 正極
72 負極
73 セパレータ
80 鋭利部
81 カバー
90 漏液検出センサ
91,92 検出電極
91L,92L 配線
G ギャップ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Battery pack 20 Exterior case 21 1st top plate 22 2nd top plate 21A, 22A Convex part 21B, 22B Concave 23 Sealing plate 31 Positive electrode terminal 32 Negative electrode terminal 33, 34 Detection terminal 40 Gas valve 50 Secondary battery 51 Positive electrode tab 52 Negative electrode tab 53 Laminate 54 Laminate film 54a Sealing portion 55 Adhesive 60 Space 71 Positive electrode 72 Negative electrode 73 Separator 80 Sharp portion 81 Cover 90 Liquid leakage detection sensors 91 and 92 Detection electrodes 91L and 92L Wiring G Gap

Claims (10)

電解液が封入され、少なくとも一部がラミネートフィルムで覆われた二次電池と、
前記二次電池の膨張時に前記ラミネートフィルムを破ることにより、前記二次電池の内部圧力を開放する鋭利部と、
前記二次電池の非膨張時に前記ラミネートフィルムと前記鋭利部を離間させる保持機構と、
前記電解液の漏洩を検出する漏液検出センサと、備えることを特徴とする電池パック。
A secondary battery in which an electrolyte is enclosed and at least a part of which is covered with a laminate film;
A sharp part that releases the internal pressure of the secondary battery by breaking the laminate film during expansion of the secondary battery,
A holding mechanism for separating the laminate film and the sharp part when the secondary battery is not expanded;
A battery pack, comprising: a leak detection sensor that detects leakage of the electrolyte.
前記二次電池を収容する外装ケースをさらに備え、
前記外装ケースの内壁には、前記鋭利部を収容することにより前記保持機構として機能する凹部が設けられており、
前記凹部の深さは、前記鋭利部の高さよりも大きいことを特徴とする請求項1に記載の電池パック。
An outer case for housing the secondary battery;
The inner wall of the outer case is provided with a recess that functions as the holding mechanism by accommodating the sharp part,
The battery pack according to claim 1, wherein a depth of the recess is greater than a height of the sharp part.
前記外装ケースは、厚み方向から見て互いに重なる第1及び第2の天板を有し、
前記第1の天板は、前記厚み方向における高さが互いに異なる第1の凸部及び第1の凹部を有し、
前記第2の天板は、前記厚み方向における高さが互いに異なる第2の凸部及び第2の凹部を有し、
前記第1の凸部は、前記厚み方向から見て前記第2の凹部と重なり、
前記第2の凸部は、前記厚み方向から見て前記第1の凹部と重なることを特徴とする請求項1に記載の電池パック。
The exterior case has first and second top plates that overlap each other when viewed from the thickness direction,
The first top plate has a first convex portion and a first concave portion having different heights in the thickness direction,
The second top plate has a second convex portion and a second concave portion having different heights in the thickness direction,
The first convex portion overlaps with the second concave portion when viewed from the thickness direction,
2. The battery pack according to claim 1, wherein the second convex portion overlaps the first concave portion when viewed from the thickness direction.
前記鋭利部及び前記漏液検出センサは、前記第2の天板の前記凸部の内壁に配置されていることを特徴とする請求項3に記載の電池パック。   The battery pack according to claim 3, wherein the sharp part and the liquid leakage detection sensor are arranged on an inner wall of the convex part of the second top plate. 前記漏液検出センサは、前記外装ケース内の重力方向における下部に配置されることを特徴とする請求項2乃至4のいずれか一項に記載の電池パック。   5. The battery pack according to claim 2, wherein the leak detection sensor is disposed at a lower portion in the direction of gravity in the exterior case. 6. 前記漏液検出センサは、前記鋭利部の先端近傍に配置された2又はそれ以上の電極を含むことを特徴とする請求項1乃至5のいずれか一項に記載の電池パック。   6. The battery pack according to claim 1, wherein the liquid leakage detection sensor includes two or more electrodes disposed in the vicinity of a tip of the sharp part. 前記二次電池は、前記ラミネートフィルムが封止された封止部を有し、
前記漏液検出センサは、前記封止部の近傍に配置されることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか一項に記載の電池パック。
The secondary battery has a sealing portion in which the laminate film is sealed,
The battery pack according to claim 1, wherein the leak sensor is disposed in the vicinity of the sealing portion.
前記漏液検出センサを複数備え、前記複数の漏液検出センサが並列接続されていることを特徴とする請求項1乃至7のいずれか一項に記載の電池パック。   The battery pack according to any one of claims 1 to 7, wherein a plurality of the leakage detection sensors are provided, and the plurality of leakage detection sensors are connected in parallel. 前記二次電池は、リチウムイオン二次電池であることを特徴とする請求項1乃至8のいずれか一項に記載の電池パック。   The battery pack according to claim 1, wherein the secondary battery is a lithium ion secondary battery. 請求項1乃至9のいずれか一項に記載の電池パックを複数備え、前記複数の電池パックが直列又は並列に接続されていることを特徴とする電池システム。   A battery system comprising a plurality of battery packs according to any one of claims 1 to 9, wherein the plurality of battery packs are connected in series or in parallel.
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