JP2021180086A - バッテリパック - Google Patents

Abstract

【課題】類焼防止性に優れたバッテリパックを提供する。【解決手段】バッテリパックは、積層して配置される複数の電池セルと、前記電池セルを格納する筐体と、それぞれの前記電池セルの同一側の面に接する熱伝導部材と、を備え、前記熱伝導部材のそれぞれは、前記筐体の第１内側面と、第１内側面の反対側の面である前記筐体の第２内側面とに、積層順に、交互に接する。この構成によれば、何れかの電池セルで発熱、燃焼が発生した場合に、隣接する電池セルの熱伝導部材は発熱した電池セルとは反対側の筐体内側面に接しているので、筐体を伝達した熱が隣接する電池セルに伝達し難い。従って類焼を防止できる。【選択図】図３

Description

本発明は類焼防止性に優れたバッテリパックに関する。

近年、携帯電話やパソコン等の電子機器のコードレス化が急速に進んでおり、これらの駆動用電源として、小型、軽量で高エネルギー密度を有する二次電池の利用が高まっている。このような状況下において、充放電容量が大きく、高エネルギー密度を有するリチウムイオン二次電池が注目されている。

国際公開ＷＯ２０１５／００８７４７号公報 特開２００６−３３９０３２号公報 特開２０１３−０３７７９４号公報 特開２０１５−０２２８４８号公報 特開２０１５−０２２８４９号公報 特開２０１７−１３５０７７号公報

リチウムイオン二次電池として、複数のリチウムイオン二次電池セルが積層してなる積層型バッテリパックが考案されている。しかし、積層型リチウムイオン二次電池においては、電解液の酸化等による発熱、金属リチウムの析出等による短絡などに起因して電池セルが発熱等する場合があり、発熱等が生じた場合に、他の電池セルへの類焼を防止するための類焼防止構造が必要となる。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、類焼防止性に優れたバッテリパックを提供することである。

本発明によるバッテリパックは、積層して配置される複数の電池セルと、電池セルを格納する筐体と、それぞれの電池セルの同一側の面に接する熱伝導部材と、を備え、熱伝導部材のそれぞれは、筐体の第１内側面と、第１内側面の反対側の面である筐体の第２内側面とに、積層順に、交互に接することを特徴とする。

この構成によれば、積層して配置される複数の電池セルの、隣接する電池セルに接する熱伝導部材は、電池セル１０一つおきに反対側の筐体の内側面に接している。例えば、ある電池セルの熱伝導部材は筐体の第１内側面に接し、これに隣接する電池セルの熱伝導部材は第２内側面に接するというように交互に配置されている。従って、何れかの電池セルで発熱、燃焼が発生した場合に、隣接する電池セルの熱伝導部材は発熱した電池セルとは反対側の筐体内側面に接しているので、筐体を伝達した熱が隣接する電池セルに伝達し難い。また、発熱した電池セルの２つ隣の電池セルの熱伝導部材は同一側の筐体壁面に接しているが、電池セル一つ分の距離が離れているため、熱が筐体を伝達する途中で拡散される。そのため、伝達される熱が軽減される。従って、発熱した電池セルから周囲の電池セルに伝達される熱が軽減されるため、類焼を抑制することができる。

本発明において、電池セルの端部から、筐体の第１内側面及び第２内側面までの距離は、少なくとも5mm以上、望ましくは10mm〜30mmとすることができる。電池セルの端部から、筐体の第１内側面及び第２内側面までの距離が5mm以上、望ましくは10mm〜30mm確保できれば、筐体から電池セルへの戻り熱を抑制することができる。

本発明において、熱伝導部材とともに、電池セルのそれぞれを挟んでその周囲を囲う樹脂ホルダを備え、樹脂ホルダは、電池セル端から、筐体の第１内側面及び第２内側面までの距離を規定する延長部を備える構成を採用することができる。この構成により、電池セルを保持する樹脂ホルダから、筐体の左右内側面までの距離を確保することができる。これにより、筐体からの熱伝導を抑制することができるため、隣接する電池セルに熱が伝達しにくくなり、類焼を抑制することが可能となる。

本発明によれば、熱伝導部材は第１部分と、第１部分に対して略直角をなす第２部分を備えている。第１部分は電池セルに接し、第２部分は筐体の第１内側面又は第２内側面に平行に接し、熱伝導部材の第２部分の反対側の端部は、電池セルの端部の位置に略一致する。この構成によれば、熱伝導部材が筐体の内側面に接する面積を大きく確保することができるため、電池セルから筐体への熱伝達効率を向上させることが可能となる。これにより、電池セルが高温となることを抑制することができる。

本発明によれば、樹脂ホルダを電池セルの積層方向に貫通するネジを備え、ネジは、電池セル端から、筐体の第１内側面、又は、筐体の第２内側面までの間に配置される構成を採用することができる。筐体の内壁から、電池セル端面までの領域を利用して、電池セルユニットの積層構造をネジ等で固定できるため、装置の小型化に寄与する。

本発明によれば、樹脂ホルダは、熱硬化樹脂、又は、熱可塑性樹脂と不燃材料との組み合わせによる構成を採用することができる。大容量セルの場合、熱暴走時には数分から数十分間、温度が３００℃レベルになるが、上記構成とすれば熱による溶解を生じることなく絶縁性を保持することができる。

本発明によれば、熱伝導部材が接する第１内側面及び第２内側面と、第１内側面及び第２内側面に対して直角をなす端面とに、貫通孔を備える構成を採用することができる。電池室ケースに空気穴を設けることで、熱気を外部に放出し、冷却効率を向上させることができる。

本発明によれば、上面に近接する筐体の合わせ部は、熱伝導部材の第２部分が接する内側面の反対側の内側面に配置される構成を採用することができる。電池セルの発熱時に熱せられた上面に近接する筐体の合わせ部には熱が伝播しやすいが、筐体に面接触する熱伝導部材の第２部分を合わせ部の反対側に配置することにより電池セルへの熱の伝播を抑制することができる。

本発明によれば、電池セル端と、第１内側面又は第２内側面との間の領域に電池セルを固定するネジ止め部が配置され、熱伝導部材とネジを熱伝導可能に配置する構成を採用することができる。この構成によれば、熱伝導部材とボルトネジを熱伝達可能に接続することができるため、電池セルの冷却効率を向上させることができる。

このように、本発明によれば、類焼防止性に優れたバッテリパックを提供することができる。

図１は、本発明の実施形態によるバッテリパック１Ａの外観の概略を示す斜視図である。 図２は、バッテリパック１Ａの内部の概略構成を示す透視斜視図である。 図３は、積層された電池セル１０の概略構成を示す縦断面図であり、図２のＡ−Ａ線に沿う部分の概略構成を示す図である。 図４は、積層された電池セル１０の概略構成を示す縦断面図であり、図３の領域Ｂの拡大図である。 図５は、他の実施形態にかかるバッテリパック１Ｂの概略構成を示す斜視図である。 図６は、バッテリパック１Ｂの概略構造を示す縦断面図であり、図５のＣ−Ｃ線に沿う部分の概略構成を示す図である。

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。以下の説明において、Ｙ方向は左右方向と、Ｚ方向は上下方向と、Ｘ方向は前後方向と称する場合がある。また、以下の説明おいて、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明については省略する。

実施形態にかかるバッテリパック１Ａについて、図１から図４を参照して説明する。図１は、本発明の実施形態によるバッテリパック１Ａの外観の概略を示す斜視図である。図２は、バッテリパック１Ａの内部の概略構成を示す透視斜視図である。図３は、積層された電池セル１０の概略構成を示す縦断面図であり、図１のＡ−Ａ線に沿う部分の概略構成を示す図である。図４は、積層された電池セル１０の概略構成を示す縦断面図であり、図３の領域Ｂの拡大図である。

図１及び図２に示すように、バッテリパック１Ａは、内部空洞の立方体である電池室ケース２及びガス室ケース４を備えている。電池室ケース２の外装は筐体２ｂにより構成されている。ガス室ケース４の外装は筐体４ｂにより構成されている。電池室ケース２、ガス室ケース４及びこれを構成する筐体２ｂ、筐体４ｂは例えばアルミニウムのような金属により構成されている。

電池室ケース２の内部は電池室２ａとなっている。電池室２ａにはＺ方向に積層された複数の電池セルユニット８が格納されている。電池セルユニット８は、４隅を、複数の電池セルユニット８を貫通するボルトネジ１６により一体固定されている。ガス室ケース４内はガス室４ａとなっている。ガス室ケース４内には基板４ｄ，４ｅが備えられている。

図３及び図４に示すように、電池室ケース２を構成する筐体２ｂ内の電池室２ａには、積層された複数の電池セル１０を含む電池セルユニット８が格納されている。電池セル１０は、例えばリチウムイオン二次電池セルを、樹脂と金属フィルムとをラミネート加工してなる封止部材により封止したものである。電池セルユニット８は電池セル１０、熱伝導部材１２、及び樹脂ホルダ１４を備えている。電池セル１０は、熱伝導部材１２と樹脂ホルダ１４により上下から挟まれてその周囲を囲まれている。

樹脂ホルダ１４は、熱硬化樹脂、又は、熱可塑性樹脂と不燃材料との組み合わせにより構成されている。電池セル１０が大容量セルである場合、熱暴走時には数分から数十分間、温度が３００℃レベルになるが、熱硬化樹脂、又は、熱可塑性樹脂と不燃材料との組み合わせにより、熱による溶解を生じることなく絶縁性を保持することができる。

樹脂ホルダ１４は、電池セル１０の左右端から更にその両側に延伸する延長部１４ａを備えている。延長部１４ａは幅Ｄを有している。延長部１４ａの端部は電池室ケース２の筐体２ｂ内側面に接している。延長部１４ａにより、電池セル１０の左右方向端部から筐体２ｂ内側面まで距離Ｄだけ離間している。延長部１４ａにより筐体２ｂの左右内側面までの距離を確保することにより、筐体２ｂからの熱伝導を抑制することができる。このため、隣接する電池セル１０に熱が伝達しにくくなり、類焼を抑制することが可能となる。

距離Ｄは、少なくとも5mm以上、より好ましくは10mm〜30mmとなるように設定されている。電池セル１０の左右の端部から、筐体２ｂの右側内側面（以下、第１内側面２ｃと称する）及び左側内側面（以下、第２内側面２ｄと称する）までの距離が5mm以上、望ましくは10mm〜30mm確保できれば、筐体２ｂから隣接する電池セル１０への戻り熱を抑制することができる。

熱伝導部材１２は、電池セル１０の上面に面接触する第１部分１２ａと、第１部分１２ａに対して直角をなす第２部分１２ｂを有しており、全体としてＬ字板形状を有する。熱伝導部材１２は熱伝導性が良好な金属により構成されており、例えばアルミニウムにより構成されている。

図４等に示すように、熱伝導部材１２において、熱伝導部材１２が複数の電池セル１０のそれぞれの上面に面接触して配置される場合に、積層順に交互に第２部分１２ｂの左右位置が異なっている。そして、このように構成されることにより、熱伝導部材１２の第２部分１２ｂは、筐体２ｂの第１内側面２ｃと、第１内側面２ｃの反対側の面である筐体２ｂの第２内側面２ｄとに、積層順に、交互に面接触している。言い換えれば、積層する電池セル１０一つ毎に、熱伝導部材１２が接する内側面が変更されている。第２部分１２ｂは、電気絶縁性及び耐熱性が非常に優れるマイカ１８を介在させて筐体２ｂ内面に面接触しても良い。

この構成によれば、例えば、ある電池セル１０の熱伝導部材１２は筐体２ｂの右側の第１内側面２ｃに接し、これに隣接する電池セル１０の熱伝導部材１２は左側の第２内側面２ｄに接するというように交互に配置されている。従って、電池室ケース２内に格納された複数の電池セル１０のうちの何れかの電池セル１０で発熱、燃焼が発生した場合に、隣接する電池セル１０の熱伝導部材１２は反対側の筐体内側面に接しているので、隣接する電池セル１０に熱が伝達し難い。また、発熱した電池セル１０の２つ隣の電池セル１０の熱伝導部材１２は同一側の筐体２ｂの内側面に接しているが、電池セル１０一つ分の距離が離れている。このため、熱が筐体２ｂを伝達する途中で拡散されて減少するため、２つ隣の電池セル１０に伝達される熱が軽減される。従って、発熱した電池セル１０から周囲の電池セル１０に伝達される熱が軽減されるため、類焼を抑制することができる。

上述のように、熱伝導部材１２は、第１部分１２ａと、第１部分１２ａに対して略直角をなす第２部分１２ｂを備えている。第１部分１２ａが電池セル１０に接し、第２部分１２ｂが筐体２ｂの第１内側面２ｃ又は第２内側面２ｄに面接触している。熱伝導部材１２の端部であって、第２部分１２ｂの反対側の端部は、電池セル１０の端部の位置に略一致している。この構成によれば、熱伝導部材１２の筐体２ｂ内側面に接する面を大きく確保することができるため、電池セル１０から筐体２ｂへの熱伝達効率を向上させることが可能となる。これにより、電池セル１０が高温となることを抑制することができる。

電池セルユニット８には、樹脂ホルダ１４を、電池セルユニット８の積層方向に貫通するボルトネジ１６が設けられている。ボルトネジ１６は、電池セル１０の端から、筐体２ｂの第１内側面２ｃ、又は、筐体２ｂの第２内側面２ｄまでの間、つまり、延長部１４ａが配置されるＤ領域に、縦方向に延伸して配置されている。この構成によれば、筐体２ｂの内側面から、電池セル１０の端部までの空間を利用して、電池セルユニット８の積層構造をネジ等で固定できるため、装置の小型化に寄与する。また、Ｄ領域は外部からの衝撃を吸収して電池セル１０を保護する機能をも有するため、装置の安全性にも寄与する。

本発明によれば、電池セル１０端と、第１内側面２ｃ又は第２内側面２ｄとの間の領域に筐体２ｂを固定するネジ止め部が配置される。ボルトネジ１６は棒部１６ａを備えており、棒部１６ａは領域Ｄの樹脂ホルダ１４、熱伝導部材１２に設けられたネジ穴を貫通するようにして配置される。このようにして、熱伝導部材１２とボルトネジ１６とが熱伝導可能に配置される。この構成によれば、熱伝導部材１２とボルトネジ１６を熱伝達可能に接続することができるため、電池セル１０の冷却効率を向上させることができる。

次に、図５及び図６を参照して、他の実施形態にかかるバッテリパック１Ｂについて説明する。図５は、バッテリパック１Ｂの他の実施形態の概略構造を示す斜視図である。図６は、バッテリパック１Ｂの他の実施形態の概略構造を示す縦断面図であり、図５のＣ−Ｃ線に沿う部分の概略構成を示す図である。

図５に示すように、バッテリパック１Ｂは、電池室ケース２を備えている。電池室ケース２は、Ｙ方向に配置される側面２０ａ、Ｘ方向に配置される端面２０ｂ、及び、Ｘ方向上側に配置される上面２０ｃを備えている。上面２０ｃと側面２０ａとは、上面２０ｃを構成する金属板を略直角に折り曲げて側面２０ａの一部に覆い被せて合わせ部２６としている。この合わせ部２６により側面２０ａと上面２０ｃが、例えば溶接により接続されている。側面２０ａには、複数の貫通孔２１ａが設けられている。また、側面２０ａと略直角をなす端面２０ｂには、複数の貫通孔２１ｂが設けられている。

図５及び図６に示すように、合わせ部２６としては、図において電池室ケース２の左上に配置される合わせ部２６ａ、及び、右下に配置される合わせ部２６ｂが配置されている。貫通孔２１ａは、熱伝導部材１２の第２部分１２ｂが接する筐体２ｂの側面２０ａに配置されている。貫通孔２１ａは、樹脂ホルダ１４の延長部１４ａの端面、マイカ１８、及び筐体２ｂを貫通するように構成されている。貫通孔２１ａは、領域Ｄの樹脂ホルダ１４間に形成された空洞２８と電池室ケース２外部とを連通するように設けられている。端面２０ｂに設けられる貫通孔２１ｂも同様に空洞２８と電池室ケース２の外部とを連通するように設けられている。

電池室ケース２に空気穴である貫通孔２１ａ、２１ｂを設けることで、電池室ケース２内部の熱気を外部に放出し、冷却効率を向上させることができる。また、上面２０ｃに近接する合わせ部２６ａは、熱伝導部材１２の第２部分１２ｂが接する筐体２ｂの内側面の反対側の内側面に配置される。電池セル１０の発熱時には上面２０ｃが熱せられるため、これに近接する合わせ部２６ａには熱が伝播しやすい。しかし、筐体２ｂに面接触する熱伝導部材１２の第２部分１２ｂを合わせ部２６ａの反対側に配置することにより電池セル１０への熱の伝播を抑制することができる。

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。

１ バッテリパック
２ 電池室ケース
２ａ 電池室
２ｂ 筐体
２ｃ 第１内側面
２ｄ 第２内側面
４ ガス室ケース
４ａ ガス室
４ｂ 筐体
４ｃ 仕切り板
４ｄ，４ｅ 基板
８ 電池セルユニット
１０ 電池セル
１２ 熱伝導部材
１２ａ 第１部分
１２ｂ 第２部分
１４ 樹脂ホルダ
１４ａ 延長部
１６ ボルトネジ
１６ａ 棒部
１８ マイカ
２０ａ 側面
２０ｂ 端面
２０ｃ 上面
２１ａ、２１ｂ 貫通孔
２６、２６ａ、２６ｂ 合わせ部
２８ 空洞

Claims (9)

1. 積層して配置される複数の電池セルと、
   前記電池セルを格納する筐体と、
   それぞれの前記電池セルの同一側の面に接する熱伝導部材と、を備え、
   前記熱伝導部材のそれぞれは、前記筐体の第１内側面と、第１内側面の反対側の面である前記筐体の第２内側面とに、積層順に、交互に接することを特徴とするバッテリパック。
2. 前記電池セルの端部から、前記筐体の前記第１内側面及び前記第２内側面までの距離は、少なくとも5mm以上、望ましくは10mm〜30mmであることを特徴とする請求項１に記載のバッテリパック。
3. 前記熱伝導部材とともに、前記電池セルのそれぞれを挟んで前記電池セルの周囲を囲う樹脂ホルダを備え、
   前記樹脂ホルダは、前記電池セル端から、前記筐体の第１内側面及び第２内側面までの距離を規定する延長部を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載のバッテリパック。
4. 前記熱伝導部材は第１部分と、前記第１部分に対して略直角をなす第２部分を備え、
   前記第１部分が前記電池セルに接し、前記第２部分が前記筐体の第１内側面又は第２内側面に平行に接し、前記熱伝導部材の前記第２部分の反対側の端部は、前記電池セルの端部の位置に略一致することを特徴とする請求項３に記載のバッテリパック。
5. 前記樹脂ホルダを前記電池セルの積層方向に貫通するネジを備え、
   前記ネジは、前記電池セル端から、前記筐体の第１内側面、又は、前記筐体の第２内側面までの間に配置されることを特徴とする請求項３に記載のバッテリパック。
6. 前記樹脂ホルダは、熱硬化樹脂、又は、熱可塑性樹脂と不燃材料との組み合わせにより構成されていることを特徴とする請求項３に記載のバッテリパック。
7. 熱伝導部材が接する第１内側面及び第２内側面と、前記第１内側面及び第２内側面に対して直角をなす端面とに、貫通孔を備えることを特徴とする請求項１に記載のバッテリパック。
8. 上面に近接する筐体の合わせ部は、前記熱伝導部材の前記第２部分が接する内側面の反対側の内側面に配置されることを特徴とする請求項１に記載のバッテリパック。
9. 電池セル端と、前記第１内側面又は前記第２内側面との間の領域に前記電池セルを固定するネジ止め部が配置され、前記熱伝導部材とネジを熱伝導可能に配置することを特徴とする請求項１に記載のバッテリパック。

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