JP3215153U - バッテリーパック - Google Patents

Abstract

【課題】リチウムイオン二次電池でなる複数個のセルを有するバッテリーパックにおいて、セルの耐火・耐熱性及びセル相互間での断熱性を高めることによって、外部からの火炎の接触による熱伝播や内部短絡又は外部短絡に起因するセル自体の熱暴走によるセル相互間での熱伝播を抑制する。【解決手段】バッテリーパックは、セル１１が横並び状態又は段積み状態で配列されて電気的に接続されているセル集合体１０を有する。セル集合体１０が遮熱構造を有する。遮熱構造には、セル集合体１０を形成している複数個のセル１１のそれぞれの周囲を、個別に布状被覆体５１，５２，５３で被覆するセル被覆構造、またはセル集合体１０を数個ずつのセル１１の束でなるセルユニットに分け、個々のセルユニットの周囲を布状被覆体５１，５２，５３で被覆するセルユニット被覆構造がある。布状被覆体５１，５２，５３がガラス繊維又はカーボン繊維によって作られた織布又は不織布で構成される。【選択図】図１

Description

本考案は、リチウムイオン二次電池でなる複数個のセルが横並び状態又は段積み状態で配列されて電気的に接続されているセル集合体を有し、そのセル集合体が所望の放電容量を備えるバッテリーパックに関する。

リチウムイオン二次電池は、その性質及びエネルギー密度が高いことから、リチウムイオン二次電池のセルの内部で正極と負極とが電気的に接触する内部短絡や、セルの正極と負極とが電気的に接触する外部短絡などに起因する熱暴走により発熱を起こしたり引火性ガスを発生したりして破裂したり発火したりする危険性を有し、また、発熱や発火や破裂によって使用者が怪我をするといった危険性を有している。

一方で、電気的に接続されたリチウムイオン二次電池でなる複数個のセルをケースに収容させてなるバッテリーパックでは、リチウムイオン二次電池の個数の増加に伴う放電容量の増大化を見込むことができるけれども、その反面で、上記したような危険性も増大する。そのため、上記のようなバッテリーパックにおいては、外部からの火炎の接触によるセルへの熱伝播や内部短絡又は外部短絡に起因するリチウムイオン二次電池のセル自体の熱暴走による発熱や発火に伴うセル相互間での熱伝播を抑制したりするための対策を講じておくことが有益であるし。また、たとえリチウムイオン二次電池が発熱や発火をしたとしても、熱伝播を抑制できればリチウムイオン二次電池全体の発熱や発火までの時間を延長することができ、使用者は発熱や発火の規模が比較的小さな内に対処することが可能となる。

そこで、従来より、上記のような対策を講じたパック電池が提案されている（たとえば、特許文献１，特許文献２）。特許文献１によって提案されているパック電池では、プラスチックで成形されたケースの内部に平行姿勢で相隣接して配置されている２本のリチウムイオン二次電池の相互間に断熱性部材で構成されたスペーサーを介在させ、そのスペーサーの断熱性能を利用して電池間の熱伝播を抑制している。特許文献２によって提案されているパック電池でもほぼ同様の構成が採用されている。特に、特許文献１には、相隣接するリチウムイオン二次電池の相互間に介在されている１つのスペーサーに、それらのリチウムイオン二次電池の側面に沿う２つの曲面状の接触面を具備させ、それらの２つの接触面を、一方側及び他方側のそれぞれのリチウムイオン二次電池の半周部分にそれぞれ接触させた構成が示されている。

特開２００５−３１７４５５号公報 特開２００８−１４０６２９号公報

しかしながら、上記の特許文献１によって提案されているパック電池に採用されているスペーサーは、絶縁材であるプラスチックで製作されていて、円筒形の２本のリチウムイオン二次電池の対面する半周部分だけを被覆しているに過ぎない。また、リチウムイオン二次電池を収容しているケースがプラスチックで製作されている。これらのことから、この電池パックでは、断熱製部材であるスペーサーによって相隣接する２本のリチウムイオン二次電池相互間での熱伝播を抑制することができるけれども、外部からの火炎の接触や外部からの加熱の影響を抑制するという点で十分な対策が講じられているとは言い難い。

本考案は以上の状況に鑑みてなされたものであり、リチウムイオン二次電池でなる複数個のセルが横並び状態又は段積み状態で配列されて電気的に接続されているセル集合体を有し、そのセル集合体が所望の放電容量を備えるバッテリーパックにおいて、個々のセルや数個ずつのセルで構成されたセルユニットや上記セル集合体についての耐火・耐熱性又はセル相互間での断熱性を高めることによって、外部からの火炎の接触によるセルへの熱伝播や内部短絡又は外部短絡に起因するリチウムイオン二次電池のセル自体の熱暴走によるセルやセルユニットの発熱や発火に伴うセル相互間での熱伝播を抑制したりすることが可能なバッテリーパックを提供することを目的としている。

本考案に係るバッテリーパックは、リチウムイオン二次電池でなる複数個のセルが横並び状態又は段積み状態で配列されて電気的に接続されているセル集合体を有し、そのセル集合体が所望の放電容量を備えている。そして、上記セル集合体が、上記セルの耐火・耐熱性又はセル相互間での断熱性を高めるための遮熱構造を有している、というものである。

この考案において、「遮熱構造」とは、外部からの火炎が個々のセルに直接に接触することを回避することが可能な構造、外部の熱を個々のセルに伝わりにくくすることが可能な構造、又は、セル相互間での断熱性を高めてセル相互間での熱伝播を抑制することが可能な構造を含んでいて、そのような遮熱構造が発揮する作用によって、個々のセルや数個ずつのセルで構成されたセルユニットや上記セル集合体についての耐火・耐熱性やセル相互間での断熱性が高まったり、外部からの火炎の接触によるセルへの熱伝播や内部短絡又は外部短絡に起因するリチウムイオン二次電池のセル自体の熱暴走によるセルやセルユニットの発熱や発火に伴うセル相互間での熱伝播が抑制されたりする。

本考案では、上記遮熱構造が、上記セル集合体を形成している複数個のセルのそれぞれの周囲を、個別に、耐火・耐熱性及び断熱性を有する布状被覆体で被覆してなるセル被覆構造である、という構成を採用することが可能である。この構成によると、複数個のセルのそれぞれの周囲を被覆している布状被覆体が耐火・耐熱性及び断熱性を発揮することの結果として、個々のセルの断熱性が高まったり、外部からの火炎の接触によるセルへの熱伝播や内部短絡又は外部短絡に起因するセル自体の熱暴走によるセルの発熱や発火に伴うセル相互間での熱伝播が抑制されたりする。

本考案では、上記セル集合体が数個ずつのセルの束でなるセルユニットに分かれていて、上記遮熱構造が、個々の上記セルユニットの周囲を、耐火・耐熱性及び断熱性を有する布状被覆体で被覆してなるセルユニット被覆構造である、という構成を採用することが可能である。この構成によると、個々のセルユニットの周囲を被覆している布状被覆体が耐火・耐熱性及び断熱性を発揮することの結果として、個々のセルユニットの断熱性が高まったり、外部からの火炎の接触によるセルへの熱伝播や内部短絡又は外部短絡に起因するセルの熱暴走によるセルの発熱や発火に伴うセルユニット相互間での熱伝播が抑制されたりする。

本考案では、上記遮熱構造が、上記セル集合体の周囲を、耐火・耐熱性及び断熱性を有する布状被覆体で被覆してなるセル集合体被覆構造である、という構成を採用することが可能である。この構成によると、セル集合体の周囲を被覆している布状被覆体が耐火・耐熱性及び断熱性を発揮することの結果として、外部からの火炎の接触によるセル集合体への熱伝播が抑制される。

本考案では、上記遮熱構造が、上記したセル被覆構造及び上記したセルユニット被覆構造のうちの少なくとも１つと、上記セル集合体被覆構造と、を含む、という構成を採用することが可能である。この構成であると、セル被覆構造、セルユニット被覆構造及びセル集合体被覆構造によって発揮される上記の作用が重畳し、個々のセルの断熱性が高度に高まったり、外部からの火炎の接触によるセルへの熱伝播や内部短絡又は外部短絡に起因するセル自体の熱暴走によるセルの発熱や発火に伴うセル相互間での熱伝播が高度に抑制されたりする。

本考案では、上記布状被覆体が、ガラス繊維又はカーボン繊維によって作られた織布又は不織布でなる、という構成を採用することが可能である。この構成であると、ガラス繊維又はカーボン繊維によって作られた織布又は不織布が柔軟性に優れているために、上記したセル被覆構造、セルユニット被覆構造及びセル集合体被覆構造のいずれかを採用する場合において、複数個のセルがどのような横並び状態又は段積み状態で配列されるとしても、セルやセルユニット、セル集合体を適切に無理なく被覆することが可能になる。

本考案では、上記セルが、正極端子と負極端子とを端面に有する円筒形セルでなり、この円筒形セルの正極端子及び負極端子と上記布状被覆体との間に、電気絶縁性及び防水性を発揮するシートがそれぞれ挟み込まれている、という構成を採用することが可能である。リチウムイオン二次電池でなるセルの形状は、正極端子と負極端子とを端面に有する円筒形のほか、偏平な直方体形状に形成されたラミネート形などがあることは知られていて、この考案は、そのうちの円筒形セルを対象としている。そして、円筒形セルの正極端子及び負極端子と上記布状被覆体との間に、電気絶縁性及び防水性を発揮するシートがそれぞれ挟み込まれていると、水分などの影響によってセルが外部短絡を起こすことを抑制することが可能になる。

本考案によると、リチウムイオン二次電池でなる複数個のセルを使用して放電容量の増大化を図っているバッテリーパックにおいて、外部からの火炎の接触によるセルへの熱伝播や内部短絡又は外部短絡に起因するセル自体の熱暴走によるセルやセルユニットの発熱や発火に伴うセルやセルユニット相互間での熱伝播を抑制したりすることが可能なバッテリーパックを提供することが可能になる。

本考案の実施形態に係るバッテリーパックの一部を省略して示した概略分解斜視図である。 「セルユニット被覆構造」と「セル集合体被覆構造」とが併用されたセル集合体の要部の概略正面図である。 図２の「セルユニット被覆構造」を分けて示した説明図である。 内部構造体を示した概略分解側面図である。 バッテリーパックの概略断面図である。 蓋体の正面図である。 「セル被覆構造」及び「セル集合体被覆構造」を併用したバッテリーパックの要部の概略正面図である。 「セル集合体被覆構造」だけを併用したバッテリーパックの要部の概略正面図である。

図１は本考案の実施形態に係るバッテリーパックＢの一部を省略して示した概略分解斜視図である。同図のバッテリーパックＢは、リチウムイオン二次電池でなる複数個の円筒形のセル１１…でなるセル集合体１０や３種類の布状被覆体５１，５２，５３、シート６１などを含む内部構造体Ａと、その内部構造体Ａを収容するケースＣとを有している。同図のバッテリーパックＢは、後述する「セルユニット被覆構造」及び「セル集合体被覆構造」を併用した遮熱構造を有している。

図２は「セルユニット被覆構造」と「セル集合体被覆構造」とが併用されたセル集合体１０の要部の概略正面図、図３は図２の「セルユニット被覆構造」を分けて示した説明図である。

図２のように、この実施形態に係るバッテリーパックでは、リチウムイオン二次電池でなる１５個のセル１１…が、５段に亘る正面視ピラミッド形の段積み状態で配列されてセル集合体１０を構成している。このセル集合体１０の各段では、最上段を除いて数個ずつのセルが横並び状態で配列されている、これを具体的に説明すると、最下段である１段目には５個の円筒形セル１１が密に横並び状態で配列され、２段目には４個の円筒形セル１１が密に横並び状態で配列され、３段目には３個の円筒形セル１１が密に横並び状態で配列され、４段目には２個の円筒形セル１１が密に横並び状態で配列され、最上段の５段目には１個の円筒形セル１１が配置されている。また、図３に説明的に示したように、１５個のセル１１…は、５個ずつのセル１１…の束でなる３個のセルユニット１２に分かれている。そして、１個のセルユニット１２に含まれる５個のセルは電気的に並列に接続されているのに対して、３個のセルユニット１２…は電気的に直列に接続されている。

個々のセルユニット１２の側面外周囲には、耐火・耐熱性及び断熱性を有する布状被覆体５１が巻き付けられていて、この布状被覆体５１によって個々のセルユニット１２の側面外周囲が被覆されている。また、布状被覆体５１が巻き付けられた１個のセルユニット１２が３個合わせて図２に示したように正面視ピラミッド形に密に配列されている。そして、同図のように、布状被覆体５１が巻き付けられて正面視ピラミッド形に密に配列されている３個のセルユニット１２の全体に対して、その外側外周囲を被覆するように布状被覆体５２が巻き付けられている。したがって、３個のセルユニット１２の全体の外側外周囲を被覆するように巻き付けられた布状被覆体５２によって、１５個のセル１１…を有するセル集合体１０の外側周囲が被覆されていることになる。

図４は上記内部構造体Ａを示した概略分解側面図、図５はバッテリーパックの概略断面図である。図４のように、内部構造体Ａは、１５個のセル１１…でなるセル集合体１０と、３個のセルユニット１２…のそれぞれに巻き付けられている布状被覆体５１（図２及び図３参照）、３個のセルユニット１２の全体の外側外周囲を被覆するように巻き付けられた布状被覆体５２（図２参照）を備えているほか、セル集合体１０に含まれる１５個のセル１１…の端面に位置している正極端子及び負極端子を覆うサイズと形状を有する２枚の電気絶縁性及び防水性を発揮するシート６１、６２、それらのシート６１，６２と同一のサイズ及び形状を有する２枚の布状被覆体５３、５４を備え、さらに、保護回路やコネクタなどを実装する回路基板７０を備えている。そして、図５のように、布状被覆体５２が巻き付けられているセル集合体１０の一端面と他端面とにシート６１，６２がそれぞれ重ね合わされ、さらに、それらのシート６１，６２の外側に布状被覆体５３，５４が重ね合わされていると共に、セル集合体１０の一端面側に上記回路基板７０が配置されている、そして、上記内部構造Ａの全体が、アルミニウム製の三角筒状のケースＣの内部に収容されている。なお、ケースＣの両端部の開口は、ケースＣに装着された蓋体８１，８２によって塞がれている。

ここで、セルユニット１２に巻き付けられている布状被覆体５１はガラス繊維又はカーボン繊維によって作られた柔軟な織布又は不織布でなる。この種の布状被覆体５１は、柔軟性に優れているため、セルユニット１２に適切に無理なく巻き付けることが可能であるという利点を有している。また、耐火・耐熱性及び断熱性を有している。他の布状被覆体５２，５３，５４についても同様である。

図６はケースＣの一端部の開口を塞いでいる蓋体８２の正面図である。同図のように、この蓋体８２には、ＵＳＢコネクタ接続口８３や電力入力用コネクタ接続口８４，電力出力用コネクタ接続口８５、表示窓８６などが備わっている。

以上説明したバッテリーパックは、「セルユニット被覆構造」及び「セル集合体被覆構造」を併用した遮熱構造を有している。このうち、セルユニット被覆構造は、図２又は図３に示したセルユニット１２の外側周囲を被覆している布状被覆体５１と、図４及び図５に示したセル集合体１０の一端面と他端面とにシート６１，６２を介して重ね合わされた布状被覆体５３，５４とを有している。また、セル集合体被覆構造は、図２に示したセル集合体１０の外側周囲を被覆している布状被覆体５２と、図４及び図５に示したセル集合体１０の一端面と他端面とにシート６１，６２を介して重ね合わされた布状被覆体５３，５４とを有している。そして、「セルユニット被覆構造」によると、個々のセルユニット１２の周囲を被覆している布状被覆体５１が耐火・耐熱性及び断熱性を発揮することの結果として、個々のセルユニット１２の断熱性が高まったり、外部からの火炎の接触によるセル１１，１１への熱伝播や内部短絡又は外部短絡に起因するセルユニット１２の熱暴走による異なるセルユニット１２，１２間で隣接しているセル１１，１１の発熱や発火に伴うセル相互間での熱伝播が抑制されたりする。また、「セル集合体被覆構造」によると、セル集合体１０の周囲を被覆している布状被覆体５２が耐火・耐熱性及び断熱性を発揮することの結果として、外部からの火炎の接触によるセル集合体１０への熱伝播が抑制される。したがって、「セルユニット被覆構造」及び「セル集合体被覆構造」を併用した遮熱構造を有する上記バッテリーパックは、「セルユニット被覆構造」及び「セル集合体被覆構造」によって発揮される上記の作用が重畳し、外部からの火炎の接触によるセル１１，１１への熱伝播や内部短絡又は外部短絡に起因するセル自体の熱暴走による発熱や発火によるセルの発熱に伴うセルユニット相互間での熱伝播が高度に抑制されたりする、という利点を有している。

さらに、このバッテリーパックでは、１５個すべての円筒形のセル１１の正極端子及び負極端子と布状被覆体５３，５４との間に、電気絶縁性及び防水性を発揮するシート６１，６２がそれぞれ挟み込まれている、という構成を有しているので、水分などの影響によってセル１１が外部短絡を起こすことを抑制することが可能になるという利点を有している。

以上説明したバッテリーパックでは、遮熱構造として、「セルユニット被覆構造」及び「セル集合体被覆構造」を併用している。この点に関して、上記遮熱構造として、セル集合体１０を形成している１５個のセル１１…のそれぞれの周囲を、個別に、耐火・耐熱性及び断熱性を有する布状被覆体で被覆してなる「セル被覆構造」だけを採用することも、上記した「セルユニット被覆構造」だけを採用することも、上記した「セル集合体被覆構造」だけを採用することも可能である。さらに、遮熱構造として「セル被覆構造」及び「セル集合体被覆構造」を併用したものを採用することも、さらには、「セル被覆構造」と「セルユニット被覆構造」と「セル集合体被覆構造」とを併用したものを採用することも可能である。

図７は「セル被覆構造」及び「セル集合体被覆構造」を併用したバッテリーパックの要部の概略正面図である。同図のバッテリーパックでは、１５個のセル１１…がその外側周囲に個別に巻き付けられた布状被覆体５５によって被覆されていると共に、それら１５個のセル１１…によって構成されているセル集合体１０がその外側周囲に巻き付けられた布状被覆体５２によって被覆されている。その他の構成は図５を参照して説明したところと同様である。この構成によると、複数個のセル１１…のそれぞれの周囲を被覆している布状被覆体５５が耐火・耐熱性及び断熱性を発揮することの結果として、個々のセル１１…の断熱性が高まったり、外部からの火炎によるセル１１…への熱伝播や内部短絡又は外部短絡に起因するセル自体の熱暴走によるセルの発熱に伴うセル相互間での熱伝播が抑制されたりする。また、セル集合体１０の外側周囲に巻き付けられた布状被覆体１２によっても、個々のセル１１…の断熱性が高まったり、外部からの火炎の接触によるセル１１…への熱伝播が抑制されたりする。

図８は「セル集合体被覆構造」だけを併用したバッテリーパックの要部の概略正面図である。同図のバッテリーパックでは、１５個のセル１１…によって構成されているセル集合体１０がその外側周囲に巻き付けられた布状被覆体５２によって被覆されている。その他の構成は図５を参照して説明したところと同様である。この構成によると、セル集合体１０の外側周囲に巻き付けられた布状被覆体５２によって、外部からの火炎の接触によるセル１１…への熱伝播が抑制される。

本考案において、複数個のセル１１…の横並び状態や段積み状態での配列は、図示例に限定されない。また、セル１１の数も１５個に限定されない。

１１ セル
１０ セル集合体
１２ セルユニット
５１，５２，５３，５４，５５ 布状被覆体
６１，６２ シート

Claims (7)

1. リチウムイオン二次電池でなる複数個のセルが横並び状態又は段積み状態で配列されて電気的に接続されているセル集合体を有し、そのセル集合体が所望の放電容量を備えるバッテリーパックにおいて、
   上記セル集合体が、上記セルの耐火・耐熱性又はセル相互間での断熱性を高めるための遮熱構造を有していることを特徴とするバッテリーパック。
2. 上記遮熱構造が、上記セル集合体を形成している複数個のセルのそれぞれの周囲を、個別に、耐火・耐熱性及び断熱性を有する布状被覆体で被覆してなるセル被覆構造である請求項１に記載したバッテリーパック。
3. 上記セル集合体が数個ずつのセルの束でなるセルユニットに分かれていて、上記遮熱構造が、個々の上記セルユニットの周囲を、耐火・耐熱性及び断熱性を有する布状被覆体で被覆してなるセルユニット被覆構造である請求項１に記載したバッテリーパック。
4. 上記遮熱構造が、上記セル集合体の周囲を、耐火・耐熱性及び断熱性を有する布状被覆体で被覆してなるセル集合体被覆構造である請求項１に記載したバッテリーパック。
5. 上記遮熱構造が、請求項２に記載したセル被覆構造及び請求項３に記載したセルユニット被覆構造のうちの少なくとも１つと、請求項４に記載したセル集合体被覆構造と、を含む請求項１に記載したバッテリーパック。
6. 上記布状被覆体が、ガラス繊維又はカーボン繊維によって作られた織布又は不織布でなる請求項２ないし請求項５のいずれか１項に記載したバッテリーパック。
7. 上記セルが、正極端子と負極端子とを端面に有する円筒形セルでなり、この円筒形セルの正極端子及び負極端子と上記布状被覆体との間に、電気絶縁性及び防水性を発揮するシートがそれぞれ挟み込まれている請求項２ないし請求項６のいずれか１項に記載したバッテリーパック。

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