JP4730705B2

JP4730705B2 - 電池パック

Info

Publication number: JP4730705B2
Application number: JP2005312792A
Authority: JP
Inventors: 康夫長澤; 浩志中澤; 和彦中根
Original assignee: Ｔｄｋラムダ株式会社
Priority date: 2005-10-27
Filing date: 2005-10-27
Publication date: 2011-07-20
Anticipated expiration: 2025-10-27
Also published as: JP2007123016A

Description

本発明は、各種電子装置の電源として用いられる、例えばリチウムイオン電池など充放電可能な二次電池の電池パックに関する。

鉛蓄電池は従来から二次電池として広範囲に使用されている。安価に製造可能で、取り扱いが比較的容易である等の事情によるものである。しかし、鉛蓄電池は人体に有害な物質である鉛を使用していること、さらに電力密度が低いこと等から用途に限界がある。かかる事情を背景として、近年、蓄電媒体として高い電力密度を有し、小型化が可能なリチウムイオン電池が普及しつつある。図５にリチウムイオン電池の一形態であるラミネート型リチウムイオン電池の構造を示す。ラミネート型リチウムイオン電池としてのリチウムセル１は、例えばコバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ₂）やマンガン酸リチウム（ＬｉＭｎＯ₂）などの正極材料２と、例えばグラファイト（炭素）などの負極材料３との間に絶縁のためセパレータ４を挿入し、これらを何層かに積層した積層構造体５とした後、この積層構造体５を電解液と共に上下からアルミラミネート６，６で封止した構造になっている。正極材料２及び負極材料３には、それぞれ正極電極2aと負極電極3aが形成されており、アルミラミネート６，６の貼合わせ部分から外部へ突出している。なお、電極の取り出し方，形状，材質、ラミネート電池全体の大きさなどは特に制限されず、種々のものがある。

このような構造を有するリチウムセル１は、蓄電媒体として高い電力密度を有するものの、充放電によるストレスや過充電等の過大ストレスが印加されると、リチウムセル１が発熱して膨張する。そして、最悪の場合にはリチウムセル１が破裂して火災発生の誘引となることもある。ここで、リチウムセル１の発熱量は、印加ストレスの電力量と略比例関係にあり、温度上昇は印加ストレスの電力量に左右される。したがって、より大きな電力を供給することができる大容量の電池パックを実現するためには、リチウムセル１の放熱特性を向上させることが極めて重要である。具体的にはリチウムセル１自体を冷却して放熱特性を改善する必要がある。換言すると、リチウムセル１を効率的に冷却して放熱特性を改善することにより、コンパクトで大容量の電池パックを実現することが可能となる。

図６に電池セルとしてリチウムセル１を用いた電池パック10を示す。このような電池パック10においては、電池パック10としての必要電力容量を考慮して樹脂または金属製のケース16内に複数の電池セル１が収納されている。この電池パック10は２４Ｖ対応の電池パックとすべく、ケース16内に６個のリチウムセルを段積みして電池スタック８としている。電池パック10を小型化するためには、リチウムセル１だけを複数個段積みしてケース16内に収納することも可能であるが、そのような構造の電池スタック８では、リチウムセル１内において発生する熱が篭ってしまい、放熱特性が悪くなってしまう。そこで、図６に示す例では、電池スタック８を構成する各リチウムセル１，１間に熱伝導特性が良好なアルミニウム板17を挿入して放熱特性の改善を図っている。このように電池セル１の放熱を効果的に行うべく放熱板17を設けた電池パック10が種々提案されている（例えば特許文献１）。

一方、リチウムセル１の被覆体であるラミネート６，６は、電池セルとしての特質からプラス電極2aおよびマイナス電極3aとは電気的に接続されず、いわゆる浮いた状態とされている。具体的にはポリプロピレン等の絶縁物により、リチウムセル１内部に充填された電解液と絶縁されている。しかし、リチウムセル１内部の発熱等により絶縁層が損傷を受けると、ラミネート６自体が電位を持ち、ラミネート６は金属製のケース16やアルミニウム板17と接触しているため、電池パック10として漏電や短絡事故を招来する場合がある。

したがって、安全性を確保するためには、リチウムセル１の被覆体たるラミネート６，６相互間の絶縁性を確保する必要がある。このような事情からリチウムセル１，１相互間に絶縁シートを配設した電池パックも提案されている。しかし、そのような電池パックにおいては、絶縁性は良好であるものの放熱特性の改善は望み得ない。
特開２００２−１２４２２４号公報

本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、リチウムセルの内部で発生する熱を効率的に外部へ放熱し、リチウムセルの温度上昇を抑制してコンパクトで大容量の電池パックを実現するとともに、万一リチウムセルの絶縁層が破壊されてラミネートに電位が生じた場合であっても絶縁性を確保することができ、安全性の高い電池パックを実現することを課題とする

請求項１記載の発明は、ケース内に複数の電池セルを収納し、前記電池セル相互間に導電体と絶縁体を配設した電池パックにおいて、前記電池セルの一方の面に導電体を当接し、他方の面に絶縁体を当接し、前記電池セル、前記絶縁体、前記導電体、前記電池セル、前記絶縁体、前記導電体の順序で積層されることを特徴とするものである。

請求項２記載の発明は、ケース内に複数の電池セルを収納し、前記電池セル相互間に導電体と絶縁体を配設した電池パックにおいて、前記電池セルは、上下両面とも導電体と当接し、電池セル相互間に配設された２つの導電体間に絶縁体が挟まれることを特徴とするものである。

請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の電池パックにおいて、前記導電体が前記ケースと絶縁されたことを特徴とするものである。

請求項４記載の発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の電池パックにおいて、前記ケースが金属材料からなることを特徴とするものである。

請求項１記載の電池パックによれば、電池セル相互間に導電体と絶縁体を配設したことから、電池セルから発生する熱を効率的に放熱することができるとともに、各電池セル間の絶縁性も確保できる。

また、電池セルの一方の面に導電体を当接し、他方の面に絶縁体を当接したことから、電池セルの一方の面のラミネートから効率的に放熱することができる。また、電池セルの他方の面のラミネートには絶縁体が配設されるので、各電池セル間の絶縁性を確保することができる。

請求項２記載の電池パックによれば、電池セルの上下両面とも導電体と当接しているので、各電池セル間の絶縁性を確保しつつ、電池セルからの放熱をより一層効果的に行うことが可能となる。

請求項３記載の電池パックによれば、各電池セル間に配設された導電体が電池パックの外郭体たるケースと絶縁されていることから、たとえ被覆体たるラミネートに何らかの電位が生じてもケースを介して短絡事故が発生するのを防止できる。

請求項４記載の電池パックによれば、電池パックの外郭体たるケースが金属材料からなるので、ケースに当接している電池セルから発生する熱をケース外へ効率的に放熱することができる。

以下、添付図面を参照しながら、本発明における電池パックの好ましい実施例について説明する。なお、従来例と同一箇所には同一符号を付し、共通する部分の説明は重複するため極力省略する。

図１は、充放電可能な二次電池の電池セルたるリチウムセル１を用いた電池パックと、これを使用する場合の概略構成を示すブロック図である。同図において、電池パック10にはリチウムセル１が保護回路11と共に組み込まれている。保護回路11は、例えば電流ヒューズや温度ヒューズ、過電圧保護などを備えたものであり、過電流，過電圧，温度異常時にリチウムセル１へ供給される充電電力を遮断し保護するものである。

電池パック10の前段には、リチウムセル１に充電電力を供給する充電器12が接続される。充電器12は、安定化した充電電力を生成する安定化電源13と、当該充電電力を用いてリチウムセル１を充電する充電回路14とから構成される。充電回路14は、充電電圧または充電電流を一定にしてリチウムセル１をリニア充電する定電圧・定電流回路や、充電電流をパルス状に供給してリチウムセル１をパルス充電するパルス充電回路などからなり、これらは電池の性能や寿命などにより適宜決定される。

図２は電池パック10の内部構成を示す斜視図であり、図３は本発明の第１実施例としての電池パック10の正面視を示す一部断面図である。電池パック10は外装ケース16内にリチウムセル１を段積みした電池スタック８を収納したものであるが、本実施例においては各リチウムセル１，１相互間に導電体たる金属板17と絶縁体たる絶縁シート18を配設している。具体的にはリチウムセル１の一方の面に金属板17を当接し、他方の面に絶縁シート18を当接している。金属板としては軽量で熱伝導特性が良好なアルミニウム板17が用いられる。
また、絶縁体としては架橋ビニール等からなる絶縁シート18が用いられる。絶縁シート18はリチウムセル１の他方の面の全面に当接して固定される。その結果、電池スタック８は、リチウムセル１、絶縁シート18、アルミニウム板17、リチウムセル１、絶縁シート18、アルミニウム板17という順序で積層されることになる。なお、最下段のリチウムセル１の下面は絶縁シート18を介してケース16底面と当接するようにされている。また、最上段のリチウムセル１の上面は絶縁シート18を介することなく、ケース16の天面と直に当接される。

本実施例によれば、各リチウムセル１の上下両面のうち、いずれか一方の面が金属板17またはケース16内面に当接し、他方の面は絶縁シート18に当接しているので、リチウムセル１の一方の面から内部で発生する熱を放散することができる。また、リチウムセル１の他方の面が絶縁シート18に当接していることから、万一リチウムセル１内の絶縁が破壊されてラミネート６に電位が生じても各リチウムセル１，１相互間、及びリチウムセル１とケース16との間に短絡事故が発生するのを防止することができる。

図４は本発明の第２実施例としての電池パック10の正面視を示す一部断面図である。本実施例も電池セル１，１相互間に金属板17と絶縁シート18を配設した点において第１実施例と共通する。ただし、本実施例においては、リチウムセル１の上下両面とも金属板17と当接しており、リチウムセル１，１相互間に配設された２枚の金属板17，17間に絶縁シート18が挟まれている点が、前記第１実施例と異なっている。

本実施例によれば、リチウムセル１の上下両面とも金属板17と当接しているので、各リチウムセル１間の絶縁性を確保しつつ、リチウムセル１からの放熱をより一層効果的に行うことが可能となる。

以上、本発明を実施例に基づいて説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更実施が可能である。例えば本発明が適用可能な二次電池はリチウムイオン電池に限らず、過電圧・過充電時などに発熱して高温になるものであれば、どのようなものでもよい。また、放熱板としての金属板はアルミニウム板に限定されるものではない。さらに、必要に応じて放熱板にヒートパイプ等を取り付けて放熱特性を改善することとしてもよい。

本発明の実施例としての電池パックの使用状態を示すブロック図である。同上、電池パックの内部構造を示す斜視図である。同上、電池パックの平面図である。同上、図３中のＡ−Ａ矢視断面図である。同上、図３中のＢ−Ｂ矢視断面図である。リチウムセルの構成を示す斜視図である。電池パックの構成を示す斜視図である。

１電池セル（リチウムセル）
７ガス封止開放部（安全弁）
10 電池パック
18 液吸収材

Claims

ケース内に複数の電池セルを収納し、前記電池セル相互間に導電体と絶縁体を配設した電池パックにおいて、
前記電池セルの一方の面に導電体を当接し、他方の面に絶縁体を当接し、
前記電池セル、前記絶縁体、前記導電体、前記電池セル、前記絶縁体、前記導電体の順序で積層されることを特徴とする電池パック。
ケース内に複数の電池セルを収納し、前記電池セル相互間に導電体と絶縁体を配設した電池パックにおいて、
前記電池セルは、上下両面とも導電体と当接し、電池セル相互間に配設された２つの導電体間に絶縁体が挟まれることを特徴とする電池パック。
前記導電体が前記ケースと絶縁されたことを特徴とする請求項１または２記載の電池パック。
前記ケースが金属材料からなることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の電池パック。