JP4766449B2 - Battery pack - Google Patents

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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。   The present invention relates to a battery pack of a rechargeable secondary battery such as a lithium ion battery, which is used as a power source for various electronic devices.

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６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。 Lead storage batteries have been widely used as secondary batteries. This is because it can be manufactured at low cost and is relatively easy to handle. However, lead-acid batteries have limited applications because they use lead, a substance harmful to the human body, and because the power density is low. Against this background, in recent years, lithium ion batteries that have a high power density and can be miniaturized as power storage media are becoming widespread. FIG. 6 shows a structure of a laminated lithium ion battery which is one form of the lithium ion battery. A lithium cell 1 as a laminated lithium ion battery is insulated between a positive electrode material 2 such as lithium cobaltate (LiCoO 2 ) and lithium manganate (LiMnO 2 ) and a negative electrode material 3 such as graphite (carbon). Therefore, after the separator 4 is inserted into a laminated structure 5 in which these layers are laminated, the laminated structure 5 is sealed with aluminum laminates 6 and 6 together with the electrolyte from above and below. The positive electrode material 2 and the negative electrode material 3 are respectively formed with a positive electrode 2a and a negative electrode 3a, and project from the bonded portions of the aluminum laminates 6 and 6 to the outside. There are no particular restrictions on how to take out the electrode, shape, material, overall size of the laminated battery, etc., and there are various types.

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、異常時に発熱する材料を使用しているため、例えば過充電等の異常が電池に生じると、リチウムセル１の内部において可燃性ガスが発生する。リチウムセル１内部で発生する可燃性の内部ガスとしては、例えば過電圧により電解液から発生する蒸発ガス（ジエチルカーボネート、エチレンカーボネート）や、熱膨張により電解液から発生するＣＨ4，Ｃ2Ｈ4，Ｃ2Ｈ6などがあり、リチウムセル１の異常時には、電池内部にこれらの内部ガスが発生してアルミラミネート６，６の膨張を引き起こす。この状態が継続すると、アルミラミネート６，６が破裂する場合もあり危険である。
そこで、かかる事態を回避するため、リチウムセル１には正負両電極2a，3aが設けられた反対側の端部に安全弁７が設けられている。具体的にはリチウムセル１の内圧が所定圧力以上になると、アルミラミネート６，６の熱溶着部に設けられた弁孔7aへの最短パス7bが開放され、内部ガスを弁孔7aからリチウムセル１外へ放出するようにされている。 Although the lithium cell 1 having such a structure has a high power density as a power storage medium, it uses a material that generates heat in the event of an abnormality. For example, when an abnormality such as overcharging occurs in the battery, Combustible gas is generated. Examples of the flammable internal gas generated inside the lithium cell 1 include evaporative gas (diethyl carbonate, ethylene carbonate) generated from the electrolyte due to overvoltage, CH 4 , C 2 H 4 , generated from the electrolyte due to thermal expansion, C 2 H 6, etc., and when the lithium cell 1 is abnormal, these internal gases are generated inside the battery, causing the aluminum laminates 6 and 6 to expand. If this state continues, the aluminum laminates 6 and 6 may rupture, which is dangerous.
In order to avoid such a situation, the lithium cell 1 is provided with a safety valve 7 at the opposite end where the positive and negative electrodes 2a and 3a are provided. Specifically, when the internal pressure of the lithium cell 1 exceeds a predetermined pressure, the shortest path 7b to the valve hole 7a provided in the heat-welded portion of the aluminum laminates 6 and 6 is opened, and the internal gas is supplied from the valve hole 7a to the lithium cell. 1. It is made to discharge | release outside.

図７に電池セルとしてリチウムセル１を段積みした電池スタック８を示す。このような電池スタック８は、電池パック10としての必要電力容量を考慮して設計された樹脂または金属製のケース（図示せず）に収納される。そして、電池パックに過電圧印加されるなど異常が発生すると、気化した内部ガスにより安全弁７が作動し、弁孔7aから電解液が流出する。ここで、ケースが液密構造でないと流出した電解液はケース内に留まらず、ケース外へ流出することになる。   FIG. 7 shows a battery stack 8 in which lithium cells 1 are stacked as battery cells. Such a battery stack 8 is housed in a resin or metal case (not shown) designed in consideration of the required power capacity of the battery pack 10. When an abnormality occurs, such as when an overvoltage is applied to the battery pack, the safety valve 7 is activated by the vaporized internal gas, and the electrolyte flows out from the valve hole 7a. Here, if the case does not have a liquid-tight structure, the electrolyte that flows out does not stay in the case but flows out of the case.

以上のような事情から、電池パックより流出する電解液を吸収する電解液吸収材を備えたものがある。（例えば特許文献１）
特開２０００−３０６５５９号公報 Due to the circumstances as described above, there is one provided with an electrolytic solution absorbent that absorbs the electrolytic solution flowing out from the battery pack. (For example, Patent Document 1)
JP 2000-306559 A

リチウムイオン電池は電力密度が高く、小型化できるという利点がある一方、鉛蓄電池と比較すると保護回路が複雑となり、電池セルに近接して保護回路を設ける必要がある。このような場合、電池セルから漏出した電解液が保護回路に付着する可能性があり、そのことにより保護回路の機能を喪失する恐れもある。したがって、リチウムイオン電池を用いた電池パックでは、外装ケース内に漏出した電解液を回収するトレーを設けるか、電解液吸収材を設けてケース外への電解液の漏出を防止する必要がある。   Lithium ion batteries have the advantage of high power density and can be miniaturized. On the other hand, the protection circuit is more complicated than lead-acid batteries, and it is necessary to provide a protection circuit close to the battery cell. In such a case, the electrolyte solution leaked from the battery cell may adhere to the protection circuit, thereby possibly losing the function of the protection circuit. Therefore, in a battery pack using a lithium ion battery, it is necessary to provide a tray for collecting the electrolyte solution leaked in the outer case or to provide an electrolyte solution absorber to prevent leakage of the electrolyte solution outside the case.

しかし、電池パックの外装ケース内に電解液吸収材を設けたとしても、配設する電解液吸収材の配設位置が適切でないと漏出した電解液を意図したとおりに吸収することは困難である。特に複数のラミネート型電池セルを積層してなる電池パックにおいて、すべての電池セルから電解液が漏出した場合、漏出する電解液はかなりの量に達し、電解液吸収材の配置が適切でないと漏出した電解液を確実に吸収することができないという問題があった。 However, even if an electrolytic solution absorber is provided in the outer case of the battery pack, it is difficult to absorb the leaked electrolytic solution as intended unless the location of the electrolytic solution absorber to be disposed is appropriate. . Especially in battery packs made by stacking multiple laminate-type battery cells, when electrolyte solution leaks from all battery cells, the leaked electrolyte solution reaches a considerable amount and leaks if the electrolyte absorber is not properly placed. There has been a problem that the electrolyte solution cannot be absorbed reliably.

本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、安全弁を有しガス封止開放部が特定できる電池セルを用いた電池パックにおいて、過電圧印加等により電池セルから漏出する電解液をケース内に設けた液吸収材により吸収し、電池セルのレイアウトに関係なく電解液を確実に吸収可能な電池パックを実現することを課題とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and in a battery pack using a battery cell having a safety valve and capable of specifying a gas-sealed open portion, an electrolyte that leaks from the battery cell due to overvoltage application or the like is contained in the case. It is an object of the present invention to realize a battery pack that can be absorbed by the liquid absorbing material provided in the battery pack and can reliably absorb the electrolyte regardless of the layout of the battery cells.

請求項１記載の発明は、複数のラミネート型電池セルを積層してなる電池パックであって、前記電池セルごとに液吸収材が設けられると共に、前記液吸収材は電池セルのガス封止開放部の近傍に配設される電池パックにおいて、前記ガス封止開放部は、前記電池セルの周囲の薄状部に備えられ、前記液吸収材は、前記ガス封止開放部が備えられた前記薄状部のほぼ全幅にわたって配設されていることを特徴とするものである。 Invention according to claim 1, a battery pack formed by laminating a plurality of laminated battery cells, together with the liquid absorbing material is provided in each of the battery cell, the liquid-absorbent material gas sealing opening of the battery cell In the battery pack disposed in the vicinity of the battery pack , the gas seal opening portion is provided in a thin portion around the battery cell, and the liquid absorbent is provided with the gas seal opening portion. The thin portion is disposed over almost the entire width .

請求項２記載の発明は、請求項１記載の電池パックにおいて、前記液吸収材は難燃性材料からなることを特徴とするものである。 According to a second aspect of the invention, in the battery pack according to claim 1, wherein the liquid absorbent material is characterized in that comprising a flame retardant material.

請求項１記載の電池パックによれば、電池セルごとに液吸収材を設けたことから、電池パック内に収納される電池セルの個数に関係なく、流出する電解液を確実に吸収することができる。したがって、電池パックの設計自由度が大きくなる。また、ケースを液密構造にする必要がないので、ケースを低コストで製作することができる。   According to the battery pack of the first aspect, since the liquid absorbing material is provided for each battery cell, the flowing electrolyte can be reliably absorbed regardless of the number of battery cells stored in the battery pack. it can. Accordingly, the degree of freedom in designing the battery pack is increased. Further, since the case does not need to have a liquid-tight structure, the case can be manufactured at low cost.

また、液吸収材を電池セルのガス封止開放部の近傍に配設したことから、電池パックのレイアウトに関係なく流出する電解液を確実に吸収することができる。 Further , since the liquid absorbing material is disposed in the vicinity of the gas cell opening of the battery cell, the electrolyte flowing out can be reliably absorbed regardless of the layout of the battery pack.

請求項２記載の電池パックによれば、液吸収材が難燃性材料からなるので、ケース内部の温度が高温になっても火災の発生を防止でき、安全性の高い電池パックを実現することができる。 According to the battery pack of claim 2 , since the liquid absorbent material is made of a flame retardant material, it is possible to prevent the occurrence of fire even when the temperature inside the case becomes high, and to realize a highly safe battery pack. Can do.

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。   Hereinafter, preferred embodiments of the battery pack according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the same location as a prior art example, and since description of a common part overlaps, it abbreviate | omits as much as possible.

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。   FIG. 1 is a block diagram showing a battery pack using a lithium cell 1 as a battery cell of a chargeable / dischargeable secondary battery and a schematic configuration when using the battery pack. In the figure, a lithium battery 1 and a protection circuit 11 are incorporated in a battery pack 10. The protection circuit 11 includes, for example, a current fuse, a temperature fuse, an overvoltage protection, and the like, and cuts off and protects the charging power supplied to the lithium cell 1 when an overcurrent, overvoltage, or temperature is abnormal.

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。   A battery charger 12 that supplies charging power to the lithium cell 1 is connected to the front stage of the battery pack 10. The charger 12 includes a stabilized power source 13 that generates stabilized charging power, and a charging circuit 14 that charges the lithium cell 1 using the charging power. The charging circuit 14 includes a constant voltage / constant current circuit that linearly charges the lithium cell 1 with a constant charging voltage or charging current, a pulse charging circuit that pulse-charges the lithium cell 1 by supplying the charging current in pulses. These are appropriately determined depending on the performance and life of the battery.

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は電池パック10の平面図である。そして、図４は図３中のＡ−Ａ矢視断面を、図５は図３中のＢ−Ｂ矢視断面を夫々示している。   FIG. 2 is a perspective view showing the internal configuration of the battery pack 10, and FIG. 3 is a plan view of the battery pack 10. 4 shows a cross section taken along the line AA in FIG. 3, and FIG. 5 shows a cross section taken along the line BB in FIG.

図２〜図５に示すように、本実施例では24Ｖ対応の電池パック10とすべく、６個の電池セル１を積層して電池スタック８を構成し、外装ケース16内に収納している。各電池セル1には正極電極2aおよび負極電極3aが配設される部位の反対側に、電池セル１の内圧が上昇した場合に内部ガスを放出する安全弁７が備えられている。電池セル１は図６に示すような周知のラミネート型のリチウムセル１を使用している。このリチウムセル１は電池に過電圧印加等の異常が発生すると、電解液の分解によりラミネート６，６の内部においてガスが発生して内圧が高まり、内圧が所定圧力以上に達すると安全弁７が開放され、ラミネート６，６の破裂を防止するようにされている。すなわち、充電器12から電池スタック８へ過電圧が印加されると、リチウムセル１内部の電解液の分解が加速され、熱が発生してリチウムセル１の温度上昇が始まる。それと同時に、リチウムセル１内部に電解液の蒸発ガスが発生してアルミラミネート６，６の膨張を引き起こす。さらに温度上昇が進み電解液の熱分解が発生すると、例えばＣＨ4，Ｃ2Ｈ4，Ｃ2Ｈ6などの揮発性有機の内部ガスが発生する。このとき、リチウムセル１内の圧力が所定値以上に上昇すると、安全弁７からリチウムセル１内の電解液が流出する。 As shown in FIGS. 2 to 5, in this embodiment, six battery cells 1 are stacked to form a battery stack 8 and accommodated in an outer case 16 in order to obtain a 24V compatible battery pack 10. . Each battery cell 1 is provided with a safety valve 7 on the opposite side of the portion where the positive electrode 2a and the negative electrode 3a are disposed, for releasing an internal gas when the internal pressure of the battery cell 1 increases. The battery cell 1 uses a well-known laminate type lithium cell 1 as shown in FIG. In the lithium cell 1, when an abnormality such as overvoltage is applied to the battery, gas is generated inside the laminates 6 and 6 due to decomposition of the electrolyte, and the internal pressure increases. When the internal pressure reaches a predetermined pressure or higher, the safety valve 7 is opened. The laminates 6 and 6 are prevented from bursting. That is, when an overvoltage is applied from the charger 12 to the battery stack 8, the decomposition of the electrolytic solution in the lithium cell 1 is accelerated, heat is generated, and the temperature of the lithium cell 1 starts to rise. At the same time, an evaporation gas of the electrolytic solution is generated inside the lithium cell 1 to cause the aluminum laminates 6 and 6 to expand. When the temperature rises further and thermal decomposition of the electrolyte occurs, volatile organic internal gases such as CH 4 , C 2 H 4 , and C 2 H 6 are generated. At this time, when the pressure in the lithium cell 1 rises to a predetermined value or higher, the electrolyte in the lithium cell 1 flows out from the safety valve 7.

そこで、本実施例においてはリチウムセル１から流出する電解液を吸収すべく、複数の電池セル１を積層してなる電池パック10の電池セル１ごとに液吸収材18を設けている。この液吸収材18はリチウムセル１のガス封止開放部たる安全弁７の近傍に配設され、安全弁７から流出した電解液は確実に液吸収材18に吸収されるようにされている。また、液吸収材18は必要充分な液吸収量を確保するため、リチウムセル１のほぼ全幅にわたって配設され、電池スタック８の周囲一面に巻装される絶縁テープ（図示せず）によって液吸収材18がリチウムセル１の安全弁７を設けた薄状部に保持されるようにされている。 Therefore, in this embodiment, the liquid absorbent 18 is provided for each battery cell 1 of the battery pack 10 in which a plurality of battery cells 1 are stacked in order to absorb the electrolyte flowing out from the lithium cell 1. The liquid absorbing material 18 is disposed in the vicinity of the safety valve 7 which is the gas sealing opening of the lithium cell 1, and the electrolyte flowing out from the safety valve 7 is surely absorbed by the liquid absorbing material 18. Further, the liquid absorbing material 18 is disposed over almost the entire width of the lithium cell 1 in order to secure a necessary and sufficient amount of liquid absorption, and the liquid absorbing material 18 absorbs liquid by an insulating tape (not shown) wound around the entire surface of the battery stack 8. The material 18 is held by a thin portion provided with the safety valve 7 of the lithium cell 1.

ここで、液吸収材18は連通多孔質体からなり、各孔質体は１０〜２５０μｍｍの径を有している。また、液吸収材18は１５０℃程度の温度においても使用できる耐熱性も有している。もちろん液吸収材18は単に難燃性材料であればよいというものではなく、安全弁７から流出する電解液を確実に吸収し、かつ吸収した電解液を液吸収材内にそのまま保持する特性を有している必要がある。このような多孔質体難燃性材料として、例えばバソテクト（株式会社イノアックコーポレーション製）を挙げることができる。   Here, the liquid absorbent material 18 is formed of a continuous porous body, and each porous body has a diameter of 10 to 250 μm. Further, the liquid absorbent 18 has heat resistance that can be used even at a temperature of about 150 ° C. Of course, the liquid absorbent 18 is not simply a flame retardant material, but has a characteristic of reliably absorbing the electrolyte flowing out of the safety valve 7 and holding the absorbed electrolyte in the liquid absorbent. Need to be. As such a porous flame-retardant material, for example, Bazotect (manufactured by Inoac Corporation) can be cited.

本実施例では、液吸収材18を電池セル１のガス封止開放部たる安全弁７の近傍に、電池セル１ごとに配設したことから、電池パック10内に収納される電池セル１の個数やレイアウトに関係なく、電池パック10から流出する電解液を確実に吸収し、ケース16外への漏出を防止することができる。したがって、電池パック10の設計自由度が大きくなる。また、ケース16を液密構造にする必要がないのでケース16を低コストで製作することができる。   In this embodiment, since the liquid absorbing material 18 is disposed for each battery cell 1 in the vicinity of the safety valve 7 that is the gas seal opening portion of the battery cell 1, the number of battery cells 1 accommodated in the battery pack 10. Regardless of the layout, the electrolyte flowing out from the battery pack 10 can be reliably absorbed and leakage outside the case 16 can be prevented. Therefore, the degree of freedom in designing the battery pack 10 is increased. Further, since the case 16 does not need to have a liquid-tight structure, the case 16 can be manufactured at a low cost.

さらに、液吸収材18が難燃性材料からなるので、ケース16内部の温度が高温になっても液吸収材18は炭化するだけで燃焼することがない。したがって、火災の発生を防止でき、安全性の高い電池パック10を実現することができる。   Further, since the liquid absorbent 18 is made of a flame retardant material, the liquid absorbent 18 is only carbonized and does not burn even when the temperature inside the case 16 becomes high. Therefore, it is possible to prevent the occurrence of a fire and realize a highly safe battery pack 10.

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・過充電時などに電解液などの液体を噴出するものであれば、どのようなものでもよい。また、上記実施例では２４Ｖ対応の電池パックとすべく、６個のリチウムセルを段積みした電池スタックを用いた電池パックについて説明をしたが、段積みするリチウムセルの個数を変更して１２Ｖや４８Ｖ対応の電池パックとすることもできる。   As mentioned above, although this invention was demonstrated based on the Example, this invention is not limited to the said Example, A various change implementation is possible in the range which does not deviate from the meaning of this invention. For example, the secondary battery to which the present invention can be applied is not limited to a lithium ion battery, and may be any battery as long as it ejects a liquid such as an electrolyte during overvoltage or overcharge. In the above embodiment, a battery pack using a battery stack in which six lithium cells are stacked in order to be a 24V compatible battery pack has been described. However, the number of lithium cells to be stacked can be changed to 12V or A battery pack compatible with 48V can also be used.

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。It is a block diagram which shows the use condition of the battery pack as an Example of this invention. 同上、電池パックの内部構造を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the internal structure of a battery pack same as the above. 同上、電池パックの平面図である。It is a top view of a battery pack same as the above. 同上、図３中のＡ−Ａ矢視断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 同上、図３中のＢ−Ｂ矢視断面図である。It is a BB arrow sectional drawing in FIG. 3 same as the above. リチウムセルの構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structure of a lithium cell. 電池パックの構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structure of a battery pack.

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
1 Battery cell (lithium cell)
7 Gas seal opening (safety valve)
10 Battery pack
18 Liquid absorbent

Claims (2)

複数のラミネート型電池セルを積層してなる電池パックであって、前記電池セルごとに液吸収材が設けられると共に、前記液吸収材は電池セルのガス封止開放部の近傍に配設される電池パックにおいて、前記ガス封止開放部は、前記電池セルの周囲の薄状部に備えられ、前記液吸収材は、前記ガス封止開放部が備えられた前記薄状部のほぼ全幅にわたって配設されていることを特徴とする電池パック。 A battery pack formed by laminating a plurality of laminated battery cells, the liquid absorbing material with is provided for each said cell, said liquid absorbing material is disposed in the vicinity of the gas seal opening portion of the battery cell In the battery pack , the gas-sealed open portion is provided in a thin portion around the battery cell, and the liquid absorbent is disposed over substantially the entire width of the thin portion provided with the gas-sealed open portion. A battery pack characterized by being provided . 前記液吸収材は難燃性材料からなることを特徴とする請求項１記載の電池パック。 The battery pack of claim 1, wherein said liquid absorbing material is characterized by comprising a flame retardant material.
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