JP5004534B2

JP5004534B2 - パック電池

Info

Publication number: JP5004534B2
Application number: JP2006224178A
Authority: JP
Inventors: 良治高崎; 秀世森田; 尚苗村; 雅也中野; 真己拝野
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2006-08-21
Filing date: 2006-08-21
Publication date: 2012-08-22
Anticipated expiration: 2026-08-21
Also published as: JP2008047488A

Description

本発明は、複数の電池を内蔵しているパック電池に関する。

複数の電池を内蔵するパック電池は、電池を定位置に配置して組み立てを簡単にすることが大切である。このことを実現するために、プラスチック製のホルダーケースに保持筒を設け、この保持筒に電池を挿入して定位置に配置するパック電池が開発されている。（特許文献１及び２参照）
特開２００６−１００１４８号公報特開平１１−１１１２４８号公報

特許文献１と２の公報は、図１と図２に示すパック電池を記載する。これらのパック電池は、ホルダーケース７２、８２で電池７１、８１を定位置に配置する。図１のホルダーケース７２は、内部に電池７１を挿入して保持する複数の保持筒７４を互いに隣接して設けている。一対のホルダーケース７２の保持筒７４に複数の電池７１を挿入して定位置に配置している。また、図２のホルダーケース８２は、エンドプレート８３に、電池８１の端部を挿入して保持する保持部８４を設けている。一対のエンドプレート８３の保持部８４で電池８１の両端を保持して、複数の電池８１を定位置に配置している。

これらの図に示すように、多数の電池を内蔵するパック電池は、大きな電流で充放電されて電池の温度が高くなることがある。電池の温度上昇は電池を劣化させる原因となる。このことから、多数の電池を内蔵するパック電池は、電池を効率よく冷却することが大切である。とくに、全ての電池を均一な温度となるように冷却することが大切である。電池に温度ムラができると、充放電の特性がアンバランスとなり、特定の電池が過充電されたり、過放電されて電池性能が著しく低下するからである。

また、電池は使用環境によって、熱暴走して電池温度が異常に高くなることがある。特定の電池が熱暴走して高温になると、この電池が隣の電池を加熱して熱暴走を誘発する。熱暴走が誘発されて多数の電池が熱暴走すると、パック電池は危険な状態となることがある。このことから、仮に特定の電池が熱暴走しても、その熱暴走の誘発を阻止することが大切である。

図２のパック電池は、電池８１を効果的に冷却できるが、熱暴走を有効に阻止できない。電池８１の両端を保持部８４に入れて、中間部を露出するので、中間の露出部を効果的に冷却できるが、この部分が電池８１の熱暴走を誘発する。熱暴走した電池の輻射熱が隣の電池を過熱するからである。また、図１のパック電池も、保持筒７４に設けた開口部７５を大きくして、電池７１の冷却効率を高くできるが、開口部７５を大きくすると熱暴走の誘発を阻止できなくなる。

以上のように、電池を効果的に冷却することと、熱暴走の誘発を防止することは互いに相反する特性となるので、両方を満足するのが難しい。

本発明は、独特の構造で以上の欠点を解消する。したがって、本発明の重要な目的は、電池を効率よく冷却しながら、電池の熱暴走の誘発を効果的に防止できるパック電池を提供することにある。

本発明のパック電池は、前述の目的を達成するために以下の構成を備える。
パック電池は、電池１を一列に並べて配列している電池の列ユニット１１と、複数の列ユニット１１の間に空気通路６を設けて電池の列ユニット１１を複数列に並べて配列しているホルダーケース２とを備え、空気通路６に冷却風を送風して電池１を冷却する。パック電池は、隣接する列ユニット１１の間に熱連鎖防止リブ７を設けている。この熱連鎖防止リブ７は、１列の列ユニット１１の電池１を案内する嵌着溝８を片面に設けており、この嵌着溝８に１列の列ユニット１１の電池１を入れて電池１に熱結合状態として、空気通路６の片側に配設している。パック電池は、空気通路６に送風される空気でもって、嵌着溝８から外部に露出される電池表面を冷却すると共に、熱連鎖防止リブ７でもって、電池１の熱暴走が隣の列に誘発されるのを防止している。

本発明のパック電池は、電池１を円筒形電池として、嵌着溝８の深さを電池１の半径よりも深くすることができる。本発明のパック電池は、熱連鎖防止リブ７をプラスチック製とすることができる。本発明のパック電池は、熱連鎖防止リブ７をプラスチック製のホルダーケース２に一体的に成形することができる。さらに、本発明のパック電池は、ホルダーケース２が、電池１に接続されるリード板５を定位置にセットするエンドプレート３を一体的に成形して設けることができる。

本発明のパック電池は、電池を効率よく冷却しながら、電池の熱暴走の誘発を効果的に防止できる特徴がある。それは本発明のパック電池が、複数の列ユニットの間に空気通路を設けると共に、隣接する列ユニットの間に熱連鎖防止リブを設け、この熱連鎖防止リブは１列の列ユニットの電池を入れる案内する嵌着溝を片面に設け、この嵌着溝に１列の列ユニットの電池を入れて電池に熱結合状態で連結して、空気通路の片側に熱連鎖防止リブを配設する独特の構成としているからである。この構造のパック電池は、隣接する列ユニットの間には熱連鎖防止リブと空気通路とが存在する。列ユニットを構成する電池は、隣の列ユニットに対向する面を熱連鎖防止リブで区画して、その反対側を空気通路の露出面としている。したがって、本発明のパック電池は、熱連鎖防止リブで電池の熱暴走を防止しながら、露出面を効率よく冷却できる優れた特徴を実現する。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想を具体化するためのパック電池を例示するものであって、本発明はパック電池を以下のものに特定しない。

さらに、この明細書は、特許請求の範囲を理解しやすいように、実施例に示される部材に対応する番号を、「特許請求の範囲」および「課題を解決するための手段の欄」に示される部材に付記している。ただ、特許請求の範囲に示される部材を、実施例の部材に特定するものでは決してない。

図３に示すパック電池は、図４に示す電池のコアパック１０を外装ケース９に収納している。電池のコアパック１０は、ホルダーケース２で電池１を５列の列ユニット１１に並べて収納している。図３において、パック電池は、列ユニット１１の電池１を水平方向に並べている。このパック電池は、図３の姿勢から９０度回転する姿勢で使用することもできるが、図の姿勢から９０度回転する使用状態において、列ユニットの電池は上下方向に配列される。したがって、本明細書において、列ユニットは、電池を必ずしも水平方向に並べる配列には特定しない。列ユニットの電池を上下方向に並べる状態でも使用できるからである。

図３のパック電池は、１列の列ユニット１１に、３本の電池１を平行な姿勢、すなわち水平姿勢で同一の水平面に配列している。また、この図のパック電池は、列ユニット１１を上下に離して５列に配列している。この図のパック電池は、全体で１５本の電池１を収納して、列ユニット１１の電池１を並列に、隣接する列ユニット１１の電池１をリード板５で直列に接続している。したがって、このパック電池は、３本の電池１を並列に、５本の電池１を直列に、すなわち３並、５直に接続している。

ホルダーケース２は、電池の列ユニット１１を空気通路６ができる状態で配置している。ホルダーケース２は、絶縁材であるプラスチックを成形して製作される。図４ないし図１０のホルダーケース２は、一対のエンドプレート３の内側に、熱連鎖防止リブ７を一体的に成形して設けている。さらに、ホルダーケース２は、エンドプレート３の内側に、電池１の端部を挿入して定位置に配置する保持部４を設けている。保持部４は、電池１の端面を挿入して定位置に配置する凹部としている。

ホルダーケース２は、列ユニット１１の間に空気通路６ができるように電池１の端部を保持部４に入れて配置する。空気通路６は、列ユニット１１の電池１を冷却する空気の送風ダクトである。図のパック電池は、列ユニット１１の電池１を５列に収納するので、４列の空気通路６を設けている。図のパック電池は、これらの空気通路６に、電池１の軸方向に冷却用の空気を送風して、電池１を冷却する構造としている。電池１の軸方向に設けられた空気通路６に冷却用の空気を送風するために、一対のエンドプレート３は、上下と左右に隣接して配列される４個の電池１の間に、通風穴１３を開口している。図のパック電池は、３個の電池１を５列に配列しているので、エンドプレート３は、これらの電池１の間に位置して、２行×４列に通風穴１３を開口している。

ホルダーケース２は、隣接する列ユニット１１の間に熱連鎖防止リブ７を設けている。この熱連鎖防止リブ７は、１列の列ユニット１１の電池１を案内する嵌着溝８を片面に設けている。この嵌着溝８に１列の列ユニット１１の電池１を入れて電池１に熱結合状態として、空気通路６の片側に配設して、熱連鎖防止リブ７と電池１の列ユニット１１との間に空気通路６を設けている。このため、空気通路６は一方の側面を熱連鎖防止リブ７とし、他方の側面を列ユニット１１の電池１としている。空気通路６に送風される空気は、熱連鎖防止リブ７の嵌着溝８から外部に露出する電池１の露出面１Ａを冷却する。

図３のパック電池は、電池１を円筒形電池として、嵌着溝８の深さを電池１の半径よりも深くして、列ユニット１１を構成する電池１の間に、熱連鎖防止リブ７を配設している。この構造は、列ユニット１１を構成する電池１が直接には接触せず、熱連鎖防止リブ７を介して接触する。さらに、図３の熱連鎖防止リブ７の嵌着溝８は、円筒形電池の表面に沿うように、内面を円柱に沿う湾曲面として、円筒形電池の全周の１８０度よりも広い面積に接触している。この構造は、列ユニット１１を構成している電池間の最も接近する隙間には熱連鎖防止リブ７を配設して、電池１の熱暴走を防止する。したがって、この構造のパック電池は、列ユニット１１を構成する電池のいずれかが熱暴走するとき、熱暴走した電池が直接に隣の電池に接触して熱暴走を誘発することがなく、また、最も接近する部分を熱連鎖防止リブ７で分離して、列ユニット１１間の電池１の熱暴走を防止できる。

熱連鎖防止リブ７の嵌着溝８は、深さを変更して電池１を嵌着溝８から外部に露出する露出面積をコントロールできる。嵌着溝８を深くして、熱連鎖防止リブ７が電池表面に接触する面積を大きくすると、電池１の露出面積は小さくなる。電池１は露出面１Ａを空気通路６に送風される空気で冷却する。したがって、露出面積を大きくして、冷却効率を向上できる。ただ、露出面積が大きすぎると、列ユニット１１を構成する電池１の熱暴走を効果的に阻止する能力が低下する。図３ないし図７に示すように、熱連鎖防止リブ７の嵌着溝８の深さを、円筒形電池の半径よりも大きくして、嵌着溝８が電池全周のたとえば９０度〜１３５度に接触するホルダーケース２は、列ユニット１１を構成する電池１の熱暴走を防止しながら、電池１の露出面積を大きくして効果的に冷却できる。

ホルダーケース２は、熱連鎖防止リブ７を弾性的に変形して、嵌着溝８の開口部から電池１を嵌着溝８にセットすることもできる。この構造の熱連鎖防止リブ７は、電池１を嵌着溝８に入れて定位置に保持できる。さらに、この熱連鎖防止リブ７は、電池１の全表面の約半分を空気通路６側に露出させる。電池１は、空気通路６に送風する空気を露出面１Ａに接触させて、空気で冷却される。

熱連鎖防止リブ７は、電池１の表面に接触されて電池１に熱結合状態で連結されて、列ユニット１１を構成する電池間の温度を均一化する。熱連鎖防止リブ７を介して列ユニット１１を構成する電池１を熱結合状態として、電池１と熱連鎖防止リブ７との間で熱を伝導させるので、電池１の熱が熱連鎖防止リブ７を介して分散されるからである。さらに、この熱連鎖防止リブ７は、列ユニット１１間では電池１の輻射熱を遮断して、電池１の熱暴走の誘発を防止しながら、列ユニット１１の電池１の熱を分散させて電池１の温度差を小さくする。

熱連鎖防止リブ７は、ホルダーケース２を整形するプラスチックでもってエンドプレート３に一体的に成形される。プラスチック製の熱連鎖防止リブ７は、電池間の熱伝導を理想的な状態にできる。熱連鎖防止リブ７の熱伝導が良すぎると、電池１の熱暴走の誘発を阻止できなくなる。それは、熱暴走して過熱された電池が、熱連鎖防止リブ７を介して隣の電池を加熱するからである。また、反対に熱伝導が小さ過ぎる熱連鎖防止リブ７は、電池の熱を伝導できなくなって、温度が高くなった電池の熱を周囲に分散して電池の温度差を小さくできない。プラスチック製の熱連鎖防止リブ７は、金属に比較して熱伝導が良くないので、電池１の熱暴走を有効に防止できる。また、空気等の断熱材に比較すると熱伝導が良く、電池１の熱を伝導し、これを分散して電池１の温度差を小さくできる。

図４のコアパック１０は、図９と図１０に示すように、一対のホルダーケース２を対向して配設して、電池１を列ユニット１１に並べ、さらに、複数の列ユニット１１の電池１を空気通路６ができるように配置する。一対のホルダーケース２は、エンドプレート３の対向する内側に熱連鎖防止リブ７を一体的に成形して設けている。この構造は、一対のホルダーケース２を対向するように連結して、熱連鎖防止リブ７の先端縁を互いに接触させる。いいかえると、熱連鎖防止リブ７の先端縁を接触させて、一対のエンドプレート３を定位置に配置し、エンドプレート３の間に、複数の電池１を配列し、また、列ユニット１１の間に空気通路６を設ける。

エンドプレート３の外側には、電池１を直列と並列に接続するリード板５が配設される。エンドプレート３の外側には、リード板５を定位置に配置する嵌着部１２を設けている。嵌着部１２は、リード板５の外形に等しい凹部、あるはリード板の外側に凸部を設けた形状である。リード板５は、エンドプレート３の嵌着部１２にセットされて、電池１の電極端面にスポット溶接などの方法で連結される。エンドプレート３は、電池１の電極端面を外側に露出するための貫通孔を設けている。図３のリード板５は、列ユニット１１の電池１を、２並５直、すなわち、３個の電池１を並列に接続して、５個の電池１を直列に接続している。さらに、リード板５は、空気通路６に冷却用の空気を送風するために、通風穴１３と対向する位置に貫通孔５Ａを開口している。このリード板５は、エンドプレート３に装着された状態で通風穴１３を閉塞することなく、貫通孔５Ａと通風穴１３を通過して空気通路６に冷却用の空気を送風できる。

さらに、図３のパック電池は、ホルダーケース２の側部に回路基板１４を配置している。回路基板１４はホルダーケース２の側部に固定される基板ホルダ１５の内側に配置される。基板ホルダ１５内に固定される回路基板１４は、各々のリード板５に接続される。

回路基板１４は、各々の電池電圧を検出して、電池１の充放電を制御する電圧検出回路（図示せず）を実装している。図のパック電池は、全ての電池電圧を別々に独立して電圧検出回路で検出する。電池１をリチウムイオン二次電池とするパック電池は、全ての電池電圧を検出して、充放電を理想的な状態で制御できる。図のパック電池は、３個の電池１を並列に接続しているので、並列接続している電池１は一緒に電圧が検出される。リチウムイオン二次電池は、満充電された状態と、完全に放電された状態を電圧で検出できる。複数の電池１を直列に接続しているパック電池は、全ての電池１を同じ電流で充放電させるが、全ての電池１が同じ状態で充放電されるとは限らない。全ての電池１が同じように劣化せず、また、製造工程においても全く同じ特性には製作されない。このため、直列に接続された複数の電池１は、実質的に満充電できる容量や内部抵抗等にばらつきがある。このような電池１を同じ電流で充放電すると、いずれかの電池１が先に満充電され、あるいは完全に放電される。

電圧検出回路で全ての電池電圧を検出しながら、充放電をコントロールするパック電池は、全ての電池１の過充電と過放電を防止しながら充放電する。電圧検出回路は、パック電池を充電しているときに、いずれかの電池電圧が最高電圧まで上昇すると充電電流を遮断する。また、放電しているときは、いずれかの電池１の電圧が最低電圧まで低下すると放電電流を遮断する。

電池１をニッケル水素電池やニッケルカドミウム電池とするパック電池においても、全ての電池電圧を検出しながら充放電を制御して、全ての電池１の過充電と過放電を防止しながら使用できる。したがって、本発明は、電池をリチウムイオン二次電池に特定しない。

さらに、図のパック電池は、外装ケース９に、コアパック１０の空気通路６に送風する開口部（図示せず）を設けており、この開口部から外装ケース９内に冷却用の空気を送風して、電池を冷却する。

以上のパック電池は、以下のようにして組み立てられる。
（１）図５の斜視図に示すように、一対のホルダーケース２の内側に電池１を配置して、ホルダーケース２を連結し、エンドプレート３の外側にリード板５を配設して、このリード板５を各々の電池１の電極端面にスポット溶接して接続する。
（２）ホルダーケース２の電池１に接続するリード板５を、基板ホルダ１５に固定している回路基板１４に連結し、リード板５を介してホルダーケース２と基板ホルダ１５と回路基板１４を連結する。
以上の工程で電池１のコアパック１０が組み立てられる。
（３）電池のコアパック１０を外装ケース９に入れる。

以上の実施例のパック電池は、隣接する列ユニット１１の間に形成される空気通路６に、電池１の軸方向に冷却用の空気を送風して、電池１を冷却する構造としている。ただ、本発明のパック電池は、図１１に示すように、電池１の軸方向と交差する方向に冷却用の空気を送風する構造とすることもできる。このパック電池は、隣接する列ユニット３１の間であって、一方の列ユニット３１の電池１が装着される熱連鎖防止リブ２７と、この熱連鎖防止リブ２７に隣接する他方の列ユニット３１の電池表面との間に空気通路２６を設けており、この空気通路２６に、図の矢印で示すように冷却用の空気を通過させて電池１を冷却する構造としている。このパック電池も、エンドプレート２３に熱連鎖防止リブ２７を一体成形してなるホルダーケース２２を備え、一対のホルダーケース２２を連結して、内側に複数列の列ユニット３１を配置してなる電池のコアパック３０としている。コアパック３０が収納される外装ケース２９は、空気通路２６に送風する開口部２９Ａを設けており、この開口部２９Ａから外装ケース２９内に冷却用の空気を送風して、空気通路２６に通過させて電池１を冷却している。このパック電池も、空気通路２６に送風される空気でもって、嵌着溝２８から外部に露出する電池１の露出面１Ａを冷却すると共に、熱連鎖防止リブ２７で、電池１の熱暴走が隣の列に誘発されるのを有効に防止する。

従来のパック電池の分解斜視図である。従来の他のパック電池の斜視図である。本発明の一実施例にかかるパック電池の断面図である。図３に示すパック電池のコアパックの斜視図である。図４に示すコアパックの電池の配列を示す斜視図である。ホルダーケースの斜視図である。図６に示すホルダーケースの正面図である。図６に示すホルダーケースの背面図である。図４に示すコアパックのホルダーケースの分解側面図である。図４に示すコアパックのホルダーケースの分解平面図である。本発明の他の実施例にかかるパック電池の断面図である。

符号の説明

１…電池１Ａ…露出面
２…ホルダーケース
３…エンドプレート
４…保持部
５…リード板５Ａ…貫通穴
６…空気通路
７…熱連鎖防止リブ
８…嵌着溝
９…外装ケース
１０…コアパック
１１…列ユニット
１２…嵌着部
１３…空冷穴
１４…回路基板
１５…基板ホルダ
２２…ホルダーケース
２３…エンドプレート
２６…空気通路
２７…熱連鎖防止リブ
２８…嵌着溝
２９…外装ケース２９Ａ…開口部
３０…コアパック
３１…列ユニット
７１…電池
７２…ホルダーケース
７４…保持筒
７５…開口部
８１…電池
８２…ホルダーケース
８３…エンドプレート
８４…保持部

Claims

電池(1)を一列に並べて配列している電池の列ユニット(11)と、複数の列ユニット(11)の間に空気通路(6)を設けて電池の列ユニット(11)を複数列に並べて配列しているホルダーケース(2)とを備え、空気通路(6)に冷却風を送風して電池(1)を冷却するようにしてなるパック電池であって、
隣接する列ユニット(11)の間に熱連鎖防止リブ(7)を設けており、この熱連鎖防止リブ(7)は、１列の列ユニット(11)の電池(1)を案内する嵌着溝(8)を片面に設けており、この嵌着溝(8)に１列の列ユニット(11)の電池(1)を入れて電池(1)に熱結合状態として、空気通路(6)の片側に配設し、
空気通路(6)に送風される空気でもって、嵌着溝(8)から外部に露出される電池表面を冷却すると共に、熱連鎖防止リブ(7)でもって、電池(1)の熱暴走が隣の列に誘発されるのを防止するようにしてなるパック電池。
電池(1)が円筒形電池で、嵌着溝(8)の深さが電池(1)の半径よりも深い請求項１に記載されるパック電池。
熱連鎖防止リブ(7)がプラスチック製である請求項１に記載されるパック電池。
熱連鎖防止リブ(7)がプラスチック製のホルダーケース(2)に一体的に成形されてなる請求項１に記載されるパック電池。
ホルダーケース(2)が、電池(1)に接続されるリード板(5)を定位置にセットするエンドプレート(3)を一体的に成形して設けている請求項１に記載されるパック電池。