JP5110933B2

JP5110933B2 - パック電池

Info

Publication number: JP5110933B2
Application number: JP2007088991A
Authority: JP
Inventors: 秀世森田; 晴彦米田
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2007-03-29
Filing date: 2007-03-29
Publication date: 2012-12-26
Anticipated expiration: 2027-03-29
Also published as: JP2008251262A

Description

本発明は、主として大電流の放電に適しているパック電池に関し、ケースに内蔵する電池を効果的に冷却できるパック電池に関する。

多数の電池を内蔵するパック電池は、隣接する電池をリード板で並列や直列に接続している。このパック電池は、電池を並列に接続する個数で出力電流を大きくでき、また、直列に接続する個数で出力電圧を高くできる。この構造のパック電池は、多数の電池を内蔵することから、大きな出力が要求される用途、たとえば、電動自転車、電動工具、電動バイク、自動車等に使用される。このパック電池は、大きな電流で充放電されて電池が発熱することから、ケース内の電池を効率よく放熱することが大切である。ケースに収納する電池を金属板からなるリード板を介して放熱するパック電池は開発されている。（特許文献１参照）
特開２００５−３１７４５６号公報

特許文献１のパック電池は、電池の熱をリード板に伝導して放熱する。このパック電池は、リード板をケースに内蔵する状態で効率よく外部に放熱するのが難しい欠点がある。とくに、パック電池のケースは、ほとんど例外なくプラスチックで成形される。プラスチック製のケースは、熱伝導が小さく、電池の熱を外部に効率よく放熱するのが難しい。とくに、電池の発熱量が大きい状態で、電池を効率よく冷却して温度上昇を制限するのが難しい。

本発明は、さらにこの欠点を解決することを目的に開発されたもので、本発明の大切な目的は、電池の発熱を効率よくケースの外部に放熱できるパック電池を提供することにある。
また、本発明の他の大切な目的は、ケースを閉鎖構造としながら、電池の発熱を効率よくケース外に放熱できるパック電池を提供することにある。

本発明の請求項１のパック電池は、互いに平行な姿勢に配置してなる複数の電池１１、３１の端部電極にリード板１３、３３を接続してなる電池ブロック１０、３０と、この電池ブロック１０、３０を収納してなるケース１２、３２とを備える。ケース１２、３２は、電池ブロック１０、３０のリード板１３、３３に対向する姿勢であって、ケース１２、３２外に露出する金属板の放熱プレート１４、３４を備える。ケース１２、３２が、この放熱プレート１４、３４を外部に露出する放熱窓３６を開口すると共に、この放熱窓３６は、空気を通過できる格子３９を設けている。さらに、この放熱プレート１４、３４は、複数の止ネジ４０を介してケース内面に固定されており、放熱プレートは、放熱窓を水密に閉塞して、この放熱プレート１４、３４とリード板１３、３３との間に絶縁熱伝導材１５、３５を配設して、電池１１、３１の熱をリード板１３、３３と絶縁熱伝導材１５、３５を介して放熱プレート１４、３４から外部に放熱している。

さらに、本発明の請求項２のパック電池は、互いに平行な姿勢に配置してなる複数の電池１１、３１の端部電極にリード板１３、３３を接続してなる電池ブロック１０、３０と、この電池ブロック１０、３０を収納してなるケース１２、３２とを備える。ケース１２、３２は、電池ブロック１０、３０のリード板１３、３３に対向する姿勢であって、ケース１２、３２外に露出する金属板の放熱プレート１４、３４を備える。ケース１２、３２が、この放熱プレート１４、３４を外部に露出する放熱窓３６を開口すると共に、この放熱窓３６は、空気を通過できる格子３９を設けている。さらに、この放熱プレート１４、３４は、複数の止ネジ４０を介してケース内面に固定されており、放熱プレートは、放熱窓を水密に閉塞して、この放熱プレート１４、３４とリード板１３、３３との間に絶縁熱伝導材１５、３５を配設して、電池１１、３１の熱をリード板１３、３３と絶縁熱伝導材１５、３５を介して放熱プレート１４、３４から外部に放熱しており、電池３１を定位置に配置するホルダー４２をケース３２に内蔵しており、このホルダー４２が隣接するリード板３３の間に突出する凸条４３を有し、この凸条４３で隣接するリード板３３を絶縁している。

本発明の請求項１のパック電池は、電池の発熱を効率よくケースの外部に放熱して、電池の温度上昇を少なくし、電池が高温になって劣化するのを有効に防止できる特徴がある。本発明の請求項１のパック電池は、電池ブロックのリード板に対向する放熱プレートをケースに設け、この放熱プレートをケースの外部に露出させると共に、放熱プレートとリード板との間に絶縁熱伝導材を配設し、電池の熱をリード板に伝導し、さらにリード板の熱を絶縁熱伝導材を介して放熱プレートに伝導し、放熱プレートで外部に効率よく放熱する。とくに、この構造のパック電池は、電池を熱を効率よく伝導するリード板と対向して放熱プレートを配設し、この放熱プレートとリード板との間に絶縁熱伝導材を配設する。この構造は、リード板と放熱プレートとを絶縁熱伝導材を介して広い面積で熱結合状態とする。このため、リード板の熱を効率よく放熱プレートに伝導して、放熱プレートから外部に放熱する。したがって、本発明の請求項１のパック電池は、電池で加熱されるリード板を放熱プレートで効率よく冷却することで、電池の温度上昇を有効に制限し、電池の温度上昇による弊害を効果的に阻止できる。

さらに、本発明のパック電池は、ケースの閉鎖構造を実現しながら、電池の発熱を効率よくケース外に放熱できる特徴がある。それは、放熱プレートをケースの外部に露出させながら、放熱プレートでケースを閉鎖構造にでき、この放熱プレートに絶縁熱伝導材を介して電池の熱を伝導して、ケースの外部に放熱できるからである。本発明のパック電池は、ケースを閉鎖構造としながら、電池の熱を効率よく外部に放熱できることから、大電流大出力が要求される種々の用途に最適な状態で使用できる。

また、本発明の請求項１のパック電池は、ケースが、放熱プレートを外部に露出する放
熱窓を開口すると共に、この放熱窓を放熱プレートで水密に閉塞している。この構造は、放熱プレートを効率よく放熱できる構造としながら、ケースを水密構造にできる。

また、本発明の請求項２のパック電池は、電池を定位置に配置するホルダーをケースに内蔵すると共に、このホルダーには、隣接して配設されるリード板の間に突出する凸条を設けてあり、この凸条で隣接するリード板を絶縁している。この構造のパック電池は、リード板の間をホルダーの凸条で絶縁することから、リード板と放熱プレートとを確実に安定して絶縁できる。それは、絶縁熱伝導材が破損しても、リード板が放熱プレートにショートしないからである。

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１に、本発明の一実施の形態に係るパック電池の概略断面図を示す。この図のパック電池は、電池ブロック１０をケース１２に収納している。電池ブロック１０は、複数の電池１１を互いに平行な姿勢に配置して、各々の電池１１の端部電極にリード板１３を接続して、リード板１３で電池１１を並列や直列に接続している。ケース１２は、図において上側にある第１のケース１２Ａと、下側にある第２のケース１２Ｂからなる。第１のケース１２Ａは、放熱窓１６を設けてここに放熱プレート１４を設けている。放熱プレート１４はアルミニウム等の金属板で、ケース１２の放熱窓１６を水密に閉塞して、ケース１２の放熱窓１６からケース１２の外部に露出している。放熱プレート１４で放熱窓１６を水密に閉塞するために、第１のケース１２Ａは内面に突出する周壁リブ１７を一体的に成形して設けている。周壁リブ１７と放熱プレート１４との間には、Ｏリング１８やパッキンなどを設けて、周壁リブ１７と放熱プレート１４との間を水密に連結している。さらに、放熱プレート１４は電池ブロック１０のリード板１３に対向する姿勢に配設されて、放熱プレート１４とリード板１３との間には絶縁熱伝導材１５を配設している。このパック電池は、電池１１の熱をリード板１３と絶縁熱伝導材１５を介して放熱プレート１４から外部に放熱する。

さらに、図のパック電池は、ケース１２を貫通するように放熱筒２４を固定している。放熱筒２４は、ケース１２に収納される電池ブロック１０を貫通して、ケース１２の対向面に貫通するように固定している。放熱筒２４と電池ブロック１０との間には絶縁熱伝導材２５を配設している。このパック電池は、電池ブロック１０の熱を絶縁熱伝導材２５を介して放熱筒２４からケース１２の外部に放熱して、電池ブロック１０を冷却する。放熱筒２４は、第１のケース１２Ａと第２のケース１２Ｂを連結する状態でケース１２に設けられる放熱窓（図示せず）を水密に閉塞している。このことを実現するために、放熱筒２４は、その両端部の外周面を放熱窓の内面に、Ｏリングやパッキンを介して水密に密着している。

以上の冷却構造を有するパック電池の具体例を、図２ないし図９に基づいて以下に詳述する。図２ないし図７は、ケースに放熱プレートを設けて電池ブロックを連結する第１の実施例のパック電池であって、図２はパック電池の正面図、図３は第１のケースの分解斜視図、図４はパック電池の水平断面図、図５はケースに収納する１組の電池ブロックの斜視図であって、リード板に絶縁熱伝導材を積層する状態を示し、図６は図５の電池ブロックに放熱プレートを積層する状態を示す斜視図であり、図７は図６に示す電池ブロックのＡ−Ａ線断面図をそれぞれ示している。さらに、図８ないし図１０は、ケースを貫通するように放熱筒を設けて、この放熱筒で電池ブロックを連結する第２の参考例のパック電池を示しており、図８は分解斜視図を、図９は断面図を、図１９は断面斜視図をそれぞれ示している。

これらの図に示すパック電池は、内部に複数の電池３１、５１を連結している電池ブロック３０、５０を内蔵し、外部をケース３２、５２で覆っている。ケース３２、５２は、ＡＢＳ樹脂などのプラスチックで成形されており、２以上の部材に分割されてネジ止めや嵌め込み式などの連結方法により水密構造に固定している。ケース３２、５２は、パック電池の用途や目的、使用状況に応じた様々な形状に設計できる。ケース３２、５２は、第１のケース３２Ａ、５２Ａと第２のケース３２Ｂ、５２Ｂに分割されている。

図２のパック電池は、図３の分解斜視図と図４の断面図に示すように、第１のケース３２Ａに放熱窓３６を開口して、この開口部を放熱プレート３４で閉塞している。図のケース３２は、放熱窓３６の開口部に、空気を通過できる格子３９を設けている。このケース３２は、ユーザーが加熱された放熱プレート３４に接触するのを格子３９で阻止できるので、安全に使用できる。ケース３２は、放熱窓３６の開口部周縁に沿って、内面に突出する周壁リブ３７を一体的に成形して設けている。周壁リブ３７は、突出面を放熱プレート３４に水密に密着させて、ケース３２の放熱窓３６を水密構造に閉塞する。図３と図４の第１のケース３２Ａは、周壁リブ３７と放熱プレート３４との間にパッキン３８を挟着して、放熱プレート３４を周壁リブ３７に水密構造に密着している。この構造は、放熱窓３６を確実に水密に閉塞できる。

放熱プレート３４は、アルミニウム製で、止ネジ４０を介して第１のケース３２Ａに固定される。図の放熱プレート３４は内面に突出する突出部３４Ａを設けている。この放熱プレート３４は、絶縁熱伝導材３５を介して突出部３４Ａを電池ブロック３０のリード板３３に接近させて理想的な状態に熱結合して、リード板３３の熱を効率よく伝導できる。図３に示す第１のケース３２Ａは、上部と下部の２カ所に放熱窓３６を開口して、各々の放熱窓３６を２枚の放熱プレート３４で閉塞している。

各々の放熱プレート３４の内側には、図５に示す電池ブロック３０が収納される。電池ブロック３０は、リード板３３の表面に絶縁熱伝導材３５を積層し、この絶縁熱伝導材３５がリード板３３と放熱プレート３４に挟着されるように、ケース３２A内に収納される。図３のケース３２Aは、図５に示す電池ブロック３０を２組上下に並べて、１枚の放熱プレート３４の内側に１組の電池ブロック３０を配設する。各々の電池ブロック３０は、リード板３３の表面が、絶縁熱伝導材３５を介して放熱プレート３４の内側に接触して熱結合される。したがって、電池ブロック３０の発熱、すなわち電池３１の熱はリード板３３に伝導され、リード板３３の熱は絶縁熱伝導材３５を介して放熱プレート３４に伝導され、放熱プレート３４がケース３２の外部に放熱する。

図７は、金属板のリード板３３と放熱プレート３４とを確実に絶縁する構造を示す。この電池ブロック３０は、隣接して配設されるリード板３３の間にプラスチック製の凸条４３を配置して、凸条４３で隣接するリード板３３を絶縁している。凸条４３は、電池３１を定位置に配置する絶縁材からなるプラスチック製のホルダー４２に一体的に成形して設けられる。図７の放熱プレート３４は、リード板３３の表面から突出する凸条４３を案内するための挿入溝３４Ｂを設けている。挿入溝３４Ｂには、リード板３３に積層される絶縁熱伝導材３５を介して凸条４３が案内される。絶縁熱伝導材３５は、シリコン樹脂系の可撓性シートからなる絶縁熱伝導シートである。この絶縁熱伝導シートは、放熱プレート３４の挿入溝３４Ｂと凸条４３との間に挟着される形状に変形される。この構造のパック電池は、リード板３３を絶縁材からなるプラスチック製のホルダー４２で絶縁するので、絶縁熱伝導シートがリード板３３で破損されても、リード板３３のショートを凸条４３で確実に阻止できる。

さらに、図８ないし図１０に示すパック電池は、ケース５２を上下に貫通するように、すなわちケース５２の対向面である上下面に貫通して、ケース内に放熱筒５４を配設している。放熱筒５４は、アルミニウムを四角筒状に加工している。図のパック電池は、放熱筒５４をほぼ中央に配設して、その両側に電池ブロック５０を収納している。放熱筒５４は、ケース５０の上面と下面に開口している放熱窓５６を水密に閉塞する。したがって、放熱筒５４の外側と放熱窓５６の内側には、図示しないがＯリングやパッキンを配設している。

アルミニウム等の金属板からなる放熱筒５４を電池ブロック５０から絶縁しながら、電池ブロック５０の発熱を放熱筒に伝導するために、放熱筒５４と電池ブロック５０との間には絶縁熱伝導材５５を配設している。したがって、電池ブロック５０は、絶縁熱伝導材５５を介して放熱筒５４に接触して熱結合される。図のパック電池は、放熱筒５４の左右に各々３組の電池ブロック５０を配設して、全体で６組の電池ブロック５０をケース３２内に収納している。

図５ないし図１０に示す電池ブロック３０、５０は、プラスチック製のホルダー４２、６２で複数の電池３１、５１を平行な姿勢で定位置に配置している。ホルダー４２、６２は、電池両端の端部電極を外部に露出させて定位置に配置する。ホルダー４２、６２から外部に露出する端部電極にリード板３３、５３がスポット溶接等の方法で溶接されて、電池３１、５１は直列や並列に接続される。電池３１、５１は、複数のリード板３３、５３を介して直列や並列に接続される。電池３１、５１を接続するリード板３３、５３は、同一面にあって、平行に配設している電池３１、５１を直列や並列に接続している。電池３１、５１は、両端に端部電極があるので、電池ブロック３０、５０は対向する両面にリード板３３、５３が配設される。

図４に示すパック電池は、電池ブロック３０の片面のリード板３３を第１のケース３２Ａの放熱プレート３４に熱結合して放熱している。ただ、パック電池は、図示しないが、第１のケースと第２のケースの両方に放熱窓を設けて、各々の放熱窓を放熱プレートで水密に閉塞し、電池ブロックの両面に配設されるリード板を各々の放熱プレートに絶縁熱伝導材を介して積層して熱結合することができる。このパック電池は、電池ブロックの両面にあるリード板を放熱プレートで効果的に放熱できる。

さらに、図８ないし図１０のパック電池は、ケース５０にひとつの放熱筒５４を貫通するように設けているが、ケースに複数の放熱筒を配設し、複数の放熱筒をケースに収納する複数の電池ブロックに絶縁熱伝導材を介して熱結合して、効率よく冷却することもできる。

電池ブロック３０、５０の電池３１、５１は、充電可能な二次電池である。図５ないし図１０のパック電池は、電池３１、５１を円筒型電池としている。ただ、電池には角型電池や薄型電池も使用できる。本実施の形態においては、電池として円筒型のリチウムイオン電池を使用する。リチウムイオン電池は、複数個を並列に接続して、これを直列に接続するパック電池の二次電池として適している。それは、複数のリチウムイオン電池を並列に接続して、内部抵抗を小さくして出力電流を大きくできるからである。また、リチウムイオン電池は、充電容量も大きいので、大電流を必要とする用途の場合でも、容量不足を招かずに十分な使用時間を確保できる。ただし、本発明のパック電池は電池をリチウムイオン電池に特定せず、ニッケル水素電池やニッケルカドミウム電池等の二次電池も使用できる。

本発明のパック電池は、自転車、工具、自動車等、複数の電池を並列に接続し、かつこれらを直列に接続して出力を大きくしたパック電池に好適に適用できる。

本発明の一実施の形態にかかるパック電池の概略断面図である。本発明の第１の実施例のパック電池の正面図である。図２に示すパック電池の第１のケースの分解斜視図である。図２に示すパック電池の水平断面図である。リード板に絶縁熱伝導材を積層する状態を示す電池ブロックの斜視図である。図５の電池ブロックに放熱プレートを積層する状態を示す斜視図である。図６に示す電池ブロックのＡ−Ａ線断面図である。本発明の参考例のパック電池の分解斜視図である。図８に示すパック電池の断面図である。図８に示すパック電池の断面斜視図である。

符号の説明

１０…電池ブロック
１１…電池
１２…ケース１２Ａ…第１のケース
１２Ｂ…第２のケース
１３…リード板
１４…放熱プレート
１５…絶縁熱伝導材
１６…放熱窓
１７…周壁リブ
１８…Ｏリング
２４…放熱筒
２５…絶縁熱伝導材
３０…電池ブロック
３１…電池
３２…ケース３２Ａ…第１のケース
３２Ｂ…第２のケース
３３…リード板
３４…放熱プレート３４Ａ…突出部
３４Ｂ…挿入溝
３５…絶縁熱伝導材
３６…放熱窓
３７…周壁リブ
３８…パッキン
３９…格子
４０…止ネジ
４２…ホルダー
４３…凸条
５０…電池ブロック
５１…電池
５２…ケース５２Ａ…第１のケース
５２Ｂ…第２のケース
５３…リード板
５４…放熱筒
５５…絶縁熱伝導材
５６…放熱窓
６２…ホルダー

Claims

互いに平行な姿勢に配置してなる複数の電池の端部電極にリード板を接続してなる電池ブロックと、この電池ブロックを収納してなるケースとを備えるパック電池であって、
ケースは、電池ブロックのリード板に対向する姿勢であって、ケース外に露出する金属板の放熱プレートを備え、ケースが、この放熱プレートを外部に露出する放熱窓を開口すると共に、この放熱窓は、空気を通過できる格子を設けており、
さらに、この放熱プレートは、複数の止ネジを介してケース内面に固定されており、放熱プレートは、放熱窓を水密に閉塞して、この放熱プレートとリード板との間に絶縁熱伝導材を配設して、電池の熱をリード板と絶縁熱伝導材を介して放熱プレートから外部に放熱するようにしてなるパック電池。
互いに平行な姿勢に配置してなる複数の電池の端部電極にリード板を接続してなる電池ブロックと、この電池ブロックを収納してなるケースとを備えるパック電池であって、
ケースは、電池ブロックのリード板に対向する姿勢であって、ケース外に露出する金属板の放熱プレートを備え、ケースが、この放熱プレートを外部に露出する放熱窓を開口すると共に、この放熱窓は、空気を通過できる格子を設けており、
さらに、この放熱プレートは、複数の止ネジを介してケース内面に固定されており、この放熱プレートとリード板との間に絶縁熱伝導材を配設して、電池の熱をリード板と絶縁熱伝導材を介して放熱プレートから外部に放熱するようにしており、
また、電池を定位置に配置するホルダーをケースに内蔵しており、このホルダーが隣接するリード板の間に突出する凸条を有し、この凸条で隣接するリード板を絶縁しているパック電池。