JP5142611B2 - 二次電池パック - Google Patents
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Description
本発明は二次電池パックに係り、特に、奇数個の円筒形二次電池を上下二段の俵積みに配列し電気的に接続した組電池が密閉型の絶縁ケース内に収容された二次電池パックに関する。
近年、各種の電動工具や電動アシスト自転車、さらには、電動原動機付自転車、電気自動車などの駆動源として、複数個の非水電解液二次電池を直列に接続した組電池が利用されている。このような組電池の中には、奇数個の円筒形二次電池を上下二段の俵積みに配列し電気的に接続したものがある。二次電池の接続の形態としては様々のものが知られており、例えば、電池軸方向に並べて連結した細長い円柱状のもの（例えば、特許文献１参照）、電池を並置して連結したもの（例えば、特許文献２、３参照）などがある。また、隣接する二次電池の端子間を電気的および機械的に接続する部材として金属製接続板（ブスバ）が知られており、この金属製接続板が金属製キャップあるいは一方の電極を兼ねる電池缶底にシリーズスポット溶接されている。
一般に、組電池は密閉構造ケースに収容なされない開放タイプのものと、密閉構造ケースに収容された密閉タイプのもの（二次電池パック）とに大別される。一方、二次電池には、過充電時の破裂等を防ぐための開裂弁を有し、金属製キャップ上面中央や電池缶底に排気口を有したものも知られている。
しかしながら、開放タイプの組電池では、使用状況により、組電池を構成する二次電池の内部に排気口から外部の水が浸入して、二次電池が使用できなくなる、という弊害が発生する場合がある。特に、容量の大きな非水電解液二次電池パックでは、排気口から水が浸入して薄い金属膜の開裂弁を腐食させると、非水電解液が漏出して使用不能となる。一方、密閉構造ケース内に収容された密閉タイプの組電池（二次電池パック）では、このような事態は生じづらいが、何らかの原因（例えば、外部からの突き刺しや異常な外圧）で電解液が二次電池から漏出する場合があり、ハーネス等の配線部材に液絡が生じるおそれがある。また、二次電池パックの近傍には電子機器等が配置されている場合があり、二次電池パックから電解液が流出すると、電子機器等の正常動作を阻害するおそれがある。
本発明は上記事案に鑑み、二次電池から電解液が漏出しても安全性を確保可能な二次電池パックを提供することを課題とする。
上記課題を解決するために、本発明は、奇数個の円筒形二次電池を上下二段の俵積みに配列し電気的に接続した組電池が密閉型の絶縁ケース内に収容された二次電池パックであって、前記絶縁ケースは、前記上下二段の俵積みのうち個数の多い側の配列長さ以上の長さの開口部を有する２個の半ケースが接合されたものであり、前記２個の半ケースが接合された接合部は、前記上下二段の俵積みのうち個数の多い側の各二次電池の略中央部に相当する高さ位置に位置しており、前記二次電池を電気的に接続する金属製接続板の一部が前記絶縁ケース外に突出しており、該突出した部分に電圧検出線ないし出力線が接続されており、前記電圧検出線にはヒューズが接続されており、該ヒューズを収納する凹部が、前記絶縁ケースの外側であって、前記絶縁ケース内に収容された上段側の二次電池間の隙間に対応する位置に形成されている、ことを特徴とする。
本発明では、奇数個の円筒形二次電池を上下二段の俵積みに配列し電気的に接続することで構成されたコンパクトに配置された組電池を、上下二段の俵積みのうち個数の多い側の配列長さ以上の長さの開口部を有し絶縁ケースを構成する２個の半ケース内に開口部を介して配置し、２個の半ケースの開口部同士を接合して二次電池パックを作製する。２個の半ケースが接合された接合部は、上下二段の俵積みのうち個数の多い側の各二次電池の略中央部に相当する高さ位置に位置しており、二次電池を電気的に接続する金属製接続板の一部が絶縁ケース外に突出しており、該突出した部分に電圧検出線ないし出力線が接続されており、電圧検出線にはヒューズが接続されており、該ヒューズを収納する凹部が、絶縁ケースの外側であって、絶縁ケース内に収容された上段側の二次電池間の隙間に対応する位置に形成されている。本発明によれば、絶縁ケースを、上下二段の俵積みに配列した二次電池のうち個数の多い側の配列長さ以上の長さの開口部を有する２個の半ケースで構成することで、少なくとの一方のケースを深さ（奥行き）のあるケースとすることができ、組電池が絶縁ケース内に収容されるので、組電池を構成する二次電池から電解液が漏液した場合でも、ケース外部への流出を防ぐことができるとともに、二次電池間の本来利用されない隙間を有効に利用してヒューズを収容しているので、全体の寸法をコンパクトに構成することができる。
本発明では、電圧検出線は二次電池のそれぞれに対応して設けられ、各電圧検出線はそれぞれ隔離されて配置されていることが好ましい。このような態様についての作用効果は後述する実施の形態で詳述する。なお、二次電池には非水電解液二次電池を用いることができる。
本発明によれば、絶縁ケースを、上下二段の俵積みに配列した二次電池のうち個数の多い側の配列長さ以上の長さの開口部を有する２個の半ケースで構成することで、少なくとの一方のケースを深さのあるケースとすることができ、組電池が絶縁ケース内に収容されるので、組電池を構成する二次電池から電解液が漏液した場合でも、ケース外部への流出を防ぐことができるとともに、二次電池間の本来利用されない隙間を有効に利用してヒューズを収容しているので、全体の寸法をコンパクトに構成することができる、という効果を得ることができる。
以下、図面を参照して、本発明に係る二次電池パックの実施の形態について説明する。なお、本実施形態は本発明の技術思想を具現化した例示であって、本発明は本実施形態に制限されるものではない。
図１に示すように、本実施形態の二次電池パック２０は、７個の円柱状の二次電池４を接続した組電池１１を樹脂製の絶縁ケース１２内に収容したものである。
二次電池４には、例えば、リチウムイオン二次電池等の非水電解液二次電池を用いることができる。本形態では、リチウムマンガン複酸化物を正極活物質とした正極板と、非晶質炭素を負極活物質とした負極板とを微多孔性セパレータを介して捲回することで作製した捲回群を、円筒状の有底電池缶内に固定し、例えば、エチレンカーボネート、ジメチルカーボネートおよびジエチルカーボネートの混合溶媒に六フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ６）を加えた非水電解液に浸潤させ、電池缶の開口部を、ガスケットを介して金属製キャップで封口した二次電池を用いた。また、二次電池４の側周面は熱収縮性の絶縁フィルムで被覆されており、金属製キャップおよび電池缶底が二次電池４の出力端子となる。
組電池１１は、７個の二次電池４を上下二段の俵積み（下段４個、上段３個）に配列し、二次電池４の金属製キャップあるいは電池缶底と、金属製接続板５、６とをシリーズスポット溶接により、直列に接続したものである。なお、組電池１１の耐振動性を向上させるために、二次電池４間には接着剤が塗布されている。
組電池１１は、上下逆さまにして（上段４個、下段３個）、上下二段の俵積みのうち個数の多い側（上段側）の配列の長さ（二次電池４を４個並置したときの長さ）以上の長さの開口部を有する２個の半ケース（絶縁上ケース２および絶縁下ケース３）からなる絶縁ケース１２内に収容されている。
この収容手順について詳述すれば、まず、組電池１１を絶縁下ケース３に載置する。このときも、耐振動性向上のため、組電池１１と絶縁下ケース３とを接着剤で固着させる。次いで、組電池１１の金属接続板５、６の一部であるタブ５Ａ、６Ａが、絶縁上ケース２に設けたスリット（不図示）から突出するように、絶縁上ケース２を配置し、絶縁下ケース３と嵌め合わせる（接合する）。接合部（嵌合部分およびスリット部）はシール材あるいはゴムパッキン等で塞がれている。図１から明らかなように、絶縁上ケース２と絶縁下ケース３との接合部は、上下二段の俵積みのうち個数の多い側の各二次電池４の略中央部に相当する高さの方向に位置に位置している。
図２に示すように、タブ５Ａは電圧検出線１の各線１Ｂには接続されている。電圧検出線１は組電池１１を構成する各二次電池４の電圧を検出するためのハーネスであり、タブ５Ａと各線１Ｂとが接続された他側に図示しない電圧検出装置ないしセルコントローラに接続するための接続コネクタを有している。電圧検出線１を構成する各線１Ｂは二次電池４のそれぞれに対応して設けられており、各線１Ｂはそれぞれ離隔されて配置されている。タブ５Ａと各線１Ｂとの接続部分をハンダ接着することで電気特性を向上させることができる。
また、絶縁上ケース２には凸部２Ａ、２Ｂ間に凹部が形成されており、過電流時に断線するヒューズ１Ａがこの凹部に収納されている。この凹部は絶縁ケース１２内に収容された上段側の二次電池４間の隙間に対応する位置に形成されている。ヒューズ１Ａは絶縁上ケース２の凸部２Ａ、２Ｂによって設けられた凹部がヒューズ１Ａを保護および収納するヒューズホルダの役目を果たしている。ヒューズ１Ａは電圧検出線１の各線１Ｂに接続されている。電圧検出線１は絶縁上ケース２側に配置されており、粘着テープ付電圧検出線保護シート７、８でハーネスが固定されている。なお、二次電池パック２０の絶縁上ケース２の上側は概ね平面状である（図１も参照）。
図３に示すように、タブ６Ａは出力線１３および電圧検出線１の各線１Ｂに接続されている。接続部分をハンダ接着することで電気特性が向上する。二次電池パック２０の内圧が上昇した場合に備え、絶縁下ケース３には貫通穴９が形成されている。この貫通穴９には絶縁下ケース３の外側で開裂膜１０が貼付されている。開裂膜１０は二次電池パック２０外部の水を通さないような半透膜が用いられている。二次電池パック２０をコンパクトに構成するために、絶縁下ケース３は、底面側に、収容される二次電池４の側面形状に沿う弧状部３Ａを有しており（図１も参照）、二次電池パック２０の載置時の安定性を図るために、下段側の二次電池間の隙間に対応する位置には底面側に突出する突起が形成されている。
次に、本実施形態の二次電池パック２０の効果等について説明する。
本実施形態の二次電池パック２０では、７個の二次電池４を上下二段の俵積みに配列しこれの金属製キャップあるいは一方の電極を兼ねる電池缶底と金属製接続板５、６をシリーズスポット溶接することでコンパクトなレイアウトとした組電池１１を、奥行きのある絶縁下ケース３および絶縁上ケース２からなる絶縁ケース１２内に収容している。このため、二次電池パック２０によれば、組電池１１を構成する二次電池４から電解液が漏出した場合でも、ケース外部への流出を防ぐことができる。
また、本実施形態の二次電池パック２０では、絶縁ケース１２内の二次電池４を電気的に接合する金属製接続板５、６の一部であるタブ５Ａ、６Ａが絶縁ケース１２外に突出しており、該突出した部分に電気検出線１の各線１Ｂまたは出力線１３が接続されている。従って、タブ５Ａ、６Ａが、電圧検出線１の各線１Ｂあるいは出力線１３と絶縁ケース１２外で接続されることになる。このため、二次電池パック２０によれば、組電池１１を構成する二次電池４から電解液が漏出した場合でも、これらハーネスとの液絡の危険性を回避することができる。また、タブ５Ａ、６Ａと電気検出線１の各線１Ｂ、出力線１３との接続作業も容易になる。
更に、本実施形態の二次電池パック２０では、電圧検出線１の各線１Ｂにヒューズ１Ａが接続されており、ヒューズ１Ａを収納する凹部が絶縁ケース１２の外側に設けられている。このため、二次電池パック２０によれば、組電池１１を構成する二次電池４からの電解液の漏出による液絡により電圧検出線１の各線１Ｂに過電流が流れ込んだ場合でも、瞬時のヒューズ１Ａの断線によって各線１Ｂの温度上昇での被覆溶け等を回避することができる。
また、本実施形態の二次電池パック２０では、電圧検出線１は二次電池４のそれぞれに設けられ、各線１Ｂはそれぞれ隔離されている。このため、二次電池パック２０によれば、絶縁上ケース２の凸部２Ａ、２Ｂによって、電圧検出線１の各線１Ｂおよびヒューズ１Ａがそれぞれ隔離されたレイアウトとなり、過電流の流れ込みでのヒューズ１Ａが断線した場合でも、断線時の各線１Ｂ同士の短絡を回避することができる。
更に、本実施形態の二次電池パック２０では、ヒューズ１Ａが収納される凹部は絶縁ケース１２に収容された上段側の各二次電池４間の隙間に対応して形成されている。このため、二次電池パック２０によれば、ヒューズホルダの役目を果たす絶縁上ケース２の凸部２Ａ、２Ｂによって形成された凹部は、二次電池４間の本来利用されない隙間も有効に利用していることから、全体の寸法をコンパクトに構成することができる。
なお、本実施形態では７個の二次電池４を上下二段に俵済みに配列した例を示したが、本発明はこれに限らず、奇数個の二次電池４を上下二段に俵積みに配列した組電池に適用可能である。また、本実施形態では絶縁上ケース２と絶縁下ケース３と嵌め合わせて嵌合部分及びスリット部をシール材あるいはゴムパッキン等で開口部を塞ぐ接合形態を例示したが、本発明はこれに限らず、例えば、溶着等の他の接合方法を採ることができる。
以上述べた通り、本発明は二次電池から電解液が漏出しても安全性を確保可能な二次電池パックを提供するものであるため、二次電池パックの製造、販売に寄与するので、産業上の利用可能性を有する。
１ 電圧検出線
１Ａ ヒューズ
１Ｂ 各線（各電圧検出線）
２ 絶縁上ケース（半ケース）
３ 絶縁下ケース（半ケース）
４ 二次電池
５、６ 金属接続板
１１ 組電池
１２ 絶縁ケース
１３ 出力線
１４ 接合部
２０ 二次電池パック
１Ａ ヒューズ
１Ｂ 各線（各電圧検出線）
２ 絶縁上ケース（半ケース）
３ 絶縁下ケース（半ケース）
４ 二次電池
５、６ 金属接続板
１１ 組電池
１２ 絶縁ケース
１３ 出力線
１４ 接合部
２０ 二次電池パック
Claims (3)
- 奇数個の円筒形二次電池を上下二段の俵積みに配列し電気的に接続した組電池が密閉型の絶縁ケース内に収容された二次電池パックであって、
前記絶縁ケースは、前記上下二段の俵積みのうち個数の多い側の配列長さ以上の長さの開口部を有する２個の半ケースが接合されたものであり、
前記２個の半ケースが接合された接合部は、前記上下二段の俵積みのうち個数の多い側の各二次電池の略中央部に相当する高さ位置に位置しており、
前記二次電池を電気的に接続する金属製接続板の一部が前記絶縁ケース外に突出しており、該突出した部分に電圧検出線ないし出力線が接続されており、
前記電圧検出線にはヒューズが接続されており、該ヒューズを収納する凹部が、前記絶縁ケースの外側であって、前記絶縁ケース内に収容された上段側の二次電池間の隙間に対応する位置に形成されている、
ことを特徴とする二次電池パック。 - 前記電圧検出線は前記二次電池のそれぞれに対応して設けられ、各電圧検出線はそれぞれ隔離されて配置されていることを特徴とする請求項１に記載の二次電池パック。
- 前記二次電池が非水電解液二次電池であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の二次電池パック。
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