JP6847864B2 - 電池パック - Google Patents

Description

本発明は、電池を外装ケースに収納してなる電池パックに関する。

近年、省資源や省エネルギーの観点から、繰り返し使用できるニッケル水素、ニッケルカドミウムやリチウムイオンなどの二次電池への需要が高まっている。中でもリチウムイオン二次電池は、軽量でありながら、起電力が高く、高エネルギー密度であるという特徴を有している。このため、携帯電話やデジタルカメラ、ビデオカメラ、ノート型パソコンなどの様々な種類の携帯型電子機器や移動体通信機器の駆動用電源としての需要が拡大している。

一方、小型化とともに高エネルギー密度化が進むに伴って、利用の仕方によっては高温に発熱するなどのおそれがある。このため、電池や電池パックにおける安全性がより重要となっている。

例えば、上述のような電池は、過充電や過放電されたり、あるいは内部短絡や外部短絡されたりすると内部でガスが発生する場合がある。そして、このようにして発生したガスは、電池の内圧を上昇させる。このような状況が発生すると、内圧上昇で外装缶が破裂するなどの可能性があった。このような破裂を防止するため、これら電池においては、ガス抜きのための排気孔や安全弁などが設けられている。

また、このような電池を筐体内に収納した電池パックにおいても、安全性の向上を図るために、このガスを筐体外部へと放出させる構造が提案されている。さらに、このようなガスが発生する状態で、例えば過熱した電池などの影響により、電池パック内において、発煙や発火などを引き起こすおそれもあった。

筐体内に収納された電池から発生したガスを、筐体外部に放出させる構造の電池パックは開発されている。（特許文献１及び２参照）

特開２０１３−１６５０１３号公報 特開２０１４−１３５２４７号公報

特許文献１に記載される電池パックは、閉塞された筐体の内部に複数の電池を収納すると共に、これ等の電池から発生したガスや火炎等の噴出体を筐体の外部に導くための連通部を筐体に設けている。この電池パックは、筐体内に複数の電池を並べて配置すると共に、筐体の一面であって、各電池に設けた安全弁から離れた位置に、筐体内部である第一の空間と筐体外部である第二の空間とを連通する連通部を設けている。この連通部は、貫通孔を有する柱状部と、柱状部の開口縁から外周面までを覆う覆部とを備えており、貫通孔から排出される高温のガスや発火による火炎を覆部の内側に通過させて筐体の外部に排出させる構造としている。

この構造の電池パックは、電池から噴出されるガスや火炎等の噴出体を連通部に通過させることで、筐体外部までの距離を稼ぐことができ、外部に噴出される噴出体による弊害を抑制できる。ただ、この電池パックは、筐体内に配置される複数の電池間における類焼を防止することができない。このため、電池が異常状態となって高温のガスや発火による火炎が発生した際に、筐体内の複数の電池に悪影響を及ぼす虞がある。

これに対して、特許文献２に記載される電池パックは、筐体の一部であって、複数の電池の安全弁を有する蓋体と対向する部分にカバー部を設けており、このカバー部を電池の積層方向に区画して、各電池から噴出されるガスを通過させるガスガイド部をカバー部の内側に形成している。さらに、カバー部は、各ガスガイド部に対向して、カバー内領域から外部へと貫通する開口部として、電池から噴出されるガスにより開口される開放部を形成している。

この構造の電池パックは、電池から噴出されるガスや火炎等の噴出体をガスガイド部に沿って外部に噴出できるので、隣接する電池間における類焼を抑制することができる。ただ、この電池パックは、各電池から発生する高温の噴出体が、筐体に設けた開放部から直に筐体外部に噴出されるので、筐体外部に対して延焼を発生させて危険な状態となる虞がある。

本発明は、このような背景に鑑みてなされたものであり、その目的の一は、電池から噴出される高温のガスや発火時の火炎等の噴出体による電池パック外部への影響を抑制しながら、複数の電池の類焼を有効に防止できる電池パックを提供することにある。

本発明の電池パックによれば、筒状で有底の外装缶１１の開口部を封口板で閉塞してなる複数の電池セル１と、複数の電池セル１を互いに平行な姿勢とし、かつ各電池セル１の両端に設けられた電極端子１３を同一面に配置する姿勢で保持する電池ホルダ２、６２、７２、８２と、複数の電池セル１を電池ホルダ２、６２、７２、８２で保持してなる電池組立１０を収納する外装ケース４とを備えている。電池ホルダ２、６２、７２、８２は、複数の電池セル１の端部を外装缶１１の外周面に沿って保持する保持部６、６６、７６、８６と、保持部６、６６、７６、８６で保持された複数の電池セル１の端面側を被覆する被覆部７、７７とを備えており、電池セル１の異常時において、電池セル１の端面から噴出される噴出体のエネルギーで被覆部７、７７を変質するように構成している。

本明細書において、「電池セルから噴出される噴出体のエネルギーで被覆部で変質させる」とは、電池セルから噴出されるガスや火炎等の噴出体による熱や風圧で被覆部を化学的または物理的に変化（具体的には、溶融、変成、変形、破損等）させることにより、電池セルから噴出される噴出体のエネルギーを減少させる状態を意味するものとする。

上記構成により、外装ケースに収納される複数の電池セルが異常な状態となって高温のガスや発火による火炎が電池セルの端面から噴出する状態となっても、電池セルから噴出される噴出体のエネルギーで電池セルの端面側に配置された被覆部を変質させることで、このエネルギーを低減させて、ガスや火炎のような噴出体が外装ケースや隣接する電池セルに悪影響を及ぼすのを効果的に抑制できる。とくに、各電池セルの端面と外装ケースとの間に被覆部を介在させることで、電池セルから噴出される噴出体のエネルギーが直接に外装ケースに作用するのを有効に防止できる。仮に、火炎等が被覆部を通過して外装ケースに達することあっても、そのエネルギーを被覆部において低減させることで、外装ケースへの悪影響を最小限に抑えることができる。また、各電池セルの端部を外装缶の外周面に沿って保持部で保持するので、隣接する電池セルへの類焼を効果的に防止できる。

本発明の電池パックは、被覆部７、７７が、各電池セル１の端面と対向する被覆領域３２を備えて、被覆領域３２が電池セル１の異常時に電池セル１の端面から噴出される噴出体のエネルギーによって化学的又は物理的に変化するように構成することができる。

上記構成により、いずれかの電池セルに異常が生じて、電池セルの端面から噴出体が噴出される状態になると、被覆部の被覆領域を計画的に化学的又は物理的に変化させることで効果的にエネルギーを低減できる。したがって、外装ケースや隣接する電池セルへの悪影響を有効に防止できる。

本発明の電池パックは、複数の電池セル１の両端の電極端子１３にリード板５を接続して、このリード板５を電池ホルダ２、６２、７２、８２に封止することができる。

上記構成により、複数の電池セルの両端の電極端子をリード板で接続しながら、この接続部分を電池ホルダに封止することで、電池セルの端面から噴出される噴出体のエネルギーを確実に被覆部に吸収させることができる。

本発明の電池パックは、電池ホルダ２、６２、７２が、複数の電池セル１の両端部を保持する一対のホルダーユニット２Ａ、６２Ａ、７２Ａを備えて、一対のホルダーユニット２Ａ、６２Ａ、７２Ａを連結して複数の電池セル１を定位置に保持することができる。

上記構成により、複数の電池セルの両端部を一対のホルダーユニットで保持して、これらのホルダーユニットを連結することで、簡単かつ容易に複数の電池セルを定位置に配置できる。

本発明の電池パックは、ホルダーユニット２Ａが、保持部６と被覆部７とを別部材とし、保持部６が複数の電池セル１の端部を挿入して保持する複数の挿入部２０を備える端面プレート部２１を備え、被覆部７が端面プレート部２１に積層して固定される閉塞プレート３１を備え、挿入部２０を端面プレート部２１に開口された挿入孔２２として、挿入孔２０に挿入された電池セル１の端面側を閉塞プレート７で被覆することができる。

上記構成により、複数の挿入孔を開口してなる端面プレート部を保持部とすることで、保持部を簡単かつ安価に製造しながら、軽量にできる。

本発明の電池パックは、ホルダーユニット６２Ａが、保持部６６と被覆部７とを別部材とし、保持部６６が複数の電池セル１の端部を挿入して保持する複数の挿入部２０を備える端面プレート部２１を備え、被覆部７が端面プレート部２１に積層して固定される閉塞プレート３１を備え、挿入部２０が端面プレート部２１に連結された保持筒６５で、保持筒６５を端面プレート部２１に開口された挿入孔２２に連結して、保持筒６５に挿入された電池セル１の端面側を閉塞プレート７で被覆することができる。

上記構成により、複数の電池セルの端部を保持筒で保持することで、複数の電池セルをより確実に定位置に保持しながら、電池セル間における類焼をより効果的に防止できる。

本発明の電池パックは、ホルダーユニット７２Ａを、保持部７６と被覆部７７とを一体的に成形して設けることができる。

上記構成により、保持部と被覆部とを一体的に成形することで、製造工程を低減して製造コストを低減できる。また、異常が発生した電池セルの端面から噴出される噴出体が保持部や被覆部から外部に漏れるのを抑制できる。

本発明の電池パックは、保持部８６が複数の電池セル１を収納する複数の挿入部８０を備える電池収納部８１を備え、被覆部８６が電池収納部８１の両端面に積層して固定される閉塞プレート３１を備え、挿入部８０が電池収納部８１に開口された挿入孔８５、または電池収納部を形成する筒体で、挿入部８０に挿入された電池セル１の端面側を閉塞プレート３１で被覆することができる。

上記構成により、電池収納部に開口された挿入孔に電池セルを挿入して外装缶全体を電池収納部で被覆するので、電池セルの側面からの類焼を確実に防止できる。

本発明の電池パックは、保持部６、６２、８６が、複数の電池セル１の端面が配置される外側面に、挿入孔２２、８５から表出する電極端子１３に接続されるリード板５を配置する凹部２３を備えることができる。

上記構成により、挿入孔から表出する電極端子に接続されるリード板を、保持部の外側面に設けた凹部に配置することで、リード板を保持部に対して位置決めしながら配置できる。また、リード板を保持部の凹部に配置した状態で、保持部に閉塞プレートを固定するので、簡単な構造でリード板を電池ホルダの内部に封止できる。

本発明の電池パックは、閉塞プレート３１が保持部６、６６、８６との対向面に、凹部２３に嵌合する嵌合凸部３３を備えることができる。

上記構成により、保持部の凹部を閉塞プレートで閉塞する状態で、閉塞プレートの嵌合凸部を凹部に嵌合させることで、閉塞プレートと保持部とをより確実に連結させて、異常が発生した電池セルの端面から噴出される噴出体が保持部と被覆部の境界から外部に漏れるのを抑制できる。

本発明の電池パックは、リード板５が、凹部２３において隣接する複数の電池セル１を接続し、保持部６、６６、８６が、リード板５で接続される電池セル１の間に位置して、凹部２３の底面から突出する区画壁２６を備えることができる。

上記構成により、リード板で接続される電池セルの間に凹部の底面から突出する区画壁を設けているので、異常が発生した電池セルの端面から噴出される噴出体を区画壁で遮断して、電池セル間における類焼を効果的に防止できる。

本発明の電池パックは、リード板５が、電池セル１の電極端子１３に接続される複数の接続部５１と、複数の接続部５１を連結してなる連結部５２とを備え、連結部５２を溝状に折曲して区画壁２６を案内する溝部５３を形成することができる。

上記構成により、リード板の接続部の間に設けた溝部を区画壁に配置することで、リード板の連結部を区画壁に沿って配置しながら、複数の接続部を電池セルの電極端子に接近する状態で配置して確実に電気接続できる。また、溝部を区画壁に案内することで、リード板を定位置に位置決めできる特徴もある。

本発明の電池パックは、保持部６、６６、８６が複数の電池セル１を縦横に並べて配置すると共に、凹部２３に形成される区画壁２６が十字状に交差してなる交差部２７を備え、リード板５が交差部２７と対向する位置に貫通孔５４を開口することができる。

上記構成により、縦横に並べた電池セルの端面が配置される凹部に十字状に交差してなる区画壁を形成することで、これ等の電池セル間における類焼を確実に防止できる。また、リード板は、交差部と対向する位置に貫通孔を開口することで、複数の接続部の間に形成される複数の溝部を、簡単かつ容易に十字状に交差する方向に形成できる。また、このリード板は、十字状に交差する区画壁に交差姿勢の溝部を配置することで、リード板を凹部の正確な位置に配置できる。

本発明の電池パックは、被覆部７が、各電池セル１の端面と対向する領域の表面側に形成凹部３５を備えて、形成凹部３５の底面を電池セル１の端面と対向する被覆領域３２とし、形成凹部３５の深さを調整して被覆領域３２の厚さを調整することができる。

上記構成により、被覆部の表面に設けた形成凹部の深さを調整することで、電池セルから噴出される噴出体のエネルギーで変質される部分となる被覆領域の厚さを簡単かつ容易に調整できる。

本発明の電池パックは、電池組立１０の表面であって、被覆部７の表面側にシート状またはプレート状の防炎部材１５を配置することができる。

上記構成により、電池セルの端面から噴出される火炎等が被覆部を通過した際に、防炎部材により外装ケース側への延焼を効果的に抑制できる。

本発明の電池パックは、外装ケース４が、底面４１Ａ、４２Ａの内面に突出する支持リブ４６を備えて、支持リブ４６を電池組立１０の端面に当接させて、被覆部７の表面を底面４１Ａ、４２Ａから離間させることができる。

上記構成により、電池セルから噴出される噴出体により被覆部が溶融される状態となっても、外装ケースの底面と被覆部の間に間隔を設けているので、外装ケースの延焼を抑制できる。

本発明の一実施の形態にかかる電池パックの斜視図である。 図１に示す電池パックのＩＩ−ＩＩ線断面図である。 図１に示す電池パックのＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。 図１に示す電池パックの分解斜視図である。 図４に示す電池組立の分解斜視図である。 電池ホルダの保持部とリード板を示す拡大分解斜視図 本発明の他の実施例にかかる電池パックの分解斜視図である。 本発明の他の実施例にかかる電池パックの分解断面図である。 本発明の他の実施例にかかる電池パックの分解斜視図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施形態は、本発明の技術思想を具体化するための電池パックを例示するものであって、本発明は電池パックを以下のものに特定しない。また、本明細書は特許請求の範囲に示される部材を、実施形態の部材に特定するものでは決してない。特に実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。さらに以下の説明において、同一の名称、符号については同一若しくは同質の部材を示しており、詳細説明を適宜省略する。さらに、本発明を構成する各要素は、複数の要素を同一の部材で構成して一の部材で複数の要素を兼用する態様としてもよいし、逆に一の部材の機能を複数の部材で分担して実現することもできる。

本発明の電池パックは、主として動力用の電源として使用される。この電池パックは、例えば、電動工具、電動アシスト自転車、電動バイク、電動車椅子、電動三輪車、電動カート等のモータで駆動される電動機器の電源として使用される。ただし、本発明は、電池パックの用途を特定するものではなく、電動機器以外の電気機器、例えば、クリーナーや無線機、照明装置等の屋内外で使用される種々の電気機器用の電源として使用することもできる。

図１〜図４に、本発明の実施例１に係る電池パックを示している。これらの図において、図１は電池パックの斜視図、図２は図１の電池パックのＩＩ−ＩＩ線断面図、図３は図１の電池パックのＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図、図４は図１の電池パックの分解斜視図、図５は図４の電池パックの電池組立の分解斜視図、図６は電池ホルダの凹部とリード板の拡大分解斜視図をそれぞれ示している。これ等の図に示す電池パックは、筒状で有底の外装缶１１の開口部を封口板で閉塞してなる複数の電池セル１と、複数の電池セル１を互いに平行な姿勢で定位置に保持する電池ホルダ２と、複数の電池セル１を電池ホルダ２で保持してなる電池組立１０を収納する外装ケース４とを備えている。

（電池セル１）
電池セル１は、筒状で有底の外装缶１１に電極体を収納すると共に、電解液を充填して外装缶１１の開口部を封口板で閉塞している。電池セル１は、両端面である外装缶１１の底面と、封口板の中央部に設けた凸部電極とを正負の電極端子１３としている。電池セル１は、充放電できるリチウムイオン二次電池である。ただ、電池セルは、リチウムイオン二次電池に限定されず、ニッケル水素電池やニッケルカドミウム電池等の充放電できる電池であってもよい。さらに、本実施例の電池パックでは、円筒形電池が使用されているが、これに限定されず、角形電池や扁平形電池とすることもできる。

さらに、電池セル１は、図示しないが、凸部電極を設けた封口板に排気口を設けて、この排気口に安全弁を設けている。この電池セル１は、過充電や内部短絡等により電池の内圧が上昇すると、安全弁を開弁して内部のガスを排気口から排気して安全性を保証するようにしている。ただ、電池セルは、異常が発生してさらに過熱されると、内部から高温のガスが噴出し、あるいは燃焼する火炎となって噴出されることがある。このような場合、電池セル１は、電池端面であって、とくに、排気口を設けた封口板側から高温のガスや火炎等の噴出体が噴出される状態となりやすい。

本発明の電池パックは、一部の電池セル１に異常が生じて電池端面から高温の噴出体が噴出される状態となっても、外装ケース４の外部が延焼したり、隣接する電池セル１が類焼するのを抑制するために、複数の電池セル１を保持する電池ホルダ２を独特の構造としている。以下、電池ホルダ２について詳述する。

（電池ホルダ２）
図２〜図５に示す電池ホルダ２は、複数の電池セル１を互いに平行な姿勢とし、かつ各電池セル１の両端に設けられた電極端子１３を同一面に配置する姿勢で定位置に保持している。図４と図５に示す電池ホルダ２は、電池セル１の端部を外装缶１１の外周面に沿って保持する保持部６と、この保持部６に保持された電池セル１の端面側を被覆する被覆部７とを備えている。図４と図５に示す電池ホルダ２は、複数の電池セル１の両端部を保持する一対のホルダーユニット２Ａを備えており、各ホルダーユニット２Ａを、保持部６と被覆部７とで構成している。なお、図５に示す一対のホルダーユニット２Ａは、同じ構造のものを上下左右を反転させることで、複数の電池セル１を多直列多並列に接続できるようにしている。

（保持部６）
保持部６は、図２〜図５に示すように、複数の電池セル１の端部を保持する端面プレート部２１を備えている。図の保持部６は、複数の電池セル１の両端に位置して、互いに平行な姿勢で配置されている。保持部６は、図５に示すように、端面プレート部２１に電池セル１の端部を挿入して保持する複数の挿入部２０を備えている。図に示す挿入部２０は、端面プレート部２１に開口された挿入孔２２としている。この挿入孔２２は、電池セル１の外周面に沿う形状であって、好ましくは電池セル１の外周面に接近ないし接触して、電池セル１の外周面との間を隙間なく連結できる構造としている。この端面プレート部２１は、内側面から挿入孔２２に電池セル１の端部を挿入する状態で、反対側である外側面の開口部から電極端子１３を表出させている。さらに、挿入孔２２は、電極端子１３を表出させる側の内形を部分的に外装缶１１の外形よりも小さくして、電池セル１の通過を阻止するストッパ部２４を形成している。これにより、挿入孔２２に挿入される電池セル１の端部を端面プレート部２１に貫通させることなく挿入孔２２の定位置に停止できるようにしている。

さらに、図４〜図６に示す保持部６は、複数の電池セル１の端面が配置される外側面に、挿入孔２２から表出する電極端子１３に接続されるリード板５を配置する凹部２３を形成している。図に示す保持部６は、端面プレート部２１の外側面に複数の凹部２３を形成すると共に、隣接する凹部２３の境界部分には絶縁壁２５を設けている。この絶縁壁２５は、隣接して配置されるリード板５どうしを絶縁すると共に、異常が発生した電池セル１の端面から噴出される噴出体が隣接する凹部２３に伝わるのを遮断して、隣接する凹部２３間での類焼を抑制できる。

さらに、図に示す保持部６は、凹部２３内に開口される複数の挿入孔２２の間に位置して、すなわち、凹部２３に配置されるリード板５で接続される電池セル１の間に位置して、凹部２３の底面から突出する区画壁２６を備えている。図に示す保持部６は、端面プレート部２１に形成された３つの凹部２３のうち、４本の電池セル１の端面が配置される凹部２３の中央部には、十字状に交差する交差部２７を有する区画壁２６を形成し、２本の電池セル１の端面が配置される凹部２３の中央部には、直線状の区画壁２６を形成している。区画壁２６の高さは、凹部２３の深さよりも低く形成している。これらの区画壁２６は、異常が発生した電池セル１の端面から噴出される噴出体が隣接する電池セル１の端面に伝わるのを遮断して、隣接する電池セル１間における類焼を抑制できる。

図４と図５に示す保持部６は、１つの凹部２３に２本または４本の電池セル１の端面を配置しているが、保持部６は、１つの凹部２３に配置される電池セル１の本数を特定しない。保持部６は、保持する電池セル１の本数やその接続状態によって、１つの凹部２３に配置される電池セル１の本数を種々に変更できる、例えば、１つの凹部に６本の電池セルの端面を配置することもできる。このような凹部においては、複数の交差部を備える区画壁を形成して凹部を６つの領域に区画することができる。

（被覆部７）
被覆部７は、保持部６に保持された複数の電池セル１の端面側を被覆しており、電池セル１の異常時において、電池セル１の端面から噴出される噴出体のエネルギーで被覆部７を変質させるようにしている。この被覆部７は、電池セル１から噴出される噴出体のエネルギーで化学的または物理的に変化することによってエネルギーを減少させる。具体的には、被覆部７は、電池セル１から噴出される噴出体のエネルギーで溶融、変成、変形、破損等されることにより、電池セル１から噴出される噴出体のエネルギーを低減させる。すなわち、噴出される火炎の熱エネルギーで被覆部７を溶融し、あるいは変成させることでエネルギーを消費させて低減し、あるいは高熱や風圧等で被覆部を変形、破損させることでエネルギーを消費させて低減する。

被覆部７は、各電池セル１の端面と対向する被覆領域３２を備えており、電池セル１から噴出される高温の噴出体により、被覆領域３２を化学的または物理的に変化させるようにしている。この被覆部７は、高温の噴出体によって被覆領域３２を溶融し、あるいは変形させることでエネルギーを消費させる。この被覆部７は、被覆領域３２の厚さを調整することで、被覆部７によるエネルギーの消費状態を調整できる。したがって、被覆部７は、被覆領域３２の厚さを、電池セル１の異常時に電池セル１の端面から噴出される噴出体のエネルギーによって化学的又は物理的に変化する厚さ、すなわち、電池セル１から噴出される噴出体のエネルギーで溶融され、あるいは変形される厚さとしている。

図２〜図５に示す被覆部７は、端面プレート部２１に積層して固定される閉塞プレート３１を備えている。図の閉塞プレート３１は、各電池セル１の端面と対向する被覆領域３２を中央部に備えている。図に示す閉塞プレート３１は、被覆領域３２の表面側に形成凹部３５を設けており、閉塞プレート３１の表面から一段下がった面を被覆領域３２としている。この構造は、形成凹部３５の深さを調整することで、被覆領域３２の厚さを簡単に調整できる。図に示す閉塞プレート３１は、端面プレート部２１の外形とほぼ等しい外形として、外周縁部を端面プレート部２１に固定している。図に示す閉塞プレート３１は、外周縁部を貫通する複数の止ネジ３９を介して端面プレート部２１に固定している。この構造は、閉塞プレート３１を端面プレート部２１に強固に固定できるので、電池セル１の異常により瞬間的に電池セル１から多量のガスが噴射される際の風圧等により閉塞プレート３１が端面プレート部２１から剥がれるのを有効に防止できる。ただ、閉塞プレート３１は、係止構造や接着等により、あるいはこれ等を組み合わせて端面プレート部２１に固定することもできる。

さらに、閉塞プレート３１は、保持部６との対向面に、凹部２３に嵌合する嵌合凸部３３を形成している。図に示す嵌合凸部３３は、端面プレート部２１に形成された凹部２３の内形とほぼ等しい外形を有しており、端面プレート部２１を閉塞プレート３１で閉塞する状態で、閉塞プレート３１の嵌合凸部３３を凹部２３に嵌合させて、閉塞プレート３１と保持部６とを隙間なく連結できるようにしている。この構造は、異常が発生した電池セル１の端面から噴出される噴出体が保持部６と被覆部７の境界から外部に漏れるのを抑制できる。

さらに、図５に示す閉塞プレート３１は、嵌合凸部３３の表面であって、電池セル１の端面と対向する位置にリング状の凸条３４を設けている。図５に示すリング状の凸条３４は円形状であって、端面プレート部２１の挿入孔２２に設けたストッパ部２４の内形に沿う外形としている。この閉塞プレート３１は、ストッパ部２４の内面にリング状の凸条３４を隙間なく連結させて、この部分から電池セル１の端面から噴出される噴出体が外部に漏れるのを抑制できる。

以上の電池ホルダ２は、端面プレート部２１の凹部２３において、挿入孔２２から表出する電池セル１の電極端子１３にリード板５を接続すると共に、端面プレート部２１の外側面に閉塞プレート３１が積層されて固定される。この状態でリード板５は端面プレート部２１と閉塞プレート３１との間に挟着されて、電池ホルダ２に封止される。

電池ホルダ２は、絶縁材料である熱可塑性樹脂等の樹脂によって成形されている。電池ホルダ２は、好ましくは難燃性に優れた樹脂製とすることができる。このような樹脂として、例えば、ＰＣ（ポリカーボネート）やＰＰ（ポリプロピレン）が使用できる。図に示す電池ホルダ２は、保持部６と被覆部７の両方を樹脂で成形している。樹脂製の電池ホルダ２は、保持部６と被覆部７とを別部材として成形することも、保持部と被覆部とを一体成形することもできる。

樹脂製の被覆部７は、電池セル１の端面と対向する被覆領域３２の厚さを調整して、電池セル１から噴出される噴出体のエネルギーの消費状態を調整する。被覆部７は、被覆領域３２を厚くすることで、火炎による延焼が外装ケース４に及ぶのを有効に防止できる。また、被覆部７は、被覆領域３２を薄くすることで、火炎のエネルギーで変質しやすくして隣接する電池セル１への類焼を抑制できる。したがって、被覆部７は、これ等のことを考慮して最適な厚さに設計される。被覆部７は、例えば、使用される電池セル１の種類や容量、被覆部７に使用される樹脂の材質等により最適な厚さに設計される。被覆部７は、例えば、電池セル１として容量を４Ａｈとするリチウムイオン二次電池を使用し、被覆部７をポリカーボネートで成形する場合、被覆領域３２の厚さを０．５〜３．０ｍｍとして効率よく噴出体のエネルギーを低減できる。

ただ、電池ホルダは、保持部を樹脂製として、被覆部を金属製とすることもできる。金属製の被覆部は、所定の厚さの金属板とすることができる。このような金属板として、鉄、アルミニウム、銅等が使用できる。金属板からなる被覆部は、表面に絶縁塗料を塗布して絶縁することができる。金属板からなる被覆部も、電池セルから噴出される噴出体のエネルギーで溶融され、あるいは変形される厚さとする。

以上の電池ホルダ２は、各ホルダーユニット２Ａの保持部６で電池セル１の端部を保持する状態、すなわち、対向する端面プレート部２１に設けた挿入孔２２に電池セル１の両端部を挿入する状態で一対のホルダーユニット２Ａを連結して、電池セル１を定位置に保持している。一対のホルダーユニット２Ａは、一方の端面プレート部２１の端部に設けた第１ボス２８に連結ネジ３８を挿通すると共に、他方の端面プレート部２１の端部に設けた第２ボス２９に連結ネジ３８をねじ込むことで連結して固定される。ただ、一対のホルダーユニットは、係止構造で連結し、あるいは接着して連結し、あるいはこれ等を組み合わせて連結することもできる。

以上の電池ホルダ２の保持部６は、電池セル１の端部を挿入して保持するために、端面プレート部２１に複数の挿入孔２２を開口して設けている。この電池ホルダ２は、一対のホルダーユニット２Ａで複数の電池セル１の両端部を保持して定位置に配置する。この電池ホルダ２は、各電池セル１の中間部分を被覆することなく表出させる状態で定位置に保持する。この電池ホルダ２は、簡単な構造として軽量にできる。

（保持部の他の例）
さらに、一対のホルダーユニットで構成される電池ホルダは、図７に示すように、複数の電池セル１の端部を収納する複数の挿入部６０として、複数の保持筒６５を備えることもできる。図７に示す電池ホルダ６２は、一対のホルダーユニット６２Ａを備えており、各ホルダーユニット６２Ａを別部材からなる保持部６６と被覆部７とで構成している。ここで、被覆部７については、前述の被覆部と同じ構造とすることができる。したがって、前述のホルダーユニット２Ａと同じ構成要素については、同符号を付してその詳細な説明を省略する。

図７に示す保持部６６は、複数の電池セル１の端部を収納する複数の保持筒６５と、複数の保持筒６５を連結してなる端面プレート部２１とを備えている。この保持部６６は、板状の端面プレート部２１に複数の保持部６６として、保持筒６５を一体的に成形して連結している。保持筒６５は、端面プレート部２１に対して直交する姿勢で連結されている。さらに、保持部６６は、複数の保持筒６５を、端面プレート部２１に開口された挿入孔２２に連結している。保持筒６５は、電池セル１を挿通できるように、電池セル１の外形とほぼ等しい内形としている。

さらに、図の電池ホルダ６２は、電池セル１の全体を保持筒６５で被覆できるように、各ホルダーユニット６２Ａに形成される保持筒６５の長さを電池セル１の全長のほぼ半分の長さとしている。一対のホルダーユニット６２Ａは、電池セル１の両端部から装着されて互いに連結する状態で、一対の保持筒６５で電池セル１の全体を被覆する。このように電池セル１の全体を保持筒６５で被覆する構造は、隣接する電池セル１間の類焼を有効に防止できる特徴がある。ただ、電池ホルダは、必ずしも電池セルの全体を保持筒で被覆する必要はない。例えば、保持筒は電池セルの両端部を部分的に被覆する構造とすることもできる。保持筒は、電池セル全体の１／１０〜１／２、好ましくは１／６〜１／２の領域を被覆して、電池セルの端部を確実に保持して、類焼を抑制できる。

（ホルダーユニットの他の例）
さらに、一対のホルダーユニットで構成される電池ホルダは、図８に示す構造とすることもできる。図８に示す電池ホルダ７２は、一対のホルダーユニット７２Ａを備えており、各ホルダーユニット７２Ａを保持部７６と被覆部７７とで一体成形している。保持部７６は、電池セル１の端部を挿入して保持する複数の挿入部７０を備えている。図に示す挿入部７０は、板状の保持部７６に開口された挿入凹部７５としている。この挿入凹部７５は、電池セル１の外周面に沿う内形であって、好ましくは電池セル１の外周面に接近ないし接触して、電池セル１の外周面との間を隙間なく連結できる構造としている。ただ、この保持部も挿入部として保持筒を備えることもできる。

さらに、保持部７６は、反対側面である外側面を被覆部７７で閉塞している。図８に示す被覆部７７は、被覆領域３２を備えており、この被覆領域３２が電池セル１から噴出される噴出体のエネルギーで変質する構造としている。

この電池ホルダ７２は、保持部７６に被覆部７７を一体成形して封止しているので、電池セル１に接続されたリード板５が、挿入部７０の開口部から電池ホルダ７２の内部に挿入される。このとき、複数の電池セル１を接続してなるリード板５Ｃは、図８に示すように、接続部５１の間に形成された連結部５２を備えているので、この連結部５２が電池セル１の間に形成される境界壁７８に当接する状態となって邪魔になる。したがって、この電池ホルダ７２は、電池セル１の間に形成される境界壁７８にリード板５の連結部５２を通過させるスリット部（図示せず）を設けている。これにより、保持部７６と被覆部７７とが一体成形された電池ホルダ７２の内部にリード板５Ｃが挿入される。さらに、互いに直列に接続される複数の電池セル１の両端には、出力用の出力リード部（図示せず）を備えるリード板５Ｄが接続される。このリード板５Ｄも、電池ホルダ７２の内部に挿入する際には出力リード部が邪魔になる。このため、電池ホルダ７２は、リード板５Ｄの出力リード部を外部に通過させるスリット部（図示せず）を保持部７６に設けている。

（電池ホルダの他の例）
以上の電池ホルダは、一対のホルダーユニットで構成しているが、電池ホルダは、図９に示すように、電池セル１全体を収納して保持する保持部８６と、この保持部８６の両端面に配置された被覆部７とで構成することもできる。図に示す電池ホルダ８２は、保持部８６が、複数の電池セル１を収納する複数の挿入部８０を備える電池収納部８１を備えて、被覆部７が、電池収納部８１の両端面に積層して固定される閉塞プレート３１を備えている。この被覆部７も、前述の被覆部と同じ構造とすることができる。

図９の保持部８６は、電池セル１を収納する挿入部８０を、電池収納部８１に開口された挿入孔８５としている。図に示す電池収納部８１は、全体をブロック状とすると共に、電池セル１を挿入可能な貫通孔を開口して挿入孔８５としている。この保持部８６は、電池収納部８１に開口された挿入孔８５に電池セル１を挿通する状態で、電池収納部８１の両端面が閉塞プレート３１からなる被覆部７で閉塞されて、電池セル１の端面側が被覆部７で被覆される。

さらに、複数の電池セルを収納する保持部は、図示しないが、電池セルを収納可能な複数の筒体で電池収納部を形成することもできる。この電池収納部は、複数の筒体を平行な姿勢で連結してなる形状に形成される。複数の筒体からなる電池収納部も両端面が閉塞プレート等の被覆部で閉塞されて電池セルの端面側を被覆する。

以上のように、電池ホルダ８２の保持部８６を、電池セル１全体を収納可能な挿入孔８５または筒体を備える電池収納部８１とする構造は、挿入孔８５や筒体に電池セル１を挿入して外装缶１１全体を電池収納部８１で被覆するので、電池セル１の側面からの類焼を確実に防止できる。

（リード板５）
リード板５は、保持部６に形成された凹部２３に配置されて、複数の電池セル１の電極端子１３に接続される。リード板５は、電池セル１の電極端子１３にスポット溶接やレーザ溶接等の方法で溶接して接続される。リード板５には、電気導電および熱伝導のよい材質が使用され、表面をニッケル等のメッキをした鉄板、ニッケル板、銅板、アルミニウム板等の金属板が好適に使用できる。図の電池ホルダ２は、各ホルダーユニット２Ａの端面プレート部２１に、各々３枚のリード板５に配置して、電池セル１の電極端子１３に接続している。

図４〜図６に示すリード板５は、多段多列に配置される複数の電池セル１を直列と並列に接続している。図のリード板５は、複数の電池セル１を直列と並列に接続するために、電池セル１の電極端子１３に接続される複数の接続部５１と、複数の接続部５１を連結してなる連結部５２とを備えている。図に示すリード板５は、２段２列に配置された４本の電池セル１を２直列２並列に接続するリード板５Ａと、互いに直列に接続される複数の電池セル１の両端に接続されて、２本の電池セル１を並列に接続するリード板５Ｂとを備えている。

リード板５Ａは、２段２列に配置された４本の電池セル１の電極端子１３に対向して配置される４個の接続部５１を備えており、これらの接続部５１を隣接する接続部５１の間に設けた４つの連結部５２で連結している。また、リード板５Ｂは、２本の電池セル１の電極端子１３に対向して配置される２個の接続部５１を備えており、これらの接続部５１を隣接する接続部５１の間に設けた連結部５２で連結している。さらに、リード板５Ｂは、出力用の出力リード部５５を備えている。リード板５Ｂに設けた出力リード部５５は、保持部６と被覆部７の間から外部に引き出されている。電池ホルダ２から引き出された出力リード部５５は、図示しないが、出力用のリード板を介して外装ケース４の外部に引き出される。

さらに、図に示すリード板５は、凹部２３に形成される区画壁２６を案内するために、接続部５１の間に設けた連結部５２を溝状に折曲して溝部５３を形成している。リード板５Ｂは、２つの接続部５１の間に直線状の溝部５３を形成しており、この溝部５３に区画壁２６を案内できるようにしている。リード板５Ａは、４つの接続部５１の間に４つの溝部５３を形成しており、これらの溝部５３を十字状に交差する方向に形成して、十字状に交差する区画壁２６を案内できるようにしている。さらに、リード板５Ａは、交差する区画壁２６の交差部２７と対向する位置に貫通孔５４を開口している。このリード板５Ａは、交差部２７と対向する位置に貫通孔５４を開口することで、複数の溝部５３を十字状に交差する方向に簡単に形成できる。上記のリード板５は、接続部５１の間に設けた溝部５３を区画壁２６に配置することで、リード板５の連結部５２を区画壁２６に沿って配置しながら、複数の接続部５１を電池セル１の電極端子１３に接近させて確実に電気接続できる。また、溝部５３を区画壁２６に案内することで、リード板５を定位置に位置決めできる特徴もある。

図に示すリード板５Ａは２段２列に配置された４本の電池セル１の電極端子１３を接続するが、リード板は、多直列多並列に配置する電池の本数を限定しない。リード板は、３段２列に配置された６本の電池セルを接続することも、４段２列に配置された８本の電池セルを接続することもできる。

（電池組立１０）
図１〜図６に示す電池ホルダ２は、複数の電池セル１を保持部６で定位置に保持し、保持部６に設けた凹部２３に配置される複数の電池セル１の電極端子１３をリード板５で接続し、さらに、保持部６の表面に閉塞プレート３１を固定して、電池セル１の端面側を被覆部７で被覆して電池組立１０としている。

図１〜図６に示す電池組立１０は、複数の電池セル１を平行な姿勢として、多段多列に並べて電池ホルダ２、で定位置に配置している。本実施例の電池パックは、１０本の電池セル１を２段５列に並べており、これ等の電池セル１を５直列２並列に電気接続している。ただ、本発明は、収納する電池セル１の本数を特定せず、また、多段多列に配列する構造にも特定しない。例えば、電池パックは、複数の電池を１段に並べることもできる。

（外装ケース４）
外装ケース４は、図１〜図４に示すように、複数の電池セル１を電池ホルダ２で定位置に配置してなる電池組立１０を収納している。図に示す外装ケース４は、第１ケース４１と第２ケース４２に分割されており、内部には電池組立１０を収納する収納部４３を形成している。図に示す第１ケース４１と第２ケース４２は、電池組立１０のほぼ半分を収納可能な深さを有する箱形としている。この外装ケース４は、第１ケース４１と第２ケース４２で電池組立１０を両側から挟着する状態で内部に収納する。

図に示す外装ケース４は、第１ケース４１に電池組立１０を収納した状態で、第２ケース４２を連結するために、第２ケース４２の側面には、止ネジ４９を貫通させる固定リブ４４を設けると共に、第１ケース４１の側面には、止ネジ４９をねじ込むための連結ボス４５を設けている。この外装ケース４は、第１ケース４１と第２ケース４２の対向する周壁の開口縁を接近させた状態で、固定リブ４４を貫通する止ネジ４９を連結ボス４５にねじ込んで第２ケース４２と第１ケース４１とを連結する。

さらに、図２〜図４に示す外装ケース４は、箱形の第１ケース４１及び第２ケース４２の底面４１Ａ、４２Ａの外周部の内面であって、周壁との境界部分に、収納部４３に収納される電池組立１０を支持する支持リブ４６を設けている。この支持リブ４６は、外装ケース４に収納される電池組立１０の端面に当接して、被覆部７の表面を底面４１Ａ、４２Ａから離間させている。これにより、電池ホルダ２の表面に形成された被覆領域３２を底面４１Ａ、４２Ａから所定の間隔を離して、これ等の間に隙間４７を設けている。このため、電池セル１から噴出される高温の噴出体により被覆部７の被覆領域３２が溶融される状態となっても、外装ケース４の延焼を抑制できる。

さらに、電池パックは、図４の鎖線で示すように、外装ケース４に収納される電池組立１０の表面であって、電池ホルダ２の被覆部７の表面に防炎部材１５を配置することができる。防炎部材１５は、全体をシート状またはプレート状として、被覆部７の表面に積層して固定することができる。この防炎部材１５は、好ましくは被覆領域３２を被覆する領域に配置される。この防炎部材１５は、被覆領域３２を溶融または破壊して通過した火炎等が外装ケース４を延焼するのを防止する。

防炎部材１５は、防炎性や難燃性を有する素材で構成される。防炎部材１５は、例えば、難燃性の繊維や樹脂で構成され、具体的には炭素繊維やアラミド繊維等をシート状またはプレート状に成形したものが使用できる。さらに、防炎部材は、金属製のシート材や金属メッシュとすることもできる。

このように、被覆部７の表面を、さらに防炎部材１５で被覆してなる電池パックは、電池セル１の異常時に被覆部７の被覆領域３２が熱で溶融されてこの部分を火炎等が通過する状態においても、防炎部材１５により外装ケース４への延焼が抑制される。したがって、この電池パックは、被覆部７の被覆領域３２を薄く設計して計画的に溶融させることで、より多くのエネルギーを消費させながら、外装ケース４への延焼や他の電池セル１への類焼を効果的に抑制することもできる。

本発明は、複数の電池セルを電池ホルダで保持して外装ケースに収納してなる電池パックであって、電池セルの異常時に電池セルの端面から噴出される噴出体による延焼や類焼を抑制して安全性を高めた電池パックとして、電動工具、電動アシスト自転車、電動バイク、電動三輪車、電動カート、クリーナーなどの電源として、さらには家庭や店舗などでの蓄電用として好適に利用できる。

１…電池セル
２、６２、７２、８２…電池ホルダ
２Ａ、６２Ａ、７２Ａ…ホルダーユニット
４…外装ケース
５…リード板
５Ａ、５Ｂ、５Ｃ、５Ｄ…リード板
６、６６、７６、８６…保持部
７、７７…被覆部
１０…電池組立
１１…外装缶
１３…電極端子
１５…防炎部材
２０、６０、７０、８０…挿入部
２１…端面プレート部
２２…挿入孔
２３…凹部
２４…ストッパ部
２５…絶縁壁
２６…区画壁
２７…交差部
２８…第１ボス
２９…第２ボス
３１…閉塞プレート
３２…被覆領域
３３…嵌合凸部
３４…凸条
３５…形成凹部
３８…連結ネジ
３９…止ネジ
４１…第１ケース
４１Ａ…底面
４２…第２ケース４２Ａ…底面
４３…収納部
４４…固定リブ
４５…連結ボス
４６…支持リブ
４７…隙間
４９…止ネジ
５１…接続部
５２…連結部
５３…溝部
５４…貫通孔
５５…出力リード部
６５…保持筒
７５…挿入凹部
７８…境界壁
８１…電池収納部
８５…挿入孔

Claims (16)

1. 筒状で有底の外装缶の開口部を封口板で閉塞してなる複数の電池セルと、
   前記複数の電池セルを互いに平行な姿勢とし、かつ各電池セルの両端に設けられた電極端子を同一面に配置する姿勢で保持する電池ホルダと、
   前記複数の電池セルを前記電池ホルダで保持してなる電池組立を収納する外装ケースとを備える電池パックであって、
   前記電池ホルダは、
   前記複数の電池セルの端部を前記外装缶の外周面に沿って保持する保持部と、
   前記保持部で保持された該複数の電池セルの端面側を被覆する被覆部とを備えており、
   
   前記電池セルの異常時において、該電池セルの端面から噴出される噴出体のエネルギーで前記被覆部を変質させるように構成してなる電池パック。
2. 請求項１に記載される電池パックであって、
   前記被覆部が、各電池セルの端面と対向する被覆領域を備えており、前記被覆領域が前記電池セルの異常時に該電池セルの端面から噴出される噴出体のエネルギーによって化学的又は物理的に変化するように構成してなる電池パック。
3. 請求項１または２に記載される電池パックであって、
   前記複数の電池セルは、両端の前記電極端子にリード板が接続されており、前記リード板が前記電池ホルダに封止されてなる電池パック。
4. 請求項１から３のいずれか一に記載される電池パックであって、
   前記電池ホルダが、前記複数の電池セルの両端部を保持する一対のホルダーユニットを備えており、前記一対のホルダーユニットを連結して該複数の電池セルを定位置に保持してなる電池パック。
5. 請求項４に記載される電池パックであって、
   前記ホルダーユニットが、前記保持部と前記被覆部とを別部材としており、
   前記保持部は、前記複数の電池セルの端部を挿入して保持する複数の挿入部を備える端
   面プレート部を備え、
   前記被覆部は、前記端面プレート部に積層して固定される閉塞プレートを備えており、
   
   前記挿入部が前記端面プレート部に開口された挿入孔で、前記挿入孔に挿入された前記電池セルの端面側を前記閉塞プレートで被覆してなる電池パック。
6. 請求項４に記載される電池パックであって、
   前記ホルダーユニットが、前記保持部と前記被覆部とを別部材としており、
   前記保持部は、前記複数の電池セルの端部を挿入して保持する複数の挿入部を備える端面プレート部を備え、
   前記被覆部は、前記端面プレート部に積層して固定される閉塞プレートを備えており、
   
   前記挿入部が前記端面プレート部に連結された保持筒で、前記保持筒は該端面プレート部に開口された挿入孔に連結されており、前記保持筒に挿入された前記電池セルの端面側を前記閉塞プレートで被覆してなる電池パック。
7. 請求項４に記載される電池パックであって、
   前記ホルダーユニットが、前記保持部と前記被覆部とを一体的に成形してなる電池パック。
8. 請求項１から３のいずれか一に記載される電池パックであって、 前記保持部は、前記複数の電池セルを収納する複数の挿入部を備える電池収納部を備え、
   前記被覆部は、前記電池収納部の両端面に積層して固定される閉塞プレートを備えており、
   前記挿入部が、前記電池収納部に開口された挿入孔、または前記電池収納部を形成する筒体で、前記挿入部に挿入された前記電池セルの端面側を前記閉塞プレートで被覆してなる電池パック。
9. 請求項５、６、８のいずれか一に記載される電池パックであって、
   前記保持部は、前記複数の電池セルの端面が配置される外側面に、前記挿入孔から表出する前記電極端子に接続されるリード板を配置する凹部を形成してなる電池パック。
10. 請求項９に記載される電池パックであって、
    前記閉塞プレートが前記保持部との対向面に、前記凹部に嵌合する嵌合凸部を形成してなる電池パック。
11. 請求項９または１０に記載される電池パックであって、
    前記リード板は、前記凹部において、隣接する複数の電池セルを接続しており、
    前記保持部が、前記リード板で接続される前記電池セルの間に位置して、前記凹部の底面から突出する区画壁を備える電池パック。
12. 請求項１１に記載される電池パックであって、
    前記リード板が、前記電池セルの前記電極端子に接続される複数の接続部と、前記複数の接続部を連結してなる連結部とを備えており、前記連結部を溝状に折曲して前記区画壁を案内する溝部を形成してなる電池パック。
13. 請求項１２に記載される電池パックであって、
    前記保持部が前記複数の電池セルを縦横に並べて配置すると共に、前記凹部に形成される前記区画壁が十字状に交差してなる交差部を備えており、
    前記リード板が前記交差部と対向する位置に貫通孔を開口してなる電池パック。
14. 請求項１から１３のいずれか一に記載される電池パックであって、
    前記被覆部が、各電池セルの端面と対向する領域の表面側に形成凹部を備えると共に、前記形成凹部の底面を前記電池セルの端面と対向する被覆領域としており、前記形成凹部の深さを調整して前記被覆領域の厚さを調整するようにしてなる電池パック。
15. 請求項１から１４のいずれか一に記載される電池パックであって、
    前記電池組立の表面であって、前記被覆部の表面側にシート状またはプレート状の防炎部材を配置してなる電池パック。
16. 請求項１から１５のいずれか一に記載される電池パックであって、
    前記外装ケースが、底面の内面に突出する支持リブを備えており、前記支持リブを前記電池組立の端面に当接させて、前記被覆部の表面を前記底面から離間させてなる電池パック。
    

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