JP7219716B2

JP7219716B2 - 電源装置

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Publication number: JP7219716B2
Application number: JP2019544515A
Authority: JP
Inventors: 晴彦米田; 真己拝野; 裕司岸田
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2017-09-29
Filing date: 2018-09-10
Publication date: 2023-02-08
Anticipated expiration: 2038-09-10
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Description

本発明は、電池セルと電子回路とを内蔵する電源装置に関する。

大出力で大容量の電源装置は、多数の電池セルを直列に接続して出力電圧を高く、また並列に接続して出力電流を大きくしている。この種の電源装置は、電池セルに保護回路を接続し、保護回路で充放電の電流をコントロールして、電池セルの劣化や安全性を確保している。電池セルの保護回路は、回路基板に実装する制御素子で実現される。回路基板には、電池セルの電流を制御するために、ＦＥＴやトランジスタ等の半導体スイッチング素子が電流をコントロールするパワー素子として実装される。パワー素子は大電流をコントロールするので、大電流が流れて電力損失が大きくなって発熱する。ジュール熱が電流の二乗に比例して大きくなるからである。一方、電池セルも電流のジュール熱で発熱するので、電池セルとパワー素子の両方が発熱する。電池セルの発熱による温度上昇は、電池セルの電気特性を低下し、また安全性を低下させる。パワー素子の発熱は、パワー素子が故障する原因となる。パワー素子と電池セルの熱エネルギーを効率よく放熱して異常な温度上昇を防止するために、従来の電源装置は、電池セルと回路基板とをポッティング樹脂に埋設してポッティング樹脂に熱伝導して放熱している。（特許文献１参照）

特開２０１２－１５１２１号公報

電池セルと回路基板の両方をポッティング樹脂に埋設する電源装置は、回路基板に実装するパワー素子と電池セルの熱エネルギーが伝導されて両方を放熱する。この電源装置は、パワー素子と電池セルの両方の熱エネルギーをポッティング樹脂に伝導して放熱できる特徴がある。しかしながら、この電源装置は、パワー素子と電池セルの両方を理想的な温度帯域に保持できない欠点がある。パワー素子と電池セルの理想的な温度帯域が異なるからである。さらに困ったことに、パワー素子と電池セルは両方が一緒に発熱するので、パワー素子と電池セルの温度上昇が同時になる。それは、両方が流れる電流の二乗に比例してジュール熱で発熱し、しかもパワー素子は電池セルに直列に接続されて、パワー素子の電流が増加するときに電池セルの電流も増加するからである。さらに、両方が同時に発熱するタイミングで、パワー素子の温度上昇は電池セルよりも大きくなる。パワー素子の電流密度が電池セルよりも大きく、パワー素子が電池セルよりも小さい領域で発熱するからである。したがって、パワー素子と電池セルとがポッティング樹脂で密着されて両方が同じタイミングで発熱すると、高温のパワー素子の熱エネルギーが、電池セルを温度上昇させて電池セルに温度障害を与える弊害が発生する。

本発明は、以上の欠点を解決することを目的に開発されたものである。本発明の目的の一は、互いに直列に接続されて比例して電流値が増加する、電池セルと制御素子の温度バランスを最適範囲に保持して、電池セルと制御素子の両方の温度上昇による弊害を防止して、電池セルの温度上昇による電気特性の低下と、制御素子の温度上昇による動作不良とを解消して、厳しい使用環境においても高い安全性を実現する電源装置を提供することにある。

課題を解決するための手段及び発明の効果

本発明の第１の側面に係る電源装置は、複数の電池セルを備える電池集合体と、前記電池集合体の電池セルの保護回路を実現する制御素子を実装してなる回路基板と、前記回路基板を固定して、底プレートを回路基板と電池集合体との間に配置してなる基板ホルダーとを備え、前記回路基板は、前記基板ホルダーの底プレートと対向する内面の反対側にある表面に制御素子を固定して、表面にはポッティング樹脂が密着しており、さらに、回路基板の裏面と底プレートとの間には断熱層を設けている。

以上の電源装置は、互いに直列に接続されて比例して電流値が増加する、電池セルと制御素子の温度バランスを最適範囲に保持できる。したがって、電池セルと制御素子の両方の温度上昇による弊害を防止して、電池セルの温度上昇による電気特性の低下と、制御素子の温度上昇による動作不良とを解消して、厳しい使用環境においても高い安全性を実現できる特徴がある。それは、以上の電源装置が、回路基板を基板ホルダーに固定して、回路基板と電池集合体との間に基板ホルダーの底プレートを配置し、さらに回路基板は、表面に制御素子を固定してポッティング樹脂が密着し、回路基板の裏面と底プレートとの間には断熱層を設けて制御素子を実装する回路基板を電池セルから熱遮断しているからである。

電池セルの電流をコントロールする制御素子は、電池セルと直列に接続されるので、電池セルの電流が増加するに従って電流値が増加する。電池セルと制御素子は電流の二乗に比例してジュール熱で発熱するので、電池セルが発熱するタイミングにおいて制御素子も同時に発熱する。したがって、電池セルと制御素子は両方が一緒に温度上昇する。制御素子は電池セルよりも小さいので、局部的に発熱して温度上昇が電池セルよりも高くなる。したがって、制御素子を実装する回路基板を、制御素子の実装部分の温度が局部的に高くなる。図２の矢印Ａは、電池セル１に回路基板８０が密着されると、発熱した制御素子８２の熱エネルギーが電池セル１に伝導される状態を示している。この図に示すように、回路基板８０に実装する制御素子８２が発熱すると、回路基板８０が局部的に温度上昇し、温度上昇した回路基板８０が付近に配置している特定の電池セル１を加熱する。制御素子の温度は電池セルよりも高く、また電池セルと制御素子とは一緒に発熱するので、温度上昇した電池セルが、さらに高温の制御素子で加熱されて、電池温度が異常に高くなる。この状態は、特定の電池温度を高くして電気特性を著しく低下させることに加えて、各々の電池セルの温度差を拡大して、電気特性をアンバランスとする。電気特性のアンバランスは、特定の電池セルを急激に劣化させる原因となる。電源装置は全ての電池セルを並列に接続することなく、電池セルを直列接続して出力電圧を高くしている。直列接続している電源装置は、何れかの電池セルの電気特性が全体の電気特性を低下させる。このことから、多数の電池セルを内蔵する電源装置は、電池セルの温度上昇を少なくすることに加えて、各々の電池セルの温度差をいかに小さくできるかが、電気特性の低下、すなわち寿命を特定する大切なパラメーターとなる。

図２に示す電源装置は、回路基板８０を基板ホルダー８１に固定して、その表面に制御素子８２を配置してポッティング樹脂７を密着し、回路基板８０の裏面には基板ホルダー８１の底プレート８１Ａとの間に断熱層８３を設けて、回路基板８０と制御素子８２との間に断熱層８３を配置する。この構造の電源装置は、回路基板の表面に固定されて発熱する制御素子の熱エネルギーをポッティング樹脂に伝導し、制御素子の熱エネルギーを放熱して回路基板の表面に分散する。ポッティング樹脂は、制御素子の熱エネルギーを効率よく分散して放熱する。したがって、制御素子の温度上昇が制限されて、回路基板の温度むらが少なくなる。温度むらの少ない回路基板は、裏面と底プレートとの間に断熱層を設けている。回路基板と底プレートとの間に配置される断熱層は、回路基板と制御素子との間にあって、回路基板から電池集合体への熱伝導を遮断する。したがって、電池セルに流れる電流が増加して電池セルがジュール熱で温度上昇する状態において、電池セルよりもさらに高温に発熱した制御素子で加熱されることがない。制御素子の温度上昇は電池セルよりも高くなるが、制御素子の耐熱温度は電池セルよりも高いので、ポッティング樹脂で放熱することで好ましい設定範囲に保持される。また、温度上昇する電池セルは、さらに高温の制御素子で加熱されることなく、好ましい設定範囲に保持される。

また、第１の側面に係る電源装置によれば、上記構成に加えて、前記断熱層を空気層とする。

さらに、第１の側面に係る電源装置によれば、上記構成に加えて、前記空気層を外部に開放してなる空気の換気層とする。

さらに、第２の側面に係る電源装置によれば、複数の電池セルを備える電池集合体と、前記電池集合体の電池セルの保護回路を実現する制御素子を実装してなる回路基板と、前記回路基板を固定して、底プレートを回路基板と電池集合体との間に配置してなる基板ホルダーとを備え、前記回路基板は、前記基板ホルダーの底プレートと対向する内面の反対側にある表面に制御素子を固定して、表面にはポッティング樹脂が密着しており、さらに、回路基板の裏面と底プレートとの間には断熱層を設けている。前記基板ホルダーは、底プレートの周囲に周壁を設けて、前記回路基板を前記周壁の内側に配置し、前記周壁と前記回路基板の外周との境界を、ポッティング樹脂の流入を阻止する閉塞隙間とする。

さらに、第３の側面に係る電源装置によれば、上記構成に加えて、前記周壁と前記回路基板との間に、前記ポッティング樹脂の流入を阻止するパッキンを配置することができる。

さらに、第４の側面に係る電源装置によれば、複数の電池セルを備える電池集合体と、前記電池集合体の電池セルの保護回路を実現する制御素子を実装してなる回路基板と、前記回路基板を固定して、底プレートを回路基板と電池集合体との間に配置してなる基板ホルダーとを備え、前記回路基板は、前記基板ホルダーの底プレートと対向する内面の反対側にある表面に制御素子を固定して、表面にはポッティング樹脂が密着しており、さらに、回路基板の裏面と底プレートとの間には断熱層を設けている。前記回路基板の表面に熱伝導層を設け、前記熱伝導層を介して前記回路基板を前記ポッティング樹脂に密着させる。

さらに、第５の側面に係る電源装置によれば、複数の電池セルを備える電池集合体と、前記電池集合体の電池セルの保護回路を実現する制御素子を実装してなる回路基板と、前記回路基板を固定して、底プレートを回路基板と電池集合体との間に配置してなる基板ホルダーとを備え、前記回路基板は、前記基板ホルダーの底プレートと対向する内面の反対側にある表面に制御素子を固定して、表面にはポッティング樹脂が密着しており、さらに、回路基板の裏面と底プレートとの間には断熱層を設けている。前記回路基板と前記底プレートを水平姿勢に配置して、前記回路基板の上面に前記ポッティング樹脂を密着して、該回路基板の下面に前記断熱層を配置し、前記電池集合体を前記底プレートの下方に配置する。

さらにまた、第５の側面に係る電源装置によれば、上記構成に加えて、前記底プレートと前記電池集合体との間に断熱空気層を設ける。

本発明の一実施形態に係る電源装置を示す垂直断面図である。図１の電源装置の要部拡大概略断面図である。図１の電源装置の電池集合体の分解斜視図である。図３に示す閉塞カバーの分解斜視図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施の形態は、本発明の技術思想を具体化するための構成を例示するものであって、本発明は以下のものに特定されない。また、特許請求の範囲に示される部材を、実施の形態の部材に特定するものでは決してない。特に実施の形態に記載されている構成部材の寸法、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も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。また、一部の実施例、実施形態において説明された内容は、他の実施例、実施形態等に利用可能なものもある。

以下に示す電源装置は、主として、モータのみで走行する電気自動車や電動カートなどの電動車両の駆動用電源に適用する例を説明する。なお本発明の電源装置を、エンジンとモータの両方で走行するハイブリッド車に使用したり、電動車両以外の大出力が要求される用途、例えば家庭用、工場用の蓄電装置等に使用してもよい。
（実施形態１）

図１の断面図と図２の拡大断面図に示す電源装置１００は、電池集合体４０の上に回路基板８０を配置している。電池集合体４０は、図３に示すように、複数の二次電池セル１を電池ホルダ４４で定位置に配置している。図の電池集合体４０は、二次電池セル１を水平姿勢で平行に配置して、多段多列に配列している。
（回路基板８０）

回路基板８０は、電池集合体４０の二次電池セル１の保護回路を実現する制御素子８２を実装している。保護回路は二次電池セル１の電圧、残容量、温度、電流等を検出して電流を制御して、二次電池セル１の過充電や過放電を防止し、さらに二次電池セル１の異常な状態における電流を制御して二次電池セル１の劣化や電気特性の低下を防止する。二次電池セル１の電流をコントロールする保護回路は、二次電池セル１と直列に接続されて電流をコントロールする制御素子８２を備える。制御素子８２はＦＥＴやトランジスタ等の半導体素子である。これ等の制御素子８２は、電流の二乗と等価抵抗の積に比例するジュール熱で発熱する。制御素子８２は二次電池セル１と直列に接続されて二次電池セル１の電流をコントロールするので、二次電池セル１の電流が増加する制御素子８２の電流も増加する。二次電池セル１も電流の二乗と内部抵抗の積に比例するジュール熱で発熱するので、制御素子８２と二次電池セル１は同じタイミングで発熱し、また発熱エネルギーも同じように増加する。このため、例えば電流が２倍に増加すると、二次電池セル１と制御素子８２の発熱エネルギーは４倍となる。二次電池セル１と制御素子８２は同じ割合で発熱量が増加するが、制御素子８２の温度上昇は二次電池セル１よりも大きくなる。それは、制御素子８２の発熱領域が二次電池セル１に比較して極めて狭い領域となるからである。
（基板ホルダー８１）

回路基板８０は、基板ホルダー８１を介して電池集合体４０の定位置に配置されている。基板ホルダー８１は、回路基板８０を定位置に配置することに加えて、高温に加熱される制御素子８２の熱エネルギーを効率よく拡散し、さらに放熱しながら、制御素子８２から二次電池セル１への熱伝導を遮断して、制御素子８２と二次電池セル１の両方の温度バランスを最適化し、二次電池セル１と制御素子８２の両方を最適な温度領域に保持する。このことを実現するために、基板ホルダー８１は、回路基板８０の裏面と底プレート８１Ａとの間には断熱層８３を設けて、回路基板８０の上面にはポッティング樹脂７を注入している。
（断熱層８３）

図２の基板ホルダー８１は、回路基板裏面の断熱層８３を空気層とする。空気層は軽くて優れた断熱特性を実現する。さらに、図２の断熱層８３は、外部に開放された空気の換気層８３Ａとして、空気層の断熱特性をより向上している。換気層８３Ａは、基板ホルダー８１の周壁８１Ｂの上下に貫通穴を設けて開口部８１ａ、８１ｂとしている。この換気層８３Ａは、下部の開口部８１ａから外気が流入し、内部で加温して軽くなった空気が上部の開口部８１ｂから外部に排出されて、内部の空気を換気して内部空気の温度上昇を少なくする。断熱層８３は、空気層に代わって、無数の繊維を立体的に集合している断熱材やプラスチックや無機材の発泡体からなる断熱材も使用できる。断熱層８３に断熱材を充填する基板ホルダー８１は、上面に注入されるポッティング樹脂７が断熱層８３に流入するのを防止できるので、ポッティング樹脂７の注入を簡単にできる特徴がある。さらに、図１と図２に示す電源装置１００は、基板ホルダー８１の底プレート８１Ａと電池集合体４０との間にも断熱空気層８４を設けて、制御素子８２から二次電池セル１への熱伝導を遮断している。
（ポッティング樹脂７）

基板ホルダー８１は、回路基板８０の上にポッティング樹脂７を注入して、回路基板８０の表面と制御素子８２をポッティング樹脂７に密着する。回路基板８０の上面にポッティング樹脂７を注入するために、基板ホルダー８１は周壁８１Ｂを回路基板８０の表面から上に突出する高さとしている。さらに、回路基板８０の上に注入される未硬化で液状のポッティング樹脂７が回路基板８０の裏面に流入しないように、基板ホルダー８１は底プレート８１Ａの周囲に周壁８１Ｂを設けて、回路基板８０を周壁８１Ｂの内側に配置している。周壁８１Ｂと回路基板８０の外周との境界は、ポッティング樹脂７の流入を阻止する閉塞隙間８１Ｃとして、回路基板８０の外周縁と周壁内面との間に隙間ができない形状としている。図２の基板ホルダー８１は、周壁８１Ｂの内面と回路基板８０の外周縁との間にパッキン８５を配置して、ポッティング樹脂７が回路基板８０の裏面に流入するのを防止している。

ポッティング樹脂７は、回路基板８０の表面と制御素子８２の全体あるいは下部を埋設して、回路基板８０の表面と制御素子８２に密着されて、制御素子８２の熱エネルギーを回路基板８０の表面に分散し、さらに外部に放熱する。図２の断面図に示すポッティング樹脂７は、制御素子８２の全体をポッティング樹脂７に埋設して、制御素子８２の全面をポッティング樹脂７に密着するように、周壁８１Ｂを高くしてポッティング樹脂７を厚く充填している。ポッティング樹脂７に埋設される制御素子８２は、熱エネルギーを全面からポッティング樹脂７に伝導する。ポッティング樹脂７は、伝導される熱エネルギーを回路基板８０の表面に分散し、さらに、表面から放熱して制御素子８２の熱エネルギーを放熱する。さらに、図２の断面図に示す回路基板８０は、制御素子８２の熱エネルギーをより効率よく表面に分散できるように、表面に熱伝導層８６を設けて、熱伝導層８６をポッティング樹脂７に密着している。熱伝導層８６はポッティング樹脂７よりも熱伝導率の優れた金属層で、制御素子８２の熱エネルギーを極めて効率よく回路基板８０の表面に分散する。この回路基板８０は、ポッティング樹脂７と回路基板８０の表面との間に熱伝導特性に優れた熱伝導層８６を設けているので、制御素子８２の熱エネルギーを熱伝導層８６で分散し、分散された熱エネルギーをさらにポッティング樹脂７で分散して放熱する。

図２の電源装置１００は、回路基板８０と底プレート８１Ａを水平姿勢に配置して、回路基板８０の上にポッティング樹脂７に密着して、下面に断熱層８３を配置し、さらに、電池集合体４０を底プレート８１Ａの下方に配置している。電源装置１００は、発熱する制御素子８２の熱エネルギーをポッティング樹脂７に伝導して放熱する。加熱されたポッティング樹脂７は、熱エネルギーを分散して表面から放熱する。熱エネルギーを放熱するポッティング樹脂７は、輻射熱で放熱し、また表面に接触する空気を加温して放熱する。ポッティング樹脂７の表面で加温された空気は、軽くなって上昇する。ポッティング樹脂７で加温された空気は、上昇するので下方に配置している二次電池セル１を加温しない。したがって、回路基板８０と底プレート８１Ａとを電池集合体４０の上に配置する構造は、発熱した制御素子８２が空気を介して二次電池セル１を加温することがなく、制御素子８２の発熱による二次電池セル１の温度上昇を最も小さくできる特徴がある。電池集合体４０の上方に配置される回路基板８０は、温度上昇した二次電池セル１で温度上昇した空気で加温されるが、二次電池セル１の温度上昇は制御素子８２よりも小さく、しかも制御素子８２の温度上昇が二次電池セル１よりも高くなるので、発熱した二次電池セル１による制御素子８２の加温は弊害とならない。
（電池集合体４０）

電池集合体４０は、複数の二次電池セル１を電池ホルダ４４で定位置に配置している。図１～図３に示す電池集合体４０は、一対の電池ユニット４０Ａを対向位置（図において左右）に配置して連結している。電池ユニット４０Ａは複数の二次電池セル１を平行姿勢に並べて、両端を同一平面に配置して、両端の端部電極１３にリード板４５を接続している。電池集合体４０は、対向位置に配置する一対の電池ユニット４０Ａを二次電池セル１の軸方向に並べて配置すると共に、一対の電池ユニット４０Ａの間に絶縁スペース６を設けている。各々の電池ユニット４０Ａは、図２の拡大断面図に示すように、絶縁スペース６の対向位置に端部電極１３を配置している。
（二次電池セル１）

二次電池セル１は、設定圧力で開弁する排出弁の排出口（図視せず）を端面に設けている。二次電池セル１は両端に端部電極１３を設けている。この二次電池セル１は、アルミニウム等の金属製外装缶の開口部を封口板で気密に密閉して、封口板に凸部電極を設けて第１の端部電極１３Ａとし、外装缶の底面を第２の端部電極１３Ｂとしている。排出弁の排出口は、凸部電極側に設けられ、あるいは外装缶の底面に設けられる。

二次電池セル１は、円筒形電池のリチウムイオン電池である。リチウムイオン電池は、大きさや重量に対する容量が大きく、電源装置１００のトータル容量を大きくできる。ただし、本発明の電源装置は、二次電池セルをリチウムイオン電池には特定しない。二次電池セルには、充電できる他の二次電池が使用できる。また、図の電源装置１００は、二次電池セル１を円筒形電池とするが、二次電池セルには角形電池も使用できる。各々の二次電池セル１は、その両端の端部電極１３にリード板４５を溶接して、隣接する二次電池セル１を直列又は並列に接続している。
（電池ホルダ４４）

二次電池セル１は、図３に示すように、電池ホルダ４４で定位置に配置している。電池ホルダ４４はプラスチック等の絶縁材を成形して制作される。図の電池ホルダ４４は、すべての二次電池セル１を平行な姿勢で定位置に配置している。電池ホルダ４４で定位置に配置される二次電池セル１は、その両端にリード板４５を溶接するので、各々の端部に溶接されるリード板４５を同一面に位置するように、各々の二次電池セル１をその両端部がほぼ同一面に位置するように、電池ホルダ４４に配置している。

電池ホルダ４４は、二次電池セル１を挿入して定位置に配置する挿入部４４Ａを設けている。図の電源装置１００は、二次電池セル１を円筒形電池とするので、挿入部４４Ａを円柱状としている。電池ホルダ４４は、プラスチックを筒状に成形して内側に挿入部４４Ａを設けている。挿入部４４Ａは、電池端部を露出させる開口部４４Ｂを両端に設けている。開口部４４Ｂは、挿入部４４Ａに挿入される二次電池セル１の端部を挿入部４４Ａから外部に露出させる。開口部４４Ｂに露出される二次電池セル１の端面は、端部電極１３となってここにリード板４５が溶接して固定される。

図１に示すように、一対の電池ユニット４０Ａの間に絶縁スペース６を設けて、絶縁スペース６の両側に二次電池セル１の端面を配置する電池集合体４０は、排出弁の排出口が絶縁スペース６に配置される。排出弁が開弁すると、排出口から排出される高温の噴出ガスが対向する電池ユニット４０Ａの端面に向かって噴射される。対向位置にある二次電池セル１の対向面に噴射される高温の噴出ガスは、二次電池セル１の熱暴走を誘発する原因となる。図１の電源装置１００は、絶縁スペース６の中間に耐熱シート６４を配置している。
（耐熱シート６４）

耐熱シート６４は、排出弁から排出される噴出ガスで溶融されない耐熱温度の絶縁シートで、たとえば難燃処理した耐熱紙である。ただ、耐熱シート６４には、耐熱紙に代わって噴出ガスで溶融されない無機繊維をシート状に集合した紙や不織布、あるいは、無機材を薄いシート状に結合した無機シート等も使用できる。これ等の耐熱シート６４は薄くできるので、耐熱シート６４が絶縁スペース６の実質容積を減少することなく絶縁スペース６を広くして噴出ガスをスムーズに排出できる特徴がある。絶縁性の耐熱シート６４は、両面に配置される二次電池セル１の端面やリード板４５を絶縁状態に配置できる。ただ、、耐熱シートは必ずしも絶縁材とする必要はない。それは、耐熱シートの表面に絶縁シートを積層して表面を絶縁できるからである。ただし、耐熱シートを絶縁材としてその表面に絶縁材を積層する構造は、耐熱シートによる絶縁性をさらに向上できる。

耐熱シート６４は、二次電池セル１の端面と平行な姿勢で配置される。図の電源装置１００は、絶縁スペース６の中間に耐熱シート６４を配置して、耐熱シート６４の両面には噴出ガスの排気チャンバー６３を設けている。絶縁スペース６の中間に耐熱シート６３を配置するために、電源装置１００は、図１～図４に示すように、耐熱シート６４の両側に絶縁スペース６の外周部に沿う形状の閉塞カバー６１を配置し、この閉塞カバー６１を耐熱シート６４と電池ユニット４０Ａとの間に介在させている。図の閉塞カバー６１は、絶縁スペース６の外周部に沿う形状の外周枠部６２を有している。電源装置１００は、この形状の閉塞カバー６１を電池ユニット４０の対向面４０ａと耐熱シート６４との間に配置することで、耐熱シート６４を電池ユニット４０の対向面４０ａから離間する状態で配置して、耐熱シート６４と電池ユニット４０の対向面４０ａとの間であって外周枠部６２の内側に排気チャンバー６３を設けている。

このように、耐熱シート６４の両面に排気チャンバー６３を設けている絶縁スペース６は、噴出ガスをスムーズに抵抗なく排気チャンバー６３に排出できる。また、この構造の絶縁スペース６は、噴出ガスを排気チャンバー６３で拡散して耐熱シート６４に吹き付けるので、噴出ガスによる耐熱シート６４の熱損傷を少なくして、対向位置にある二次電池セル１の熱暴走の誘発をより効果的に阻止できる。さらに耐熱シート６４に要求される強度と耐熱特性を低下して、耐熱シート６４のコストを低減できる。さらにまた、耐熱シート６４の表面に吹き付けられる噴出ガスを排気チャンバー６３で両側に分散させるので、噴出ガスを少ない排気抵抗でスムーズに絶縁スペース６に排出できる特徴も実現する。このことは、内圧が異常に上昇した二次電池セル１の圧力を速やかに低下して、内圧上昇による外装缶の破裂などの弊害を有効に防止できる。

さらに、耐熱シート６４は、排出される噴出ガスで変形する可撓性シートとしている。この耐熱シート６４は、噴射される噴出ガスの圧力で変形して、噴出ガスが排出される一方の排気チャンバー６３の容積を増加できるので、排出弁の排出口から排気チャンバー６３により少ない抵抗で噴出ガスをスムーズに排出して、二次電池セル１の内圧上昇による破壊を効果的に防止してより高い安全性を確保できる特徴がある。
（閉塞カバー６１）

耐熱シート６４の両側に配置されて、耐熱シート６４と電池ユニット４０Ａとの間に配置される閉塞カバー６１は、図１～図４に示すように、絶縁スペース６の外周部を閉塞する外周枠部６２を有しており、この外周枠部６２の内側に排気チャンバー６３を設けて、排気チャンバー６３に排出弁の排出口を露出させている。外周枠部６２は、絶縁スペース６の外周縁部に沿って伸びる形状で、電池ユニット４０Ａの端面に隙間なく密着して、絶縁スペース６に排気チャンバー６３を形成している。この構造の閉塞カバー６１は、外周枠部６２の内側に大容積の排気チャンバー６３を設けて、ここに噴出ガスを噴射できるので、噴出ガスをスムーズに排出できる特徴がある。それは、大容積の排気チャンバー６３は、排出弁の排出口から噴射される噴出ガスによる内圧上昇が緩慢で排気抵抗の上昇勾配を緩やかにできるからである。

閉塞カバー６１は、排出弁から排出される噴出ガスで溶融する独立気泡を有する絶縁材の発泡体で成形される。噴出ガスで溶融される閉塞カバー６１の溶融温度は、たとえば１００℃以上であって５００℃以下、好ましくは２００℃以上であって４００℃以下とする。溶融温度の低い閉塞カバー６１は、噴出ガスで速やかに溶融して噴出ガスを絶縁スペース６の外部に排出し、溶融温度の高い閉塞カバー６１は、使用状態において確実に絶縁スペース６を閉塞できる。閉塞カバー６１の溶融温度が低すぎると、電池温度で溶融し、あるいは変形し、また高すぎると噴出ガスで速やかに溶融できなくなる。したがって、閉塞カバー６１の溶融温度は、噴出ガスでは速やかに溶融し、かつ噴出ガスが噴射されない状態では変形したり溶融しない温度特性を考慮して、先述の範囲に設定される。

噴出ガスで溶融する閉塞カバー６１は、開弁した排出弁から噴射される高温の噴出ガスで溶融される。溶融された閉塞カバー６１は絶縁スペース６を外部に開放して、流入される噴出ガスを図２の矢印Ｂで示すように、絶縁スペース６から排出する。絶縁材の閉塞カバー６１は、電池ユニット４０Ａの端部電極１３側に密着して、絶縁スペース６を閉塞できる。とくに、端部電極１３側には金属板のリード板４５を配置しているので、絶縁材の閉塞カバー６１はリード板４５に密着して、リード板４５を短絡することなく絶縁スペース６を閉塞できる。さらに、独立気泡を有する発泡体の閉塞カバー６１は、単位体積に対する重量が小さく、密度が低くできるので、高温の噴出ガスで速やかに溶融されて、噴出ガスを絶縁スペース６から速やかに外部に排出できる特徴がある。さらに発泡体の閉塞カバー６１は、成形時の発泡倍率をコントロールしてより低比重化できるので、噴出ガスによる溶融時間を極めて短縮することができる。

閉塞カバー６１は、ゴム状弾性体の発泡体で成形している。ゴム状弾性体の閉塞カバー６１は、たとえば合成ゴム発泡体や軟質のプラスチック発泡体で成形される。合成ゴム発泡体はプロピレンゴムが使用できる。軟質のプラスチック発泡体には、たとえば軟質ウレタン発泡体が使用できる。ゴム状弾性体の閉塞カバー６１は、一対の電池ユニット４０Ａの間に配置し、両側の電池ユニット４０Ａで押圧し、圧縮される状態に弾性変形させることで、電池ユニット４０Ａの対向面４０ａに密着する。とくに、絶縁スペース６との対向面４０ａにリード板４５を固定している電池ユニット４０Ａは、リード板４５によって対向面４０ａに凹凸や隙間ができるが、弾性変形して密着する閉塞カバー６１は、凹凸を吸収し、隙間を閉塞できる特徴がある。さらに、独立気泡を有する発泡体からなるゴム状弾性体の閉塞カバー６１は、無数の気泡でより柔軟化されて変形できる自由度が大きくなり、凹凸のある電池ユニット４０Ａの対向面４０ａに隙間なく密着できる特徴がある。さらに、ゴム状弾性体の発泡体からなる閉塞カバー６１は、弾性変形して電池ユニット４０Ａの対向面４０ａに密着する状態で、電池ユニット４０Ａの対向面４０ａの押圧力を小さくできる。したがって、電池ユニット４０Ａの対向面４０ａに密着しながら、電池ユニット４０Ａに無理な応力を作用させることなく、絶縁スペース６を確実に閉塞できる特徴がある。

ただ、本発明の電源装置は、閉塞カバー６１を必ずしもゴム状弾性体で成形する必要はない。それは、閉塞カバー６１と電池ユニット４０Ａの対向面４０ａとの間に弾性変形するパッキンを配置し、あるいはシール材を塗布して、閉塞カバー６１を電池ユニット４０Ａの対向面４０ａに隙間なく密着することができるからである。

図１の電源装置１００は、図２～図４に示すように、閉塞カバー６１の外周枠部６２の表面と耐熱シート６４の表面とに絶縁シート６５を積層している。絶縁シート６５はプラスチック製で、耐熱シート６４の両面に閉塞カバー６１を配置して、耐熱シート６４と両側の閉塞カバー６１とを一体構造に連結して、絶縁スペース６に配設される板状の絶縁スペーサ６０としている。絶縁スペーサ６０は、一対の電池ユニット４０Ａに間に挟む状態で配置されて、閉塞カバー６１と耐熱シート６４とを絶縁スペース６の定位置に配置する。したがって、この構造は組み立て工程を簡単にして能率よく多量生産して、耐熱シート６４と閉塞カバー６１とを正確な位置に配置できる特徴がある。

図１及び図２の電源装置１００は、閉塞カバー６１に外周枠部６２を設けて、外周枠部６２の内側に排気チャンバー６３を設けているが、閉塞カバー６１はこの形状に特定するものでない。たとえば、図示しないが、閉塞カバーは、二次電池セルの排出弁の排出口との対向面に凹部を設けた板状の発泡体に成形し、あるいは、絶縁スペースに隙間なく配設されて、排気チャンバーを設けない板状に成形して排出弁の排出口を塞ぐこともできる。これ等の形状の閉塞カバー６１は、発泡体の発泡倍率を高くして閉塞カバー内部の空隙率を高くし、また溶融温度を低くして高温の噴出ガスによる溶融時間を短縮して、絶縁スペースに噴射される噴出ガスを速やかに外部に排出する。

本発明の電源装置は、内蔵する電池の熱暴走の誘発を防止して高い安全性が要求される用途に便利に使用される。

１００…電源装置
１…二次電池セル
６…絶縁スペース
７…ポッティング樹脂
１３…端部電極；１３Ａ…第１の端部電極；１３Ｂ…第２の端部電極
４０…電池集合体；４０Ａ…電池ユニット；４０ａ…対向面
４４…電池ホルダ；４４Ａ…挿入部；４４Ｂ…開口部
４５…リード板
６０…絶縁スペーサ
６１…閉塞カバー
６２…外周枠部
６３…排気チャンバー
６４…耐熱シート
６５…絶縁シート
８０…回路基板
８１…基板ホルダー；８１Ａ…底プレート；８１Ｂ…周壁；８１Ｃ…閉塞隙間；８１ａ…開口部；８１ｂ…開口部
８２…制御素子
８３…断熱層；８３Ａ…換気層
８４…断熱空気層
８５…パッキン
８６…熱伝導層

Claims

複数の電池セルを備える電池集合体と、
前記電池集合体の電池セルの保護回路を実現する制御素子を実装してなる回路基板と、
前記回路基板を固定して、底プレートを回路基板と電池集合体との間に配置してなる基板ホルダーとを備え、
前記回路基板は、前記基板ホルダーの底プレートと対向する面の反対側にある表面に制御素子を固定しており、
前記回路基板は、表面にはポッティング樹脂が密着されて、
前記回路基板の裏面と前記底プレートとの間に断熱層が設けられてなり、
前記断熱層が空気層であり、前記空気層が、外部に開放された空気の換気層であることを特徴とする電源装置。
複数の電池セルを備える電池集合体と、
前記電池集合体の電池セルの保護回路を実現する制御素子を実装してなる回路基板と、
前記回路基板を固定して、底プレートを回路基板と電池集合体との間に配置してなる基板ホルダーとを備え、
前記回路基板は、前記基板ホルダーの底プレートと対向する面の反対側にある表面に制御素子を固定しており、
前記回路基板は、表面にはポッティング樹脂が密着されて、
前記回路基板の裏面と前記底プレートとの間に断熱層が設けられてなり、
前記基板ホルダーが底プレートの周囲に周壁を備え、
前記回路基板が前記周壁の内側に配置され、
前記周壁と前記回路基板の外周との境界が、前記ポッティング樹脂の流入を阻止する閉塞隙間としてなることを特徴とする電源装置。
請求項２に記載される電源装置であって、
前記周壁と前記回路基板との間に、前記ポッティング樹脂の流入を阻止するパッキンを配置してなることを特徴とする電源装置。
複数の電池セルを備える電池集合体と、
前記電池集合体の電池セルの保護回路を実現する制御素子を実装してなる回路基板と、
前記回路基板を固定して、底プレートを回路基板と電池集合体との間に配置してなる基板ホルダーとを備え、
前記回路基板は、前記基板ホルダーの底プレートと対向する面の反対側にある表面に制御素子を固定しており、
前記回路基板は、表面にはポッティング樹脂が密着されて、
前記回路基板の裏面と前記底プレートとの間に断熱層が設けられてなり、
前記回路基板が表面に熱伝導層を有し、前記熱伝導層を介して前記回路基板が前記ポッティング樹脂に密着されてなることを特徴とする電源装置。
複数の電池セルを備える電池集合体と、
前記電池集合体の電池セルの保護回路を実現する制御素子を実装してなる回路基板と、
前記回路基板を固定して、底プレートを回路基板と電池集合体との間に配置してなる基板ホルダーとを備え、
前記回路基板は、前記基板ホルダーの底プレートと対向する面の反対側にある表面に制御素子を固定しており、
前記回路基板は、表面にはポッティング樹脂が密着されて、
前記回路基板の裏面と前記底プレートとの間に断熱層が設けられてなり、
前記回路基板と前記底プレートとが水平姿勢に配置され、
前記回路基板が、上面をポッティング樹脂に密着して、下面に前記断熱層を配置しており、
さらに、前記電池集合体が前記底プレートの下方に配置されてなり、
前記底プレートと前記電池集合体との間に断熱空気層を設けてなることを特徴とする電源装置。