JP7301271B2 - battery pack - Google Patents
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Description
本発明は、複数の電池セルを収納した電池パックに関する。 The present invention relates to a battery pack containing a plurality of battery cells.
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。 In recent years, from the viewpoint of saving resources and energy, there is an increasing demand for secondary batteries such as nickel-metal hydride, nickel-cadmium, and lithium-ion batteries that can be used repeatedly. Among them, the lithium-ion secondary battery is characterized by its light weight, high electromotive force, and high energy density. For this reason, the demand for power sources for driving various types of portable electronic devices and mobile communication devices such as mobile phones, digital cameras, video cameras, and notebook personal computers is increasing.
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。 On the other hand, along with miniaturization and high energy density, there is a risk of heat generation to high temperatures depending on the usage. Therefore, the safety of batteries and battery packs has become more important.
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。 For example, the batteries described above may generate gas internally if they are overcharged, overdischarged, or short-circuited internally or externally. The gas thus generated increases the internal pressure of the battery. If such a situation occurs, there is a possibility that the outer can will burst due to the increase in internal pressure. In order to prevent such explosion, these batteries are provided with an exhaust hole for gas release, a safety valve, and the like.
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。 Also, in a battery pack containing such batteries in a housing, a structure has been proposed in which the gas is discharged to the outside of the housing in order to improve safety. Furthermore, in a state in which such gas is generated, there is a possibility that smoke or fire may occur in the battery pack due to the influence of, for example, an overheated battery.
電池から噴出される高温のガスや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する電池パックが提案されている(例えば特許文献1)。この電池パックは、図10に示すように、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を同一面に配置する姿勢で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。電池ホルダ2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と、保持部6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を変質するように構成している。
A battery pack has been proposed that effectively prevents the spread of fire in a plurality of batteries while suppressing the influence of ejecting bodies such as high-temperature gas and flame ejected from the battery on the outside of the battery pack (for example, Patent Document 1). As shown in FIG. 10, this battery pack has a plurality of
しかしながら、隣接する電池セル間においては、例えば一方の電池セルから高温のガスが排出されると、この電池セルと電極面を同一平面状として隣接する他の電池セルの電極面にガスが晒されることとなって、加熱されて類焼する可能性があった。 However, between adjacent battery cells, for example, when high-temperature gas is discharged from one battery cell, the gas is exposed to the electrode surface of another adjacent battery cell with the electrode surface of this battery cell being on the same plane. As a result, there was a possibility that it would be heated and spread.
本発明の目的の一は、電池から噴出される高温のガスや発火時の炎等の噴出体による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。
One object of the present invention is to provide a battery pack that can effectively prevent the spread of fire in a plurality of batteries while suppressing the effects of ejecting bodies such as high-temperature gas ejected from batteries and flames when ignited. .
本発明の一形態に係る電池パックは、第一長手方向に延長された端面に電極端子を設け、かつ少なくとも一方の端面に安全弁を設けてなる複数の電池セルと、前記複数の電池セルを前記第一長手方向に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状に配置する姿勢で保持する電池ホルダとを備える。前記電池ホルダは、前記複数の電池セルの一以上の安全弁を有する端部を保持する端部保持部と、前記端部保持部に積層して固定され、前記端部保持部に保持された電池セルの端面側を被覆するセル被覆部と、を備え、前記端部保持部は、隣接する電池セルの電極端子同士を接続するリード板がそれぞれ配置される複数の凹部を有し、隣接する前記凹部の境界部分に前記リード板同士を絶縁する絶縁壁を有し、前記電池ホルダは、前記端部保持部に前記複数の凹部を、前記電池ホルダの外部とそれぞれ連通させる排出口を、前記第一長手方向に沿う側面に形成している。
A battery pack according to one aspect of the present invention comprises: a plurality of battery cells provided with electrode terminals on end faces extending in a first longitudinal direction and a safety valve provided on at least one end face; A battery holder is provided that holds the electrode terminals provided at both ends of each battery cell in a posture parallel to each other in the first longitudinal direction and in a posture that arranges the electrode terminals on the same plane. The battery holder includes: an end holding portion holding an end portion having one or more safety valves of the plurality of battery cells; and a battery stacked and fixed to the end holding portion and held by the end holding portion. a cell covering portion that covers the end face side of the cell, the end holding portion having a plurality of recesses in which lead plates that connect electrode terminals of adjacent battery cells are arranged, respectively; An insulating wall for insulating the lead plates is provided at a boundary portion between the recesses, and the battery holder includes the plurality of recesses in the end holding portion and an outlet for communicating with the outside of the battery holder . It is formed on the side surface along one longitudinal direction.
本発明の一形態に係る電池パックによれば、電池セルの何れかが噴出体を放出する事態となっても、電池ホルダの側面に開口された排出口から電池パックの外部に排出させることで、隣接する電池セルに噴出体の高温や高圧に晒される事態を回避でき、安全性が向上される。 According to the battery pack according to one aspect of the present invention, even if any of the battery cells ejects the ejecting body, the ejecting body can be ejected to the outside of the battery pack through the ejection port opened in the side surface of the battery holder. Therefore, it is possible to avoid exposing adjacent battery cells to the high temperature and high pressure of the ejector, thus improving safety.
本発明のある態様の電池パックは、上述の構成に加えて、以下のように構成してもよい。 A battery pack according to one aspect of the present invention may be configured as follows in addition to the configuration described above.
本発明の一実施形態に係る電池パックは、前記複数の電池セルが、その外形を円筒形としており、前記電池ホルダは、平行姿勢に保持された前記複数の電池セルを、各電極端子がマトリックス状に並ぶように保持すると共に、前記第一長手方向の両側端面を、該マトリックスに応じた矩形状とし、かつ該矩形状の隅部を、前記電池セルの円筒形の端面に沿うように面取りしており、前記排出口は、前記電池ホルダの側面において、面取りされたコーナー部分に曲面状に開口されたコーナー排出口を含んでいる。上記構成により、排出口を電池ホルダの矩形状の隅部にスリット状に開口した場合と比べ、排出口を面取りしたコーナー部分に連続的にコーナー排出口を開口させたことで、矩形状の隅部に高圧の噴出体がたまる事態を避け、電池セルからの噴出体をより抵抗の少ない状態でスムーズに外部に排出できる利点が得られる。 In the battery pack according to one embodiment of the present invention, the plurality of battery cells have a cylindrical outer shape, and the battery holder holds the plurality of battery cells held in a parallel posture, and each electrode terminal is arranged in a matrix. and holding both end faces in the first longitudinal direction in a rectangular shape corresponding to the matrix, and corners of the rectangular shape are chamfered along the cylindrical end faces of the battery cells. The discharge port includes a corner discharge port opened in a curved shape at a chamfered corner portion on the side surface of the battery holder. With the above configuration, compared to the case where the discharge port is opened in a slit shape at the rectangular corner of the battery holder, the corner discharge port is continuously opened at the chamfered corner of the battery holder, so that the rectangular corner can be formed. This provides the advantage of avoiding the accumulation of high-pressure ejected bodies in the parts and smoothly discharging the ejected bodies from the battery cells to the outside with less resistance.
また、本発明の他の実施形態に係る電池パックは、前記電池ホルダが、前記第一長手方向の両側端面の矩形状を、該第一長手方向と交差する第二長手方向に延長した長方形状としており、前記排出口は、前記電池ホルダの側面において、前記第二長手方向の中間に開口された中間排出口を含んでいる。上記構成により、コーナー排出口同士の間に中間排出口を開口させて、さらに噴出体の排出性能を高めることができる。 In a battery pack according to another embodiment of the present invention, the battery holder has a rectangular shape obtained by extending the rectangular shapes of both side end surfaces in the first longitudinal direction in a second longitudinal direction that intersects the first longitudinal direction. and the outlet includes an intermediate outlet opened in the middle of the second longitudinal direction on the side surface of the battery holder. With the above configuration, the intermediate discharge port can be opened between the corner discharge ports to further improve the discharge performance of the jetting body.
さらに、本発明の他の実施形態に係る電池パックは、前記複数の電池セルが、それぞれ電極端子の正極側に前記安全弁を設けており、前記電池ホルダは、前記複数の電池セルの電極端子の正極側に、前記排出口を開口させている。上記構成により、電池セルの正極側に設けられた安全弁から排出される噴出体を、正極側に開口させた排出口から効率良く電池パックの外部に排出することができる。
Further, in a battery pack according to another embodiment of the present invention, each of the plurality of battery cells is provided with the safety valve on the positive electrode side of the electrode terminal, and the battery holder is provided with the safety valve on the electrode terminal of the plurality of battery cells. The discharge port is opened on the positive electrode side. With the above configuration, the ejection body discharged from the safety valve provided on the positive electrode side of the battery cell can be efficiently discharged to the outside of the battery pack from the discharge port opened on the positive electrode side.
さらにまた、本発明の他の実施形態に係る電池パックは、前記電池ホルダが、前記複数の電池セルの電極端子の正極毎に、前記排出口を開口させている。 Furthermore, in a battery pack according to another embodiment of the present invention, the battery holder opens the outlet for each positive electrode of the electrode terminals of the plurality of battery cells.
さらにまた、本発明の他の実施形態に係る電池パックは、前記電池ホルダが、前記セル被覆部と対向する面において、該セル被覆部に向かって当接するように突出する隙間閉塞壁を有している。上記構成により、隣接する電池セル同士の間に隙間閉塞壁を設けることで、一方の電池セルから高温のガスが排出される状態となっても、このガスが隣接する他方の電池セルの端面側に流れ込むことを隙間閉塞壁でもって阻止して、類焼を抑制して安全性を高めることができる。 Furthermore, in a battery pack according to another embodiment of the present invention , the battery holder has, on a surface facing the cell covering portion, a gap closing wall that protrudes toward the cell covering portion so as to abut against the cell covering portion. ing. With the above configuration, by providing a gap blocking wall between adjacent battery cells, even if high-temperature gas is discharged from one battery cell, the gas is discharged from the end face side of the other adjacent battery cell. It is possible to prevent the flow into the space by the gap blocking wall, suppress the spread of fire, and improve the safety.
さらにまた、本発明の他の実施形態に係る電池パックは、前記隙間閉塞壁が、前記リード板で接続された隣接する電池セル同士の間に介在されている。 Furthermore, in a battery pack according to another embodiment of the present invention, the gap closing wall is interposed between adjacent battery cells connected by the lead plate.
さらにまた、本発明の他の実施形態に係る電池パックは、前記隙間閉塞壁が、前記リード板を介して前記セル被覆部に当接されている。上記構成により、電池セル同士をリード板で電気的に接続しながら、隙間閉塞壁を配置することで一方の電池セルから高温のガスが排出される状態となっても、他方の電池セルに流れ込む事態を抑制できる。 Furthermore, in a battery pack according to another embodiment of the present invention, the gap closing wall is in contact with the cell covering portion via the lead plate. With the above configuration, while the battery cells are electrically connected to each other by the lead plates, even if the high-temperature gas is discharged from one battery cell, it flows into the other battery cell by arranging the gap blocking wall. situation can be contained.
さらにまた、本発明の他の実施形態に係る電池パックは、前記リード板が、スリットを形成しており、前記隙間閉塞壁が、前記スリットに配置されるよう構成されている。上記構成により、スリットの間に隙間閉塞壁を通すように配置することで、リード板を介在させずに隙間閉塞壁を直接セル被覆部に当接させることが可能となる。 Furthermore, in a battery pack according to another embodiment of the present invention, the lead plate forms a slit, and the gap blocking wall is arranged in the slit. By arranging the gap closing wall so as to pass through between the slits, the gap closing wall can be brought into direct contact with the cell covering portion without intervening the lead plate.
さらにまた、本発明の他の実施形態に係る電池パックは、前記リード板が、外形を矩形状に形成されている。 Furthermore, in a battery pack according to another embodiment of the present invention, the lead plate is formed in a rectangular outer shape.
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。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. However, the embodiment shown below exemplifies a battery pack for embodying the technical idea of the present invention, and the present invention does not specify the battery pack as follows. In addition, this specification does not in any way specify the members shown in the claims as the members of the embodiment. In particular, the dimensions, materials, shapes, relative arrangements, etc. of the components described in the embodiments are not intended to limit the scope of the present invention, but are merely illustrative examples, unless otherwise specified. It's nothing more than Note that the sizes and positional relationships of members shown in each drawing may be exaggerated for clarity of explanation. Furthermore, in the following description, the same names and symbols indicate the same or homogeneous members, and detailed description thereof will be omitted as appropriate. Furthermore, each of the elements constituting the present invention may be configured with the same member so that a single member may serve as a plurality of elements, or conversely, the function of one member may be performed by a plurality of members. It can also be realized by sharing.
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、電動クリーナー、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、移動手段の動力及び補助電源として使用することもできる。
[実施形態1]
The battery pack of the present invention is mainly used as a power source for power. This battery pack is used, for example, as a power source for electric devices driven by motors, such as electric cleaners, electric tools, electric assist bicycles, electric motorcycles, electric wheelchairs, electric tricycles, and electric carts. However, the present invention does not specify the application of the battery pack. It can also be used as an auxiliary power supply.
[Embodiment 1]
本発明の実施形態1に係る電池パックを、図1~図6に示す。これらの図において、図1は実施形態1に係る電池パックを示す斜視図、図2は図1の電池パックの側面図、図3は図1の電池パックの正面図、図4は図2の電池パックのIV-IV線における垂直断面図、図5は図1の電池パックの分解斜視図、図6は図5の電池パックの更なる分解斜視図を、それぞれ示している。これらの図に示す電池パック100は、複数の電池セル1と、電池ホルダ2を備える。複数の電池セル1は、第一長手方向に延長された端面に電極端子13を設けている。電池ホルダ2は、複数の電池セル1を第一長手方向に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を同一面状に配置する姿勢で保持している。以下、各部材について、図面を参照しながら詳細に説明する。
(電池セル1)
A battery pack according to
(Battery cell 1)
電池セル1は、図6に示すように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3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3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、外形を円筒状とする円筒形電池が使用されているが、これに限定されず、外形を矩形状とした角形電池や扁平形電池を使用することもできる。
(電池ホルダ2)
As shown in FIG. 6 , the
(Battery holder 2)
電池ホルダ2は、平行姿勢に保持された複数の電池セル1を、各電極端子13がマトリックス状に並ぶように保持している。また電池ホルダ2は、第一長手方向の両側端面を、このマトリックスに応じた矩形状とし、かつ矩形状の隅部を、電池セル1の円筒形の端面に沿うように面取りしている。さらに電池ホルダ2は、第一長手方向の両側端面の矩形状を、この第一長手方向と交差する第二長手方向に延長した長方形状としている。
The
図1~図6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する。この電池ホルダ2は、電池セル1の中間を保持する中間保持部8と、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端部保持部6を有する。中間保持部8は、電池セル1を挿入する挿入筒を複数形成している。ここでは中間保持部8の上下を、それぞれ端部保持部6で挟み込む構成としている。ただ、本発明はこの構成に限らず、例えば下方の端部保持部を中間保持部と一体化して、中間保持部の上面のみを端部保持部で覆う構成としてもよい。
The
さらに、この端部保持部6に保持された電池セル1の端面側を、セル被覆部7で被覆している。特に図6の例では、これら端部保持部6とセル被覆部7とでホルダユニット2Aを構成し、複数の電池セル1の両端部を一対のホルダユニット2Aで保持している。また一対のホルダユニット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もよい。
(端部保持部6)
Further, the end face side of the
(End holding part 6)
端部保持部6は、図5~図6に示すように、複数の電池セル1の端部をそれぞれ保持する端面プレート部21を備えている。各端面プレート部21は、複数の電池セル1の両端に位置して、端面プレート部21同士が互いに平行な姿勢に配置されている。また端面プレート部21は、電極端子13が表出される開口部22を開口している。この開口部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の外周面に接近又は接触して、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、内側面から開口部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。さらに開口部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、開口部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、開口部22の定位置に停止できるようにしている。
As shown in FIGS. 5 and 6, the
さらに、図5~図6に示す端部保持部6は、複数の電池セル1の端面が配置される外側面に、開口部22から表出する電極端子13に接続されるリード板50を配置する凹部23を形成している。図に示す端部保持部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50同士を絶縁すると共に、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。
5 and 6, lead
さらに端部保持部6は、凹部23内に開口される複数の開口部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50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5に示す端部保持部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、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。
Furthermore, the
図5~図6に示す端部保持部6は、1つの開口部22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、端部保持部6は、1つの開口部22に配置される電池セル1の本数を特定しない。端部保持部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つの開口部22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つの開口部に6本の電池セルの端面を配置することもできる。このような開口部においては、複数の交差部を備える区画壁を形成して開口部を6つの領域に区画することができる。
(セル被覆部7)
5 and 6, end faces of two or four
(Cell covering portion 7)
セル被覆部7は、端部保持部6に保持された複数の電池セル1の端面側を被覆している。このセル被覆部7は、各電池セル1の端面と対向する被覆領域32を有している。図5に示すセル被覆部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。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。また閉塞プレート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。この例では閉塞プレート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。さらに閉塞プレート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。
The
閉塞プレート31は、図6に示すように、端部保持部6との対向面に、凹部23に嵌合する嵌合凸部33を形成してもよい。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と端部保持部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端部保持部6とセル被覆部7の境界から外部に漏れるのを抑制できる。
As shown in FIG. 6 , the closing
さらに、図6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。リング状の凸条34は円形状であって、端面プレート部21の開口部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。
Furthermore, the closing
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、開口部22から表出する電池セル1の電極端子13にリード板50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50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。
In the
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。また電池ホルダ2は、絶縁材料である熱硬化性樹脂でも良く、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。電池ホルダ2は、端部保持部6と中間保持部8を同じ樹脂で成形している。またセル被覆部7も同じ樹脂で形成してもよい。またセル被覆部7を電池ホルダ2の一部としてもよい。樹脂製の電池ホルダ2は、中間保持部8や端部保持部6、セル被覆部7をそれぞれ別部材として成形することも、これらの一部を一体成形することもできる。また中間保持部8を別部材として成形する場合、ウレタン系樹脂で成形しても良い。
The
樹脂製のセル被覆部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。セル被覆部7は、被覆領域32を厚くすることで、炎による延焼が電池ホルダ2に及ぶのを有効に防止できる。また、セル被覆部7は、被覆領域32を薄くすることで、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、セル被覆部7は、これ等のことを考慮して最適な厚さに設計される。セル被覆部7は、例えば、使用される電池セル1の種類や容量、セル被覆部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。セル被覆部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、セル被覆部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。
The resin-made
ただ、電池ホルダは、端部保持部を樹脂製として、セル被覆部を金属製とすることもできる。金属製のセル被覆部は、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。金属板からなるセル被覆部は、表面に絶縁塗料を塗布して絶縁することができる。金属板からなるセル被覆部も、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。 However, in the battery holder, the end holding portion may be made of resin and the cell covering portion may be made of metal. The metal cell covering portion can be a metal plate with a predetermined thickness. Iron, aluminum, copper, or the like can be used as such a metal plate. The cell covering portion made of a metal plate can be insulated by applying an insulating paint on the surface. The cell covering portion made of the metal plate is also made to have a thickness such that it can be melted or deformed by the energy of the ejection body ejected from the battery cell.
以上の電池ホルダ2は、各ホルダユニット2Aの端部保持部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に設けた開口部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。
In the
以上の電池ホルダ2の端部保持部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に複数の開口部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。
(リード板50)
The
(Lead plate 50)
リード板50は、端部保持部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50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50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。電池ホルダ2は、各ホルダユニット2Aの端面プレート部21に、各々3枚のリード板50を配置して、電池セル1の電極端子13に接続している。
(連結部52)
The
(Connecting portion 52)
図5~図6に示すリード板50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。このリード板50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。リード板50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50A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50Bとを備えている。
The
リード板50A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50B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50Bは、出力用の出力リード部55を備えている。リード板50Bに設けた出力リード部55は、端部保持部6とセル被覆部7の間から外部に引き出されている。
(溝部53)
The
(Groove 53)
さらに、リード板50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50B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50A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50A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50A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50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50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50を定位置に位置決めできる特徴もある。
Further, the
図5~図6に示すリード板50A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)
The
(Battery Assembly 10)
図1~図6に示す電池ホルダ2は、複数の電池セル1を端部保持部6で定位置に保持し、端部保持部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50で接続し、さらに、端部保持部6の表面に閉塞プレート31を固定して、電池セル1の端面側をセル被覆部7で被覆して電池組立10としている。
The
図5~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100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。
In the
なお図1~図6に示す電池パック100は、従来のような電池ホルダと外装ケースの二重構造とせず、電池ホルダそのものを外装ケースに兼用している。これにより、一層の小型軽量化とコスト削減とが図られる。ただ本発明は、電池セルの意図しない延焼を回避することを目的とするものであり、上述した電池ホルダと外装ケースの一体構造に限らず、電池ホルダの外部に別途外装ケースを設ける二重構造としてもよいことはいうまでもない。
(排気穴)
Note that the
(exhaust hole)
電池セル1は、凸部電極を設けた封口板3に排気穴を設けて、この排気穴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セルの内圧が仮に異常に上昇することがあっても、安全弁を開弁して内部のガスを排気穴から排気することで、安全性を高めている。このような安全弁は、一般に電池セルの正極側に設けている。
The
一方で、いずれかの電池セルから万一、高圧のガスや炎等の噴出体が放出されることがあると、噴出体の高温によって他の電池セルに悪影響を与えることが懸念される。噴出体の放出時間は比較的短時間であり、また放出された噴出体は距離の二乗に反比例して圧力や温度は低減されるものの、隣接する電池セル1においては、比較的距離が短いことから、噴出体が流入することで高温や高圧に晒される懸念がある。特に円筒形の電池セルの場合は、外装缶11の開口部に絶縁性樹脂を介して封口板3をかしめて固定しているため、急激に加熱されるとかしめの接合部分である絶縁性樹脂に悪影響を与えることが懸念される。
(排出口60)
On the other hand, if an ejector such as a high-pressure gas or flame is emitted from one of the battery cells, there is concern that the high temperature of the ejector may adversely affect the other battery cells. The ejection time of the ejector is relatively short, and the pressure and temperature of the ejected ejector are reduced in inverse proportion to the square of the distance, but the distance between
(Exhaust port 60)
そこで本実施形態においては、電池ホルダ2の第一長手方向に沿う側面に、排出口60を形成している。排出口60は、電池ホルダ2の内部に収納された電池セル1の電極端子13を、電池ホルダ2の外部と連通させている。この構成により、万一、電池セル1の何れかが噴出体を放出する事態となっても、図1~図6において矢印に示すように、電池ホルダ2の側面に開口された排出口60から電池パックの外部に噴出体を排出させることができる。これにより、隣接する電池セル1に噴出体の高温や高圧に晒される事態を回避でき、安全性が向上される。なお、排出口60の先は、電池パック100を設ける駆動対象機器側で安全に外部に排出できるような排出経路と連通させることが好ましい。例えば、排出口60を駆動対象機器の排気ダクトと連通する。
Therefore, in this embodiment, the
排出口60は、複数設けることが好ましい。図1等の例では、排出口60として、コーナー排出口61と中間排出口62を含んでいる。コーナー排出口61は、電池ホルダ2の側面において、面取りされたコーナー部分に曲面状に開口されている。このようにコーナー排出口61を排出口60を面取りしたコーナー部分に連続的に開口させたことで、排出口60を電池ホルダ2の矩形状の隅部にスリット状に開口した場合と比べ、矩形状の隅部に高圧の噴出体がたまる事態を避けることができ、電池セル1からの噴出体をより抵抗の少ない状態でスムーズに外部に排出できる。特に熱暴走時には高圧のガスを短時間で電池ホルダ2の外部に排出する必要があるところ、矩形状の隅部には圧力が集中し易くなるためガスだまりが発生することが考えられる。そこで、このような圧力の集中し易い隅部を面取りして排除すると共に、このコーナー部分に連続して排出口60をスリット状に延長して形成したことで、高圧の噴出体を速やかに外部に排出するよう案内できる。
It is preferable to provide a plurality of
また中間排出口62は、電池ホルダ2の側面において、第二長手方向の中間に開口されている。このようにコーナー排出口61同士の間に中間排出口62を開口させたことで、さらに噴出体の排出性能を高めることができる。
The
さらに排出口60は、複数の電池セル1の電極端子13の正極に対向する側面側に開口させることが好ましい。上述の通り、電池セルは一般に、正極側の電極端子に安全弁を設けている。このため、高温高圧のガスを含む噴出体が放出される事態が発生するとすれば、正極側で起こる可能性が高い。よって、各正極端子が電池パックの外部と連通するように排出口60を開口させることで、効率良く噴出体を外部に排出でき、もって隣接する電池セルに悪影響を及ぼす事態を回避できると考えられる。
Further, the
なお、電池パック内における正極側の電極端子13の位置は、複数の電池セル1の直列、並列接続の形態や本数によって変化する。よって、このような接続形態や本数に応じて、排出口60の開口位置を設定する。好ましくは、極力正極端子同士が集中しないように、正極端子同士が分散されるような接続形態とする。図5の例では、10本の電池セルを5直2並に接続している。この接続形態であれば、2本の電池セルの正極端子が負極端子を挟んで一つおきに並ぶため、隣接する正極端子は2つのみに抑えることができ、安全性の面で優れている。さらに、各正極端子にそれぞれ排出口60を開口させることで、排出口60自体を小さくでき、排出口60を開口させたことによる電池ホルダ2の強度低下も抑制できる。
[実施形態2]
The position of the
[Embodiment 2]
また以上の構成では、コーナー部分においては連続してコーナー排出口61を設ける例を説明した。ただ本発明はこの構成に限らず、コーナー部分に非連続に排出口60を設けてもよい。このような構成を実施形態2に係る電池パック200として、図7の斜視図に示す。この図に示す電池パック200は、コーナー排出口61の中間に支柱63を設けて、コーナー排出口61を2つの分割コーナー排出口61a、61bに分割している。この構成であれば、落下等の衝撃に対する強度が要求される電池パック200の隅部を補強して、排出口60を開口したことによる強度低下を抑制しつつも、万一隅部の電池セル1から噴出体が放出されても、排出口60からパック電池の外部に排出することで、電池パック200内部の他の電池セル1を保護できる。
[実施形態3]
Further, in the above configuration, an example in which the
[Embodiment 3]
また、噴出体の影響が隣接する電池セルに及ぶことを低減するため、隣接する電池セルとの間に隙間閉塞壁を形成してもよい。このような例を実施形態3に係る電池パック300として、図8の分解斜視図に示す。なおこの図に示す電池パック300において、上述した実施形態1等と同様の部材については同じ符号を付して、詳細説明を適宜省略する。この図に示す電池パック300は、電池ホルダ2の端部保持部6が、セル被覆部7と対向する面において、セル被覆部7に向かって当接するように突出する隙間閉塞壁26Aを形成している。このように、隣接する電池セル1同士の間に隙間閉塞壁26Aを設けることで、一方の電池セルから高温の噴出体が排出される状態となっても、他方の電池セルに噴出体が流出する事態を隙間閉塞壁26Aで阻むことができる。この隙間閉塞壁26Aは、リード板50で接続された隣接する電池セル1同士の間に介在させている。また隙間閉塞壁26Aは、区画壁26の上面から突出させている。このため区画壁26の上面は同一平面でなく、隙間閉塞壁26Aを設けた区画壁26の上面のみが高くなっている。なお隙間閉塞壁26Aは、セル被覆部7と完全に密着させることを要さず、噴出体を堰き止められる程度に保持されていれば足りる。すなわち、気密に閉塞されていることを要しない。
Further, in order to reduce the influence of the ejector on adjacent battery cells, a gap blocking wall may be formed between the adjacent battery cells. Such an example is shown in the exploded perspective view of FIG. 8 as a
また上述の通り電池セル1は、正極側に安全弁を設けており、噴出体が放出されることがあるのは正極側となる。そこで、電池セルの正極側が他の電池セルと隣接している部位に、隙間閉塞壁26Aをこれら電池セル1同士の間に介在させるように配置している。このように、安全弁を設けた正極側に隙間閉塞壁26Aを設けることで、万一安全弁が開放されても、安全弁から排出された高温の噴出体が隣接する電池セルに流れ込む事態を隙間閉塞壁26Aで抑制でき、安全性が高められる。
[実施形態4]
In addition, as described above, the
[Embodiment 4]
以上の例では、隙間閉塞壁がリード板を介してセル被覆部7を当接する構成について説明した。ただ本発明はこの構成に限られず、リード板を介在させることなく隙間閉塞壁で直接、セル被覆部を当接する構成としてもよい。このような構成を実施形態4に係る電池パック400として、図9の分解斜視図に示す。この図においても、上述した実施形態1~3と同様の部材については同じ符号を付して、詳細説明を適宜省略する。
In the above example, the configuration in which the gap closing wall contacts the
図9に示す電池パック400は、リード板50にスリット56を形成している。そしてこのスリット56が隙間閉塞壁26Aに配置される姿勢として、リード板50を電池セル1に固定している。このように、スリット56の間に隙間閉塞壁26Aを通すように配置することで、リード板50を介在させずに隙間閉塞壁26Aを直接セル被覆部7に当接させることが可能となる。リード板50の接続部51は、スリット56を設けた部分では電気的に接続されないものの、隙間閉塞壁26Aを設けていない区画壁26の上面を連結部52で連結することで、4つの接続部51は電気的に接続されてお降り、4本の電池セル1同士は同電位に維持される。
以上の実施例3、4では、隣接する電池セル1同士の間に隙間閉塞壁26Aを設けたことで、万一、一の電池セルから高温のガスが排出される状態となっても、隣接する他方の電池セルの端面側への流入を阻むことで類焼のリスクを低減できる。
In Examples 3 and 4 described above, the
本発明に係る電池パックは、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、電動ブロワ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。 The battery pack according to the present invention is a battery pack that enhances safety by suppressing the spread and spread of fire caused by ejection bodies ejected from the end surfaces of battery cells when there is an abnormality in the battery cells. It can be suitably used as a power source for electric tricycles, electric carts, cleaners, electric blowers, etc., and for power storage in homes and shops.
100、200、300、400…電池パック
1…電池セル
2…電池ホルダ
2A…ホルダユニット
3…封口板
6…端部保持部
7…セル被覆部
8…中間保持部
10…電池組立
11…外装缶
13…電極端子
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
26A…隙間閉塞壁
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
50、50A、50B…リード板
51…接続部
52…連結部;52A…高い連結部;52B…低い連結部
53…溝部
54…貫通孔
55…出力リード部
56…スリット
60…排出口
61…コーナー排出口
61a、61b…分割コーナー排出口
62…中間排出口
63…支柱
DESCRIPTION OF
Claims (9)
前記複数の電池セルを前記第一長手方向に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状に配置する姿勢で保持する電池ホルダと、
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一以上の安全弁を有する端部を保持する端部保持部と、
前記端部保持部に積層して固定され、前記端部保持部に保持された電池セルの端面側を被覆するセル被覆部と、
を備え、
前記端部保持部は、隣接する電池セルの電極端子同士を接続するリード板がそれぞれ配置される複数の凹部を有し、隣接する前記凹部の境界部分に前記リード板同士を絶縁する絶縁壁を有し、
前記電池ホルダは、前記端部保持部に前記複数の凹部を、前記電池ホルダの外部とそれぞれ連通させる排出口を、前記第一長手方向に沿う側面に形成してなる電池パック。 a plurality of battery cells having electrode terminals provided on end faces extending in the first longitudinal direction and having a safety valve provided on at least one end face ;
a battery holder that holds the plurality of battery cells in a posture parallel to each other in the first longitudinal direction and in a posture in which electrode terminals provided at both ends of each battery cell are arranged in the same plane;
A battery pack comprising
The battery holder is
an edge holder that holds an edge having one or more safety valves of the plurality of battery cells;
a cell covering portion laminated and fixed to the end holding portion and covering an end face side of the battery cell held by the end holding portion;
with
The end holding portion has a plurality of recesses in which lead plates connecting electrode terminals of adjacent battery cells are arranged, respectively, and an insulating wall for insulating the lead plates at the boundary between the adjacent recesses. have
A battery pack in which the battery holder has a side surface along the first longitudinal direction formed with an outlet for communicating the plurality of concave portions in the end holding portion with the outside of the battery holder.
前記複数の電池セルは、その外形を円筒形としており、
前記電池ホルダは、平行姿勢に保持された前記複数の電池セルを、各電極端子がマトリックス状に並ぶように保持すると共に、
前記第一長手方向の両側端面を、該マトリックスに応じた矩形状とし、かつ該矩形状の隅部を、前記電池セルの円筒形の端面に沿うように面取りしており、
前記排出口は、前記電池ホルダの側面において、面取りされたコーナー部分に曲面状に開口されたコーナー排出口を含んでなる電池パック。 A battery pack according to claim 1,
The plurality of battery cells have a cylindrical outer shape,
The battery holder holds the plurality of battery cells held in a parallel posture so that the respective electrode terminals are arranged in a matrix,
Both end faces in the first longitudinal direction are rectangular according to the matrix, and corners of the rectangular shape are chamfered along the cylindrical end faces of the battery cells,
The battery pack, wherein the outlet includes a corner outlet opening in a curved shape at a chamfered corner portion of the side surface of the battery holder.
前記電池ホルダは、前記第一長手方向の両側端面の矩形状を、該第一長手方向と交差する第二長手方向に延長した長方形状としており、
前記排出口は、前記電池ホルダの側面において、前記第二長手方向の中間に開口された中間排出口を含んでなる電池パック。 The battery pack according to claim 2,
The battery holder has a rectangular shape in which the rectangular shapes on both side end faces in the first longitudinal direction are extended in a second longitudinal direction that intersects with the first longitudinal direction,
The battery pack, wherein the outlet includes an intermediate outlet opened in the middle of the second longitudinal direction on the side surface of the battery holder.
前記複数の電池セルは、それぞれ電極端子の正極側に前記安全弁を設けており、
前記電池ホルダは、前記複数の電池セルの電極端子の正極側に、前記排出口を開口させてなる電池パック。 The battery pack according to any one of claims 1 to 3,
Each of the plurality of battery cells is provided with the safety valve on the positive electrode side of the electrode terminal,
The battery holder is a battery pack in which the discharge port is opened on the positive electrode side of the electrode terminals of the plurality of battery cells.
前記電池ホルダは、前記複数の電池セルの電極端子の正極毎に、前記排出口を開口させてなる電池パック。 The battery pack according to claim 4,
The battery holder is a battery pack in which the discharge port is opened for each positive electrode of the electrode terminals of the plurality of battery cells.
前記電池ホルダは、前記セル被覆部と対向する面において、該セル被覆部に向かって当接するように突出する隙間閉塞壁を有してなる電池パック。 The battery pack according to any one of claims 1 to 5 ,
A battery pack in which the battery holder has a gap closing wall projecting so as to abut against the cell covering portion on a surface facing the cell covering portion.
前記隙間閉塞壁が、前記リード板で接続された隣接する電池セル同士の間に介在されてなる電池パック。 A battery pack according to claim 6,
A battery pack in which the gap closing wall is interposed between adjacent battery cells connected by the lead plate.
前記隙間閉塞壁が、前記リード板を介して前記セル被覆部に当接されてなる電池パック。 The battery pack according to claim 6 or 7,
A battery pack in which the gap closing wall is in contact with the cell covering portion via the lead plate.
前記リード板が、スリットを形成しており、
前記隙間閉塞壁が、前記スリットに配置されるよう構成されてなる電池パック。 The battery pack according to claim 6 or 7,
The lead plate forms a slit,
A battery pack in which the gap blocking wall is arranged in the slit.
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