JPWO2016067517A1 - 電池パック及び放熱ホルダ - Google Patents

Abstract

電池パックは、複数の電池セル（１）と、電池セル（１）の間に配置されて電池セル（１）と熱結合状態に接触してなる放熱ホルダ（２）とを備える。放熱ホルダ（２）は、電池セル（１）を挿入する挿入孔を有するホルダー本体（３）と、挿入孔の内面に配置してなる弾性筒を有する熱伝導絶縁ゴム（４）とを備える。弾性筒は、複数の弾性突出部を内面に突出して設けて、電池セル（１）の非挿入状態での内形を電池セル（１）の外形よりも小さくしている。放熱ホルダ（２）は、弾性筒に挿入してなる電池セル（１）を絶縁状態で定位置に配置し、弾性突出部で電池セル（１）の周囲に弾性的に押圧して密着し、弾性筒を介して電池セル（１）の熱エネルギをホルダー本体（３）に伝導している。

Description

本発明は複数の電池セルを放熱ホルダで定位置に配置している電池パック及びその放熱ホルダに関する。

電池パックは、電池セルの個数を多くして充電できる容量と出力を大きくできる。このため、充放電の容量や出力の大きい電池パックは、多数の電池セルを直列又は並列に、あるいは又直列と並列に接続している。この電池パックは、電池セルの間に、熱伝導性に優れたアルミニウムなどの放熱材を配置して、電池セルの熱を放熱材に伝導して温度上昇を制限できる。また、放熱材を、電池セルを定位置に配置する形状として、電池セルを定位置に配置しながら放熱できる。

このことを実現するために、放熱材を電池セルの表面に密着させる電池パックは開発されている（特許文献１参照）。

この電池パックは、積層している電池セルの間に放熱材を配置して、電池セルの熱を放熱材に伝導する。さらに、この電池パックは、放熱材と電池セルとの間の熱伝導特性を改善するために、熱伝導性ゴム層を設けている。熱伝導性ゴム層は、電池セルの間に挟着される状態で電池セルの表面に密着して、熱伝導特性を改善する。とくに、積層している電池セルを両側から締め付けて、熱伝導性ゴム層を電池セルの表面に弾性的に押圧する状態で密着できる。しかしながら、この構造の電池パックは、電池セルを積層して電池セルの間に放熱材を配置するので、電池セルの全周を放熱材に接触できず、電池セルの発熱を全周から放熱できない欠点がある。すなわち、この電池パックは、電池セルの熱を積層方向にのみ伝導するので、電池セルを多段多列に配置する構造にあっては、電池セルの温度差が大きくなる。電池セルの熱が積層方向である列方向にのみ伝導されて、これと直交する段方向には伝導できなくなるからである。また、この構造は、電池セルを積層して電池セル間に放熱材を配置するので、使用される電池セルが角形電池に特定されて、円筒形電池には使用できず、また放熱材で電池セルを定位置に配置できない欠点もある。

円筒形の電池セルを放熱材で定位置に配置する電池パックは開発されている（特許文献２参照）。

この電池パックは、波形の放熱材の間に挟んで配置して定位置に配置できる。この電池パックは、放熱材を波形として、両面に円筒形電池を配置するので電池セルを定位置に配置できる。しかしながら、この電池パックも電池セルを多段多列に配置する構造にあっては、段方向と列方向の両方に熱伝導できず、全ての電池セルを均一に放熱できない欠点がある。また、この電池パックは、電池セルの熱暴走の誘発を効果的に阻止できない欠点もある。それは、全ての電池セルの間に放熱材が配置されないからである。

電池セルの熱暴走の誘発を防止できる電池パックは開発されている（特許文献３参照）。

この電池パックは、放熱材に円筒形の電池セルを挿入する挿入孔を設けて、この挿入孔に電池セルを挿入するので、電池セルの熱暴走の誘発を防止できる。放熱材が熱暴走した電池セルの周囲にあって電池セルの熱エネルギを吸収するからである。さらに、この構造の電池パックは、円筒形の電池セルを多段多列に配置して各々の電池セルの全周から放熱できるので、電池セルの熱エネルギを段方向と列方向の両方に伝導できる特徴もある。ただ、この構造の電池パックは、電池セルを挿入孔に挿入して、電池セルの全周を熱結合状態に挿入孔の内面に密着することが難しい。このため、電池セルの全周を放熱材に密着して、発熱を効果的に放熱材に伝導できない欠点がある。とくに、円筒形の電池セルは製造工程において寸法誤差が発生し、さらに放熱材も製造工程において挿入孔に寸法誤差ができるので、電池セルを挿入孔に密着する状態では挿入できない。放熱材には、熱伝導特性に優れたアルミニウムが多用されるので、アルミニウムを引き抜き加工して多量生産している。この製造工程において、アルミニウム製の放熱材は挿入孔に相当な寸法誤差ができる。このため、円筒形の電池セルを挿入孔に挿入する電池パックは、電池セルを定位置に配置できる特徴は実現できても、挿入孔にスムーズに挿入して理想的な熱結合状態にはできない。また、放熱材に熱伝導特性に優れたアルミニウム等の金属を使用するので、隣の電池セルを絶縁状態では配置できない。このため、隣の電池セルを直列に接続している電池パックは、電池セルの外装缶がアルミニウム製の放熱材に接触して大きなショート電流が流れる欠点がある。

特開２０１４−１０９３９号公報 特開２０１１−９４７７号公報 特開２００５−２８５４５６号公報

したがって、従来の電池パックは、電池セルの全周から効率よく放熱すると共に、電池セルの熱暴走の誘発を確実に阻止して高い安全性を実現し、また、直列に接続している電池セルのショートを確実に防止しながら定位置に配置できない欠点がある。

本発明は、従来の電池パックが有する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。本発明の重要な目的は、電池セルの発熱を全周から効率よく放熱して、温度上昇を小さくでき、さらに、電池セルの熱暴走の誘発をも確実に防止して高い安全性を実現し、さらに電池セルをスムーズに放熱ホルダの定位置に挿入して絶縁状態で定位置に配置できる電池パック及び放熱ホルダを提供することにある。

本発明の電池パックは、複数の充放電できる電池セルと、電池セルの間に配置されて電池セルと熱結合状態に接触してなる放熱ホルダとを備えている。放熱ホルダは、電池セルを挿入する挿入孔を有するホルダー本体と、この挿入孔の内面に配置してなる弾性筒を有する熱伝導絶縁ゴムとを備えている。弾性筒は、電池セルの表面に弾性的に押圧される複数の弾性突出部を内面に突出して設けており、電池セルの非挿入状態における内形を電池セルの外形よりも小さくしている。放熱ホルダは、弾性筒に挿入してなる電池セルを絶縁状態で定位置に配置すると共に、弾性突出部を電池セルの周囲に弾性的に押圧させて電池セルに熱結合状態に密着しており、弾性筒を介して電池セルの熱エネルギをホルダー本体に伝導している。

本発明の他の側面に係る電池パックは、複数の充放電できる電池セルと、電池セルの間に配置されて電池セルと熱結合状態に接触してなる放熱ホルダとを備えている。放熱ホルダは、電池セルを挿入する挿入孔を有するホルダー本体と、この挿入孔の内面に配置してなる弾性筒を有する熱伝導絶縁ゴムとを備えている。ホルダー本体は、複数の熱伝導プレートを積層してなる積層体で、この熱伝導プレートは電池セルが挿通される複数の貫通孔を所定の配列で開口して設けている。熱伝導絶縁ゴムは複数の絶縁プレートの積層体で、この絶縁プレートは熱伝導プレートの貫通孔の内面に配置される絶縁リングを有している。放熱ホルダは、熱伝導プレートと絶縁プレートとを電池セルの長手方向に積層する状態で、対向する熱伝導プレートの貫通孔で挿入孔を形成すると共に、対向する絶縁プレートの絶縁リングで弾性筒を形成している。放熱ホルダは、弾性筒に挿入してなる電池セルを絶縁状態で定位置に配置すると共に、弾性筒を介して電池セルの熱エネルギをホルダー本体に伝導している。

本発明の放熱ホルダは、複数の電池セルの間に配置されて、電池セルと熱結合状態に接触し、電池セルを挿入する挿入孔を有するホルダー本体と、この挿入孔の内面に配置してなる弾性筒を有する熱伝導絶縁ゴムとを備えている。弾性筒は、電池セルの表面に弾性的に押圧される複数の弾性突出部を内面に突出して設けて、電池セルの非挿入状態における内形を電池セルの外形よりも小さくしている。弾性筒に挿入してなる電池セルを絶縁状態で定位置に配置すると共に、弾性突出部を電池セルの周囲に弾性的に押圧させて電池セルに熱結合状態に密着しており、弾性筒を介して電池セルの熱エネルギをホルダー本体に伝導している。

本発明の他の側面に係る放熱ホルダは、複数の電池セルの間に配置されて、電池セルと熱結合状態に接触し、電池セルを挿入する挿入孔を有するホルダー本体と、この挿入孔の内面に配置してなる弾性筒を有する熱伝導絶縁ゴムとを備えている。ホルダー本体は、複数の熱伝導プレートを積層してなる積層体で、この熱伝導プレートは電池セルが挿通される複数の貫通孔を所定の配列で開口して設けている。熱伝導絶縁ゴムは複数の絶縁プレートの積層体で、この絶縁プレートは熱伝導プレートの貫通孔の内面に配置される絶縁リングを有している。熱伝導プレートと前記絶縁プレートとを電池セルの長手方向に積層する状態で、対向する熱伝導プレートの貫通孔で挿入孔が形成されると共に、対向する絶縁プレートの絶縁リングで弾性筒２７を形成している。弾性筒に挿入してなる電池セルを絶縁状態で定位置に配置すると共に、弾性筒を介して電池セルの熱エネルギをホルダー本体に伝導している。

本発明の電池パックは、電池セルの発熱を全周から効率よく放熱して、温度上昇を小さくでき、電池セルの熱暴走の誘発をも確実に防止して高い安全性を実現でき、さらに電池セルをスムーズに放熱ホルダの定位置に挿入して絶縁状態で定位置に配置できる特徴がある。それは、本発明の電池パックが、放熱ホルダを挿入孔のあるホルダー本体と、挿入孔に配置している熱伝導絶縁ゴムとで構成し、熱伝導絶縁ゴムには、挿入孔の内面で電池セルの周囲に弾性的に押圧される弾性筒を設けて、この弾性筒に電池セルの周囲に弾性的に押圧される複数の弾性突出部を内面に突出して設け、さらに複数の弾性突出部のある弾性筒の内形を、電池セルの非挿入状態において電池セルの外形よりも小さくして、弾性筒に電池セルを挿入して、弾性筒でもって電池セルを絶縁状態で定位置に配置し、弾性突出部を電池セルの周囲に弾性的に押圧して電池セルに熱結合状態に密着し、弾性筒を介して電池セルの熱エネルギをホルダー本体に伝導するからである。

とくに、本発明の電池パックは、挿入孔の内面に熱伝導絶縁ゴムの弾性筒を配置して、この弾性筒には電池セルに向かって複数の弾性突出部を設けているので、電池セルを挿入するときには弾性突出部を弾性変形させてスムーズに電池セルを挿入でき、挿入する状態では弾性突出部を電池セルの周囲に密着させて、電池セルの発熱を効率よく弾性筒を介してホルダー本体に伝導する。このため、多数の電池セルを各々の挿入孔に挿入して多段多列に配置しても、全ての電池セルの全周が放熱ホルダで区画され、電池セルの熱エネルギを効率よく放熱ホルダに伝導して電池セルの温度上昇を少なくすると共に、電池セルの熱暴走の誘発をも確実に防止できる特徴を実現する。

さらに、本発明の他の側面に係る電池パックは、電池セルの発熱を全周から効率よく放熱して、温度上昇を小さくでき、電池セルの熱暴走の誘発をも確実に防止して高い安全性を実現できる特徴がある。それは、本発明の電池パックが、放熱ホルダを挿入孔のあるホルダー本体と、挿入孔の内面に弾性筒を配置している熱伝導絶縁ゴムとで構成し、ホルダー本体を複数の熱伝導プレートの積層体として対向する貫通孔で挿入孔を形成しているからである。されに、熱伝導絶縁ゴムを複数の絶縁プレートの積層体として、貫通孔の内面に配置された絶縁リングを対向させて弾性筒を形成し、弾性筒に挿入してなる電池セルを絶縁状態で定位置に配置し、弾性筒を介して電池セルの熱エネルギをホルダー本体に伝導するからである。

本発明の放熱ホルダは、電池セルを定位置に配置しながら、電池セルの発熱を全周から効率よく放熱して温度上昇を小さくでき、電池セルの熱暴走の誘発をも確実に防止して高い安全性を実現できる特徴がある。それは、本発明の放熱ホルダが、電池セルを挿入する挿入孔を有するホルダー本体と、この挿入孔に配置してなる弾性筒を有する熱伝導絶縁ゴムとを備え、弾性筒の内面に、電池セルの表面に弾性的に押圧される複数の弾性突出部を突出して設けて、電池セルの非挿入状態における内形を電池セルの外形よりも小さくしているからである。さらに、弾性筒に挿入される電池セルを絶縁状態で定位置に配置すると共に、弾性突出部を電池セルの周囲に弾性的に押圧させて電池セルに熱結合状態に密着させて、弾性筒を介して電池セルの熱エネルギをホルダー本体に伝導するからである。とくに、本発明の放熱ホルダは、挿入孔の内面に熱伝導絶縁ゴムの弾性筒を配置して、この弾性筒には電池セルに向かって複数の弾性突出部を設けているので、電池セルを挿入するときには弾性突出部を弾性変形させてスムーズに挿入でき、挿入する状態では弾性突出部を電池セルの周囲に密着させて、電池セルの発熱を効率よく弾性筒を介してホルダー本体に伝導できる。

さらに、本発明の他の側面に係る放熱ホルダは、電池セルを定位置に配置しながら、電池セルの発熱を全周から効率よく放熱して温度上昇を小さくでき、電池セルの熱暴走の誘発をも確実に防止して高い安全性を実現できる特徴がある。それは、本発明の放熱ホルダが、電池セルを挿入する挿入孔を有するホルダー本体と、この挿入孔に配置してなる弾性筒を有する熱伝導絶縁ゴムとを備え、ホルダー本体を、複数の熱伝導プレートを積層してなる積層体として、対向する熱伝導プレートの貫通孔で挿入孔を形成しているからである。さらに、熱伝導絶縁ゴムを複数の絶縁プレートの積層体として、貫通孔の内面に配置されて対向する絶縁リングで弾性筒を形成し、弾性筒に挿入してなる電池セルを絶縁状態で定位置に配置し、弾性筒を介して電池セルの熱エネルギをホルダー本体に伝導するからである。

本発明の一実施例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放熱ホルダの一部拡大斜視図である。 図２に示す放熱ホルダの分解斜視図である。 図１に示す電池パックの一部拡大垂直断面図である。 図１に示す電池パックの一部拡大水平断面図である。 本発明の他の実施例にかかる電池パックの放熱ホルダの斜視図である。 図６に示す放熱ホルダの一部拡大垂直断面図である。 図６に示す放熱ホルダの分解斜視図である。 本発明の一実施例にかかる電池パックにおいて電池セルの熱エネルギが周囲に伝導される状態を示す模式図である。 本発明の他の実施例にかかる電池パックにおいて電池セルの熱エネルギが周囲に伝導される状態を示す模式図である。

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。さらに、この明細書は、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に示す電池パックは、複数の電池セル１と、直列及び並列に電気接続された各々の電池セル１を定位置に配置している放熱ホルダ２とを備える。電池セル１は円筒形のリチウムイオン二次電池である。円筒形のリチウムイオン二次電池は、現在１８６５０として、ラップトップマイクロコンピュータ、自転車、自動車等、種々の用途に多用されている電池が使用できる。ただし、本発明の電池パックは、電池セル１を円筒形のリチウムイオン二次電池に特定するものでなく、現在使用され、あるいはこれから開発される全ての電池、例えばニッケル−水素電池等の充放電できる他の全ての二次電池を使用できる。また、円筒形の電池に代わって角形の電池も使用できる。

放熱ホルダ２は、電池セル１を定位置に配置する。放熱ホルダ２は、全ての電池セル１に熱結合状態に密着して、各電池セル１の熱エネルギを吸収して放熱する。放熱ホルダ２は、各々の電池セル１を独立して単独で挿入している挿入孔５を有するホルダー本体３と、ホルダー本体３に設けた挿入孔５の内面に密着して配置している弾性筒７のある絶縁性のゴム状弾性体からなる熱伝導絶縁ゴム４とを備える。図２は放熱ホルダ２の斜視図を示し、図３は熱伝導絶縁ゴム４をホルダー本体３から分離した斜視図を示している。

ホルダー本体３は、アルミニウム又はアルミニウム合金等の金属を押し出し成形し、あるいは金型に圧入して製作される。さらに、ホルダー本体３は、アルミニウム又はアルミニウム合金等の金属板をプレス成形して複数の貫通孔を開口した後、複数枚を積層して挿入孔５を有する形状に形成することもできる。金属製、とくにアルミニウムやアルミニウム合金等の金属製のホルダー本体３は、優れた熱伝導特性〔１００〜２５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）〕によって各々の電池セル１の発熱をより効率よく吸収して効果的に放熱し、電池セル１の温度上昇を小さく、また各々の電池セル１の温度差も小さくできる特徴がある。ただし、ホルダー本体３は、アルミニウム等の金属製には限定されず、たとえば、熱伝導特性に優れたカーボン製〔１００〜２０００Ｗ／（ｍ・Ｋ）〕とすることもできる。

図１ないし図３の放熱ホルダ２は、ホルダー本体３の挿入孔５に複数の電池セル１を挿入して俵積み状態に配置する。この放熱ホルダ２は、電池セル１を複数列に配置して、互いに隣の列の電池セル１を谷間に配置している。この放熱ホルダ２は、多数の電池セル１を互いに接近して配置できるので、放熱ホルダ２の外形を小さくして多数の電池セル１を収納できる。ただ、放熱ホルダは、図１０に示すように、複数の電池セル１を縦横に多段多列に並べて配置することもできる。

ホルダー本体３は、各々の電池セル１を挿入孔５に挿入して、全ての電池セル１の間に隔壁６を設けている。図２のホルダー本体３は、電池セル１の内径よりも大きい円柱状の挿入孔５を設けている。挿入孔５は、ホルダー本体３の両面に開口して平行に設けられる。挿入孔５の内面には熱伝導絶縁ゴム４の弾性筒７を配置して、挿入孔５と電池セル１との間に熱伝導絶縁ゴム４を配置している。

熱伝導絶縁ゴム４は、シリコン系やフッ素系のゴム状弾性体である。この熱伝導絶縁ゴム４は優れた耐熱特性によって電池セル１が高温になる状態においても変形したり劣化したりすることがなく、電池セル１の発熱を効果的にホルダー本体３に伝導する。熱伝導絶縁ゴム４は、熱伝導材を添加しているゴム状弾性体として熱伝導特性〔０．１〜３Ｗ／（ｍ・Ｋ）〕を改善できる。熱伝導材は、金属粉末や無機粉末が使用できる。ただし、熱伝導絶縁ゴム４は、絶縁特性が要求されるので、絶縁性の熱伝導材を添加し、あるいは熱伝導材の添加量を少なくして、電池セル１とホルダー本体３とを絶縁状態に配置する。

熱伝導絶縁ゴム４は、各挿入孔５の内面に配置されて、電池セル１の周囲に弾性的に押圧される複数の弾性筒７を、挿入孔５の端部で互いに連結している。弾性筒７は図２、図４、及び図５に示すように、電池セル１の全周に弾性的に押圧される複数の弾性突出部８を内面に突出して設けている。弾性筒７は、それ自体が弾性変形して、電池セル１をスムーズに挿入孔５に挿入し、また挿入された電池セル１の表面に弾性的に押圧して密着する。したがって、複数の弾性突出部８を内面に突出して設けている弾性筒７の内形は、電池セル１を挿入しない非挿入状態において、電池セル１の外形よりも０．０５〜１０％小さくしている。

図２の一部拡大斜視図に示す熱伝導絶縁ゴム４は、弾性筒７の内面に設けている弾性突出部８を、電池セル１の長手方向に延びる複数列の凸条とする。各々の凸条は、図４と図５に示すように、先端面を電池セル１の表面に弾性的に押圧して、電池セル１の表面に密着している。この熱伝導絶縁ゴム４は、弾性突出部８を電池セル１の挿入方向に延びる凸条とするので、電池セル１をスムーズに弾性筒７の内側に挿入して、弾性突出部８を電池セル１の全周に密着できる。

弾性筒７の外周面は、ホルダー本体３の挿入孔５の内面に面接触状態で密着して、電池セル１から伝導される熱エネルギをホルダー本体３に効率よく伝導する。弾性筒７は、外形を挿入孔５の内形に等しくして、あるいは１％程度、わずかに大きく成形して、挿入孔５に挿入されて外周面を挿入孔５の内面に密着できる。また、熱伝導絶縁ゴム４にホルダー本体３をインサート成形して弾性筒７を挿入孔５の内面に密着することもできる。図示しないが、弾性筒は外周面にも弾性突出部を設けて、弾性突出部を挿入孔の内面に密着することもできる。この弾性筒は、外側に設けた弾性突出部を挿入孔の軸方向に延びる凸条として、挿入孔にスムーズに挿入することができる。

弾性筒７は、弾性突出部８の突起高さを低くして電池セル１との密着面積を大きくし、弾性筒７の肉厚を薄くして、電池セル１からの熱エネルギを効率よく伝導できる。ただ、弾性突出部８が低すぎると、弾性変形して電池セル１とホルダー本体３の寸法誤差を充分に吸収できず、弾性突出部８を電池セル１の内面に密着できなくなる。したがって、弾性突出部８の突起高さと、電池セル１との接触面積と、弾性筒７の肉厚は、電池セル１とホルダー本体３の製造工程における誤差を考慮して、弾性突出部８を電池セル１の表面に密着できる寸法とする。

たとえば、熱伝導絶縁ゴム４は、図５の一部拡大図に示すように、凸条である弾性突出部８の突起高さ（Ｔ）を０．１ｍｍ以上であって１．０ｍｍよりも低く、凸条の幅（Ｗ）と凸条の間隔（Ｈ）を０．５ｍｍ以上であって５ｍｍ以下とし、突起を設けない部分の弾性筒７の厚さ（Ｄ）、すなわち弾性筒７の肉厚を０．２ｍｍ以上であって２．０ｍｍよりも薄くして、弾性突出部８を電池セル１の表面に密着して、電池セル１の発熱を効率よくホルダー本体３に伝導できる。凸条の幅（Ｗ）と凸条の間隔（Ｈ）の割合は、２：１〜１：５としている。凸条の幅（Ｗ）の割合がこれより小さくなると、電池セル１に密着する面積が少なくなり電池セル１の発熱を効率よくホルダー本体３に伝導できなくなる。また、凸条の幅（Ｗ）の割合がこれより大きくなると、電池セル１を挿入孔５にスムーズに挿入することができなくなる。ただ、本発明は、弾性突出部８の高さや弾性筒７の肉厚を特定するものでなく、これ等は、熱伝導絶縁ゴム４の弾性、電池セル１とホルダー本体３の製造工程における寸法誤差などを考慮して最適値に設定される。

以上の熱伝導絶縁ゴム４は、弾性筒７の内面に設けている弾性突出部８を電池セル１の挿入方向に延びる凸条とするが、弾性突出部８はこの形状には特定されず、たとえば、円周方向に延びる凸条とし、あるいは互いに独立して内面に突出する無数の突起とすることもできる。図４の熱伝導絶縁ゴム４は、弾性筒７の外側面を、ホルダー本体３の挿入孔５の内面に面接触状態で密着する円柱状とし、弾性筒７の内面に設けている弾性突出部８を凸条として電池セル１の全周に密着するので、電池セル１からの熱を効率よく弾性筒７に伝導し、さらに、弾性筒７の熱を面接触状態で密着するホルダー本体３に効率よく伝導できる。このため、電池セル１の発熱を効率よくホルダー本体３に伝導できる。

図２と図３に示す熱伝導絶縁ゴム４は、ホルダー本体３をインサート成形して固定している。この熱伝導絶縁ゴム４は、これを成形する金型の成形室の定位置にホルダー本体３を仮止めし、成形室に液状ないしペースト状の樹脂を注入して成形される。成形室に注入される樹脂は、加熱されて溶融状態にある熱可塑性樹脂、あるいは未硬化状態でペースト状にある樹脂である。成形室に注入された樹脂を硬化させ、あるいは冷却した後、脱型してホルダー本体３を定位置にインサート成形している放熱ホルダ２とする。

図２と図３の断面図に示す放熱ホルダ２は、挿入孔５の開口部を熱伝導絶縁ゴム４の連結部９で被覆している。連結部９は弾性筒７の両端に連結されて挿入孔５の開口部を被覆する。この放熱ホルダ２は、挿入孔５に挿入している電池セル１をより確実に絶縁状態で保持できる。挿入孔５の開口端が電池セル１の外装缶に接触するのを、連結部９で阻止できるからである。また、電池セル１を挿入孔５に挿入するときに、電池セル１が位置ずれするのを阻止できる特徴もある。図示しないが、ホルダー本体をインサート成形して熱伝導絶縁ゴムに固定することなく、ホルダー本体と熱伝導絶縁ゴムとを別々に成形して、弾性筒を挿入孔に挿入して製作される放熱ホルダは、弾性筒の片側を連結部で連結している。

図６ないし図８は、異なる構造の放熱ホルダ２２を示している。これ等の図に示す放熱ホルダ２２は、ホルダー本体２３を複数の熱伝導プレート３１を電池セル１の長手方向に積層している積層体として、熱伝導絶縁ゴム２４を複数の絶縁プレート３５の積層体とし、熱伝導プレート３１と絶縁プレート３５とを積層している。

各々の熱伝導プレート３１は、アルミニウムやアルミニウム合金などの金属板をプレス加工して、貫通孔３２を俵状に配置している。この熱伝導プレート３１は、俵状に配置している貫通孔３２の周囲に平面プレート３３があって、言い換えると平面プレート３３に貫通孔３２を開口している。この熱伝導プレート３１は、図８の断面図に示すように、複数が積層される状態では、対向する複数の貫通孔３２によって電池セル１の挿入方向に延びる円筒状の挿入孔２５が設けられて、挿入孔２５の周囲には、対向する複数の平面プレート３３が積層された隔壁２６が設けられる。

各々の絶縁プレート３５は、図７と図８に示すように、熱伝導プレート３１の間に挟まれる状態で積層される。絶縁プレート３５は、熱伝導プレート３１の貫通孔３２の内側に配置される絶縁リング３６を設けている。この絶縁プレート３５は、積層される熱伝導プレート３１に設けた貫通孔３２と対向する位置に絶縁リング３６を備えており、複数の絶縁リング３６が平面部３７で連結されている。絶縁プレート３５は熱伝導プレート３１の間に挟まれる状態で積層されて、各々の絶縁リング３６が貫通孔３２の内側に配置されるように、絶縁リング３６が平面部３７で連結されている。この絶縁プレート３５は、図７の断面図に示すように、複数が積層される状態では、対向する複数の絶縁リング３６によって電池セル１の挿入方向に延びる円筒状の弾性筒２７が形成される。図示しないが、絶縁プレートは、絶縁リングの内面に、例えば二色成形等を用いて弾性突出部を形成することもできる。もしくは、絶縁プレートないし絶縁リングを弾性体とすることもできる。この弾性突出部は、前述の弾性突出部８と同様に、電池セル１の挿入方向に延びる凸条とすることができる。

さらに、絶縁プレート３５の平面部３７は、図８の分解斜視図に示すように、熱伝導プレート３１の平面プレート３３の間に介在されて熱伝導プレート３１を絶縁する。さらに、図７に示すように、熱伝導プレート３１の貫通孔３２が両側にある平面部３７は、断面形状をコ字状として、両側に絶縁リング３６を設けて、両側の絶縁リング３６を両側の貫通孔３２の内側に配置している。熱伝導プレート３１の貫通孔３２が片側にのみある平面部、すなわち、絶縁プレートの外周部に配置される平面部３７は、片側である内側にのみ絶縁リング３６を連結して、絶縁リング３６を貫通孔３２の内面に配置している。この絶縁プレート３５は、コ字状の平面部３７に熱伝導プレート３１の平面プレート３３を案内して、絶縁プレート３５と熱伝導プレート３１とを定位置に位置ずれしないよう積層できる。また、熱伝導プレート３１の平面プレート３３を確実に絶縁して、これが電池セル１の外装缶に接触するショートをもより確実に防止できる特徴がある。

図６ないし図８に示す絶縁プレート３５は、熱伝導プレート３１をインサート成形して固定している。この絶縁プレート３５は、これを成形する金型の成形室の定位置に熱伝導プレート３１を仮止めし、成形室に液状ないしペースト状の樹脂を注入して成形される。成形室に注入される樹脂は、加熱されて溶融状態にある熱可塑性樹脂、あるいは未硬化状態でペースト状にある樹脂である。成形室に注入された樹脂を硬化させ、あるいは冷却した後、脱型して熱伝導プレート３１を定位置にインサート成形している絶縁プレート３５とする。熱伝導プレート３１がインサート成形される絶縁プレート３５は、必ずしも平面部３７を、図８に示す断面視コ字状とする必要はなく、熱伝導プレート３１の平面プレート３３の全周を被覆する形状とすることもできる。この絶縁プレートは、熱伝導プレートを表出させることなく被覆できるので優れた絶縁性を実現できる。

ただ、絶縁プレート３５は、熱伝導プレート３１をインサート成形することなく、熱伝導プレート３１と絶縁プレート３５とを別々に成形して、絶縁リング３６を貫通孔３２に挿入し、断面視コ字状の平面部３７に平面プレート３３を挿入して互いに連結することもできる。

以上の放熱ホルダ２２は、プレス加工して熱伝導プレート３１を安価に多量生産でき、また、薄い絶縁プレート３５を成形して安価に多量生産できるので、放熱ホルダ２２の製造コストを低減できる特徴がある。以上の放熱ホルダ２２は、図６に示すように、複数の熱伝導プレート３１と複数の絶縁プレート３５とを積層する状態で挿入孔２５に形成された弾性筒２７に電池セル１を挿入して組み立てでき、あるいは、電池セル１に熱伝導プレート３１と絶縁プレート３５とを挿通しながら積層して組み立てできる。

本実施例の電池パックは、弾性突出部８を、電池セル１の長手方向に延びる凸条として、この凸条の先端面を電池セル１の表面に弾性的に密着させることができる。

本実施例の電池パックは、ホルダー本体３を、アルミニウム又はアルミニウム合金の成形体とすることができる。

本実施例の電池パックは、弾性筒７の外面を、挿入孔５の内面に面接触状態で密着させることができる。

本実施例の電池パックは、放熱ホルダ２が、熱伝導絶縁ゴム４にホルダー本体３をインサート成形して固定することができる。

本実施例の電池パックは、弾性筒７を挿入孔５に圧入して固定することができる。

本他の実施例の電池パックは、電池セル１を円筒形電池として、ホルダー本体３、２３の挿入孔５、２５を円柱状とし、弾性筒７、２７を円筒状とすることができる。

本他の実施例の電池パックは、熱伝導絶縁ゴム２４を、シリコン系のゴム状弾性体とすることができる。

本他の実施例の電池パックは、熱伝導絶縁ゴム２４を、熱伝導材を添加してなるゴム状弾性体とすることができる。

本他の実施例の電池パックは、放熱ホルダ２、２２内に挿入された電池セル１同士を、直列接続することができる。

さらに、本両実施例の電池パックと放熱ホルダは、図９と図１０に示すように、ホルダー本体３、４３に挿入孔５、４５を設けてここに電池セル１を挿入しているので、各々の電池セル１の熱エネルギは、図の矢印で示すように周囲の隔壁６、４６に伝導される。隔壁６、４６に伝導された熱エネルギは、さらに挿入孔５、４５の間の隔壁６、４６を通ってより外周に伝導される。図９に示すように、電池セル１を俵状に配置している電池パックは、図のＡで示す電池セル１の熱エネルギを、矢印Ｂで示すように、挿入孔５の周囲に放射状に配置している６個の隔壁６に伝導し、６個の隔壁６に分散して伝導された熱エネルギは、さらに矢印Ｃで示すように分岐して外側に伝導する。したがって、電池セル１の熱エネルギは、隔壁６を介して次々と外側に分散して伝導されて、電池セル１の熱エネルギを効率よく吸収し、また吸収した熱エネルギを外側に効率よく放熱する。さらに、図１０に示すように、電池セル１を縦横に碁盤格子状に配置している電池パックは、図のＤで示す電池セル１の熱エネルギを、矢印Ｅで示すように、挿入孔４５の周囲に放射状に配置している４個の隔壁４６に伝導し、４個の隔壁４６に分散して伝導された熱エネルギは、さらに矢印Ｆで示すように分岐して外側に伝導する。したがって、本両実施例の電池パックと放熱ホルダは、何れかの電池セルが熱暴走して高温に加熱される状態となっても、発熱した電池セルの熱エネルギを周囲に効率よく吸収し、吸収した熱エネルギを外側に分散しながら放熱する。このことは、電池セルの全周に隔壁を配置し、また弾性筒を介して電池セルの熱エネルギを効率よくホルダー本体の隔壁に伝導できることと相乗して、電池セルの熱暴走の誘発を極めて効果的に阻止できる特徴を実現する。

本発明の電池パックは、多数の電池セルを備えて、出力、容量、エネルギー密度を高めながら、電池セルの熱暴走の誘発を防止して高い安全性を実現できるので、電動アシスト自転車、電動バイク、電動工具、ハイブリッドカー、電動車両などの電源として好適に使用できる。

１ 電池セル
２ 放熱ホルダ
３ ホルダー本体
４ 熱伝導絶縁ゴム
５ 挿入孔
６ 隔壁
７ 弾性筒
８ 弾性突出部
９ 連結部
２２ 放熱ホルダ
２３ ホルダー本体
２４ 熱伝導絶縁ゴム
２５ 挿入孔
２６ 隔壁
２７ 弾性筒
３１ 熱伝導プレート
３２ 貫通孔
３３ 平面プレート
３５ 絶縁プレート
３６ 絶縁リング
３７ 平面部
４３ ホルダー本体
４５ 挿入孔
４６ 隔壁

Claims (13)

1. 複数の充放電できる電池セルと、
   前記電池セルの間に配置されて前記電池セルと熱結合状態に接触してなる放熱ホルダとを備える電池パックであって、
   前記放熱ホルダは、前記電池セルを挿入する挿入孔を有するホルダー本体と、この挿入孔の内面に配置してなる弾性筒を有する熱伝導絶縁ゴムとを備え、
   前記弾性筒は前記電池セルの表面に弾性的に押圧される複数の弾性突出部を内面に突出して設けて、前記電池セルの非挿入状態における内形を前記電池セルの外形よりも小さくしており、
   前記放熱ホルダは、前記弾性筒に挿入してなる前記電池セルを絶縁状態で定位置に配置すると共に、前記弾性突出部を前記電池セルの周囲に弾性的に押圧して前記電池セルに熱結合状態に密着され、
   前記弾性筒を介して前記電池セルの熱エネルギを前記ホルダー本体に伝導するようにしてなることを特徴とする電池パック。
2. 請求項１に記載される電池パックであって、
   前記弾性突出部が前記電池セルの長手方向に延びる凸条で、この凸条の先端面が前記電池セルの表面に弾性的に密着してなることを特徴とする電池パック。
3. 請求項１または２に記載される電池パックであって、
   前記ホルダー本体がアルミニウム又はアルミニウム合金の成形体であることを特徴とする電池パック。
4. 請求項１から３のいずれか１項に記載される電池パックであって、
   前記弾性筒の外面が、前記挿入孔の内面に面接触状態で密着してなることを特徴とする電池パック。
5. 請求項１から４のいずれか１項に記載される電池パックであって、
   前記放熱ホルダが、前記熱伝導絶縁ゴムに前記ホルダー本体をインサート成形して固定してなることを特徴とする電池パック。
6. 請求項１から４のいずれか１項に記載される電池パックであって、
   前記弾性筒が、前記挿入孔に圧入して固定されてなることを特徴とする電池パック。
7. 複数の充放電できる電池セルと、
   前記電池セルの間に配置されて前記電池セルと熱結合状態に接触してなる放熱ホルダとを備える電池パックであって、
   前記放熱ホルダは、前記電池セルを挿入する挿入孔を有するホルダー本体と、この挿入孔の内面に配置してなる弾性筒を有する熱伝導絶縁ゴムとを備え、
   前記ホルダー本体は、複数の熱伝導プレートを積層してなる積層体で、前記熱伝導プレートは前記電池セルが挿通される複数の貫通孔を所定の配列で開口して設けており、
   前記熱伝導絶縁ゴムは複数の絶縁プレートの積層体で、前記絶縁プレートは前記熱伝導プレートの貫通孔の内面に配置される絶縁リングを有しており、
   前記熱伝導プレートと前記絶縁プレートとが前記電池セルの長手方向に積層される状態で、対向する前記熱伝導プレートの貫通孔で前記挿入孔が形成されると共に、対向する前記絶縁プレートの絶縁リングで前記弾性筒が形成されており、
   前記放熱ホルダは、前記弾性筒に挿入してなる前記電池セルを絶縁状態で定位置に配置すると共に、前記弾性筒を介して前記電池セルの熱エネルギを前記ホルダー本体に伝導するようにしてなることを特徴とする電池パック。
8. 請求項１から７のいずれか１項に記載される電池パックであって、
   前記電池セルが円筒形電池で、前記ホルダー本体の挿入孔を円柱状として、前記弾性筒を円筒状としてなることを特徴とする電池パック。
9. 請求項１から８のいずれか１項に記載される電池パックであって、
   前記熱伝導絶縁ゴムがシリコン系又はフッ素系のゴム状弾性体であることを特徴とする電池パック。
10. 請求項１から９のいずれか１項に記載される電池パックであって、
    前記熱伝導絶縁ゴムが熱伝導材を添加してなるゴム状弾性体であることを特徴とする電池パック。
11. 請求項１から１０のいずれか１項に記載される電池パックであって、
    前記放熱ホルダ内に挿入された前記電池セル同士が、直列接続されていることを特徴とする電池パック。
12. 複数の電池セルの間に配置されて、電池セルと熱結合状態に接触してなる放熱ホルダであって、
    電池セルを挿入する挿入孔を有するホルダー本体と、この挿入孔の内面に配置してなる弾性筒を有する熱伝導絶縁ゴムとを備え、
    前記弾性筒は電池セルの表面に弾性的に押圧される複数の弾性突出部を内面に突出して設けて、電池セルの非挿入状態における内形を電池セルの外形よりも小さくしており、
    前記弾性筒に挿入してなる電池セルを絶縁状態で定位置に配置すると共に、前記弾性突出部を電池セルの周囲に弾性的に押圧して電池セルに熱結合状態に密着され、
    前記弾性筒を介して電池セルの熱エネルギを前記ホルダー本体に伝導するようにしてなることを特徴とする放熱ホルダ。
13. 複数の電池セルの間に配置されて、電池セルと熱結合状態に接触してなる放熱ホルダであって、
    電池セルを挿入する挿入孔を有するホルダー本体と、この挿入孔の内面に配置してなる弾性筒を有する熱伝導絶縁ゴムとを備え、
    前記ホルダー本体は、複数の熱伝導プレートを積層してなる積層体で、前記熱伝導プレートは電池セルが挿通される複数の貫通孔を所定の配列で開口して設けており、
    前記熱伝導絶縁ゴムは複数の絶縁プレートの積層体で、前記絶縁プレートは前記熱伝導プレートの貫通孔の内面に配置される絶縁リングを有しており、
    前記熱伝導プレートと前記絶縁プレートとが電池セルの長手方向に積層される状態で、対向する前記熱伝導プレートの前記貫通孔で前記挿入孔が形成されると共に、対向する前記絶縁プレートの前記絶縁リングで前記弾性筒が形成されており、
    前記弾性筒に挿入してなる電池セルを絶縁状態で定位置に配置すると共に、前記弾性筒を介して電池セルの熱エネルギを前記ホルダー本体に伝導するようにしてなることを特徴とする放熱ホルダ。

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