JPWO2019044069A1 - 電池パック、電動工具および電子機器 - Google Patents
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Abstract
Description
1.電池パック(第1実施形態)
1−1.全体構成
1−2.電池モジュールの構成
1−3.二次電池の構成
1−4.製造方法
1−5.動作
1−6.作用および効果
1−7.変形例
2.電池パック(第2実施形態)
2−1.構成
2−2.製造方法
2−3.動作
2−4.作用および効果
2−5.変形例
3.電池パックの用途
3−1.電子機器などの各種用途
3−2.電動工具
まず、本技術の第1実施形態の電池パックに関して説明する。
まず、電池パックの全体構成に関して説明する。
筐体10は、主に、電池モジュール20などを収納する箱状の収納部材である。筐体10の立体的形状は、特に限定されないが、例えば、略直方体などである。
電池モジュール20は、主に、複数の二次電池40(図2参照)を用いて電力を発生させる電池素子である。電池モジュール20の詳細な構成に関しては、後述する(図2参照)。
回路基板30は、主に、電池パック100全体の動作を制御する基板であり、いわゆる複数の電子部品などが実装された実装基板である。
次に、上記した電池モジュール20の構成に関して説明する。
二次電池40は、電池パック100のうちの主要部であり、いわゆる電源である。ここでは、二次電池40は、例えば、いわゆる円筒型のリチウムイオン二次電池であり、長さ方向(Y軸方向)に延在している。
電池ホルダ50は、主に、複数の二次電池40を保持する電池保持部材である。ここでは、電池モジュール20は、例えば、2個の電池ホルダ50を含んでいる。すなわち、電池ホルダ50は、例えば、第1電池保持部材である前側電池ホルダ51と、第2電池保持部材である後側電池ホルダ52とを含んでいる。
前側電池ホルダ51は、複数の二次電池40の前側に配置されており、例えば、その複数の二次電池40を保持するための複数の窪み51Uを有している。窪み51Uの底部には、例えば、複数の二次電池40と接続端子板60(前側接続端子板61)とを互いに接続させるための開口部51Kが設けられている。
後側電池ホルダ52は、複数の二次電池40の後側に配置されており、その複数の二次電池40のそれぞれのうちの後側部分40Rを保持することを除いて、上記した前側電池ホルダ51と同様の構成を有している。
電池ホルダ50(前側電池ホルダ51および後側電池ホルダ52)は、熱膨張性材料のうちのいずれか1種類または2種類以上を含んでいる。この「熱膨張性材料」とは、何らかの要因に起因して二次電池40が過度に発熱した際に、その熱を利用して熱膨張することが可能な材料の総称である。二次電池40が発熱する要因は、例えば、短絡などである。
接続端子板60は、主に、複数の二次電池40を互いに電気的に接続させる接続端子部材である。ここでは、電池モジュール20は、例えば、2個の接続端子板60(前側接続端子板61および後側接続端子板62)を含んでいる。
前側接続端子板61は、前側電池ホルダ51の前側に配置されており、複数の二次電池40のうちの2個以上の二次電池40に電気的に接続されている。これに伴い、前側接続端子板61は、例えば、互いに分離された端子板611,612を含んでいる。
後側接続端子板62は、後側電池ホルダ52の後側に配置されていることを除いて、上記した前側接続端子板61と同様の構成を有している。
仕切板70は、前側電池ホルダ51と後側電池ホルダ52との間に配置されている。この仕切板70は、主に、複数の二次電池40の間に配置されることにより、その複数の二次電池40の配置領域を仕切る仕切部材である。
次に、上記した二次電池40の構成に関して説明する。
具体的には、二次電池40は、例えば、図3に示したように、電池缶401の内部に、一対の絶縁板402,403と、巻回電極体410とを備えている。この巻回電極体410は、例えば、セパレータ413を介して正極411と負極412とが積層されたのち、その正極411、負極412およびセパレータ413が巻回された巻回体である。巻回電極体410には、例えば、液状の電解質である電解液が含浸されている。
正極411は、例えば、正極集電体と、その正極集電体の片面または両面に設けられた正極活物質層とを含んでいる。
負極412は、例えば、負極集電体と、その負極集電体の片面または両面に設けられた負極活物質層とを含んでいる。
セパレータ413は、正極411と負極41との間に配置されており、正極411と負極412との接触に起因する電流の短絡を防止しながらリチウムイオンを通過させる。このセパレータ413は、例えば、合成樹脂およびセラミックなどの多孔質膜のうちのいずれか1種類または2種類以上を含んでいる。合成樹脂は、例えば、ポリテトラフルオロエチレン、ポリプロピレンおよびポリエチレンなどである。
電解液は、例えば、非水溶媒および電解質塩などを含んでいる。非水溶媒は、例えば、環状炭酸エステルおよび鎖状炭酸エステルなどのうちのいずれか1種類または2種類以上を含んでいる。環状炭酸エステルは、例えば、炭酸エチレンおよび炭酸プロピレンなどであると共に、鎖状炭酸エステルは、例えば、炭酸ジメチル、炭酸ジエチルおよび炭酸エチルメチルなどである。電解質塩は、例えば、リチウム塩などのうちのいずれか1種類または2種類以上を含んでおり、そのリチウム塩は、例えば、六フッ化リン酸リチウム(LiPF6 )などである。
次に、上記した電池パック100の製造方法に関して説明する。この電池パック100は、例えば、以下で説明する手順により製造される。
電池パック100を製造する場合には、最初に、図3に示したように、二次電池40を作製する。
次に、図2に示したように、二次電池41〜46を用いて電池モジュール20を作製する。
最後に、図1および図4に示したように、電池モジュール20を用いて電池パック100を作製する。
次に、上記した電池パック100の動作に関して説明する。以下では、電池パック100の充放電動作に関して説明したのち、その電池パック100の安全動作に関して説明する。
この電池パック100の使用時には、例えば、以下で説明するように、複数の二次電池40において充放電反応が進行する。すなわち、充電時には、正極411からリチウムイオンが放出されると共に、そのリチウムイオンが電解液を介して負極412に吸蔵される。一方、放電時には、負極412からリチウムイオンが放出されると共に、そのリチウムイオンが電解液を介して正極411に吸蔵される。
電池パック100の使用に伴い、二次電池45が発熱すると、上記したように、その熱が仕切板70を介して他の二次電池41〜44,46に伝導される。これにより、上記したように、二次電池45において発生した熱が他の二次電池41〜44,46に分散されるため、その二次電池45において蓄熱されにくくなると共に、各二次電池40の温度がばらつきにくくなる。
次に、上記した電池パック100の作用および効果に関して説明する。
この電池パック100によれば、複数の二次電池40を保持する電池ホルダ50を含んでいる。この電池ホルダ50は、複数の二次電池40の配置領域を仕切る仕切部511,512を含んでおり、その電池ホルダ50(仕切部511,512)は、熱膨張性材料を含んでいる。この場合には、上記したように、複数の二次電池40のうちの一部の二次電池40が発熱すると、電池ホルダ50の熱膨張現象を利用して、発熱源である異常な二次電池40が他の正常な二次電池40から遠ざかるように変位する。これにより、異常な二次電池40において発生した熱が他の正常な二次電池40に伝導されにくくなるため、その正常な二次電池40が加熱されにくくなる。よって、電池モジュール20全体において蓄熱しにくくなるため、複数の二次電池40が類焼しにくくなる。よって、安全性を向上させることができる。
この他、電池ホルダ50が仕切部511,521と共に枠部512,522を含んでいれば、複数の二次電池40が間隔を隔てて互いに離間された状態において電池ホルダ50により安定に保持される。よって、複数の二次電池40が安定に離間および保持されながら類焼が発生しにくくなるため、より高い効果を得ることができる。
次に、上記した電池パック100の変形例に関して説明する。上記した電池パック100の構成は、適宜、変更可能である。
例えば、図2に対応する図6に示したように、前側接続端子板61のうちの少なくとも折り曲げ部60Bが設けられている領域に開口部61Kが設けられていてもよい。この開口部61Kは、例えば、いわゆるスリットである。なお、開口部61Kは、折り曲げ部61Bだけに設けられていてもよいし、その折り曲げ部61Bからその周辺領域まで延設されていてもよい。
また、前側電池ホルダ51および後側電池ホルダ52の双方が熱膨張性材料を含むようにしたが、その前側電池ホルダ51および後側電池ホルダ52のうちのいずれか一方だけが熱膨張性材料を含むようにしてもよい。この場合においても、前側電池ホルダ51および後側電池ホルダ52の双方が熱膨張性材料を含んでいない場合と比較して、電池ホルダ50の熱膨張現象を利用して複数の二次電池40が変位しやすくなるため、同様の効果を得ることができる。
また、2個の突起部12Tのうちの一方の突起部12Tだけにネジ穴12Hを設けるようにしたが、その2個の突起部12Tの双方にネジ穴12Hを設けてもよい。この場合には、2個のネジ13を用いて下側筐体12に電池モジュール20が固定(2点止め)されるため、1個のネジ13を用いて下側筐体12に電池モジュール20が固定(1点止め)される場合と比較して、その下側筐体12に対する電池モジュール20の固定強度が向上する。これにより、筐体10の内部において振動などに起因して電池モジュール20の位置がずれることは抑制されるため、筐体10と電池ホルダ50により保持された複数の二次電池40との間の隙間がより維持されやすくなる。よって、複数の二次電池40がより安定に変位しやすくなるため、より高い効果を得ることができる。
なお、仕切板70に2個の貫通口70Hを設けるようにしたが、その仕切板70に1個の貫通口70Hを設けるようにしてもよい。この場合においても、ネジ13を用いて下側筐体112に電池モジュール20が固定されるため、同様の効果を得ることができる。
次に、本技術の第2実施形態の電池パックに関して説明する。
本実施形態の電池パックの一例である電池パック200は、以下で説明するように、筐体10、電池ホルダ50(前側電池ホルダ51および後側電池ホルダ52)および仕切板70のそれぞれの構成が異なることを除いて、第1実施形態の電池パック100と同様の構成を有している。以下では、電池パック100の構成要素を随時引用する。
この電池パック200は、例えば、上側筐体11および下側筐体12に代えて前側筐体14および後側筐体15を用いると共に、筐体10の内部に電池モジュール20を収納する際に突起部14T,15Tを貫通口51H,52Hに挿入させることを除いて、電池パック100の製造方法と同様の手順により製造される。
この電池パック200は、仕切板70が筐体10に連結されていないため、その筐体10が熱伝導性材料を含んでいても、二次電池40において発生した熱が仕切板70を介して筐体10に伝導されないことを除いて、電池パック100と同様に動作(充放電動作および安全動作)する。
この電池パック200によれば、複数の二次電池40を保持する電池ホルダ50が熱膨張性材料を含んでいるため、電池パック100と同様の理由により、安全性を向上させることができる。これ以外の電池パック200に関する他の作用および効果は、電池パック100に関する作用および効果と同様である。
上記した電池パック200の構成は、適宜、変更可能である。
図9は、電池パック200の構成に関する変形例を表しており、YZ面に沿った電池パック200の断面構成を表している。ただし、図9では、筐体10と仕切板70との連結関係を分かりやすくするために、筐体10および仕切板70のそれぞれに網掛けを施している。また、図9では、複数の二次電池40および接続端子板60(前側接続端子板61および後側接続端子板62)の図示を省略している。
上記したように、突起部14Tが貫通口51Hを経由して仕切板70に接触する場合には、例えば、仕切板70に窪みを設けることにより、その窪みに突起部14Tを挿入してもよい。仕切板70に突起部14Tが固定されるため、その突起部14Tと仕切板70との電気的接続が維持されやすくなる。また、仕切板70に対する突起部14Tの接触面積が大きくなるため、二次電池40において発生した熱が仕切板70を介して筐体10(突起部14T)に伝導されやすくなる。よって、さらに高い効果を得ることができる。
次に、上記した電池パックの適用例(用途)に関して説明する。
電池パックの用途は、例えば、以下の通りである。ビデオカメラ、デジタルスチルカメラ、携帯電話機、ノート型のパーソナルコンピュータ、コードレス電話機、ヘッドホンステレオ、携帯用ラジオ、携帯用テレビおよび携帯用情報端末などの電子機器(携帯用電子機器を含む。)である。電気シェーバなどの携帯用生活器具である。バックアップ電源およびメモリーカードなどの記憶用装置である。電動ドリルおよび電動鋸などの電動工具である。ペースメーカおよび補聴器などの医療用電子機器である。電気自動車(ハイブリッド自動車を含む)などの電動車両である。非常時などに備えて電力を蓄積しておく家庭用バッテリシステムなどの電力貯蔵システムである。もちろん、電池パックの用途は、上記以外の他の用途でもよい。
図10は、電動工具のブロック構成を表している。
(1)
複数の二次電池と、
(A)前記複数の二次電池を保持し、(B)前記複数の二次電池の間に配置されると共に、その複数の二次電池の配置領域を仕切る仕切部を含み、(C)熱膨張性材料を含む、電池保持部材と
を備えた、電池パック。
(2)
前記電池保持部材は、さらに、前記複数の二次電池の周囲に配置されると共に前記仕切部に連結された枠部を含む、
上記した(1)に記載の電池パック。
(3)
前記熱膨張性材料は、熱膨張ゴムおよび熱膨張スポンジのうちの少なくとも一方を含む、
上記した(1)または(2)に記載の電池パック。
(4)
前記熱膨張性材料は、5倍以上の熱膨張倍率を有する、
上記した(1)ないし(3)のいずれかに記載の電池パック。
(5)
さらに、
前記複数の二次電池のうちの2つ以上の前記二次電池に電気的に接続されると共に、前記2つ以上の二次電池の変位に応じて伸縮可能である接続端子部材を備えた、
上記した(1)ないし(4)のいずれかに記載の電池パック。
(6)
さらに、
前記複数の二次電池のうちの2つ以上の前記二次電池に電気的に接続されると共に、前記2つ以上の二次電池から部分的に遠ざかるように折り曲げられた折り曲げ部を含む接続端子部材を備えた、
上記した(1)ないし(4)のいずれかに記載の電池パック。
(7)
前記接続端子部材は、少なくとも前記折り曲げ部が設けられた領域に開口部を有する、
上記した(6)に記載の電池パック。
(8)
前記複数の二次電池のそれぞれは、
第1端部と、
前記第1端部の反対側の第2端部と
を含み、
前記電池保持部材は、
前記第1端部を保持する第1電池保持部材と、
前記第2端部を保持する第2電池保持部材と
を含む、
上記した(1)ないし(7)のいずれかに記載の電池パック。
(9)
さらに、
前記第1電池保持部材と前記第2電池保持部材との間に、前記複数の二次電池の間に配置されると共に前記複数の二次電池の配置領域を仕切る仕切部材を備えた、
上記した(8)に記載の電池パック。
(10)
前記仕切部材は、熱膨張性材料を含む、
上記した(9)に記載の電池パック。
(11)
さらに、
前記複数の二次電池および前記電池保持部材を収納する収納部材を備え、
前記仕切部材は、前記収納部材に連結されている、
上記した(9)に記載の電池パック。
(12)
前記仕切部材および前記収納部材のそれぞれは、熱伝導性材料を含む、
上記した(11)に記載の電池パック。
(13)
さらに、
前記複数の二次電池および前記電池保持部材を収納すると共に、前記電池保持部材により保持された前記複数の二次電池のそれぞれとの間に間隔が設けられた収納部材を備えた、
上記した(1)ないし(12)のいずれかに記載の電池パック。
(14)
前記複数の二次電池のそれぞれは、リチウムイオン二次電池である、
上記した(1)ないし(13)のいずれかに記載の電池パック。
(15)
上記した(1)ないし(14)のいずれかに電池パックと、
前記電池パックから電力を供給される可動部と
を備えた、電動工具。
(16)
上記した(1)ないし(14)のいずれかに電池パックを電力供給源として備えた、電子機器。
Claims (16)
- 複数の二次電池と、
(A)前記複数の二次電池を保持し、(B)前記複数の二次電池の間に配置されると共に、その複数の二次電池の配置領域を仕切る仕切部を含み、(C)熱膨張性材料を含む、電池保持部材と
を備えた、電池パック。 - 前記電池保持部材は、さらに、前記複数の二次電池の周囲に配置されると共に前記仕切部に連結された枠部を含む、
請求項1記載の電池パック。 - 前記熱膨張性材料は、熱膨張ゴムおよび熱膨張スポンジのうちの少なくとも一方を含む、
請求項1記載の電池パック。 - 前記熱膨張性材料は、5倍以上の熱膨張倍率を有する、
請求項1記載の電池パック。 - さらに、
前記複数の二次電池のうちの2つ以上の前記二次電池に電気的に接続されると共に、前記2つ以上の二次電池の変位に応じて伸縮可能である接続端子部材を備えた、
請求項1記載の電池パック。 - さらに、
前記複数の二次電池のうちの2つ以上の前記二次電池に電気的に接続されると共に、前記2つ以上の二次電池から部分的に遠ざかるように折り曲げられた折り曲げ部を含む接続端子部材を備えた、
請求項1記載の電池パック。 - 前記接続端子部材は、少なくとも前記折り曲げ部が設けられた領域に開口部を有する、
請求項6記載の電池パック。 - 前記複数の二次電池のそれぞれは、
第1端部と、
前記第1端部の反対側の第2端部と
を含み、
前記電池保持部材は、
前記第1端部を保持する第1電池保持部材と、
前記第2端部を保持する第2電池保持部材と
を含む、
請求項1記載の電池パック。 - さらに、
前記第1電池保持部材と前記第2電池保持部材との間に、前記複数の二次電池の間に配置されると共に前記複数の二次電池の配置領域を仕切る仕切部材を備えた、
請求項8記載の電池パック。 - 前記仕切部材は、熱膨張性材料を含む、
請求項9記載の電池パック。 - さらに、
前記複数の二次電池および前記電池保持部材を収納する収納部材を備え、
前記仕切部材は、前記収納部材に連結されている、
請求項9記載の電池パック。 - 前記仕切部材および前記収納部材のそれぞれは、熱伝導性材料を含む、
請求項11記載の電池パック。 - さらに、
前記複数の二次電池および前記電池保持部材を収納すると共に、前記電池保持部材により保持された前記複数の二次電池のそれぞれとの間に間隔が設けられた収納部材を備えた、
請求項1記載の電池パック。 - 前記複数の二次電池のそれぞれは、リチウムイオン二次電池である、
請求項1記載の電池パック。 - 電池パックと、
前記電池パックから電力を供給される可動部と
を備え、
前記電池パックは、
複数の二次電池と、
(A)前記複数の二次電池を保持し、(B)前記複数の二次電池の間に配置されると共に、その複数の二次電池の配置領域を仕切る仕切部を含み、(C)熱膨張性材料を含む、電池保持部材と
を備えた、電動工具。 - 電池パックを電力供給源として備え、
前記電池パックは、
複数の二次電池と、
(A)前記複数の二次電池を保持し、(B)前記複数の二次電池の間に配置されると共に、その複数の二次電池の配置領域を仕切る仕切部を含み、(C)熱膨張性材料を含む、電池保持部材と
を備えた、電子機器。
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