JPWO2019044069A1 - 電池パック、電動工具および電子機器 - Google Patents

電池パック、電動工具および電子機器 Download PDF

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Abstract

電池パックは、複数の二次電池と、(A)複数の二次電池を保持し、(B)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る。

Description

本技術は、複数の二次電池を備えた電池パック、ならびにその電池パックを用いた電動工具および電子機器に関する。
電子機器が広く普及しており、その電子機器に適用される電源として、小型かつ軽量であると共に高エネルギー密度を得ることが可能な二次電池の開発が進められている。この二次電池は、上記した電子機器に限らず、電動工具などの他の用途にも適用されている。
電子機器などの高性能化および多機能化に応じて、二次電池のエネルギー密度をより高くすることが要望されているため、その二次電池の使用時において発生する熱量が増加している。そこで、複数の二次電池を容易かつ安全に取り扱うために、筐体の内部に複数の二次電池が収納された電池パックが用いられている。
電池パックの安全性を向上させるために、さまざまな検討がなされている。具体的には、電池パック全体が類焼することを抑制するために、筐体の内壁などに、熱に応じて電池と筐体との間の内部間隙を減少させる熱膨張部が設けられている(例えば、特許文献1参照。)。
特開2009−021223号公報
電池パックの安全性を向上させるために具体的な提案がなされているが、その電池パックの安全性は未だ十分でないため、改善の余地がある。
本技術はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、安全性を向上させることが可能な電池パック、電動工具および電子機器を提供することにある。
本技術の一実施形態の電池パックは、複数の二次電池と、(A)複数の二次電池を保持し、(B)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ものである。
本技術の一実施形態の電動工具および電子機器のそれぞれは、電池パックを備え、その電池パックが上記した本技術の一実施形態の電池パックと同様の構成を有するものである。
本技術の一実施形態の電池パックによれば、複数の二次電池を保持する電池保持部材が複数の二次電池の配置領域を仕切る仕切部を含んでおり、その電池保持部材(仕切部)が熱膨張性材料を含んでいるので、安全性を向上させることができる。また、本技術の一実施形態の電動工具および電子機器のそれぞれにおいても、同様の効果を得ることができる。
なお、ここに記載された効果は、必ずしも限定されるわけではなく、本技術中に記載されたいずれの効果であってもよい。
本技術の第1実施形態における電池パックの構成を表す斜視図である。 図1に示した電池モジュールの構成を表す斜視図である。 図2に示した二次電池の構成を表す断面図である。 電池パックの製造方法を説明するための斜視図である。 電池パックの動作(安全動作)を説明するための断面図である。 電池パックの構成に関する変形例を表す斜視図である。 本技術の第2実施形態における電池パックの構成を表す斜視図である。 図7に示した電池ホルダの構成を表す斜視図である。 電池パックの構成に関する変形例を表す断面図である。 電池パックの適用例(電動工具)の構成を表すブロック図である。
以下、本技術の一実施形態に関して、図面を参照して詳細に説明する。なお、説明する順序は、下記の通りである。

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
<1.電池パック(第1実施形態)>
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。
ここで説明する電池パックは、複数の二次電池を備えた電源であり、電子機器などの多様な用途に適用される。
電子機器の種類は、特に限定されないが、例えば、ノート型のパーソナルコンピュータなどである。ただし、電池パックの用途は、上記したように、電子機器に限られないため、他の用途でもよい。電池パックの用途の詳細に関しては、後述する。
二次電池の種類は、特に限定されないが、例えば、リチウムイオン二次電池などである。ただし、二次電池は、リチウムイオン二次電池に限られないため、他の二次電池でもよい。リチウムイオン二次電池の詳細に関しては、後述する。
<1−1.全体構成>
まず、電池パックの全体構成に関して説明する。
図1は、本実施形態の電池パックの一例である電池パック100の斜視構成を表している。ただし、図1では、電池パック100を構成する一連の構成要素(上側筐体11、下側筐体12、電池モジュール20および回路基板30)が互いに離間された状態を示している。
この電池パック100は、例えば、図1に示したように、筐体10の内部に、電池モジュール20と、回路基板30とを備えている。
以下では、図1中に示した3本の軸(X軸、Y軸およびZ軸)を用いて、寸法および方向を規定する。具体的には、X軸方向の寸法を「幅」、Y軸方向の寸法を「長さ」、Z軸方向の寸法を「高さ」とする。また、図1中の長さ方向(Y軸方向)において、左下側の方向を「前側」、右上側の方向を「後側」とすると共に、図1中の高さ方向(Z軸方向)において、上側の方向を「上側」、下側の方向を「下側」とする。
[筐体]
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。
ここでは、筐体10は、例えば、高さ方向(Z軸方向)に分割可能であり、すなわち上下に分割可能である。具体的には、筐体10は、例えば、互いに組み合わされることにより電池モジュール20を収納可能である上側筐体11および下側筐体12を含んでいる。
下側筐体12は、例えば、内側に向かって突出した2個の突起部12Tを有している。この2個の突起部12Tは、互いに対向すると共に間隔(空間)を隔てて互いに離間されるように配置されている。この空間は、下側筐体12に電池モジュール20が収納される空間である。
下側筐体12の内部に電池モジュール20が収納される場合には、その電池モジュール20は、2個の突起部12Tの間に配置されるため、その2個の突起部12Tにより挟まれる。これにより、下側筐体12の内部に電池モジュール20が収納される際に、2個の突起部12Tを利用して電池モジュール20が下側筐体12に位置合わせされると共に仮固定される。
この場合には、特に、2個の突起部12Tを介して電池モジュール20(後述する電池ホルダ50により保持された複数の二次電池40)が筐体10から離間されているため、その筐体10と電池モジュール20との間に間隔(隙間)が設けられている。後述するように、発熱源である異常な二次電池40が電池ホルダ50の熱膨張現象を利用して変位するためのマージンが確保されるため、その二次電池40が変位しやすくなるからである。
2個の突起部12Tのうちの一方の突起部12Tには、例えば、高さ方向に延在するネジ穴12Hが設けられている。後述するように、例えば、ネジ穴12Hに仕切板70(貫通口70H)を介してネジ13が挿入されることにより、電池モジュール20が下側筐体12にネジ止めされる(図4参照)。これにより、電池モジュール20が下側筐体12に連結されると共に固定される。上記した筐体10と電池モジュール20との間の隙間が維持されやすくなるため、複数の二次電池40が電池ホルダ50の熱膨張現象を利用して安定に変位しやすくなるからである。
筐体10の形成材料は、特に限定されない。具体的には、筐体10は、例えば、金属材料および高分子材料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。
中でも、筐体10は、高い熱伝導率を有する熱伝導性材料を含んでいることが好ましい。後述するように、仕切板70が筐体10と同様に熱伝導性材料を含んでいると共に、その仕切板70が下側筐体12に連結されていることにより、その電池モジュール20(発熱源である異常な二次電池40)において発生した熱が下側筐体12に伝導されやすくなるため、その電池モジュール20において蓄熱しにくくなるからである。なお、熱伝導性材料の詳細に関しては、後述する。
この場合には、特に、上側筐体11と下側筐体12とが互いに組み合わされることにより、その上側筐体11と下側筐体12とが互いに連結されるため、電池モジュール20において発生した熱が下側筐体12を介して上側筐体11まで伝導されやすくなる。これにより、電池モジュール20において発生した熱が筐体10全体(上側筐体11および下側筐体12)に伝導されやすくなるため、その電池モジュール20においてより蓄熱しにくくなる。
[電池モジュール]
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]
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。
この回路基板30は、例えば、上側筐体11と電池モジュール20との間に配置されていると共に、その電池モジュール20のうちの後述する接続端子板60(端子板611,621)に接続されている。
<1−2.電池モジュールの構成>
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。
図2は、図1に示した電池モジュール20の斜視構成を表している。ただし、図2では、例えば、電池モジュール20を構成する一連の構成要素(複数の二次電池40、電池ホルダ50、接続端子板60および仕切板70)が互いに離間された状態を示している。
この電池モジュール20は、例えば、図2に示したように、複数の二次電池40と、電池ホルダ50と、接続端子板60と、仕切板70とを含んでいる。
[二次電池]
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。
この二次電池40は、例えば、長さ方向における一端に設けられた突起状の正極端子部40Pと、その長さ方向における他端に設けられた非突起状の負極端子部40Mとを有している。
また、二次電池40は、例えば、前側に位置する第1端部である前側部分40Fと、後側に位置する第2端部である後側部分40Rとを有している。この前側部分40Fは、電池ホルダ50のうちの後述する前側電池ホルダ51により保持される部分であると共に、後側部分40Rは、電池ホルダ50のうちの後述する後側電池ホルダ52により保持される部分である。
二次電池40の数は、特に限定されない。ここでは、電池モジュール20は、例えば、6個の二次電池40(41〜46)を含んでいる。この二次電池41〜46は、例えば、幅方向(X軸方向)に3列および高さ方向に2段となるように配列されている。図2に示した線Lは、電池モジュール20を構成する一連の構成要素の位置関係を分かりやすくするために、二次電池41の延在方向に沿った仮装線を表している。
二次電池41〜46のそれぞれの向きは、その二次電池41〜46が互いに接続されていれば、特に限定されない。ここでは、例えば、2並列×3直列となるように二次電池41〜46を互いに接続させるために、二次電池41,42,45,46のそれぞれでは正極端子部40Pが前側を向いていると共に、二次電池43,44のそれぞれでは負極端子部40Mが前側を向いている。
なお、二次電池40(円筒型のリチウムイオン二次電池)の詳細な構成に関しては、後述する(図3参照)。
[電池ホルダ]
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]
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。
窪み51Uの立体的形状は、特に限定されないが、例えば、二次電池40の立体的形状(円筒状)に対応した円筒状である。また、開口部51Kの開口形状は、特に限定されないが、例えば、円形である。ただし、開口部51Kから二次電池40が脱落しないようにするために、その開口部51Kの直径は、例えば、二次電池40の外径よりも小さくなっている。
この前側電池ホルダ51は、上記した複数の窪み51Uを形成するために、仕切部511を含んでいる。この仕切部511は、複数の二次電池40の間に配置されると共に、その複数の二次電池40の配置領域を仕切る部材である。
具体的には、前側電池ホルダ51は、例えば、上記した仕切部511と共に、その仕切部511に連結された枠部512を含んでいる。
仕切部511は、上記したように、複数の二次電池40の配置領域を仕切るために、支持板部511Aと、複数の隔壁部511Bとを含んでいる。支持板部511Aは、幅方向に延在している。複数の隔壁部511Bは、長さ方向に延在していると共に、間隔を隔てて互いに離間されるように支持板部511Aの上面および下面のそれぞれに設けられている。
枠部512は、複数の二次電池40の周囲に配置された外枠であり、仕切部511を支持する部材である。この枠部512は、例えば、仕切部511に連結されることにより、その仕切部511と一体化されている。
前側電池ホルダ51が仕切部511を含んでいるため、複数の二次電池40が間隔を隔てて互いに離間されるように配置されている。また、前側電池ホルダ51が仕切部511と共に枠部512を含んでいるため、上記したように、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、その複数の二次電池40が前側電池ホルダ51により保持されている。
ここでは、前側電池ホルダ51は、例えば、6個の二次電池40(41〜46)に対応して、6個の窪み51Uおよび6個の開口部51Kを有している。これに伴い、仕切部511は、例えば、1個の支持板部511Aと、その支持板部511Aの上面に設けられた2個の隔壁部511Bと、その支持板部511Aの下面に設けられた2個の隔壁部511Bとを含んでいる。6個の窪み51Uの配列パターンは、例えば、上記した6個の二次電池41〜46の配列パターン(幅方向に3列および高さ方向に2段)に対応している。
この前側電池ホルダ51は、6個の窪み51Uのそれぞれに二次電池41〜46のそれぞれのうちの前側部分40Fが挿入されることにより、その二次電池41〜46を保持する。
[後側電池ホルダ]
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。
具体的には、後側電池ホルダ52は、例えば、複数の二次電池40を保持するための複数の窪み52Uを有しており、その窪み52Uの底部には、例えば、複数の二次電池40と接続端子板60(後側接続端子板62)とを互いに接続させるための開口部52Kが設けられている。窪み52Uおよび開口部52Kのそれぞれに関する詳細は、例えば、窪み51Uおよび開口部52Kのそれぞれに関する詳細と同様である。
この後側電池ホルダ52は、上記した複数の窪み52Uを形成するために、例えば、仕切部521と、枠部522とを含んでおり、その仕切部521は、例えば、支持板部521Aと、複数の隔壁部521Bとを含んでいる。仕切部521(支持板部521Aおよび隔壁部521B)および枠部522のそれぞれに関する詳細は、例えば、仕切部511(支持板部511Aおよび隔壁部511B)および枠部512のそれぞれに関する詳細と同様である。
後側電池ホルダ52が仕切部521を含んでいるため、複数の二次電池40が間隔を隔てて互いに離間されるように配置されている。また、後側電池ホルダ52が仕切部521と共に枠部522を含んでいるため、上記したように、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、その複数の二次電池40が後側電池ホルダ52により保持されている。
ここでは、後側電池ホルダ52は、例えば、6個の二次電池40(41〜46)に対応して、6個の窪み52Uおよび6個の開口部52Kを有していると共に、1個の支持板部521Aおよび4個の隔壁部521Bを含んでいる。6個の窪み52Uの配列パターンは、例えば、上記した6個の窪み51Uの配列パターンと同様である。
この後側電池ホルダ52は、6個の窪み52Uのそれぞれに二次電池41〜46のそれぞれのうちの後方部分40Fが挿入されることにより、その二次電池41〜46を保持する。
電池モジュール20が2個の電池ホルダ50(前側電池ホルダ51および後側電池ホルダ52)を含んでいるのは、その電池モジュール20が1個の電池ホルダ50だけを含んでいる場合と比較して、複数の二次電池40が安定に保持されやすくなるからである。
[材質]
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。
熱膨張性材料の物性は、上記したように、熱を利用して熱膨張することが可能な物性であれば、特に限定されない。ただし、熱膨張性材料の熱膨張倍率は、特に限定されないが、できるだけ高いことが好ましい。具体的には、熱膨張倍率は、5倍以上であることが好ましい。二次電池40の発熱時において電池ホルダ50が十分に熱膨張しやすくなるからである。ここで説明する「熱膨張倍率」は、約150℃〜300℃との温度となるように加熱された場合の熱膨張倍率である。なお、熱膨張倍率の上限値は、特に限定されないが、その熱膨張倍率は、30倍以下であることが好ましい。
熱膨張性材料の種類は、上記した物性を有する材料のうちのいずれか1種類または2種類以上であれば、特に限定されない。具体的には、熱膨張性材料は、例えば、熱膨張ゴムおよび熱膨張スポンジなどである。より具体的には、熱膨張ゴムは、例えば、積水化学工業株式会社製の熱膨張耐火材 フィブロック(登録商標)および藤倉ゴム工業株式会社製の熱膨張断熱ゴムなどである。熱膨張スポンジは、例えば、CRK株式会社製の熱膨張性耐火スポンジなどである。
特に、熱膨張性材料が熱膨張ゴムおよび熱膨張スポンジなどの弾性材料である場合には、その熱膨張性材料により振動などが吸収されるため、電池モジュール20の耐衝撃性が向上する。
電池ホルダ50が熱膨張性材料を含んでいるのは、複数の二次電池40が電池ホルダ50により保持されている状態において、その複数の二次電池40のうちの一部の二次電池40が過度に発熱すると、その発熱に応じて電池ホルダ50が熱膨張するからである。具体的には、電池ホルダ50では、主に、一部の二次電池40の近傍に位置する部分が優先的に熱膨張する。
この場合には、発熱源である一部の二次電池40の近傍において電池ホルダ50が部分的に熱膨張することにより、その電池ホルダ50が一部の二次電池40と他の二次電池40とを互いに遠ざけるように熱変形する。これにより、一部の異常な二次電池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ため、その一部の二次電池40において発生した熱が他の二次電池40に伝導されにくくなる。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、いわゆる複数の二次電池40が類焼しにくくなる。この「類焼」とは、発熱源である異常な二次電池40において発生した熱が他の正常な二次電池40に伝導されすぎた結果、その異常な二次電池40の発火に起因して正常な二次電池40が二次的発火することにより、複数の二次電池40が全体として連続的かつ加速度的に発火(燃焼)する現象である。
[接続端子板]
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]
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。
端子板611は、例えば、2個の二次電池40(41,42)に電気的に接続されている。具体的には、端子板611は、例えば、二次電池41,42のそれぞれの正極端子部40Pに電気的に接続されている。これに伴い、端子板611は、例えば、二次電池41の正極端子部40Pに対応する位置から二次電池42の正極端子部40Pに対応する位置まで延在している。すなわち、端子板611は、例えば、高さ方向に延在する短冊状の立体的形状を有している。
この端子板611は、例えば、その端子板611に電気的に接続されている2個の二次電池41,42の変位に応じて伸縮可能である。上記した電池ホルダ50の熱膨張現象を利用して二次電池40が変位しても、二次電池40と続端子板611との電気的接続が維持されやすくなるからである。
具体的には、端子板611は、2個の二次電池41,42の変位に応じて安定に伸縮可能となるために、折り曲げ部61Bを有している。この折り曲げ部61Bは、例えば、端子板611のうちの一部が2個の二次電池41,42から遠ざかるように折り曲げられた部分である。すなわち、折り曲げ部61Bは、主に、高さ方向において端子板611を伸張させると共に短縮させるためのマージン、言い替えれば高さ方向において端子板611の寸法を変化させるマージンとして機能する。これにより、端子板611は、折り曲げ部61Bを利用して高さ方向に伸縮可能である。なお、折り曲げ部61Bは、例えば、湾曲していてもよいし、途中で1回または2回以上折れ曲がっていてもよい。図2では、例えば、折り曲げ部61Bが湾曲している場合を示している。
端子板611に設けられる折り曲げ部61Bの数は、特に限定されないため、1個だけでもよいし、2個以上でもよい。図2では、例えば、端子板611に1個の折り曲げ部61Bが設けられている場合を示している。
また、端子板611に対する折り曲げ部61Bの設置位置は、特に限定されない。中でも、折り曲げ部61Bは、2個の二次電池41,42と重ならない位置に設けられていることが好ましい。端子板611と2個の二次電池41,42との電気的接続を担保しつつ、その端子板611が折り曲げ部61Bを利用して伸縮しやすくなるからである。
端子板612は、例えば、4個の二次電池40(43〜46)に電気的に接続されている。具体的には、端子板612は、例えば、二次電池43,44のそれぞれの負極端子部40Mおよび二次電池45,46のそれぞれの正極端子部40Pに電気的に接続されている。これに伴い、端子板612は、例えば、二次電池43の負極端子部40Mに対応する位置から二次電池44の負極端子部40Mおよび二次電池46の正極端子部40Pのそれぞれに対応する位置を経由して二次電池45の正極端子部40Pに対応する位置まで延在している。すなわち、端子板612は、例えば、開口部612Kを有するリング状の立体的形状を有している。
この端子板612は、例えば、その端子板612に電気的に接続されている4個の二次電池43〜46の変位に応じて伸縮可能である。上記した電池ホルダ50の熱膨張現象を利用して二次電池40が変位しても、二次電池40と続端子板612との電気的接続が維持されやすくなるからである。
具体的には、端子板612は、4個の二次電池43〜46の変位に応じて安定に伸縮可能となるために、折り曲げ部61Bを有している。折り曲げ部61Bに関する詳細は、上記した通りである。
図2では、例えば、端子板612に4個の折り曲げ部61Bが設けられている場合を示している。具体的には、端子板612のうちの幅方向に延在する一対の部分のそれぞれに折り曲げ部61Bが設けられていると共に、その端子板612のうちの高さ方向に延在する一対の部分のそれぞれに折り曲げ部61Bが設けられている。折り曲げ部61Bは、主に、幅方向および高さ方向において端子板612の寸法を伸張させると共に短縮させるためのマージンとして機能するため、その端子板612は、折り曲げ部61Bを利用して幅方向および高さ方向に伸縮可能である。
端子板612に対する折り曲げ部61Bの設置場所は、特に限定されない。中でも、折り曲げ部61Bは、4個の二次電池43〜46と重ならない位置に設けられていることが好ましい。端子板612と4個の二次電池43〜46との電気的接続を担保しつつ、その端子板612が折り曲げ部61Bを利用して伸縮しやすくなるからである。
[後側接続端子板]
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。
具体的には、後側接続端子板62は、例えば、互いに分離された端子板621,622を含んでいる。
端子板621は、例えば、2個の二次電池40(45,46)に電気的に接続されていることを除いて、上記した端子板611と同様の構成を有している。具体的には、端子板621は、例えば、二次電池45,46のそれぞれの負極端子部40Mに電気的に接続されている。また、端子板621は、例えば、1個の折り曲げ部62Bを有しており、その端子板621に電気的に接続されている2個の二次電池45,46の変位に応じて高さ方向に伸縮可能である。折り曲げ部62Bに関する詳細は、例えば、上記した折り曲げ部61Bに関する詳細と同様である。
端子板622は、例えば、4個の二次電池40(41〜44)に電気的に接続されていることを除いて、上記した端子板612と同様の構成を有している。具体的には、端子板622は、例えば、二次電池41,42のそれぞれの負極端子部40Mおよび二次電池43,44のそれぞれの正極端子部40Pに電気的に接続されている。また、端子板622は、例えば、4個の折り曲げ部62Bを有しており、その端子板622に電気的に接続されている4個の二次電池41〜44の変位に応じて幅方向および高さ方向に伸縮可能である。
[仕切板]
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。
仕切板70には、例えば、複数の配置スペース70Sが設けられている。この配置スペース70Sは、二次電池40が配置されるスペースである。この配置スペース70Sに二次電池40が配置されることにより、その二次電池40が仕切板70により支持される。
この仕切板70は、例えば、上記した電池ホルダ50のうちの仕切部511,521と同様の構成を有している。具体的には、仕切板70は、例えば、幅方向に延在する支持板部71と、その支持板部71に設けられると共に長さ方向に延在する複数の隔壁部72とを含んでいる。
ここでは、仕切板70は、例えば、6個の二次電池40(41〜46)に対応して、6個の配置スペース70Sを有している。これに伴い、仕切板70は、例えば、1個の支持板部71と、その支持板部71の上面に設けられた2個の隔壁部72と、その支持板部71の下面に設けられた2個の隔壁部72とを含んでいる。6個の配置スペース70Sの配列パターンは、例えば、上記した6個の二次電池41〜46の配列パターンに対応している。
幅方向における支持板部71の一端部および他端部のそれぞれには、例えば、上記したように、高さ方向に延在する貫通口70Hが設けられている。すなわち、支持板部71には、例えば、2個の貫通口70Hが設けられている。幅方向において仕切板70の向きをどちらの向きにしても、ネジ13を用いて仕切板70を下側筐体12に固定することができるからである。
仕切板70の形成材料は、特に限定されない。具体的には、仕切板70は、例えば、金属材料、高分子材料およびファインセラミックス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。
中でも、仕切板70は、電池ホルダ50の形成材料と同様の材料(熱膨張性材料)を含んでいることが好ましい。電池ホルダ50の熱膨張現象だけでなく、仕切板70の熱膨張現象も利用して発熱源である二次電池40が変位するため、複数の二次電池40がより類焼しにくくなるからである。
または、仕切板70は、高い熱伝導率を有する熱伝導性材料を含んでいることが好ましい。仕切板70により支持されている二次電池40が発熱しても、その熱が二次電池40から仕切板70に伝導されやすくなるため、電池モジュール20全体において蓄熱しにくくなるからである。すなわち、一部の二次電池40が発熱しても、その熱が仕切板70を介して他の二次電池40に伝導される。これにより、一部の二次電池40において発生した熱が複数の二次電池40に分散されるため、各二次電池40の温度がばらつきにくくなる。
この場合には、特に、上記したように、筐体10(上側筐体11および下側筐体12)が熱伝導性材料を含んでいると共に、その筐体10に仕切板70が連結されていることにより、発熱源である異常な二次電池40において発生した熱が仕切板70を経由して筐体10に伝導されやすくなる。よって、電池モジュール20全体においてより蓄熱しにくくなる。
この「熱伝導性材料」とは、円滑かつ安定に熱を伝導させることが可能な材料の総称である。熱伝導性材料の物性は、上記したように、円滑かつ安定に熱を伝導させることが可能な物性であれば、特に限定されないが、できるだけ高いことが好ましい。具体的には、熱伝導性材料の熱伝導率は、0.5W/(m・K)以上であることが好ましい。二次電池40の発熱時において仕切板70が十分に熱を伝導させやすくなるからである。
熱伝導性材料の種類は、上記した物性を有する材料のうちのいずれか1種類または2種類以上であれば、特に限定されない。具体的には、熱伝導性材料は、例えば、高熱伝導樹脂、高熱伝導ゴム、金属材料およびファインセラミックスなどである。高熱伝導樹脂は、例えば、三菱エンジニアリングプラスチックス株式会社製の高熱伝導ポリカーボネート(絶縁タイプ) TPN2354などである。高熱伝導ゴムは、例えば、アルミナ(酸化アルミニウム)などが混錬されたシリコーンゴムなどである。金属材料は、例えば、表面が十分に絶縁処理されたアルミニウムなどである。ファインセラミックスは、例えば、アルミナおよび窒化アルミニウムなどである。
もちろん、仕切板70は、熱膨張性および熱伝導性の双方を有する材料を含んでいてもよい。この場合には、二次電池40が過度に発熱しても、電池モジュール20全体においてより蓄熱しにくくなるため、複数の二次電池40がより類焼しにくくなる。
<1−3.二次電池の構成>
次に、上記した二次電池40の構成に関して説明する。
図3は、図2に示した二次電池40の断面構成を表している。ここで説明する二次電池は、例えば、上記したように、円筒型のリチウムイオン二次電池である。このリチウムイオン二次電池では、電極反応物質としてリチウムが用いられていると共に、リチウムの吸蔵現象およびリチウムの放出現象を利用して負極412の容量が得られる。
[全体構成]
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。
電池缶401は、例えば、一端部が閉鎖されると共に他端部が開放された中空の円柱状であり、例えば、鉄、アルミニウムおよびそれらの合金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。一対の絶縁板402,403は、例えば、巻回電極体410の巻回周面に対して交差する方向に延在していると共に、その巻回電極体410を互いに挟むように配置されている。
電池缶401の開放端部には、電池蓋404と、安全弁機構405と、熱感抵抗素子であるPTC素子(Positive Temperature Coefficient)406とがガスケット407を介してかしめられている。これにより、電池缶401は密閉されている。電池蓋404は、例えば、電池缶401と同様の材料を含んでおり、上記した正極端子部40Pとして機能する。安全弁機構405およびPTC素子406のそれぞれは、電池蓋404の内側に設けられており、その安全弁機構405は、PTC素子406を介して電池蓋404と電気的に接続されている。安全弁機構405では、内部短絡および外部加熱などに起因して内圧が一定以上になるとディスク板405Aが反転するため、電池蓋404と巻回電極体410との電気的接続が切断される。大電流に起因する異常な発熱を防止するために、PTC素子406の抵抗は、温度の上昇に応じて増加する。ガスケット407は、例えば、絶縁性材料を含んでいる。
巻回電極体410の巻回中心に設けられた空間には、例えば、センターピン414が挿入されている。ただし、二次電池40は、センターピン414を備えていなくてもよい。正極411には、正極リード415が取り付けられており、その正極リード415は、例えば、アルミニウムなどの導電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。負極412には、負極リード416が取り付けられており、その負極リード416は、例えば、ニッケルなどの導電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。この負極リード416は、電池缶401と電気的に接続されているため、その電池缶401は、上記した負極端子部40Mとして機能する。
[正極]
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。
正極集電体は、例えば、アルミニウムなどの導電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。正極活物質層は、例えば、リチウムを吸蔵および放出することが可能である正極活物質と共に、正極結着剤および正極導電剤などを含んでいる。
正極活物質は、例えば、リチウム含有化合物のうちのいずれか1種類または2種類以上を含んでおり、そのリチウム含有化合物は、例えば、リチウム遷移金属含有複合酸化物およびリチウム遷移金属含有リン酸化合物などである。リチウム遷移金属含有複合酸化物は、リチウムと1種類または2種類以上の遷移金属元素などとを構成元素として含む複合酸化物であると共に、リチウム遷移金属含有リン酸化合物は、リチウムと1種類または2種類以上の遷移金属元素などとを構成元素として含むリン酸化合物である。遷移金属元素の種類は、特に限定されないが、例えば、ニッケル、コバルト、マンガンおよび鉄などである。
正極結着剤は、例えば、合成ゴムおよび高分子材料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。合成ゴムは、例えば、スチレンブタジエン系ゴム、フッ素系ゴムおよびエチレンプロピレンジエンなどである。高分子材料は、例えば、ポリフッ化ビニリデンおよびポリイミドなどである。
正極導電剤は、例えば、炭素材料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。炭素材料は、例えば、黒鉛、カーボンブラック、アセチレンブラックおよびケッチェンブラックなどである。
[負極]
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。
負極集電体は、例えば、銅などの導電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。負極活物質層は、例えば、リチウムを吸蔵および放出することが可能である負極活物質と共に、負極結着剤および負極導電剤などを含んでいる。
負極活物質は、例えば、炭素材料および金属系材料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。炭素材料は、例えば、易黒鉛化性炭素、難黒鉛化性炭素および黒鉛などである。金属系材料は、例えば、金属元素および半金属元素のうちのいずれか1種類または2種類以上を構成元素として含む材料の総称である。この金属系材料は、単体でもよいし、合金でもよいし、化合物でもよいし、それらのうちの2種類以上でもよいし、それらのうちの1種類または2種類以上の相を含む材料でもよい。金属元素および半金属元素のそれぞれの種類は、特に限定されないが、例えば、マグネシウム、ホウ素、アルミニウム、ガリウム、インジウム、ケイ素、ゲルマニウム、スズ、鉛、ビスマス、カドミウム、銀、亜鉛、ハフニウム、ジルコニウム、イットリウム、パラジウムおよび白金などである。
負極結着剤および負極導電剤に関する詳細は、例えば、上記した正極結着剤および正極導電剤に関する詳細と同様である。
この二次電池40では、充電途中において負極412の表面にリチウム金属が意図せずに析出することを防止するために、リチウムを吸蔵および放出することが可能である負極活物質の電気化学当量は、例えば、正極411の電気化学当量よりも大きくなるように設定されている。
[セパレータ]
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]
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。
<1−4.製造方法>
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。
図4は、電池パック100の製造方法を説明するために、図1に対応する斜視構成を示している。ただし、図4では、下側筐体12に電池モジュール20が収納された状態を示している。
以下では、図1〜図4を参照して、6個の二次電池40(41〜46)を備えた電池パック100を製造する場合に関して説明する。
[二次電池の作製]
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。
二次電池40を作製する場合には、最初に、正極集電体の両面に正極活物質層を形成することにより、正極411を作製すると共に、負極集電体の両面に負極活物質層を形成することにより、負極412を作製する。続いて、溶接法などを用いて正極411(正極集電体)に正極リード415を取り付けると共に、溶接法などを用いて負極412(負極集電体)に負極リード416を取り付ける。
続いて、セパレータ413を介して正極411と負極412とを積層させたのち、その正極411、負極412およびセパレータ413を巻回させることにより、巻回電極体410を作製する。続いて、巻回電極体410の巻回中心に設けられた空間にセンターピン414を挿入する。
続いて、一対の絶縁板402,403の間に巻回電極体410を挟みながら、その一対の絶縁板402,403および巻回電極体410を電池缶401の内部に収納する。この場合には、溶接法などを用いて正極リード415の先端部を安全弁機構405に取り付けると共に、溶接法などを用いて負極リード416の先端部を電池缶401に取り付ける。続いて、電池缶401の内部に電解液を注入することにより、その電解液を巻回電極体410に含浸させる。
最後に、ガスケット407を介して電池缶401の開口端部に電池蓋404、安全弁機構405およびPTC素子406をかしめる。これにより、二次電池40が完成する。
[電池モジュールの作製]
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。
電池モジュール20を作製する場合には、最初に、仕切板70に設けられた6個の配置スペース70Sに二次電池41〜46を配置させる。この場合には、上記したように、二次電池41,42,45,46のそれぞれでは正極端子部40Pが前側を向くと共に、二次電池43,44のそれぞれでは負極端子部40Mが前側を向くようにする。これにより、仕切板70により二次電池41〜46が支持される。
続いて、仕切板70により二次電池41〜46が支持された状態において、前側電池ホルダ51に設けられた6個の窪み51Uに二次電池41〜46のそれぞれの前側部分40Fを挿入させると共に、後側電池ホルダ52に設けられた6個の窪み52Uに二次電池41〜46のそれぞれの後側部分40Rを挿入させる。これにより、仕切板70により二次電池41〜46が支持された状態において、その二次電池41〜46が前側電池ホルダ51および後側電池ホルダ52により保持される。
最後に、前側電池ホルダ51に前側接続端子板61(端子板611,612)を取り付けると共に、後側電池ホルダ52に後側接続端子板62(621,622)を取り付ける。この場合には、上記したように、二次電池41,42,45,46のそれぞれの正極端子部40Pが開口部51Kを経由して端子板611,612に電気的に接続されると共に、二次電池43,43のそれぞれの負極端子部40Mが開口部51Kを経由して端子板612に電気的に接続されるようにする。また、上記したように、二次電池45,46のそれぞれの負極端子部40Mが開口部52Kを経由して端子板621に接続されると共に、二次電池41,42のそれぞれの負極端子部40Mおよび二次電池43,44のそれぞれの正極端子部40Pが開口部52Kを経由して端子板622に接続されるようにする。
これにより、前側電池ホルダ51および後側電池ホルダ52により二次電池41〜46が保持された状態において、その二次電池41〜46が2並列×3直列となるように互いに接続されるため、電池モジュール20が完成する。
[電池パックの作製]
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。
電池パック100を作製する場合には、最初に、下側筐体12の内部に電池モジュール20を収納する。この場合には、上記したように、2個の突起部12Tの間に電池モジュール20が配置されるようにする。
続いて、突起部12Tに設けられたネジ穴12Hに、電池モジュール20のうちの仕切板70に設けられた貫通口70Hを介してネジ13を挿入させる。これにより、仕切板70が下側筐体12に連結されると共に、その下側筐体12に電池モジュール20が固定される。
続いて、電池モジュール20の上方に回路基板30を配置させることにより、前側接続端子板61(端子板611)を回路基板30に接続させると共に、後側接続端子板62(端子板621)を回路基板30に接続させる。
最後に、下側筐体12に上側筐体11を取り付けることにより、筐体10(上側筐体11および下側筐体12)の内部に電池モジュール20および回路基板30を封入する。これにより、筐体10の内部に電池モジュール20および回路基板30が収納されるため、電池パック100が完成する。
<1−5.動作>
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。
図5は、電池パック100の安全動作を説明するために、その電池パック100の断面構成を表している。ただし、図5では、XZ面に沿った電池パック100の断面を示している。また、図5では、例えば、二次電池41〜46のうちの二次電池45が短絡に起因して過度に発熱した場合を示している。
[充放電動作]
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。
[安全動作]
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。
この場合には、仕切板70が熱伝導性材料を含んでいると、二次電池45において発生した熱が仕切板70を介して二次電池41〜44,46に伝導されやすくなるため、その二次電池45においてより蓄熱されにくくなる。また、筐体10も熱伝導性材料を含んでいると、その筐体10に対して仕切板70が連結されていることにより、二次電池45において発生した熱が仕切板70を介して筐体10まで伝導されるため、その二次電池45においてさらに蓄熱されにくくなる。
ここで、短絡などに起因して二次電池45が過度に発熱すると、前側電池ホルダ51が熱膨張性材料を含んでいるため、その二次電池45の近傍において前側電池ホルダ51が熱膨張する。
これにより、図5に示したように、主に、前側電池ホルダ51の熱膨張現象を利用して、発熱源である異常な二次電池45およびその周辺の正常な二次電池43,46に応力F1〜F3が付与されるため、その二次電池43,45,46が変位する。
具体的には、熱膨張性を有する1個の前側電池ホルダ51により二次電池43,45,46が保持されている状態において、その二次電池45の近傍において前側電池ホルダ51が熱膨張する。これにより、二次電池43,45,46のそれぞれに互いに異なる方向の応力F1〜F3が付与されるため、その二次電池43,45,46が互いに異なる方向に変位する。
すなわち、発熱源である異常な二次電池45には、左斜め上方向に向かう応力F1が付与されるため、その二次電池45は、左斜め上方向に変位する。これに対して、正常な二次電池43には、右斜め上方向に向かう応力F2が付与されるため、その二次電池43は、右斜め上方向に変位すると共に、正常な二次電池46には、左斜め下方向に向かう応力F3が付与されるため、その二次電池46は、左斜め下方向に変位する。
よって、発熱源である異常な二次電池45は、正常な二次電池43,46のそれぞれから遠ざかるように変位すると共に、その正常な二次電池43,46は、発熱源である異常な二次電池45から遠ざかるように変位する。これにより、二次電池45が過度に発熱しても、その二次電池45が二次電池43,46から隔離されるため、その二次電池45において発生した熱が二次電池43,46に伝導されにくくなる。
この場合には、前側電池ホルダ51の熱膨張現象を利用して二次電池45が変位すると、その二次電池45が配置スペース70Sから脱離する。これにより、二次電池45が仕切板70から離間されるため、その二次電池45において発生した熱が仕切板70を介して二次電池43,46に伝導されにくくなる。これにより、仕切板70が熱伝導性材料を含んでいても、その二次電池45において発生した熱が二次電池43,46に伝導されにくくなる。
なお、上記した前側電池ホルダ51の熱膨張現象を利用した利点は、同様に熱膨張性材料を含んでいる後側電池ホルダ52に関しても同様に得られる。すなわち、二次電池45が発熱すると、二次電池43,45,46に応力F1〜F3を付与するように後側電池ホルダ52が熱膨張するため、その二次電池43,45,46が互いに遠ざかるように変位する。
<1−6.作用および効果>
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。
[主要な作用および効果]
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。
特に、電池ホルダ50が熱膨張性材料を含んでいると、上記したように、一部の二次電池40が過度に発熱した場合においてだけ電池ホルダ50が熱膨張する。これにより、一部の二次電池40の発熱量が少ない場合には、意図的に複数の二次電池40同士を近づけておくことにより、その一部の二次電池40において発生した熱が複数の二次電池40に分散されるため、各二次電池40の温度がばらつきにくくなる。よって、通常の電池パック100の使用時には、複数の二次電池40を大電流で充放電させることができる。一方、短絡などに起因して一部の二次電池40が過度に発熱したため、その一部の二次電池40の発熱量が多い場合には、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一部の二次電池40が意図的に他の正常な二次電池40から遠ざかるため、複数の二次電池40が類焼しにくくなる。よって、短絡などの異常の発生時には、安全性を担保することができる。
また、一部の二次電池40が過度に発熱すると、上記したように、その発熱に応じて電池ホルダ50が熱膨張するため、その一部の二次電池40が過度に発熱したのち、複数の二次電池40間の距離が自動的に大きくなる。これにより、一部の二次電池40が過度に発熱する前においては、上記したように、発熱量が少ない場合には一部の二次電池40において発生した熱が他の二次電池40に分散されるようにするために、複数の二次電池40を互いに接近させておくことができる。よって、一部の二次電池40が過度に発熱する前から複数の二次電池40間の距離を大きくしておく必要がないため、電池モジュール20を小型化することができると共に、電池パック100も小型化することができる。
さらに、複数の二次電池40を保持する電池ホルダ50自体が熱膨張性を有しているため、一部の二次電池40が過度に発熱した場合において複数の二次電池40間の距離を大きくするために、その複数の二次電池40の間に熱膨張部材を別途設置しておく必要がない。よって、上記した熱膨張部材が不要になる観点においても、電池モジュール20および電池パック100のそれぞれを小型化することができる。
[他の作用および効果]
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。
また、熱膨張性材料が熱膨張ゴムなどを含んでおり、より具体的には熱膨張性材料が5倍以上の熱膨張倍率を有していれば、二次電池40の発熱時において電池ホルダ50が十分に熱膨張するため、より高い効果を得ることができる。
また、複数の二次電池40に、その複数の二次電池40の変位に応じて伸縮可能である接続端子板60(前側接続端子板61および後側接続端子板62)が電気的に接続されていれば、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が変位しても、その複数の二次電池40と接続端子板60との電気的接続が維持されやすくなる。よって、電池素子である電池モジュール20の機能が担保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。
この場合には、接続端子板60が折り曲げ部61B,62Bを有していれば、その接続端子板60が折り曲げ部61B,62Bを利用して安定に伸縮しやすくなるため、さらに高い効果を得ることができる。
また、電池ホルダ50が二次電池40のうちの前側部分40Fを保持する前側電池ホルダ51および二次電池40のうちの後側部分40を保持する後側電池ホルダ52を含んでいれば、その電池ホルダ50により複数の二次電池40が安定に保持されやすくなる。よって、複数の二次電池40が電池ホルダ50の熱膨張現象を利用して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。
この場合には、前側電池ホルダ51と後側電池ホルダ52との間に仕切板70が設けられていれば、複数の二次電池70が互いに離間された状態で配置されやすくなる。よって、複数の二次電池40が電池ホルダ50の熱膨張現象を利用して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。
また、仕切板70が熱膨張性材料を含んでいれば、電池ホルダ50の熱膨張現象だけでなく仕切板70の熱膨張現象も利用して複数の二次電池40が変位するため、その複数の二次電池40がより変位しやすくなる。よって、複数の二次電池40がより類焼しにくくなるため、より高い効果を得ることができる。
また、仕切板70が熱伝導性材料を含んでいれば、複数の二次電池40が発熱しても、その熱が複数の二次電池40から仕切板70に伝導されやすくなる。よって、複数の二次電池40において蓄熱しにくくなるため、より高い効果を得ることができる。
また、筐体10の内部に複数の二次電池40および電池ホルダ50が収納されており、その筐体10に仕切板70が連結されていれば、その筐体10と電池ホルダ50により保持された複数の二次電池40との間の隙間が維持されやすくなる。よって、複数の二次電池40が電池ホルダ50の熱膨張現象を利用して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。
この場合には、筐体10および仕切板70のそれぞれが熱伝導性材料を含んでいれば、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に伝導されやすくなる。よって、電池モジュール20においてより蓄熱しにくくなるため、さらに高い効果を得ることができる。
<1−7.変形例>
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。
[変形例1]
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。
開口部61Kの数は、特に限定されないため、1個だけでもよいし、2個以上でもよい。
具体的には、端子板611では、例えば、開口部61Kが高さ方向に延在するように折り曲げ部61Bおよびその周辺領域に設けられている。すなわち、端子板611には、例えば、1個の開口部61Kが設けられている。ここでは、開口部61Kは、例えば、折り曲げ部61Bよりも上方の領域まで延設されていると共に、その折り曲げ部61Bよりも下方の領域まで延設されている。
また、端子板612では、例えば、開口部61Kが高さ方向に延在するように折り曲げ部61Bおよびその周辺領域に設けられていると共に、開口部61Kが幅方向に延在するように折り曲げ部61Bおよびその周辺領域に設けられている。すなわち、端子板612には、例えば、4個の開口部61Kが設けられている。ここでは、開口部61Kは、例えば、折り曲げ部61Bよりも上方の領域まで延設されていると共に、その折り曲げ部61Bよりも下方の領域まで延設されている。また、開口部61Kは、例えば、折り曲げ部61Bよりも左方の領域に延設されていると共に、その折り曲げ部61Bよりも右方の領域まで延設されている。
前側接続端子板61に開口部61Kが設けられていると、その開口部61Kが設けられている領域において前側接続端子板61(折り曲げ部61B)の幅が狭くなる。この場合には、前側接続端子板61がより変形しやすくなるため、その前側接続端子板61がより伸縮しやすくなる。よって、複数の二次電池40が変位しても、その複数の二次電池40と前側接続端子板61との電気的接続がより維持されやすくなるため、より高い効果を得ることができる。
なお、ここでは変形例1を適用する対象として前側接続端子板61を例に挙げたが、その変形例1を後側接続端子板62に適用してもよい。この場合には、後側接続端子板62がより変形しやすくなるため、その後側接続端子板62がより伸縮しやすくなる。よって、複数の二次電池40が変位しても、その複数の二次電池40と後側接続端子板62との接続状態がより維持されやすくなるため、同様の効果を得ることができる。
[変形例2]
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。
ただし、複数の二次電池40をより変位しやすくするためには、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ることが好ましい。
[変形例3]
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。
[変形例4]
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。
<2.電池パック(第2実施形態)>
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。
<2−1.構成>
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。
図7は、電池パック200の斜視構成を表しており、図1に対応している。図8は、図7に示した電池ホルダ50(前側電池ホルダ51および後側電池ホルダ52)の斜視構成を表しており、図2に対応している。
筐体10は、例えば、図7に示したように、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を含んでいる。
前側筐体14の内壁面には、例えば、長さ方向に延在する突起部14Tが設けられている。また、後側筐体15の内壁面には、長さ方向に延在する突起部15Tが設けられている。突起部14T,15Tのそれぞれの数は、特に限定されない。ここでは、突起部14T,15Tのそれぞれの数は、例えば、2個である。
前側電池ホルダ51には、例えば、図8に示したように、上記した突起部14Tに対応する位置に、長さ方向に延在する貫通口51Hが設けられている。また、後側電池ホルダ52には、例えば、図8に示したように、上記した突起部15Tに対応する位置に、長さ方向に延在する貫通口52Hが設けられている。貫通口51H,52Hのそれぞれの数は、特に限定されない。ここでは、貫通口51H,52Hのそれぞれの数は、例えば、上記した突起部14T,15Tのそれぞれの数に対応して、2個である。
この電池パック200では、例えば、前側筐体14と後側筐体15とが互いに組み合わされることにより、筐体10(前側筐体14および後側筐体15)の内部に電池モジュール20が収納される際に、突起部14Tが貫通口51Hに挿入されると共に、突起部15Tが貫通口52Hに挿入される。これにより、電池モジュール20が筐体10に位置合わせされると共に固定される。
この場合には、突起部14T,15Tおよび貫通口51H,52Hを利用して筐体10に電池モジュール20が固定されるため、例えば、その筐体10に突起部12Tが設けられていなくてもよいと共に、仕切板70に貫通口70Hが設けられていなくてもよい。
<2−2.製造方法>
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。
<2−3.動作>
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。
<2−4.作用および効果>
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。
<2−5.変形例>
上記した電池パック200の構成は、適宜、変更可能である。
[変形例1]
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。
筐体10として前側筐体14および後側筐体15を用いる場合には、例えば、図9に示したように、突起部14T,15Tのそれぞれを延長することにより、その突起部14T,15Tのそれぞれを仕切板70に当接させてもよい。これにより、突起部14Tは、貫通口51Hを経由して仕切板70に接触すると共に、突起部15Tは、貫通口52Hを経由して仕切板70に接触する。
この場合には、筐体10(前側筐体14および後側筐体15)が熱伝導性材料を含んでいると共に、仕切板70も熱伝導性材料を含んでいることにより、電池パック100と同様に、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に伝導されやすくなるため、その二次電池40においてより蓄熱しにくくなる。よって、より高い効果を得ることができる。
[変形例2]
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。
もちろん、ここでは変形例2を適用する対象として突起部14Tおよび仕切板70を例に挙げたが、その変形例2を突起部15Tおよび仕切板70に適用してもよい。この場合には、突起部15Tと仕切板70との電気的接続が維持されやすくなると共に、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15T)に伝導されやすくなるため、同様の効果を得ることができる。
<3.電池パックの用途>
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、その電池パックを駆動用の電源および電力蓄積用の電力貯蔵源などとして利用可能である機械、機器、器具、装置およびシステム(複数の機器などの集合体)などであれば、特に限定されない。電源として用いられる電池パックは、主電源でもよいし、補助電源でもよい。主電源とは、他の電源の有無に関係なく、優先的に用いられる電源である。補助電源は、例えば、主電源の代わりに用いられる電源でもよいし、必要に応じて主電源から切り替えられる電源でもよい。電池パックを補助電源として用いる場合には、主電源は電池パックに限られない。
<3−1.電子機器などの各種用途>
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。
中でも、電池パックは、電動車両、電力貯蔵システム、電動工具および電子機器などに適用されることが有効であり、特に、電動工具に適用されることがより有効である。これらの用途では優れた電池特性が要求されるため、本技術の電池パックを用いることにより、有効に性能向上を図ることができるからである。
なお、電動車両は、電池パックを駆動用電源として作動(走行)する車両であり、上記したように、電池パック以外の駆動源を併せて備えた自動車(ハイブリッド自動車など)でもよい。電力貯蔵システムは、電池パックを電力貯蔵源として用いるシステムである。例えば、家庭用の電力貯蔵システムでは、電力貯蔵源である電池パックに電力が蓄積されているため、その電力を利用して家庭用の電気製品などを使用することが可能である。電動工具は、電池パックを駆動用の電源として用いて可動部(例えば、ドリルなど)が可動する工具である。電子機器は、電池パックを駆動用の電源(電力供給源)として各種機能を発揮する機器である。
ここで、電池パックの適用例に関して具体的に説明する。なお、以下で説明する適用例の構成は、あくまで一例であるため、その適用例の構成は、適宜変更可能である。
<3−2.電動工具>
図10は、電動工具のブロック構成を表している。
ここで説明する電動工具は、例えば、電動ドリルである。この電動工具は、例えば、工具本体101の内部に、制御部102と、電源103とを備えている。工具本体101には、例えば、可動部であるドリル部104が稼働(回転)可能に取り付けられている。
工具本体101は、例えば、金属材料および高分子材料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。制御部102は、電動工具の全体の動作(電源103の使用状態を含む)を制御する。この制御部102は、例えば、中央演算処理装置(CPU)などを含んでいる。電源103は、1個または2個以上の電池パックを含んでいる。この制御部102は、動作スイッチの操作に応じて、電源103からドリル部104に電力を供給する。
以上、いくつかの実施形態を挙げながら本技術を説明したが、本技術は上記したいくつかの実施形態において説明した態様に限定されず、その本技術に関しては種々の変形が可能である。
具体的には、二次電池の電池構造が円筒型である場合に関して説明したが、本技術の電池パックに適用される二次電池の電池構造は、特に限定されない。具体的には、二次電池の電池構造は、例えば、ラミネートフィルム型、角型およびコイン型などでもよい。
また、二次電池が巻回構造を有する場合に関して説明したが、その二次電池の構造は、特に限定されない。具体的には、二次電池は、例えば、積層構造などの他の構造を有していてもよい。
また、二次電池の電極反応物質としてリチウムを用いたが、その電極反応物質の種類は、特に限定されない。具体的には、電極反応物質は、例えば、ナトリウムおよびカリウムどの長周期型周期表における他の1族の元素でもよいし、マグネシウムおよびカルシウムなどの長周期型周期表における2族の元素でもよいし、アルミニウムなどの他の軽金属でもよい。
なお、本明細書中に記載された効果はあくまで例示であって限定されるものではなく、また、他の効果があってもよい。
なお、本技術は、以下のような構成を取ることも可能である。
(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)

  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、
    請求項1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、
    請求項1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、
    請求項1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、
    請求項1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、
    請求項1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、
    請求項6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、
    請求項1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、
    請求項8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、
    請求項9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、
    請求項9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、
    請求項11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、
    請求項1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、
    請求項1記載の電池パック。
  15. 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。
  16. 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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