JPWO2019150772A1 - 電池パック - Google Patents

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Abstract

横並びに配置された複数の二次電池セル間で、熱暴走の連鎖を阻止する。互いに直列及び／又は並列に接続している円筒形の第一の二次電池セル（１Ａ）及び第二の二次電池セル（１Ｂ）と、第一の二次電池セル（１Ａ）及び第二の二次電池セル（１Ｂ）を該円筒形の側面同士が対向する姿勢で並べて収納する内部空間を有する収納ケース（１０）と、収納ケース（１０）の内部空間に収納された第一の二次電池セル（１Ａ）及び第二の二次電池セル（１Ｂ）の、該円筒形の側面同士が対向する界面に介在されてこれらを絶縁する、断熱性の長手仕切板（３０）とを備える電池パック（１００）であって、長手仕切板（３０）は、第一の二次電池セル（１Ａ）の円筒形の側面と面する側に、該円筒形の側面と接触するように突出させた第一断熱部（５１）を形成しており、第二の二次電池セル（１Ｂ）の円筒形の側面と面する側に、該円筒形の側面と接触するように突出させた第二断熱部（５２）を形成する。

Description

本発明は、電池パックに関する。
収納ケース内に、複数本の円筒形の二次電池セルを収納した電池パックが、ノート型パソコンや携帯電子端末等の電子機器の電源として使用されている。この電池パックは、複数の円筒形の二次電池セルを直列や並列に接続して、容量を大きくしている。特に近年は電池パックの高容量化が求められる一方で、電池パックの携行性等の観点から、小型、軽量化も要求されている。そこで、二次電池セルの一本あたりの高容量化が進められ、また電池パックの内部で、二次電池セル同士を隙間なく並べる構成が採用されている。
一方で二次電池セルは、内部ショートや過充電等、種々の原因で熱暴走を起こすことがある。複数の二次電池セルを隣接させた状態で、いずれかの二次電池セルが熱暴走すると、隣接する二次電池セルが加熱されて熱暴走を誘発し、これが伝搬して多数の二次電池セルの熱暴走を生じることがある。このため、いずれかの二次電池セルが熱暴走しても、他の二次電池セルに影響を及ぼさないようにすることが求められる。
しかしながら、二次電池セルを電池パック内部で近接して配置している構成上、隣接する二次電池セル間では熱伝導が生じ易くなる。これに対して、隣接する二次電池セル同士の間を物理的な壁で区画して断熱を図ることが考えられる。しかし、壁と収納ケースとの間の隙間を完全に無くすことは容易でなく、隙間が少しでもあると、この隙間から炎が漏れてしまい、隣接する二次電池セルを加熱してしまうことを避けられない。
実開平６−８０２６０号公報 特開２０１４−８６３４２号公報
本発明はこのような背景に鑑みてなされたものであり、その目的の一は、横並びに配置された複数の二次電池セル間で、熱暴走の連鎖を阻止する構成を備えた電池パックを提供することにある。
本発明の一の電池パックによれば、互いに直列及び／又は並列に接続している円筒形の第一の二次電池セル及び第二の二次電池セルと、前記第一の二次電池セル及び第二の二次電池セルを該円筒形の側面同士が対向する姿勢で並べて収納する内部空間を有する収納ケースと、前記収納ケースの内部空間に収納された第一の二次電池セル及び第二の二次電池セルの、該円筒形の側面同士が対向する界面に介在されてこれらを絶縁する、断熱性の長手仕切板とを備える電池パックであって、前記長手仕切板は、前記第一の二次電池セルの円筒形の側面と面する側に、該円筒形の側面と接触するように突出させた第一断熱部を形成しており、前記第二の二次電池セルの円筒形の側面と面する側に、該円筒形の側面と接触するように突出させた第二断熱部を形成することができる。上記構成により、円筒形の二次電池セルの側面に断熱部を介在させて長手仕切板と離間させることにより、空気層を形成して断熱性を高めることができる。
また、本発明の他の電池パックによれば、上記構成に加えて、さらに前記第一の二次電池セルと、端面同士が対向するように前記収納ケースの長手方向に並べられた第三の二次電池セルと、前記第二の二次電池セルと、端面同士が対向するように前記収納ケースの長手方向に並べられ、かつ前記第三の二次電池セルと、該円筒形の側面同士が対向するように並べられた第四の二次電池セルとを備え、前記第一断熱部は、前記第一の二次電池セルの円筒形の側面と接する領域から、前記第三の二次電池セルの円筒形の側面と接する領域に連続して延長されており、前記第二断熱部は、前記第二の二次電池セルの円筒形の側面と接する領域から、前記第四の二次電池セルの円筒形の側面と接する領域に連続して延長させることができる。上記構成により、複数の二次電池セルを長手方向に接続した電池列同士の隣接させた構成において、電池列間の断熱を効果的に図ることが可能となる。
さらに、本発明のさらに他の電池パックによれば、上記何れかの構成に加えて、前記第一断熱部及び第二断熱部を、断面視において前記長手仕切板の左右で中心をずらして配置することができる。
さらにまた、本発明のさらに他の電池パックによれば、上記何れかの構成に加えて、前記第一断熱部及び第二断熱部を、断面視において前記長手仕切板の左右で部分的に重複するように配置することができる。
さらにまた、本発明のさらに他の電池パックによれば、上記何れかの構成に加えて、前記第一断熱部及び第二断熱部を、前記長手仕切板と別部材で構成され、前記長手仕切板の各面にそれぞれ貼付することができる。上記構成により、第一断熱部及び第二断熱部を別部材としたことで突起状に形成し易くなり、突起状の両側に空気層を形成して断熱効果を高めることができる。
さらにまた、本発明のさらに他の電池パックによれば、上記何れかの構成に加えて、前記第一断熱部及び第二断熱部を、前記長手仕切板よりも断熱性の高い材質で構成することができる。上記構成により、断熱性の高い第一断熱部及び第二断熱部を長手仕切板の全面に設けずに部分的に形成したことで、コストの削減と軽量化を図ることができる。
さらにまた、本発明のさらに他の電池パックによれば、上記何れかの構成に加えて、前記第一断熱部及び第二断熱部を、マイカで構成することができる。上記構成により、安価で高い耐熱性を持たせることができる。
さらにまた、本発明のさらに他の電池パックによれば、上記何れかの構成に加えて、さらに前記二次電池セルの円筒形の側面であって、隣接する二次電池セルの円筒形の側面と対向する領域を少なくとも被覆する絶縁性で耐熱性を有する絶縁耐熱板を備えることができる。上記構成により、隣接して対向する二次電池セルの側面をそれぞれ、絶縁性と耐熱性を備える絶縁耐熱板で被覆することにより、熱暴走時に二次電池セルの側面から炎が噴出しても延焼する事態を抑制できる。
さらにまた、本発明のさらに他の電池パックによれば、上記何れかの構成に加えて、前記絶縁耐熱板を、前記二次電池セルの円筒形の側面に沿って湾曲させることができる。上記構成により絶縁耐熱板を二次電池セルの側面に沿わせて密着させ易い姿勢で被覆することができ、限られたスペース内で効率良く断熱性を高めることができる。
さらにまた、本発明のさらに他の電池パックによれば、上記何れかの構成に加えて、前記絶縁耐熱板は、円筒形の側面が互いに隣接している一対の二次電池セルにそれぞれ被覆され、断面視において前記一対の二次電池セルが最も近接する位置を中心に湾曲させることができる。上記構成により、一方の二次電池セルが熱暴走して側面から排炎される際に、隣接する他の二次電池セルの側面に向かわないように排炎方向を規制でき、安全性が高められる。
さらにまた、本発明のさらに他の電池パックによれば、上記何れかの構成に加えて、前記絶縁耐熱板をマイカで構成することができる。上記構成により、安価で高い耐熱性を持たせることができる。
さらにまた、本発明のさらに他の電池パックによれば、上記何れかの構成に加えて、さらに、前記長手仕切板と交差して、前記第一の二次電池セル及び第二の二次電池セルの端面同士を電気的に接続するリード板と、前記リード板と重ねた状態で前記長手仕切板と交差して、前記第一の二次電池セル及び第二の二次電池セルの端面を覆う短手仕切板とを備えることができる。上記構成により、リード板を通すために必要な長手仕切板の長手側スリットに、さらに短手仕切板を通すようにしたことで、リード板を通した後の長手側スリットの隙間を狭くして、この隙間から、二次電池セルが熱暴走した際の排炎が流れ込む事態を抑制できる。
本発明に係る電池パックによれば、円筒形の二次電池セルの側面に断熱部を介在させて長手仕切板と離間させることにより、空気層を形成して断熱性を高めることができる。
実施形態１に係る電池パックを示す斜視図である。 図１の電池パックを斜め下方から見た斜視図である。 図１の電池パックのＩＩＩ−ＩＩＩ線における断面図である。 図１の電池パックのＩＶ−ＩＶ線における断面図である。 図１の電池パックの分解斜視図である。 図１の電池パックの蓋部を外した状態を示す斜視図である。 図６の電池パックの平面図である。 図１の収納ケースに長手仕切板及び短手仕切板をセットする状態を示す分解斜視図である。 図８の電池パックに、絶縁耐熱板と二次電池セルと回路基板をセットする状態を示す分解斜視図である。 比較例１に係る電池パックの、排炎経路を示す模式図である。 比較例１に係る電池パックの、他の排炎経路を示す模式図である。 実施形態１に係る電池パックの、長手側スリットを示す模式図である。 図１２の長手側スリットに短手仕切板とリード板を通した状態で、二次電池セルを除いた状態を示す模式図である。 図１３に二次電池セルを示した状態を示す模式図である。 図１５Ａは図１０におけるリード用スリットを示す模式断面図、図１５Ｂは図１４における長手側スリットを示す模式断面図である。 比較例２に係る電池パックの排炎経路を示す模式断面図である。 図１７Ａは比較例３に係る電池パックの排炎経路を示す模式断面図、図１７Ｂは実施形態１に係る電池パックの排炎経路を示す模式断面図である。 実施形態１に係る電池パックの長手仕切板を示す拡大断面図である。 比較例４に係る電池パックの長手仕切板を示す拡大断面図である。 長手仕切板を示す分解斜視図である。 排炎経路を示す模式図である。 排炎経路を示す拡大縦断面図である。 実施形態２に係る電池パックの平面図である。 図２３のＸＸＩＶ−ＸＸＩＶ線における断面図である。 図２４の拡大断面図である。 図２３の電池パックの蓋部を外した状態を示す分解斜視図である。 図２６の電池パックの平面図である。 図２３の電池パックの分解斜視図である。 図２７の電池パックから長手仕切板及び短手仕切板を外した状態を示す分解斜視図である。 図２９の電池パックの、絶縁耐熱板と二次電池セルと吸熱体を分解した状態を示す分解斜視図である。
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例示であって、本発明は以下のものに特定されない。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。
（実施形態１）
本発明の実施形態１に係る電池パックを図１〜図９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１００を示す斜視図、図２は図１の電池パック１００を斜め下方から見た斜視図、図３は図１の電池パック１００のＩＩＩ−ＩＩＩ線における断面図、図４は図１の電池パック１００のＩＶ−ＩＶ線における断面図、図５は図１の電池パック１００の分解斜視図、図６は図１の電池パック１００の蓋部１１を外した状態を示す斜視図、図７は図６の電池パック１００の平面図、図８は図１の収納ケース１０に長手仕切板３０及び短手仕切板４０をセットする状態を示す分解斜視図、図９は図８の電池パック１００に、絶縁耐熱板２と二次電池セル１と回路基板２０をセットする状態を示す分解斜視図を、それぞれ示している。電池パック１００は、内部に複数の二次電池セル１を収納しており、これを直列や並列に接続して容量を稼ぎ、充放電可能としている。この電池パック１００を駆動対象の外部機器と接続して、二次電池セル１を放電させることにより電力を供給する。ここでは、電池パック１００を接続する外部機器をノート型パソコンとする例を示しているが、本発明の電池パックは接続する外部機器をノート型パソコンに限定せず、他の電子機器や電気機器、例えば携帯電話や携帯型ＤＶＤプレーヤ、携帯型カーナビ、携帯音楽プレーヤ、あるいは電動工具やアシスト自転車等とすることもできる。また電池パックは、外部機器に直接、着脱式に装着して使用する形態の他、外部機器の内部に収納したり埋め込んだり、あるいはケーブル等を介して接続する形態としてもよい。
（収納ケース１０）
電池パック１００は、図１、図２等に示すように外観を一方向に延長した箱形に形成している。箱形の本体は収納ケース１０で構成され、図３、図４、図５、図６に示すように蓋部１１とケース本体１２に二分割されている。収納ケース１０は、電池パック１００で電力を供給する駆動対象の電気機器（ここではノート型パソコン）と接続するための接続機構１３と、コネクタ１４を備えている。また、電池パック１００を電気機器に装着した状態で維持するためのロック機構１５を設けてもよい。収納ケース１０は、絶縁性と断熱性に優れた材質、例えば、ポリカーボネート等の樹脂製とする。
収納ケース１０の内部には、図３、図５、図７〜図９に示すように、複数の二次電池セル１や回路基板２０、リード板２１、２２、２３、２４等を収納する。この例では、二次電池セル１として、外装缶を円筒状とする円筒形二次電池セルを用いている。ここでは二次電池セル１として、第一の二次電池セル１Ａ、第二の二次電池セル１Ｂ、第三の二次電池セル１Ｃ、第四の二次電池セル１Ｄ、第五の二次電池セル１Ｅ、第六の二次電池セル１Ｆの６本を使用し、この内の３本を直列に接続した電池列を２組、並列に接続している。二次電池セルの本数や接続形態は自由に変更することができ、例えば後述する図２６、図２７等に示す実施形態２に係る電池パック２００では４本の二次電池セル１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄを２直列、２並列としている。
円筒形二次電池セル１はリチウムイオン二次電池である。ただ、円筒形二次電池セルは、ニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池などの充放電可能な二次電池、特に使用状態で高温に発熱する電池を使用できる。
また二次電池セル１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｅ、１Ｆ同士は、リード板２１、２２、２３、２４で電気的に直列や並列に接続される。リード板２１、２２、２３、２４は導電性に優れた金属板を折曲して構成される。リード板２１、２２、２３、２４は、二次電池セル１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｅ、１Ｆの端面の電極に溶接される。また二次電池セル１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｅ、１Ｆ同士を接続した電池集合体の総＋、総−は、回路基板２０に接続される。回路基板２０は、充放電回路や保護回路を実装している。また回路基板２０は、各二次電池セル１の電圧を把握するため、中間電位を測定するための中間電位用リード線を接続したり、各二次電池セル１の温度を検出するための温度検出部の電位を接続することもできる。温度検出部には、サーミスタなどが利用される。図９等の例では、回路基板２０にコネクタ１４を直接接続しており、収納ケース１０の側面側に垂直姿勢で配置されている。
（長手仕切板３０）
また収納ケース１０内には、図９に示すように、二次電池セル１を収納するための電池収納空間１６が区画されている。電池収納空間１６を区画するために、収納ケース１０内に長手仕切板３０と短手仕切板４０が配置される。長手仕切板３０は、収納ケース１０の長手方向に沿って配置される。すなわち、収納ケース１０の長手方向に沿う両側の側面壁１７とほぼ平行に、側面壁１７同士のほぼ中央に配置されて、収納ケース１０の内部空間を二分割している。この長手仕切板３０は、絶縁性と断熱性に優れた材質、例えば、マイカ等とする。
（短手仕切板４０）
一方、短手仕切板４０は、収納ケース１０の内部空間を、収納ケース１０の短手方向に沿って、すなわち収納ケース１０の長手方向の両側の端面壁１８とほぼ平行に、端面壁１８同士の間で内部空間を長手方向に三分割するように配置される。短手仕切板４０は、絶縁性と断熱性に優れた材質で構成される。好ましくは、短手仕切板４０をマイカで構成する。マイカは難燃性、不燃性が高く、絶縁性にも優れ、比較的安価であり、断熱性と絶縁性を要する部材として好適である。
長手仕切板３０と短手仕切板４０を互いに直交する姿勢で交差させるよう、各仕切り板にはスリットが形成される。長手仕切板３０は、長手側スリット３２を、短手仕切板４０は短手側スリット４２を、それぞれを形成している。各スリットの幅は、交差させる他方の仕切板の厚さよりも若干大きくする。
このように長手仕切板３０と短手仕切板４０を組み合わせて、図８、図９に示すように収納ケース１０の内部空間を６つに分割しており、それぞれに二次電池セル１を収納する電池収納空間１６を区画している。電池収納空間１６を個別に形成することで、ここに収納される二次電池セル１は互いに物理的に隔離される。この結果、二次電池セル１間の電気的絶縁と断熱が図られる。
なお、以上の例では長手仕切板３０を１枚使用して、長手方向に平行に配置することで収納ケース１０の内部空間を短手方向に２分割した例を説明したが、本発明はこの構成に限らず、２枚以上の長手仕切板を使用して収納ケースの内部空間を３以上に区分することもできる。同様に、以上の例では短手仕切板４０を２枚使用して、短手方向に平行に配置することで収納ケースの内部空間を３分割した例を説明したが、本発明はこの構成に限らず、１枚の短手仕切板を使用して収納ケースの内部空間を２分割したり、あるいは３枚以上の短手仕切板を使用して、収納ケースの内部空間を４分割以上とすることもできる。
さらに、このように収納ケース１０の内部空間を区分して複数の電池収納空間１６を形成しつつ、二次電池セルの本数は、必ずしも電池収納空間と一致させる必要はなく、二次電池セルの本数を電池収納空間の数よりも少なくしてもよい。例えば、後述する図２６、図２７等に示す実施形態２に係る電池パック２００の例では、電池収納空間１６を実施形態１と同じく６つとしつつも、二次電池セル１の本数を４本としている。
さらにまた実施形態２に係る電池パック２００の例では、４本の二次電池セルとして第一の二次電池セル１Ａ、第二の二次電池セル１Ｂ、第三の二次電池セル１Ｃ、第四の二次電池セル１Ｄを使用し、２本を直列に接続した電池列を構成して、この電池列を並列に接続している。具体的には、第一の二次電池セル１Ａと第三の二次電池セル１Ｃの２本を、端面同士が対向するように並べて第一電池列とし、一方で第二の二次電池セル１Ｂと第四の二次電池セル１Ｄの２本を、端面同士が対向するように並べて第二電池列としている。ただ、直列数は必ずしも２以上とする必要はなく、１本の二次電池セルで電池列を構成して、これを並列に接続してもよい。
（長手側スリット３２）
長手側スリット３２には、図９に示すようにリード板２２、２３も挿入される。このように、長手側スリット３２を、リード板２２、２３と短手仕切板４０を通す共通のスリットとしたことで、余分な隙間の発生を防ぎ、安全性を高めることができる。
複数の二次電池セルを用いる場合は、何らかの理由で万一、何れかの二次電池セルが熱暴走を生じた場合であっても、安全性を高めるための対策が求められる。例えば、一般には起こり難いとされているが、円筒形二次電池セルの外装缶の側面から炎が噴き出す状態となった場合、隣接する二次電池セルに炎が到達しない、あるいは到達し難い構造が望まれる。ここで、側面同士が隣接する二次電池セル同士の間には、長手仕切板が配置されている。しかしながら、これらの二次電池セル同士を電気的に接続する必要がある関係上、リード板を通さねばならず、図１０に示す比較例１に係る電池パックのように長手仕切板３０Ｘにはリード板２１Ｘを通すためのリード用スリット３１Ｘが必須となる。また、リード用スリット３１Ｘは製造公差や加工精度のためリード板の厚さよりも大きくなる結果、リード用スリット３１Ｘにリードを通しても、リード用スリット３１Ｘには隙間が生じてしまう。このため、万一熱暴走が生じて一の二次電池セルの側面から炎が噴き出した場合、図１０において矢印で示すように、炎がリード用スリット３１Ｘを通じて隣の二次電池セルの電池収納空間に流れ込んでしまうことが考えられる。さらに、図１１の斜視図に示すように、長手仕切板３０Ｘに短手仕切板４０Ｘを交差させるための短手用スリット３２Ｘも形成する必要があり、この隙間からも炎が流れ込むことが考えられる。
そこで、実施形態１においては、リード板用２２と短手仕切板４０用のスリットを共通化して、リード板２２、２３と短手仕切板４０を一体的に挿入することで、隙間の発生を抑制し、排炎経路となり得る空間が生成されることを低減している。具体的には、図１２に示すように、長手仕切板３０の下側に長手側スリット３２を形成し、この長手側スリット３２に、図１３に示すようにリード板２２と短手仕切板４０を挿入する。この結果、図１４に示すようにリード板２２と短手仕切板４０とで長手側スリット３２の隙間が極限されるので、排炎経路が抑制されて安全性が向上される。
ここで、図１０におけるリード用スリット３１Ｘを図１５Ａに、図１４における長手側スリット３２を図１５Ｂに、それぞれ示す。図１５Ａにおいて、例えば長手仕切板３０Ｘにマイカを用いる場合、マイカの加工精度上、リード用スリット３１Ｘの幅をＤ１ｍｍとする。リード板２２にニッケル等の金属板を用いる場合、その厚さをＤ２ｍｍとすると、隙間Ｄ３＋Ｄ４は、Ｄ１−Ｄ２ｍｍとなる。これに対して、図１５Ｂにおいて、同じく長手仕切板３０をマイカ製として、長手側スリット３２の幅をＤ６ｍｍ、リード板２２の厚さをＤ２ｍｍとする。短手仕切板４０の厚さをＤ７ｍｍとすると、隙間Ｄ８＋Ｄ９（リード板２２と短手仕切板４０の間に隙間がある場合は、その隙間もＤ８＋Ｄ９に含む）は、Ｄ６−Ｄ２−Ｄ７ｍｍとなる。ここで、隙間Ｄ８＋Ｄ９の長さは、隙間Ｄ３＋Ｄ４の長さよりも非常に小さい。このように、隙間を十分に低減することで、排炎経路を低減して延焼の可能性を一層低減して安全性の向上が図られる。また、リード板２２よりも厚さの厚い短手仕切板４０を、リード板２２と重ねて一体とすることで、リード板２２が安定して長手側スリット３２に保持される利点が得られる。
さらに、図１２〜図１４に示す例では、短手仕切板４０を２枚、離間させて配置している。このようにしたことで、万一、一方の二次電池セルの端面から炎が噴き出した場合であっても、２枚の短手仕切板４０でもって、この端面方向と隣接する他方の二次電池セルに被害が及ぶことを回避できる。さらに２枚の短手仕切板４０の間に空間を設けたことで空気層による断熱効果も発揮されて、断熱性能も高められる。
なお、電池収納空間１６を規定するための短手仕切板４０の枚数は、要求される断熱性能に応じて調整でき、３枚以上設けたり、あるいは１枚のみとしてもよい。例えば後述する実施形態２では、図２４、図２５等に示すように１枚のみとしている。
（リブ）
さらに収納ケース１０は、その内面に、長手仕切板３０を保持するための一対のリブを形成している。具体的には図３の断面図に示すように、収納ケース１０のケース本体１２の内面に、長手方向に延長された一対のリブ３４を、ほぼ中心の位置に直立させている。リブ３４は、それぞれケース本体１２、蓋部１１と一体に形成されている。この一対のリブ３４の間に長手仕切板３０の下端を挿入して、長手仕切板３０を収納ケース１０内で保持する。
（接着材３６）
さらに、各リブと長手仕切板３０との界面には、難燃性の接着材３６を充填している。これによって、リブと長手仕切板３０との隙間を埋めて、二次電池セルの熱暴走時に生じ得る排炎が、隣接する二次電池セルに及ぶ事態を回避している。
上述の通り、二次電池セルの側面同士の間には長手仕切板３０を配置しており、万一二次電池セルの一方が熱暴走して側面側に炎や高圧ガスを噴き出しても、長手仕切板３０でもって隣接する他方の二次電池セルに被害が及ぶことを阻止している。一方で、図１６の断面図に示す比較例２に係る電池パックのように、リブ３４Ｙと長手仕切板３０Ｙとの接続部分に隙間３５Ｙがあると、炎がこの隙間３５Ｙを通じて隣接する二次電池セル側に漏れることが考えられる。
そこで、図３の断面図に示したとおり、リブ３４と長手仕切板３０の下端との間、及び長手仕切板３０の上端に、それぞれ難燃性の接着材３６を充填して隙間を埋めている。これより、リブ３４と長手仕切板３０との隙間が低減されて、排炎等の経路が形成される事態を回避できる。難燃性の接着材３６としては、シリコーン系樹脂等が利用できる。このような接着材３６で隙間を埋めることにより、一時的な目止め効果が発揮される。特に炎や高圧ガスの噴出は一般に数秒程度の短時間であることから、これらの勢いを抑制できれば隣接する二次電池セルが直接炎や高圧ガスに晒される事態を回避でき、延焼の防止効果が十分に期待できる。
（絶縁耐熱板２）
さらに二次電池セルは、側面を絶縁耐熱板２で被覆している。絶縁耐熱板２は、側面同士が対向するように隣接する二次電池セル１の各側面において、少なくとも対向する領域を被覆するように設けられる。この絶縁耐熱板２は、二次電池セル１の側面に沿って湾曲されている。これにより、絶縁耐熱板２を二次電池セル１の側面に沿わせて密着させ易い姿勢で被覆することができ、限られたスペース内で効率良く断熱性を高めることができる。
二次電池セルを並列に並べた状態で側面から排炎が生じると、図１７Ａの断面図に示す比較例３に係る電池パックのように、長手仕切板３０Ｚと収納ケース１０Ｚとの隙間から隣接する二次電池セル１に炎が流れ込むことが考えられる。排炎の発生箇所によっては長手仕切板３０Ｚの上下で収納ケース１０Ｚとの隙間から炎が漏れる排出経路が形成されることが考えられる。
これに対して、図１７Ｂに示すように湾曲させた絶縁耐熱板２を設けたことで、排炎が生じても、湾曲させた絶縁耐熱板２によって排炎方向が隣接する二次電池セル１側でなく、収納ケース１０内の逆方向に向けられることで、隣接する二次電池セル１が直接高温の炎やガスに晒される事態を回避して、延焼や類焼を阻止できる。
図３等に示す絶縁耐熱板２は、断面視において一対の二次電池セル１が最も近接する位置を中心に、Ｕ字状に湾曲されている。これにより、二次電池セル１に排炎が生じても、側面でなく背面側の上下方向に抜けるように排炎方向を規制できるので、安全性が高められる。
またこのような絶縁耐熱板２には繊維質を含めることができる。また絶縁耐熱板２を、無機材料の板材とする。好適には、絶縁耐熱板２をマイカで構成する。これにより、安価で高い耐熱性を持たせることができる。
（断熱部５０）
さらに、長手仕切板３０は、断熱部５０を形成する。図３及び図１８の断面図に示す例では、右側の第一の二次電池セル１Ａの円筒形の側面と面する側に、この円筒形の側面と接触するように突出させた第一断熱部５１を形成している。また左側の第二の二次電池セル１Ｂの円筒形の側面と面する側には、この円筒形の側面と接触するように突出させた第二断熱部５２を形成している。これにより、長手仕切板３０から部分的に突出させて二次電池セルの円筒形の側面と接触させることで、長手仕切板３０と二次電池セルとを離間させて空気層を形成して断熱性を高めることができる。
収納ケース１０内で並列に並べて円筒形の側面同士が隣接する二次電池セル１の一方で熱暴走が生じた場合、図１９に示す比較例４に係る電池パックのように、この間に介在させた長手仕切板３０’を介して熱伝導が生じることが考えられる。これを防ぐためには、長手仕切板を、より断熱性能の高い材質としたり、あるいは厚さを厚くする等の方法が考えられる。しかしながら、材質の変更や厚膜化はコストアップを招き、特に厚膜化によって長手仕切板の重量が増すため、小型軽量化が求められる電池パックにおいては好ましくない。
そこで実施形態１の電池パック１００においては、図１８に示すように長手仕切板３０の両面から、部分的に突出させた断熱部５０を設けている。そして、この断熱部を、二次電池セル１の円筒形の側面の頂部近傍と接するように位置させることで、二次電池セル同士の距離Ｄ１２を、図１９に示すように断熱部のない場合の距離Ｄ１１と比べて、大きくすることができる。二次電池セル同士を離間させることで、この間の空気層が拡大され、これが断熱層として作用し、二次電池セル間の断熱効果が高められる。またこの構成であれば、長手仕切板自体を薄型化することが可能となるので、電池パック全体の軽量化に寄与し得る。
断熱部５０は、長手仕切板３０と一体に形成することもできるが、好ましくは長手仕切板３０とは別部材とする。これによって断熱部を長手仕切板と異なる材質とできるので、断熱部５０を、長手仕切板３０よりも断熱性の高い材質で構成することが可能となる。これにより、断熱性の高い部材を長手仕切板３０の全面に設けずに部分的に形成して、コストの削減と軽量化を図ることができる。断熱性に優れた断熱部５０としては、上述の通りマイカが好適に利用できる。また断熱部５０を長手仕切板３０と別部材とする場合は、断熱部を長手仕切板３０の表面に接着する。接着には、両面テープや接着剤が利用できる。
なお断熱部５０は、長手仕切板３０の長手方向に沿って延長して形成する他、長手方向に部分的に欠如させた状態としてもよい。図５、図８等の例では、長手側スリット３２を設けた部位で、断熱部５０を切り欠いた状態としている。また、このようなスリット状に延長した断熱部とする他、矩形状に形成して離間して設けることもできる。断熱部を長手方向に部分的に設けても、これと接する円筒形二次電池セルの側面と接触して断熱層を形成することができる。また、断熱部の使用量を低減できるので、より低コスト、軽量化にも資する。
また第一断熱部５１及び第二断熱部５２は、図１８に示すように断面視において長手仕切板３０の左右で中心をずらして配置してもよい。このように左右の二次電池セル１の断面の中心をずらして配置することで、長手仕切板３０の左右で二次電池セル１に押されて応力が作用する位置をずらし、応力の集中を緩和することが可能となる。また好ましくは、断面視において二次電池セル１の断面の中心をずらしつつも、第一断熱部５１と第二断熱部５２が、長手仕切板３０の左右で部分的に重複するように配置する。このようにすることで、機械的な剛性を高めることが可能となる。
（排炎経路規制構造）
さらに実施形態１では、二次電池セルの端面から排炎された炎などを、さらに電池パック１００から排炎するための排炎経路を規定している。仮に二次電池セルで排炎が生じた場合、その炎の流れる方向は予測困難であり、仮にその流れる先に二次電池セルがあると、類焼や延焼によって熱暴走が伝搬していくことが考えられる。そこで、意図的に排炎経路を設けることで、仮に排炎が発生しても意図しない二次電池セルの暴走を抑制して、炎の流れをコントロールすることが可能となる。すなわち、電池パック内に排炎経路を設けて、万一排炎が発生しても電池パックの所定の部位に排炎を集めて、電池パックの外部に放出する構成とする。
具体的な排炎経路規制構造として、図２０に示すように、長手仕切板３０の上端に、排炎切り欠き３７を形成している。さらに収納ケース１０側は、図２１の拡大水平断面斜視図等に示すように、２枚の短手仕切板４０、すなわち第一短手仕切板４０ａと第二短手仕切板４０ｂの間であって、これと対応する長手方向の側面に、それぞれ排炎口３８を開口している。さらにまた、図２２の拡大縦断面図に示すように、蓋部１１の内面には、ガイドリブ３９を下方に突出させている。上端は蓋部１１の内面との間で上蓋隙間１９を形成している。このようにして排炎経路規制構造で規制された排炎経路を、図２１の模式図及び図２２の拡大縦断面図等に基づいて説明する。
ここでは、図２２の垂直断面図に示すように、仮に第一の二次電池セル１Ａの端面で排炎が生じた場合に、この炎が端面を対向させて配置された第三の二次電池セル１Ｃに向かわないようにすることを考える。まず、第一の二次電池セル１Ａの端面から噴き出した炎は、端面に対向するリード板２２や第一短手仕切板４０ａに沿って移動しようとし、上方又は下方に移動しようとする。図２２においては説明のため上方への炎の移動を矢印で示しているが、下方への移動も基本的同様である。
第一短手仕切板４０ａの上端側の上蓋隙間１９に向かった炎は、第一短手仕切板４０ａを越え、多くが一方の排炎口３８又は排炎切り欠き３７を通じて他方の排炎口３８から、電池パック１００の外部に排出される。また、このとき排出されずに残った炎は、ガイドリブ３９に沿って上下に方向を変えながら進み、再度、一方の排炎口３８又は排炎切り欠き３７を通じて他方の排炎口３８から、電池パック１００の外部に排出される。このとき炎は、既に何度も上下に進行方向の転換を強いられていることから、勢いは相当弱くなっている。このため、仮に第二短手仕切板４０ｂの上端から、第三の二次電池セル１Ｃ側に移動しようとしても、大半の勢いが減じられていることから、熱暴走を誘引する程の影響力は生じないと考えられる。このように、排炎経路を規制したことで、仮に炎が噴き出しても、意図しない方向に流れることを回避し、安全に電池パックから外部に排出することで、熱暴走の連鎖を効果的に抑制して安全性を高めることができる。
（実施形態２）
（吸熱体６０）
さらに、収納ケース内に吸熱体６０を配置することで、熱暴走を抑制することもできる。これにより、収納ケース内のいずれかの二次電池セルが熱暴走しても、吸熱体６０でもって熱暴走した二次電池セルの発熱を吸収し、隣接する二次電池セルへの熱暴走の連鎖を抑制できる。吸熱体６０は、電池収納空間１６に配置することで、吸熱体６０用のスペースを別途用意することなく、限られた容積の収納ケース内に効率良く吸熱体６０を配置できる。特に、電池収納空間の数が、二次電池セルの数よりも多い場合は、二次電池セルを収納しない電池収納空間に、吸熱体６０を配置することで、余剰となる電池収納空間を有効活用できる。
このような吸熱体６０を備える電池パックを、実施形態２として図２３〜図３０に示す。これらの図において、図２３は実施形態２に係る電池パック２００の平面図、図２４は図２３のＸＸＩＶ−ＸＸＩＶ線における断面図、図２５は図２４の拡大断面図、図２６は図２３の電池パック２００の蓋部１１を外した状態を示す分解斜視図、図２７は図２６の電池パック２００の平面図、図２８は図２３の電池パック２００の分解斜視図、図２９は図２７の電池パック２００から長手仕切板３０及び短手仕切板４０を外した状態を示す分解斜視図、図３０は図２９の電池パック２００の、絶縁耐熱板２と二次電池セルと吸熱体を分解した状態を示す分解斜視図を、それぞれ示している。なお、上述した実施例１と同じ部材については、同じ符号を付して詳細説明を適宜省略する。
吸熱体６０は、内部を中空状とする筒状に形成された金属製の部材である。これにより、吸熱体６０を軽量としつつ、表面積を増やして吸熱効果を高めることができる。このような金属製の吸熱体６０として、アルミニウム製パイプが好適に使用できる。アルミニウムは軽量で熱伝導性が高く、安価であり腐食等もなく安定した特性を発揮できる。
また吸熱体６０は、二次電池セルと同じ長さとする必要は必ずしもなく、その長さを二次電池セルよりも短く形成することができる。短くすることで、材料コストと重量を低減できる。使用する二次電池セルの容量や、発熱時の温度等、要求される吸熱量に応じて、吸熱体６０の長さを適宜設定する。
なお、吸熱体６０を短くする場合は、吸熱体６０が電池収納空間１６内で移動しないように固定する。例えば、両面テープや接着剤を使用する。また吸熱体６０を二次電池セルよりも短くした場合は、電池収納空間１６において、この電池収納空間１６の長手方向において隣接する、二次電池セルが収納された他の電池収納空間１６側に近接するように、偏心して固定する。このように吸熱体６０を吸熱対象の二次電池セルの端面に近付けて配置することにより、この二次電池セルの発熱時には吸熱効果を効果的に発揮させることができる。
なお実施形態２においては、図２８、図２９等に示すように、長手仕切板３０Ｂと短手仕切板４０Ｂとで、長手側スリット３２Ｂ及び短手側スリット４２Ｂを設ける向きが実施形態１とは逆になっている。すなわち、長手側スリット３２Ｂは長手仕切板３０Ｂの上端側に、短手側スリット４２Ｂは短手仕切板４０Ｂの下端側に、それぞれ形成されている。また長手仕切板３０Ｂには、リード板２２、２５を通すためのリード用スリット３１Ｂが、長手側スリット３２Ｂとは別に設けられている。このリード用スリット３１Ｂは、長手仕切板３０Ｂの下端側に形成されている。このように、リード用スリット３１Ｂと長手側スリット３２Ｂとを、互いに逆の端縁に形成したことで、リード板２２、２５と短手仕切板４０Ｂを予め収納ケース１０にセットした状態で長手仕切板３０Ｂをセットする作業を回避できる。すなわち、長手仕切板３０Ｂを収納ケース１０にセットする際に、リード板２２、２５と短手仕切板４０Ｂを、同時にリード用スリットと長手側スリットに挿入するように位置合わせしなければならない事態を回避し、まず一方（例えばリード板２２、２５のみ）をリード用スリット３１Ｂに案内して長手仕切板３０Ｂをセットした後、短手仕切板４０Ｂをセットするようにして、短手側スリット４２Ｂの位置決めのみを行うことができる。このように、スリットへの位置決め作業を分けることで、作業性を向上させることができる。
本発明に係る電池パックは、ノート型パソコン、携帯電話、携帯型ＤＶＤプレーヤ、携帯型カーナビ、携帯音楽プレーヤ、電動工具、アシスト自転車等の電池で駆動される機器用の、充放電可能な電池パックとして好適に利用できる。
１００、２００…電池パック
１…二次電池セル
１Ａ…第一の二次電池セル
１Ｂ…第二の二次電池セル
１Ｃ…第三の二次電池セル
１Ｄ…第四の二次電池セル
１Ｅ…第五の二次電池セル
１Ｆ…第六の二次電池セル
２…絶縁耐熱板
１０、１０Ｚ…収納ケース
１１…蓋部
１２…ケース本体
１３…接続機構
１４…コネクタ
１５…ロック機構
１６…電池収納空間
１７…側面壁
１８…端面壁
１９…上蓋隙間
２０…回路基板
２１、２１Ｘ…リード板
２２…リード板
２３…リード板
２４…リード板
２５…リード板
３０、３０Ｂ、３０Ｘ、３０Ｙ、３０Ｚ、３０’…長手仕切板
３１Ｂ、３１Ｘ…リード用スリット
３２、３２Ｂ…長手側スリット
３２Ｘ…短手用スリット
３４、３４Ｙ…リブ
３５Ｙ…隙間
３６…接着材
３７…排炎切り欠き
３８…排炎口
３９…ガイドリブ
４０、４０Ｂ、４０Ｘ…短手仕切板
４０ａ…第一短手仕切板
４０ｂ…第二短手仕切板
４２、４２Ｂ…短手側スリット
５０…断熱部
５１…第一断熱部
５２…第二断熱部
６０…吸熱体

Claims (12)

  1. 互いに直列及び／又は並列に接続している円筒形の第一の二次電池セル及び第二の二次電池セルと、
    前記第一の二次電池セル及び第二の二次電池セルを該円筒形の側面同士が対向する姿勢で並べて収納する内部空間を有する収納ケースと、
    前記収納ケースの内部空間に収納された第一の二次電池セル及び第二の二次電池セルの、該円筒形の側面同士が対向する界面に介在されてこれらを絶縁する、断熱性の長手仕切板と、
    を備える電池パックであって、
    前記長手仕切板は、
    前記第一の二次電池セルの円筒形の側面と面する側に、該円筒形の側面と接触するように突出させた第一断熱部を形成しており、
    前記第二の二次電池セルの円筒形の側面と面する側に、該円筒形の側面と接触するように突出させた第二断熱部を形成してなる電池パック。
  2. 請求項１に記載の電池パックであって、さらに、
    前記第一の二次電池セルと、端面同士が対向するように前記収納ケースの長手方向に並べられた第三の二次電池セルと、
    前記第二の二次電池セルと、端面同士が対向するように前記収納ケースの長手方向に並べられ、かつ前記第三の二次電池セルと、該円筒形の側面同士が対向するように並べられた第四の二次電池セルと、
    を備え、
    前記第一断熱部は、前記第一の二次電池セルの円筒形の側面と接する領域から、前記第三の二次電池セルの円筒形の側面と接する領域に連続して延長されており、
    前記第二断熱部は、前記第二の二次電池セルの円筒形の側面と接する領域から、前記第四の二次電池セルの円筒形の側面と接する領域に連続して延長されてなる電池パック。
  3. 請求項１又は２に記載の電池パックであって、
    前記第一断熱部及び第二断熱部が、断面視において前記長手仕切板の左右で中心をずらして配置されてなる電池パック。
  4. 請求項３に記載の電池パックであって、
    前記第一断熱部及び第二断熱部が、断面視において前記長手仕切板の左右で部分的に重複するように配置されてなる電池パック。
  5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の電池パックであって、
    前記第一断熱部及び第二断熱部が、前記長手仕切板と別部材で構成され、前記長手仕切板の各面にそれぞれ貼付されてなる電池パック。
  6. 請求項１〜５のいずれか一項に記載の電池パックであって、
    前記第一断熱部及び第二断熱部が、前記長手仕切板よりも断熱性の高い材質で構成されてなる電池パック。
  7. 請求項１〜６のいずれか一項に記載の電池パックであって、
    前記第一断熱部及び第二断熱部が、マイカで構成されてなる電池パック。
  8. 請求項１〜７のいずれか一項に記載の電池パックであって、さらに、
    前記二次電池セルの円筒形の側面であって、隣接する二次電池セルの円筒形の側面と対向する領域を少なくとも被覆する絶縁性で耐熱性を有する絶縁耐熱板を備える電池パック。
  9. 請求項８に記載の電池パックであって、
    前記絶縁耐熱板が、前記二次電池セルの円筒形の側面に沿って湾曲されてなる電池パック。
  10. 請求項８又は９に記載の電池パックであって、
    前記絶縁耐熱板は、円筒形の側面が互いに隣接している一対の二次電池セルにそれぞれ被覆され、断面視において前記一対の二次電池セルが最も近接する位置を中心に湾曲されてなる電池パック。
  11. 請求項８〜１０のいずれか一項に記載の電池パックであって、
    前記絶縁耐熱板が、マイカである電池パック。
  12. 請求項１〜１１のいずれか一項に記載の電池パックであって、さらに、
    前記長手仕切板と交差して、前記第一の二次電池セル及び第二の二次電池セルの端面同士を電気的に接続するリード板と、
    前記リード板と重ねた状態で前記長手仕切板と交差して、前記第一の二次電池セル及び第二の二次電池セルの端面を覆う短手仕切板と、
    を備えてなる電池パック。
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