WO2019150773A1 - 電池パック - Google Patents

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WO2019150773A1
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secondary battery
battery
partition plate
heat
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学 多田
勇貴 高辻
隆介 辻口
倫伸 大野
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三洋電機株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a battery pack.
  • a battery pack in which a plurality of cylindrical secondary battery cells are stored in a storage case is used as a power source for electronic devices such as notebook computers and portable electronic terminals.
  • a plurality of cylindrical secondary battery cells are connected in series or in parallel to increase the capacity.
  • the battery pack is required to have a high capacity, and from the viewpoint of the portability of the battery pack, there is also a demand for small size and light weight.
  • the capacity of each secondary battery cell is increased, and a configuration in which the secondary battery cells are arranged without gaps inside the battery pack is employed.
  • secondary battery cells may cause thermal runaway due to various causes such as internal short circuit and overcharge.
  • one of the secondary battery cells is in a state where a plurality of secondary battery cells are adjacent to each other, if a thermal runaway occurs, the adjacent secondary battery cell is heated and induces a thermal runaway, which propagates to a large number of secondary batteries. May cause thermal runaway of the cell. For this reason, even if any secondary battery cell runs out of heat, it is required not to affect other secondary battery cells.
  • the present invention has been made in view of such a background, and an object of the present invention is to provide a battery pack that uses a plurality of secondary battery cells and avoids a thermal runaway chain.
  • a plurality of secondary battery cells connected in series and / or in parallel with each other, and a storage case having a plurality of battery storage spaces for storing the plurality of secondary battery cells,
  • the number of the plurality of battery storage spaces is greater than the number of the plurality of secondary battery cells, and the heat absorber is disposed in the battery storage space that does not store the secondary battery cells.
  • the outer can of the secondary battery cell can be formed into a cylindrical shape.
  • the heat absorber may be configured by a metal member formed in a cylindrical shape having a hollow interior. it can.
  • the endothermic effect can be enhanced by increasing the surface area while reducing the weight of the endothermic body.
  • the endothermic body in addition to any of the above-described configurations, can be formed shorter than the secondary battery cell. With the above configuration, the endothermic effect can be exhibited while reducing the necessary volume and reducing the weight.
  • the secondary battery is adjacent to the heat sink in the battery storage space in the longitudinal direction of the battery storage space. It can be eccentrically arranged on the side close to the other battery storage space in which the cells are stored.
  • the heat absorber in addition to any of the above-described configurations, can be made of aluminum. With the above configuration, it is excellent in heat conduction and can exhibit stable characteristics without corrosion.
  • the battery case is further extended in the longitudinal direction of the storage case, and the interior of the storage case is arranged in a short direction perpendicular to the longitudinal direction.
  • a longitudinal partition plate may be provided that partitions and defines the plurality of battery storage spaces.
  • a short partition plate that further intersects with the long partition plate and constitutes the plurality of battery storage spaces is provided. Can do.
  • the side surfaces of the plurality of secondary battery cells are covered with an insulating heat-resistant plate, and the insulating heat-resistant plate has a cross section. It can be bent centering on the closest position of the adjacent secondary battery cells in view.
  • the insulating heat-resistant plate can be configured with mica. With the above structure, it is possible to provide inexpensive and high heat resistance.
  • the endothermic body absorbs heat generation and can suppress the thermal runaway chain.
  • the endothermic body absorbs heat generation and can suppress the thermal runaway chain.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a battery pack according to Embodiment 1.
  • FIG. It is the perspective view which looked at the battery pack of FIG. 1 from diagonally downward.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line III-III of the battery pack of FIG. It is a top view of the battery pack of FIG.
  • FIG. 5 is a sectional view taken along line VV in FIG. 4. It is an expanded sectional view of FIG.
  • It is a disassembled perspective view which shows the state which removed the cover part of the battery pack of FIG.
  • It is a top view of the battery pack of FIG.
  • It is a disassembled perspective view which shows the state which removed the long partition plate and the short partition plate from the battery pack of FIG.
  • FIG. 6 It is a disassembled perspective view which shows the state which decomposed
  • FIG. 13A is a schematic cross-sectional view showing a flame discharge path of the battery pack according to Comparative Example 2
  • FIG. 13B is a schematic cross-sectional view showing a flame discharge path of the battery pack according to Embodiment 1.
  • 3 is an enlarged cross-sectional view illustrating a longitudinal partition plate of the battery pack according to Embodiment 1.
  • FIG. 12 is an enlarged cross-sectional view showing a longitudinal partition plate of a battery pack according to Comparative Example 3.
  • FIG. 13A is a schematic cross-sectional view showing a flame discharge path of the battery pack according to Comparative Example 2
  • FIG. 13B is a schematic cross-sectional view showing a flame discharge path of the battery pack
  • each element constituting the present invention may be configured such that a plurality of elements are constituted by the same member and the plurality of elements are shared by one member, and conversely, the function of one member is constituted by a plurality of members. It can also be realized by sharing. (Embodiment 1)
  • FIG. 1 is a perspective view showing the battery pack 100 according to the first embodiment
  • FIG. 2 is a perspective view of the battery pack 100 of FIG. 1 as viewed obliquely from below
  • FIG. 3 is III of the battery pack 100 of FIG.
  • FIG. 4 is a plan view of the battery pack of FIG. 1
  • FIG. 5 is a cross-sectional view taken along the line VV of FIG. 4
  • FIG. 6 is an enlarged cross-sectional view of FIG.
  • FIG. 8 is a plan view of the battery pack of FIG. 7
  • FIG. 9 is an exploded perspective view of the battery pack of FIG. 4
  • FIG. 10 is a longitudinal partition from the battery pack of FIG. FIG.
  • the battery pack 100 accommodates a plurality of secondary battery cells 1 therein, which are connected in series or in parallel to gain capacity and are chargeable / dischargeable.
  • the battery pack 100 is connected to an external device to be driven, and electric power is supplied by discharging the secondary battery cell 1.
  • the external device to which the battery pack 100 is connected is a notebook personal computer.
  • the battery pack of the present invention is not limited to a notebook personal computer, and other electronic devices and electrical devices are connected.
  • a mobile phone, a portable DVD player, a portable car navigation system, a portable music player, or an electric tool or an assist bicycle can be used.
  • the battery pack may be configured to be mounted in an external device, embedded, or connected via a cable or the like in addition to a configuration in which the battery pack is directly attached to an external device in a detachable manner. (Storage case 10)
  • the battery pack 100 is formed in a box shape whose external appearance is extended in one direction as shown in FIG. 1, FIG. 2, FIG. 4, FIG.
  • the box-shaped main body is composed of a storage case 10 and is divided into a cover 11 and a case main body 12 as shown in FIGS. 3, 5, 7, and 9.
  • the storage case 10 includes a connection mechanism 13 and a connector 14 for connecting to an electric device to be driven (here, a notebook personal computer) that supplies power with the battery pack 100. Moreover, you may provide the locking mechanism 15 for maintaining the battery pack 100 in the state with which the electric equipment was mounted
  • the storage case 10 is made of a material excellent in insulation and heat insulation, for example, resin such as polycarbonate.
  • a plurality of secondary battery cells 1, a circuit board 20, lead plates 21, 22, 25, etc. are stored as shown in FIGS.
  • a cylindrical secondary battery cell having a cylindrical outer can is used as the secondary battery cell 1.
  • four secondary battery cells 1 are used as the first secondary battery cell 1A, the second secondary battery cell 1B, the third secondary battery cell 1C, and the fourth secondary battery cell 1D.
  • Two sets of battery rows in which two of them are connected in series are connected in parallel. The number and connection form of the secondary battery cells can be freely changed.
  • the cylindrical secondary battery cell 1 is a lithium ion secondary battery.
  • a chargeable / dischargeable secondary battery such as a nickel metal hydride battery or a nickel cadmium battery, particularly a battery that generates heat at a high temperature in use can be used.
  • the secondary battery cells 1A, 1B, 1C, and 1D are electrically connected in series or in parallel by lead plates 21, 22, and 25.
  • the lead plates 21, 22 and 25 are configured by bending a metal plate having excellent conductivity.
  • the lead plates 21, 22, 25 are welded to the electrodes on the end faces of the secondary battery cells 1A, 1B, 1C, 1D.
  • the total + and the total ⁇ of the battery assemblies in which the secondary battery cells 1A, 1B, 1C, and 1D are connected to each other are connected to the circuit board 20.
  • the circuit board 20 is mounted with a charge / discharge circuit and a protection circuit.
  • the circuit board 20 is connected to an intermediate potential lead wire for measuring an intermediate potential in order to grasp the voltage of each secondary battery cell 1 or a temperature for detecting the temperature of each secondary battery cell 1.
  • the potential of the detection unit can also be connected.
  • a thermistor or the like is used for the temperature detection unit.
  • the connector 14 is directly connected to the circuit board 20 and is arranged in a vertical posture on the side surface side of the storage case 10. (Longitudinal partition plate 30)
  • a battery storage space 16 for storing the secondary battery cell 1 is defined as shown in FIG.
  • the long partition plate 30 and the short partition plate 40 are disposed in the storage case 10.
  • the longitudinal partition plate 30 is disposed along the longitudinal direction of the storage case 10. In other words, the inner space of the storage case 10 is divided into two parts by being arranged substantially at the center of the side walls 17 in parallel with the side walls 17 on both sides along the longitudinal direction of the storage case 10.
  • the longitudinal partition plate 30 is made of a material excellent in insulation and heat insulation, such as mica. (Short divider 40)
  • the short partition plate 40 extends the internal space of the storage case 10 along the short direction of the storage case 10, that is, substantially parallel to the end surface walls 18 on both sides in the longitudinal direction of the storage case 10.
  • the internal space is arranged to be divided into three in the longitudinal direction.
  • the short partition plate 40 is made of a material having excellent insulating properties and heat insulating properties.
  • the short partition plate 40 is made of mica. Mica has high flame retardancy and non-flammability, is excellent in insulation, is relatively inexpensive, and is suitable as a member that requires heat insulation and insulation.
  • Slits are formed in each partition plate so that the long partition plate 30 and the short partition plate 40 intersect with each other in an orthogonal posture.
  • the long partition plate 30 forms a long side slit 32
  • the short side partition plate 40 forms a short side slit 42.
  • the width of each slit is slightly larger than the thickness of the other partition plate that intersects.
  • the long partition plate 30 and the short partition plate 40 are combined to divide the internal space of the storage case 10 into six as shown in FIG. 10 and FIG.
  • a battery storage space 16 for storing the cell 1 is defined.
  • the secondary battery cells 1 stored therein are physically isolated from each other. As a result, electrical insulation and heat insulation between the secondary battery cells 1 are achieved.
  • the inner space of the storage case 10 is divided into two in the lateral direction by using one longitudinal partition plate 30 and being arranged in parallel with the longitudinal direction.
  • the internal space of the storage case can be divided into three or more by using two or more longitudinal partition plates.
  • the example in which the internal space of the storage case is divided into three parts by using two short partition plates 40 and arranging them in parallel in the short direction has been described.
  • the internal space of the storage case is divided into two parts using one short partition plate, or the internal space of the storage case is divided into four parts or more using three or more short partition plates. You can also.
  • the number of secondary battery cells is made smaller than the number of battery storage spaces.
  • the number of the secondary battery cells 1 is four while the number of the battery storage spaces 16 is six.
  • four secondary battery cells include a first secondary battery cell 1A, a second secondary battery cell 1B, a third secondary battery cell 1C, Four secondary battery cells 1D are used to form a battery array in which two batteries are connected in series, and the battery arrays are connected in parallel.
  • the first secondary battery cell 1A and the third secondary battery cell 1C are arranged so that the end faces face each other to form a first battery row
  • Two batteries, 1B and the fourth secondary battery cell 1D are arranged so that the end faces face each other to form a second battery row.
  • the number of series does not necessarily need to be 2 or more, and a battery array may be formed by one secondary battery cell and connected in parallel. (Longitudinal slit 32)
  • the long side slit 32 is formed on the upper end side of the long partition plate 30, and the short side slit 42 is formed on the lower end side of the short partition plate 40.
  • the longitudinal partition plate 30 is provided with a lead slit 31 for passing the lead plates 22 and 25, separately from the longitudinal slit 32.
  • the lead slit 31 is formed on the lower end side of the longitudinal partition plate 30.
  • the lead slits 31 and the long slits 32 are formed at opposite edges, so that the lead plates 22 and 25 and the short partition plate 40 are set in the storage case 10 in advance. The work of setting the plate 30 can be avoided.
  • the lead plates 22 and 25 and the short partition plate 40 must be aligned so that they are simultaneously inserted into the lead slit and the long slit.
  • one side for example, only the lead plates 22 and 25
  • the long partition plate 30 is set, and then the short partition plate 40 is set. Only positioning can be performed.
  • operativity can be improved by dividing the positioning operation
  • the direction in which the long side slit 32 and the short side slit 42 are provided can be reversed between the long partition plate 30 and the short partition plate 40. That is, a lead plate may be inserted into the long side slit 32.
  • a lead plate may be inserted into the long side slit 32.
  • the number of the short partition plates 40 for defining the battery storage space 16 can be adjusted according to the required heat insulation performance. In the example of FIG. 11, the number is one, but two or more may be provided. (rib)
  • the storage case 10 has a pair of ribs for holding the longitudinal partition plate 30 on its inner surface.
  • a pair of ribs 34 extending in the longitudinal direction are erected on the inner surface of the case main body 12 of the storage case 10 at a substantially central position.
  • the ribs 34 are formed integrally with the case main body 12 and the lid portion 11, respectively.
  • the lower end of the longitudinal partition plate 30 is inserted between the pair of ribs 34 to hold the longitudinal partition plate 30 in the storage case 10.
  • each rib and the longitudinal partition plate 30 is filled with a flame retardant adhesive 36.
  • the gap between the rib and the longitudinal partition plate 30 is filled, and the situation where the flare that may occur during the thermal runaway of the secondary battery cell reaches the adjacent secondary battery cell is avoided.
  • the longitudinal partition plate 30 is disposed between the side surfaces of the secondary battery cells, and even if one of the secondary battery cells runs out of heat and jets flame or high-pressure gas to the side surface, The longitudinal partition plate 30 prevents the other adjacent secondary battery cell from being damaged.
  • the battery pack according to Comparative Example 1 shown in the cross-sectional view of FIG. 12 if there is a gap 35Y at the connecting portion between the rib 34Y and the longitudinal partition plate 30Y, the flame is adjacent to the secondary battery cell side through the gap 35Y. It may be leaked.
  • the flame 34 is filled between the rib 34 and the lower end of the longitudinal partition plate 30 and the upper end of the longitudinal partition plate 30 to fill the gaps. Yes. Thereby, the clearance gap between the rib 34 and the longitudinal partition plate 30 is reduced, and the situation where the path
  • the flame retardant adhesive 36 a silicone resin or the like can be used. By filling the gap with such an adhesive 36, a temporary sealing effect is exhibited.
  • the secondary battery cell is covered with an insulating heat-resistant plate 2 on the side surface.
  • the insulating heat-resistant plate 2 is provided so as to cover at least the opposed regions on each side surface of the adjacent secondary battery cells 1 so that the side surfaces are opposed to each other.
  • the insulating heat-resistant plate 2 is curved along the side surface of the secondary battery cell 1.
  • the secondary battery cell 1 in which the flue gas direction is adjacent by the curved insulating heat resistant plate 2 even if flame is generated.
  • the secondary battery cell 1 By being directed not in the side but in the opposite direction in the storage case 10, it is possible to avoid the situation where the adjacent secondary battery cell 1 is directly exposed to a high-temperature flame or gas, and to prevent the spread of fire and the like.
  • the insulating heat-resistant plate 2 shown in FIG. 3 and the like is curved in a U-shape centering on a position where the pair of secondary battery cells 1 are closest to each other in a sectional view.
  • Such an insulating heat-resistant plate 2 can contain a fiber.
  • the insulating heat-resistant plate 2 is an inorganic material plate.
  • the insulating heat-resistant plate 2 is made of mica. Thereby, it is cheap and can give high heat resistance.
  • the longitudinal partition plate 30 forms a heat insulating part 50.
  • Part 51 is formed.
  • a second heat insulating portion 52 that protrudes so as to come into contact with the cylindrical side surface is formed on the side facing the cylindrical side surface of the second secondary battery cell 1B on the left side. Accordingly, the longitudinal partition plate 30 and the secondary battery cell are separated from each other by being partially protruded from the longitudinal partition plate 30 and brought into contact with the cylindrical side surface of the secondary battery cell, thereby forming an air layer to insulate. Can increase the sex.
  • a heat insulating portion 50 that is partially protruded from both surfaces of the longitudinal partition plate 30 is provided. And when this heat insulation part is located so that the top part vicinity of the cylindrical side surface of the secondary battery cell 1 may be contacted, when the distance D12 between secondary battery cells does not have a heat insulation part as shown in FIG.
  • the distance D11 can be made larger.
  • the heat insulating portion 50 can be formed integrally with the longitudinal partition plate 30, but is preferably a separate member from the longitudinal partition plate 30. Accordingly, since the heat insulating portion can be made of a material different from that of the longitudinal partition plate, the heat insulating portion 50 can be made of a material having higher heat insulation than the longitudinal partition plate 30. Thereby, a member with high heat insulation can be partially formed without providing it on the whole surface of the longitudinal partition plate 30, and cost reduction and weight reduction can be achieved. As described above, mica can be suitably used as the heat insulating part 50 having excellent heat insulating properties. When the heat insulating portion 50 is a separate member from the longitudinal partition plate 30, the heat insulating portion is bonded to the surface of the longitudinal partition plate 30. Double-sided tape and adhesive can be used for bonding.
  • the heat insulation part 50 is good also as the state made partly missing in the longitudinal direction other than extending along the longitudinal direction of the longitudinal partition plate 30 and forming.
  • the heat insulating portion 50 is notched at the portion where the longitudinal slit 32 is provided.
  • the heat insulating portion extended in such a slit shape it can be formed in a rectangular shape and spaced apart. Even if the heat insulating portion is partially provided in the longitudinal direction, the heat insulating layer can be formed in contact with the side surface of the cylindrical secondary battery cell in contact therewith.
  • the usage-amount of a heat insulation part can be reduced, it contributes also to cost reduction and weight reduction.
  • first heat insulating portion 51 and the second heat insulating portion 52 may be arranged with their centers shifted on the left and right sides of the longitudinal partition plate 30 in a sectional view as shown in FIG. In this way, by shifting the center of the cross section of the left and right secondary battery cells 1 to shift the position where the stress is applied to the secondary battery cell 1 on the left and right of the longitudinal partition plate 30, the stress concentration is reduced. It can be mitigated. Further, preferably, the first heat insulating portion 51 and the second heat insulating portion 52 are arranged so as to partially overlap on the left and right of the longitudinal partition plate 30 while shifting the center of the cross section of the secondary battery cell 1 in a cross-sectional view. . By doing in this way, it becomes possible to improve mechanical rigidity. (Endothermic body 60)
  • the heat absorber 60 in the storage case, thermal runaway is suppressed. As a result, even if any secondary battery cell in the storage case is thermally runaway, it absorbs the heat generated by the secondary battery cell that has been thermally runaway by the heat absorber 60, and the thermal runaway to the adjacent secondary battery cell is prevented. Chains can be suppressed. Since the number of battery storage spaces 16 is larger than the number of secondary battery cells, the heat absorption body 60 can be disposed in a battery storage space in which no secondary battery cells are stored, and a space for the heat absorption body 60 is separately provided. Without preparing, the heat absorption body 60 can be efficiently arranged in a storage case having a limited volume.
  • the heat absorber 60 is a metal member formed in a cylindrical shape having a hollow inside. Thereby, surface area can be increased and the endothermic effect can be enhanced while making the endothermic body 60 lightweight.
  • a heat sink 60 made of metal an aluminum pipe can be suitably used.
  • Aluminum is lightweight, has high thermal conductivity, is inexpensive, and can exhibit stable characteristics without corrosion.
  • the endothermic body 60 is not necessarily required to have the same length as the secondary battery cell, and the length can be shorter than that of the secondary battery cell. By shortening, material cost and weight can be reduced.
  • the length of the heat absorber 60 is appropriately set according to the required amount of heat absorption such as the capacity of the secondary battery cell to be used and the temperature during heat generation.
  • the heat absorber 60 When the heat absorber 60 is shortened, the heat absorber 60 is fixed so as not to move in the battery storage space 16. For example, a double-sided tape or an adhesive is used.
  • the battery storage space 16 When the heat absorber 60 is shorter than the secondary battery cell, the battery storage space 16 is adjacent to the other battery storage space 16 in which the secondary battery cells are stored, which are adjacent in the longitudinal direction of the battery storage space 16. Eccentrically fix so that they are close.
  • the battery pack according to the present invention is a chargeable / dischargeable battery pack for devices driven by batteries such as a notebook computer, a mobile phone, a portable DVD player, a portable car navigation system, a portable music player, a power tool, and an assist bicycle. Can be suitably used.

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Abstract

複数の二次電池セルを用いつつ、熱暴走の連鎖を回避した電池パックを提供する。 電池パック(100)は、互いに直列及び/又は並列に接続している複数の二次電池セルと、複数の二次電池セルを収納する複数の電池収納空間(16)を有する収納ケース(10)とを備える。複数の電池収納空間(16)の数が複数の二次電池セルの数よりも多く、二次電池セルを収納しない電池収納空間(16)に、吸熱体(60)を配置する。

Description

電池パック
 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。
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、複数の二次電池セルを用いつつ、熱暴走の連鎖を回避し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複数の二次電池セルと、前記複数の二次電池セルを収納する複数の電池収納空間を有する収納ケースとを備える電池パックであって、前記複数の電池収納空間の数は、前記複数の二次電池セルの数よりも多く、前記二次電池セルを収納しない電池収納空間に、吸熱体を配置することができる。上記構成により、いずれかの二次電池セルが熱暴走しても、吸熱体でもって発熱を吸収し、熱暴走の連鎖を抑制できる。また二次電池セルを収納していない電池収納空間を利用することで、収納ケース内の限られたスペースを有効活用し、電池パックの大型化を避けることもできる。
 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、前記二次電池セルの外装缶を円筒形とすることができる。
 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、前記吸熱体を、その内部を中空状とする筒状に形成された金属製の部材で構成することができる。上記構成により、吸熱体を軽量としつつ、表面積を増やして吸熱効果を高めることができる。
 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、前記吸熱体の長さを前記二次電池セルよりも短く形成することができる。上記構成により、必要な体積を減じてより軽量としつつも吸熱効果を発揮させることができる。
 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、前記吸熱体を、前記電池収納空間において、該電池収納空間の長手方向において隣接する、前記二次電池セルが収納された他の電池収納空間に近接する側に偏心して配置することができる。上記構成により、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、該二次電池セルの発熱時に吸熱効果を効果的に発揮させることができる。
 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、前記吸熱体を、アルミニウム製とすることができる。上記構成により、熱伝導に優れ、腐食等もなく安定した特性を発揮できる。
 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、さらに前記収納ケースの長手方向に延長され、該収納ケースの内部を長手方向と直交する短手方向に区画して前記複数の電池収納空間を画成する長手仕切板を備えることができる。
 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、前記複数の電池収納空間を構成する短手仕切板を備えることができる。
 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、前記複数の二次電池セルは、その側面が絶縁耐熱板で被覆され、該絶縁耐熱板は、断面視において隣接する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。
 本発明に係る電池パックによれば、いずれかの二次電池セルが熱暴走しても、吸熱体でもって発熱を吸収し、熱暴走の連鎖を抑制できる。また二次電池セルを収納していない電池収納空間を利用することで、収納ケース内の限られたスペースを有効活用し、電池パックの大型化を避けることもできる。
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の電池パックの平面図である。 図4のV-V線における断面図である。 図5の拡大断面図である。 図4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7の電池パックの平面図である。 図4の電池パックの分解斜視図である。 図8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10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。 比較例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。 図13Aは比較例2に係る電池パックの排炎経路を示す模式断面図、図13B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3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。
 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11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の電池パックの平面図、図5は図4のV-V線における断面図、図6は図5の拡大断面図、図7は図4の電池パックの蓋部を外した状態を示す分解斜視図、図8は図7の電池パックの平面図、図9は図4の電池パックの分解斜視図、図10は図8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、図11は図10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、図4、図5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5、図7、図9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11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、25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の4本を使用し、この内の2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同士は、リード板21、22、25で電気的に直列や並列に接続される。リード板21、22、25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、25は、二次電池セル1A、1B、1C、1Dの端面の電極に溶接される。また二次電池セル1A、1B、1C、1D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11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11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10、図11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、この内の幾つかに二次電池セル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。
 ここで、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、電池収納空間の数よりも少なくする。図7、図8等に示す実施形態1に係る電池パック100の例では、電池収納空間16を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1に係る電池パック100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)
 図10の例では、長手側スリット32は長手仕切板30の上端側に、短手側スリット42は短手仕切板40の下端側に、それぞれ形成されている。また長手仕切板30には、リード板22、25を通すためのリード用スリット31が、長手側スリット32とは別に設けられている。このリード用スリット31は、長手仕切板30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31と長手側スリット32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40を予め収納ケース10にセットした状態で長手仕切板30をセットする作業を回避できる。すなわち、長手仕切板30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40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31に案内して長手仕切板30をセットした後、短手仕切板40をセットするようにして、短手側スリット42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。
 ただ、本発明は長手仕切板30と短手仕切板40とで、長手側スリット32及び短手側スリット42を設ける向きを逆にすることもできる。すなわち、長手側スリット32には、リード板も挿入されるように構成してもよい。このように、長手側スリットを、リード板と短手仕切板を通す共通のスリットとすることで、余分な隙間の発生を防ぎ、安全性を高めることができる。
 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る。図11の例では1枚としているが、2枚以上設けてもよい。
(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12の断面図に示す比較例1に係る電池パックにおいて、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13Aの断面図に示す比較例2に係る電池パックの場合、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13B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14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15に示す比較例3に係る電池パックでは、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14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15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10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14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。
(吸熱体60)
 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の数が二次電池セルの数よりも多いため、二次電池セルが収納されていない電池収納空間に配置することができ、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。
 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。
 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…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
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
20…回路基板
21…リード板
22…リード板
25…リード板
30、30Y、30Z、30’…長手仕切板
31…リード用スリット
32…長手側スリット
34、34Y…リブ
35Y…隙間
36…接着材
40…短手仕切板
42…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 (10)

  1.  互いに直列及び/又は並列に接続している複数の二次電池セルと、
     前記複数の二次電池セルを収納する複数の電池収納空間を有する収納ケースと、
    を備える電池パックであって、
     前記複数の電池収納空間の数は、前記複数の二次電池セルの数よりも多く、
     前記二次電池セルを収納しない電池収納空間に、吸熱体を配置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、
     前記二次電池セルが、外装缶を円筒形としてなる電池パック。
  3.  請求項2に記載の電池パックであって、
     前記吸熱体が、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電池パック。
  4.  請求項1~3のいずれか一項に記載の電池パックであって、
     前記吸熱体が、その長さを前記二次電池セルよりも短く形成してなる電池パック。
  5.  請求項4に記載の電池パックであって、
     前記吸熱体が、前記電池収納空間において、該電池収納空間の長手方向において隣接する、前記二次電池セルが収納された他の電池収納空間に近接する側に偏心して配置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、
     前記吸熱体が、アルミニウム製である電池パック。
  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、さらに、
     前記収納ケースの長手方向に延長され、該収納ケースの内部を長手方向と直交する短手方向に区画して前記複数の電池収納空間を画成する長手仕切板を備える電池パック。
  8.  請求項7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、前記複数の電池収納空間を構成する短手仕切板を備える電池パック。
  9.  請求項1~8のいずれか一項に記載の電池パックであって、
     前記複数の二次電池セルは、その側面が絶縁耐熱板で被覆され、該絶縁耐熱板は、断面視において隣接する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。
  10.  請求項9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。
     
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