WO2021020003A1 - 電池パック - Google Patents

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exhaust
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pack
exhaust gas
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秀実 栗原
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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 containing a plurality of battery cells, and in particular, a plurality of battery cells are arranged in a fixed position by a battery holder to form a battery block, and a plurality of battery blocks are further connected in series or in parallel to have a high capacity. Regarding the battery pack that has become.
  • a battery pack containing multiple battery cells in a case is used as a power source for portable electric devices used cordlessly.
  • a plurality of battery cells are connected in series or in parallel to increase the capacity.
  • battery packs used as power sources for electric devices have been further required to have higher output, and non-aqueous electrolyte secondary batteries such as lithium ion batteries having excellent efficiency per unit volume have been adopted.
  • the conventional pack battery has a hole in the outer case to discharge the exhaust gas injected from the discharge valve to the outside. It is difficult for this packed battery to safely discharge the high-temperature exhaust gas that is vigorously injected from the battery cell to the outside.
  • the exhaust gas injected from the discharge valve of a lithium-ion battery which is a non-aqueous electrolyte secondary battery, is at an abnormally high temperature of 400 ° C or higher, and is injected vigorously. Therefore, the exhaust gas heats the outer case. If it melts and the exhaust gas is injected out of the case at a high temperature and ignites, the safety is significantly impaired.
  • the present invention has been developed for the purpose of preventing the above adverse effects, and a main object of the present invention is a battery for preventing a decrease in safety due to high-temperature exhaust gas injected from a valve-opening exhaust valve. To provide the pack.
  • a battery pack includes a plurality of battery blocks in which a plurality of battery cells having discharge valves that open when the internal pressure exceeds a set pressure are arranged at fixed positions in a battery holder, and a plurality of battery blocks. It is equipped with an outer case that houses a core pack that is connected in the axial direction of the battery cell. The outer case has an exhaust unit that exhausts the exhaust gas discharged from the exhaust valve to the outside.
  • the battery block includes an exhaust passage that penetrates the battery holder and extends in the longitudinal direction of the battery cell.
  • a discharge valve side end surface provided with a battery cell discharge valve is arranged at the first end, and a partition wall portion that insulates the opposing battery cells from each other is provided between the battery blocks connected to each other.
  • the partition wall has a through hole at a position facing the exhaust passage provided in the battery holder.
  • the exhaust passage formed in each battery block and the through hole formed in the partition wall portion are arranged on the same straight line, and the exhaust gas exhaust duct is arranged. Is formed so that the exhaust gas discharged from the exhaust valve side end surface arranged at the first end portion of the core pack passes through the exhaust duct and then is exhausted to the outside from the exhaust portion.
  • the battery pack of the present invention can enhance safety by suppressing adverse effects caused by high-temperature exhaust gas injected from the discharge valve of the battery cell.
  • FIG. 1 It is a perspective view of the battery pack which concerns on one Embodiment of this invention. It is a vertical vertical sectional view of the battery pack shown in FIG. It is a vertical cross-sectional view of the battery pack shown in FIG. It is an exploded perspective view of the battery pack shown in FIG. It is an exploded perspective view of the core pack of the battery pack shown in FIG. It is an exploded perspective view of the battery block shown in FIG.
  • the battery pack according to the first embodiment of the present invention includes a plurality of battery blocks in which a plurality of battery cells having a discharge valve that opens when the internal pressure exceeds a set pressure are arranged in a fixed position by a battery holder, and a plurality of battery blocks.
  • a battery pack including an outer case in which a core pack formed by connecting a battery block in the axial direction of a battery cell is housed, and the outer case is an exhaust unit that exhausts exhaust gas discharged from an exhaust valve to the outside.
  • the battery block is provided with an exhaust passage that penetrates the battery holder and extends in the longitudinal direction of the battery cell, and the core pack is provided with a battery cell discharge valve at the first end.
  • a partition wall portion that insulates the opposing battery cells from each other is provided between the battery blocks connected to each other, and the partition partition portion is located at a position facing the exhaust passage provided in the battery holder.
  • the exhaust passage formed in each battery block and the through hole formed in the partition wall are aligned on the same straight line in a state where a plurality of battery blocks are connected to each other. It is arranged to form an exhaust duct for the exhaust gas, and after the exhaust gas discharged from the exhaust valve side end face arranged at the first end of the core pack passes through the exhaust duct, it is discharged from the exhaust portion to the outside. It is designed to be exhausted.
  • the above battery pack can ensure high safety by eliminating the harmful effects of high-temperature exhaust gas injected from the exhaust valve that opens. That is, the above battery pack allows the high-temperature exhaust gas injected from the discharge valve to pass through an exhaust duct formed by an exhaust passage provided through the battery holder and a through hole formed in the partition wall portion. This is because the exhaust is exhausted to the outside from the exhaust portion provided in the outer case.
  • this exhaust duct is configured by linearly connecting a plurality of exhaust passages opened in the longitudinal direction of the battery holder, the entire exhaust passage is made a long passage to efficiently cool the passing high-temperature exhaust gas. be able to.
  • this battery pack allows high-temperature, high-energy exhaust gas discharged from the discharge valve to pass through the exhaust duct to ideally cool and effectively attenuate the thermal energy, resulting in high-temperature exhaust gas. The harmful effects of this can be eliminated.
  • the battery pack of the second embodiment of the present invention further comprises a heat-resistant cap connected to the first end of the core pack, and the heat-resistant cap is a closure arranged to face the end face of the battery block.
  • the plate portion and the peripheral wall portion connected to the periphery of the closing plate portion and connected to the outer peripheral surface of the battery block are provided, and the exhaust gas discharged from the discharge valve of the battery cell is discharged at the first end portion. , It collides with the closing plate part and is changed direction so that it flows into the exhaust duct.
  • the high-temperature, high-energy exhaust gas injected from the discharge valve collides with the closing plate of the heat-resistant cap to attenuate the energy, and the energy-attenuated exhaust gas is redirected to the exhaust duct. Therefore, the energy of the exhaust gas discharged from the discharge valve can be efficiently reduced.
  • the heat-resistant cap connects the peripheral wall portion provided along the periphery of the closing plate portion to the outer peripheral surface of the battery block, it effectively prevents the exhaust gas injected from the discharge valve from leaking to the outside of the heat-resistant cap. Therefore, it can be efficiently flowed into the exhaust duct.
  • the battery pack of the third embodiment of the present invention is made of reinforced plastic in which the heat-resistant cap is reinforced by embedding an inorganic material in resin.
  • the heat resistance of the heat-resistant cap can be improved, so that the heat-resistant cap can be effectively prevented from being melted by the high-temperature exhaust gas discharged from the exhaust valve of the battery cell, and the outer case of the battery pack can be made. It is possible to effectively prevent the molten and high-temperature exhaust gas from being discharged to the outside.
  • the battery holder includes a plurality of holding cylinders for holding the battery cells, and the plurality of holding cylinders are arranged in multiple stages and rows and intersect between the holding cylinders.
  • a posture partition wall is provided, and an exhaust passage is provided in the center of the partition wall.
  • the battery holder has a structure in which a plurality of holding cylinders for holding the battery cells are arranged in multiple stages and multiple rows, and an exhaust passage is provided in the central portion of the compartment wall in the crossed posture formed between the holding cylinders. Since it is formed, an exhaust passage can be formed in the central portion of the battery holder while having a structure in which a plurality of battery cells are held in a fixed position in a parallel posture.
  • the battery holder has four battery cells, which are cylindrical batteries, arranged in two rows and two stages, and a cross is formed between the holding cylinders arranged vertically and horizontally.
  • a shaped partition wall is provided, and an exhaust passage is provided in the center of the partition wall.
  • the exhaust passage is provided in the central portion of the cross-shaped partition wall formed between the four battery cells, so that the exhaust passage is provided between the cylindrical batteries.
  • An exhaust passage having a large opening area can be provided by utilizing the dead space formed.
  • the battery holder has a square cross-sectional shape of the exhaust passage, and the four corners of the square exhaust passage are brought close to the holding cylinder.
  • the cross-sectional shape of the exhaust passage is square and the four corners are brought close to the holding cylinder, it is possible to reduce the influence of the heat of the high-temperature exhaust gas flowing into the exhaust passage on the surrounding battery cells. it can.
  • the outer case includes a surface plate portion facing the core pack, and an expansion gap for exhaust gas is formed between the surface plate portion and the core pack. , The exhaust gas that has passed through the exhaust duct is passed through the expansion gap and exhausted to the outside from the exhaust section.
  • the exhaust gas that has passed through the exhaust duct is passed through the expansion gap formed between the core pack and the surface plate portion of the outer case and exhausted from the exhaust portion to the outside, so that the exhaust gas passes through the exhaust duct.
  • Exhaust gas whose energy has been attenuated can be further attenuated in the expansion gap and exhausted to the outside.
  • the outer case is provided with an exhaust portion on the surface plate portion at the end portion facing the first end portion of the core pack.
  • the energy of the exhaust gas exhausted from the exhaust gas is reliably attenuated while the structure is such that the exhaust gas portion is provided on the surface plate portion at the end portion of the outer case facing the first end portion of the core pack. it can.
  • the first end of the core pack in which the exhaust valve of the battery cell is arranged and the exhaust portion provided in the surface plate portion are arranged close to each other, and the exhaust gas is diverted to the exhaust duct to exhaust the exhaust gas.
  • the path can be lengthened to ensure exhaust while attenuating energy.
  • the battery cell is a cylindrical battery, and the end faces of the plurality of cylindrical batteries are arranged in the same plane and arranged in the battery holder in a parallel posture to form a battery block. ing.
  • the battery cell is a non-aqueous electrolyte secondary battery. Further, in the battery pack of the eleventh embodiment of the present invention, the battery cell is a lithium ion battery.
  • FIGS. 1 to 6 The battery pack according to the embodiment of the present invention is shown in FIGS. 1 to 6.
  • 1 is a perspective view of the battery pack
  • FIG. 2 is a vertical vertical sectional view of the battery pack
  • FIG. 3 is a vertical cross-sectional view of the battery pack
  • FIG. 4 is an exploded perspective view of the battery pack
  • FIG. 5 is a battery.
  • An exploded perspective view of the core pack of the pack is shown
  • FIG. 6 shows an exploded perspective view of the battery block.
  • a plurality of battery blocks 10 in which a plurality of battery cells 1 are arranged at fixed positions by a battery holder 2 and a plurality of battery blocks 10 are connected in the axial direction of the battery cells 1. It is provided with an outer case 9 in which the core pack 20 is stored. Further, the core pack 20 shown in the figure is a partition wall portion which is arranged between the heat-resistant cap 5 connected to the first end portion 20a and the battery blocks 10 connected to each other and insulates the opposing battery cells 1. 6 and a circuit board 4 arranged along the first surface 10A of the battery block 10 and connected to the battery block 10 are provided.
  • the battery pack 100 is used as a power source for portable electric devices such as vacuum cleaners, for example.
  • the present invention does not specify the electric device to be used for the battery pack, and can be used as a power source for other electric devices such as electric tools and assisted bicycles.
  • the battery pack has a structure that is detachably connected to the electric device, and can also be used by being incorporated into the electric device in a non-detachable state.
  • the battery cell 1 is a cylindrical battery provided with a discharge valve on the end surface 1a that opens when the internal pressure exceeds a set pressure.
  • an electrode and an electrolytic solution are housed in a cylindrical metal case.
  • the metal case has a hermetically sealed structure in which a sealing plate is airtightly fixed to the opening of a tubular outer can whose bottom is closed.
  • the outer can is manufactured by pressing a metal plate into a tubular shape.
  • the sealing plate is hermetically fixed by caulking the peripheral edge of the opening of the outer can via the packing of the insulating material.
  • the battery cell 1 is provided with a discharge valve on the sealing plate in order to prevent the metal case from being damaged due to an abnormally high internal pressure.
  • the battery cell 1 is provided with an opening of a discharge valve that opens and discharges internal gas or the like in the sealing plate.
  • the battery cell 1 may be provided with a discharge valve and an opening thereof at the bottom of the outer can.
  • the discharge valve opens when the internal pressure becomes higher than the set pressure, for example, 1.5 MPa, to prevent the metal case from being destroyed due to the increase in the internal pressure.
  • the discharge valve is opened in an abnormal state. Therefore, when the discharge valve is open, the temperature of the battery cell 1 is also very high. Therefore, the gas and the electrolytic solution (spout) discharged from the discharge valve that opens have an abnormally high temperature.
  • a battery pack in which the battery cell 1 is a non-aqueous electrolyte secondary battery such as a lithium ion battery has an abnormally high temperature of exhaust gas of 400 ° C. or higher.
  • the lithium ion battery is filled with a non-aqueous electrolyte solution, when it is discharged to the outside of the case at a high temperature, it may come into contact with air and ignite, resulting in an even higher temperature.
  • the exhaust gas ejected from the exhaust valve that opens becomes hot, so it is safe to attenuate the energy of the exhaust gas and exhaust it to the outside of the case. It is important because it is expensive.
  • the battery block 10 has a plurality of battery cells 1 arranged in a parallel posture via a plastic battery holder 2.
  • the battery block 10 shown in the figure four battery cells 1 are arranged in two rows and two stages by a battery holder 2.
  • four battery cells 1 are arranged in two rows and two stages, and each battery cell 1 is connected in series by a lead plate 3.
  • four battery cells 1 are arranged in two rows and two stages and connected in series, but the number of battery cells 1 and the connection form can be freely changed.
  • each battery block 10 a battery cell 1 having the same outer shape, for example, a cylindrical battery having the same size is arranged in a fixed position by a battery holder 2 having the same shape, and the battery cell 1 is connected by a lead plate 3 having the same shape.
  • a battery block 10 in which all the parts are shared can be mass-produced particularly inexpensively.
  • Battery holder 2 In the battery holders 2 of FIGS. 5 and 6, a plurality of battery cells 1 are arranged in a parallel posture by arranging the terminal surfaces at both ends on the same plane. In the battery holder 2, a plurality of battery cells 1 are arranged in multiple stages and rows.
  • the battery holder 2 in the figure is made of plastic in a shape having a holding cylinder 22 for arranging four battery cells 1 in a fixed position.
  • the battery holder 2 has a shape in which four sets of holding cylinders 22 are connected in two rows and two stages in a parallel posture, and the inside of the holding cylinders 22 is substantially equal to the outer shape of the battery cell 1 to form a holding portion 21.
  • the battery block 10 of FIG. 6 divides the battery holder 2 in the longitudinal direction of the battery cell 1 into a first battery holder 2A and a second battery holder 2B.
  • the elongated battery cell 1 can be smoothly inserted into the battery holder 2.
  • the first battery holder 2A and the second battery holder 2B are manufactured separately by molding plastic, and the battery cell 1 is inserted and connected to each other.
  • the first battery holder 2A and the second battery holder 2B are provided with a cylindrical holding cylinder 22 for inserting the cylindrical battery cell 1 and arranging it in a fixed position.
  • the inner shape of the holding cylinder 22 is substantially equal to the outer shape of the battery cell 1, and to be exact, the battery cell 1 is slightly enlarged so as to be smoothly inserted and placed in a fixed position.
  • the first battery holder 2A and the second battery holder 2B having this structure are connected to each other in a fixed position via the battery cell 1 with both ends of the cylindrical battery cell 1 inserted.
  • the first battery holder 2A and the second battery holder 2B can be more accurately connected with the facing surfaces as a fitting structure, and are also connected at a fixed position via a non-melting plate described later.
  • the first battery holder 2A and the second battery holder 2B connected via the battery cell 1 are connected to the circuit board 4 and held in a connected state with each other.
  • a holding cylinder 22 arranged between adjacent battery cells 1 is used as a partition wall 23, and a non-melted plate 13 such as a mica plate is arranged inside the partition wall 23.
  • a cross-shaped partition wall 23 is provided between the four sets of battery cells 1 arranged vertically and horizontally.
  • the partition wall 23 is provided with an insertion gap 25 into which the non-melted plate 13 inside is inserted.
  • the partition wall 23 inserts a non-melted plate 13 such as a mica plate into the insertion gap 25.
  • the battery block 10 can prevent thermal runaway from being induced in the adjacent battery cell 1 in a state where any of the battery cells 1 undergoes thermal runaway and abnormally generates heat.
  • the battery block 10 includes an exhaust passage 24 that penetrates the battery holder 2 and extends in the longitudinal direction of the battery cell 1.
  • the battery holder 2 includes a plurality of holding cylinders 22 for holding the battery cells 1.
  • the plurality of holding cylinders 22 are arranged in multiple stages and rows, and a partition wall 23 in an intersecting posture is provided between the holding cylinders 22.
  • An exhaust passage 24 is provided at the center of the partition wall 23.
  • cylindrical holding cylinders 22 for accommodating cylindrical batteries are arranged in multiple rows and two rows in the figure, and are arranged vertically and horizontally.
  • a cross-shaped partition wall 23 is provided between 22 and an exhaust passage 24 is provided at the center of the cross-shaped partition wall 23.
  • This structure is characterized in that the opening area of the exhaust passage 24 can be increased by effectively utilizing the dead space created between the cylindrical batteries.
  • the volume of the exhaust passage 24 can be increased so that the exhaust gas discharged from the discharge valve of the battery cell 1 can smoothly flow in.
  • the exhaust passage 24 shown in FIG. 3 is provided as a square columnar through hole extending in the longitudinal direction of the battery cell 1 in the central portion of the cross-shaped partition wall 23.
  • the battery holder 2 has a square cross-sectional shape of the exhaust passage 24, and the four corners of the square exhaust passage 24 are brought close to the holding cylinder 22.
  • the cross-sectional shape of the exhaust passage 24 is square and the four corners are brought close to the holding cylinder 22, the influence of the heat of the high-temperature exhaust gas flowing into the exhaust passage 24 on the battery cell 2 can be reduced. it can.
  • the cross-sectional shape of the exhaust passage is not specified as a quadrangle, but may be a circle, an ellipse, a polygon, or the like.
  • Partition wall 6 The partition wall portion 6 is arranged between the battery blocks 10 arranged side by side in the longitudinal direction. In the core pack 20 shown in FIG. 5, two battery blocks 10 are linearly connected, and a partition wall portion 6 is arranged between the opposing battery blocks 10 to insulate each other.
  • the partition wall portion 6 is produced by molding a material having excellent heat insulating properties and heat insulating properties, for example, PBT resin, which is a fiber reinforced plastic in which inorganic fibers such as glass fibers are embedded and reinforced.
  • the partition wall portion 6 shown in the figure includes an insulating plate portion 6X that insulates the opposing battery cells 1 from each other, and a peripheral wall portion 6B that is connected around the insulating plate portion 6X and connected to the outer peripheral surface of the battery block. ..
  • the partition wall portion 6 is connected to a fixed position of the battery block 10 by arranging the peripheral wall portion 6B along the outer peripheral surface of the battery block 10 arranged on both sides of the insulating plate portion 6X.
  • the partition wall portion 6 shown in the figure has a through hole 6x opened in the central portion of the insulating plate portion 6X.
  • the through hole 6x is provided at a position facing the exhaust passage provided in the battery block 10 arranged adjacent to the partition wall portion. Since the exhaust passage 24 shown in the figure has a square shape, the through hole 6x of the partition wall portion 6 also has a square shape and is opened to have a size substantially equal to that of the exhaust passage 24.
  • the core pack 20 described above includes an exhaust passage 24 formed in each battery block 10 and a through hole 6x formed in the partition wall 6 in a state where a plurality of battery blocks 10 are aligned in the longitudinal direction and connected in a straight line. Are arranged on the same straight line, and an exhaust gas exhaust duct 7 is formed.
  • the exhaust duct 7 is formed so as to penetrate the core pack 20 in the axial direction, and allows exhaust gas discharged from the exhaust valve side end surface 1a arranged at the first end portion 20a to pass through to attenuate energy. It has a structure to make it. In this way, the exhaust duct 7 formed by connecting the plurality of exhaust passages 24 formed by penetrating the battery block 10 in the longitudinal direction can have a long overall length and passes through the inside of the exhaust duct 7. Exhaust gas can be cooled effectively.
  • the battery pack 100 shown in FIGS. 2 to 5 has a core for attenuating and exhausting the energy of the exhaust gas ejected from the exhaust valve of the battery cell 1 arranged at the first end portion 20a of the core pack 20.
  • a heat-resistant cap 5 is connected to the end of the pack 20.
  • the heat-resistant cap 5 is produced by molding a thermoplastic plastic having heat-resistant characteristics superior to those of the battery holder 2 and the outer case 9.
  • the plastic having excellent heat resistance is produced by molding, for example, PBT resin, which is a fiber-reinforced plastic in which inorganic fibers such as glass fibers are embedded and reinforced.
  • the heat-resistant cap 5 is connected to the end portion of the battery block 10 to attenuate the energy of the exhaust gas ejected from the valve side end surface of the battery cell 1 and change the flow direction.
  • the heat-resistant cap 5 includes a closing plate portion 5X arranged to face the end surface 10X of the battery block 10 and peripheral wall portions 5A, 5B, and 5C connected to the periphery of the closing plate portion 5X, and is closed.
  • the plate portion 5X and the peripheral wall portions 5A, 5B, and 5C are integrally formed.
  • the closing plate portion 5X is provided with a discharge gap 11 between the closing plate portion 5X and the end surface 10X of the battery block 10 in order to efficiently allow the exhaust gas ejected from the discharge valve to flow into the exhaust duct 7.
  • the closing plate portion 5X collides the exhaust gas ejected from the discharge valve with the inner surface to attenuate the energy.
  • a lead plate 3 fixed to the battery cell 1 is arranged in the discharge gap 11.
  • the exhaust gas injected into the discharge gap 11 is weakened by the closing plate portion 5X and flows into the exhaust passage 24.
  • the heat-resistant cap 5 changes the direction of the exhaust gas injected into the discharge gap 11 and causes it to flow into the exhaust passage 24.
  • the heat-resistant cap 5 causes the exhaust gas injected into the discharge gap 11 to collide with the closing plate portion 5X to attenuate the energy, and further change the flow direction to flow into the exhaust passage 24 without scattering the energy to the surroundings.
  • the heat-resistant cap 5 shown in FIGS. 3 and 5 includes peripheral wall portions 5A, 5B, and 5C connected to the periphery of the closing plate portion 5X and connected to the outer peripheral surface of the battery block 10.
  • the heat-resistant cap shown in the figure is the outer peripheral surface of the battery block 10 and is connected to the peripheral wall portion 5A facing the first surface 10A (upper surface in the figure) and the second surface 10B (both side surfaces in the figure).
  • a peripheral wall portion 5B and a peripheral wall portion 5C connected to a third surface 10C (bottom surface in the figure) are provided.
  • the heat-resistant cap 5 is connected to a fixed position at the end of the battery block 10 in a state where the peripheral wall portions 5A, 5B, and 5C are in close contact with the outer peripheral surface of the battery block 10. In this way, the heat-resistant cap 5 provided with the peripheral wall portions 5A, 5B, and C connected in contact with the outer peripheral surface of the battery block 10 prevents the exhaust gas injected into the discharge gap 11 from leaking around the battery block 10. It can be prevented and reliably guided to the exhaust passage 24.
  • the battery cell 1 of the battery block 10 is electrically connected in series by the lead plate 3.
  • the lead plate 3 is formed by bending a metal plate having excellent conductivity.
  • the lead plate 3 is welded and fixed to an electrode provided on the end face of the battery cell 1.
  • each battery cell 1 is connected in series by a lead plate 3 to increase the output voltage, but in the battery block 10, the battery cells 1 are connected in parallel by the lead plate 3. It can also be connected in series or in parallel.
  • the lead plate 3 to which the battery cell 1 is connected is connected to the circuit board 4.
  • the circuit board 4 mounts a protection circuit that charges and discharges the battery cell 1, and connects each battery cell 1 to the protection circuit.
  • the protection circuit detects the voltage and current of each battery cell 1 and controls the charging / discharging current to charge / discharge while protecting the battery.
  • the circuit board 4 is connected to an output lead unit 3x for inputting positive and negative outputs of each battery block 10, or an intermediate potential for measuring an intermediate potential in order to grasp the voltage of each battery cell 1.
  • the lead unit 3y for use can be connected, or the potential of the temperature detection unit (not shown) for detecting the temperature of each battery cell 1 can also be connected.
  • a thermistor or the like is used for the temperature detection unit.
  • the circuit board 4 is arranged along the first surface 10A (upper surface in the figure) adjacent to the end surface 10X of the battery block 10 in which the heat resistant cap 5 is arranged.
  • the circuit board 4 is arranged so as to form a gap between the battery block 10 and the first surface 10A.
  • the circuit board 4 is connected to a fixed position on the first surface 10A of the battery block 10.
  • the battery holder 2 shown in the perspective view of FIG. 6 is provided with a fitting convex portion 29 protruding from a facing surface (upper surface in the drawing) facing the circuit board 4 in order to connect the circuit board 4 in a fixed position.
  • the fitting convex portion 29 is a hollow columnar boss that projects upward and vertically at the four corners of the facing surface, and is provided by being integrally molded with the plastic of the battery holder 2.
  • the fitting convex portion 29 guides the fitting recess 4a provided in the circuit board 4 to arrange the circuit board 4 at a fixed position.
  • the battery block 10 of FIG. 6 is provided with the locking hook 30 of the circuit board 4 integrally molded on the facing surface of the battery holder 2. As shown in FIG. 4, the locking hook 30 locks the circuit board 4 arranged on the first surface 10A and arranges it in a fixed position.
  • the output lead portion 3x and the intermediate potential lead portion 3y protruding from the first surface 10A of the battery block 10 are inserted into the through holes of the circuit board 4, and the fitting convex portion 29 of the battery holder 2 is fitted.
  • the bottom surface is guided to the joint recess 4a, and the bottom surface is placed on the rib 31 to be placed in a fixed position.
  • the output lead portion 3x and the intermediate potential lead portion 3y are soldered to the connection portion of the circuit board 4 to connect the battery block 10.
  • each battery block 10 is electrically connected, and further physically connected.
  • the circuit board 4 is screwed to the two sets of battery blocks 10 with the set screws 18 penetrating the circuit board 4, and the plurality of battery blocks 10 are more firmly connected.
  • the battery block 10 is provided with a fixing boss 28 for screwing the set screw 18 on the facing surface of the battery holder 2.
  • the output lead portion 3x of each battery block 10 is connected via the circuit board 4 and further connected to the connector 19.
  • the circuit board 4 is provided with a conductive layer (not shown) such as copper foil on the surface thereof.
  • the conductive layer electrically connects the connection portion of the output lead portion 3x to connect the battery blocks 10 in series, and also connects the output lead portion 3x to the lead wire 16 of the connector 19. Further, the conductive layer connects the connecting portion of the intermediate potential lead portion 3y to the protection circuit of the circuit board 4.
  • the plurality of battery blocks 10 are fixed to the circuit board 4 in a linearly connected state to form the battery core pack 20.
  • the core pack 20 shown in the figure two battery blocks 10 are linearly connected, and a partition wall 6 is arranged between the opposing battery blocks 10 to insulate each other, and heat resistance is provided at both ends.
  • the cap 5 is connected, and the circuit board 4 is further connected to the first surface 10A of the battery block 10.
  • the outer case 9 is formed in a square tubular box shape as shown in FIGS. 1 to 4.
  • the exterior case 9 in the figure is divided into a case body 9A and a closing portion 9B.
  • a case body 9A As shown in FIG. 3, inside the outer case 9, two sets of battery blocks 10, a heat-resistant cap 5, a partition wall 6, and a battery core pack 20 including a circuit board 4 are housed.
  • the outer case 9 pulls out a connector 19 for connecting to an electric device that supplies electric power with the battery pack 100 to the outside.
  • the outer case 9 is made of a material having excellent heat insulating properties and heat insulating properties, for example, polycarbonate, ABS, or a resin in which these are combined.
  • the above exterior case 9 has an exhaust unit 15 that exhausts the exhaust gas discharged from the exhaust valve to the outside.
  • the exterior case 9 shown in the figure is an end portion of the case body 9A, and a portion for pulling out the connector 19 to the outside of the case is an exhaust portion 15.
  • the exterior case 9 has a structure in which an opening window 9a is provided in the case main body 9 and a lead wire 16 is guided to a groove portion 9b provided at the opening edge portion of the opening window 9a to pull out the connector 19 to the outside of the case. Therefore, in this exterior case, the opening window 9a and the groove portion 9b from which the lead wire is drawn out serve as an exhaust portion for exhausting the exhaust gas in the case to the outside.
  • the exterior case 9 is opened by passing the connector 19 through the opening window 9a opened in the case body 9A, storing the battery core pack 20 in the case body 9A, and then closing the case body 9A with the lid 9B. After passing the lead wire 16 through the groove 9b provided on the peripheral edge of the window 9a, the opening window 9a of the case body 9A is closed with the closing lid 17.
  • the exterior case 9 shown in FIG. 2 includes a surface plate portion 9x in which the case body 9A faces the core pack 20 of the battery.
  • the exhaust gas expansion gap 14 is formed between the circuit board 4 and the surface plate portion 9x in a state where the battery core pack 20 is housed inside.
  • the battery pack 100 allows the exhaust gas that has passed through the exhaust duct 7 to pass through the expansion gap 14 and exhausts the exhaust gas to the outside from the exhaust unit 15.
  • the exhaust gas whose energy is attenuated in the exhaust duct 7 is further increased in the expansion gap 14. The energy can be attenuated and exhausted to the outside.
  • an exhaust portion 15 is provided on the surface plate portion 9x at the end portion facing the first end portion 20a of the core pack 20.
  • the battery pack 100 having the above structure is exhausted from the exhaust portion 15 at the end portion of the exterior case 9 facing the first end portion 20a of the core pack 20 while having an exhaust portion 15 provided on the surface plate portion 9x.
  • the energy of the exhaust gas can be reliably attenuated.
  • the exhaust gas is discharged to the exhaust passage 24 while the first end portion 20a of the core pack 20 in which the exhaust valve of the battery cell 1 is arranged and the exhaust portion 15 provided in the surface plate portion 9x are arranged close to each other. By detouring to, the energy can be reliably attenuated and exhausted. Therefore, although the linear distance between the exhaust valve of the battery cell 1 and the exhaust portion 15 of the outer case 9 is shortened, the exhaust gas path can be lengthened to reliably attenuate the energy.
  • the exterior case shown in FIG. 2 is an end portion of the surface plate portion 9x of the case body 9A, and the exhaust portion 15 is provided at the end portion on the same side as the first end portion 20a provided on the core pack 20.
  • the exhaust portion 15 may be provided at the center or the side surface of the surface plate portion 9x of the case body 9A.
  • the exhaust gas discharged from the discharge valve side end surface 1a of the battery cell 1 arranged at the first end portion 20a of the core pack 20 is a discharge gap as shown by the arrows in FIGS. 2 and 3. After passing through the exhaust duct 7 from 11 and passing through the expansion gap 14 from the exhaust duct 7, the exhaust gas is exhausted from the exhaust unit 15 to the outside.
  • the battery pack of the present invention allows the high-temperature exhaust gas to pass through the exhaust duct 7 formed through the core pack 20 to reliably attenuate the energy while lengthening the exhaust gas path. Can be exhausted to the outside. Further, the battery pack 100 also extends the exhaust gas path to the outside while attenuating energy even at the exhaust valve side end surface of the battery cell arranged at a position other than the first end portion 20a of the core pack 20. Can be exhausted.
  • Heat dissipation plate 8 Further, in the battery pack 100 of FIG. 4, a heat radiating plate 8 is arranged on the lower surface of the core pack 20 in order to more effectively attenuate the energy of the exhaust gas.
  • the heat radiating plate 8 is arranged inside the closed portion 9B of the outer case 9 and between the heat radiating plate 8 and the battery block 10 to attenuate the energy of the exhaust gas ejected from the battery cell 1.
  • a plate material having heat conduction characteristics superior to that of the outer case 9 is suitable.
  • the heat radiation plate 8 absorbs the heat energy of the colliding exhaust gas, quickly diffuses the absorbed heat energy over a wide area, conducts heat to the outer case 9, and the outer case 9 transfers the heat energy to the outside over a wide area. Dissipate heat.
  • a metal plate is used for the heat radiating plate 8 as a plate material having preferable heat conduction characteristics.
  • an aluminum (including aluminum alloy) plate is suitable for the heat dissipation plate 8. Since the aluminum plate has heat resistance and excellent heat conduction characteristics and is light, it can quickly diffuse the heat energy of the exhaust gas and dissipate heat efficiently while reducing the weight.
  • the battery pack 100 of FIG. 4 has a band-like shape arranged along the longitudinal direction of the closing portion 9B, and both ends are bent in an L shape and arranged between the heat-resistant cap 5 and the outer case 9. ing. As a result, the case connecting portions at both ends of the exterior case 9 are covered from the inside, and the exhaust gas discharged from the exhaust valve is prevented from being discharged to the outside from this portion.
  • the battery pack of the present invention is suitably used for a battery pack used as a power source for portable electric devices such as vacuum cleaners, power tools, and assisted bicycles.
  • Battery block 10X ... End face 10A ... First surface 10B ... Second surface 10B ... Second Surface 10C ... Third surface 11 ... Discharge gap 13 ... Non-melted plate 14 ... Expansion gap 15 ... Exhaust part 16 ... Lead wire 17 ... Closing lid 18 ... Set screw 19 ... Connector 20 ... Core pack 20a ... First end 21 ... Holding portion 22 ... Holding cylinder 23 ... Partition wall 24 ... Exhaust passage 25 ... Insertion gap 28 ... Fixed boss 29 ... Fitting convex portion 30 ... Locking hook 31 ... Mounting rib

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Abstract

電池セルの排出弁から噴射される高温の排出ガスによる弊害を抑制する。 電池パックは、排出弁を有する複数の電池セル(1)を電池ホルダ(2)で定位置に配置した複数の電池ブロック(10)を連結してなるコアパック(20)を外装ケース(9)に収納している。電池ブロック(10)は、電池ホルダ(2)を貫通する排気通路(24)を備え、コアパック(20)は、第1の端部(20a)に排出弁側端面を配置すると共に、互いに連結される電池ブロック(10)の間に隔壁部(6)を備え、隔壁部(6)は、排気通路(24)と対向する位置に貫通穴(6x)を開口している。さらに、コアパック(20)は、各電池ブロック(10)に形成された排気通路(24)と、隔壁部(6)に形成された貫通穴(6x)とが同一直線上に配置されて、排出ガスの排気ダクト(7)を形成してなり、第1の端部(20a)に配置された排出弁側端面から排出される排出ガスが排気ダクト(7)を通過した後、排気部(15)から外部に排気される。

Description

電池パック
 本発明は、複数の電池セルを内蔵する電池パックに関し、とくに、複数の電池セルを電池ホルダで定位置に配置して電池ブロックとし、さらに複数の電池ブロックを直列や並列に接続して高容量化している電池パックに関する。
 コードレスで用いられる携帯型電気機器の電源として、複数の電池セルをケースに収納した電池パックが使用される。この電池パックは、複数の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。電気機器の電源として使用される電池パックは、近年、高出力化が一層求められており、単位体積あたりの効率に優れたリチウムイオン電池等の非水系電解液二次電池が採用されている。
 リチウムイオン電池は、高出力である反面、何らかの原因によって内圧が上昇することがある。電池の内圧上昇に対する安全性を確保するために、設定圧力で開弁して破裂を防止する排出弁を設けている。排出弁が開弁するとき、電池は異常な発熱状態にあって排出弁からは高温のガスが勢いよく噴出される。排出弁から排出される排出ガスを外部に排出するために外装ケースに穴を設けているパック電池が開発されている。(特許文献1参照)
 さらに、外装ケースに複数の貫通穴を設けて、内部の通気性を向上し、電池の放熱を促進して、ケース内に熱がこもることを防止するパック電池も開発されている。(特許文献2参照)
特開2001-196039号公報 特開平10-162795号公報
 従来のパック電池は、外装ケースに穴を設けて、排出弁から噴射される排出ガスを外部に排出する。このパック電池は、電池セルから勢いよく噴射される高温の排出ガスを安全に外部に排出するのが難しい。とくに、非水系電解液二次電池であるリチウムイオン電池の排出弁から噴射される排出ガスは、400℃以上と異常な高温で、しかも勢いよく噴射されることから、排出ガスが外装ケースを熱溶融し、さらに排出ガスが高温状態でケース外に噴射されて発火すると安全性が著しく阻害される。
 本発明は、以上の弊害を防止することを目的として開発されたもので、本発明の主な目的は、開弁する排出弁から噴射される高温の排出ガスによる安全性の低下を防止する電池パックを提供することにある。
 本発明のある態様に係る電池パックは、内圧が設定圧力を超えると開弁する排出弁を有する複数の電池セルを電池ホルダで定位置に配置してなる複数の電池ブロックと、複数の電池ブロックを電池セルの軸方向に連結してなるコアパックが収納されてなる外装ケースとを備えている。外装ケースは、排出弁から排出される排出ガスを外部に排気する排気部を有している。電池ブロックは、電池ホルダを貫通して電池セルの長手方向に延びる排気通路を備えている。コアパックは、第1の端部に、電池セルの排出弁を設けてなる排出弁側端面を配置すると共に、互いに連結される電池ブロックの間に、対向する電池セル同士を絶縁する隔壁部を備えている。隔壁部は、電池ホルダに設けられた排気通路と対向する位置に貫通穴を開口している。さらに、コアパックは、複数の電池ブロックを連結する状態で、各電池ブロックに形成された排気通路と、隔壁部に形成された貫通穴とが同一直線上に配置されて、排出ガスの排気ダクトを形成してなり、コアパックの第1の端部に配置された排出弁側端面から排出される排出ガスが排気ダクトを通過した後、排気部から外部に排気されるようにしている。
 本発明の電池パックは、電池セルの排出弁から噴射される高温の排出ガスによる弊害を抑制して安全性を高めることができる。
本発明の一実施形態に係る電池パックの斜視図である。 図1に示す電池パックの垂直縦断面図である。 図1に示す電池パックの垂直横断面図である。 図1に示す電池パックの分解斜視図である。 図4に示す電池パックのコアパックの分解斜視図である。 図5に示す電池ブロックの分解斜視図である。
 本発明の第1の実施態様の電池パックは、内圧が設定圧力を超えると開弁する排出弁を有する複数の電池セルを電池ホルダで定位置に配置してなる複数の電池ブロックと、複数の電池ブロックを電池セルの軸方向に連結してなるコアパックが収納されてなる外装ケースとを備える電池パックであって、外装ケースは、排出弁から排出される排出ガスを外部に排気する排気部を有しており、電池ブロックは、電池ホルダを貫通して電池セルの長手方向に延びる排気通路を備えており、コアパックは、第1の端部に、電池セルの排出弁を設けてなる排出弁側端面を配置すると共に、互いに連結される電池ブロックの間に、対向する電池セル同士を絶縁する隔壁部を備えており、隔壁部は、電池ホルダに設けられた排気通路と対向する位置に貫通穴を開口しており、さらに、コアパックは、複数の電池ブロックを連結する状態で、各電池ブロックに形成された排気通路と、隔壁部に形成された貫通穴とが同一直線上に配置されて、排出ガスの排気ダクトを形成してなり、コアパックの第1の端部に配置された排出弁側端面から排出される排出ガスが排気ダクトを通過した後、排気部から外部に排気されるようにしている。
 以上の電池パックは、開弁する排出弁から噴射される高温の排出ガスによる弊害を解消して高い安全性を確保できる。それは、以上の電池パックが、排出弁から噴射される高温の排出ガスを、電池ホルダを貫通して設けた排気通路と隔壁部に形成された貫通穴とで形成される排気ダクトに通過させた後、外装ケースに設けた排気部から外部に排気しているからである。とくに、この排気ダクトは、電池ホルダの長手方向に開口された複数の排気通路を直線状に連結して構成されているので、全体を長い流路として、通過する高温の排出ガスを効率よく冷やすことができる。このため、この電池パックは、排出弁から排出される高温で高エネルギーの排出ガスを、排気ダクトに通過させることで、理想的に冷やして熱エネルギーを効果的に減衰させて、高温の排出ガスによる弊害を解消できる。
 本発明の第2の実施態様の電池パックは、さらに、コアパックの第1の端部に連結される耐熱キャップを備えており、耐熱キャップは、電池ブロックの端面に対向して配置される閉塞プレート部と、閉塞プレート部の周囲に連結されて、電池ブロックの外周面に連結される周壁部とを備えており、第1の端部において、電池セルの排出弁から排出される排出ガスが、閉塞プレート部に衝突して方向転換されて、排気ダクトに流入されるようにしている。
 以上の電池パックは、排出弁から噴射される高温で高エネルギーの排出ガスを、耐熱キャップの閉塞プレート部に衝突させてエネルギーを減衰し、エネルギーの減衰された排出ガスを方向転換させて排気ダクトに通過させるので、排出弁から排出される排出ガスのエネルギーを効率よく低減させることができる。また、耐熱キャップは、閉塞プレート部の周囲に沿って設けた周壁部を電池ブロックの外周面に連結するので、排出弁から噴射される排出ガスが耐熱キャップの外部に漏れるのを有効に防止して、効率よく排気ダクトに流入させることができる。
 本発明の第3の実施態様の電池パックは、耐熱キャップを、無機質材を樹脂に埋設して補強している強化プラスチック製としている。
 以上の構成により、耐熱キャップの耐熱性を向上できるので、電池セルの排出弁から排出される高温の排出ガスにより、耐熱キャップが溶融されるのを有効に防止して、電池パックの外装ケースが溶融されて高温の排出ガスが外部に排出されるのを有効に防止できる。
 本発明の第4の実施態様の電池パックは、電池ホルダが、電池セルを保持する複数の保持筒を備えており、複数の保持筒を多段多列に配置して、保持筒の間に交差姿勢の区画壁を設けると共に、区画壁の中央部に排気通路を設けている。
 上記構成によると、電池ホルダが、電池セルを保持する複数の保持筒を多段多列に配置する構造とし、これらの保持筒の間に形成される交差姿勢の区画壁の中央部に排気通路を形成するので、複数の電池セルを平行姿勢で定位置に保持する構造としながら、電池ホルダの中央部に排気通路を形成できる。
 本発明の第5の実施態様の電池パックは、電池ホルダが、円筒形電池である4本の電池セルを2列2段に配置しており、上下左右に配置される保持筒の間に十字状の区画壁を設けて、区画壁の中央部に排気通路を設けている。
 上記構成によると、4本の円筒形電池を定位置に配置しながら、4本の電池セル間に形成される十字状の区画壁の中央部に排気通路を設けるので、円筒形電池の間にできるデッドスペースを利用して開口面積の大きな排気通路を設けることができる。このように開口面積の広い排気通路を設けることで、排出ガスをスムーズに流入させて効率よく冷やすことができる。
 本発明の第6の実施態様の電池パックは、電池ホルダが、排気通路の横断面形状を四角形状としており、四角形状の排気通路の四隅部を保持筒に接近させている。
 上記構成によると、排気通路の断面形状を四角形状として、四隅部を保持筒に接近させるので、排気通路に流入される高温の排出ガスの熱による周囲の電池セルへの影響を低減することができる。
 本発明の第7の実施態様の電池パックは、外装ケースが、コアパックと対向する表面プレート部を備えると共に、表面プレート部とコアパックとの間に、排出ガスの膨張隙間が形成されており、排気ダクトを通過した排出ガスを膨張隙間に通過させて排気部から外部に排気している。
 上記構成によると、排気ダクトを通過した排出ガスを、コアパックと外装ケースの表面プレート部との間に形成された膨張隙間に通過させて排気部から外部に排気するので、排気ダクトを通過してエネルギーが減衰した排出ガスを、膨張隙間でさらにエネルギーを減衰させて外部に排気できる。
 本発明の第8の実施態様の電池パックは、外装ケースが、コアパックの第1の端部と対向する端部において、表面プレート部に排気部を設けている。
 以上の構成によると、コアパックの第1の端部と対向する外装ケースの端部において、表面プレート部に排気部を設ける構造としながら、排気部から排気される排出ガスのエネルギーを確実に減衰できる。この構造は、電池セルの排出弁が配置されるコアパックの第1の端部と、表面プレート部に設ける排気部とを接近して配置しながら、排出ガスを排気ダクトに迂回させることで排気経路を長くして確実にエネルギーを減衰させながら排気できる。
 本発明の第9の実施態様の電池パックは、電池セルが円筒形電池で、複数の円筒形電池の端面を同一平面に配置し、かつ平行姿勢で電池ホルダに配置して電池ブロックを構成している。
 本発明の第10の実施態様の電池パックは、電池セルを非水系電解液二次電池としている。さらに、本発明の第11の実施態様の電池パックは、電池セルをリチウムイオン電池としている。
 以下、図面に基づいて本発明の実施態様を詳細に説明する。なお、以下の説明では、必要に応じて特定の方向や位置を示す用語(例えば、「上」、「下」、及びそれらの用語を含む別の用語)を用いるが、それらの用語の使用は図面を参照した発明の理解を容易にするためであって、それらの用語の意味によって本発明の技術的範囲が制限されるものではない。また、複数の図面に表れる同一符号の部分は同一もしくは同等の部分又は部材を示す。
 さらに、以下に示す実施形態は、本発明の技術思想の具体例を示すものであって、本発明を以下に限定するものではない。また、以下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、特定的な記載がない限り、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、例示することを意図したものである。また、一の実施の形態、実施例において説明する内容は、他の実施の形態、実施例にも適用可能である。また、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。
 本発明の一実施形態にかかる電池パックを図1~図6に示す。図1は、電池パックの斜視図を、図2は電池パックの垂直縦断面図を、図3は電池パックの垂直横断面図を、図4は電池パックの分解斜視図を、図5は電池パックのコアパックの分解斜視図を、図6は電池ブロックの分解斜視図をそれぞれ示している。
 図1~図6に示す電池パック100は、複数の電池セル1を電池ホルダ2で定位置に配置してなる複数の電池ブロック10と、複数の電池ブロック10を電池セル1の軸方向に連結してなるコアパック20が収納されてなる外装ケース9とを備えている。さらに、図に示すコアパック20は、第1の端部20aに連結してなる耐熱キャップ5と、互いに連結される電池ブロック10の間に配置されて対向する電池セル1同士を絶縁する隔壁部6と、電池ブロック10の第1の表面10Aに沿って配置されて、電池ブロック10に連結された回路基板4とを備えている。
 電池パック100は、例えば、掃除機等の携帯型電気機器の電源として使用される。ただ、本発明は、電池パックの用途となる電気機器を特定せず、他の電気機器、例えば電動工具、アシスト自転車等の電源として利用することもできる。また、電池パックは、電気機器に脱着自在に連結される構造とする他、脱着できない状態で電気機器に組み込んで使用することもできる。
(電池セル1)
 電池セル1は、内圧が設定圧力を超えると開弁する排出弁を端面1aに設けている円筒形電池である。円筒形電池は、円筒状の金属ケースに電極と電解液を収納している。金属ケースは、底を閉塞している筒状の外装缶の開口部に、封口板を気密に固定して密閉構造としている。外装缶は、金属板を筒状にプレス加工して製作される。封口板は、絶縁材のパッキンを介して外装缶の開口部周縁にカシメ加工して気密に固定される。
 電池セル1は、図示しないが、金属ケースの内圧が異常に高くなって破損するのを防止するために、封口板に排出弁を設けている。この電池セル1は、開口して内部のガスなどを排出する排出弁の開口部を封口板に設けている。ただ、電池セル1は、外装缶の底部に排出弁とその開口部を設けることもできる。排出弁は、内圧が設定圧力、たとえば1.5MPaよりも高くなると開弁して、内圧上昇による金属ケースの破壊を防止する。排出弁は、異常な状態で開弁される。したがって、排出弁が開弁する状態では、電池セル1の温度も非常に高くなっている。このため、開弁する排出弁から排出されるガスや電解液(噴出物)は異常な高温となっている。とくに、電池セル1をリチウムイオン電池等の非水系電解液二次電池とする電池パックは、排出ガスが400℃以上である異常な高温となる。さらに、リチウムイオン電池は、非水系の電解液を充填していることから、これが高温でケース外に排出されると、空気に触れて発火して、さらに異常な高温となることがある。リチウムイオン電池に限らず、他の充電できる電池においても、開弁する排出弁から噴出される排出ガスは高温となるので、排出ガスのエネルギーを減衰してケース外に排気することは安全性を高くすることから大切である。
(電池ブロック10)
 電池ブロック10は、図6に示すように、複数の電池セル1をプラスチック製の電池ホルダ2を介して平行姿勢に配置している。図の電池ブロック10は、4本の電池セル1を電池ホルダ2で2列2段に配置している。図の電池ブロック10は、4本の電池セル1を2列2段に配置して、各々の電池セル1をリード板3で直列に接続している。図の電池ブロック10は、4本の電池セル1を2列2段に配置して直列に接続しているが、電池セル1の本数や接続形態は自由に変更することができる。各々の電池ブロック10は、同じ外形の電池セル1、たとえば同じ寸法の円筒形電池を同一形状の電池ホルダ2で定位置に配置して、同一形状のリード板3で電池セル1を接続して共通化できる。全ての部品を共通化している電池ブロック10は、とくに安価に多量生産できる。
(電池ホルダ2)
 図5と図6の電池ホルダ2は、複数の電池セル1を、両端の端子面を同一平面に配置して平行姿勢に配置している。電池ホルダ2は、複数の電池セル1を多段多列に配置している。図の電池ホルダ2は、4個の電池セル1を定位置に配置する保持筒22のある形状にプラスチックを成形している。この電池ホルダ2は、4組の保持筒22を平行姿勢で2列2段に連結する形状であって、保持筒22の内側を電池セル1の外形にほぼ等しくして保持部21としている。
 図6の電池ブロック10は、電池ホルダ2を電池セル1の長手方向に分割して、第1の電池ホルダ2Aと第2の電池ホルダ2Bに分割している。この電池ホルダ2は、細長い電池セル1をスムーズに挿入できる。第1の電池ホルダ2Aと第2の電池ホルダ2Bは、プラスチックを成形して別々に製作されて、電池セル1を挿入して互いに連結される。第1の電池ホルダ2Aと第2の電池ホルダ2Bは、円筒形の電池セル1を挿入して定位置に配置するために、円柱状の保持筒22を設けている。保持筒22の内形は、電池セル1の外形にほぼ等しく、正確には電池セル1をスムーズに挿入して定位置に配置ように僅かに大きくしている。この構造の第1の電池ホルダ2Aと第2の電池ホルダ2Bは、円筒形の電池セル1の両端部を挿入する状態で、電池セル1を介して互いに定位置に連結される。第1の電池ホルダ2Aと第2の電池ホルダ2Bは、対向面を嵌合構造としてより正確に連結でき、また、後述する非溶融プレートを介して定位置に連結される。電池セル1を介して連結された第1の電池ホルダ2Aと第2の電池ホルダ2Bは、回路基板4に連結されて互いに連結状態に保持される。
 図3と図6に示す電池ブロック10は、隣接する電池セル1の間に配置される保持筒22を区画壁23として、区画壁23の内部にマイカプレートなどの非溶融プレート13を配置している。図の電池ホルダ2は、電池セル1を2列2段に配置するので、上下左右に配置している4組の電池セル1の間に、十字状の区画壁23を設けている。区画壁23は、内部の非溶融プレート13を挿入する挿入隙間25を設けている。区画壁23は、この挿入隙間25にマイカプレートなどの非溶融プレート13を挿入している。この電池ブロック10は、何れかの電池セル1が熱暴走して異常発熱する状態で、隣の電池セル1に熱暴走が誘発されるのを防止できる。
(排気通路24)
 さらに、電池ブロック10は、電池ホルダ2を貫通して電池セル1の長手方向に延びる排気通路24を備えている。電池ホルダ2は、電池セル1を保持する複数の保持筒22を備えており、複数の保持筒22を多段多列に配置して、保持筒22の間に交差姿勢の区画壁23を設けると共に、区画壁23の中央部に排気通路24を設けている。図3と図6に示す電池ホルダ2は、円筒形電池を収納する円筒状の保持筒22を多段多列に、図において2列2段に配置して、上下左右に配置している保持筒22の間に十字状の区画壁23を設けて、この十字状の区画壁23の中央部に排気通路24を設けている。この構造は、円筒形電池の間にできるデッドスペースを有効に利用して排気通路24の開口面積を大きくできる特徴がある。この排気通路24は、容積を大きくして、電池セル1の排出弁から排出される排出ガスをスムーズに流入できる。
 図3に示す排気通路24は、十字状の区画壁23の中央部に、電池セル1の長手方向に伸びる四角柱状の貫通孔として設けている。電池ホルダ2は、排気通路24の横断面形状を四角形状としており、四角形状の排気通路24の四隅部を保持筒22に接近させている。この構造は、排気通路24の断面形状を四角形状として四隅部を保持筒22に接近させるので、排気通路24に流入される高温の排出ガスの熱による電池セル2への影響を低減することができる。ただ、排気通路は、横断面形状を四角形には特定せず、円形、楕円形、多角形状等とすることもできる。
(隔壁部6)
 隔壁部6は、長手方向に並べて配置している電池ブロック10の間に配置される。図5に示すコアパック20は、2つの電池ブロック10を直線状に連結しており、対向する電池ブロック10の間には隔壁部6を配置して互いに絶縁している。隔壁部6は、絶縁性と断熱性に優れた材質、たとえばガラス繊維等の無機繊維を埋設して補強している繊維強化プラスチックであるPBT樹脂等を成形して制作される。図に示す隔壁部6は、対向する電池セル1同士を絶縁する絶縁プレート部6Xとこの絶縁プレート部6Xの周囲に連結されて電池ブロックの外周面に連結される周壁部6Bとを備えている。この隔壁部6は、絶縁プレート部6Xの両側に配置される電池ブロック10の外周面に沿って周壁部6Bを配置することで、電池ブロック10の定位置に連結される。
 さらに、図に示す隔壁部6は、絶縁プレート部6Xの中央部に貫通穴6xを開口している。この貫通穴6xは、隔壁部に隣接して配置される電池ブロック10に設けた排気通路と対向する位置に設けられる。図に示す排気通路24は、四角形状としているので、隔壁部6の貫通孔6xも四角形状として、排気通路24とほぼ等しい大きさに開口している。
 以上のコアパック20は、複数の電池ブロック10を長手方向に揃えて直線状に連結する状態で、各電池ブロック10に形成された排気通路24と、隔壁部6に形成された貫通穴6xとが同一直線上に配置されて、排出ガスの排気ダクト7が形成される。この排気ダクト7は、コアパック20を軸方向に貫通する状態で形成されており、第1の端部20aに配置された排出弁側端面1aから排出される排出ガスを通過させてエネルギーを減衰させる構造としている。このように、電池ブロック10を長手方向に貫通して形成された複数の排気通路24を連結して形成される排気ダクト7は、全長を長くすることができ、排気ダクト7の内側を通過する排出ガスを効果的に冷却できる。
(耐熱キャップ5)
 図2~図5に示す電池パック100は、コアパック20の第1の端部20aに配置された電池セル1の排出弁から噴出される排出ガスのエネルギーを減衰して排気するために、コアパック20の端部に耐熱キャップ5を連結している。耐熱キャップ5は、電池ホルダ2や外装ケース9よりも優れた耐熱特性の熱可塑性のプラスチックを成形して制作される。耐熱特性に優れたプラスチックには、たとえばガラス繊維等の無機繊維を埋設して補強している繊維強化プラスチックであるPBT樹脂等を成形して制作される。耐熱キャップ5は、電池ブロック10の端部に連結されて、電池セル1の弁側端面から噴出される排出ガスのエネルギーを減衰し、流動方向を変更する。耐熱キャップ5は、電池ブロック10の端面10Xと対向して配置している閉塞プレート部5Xと、閉塞プレート部5Xの周囲に連結している周壁部5A、5B、5Cとを備えており、閉塞プレート部5Xと周壁部5A、5B、5Cとを一体構造に成形している。
 閉塞プレート部5Xは、排出弁から噴出される排出ガスを排気ダクト7に効率よく流入させるために、電池ブロック10の端面10Xとの間に排出隙間11を設けている。閉塞プレート部5Xは、排出隙間11において、排出弁から噴出される排出ガスを内面に衝突させてエネルギーを減衰する。閉塞プレート部5Xと電池ブロック10の端面10X、正確には閉塞プレート部5Xと電池セル1の端面1aとの間に設けられる排出隙間11は、排出ガスをスムーズに排気しながら、排出ガスの運動のエネルギーを減衰できるように、たとえば、0.5mm以上であって3mm以下に設定される。排出隙間11には、電池セル1に固定しているリード板3が配置される。
 排出隙間11に噴射される排出ガスは、閉塞プレート部5Xで勢いが弱められて、排気通路24に流入される。耐熱キャップ5は、排出隙間11に噴射される排出ガスを方向転換して排気通路24に流入させる。耐熱キャップ5は、排出隙間11に噴射される排出ガスを閉塞プレート部5Xに衝突させてエネルギーを減衰し、さらに周囲に飛散させることなく、流動方向を変更して、排気通路24に流入させる。
 さらに、図3及び図5に示す耐熱キャップ5は、閉塞プレート部5Xの周囲に連結されて、電池ブロック10の外周面に連結される周壁部5A、5B、5Cを備えている。図に示す耐熱キャップは、電池ブロック10の外周面であって、第1の表面10A(図において上面)と対向する周壁部5Aと、第2の表面10B(図においては両側面)に連結される周壁部5Bと、第3の表面10C(図においては底面)に連結される周壁部5Cとを備えている。この耐熱キャップ5は、周壁部5A、5B、5Cを電池ブロック10の外周面に密着させる状態で、電池ブロック10の端部の定位置に連結している。このように、電池ブロック10の外周面に接触して連結される周壁部5A、5B、Cを備える耐熱キャップ5は、排出隙間11に噴射される排出ガスが電池ブロック10の周囲に漏れるのを防止して、排気通路24に確実に誘導できる。
(リード板3)
 電池ブロック10の電池セル1は、リード板3で電気的に直列に接続される。リード板3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3は、電池セル1の端面に設けた電極に溶接して固定される。図6に示す電池ブロック10は、各々の電池セル1をリード板3で直列に接続して出力電圧を高くしているが、電池ブロック10は、リード板3で電池セル1を並列に接続することもでき、あるいは直列と並列に接続することもできる。電池セル1を接続したリード板3は、回路基板4に接続される。
(回路基板4)
 回路基板4は、電池セル1を充放電する保護回路を実装し、各々の電池セル1を保護回路に接続する。保護回路は、各々の電池セル1の電圧や電流を検出して、充放電する電流をコントロールして電池を保護しながら充放電する。また、回路基板4は、各電池ブロック10の正負の出力を入力するための出力リード部3xを接続し、あるいは各電池セル1の電圧を把握するために、中間電位を測定するための中間電位用リード部3yを接続し、あるいはまた各電池セル1の温度を検出するための温度検出部(図示せず)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。
 回路基板4は、耐熱キャップ5が配置される電池ブロック10の端面10Xと隣り合う第1の表面10A(図においては上面)に沿って配置される。回路基板4は、電池ブロック10の第1の表面10Aとの間に隙間を形成する状態で配置される。
 回路基板4は、電池ブロック10の第1の表面10Aの定位置に連結される。図6の斜視図に示す電池ホルダ2は、回路基板4を定位置に連結するために、回路基板4と対向する対向面(図にあって上面)に嵌合凸部29を突出して設けている。嵌合凸部29は、対向面の四隅部に上向きに垂直姿勢に突出する中空柱状のボスで、電池ホルダ2のプラスチックと一体的に成形して設けられる。嵌合凸部29は、図4に示すように、回路基板4に設けた嵌合凹部4aを案内して、回路基板4を定位置に配置する。さらに、図6に示す電池ホルダ2は、対向面の複数カ所に、回路基板4を上に載せて上下位置を特定するための載せリブ31を一体的に成形して設けている。載せリブ31は、電池ホルダ2の対向面の両側の複数カ所に設けられており、回路基板4を第1の表面10Aに対して所定の間隔を離して定位置に配置する。さらに、図6の電池ブロック10は、電池ホルダ2の対向面に、回路基板4の係止フック30を一体的に成形して設けている。係止フック30は、図4に示すように、第1の表面10Aに配置された回路基板4を係止して定位置に配置する。回路基板4は、電池ブロック10の第1の表面10Aに突出する出力リード部3xと中間電位用リード部3yを回路基板4の貫通穴に挿入し、電池ホルダ2の嵌合凸部29を嵌合凹部4aに案内し、さらに底面を載せリブ31に載せて定位置に配置され、係止フック30に係止されて定位置に配置される。回路基板4は、係止フック30で定位置にセットされた状態で、出力リード部3xと中間電位用リード部3yを回路基板4の接続部にハンダ付けして、電池ブロック10を連結する。
 さらに、図に示す回路基板4は、複数の電池ブロック10を連結して、各々の電池ブロック10を電気接続し、さらに物理的に連結する。図5の分解斜視図に示す電池パック100は、回路基板4を貫通する止ネジ18で回路基板4を2組の電池ブロック10にネジ止めして、さらに強固に複数の電池ブロック10を連結している。電池ブロック10は、止ネジ18をねじ込む固定ボス28を電池ホルダ2の対向面に設けている。
 各々の電池ブロック10の出力リード部3xは、回路基板4を介して接続され、さらにコネクタ19に接続される。回路基板4は、表面に銅箔などの導電層(図示せず)を設けている。導電層は、出力リード部3xの接続部を電気接続して電池ブロック10を直列に接続し、また、出力リード部3xをコネクタ19のリード線16に接続する。さらに、導電層は、中間電位用リード部3yの接続部を回路基板4の保護回路に接続する。
 以上のように、複数の電池ブロック10は、直線状に連結された状態で回路基板4に固定されて電池のコアパック20が形成される。図に示すコアパック20は、2つの電池ブロック10を直線状に連結しており、対向する電池ブロック10の間には隔壁部6を配置して互いに絶縁すると共に、両方の端部には耐熱キャップ5を連結し、さらに、電池ブロック10の第1の表面10Aには回路基板4を連結している。
(外装ケース9)
 外装ケース9は、図1~図4に示すように四角筒状の箱形に形成している。図の外装ケース9は、ケース本体9Aと閉塞部9Bに二分割されている。外装ケース9の内部には、図3に示すように、2組の電池ブロック10と、耐熱キャップ5と、隔壁部6と、回路基板4とを備える電池のコアパック20を収納している。外装ケース9は、電池パック100で電力を供給する電気機器と接続するためのコネクタ19を外部に引き出している。外装ケース9は、絶縁性と断熱性に優れた材質、例えば、ポリカーボネートやABS、あるいはこれらを組み合わせた樹脂製とする。
 以上の外装ケース9は、排出弁から排出される排出ガスを外部に排気する排気部15を有している。図に示す外装ケース9は、ケース本体9Aの端部であって、コネクタ19をケース外に引き出す部分を排気部15としている。この外装ケース9は、ケース本体9に開口窓9aを設けて、開口窓9aの開口縁部に設けた溝部9bにリード線16を案内してコネクタ19をケース外に引き出す構造としている。したがって、この外装ケースは、リード線が引き出される開口窓9a及び溝部9bがケース内の排出ガスを外部に排出するための排気部となる。この外装ケース9は、コネクタ19をケース本体9Aに開口された開口窓9aに通過させて、電池のコアパック20をケース本体9Aに収納した後、ケース本体9Aを蓋部9Bで閉塞し、開口窓9aの周縁部に設けた溝部9bにリード線16を通過させた後、ケース本体9Aの開口窓9aを閉塞蓋17で閉塞する。
 さらに、図2に示す外装ケース9は、ケース本体9Aが電池のコアパック20と対向する表面プレート部9xを備えている。この外装ケース9は、内部に電池のコアパック20を収納する状態で、回路基板4と表面プレート部9xとの間に、排出ガスの膨張隙間14が形成されている。この電池パック100は、排気ダクト7を通過した排出ガスを膨張隙間14に通過させて排気部15から外部に排気する。このように、排気ダクト7を通過した排出ガスを、膨張隙間14に通過させて排気部15から外部に排気する構造によると、排気ダクト7でエネルギーが減衰した排出ガスを、膨張隙間14でさらにエネルギーを減衰させて外部に排気できる。
 さらに、図2に示す外装ケース9は、コアパック20の第1の端部20aと対向する端部において、表面プレート部9xに排気部15を設けている。以上の構造の電池パック100は、コアパック20の第1の端部20aと対向する外装ケース9の端部において、表面プレート部9xに排気部15を設ける構造としながら、排気部15から排気される排出ガスのエネルギーを確実に減衰できる。この構造は、電池セル1の排出弁が配置されるコアパック20の第1の端部20aと、表面プレート部9xに設ける排気部15とを接近して配置しながら、排出ガスを排気通路24に迂回させることで確実にエネルギーを減衰させて排気できる。したがって、電池セル1の排出弁と外装ケース9の排気部15との直線距離を短くするにもかかわらず、排出ガスの経路を長くして確実にエネルギーを減衰できる。
 なお、図2に示す外装ケースは、ケース本体9Aの表面プレート部9xの端部であって、コアパック20に設けた第1の端部20aと同じ側の端部に排気部15を設けているが、排気部15は、ケース本体9Aの表面プレート部9xの中央部や側面に設けても良い。この場合においても、コアパック20の第1の端部20aに配置された電池セル1の排出弁側端面1aから排出される排出ガスは、図2及び図3の矢印で示すように、排出隙間11から排気ダクト7を通過すると共に、排気ダクト7から膨張隙間14を通過した後、排気部15から外部に排気される。このように、本発明の電池パックは、コアパック20を貫通して形成される排気ダクト7に高温の排出ガスを通過させることで、排出ガスの経路を長くしながら、確実にエネルギーを減衰させて外部に排気できる。さらに、電池パック100は、コアパック20の第1の端部20a以外の位置に配置される電池セルの排出弁側端面においても、排出ガスの経路を長くして、エネルギーを減衰させながら外部に排気できる。
(放熱プレート8)
 さらに、図4の電池パック100は、排出ガスのエネルギーをより効果的に減衰するために、コアパック20の下面に放熱プレート8を配置している。放熱プレート8は、外装ケース9の閉塞部9Bの内側であって電池ブロック10との間に配置されて、電池セル1から噴出される排出ガスのエネルギーを減衰させる。放熱プレート8は、外装ケース9よりも優れた熱伝導特性の板材が適している。この放熱プレート8は、衝突する排出ガスの熱エネルギーを吸収し、吸収した熱エネルギーを速やかに広い面積に拡散して外装ケース9に熱伝導し、外装ケース9が広い面積で熱エネルギーを外部に放熱する。
 好ましい熱伝導特性の板材として、放熱プレート8には金属板が使用される。とくに、放熱プレート8はアルミニウム(アルミニウム合金を含む)板が適している。アルミニウム板は耐熱性と優れた熱伝導特性があって軽いので、軽量化しながら排出ガスの熱エネルギーを速やかに拡散して効率よく放熱できる。図4の電池パック100は、閉塞部9Bの長手方向に沿って配置された帯状の形状として、両端部をL字状に折曲して、耐熱キャップ5と外装ケース9との間に配置している。これにより、外装ケース9の両端部におけるケース連結部を内側からカバーして、排出弁から排出される排出ガスが、この部分から外部に排出されるのを防止している。
 本発明の電池パックは、掃除機、電動工具、アシスト自転車等の携帯型電気機器の電源として利用される電池パックに、好適に使用される。
100…電池パック
1…電池セル
1a…端面
2…電池ホルダ
2A…第1の電池ホルダ
2B…第2の電池ホルダ
3…リード板
3x…出力リード部
3y…中間電位用リード部
4…回路基板
4a…嵌合凹部
5…耐熱キャップ
5X…閉塞プレート部
5A、5B、5C…周壁部
6…隔壁部
6X…絶縁プレート部
6B…周壁部
6x…貫通穴

7…排気ダクト
8…放熱プレート
9…外装ケース
9A…ケース本体
9a…開口窓
9b…溝部
9x…表面プレート部
9B…閉塞部
10…電池ブロック
10X…端面
10A…第1の表面
10B…第2の表面
10C…第3の表面
11…排出隙間
13…非溶融プレート
14…膨張隙間
15…排気部
16…リード線
17…閉塞蓋
18…止ネジ
19…コネクタ
20…コアパック
20a…第1の端部
21…保持部
22…保持筒
23…区画壁
24…排気通路
25…挿入隙間
28…固定ボス
29…嵌合凸部
30…係止フック
31…載せリブ
 

Claims (11)

  1.  内圧が設定圧力を超えると開弁する排出弁を有する複数の電池セルを電池ホルダで定位置に配置してなる複数の電池ブロックと、
     複数の前記電池ブロックを前記電池セルの軸方向に連結してなるコアパックが収納されてなる外装ケースと、
    を備える電池パックであって、
     前記外装ケースは、前記排出弁から排出される排出ガスを外部に排気する排気部を有しており、
     前記電池ブロックは、
      前記電池ホルダを貫通して前記電池セルの長手方向に延びる排気通路を備えており、
     前記コアパックは、
      第1の端部に、前記電池セルの排出弁を設けてなる排出弁側端面を配置すると共に、
      互いに連結される前記電池ブロックの間に、対向する電池セル同士を絶縁する隔壁部を備えており、
     前記隔壁部は、前記電池ホルダに設けられた前記排気通路と対向する位置に貫通穴を開口しており、
     さらに、前記コアパックは、複数の前記電池ブロックを連結する状態で、各電池ブロックに形成された排気通路と、前記隔壁部に形成された貫通穴とが同一直線上に配置されて、排出ガスの排気ダクトを形成してなり、
     前記コアパックの第1の端部に配置された排出弁側端面から排出される排出ガスが前記排気ダクトを通過した後、前記排気部から外部に排気されることを特徴とする電池パック。
  2.  請求項1に記載される電池パックであって、さらに、
     前記コアパックの第1の端部に連結される耐熱キャップを備えており、
     前記耐熱キャップは、
      前記電池ブロックの端面に対向して配置される閉塞プレート部と、
      前記閉塞プレート部の周囲に連結されて、前記電池ブロックの外周面に連結される周壁部とを備えており、
     前記第1の端部において、前記電池セルの排出弁から排出される排出ガスが、前記閉塞プレート部に衝突して方向転換されて、前記排気ダクトに流入されるようにしてなることを特徴とする電池パック。
  3.  請求項2に記載される電池パックであって、
     前記耐熱キャップが、無機質材を樹脂に埋設して補強している強化プラスチック製であることを特徴とする電池パック。
  4.  請求項1から3のいずれか一項に記載される電池パックであって、
     前記電池ホルダが、前記電池セルを保持する複数の保持筒を備えており、
     複数の前記保持筒を多段多列に配置して、前記保持筒の間に交差姿勢の区画壁を設けると共に、前記区画壁の中央部に前記排気通路を設けてなることを特徴とする電池パック。
  5.  請求項1から4のいずれか一項に記載される電池パックであって、
     前記電池ホルダは、円筒形電池である4本の前記電池セルを2列2段に配置しており、上下左右に配置される前記保持筒の間に十字状の区画壁を設けて、前記区画壁の中央部に前記排気通路を設けてなることを特徴とする電池パック。
  6.  請求項5に記載される電池パックであって、
     前記電池ホルダは、前記排気通路の横断面形状を四角形状としており、四角形状の前記排気通路の四隅部を前記保持筒に接近させてなることを特徴とする電池パック。
  7.  請求項1から6のいずれか一項に記載される電池パックであって、
     前記外装ケースが、前記コアパックと対向する表面プレート部を備えると共に、前記表面プレート部と前記コアパックとの間に、排出ガスの膨張隙間が形成されており、
     前記排気ダクトを通過した排出ガスを前記膨張隙間に通過させて前記排気部から外部に排気することを特徴とする電池パック。
  8.  請求項7に記載される電池パックであって、
     前記外装ケースが、前記コアパックの第1の端部と対向する端部において、前記表面プレート部に前記排気部を設けてなることを特徴とする電池パック。
  9.  請求項1から8のいずれか一項に記載される電池パックであって、
     前記電池セルが円筒形電池で、複数の円筒形電池が端面を同一平面に配置し、かつ平行姿勢で前記電池ホルダに配置されて前記電池ブロックを構成してなることを特徴とする電池パック。
  10.  請求項1から9のいずれか一項に記載される電池パックであって、
     前記電池セルが円筒形電池で、複数の円筒形電池が端面を同一平面に配置し、かつ平行姿勢で前記電池ホルダに配置されて電池ブロックを構成してなることを特徴とする電池パック。
  11.  請求項10に記載する電池パックであって、
     前記電池セルがリチウムイオン電池であることを特徴とする電池パック。
     
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