WO2023162908A1 - 電池パック - Google Patents

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WO2023162908A1
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battery pack
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cells
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勝司 石坂
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パナソニックＩｐマネジメント株式会社
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    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the present disclosure relates to battery packs.
  • Non-aqueous electrolyte secondary batteries such as lithium ion batteries are used in the form of battery packs in which multiple cells (batteries) are electrically connected and housed in a case. If there is an abnormality in a cell in this battery pack and one cell generates abnormal heat, the heat spreads to the surrounding cells via the side of the cell, causing a chain reaction of abnormal heat generation (heat transfer combustion). There is In particular, in battery packs with narrow spaces between adjacent cells, such as ultra-small battery packs, the problem of heat transfer spreading is conspicuous.
  • Patent Document 1 describes a battery pack that suppresses heat transferred to adjacent batteries by forming slits in the inner wall side surface of each battery storage portion of a holder that stores a plurality of cells.
  • An object of the present disclosure is to provide a battery pack that suppresses the spread of heat transfer to adjacent cells even when heat is generated in the cells.
  • a battery pack according to the present disclosure includes a battery block and an exterior case.
  • the battery block has a plurality of aligned cells and a holder that faces the longitudinal end faces of the plurality of cells and has an accommodating portion that accommodates the end faces.
  • the holder is characterized by having a heat resistance portion that suppresses heat transfer from the holder to the cell end surface.
  • the battery pack according to the present disclosure can suppress heat transfer to adjacent cells and spread fire even when heat is generated in the cells.
  • FIG. 1 is an external view of a battery pack according to the present disclosure
  • FIG. 1 is an external view of a battery block according to the present disclosure
  • FIG. FIG. 3 is an exploded view of the battery block of FIG. 2
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of part of a battery block according to the present disclosure, and is a diagram for explaining how heat is transferred between cells.
  • 1 is a partial cross-sectional view of a battery block of an embodiment according to the present disclosure
  • FIG. FIG. 4 is a bottom view of the battery block holder of the embodiment according to the present disclosure
  • FIG. 4 is a partial cross-sectional view of a battery block of another embodiment according to the present disclosure
  • FIG. 4 is a bottom view of a battery block holder according to another embodiment of the present disclosure
  • FIG. 4 is a bottom view of a battery block holder according to another embodiment of the present disclosure
  • FIG. 1 is an external view of a battery pack according to the present disclosure
  • FIG. 1 is an external view of
  • FIG. 4 is a partial cross-sectional view of a battery block of still another embodiment according to the present disclosure
  • FIG. 11 is a bottom view of a battery block holder according to still another embodiment of the present disclosure
  • FIG. 11 is a bottom view of a battery block holder according to still another embodiment of the present disclosure
  • FIG. 4 is a partial cross-sectional view of a battery block of still another embodiment according to the present disclosure
  • FIG. 11 is a bottom view of a battery block holder according to still another embodiment of the present disclosure
  • FIG. 4 is a partial cross-sectional view of a battery block of still another embodiment according to the present disclosure
  • FIG. 11 is a bottom view of a battery block holder according to still another embodiment of the present disclosure
  • FIG. 4 is a partial cross-sectional view of a battery block of still another embodiment according to the present disclosure
  • FIG. 11 is a bottom view of a battery block holder according to still another embodiment of the present disclosure
  • FIG. 4 is a partial cross-sectional view
  • FIG. 1 is an external view of a battery pack 10 according to the present disclosure.
  • the battery pack 10 includes an exterior case 20 made of metal such as aluminum, and one or more battery blocks 30 housed inside the exterior case 20 .
  • the exterior case 20 is not limited to being made of metal, and may be made of resin.
  • the battery block 30 has a plurality of cells 31 arranged in line, and the plurality of cells 31 are electrically connected to each other.
  • the battery block 30 has, for example, a plurality of cells 31 connected in parallel.
  • the battery pack 10 is configured such that a plurality of battery blocks 30 are connected in series or in parallel to output a voltage suitable for the device to be used.
  • Cell 31 is, for example, a cylindrical battery. In the present disclosure, a cylindrical battery is exemplified as the cell 31, but the battery is not limited to a cylindrical battery, and may be a prismatic battery or the like.
  • the cell 31 is a cylindrical battery having a bottomed cylindrical outer can and a sealing member that closes the opening of the outer can.
  • An insulating gasket is provided between the outer can and the sealing member.
  • the sealing member serves as a positive electrode terminal
  • the outer can serves as a negative electrode terminal.
  • the sealing member is provided with an exhaust valve for discharging gas when an abnormality occurs in the cell 31 and the internal pressure rises.
  • the exhaust valve may be provided at the bottom of the outer can.
  • the battery block 30 is composed of a holder 32, a side member 33, a heat insulating member 34, etc., as will be described later.
  • the battery pack 10 also includes terminal plates (collector plates) that electrically connect the plurality of battery blocks 30 .
  • a positive terminal and a negative terminal of the battery block 30 are connected to the terminal plate, respectively.
  • the terminal board may be integrated with the holder 32 .
  • An external terminal 40 electrically connected to the battery block 30 is provided at the end of the exterior case 20 .
  • the external terminal 40 is used as a terminal for supplying a DC voltage when the battery pack 10 is installed in a device in which it is used.
  • the external terminal 40 is also used when charging the battery pack 10 (cell 31).
  • the external terminal 40 may be provided only at one end of the battery pack 10, or may be provided at a plurality of locations.
  • the side member 33 forming the battery block 30 may also serve as the exterior case 20 .
  • FIGS. 2 is an external view of the battery block 30, and FIG. 3 is an exploded view of the battery block 30.
  • the longitudinal direction of the battery block 30 is defined as the vertical direction
  • the lateral direction in which the cells 31 are aligned is defined as the horizontal direction.
  • the battery block 30 has a columnar shape composed of upper and lower holders 32 and side members 33 .
  • the shape of the battery block 30 can take various shapes such as a polygonal columnar shape or a cylindrical columnar shape depending on the arrangement of the plurality of cells 31 to be accommodated and the intended use of the battery pack 10 .
  • the plurality of cells 31 of the battery block 30 are arranged in parallel, for example.
  • the battery block 30 has heat insulating members 34 arranged between adjacent cells 31 of the side member 33 .
  • the heat insulating member 34 blocks heat from the cell side surface 31 b and acts as a heat insulating material for preventing heat from being transferred to the adjacent cell 31 .
  • the side member 33 covers the entirety of the plurality of cells 31 in the battery block 30 excluding the cell end surfaces 31 a and holds the cells 31 .
  • the side member 33 is made of, for example, a highly thermally conductive material containing thermosetting resin and thermally conductive filler and/or endothermic filler.
  • the side member 33 is in contact with the cell side surface 31 b and is configured to transmit heat to the side member 33 when abnormal heat generation occurs in the cell 31 .
  • the resin forming the side member 33 thermosetting unsaturated polyester, epoxy resin, melamine resin, phenol resin, thermoplastic polycarbonate, polyethylene, polypropylene, polyvinyl chloride, polystyrene, or the like is used.
  • thermally conductive filler metal oxides (eg, aluminum oxide, zinc oxide), metal nitrides (eg, aluminum nitride, boron nitride), and metal oxynitrides (eg, aluminum oxynitride) are used.
  • the endothermic filler exhibits an endothermic effect during thermal decomposition, and aluminum hydroxide, magnesium hydroxide, and sodium hydrogen carbonate are used, for example.
  • the endothermic filler has the effect of reducing heat generation when the cells 31 generate abnormal heat.
  • the heat insulating member 34 is arranged between two adjacent cells 31 along the axial direction of the cells 31 .
  • the heat insulating member 34 is made of heat insulating material such as heat insulating resin, foamed resin, foamed concrete, gypsum board, glass wool, or silica airgel. Although the heat insulating member 34 is formed in a flat plate shape in FIG.
  • the length of the side member 33 and the heat insulating member 34 along the longitudinal direction (axial direction) of the cell 31 is formed smaller than the length of the cell 31 in the axial direction. Therefore, as shown in FIG. 3 , the cell end surfaces 31 a on both axial sides of the cell 31 protrude from the side member 33 .
  • the holder 32 is composed of first and second holder members facing both longitudinal end faces of the plurality of cells 31, and is made of, for example, a thermosetting resin.
  • the holder 32 is a member for holding the cell end faces 31a projecting upward and downward from the side member 33 from both of the longitudinal directions of the plurality of cells 31, and has a role of maintaining the shape of the battery block 30 together with the side member 33. are doing.
  • the holder 32 further has an opening 32a at a position corresponding to the cell end face 31a on the end face of the holder 32, and is also used to connect the cell end face 31a forming the positive electrode terminal or the negative electrode terminal and the external electrode terminal. .
  • the opening 32a also serves as a gas discharge path when the cell 31 is abnormal.
  • the holder 32 has a housing portion 32b having a shape corresponding to the cell end surface 31a as shown in FIG.
  • the housing portion 32b is composed of a bottom surface portion 32c facing the cell end surface 31a and side surface portions along the cell side surface 31b from the bottom surface portion 32c.
  • a columnar portion 32d is provided on the surface of the holder 32 opposite to the bottom surface portion 32c. Columnar portion 32d is combined with columnar portion 32d of another battery block 30 and housed in exterior case 20 of battery pack 10 integrally.
  • a heat insulating sheet 36 is arranged in a space formed by abutting the columnar portions 32d. The heat insulating sheet 36 is provided so that the gas released from the cell end face 31a of the abnormally heated cell 31 does not hit the other directly facing cell end face 31a, and serves to release the gas in the left-right direction (perpendicular to the axial direction). have.
  • the holder 32 has sandwiching portions 32e in which parallel plates protrude between adjacent accommodating portions 32b.
  • the sandwiching portion 32e is formed so as to sandwich the heat insulating member 34 in a state in which the holder 32 is brought into contact with the end face of the side member 33 and the cell end face 31a is accommodated.
  • the holder 32 is provided with a heat resistance portion that suppresses heat transfer from the holder 32 to the cell end surface 31a.
  • the thermal resistance portion in FIG. 3 is composed of a bottom portion 32c and a convex portion 32f.
  • the bottom surface portion 32c does not come into contact with the cell end surface 31a of the cell 31, and only the convex portion 32f comes into contact therewith.
  • the area of contact between the convex portion 32f and the cell end face 31a is much smaller than the area of the bottom portion 32c.
  • An air layer is formed between the bottom surface portion 32c and the cell end surface 31a, and acts as a heat insulating layer. Therefore, the heat transferred from the holder 32 to the cell end surface 31a is suppressed.
  • the number of cells 31 in the battery block 30 is not limited to two, and may be three or more. Regarding the arrangement of the plurality of cells 31, it is preferable to arrange them so that the cross-sectional area of the battery block 30 is small, but they may be arranged so as to be arranged in a straight line.
  • FIG. 4 is a partial cross-sectional view of the vicinity of the cell end surface 31a of the battery block 30. As shown in FIG. The cell on the left side of FIG. 4 is 31A, and the cell on the right side is 31B. Although FIG. 4 shows only one (upper) cell end surface 31a, the other (lower) cell end surface 31a can have a similar configuration. Further, in FIG. 4, illustration of the internal structure of the cells 31A and 31B is omitted.
  • a heat insulating member 34 is arranged between the cells 31A and 31B.
  • a side member 33 is arranged on the cell side surface 31b of the cells 31A and 31B where the heat insulating member 34 is not arranged. As shown in FIG. 3, the side member 33 is formed so as to cover the entire side surfaces of the cells 31A and 31B.
  • the cells 31A and 31B are entirely covered with metal cans and electrodes, and the cell end faces 31a and the cell side faces 31b are made of metal.
  • the cell end surface 31a contacts only the projection 32f provided in the housing portion 32b, and the cell side surface 31b near the cell end surface 31a contacts the side surface portion of the housing portion 32b of the holder 32.
  • a heat insulating member 34 is interposed between the cells 31A and 31B on the cell side surface 31b apart from the cell end surface 31a, and the other cell side surface 31b is in contact with the side surface member 33. As shown in FIG.
  • the heat transmission path from the cell 31A to the cell 31B includes a path A from the cell side surface 31b through the heat insulating member 34 and a path B that transmits heat from the cell end surface 31a to the holder 32 and from the holder 32 to the cell end surface 31a. do.
  • the heat transfer is small because it passes through the heat insulating member 34 . Therefore, the main heat transfer is route B through the holder 32 . If the heat transfer through path B can be reduced, the influence of heat from the abnormal cell can be suppressed, and heat transfer spread can be suppressed.
  • a bottom surface portion 32c of the holder 32 facing the cell end surface 31a has an air layer without contacting the cell end surface 31a, and is formed so that only the convex portion 32f is in contact with the cell end surface 31a. Since the air layer acts as a heat insulating layer and the contact area of the projection 32f is small, heat from the holder 32 is hard to be transmitted through the cell end surface 31a. As described above, the holder 32 of the battery block 30 of the present disclosure has a heat resistance portion that suppresses heat transfer from the holder 32 to the cell end surface 31a.
  • the holder 32 is made of a thermosetting resin, the holder 32 is prevented from being melted by the heat generated by the abnormal cell and the heat of the ejected gas. It is advantageous for holding the formed heat insulating layer.
  • the battery pack 10 of the present disclosure can suppress the influence of heat generated by an abnormal cell and suppress heat transfer spread. Further description will be made below according to embodiments.
  • FIG. 5A and 5B show the battery block 30 of the first embodiment.
  • FIG. 5A is a partial cross-sectional view of the vicinity of one cell end face 31a of the battery block 30, and has the same structure as the vicinity of the cell end face 31a of the cell 31B in FIG.
  • FIG. 5B is a bottom view of the holder 32 viewed from the cell 31 side. Note that the internal structure of the cell 31 is omitted from FIGS. 5A and 5B as well.
  • the configuration of the heat resistance portion provided in the holder 32 of the battery block 30 of this embodiment will be described with reference to FIG. 5B.
  • the holder 32 has a columnar accommodating portion 32b corresponding to the cross-sectional shape of the cell end surface 31a.
  • the housing portion 32b has a bottom portion 32c corresponding to the cell end surface 31a and an opening portion 32a in the center of the bottom portion 32c.
  • the holder 32 of this embodiment has a plurality of convex portions 32f that protrude from the bottom surface portion 32c.
  • the convex portion 32f of the present embodiment is formed as a cylindrical projection.
  • the bottom surface portion 32c does not contact the cell end surface 31a, and an air layer (heat insulating layer) is interposed between the bottom surface portion 32c and the cell end surface 31a. Therefore, the heat from the holder 32 through the bottom surface portion 32c is difficult to be transmitted to the cell end surface 31a through the air layer.
  • the diameter of the projection 32f it is possible to suppress heat transfer between the holder 32 and the cell end surface 31a.
  • the number of protrusions 32f is not limited to this. In order to suppress heat transfer between the holder 32 and the cell end face 31a, the number of the protrusions 32f is preferably small. However, since the protrusion 32f has a function of supporting the cell end face 31a, it is preferable to have a plurality of protrusions 32f, but one protrusion 32f may be provided.
  • the convex portions 32f are evenly distributed in the circumferential direction of the bottom portion 32c. 33 side). By arranging in this way, the heat transfer path (corresponding to the path B in FIG. 4) via the convex portion 32f becomes longer, so that the heat of the adjacent cells 31 is less likely to be transferred.
  • the bottom portion 32c and the convex portion 32f form a heat resistance portion from the holder 32 to the cell end surface 31a, thereby preventing heat transfer between the holder 32 and the cell end surface 31a. Since it is suppressed, heat transfer spread can be suppressed.
  • FIG. 6A and 6B show the battery block 30 of the second embodiment.
  • FIG. 6A is a partial cross-sectional view of the vicinity of one cell end surface 31a of a battery block 30 of the second embodiment
  • FIG. 6B is a bottom view of the holder 32 viewed from the cell 31 side.
  • Members having the same function as in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and overlapping descriptions are omitted.
  • the convex portion 32f of the first embodiment has a columnar shape
  • the convex portion 32f of the present embodiment has a spherical crown shape or a hemispherical shape.
  • the contact of the projection 32f with the cell end surface 31a of the present embodiment is theoretically a point, and heat transfer can be suppressed more effectively than in the first embodiment.
  • the bottom portion 32c and the convex portion 32f form a heat resistance portion from the holder 32 to the cell end surface 31a, suppressing heat transfer between the holder 32 and the cell end surface 31a. can be suppressed.
  • FIG. 7A is a partial cross-sectional view of the vicinity of one cell end face 31a of a battery block 30 of the third embodiment
  • FIG. 7B is a bottom view of the holder 32 viewed from the cell 31 side.
  • FIG. 7C is a bottom view of a variation of holder 32.
  • an annular projection 32f is provided on the outer peripheral edge of the bottom surface 32c.
  • the outer diameter of the bottom surface portion 32c is formed to be the same as the outer diameter of the cell end surface 31a. formed.
  • the convex portion 32f may be divided into a plurality of convex portions 32f as shown in FIG. 7C. The number of projections 32f to be divided is not limited to the illustrated one. According to this embodiment as well, the bottom portion 32c and the convex portion 32f form a heat resistance portion from the holder 32 to the cell end surface 31a, suppressing heat transfer between the holder 32 and the cell end surface 31a. can be suppressed.
  • FIG. 8A and 8B show the battery block 30 of the fourth embodiment.
  • 8A is a partial cross-sectional view of the vicinity of one cell end face 31a of a battery block 30 of the fourth embodiment
  • FIG. 8B is a bottom view of the holder 32 viewed from the cell 31 side.
  • the convex portion 32f is formed by radial projections extending in the radial direction of the housing portion 32b.
  • the number and positions of the protrusions 32f are not limited to those illustrated.
  • the bottom portion 32c and the convex portion 32f form a heat resistance portion from the holder 32 to the cell end surface 31a, suppressing heat transfer between the holder 32 and the cell end surface 31a. can be suppressed.
  • 9A and 9B show the battery block 30 of the fifth embodiment.
  • 9A is a partial cross-sectional view of the vicinity of one cell end surface 31a of a battery block 30 of the fifth embodiment
  • FIG. 9B is a bottom view of the holder 32 viewed from the cell 31 side.
  • an annular protrusion is provided on the outer peripheral edge of the bottom surface portion 32c, and a plurality of protrusions extending radially inward from the inner peripheral edge of the annular protrusion are provided.
  • the inner diameter of the annular projection is set to be equal to or slightly smaller than the outer diameter of the cell end surface 31a.
  • the height of the projection extending radially inward from the bottom surface portion 32c is formed to be lower than the height of the annular projection from the bottom surface portion 32c.
  • the contact area between the cell side surface 31b and the holder 32 can also be reduced, so that heat transfer via the cell side surface 31b in the vicinity of the cell end surface 31a can be effectively suppressed.
  • the bottom surface portion 32c and the convex portion 32f form the heat resistance portion of the holder 32, which suppresses the heat transfer between the holder 32 and the cell end surface 31a, so that heat transfer spread can be suppressed. .
  • 10A and 10B show the battery block 30 of the sixth embodiment.
  • 10A is a partial cross-sectional view of the vicinity of one cell end face 31a of a battery block 30 of the sixth embodiment
  • FIG. 10B is a bottom view of the holder 32 viewed from the cell 31 side.
  • the convex portion 32f is formed of a plurality of stepped projections (three at equal intervals) radially extending from the inner wall side surface of the housing portion 32b in the radial direction of the housing portion 32b.
  • the convex portion 32f has a first inner peripheral portion facing the inner wall side surface of the accommodating portion 32b and a second inner peripheral portion radially inside the first inner peripheral portion from the inner wall side surface of the accommodating portion 32b. .
  • the inner peripheral diameter of the first inner peripheral portion of the convex portion 32f is formed to be equal to the outer diameter of the cell end face 31a.
  • the inner peripheral diameter of the second inner peripheral portion of the convex portion 32f is formed smaller than the outer diameter of the cell end face 31a.
  • the height of the second inner peripheral portion of the convex portion 32f from the bottom surface portion 32c is one step lower than the height of the first inner peripheral portion of the convex portion 32f from the bottom surface portion 32c.
  • the cell side surface 31b in the vicinity of the cell end surface 31a contacts only the first inner peripheral portion of the convex portion 32f, and an air layer is interposed in areas other than the contact portion of the first inner peripheral portion of the convex portion 32f. . Therefore, heat transfer from the cell side surface 31b to the holder 32 in the vicinity of the cell end surface 31a can be further suppressed.
  • the bottom surface portion 32c does not contact the cell end surface 31a, and an air layer (heat insulating layer) is formed between the bottom surface portion 32c and the cell end surface 31a. ) is interposed to prevent heat from being transferred from the holder 32 to the cell end face 31a.
  • the contact area between the cell side surface 31b and the holder 32 can also be reduced, so that heat transfer via the cell side surface 31b in the vicinity of the cell end surface 31a can be effectively suppressed.
  • the bottom surface portion 32c and the convex portion 32f form the heat resistance portion of the holder 32, which suppresses the heat transfer between the holder 32 and the cell end surface 31a, so that heat transfer spread can be suppressed. .

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Abstract

電池パックは、電池ブロックと、外装ケースとを備える。電池ブロックは、整列配置された複数のセルと、複数のセルの長手方向の端面と対向し、端面を収容する収容部を有するホルダーとを有している。ホルダーは、ホルダーからセル端面への熱伝達を抑制する熱抵抗部を有する。

Description

電池パック
　本開示は、電池パックに関する。
　リチウムイオン電池等の非水電解質二次電池は、複数のセル（電池）が電気的に接続され、ケースに収容された電池パックの形態で使用される。この電池パック内のセルに異常があり、一個のセルが異常発熱を生じると、当該セルの側面を介して、熱が周囲のセルにおよび、連鎖的に異常発熱（伝熱類焼）が生じる場合がある。特に、超狭小電池パックのように、隣接するセル間の間隔が狭い電池パックにおいて、伝熱類焼の課題が顕著である。
　特許文献１には、複数セルを収納するホルダーの各電池収納部の内壁側面にスリットを形成することにより隣接電池に伝達する熱を抑制させる電池パックが記載されている。
国際公開第２０２０／０３１４６７号公報
　電池パック内のセルに発熱が生じた場合に隣接するセルへの伝熱類焼を防ぐ電池パックの構造が求められる。
　本開示の目的は、セルに発熱が生じた場合にも隣接するセルへの伝熱類焼を抑制する電池パックを提供することである。
　本開示に係る電池パックは、電池ブロックと、外装ケースとを備える。電池ブロックは、整列配置された複数のセルと、複数のセルの長手方向の端面と対向し、端面を収容する収容部を有するホルダーとを有している。ホルダーは、ホルダーからセル端面への熱伝達を抑制する熱抵抗部を有することを特徴とする。
　本開示に係る電池パックは、セルに発熱が生じた場合にも隣接するセルへの伝熱類焼を抑制することができる。
本開示に係る電池パックの外観図である。 本開示に係る電池ブロックの外観図である。 図２の電池ブロックの分解図である。 本開示に係る電池ブロックの一部の断面図であり、セル間の熱伝達の様子を説明する図である。 本開示に係る実施形態の電池ブロックの一部断面図である。 本開示に係る実施形態の電池ブロックのホルダーの底面図である。 本開示に係る他の実施形態の電池ブロックの一部断面図である。 本開示に係る他の実施形態の電池ブロックのホルダーの底面図である。 本開示に係る更に他の実施形態の電池ブロックの一部断面図である。 本開示に係る更に他の実施形態の電池ブロックのホルダーの底面図である。 本開示に係る更に他の実施形態の電池ブロックのホルダーの底面図である。 本開示に係る更に他の実施形態の電池ブロックの一部断面図である。 本開示に係る更に他の実施形態の電池ブロックのホルダーの底面図である。 本開示に係る更に他の実施形態の電池ブロックの一部断面図である。 本開示に係る更に他の実施形態の電池ブロックのホルダーの底面図である。 本開示に係る更に他の実施形態の電池ブロックの一部断面図である。 本開示に係る更に他の実施形態の電池ブロックのホルダーの底面図である。
　以下、本開示の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。以下の説明において、具体的な形状、材料、方向、数値等は、本開示の理解を容易にするための例示であって、用途、目的、仕様等に合わせて適宜変更することができる。また、以下で説明する実施形態および変形例の構成要素を選択的に組み合わせることは当初から想定されている。
　図１は、本開示に係る電池パック１０の外観図である。電池パック１０は、アルミニウム等の金属製の外装ケース２０と、外装ケース２０の内部に収容された１つ乃至は複数の電池ブロック３０を備えている。尚、外装ケース２０は金属製に限定されず、樹脂製であってもよい。
　電池ブロック３０は、整列配置された複数のセル３１を有し、複数のセル３１は、互いに電気的に接続されている。電池ブロック３０は、例えば、複数のセル３１が並列接続されている。電池パック１０は、複数個の電池ブロック３０が直列又は並列に接続されて、使用する機器に適した電圧を出力するように構成される。セル３１は、例えば円筒形電池である。尚、本開示では、セル３１として円筒形電池を例示しているが、電池は円筒形電池に限定されず、角形電池等であってもよい。
　セル３１は、有底円筒状の外装缶と、外装缶の開口部を塞ぐ封口体とを有する円筒形電池である。また、外装缶と封口体の間には、絶縁性のガスケットが設けられている。円筒形電池では、一般的に、封口体が正極端子、外装缶が負極端子となる。封口体には、セル３１に異常が発生して内圧が上昇したときにガスを排出するための排気弁が設けられている。なお、排気弁は、外装缶の底に設けられていてもよい。
　本開示において、電池ブロック３０は、後述するようにホルダー３２と、側面部材３３と、断熱部材３４等で構成されている。また、電池パック１０は、複数の電池ブロック３０を電気的に接続する端子板（集電板）を備えている。端子板には、電池ブロック３０の正極端子と負極端子がそれぞれ接続される。端子板は、ホルダー３２と一体化されていてもよい。
　外装ケース２０の端部には、電池ブロック３０と電気的に接続された外部端子４０が設けられている。外部端子４０は、電池パック１０を搭載して使用する機器に組み込まれた際に直流電圧を供給する端子として使用される。また、外部端子４０は、電池パック１０（セル３１）を充電する際にも使用される。外部端子４０は、電池パック１０の一方の端部にのみ設けてもよいし、複数箇所に設けてもよい。また、電池ブロック３０を構成する側面部材３３が外装ケース２０を兼ねてもよい。
　次に図２、３を参照して、電池ブロック３０の構造について説明する。図２は、電池ブロック３０の外観図であり、図３は、電池ブロック３０の分解図である。説明の便宜上、図２、３に図示するように、電池ブロック３０の長手方向を上下方向、セル３１の整列する短手方向を左右方向として説明を行う。
　電池ブロック３０は、上下のホルダー３２と側面部材３３で構成される柱形状をしている。電池ブロック３０の形状は、収容する複数のセル３１の配置や、電池パック１０の使用用途によって、多角柱状あるいは円柱状等、種々の形状を取り得る。
　電池ブロック３０の複数のセル３１は、例えば、並列に配置されている。図３に示すように、電池ブロック３０は、側面部材３３の隣り合うセル３１の間に断熱部材３４を配置している。断熱部材３４は、セル側面３１ｂからの熱を遮断し、隣のセル３１に熱を伝えないための断熱材として作用する。
　側面部材３３は、電池ブロック３０内の複数のセル３１のセル端面３１ａ以外の全体を覆うとともに、セル３１を保持している。側面部材３３は、例えば、熱硬化性樹脂と熱伝導性フィラーおよび／もしくは吸熱性フィラーとを含む高熱伝導材によって形成されている。側面部材３３は、セル側面３１ｂと接触しており、セル３１に異常発熱が発生した場合には、側面部材３３に熱を伝達するように構成されている。なお、側面部材３３を構成する樹脂は、熱硬化性の不飽和ポリエステル、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、フェノール樹脂や熱可塑性のポリカーボネート、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン等が用いられる。また、熱伝導性フィラーは、酸化金属（例えば、酸化アルミニウム、酸化亜鉛）、窒化金属（例えば、窒化アルミニウム、窒化ホウ素）、酸窒化金属（例えば、酸窒化アルミニウム）が用いられる。また、吸熱性フィラーは、熱分解時に吸熱作用を発揮するものであり、例えば、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、炭酸水素ナトリウムが用いられる。吸熱性フィラーは、セル３１が異常発熱した際の発熱を下げる作用を有する。
　断熱部材３４は、隣り合う２つのセル３１の間に、セル３１の軸方向に沿って配置されている。断熱部材３４は、例えば、断熱性樹脂、発泡樹脂、発泡コンクリート、石膏ボード、グラスウール、シリカエアロゲル系の断熱材によって形成されている。断熱部材３４は、図３では平板状に形成されているが、セル３１の側面の形状に合わせて、曲面としてもよい。
　側面部材３３および断熱部材３４のセル３１の長手方向（軸方向）に沿った長さは、セル３１の軸方向の長さよりも小さく形成されている。従って、図３に示すように、セル３１の軸方向の両側のセル端面３１ａは、側面部材３３から突出した状態である。
　ホルダー３２は、複数のセル３１の長手方向の両方の端面とそれぞれ対向する第１及び第２ホルダー部材により構成されており、例えば熱硬化性樹脂により形成されている。ホルダー３２は、複数のセル３１の長手方向の両方から側面部材３３の上下に突出するセル端面３１ａを保持するための部材であり、側面部材３３とともに電池ブロック３０としての形状を維持する役割を有している。ホルダー３２は、更にホルダー３２の端面で、セル端面３１ａに対応する位置に開口部３２ａを有し、正極端子または負極端子を形成するセル端面３１ａと外部電極端子を接続するためにも使用される。開口部３２ａは、セル３１の異常時のガス排出路としての役割も有している。
　ホルダー３２は、図３に示すようにセル端面３１ａに対応した形状の収容部３２ｂを有している。収容部３２ｂは、セル端面３１ａと対向する面である底面部３２ｃと、底面部３２ｃからセル側面３１ｂに沿った側面部から構成されている。
　ホルダー３２の底面部３２ｃと反対側の面には、柱状部３２ｄが設けられている。柱状部３２ｄは、他の電池ブロック３０の柱状部３２ｄと付き合わされて、一体的に電池パック１０の外装ケース２０内に収納される。柱状部３２ｄ同士が突き合わされて形成された空間には断熱シート３６が配置されている。断熱シート３６は、異常発熱したセル３１のセル端面３１ａから放出したガスが、直接対向する他のセル端面３１ａに当たらないように設けられ、ガスを左右方向（軸方向に垂直方向）に逃がす役目を有している。
　ホルダー３２は、隣り合う収容部３２ｂの間に、平行な板を突出させた挟持部３２ｅを有している。挟持部３２ｅは、ホルダー３２を側面部材３３の端面に当接させ、セル端面３１ａを収めた状態で、断熱部材３４を挟持するように形成されている。
　ホルダー３２には、ホルダー３２からセル端面３１ａへの熱伝達を抑制する熱抵抗部が設けられている。図３における熱抵抗部は、底面部３２ｃと凸部３２ｆによって構成されている。底面部３２ｃはセル３１のセル端面３１ａとは接触せず、凸部３２ｆのみが接触するように構成されている。底面部３２ｃの面積に比べて、凸部３２ｆのセル端面３１ａとの接触面積は格段に小さい。また、底面部３２ｃとセル端面３１ａの間には空気層が形成されており、断熱層として作用する。従って、ホルダー３２からセル端面３１ａに伝達する熱は抑えられる。
　尚、電池ブロック３０のセル３１の数は２つに限らず、３つ以上でもよい。複数のセル３１の配置についても、電池ブロック３０の断面積が小さくなるように配置するのが好適であるが、直線状に並べるように配置してもよい。
　次に図４を参照して、本開示の電池パック１０の隣接セルへの伝熱類焼を抑制する作用について説明する。図４は、電池ブロック３０のセル端面３１ａ近傍の一部断面図である。図４の左側のセルを３１Ａ、右側のセルを３１Ｂとして説明する。尚、図４は、一方（上方）のセル端面３１ａのみを図示しているが、他方（下方）のセル端面３１ａにおいても同様の構成を取ることができる。また、図４において、セル３１Ａ、３１Ｂの内部構造は図示を省略している。
　セル３１Ａ、３１Ｂの間には、断熱部材３４が配置されている。断熱部材３４が配置されていないセル３１Ａ、３１Ｂのセル側面３１ｂには、側面部材３３が配置されている。図３に示すように側面部材３３は、セル３１Ａ、３１Ｂの側面全体を覆うように形成されている。
　セル３１Ａ、３１Ｂは全体が金属製の外装缶および電極で覆われており、セル端面３１ａおよびセル側面３１ｂは金属で構成されている。セル端面３１ａは、収容部３２ｂに設けられた凸部３２ｆにおいてのみ接触し、セル端面３１ａの近傍のセル側面３１ｂは、ホルダー３２の収容部３２ｂの側面部に接触している。セル端面３１ａから離れたセル側面３１ｂは、セル３１Ａとセル３１Ｂの間は、断熱部材３４が介在し、それ以外のセル側面３１ｂは、側面部材３３に接触している。セル３１Ａからセル３１Ｂへの熱の伝達経路は、セル側面３１ｂから断熱部材３４を介する経路Ａと、セル端面３１ａからホルダー３２に伝達し、ホルダー３２からセル端面３１ａに伝達する経路Ｂとが存在する。経路Ａにおいては、断熱部材３４を介するため、熱伝達は小さい。従って、主に熱の伝達は、ホルダー３２を介する経路Ｂとなる。経路Ｂの熱の伝達を小さくできれば、異常セルからの熱の影響を抑制することができ、伝熱類焼を抑制することができる。
　ホルダー３２のセル端面３１ａと対向する底面部３２ｃは、セル端面３１ａとは接触せず空気層が存在し、セル端面３１ａとは、凸部３２ｆのみが接触するように形成されている。空気層が断熱層として作用し、凸部３２ｆの接触面積が小さいため、ホルダー３２からの熱がセル端面３１ａを介して伝達しにくい構成と成っている。以上のように本開示の電池ブロック３０のホルダー３２は、ホルダー３２からセル端面３１ａへの熱伝達を抑制する熱抵抗部を有している。
　また、ホルダー３２が熱硬化性樹脂により形成されている場合、異常セルの発熱、噴出ガスの熱でホルダー３２が溶融することが防止され、ホルダー３２の形態が保持されることにより凸部３２ｆにより形成される断熱層を保持させるのに有利である。
　従って、セル３１Ａに異常発熱が発生した場合においても、熱伝達経路の経路Ａ、経路Ｂを介する熱伝達は小さく、隣接するセル３１Ｂは熱の影響を受けにくい。一方、セル３１Ａの熱は、セル側面３１ｂに接触している側面部材３３を介して逃がすことができる。セル３１Ａの熱を受けた側面部材３３の熱は、外装ケース２０を介して放出することができる。以上の様に、本開示の電池パック１０は、異常セルの発熱の影響を抑制し、伝熱類焼を抑制することができる。以下、実施形態によって、更に説明する。
　＜第１の実施形態＞
　図５Ａ、図５Ｂに第１の実施形態の電池ブロック３０を示す。図５Ａは、電池ブロック３０の一方のセル端面３１ａ近傍の一部断面図であり、図４のセル３１Ｂのセル端面３１ａの近傍と同じ構造である。図５Ｂは、ホルダー３２をセル３１側から見た底面図である。尚、図５Ａ、図５Ｂにおいても、セル３１の内部構造は図示を省略している。
　図５Ｂを参照して、本実施形態の電池ブロック３０のホルダー３２に設けた熱抵抗部の構成を説明する。ホルダー３２は、セル端面３１ａの断面形状に対応する円柱形状の収容部３２ｂを有している。収容部３２ｂは、セル端面３１ａと対応する底面部３２ｃと底面部３２ｃの中央に開口部３２ａを有している。更に本実施形態のホルダー３２は、底面部３２ｃから突出する複数の凸部３２ｆを有している。本実施形態の凸部３２ｆは、円柱状の突起として形成されている。凸部３２ｆによって、底面部３２ｃはセル端面３１ａと接触せず、底面部３２ｃとセル端面３１ａの間には空気層（断熱層）が介在することになる。従って、ホルダー３２から底面部３２ｃを介する熱は、空気層を介するために、セル端面３１ａには伝達しにくくなっている。凸部３２ｆの径を適切に設定することで、ホルダー３２とセル端面３１ａの間の熱の伝達を抑制するようにできる。
　本実施形態の凸部３２ｆは３つ形成されているが、凸部３２ｆの数はこれに限らない。凸部３２ｆは、ホルダー３２とセル端面３１ａの熱伝達を抑制するため、少ない方が好ましい。但し、凸部３２ｆは、セル端面３１ａを支持する機能を有するため、複数有することが好ましいが１つでもよい。また、凸部３２ｆは、底面部３２ｃの周方向に均等に分散して配置しているが、隣接するセル３１からの距離が離れるように、ホルダー３２の外側（図５Ａ、図５Ｂにおける側面部材３３のある側）に偏って設けてもよい。このように配置することで、凸部３２ｆを介する熱の伝達経路（図４のおける経路Ｂに相当）が長くなるので、隣接するセル３１の熱が伝わりにくくなる。本実施形態のホルダー３２を有する電池パック１０は、底面部３２ｃと凸部３２ｆが、ホルダー３２からセル端面３１ａへの熱抵抗部を形成し、ホルダー３２とセル端面３１ａの間の熱の伝達を抑制するので、伝熱類焼を抑制することができる。
　＜第２の実施形態＞
　図６Ａ、図６Ｂに第２の実施形態の電池ブロック３０を示す。図６Ａは、第２の実施形態の電池ブロック３０の一方のセル端面３１ａ近傍の一部断面図であり、図６Ｂは、ホルダー３２をセル３１側から見た底面図である。第１の実施形態と同様の作用の部材には、同一の符号を付して、重複する記載を省略する。
　第１の実施形態の凸部３２ｆは柱状であったが、本実施形態の凸部３２ｆは、球冠状または半球状とした。本実施形態の凸部３２ｆのセル端面３１ａとの接触は、理論的には点となり、第１の実施形態と比べて、熱伝達をより効果的に抑えることが可能である。本実施形態によっても、底面部３２ｃと凸部３２ｆがホルダー３２からセル端面３１ａへの熱抵抗部を形成し、ホルダー３２とセル端面３１ａの間の熱の伝達を抑制するので、伝熱類焼を抑制することができる。
　＜第３の実施形態＞
　図７Ａ、図７Ｂ、図７Ｃに第３の実施形態の電池ブロック３０を示す。図７Ａは、第３の実施形態の電池ブロック３０の一方のセル端面３１ａ近傍の一部断面図であり、図７Ｂは、ホルダー３２をセル３１側から見た底面図である。図７Ｃはホルダー３２の変形例の底面図である。
　本実施形態においては、底面部３２ｃの外周縁部に環状の凸部３２ｆを設けた。底面部３２ｃの外径はセル端面３１ａの外径と同等に形成されており、セル端面３１ａを収容部３２ｂに収めた状態で、凸部３２ｆは、セル端面３１ａの肩部に当接するように形成されている。また、凸部３２ｆは、図７Ｃに示すように、複数の凸部３２ｆに分割してもよい。分割する凸部３２ｆの数は図示したものに限らない。本実施形態によっても、底面部３２ｃと凸部３２ｆがホルダー３２からセル端面３１ａへの熱抵抗部を形成し、ホルダー３２とセル端面３１ａの間の熱の伝達を抑制するので、伝熱類焼を抑制することができる。
　＜第４の実施形態＞
　図８Ａ、図８Ｂに第４の実施形態の電池ブロック３０を示す。図８Ａは、第４の実施形態の電池ブロック３０の一方のセル端面３１ａ近傍の一部断面図であり、図８Ｂは、ホルダー３２をセル３１側から見た底面図である。
　本実施形態においては、凸部３２ｆは、収容部３２ｂの径方向に延びる放射状の突起で形成されている。凸部３２ｆの個数および位置は、図示したものに限らない。本実施形態によっても、底面部３２ｃと凸部３２ｆがホルダー３２からセル端面３１ａへの熱抵抗部を形成し、ホルダー３２とセル端面３１ａの間の熱の伝達を抑制するので、伝熱類焼を抑制することができる。
　＜第５の実施形態＞
　図９Ａ、図９Ｂに第５の実施形態の電池ブロック３０を示す。図９Ａは、第５の実施形態の電池ブロック３０の一方のセル端面３１ａ近傍の一部断面図であり、図９Ｂは、ホルダー３２をセル３１側から見た底面図である。
　本実施形態においては、凸部３２ｆとして、底面部３２ｃの外周部縁に環状の突起を設け、更に環状の突起の内周縁部から径方向の内側に伸びる複数の突起を設けた。環状の突起の内周径は、セル端面３１ａの外径と同等か僅かに小さく構成されている。径方向内側に伸びる突起の底面部３２ｃからの高さは、環状の突起の底面部３２ｃからの高さよりも低く形成されている。これにより、セル端面３１ａ近傍のセル側面３１ｂは、凸部３２ｆにのみ接触し、凸部３２ｆより下の部分には空気層が介在することになる。従って、セル端面３１ａ近傍におけるセル側面３１ｂからホルダー３２への熱の伝達を更に抑制することができる。更に、セル端面３１ａは、環状の突起の内周縁部から径方向の内側に伸びる複数の突起においてのみ接触するので、底面部３２ｃはセル端面３１ａと接触せず、底面部３２ｃとセル端面３１ａの間には空気層（断熱層）が介在し、ホルダー３２からセル端面３１ａには熱が伝達しにくくなっている。
　本実施形態の構成によって、セル側面３１ｂとホルダー３２の接触面積も小さくできるので、セル端面３１ａ近傍のセル側面３１ｂを介する熱の伝達を効果的に抑制することが可能となる。本実施形態によっても、底面部３２ｃと凸部３２ｆがホルダー３２の熱抵抗部を形成し、ホルダー３２とセル端面３１ａの間の熱の伝達を抑制するので、伝熱類焼を抑制することができる。
　＜第６の実施形態＞
　図１０Ａ、図１０Ｂに第６の実施形態の電池ブロック３０を示す。図１０Ａは、第６の実施形態の電池ブロック３０の一方のセル端面３１ａ近傍の一部断面図であり、図１０Ｂは、ホルダー３２をセル３１側から見た底面図である。
　本実施形態においては、凸部３２ｆは、収容部３２ｂの内壁側面から収容部３２ｂの径方向に放射状に延びる階段状の複数（等間隔の３か所）の突起で形成されている。凸部３２ｆは、収容部３２ｂの内壁側面に面している第１内周部と収容部３２ｂの内壁側面から第１内周部より径方向内側の第２内周部とを有している。凸部３２ｆの第１内周部の内周径は、セル端面３１ａの外径と同等に形成されている。凸部３２ｆの第２内周部の内周径は、セル端面３１ａの外径より小さく形成されている。凸部３２ｆの第２内周部の底面部３２ｃからの高さは、凸部３２ｆの第１内周部の底面部３２ｃからの高さよりも一段低く形成されている。これにより、セル端面３１ａ近傍のセル側面３１ｂは、凸部３２ｆの第１内周部にのみ接触し、凸部３２ｆの第１内周部の接触部分以外には空気層が介在することになる。従って、セル端面３１ａ近傍におけるセル側面３１ｂからホルダー３２への熱の伝達を更に抑制することができる。更に、セル端面３１ａは、凸部３２ｆの第２内周部においてのみ接触するので、底面部３２ｃはセル端面３１ａと接触せず、底面部３２ｃとセル端面３１ａの間には空気層（断熱層）が介在し、ホルダー３２からセル端面３１ａには熱が伝達しにくくなっている。
　本実施形態の構成によって、セル側面３１ｂとホルダー３２の接触面積も小さくできるので、セル端面３１ａ近傍のセル側面３１ｂを介する熱の伝達を効果的に抑制することが可能となる。本実施形態によっても、底面部３２ｃと凸部３２ｆがホルダー３２の熱抵抗部を形成し、ホルダー３２とセル端面３１ａの間の熱の伝達を抑制するので、伝熱類焼を抑制することができる。
　なお、本発明は上述した実施形態およびその変形例に限定されるものではなく、本願の請求の範囲に記載された事項の範囲内において種々の変更や改良が可能であることは勿論である。
　１０　電池パック、２０　外装ケース、３０　電池ブロック、３１　セル（電池）、３１ａ　セル端面、３１ｂ　セル側面、３２　ホルダー、３２ａ　開口部、３２ｂ　収容部、３２ｃ　底面部、３２ｄ　柱状部、３２ｅ　挟持部、３２ｆ　凸部、３３　側面部材、３４　断熱部材、３６　断熱シート、４０　外部端子

Claims (11)

  1. 　電池ブロックと、
    　外装ケースと、
    　を備え、
    　前記電池ブロックは、整列配置された複数のセルと、
    　　前記複数のセルの長手方向の端面と対向し、前記端面を収容する収容部を有するホルダーと、
    　　を有し、
    　前記ホルダーは、前記ホルダーから前記端面への熱伝達を抑制する熱抵抗部を有する、
    　電池パック。
  2. 　前記電池ブロックは、前記複数のセルの隣り合うセルの間に設けられる断熱部材と、前記複数のセルの側面を保持する側面部材と、を有する、
    　請求項１に記載の電池パック。
  3. 　前記ホルダーは、前記複数のセルの長手方向の両方のセル端面とそれぞれ対向する第１及び第２ホルダー部材を有し、
    　前記第１ホルダー部材及び前記第２ホルダー部材は、それぞれ対向する前記セル端面を収容する収容部を有し、
    　前記第１ホルダー部材及び前記第２ホルダー部材の少なくとも一方の前記収容部の底面に前記熱抵抗部を有する、
    　請求項１または２に記載の電池パック。
  4. 　前記熱抵抗部は、前記端面と対向する前記収容部の底面に設けられた凸部を有する、
    　請求項１～３の何れか一項に記載の電池パック。
  5. 　前記凸部は、円柱状の突起である、
    　請求項４に記載の電池パック。
  6. 　前記凸部は、球冠状の突起である、
    　請求項４に記載の電池パック。
  7. 　前記凸部は、前記収容部の底面の外周縁部に設けられた突起である、
    　請求項４に記載の電池パック。
  8. 　前記凸部は、前記収容部の底面の径方向に設けられた放射状の突起である、
    　請求項４に記載の電池パック。
  9. 　前記凸部は、前記収容部の底面の外周縁部に設けられた環状の突起と、前記環状の突起から径方向内側に伸びる突起である、
    　請求項４に記載の電池パック。
  10. 　前記凸部は、前記収容部の内壁側面から前記収容部の径方向に放射状に延びる階段状の複数の突起で形成され、前記収容部の内壁側面に面している第１内周部と前記収容部の内壁側面から前記第１内周部より径方向内側の第２内周部とを有し、
    　前記第１内周部の内周径は、前記端面の外径と同等に形成され、
    　前記第２内周部の内周径は、前記端面の外径より小さく構成され、
    　前記第２内周部の前記収容部の底面からの高さは、前記第１内周部の前記収容部の底面からの高さよりも一段低く形成されている、
    　請求項４に記載の電池パック。
  11. 　前記ホルダーは、熱硬化樹脂により形成される、
    　請求項１～１０に記載の電池パック。
PCT/JP2023/005909 2022-02-24 2023-02-20 電池パック WO2023162908A1 (ja)

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