JP7301271B2 - 電池パック - Google Patents

Description

本発明は、複数の電池セルを収納した電池パックに関する。

近年、省資源や省エネルギーの観点から、繰り返し使用できるニッケル水素、ニッケルカドミウムやリチウムイオンなどの二次電池への需要が高まっている。中でもリチウムイオン二次電池は、軽量でありながら、起電力が高く、高エネルギー密度であるという特徴を有している。このため、携帯電話やデジタルカメラ、ビデオカメラ、ノート型パソコンなどの様々な種類の携帯型電子機器や移動体通信機器の駆動用電源としての需要が拡大している。

一方、小型化とともに高エネルギー密度化が進むに伴って、利用の仕方によっては高温に発熱するなどのおそれがある。このため、電池や電池パックにおける安全性がより重要となっている。

例えば、上述のような電池は、過充電や過放電されたり、あるいは内部短絡や外部短絡されたりすると内部でガスが発生する場合がある。そして、このようにして発生したガスは、電池の内圧を上昇させる。このような状況が発生すると、内圧上昇で外装缶が破裂するなどの可能性があった。このような破裂を防止するため、これら電池においては、ガス抜きのための排気孔や安全弁などが設けられている。

また、このような電池を筐体内に収納した電池パックにおいても、安全性の向上を図るために、このガスを筐体外部へと放出させる構造が提案されている。さらに、このようなガスが発生する状態で、例えば過熱した電池などの影響により、電池パック内において、発煙や発火などを引き起こすおそれもあった。

電池から噴出される高温のガスや炎等の噴出体による電池パック外部への影響を抑制しながら、複数の電池の類焼を有効に防止する電池パックが提案されている（例えば特許文献１）。この電池パックは、図１０に示すように、筒状で有底の外装缶１１の開口部を封口板で閉塞してなる複数の電池セル１と、複数の電池セル１を互いに平行な姿勢とし、かつ各電池セル１の両端に設けられた電極端子を同一面に配置する姿勢で保持する電池ホルダ２と、複数の電池セル１を電池ホルダ２で保持してなる電池組立１０を収納する外装ケース４とを備えている。電池ホルダ２は、複数の電池セル１の端部を外装缶１１の外周面に沿って保持する保持部６と、保持部６で保持された複数の電池セル１の端面側を被覆する被覆部７とを備えており、電池セル１の異常時において、電池セル１の端面から噴出される噴出体のエネルギーで被覆部７を変質するように構成している。

再公表２０１７－１３０２５９号公報

しかしながら、隣接する電池セル間においては、例えば一方の電池セルから高温のガスが排出されると、この電池セルと電極面を同一平面状として隣接する他の電池セルの電極面にガスが晒されることとなって、加熱されて類焼する可能性があった。

本発明の目的の一は、電池から噴出される高温のガスや発火時の炎等の噴出体による影響を抑制しながら、複数の電池の類焼を有効に防止できる電池パックを提供することにある。

本発明の一形態に係る電池パックは、第一長手方向に延長された端面に電極端子を設け、かつ少なくとも一方の端面に安全弁を設けてなる複数の電池セルと、前記複数の電池セルを前記第一長手方向に互いに平行な姿勢とし、かつ各電池セルの両端に設けられた電極端子を同一面状に配置する姿勢で保持する電池ホルダとを備える。前記電池ホルダは、前記複数の電池セルの一以上の安全弁を有する端部を保持する端部保持部と、前記端部保持部に積層して固定され、前記端部保持部に保持された電池セルの端面側を被覆するセル被覆部と、を備え、前記端部保持部は、隣接する電池セルの電極端子同士を接続するリード板がそれぞれ配置される複数の凹部を有し、隣接する前記凹部の境界部分に前記リード板同士を絶縁する絶縁壁を有し、前記電池ホルダは、前記端部保持部に前記複数の凹部を、前記電池ホルダの外部とそれぞれ連通させる排出口を、前記第一長手方向に沿う側面に形成している。

本発明の一形態に係る電池パックによれば、電池セルの何れかが噴出体を放出する事態となっても、電池ホルダの側面に開口された排出口から電池パックの外部に排出させることで、隣接する電池セルに噴出体の高温や高圧に晒される事態を回避でき、安全性が向上される。

実施形態１に係る電池パックを示す斜視図である。 図１の電池パックの側面図である。 図１の電池パックの正面図である。 図２の電池パックのＩＶ－ＩＶ線における垂直断面図である。 図１の電池パックの分解斜視図である。 図５の電池パックの更なる分解斜視図である。 実施形態２に係る電池パックの斜視図である。 実施形態３に係る電池パックの分解斜視図である。 実施形態４に係る電池パックの分解斜視図である。 従来の電池パックを示す分解斜視図である。

本発明のある態様の電池パックは、上述の構成に加えて、以下のように構成してもよい。

本発明の一実施形態に係る電池パックは、前記複数の電池セルが、その外形を円筒形としており、前記電池ホルダは、平行姿勢に保持された前記複数の電池セルを、各電極端子がマトリックス状に並ぶように保持すると共に、前記第一長手方向の両側端面を、該マトリックスに応じた矩形状とし、かつ該矩形状の隅部を、前記電池セルの円筒形の端面に沿うように面取りしており、前記排出口は、前記電池ホルダの側面において、面取りされたコーナー部分に曲面状に開口されたコーナー排出口を含んでいる。上記構成により、排出口を電池ホルダの矩形状の隅部にスリット状に開口した場合と比べ、排出口を面取りしたコーナー部分に連続的にコーナー排出口を開口させたことで、矩形状の隅部に高圧の噴出体がたまる事態を避け、電池セルからの噴出体をより抵抗の少ない状態でスムーズに外部に排出できる利点が得られる。

また、本発明の他の実施形態に係る電池パックは、前記電池ホルダが、前記第一長手方向の両側端面の矩形状を、該第一長手方向と交差する第二長手方向に延長した長方形状としており、前記排出口は、前記電池ホルダの側面において、前記第二長手方向の中間に開口された中間排出口を含んでいる。上記構成により、コーナー排出口同士の間に中間排出口を開口させて、さらに噴出体の排出性能を高めることができる。

さらに、本発明の他の実施形態に係る電池パックは、前記複数の電池セルが、それぞれ電極端子の正極側に前記安全弁を設けており、前記電池ホルダは、前記複数の電池セルの電極端子の正極側に、前記排出口を開口させている。上記構成により、電池セルの正極側に設けられた安全弁から排出される噴出体を、正極側に開口させた排出口から効率良く電池パックの外部に排出することができる。

さらにまた、本発明の他の実施形態に係る電池パックは、前記電池ホルダが、前記複数の電池セルの電極端子の正極毎に、前記排出口を開口させている。

さらにまた、本発明の他の実施形態に係る電池パックは、前記電池ホルダが、前記セル被覆部と対向する面において、該セル被覆部に向かって当接するように突出する隙間閉塞壁を有している。上記構成により、隣接する電池セル同士の間に隙間閉塞壁を設けることで、一方の電池セルから高温のガスが排出される状態となっても、このガスが隣接する他方の電池セルの端面側に流れ込むことを隙間閉塞壁でもって阻止して、類焼を抑制して安全性を高めることができる。

さらにまた、本発明の他の実施形態に係る電池パックは、前記隙間閉塞壁が、前記リード板で接続された隣接する電池セル同士の間に介在されている。

さらにまた、本発明の他の実施形態に係る電池パックは、前記隙間閉塞壁が、前記リード板を介して前記セル被覆部に当接されている。上記構成により、電池セル同士をリード板で電気的に接続しながら、隙間閉塞壁を配置することで一方の電池セルから高温のガスが排出される状態となっても、他方の電池セルに流れ込む事態を抑制できる。

さらにまた、本発明の他の実施形態に係る電池パックは、前記リード板が、スリットを形成しており、前記隙間閉塞壁が、前記スリットに配置されるよう構成されている。上記構成により、スリットの間に隙間閉塞壁を通すように配置することで、リード板を介在させずに隙間閉塞壁を直接セル被覆部に当接させることが可能となる。

さらにまた、本発明の他の実施形態に係る電池パックは、前記リード板が、外形を矩形状に形成されている。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施形態は、本発明の技術思想を具体化するための電池パックを例示するものであって、本発明は電池パックを以下のものに特定しない。また、本明細書は特許請求の範囲に示される部材を、実施形態の部材に特定するものでは決してない。特に実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。さらに以下の説明において、同一の名称、符号については同一若しくは同質の部材を示しており、詳細説明を適宜省略する。さらに、本発明を構成する各要素は、複数の要素を同一の部材で構成して一の部材で複数の要素を兼用する態様としてもよいし、逆に一の部材の機能を複数の部材で分担して実現することもできる。

本発明の電池パックは、主として動力用の電源として使用される。この電池パックは、例えば、電動クリーナー、電動工具、電動アシスト自転車、電動バイク、電動車椅子、電動三輪車、電動カート等のモータで駆動される電動機器の電源として使用される。ただし、本発明は電池パックの用途を特定するものではなく、電動機器以外の電気機器、例えば無線機、照明装置等の屋内外で使用される種々の電気機器用の電源、移動手段の動力及び補助電源として使用することもできる。
［実施形態１］

本発明の実施形態１に係る電池パックを、図１～図６に示す。これらの図において、図１は実施形態１に係る電池パックを示す斜視図、図２は図１の電池パックの側面図、図３は図１の電池パックの正面図、図４は図２の電池パックのＩＶ－ＩＶ線における垂直断面図、図５は図１の電池パックの分解斜視図、図６は図５の電池パックの更なる分解斜視図を、それぞれ示している。これらの図に示す電池パック１００は、複数の電池セル１と、電池ホルダ２を備える。複数の電池セル１は、第一長手方向に延長された端面に電極端子１３を設けている。電池ホルダ２は、複数の電池セル１を第一長手方向に互いに平行な姿勢とし、かつ各電池セル１の両端に設けられた電極端子１３を同一面状に配置する姿勢で保持している。以下、各部材について、図面を参照しながら詳細に説明する。
（電池セル１）

電池セル１は、図６に示すように筒状で有底の外装缶１１に電極体を収納すると共に、電解液を充填して外装缶１１の開口部を封口板３で閉塞している。電池セル１は、両端面である外装缶１１の底面と、封口板３の中央部に設けた凸部電極とを正負の電極端子１３としている。電池セル１は、充放電できるリチウムイオン二次電池である。ただ、電池セルは、リチウムイオン二次電池に限定されず、ニッケル水素電池やニッケルカドミウム電池等の充放電できる電池であってもよい。さらに、本実施例の電池パックでは、外形を円筒状とする円筒形電池が使用されているが、これに限定されず、外形を矩形状とした角形電池や扁平形電池を使用することもできる。
（電池ホルダ２）

電池ホルダ２は、平行姿勢に保持された複数の電池セル１を、各電極端子１３がマトリックス状に並ぶように保持している。また電池ホルダ２は、第一長手方向の両側端面を、このマトリックスに応じた矩形状とし、かつ矩形状の隅部を、電池セル１の円筒形の端面に沿うように面取りしている。さらに電池ホルダ２は、第一長手方向の両側端面の矩形状を、この第一長手方向と交差する第二長手方向に延長した長方形状としている。

図１～図６に示す電池ホルダ２は、複数の電池セル１を互いに平行な姿勢とし、かつ各電池セル１の両端に設けられた電極端子１３を同一面に配置する姿勢で定位置に保持する。この電池ホルダ２は、電池セル１の中間を保持する中間保持部８と、電池セル１の端部を外装缶１１の外周面に沿って保持する端部保持部６を有する。中間保持部８は、電池セル１を挿入する挿入筒を複数形成している。ここでは中間保持部８の上下を、それぞれ端部保持部６で挟み込む構成としている。ただ、本発明はこの構成に限らず、例えば下方の端部保持部を中間保持部と一体化して、中間保持部の上面のみを端部保持部で覆う構成としてもよい。

さらに、この端部保持部６に保持された電池セル１の端面側を、セル被覆部７で被覆している。特に図６の例では、これら端部保持部６とセル被覆部７とでホルダユニット２Ａを構成し、複数の電池セル１の両端部を一対のホルダユニット２Ａで保持している。また一対のホルダユニット２Ａは、同じ構造のものを上下左右を反転させることで、複数の電池セル１を多直列多並列に接続できるようにしてもよい。
（端部保持部６）

端部保持部６は、図５～図６に示すように、複数の電池セル１の端部をそれぞれ保持する端面プレート部２１を備えている。各端面プレート部２１は、複数の電池セル１の両端に位置して、端面プレート部２１同士が互いに平行な姿勢に配置されている。また端面プレート部２１は、電極端子１３が表出される開口部２２を開口している。この開口部２２は、電池セル１の外周面に沿う形状であって、好ましくは電池セル１の外周面に接近又は接触して、電池セル１の外周面との間を隙間なく連結できる構造としている。この端面プレート部２１は、内側面から開口部２２に電池セル１の端部を挿入する状態で、反対側である外側面の開口部から電極端子１３を表出させている。さらに開口部２２は、電極端子１３を表出させる側の内形を部分的に外装缶１１の外形よりも小さくして、電池セル１の通過を阻止するストッパ部２４を形成している。これにより、開口部２２に挿入される電池セル１の端部を端面プレート部２１に貫通させることなく、開口部２２の定位置に停止できるようにしている。

さらに、図５～図６に示す端部保持部６は、複数の電池セル１の端面が配置される外側面に、開口部２２から表出する電極端子１３に接続されるリード板５０を配置する凹部２３を形成している。図に示す端部保持部６は、端面プレート部２１の外側面に複数の凹部２３を形成すると共に、隣接する凹部２３の境界部分には絶縁壁２５を設けている。この絶縁壁２５は、隣接して配置されるリード板５０同士を絶縁すると共に、異常が発生した電池セル１の端面から噴出される噴出体が隣接する凹部２３に伝わるのを遮断して、隣接する凹部２３間での類焼を抑制できる。

さらに端部保持部６は、凹部２３内に開口される複数の開口部２２の間に位置して、すなわち凹部２３に配置されるリード板５０で接続される電池セル１の間に位置して、凹部２３の底面から突出する区画壁２６を備えている。図５に示す端部保持部６は、端面プレート部２１に形成された３つの凹部２３のうち、４本の電池セル１の端面が配置される凹部２３の中央部に、十字状に交差する交差部２７を有する区画壁２６を形成し、２本の電池セル１の端面が配置される凹部２３の中央部には、直線状の区画壁２６を形成している。区画壁２６の高さは、凹部２３の深さよりも低く形成している。これらの区画壁２６は、異常が発生した電池セル１の端面から噴出される噴出体が隣接する電池セル１の端面に伝わるのを遮断して、隣接する電池セル１間における類焼を抑制できる。

図５～図６に示す端部保持部６は、１つの開口部２２に２本または４本の電池セル１の端面を配置しているが、端部保持部６は、１つの開口部２２に配置される電池セル１の本数を特定しない。端部保持部６は、保持する電池セル１の本数やその接続状態によって、１つの開口部２２に配置される電池セル１の本数を種々に変更できる、例えば、１つの開口部に６本の電池セルの端面を配置することもできる。このような開口部においては、複数の交差部を備える区画壁を形成して開口部を６つの領域に区画することができる。
（セル被覆部７）

セル被覆部７は、端部保持部６に保持された複数の電池セル１の端面側を被覆している。このセル被覆部７は、各電池セル１の端面と対向する被覆領域３２を有している。図５に示すセル被覆部７は、端面プレート部２１に積層して固定される閉塞プレート３１を備えている。閉塞プレート３１は、各電池セル１の端面と対向する被覆領域３２を中央部に備えている。また閉塞プレート３１は、被覆領域３２の表面側に形成凹部３５を設けており、閉塞プレート３１の表面から一段下がった面を被覆領域３２としている。この構造は、形成凹部３５の深さを調整することで、被覆領域３２の厚さを簡単に調整できる。この例では閉塞プレート３１は、端面プレート部２１の外形とほぼ等しい外形として、外周縁部を端面プレート部２１に固定している。さらに閉塞プレート３１は、外周縁部を貫通する複数の止ネジ３９を介して端面プレート部２１に固定している。この構造は、閉塞プレート３１を端面プレート部２１に強固に固定できるので、電池セル１の異常により瞬間的に電池セル１から多量のガスが噴射される際の風圧等により閉塞プレート３１が端面プレート部２１から剥がれるのを有効に防止できる。ただ、閉塞プレート３１は、係止構造や接着等により、あるいはこれ等を組み合わせて端面プレート部２１に固定することもできる。

閉塞プレート３１は、図６に示すように、端部保持部６との対向面に、凹部２３に嵌合する嵌合凸部３３を形成してもよい。嵌合凸部３３は、端面プレート部２１に形成された凹部２３の内形とほぼ等しい外形を有しており、端面プレート部２１を閉塞プレート３１で閉塞する状態で、閉塞プレート３１の嵌合凸部３３を凹部２３に嵌合させて、閉塞プレート３１と端部保持部６とを隙間なく連結できるようにしている。この構造は、異常が発生した電池セル１の端面から噴出される噴出体が端部保持部６とセル被覆部７の境界から外部に漏れるのを抑制できる。

さらに、図６に示す閉塞プレート３１は、嵌合凸部３３の表面であって、電池セル１の端面と対向する位置にリング状の凸条３４を設けている。リング状の凸条３４は円形状であって、端面プレート部２１の開口部２２に設けたストッパ部２４の内形に沿う外形としている。この閉塞プレート３１は、ストッパ部２４の内面にリング状の凸条３４を隙間なく連結させて、この部分から電池セル１の端面から噴出される噴出体が外部に漏れるのを抑制できる。

以上の電池ホルダ２は、端面プレート部２１の凹部２３において、開口部２２から表出する電池セル１の電極端子１３にリード板５０を接続すると共に、端面プレート部２１の外側面に閉塞プレート３１が積層されて固定される。この状態でリード板５０は端面プレート部２１と閉塞プレート３１との間に挟着されて、電池ホルダ２に封止される。

電池ホルダ２は、絶縁材料である熱可塑性樹脂等の樹脂によって成形されている。また電池ホルダ２は、絶縁材料である熱硬化性樹脂でも良く、好ましくは難燃性に優れた樹脂製とすることができる。このような樹脂として、例えば、ＰＣ（ポリカーボネート）やＰＰ（ポリプロピレン）が使用できる。電池ホルダ２は、端部保持部６と中間保持部８を同じ樹脂で成形している。またセル被覆部７も同じ樹脂で形成してもよい。またセル被覆部７を電池ホルダ２の一部としてもよい。樹脂製の電池ホルダ２は、中間保持部８や端部保持部６、セル被覆部７をそれぞれ別部材として成形することも、これらの一部を一体成形することもできる。また中間保持部８を別部材として成形する場合、ウレタン系樹脂で成形しても良い。

樹脂製のセル被覆部７は、電池セル１の端面と対向する被覆領域３２の厚さを調整して、電池セル１から噴出される噴出体のエネルギーの消費状態を調整する。セル被覆部７は、被覆領域３２を厚くすることで、炎による延焼が電池ホルダ２に及ぶのを有効に防止できる。また、セル被覆部７は、被覆領域３２を薄くすることで、炎のエネルギーで変質しやすくして隣接する電池セル１への類焼を抑制できる。したがって、セル被覆部７は、これ等のことを考慮して最適な厚さに設計される。セル被覆部７は、例えば、使用される電池セル１の種類や容量、セル被覆部７に使用される樹脂の材質等により最適な厚さに設計される。セル被覆部７は、例えば、電池セル１として容量を４Ａｈとするリチウムイオン二次電池を使用し、セル被覆部７をポリカーボネートで成形する場合、被覆領域３２の厚さを０．５～３．０ｍｍとして効率よく噴出体のエネルギーを低減できる。

ただ、電池ホルダは、端部保持部を樹脂製として、セル被覆部を金属製とすることもできる。金属製のセル被覆部は、所定の厚さの金属板とすることができる。このような金属板として、鉄、アルミニウム、銅等が使用できる。金属板からなるセル被覆部は、表面に絶縁塗料を塗布して絶縁することができる。金属板からなるセル被覆部も、電池セルから噴出される噴出体のエネルギーで溶融され、あるいは変形される厚さとする。

以上の電池ホルダ２は、各ホルダユニット２Ａの端部保持部６で電池セル１の端部を保持する状態、すなわち、対向する端面プレート部２１に設けた開口部２２に電池セル１の両端部を挿入する状態で一対のホルダユニット２Ａを連結して、電池セル１を定位置に保持している。一対のホルダユニット２Ａは、一方の端面プレート部２１の端部に設けた第１ボス２８に連結ネジ３８を挿通すると共に、他方の端面プレート部２１の端部に設けた第２ボス２９に連結ネジ３８をねじ込むことで連結して固定される。ただ、一対のホルダユニットは、係止構造で連結し、あるいは接着して連結し、あるいはこれ等を組み合わせて連結することもできる。

以上の電池ホルダ２の端部保持部６は、電池セル１の端部を挿入して保持するために、端面プレート部２１に複数の開口部２２を開口して設けている。この電池ホルダ２は、一対のホルダユニット２Ａで複数の電池セル１の両端部を保持して定位置に配置する。この電池ホルダ２は、各電池セル１の中間部分を被覆することなく表出させる状態で定位置に保持する。この電池ホルダ２は、簡単な構造として軽量にできる。
（リード板５０）

リード板５０は、端部保持部６に形成された凹部２３に配置されて、複数の電池セル１の電極端子１３に接続される。リード板５０は、電池セル１の電極端子１３にスポット溶接やレーザ溶接等の方法で溶接して接続される。リード板５０には、電気導電および熱伝導のよい材質が使用され、表面をニッケル等のメッキをした鉄板、ニッケル板、銅板、アルミニウム板等の金属板が好適に使用できる。電池ホルダ２は、各ホルダユニット２Ａの端面プレート部２１に、各々３枚のリード板５０を配置して、電池セル１の電極端子１３に接続している。
（連結部５２）

図５～図６に示すリード板５０は、多段多列に配置される複数の電池セル１を直列と並列に接続している。このリード板５０は、複数の電池セル１を直列と並列に接続するために、電池セル１の電極端子１３に接続される複数の接続部５１と、複数の接続部５１を連結してなる連結部５２とを備えている。リード板５０は、２段２列に配置された４本の電池セル１を２直列２並列に接続するリード板５０Ａと、互いに直列に接続される複数の電池セル１の両端に接続されて、２本の電池セル１を並列に接続するリード板５０Ｂとを備えている。

リード板５０Ａは、２段２列に配置された４本の電池セル１の電極端子１３に対向して配置される４個の接続部５１を備えており、これらの接続部５１を隣接する接続部５１の間に設けた４つの連結部５２で連結している。また、リード板５０Ｂは、２本の電池セル１の電極端子１３に対向して配置される２個の接続部５１を備えており、これらの接続部５１を隣接する接続部５１の間に設けた連結部５２で連結している。さらに、リード板５０Ｂは、出力用の出力リード部５５を備えている。リード板５０Ｂに設けた出力リード部５５は、端部保持部６とセル被覆部７の間から外部に引き出されている。
（溝部５３）

さらに、リード板５０は、凹部２３に形成される区画壁２６を案内するために、接続部５１の間に設けた連結部５２を溝状に折曲して溝部５３を形成している。リード板５０Ｂは、２つの接続部５１の間に直線状の溝部５３を形成しており、この溝部５３に区画壁２６を案内できるようにしている。リード板５０Ａは、４つの接続部５１の間に４つの溝部５３を形成しており、これらの溝部５３を十字状に交差する方向に形成して、十字状に交差する区画壁２６を案内できるようにしている。さらに、リード板５０Ａは、交差する区画壁２６の交差部２７と対向する位置に貫通孔５４を開口している。このリード板５０Ａは、交差部２７と対向する位置に貫通孔５４を開口することで、複数の溝部５３を十字状に交差する方向に簡単に形成できる。上記のリード板５０は、接続部５１の間に設けた溝部５３を区画壁２６に配置することで、リード板５０の連結部５２を区画壁２６に沿って配置しながら、複数の接続部５１を電池セル１の電極端子１３に接近させて確実に電気接続できる。また、溝部５３を区画壁２６に案内することで、リード板５０を定位置に位置決めできる特徴もある。

図５～図６に示すリード板５０Ａは、２段２列に配置された４本の電池セル１の電極端子１３を接続するが、リード板は、多直列多並列に配置する電池の本数を限定しない。リード板は、３段２列に配置された６本の電池セルを接続することも、４段２列に配置された８本の電池セルを接続することもできる。
（電池組立１０）

図１～図６に示す電池ホルダ２は、複数の電池セル１を端部保持部６で定位置に保持し、端部保持部６に設けた凹部２３に配置される複数の電池セル１の電極端子１３をリード板５０で接続し、さらに、端部保持部６の表面に閉塞プレート３１を固定して、電池セル１の端面側をセル被覆部７で被覆して電池組立１０としている。

図５～図６に示す電池組立１０は、複数の電池セル１を平行な姿勢として、多段多列に並べて電池ホルダ２で定位置に配置している。本実施例の電池パック１００は、１０本の電池セル１を２段５列に並べており、これ等の電池セル１を５直列２並列に電気接続している。ただ、本発明は、収納する電池セル１の本数を特定せず、また、多段多列に配列する構造にも特定しない。

なお図１～図６に示す電池パック１００は、従来のような電池ホルダと外装ケースの二重構造とせず、電池ホルダそのものを外装ケースに兼用している。これにより、一層の小型軽量化とコスト削減とが図られる。ただ本発明は、電池セルの意図しない延焼を回避することを目的とするものであり、上述した電池ホルダと外装ケースの一体構造に限らず、電池ホルダの外部に別途外装ケースを設ける二重構造としてもよいことはいうまでもない。
（排気穴）

電池セル１は、凸部電極を設けた封口板３に排気穴を設けて、この排気穴に安全弁を設けている。この電池セル１は、過充電や内部短絡等により電池セルの内圧が仮に異常に上昇することがあっても、安全弁を開弁して内部のガスを排気穴から排気することで、安全性を高めている。このような安全弁は、一般に電池セルの正極側に設けている。

一方で、いずれかの電池セルから万一、高圧のガスや炎等の噴出体が放出されることがあると、噴出体の高温によって他の電池セルに悪影響を与えることが懸念される。噴出体の放出時間は比較的短時間であり、また放出された噴出体は距離の二乗に反比例して圧力や温度は低減されるものの、隣接する電池セル１においては、比較的距離が短いことから、噴出体が流入することで高温や高圧に晒される懸念がある。特に円筒形の電池セルの場合は、外装缶１１の開口部に絶縁性樹脂を介して封口板３をかしめて固定しているため、急激に加熱されるとかしめの接合部分である絶縁性樹脂に悪影響を与えることが懸念される。
（排出口６０）

そこで本実施形態においては、電池ホルダ２の第一長手方向に沿う側面に、排出口６０を形成している。排出口６０は、電池ホルダ２の内部に収納された電池セル１の電極端子１３を、電池ホルダ２の外部と連通させている。この構成により、万一、電池セル１の何れかが噴出体を放出する事態となっても、図１～図６において矢印に示すように、電池ホルダ２の側面に開口された排出口６０から電池パックの外部に噴出体を排出させることができる。これにより、隣接する電池セル１に噴出体の高温や高圧に晒される事態を回避でき、安全性が向上される。なお、排出口６０の先は、電池パック１００を設ける駆動対象機器側で安全に外部に排出できるような排出経路と連通させることが好ましい。例えば、排出口６０を駆動対象機器の排気ダクトと連通する。

排出口６０は、複数設けることが好ましい。図１等の例では、排出口６０として、コーナー排出口６１と中間排出口６２を含んでいる。コーナー排出口６１は、電池ホルダ２の側面において、面取りされたコーナー部分に曲面状に開口されている。このようにコーナー排出口６１を排出口６０を面取りしたコーナー部分に連続的に開口させたことで、排出口６０を電池ホルダ２の矩形状の隅部にスリット状に開口した場合と比べ、矩形状の隅部に高圧の噴出体がたまる事態を避けることができ、電池セル１からの噴出体をより抵抗の少ない状態でスムーズに外部に排出できる。特に熱暴走時には高圧のガスを短時間で電池ホルダ２の外部に排出する必要があるところ、矩形状の隅部には圧力が集中し易くなるためガスだまりが発生することが考えられる。そこで、このような圧力の集中し易い隅部を面取りして排除すると共に、このコーナー部分に連続して排出口６０をスリット状に延長して形成したことで、高圧の噴出体を速やかに外部に排出するよう案内できる。

また中間排出口６２は、電池ホルダ２の側面において、第二長手方向の中間に開口されている。このようにコーナー排出口６１同士の間に中間排出口６２を開口させたことで、さらに噴出体の排出性能を高めることができる。

さらに排出口６０は、複数の電池セル１の電極端子１３の正極に対向する側面側に開口させることが好ましい。上述の通り、電池セルは一般に、正極側の電極端子に安全弁を設けている。このため、高温高圧のガスを含む噴出体が放出される事態が発生するとすれば、正極側で起こる可能性が高い。よって、各正極端子が電池パックの外部と連通するように排出口６０を開口させることで、効率良く噴出体を外部に排出でき、もって隣接する電池セルに悪影響を及ぼす事態を回避できると考えられる。

なお、電池パック内における正極側の電極端子１３の位置は、複数の電池セル１の直列、並列接続の形態や本数によって変化する。よって、このような接続形態や本数に応じて、排出口６０の開口位置を設定する。好ましくは、極力正極端子同士が集中しないように、正極端子同士が分散されるような接続形態とする。図５の例では、１０本の電池セルを５直２並に接続している。この接続形態であれば、２本の電池セルの正極端子が負極端子を挟んで一つおきに並ぶため、隣接する正極端子は２つのみに抑えることができ、安全性の面で優れている。さらに、各正極端子にそれぞれ排出口６０を開口させることで、排出口６０自体を小さくでき、排出口６０を開口させたことによる電池ホルダ２の強度低下も抑制できる。
［実施形態２］

また以上の構成では、コーナー部分においては連続してコーナー排出口６１を設ける例を説明した。ただ本発明はこの構成に限らず、コーナー部分に非連続に排出口６０を設けてもよい。このような構成を実施形態２に係る電池パック２００として、図７の斜視図に示す。この図に示す電池パック２００は、コーナー排出口６１の中間に支柱６３を設けて、コーナー排出口６１を２つの分割コーナー排出口６１ａ、６１ｂに分割している。この構成であれば、落下等の衝撃に対する強度が要求される電池パック２００の隅部を補強して、排出口６０を開口したことによる強度低下を抑制しつつも、万一隅部の電池セル１から噴出体が放出されても、排出口６０からパック電池の外部に排出することで、電池パック２００内部の他の電池セル１を保護できる。
［実施形態３］

また、噴出体の影響が隣接する電池セルに及ぶことを低減するため、隣接する電池セルとの間に隙間閉塞壁を形成してもよい。このような例を実施形態３に係る電池パック３００として、図８の分解斜視図に示す。なおこの図に示す電池パック３００において、上述した実施形態１等と同様の部材については同じ符号を付して、詳細説明を適宜省略する。この図に示す電池パック３００は、電池ホルダ２の端部保持部６が、セル被覆部７と対向する面において、セル被覆部７に向かって当接するように突出する隙間閉塞壁２６Ａを形成している。このように、隣接する電池セル１同士の間に隙間閉塞壁２６Ａを設けることで、一方の電池セルから高温の噴出体が排出される状態となっても、他方の電池セルに噴出体が流出する事態を隙間閉塞壁２６Ａで阻むことができる。この隙間閉塞壁２６Ａは、リード板５０で接続された隣接する電池セル１同士の間に介在させている。また隙間閉塞壁２６Ａは、区画壁２６の上面から突出させている。このため区画壁２６の上面は同一平面でなく、隙間閉塞壁２６Ａを設けた区画壁２６の上面のみが高くなっている。なお隙間閉塞壁２６Ａは、セル被覆部７と完全に密着させることを要さず、噴出体を堰き止められる程度に保持されていれば足りる。すなわち、気密に閉塞されていることを要しない。

また上述の通り電池セル１は、正極側に安全弁を設けており、噴出体が放出されることがあるのは正極側となる。そこで、電池セルの正極側が他の電池セルと隣接している部位に、隙間閉塞壁２６Ａをこれら電池セル１同士の間に介在させるように配置している。このように、安全弁を設けた正極側に隙間閉塞壁２６Ａを設けることで、万一安全弁が開放されても、安全弁から排出された高温の噴出体が隣接する電池セルに流れ込む事態を隙間閉塞壁２６Ａで抑制でき、安全性が高められる。
［実施形態４］

以上の例では、隙間閉塞壁がリード板を介してセル被覆部７を当接する構成について説明した。ただ本発明はこの構成に限られず、リード板を介在させることなく隙間閉塞壁で直接、セル被覆部を当接する構成としてもよい。このような構成を実施形態４に係る電池パック４００として、図９の分解斜視図に示す。この図においても、上述した実施形態１～３と同様の部材については同じ符号を付して、詳細説明を適宜省略する。

図９に示す電池パック４００は、リード板５０にスリット５６を形成している。そしてこのスリット５６が隙間閉塞壁２６Ａに配置される姿勢として、リード板５０を電池セル１に固定している。このように、スリット５６の間に隙間閉塞壁２６Ａを通すように配置することで、リード板５０を介在させずに隙間閉塞壁２６Ａを直接セル被覆部７に当接させることが可能となる。リード板５０の接続部５１は、スリット５６を設けた部分では電気的に接続されないものの、隙間閉塞壁２６Ａを設けていない区画壁２６の上面を連結部５２で連結することで、４つの接続部５１は電気的に接続されてお降り、４本の電池セル１同士は同電位に維持される。

以上の実施例３、４では、隣接する電池セル１同士の間に隙間閉塞壁２６Ａを設けたことで、万一、一の電池セルから高温のガスが排出される状態となっても、隣接する他方の電池セルの端面側への流入を阻むことで類焼のリスクを低減できる。

本発明に係る電池パックは、電池セルの異常時に電池セルの端面から噴出される噴出体による延焼や類焼を抑制して安全性を高めた電池パックとして、電動工具、電動アシスト自転車、電動バイク、電動三輪車、電動カート、クリーナー、電動ブロワーなどの電源として、さらには家庭や店舗などでの蓄電用として好適に利用できる。

１００、２００、３００、４００…電池パック
１…電池セル
２…電池ホルダ
２Ａ…ホルダユニット
３…封口板
６…端部保持部
７…セル被覆部
８…中間保持部
１０…電池組立
１１…外装缶
１３…電極端子
２１…端面プレート部
２２…挿入孔
２３…凹部
２４…ストッパ部
２５…絶縁壁
２６…区画壁
２６Ａ…隙間閉塞壁
２７…交差部
２８…第１ボス
２９…第２ボス
３１…閉塞プレート
３２…被覆領域
３３…嵌合凸部
３４…凸条
３５…形成凹部
３８…連結ネジ
３９…止ネジ
５０、５０Ａ、５０Ｂ…リード板
５１…接続部
５２…連結部；５２Ａ…高い連結部；５２Ｂ…低い連結部
５３…溝部
５４…貫通孔
５５…出力リード部
５６…スリット
６０…排出口
６１…コーナー排出口
６１ａ、６１ｂ…分割コーナー排出口
６２…中間排出口
６３…支柱

Claims (9)

1. 第一長手方向に延長された端面に電極端子を設け、かつ少なくとも一方の端面に安全弁を設けてなる複数の電池セルと、
   前記複数の電池セルを前記第一長手方向に互いに平行な姿勢とし、かつ各電池セルの両端に設けられた電極端子を同一面状に配置する姿勢で保持する電池ホルダと、
   を備える電池パックであって、
   前記電池ホルダは、
   前記複数の電池セルの一以上の安全弁を有する端部を保持する端部保持部と、
   前記端部保持部に積層して固定され、前記端部保持部に保持された電池セルの端面側を被覆するセル被覆部と、
   を備え、
   前記端部保持部は、隣接する電池セルの電極端子同士を接続するリード板がそれぞれ配置される複数の凹部を有し、隣接する前記凹部の境界部分に前記リード板同士を絶縁する絶縁壁を有し、
   前記電池ホルダは、前記端部保持部に前記複数の凹部を、前記電池ホルダの外部とそれぞれ連通させる排出口を、前記第一長手方向に沿う側面に形成してなる電池パック。
2. 請求項１に記載される電池パックであって、
   前記複数の電池セルは、その外形を円筒形としており、
   前記電池ホルダは、平行姿勢に保持された前記複数の電池セルを、各電極端子がマトリックス状に並ぶように保持すると共に、
   前記第一長手方向の両側端面を、該マトリックスに応じた矩形状とし、かつ該矩形状の隅部を、前記電池セルの円筒形の端面に沿うように面取りしており、
   前記排出口は、前記電池ホルダの側面において、面取りされたコーナー部分に曲面状に開口されたコーナー排出口を含んでなる電池パック。
3. 請求項２に記載される電池パックであって、
   前記電池ホルダは、前記第一長手方向の両側端面の矩形状を、該第一長手方向と交差する第二長手方向に延長した長方形状としており、
   前記排出口は、前記電池ホルダの側面において、前記第二長手方向の中間に開口された中間排出口を含んでなる電池パック。
4. 請求項１～３のいずれか一項に記載される電池パックであって、
   前記複数の電池セルは、それぞれ電極端子の正極側に前記安全弁を設けており、
   前記電池ホルダは、前記複数の電池セルの電極端子の正極側に、前記排出口を開口させてなる電池パック。
5. 請求項４に記載される電池パックであって、
   前記電池ホルダは、前記複数の電池セルの電極端子の正極毎に、前記排出口を開口させてなる電池パック。
6. 請求項１～５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、前記セル被覆部と対向する面において、該セル被覆部に向かって当接するように突出する隙間閉塞壁を有してなる電池パック。
7. 請求項６に記載される電池パックであって、
   前記隙間閉塞壁が、前記リード板で接続された隣接する電池セル同士の間に介在されてなる電池パック。
8. 請求項６又は７に記載される電池パックであって、
   前記隙間閉塞壁が、前記リード板を介して前記セル被覆部に当接されてなる電池パック。
9. 請求項６又は７に記載される電池パックであって、
   前記リード板が、スリットを形成しており、
   前記隙間閉塞壁が、前記スリットに配置されるよう構成されてなる電池パック。

Images