JP7619947B2

JP7619947B2 - 電池パック

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Publication number: JP7619947B2
Application number: JP2021536851A
Authority: JP
Inventors: 秀実栗原
Original assignee: Panasonic Energy Co Ltd
Current assignee: Panasonic Energy Co Ltd
Priority date: 2019-07-29
Filing date: 2020-06-30
Publication date: 2025-01-22
Anticipated expiration: 2040-06-30
Also published as: JPWO2021020003A1; WO2021020003A1; US20220320678A1; EP4007047A4; EP4007047A1; CN114080717B; CN114080717A

Description

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

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。
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。
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。
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。
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、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。
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。
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。
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。
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。
請求項９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。