JP7720534B2 - アセンブリ - Google Patents

Description

本開示は、電池パックおよび電池パックからガスを排出する機能を有する器具に関する。

リチウムイオン電池等の非水電解質二次電池は、複数個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場合がある。この電池パック内の電池に異常があった場合、電池から多量の高温の可燃性ガスが発生する可能性がある。このガスを電池パック外に適切に排出しなければ、電池パックの内圧が上昇して電池パックケースが破損するおそれがある。一般的には、電池パック内部への水や粉塵の侵入を防ぐために電池パックケースを密閉構造にすることが求められるが、電池の異常が発生してケースの内圧が上昇した場合、速やかにガスを外部に排出する必要がある。

電池の異常は、充電器に取り付けられた充電中に発生することが多い。例えば、特許文献１には、電池パックの充電の際に、電池パックの通気孔を開放状態にする充電器が開示されている。

実開平６－６４３６０号公報

しかし、特許文献1の充電器においては、電池パックから排出されたガスは、電池パックと充電器の隙間の空間に滞留し、電池パックからのガスがスムーズに排出されないことが想定される。また、電池パックと充電器の隙間の空間には、充電用の電極接点が存在している。ガスが勢いよく排出された場合に、接点の接触不良が発生する可能性があり、発生ガスは可燃性であるので、場合によっては着火して発火するおそれがある。

本開示の目的は、電池に異常が発生して電池パックの内圧が上昇したときに、電池パックからガスをスムーズかつ安全に排出できる手段を提供することである。

本開示の電池パックは、複数の電池と、複数の電池を収容するケースとを備え、ケースは、ケースを貫通して形成された排出孔と、ケースの内部において排出孔を囲むように有底筒状に形成された隔壁と、隔壁の筒内に設けられ、排出孔を塞ぐ封止部材と、隔壁の筒内に設けられ、封止部材を排出孔の方向に付勢する付勢部材とを有し、隔壁は、排出孔とともにガス排出経路を形成する通気孔を有し、封止部材は、ケースの外側から押圧されたときに内側に移動して排出孔を開放するように構成されている。

本開示のガス排出機能を有する器具は、複数の電池と、排出孔および排出孔を塞ぐ封止部材が設けられ、複数の電池を収容するケースとを備える電池パックに適用され、電池パックが載置される台座と、台座に形成された孔であって、電池パックの排出孔と重なる位置に形成されたガス導入孔と、台座に形成された通気経路であって、ガス導入孔と連通し、電池パックから排出されるガスを器具外部に導くための排出ダクトと、ガス導入孔から突出して、電池パックの封止部材を押圧する押圧部を備える。

本開示に係る電池パックおよびガス排出機能を有する器具によれば、電池に異常が発生して電池パックの内圧が上昇したときに、電池パックからガスをスムーズかつ安全に排出できる。

本開示の実施形態に係る電池パック及び充電器の外観図である。 図１中の電池パックのＡＡ線断面図である。 本開示の充電器が電池パックの排出機構を作動させているときの一部を示す断面図である。 本開示の電池パックが電気機器に載置されているときの一部を示す断面図である。

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。

（第１実施形態）
図1は、本開示の第１実施形態に係る電池パック１０の外観図である。図２は、図１中のＡＡ線断面図である。図１および図２に示すように、電池パック１０は、複数の電池５０と、ケース９０とを備える。ケース９０は、複数の電池５０を収容するケース本体２０と、ケース本体２０の開口部を塞ぐケース蓋３０とケース底４０を有する。ケース９０は、角筒状に形成されたケース本体２０の各開口部が、ケース蓋３０とケース底４０によりそれぞれ閉じられ、内部空間が密閉された構造を有する。このため、ケース９０内部に水や粉塵が侵入しないようになっている。以下では、説明の便宜上、ケース９０のケース蓋３０側を上、ケース底４０側を下とし、ケース蓋３０、ケース本体２０、およびケース底４０が並ぶ方向を上下方向とする。

複数の電池５０は、互いに電気的に接続されて、組電池を構成している。組電池は、例えば、複数の電池５０が並列接続されてなる電池群が複数個直列に接続された構造を有し、使用する機器に適した電圧を出力するように構成されている。電池５０は、例えば円筒形電池である。なお、図２では電池５０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、ラミネート電池等であってもよい。また、電池５０は、水系電池であってもよく、非水系電池であってもよい。非水系電池の一例としては、リチウムイオン電池が挙げられる。

電池５０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、電池５０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。

複数の電池５０は、ケース９０内においてホルダー５１に収容されている。ホルダー５１は、電池５０の配置を固定し、組電池の形態を維持する。また、電池パック１０は、例えば、複数の電池５０を電気的に接続する端子板を備える。端子板には、各電池５０の正極端子である封口体と電気的に接続される正極側端子板と、各電池５０の負極端子である外装缶と電気的に接続される負極側端子板が含まれる。端子板は、ホルダー５１と一体化されていてもよい。

ケース９０には、各電池５０と電気的に接続された外部端子（図示せず）が設けられている。外部端子は、例えば、ケース底４０に設けられ、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、外部端子は、電池パック１０（電池５０）を充電する際にも使用される。

図１～図２を参照して、電池パック１０のガス排出機能について詳説する。

図１～図２に示すように、電池パック１０を構成するケース９０は、ケース本体２０と、ケース蓋３０とケース底４０を有し、上下方向に長い直方体状に形成されている。ケース９０は、樹脂製であってもよく、金属製であってもよい。ケース本体２０は、上述のように、上下両端が開口した角筒状に形成されている。ケース９０は、ケース本体２０の上端側の開口部がケース蓋３０で塞がれ、下端側の開口部がケース底４０で塞がれた構造を有する。密閉されたケース本体２０の内部空間において、複数の電池５０は封口体がケース蓋３０の方向を向いた状態で配置されているが、電池の数、配置等は図２に例示するものに限定されない。

ケース底４０には、ケース底４０を貫通する排出孔４１が形成されている。排出孔４１は、例えば円形の孔である。ケース底４０の内部で、ケース本体２０の方向に、排出孔４１を囲むように、有底円筒状の隔壁４４が形成されている。隔壁４４には、バネ（付勢部材)４２と封止部材４３が収納されている。バネ４２は、封止部材４３を排出孔４１の方向に押し付けている。封止部材４３は、平面視が排出孔４１と同形状でやや大きく、排出孔４１を塞いでいる。隔壁４４には、封止部材４３が押し付けられた状態において、排出孔４１から隔壁４４の上方向で、封止部材４３より上の位置に通気孔４５が形成されている。

ケース底４０は、通常の状態でバネ４２が、排出孔４１を塞ぐように封止部材４３を付勢しており、ケース底４０からのガス排出を防いでいる。

封止部材４３は、バネ４２の弾性力に逆らって、外部から押し込むことが可能である。封止部材４３が、通気孔４５の位置を超えて押し込まれることで、排出孔４１が開放され、通気孔４５とともにガス排出経路が形成される。

以上より、通常状態では密閉状態を維持しており、外部からの押圧によって、ガス排出手段を形成可能な電池パック１０となっている。

排出孔４１及び通気孔４５の大きさは、ガスの排出状態が適切となるように決められる。ガスの排出速度は、ケース９０の圧力、排出孔４１および通気孔４５の開口面積によって決まる。なお、排出されるガスには可燃性成分が含まれるため、ガスがケース９０から排出されたときに発火を防止する必要がある。本発明者らの検討の結果、ガスの排出速度は発火を抑制する上で重要なファクターであり、所定の閾値を超えると発火抑制効果が高くなることが分かっている。このため、ガスの排出速度がこの閾値を超えるように、排出孔４１と通気孔４５の開口面積を設定することが好ましい。

本実施形態の電池パック１０においては、後述するように、排出孔４１は外部からの押圧部を受けいれる開口であるため、通気孔４５の開口面積を調整することが好適である。通気孔４５の排出面積を適度に設定することで、排出速度の設定が可能である。

通気孔４５は、隔壁４４の一部をメッシュ構造として形成してもよい。メッシュ構造とは、格子状ないし網目状の構造であって、周期的に並んだ細線状の仕切りを有する構造を意味する。なお、各細線状の仕切りの間隙がガス排出のための開口となる。例えば、仕切りの幅は当該開口の幅よりも小さく、メッシュ構造の開口率（開口の総面積）は５０％より大きく設定される。また、メッシュ構造は金属で構成されることが好ましい。

通気孔４５をメッシュ構造で形成することで、スムーズなガスの排出性能を確保しつつ、火花を容易にトラップすることができる。メッシュ構造により火花が効率良くトラップされると、発火の抑制効果がさらに高くなる。

（第２実施形態）
次に、図１および図３を参照して、電池パックのガスを排出する機能を有する器具について説明する。本実施形態では、器具の例として、電池パックの充電器である場合について説明する。

図１は、電池パック１０を充電するための充電器６０を示している。充電器６０は電池パック１０を載置するための台座６１と、電池パック１０の充電端子に接続するための接続端子６７を備えている。

台座６１は、充電時に電池パック１０を載置するための台となる。台座６１には、ガス導入孔６２が設けられている。台座６１の下部には、ガス導入孔６２と繋がり、充電器６０の内部を通り、外部へ開口を有する排出ダクト６４が設けられている。

台座６１は、電池パック１０のケース底４０の底面に対応した形状とすることが好ましい。このように形成することで、電池パック１０を載置したときに、ケース底４０と台座６１の間に隙間を形成することなく、次に説明するガス導入孔６２からガスをスムーズに排出することが可能になる。

ガス導入孔６２は、電池パック１０を載置したとき、電池パック１０の排出孔４１と重なり、電池パック１０のガス排出経路から排出されるガスを導入し、排出ダクト６４へと導く。

排出ダクト６４は、ガス導入孔６２から導かれたガスを充電器６０の外部へ排出する。本実施形態では、充電器６０の側面に開口部６６を設けている。開口部６６は充電器６０の対抗する側面の両方に設けてもよいし、片方の側面だけでもよい。

ガス導入孔６２からは、電池パック１０の封止部材４３を押し上げるための押圧部６３が、台座６１の表面より上方で、電池パック１０側へ突出している。本実施形態においては、押圧部６３は、排出ダクト６４からガス導入孔６２を介して延出し、台座６１の表面へ貫通している。しかし、押圧部６３の構成は、これに限定されるものではなく、ガス導入孔６２に、電池パック１０側へ突出する押圧部６３を構成するようにしてもよい。

充電器６０は、上述の構成を有することにより、充電器６０に電池パック１０が載置されたとき、電池パック１０が有するガス排出経路を開き、図３の矢印で示すような経路でガスを充電器６０の外部へ排出することが可能である。これにより、発生ガスは電池パックと充電器の隙間に滞留することがなく、発火のおそれもない。

排出ダクト６４には、消火剤６５を設置するようにしてもよい。消火剤６５の設置箇所は、開口部６６の近くが好ましい。これによって、ガスが発火した場合でも速やかに消火でき、火が電池パック１０内へ伝搬するのを防ぐことができる。消火剤６５の例としては、炭酸水素塩類或いはリン酸塩類から成る消火剤が考えられる。

排出ダクト６４には、開口部６６にメッシュ状の消炎構造を設けてもよい。メッシュ構造は金属で構成されることが好ましい。排出ダクト６４にメッシュ状の消炎構造を設けることで、スムーズなガスの排出性能を確保しつつ、火花を容易にトラップすることができる。メッシュ構造により火花が効率良くトラップされると、発火の抑制効果がさらに高くなる。尚、図３では、消炎構造は排出ダクト６４の開口部６６の一方に設けているが、両方の開口部６６に設けてもよい。また、排出ダクト６４の中に設けてもよく、複数箇所設けてもよい。

（その他の応用例）
図４を参照して、その他の応用例について説明する。図４は、電池パック１０が使用される電気機器８０に設置された場合を示し、電気機器８０と電池パック１０のガス排出機構を含む断面図である。

電気機器８０に設置された状態では、通常、電池パック１０のガス排出機構は作動していない。このため、図４に示すように封止部材４３は排出孔４１を塞いでおり、電池パック１０は密閉状態を維持している。

電気機器８０の異常や周囲温度の影響で、電池パック１０内に異常が発生して、電池パック１０の内圧が上昇する場合がある。この場合、電池パック１０に設けたガス排出機構である封止部材４３を押し上げて、電池パック１０の内部に発生したガスを外に排出できることが好ましい。

この場合、封止部材４３を押し上げる押圧部は、通常、電気機器８０の内部に収納されており、電池パック１０の異常を検知した場合に表れる可動式に構成すると好適である。この構成については、特に限定しない。

電池パック１０の異常については、例えば、電気機器８０で電池パック１０の温度を計測し、所定の範囲を超えたとき、異常と検知することが考えられる。電池パック１０の温度は、ケース外部の表面の温度、或いは他の箇所で温度を測定することで推定可能である。また、電池パック１０の出力電圧などを検出することでも電池パック１０の異常は検知可能である。

以上、本開示の実施形態を説明したが、これらはあくまで例示であって、上記以外の構成を除外するものではない。例えば、上記実施形態では、電池パックの外観が直方体となっているが、外観はこれに限らず、円柱状でもよいし、他の形状を排除するものではない。また、直方体の各側面をほぼ同形状としたが、隣り合う面の大きさや形状は異なってもよい。ケース蓋とケース本体の寸法の比率は、図面で開示したものに限らない。また、実際に電池パックを使用する際の形状としては、周囲に突起や凹み、取手、端子等を施される場合があるが、本開示で説明した排出機構の動作に影響がない範囲で行われるものであり、本実施形態の排出機構の作用には影響しない。

本開示に係る電池パックは、電子機器への電力供給部品として使用可能である。一例をあげると、ノートパソコン用の電池パック、クリーナー用の電池パック、パワーツール用の電池パック等がある。また、電動アシスト付き自転車のバッテリーにも適用可能である。ここに挙げた以外であっても、電池パックの使用用途であれば適用可能である。

なお、本開示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、本願の特許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 ケース本体、３０ ケース蓋、４０ ケース底、４１ 排出孔、４２ バネ（付勢部材）、４３ 封止部材、４４ 隔壁、４５ 通気孔、５０ 電池、５１ ホルダー、６０ 充電器、６１ 台座、６２ ガス導入孔、６３ 押圧部、６４ 排出ダクト、６５ 消化剤、６６ 開口部、６７ 接続端子、７０ ガス排出器具、８０ 電気機器、９０ ケース

Claims (4)

1. 電池パックと前記電池パックを充電するための充電器とのアセンブリであって、
   前記電池パックは、
   複数の電池と、
   前記複数の電池を収容するケースと、
   を備え、
   前記ケースは、
   前記ケースを貫通して形成された排出孔と、
   前記ケースの内部において前記排出孔を囲むように有底筒状に形成された隔壁と、
   前記隔壁の筒内に設けられ、前記排出孔を塞ぐ封止部材と、
   前記隔壁の筒内に設けられ、前記封止部材を前記排出孔の方向に付勢する付勢部材と、
   を有し、
   前記隔壁は、前記排出孔とともにガス排出経路を形成する通気孔を有し、
   前記封止部材は、前記ケースの外側から押圧されたときに内側に移動して前記排出孔を開放するように構成されており、
   前記充電器は、
   前記電池パックが載置される台座と、
   前記台座に形成された孔であって、前記電池パックの前記排出孔と重なる位置に形成されたガス導入孔と、
   前記台座に形成された通気経路であって、前記ガス導入孔と連通し、前記電池パックから排出されるガスを器具外部に導くための排出ダクトと、
   前記ガス導入孔から突出して、前記電池パックの前記封止部材を押圧する押圧部と、
   を備え、
   前記充電器の側面には、前記排出ダクトと連通する開口部が設けられ、
   前記充電器に前記電池パックが載置されたとき、前記ケースの前記排出孔が形成された面は、前記充電器の前記ガス導入孔が形成された面と隙間なく接触する、アセンブリ。
2. 前記電池パックの前記隔壁の一部は、メッシュ構造で形成され、前記通気孔を形成する、
   請求項１に記載のアセンブリ。
3. 前記排出ダクトには、消炎剤が設置されている、
   請求項１に記載のアセンブリ。
4. 前記排出ダクトには、メッシュ構造の消炎構造が設置されている、
   請求項１に記載のアセンブリ。