特許 7573546 電池パック

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-10-17

(45)【発行日】2024-10-25

(54)【発明の名称】電池パック

(51)【国際特許分類】

   H01M 50/202 20210101AFI20241018BHJP

   H01M 50/204 20210101ALI20241018BHJP

   H01M 50/213 20210101ALI20241018BHJP

   H01M 50/342 20210101ALI20241018BHJP

   H01M 50/35 20210101ALI20241018BHJP

   H01M 50/367 20210101ALI20241018BHJP

   H01M 50/507 20210101ALI20241018BHJP

【ＦＩ】

H01M50/202 201

H01M50/204 201

H01M50/213

H01M50/342 101

H01M50/35 201

H01M50/367

H01M50/507

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2021562543

(86)(22)【出願日】2020-11-13

(86)【国際出願番号】 JP2020042360

(87)【国際公開番号】W WO2021111844

(87)【国際公開日】2021-06-10

【審査請求日】2023-09-12

(31)【優先権主張番号】P 2019218563

(32)【優先日】2019-12-03

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】322003798

【氏名又は名称】パナソニックエナジー株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110003225

【氏名又は名称】弁理士法人豊栖特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】松下 文哉

(72)【発明者】

【氏名】松原 匠汰

【審査官】小森 重樹

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１５－２２２７０１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－１０６８５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－１７６９６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－１８１４１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１８／１５０６７２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１７－１０７８１８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｍ ５０／２０－５０／２９８

Ｈ０１Ｍ ５０／３０－５０／３９２

Ｈ０１Ｍ ５０／５０－５０／５９８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

外装ケースと、
前記外装ケースの内部に収納された、安全弁を備える一以上の電池セルと、を備える電池パックであって、
前記外装ケースは、
その一部に、該外装ケースの内部と連通した水抜き孔が設けられており、
前記水抜き孔の、前記外装ケース内部側に延長された筒体が形成されており、
前記筒体は、一方の開口端を前記水抜き孔とし、他方の開口端を前記外装ケースの内部側に開口された内部連通口とし、
前記水抜き孔から前記内部連通口の延長方向に、前記内部連通口と離間して、壁部が形成されてなる電池パック。

【請求項2】

請求項１に記載される電池パックであって、
前記筒体が、角筒状に形成されてなる電池パック。

【請求項3】

請求項１又は２に記載される電池パックであって、
前記筒体及び壁部が、前記外装ケースと一体に形成されてなる電池パック。

【請求項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、
前記水抜き孔が、前記外装ケースの下部側面に開口されてなる電池パック。

【請求項5】

請求項１～４のいずれか一項に記載される電池パックであって、
前記水抜き孔が、前記外装ケースの左右の側面にそれぞれ設けられており、
各水抜き孔が、前記筒体及び壁部をそれぞれ備えてなる電池パック。

【請求項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、さらに、
前記一以上の電池セルを所定の姿勢に保持する電池ホルダと、
前記電池ホルダの側面において、前記一以上の電池セルのそれぞれが有する正極及び負極の電極端子とそれぞれ電気接続する複数のリード板と、を備える電池パック。

【請求項7】

請求項１～６のいずれか一項に記載される電池パックであって、
前記一以上の電池セルは、それぞれの電極端子の正極側に前記安全弁を設けてなる電池パック。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電池パックに関する。

【背景技術】

【0002】

アシスト自転車や電動バイク、電動工具や電動クリーナーなどの電源として、電池パックが用いられている。電池パックは、充放電可能な電池セルを多数並べて、直列や並列に接続して外装ケースに収納している。このような電池パックは、屋内のみならず、屋外で使用されるものもある。またこの種の電池パックは、意図せずに外装ケース内に侵入した水を外部に排出するための水抜き孔として、あるいは、外装ケース内の空気や電池から排出されるガスを外部に排気するための排気孔として、外装ケースに貫通孔を開口しているものがある（特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２００６－１９６２７７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

一方で、外装ケースに収納される各電池セルは、外部からのストレスや電気的短絡などの原因により、高温のガスに加えて、可燃性の金属片などの可燃物が放出される可能性がある。このような事象が発生した場合、電池セルから放出された可燃物が、電池パックの内部から外部に出てしまうと、発火の可能性があり望ましくない。

【0005】

しかしながら電池パックが、上述の通り外装ケース内に溜まった水をケース外に排出するための水抜き孔を開口している場合は、この水抜き孔から放出物が外装ケース外に放出される可能性があった。

【0006】

本発明の目的の一は、外装ケースに開口された水抜き孔から可燃物が電池パックの外部に漏れる事態を阻止した電池パックを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の一側面に係る電池パックは、外装ケースと、前記外装ケースの内部に収納された、安全弁を備える一以上の電池セルとを備える電池パックであって、前記外装ケースは、その一部に、該外装ケースの内部と連通した水抜き孔が設けられており、前記水抜き孔の、前記外装ケース内部側に延長された筒体が形成されており、前記筒体は、一方の開口端を前記水抜き孔とし、他方の開口端を前記外装ケースの内部側に開口された内部連通口とし、前記水抜き孔から前記内部連通口の延長方向に、前記内部連通口と離間して、壁部が形成されている。

【発明の効果】

【0008】

上記構成により、外装ケースの水抜き孔でもって内部に溜まった水を外部に排出可能な構成を維持しつつ、万一電池セルの安全弁が開弁されて高温高圧のガスや可燃物が放出される事態となっても、可燃物が水抜き孔から電池パック外部に直接放出される事態を、筒体と壁部で経路を遮ることによって阻止し、安全性を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】一実施形態に係る電池パックを示す斜視図である。

【図2】図１の電池パックの分解斜視図である。

【図3】図２の電池パックの更なる分解斜視図である。

【図4】図１の電池パックの水抜き孔の近傍を示す透明斜視図である。

【図5】図２の外装ケースの内面側を示す斜視図である。

【図6】図５の外装ケースを底面側から見た斜視図である。

【図7】図６の外装ケースをＶＩＩ－ＶＩＩ線で見た断面斜視図である。

【図8】図１の電池パックのＶＩＩＩ－ＶＩＩＩ線における断面図である。

【図9】従来の電池パックの断面図である。

【図10】比較例に係る電池パックの断面図である。

【図11】一実施形態に係る電池パックの断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

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。

【0011】

前記筒体は、角筒状に形成されている。

【0012】

前記筒体及び壁部は、前記外装ケースと一体に形成されている。

【0013】

前記水抜き孔が、前記外装ケースの下部側面に開口されている。

【0014】

前記水抜き孔が、前記外装ケースの左右の側面にそれぞれ設けられており、各水抜き孔が、前記筒体及び壁部をそれぞれ備えている。

【0015】

電池パックは、さらに、前記一以上の電池セルを所定の姿勢に保持する電池ホルダと、前記電池ホルダの側面において、前記一以上の電池セルのそれぞれが有する正極及び負極の電極端子とそれぞれ電気接続する複数のリード板とを備える。

【0016】

前記一以上の電池セルは、それぞれの電極端子の正極側に前記安全弁を設けている。

【0017】

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施の形態は、本発明の技術思想を具体化するための構成を例示するものであって、本発明は以下のものに特定されない。また、特許請求の範囲に示される部材を、実施の形態の部材に特定するものでは決してない。特に実施の形態に記載されている構成部材の寸法、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も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。また、一部の実施例、実施形態において説明された内容は、他の実施例、実施形態等に利用可能なものもある。

【0018】

以下に示す電池パックは、主として、アシスト自転車用のモータに駆動電力を供給する電源装置として利用する例を説明する。なお、電池パックは、他の電源装置、例えば電動工具や電動クリーナの駆動電源、あるいは電動スクーターや電動カート、電気自動車などの電動車両の駆動用電源に適用することもできる。
［実施形態１］

【0019】

実施形態１に係る電池パックを、図１～図３に示す。これらの図において、図１は本発明の一実施形態に係る電池パック１００を示す斜視図、図２は図１の電池パック１００の分解斜視図、図３は図２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、外装ケース１０に電池集合体２０を内蔵している。電池集合体２０は、一以上の電池セル１と、この電池セル１を保持する電池ホルダ２１で構成される。電池ホルダ２１は、一以上の電池セル１を定位置に把持するための部材である。この例では、複数本の電池セル１を、電池ホルダ２１で保持している。また各電池セル１は、外装缶を一方向に延長された筒状に形成している。筒状の外装缶の一方の端面には、内圧上昇時にガスを排出する安全弁を設けている。
（外装ケース１０）

【0020】

外装ケース１０は、電池ホルダ２１を収納する部材である。図１～図２に示す外装ケース１０は、前後に二分割された箱形の第一ケース１１と第二ケース１２を開口端縁で連結して、内部に電池ホルダ２１を収納する構造としている。外装ケース１０は、絶縁材料である樹脂、例えばＰＣ（ポリカーボネート）やＰＰ（ポリプロピレン）等で成形されている。外装ケース１０は、図示したような箱形とする他、円筒型など、任意の形状とすることができる。
（電池集合体２０）

【0021】

外装ケース１０には、電池集合体２０が収納される。電池集合体２０は、一以上の電池セル１と、この電池セル１を保持する電池ホルダ２１で構成される。電池ホルダ２１は、図２～図３に示すように、複数本の電池セル１を平行姿勢に並べて、両端を同一平面に配置して、電池セル１の両端の電極端子にリード板２４を接続している。リード板２４は、金属板等で構成された集電端子である。
（電池セル１）

【0022】

電池セル１は、円筒形のリチウムイオン電池である。リチウムイオン電池は、大きさや重量に対する容量が大きく、電池パックのトータル容量を大きくできる。ただ本発明の電池パックは、電池セルをリチウムイオン電池に特定しない。電池セルには、充電できる他の二次電池が使用できる。また、図３の電池パック１００は、電池セル１を円筒形電池とするが、電池セルには角形電池も使用できる。各々の電池セル１は、その両端の電極端子にリード板２４を溶接して、隣接する電池セル１を直列又は並列に接続している。

【0023】

電池セル１は、設定圧力で開弁する安全弁の排出口１ｂを端面に設けている。安全弁は、電池セル１の外装缶の内部が何らかの理由で高圧になった際、開弁して内部の高圧ガスや金属片等の排出物を外部に排出するための排出弁である。

【0024】

また電池セル１は両端に電極端子を設けている。この電池セル１は、アルミニウム等の金属製の外装缶の開口部を封口板で気密に密閉して、封口板に凸部電極を設けて第一電極端子とし、外装缶の底面を第二電極端子としている。安全弁の排出口１ｂは、凸部電極側に設けられ、あるいは外装缶の底面に設けられる。この例では、図３に示すように電池セル１の電極端子の内、正極１ａ側に安全弁を設けている。
（電池ホルダ２１）

【0025】

電池ホルダ２１は、複数の電池セル１を互いに平行な姿勢に保持して、各電極端子を同一平面状に並べつつ、電池ホルダ２１の側面から見て各電池セル１が千鳥状又はマトリックス状に並ぶように保持している。電池ホルダ２１は、二分割して一対のサブホルダ２２とし、一対のサブホルダ２２で電池セル１を左右から挟み込むようにして保持する。各サブホルダ２２は、円筒形の電池セル１を収納する収納筒を形成している。この電池ホルダ２１は、絶縁性に優れた材質、例えばプラスチック等の樹脂製とする。また電池集合体２０の一面には、電池セル１の充放電を制御する充放電回路や保護回路等を実装した回路基板２７が配置される。
（リード板２４）

【0026】

リード板２４は、多段多列に配置している複数の円筒型の電池セル１を所定の配列で接続する。リード板２４は、複数の円筒型の電池セル１を並列に接続し、あるいは直列に接続し、あるいはまた直列と並列に接続する。複数本の電池セル１の端面を同一平面上に並べた各側面において、これらを接続するリード板２４は、一枚で構成してもよいし、複数枚に分割してもよい。リード板２４は金属板で、超音波溶着し、あるいは抵抗溶接し、あるいはまたレーザ溶接して円筒型電池の端面電極に電気接続される。とくに、リード板２４をアルミニウムまたはアルミニウム合金とし、円筒型電池の外装缶をアルミニウムまたはアルミニウム合金とする場合においては、アルミニウムの電気抵抗が低いため、抵抗溶接による接続が難しくなる。このため、このような場合においては、超音波溶着により、リード板２４を端面電極に溶着することが好ましい。

【0027】

さらにリード板２４は、安全弁が開弁された場合に、排出口１ｂから噴射される排出ガスの熱で溶融されるヒューズリンクを設けていてもよい。このリード板２４は、凸部電極に接続される接続部とリード板２４の本体部との間を細長い連結部で連結することにより、ヒューズリンクを構成することができる。この構造は、排出ガスが排出された際に、リード板２４を溶断するヒューズリンクを設けることで、意図しない導通等を回避して安全性を高めることができる。
（断熱材２６）

【0028】

またリード板２４の上部に、断熱材２６を配置してもよい。断熱材２６は、いずれかの電池セル１の内部が高圧となって安全弁が開弁されたとき、安全弁の排出口１ｂから排出される高温高圧のガスや可燃物が飛散して他の電池セル１に付着して、類焼が発生することを抑制する逆流抑制層として機能する。このような断熱材２６には、クロロプレン等のゴムや発泡体が好適に利用される。
（水抜き孔１４）

【0029】

外装ケース１０は、内部に溜まった水を外部に排出するための水抜き孔１４を開口している。水抜き孔１４は、外装ケース１０を使用状態とした姿勢、例えば電池パック１００を電力供給機器にセットした姿勢において、下面に面した側面に開口される。図１の例では、外装ケース１０の下面に、ブロック状に突出させた部分を形成しており、このブロック状部分が外装ケース１０において最も下方に位置することから、このブロック状部分の側面に、水抜き孔１４を開口している。

【0030】

また図１の例では、水抜き孔１４は左右に開口されており、左右の水抜き孔１４ａ、１４ｂからそれぞれ、水を外装ケース１０の外部に効率良く排出できる。ただ本発明は水抜き孔の位置及び数をこの構成に限定せず、例えば前後の側面に開口してもよいし、左右の側面にそれぞれ複数箇所開口してもよいし、あるいはいずれか一方の側面のみに開口してもよい。

【0031】

さらに本実施形態に係る電池パック１００は、外装ケース１０の内部に、水抜き孔１４と連通して筒体１５が形成されている。さらに筒体１５の他方の開口端である内部連通口と対抗する位置には、壁部１６が形成されている。このような外装ケース１０を、図４～図８に示す。これらの図において、図４は図１の電池パック１００の水抜き孔１４の近傍を示す透明斜視図、図５は図２の外装ケース１０の内面側を示す斜視図、図６は図５の外装ケース１０を底面側から見た斜視図、図７は図６の外装ケース１０をＶＩＩ－ＶＩＩ線で見た断面斜視図、図８は図１の電池パック１００のＶＩＩＩ－ＶＩＩＩ線における断面図を、それぞれ示している。

【0032】

従来の電池パックでは、万一電池セルの内圧が上昇して安全弁が開弁し、高温高圧のガスと共に可燃物が放出された場合、図９に示すように水抜き孔９１４から直接可燃物が電池パック９００の外部に放出され、酸素を得て火花などで着火されて炎となる可能性があった。これに対して、可燃物が放出される可能性のある電池セルを設置する位置や姿勢を、水抜き孔９１４の方向に向けないように規制することも考えられるが、この方法では電池セルを保持する電池ホルダなどを設置する位置や姿勢が制約を受けることとなって、設計上の自由度が損なわれて好ましくない。要求される電池パックの仕様によっては、電池セルや電池ホルダの配置方向が予め決められていることもあり、水抜き孔９１４と対向しないように配置することが不可能なケースも考えられる。

【0033】

そこで、本発明者らは図１０に示す電池パック８００の構成を検討した。この電池パック８００においては、水抜き孔８１４と連通させるように外装缶の内部に筒体８１５を延長している。これによって、水抜き孔８１４は水平方向（図１０において横方向）にのみ開放された姿勢となるため、上方から可燃物が飛来しても、筒体８１５で遮られて、水抜き孔８１４から直接外部に放出される事態が解消される（図１０において破線で示す矢印）。特に可燃物は、微細な金属片等の質量を有する固体であるため、質量のない気体と比べて直進性が強いことから、開口端の周囲を筒体８１５で覆うことにより、直接飛来してくる可燃物を効果的に阻止して、外装ケース内部に留めることが可能となる。一方で、高温高圧のガスは、質量のある可燃物と比べて進行方向を変化させやすく、水抜き孔８１４から電池パック８００の外部に放出できる。これによって、高圧のガスが外装ケース内で溜まって膨張する事態を回避できる。また水抜き孔８１４が開口されていることで、外装ケース内に溜まった水も、依然としてこの水抜き孔８１４から排出することができる。

【0034】

ただ、図１０の状態では、筒体８１５で覆われた水抜き孔８１４が、水平方向にのみ開放されているため、水平方向に進む可燃物が存在すれば、依然として外部に放出される可能性がある（図１０において実線で示す矢印は、可燃物の飛翔方向を示している。）。そこで、本実施形態に係る電池パック１００においては図１１に示すように、筒体１５の内面側の開口端である内部連通口の延長方向において、この内部連通口と離間した位置に壁部１６ａを設けている。これによって、内部連通口の延長方向への進行が壁部１６ａで阻害されるため、仮に水平方向に進む可燃物が存在し得たとしても、水抜き孔１４から直接外部に放出される事態を回避できる。このように、筒体１５と、筒体１５の開口方向の軸線と交差するように配置された壁部１６ａでもって、電池セルから可燃物が放出されたとしても、水抜き孔１４から直接電池パック１００の外部に放出される事態を阻止して、外装缶の内部で筒体１５の表面や壁部１６ａ、あるいは他の部材で反射されて、電池パック１００内部に止まるか、あるいは勢いが弱められた状態で外部に排出されるようにして、電池パック１００の水抜き孔１４から炎が放出される事態を回避できる。特にガスと異なり、可燃物は質量を持った金属物であることから、直進性が強く、衝突によって進行を阻害され、また勢いを抑制することが可能となる。その一方で、電池パック１００内部に溜まった水を水抜き孔１４を通じて外部に排出する機能は維持され、水は排出しながらも、可燃物は排出しないという相反する特性を両立させることが可能となる。
（筒体１５）

【0035】

筒体１５は、図４に示すように水抜き孔１４から、外装ケース１０内部側に延長されて形成されている。この筒体１５は、一方の開口端を水抜き孔１４とし、他方の開口端を内部連通口としている。内部連通口は、外装ケース１０の内部側に開口されている。この例では、筒体１５を角筒状に形成している。ただ筒体１５は、八角筒状、三角筒状等の多角筒状としたり、あるいは円筒状や楕円筒状等の管状に形成してもよい。
（壁部１６）

【0036】

さらに外装ケース１０は、筒体１５の延長方向、具体的には水抜き孔１４から内部連通口に向かう延長方向には、内部連通口と離間して、壁部１６が形成されている。これら筒体１５と壁部１６は、耐熱性に優れた材質で構成する。好ましくは、筒体１５と壁部１６は外装ケース１０と一体に形成されている。また図４～図８に示す例では、筒体１５と壁部１６を第一ケース１１に設けているが、第二ケース側に設けてもよい。

【0037】

また、図８の例では、水抜き孔１４ａ、１４ｂを外装ケース１０の左右の側面にそれぞれ設けると共に、各水抜き孔１４ａ、１４ｂに、筒体１５ａ、１５ｂと壁部１６ａ、１６ｂをそれぞれ設けている。これによって、各水抜き孔１４ａ、１４ｂから外装ケース１０の内部に溜まった水を外部に排出可能な構成を維持しつつ、万一電池セルの安全弁が開弁されて高温高圧のガスや可燃物が放出される事態となっても、可燃物が水抜き孔１４ａ、１４ｂから電池パック１００外部に直接放出される事態を、筒体１５ａ、１５ｂと壁部１６ａ、１６ｂで経路を遮ることによって阻止し、安全性を高めることができる。

【0038】

なお、以上の構成では一の電池集合体２０を外装ケース１０に収納する例を説明したが、本発明はこの構成に限らず、複数個の電池集合体を外装ケースに収納する構成としてもよい。

【産業上の利用可能性】

【0039】

本発明の電池パックは、アシスト自転車、電動工具、電動クリーナ、電動スクーター、電動カート、電気自動車などの駆動用電源として好適に利用できる。また、家庭用、工場用の蓄電装置等に使用してもよい。

【符号の説明】

【0040】

１００、８００、９００…電池パック
１…電池セル；１ａ…正極；１ｂ…安全弁の排出口
１０…外装ケース
１１…第一ケース
１２…第二ケース
１４、１４ａ、１４ｂ、８１４、９１４…水抜き孔
１５、１５ａ、１５ｂ、８１５…筒体
１６、１６ａ、１６ｂ…壁部
２０…電池集合体
２１…電池ホルダ
２２…サブホルダ
２４…リード板
２６…断熱材
２７…回路基板

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】