(57)【要約】  電池パックは、複数の円筒形の素電池（２）が互いに接触して俵積み状に配置されている素電池群（３）と、素電池群（３）の周囲に沿って延伸して素電池群（３）を取り囲む金属枠（１４）とを備える。素電池（２）の軸方向端面側から見て略矩形状をなす素電池群（３）の角部に位置する素電池（２ａ），（２ｂ）が金属枠（１４）に接触している。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の円筒形の素電池が互いに接触または近接して俵積み状に配置されている素電池群と、
前記素電池群の周囲に沿って延伸して前記素電池群を取り囲む金属枠と、を備え、
前記素電池の軸方向端面側から見て略矩形状をなす前記素電池群の角部に位置する素電池が前記金属枠に接触している、
電池パック。
【請求項２】
請求項１に記載の電池パックにおいて、
前記金属枠の内壁面は、前記素電池群の角部に位置する素電池以外の素電池のうち前記素電池群の外周部に位置する素電池にも接触している、電池パック。
【請求項３】
請求項１に記載の電池パックにおいて、
前記金属枠は、前記素電池群の周囲を取り囲む金属壁部と、前記金属壁部の前記素電池群に面した側面に一体的に突設された金属柱部とを有し、
前記素電池群の角部に位置する素電池は、前記金属壁部および前記金属柱部に対して少なくとも２箇所で接触している、電池パック。
【請求項４】
請求項３に記載の電池パックにおいて、
前記金属柱部は、前記金属壁部に対してねじで締結されている、電池パック。
【請求項５】
請求項３に記載の電池パックにおいて、
前記素電池群は、ｎ（ここでｎは１以上の整数）本の素電池が配列された第１素電池列と、ｎ＋１本の素電池が配列された第２素電池列とが、素電池配列方向と直交する方向に交互に並んで構成されており、
前記金属柱部は、前記第１素電池列における配列方向の端部に位置する素電池と、前記第１素電池列に隣接する前記第２素電池列における配列方向の端部に位置する素電池とによって画定される空間に嵌った状態に配置される、電池パック。
【請求項６】
請求項５に記載の電池パックにおいて、
前記空間に嵌った状態に配置される前記金属柱部は半円状または台形状の横断面形状を有する、電池パック。
【請求項７】
請求項３に記載の電池パックにおいて、
前記金属壁部は複数の金属板材で構成され、
前記各金属板材は、前記素電池群の角部に対応して設けられた前記金属柱部に形成されている雌ねじ部に締結されるねじによって互いに連結されている、電池パック。
【請求項８】
請求項１に記載の電池パックにおいて、
前記素電池は一端面に正極端子を有するとともに他端面に負極端子を有し、前記素電池群に含まれる各素電池は正極端子が同じ方向を向いて配置されており、
前記各素電池の正極端子および負極端子にそれぞれ電気接続される正極集電板および負極集電板と、前記各素電池と前記正極集電板および前記負極集電板との間にそれぞれ介在される絶縁板とをさらに備える、電池パック。
【請求項９】
請求項８に記載の電池パックにおいて、
前記素電池群、前記金属枠、前記正極集電板、前記負極集電板、および、前記絶縁板が、ケース状の外装体に収容されている、電池パック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、電池パックに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば下記特許文献１には、複数の円筒形素電池を俵積み状に配置し、各素電池の外周面同士の間にポッティング樹脂部を充填した電池パックが記載されている。この電池パックでは、円筒形素電池から伝わった熱がポッティング樹脂部を介して分散されるため、電池パックにおける熱連鎖を防止することができると記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−２８２４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１に記載の電池パックのように、複数の円筒形素電池を互いに接触した状態で俵積み状に配置した場合、素電池間の外周面同士の間の隙間を最小限にすることができ、電池パックの高エネルギー密度化を図ることができる。【０００５】
しかし、このように構成された素電池群の外周部の角部に位置する素電池は、角部以外に位置する他の素電池に比べて隣接する素電池数が少なくなる。そのため、上記角部に位置する素電池が異常発熱した場合、当該素電池からの伝熱経路が比較的少ないため、隣接する素電池も異常な高温になって熱連鎖が生じるおそれがある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決すべく、本開示の電池パックは、複数の円筒形の素電池が互いに接触または近接して俵積み状に配置されている素電池群と、素電池群の周囲に沿って延伸して素電池群を取り囲む金属枠と、を備え、素電池の軸方向端面側から見て略矩形状をなす素電池群の角部に位置する素電池が金属枠に接触しているものである。
【発明の効果】
【０００７】
本開示の電池パックでは、素電池群の角部に位置する素電池に金属枠が接触していることから、当該素電池が異常発熱した場合には当該素電池から金属枠に伝熱されるので、これに隣接する素電池が異常高温になるのを抑えることができる。したがって、本開示の電池パックによれば、高エネルギー密度化を図りながら、素電池群の角部に位置する素電池及びこれに隣接する素電池における熱連鎖をより効果的に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】一実施形態の電池パックを示す斜視図である。
【図２】図１に示した電池パックの分解斜視図である。
【図３】電池パックに含まれる素電池群および金属枠を示す斜視図である。
【図４】図３に示した金属枠を分解した状態で示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下に、本開示の一実施形態について添付図面を参照しながら詳細に説明する。この説明において、具体的な形状、材料、数値、方向等は、本発明の理解を容易にするための例示であって、用途、目的、仕様等にあわせて適宜変更することができる。また、以下において複数の実施形態や変形例などが含まれる場合、それらの特徴部分を適宜に組み合わせて用いることは当初から想定されている。
【００１０】
図１は、一実施形態の電池パック１０を示す斜視図である。図２は、図１に示した電池パック１０の分解斜視図である。図３は、電池パック１０に含まれる素電池群３および金属枠１４を示す斜視図である。図４は、図３に示した金属枠１４を分解した状態で示す斜視図である。図１ないし図４において、互いに直交する三方向が矢印Ｘ，Ｙ，Ｚでそれぞれ示されている。
【００１１】
電池パック１０は、例えば、電動工具、電動アシスト自転車、電動バイク、ハイブリッド自動車、電気自動車等の電源として使用できる。電池パック１０は、図１中に二点鎖線で示すケース状の外装体１２に収容されて用いることができる。外装体１２は、例えば、有底で上部が開口した筐体と、この筐体の開口部を塞ぐ蓋とにより構成できる。これらの筐体および蓋は例えばプラスチックによって形成されるのが好適である。
【００１２】
図１及び図２に示すように、電池パック１０は、複数の円筒形の素電池２を互いに接触した状態で整列集合させてなる素電池群３と、素電池群３の周囲を取り囲んで配置される金属枠１４とを備える。また、電池パック１０は、素電池群３を構成する各素電池２の正極端子４ａに電気的に接続される正極集電板１６と、素電池群３を構成する各素電池２の負極端子４ｂ（図３参照）に電気的に接続される負極集電板１８と、素電池群３と正極集電板１６との間に介在される正極側絶縁板２０と、素電池群３と負極集電板１８との間に介在される負極側絶縁板２２とを備えることができる。
【００１３】
本実施形態における素電池２は、充放電可能な円筒形の二次電池であり、例えばリチウムイオン電池が好適に用いられる。ただし、素電池２は、ニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池等の他の二次電池であってもよい。図２に示すように、素電池２は、円筒の軸方向（Ｚ方向）一端面に正極端子４ａを有し、図３及び図４に示すように軸方向他端面に負極端子４ｂを有する。本実施形態では、素電池群３を構成する各素電池２は、正極端子４ａが同じ方向を向いて配置されている。
【００１４】
素電池群３は、複数の素電池２が互いに接触して俵積み状に配置されて構成される。図４に示すように、本実施形態では、６本の素電池２がＹ方向にそれぞれ配列されている３列の第１素電池列５ａと、７本の素電池２がＹ方向にそれぞれ配列された２列の第２素電池列５ｂとがＸ方向に交互に並んで構成される。したがって、本実施形態の素電池群３は３２本の素電池２を含んでいる。
【００１５】
なお、素電池群３を構成する素電池２の数は、上述した本数に限定されず、電池パック１の容量、サイズ、用途等に応じて適宜変更することができる。すなわち、素電池群３は、ｎ（ここでｎは１以上の整数）本の素電池２が配列された第１素電池列と、ｎ＋１本の素電池２が配列された第２素電池列とが、Ｘ方向に交互に並んで配置されていれば良い。また、第１素電池列と第２素電池列とは、同数であってもよいし、あるいは、第２素電池列の方が第１素電池列よりも１列だけ多くてもよい。
【００１６】
素電池群３は、その全体を素電池２の軸方向端面側（Ｚ方向）から見たとき、略矩形状の外周を有する一群をなすように構成されている。そして、略矩形状をなす素電池群３の４つの角部には、素電池２ａ，２ｂがそれぞれ位置している。素電池２ａは、素電池群３においてＸ方向両端側に位置する第１素電池列５ａを構成する素電池２のうち、Ｙ方向（配列方向）両端部に位置する素電池である。また、素電池２ｂは、素電池群３においてＸ方向両端側から２列目に位置する第２素電池列５ｂを構成する素電池２のうち、Ｙ方向両端に位置する素電池である。
【００１７】
図３に示すように、金属枠１４は、素電池群３の周囲に沿って延伸して素電池群３を取り囲んで配置されている。本実施形態における金属枠１４は、Ｚ方向から見て例えば長方形等の矩形状をなす枠体として形成されている。また、金属枠１４の材質には、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金等の金属が好適に用いられる。
【００１８】
金属枠１４は、素電池群３の周囲を取り囲む金属壁部２４と、金属壁部２４の素電池群３に面した側面に一体的に突設された金属柱部２６ａ，２６ｂとを有する。具体的には、金属壁部２４は、Ｘ方向に対向する一対の金属板材２４ａと、Ｙ方向に対向する一対の金属板材２４ｂとによって構成されている。これらの金属板材２４ａ，２４ｂは、各金属板材２４ａ，２４ｂに形成された貫通孔２８に金属枠１４の外側からねじ３０を挿通して、金属柱部２６ｂの雌ねじ部２７に締結することにより互いに連結される。
【００１９】
なお、本実施形態では金属枠１４を構成する金属壁部２４を複数の金属板材２４ａ，２４ｂで構成する例について説明したが、これに限定されるものではなく、１つの金属部材で構成されてもよい。例えば、枠状の金属壁部２４は、１つの長尺状の金属板材を曲げ加工して形成されてもよいし、あるいは、アルミダイキャスト等によって一体成形されてもよい。
【００２０】
金属枠１４を構成する金属壁部２４のうち一対の金属板材２４ａの内壁面は、素電池群３に含まれる第１及び第２素電池列５ａ，５ｂのうちＸ方向両端側に位置する第１素電池列５ａを構成する各素電池２の外周面に接触している。ここで「内壁面」とは、金属枠１４を構成する金属壁部２４および金属柱部２６ａ，２６ｂの素電池群３側の側壁面のことをいう。このことは、以下においても同様である。
【００２１】
金属枠１４を構成する各金属板材２４ａ，２４ｂのＺ方向の幅は、素電池２の外周面の軸方向長さと同等に設定するのが好ましい。ここで「同等」とは、完全に一致する場合の他に、少し短い場合や少し長い場合も含むことを意図している。このように金属板材２４ａ，２４ｂの幅を設定することで、各金属板材２４ａ，２４ｂの外周面に対して軸方向のほぼ全長にわたって接触することができ、素電池２から金属枠１４への伝熱を良好に行うことができる。ただし、素電池群３の外周部に位置する素電池２の外周面に金属枠１４が接触していれば、これらの素電池２に異常発熱が生じた場合に金属枠１４に放熱することで他の素電池２への熱連鎖を抑制できることから、金属板材２４ａ，２４ｂのＺ方向の幅は素電池２の外周面の軸方向長さよりも短くても良い。
【００２２】
本実施形態における金属枠１４では、Ｙ方向に対向する一対の金属板材２４ｂの内壁面に金属柱部２６ａ，２６ｂが一体的に取り付けられている。具体的には、図４に示すように、各金属柱部２６ａ，２６ｂには雌ねじ部２９が形成されており、金属板材２４ｂに形成されている貫通孔２８に挿通したねじ３０を上記雌ねじ部２９に締め込むことによって金属柱部２６ａ，２６ｂが締結固定される。
【００２３】
図３に示すように、金属柱部２６ａ，２６ｂは、Ｘ−Ｙ平面に沿って切断した場合に略半円状または台形状の横断面形状を有する。より詳しくは、本実施形態の電池パック１０では、一対の金属板材２４ｂのＸ方向中央位置に取り付けられた金属柱部２６ａは略半円状の横断面を有し、一対の金属板材２４ｂのＸ方向両端に取り付けられた金属柱部２６ｂは台形状の横断面形状を有する。これらの金属柱部２６ａ，２６ｂのＺ方向長さは、上述した金属板材２４ａ，２４ｂの場合と同様に、素電池２の外周面の軸方向長さと同等であることが好ましい。
【００２４】
略半円状の横断面を有する金属柱部２６ａは、Ｘ方向中央に位置する第１素電池列５ａのＹ方向両端の素電池２と、この第１素電池列５ａを挟んでＸ方向両側に隣接する第２素電池列５ｂのＹ方向両端の素電池２とによって画定される凹状の空間３２に嵌った状態に配置されている。これにより、金属柱部２６ａの内壁面がその周囲にある３つの素電池２の外周面に接触している。
【００２５】
台形状の横断面形状を有する金属柱部２６ｂは、上述したように雌ねじ部２７，２９にねじ３０が締結されることによって金属板材２４ａと金属板材２４ｂとを連結する機能を有する。また、金属柱部２６ｂは、素電池群３の角部において、第１素電池列５ａにおけるＹ方向の両端部に位置する素電池２ａと、この第１素電池列５ａに隣接する第２素電池列５ｂにおけるＹ方向の両端部に位置する素電池２ｂとによって画定される空間３４に嵌った状態に配置されている。これにより、台形状の金属柱部２６ｂの内壁面のうち、Ｘ方向に沿った内壁面は素電池群３の角部に位置する素電池２ａの外周面に接触し、Ｘ方向に対して傾斜した内壁面は素電池群３の角部に位置する素電池２ｂの外周面に接触している。そして、素電池群３の角部に位置する素電池２ａの外周面が一対の金属板材２４ａの内壁面に接触し、素電池群３の角部に位置する素電池２ｂの外周面が一対の金属板材２４ｂの内壁面に接触している。
【００２６】
なお、上記においては空間３２に嵌合する金属柱部２６ａが略半円状の横断面形状を有する例について説明したが、これに限定されるものではなく、その周囲に位置する３つの素電池２に内壁面が接触する台形状の横断面形状を有してもよい。また、上記においては素電池群３の角部に形成される空間３４に嵌合する金属柱部２６ｂが台形状の横断面形状を有すると説明したが、これに限定されるものではなく、その周囲に位置する２つ（または３つ）の素電池２に内壁面が接触する形状であれば、半円形状や四半円形状等の他の横断面形状であってもよい。
【００２７】
上述したように本実施形態の電池パック１０では、素電池群３の角部に位置する素電池２ａの外周面は、金属板材２４ａと金属柱部２６ｂとの２箇所で金属枠１４に接触している。また、素電池群３の角部に位置する素電池２ｂの外周面は、金属板材２４ｂと金属柱部２６ａ，２６ｂとの３箇所で金属枠１４に接触している。このようにして電池パック１０では、電池パック１０を構成する素電池群３の角部に位置する素電池２ａ，２ｂについて少なくとも２箇所で金属枠１４に対する伝熱経路を確保している。なお、素電池２の外周面には一般に熱収縮チューブなどの絶縁被膜が被覆されているが、素電池２を並列接続する場合、絶縁被膜は必ずしも必要としない。
【００２８】
金属枠１４が無い場合、素電池群３の角部に位置する素電池２ａ，２ｂは、これに接触する周囲の素電池２の数が３個となっていて、少なくとも４個以上の素電池２と接触する他の素電池２に比べて、伝熱経路が少なくなっている。そのため、これらの素電池２ａ，２ｂが内部短絡等の原因で異常発熱した場合、周囲の素電池２への伝熱量が大きくなって周囲の素電池２が発火（類焼）に至るおそれがある。
【００２９】
これに対し、本実施形態の電池パック１０では、素電池群３の角部に位置する素電池２ａ，２ｂに金属枠１４が接触していることから、素電池２ａ，２ｂが異常発熱した場合には素電池２ａ，２ｂから金属枠１４にも伝熱されるので、これに隣接する素電池２が異常高温になるのを抑えることができる。したがって、本実施形態の電池パック１０によれば、高エネルギー密度化を図りながら、素電池群３の角部に位置する素電池２ａ，２ｂ及びこれに隣接する素電池２の類焼をより効果的に抑制することができる。
【００３０】
図１及び図２を再び参照すると、正極集電板１６は、例えばアルミニウム板、銅板等の金属板で構成され、周囲が打抜かれることで細幅に形成された接続リード１７が素電池群３を構成する各素電池２の配置に対応して千鳥状に形成されている。そして、正極集電板１６の接続リード１７は、正極側絶縁板２０の円形開口部２１を介して、素電池群３の各素電池２の正極端子４ａに超音波溶接等によって接合されて電気接続される。また、正極集電板１６は、外周縁の一部から矩形状に突出した正極タブ１６ａを有する。この正極タブ１６ａは、図１に示すように、外装体１２内に電池パック１０が収容されたときに、外装体１２の外部に延出した状態になる。
【００３１】
負極集電板１８は、例えばアルミニウム板、銅板等の金属板で構成され、周囲が打抜かれることで細幅に形成された接続リード１９が素電池群３を構成する各素電池２の配置に対応して千鳥状に形成されている。そして、負極集電板１８の接続リード１９は、負極側絶縁板２２の円形開口部２３を介して、素電池群３の各素電池２の負極端子４ｂ（図３参照）に超音波溶接等によって接合されて電気接続される。また、負極集電板１８は、外周縁の一部から矩形状に突出した負極タブ１８ａを有する。この負極タブ１８ａは、図１に示すように、外装体１２内に電池パック１０が収容されたときに外装体１２の外部に延出した状態になる。
【００３２】
正極側絶縁板２０および負極側絶縁板２２は、例えばプラスチックによってそれぞれ形成される。正極側絶縁板２０および負極側絶縁板２２には、上述したように、素電池群３に含まれる素電池２の配置に対応して、３２個の円形の開口部２１，２３が千鳥状にそれぞれ形成されている。
【００３３】
また、正極側絶縁板２０および負極側絶縁板２２には、開口部２１の周囲にピン４０，４２が突設されている。これらのピン４０，４２は、素電池群３において俵積み状に整列配置された各素電池２の外周面同士の間に形成される略三角状の隙間３６（図３参照）、または、該外周面同士と金属板材２４ａ，２４ｂとの間に形成される略三角状の隙間３８に挿入されることによって、各素電池２を位置決めする機能を有する。この場合、ピン４０，４２はいずれか一方のみとしても、各素電池２の位置決め効果がある。
【００３４】
さらに、正極側絶縁板２０および負極側絶縁板２２は、矩形状をなす外周辺部が正極集電板１６および負極集電板１８と金属枠１４との間に介在されるのが好ましい。これにより、正極集電板１６および負極集電板１８と金属枠１４とを電気的に絶縁することができる。
【００３５】
上記のように各素電池２に電気接続された正極集電板１６および負極集電板１８によって、電池パック１０に含まれる素電池２が直列接続される。そして、外装体１２の外部に延出した正極タブ１６ａおよび負極タブ１８ａを介して各素電池２に対する充電及び各素電池２からの放電を行うことができる。
【００３６】
上述したように本実施形態の電池パック１０によれば、素電池群３の角部に位置する素電池２ａ，２ｂに金属枠１４が接触していることから、素電池２ａ，２ｂが異常発熱した場合には素電池２ａ，２ｂから金属枠１４にも伝熱されるので、これに隣接する素電池２が異常高温になるのを抑えることができる。したがって、本実施形態の電池パック１０によれば、高エネルギー密度化を図りながら、素電池群３の角部に位置する素電池２ａ，２ｂ及びこれに隣接する素電池２の類焼をより効果的に抑制することができる。
【００３７】
また、本実施形態の電池パック１０では、素電池群３の角部以外の外周部に位置する素電池２に金属枠１４の一部を構成する金属壁部２４および金属柱部２６ａ，２６ｂが接触することから、素電池群３の外周部に位置する素電池２からの金属枠１４への伝熱が良好になり、金属枠１４が無い場合に比べて素電池２間での類焼をより効果的に抑制することができる。
【００３８】
なお、本開示に係る電池パックは、上述した実施形態及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及びその均等な範囲において種々の変更や改良が可能である。
【００３９】
例えば、上記においては素電池群３を構成する各素電池２は外周面同士が互いに接触した状態で俵積み状に配置された例について説明したが、これに限定されるものではない。俵積み状に配置された各素電池２の間に例えば１ｍｍ以下程度の隙間が空くように互いに近接した状態で配置して、素電池群３を構成してもよい。このような隙間が素電池２間に形成された配置状態は、正極側絶縁板２０および負極側絶縁板２２に形成されたピン４０，４２によって正確に維持することが可能である。
【００４０】
また、このように各素電池２間に隙間を形成して素電池群３を構成した場合、各素電池２間の隙間に樹脂材料を例えばポッティング等によって充填するのが好ましい。これにより、上記隙間に空気層よりも伝熱性が高い樹脂材料を介して素電池２間の伝熱性が向上し、熱連鎖を効果的に抑制することができる。
【００４１】
さらに、上記においては金属枠１４を構成する金属板材２４ｂと金属柱部２６ａ，２６ｂとを別部材として形成した例について説明したが、ダイキャスト等によって一体に形成してもよい。
【符号の説明】
【００４２】
２，２ａ，２ｂ  素電池、３  素電池群、４ａ  正極端子、４ｂ負極端子、５ａ  第１素電池列、５ｂ  第２素電池列、１０  電池パック、１２  外装体、１４  金属枠、１６  正極集電板、１６ａ  正極タブ、１７，１９  接続リード、１８  負極集電板、１８ａ  負極タブ、２０  正極側絶縁板、２１，２３  円形開口部、２２  負極側絶縁板、２４  金属壁部，２４ａ，２４ｂ  金属板材、２６ａ，２６ｂ  金属柱部、２７，２９  雌ねじ部、２８  貫通孔、３２，３４  空間、３６，３８  隙間、４０，４２  ピン、Ｘ，Ｙ，Ｚ  矢印。
【図１】
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【図２】
2017081838.tif 000004
【図３】
2017081838.tif 000005
【図４】
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【国際調査報告】
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2017081838.tif 000008
2017081838.tif 000009
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