(57)【要約】【課題】効果的に素電池間での熱連鎖が抑制されることで高い安全性が確保される電池パックを提供する。【解決手段】電池パック１は、６本の素電池３１〜３６およびスペーサ５１〜５６と、これらを収容する外装体（上ケース部材と下ケース部材１２との組み合わせ）とを備える。スペーサ５１〜５６は、各々に隣接する素電池３１〜３６の温度が高くなるに従いその形状が変化する。そして、スペーサ５１〜５６の形状が変化した場合において、素電池３１〜３６間の間隔ｇ１はスペーサ５１〜５６の形状変化に伴う押圧力の作用を受けて拡げられる。【選択図】図５
2011108511.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の素電池と、隣接する素電池間に介挿されるスペーサと、前記複数の素電池および前記スペーサを収容する外装体とを備える電池パックであって、
前記スペーサは、隣接素電池の内の一方の熱によりその形状が変化する熱変形材料から構成されており、
前記隣接素電池間の間隔は、前記スペーサの形状変化に伴う押圧力の作用を受けて拡げられる
ことを特徴とする電池パック。
【請求項２】
前記外装体は、前記スペーサが形状変化する場合において、前記隣接素電池間の間隔が拡がる方向に相対する壁部分が、前記スペーサの形状変化に伴う押圧力の作用を受けた素電池に押されて外側に向けて変形する
ことを特徴とする請求項１に記載の電池パック。
【請求項３】
前記外装体には、前記複数の素電池に電気的に接続された基板も収容されており、
前記基板は、前記外装体内において、前記壁部分を除く他の壁部分と前記隣接素電池との間に配置されている
ことを特徴とする請求項２に記載の電池パック。
【請求項４】
前記スペーサは、バイメタルまたは形状記憶合金または形状記憶ポリマーから構成されている
ことを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の電池パック。
【請求項５】
前記スペーサは、板状をし、前記隣接素電池間にその両主面が各素電池の外面に当接あるいは近接する状態で介挿されており、前記一方の素電池の熱により、湾曲変形する
ことを特徴とする請求項１から４の何れかに記載の電池パック。
【請求項６】
前記スペーサは、前記一方の温度が高くなるに従い、曲率半径が小さくなるように湾曲変形する
ことを特徴とする請求項５に記載の電池パック。
【請求項７】
前記隣接素電池同士は、リード板により接続されており、
前記リード板には、各素電池の接続箇所の間の領域に幅狭部分が設けられており、
前記リード板における幅が狭くなった部分は、前記隣接素電池の内の一方の温度が閾値に達した時点で、前記スペーサの形状変化に伴う押圧力の作用を受けて破断する
ことを特徴とする請求項１から６の何れかに記載の電池パック。
【請求項８】
前記複数の素電池は、各々が筒状をしており、
前記スペーサは、並列配置された２つの素電池の外周面間に介挿されている
ことを特徴とする請求項１から７の何れかに記載の電池パック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電池パックに関し、特に素電池間に挿設されるスペーサに関する。
【背景技術】
【０００２】
電池パックは、携帯電話機やＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ  Ｄｉｇｉｔａｌ  Ａｓｓｉｓｔａｎｔ）やノートブック型パーソナルコンピュータなどの携帯機器、さらには電動工具や車両（電動アシスト自転車、ハイブリッドバイク、ハイブリッド自動車（ＨＥＶ）、電気自動車（ＰＥＶ））などに用いられるようになってきている。
電池パックは、複数の素電池を直列若しくは並列、または直並列に接続し、これに制御回路などが形成された基板を組み合わせた状態で、外装体内に収納された構成を有する。電池パックに用いられる素電池としては、従来用いられてきたニッケル水素二次電池やニッケルカドミウム二次電池などの他に、近年ではリチウムイオン二次電池も用いられるようになってきている。リチウムイオン二次電池は、ニッケル水素二次電池やニッケルカドミウム二次電池などに比べ、高出力であって、単位体積当たりの効率が高いという特徴を有する。
【０００３】
ところで、電池パックにおいては、外装体内の素電池と素電池との間にスペーサが介挿されている。スペーサは、電池パックの使用時において加わる振動から素電池や基板を保護する目的と、隣接する素電池間での熱連鎖を抑制するという目的などから設けられている。ここで、電池パックにおける熱連鎖とは、素電池の一部において異常発熱を生じた場合に、発生した熱が隣接する素電池に伝搬し、伝搬により高温となった素電池が異常発熱するという連鎖的な現象をいう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−１４０６２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献などで提案された構成では、電池パックへの更なる低コスト化および軽量化という要望に対し、スペーサの厚みを厚くすること（隣接素電池間の間隙を拡げること）は困難であり、高出力化および高密度化を推進するに当り十分に熱連鎖を抑制できないという問題を生じ得る。特に、素電池としてリチウムイオン二次電池を採用する場合には、熱連鎖の防止は、安全という観点から重要な事項であり、更なる対策を求められる。
【０００６】
本発明は、上記問題の解決を図るべくなされたものであって、効果的に素電池間での熱連鎖が抑制されることで高い安全性が確保される電池パックを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明に係る電池パックは、次の構成を採用する。
本発明に係る電池パックは、複数の素電池と、隣接する素電池間に介挿されるスペーサと、複数の素電池およびスペーサを収容する外装体とを備える。そして、スペーサは、隣接素電池の一方の熱によりその形状が変化する熱変形材料から構成されており、隣接素電池間の間隔はスペーサの形状変化に伴う押圧力の作用を受けて拡げられることを特徴とする。
【０００８】
なお、上記における「スペーサの形状変化」は、例えば、平板状のスペーサが、隣接素電池の一方の熱を受けて湾曲変形するような場合や、コイル状に巻回されたスペーサが、隣接素電池の一方の熱を受けて巻回軸方向に延びるような場合などがある。
【発明の効果】
【０００９】
上記のように、本発明に係る電池パックでは、隣接素電池間に介挿させるスペーサとして、隣接素電池の一方の熱により、隣接素電池間の間隔を拡げるように形状変化するものを用いている。このため、本発明に係る電池パックでは、通常使用時（素電池が異常発熱していない状態）にはスペーサは形状変化する前の状態で維持され、隣接素電池間の間隔を狭い状態とすることができる。このため、本発明に係る電池パックは、パッケージの小型化という要求に対応できる。
【００１０】
また、本発明に係る電池パックでは、隣接素電池の一方の温度が上昇した際に、スペーサの形状が変化して隣接素電池間の間隔を拡げるように作用するので、素電池の異常時には隣接素電池間の間隔が拡げられることによって、隣接素電池間での熱の伝達がされ難くなる。よって、本発明に係る電池パックでは、隣接素電池の一方で異常をきたしても、それにより発生する熱が他方の素電池へと連鎖し難く、全体として高い安全性を確保することができる。
【００１１】
以上のように、本発明に係る電池パックでは、サイズの大型化を伴うことなく、効果的に素電池間での熱連鎖が抑制され、高い安全性が確保される。
本発明に係る電池パックでは、例えば、次のようなバリエーションを採用することができる。
本発明に係る電池パックでは、上記構成において、スペーサが形状変形する場合において、外装体における隣接素電池間の間隔が拡がる方向に相対する壁部分が、スペーサの形状変化に伴う押圧力の作用を受けた素電池に押されて外側に向けて変形するという構成を採用することができる。このような構成を採用する場合には、外装体における該壁部分（隣接素電池間の間隔が拡げられる方向に相対する壁部分）が、スペーサの形状変化に伴う押圧力の作用を受けた素電池に押されて外側に向けて変形する（外側に膨らむ）ので、上記スペーサの形状変化で生じる隣接素電池間の間隔の拡がりを、外装体の壁部分の変形で対応ができる。よって、パッケージの小型化と高い安全性との確保がさらに確実になされる。
【００１２】
また、本発明に係る電池パックでは、複数の素電池に電気的に接続された基板も外装体に収容されており、当該基板が、外装体内において、上記壁部分（スペーサの変形に伴う押圧力によって変形する壁部分）を除く他の壁部分と上記隣接素電池との間に配置されているという構成を採用することができる。このように基板を配置する場合には、スペーサの形状変化による隣接素電池間の間隔の拡がり（素電池の移動）が阻害されず、安全性の確保という観点から優位である。
【００１３】
本発明に係る電池パックでは、スペーサの構成材料（熱変形材料）の具体例として、例えば、バイメタルや形状記憶合金、あるいは形状記憶ポリマーなどを採用することができる。
また、本発明に係る電池パックでは、スペーサが板状をしており、隣接素電池間にその両主面が各素電池の外面に当接あるいは近接するように介挿されている。そして、スペーサは、隣接素電池の一方の熱により、湾曲変形するという構成を採用することができる。このように板状のスペーサを採用する場合には、例えば、コイル状に巻回されたスペーサなどを用いる場合に比べ、通常使用時における素電池間の間隔を狭くすることができ、パッケージの小型化に優位である。
【００１４】
なお、上記において「近接」とは、上記一方の素電池で発生した熱が、スペーサに伝達され得る隙間を有する状態をいい、例えば、１．０［ｍｍ］未満の隙間をあけた状態をいう。
例えば、素電池の熱によりスペーサの湾曲変形する構成を採用する場合には、その曲率半径が、素電池の温度が高くなるに従い小さくなるようなものとすることができる。
【００１５】
また、本発明に係る電池パックでは、隣接する素電池同士がリード板により接続されており、リード板に、各素電池の接続箇所の間の領域に幅狭部分が形成されている。そして、この場合において、リード板の幅狭部分が、隣接素電池の一方の温度が閾値に達した状態で、スペーサの形状変化に伴う押圧力の作用を受けて破断するという構成を採用することができる。このような構成を採用する場合にあっては、隣接素電池の相互間を接合しているリード板の幅狭部分が、隣接素電池の一方の温度が閾値を超えた時点で、スペーサの形状変化に伴う押圧力の作用によって破断され、隣接素電池間での電気接合が開状態となり、また、リード板を介しての熱伝達経路も断たれる。よって、このような構成を採用する場合には、電気的な安全性も確保されることになる。なお、リード板の幅狭部分が破断されれば、隣接素電池間の間隔も拡がり易くなるという効果も奏される。
【００１６】
また、本発明に係る電池パックでは、複数の素電池の各々が筒状（円筒状、角筒状）をしており、スペーサが並列配置された２つの素電池（隣接素電池）の外周面間に介挿されているという構成を採用することができる。このような構成を採用する場合には、スペーサと素電池との対向面積を大きくとることが可能であり、スペーサへの熱伝達特性、即ち、スペーサの熱感知特性という観点から優位である。
【００１７】
また、本発明に係る電池パックでは、外装体における上記壁部分（スペーサの形状変化に伴う押圧力の作用によって変形する壁部分）に、隣接素電池の内の一方あるいは他方の外周面が直接に当接されているという構成を採用することができる。このような構成を採用する場合には、素電池と外装体の壁部分との間に他の部品が介在されていないので、スペーサの形状変化による素電池の移動（間隔の拡がり）がスムーズになされる。よって、この構成の採用は、安全性の確保という観点から優位である。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】実施の形態に係る電池パック１の外観構成を示す模式斜視図である。
【図２】電池パック１の内部構成を示す展開斜視図である。
【図３】（ａ）は、素電池３５，３６の接続およびこれらと基板２２との接続に供される接続リード４４の形状を示す模式斜視図であり、（ｂ）は、素電池３３〜３６の接続およびこれらと基板２２との接続に供される接続リード４３の形状を示す模式斜視図である。
【図４】通常使用時における素電池３１〜３６の配置と、スペーサ５１〜５６の形状とを、便宜的に上ケース部材１１を外した状態で示す模式平面図である。
【図５】特定の素電池が異常発熱した状態での、素電池３１〜３６の配置と、スペーサ５１〜５６の形状とを、便宜的に上ケース部材１１を外した状態で示す模式平面図である。
【図６】スペーサ５１の形状を示す模式斜視図である。
【図７】接続リード４４の形状を示す模式平面図である。
【図８】変形例に係る接続リード６２の形状を示す模式斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下では、本発明を実施するための形態について、数例を示して説明する。なお、以下の説明で用いる実施の形態および変形例は、本発明の構成および作用・効果を分かりやすく説明するために用いる例示であって、  本発明は、その本質的部分以外に以下の形態に何ら限定を受けるものではない。
［実施の形態］
１．電池パック１の外観構成
図１に示すように、電池パック１は、Ｙ軸方向に長い略直方体状の外観形状を有する。電池パック１における外観は、上ケース部材１１と下ケース部材１２との組み合わせを以って構成されている。上ケース部材１１および下ケース部材１２は、ともに樹脂材料から構成されており、互いの開口端辺同士が接合されて、電池パック１の外装体を構成している。
【００２０】
下ケース部材１２の一部領域からは、装着機器との電気的接続に供されるコネクタ２１が外部露出されている。
２．電池パック１の内部構成
図２に示すように、電池パック１では、上ケース部材１１および下ケース部材１２で構成される外装体内に、６つの素電池３１〜３６が収納されている。６つの素電池３１〜３６は、それぞれが円筒形の外観形状を有するリチウムイオン二次電池であって、互いにサイズが同一である。６つの素電池３１〜３６は、接続リード４１〜４４を以って２並３直に接続されている。また、６つの素電池３１〜３６は、Ｘ軸方向に２列、Ｙ軸方向に３行の形態で配されている。
【００２１】
素電池３２，３４，３６の外周面と下ケース部材１２におけるＸ軸方向手前側の壁との間には、基板２２が挿設されている。基板２２におけるＸ軸方向手前側主面には、コネクタ２１が実装されており、その一部が下ケース部材１２から外方に露出するようになっている。
電池パック１では、素電池３１と素電池３２との間に、平板状をしたスペーサ５１，５２が介挿されている。スペーサ５１，５２は、バイメタルから構成されているものであって、素電池３１および素電池３２の各外周面に当接あるいは近接されている。ここで、近接とは、素電池３１，３２で発生した熱が、スペーサ４１，４２に伝達され得る隙間を有する状態をいい、例えば、１．０［ｍｍ］未満の隙間をあけた状態である。同様に、素電池３３と素電池３４の間には、スペーサ５３，５４が介挿され、素電池３５と素電池３６との間には、スペーサ５５，５６が介挿されている。
【００２２】
なお、本実施の形態では、スペーサ５１〜５６を構成するバイメタル材料として、富士バイメタル社製の「Ｈ３」を一例として用いている。
３．接続リード４１〜４４の形状
電池パック１において、素電池３１〜３６の接続に供される接続リード４１〜４４の形状について、図３（ａ）および図３（ｂ）を用い説明する。なお、以下では、接続リード４３，４４について説明する。
【００２３】
図３（ａ）に示すように、素電池３５と素電池３６との接続に供される接続リード４４は、概略、短冊状の金属板がＬ字状に曲折加工され構成されている。具体的には、接続リード４４は、素電池３５の端面３５ａに接続される接続領域４４と、素電池３６の端面３６ａに接続される接続領域４４ｂとを有し、また、両接続領域４４ａ，４４ｂを繋ぐ連絡領域４４ｃも有する。さらに、接続リード４４には、接続領域４４ｂに連続し、Ｙ軸方向左上側に曲折された基板当接領域４４ｄと、さらに基板当接領域４４ｄの上端部分から曲折された基板接続領域４４ｆも形成されている。
【００２４】
接続リード４４における接続領域４４ａ，４４ｂには、それぞれ溶接時における渦電流防止用のスリット４４ａｓ，４４ｂｓが設けられている。また、接続リード４４における連絡領域４４ｃの略中央部分には、Ｚ軸方向の上下それぞれから切り込み部４４ｅ１，４４ｅ２が設けられている。連絡領域４４ｃは、両切り込み部４４ｅ１，４４ｅ２の形成により、中央部分で幅が狭くなっている。
【００２５】
次に、図３（ｂ）に示すように、素電池３３〜３６の接続に供される接続リード４３は、各素電池３３〜３６の端面３３ａ〜３６ａに接続される接続領域４３ａ，４３ｂ，４３ｇ，４３ｈを有し、また、上記接続リード４４と同様に、連絡領域４３ｃ，４３ｉを有する。接続領域４３ｂには、基板当接領域４３ｄが連続し、Ｙ軸方向右下側に曲折されている。そして、上記接続リード４３と同様に、基板当接領域４３ｄの上端部分からは、基板接続領域４３ｆが延設されている。
【００２６】
図３（ｂ）に示すように、接続リード４３における各接続領域４３ａ，４３ｂ，４３ｇ，４３ｈにも、スリット４３ａｓ，４３ｂｓ，・・が形成されている。また、連絡領域４３ｃ，４３ｉにおけるＸ軸方向の略中央部には、切り込み部４３ｅ１，４３ｅ２，４３ｊ１，・・が形成されており、当該部分で幅が狭くなっている。
さらに、接続リード４３では、接続領域４３ａと接続領域４３ｇとがＵ字状に曲折加工された連絡領域４３ｋで繋がっており、接続領域４３ｂと接続領域４３ｈとが同じくＵ字状に曲折加工された連絡領域４３ｌで繋がっている。
【００２７】
ここで、接続リード４３を用いた素電池３３〜３６の接続では、先ず、連絡領域４３ｋ，４３ｌを曲折加工する前に、各接続領域４３ａ，４３ｂ，４３ｇ，４３ｈを素電池３３〜３６の各端面３３ａ，３４ａおよび端面の極端子３５ｂ，３６ｂ（極端子自体については、図示を省略。）にスポット溶接などで接合する。そして、その後に、連絡領域４３ｋ，４３ｌをＵ字状に曲折加工することによって、接続リード４３が図３（ｂ）に示すような形態となり、接続が完了する。
【００２８】
４．素電池３１〜３６の温度とスペーサ５１〜５６の形状変化
素電池３１〜３６の温度とスペーサ５１〜５６の形状変化、および外装体（下ケース部材１２）の形状との関係について、図４および図５を用い説明する。図４は、定常時（通常使用時）における電池パック１を示し、図５は、素電池３１〜３６の一部が温度上昇した異常時における電池パック１を示す。
【００２９】
図４に示すように、素電池３１〜３６の温度が適正な範囲内で使用されている場合（以下では、「通常使用時」と記載する。）には、スペーサ５１〜５６は平板状のままの形状で維持されている。そして、この状態においては、素電池３１と素電池３２、素電池３３と素電池３４、素電池３５と素電池３６との各間の間隔ｇ０は、スペーサ５１〜５６の板厚（例えば、１．５［ｍｍ］）と略同一となっている。
【００３０】
なお、図４に示すように、通常使用時においては、下ケース部材１２に変形は生じておらず、また、図示を省略している上ケース部材についても変形は生じていない。
次に、図５に示すように、素電池３１〜３６の少なくとも一つが異常発熱した場合には、それに当接するスペーサ５１〜５６が弧状にその形状を変化させる（湾曲変形する）。これは、スペーサ５１〜５６がバイメタルを用い構成されているためであり、素電池３１〜３６の温度が上昇するのに伴って弧の曲率半径が小さくなって行く。そして、スペーサ５１〜５６の形状変化に伴って、素電池３１と素電池３２、素電池３３と素電池３４、素電池３５と素電池３６との各間は、図４に示す通常使用時に比べての間隔ｇ１まで拡げられることになる。
【００３１】
図５に示すように、スペーサ５１〜５６が変形することによって、素電池３１，３３，３５がＸ軸方向上向きに移動する際、下ケース部材１２におけるＸ軸方向上側の壁部分１２ａが、スペーサ５１〜５２の形状変化に伴う押圧力の作用を受けて、外側に膨らむ。ここで、本実施の形態では、スペーサ５１〜５６の形状が変化した後における間隔ｇ１は、例えば、約３［ｍｍ］程度となる。
【００３２】
なお、図５では、全てのスペーサ５１〜５６がその形状変化を生じているように図示しているが、必ずしもすべてのスペーサ５１〜５６が一時に湾曲するとは限らない。即ち、スペーサ５１〜５６がその形状変化を生じるのは、当接されている２つの素電池３１〜３６の一方が異常発熱した場合であり、その場合に、熱の伝達を受けていない他のスペーサ５１〜５６が形状変化を生じることはない。
【００３３】
ここで、素電池３１〜３６の互いの間の接続に供されている接続リード４１〜４４（図２などを参照。）は、図５に示すようなスペーサ５１〜５６の形状変化を生じた場合において、Ｘ軸方向に伸長され、間隔ｇ１がある閾値を超えると、一部が破断されることになる。具体的には、図３（ａ）および図３（ｂ）に示すように、接続リード４１〜４４には、切り込み部４４ｅ１，４４ｅ２，４３ｅ１，４３ｅ２，４３ｊ１，・・が設けられており、スペーサ５１〜５６の形状変化時には当該部分を中心に延ばされ、閾値を超えたときに一部が破断に至ることになる。
【００３４】
なお、図５に示すように、スペーサ５１〜５６がその形状変化を生じた場合に、下ケース部材１２におけるＸ軸方向上側の壁部分１２ａが外側に向けて変形するが、Ｘ軸方向下側の壁部分については、素電池３２，３４，３６との間に基板２２が介挿されているので、その分だけ全体での剛性が高くなるために変形をほとんど生じない。逆にいえば、素電池３１，３３，３５と壁部分１２ａの内壁との間には、基板などの剛性が高くなるようなものを介挿させないようにして、素電池３１，３３，３５と素電池３２，３４，３６との間隔が間隔ｇ０から間隔ｇ１へと拡がることを妨げないようにしている。
【００３５】
また、図４および図５では、上ケース部材１１の図示を省略しているが、上ケース部材１１についても、図５のような状態では、スペーサ５１〜５６の形状変化に伴ってＸ軸方向上向きに膨らむようになっている。
５．優位性
本実施の形態に係る電池パック１では、隣接する素電池３１〜３６の各外周面同士の間に、バイメタルから構成されたスペーサ５１〜５６を介挿させている。図４に示すように、スペーサ５１〜５６は、通常使用時においては平板状をしており、素電池３１，３３，３５と素電池３２，３４，３６との間隔ｇ０は、スペーサ５１〜５６の板厚（例えば、１．５［ｍｍ］）と略同一となっている。
【００３６】
一方、図５に示すように、素電池３１〜３６の少なくとも一つが異常発熱した場合には、スペーサ５１〜５６の内、異常発熱した素電池３１〜３６に当接された物が、湾曲変形し、素電池３１，３３，３５と素電池３２，３４，３６との間隔が間隔ｇ１（例えば、約３［ｍｍ］）となる。また、図５に示すように、下ケース部材１２のＸ軸方向上側の壁部分１２ａも、スペーサ５１〜５６の形状変化に伴う押圧力の作用を受けて、外側（Ｘ軸方向上向き）に膨らむ。なお、上記のように、上ケース部材１１もこのとき、同様に変形する。
【００３７】
また、図３（ａ）および図３（ｂ）に示すように、電池パック１では、素電池３１〜３６の各間の接続に供される接続リード４１〜４４について、切り込み部４４ｅ１，４４ｅ２，４３ｅ１，４３ｅ２，４３ｊ１，・・を形成し、当該部分での幅をその前後の部分よりも狭くしている。このような構成において、接続リード４１〜４４の幅狭部分が、スペーサ５１〜５６の形状変化（湾曲変形）の度合がある閾値まで達した時点で、その押圧力の作用を受けて破断する。よって、このような場合には、素電池３１〜３６の各間での電気接合が開状態となり、また、接続リード４１〜４４を介しての他の素電池３１〜３６への熱伝達経路も断たれる。これにより、電池パック１では、より確実に安全の確保がなされている。
【００３８】
以上のように、本実施の形態に係る電池パック１では、通常使用時においては、スペーサ５１〜５６の形状は平板状であり、素電池３１，３３，３５と素電池３２，３４，３６との間隔ｇ０は、スペーサ５１〜５６の板厚（例えば、１．５［ｍｍ］）と略同一であって（図４を参照）、パッケージの小型化という要求を満足し得る。一方、素電池３１〜３６の少なくとも一つが異常発熱した場合には、スペーサ５１〜５６の内の対応するものが湾曲変形し、素電池３１，３３，３５と素電池３２，３４，３６との間隔を間隔ｇ１（例えば、約３［ｍｍ］）まで拡げるので、素電池３１，３３，３５と素電池３２，３４，３６との各間での熱連鎖が効果的に抑制される。よって、本実施の形態に係る電池パック１では、素電池３１〜３６の一つが異常発熱しても、他の素電池３１〜３６へと連鎖し難く、全体として高い安全性を確保することができる。
【００３９】
なお、本実施の形態では、スペーサ５１〜５６の構成材料として、バイメタルを採用したが、これ以外にも、例えば形状記憶合金や形状記憶ポリマーなどを採用しても、上記同様の優位性を有する。また、上記では、通常使用時におけるスペーサ５１〜５６の形状を平板状とすることにより、通常使用時におけるパッケージの小型化を図ることとしたが、このような形状以外にも、例えば、コイル状に巻回された形状のものを採用することもでき、この場合においても、高い安全性を確保することができる。
【００４０】
また、電池パック１では、素電池３１〜３６の各々が円筒状の外観形状を有するが、その外周面同士の間にスペーサ５１〜５６を介挿させているので、素電池３１〜３６からの熱が高い精度でスペーサ５１〜５６へと伝達されることになり、スペーサ５１〜５６の熱感知特性という観点から優位である。なお、角筒状の外観形状を有する素電池を採用する場合には、スペーサ５１〜５６との接触面積がさらに大きくなり、熱感知特性という観点からより効果的である。
【００４１】
６．スペーサ５１〜５６の設計例
スペーサ５１〜５６のサイズなどについて設計例を、スペーサ５１を一例として説明する。
図６に示すように、スペーサ５１の幅（図２のＺ軸方向の幅）をＷ５１［ｍｍ］、長さ（図２のＹ軸方向の長さ）をＬ５１［ｍｍ］、板厚み（図２のＸ軸方向の板厚）をｔ５１［ｍｍ］とする。
【００４２】
このとき、隣接する素電池が異常発熱したときに、スペーサ５１が湾曲変形することによって生じる荷重をＰ１［Ｎ］は、次式の通りとなる。
［数式１］  Ｐ１＝Ｋｆ（Ｔ２−Ｔ１）Ｗ５１・ｔ５１２／Ｌ
また、スペーサ５１の湾曲変形量Ｘ［ｍｍ］は、片持ち梁として計算した場合、次式の通りとなる。
【００４３】
［数式２］  Ｘ＝ｋ（Ｔ２−Ｔ１）Ｌ２／ｔ５１
また、スペーサ５１の湾曲変形により、隣接素電池間に追加的に確保されるスペースＳ［ｍｍ］は、次式の通りとなる。
［数式３］  Ｓ＝Ｘ／２
なお、スペースＳについては、スペーサ５１の湾曲変形量Ｘを片持ち梁として計算しているので、湾曲変形量Ｘの１／２の値となる。
【００４４】
上記［数式１］〜［数式３］において用いた符号は、次の通りである。
ｋ；スペーサ５１に用いるバイメタルの湾曲係数［１／℃］
ｆ；バイメタルの力係数［Ｎ／ｍｍ２］
（Ｔ２−Ｔ１）；素電池における通常使用時と想定される異常発熱時との温度差［℃］
具体的に、上記のように、一例としてバイメタル材料として富士バイメタル社製「Ｈ３」を用いスペーサ５１を作製した場合には、ｋ＝１１．０［Ｋ・１０−６／℃］、ｆ≒４３７５０［Ｎ／ｍｍ２］である。そして、（Ｔ２−Ｔ１）＝５００［℃］、Ｗ５１＝１６．０［ｍｍ］、Ｌ５１＝２５．０［ｍｍ］、ｔ５１＝１．５［ｍｍ］として各値を計算すると、次式の通りとなる。
【００４５】
［数式４］  Ｐ１≒３４７［Ｎ］
［数式５］  Ｓ≒１．２［ｍｍ］
以上より、スペーサ５１が湾曲変形した場合において、素電池間の間隔ｇ１は、次式の通りとなる。
［数式６］  ｇ１＝ｇ０＋Ｓ＝ｔ５１＋Ｓ≒２．７［ｍｍ］
上記［数式６］に示すように、素電池の一つが異常発熱した場合には、スペーサ５１が湾曲変形することにより、素電池間の間隔が間隔ｇ１（≒２．７［ｍｍ］）まで拡げられる。このように、素電池間の間隔が３［ｍｍ］近くまで拡げられた場合には、隣接する素電池が熱連鎖によって異常発熱を生じる確率は、略０［％］となる。
【００４６】
なお、スペーサ５２〜５６についても、上記同様となる。
７．接続リード４１〜４４の設計例
接続リード４１〜４４のサイズなどの設計例について、接続リード４４を一例として説明する。
図７に示すように、接続リード４４においては、接続領域４４ａと接続領域４４ｂとの間の連絡領域４４ｃは、その略中央部分にＺ軸方向の上下から切り込み部４４ｅ１，４４ｅ２が設けられており、これにより当該部分の幅Ｗ４４が他の部分よりも狭くなっている。よって、スペーサ５１〜５６が湾曲変形し、その変形に伴う押圧力が閾値に達した場合には、幅Ｗ４４の幅狭部分に応力集中し、破断することになる。
【００４７】
幅Ｗ４４の幅狭部分が破断するのに要する荷重Ｐ２［Ｎ］は、次式の通りとなる。
［数式７］  Ｐ２＝σＴＳＡ＝σＴＳｔ４４Ｗ４４
上記［数式７］において用いた符号は、次の通りである。
σＴＳ；接続リード４４に用いる材料の引っ張り強度［Ｎ／ｍｍ２］
Ａ；幅狭部分における断面積［ｍｍ２］
ｔ４４；接続リード４４の板厚［ｍｍ］
例えば、σＴＳ＝５００［Ｎ／ｍｍ２］、ｔ４４＝０．１５［ｍｍ］、Ｗ４４＝３．０［ｍｍ］とするときには、荷重Ｐ２は次式の通りとなる。
【００４８】
［数式８］  Ｐ２＝２２５［Ｎ］
上記［数式８］に示すように、接続リード４４の破断荷重Ｐ２は、２２５［Ｎ］となり、上記［数式４］に示すように、スペーサ５１〜５６の湾曲変形により生じる荷重Ｐ１は、接続リード４４の破断荷重Ｐ２に比べて十分に大きくなっているので、素電池３１〜３６の内の一つが異常発熱した場合においては、それに対応するスペーサ５１〜５６の湾曲変形による荷重Ｐ１の作用により、対応する接続リード４１〜４４がその幅狭部分（切り欠き部４４ｅ１，４４ｅ２が形成された箇所）が破断する。
【００４９】
また、上記［数式４］に示す荷重Ｐ１は、樹脂材料からなる外装体（上ケース部材１１と下ケース部材１２との組み合わせから構成）を外側に膨らませる（変形させる）のに十分な大きさの荷重となる。なお、実際には、図２に示すように、素電池３１と素電池３２との間、素電池３３と素電池３４の間、素電池３５と素電池３６との間には、それぞれ２つのスペーサ５１〜５６が介挿されているので、上ケース部材１１および下ケース部材１２を変形させる荷重は、上記［数式４］に示す荷重Ｐ１の２倍となる。
【００５０】
［その他の事項］
上記実施の形態に係る電池パック１では、通常使用時における形状が平板状であるスペーサ５１〜５６を採用したが、スペーサの形態については、これに限定されない。例えば、通常使用時には渦巻状の形態を有するスペーサを採用してもよく、この場合には、素電池の異常発熱に際して、巻回軸方向に延びるようなものとすることができる。
【００５１】
また、上記実施の形態では、スペーサ５１〜５６の材料としてバイメタルを一例として採用したが、これ以外にも、例えば、形状記憶合金や形状記憶ポリマーなどを採用することもできる。このような材料を用いる場合においても、素電池の異常発熱により、隣接素電池間の間隔を拡げるように形状変化するものとすれば、上記同様の効果を奏することが可能となる。なお、「形状変化」には、上記のように、平板が湾曲変形する場合に限らず、スペーサの厚み自体が膨張するような場合も含んでいる。
【００５２】
また、上記実施の形態では、素電池３１〜３６として、円筒型のリチウムイオン二次電池を採用したが、素電池として用いる電池の形態および種類については、これに限定されない。例えば、素電池として角筒状の外観形状を有するものを採用することもできるし、ニッケル水素二次電池やニッケルカドミウム二次電池といった種類の電池を採用することもできる。これらの場合においても、上記同様の効果を奏することができる。特に、角筒状の外観形状を有する電池を採用する場合にあっては、隣接する素電池間での外周面同士の接触面積が大きくなるが、本発明に係るスペーサを採用することで、確実に熱連鎖の抑制を図ることができる。
【００５３】
また、上記実施の形態では、６本の素電池３１〜３６が内蔵されることとしたが、内蔵される素電池の数については、５本以下であってもよく、７本以上であってもよい。また、図２に示すように、６本の素電池３１〜３６については、一例として２並３直の接続形態をとるものとしたが、素電池の接続形態はこれに限定されない。例えば、全ての素電池が直列接続される形態を採用することもできるし、逆に、全ての素電池が並列接続される形態を採用することもできる。
【００５４】
また、図３（ａ）および図３（ｂ）に示す接続リード４１〜４４の形態についても、一例であって、本発明では、素電池間の接続に供される接続リードの形態について、これに限定されるものではない。例えば、図８に示すような形態の接続リード６２を採用することもできる。
図８に示す接続リード６２は、図３（ｂ）に示す接続リード４３のバリエーションとして採用し得るものであり、連絡領域６２ｋが接続領域６２ａと接続領域６２ｇとを連絡するように、Ｘ−Ｙ平面においてＵ字状となっている点が、上記接続リード４３と異なる点である。接続リード６２における他の構成、即ち、領域６２ａ〜６２ｄ，６２ｇ〜６２ｉの形態およびスリット６２ａｓ，６２ｂｓ、さらには切り欠き部６２ｅ１，６２ｅ２，６２ｊ１，・・などの構成は、上記接続リード４３と同様である。
【００５５】
図８に示す接続リード６２においても、連絡領域６２ｃ，６２ｉの一部に切り欠き部６２ｅ１，６２ｅ２，６２ｊ１，・・が設けられ、当該部分で幅が最も狭くなっている。このため、スペーサ５１〜５６が湾曲変形した場合には、その荷重が幅狭部分に集中することになり、荷重が閾値を超えた場合には、幅狭部分が破断することになる。
また、上記実施の形態では、スペーサ５１〜５６を素電池３１〜３６の外周面同士の間に介挿することとしたが、介挿させる箇所については、必ずしもこれに限定されるものではない。例えば、スペーサを直列配置された素電池の端面同士の間に介挿させることとすることもできる。但し、この場合には、端面に接続される接続リードとの干渉を避ける形状（例えば、Ｕ字状やコの字状）とすることが必要となる。
【００５６】
また、上記実施の形態では、外装体を構成する上ケース部材１１および下ケース部材１２を樹脂材料から構成することとしたが、これ以外に熱や光などで収縮するチューブにより構成することなどもできる。この場合においても、スペーサ５１〜５６の形状変化の阻害をすることがない強度設計を行うことが必要となる。
さらに、上記実施の形態では、スペーサ５１〜５６の形状変化に伴い、外装体を構成する上ケース部材１１および下ケース部材１２が外側へと膨らむこととしたが、必ずしも外装体の変形については必須ではない。例えば、現実的には、素電池３１〜３６と上ケース部材１１や下ケース部材１２との間にも微小とはいえスペースが存在しているが、スペーサ５１〜５６の形状変形に伴い、間に存在していたスペースが小さくなるか、あるいは無くなるような構成を想定することも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
本発明は、安全性の確保と小型化とを両立できる電池パックを実現するのに有用である。
【符号の説明】
【００５８】
１．電池パック
１１．上ケース部材
１２．下ケース部材
２１．コネクタ
２２．基板
３１〜３６．素電池
４１〜４４，６２．接続リード
５１〜５６．スペーサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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