JP7423275B2 - 電池パック - Google Patents

Description

本発明は、内圧が設定圧力よりも高くなると開弁する排出弁を有する電池セルをケースに内蔵する電池パックに関する。

携帯型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。（特許文献１参照）

外装ケースにリチウムイオン電池などの非水系電解液二次電池を内蔵する電池パックは、排出弁が開弁する状態では、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。排出弁から噴射される高温のガスは、熱エネルギーと運動エネルギーが高く、外装ケースを熱溶融して破損する。破損された外装ケースは高温の噴出ガスをケース外に噴出するが、外部に噴射されたガスは空気に触れて発火することがある。また、外装ケース内で生じる火炎が、外装ケースから外部に放出するため、さらに安全性を確保できない。

国際公開ＷＯ２０１１／００７５３３号

本発明の目的の一は、電池の排出弁から噴射される高温の排出ガスによる弊害及び火炎を抑制して安全性を向上でき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、筒形の外装缶の両端を電極とし、内圧が設定圧力を超えると開弁する排出弁を備える一以上の電池セルと、電池セルを位置決めして保持する電池ホルダと、電池ホルダに保持される電池セルの端面側に、電池セルの端面と離間するよう設けられた対向プレート部とを備えている。電池セルは、一方の電極を凸部電極として、凸部電極の内側に排出弁を備えると共に、凸部電極の外周面にガス排出口を開口している。電池ホルダは、電池セルの端部の外周面を被覆する周壁部と、電池セルの外装缶の端面と対向する端面プレート部とを備えている。電池セルの凸部電極側に配置される端面プレート部は、凸部電極を表出させる電極窓を有すると共に、電極窓の内周面に、外装缶の端面から離れる方向に向かって次第に内形が大きくなるように傾斜されたテーパー面を有している。

本発明の電池パックは、電池の排出弁から噴射される高温・高圧の排出ガスによる弊害及び火炎を抑制して安全性を向上できる。

本発明の一実施形態に係る電池パックを示す垂直断面図である。 図１に示す電池パックに内蔵される電池ブロックの斜視図である。 図２に示す電池ブロックの分解斜視図である。 図１に示す電池パックの要部拡大概略断面図である。 本発明の他の実施形態に係る電池パックの要部拡大概略断面図である。 本発明の他の実施形態に係る電池パックの要部拡大概略断面図である。 本発明の他の実施形態に係る電池パックの要部拡大概略断面図である。 従来の電池パックの要部拡大概略断面図である。

本発明の実施形態は、以下の構成によって特定されてもよい。
本発明の第１の実施形態にかかる電池パックは、筒形の外装缶の両端を電極とし、内圧が設定圧力を超えると開弁する排出弁を備える一以上の電池セルと、電池セルを位置決めして保持する電池ホルダと、電池ホルダに保持される電池セルの端面側に、電池セルの端面と離間するよう設けられた対向プレート部とを備える電池パックであって、電池セルは、一方の電極を凸部電極として、凸部電極の内側に排出弁を備えると共に、凸部電極の外周面にガス排出口を開口しており、電池ホルダは、電池セルの端部の外周面を被覆する周壁部と、電池セルの外装缶の端面と対向する端面プレート部とを備えており、電池セルの凸部電極側に配置される端面プレート部は、凸部電極を表出させる電極窓を有すると共に、電極窓の内周面に、外装缶の端面から離れる方向に向かって次第に内形が大きくなるように傾斜されたテーパー面を有している。

上記構成により、電池セルの異常時に排出弁が開弁されて、凸部電極のガス排出口から高温・高圧の排出ガスが放出されても、排出されたガスを電極窓のテーパー面に沿って斜めに進行させることで、排出ガスを放射状に拡散させて、高温・高圧の排出ガスに起因する弊害を抑止できる。とくに、凸部電極の先端面と対向する対向プレート部に対して、高温・高圧の排出ガスが垂直方向に衝突することを抑制し、排出ガスを斜め方向に衝突させることで衝突時の衝撃を低減させて、対向プレート部の損傷を抑制できる利点が得られる。

とくに、以上の電池パックは、電池ホルダが、電池セルの端部の外周面を被覆する周壁部を備えており、端面プレート部に設けた電極窓から凸部電極を表出させるので、周壁部によって電池セルを保持しながら、端面プレート部の電極窓に対して凸部電極を正確に位置決めして配置できる。このため、凸部電極のガス排出口から高圧の排出ガスが勢いよく噴射される状態においても、凸部電極に対して電極窓の位置がずれるのを確実に防止して、排出ガスをテーパー面に対して正確にガイドしながら拡散できる。

ここで、図８の拡大断面図に示すような電池パックにおいて、排出弁から排出ガスが放出される場合を考える。この例では、電池セル１０１を保持する電池ホルダ１０２でもって、電池セル１０１の凸部電極１１３を端面プレート部１２２の電極窓１２３に位置決めしている。また、電池セル１０１は、金属板を低い柱状に形成してなる金属製の凸部電極１１３の内側に排出弁（図示せず）を設けて、凸部電極１１３の側面からガスを排出するようにガス排出口１１６を開口している。また、電池セル１０１の凸部電極１１３の端面側には、対向プレート部１０４として外装ケース１０３の壁面が離間して配置されている。この状態で電池セル１０１の内圧が上昇して設定圧力以上となり、排出弁が開弁されると、凸部電極１１３の側面から高温・高圧の排出ガスが排出される。この場合、凸部電極１１３の側面と対向する位置には、電極窓１２３の内周面である垂直面１０６が配置されているため、ガス排出口１１６から排出された排出ガスが垂直面１０６に衝突して、上方に曲げられて対向プレート部１０４に衝突する。このとき、高温・高圧の排出ガスが、対向プレート部１０４の狭い範囲に対して、垂直方向に勢いよく衝突することで、対向プレート部１０４が大きく損傷されて、場合によっては、溶融されて、対向プレート部１０４の外側に排出ガスが勢いよく噴射される。このように、高温・高圧の排出ガスが、エネルギーを失われることなく対向プレート部１０４の外側、例えば外装ケース１０３の外部に噴射されると、極めて危険な状態となってしまう。

これに対して、本発明の電池パックでは、図４の拡大断面図に示すように、凸部電極１３が配置される電極窓２３の内周面に、外装缶１１の端面１１Ａから離れる方向に向かって次第に内形が大きくなるテーパー面６を設けている。このため、電池セル１の内圧が上昇して排出弁（図示せず）が開弁される状態で凸部電極１３の側面に設けたガス排出口１６から排出される排出ガスは、対向プレート部４の方向に曲げられることなくテーパー面６に沿って進行する。このため、高温・高圧の排出ガスが、対向プレート部４の狭い範囲に対して、垂直方向に勢いよく衝突することが回避される。テーパー面６に沿って進行する排出ガスは、平面視において放射状に拡散されることで運動エネルギーと熱エネルギーが低減され、また、対向プレート部４に衝突する際には、斜め方向に衝突することで運動エネルギーが分散されて、垂直方向の運動エネルギーが抑制される。このため、高温・高圧の排出ガスによって、対向プレート部が損傷され、あるいは溶融される事態を抑制して、高温・高圧の排出ガスによる弊害を低減できる特徴が実現できる。

本発明の第２の実施形態にかかる電池パックは、さらに、電池セルを保持してなる電池ホルダを収納する外装ケースを備え、対向プレート部を外装ケースの壁面としている。

上記構成によると、対向プレート部である外装ケースの壁面に対する、高温・高圧の排出ガスによる弊害、例えば、外装ケースが損傷され、あるいは溶融される事態を抑制して、高温・高圧の排出ガスが電池セルの端面の近傍から直接に外装ケースの外部に噴射されるのを防止できる特長がある。

本発明の第３の実施形態にかかる電池パックは、凸部電極が、外装缶の端面から突出する柱状であって、柱状の外周面に複数のガス排出口を開口しており、電極窓に形成されたテーパー面の上端をガス排出口の上端開口縁よりも高くしている。

上記構成によれば、ガス排出口の上端開口縁の近傍から噴射される排出ガスを確実にテーパー面に衝突させて、排出ガスをテーパー面に沿って拡散できる。

本発明の第４の実施形態にかかる電池パックは、凸部電極が、外装缶の端面から突出する柱状であって、柱状の外周面に複数のガス排出口を開口しており、電極窓に形成されたテーパー面の下端をガス排出口の上端開口縁よりも低くしている。

上記構成によれば、ガス排出口から噴射される排出ガスを確実にテーパー面に衝突させて、排出ガスをテーパー面に沿って拡散できる。

本発明の第５の実施形態にかかる電池パックは、凸部電極の外形を円柱状として、テーパー面を逆円錐台の側面に沿う形状としている。

上記構成によれば、円柱状の凸部電極の外周面に設けたガス排出口から排出される排出ガスを逆円錐台形状のテーパー面に沿って流動させて放射状に拡散させて理想的な状態で高温・高圧の排出ガスが持つエネルギーを低減できる。

本発明の第６の実施形態にかかる電池パックは、外装缶の端面に対するテーパー面の傾斜角（α）を３０度～６０度としている。

上記構成によれば、テーパー面を通過した排出ガスが対向プレート部に対して傾斜する方向に衝突する際の衝突速度の垂直成分を、衝突速度の０．５～０．８７倍に低減させることができる。このため、対向プレート部に衝突する際の運動エネルギーの垂直成分を効果的に低減させて、対向プレート部に与える弊害を抑制できる。

本発明の第７の実施形態にかかる電池パックは、テーパー面の最小内形を、凸部電極の外形よりも大きくしている。

上記構成によると、テーパー面の最小内形を凸部電極の外形よりも大きくすることで、テーパー面を凸部電極のガス排出口から離間させた状態に配置して、テーパー面を高温・高圧の排出ガスから保護できる。また、テーパー面の下端開口部を凸部電極の外形よりも大きくできるので、凸部電極を電極窓に速やかに案内できる。

本発明の第８の実施形態にかかる電池パックは、テーパー面の高さ方向の中間部に凹部を形成している。

上記構成によると、テーパー面の中間部に凹部を形成しているので、テーパー面に沿って流動する排出ガスの一部をこの凹部に対流させることにより、排出ガスの流れに乱流を起こすことができ、これにより排出ガスの運動エネルギーを低減させることができる。

本発明の第９の実施形態にかかる電池パックは、電極窓の開口縁部において、テーパー面の上端縁に沿って形成された凹部を備えており、この凹部を、テーパー面の上端縁に連結された段差面と、この段差面の外周縁に連結されてテーパー面の延長面よりも低い高さまで突出された起立面とで構成している。

上記構成によると、電極窓の開口縁部であって、テーパー面の上端に凹部を形成しているので、テーパー面に沿って流動する排出ガスの一部をこの凹部に対流させることにより、排出ガスの流れに乱流を起こすことができ、これにより排出ガスの運動エネルギーを低減させることができる。とくに、凹部を形成する起立面の上端位置をテーパー面の延長面よりも低くなるように形成するので、テーパー面に沿って流動した排出ガスが起立面に衝突して垂直方向に曲げられるのを有効に防止できる。

本発明の第１０の実施形態にかかる電池パックは、さらに、電池セルの電極に接続されるリード板を備えており、電極窓に設けた凹部を、リード板を定位置に配置するための位置決め凹部としている。

上記構成によると、電極窓に設けた凹部をリード板の位置決め部に兼用することで、リード板を容易に電極窓の定位置に配置しながら、テーパー面に沿って流動する排出ガスの一部を凹部に対流させることにより、排出ガスの運動エネルギーを低減させることができる。

本発明の第１１の実施形態にかかる電池パックは、電池ホルダが、少なくともテーパー面をガラスエポキシ樹脂または熱硬化性樹脂で形成している。

上記構成によれば、電池ホルダのテーパー面をガラスエポキシ樹脂や熱硬化性樹脂等の耐熱性樹脂で形成することで、高温・高圧の排出ガステーパー面が損傷され、あるいは溶融されるのを有効に防止して、排出ガスを安定して流動させて拡散できる。

本発明の第１２の実施形態にかかる電池パックは、さらに、電池ホルダが、端面プレート部に連結されて電極窓のテーパー面を構成するリング部材を備えている。

上記構成によると、電池ホルダと別部材で形成されるリング部材を端面プレート部に連結することで、電極窓のテーパー面を構成するので、電池ホルダとリング部材とに最適な材質を選択しながら、理想的な状態で排出ガスに対応できる電池ホルダを実現できる。

本発明の第１３の実施形態にかかる電池パックは、リング部材を、端面プレート部にインサートして定位置に配置している。

本発明の第１４の実施形態にかかる電池パックは、リング部材を、端面プレート部に係止、圧入、接着、嵌合、螺合のいずれかで定位置に配置している。

本発明の第１５の実施形態にかかる電池パックは、リング部材を、ガラスエポキシ樹脂、熱硬化性樹脂、耐熱性ゴムのいずれかで成形している。

本発明の第１６の実施形態にかかる電池パックは、リング部材を無機材料で成形している。

本発明の第１７の実施形態にかかる電池パックは、リング部材を、マイカ、セラミックのいずれかで成形している。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施形態は、本発明の技術思想を具体化するための例示であって、本発明は以下のものに特定されない。また、本明細書は、特許請求の範囲に示される部材を、実施形態の部材に特定するものでは決してない。特に実施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。

本発明の電池パックは、主として動力用の電源として使用される。この電池パックは、例えば、クリーナー、電動工具、電動アシスト自転車、電動バイク、電動車椅子、電動三輪車、電動カート等のモータで駆動される電動機器の電源として使用される。ただし、本発明は、電池パックの用途を特定するものではなく、電動機器以外の電気機器、例えば、無線機、照明装置、デジタルカメラ、ビデオカメラ等の屋内外で使用される種々の電気機器用の電源として使用することができる。

本発明の一実施形態に係る電池パックを図１～図４に示している。これらの図に示す電池パック１００は、筒形の外装缶１１の両端を電極とし、内圧が設定圧力を超えると開弁する排出弁（図示せず）を備える電池セル１と、電池セル１を位置決めして保持する電池ホルダ２と、電池ホルダ２に保持される電池セル１の端面側に、電池セル１の端面と離間するよう設けられた対向プレート部４とを備えている。図１～図３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おり、複数の電池セル１を保持してなる電池ホルダ２を外装ケース３に収納している。図１に示す電池パック１００は、電池ホルダ２で定位置に配置している複数の電池セル１の両端の端面電極をリード板５で接続して電池のコアパック１０としており、この電池のコアパック１０を外装ケース３に収納している。この電池パック１００は、電池セル１の端面と離間するよう設けられた対向プレート部４を外装ケース３としている。

（電池セル１）
電池セル１は、筒形の外装缶１１の両端を正負の電極としており、一方の電極を凸部電極１３として、他方の電極を平面電極１４としている。図に示す電池セル１は、円筒型電池としている。円筒型電池は、円筒状の外装缶１１に電極体を収納し、電解液を充填して外装缶１１の開口部を封口板（図示せず）で密閉している。円筒型電池は、封口板で閉塞された外装缶１１の一方の端面１１Ａに凸部電極１３を設けると共に、他方の端面である外装缶の底面１１Ｂを平面電極１４として正負の電極を設けている。両端に正負の電極を備える複数の電池セル１は、電池ホルダ２に平行な姿勢で配置されて、その両端の電極を電池ホルダ２の電極窓２３、２４から表出させて、リード板５で並列及び／又は直列に接続される。

さらに、電池セル１は、凸部電極１３の内側に内圧が設定圧力を超えると開弁する排出弁（図示せず）を備えており、凸部電極１３の外周面にはガス排出口１６を開口している。図３の凸部電極１３は、外形を柱状としており、外周面に沿って複数のガス排出口１６を開口している。なお、本明細書において凸部電極に開口されるガス排出口は、好ましくは、図４に示すように、柱状の凸部電極１３の側面に開口される。ただ、ガス排出口は、凸部電極の側面から外装缶の端面側に跨がって開口され、あるいは、凸部電極の側面から凸部電極の先端面に跨がって開口されてもよい。

電池セル１はリチウムイオン電池である。リチウムイオン電池である電池セル１は、外装缶をアルミニウムまたはアルミニウム合金とすることができる。ただし、本発明は、電池セルをリチウムイオン電池に特定するものでなく、他の非水電解質二次電池やニッケル水素電池等、現在使用され、これから開発される全ての二次電池が使用できる。

（電池ホルダ２）
電池ホルダ２は、図１～図３に示すように、複数の電池セル１を互いに平行な姿勢として、電池セル１の両端面を同一平面に配置して定位置に配置している。この電池ホルダ２は、電池セル１の両端面に設けている凸部電極１３と平面電極１４を同一平面に配置して電極窓２３、２４から露出させる。電池ホルダ２は、電池セル１の端部の外周面を被覆する周壁部２１と電池セル１の外装缶１１の端面１１Ａと対向する端面プレート部２２とを有している。図の電池ホルダ２は、これらの周壁部２１と端面プレート部２２で各電池セル１を収納する複数の電池収納部２０を設けている。

電池収納部２０は、内側に電池セル１を挿入して定位置に配置する。電池収納部２０は、周壁部２１の内周面を電池セル１の外周面に沿う内形として、内部に電池セル１を挿入して定位置に配置する。図の電池ホルダ２は電池収納部２０を円柱状として円筒型電池を定位置に配置する。円柱状の電池収納部２０は、円筒型電池を挿入して定位置に配置するために、内径を円筒型電池の外径よりも僅かに大きくしている。この電池ホルダ２は、隣接する円筒型電池の間に配置される周壁部２１の表面を、円筒型電池の表面に沿う形状としている。さらに、電池ホルダ２は、電池セル１を挿入して保持する電池収納部２０の両端を端面プレート部２２で閉塞しており、電池収納部２０に収納される電池セル１の外装缶１１の両端面を位置決めしている。

図３の電池ホルダ２は、複数の電池収納部２０を平行な姿勢で俵積み状態に多列多段に並べた形状としている。この構造の電池ホルダ２は、円筒型電池をスペース効率よく配置して、全体をコンパクトにできる特徴がある。また、谷間部分の樹脂を節約することで、使用する樹脂の量を少なくして製造コストを低減して軽量化できる特徴もある。ただ、電池ホルダ２は、多段多列に配置する円筒型電池を縦横に並べて、碁盤格子状の交点に円筒型電池を配置することもできる。さらに、電池ホルダは、電池収納部の形状を必ずしも円柱状とする必要はなく、円筒型電池を収納可能な多角柱状、例えば、正六角柱状や正八角柱状等とすることもできる。

さらに、図１～図４に示す電池ホルダ２は、電池セル１の軸方向の中間において、一対のホルダーユニット２Ａ、２Ｂに二分割している。図に示す電池ホルダ２は、周壁部２１を軸方向の中間で二分割しており、一対のホルダーユニット２Ａ、２Ｂには、それぞれ電池収納部２０を設けている。この電池ホルダ２は、一対のホルダーユニット２Ａ、２Ｂの電池収納部２０に電池セル１の両端部を挿入すると共に、一対のホルダーユニット２Ａ、２Ｂで電池セル１を両側から挟着して保持する。

一対のホルダーユニット２Ａ、２Ｂは、図１に示すように、一方のホルダーユニット２Ｂを貫通する止ネジ２７を、他方のホルダーユニット２Ａにねじ込んで互いに連結される。図１において、上側に位置するホルダーユニット２Ａは、止ネジ２７をねじ込む連結ボス２５を備えており、下側に位置するホルダーユニット２Ｂは、止ネジ２７を貫通させる連結凸部２６を一体成形して設けている。一対のホルダーユニット２Ａ、２Ｂは、連結凸部２６を貫通する止ネジ２７が連結ボス２５にねじ込まれて連結される。この状態で、対向する電池収納部２０に収納される電池セル１は、両端側からホルダーユニット２Ａ、２Ｂに挟着されて電池収納部２０の内部に圧入された状態に保持される。

（電極窓２３）
端面プレート部２２は、電池セル１の両端の電極を露出させる電極窓２３、２４を開口しており、この電極窓２３、２４から露出する電池セル１の電極にリード板５を接続できるようにしている。電極窓２３、２４は、電池セル１の外形よりも小さく、電池セル１を電池収納部２０の定位置に配置した状態で、電池セル１の両端の電極を表出できるようにしている。

さらに、電池セル１の凸部電極１３側に配置される端面プレート部２２は、凸部電極１３を表出させる電極窓２３の内周面にテーパー面６を設けている。このテーパー面６は、外装缶１１の端面から離れる方向に向かって次第に内形が大きくなるように形成されている。図に示すテーパー面６は、逆円錐台形状の側面に沿う傾斜面としている。電極窓２３のテーパー面６は、凸部電極１３に設けたガス排出口１６と対向する位置に設けられており、図４の矢印で示すように、ガス排出口１６から噴射される排出ガスをテーパー面６に沿って下方から上方に流動させるようにしている。

電極窓２３の内周面に形成されるテーパー面６は、図４に示すように、その上端がガス排出口１６の上端開口縁１６ａよりも高くなるように形成すると共に、その下端がガス排出口１６の上端開口縁１６ａよりも低くなるように形成している。このテーパー面６は、ガス排出口１６から噴射される排出ガスを確実にテーパー面６に衝突させて、排出ガスをテーパー面６に沿って流動できる。テーパー面６の下端は、好ましくは、ガス排出口１６の上端開口縁１６ａと下端開口縁１６ｂの中間ラインよりも低くなるように設計される。図に示すテーパー面６は、その下端がガス排出口１６の下端開口縁１６ｂよりも低くなるように形成している。このテーパー面６は、ガス排出口１６の下端開口縁１６ｂの近傍から噴射される排出ガスも確実にテーパー面６に衝突させて、排出ガス全体をテーパー面６に沿って流動できる。なお、本明細書において、上下方向は図面において特定するものとする。すなわち、図４に示す凸部電極１３においては、先端面１３ａを上端とし、外装缶１１の端面１１Ａ側を下端とする。

さらに、テーパー面６は、その最小内形を凸部電極１３の外形よりも大きくしている。図４に示すテーパー面６は、下端縁における内径（ｄ１）が最小内形であって、凸部電極１３の外径（Ｄ１）よりも大きくなるように形成されている。テーパー面６の最小内形となる内径（ｄ１）は、例えば、凸部電極１３の外径（Ｄ１）の１～２倍、好ましくは１．２～１．８倍、さらに好ましくは、１．４～１．６倍とすることができる。また、テーパー面６の最小内形となる内径（ｄ１）は、電池セル１の外径（Ｄ２）よりも小さく、例えば、電池セル１の外径（Ｄ２）の０．５～０．９倍、好ましくは０．６～０．８倍とすることができる。テーパー面６の最小内形となる下端縁の内径（ｄ１）を以上の範囲とする電池ホルダ２は、テーパー面６を凸部電極１３のガス排出口１６から離間させた状態に配置して、テーパー面６を高温・高圧の排出ガスから保護しながら、排出ガスを理想的に流動させながら拡散できる。

さらに、テーパー面６は、その最大内形を電池セル１の外形よりも小さくしている。図４に示すテーパー面６は、上端縁における内径（ｄ２）が最大内形であって、電池セル１の外径（Ｄ２）よりも小さくなるように形成されている。この構造によると、端面プレート部２２が電池セル１の端面を保持する領域を広くして、電池セル１を強固に保持できる。

以上のテーパー面６は、外装缶１１の端面１１Ａに対する傾斜角αを３０度～６０度とすることができる。傾斜角αを以上の範囲とするテーパー面６は、テーパー面６を通過した排出ガスが電池セル１の凸部電極１３側に配置された対向プレート部４に衝突する際の衝撃を緩和できる。図１に示す電池パック１００は、電池ホルダ２に保持される電池セル１の凸部電極１３側に、電池セル１の端面と離間するよう設けられた対向プレート部４を備えている。この対向プレート部４は、排出ガスの流動を規制する部材であって、図に示す対向プレート部４は外装ケース３の壁面としている。ただ、対向プレート部は、外装ケース３とは別部材であって、外装ケース３の内面と電池ホルダ２との間に配置された板材とすることもできる。

このように、電池セル１の凸部電極１３側に配置された対向プレート部４は、ガス排出口１６から噴射される高温・高圧の排出ガスが衝突することによる影響を受けるが、図４に示すように、電極窓２３の内周面をテーパー面６とすることで、排出ガスを傾斜させながら流動させて、対向プレート部４に対して傾斜する方向に衝突する際の衝突速度の垂直成分を低減させることができる。例えば、傾斜角αを６０度とするテーパー面６は、対向プレート部４に衝突する排出ガスの衝突速度の垂直成分を衝突速度の０．８７倍に低減させることができ、傾斜角αを３０度とするテーパー面６は、衝突速度の垂直成分を衝突速度の０．５倍に低減させることができる。さらに、テーパー面６に沿って排出ガスを流動させることで、凸部電極１３を中心として放射状に拡散される排出ガスの拡散領域を広くして、より効果的に排出ガスの持つ熱エネルギーや運動エネルギーを低減できる。このため、対向プレート部４である外装ケース３に衝突する際のエネルギーを効果的に低減させて、高温・高圧の排出ガスによる弊害、例えば、外装ケースが損傷され、あるいは溶融される事態を抑制でき、高温・高圧の排出ガスが電池セルの端面の近傍から直接に外装ケースの外部に噴射されるのを防止できる。

（電極窓の他の実施例）
さらに、電極窓２３の内周面は、図５に示す構造とすることもできる。この図に示す電極窓２３は、内周面の下端から上端までテーパー面６を設けると共に、テーパー面６の高さ方向の中間部に凹部７を設けている。図に示す凹部７は、横断面視を直角三角形状とする段差凹部であって、段差凹部の上部は開放された状態であり、凸部電極１３の先端面１３ａよりも高い位置に形成している。このテーパー面６は、凹部７よりも下方に形成された第１のテーパー面６Ａと凹部７よりも上方に形成された第２のテーパー面６Ｂとを備えており、第２のテーパー面６Ｂを第１のテーパー面６Ａの延長面上に設けている。この構造のテーパー面６は、中間部に設けた凹部７により、テーパー面６に沿って流動する排出ガスの一部をこの凹部７に対流させて、排出ガスの流れに乱流を起こして排出ガスの運動エネルギーを低減させることができる。

さらに、図５に示す電極窓２３は、テーパー面６の中間部に設けた凹部７を、電池セル１の電極に接続されるリード板５を定位置に配置するための位置決め凹部としている。この構造は、電極窓２３に設けた凹部７をリード板５の位置決め部に兼用しながら、テーパー面６に沿って流動する排出ガスの一部を凹部７に対流させて、排出ガスの運動エネルギーを低減できる。

さらに、電極窓２３の内周面は、図６に示す構造とすることもできる。この図に示す電極窓２３は、開口縁部において、テーパー面６の上端縁に沿って形成された凹部７を備えている。この凹部７も、横断面視を直角三角形状とする段差凹部であって、テーパー面６の上端縁に連結された段差面７ａと、この段差面７ａの外周縁に連結された起立面７ｂとで構成している。この起立面７ｂは、テーパー面６の延長面よりも低い高さまで突出しており、言い換えると、起立面７ｂの上端位置が、テーパー面６の延長面よりも低くなるようにしている。以上の電極窓２３は、開口縁部であって、テーパー面６の上端に凹部７を形成することで、テーパー面に沿って流動する排出ガスの一部をこの凹部７に対流させて、排出ガスの流れに乱流を起こして排出ガスの運動エネルギーを低減させることができる。また、凹部７を形成する起立面７ｂをテーパー面６の延長面よりも低くすることで、テーパー面６に沿って流動した排出ガスが起立面７ｂに衝突して垂直方向に曲げられるのを有効に防止できる。

さらに、図６に示す電極窓２３も、テーパー面６の上方に設けた凹部７を、電池セル１の電極に接続されるリード板５を定位置に配置するための位置決め凹部としている。この構造も、電極窓２３に設けた凹部７をリード板５の位置決め部に兼用しながら、テーパー面６に沿って流動する排出ガスの一部を凹部７に対流させて、排出ガスの運動エネルギーを低減できる。

以上の電池ホルダ２は、絶縁材料である樹脂によって所定の形状に成形されている。電池ホルダ２は、好ましくは難燃性に優れた樹脂製とすることができる。このような樹脂として、例えば、ガラスエポキシ樹脂や不飽和ポリエステル等の熱硬化性樹脂とすることができる。ただ、電池ホルダは、少なくとも電極窓２３のテーパー面６を構成する部分をガラスエポキシ樹脂や熱硬化性樹脂等の難燃性に優れた樹脂製とすることができる。この場合、電池ホルダの他の部分である周壁部や端面プレート部の一部を、ＰＣ（ポリカーボネート）やＰＰ（ポリプロピレン）等の熱可塑性樹脂で成形することもできる。

さらに、電池ホルダ２は、電極窓２３のテーパー面６を別部材で構成することもできる。図７に示す電池ホルダ２は、端面プレート部２２に連結されて電極窓２３のテーパー面６を構成するリング部材８を備えている。リング部材８は、凸部電極１３を案内する電極窓２３を有しており、テーパー面６の形状を、図４に示す前述のテーパー面６と同様の構造としている。このようなリング部材８は、電池ホルダ２と別部材であって、耐熱性に優れた材料で製造することができる。リング部材８は、例えば、ガラスエポキシ樹脂や不飽和ポリエステル等の熱硬化性樹脂で成形し、あるいは耐熱性ゴムで製造し、あるいは、無機材料で製造することができる。耐熱性に優れた無機材料として、例えば、マイカ、断熱性セラミック、アルミナセラミック等が使用できる。このように、電池ホルダ２と別部材で形成されるリング部材８を端面プレート部２２に連結する構造は、電池ホルダ２の周壁部２１と端面プレート部２２を安価な熱可塑性樹脂等で成形しながら、テーパー面６を有するリング部材８を耐熱性に優れた材料で製造することで、理想的な状態で排出ガスに対応することが可能となる。

以上のように、電池ホルダ２と別部材で製造されるリング部材８は、好ましくは、端面プレート部２２にインサートされて定位置に配置することができる。図７に示すリング部材８は、内周面にテーパー面６を形成すると共に、外周面には、半径方向に突出するアンカー部８ａを一体成形して設けている。このリング部材８は、アンカー部８ａを樹脂で成形される端面プレート部２２にインサートすることで、端面プレート部２２に強固に連結される。

さらに、リング部材は、図示しないが、リング部材の外形に沿う形状の連結穴を端面プレート部に開口すると共に、この連結穴にリング部材を挿入して電池ホルダの定位置に連結することもできる。このリング部材は、端面プレート部の連結穴に対して、係止、圧入、接着、嵌合、螺合等の方法で連結することができる。

（外装ケース３）
外装ケース３は、複数の電池セル１を定位置に把持してなる電池ホルダ２が収納される。図に示す外装ケース３は、上下に２分割された箱形の第１ケースと第２ケースを開口端縁で連結して、内部に電池ホルダ２を収納する構造としている。外装ケース３は、絶縁材料である樹脂によって成形されている。この外装ケース３は、収納される電池セル１の凸部電極１３と対向する壁面を対向プレート部４としている。

（リード板５）
リード板５は、多段多列に配置している複数の円筒型電池を所定の配列で接続する。リード板５は、複数の円筒型電池を並列に接続し、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。リード板５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ー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５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５を端面電極に溶着することが好ましい。

さらに、リード板５は、排出弁が開弁された場合に、ガス排出口１６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有することができる。このリード板５は、凸部電極１３に接続される接続部とリード板５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５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。

本発明の電池パックは、排出弁を備える電池セルを電池ホルダで定位置に保持して外装ケースに収納する構造の電池パックであって、電池セルの排出弁から排出される高温・高圧の排出ガスにより外装ケース等が損傷を受けるのを抑制できる電池パックとして、電動機器等に好適に使用できる。

１００…電池パック
１…電池セル
２…電池ホルダ
２Ａ…ホルダーユニット
２Ｂ…ホルダーユニット
３…外装ケース
４…対向プレート部
５…リード板
６…テーパー面
６Ａ…第１のテーパー面
６Ｂ…第２のテーパー面
７…凹部
７ａ…段差面
７ｂ…起立面
８…リング部材
８ａ…アンカー部
１０…コアパック
１１…外装缶
１１Ａ…端面
１１Ｂ…底面
１３…凸部電極
１３ａ…先端面
１４…平面電極
１６…ガス排出口
１６ａ…上端開口縁
１６ｂ…下端開口縁
２０…電池収納部
２１…周壁部
２２…端面プレート部
２３…電極窓
２４…電極窓
２５…連結ボス
２６…連結凸部
２７…止ネジ
１０１…電池セル
１０２…電池ホルダ
１０３…外装ケース
１０４…対向プレート部
１０６…垂直面
１１３…凸部電極
１１６…ガス排出口
１２２…端面プレート部
１２３…電極窓

Claims (16)

1. 筒形の外装缶の両端を電極とし、内圧が設定圧力を超えると開弁する排出弁を備える一以上の電池セルと、
   前記電池セルを位置決めして保持する電池ホルダと、
   前記電池ホルダに保持される前記電池セルの端面側に、該電池セルの端面と離間するよう設けられた対向プレート部と
   を備える電池パックであって、
   前記電池セルは、一方の電極を凸部電極として、前記凸部電極の内側に前記排出弁を備えると共に、該凸部電極の外周面にガス排出口を開口しており、
   前記電池ホルダは、
   前記電池セルの端部の外周面を被覆する周壁部と、
   該電池セルの前記外装缶の端面と対向する端面プレート部とを備えており、
   前記電池セルの前記凸部電極側に配置される前記端面プレート部は、該凸部電極を表出させる電極窓を有すると共に、前記電極窓の内周面に、前記外装缶の端面から離れる方向に向かって次第に内形が大きくなるように傾斜されたテーパー面を有し、
   前記凸部電極が、前記外装缶の端面から突出する柱状であって、柱状の外周面に複数の前記ガス排出口を開口しており、
   前記電極窓に形成されたテーパー面の下端が前記ガス排出口の上端開口縁よりも低いことを特徴とする電池パック。
2. 請求項１に記載される電池パックであって、さらに、
   前記電池セルを保持してなる前記電池ホルダを収納する外装ケースを備えており、
   前記対向プレート部が前記外装ケースの壁面であることを特徴とする電池パック。
3. 請求項１または２に記載される電池パックであって、
   前記凸部電極が、前記外装缶の端面から突出する柱状であって、柱状の外周面に複数の前記ガス排出口を開口しており、
   前記電極窓に形成されたテーパー面の上端が前記ガス排出口の上端開口縁よりも高いことを特徴とする電池パック。
4. 請求項１ないし３のいずれかに記載される電池パックであって、
   前記凸部電極の外形が円柱状であって、
   前記テーパー面が、逆円錐台の側面に沿う形状であることを特徴とする電池パック。
5. 請求項１ないし４のいずれかに記載される電池パックであって、
   前記外装缶の端面に対する前記テーパー面の傾斜角（α）が３０度～６０度であることを特徴とする電池パック。
6. 請求項１ないし５のいずれかに記載される電池パックであって、
   前記テーパー面の最小内形が、前記凸部電極の外形よりも大きいことを特徴とする電池パック。
7. 筒形の外装缶の両端を電極とし、内圧が設定圧力を超えると開弁する排出弁を備える一以上の電池セルと、
   前記電池セルを位置決めして保持する電池ホルダと、
   前記電池ホルダに保持される前記電池セルの端面側に、該電池セルの端面と離間するよう設けられた対向プレート部と
   を備える電池パックであって、
   前記電池セルは、一方の電極を凸部電極として、前記凸部電極の内側に前記排出弁を備えると共に、該凸部電極の外周面にガス排出口を開口しており、
   前記電池ホルダは、
   前記電池セルの端部の外周面を被覆する周壁部と、
   該電池セルの前記外装缶の端面と対向する端面プレート部とを備えており、
   前記電池セルの前記凸部電極側に配置される前記端面プレート部は、該凸部電極を表出させる電極窓を有すると共に、前記電極窓の内周面に、前記外装缶の端面から離れる方向に向かって次第に内形が大きくなるように傾斜されたテーパー面を有し、
   前記テーパー面の高さ方向の中間部に凹部を形成してなることを特徴とする電池パック。
8. 筒形の外装缶の両端を電極とし、内圧が設定圧力を超えると開弁する排出弁を備える一以上の電池セルと、
   前記電池セルを位置決めして保持する電池ホルダと、
   前記電池ホルダに保持される前記電池セルの端面側に、該電池セルの端面と離間するよう設けられた対向プレート部と
   を備える電池パックであって、
   前記電池セルは、一方の電極を凸部電極として、前記凸部電極の内側に前記排出弁を備えると共に、該凸部電極の外周面にガス排出口を開口しており、
   前記電池ホルダは、
   前記電池セルの端部の外周面を被覆する周壁部と、
   該電池セルの前記外装缶の端面と対向する端面プレート部とを備えており、
   前記電池セルの前記凸部電極側に配置される前記端面プレート部は、該凸部電極を表出させる電極窓を有すると共に、前記電極窓の内周面に、前記外装缶の端面から離れる方向に向かって次第に内形が大きくなるように傾斜されたテーパー面を有し、
   前記電極窓の開口縁部において、前記テーパー面の上端縁に沿って形成された凹部を備えており、
   前記凹部は、前記テーパー面の上端縁に連結された段差面と、この段差面の外周縁に連結されて前記テーパー面の延長面よりも低い高さまで突出された起立面とで構成されてなることを特徴とする電池パック。
9. 請求項７または８に記載される電池パックであって、さらに、
   前記電池セルの電極に接続されるリード板を備えており、
   前記電極窓に設けた凹部を、前記リード板を定位置に配置するための位置決め凹部としてなることを特徴とする電池パック。
10. 請求項１ないし９もいずれかに記載される電池パックであって、
    前記電池ホルダが、少なくとも前記テーパー面をガラスエポキシ樹脂または熱硬化性樹脂で形成してなることを特徴とする電池パック。
11. 筒形の外装缶の両端を電極とし、内圧が設定圧力を超えると開弁する排出弁を備える一以上の電池セルと、
    前記電池セルを位置決めして保持する電池ホルダと、
    前記電池ホルダに保持される前記電池セルの端面側に、該電池セルの端面と離間するよう設けられた対向プレート部と
    を備える電池パックであって、
    前記電池セルは、一方の電極を凸部電極として、前記凸部電極の内側に前記排出弁を備えると共に、該凸部電極の外周面にガス排出口を開口しており、
    前記電池ホルダは、
    前記電池セルの端部の外周面を被覆する周壁部と、
    該電池セルの前記外装缶の端面と対向する端面プレート部とを備えており、
    前記電池セルの前記凸部電極側に配置される前記端面プレート部は、該凸部電極を表出させる電極窓を有すると共に、前記電極窓の内周面に、前記外装缶の端面から離れる方向に向かって次第に内形が大きくなるように傾斜されたテーパー面を有し、
    前記電池ホルダが、前記端面プレート部に連結されて前記電極窓の前記テーパー面を構成するリング部材を備えることを特徴とする電池パック。
12. 請求項１１に記載される電池パックであって、
    前記リング部材が、前記端面プレート部にインサートされて定位置に配置されてなることを特徴とする電池パック。
13. 請求項１１に記載される電池パックであって、
    前記リング部材が、前記端面プレート部に係止、圧入、接着、嵌合、螺合のいずれかにより連結されて定位置に配置されてなることを特徴とする電池パック。
14. 請求項１１ないし１３のいずれかに記載される電池パックであって、
    前記リング部材が、ガラスエポキシ樹脂、熱硬化性樹脂、耐熱性ゴムのいずれかで成形されてなることを特徴とする電池パック。
15. 請求項１１ないし１３のいずれかに記載される電池パックであって、
    前記リング部材が無機材料で成形されてなることを特徴とする電池パック。
16. 請求項１５に記載される電池パックであって、
    前記リング部材が、マイカ、セラミックのいずれかで成形されてなることを特徴とする電池パック。

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