JP2014523627A - 安全性の向上した電池パック - Google Patents
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Abstract
本発明は、複数の電池セル又は単位モジュールが直列連結されている電池モジュールが互いに密着又は隣接した積層状態で直列連結されている電池パックであって、電池モジュールの電気的連結回路上に直列に連結されているヒューズと、電池モジュールのうちの少なくとも１つの外面に装着されて電池セルの膨脹時に通電するように構成されており、前記電池セルの膨脹による通電時に前記ヒューズを切るように前記電気的連結回路上に電気的に接続されている回路遮断器と、を備える電池パックを提供する。
Description
本発明は、安全性の向上した電池パックに係り、特に、複数の電池セル又は単位モジュールが直列連結されている電池モジュールが互いに密着又は隣接した積層状態で直列連結されている電池パックであって、電池モジュールの電気的連結回路上に直列に連結されているヒューズ、及び電池モジュールのうちの少なくとも１つの外面に装着され、電池セルの膨脹時に通電するように構成されており、前記電池セルの膨脹による通電時に前記ヒューズを切るするように前記電気的連結回路上に電気的に接続されている回路遮断器を備える電池パックに関する。
モバイル機器に対する技術開発と需要が増加するに伴い、エネルギー源としての二次電池の需要も急増している。特に、高いエネルギー密度と放電電圧のリチウム二次電池に関する研究が多く行われて商用化され、広く使用されている。
二次電池は、携帯電話、デジタルカメラ、ＰＤＡ、ノートパソコンなどのモバイル、ワイヤレス電子機器の他、電気自転車（Ｅ−ｂｉｋｅ）、電気自動車（ＥＶ）、ハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）などの動力装置のエネルギー源としても大きく関心を集めている。
携帯電話、カメラなどの小型デバイスには、１つの電池セルがパッキングされた小型電池パックが使用されているのに対し、ノートパソコン、電気自動車などの中大型デバイスには、２つ又はそれ以上の電池セル（以下では「マルチ−セル」とも呼ばれる）を並列及び／又は直列に連結した電池パックがパッキングされている中型又は大型の電池パックが使用されている。
上述したように、リチウム二次電池は、優れた電気的特性を有してはいるが、安全性が低いという欠点がある。例えば、リチウム二次電池は、過充電、過放電、高温への露出、電気的短絡などの異常作動状態では電池構成要素である活物質、電解質などの分解反応が起こって熱とガスが発生し、これに起因する高温高圧の条件は上記分解反応をより促し、ついには発火又は爆発を招くこともある。
そのため、リチウム二次電池には、過充電、過放電、過電流時に電流を遮断する保護回路、温度上昇時に抵抗が大きく増加して電流を遮断するＰＴＣ素子（Ｐｏｓｉｔｉｖｅ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ Ｅｌｅｍｅｎｔ）、ガス発生による圧力上昇時に電流を遮断したりガスを排気したりする安全ベントなどの安全システムが設けられている。例えば、一般に、円筒形の小型二次電池では、円筒形の缶に内蔵されている正極／分離膜／負極の電極組立体（発電素子）の上部にＰＴＣ素子及び安全ベントが取り付けられており、角形又はパウチ形の小型二次電池では、発電素子が密封状態で内蔵されている角形の缶又はパウチ形のケースの上端に保護回路モジュール、ＰＴＣ素子などが取り付けられている。
リチウム二次電池の安全性問題は、マルチ−セル構造の中大型電池パックにおいてより深刻である。マルチ−セル構造の電池パックでは多数の電池セルが使用されているため、一部の電池セルの作動異常は他の電池セルへの連鎖反応を誘発することがあり、それによる発火及び爆発は大型事故に繋がりがちなためである。そこで、中大型電池パックには過放電、過充電、過電流などから電池セルを保護するためのＢＭＳ（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ）などの安全システムが備えられている。
一方、リチウム二次電池は、継続した使用、すなわち、継続した充放電過程で発電素子、電気的接続部材などが次第に劣化していくため、例えば、発電素子の劣化は、電極材料、電解質などの分解によりガス発生を誘発し、これにより電池セル（缶、パウチ形のケース）は漸次膨脹することになる。正常の状態ではＢＭＳ（ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ）のような能動コントローラ（ａｃｔｉｖｅ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）が電池パックの過放電、過充電、過電流などを探知し、危険な場合は、電池を遮断して電池パックの危険を下げている。
これと関連して、図１には、従来の電池パックの回路図が模式的に示されている。図１を参照すると、従来の電池パック５０は、複数の電池セルからなる電池モジュール１００、電池モジュール１００の作動状態に関する情報を検出してそれを制御するＢＭＳ ６０、ＢＭＳ ６０の作動命令に応じて電池モジュール１００と外部入出力回路（インバータ）８０との接続を開閉する電源開閉部（リレー）７０などで構成されている。
ＢＭＳ６０は、電池モジュール１００の正常作動条件では電源開閉部７０をオン（ｏｎ）状態に維持し、異常が感知されると、オフ（ｏｆｆ）状態に切り換え、電池モジュール１００の充放電を中止させる。一方、ＢＭＳ ６０の誤作動又は不作動時には、ＢＭＳ ６０から如何なる制御も行われず、電源開閉部７０は続けてオン（ｏｎ）状態に維持され、異常作動状態でも電池モジュール１００が継続して充放電される。
しかるに、上記のような能動コントローラを使用する場合には、外部からＢＭＳに電気を供給しなければならないが、ＢＭＳに電気が供給されない状態が発生すると、ＢＭＳが電池パックを保護できなくなる問題点が発生する。すなわち、この能動コントローラシステム方式は、電池の充電状態を確認し、電気信号により制御する役割を担うが、必ず電源供給を必要とするため、電源供給に不都合が生じる場合に対する根本的な解決方法とはいえない。
また、リチウム二次電池は、過充電時にはガス漏れ、発火、爆発などにつながることがあり、リチウム二次電池が車両用の高電圧高容量の電池パックに使用されることから、リチウム二次電池の安全性の保障が人命及び車両の被害防止の観点で重要な課題として浮上している。
そこで、過充電されたリチウム二次電池からガス漏れ、発火、爆発などの、安全性を阻害する現象が発生しないように、電池パックのレベルで保護装置を備え付ける必要がある。
かかる保護装置の例として、電池セルの膨れ上がる力で電池セルの電極端子連結部位を破たんさせ、電池パックの電気連結回路を遮断する方式がある。
しかしながら、このような保護装置は、電極端子連結部位の短絡を容易にするには電極端子の強度を弱くしたり、厚さを小さくしたりする構成が必要であるが、このような電極端子の構成は、振動、衝撃などの外力に弱いという不都合がある。
その上、上記保護装置において電極端子連結部位を破たんするには電極端子の引張強度に該当する大きい力が必要であり、そのためには電池セルの過充電が相当進行され、膨れ上がる度合が大きくならなければならず、ガス漏れ、発火、爆発などのイベントが発生する危険性がある。
したがって、上記のような問題点を解決しながら電池パックの安全性を根本的に担保できる技術が強く要望されている現状である。
本発明は、上記のような従来技術の問題点、及び以前から要請されてきた技術的課題を解決することを目的とする。
本発明の目的は、電池パックが回路遮断器及びヒューズを備えるように構成することによって、過充電、過放電、過電流などの電池モジュールの異常作動又は長期間の充放電による劣化により電池セルが膨脹するとき、回路遮断器が電池セルの外面の体積膨脹を感知し、ヒューズを切ることで、所望の安全性を担保できる電池パックを提供することにある。
本発明のさらに他の目的は、簡単な少数の部品を追加するだけで機構的に作動するので、作製が容易である他、これを適用して様々な作製が可能な電池パックを提供することにある。
したがって、このような目的を達成するための本発明に係る電池パックは、
複数の電池セル又は単位モジュールが直列連結されている電池モジュールが互いに密着又は隣接した積層状態で直列連結されている電池パックであって、電池モジュールの電気的連結回路上に直列に連結されているヒューズと、電池モジュールのうちの少なくとも１つの外面に装着されて電池セルの膨脹時に通電するように構成されており、前記電池セルの膨脹による通電時に前記ヒューズを切るように前記電気的連結回路上に電気的に接続されている回路遮断器と、を備えていることを特徴とする。
複数の電池セル又は単位モジュールが直列連結されている電池モジュールが互いに密着又は隣接した積層状態で直列連結されている電池パックであって、電池モジュールの電気的連結回路上に直列に連結されているヒューズと、電池モジュールのうちの少なくとも１つの外面に装着されて電池セルの膨脹時に通電するように構成されており、前記電池セルの膨脹による通電時に前記ヒューズを切るように前記電気的連結回路上に電気的に接続されている回路遮断器と、を備えていることを特徴とする。
上述したように、複数の電池セル又は電池モジュールが連結された電源供給部が含まれている電池パックでは、ＢＭＳが電源供給部の作動状態を感知してその充放電を制御することによって安全性を確保する構造になっているが、電気供給の遮断によりＢＭＳが不作動する場合は、電源供給部の充放電を制御できなくなるという問題点があった。
これに対し、本発明に係る電池パックは、ＢＭＳに対して独立して作動する回路遮断器及びヒューズを備えているため、電源供給部の異常発生時に回路遮断器が電池セル又は電池モジュールの体積膨脹のみを感知してヒューズを切り、電池パック内の電気的連結を遮断することによって、電池モジュールの過電流又は過電圧が外部入出力用端子に伝達されることを防止し、電池パックの安全性を確保することができる。
また、本発明に係る回路遮断器は、別個の電源を必要としないため、電気的信号による誤作動の可能性が全くなく、電源供給の不可による作動不能の可能性がないため、信頼性が非常に高い。
一例において、前記電池パックは、電池セルの体積が変化しても電池モジュールの積層状態が維持されるように電極端子部位が固定されており、前記回路遮断器は、電池セルのスウェリングによる膨脹応力が集中する電池モジュールの側面に対応する部位に配置される構造になっている。
このようにすれば、回路遮断器は、電池モジュールの側面に対応する部位において電池セルのスウェリングを感知し、電池モジュールの電気的連結回路を通電させることによって、ヒューズを容易に遮断することができる。
また、過充電された電池セルのスウェリングを感知し、ガス漏れ、発火、爆発などの危険要因が発生する前に電池パックの電気的連結回路を遮断することによって安全性を確保することができる。
他の例において、前記回路遮断器は、電池セルのスウェリングを容易に感知できれば如何なる部位に配置されてもよく、好ましくは、最外側電池モジュールの側面に対応する部位に配置されるとよい。
このように、電池セルのスウェリングによる膨脹応力が集中する部位である最外側電池モジュールの側面に回路遮断器を構成することによって、電池モジュールの異常発生を容易に感知することができる。
一好適例において、前記回路遮断器は、電池モジュールの側面に接触しており、導電性を有する第１部材と、電池モジュールに対して定位置に固定された状態で弾性ガイドにより前記第１部材と結合されており、非導電性を有する第２部材と、前記第２部材上に装着されており、スウェリング時に電池モジュールの体積増加により第１部材と接触し、電池モジュールの電気的連結回路上に電気的に連結されている正極導電部及び負極導電部からなる導電部材と、を備える構造となっている。
上記のような物理的又は機械的な回路遮断器の構造により、ＢＭＳが誤作動しても電池パックの安全性を確保することができる。また、本発明に係る電池パックは、上記のように、簡単な少数の部材を追加するだけで機構的に作動するから、作製が容易であり、且つ、これを適用した様々な応用構造が可能である。
その構造の一例として、一側の最外側電池モジュールの正極端子と他側の最外側電池モジュールの負極端子は、ワイヤーにより前記回路遮断器の正極導電部と負極導電部に電気的に連結されている構造が可能である。
他の例として、電池モジュールが正常作動状態のときは、第１部材と導電部材は電気的に互いに分離された状態を維持し、電池モジュールが異常作動状態でスウェリングするときは、前記第１部材は、体積膨脹する電池モジュールにより外側方向に押されながら、第１部材の両端部が正極導電部と負極導電部に接触し、高電流が通りながらヒューズが遮断される構造も可能である。
具体的な例として、前記第１部材は、水平断面「コ」字状を有しており、電池モジュールの外側面の中央部位に接触する第１接触部と、前記第１接触部の両側から導電部材の正極導電部と負極導電部に対応する部位に延びている第２接触部と、を含む構成が可能である。
前記弾性ガイドは、第１部材と第２部材が弾性的に接触及び分離を反復できる方式のものであれば特に制限されず、例えば、第１部材と第２部材との間に圧縮バネが挟まれた状態で前記第１部材と第２部材に結合されているボルト及びナットの組合せであればよい。
具体的には、電池セルが過充電によるスウェリング現象により膨れ上がると、電池セルの側面が第１部材を押しながら第１部材が第２部材に接触し、これで第１部材が導電部材と通電する。
一方、前記単位モジュールは、電極端子が直列に相互連結されており、前記電極端子の連結部が折れ曲がって積層構造をなしている２つ又はそれ以上の電池セルと、前記電極端子部位以外の、電池セル積層体の外面全体を覆うように相互結合される１対の外装部材と、を含んでいるとよい。
好ましくは、前記外装部材は、電池セル積層体の外面形状に対応する内面構造を有しており、組立締結方式で結合されるとよい。
具体的に、前記外装部材の相互間の断面結合部は、外装部材が互いに対面するように接触させた状態で加圧した時に弾性的な結合により噛み合うように、垂直断面上、対称の屈曲構造であればよい。
他の例として、前記外装部材の相互間の断面結合部は、前記部材が互いに対面するように接触させた状態で加圧した時に弾性的な結合により噛み合うように、締結突起と締結溝により結合される構造であってもよい。
前記電極端子は、特に限定されないが、溶接により結合されることが好ましい。
前記板状型の電池セルは、電池モジュールの構成のために充積された時に全体大きさを最小化できるように、薄い厚さと相対的に広い幅及び長さを有する二次電池である。このような二次電池の好ましい例としては、樹脂層及び金属層を含むラミネートシートの電池ケースに正極／分離膜／負極構造の電極組立体が内蔵されており、前記電池ケースの両端に正極端子及び負極端子が突出している構造の二次電池が挙げられ、具体的に、アルミニウムラミネートシートのパウチ形ケースに電極組立体が内蔵されている構造であってよい。このような構造の二次電池は「パウチ形電池セル」とも呼ばれる。しかし、この電池セルは一例に過ぎず、電池ケースの外面から体積膨脹が生じうる如何なる類型の電池セルにも適用可能である。
一方、二次電池では充放電過程で発熱がおきるため、発生した熱を外部に効率よく放出することが電池の寿命延長に重要な要素となる。
したがって、前記外装部材は、内部の電池セルで発生する熱が外部へより容易に放出されるように、高い熱伝導性を有する高強度のセルカバーであればよく、好ましくは、前記セルカバーは金属板材からなるとよい。
前記電極端子は、上端又は下端に共に形成されていてもよく、又は上端と下端にそれぞれ形成されていてもよい。
場合によっては、電池セルのスウェリングが電池セルの厚さを基準に２乃至５倍の体積増加を招くとき、回路遮断器が電池セルの体積変化を感知して電池パックの回路を遮断する構造であってもよく、このような設定範囲は、所望する電池パックの安全性試験規格に基づいて定められるとよい。
本発明に係る電池パックは、所望の出力及び容量に応じて電池モジュールを組み合わせて作製でき、装着効率性、構造的安全性などの側面から、電気自動車、ハイブリッド電気自動車、プラグ−インハイブリッド電気自動車、電力貯蔵装置などの電源として好適に使用可能であるが、これらに適用範囲が限定されるものではない。
以下、添付の図面を参照して本発明の実施例について説明するが、これは、本発明のより容易な理解を助けるためのもので、本発明の範ちゅうを限定するものではない。
図２及び図３には、本発明に係る単位モジュールを構成する１対の電池セルを折り曲げる過程を示す斜視図が模式的に示されており、図４には、本発明に係る単位モジュール積層体の斜視図が模式的に示されている。
図２乃至図４を参照すると、２つのパウチ形電池セル１１、１２をそれらの電極端子１３，１４が連続して相互隣接するように長さ方向に直列配列した状態で、電極端子１３，１４を溶接して相互結合させた後、２つの単位に電池セル１１，１２を重なるように畳む。場合によっては、電池セル１１，１２の電極端子１３，１４を重なるように畳んだ状態で溶接して相互結合させてもよい。
また、図３で、重なるように折り畳まれた状態の電池セル積層体１００ａにおいて、溶接により結合された電極端子連結部位１５は「コ」字状に折れ曲がっている。
単位モジュール積層体２００は、電池セルを外装部材２１０で覆った構造で作製された４個の単位モジュール２０２，２０３，２０４，２０５を互いに直列に連結した後、ジグザグに積層した構造になっている。
また、単位モジュール２０２は、電極端子１３，１４が直列に相互連結されており、電極端子１３，１４の連結部１５が折れ曲がって積層構造をしている２個の電池セル１１，１２と、電極端子１３，１４の部位以外の、電池セル積層体１００ａの外面全体を覆うように相互結合される１対の外装部材２１０と、で構成されている。
外装部材２１０の外面には、間隔を空けて幅方向に線形突出部２１１ａ，２１１ｂ，２１１ｃ，２１１ｄ，２１１ｅが形成されており、特に、幅方向の長さが相対的に短い線形突出部２１１ａ，２１１ｅが互いに対角線位置に設けられている。
外装部材２１０は、電池セル積層体１００ａの外面形状に対応する内面構造を有しており、組立締結方式で結合されている。
具体的に、外装部材２１０相互間の断面結合部は、外装部材２１０が互いに対面するように接触させた状態で加圧した時に弾力的な結合により噛み合うように、締結突起と締結溝になっている。
図５には、本発明の一実施例に係る電池パックの回路図が模式的に示されている。
図５を参照すると、電池パック９００は、電池モジュール３０１，３０２の電気的連結回路８０２上に直列に連結されているヒューズ８００と、最外側電池モジュール３０１の外面に装着され、電池セルの膨脹時に通電するように構成されており、電池セルの膨脹による通電時にヒューズ８００を切るように電気的連結回路８０２上に電気的に接続されている回路遮断器７００と、を備えている。
一側の最外側電池モジュール３０１の正極端子３０４と他側の最外側電池モジュール３０２の負極端子３０６はそれぞれ、ワイヤーにより回路遮断器７００の正極導電部７１１と負極導電部７１２に電気的連結されている。
また、電池パック９００は、電池セルの体積が変化しても電池モジュール３０１，３０２の積層状態が維持されるように電極端子部位が固定されており、回路遮断器７００は、電池セルのスウェリング（ｓｗｅｌｌｉｎｇ）による膨脹応力が集中する最外側電池モジュール３０１の側面に対応する部位に位置しているので、電源が供給される電気的信号による誤作動の可能性を根本的に防止する。
具体的に、電池モジュール３０１，３０２が正常状態である場合、回路遮断器７００は非通電状態に設定されているから、電池モジュール３０１，３０２で発生した電流は正極導電部７１１及び負極導電部７１２に流れない。そのため、他の原因により電気的連結回路８０２上に過電流が流れない限り、ヒューズ８００が切れることはなく、電池パック９００の電流は外部入出力端子（図示せず）を経由して外部デバイス（図示せず）に正常に流れることとなる。
しかし、過電流などのように電池モジュール３０１，３０２が異常状態であると、電池セルにスウェリング現象が発生し、最外側電池モジュール３０１に電池セルの膨張力が集中する。
このような膨張力は、最外側電池モジュール３０１の側面に配置されている回路遮断器７００に伝達され、回路遮断器７００の正極導電部７１１と負極導電部７１２を通電させる。
このような通電により電池パック９００の電気的連結回路８０２には高電流が流れることになり、この高電流によりヒューズ８００が切れ、それ以上電池パック９００の電気的連結回路８０２に電気が流れなくなる。
図６には、図５における電池パックの一側面の部分斜視図が模式的に示されており、図７には、図５における回路遮断器が作動する前の様子を示す平面図が模式的に示されている。
また、図８には、図５における回路遮断器が作動した後の様子を示す平面図が模式的に示されている。
図６乃至図８を図５と共に参照すると、回路遮断器７００は、最外側電池モジュール３０１の側面に接触しており、導電性を有する第１部材７２０と、非導電性を有する第２部材７１０、及び電池モジュール３０１，３０２の電気的連結回路８０２上に電気的に連結されている正極導電部７１１及び負極導電部７１２からなる導電部材を備えている。
第２部材７１０は、最外側電池モジュール３０１に対して定位置に固定されている状態で第１部材７２０と弾性ガイド７５０にて結合されている。
導電部材は、第２部材７１０上に装着されており、スウェリング時に最外側電池モジュール３０１の体積増加により第１部材７２０と接触する。
第１部材７２０は、水平断面「コ」字状をしており、最外側電池モジュール３０１の外側面の中央部位に接触する第１接触部７２１と、第１接触部７２１の両側から導電部材の正極導電部７１１及び負極導電部７１２に対応する部位に延びている第２接触部７２２，７２３とで構成されている。
また、弾性ガイド７５０は、第１部材７２０と第２部材７１０との間に圧縮バネ７５３を挟んだ状態で第１部材７２０と第２部材７１０に可変的に結合されているボルト７５１及びナット７５２の組合せからなっている。
電池モジュール３０１，３０２の正常作動状態と異常作動状態における回路遮断器７００の作動原理は、下記の通りである。
まず、電池モジュール３０１，３０２が正常作動するときは、図７に示すように、第１部材７２０と導電部材７１０とが電気的及び機械的に分離されている。
一方、電池モジュール３０１，３０２が異常作動状態でスウェリングするとき、図８に示すように、第１部材７２０は、体積膨脹する電池モジュール３０１により外側方向に押されながら第１部材７２０の両端部が正極導電部７１１と負極導電部７１２に接触し、高電流が通りながらヒューズ８００が切れる。
具体的に、一側の最外側電池モジュール３０１の正極端子３０４と他側の最外側電池モジュール３０２の負極端子３０６はワイヤーにより回路遮断器７００の正極導電部７１１及び負極導電部７１２にそれぞれ電気的に連結されている。
また、電池モジュール３０１，３０２が正常作動するとき、第１部材７２０の正極導電部７１１と導電部材の負極導電部７１２は電気的に互いに分離されている。
しかし、電池モジュール３０１，３０２が異常作動状態でスウェリングすると（図８の点線参照）、弾性ガイド７５０により、第１部材７２０は体積膨脹する最外側電池モジュール３０１により外側方向に弾性的に押されながら第１部材７２０の第２接触部７２２，７２３が導電部材の正極導電部７１１及び負極導電部７１２にそれぞれ接触し、これで、正極導電部７１１及び負極導電部７１２間に電流が通ることとなる。
以上、図面を参照して本発明の実施例を説明してきたが、本発明の属する分野における通常の知識を有する者にとっては、上記内容に基づいて本発明の範ちゅう内で様々な応用及び変形が可能であろう。
以上説明した通り、電池パックが回路遮断器及びヒューズを備えるように構成することによって、過充電、過放電、過電流などの電池モジュールの異常作動又は長期間の充放電による劣化により電池セルが膨脹するとき、回路遮断器が電池セルの外面の体積膨脹を感知してヒューズを遮断し、安全性を所望のレベルに担保することができる。
また、本発明に係る電池パックは、電源を必要としないため、電気的信号による誤作動の可能性が根本的に防止され、電源供給の不可によりＢＭＳが作動しない場合にも安全性を担保することができ、信頼性も大幅に向上させることができる。
さらに、本発明に係る電池パックは、簡単な少数の部品を追加するだけで機構的に作動するから、作製が容易であり、且つこれを適用した様々な応用作製が可能である。
１１、１２ ・・・電池セル
１３，１４ ・・・電極端子
１５ ・・・連結部位
１００ａ ・・・電池セル積層体
２００ ・・・単位モジュール積層体
２０２，２０３，２０４，２０５ ・・・単位モジュール
２１０ ・・・外装部材
２１１ａ，２１１ｂ，２１１ｃ，２１１ｄ，２１１ｅ ・・・線形突出部
３０１，３０２ ・・・電池モジュール
３０４ ・・・正極端子
３０６ ・・・負極端子
７００ ・・・回路遮断器
７１０ ・・・第２部材
７１１ ・・・正極導電部
７１２ ・・・負極導電部
７２０ ・・・第１部材
７２１ ・・・第１接触部
７２２，７２３ ・・・第２接触部
７５０ ・・・弾性ガイド
７５１ ・・・ボルト
７５２ ・・・ナット
８００ ・・・ヒューズ
８０２ ・・・電気的連結回路
９００ ・・・電池パック
１３，１４ ・・・電極端子
１５ ・・・連結部位
１００ａ ・・・電池セル積層体
２００ ・・・単位モジュール積層体
２０２，２０３，２０４，２０５ ・・・単位モジュール
２１０ ・・・外装部材
２１１ａ，２１１ｂ，２１１ｃ，２１１ｄ，２１１ｅ ・・・線形突出部
３０１，３０２ ・・・電池モジュール
３０４ ・・・正極端子
３０６ ・・・負極端子
７００ ・・・回路遮断器
７１０ ・・・第２部材
７１１ ・・・正極導電部
７１２ ・・・負極導電部
７２０ ・・・第１部材
７２１ ・・・第１接触部
７２２，７２３ ・・・第２接触部
７５０ ・・・弾性ガイド
７５１ ・・・ボルト
７５２ ・・・ナット
８００ ・・・ヒューズ
８０２ ・・・電気的連結回路
９００ ・・・電池パック
Claims (18)
- 複数の電池セル又は単位モジュールが直列連結されている電池モジュールが互いに密着又は隣接した積層状態で直列連結されている電池パックであって、
電池モジュールの電気的連結回路上に直列に連結されているヒューズと、
電池モジュールのうちの少なくとも１つの外面に装着されて電池セルの膨脹時に通電するように構成されており、前記電池セルの膨脹による通電時に前記ヒューズを切るように前記電気的連結回路上に電気的に接続されている回路遮断器と、
を備えていることを特徴とする、電池パック。 - 前記電池パックは、電池セルの体積が変化しても電池モジュールの積層状態が維持されるように電極端子の部位が固定されており、前記回路遮断器は、電池セルのスウェリングによる膨脹応力が集中する電池モジュールの側面に対応する部位に配置されていることを特徴とする、請求項１に記載の電池パック。
- 前記回路遮断器は、最外側の電池モジュールの側面に対応する部位に配置されていることを特徴とする、請求項１に記載の電池パック。
- 前記回路遮断器は、
電池モジュールの側面に接触しており、導電性を有する第１部材と、
電池モジュールに対して定位置に固定された状態で弾性ガイドにより前記第１部材と結合されており、非導電性を有する第２部材と、
前記第２部材上に装着されており、スウェリング時に電池モジュールの体積増加により第１部材と接触し、電池モジュールの電気的連結回路上に電気的に連結されている正極導電部及び負極導電部からなる導電部材と、
を備えていることを特徴とする、請求項１に記載の電池パック。 - 一側の最外側の電池モジュールの正極端子と他側の最外側の電池モジュールの負極端子がワイヤーにより前記回路遮断器の正極導電部と負極導電部に電気的連結されていることを特徴とする、請求項４に記載の電池パック。
- 電池モジュールが正常作動状態のとき、第１部材と導電部材は電気的に相互分離されていることを特徴とする、請求項４に記載の電池パック。
- 電池モジュールが異常作動状態でスウェリングするとき、前記第１部材は、体積膨脹する電池モジュールにより外側方向に押されながら第１部材の両端部が正極導電部と負極導電部に接触し、高電流が通りながらヒューズが切れることを特徴とする、請求項４に記載の電池パック。
- 前記第１部材は、水平断面「コ」字状をしており、
電池モジュールの外側面の中央部位に接触する第１接触部と、
前記第１接触部の両側から導電部材の正極導電部と負極導電部に対応する部位に延びている第２接触部と、を含むことを特徴とする、請求項４に記載の電池パック。 - 前記弾性ガイドは、第１部材と第２部材との間に圧縮バネが挟まれた状態で前記第１部材と第２部材に結合されているボルト及びナットの組合せからなることを特徴とする、請求項４に記載の電池パック。
- 前記単位モジュールは、
電極端子が直列に相互連結されており、前記電極端子の連結部が折れ曲がって積層構造をなしている２つ又はそれ以上の電池セルと、
前記電極端子の部位以外の、電池セル積層体の外面全体を覆うように相互結合される１対の外装部材と、
を含んでいることを特徴とする、請求項１に記載の電池パック。 - 前記外装部材は、電池セル積層体の外面形状に対応する内面構造を有しており、組立締結方式で結合されることを特徴とする、請求項１０に記載の電池パック。
- 前記電極端子は溶接により結合されることを特徴とする、請求項１０に記載の電池パック。
- 板状型の前記電池セルは、金属層及び樹脂層を含むラミネートシートの電池ケースに電池セルを内蔵した後、外周面をシールしてなることを特徴とする、請求項１に記載の電池パック。
- 前記電池ケースは、アルミニウムラミネートシートのパウチ形ケースであることを特徴とする、請求項１３に記載の電池パック。
- 前記外装部材は、高強度のセルカバーであることを特徴とする、請求項１０に記載の電池パック。
- 電極端子は、上端又は下端に共に形成され、又は上端と下端にそれぞれ形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の電池パック。
- 電池セルのスウェリングが電池セルの厚さを基準に２乃至５倍の体積増加を招く時、回路遮断器が電池セルの体積変化を感知して電池パックの回路を遮断させることを特徴とする、請求項１に記載の電池パック。
- 電気自動車、ハイブリッド電気自動車、プラグ−インハイブリッド電気自動車、又は電力貯蔵装置の電源として使用されることを特徴とする、請求項１に記載の電池パック。
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