JP2008218210A - 電池パックおよび携帯式電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】落下や衝撃に対する安全性を向上させた拡張タイプの電池パックを提供する。
【解決手段】電池パック２１は、ノートＰＣに装着されたときに一部の電池セル２３が、ノートＰＣの輪郭よりも外側に位置するので衝撃により損傷しやすい。電池パック２１の内部には、空気層と、ガス放出弁から放出された可燃性ガスの温度では融解しない材料で形成された耐火壁６３を含む隔壁構造が設けられる。耐火壁の材質はマイカ（雲母）などが望ましい。この隔壁構造は、電池パックの内部電池室１５と外部電池室１７との間に設けてもよいし、それ以外の電池セル２３の間に設けてもよい。これによって、衝撃などによって破損した電池セル２３から高温の可燃性ガスが放出されても、他の電池セル２３に対する類焼を防ぐことができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、携帯式電子機器に装着して使用される電池パックの安全性を向上する技術に関し、さらに詳細には、外部からの衝撃に対する電池パックの安全性を向上する技術に関する。

ノートブック型コンピュータ（以下、ノートＰＣという。）や携帯電話などの携帯式電子機器は、近年機能が向上してきたことに伴い消費電力が増大している。したがって、携帯式電子機器に使用される２次電池のセルの容量またはエネルギー密度も一層増大する傾向にある。携帯式電子機器に使用される電池は、電子機器の動作に適切な電圧と長時間の電源供給に充分な容量とを得るために、複数個の電池セルに対して直列接続および並列接続を組み合わせて一つのハウジングに収納した電池パックの形態をとっている場合が多い。

電池セルとしては、従来はニッケル・カドミウム（Ｎｉ−Ｃｄ）電池、またはニッケル水素（ＮｉＭＨ）電池などの水溶性電解液を用いた２次電池が採用されていたが、近年は質量エネルギー密度（Ｗｈ／ｋｇ）および体積エネルギー密度（Ｗｈ／ｌ）に優れたリチウム・イオン（Ｌｉ−Ｉｏｎ）電池が多く採用されてきている。リチウム・イオン電池には、正極にコバルト酸リチウム、負極に炭素材料、電解液には可燃性の有機溶剤にリチウム塩を溶解させた有機電解液が使用される。有機電解液が使用されるのは、リチウムが水と反応しやすいという特性を持つためである。したがって、リチウム・イオン電池のセルを形成する外装缶は密閉構造になっている。

水溶性電解液を用いた２次電池では、充電末期に電池電圧と温度が上昇して電解液が分解し酸素ガスが発生しても酸素サイクルや触媒栓により元の水に戻る。しかし、リチウム・イオン電池の電解液は一旦分解すると元に戻らないため、充電電圧や充電電流が既定値以上に上昇したり異常な状態で使用されたりして温度が上昇すると電解液が分解しガスが発生して内部圧力が上昇する。よって、リチウム・イオン電池のセルの外装缶には、破裂を防止するためにガス放出弁が設けられている。

電池パックの形態としては、硬いプラスチック・ケースに電池セルを収納したハード・パックと熱収縮チューブで電池セルを包装したソフト・パックがあるが、多数のセルを収納する場合には取り扱いの容易なハード・パックが採用される。リチウム・イオン電池のセルを多数収納するハード・パックには、通常、充電電流、充電電圧、およびセルの温度などを監視して回路を遮断する保護回路が設けられている。最近の電池パックではこのような保護回路を実現したり正確に残存容量を計測したりするために、電池パックの中にコントローラや各種センサを内蔵して、自ら充放電の状態を計測および管理し電子機器のシステムに対して通知するいわゆるインテリジェント・バッテリ・システムが採用されている。

ノートＰＣに搭載される電池パックは、ハウジングがノートＰＣ本体の筐体の一部を構成する場合が多い。さらに、電池セルの収納空間を増大するために、ハウジングの一部がノートＰＣの筐体からはみ出した形状のいわゆる拡張タイプの電池パックも採用されている。ユーザがノートＰＣを会社で使用する場合は、ケースや鞄に入れないで会議室やオフィスの間を持ち運ぶことが一般的でありノートＰＣを床に落とす可能性がある。このとき電池パックに、ノートＰＣの重量が加わった強い衝撃が与えられ、電池セルの内部回路が短絡したり破損したりして、セルの温度が急激に上昇しガス放出弁から高温の可燃性ガスが電池パックの室内に放出されることがある。

電池セルは、高温の可燃性ガスに所定時間以上晒されると、内部温度が上昇してガス放出弁から可燃性ガスが吹き出す。吹き出した高温の可燃性ガスは、電池パックの内部の電気回路で着火したり高温で自然着火したりする可能性がある。電池パックの中には多数の電池セルが密集して収納されているため、高温の可燃性ガスが他の電池セルを加熱し、加熱された電池セルからもさらに可燃性ガスが放出されることにより、ハウジング内が非常に高い温度になって電池パックに収納された電池セル全体が類焼する危険性も潜んでいる。そして、電池セルが満充電に近い状態にあるほど放出されるガスの熱エネルギー量は大きくなり類焼の危険性は高くなる。

特許文献１は、電池セルを収納する電池室と電気回路を収納する電気回路室との間に隔壁を設けて、可燃性の有機溶剤を含む電解液の蒸発ガスによる出火を防止するようにした電池パックを開示する。特許文献２は、複数の電池を収容する電池パックにおいて、特定の電池に発熱が生じたときその熱が隣り合う電池に伝達することを抑制するために、電池間を隔壁で仕切る技術を開示する。同文献には、隔壁を合成樹脂で形成し断熱効果を向上させるために空間を挟んだ二重構造にすることが記載されている。特許文献３は、複数の電池を収納し各電池間を仕切板で仕切った電池充放電装置を開示する。仕切板は、難燃性ポリカーボネート、難燃性ＰＥＴ、ＡＢＳ樹脂などで形成されている。
特開平８−２９３３２７号公報 特開２００３−３３１８０３号公報 特開２００３−１５１５２５号公報

従来は、背景技術にあるような難燃性の合成樹脂で構成された隔壁や、内部に空間を挟んだ隔壁で電池セル間での発熱の影響を抑制していたが、近年、電池セルのエネルギー密度が増大し、また、電池パックに収納される電池セルの数が増大してきたことに伴い、背景技術に示された難燃性の隔壁では十分とはいえなくなった。たとえばノートＰＣで使用されるリチウム・イオン電池では、摂氏約６００〜７００度の可燃性ガスが、電池セル１本あたり約１〜２リットル放出される場合がある。難燃性の合成樹脂で形成された隔壁は、電池セルから放出される高温の可燃性ガスによる温度上昇に耐えられず、短時間で融解してしまうために、つぎつぎに隣接する電池セルのガス放出をもたらし、電池セル全体が燃焼してしまうおそれがある。特に、拡張タイプの電池パックの場合は、落下時に電池セルに加わる衝撃が強いため安全性を一層向上することが求められる。よって、電池パックの衝撃に対して、従来から存在するインテリジェント・バッテリの保護回路に加えて、さらに、安全性を確保するシステムが望まれている。

そこで本発明の目的は、安全性を向上させた電池パックを提供することにある。さらに本発明の目的は、落下や衝撃に対する安全性を向上させた電池パックを提供することにある。さらに本発明の目的は、そのような電池パックの搭載が可能な携帯式電子機器を提供することにある。

本発明の第１の態様は、電池パックのハウジングが、携帯式電子機器に装着されたときに携帯式電子機器本体の輪郭の内部に位置する内部電池室と輪郭の外部に位置する外部電池室とを含むいわゆる拡張タイプの電池パックに関する。電池パックのハウジングで構成される外部電池室は、携帯式電子機器の輪郭の外側に位置するために、そこに収納された電池セルは携帯式電子機器に装着された状態で落下したときに大きな衝撃を受けやすい。電池セルは、衝撃を受けて内部温度が上昇し、高温の可燃性のガスが発生して圧力が上昇するとガス放出弁からガスを放出して外装缶の破裂を防ぐようになっている。内部電池室と外部電池室との間には、隔壁構造が設けられている。隔壁構造は、放出されたガスの温度では融解しない材料で形成された耐火壁と断熱層を含む。したがって、衝撃により外部電池室に収納された電池セルから放出されたガスの温度が低下するまで耐火壁は断熱層を維持して、内部電池室の電池セルに対する加熱および類焼を防止することができる。

外部電池室が複数の電池セルを収納する場合に、隔壁構造を外部電池室に収納された電池セル間にも形成すると、外部電池室に配置された電池セル間の類焼を防ぐことができる。耐火壁として、融点が８００度以上のたとえばマイカ（雲母）やセラミックスのような無機耐火材料を使うことが望ましい。マイカは熱伝導率も低く断熱効果もあるため、隔壁構造に特に適している。

隔壁構造を、ハウジングの一方の内壁から対向する他方の内壁に向かって延びた、電池セルを固定する第１の仕切壁を含み、耐火壁が第１の仕切壁との間に空間を挟むように外部電池室側に配置されるように構成すると、空間が断熱層として機能するために、外部電池室側で発生したガスによる温度が内部電池室側に伝わることを抑制することができる。また、耐火壁を外部電池室側に設けることで、外部電池室側の温度が低下するまで第１の仕切壁を熱から保護して断熱層となる空間を維持することができる。さらに、第１の仕切壁は電池セルを固定する機能も備えるために、ハウジング内に断熱層を形成するためのスペースを節約することもできる。

耐火壁をハウジングの一方の内壁から対向する他方の内壁に向かって途中まで延びて耐火壁を保持する第２の仕切壁に隣接させることで、外部電池室に収納された電池セルが衝撃を受けたときに第２の仕切壁と耐火壁とが内部電池室方向に向かって断熱層となる空間を変位して衝撃を緩和する。また、第２の仕切壁は、片持ち梁の構造で変位するために、衝撃が収まったときに復元することができるため、つぎの衝撃に対しても効果を維持することができる。本発明にかかる電池パックでは、ハウジングを難燃性の合成樹脂で形成しても、隔壁構造が耐火壁と断熱層を含んでいるため、衝撃が発生したときに外部電池室の電池セルから内部電池室の電池セルに類焼することはない。

本発明の第２の態様では、電池パックのハウジングが、携帯式電子機器に装着されたときに携帯式電子機器本体の輪郭の一部を構成する。そして、電池セルの間に配置された耐火壁と断熱層を含んで形成された隔壁構造を備える。この構成により、電子機器の落下や物体の衝突によりハウジングに加えられた衝撃で、いずれかの電池セルが発火しても隔壁構造で仕切られた他の電池セルに対する加熱および類焼を防ぐことができる。電池パックが、プロセッサとスイッチ回路を収納する電気回路室を含む場合は、隔壁構造を電池セルと電気回路室との間に形成することで着火源になりやすい電気回路室に対する可燃性ガスの進入を防ぐことができる。

本発明の第３の態様では、電池パックのハウジングが、携帯式電子機器に装着されたときに携帯式電子機器本体の輪郭の一部を構成する。そして、隔壁構造は、電池セルの間に配置され、電池セルが受けた衝撃を緩衝する衝撃緩衝部とガス放出弁から放出されたガスの温度では融解しない耐火壁とを含む。この構成により、ハウジングに衝撃が加えられても電池セルは損傷しにくく、万一損傷してガス放出弁からガスが放出されても、その熱が他の電池セルに与える影響を軽減して類焼を防ぐことができる。

本発明により、安全性を向上させた電池パックを提供することができた。さらに本発明により、落下や衝撃に対する安全性を向上させた電池パックを提供することができた。さらに本発明により、そのような電池パックの搭載が可能な携帯式電子機器を提供することができた。

図１は、本発明の実施の形態にかかるノートＰＣ１０の構成を示す概略図である。図１（ａ）は、ノートＰＣ１０の蓋を開いてユーザが使用する状態にした外観の斜視図である。ノートＰＣ１０は、表面にキーボードおよびポインティング・デバイスを搭載し内部に多くのデバイスを収納したメイン筐体１１と、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）を表面に搭載したディスプレイ側筐体１３とで構成される。ディスプレイ側筐体１３は、メイン筐体１１に対して開閉自在に取り付けられている。そして、メイン筐体１１の底面の後方には、電池パック２１が取り付けられる。

図１（ｂ）は、電池パック２１をノートＰＣから取り外した状態のノートＰＣ１０の底面の平面図である。ノートＰＣ１０の底面には、電池パック２１を装着するための電池ベイ１１ｂが形成されている。電池ベイ１１ｂの一部は、電池パック２１に対する端子が形成され電池パック２１の電気回路室２５（図２参照）が収まる領域１１ｃとなっている。ここで、ノートＰＣ１０の本体の輪郭について説明する。ノートＰＣ１０から電池パックを取り外したときに、電池ベイ１１ｂは空洞になる。電池ベイ１１ｂの周囲には、ノートＰＣ１０のメイン筐体を構成する底面１１ａ、側面１１ｄが存在する。そして、底面１１ａ、側面１１ｄを延長したときにそれらが交わって形成される面がノートＰＣ１０の本体の輪郭の一部を構成する。ノートＰＣ１０の本体の輪郭は、また、ノートＰＣ本体の表面の大部分である。ノートＰＣ１０の蓋を閉じた状態では、ノートＰＣ１０の本体の輪郭はメイン筐体１１とディスプレイ側筐体１３で形成されて概略直方体になる。

図１（ｃ）は、電池パック２１を電池ベイ１１ｂに装着した状態のノートＰＣ１０の底面の平面図である。電池パック２１は電池ベイ１１ｂに装着されるとそのハウジングの表面の一部はメイン筐体の底面１１ａを含む平面上に存在する。本実施の形態にかかる電池パック２１は、いわゆる拡張タイプといわれるものであり、電池を収納する部分の一部がノートＰＣ１０の本体の輪郭である側面１１ｄよりも外側に突き出ている。拡張タイプの電池パック２１は、ノートＰＣ１０の本体のサイズを大きくしないで、電池セルの収納スペースだけを拡大するために考案されたものである。

電池パック２１のハウジングは図２を参照して後で説明するように、電池セルの一部を収納する外部電池室１７と電池セルの残りを収納する内部電池室１５と電気回路室２５とで構成される。内部電池室１５のハウジングの外側表面はメイン筐体１１の底面１１ａと同一の平面上に存在し、ノートＰＣ１０の本体の輪郭の一部を構成する。ハウジングが外部電池室１７を形成している部分は、ノートＰＣ１０の本体の輪郭を構成する側面１１ｄより外側に配置される。ユーザの手元から落下したノートＰＣ１０が外部電池室１７から先に地面に衝突すると、ノートＰＣ１０自体の重量が加わった衝撃は外部電池室１７を直撃し、外部電池室１７の内部に収められた電池セルを破損させることとなる。

ただし、内部電池室１５を形成するハウジング部分もメイン筐体１１の底面１１ａと同一平面で外部に露出しているので、地面に突起物があるような場合は、内部電池室１５に収められた電池セルも衝撃を受けて破損する可能性がある。電池セルが衝撃で破損すると内部回路が短絡して過熱し、ガス放出弁から高温のガスが噴出する場合がある。ガスの量は、衝撃を受けたときの電池セルの充電量に応じて多くなり、電池パック２１の内部の温度を一層上昇させる。

図２は、電池パック２１の構成を示す概略斜視図である。電池パック２１は、それぞれＡＢＳ樹脂、ポリカーボネート樹脂などの難燃性の合成樹脂で形成された上部ハウジング３３と下部ハウジング３５とで外装が構成される。上部ハウジング３３と下部ハウジング３５は、一般ユーザによって容易に開放されないように結合される。上部ハウジング３３は、外部電池室１７、内部電池室１５、および電気回路室２５で構成されている。

上部ハウジング３３に、リチウム・イオン電池である９本の円筒形状の電池セル２３ａ〜２３ｉが収納されている。外部電池室１７には、直列に接続された３本の電池セル２３ｇ〜２３ｉが収納され、内部電池室１５にはそれぞれ直列に接続された３本の電池セル２３ｄ〜２３ｆおよび２３ａ〜２３ｃが収納される。そして直列に接続された３本の電池セル２３ｇ〜２３ｉ、２３ｄ〜２３ｆおよび２３ａ〜２３ｃは並列に接続されている。電気回路室２５には、充放電の状態を計測および管理するプロセッサ、スイッチ、温度センサなどを含む制御回路を実装した回路基板（図示せず。）が収納され、電池パック２１はインテリジェント・バッテリとして構成される。また電気回路室２５には、ノートＰＣ１０に接続される電源端子および信号端子が形成されている。外部電池室１７と内部電池室１５との間には、耐火壁となるマイカ・プレート６３が設けられる。

図３は、上部ハウジング３３と下部ハウジング３５の構成を示す平面図で、図４は、図３の上部ハウジング３３と下部ハウジング３５を組み立てた状態でのＸ−Ｘ断面を示す側面図である。上部ハウジング３３および下部ハウジング３５は、ＡＢＳ樹脂またはポリカーボネートなどの難燃性の合成樹脂で形成されている。図３は、上部ハウジング３３および下部ハウジング３５のそれぞれの内側の平面と、各々の断面Ｘ−Ｘから見たときの側面について示している。上部ハウジング３３の内面からは、外部電池室１７に収納される電池セル２３ｇ〜２３ｉを挟んで固定する固定壁５３ａと、内部電池室１５における電池セル２３ｄ〜２３ｆおよび電池セル２３ａ〜２３ｃを挟んで固定する固定壁５３ｂ、５３ｃが、組み立て状態における下部ハウジング３５の内面に向かって途中まで延びるように形成されている。

固定壁５３ａ、５３ｂは、電池パックの長手方向にそれぞれ８個形成されている。固定壁５３ｃは、電池パックの長手方向に６個形成されている。また、上部ハウジング３３の内面からは、保持壁５５が組み立て状態における下部ハウジング３５の内面に向かって途中まで延びるように形成されている。保持壁５５は、マイカ・プレートで形成された耐火壁６３を保持する。固定壁５３ａ〜５３ｃおよび保持壁５５は、ダイカストで上部ハウジング３３として一体成形される。固定壁５３ｂには嵌合孔５７が形成されている。

下部ハウジング３５の内面からは、組み立て状態における上部ハウジング３３の内面に向かって途中まで延びた保持壁６１ａ、６１ｂが形成されている。保持壁６１ａ、６１ｂは、ダイカストで下部ハウジング３５として一体成形される。組み立て状態で保持壁６１ａは、固定壁５３ａの位置に対応し、保持壁６１ｂは固定壁５３ｂの位置に対応している。保持壁６１ｂには、係合突起６７が形成されており組み立て状態で嵌合孔５７と嵌合して上部ハウジング３３と下部ハウジング３５を結合する。マイカ・プレート６３は、保持壁５５、６１ａ、および固定壁５３ａで形成された隙間に装着される。マイカ・プレート６３は、内部電池室１５と外部電池室１７を長手方向に連続的に仕切るように１つの部材で形成されているが、本発明においては、たとえば電池セルの長さに合わせた３つのマイカ・プレートを設けるといったように複数のマイカ・プレートを使用し、各マイカ・プレート間に多少の隙間が空くような構造であってもよい。

電気回路室２５には、回路基板２６が収納されている。上部ハウジング３３に電池セル２３ａ〜２３ｉおよび回路基板２６を収容し、マイカ・プレート６３が固定壁５３ａと保持壁６１ａで形成される面と、保持壁５５との間に位置するようにして上部ハウジング３３と下部ハウジング３５とを嵌合させると、電池パック２１が組み立てられる。そのとき、保持壁６１ｂの係合突起６７が固定壁５３ｂの嵌合孔５７に嵌合し、保持壁６１ｂと固定壁５３ｂは結合されて内部電池室側の隔壁を形成する。そして、マイカ・プレート６３と内部電子室１５側の隔壁の間には、厚さ１〜２ｍｍ程度の空気層７１が形成される。空気層７１は、電池セルから放出されたガスに対する断熱層として機能する。

マイカ・プレート６３の材料である、マイカ（雲母）は天然の鉱石であり、電気絶縁性、耐熱性、断熱性、および可撓性などに優れた材質である。特に耐熱性については、融点が摂氏１２５０度という特性を持っている。ここでは、可撓性を有する軟質マイカによって形成された厚さ約０．８ｍｍ程度の板状にしたマイカを使用する。

以上で述べた構成の電池パック２１を装着したノートＰＣ１０が床面に落下して、第１の収納部５１ａに強い衝撃を受け、外部電池室１７に収納された電池セル２３ｉが破損する。そして、電池セル２３ｉの温度が急激に上昇して内部にガスが発生し、圧力が上昇してガス放出弁から高温のガスが放出される。ガスの量は、電池セル１本あたり約１〜２リットルで、放出時の温度は摂氏約６００〜７００度である。リチウム・イオン電池セルは一般的に、ＵＬ規格に適合しており、摂氏１５０度の環境温度の中に１０分間保持しても発火、破裂がないように製造されている。しかし、摂氏１５０度を超える温度に対しては特に満たすべき規格も保証もなく、現実にはこれを超えた環境温度と持続時間によっては、発火したり外装缶が破裂したりすることがある。

したがって、電池セル２３ｉから放出された摂氏６００〜７００度程度のガスに他の電池セルの外装缶が晒されるとそれらの電池セルも発火や破裂などを引き起こし、その結果電池パック２１全体に対して類焼の被害を広げてしまう危険性がある。また、従来技術で電池パックのハウジング内で電池間を仕切っていた仕切板の材料は、難燃性ポリカーボネート、難燃性ＰＥＴ、ＡＢＳ樹脂などであった。それらの材料は難燃性ではあっても、摂氏６００度〜７００度のガスに晒されると一瞬で融解して崩落するので類焼を防ぐことはできない。

電池セル２３ｉから放出されたガスによる類焼を防止して被害を最小限に留めるためには、高温のガスを他の電池セルの周辺に送らないこと、放出されたガス自体の温度を下げること、およびガスから他の電池セルに伝わる温度を遮断することが必要である。本実施の形態では、外部電池室１７に収納された電池セル２３ｇ〜２３ｉから内部電池室１５に収納された電池セル２３ａ〜２３ｆに対する類焼をマイカ・プレート６３と空気層７１とで防いでいる。マイカ・プレート６３をハウジングの内部に配置する方法はこれまで説明した例に限定されるものではなく、ハウジングの内面に溝を形成して挟み込んだり、接着剤で固定したりする他の方法もある。

図５は、電池セル２３ｉからガス８１の放出があった場合、および外部電池室１７に対して外部から強い衝撃を与えられた場合の、電池パック２１の内部の挙動を説明する図である。図５（ａ）、（ｂ）は、図４と同一の断面の一部を示している。図５（ａ）は、電池セル２３ｉからガス８１の放出があった場合について示している。電池セル２３ｉから放出されたガス８１は外部電池室１７の内部に滞留し、内部電池室１７の内壁、固定壁５３ａ、および保持壁６１ａを融解させる。ガスの一部は、マイカ・プレート６３を熱するが、マイカ・プレート６３は摂氏６００〜７００度のガスの温度では崩落することはない。

したがって、放出されたガス８１はマイカ・プレート６３で塞がれ、内部電池室１５までは到達しない。たとえ、一部のガスが到達したとしてもガスの量が少ない場合は、温度の低下が早いために類焼という危険な状態に至ることはない。固定壁５３ａおよび保持壁６１ａは一瞬のうちに融解するが、マイカ・プレート６３は断熱性が高いので、保持壁５５は比較的長い時間、原型を留めることができる。そして圧力は外部電池室１７側が内部電池室１５側に比べて高いので、マイカ・プレート６３は内部電池室側に押し付けられしばらくの間はガスを遮断することができる。

マイカ・プレート６３がガスを遮断している間は、空気層７１が維持されるので、内部電池室１５の温度上昇は抑制される。上部ハウジング３３および下部ハウジング３５は難燃性の合成樹脂で形成されているので、摂氏６００〜７００度のガス８１によって外部電池室１７側のハウジングはやがて融解して崩落し、マイカ・プレート６３はガス８１の遮断機能を失う可能性がある。しかし、マイカ・プレート６３がガス８１を遮断して外部電池室１７から内部電池室１５に対する熱伝導を抑制するのは、ガス８１が安全な程度に温度が下がるまでの極短時間で十分である。

むしろ、上部ハウジング３３もしくは下部ハウジング３５の外部電池室１７にあたる部分に部分的な融解８３があれば、そこからガス８１は電池パック２１の外に排出されるので、外部電池室１７の内部温度は急激に低下する。したがって、上部ハウジング３３および下部ハウジング３５が難燃性の合成樹脂で形成されていても、電池セル２３ａ〜２３ｆへの類焼を防止することができる。

図５（ｂ）は、外部電池室１７に対して外部から強い衝撃が与えられた場合の状態を示している。マイカ・プレート６３は可撓性を有する軟質マイカによって形成されているので、それ自体が電池セル２３ｉに与えられた衝撃に対して緩衝材として作用することができる。保持壁６１ａ、５５および固定壁５３ａは、ハウジングの内壁から途中まで延びた片持ち梁のような構造なので、マイカ・プレート６３の可撓性で吸収できない強い衝撃に対しては、それらの先端部分がマイカ・プレート６３とともに内部電池室１５側に変位してそれを吸収する。保持壁６１ａ、５５および固定壁５３ａの自由な変位は、空気層７１が提供する。保持壁６１ａ、５５および固定壁５３ａは、片持ち梁の状態で支持されているので衝撃の程度によっては復元することができ、次回の衝撃に備えることもできる。

したがって、外部電池室１７に強い衝撃が加えられても、そこに収納されている電池セル２３ｇ〜２３ｉに対する衝撃は緩和されるために、セルの損傷によるガス放出の危険性を防ぐことができる。衝撃によるマイカ・プレート６３の変位と同時にガス放出が発生しても、マイカ・プレートのガス遮断作用が失われることがなく、また、空気層７１も残っているので断熱作用も失われることはないため、内部電池室１５に収納された電池セル２３ａ〜２３ｈに対する類焼を防ぐことができる。

ここまでで述べたように、空気層７１は、放出されたガス８１から伝えられる熱を遮断する作用と、電池セル２３ｉに与えられた衝撃に対する緩衝という２つの作用がある。この２つの作用をさらに増強する意味で、たとえば発泡ウレタンなどのような緩衝作用および断熱作用のある材料を空気層７１に代えてあるいは空気層１７とともに設けてもよい。本実施の形態にかかる隔壁構造は、現在一般に採用されている難燃性の合成樹脂で形成された電池パックに適用することができるという利点があるが、上部ハウジング３３および下部ハウジング３５をマグネシウム系やアルミニウム系などのような軽金属系材料で構成することにより、ガス８１によって崩落しにくくすることもできる。

電池パック２１は、外部電池室１７に収納された電池セル２３ｇ〜２３ｉから内部電池室１５に収納された電池セル２３ａ〜２３ｆへの類焼を防止するものであったが、本発明は、内部電池室１５に収納された電池セル間の類焼および外部電池室１７に収納された電池セル間の類焼を防ぐように構成することもできる。前述のように、下部ハウジング３５の一部がメイン筐体１１の輪郭を構成している以上、内部電池室１５に収納された電池セル２３ａ〜２３ｆも、メイン筐体１１の外部から衝撃を受ける可能性は存在する。また、外部からの衝撃がなくても、並列に接続された電池セル間に電圧のアンバランスが生じてセル間に電流が流れたり、電池セルが劣化して短絡したりして、電池セル２３ａ〜２３ｉのうちいずれかの温度が異常に上昇し、発火もしくは破裂に至る可能性もある。したがって、それらの場合の危険性を軽減するためには、電池セル間でも類焼を防止できる構造があることが望ましい。

図６は、そのような危険性を解決する実施例にかかる電池パック１２１の構成を示す概略図である。電池パック１２１は、図１で示したものと同じノートＰＣ１０に適用されるものである。また、電池パック１２１は電池パック２１と同一の要素については参照番号も同一として説明を省略する。電池パック１２１の上部ハウジング１３３および下部ハウジング１３５は、外部電池室と内部電池室との間に隔壁構造１６３ａが形成されているだけでなく、内部電池室に収納された電池セル２３ａ〜２３ｃと２３ｄ〜２３ｆとの間にも隔壁構造１６３ｂが設けられている。電気回路室２５は着火源になりやすい回路基板を収納するので、隔壁構造は電気回路室２５と電池セルの間にも設けることでさらに安全性が高まる。

さらに直列に接続された電池セル間にも隔壁構造１６４ａ〜１６４ｆが設けられている。隔壁構造１６３ａ、１６３ｂおよび１６４ａ〜１６４ｆの基本構造は、図４で示したマイカ・プレートと空気層で構成される点は基本的に同一である。図７に図６のＹ−Ｙ断面の部分的な側面図を示す。図７は、内部電池室１５に収納された電池セル２３ｃと２３ｆの間に形成された隔壁構造１６３ｂの詳細を示している。隔壁構造１６３ｂは、マイカ・プレート１６６ａ、１６６ｂ、保持壁１６５ａ〜１６５ｄ、および空気層１７１で構成されている。保持壁１６５ａ、１６５ｂは、下部ハウジング１３５の内面から上部ハウジング１３５の内面に向かって途中まで延びている。

保持壁１６５ｃ、１６５ｄは、上部ハウジング１３３の内面から下部ハウジング１３５の内面に向かって途中まで延びている。マイカ・プレート１６６ａは、電池セル２３ｃと保持壁１６５ａ、１６５ｄの間に挟まって位置が固定され、マイカ・プレート１６６ｂは、保持壁１６５ｂ、１６５ｃと電池セル２３ｆの間に挟まって位置が固定されている。そして、マイカ・プレート１６６ａと１６６ｂとの間には、空気層１７１の間隔が形成されている。

図７の隔壁構造１６３ｂでは、電池セル２３ｆからガスが放出されたときには、マイカ・プレート１６６ｂが電池セル２３ｃに対して遮断し、電池セル２３ｃからガスが放出されたときには、マイカ・プレート１６６ａが電池セル２３ｆに対して遮断する。空気層１７１は、いずれの電池セルからガスの放出があっても、断熱効果を発揮する。また、保持壁１６５ａ〜１６５ｄは、片持ち梁の状態で上部ハウジング１３３または下部ハウジング１３５の内面から延びているので、図５（ｂ）で説明したのと同じメカニズムで、電池セルに与えられた衝撃を吸収する。

以上で述べた構造を備える電池パックは、ノートＰＣに限らず、電池セルの表面が本体の筐体の表面の一部となるように取り付けられる他の携帯式電子機器にも採用することができる。電池パックで使用される電池セルの種類は、リチウム・イオン電池に限定されず、本発明は破損したときに高温の可燃性ガスを放出しうる他の種類の電池セルを使用する電池パックに対して有効である。耐火壁の材料としては、電池セルから放出されるガスの温度が低下するまで遮断機能を維持することができる材料であれば、マイカに限らず採用することができる。

これまで本発明について図面に示した特定の実施の形態をもって説明してきたが、本発明は図面に示した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の効果を奏する限り、これまで知られたいかなる構成であっても採用することができることは言うまでもないことである。

携帯式電子機器の輪郭の一部を構成する電池パックに適用が可能である。

本発明の実施の形態にかかるノートＰＣと電池パックの構成を示す概略図である。 本発明の実施の形態にかかる電池パックの構成を示す斜視図である。 本発明の実施の形態にかかる電池パックのハウジングの構成を示す平面図である。 本発明の実施の形態にかかる隔壁構造の構成を示す断面図である。 電池セルからガスの放出があった場合の電池パック内部の挙動を説明する断面図である。 本発明の実施の形態にかかる電池パックの構成を示す斜視図である。 本発明の実施の形態にかかる隔壁構造の構成を示す断面図である。

符号の説明

１０…ノートＰＣ
１１…メイン筐体
１３…ディスプレイ側筐体
１５…内部電池室
１７…外部電池室
２１、１２１…電池パック
２３ａ〜２３ｉ…電池セル
２５…電気回路室
２６…回路基板
３３、１３３…上部ハウジング
３５、１３５…下部ハウジング
５３ａ〜５３ｃ…固定壁
５５、６１ａ、６１ｂ、１６５ａ〜１６５ｄ…保持壁
５７…嵌合孔
６３、１６６ａ、１６６ｂ…マイカ・プレート
６７……係合突起
７１、１７１…空気層
１６３ａ、１６３ｂ、１６４ａ〜１６４ｆ…隔壁構造

Claims (15)

1. 携帯式電子機器に装着して使用される拡張タイプの電池パックであって、
   それぞれがガス放出弁を備える複数の電池セルと、
   前記複数の電池セルの一部を収納し前記携帯式電子機器に装着されたときに前記携帯式電子機器本体の輪郭の内側に位置する内部電池室と前記複数の電池セルの残りを収納し前記携帯式電子機器本体の輪郭の外側に位置する外部電池室とを含むハウジングと、
   前記内部電池室と前記外部電池室との間に配置され、断熱層と前記ガス放出弁から放出されたガスの温度で融解しない耐火壁とを含んで形成された隔壁構造と
   を有する電池パック。
2. 前記外部電池室が複数の電池セルを収納し、前記隔壁構造がさらに、前記外部電池室に収納された電池セル間に形成されている請求項１記載の電池パック。
3. 前記耐火壁が、融点が８００度以上の材料で形成されている請求項１記載の電池パック。
4. 前記断熱層が前記耐火壁に接する空気層である請求項１記載の電池パック。
5. 前記耐火壁が、マイカで形成されている請求項１記載の電池パック。
6. 前記隔壁構造が、前記ハウジングの一方の内壁から対向する他方の内壁に向かって延び前記内部電池室に収納された前記電池セルを固定する第１の仕切壁を含み、前記耐火壁が前記第１の仕切壁との間に空間を挟むように前記外部電池室側に配置されている請求項１記載の電池パック。
7. 前記耐火壁が前記ハウジングの一方の内壁から対向する他方の内壁に向かって途中まで延びて前記耐火壁を保持する第２の仕切壁に隣接し、前記外部電池室に収納された電池セルが衝撃を受けたときに前記第２の仕切壁と前記耐火壁とが前記内部電池室方向に向かって前記空間を変位して衝撃を吸収する請求項６記載の電池パック。
8. 前記ハウジングが難燃性の合成樹脂で形成されている請求項１記載の電池パック。
9. 携帯式電子機器に装着して使用される電池パックであって、
   それぞれがガス放出弁を備える複数の電池セルと、
   前記複数の電池セルを収納し前記携帯式電子機器に装着されたときに前記携帯式電子機器本体の輪郭の一部を構成するハウジングと、
   前記電池セルの間に配置され、断熱層と前記ガス放出弁から放出されたガスの温度で融解しない耐火壁とを含んで形成された隔壁構造と
   を有する電池パック。
10. 前記隔壁構造が、それぞれ前記ハウジングの一方の内壁から他方の内壁に向かって延び隣接する第１の電池セルを固定する第１の仕切壁と隣接する第２の電池セルを固定する第２の仕切壁とを含み、前記耐火壁が前記第１の電池セルと前記第１の仕切壁との間に配置された第１の耐火壁と前記第２の電池セルと前記第２の仕切壁との間に配置された第２の耐火壁で構成される請求項９記載の電池パック。
11. 前記第１の耐火壁と前記第２の耐火壁とが空間を挟んで配置され、前記第１の電池セルが衝撃を受けたときに前記第１の仕切壁と前記第１の耐火壁とが前記空間を変位して衝撃を吸収し、前記第２の電池セルが衝撃を受けたときに前記第２の仕切壁と前記第２の耐火壁とが前記空間を変位して衝撃を吸収する請求項１０記載の電池パック。
12. 前記電池パックが、プロセッサとスイッチ回路を収納する電気回路室を含み、前記隔壁構造が前記電池セルと前記電気回路室との間に形成されている前記請求項９記載の電池パック。
13. 前記複数の電池セルが、それぞれ直列に接続された複数の電池セルで構成された第１列の電池セルと第２列の電池セルを含み、前記隔壁構造が前記第１列の電池セルと前記第２列の電池セルとの間に設けられている請求項９記載の電池パック。
14. 携帯式電子機器に装着して使用される電池パックであって、
    それぞれがガス放出弁を備える複数の電池セルと、
    前記複数の電池セルを収納し前記携帯式電子機器に装着されたときに前記携帯式電子機器本体の輪郭の一部を形成するハウジングと、
    電池セルの間に配置され、前記電池セルが受けた衝撃を緩衝する衝撃緩衝部と前記ガス放出弁から放出されたガスの温度で融解しない耐火壁とを含んで形成された隔壁構造と
    を有する電池パック。
15. 電池パックの装着が可能な携帯式電子機器であって、前記電池パックが請求項１、請求項９または請求項１４のいずれかに記載された電池パックである携帯式電子機器。

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