JP2017045508A - 組電池 - Google Patents

Abstract

【課題】高容量リチウム二次電池素子を用いた組電池において、一番端の電池素子が短絡を起こし異常発熱状態となった場合に、隣り合う電池素子に次々と熱伝播する類焼現象及び短絡した電池素子自身の発火を防止する。【解決手段】拘束部材５０と電池素子１０ａの間に凹部もしくは樹脂などによる断熱層を備えることにより、拘束部材５０と端から２番目の電池素子１０ａの熱の輸送経路を絶つことで、一番端の電池素子１０が短絡し、異常発熱した場合にも、一番端の電池素子１０の熱が、拘束部材５０を通して２番目の電池素子１０ａに伝播することを防ぎつつ、その他の電池素子１０へと熱を伝播することができるため、電池素子１０が次々に異常発熱となる類焼を防ぐとともに、短絡した電子素子１０の発火を抑制することができる。【選択図】図１

Description

本発明は、複数の二次電池を備えた組電池に関するものである。

近年、二次電池は電動車両などの多様な用途に対応する為、高容量、高電圧、高密度化している。電動車両に利用する場合には、電池素子を複数個束ねた組電池の形で搭載され、安全性の高い電池や組電池が求められる。特に、安全性の高い電子素子や組電池を提供するために、電池素子の内圧が高まった場合に、機械的に電流経路を遮断する保護回路や電池素子の温度が上昇したときに内部セパレータが溶けて更なる温度上昇を防ぐと言った様々な保護手段がある。また、電池が異常な発熱状態にならないように電池の充放電を抑制する回路を組電池に備えているものもある。

しかしながら、このような保護手段を備えていても、電池素子が異常な条件下で起動されたり、繰返しの使用中に電池素子内部に混入した異物により短絡を起こした場合には、電池素子が高温になることがある。このような状況になると、電池素子の内部から高温のガスが噴出し、その熱やガスにより組電池の構造物が破損したり、溶融したり、異常となったトリガーセル以外の電池素子にも異常が伝播する状態（熱暴走状態）になる恐れがある。

このような現象を防止する方法として、所定方向に並んだ複数の電池素子を束ねている、所定方向に延びた拘束部材を、温度上昇に応じて変形させることで拘束力を解除する手段が知られる。具体的には、特定の電池素子が発熱したときに、隣り合って配置された電池素子に熱が伝達されるのを防止しているものがある（例えば、特許文献１参照）。

図３は、特許文献１に記載の従来の組電池を示す図である。

図３において、組電池１０１は、エンドプレート１４０の間に、安全弁１２１と正極端子１１１と負極端子１１２を備えた電池素子１１０とセパレータ１３０を交互に組み合わせ、曲げ部１５０ａを備えた拘束部材１５０を固定ボルト１４１でエンドプレート１４０に固定し、電池素子１１０を束ねている。

特開２０１０−０９２８３３号公報

しかしながら、上記従来の構成では、拘束部材が拘束力を解除するだけでは、電池素子同士は接したままの状態であり、特定の電池素子が短絡を起こした場合に、短絡により発生した熱は接している面を介し、隣り合う電池素子へと伝播してしまう。

特に、一番端の電池素子が短絡した場合には、熱の逃げ場が接している隣り合う電池素子のみとなってしまうため、電池素子が高容量になった場合、隣り合う電池素子が熱暴走する危険性が高まる。また、隣り合う電池素子にのみにしか熱を伝播できないため、短絡した電池素子の熱が十分に放熱できず、高温になり過ぎ、発火の可能性を高めてしまうと言う課題を有している。

本発明は、上記従来の課題を解決するものであり、電池素子が高容量になっても、拘束部材を介し、隣り合う電池素子以外の電池素子に積極的に伝熱させることで、特定の電池素子が短絡した場合にも、安全な組電池を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の端から２番目の電池素子と接する拘束部材に凹型のくぼみ部や断熱材などの断熱層を有し、２番目の電池素子と拘束部材の断熱を行う。

本構成によって、高容量の電池素子を束ねた組電池において、最も危険性を伴う一番端の電池素子が短絡し異常発熱した場合にも、隣り合う電池素子に、拘束部材を介して熱を伝播することを防ぎ、その他の電池素子及び拘束部材等の構造部材に積極的に放熱することが出できる。

以上のように、本発明の組電池によれば、万が一、電池素子が短絡を起こし異常発熱した場合にも、隣り合う電池素子以外の構造部材に積極的に伝熱させることで、高容量の電子素子でも、類焼および短絡した電池素子の発火を抑制することができる。

本発明の実施の形態１における組電池の斜視図 本発明の実施の形態２における組電池の斜視図 特許文献１に記載された従来の組電池を示す図

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における組電池の斜視図である。

図１（ａ）において、組電池１は、少なくとも３つ以上の電池素子１０とセパレータ３０を交互に配列し、エンドプレート４０で挟み、拘束部材５０で束ねて構成される。拘束部材５０には、端から２番目の電池素子１０ａと接する部分に凹部５１を設けている。

かかる構成によれば、拘束部材５０と端から２番目の電池素子１０ａの熱の輸送経路を絶つことで、一番端の電池素子１０が短絡し、異常発熱した場合にも、一番端の電池素子１０の熱が、拘束部材５０を通して２番目の電池素子１０ａに伝播することを防ぎつつ、その他の電池素子１０へと熱を伝播することができる。そのため、電池素子１０が次々に異常発熱となる類焼を防ぐとともに、短絡した電子素子１０の発火を抑制することができる。

なお、本実施の形態において、電池素子１０と拘束部材５０の断熱層として凹部５１を設けたが、凹部５１を設けず、端から２番目の電池素子１０と拘束部材５０の間に樹脂などの断熱部材を挟んでも良い。

また、本実施の形態は、図１（ａ）のように、拘束部材５０は、組電池１の上下左右に４つ設けているが、図１（ｂ）のように、組電池１の上下の拘束部材５０を結束して、左右の２本で束ねる構成でもよい。この場合においても、拘束部材５０の２本の端から２番目の電池素子１０ａと接する部分に凹部５１を設けるか、樹脂などの断熱部材を挟めばよい。

（実施の形態２）
図２は、本発明の実施の形態２の組電池の斜視図である。なお、図２において、図１と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。

図２において、組電池１は、ｎ個の電池素子１０とｎ個のセパレータ３０を交互に配列し、エンドプレート４０で挟み、１電池素子あたりの熱容量１００Ｊ／Ｋ以上の拘束部材６０で束ねて構成している。拘束部材６０には、２個目からｎ−１個目の電池素子１０ａと接する部分に凹部６１を設けている。

かかる構成によれば、１電池素子あたりの熱容量１００Ｊ／Ｋ以上の拘束部材６０を使用し、拘束部材６０と２個目からｎ−１個目の電池素子１０ａの熱の輸送経路を絶つことで、一番端の電池素子１０が短絡し、異常発熱した場合においても、一番端の電池素子１０の熱が、拘束部材６０を通して２番目以降の内部の電池素子１０ａに伝播することを防止できる。詳細には、拘束部材６０が放熱部材となり、一番端の電池素子１０の熱を放熱するので、電池素子１０ａが次々に異常発熱となる類焼を防ぐと共に、短絡した電池素子１０の発火を抑制することが出来る。

なお、本実施の形態において、電池素子１０と拘束部材６０の断熱層として凹部６１を設けたが、凹部６１を設けず、２個目からｎ−１個目の電池素子１０ａと拘束部材６０の間に樹脂などの断熱部材を挟んでも良い。

また、本実施の形態において、拘束部材６０は組電池１の上下左右に４つ設けているが、組電池１の上下の拘束部材６０を結束して、左右の２本で束ねてもよい。この場合も、拘束部材６０の２本の２個目からｎ−１個目の電池素子１０ａと接する部分に凹部６１を設けるか、樹脂などの断熱部材を挟めばよい。

本発明の組電池は、ある電池素子が短絡を起こし、異常発熱をした場合にも、隣り合う電池素子以外に積極的に熱を伝播させることで熱暴走や短絡した電池素子の発火を防止する類焼防止機構を有し、二次電池をたくさん束ねて使用する大型蓄電システム等の蓄電池の用途にも適用できる。

１，２，１０１ 組電池
１０，１０ａ，１１０ 電池素子
３０，１３０ セパレータ
４０，１４０ エンドプレート
５０，６０，１５０ 拘束部材
５１，６１ 凹部

Claims (3)

1. 少なくとも３つ以上の電池素子と、
   前記少なくとも３つ以上の電池素子が積層される方向に配置され、前記電池素子を挟み込む一対のエンドプレートと、
   前記電池素子が積層される方向とは交差する方向に配置され、前記少なくとも３つ以上の電池素子と接して保持する拘束部材と、で構成された組電池であって、
   前記拘束部材のうち、前記少なくとも３つ以上の電池素子の両端から２番目の電池素子と接する部分に凹部もしくは断熱層を備えていること、
   を特徴とする組電池。
2. 前記少なくとも３つ以上の電池素子は、ｎ個（ｎは３以上）から構成され、
   前記拘束部材のうち、ｎ個の電池素子の２番目からｎ−１番目の電池素子と接する部分に凹部もしくは断熱層を備えている、
   請求項１記載の組電池。
3. 前記拘束部材は、１電池素子あたり１００Ｊ／Ｋ以上の熱容量を有している、
   請求項１または２に記載の組電池。

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