JP2019008937A - 防爆防水ケースと発火防止用シート - Google Patents

Abstract

【課題】ケース内部での短絡を防止または抑制し、ベントしたガスを外部に安全に解放させることができ、短絡時の発火を防止または抑制することができる防爆防水ケースを提供することが課題である。【解決手段】実施形態の防爆防水ケースは、内部が密閉された防水ケースのケース本体と、前記ケース本体内に収納され、内部短絡により発火する内蔵物と、前記ケース本体と前記内蔵物との間に配置された発火防止用シートとを有する。【選択図】 図２

Description

本発明の実施形態は、防爆防水ケースと発火防止用シートに関する。

防爆防水ケースの一例としてバッテリケースがある。バッテリの安全性試験として、釘刺し試験がある。この試験では、バッテリに釘を刺した場合でもバッテリからの発火を防止することが求められている。

通常、バッテリに釘をさすと、バッテリケース内に収納されているセルの内部で短絡が発生する。これにより、セルの電解液が気体となって吹き出して、その吹き出した可燃性ガスに、短絡の火花が引火して発火に至る。

また、釘刺し安全性試験は、実際の車載バッテリでの衝突事故を想定している。ここでは、例えば車輌の衝突時に車輛サスペンションの一部等がバッテリに突き刺さることを想定した安全設計が必要となっている。この釘刺し安全性試験では、釘のサイズや、刺さる場所も不特定であり、それにできるだけ幅広く対応する対策が望まれている。

特許第５７０３３６８号公報

実施形態は、ケース内部での短絡を防止または抑制し、吹き出したガスを外部に安全に解放させることができ、短絡時の発火を防止または抑制することができる防爆防水ケースと発火防止用シートを提供することが課題である。

実施形態の防爆防水ケースは、内部が密閉されたケース本体と、前記ケース本体内に収納され、内部短絡により発火する可能性がある内蔵物と、前記ケース本体と前記内蔵物との間に配置された発火防止用シートとを有する。

他の実施形態の発火防止用シートは、ゲルと布とを含み、前記布に前記ゲルが塗布、または含浸されて一体化された絶縁性を有するシート本体を有し、前記シート本体は、内部短絡により発火する可能性がある被収納物の周囲を囲む状態で装着され、前記シート本体の外から前記被収納物に穿刺物が穿刺される場合に、前記穿刺物とともに前記被収納物内に刺入され、前記穿刺物によって前記被収納物に形成される割れ目を塞ぐ。

図１は、第１の実施形態のバッテリケースの全体の概略構成を示す斜視図である。 図２は、図１のバッテリケースの内部構造を示す縦断面図である。 図３は、図１のバッテリの要部の分解斜視図である。 図４は、図１のバッテリに組み込まれた発火防止用シートの断面図である。 図５は、図４の発火防止用シートの斜視図である。 図６は、釘刺し安全性試験前の図１のバッテリケースの要部の内部構造を示す縦断面図である。 図７は、釘刺し安全性試験時の図１のバッテリケースの要部の内部構造を示す縦断面図である。 図８は、図４、５の発火防止用シートの変形例を示す断面図である。 図９は、図４、５の発火防止用シートの他の変形例を示す平面図である。

図１乃至図７は、第１の実施形態を示す。図１は、防爆防水ケースの一例であるバッテリケース１を用いた二次電池の全体の概略構成を示す斜視図である。図２は、図１の二次電池の内部構造を示す縦断面図である。図３は、二次電池の要部の分解斜視図である。図４は、発火防止用シートの断面図である。図５は、発火防止用シートの斜視図である。図６は、釘刺し安全性試験前のバッテリケースの要部の内部構造を示す縦断面図である。図７は、釘刺し安全性試験時のバッテリケースの要部の内部構造を示す縦断面図である。

本実施形態のバッテリケース１は、上ケース２と、下ケース３と、圧力リリーフ部６とを有する。図２に示すように下ケース３は、上面開口部３ａが形成された矩形箱形の筺体である。この下ケース３は、矩形平板状の底板３ｂと、前後左右の４面の側壁部３ｃ、３ｄ、３ｅ、３ｆとを有する。

下ケース３の内部には、図３に示すように複数の電池セル４が並設されたセル４の集合体である組電池（モジュール）５が収容されている。組電池５は、内部短絡により発火する可能性がある内蔵物の一例である。電池セル４は、セル缶（またはラミネート膜）などに例えば渦巻き状に巻回している図示しない電極本体（コイル（券回体））や、電解液などが収容されている。組電池５の上面側には、制御基板７、バスバ、その他の構造材などが配置されている。

上ケース２は、下面開口部２ａが形成された矩形箱形の筺体である。この上ケース２は、上面板２ｂと、前後左右の４面の側壁部２ｃ、２ｄ、２ｅ、２ｆとを有する。そして、下ケース３の上端部（上面開口部３ａ側の端部）と、上ケース２の下端部（下面開口部２ａ側の端部）とを当接させた状態で、上ケース２と下ケース３とを貫通する図示しないねじで固定する。これにより、上ケース２と下ケース３との間が接合される。このとき、下ケース３と上ケース２との間は、図示しないパッキンによって密閉され、内部が密閉されたケース本体１ａが形成されている。

上ケース２には、上面に正極端子８と、負極端子９と、圧力リリーフ部６などが設けられている。図２に示すように正極端子８は、組電池５の正極タブ１０に接続されている。負極端子９は、組電池５の負極タブ１１に接続されている。

圧力リリーフ部６は、ケース本体１ａの内部の防水性を保持しながら、ケース本体１ａの内外気を通気させる防水通気フィルタによって形成される。この防水通気フィルタは、例えば、多孔質ＰＴＦＥ膜をもつ。そして、圧力リリーフ部６は、周囲大気の気圧変化や、温度上昇などによるケース本体１ａの内部圧力の変化に対しては、防水性を保持しながら、内外気を通気させて（入れ替えて）、ケース本体１ａに内外気圧差をかけない構造になっている。

また、本実施形態では、ケース本体１ａと組電池５との間に発火防止用シート１２が配置されている。この発火防止用シート１２は、難燃性のゲル状のシート、例えば熱伝導シートである。この発火防止用シート１２は、図４に示すようにゲル１３と布１４とを含み、布１４にゲル１３が塗布、または含浸されて一体化されたシート本体１５を有する。ゲル１３は、例えばサーコン（登録商標）などのシリコーンゴム製品によって形成されている。布１４は、例えばケブラー（登録商標）、ノーメックス（登録商標）などの絶縁性を有する耐熱性繊維によって形成されている。さらに、布１４は、クロス、メッシュ、フェルト、紙のどの形態をとってもよい。

なお、発火防止用シート１２は、布１４の片面にゲル１３を塗布してもよく、布１４の両面にゲル１３を塗布してもよい。さらに、発火防止用シート１２の片面に滑りやすくするための合成樹脂製、例えばＰＥＴなどのフィルム１７を接合させてもよい。

また、発火防止用シート１２は、図５に示すようにシート本体１５を複数に分割する点線状の切れ目１６を有する。切れ目１６は、シート本体１５を貫通する孔であり、断続的に点線状に並設されている。本実施形態では、切れ目１６は、シート本体１５の縦横にそれぞれ複数形成される。この切れ目１６を介してシート本体１５がほぼマトリックス状に複数に分離可能である。

本実施形態では、発火防止用シート１２は、予め組電池５の前後左右の４面に貼り付けた状態で、組電池５と一体的に下ケース３内に収納される。これにより、ケース本体１ａと組電池５との間の隙間に発火防止用シート１２が配置される。発火防止用シート１２の厚さは、ケース本体１ａと組電池５との間の隙間よりも大きいことが望ましい。そして、発火防止用シート１２は、ケース本体１ａと組電池５との間の隙間を埋めてケース本体１ａと組電池５とにそれぞれ密着した状態でセットされる。なお、発火防止用シート１２は、組電池５の前後左右と上下の６面に貼り付けてもよい。

次に、上記構成の本実施形態のバッテリケース１の作用について説明する。本実施形態のバッテリケース１の釘刺し安全性試験時には、図７に示すようにバッテリケース１の任意の場所に試験用の釘２１が打ち込まれる。本実施形態では、下ケース３の側壁部３ｅに試験用の釘２１が側壁部３ｅの壁面に対してほぼ垂直に所定の圧力で打ち込まれた場合について説明する。試験用の釘２１の先端部には、先細になる鋭利な穿刺部２１ａが形成されている。

そして、釘刺し安全性試験時には、下ケース３の側壁部３ｅに試験用の釘２１の先端の穿刺部２１ａが刺入されると、試験用の釘２１の先端の穿刺部２１ａは、下ケース３を突き抜けて下ケース３の内部の組電池５に突き刺さる。このとき、下ケース３の側壁部３ｅは、側壁部３ｅの刺入孔２２の周囲の金属部分２３が下ケース３の内側に圧潰される。続いて、試験用の釘２１の先端の穿刺部２１ａは、下ケース３の内部の組電池５側に突き刺さる。これにより、試験用の釘２１の先端の穿刺部２１ａによって組電池５側の電池セル４のコイルが破断し、電池セル４の内部短絡が発生する可能性がある。

本実施形態では、このように試験用の釘２１が下ケース３の内部の組電池５側に突き刺さる際に、試験用の釘２１からの押し込み力により、発火防止用シート１２が組電池５側に押し込まれる。このとき、発火防止用シート１２は、試験用の釘２１の先端の穿刺部２１ａで押し込まれる部分２４に局部的に大きな押し込み力が作用する。しかしながら、試験用の釘２１の先端の穿刺部２１ａで押し込まれる部分２４以外のシート本体１５は、ケース本体１ａと組電池５との間にそれぞれ密着した挾持状態で保持されている。そのため、発火防止用シート１２は、試験用の釘２１の先端の穿刺部２１ａで押し込まれる部分２４が、周囲のシート本体１５から切れ目１６の部分で切り離される。そして、切れ目１６から切り離された部分２４の布１４は、釘２１を包むように、ゲル１３とともに、試験用の釘２１の先端の穿刺部２１ａに絡み付いた状態で組電池５側に押し込まれる。このとき、釘２１の表面と破断された組電池５側の電池セル４のコイルとの間に、絶縁体である、発火防止用シート１２の布１４とゲル１３とが入り込む。そのため、破断した組電池５側の電池セル４のコイルの短絡が防止または抑制される。

また、組電池５側の電池セル４のコイルの短絡時には、電池セル４の電解液が気体となって可燃性のベントガスが発生する。そして、釘２１の穿刺部２１ａの釘刺しによって発生した組電池５側の電池セル４のセル缶の穴から、可燃性ガスが放出される。このとき、本実施形態では釘２１を包むように、発火防止用シート１２の布１４とゲル１３とが移動し、釘２１とケース本体１ａの内部との隙間を塞ぐ。そのため、ケース本体１ａの内部には、可燃性のベントガスは広がらず、図７中に矢印で示すように側壁部３ｅの刺入孔２２から外部に放出される。また、組電池５側の電池セル４のセル缶の内圧が高まれば、通常のベント経路に従って、可燃性のベントガスは、ケース本体１ａの外部に安全に放出される。

なお、発火防止用シート１２のゲル１３は、流動性がある半固体であるため、ベントガスの圧力があると、釘２１とケース本体１ａの内部との隙間に入り込んで、隙間を塞ぐ効果がある。そのため、ゲル１３はその効果が出るような適切な硬さ（柔軟性）とすることが望ましい。

なお、発火防止用シート１２のゲル１３の代わりに、発泡剤、発泡シート、綿状のものを用いてもよい。

また、ケース本体１ａと組電池５との間の隙間をなくすように、発火防止用シート１２の布１４とゲル１３で密着させた状態に満たせば、バッテリケース１の圧縮強度が増すので、圧壊対策の効果も持つ。

そこで、上記構成の本実施形態のバッテリケース１では、内部が密閉されたケース本体１ａと、ケース本体１ａ内に収納され、内部短絡により発火する可能性がある組電池５と、ケース本体１ａと組電池５との間に配置された発火防止用シート１２とを有する。これにより、ケース本体１ａの内部での短絡を防止または抑制し、吹き出したガスをケース本体１ａの外部に安全に解放させることができ、短絡時の発火を防止または抑制することができる。

また、発火防止用シート１２のシート本体１５は、内部短絡により発火する可能性がある組電池５の周囲を囲む状態で装着される。そして、シート本体１５の外から組電池５に試験用の釘２１が穿刺される場合に、試験用の釘２１とともに組電池５内に刺入され、試験用の釘２１によって組電池５に形成される割れ目を塞ぐことができる。これにより、酸素がケース本体１ａ内に侵入することを防止でき、効果的に短絡時の発火を防止または抑制することができる。

発火防止用シート１２のゲル１３は、熱伝導を考慮した材質を選定してもよく、組電池５側のセルの発熱をバッテリケース１に伝導させることができる。この場合は、組電池５側のセルの短絡時のセルの冷却を促進させて、セルの発火を防止または抑制する効果および、通常使用時の寿命延長の効果がある。

さらに、本実施形態では、発火防止用シート１２は、シート本体１５を複数に分割する点線状の切れ目１６を有し、この切れ目１６を介してシート本体１５がほぼマトリックス状に複数に分離可能である。そのため、例えばバッテリケース１の複数個所に同時に試験用の釘２１が穿刺される場合でも、複数の試験用の釘２１の穿刺部分でそれぞれ同様に発火防止用シート１２を分離して使用可能である。これにより、バッテリケース１の複数個所に同時に試験用の釘２１が穿刺される場合に、複数の釘２１の穿刺部分でそれぞれ同様に発火防止用シート１２を分離して使用できる。そのため、１つの釘２１の穿刺部分で発火防止用シート１２が使用され、それ以外の場所の釘２１の穿刺部分で発火防止用シート１２が使用できない部分が発生することを防止することができる。

図８は、第１の実施形態のバッテリケース１の発火防止用シート１２の変形例を示す断面図である。本変形例は、発火防止用シート１２を複数に積層させた積層体３１を有する。この積層体３１は、同じ大きさの発火防止用シート１２を複数に積層させたものである。

本変形例では、１枚の発火防止用シート１２をバッテリケース１と組電池５との間の隙間に装着する場合に比べてケース１の内部での短絡防止または抑制の効果をさらに高めることができる。

図９は、発火防止用シート１２の他の変形例を示す平面図である。本変形例は、発火防止用シート１２に切れ目１６を形成することなく、図８の積層体３１の積層方向に複数の発火防止用シート１２を重ならない状態で並べたものである。ここでは、積層体３１の１段目の複数の発火防止用シート１２は、離れた状態で配置されている。２段目の複数の発火防止用シート１２は、１段目の複数の発火防止用シート１２の隙間部分に配置されている。さらに、３段目の複数の発火防止用シート１２は、１段目と２段目の複数の発火防止用シート１２の隙間部分に配置されている。これにより、複数の発火防止用シート１２が積層体３１の積層方向に隙間なく積層されている。

本変形例では、発火防止用シート１２の切れ目１６から切断する必要がないので、試験用の釘２１の先端の穿刺部２１ａで発火防止用シート１２が押し込まれる部分２４が、周囲のシート本体１５から分離される動作を確実に行うことができる。
なお、積層体３１の積層方向に発火防止用シート１２の切れ目１６が重ならない状態で積層される構成にしてもよい。

発火防止用シート１２のシート本体１５は、バッテリケース１に装着される場合に限定されるものではない。例えば、発火防止用シート１２のシート本体１５をパソコンなどのバッテリ内蔵の電子機器などのように内部短絡により発火する可能性がある被収納物の周囲を囲む状態で装着してもよい。この場合も、シート本体１５の外から被収納物に穿刺物が穿刺される場合に、穿刺物とともに発火防止用シート１２のシート本体１５が被収納物内に刺入され、穿刺物によって被収納物に形成される割れ目を塞ぐ構成にしてもよい。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１…バッテリケース、１ａ…ケース本体、２…上ケース、２ａ…下面開口部、２ｂ…上面板、２ｃ…側壁部、２ｄ…側壁部、２ｅ…側壁部、２ｆ…側壁部、３…下ケース、３ａ…上面開口部、３ｂ…底板、３ｃ…側壁部、３ｄ…側壁部、３ｅ…側壁部、３ｆ…側壁部、４…電池セル、５…組電池、６…圧力リリーフ部、７…制御基板、８…正極端子、９…負極端子、１０…正極タブ、１１…負極タブ、１２…発火防止用シート、１２ａ…シート面、１３…ゲル、１４…布、１５…シート本体、１７…フィルム、１６…切れ目、２１…釘、２１ａ…穿刺部、２２…刺入孔、２３…金属部分、２４…部分、３１…積層体。

Claims (12)

1. 内部が密閉されたケース本体と、
   前記ケース本体内に収納され、内部短絡により発火する可能性がある内蔵物と、
   前記ケース本体と前記内蔵物との間に配置された発火防止用シートとを有する防爆防水ケース。
2. 前記発火防止用シートは、難燃性のゲル状シートであり、
   前記ゲル状シートは、ゲルと布とを含み、前記布に前記ゲルが塗布、または含浸されて一体化されたシート本体を有する
   請求項１に記載の防爆防水ケース。
3. 前記発火防止用シートは、前記シート本体を複数に分割する点線状の切れ目を有し、前記切れ目を介して前記シート本体が複数に分割可能である請求項１または２に記載の防爆防水ケース。
4. 前記発火防止用シートは、前記シート本体が複数に積層された積層体を有する
   請求項３に記載の防爆防水ケース。
5. 前記発火防止用シートは、前記積層体の積層方向に前記切れ目が重ならない状態で積層されている
   請求項４に記載の防爆防水ケース。
6. 前記ケース本体は、バッテリケースであり、
   前記内蔵物は、１つのバッテリモジュールまたは複数のセルが積層されたバッテリモジュールである
   請求項１に記載の防爆防水ケース。
7. 前記発火防止用シートは、前記ケース本体と前記内蔵物との間の隙間を塞ぐ状態で前記内蔵物の周囲に配設されている
   請求項１に記載の防爆防水ケース。
8. 前記発火防止用シートは、前記ケース本体に穿刺物が刺さる場合に、前記穿刺物とともに前記内蔵物内に刺入され、前記穿刺物によって前記内蔵物に形成される割れ目を塞ぐ
   請求項１に記載の防爆防水ケース。
9. ゲルと布とを含み、前記布に前記ゲルが塗布、または含浸されて一体化された絶縁性を有するシート本体を有し、
   前記シート本体は、内部短絡により発火する可能性がある被収納物の周囲を囲む状態で装着され、前記シート本体の外から前記被収納物に穿刺物が穿刺される場合に、前記穿刺物とともに前記被収納物内に刺入され、前記穿刺物によって前記被収納物に形成される割れ目を塞ぐ発火防止用シート。
10. 前記シート本体は、前記シート本体を複数に分割する点線状の切れ目を有し、前記切れ目を介して前記シート本体が複数に分割可能である請求項９に記載の発火防止用シート。
11. 前記シート本体は、前記シート本体が複数に積層された積層体を有する請求項１０に記載の発火防止用シート。
12. 前記シート本体は、前記積層体の積層方向に前記切れ目が重ならない状態で積層されている請求項１１に記載の発火防止用シート。