JP5838340B2 - 電池パック - Google Patents

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Description

本発明は、複数のセルが配列された電池パックに関する。
近年、地球規模での環境的観点より、２次電池への期待が高まってきている。すなわち、ＥＶ、ＨＥＶや電動バイクなどの動力源としての用途や、ソーラ発電や風力発電など自然エネルギー発電との併用など、ＣＯ２排出量削減のための重要な技術として注目されている。その中でも、リチウムイオン二次電池は、エネルギー密度が高く、小型軽量化が見込まれるため、特に期待が高い。
複数のセルを並列や直列に接続した電池パックは、ＥＶなどの動力用やソーラ発電などの蓄電用として、それぞれの用途にあった容量や出力を実現している。この場合、セルを効率よく配列することによって、電池パックの体積エネルギー密度や質量エネルギー密度を向上することが出来るため、セルの充填方法は各メーカーの重要なノウハウとなっている。
特許文献１では、このセル配列の方法が記載されている。
また、電池パックに用いるセルとしては、電池パックの容量及び体積エネルギー密度を高めるためリチウムイオン二次電池が用いられる事があるが、リチウムイオン二次電池は、異常発生時にセル内部の材料が熱暴走し、高温、高圧のガスを発生する。このような異常事態に対応するため、セル内部で発生した高温、高圧のガスを安全にセルの外部へ排出するための防爆弁を有した封口板が特許文献２で記載されている。
さらには、セルを高密度に配列した電池パックでは、セル同士が非常に近接しているため、異常事態により１セルが熱暴走した場合、防爆弁より排出された高温、高圧ガスの影響を受けて、隣接セルも熱暴走が強制的に開始される場合がある。このような隣接セルの熱暴走が連続的に発生すると、電池パック全体の安全性が脅かされるおそれがある。特許文献３では、電池パック内にダクトを設けることにより、異常時にセルより排出された高温、高圧ガスを安全に電池パック外に放出する技術が記載されている。これにより、隣接セルの熱暴走が連続的に発生することを抑制し、電池パックの安全を確保することができる。
特開２０１１−０１８６４０号公報 特開平６−２１５７４７号公報 特開２０１１−０７０８７２号公報
電池パックのエネルギー密度を損なうことなく、セルの異常発生時においても電池パック全体の安全を確保することができれば、電池パックの利便性を向上することが出来る。
特許文献１では、セルを高密度に配列することにより、電池パックのエネルギー密度は向上するものの、セルの異常発生時の安全確保は、逆に非常に困難となっている。
特許文献２では、セルの異常発生時に安全に内部で発生したガスをセルの外に排出する事が出来、セルケースの破裂などの現象を抑制することが出来る。しかしながら、防爆弁より排出されたガスは、周囲にある不特定のセルへ浴びせられるため、隣接セルが連続的に熱暴走することを食い止めることは出来ない。
これらを解決すべく、特許文献３では、異常発生時のセルから排出される高温、高圧ガスをダクトにより安全に電池パック外へ放出することが出来る。しかしながら、充放電に全く寄与しないダクトを電池パック内に設けるため、ダクトによる質量および体積の増加によって、電池パック自身のエネルギー密度が低下してしまう。
これまで、１セルが異常発生した場合でも、電池パック全体へ類焼が拡大する事を抑制するため、電池パック内に、隙間や、隔壁、断熱材をレイアウトするなど、様々な検討を実施してきた。しかしながら、エネルギー密度を下げずに、類焼を抑制する事は非常に困難であった。
上記検討の中で、セルの類焼には２つのパターンが存在することが判った。１つは、セル同士が直接接触しているために、熱暴走したセルの熱が直接隣接セルの温度を上げ、熱暴走を誘発してしまう場合である。これは、セル同士の隙間を約０．５ｍｍ以上空けることにより抑制することが出来た。
２つ目は、セルを固定もしくは、冷却する時に用いている固定板、冷却板などの電池パックの構造物を介した伝達熱による類焼である。セル同士は直接接触していなくても、電池パックの構造物が熱伝達の良い金属などの材料である場合は、この構造物を介して熱が伝達し、隣接セルの温度を上げ熱暴走を誘発してしまう。これは、セル間の固定治具を樹脂にしたり、セルと接触する金属板の接触面積を最小限にするために、金属板の表面を粗面化したり、あるいは、セルと金属板との間に２重の金属箔を入れるなどして、セルと金属板と間に空気層を設けたりすることによって、熱暴走の誘発を抑制することが出来るようになった。
しかしながら、さらなる検証を行った結果、新たに３つ目の類焼パターンが明らかになった。すなわち、異常が発生したセルの封口板より排出される高温ガスが、隣接セルの温度を上げ熱暴走を誘発してしまう場合である。
密閉されず、かつ、少数のセルが配列された電池パックの場合には、噴出した高温ガスは、すぐに急冷され隣接セルへの影響を失う。しかしながら、密閉され、かつ空間の少ない、多数のセルが配列された電池パックの場合には、電池パック内のセルから噴出したガスは、高温状態を維持し、隣接セルに多大な影響を及ぼすことが判明した。
また、ガスの排出口は、セルの電極端子（封口板）を兼ねている場合が多いため、ガスの排出口の近傍には、セル同士を電気的に接続するリードが存在する。そのため、高温ガスを遮蔽する保護壁を設けたとしても、その構造が複雑になるため、電池パックのエネルギー密度が低下する上に、コストアップを招く。
本発明は、エネルギー密度を損なうことなく、異常発生時においても安全性を確保できる電池パックを提供することを目的とする。
本発明に係る電池パックは、複数のセルが配列された電池パックであって、各セルは、セル内に発生したガスを、一方向に排出させる１個の排出口を有し、複数のセルは、２個のセルを単位として配列されており、２個のセルは、各セルの排出口から排出されるガスの向きが、互いに向かい合って配置されていることを特徴とする。
本発明に係る他の電池パックは、複数のセルが配列された電池パックであって、各セルは、セル内に発生したガスを、一方向に排出させる１個の排出口を有し、各セルは、円筒形ケースの開口部が封口板で封口され、該封口板の中央に突起部が形成された構成を有し、かつ、排出口は、突起部の側壁に成されており、複数のセルは、３個のセルを単位として配列されており、３個のセルは、第１のセルの排出口から排出されるガスの向きが、第２のセルに向かい、第２のセルの排出口から排出されるガスの向きが、第３のセルに向かい、第３のセルの排出口から排出されるガスの向きが、第１のセルに向かうように、互いに配置されていることを特徴とする。
ある好適な実施形態において、上記セルのケースに、排出口から排出されるガスの向きを示す目印が付されている。
ある好適な実施形態において、上記セルは、円筒形ケースの開口部が封口板で封口された構成を有し、封口板の中央には、突起部が形成されており、排出口は、突起部の側壁に１個形成されている。
本発明によれば、エネルギー密度を損なうことなく、異常発生時においても安全性を確保できる電池パックを提供することができる。
本発明のリチウムイオン二次電池の構成を示した概略図である。 類焼試験に用いた組電池の構成を示した透視図である。 組電池に用いたセルの形状、排出口の構成、及びセルの配置を示した表である。 円筒型のセルの封口板に排出口を設けた例を示した図である。 （ａ）、（ｂ）は、２個のセルの排出方向を向かい合わせにするパターンを示した図である。 （ａ）、（ｂ）は、円筒型セルに、刻印により排出口を形成する構成を示した図である。 角型セルに、刻印により排出口を形成する構成を示した図である。 類焼試験の結果をまとめた表である。 セルに付ける目印の一例を説明した図である。 セルに付ける目印の一例を説明した図である。 ３個のセルを単位として配列した電池パックの例を示した図である。 ４個のセルを単位として配列した電池パックの例を示した図である。
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではない。また、本発明の効果を奏する範囲を逸脱しない範囲で、適宜変更は可能である。
本発明者等は、類焼試験後の電池パック及びセルの解析を行う中で、未燃焼のセルに対して、隣接セルとの位置関係を詳細に観察することによって、燃焼方向に一定の傾向を見出した。すなわち、隣接セルのうち、異常発生したセルのガスが排出される方向にあるセルが燃焼している確率が高く、ガスが排出される方向より外れているセルが、燃焼している確率が低い、という関係を見出した。
このことから、ガスが排出される排出口の向きは、他のセルの類焼に大きく影響を及ぼすことから、電池パックの安全性を確保するには、セルから排出されるガスが排出される向きを制御することが重要となる。
通常、円筒形セルのガスの排出口は、セルケースの開口部を封止した封口板に形成された突起部（電極端子）に設けられているが、排出口から排出されたガスの反作用によって、セル自体が飛散しないよう、排出口は、突起部に対して、点対称の位置に数カ所形成されている。これにより、排出口から排出されるガスが均等に分散されるため、セルの飛散を防止できる。
本発明における電池パックは、複数のセルが配列された構成をなす。各セルは、セル内に発生したガスを、一方向に排出させる排出口を有し、複数のセルは、２個のセルを単位として配列されている。そして、２個のセル（一対のセル）は、各セルの排出口から排出されるガスの向きが、互いに向かい合って配置されている。
このような構成により、一方のセルに異常が発生したときでも、異常セルから排出された高温ガスは、向かい合って配置された他方のセルのみに噴出され、類焼が及ぶ領域を限定することができる。なお、高温ガスの噴出を受けた他方のセルが、類焼して熱暴走に至り、高温ガスを排出したとしても、この高温ガスは、既に熱暴走に至っている一方のセルにのみ噴出されることになる。そのため、一対のセル以外の他のセルに、高温ガスが浴びせられて、類焼に至ることはない。
また、電池パックを構成する複数のセルは、３個のセルを単位として配列されていてもよい。この場合、３個のセルは、各セルから排出されるガスの向きが、他の２個のセルのうちの１個のセルに向かうように、互いに配置されている。すなわち、３個のセルが、第１のセル、第２のセル、及び第３のセルで構成されている場合、３個のセルは、第１のセルの排出口から排出されるガスの向きが第２のセルに向かい、第２のセルの排出口から排出されるガスの向きが第３のセルに向かい、第３のセルの排出口から排出されるガスの向きが第１のセルに向かうように、互いに配置されている。
このような構成により、３個のセルのうち、第１のセルに異常が発生したときでも、異常セルから排出された高温ガスは、第２のセルのみに噴出され、類焼が及ぶ領域を限定することができる。なお、高温ガスの噴出を受けた第２のセルが、類焼して熱暴走に至り、高温ガスを排出したとしても、この高温ガスは、第３のセルのみに噴射される。これにより、第３のセルも、類焼して熱暴走に至るが、第３のセルから排出された高温ガスは、既に暴走に至っている第１のセルにのみ噴出されることになる。そのため、３個のセル以外の他のセルに、高温ガスが浴びせられて、類焼に至ることはない。
また、電池パックを構成する複数のセルは、４個のセルを単位として配列されていてもよい。この場合、４個のセルは、各セルから排出されるガスの向きが、他の３個のセルのうちの１個のセルに向かうように、互いに配置されている。すなわち、４個のセルが、第１のセル、第２のセル、第３のセル、及び第４のセルで構成されている場合、４個のセルは、第１のセルの排出口から排出されるガスの向きが第２のセルに向かい、第２のセルの排出口から排出されるガスの向きが第３のセルに向かい、第３のセルの排出口から排出されるガスの向きが第４のセルに向かい、第４のセルの排出口から排出されるガスの向きが第１のセルに向かうように、互いに配置されている。
このような構成により、４個のセルのうち、第１のセルに異常が発生したときでも、異常セルから排出された高温ガスは、第２のセルのみに噴出され、類焼が及ぶ領域を限定することができる。なお、高温ガスの噴出を受けた第２のセルが、類焼して熱暴走に至り、高温ガスを排出したとしても、この高温ガスは、第３のセルのみに噴射され、高温ガスの噴出を受けた第３のセルが、類焼して熱暴走に至り、高温ガスを排出したとしても、この高温ガスは、第４のセルのみに噴射される。これにより、第４のセルも、類焼して熱暴走に至るが、第４のセルから排出された高温ガスは、既に暴走に至っている第１のセルにのみ噴出されることになる。そのため、４個のセル以外の他のセルに、高温ガスが浴びせられて、類焼に至ることはない。
このように、電池パックを構成する複数のセルを、ガスの排出方向を一方向に規制した２個〜４個のセルを単位として配列させることによって、１個のセルに異常が発生した場合でも、類焼の範囲を、配列の単位を構成する２個〜４個のセルに止めることができ、電池パック全体に、類焼が及ぶのを防止することができる。これにより、エネルギー密度を損なうことなく、異常発生時においても安全性を確保できる電池パックを実現することができる。
本発明において、セルのケースに、排出口から排出されるガスの向きを示す目印が付されているのが好ましい。これにより、複数のセルを配列して電池パックを構成するとき、配列の単位を構成する２個〜４個のセルを、セルのケースに設けた目印を基準に、ガスの排出方向が所定の向きになるように、容易に配置することができる。
本発明において、セルが、円筒形ケースの開口部が封口板で封口され、封口板の中央に突起部が形成された構成を有し、排出口は、突起部の側壁に１個形成されているのが好ましい。なお、この突起部は、セルの電極端子を兼ねていてもよい。これにより、ガスの排出方向を一方向に規制したセルを簡単な構成で形成できるため、エネルギー密度を損なうことなく、異常発生時においても安全性を確保できる電池パックを、容易に実現することができる。
本発明において、ガスを排出する排出口の構成は、特に制限されない。例えば、セルケースの開口部を、防爆弁を有する封口板で封口し、この封口板に孔を設け、セル内の圧力が上昇して、防爆弁が作動したとき、封口板に設けた孔（排出口）からガスが排出される構成であってもよい。あるいは、セルケースの側壁又は底部に薄肉部を形成し、セル内の圧力が上昇して、薄肉部が破断し、破断により生じた開口部（排気口）からガスが排出される構成であってもよい。
本発明において、排出口から排出されるガスの向きを示す目印の構成は、特に制限されず、例えば、ケースに、模様、突起、窪み、刻印、シール、印字等を付したものであってもよい。
目印に模様を付す場合、セルの組立工程で有機性電解液の付着などで消失しないよう、耐溶剤性のインクを用いるか、セルへの注液や洗浄工程の後に画くことが望ましい。また、目印に突起を形成する場合、セル組立ての最終工程において接着剤による装着が望ましい。目印に窪みを形成する場合、最後工程で形成すると、ケース内の電極群へのダメージが懸念されるため、組立ライン投入前に形成し、窪みの目印を基に、排出口の位置合わせを組立時に行うことが望ましい。目印に刻印を付す場合、レーザーを用いケース表面に印字することで形成することができる。この場合、耐溶剤性もあり、内部へのダメージもほとんど無いため、組立工程の段階を選ばずに行うことができる。目印にシールを貼る場合、組立工程の前もしくは初期で貼りつけるときは、治具の擦れや電解液の接触により剥がれ落ちない生地及び接着剤を用いる必要がある。シールを貼る場合、セルを電池パックに固定した後、剥がすことも可能である。
本発明において、セルの種類は特に制限されない。例えば、円筒型、扁平型、コイン型、角型などの非水電解質二次電池に適用可能であり、セルの形状は特に限定されない。非水電解質二次電池の代表的な例としては、リチウムイオン二次電池を挙げることができる。
本発明を実施例および比較例に基づいて具体的に説明する。ただし、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。
図１は、本実施例で作製したリチウムイオン二次電池（以下、単に「セル」という）１の構成を示した概略図である。
図１に示すように、正極時板１０１と負極板１０３がセパレータ１０５を介して捲回された極板群１１２が、電解液とともに、電池ケース１０８内に収容されている。電池ケース１０８の開口部は、封口板１１０で封口されており、封口板１１０の中央部に突起部１１が形成され、突起部１１１の側壁に、排出口１１４が１個形成されている。排出口１１４からは、電池内で発生したガスが、一方向に規制されて外部に排出される。
図１に示したセル１を、以下のようにして作製した。
正極板１０１は、アルミニウム箔の集電体に正極合剤を塗着したものを用い、負極板１０３は、銅箔の集電体に負極合剤を塗着したものを用いた。また、セパレータ１０５の厚みを２０μｍとした。正極リード集電体１０２と、アルミニウム箔集電体とは、レーザー溶接した。また、負極リード集電体１０４と、銅箔集電体とは抵抗溶接した。負極リード集電体１０４は、金属製有底ケース１０８の底部と抵抗溶接により電気的に接続した。正極リード集電体１０２は、防爆弁を有した封口板１１０の金属製フィルターにレーザー溶接により電気的に接続した。金属製有底ケース１０８の開口部から非水電解液を注入した。金属製有底ケース１０８の開放端に溝部を形成し、正極リード集電体１０２を折り曲げ、金属製有底ケース１０８の溝部に樹脂製アウターガスケット１０９と封口板１１０とを装着して、金属製有底ケース１０８の開放端をかしめて封口した。
（１）負極板の作製
カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）を水に溶解し、ＣＭＣ濃度１質量％の水溶液を得た。黒鉛粒子（平均粒径２０μｍ、比表面積４．２ｍ２／ｇ）１００質量部と、ＣＭＣ水溶液１００質量部とを混合し、混合物の温度を２５℃に制御しながら攪拌した。その後、混合物を１２０℃で５時間乾燥させ、乾燥混合物を得た。
乾燥混合物１０１質量部と、スチレン・ブタジエンゴム（ＳＢＲ）の結着剤０．６質量部と、カルボキシメチルセルロース０．９質量部と、適量の水とを混合し、負極合剤スラリーを調製した。負極合剤スラリーを、電解銅箔（厚さ１２μｍ）の両面にダイコートを用いて塗布し、１２０℃で乾燥させた後、ローラで圧延して、厚さ１６０μｍの負極合剤層を形成した。負極合剤層を電解銅箔とともに所定形状に裁断することにより、負極板１０３を得た。
（２）正極板の作製
正極活物質である１００質量部のＬｉＮｉ０．８０Ｃｏ０．１５Ａｌ０．０５Ｏ２に対し、結着剤であるポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）を４質量部添加し、適量のＮ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）とともに混合し、正極合剤スラリーを調製した。正極合剤スラリーを、厚さ２０μｍのアルミニウム箔の両面に、ダイコートを用いて塗布、乾燥させた後、圧延して、正極合剤層を形成した。正極合剤層をアルミニウム箔とともに所定形状に裁断することにより、正極板１０１を得た。
（３）非水電解質の調製
エチレンカーボネート（ＥＣ）と、エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）と、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）とを、ＶＥＣ：ＶＥＭＣ：ＶＤＭＣ＝２０：２０：６０の質量比で含む混合溶媒に、１モル／リットルの濃度でＬｉＰＦ６を溶解させ作成した。
（４）セルの作製
正極板１０１と負極板１０３とを、厚み２０μｍのセパレータ１０５を介して捲回して、円筒状の極板群１１２を作製した。極板群１１２を、金属製有底ケース１０８に挿入し、開口部を封口してセル１を作製した。セル１は、直径１８ｍｍ、高さ６５ｍｍの円筒型セルで、セルの設計容量は２７５０ｍＡｈであった。完成したセル１を、厚み８０μｍのポリエチレンテレフタレート製の熱収縮チューブ１１で覆い、９０℃の温風で熱収縮させ完成セルとした。
〈類焼試験〉
（１）セルの充電
作製したセルに対し、放電状態から１．３７５Ａ（０．５Ｉｔ）の電流値で定電流充電を行い、４．２Ｖ到達後、４．２Ｖで定電圧充電を行った。電流値が０．０５Ａとなった時点で充電を終了した。
（２）類焼評価用の組電池の作製
作製したセルを用いて、図２に示すような類焼評価用の組電池を作製した。セルの固定は、セルの中央部に、固定材２０３として接着剤もしくは、金属板を用いた。組電池は、９個のセルをモジュールとして、１段目のモジュール２０４、２段目のモジュール２０５、３段目のモジュール２０６を組み合わせて構成した。２段目のモジュール２０５の中央には、類焼試験の際、始めに過熱させるためのトリガーセル２０７を配置した。
図３は、組電池に用いたセルの形状、排出口の構成、及びセルの配置を示した表である。
セルの形状は、円筒型と角型とを用いた。排出口を設ける場所は、封口板、セルの底板、及び側面とした。なお、セルの底板及び側面に設けた排出口は、セルケースに刻印（薄肉部）を形成したものである。
図４は、円筒型のセルの封口板に排出口３０１を設けた例を示した図である。排出口３０１は、封口板の突起部（キャップ）の側壁に開口部を設けた構成とし、排出口３の口数は、１個、３個、６個とした。図３中の３０３は、ガスの噴出方向を示す。
セルの配置は、図２に示すように、モジュールの段間隙間２０８、及びセル間の隙間２０９を調整して組電池を作製した。作製した組電池は、ポリカーボネートの樹脂からなる電池パックケース２０１で組電池全体を覆い電池パックとした。
２個のセルを対とする隣接セルのパターンとしては、図２に示すように、隣接するモジュール間で、２個のセルの封口板を向かい合わせにするパターン２１０、モジュール内の２個のセルが横並びのパターン２１１、隣接するモジュール間で、２個のセルの底板を向かい合わせにするパターン２１２、モジュール内の２個のセルが互いに倒置の関係のパターン２１３を設けた。
また、排出口が1個の場合の２個のセルの排出方向を向かい合わせにするパターンとしては、図５（ａ）に示すように、２個のセルを単位として配列したモジュール内において、２個のセルの排出方向を互いに向かい合わせに配置したパターン４１と、図５（ｂ）に示すように、モジュ−ル間において、２個のセルの排出方向を互いに向かい合わせにしたパターン４２を設けた。なお、段をまたいで一対のセルを配置する場合は、２段目のモジュール４０３にあるトリガーセル４０１と向き合うように、１段目のモジュール４０２のセルの排出方向を調整し、３段目のモジュール４０４のセルの排出方向は、外側に向くようにした。
図６及び図７は、円筒型のセルに、刻印により排出口を形成する構成を示した図である。図６（ａ）は、円筒ケースの底板５０１に刻印を形成したもので、セル内の圧力が上昇して刻印が破断することにより、排出口５０２が形成される。図６（ｂ）は、封口板の突起部（キャップ）の側壁５０３に刻印を形成したもので、セル内の圧力が上昇して刻印が破断することにより、排出口５０４が形成される。図７は、角型ケースの側面６０１に刻印を形成したもので、セル内の圧力が上昇して刻印が破断することにより、排出口６０２が形成される。
（３）類焼試験
図２に示した組電池において、中央に配置したトリガーセル２０７を、他のセルと電気的に絶縁し、このトリガーセル２０７を、最大電圧５０Ｖ、最大電流１０Ａで定電流、定電圧充電して過充電を行い、過熱させた。
図８は、図３の表に示した各組電池に対して、類焼試験を行った結果を示した表である。なお、類焼試験の評価は、各段のモジュールにおいて、類焼に至ったセルの数をカウントすることによって行った。そして、トリガーセル２０７に対して、類焼に至ったセルが１個の場合、類焼が拡大しなかったものと判定した。
図８の表に示した比較例１、２では、セルの排出口が３方向、及び６方向になっている。そのため、トリガーセルの排出口から排出された高温ガスは、円周方向に噴出するため、トリガーセルが配置された２段目のモジュールにあるセルのうち、比較例１では、７個のセル、比較例２では８個全部のセルに類焼が及んでいた。なお、１段目のセルにも類焼が及んでいるが、これは、２段目のセルのほとんどが過熱したため、１段目のセルが、２段目のセルからの煽り熱により類焼が拡大したものと考えられる。
比較例３では、セルの排気口は１方向であるが、セルの配置において、排気口からのガスの噴出方向を規制せず、ランダムに配置したため、トリガーセル２０７が配置された２段目のモジュールにあるセルのうち、４個のセルに類焼が及んでいた。これは、トリガーセルから噴出された高温ガスによって、隣接するセルに類焼が及び、さらに、このセルから他のセルに類焼が及んだためと考えられる。なお、１段目のセルにも類焼が及んでいるが、これは、１段目のセルが、２段目のセルからの煽り熱により類焼が拡大したものと考えられる。
一方、実施例１〜５は、セルの排気口が１方向で、かつ、２個のセルの排気方向が、互いに向かい合わせになるように配置したもので、トリガーセル２０７に対向して配置された１個のセルのみに類焼が及んでいた。これは、トリガーセルから排出された高温ガスは、向かい合って配置された他方のセルのみに噴出され、類焼が及ぶ領域を限定できたためと考えられる。なお、類焼が及んだセルが、さらに、高温ガスを排出したとしても、この高温ガスは、既に熱暴走に至っているトリガーセルにのみ噴出されるため、２個のセル以外の他のセルに類焼が及ぶことはない。
また、実施例６、７は、セルの排気口が１方向で、かつ、隣接するモジュール間で、対向する２個のセルの封口板または底板を、互いに向かい合わせに配置したもので、トリガーセル２０７に対向して配置された１段目の１個のセルのみに類焼が及んでいた。これは、実施例１〜５と同様に、トリガーセルから排出された高温ガスは、向かい合って配置された他方のセルのみに噴出され、類焼が及ぶ領域を限定できたためと考えられる。
また、実施例１１は、角型のセルを用い、セルの排出口を、セルケースの側面に形成した刻印で構成し、２個のセルの排気方向が、互いに向かい合わせになるように配置したもので、この場合も、実施例１〜５と同様に、トリガーセル２０７に対向して配置された１個のセルのみに類焼が及んでいた。
ところで、組電池内のセルは、過熱されたセルから、セルの固定材を介した熱伝導や、煽り熱によって、直接、過熱したセルから高温ガスを受けなくても、過熱するおそれがある。そこで、本発明の効果を実効あるものにするために、これらの影響について、検討を加えた。
実施例８は、モジュール間の隙間の距離を、実施例１〜７の５ｍｍから２ｍｍに短くしたものである。この場合、１段目及び３段目のセルは、２段目の過熱したセルからの煽り熱の影響を受けて過熱するおそれがある。しかしながら、実施例８では、モジュール間に鉄板を挿入することによって、その影響を抑制することができた。これは、モジュール間に挿入した鉄板によって、煽り熱が遮断されたためである。
実施例９、１０は、セルの固定材を、実施例１〜７の樹脂接着剤から、金属板（ＳＵＳ板）に変えたものである。この場合、１段目及び３段目のセルは、２段目の過熱したセルから固定材を介した熱伝導により過熱するおそれがある。しかしながら、実施例９では、セルと接触する金属板の面を粗面化することによって、その影響を抑制することができた。これは、金属板の面を粗面化することによって、セルとの接触面積が減少し、伝達される熱量が低減されたためである。また、実施例１０では、金属箔を、セルの回りに３周捲くことによって、その影響を抑制することができた。これは、金属箔を、セルの回りに３周捲くことによって、固定材の金属板とセルとの間に空気層ができ、伝達される熱量が低減されたためである。
以上の評価結果から、２個のセル（一対のセル）を、各セルの排出口から排出されるガスの向きが、互いに向かい合って配置することによって、一方のセルに異常が発生したときでも、異常セルから排出された高温ガスは、向かい合って配置された他方のセルのみに噴出され、類焼が及び領域を限定することができる。このとき、高温ガスの噴出を受けた他方のセルが、類焼して熱暴走に至り、高温ガスを排出したとしても、この高温ガスは、既に熱暴走に至っている一方のセルにのみ噴出されることになる。そのため、一対のセル以外の他のセルに、類焼が拡大するのを防止できる。
次に、図９、１０を参照ながら、セル及び電池パックに付ける目印の一例を説明する。
図９は、セルの排出口７０１を交互に向きを変えるために、２種類の目印７０２を用いた例である。電池パック側の目印７０３に、セルの目印７０４を合わせることによって、２個のセルが対となって、ガスの排出方向７０５が向き合う構成となる。
図１０は、凹凸を組み合わせることにより、ガスの排出方向を制御する例である。排出口８０１に対し、１２０°の方向に、ポリプロピレン樹脂の突起状目印８０２を接着剤で形成した。これを、セルの固定材８０５に形成した凹み８０４へ合わせることにより、ガの排出方向８０６が向き合う構成となる。
以上、本発明を好適な実施形態により説明してきたが、こうした記述は限定事項ではなく、もちろん、種々の改変が可能である。例えば、上記実施例では、電池パックを構成する複数のセルを、２個のセルを単位として配列したが、３個若しくは４個のセルを単位に配列してもよい。
図１１は、３個のセルを単位に配列した例を示した図である。図１１に示すように、３個のセルは、第１のセル９０１の排出口から排出されるガスの向きＡが、第２のセル９０２に向かい、第２のセル９０２の排出口から排出されるガスの向きＡが、第３のセル９０３に向かい、第３のセル９０３の排出口から排出されるガスの向きＡが、第１のセル９０１に向かうように、互いに配置されている。
このような構成により、３個のセルのうち、第１のセル９０１に異常が発生したときでも、異常セルから排出された高温ガスは、第２のセル９０２のみに噴出され、被害が発生する領域を限定することができる。なお、高温ガスの噴出を受けた第２のセル９０２が、類焼して熱暴走に至り、高温ガスを排出したとしても、この高温ガスは、第３のセル９０３のみに噴射される。これにより、第３のセル９０３も、類焼して熱暴走に至るが、第３のセル９０３から排出された高温ガスは、既に暴走に至っている第１のセル９０１にのみ噴出されることになる。そのため、３個のセル以外の他のセルに、高温ガスが浴びせられて、類焼に至ることはない。
図１２は、４個のセルを単位に配列した例を示した図である。図１２に示すように、４個のセルは、第１のセル１００１の排出口から排出されるガスの向きＡが、第２のセル１００２に向かい、第２のセル１００２の排出口から排出されるガスの向きＡが、第３のセル１００３に向かい、第３のセル１００３の排出口から排出されるガスの向きＡが、第４のセル１００４に向かい、第４のセル１００４の排出口から排出されるガスの向きＡが、第１のセル１００１に向かうように、互いに配置されている。
このような構成により、４個のセルのうち、第１のセル１００１に異常が発生したときでも、異常セルから排出された高温ガスは、第２のセル１００２のみに噴出され、被害が発生する領域を限定することができる。なお、高温ガスの噴出を受けた第２のセル１００２が、類焼して熱暴走に至り、高温ガスを排出したとしても、この高温ガスは、第３のセル１００３のみに噴射される。これにより、第３のセル１００３も、類焼して熱暴走に至るが、第３のセル１００３から排出された高温ガスは、第４のセル１００４のみに噴射される。これにより、第４のセル１００４も、類焼して熱暴走に至るが、第４のセル１００４から排出された高温ガスは、既に暴走に至っている第１のセル１００１にのみ噴出されることになる。そのため、４個のセル以外の他のセルに、高温ガスが浴びせられて、類焼に至ることはない。
本発明の電池パックは、太陽光発電や風力発電など大型の電源や、電気自動車、ハイブリッド自動車（ＨＥＶ）などの車両の電源などに有用である。
１１ セル缶絶縁体
１０１ 正極板
１０２ 正極リード集電体
１０３ 負極板
１０４ 負極リード集電体
１０５ セパレータ
１０８ 金属製有底ケース
１０９ 樹脂製アウターガスケット
１１０ 封口板
１１２ 極板群
１１４ 排出口
２０１ 電池パックケース
２０４ １段目モジュール
２０５ ２段目モジュール
２０６ ３段目モジュール
２０７ トリガーセル
２０８ モジュール段間の隙間
２０９ セル間の隙間
３０１ 排出口
４０１ トリガーセル
７０１ 排出口
７０２ 目印
７０３ 目印
７０４ 目印
８０１ 排出口
８０２ 突起状目印
８０５ 固定材
８０６ 排出方向

Claims (6)

  1. 複数のセルが配列された電池パックであって、
    前記各セルは、該セル内に発生したガスを、一方向に排出させる１個の排出口を有し、
    前記複数のセルは、２個のセルを単位として配列されており、
    前記２個のセルは、前記各セルの排出口から排出されるガスの向きが、互いに向かい合って配置されている、電池パック。
  2. 複数のセルが配列された電池パックであって、
    前記各セルは、該セル内に発生したガスを、一方向に排出させる１個の排出口を有し、
    前記各セルは、円筒形ケースの開口部が封口板で封口され、該封口板の中央に突起部が形成された構成を有し、かつ、前記排出口は、前記突起部の側壁に成されており、
    前記複数のセルは、３個のセルを単位として配列されており、
    前記３個のセルは、第１のセルの排出口から排出されるガスの向きが、第２のセルに向かい、第２のセルの排出口から排出されるガスの向きが、第３のセルに向かい、第３のセルの排出口から排出されるガスの向きが、第１のセルに向かうように、互いに配置されている、電池パック。
  3. 複数のセルが配列された電池パックであって、
    前記各セルは、該セル内に発生したガスを、一方向に排出させる１個の排出口を有し、
    前記各セルは、円筒形ケースの開口部が封口板で封口され、該封口板の中央に突起部が形成された構成を有し、かつ、前記排出口は、前記突起部の側壁に成されており、
    前記複数のセルは、４個のセルを単位として配列されており、
    前記４個のセルは、第１のセルの排出口から排出されるガスの向きが、第２のセルに向かい、第２のセルの排出口から排出されるガスの向きが、第３のセルに向かい、第３のセルの排出口から排出されるガスの向きが、第４のセルに向かい、第４のセルの排出口から排出されるガスの向きが、第１のセルに向かうように、互いに配置されている、電池パック。
  4. 前記セルのケースに、前記排出口から排出されるガスの向きを示す目印が付されている、請求項１〜３のいずれかに記載の電池パック。
  5. 前記セルは、円筒形ケースの開口部が封口板で封口され、該封口板の中央に突起部が形成された構成を有し、
    前記排出口は、前記突起部の側壁に形成されている、請求項１に記載の電池パック。
  6. 前記突起部は、前記セルの電極端子を兼ねる、請求項２、３、及び５の何れか１項に記載の電池パック。
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