JP7226185B2 - 組電池 - Google Patents

Description

本開示は、複数の単電池を備える組電池に関する。

下記の特許文献１に開示された組電池は、所定方向に沿って積層された複数の単電池と、複数の単電池を拘束する緊張ストラップと、単電池の温度、電圧および電流などを測定してデータ処理装置に送信する測定装置と、データ処理装置によって作動されることで緊張ストラップを破壊または不活性化させる安全手段と、を備える。

特開２０１８－１８１８３２号公報

上記特許文献１に開示された組電池においては、測定装置と、この測定装置から測定結果を受け取ったデータ処理装置とにより、単電池に異常が発生したことが検知され、その検知結果に基づいて緊張ストラップが破壊などされ、複数の単電池の拘束状態が解除される。特許文献１の組電池においては、検知動作および制御動作による判断を経た後に緊張ストラップが破壊される必要があり、このような構成を採用した場合には装置構造の複雑化を招きやすい。

本開示は、複数の単電池の拘束状態をより簡素な構造にて解除することが可能な構成を備えた組電池を提供することを目的とする。

本開示に基づく組電池は、内圧が上昇した場合に内部のガスを外部に排出するように構成された排出弁を有し、所定方向に沿って積層された複数の単電池と、複数の上記単電池を拘束する拘束部材と、を備え、上記拘束部材は、上記排出弁から排出された排出物の熱で溶融するよう構成されている。

上記構成によれば、単電池が故障などが原因で高温になった場合、排出弁から排出された排出物の熱で拘束部材が溶融し、複数の単電池に対する拘束状態が解除されるため、検知動作および制御動作による判断を経た後に拘束部材を破壊するといった構成に比べて、拘束状態を簡素な構造にて解除することが可能である。

上記構成によれば、複数の単電池の拘束状態をより簡素な構造にて解除することが可能となる。

実施の形態における組電池１０を示す平面図である。 図１中のＩＩ－ＩＩ線に沿った矢視断面図である。 実施の形態における組電池１０の作用および効果を説明するための平面図である。 図３中のＩＶ－ＩＶ線に沿った矢視断面図である。 実施の形態における組電池１０の作用および効果を説明するための平面図である。 図５中のＶＩ－ＶＩ線に沿った矢視断面図である。 比較例における組電池２０を示す断面図である。 比較例における組電池２０の作用および効果を説明するための断面図である。

実施の形態について、以下、図面を参照しながら説明する。以下の説明において同一の部品および相当部品には同一の参照番号を付し、重複する説明は繰り返さない場合がある。

図１は、実施の形態における組電池１０を示す平面図である。図２は、図１中のＩＩ－ＩＩ線に沿った矢視断面図である。図１および図２に示すように、組電池１０は、複数の単電池１と、複数の熱膨張シート２と、エンドプレート３ａ，３ｂと、拘束部材４ａ，４ｂと、遮蔽部材５と、を備える。

複数の単電池１は所定方向（ここでは紙面に対して左右方向）に沿って積層されている。各々の単電池１は、有底筒状のケース１ａ（図２）と、ケース１ａの開口部を閉塞する蓋部材１ｂとを備え、単電池１の内部には不図示の電池要素が電解液とともに収容される。単電池１はたとえばリチウムイオン電池である。

単電池１のケース１ａは角型であり、中空直方体の形状を有する。一例として、ケース１ａのサイズは１５０ｍｍ×１００ｍｍ×３０ｍｍであり得る。蓋部材１ｂには、一対の端子１ｃが突出して設けられ、一対の端子１ｃの間の位置には排出弁１ｄが設けられる。排出弁１ｄは、単電池１の内圧が所定値以上に上昇した場合に単電池１の内部のガスを外部に排出するように構成されている。

複数の単電池１は、各々の排出弁１ｄが上部に位置するように配列される。隣り合う単電池１の間には熱膨張シート２が配置される。熱膨張シート２は受熱すると（加熱されると）膨張して自身の体積を増加させる部材（たとえば発泡性を有する部材）を含有している。積層状態を形成している複数の単電池１の一端側および他端側に、エンドプレート３ａ，３ｂがそれぞれ配置される。

拘束部材４ａ，４ｂは、上記所定方向に沿って帯状に延在する形状を有し、排出弁１ｄに対向するように配置される。拘束部材４ａ，４ｂは、たとえば繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）から構成されており、複数の単電池１の上面側および下面側の適所に配置され、複数の単電池１の全体を上記所定方向に拘束する。拘束によって単電池１に付与される圧縮荷重は、たとえば数ＭＰａとなり得る。

拘束後の熱膨張シート２の厚みは、たとえば０．１～１．０ｍｍである。熱膨張シート２は、たとえば１３０℃以上で膨張（発泡）を開始し、５ｍｍ～１０ｍｍの厚さを有する程度に膨張することができる。ここで、拘束部材４ａ，４ｂは、排出弁１ｄから排出された排出物の熱で溶融するように構成されており、遮蔽部材５は、排出弁１ｄの上方に配置されるとともに、拘束部材４ａ，４ｂを上方側から覆うように構成および配置されている。遮蔽部材５は、たとえば電力の伝送に用いられるバスバーなどであり得る。遮蔽部材５の材質はたとえば銅である。

（作用および効果）
図３は、実施の形態における組電池１０の作用および効果を説明するための平面図である。図４は、図３中のＩＶ－ＩＶ線に沿った矢視断面図である。図３および図４に示すように、複数の単電池１のうちの１つに故障が発生したとする。単電池１の製造時に単電池１の内部に異物が混入した場合などに単電池１に故障が発生し、たとえば単電池１の温度が必要以上に上昇し得る。図３および図４においては、図中の右から２番目の単電池１に故障が発生した様子が表現されている。

単電池１が故障などが原因で高温になった場合、単電池１に想定される最高温度、および排出弁１ｄから排出されるガス等に想定される最高温度は、いずれもたとえば１０００℃程度であり得る。正常な単電池１が熱によって故障する温度は、たとえば平均で１５０℃程度であり得る。排出弁１ｄは、単電池１の内圧が所定値以上に上昇した場合に単電池１の内部のガスを外部に排出する。

図５は、実施の形態における組電池１０の作用および効果を説明するための平面図である。図６は、図５中のＶＩ－ＶＩ線に沿った矢視断面図である。組電池１０においては、拘束部材４ａ，４ｂが、排出弁１ｄから排出された排出物の熱で溶融し、伸長または破断する。図５および図６では、拘束部材４ａ，４ｂの破断した様子が図示されている。組電池１０においては、排出弁１ｄから煙状に排出された排出物（ガス等）は、遮蔽部材５の存在によって拘束部材４ａ，４ｂの近傍にとどまることとなり、これら排出物の熱は効率的に拘束部材４ａ，４ｂに付与されることとなる。

組電池１０においてはさらに、熱を受けた熱膨張シート２が膨張する。複数の単電池１に対する拘束状態は、拘束部材４ａ，４ｂが破断または伸長していることによって解除されているため、故障が発生した単電池１と、故障の発生した単電池１に隣り合う単電池１との間の距離が遠ざけられる。故障が発生した単電池１で発生した熱がその単電池１に隣接する単電池１に伝達させることが抑制され、ひいては熱連鎖の発生を効果的に抑制することが可能となる。

以上のような作用および効果を奏する組電池１０によれば、特許文献１の組電池とは異なり、検知動作および制御動作による判断を経た後に緊張ストラップが破壊されるといった必要がなく、複数の単電池１の拘束状態をより簡素な構造にて解除することが可能である。すなわち実施の形態の組電池１０によれば、特許文献１の場合とは異なり、単電池１の故障時にパッシブな系で拘束部材４ａ，４ｂを伸長ないし切断することが可能である。

（比較例）
図７は、比較例における組電池２０を示す断面図である。組電池２０においては、複数の単電池１１が中間プレート１２を介して積層されており、積層体の両端にエンドプレート１３ａ，１３ｂが配置されており、積層体はさらに拘束部材１４によって拘束されている。拘束部材１４はデータ処理装置１５によって適時のタイミングで切断される。このような構成を備えた組電池２０は、特許文献１に開示された組電池に相当する。

組電池２０によれば、拘束部材１４が破壊（不活性化）されている場合、欠陥の発生した単電池１１は自身の内圧上昇により膨張する。これにより、欠陥の発生した単電池１１と正常な単電池１１の接触面積を減らして断熱し、熱連鎖を抑制することができる。しかしながら組電池２０の構成には熱膨張シート２が用いられていない。

図８に示すように、組電池２０においては、正常な単電池１１と故障発生した単電池１１との間の距離を広げる力は、単電池１１の自発的な熱膨張のみに依存している。したがって単電池１１に高温が発生した際に、単電池１１間の距離を広げることは熱膨張シート２を用いる場合に比べて効率的ではなく、単電池１１間の断熱性能を向上させること、すなわち熱連鎖を抑制するという効果は限定的となり得る。

以上、実施の形態について説明したが、上記の開示内容はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の技術的範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１，１１ 単電池、１ａ ケース、１ｂ 蓋部材、１ｃ 端子、１ｄ 排出弁、２ 熱膨張シート、３ａ，３ｂ，１３ａ，１３ｂ エンドプレート、４ａ，４ｂ，１４ 拘束部材、５ 遮蔽部材、１０，２０ 組電池、１２ 中間プレート、１５ データ処理装置。

Claims (1)

1. 発熱により内圧が上昇した場合に内部のガスを外部に排出するように構成された排出弁を有し、所定方向に沿って積層された複数の単電池と、
   複数のうちの隣り合う前記単電池の間にそれぞれ配置された複数の熱膨張シートと、
   前記所定方向に沿って帯状に延在する形状を有し、複数の前記単電池および複数の前記熱膨張シートを拘束する拘束部材と、を備え、
   複数の前記単電池は、各々の前記排出弁が各々の前記単電池の上部に位置するように配列され、
   前記拘束部材は、前記排出弁に対向するように配置され、前記排出弁から排出された排出物の熱で溶融するよう構成されており、
   前記単電池の発熱によって前記単電池の内圧が上昇して前記排出弁から前記単電池の外部に前記排出物が排出されると、前記排出物が前記拘束部材に接触し、前記排出物の熱で前記拘束部材の一部が溶融して破壊され、これにより、前記拘束部材による複数の前記単電池および複数の前記熱膨張シートに対する拘束状態が解除され、さらに、発熱している前記単電池と発熱している前記単電池に隣り合う前記単電池との間に設けられている前記熱膨張シートが熱を受けて膨張することにより、発熱している前記単電池と発熱している前記単電池に隣り合う前記単電池との間の距離が遠ざけられる、
   組電池。

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