JPH10247527A

JPH10247527A - 電池装置

Info

Publication number: JPH10247527A
Application number: JP9065426A
Authority: JP
Inventors: Masanao Terasaki; 正直寺崎
Original assignee: Japan Storage Battery Co Ltd
Current assignee: Japan Storage Battery Co Ltd
Priority date: 1997-03-03
Filing date: 1997-03-03
Publication date: 1998-09-14

Abstract

(57)【要約】【課題】高効率、高出力、高エネルギー密度等の点で他
の電池にも増して実用化への期待が大きい非水電解液電
池の異常発熱を早期に発見し、すみやかに異常発熱低減
処置がなされうる電池装置を提供する。【解決手段】非水電解液電池よりなる電池もしくは電池
群２１と、電池もしくは電池群で発生した異常発熱を低
減するための異常発熱低減手段２２とを同一筐体に備え
る。これにより、非水電解液電池の安全性を高め、ひい
ては、性能及び安全性に優れた電力貯蔵用設備や、電気
自動車・宇宙空間航行機・潜水航行船等用の提供が可能
となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、より安全性を高め
た電池装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、大気汚染や二酸化炭素の増加等の
環境問題や、エネルギーの有効利用の観点から、電気自
動車用や夜間電力貯蔵用に高効率、高出力、高エネルギ
ー密度、軽量等の特徴を有する優れた電池の開発が推進
されている。このような用途には、鉛酸電池やニッケル
カドミウム電池のような水溶液系電解液を使用した電池
の数倍のエネルギー密度を有する非水電解液電池が好適
であり、その実用化が待たれている。

【０００３】非水電解液電池が電気自動車用や夜間電力
貯蔵用に使用される場合、単体で使用されることは少な
く、数１０個以上が組み合わされる。しかも、それらは
数１０Ａｈの大容量を有する大形電池である。可燃性の
非水電解液を有する大形の非水電解液電池を備えた装置
において、何らかのトラブルにより大電流が流れ、非水
電解液電池が異常高温になったり電解液が噴出したりす
れば、その電池を備えた装置に重大な損傷を及ぼしかね
ない。

【０００４】非水電解液電池には、従来より、過電流に
よる異常現象を防ぐために、電気回路にヒューズやＰＴ
Ｃ素子を用いて大電流の通電を防止したり、電池容器内
圧を下げるための安全弁を用いたりしてる。また、電池
内部での短絡や釘刺し試験におけるような、電池内での
異常な大電流に対しては、シャットダウン機能と呼ばれ
る、ある特定温度で作動して電池の放電電流を減少させ
る作用のある特殊なセパレータが用いられている。尚、
釘刺し試験とは日本蓄電池工業会指針「リチウム二次電
池の安全性評価基準ガイドラインＳＢＡＧ１１０１」や
日本乾電池工業会の「カメラ用リチウム電池の安全評価
のためのガイドライン」に規定された試験方法であり、
電池の破損による最も激しい内部短絡を想定したもので
ある。

【０００５】しかしながら、容量が数１０Ａｈのような
大形の非水電解液電池の場合、内部短絡が起こると、小
形電池とは比較にならないような局所的に極めて異常な
大電流が流れ、最悪の場合、火災が発生する可能性が皆
無とは言えず、上記の安全機構だけでは必ずしも十分で
はないと想定される。そのため、より改良された安全シ
ステムの確立が求められる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】電池を原因とする火災
が発生した場合の対策としては、特開平５ー３１２０６
号にある、ナトリウム硫黄電池の収納ケースの側壁に通
気管を設け、そこに温度センサーを配したナトリウム硫
黄電池における火災の検出装置や、特開平５ー３１２０
７号にある、ナトリウム硫黄電池の収納ケースに粒状消
化剤（砂またはセラミック粒子等）と不活性ガスとを噴
出する噴射ノズルを備えたナトリウム硫黄電池における
消火装置が公知である。

【０００７】しかしながら、これらの発明は、約３００
℃という高温環境下で作動させる必要上、保温機能を有
する密封収納ケースを必須とするナトリウム硫黄電池特
有の課題を解決せんとするものであり、高温がむしろ弊
害となる非水電解液電池にあっては、かかる高温密封容
器は不要（むしろ弊害）であるとともに、夜間電力貯蔵
用のように大収容空間に設置される場合には、通気管に
温度センサーを配する構成では電池の初期火災を検知し
えないので、これらの発明をナトリウム硫黄電池以外の
電池システムに適用することはできない。また、密封収
納ケースの内部を直接目視することは困難なため、電池
火災発生時に当該事故状況を確認し、手動により消火手
段を作動ことができないという問題もある。しかも、こ
のシステムの場合、火災発生の有無は検知し得るもの
の、どの部署で火災が発生しているかまでは検知し得
ず、密封収納ケース内部空間を完全に満たすだけの粒状
消化剤を噴出しなければならない為、消火装置が大掛か
りで効率が悪いという問題もある。

【０００８】非水電解液電池は、高効率、高出力、高エ
ネルギー密度等の点で他の電池にも増して実用化への期
待が大きい。課題は安全性である。この発明は、非水電
解液電池の異常発熱を早期に発見し、すみやかに異常発
熱低減がなされうる電池装置を提供することを目的とす
る。

【０００９】非水電解液電池は、前述したように何重も
の安全対策が取られており、電池を短絡したり、釘を刺
したり、電池を破損させても容易に発火することがない
ように構成されている。しかしながら、状況によっては
電池の温度が数１００度まで上昇したり、高温の蒸気を
噴出したり、発火することがある。このような現象を異
常発熱と呼んでいる。電池の異常発熱は、他の電池や電
池周辺の可燃物の火災の原因となることがある。異常発
熱をできるだけ初期の段階で検出し、速やかに異常発熱
低減処置をとることが、大形の電池や多量の電池を使用
する電池装置の安全性を向上させるために必要である。

【００１０】

【課題を解決するための手段】そこで、非水電解液電池
もしくは複数の非水電解液電池からなる電池群を筐体に
収納し、前記筐体内に、異常発熱を低減するための異常
発熱低減手段とを備えたことを特徴とする電池装置の発
明により、異常発熱を初期の段階で筐体内に留めること
により、上記課題を解決するものである。また、その装
置に、電池もしくは電池群で発生した異常発熱を検知す
るための異常発熱検知手段を備えたり、異常発熱低減手
段が手動もしくは自動で作動するよう構成することによ
っても上記課題を解決するものである。

【００１１】さらに、これら電池装置を電力貯蔵用設備
や移動体（例えば、電気自動車、航空機及び宇宙空間航
行機、船舶及び潜水航行船）に備えさせることにより、
より信頼性を高めた産業装置を提供するものである。

【００１２】

【発明の実施の形態】電気自動車用や電力貯蔵用（特に
夜間電力貯蔵用）には、高効率、高出力、高エネルギー
密度等の点で他の電池に優る非水電解液電池が好適であ
る。そして、これらの用途には、大容量の非水電解液電
池が多数集積されて使用される。何らかの原因で、電池
の異常発熱が発生すると、可燃性の電解液を有すること
もあり、連鎖的に周囲の電池にも異常発熱や火災等のト
ラブルが波及しかねない。そのため、異常発熱発生を速
やかに発見し、初期段階で迅速に異常発熱低減活動を行
う必要がある。

【００１３】本発明にかかる電池装置よれば、そのよう
な電池の異常発熱を電池を収納する筐体内で留めること
ができ、最小限の異常発熱や火災事故に留めることがで
きる。またこのような異常発熱を検知し、手動もしくは
自動で異常発熱低減手段を作動させることができるため
に、この電池装置を備えた産業設備は極めて安全性が改
良されたものとなり、電力貯蔵用設備や、電気自動車・
航空機及び宇宙空間航行機・船舶及び潜水航行船等の移
動体などに好適である。

【００１４】異常発熱の判定基準は電池の種類、用途に
よって異なっている。一般に電池の最高使用温度以上の
温度が設定され、対応する異常発熱低減手段によっても
変化する。異常発熱電池の温度を下げるだけであれば、
８０〜２００℃の範囲が好ましく、発火を検出する場合
は、２００℃以上に設定しても良い。

【００１５】

【実施例】図１に、円筒形非水電解液電池の構成例を示
す。１は電池ケース、２は負極端子、３は正極端子、４
は負極板、５はセパレータ、６は正極板、７は正極リー
ドである。負極板４とセパレータ５と正極板６とは巻回
されて電池ケース１内に収納されている。尚、この図
では電解液の記載は省略されている。

【００１６】この円筒形電池は、底面直径が５２ｍｍで
高さが２００ｍｍ、重量は約９００ｇ、平均電圧は３．
６Ｖ、公称容量は３０Ａｈである。円筒型以外にも、角
形や偏平円筒形等の非水電解液電池があるが、本質的に
類似の構成である。

【００１７】非水電解液電池の電極構成そのものは本発
明の要旨とは直接関係しないので、詳述をさけるが、例
えば、正極活物質としては、二硫化チタン、リチウムコ
バルト複合酸化物、リチウムニッケル複合酸化物、リチ
ウムマンガン複合酸化物、酸化バナジウム、硫化モリブ
デン、酸化モリブデン等を使用することができる。ま
た、負極活物質としては、リチウム金属、リチウム合
金、リチウムイオンを保持させた炭素やリチウムイオン
を吸蔵・放出可能な酸化物や硫化物等が使用できる。

【００１８】さらに、非水電解液としては、非プロトン
性の有機溶媒に電解質となる金属塩を溶解させたものが
使用される。リチウム塩としてはＬｉＣｌＯ₄、ＬｉＰ
Ｆ₆、ＬｉＢＦ₄、ＬｉＡｓＦ₆、ＬｉＣＦ₃ＳＯ₃等を、
有機溶媒としては、プロピレンカーボネート、エチレン
カーボネート、１，２-ジメトキシエタン、γ-ブチロラ
クトン、スルホン、スルホラン、ジオキソラン、２-メ
チルテトラヒドロフラン、ジメチルカーボネート、ジエ
チルカーボネート等が例示される。

【００１９】図２は本発明電池装置の構成例を示す模式
図である。２１は非水電解液電池で、２２は非水電解液
電池とほぼ同寸法の炭酸ガス式粉末消火器である。粉末
消火器２２は本構成例における異常発熱低減手段として
使用している。２９個の非水電解液電池２１と１個の消
火器２２は、横６列、縦５列に配列して同一筐体２３に
収納されている。２４は消火器２２を作動させるための
レバーである。２５は異常発熱検知手段で、熱電対温度
センサーを使用することにより、外部の温度計で筐体２
３内の温度を検出可能である。電池２１が異常発熱し、
筐体内の温度が許容値を超えたと判断された場合、異常
発熱低減手段の起動操作手段であるレバー２４を押し下
げることにより、二酸化炭素のガス圧で炭酸水素ナトリ
ウムを主成分とする粉末を筐体２３内に放出させる。炭
酸水素ナトリウムは高温に加熱されると吸熱して、二酸
化炭素と水蒸気を発生し、筐体内の温度を下げるととも
に、不活性雰囲気に保ち、火災の発生を防止したり、燃
焼反応を終了させる。

【００２０】筐体内の異常発熱は、発煙や発火もしくは
異常な臭気により、検知可能であり、各種異常発熱検知
手段を使用することができる。

【００２１】筐体内で異常発熱が検知されたら、起動操
作手段であるレバー２４を操作して、異常発熱低減手段
２２を作動させることにより、異常発熱低減活動が行わ
れる。尚、この例は、手動で異常発熱低減手段を作動さ
せる方式であるが、異常発熱検知手段の情報をコントロ
ーラーを介して異常発熱低減手段のアクチュエイターに
伝えることにより、自動的に異常発熱低減手段を作動さ
せることもできる。

【００２２】異常発熱検知手段２５としては、温度セン
サー、煙センサー、ガスセンサー、炎センサーのうちの
一つ、もしくは複数を組合せて用いることができる。非
水電解液電池に異常発熱が発生すると、初期の段階では
電池の表面温度の上昇、次の段階では安全弁の作動によ
る非水電解液や発生ガスの電池からの放出が起こり、最
終段階では発火現象が起こり、火災の発生まで至ること
になる。異常発熱の検知はこれら一連の現象の一部を検
出できる機能を有するものが使用できる。

【００２３】温度センサーとしては、サーミスタボロメ
ータ・量子形赤外線検出器等の熱輻射検出素子、温度サ
ーミスタ・感熱ダイオード・ＩＣ温度センサー等の感温
半導体素子、感温コンデンサ・感温インダクタンス等の
感温リアクタンス素子などがある。煙センサーとして
は、サンプリング式煙感知器や光電式煙感知器などが利
用できる。炎センサーとしては、例えば、火炎から発せ
られる紫外線を感知するセンサーがある。この場合に
は、火炎からの紫外線とそれ以外からの紫外線とを識別
するための炎判別回路を設けると誤作動を防ことができ
る。ガスセンサーとしては、例えばＣＯガスセンサーや
高温で蒸発した非水電解液を検出する有機溶媒センサー
を例示することができる。

【００２４】電池異常発熱が検知された場合、手動もし
くは自動で異常発熱低減手段が起動される。起動は直接
起動レバーを操作しても良いし、有人移動体（例えば、
電気自動車、宇宙空間航行機、船舶、潜水航行船等）の
場合には操縦席よりリモートコントロールすればよい
し、電力貯蔵用などの産業施設においては集中管理室よ
り起動信号を送り、異常発熱低減手段のアクチュエータ
ーに伝達させてもよい。

【００２５】異常発熱低減手段２２としては、冷却効果
を示すことが必要である。異常発熱が発火を伴っている
場合は窒息効果も有効である。有効な装置として、泡発
生装置や二酸化炭素・ハロゲン化炭化水素系ガス・粉末
処理剤等を放出するガス放出装置が揚げられる。これら
の異常発熱低減手段は、例えば、加圧式薬剤タンクの電
磁弁を電気信号で開放する方式や、泡発生剤放出ノズル
の先端をアクチュエータで開き、プランジャポンプで加
圧・放出する方式等を、電池装置の使用目的によって適
宜選択することができる。油・電気火災用として市販さ
れている消火器を使用することもできる。このような異
常発熱低減手段により、異常発熱電池の温度を低減し、
あるいは消火することにより、異常発熱を筐体内に留
め、その拡大を防止するものである。

【００２６】複数の電池を集合させたものをモジュール
電池と呼び、複数のモジュール電池を集合させたものを
組電池と呼ぶことがあるが、本発明は、電池の集合数に
関係なく電池を収納する筐体単位で適用することによ
り、筐体外への異常発熱の影響を防止することができ
る。

【００２７】このように本発明は、異常発熱を電池を収
納する筐体内に留めることができるために多量の電池を
使用する電力貯蔵用設備や、電気自動車のような各種移
動体のみならず、その他各種産業用途に適用することに
より、その安全性を大きく向上させることが可能となっ
た。

【００２８】

【発明の効果】以上、述べたように、本発明に係る電池
装置は、非水電解液電池と異常発熱低減手段とを同一筐
体に備え、さらに異常発熱低減手段を自動もしくは手動
で作動可能としたことを特徴とする。

【００２９】これにより、高効率、高出力、高エネルギ
ー密度等の点で他の電池にも増して実用化への期待が大
きい非水電解液電池の安全性を高め、ひいては、性能及
び安全性に優れた電力貯蔵用設備や、電気自動車・宇宙
空間航行機・潜水航行船等用の提供が可能となる。な
お、非水電解液電池の種類は一次電池、二次電池の種類
を問わない。

【図面の簡単な説明】

【図１】円筒形非水電解液電池の構成を示す図である。

【図２】発明の実施例を示す図である。

【符号の説明】

１電池ケース２負極端子３正極端子４負極板５セパレータ６正極板２１電池群２２異常発熱低減手段２３筐体２４起動操作手段（レバー）２５異常発熱検知手段

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】非水電解液電池もしくは複数の非水電解液
電池からなる電池群と、筐体内の異常発熱を低減させる
ための異常発熱低減手段とを同一の筐体内に備えたこと
を特徴とする電池装置。
【請求項２】筐体には異常発熱検知手段を備えたことを
特徴とする請求項１記載の電池装置。
【請求項３】異常発熱検知手段が、赤外線センサー、温
度センサー、煙センサー、ガスセンサー、炎センサーの
うちの一つ、もしくは複数の組合せであることを特徴と
する請求項２記載の電池装置。
【請求項４】異常発熱低減手段が、油・電気火災用の消
火器であることを特徴とする請求項１、２もしくは３記
載の電池装置。
【請求項５】異常発熱低減手段が手動により作動するよ
う構成されたものであることを特徴とする請求項１、
２、３もしくは４記載の電池装置。
【請求項６】異常発熱低減手段が自動的に作動するよう
構成されたものであることを特徴とする請求項１、２、
３もしくは４記載の電池装置。
【請求項７】請求項１、２、３、４、５もしくは６記載
の電池装置を備えたことを特徴とする電力貯蔵用設備。
【請求項８】請求項１、２、３、４、５もしくは６記載
の電池装置を備えたことを特徴とする移動体。
【請求項９】移動体が電気自動車であることを特徴とす
る請求項８記載の移動体。
【請求項１０】移動体が航空機及び宇宙空間航行機であ
ることを特徴とする請求項８記載の移動体。
【請求項１１】移動体が船舶及び潜水航行船であること
を特徴とする請求項８記載の移動体。