WO2007039999A1

WO2007039999A1 - 電池パック

Info

Publication number: WO2007039999A1
Application number: PCT/JP2006/316757
Authority: WO
Inventors: Hiroshi Nakazawa; Katsuhiko Nakane
Original assignee: Densei-Lambda Kabushiki Kaisha
Priority date: 2005-09-30
Filing date: 2006-08-25
Publication date: 2007-04-12
Also published as: US7964300B2; CN101142697A; US20090220851A1; JP5088688B2; CN100561774C; JPWO2007039999A1

Abstract

　二次電池としての電池セルを用いた電池パックにおいて、過電圧印加等により気化した内部ガスをケース内で処理してケース外へのガス漏れを防止するとともに、熱暴走によりケースの内圧が上昇するような事態に至った場合であっても、ケースの破裂が生じることがない、安全で取扱いが容易な電池パックを提供することを課題とする。　リチウムセル１を収納する電池セル収納部17と、前記リチウムセル１から発生する内部ガスｇを液化処理するガス処理部15とを有する電池パック10により上記の課題を解決する。

Description

明細書

電池パック

技術分野

[0001] 本発明は、各種電子装置の電源として用いられる、例えばリチウムイオン電池など充放電可能な二次電池の電池パックに関する。

背景技術

[0002] 鉛蓄電池は従来から二次電池として広範囲に使用されている。安価に製造可能で、取り扱いが比較的容易である等の事情によるものである。しかし、鉛蓄電池は人体に有害な物質である鉛を使用していること、さらに電力密度が低いこと等力用途に限界がある。力かる事情を背景として、近年、蓄電媒体として高い電力密度を有し、小型化が可能なリチウムイオン電池が普及しつつある。図 8にリチウムイオン電池の一形態であるラミネート型リチウムイオン電池の構造を示す。ラミネート型リチウムィォン電池としてのリチウムセル 1は、例えばコバルト酸リチウム（LiCoO )やマンガン酸リ

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チウム (LiMnO )などの正極材料 2と、例えばグラフアイト (炭素）などの負極材料 3と

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の間に絶縁のためセパレータ 4を挿入し、これらを何層かに積層した積層構造体 5とした後、この積層構造体 5を電解液と共に上下力アルミラミネート 6, 6で封止した構造になっている。正極材料 2及び負極材料 3には、それぞれ正極電極 2aと負極電極 3 aが形成されており、アルミラミネート 6, 6の貼合わせ部分力外部へ突出している。なお、電極の取り出し方，形状，材質、ラミネート電池全体の大きさなどは特に制限されず、種々のものがある。

[0003] このような構造を有するリチウムセル 1は蓄電媒体として高!、電力密度を有するものの高温時に可燃性ガスを発生する材料を使用してヽるため、例えば過充電等の異常が電池に生じると、発煙や発火につながる危険性がある。リチウムセル 1内部に発生する可燃性の内部ガスとしては、例えば過電圧により電解液から発生する蒸発ガス ( ジェチルカーボネート、エチレンカーボネート）や、熱暴走により電解液から発生する

CH , C H , C Hなどがあり、リチウムセル 1の高温時には、電池内部にこれらの内

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部ガスが発生してアルミラミネート 6, 6の膨張を引き起こす。この状態が継続すると、アルミラミネート 6, 6が破裂する場合もあり危険である。そして、アルミラミネート 6, 6 が破裂すると電解液が流出し、高温の場合には電解液は蒸発して視認できる程度の煙が発生する。さらに、過充電等の異常状態が継続するとリチウムセル 1内部のセパレータ 4が溶融して正負両電極 2a, 3aが内部短絡し、一気に着火する危険性がある。そこで、力かる事態を回避するため、リチウムセル 1には正負両電極 2a, 3aが設けられた反対側の端部に安全弁 7が設けられて、る。具体的にはリチウムセル 1の内圧が所定圧力以上になると、アルミラミネート 6, 6の熱溶着部に設けられた弁孔 7aへの最短パス 7bが開放され、内部ガスを弁孔 7a力リチウムセル 1外へ放出するようにされている。

[0004] 図 9に電池セルとしてリチウムセル 1を段積みした電池スタック 8を示す。このような電池スタック 8は、電池パックとしての必要電力容量を考慮して設計された榭脂または金属製のケース（図示せず）に収納される。したがって、電池スタック 8に過充電等の異常か生じると、リチウムセル 1から気化した内部ガスが放出され、内部ガスが電池ノックのケース内に充満することになる。そして、ケース内の圧力が上昇すると、内部ガスがケース外に漏れることになる。一方、ガスの漏洩を防止すべくケースを気密構造にすると、ケースの内圧が上昇することにより最悪の場合、ケースが破裂する危険 '性がある。

[0005] このような事情からリチウムイオン電池のケース自体に防爆弁を設け、電池内の圧力が所定値以上に上昇した場合、この防爆弁力電池内の内部ガスを電池外へ放出して、ガス抜きすることにより爆発を防ヽで、るものがある（例えば特許文献 1)。特許文献 1：特開平 11一 283599号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0006] しかし、電池パックに防爆弁を設けて気化した内部ガスをそのまま電池パックのケース外へ放出すると、周囲環境に悪影響を及ぼすことになる。したがって、別途何らかのガス処理が必要になる。一方、電池パックからのガスの漏洩を防止すべくケースを気密構造にすると、ケースの内圧が上昇して最悪の場合、ケースが破裂する危険性があることは先述したとおりである。 [0007] そこで、本発明は上記の事情に鑑み、電池セルを用いた電池パックにおいて、過電圧印加等により気化した内部ガスを電池パックのケース内で処理してケース外へのガス漏れを防止するとともに、電池の熱暴走によりケースの内圧が上昇するような事態に至った場合であっても、ケースの破裂が生じることのない、安全で取扱いが容易な電池パックを提供することを課題とする。

課題を解決するための手段

[0008] 本発明は、電池セルを収納する電池セル収納部と、前記電池セルから発生するガスを液化処理するガス処理部とを有することを特徴とする電池パックである。

[0009] また、本発明は、前記電池パックにおいて、前記ガス処理部は仕切壁により仕切られた複数の空間を有する金属体からなることを特徴とするものである。

[0010] また、本発明は、前記電池パックにおいて、前記金属体の 1つの空間にガス流入孔を設けると共に他の 1つの空間にガス排気孔を設け、前記仕切壁に通気孔を設けたことを特徴とするものである。

[0011] また、本発明は、前記電池パックにおいて、前記ガス流入孔が前記通気孔より下部に位置することを特徴とするものである。

[0012] また、本発明は、前記電池パックにおいて、前記ガス処理部は仕切壁により仕切られてなる前記ガスの流路を有する金属体力もなることを特徴とするものである。

[0013] また、本発明は、前記電池パックにおいて、前記仕切壁は、前記ガス処理部の対向する内壁力互い違いに突出すると共に、その基部が前記ガスの下流側へ傾斜するように設けられたものであることを特徴とするものである。

[0014] また、本発明は、前記電池パックにおいて、前記ガス処理部と電池パックのケースとの間に断熱材を配設したことを特徴とするものである。

[0015] また、本発明は、前記電池パックにおいて、電池スタックのガス排出部近傍に液吸収材を配設したことを特徴とするものである。

発明の効果

[0016] 本発明の電池パックによれば、電池パック内において電池セル力発生する内部ガスを液化して処理することができるので、別途ガス処理手段を講ずる必要がなくなる。したがって、過電圧印加等により気化した内部ガスを電池パックのケース内で処理してケース外へのガス漏れを防止するとともに、電池の熱暴走によりケースの内圧が上昇するような事態に至った場合であっても、ケースの破裂が生じることのない、安全で取扱いが容易な電池パックを実現することができる。

[0017] また、本発明の電池パックによれば、ガス処理部は仕切壁により仕切られた複数の空間を有する金属体力もなることから、内部ガスを効率的に液ィ匕することができる。

[0018] また、本発明の電池パックによれば、ガス処理部に流入した内部ガスを仕切壁により仕切られた複数の空間において順次液ィ匕処理することができるので、内部ガスを一層効率的に液ィ匕することができる。

[0019] また、本発明の電池パックによれば、ガス流入孔が通気孔より下部に位置することから、ガス流入孔を設けた金属体の空間内に液ィ匕されたガスが溜まるのを防止できる。したがって、電池パックの実装姿勢の自由度が高まる。

[0020] また、本発明の電池パックによれば、電池セルのガス噴出部より電池パックのガス排気孔までの経路を長くして、ガスが当該流路を流れる間に液ィ匕することができる。

[0021] また、本発明の電池パックによれば、仕切壁によって挟まれた空間内にガスを留め易くして効果的に液ィ匕することができる共に、液ィ匕したガスを当該空間内に留め易くすることができる。

[0022] また、本発明の電池パックによれば、ガス処理部と電池パックのケースとの間に断熱材を配設したことから、ケースからガス処理部たる金属体への熱伝導を遮断することができる。その結果、金属体の温度上昇を抑制して内部ガスを効率的に液ィ匕することがでさる。

[0023] また、本発明の電池パックによれば、電池スタックのガス排出部近傍に液吸収材を配設したことから、電池スタックカゝら電解液が流出した場合であっても、液吸収材により流出した電解液を吸収することができる。したがって、電池パックのケース外への電解液の漏洩を防止することができる。

発明を実施するための最良の形態

[0024] 以下、添付図面を参照しながら本発明における電池パックの好ましい各実施例について説明する。なお、従来例と同一箇所には同一符号を付し、共通する部分の説明は重複するため極力省略する。実施例 1

[0025] 図 1は、充放電可能な二次電池の電池セルたるリチウムセル 1を用いた電池パック 1 0と、これを使用する場合の概略構成を示すブロック図である。同図において、電池ノック 10にはリチウムセル 1が保護回路 11と共に組み込まれて！/、る。保護回路 11は、例えば電流ヒューズや温度ヒューズ、過電圧保護などを備えたものであり、過電流，過電圧，温度異常時にリチウムセル 1へ供給される充電電力を遮断し保護するものである。この図とは異なり、保護回路 11を電池パック 10と分離した別置きとして構成することも、もちろん可會である。

[0026] 電池パック 10の前段には、リチウムセル 1に充電電力を供給する充電器 12が接続される。充電器 12は、安定化した充電電力を生成する安定化電源 13と、当該充電電力を用いてリチウムセル 1を充電する充電回路 14とから構成される。充電回路 14は、充電電圧または充電電流を一定にしてリチウムセル 1をリニア充電する定電圧'定電流回路や、充電電流をパルス状に供給してリチウムセル 1をパルス充電するパルス充電回路など力なり、これらは電池の性能や寿命などにより適宜決定される。

[0027] 図 2は電池パック 10の内部構成を示す斜視図であり、図 3は電池パック 10の平面断面を、図 4は図 3中の A— A矢視断面を夫々示している。また、図 5はガス処理部 15の主要部材を示す分解斜視図である。

[0028] 電池パック 10は、その外郭を形成する電池パックのケース 16内に、リチウムセル 1を収納する電池セル収納部 17と、該リチウムセル 1から発生するガスを液化処理するガス処理部 15とを有して、る。電池セル収納部 17にはリチウムセル 1を必要数だけ積層して接続した電池スタック 8が収容される。本実施例では 24V対応の電池パック 10とするため 6個のリチウムセル 1を積層して電池スタック 8を構成している。保護回路 11 を有する仕様の場合には、リチウムセル 1を積層した電池スタック 8とともに、保護回路 11の回路部品が実装されたプリント基板（図示せず)も電池セル収納部 17に収容される。

[0029] 電池スタック 8は複数のリチウムセル 1を上下に段積みした構成となっており、各リチゥムセル 1間にアルミ板等の放熱性に優れた層間部材 21が挿入するようにしてもょヽ。電池スタック 8は、その中心部に熱が篕り易ぐその中心部に位置するリチウムセル 1は他のものに比べ高温になりやすい。放熱性に優れた層間部材 21を各リチウムセル 1間に設けることにより各リチウムセル 1の熱が速やかに放熱されるため、電池スタック 8の中心部に熱が篕らず、リチウムセル 1の温度上昇を抑制することができる。

[0030] なお、リチウムセル 1を積層した電池スタック 8の正極電極 2a及び負極電極 3aは、接続ケーブル 23により接続され、保護回路 11とも電気的に接続されている。

[0031] ここで、本実施例のリチウムセル 1には、正極電極 2a及び負極電極 3aが設けられた反対側の端部に安全弁 7が設けられている。そして、この安全弁 7の後方、すなわち正極電極 2a及び負極電極 3aが設けられた反対側に隣接してガス処理部 15が設けられている。このガス処理部 15は、リチウムセル 1の過充電時などに安全弁 7から噴出した内容物としての内部ガス、すなわち発煙，発火に直結する電解液の蒸発ガス，揮発性有機ガスなどに含まれる可燃性物質を導入して処理するために設けられる。

[0032] ガス処理部 15はアルミなど熱伝導性がよぐ放熱性に優れた金属部材を箱状にして形成され、電池セル収納部 17とガス処理部 15は別空間とされている。そして、電池セル収納部 17とガス処理部 15とはガス流入孔 25により連通されている。また、ガス処理部 15は仕切壁 26により幾つかの空間 27a〜27fに仕切られており、仕切壁 26には隣接する空間 27a〜271¾連通する通気孔 28が設けられている。ここで、ガス流入孔 25は、仕切壁 26に設けられる通気孔 28より下部に配設することが望ましい。そのように配設することによりガス処理部 15の空間内に液ィ匕されたガスが溜まるのを防止できるので、電池パック 10の実装姿勢の自由度が高まる。また、通気孔 28の大きさは、内部ガスがそのまま空間 27a〜271¾通り抜けることがな、よう大き過ぎず、かつ電池が熱暴走した際にケース 16が内圧により変形することがないよう小さ過ぎない大きさとする必要がある。

[0033] ガス処理部 15は電池セル収納部 17とは別体として構成されている。具体的には図 3 〜図 5に示すように、ガス処理部 15の主要部材は平面視 6つの空間 27a〜271¾有するアルミ押し出し材たる管材 29と、該管材 29の両端開口部を閉塞する下部蓋 31と上部蓋 32と力もなる。管材 29は仕切壁 26により内部が 6つの空間 27a〜27fに仕切られ、各仕切壁 26には隣接する空間 27a〜271¾連通する通気孔 28が設けられて、る。さらに管材 29の両端に位置する空間 27a, 27fの側壁には、ガス gの入口となるガス流入孔 25およびガス gの出口となる排気孔 33が設けられている。下部蓋 31と上部蓋 32は管材 29の開口部の大きさに対応する寸法を有する平板力なり、管材 29の両端開口部を閉塞すべくタイボルト 34及びナット 35で締め付けて組み立てられる。また、下部蓋 3 1および上部蓋 32を組み立てる際には、各空間 27a〜27fの気密性を確保するため、管材 29の端面と各蓋 31, 32との接合面および各蓋 31, 32とタイボルト 34及びナット 35 が当接する部位には液体シーラントが塗布される。なお、液体シーラントの代わりにガスケットを用いて気密性を確保するようにしてもょ、。

[0034] ここで、ガス処理部 15におけるガス液ィ匕能力を向上させるため、管材 29および下部蓋 31や上部蓋 32の材質、厚み、形状、仕切壁の数は、実験等により適宜決定する必要がある。また、仕切壁 26に設ける通気孔 28の位置はガスの流通経路が長くなるよう仕切壁 26毎に異なるようにしてもよい。さらに、各空間 27a〜27fの内部に金属たわし状の充填物を充填してガス液ィ匕能力を向上させるようにしてもよい。

[0035] ガス流入孔 25は電池セル収納部 17に面して配設される。具体的には電池スタック 8 のガス排出部近傍 30に配設され、該ガス排出部近傍 30には液吸収材 36が配設される。このことにより電池スタック 8から電解液が流出した場合であっても、液吸収材 36 により流出した電解液を吸収することができる。したがって、電池パック 10のケース 16 外への電解液の漏洩を防止することができる。ここで、液吸収材 36は連通多孔質体からなり、 150°C程度の温度においても使用できる耐熱性も有している。このような多孔質体の難燃性材料として、例えばバソテクト (株式会社イノアツクコーポレーション製)を挙げることができる。ガス排気孔 33は外郭部材たるケース 16の内面と気密になるよう配設され、電池が熱暴走することにより内部ガスが液ィ匕しきれな力つた場合の発煙を排気することができる。

[0036] 金属体たるガス処理部 15と電池パックのケース 16との間には断熱材 37が配設される。過電圧が印加されることによりリチウムセル 1の安全弁 7が作用して内部ガスが排出される際のリチウムセル 1の表面温度は 90〜110°C程度になる。その結果、電池スタック 8を収納している電池パックのケース 16の温度も電池スタック 8からの伝熱により上昇する。したがって、ガス処理部 15とケース 16とが直に当接していると、ケース 16からの伝熱によりガス処理部 15の温度も上昇することになり、ガス処理部としてのガス液化能力が低下することになる。このような弊害を避けるベぐガス処理部 15と電池パックのケース 16との間には断熱材 37が配設される。

[0037] 次に、電池パック 10の過電圧 ·過充電時における作用について説明する。

[0038] 充電器 12カゝら電池スタック 8へ過電圧が印加されると、リチウムセル 1内部の電解液の分解が加速され、熱が発生してリチウムセル 1の温度上昇が始まる。それと同時に、リチウムセル 1内部に電解液の蒸発ガスが発生してアルミラミネート 6, 6の膨張を引き起こす。さらに温度上昇が進み電解液の熱分解が発生すると、例えば CH , C H

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, C Hなどの揮発性有機の内部ガス gが発生する。このとき、リチウムセル 1内の圧力

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が所定値以上に上昇すると、安全弁 7からリチウムセル 1内の電解液の蒸発ガスや揮発性有機ガスなどの内部ガス gが噴出する。安全弁 7を有しないものや、安全弁 7が詰まっているなど異常がある場合、リチウムセル 1のアルミラミネート 6, 6の封止が破れ、そこから内部ガス gが噴出する。

[0039] リチウムセル 1から内部ガス gが噴出すると、電池セル収納部 17たる空間の圧力が上昇し始める。電池セル収納部 17とガス処理部 15とはガス流入孔 25で連通しており、し力もガス処理部 15内の圧力は大気圧状態であることから、噴出した内部ガス gは圧力差により電池セル収納部 17からガス処理部 15へと流入する。電池セル収納部 17からの内部ガス gは、先ずガス処理部 15の空間たる第一室 27aに流入し、ガス処理部 15 の内面に接することになる。金属体からなるガス処理部 15は比較的熱容量が大きく形成され、内部ガス gに比べ著しく温度が低い状態になっているため、ガス処理部 15の内面に内部ガス gが接触すると結露して液ィ匕され、液ィ匕ガス 38となる。そして、第一室 27aへの内部ガス gの流入が時間的に継続する場合には、第一室 27aの内面だけで内部ガス gのすベてを液ィ匕することができな、ため、液ィ匕しきれな力つた内部ガス gは仕切壁 26に設けられた通気孔 28から隣接する第二室 27bに流出することになる。そして、第二室 27bに流入した内部ガス gが第二室 27bの内面に接触すると、結露して液ィ匕されることになる。リチウムセル 1からの内部ガス gの発生がさらに継続する場合には、第一室 27aと第二室 27bの内面だけで内部ガス gのすベてを液ィ匕することができないため、液ィ匕しきれなカゝつた内部ガス gは仕切壁 26に設けられた通気孔 28から隣接する第三室 27cへ流出することになる。そして、第三室 27cに流入した内部ガス gが第三室 27cの内面に接触すると、結露して液ィ匕されることになる。このようにして内部ガス gの発生が時間的に継続する場合には、第一室 27aから第二室 27bへ、第二室 27b 力第三室 27cへというように、次々と内部ガス gが流入することになり、この過程で各室の内面において接触した内部ガス gが結露して次々と液化されることになる。内部ガス gが大量に発生し、最終室 27fに至っても液ィ匕されな力つた内部ガス gが存在する場合には、最終室 27fに設けられた排気孔 33に到達して外部へ排気されることになる

[0040] ここで留意すべきは、高温の内部ガス gが各室の内面に接触して液ィ匕すると体積が大幅に減少することになり、ガス圧力も低下することである。すなわち、電池パック 10 内でのガス圧力に関して観察すると、電池セル収納部 17力もっとも高圧となり、次にガス処理部 15の第一室 27a、第二室 27b、第三室 27c ' · '最終室 27fという順序でガス圧力は低下することになる。また、ガス gの温度も同様の順序で低下し、最終室 27 ら外部へ排出されるガス gの濃度は薄くなる。その結果、最終室 27fにおけるガスの体積はリチウムセル 1から噴出した体積に比較すると極めて僅かなものとなり、過電圧印加により発生するガスの量程度では、最終室 27 外部へ排出されるガス gはほとんど無い。このようにして過電圧印加により気化した内部ガス gを電池パック 10のケース 16内で処理して外部へのガス漏れを極力防止するとともに、電池の熱暴走により大量のガスが発生してケース 16の内圧が «続して上昇するような事態に至った場合であっても、ケース 16の破裂が生じることがない、安全で取扱いが容易な電池パック 10 を提供することができる。なお、ガス処理部 15に溜まった液ィ匕された内部ガス 38は、必要に応じて抽出され適切な処理が施される。

実施例 2

[0041] 図 6は本第 2実施例における電池パック 10の平面断面を示している。電池パック 10 は、ガス処理部 15の構成以外は第 1実施例と同様である。すなわち、電池パック 10は、その外郭を形成する電池パックのケース 16内に、リチウムセル 1を段積みしてなる電池スタック 8を収納する電池セル収納部 17と、該リチウムセル 1から発生するガスを液化処理するガス処理部 15とを有している。本第 2実施例におけるガス処理部 15は、リチウムセル 1の噴出部たる安全弁 7よりパックの排気孔までの経路を長くして、ガスが当該経路を流れる間に冷却壁で液ィ匕されるものである。

[0042] ガス処理部 15はアルミなど熱伝導性がよぐ放熱性に優れた金属部材を箱状にして形成され、電池セル収納部 17とガス処理部 15は別空間とされている。そして、電池セル収納部 17とガス処理部 15とはガス流入口 40により連通されて、る。

[0043] ガス処理部 15の主要部材は平面視大きく蛇行する流路 41を有するアルミ押し出し材たる管材 42と、該管材 42の両端開口部を閉塞する下部蓋 (図示せず)と上部蓋 (図示せず）とからなる。また、管材 42の内部には仕切壁に相当する複数の冷却壁 43, 43 aが左右方向（管材 42の長手方向）から互い違いに並設されており、これら冷却壁 43 で仕切られた管材 42の内部空間が流路 41となる。最もリチウムセル 1側となり、管材 4 2の一側壁を形成する冷却壁 43aの切れ目流路 41の入口となるガス流入口 40である。さらに冷却壁 43aに対向する管材 42の他側壁には、流路 41の出口となる排気孔 33が設けられている。ガス処理部 15の材質 ·厚み仕様は、気化ガスが流路 41を通るに従い、十分に高温のガスが冷却され液化し、最終的には、ガス処理部 15外部には気化ガスが目視できないようなレベルまで液ィ匕するよう冷却可能な材質'厚み ·外形- 仕切り数 ·流路 41の形状にする必要がある。気化ガスが十分に冷却されない場合は、冷却壁 43の数を増やして流路 41を例えば複雑な迷路状などとして、流路 41の全長を長くしてもよい。

[0044] 下部蓋と上部蓋は管材 42の開口部の大きさに対応する寸法を有する平板力なり、管材 42の両端開口部を閉塞すべく図示しないタイボルト及びナットで締め付けて組み立てられる。また、下部蓋および上部蓋を組み立てる際には、流路 41の気密性を確保するため、管材 42の端面と各蓋との接合面および各蓋とタイボルト及びナットが当接する部位には液体シーラントが塗布される。必要に応じてゴム製のシートを当該接合部分に挿入してもよい。流路 41の気密性を確保することにより、ガス処理部 15内のガスが外に漏れな、ようにでき、また流路 41における回り込みを防止することができる。なお、液体シーラントの代わりにガスケットを用いて気密性を確保するようにしてちょい。

[0045] ここで、ガス処理部 15におけるガス液ィ匕能力を向上させるため、管材 42および下部蓋や上部蓋の材質、厚み、形状、仕切壁の数は、実験等により適宜決定する必要がある。さらに、流路 41の内部に金属たわし状の充填物を充填してガス液ィ匕能力を向上させるようにしてちょい。

[0046] また、ガス流入口 40,流路 41,排気孔 33の径ゃ位置は、ガスの量や内圧値により適切に設計される必要がある。これは、ガスの量や内圧値はセル (電池）の種類や仕様、電池スタック 8の仕様、ケースの強度等によって異なる力少なくとも、内部ガスがそのまま通り抜けることがな、よう大き過ぎず、かつ電池が熱暴走した際にケース 16が内圧により変形することがないよう小さ過ぎない大きさとする必要がある。とりわけ、排気孔 33の位置は、装置としての排気を考慮した位置にあることが望まし!/、。

[0047] ガス流入口 40は電池セル収納部 17に面して配設される。具体的には電池スタック 8 のガス排出部近傍 30に配設され、該ガス排出部近傍 30には液吸収材 36が配設される。このことにより電池スタック 8から電解液が流出した場合であっても、液吸収材 36 により流出した電解液を吸収することができる。したがって、電池パック 10のケース 16 外への電解液の漏洩を防止することができる。ガス排気孔 33は外郭部材たるケース 1 6の内面と気密になるよう配設され、電池が熱暴走することにより内部ガスが液ィ匕しきれな力つた場合の発煙を排気することができる。

[0048] ガス処理部 15と電池パックのケース 16との間には断熱材 37が配設される。ケース 16 は電池パックの過充電により、ケース 16自体も高温となっているため、効率よく冷却壁 43, 43aで高温ガスを液化するためには、ケース 16の温度がガス処理部 15の冷却壁 4 3, 43aに伝わらないような構造になっていることが望ましい。前述のように、ガス処理部 15とケース 16とが直に当接していると、ケース 16力もの伝熱によりガス処理部 15の温度も上昇することになり、ガス処理部としてのガス液ィ匕能力が低下することになる。他方、ガス処理部 15の温度が上がると、ー且液化したガスが再気化する虞がある。そこで、このような弊害を避けるベぐガス処理部 15と電池パックのケース 16との間には断熱材 37が配設される。なお、流路 41内に溜まっている液ィ匕したガス 38がその温度により再気化する可能性を考慮して、ガス排気孔 33付近には液ィ匕したガス 38が溜まらな、ような設計をするのが好ま、。

[0049] その他、電池スタック 8を構成する各リチウムセル 1の安全弁 7から排出される気化ガスが、ガス処理部 15のガス流入口 40に集まるような電池スタック 8及び機構設計が必要となる。また、ケース 16の実装される方向（縦置き，横置き等)を考慮して、ガス処理部 15の設計がされることが必要である。

[0050] 次に、電池パック 10の過電圧 ·過充電時における作用について説明する。

[0051] リチウムセル 1から内部ガス gが噴出すると、電池セル収納部 17たる空間の圧力が上昇し始める。電池セル収納部 17とガス処理部 15とはガス流入口 40で連通しており、し力もガス処理部 15内の圧力は大気圧状態であることから、噴出した内部ガス gは圧力差により電池セル収納部 17からガス処理部 15へと流入する。電池セル収納部 17からの内部ガス gは、ガス流入口 40からガス処理部 15の流路 41に流入し、先ずガス流入口 40付近において流路 41の壁面たる冷却壁 43, 43aに接することになる。冷却壁 43, 43aひいては金属体力なるガス処理部 15は比較的熱容量が大きく形成され、内部ガス gに比べ著しく温度が低い状態になっているため、冷却壁 43, 43aに内部ガス gが接触すると結露して液化され、液ィ匕ガス 38となる。そして、流路 41への内部ガス gの流入が時間的に継続する場合には、ガス流入口 40付近の冷却壁 43, 43aだけで内部ガス _gのすベてを液ィ匕することができな、ため、液ィ匕しきれな力つた内部ガス gは迷路状の流路 41を奥へ奥へと進むように流出することになる。この流路 41を進む過程で流路 41内において各冷却壁 43に接触した内部ガス gが結露して次々と液ィ匕されることになる。内部ガス gが大量に発生し、流路 41の末端に至っても液ィ匕されなカゝつた内部ガス gが存在する場合には、流路 41の末端に設けられた流路 41の出口たる排気孔 33に到達して外部へ排気されることになる。

実施例 3

[0052] 図 7は本第 3実施例における電池パック 10の平面断面を示している。電池パック 10 は、ガス処理部 15の構成以外は第 1及び第 2実施例と同様である。すなわち、電池パック 10は、その外郭を形成する電池パックのケース 16内に、リチウムセル 1を段積みしてなる電池スタック 8を収納する電池セル収納部 17と、該リチウムセル 1から発生するガスを液化処理するガス処理部 15とを有してヽる。本第 3実施例におけるガス処理部 15は、上記第 2実施例と同様、リチウムセル 1の噴出部たる安全弁 7よりパックの排気孔までの経路を長くして、ガスが当該経路を流れる間に冷却壁で液ィ匕されるものである。 [0053] ガス処理部 15はアルミなど熱伝導性がよぐ放熱性に優れた金属部材を箱状にして形成され、電池セル収納部 17とガス処理部 15は別空間とされている。そして、電池セル収納部 17とガス処理部 15とはガス流入口 40により連通されて、る。

[0054] ガス処理部 15の主要部材は平面視蛇行する流路 51を有するアルミ押し出し材たる管材 52と、該管材 52の両端開口部を閉塞する下部蓋 (図示せず)と上部蓋 (図示せず）と力もなる。また、管材 52の内部には仕切壁に相当する複数の冷却壁 53が前後方向（管材 42の短手方向）から互い違いに並設されており、これら冷却壁 53で仕切られた管材 52の内部空間が流路 51となる。すなわち、本第 3実施例のガス処理部 15は、上記第 2実施例のガス処理部 15における冷却壁 43の配置をちようど 90度回転させた構成となる。但し、本第 3実施例の冷却壁 53は、その先端が基端に対して流路 51 の出口方向へ傾斜するように、それぞれ所定の角度をつけて設けられている。従って、当該流路 51は、上記第 2実施例の流路 51のような略一定幅の流路とは違い、各冷却壁 53により略三角形状に仕切られた空間たる第一室 51a〜第七室 51gを出口側に位置する頂点部分で連通させた形状になっている。最もリチウムセル 1側となり、管材 52の一側壁を形成する冷却壁 43aの切れ目流路 51の入口となるガス流入口 40である。さらに冷却壁 43aに対向する管材 52の他側壁には、流路 51の出口となる排気孔 33が設けられている。ガス処理部 15の材質 ·厚み仕様は、気化ガスが流路 51を通るに従い、十分に高温のガスが冷却され液化し、最終的には、ガス処理部 15外部には気化ガスが目視できないようなレベルまで液ィ匕するよう冷却可能な材質'厚み ·外形- 仕切り数にする必要がある。気化ガスが十分に冷却されない場合は、冷却壁 53の数を増やして流路 51を長くしてもよい。

[0055] 下部蓋と上部蓋は管材 52の開口部の大きさに対応する寸法を有する平板力なり、管材 52の両端開口部を閉塞すべく図示しないタイボルト及びナットで締め付けて組み立てられる。また、下部蓋および上部蓋を組み立てる際には、流路 51の気密性を確保するため、管材 52の端面と各蓋との接合面および各蓋とタイボルト及びナットが当接する部位には液体シーラントが塗布される。必要に応じてゴム製のシートを当該接合部分に挿入してもよい。流路 51の気密性を確保することにより、ガス処理部 15内のガスが外に漏れないようにでき、また流路 51の各部屋 51a〜51gへの回り込みを防止することができる。なお、液体シーラントの代わりにガスケットを用いて気密性を確保するようにしてちょい。

[0056] ガス流入口 40は電池セル収納部 17に面して配設される。具体的には電池スタック 8 のガス排出部近傍 30に配設され、該ガス排出部近傍 30には液吸収材 36が配設される。このことにより電池スタック 8から電解液が流出した場合であっても、液吸収材 36 により流出した電解液を吸収することができる。したがって、電池パック 10のケース 16 外への電解液の漏洩を防止することができる。ガス排気孔 33は外郭部材たるケース 1 6の内面と気密になるよう配設され、電池が熱暴走することにより内部ガスが液ィ匕しきれな力つた場合の発煙を排気することができる。

[0057] ガス処理部 15と電池パックのケース 16との間には断熱材 37が配設される。ケース 16 は電池パックの過充電により、ケース 16自体も高温となっているため、効率よく冷却壁 43a, 53で高温ガスを液化するためには、ケース 16の温度がガス処理部 15の冷却壁 4 3a, 53に伝わらないような構造になっていることが望ましい。前述のように、ガス処理部 15とケース 16とが直に当接していると、ケース 16力もの伝熱によりガス処理部 15の温度も上昇することになり、ガス処理部としてのガス液ィ匕能力が低下することになる。他方、ガス処理部 15の温度が上がると、ー且液化したガスが再気化する虞がある。そこで、このような弊害を避けるベぐガス処理部 15と電池パックのケース 16との間には断熱材 37が配設される。なお、流路 41内に溜まっている液ィ匕したガス 38がその温度により再気化する可能性を考慮して、ガス排気孔 33付近には液ィ匕したガス 38が溜まらな、ような設計をするのが好ま、。

[0058] その他、電池スタック 8を構成する各リチウムセル 1の安全弁 7から排出される気化ガスが、ガス処理部 15のガス流入口 40に集まるような電池スタック 8及び機構設計が必要となる。また、ケース 16の実装される方向（縦置き，横置き等)を考慮して、ガス処理部 15の設計がされることが必要である。

[0059] 次に、電池パック 10の過電圧 ·過充電時における作用について説明する。

[0060] リチウムセル 1から内部ガス gが噴出すると、電池セル収納部 17たる空間の圧力が上昇し始める。電池セル収納部 17とガス処理部 15とはガス流入口 40で連通しており、し力もガス処理部 15内の圧力は大気圧状態であることから、噴出した内部ガス gは圧力差により電池セル収納部 17からガス処理部 15へと流入する。電池セル収納部 17からの内部ガス gは、ガス流入口 40力ガス処理部 15の流路 51に流入し、先ず流路 51 の第一室 51aに流入し、ガス処理部 15の内面及び冷却壁 53に接することになる。冷却壁 53ひいては金属体力なるガス処理部 15は比較的熱容量が大きく形成され、内部ガス gに比べ著しく温度が低い状態になっているため、ガス処理部 15の内面及び冷却壁 53に内部ガス gが接触すると結露して液化され、液ィ匕ガス 38となる。そして、第一室 51aへの内部ガス gの流入が時間的に継続する場合には、第一室 51aの内面及び冷却壁 53だけで内部ガス gのすベてを液ィ匕することができな、ため、液化しきれな力つた内部ガス gは冷却壁 53の切れ目たる連通部から隣接する第二室 51bに流出することになる。そして、第二室 51bに流入した内部ガス gが第二室 51bの内面及び冷却壁 53に接触すると、結露して液化されることになる。このとき、第-室 51bが四角形状の部屋に比べて内面との衝突が少ない略三角形状になっているため、第-室 51b内での内部ガス gの多くは流れが速い渦流となる。従って、内部ガス gは、第三室 51cへ流出し難ぐ第二室 51bの内面と熱交換し易い。これにより、内部ガス gを第二室 51b 内で効果的に液ィ匕することができる。なお、冷却壁 53の当該効果をさらに高めるために、冷却壁 53の先端部分をガス流入口 40側へ湾曲させてもょ、。

リチウムセル 1からの内部ガス gの発生がさらに継続する場合には、第一室 51aと第二室 51bの内面及び冷却壁 53だけで内部ガス gのすベてを液ィ匕することができないため、液ィ匕しきれな力つた内部ガス gは冷却壁 53の切れ目たる連通部から隣接する第三室 51cへ流出することになる。そして、第三室 51cに流入した内部ガス gが第三室 51 cの内面及び冷却壁 53に接触すると、結露して液ィ匕されることになる。このようにして内部ガス gの発生が時間的に継続する場合には、第一室 51aから第二室 51bへ、第二室 51bから第三室 51cへというように、次々と内部ガス gが流入することになり、この過程で各室 51 a〜5 Ifの内面にぉ、て接触した内部ガス gが結露して次々と液化されることになる。このとき、各室 51a〜51fは略三角形状になっており、内部ガス gが前述のように各室 51a〜51fに留まり易、構造になって、ることに加え、各室 51a〜51fの連通部にいくに従って各冷却壁 53間が徐々に狭くなることから、当該連通部付近で液ィ匕ガス 38と各冷却壁 53との接触面積が大きくなるため、液ィ匕ガス 38はその表面張力により連通部を通過しづらい。すなわち、液ィ匕ガス 38は各室 51a〜51fに留まることとなり、各室 51a〜51ftH、てはガス処理部 15からの液化ガス 38の漏れを防止することができる。内部ガス gが大量に発生し、最終室 51gに至っても液ィ匕されな力つた内部ガス g が存在する場合には、最終室 51gに設けられた排気孔 33に到達して外部へ排気されることになる。

[0062] 以上、本発明を各実施例に基づいて説明したが、本発明は上記各実施例に限定されるものではなぐ本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更実施が可能である。例えば本発明が適用可能な二次電池はリチウムイオン電池に限らず、過電圧'過充電時などに内部ガス gなどの内容物を噴出するものであれば、どのようなものでもよい。また、ガス処理部 15でのガスの液ィ匕を促進するために、ガス処理部 15にフィンを並設して冷却性能を向上させるよう構成してもよぐ冷却ファンによる空冷を採用することもできる。さらに、上記実施例では、ガス処理部 15を電池セル収納部 17の後方（電極のある位置の反対側）に設けたが、ガス処理部 15と電池セル収納部 17の相対位置関係は適宜変更して実施することができる。

図面の簡単な説明

[0063] [図 1]本発明の第 1実施例としての電池パックの使用状態を示すブロック図である。

[図 2]同上、電池パックの内部構造を示す斜視図である。

[図 3]同上、電池パックの平面断面図である。

[図 4]同上、図 3中の A— A矢視断面図である。

[図 5]同上、ガス処理部の主要部材を示す分解斜視図である。

[図 6]本発明の第 2実施例としての電池パックの平面断面図である。

[図 7]本発明の第 3実施例としての電池パックの平面断面図である。

[図 8]リチウムセルの構成を示す斜視図である。

[図 9]電池パックの構成を示す斜視図である。

符号の説明

[0064] 1 リチウムセル（電池セル）

8 電池スタック

10 電池パックガス処理部 (金属体）電池セル収納部ガス流入孔

仕切壁

通気孑し

ガス排出部近傍ガス排気孔

液吸収材

断熱材

, 51 流路

, 43a, 53 冷却壁 (仕切壁)

Claims

請求の範囲

[1] 電池セルを収納する電池セル収納部と、前記電池セルから発生するガスを液化処理するガス処理部とを有することを特徴とする電池パック。

[2] 前記ガス処理部は仕切壁により仕切られた複数の空間を有する金属体からなることを特徴とする請求項 1記載の電池パック。

[3] 前記金属体の 1つの空間にガス流入孔を設けると共に他の 1つの空間にガス排気孔を設け、前記仕切壁に通気孔を設けたことを特徴とする請求項 2記載の電池パック。

[4] 前記ガス流入孔が前記通気孔より下部に位置することを特徴とする請求項 3記載の電池パック。

[5] 前記ガス処理部は仕切壁により仕切られてなる前記ガスの流路を有する金属体からなることを特徴とする請求項 1記載の電池パック。

[6] 前記仕切壁は、前記ガス処理部の対向する内壁力互い違いに突出すると共に、その基部が前記ガスの下流側へ傾斜するように設けられたものであることを特徴とする請求項 5記載の電池パック。

[7] 前記ガス処理部と電池パックのケースとの間に断熱材を配設したことを特徴とする請求項 1記載の電池パック。

[8] 電池スタックのガス排出部近傍に液吸収材を配設したことを特徴とする請求項 1記載の電池パック。