WO2020152992A1 - パック電池 - Google Patents

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smoke exhaust
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健明 若林
憲作 竹田
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三洋電機株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a battery pack having a rechargeable battery housed in an outer case.
  • This battery pack can exhaust the exhaust gas of the exhaust valve to the outside of the case through the through hole, but if hot exhaust gas is exhausted from the exhaust valve, there is the adverse effect that safety cannot be ensured.
  • a battery pack containing a non-aqueous electrolyte secondary battery such as a lithium-ion battery in the outer case has an abnormal heat generation when the discharge valve is open, and hot gas is forced from the discharge valve. It is often spouted.
  • the high-temperature gas injected from the discharge valve has high thermal energy and kinetic energy, and the outer case is thermally melted and damaged.
  • the damaged outer case ejects high-temperature ejected gas to the outside of the case, but the gas ejected outside may come into contact with air and ignite. Further, since the flame generated in the outer case is discharged from the hole of the outer case to the outside of the case, further safety cannot be ensured.
  • a heat resistant plate material such as a mica plate is arranged between the end surface of the battery on the discharge valve side and the inner surface of the outer case.
  • This battery pack can prevent the exhaust gas injected from the exhaust valve from colliding with the mica plate and being directly injected into the outer case.
  • the exhaust gas injected from the exhaust valve of the lithium-ion battery which is a non-aqueous electrolyte secondary battery, has an abnormally high temperature of 400° C. or higher, and is vigorously injected, so it collides with the mica plate, Even after changing the direction to the front, it keeps abnormally high temperature and vigorously collides with the inner surface of the outer case.
  • the exhaust gas injected to the inner surface of the outer case in this state melts and damages the outer case, and ejects the exhaust gas from the damaged portion to the outside of the case.
  • a battery pack in which high-temperature exhaust gas ejected from the exhaust valve is vigorously ejected outside the case cannot secure sufficient safety due to smoke, ignition, or the like.
  • the present invention was made based on the findings of the present inventors. It is a main object of the present invention to provide a battery pack that can improve the safety by suppressing the harmful effects of the high temperature exhaust gas injected from the exhaust valve of the battery and the flames from being released to the outside of the case.
  • the battery pack of the present invention includes a battery cell 1 having a discharge valve that opens when the internal pressure exceeds a set pressure, and a case 2 containing the battery cell 1.
  • the case 2 has a plurality of smoke exhaust holes 27 for discharging the exhaust gas ejected from the exhaust valve to the outside of the case, and diffuses between the exhaust valve side end surface 1a of the battery cell 1 and the opposing case inner surface.
  • the flameproof cover 6 is arranged with a gap 28. Further, an expansion space 25 for the exhaust gas diffused by the flameproof cover 6 is provided inside the case 2, and the smoke exhaust hole 27 intersects the exhaust gas exhaust direction with the exhaust gas injection direction of the exhaust valve. There is an opening on the surface of the case that is oriented.
  • the expansion space 25 communicates with the diffusion gap 28 and the inside opening of the smoke exhaust hole 27 on the inner surface of the case, and has a direction change portion 29 of the gas flowing inside the case 2 provided at the corner of the case.
  • Exhaust gas injected from the valve collides with the flameproof cover 6 and fills the expansion space 25 through the diffusion gap 28, is redirected in the expansion space 25, is dispersed in the plurality of smoke exhaust holes 27, and is outside the case. To be discharged to.
  • the above-mentioned battery pack is characterized by suppressing high temperature exhaust gas injected from the open exhaust valve from being vigorously injected to the outside of the outer case, preventing adverse effects such as ignition and improving safety. There is. It is because the above battery pack causes high temperature and high energy exhaust gas injected from the exhaust valve to collide with the flameproof cover and diffuse to the surroundings in the diffusion gap, and further divert after diversion and energy attenuation.
  • the exhaust gas which fills the expansion space from the gap and flows into the expansion space, changes the flow direction of the gas at the direction change part provided in the corner of the case to further attenuate the energy, and the exhaust gas flow path in the expansion space. This is because the energy is further attenuated by extending the length of the exhaust gas, the exhaust gas with the attenuated energy is dispersed into the plurality of smoke exhaust holes, and the exhaust gas is smoothly exhausted to the outside of the case.
  • FIG. 1 is a schematic horizontal sectional view showing an internal structure of a battery pack according to Embodiment 1 of the present invention.
  • 1 is a vertical cross-sectional view of a battery pack according to Embodiment 1 of the present invention.
  • 1 is a vertical vertical sectional view of a battery pack according to Embodiment 1 of the present invention.
  • 1 is a schematic perspective view showing an internal structure of a battery pack according to Embodiment 1 of the present invention. It is a schematic perspective view which shows the internal structure of the battery pack which concerns on Embodiment 2 of this invention. It is a schematic horizontal sectional view which shows the internal structure of the battery pack which concerns on Embodiment 2 of this invention.
  • FIG. 6 is a vertical vertical sectional view of a battery pack according to a second embodiment of the present invention. It is a partially expanded top view which shows the laminated state of a perforated plate. It is an expanded sectional view which shows the lamination state of a perforated plate. It is an expanded sectional perspective view which shows the laminated state of a perforated plate.
  • a first aspect of the present invention is a battery pack that includes a battery cell having a discharge valve that opens when the internal pressure exceeds a set pressure, and a case that houses the battery cell. It has a plurality of smoke vents for discharging the exhaust gas ejected to the outside of the case, and a flameproof cover is placed with a diffusion gap between the end surface of the battery cell on the exhaust valve side and the inner surface of the case that opposes it. Furthermore, an expansion space for the exhaust gas diffused by the flameproof cover is provided inside the case, and the smoke exhaust hole intersects the exhaust gas discharge direction with the exhaust gas injection direction of the exhaust valve.
  • the expansion space communicates with the diffusion gap and the inside opening of the smoke exhaust hole on the inner surface of the case, and the direction change portion of the gas flowing inside the case is provided at the corner of the case.
  • the exhaust gas injected from the exhaust valve collides with the flameproof cover, fills the expansion space through the diffusion gap, is redirected in the expansion space, is dispersed into multiple smoke exhaust holes, and is discharged outside the case. I am trying to discharge it.
  • the second invention of the present invention uses the flameproof cover as a heat-resistant plate material.
  • the flameproof cover can be easily arranged at a fixed position in the case. This is because the flameproof cover is made of a heat resistant plate material.
  • the flameproof cover is an inorganic plate, a metal plate, or a heat-resistant plastic plate.
  • the case has ten or more smoke exhaust holes opened on the side wall, and the inner diameter of the smoke exhaust hole is 0.5 mm or more and 3 mm or less.
  • the fifth aspect of the present invention is to open a plurality of smoke exhaust holes on the case surface orthogonal to the flameproof cover.
  • the case is a rectangular parallelepiped in which a peripheral wall is provided around the surface plate, and a smoke exhaust hole is provided in the peripheral wall of the case.
  • the case is a rectangular parallelepiped in which a peripheral wall is provided around the surface plate, and a smoke exhaust hole is provided in the surface plate of the case.
  • the battery cell is a non-aqueous electrolyte secondary battery. Furthermore, the ninth invention of the present invention uses a lithium-ion battery as the battery cell. Furthermore, in the tenth aspect of the present invention, the capacity of the battery cell is 5 Ah or less.
  • the battery cell is a cylindrical battery, and a plurality of cylindrical batteries are arranged with their end faces on the same plane and arranged in parallel to form a battery block, and the case has a rectangular shape.
  • a cover is arranged between the block end surface and the end wall, and a smoke exhaust hole is arranged on either the peripheral wall or the surface plate.
  • the battery pack 100 shown in FIGS. 1 to 4 includes a plurality of battery cells 1, a battery holder 4 in which each battery cell 1 is arranged at a fixed position, a circuit board 3 fixed to the battery holder 4, The flameproof cover 6 arranged at a position facing the discharge valve opening of the battery cell 1, the battery cell 1 arranged at a fixed position in the battery holder 4, the circuit board 3, and the flameproof cover 6 are arranged inside. And a case 2 that is
  • the battery cell 1 is a cylindrical battery.
  • the cylindrical battery has an electrode and an electrolytic solution housed in a cylindrical metal case.
  • the metal case has a closed structure in which a sealing plate is airtightly fixed to the opening of the outer can whose bottom is closed.
  • the outer can is manufactured by pressing a metal plate.
  • the sealing plate is airtightly fixed by caulking the periphery of the opening of the outer can via a packing made of an insulating material.
  • the battery cell 1 is provided with a discharge valve on the sealing plate to prevent the metal case from being damaged due to abnormally high internal pressure.
  • the discharge valve is provided with an opening in the sealing plate for discharging internal gas and the like in the opened state.
  • the battery cell may be provided with a discharge valve and its opening at the bottom of the outer can.
  • the discharge valve opens when the internal pressure becomes higher than a set pressure, for example, 1.5 MPa, and prevents the metal case from being broken due to the increase in the internal pressure.
  • the discharge valve is opened in an abnormal state. Therefore, when the discharge valve is open, the temperature of the battery cell 1 is also very high. For this reason, the gas discharged from the discharge valve that opens and the electrolyte (spout) have an abnormally high temperature.
  • a battery pack in which the battery cell 1 is a non-aqueous electrolyte secondary battery such as a lithium-ion battery has an abnormally high temperature of exhaust gas of 400° C. or higher.
  • the lithium-ion battery is filled with a non-aqueous electrolyte solution, if it is discharged out of the case at a high temperature, it may come into contact with air and ignite, resulting in an abnormally high temperature.
  • the exhaust gas ejected from the exhaust valve that opens opens at a high temperature, so it is safe to decay the energy of the exhaust gas and exhaust it outside the case. It is important to make it high.
  • Battery holder 4 In the battery pack 100 shown in FIGS. 1 to 4, a plurality of battery cells 1 are arranged at fixed positions by a battery holder 4 and are arranged in a case 2 as a battery block 10.
  • the battery block 10 is composed of two sets of battery assemblies 11. In the battery assembly 11, the battery cell 1 is inserted into the battery holder 4 and the battery cell 1 is arranged at a fixed position.
  • the battery holder 4 has the battery cells 1 arranged in four rows in parallel with the side wall 23 of the case 2.
  • Two sets of battery assemblies 11 are arranged in two stages in the longitudinal direction of the case 2 to form a battery block 10 in which eight battery cells 1 are connected in series and in parallel in four rows and two stages.
  • each battery assembly 11 the openings of the discharge valves of the two battery cells 1 are arranged in the case 2 so as to face the end wall 24.
  • the battery assembly 11 is composed of four battery cells 1
  • the battery block 10 is composed of two sets of battery assemblies 11, and the battery block 10 is arranged in the case 2.
  • the battery pack of the present invention does not specify the number or connection state of the battery cells housed in the case.
  • the circuit board 3 is mounted with electronic components (not shown) that are connected to the battery cells 1 and realize a protection circuit for the battery cells 1.
  • the protection circuit is a circuit that prevents overcharge or overdischarge of the battery cell 1, a circuit that prevents overcurrent, or a circuit that cuts off current when the temperature rises abnormally.
  • the flameproof cover 6 is arranged on the inner surface of the case 2 and at a position facing the discharge valve side end surface 1a of the battery cell 1.
  • the flameproof cover 6 is provided with a diffusion gap 28 between the flameproof cover 6 and the exhaust valve side end surface 1a of the battery cell 1 so that the exhaust gas injected from the exhaust valve can collide with and diffuse to the surroundings.
  • the end faces of four battery cells 1 are arranged on the same plane and are arranged on the block end face 10a.
  • the flameproof cover 6 is arranged on the inner surface of the case 2 and at a position facing the entire surface of the block end surface 10a of the battery block 10. Since the flameproof cover 6 is arranged on the discharge valve side end face 1a and the electrode end face 1b without the discharge valve, the diffusion gap 28 is provided over the entire block end face 10a, and the flameproof cover 6 is discharged from the discharge valve. The exhaust gas generated can diffuse into the entire surface of the block end surface 10a and flow into the expansion space 25.
  • the diffusion gap 28 is preferably wider than 0.5 mm, preferably 1 mm or more. If the diffusion gap 28 is widened, the outer shape of the case 2 becomes large. Therefore, the diffusion gap 28 is preferably narrower than 5 mm.
  • the battery pack of the present invention is suitable for, for example, a small battery pack for home electric appliances in which the battery cell 1 has a charging capacity of 5 Ah or less and has a relatively small capacity battery cell, the entire structure is It is important to simplify and reduce the size and weight.
  • the flameproof cover 6 is a heat resistant plate that is not melted by the exhaust gas injected from the exhaust valve.
  • an inorganic plate in which inorganic fibers are gathered in a sheet shape or a plate shape, or a heat resistant plate in which the inorganic fibers are embedded in plastic can be used.
  • a mica plate an inorganic plate formed by molding an inorganic material into a plate shape, a metal plate, or the like can be used.
  • a plastic having excellent heat resistance, such as nylon resin or fluororesin, can be used. It is also possible to use a heat-resistant plate in which a thermoplastic resin is molded in a position, and a heat-resistant plate in which a plastic having better heat resistance characteristics such as silicon resin or polyimide resin is molded in a plate shape.
  • the case 2 is molded into a rectangular parallelepiped as a whole.
  • the case 2 is formed of a thermoplastic resin such as polycarbonate.
  • the case 2 contains therein a plurality of battery cells 1, which are arranged at fixed positions by a battery holder 4, a circuit board 3, and a flameproof cover 6.
  • the case 2 in the figure includes an upper case 2A and a lower case 2B.
  • the lower case 2B and the upper case 2A are provided with a peripheral wall 22 around a surface plate 21 having a quadrangular shape, which is rectangular in the figure.
  • the lower case 2B and the upper case 2A are connected by using the opening end surface of the peripheral wall 22 as a mating surface.
  • the peripheral wall 22 includes side walls 23 on both sides extending in the longitudinal direction of the rectangular surface plate 21 and end walls 24 orthogonal to the side wall 11.
  • the battery block 10 is arranged so that the end wall 24 is arranged at a position facing the discharge valve side end surface 1a of the battery cell 1.
  • a flameproof cover 6 is arranged.
  • the case 2 is provided with a plurality of smoke exhaust holes 27.
  • a plurality of smoke exhaust holes 27 are provided in the side wall 23 of the case 2.
  • the smoke exhaust holes 27 can be made smaller to increase the permeation resistance of the exhaust gas, and the number of the smoke exhaust holes 27 can be increased to reduce the total permeation resistance. And set so that it can be exhausted.
  • the inner diameter and the number of the smoke exhaust holes 27 are optimally designed to the capacity of the battery cell 1, that is, the amount of exhaust gas discharged from the opened exhaust valve.
  • the inner diameter is preferably 0.5 mm to 3 mm and the number is 10 to 100.
  • the present invention does not specify the inner diameter and the number of the smoke exhaust holes 27, and these are set to optimum values in consideration of the type, capacity, required safety, etc. of the battery cell 1.
  • the smoke exhaust hole 27 is attached with the label 7 that is peeled off by the exhaust gas. In this way, by closing the smoke exhaust hole 27 with the label 7, foreign matter can be prevented from entering without the exhaust valve being opened.
  • the case 2 has an expansion space 25 provided therein for the exhaust gas that has collided with the flameproof cover 6 and diffused in the diffusion gap 28.
  • the expansion space 25 communicates with the diffusion gap 28 and the smoke exhaust hole 27, expands and disperses the exhaust gas flowing from the diffusion gap 28, and further changes the direction and disperses into the plurality of smoke exhaust holes 27.
  • the expansion space 25 is formed by a gap between the inner surface of the case and the built-in object.
  • the expansion space 25 has a large volume so that the exhaust gas flowing in from the diffusion gap 28 can be expanded to a larger volume. Therefore, the expansion space 25 is set to have a sufficiently large volume as compared with the diffusion gap 28, preferably 10 times or more, more preferably 50 times or more of the diffusion gap 28.
  • the expansion space 25 is provided with a direction changing part 29 for changing the flow direction of exhaust gas at the corner of the case 2.
  • the direction changing unit 29 changes the direction of the exhaust gas to attenuate the energy.
  • the case 2 of FIGS. 1 to 3 is provided with a direction changing portion 29 at a corner portion of the surface plate 21, the side wall 23, and the end wall 24.
  • the battery pack 200 shown in FIGS. 5 to 7 has the structure in which the opening 26 is provided in the surface plate 21 of the case 2 and the porous plate 5 having the smoke exhaust hole 27 in the opening 26 is used to close the battery. Same structure as. In the case 2 of FIGS. 5 to 7, the opening 26 is provided on almost the entire surface of the surface plate 21 of the upper case 2A. In the battery pack 200, the opening 26 of the case 2 can be enlarged to smoothly discharge the exhaust gas. Therefore, the opening area of the opening 26 is preferably 40% or more of the surface plate 21, and more preferably 50% or more. And In case 2 of this figure, a square opening 26 is provided in a square surface plate 21 to increase the opening area of the opening 26.
  • the opening 26 is closed by a perforated plate 5 having a smoke exhaust hole 27 through which exhaust gas can pass.
  • the perforated plate 5 is joined and fixed to the surface plate 21 by a structure such as adhesion or welding, or is fixed by a fitting structure.
  • the perforated plate 5 is fixed so that no gap is formed between it and the opening 26.
  • a plurality of perforated plates 5 are laminated so that the energy of exhaust gas is attenuated and exhausted.
  • An expansion gap 8 for exhaust gas is provided between the laminated porous plates 5.
  • Each of the laminated perforated plates 5 has a structure in which the smoke exhaust holes 27 are arranged at non-opposed positions so as not to oppose each other, and the exhaust gas flows linearly through the plurality of perforated plates 5 and is not exhausted.
  • the perforated plate 5 is formed of a plastic plate and has a large number of smoke exhaust holes 27.
  • the porous plate 5 uses heat-resistant plastic that can attenuate the energy of the exhaust gas and exhaust it to the outside, and can safely exhaust the high-energy exhaust gas.
  • the perforated plate 5 is formed of a plastic having heat-resistant characteristics that does not thermally deform at the temperature of the exhaust gas, but the structure in which a plurality of perforated plates 5 are stacked with the expansion gaps 8 is not necessarily required. However, it is not necessary to have a heat resistance property that does not cause thermal deformation due to exhaust gas. Even if the inner porous plate 5 is thermally deformed, the safety of the battery pack 200 can be ensured by keeping the exhaust gas attenuated and exhausted by the large number of smoke exhaust holes 27 remaining in the outer porous plate 5. Because.
  • the porous plate 5 having a plurality of laminated layers is characterized in that it can be inexpensively mass-produced by injection molding with a thermoplastic resin such as polycarbonate.
  • a thermoplastic resin such as polycarbonate.
  • the present invention does not specify the plastic of the porous plate 5, and can be molded with a more excellent heat-resistant thermoplastic resin, for example, a thermoplastic resin such as a nylon resin or a fluororesin. It is also possible to mold with a plastic having more excellent heat resistance characteristics such as silicone resin or polyimide resin.
  • the perforated plate 5 shown in the plan view of FIG. 8 circular smoke exhaust holes 27 are arranged at the intersections of the checkerboard lattice, and the vertical and horizontal pitches of the smoke exhaust holes 27 are made constant.
  • the smoke exhaust hole 27 can be made small to increase the permeation resistance of the exhaust gas, but if it is too small, the exhaust gas cannot be smoothly exhausted to the outside of the case 2. Therefore, the inner diameter is preferably 1 mm to 3 mm.
  • the perforated plate 5 laminated on the innermost side of the case 2 allows the exhaust gas vigorously injected from the exhaust valve to permeate first.
  • the perforated plate 5 has a smoke exhaust hole 27 larger than the other perforated plates 5, so that the exhaust gas injected from the exhaust valve can smoothly pass through the smoke exhaust hole 27.
  • the smoke exhaust holes 27 of all the perforated plates 5 may have the same size.
  • the exhaust gas that has passed through the smoke exhaust hole 27 is jetted into the expansion gap 8 and adiabatically expanded.
  • the temperature of the exhaust gas that adiabatically expands in the expansion gap 8 decreases.
  • the expansion gap 8 is formed in a plurality of layers, each time the permeation hole 27 is passed through and the expansion gap 8 is introduced into the expansion gap 8, adiabatic expansion is performed and the temperature is lowered.
  • the thickness of the perforated plate 5 is preferably 1 mm to 3 mm because the perforated plate 5 can be formed thick and the smoke exhaust holes 27 can be elongated to increase the permeation resistance of exhaust gas.
  • the present invention does not specify the inner diameter of the smoke exhaust hole 27 and the thickness of the perforated plate 5 within the above-mentioned range.
  • the plate can be made thin or thick so that the energy of the exhaust gas is attenuated and exhausted.
  • the pitch of the smoke exhaust holes 27 is set such that the smoke exhaust holes 27 of the facing porous plates 5 are arranged at the non-opposing positions, and a part of the smoke exhaust holes 27 is not arranged at the facing position of the laminated porous plates 5. To be done. As shown in the plan view of FIG.
  • the perforated plate 5 in which the smoke exhaust holes 27 are arranged in a grid pattern is provided in the perforated plate 5 to be stacked around the smoke exhaust holes 27 provided in one perforated plate 5.
  • the four smoke exhaust holes 27 are arranged at positions where they do not overlap.
  • the structure in which the energy of the exhaust gas is attenuated and the exhaust gas can be safely discharged to the outside can be adopted. .. This is because most of the exhaust gas that has passed through the smoke exhaust hole 27 is laminated and collides with the surface of the porous plate 5 to attenuate the energy.
  • the perforated plate 5 is integrally formed with a protrusion 5b on the surface thereof so as to form an expansion gap 8 having a constant gap by stacking.
  • the protruding portion 5b shown in the figure is a spacer rib integrally formed along the side edge portion of the porous plate 5.
  • the protruding height of the protruding portion 5b which is a spacer rib, specifies the dimension of the expansion gap 8.
  • the expansion gap 8 is substantially equal to the thickness of the perforated plate 5, but the expansion gap 8 can be narrower or wider than the thickness of the perforated plate 5. ..
  • the narrow expansion gap 8 increases the permeation resistance of exhaust gas to more effectively attenuate the energy of exhaust gas, but the exhaust gas cannot be exhausted smoothly.
  • the expansion gap 8 is widened, a plurality of perforated plates 5 are laminated and become thicker. Therefore, the expansion gap 8 is set to a dimension such that exhaust gas can be smoothly exhausted while the entire laminated porous plate 5 is made as thin as possible, and further, harmful effects such as ignition can be prevented and safely exhausted, for example, 2 mm to 5 mm. To be done.
  • the protruding portions 5b are arranged scattered around the outer peripheral portion of the perforated plate 5 and, if necessary, also arranged in the central portion so that the expansion gap 8 can be held constant and laminated.
  • 9 and 10 show the perforated plate 5 laminated in five layers.
  • the perforated plate 5 shown in these figures is formed by alternately laminating two types of perforated plates 5 including a flat perforated plate 5A and an intermediate perforated plate 5B.
  • the flat porous plate 5A and the intermediate porous plate 5B are provided with smoke exhaust holes 27 at positions that do not face each other, that is, positions that do not face each other.
  • the intermediate porous plate 5A is provided with integrally formed protruding portions 5b protruding on both sides.
  • the perforated plate 5 of this shape can be laminated by alternately laminating two types of perforated plates 5, arranging the smoke exhaust holes 27 at non-opposing positions, and providing a constant expansion gap 8 between the perforated plates 5. ..
  • the perforated plate 5 shown in FIGS. 9 and 10 has a laminated structure of five layers by laminating three flat perforated plates 5A and two intermediate perforated plates 5B.
  • the planar porous plate 5A is laminated on both sides and in the middle, and the intermediate porous plate 5B is laminated between the planar porous plates 5A.
  • the perforated plates 5 made of plastic, which are molded into two kinds of shapes, are alternately laminated to form a laminated structure having an odd number of laminated layers.
  • the smoke exhaust holes 27 provided in the innermost planar porous plate 5A are larger than the smoke exhaust holes 27 of the other perforated plates 5.
  • the battery pack 100 in which the smoke exhaust hole 27 of the perforated plate 5 laminated on the innermost side of the case 2 is formed separately only the perforated plate 5 laminated on the innermost side is separately molded.
  • the plates 5 can be laminated to form an odd number of layers of 3 or more.
  • the battery pack 200 has a diffusion gap 28 and an expansion space 25 inside the case 2.
  • exhaust gas injected from an exhaust valve is injected to the flameproof cover 6 to attenuate energy in the diffusion gap 28 and the expansion space 25, and then provided on the further laminated porous plate 5.
  • Energy is attenuated by the smoke exhaust hole 27 and the expansion gap 8 provided between the perforated plates 5, and the energy is exhausted to the outside of the case.
  • the smoke exhaust hole 27 is a permeation resistance that allows the exhaust gas to pass therethrough, and attenuates the energy of the exhaust gas, and the expansion gap 8 causes the exhaust gas that has passed through the smoke exhaust hole 27 to collide with the surface of the perforated plate 5 so that the exhaust gas Attenuate energy.
  • the battery pack 200 shown in the schematic perspective view of FIG. 5 is arranged in a direction in which the ejection direction of the exhaust gas ejected from the battery cells 1 and the direction in which the exhaust gas permeates the smoke exhaust holes 27 of the porous plate 5 intersect with each other. doing.
  • the battery cell 1 is arranged so as to extend in the longitudinal direction of the rectangular surface plate 21, and the perforated plate 5 is arranged parallel to the surface plate 21 so as to close the opening 26 provided in the surface plate 21.
  • the battery cell 1 injects exhaust gas in a direction parallel to the surface of the surface plate 21 from the exhaust valve that opens, and the smoke exhaust hole 27 permeates the exhaust gas in a direction orthogonal to the surface plate 21 and exhausts it.
  • the injection direction of the exhaust gas and the exhaust direction of the smoke exhaust hole 27 are in a posture intersecting with each other, that is, the directions are orthogonal to each other in the figure, and the exhaust gas is redirected in the case 2 and exhausted to the outside. ..
  • the exhaust gas injected from the exhaust valve into the case 2 flows in the direction shown by the arrows in FIGS. 5 to 7 and is exhausted to the outside of the case 2.
  • the opening of the discharge valve is arranged so as to face the end wall 24 of the case 2.
  • the exhaust gas injected from the exhaust valve is injected toward the end wall 24. Since the flameproof cover 6 is arranged inside the end wall 24, the exhaust gas collides with the flameproof cover 6 and is scattered around in the diffusion gap 28.
  • the exhaust gas that has collided with the flameproof cover 6 and diffused in the diffusion gap 28 flows into the expansion space 25 and is further diffused.
  • the structure in which energy is attenuated and exhausted to the outside of the case 2 can suppress adverse effects such as ignition outside the case 2 and improve safety.
  • the present invention can be effectively used for a battery pack that safely exhausts exhaust gas.

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Abstract

電池の排出弁から噴射される高温の排出ガスによる弊害を抑制して安全性を向上する。　パック電池は、排出弁を有する電池セル（１）と、電池セル（１）を収納するケース（２）とを備える。ケース（２）は、排出弁からの排出ガスをケース外に排出する複数の排煙孔（２７）を有し、電池セル（１）の排出弁側端面（１ａ）との間に拡散隙間（２８）を設けて防炎カバー（６）を配置し、さらに、ケース（２）の内部には、防炎カバー（６）で拡散された排出ガスの膨張スペース（２５）を設けて、排出ガスの排出方向を、排出弁の排出ガス噴射方向に交差する方向としている。膨張スペース（２５）は、拡散隙間（２８）と排煙孔（２７）に連通され、流動するガスの方向転換部をケース隅部に設けている。パック電池は、排出弁からの排出ガスが、防炎カバー（６）に衝突して拡散隙間（２８）を介して膨張スペース（２５）に充満され、膨張スペース（２５）で方向転換されて複数の排煙孔（２７）に分散されてケース外に排出している。

Description

パック電池
　本発明は、外装ケースに充電できる電池を収納しているパック電池に関する。
　携帯型電気機器の電源として使用されるパック電池は、近年高出力化が一層求められており、単位体積あたりの効率に優れたリチウムイオン電池等の非水系電解液二次電池が採用されている。リチウムイオン電池は、高出力である反面、何らかの原因によって内圧が上昇することがある。電池の内圧上昇に対する安全性を確保するために、設定圧力で開弁して破裂を防止する排出弁を設けている。外装ケースに複数の貫通穴を設けて、内部の通気性を向上し、電池の放熱を進行して、ケース内に熱がこもることを防止するパック電池は開発されている。（特許文献１参照）
　このパック電池は、排出弁の排出ガスを貫通穴からケース外に排気できるが、排出弁から高温の排出ガスが排出されると、安全を確保できない弊害がある。外装ケースにリチウムイオン電池などの非水系電解液二次電池を内蔵するパック電池は、排出弁が開弁する状態では、電池は異常な発熱状態にあって、排出弁からは高温のガスが勢いよく噴出される。排出弁から噴射される高温のガスは、熱エネルギーと運動エネルギーが高く、外装ケースを熱溶融して破損する。破損された外装ケースは高温の噴出ガスをケース外に噴出するが、外部に噴射されたガスは空気に触れて発火することがある。また、外装ケース内で生じる火炎が、外装ケースの穴からケース外に放出するため、さらに安全性を確保できない。
　排出弁からの排出ガスによる外装ケースの損傷を防止するために、電池の排出弁側端面との対向位置に耐熱性のスペーサを配置するパック電池は開発されている。（特許文献２参照）
特開平１０－１６２７９５号公報 特開昭２０１０－５５９５７号公報
　特許文献２のパック電池は、電池の排出弁側端面と外装ケース内面との間に、マイカプレート等の耐熱性の板材を配置している。このパック電池は、排出弁から噴射される排出ガスをマイカプレートに衝突させて、直接に外装ケースに噴射されるのを防止できる。しかしながら、非水系電解液二次電池であるリチウムイオン電池の排出弁から噴射される排出ガスは、４００℃以上と異常に高温で、しかも勢いよく噴射されることから、マイカプレートに衝突して、表方向に方向転換した後も、異常な高温を保持しながら、勢いよく外装ケースの内面に衝突する。この状態で外装ケース内面に噴射される排出ガスは、外装ケースを熱溶融して損傷し、損傷部から排出ガスをケース外に噴射する。排出弁から噴射される高温の排出ガスがケース外に勢いよく噴射されるパック電池は、発煙、発火などによって充分な安全性を確保できない。
　本発明は、このような本発明者らの知見に基づきなされたものである。本発明の主な目的は、電池の排出弁から噴射される高温の排出ガスによる弊害及び火炎がケース外へ放出することを抑制して安全性を向上できるパック電池を提供することにある。
　本発明のパック電池は、内圧が設定圧力を越えると開弁する排出弁を有する電池セル１と、電池セル１を収納してなるケース２とを備えている。ケース２は、排出弁から噴出される排出ガスを、ケース外に排出する複数の排煙孔２７を有しており、電池セル１の排出弁側端面１ａと対向するケース内面との間に拡散隙間２８を設けて防炎カバー６を配置している。さらに、ケース２の内部には、防炎カバー６で拡散された排出ガスの膨張スペース２５を設けており、排煙孔２７は、排出ガスの排出方向を、排出弁の排出ガス噴射方向に交差する方向とするケース面に開口している。膨張スペース２５は、拡散隙間２８と、ケース内面の排煙孔２７の内側開口部に連通され、かつ、ケース２の内部を流動するガスの方向転換部２９をケース隅部に設けており、排出弁から噴射される排出ガスが、防炎カバー６に衝突して拡散隙間２８を介して膨張スペース２５に充満され、膨張スペース２５で方向転換されて複数の排煙孔２７に分散されてケース外に排出されるようにしている。
　以上のパック電池は、開弁する排出弁から噴射される高温の排出ガスが外装ケースの外部に勢いよく噴射されるのを抑制して、発火などの弊害を防止して安全性を向上できる特徴がある。それは、以上のパック電池が、排出弁から噴射される高温で高エネルギーの排出ガスを、防炎カバーに衝突させて拡散隙間で周囲に拡散し、さらに方向転換してエネルギーを減衰した後、拡散隙間から膨張スペースに充満し、膨張スペースに流入された排出ガスをケース隅部に設けた方向転換部でガスの流動方向を転換してさらにエネルギーを減衰し、膨張スペースでもって排出ガスの流動経路を長くしてエネルギーをさらに減衰し、エネルギーの減衰された排出ガスを複数の排煙孔に分散してケース外にスムーズに排気するからである。
本発明の実施形態１に係るパック電池の内部構造を示す概略水平断面図である。 本発明の実施形態１に係るパック電池の垂直横断面図である。 本発明の実施形態１に係るパック電池の垂直縦断面図である。 本発明の実施形態１に係るパック電池の内部構造を示す概略斜視図である。 本発明の実施形態２に係るパック電池の内部構造を示す概略斜視図である。 本発明の実施形態２に係るパック電池の内部構造を示す概略水平断面図である。 本発明の実施形態２に係るパック電池の垂直縦断面図である。 多孔板の積層状態を示す一部拡大平面図である。 多孔板の積層状態を示す拡大断面図である。 多孔板の積層状態を示す拡大断面斜視図である。
　本発明の第１の発明は、内圧が設定圧力を越えると開弁する排出弁を有する電池セルと、電池セルを収納してなるケースとを備えるパック電池であって、ケースが、排出弁から噴出される排出ガスを、ケース外に排出する複数の排煙孔を有しており、電池セルの排出弁側端面と対向するケース内面との間に拡散隙間を設けて防炎カバーを配置しており、さらに、ケースの内部には、防炎カバーで拡散された排出ガスの膨張スペースを設けており、排煙孔は、排出ガスの排出方向を、排出弁の排出ガス噴射方向に交差する方向とするケース面に開口され、膨張スペースは、拡散隙間と、ケース内面の排煙孔の内側開口部に連通され、かつ、ケースの内部を流動するガスの方向転換部をケース隅部に設けており、排出弁から噴射される排出ガスが、防炎カバーに衝突して拡散隙間を介して膨張スペースに充満され、膨張スペースで方向転換されて複数の排煙孔に分散されてケース外に排出されるようにしている。
　本発明の第２の発明は、防炎カバーを耐熱性の板材としている。以上のパック電池は、防炎カバーをケース内の定位置に簡単に配置できる。それは、防炎カバーを耐熱性の板材とするからである。
　本発明の第３の発明は、防炎カバーを、無機プレート、金属プレート、耐熱製のプラスチック板の何れかとしている。
　本発明の第４の発明は、ケースが側壁に１０個以上の排煙孔を開口しており、排煙孔の内径を、０．５ｍｍ以上であって３ｍｍ以下としている。
　本発明の第５の発明は、複数の排煙孔を、防炎カバーに対して直交するケース面に開口している。
　本発明の第６の発明は、ケースが、表面プレートの周囲に周壁を設けてなる直方体で、排煙孔が、ケースの周壁に設けられている。
　本発明の第７の発明は、ケースが、表面プレートの周囲に周壁を設けてなる直方体で、排煙孔が、ケースの表面プレートに設けられている。
　本発明の第８の発明は、電池セルを非水系電解液二次電池としている。さらに、本発明の第９の発明は、電池セルをリチウムイオン電池としている。さらにまた、本発明の第１０の発明は、電池セルの容量を５Ａｈ以下としている。
　本発明の第１１の発明は、電池セルが円筒形電池で、複数の円筒形電池が端面を同一平面に配置し、かつ平行姿勢に配置されて電池ブロックを構成しており、ケースが、四角形である一対の表面プレートの周囲に周壁を設けてなる直方体で、周壁は、電池ブロックのブロック端面との対向位置にある端部壁と、電池ブロックの両側の側部壁とからなり、防炎カバーがブロック端面と端部壁との間に配置され、排煙孔を周壁と表面プレートの何れかに配置している。
　以下、図面に基づいて本発明を詳細に説明する。なお、以下の説明では、必要に応じて特定の方向や位置を示す用語（例えば、「上」、「下」、及びそれらの用語を含む別の用語）を用いるが、それらの用語の使用は図面を参照した発明の理解を容易にするためであって、それらの用語の意味によって本発明の技術的範囲が制限されるものではない。また、複数の図面に表れる同一符号の部分は同一もしくは同等の部分又は部材を示す。
　さらに以下に示す実施形態は、本発明の技術思想の具体例を示すものであって、本発明を以下に限定するものではない。また、以下に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、特定的な記載がない限り、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、例示することを意図したものである。また、一の実施の形態、実施例において説明する内容は、他の実施の形態、実施例にも適用可能である。また、図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため、誇張していることがある。
（実施形態１）
　図１～図４に示すパック電池１００は、複数の電池セル１と、各々の電池セル１を定位置に配置している電池ホルダー４と、電池ホルダー４に固定している回路基板３と、電池セル１の排出弁開口部との対向位置に配置している防炎カバー６と、電池ホルダー４で定位置に配置している電池セル１と回路基板３と防炎カバー６を内部に配置しているケース２とを備える。
（電池セル１）
　電池セル１は円筒形電池である。円筒形電池は、円筒状の金属ケースに電極と電解液を収納している。金属ケースは、底を閉塞している外装缶の開口部に、封口板を気密に固定している密閉構造としている。外装缶は、金属板をプレス加工して製作される。封口板は、絶縁材のパッキンを介して外装缶の開口部周縁にカシメ加工して気密に固定される。
　電池セル１は、図示しないが、金属ケースの内圧が異常に高くなって破損するのを防止するために、封口板に排出弁を設けている。排出弁は、開口する状態で内部のガスなどを排出する開口部を封口板に設けている。ただし、電池セルは、外装缶の底部に排出弁とその開口部を設けることもできる。排出弁は、内圧が設定圧力、たとえば１．５ＭＰａよりも高くなると開弁して、内圧上昇による金属ケースの破壊を防止する。排出弁は、異常な状態で開弁される。したがって、排出弁が開弁する状態では、電池セル１の温度も非常に高くなっている。このため、開弁する排出弁から排出されるガスや電解液（噴出物）は異常な高温となっている。とくに、電池セル１をリチウムイオン電池等の非水系電解液二次電池とするパック電池は、排出ガスが４００℃以上である異常な高温となる。さらに、リチウムイオン電池は、非水系の電解液を充填していることから、これが高温でケース外に排出されると、空気に触れて発火して、さらに異常な高温となることがある。リチウムイオン電池に限らず、他の充電できる電池においても、開弁する排出弁から噴出される排出ガスは高温となるので、排出ガスのエネルギーを減衰してケース外に排気することは安全性を高くすることから大切である。
（電池ホルダー４）
　図１～図４のパック電池１００は、複数の電池セル１を電池ホルダー４で定位置に配置して電池ブロック１０としてケース２内に配置している。電池ブロック１０は、２組の電池組立１１からなる。電池組立１１は、電池ホルダー４に電池セル１を挿入して電池セル１を定位置に配置している。電池ホルダー４は、ケース２の側部壁２３と平行に４列に電池セル１を配置している。２組の電池組立１１がケース２の長手方向に２段に配列されて、４列２段に８本の電池セル１を直列と並列に接続している電池ブロック１０を構成している。各々の電池組立１１は、２本の電池セル１の排出弁の開口部を端部壁２４と対向してケース２内に配置している。図のパック電池１００は、電池組立１１を４個の電池セル１で構成して、２組の電池組立１１で電池ブロック１０を構成して、電池ブロック１０をケース２内に配置しているが、本発明のパック電池は、ケースに収納する電池セルの個数や接続状態を特定しない。
（回路基板３）
　回路基板３は、電池セル１に接続されて電池セル１の保護回路を実現する電子部品（図示せず）を実装している。保護回路は、電池セル１の過充電や過放電を防止する回路、あるいは過電流を防止する回路、あるいは又温度が異常に上昇する状態で電流を遮断する回路である。
（防炎カバー６）
　防炎カバー６は、ケース２の内面であって、電池セル１の排出弁側端面１ａとの対向位置に配置される。防炎カバー６は、排出弁から噴射される排出ガスを衝突させて周囲に拡散できるように、電池セル１の排出弁側端面１ａとの間に拡散隙間２８を設けている。図１のパック電池１００は、４本の電池セル１の端面を同一平面に配置してブロック端面１０ａに配置するが、２本の電池セル１は排出弁側端面１ａ（図にあってプラス電極）をブロック端面１０ａに配置して、２本の電池セル１は排出弁を設けない電極端面１ｂ（マイナス電極）をブロック端面１０ａに配置している。防炎カバー６は、ケース２の内面であって、電池ブロック１０のブロック端面１０ａの全面との対向位置に配置している。この防炎カバー６は、排出弁側端面１ａと、排出弁のない電極端面１ｂに防炎カバー６を配置しているので、ブロック端面１０ａの全体に拡散隙間２８を設けて、排出弁から排出される排出ガスを、ブロック端面１０ａの全面に拡散して膨張スペース２５に流入できる。
　拡散隙間２８は、狭すぎると排出ガスをスムーズに通過できないので、好ましくは０．５ｍｍよりも広く、好ましくは１ｍｍ以上とする。拡散隙間２８を広くするとケース２の外形が大きくなるので、好ましくは拡散隙間２８は５ｍｍより狭くする。とくに、本発明のパック電池は、たとえば、電池セル１の充電容量を５Ａｈ以下とする、比較的小容量の電池セルを内蔵する家電製品用の小形パック電池に適しているので、全体の構造を簡素化して、小形軽量化することは大切である。
　防炎カバー６は、排出弁から噴射される排出ガスで溶融されない耐熱プレートである。防炎カバー６は、無機繊維をシート状や板状に集合している無機プレートや、無機繊維をプラスチックに埋設している耐熱プレートが使用できる。さらに、防炎カバー６は、マイカプレートや無機質材を板状に成形している無機プレート、あるいは金属プレート等も使用でき、さらに、耐熱特性に優れたプラスチック、たとえば、ナイロン樹脂やフッ素樹脂等の熱可塑性樹脂を位置状に成形した耐熱プレート、さらに、シリコン樹脂やポリイミド樹脂等のより耐熱特性の優れたプラスチックを板状に成形した耐熱プレートも使用できる。
（ケース２）
　ケース２は、全体を四角形の直方体に成形される。ケース２は、ポリカーボネート等の熱可塑性樹脂で成形される。ケース２は、内部に電池ホルダー４で定位置に配置している複数の電池セル１と回路基板３と防炎カバー６を内蔵している。図のケース２は、上ケース２Ａと下ケース２Ｂとからなる。下ケース２Ｂと上ケース２Ａは、四角形、図にあっては長方形の表面プレート２１の周囲に周壁２２を設けている。下ケース２Ｂと上ケース２Ａは、周壁２２の開口端面を合わせ面として連結している。周壁２２は、長方形の表面プレート２１の長手方向に伸びる両側の側部壁２３と、この側部壁１１に直交する端部壁２４とからなる。図１と図３のケース２は、端部壁２４を電池セル１の排出弁側端面１ａに対向する位置に配置するように電池ブロック１０を配置しているので、端部壁２４の内面に防炎カバー６を配置している。
（排煙孔２７）
　ケース２は、複数の排煙孔２７を設けている。図１～図４のケース２は、ケース２の側部壁２３に複数の排煙孔２７を設けている。排煙孔２７は、小さくして排出ガスの透過抵抗を大きくでき、個数を多くしてトータルでの透過抵抗を少なくできるので、内径と個数を、排出ガスを低エネルギーに減衰してスムーズに分散して排気できるように設定する。排煙孔２７の内径と個数は、電池セル１の容量、すなわち開弁した排出弁から排出される排出ガス量に最適設計される。たとえば、通称「１８６５０」と呼ばれる円筒形のリチウムイオン電池にあっては、好ましくは内径を０．５ｍｍ～３ｍｍ、個数を１０個～１００個とする。ただし、本発明は、排煙孔２７の内径や個数を特定するものでなく、これ等は、電池セル１の種類、容量、要求される安全性などを考慮して最適値に設定される。排煙孔２７は、図１及び図２の鎖線で示すように、排出ガスで剥離されるラベル７を付着している。このように、排煙孔２７をラベル７で塞ぐことで、排出弁が開弁しない状態で異物が侵入するのを防止している。
（膨張スペース２５）
　ケース２は、防炎カバー６に衝突して拡散隙間２８で拡散された排出ガスの膨張スペース２５を内部に設けている。膨張スペース２５は、拡散隙間２８と排煙孔２７に連通されて、拡散隙間２８から流入される排出ガスを膨張させて分散し、さらに方向転換して複数の排煙孔２７に分散して流入させる。膨張スペース２５は、ケース内面と内蔵物との隙間で構成される。ケース２内には、電池セル１を電池ホルダー４で定位置に固定している電池組立１１と、電池ホルダー４に固定している回路基板３を内蔵するので、これ等の内蔵物とケース内面との間にできる空隙、および内蔵物である電池セル１、電池ホルダー４、回路基板３の間に連通してできる全ての隙間で構成される。膨張スペース２５は容積を大きくして、拡散隙間２８から流入される排出ガスをより大容積に膨張できる。したがって、膨張スペース２５は拡散隙間２８に比較して充分に大きな容積、好ましくは、拡散隙間２８の１０倍以上、さらに好ましくは５０倍以上に設定される。
　膨張スペース２５は、ケース２の隅部で排出ガスの流動方向を変更する方向転換部２９を設けている。方向転換部２９は、排出ガスを方向転換してエネルギーを減衰させる。図１～図３のケース２は、表面プレート２１と側部壁２３と端部壁２４とのコーナー部に方向転換部２９を設けている。
（実施形態２）
　図５～図７のパック電池２００は、ケース２の表面プレート２１に開口部２６を設け、この開口部２６に排煙孔２７を設けた多孔板５で塞ぐ構造とする以外は、実施形態１と同じ構造とする。図５～図７のケース２は、上ケース２Ａの表面プレート２１のほぼ全面に開口部２６を設けている。このパック電池２００は、ケース２の開口部２６を大きくして、排出ガスをスムーズに排気できるので、開口部２６の開口面積は、好ましくは表面プレート２１の４０％以上、さらに好ましくは５０％以上とする。この図のケース２は、四角形の表面プレート２１に四角形の開口部２６を設けて、開口部２６の開口面積を大きくしている。
　開口部２６は、排出ガスが通過できる排煙孔２７を設けた多孔板５で塞いでいる。多孔板５は、表面プレート２１に接着や溶着等の構造で接合して固定され、あるいは嵌合構造で固定される。多孔板５は、開口部２６との間に隙間ができないように固定される。多孔板５は、排出ガスのエネルギーを減衰して排気するように、複数枚を積層している。積層された多孔板５の間には、排出ガスの膨張隙間８を設けている。積層された各々の多孔板５は、排煙孔２７を対向しない非対向位置に配置して、排出ガスが複数の多孔板５を直線的に流れて排気しない構造としている。多孔板５はプラスチックを板状に成形して、多数の排煙孔２７を設けている。
　多孔板５は、排出ガスのエネルギーを減衰して外部に排気できる耐熱特性のプラスチックを使用して、高エネルギーの排出ガスを安全に排気できる。多孔板５は、排出ガスの温度で熱変形しない耐熱特性のプラスチックで成形することを理想とするが、複数の多孔板５を膨張隙間８を設けて積層する構造は、必ずしも全ての多孔板５が排出ガスで熱変形しない耐熱特性とする必要はない。内側の多孔板５が熱変形しても、外側の多孔板５が残存する多数の排煙孔２７で排出ガスを減衰して排気できる状態に保時して、パック電池２００の安全は確保できるからである。複数枚を積層している多孔板５は、ポリカーボネート等の熱可塑性樹脂で射出成形して安価に多量生産できる特徴がある。ただし、本発明は、多孔板５のプラスチックを特定するものでなく、さらに優れた耐熱性の熱可塑性樹脂、たとえば、ナイロン樹脂やフッ素樹脂等の熱可塑性樹脂で成形することができ、さらにまた、シリコン樹脂やポリイミド樹脂のより耐熱特性の優れたプラスチックで成形することもできる。
　図８の平面図に示す多孔板５は、碁盤格子の交点に円形の排煙孔２７を配置して、排煙孔２７の縦横のピッチを一定としている。排煙孔２７は、小さくして排出ガスの透過抵抗を大きくできるが、小さすぎると排出ガスをスムーズにケース２外に排気できないので、好ましくは内径を１ｍｍ～３ｍｍとする。ケース２の最も内側に積層される多孔板５は、排出弁から勢いよく噴射された排出ガスが最初に透過する。この多孔板５は、排煙孔２７を他の多孔板５よりも大きくして、排出弁から噴射される排出ガスをスムーズに排煙孔２７に透過できる。ただし、全ての多孔板５の排煙孔２７を同じ大きさとすることもできる。排煙孔２７を透過した排出ガスは、膨張隙間８に噴出されて断熱膨張される。膨張隙間８で断熱膨張する排出ガスは温度が低下する。３枚以上の多孔板５を積層する構造は、複数層に膨張隙間８ができるので、排煙孔２７を透過して膨張隙間８に流入される毎に断熱膨張して温度が低下する。
　多孔板５は、厚く成形して排煙孔２７を長くして排出ガスの透過抵抗を大きくできるので、多孔板５の厚さは、好ましくは１ｍｍ～３ｍｍとする。ただ、本発明は排煙孔２７の内径と多孔板５の厚さを前述の範囲に特定するものでなく、より小さい排煙孔を多数設け、あるいはより大きい排煙孔を少数設け、さらに多孔板を薄くあるいは厚くして、排出ガスのエネルギーを減衰して排気する形状とすることもできる。排煙孔２７のピッチは、対向する多孔板５の排煙孔２７が非対向位置に配置されて、積層する多孔板５の対向位置に、排煙孔２７の一部も配置されない寸法に設定される。排煙孔２７を碁盤格子状に配置する多孔板５は、図８の平面図に示すように、ひとつの多孔板５に設けた排煙孔２７の周囲に、積層する多孔板５に設けた４個の排煙孔２７が重ならない位置に配置する。ただし、互いに対向して配置される多孔板５に設けた排煙孔２７の一部が重なる位置に配置する構造としても、排出ガスのエネルギーが減衰して安全に外部に排気できる構造は採用できる。それは、排煙孔２７を透過した排出ガスのほとんどが、積層して多孔板５の表面に衝突してエネルギーを減衰するからである。
　多孔板５は、図９と図１０に示すように、積層して一定の隙間の膨張隙間８ができるように、表面に突出部５ｂを一体的に成形して設けている。図に示す突出部５ｂは、多孔板５の側縁部に沿って一体成形されたスペーサリブとしている。スペーサリブである突出部５ｂの突出高さは、膨張隙間８の寸法を特定する。図９の断面図に示す多孔板５は、膨張隙間８を多孔板５の厚さにほぼ等しくしているが、膨張隙間８は、多孔板５の厚さよりも狭く、あるいは広くすることもできる。狭い膨張隙間８は、排出ガスの透過抵抗を大きくして、排出ガスのエネルギーをより効果的に減衰できるが、排出ガスをスムーズに排気できなくなる。膨張隙間８を広くすると、複数の多孔板５を積層して厚くなる。したがって、膨張隙間８は、積層した多孔板５全体をできる限り薄くしながら、排出ガスをスムーズに排気でき、さらに発火などの弊害を防止して安全に排気できる寸法、たとえば、２ｍｍ～５ｍｍに設定される。
　突出部５ｂは、多孔板５の外周部に点在して配置され、さらに必要であれば中央部にも配置して、膨張隙間８を一定に保持して積層できる。図９及び図１０は、５層に積層している多孔板５を示している。これらの図に示す多孔板５は、平面多孔板５Ａと中間多孔板５Ｂとからなる２種の多孔板５を交互に積層している。平面多孔板５Ａと中間多孔板５Ｂは、対向しない位置、すなわち非対向位置に排煙孔２７を設けている。中間多孔板５Ａは、両面に突出する突出部５ｂを一体的に成形して設けている。この形状の多孔板５は、２種の多孔板５を交互に積層して、排煙孔２７を非対向位置に配置し、かつ多孔板５の間に一定の膨張隙間８を設けて積層できる。図９と図１０に示す多孔板５は、３枚の平面多孔板５Ａと、２枚の中間多孔板５Ｂを積層して５層の積層構造としている。平面多孔板５Ａは、両面と中間に積層され、中間多孔板５Ｂは、平面多孔板５Ａの間に積層されている。この構造は、２種の形状に成形しているプラスチック製の多孔板５を、交互に積層して積層枚数を奇数枚の積層構造にできる。図９と図１０に示す多孔板５は、最も内側に配置される平面多孔板５Ａに設けた排煙孔２７を他の多孔板５の排煙孔２７よりも大きくしている。このように、ケース２の最も内側に積層する多孔板５の排煙孔２７を大きくするパック電池１００は、最も内側に積層する多孔板５のみ別に成形するので、３種の形状に成形した多孔板５を積層して、３層以上の奇数層に積層できる。
　パック電池２００は、ケース２の内部に拡散隙間２８と膨張スペース２５を設けている。このパック電池２００は、排出弁から噴射される排出ガスを防炎カバー６に噴射して、拡散隙間２８と膨張スペース２５とでエネルギーを減衰させた後、さらに積層された多孔板５に設けた排煙孔２７と、多孔板５の間に設けた膨張隙間８とでエネルギーを減衰してケース外に排出する。排煙孔２７は、排出ガスが透過する透過抵抗で、排出ガスのエネルギーを減衰し、膨張隙間８は排煙孔２７を透過した排出ガスを多孔板５の表面に衝突させて、排出ガスのエネルギーを減衰する。
　図５の概略斜視図に示すパック電池２００は、電池セル１から噴射される排出ガスの噴出方向と、多孔板５の排煙孔２７を排出ガスが透過する方向とが互いに交差する方向に配置している。電池セル１は、長方形の表面プレート２１の長手方向に伸びる姿勢で配置され、多孔板５は、表面プレート２１に設けた開口部２６を塞ぐように、表面プレート２１と平行に配置される。電池セル１は、開弁する排出弁から表面プレート２１の表面と平行な方向に排出ガスを噴射し、排煙孔２７は、排出ガスを表面プレート２１に直交する方向に透過して排気する。すなわち、排出ガスの噴射方向と、排煙孔２７の排気方向は互いに交差する姿勢となり、図にあっては直交する方向となり、排出ガスは、ケース２内で方向変更して外部に排気される。
　排出弁からケース２内に噴射された排出ガスは、図５～図７の矢印で示す方向に流動してケース２外に排気される。電池セル１は、排出弁の開口部をケース２の端部壁２４に対向して配置している。排出弁から噴射される排出ガスは、端部壁２４に向かって噴射される。端部壁２４の内側には防炎カバー６を配置しているので、排出ガスは防炎カバー６に衝突して拡散隙間２８において周囲に飛散される。防炎カバー６に衝突して拡散隙間２８で拡散された排出ガスは、膨張スペース２５に流入してさらに拡散される。膨張スペース２５に流入する排出ガスは、図の矢印で示すように、ケース２の内面に衝突し、分散され、方向転換されて排煙孔２７から外部に排気される。図の矢印で示すように、ケース２の内面に衝突し、分散し、方向転換してエネルギーを減衰して排煙孔２７を透過し、さらに排煙孔２７と膨張隙間８とでエネルギーを減衰してケース２外に排気される。エネルギーを減衰してケース２外に排気する構造は、ケース２外での発火等の弊害を抑制して安全性を向上できる。
　本発明は、排出ガスを安全に排気するパック電池に有効に使用できる。
１００、２００…パック電池
１…電池セル
１ａ…排出弁側端面
１ｂ…電極端面
２…ケース
２Ａ…上ケース
２Ｂ…下ケース
３…回路基板
４…電池ホルダー
５…多孔板
５Ａ…平面多孔板
５Ｂ…中間多孔板
５ｂ…突出部
６…防炎カバー
７…ラベル
８…膨張隙間
１０…電池ブロック
１０ａ…ブロック端面
１１…電池組立
２１…表面プレート
２２…周壁
２３…側部壁
２４…端部壁
２５…膨張スペース
２６…開口部
２７…排煙孔
２８…拡散隙間
２９…方向転換部
 

Claims (11)

  1. 　内圧が設定圧力を越えると開弁する排出弁を有する電池セルと、
    　前記電池セルを収納してなるケースとを備えるパック電池であって、
    　前記ケースは、前記排出弁から噴出される排出ガスを、前記ケース外に排出する複数の排煙孔を有し、
    　　前記電池セルの排出弁側端面と対向する前記ケース内面との間に拡散隙間を設けて防炎カバーを配置しており、さらに
    　前記ケースの内部には、前記防炎カバーで拡散された排出ガスの膨張スペースを設けており、
    　前記排煙孔の排出ガスの排出方向は、前記排出弁の排出ガス噴射方向に交差する方向に開口され、
    　前記膨張スペースは、
    　　前記拡散隙間と、前記ケース内面の前記排煙孔の内側開口部に連通され、かつ、
    　　前記ケースの内部を流動するガスの方向転換部を前記ケース隅部に設けており、
    　前記排出弁から噴射される排出ガスが、
    　　前記防炎カバーに衝突して前記拡散隙間を介して前記膨張スペースに充満され、
    　　前記膨張スペースで方向転換されて複数の前記排煙孔に分散されて前記ケース外に排出されるようにしてなることを特徴とするパック電池。
  2. 　請求項１に記載するパック電池であって、
    　防炎カバーが耐熱性の板材であることを特徴とするパック電池。
  3. 　請求項２に記載するパック電池であって、
    　防炎カバーが、無機プレート、金属プレート、耐熱製のプラスチック板の何れかであることを特徴とするパック電池。
  4. 　請求項１ないし３のいずれかに記載するパック電池であって、
    　前記ケースが側壁に１０個以上の前記排煙孔を開口しており、
    　前記排煙孔の内径が、０．５ｍｍ以上であって３ｍｍ以下であることを特徴とするパック電池。
  5. 　請求項１ないし４のいずれかに記載するパック電池であって、
    　複数の前記排煙孔が、前記防炎カバーに対して直交するケース面に開口されてなることを特徴とするパック電池。
  6. 　請求項５に記載するパック電池であって、
    　前記ケースが、表面プレートの周囲に周壁を設けてなる直方体で、
    　前記排煙孔が、前記ケースの前記周壁に設けられてなることを特徴とするパック電池。
  7. 　請求項５に記載するパック電池であって、
    　前記ケースが、表面プレートの周囲に周壁を設けてなる直方体で、
    　前記排煙孔が、前記ケースの前記表面プレートに設けられてなることを特徴とするパック電池。
  8. 　請求項１～７の何れかに記載するパック電池であって、
    　前記電池セルが非水系電解液二次電池であることを特徴とするパック電池。
  9. 　請求項８に記載するパック電池であって、
    　前記電池セルがリチウムイオン電池であることを特徴とするパック電池。
  10. 　請求項８又は９に記載するパック電池であって、
    　前記電池セルの容量が５Ａｈ以下であることを特徴とするパック電池。
  11. 　請求項１ないし１０のいずれかに記載するパック電池であって、
    　前記電池セルが円筒形電池で、複数の円筒形電池が端面を同一平面に配置し、かつ平行姿勢に配置されて電池ブロックを構成しており、
    　前記ケースが、四角形である一対の表面プレートの周囲に周壁を設けてなる直方体で、
    　前記周壁は、前記電池ブロックのブロック端面との対向位置にある端部壁と、前記電池ブロックの両側の側部壁とからなり、
    　前記防炎カバーが前記ブロック端面と端部壁との間に配置され、
    　前記排煙孔が前記周壁と前記表面プレートの何れかに配置されてなることを特徴とするパック電池。
     
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