WO2020153015A1

WO2020153015A1 - パック電池

Info

Publication number: WO2020153015A1
Application number: PCT/JP2019/048014
Authority: WO
Inventors: 健明若林; 憲作竹田
Original assignee: 三洋電機株式会社
Priority date: 2019-01-25
Filing date: 2019-12-09
Publication date: 2020-07-30
Also published as: EP3916867A4; JP7404275B2; CN113302774A; US20220085453A1; JPWO2020153015A1; CN113302774B; EP3916867A1

Abstract

電池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）をケース（２）に収納し、電池セル（１）の排出弁側端面（１ａ）に対向する位置に防炎キャップ（６）を配置している。防炎キャップ（６）は、排出弁側端面（１ａ）の対向位置に配置している衝突プレート部（６Ａ）と、衝突プレート部（６Ａ）の周囲に形成された壁（６Ｂ）とを備え、電池セル（１）の排出弁及びその近傍が周壁（６Ｂ）の内側に配置されて、電池セル（１）と周壁（６Ｂ）との間には逆噴射隙間（３０）を設けている。さらに、ケース（２）の内部には、逆噴射隙間（３０）から流入される排出ガスの膨張スペースを設けている。膨張スペースは、排出弁から噴射される排出ガスが、防炎キャップ（６）の衝突プレート部（６Ａ）に衝突し、拡散隙間（２８）と逆噴射隙間（３０）を介して膨張スペースに充満される。

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。排出弁が開弁するとき、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。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１参照）

特開２０１０－５５９５７号公報

　特許文献１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される。排出弁から噴射される高温の排出ガスがケース外に噴射されるパック電池は、発煙、発火などによって高い安全性は確保されない。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。

　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、電池セル１の排出弁側端面１ａに対向する位置には、排出弁側端面１ａとの間に拡散隙間２８を設けて防炎キャップ６を配置している。防炎キャップ６は、排出弁側端面１ａの対向位置に配置している衝突プレート部６Ａと、衝突プレート部６Ａの周囲に形成された周壁６Ｂとを備え、電池セル１の排出弁及びその近傍が周壁６Ｂの内側に配置されて、電池セル１と周壁６Ｂとの間には逆噴射隙間３０を設けている。さらに、ケース２の内部には、逆噴射隙間３０から流入される排出ガスの膨張スペース２５を設けている。膨張スペース２５は、排出弁から噴射される排出ガスが、防炎キャップ６の衝突プレート部６Ａに衝突し、拡散隙間２８と逆噴射隙間３０を介して膨張スペース２５に充満される。

　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、防炎キャップの衝突プレート部に衝突させて拡散隙間で拡散し、拡散された排出ガスをさらに逆噴射隙間に流入して流動方向を排出弁の噴射方向の逆方向に方向転換してエネルギーを減衰すると共に、逆噴射隙間から膨張スペースに流入して充満された排出ガスのエネルギーを膨張スペースでさらに減衰するからである。

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。図３に示す防炎キャップの展開図である。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、電池セルの排出弁側端面に対向する位置には、排出弁側端面との間に拡散隙間を設けて防炎キャップを配置しており、防炎キャップは、排出弁側端面の対向位置に配置している衝突プレート部と、衝突プレート部の周囲に形成された周壁とを備え、電池セルの排出弁及びその近傍が周壁の内側に配置されて、電池セルと周壁との間には逆噴射隙間を設けており、さらに、ケースの内部には、前記逆噴射隙間から流入される排出ガスの膨張スペースを設けており、膨張スペースは、排出弁から噴射される排出ガスが、防炎キャップの衝突プレート部に衝突し、拡散隙間と逆噴射隙間を介して膨張スペースに充満されるようにしている。

　本発明の第２の発明は、ケースが、電池セルの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、排煙孔は、排煙孔から排出される排出ガスの排出方向と、電池セルの排出弁から排出される排出ガスの噴射方向が交差する方向となるようにケース面に開口され、膨張スペースは、逆噴射隙間と、ケース内面の排煙孔の内側開口部に連通され、排出弁から噴射される排出ガスが、膨張スペースで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３の発明は、防炎キャップを、可撓性の耐熱シートとしている。以上のパック電池は、防炎キャップの内側に電池セルを簡単にスムーズに配置できる特徴がある。防炎キャップが変形して電池セルを周壁の内側に挿入できるからである。

　本発明の第４の発明は、防炎キャップを、耐熱繊維をシート状にしてなる耐熱繊維シートとしている。

　本発明の第５の発明は、防炎キャップを、耐熱繊維を方向性なく集合してなる不織布、又は耐熱繊維を編組してなる繊維シートとしている。

　本発明の第６の発明は、耐熱繊維を無機繊維又は耐熱プラスチック繊維の何れかとしている。

　本発明の第７の発明は、防炎キャップを、耐熱性のプラスチックシート又はプラスチック板の何れかとしている。

　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。

　本発明の第１０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、電池ブロックの端部を防炎キャップに挿入している。

　本発明の第１１の発明は、ケースを非密閉構造としている。さらに、本発明の第１２の発明は、ケースの少なくとも一部を、多数の貫通穴を有する多孔板としている。以上のパック電池は、ケース内の排出ガスをスムーズに外部に排出できる特徴がある。

　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キャップ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と防炎キャップ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。

（防炎キャップ６）
　防炎キャップ６は、ケース２内面であって、電池セル１の排出弁側端面１ａとの間に拡散隙間２８を設けて配置している。防炎キャップ６は、排出弁側端面１ａの対向位置に配置している衝突プレート部６Ａと、この衝突プレート部６Ａの周囲に形成された周壁６Ｂとを備えており、電池セル１の排出弁及びその近傍を周壁６Ｂの内側に配置して、電池セル１と周壁６Ｂとの間に逆噴射隙間３０を設けて、逆噴射隙間３０を拡散隙間２８に連通している。防炎キャップ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を設けて衝突プレート部６Ａを配置している。図１及び図２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電池ブロック１０のブロック端面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。防炎キャップ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衝突プレート部６Ａを配置して、衝突プレート部６Ａの外周に沿って設けている周壁６Ｂの内側に電池ブロック１０の端部を挿入して、電池セル１との間に逆噴射隙間３０を設けている。

　この防炎キャップ６は、排出弁側端面１ａと、排出弁のない電極端面１ｂを防炎キャップ６に挿入しているので、電池ブロック１０のブロック端面１０ａの全体に衝突プレート部６Ａを配置して、電池ブロック１０の端部と周壁６Ｂとの間に逆噴射隙間３０を設けている。排出弁から排出される排出ガスは、衝突プレート部６Ａに衝突して拡散隙間２８で拡散された後、拡散隙間２８から逆噴射隙間３０に流入して排出弁の噴射方向と逆方向に方向転換して膨張スペース２５に流入される。

　拡散隙間２８と逆噴射隙間３０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と逆噴射隙間３０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と逆噴射隙間３０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１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。

　防炎キャップ６は、排出弁から噴射される排出ガスで溶融されない、折り曲げできる可撓性の耐熱シートである。防炎キャップ６は、無機繊維をシート状に集合している無機シート、又は無機繊維にプラスチックを含浸している可撓性の耐熱シートが適している。折り曲げできる可撓性の耐熱シートは、図４の展開図に示すように裁断し、鎖線で示す衝突プレート部６Ａと周壁６Ｂとの境界で直角に折り曲げて、防炎キャップ６として、電池セル１の端部を周壁６Ｂの内側に簡単に配置できる。ただ、防炎キャップ６は、必ずしも折り曲げできる可撓性の耐熱シートとする必要はなく、たとえば、マイカプレートや無機質材をキャップ形状の無機プレートとし、また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キャップ形状に成形し、あるいは、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キャップ形状に成形して製作することもできる。

（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と防炎キャップ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２３に直交する端部壁２４とからなる。図１～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の内面に防炎キャップ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３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、防炎キャップ６の衝突プレート部６Ａに衝突して拡散隙間２８で拡散されて逆噴射隙間３０から流出される排出ガスの膨張スペース２５を内部に設けている。排出弁から噴射される排出ガスは、防炎キャップ６の衝突プレート部６Ａに衝突し、拡散隙間２８と逆噴射隙間３０を介して膨張スペース２５に充満される。膨張スペース２５は、逆噴射隙間３０と排煙孔２７に連通されて、逆噴射隙間３０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２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２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、逆噴射隙間３０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や逆噴射隙間３０に比較して充分に大きな容積、好ましくは、拡散隙間２８や逆噴射隙間３０の１０倍以上、さらに好ましくは５０倍以上に設定される。

（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、少なくとも一部を、多数の貫通穴を有する多孔板５としている。図に示すケース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、この開口部２６を多孔板５で閉塞している。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２７ａ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キャップ６に噴射して、拡散隙間２８と逆噴射隙間３０とでエネルギーを減衰させた後、膨張スペース２５に噴射して、膨張スペース２５でさらにエネルギーを減衰させた後、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に設けた排煙孔２７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の内側には防炎キャップ６を配置しているので、排出ガスは防炎キャップ６の衝突プレート部６Ａに衝突して拡散隙間２８で周囲に飛散された後、方向転換して逆噴射隙間３０へ流入される。防炎キャップ６に衝突して拡散隙間２８から逆噴射隙間３０に方向転換された排出ガスは、膨張スペース２５に流入してさらに拡散されてエネルギーが減衰される。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…防炎キャップ
６Ａ…衝突プレート部
６Ｂ…周壁
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
３０…逆噴射隙間

Claims

　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、
　前記電池セルの排出弁側端面に対向する位置には、前記排出弁側端面との間に拡散隙間を設けて防炎キャップを配置しており、
　前記防炎キャップは、
　　前記排出弁側端面の対向位置に配置している衝突プレート部と、前記衝突プレート部の周囲に形成された周壁とを備え、
　　前記電池セルの排出弁及びその近傍が前記周壁の内側に配置されて、前記電池セルと前記周壁との間には逆噴射隙間を設けており、
　さらに、前記ケースの内部には、前記逆噴射隙間から流入される排出ガスの膨張スペースを設けており、
　前記膨張スペースは、
　　前記排出弁から噴射される排出ガスが、前記防炎キャップの衝突プレート部に衝突し、前記拡散隙間と前記逆噴射隙間を介して前記膨張スペースに充満されることを特徴とするパック電池。
　請求項１に記載するパック電池であって、
　前記ケースが、
　　前記電池セルの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、
　前記排煙孔は、
　　該排煙孔から排出される排出ガスの排出方向と、前記電池セルの排出弁から排出される排出ガスの噴射方向が交差する方向にケース面に開口され、
　前記膨張スペースは、
　　前記逆噴射隙間と、前記ケース内面の前記排煙孔の内側開口部に連通され、
　前記排出弁から噴射される排出ガスが、
　　前記膨張スペースで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。
　請求項１又は２に記載するパック電池であって、
　前記防炎キャップが可撓性の耐熱シートであることを特徴とするパック電池。
　請求項３に記載するパック電池であって、
　前記防炎キャップが、耐熱繊維をシート状にしてなる耐熱繊維シートであることを特徴とするパック電池。
　請求項４に記載するパック電池であって、
　前記防炎キャップが、耐熱繊維を方向性なく集合してなる不織布、又は耐熱繊維を編組してなる繊維シートであることを特徴とするパック電池。
　請求項４又は５に記載するパック電池であって、
　耐熱繊維が無機繊維又は耐熱プラスチック繊維の何れかであることを特徴とするパック電池。
　請求項１又は２に記載するパック電池であって、
　前記防炎キャップが、耐熱性のプラスチックシート又は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。
　請求項１ないし７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。
　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。
　請求項１ないし９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、
　前記電池ブロックの端部が前記防炎キャップに挿入されてなることを特徴とするパック電池。
　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、
　前記ケースが非密閉構造であることを特徴とするパック電池。
　請求項１１に記載するパック電池であって、
　前記ケースの少なくとも一部が、多数の貫通穴を有する多孔板であることを特徴とするパック電池。