(57)【要約】【課題】二次電池の異常時にケース内に発生した一酸化炭素がケース外へ放出されることを抑制できる電池パックを提供すること。【解決手段】電池パック１４は、圧力開放弁を有する複数の二次電池２０と、複数の二次電池２０を収容する密閉状のケース１５と、ケース１５内を大気開放する排出口２６及び排煙ダクト２７と、を有する。また、電池パック１４は、ケース１５から排煙ダクト２７に排出されたガスに曝されると酸素を発生する酸素発生部材２９を有する。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電池ケース内に電解液及び電極組立体が収容され、前記電池ケースの内圧が規定圧力を超えた場合に前記電池ケースの内圧を開放する圧力開放弁を有する複数の二次電池と、
複数の前記二次電池を収容する密閉状のケースと、
前記ケース内を大気開放する大気開放部と、
前記大気開放部に設けられ、前記ケースから前記大気開放部に排出されたガスに曝されると酸素を発生する酸素発生部材と、を有することを特徴とする電池パック。
【請求項２】
前記大気開放部は、前記ケース内に発生した前記ガスを当該ケースの外へ排出するために前記ケースに設けられた排出口と、前記排出口に接続され、当該排出口を大気開放する排煙ダクトと、を備え、前記酸素発生部材は前記排煙ダクトの内部に設けられている請求項１に記載の電池パック。
【請求項３】
前記排煙ダクトの内部には、前記酸素発生部材を前記排煙ダクトの内部に保持する保持構造が設けられている請求項２に記載の電池パック。
【請求項４】
前記酸素発生部材は酸素を封入した樹脂カプセルであり、前記樹脂カプセルは、前記ガスによって溶融する樹脂製である請求項１〜請求項３のうちいずれか一項に記載の電池パック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧力開放弁を有する複数の二次電池を収容するケースを有する電池パックに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＥＶ（Electric Vehicle）やＰＨＶ（Plug in Hybrid Vehicle）などの車両には、原動機となる電動機への供給電力を蓄える蓄電装置としてリチウムイオン電池などの二次電池が複数搭載されている。複数の二次電池は、直列接続又は並列接続された電池モジュールとして電池パックのケースに収容されている。また、二次電池の電池ケースには、正極及び負極の積層体である電極組立体、及び電解液が収容されている。二次電池の電池ケースにおける壁部には、電池ケース内の圧力を電池ケース外に開放させる圧力開放弁が設けられている。
【０００３】
二次電池では、正極と負極との内部短絡や、過充放電などによって、電極組立体の一部が発熱し、この電極組立体の発熱反応が制御不能に繰り返される状態、所謂熱暴走に陥ることがある。二次電池が熱暴走した状態では、二次電池の温度は自発的に上昇し続ける。すると、電解液が分解され、電池ケース内にガスが発生し、電池ケースの内圧が上昇する。そして、電池ケースの内圧が既定値を超えると、圧力開放弁が破断して、電池ケースの内圧が開放されるとともに、電池ケース内からガスが噴出する。ガスの噴出により、電池パックのケースの内圧が上昇するが、ケースの内圧上昇に伴う破損を抑制するため、例えば、特許文献１では、電池パックのケースに、ガスを排出するための機構を設けている。
【０００４】
特許文献１の組電池は、複数の二次電池から構成される電池群を収容したケースを備える。ケースは、電池群の周囲に冷却空気を流す冷却流路と、冷却流路から区画され、二次電池から放出されたガスを排気するガス排気流路と、冷却流路とガス排気流路とを連通する短絡流路と、を有する。また、組電池は、冷却流路の給気口及び排気口それぞれに設けられた開閉弁を有するとともに、短絡流路にリリーフ弁を有する。
【０００５】
そして、二次電池からガスが放出された場合、開閉弁が閉じられ、冷却流路が閉じられる。さらに、冷却流路の内圧が所定値以上に上昇すると、リリーフ弁が開放される。これにより、冷却流路は短絡流路を介してガス排気流路に連通し、冷却流路内の気体がガス排気流路を通して室外又は車外に排気される。その結果、ケースの内圧上昇が抑制され、ケースの破損が抑制される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−１９２２０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところが、電池パックのケース内において、二次電池の電池ケースから噴出したガスに引火することがある。このとき、ケース内は酸素欠乏状態となり、類焼が阻止されるが、ケース内が酸素欠乏状態となるため、ケース内には有害ガスである一酸化炭素が発生することがある。しかし、特許文献１に開示のガス排出機構においては、ケースの破損を抑制するため、ケース内のガスをそのままケースから室外又は車外に排出しており、上記のように一酸化炭素が発生した場合は、一酸化炭素がそのまま室外又は車外に排出されることとなり、環境的に好ましくない。
【０００８】
本発明の目的は、二次電池の異常時にケース内に発生した一酸化炭素がケース外へ放出されることを抑制できる電池パックを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記問題点を解決するための電池パックは、電池ケース内に電解液及び電極組立体が収容され、前記電池ケースの内圧が規定圧力を超えた場合に前記電池ケースの内圧を開放する圧力開放弁を有する複数の二次電池と、複数の前記二次電池を収容する密閉状のケースと、前記ケース内を大気開放する大気開放部と、前記大気開放部に設けられ、前記ケースから前記大気開放部に排出されたガスに曝されると酸素を発生する酸素発生部材と、を有することを要旨とする。
【００１０】
これによれば、電池パックのケース内において、いずれかの二次電池に熱暴走が発生し、圧力開放弁によって二次電池の内圧が開放されると、二次電池の電池ケースからガスが電池ケース外に噴出し、噴出したガスに引火することがある。このとき、密閉状のケース内は酸素欠乏状態となり、類焼が阻止されるが、ケース内が酸素欠乏状態となるため、ケース内には有害ガスである一酸化炭素が発生する。
【００１１】
ケースの内圧に対し大気開放部が負圧になると、ケース内のガスは大気開放部に流れ込む。大気開放部に流れ込んだ高温のガスに酸素発生部材が曝されると、酸素発生部材から酸素が発生する。すると、高温のガスに含まれる一酸化炭素に酸素が混合され、二酸化炭素が発生する。その結果、二次電池の異常時にケース内に発生した一酸化炭素がケース外へ放出されることを抑制できる。
【００１２】
また、電池パックについて、前記大気開放部は、前記ケース内に発生した前記ガスを当該ケースの外へ排出するために前記ケースに設けられた排出口と、前記排出口に接続され、当該排出口を大気開放する排煙ダクトと、を備え、前記酸素発生部材は前記排煙ダクトの内部に設けられていてもよい。
【００１３】
これによれば、ケース内で発生した高温のガスは排出口から排煙ダクトに流れ込む。この排煙ダクトの内部に酸素発生部材が設けられている。このため、酸素発生部材をガスに曝しやすく、酸素発生部材から酸素を発生させやすい。また、排煙ダクト内で酸素が発生するため、酸素発生部材から発生する酸素がケース内で拡散する場合に比べると、一酸化炭素に酸素を混合させやすい。
【００１４】
また、電池パックについて、前記排煙ダクトの内部には、前記酸素発生部材を前記排煙ダクトの内部に保持する保持構造が設けられていてもよい。
これによれば、電池パックが振動を受けたり、傾いたりしても、保持構造によって酸素発生部材を排煙ダクトの内部に保持できる。
【００１５】
また、電池パックについて、前記酸素発生部材は酸素を封入した樹脂カプセルであり、前記樹脂カプセルは、前記ガスによって溶融する樹脂製であってもよい。
これによれば、大気開放部に流れ込んだ高温のガスに酸素発生部材が曝されると、樹脂カプセルが溶融する。すると、樹脂カプセルに封入された酸素が放出され、酸素が発生する。このため、酸素発生部材は、酸素を効率良く発生できる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、二次電池の異常時にケース内に発生した一酸化炭素がケース外へ放出されることを抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】車両における車室空間及び電池パックの配置を模式的に示す図。
【図２】実施形態の電池パックを模式的に示す部分縦断面図。
【図３】実施形態の電池パックを模式的に示す平断面図。
【図４】二次電池を示す斜視図。
【図５】排煙ダクト、酸素発生部材、及び保持部材を示す部分縦断面図。
【図６】排煙ダクト、酸素発生部材、及び保持部材を示す部分断面図。
【図７】作用を説明する図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、電池パックを具体化した一実施形態を図１〜図７にしたがって説明する。
図１に示すように、車両１０は、車室空間１０ａの中に座席１１を前後方向に２列に備える。なお、車両１０は、座席１１を前後方向に１列備えていてもよいし、前後方向に３列備えていてもよい。車両１０は、車室空間１０ａにおける後部の座席１１の下方に配置された電池パック１４を備える。
【００１９】
図２又は図３に示すように、電池パック１４は、四角箱状のケース１５と、ケース１５の内部に収容された複数の二次電池２０を有している。ケース１５は、矩形平板状の底板１６と、底板１６の短手方向に対向する一対の端縁から立設する第１側壁１７と、底板１６の長手方向に対向する一対の端縁から立設する第２側壁１８と、一対の第１側壁１７及び一対の第２側壁１８の上端に支持された天板１９と、を有する。収容空間Ｓは、底板１６と、一対の第１側壁１７と、一対の第２側壁１８と、天板１９とによって区画されている。
【００２０】
ケース１５は、収容空間Ｓを気密に略密閉し、後述する排出口２６以外の箇所での気体の出入りが抑止された構造を有する。そして、気密に略密閉された収容空間Ｓに複数の二次電池２０が収容されている。ここで「略密閉」とは、ケース１５内が酸素欠乏状態となり、二次電池２０の類焼が阻止される状態を意味する。
【００２１】
なお、二次電池２０はリチウムイオン二次電池である。図４に示すように、二次電池２０は、電池ケース２１を備える。二次電池２０の電池ケース２１は、扁平な四角箱状である。複数の二次電池２０は、ケース１５の長手方向に電池ケース２１の厚さ方向が沿うように並べられている。よって、ケース１５の長手方向と二次電池２０の並設方向とが一致する。なお、複数の二次電池２０は並列接続されていてもよいし、直列接続されていてもよい。
【００２２】
電池ケース２１には電極組立体２１ａ及び図示しない電解液が収容されている。電極組立体２１ａは正極と負極を備えている。電池ケース２１は、電極組立体２１ａを収容する有底箱状のケース本体２２と、ケース本体２２の開口部を閉塞する板状の蓋部２３とから構成されている。蓋部２３には、接続端子２４が設けられている。接続端子２４は、図示しない導電部材を介して電極組立体２１ａに電気的に接続されている。
【００２３】
二次電池２０では、正極と負極との内部短絡や、過充放電などによって、電極組立体２１ａの一部が発熱し、この電極組立体２１ａの発熱反応が制御不能に繰り返される状態、所謂、熱暴走に陥ることがある。二次電池２０が熱暴走した状態では、二次電池２０の温度は自発的に上昇し続ける。すると、電解液が分解され、電池ケース２１内にガスが発生し、電池ケース２１の内圧が上昇する。
【００２４】
蓋部２３には、電池ケース２１の内圧が規定圧力を超えるまで上昇したときに、破断して電池ケース２１の内圧を開放するための圧力開放弁２５が設けられている。なお、「規定圧力」は、電池ケース２１の内圧が高まったときに、電池ケース２１の内圧によって電池ケース２１が破損する前に圧力開放弁２５が破断するような圧力に設定される。そして、電池ケース２１の内圧が上昇し、圧力開放弁２５が破断すると、電池ケース２１内からガスが噴出する。
【００２５】
図２又は図３に示すように、電池パック１４のケース１５は、上記したように気密な略密閉状である。このため、万一、電池ケース２１からガスが噴出し、ガスに引火したとしても、即座にケース１５内が酸素欠乏状態となり、類焼が阻止されるようになっている。しかし、ケース１５内には、有害ガスである一酸化炭素（ＣＯ）が発生する。
【００２６】
電池パック１４は、ケース１５内に発生した一酸化炭素を含むガスをケース１５外へ排出するための構成を有する。以下、ガスをケース１５外へ排出する構成について説明する。
【００２７】
電池パック１４は、ケース１５の一対の第２側壁１８のうちの一方に大気開放部３０を備える。大気開放部３０は、一方の第２側壁１８の一部が円形状に開口した排出口２６と、排出口２６に接続される排煙ダクト２７とを備える。
【００２８】
排出口２６は、ケース１５の内外を連通させる。排出口２６は、ケース１５内に発生したガスをケース１５外へ排出するために設けられる。排出口２６は、並設された複数の二次電池２０のうち、並設方向の端に配置された二次電池２０に対向する第２側壁１８に設けられている。排出口２６は、第２側壁１８の上端縁より僅かに下方で、かつ並設方向の端の二次電池２０の蓋部２３より上方に設けられている。また、排出口２６は、ケース１５の短手方向の中央に設けられている。複数の二次電池２０の圧力開放弁２５上を通過し、かつ並設方向に延びる仮想線をＭとすると、排出口２６は、排出口２６の中心軸と、この仮想線Ｍとが一致するように配置されている。
【００２９】
排煙ダクト２７は、金属製の細長筒状である。排煙ダクト２７内の容積は、ケース１５内の容積より小さい。排煙ダクト２７の軸線Ｌ１は、水平方向に延びる。排煙ダクト２７の入口２７ａは、排出口２６に連通し、排煙ダクト２７の出口２７ｂは、車室空間１０ａより外であり、車両１０の外に向けて開口するように配置されている。したがって、排煙ダクト２７は、排出口２６を介してケース１５に連通している。排出口２６及び排煙ダクト２７を介して、ケース１５内が大気開放されている。
【００３０】
上述したように、圧力開放弁２５が破断し、二次電池２０からガスが噴出したとき、ケース１５の内圧は上昇する。そして、ケース１５の内圧が排煙ダクト２７の内圧より高くなり、ケース１５と排煙ダクト２７との間に差圧が生じる。すると、排出口２６を介して、ケース１５内のガスが排煙ダクト２７に流入する。このガスには一酸化炭素が含まれる。排煙ダクト２７において、ガスが流れる方向を排気方向Ｘとする。
【００３１】
図５に示すように、排煙ダクト２７は、内部に一対の保持部材２８を備える。一対の保持部材２８は、排煙ダクト２７の排気方向Ｘに沿う中央より上流側に配置されている。また、一対の保持部材２８は、排気方向Ｘに一定の距離を持って離れている。各保持部材２８は、金網製である。
【００３２】
図６に示すように、各保持部材２８は、複数の網目を有する円盤状である。各保持部材２８の外周縁が排煙ダクト２７の内周面に接合されている。排煙ダクト２７の内部において、一対の保持部材２８の間には複数の酸素発生部材２９が配置され、排煙ダクト２７の底面上に並べて配置されている。したがって、一対の保持部材２８は、排煙ダクト２７の内部に複数の酸素発生部材２９を保持する保持構造を構成している。
【００３３】
酸素発生部材２９は、樹脂カプセルである。酸素発生部材２９の樹脂カプセル内には酸素が封入されている。酸素発生部材２９の樹脂カプセルは、本実施形態ではポリプロピレン製である。樹脂カプセルの樹脂は、二次電池２０からガスが噴出して引火したときに発生する高温のガスによって溶融する樹脂である。酸素発生部材２９の樹脂カプセルが高温のガスによって溶融すると、樹脂カプセルに封入されている酸素が放出され、酸素が発生するようになっている。
【００３４】
次に、電池パック１４の作用を記載する。
図７に示すように、電池パック１４が備える複数の二次電池２０の中の一つにおいて、電極組立体２１ａに熱暴走が発生し、電池ケース２１の内圧が規定圧力を超えると、圧力開放弁２５が破断する。すると、電池ケース２１の内圧が開放されるとともに、破断した圧力開放弁２５から電池ケース２１内のガスが噴出する。このとき、ガスに引火したとしても、ケース１５内が酸素欠乏状態となり、類焼が阻止される一方で、ケース１５内には有害ガスである一酸化炭素が発生する。
【００３５】
圧力開放弁２５が破断した直後は、ケース１５の内圧は比較的低いが、その後、ガスの発生に伴ってケース１５の内圧が上昇する一方で、排煙ダクト２７の内圧は大気圧のままであるため、ケース１５と排煙ダクト２７との間に差圧が生じる。すると、ケース１５内の一酸化炭素を含む高温のガスは、排煙ダクト２７に流れ込む。高温のガスは、上流側の保持部材２８の網目を通過し、複数の酸素発生部材２９が高温に曝される。すると、酸素発生部材２９の樹脂カプセルが溶融し、樹脂カプセルに封入されてた酸素が放出される。排煙ダクト２７を流れるガス中の一酸化炭素に酸素（Ｏ２）が混合され、一酸化炭素が酸化される。その結果、一酸化炭素が二酸化炭素（ＣＯ２）となり、二酸化炭素が車両１０から大気へ排出される。
【００３６】
上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）ケース１５の排出口２６に接続した排煙ダクト２７の内部に酸素発生部材２９を配置した。そして、ケース１５内で発生した高温のガスが排煙ダクト２７を流れ、酸素発生部材２９が高温に曝されると、酸素発生部材２９の樹脂カプセルが溶融して酸素が放出される。このため、ガスに含まれる一酸化炭素に酸素が混合され、二酸化炭素としてケース１５外へ排出でき、有害な一酸化炭素がケース１５外の大気へ放出されることを抑制できる。
【００３７】
（２）ケース１５には排煙ダクト２７が接続され、この排煙ダクト２７内に酸素発生部材２９が配置されている。ケース１５内で発生したガスは排煙ダクト２７に流れ込むため、酸素発生部材２９をガスに曝しやすく、酸素発生部材２９から酸素を放出させやすい。また、酸素発生部材２９から放出された酸素は排煙ダクト２７内に放出される。例えば、ケース１５内にて酸素が放出される場合と比べると、排煙ダクト２７内で酸素を放出させることにより、一酸化炭素に酸素を混合させやすく、二酸化炭素を発生させやすい。
【００３８】
（３）排煙ダクト２７の内部には一対の保持部材２８が設けられ、一対の保持部材２８の間に複数の酸素発生部材２９が配置されている。そして、複数の酸素発生部材２９は、排煙ダクト２７の内部において一対の保持部材２８の間に保持されている。このため、車両１０の走行中の振動や傾きが生じても、酸素発生部材２９が排煙ダクト２７から脱落したり、ばらけたりすることを防止できる。よって、一酸化炭素が発生したときは、複数の酸素発生部材２９から酸素を放出させ、一酸化炭素を酸化することができる。
【００３９】
（４）各保持部材２８は金網製であるため、複数の酸素発生部材２９を排煙ダクト２７内に保持しながらも、ケース１５から排煙ダクト２７に流れ込んだガスの流れを妨げることがない。
【００４０】
（５）複数の保持部材２８は、排煙ダクト２７の中央よりも上流側に配置されている。また、一対の保持部材２８は排気方向Ｘに距離を持って配置されている。よって、排煙ダクト２７の内部において、高温のガスによって溶融される酸素発生部材２９の量を多くして発生する酸素の量を多くできるとともに、一酸化炭素を酸素と混合させる距離を長くして、一酸化炭素をより二酸化炭素にしやすくなっている。
【００４１】
（６）酸素発生部材２９は、樹脂カプセルに酸素を封入して構成されている。そして、樹脂カプセルは、ケース１５内で発生する高温のガスによって溶融する。このため、排煙ダクト２７に流れ込んだ高温のガスに酸素発生部材２９が曝されると、樹脂カプセルが溶融する。すると、樹脂カプセルに封入された酸素が放出される。このため、酸素発生部材２９は、酸素を効率良く発生させることができる。
【００４２】
本実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
○  酸素発生部材２９の樹脂カプセルは、ケース１５内で発生した高温のガスによって溶融する樹脂であれば、ポリプロピレン以外の樹脂であってもよく、例えば、ポリエチレンであってもよい。
【００４３】
○  樹脂カプセルに変えて、ケース１５内で発生した高温のガスによって溶融する無機材料からなるカプセルを用いてもよい。この場合、樹脂カプセルと異なりカプセル自体が炭素（Ｃ）を含まないため、カプセル自体が一酸化炭素発生源となる虞が少ない。
【００４４】
○  排煙ダクト２７の内部に酸素発生部材２９を保持するための保持構造は、保持部材２８以外の方法でもよい。例えば、複数の酸素発生部材２９を、接着剤によって排煙ダクト２７の内周面に接着して保持してもよい。
【００４５】
○  保持部材２８及び酸素発生部材２９は、排気方向Ｘにおける中央より上流側に配置されていなくてもよく、排気方向Ｘの中央部や、中央部より下流側に配置されていてもよい。
【００４６】
○  酸素発生部材２９から放出される酸素の量が、一酸化炭素と混合して二酸化炭素とすることができる量であれば、酸素発生部材２９は１つであってもよい。
○  酸素発生部材２９は、酸素を封入した樹脂カプセル以外の構成であってもよく、酸化鉄を含む塗料であってもよい。酸化鉄を含む塗料は、排煙ダクト２７の内周面や、排出口２６の内周縁に塗布して大気開放部に設けることになる。そして、ケース１５内で発生した高温のガスに塗料が曝されると、酸化鉄から酸素が発生する。
【００４７】
○  酸素発生部材２９は、酸素を封入した樹脂カプセル以外の構成であってもよく、例えば、石膏であってもよい。そして、ケース１５内で発生した高温のガスに石膏が曝されると、水が生成され、その水に含まれる酸素と一酸化炭素が反応して二酸化炭素が発生する。
【００４８】
○  電池パック１４は、排煙ダクト２７を備えない構成であってもよく、この場合、大気開放部は排出口２６のみで構成される。この場合、酸素発生部材２９は、排出口２６の内周縁に沿うように配置される。
【００４９】
○  電池パック１４は、車室空間１０ａではなく、車両１０における車室空間１０ａの外側に搭載してもよい。この場合、排煙ダクト２７の出口２７ｂは、車両１０の外に向けて開口していてもよいし、車両１０内で開口していてもよい。
【００５０】
○  二次電池２０は、リチウムイオン二次電池に限定されず、ニッケル水素二次電池など、他の二次電池であってもよい。要は、正極用の活物質と負極用の活物質との間をイオンが移動するとともに電荷の授受を行うものであればよい。
【００５１】
○  排出口２６の位置は、ケース１５の上端以外の場所であってもよい。
次に、上記実施形態及び別例から把握できる技術的思想について以下に追記する。
（１）前記酸素発生部材は、前記排煙ダクトの内周面に塗布された塗料であり、前記塗料は酸化鉄を含む塗料である。
【符号の説明】
【００５２】
１４…電池パック、１５…ケース、２０…二次電池、２１…電池ケース、２１ａ…電極組立体、２５…圧力開放弁、２６…大気開放部としての排出口、２７…大気開放部としての排煙ダクト、２８…保持構造としての保持部材、２９…酸素発生部材、３０…大気開放部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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