(57)【要約】【課題】異常発生時に有害ガスの拡散を防止し、安全性および信頼性の向上を図ることが可能な組電池を提供する。【解決手段】組電池は、電池群１４と電池群を収容したケース１６とを有している。電池群を構成する複数の二次電池１２は、それぞれ電極体を収容した外装容器１８と、外装容器のガスを排気するガス排気機構と、を有している。ケースは、電池郡の周囲に冷却空気を流す冷却流路２６と、この冷却流路から区画され、ガス排気機構から放出されたガスを排気するガス排気流路２８と、を有している。冷却流路の給気口２６ａおよび排気口２６ｂにそれぞれ設けられた開閉弁３２ａ、３２ｂと、ガス排気流路内のガスを検出する検出器３６と、検出器の検出値が所定の閾値を越えた際に、開閉弁により冷却流路の排気口および給気口を遮蔽する制御部３４と、を備えている。【選択図】    図１
2010192209.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極体を収容した外装容器と、前記外装容器に露出して設けられた電極端子と、前記外装容器のガスを排気するガス排気機構と、をそれぞれ有する複数の二次電池を、前記ガス排気機構が同一方向を向いた状態で配列した電池郡と、
前記電池郡の周囲に冷却空気を流す冷却流路と、この冷却流路から区画され、前記ガス排気機構から放出されたガスを排気するガス排気流路と、を有し、前記電極群を収容するケースと、
前記冷却流路の給気口および排気口にそれぞれ設けられた開閉弁と、
前記ガス排気流路内のガスを検出する検出器と、
前記検出器の検出値が所定の閾値を越えた際に、前記開閉弁により冷却流路の排気口および給気口を遮蔽する制御部と、を備えた組電池。
【請求項２】
電極体を収容した外装容器と、前記外装容器に露出して設けられた電極端子と、前記外装容器のガスを排気するガス排気機構と、前記外装容器の周囲に巻装され前記外装容器の膨張を規制する枠状の拘束部材と、をそれぞれ有する複数の二次電池を、前記ガス排気機構が同一方向を向いた状態で、かつ、互いに隙間を置いて配列した電池郡と、
前記電池郡の周囲に冷却空気を流す冷却流路と、この冷却流路から区画され、前記ガス排気機構から放出されたガスを排気するガス排気流路と、を有し、前記電極群を収容するケースと、を備えた組電池。
【請求項３】
電極体を収容した外装容器と、前記外装容器に露出して設けられた電極端子と、前記外装容器のガスを排気するガス排気機構と、をそれぞれ有する複数の二次電池を、互いに隙間を置いて配列した電池郡と、
前記電池郡の周囲に冷却空気を流す冷却流路と、この冷却流路から区画され、前記ガス排気機構から放出されたガスを排気するガス排気流路と、を有し、前記電極群を収容するケースと、を備え、
前記二次電池の外装容器は、この外装容器内の内圧が上昇した際に膨張して隣接物に接触するように薄板で形成されている組電池。
【請求項４】
電極体を収容した外装容器と、
前記外装容器に露出して設けられた電極端子と、
前記外装容器のガスを排気するガス排気機構と、
接着されることなく前記外装容器を被覆するとともに通気性を有する絶縁被覆と、
を備えた二次電池。
【請求項５】
電極体を収容した外装容器と、前記外装容器に露出して設けられた電極端子と、前記外装容器のガスを排気するガス排気機構と、接着されることなく前記外装容器を被覆するとともに通気性を有する絶縁被覆と、をそれぞれ有する複数の二次電池を、互いに隙間を置いて配列した電池郡と、
前記電池郡の周囲に冷却空気を流す冷却流路と、この冷却流路から区画され、前記ガス排気機構から放出されたガスを排気するガス排気流路と、を有し、前記電極群を収容するケースと、を備えた組電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リチウムイオン二次電池等の二次電池、および複数の二次電池とこれらを収容するケースとを備えた組電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電気自動車、ハイブリッド電気自動車、電動自転車の電源、あるいは、電気機器の電源として、二次電池が広く用いられている。例えば、非水系二次電池であるリチウムイオン二次電池は、高出力、高エネルギー密度を有することから、電気自動車等の電源として注目されている。また、更なる高容量化、高出力化を図るため、複数の二次電池をケース内に並べて配置し、これらの二次電池を並列あるいは直列に接続した組電池、あるいは、バッテリパックが用いられている。
【０００３】
一般に、リチウムイオン二次電池（以下、単位セルと称する）は充放電によってセル内温度が上昇する。この時、セル内部にガスが発生し、セル内圧が上昇する。そのため、単位セルは、異常過熱時の急激な有害ガス発生等による内圧上昇時、セルを破裂させることなく安全に発生ガスを排気するために、脱ガス機構を設けている場合が多い。また、組電池においては、各単位セルから排出される有害な発生ガスを集約、排出するためのガス排出流路を設けている場合が多い。
【０００４】
一方、室内空間で使用される組電池の場合、充放電に伴って単位セルから発生するジュール熱を冷却するため、単位セルの周囲に冷却空気を流すための冷却風路がケースに設けられている。そして、組電池の冷却風路は、室内空間に連通する給気口、排気口を有し、室内から冷却風路に冷却風を取り入れ、排気口から排気するように構成されている。室内空間への有害ガスの混入を防止するため、冷却風路とガス排出流路とは、気密に仕切られている（例えば、特許文献１）。
【０００５】
単位セルは、過充電等の継続した発熱を伴う異常モードにおいては、はじめに内部材料の電気化学反応による緩やかな温度上昇と有害ガスの発生が起こり、続いて温度がある閾値を超えると熱暴走反応に移行し、激烈な温度上昇と急激で膨大な有害ガス発生を伴う場合がある。
【０００６】
一般に、単位セルは、充放電時等に発生する内部ガスの圧力の蓄積や異常過熱時の内部圧力上昇により外形が膨張する。単位セルは、正又は負の電位の金属缶により構成されることが多い。これらの単セルを複数組み合わせて使用する組電池では、隣接する単セル同志が膨張時に接触し電気的にショートすることを防止する目的等のため、金属缶の周りに絶縁性の被覆を施している。その絶縁性の被覆には、金属缶と接着されない熱収縮性フィルム等が使われる場合がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−１４４２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記のような組電池において、単位セル内部の欠陥や経年劣化、及び異常な充放電操作によってセル内部での急激な温度上昇が生じた場合などに、組電池の枠組みが変形、破損し、ガス排気流路と冷却風路との気密構造が壊れる可能性がある。その結果、単位セルから排出された有害ガスが、冷却風路の給気口を通り、室内空間に拡散されてしまう虞がある。
【０００９】
高性能セルは、小型軽量化のため外装構造が金属の薄板で構成される傾向があり、内圧上昇時にはセル形状が膨張変形する。そのため、ガス排気流路と冷却風路とを仕切っている仕切り部と単位セルとの間の気密性が低下し、ガス排気流路内の有害ガスが冷却風路を通じて室内空間へ拡散されてしまう虞がある。
【００１０】
単位セルの高出力化は、異常モード発生時におけるセルの温度上昇を加速し、即座に熱暴走反応に至らしめる虞がある。そのため、異常モードの検出による熱暴走反応の回避や抑制操作をより困難なものにしている。一般に、単位セルの強制空冷は、通常運転モードでの冷却を目的としているため、過充電等の継続した発熱を伴う異常モードにおいては冷却容量不足となり、熱暴走反応の回避や抑制操作への対処とはならない場合が多い。
【００１１】
また、単位セルの絶縁性の被覆として金属缶と接着されない被覆を使用する場合、被覆内面と金属缶外面との間に空気層が存在する。単位セルを冷却する際、この空気層の断熱効果により、単位セルの冷却効果が著しく低下する。
【００１２】
この発明は以上の点に鑑みなされたもので、その目的は、異常発生時に有害ガスの拡散を防止し、安全性および信頼性の向上を図ることが可能な組電池を提供することにある。  
また、この発明の目的は、熱暴走反応の回避あるいは抑制操作を可能とし、安全性及び信頼性の向上した組電池を提供することにある。  
この発明の他の目的は、冷却性に優れた二次電池を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
この発明の態様に係る組電池は、電極体を収容した外装容器と、前記外装容器に露出して設けられた電極端子と、前記外装容器のガスを排気するガス排気機構と、をそれぞれ有する複数の二次電池を、前記ガス排気機構が同一方向を向いた状態で配列した電池郡と、  
前記電池郡の周囲に冷却空気を流す冷却流路と、この冷却流路から区画され、前記ガス排気機構から放出されたガスを排気するガス排気流路と、を有し、前記電極群を収容するケースと、  
前記冷却流路の給気口および排気口にそれぞれ設けられた開閉弁と、前記ガス排気流路内のガスを検出する検出器と、前記検出器の検出値が所定の閾値を越えた際に、前記開閉弁により冷却流路の排気口および給気口を遮蔽する制御部と、を備えている。
【００１４】
この発明の他の態様に係る組電池は、電極体を収容した外装容器と、前記外装容器に露出して設けられた電極端子と、前記外装容器のガスを排気するガス排気機構と、前記外装容器の周囲に巻装され前記外装容器の膨張を規制する枠状の拘束部材と、をそれぞれ有する複数の二次電池を、前記ガス排気機構が同一方向を向いた状態で、かつ、互いに隙間を置いて配列した電池郡と、  
前記電池郡の周囲に冷却空気を流す冷却流路と、この冷却流路から区画され、前記ガス排気機構から放出されたガスを排気するガス排気流路と、を有し、前記電極群を収容するケースと、を備えている。
【００１５】
この発明の他の態様に係る組電池は、電極体を収容した外装容器と、前記外装容器に露出して設けられた電極端子と、前記外装容器のガスを排気するガス排気機構と、をそれぞれ有する複数の二次電池を、互いに隙間を置いて配列した電池郡と、  
前記電池郡の周囲に冷却空気を流す冷却流路と、この冷却流路から区画され、前記ガス排気機構から放出されたガスを排気するガス排気流路と、を有し、前記電極群を収容するケースと、を備え、  
前記二次電池の外装容器は、この外装容器内の内圧が上昇した際に膨張して隣接物に接触するように薄板で形成されている。
【００１６】
この発明の他の態様に係る二次電池は、電極体を収容した外装容器と、前記外装容器に露出して設けられた電極端子と、前記外装容器のガスを排気するガス排気機構と、接着されることなく前記外装容器を被覆するとともに通気性を有する絶縁被覆と、を備えている。
【発明の効果】
【００１７】
上記構成によれば、異常発生時に有害ガスの拡散を防止し、安全性および信頼性の向上を図ることが可能な組電池を提供することができる。上記構成によれば、熱暴走反応の回避あるいは抑制操作を可能とし、安全性及び信頼性の向上した組電池が得られる。また、上記構成によれば、冷却性に優れた二次電池を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、この発明の第１の実施形態に係る組電池を示す断面図。
【図２】図２は、図１の線Ａ−Ａに沿った組電池の断面図。
【図３】図３は、前記組電池における単位セルを構成する二次電池を示す斜視図。
【図４】図４は、この発明の第２の実施形態に係る組電池を示す断面図。
【図５】図５は、前記第２の実施形態に係る組電池の単位セルを構成する二次電池を示す斜視図。
【図６】図６は、この発明の第３の実施形態に係る組電池を示す断面図。
【図７】図７は、前記第３の実施形態に係る組電池の単位セルを構成する二次電池を示す斜視図。
【図８】図８は、前記二次電池の容器が膨張した状態を示す組電池の断面図。
【図９】図９は、この発明の第４の実施形態に係る組電池の単位セルを構成する二次電池を示す斜視図。
【図１０】図１０は、前記二次電池を模式的に示す平面図。
【図１１】図１１は、前記第４の実施形態に係る組電池の断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面を参照しながら、この発明の実施形態に係る組電池、および二次電池について詳細に説明する。  
（第１の実施形態）  
図１は第１の実施形態に係る組電池の断面図、図２は、図１の線Ａ−Ａに沿った組電池の断面図、図３は、単位セルとしての二次電池を示す斜視図である。
【００２０】
図１および図２に示すように、組電池１０は、複数の二次電池１２を互いに所定の隙間を置いて整列配置した電池郡１４と、これらの電池郡を収容したケース１６と、を備えている。
【００２１】
図３に示すように、単位セルとしての各二次電池１２は、例えば、リチウムイオン電池等の薄型の非水系二次電池として構成されている。この二次電池１２は、アルミニウム等により形成された偏平な矩形箱状の外装容器１８と、外装容器１８内に非水電解液と共に収納された電極体２０と、を備えている。外装容器１８は、上端が開口した容器本体１８ａと、容器本体に溶接され容器本体の開口を閉塞した矩形板状の蓋体１８ｂとを有し、気密に形成されている。電極体２０は、例えば、正極板および負極板をその間にセパレータを介在させて渦巻き状に捲回し、更に、径方向に圧縮することにより、偏平な矩形状に形成されている。
【００２２】
正極端子２２ａおよび負極端子２２ｂが蓋体１８ｂの長手方向両端部にそれぞれ設けられ、蓋体１８ｂから突出している。正極端子２２ａおよび負極端子２２ｂは、電極体２０の正極および負極にそれぞれ接続されている。蓋体１８ｂの中央部には、ガス排気機構として機能する圧力開放弁２４が形成されている。この圧力開放弁２４は、蓋体１８ｂの約半分程度の板厚に形成されている。二次電池１２の異常モード等により外装容器１８内にガスが発生し、外装容器内の内圧が所定の値以上に上昇した際、圧力開放弁２４が開放され、内圧を下げて外装容器１８の破裂等の不具合を防止する。
【００２３】
図１および図２に示すように、ケース１６は矩形箱状に形成され、その内部に、冷却空気を流す冷却流路２６、およびこの冷却流路２６から区画されたガス排気流路２８が形成されている。ケース１６の底壁内面には、それぞれ二次電池１２の断面形状に対応した形状を有する複数の嵌合溝３０が形成されている。そして、電池郡１４は、冷却流路２６内に配置され、各二次電池１２は、その下端部が嵌合溝３０に嵌合され、所定位置に保持されている。これにより、複数の二次電池１２は、圧力開放弁２４、電極端子２２ａ、２２ｂが同一方向、ここでは上方を向いた状態で、かつ、互いに隙間をおいて平行に対向した状態で、配列されている。また、複数の二次電池１２は、複数列に並んで配置されている。複数の二次電池１２は、図示しないバスバーにより直列あるいは並列に接続されている。
【００２４】
ケース１６は、冷却流路２６とガス排気流路２８とを気密に仕切る仕切り壁３２を有している。電池郡１４を構成する各二次電池１２の上部は、仕切り壁３２を気密に貫通している。冷却流路２６の流入側は、ケース１６の長手方向一端側に形成された給気口２６ａに連通し、排気側は、ケース１６の長手方向他端側に形成された排気口２６ｂに連通している。給気口２６ａは、例えば、室内あるいは車内に連通している。
【００２５】
冷却流路２６の給気口２６ａ近傍には、この給気口を開閉する開閉弁、例えば、電磁開閉弁３２ａが設けられている。冷却流路２６の排気口２６ｂ近傍には、この排気口を開閉する開閉弁、例えば、電磁開閉弁３２ｂが設けられている。電磁開閉弁３２ａ、３２ｂは、制御部３４に接続され、制御部３４によって開閉が制御される。電磁開閉弁３２ａ、３２ｂは、通常、開放され、給気口２６ａ、排気口２６ｂを開放している。
【００２６】
ガス排気流路２８は、各列の二次電池１２の圧力開放弁２４に連通に連通しているとともに、ケース１６の長手方向一端側に形成された排出口２８ａに接続されている。何らかの異常により、二次電池１２の内圧が上昇し、圧力開放弁２４からガスが放出された場合、このガスは、ガス排気流路２８を通り排出口２８ａから室外、あるいは、車外に排出される。
【００２７】
ガス排気流路２８には、ガス排気流路２８内のガスを検出する検出器３６が設けられている。検出器３６としては、圧力センサ、光センサ、ガスセンサ、もしくは温度センサのいずれかが用いられる。検出器３６は、検出出力を制御部３４に出力する。
【００２８】
ケース１６は、冷却流路２６とガス排気流路２８の排出口２８ａ近傍部分とを連通する短絡流路３８を有している。短絡流路３８には、リリーフ弁４１が設けられている。リリーフ弁４１は、冷却流路２６内の圧力が所定以上に上昇した際に開放し、冷却流路２６をガス排気流路２８に連通する。
【００２９】
上記のように構成された組電池１０は、室内あるいは車内に配設され、所望の機器に電力を供給する。この際、冷却流路２６の給気口２６ａは室内あるいは車内に連通し、ガス排気流路２８の排出口２８ａは、室外あるいは車外に連通するように配置される。
【００３０】
通常動作時、電磁開閉弁３２ａ、３２ｂは開放されて給気口２６ａおよび排気口２６ｂを開放し、また、リリーフ弁４１は閉じられ短絡流路３８を閉塞している。そして、図示しないファン等により、冷却空気が給気口２６ａから冷却流路２６に送られて電池郡１４の周囲を流れ、排気口２６ｂから外部に排気される。これにより、電池郡１４が冷却空気により冷却される。
【００３１】
一方、二次電池１２内部の欠陥や経年劣化、及び異常な充放電操作によって電池内部での急激な温度上昇を生じた場合などに、ケース１６の枠組みが変形、破損し、冷却流路とガス排気流路との間の気密構造が壊れる可能性がある。また、急激な温度上昇により二次電池１２の内圧が一定以上に上昇すると、圧力開放弁２４が開放し、電池内の発生ガスが排気流路２８に放出される。このガスは、排気流路２８を通り、排出口２８ａから室外あるいは車外に排気される。
【００３２】
また、制御部３４は、検出器３６によりガス排気流路２８内のガスが検出され、その検出値が所定の閾値を越えると、二次電池１２の圧力開放弁２４が作動したことを検知し、電磁開閉弁３２ａ、３２ｂを閉じ、冷却流路２６の給気口２６ａおよび排気口２６ｂを遮蔽する。これにより、ガス排気流路２８内に放出されたガスが冷却流路２６に漏洩した場合でも、給気口２６ａあるいは排気口２６ｂから室内あるいは車内へガスが拡散されることを防止され、放出ガスは室外あるいは車外のみに排気される。
【００３３】
更に、電磁開閉弁３２ａ、３２ｂが閉じた状態で、冷却流路２６内の内圧が所定値以上に上昇すると、リリーフ弁４１が開放する。これにより、冷却流路２６は短絡流路３８を介してガス排気流路２８に連通し、冷却流路内の気体がガス排気流路２８を通して室外あるいは車外に排気される。これにより、ケース１６の破損、ガスの漏洩が防止される。  
以上のように構成された組電池１０によれば、異常発生時に有害ガスの室内への拡散を防止し、安全性および信頼性の向上を図ることがことができる。
【００３４】
（第２の実施形態）  
次に、この発明の第２の実施形態に係る組電池について説明する。図４は、第２の実施形態に係る組電池の断面図、図５は、組電池における二次電池を示す斜視図である。  
図４に示すように、組電池１０は、複数の二次電池１２を互いに所定の隙間を置いて整列配置した電池郡１４と、これらの電池郡を収容したケース１６と、を備えている。
【００３５】
図５に示すように、単位セルとしての各二次電池１２は、例えば、リチウムイオン電池等の薄型の非水系二次電池として構成されている。この二次電池１２は、アルミニウム等の薄板により形成された偏平な矩形箱状の外装容器１８と、外装容器１８内に非水電解液と共に収納された電極体２０と、を備えている。外装容器１８は、上端が開口した容器本体１８ａと、容器本体に溶接され容器本体の開口を閉塞した矩形板状の蓋体１８ｂとを有し、気密に形成されている。電極体２０は、例えば、正極板および負極板をその間にセパレータを介在させて渦巻き状に捲回し、更に、径方向に圧縮することにより、偏平な矩形状に形成されている。
【００３６】
正極端子２２ａおよび負極端子２２ｂが蓋体１８ｂの長手方向両端部にそれぞれ設けられ、蓋体１８ｂから突出している。正極端子２２ａおよび負極端子２２ｂは、電極体２０の正極および負極にそれぞれ接続されている。蓋体１８ｂの中央部には、ガス排気機構として機能する圧力開放弁２４が形成されている。この圧力開放弁２４は、蓋体１８ｂの約半分程度の板厚に形成されている。二次電池１２の異常モード等により外装容器１８内にガスが発生し、外装容器内の内圧が所定の値以上に上昇した際、圧力開放弁２４が開放され、内圧を下げて外装容器１８の破裂等の不具合を防止する。
【００３７】
外装容器１８の周囲には、外装容器の膨張を規制する枠状の拘束部材４０が巻装されている。この拘束部材４０は、導電性あるいは絶縁性の材料により形成されている。拘束部材４０は、外装容器１８の全面に限らず、一部のみに巻装されていてもよい。また、拘束部材４０は、外装容器１８の内、最も膨張を抑えたい位置、ここでは、外装容器１８の上部外周に巻装されている。
【００３８】
図４に示すように、ケース１６は矩形箱状に形成され、その内部に、冷却空気を流す冷却流路２６、およびこの冷却流路２６から区画されたガス排気流路２８が形成されている。ケース１６の底壁内面には、それぞれ二次電池１２の断面形状に対応した形状を有する複数の嵌合溝３０が形成されている。そして、電池郡１４は、冷却流路２６内に配置され、各二次電池１２は、その下端部が嵌合溝３０に嵌合され、所定位置に保持されている。これにより、複数の二次電池１２は、圧力開放弁２４、電極端子２２ａ、２２ｂが同一方向、ここでは上方を向いた状態で、かつ、互いに隙間をおいて平行に対向した状態で、配列されている。複数の二次電池１２は、図示しないバスバーにより直列あるいは並列に接続されている。
【００３９】
ケース１６は、冷却流路２６とガス排気流路２８とを気密に仕切る仕切り壁３２を有している。電池郡１４を構成する各二次電池１２の上部は、仕切り壁３２を気密に貫通している。前述した二次電池１２の拘束部材４０は、仕切り壁３２の近傍に位置し、二次電池１２において、仕切り壁３２近傍部分の膨張を規制している。
【００４０】
冷却流路２６の流入側は、ケース１６の長手方向一端側に形成された給気口２６ａに連通し、排気側は、ケース１６の長手方向他端側に形成された排気口２６ｂに連通している。給気口２６ａは、例えば、室内あるいは車内に連通している。
【００４１】
ガス排気流路２８は、各列の二次電池１２の圧力開放弁２４に連通に連通しているとともに、ケース１６の長手方向一端側に形成された排出口２８ａに接続されている。何らかの異常により、二次電池１２の内圧が上昇し、圧力開放弁２４からガスが放出された場合、このガスは、ガス排気流路２８を通り排出口２８ａから室外、あるいは、車外に排出される。
【００４２】
上記のように構成された組電池１０は、室内あるいは車内に配設され、所望の機器に電力を供給する。この際、冷却流路２６の給気口２６ａは室内あるいは車内に連通し、ガス排気流路２８の排出口２８ａは、室外あるいは車外に連通するように配置される。
【００４３】
通常動作時、図示しないファン等により、冷却空気が給気口２６ａから冷却流路２６に送られて電池郡１４の周囲を流れ、排気口２６ｂから外部に排気される。これにより、電池郡１４が冷却空気により冷却される。
【００４４】
一方、二次電池１２内部の欠陥や経年劣化、及び異常な充放電操作によって電池内部での急激な温度上昇を生じた場合、二次電池１２の内圧が一定以上に上昇すると、圧力開放弁２４が開放し、電池内の発生ガスがガス排気流路２８に放出される。このガスは、ガス排気流路２８を通り、排出口２８ａから室外あるいは車外に排気される。
【００４５】
また、急激な温度上昇を生じた場合、各二次電池１２の外装容器１８が膨張しようとするが、外装容器上部は拘束部材４０により膨張が規制される。そのため、外装容器１８と仕切り壁３２との気密構造が破壊されることを防止し、冷却流路２６とガス排気流路２８と仕切り部の気密性低下を防止する。これにより、ガス排気流路２８内に放出されたガスが冷却流路２６を通じて室内空間あるいは車内空間へ拡散することを防止できる。
【００４６】
拘束部材４０は、二次電池１２の内圧を受ける面積が小さいほど反力（拘束力）が小さくて済むことから、外装容器１８全面ではなく、その一部のみに巻装することによって、拘束部材を小型軽量化でき、その結果、組電池１０全体の重量増加や充放電のジュール熱に対する冷却効率の低下を軽減することができる。
【００４７】
拘束部材４０は、外装容器１８の一部のみに巻装する構成とした場合、拘束部材近傍ほど膨張変形の抑止効果が高いことから、冷却流路２６とガス排気流路２８とを区画している仕切り壁３２近傍の一部分のみに配置することによって、拘束部材を小型軽量化でき、組電池１０の重量増加や充放電のジュール熱に対する冷却効率の低下を軽減することができる。
【００４８】
拘束部材４０は、隣接物を接触するように設けられていてもよい。例えば、拘束部材４０は、隣接する二次電池１２の拘束部材４０と接触するように配置してもよく、また、電池郡１４の端部に配置された二次電池は、拘束部材４０がケース１６の端壁と接触するように配置してもよい。この場合、隣接する二次電池１２あるいはケース１６の端壁の剛性を拘束力の一部として利用できることから、拘束部材４０を小型軽量化でき、組電池の重量増加や充放電のジュール熱に対する冷却効率の低下を軽減することができる。
【００４９】
拘束部材４０は、全ての二次電池１２を拘束し端部でケース１６に接触又は接続する梯子構造としてもよい。この場合、隣接する二次電池あるいはケース端壁の剛性を拘束力の一部として利用することができることから、拘束部材を小型軽量化でき、組み電池の重量増加や充放電のジュール熱に対する冷却効率の低下を軽減することができる。
【００５０】
拘束部材４０は、隣接する二次電池１２間あるいは、二次電池とケース端壁との間に亘るスペーサ構造とすることにより、隣接する二次電池１２間あるいは、二次電池とケース端壁との間の剛性を拘束力として利用できることから、拘束部材を小型軽量化でき、組み電池の重量増加や充放電のジュール熱に対する冷却効率の低下を軽減することができる。  
以上のように構成された二次電池およびこれを備えた組電池によれば、異常発生時に有害ガスの拡散を防止し、安全性および信頼性の向上を図ることができる。
【００５１】
（第３の実施形態）
次に、この発明の第３の実施形態について詳細に説明する。図６は、第３の実施形態に係る組電池の断面図、図７は、組電池における二次電池を示す斜視図、図８は、異常モードにより二次電池の外装容器が膨張した状態を示す断面図である。
【００５２】
図６に示すように、組電池１０は、複数の二次電池１２を互いに所定の隙間を置いて整列配置した電池郡１４と、これらの電池郡を収容したケース１６と、を備えている。
【００５３】
図７に示すように、単位セルとしての各二次電池１２は、例えば、リチウムイオン電池等の薄型の非水系二次電池として構成されている。この二次電池１２は、アルミニウム等の薄板により形成された偏平な矩形箱状の外装容器１８と、外装容器１８内に非水電解液と共に収納された電極体２０と、を備えている。外装容器１８は、上端が開口した容器本体１８ａと、容器本体に溶接され容器本体の開口を閉塞した矩形板状の蓋体１８ｂとを有し、気密に形成されている。電極体２０は、例えば、正極板および負極板をその間にセパレータを介在させて渦巻き状に捲回し、更に、径方向に圧縮することにより、偏平な矩形状に形成されている。
【００５４】
外装容器１８は、内圧が上昇した際、容易に膨張変形するように、薄板で構成されている。これにより、例えば、異常モードにおいて、外装容器１８は、有害ガスが発生した時点で内圧が上昇して膨張変形し、隣接する他の二次電池１２あるいはケース１６壁面に接触することができる。
【００５５】
正極端子２２ａおよび負極端子２２ｂが蓋体１８ｂの長手方向両端部にそれぞれ設けられ、蓋体１８ｂから突出している。正極端子２２ａおよび負極端子２２ｂは、電極体２０の正極および負極にそれぞれ接続されている。蓋体１８ｂの中央部には、ガス排気機構として機能する圧力開放弁２４が形成されている。この圧力開放弁２４は、蓋体１８ｂの約半分程度の板厚に形成されている。二次電池１２の異常モード等により外装容器１８内にガスが発生し、外装容器内の内圧が所定の値以上に上昇した際、圧力開放弁２４が開放され、内圧を下げて外装容器１８の破裂等の不具合を防止する。
【００５６】
図６に示すように、ケース１６は矩形箱状に形成され、その内部に、冷却空気を流す冷却流路２６、およびこの冷却流路２６から区画されたガス排気流路２８が形成されている。ケース１６の底壁内面には、それぞれ二次電池１２の断面形状に対応した形状を有する複数の嵌合溝３０が形成されている。そして、電池郡１４は、冷却流路２６内に配置され、各二次電池１２は、その下端部が嵌合溝３０に嵌合され、所定位置に保持されている。これにより、複数の二次電池１２は、圧力開放弁２４、電極端子２２ａ、２２ｂが同一方向、ここでは上方を向いた状態で、かつ、互いに隙間ｇをおいて平行に対向した状態で、配列されている。複数の二次電池１２は、図示しないバスバーにより直列あるいは並列に接続されている。
【００５７】
ケース１６は、冷却流路２６とガス排気流路２８とを気密に仕切る仕切り壁３２を有している。電池郡１４を構成する各二次電池１２の上部は、仕切り壁３２を気密に貫通している。
【００５８】
冷却流路２６の流入側は、ケース１６の長手方向一端側に形成された給気口２６ａに連通し、排気側は、ケース１６の長手方向他端側に形成された排気口２６ｂに連通している。給気口２６ａは、例えば、室内あるいは車内に連通している。
【００５９】
ガス排気流路２８は、各列の二次電池１２の圧力開放弁２４に連通に連通しているとともに、ケース１６の長手方向一端側に形成された排出口２８ａに接続されている。何らかの異常により、二次電池１２の内圧が所定値以上に上昇し、圧力開放弁２４からガスが放出された場合、このガスは、ガス排気流路２８を通り排出口２８ａから室外、あるいは、車外に排出される。
【００６０】
上記のように構成された組電池１０は、室内あるいは車内に配設され、所望の機器に電力を供給する。この際、冷却流路２６の給気口２６ａは室内あるいは車内に連通し、ガス排気流路２８の排出口２８ａは、室外あるいは車外に連通するように配置される。
【００６１】
通常動作時、図示しないファン等により、冷却空気が給気口２６ａから冷却流路２６に送られて電池郡１４の周囲を流れ、排気口２６ｂから外部に排気される。これにより、電池郡１４が冷却空気により冷却される。
【００６２】
一方、二次電池１２内部の欠陥や経年劣化、及び異常な充放電操作によって電池内部での急激な温度上昇を生じた場合、二次電池１２の内圧が一定以上に上昇すると、圧力開放弁２４が開放し、電池内の発生ガスがガス排気流路２８に放出される。このガスは、ガス排気流路２８を通り、排出口２８ａから室外あるいは車外に排気される。
【００６３】
前述した異常モードの前段では、外装容器１８内で緩やかなガスが発生すると、図８に示すように、外装容器１８は膨張変形し、隣接する他の二次電池１２の外装容器１８に接触する。また、電池群１４の両端側に位置した二次電池１２の外装容器１８は、膨張変形することにより、ケース１６の端壁内面に接触する。
【００６４】
このような外装容器１８と隣接物との接触により、電池群１４全体および組電池１０全体の熱容量が増加し、その後の二次電池１２の温度上昇が抑制され、熱暴走反応の開始を先延ばしすることができる。これらの結果、異常モードの検出による熱暴走反応の回避や抑制操作を行う時間的な余裕度を作ることができる。これにより、高出力二次電池による組電池１０の安全性および信頼性を改善することができる。  
以上のことから、異常発生時に、熱暴走反応の回避あるいは抑制操作を可能とし、安全性及び信頼性の向上した二次電池および組電池を提供することができる。  
なお、外装容器１８を構成する薄板の板厚、材質は、容易に膨張可能なものであれば、適宜選択可能である。また、組電池において、隣接する二次電池間に、電池間短絡防止用の絶縁材を配置してもよい。更に、組電池は、二次電池とこれを収容する電池ケースとを有する単電池に置き換えることができる。
【００６５】
（第４の実施形態）  
次に、この発明の第４の実施形態に係る組電池について説明する。図９は、第４の実施形態に係る二次電池を示す斜視図、図１０は、二次電池の平面図、図１１は、複数の二次電池を備えた組電池を示す断面図である。  
図９および図１０に示すように、単位セルとしての二次電池１２は、例えば、リチウムイオン電池等の薄型の非水系二次電池として構成されている。この二次電池１２は、アルミニウム等の薄板により形成された偏平な矩形箱状の外装容器１８と、外装容器１８内に非水電解液と共に収納された電極体２０と、を備えている。外装容器１８は、上端が開口した容器本体１８ａと、容器本体に溶接され容器本体の開口を閉塞した矩形板状の蓋体１８ｂとを有し、気密に形成されている。電極体２０は、例えば、正極板および負極板をその間にセパレータを介在させて渦巻き状に捲回し、更に、径方向に圧縮することにより、偏平な矩形状に形成されている。
【００６６】
正極端子２２ａおよび負極端子２２ｂが蓋体１８ｂの長手方向両端部にそれぞれ設けられ、蓋体１８ｂから突出している。正極端子２２ａおよび負極端子２２ｂは、電極体２０の正極および負極にそれぞれ接続されている。蓋体１８ｂの中央部には、ガス排気機構として機能する圧力開放弁２４が形成されている。この圧力開放弁２４は、蓋体１８ｂの約半分程度の板厚に形成されている。二次電池１２の異常モード等により外装容器１８内にガスが発生し、外装容器内の内圧が所定の値以上に上昇した際、圧力開放弁２４が開放され、内圧を下げて外装容器１８の破裂等の不具合を防止する。
【００６７】
外装容器１８の外周は、通気性を有する絶縁被覆４４により被覆されている。絶縁被覆４４は、例えば、熱収縮フィルム等によって形成され、外装容器１８の外周に接着されることなく、外装容器を被覆している。絶縁被覆４４は、複数の通気孔４５を有している。
【００６８】
絶縁被覆４４は、隙間を置いて複数、例えば、３つの分割部４４ａ、４４ｂ、４４ｃに分割されている。分割部４４ａは、外装容器１８の中央部外周に巻装され、分割部４４ｃ、４４ｂは、分割部４４ａと隙間おいて、外装容器１８の上部外周および下部外周にそれぞれ巻装されている。分割部４４ａ、４４ｂ、４４ｃの間において、外装容器１８は、部分的に露出している。
【００６９】
このように、外装容器１８の外周に絶縁被覆４４を設けることにより、二次電池１２の絶縁性を向上し、特に、複数の二次電池により組電池を構成する場合、隣接する二次電池間の短絡を抑制することができる。また、絶縁被覆４４は通気孔４５を有していることから、絶縁被覆と外装容器１８との間の空気層が被覆外部の空気と循環し、二次電池を冷却する場合の冷却効果を改善することが出来る。
【００７０】
通気孔を有する絶縁被覆は、素材として通気性を持つ被覆に置き換えることができる。また、絶縁被覆４４は、外装容器１８の全面を覆う場合に限らず、上記のように、複数に分割して外装容器を覆う構成や、少なくとも隣接する他の二次電池と接触する可能性の高い部分に限定して、部分的な絶縁被覆を設ける構成としてもよい。
【００７１】
図１０および図１１に示すように、本実施の形態に係る組電池１０は、前述した複数の二次電池１２を互いに所定の隙間を置いて整列配置した電池郡１４と、これらの電池郡を収容したケース１６と、を備えている。
【００７２】
ケース１６は矩形箱状に形成され、その内部に、冷却空気を流す冷却流路２６、およびこの冷却流路２６から区画されたガス排気流路２８が形成されている。ケース１６の底壁内面には、それぞれ二次電池１２の断面形状に対応した形状を有する複数の嵌合溝３０が形成されている。そして、電池郡１４は、冷却流路２６内に配置され、各二次電池１２は、その下端部が嵌合溝３０に嵌合され、所定位置に保持されている。これにより、複数の二次電池１２は、圧力開放弁２４、電極端子２２ａ、２２ｂが同一方向、ここでは上方を向いた状態で、かつ、互いに隙間をおいて平行に対向した状態で、配列されている。複数の二次電池１２は、バスバー５０により直列あるいは並列に接続されている。
【００７３】
ケース１６は、冷却流路２６とガス排気流路２８とを気密に仕切る仕切り壁３２を有している。電池郡１４を構成する各二次電池１２の上部は、仕切り壁３２を気密に貫通している。
【００７４】
冷却流路２６の流入側は、ケース１６の長手方向一端側に形成された給気口２６ａに連通し、排気側は、ケース１６の長手方向他端側に形成された排気口２６ｂに連通している。給気口２６ａは、例えば、室内あるいは車内に連通している。
【００７５】
ガス排気流路２８は、各列の二次電池１２の圧力開放弁２４に連通に連通しているとともに、ケース１６の長手方向一端側に形成された排出口２８ａに接続されている。何らかの異常により、二次電池１２の内圧が上昇し、圧力開放弁２４からガスが放出された場合、このガスは、ガス排気流路２８を通り排出口２８ａから室外、あるいは、車外に排出される。
【００７６】
上記のように構成された組電池１０は、室内あるいは車内に配設され、所望の機器に電力を供給する。この際、冷却流路２６の給気口２６ａは室内あるいは車内に連通し、ガス排気流路２８の排出口２８ａは、室外あるいは車外に連通するように配置される。
【００７７】
通常動作時、図示しないファン等により、冷却空気が給気口２６ａから冷却流路２６に送られて電池郡１４の周囲を流れ、排気口２６ｂから外部に排気される。これにより、電池郡１４が冷却空気により冷却される。この際、各二次電池１２の絶縁被覆４４は通気性を有していることから、外装容器１８と絶縁被覆４４との間の空気層に冷却空気が侵入し、外装容器を効率良く冷却することが可能となる。
【００７８】
一方、二次電池１２内部の欠陥や経年劣化、及び異常な充放電操作によって電池内部での急激な温度上昇を生じた場合、二次電池１２の内圧が一定以上に上昇すると、圧力開放弁２４が開放し、電池内の発生ガスがガス排気流路２８に放出される。このガスは、ガス排気流路２８を通り、排出口２８ａから室外あるいは車外に排気される。これにより、ガス排気流路２８内に放出されたガスが冷却流路２６を通じて室内空間あるいは車内空間へ拡散することを防止できる。  
以上の構成によれば、接着されない絶縁性被覆が通気性あるいは通気孔を有していることから、冷却性に優れた二次電池および組電池が得られる。
【００７９】
なお、この発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化可能である。また、上記実施の形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。  
組電池を構成する電池群の配列、電池群を構成する二次電池の数、支持構造、ケースの形状等は、前述した実施形態に限定されることなく、必要に応じて適宜変更可能である。
【産業上の利用可能性】
【００８０】
異常発生時に有害ガスの拡散を防止し、安全性および信頼性の向上を図ることが可能な組電池が得られる。熱暴走反応の回避あるいは抑制操作を可能とし、安全性及び信頼性の向上した組電池が得られる。
【符号の説明】
【００８１】
１０…組電池、１２…二次電池、１４…電池群、１６…ケース、１８…外装容器、
１８ａ…容器本体、１８ｂ…蓋体、２２ａ…正極端子、２２ｂ…負極端子、
２６…冷却流路、２６ａ…給気口、２６ｂ…排気口、２８…ガス排気流路、
２８ａ…排出口、３２ａ、３２ｂ…開閉弁、３４…制御部、３６…検出器、
３８…短絡流路、４０…拘束部材、４１…リリーフ弁、４４…絶縁被覆、
４４ａ、４４ｂ、４４ｃ…分割部
【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】
2010192209.tif 000009
【図８】
2010192209.tif 000010
【図９】
2010192209.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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