(57)【要約】【課題】通常時の冷却性能を確保しつつ、単電池間での熱暴走の拡大を簡単な構造で防止する。【解決手段】ケース２内に複数の単電池３を配置して構成され、隣り合う単電池３の間には上下方向に延びる冷却風通路４を有する組電池１であって、ケース２内の少なくとも冷却風通路４の上方に、断熱性を有し、かつ所定温度以上で熱膨張して冷却風通路４に流入する熱膨張性黒鉛からなる発泡断熱材１０を備え、単電池３の一部が熱暴走した際にその熱によって発泡断熱材１０が熱膨張して冷却風通路４に流入し、単電池３間での熱暴走の拡大を防止する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケース内に複数の単電池を配置して構成され、隣り合う前記単電池の間には上下方向に延びる冷却風通路を有する組電池であって、
前記ケース内の少なくとも前記冷却風通路の上方に、断熱性を有しかつ所定温度以上で熱膨張して前記冷却風通路に流入する熱膨張断熱材を備えたことを特徴とする組電池。
【請求項２】
前記熱膨張断熱材は、前記所定温度以上で全ての前記冷却風通路において前記単電池の下方まで熱膨張することを特徴とする請求項１に記載の組電池。
【請求項３】
前記熱膨張断熱材は、熱膨張性黒鉛により形成されることを特徴とする請求項１または２に記載の組電池。
【請求項４】
前記単電池は、リチウムイオン電池であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の組電池。
【請求項５】
前記熱膨張断熱材の設置位置の下方かつ前記単電池の上方に、熱膨張した前記熱膨張断熱材を前記冷却風通路に導く熱膨張断熱材導入部材を備えたことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の組電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の単電池を組み合わせた組電池において、単電池間での熱暴走の拡大を防止する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両に搭載した走行駆動用電池のように高出力高容量の電池は、単電池を複数個組み合わせて構成された組電池を採用しているものが多い。
例えば、特許文献１には、ハイブリッド車等の車両に搭載する組電池が記載されている。当該組電池は、リチウムイオン電池等からなる単電池を複数個組み合わせて構成されており、複数の単電池はケース内に収納されている。
【０００３】
また、特許文献１に記載された組電池は、充放電時における温度上昇を抑制するために、送風ファンによって外部からケース内に冷却風を導入する構造となっている。更に、短絡等によりケース内の単電池に熱暴走が発生した場合、外部への影響を抑えるためにケースの吸排気口を自動的に塞ぎ、ケース内部への空気の流入を遮断する構成となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−２４６９２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、ケース内の単電池の一部が熱暴走した場合、上記特許文献１に記載された組電池では、ケース内の他の単電池へ伝熱して他の単電池も熱暴走する虞がある。
なお、熱暴走の拡大を防止するために単電池の間に難燃性のシート等を挿入しておく方法が考えられるが、上記特許文献１のように単電池間に冷却風通路を備えた組電池においては、冷却風通路における冷却風の通過を妨げる要因となり、通常使用時での冷却性能が低下するといった問題点がある。
【０００６】
本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、通常使用時での冷却性能を確保しつつ、単電池間での熱暴走の拡大を簡単な構造で防止することを可能とする組電池を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するため、本発明の組電池は、ケース内に複数の単電池を配置して構成され、隣り合う前記単電池の間には上下方向に延びる冷却風通路を有する組電池であって、前記ケース内の少なくとも前記冷却風通路の上方に、断熱性を有しかつ所定温度以上で熱膨張して前記冷却風通路に流入する熱膨張断熱材を備えたことを特徴とする。
また、好ましくは、前記熱膨張断熱材は、前記所定温度以上で全ての前記冷却風通路において前記単電池の下方まで熱膨張するとよい。
【０００８】
また、前記熱膨張断熱材は、熱膨張性黒鉛により形成されるとよい。
また、好ましくは、前記単電池は、リチウムイオン電池であるとよい。
また、好ましくは、前記熱膨張断熱材の設置位置の下方かつ前記単電池の上方に、熱膨張した前記熱膨張断熱材を前記冷却風通路に導く熱膨張断熱材導入部材を備えるとよい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の組電池は、ケース内の少なくとも冷却風通路の上方に、所定温度以上で熱膨張して冷却風通路に流入する熱膨張断熱材を備えたので、例えば単電池の一部が熱暴走してケース内の温度が上昇した際に、隣り合う単電池の間に断熱性を有する熱膨張断熱材の壁が形成される。これにより、ケース内の熱暴走している単電池から他の単電池への熱伝導が抑えられ、他の単電池の熱暴走を防止することができる。
【００１０】
また、単電池が熱暴走しておらずケース内の温度が所定温度未満であって熱膨張断熱材が膨張していない状態では、冷却風通路に熱膨張断熱材が到達していないので、冷却風通路における冷却風の通過を妨げることなく、冷却風通路を通過する冷却風による単電池の冷却性能を確保することができる。
これにより、熱暴走していない通常使用時での冷却性能を確保しつつ、ケース内の単電池の少なくとも一部が熱暴走した際にケース内の他の単電池への熱暴走の拡大を防止することが簡単な構造で可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１の実施形態の組電池の概略構成を示す縦断面図である。
【図２】熱暴走が発生した際における組電池の内部の状態を示す縦断面図である。
【図３】本発明の第２の実施形態の組電池の概略構成を示す縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明を具体化した組電池の一実施形態を説明する。
図１は本発明の第１の実施形態の組電池１の概略構成を示す縦断面図である。図２は、熱暴走が発生した際における組電池１の内部の状態を示す縦断面図である。
本実施形態の組電池１は、電気自動車やハイブリッド車の走行駆動用モータに電力を供給する電池のように高電圧高容量の電池であり、リチウムイオン電池からなる単電池を複数組み合わせて構成されている。
【００１３】
図１に示すように、組電池１は、矩形箱状のケース２内に複数の単電池３が収納されて構成されている。図１では、簡素化してケース２内に３個の単電池３が記載されているが、単電池３が前後左右に多数並べられていてもよい。
隣り合う単電池３の間や、ケース２の側壁２ａと単電池３との間には、上下方向に延びる冷却風通路４が夫々形成されている。また、単電池３の下部及び上部には、夫々冷却風が通過可能な空間（上部空間５、下部空間６）が、ケース２内を前後左右方向に亘って広がっている。上部空間５と下部空間６とは各冷却風通路４によって連通している。
【００１４】
ケース２の側壁２ａには、ケース２の外部から内部へ冷却風を導入する吸気口７と、ケース２の内部から外部へ冷却風を排出する排気口８が設けられている。吸気口７は下部空間６に面して配置され、排気口８は吸気口７とは左右あるいは前後反対側の側壁２ａに上部空間５に面して配置されている。
なお、吸気口７には、車両の走行風や、図示しないブロアファンによって、冷却風が導入される。
【００１５】
図１中の矢印に示すように、吸気口７から導入された冷却風は、下部空間６から分流して各冷却風通路４を通過し、上部空間５で合流して排気口８から排出される。
更に、本実施形態の組電池１では、ケース２の上壁２ｂの内側に熱膨張性黒鉛により形成された発泡断熱材１０（熱膨張断熱材）が設けられている。発泡断熱材１０は、例えば上壁２ｂの内側に塗布したり、あらかじめ薄板状に熱膨張性黒鉛を固めて形成した発泡断熱材を上壁２ｂの内側に設置したりすればよい。
【００１６】
熱膨張性黒鉛は、黒鉛に熱膨張性を与えた公知の物質であり、例えば摂氏２００〜３００度（所定温度）以上で膨張するとともに、高い難燃性、断熱性を有する。また、この熱膨張性黒鉛からなる発泡断熱材１０は、熱膨張時には高い流動性を有する。
発泡断熱材１０は、ケース２の上壁２ｂの内側を全面に亘って配置されており、特に全ての冷却風通路４の上方には位置するように配置されている。
【００１７】
以上のような構成の組電池１において、少なくとも１つの単電池３が短絡事故等により熱暴走した場合、図２に示すように、その熱によって発泡断熱材１０が膨張する。発泡断熱材１０は、全ての冷却風通路４の上方に配置されるとともに、熱膨張時には高い流動性を有しているので、加熱された発泡断熱材１０は下方に向けて、全ての冷却風通路４に流れ込むように膨張する。なお、発泡断熱材１０は、熱膨張時に全ての冷却風通路４でケース２の下壁２ｃに到達するような量に設定されている。
【００１８】
したがって、熱膨張時には、全ての冷却風通路４において上部空間５から下部空間６に延びる熱膨張性黒鉛によって形成された発泡断熱材１０の壁１１が形成される。
これにより、ケース２内の少なくとも一部の単電池３で熱暴走した際に、その熱によって発泡断熱材１０が膨張して、単電池３とその隣の単電池３とは、難燃性及び断熱性の優れた発泡断熱材１０の壁１１によって遮られるので、熱暴走している単電池３から熱暴走していない他の単電池３への熱伝導が抑制され、熱暴走の拡大が抑えられる。このように、ケース２内の冷却風通路４の上方に熱膨張性黒鉛からなる発泡断熱材１０を設置するといった簡単な構成で、単電池３間の熱暴走の拡大を抑制することが可能となる。
【００１９】
また、ケースの側壁２ａと単電池３との間の冷却風通路４にも、単電池３の熱暴走時に発泡断熱材１０が流入するので、吸気口７及び排気口８を閉鎖することができる。これにより、ケース２外部への影響も防止することが可能となる。
一方、単電池３の熱暴走が発生していない通常時には、発泡断熱材１０が膨張しないので、冷却風通路４には発泡断熱材１０が存在しておらず、冷却風通路４を通過する冷却風による単電池３の冷却性能が確保される。このように、通常時には冷却風通路４に発泡断熱材１０が存在しないので、冷却風通路４の幅を冷却効率が確保される程度の最小限に設定することができ、組電池１をコンパクトに構成することができる。
【００２０】
図３は、第２の実施形態の組電池２０の概略構成を示す縦断面図である。
図３に示すように、本実施形態の組電池２０は、上記第１の実施形態の組電池１に対して、ケース２内に発泡断熱材導入ブラケット２１（熱膨張断熱材導入部材）が設けられていることが異なる。発泡断熱材導入ブラケット２１は、単電池３の上方の上部空間５内に設けられている。発泡断熱材導入ブラケット２１は、例えば板材を屈曲して形成され、その幅が略１つの単電池３の幅となっている。そして、発泡断熱材導入ブラケット２１の左右位置を単電池３の左右位置と一致するようにして、中間部２１ａが上方に突出するように配置される。発泡断熱材導入ブラケット２１は、発泡断熱材１０が膨張した際に、単電池３の上方から単電池３に向かって下方に膨張してくる発泡断熱材１０を冷却風通路４に導入する機能を有する。
【００２１】
これにより、熱膨張した発泡断熱材１０が発泡断熱材導入ブラケット２１の上面に沿って冷却風通路４内に導入され易くなる。したがって、単電池３の熱暴走発生時に、冷却風通路４に発泡断熱材１０の壁１１を迅速に形成することができ、熱暴走の拡大を速やかに抑制して被害を少なくすることができる。
以上で実施形態の説明を終えるが、本発明の態様は以上の実施形態に限定されるものではない。例えば発泡断熱材１０については、熱膨張性黒鉛以外であっても、断熱性を有しかつ熱膨張するような材料で形成すればよい。本発明は、複数の単電池の間に冷却風通路を備えた組電池に対し、広く適用することができる。
【符号の説明】
【００２２】
１、２０    組電池
２          ケース
３          単電池
４          冷却風通路
１０        発泡断熱材（熱膨張断熱材）
２１        発泡断熱材導入ブラケット（熱膨張断熱材導入部材）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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