(57)【要約】【課題】素電池の異常時に発生する騒音を低減する電池パックを提供することを目的とする。【解決手段】二次電池である複数の素電池が収容された電池モジュールを１つ以上と、電池モジュールに接続しているガス排出ダクトとを備えた電池パックであって、電池モジュールは、素電池から発生したガスを排気するモジュール排気口を備えており、ガス排出ダクトは、モジュール排気口と連通しているとともに消音部を備えている。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
二次電池である複数の素電池が収容された電池モジュールを１つ以上と、前記電池モジュールに接続しているガス排出ダクトとを備えた電池パックであって、
前記電池モジュールは、前記素電池から発生したガスを排気するモジュール排気口を備えており、
前記ガス排出ダクトは、前記モジュール排気口と連通しているとともに消音部を備えている、電池パック。
【請求項２】
前記消音部は、前記素電池から発生したガスが膨張と収縮とを繰り返しながら通過する排気経路を有している、請求項１に記載の電池パック。
【請求項３】
前記排気経路は、入口と出口とを備えた複数の室が直列に繋がっており、
前記室内における前記ガスの流れる方向に垂直な断面の断面積が前記入口の開口面積及び前記出口の開口面積よりも大きい請求項２に記載の電池パック。
【請求項４】
前記消音部は、前記ガスが通過する筒状部と、該筒状部を取り囲むカバー部材とを備えており、
前記筒状部には筒の内と外とを連通させる通気孔が設けられており、
前記筒状部と前記カバー部材との間には、通気性を有する繊維集合体が存している、請求項１から３のいずれか一つに記載の電池パック。
【請求項５】
前記消音部は、前記素電池から発生したガスが衝突する衝突部を有しており、該衝突部には吸音材が設けられている、請求項１に記載の電池パック。
【請求項６】
前記消音部には、前記ガスが通過する空間を形成する内壁の全面に前記吸音部材が設けられている、請求項５に記載の電池パック。
【請求項７】
前記消音部において、前記素電池から発生したガスの流れる方向を変えてガス流通路を屈曲させている、請求項２から６のいずれか一つに記載の電池パック。
【請求項８】
前記電池モジュールは複数存しており、
前記消音部は、前記ガス排出ダクトの出口に最も近い前記モジュール排気口と前記ガス排出ダクトの出口との間に備えられている、請求項１から７のいずれか一つ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、電池パックに関し、特に複数の素電池が収容された電池モジュールを１つ以上と、電池モジュールに接続しているガス排出ダクトとを備えた電池パックに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子機器の多様化や電気自動車の開発に伴い高容量、高電圧、高出力で安全性の高い電池や電池パックが求められ、様々な安全な電池や電池モジュール、電池パックが作られている。このような電池モジュール、電池パックには一般的に二次電池が用いられる。二次電池の中でもリチウムイオン電池は、エネルギー密度が高い、放電電圧が高い、メモリー効果がない、充放電回数が多い等の優れた性質を有しているため、携帯電話やノート型ＰＣ等の小型電子機器の電源として広く使われていて、近年自動車の駆動用電源、家庭用の電源などにも使用されるようになってきている。
【０００３】
しかし電池モジュールや電池パックにおいて、万が一電池の内部で異常が発生すると、電池内部から高温高圧のガスが噴出することがある。その場合、電池を収納している電池モジュールや電池パックの筐体が破損、溶解、燃焼し高温高圧のガスが電池モジュールや電池パックの外部に漏れ、高温高圧のガスが燃えて延焼し被害が大きくなることが考えられる。
【０００４】
このような現象を防止する方法として、複数の電池をケースに収納した電池パックにおいて、電池から放出された高温高圧のガスを排気経路を通して温度を低下させ、ケース外部へ放出する方法がある（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−１１７７６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、前記従来の電池パックでは、安全に電池から発生した高温高圧のガスを外部へ放出できるが、ガスの発生による騒音も外部へ放出されてしまう。
【０００７】
本発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、異常時に電池から発生する騒音を低減することのできる電池パックを得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記従来の課題を解決するために本発明の電池パックは、二次電池である複数の素電池が収容された電池モジュールを１つ以上と、前記電池モジュールに接続しているガス排出ダクトとを備え、前記電池モジュールは、前記素電池から発生したガスを排気するモジュール排気口を備えており、前記ガス排出ダクトは、前記モジュール排気口と連通しているとともに消音部を備えている構成とした。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によると、電池異常時のガス放出にともなう騒音をガス排出ダクトに設けた消音部で低減させ、異常時の騒音を抑えた電池パックを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施形態における電池モジュールに使用する素電池の構成を模式的に示した断面図である。
【図２】実施形態における電池モジュールの構成を模式的に示した断面図である。
【図３】平板が配設された素電池の一端部の近傍を拡大した部分断面図である。
【図４】実施形態に係る電池パック内部の全体構成を模式的に示した図である。
【図５】実施形態１に示す電池パックの消音部を模式的に示した断面図である。
【図６】実施形態２に示す電池パックの消音部を模式的に示した断面図である。
【図７】実施形態２に示す電池パックの消音部を模式的に示した別の断面図である。
【図８】実施形態３に示す電池パックの消音部を模式的に示した断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
（定義）
入口と出口とを備えた室が直列に繋がっているとは、１つの室の出口が別の室の入口に通じているという連通状態で複数の室が順に連なっていることである。
【００１２】
通気性を有する繊維集合体とは、不織布や木綿綿などのように繊維の集合体であって繊維と繊維との間は空気であるもののことをいう。
【００１３】
前記素電池から発生したガスが衝突する面を有しているとは、ガスの流れを遮ったり流れの方向を変える面を有しているということである。
【００１４】
室内におけるガスの流れる方向に垂直な断面の断面積が入口の開口面積及び出口の開口面積よりも大きいということは、少なくとも室内の最大断面積が入口開口面積及び出口開口面積よりも大きいことを意味している。
【００１５】
（検討経緯）
リチウムイオン電池は、従来はノート型ＰＣ等の小型電子機器に用いられることがほとんどであり、電池内部の以上からガスが排出されるということは、電池が使用不能となることと同時に電子機器自体も壊れてしまうことが多く、ガス排出に伴う騒音を問題にすることはなかった。ところが自動車の駆動用途等にリチウムイオン電池を使用する場合には、多数の単電池を並列直列に接続して電池モジュール、電池パックとし、単電池のうち一つからガスが排出されても電池モジュールや電池パックとしては充放電機能を保持する機構および車体側には影響を及ぼさない機構が考えられている。ただ、一般的な小型のリチウムイオン電池であるいわゆる１８６５０型電池の１本から排出されるガスは１０ｌ以上であり、１秒未満で排出される。
【００１６】
このような場合、例えば多数のリチウムイオン電池を備えた電池パックを電源とした電気自動車が走行中に、一つのリチウムイオン単電池の内部異常が発生すると、電池パックは異常発生前とほとんど変わりなく働くため車の運転自体にはなんら支障は生じない。しかし、異常が発生した単電池からは上記のように短時間で大量のガスが発生するため、特に対策を打たないとガスの外部への排出に伴って大きな音がして、運転者や周囲の人を驚かせてしまい、運転操作を誤って事故が起こるおそれがある。
【００１７】
上記のような事態は従来には想定されなかった事態であり、これまで検討が行われ来なかった。本願発明者らはこのような新たな課題をどのように解決するかを検討し、本願発明を想到するに至った。
【００１８】
以下本発明を実施するための形態について図面を参照しながら説明する。なお、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではない。また、本発明の効果を奏する範囲を逸脱しない範囲で、適宜変更は可能である。さらに、他の実施形態との組み合わせも可能である。
【００１９】
（実施の形態１）
＜素電池＞
図１は、本発明の実施形態１における電池モジュールに使用する電池８０の構成を模式的に示した断面図である。なお、本発明の電池モジュールに使用する電池は、ノート型パソコン等の携帯用電子機器の電源として単体でも使用できる電池であってもよい（以下、電池モジュールに使用する電池を、「素電池」と呼ぶ）。この場合、高性能の汎用電池を、電池モジュールの素電池として使用することができるため、電池モジュールの高性能化、低コスト化をより容易に図ることができる。
【００２０】
本発明の電池モジュールに使用する素電池８０は、例えば、図１に示すような、円筒形のリチウムイオン二次電池を採用することができる。このリチウムイオン二次電池は、通常の構成をなすもので、内部短絡等の発生により電池内の圧力が上昇したとき、ガスを電池外に放出する安全機構を備えている。以下、図１を参照しながら、素電池８０の具体的な構成を説明する。
【００２１】
図１に示すように、正極１と負極２とがセパレータ３を介して捲回された電極群４が、非水電解液とともに、電池ケース７に収容されている。電極群４の上下には、絶縁板９、１０が配され、正極１は、正極リード５を介してフィルタ１２に接合され、負極２は、負極リード６を介して負極端子を兼ねる電池ケース７の底部に接合されている。
【００２２】
フィルタ１２は、インナーキャップ１３に接続され、インナーキャップ１３の突起部は、金属製の弁板１４に接合されている。さらに、弁板１４は、正極端子を兼ねる端子板８に接続されている。そして、端子板８、弁板１４、インナーキャップ１３、及びフィルタ１２が一体となって、ガスケット１１を介して、電池ケース７の開口部を封口している。
【００２３】
素電池８０に内部短絡等が発生して、素電池８０内の圧力が上昇すると、弁体１４が端子板８に向かって膨れ、インナーキャップ１３と弁体１４との接合がはずれると、電流経路が遮断される。さらに素電池８０内の圧力が上昇すると、弁体１４が破断する。これによって、素電池８０内に発生したガスは、フィルタ１２の貫通孔１２ａ、インナーキャップ１３の貫通孔１３ａ、弁体１４の裂け目、そして、端子板８の開放部８ａを介して、外部へ排出される。
【００２４】
なお、素電池８０内に発生したガスを外部に排出する安全機構は、図１に示した構造に限定されず、他の構造のものであってもよい。
【００２５】
＜電池モジュール＞
図２は、本実施形態における電池モジュール９０の構成を模式的に示した断面図である。
【００２６】
図２に示されているのは、複数の素電池８０が配列されて並列に接続された組電池７０の一つの模式的断面であり、電池モジュール９０は複数の組電池７０がケース２０内に収容されている構成を有している。なお、各素電池８０は、ケース２０の底部２３に形成されたリブ２４によって、規制された位置に固定されている。また、素電池８０は、図１に示したように、素電池８０内に発生したガスを電池外に排出する開放部８ａを備えている。
【００２７】
ケース２０は、複数の素電池８０の一端側（本実施形態では、正極端子８側）に配設された平板（板状部材）３０によって、複数の素電池８０を収容する収容部５０と、素電池８０の開放部８ａから排出されるガスをケース２０外に排気する排気経路部６０とに区画されている。そして、素電池８０の開放部８ａは、平板３０に形成された開口部３０ａを介して排気経路部６０に連通している。
【００２８】
排気経路部６０は、平板３０とケース２０の外装板（蓋部）２１との間で形成されている。素電池８０の開放部８ａから排出されるガスは、平板３０に形成された開口部３０ａを介して排気経路部６０に排出された後、ケース２０に設けられた排出口２２より、ケース２０外に排出される。
【００２９】
なお、平板３０は、素電池８０の一端部（本実施形態では、正極端子８側の端部）に密着して配設されるため、収容部５０は、平板３０により密閉状態になっている。そのため、素電池８０の開放部８ａから平板３０の開口部３０ａを介して排気経路部６０に排出されたガスは、再び、収容部５０に戻ることはない。
【００３０】
図３は、平板３０が配設された素電池８０の一端部の近傍を拡大した部分断面図である。図３に示すように、正極端子８の突起部が、平板３０の開口部３０ａに挿入された状態で、電池ケース７の肩部７ａと平板３０とが弾性部材３１を介して密着している。従って、正極端子８の突起部に設けられた開放部８ａから排出されたガスは、平板３０によって素電池８０の収容部が密閉されているため、再び、収容部に戻ることはない。また、弾性部材３１に接着性を持たせば、平板３０によって、素電池８０を保持する機能も付与させることができる。なお、弾性部材３１を介さずに、平板３０を直接電池ケース７の肩部７ａに密着させてもよい。
【００３１】
＜電池パック＞
図４は実施の形態１における電池パック１０１の内部構成を表した模式図である。
【００３２】
図４において電池パック１０１は複数（ここでは５つ）の電池モジュール１０２とガス排出ダクト１０３で構成されている。電池モジュール１０２は一列に並べられて配置されている。
【００３３】
電池モジュール１０２には複数の素電池（不図示）が収容されており、素電池から異常時に発生するガスを電池モジュール１０２の外へ排出するモジュール排気口１０４が形成されている。各電池モジュール１０２のモジュール排出口１０４は電池パック１０１内で同じ向きに向いており、一列に並んだ電池モジュール１０２の面一に並んだ面に設けられている。
【００３４】
ガス排出ダクト１０３はモジュール排気口１０４からの排出ガスが流れ込む入口と、排出ガスが流れるガス流通部と、排出ガスを電池パック１０１の外部に排出する出口を含み、その出口部分に消音部１０５が設置されている。即ちガス排出ダクト１０３はモジュール排気口１０４と連通している。
【００３５】
消音部１０５の構成を図５に示す。図５は本実施の形態における電池パック１０１の消音部の模式的な断面図である。
【００３６】
図５に示すように消音部１０５は、ガス排出ダクト１０３の流通部に繋がっている消音部入口１０６と、電池パック１０１の外部にガスを排出する消音部出口１０７と、複数の膨張室１０８ａ、１０８ｂ、１０８ｃと、膨張室出入口１０９ａ、１０９ｂで構成されている。複数の膨張室１０８ａ、１０８ｂ、１０８ｃはそれぞれ出口と入口とを備えており、直列に並んで、排気経路を構成している。なお、各膨張室１０８ａ、１０８ｂ、１０８ｃの入口と出口とは、流入するガスの方向と流出するガスの方向とが９０度あるいは１８０度異なっており、屈曲したガス流通経路となっている。
【００３７】
膨張室１０８ａ、１０８ｂ、１０８ｃの内部は、消音部入口１０６の開口面積よりも大きな断面積を有している排出ガスが膨張する空間であり、膨張室出入口１０９ａ、１０９ｂは膨張室１０８ａ、８ｂで膨張した排出ガスを圧縮するための部分である。膨張室出入口１０９ａの開口面積は、膨張室１０８ａ，１０８ｂ内部の断面積よりも小さく、膨張室出入口１０９ｂの開口面積は、膨張室１０８ｂ，１０８ｃ内部の断面積よりも小さい。このような開口面積及び室内の断面積の構成により、排出ガスは消音部１０５において膨張と収縮とを繰り返して電池パック１０１外に排出される。なお、膨張室１０８ａ，１０８ｂ，１０８ｃの内部の断面積は、例えば入口から入って拡がっている部分の断面積を代表例として挙げることができる。
【００３８】
図４に示すように、電池モジュール１０２とガス排出ダクト１０３は電池モジュール１０２に設けられたモジュール排気口１０４でつながっており、消音部１０５はガス排出ダクト１０３内に備えられており、消音部１０５はガス排出ダクト１０３の出口に最も近いモジュール排気口１０４ａと、ガス排出ダクト１０３の出口との間に備えられている。
【００３９】
電池モジュール１０２に収容された素電池からガスが発生した場合、モジュール排気口１０４から排出されたガスはガス排気ダクト１０３を通り、消音部１０５で排出ガスが膨張・収縮を繰り返した後、電池パック１０１外に出ていく。消音部入口１０６から消音部出口１０７までからなる、排出ガスの圧縮・収縮が繰り返される排気経路を有することで、消音部１０５が無い場合に比較して、電池パック１０１から発生するガス起因の騒音は低減される。排気経路が屈曲していることによっても騒音の低減効果が向上する。
【００４０】
消音する方法としては、図５において消音部入口１０６から入った騒音は、膨張室１０８ａに入り膨張し膨張室出口１０９ａで圧縮され、膨張室１０８ｂに入り膨張し膨張室出口１０９ｂで圧縮され、膨張室１０８ｃに入り膨張し、消音部出口１０７から排出される。このような消音部入口１０６から消音部出口１０７のような排出経路を排出ガスが通ることで、排出ガスは膨張と圧縮を繰り返し音の圧力波が減衰され、騒音が低減した排出ガスを電池パックの外部へ排気する。また、消音部１０５がガス排出ダクト出口５０に最も近いモジュール排気口４ａと、ガス排出ダクト出口５０との間に設置されているので、全てのモジュール排気口４からの排出ガスに対応することができ、消音部１０５を最小限の体積および設備とすることができる。
【００４１】
（実施の形態２）
図６は実施の形態２における電池パックの消音部を模式的に示した断面図である。図７は本実施の形態の消音部の別の断面を表した模式図である。
【００４２】
図６、図７において消音部１２５は通気性を有する繊維集合体１１０とカバー部材１１０ａと筒状部である排気経路周壁１１２とで構成されている。
【００４３】
排気経路周壁１１２の材質としては、アルミや鉄などの金属や、セラミック、砂等の不燃性固体や、樹脂材料などを用いることができる。形状は図７のような方形の断面形状、または円や楕円の断面形状などを用いることができ、壁面に複数の通気孔１１１が開いている。
【００４４】
通気孔１１１は方形や多角形、または円や楕円形状を用いることができ、大きさは排気経路周壁１１２の断面積よりも小さい。
【００４５】
排気経路周壁１１２としては、筒状のパンチングメタルを用いることもできる。
【００４６】
カバー部材１１０ａの材質としては、アルミや鉄などの金属や、セラミック、砂等の不燃性固体や、樹脂材料などを用いることができる。
【００４７】
繊維集合体１１０としては、グラスウールやロックウールなどを用いることができる。繊維が絡み合って、通気性のある形状のものを用いることができる。
【００４８】
消音部１２５は、通気孔１１１の開いた排気経路周壁１１２を覆うようにして外側にカバー部材１１０ａが設けられており、カバー部材１１０ａと排気経路周壁１１２の間の空間内に繊維集合体１１０が保持されている。
【００４９】
素電池の異常で発生したガスは通気孔１１１を通って周囲の繊維集合体１１０へと膨張し、また通気孔１１１をとおり排気経路周壁１１２の内側である排気経路１１３に戻ることで、膨張と圧縮を繰り返し、音の圧力波を減衰し騒音を低減させる。このような消音部１２５を複数繋げるとより騒音の低減度合いが高くなって好ましい。
【００５０】
（実施の形態３）
図８は実施の形態３における電池パックの消音部の断面図である。
【００５１】
図８において消音部１３５は吸音材１１４と消音部外壁１１５とで構成されている。
【００５２】
図８において吸音材１１４は消音部外壁１１５の内部のほぼ全面に、排気経路１１６を取り囲むようにもうけられている。
【００５３】
消音部外壁１１５の材質としては、アルミや鉄などの金属や、セラミック、砂等の不燃性固体や、樹脂材料などを用いることができる。形状は方形の断面形状、または円や楕円の断面形状などを用いることができる。
【００５４】
吸音材１１４の材質としては多孔質のウレタンやグラスウール、ロックウール、または食物繊維やウールなどを用いることができる。吸音材１１４は接着剤などで消音部外壁１１５の内側に設けることができる。
【００５５】
発生した騒音は消音部１３５で消音部外壁１１５内部に覆われた吸音材１１４に衝突することで音が低減され、外部へは騒音が低減されたガスを排気する。
【００５６】
またその際、消音部１３５に排出ガスの排気経路１１６を折り曲げる屈曲部が含まれていることで、音が吸音材に衝突する回数が増えるので、騒音低減効果はより向上する。
【００５７】
（その他の実施の形態）
上記の実施の形態は本発明の例であり、本発明はこれらの例に限定されない。例えば、ある膨張室の入口と出口におけるガスの流れ方向が同じであっても膨張室内でガスの流れ方向が変わるようにしていればガスの流通経路が屈曲することになる。
【００５８】
上記の実施の形態同士の内容を組み合わせて実施してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
本発明は、自動車、電動バイクまたは電動遊具等の駆動用電源等として有用である。
【符号の説明】
【００６０】
８０        素電池
９０        電池モジュール
１０１      電池パック
１０２      電池モジュール
１０３      ガス排出ダクト
１０４      モジュール排気口
１０４ａ    ガス排出ダクト出口に最も近いもジュール排気口
１０５      消音部
１０６      消音部入口
１０７      消音部出口
１０８ａ    膨張室
１０８ｂ    膨張室
１０８ｃ    膨張室
１０９ａ    膨張室出口
１０９ｂ    膨張室出口
１１０      繊維集合体
１１０ａ    カバー部材
１１１      通気孔
１１２      排気経路周壁
１１３      排気経路
１１４      吸音材
１１５      消音部外壁
１１６      排気経路
１２５      消音部
１３５      消音部
【図１】
2011204574.tif 000003
【図２】
2011204574.tif 000004
【図３】
2011204574.tif 000005
【図４】
2011204574.tif 000006
【図５】
2011204574.tif 000007
【図６】
2011204574.tif 000008
【図７】
2011204574.tif 000009
【図８】
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