(57)【要約】【課題】外装体内部で発生したガスの放出方向を制御し得る電池システムを提供する。【解決手段】発電要素を収容している外装体３０を有する電池２０と、外装体３０の内部で発生したガスによる外装体３０の膨張を押し止める方向に、外装体３０を加圧するための複数の電池拘束手段と、を有する電池システム１０である。電池拘束手段は、外装体３０を加圧する力を吸収する加圧力調整機構９０を有する第１拘束手段８５と、加圧力調整機構９０を有しない第２拘束手段８０と、から構成される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電要素を収容している外装体を有する電池と、
前記外装体の内部で発生したガスによる前記外装体の膨張を押し止める方向に、前記外装体を加圧するための複数の電池拘束手段と、を有し、
前記電池拘束手段は、前記外装体を加圧する力を吸収する加圧力調整機構を有する第１拘束手段と、前記加圧力調整機構を有しない第２拘束手段と、から構成される
ことを特徴とする電池システム。
【請求項２】
前記加圧力調整機構は、圧縮ばねを有し、
前記圧縮ばねは、収縮することによって前記外装体を加圧する力を吸収することを特徴とする請求項１に記載の電池システム。
【請求項３】
前記加圧力調整機構は、蛇腹状弾性部材を有し、
前記蛇腹状弾性部材は、伸展することによって前記外装体を加圧する力を吸収することを特徴とする請求項１に記載の電池システム。
【請求項４】
前記外装体は、前記発電要素を挟み込んでいる高分子−金属複合ラミネートフィルムから構成され、
前記高分子−金属複合ラミネートフィルムは、
前記発電要素が配置される中央部と、
前記中央部を取り囲みかつ封止されている外周縁部と、
を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の電池システム。
【請求項５】
前記電池は、扁平状かつ矩形状であり、複数積層されており、
前記外装体の膨張を押し止める方向は、前記電池の積層方向であることを特徴とする請求項４に記載の電池システム。
【請求項６】
前記電池を挟み込んでいる矩形状の保持プレートをさらに有し、
前記電池拘束手段は、前記保持プレートの四隅に配置され、前記保持プレートを介して前記外装体を加圧するように構成されていることを特徴とする請求項５に記載の電池システム。
【請求項７】
前記電池は、集電タブが外部に導出される第１辺と、前記第１辺に相対する第２辺と、を有し、
前記保持プレートは、前記電池の第１辺および第２辺に位置合せされた第１辺および第２辺を有すように位置決めされており、
前記第１拘束手段は、前記保持プレートの第２辺の両端に配置されていることを特徴とする請求項６に記載の電池システム。
【請求項８】
前記外装体の内部圧力を感知するセンサと、
前記加圧力調整機構を作動させるアクチュエータ部と、
前記アクチュエータ部を制御する制御部と、をさらに有し、
前記制御部は、前記センサによって感知された前記外装体の内部圧力が所定圧力に到達すると、前記アクチュエータ部を制御して、前記加圧力調整機構を作動させるように構成されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の電池システム。
【請求項９】
前記外装体の内部圧力を感知するセンサと、
前記加圧力調整機構を作動させるアクチュエータ部と、
前記アクチュエータ部を制御する制御部と、をさらに有し、
前記第１拘束手段は、前記保持プレートにおける前記第１拘束手段が配置される側における保持プレート間距離を変更可能に、前記保持プレートを拘束しており、
前記制御部は、前記センサによって感知された前記外装体の内部圧力が所定圧力に到達すると、前記アクチュエータ部を制御して、前記保持プレート間距離が所定長さだけ変更されるように前記加圧力調整機構を作動させるように構成されており、
前記所定長さは、Ｌ＝（２（Ｔ／Ｐ）−Ａ）（式中Ｌは前記所定長さ［ｍｍ］、Ｔは前記外装体の封止強度［Ｎ／ｍｍ］、Ｐは前記センサによって感知された前記外装体の内部圧力［Ｐａ］、Ａは前記電池の厚み［ｍｍ］をそれぞれ示す）で表される式によって定義される
ことを特徴とする請求項６又は請求項７に記載の電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
電気自動車等の駆動電源として用いられる電池システムにおいては、例えば、規格範囲外の電圧が印加されると、電池要素と共に封止された電解液溶媒が電気分解され、外装体内部でガスが発生することがある。また、規格範囲外の高温条件で使用される場合にも、電解質塩の分解等に起因してガスが発生することもある。
【０００３】
このようにして発生したガスによる外装体の破損を防止するため、外装体の内部圧力上昇に基づいて機能するガス放出口（内圧低減機構）を外装体に設けている（例えば、特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−３１９３０８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、外装体内部におけるガス発生箇所にはバラつきがあり、発生したガスが必ずしもガス放出口から放出されず、ガスの放出方向が制御できない問題を有している。そのため、例えば、電池が複数並置されている場合、電池（外装体）の外部に排出された高温のガスが、隣接する別の電池に到達して温度を上昇させる恐れがある。
【０００６】
本発明は、上記従来技術に伴う課題を解決するためになされたものであり、外装体内部で発生したガスの放出方向を制御し得る電池システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するための本発明は、発電要素を収容している外装体を有する電池と、前記外装体の内部で発生したガスによる前記外装体の膨張を押し止める方向に、前記外装体を加圧するための複数の電池拘束手段と、を有する電池システムである。前記電池拘束手段は、前記外装体を加圧する力を吸収する加圧力調整機構を有する第１拘束手段と、前記加圧力調整機構を有しない第２拘束手段と、から構成される。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、第２拘束手段が配置される側に比較し、第１拘束手段が配置される側は、加圧力調整機構によって、外装体の膨張を押し止める方向に外装体を加圧する力が小さくなるため、第１拘束手段が配置される側において、外装体の膨張が優先的に生じる（外装体の膨張に方向性が付与される）。外装体の開裂は、外装体の膨張が大きい個所で起き易い。したがって、第１拘束手段が配置される側において外装体が開裂し、外装体内部で発生したガスが放出されるため、ガスの放出方向（外装体が開裂する箇所）を制御することが可能である。つまり、外装体内部で発生したガスの放出方向を制御し得る電池システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施の形態１に係る電池システムを説明するための断面図である。
【図２】図１に示される二次電池を説明するための平面図である。
【図３】図１に示される二次電池を説明するための側面図である。
【図４】図１に示される二次電池の外装体を説明するための断面図である。
【図５】図１に示される二次電池の電池要素を説明するための分解斜視図である。
【図６】図１に示される保持プレートを説明するための平面図である。
【図７】図１に示される二次電池の外装体の内部圧力上昇に伴う変形を説明するための断面図である。
【図８】図１に示される加圧力調整機構の可変幅とガス放出制御との関係を説明するためのテーブルである。
【図９】加圧力調整機構の可変幅を説明するための断面図である。
【図１０】実施の形態２に係る電池システムを説明するための断面図である。
【図１１】図１０に示される加圧力調整機構の可変幅とガス放出制御との関係を説明するためのテーブルである。
【図１２】実施の形態３に係る電池システムを説明するための断面図である。
【図１３】実施の形態３に係る変形例を説明するための断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しつつ説明する。
【００１１】
図１は、実施の形態１に係る電池システムを説明するための断面図、図２は、図１に示される二次電池を説明するための平面図、図３は、図１に示される二次電池を説明するための側面図、図４は、図１に示される二次電池の外装体を説明するための断面図、図５は、図１に示される二次電池の電池要素を説明するための分解斜視図、図６は、図１に示される保持プレートを説明するための平面図、図７は、図１に示される二次電池の外装体の内部圧力上昇に伴う変形を説明するための断面図である。
【００１２】
実施の形態１に係る電池システム１０は、図１に示されるように、積層された複数の二次電池２０からなる電池積層体（組電池）１５と、電池積層体１５を挟み込んでいる保持プレート７０，７５と、保持プレート７０，７５を介して電池積層体１５を積層方向Ｓに加圧するための電池拘束手段８０，８５と、を有する。電池システム１０においては、複数の二次電池２０が積層されているため、大出力を容易に確保することが可能である。
【００１３】
電池拘束手段８５は、後述するように、加圧力調整機構９０を有しており、電池システム１０は、二次電池２０内部で発生したガスの放出方向を制御することが可能である。ガスは、例えば、経時に伴う電池構成部材の分解ガスや、製造時のコンタミネイションによる内部短絡あるいは過充電に伴う異常発熱によって生成される反応ガスである。
【００１４】
二次電池２０は、例えば、リチウムイオン二次電池であり、図２に示されるように、扁平な略矩形状を有しており、外装体３０、発電要素５０および集電タブ６０，６２を有する。リチウムイオン二次電池は、小型かつ高性能（高出力および長寿命）であり、直列化および／又は並列化して接続して構成される組電池を小型化してスペース効率を向上させたり、高性能化したりすることができるため、好ましい。
【００１５】
外装体３０は、中央部３２および外周縁部３４から構成される。中央部３２は、発電要素５０が配置される部位である。外周縁部３４は、中央部３２を取り囲んでいる部位であり、封止されている。外周縁部３４は、図２および図３に示されるように、４つの辺３６〜３９を有する。辺３６は、集電タブ６０，６２が配置されている部位である。辺３７は、辺３６に相対している部位である。辺３８および辺３９は、辺３６と辺３７とを連結しかつ互いに相対している部位である。
【００１６】
外装体３０は、図４に示されるように、略矩形状の高分子−金属複合ラミネートフィルム４０，４２からなり、発電要素５０を挟み込むように被覆し、その周囲を封止することで密閉している。したがって、発電要素５０を挟み込んでいる部位が中央部３２を構成し、その周囲を封止している部位が外周縁部３４を構成している。ラミネートフィルム４０，４２は、図４に示されるように、内側に位置する樹脂層４４と、外側に位置する樹脂層４８と、樹脂層４４，４８の間に配置される金属層４６とを有する。封止は、ラミネートフィルム４０，４２の樹脂層４４を熱融着によって接合することによって形成されている。
【００１７】
高分子−金属複合ラミネートフィルム４０，４２は、外装体３０の軽量化を図りかつ熱伝導性および強度を確保することが容易であり、また、外周縁部３４の封止を容易かつ確実に実施することができる点で好ましい。
【００１８】
樹脂層４４，４８を構成する材料は、例えば、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）などの熱可塑性樹脂材料が適用される。金属層４６を構成する材料は、例えば、アルミニウム、ステンレス、ニッケル、銅などの金属（合金を含む）である。外装体３０は、一対のラミネートフィルム４０，４２によって構成される形態に限定されず、例えば、予め袋状に形成されているラミネートフィルムを適用することも可能である。
【００１９】
次に、発電要素５０を説明する。
【００２０】
発電要素５０は、実際に充放電反応が進行する部位であり、図５に示されるように、負極５２、セパレータ５４、正極５６が積層されて形成される。積層数は、必要な容量などを考慮して適宜設定される。
【００２１】
負極５２は、薄いシート状の負極集電体の両面に活物質層が形成されてなる。負極集電体は、高導電性部材（集電箔）からなり、集電タブ６０と電気的に接触するタブ部分５３を有する。タブ部分５３は、発電した電気を外部に取り出すために配置されており、負極５２の一辺から突出している。活物質層（負極活物質層）は、リチウムを挿入および脱離可能な負極活物質が配置されている領域（含有している領域）であり、タブ部分５３を除いた負極集電体の両面に配置され、負極集電体に電気的に接触している。
【００２２】
正極５６は、薄いシート状の正極集電体の両面に活物質層が形成されてなる。正極集電体は、高導電性部材（集電箔）からなり、集電タブ６２と電気的に接触するタブ部分５７を有する。タブ部分５７は、発電した電気を外部に取り出すために配置されており、正極５６の一辺から突出している。活物質層（正極活物質層）は、リチウムを挿入および脱離可能な正極活物質が配置されている領域（含有している領域）であり、タブ部分５７を除いた正極集電体の両面に配置され、正極集電体に電気的に接触している。なお、正極活物質層の配置サイズは、負極５２の負極活物質層の配置サイズよりも一回り小さく設定されている。
【００２３】
負極５２の活物質層に係る負極活物質としては、容量および出力特性の観点から、炭材料料および合金系負極材料を適用することが好ましい。炭材料料は、例えば、グラファイト、カーボンブラック、活性炭、カーボンファイバ、コークス、ソフトカーボン、ハードカーボンである。合金系負極材料は、例えば、ケイ素、酸化ケイ素、二酸化錫、炭化ケイ素、錫であり、リチウムと合金化し得る元素を含むことが好ましい。
【００２４】
正極５６の活物質層に係る正極活物質としては、容量および出力特性の観点からリチウム−遷移金属複合酸化物を適用することが好ましい。リチウム−遷移金属複合酸化物は、例えば、ＬｉＣｏＯ２などのＬｉ・Ｃｏ系複合酸化物、ＬｉＮｉＯ２などのＬｉ・Ｎｉ系複合酸化物、スピネルＬｉＭｎ２Ｏ４などのＬｉ・Ｍｎ系複合酸化物、ＬｉＦｅＯ２である。
【００２５】
活物質層は、バインダや導電助剤等の添加剤をさらに含有する。バインダは、例えば、ポリアミック酸、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエーテルニトリル（ＰＥＮ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、ポリメチルアクリレート（ＰＭＡ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）、またはこれらの混合物である。導電助剤は、活物質層の導電性を向上させるために配合される添加物であり、例えば、アセチレンブラック等のカーボンブラック、グラファイト、気相成長炭素繊維などの炭材料料である。
【００２６】
負極集電体および正極集電体の材料は、例えば、鉄、ステンレス鋼、クロム、ニッケル、マンガン、チタン、モリブデン、バナジウム、ニオブ、アルミニウム、銅、銀、金、白金およびカーボンである。電子伝導性、電池作動電位という観点からはアルミニウムや銅が好ましい。
【００２７】
セパレータ５４は、電解液を含有する微多孔性シート（膜）からなる電解質層を構成する。セパレータ５４のサイズは、正極５６の活物質層の配置サイズより大きく設定されている。
【００２８】
セパレータの材料として、ポリプロピレン（ＰＰ）などの他のポリオレフィン、ポリプロピレン（ＰＰ）／ポリエチレン（ＰＥ）／ポリプロピレン（ＰＰ）の３層構造をした積層体、ポリアミド（ＰＡ）、ポリイミド（ＰＩ）、不織布を、利用することが可能である。不織布は、例えば、綿、レーヨン、アセテート、ナイロン、ポリエステルである。
【００２９】
セパレータ５４は、電解質が浸透することによって、イオンの透過性および電気伝導性を呈することとなる。セパレータ５４が含有する電解液は、例えば、液体電解質、ポリマー電解質である。
【００３０】
液体電解質は、可塑剤である有機溶媒に支持塩であるリチウム塩が溶解した形態を有する。可塑剤として適用される有機溶媒は、例えば、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート（ＥＣ）、ビニレンカーボネートなどの環状カーボネート類や、ジメチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）などの鎖状カーボネート類である。支持塩は、例えば、ＬｉＰＦ６、ＬｉＢＦ４、ＬｉＣｌＯ４、ＬｉＡｓＦ６、ＬｉＴａＦ６、ＬｉＡｌＣｌ４、Ｌｉ２Ｂ１０Ｃｌ１０等の無機酸陰イオン塩や、ＬｉＣＦ３ＳＯ３、Ｌｉ（ＣＦ３ＳＯ２）２Ｎ、Ｌｉ（Ｃ２Ｆ５ＳＯ２）２Ｎ等の有機酸陰イオン塩である。
【００３１】
ポリマー電解質は、電解液を含むゲル電解質と電解液を含まない真性ポリマー電解質に分類される。ゲル電解質は、イオン伝導性ポリマーからなるマトリックスポリマーに、液体電解質が注入されてなる構成を有する。イオン伝導性ポリマーは、例えば、ポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）、ポリプロピレンオキシド（ＰＰＯ）、およびこれらの共重合体である。真性ポリマー電解質は、上記のマトリックスポリマーに支持塩（リチウム塩）が溶解してなる構成を有し、可塑剤である有機溶媒を含まない。
【００３２】
集電タブ６０，６２は、負極５２および正極５６のタブ部分５３，７７に接続され、かつ外装体３０の外周縁部３４の辺３６から外部に導出されている。集電タブ６０，６２と外装体３０（ラミネートフィルム４０，４２）の樹脂層４４との接触部位は、外装体３０の密閉性を確保するために接合されている。なお、集電タブ６０は負極用であり、集電タブ６２は正極用である。
【００３３】
辺３６は、集電タブ６０，６２を介して振動が伝達されて微小隙間が発生し易い箇所である。そのため、集電タブ６０，６２に表面処理を施したり、樹脂層４４の材料を調整したり、熱融着の手法や条件を変えたりすることによって、接着強度を向上させることが好ましい。
【００３４】
集電タブ６０，６２を構成する材料は、例えば、鉄、ステンレス鋼、クロム、ニッケル、マンガン、チタン、モリブデン、バナジウム、ニオブ、アルミニウム、銅、銀、金、白金およびカーボンである。電子伝導性、電池作動電位という観点からは、アルミニウムや銅が好ましい。
【００３５】
次に、図１、図６および図７を参照し、保持プレート７０，７５および電池拘束手段８０，８５を詳述する。
【００３６】
保持プレート７０は、略矩形であり、電池積層体１５の最上位の二次電池２０上に配置され、図１および図６に示されるように、４つの辺７１，７１Ａ，７２，７２Ａを有する。辺７１は、二次電池２０の集電タブ６０，６２が配置されている辺３６に位置合せされており、その両端に貫通孔７３を有する。辺７２は、辺７１相対しかつ二次電池２０の辺３７に位置合せされており、また、保持プレート７５に向かった段差部７０Ａを有し、段差部７０Ａの両端に貫通孔７４を有する。辺７１Ａ，７２Ａは、辺７１と辺７２とを連結しかつ互いに相対している部位である。
【００３７】
保持プレート７５は、略矩形であり、電池積層体１５の最下位の二次電池２０が載置され、図１および図６に示されるように、４つの辺７６，７６Ａ，７７，７７Ａを有する。辺７６は、二次電池２０の集電タブ６０，６２が配置されている辺３６に位置合せされている。辺７７は、辺７６に相対しかつ二次電池２０の辺３７に位置合せされている。辺７６，７７の両端に、貫通孔７８，７９を有する。辺７６Ａ，７７Ａは、辺７６と辺７６とを連結しかつ互いに相対している部位である。
【００３８】
電池拘束手段８０，８５は、通しボルト８１，８６およびナット８２，８７を有する。通しボルト８１，８６のシャフト部は、保持プレート７０の貫通孔７３，７４および保持プレート７５の貫通孔７８，７９に挿通され、その先端部がナット８２，８７によって締結されるように構成される。したがって、電池拘束手段８０，８５は、通しボルト８１，８６とナット８２，８７の締結力に応じて、保持プレート７０，７５を介して電池積層体１５を積層方向Ｓに加圧することが可能である。つまり、電池拘束手段８０，８５は、保持プレート７０，７５の四隅に配置され、保持プレート７０，７５を介して外装体３０を加圧するように構成されており、電池拘束手段８０，８５は、外装体３０を効率的に加圧することが可能である。
【００３９】
電池拘束手段８５は、電池拘束手段８０と異なり、加圧力調整機構９０をさらに有する。
【００４０】
加圧力調整機構９０は、保持プレート７０の段差部７０Ａの貫通孔７４より大きな径を有する圧縮ばね９１を有する。圧縮ばね９１は、通しボルト８６のシャフト部に挿通され、通しボルト８６のヘッド部と保持プレート７０の段差部７０Ａとの間に位置しており、その弾性力によって、通しボルト８６のヘッド部を保持プレート７０から離間する方向に付勢している。
【００４１】
したがって、外装体３０の内部で発生したガスによる外装体３０の膨張力は、保持プレート７０の段差部７０Ａを介して圧縮ばね９１に伝達され、圧縮ばね９１が収縮することによって、保持プレート７０，７５間距離（保持プレート７０の辺７２と保持プレート７５の辺７７との間の距離）が拡大することになる。
【００４２】
つまり、外装体３０の内部で発生したガスによって外装体３０が膨張する場合、図７に示されるように、電池拘束手段８０が配置されている保持プレート７０，７５の辺７１，７６に比較し、電池拘束手段８５が配置される保持プレート７０，７５の辺７２，７７は、圧縮ばね９１の収縮によって、外装体３０の膨張を押し止める方向に加圧する力が小さくなる。これにより、電池拘束手段８０が配置されている保持プレート７０，７５の辺７１，７６と電池拘束手段８５が配置される辺７２，７７とが非並行となり、電池拘束手段８５が配置される辺７２，７７側において、二次電池２０の外装体３０の膨張が優先的に生じる（外装体３０の膨張に方向性が付与される）。
【００４３】
ガスの放出は、外周縁部３４における封止している部位の開裂で引き起こされ、当該開裂は、外装体３０の膨張が大きい個所で起き易い。そのため、電池拘束手段８５が配置される辺７２，７７側において外装体３０が開裂し、外装体３０内部で発生したガスが放出されるため、ガスの放出方向（外装体３０が開裂する箇所）を制御することが可能である。つまり、外装体３０内部で発生したガスの放出方向を制御することができる。
【００４４】
加圧力調整機構９０は、上記のように、圧縮ばね９１によって、外装体３０の膨張を押し止める方向に加圧する力を吸収しているため、その構造を単純化することが可能である。
【００４５】
電池拘束手段８５が配置される保持プレート７０，７５の辺は、辺７２，７７に限定されないが、二次電池２０の集電タブ６０，６２が配置されている辺３６に位置合せされている辺７１，７６を避けることが好ましい。集電タブ６０，６２の方向には、電気的な接続部や電子部品が配置される可能性が高く、ガス放出方向には好ましくないためである。保持プレート７０，７５における辺７１，７６に相対する辺７２，７７の側は、集電タブ６０，６２の方向と逆方向であるため、電池拘束手段８５は辺７２，７７に配置されることが特に好ましい。
【００４６】
また、隣接して二次電池２０が並置される構成においては、電池拘束手段８５が配置される保持プレート７０，７５の辺は、隣接して並置される二次電池２０に相対する辺を避けることが好ましい。放出される高温のガスによって、隣接して並置される二次電池２０の温度が上昇することを抑制するためである。さらに、電池システム１０がケースに収容される構成においては、電池拘束手段８５が配置される保持プレート７０，７５の辺は、ケースの壁部を避けることが好ましい。放出される高温のガスが、ケースの壁部を介して、隣接して並置される二次電池２０の温度上昇を引き起こす可能性があるためである。
【００４７】
次に、ガス放出制御に対する圧力調整機構の可変幅の影響を説明する。
【００４８】
図８は、図１に示される加圧力調整機構の可変幅とガス放出制御との関係を説明するためのテーブル、図９は、加圧力調整機構の可変幅を説明するための断面図である。
【００４９】
電池システム１０の二次電池２０の外装体３０内部でガスを発生させ、電池拘束手段８５が配置される辺７２，７７側において、二次電池２０の外装体３０が開裂し、外装体３０内部で発生したガスが放出されるか否かを確認した。この際、加圧力調整機構９０（圧縮ばね９１）の可変幅Ｄを、１〜１０ｍｍの範囲で変化させた。
【００５０】
可変幅Ｄは、図９に示されるように、ガスの発生前における圧縮ばね９１の長さＬ０から、外装体３０が膨張した後における圧縮ばね９１の最小長さＬＭＩＮを減じた値で定義される。なお、図８中において、「良好」は、電池拘束手段８５が配置される辺７２，７７側において外装体３０が開裂したことを示し、「不良」は、電池拘束手段８５が配置される辺７２，７７以外の辺７１（７６）、７１Ａ（７６Ａ）、７２Ａ（７７Ａ）側において外装体３０が開裂したことを示している。
【００５１】
ガス放出制御は、図８に示されるように、可変幅Ｄが１ｍｍおよび２ｍｍの場合、「不良」となり、３〜１０ｍｍの場合、「良好」となった。したがって、ガス放出を確実に制御するためには、可変幅Ｄは３ｍｍ以上が好ましい。
【００５２】
以上のように、実施の形態１においては、第２拘束手段（電池拘束手段８０）が配置される側に比較し、第１拘束手段（電池拘束手段８５）が配置される側は、加圧力調整機構によって、外装体の膨張を押し止める方向に外装体を加圧する力が小さくなるため、第１拘束手段が配置される側において、外装体の膨張が優先的に生じる（外装体の膨張に方向性が付与される）。外装体の開裂は、外装体の膨張が大きい個所で起き易い。したがって、第１拘束手段が配置される側において外装体が開裂し、外装体内部で発生したガスが放出されるため、ガスの放出方向（外装体が開裂する箇所）を制御することが可能である。つまり、外装体内部で発生したガスの放出方向を制御し得る電池システムを提供することができる。
【００５３】
加圧力調整機構は、単純な構成の圧縮ばねによって、外装体の膨張を押し止める方向に加圧する力を吸収しているため、その構造を単純化することが可能である。
【００５４】
外装体は、発電要素を挟み込んでいる高分子−金属複合ラミネートフィルムから構成されているため、外装体の軽量化を図りかつ熱伝導性および強度を確保することが容易である。また、外周縁部の封止を容易かつ確実に実施することができる。
【００５５】
電池は、複数積層されて電池積層体（組電池）を形成しているため、大出力を容易に確保することが可能である。
【００５６】
電池拘束手段は、保持プレートの四隅に配置され、保持プレートを介して外装体を加圧するように構成されているため、外装体を効率的に加圧することが可能である。
【００５７】
加圧力調整機構によって外装体を加圧する力が小さくなっている保持プレートの辺の側は、集電タブの方向と逆方向であるため、放出されたガスは集電タブの方向に流れず、集電タブの方向に配置される電気的な接続部や電子部品に干渉することが抑制される。
【００５８】
なお、電池拘束手段は、保持プレートの四隅に配置される形態に限定されない。また、加圧力調整機構を有する電池拘束手段を複数設ける形態に限定されない。
【００５９】
次に、実施の形態２を説明する。
【００６０】
図１０は、実施の形態２に係る電池システムを説明するための断面図である。
【００６１】
実施の形態２は、伸展（変位）に基づいて外装体を加圧する力を吸収する点で、圧縮ばね９１の収縮（変形）に基づいて外装体を加圧する力を吸収する実施の形態１と概して異なり、実施の形態２に係る電池拘束手段８５の加圧力調整機構９０は、図１０に示されるように、蛇腹状弾性部材９２およびストレート状連結部９３，９４を有する。
【００６２】
ストレート状連結部９３は、蛇腹状弾性部材９２の一端から延長し、保持プレート７０に固定されている。ストレート状連結部９４は、蛇腹状弾性部材９２の他端から延長し、保持プレート７５に固定されている。蛇腹状弾性部材９２は、保持プレート７０，７５が近接する方向に付勢している。したがって、実施の形態２に係る電池拘束手段８５は、実施の形態１に係る電池拘束手段８５と同様に、保持プレート７０，７５を介して外装体３０を加圧することが可能である。
【００６３】
一方、外装体３０の内部で発生したガスによる外装体３０の膨張力は、保持プレート７０，７５に固定されたストレート状連結部９３，９４を介して蛇腹状弾性部材９２に伝達され、蛇腹状弾性部材９２が伸展（変位）することによって、保持プレート７０，７５間距離（保持プレート７０の辺７２と保持プレート７５の辺７７との間の距離）が拡大することになる。
【００６４】
つまり、外装体３０の内部で発生したガスによって外装体３０が膨張する場合、電池拘束手段８０が配置されている保持プレート７０，７５の辺７１，７６に比較し、電池拘束手段８５が配置される保持プレート７０，７５の辺７２，７７は、蛇腹状弾性部材９２の伸展によって、外装体３０の膨張を押し止める方向に加圧する力が小さくなる。これにより、電池拘束手段８０が配置されている保持プレート７０，７５の辺７１，７６と電池拘束手段８５が配置される辺７２，７７とが非並行となり、電池拘束手段８５が配置される辺７２，７７側において、二次電池２０の外装体３０の膨張が優先的に生じる（外装体３０の膨張に方向性が付与される）。
【００６５】
実施の形態２に係る加圧力調整機構９０は、上記のように、蛇腹状弾性部材９２によって、外装体３０の膨張を押し止める方向に加圧する力を吸収しているため、その構造を単純化することが可能である。
【００６６】
次に、ガス放出制御に対する圧力調整機構の可変幅の影響を説明する。
【００６７】
図１１は、図１０に示される加圧力調整機構の可変幅とガス放出制御との関係を説明するためのテーブルである。
【００６８】
電池システム１０の二次電池２０の外装体３０内部でガスを発生させ、電池拘束手段８５が配置される辺７２，７７側において、二次電池２０の外装体３０が開裂し、外装体３０内部で発生したガスが放出されるか否かを確認した。この際、加圧力調整機構９０（蛇腹状弾性部材９２）の可変幅Ｄを１〜１０ｍｍの範囲で変化させた。可変幅Ｄは、図１１に示されるように、外装体３０が膨張した後における蛇腹状弾性部材９２の最大伸展長さＬＭＡＸから、ガスの発生前における蛇腹状弾性部材９２の長さＬ０を減じた値で定義される。
【００６９】
ガス放出制御は、図１１に示されるように、可変幅Ｄが１ｍｍおよび２ｍｍの場合、「不良」となり、３〜１０ｍｍの場合、「良好」となった。したがって、ガス放出を確実に制御するためには、可変幅Ｄは３ｍｍ以上が好ましい。
【００７０】
以上のように、実施の形態２においては、蛇腹状弾性部材を利用することで単純化された加圧力調整機構を適用し、実施の形態１の場合と同様に、外装体内部で発生したガスの放出方向を制御し得る電池システムを提供することが可能である。
【００７１】
次に、実施の形態３を説明する。
【００７２】
図１２は、実施の形態３に係る電池システムを説明するための断面図である。
【００７３】
実施の形態３は、加圧力調整機構の作動を制御する点で、実施の形態１と概して異なり、実施の形態３に係る電池システムは、図１２に示されるように、圧力センサ９６、アクチュエータ部９７および制御部９９をさらに有する。
【００７４】
圧力センサ９６は、電池拘束手段８５の通しボルト８６の先端部に締結されるナット８７に隣接して配置される。圧力センサ９６は、例えば、ピエゾ抵抗効果を利用したひずみゲージを有しており、電池拘束手段８５を介して電池２０の外装体３０の内部圧力を感知するように構成されている。
【００７５】
アクチュエータ部９７は、電池拘束手段８５が配置される辺７７側に配置され、保持プレート７０に向かって突出自在のシャフト部９８を有する。シャフト部９８は、保持プレート７０に当接自在に構成されている。
【００７６】
シャフト部９８の突出長さを固定して保持プレート７０に当接した状態では、保持プレート７０の移動が抑制されるため、外装体３０内部でガスが発生しても、保持プレート７０，７５間距離（保持プレート７０の辺７２と保持プレート７５の辺７７との間の距離）は一定であり、圧縮ばね９１は収縮（変形）せず、加圧力調整機構９０は作動しない。一方、シャフト部９８を保持プレート７０から離間した場合、あるいは、保持プレート７０の移動に応じてシャフト部９８を後退させる場合、圧縮ばね９１は収縮（変形）できるため、加圧力調整機構９０は作動することが可能である。
【００７７】
制御部９９は、例えば、マイクロプロセッサ等から構成される制御回路を有し、圧力センサ９６によって感知された外装体３０の内部圧力が所定圧力に到達すると、アクチュエータ部９７を制御して、加圧力調整機構９０を作動させるように構成されている。例えば、アクチュエータ部９７は、外装体３０の内部圧力が所定圧力に到達する前は、シャフト部９８の突出長さが固定されて保持プレート７０に当接するように制御され、外装体３０の内部圧力が所定圧力に到達すると、シャフト部９８が保持プレート７０から離間するように制御される。
【００７８】
この場合、外装体３０の内部でガスが発生しても外装体３０の内部圧力が所定圧力に到達するまで、電池拘束手段８５による外装体３０を加圧する力は、吸収されない。つまり、外装体３０の内部圧力が所定圧力に到達するまで、外装体３０の膨張に方向性が付与されることを抑制することが可能である。なお、所定圧力は、外装体３０（外周縁部３４）の封止強度や電池２０の厚み等を考慮して適宜設定される。
【００７９】
制御部９９は、外装体３０の内部圧力が所定圧力に到達すると、例えば、アクチュエータ部９７のシャフト部９８の後退長さを調整することによって、保持プレート７０，７５間距離（保持プレート７０の辺７２と保持プレート７５の辺７７との間の距離）が所定長さだけ変更されるように構成することも可能である。この場合、外装体３０が膨張する際における保持プレート７０，７５間距離を適正な値に設定することができる。
【００８０】
所定長さは、Ｌ＝（２（Ｔ／Ｐ）−Ａ）で表される式によって定義され、式中Ｌは所定長さ［ｍｍ］、Ｔは外装体３０（外周縁部３４）の封止強度［Ｎ／ｍｍ］、Ｐは圧力センサ９６によって感知された外装体３０の内部圧力［Ｐａ］、Ａは電池２０の厚み［ｍｍ］をそれぞれ示している。
【００８１】
図１３は、実施の形態３に係る変形例を説明するための断面図である。
【００８２】
実施の形態３は、圧縮ばね９１を利用する加圧力調整機構９０に適用される形態に限定されず、図１３に示されるように、蛇腹状弾性部材９２を利用する加圧力調整機構９０に適用することも可能である。
【００８３】
以上のように、実施の形態３においては、外装体の内部圧力が所定圧力に到達するまで、外装体の膨張に方向性が付与されることを抑制することが可能である。また、外装体が膨張する際における保持プレート間距離を適正な値に設定することが可能である。
【００８４】
本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲で種々改変することができる。
【００８５】
例えば、電池システムが有する電池は、巻回型電池を適用することも可能である。また、電池の正負の集電タブが外装体の一辺から導出される形態に限定されず、外装体における対向する辺からそれぞれ導出されるものに適用することも可能である。
【００８６】
外装体を加圧する力の吸収は、圧縮ばねの収縮（変形）や蛇腹状弾性部材の伸展（変位）に基づく形態に限定されず、例えば、保持プレート間距離を変更可能に構成し、保持プレートを拘束している部材（電池拘束手段）を脱落させることで、外装体を加圧する力を吸収するように構成することも可能である。
【符号の説明】
【００８７】
１０  電池システム、
１５  電池積層体、
２０  二次電池、
３０  外装体、
３２  中央部、
３４  外周縁部、
３６，３７，３８，３９  辺、
４０，４２  ラミネートフィルム、
４４  樹脂層、
４６  金属層、
４８  樹脂層、
５０  発電要素、
５２  負極、
５３  タブ部分、
５４  セパレータ、
５６  正極、
５７  タブ部分、
６０，６２  集電タブ、
７０  保持プレート、
７０Ａ  段差部、
７１，７１Ａ，７２，７２Ａ  辺、
７３，７４  貫通孔、
７５  保持プレート、
７６，７６Ａ，７７，７７Ａ  辺、
７８，７９  貫通孔、
８０  電池拘束手段（第２拘束手段）、
８１  ボルト、
８２  ナット、
８５  電池拘束手段（第１拘束手段）、
８６  ボルト、
９０  加圧力調整機構、
９１  圧縮ばね、
９２  蛇腹状弾性部材、
９３  ストレート状連結部、
９４  ストレート状連結部、
９６  圧力センサ、
９７  アクチュエータ部、
９８  シャフト部、
９９  制御部、
Ｄ  加圧力調整機構の可変幅、
Ｌ０  ガスの発生前における長さ、
ＬＭＡＸ  最大伸展長さ、
ＬＭＩＮ  最小長さ、
Ｓ  積層方向。
【図１】
2015115313.tif 000003
【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】
2015115313.tif 000009
【図８】
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【図９】
2015115313.tif 000011
【図１０】
2015115313.tif 000012
【図１１】
2015115313.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
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