(57)【要約】【課題】リチウムイオン二次電池パックに関し、火炎がある場合に、気化した電解液が噴き出して引火することを防止できるようにする。【解決手段】密閉容器の内部に電解液を有する複数のセル２０と、複数のセル２０それぞれに設置され、セル２０の内部と外部との連通状態を切り換える電磁弁と、複数のセルをその内部空間に収納するケーシング１２と、ケーシング１２内の火炎、又は、ケーシング１２を含有する所定の領域内の火炎を検出する火炎検出手段３０と、火炎検出手段３０により火炎が検出されると、セル２０の内部と外部とが連通する状態となるように電磁弁を作動させる制御手段４０とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
密閉容器の内部に電解液を有する複数のセルと、
該複数のセルそれぞれに設置され、該セルの内部と外部との連通状態を切り換える電磁弁と、
該複数のセルをその内部空間に収納するケーシングと、
該ケーシング内の火炎、又は、該ケーシングを含有する所定の領域内の火炎を検出する火炎検出手段と、
該火炎検出手段により火炎が検出されると、該セルの内部と外部とが連通する状態となるように該電磁弁を作動させる制御手段とを備えた
ことを特徴とする、リチウムイオン二次電池パック。
【請求項２】
該セルの内部の圧力を検出する圧力検出手段を備え、
該制御手段は、該圧力検出手段により検出された該圧力が所定の圧力以上になると、該セルの内部と外部とが連通する状態となるように該電磁弁を作動させる
ことを特徴とする、請求項１記載のリチウムイオン二次電池パック。
【請求項３】
該セルの内部の圧力が所定の圧力以上になると、該セルの内部と外部とが連通する状態となるように作動する安全弁を、該電磁弁と別体に備えた
ことを特徴とする、請求項１記載のリチウムイオン二次電池パック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気自動車やハイブリッド車等に用いて好適の、リチウムイオン二次電池パックに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電気自動車に搭載されるモータ駆動用のバッテリ（電池パック）のために、例えば、特許文献１に開示されているように、リチウムイオン二次電池が開発されている。
電気自動車のリチウムイオン二次電池からなるバッテリは、モータ駆動に必要な大きなパワーを取り出すために、多数の単電池（以下、セルという）が直列接続された組電池、又は、直列接続と並列接続とを併用して接続された組電池の構造で構成されている。
【０００３】
各セルは、密閉容器の内部に電解液を閉じ込めて形成されており、密閉容器には、電解液の気化によりセル内の圧力が異常に高まったときに、気化した電解液をセル外に逃すための安全弁が取り付けられている。
【特許文献１】特開２０００−１２０８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、各セルの電解液には、可燃性の有機溶媒が使用されているが、火気のない場所であれば、電解液が発火することはない。しかし、駐車中に近距離で火災が発生した場合など、火気のある場所では、電解液に引火するおそれがある。また、可燃性の有機溶媒は、一般的に、液体の状態よりも気化した状態の方が燃焼性が強い（つまり、燃焼速度が速い）ということが知られている。火災の熱による温度上昇でセル内部において電解液が気化し、セル内圧力が異常に高まった状態で安全弁が開放されたとき、気化した電解液が一気にセル外部へ噴き出し、この気化した電解液に引火することが考えられる。
【０００５】
本発明はこのような課題に鑑みて案出されたもので、火災等により火炎がある場合に、気化した電解液が噴き出して引火することを防止できるようにした、リチウムイオン二次電池パック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】
【０００６】
上記目的を達成するために、請求項１記載の本発明のリチウムイオン二次電池パックは、密閉容器の内部に電解液を有する複数のセルと、該複数のセルそれぞれに設置され、該セルの内部と外部との連通状態を切り換える電磁弁と、該複数のセルをその内部空間に収納するケーシングと、該ケーシング内の火炎、又は、該ケーシングを含有する所定の領域内の火炎を検出する火炎検出手段と、該火炎検出手段により火炎が検出されると、該セルの内部と外部とが連通する状態となるように該電磁弁を作動させる制御手段とを備えたことを特徴としている。
【０００７】
請求項２記載の本発明のリチウムイオン二次電池パックは、請求項１記載のリチウムイオン二次電池パックにおいて、該セルの内部の圧力を検出する圧力検出手段を備え、該制御手段は、該圧力検出手段により検出された該圧力が所定の圧力以上になると、該セルの内部と外部とが連通する状態となるように該電磁弁を作動させることを特徴としている。
請求項３記載の本発明のリチウムイオン二次電池パックは、請求項１記載のリチウムイオン二次電池パックにおいて、該セルの内部の圧力が所定の圧力以上になると、該セルの内部と外部とが連通する状態となるように作動する安全弁を、該電磁弁と別体に備えたことを特徴としている。
【発明の効果】
【０００８】
請求項１記載の本発明のリチウムイオン二次電池パックによれば、ケーシング内、又は、ケーシングを含有する所定の領域内の火炎を検出すると、セルの電磁弁を作動させるので、電解液が火炎の熱で気化して一気にセル外へ噴き出す前に電解液を液状態で放出することができ、気化した電解液が噴き出すのを防止することができる。
請求項２記載の本発明のリチウムイオン二次電池パックによれば、電磁弁に、異常圧力で作動する従来の安全弁の機能と、火炎の存在で作動する新たな機能との２つの機能を持たせるので、電池パックの高性能の安全機構をコンパクトに形成することができる。
【０００９】
請求項３記載の本発明のリチウムイオン二次電池パックによれば、火炎の存在で作動する電磁弁と別体に、異常圧力で作動する安全弁を備えるので、電池パックの安全性をさらに高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図面により、本発明の実施の形態について説明する。
図１〜図５は、本発明の一実施形態のリチウムイオン二次電池パックを示す図であって、図１はその模式的な断面図、図２はそのセルの模式的な側面図、図３はその電池パックの構成を示すブロック図、図４はその電磁弁の作動順序を示すフローチャート、図５はその電池パックを搭載した電気自動車の模式的な側面図である。
【００１１】
＜構成＞
ここでは、図５に示すように、電気自動車（車両）１に、本発明のリチウムイオン二次電池パック（以下、単に電池パックともいう）１０を適用した場合について説明する。
電池パック１０は、電気自動車１のモータを駆動するためのバッテリとして使用されるものであって、図１に示すように、多数（例えば１００個）のリチウムイオン二次電池（以下、単独のリチウムイオン二次電池をセルという）２０が、直列接続された組電池、または、直列と並列とを併用して接続された組電池の状態で使用されている。
【００１２】
そして、セル２０は、複数個（例えば、ここでは４個）ずつまとめて小ケース１１内に収納されてモジュール化され、さらに、複数の小ケース１１が、小ケース１１よりも容積が大きい大ケース（ケーシング）１２内に並んで収納されている。つまり、電池パック１０においては、セル２０が小ケース１１と大ケース１２との二重ケース構造で収納されている。また、小ケース１１と大ケース１２とは、セル２０の外装缶２１（図２参照）に比べて、密閉の程度は低く形成されている。具体的には、小ケース１１と大ケース１２とには、配線等を挿通するための孔が開口される等しており、水が浸入しない程度にシールされてはいるが、その耐圧の程度は高くない。
【００１３】
セル２０自体の構造について詳述すると、セル２０は、図２に示すように、外装缶２１の内部に、可燃性の有機溶媒からなる電解液が密閉注入されて形成されている。外装缶２１は、密閉容器であって、その耐圧の程度は極めて高く設計されている。また、セル２０は、セル２０内部の圧力（実圧力）Ｐを検出する公知の圧力センサ（圧力検出手段）２２と、セル２０内部の電解液を外部へ放出するように作動する電磁弁２３とを備えている。
【００１４】
圧力センサ２２は、後述するコントローラ４０へ、検出した実圧力Ｐを信号として送信するようになっている。電磁弁２３は、セル２０の内部と外部との連通状態を切り換えるものであって、通常時は閉じてセル２０の内部と外部とを遮断するノーマルクローズの電磁弁である。そして、この電磁弁２３の作動状態を切り換えることにより、電解液を気化した状態や液体の状態でセル２０の外部へ放出することができるようになっている。また、電磁弁２３は、コントローラ４０によって、その作動を制御されるようになっている。
【００１５】
さて、大ケース１２の内部には、図１に示すように、複数の小ケース１１が並んで配置されているとともに、大ケース１２内の火炎の有無を検出する火炎センサ（火炎検出手段）３０と、コントローラ（制御手段）４０とが配設されている。
火炎センサ３０は、公知のものであって、例えば、紫外線や赤外線等のスペクトルを検出可能に構成されている。そして、検出したスペクトルを信号としてコントローラ４０へ送信するようになっている。また、火炎センサ３０の検出エリアは、ここでは、大ケース１２の内部空間となっている。
【００１６】
コントローラ４０は、図３に示すように、入力側に圧力センサ２２及び火炎センサ３０が接続され、出力側に電磁弁２３が接続されるとともに、記憶部４１と判断部４２と制御部４３とを有している。
記憶部４１は、圧力センサ２２で検出された実圧力Ｐとの比較のために、予め設定された所定の圧力（閾値）Ｐ0を記憶している。この所定の圧力Ｐ0は、セル２０の外装缶２１の耐圧よりも低いが、通常使用条件下で良好に電池パック１０を連続使用し得るように、比較的高い圧力（例えば５気圧）に設定されている。
【００１７】
また、記憶部４１は、火炎センサ３０で検出されたスペクトルの識別のために、特定スペクトルを記憶している。この特定スペクトルは、火炎から放射される赤外線や紫外線のスペクトルである。
判断部４２は、圧力センサ２２から送信された信号を受信して、受信した実圧力Ｐと記憶部４１に記憶された所定の圧力Ｐ0とを比較し、実圧力Ｐが所定の圧力Ｐ0以上（Ｐ≧Ｐ0）になったときに、セル２０内部の圧力Ｐが異常に高まったと判断するようになっている。そして、電磁弁２３を作動させるべく、制御部４３へ信号を送信するようになっている。
【００１８】
また、判断部４２は、火炎センサ３０から送信された信号を受信して、受信したスペクトルが記憶部４１に記憶された特定スペクトルを含むか否かを識別し、大ケース１２内に火炎が在るか否かを判断するようになっている。そして、火炎が在ると判断すると、制御部４３へ信号を送信するようになっている。
制御部４３は、判断部４２がセル２０内部の圧力が異常に高まったと判断した場合、又は、大ケース１２内に火炎が在ると判断した場合に、判断部４２から信号を受信して、電磁弁２３を作動させるべく電磁弁２３へ信号を送信するようになっている。電磁弁２３は、制御部４３からの信号を受けて開弁作動し、セル２０の内部と外部とを連通させて、セル２０内部の電解液を放出するようになっている。
【００１９】
＜作用・効果＞
本発明の一実施形態にかかるリチウムイオン二次電池パックは上述のように構成されているので、以下のような作用・効果がある。
図４のフローチャートを用いて、その作用について説明すると、圧力センサ２２及び火炎センサ３０によって、セル２０内部の圧力Ｐ及び大ケース１２内部（電池パック１０内部）の様子の監視を開始する（ステップＳ１０）。このとき、まず、判断部４２によって、火炎センサ３０からの情報を識別し、例えば駐車中に近距離で火災が発生して、大ケース１２内部にまで火炎が侵入したか否かを判断する（ステップＳ２０）。そして、大ケース１２内部に火炎が在ると判断されたら、制御部４３によって全てのセル２０の電磁弁２３を作動させる（ステップＳ４０）。一方、大ケース１２内部に火炎はないと判断されたら、次に、再び判断部４２によって、セル２０内部の圧力Ｐが異常に高まっていないか（すなわち、所定の圧力Ｐ0以上であるか）否かを判断する（ステップＳ３０）。そして、セル２０内部の圧力Ｐが異常に高まっていると判断されたら、制御部４３によって全てのセル２０の電磁弁２３を作動させる（ステップＳ４０）。
【００２０】
したがって、大ケース１２内部に火炎がある場合には、電解液の気化が進む前に、セル２０の内部と外部とを連通させ、電解液を液状のままセル２０外へ積極的に放出することができる。このとき、引火性のある電解液がセル２０外へ放出されることになるが、可燃性の有機溶媒は一般的に液体状態では気体状態よりも燃焼性が低い（つまり、燃焼速度が遅い）ので、液状の電解液に引火しても、穏やかな燃焼に抑えることができる。つまり、電解液は可燃性であるため、火災時には、電池パック１０への引火は防止できないが、引火を電解液の液体状態時に行なうことで、燃焼を穏やかなものに抑制することができる。
【００２１】
また、電磁弁２３は、セル２０内部の圧力Ｐが異常に高まったと判断された場合にも作動し、気化した電解液をセル２０外へ放出することができる。つまり、火炎がない状況下では、電磁弁２３はセル２０内部の圧力Ｐが異常に高まるまで開かずに良好に連続使用することができ、一方、火炎が在る状況下では、セル２０内部の圧力が低い状態であっても電解液を放出し、電池パック１０の高い安全性を確保することができる。
【００２２】
さらに、電磁弁２３は、異常圧力で作動する従来の安全弁の機能と、火炎の存在で作動する機能といった２つの機能を有しているので、電池パック１０の高性能の安全機構を簡素に構成することができる。
【００２３】
［その他］
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形することが可能である。
【００２４】
例えば、上記実施形態において、電磁弁２３を、従来の安全弁の機能と、火炎の存在で作動する新たな機能との２つの機能を有するように構成したが、電磁弁２３を火炎の存在で作動する機能のみを有するように構成し、電磁弁２３と別体に、セル２０内部の圧力Ｐが所定の圧力Ｐ0以上になると、セル２０内部の気化した電解液をセル２０外へ放出するように作動する安全弁を備えても良い。このとき、安全弁の構成は特に限定されず、例えば、セル２０の外装缶２１の壁の一部分を他の部分よりも薄く形成し、セル２０の圧力が異常に高まったときに、この薄壁部が積極的に壊れるように構成しても良い。
【００２５】
また、上記実施形態では、火炎センサ３０が、大ケース１２内部の火炎を検出するように構成したが、火炎センサ３０を車両１の大ケース１２外部の適宜の箇所に設置し、大ケース１２を含有する所定の領域内の火炎を検出するように構成しても良い。つまり、未だ電池パック１０内部に到達していない、電池パック１０外部で生じている火災等を検出するようにしても良く、火炎センサ３０の監視エリアを、例えば、車両１全体としても良いし、電池パック１０近傍の適宜の領域としても良い。
【００２６】
また、上記実施形態では、火炎センサ３０を、赤外線や紫外線のスペクトルを検出するように構成したが、火炎を検出することができれば、このような構成に限らない。また、判断部４２についても、火炎の有無の判断方法を火炎センサ３０の構成に併せて適宜変更可能である。さらに、火炎センサ３０に判断部４２の機能を持たせて、火炎センサ自体が火炎の有無を判断し、火炎があると判断されたときのみ、コントローラ４０の制御部４３へ信号を送信するようにしても良い。
【００２７】
また、上記実施形態では、二重構造のケース１１，１２でセル２０が収納されているが、一重のケース１２でセル２０が収納されていても良い。この場合は、火炎がケース１２内部に侵入する前に、火炎の存在を検出するように構成することが好ましい。
さらに、上記実施形態では、本発明のリチウムイオン二次電池パックを電気自動車に適用した場合について説明したが、本発明のリチウムイオン二次電池パックは、大容量の電力を必要とする様々なシステムに適用し得るものである。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の一実施形態に係るリチウムイオン二次電池パックを示す模式的な断面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るリチウムイオン二次電池パックのセルを示す模式的な側面図である。
【図３】本発明の一実施形態に係るリチウムイオン二次電池パックの構成を示すブロック図である。
【図４】本発明の一実施形態に係るリチウムイオン二次電池パックの電磁弁の作動順序を示すフローチャートである。
【図５】本発明の一実施形態に係るリチウムイオン二次電池パックを搭載した電気自動車の模式的な側面図である。
【符号の説明】
【００２９】
１  電気自動車（車両）
１０  リチウムイオン二次電池パック（バッテリ）
１１  小ケース（モジュールケース）
１２  大ケース（ケーシング，パックケース）
２０  リチウムイオン二次電池（セル）
２１  外装缶
２２  圧力センサ（圧力検出手段）
２３  電磁弁
３０  火炎センサ（火炎検出手段）
４０  コントローラ（制御手段）
４１  記憶部
４２  判断部
４３  制御部
【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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