(57)【要約】【課題】電池セルの排出弁から噴出される高温の噴出物による他の電池セルの熱暴走の誘発を抑制して安全性を向上する。【解決手段】電池パックは、内圧が設定圧力を超えると開弁する排出弁を備える複数の電池セル１と、これらの電池セル１を内蔵する外装ケース４と、外装ケース４の内側であって、電池セル１の排出弁の排出口１ｘとの対向位置に配置してなる積層体５とを備え、積層体５は、全体形状をプレート状またはシート状としている防護部材７表面に捕集シート６を積層しており、捕集シート６は、排出弁から噴射される噴出物３０を通過させて、防護部材７との間に形成する格納空間８に捕集する。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内圧が設定圧力を超えると開弁する排出弁を備える複数の電池セルと、
前記電池セルを内蔵する外装ケースと、
前記外装ケースの内側であって、
前記電池セルの排出弁の排出口との対向位置に配置してなる積層体とを備え、
前記積層体は、
全体形状をプレート状またはシート状としてなる防護部材と、
前記防護部材の表面であって、
前記排出口との対向面側に積層されてなる捕集シートとを備え、
前記捕集シートは、
前記排出弁から噴射される噴出物で通過孔が開口され、
前記排出弁の排出口から噴出される噴出物が前記通過孔を通過して、
前記防護部材との間に、格納空間を形成することを特徴とする電池パック。
【請求項２】
内圧が設定圧力を超えると開弁する排出弁を備える複数の電池セルと、
前記電池セルを内蔵する外装ケースと、
前記外装ケースの内側であって、
前記電池セルの排出弁の排出口との対向位置に配置してなる積層体とを備え、
前記積層体は、
全体形状をプレート状またはシート状としてなる防護部材と、
前記防護部材の表面であって、
前記排出口との対向面側に積層されてなる捕集シートとを備え、
前記捕集シートは、
前記排出弁から噴射される噴出物の通過孔を有し、
前記排出弁の排出口から噴出される噴出物が前記通過孔を通過して、
前記防護部材との間に、格納空間を形成することを特徴とする電池パック。
【請求項３】
請求項１又は２に記載する電池パックであって、
前記防護部材は、
少なくとも前記排出口との対向領域が、
表面を略平坦状とする耐熱部材であることを特徴とする電池パック。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかに記載する電池パックであって、さらに、
複数の前記電池セルを定位置に配置してなる電池ホルダを備え、
前記積層体が前記電池ホルダに連結されてなることを特徴とする電池パック。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかに記載する電池パックであって、
前記捕集シートが、
前記防護部材に接合されてなることを特徴とする電池パック。
【請求項６】
請求項５に記載する電池パックであって、
前記捕集シートが、
有機の接合材で前記防護部材に接合されてなることを特徴とする電池パック。
【請求項７】
請求項５又は６に記載する電池パックであって、
前記捕集シートが、
全面で前記防護部材に接合されてなることを特徴とする電池パック。
【請求項８】
請求項５又は６に記載する電池パックであって、
前記捕集シートが、
隣接して配置してなる前記電池セルの境界部分との対向領域において、
部分的に前記防護部材に接合されてなることを特徴とする電池パック。
【請求項９】
請求項１ないし８のいずれかに記載する電池パックであって、
前記捕集シートが、
部分的に薄い領域を有することを特徴とする電池パック。
【請求項１０】
請求項１ないし９のいずれかに記載する電池パックであって、
前記捕集シートが難燃材であることを特徴とする電池パック。
【請求項１１】
請求項１ないし１０のいずれかに記載する電池パックであって、
前記捕集シートが絶縁材であることを特徴とする電池パック。
【請求項１２】
請求項１ないし１１のいずれかに記載する電池パックであって、
前記捕集シートが、
有機材料であることを特徴とする電池パック。
【請求項１３】
請求項１１又は１２に記載する電池パックであって、
前記捕集シートが、
ゴムであることを特徴とする電池パック。
【請求項１４】
請求項１１又は１２に記載する電池パックであって、
前記捕集シートが、
熱可塑性樹脂又は熱硬化性樹脂のプラスチックであることを特徴とする電池パック。
【請求項１５】
請求項１ないし１４のいずれかに記載する電池パックであって、
前記防護部材が、
金属板であることを特徴とする電池パック。
【請求項１６】
請求項１５に記載する電池パックであって、
前記防護部材が、
アルミニウム板であることを特徴とする電池パック。
【請求項１７】
請求項１ないし１６のいずれかに記載する電池パックであって、
前記防護部材が、
無機材料であることを特徴とする電池パック。
【請求項１８】
請求項１７に記載する電池パックであって、
前記防護部材が、
無機繊維で構成された織物であることを特徴とする電池パック。
【請求項１９】
請求項１７に記載する電池パックであって、
前記防護部材がマイカであることを特徴とする電池パック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は複数の電池セルを備える電池パックに関する。
【背景技術】
【０００２】
充電できる電池セルにおいて、内部短絡が生じると、正負極活物質と電解液との反応や、電解液の分解・気化が生じ、それらは発熱を伴うため、熱によって反応が加速度的に促進される。更に反応が進むと、ガス発生により内圧が異常上昇し、電池セルに設けられた排出弁が開いて、気化した電解液や高温になった電池内蔵物が短時間に勢いよく噴出される。この熱によって加速度的に反応が促進され、最終的に噴出される事を「熱暴走」と表現する。熱暴走を起こした電池セルはそれ自体も極めて高温になり、且つ、噴出物も極めて高温な細かい破片状の電池内蔵物や、気化した電解液成分を含む、火炎を伴った高温且つ高速な粉体混合流体となる。そのため、熱暴走を起こした電池セルやその噴出物は、熱暴走を起こした電池セルに隣接する他の電池セルを激しく加温することになり、他の電池池セルにも熱暴走を誘発していくことになる。結果、セルの熱暴走が連鎖的に引き起こされることとなり、電池パック全体や接続機器、周辺を延焼する大きな熱的障害を引き起こす原因となる。この弊害を防止することを目的として、種々の構造の電池パックが開発されている（特許文献１参照）。
【０００３】
この構造の電池パックは、図１８の概略断面図に示すように、円筒電池１０１を挿入する筒体１０２を熱伝導プレート１０３に連結して、熱暴走して高温になった円筒電池１０１の熱エネルギーを熱伝導プレート１０３に伝導して吸収させている。熱伝導プレート１０３は２層構造に離して配置されて、隣接する円筒電池１０１を挿入している筒体１０２を別々の熱伝導プレート１０３に連結して、隣接する円筒電池１０１の熱エネルギーを別々の熱伝導プレート１０３に吸収する構造としている。
【０００４】
この構造によると、熱暴走した電池セルが持っている熱エネルギーに関しては、別部品に伝熱することで隣接する他の電池セルへの伝熱を小さくする事ができるが、開弁した排出弁から噴出される高温の噴出物による、前述した一連の連鎖的な熱的障害を抑制することはできない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１８−０４５９１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、さらに以上の欠点を解消することを目的に開発されたもので、本発明の目的の一は、電池セルの排出弁から噴出される高温の噴出物による他の電池セルの熱暴走の誘発を抑制して、安全性を向上できる電池パックを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のある態様にかかる電池パックは、内圧が設定圧力を超えると開弁する排出弁を備える複数の電池セルと、電池セルを内蔵する外装ケースと、外装ケースの内側であって、電池セルの排出弁の排出口との対向位置に配置してなる積層体とを備えている。積層体は、全体形状をプレート状またはシート状としてなる防護部材と、防護部材の表面であって、排出口との対向面側に積層されてなる捕集シートとを備える。捕集シートは、排出弁から噴射される噴出物で通過孔が開口され、排出弁の排出口から噴出される噴出物が通過孔を通過して、防護部材との間に格納空間を形成する。
【０００８】
本発明の他の態様にかかる電池パックは、内圧が設定圧力を超えると開弁する排出弁を備える複数の電池セルと、電池セルを内蔵する外装ケースと、外装ケースの内側であって、電池セルの排出弁の排出口との対向位置に配置してなる積層体とを備えている。積層体は、全体形状をプレート状またはシート状としてなる防護部材と、防護部材の表面であって、排出口との対向面側に積層されてなる捕集シートとを備えている。捕集シートは、排出弁から噴射される噴出物の通過孔を有し、排出弁の排出口から噴出される噴出物が通過孔を通過して、防護部材との間に、格納空間を形成する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の電池パックは、開弁した排出弁から噴出される高温の噴出物による一連の連鎖的な熱的障害を防止して、安全性を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態に係る電池パックの斜視図である。
【図２】図１に示す電池パックの分解斜視図である。
【図３】図２に示す電池パックの電池組立の斜視図である。
【図４】図３に示す電池組立の分解斜視図である。
【図５】図１に示す電池パックの要部拡大断面図である。
【図６】図５に示す電池パックの電池セルから噴出物が噴出されて積層体に通過孔が形成された状態を示す上面図と断面図である。
【図７】積層体の他の一例を示す電池パックの要部拡大断面図である。
【図８】図５に示す積層体の分解斜視図である。
【図９】図５に示す積層体の捕集シートの要部拡大上面図である。
【図１０】捕集シートの他の一例を示す要部拡大上面図である。
【図１１】捕集シートの他の一例を示す要部拡大上面図である。
【図１２】電池パックの他の一例を示す要部拡大断面図である。
【図１３】電池パックの他の一例を示す要部拡大断面図である。
【図１４】電池パックの他の一例を示す要部拡大断面図である。
【図１５】電池パックの他の一例を示す要部拡大断面図である。
【図１６】電池パックの他の一例を示す要部拡大断面図である。
【図１７】本発明の他の実施形態に係る電池パックの斜視図である。
【図１８】従来の電池パックの概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明は、開弁した排出弁から噴出される高温の噴出物による一連の連鎖的な熱的障害を防止して、電池パックの安全性を向上することを目的として開発されたものである。
【００１２】
本発明のある実施態様の電池パックは、内圧が設定圧力を超えると開弁する排出弁を備える複数の電池セルと、電池セルを内蔵する外装ケースと、外装ケースの内側であって、電池セルの排出弁の排出口との対向位置に配置してなる積層体とを備えている。積層体は、全体形状をプレート状またはシート状としてなる防護部材と、防護部材の表面であって、排出口との対向面側に積層されてなる捕集シートとを備えている。捕集シートは、排出弁から噴射される噴出物で通過孔が開口され、排出弁の排出口から噴出される噴出物が通過孔を通過して、防護部材との間に格納空間を形成する。
【００１３】
本発明の他の実施態様の電池パックは、内圧が設定圧力を超えると開弁する排出弁を備える複数の電池セルと、電池セルを内蔵する外装ケースと、外装ケースの内側であって、電池セルの排出弁の排出口との対向位置に配置してなる積層体とを備えている。積層体は、全体形状をプレート状またはシート状としてなる防護部材と、防護部材の表面であって、排出口との対向面側に積層されてなる捕集シートとを備えている。捕集シートは、排出弁から噴射される噴出物の通過孔を有し、排出弁の排出口から噴出される噴出物が通過孔を通過して、防護部材との間に、格納空間を形成する。
【００１４】
本発明の他の実施態様の電池パックは、防護部材が、少なくとも排出口との対向領域を、表面を略平坦状とする耐熱部材としている。本明細書において「略平坦状」とは、表面に微細な凹凸のある状態を含む意味に使用する。
【００１５】
本発明の他の実施態様の電池パックは、さらに、複数の電池セルを定位置に配置してなる電池ホルダを備え、積層体を電池ホルダに連結している。
【００１６】
本発明の他の実施態様の電池パックは、捕集シートを防護部材に接合している。また、本発明の第６の実施態様の電池パックは、捕集シートを、有機の接合材で防護部材に接合している。さらに、本発明の実施態様の電池パックは、捕集シートを、全面で防護部材に接合している。さらにまた、本発明の実施態様の電池パックは、捕集シートが、隣接して配置してなる電池セルの境界部分との対向領域において、部分的に防護部材に接合している。
【００１７】
本発明の他の実施態様の電池パックは、捕集シートが、部分的に薄い領域を有している。
【００１８】
本発明の他の実施態様の電池パックは、捕集シートを難燃材としている。また、本発明の実施態様の電池パックは、捕集シートを絶縁材としている。
【００１９】
本発明の他の実施態様の電池パックは、捕集シートを、有機材料としている。また、本発明の実施態様の電池パックは、捕集シートをゴムとしている。さらに、本発明の第１４の実施態様の電池パックは、捕集シートを、熱可塑性樹脂又は熱硬化性樹脂のプラスチックとしている。
【００２０】
本発明の他の実施態様の電池パックは、防護部材を金属板としている。また、本発明の実施態様の電池パックは、防護部材を、アルミニウム板としている。
【００２１】
本発明の他の実施態様の電池パックは、防護部材を無機材料としている。また、本発明の実施態様の電池パックは、防護部材を、無機繊維で構成された織物としている。さらに、本発明の実施態様の電池パックは、防護部材をマイカとしている。
【００２２】
以下、図面に基づいて本発明を詳細に説明する。なお、以下の説明では、必要に応じて特定の方向や位置を示す用語（例えば、「上」、「下」、及びそれらの用語を含む別の用語）を用いるが、それらの用語の使用は図面を参照した発明の理解を容易にするためであって、それらの用語の意味によって本発明の技術的範囲が制限されるものではない。また、複数の図面に表れる同一符号の部分は同一もしくは同等の部分又は部材を示す。
さらに以下に示す実施形態は、本発明の技術思想の具体例を示すものであって、本発明を以下に限定するものではない。また、以下に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、特定的な記載がない限り、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、例示することを意図したものである。また、一の実施の形態、実施例において説明する内容は、他の実施の形態、実施例にも適用可能である。また、図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため、誇張していることがある。
【００２３】
本発明の電池パックは、主として電動車両、家庭用蓄電池、バックアップ用備え付け蓄電池などの電源として使用されるのに適している。本発明の電池パックを電源とする電動車両は、たとえば、アシスト自転車、電動バイク、電動車椅子、電動三輪車、電動カート、ハイブリッドカー、プラグインハイブリッドカー等である。ただし、本発明は、電池パックの用途を特定するものではなく、例えば自走して室内を掃除するロボット掃除機や電動工具等の他の種々の電気機器用の電源としても使用することもできる。
【００２４】
（実施の形態１）
図１に示す電池パック１００は、複数の電池セル１を電池ホルダ２で定位置に保持してなる電池組立１０を外装ケース４に収納している。電池組立１０は、端面に排出弁の排出口を有する複数の電池セル１を平行姿勢であって端部の端面電極１ａ、１ｂを同一平面に配置している。電池組立１０は、複数の電池セル１をリード板３で直列や並列に接続している。
【００２５】
（電池組立１０）
図２ないし図４に示す電池組立１０は、両端に正負の異なる端面電極１ａ、１ｂを備える複数の電池セル１と、これ等の電池セル１を互いに平行な姿勢とし、かつ電池セル１の端面電極１ａ、１ｂを同一面に配置して多段多列に配置している電池ホルダ２と、この電池ホルダ２に収納している電池セル１の端面電極１ａ、１ｂに接続されて、隣接する電池セル１を直列と並列に接続してなるリード板３とを備えている。
【００２６】
（電池セル１）
電池セル１は、両端を正負の電極としており、一方の端面電極１ａを凸部電極として、他方の端面電極１ｂを平面電極としている。図に示す電池セル１は、円筒電池としている。円筒電池は、図示しないが、円筒状の外装缶に電極体を収納し、電解液を充填して外装缶の開口部をガスケット等の絶縁材を介して封口板で密閉している。円筒電池は、絶縁材を介して絶縁された封口板に凸部電極を設けて一方の端面電極１ａとすると共に、外装缶の底面を他方の端面電極１ｂとして正負の電極を設けている。さらに、電池セル１は、凸部電極の内側に内圧が設定圧力を超えると開弁する排出弁（図示せず）を備えており、凸部電極の外周部には排出弁の排出口を設けている。
【００２７】
電池セル１は、充電できるリチウムイオン二次電池である。ただ電池セル１は、リチウムイオン電池に限定されず、ニッケル水素電池やニッケルカドミウム電池等の他の充電できる電池であってもよい。さらに、本実施形態の電池パック１００では、円筒電池が使用されているが、これに限定されず、角型電池や扁平形電池とすることもできる。電池組立１０は、複数の電池セル１を平行な姿勢として、多段多列に並べてプラスチック製の電池ホルダ２で保持している。電池組立１０が有する電池セル１の個数は、電池パック１００の用途、充放電容量、最大負荷電流、各電池セル１の容量などを考慮して最適個数とされるが、たとえば１０個から２００個とすることができる。電池組立１０は、電池セル１を並列に接続する個数を多くして負荷に供給する最大電流を大きくし、全体の個数を多くして全体の充放電容量を大きくできる。なお、図１に示す電池パック１００は、図４に示すように、電池セル１を平行な姿勢として並べているが、２個以上のセルを縦列状態に接続し、この状態の電池セルの複数を、平行な姿勢で並べるようにしてもよい。
【００２８】
（外装ケース４）
外装ケース４は、熱可塑性樹脂のプラスチック製で、図２と図５に示すように、内側に防護部材７と捕集シート６の積層体５を配置している。プラスチック製の外装ケース４は、電池セル１の排出弁の排出口１ｘから排出される高温の噴出物が直接に噴射されると溶融する。防護部材７と捕集シート６の積層体５は、外装ケース４の内側に配置されて、電池セル１の排出弁から排出される高温の噴出物による熱的障害を防止する。このことを実現するために、積層体５は、電池セル１の排出弁の排出口１ｘとの対向位置に配置される。図５ないし図７、及び図１２ないし図１６に示す電池セル１は、端面電極１ａに排出弁の排出口１ｘを設けているので、積層体５は電池セル１の端面電極１ａに対向して配置される。
【００２９】
（積層体５）
図５ないし図７、及び図１２ないし図１６の要部拡大断面図に示す電池パック１００は、外装ケース４の内側であって、電池組立１０との間に積層体５を配置している。積層体５は、電池組立１０を構成する電池セル１の排出弁に設けている排出口１ｘとの対向位置に配置されて、排出口１ｘから噴出される噴出物が表面に吹き付けられる。この図に示す積層体５は、防護部材７に捕集シート６を積層する２層構造としている。２層構造の積層体５は簡単な構造で安価に多量生産できる。ただ、本発明は積層体を、防護部材と捕集シートの２層構造に特定するものでなく、さらに他の層、捕集シートの表面に、捕集シートとは異なる物性のシートである、絶縁シートや耐熱シート等を積層して３層以上の積層構造とすることもできる。
【００３０】
（防護部材７）
防護部材７は、捕集シート６よりも溶融温度の高い、耐熱性の優れた高強度のプレート状の耐熱部材が適している。耐熱部材は、好ましくは、捕集シート６を通過して吹き付けられる噴出物で熱溶融しない耐熱性の材料が使用される。吹き付けられる噴出物で防護部材７が熱溶融して貫通すると、外装ケース４のプラスチックを溶融してケース外に噴出物を排出させる原因となるからである。耐熱性の防護部材７は金属板が適している。とくに軽量で優れた熱伝導特性があって、加工性にも優れたアルミニウム板が適している。熱伝導特性の優れた防護部材７は、吹き付けられる噴出物の熱を速やかに周囲の広い面積に拡散して、局部的な温度上昇を少なくして、熱溶融を防止できるからである。さらに、防護部材は噴出物の排出口との対向面に捕集シート６を積層しているが、この捕集シート６が噴出物によって加熱されて溶融し、気化し、あるいは炭化する等の状態に変化する。その際の融解熱や昇華熱により、噴出物の熱エネルギーは一部消費される形で減衰されて防護部材７に到達する。上述した熱エネルギーの減衰量を大きくすることで、噴出物が防護部材７を貫通するのを防止できる。この積層体５は、防護部材７の表面に噴出物が直接には吹き付けられず、捕集シート６が、例えば融解熱や気化熱で噴出物のエネルギーを吸収することで、防護部材７の熱溶融を防止する。捕集シート６で噴出物の熱エネルギを吸収する積層体５は、瞬間的に吹き付けられる噴出物で溶融しない厚さに設定できる。
【００３１】
電池パック１００は、噴出物を外部に噴出しない特性が要求される。外装ケース４の内部に配置する防護部材７を噴出物が溶融して貫通すると、外装ケース４のプラスチックも溶融されて噴出物は外部に噴出される。この弊害を防止する防護部材７は、金属板や無機材質が適している。金属板には、とくに軽量で加工を施す際の加工がしやすい、加工性に優れたアルミニウム板（本明細書においてアルミニウム板はアルミニウム合金板を含む意味に使用する）が適している。電池パックは防護部材７を好ましくはアルミニウム板とするが、本発明は防護部材７をアルミニウムの金属板に特定するものでなく、他の金属板、例えば鉄や鉄合金の板材、さらに無機材質のセラミック板や、無機質の繊維を編組したシートなども使用できる。
【００３２】
防護部材７は、好ましくは全体を平面状とするが、後述するように連接する電池セルの境界領域に凸部を設けて、排出口との対向領域を平面状とする略平坦状とすることもできる。さらにまた、防護部材７は必ずしもプレート状とすることなくシート状として、積層体をプレート状やシート状として、電池セルの対向面に配置することもできる。
【００３３】
以上の防護部材７に捕集シート６を積層している積層体５は、図６、図１２ないし図１６に示すように、排出弁から高温の噴出物３０が表面に吹き付けられると、噴出物が捕集シート６の通過孔６ａを通過して、捕集シート６と防護部材７との間に形成される格納空間８に捕集される。積層体５は、表面に吹き付けられる噴出物３０を、格納空間８に捕集して周囲への飛散を防止する。
【００３４】
（捕集シート６）
捕集シート６はプレート状又はシート状で、電池セル１の排出弁の排出口１ｘからの排出される高温の噴出物で熱溶融されて通過孔６ａができるシート材、あるいはあらかじめ噴出物の通過孔６ａを設けているシート材である。噴出物で熱溶融して通過孔６ａができるシート材は、後述する薄肉部６ｘを設けて、噴出物で薄肉部６ｘを熱溶融して理想的な形状の通過孔６ａにできる。あらかじめ通過孔６ａを設けているシート材は、例えばスリット状、又は微細な通過孔６ａを設けている。捕集シート６は、絶縁材であって噴出物に加熱されても発火・着火しにくい難燃性の有機材料のシート材が適している。有機材料のシート材は、好ましくはゴムやプラスチックなどが使用できる。プラスチックは熱可塑性樹脂又は熱硬化性樹脂のプラスチックが使用できる。絶縁製の捕集シート６は、電池セル１との対向面を絶縁するので、防護部材７に金属板を使用して、金属製の防護部材７と電池セル１とを絶縁できる。
【００３５】
リチウムイオン電池の電池セル１は、排出口１ｘから排出する噴出物の温度が瞬間的には５００℃を超える高温となるので、有機素材の捕集シート６は、通過孔を設けない形状としても、噴出物が吹き付けられる領域が熱溶融して通過孔６ａができる。有機素材の捕集シート６は、例えばゴムシートを使用する。ゴムシートは、好ましくは厚さを０．３ｍｍないし２ｍｍ、さらに好ましくは０．５ｍｍないし１．５ｍｍで、耐熱特性に優れた合成ゴム、例えばシリコンゴム等が適している。合成ゴムは、高温の噴出物によって燃焼することなく、通過孔６ａが開口する。ただし、本発明は捕集シート６の有機素材をゴムに特定するものでなく、有機素材にはたとえば、熱可塑性樹脂のプラスチック製のシートや板材も使用できる。
【００３６】
捕集シート６は、好ましくは、接着剤又は粘着剤等の有機の接合材１７で防護部材７に接合される。捕集シート６は部分的に防護部材７に接合され、あるいは全面が防護部材７に接合される。図５の積層体５は、捕集シート６を部分的に防護部材７に接合している。この図の捕集シート６は、隣接して配置している電池セル１の境界部分との対向領域を接合領域１４として、排出弁の排出口１ｘとの対向領域を接合しない非接合領域１３としている。図７の積層体５は、捕集シート６の全面を防護部材７に接合している。
【００３７】
図８は、部分的に防護部材７に接合される捕集シート６の接合領域１４をクロスハッチングで示している。この図の捕集シート６は、電池セル１の排出口１ｘとの対向領域を接合しない非接合領域１３として、隣接する電池セル１との境界部分を接合領域１４としている。図８は対向領域における電池セル１の外形を、非接合領域１３に配置する円形の鎖線で示している。この構造の積層体５は、噴出物が非接合領域１３の中央部に噴射されて通過孔（図示せず）ができる。通過孔は、噴出物を通過させて捕集シート６と防護部材７との間にできる格納空間８に捕集される。図８の捕集シート６は、接合領域１４を所定の幅の帯状としている。この構造の積層体５は、図６に示すように、帯状に伸びる接合領域１４が交差するコーナー部の非接合領域１３を格納空間８として、格納空間８の面積を大きくできる。積層体５に噴出物が吹き付けられて、非接合領域１３が格納空間８となるのは、この領域が防護部材７に接合されず、隙間となって噴出物３０を格納するからである。図８の積層体５は、接合領域１４を碁盤格子状に配置するので、帯状の接合領域１４が直交するコーナー部の非接合領域１３に広い格納空間８を形成できる。
【００３８】
図５と図８の捕集シート６は、排出弁の排出口１ｘとの対向位置であって噴出物が吹き付けられる領域を、非接合領域１３として、この領域に、図９の要部拡大上面図に示す薄肉部６ｘを設けている。薄肉部６ｘは捕集シート６の下面又は上面に凹部を設けて形成され、あるいは両面に凹部を設けて形成される。下面に凹部を設けて薄肉部６ｘを設けている捕集シート６は、噴出物が凹部に吹き付けられて速やかに溶融するが、上面又は両面に設けて成形される薄肉部６ｘも、吹き付けられる噴出物で速やかに溶融して貫通穴６ａが開口される。図の薄肉部６ｘは複数のスリット６ｂを有し、吹き付けられる噴出物でスリット６ｂを溶融して通過孔６ａとなる。通過孔６ａを通過する噴出物は、図６に示すように、捕集シート６と防護部材７との間にできる格納空間８に捕集される。この図の薄肉部６ｘは、複数列の（図において８列の）スリット６ｂを放射状に配置している。スリット６ｂの外周端部には、スリット幅よりも外径の大きい円形の亀裂防止部６ｃを設けている。亀裂防止部６ｃは、噴出物でスリット６ｂが溶融されて、スリット６ｂの先端から外周に向かって亀裂が発生するのを防止して、通過孔６ａを理想的な形状に特定する。通過孔６ａの形状を特定する捕集シート６は、防護部材７との間に理想的な格納空間８が成形される。
【００３９】
図５の鎖線と図６は、排出弁の排出口１ｘから噴出される噴出物が、積層体５の表面に吹き付けられて、捕集シート６と防護部材７との間に袋状の格納空間８ができる状態を示している。図６は、積層体５と電池セル１との相対位置を明確にするために、噴出物の格納空間８を形成する積層体５及び電池セル１の断面図を下部に示して、捕集シート６の底面図を上部に示している。この図において、上部の底面図に示す捕集シート６は、吹き付けられる噴出物で薄肉部６ｘが溶融して通過孔６ａとなり、下部の断面図で示すように、通過孔６ａを通過した噴出物が捕集シート６を変形して、防護部材７との間に格納空間８を形成する。
【００４０】
以上の捕集シート６は、薄肉部６ｘを非接合領域１３に設けているので、吹き付けられる噴出物で薄肉部６ｘが開口されると、図６の上部に示すように、捕集シート６に星形の通過孔６ａができる。この状態で、捕集シート６の非接合領域１３は、両側をスリット縁とする三角形の舌状片６ｄに分割され、各々の舌状片６ｄは噴出物の風圧で開く形状に変形されて先端が電池セル１の方向に向かって接近する。この形状に変形した舌状片６ｄは、先端部が防護部材７から離れて、防護部材７に接合された接合領域６ｅと剥離領域６ｆとの境界領域に噴出物３０の格納空間８が形成される。この捕集シート６は、噴出物３０が吹き付けられて薄肉部６ｘに速やかに通過孔６ａを開口して、噴出物３０を袋状の格納空間８に案内できるので、噴出物３０が噴射された瞬間に、格納空間８に捕集して周囲への飛散を防止できる。
【００４１】
以上の捕集シート６は、薄肉部６ｘを噴出物で溶融して開口する通過孔６ａとするが、捕集シート６は、通過孔６ａをすでに開口して設けることもできる。この捕集シート６は、噴出物で溶融して通過孔６ａを開口することなく、噴出物を通過孔６ａに通過して格納空間８に捕集できる。図１０は、すでに通過孔６ａを開口している捕集シート６の拡大底面図である。通過孔６ａは、図９に示す薄肉部６ｘと同じ形状とすることもできるが、図１０の通過孔６ａは、複数のスリット６ｇを放射状に設けて、スリット６ｇの外周部には円形の亀裂防止部６ｈを設け、かつ中央部に連結部６ｉを設けて複数のスリット６ｇがお互いに繋がらないようにしている。この形状の通過孔６ａを設けた捕集シート６は、隣接するスリット６ｇの間にできる三角形の舌状片６ｄの先端を連結部６ｉで連結して、排出弁が開弁しない状態で舌状片６ｄが防護部材７から離れるのを防止できる。
【００４２】
図９と図１０の捕集シート６は、放射状の通過孔６ａを形成するが、捕集シート６に設ける通過孔６ａは必ずしも放射状のスリットに特定することなく、例えば前述したように、直線状や湾曲形状のスリットや複数の微細な貫通孔とすることもできる。この捕集シートは、通過孔に噴出物を通過させて、防護部材との間に格納空間を形成して、噴出物を捕集する大きさと形状に開口される。通過孔は通過する噴出物に溶融されて拡大されて噴出物を通過させるので、溶融温度が低くて薄い捕集シートは、通過孔を小さくして、噴出物を通過できる。小さい通過孔の捕集シートは、防護部材との間に形成する格納空間の容積を大きくして多量の噴出物を捕集でき、大きい通過孔の捕集シートは、噴出物をスムーズに通過して格納空間に捕集できる。捕集シートは、通過する噴出物で溶融されて拡大されるので、捕集シートは、溶融温度や厚さを考慮して、開口する通過孔の大きさと形状を最適値に設定する。本発明は通過孔の大きさや形状を特定するものでないが、たとえば、電池セルを通称「１８６５０」と呼ばれるリチウムイオン電池、厚さを０．８ｍｍとするシリコンゴム製の捕集シートは、通過孔の内径を０．５ｍｍφないし１．５ｍｍとして、噴出物を通過して防護部材との間に格納空間を設けてここに捕集できる。
【００４３】
以上の捕集シートは、薄肉部６ｘと通過孔６ａのいずれかを設けているが、捕集シート６は薄肉部６ｘと通過孔６ａの両方を設けることもできる。スリット６ｇと薄肉部６ｘの両方を設けている捕集シート６は、たとえば図１１において、放射状の中央部をスリット６ｇとして外周部を薄肉部６ｘとし、あるいは放射状の中央部をスリット６ｇとして、放射状の外周部を薄肉部６ｘとし、さらに薄肉部６ｘを外周端に向かって次第に厚くする薄肉部６ｘとすることができる。この捕集シート６は、放射状の中央部のみをスリット６ｇとするので、舌状片６ｄの垂れ下がりが起こらず、噴出物が吹き付けられられない状態では速やかに通過孔６ａを開口して、格納空間８を設けることができる。また、捕集シート６は、通過孔６ａとして放射状のスリットｇを設けて、放射状スリット６ｇの中央部で連結している連結部６ｉを薄肉部として連結することもできる。この捕集シートは、薄肉部の連結部が三角形の舌状片の先端を連結して、舌状片が防護部材７から離れるのを防止するが、噴出物で連結部が溶融されると、三角形の舌状片の先端を分離して、舌状片の付け根部に格納空間を形成する。
【００４４】
図７に示すように、有機の接合材１７を介して全面を防護部材７に接合している捕集シート６は、表面に吹き付けられる高温の噴出物で接合材１７が溶融されて、噴出物が吹き付けられる領域が防護部材７から剥離する。この捕集シート６は、排出口１ｘとの対向領域を接合していない図５の捕集シート６と同様に、防護部材７から剥離された捕集シート６が噴出物によって通過孔６ａができ、この通過孔６ａを通過する噴出物が、防護部材７との間に格納空間８を形成する。防護部材７との間に流入する噴出物は、格納空間に堆積して、電池セルの熱暴走が誘発するのが防止される。さらに排出口１ｘとの対向位置で捕集シート６を防護部材７に接合している有機の接合材１７は、噴出物に溶融されて噴出物の熱エネルギーを吸収して、防護部材７の熱的障害を抑制する効果もある。以上のように、全面を防護部材７に接合している捕集シート６も、防護部材７に部分的に接合している捕集シート６と同様に、電池セル１の排出弁から排出される噴出物で防護部材７から剥離して、剥離された捕集シート６と防護部材７との間に袋状の格納空間８を形成し、この格納空間８に高温の粉体混合流体である噴出物３０の粉体成分を捕集して電池セル１の熱暴走の誘発を防止できる。さらに格納空間は、噴出物の流速を低下し、噴出物の運動エネルギーを低減し、また吹き付けられる噴出物の流動方向も多方向へ拡散し、特定方向に勢いよく流動するのを抑制して熱暴走の誘発を防止する。
【００４５】
捕集シート６は防護部材７に接合して能率よく組み立てできるが、必ずしも防護部材７に接合する必要はなく、たとえば、図示しないが、一部を外装ケースや電池ホルダなどで両面を部分的に挟着して、捕集シートと防護部材を積層状態で定位置に保持することもできる。積層体を部分的に挟着して積層状態に保持する構造は、排出口との対向位置を挟着することなく、例えば、図８のクロスハッチングで示す領域において、電池セル１の境界部分を挟着して、通過孔の周囲に袋状の格納空間を形成できる。
【００４６】
図１２ないし図１６の断面図に示す積層体５は、捕集シート６を電池ホルダ２の隔壁２３に接近して配置して、噴出物が隔壁２３を超えて隣りの電池セル領域に自由に流入するのを抑制することができる。これ等の図に示す電池ホルダ２は、隣接する電池セル１の間に、各々の電池セル１を定位置に配置する隔壁２３を設けて、隔壁２３の間に電池セル１を配置している。隔壁２３は、電池セル１を内側に配置する内側形状を円柱状として、電池セル１を挿入して定位置に配置している。隔壁２３は、電池セル１の端面から突出して、突出部２３Ａの先端面に捕集シート６を接近して配置している。この構造は、噴出物が隣りの電池セル領域に自由に流入するのを抑制し、さらに噴出物が隔壁２３の突出部２３Ａや捕集シート６を溶融してエネルギーを減衰する。したがって、積層体５が隔壁２３に接近する構造は、熱暴走の誘発をより効果的に抑制できる特長を実現する。積層体５は、捕集シート６を隔壁２３の先端面に隙間なく密接する構造とすることもできる。この構造は、図の鎖線で示すように、噴出物が捕集シート６や隔壁２３を溶融して、隔壁２３の先端面と積層体５との間に隙間ができ、この隙間を通過して噴出物は隣りの電池セル領域に流入する。また、防護部材７が噴出物の熱で変形することも、積層体５と隔壁２３との隙間が発生する原因となる。隙間を通過して隣りの電池セル領域に流入する噴出物は、狭い隙間を通過することで運動のエネルギーが減衰し、また隔壁２３や捕集シート６を溶融して熱エネルギーが減衰して、熱暴走の誘発を防止する効果がある。
【００４７】
図１２ないし図１６の断面図は、噴出物が捕集シート６の通過孔６ａを通過して格納空間８に捕集される状態を示している。図１２の積層体５は、捕集シート６の表面（図において下面）に、隔壁２３の先端面に向かって突出する凸条６ｙを設けて、凸条６ｙの先端面を隔壁２３の先端面に接近させている。また、図１３の構造は、隔壁２３の突出部２３Ａの突出量を大きくして、先端面を高くして捕集シート６に接近させている。さらに、図１４の積層体５は、隔壁２３の突出部２３Ａの先端面の一部を高くして凸条２３ａを設けて、捕集シート６を隔壁２３の表面に接近させている。さらに、図１５の積層体５は、防護部材７を、隔壁２３の先端面に向かって突出するように曲げ加工して凸条７ａを設けると共に、この凸条７ａの表面に捕集シート６を接合して、捕集シート６を隔壁２３の先端面に接近させている。この図に示すように、凸条７ａを設けている防護部材７は、加工性に優れたアルミニウム板で製作し、アルミニウム板をプレス加工して安価に多量生産できる。さらにまた、図１６の構造は、積層体５と隔壁２３の先端面の間にスペーサー１５を配置して、捕集シート６と隔壁２３の間の隙間をスペーサー１５で閉塞している。スペーサー１５は、例えば、噴出物で熱溶融する熱可塑性のプラスチックで製作される。
【００４８】
以上の図１２ないし図１６に示す構造は、積層体５が隔壁２３の先端面に接近している状態を示しているが、防護部材７と捕集シート６との間に格納空間８ができて、ここに噴出物３０が捕集される状態においては、電池セル１から噴出する噴出物が、捕集シート６や隔壁２３の一部を熱溶融して、図の鎖線で示すように、噴出物の通過隙間１６ができる。通過隙間１６は、格納空間８で粉体成分の捕集された流体成分を通過させて隣りの電池セル領域に流入する。通過隙間１６を通過して隣りの電池セル領域に流入する流体成分は、捕集シート６や隔壁２３やスペーサー１５等を溶融して熱エネルギが減衰し、さらに狭い通過隙間１６を通過することで運動のエネルギーも減衰して、熱暴走の誘発を防止する。
【００４９】
図５ないし図７、及び図１２ないし図１６に示す電池パックは、外装ケース４の内側に配置する独特の積層体５によって、電池セル１から排出される高温の噴出物３０を、捕集シート６の通過孔６ａを通過して防護部材７の内側で拡散し、周囲に飛散して捕集シート６と防護部材７の間に格納空間８を形成し、この格納空間８に捕集して周囲に飛散するのを抑制する。この独特の構造によって、電池セル１が熱暴走して排出される高温の噴出物３０による、他の電池セル１の熱暴走の誘発が効果的に抑制される。
【００５０】
（電池ホルダ２）
電池ホルダ２は、絶縁材料であるプラスチック製の熱可塑性樹脂によって形成されている。電池ホルダ２は、図２ないし図４に示すように、複数の電池セル１を互いに平行な姿勢とし、かつ各電池セル１の両端に設けられた端面電極１ａ、１ｂを同一面に配置する姿勢で定位置に保持している。図に示す電池ホルダ２は、複数の電池セル１の両端部を保持する第１の電池ホルダ２Ａと第２の電池ホルダ２Ｂとからなる。電池ホルダ２は、積層体５を定位置に配置する構造とすることができる。
【００５１】
第１の電池ホルダ２Ａと第２の電池ホルダ２Ｂは、複数の電池セル１の両端に位置して、互いに平行な姿勢で配置されている。第１の電池ホルダ２Ａと第２の電池ホルダ２Ｂは、隣接する電池セル１の境界の隔壁２３と突出部２３Ａを構成し、図２ないし図５に示すように、各電池セル１の端部を挿入して保持する複数の挿入部２１を備えている。図に示す挿入部２１は、電池ホルダ２に開口された挿入孔としている。この挿入孔は、電池セル１の外周面に沿う形状であって、好ましくは電池セル１の外周面に接近ないし接触して、電池セル１の外周面との間を隙間なく連結できる構造としている。この電池ホルダ２は、内側面から挿入孔に電池セル１の端部を挿入する状態で、反対側である外側面の通過穴２２から端面電極１ａ、１ｂを表出させている。さらに、挿入孔は、端面電極１ａ、１ｂを表出させる通過穴２２の内形を外装缶の外形よりも小さくして、電池セル１の通過を阻止するストッパ部を形成している。これにより、挿入部２１に挿入される電池セル１の端部を通過穴２２に通過させることなく挿入部２１の定位置に停止できるようにしている。
【００５２】
電池ホルダ２は、図１と図５に示すように、挿入部２１に端部が挿入される複数の電池セル１を多段多列に配置して、定位置に保持している。さらに、電池ホルダ２は、表面にリード板３を配置しており、電池ホルダ２の定位置に保持される複数の電池セル１をリード板３で接続している。電池ホルダ２は、外側面において、電池セル１の端面電極１ａ、１ｂを表出する通過穴２２を開口しており、この通過穴２２から表出する端面電極１ａ、１ｂにリード板３を溶着して接続している。
【００５３】
以上の電池ホルダ２は、複数の電池セルの両端部を保持する第１の電池ホルダ２Ａと第２の電池ホルダ２Ｂで構成しているが、電池パックは、電池ホルダを以上の構造に特定しない。電池ホルダは、複数の電池を所定の位置に保持できる他の全ての構造とすることができる。
【００５４】
図５ないし図７、及び図１２ないし図１６の断面図に示す電池パック１００は、積層体５を電池ホルダ２に固定して、排出弁の排出口１ｘを設けている電池セル１の端面との間に噴出物の緩衝隙間９を設けている。緩衝隙間９の間隔（Ｌ）、すなわち積層体５と電池セル１端面との隙間は、例えば０．５ｍｍ以上であって１０ｍｍ以下として、積層体５を電池セル１の端面から離している。積層体５は、緩衝隙間９を大きくして、図６に示すように、通過孔６ａが開口して捕集シート６の内側にできる袋状の格納空間８を大きくして、より多量の噴出物３０を格納空間８に捕集できる。また、緩衝隙間９を大きくすることは、排出口１ｘから噴出される噴出物３０の直撃を緩和して、捕集シート６の表面に広い面積で吹き付けることができる。このことは、捕集シート６に安定して通過孔６ａを開口すると共に、噴出物が勢いよく防護部材７を直撃して防護部材７を損傷するのを防止できる。
【００５５】
図１ないし図４に示す電池パック１００は、図において電池組立１０の上下の両面に電池セル１の排出口を配置している。この電池組立１０を内蔵する電池パック１００は、電池組立１０の上下の両面に積層体５を配置して、外装ケース４の天板と底板の内面に積層体５を配置している。図１、図２、及び図５に示す電池パック１００は、積層体５と外装ケース４の内面との間に枠体１１を配置して、積層体５と外装ケース４内面との間に、防護部材７の変形を許容するスペース１２を設けている。枠体１１は、電池組立１０の上下面に外周に沿う形状として、電池組立１０の上下面と外装ケース４との間にスペース１２を設けることができる。この電池パック１００は、噴出物で変形する防護部材７が外装ケース４の内面に接触するのを外装ケース４内面に設けたスペース１２で防止する。したがって、スペース１２は、変形する防護部材７が外装ケース４内面に接触しない隙間とする。
【００５６】
さらに、電池パックは、図１７に示すように、電池組立１０の上下両面と両側の側面をカバーするように積層体５を配置して、外装ケース４に収納することもできる。この電池パック２００は、電池組立１０の側面も積層体５でカバーすることで、さらに高い安全性を実現する。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
本発明に係る電池パックは、複数の電池セルを外装ケース４に内蔵する安全性の高い電池パックとして好適に利用できる。
【符号の説明】
【００５８】
１００、２００…電池パック
１…電池セル
１ａ、１ｂ…端面電極
１ｘ…排出口
２…電池ホルダ
２Ａ…第１の電池ホルダ
２Ｂ…第２の電池ホルダ
３…リード板
４…外装ケース
５…積層体
６…捕集シート
６ａ…通過孔
６ｂ…スリット
６ｃ…亀裂防止部
６ｄ…舌状片
６ｅ…接合領域
６ｆ…剥離領域
６ｇ…スリット
６ｈ…亀裂防止部
６ｉ…連結部
６ｘ…薄肉部
６ｙ…凸条
７…防護部材
７ａ…凸条
８…格納空間
９…緩衝隙間
１０…電池組立
１１…枠体
１２…スペース
１３…非接合領域
１４…接合領域
１５…スペーサー
１６…通過隙間
１７…接合材
２１…挿入部
２２…通過穴
２３…隔壁
２３Ａ…突出部
２３ａ…凸条
３０…噴出物
１０１…円筒電池
１０２…筒体
１０３…熱伝導プレート
【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】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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