(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電池本体、前記電池本体を外部から覆う筐体、及び、前記筐体に形成されている開口を塞ぐように設けられて前記電池本体から高温のガスが発生した際に前記開口を介して前記筐体内から前記ガスを排出する安全弁を有する電池セルと、
前記電池セルを収容するとともに、前記ガスを前記開口から収容ケース外部に導く排気経路が形成された収容ケースと、
前記排気経路に配置された燃焼抑制剤と、を備え、
前記排気経路は、前記収容ケース外部と前記開口とを鉛直方向に接続する筒状をなしている電池モジュール。
【請求項２】
前記燃焼抑制剤は、前記排気経路の内周面に塗布されている請求項１に記載の電池モジュール。
【請求項３】
前記排気経路の内側に取り付けられ、主面が前記排気経路の延在方向と直交するとともに、前記排気経路の延在方向に貫通する複数の貫通孔を有する板状部材を有し、
前記燃焼抑制剤は、前記板状部材の少なくとも一部に塗布されている請求項１又は請求項２に記載の電池モジュール。
【請求項４】
前記燃焼抑制剤は、前記排気経路上に配置されて前記高温のガスによって溶融するカプセルの内部に封入されている請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の電池モジュール。
【請求項５】
前記排気経路は、前記ガスの下流側に向かうに従って狭まっている請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の電池モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電池本体、及び電池本体を外部から覆う筐体を有する電池モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、複数の電池セル（単電池）を収容ケースに収容した形態の電池モジュール（組電池）においては、内部短絡等の要因により電池セルの内部の圧力や温度が異常に上昇した場合に電解液の発火を抑制したり消火したりすることができるものが知られている（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２０１２／０１４３４８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記特許文献１に記載の電池モジュールは、電池モジュールの収容ケース全体に対して消化システムが組み込まれて安全設計を図っている。しかしながら、電池セルの内部短絡や過充電などの異常発生事象は、発生事象の頻度としては極めて稀有であり、消化のための不活性流体及び付随する制御機構（例えば圧力検知機構）を設けることは、例えば、電気自動車のような設置スペースが限られた条件では得策ではなく、また、費用対効果の観点からも実用的ではない。
【０００５】
この発明は、よりコンパクトな構造にて隣接する電池セルへの延焼を防止することができる電池モジュール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】
本発明の第一の態様によれば、電池モジュールは、電池本体、前記電池本体を外部から覆う筐体、及び、前記筐体に形成されている開口を塞ぐように設けられて前記電池本体から高温のガスが発生した際に前記開口を介して前記筐体内から前記ガスを排出する安全弁を有する電池セルと、前記電池セルを収容するとともに、前記ガスを前記開口から収容ケース外部に導く排気経路が形成された収容ケースと、前記排気経路に配置された燃焼抑制剤と、を備え、前記排気経路は、前記収容ケース外部と前記開口とを鉛直方向に接続する筒状をなしていることを特徴とする。
【０００７】
このような構成によれば、電池の異常により安全弁が開裂して電池内部から高温のガスを排出する際に、高温のガスが排気経路を介して外部へ排出されるとともに、燃焼抑制剤によって高温のガスが更に高温になることを抑制することができる。これにより、よりコンパクトな構造にて隣接する電池セルへの延焼を防止することができる電池モジュールを提供することができる。
【０００９】
このような構成によれば、電池の異常により安全弁が開裂して電池内部から高温のガスを排出する際に、高温のガスが鉛直方向上方に誘導されるため、隣接する電池に熱が伝わることを抑制することができる。
【００１０】
上記電池モジュールにおいて、前記燃焼抑制剤は、前記排気経路の内周面に塗布されてよい。
【００１１】
このような構成によれば、高温のガスが排気経路によって外部に誘導される際に、筒状の排気経路の内側に塗布されている燃焼抑制剤に接触することによって、高温のガスが更に高温になることを抑制することができる。
【００１２】
上記電池モジュールにおいて、前記排気経路の内側に取り付けられ、主面が前記排気経路の延在方向と直交するとともに、前記排気経路の延在方向に貫通する複数の貫通孔を有する板状部材を有し、前記燃焼抑制剤は、前記板状部材の少なくとも一部に塗布されてよい。
【００１３】
このような構成によれば、排気経路の中央部を流れる高温のガスにも燃焼抑制剤を接触させることができるため、高温のガスに含まれる可燃性ガスの燃焼を抑制する効果を大きくすることができる。
【００１４】
上記電池モジュールにおいて、前記燃焼抑制剤は、前記排気経路上に配置されて前記高温のガスによって溶融するカプセルの内部に封入されてよい。
【００１５】
このような構成によれば、高温のガスによりカプセルが溶融してカプセルの内部の燃焼抑制剤と高温のガスとが混合されることによって、高温のガスが更に高温になることを抑制することができる。
【００１６】
上記電池モジュールにおいて、前記排気経路は、前記ガスの下流側に向かうに従って狭まってよい。
このような構成によれば、高温のガスと燃焼抑制剤とがより接触するため、高温のガスの温度を更に下げることができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、電池の異常により安全弁が開裂して電池内部から高温のガスを排出する際に、高温のガスが排気経路を介して外部へ排出されるとともに、燃焼抑制剤によって高温のガスが更に高温になることを抑制することができる。これにより、よりコンパクトな構造にて隣接する電池セルへの延焼を防止することができる電池モジュールを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第一実施形態の電池モジュールを示す斜視図である。
【図２】本発明の第一実施形態の電池モジュールの内部構造を示す斜視図である。
【図３】本発明の第一実施形態の電池モジュールに設けられた電池セルの構成を一部破断して示す斜視図である。
【図４】本発明の第一実施形態の電池モジュールの構成を示す部分断面図である。
【図５】本発明の第二実施形態の電池モジュールの構成を示す部分断面図である。
【図６】本発明の第二実施形態の電池モジュールの変形例のメッシュ板の平面図である。
【図７】本発明の第三実施形態の電池モジュールの構成を示す部分断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
（第一実施形態）
本発明の第一実施形態の電池モジュール１について説明する。図１は、本実施形態の電池モジュール１を示す斜視図である。図２は、電池モジュール１の内部構造を示す斜視図である。図３は、電池モジュール１に設けられた電池セル２の構成を一部破断して示す斜視図である。
図１及び図２に示すように、電池モジュール１は、複数の電池セル２と、複数の電池セル２が内部に収容され、電池セル２の周囲に冷却用流体が流通する収容ケース２２と、を有している。収容ケース２２は、上部が開放された立方体形状の収容ケース本体２３と、収容ケース本体２３の上部を覆うモジュールカバー２４と、を有している。
【００２０】
モジュールカバー２４には、電池セル２を冷却するための冷却用流体Ｃを通過させるための複数の冷却風通風孔２７及び電池セル２に異常が発生した際、電池セル２内で発生した高温排ガス（可燃性ガス、燃焼ガス）を排出するためのガス排出孔２８が形成されている。
【００２１】
収容ケース２２内に収容された複数の電池セル２は、端子がバスバー１２により電気的に直列または並列に接続されている。また、収容ケース２２には、各々の電池セル２の充放電を制御する制御部１５が設けられている。
【００２２】
図３に示すように、電池セル２は、交互に積層された電池本体である正極４及び負極５と、正極４及び負極５を外部から覆う中空容器状の筐体３と、正極４及び負極５に接するように筐体３内に配された電解液６と、正極４と負極５との間に配され電解液６（電池セル容器内に充填されている）を透過可能な絶縁性のセパレータ７と、筐体３に形成された端子８及び安全弁１１とを備える。
なお、本実施形態の電池セル２の筐体３には、後述するガス導出管３０（図４参照）が接合されているが、図３ではガス導出管３０の図示を省略している。
【００２３】
本実施形態では、電池セル２は、リチウムイオン二次電池であり、電解液６として非水系電解液が採用されている。例えば、非水系電解液としては、有機溶媒に電解質が含有された有機電解液を挙げることができる。
【００２４】
セパレータ７は、ラミネート加工により負極５に取り付けられている。なお、セパレータ７は、負極５に代えて正極４を覆うようにラミネート加工されてもよい。また、セパレータ７は、正極４と負極５とが接触しないように正極４と負極５との間に介在されていれば単に正極４と負極５との間に介在されていてもよい。
【００２５】
筐体３に形成された端子８は、正極４に接続された正極端子９と、負極５に接続された負極端子１０とを備える。本実施形態では、正極端子９及び負極端子１０は、筐体３の蓋部材３ａに配され、蓋部材３ａから突出して設けられている。
【００２６】
安全弁１１は、例えば電池セル２が過熱状態である場合に筐体３内に存在するガスを外部に放出させる弁である。安全弁１１は、筐体３の蓋部材３ａに形成されている開口１３（図４参照）を塞ぐように、開口１３と気密性を保つように配置され、所定の圧力や温度以上で開裂して開状態となるように形成されている。即ち、安全弁１１が開状態となることによって筐体３の内外が連通状態となる。
例えば、安全弁１１は、過熱状態にある電池セル２の筐体３の内圧によって破壊されて開く弁や、サーモワックスが溶融することにより開く弁など、公知の構成を適宜選択して採用することができる。本実施形態では、安全弁１１は、正極端子９と負極端子１０との間に配置されている。
【００２７】
図２に示すように、収容ケース２２は、複数の電池セル２が互いに隙間を空けた状態で収容される容器状部材である。図４に示すように、収容ケース２２内には、各々の電池セル２を冷却するための冷却用流体Ｃが流れるようになっている。本実施形態では、冷却用流体Ｃとして、例えば収容ケース２２外部の空気（外気）をファン若しくは自然対流により収容ケース２２内に取り入れて用いる。
【００２８】
図４に示すように、各々の電池セル２には、高温排ガスの排気経路として機能するガス導出管３０が取り付けられている。ガス導出管３０は、モジュールカバー２４に形成されているガス排出孔２８と、電池セル２の筐体３に形成されている開口１３とを気密に接続する円筒形状の煙突状部材である。ガス導出管３０は、安全弁１１が開状態となった場合に、高温排ガスをモジュールカバー２４の外部に導く。
【００２９】
ガス導出管３０は鉛直方向に延在する円筒形状をなしている。ガス導出管３０は、上方に向かうに従って径が縮径するように形成されている。換言すれば、ガス導出管３０は、高温排ガスの下流側に向かうに従って狭まる円錐状（テーパ状）に形成されている。
【００３０】
ガス導出管３０は、ガス導出管３０の下端の内径が安全弁１１よりも大きくなるように形成されている。ガス導出管３０は、下端が安全弁１１を囲うように蓋部材３ａに取り付けられている。ガス導出管３０の下端は、全周に亘って開口１３の周囲の蓋部材３ａに例えば溶接又は接着剤によって接合されている。
【００３１】
ガス導出管３０は、上端がモジュールカバー２４のガス排出孔２８と接続されている。即ち、安全弁１１が開状態となった場合に排出される高温排ガスは、ガス導出管３０を介してモジュールカバー２４のガス排出孔２８から排出される。
ガス導出管３０は、ガス導出管３０の上端がモジュールカバー２４の上面と略同一平面上となるような長さを有している。
【００３２】
ガス導出管３０及びモジュールカバー２４の材質としては、難燃性プラスチックであるポリ塩化ビニル、ポリカーボネート、フッ素樹脂（ポリビニリデンフロライド、テフロン（登録商標））、ポリフェニレンオキサイド、難燃ＥＰゴム等が利用可能である。
【００３３】
ガス導出管３０の内周面３０ａには、燃焼抑制剤１９（燃焼連鎖抑制剤）が塗布されている。具体的には、ガス導出管３０の内周面３０ａには、燃焼抑制剤１９を混合した塗料が塗布されている。燃焼抑制剤１９は、ガス導出管３０の内周面３０ａの前面に塗布されている。燃焼抑制剤１９は、ガス導出管３０の内周面３０ａの一部に塗布されていてもよい。
【００３４】
燃焼抑制剤１９は、所定温度以上に加熱されたときに熱分解して不燃性ガス（不活性ガス）を発生させる物質である。具体的には、燃焼抑制剤１９は、熱分解されることによって窒素若しくは二酸化炭素を発生させる物質である。
【００３５】
燃焼抑制剤１９としては、液状のハロゲン化物としてハロン２４０２（ジブロモテトラフルオロエタン、化学式：Ｃ２Ｂｒ２Ｆ４、融点−１１０．３℃、沸点４７．３５℃、室温で液体）、ハロン１０１１（ＣＨ２ＢｒＣｌ、融点−８６．５℃、沸点６８．１℃、室温で黄色い液体）や、無機系の粉末のリン酸二水素アンモニウム（化学式：ＮＨ４Ｈ２ＰＯ４、ＡＢＣ粉末消火剤の主成分）、リン酸水素二アンモニウム（化学式：（ＮＨ４）２ＨＰＯ４、融点以下１００℃で分解、白色結晶性粉末）、リン酸水素アンモニウムナトリウム四水和物（化学式：ＮａＮＨ４ＨＰＯ４・４Ｈ２Ｏ、白色結晶性粉末）、炭酸水素ナトリウム（化学式：ＮａＨＣＯ３）や炭酸水素カリウム（学式：ＫＨＣＯ３、ＢＣ粉末消火剤の主成分）、炭酸水素アンモニウム（化学式：ＮＨ４ＨＣＯ３、固体は５８℃で分解、粉末固体）とカルバミン酸アンモニウム（化学式：ＮＨ２ＣＯＯＮＨ４、粉末固体）の混合物である炭酸アンモニウム、硫酸第一鉄・七水和物（学式：ＦｅＳＯ４・７Ｈ２Ｏ、融点６４℃、沸点９０℃、淡青緑色結晶）、硫酸アンモニウム（化学式：（ＮＨ４）２ＳＯ４、融点２８０℃、白色の吸湿性の結晶または顆粒）、有機系材料ではメラミンシアヌレート（メラミンとシアヌル酸の有機塩、化学式：Ｃ３Ｈ６Ｎ６．Ｃ３Ｈ３Ｎ３Ｏ３、３５０−４００℃で昇華）、１，３，５−トリアジン（化学式：Ｃ３Ｈ３Ｎ３、融点８０℃、沸点１１４℃)等のトリアジン化合物、グアニジン（化学式：ＣＨ５Ｎ３、融点５０℃）等のグアニジン化合物等が使用可能である。
更に重合禁止剤のようなヒドロキノン、ｐ−メトキシフェノール、２，２，６，６−テトラメチルピペリジニル−１−オキシル（ＴＥＭＰＯ）、４−ヒドロキシ−２，２，６，６−テトラメチルピペリジニル−１−オキシル、トリフェニルフェルダジル等も使用可能である。
【００３６】
図２に示すように、本実施形態のバスバー１２は、バスバー１２がガス導出管３０と干渉しないように配置されている。具体的には、バスバー１２は、筐体３の蓋部材３ａの長手方向Ｌ１、又は筐体３の蓋部材３ａの長手方向に直交する方向Ｌ２に延在するように配置されており、筐体３の上蓋の長手方向Ｌ１に対して斜めに交差する方向には延在していない。
【００３７】
次に、電池モジュール１の作用について説明する。
電池モジュール１の運用時には、電池セル２は充放電によって発熱する。通常時には、電池セル２の熱は、収容ケース２２内を対流する冷却用流体Ｃ（本実施形態では収容ケース２２内に導入された外気）により収容ケース２２外へと排熱される。
【００３８】
ところで、電池モジュール１の故障時（異常時）には、収容ケース２２内に収容された電池セル２の一部または全部が過熱状態となることが考えられる。これは、各々の電池セル２における短絡や、冷却用流体Ｃの循環不良等による故障が考えられる。このような場合、各々の電池セル２における放熱が間に合わずに、電池セル２内に高温のガスが蓄積される可能性がある。
【００３９】
ここで、電池セル２が過熱状態であるときには、安全弁１１近傍における電池セル２の内部圧力が所定圧力を超えたとき、又は安全弁１１近傍における電池セル２の内部温度が所定温度を超えたときに、安全弁１１を通じて、電解液６が気化してなるガスが筐体３の外部であって、ガス導出管３０を介して収容ケース２２の外部に放出される。例えば、電池セル２が過熱状態であるとき安全弁１１を通じて筐体３の外部に放出されるガスは高温のガスとなる。
【００４０】
ここで、高温排ガス（図４には、高温排ガスが流れる方向が符号Ｘが付された矢印にて示されている）は、ガス導出管３０の内周面３０ａに塗布されている燃焼抑制剤１９と接触しつつ収容ケース２２の外部に放出される。高温排ガスに接触した燃焼抑制剤１９は、高温排ガスの熱により熱分解され、ガス中及びガスの周囲には不燃性のガスが充満する。
【００４１】
上記実施形態によれば、電池セル２の異常により安全弁１１が開裂して電池セル２内部から高温排ガスを排出する際に、高温排ガスが排気経路として機能するガス導出管３０を介して外部へ排出される。この際、高温排ガスがガス導出管３０の内周面３０ａに塗布された燃焼抑制剤１９に接触することによって、高温排ガスが更に高温になることを抑制することができる。これにより、よりコンパクトな構造にて高温排ガスに含まれる可燃性ガスの燃焼を抑制して、隣接する電池セル２への延焼を防止することができる電池モジュール１を提供することができる。
【００４２】
また、ガス導出管３０が収容ケース２２外部と電池セル２の開口１３とを鉛直方向に接続する筒状をなしていることによって、電池セル２の異常により安全弁１１が開裂して電池セル２内部から高温排ガスを排出する際に、高温排ガスが鉛直方向上方に誘導されるため、隣接する電池セル２に熱が伝わることを抑制することができる。
【００４３】
また、ガス導出管３０が高温排ガスの下流側に向かうに従って狭まっていることによって、高温排ガスと燃焼抑制剤１９とがより接触するため、高温排ガスの温度を更に下げることができる。
【００４４】
（第二実施形態）
以下、本発明の第二実施形態の電池モジュールを図面に基づいて説明する。なお、本実施形態では、上述した第一実施形態との相違点を中心に述べ、同様の部分についてはその説明を省略する。
図５に示すように、本実施形態の電池モジュール１Ｂは、複数のメッシュ板３２であって、燃焼抑制剤１９が混合された塗料が塗布されたメッシュ板３２を複数有することを特徴としている。
【００４５】
メッシュ板３２は、網目状金属（金属メッシュ）によって形成された円形の板状部材であり、主面がガス導出管３０の延在方向と直交するようにガス導出管３０の内部に配置されている。換言すれば、メッシュ板３２は、ガス導出管３０の延在方向に貫通する複数の貫通孔３３を有している。
【００４６】
メッシュ板３２の少なくとも一部には、燃焼抑制剤１９が塗布されている。燃焼抑制剤１９は、貫通孔３３の内周面に相当する部分に塗布することが好ましい。なお、本実施形態のガス導出管３０の内周面３０ａには燃焼抑制剤１９は塗布されていないが、塗布する構成としてもよい。
【００４７】
上記実施形態によれば、排気経路として機能するガス導出管３０の中央部を流れる高温排ガスにも燃焼抑制剤１９を接触させることができるため、高温排ガスに含まれる可燃性ガスの燃焼を抑制する効果を大きくすることができる。
また、ガス導出管３０が円錐状に形成されていることによって、高熱排ガスの風圧によってメッシュ板３２が収容ケース２２の上方に飛ばされることを防止することができる。
【００４８】
（第二実施形態の変形例）
図６に示すように、メッシュ板３２Ｂは、網目状金属に限ることはなく、パンチングメタルによって形成されてもよい。ただし、パンチングメタルを採用する場合は、圧力損失を低減するために開口率を大きくすることが好ましい。また、貫通孔３３Ｂの形状は、円形に限ることはなく、六角形状や角穴としてもよい。
【００４９】
（第三実施形態）
以下、本発明の第三実施形態の電池モジュールを図面に基づいて説明する。なお、本実施形態では、上述した第二実施形態との相違点を中心に述べ、同様の部分についてはその説明を省略する。
図７に示すように、本実施形態の電池モジュール１Ｃにおいては、上下方向に離間する一対のメッシュ板３２の間に燃焼抑制剤１９を含有した少なくとも一個のカプセル３４（マイクロカプセル）が配置されている。即ち、燃焼抑制剤１９は、排気経路上に配置されている。カプセル３４は、高温排ガスによって溶融する材料によって形成されている。
なお、本実施形態のメッシュ板３２には、燃焼抑制剤１９は塗布されていないが、メッシュ板３２の少なくとも一部に燃焼抑制剤１９を塗布することによって、燃焼抑制の効果を高めてもよい。
【００５０】
カプセル３４は、所定温度以上に加熱されたときに燃焼抑制剤１９を外部に放出させる収容体である。カプセル３４は、例えば所定温度以上で溶融する容器、所定温度以上で破損する容器、燃焼抑制剤１９が熱分解したときに発生する不燃性ガスの圧力によって破れる密封容器等を採用することができる。
【００５１】
カプセル３４の材料としては天然高分子（コラーゲンやゼラチンなどのタンパク質、セルロースやデンプンなどの多糖類、天然ゴム等及びゼラチン−アラビアゴム、ゼラチン−ゲランゴム等の混合物）及び合成高分子（ポリスチレン、ポリビニルアルコール，カルポキシメチルセルロース、ポリビニルピロリドン、ポリアミド、ポリエステル、ポリウレタン等）が好ましい。
【００５２】
カプセル３４の材料としては、高分子でなければならない必然性はなく、ワックス類や無機化合物も利用することが可能である。
カプセル３４の形状は通常球形であるが、楕円体や、多面体等その他形状でも利用可能である。カプセル３４の最大外形（カプセル３４の寸法のうち、最も大きく計測される寸法）は、数マイクロメートルから数ミリメートルとすることができる。カプセル３４の外壁の厚さとしては、最大外形の１／１０から１／１００程度であり、０．１マイクロメートルから０．１ミリメートルとすることができる。
ただし、カプセル３４の最大外形は、メッシュ板３２の貫通孔３３の大きさより大きくする必要がある。また、カプセル３４の大きさや個数は、排気経路を塞いで高温排ガスの排出の妨げにならないように設定する必要がある。
【００５３】
カプセル３４の中に封入される燃焼抑制剤１９としては、固体だけでなく液状消火剤Ｎｏｖｅｃ（登録商標）１２３０（３Ｍ社製）などの消火薬剤も使用可能である。
また、カプセル３４としては、固体の燃焼抑制剤１９の周りをペースト状の物質で塗り固めることによってカプセル３４としたものを採用することもできる。
【００５４】
上記実施形態によれば、高温排ガスによりカプセル３４が溶融してカプセル３４の内部の燃焼抑制剤１９と高温排ガスとが混合されることによって、高温排ガスが更に高温になることを抑制することができる。
【００５５】
なお、本発明の技術範囲は上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の変更を加えることが可能である。
例えば、上述した各実施形態ではガス導出管３０を円筒形状としたが、これに限ることはなく、ガス導出管３０を角柱形状とすることもできる。
また、ガス導出管３０は、必ずしも高温排ガスの下流側に向かって狭くなる形状とする必要はなく、上端から下端まで直径の変化しない円筒形状としてもよい。
【符号の説明】
【００５６】
１，１Ｂ，１Ｃ  電池モジュール
２  電池セル
３  筐体
３ａ  蓋部材
４  正極
５  負極
６  電解液
７  セパレータ
８  端子
９  正極端子
１０  負極端子
１１  安全弁
１２  バスバー
１３  開口
１５  制御部
１９  燃焼抑制剤
２２  収容ケース
２３  収容ケース本体
２４  モジュールカバー
２７  冷却風通風孔
２８  ガス排出孔
３０  ガス導出管（排気経路）
３０ａ  内周面
３２，３２Ｂ  メッシュ板
３３，３３Ｂ  貫通孔
３４  カプセル
Ｃ  冷却用流体
【図１】
0006390062.tif 000002
【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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