(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
充電できる複数の非水電解質電池(1)を外装ケース(2)に収納してなる電源装置であって、外装ケース(2)に消火薬液(3)を充填しており、この消火薬液(3)に非水電解質電池(1)を浸漬して、消火薬液(3)を介して非水電解質電池(1)を液冷し、
外装ケースの一端面に対向するように、中ケース(8)に収納された回路基板(9)を配置し、外装ケース(2)内に挿入されるヒートパイプ(21)と、このヒートパイプ(21)に連結されるヒートシンク(22)とを備え、ヒートシンク(22)は、回路基板(9)の外側に配設され、ヒートシンク(22)がヒートパイプ(21)と消火薬液(3)とを介して非水電解質電池(1)の熱を外部に放熱する電源装置。
【請求項２】
消火薬液(3)がパーフルオロカーボンとハイドロフルオロエーテルのいずれかであ
る請求項１に記載される電源装置。
【請求項３】
非水電解質電池(1)がリチウムイオン電池である請求項１に記載される電源装置。
【請求項４】
外装ケース(2)が金属ケースで、金属ケースの外装ケース(2)が、消火薬液(3)を介
して非水電解質電池(1)の熱を外部に放熱するようにしてなる請求項１に記載される電源
装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の非水電解質電池を外装ケースに収納している電源装置に関し、とくに非水電解質電池の熱暴走による発火を防止して安全性を向上できる電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
リチウムイオン電池などの非水電解質電池は、内部ショートや過充電等の種々の原因で、他のセルに波及して連鎖的に熱暴走することがある。とくに、リチウムイオン電池が熱暴走すると、電池の温度が著しく上昇して、３００℃〜４００℃以上となって発火の原因となることがある。多数の電池を備える車両用の電源装置等にあっては、複数の電池が熱暴走を起こすと熱暴走のエネルギーが極めて大きくなって発火の原因となる。
【０００３】
電池の過熱による発火を防止するために、密閉されたケース内に不活性ガス等の不活性な物質を充填し、あるいは、ケース内に不活性ガス発生物質や消火器を内蔵し、あるいは電池を不燃性の冷媒に浸漬する装置が開発されている。（特許文献１ないし４参照）
【特許文献１】特開平１０−２４７５２７号公報
【特許文献２】特開平１０−５５８２２号公報
【特許文献３】特開２００１−３３２２３７号公報
【特許文献４】特開平１１−４０２１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載される電源装置は、複数の電池と消火器をケースに一緒に収納している。この電源装置は、電池が異常発熱し、ケース内の温度が許容値を超えた場合、消火器等の異常発熱低減手段の起動操作手段であるレバーを押し下げ、あるいは、このことを電気的に検出して、自動的にレバーを押し下げ、二酸化炭素のガス圧で炭酸水素ナトリウムを主成分とする粉末を筐体内に放出させる。炭酸水素ナトリウムは、高温に加熱されると吸熱して、二酸化炭素と水蒸気を発生し、筐体内の温度を下げるとともに、不活性雰囲気に保ち、火災の発生を防止したり、燃焼反応を終了させる。
【０００５】
また、特許文献２の公報には、複数の電池をケースに収納すると共に、このケース内に窒素、ヘリウム、アルゴン、ネオン、クリプトン、キセノン、二酸化炭素等の不活性ガス、あるいは不燃性の非水溶媒、あるいは、液状またはゲル状または固形状の高分子を満たして、かつ、ケースを密閉している電源装置が記載される。この構造の電源装置は、電池が異常な状態となってケース内にガスが噴射されても、電池の周囲を不活性な物質で囲んでいるので、電源装置が危険な状態となるのを緩和できる特長がある。
【０００６】
さらに、特許文献３に記載される電源装置は、複数の電池をケースに収納すると共に、このケース内に熱分解で不活性ガスを発生させるアジ化ナトリウム、炭酸水素カリウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸ナトリウム等を収納している。これらは、熱分解して、窒素、水蒸気、二酸化炭素等の不燃性ガスを発生する。この電源装置は、ケースに収納している電池が異常発熱すると、不活性ガス発生物質が熱分解されてケース内に不活性ガスを発生させる。したがって、電池が過熱されるときに、電池の周囲に不活性ガスを満たして発火を防止できる。
【０００７】
以上の電源装置は、温度が上昇する電池を効率よく冷却できない。また、電池の異常温度を検出する機構が故障すると、電池の発熱を確実に阻止できなくなる欠点がある。電池を効率よく冷却する電源装置が引用文献４に記載される。この電源装置は、不燃性の低沸点冷媒に電池を浸漬する。不燃性の低沸点冷媒として、フロリナート等の冷媒を使用することから、電池の安全弁が開いて高温のガスが冷媒中に放出されるとき、冷媒の高温ガスによる引火を防止できる。しかしながら、電池の温度が異常に高くなって高温のガスが放出されて、これが外部に漏れて発火するのは防止できない。
【０００８】
本発明は、さらに従来の電源装置が有する以上の欠点を解決することを目的に開発されたものである。本発明の重要な目的は、非水電解質電池を効率よく冷却しながら、非水電解質電池が異常な高温になって発火するのを確実に阻止して、異常状態における安全性を著しく向上できる電源装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の電源装置は、前述の目的を達成するために以下の構成を備える。
電源装置は、充電できる複数の非水電解質電池１を外装ケース２に収納している。電源装置は、外装ケース２に消火薬液３を充填しており、この消火薬液３に非水電解質電池１を浸漬して、消火薬液３を介して非水電解質電池１を液冷している。外装ケース２の一端面
に対向するように、中ケース８に収納された回路基板９を配置し、外装ケース２内に挿入されるヒートパイプ２１と、このヒートパイプ２１に連結されるヒートシンク２２とを備え、ヒートシンク２２は、回路基板９の外側に配設され、ヒートシンク２２がヒートパイプ２１と消火薬液３とを介して非水電解質電池１の熱を外部に放熱している。
【００１０】
本発明の請求項２の電源装置は、消火薬液３を、パーフルオロカーボンとハイドロフルオロエーテルのいずれかとしている。
【００１１】
本発明の請求項３の電源装置は、非水電解質電池１をリチウムイオン電池としている。
【００１２】
本発明の請求項４の電源装置は、外装ケース２を金属ケースとしており、金属ケースの外装ケース２が、消火薬液３を介して非水電解質電池１の熱を外部に放熱している。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の電源装置は、非水電解質電池を効率よく冷却しながら、異常な高温になって発火するのを確実に阻止して、異常状態における安全性を著しく向上できる特徴がある。それは、本発明の電源装置が、非水電解質電池を消火薬液に浸漬し、消火薬液を介して冷却するからである。消火薬液に非水電解質電池を浸漬する構造は、非水電解質電池を液冷することから理想的な状態で冷却する。すなわち、非水電解質電池の発熱は広い面積で、しかも理想的な状態で熱結合される消火薬液に伝導される。このため、消火薬液は、理想的な状態で非水電解質電池を冷却する。したがって、非水電解質電池の温度上昇を少なくできる。また、非水電解質電池を消火薬液に浸漬していることから、非水電解質電池が異常な高温となって発火するのを確実に阻止できる。さらに、非水電解質電池が異常な高温になって高温ガスを放出するとき、ガスが消火薬液中に放出されることから、ガスに起因する冷却液の引火のみでなく、これが原因で外部に発火させるのを確実に阻止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想を具体化するための電源装置を例示するものであって、本発明は電源装置を以下のものに特定しない。
【００１６】
さらに、この明細書は、特許請求の範囲を理解しやすいように、実施例に示される部材に対応する番号を、「特許請求の範囲」および「課題を解決するための手段の欄」に示される部材に付記している。ただ、特許請求の範囲に示される部材を、実施例の部材に特定するものでは決してない。
【００１７】
図１ないし図３に示す電源装置は、充電できる複数の非水電解質電池１と、非水電解質電池１を収納している外装ケース２とを備え、外装ケース２には消火薬液３を充填して、消火薬液３に非水電解質電池１を浸漬している。この電源装置は、消火薬液３を介して非水電解質電池１を液冷する。非水電解質電池１はリチウムイオン電池である。ただ、本発明は、非水電解質電池をリチウムイオン電池には特定しない。非水電解質電池には、電解液を非水電解質とする充電できる他の電池も使用できる。図の電源装置は、非水電解質電池を円筒型電池とするが、非水電解質電池には角型電池も使用できる。
【００１８】
図の電源装置は、複数の非水電解質電池１を電池組立１０として外装ケース２に収納している。電池組立１０は、絶縁材であるプラスチック製の電池ホルダー４でもって、複数の非水電解質電池１を互いに接近して平行な姿勢で配列している。電池ホルダー４は、非水電解質電池１を挿入して定位置に保持する複数の保持筒５を一体的に成形して設けており、この保持筒５に非水電解質電池１を挿入して定位置に配置している。保持筒５は、両端を開口して、端部の開口部から非水電解質電池１の端部を表出している。表出部にリード板６を配置して、リード板６を非水電解質電池１の端面電極に溶接している。図の電池組立１０は、電池ホルダー４の両面にリード板６を配置して、リード板６でもって隣接する非水電解質電池１を直列と並列に接続している。両端がリード板６に溶接された非水電解質電池１は、保持筒５から出ないように配置される。
【００１９】
電池ホルダー４は、保持筒５の間に隙間を設けている。この電池組立１０は、保持筒５の隙間に消火薬液３が侵入して、保持筒５を介して非水電解質電池１を冷却する。保持筒５は、非水電解質電池１の全周をカバーし、あるいは、一部に開口部を設けて非水電解質電池１の表面の一部を消火薬液３に直接に接触させる。保持筒５が非水電解質電池１の全周をカバーする電池ホルダー４は、非水電解質電池１の熱暴走の誘発をより確実に防止できる。また、保持筒５の一部に開口部を設けて、非水電解質電池１の表面の一部を消火薬液３に直接に接触させる構造は、非水電解質電池１を消火薬液３で効率よく冷却できる。なお、保持筒をなくすることもでき、これにより、消化薬液で非水電解質電池を効率よく冷却できる。また、保持筒をなくしたとき、必要に応じて、絶縁を維持し非水電解質電池を安定して配置するため、電池と電池の間に、液体を通過させる機能があるシート状のセパレータ（電池を含めた二次電池内部に利用されるセパレータが使用できる）を配置することもできる。
【００２０】
電池組立１０は、全体が消火薬液３に浸漬される。消火薬液３に浸漬された電池組立１０は、隙間に消火薬液３が侵入する。この状態で、非水電解質電池１は保持筒５を介して、あるいは直接に消火薬液３に接触して冷却される。また、リード板６も消火薬液３に浸漬されるので、非水電解質電池１はリード板６を介して消火薬液３で冷却される。
【００２１】
非水電解質電池１は、図示しないが、端部に安全弁の開口部を設けている。安全弁は、内圧が設定圧力よりも高くなると開弁する。非水電解質電池１は、異常な使用状態となって内圧が高くなるとき、温度も高くなる。したがって、開弁する安全弁からは高温のガスが放出される。非水電解質電池１は消火薬液３に浸漬しているので、電池の外部に放出されたガスは、消火薬液３内に放出される。したがって、放出されたガスが発火することはない。
【００２２】
さらに、図の電源装置は、ガスケット７を介して中ケース８を電池ホルダー４に固定している。中ケース８は、電池ホルダー４のひとつの面、図において上面に固定している。中ケース８には、回路基板９を実装している。回路基板９は、電池組立１０を構成する非水電解質電池１の保護回路を実現する電子部品（図示せず）を実装している。回路基板９に実装される保護回路は、各々の非水電解質電池１の電圧を検出し、また温度を検出して充放電の電流をコントロールする。たとえば、いずれかの非水電解質電池１の電圧が最高電圧まで高くなると充電を停止し、また電池電圧が最低電圧よりも低くなると放電を停止して、非水電解質電池１を保護する。さらに、保護回路は、電池又は消火薬液３の温度を検出して、電池の温度で充放電の電流をコントロールする。この保護回路は、電池や消火薬液３の温度が設定された最高温度よりも高くなり、あるいは設定された最低温度よりも低くなると充放電の電流を制限し、又は遮断して電池を保護する。
【００２３】
中ケース８は、上方を開口する箱形で、開口部を上ケース１１で閉塞して、内部に回路基板９を収納している。中ケース８を上ケース１１で密閉する構造は、内部に消火薬液３が侵入するのを阻止できる。ただ、消火薬液には、絶縁性の液体を使用するので、中ケース内にも消火薬液を充填することもできる。
【００２４】
外装ケース２は、上方を開口して底を閉塞している箱形で、上方の開口部をガスケット７を介して上ケース１１で密閉している。外装ケース２は、アルミニウム等の金属ケースである。金属ケースは熱伝導に優れ、充填している消火薬液３を介して非水電解質電池１の熱を外部に効果的に放熱する。さらに、図の外装ケース２は、表面に上下に伸びる凸状の放出フィン１２を設けて放出面積を大きくして効果的に放熱できる構造としている。
【００２５】
さらに、放熱効果の優れた電源装置を、図４ないし図６に示している。この電源装置は、外装ケース２内にヒートパイプ２１を挿入している。ヒートパイプ２１は、電池組立１０と外装ケース２との間に、電池組立１０から絶縁して挿入されている。ヒートパイプ２１は、外装ケース２の外部に配設しているヒートシンク２２に連結している。図５は、ヒートパイプ２１をヒートシンク２２に連結する構造を示している。このヒートシンク２２は、複数本のヒートパイプ２１を連結している。ヒートシンク２２は、図４に示すように、上ケース１１の外側に配設される。この電源装置は、消火薬液３の熱をヒートパイプ２１でヒートシンク２２に効率よく伝導して放熱する。したがって、この電源装置は、ヒートパイプ２１と消火薬液３とを介して非水電解質電池１の発火を効果的に外部に放熱できる。
【００２６】
図２の外装ケース２は、クッションシート１３を介して電池組立１０を収納している。クッションシート１３は、変形して衝撃を吸収するシートで、ゴム状弾性体、プラスチック発泡体、軟質のプラスチックシート等のシートである。クッションシート１３は、外装ケース２と電池組立１０との間に配設されて外装ケース２に加わる衝撃を吸収して、電池組立１０の衝撃による故障を防止する。図２の電源装置は、電池組立１０の両側端面と上下面とにクッションシート１３を配設している。さらに、電池組立１０のリード板６と金属ケースである外装ケース２の内面との間には絶縁シート１４を配設して、リード板６が外装ケース２に接触するのを防止している。ただ、電池ホルダーの外周縁に沿って突出部を設け、この突出部の内側にリード板を配設する電池組立は、絶縁シートを使用することなく、リード板が外装ケースの内面に接触するのを防止できる。
【００２７】
外装ケース２は、消火薬液３を充填して電池組立１０を収納して密閉している。密閉構造の外装ケース２は、電池組立１０を消火薬液３に浸漬して、電池組立１０の非水電解質電池１を消火薬液３に浸漬する。消火薬液３は、絶縁性のある消火薬液３であって、パーフルオロカーボンやハイドロフルオロエーテル、ノベック１２３０消火薬液等が使用できる。
【実施例１】
【００２８】
以下の電源装置を試作して、非水電解質電池の温度を測定すると以下のようになる。
電源装置の外装ケースは、アルミニウム製であって、寸法を８７ｍｍ×１８６ｍｍ×３３６ｍｍとして容積を約５．４リットルとしている。この外装ケースに収納される電池組立は、１５本のリチウムイオン電池を直列としたものを８組並列に接続して、全体で１２０個の非水電解質電池を備える。外装ケースには、沸点を１６５℃〜１８５℃、比熱を１Ｊ／ｋｇ、比重を１．９とする消火薬液３１．３３リットル充填している。
【００２９】
この電源装置を、環境温度４０℃において５０Ａで約２０分放電すると、温度上昇は約２３℃となる。これに対して消火薬液を充填しない状態での温度上昇は約４０℃となり２倍も大きくなる。このことから、本発明の電源装置は、非水電解質電池を消火薬液に浸漬することで、極めて効果的に冷却されることが明らかとなる。また、非水電解質電池を消火薬液に浸漬することから、非水電解質電池が異常な状態で充放電されて熱暴走しても、消火薬液に効率よく液体冷却されて、熱暴走の誘発が効果的に防止される。さらに、非水電解質電池から高温のガスが放出されても、これによって発火するのを消火薬液で確実に阻止できる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の一実施例にかかる電源装置の斜視図である。
【図２】図１に示す電源装置の分解斜視図である。
【図３】本発明の一実施例にかかる電源装置の概略断面図である。
【図４】本発明の他の実施例にかかる電源装置の斜視図である。
【図５】図４に示す電源装置のヒートパイプをヒートシンクに連結する構造を示す斜視図である。
【図６】本発明の他の実施例にかかる電源装置の概略断面図である。
【符号の説明】
【００３１】
１…非水電解質電池
２…外装ケース
３…消火薬液
４…電池ホルダー
５…保持筒
６…リード板
７…ガスケット
８…中ケース
９…回路基板
１０…電池組立
１１…上ケース
１２…放熱フィン
１３…クッションシート
１４…絶縁シート
２１…ヒートパイプ
２２…ヒートシンク
【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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