JP5378670B2 - Battery pack - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電池に仮に異常が発生した場合であっても外部に炎や煙を出すことなく安全性を確保できる電池パックに関するものである。 The present invention relates to a battery pack that can ensure safety without emitting flames or smoke to the outside even if an abnormality occurs in the battery.
近年、電子機器の多様化にともない高容量、高電圧、高出力で安全性の高い電池や電池パックが求められている。特に安全な電池や電池パックを提供するための手段としては、一般的に電池には電池温度の上昇を防ぐためのPTCや温度ヒューズ、さらには電池の内部圧力を感知して電流を遮断させる保護手段等が備えられている。また、電池パックには安全回路が搭載され電池が異常にならないように制御されている。 In recent years, with the diversification of electronic devices, batteries and battery packs with high capacity, high voltage, high output and high safety have been demanded. As a means for providing a particularly safe battery or battery pack, the battery generally has a PTC or a thermal fuse for preventing the battery temperature from rising, and further protects the battery by detecting the internal pressure of the battery to cut off the current. Means and the like are provided. The battery pack is equipped with a safety circuit and is controlled so that the battery does not become abnormal.
しかしながら、従来のような保護手段を備えていても、万が一電池の内部に異常が発生し、電池内部から高温高圧のガスが噴出することがある。その場合、電池を収納しているパックの筐体が破損や溶融、燃焼し高温高圧のガスが電池パックの外部に漏れ出したり、高温高圧のガスが燃えて電池パック内部、外部で延焼し被害が大きくなることが考えられる。 However, even if a conventional protective means is provided, an abnormality may occur inside the battery, and high-temperature and high-pressure gas may be ejected from the battery. In that case, the battery pack housing is damaged, melted, or burned, and high-temperature and high-pressure gas leaked outside the battery pack, or high-temperature and high-pressure gas burned and spread inside and outside the battery pack. Is considered to be large.
このような現象を防止する方法として、複数の電池をケースに収納した電池モジュールにおいて、電池から放出された高温高圧のガスをケース内で拡散しながら温度と圧力を低下させ、ケースの外部へ放出する方法(特許文献1)や、あるいは電池内部の圧力が所定値以上に昇圧したときにガスを放出する安全弁を持つ単電池を複数個接続して単電池群とするとともに、単電池が放出したガスを外部へ排出するダクトに膨張可能なバッグを設け、大量のガスが発生した場合にバッグが膨張することで排出ガスの圧力を低下させ、ダクトの破損を生じることなく外部へガスを排出させる方法(特許文献2)が提案されている。
しかしながら、電池から排出されたガスは高温高圧でかつ可燃性が高いため、大気中の酸素と接触、混合されると発火する場合がある。したがって、特許文献1、2に記載の排出ガスを空間内で温度と圧力を緩和させるという手段を用いた場合、複数の電池を収納したケース内や排気ダクト内においてガスが酸素と混合され、これにより着火したガスはさらに高温高圧状態となる。このため、他の電池までもが熱暴走を開始し、電池パック全体が破損し被害が大きくなるという課題を有していた。
However, since the gas discharged from the battery is high temperature and high pressure and highly flammable, it may ignite when it is brought into contact with and mixed with oxygen in the atmosphere. Therefore, when the means for relaxing the temperature and pressure of the exhaust gas described in
本発明は、このような欠点を解決することを目的に開発されたもので、本発明の目的は、電池パックに収納された電池が異常時に高温のガスを放出しても燃焼状態になることなく安全性を確保できる電池パックを提供することにある。 The present invention was developed with the object of solving such drawbacks, and the object of the present invention is that a battery housed in a battery pack is in a combustion state even when a high temperature gas is released in an abnormal state. The object is to provide a battery pack that can ensure safety.
前記の目的を達成するため、本発明は、筐体内に電池が収納された構成の電池パックであって、前記電池から放出されたガスを流通させる経路を有し、前記経路で前記ガスの温度を低下させて外部に排出するように構成され、前記ガスの流れを一つにまとめ、それが分散しないように流れを規制し、かつ、ガスが漏れ出ないような密閉性が確保されたダクトが前記経路として設けられ、前記経路の横断面積は、この経路に連通するガス放出部を有する電池の容量1Ah当たり0.5mm2以上で、かつ15mm2以下の範囲であり、前記経路には、ガスの流通方向を折り曲げる屈曲部が含まれている。 In order to achieve the above object, the present invention provides a battery pack having a configuration in which a battery is housed in a housing, and has a path through which a gas discharged from the battery is circulated, and the temperature of the gas in the path. The duct is configured so that the gas flow is combined into one, the gas flow is combined into one, the flow is regulated so that it does not disperse, and the gas tightness is secured so that the gas does not leak out. There is provided as the path, the cross-sectional area of the pathway is the battery capacity 1Ah per 0.5 mm 2 or more with a gas discharge portion communicating with the path, and 15 mm 2 Ri following ranges der, the path , that contains the bent portion for bending a flowing direction of gas.
本発明では、ガスが外部に排出される前に燃焼に至らない程度の温度までガス温度が低下するので、外部に排出されたガスが燃焼するのを抑止することができる。 In the present invention, the gas temperature is lowered to a temperature at which combustion does not occur before the gas is discharged to the outside, so that the gas discharged to the outside can be prevented from burning.
また、前記経路としてダクトが設けられている。これにより、ダクトによってガスの流通経路を規制することができる。このため、ガスが酸素と混合されるのを抑制することができ、ガス温度が低下する前に燃焼状態に移行してしまうのを効果的に抑止することができる。 A duct is provided as the path. Thereby, the distribution route of gas can be regulated by the duct. For this reason, it can suppress that gas is mixed with oxygen, and it can control effectively that it shifts to a combustion state before gas temperature falls.
また、前記経路の横断面積は、この経路に連通するガス放出部を有する電池の容量1Ah当たり0.5mm2以上で、かつ15mm2以下の範囲である。これにより、経路内においてガスが空気中の酸素と接触するのが抑制され、経路内での燃焼が抑制される。 The cross-sectional area of the path is in the range of 0.5 mm 2 or more and 15 mm 2 or less per 1 Ah capacity of the battery having the gas discharge portion communicating with the path. Thereby, it is suppressed that gas contacts oxygen in the air in the path, and combustion in the path is suppressed.
さらに、前記経路には、ガスの流通方向を折り曲げる屈曲部が含まれている。そのため、ガスから火花が発生する場合に、屈曲部においてガスの流れる方向と火花の噴出する方向を分離することができる。この結果、ガスが火花を伴って流れるのを抑制でき、ガスが燃焼に至るのを抑制することができる。Further, the path includes a bent portion that bends the gas flow direction. Therefore, when a spark is generated from the gas, the gas flowing direction and the spark ejecting direction can be separated at the bent portion. As a result, the gas can be prevented from flowing with a spark, and the gas can be prevented from burning.
前記経路は、ガスの流速が所定値以下に低下しないようにガスを流通させる構成とされていることが好ましい。 It is preferable that the path is configured to circulate the gas so that the gas flow rate does not decrease below a predetermined value.
このようにすれば、ガス流速が所定値以下に低下することなくガスが流れるので、主配管内でガスが酸素と接触するのを抑制できる。このため、ガスが高温であっても燃焼に至るのを抑制することができる。 In this way, the gas flows without lowering the gas flow rate below a predetermined value, so that it is possible to suppress the gas from coming into contact with oxygen in the main pipe. For this reason, even if gas is high temperature, it can suppress reaching combustion.
また、前記経路に、前記ガスの温度を低下させる熱交換手段または吸熱手段が設けられているのが好ましい。この態様では、ガスが燃焼しない温度までガス温度を効率よく低下させることができる。 Moreover, it is preferable that a heat exchange means or a heat absorption means for lowering the temperature of the gas is provided in the path. In this aspect, the gas temperature can be efficiently reduced to a temperature at which the gas does not burn.
また、前記経路に、前記ガス中で生ずる火花をトラップする手段が設けられているのが好ましい。この態様では、着火の原因となる火花を取り除くことにより、ガスの燃焼を確実に抑止することができる。 Further, it is preferable that a means for trapping a spark generated in the gas is provided in the path. In this aspect, the combustion of gas can be reliably suppressed by removing the spark that causes ignition.
また、前記経路には、複数の電池からのガスが流入可能に各電池のガス放出部が接続されているのが好ましい。この態様では、1つの電池からガスが放出された場合でも、ガスが燃焼に至るのが抑制されることにより、他の電池が高温に曝されて延焼してしまうという事態を回避することができる。 Moreover, it is preferable that the gas discharge | release part of each battery is connected to the said path | route so that the gas from a some battery can flow in. In this aspect, even when gas is released from one battery, it is possible to avoid a situation where another battery is exposed to high temperature and spreads by suppressing the gas from burning. .
また、前記電池パックにおいて、前記電池と前記経路とが互いに着脱可能に構成されていることが好ましい。 In the battery pack, the battery and the path are preferably configured to be detachable from each other.
以上説明したように、本発明によれば、電池から排出された高温のガスの燃焼を抑制でき、より安全性の高い電池パックとすることができる。 As described above, according to the present invention, combustion of high-temperature gas discharged from the battery can be suppressed, and a battery pack with higher safety can be obtained.
以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。 Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
本実施形態に係る電池パックは、複数個の電池が筐体内に配置された電池パックである。電池は、異常時に高温のガスを高速で放出する可能性があるが、電池パックは、電池から放出されたガスを外部に排出する経路を有し、前記経路でガスの温度を低下させ、外部に排出するように構成されるものである。 The battery pack according to the present embodiment is a battery pack in which a plurality of batteries are arranged in a housing. The battery may release a high-temperature gas at a high speed in the event of an abnormality, but the battery pack has a path for discharging the gas released from the battery to the outside. It is configured to be discharged.
この電池パックでは、電池パック内の電池が内部短絡や過充電などで発熱し、電池内部から高温のガスが噴出しても、ガスの温度を低下させた上で電池パック外部に放出させる。このため、ガスの燃焼を抑制し、被害を最小限にすることが可能である。通常、高温のまま電池外部にガスが放出されると、ガスは電池外部の酸素と混合されて燃焼に至る。しかし、本実施形態の電池パックのように、空気と混合される前にガス温度が低下すると、その後ガスが空気と混合されても燃焼することはない。すなわちここで言う「ガスの温度を低下させ」とは、ガスが空気と混合しても燃焼しない温度までガスの温度を低下させることを意味する。 In this battery pack, even if a battery in the battery pack generates heat due to an internal short circuit or overcharge, and a hot gas is ejected from the inside of the battery, the temperature of the gas is lowered and then released to the outside of the battery pack. For this reason, it is possible to suppress gas combustion and minimize damage. In general, when gas is released outside the battery at a high temperature, the gas is mixed with oxygen outside the battery and reaches combustion. However, as in the battery pack of the present embodiment, if the gas temperature is lowered before being mixed with air, the gas will not burn even if the gas is subsequently mixed with air. That is, “reducing the gas temperature” referred to herein means reducing the gas temperature to a temperature at which the gas does not burn even when mixed with air.
また、ガスの温度が低下するまでに空気と混合することを抑制する手段としては、筐体内部にダクトを設けることによってガスの経路を形成したり、筐体内部に仕切り板を配置してガスの経路を形成するのが有効である。これは、排出ガスの流れを一つにまとめ、それが分散しないように流れを規制することが目的である。もし、ガスの流れ方向が規制されていなければ、ガスが筐体内で無方向に分散することになり、これによって筐体内の酸素と適度な混合が起こってしまい、ガスの温度が低下する前に燃焼状態に入ってしまう。そして、放出されたガスがダクトから漏れ出さないようにダクトの密閉性を確保することが重要である。また、電池間の隙間やダクトの径が狭くなり過ぎないように電池を配置することが有効である。 In addition, as means for suppressing mixing with air until the temperature of the gas decreases, a gas path is formed by providing a duct inside the casing, or a partition plate is arranged inside the casing. It is effective to form the path. The purpose of this is to consolidate the exhaust gas flow and regulate the flow so that it does not disperse. If the gas flow direction is not regulated, the gas will disperse in the non-directional direction within the housing, causing moderate mixing with the oxygen in the housing, before the gas temperature drops. It enters the combustion state. And it is important to ensure the sealing property of the duct so that the released gas does not leak from the duct. It is also effective to arrange the batteries so that the gaps between the batteries and the diameter of the duct do not become too narrow.
筐体内部の仕切り板やダクトの材料としては、アルミや銅、チタンなどの金属やセラミック、砂等の不燃性の固体を用いることができる。又、不燃性の固体を用いない場合、含水化合物やイミダゾリウム塩系、ピリジニウム塩系、脂肪族四級アンモニウム塩系などのイオン性液体等の不燃性材料などを、ガスが通る経路の全部もしくは一部に、被覆・積層して用いることによって排気経路が熱による損傷を受けないようにすることが可能となる。 As a material for the partition plate and duct inside the housing, a nonflammable solid such as a metal such as aluminum, copper, and titanium, ceramic, and sand can be used. In addition, when nonflammable solids are not used, all of the path through which the gas passes, such as hydrated compounds, imidazolium salt-based, pyridinium salt-based, aliphatic quaternary ammonium salt-based ionic liquids, etc. It is possible to prevent the exhaust path from being damaged by heat by partially covering and laminating.
また、ガスが通る経路にガスの温度を低下させる熱交換手段または吸熱手段を設けることでより効果的なものにすることができる。熱交換手段または吸熱手段は、例えば金属などの高熱伝導材料やセラミックなどの高比熱材料によって構成することができ、また、半田、ろう、低融点ガラス、水などの熱により溶融、昇華することで潜熱として熱を吸収する材料、あるいは炭酸マグネシュウムや水酸化アルミニウム等の分解して熱を吸収する材料などによって構成することも可能である。また、経路の途中で発火していない他のセルにガスの熱を分散させてもよい。また、ダクトにフィンを設けることによって熱交換手段または吸熱手段を構成してもよい。 Moreover, it can be made more effective by providing a heat exchange means or a heat absorption means for lowering the temperature of the gas in the path through which the gas passes. The heat exchanging means or the heat absorbing means can be constituted by a high heat conductive material such as metal or a high specific heat material such as ceramic, and is also melted and sublimated by heat of solder, solder, low melting point glass, water or the like. It is also possible to use a material that absorbs heat as latent heat, or a material that absorbs heat by decomposition, such as magnesium carbonate or aluminum hydroxide. Moreover, you may disperse | distribute the heat of gas to the other cell which is not igniting in the middle of a path | route. Moreover, you may comprise a heat exchange means or a heat absorption means by providing a fin in a duct.
ガスを自然発火しない温度まで低下させても、ガス中に火花が含まれるとガスに着火して燃焼する可能性がある。そのためガスが空気と混合する前に、ガス中に含まれる火花を取り除く必要がある。ガスが通る経路でガス中に含まれる火花をトラップする手段として、ガスが通る経路を長い導管構造にすることで火花のトラップが実現可能である。またガス経路の構成として、九十九折やらせん状等の屈曲部を有する状態にダクトを構成したり、ガス経路に複数の突起を設けることによって屈曲部を実現するようにしてもよい。また、屈曲部に火花が入り込むポケットを設けることも効果的である。ただし、ガスの排出を妨げないようにダクトの内径や屈曲部の角度・個数に配慮が必要である。ダクトの材質は放熱性、耐熱性を考慮して銅、アルミ、ステンレスなどの金属が好ましい。またダクト構造以外にも、単純に経路に屈曲部を設けたり、セラミック・金属板に排出ガスを吹きつけさせてもよい。 Even if the gas is lowered to a temperature at which it does not ignite spontaneously, if the gas contains sparks, the gas may ignite and burn. Therefore, before the gas mixes with air, it is necessary to remove the sparks contained in the gas. As a means for trapping the spark contained in the gas in the path through which the gas passes, the trapping of the spark can be realized by forming a long conduit structure in the path through which the gas passes. Further, as a configuration of the gas path, the duct may be configured to have a bent portion such as a 99-fold or a spiral, or the bent portion may be realized by providing a plurality of protrusions in the gas path. It is also effective to provide a pocket in which a spark enters the bent portion. However, it is necessary to consider the inner diameter of the duct and the angle and number of the bent portions so as not to hinder gas discharge. The material of the duct is preferably a metal such as copper, aluminum or stainless steel in consideration of heat dissipation and heat resistance. In addition to the duct structure, a bent portion may be simply provided in the path, or exhaust gas may be blown onto the ceramic / metal plate.
ガス経路の流路面積は、電池パック内に配置される電池1セルあたりの容量で決められる。すなわち、電池1セルあたりの容量に応じて電池から放出されるガス量が決まるため、ガス経路の流路面積を電池容量に対する比によって決定すれば、ガス流速が所定値以下に低下しないようにガスを流通させることができる。このガス流速の所定値とは、酸素がガス経路内に進入するのを抑制して、ガスと酸素が接触するのが抑制されるようなガス流速を意味している。かかる観点より、ガスの流路面積は、電池の容量1Ah当たり0.5mm2以上で、かつ15mm2以下の範囲であるのが好ましい。なお、ガス経路がダクトによって形成される場合には、前記流路面積は、ダクトの流路面積となる。 The flow path area of the gas path is determined by the capacity per battery cell arranged in the battery pack. That is, since the amount of gas released from the battery is determined according to the capacity per battery cell, if the flow area of the gas path is determined by the ratio with respect to the battery capacity, the gas flow rate will not decrease below a predetermined value. Can be distributed. The predetermined value of the gas flow rate means a gas flow rate that suppresses oxygen from entering the gas path and suppresses contact between the gas and oxygen. From this point of view, the gas flow path area is preferably in the range of 0.5 mm 2 or more and 15 mm 2 or less per 1 Ah of battery capacity. When the gas path is formed by a duct, the flow path area is the duct flow path area.
ガスの冷却機構や火花のトラップ機構はガスが通過する経路であれば、電池パックの開口部に設けても電池パック内の各電池に設けてもよく、あるいは電池を搭載する機器側に設けてもよい。この場合には、ガス経路を機器外部にガスを放出できるように構成することが必要となる。 The gas cooling mechanism and the spark trapping mechanism may be provided in the opening of the battery pack or in each battery in the battery pack as long as the gas passes therethrough, or provided on the device on which the battery is mounted. Also good. In this case, it is necessary to configure the gas path so that the gas can be released to the outside of the device.
次に、本発明に係る電池パックの一実施形態について説明する。この実施形態に係る電池パックは、図1に示すように、円筒形18650サイズのリチウムイオン二次電池2本を1セットとして並列配置し、それを3セット直列に接続した6本の電池を用いた組電池1Dを収容するものである。また、本発明の一実施形態に係る電池搭載機器は、図1に示す電池パックを搭載し、それを電源として用いる例えば携帯型パーソナルコンピュータやビデオカメラ等の電子機器、四輪車や二輪車等の車両、その他の電池搭載機器である。電池搭載機器が車両であった場合、電池パックは、例えば車両に搭載された電装機器の電源として用いられたり、電気自動車やハイブリッドカー等の動力用電源として用いられたりする。
Next, an embodiment of the battery pack according to the present invention will be described. As shown in FIG. 1, the battery pack according to this embodiment uses six batteries in which two cylindrical 18650 size lithium ion secondary batteries are arranged in parallel and three sets are connected in series. The assembled
電池パックは、電池パック筐体1A、1Bと、電気を取り出す電池パック端子(図示せず)と、排気ダクト1Cとを備えている。筐体1A、1Bは、ポリカーボネート製であり、排気ダクト1Cは、厚み0.3mmの鉄製である。なお、排気ダクト1Cは、ニッケル、アルミニウム、チタン、銅、ステンレス等の金属、液晶性全芳香族ポリエステル、ポリエーテルサルホン、芳香族ポリアミド等の耐熱性のある樹脂、または金属と樹脂との積層体等の材料で構成されていてもよい。
The battery pack includes
1セットを構成する2本の電池は、電池端子1Fと電池底部にそれぞれ接続板1Eが溶接されている。したがって、この2本の電池は並列接続となっている。この接続板1Eは接続リード1Gを介して他のセットの接続板1Eと導通し、また接続リード1Gを介して電池パック端子とを導通している。なお、図1では、最上位の1セットのみ接続板1Eが示されているが、それ以外のセットの電池についても同様に接続板1Eが設けられている。
In the two batteries constituting one set, the
排気ダクト1Cは、接続管部1Hと、主管部1Iと、ガス冷却部1Lと、火花トラップ部1Mと、排気口1Pとを備える。主管部1Iは、横断面積が略一定の直管状に構成されており、電池の長手方向と平行になるように配設されている。
The
本実施形態では、各セットを構成する電池が2個ずつなので、主管部1Iは、それに応じて2つ設けられている。すなわち、筐体1A,1Bの幅方向に電池が2つ並んでいて、その状態で長手方向に電池が3つ並んでいる。それに応じ、各主管部1Iは、筐体1A,1Bの長手方向に隣接する3つの電池に接続されている。そして、図2に示すように、各主管部1Iは、並設された2つの電池と、筐体1A,1Bとの間に形成された空間を利用して配設されている。これにより、筐体1A,1B内の空間が大きくなるのが抑制されている。なお、主管部1Iは、直管状に限られるものではなく、組電池1Dの配置関係に応じて屈曲部を有するものであってもよい。
In the present embodiment, since two batteries are included in each set, two main pipe portions 1I are provided accordingly. That is, two batteries are arranged in the width direction of the
接続管部1Hは、電池のガス放出部と主管部1Iとを接続する。接続管部1Hは、電池のガス放出部から排出されるガスを漏らさず導けるように高耐熱性の接着剤等によって電池端子1Fに密着されている。
The connecting
なお、電池端子1Fと接続管部1Hとの接続は、図13〜図17に示すように、Oリングを用いたフランジ継手やワンタッチジョイント、袋ナットによる接続などを用いて着脱可能にすることもできる。図13〜図17の具体的構成については後に詳述する。
In addition, as shown in FIGS. 13 to 17, the
ガス放出部は、電池端子1Fに設けられた排気口によって構成されるものであり、電池内部で発生したガスを電池の外部に逃がすために設けられている。なお、このガス放出部は、通常塞がれており、異常時に電池内で所定圧力以上のガスが発生すると破断してガスを放出する。
The gas discharge part is configured by an exhaust port provided in the
接続管部1Hは、電池端子1Fから電池の幅方向に延びるように配設されており、外端部において主管部1Iに連通されている。したがって、接続管部1Hは主管部1Iに対して屈曲された屈曲部としても機能する。
The connecting
接続管部1Hにおける流路面積は、主管部1Iにおける流路面積とほぼ同じに設定されている。そして、これらの流路面積は、電池から放出されてダクト1C内を流れるガスの流速が所定以下にならないように設定されている。具体的に、本実施形態で用いられている円筒形18650サイズのリチウムイオン二次電池の電池容量は2Ahであり、接続管部1H及び主管部1Iにおける流路面積は、5mm2以上で、かつ20mm2以下となっている。
The channel area in the connecting
ガス冷却部1Lは、接続管部1Hとは反対側の主管部1Iの端部に接続されている。ガス冷却部1Lは、両主管部1Iに接続されている。したがって、何れの主管部1Iを流れたガスもこのガス冷却部1L内に流入する。ガス冷却部1Lは、ダクト1Cを流れたガスを当該ダクト1C外に導出する前に冷却するためのものである。ガス冷却部1Lは、内壁面に高熱伝動材料、高比熱材料等の熱吸収剤が設けられた構造である。ガス冷却部1Lは、例えば高さが3.6mm、内部空間高さが3.0mmに形成されている。
The
火花トラップ部1Mはガス冷却部1Lに隣接して配置されており、図3に示すように、火花トラップ部1Mとガス冷却部1Lとは連絡管1Nを通じて連通している。火花トラップ部1Mは、ガス中の火花を捕集するために設けられるものであり、内壁面に多孔質セラミック板、ゲルシート、銅メッシュ、アルミメッシュ、SUSメッシュ、セメント板又は石膏板が設けられた構成のものである。火花トラップ部1Mに排気口1Pが設けられており、火花トラップ部1Mを通過したガスが、この排気口1Pを通ってダクト1C外に排出される。したがって、電池より排出されたガスは、接続管部1Hから主管部1Iへと導かれ、主管部1Iを通過した後にガス冷却部1Lを通過し、その後に火花トラップ部1Mを通過して排気口1Pを通して筐体外部に放出される。排気口1Pは、電池搭載機器に設けられた外経路(図示省略)に対して脱着するための接続部としても機能する。
The
なお、本実施形態では、ガス冷却部1Lから火花トラップ部1Mにガスが流れる構成としたが、火花トラップ部1Mからガス冷却部1Lにガスが流れる構成としてもよい。また、ガス冷却部1Lと火花トラップ部1Mは、隣接配置されている構成に限られるものではない。またこれらを一体的に形成してもよく、あるいはこれらを接続管部1H内または主管部1I内に設けるようにしてもよい。
In the present embodiment, the gas flows from the
図4は本発明の実施の形態における電池の概略縦断面図である。図4において円筒型リチウムイオン電池は、渦巻き状に巻かれた円筒状の極板群2Dを備えている。この極板群2Dは、アルミニウム箔集電体に正極合剤が塗着された正極板2Aと、銅箔集電体に負極合剤が塗着された負極板2Bと、それら両極間に配置された厚み25μmのセパレータ2Cとからなる。
FIG. 4 is a schematic longitudinal sectional view of the battery according to the embodiment of the present invention. In FIG. 4, the cylindrical lithium ion battery includes a cylindrical
アルミニウム箔集電体には正極リード集電体2Eがレーザ溶接されている。銅箔集電体には負極リード集電体2Fが抵抗溶接されている。極板群2Dは金属製有底ケース2Gに収納されている。負極リード集電体2Fは有底ケース2Gの底部と抵抗溶接されて、電気的に接続されている。正極リード集電体2Eは有底ケース2Gの開放端から防爆弁を有した封口板2Hの金属製フィルター2Iにレーザ溶接されて、電気的に接続されている。
A positive electrode lead
有底ケース2Gの開放端から非水電解液を注入する。有底ケース2Gの開放端には溝を入れて座が形成され、正極リード集電体2Eを折り曲げ、有底ケース2Gの座部に樹脂製アウターガスケット2Jと封口板2Hが装着され、有底ケース2Gの開放端全周囲をかしめて封口されている。
A non-aqueous electrolyte is injected from the open end of the bottomed
ここで、図13〜図17に示す接続管部1Hと電池端子1Fとを着脱可能に接続するための構造について説明する。まず、図13及び図14には、接続管部1Hの端末に形成されたフランジ部5Aが封口板2Hに対してボルトB1によって固定されることにより、封口板2Hの内側と接続管部1Hの内側とが封口板2Hに形成された開口5Cを介して連通した状態で、当該封口板2Hと接続管部1Hとが連結される構成が開示されている。これらフランジ部5Aと封口板2Hとの間には、前記ボルトB1の内側位置にOリング5Bが挟持されており、このOリング5Bによって封口板2Hと接続管部1Hとの間のガスの流通が阻止されている。
Here, the structure for detachably connecting the connecting
図15には、封口板2Hに突出形成された雄ねじ部6Aと、前記接続管部1Hの端末に形成された雌ねじ部6Bとを互いに螺合することにより、接続管部1Hを電池端子1Fに取り付け可能な構成が開示されている。各ねじ部6A、6Bの螺合状態においては、雄ねじ部6Aの端面と雌ねじ部6Bの底面との間でパッキン6Cが挟持されており、このパッキン6Cによって封口板2Hと接続管部1Hとの間のガスの流通が阻止されている。
In FIG. 15, the male threaded
図16には、封口板2Hに突出形成された内筒部7Aの外側に接続管部1Hの端末に形成された外筒部7Bを被せることにより、これら両筒部7A、7Bにそれぞれ形成された爪部7C、7Dがそれぞれ係合して封口板2Hに対し接続管部1Hが抜け止めされる構成が開示されている。この抜け止め状態においては、内筒部7Aの端面と外筒部7Bの底面との間でパッキン7Eが挟持されており、このパッキン7Eによって封口板2Hと接続管部1Hとの間のガスの流通が阻止されている。なお、各爪部7C、7Dの係合は外筒部7Bの外側への弾性変形を経て実現するように構成することができるが、このように構成した場合、外筒部7Bの弾性変形を規制して両爪部7C、7Dの係合状態を保持するための拘束筒7Fを外筒部7Bのさらに外側に設けることが好ましい。
In FIG. 16, the
図17には、封口板2Hに突出形成された雌ねじ部8Aと、接続管部1Hの端末に形成された雌ねじ部8Bとのそれぞれに対してスリーブ8Cの両端部を螺合させることにより、接続管部1Hと封口板2とが連結される構成が開示されている。この連結状態においては、スリーブ8Cの長手方向の途中部に形成された大径部8Dと各雌ねじ部8A、8Bの端面との間にそれぞれパッキン8Eが挟持されており、このパッキン8Eによって封口板2Hと接続管部1Hとの間のガスの流通が阻止されている。
In FIG. 17, the both ends of the
次に図1に示すように、完成した6本の円筒型リチウムイオン二次電池を配列しニッケル製の厚み0.2mmの接続板1Eで直列接続し、さらに電池パックを構成する電池パック端子と導通させるための接続リード1Gを接続板1Eに取り付けて組電池1Dを製作した。
Next, as shown in FIG. 1, six completed cylindrical lithium ion secondary batteries are arranged and connected in series with a nickel-made
続いて、本発明に係る電池搭載機器の実施形態1について説明する。この実施形態1は、図5及び図6に示すように、円筒形18650サイズのリチウムイオン二次電池2本を1セットとして並列配置し、それを3セット直列に接続した6本の電池を用いた電池パック10を装着するノートブック型パーソナルコンピュータ(以下ノート型PCと称す)11である。
Subsequently,
この実施形態1の電池パック10は、前記実施形態の電池パックと異なり、排気ダクトとして、接続管部10Hと、主管部10Iと、接続部10Pとを備えている。換言すると、ガス冷却部10L、連通路10Z、火花トラップ部10M及び排気口10Yは、外経路として電池搭載機器側、すなわちノート型PCの本体側に装着されている。
Unlike the battery pack of the first embodiment, the
すなわち、電池パック10をノート型PC11に装着することにより電池パック10側の排気ダクト(接続部10P)とノート型PC11側の外経路(ガス冷却部10L)とが接合箇所P1で接合される。異常時に発生したガスは、電池パック10の排気口10Pから接合箇所P1を経由してノート型PC11に送られ、ノート型PC11に設けられたガス冷却部10L、連通路10Z、火花トラップ部10M、及び排気口10Yを順に経由してノート型PC11の使用者側の側面と反対側の側面側へ放出される。つまり、本実施形態のノート型PC11では、ノート型PC11の使用者側の向きY1と反対の向きY2に向けてガスが排出される。
That is, by attaching the
また、排気口1P、10Yを向ける方向としては、使用者側の向きY1と反対の向きY2に限定されることはなく、少なくとも前記向きY1と異なる向きであればよい。例えば、使用者側の向きと直交する向きY3、Y4とすることができる。
Further, the direction in which the
電池パックに異常事態が発生したときに、安全面での人体に及ぼす影響を最小限に抑制するための人体保護の立場に立った場合、機器の使用者が電池パック装着機器に最も近くにいる可能性が高い。すなわち、排気口を使用者側の向きと異なる向きとすることが人的被害を最小限にできる確率が高い。 When an abnormal situation occurs in the battery pack, the user of the device is closest to the device with the battery pack when standing in the position of human protection to minimize the impact on the human body in terms of safety Probability is high. That is, it is highly probable that human damage can be minimized by setting the exhaust port in a direction different from the user side.
前記経路を通過し排気口より排出されたガスは、大気中へ放出されることでさらに急激に温度が低下するため、電池パック搭載機器に最も近い人にガスが直接吹き付けられなければ十分に安全を確保できると考えられる。 The gas that passes through the path and is exhausted from the exhaust port is further drastically reduced in temperature by being released into the atmosphere. Therefore, it is safe enough if the gas is not directly blown to the person closest to the battery pack equipment. Can be secured.
次に、本発明に係る電池搭載機器の実施形態2について説明する。この実施形態2は、図7〜図9に示すように、直径32mm、高さ120mmのサイズの円筒形のリチウムイオン二次電池2本を1セットとして並列配置し、それを3セット直列に接続した6本の電池を用いた電池パック12を装着する電池搭載機器としての電動アシスト型の電気自転車14である。
Next, Embodiment 2 of the battery-equipped device according to the present invention will be described. In this Embodiment 2, as shown in FIGS. 7 to 9, two cylindrical lithium ion secondary batteries having a diameter of 32 mm and a height of 120 mm are arranged in parallel as one set, and three sets are connected in series. This is an electric assist type
実施形態2における電池パック12は、前記各実施形態の電池パックと異なり、排気ダクトとして、接続管部12Hと、ガス冷却部12Lと、接続部12Pとを備えている。換言すると、火花トラップ部12M及び排気口12Yは、外経路として電池搭載機器側、すなわち電気自転車14の本体側に装着されている。
The
すなわち、電池パック12を電気自転車14に装着することにより電池パック12側の排気ダクト(接続部12P)と電気自転車14側の外経路(ガス冷却部12L)とが接合箇所P2で接合される。異常時に発生したガスは、電池パック12側のガス冷却部12Lと接合箇所P2を経由して電気自転車14の乗員側の側面(上方)と反対側の電気自転車14の底部側(下方)へ放出される。
That is, by attaching the
次に、本発明に係る電池搭載機器の実施形態3について説明する。この実施形態3は、図10〜図12に示すように、直径32mm、高さ120mmのサイズの円筒型のリチウムイオン二次電池6本を1セットとして直列配線の並列配置し、これを10セット直列に接続した60本の電池を用いた電池パック15を装着したハイブリッド型の電気自動車16である。
Next, Embodiment 3 of the battery-equipped device according to the present invention will be described. In Embodiment 3, as shown in FIGS. 10 to 12, six sets of cylindrical lithium ion secondary batteries having a diameter of 32 mm and a height of 120 mm are arranged as one set, and 10 sets of this are arranged in series. This is a hybrid
電池パック15は、前記6本の電池が収納された10個のパック体15Aと、これらパック体15Aにそれぞれ設けられ当該各パック体に収納された各電池から排出されたガスをパック体15Aの外側へ導出可能な導出管15Bと、これら導出管15B同士を合流させる集中管15Cと、この集中管15Cに設けられた接続部15Dとを備えている。
The
電気自動車16は、前記接続部15Dと接続可能なガス冷却部16Aと、このガス冷却部16Aに接続された火花トラップ部16Bと、この火花トラップ部16Bに接続されるとともに、エンジンの排気ガスとともに電池パック15から導かれたガスを車外へ排気するための排気管16Cと、この排気管16Cの途中部に設けられたマフラー16Dと、このマフラー16Dの下流側でガスを排気する排気口16Eとを備えている。
The
つまり、本実施形態の電池パック15は、排気ダクトとして導出管15B、集中管15C及び接続部15Dを備えている一方、電気自動車16は、ガス冷却部16A、火花トラップ部16B、排気管16C及び排気口16Eを外経路として備えている。
That is, the
本実施形態では、電池パック15を電気自動車16に装着することにより電池パック15の排気ダクト(接続部15D)と電気自動車16の外経路(ガス冷却部16A)とが接合部P3で接合され、異常時に発生したガスは、電池パック15から接合部P3、ガス冷却部16A、火花トラップ部16B、排気管16C及び排気口16Eを経由して、自動車の乗員側の側面(前面)と反対側の側面(後面)側へ放出される。
In this embodiment, by attaching the
以下、電池パックの実施例について説明する。 Hereinafter, examples of the battery pack will be described.
(1)正極板の作製
正極板2Aは以下のようにして作製する。正極合剤として、コバルト酸リチウム粉末を85重量部、導電剤として炭素粉末を10重量部、および結着剤としてポリフッ化ビニリデン(以下、PVDFと略す)のN−メチル−2−ピロリドン(以下、NMPと略す)溶液をPVDFが5重量部相当を混合する。この混合物を厚み15μmのアルミニウム箔集電体に塗布して乾燥させた後、圧延する。これにより厚みが100μmの正極板2Aを作製した。
(1) Production of positive electrode plate The
(2)負極板の作製
負極板2Bは以下のようにして作製する。負極合剤として人造黒鉛粉末を95重量部、及び結着剤としてPVDFのNMP溶液をPVDFが5重量部相当を混合する。この混合物を厚み10μmの銅箔集電体に塗布して乾燥させた後、圧延する。これにより厚みが110μmの負極板2Bを作製した。
(2) Production of negative electrode plate The
(3)非水電解液の調整
非水電解液は以下のように調製する。非水溶媒として、エチレンカーボネートとエチルメチルカーボネートを体積比1:1で混合し、これに溶質として、六フッ化リン酸リチウム(LiPF6)が1mol/Lになるように溶解させた。このように調製した非水電解液を4.5ml用いる。
(3) Preparation of non-aqueous electrolyte The non-aqueous electrolyte is prepared as follows. As a non-aqueous solvent, ethylene carbonate and ethyl methyl carbonate were mixed at a volume ratio of 1: 1, and dissolved therein so that lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) was 1 mol / L as a solute. 4.5 ml of the non-aqueous electrolyte prepared in this way is used.
(4)密閉型二次電池の作製
正極板2Aと負極板2Bの間に厚み25μmのセパレータ2Cを配置して捲回し、円筒状の極板群2Dを構成した後、金属製有底ケース2Gに挿入して封口した。これにより密閉型非水電解質二次電池を得た。この電池は直径18mm、高さ65mmの円筒型電池で、電池の設計容量は2000mAhであった。完成した電池に電池缶絶縁体として、厚み80μmのポリエチレンテレフタレート製の熱収縮チューブを頂面外縁部まで覆い、90℃の温風で熱収縮させ電池として完成させた。
(4) Production of sealed secondary battery After the
(5)電池パックの製作
(実施例1A)
図1に示す組電池1Dと排気ダクト1Cとを電池パック1A,1B内部に収納し、電池パック1A,1Bの外周部を溶接した。このとき、完成した電池パックを充電時の最大電流を3A、充電終了電流を0.1Aとして通常12.6V充電のところパックの過充電保護回路とセルの電流遮断(CID)をバイパスすることにより13.5Vまで定電流定電圧の充電を行い、実施例1Aの電池パックとした。
(5) Production of battery pack (Example 1A)
The assembled
(実施例1B)
火花トラップ部1Mの内部に厚み1mmの多孔質セラミック板(産業用セラミックハニカム;日本ガイシ社製)を貼り付けた。この多孔質セラミック板の配設位置は、連絡管1Nが接続する壁部の対面壁とした。これ以外は実施例1Aと同様にして電池パックを作製し、実施例1Bの電池パックとした。
(Example 1B)
A 1 mm thick porous ceramic plate (industrial ceramic honeycomb; manufactured by NGK Corporation) was attached to the inside of the
(実施例1C)
火花トラップ部1Mの内部に厚み1mmのゲルシート(積水化成品工業株式会社製)を貼り付けた。ゲルシートの配設位置は、連絡管1Nが接続する壁部の対面壁とした。これ以外は実施例1Aと同様にして電池パックを作製し、実施例1Cの電池パックとした。
(Example 1C)
A gel sheet having a thickness of 1 mm (manufactured by Sekisui Plastics Co., Ltd.) was attached to the inside of the
(実施例1D)
火花トラップ部1Mの内部に銅メッシュ(線径40μm、目開き45×45μm)を厚み1mmとなるように重ね合わせて貼り付けた。銅メッシュの配設位置は、連絡管1Nが接続する壁部の対面壁とした。これ以外は実施例1Aと同様にして電池パックを作製し、実施例1Dの電池パックとした。
(Example 1D)
A copper mesh (wire diameter: 40 μm, opening: 45 × 45 μm) was laminated and pasted inside the
(実施例1E)
火花トラップ部1Mの内部にアルミメッシュ(線径40μm、目開き45×45μm)を厚み1mmとなるように重ね合わせて貼り付けた。アルミメッシュの配設位置は、連絡管1Nが接続する壁部の対面壁とした。これ以外は実施例1Dと同様にして電池パックを作製し、実施例1Eの電池パックとした。
(Example 1E)
An aluminum mesh (wire diameter: 40 μm, mesh opening: 45 × 45 μm) was laminated and pasted inside the
(実施例1F)
火花トラップ部1Mの内部にSUS316メッシュ(線径40μm、目開き45×45μm)を厚み1mmとなるように重ね合わせて貼り付けた。SUSメッシュの配設位置は、連絡管1Nが接続する壁部の対面壁とした。これ以外は実施例1Dと同様にして電池パックを作製し、実施例1Fの電池パックとした。
(Example 1F)
A SUS316 mesh (wire diameter: 40 μm, mesh opening: 45 × 45 μm) was laminated and pasted inside the
(実施例1M)
厚み1mmのセメント板を作製し、これを火花トラップ部1Mの内部に貼り付けた。セメント板の配設位置は、連絡管1Nが接続する壁部の対面壁とした。これ以外は実施例1Aと同様にして電池パックを作製し、実施例1Mの電池パックとした。
Example 1M
A cement plate having a thickness of 1 mm was prepared and attached to the inside of the
(実施例1N)
厚み1mmの石膏板を作製し、これを火花トラップ部1Mの内部に貼り付けた。石膏板の配設位置は、連絡管1Nが接続する壁部の対面壁とした。これ以外は実施例1Aと同様にして電池パックを作製し、実施例1Nの電池パックとした。
Example 1N
A gypsum plate having a thickness of 1 mm was produced and attached to the inside of the
(実施例2A)
水分を含ませた厚み1mmの多孔質セラミック板(産業用セラミックハニカム;日本ガイシ社製)をガス冷却部1Lの内部に貼り付けた。多孔質セラミック板の配設位置は、主管部1Iが接続する壁部の対面壁とした。これ以外は実施例1Aと同様にして電池パックを作製し、実施例2Aの電池パックとした。
(Example 2A)
A 1 mm thick porous ceramic plate (industrial ceramic honeycomb; manufactured by NGK Co., Ltd.) containing moisture was attached inside the
(実施例2B)
水分を含ませた厚み1mmのガラスウールをガス冷却部1Lの内部に貼り付けた。ガラスウールの配設位置は、主管部1Iが接続する壁部の対面壁とした。これ以外は実施例1Aと同様にして電池パックを作製し、実施例2Bの電池パックとした。
(Example 2B)
A glass wool having a thickness of 1 mm and containing moisture was attached to the inside of the
(実施例2C)
ガス冷却部1Lの内部に含水ゲル(ヒートバスター 株式会社PDM研究所製)を厚み1mmで塗布した。含水ゲルの塗布位置は、主管部1Iが接続する壁部の対面壁とした。これ以外は実施例1Aと同様にして電池パックを作製し、実施例2Cの電池パックとした。
(Example 2C)
A hydrous gel (Heat Buster PDM Laboratories Co., Ltd.) was applied in a thickness of 1 mm inside the
(実施例2D)
ガス冷却部1Lの内部に厚み1mmの銅板を貼り付けた。銅板の配設位置は、主管部1Iが接続する壁部の対面壁とした。これ以外は実施例1Aと同様にして電池パックを作製し、実施例2Dの電池パックとした。
(Example 2D)
A copper plate having a thickness of 1 mm was pasted inside the
(実施例2E)
ガス冷却部1Lの内部に厚み1mmのアルミ板を貼り付けた。アルミ板の配設位置は、主管部1Iが接続する壁部の対面壁とした。これ以外は実施例1Aと同様にして電池パックを作製し、実施例2Eの電池パックとした。
(Example 2E)
An aluminum plate having a thickness of 1 mm was attached inside the
(実施例2F)
ガス冷却部1Lの内部に厚み1mmのSUS316板を貼り付けた。SUS板の配設位置は、主管部1Iが接続する壁部の対面壁とした。これ以外は実施例1Aと同様にして電池パックを作製し、実施例2Fの電池パックとした。
(Example 2F)
A SUS316 plate having a thickness of 1 mm was pasted inside the
(実施例2G)
リン酸二水素アンモニウムの粉末(関東化学株式会社製 特級(G))90%重量部とPTFEの粉末10%重量部とを乳鉢で混練し、1mm厚みのペレット状に成形した。このペレットをガス冷却部1Lの内部に貼り付けた。ペレットの配設位置は、主管部1Iが接続する壁部の対面壁とした。これ以外は実施例1Aと同様にして電池パックを作製し、実施例2Gの電池パックとした。
(Example 2G)
90% by weight of ammonium dihydrogen phosphate powder (special grade (G) manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd.) and 10% by weight of PTFE powder were kneaded in a mortar and formed into a 1 mm thick pellet. This pellet was affixed inside the
(実施例2H)
炭酸水素ナトリウム(関東化学株式会社製 特級(G))90%重量部とPTFEの粉末10%重量部とを乳鉢で混練し、1mm厚みのペレット状に成形した。このペレットをガス冷却部1Lの内部に貼り付けた。ペレットの配設位置は、主管部1Iが接続する壁部の対面壁とした。これ以外は実施例1Aと同様にして電池パックを作製し、実施例2Hの電池パックとした。
(Example 2H)
90% by weight of sodium bicarbonate (special grade (G) manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd.) and 10% by weight of PTFE powder were kneaded in a mortar and formed into a 1 mm thick pellet. This pellet was affixed inside the
(実施例2I)
水酸化アルミニウム(関東化学株式会社製 特級(G))90%重量部とPTFEの粉末10%重量部とを乳鉢で混練し、1mm厚みのペレット状に成形した。このペレットをガス冷却部1Lの内部に貼り付けた。ペレットの配設位置は、主管部1Iが接続する壁部の対面壁とした。これ以外は実施例1Aと同様にして電池パックを作製し、実施例2Iの電池パックとした。
Example 2I
90% by weight of aluminum hydroxide (special grade (G) manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd.) and 10% by weight of PTFE powder were kneaded in a mortar and formed into a 1 mm thick pellet. This pellet was affixed inside the
(実施例2J)
炭酸マグネシウム(関東化学株式会社製 特級(G))90%重量部とPTFEの粉末10%重量部とを乳鉢で混練し、1mm厚みのペレット状に成形した。このペレットをガス冷却部1Lの内部に貼り付けた。ペレットの配設位置は、主管部1Iが接続する壁部の対面壁とした。これ以外は実施例1Aと同様にして電池パックを作製し、実施例2Jの電池パックとした。
(Example 2J)
90% by weight of magnesium carbonate (special grade (G) manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd.) and 10% by weight of PTFE powder were kneaded in a mortar and formed into a 1 mm thick pellet. This pellet was affixed inside the
(実施例2K)
硫酸銅(II)五水和物(関東化学株式会社製 特級(G))90%重量部とPTFEの粉末10%重量部とを乳鉢で混練し、1mm厚みのペレット状に成形した。このペレットをガス冷却部1Lの内部に貼り付けた。ペレットの配設位置は、主管部1Iが接続する壁部の対面壁とした。これ以外は、実施例1Aと同様にして電池パックを作製し、実施例2Kの電池パックとした。
(Example 2K)
90% by weight of copper (II) sulfate pentahydrate (special grade (G) manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd.) and 10% by weight of PTFE powder were kneaded in a mortar and formed into a 1 mm thick pellet. This pellet was affixed inside the
(実施例2L)
水酸化カルシュウム(関東化学株式会社製 特級(G))90%重量部とPTFEの粉末10%重量部とを乳鉢で混練し、1mm厚みのペレット状に成形した。このペレットをガス冷却部1Lの内部に貼り付けた。ペレットの配設位置は、主管部1Iが接続する壁部の対面壁とした。これ以外は、実施例1Aと同様にして電池パックを作製し、実施例2Lの電池パックとした。
(Example 2L)
90% by weight of calcium hydroxide (special grade (G) manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd.) and 10% by weight of PTFE powder were kneaded in a mortar and formed into a 1 mm thick pellet. This pellet was affixed inside the
(比較例1)
排気ダクト1Cを排除した以外は実施例1Aと同様に電池パックを作製し、比較例1とした。
(Comparative Example 1)
A battery pack was produced in the same manner as in Example 1A except that the
(比較例2)
排気ダクト1Cを排除し、セル間を詰め、筐体寸法を14.4mm短くした以外は実施例1と同様に電池パックを作製し、比較例2とした。
(Comparative Example 2)
A battery pack was produced in the same manner as in Example 1 except that the
以上の実施例および比較例で得られた各電池パックについて、以下の評価を行った。 The following evaluations were performed on each battery pack obtained in the above examples and comparative examples.
(i)釘刺し試験
完成した電池パックを10個、環境温度20℃中において、直径2.5mmの鉄製の釘を用い、釘刺し試験を行った。この釘刺し試験は、毎秒5mmの速度で電池パック蓋にあらかじめ設けた釘刺し用の貫通穴を通して電池(セル)を貫通するまで釘を刺すことにより行った。釘を刺した電池は、電池パック内においてガス冷却部と反対側にあるセットのうちの片方の電池である。釘は電池の高さ方向および直径方向の中心部を通過するように刺した。そして、高速カメラを用いてパックの外部に放出される火花と炎の観察を行った。パック外部において、炎が0.5秒以上継続して確認された場合に出火有りとし、また火花が0.1秒間に10点以上確認された場合に火花有りと判定した。なお、釘刺し部分は耐熱性のシール材を介し、この部分からのガス、火花、炎の漏れが無いように構成した。
(I) Nail penetration test A nail penetration test was performed using 10 completed battery packs and an iron nail having a diameter of 2.5 mm at an environmental temperature of 20 ° C. This nail penetration test was performed by inserting a nail at a speed of 5 mm per second until it penetrates the battery (cell) through a through hole for nail penetration previously provided in the battery pack lid. The battery pierced with a nail is one of the batteries on the opposite side of the gas cooling unit in the battery pack. The nail was pierced so as to pass through the center in the height direction and the diameter direction of the battery. The sparks and flames emitted outside the pack were observed using a high-speed camera. Outside the pack, it was determined that there was a fire when the flame was confirmed continuously for 0.5 seconds or more, and when there were 10 or more sparks confirmed within 0.1 seconds, it was determined that there was a spark. In addition, the nail penetration part was comprised so that there might be no leak of the gas from this part, a spark, and a flame through a heat resistant sealing material.
評価結果を表1に示す。 The evaluation results are shown in Table 1.
表1に示すように、比較例1及び2では、電池パックの各所より火花及び炎が放出され、その後、電池パックに着火と釘刺しを実施したセル以外のセルへの類焼が確認された。これは、釘刺しセルより放出される火花を含む高温ガスが電池パックの内部で流路が規制されていないために、高温のままガスが空気と混合され燃焼を開始したためである。これに対し、実施例1Aで排気ダクト通過後にパック外部での着火を抑制できたのは、排気ダクトの屈曲部に於いてかなりの数の火花を取り除くことが出来た上に、排気ダクトの壁面で熱を奪われガスの自然着火温度以下になったためであると考えられる。すなわち、ガスが空気と適度に混合して着火する前に、着火の原因となる火花、及びガス温度を低減させることによりガスへの着火やパック及び他電池への類焼を抑制することが出来たと考えられる。しかも、排気ダクトでは、ガスが所定値以上のガス流速で流れるようになっているので、ガスが排気ダクト中において空気中の酸素と接触するのが抑制され、排気ダクトでの燃焼が抑制される。そして実際に、発生ガスの成分を分析すると、比較例1及び2では、二酸化炭素を中心とした酸化ガスが主成分であり、熱分解などによって発生する炭酸水素系の還元ガスは、ほとんど確認できず、燃焼が完全に進行していることが判った。これに対し、実施例1Aでは、酸化ガスの比率が少なくなり、燃焼することなく放出された還元系のガスの比率が大幅に増加していることが確認できた。 As shown in Table 1, in Comparative Examples 1 and 2, sparks and flames were released from various locations of the battery pack, and thereafter, it was confirmed that the battery pack was ignited and burned into cells other than the cells that had been stabbed. This is because the high-temperature gas containing sparks discharged from the nail penetration cell is not regulated in the flow path inside the battery pack, so that the gas is mixed with air at a high temperature and starts to burn. On the other hand, in Example 1A, ignition outside the pack after passing through the exhaust duct was able to suppress a considerable number of sparks at the bent portion of the exhaust duct and the wall surface of the exhaust duct. This is thought to be because the heat was taken away and the temperature became below the natural ignition temperature of the gas. That is, before the gas is ignited by mixing it with air properly, it was possible to suppress the ignition of the gas and the ignition of the pack and other batteries by reducing the gas temperature and causing the ignition. Conceivable. Moreover, since the gas flows in the exhaust duct at a gas flow rate equal to or higher than a predetermined value, the gas is prevented from coming into contact with oxygen in the air in the exhaust duct, and combustion in the exhaust duct is suppressed. . In fact, when the components of the generated gas are analyzed, in Comparative Examples 1 and 2, the oxidizing gas centered on carbon dioxide is the main component, and almost no hydrogen carbonate-based reducing gas generated by thermal decomposition or the like can be confirmed. As a result, it was found that the combustion was progressing completely. On the other hand, in Example 1A, it was confirmed that the ratio of the oxidizing gas was reduced and the ratio of the reducing gas released without burning was greatly increased.
実施例1Bから実施例1Nまでは、高温ガスが接する火花トラップ部1Mの壁面に火花トラップを設けることによる効果を確認した。これにより、火花トラップのない実施例1Aに比べ、パック外部へ放出される火花の量をほぼゼロにすることが可能となり、ガスへの着火を抑制するための大幅な効果があることが確認できた。
From Example 1B to Example 1N, the effect by providing a spark trap on the wall surface of the
実施例2Aから実施例2Lまでは、熱容量が高いことや熱分解や気化することにより熱を奪う吸熱材料、もしくは金属などの熱伝導率の良い材料を高温ガス流路に配置することにより、ガスの温度を低下させガスへの着火を抑制した。ガスを発生させる材料としては、不活性ガスを発生させる材料である必要がある。これらの材料を配置することにより火花も低減することを確認した。 From Example 2A to Example 2L, a gas having a high heat capacity, a heat absorbing material that takes heat away by thermal decomposition or vaporization, or a material having good thermal conductivity such as metal is disposed in the high-temperature gas flow path. The temperature of the gas was reduced to suppress the ignition of the gas. The material that generates the gas needs to be a material that generates an inert gas. It was confirmed that the sparks were reduced by arranging these materials.
このように、電池内部より放出される高温のガスの温度を低下させパック外部へ放出することにより、ガスの燃焼が起こらず、電池パックの破損や他電池への類焼を起こさない安全な電池パックを実現できる。 In this way, by reducing the temperature of the high-temperature gas released from the inside of the battery and releasing it to the outside of the pack, a safe battery pack that does not cause gas combustion and does not cause damage to the battery pack or burning to other batteries. Can be realized.
次に、電池搭載機器の実施例について説明する。
(1)正極板の作製
NiSO4水溶液に所定比率のCoおよびAlの硫酸塩を加え、飽和水溶液を調製した。この飽和水溶液を撹拌しながら、水酸化ナトリウム溶液をこの飽和溶液にゆっくりと滴下した。これにより飽和溶液が中和され、その結果、三元系の水酸化ニッケルNi0.7Co0.2Al0.1(OH)2の沈殿物を生成することができた(共沈法)。生成された沈殿物をろ過した後に水洗し、80℃で乾燥させた。得られた水酸化ニッケルの平均粒径は、約10μmであった。
Next, examples of battery-equipped devices will be described.
(1) Preparation of positive electrode plate A predetermined ratio of Co and Al sulfate was added to a NiSO 4 aqueous solution to prepare a saturated aqueous solution. While stirring the saturated aqueous solution, sodium hydroxide solution was slowly added dropwise to the saturated solution. As a result, the saturated solution was neutralized, and as a result, a precipitate of ternary nickel hydroxide Ni 0.7 Co 0.2 Al 0.1 (OH) 2 could be generated (coprecipitation method). The produced precipitate was filtered, washed with water, and dried at 80 ° C. The average particle diameter of the obtained nickel hydroxide was about 10 μm.
得られたNi0.7Co0.2Al0.1(OH)2に対して大気中900℃で10時間の熱処理を行い、酸化ニッケルNi0.7Co0.2Al0.1Oを得た。このとき、粉末X線回折法を用いて得られた酸化ニッケルNi0.7Co0.2Al0.1O を回折し、酸化ニッケルNi0.7Co0.2Al0.1O が単一相の酸化ニッケルであることを確認した。そして、Niの原子数とCoの原子数とAlの原子数との和がLiの原子数と等量になるように、酸化ニッケルNi0.7Co0.2Al0.1Oに水酸化リチウム1水和物を加え、乾燥空気中800℃で10時間の熱処理を行うことにより、リチウムニッケル複合酸化物LiNi0.7Co0.2Al0.1O2を得た。 The obtained Ni 0.7 Co 0.2 Al 0.1 (OH) 2 was heat treated in the atmosphere at 900 ° C. for 10 hours to obtain nickel oxide Ni 0.7 Co 0.2 Al 0.1 O. At this time, the nickel oxide Ni 0.7 Co 0.2 Al 0.1 O obtained using the powder X-ray diffraction method was diffracted to confirm that the nickel oxide Ni 0.7 Co 0.2 Al 0.1 O was a single phase nickel oxide. Then, lithium hydroxide monohydrate is added to nickel oxide Ni 0.7 Co 0.2 Al 0.1 O so that the sum of the number of Ni atoms, the number of Co atoms, and the number of Al atoms is equal to the number of Li atoms. In addition, a lithium nickel composite oxide LiNi 0.7 Co 0.2 Al 0.1 O 2 was obtained by performing a heat treatment at 800 ° C. for 10 hours in dry air.
粉末X線回折法を用いて得られたリチウムニッケル複合酸化物LiNi0.7Co0.2Al0.1O2を回折すると、そのリチウムニッケル複合酸化物LiNi0.7Co0.2Al0.1O2が単一相の六方晶層状構造であることを確認し、また、そのリチウムニッケル複合酸化物ではCoおよびAlが固溶していることを確認した。そして、リチウムニッケル複合酸化物を粉砕した後分級し、粉末状とした。この粉末の平均粒径は9.5μmであり、BET法に従ってこの粉末の比表面積を求めるとその比表面積は0.4m2/gであった。 When the lithium nickel composite oxide LiNi 0.7 Co 0.2 Al 0.1 O 2 obtained by the powder X-ray diffraction method is diffracted, the lithium nickel composite oxide LiNi 0.7 Co 0.2 Al 0.1 O 2 is a single-phase hexagonal layered layer. The structure was confirmed, and it was confirmed that Co and Al were dissolved in the lithium nickel composite oxide. Then, the lithium nickel composite oxide was pulverized and classified into powder. The average particle diameter of this powder was 9.5 μm. When the specific surface area of this powder was determined according to the BET method, the specific surface area was 0.4 m 2 / g.
得られたリチウムニッケル複合酸化物を3kgとアセチレンブラックを90gとPVDF溶液を1kgとを、適量のNメチル2ピロリドン(NMP,N-methylpyrrolidone)とともにプラネタリーミキサーにおいて混練し、スラリー状の正極合剤を作製した。この正極合剤を、厚みが20μmであり幅が150mmであるアルミ箔上に塗布した。このとき、アルミ箔の幅方向における一端には、幅が5mmである未塗工部を形成した。その後、正極合剤を乾燥させ、アルミ箔の上に正極合剤層を形成した。そして、正極合剤層の厚みとアルミ箔の厚みとの合計厚が100μmとなるようにプレスした後、円筒形18650サイズのリチウムイオン二次電池用の正極板Aと、タブレス集電構造の電池用の正極板Bとを作成した。タブレス集電構造の電池用の極板は、極板の幅が105mmであり合剤塗布部の幅が100mmとなるように切断し、タブレス集電構造の正極板Bを作製した。
(2)負極板の作製
具体的には、人造黒鉛を3kgと、スチレン−ブタジエン共重合体からなるゴム粒子(結着剤)の水溶液(固形分の重量は40重量%)を75gと、カルボキシメチルセルロース(CMC;carboxymethylcellulose)を30gとを、適量の水とともにプラネタリーミキサーにおいて混練し、スラリー状の負極合剤を作製した。この負極合剤を、厚みが10μmであり幅が150mmである銅箔上に塗布した。このとき、銅箔の幅方向における一端には、幅が5mmである未塗工部(露出部)を形成した。その後、負極合剤を乾燥させ、銅箔の上に負極合剤層を形成した。そして、負極合剤層の厚みと銅箔の厚みの合計厚が110μmとなるようにプレスした後、円筒形18650サイズのリチウムイオン二次電池用の負極板Aと、タブレス集電構造の電池用の負極板Bとを作成した。タブレス集電構造の電池用の極板は、極板の幅が110mmであり合剤塗布部の幅が105mmになるように切断し、タブレス集電構造の負極を作製した。
(3)円筒型18650サイズの密閉型電池の作製
正極板Aと負極板Aとを用いた以外は、実施例1Aと同様の方法で公称容量2.4Ahの円筒型18650サイズの密閉型電池Aを作製した。
(4)タブレス集電構造の密閉型電池の作製
作製した正極と負極との間にポリエチレン製のセパレータを挟み、セパレータの端面から正極の露出部と負極の露出部とを互いに逆向きに突出させた。その後、正極、負極およびセパレータを捲回して円筒形とした。
3 kg of the obtained lithium nickel composite oxide, 90 g of acetylene black, and 1 kg of PVDF solution were kneaded together with an appropriate amount of N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) in a planetary mixer, and a slurry-like positive electrode mixture Was made. This positive electrode mixture was applied onto an aluminum foil having a thickness of 20 μm and a width of 150 mm. At this time, an uncoated part having a width of 5 mm was formed at one end in the width direction of the aluminum foil. Thereafter, the positive electrode mixture was dried to form a positive electrode mixture layer on the aluminum foil. And after pressing so that the total thickness of the thickness of a positive mix layer and the thickness of aluminum foil may be set to 100 micrometers, the positive electrode plate A for lithium ion secondary batteries of cylindrical 18650 size, and the battery of a tabless current collection structure A positive electrode plate B was prepared. The electrode plate for a battery having a tabless current collecting structure was cut so that the width of the electrode plate was 105 mm and the width of the mixture application portion was 100 mm, thereby producing a positive electrode plate B having a tabless current collecting structure.
(2) Production of negative electrode plate Specifically, 3 kg of artificial graphite, 75 g of an aqueous solution of rubber particles (binder) made of a styrene-butadiene copolymer (solid weight: 40% by weight), carboxy 30 g of methylcellulose (CMC; carboxymethylcellulose) was kneaded with a suitable amount of water in a planetary mixer to prepare a slurry-like negative electrode mixture. This negative electrode mixture was applied onto a copper foil having a thickness of 10 μm and a width of 150 mm. At this time, an uncoated part (exposed part) having a width of 5 mm was formed at one end in the width direction of the copper foil. Thereafter, the negative electrode mixture was dried to form a negative electrode mixture layer on the copper foil. Then, after pressing so that the total thickness of the negative electrode mixture layer and the copper foil becomes 110 μm, the negative electrode plate A for a lithium ion secondary battery having a cylindrical 18650 size and a battery having a tabless current collecting structure The negative electrode plate B was prepared. The electrode plate for a battery having a tabless current collection structure was cut so that the width of the electrode plate was 110 mm and the width of the mixture application portion was 105 mm, thereby preparing a negative electrode having a tabless current collection structure.
(3) Production of cylindrical 18650 size sealed battery A cylindrical 18650 size sealed battery A having a nominal capacity of 2.4 Ah was used in the same manner as in Example 1A, except that the positive electrode plate A and the negative electrode plate A were used. Was made.
(4) Fabrication of a sealed battery having a tabless current collecting structure A polyethylene separator is sandwiched between the produced positive electrode and negative electrode, and the exposed portion of the positive electrode and the exposed portion of the negative electrode are protruded in opposite directions from the end face of the separator. It was. Thereafter, the positive electrode, the negative electrode, and the separator were wound into a cylindrical shape.
続いて、露出部に補強部材を形成した。 Subsequently, a reinforcing member was formed on the exposed portion.
具体的には、非水電解液の溶媒であるECを50℃に加熱して溶融させ、液状のECを得た。液状のECに、正極の露出部の端面から10mmの部分を浸漬させた。その後、室温に自然放置し、液状のECを固化させた。同様に、液状のECに、負極の露出部の端面から10mmの部分を浸漬させた。その後、室温に自然放置し、液状のECを固化させた。これにより、正極の露出部および負極の露出部には補強部材が設けられ、電極群を形成することができた。 Specifically, EC, which is a solvent for the nonaqueous electrolytic solution, was heated to 50 ° C. and melted to obtain liquid EC. A 10 mm portion from the end face of the exposed portion of the positive electrode was immersed in liquid EC. Thereafter, the liquid EC was solidified by allowing to stand at room temperature. Similarly, a 10 mm portion from the end face of the exposed portion of the negative electrode was immersed in liquid EC. Thereafter, the liquid EC was solidified by allowing to stand at room temperature. Thereby, the reinforcing member was provided in the exposed part of the positive electrode and the exposed part of the negative electrode, and an electrode group could be formed.
その後、集電構造を形成した。 Thereafter, a current collecting structure was formed.
具体的には、まずアルミニウム製の集電板を正極の露出部の端面に押し当て、縦横十文字にレーザーを照射した。これにより、アルミニウム製の集電板を正極の露出部の端面に接合することができた。 Specifically, first, a current collector plate made of aluminum was pressed against the end face of the exposed portion of the positive electrode, and a laser beam was irradiated to the vertical and horizontal letters. Thereby, the current collector plate made of aluminum could be joined to the end face of the exposed portion of the positive electrode.
また、ニッケル製の集電板の円形部を負極の露出部の端面に押し当て、縦横十文字にレーザーを照射した。これにより、ニッケル製の集電板を負極の露出部の端面に接合することができ、集電構造が形成された。 Further, the circular portion of the nickel current collector plate was pressed against the end face of the exposed portion of the negative electrode, and the laser beam was irradiated to the vertical and horizontal letters. Thereby, the nickel current collector plate could be joined to the end face of the exposed portion of the negative electrode, and a current collector structure was formed.
形成された集電構造を、ニッケルめっきされた鉄製の円筒状のケースに挿入した。その後、ニッケル製の集電板のタブ部を折り曲げて、ケースの底部に抵抗溶接させた。また、アルミニウム製の集電板のタブ部を封口板にレーザー溶接させ、ケース内に非水電解液を注入した。このとき、非水電解液は、ECとエチルメチルカーボネイト(EMC;ethylmethylcarbonate)とを体積比が1:3である配合比で混合された混合溶媒に、溶質として六フッ化リン酸リチウム(LiPF6)を1mol/dm3の濃度で溶解させることにより、調製された。その後、封口板をケースにかしめて封止した。これにより、公称容量5Ahのタブレス集電構造の密閉型電池Bを作製した。 The formed current collecting structure was inserted into a nickel-plated iron cylindrical case. Thereafter, the tab portion of the nickel current collector plate was bent and resistance welded to the bottom of the case. Further, the tab portion of the aluminum current collector plate was laser welded to the sealing plate, and a non-aqueous electrolyte was injected into the case. At this time, the non-aqueous electrolyte is lithium hexafluorophosphate (LiPF 6) as a solute in a mixed solvent in which EC and ethyl methyl carbonate (EMC) are mixed at a mixing ratio of 1: 3 by volume. ) Was dissolved at a concentration of 1 mol / dm 3 . Thereafter, the sealing plate was crimped on the case and sealed. Thus, a sealed battery B having a nominal capacity of 5 Ah and having a tabless current collecting structure was produced.
(実施例3A)
円筒型18650サイズの密閉型電池Aを用いて、図5及び図6に示すような電池搭載機器であるノート型PCを準備した。具体的には、排気ダクト(接続管部10H、主管部10I及び接続部10P)を有する電池パック10と、市販のノート型PCであって前記外経路(ガス冷却部10L、連通路10Z、火花トラップ部10M及び排気口10Y)を後から形成したノート型PCとを準備した。ガス冷却部10Lには、内部に厚み1mmの銅板を貼り付けた。銅板の配設位置は、主管部10Iが接続する壁部の対面壁とした。火花トラップ部10Mには、内部に厚み1mmの多孔質セラミック板(産業用セラミックハニカム;日本ガイシ社製)を貼り付けた。この多孔質セラミック板の配設位置は、連絡管10Zが接続する壁部の対面壁とした。このようにして作製したノート型PC11を実施例3Aの電池搭載機器とした。
(Example 3A)
Using a cylindrical 18650 size sealed battery A, a notebook PC as a battery-mounted device as shown in FIGS. 5 and 6 was prepared. Specifically, a
(実施例3B)
タブレス集電構造の密閉型電池Bを用いて、図7〜図9に示すような電池搭載機器である電気自転車14を準備した。具体的には、排気ダクト(接続管部12H、ガス冷却部12L、接続部12P)を有する電池パック12と、市販の電気自転車であって外経路(火花トラップ部12M及び排気口12Y)を後から形成した電気自転車とを準備した。ガス冷却部12Lには、内部に厚み1mmの銅板を貼り付けた。銅板の配設位置は、接続管部12Hが接続する壁部の対面壁とした。火花トラップ部12Mには、内部に厚み1mmの多孔質セラミック板(産業用セラミックハニカム;日本ガイシ社製)を貼り付けた。この多孔質セラミック板の配設位置は、接続部12Pが接続する壁部の対面壁とした。このようにして作製した電気自転車12を実施例3Bの電池搭載機器とした。
(Example 3B)
Using a sealed battery B having a tabless current collecting structure, an
(実施例3C)
タブレス集電構造の密閉型電池Bを用いて、図10〜12に示すような電池搭載機器であるハイブリッド式電気自動車を準備した。具体的には、排気ダクト(パック本体15A、導出管15B、集中管15C及び接続部15D)を有する電池パック15と、市販の電気自動車であって外経路(ガス冷却部16A、火花トラップ部16B、排気管16C)を後から形成した電気自動車とを準備した。ガス冷却部16Aには、内部に厚み1mmの銅板を貼り付けた。銅板の配設位置は、接続部15Dが接続する壁部の対面壁とした。火花トラップ部16Bには、内部に厚み1mmの多孔質セラミック板(産業用セラミックハニカム;日本ガイシ社製)を貼り付けた。この多孔質セラミック板の配設位置は、ガス冷却部16Aが接続する壁部の対面壁とした。このようにして作製したハイブリッド式電気自動車を実施例3Cの電池搭載機器とした。
(Example 3C)
Using a sealed battery B having a tabless current collecting structure, a hybrid electric vehicle as a battery-mounted device as shown in FIGS. 10 to 12 was prepared. Specifically, the
(比較例3)
排気ダクト(接続管部10H、主管部10I及び接続部10P)を有しない電池パックと、市販のノート型PCであって外経路(ガス冷却部10L、連通路10Z、火花トラップ部10M及び排気口10Y)を後から形成したノート型PCとを準備し、比較例3の電池搭載機器とした。
(Comparative Example 3)
A battery pack that does not have an exhaust duct (
(比較例4)
排気ダクト(接続管部12H、ガス冷却部12L及び接続部12P)を有しない電池パックと、市販の電気自転車であって外経路(火花トラップ部12M及び排気口12Y)を後から形成した電気自転車とを準備し、比較例4の電池搭載機器とした。
(Comparative Example 4)
A battery pack that does not have an exhaust duct (connecting
(比較例5)
排気ダクト(導出管15B、集中管15C及び接続部15D)を有しない電池パックと、市販の電気自動車であって外経路(ガス冷却部16A、火花トラップ部16B及び排気管16C)を後から形成した電気自動車とを準備し、比較例5の電池搭載機器とした。
(Comparative Example 5)
A battery pack that does not have an exhaust duct (
以上の実施例および比較例で得られた各電池パックについて、以下の評価を行った。 The following evaluations were performed on each battery pack obtained in the above examples and comparative examples.
(i)釘刺し試験
完成した電池搭載機器を環境温度20℃中において、1セルあたりの充電時の最大電流を0.7It(1Itは、電池容量が5Ahのとき5Aとなる)、充電終了電流を0.05Itとして通常4.2V充電のところパックの過充電保護回路とセルの電流遮断(CID)をバイパスすることにより4.5Vまで定電流定電圧の充電を行った。その後に、前記した釘刺し試験と同様の要領で試験及び評価を行った。
(I) Nail penetration test When the battery-equipped device is completed at an environmental temperature of 20 ° C., the maximum current when charging per cell is 0.7 It (1 It is 5 A when the battery capacity is 5 Ah), and the charging end current The battery was charged with a constant current and a constant voltage up to 4.5V by bypassing the overcharge protection circuit of the pack and the current interruption (CID) of the cell when charging was normally 4.2V. Thereafter, tests and evaluations were performed in the same manner as the nail penetration test described above.
比較例3、4及び5では、電池パックの各所より火花及び炎が放出され、その後、電池パックの筐体及び電池搭載機器に着火と、パック内にある釘刺しを実施しなかったセルへの類焼が確認された。これは、釘刺しセルより放出される火花を含む高温ガスが電池パックの内部で流路が規制されていないために、高温のままガスが空気と混合され燃焼を開始したためである。これに対し、実施例3A、3B、3Cでは、電池搭載機器のガス排出部から白煙が観測された以外は、炎も火花も観測されず、パック内の釘刺しを実施しなかったセル、パックの筐体及び電池搭載機器への類焼は、全く観測されなかった。 In Comparative Examples 3, 4 and 5, sparks and flames are emitted from various locations of the battery pack, and then the battery pack casing and the battery-equipped device are ignited and the nail puncture in the pack is not performed. Confirmed firing was confirmed. This is because the high-temperature gas containing sparks discharged from the nail penetration cell is not regulated in the flow path inside the battery pack, so that the gas is mixed with air at a high temperature and starts to burn. On the other hand, in Examples 3A, 3B, and 3C, except that white smoke was observed from the gas discharge part of the battery-equipped device, no flame or spark was observed, and the nail stab in the pack was not performed, No burning to the casing of the pack and the battery-mounted equipment was observed at all.
釘刺しを実施したセル以外への類焼を抑制できたのは、排気ダクト又は外経路による空気とガスとの混合抑制の効果と、ガス冷却部と火花トラップ部とによる外部へ放出されたガスの着火抑制の効果とによるものである。 It was possible to suppress similar firing to cells other than the nail puncture cells because of the effect of suppressing the mixing of air and gas by the exhaust duct or the external path and the gas released to the outside by the gas cooling part and the spark trap part. This is due to the effect of suppressing ignition.
実施例3A、3B、3Cで示されたように、ガス冷却部、火花トラップ部は、電池パックと電池搭載機器本体とのどちらに装着されていても同様の効果が得られる。電池パックの重量やサイズを軽減したい場合は、電池搭載機器本体側へガス冷却部、火花トラップ部を形成することが好ましい。 As shown in Examples 3A, 3B, and 3C, the same effect can be obtained regardless of whether the gas cooling unit or the spark trap unit is mounted on the battery pack or the battery-equipped device body. When it is desired to reduce the weight and size of the battery pack, it is preferable to form a gas cooling part and a spark trap part on the battery-equipped device body side.
このように、電池内部より放出される高温のガスの温度を低下させ電池搭載機器の外部へ放出することにより、ガスの燃焼が起こらず、電池パックの破損や他電池への類焼を起こさない安全な電池搭載機器を実現できる。 In this way, by reducing the temperature of the high-temperature gas released from the inside of the battery and releasing it to the outside of the battery-equipped device, the gas does not burn and does not cause damage to the battery pack or similar burning to other batteries. A battery-equipped device can be realized.
さらに、前記実施例3B、3Cで用いた電池と同設計のタブレス集電構造の密閉型電池である直径32mm、高さ120mmのサイズの円筒形のリチウムイオン二次電池を用い、図13から図17に示すような接続部を持つダクトおよび電池を作製し、実施例3Bで用いたものと同様のガス冷却部および火花トラップ部を接続した。 Furthermore, a cylindrical lithium ion secondary battery having a diameter of 32 mm and a height of 120 mm, which is a sealed battery having a tabless current collecting structure of the same design as the batteries used in Examples 3B and 3C, is shown in FIG. A duct and a battery having connection parts as shown in FIG. 17 were produced, and the same gas cooling part and spark trap part as those used in Example 3B were connected.
これらを用いて前記釘刺し試験と同様の方法で評価を行ったところ、ガス放出部からの火花及び炎を抑制する効果が同様にあることを確認した。また、接続部からの火花及び炎の漏れが無いことも確認できた。このように、電池とダクトとの間を着脱可能な接続部材で接続することにより、安全性に悪影響を及ぼすことなく設置や作製が容易になることを確認した。 When these were used and evaluated by the same method as in the nail penetration test, it was confirmed that there was a similar effect of suppressing sparks and flames from the gas discharge part. It was also confirmed that there was no leakage of sparks and flames from the connection part. As described above, it was confirmed that the installation and production can be facilitated without adversely affecting the safety by connecting the battery and the duct with the detachable connecting member.
本発明の電池パックは、電池パック内の電池に異常が発生し、電池から高温のガスが排出されても、電池パックの破損や類焼を起こさず、また電池パック外部にも炎を出さないため、安全性に優れた電池パックを提供できるものである。 The battery pack according to the present invention does not cause damage or burning of the battery pack even when a high-temperature gas is discharged from the battery when the battery in the battery pack is abnormal. A battery pack having excellent safety can be provided.
1A、1B 電池パック筐体
1C 排気ダクト
1D 組電池
1E 接続板
1F 電池端子
1G 接続リード
1H 接続管部
1I 主管部
1L ガス冷却部
1M 火花トラップ部
1N 連絡管
1P 排気口
2A 正極板
2B 負極板
2C セパレータ
2D 極板群
2E 正極リード集電体
2F 負極リード集電体
2G 有底ケース
2H 封口板
2I フィルター
2J アウターガスケット
1A, 1B
Claims (6)
前記ガスの流れを一つにまとめ、それが分散しないように流れを規制し、かつ、ガスが漏れ出ないような密閉性が確保されたダクトが前記経路として設けられ、
前記経路の横断面積は、この経路に連通するガス放出部を有する電池の容量1Ah当たり0.5mm2以上で、かつ15mm2以下の範囲であり、
前記経路には、ガスの流通方向を折り曲げる屈曲部が含まれている電池パック。 A battery pack having a configuration in which a battery is housed in a housing, having a path through which gas discharged from the battery is circulated, and configured to reduce the temperature of the gas through the path and discharge the gas to the outside. ,
The gas flow is combined into one, the flow is regulated so that it does not disperse, and a duct that is sealed so as not to leak gas is provided as the path,
Cross-sectional area of the pathway is the battery capacity 1Ah per 0.5 mm 2 or more with a gas discharge portion communicating with the path, and 15 mm 2 Ri following ranges der,
Wherein the path, the battery pack that contains the bent portion for bending a flowing direction of gas.
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