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WO2013122005A1 - 電池用防火装置 - Google Patents

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Publication number
WO2013122005A1
WO2013122005A1 PCT/JP2013/053071 JP2013053071W WO2013122005A1 WO 2013122005 A1 WO2013122005 A1 WO 2013122005A1 JP 2013053071 W JP2013053071 W JP 2013053071W WO 2013122005 A1 WO2013122005 A1 WO 2013122005A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
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battery
space
fire
plate
fire protection
Prior art date
Application number
PCT/JP2013/053071
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
研治 関場
Original Assignee
三菱重工業株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 三菱重工業株式会社 filed Critical 三菱重工業株式会社
Publication of WO2013122005A1 publication Critical patent/WO2013122005A1/ja

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    • H01M50/30Arrangements for facilitating escape of gases
    • H01M50/35Gas exhaust passages comprising elongated, tortuous or labyrinth-shaped exhaust passages
    • H01M50/367Internal gas exhaust passages forming part of the battery cover or case; Double cover vent systems
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    • H01M50/233Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders characterised by physical properties of casings or racks, e.g. dimensions
    • H01M50/24Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders characterised by physical properties of casings or racks, e.g. dimensions adapted for protecting batteries from their environment, e.g. from corrosion
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    • H01M10/05Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052Li-accumulators
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    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention relates to a battery fire protection device.
  • Priority is claimed on Japanese Patent Application No. 2012-028071, filed Feb. 13, 2012, the content of which is incorporated herein by reference.
  • a lithium secondary battery has a configuration in which an electrode plate, that is, a stacked electrode body in which a positive electrode plate and a negative electrode plate are stacked via a separator is sealed in a battery case together with an electrolytic solution and the like.
  • a battery such as a lithium secondary battery
  • an abnormality such as a short circuit or an overcharge occurs
  • a large amount of high temperature gas is generated in the battery container due to a factor such as rapid evaporation of the electrolyte, and the inside of the battery container
  • the pressure may rise sharply and the battery container body may burst. Therefore, in general, the battery container is prevented from being ruptured by providing a safety valve in the battery container that discharges the gas in the battery container to the outside when the internal pressure of the battery container reaches a predetermined value or more.
  • Patent Document 1 the housing containing the battery is provided with a gas flow passage to the outside such as an exhaust duct and an opening, and the gas generated from the safety valve of the battery is discharged to the outside through the gas flow passage. Techniques have been disclosed to enhance the safety of the case.
  • the gas released from the safety valve of the battery may be accompanied by ignition, and in this case, as in the technique described in Patent Document 1, the gas flow passage from the exhaust duct to the opening is formed in a straight line.
  • the fire can be easily ejected from the opening through the exhaust duct, and there is a problem that a fire such as an object disposed around the casing can be caused.
  • the battery fire protection device comprises at least a battery having a valve for releasing gas inside the battery container to the outside of the battery container when the internal pressure of the battery container exceeds a predetermined value, and at least in the gas discharge direction.
  • the communicating portion projects from the fire protection plate to at least one of the first space and the second space, and includes a columnar portion provided with a through hole connecting the first space and the second space; It comprises a covering part which covers from the through hole on the side which the columnar part protrudes to the outer peripheral surface of the columnar part while having a predetermined gap.
  • the flow passage from the first space to the second space of the gas released from the safety valve of the battery has a step structure, so the gas should be generated with ignition. Even this fire can be suppressed from being expelled to the outside, and as a result, the fire can be confined within the space in which the battery is disposed, and fire of an object around the battery can be prevented.
  • the communication portion may be disposed at a predetermined distance from an area of the fire protection plate positioned in the gas discharge direction.
  • the fire prevention plate may be used as a top plate and a side plate constituting a casing for housing the battery, and the communication portion may be provided in the vicinity of the top plate on the side plate.
  • the said opening part may be provided below the direction of gravity among the said covering parts.
  • the fire prevention plate, the side portion of the columnar portion, and the covering portion may be steel plates and have a predetermined thickness.
  • the space between the columnar portion and the covering portion in the communication portion may have a size that can pass through a lead electrically connected to the electrode terminal of the battery.
  • the fire protection device for a battery of the present invention configured as described above, even if the battery becomes abnormal and gas is produced from the safety valve of the battery, this gas can be removed from the space in which the battery is disposed. First, even if the gas is generated with ignition, the fire can be confined in the space in which the battery is disposed, and the fire of an object around the battery can be prevented.
  • FIG. 1 shows a schematic perspective view of a battery according to a first embodiment of the present invention.
  • the schematic block diagram of the communication part which is a part of fire prevention apparatus for batteries of 1st Embodiment of this invention is shown, and it is sectional drawing of the gravity direction (Z-axis direction) of a covering part. It is an A-A 'line sectional view of Drawing 3A. It is a figure which shows the mode of the fire prevention in the fire prevention apparatus for batteries of 1st Embodiment of this invention.
  • the schematic perspective view of the fire prevention apparatus for batteries of 2nd Embodiment of this invention is shown.
  • the schematic block diagram of the communication part which is a part of fire prevention apparatus for batteries of 2nd Embodiment of this invention is shown, and it is sectional drawing of the gravity direction (Z-axis direction) of a covering part. It is the B-B 'line sectional view of Drawing 6A.
  • FIG. 1 shows a schematic perspective view of a battery fire prevention device as a housing
  • FIG. 2 shows a schematic perspective view of a battery 3
  • FIGS. 3A and 3B show a part of the battery fire prevention device The schematic block diagram of the communication part 20 which is these is shown.
  • the housing 1 accommodates a plurality of batteries 3 and is provided on a fire protection plate 10 (10a to 10c) covering the plurality of batteries 3 and on the fire protection plate 10 as shown in FIG.
  • a communication portion 20 communicating the space in the housing 1 with the space outside the housing 1 is configured.
  • the fire prevention device for a battery of the present embodiment is formed including the fire prevention plate 10 and the communication part 20.
  • the battery 3 is, for example, a lithium secondary battery, and includes a container body 31, two electrode terminals 32 (positive electrode terminal 32A and negative electrode terminal 32B), and a safety valve 33, as shown in FIG. Ru.
  • the container main body 31 is a container that encloses and accommodates an electrode plate, that is, a stacked electrode body (not shown) in which a positive electrode plate and a negative electrode plate are stacked via a separator together with a non-aqueous electrolyte or the like. And other metal materials.
  • a positive electrode tab is formed at one end of the positive electrode plate, the positive electrode tab and the positive electrode terminal 32A are electrically connected by a positive electrode lead, and a negative electrode tab is formed at one end of the negative electrode plate.
  • the tab and the negative electrode terminal 32B are electrically connected by the negative electrode lead.
  • the positive electrode terminal 32A and the negative electrode terminal 32B are exposed to the outside through a through hole formed in the lid portion of the container body 31, electrically insulate the positive electrode terminal 32A and the negative electrode terminal 32B from the container body 31, and the container body
  • the container 31 is integrally bonded with an insulating resin for sealing the container 31.
  • the valve 33 when an abnormality such as a short circuit or overcharge occurs in the battery 3, a large amount of high temperature gas is generated inside the container main body 31 due to a factor such as the electrolyte evaporates rapidly, and the internal pressure rises rapidly.
  • the valve is a valve for preventing the container body 31 from being ruptured by the pressure, and is opened when the internal pressure of the container body 31 exceeds a predetermined value, and the gas in the battery container is released to the outside.
  • the structure and the shape of the safety valve 33 can be the same as various safety valves provided in the conventional battery.
  • the housing 1 includes the fire protection plate 10 and the communication portion 20 as described above.
  • the fire prevention plate 10 is used as a top plate 10a, four side plates 10b, and a bottom plate 10c of a housing (housing box) 1 for storing a plurality of batteries 3 as shown in FIG. If the safety valve 33 of the battery 3 is opened and a gas accompanied by a fire is generated, the fire prevention plate 10 shuts this fire into the inside of the housing 1 and the fire is ejected outside the housing 1 It is a board to prevent.
  • the fire prevention plate 10 may be, for example, a steel plate having a thickness of 1.6 mm or more, but the thickness and the material are not limited thereto, and when a gas accompanied by ignition is generated from a safety valve, The thickness and the material that have the fire resistance performance may be appropriately selected.
  • the perpendicular direction (gravity direction) from the bottom plate 10c of the case 1 to the top plate 10a of the case 1 is the + Z direction in the Z-axis direction.
  • a direction orthogonal to the direction and in which the plurality of batteries 3 are regularly arranged is referred to as a Y-axis direction, and a direction orthogonal to the Y-axis direction and the Z-axis direction is an X-axis direction.
  • the internal space of the housing 1 (the space in which the battery is disposed) is a first space
  • the external space of the housing 1 is a second It is space.
  • the communicating portion 20 is provided at a predetermined position of the top plate 10 a and, as shown in FIG. 3A, includes a columnar portion 21 and a covering portion 22.
  • the predetermined position of the top plate 10a is, for example, the area of the fire prevention plate 10a positioned in the discharge direction (here, the + Z direction) of the gas released when the safety valve 33 of the battery 3 is opened.
  • the flat portion of the fire prevention plate 10a is positioned with respect to the gas discharge direction, thereby more reliably preventing the outflow of fire to the outside It is desirable because it can be done.
  • the columnar portion 21 protrudes to the second space side (+ Z direction) at the predetermined position of the top plate 10a, and the end face 21a on the first space side and the end face 21b on the second space side Is a hollow columnar part that has penetrated. That is, the columnar portion 21 is provided with a through hole connecting the first space and the second space.
  • the shape of the said columnar part 21 is made into the column shape in FIG. 3A, it is good not only this but it is good also as triangular prism shape and square prism shape.
  • the outer peripheral surface of the columnar portion 21 is provided with a bonding portion 211 for bonding to a bonding portion 222 of the covering portion 22 described later, and the bonding portion 211 is, for example, a male screw formed on the outer peripheral surface.
  • the columnar portion 21 can be formed, for example, by providing a through hole in the top plate 10 a and attaching a hollow columnar member to the periphery of the through hole.
  • the columnar portion 21 is formed of, for example, a steel plate, and the thickness from the inner circumferential surface to the outer circumferential surface can be 1.6 mm or more, but the thickness and the material are not limited thereto. The thickness and the material which have fire resistance to this fire may be appropriately selected when the gas is generated.
  • the covering portion 22 is a portion covering the end surface 21 b on the second space side of the columnar portion 21 to the outer peripheral surface of the columnar portion 21 while having a predetermined gap with the columnar portion 21.
  • covering up to the outer peripheral surface of the columnar portion 21 means, for example, when the columnar portion 21 protrudes in the second space side (+ Z direction), the lower end portion (the opening 223 described later) of the covering portion 22 is provided. Section) may be positioned in the -Z direction from the end face 21b on the second space side of the columnar part 21, and the lower end part of the covering part 22 may contact the top plate 10a while covering the entire outer peripheral surface.
  • FIG. 3A is a cross-sectional view of the communicating portion 20 in the gravity direction (Z-axis direction), and the covering portion 22 covers part of the outer peripheral surface of the columnar portion 21 from the end face 21b in the -Z direction. An example in case a part is not in contact with top plate 10a is shown.
  • the cover portion 22 guides the gas released from the safety valve 33 of the battery 3 and passing through the inside of the columnar portion 21 from the first space along the outer peripheral surface of the columnar portion 21.
  • the main portion 221 for preventing the fire from being ejected to the outside, and the bonding portion 222 for bonding to the bonding portion 211 of the columnar portion 21 are included.
  • the shape of the inner wall of the main portion 221 (the surface facing the outer peripheral surface of the columnar portion 21) is such that the gas passing through the inside of the columnar portion 21 from the first space can be guided along the outer peripheral surface of the columnar portion 21 For example, it can be formed in a dome shape.
  • the main portion 221 of the covering portion 22 may be formed of, for example, a steel plate, and the thickness from the inner wall surface to the outer wall surface (the surface on the second space side) may be 1.6 mm or more.
  • the present invention is not limited to this, and when a gas accompanied by ignition is generated from the safety valve 33, the thickness and the material may be appropriately selected so as to have fire resistance to the fire.
  • the joint portion 211 is a male screw
  • the joint portion 222 is a female screw to be screwed with the male screw.
  • the joining portion 211 of the columnar portion 21 and the joining portion 222 of the covering portion 22 are not limited to the case of joining with an external thread and an internal thread, and another joining method may be used. It is also good.
  • the covering portion 22 further generates, from the first space, the gas guided through the air gap between the inner portion of the columnar portion 21 and the inner wall of the covering portion 22 and the outer peripheral surface of the columnar portion 21 into the second space. It has an opening 223 for release. Specifically, the opening 223 is provided at a position in the ⁇ Z direction (a position lower in the gravity direction than the end surface 21 b) than the end surface 21 b of the columnar portion 21 (hereinafter, referred to as “step structure”). For example, as shown in FIG. 3A, when the lower end portion of the covering portion 22 is disposed so as not to contact the surface of the top plate 11 while covering the columnar portion 21, the opening 223 is a cross-sectional view of the XY plane in FIG.
  • the opening is formed in the Z-axis direction along the shape of the outer peripheral surface of the columnar portion 21 excluding the portion connecting the main portion 221 and the joint portion 222.
  • illustration is abbreviate
  • the width of the gap between the covering portion 22 and the columnar portion 21 and the opening area of the opening 223 may be appropriately set in consideration of the size of the housing 1 and the amount of gas generated from the safety valve 33 of the battery 3.
  • the opening area may be set larger than the conducting wire in consideration of the size of the conducting wire connected to the electrode terminal 32 of the battery 3. In this case, there is no need to separately provide a hole for taking out the conducting wire to the outside of the case 1 in the case 1, so that there are merits such as cost in manufacturing.
  • the flow path of the gas released from the safety valve 33 of the battery 3 passes from the first space to the inside of the columnar portion 21 and columnar Since it has a step structure guided along the outer peripheral surface of the portion 21 and discharged to the second space, even if the battery 3 becomes abnormal and a gas is generated from the safety valve 33 of the battery 3, this gas is It can be removed from within the first space in which 3 is disposed, and even if the gas is generated with ignition, as shown in FIG. It is possible to prevent the fire of an object around the battery 3.
  • the communicating portion 20 is provided on the top plate 10a, but in the case 1 'of the second embodiment, as shown in FIG. 5, the side plate 10b is provided. It is one of the features of the present invention that a communication portion 20 'basically having the same structure as the communication portion 20 is provided. In the following, the description of the configuration common to the first embodiment is appropriately omitted.
  • the communication portion 20 ' is provided in the vicinity of the top plate 10a of the side plate 10b.
  • the gas release from the safety valve 33 of the battery 3 can be reliably prevented by the top plate 10a, and the gas that can be accumulated in the upper part in the housing 1 is transmitted to the outside. It becomes easy to release.
  • the position of the side plate 10b where the communication portion 20 'is provided may be changed as appropriate according to the specific gravity of the gas that may be generated.
  • the columnar portion 21 ′ of the communicating portion 20 ′ protrudes toward the second space (+ X direction) in the vicinity of the top plate 10a of the side plate 10b, and the end face 21a of the first space side and the second
  • the end face 21b on the space side is a hollow cylindrical portion penetrating in the X-axis direction.
  • the shape itself of columnar part 21 ' can be made to be the same as that of the said columnar part 21 demonstrated by 1st embodiment.
  • the covering portion 22 'of the communicating portion 20' is a portion covering the outer peripheral surface of the columnar portion 21 'from the end surface 21b on the second space side of the columnar portion 21' while having the columnar portion 21 'and a predetermined gap. is there.
  • the covering 22 ′ may basically be similar to the shape of the covering 22 described in the first embodiment, it passes from the first space of the covering 22 ′ to the inside of the columnar part 21 ′. Then, as shown in FIGS. 6A and 6B, the opening 223 ′ for discharging the gas guided along the outer peripheral surface of the columnar portion 21 ′ to the second space is the columnar portion 21 of the covering portion 22 ′.
  • opening 223 ' is provided at a position in the -Z direction (a position lower in the gravity direction than the end surface 21b) than the end surface 21b of the columnar portion 21'.
  • covering part 22 ' is arrange
  • the communication portion 20 ′ is provided in the vicinity of the top plate 10a on the side plate 10b, thereby achieving the effects of the battery fire protection device of the first embodiment described above.
  • the fire can be reliably prevented from being ejected to the outside by the top plate 10a of the covering portion 22, temporarily along the plane of the top plate 10a.
  • the communication part 20 'provided in the side plate 10b can prevent the fire from being ejected to the outside by the covering portion 22, so a fire of an object around the battery 3 It can prevent more reliably.
  • the communicating portion 20 'in the vicinity of the top plate 10a on the side plate 10b even if gas is generated, it is easily released to the outside, and the opening 223' is located below the covering portion 22 'in the gravity direction. As a result, it is possible to more reliably prevent the spouting of the fire that has spread in the direction of the side plate 10b to the outside.
  • the battery fire prevention device as the housing 1, 1 'for housing the battery 3 has been described as an example, but the present invention is not limited to this.
  • the battery fire protection device may be a shelf.
  • the battery 3 in the case where the battery 3 is disposed on a shelf (lower shelf) on which the battery 3 is located, the battery 3 further includes a shelf (upper shelf), and the battery 3 and other objects are also disposed on the upper shelf.
  • a fire protection plate may be provided, and the communication portion 20 may be provided on the fire protection plate.
  • the safety valve 33 of the battery 3 can prevent the spouting of fire to the upper space bordering the fire prevention plate and the communication portion even if the gas is generated with ignition, Fires of batteries and other objects placed on the upper shelf can be suppressed.
  • a fire prevention plate 10d is separately provided as a middle shelf between the lower shelf 40a in which the battery 3 is disposed and the upper shelf 40b in which the battery and other objects are disposed,
  • a gas flow passage may be provided between the plate 10d and the upper shelf 40b.
  • the high temperature gas is not discharged to the space in the upper shelf 40b where the battery 3 and other objects are disposed, and even if the safety valve 33 of the battery 3 generates a gas accompanied by ignition, the battery 3 and the other Since the upper shelf 40b in which objects of the above are disposed is not directly burned, it is possible to prevent the temperature rise of the space in which the battery of the upper shelf 40b and other objects are disposed. As a result, it is possible to avoid the possibility of inducing an abnormal chain such as the battery 3 disposed on the upper shelf 40b being heated and the internal pressure rising to open the safety valve 33.
  • the columnar parts 21 and 21 'of the communication parts 20 and 20' are respectively projected to the second space side.
  • 20 ' may protrude to the first space side.
  • the covering portion 22, 22 ′ covers the end surface 21 a on the first space side of the columnar portion 21 to the outer peripheral surface of the columnar portion 21 while having a predetermined gap with the columnar portion 21.
  • the gas released from 33 and guided from the first space through the openings 223 and 223 ′ and guided along the inner wall of the covering 22 passes through the inside of the columnar part 21 and is released into the second space It becomes.
  • the columnar parts 21 and 21 'of the communication parts 20 and 20' may be respectively protruded to both the first space side and the second space side, and in this case, to either of the protruding sides
  • the covering portions 22 and 22 ' may be provided, or the covering portions 22 and 22' may be provided on both projecting sides.
  • the communication unit 20 is described as being disposed at a predetermined distance from the area of the fire prevention plate 10a located on the gas discharge direction, but the present invention is not limited thereto.
  • the protruding length of the columnar part 21 (the length in the Z-axis direction) has a sufficient length
  • the covering part 22 sufficiently covers the outer peripheral surface of the columnar part 21.
  • it may be provided on the discharge direction.
  • a lithium secondary battery is described as an example of the battery, but the present invention is not limited to this, and it is needless to say that any battery provided with a safety valve can be applied to other batteries. .
  • the fire prevention device for a battery of the present invention comprises at least a battery having a valve for releasing gas inside the battery container to the outside of the battery container when the internal pressure of the battery container exceeds a predetermined value, and at least in the gas discharge direction.
  • the communicating portion projects from the fire protection plate to at least one of the first space and the second space, and includes a columnar portion provided with a through hole connecting the first space and the second space; It comprises a covering part which covers from the through hole on the side which the columnar part protrudes to the outer peripheral surface of the columnar part while having a predetermined gap.
  • the flow passage from the first space to the second space of the gas released from the safety valve of the battery has a step structure, so the gas should be generated with ignition. Even this fire can be suppressed from being expelled to the outside, and as a result, the fire can be confined within the space in which the battery is disposed, and fire of an object around the battery can be prevented.

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Abstract

本発明の電池用防火装置は、安全弁(33)を備えた電池(3)と、ガスの放出方向に少なくとも配される防火板(10)と、防火板(10)に設けられ、電池(3)が配された第一の空間と防火板(10)を境として第一の空間と反対側の第二の空間とを連通する連通部(20)と、を有し、連通部(20)は、防火板(10)から第一の空間と第二の空間の少なくともいずれか一方に突出し、第一の空間と第二の空間とをつなぐ貫通孔を備えた柱状部と、柱状部と所定の空隙を有しつつ柱状部の突出した側の前記貫通孔から柱状部の外周面までを覆う覆部とからなる。

Description

電池用防火装置
 本発明は、電池用防火装置に関する。
 本願は、2012年2月13日に日本に出願された特願2012-028071号に優先権を主張し、その内容をここに援用する。
 電池には、放電のみ行う一次電池や充放電を行う二次電池が存在する。近年、特に、二次電池として、高エネルギ密度、高出力、及び長寿命といった特長を有するリチウム二次電池が注目されている。リチウム二次電池は、一般的に、電極板、すなわち正極板及び負極板がセパレータを介して積層された積層電極体を電解液等とともに電池容器に密閉した構成をしている。
 リチウム二次電池などの電池において、例えば、短絡や過充電などの異常が生じた場合、電解液が急激に気化するなどの要因により電池容器内で多量の高温ガスが発生し、電池容器の内部圧力が急激に上昇して電池容器本体が破裂するおそれがある。そのため、一般的には、電池容器の内部圧力が所定値以上となったときに電池容器内のガスを外部に放出する安全弁を電池容器に設けることで、電池容器の破裂を防止している。
 ここで、例えば、複数の電池を1つの筐体に収納して大容量の電源として使用する場合、筐体自体が密閉性を有していると、筐体内部においてガスが閉じ込められてガスが充満した状態になり、筐体自体が破裂等する危険性も高まってしまう。
 そこで、特許文献1では、電池を収納した筐体に排気ダクト及び開口部といった外部へのガス流通路を設け、このガス流通路を通じて電池の安全弁から発生したガスを筐体外部に排出することによって筐体の安全性を高めるといった技術が開示されている。
特開2011-70871号公報
 しかしながら、電池の安全弁から放出したガスは発火を伴っていることもあり、この場合、特許文献1に記載の技術のように、排気ダクトから開口部までのガスの流通路が直線状に形成されていると、火も排気ダクトを通じて開口部から噴出しやすくなり、筐体の周囲に配置された物体等の火災を起こし得るという問題点があった。
 したがって、本発明は上記問題点に鑑み、電池が異常となって電池の安全弁からガスが生じてもこのガスを電池が配された空間内から除去でき、且つ、万一、ガスが発火を伴って生じた場合であっても、電池が配された空間内に火を閉じ込め、電池の周囲の物体の火災等を防ぐことができる新しい電池用防火装置を提供することを目的とする。
 本発明による電池用防火装置は、電池容器の内部圧力が所定値以上となったときに電池容器の内部のガスを電池容器の外部に放出する弁を備えた電池と、ガスの放出方向に少なくとも配される防火板と、防火板に設けられ、電池が配された第一の空間と防火板を境として第一の空間と反対側の第二の空間とを連通する連通部と、を有し、連通部は、防火板から第一の空間と第二の空間の少なくともいずれか一方に突出し、第一の空間と第二の空間とをつなぐ貫通孔を備えた柱状部と、柱状部と所定の空隙を有しつつ柱状部の突出した側の貫通孔から柱状部の外周面までを覆う覆部とからなる。
 かかる電池用防火装置は、電池の安全弁から放出されたガスの第一の空間から第二の空間までの流通路が段差構造となるため、万一、ガスが発火を伴って生じた場合であっても、この火が外部に噴出されることを抑止することができ、結果として、電池が配された空間内に火を閉じ込め、電池の周囲の物体の火災を防ぐことができる。
 また、前記連通部は、前記ガスの放出方向に位置する前記防火板の領域と所定の距離離れて配されていてもよい。
 また、前記防火板は、前記電池を収納する筐体を構成する天板及び側板として用いられており、前記連通部は、前記側板上の前記天板近傍に設けられていてもよい。
 また、前記開口部は、前記覆部のうち重力方向下方に設けられていてもよい。
 また、前記防火板、前記柱状部の側部、及び前記覆部は、それぞれ鋼板であり、且つ、所定の厚みを有してなしていてもよい。
 また、前記連通部における前記柱状部と前記覆部との間の空隙は、前記電池の電極端子と電気的に接続される導線を通過できる大きさ以上であってもよい。
 以上のように構成された本発明の電池用防火装置によれば、電池が異常となって電池の安全弁からガスが生じてもこのガスを電池が配された空間内から除去でき、且つ、万一、ガスが発火を伴って生じた場合であっても、電池が配された空間内に火を閉じ込め、電池の周囲の物体の火災を防ぐことができる。
本発明の第1実施形態の電池用防火装置の概略的な斜視図を示す。 本発明の第1実施形態における電池の概略的な斜視図を示す。 本発明の第1実施形態の電池用防火装置の一部である連通部の概略的な構成図を示し、覆部の重力方向(Z軸方向)の断面図である。 図3AのA-A’線断面図である。 本発明の第1実施形態の電池用防火装置における防火の様子を示す図である。 本発明の第2実施形態の電池用防火装置の概略的な斜視図を示す。 本発明の第2実施形態の電池用防火装置の一部である連通部の概略的な構成図を示し、覆部の重力方向(Z軸方向)の断面図である。 図6AのB-B’線断面図である。 本発明の変形例であって、棚として電池用防火装置を構成した場合の概略的な斜視図を示す。
 以下、本発明を実施するための好適な各実施形態を、図面を参照しながら説明する。
 <第1実施形態>
図1は、筐体としての電池用防火装置の概略的な斜視図を示し、図2は、電池3の概略的な斜視図を示し、図3A及び図3Bは、電池用防火装置の一部である連通部20の概略的な構成図を示す。
 本発明の第1実施形態の筐体1は、図1に示すとおり、複数の電池3を収容し、これら電池3を覆い囲む防火板10(10a~10c)と、防火板10上に設けられ、筐体1内の空間と筐体1外の空間とを連通する連通部20とを有して構成される。防火板10と連通部20とを含んで本実施形態の電池用防火装置が形成される。
 以下では、まず、電池3について簡単に説明し、その後、本実施形態の電池用防火装置について説明する。
 電池3は、例えば、リチウム二次電池であって、図2に示すように、容器本体31と、2つの電極端子32(正極端子32A及び負極端子32B)と、安全弁33とを含んで構成される。
 容器本体31は、電極板、すなわち正極板及び負極板がセパレータを介して積層された積層電極体(図示せず)を非水電解液等とともに密閉して収容する容器であり、例えば、アルミニウム合金などの金属材料で形成される。正極板の一端には正極タブが形成されており、該正極タブと正極端子32Aとを正極リードで電気的に接続し、また、負極板の一端には負極タブが形成されており、該負極タブと負極端子32Bとを負極リードで電気的に接続する。上記構成により、正極端子32A及び負極端子32Bから電流を取り出すことが可能となる。
 正極端子32A及び負極端子32Bは、容器本体31の蓋部に形成された貫通孔を介して外部に露出され、正極端子32A及び負極端子32Bと容器本体31とを電気的に絶縁し且つ容器本体31を密閉するための絶縁性樹脂によって、容器本体31と一体化して接着される。
 安全弁33は、電池3において短絡や過充電などの異常が生じた場合、電解液が急激に気化するなどの要因により容器本体31の内部で多量の高温ガスが発生し、内部圧力が急激に上昇することによる容器本体31の破裂を防止するための弁であって、容器本体31の内部圧力が所定値以上となったときに開放され、電池容器内のガスを外部に放出する。なお、安全弁33の構造及び形状については、従来の電池に設けられた種々の安全弁と同様とすることができる。
 次に、筐体1について説明する。筐体1は、上述したように、防火板10と連通部20とを含んでなる。
 防火板10は、図1に示すように、複数の電池3を収納する筐体(収納箱)1の天板10a、4つの側板10b、及び底板10cとして用いられる。防火板10は、万一、電池3の安全弁33が開放され発火を伴ったガスが生じた場合、この火を筐体1の内部に閉じ込め、筐体1の外部に火が噴出されることを防ぐための板である。防火板10は、例えば、1.6mm以上の厚みを有する鋼板とすることができるが、厚みや材質はこれに限られず、安全弁から発火を伴ったガスが生じた場合に、この火に対して耐火性能を有するような厚みや材質を適宜選択すればよい。
 なお、以下では、XYZ直交座標系を適宜用いて説明する。筐体1において、例えば、図1に示すように、筐体1の底板10cから筐体1の天板10aに向かう垂線方向(重力方向)をZ軸方向のうちの+Z方向とし、このZ軸方向と直交し且つ複数の電池3が規則的に並んで配置される方向をY軸方向とし、Y軸方向及びZ軸方向に直交する方向をX軸方向とする。また、筐体1の内部空間(電池が配される空間)を第一の空間とし、筐体1の外部空間(第一の空間と防火板10を境として反対側の空間)を第二の空間とする。
 連通部20は、天板10aの所定位置に設けられ,図3Aに示すように、柱状部21と覆部22とから構成される。なお、天板10aの所定位置は、例えば、図4に示すように、電池3の安全弁33が開放されて放出されたガスの放出方向(ここでは、+Z方向)に位置する防火板10aの領域(安全弁33から+Z方向に位置する領域)と所定の距離d以上離れた位置とする。この場合、安全弁33から発火を伴うガスが生じた場合でも、このガスの放出方向に対して防火板10aの平面部位が位置することになり、外部への火の流出をより確実に防ぐことができる点で望ましい。
 柱状部21は、図3Aに示すように、天板10aの上記所定位置において第二の空間側(+Z方向)に突出し、第一の空間側の端面21aと第二の空間側の端面21bとが貫通した中空の柱状の部位である。すなわち、柱状部21は、第一の空間と第二の空間とをつなぐ貫通孔を備えている。図3Aでは、当該柱状部21の形状は円柱状としているが、これに限らず、三角柱状や四角柱状としてもよい。また、柱状部21の外周面には、後述する覆部22の接合部222と接合するための接合部211を備え、この接合部211は、例えば、当該外周面に形成された雄ネジである。なお、柱状部21は、例えば、天板10aに貫通孔を設けて、その貫通孔の周縁に中空の柱状部材を取り付けて形成することができる。また、柱状部21は、例えば、鋼板で形成し、内周面から外周面までの厚みを1.6mm以上とすることができるが、厚みや材質はこれに限られず、安全弁33から発火を伴ったガスが生じた場合に、この火に対して耐火性能を有するような厚みや材質を適宜選択すればよい。
 覆部22は、柱状部21と所定の空隙を有しつつ柱状部21の第二の空間側の端面21b上から柱状部21の外周面上までを覆う部位である。なお、柱状部21の外周面上までを覆うとは、例えば、柱状部21が第二の空間側(+Z方向)に突出している場合、覆部22の下端部(後述する開口部223が設けられる部位)が、その柱状部21の第二の空間側の端面21bより-Z方向に位置すればよく、外周面全部を覆って覆部22の下端部が天板10aと当接してもよいし、端面21bから-Z方向に外周面の途中までを覆って覆部22の下端部が天板10aと非当接であってもよい。図3Aは、連通部20の重力方向(Z軸方向)の断面図であって、覆部22が端面21bから-Z方向に柱状部21の外周面の途中までを覆い、覆部22の下端部が天板10aと非当接である場合の一例を示す。
 覆部22は、電池3の安全弁33から放出され第一の空間から柱状部21の内部を通過したガスを柱状部21の外周面に沿って案内するとともに、万一、安全弁33から発火した場合であっても、その火が外部に噴出されるのを防ぐための主部221と、柱状部21の接合部211と接合するための接合部222とで構成される。主部221の内壁(柱状部21の外周面と対面する面)の形状は、第一の空間から柱状部21の内部を通過したガスを柱状部21の外周面に沿って案内できるように、例えば、ドーム状に形成することができる。また、覆部22の主部221は、例えば、鋼板で形成し、内壁面から外壁面(第二の空間側の面)までの厚みを1.6mm以上とすることができるが、厚みや材質はこれに限られず、安全弁33から発火を伴ったガスが生じた場合に、この火に対して耐火性能を有するような厚みや材質を適宜選択すればよい。一方、接合部222は、例えば、上記接合部211が雄ネジであれば、この雄ネジと螺合する雌ネジである。なお、柱状部21の接合部211と覆部22の接合部222は、雄ネジ及び雌ネジとで接合する場合に限られず、他の接合方法を用いてもよく、例えば、溶接接合であってもよい。
 覆部22は、さらに、第一の空間から柱状部21の内部、及び覆部22の内壁と柱状部21の外周面との間の空隙を通過して案内されたガスを第二の空間に放出する開口部223を有する。開口部223は、具体的には、柱状部21の端面21bより-Z方向の位置(端面21bより重力方向に低い位置)に設けられる(以下、「段差構造」という)。例えば、図3Aに示すように、覆部22の下端部が柱状部21を覆いつつ天板11表面とは当接しないよう配置された場合、開口部223は、図3BのXY平面の断面図に示すように、主部221と接合部222とを連結する部位を除いた柱状部21の外周面の形状に沿ってZ軸方向に開口されて形成される。なお、図示は省略するが、覆部22が、柱状部21の外周面を覆いつつ天板11表面と当接するよう配置された場合、開口部223は、覆部22の天板10a側近傍において、XY平面方向に開口されて形成される。
 覆部22と柱状部21との空隙の幅、及び開口部223の開口面積は、筐体1の大きさ及び電池3の安全弁33からのガスの発生量を考慮して適宜自由に設定することができるが、例えば、開口面積を電池3の電極端子32と接続された導線を通す大きさを考慮し、当該導線よりおおきめに設定してもよい。この場合、筐体1において導線を筐体1外部に取り出すための孔を別途設ける必要がない点で、製造上のコスト等のメリットを有する。
 以上のように筐体1が有する本実施形態の電池用防火装置によれば、電池3の安全弁33から放出されたガスの流通路が第一の空間から柱状部21の内部を通過して柱状部21の外周面に沿うように案内されて第二の空間に放出されるような段差構造を有するため、電池3が異常となって電池3の安全弁33からガスが生じてもこのガスを電池3が配された第一の空間内から除去でき、且つ、万一、ガスが発火を伴って生じた場合であっても、図4に示すように、覆部22によって外部へ火が流出されることを防ぐことができ、電池3の周囲の物体の火災を防ぐことができる。
<第2実施形態>
 次に、本発明の第2実施形態の電池用防火装置について詳細に説明する。上記第1実施形態の筐体1では、天板10a上に連通部20が設けられた構成であったが、第2実施形態の筐体1’では、図5に示すように、側板10b上に連通部20と基本的に同一構造の連通部20’が設けられることを特徴の1つとする。なお、以下では、第1実施形態と共通の構成についてはその説明を適宜省略する。
 連通部20’は、側板10bの天板10a近傍に設けられる。連通部20’を天板10a近傍に設けることで、電池3の安全弁33からのガスの放出に対しては天板10aで確実に防ぎつつ、筐体1内の上部に溜まりうるガスを外部へ放出しやすくなる。なお、連通部20’を設ける側板10bの位置は、発生し得るガスの比重等に応じて適宜変更してもよい。
 連通部20’の柱状部21’は、図6Aに示すように、側板10bの上記天板10a近傍において第二の空間側(+X方向)に突出し、第一の空間側の端面21aと第二の空間側の端面21bとがX軸方向に貫通した中空の円柱状の部位である。なお、柱状部21’の形状自体は、第一実施形態で説明した上記柱状部21と同様とすることができる。
 連通部20’の覆部22’は、柱状部21’と所定の空隙を有しつつ柱状部21’の第二の空間側の端面21b上から柱状部21’の外周面上を覆う部位である。覆部22’は、基本的には、第一実施形態で説明した覆部22の形状と同様とすることができるが、覆部22’の第一の空間から柱状部21’の内部を通過して柱状部21’の外周面に沿うように案内されたガスを第二の空間に放出する開口部223’を、図6A及び図6Bに示すように、覆部22’のうち柱状部21’の位置より下方(重力方向下方)にのみ設けるようにすることもできる。開口部223’は、具体的には、柱状部21’の端面21bより-Z方向の位置(端面21bより重力方向に低い位置)に設けられる。覆部22’が、例えば、図6Aに示すように、柱状部21’を覆いつつ側板10b表面とは当接しないよう配置された場合、開口部223’は、図6BのYZ平面の断面図に示すように、主部221と接合部222との連結部位のうち柱状部21’の位置より下方(重力方向下方(-Z方向))の位置で、柱状部21の外周面の形状に沿ってX軸方向に開口される。開口部223’が柱状部21’の位置より下方にのみ設けられることで、電池3の安全弁33から放出された火が柱状部21’の貫通孔を通過したとしても、該火は上方へ進行しようとしても覆部22で遮られて進行できないのに対して、ガスなどの気体は開口部223’を介して第二の空間に排出されることが可能となる点で有用である。
 このように本実施形態の電池用防火装置によれば、連通部20’が側板10b上の天板10a近傍に設けられていることで、上述の第一実施形態の電池用防火装置の効果に加えて、万一、ガスが発火を伴って生じた場合であっても、火を覆部22の天板10aで確実に外部への噴出を防ぐことができ、仮に天板10aの平面に沿って火が側板10b方向にも広がったとしても、側板10bに設けられた連通部20’によって火を覆部22で外部への噴出を防ぐことができるので、電池3の周囲の物体の火災をより確実に防ぐことができる。
 また、連通部20’を、側板10b上の天板10a近傍に設けることで、ガスが発生しても外部に放出しやすい構造になり、開口部223’を覆部22’のうち重力方向下方に設けることで、側板10b方向にも広がった火の外部への噴出をより確実に防ぐことができる。
<変形例>
以上のように本発明の電池用防火装置の好適な各実施形態について説明したが、本発明は、上記各実施形態に限定されるべきものではなく、特許請求の範囲に表現された思想および範囲を逸脱することなく、種々の変形、追加、及び省略が当業者によって可能である。
 例えば、上記各実施形態では、電池3を収納する筐体1,1’としての電池用防火装置を例にとって説明したが、本発明はこれに限られない。例えば、電池用防火装置を棚としてもよい。具体的には、電池3がある棚(下棚)に配され、その電池3の上に更に棚(上棚)を有し、上棚にも電池3や他の物体が配される場合、上棚を防火板とし、該防火板に連通部20を設けてもよい。この結果、電池3の安全弁33より、万一、ガスが発火を伴って生じた場合であっても、防火板及び連通部を境とした上部空間への火の噴出を防ぐことができるため、上棚に配された電池や他の物体の火災を抑えることができる。
 また、図7に示すように、電池3が配される下棚40aとその上の電池や他の物体が配される上棚40bとの間に別途、中棚として防火板10dを設けて、防火板10dと上棚40bとの間をガスの流通路としてもよい。この場合、高温のガスは上棚40bの電池3や他の物体が配された空間に放出されることなく、且つ、電池3の安全弁33から発火を伴うガスが発生しても、電池3や他の物体が配された上棚40bに対しては直接火が当らないため、上棚40bの電池や他の物体が配された空間の温度上昇を防ぐことができる。その結果、上棚40bに配された電池3が熱せられて内部圧力が上昇して安全弁33が開放されるといった異常連鎖を誘発してしまうおそれを回避することができる。
 また、上記各実施形態では、連通部20,20’の柱状部21,21’がそれぞれ第二の空間側に突出した場合を例にとって説明したが、本発明はこれに限られず、連通部20,20’の柱状部21,21’がそれぞれ第一の空間側に突出したものであってもよい。この場合、覆部22,22’は、柱状部21と所定の空隙を有しつつ柱状部21の第一の空間側の端面21aから柱状部21の外周面上までを覆い、電池3の安全弁33から放出され第一の空間から開口部223,223’を通過して覆部22の内壁に沿って案内されたガスが柱状部21の内部を通過して第二の空間に放出されることとなる。さらに、連通部20,20’の柱状部21,21’がそれぞれ第一の空間側及び第二の空間側の双方に突出したものであってもよく、この場合、いずれかの突出した側に覆部22,22’を設けてもよいし、両方の突出した側に覆部22,22’を設けてもよい。
 さらに、上記第一実施形態において、連通部20は、上記ガスの放出方向上に位置する防火板10aの領域と所定の距離離れた位置に設ける場合を例にとって説明したが、本発明はこれに限られず、例えば、柱状部21の突出する長さ(Z軸方向の長さ)が十分な長さを有しており、且つ、覆部22が柱状部21の外周面を十分に覆っていれば、その放出方向上に設けてもよい。
 さらに、上記各実施形態では、電池として、特にリチウム二次電池を例にとって説明したが、本発明はこれに限られず、安全弁が設けられた電池であれば他の電池に適用できることはもちろんである。
 本発明の電池用防火装置は、電池容器の内部圧力が所定値以上となったときに電池容器の内部のガスを電池容器の外部に放出する弁を備えた電池と、ガスの放出方向に少なくとも配される防火板と、防火板に設けられ、電池が配された第一の空間と防火板を境として第一の空間と反対側の第二の空間とを連通する連通部と、を有し、連通部は、防火板から第一の空間と第二の空間の少なくともいずれか一方に突出し、第一の空間と第二の空間とをつなぐ貫通孔を備えた柱状部と、柱状部と所定の空隙を有しつつ柱状部の突出した側の貫通孔から柱状部の外周面までを覆う覆部とからなる。
 かかる電池用防火装置は、電池の安全弁から放出されたガスの第一の空間から第二の空間までの流通路が段差構造となるため、万一、ガスが発火を伴って生じた場合であっても、この火が外部に噴出されることを抑止することができ、結果として、電池が配された空間内に火を閉じ込め、電池の周囲の物体の火災を防ぐことができる。
 1,1’…筐体、3…電池、10…防火板、10a…天板、10b…側板、10c…底板、20,20’…連通部、21,21’…柱状部、22,22’…覆部、31…容器本体、32…電極端子、32A…正極端子、32B…負極端子、33…安全弁。

Claims (6)

  1.  電池容器の内部圧力が所定値以上となったときに前記電池容器の内部のガスを前記電池容器の外部に放出する弁を備えた電池と、
     前記ガスの放出方向に少なくとも配される防火板と、
     前記防火板に設けられ、前記電池が配された第一の空間と前記防火板を境として前記第一の空間と反対側の第二の空間とを連通する連通部と、を有し、
     前記連通部は、前記防火板から前記第一の空間と前記第二の空間の少なくともいずれか一方に突出し、前記第一の空間と前記第二の空間とをつなぐ貫通孔を備えた柱状部と、前記柱状部と所定の空隙を有しつつ前記柱状部の前記突出した側の前記貫通孔から前記柱状部の外周面までを覆う覆部とからなることを特徴とする電池用防火装置。
  2.  前記連通部は、前記ガスの放出方向に位置する前記防火板の領域と所定の距離離れて配されることを特徴とする請求項1に記載の電池用防火装置。
  3.  前記防火板は、前記電池を収納する筐体を構成する天板及び側板として用いられており、
     前記連通部は、前記側板上の前記天板近傍に設けられていることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の電池用防火装置。
  4.  前記開口部は、前記覆部のうち重力方向下方に設けられていることを特徴とする請求項3に記載の電池用防火装置。
  5.  前記防火板、前記柱状部の側部、及び前記覆部は、それぞれ鋼板であり、且つ、所定の厚みを有してなることを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載の電池用防火装置。
  6.  前記連通部における前記柱状部と前記覆部との間の空隙は、前記電池の電極端子と電気的に接続される導線を通過できる大きさ以上であることを特徴とする請求項1乃至請求項5のいずれか1項に記載の電池用防火装置。
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