JP2014165026A - 消火装置 - Google Patents

Abstract

【課題】リチウムイオン電池に装着して、その熱暴走に伴う火災の拡大を抑制可能とする。
【解決手段】電池外装容器に内圧が上昇した場合に開放する安全弁を備えたリチウムイオン電池に、安全弁の外側を覆って消火装置１２を着脱自在に装着する。消火装置１２は、安全弁１４に相対して消炎金属網３０ａ，３０ｂとグラスウールを用いた吸着フィルタ３４を配置し、安全弁１４の作動で噴出した電解液の火炎を消炎金属網３０ａ，３０ｂにより消し、消炎金属網３０ａ，３０ｂを通過した電解液を耐熱繊維を用いた吸着フィルタ３４で吸着して保持し、排気口２８からの電解液が殆ど噴出しないようにする。
【選択図】図２

Description

本発明は、リチウムイオン電池の熱暴走による火災の拡大を抑制する消火装置に関する。

近年、ガソリンや軽油を燃料としたエンジンを動力源とする自動車以外に、エンジンとモーターを搭載したハイブリッド自動車が急増している。さらに、このようなハイブリッド車に加え、電気モーターのみを動力源とし、走行時のCO₂排出量がゼロである電気自動車も徐々に普及がはじまっている。

ハイブリッド自動車や電気自動車の車体には、複数の単電池を配列して直列且つ並列接続した高電圧且つ大容量の蓄電装置が搭載されている。蓄電装置はセルと呼ばれる単電池を複数接続した組電池で構成され、密閉容器に収納している。また蓄電装置に搭載する単電池は、従来のニッケル・水素電池から一般家庭でも充電が可能なリチウムイオン電池へ移行しており、今後も単電池の高性能化が期待されている。

また、航空機の分野においても、小型で容量が大きく軽量化に寄与するリチウムイオン電池を用いた蓄電装置を搭載した航空機が実用化され、運用を開始している。

更に、近年、一般住宅、オフィス、公共施設などを対象にした定置型のリチウムイオン電池を用いた蓄電装置も急速に広がっている。

特開２０００−１８８１３５号公報 特開２０１２−２５２８３９号公報 特開２０１１−２５４９０６号公報 特開２０１２−００９３１７号公報 特開２０１１−１６５６２８号公報

しかしながら、このようなリチウムイオン電池にあっては、内部ショートや過充電等の種々の原因で熱暴走した場合、電池温度が著しく上昇し、電池内部の圧力が上昇し、その結果、リチウムイオン電池に設けている安全弁が作動（破裂）して発火した電解液の火炎が噴出し、リチウムイオン電池を火元とした電気火災が発生する恐れがある。

リチウムイオン電池は電解液にジメチルカーボネート、ジエチルカーボネートなどの可燃性液体を用いており、可燃性液体がある限り、条件がそろえば発火する。リチウムイオン電池の発火のメカニズムは熱暴走であり、セルの内部短絡、セル内部の異常発熱、外部短絡、外部異常過熱、過大電流、過大電圧などがトリガとなり、セル内部での温度上昇が発生し、この発熱がある限界値を越えると、その挙動はコントロール出来ずに連続的に、昇温反応を起こし昇温現象が発生する。これが熱暴走である。

リチウムイオン電池の熱暴走時の挙動は、短時間に急激な昇温反応を示し、電解液が急激に熱せられ、膨張し、ガス化して噴出し、セルに設けた安全弁が作動（破裂）して電解液を噴出し、電解液が可燃性液体であることからセルから火炎が噴出する。

セルから噴出する火炎の度合いはリチウムイオン電池の充電量により異なることが、各種の火災実験の結果として報告されている。リチウムイオン電池の発熱分解時に放出される酸素量は、充電状態の違いで異なっており、満充電（ＳＯＣ１００％）時がもっとも酸素量放出が多いといわれている。このため充電量の多い電池と充電量の少ない電池では酸素放出量の違いが存在し、充電量が多いほどセルから火炎が強く噴出し、満充電の場合には爆発的な火炎の噴出となっている。

ところで、リチウムイオン電池の製造過程において、電池内部に金属粉などの導電性異物が誤って混入してしまう場合があり、このようなリチウムイオン電池を使用した場合、導電性異物に起因したデントライトが発生し、内部短絡を起こし、熱暴走の原因となる。
そこでリチウムイオン電池を製造する最終工程にエージング工程を設け、電池内部に導電性異物が混入しているか否か検査し、不良品を除くようにしている。

エージング工程はリチウムイオン電池を組み立てた後に初期充電（ＳＯＣ１００％に満充電）を行い、その後、所定の環境温度下で所定時間放置して電圧低下量を求め、電圧低下量が基準値より大きいときは、導電性異物が電池内に混入していると判断し、不良品として取り除く。

このようなエージング工程においては、リチウムイオン電池の初期充電に伴う異常により熱暴走を起こす可能性があり、熱暴走により安全弁が作動（破裂）して霧化した電解液が噴出し、更に噴出した電荷液に着火して火炎を噴き出す。エージング工程では初期充電した多数のリチウムイオン電池を並べて放置しているため、その中の一つが熱暴走を起こすと、噴出した電解液の火炎が周囲に飛散し、他のリチウムイオン電池を加熱し、又電極間に付着した電解液が外部短絡を起こし、その結果、連鎖的に熱暴走を起こして大きな火災に拡大する恐れがあり、過去には、大きな火災事故も報告されている。

このような熱暴走による発火の問題に対しては、各種の安全対策がとられ、安全性の向上が日々図られている。この点に関し「電池の安全性向上が見られるのは事実である。しかし、火災・爆発に至る確率を小さくしているのであって、火災・爆発が起こらないことを意味するものではない」とする学識経験者の見解も示されている。

製造工程におけるリチウムイオン電池の熱暴走に起因した火災に対し、特許文献１にあっては、エージングする多数の電池を並べた棚毎に、火災を検出して消火性ガスを放出し、消火性ガスでは火災の消火が困難な場合は泡消火液の放出による消火を行い、電池火災を棚毎に処置できるエージング装置を提案している。しかし、火災を起こした棚に並べている多数の電池が火災より焼損する可能性があり、リチウムイオン電池が熱暴走を起こした場合の火災による危険性は解消されていない。

また、リチウムイオン電池の熱暴走による火災は、エージング工程が終了した後の調整工程や検査工程、更には工場出しを待つ段階においても、例えばリチウムイオン電池を５０％程度の充電状態としているため、何らかの異常により熱暴走を起こす可能性が皆無とはいえず、その対策が強く望まれる。

本発明は、リチウムイオン電池に装着することで、熱暴走に起因して噴出する電解液の火炎及び電解液の飛散を抑制して大きな火災の拡大を阻止可能とする消火装置を提供することを目的とする。

（消火装置）
本発明は、電池外装容器に内圧が上昇した場合に開放する安全弁を備えた単電池に装着する消火装置に於いて、
安全弁の外側を覆って電池外装容器に着脱自在に装着され、安全弁から離れた外方位置に排出口を形成した筐体と、
筐体内の安全弁側に配置され、単電池の安全弁の作動で噴出した電解液の火炎を消失させる消炎金属網と、
消炎金属網に続いて筐体内に配置され、消炎金属網を通過した電解液を吸着して保持する耐熱繊維を用いた吸着フィルタと、
を備えたことを特徴とする。

（消炎金属網の網目構造）
消炎金属網は、電解液火炎の受け側から奥行き方向に向うにつれて網目サイズが小さくなる網目構造を備える。

（吸着フィルタ）
吸着フィルタの耐熱繊維はグラスウールである。

（粉末消火剤）
筐体内に粉末消火剤を収納する。粉末消火剤は単電池の安全弁の作動で噴出した電解液の火炎による熱を受けて溶融破壊する密閉袋に充填しており、粉末消火剤を充填した密閉袋を、消炎金属網の前部、内部又は後部に配置する。

（火災検出手段）
消火装置、更に、
筐体内に設けられ、単電池の安全弁の作動で噴出した電解液の火炎による熱を検出して検出信号を出力する火災センサ部と、
センサ手段から出力された検出信号に基づいて火災検出して火災検出信号を出力する火災検出回路部と、
と設ける。

火災センサ部は、火炎による熱を受けた場合の絶縁被覆の溶融により一対の信号線を短絡状態に接触させて火災を検出する熱感知ケーブルであり、熱感知ケーブルを安全弁に相対した筐体内を通るように布設して筐体に設けたコネクタに接続し、コネクタを介して熱感知ケーブルを筐体外部に設けた火災検出回路部に接続する。

（電極リード部材）
消火装置は、更に、一端を単電池の電極端子に接触し他端を筐体の外部に取り出した電極リード部材を設け、電極リード部材の途中に筐体と接触しないようにする絶縁被覆を設ける。

（基本的な効果）
本発明の消火装置は、単電池として例えばリチウムイオン電池に設けた安全弁の外側を覆って電池外装容器に装着することにより、リチウムイオン電池が熱暴走を起こし、安全弁が作動して電解液の火炎を噴出した場合、電解液の火炎は消火装置内に配置した消炎金属網を通過し、その途中で火炎が消失し、霧化した電解液となり、消炎金属網を通った電解液は耐熱繊維を用いた吸着フィルタに入って吸着除去され、筐体の排出口からは外部に火炎は殆ど噴出せず、電解液の噴出も大幅に低減でき、エージング工程などで周囲に並べている他のリチウムイオン電池の加熱による連鎖的な熱暴走を確実に防止し、また電解液が他のリチウムイオン電池の電極端子間に付着することがなく、電解液の付着による外部短絡による連鎖的な熱暴走を確実に防止し、火災による被害を熱暴走を起こしたリチウムイオン電池に留め、大きな火災に拡大することを未然に防止可能とする。

（消炎金属網の網目構造による効果）
消炎金属網は、電解液火炎の受け側から奥行き方向に向うにつれて網目サイズが小さくなる網目構造を備えたため、吹き込んでくる電解液の火炎を確実に消すと共に、小さくなってゆく網目による抵抗で噴流の勢いを弱め、また小さくなってゆく網目に電解液の微粒子を付着して保持できる。

（吸着フィルタのグラスウールによる効果）
また吸着フィルタの耐熱繊維としてグラスウールを用いることで、高温の電解液の噴流に対し高い耐熱性をもち、且つ電解液の微粒子を吸着保持し、排出口から外部に排出される電解液を大幅に低減する。

（粉末消火剤による効果）
また、筐体内に粉末消火剤を収納したことで、リチウムイオン電池の安全弁から噴出した電解液の火炎を粉末消火剤により消火抑制できる。また、粉末消火剤は単電池の安全弁の作動で噴出した電解液の火炎による熱を受けて溶融破壊する密閉袋に充填して消炎金属網の前部、内部又は後部に配置しており、密封袋に充填していることで、粉末消化剤が湿気を吸って固化したり劣化したりすることがなく、電解液の火炎を受けて包装袋が溶けると粉末消火剤が拡散し、火炎を巻き込んで確実に消火抑制できる。

（火災検出手段による効果）
また、消火装置に火災センサ部と火災検出回路部を設けたため、リチウムイオン電池の熱暴走による火災を外部の装置で監視し、無人監視となるエージング工程などで起きた火災を検出して確実に警報することができる。

（熱感知ケーブルによる効果）
また、火災センサ部は、火炎による熱を受けた場合の絶縁被覆の溶融により一対の信号線を短絡状態に接触させて火災を検出する熱感知ケーブルであり、温度センサなどを使用した場合に必要な火災を検知する閾値温度の設定や、閾値と検出温度の比較判断を不要とし、簡単且つ確実に、リチウムイオン電池の火災を検出できる。

安全弁を上部に設けた矩形型リチウムイオン電池に装着した消火装置の外観を示した説明図 リチウムイオン電池に装着した図１の消火装置の平面、縦及び横の各断面を示した断面図 リチウムイオン電池に対する図１の消火装置の組立て分解状態を示した断面図 図１の消火装置の動作を示した説明図 消火装置を装着したリチウムイオン電池のエージング工程を示した説明図 図５の火災検出回路部を示した回路図 粉末消火剤を収納した消火装置をリチウムイオン電池と共に示した断面図 図７の消火装置の動作を示した説明図 安全弁を側面に設けた矩形型リチウムイオン電池に装着する消火装置の外観を示した説明図 図９の消火装置の断面をリチウムイオン電池と共に示した断面図 リチウムイオン電池に対する図９の消火装置の組立て分解状態を示した説明図 図９の消火装置の動作を示した説明図 円筒型のリチウムイオン電池に装着した消火装置の実施形態を示した断面図 図１３の消火装置の動作を示した説明図 粉末消火剤を収納した円筒型のリチウムイオン電池に装着する消火装置を示した断面図 円筒型のリチウムイオン電池に対する電極取出構造を備えた消火装置の実施形態を示した断面図

図１は安全弁を上部端面に設けた矩形型リチウムイオン電池に装着した消火装置の外観を、平面（図１（Ａ））、正面（図１（Ｂ））及び側面（図１（Ｃ））で示した説明図、図２はリチウムイオン電池に装着した図１の消火装置の平面断面（図２（Ａ））、縦断面（図２（Ｂ））及び横断面（図２（Ｃ））の各断面を示した断面図、及び図３はリチウムイオン電池に対する図１の消火装置の組立て分解状態を示した断面図である。

（リチウムイオン電池の概要）
図１、図２及び図３に示すように、リチウムイオン電池１０は、単電池（電池セル）として知られた非水電解質の二次電池であり、例えば、アルミニウムまたはアルミニウム合金で形成した矩形型の外装容器に、電解液と共に電極体を収納している。電解液には、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネートなどの引火性有機溶媒が使用され、複数種の有機溶媒を様々な割合で混ぜ合わせた混合液が用いられ、高い導電性を有する。

リチウムイオン電池１０の電極体は、例えば、正極板及び負極板をその間にセパレータを介在させて渦巻き状に捲回すことにより、矩形形状に形成し、セパレータに電解液を含浸させている。リチウムイオン電池１０の外装容器の上端には正極及び負極となる一対の電極端子１６ａ，１６ｂを取出している。またリチウムイオン電池１０の上部の隔壁には安全弁１４を設けている。安全弁１４は外装容器に設けた開口を薄いアルミニウム板で閉鎖するか、或いは安全弁１４の部分を薄肉に加工しており、必要に応じてＸ形に溝を形成し、熱暴走などにより内部圧力が増加した場合、所定圧力で作動（破裂）して外装容器の破裂を防止する。

ここで、リチウムイオン電池１０の外形サイズは、例えば航空機用の大型タイプを例にとると、（高さ＝１７０ｍｍ〜１８０ｍｍ）×（横幅＝１３０ｍｍ〜１４０ｍｍ）×（奥行＝５０ｍｍ〜６０ｍｍ）程度となる。

リチウムイオン電池１０は、電池モジュール或いは電池パックとして知られた蓄電装置に収納して使用される。航空機用の蓄電装置の場合、収納容器内部に例えば８個を収納し、リチウムイオン電池の平均セル電圧を例えば３．５ボルトとすると、８個のリチウムイオン電池の直列接続により、蓄電装置の電圧を２８ボルトとしている。なお、蓄電装置で使用するリチウムイオン電池の数は、必要とする電圧に対応した数とする。

（消火装置の構成）
図１、図２、図３及び図４に示すように、消火装置１２は、金属板で形成しており、リチウムイオン電池１０の上部端面に設けた安全弁１４の外側を覆って電池外装容器に着脱自在な筐体１８を備え、筐体１８の下側にはスカート状のホールド部２０を一体に形成し、ホールド部２０によりリチウムイオン電池１０の上部に着脱自在に設けている。

ホールド部２０は図３に示すようにスカート状の先端に内側に屈曲した押圧部２０ａを形成しており、リチウムイオン電池１０に上から挿入した場合に、押圧部２０ａにより電池外装容器の側面を挟み込んで、所定の装着強度を確保可能としている。また、ホールド部２０の上部端面の両側には、リチウムイオン電池１０の電極端子１６ａ，１６ｂを外部に露出状態とするため、矩形開口２２を形成している。

ホールド部２０に続いては、リチウムイオン電池１０の電極端子１６ａ，１６ｂを外部に露出状態とするため、サイズの小さい矩形空洞部２４ａを形成し、その上に密閉構造をもつサイズの大きな矩形空洞部２４ｂを形成し、矩形空洞部２４ｂの図示で左右の側面及び上部端面には複数の排出口２８を形成している。

筐体１８の矩形収納部２４ａには消炎金属網３０ａを収納し、これに続いてその上に位置する矩形空洞部２４ｂ内に消炎金属網３０ｂを収納している。消炎金属網３０ａ，３０ｂは、リチウムイオン電池１０の安全弁１４に相対した位置に配置し、リチウムイオン電池１０が熱暴走を起こした場合に安全弁１４作動（破裂）で噴出する電解液の火炎を受け、火炎を遮断して消炎する。消炎金属網３０ａ，３０ｂの網目は、電解液の火炎を受ける側から奥行き方向に向うにつれて網目サイズが小さくなる網目構造とする。

この網目構造により、安全弁１４から噴出する電解液の火炎を、手前に位置する消炎金属網３０ａの粗い網目により少ない抵抗で導入し、奥の消炎金属網３０ｂに進むにつれて網目が細かくなることで、火炎を遮断して消炎する作用を強くすると共に、霧化している電解液を付着し易くする。具体的な網目構造としては、例えば網目サイズの異なる複数の金属網を積層した構造とすればよい。また図示の実施形態は消炎金属網３０ａ，３０ｂに分けているが、一体にしても良い。

消炎金属網３０ｂに続く矩形空洞部２４ｂ内には耐熱繊維を用いた吸着フィルタ３４を収納している。吸着フィルタ３４は、例えば短いガラス繊維でできた綿状の素材であるグラスウールを使用し、消炎金属網３０ｂを通過してくる霧化した電解液の微粒子を吸着し、排出口２８から外部に電解液が噴出することを抑制する。

また、筐体１８の内部には、リチウムイオン電池１０の安全弁１４の作動で噴出した電解液の火炎による熱を検出する火災センサ部として機能する熱感知ケーブル３８を設けている。熱感知ケーブル３８は、ビニールなどの合成樹脂で絶縁被覆した２本の撚られた信号線であり、２本の信号線の間に後述する火災検出回路部から電圧を印加しており、火災による熱を受けた場合の絶縁被覆の溶融により２本の信号線が短絡状態に接触し、感知電流が流れることで火災を検出する。

熱感知ケーブル３８は筐体１８の上部側面に設けたコネクタ３６に２本の信号線の一端を接続し、吸着フィルタ３４及び消炎金属網３０ｂ，３０ａを通して安全弁１４を覆う空間に引き出しており、安全弁１４から噴出した電解液の火炎を直接受ける位置に配置している。

（火災検出回路部）
図４は消火装置を装着したリチウムイオン電池のエージング工程を示した説明図、図５は図４の火災検出回路部を示した回路図である。

リチウムイオン電池のエージング工程は、リチウムイオン電池１０を組み立てた後に初期充電（ＳＯＣ１００％に満充電）を行い、その後、図４に示すように、初期充電の済んだリチウムイオン電池１０に消火装置１２を装着し、例えば所定のエージング容器４４に並べ、消火装置１２のコネクタ３６に信号線４５のプラグ３７を接続し、エージング容器４４に設けている火災検出回路部４６に信号線４５を接続して火災を監視可能とする。

火災検出回路部４６からは外部に信号線４８が引き出され、リチウムイオン電池１０に設けた消火装置１２のいずれかで火災を検出すると、火災検出信号を信号線４８により図示しない生産設備の監視盤等に送って火災警報を出すようにしている。なお、火災検出回路部４６はエージング容器４４の外部に設置してもよい。

エージング容器４４に収納した消火装置１２を装着したリチウムイオン電池１０は、所定の環境温度下で所定時間放置して電圧低下量を求め、電圧低下量が基準値より大きいときは、不良品として取り除くエージングを行う。

図５に示すように、火災検出回路部４６は、トランジスタ５０、リレー５２、抵抗５４，５５，５６，５８を備え、トランジスタ５０は、抵抗５４，５５の分圧電圧を、抵抗５６を介してベースに印加しており、複数の消火装置に設けた熱感知ケーブル３８をコネクタ３６、プラグ３７を接続した信号線４５を介して並列接続し、並列接続した複数の熱感知ケーブル３８には抵抗５４，５５を介して電源電圧＋Ｖｃを常時印加している。ここで、通常監視状態でトランジスタ５０はオフであり、また熱感知ケーブル３８の一方の信号線には電源電圧のみが印加されるだけで電流は流れておらず、消費電量は漏れ電流などに起因した極く僅かな電流だけである。

トランジスタ５０はＰＮＰトランジスタであり、コレクタ側に負荷としてリレー５２を接続しており、通常監視状態にあっては、熱感知ケーブル３８は２本の信号線のビニールなどによる絶縁被覆で開放状態にあり、電源から電流は流れず、トランジスタ５０はエミッタ，ベース間の電圧が０ボルトであることからオフ状態となっている。

リレー５２は、その常開リレー接点６０をトランジスタ５０のコレクタ・電源ライン間に接続し、ラッチ回路を形成している。またリレー５２は、外部に火災検出信号を出力するための常開リレー接点６２を有する。

図５に示したようにエージング中にリチウムイオン電池１０のいずれかが熱暴走を起こし、これにより作動した安全弁１４から電解液の火炎が噴き出した場合、安全弁１４に相対して設けた消火装置１０の熱感知ケーブル３８が電解液の火炎を受け、絶縁被覆であるビニールが溶けて２本の信号線が接触状態になると、抵抗５４，５５を介して熱感知ケーブル３８に電流が流れる。

このため、抵抗５４に生ずる電圧によりトランジスタ５０のエミッタ・ベース間にバイアス電圧が加わり、これによってトランジスタ５０がオンしてリレー５２が作動する。リレー５２が作動すると常開リレー接点６０が閉じてリレー５２をラッチし、また常開リレー接点６２が閉じて信号線４８から外部に火災検出信号を出力し、外部装置でリチウムイオン電池１０の火災発生を報知させる。

（消火装置の動作）
図６はリチウムイオン電池の熱暴走で電解液が噴出した場合の消火装置の動作を示した説明図である。リチウムイオン電池１０が熱暴走を起して安全弁１４が作動（破裂）し、充填している電解液が発火して火炎を激しく噴き出す火災を起こしたとすると、安全弁１４から噴出した電解液の火炎は、消火装置１２に設けた消炎金属網３０ａ，３０ｂに入り、消炎金属網３０ａ，３０ｂを通過する間に火炎が遮断されて消え、また火炎が消えて霧化状態となった電解液の微粒子を付着して保持する。続いて消炎金属網３０ｂを通過した霧化状態にある電解液の微粒子はグラスウールを使用した吸着フィルタ３４に入って吸着保持され、排出口２８から外部への電解液の噴出を大幅に抑制する。

このためエージング中にリチウムイオン電池１０が暴走を起こし、安全弁１４の作動で電解液の火炎を噴出しても、この火炎は消火装置１２内で消され、火炎が外部に噴き出すことが抑止され、周囲に配置しているエージング中の他のリチウムイオン電池の加熱による連鎖的な熱暴走を確実に防止し、火災による被害を熱暴走を起こしたリチウムイオン電池に留めることができる。

またリチウムイオン電池１０から噴出した電解液は消火装置１２内に吸着保持され、外部に噴き出す量は大幅に低減し、外部に噴出した電解液が他のリチウムイオン電池１０の電極端子１６ａ，１６ｂ間に入って外部短絡を起こすことを確実に防止し、外部短絡による連鎖的な熱暴走を確実に防止できる。また、熱暴走を起こしたリチウムイオン電池１０の消火装置１２から電解液の一部が外部に噴き出したとしても、他のリチウムイオン電池１０の電極端子１６ａ，１６ｂの上側に消火装置１２の筐体１８が位置しており、これにより電解液の付着が抑制できる。

また、安全弁１４から噴出した電解液の火炎は熱感知ケーブル３８の絶縁被覆であるビニールを溶かして２本の信号線を接触状態として熱感知ケーブル３８に電流が流れ、これを検出して火災検出回路部４６が外部に火災検出信号を出力し、生産設備の監視盤等から火災警報が出力され、エージング中のリチウムイオン電池１０の発火を係員が知って適切に対処することを可能とする。

（粉末消火剤を設けた消火装置の実施形態）
図７は粉末消火剤を収納した消火装置の実施形態をリチウムイオン電池と共に示した断面図である。図７に示すように、本実施形態の消火装置１２は、筐体１８に収納した消炎金属網３０ａ，３０ｂの間に、粉末消火剤４０を収納している。粉末消火剤４０は、リチウムイオン電池１０の安全弁１４の作動で噴出した電解液の火炎による熱を受けて溶融又は燃焼破壊するビニール袋等の密閉袋４２に充填し、使用中に湿気を吸って固化したり、劣化したりしないようにしている。

図８は図６の消火装置の動作を示した説明図である。図８に示すように、エージング中に、リチウムイオン電池１０が熱暴走を起して安全弁１４が作動（破裂）し、充填している電解液が発火して火炎を激しく噴き出す火災を起こしたとすると、安全弁１４から噴出した電解液の火炎は、消火装置１２に設けた消炎金属網３０ａに入り、消炎金属網３０ａを通過する間に火炎が抑制され、続いて火炎は密閉袋４２に当ってそれを溶かし、内部に充填している粉末消火剤４０が解放され、電解液の火炎は粉末消火剤４０を巻き込みながら消炎金属網３０ｂに入ることで消え、更に消炎金属網３０ａ，３０ｂを通過した霧化状態にある電解液の微粒子はグラスウールを使用した吸着フィルタ３４に入って吸着保持され、排出口２８から外部への火炎及び電解液の噴出を抑制する。

（安全弁を側面に設けたリチウムイオン電池の消火装置）
図９は安全弁を側面に設けた矩形型リチウムイオン電池に装着した消火装置の外観を、平面（図９（Ａ））、正面（図９（Ｂ））及び側面（図９（Ｃ））で示した説明図、図１０はリチウムイオン電池に装着した図９の消火装置の平面断面（図１０（Ａ））、縦断面（図１０（Ｂ））及び横断面（図１０（Ｃ））の各断面を示した断面図、図１１はリチウムイオン電池に対する図９の消火装置の組立て分解状態を示した説明図である。

図９、図１０及び図１１に示すように、本実施形態が対象とするリチウムイオン電池１０は安全弁１４を側面に設けている。このため消火装置１２は、電池側面に設けた安全弁１４の周囲を覆う縦長の密閉箱構造の筐体１８を備え、筐体１８の上部の図示左側にホールド部２０を一体に形成している。

ホールド部２０はスカート状の先端に内側に屈曲した押圧部２０ａを形成しており、リチウムイオン電池１０に上から挿入した場合に、押圧部２０ａにより電池外装容器の側面を挟み込んで、所定の装着強度を確保可能としている。また、ホールド部２０の上部端面には、リチウムイオン電池１０の電極端子１６ａ，１６ｂを外部に露出状態とするため、矩形開口２２を形成している。

ホールド部２０によりリチウムイオン電池１０の図示右側の側面に配置した筐体１８は、リチウムイオン電池１０の安全弁１４に相対して開口６４を形成し、開口６４の内側の空き空間の上下に、消炎金属網３０ａ，３０ａ、密閉袋４２に充填した粉末消火剤４０ａ，４０ｂ、吸着フィルタ３４ａ，３４ｂを順次配置し、吸着フィルタ３４ａ，３４ｂの外側となる隔壁に複数の排出口２８を設けている。なお、消炎金属網３０ａ，３０ｂの網目構造は図１〜図６の実施形態と同様であり、吸着フィルタ３４ａ，３４ｂは耐熱繊維であるグラスウールを使用し、更に、密閉袋４２に充填した粉末消火剤４０ａ，４０ｂは図８の実施形態と同様である。

また、筐体１８の内部には、リチウムイオン電池１０の安全弁１４の作動で噴出した電解液の火炎による熱を検出する火災センサ部として機能する熱感知ケーブル３８を設けており、熱感知ケーブル３８は筐体１８の側面に設けたコネクタ３６に２本の信号線の一端を接続し、吸着フィルタ３４ｂ、粉末消火剤４０ｂの密閉袋４２の横及び消炎金属網３０ｂを介して安全弁１４を覆う空き空間に引き出し、安全弁１４から噴出した電解液の火炎を直接受ける位置に配置している。

図１２はリチウムイオン電池の熱暴走で電解液が噴出した場合の消火装置の動作を示した説明図である。リチウムイオン電池１０が熱暴走を起して安全弁１４が作動（破裂）し、充填している電解液が発火して火炎を激しく噴き出す火災を起こしたとすると、安全弁１４から噴出した電解液の火炎は、消火装置１２の開口６４から筐体１８内に入り、消炎金属網３０ａ，３０ｂを通過する間に火炎が遮断され、続いて火炎は密閉袋４２に当ってそれを溶かし、内部に充填している粉末消火剤４０ａ，４０ｂが解放され、電解液の火炎は粉末消火剤４０ａ，４０ｂを巻き込みながら消え、また火炎が消えて霧化状態となった電解液の微粒子はグラスウールを使用した吸着フィルタ３４ａ，３４ｂに入って吸着され、排出口２８から外部への火炎及び電解液の噴出を大幅に抑制する。

（円筒型リチウムイオン電池の消火装置）
図１３は円筒型リチウムイオン電池に装着した消火装置を、正面断面（図１３（Ａ））、及び平面（図１３（Ｃ））で示した説明図である。

図１３に示すように、本実施形態が対象とするリチウムイオン電池１０は、例えば、アルミニウムまたはアルミニウム合金で形成した円筒型の外装容器に、電解液と共に電極体を収納している。リチウムイオン電池１００の電極体は、例えば、正極板及び負極板をその間にセパレータを介在させて渦巻き状に捲回すことにより、円筒形状に形成している。

リチウムイオン電池１００の外装容器の上端には正極となる電極端子１１６ａを設け、底部に負極となる電極端子（図示せず）を設けている。またリチウムイオン電池１００の上部の電極端子１１６ａの中に安全弁１１４を設けている。安全弁１１４は外装容器に設けた開口を薄いアルミニウム板で閉鎖するか、或いは安全弁１１４の部分を薄肉に加工しており、必要に応じてＸ形に溝を形成し、熱暴走などにより内部圧力が増加し
た場合、所定圧力で作動（破裂）して外装容器の破裂を防止する。

ここで、リチウムイオン電池１００の外形サイズは、例えば電気自動車用を例にとると、例えば（直径Ｒ＝８０ｍｍ〜１２０ｍｍ）×（高さＨ＝８０ｍｍ〜１２０ｍｍ）程度となる。

リチウムイオン電池１００は、電池モジュール或いは電池パックとして知られた蓄電装置に収納して使用され、電気自動車の場合、収納容器内部に例えば２４個を収納して直列接続している。リチウムイオン電池１００の平均セル電圧を例えば３．５ボルトとすると、２４個の直列接続により、蓄電装置の正極出力端子と負極出力端子の電圧を８４ボルトとする。この場合も、蓄電装置に収納するリチウムイオン電池１００の数は、必要とする電圧に対応した数とする。

消火装置１１２は、上部端面に設けた安全弁１１４の周囲を覆うキャップ状の筐体１１８を備え、筐体１１８の下部にホールド部１２０を一体に形成している。

ホールド部１２０は途中に嵌合部１２０ａを絞り加工等により形成しており、リチウムイオン電池１００に上から挿入した場合に、外装容器の封口絞り部１０２に嵌合部１２０ａが嵌まり込み、所定の装着強度を確保可能としている。

消火装置１１２の筐体１１８内には、安全弁１ １４を覆う空き空間を介して消炎金属網１３０と吸着フィルタ１３４を順次配置し、吸着フィルタ１３４の外側となる上部端面及び上部側面に複数の排出口１２８を設けている。なお、消炎金属網１３０と吸着フィルタ１３４は、図１〜図６の実施形態と同様になる。

また、筐体１１８の内部には、リチウムイオン電池１００の安全弁１１４の作動で噴出した電解液の火炎による熱を検出する火災センサ部として機能する熱感知ケーブル１３８を設けており、熱感知ケーブル１３８は筐体１１８の上部端面に設けたコネクタ１３６に２本の信号線の一端を接続し、吸着フィルタ１３４及び消炎金属網１３０を通して安全弁１１４を覆う空き空間に引き出し、安全弁１１４から噴出した電解液の火炎を直接受ける位置に配置している。

図１４はリチウムイオン電池の熱暴走で電解液が噴出した場合の消火装置の動作を示した説明図である。

リチウムイオン電池のエージング工程は、リチウムイオン電池１００を組み立てた後に初期充電（ＳＯＣ１００％に満充電）を行い、その後、図１３に示すように、初期充電の済んだリチウムイオン電池１００に消火装置１１２を装着し、例えば図４に示したと同様にエージング容器４４に並べ、リチウムイオン電池１００のコネクタ１３６に信号線４５のプラグ３７を接続し、エージング容器４４に設けている火災検出回路部４６に信号線４５を接続して火災を監視可能とする。

エージング中に、リチウムイオン電池１００が熱暴走を起して安全弁１１４が作動（破裂）し、充填している電解液が発火して火炎を激しく噴き出す火災を起こしたとすると、安全弁１１４から噴出した電解液の火炎は、消火装置１００の筐体１１８内に入り、消炎金属網１３０を通過する間に火炎が遮断されて消え、また火炎が消えて霧化状態となった電解液の微粒子はグラスウールを使用した吸着フィルタ１３４に入って吸着され、排出口１２８から外部への火炎及び電解液の噴出を大幅に抑制する。

（粉末消火剤を設けた消火装置の実施形態）
図１５は粉末消火剤を収納した消火装置の実施形態を円筒型リチウムイオン電池と共に示した断面図である。図１５に示すように、本実施形態の消火装置１１２は、筐体１１８に２つに分けた消炎金属網１３０ａ，１３０ａを収納し、その間に、粉末消火剤１４０を収納している。粉末消火剤１４０は、リチウムイオン１００の安全弁１１４の作動で噴出した電解液の火炎による熱を受けて溶融又は燃焼破壊するビニール袋等の密閉袋１４２に充填し、使用中に湿気を吸って固化したり、劣化したりしないようにしている。

本実施形態の消火装置１１２は、リチウムイオン電池１００が熱暴走を起して安全弁１１４が作動（破裂）し、充填している電解液が発火して火炎を激しく噴き出す火災を起こしたとすると、安全弁１１４から噴出した電解液の火炎は、消火装置１００に設けた消炎金属網１３０ａに入り、消炎金属網１３０ａを通過する間に火炎が抑制され、続いて火炎は密閉袋１４２に当ってそれを溶かし、内部に充填している粉末消火剤１４０を解放し、電解液の火炎は粉末消火剤１４０を巻き込みながら消炎金属網１３０ｂに入ることで消え、更に消炎金属網１３０ｂを通過した霧化状態にある電解液の微粒子はグラスウールを使用した吸着フィルタ１３４に入って吸着保持され、排出口１２８から外部への火炎及び電解液の噴出を抑制する。

（電極引出し構造を備えた消火装置の実施形態）
図１６は電極取出構造を備えた消火装置の実施形態をリチウムイオン電池と共に示した断面図であり、図１６（Ａ）に正面断面を、図１６（Ｂ）に平面断面に示す。

図１３に示した消火装置１１２は、電池の電極端子１１６ａを消火装置１１２の筐体１１８内に収納しており、エージングに伴う電池電圧を測定する場合には、消火装置１１２を取外す必要があり、手間がかかる。

そこで図１６の実施形態では、消火装置１１２に、円筒形リチウムイオン電池１００の電極端子１１６ａに電気的に接触して外部に引き出す電極取出構造として、電極リード部材１８０を設けている。電極リード部材１８０は、下部を逆Ｌ字形に屈曲して安全弁１１４の相対位置を開口した開口穴１８６を形成したコンタクト部１８４を形成し、先端を上部外側に屈曲して電極端子部１８８を取り出している。

また消火装置１１２の筐体１１８は導電性金属であることから、電極リード部材１８０の途中に絶縁被覆１８２を設け，電気的に接触しないようにしている。

このようにリチウムイオン電池１００の一方の電極端子１１６ａを、消火装置１１２に設けた電極リード部材１８０で外部に取り出すことで、消火装置１１２を外すことなく、電池電圧の測定や充放電などを可能とする。

［本発明の変形例］
（単電池）
上記の実施形態は、単電池としてリチウムイオン電池を例にとるものであったが、これに限定されず、可燃性の電解液を使用した適宜の非水電解質の二次電池を含む。

（消火装置の用途）
上記の実施形態は、エージング工程などの生産工程でリチウムイオン電池に消火装置を装着する場合を例にとるものであったが、複数のリチウムイオン電池を収納した蓄電装置についても、消火装置を装着した状態でリチウムイオン電池を収納容器に収納してバスバー（電極接続バー）により直列接続して使用するようにしても良い。消火装置を装着したリチウムイオン電池を蓄電装置に収納する場合、リチウムイオン電池の電極端子を外部に露出した状態に装着する構造の消火装置を使用する。

（火災検知部）
また、上記の実施形態は、リチウムイオン電池の異常に伴う火災を検知する火災検知部として熱感知ケーブルを設けているが、これ以外に、熱電対、サーミスタ等の温度センサ、レーザパルス光を入射した場合の後方散乱光の強度から温度測定する光ファイバーセンサなどの適宜の火災検知部を設けても良い。

（リチウムイオン電池の用途）
また、上記の実施形態は、航空機及び電気自動車用のリチウムイオン電池を例にとるものであったが、住宅用のリチウムイオン電池の消火装置として同様に設けることができ、更に、それ以外の適宜の機器、装置、設備、施設に設置されるリチウムイオン電池についても、同様に適用可能である。

（その他）
また、本発明は上記の実施形態に限定されず、その目的と利点を損なうことのない適宜の変形を含み、更に上記の実施形態に示した数値による限定は受けない。

１０，１００：リチウムイオン電池
１２，１１２：消火装置
１４，１１４：安全弁
１６ａ，１６ｂ，１１６ａ：電極端子
１８，１１８：筐体
２０，１２０：ホールド部
２８，１２８：排出口
３０ａ，３０ｂ，１３０ａ，１３０ｂ：消炎金属網
３４，３４ａ，３４ｂ，１３４：吸着フィルタ
３６，１３６：コネクタ
３８，１３８：熱感知ケーブル
４０：粉末消火剤
４２：密閉袋
４４：エージング容器
４６：火災検出回路部
１８０：電極リード部材

Claims (8)

1. 電池外装容器に内圧が上昇した場合に開放する安全弁を備えた単電池に装着する消火装置に於いて、
   前記安全弁の外側を覆って前記電池外装容器に着脱自在に装着され、前記安全弁から離れた外方位置に排出口を形成した筐体と、
   前記筐体内の安全弁側に配置され、前記単電池の安全弁の作動で噴出した電解液の火炎を消失させる消炎金属網と、
   前記消炎金属網に続いて前記筐体内に配置され、前記消炎金属網を通過した前記電解液を吸着して保持する耐熱繊維を用いた吸着フィルタと、
   を備えたことを特徴とする消火装置。
2. 請求項１記載の消火装置に於いて、前記消炎金属網は、前記電解液火炎の受け側から奥行き方向に向うにつれて網目サイズが小さくなる網目構造を備えたことを特徴とする消火装置。
3. 請求項１記載の消火装置に於いて、前記吸着フィルタの耐熱繊維はグラスウールであることを特徴とする消火装置。
4. 請求項１記載の消火装置に於いて、前記筐体内に粉末消火剤を収納したことを特徴とする消火装置。
5. 請求項４記載の消火装置に於いて、前記粉末消火剤は前記単電池の安全弁の作動で噴出した電解液の火炎による熱を受けて溶融破壊又は燃焼する密閉袋に充填しており、前記粉末消火剤を充填した密閉袋を、前記消炎金属網の前部、内部又は後部に配置したことを特徴とする消火装置。
6. 請求項１記載の消火装置に於いて、更に、
   前記筐体内に設けられ、前記単電池の安全弁の作動で噴出した電解液の火炎による熱を検出して検出信号を出力する火災センサ部と、
   前記センサ手段から出力された検出信号に基づいて火災検出して火災検出信号を出力する火災検出回路部と、
   と設けたことを特徴とする消火装置。
7. 請求項６記載の消火装置に於いて、
   前記火災センサ部は、火炎による熱を受けた場合の絶縁被覆の溶融により一対の信号線を短絡状態に接触させて火災を検出する熱感知ケーブルであり、
   前記熱感知ケーブルを前記安全弁に相対した前記筐体内を通るように布設して筐体に設けたコネクタに接続し、
   前記コネクタを介して前記熱感知ケーブルを前記筐体外部に設けた前記火災検出部に接続したことを特徴とする消火装置。
8. 請求項１記載の消火装置に於いて、更に、一端を前記単電池の電極端子に接触し他端を前記筐体の外部に取り出した電極リード部材を設け、当該電極リード部材の途中に前記筐体と接触しないようにする絶縁被覆を設けたことを特徴とする消火装置。

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