WO2020153016A1 - パック電池 - Google Patents

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WO2020153016A1
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battery pack
battery
exhaust
exhaust duct
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健明 若林
憲作 竹田
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三洋電機株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a battery pack having a rechargeable battery housed in an outer case.
  • non-aqueous electrolyte secondary batteries such as lithium-ion batteries having excellent efficiency per unit volume have been adopted.
  • the internal pressure may rise for some reason.
  • a discharge valve that opens at the set pressure to prevent the explosion is provided. When the discharge valve opens, the battery is in an abnormal heat generation state, and hot gas is vigorously ejected from the discharge valve.
  • a battery pack has been developed in which a case is provided with a hole for discharging exhaust gas discharged from a discharge valve to the outside.
  • the conventional battery pack has holes in the outer case to discharge the exhaust gas injected from the exhaust valve to the outside.
  • this battery pack it is difficult to safely discharge hot exhaust gas that is vigorously ejected from the battery cells to the outside.
  • the exhaust gas injected from the exhaust valve of the lithium-ion battery which is a non-aqueous electrolyte secondary battery, has an abnormally high temperature of 400° C. or higher and is vigorously injected.
  • Sufficient safety cannot be ensured due to smoke, ignition, etc. due to the exhaust gas that is melted and injected outside the case at high temperature.
  • the flame generated in the outer case is discharged from the hole of the outer case to the outside of the case, further safety cannot be ensured.
  • the present invention was developed for the purpose of preventing the above-mentioned harmful effects, and the main purpose of the present invention is to prevent the harmful effects and flames caused by the high-temperature exhaust gas injected from the exhaust valve that opens, and the flame from the case. It is to provide a battery pack that suppresses the above-mentioned problem and ensures safety.
  • the battery pack of the present invention includes a battery cell 1 having a discharge valve that opens when the internal pressure exceeds a set pressure, and a case 2 housing the battery cell 1. Inside the case, an exhaust duct 5 for discharging exhaust gas from the exhaust valve to the outside of the case is arranged.
  • the exhaust duct 5 has an exhaust side opening outside the case and an inflow side opening inside the case.
  • the exhaust gas diffusion space 25 is provided inside, the exhaust valve injects the exhaust gas into the diffusion space 25, and the exhaust gas in the diffusion space 25 is exhausted to the outside of the case through the exhaust duct 5. It has a structure.
  • the battery pack of the present invention can improve safety by suppressing harmful effects caused by high-temperature exhaust gas injected from the exhaust valve of the battery cell.
  • the above battery pack has an exhaust duct inside the case, the inlet side of this exhaust duct is inside the case, the outlet side is outside the case, and the diffusion space for the exhaust gas is inside the case. This is because the exhaust valve ejects the exhaust gas to the diffusion space, expands the exhaust gas ejected in the diffusion space, and then collects the exhaust gas to the exhaust duct to exhaust the exhaust gas to the outside of the case.
  • the above battery pack expands and diffuses the energy of the exhaust gas injected from the battery cells in the diffusion space, collides it to attenuate the energy, and transfers the energy of the exhaust gas diffused in the diffusion space to the exhaust duct. By collecting and discharging it outside the case, the energy is further attenuated and exhausted outside the case. That is, in the above-mentioned battery pack, the energy of the exhaust gas ejected from the exhaust valve is attenuated in the diffusion space and then in both the step of collecting and flowing into the exhaust duct from the diffusion space and the step of passing through the exhaust duct. Let it exhaust to the outside.
  • FIG. 1 is a schematic horizontal sectional view showing an internal structure of a battery pack according to Embodiment 1 of the present invention.
  • 1 is a vertical vertical sectional view of a battery pack according to Embodiment 1 of the present invention.
  • 1 is a vertical cross-sectional view of a battery pack according to Embodiment 1 of the present invention.
  • 1 is a schematic perspective view showing an internal structure of a battery pack according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 6 is a vertical cross-sectional view showing the internal structure of the battery pack according to Embodiment 2 of the present invention.
  • a first aspect of the present invention is a battery pack that includes a battery cell having a discharge valve that opens when the internal pressure exceeds a set pressure, and a case that houses the battery cell.
  • the exhaust duct that exhausts the exhaust gas of is exhausted outside the case.
  • the exhaust duct has the exhaust side opening outside the case and the inflow side opening inside the case. Is provided inside, and the exhaust valve injects the exhaust gas into the diffusion space and discharges the exhaust gas from the diffusion space to the outside of the case through the exhaust duct.
  • the exhaust duct is a thin tubular duct having a thickness smaller than the width, and the exhaust duct is arranged in the case with the thickness direction of the thin tubular duct as the thickness direction of the case. ing.
  • the exhaust duct can be arranged in a narrow area inside the case.
  • the exhaust duct can be made thinner to increase the passage resistance, and the energy of the exhaust gas can be attenuated and the momentum of the flame can be weakened more efficiently.
  • a plurality of battery cells are arranged in parallel on the same plane to form a battery block, and a thin duct is arranged between the battery block and the inner surface of the case.
  • the battery pack with this structure has a thin battery block that is made up of multiple battery cells, and a thin tubular duct is placed between the battery block and the inner surface of the case. Can be arranged in a small space.
  • exhaust ducts are arranged along opposite sides of the case.
  • a plurality of exhaust ducts are arranged in the case so that exhaust gas can be smoothly discharged to the outside of the case.
  • the exhaust duct is arranged in a posture extending in the width direction of the case, and the total length thereof is longer than 60% in the width direction of the case.
  • the exhaust duct is elongated in the width direction of the case, and the energy of the exhaust gas can be efficiently attenuated and exhausted.
  • the exhaust duct is arranged so as to extend in the longitudinal direction of the case, and the total length of the exhaust duct is longer than 60% in the longitudinal direction of the case.
  • the exhaust duct can be lengthened to increase the resistance of exhaust gas.
  • the exhaust duct is arranged in the case in a posture in which the exhaust duct extends in a direction intersecting the longitudinal direction of the battery cell.
  • the battery pack with this structure has a posture in which the exhaust gas injection direction and the exhaust duct exhaust direction intersect each other, so that the exhaust gas injected from the battery cells is redirected in the case and discharged to the outside.
  • the energy of exhaust gas can be efficiently attenuated.
  • a label that is peeled off by the exhaust gas discharged from the discharge valve is attached to the discharge side of the exhaust duct.
  • the discharge side of the exhaust duct is closed with a label, so that foreign matter can be effectively prevented from entering the exhaust duct from the outside.
  • the ninth invention of the present invention uses a battery cell as a non-aqueous electrolyte secondary battery. Furthermore, in the tenth aspect of the present invention, the battery cell is a lithium ion battery.
  • the battery pack 100 shown in FIGS. 1 to 4 is a rechargeable battery cell 1, a case 2 accommodating the battery cell 1, an exhaust duct 5 accommodated in the case 2, a battery protection circuit, etc. And the circuit board 3 on which the electronic component of FIG.
  • the battery cell 1 is a cylindrical battery.
  • the cylindrical battery has an electrode and an electrolytic solution housed in a cylindrical metal case.
  • the metal case has a closed structure in which a sealing plate is airtightly fixed to the opening of the outer can whose bottom is closed.
  • the outer can is manufactured by pressing a metal plate.
  • the sealing plate is airtightly fixed by caulking the periphery of the opening of the outer can via a packing made of an insulating material.
  • the battery cell 1 is provided with a discharge valve on the sealing plate to prevent the metal case from being damaged due to abnormally high internal pressure.
  • the discharge valve is provided with an opening in the sealing plate for discharging internal gas and the like in the opened state.
  • the battery cell may be provided with a discharge valve and its opening at the bottom of the outer can.
  • the discharge valve opens when the internal pressure becomes higher than a set pressure, for example, 1.5 MPa, and prevents the metal case from being broken due to the increase in the internal pressure.
  • the discharge valve is opened in an abnormal state. Therefore, when the discharge valve is open, the temperature of the battery cell 1 is also very high. For this reason, the gas discharged from the discharge valve that opens and the electrolyte (spout) have an abnormally high temperature.
  • a battery pack in which the battery cell 1 is a non-aqueous electrolyte secondary battery such as a lithium-ion battery has an abnormally high temperature of exhaust gas of 400° C. or higher.
  • the lithium-ion battery is filled with a non-aqueous electrolyte solution, if it is discharged out of the case at a high temperature, it may come into contact with air and ignite, resulting in an abnormally high temperature.
  • the exhaust gas ejected from the exhaust valve that opens opens at a high temperature, so it is safe to decay the energy of the exhaust gas and exhaust it outside the case. It is important to make it high.
  • the case 2 is made of a thermoplastic resin such as polycarbonate, and is formed into a rectangular box shape as a whole, and the battery cell 1, the circuit board 3, and the exhaust duct 5 are incorporated inside.
  • the case 2 in the figure includes an upper case 2A and a lower case 2B.
  • the lower case 2B and the upper case 2A are provided with a peripheral wall 22 around a surface plate 21 having a quadrangular shape, which is rectangular in the figure.
  • the lower case 2B and the upper case 2A are connected by using the opening end surface of the peripheral wall 22 as a mating surface.
  • the peripheral walls 22 of the lower case 2B and the upper case 2A include side walls 23 on both sides of the rectangular surface plate 21 extending in the longitudinal direction, and end walls 24 orthogonal to the side walls 23.
  • the heat resistant cover 6 is arranged inside the end wall 24 facing the opening of the discharge valve.
  • the heat-resistant cover 6 is a heat-resistant plate or sheet that withstands the temperature of exhaust gas.
  • the heat-resistant cover 6 prevents the exhaust gas injected from the exhaust valve from being directly injected to the end wall 24, and scatters the exhaust gas in all directions. In the case where the end wall is formed of a heat resistant material, exhaust gas can be scattered around the end wall without providing a heat resistant cover.
  • the battery pack 100 of FIGS. 1 to 3 has a battery block 10 arranged in a case.
  • the battery block 10 is composed of two sets of battery assemblies 11.
  • the battery cell 1 is inserted into the battery holder 4 and the battery cell 1 is arranged at a fixed position.
  • the battery holder 4 has the battery cells 1 arranged in four rows in parallel with the side wall 23 of the case 2.
  • Two sets of battery assemblies 11 are arranged in two stages in the longitudinal direction of the case 2 to form a battery block 10 in which eight battery cells 1 are connected in series and in parallel in four rows and two stages.
  • Each of the battery assemblies 11 is arranged in the case with the openings of the discharge valves of the two battery cells 1 facing the end wall 24.
  • the battery assembly 11 is composed of four battery cells 1
  • the battery block 10 is composed of two sets of battery assemblies 11, and the battery block 10 is arranged in the case.
  • the battery pack of the present invention does not specify the number of battery cells housed in the case or the connection state.
  • the circuit board 3 is mounted with electronic components (not shown) that are connected to the battery cells 1 and realize a protection circuit for the battery cells 1.
  • the protection circuit is a circuit that prevents overcharge or overdischarge of the battery cell 1, a circuit that prevents overcurrent, or a circuit that cuts off current when the temperature rises abnormally.
  • the battery pack 100 is provided with an exhaust duct 5 inside the case 2 for discharging the exhaust gas ejected from the opening of the exhaust valve to the outside of the case 2.
  • the exhaust duct 5 has an inflow side opening inside the case and an exhaust side opening outside the case so that exhaust gas can flow into the case and be exhausted outside the case.
  • the battery pack 100 of FIG. 1 has a label 7 attached to the exhaust side of the exhaust duct 5 that is peeled off or melted by the exhaust gas. In the battery pack 100, the discharge side of the exhaust duct 5 is closed by the label 7 to prevent foreign matter from entering.
  • the battery pack 100 ejects the exhaust gas discharged from the discharge valve into the diffusion space 25 provided in the case, flows into the exhaust duct 5 from the diffusion space 25, and discharges to the outside of the case via the exhaust duct 5.
  • the case 2 has a diffusion space 25 provided therein.
  • the space formed inside the case 2 is used as the diffusion space 25 for the exhaust gas.
  • the diffusion space 25 is a space that guides the exhaust gas, which is injected into the case and diffuses the exhaust gas, to the exhaust duct 5.
  • the battery block 10 and the circuit board 3 are arranged in the case as a built-in structure, so that the diffusion space 25 is formed by a gap between the case 2 and the built-in structure.
  • the battery cell 1 is arranged at a fixed position in the battery holder 4, but the gap formed between the battery holder 4 and the battery cell 1 and the case 2 also serves as the diffusion space 25.
  • the diffusion space 25 diffuses the exhaust gas instantaneously discharged from the exhaust valve, attenuates the energy of the exhaust gas, and flows into the exhaust duct 5.
  • the battery pack 100 diffuses the exhaust gas injected from the exhaust valve of the battery cell 1 into the diffusion space 25, attenuates the energy in the diffusion space 25, and further attenuates the energy in the exhaust duct 5 to the outside of the case. Discharge.
  • the exhaust duct 5 is a resistance that the exhaust gas passes through, and attenuates the energy of the exhaust gas and exhausts it to the outside of the case. Further, even when a flame is generated in the case, the flame can be extinguished by passing the flame through the exhaust duct 5, and the flame can be prevented from being discharged to the outside of the case.
  • the exhaust duct 5 in FIGS. 1 to 4 is a thin tubular duct 5A having a thickness smaller than its width.
  • the thin tubular duct 5A has a feature that it can be made thin to increase passage resistance of exhaust gas to effectively attenuate energy, and can be arranged in a narrow space.
  • the battery pack 100 shown in FIGS. 2 and 3 has the thin cylindrical duct 5A disposed inside the surface plate 21 of the case 2 and in a gap formed between the battery block 10 and the battery block 10.
  • the battery pack 100 of FIG. 3 two rows of thin cylinder ducts 5A are arranged on both sides of the circuit board 3.
  • the thin tubular duct 5A is arranged inside the surface plate 21 of the case 2 in a posture in which the thickness direction is the thickness direction of the case 2.
  • the battery pack 100 of FIGS. 3 and 4 has a pair of exhaust ducts 5 arranged along opposite sides of the case.
  • the case 2 is a rectangular parallelepiped, and the exhaust ducts 5 are arranged in two rows at both ends inside the rectangular surface plate 21 so as to extend in the width direction of the case 2.
  • the passage resistance of exhaust gas increases in proportion to the length.
  • the length of the exhaust duct 5 is made substantially equal to the lateral width of the case 2 to increase the gas passage resistance.
  • the exhaust duct 5 is preferably longer than 60% of the width of the case 2 to efficiently attenuate the energy of the exhaust gas and exhaust it.
  • the battery cells 1 and the exhaust duct 5 arranged in the case are arranged so as to extend in directions intersecting with each other.
  • the battery cell 1 is arranged so as to extend in the longitudinal direction of the rectangular surface plate 21, the exhaust duct 5 is arranged so as to extend in the width direction, and the battery cell 1 and the exhaust duct 5 are arranged in a direction orthogonal to each other.
  • the battery cell 1 injects exhaust gas from the opening exhaust valve in the longitudinal direction of the case 2, and the exhaust duct 5 allows the inflowing exhaust gas to flow in the width direction of the case 2 and exhaust it. That is, the injection direction of the exhaust gas and the exhaust direction of the exhaust duct 5 intersect each other and are orthogonal to each other in the figure, and the exhaust gas is redirected in the case and exhausted to the outside.
  • the battery cells 1 are arranged so as to extend in the longitudinal direction of the rectangular surface plate 21, but may be arranged so as to extend in the width direction of the rectangular surface plate.
  • the exhaust duct is arranged so as to extend in the longitudinal direction of the rectangular surface plate.
  • the ejection direction of the exhaust gas from the exhaust valve of the battery cell and the exhaust direction of the exhaust duct are in a crossing posture.
  • the exhaust duct may be arranged in either a posture extending in the longitudinal direction of the rectangular surface plate or a posture extending in the width direction. .. In any of the postures, the ejection direction of the exhaust gas from the battery cell and the exhaust direction of the exhaust duct intersect each other.
  • Exhaust gas injected from the exhaust valve into the case flows in the direction shown by the arrow in Fig. 4 and is exhausted outside the case.
  • the discharge valve of the battery cell 1 has an opening facing the end wall 24 of the case 2.
  • the exhaust gas injected from the exhaust valve is injected toward the end wall 24. Since the heat resistant cover 6 is arranged inside the end wall 24, the exhaust gas collides with the heat resistant cover 6 and is scattered around.
  • the exhaust gas colliding with the heat resistant cover 6 flows into the diffusion space 25 and is diffused.
  • the exhaust gas flowing into the diffusion space 25 collides with the inner surface of the case 2, is dispersed and redirected, and flows into the exhaust duct 5, as shown by the arrow in the figure. As shown by the arrow in FIG.
  • the exhaust duct 5 is filled with the heat resistant fiber 8.
  • the heat resistant fiber 8 inorganic fiber such as rock wool or metal fiber can be used.
  • the exhaust duct 5 filled with the heat-resistant fiber 8 has a feature that the resistance of the exhaust gas can be increased by shortening it, and the passage resistance of the exhaust gas can be controlled by adjusting the filling density of the heat-resistant fiber 8.
  • the present invention can be effectively used for a battery pack that safely exhausts exhaust gas.

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Abstract

開弁する排出弁から噴射される高温の排出ガスによる弊害を抑制して安全性を確保する。　パック電池は、内圧が設定圧力を越えると開弁する排出弁を有する電池セル（１）と、電池セル（１）を収納しているケース（２）とを備えている。ケース内には、排出弁からの排出ガスをケース外に排出する排気ダクト（５）を配置しており、排気ダクト（５）は、排出側をケース外に開口して、流入側をケース内に開口しており、ケース（２）は、排出ガスの拡散スペースを内部に設けており、排出弁が拡散スペースに排出ガスを噴射し、拡散スペースの排出ガスを排気ダクト（５）を介してケース外に排出する構造としている。

Description

パック電池
　本発明は、外装ケースに充電できる電池を収納しているパック電池に関する。
　携帯型電気機器の電源として使用されるパック電池は、近年高出力化が一層求められており、単位体積あたりの効率に優れたリチウムイオン電池等の非水系電解液二次電池が採用されている。リチウムイオン電池は、高出力である反面、何らかの原因によって内圧が上昇することがある。電池の内圧上昇に対する安全性を確保するために、設定圧力で開弁して破裂を防止する排出弁を設けている。排出弁が開弁するとき、電池は異常な発熱状態にあって排出弁からは高温のガスが勢いよく噴出される。排出弁から排出される排出ガスを外部に排出するために外装ケースに穴を設けているパック電池が開発されている。（特許文献１参照）
　さらに、外装ケースに複数の貫通穴を設けて、内部の通気性を向上し、電池の放熱を進行して、ケース内に熱がこもることを防止するパック電池も開発されている。（特許文献２参照）
特開２００１－１９６０３９号公報 特開平１０－１６２７９５号公報
　従来のパック電池は、外装ケースに穴を設けて、排出弁から噴射される排出ガスを外部に排出する。このパック電池は、電池セルから勢いよく噴射される高温の排出ガスを安全に外部に排出するのが難しい。とくに、非水系電解液二次電池であるリチウムイオン電池の排出弁から噴射される排出ガスは、４００℃以上と異常に高温で、しかも勢いよく噴射されることから、排出ガスが外装ケースを熱溶融し、さらに高温状態でケース外に噴射される排出ガスによる発煙や発火などによって充分な安全性を確保できない。また、外装ケース内で生じる火炎が、外装ケースの穴からケース外に放出するため、さらに安全性を確保できない。
　本発明は、以上の弊害を防止することを目的として開発されたもので、本発明の主な目的は、開弁する排出弁から噴射される高温の排出ガスによる弊害及び火炎がケース外へ放出することを抑制して安全性を確保するパック電池を提供することにある。
　本発明のパック電池は、内圧が設定圧力を越えると開弁する排出弁を有する電池セル１と、電池セル１を収納しているケース２とを備えている。ケース内には、排出弁からの排出ガスをケース外に排出する排気ダクト５を配置しており、排気ダクト５は、排出側をケース外に開口して、流入側をケース内に開口しており、ケース２は、排出ガスの拡散スペース２５を内部に設けており、排出弁が拡散スペース２５に排出ガスを噴射し、拡散スペース２５の排出ガスを排気ダクト５を介してケース外に排出する構造としている。
　本発明のパック電池は、電池セルの排出弁から噴射される高温の排出ガスによる弊害を抑制して安全性を高めることができる。それは、以上のパック電池が、ケースの内部に排気ダクトを設けて、この排気ダクトの流入側をケース内に、排出側をケース外に開口し、さらに、ケース内には排出ガスの拡散スペースを設ける構造として、排出弁が拡散スペースに排出ガスを噴出し、拡散スペースで噴出された排出ガスを膨張させた後、さらに排気ダクトに集めて排出ガスをケース外に排出するからである。以上のパック電池は、電池セルから噴射された排出ガスのエネルギーを、拡散スペースで膨張して拡散し、衝突させてエネルギーを減衰し、拡散スペースに拡散された排出ガスのエネルギーを、排気ダクトに集めてケース外に排出することで、エネルギーをさらに減衰してケース外に排気する。すなわち、以上のパック電池は、排出弁から噴出される排出ガスのエネルギーを、拡散スペースで減衰した後、拡散スペースから排気ダクトに集めて流入させる工程と、排気ダクトを通過する両方の工程で減衰させて外部に排気する。排出弁から勢いよく噴出される高温の排出ガスは、熱エネルギーと運動のエネルギーの両方が減衰されてケース外に排出される。したがって、以上のパック電池は、排出弁から勢いよく噴射される高温の排出ガスを低エネルギー状態でケース外に排気して、高温の排出ガスに起因する安全性の低下及び排気ダクトを火炎が通過することにより、火炎の勢いが弱まり、ケース内で生じる火炎をケース外に放出することを抑制できる特徴がある。
本発明の実施形態１に係るパック電池の内部構造を示す概略水平断面図である。 本発明の実施形態１に係るパック電池の垂直縦断面図である。 本発明の実施形態１に係るパック電池の垂直横断面図である。 本発明の実施形態１に係るパック電池の内部構造を示す概略斜視図である。 本発明の実施形態２に係るパック電池の内部構造を示す垂直横断面図である。
　本発明の第１の発明は、内圧が設定圧力を越えると開弁する排出弁を有する電池セルと、電池セルを収納しているケースとを備えるパック電池であって、ケース内に排出弁からの排出ガスをケース外に排出する排気ダクトを配置しており、排気ダクトは、排出側をケース外に開口して、流入側をケース内に開口しており、ケースは、排出ガスの拡散スペースを内部に設けており、排出弁が拡散スペースに排出ガスを噴射し、拡散スペースの排出ガスを排気ダクトを介してケース外に排出する構造としている。
　本発明の第２の発明は、排気ダクトが、厚さが幅よりも小さい形状の薄筒ダクトで、薄筒ダクトの厚さ方向をケースの厚さ方向として、排気ダクトをケース内に配置している。この構造のパック電池は、ケース内の狭い領域に排気ダクトを配置できる。また、排気ダクトの厚さを薄くして通過抵抗を大きくし、より効率よく排出ガスのエネルギーを減衰及び火炎の勢いを弱めることができる。
　本発明の第３の発明は、複数の電池セルが、平行姿勢で同一平面に配置されて電池ブロックを構成しており、電池ブロックとケース内面との間に薄筒ダクトが配置されている。この構造のパック電池は、複数の電池セルで構成される電池ブロックを薄くしながら、電池ブロックとケース内面との間に薄筒ダクトを配置することで、パック電池全体を薄くしながら、排気ダクトを省スペースに配置できる。
　本発明の第４の発明は、ケース内の対向する辺に沿って排気ダクトを配置している。この構造のパック電池は、ケース内に複数の排気ダクトを配置して、排出ガスをスムーズにケース外に排気できる。
　本発明の第５の発明は、排気ダクトが、ケースの幅方向に伸びる姿勢で配置されて、その全長をケース幅方向の６０％よりも長くしている。このパック電池は、ケースの幅方向に対して排気ダクトを長くして、排出ガスのエネルギーを効率よく減衰して排気できる。
　本発明の第６の発明は、排気ダクトが、ケースの長手方向に伸びる姿勢で配置されて、排気ダクトの全長をケースの長手方向の６０％よりも長くしている。このパック電池は排気ダクトを長くして、排出ガスの抵抗を大きくできる。
　本発明の第７の発明は、排気ダクトが、電池セルの長手方向に対して交差する方向に伸びる姿勢でケース内に配置されている。この構造のパック電池は、排出ガスの噴射方向と排気ダクトの排気方向とを互いに交差する姿勢とするので、電池セルから噴射される排出ガスをケース内で方向変換しながら外部に排出することで、排出ガスのエネルギーを効率よく減衰できる。
　本発明の第８の発明は、排気ダクトの排出側に、排出弁から排出される排出ガスで剥離されるラベルを付着している。このパック電池は、排気ダクトの排出側をラベルで閉塞するので、外部から排気ダクトに異物が侵入するのを有効に防止できる。
　本発明の第９の発明は、電池セルを非水系電解液二次電池としている。さらに、本発明の第１０の発明は、電池セルをリチウムイオン電池としている。
　以下、図面に基づいて本発明を詳細に説明する。なお、以下の説明では、必要に応じて特定の方向や位置を示す用語（例えば、「上」、「下」、及びそれらの用語を含む別の用語）を用いるが、それらの用語の使用は図面を参照した発明の理解を容易にするためであって、それらの用語の意味によって本発明の技術的範囲が制限されるものではない。また、複数の図面に表れる同一符号の部分は同一もしくは同等の部分又は部材を示す。
　さらに以下に示す実施形態は、本発明の技術思想の具体例を示すものであって、本発明を以下に限定するものではない。また、以下に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、特定的な記載がない限り、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、例示することを意図したものである。また、一の実施の形態、実施例において説明する内容は、他の実施の形態、実施例にも適用可能である。また、図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため、誇張していることがある。
（実施形態１）
　図１～図４に示すパック電池１００は、充電できる電池セル１と、この電池セル１を収納しているケース２と、このケース２に収納している排気ダクト５と、電池の保護回路などの電子部品を実装している回路基板３とを備える。
（電池セル１）
　電池セル１は円筒形電池である。円筒形電池は、円筒状の金属ケースに電極と電解液を収納している。金属ケースは、底を閉塞している外装缶の開口部に、封口板を気密に固定している密閉構造としている。外装缶は、金属板をプレス加工して製作される。封口板は、絶縁材のパッキンを介して外装缶の開口部周縁にカシメ加工して気密に固定される。
　電池セル１は、図示しないが、金属ケースの内圧が異常に高くなって破損するのを防止するために、封口板に排出弁を設けている。排出弁は、開口する状態で内部のガスなどを排出する開口部を封口板に設けている。ただし、電池セルは、外装缶の底部に排出弁とその開口部を設けることもできる。排出弁は、内圧が設定圧力、たとえば１．５ＭＰａよりも高くなると開弁して、内圧上昇による金属ケースの破壊を防止する。排出弁は、異常な状態で開弁される。したがって、排出弁が開弁する状態では、電池セル１の温度も非常に高くなっている。このため、開弁する排出弁から排出されるガスや電解液（噴出物）は異常な高温となっている。とくに、電池セル１をリチウムイオン電池等の非水系電解液二次電池とするパック電池は、排出ガスが４００℃以上である異常な高温となる。さらに、リチウムイオン電池は、非水系の電解液を充填していることから、これが高温でケース外に排出されると、空気に触れて発火して、さらに異常な高温となることがある。リチウムイオン電池に限らず、他の充電できる電池においても、開弁する排出弁から噴出される排出ガスは高温となるので、排出ガスのエネルギーを減衰してケース外に排気することは安全性を高くすることから大切である。
（ケース２）
　ケース２は、ポリカーボネート等の熱可塑性の樹脂製で、全体を四角形の箱形に成形して、内部には電池セル１と回路基板３と排気ダクト５を内蔵している。図のケース２は、上ケース２Ａと下ケース２Ｂとからなる。下ケース２Ｂと上ケース２Ａは、四角形、図にあっては長方形の表面プレート２１の周囲に周壁２２を設けている。下ケース２Ｂと上ケース２Ａは、周壁２２の開口端面を合わせ面として連結している。下ケース２Ｂと上ケース２Ａの周壁２２は、長方形の表面プレート２１の長手方向に伸びる両側の側部壁２３と、この側部壁２３に直交する端部壁２４とからなる。排出弁の開口部と対向する端部壁２４は、内側に耐熱カバー６を配置している。耐熱カバー６は排出ガスの温度に耐える耐熱性のあるプレートやシートである。耐熱カバー６は、排出弁から噴射される排出ガスが直接に端部壁２４に噴射されるのを阻止して、排出ガスを四方に飛散させる。耐熱性のある材料で端部壁を成形しているケースは、耐熱カバーを設けることなく、排出ガスを端部壁で周囲に飛散できる。
　図１～図３のパック電池１００は、ケース内に電池ブロック１０を配置している。電池ブロック１０は、２組の電池組立１１からなる。電池組立１１は、電池ホルダー４に電池セル１を挿入して電池セル１を定位置に配置している。電池ホルダー４は、ケース２の側部壁２３と平行に４列に電池セル１を配置している。２組の電池組立１１がケース２の長手方向に２段に配列されて、４列２段に８本の電池セル１を直列と並列に接続している電池ブロック１０を構成している。各々の電池組立１１は、２本の電池セル１の排出弁の開口部を端部壁２４と対向してケース内に配置されている。図のパック電池１００は、電池組立１１を４個の電池セル１で構成して、２組の電池組立１１で電池ブロック１０を構成して、電池ブロック１０をケース内に配置しているが、本発明のパック電池は、ケースに収納する電池セルの個数や接続状態を特定しない。
（回路基板３）
　回路基板３は、電池セル１に接続されて電池セル１の保護回路を実現する電子部品（図示せず）を実装している。保護回路は、電池セル１の過充電や過放電を防止する回路、あるいは過電流を防止する回路、あるいは又温度が異常に上昇する状態で電流を遮断する回路である。
（排気ダクト９）
　パック電池１００は、ケース２の内部に、排出弁の開口部から噴出される排出ガスをケース２の外部に排出する排気ダクト５を設けている。排気ダクト５は、ケース内で排出ガスを流入してケース外に排気できるように、流入側をケース内に開口して、排出側をケース外に開口している。図１のパック電池１００は、排気ダクト５の排出側に、排出ガスで剥離され、あるいは溶融されるラベル７を付着している。このパック電池１００は、排気ダクト５の排出側をラベル７で閉塞して、異物が侵入するのを防止できる。パック電池１００は、排出弁から排出される排出ガスを、ケース内に設けた拡散スペース２５に噴出し、拡散スペース２５から排気ダクト５に流入し、排気ダクト５を介してケース外に排出する。ケース２は、内部に拡散スペース２５を設けている。図１～図４のパック電池１００は、ケース２の内部にできる空間を排出ガスの拡散スペース２５としている。拡散スペース２５は、ケース内に噴射され排出ガスを拡散した排気ダクト５に案内する空隙である。図のパック電池１００は、ケース内に、電池ブロック１０と回路基板３等を内蔵構造物として配置するので、拡散スペース２５はケース２と内蔵構造物との間の空隙で構成される。さらに、電池ブロック１０は、電池ホルダー４で電池セル１を定位置に配置しているが、電池ホルダー４及び電池セル１とケース２との間にできる空隙も拡散スペース２５となる。拡散スペース２５は、排出弁から瞬時的に排出される排出ガスを拡散し、排出ガスのエネルギーを減衰させて排気ダクト５に流入する。
　パック電池１００は、電池セル１の排出弁から噴射された排出ガスを拡散スペース２５に拡散して、拡散スペース２５でエネルギーを減衰させた後、さらに排気ダクト５でエネルギーを減衰してケース外に排出する。排気ダクト５は、排出ガスが内部を通過する抵抗で、排出ガスのエネルギーを減衰してケース外に排気する。さらに、ケース内で火炎を生じる場合でも、排気ダクト５を火炎が通過することで消炎することができ、火炎をケース外に放出することを防止できる。図１～図４の排気ダクト５は、厚さが幅よりも小さい形状の薄筒ダクト５Ａである。薄筒ダクト５Ａは、薄くして排出ガスの通過抵抗を大きくしてエネルギーを効果的に減衰でき、しかも狭いスペースに配置できる特徴がある。
　図２と図３のパック電池１００は、ケース２の表面プレート２１の内側であって、電池ブロック１０との間にできる隙間に薄筒ダクト５Ａを配置している。図３のパック電池１００は、回路基板３の両側に２列の薄筒ダクト５Ａを配置している。薄筒ダクト５Ａは、厚さ方向をケース２の厚さ方向とする姿勢で、ケース２の表面プレート２１の内側に配置される。図３と図４のパック電池１００は、ケース内の対向する辺に沿って一対の排気ダクト５を配置している。ケース２は直方体で、長方形の表面プレート２１の内側の両端部に、ケース２の幅方向に伸びる姿勢で２列に排気ダクト５を配置している。排気ダクト５は、排出ガスの通過抵抗が長さに比例して大きくなる。図１と図２のパック電池１００は、排気ダクト５の長さを、ケース２の横幅にほぼ等しくして、ガスの通過抵抗を大きくしている。排気ダクト５は、好ましくは、ケース２の横幅の６０％よりも長くして、排出ガスのエネルギーを効率よく減衰して排気する。
　図４の概略斜視図に示すパック電池１００は、ケース内に配置する電池セル１と排気ダクト５とを互いに交差する方向に伸びる姿勢で配置する。電池セル１は、長方形の表面プレート２１の長手方向に伸びる姿勢で配置され、排気ダクト５は、幅方向に伸びる姿勢で配置されて、電池セル１と排気ダクト５を直交する方向に配置している。電池セル１は、開弁する排出弁からケース２の長手方向に排出ガスを噴射し、排気ダクト５は、流入される排出ガスをケース２の幅方向に流して排気する。すなわち、排出ガスの噴射方向と、排気ダクト５の排気方向は互いに交差する姿勢となり、図にあっては直交する方向となり、排出ガスは、ケース内で方向変更して外部に排気される。
　なお、図１～図４において、電池セル１は、長方形の表面プレート２１の長手方向に伸びる姿勢で配置されたが、長方形の表面プレートの幅方向に伸びる姿勢で配置されても良い。この場合、排気ダクトは、長方形の表面プレートの長手方向に伸びる姿勢で配置される。このように配置することで、電池セルの排出弁からの排出ガス噴出方向と、排気ダクトの排気方向は、交差する姿勢となる。さらに、電池セルがケース内の高さ方向に伸びる姿勢で配置される場合、排気ダクトは、長方形の表面プレートの長手方向に伸びる姿勢または幅方向に伸びる姿勢のいずれの姿勢に配置されても良い。いずれの姿勢でも、電池セルからの排出ガスの噴射方向と、排気ダクトの排気方向は、交差する姿勢となる。
　排出弁からケース内に噴射された排出ガスは、図４の矢印で示す方向に流動してケース外に排気される。電池セル１の排出弁は、開口部をケース２の端部壁２４に対向して配置している。排出弁から噴射される排出ガスは、端部壁２４に向かって噴射される。端部壁２４の内側には耐熱カバー６を配置しているので、排出ガスは耐熱カバー６に衝突して周囲に飛散される。耐熱カバー６に衝突した排出ガスは、拡散スペース２５に流入して拡散される。拡散スペース２５に流入する排出ガスは、図の矢印で示すように、ケース２の内面に衝突し、分散され、方向転換されて排気ダクト５に流入する。図４の矢印で示すように、ケース２の内面に衝突し、分散し、方向転換してエネルギーを減衰して排気ダクト５に流入し、さらに排気ダクト５の抵抗でエネルギーを減衰してケース外に排気される。エネルギーを減衰してケース外に排気する構造は、ケース外での発火等の弊害を抑制して安全性を向上できる。
（実施形態２）
　図５の断面図に示すパック電池２００は、排気ダクト５の内部に耐熱繊維８を充填している。耐熱繊維８には、ロックウール等の無機繊維や金属繊維が使用できる。耐熱繊維８を充填している排気ダクト５は、短くして排出ガスの抵抗を大きくでき、また、耐熱繊維８の充填密度を調整して排出ガスの通過抵抗をコントロールできる特徴がある。
　本発明は排出ガスを安全に排気するパック電池に有効に使用できる。
１００、２００…パック電池
１…電池セル
２…ケース
２Ａ…上ケース
２Ｂ…下ケース
３…回路基板
４…電池ホルダー
５…排気ダクト
５Ａ…薄筒ダクト
６…耐熱カバー
７…ラベル
８…耐熱繊維
１０…電池ブロック
１１…電池組立
２１…表面プレート
２２…周壁
２３…側部壁
２４…端部壁
２５…拡散スペース
 

Claims (10)

  1. 　内圧が設定圧力を越えると開弁する排出弁を有する電池セルと、
    　前記電池セルを収納してなるケースとを備えるパック電池であって、
    　前記ケース内に前記排出弁からの排出ガスをケース外に排出する排気ダクトを配置しており、
    　前記排気ダクトは、
    　　排出側をケース外に開口して、流入側を前記ケース内に開口しており、
    　前記ケースは、
    　　排出ガスの拡散スペースを内部に設けており、
    　前記排出弁が前記拡散スペースに排出ガスを噴射し、
    　　拡散スペースの排出ガスを前記前記排気ダクトを介してケース外に排出する構造としてなるパック電池。
  2. 　請求項１に記載するパック電池であって、
    　前記排気ダクトは、厚さが幅よりも小さい形状の薄筒ダクトであり、
    　前記薄筒ダクトが、
    　　前記薄筒ダクトの厚さ方向を前記ケースの厚さ方向として前記ケース内に配置されてなることを特徴とするパック電池。
  3. 　請求項２に記載するパック電池であって、
    　複数の前記電池セルが、平行姿勢で同一平面に配置されて電池ブロックを構成しており、
    　前記電池ブロックと前記ケース内面との間に前記薄筒ダクトが配置されてなることを特徴とするパック電池。
  4. 　請求項１ないし３のいずれかに記載するパック電池であって、
    　前記ケース内の対向する辺に沿って一対の排気ダクトを配置してなることを特徴とするパック電池。
  5. 　請求項１ないし４のいずれかに記載するパック電池であって、
    　前記排気ダクトが、
    　　前記ケースの幅方向に伸びる姿勢で配置されて、
    　前記排気ダクトの全長が、前記ケースの幅方向の６０％よりも長いことを特徴とするパック電池。
  6. 　請求項１ないし５のいずれかに記載するパック電池であって、
    　前記排気ダクトが、
    　　前記ケースの長手方向に伸びる姿勢で配置されて、
    　前記排気ダクトの全長が、前記ケースの長手方向の６０％よりも長いことを特徴とするパック電池。
  7. 　請求項１ないし６のいずれかに記載するパック電池であって、
    　前記排気ダクトが、
    　　前記電池セルの長手方向に対して交差する方向に伸びる姿勢で前記ケース内に配置されてなることを特徴とするパック電池。
  8. 　請求項１ないし７のいずれかに記載するパック電池であって、
    　前記排気ダクトの排出側に、
    　　前記排出弁から排出される排出ガスで剥離され、あるいは溶融されるラベルを付着してなることを特徴とするパック電池。
  9. 　請求項１ないし８のいずれかに記載するパック電池であって、
    　前記電池セルが非水系電解液二次電池であることを特徴とするパック電池。
  10. 　請求項９に記載するパック電池であって、
    　前記電池セルがリチウムイオン電池であることを特徴とするパック電池。
     
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