JP2010027263A

JP2010027263A - 電池モジュール

Info

Publication number: JP2010027263A
Application number: JP2008184597A
Authority: JP
Inventors: Mikio Oguma; 幹男小熊; Tatsuo Horiba; 達雄堀場
Original assignee: Hitachi Vehicle Energy Ltd
Current assignee: Vehicle Energy Japan Inc
Priority date: 2008-07-16
Filing date: 2008-07-16
Publication date: 2010-02-04

Abstract

【課題】異常状態に陥っても安全性を確保することができる電池モジュールを提供する。
【解決手段】電池モジュール６０は、８個の単電池が積層配置された組電池３０と、組電池３０の一側に配置され組電池３０の最高電位側の単電池の端子を正極外部端子１６に接続する接続部材および組電池３０と接続部材との間に配置された押しゴマとを有し、組電池３０を構成する単電池が電池異常時に膨張したときに、押しゴマの移動により接続部材を破断して組電池３０の最高電位側の単電池の端子と正極外部端子１６との接続を遮断するための電流遮断機構４０と、電流遮断機構４０を構成する接続部材と並列に、組電池３０の最高電位側の端子と正極外部端子１６と間に接続された抵抗器５０（４７０Ω、５Ｗ）と、を備えている。
【選択図】図３

Description

本発明は電池モジュールに係り、特に、単一または積層配置された複数の二次電池を備えた電池モジュールに関する。

従来、例えば、電気自動車などの電源として用いられる大電流充放電用途の二次電池には、いわゆる円柱密閉型の単電池を多数個（例えば４０〜１００個）直列ないし直並列に接続した電池モジュールが用いられている。

一方、円柱密閉型電池は、複数個配設したときに空間占有率が低く体積効率に劣るため、角型の電池容器を用いた角型電池が提案されている。この角型電池の中には、扁平状の電極群を電池容器に収容した扁平状電池も含まれる。また、円柱密閉型電池はコスト低減のため一般に鉄系容器が用いられているが、鉄は比重が大きく電池の重量効率を高める上で大きな制約となっている。このため、アルミニウム箔などをガスバリア層として内層に組込んだラミネートフィルムを電池容器として用いたいわゆるラミネート電池が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

ところで、円柱密閉型単電池の中には、充電装置の故障や誤用などのために過充電状態となった場合に備え、ガス発生による内圧上昇を利用して、電池内部の電路に設けた脆弱部を破断させることによって爆発に至る前に電流を遮断する、いわゆる電流遮断機構が組み込まれているものがある。また、電池缶の開口部を封口する封口板の上部に温度ヒューズやＰＴＣ（Positive
Temperature Coefficient）素子を設けて温度上昇時に電流を遮断する技術も開示されている（例えば、特許文献２参照）。

特開昭６０−２３０３５４号公報特開２００４−１７８９９４号公報

しかしながら、単電池の内部に電流遮断機構等を組み込むと、電流遮断機構等が作動した場合に、過充電状態の電極群と単電池の外部端子との導通が絶たれてしまうため、過充電状態の電極群を安全な状態まで放電させることができない。一方、角型電池やラミネート電池では、その形状や容器の耐圧などの関係で、電流遮断機構等を個々の単電池に内蔵させることは難しい。このため、過充電状態でガスが発生すると、安全弁が作動するか、あるいは電池容器が破裂してガスは排出されるが、電流を遮断することはできないため、電流がなお流れ続け発火や爆発に至るおそれがある。角型電池やラミネート電池におけるこのような問題を解決するために、本発明者らは過充電時の内圧上昇を利用して、電池モジュールの電路内に設けた脆弱部を破断させる電流遮断機構を提案している（特願2007-298952、特願2007-298976）。この電流遮断機構によれば、電池モジュールの正負極外部端子が短絡しても電流は流れなくなるため短絡事故を防止することができる。しかしながら、内蔵された二次電池は過充電状態のままとなり、安全な状態まで放電させることは難しい。

本発明は上記事案に鑑み、異常状態に陥っても安全性を確保することができる電池モジュールを提供することを課題とする。

上記課題を解決するため、本発明は、電池モジュールであって、単一または積層配置された複数の二次電池と、前記二次電池の一側に配置され前記二次電池の最高電位または最低電位側の端子を正負極外部端子のいずれか一方の外部端子に接続するかまたは前記二次電池の接続経路中に挿入された接続部材と、前記二次電池または前記積層配置された二次電池の一部と前記接続部材との間に配置された押しゴマとを有し、前記二次電池が電池異常時に膨張したときに、前記押しゴマの移動により前記接続部材を破断して前記外部端子との電気的接続を遮断するための電流遮断機構と、前記電流遮断機構を構成する接続部材と並列に接続された抵抗器と、を備える。

本発明では、通常時において、単一または積層配置された複数の二次電池の一側に配置され二次電池の最高電位または最低電位側の端子を正負極外部端子のいずれか一方の外部端子に接続するかまたは二次電池の接続経路中に挿入された接続部材を介して、二次電池は正負極外部端子に接続されている。このため、電池モジュールは二次電池を電源として外部に電力を供給しまたは外部から電力が充電される蓄電システムとして機能する。一方、電池異常時には、二次電池が内部ガスの発生により膨張し、押しゴマの移動により接続部材が破断され外部端子との電気的接続が遮断されるため、二次電池が過充電等の電池異常状態に陥っても、それ以上の充電が防止できる。また、接続部材と並列に抵抗器が接続されているため、正負極外部端子を導線で短絡させることにより、微弱電流で、電池モジュールを構成する二次電池を安全な状態まで放電させることができる。従って、本発明によれば、異常状態に陥っても安全性を確保することができる。

本発明において、抵抗器は、電流遮断機構を構成する接続部材が破断して外部端子との電気的接続が遮断された状態で正負極外部端子間が短絡したときに流れる電流値が０．１Ａ以下となるように抵抗値が設定されていることが好ましく、該電流値での正負極外部端子間の連続短絡通電に耐え得る定格を有することがより好ましい。二次電池には、ラミネートフィルムを電池容器としたリチウムイオン電池や角型電池容器を有するリチウムイオン電池を用いるようにしてもよい。

本発明によれば、電池異常時に、二次電池が内部ガスの発生により膨張し、押しゴマの移動により接続部材が破断され二次電池の端子と外部端子との接続が遮断されるので、二次電池が電池異常状態に陥っても、それ以上の充電が防止できるとともに、接続部材と並列に、二次電池の端子と外部端子と間に抵抗器が接続されているので、正負極外部端子を導線で短絡させることにより、微弱電流で、電池モジュールを構成する二次電池を安全な状態まで放電させることができる、という効果を得ることができる。

以下、図面を参照して、本発明をハイブリッド自動車用の電池モジュールに適用した実施の形態について説明する。

（構成）
図１に示すように、本実施形態の電池モジュール（以下、単にモジュールという。）６０は、可撓性のラミネートフィルムを電池容器に用いたラミネート電池（以下、単電池という。）２０を８個接続した組電池３０を有している。この組電池３０および後述する電流遮断機構、抵抗器等の全体がアルミニウム合金製のフレーム（図１では鎖線で表示）内に組み込まれてモジュール６０が構成されている。

＜組電池＞
８個の単電池２０は正負極端子がそれぞれ交互となるように配設されており、各単電池２０は対向する２面に平面部を有している。隣り合う単電池２０は平面部同士が対向するように配設されており、隣り合う単電池２０同士が両面テープで貼り合わされている。従って、組電池３０は単電池２０が積層状態で配設されている。隣り合う単電池２０の端子同士はニッケル板を用いて抵抗溶接により接合されており、８個の単電池２０は直列接続されている。８個の単電池２０のうち一側（図１の右側）に配設された最高電位側の単電池２０ａは、電池容量が他の７個の単電池２０より５％程小さく設定されている。組電池３０を構成する単電池のうち単電池２０ａと反対側に配置された最低電位側の単電池２０の負極端子は、モジュール６０の負極外部端子１５に接続されている。

図２に示すように、組電池３０を構成する単電池２０は、外装体（電池容器）に２枚の矩形状のラミネートフィルム（以下、単に、フィルムという。）１、１’が使用されている。フィルム１、１’は、ポリプロピレン（ＰＰ）フィルム−アルミニウム箔−ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルムが重ね合わされている。フィルム１、１’間には、電極群４が封入されている。電極群４の一側に位置するフィルム１’は平面状に形成された平面状フィルムであり、他側に位置するフィルム１は略中央部が凸状に成形されたカップ状フィルムである。フィルム１’の対向する２辺には、正極端子２および負極端子３がそれぞれ２つずつ先端部を互いに反対方向の外側に向けて突出配置されている。フィルム１、１’の周縁部の４辺は溶着部１０が熱溶着で封止されており、単電池２０は密閉構造が採られている。各正極端子２および各負極端子３は溶着部１０に封止材１１を介して挟み込まれている。

電極群４は、正極板１９枚と負極板２０枚とが交互に重ねられている。正極板は、熱溶着で袋状に成形されたセパレータに挿入されている。セパレータには、例えば、厚さ２５μｍのポリエチレン製多孔膜が用いられている。正極板および負極板は、正極端子２および負極端子３が互いに反対方向に導出されるように重ねられている。正極端子２および負極端子３は、フィルム１、１’の対向する２辺間の水平中心線に対して対称となるように配置されている。２つの正極端子２および２つの負極端子３は、正極ストラップ６および負極ストラップ８の中心（対向する２辺の中心）を通り垂直中心線に対してそれぞれ対称の位置に形成されている。すなわち、正極端子２、負極端子３は、それぞれ正極ストラップ６、負極ストラップ８を介してフィルム状容器の対向する２辺から２つずつ導出されている。

正極端子２と一体に形成された正極ストラップ６には、アルミニウム合金Ａ３００３−Ｈ１２（日本工業規格）が用いられており、電解液に接するおそれのない正極端子２の部分（電池外部に露出した部分）にのみ、片面にニッケル板がクラッド加工されている。一方、負極端子３と一体に形成された負極ストラップ８には、銅板Ｃ１０２０−１／２Ｈ（日本工業規格）が用いられており、電池外部に露出した負極端子３の部分にのみ両面にニッケル板がクラッド加工されている。正極ストラップ６、負極ストラップ８は、正極集電体の活物質未塗布部７、負極集電体の活物質未塗布部９にそれぞれ超音波溶接されている。正極端子２および負極端子３には、水平中心線に対して平行となるように導出幅方向の略中央部に位置合わせ用の円形状の基準穴５が形成されている。正極端子２、負極端子３には、導出幅方向の一側にそれぞれ矩形状の切り欠き部２’、切り欠き部３’が形成されている。

単電池２０の組立時には、電極群４がフィルム１の略中央部に載置され、フィルム１’が載せられて、４辺の溶着部１０が熱溶着される。この際、一部熱溶着せずに残しておいたフィルム１、１’の合わせ面から注射器を用いて所定量の電解液が注入された後、再度この部分が熱溶着されて密封され、単電池２０が作製される。一連の組立作業の間、基準穴５にピン（不図示）を挿入して正極端子２、負極端子３を位置決めすることで、所要の寸法精度が得られる。なお、単電池２０の定格容量は１０Ａｈである。単電池２０ａは、正極板１８枚と負極板１９枚とを用いて電極群４を構成する以外は、単電池２０と同様にして作製されたものであり、定格容量は９．５Ａｈである。

電極群４を構成する正極板の作製時には、平均粒径１０μｍのマンガン酸リチウムと、平均粒径３μｍの炭素粉末と、結着剤としてポリフッ化ビニリデン（商品名：ＫＦ＃１２０、呉羽化学工業（株）製）とが、分散溶媒のＮ−メチル−２−ピロリドンに混合されてスラリが作製される。このスラリが厚さ２０μｍのアルミニウム箔（正極集電体）の両面に塗布され、乾燥後、プレスされて一体化される。その後、所定幅に切断されて短冊状の正極板が作製される。

一方、負極板の作製時には、平均粒径２０μｍの炭素粒子と、結着剤としてポリフッ化ビニリデン（商品名：ＫＦ＃１２０、呉羽化学工業（株）製）とが分散溶媒のＮ−メチル−２−ピロリドンに混合されてスラリが作製される。このスラリが厚さ１０μｍの銅箔（負極集電体）の両面に塗布され、乾燥後、プレスされて一体化される。その後、所定幅に切断されて負極板が作製される。

＜電流遮断機構＞
図１に示すように、単電池２０ａには、隣り合う単電池２０と反対側の平面部の略中央に、単電池２０、２０ａのいずれかが膨張したときの膨張力を受ける円板状の受圧板１３が両面粘着テープで固着されている。受圧板１３には、フェノール樹脂などの不導電性で剛性を有する材質が使用されている。受圧板１３の単電池２０ａと反対側には、単電池２０、２０ａが膨張したときに電流を遮断するための押しゴマ１４が配置されている。押しゴマ１４には不導電性の材質が使用されている。押しゴマ１４は、受圧板１３側に円板状の基部１４ａを有している。基部１４ａは、受圧板１３側の一面が受圧板１３に当接可能な平面状に形成されており、基部１４ａの直径は、受圧板１３のそれより小さく設定されている。基部１４ａの受圧板１３と反対面（他面）側には、略円柱状の２つの突出部１４ｂが基部１４ａの中心近傍に突設されている。この２つの突出部１４ｂの突出長さは同じである。このため、押しゴマ１４は断面が略π字状の形状を呈している。

押しゴマ１４の受圧板１３と反対側には、アルミニウム合金製で円板状の導電板１７が配置されている。すなわち、導電板１７は単電池２０ａと対峙するように配置されている。導電板１７には、押しゴマ１４の突出部１４ｂに対応する位置に突出部１４ｂが貫通可能な２つの円形状の貫通穴１７ａが形成されている。換言すれば、導電板１７には、突出部１４ｂと同数の貫通穴１７ａが形成されている。導電板１７の押しゴマ１４と反対側には、アルミニウム合金製でダイアフラムとして機能する導電板１８が配置されている。導電板１８の中央は、平面状で導電板１７側に突出しており、導電板１７に形成された貫通穴１７ａを覆っている。導電板１７および導電板１８の中央同士は、摩擦攪拌接合により接合部２１で接合されている。このため、押しゴマ１４の突出部１４ｂが導電板１７に形成された貫通穴１７ａを貫通することで、突出部１４ｂの先端が導電板１８に接触する。導電板１８の外周部は、導電板１７の外周部とは離間されており、導電板１７、１８間には円環状の絶縁部材１９が介在している。また、導電板１８の導電板１７と反対面の外周部には、絶縁部材１９と対応するように絶縁部材１９’が配置されている。

導電板１７は単電池２０ａの正極端子に接続されており、導電板１８はモジュール６０の正極外部端子１６に接続されている。従って、導電板１７、１８および接合部２１（厳密にはさらに絶縁部材１９、１９’を含む。）は、単電池２０ａの正極端子を正極外部端子１６に接続するための接続部材を構成している。電流遮断機構４０は、この接続部材と上述した押しゴマ１４とで構成されており、組電池３０を構成する単電池２０、２０ａが電池異常時に膨張したときに、押しゴマ１４の移動により接続部材（接合部２１による導電板１７、１８の接合）を破断して単電池２０ａの正極端子とモジュール６０の正極外部端子１６との接続を遮断する機能を有している。なお、接続部材４０の抵抗値は極めて小さく、本実施形態での実測値は０．３４ｍΩである。

＜抵抗器＞
また、本実施形態のモジュール６０では、図３に示すように、電流遮断機構４０を構成する接続部材と並列に、すなわち、単電池２０ａの正極端子とモジュール６０の正極外部端子１６との間に（図１のＡ、Ｂの間に）、抵抗値４７０Ω、定格５Ｗの抵抗器５０が挿入（接続）されている。

（動作等）
次に、本実施形態のモジュール６０の動作等について説明する。

＜通常時＞
本実施形態では、単電池２０ａの正極端子に接続された電導板１７と、正極外部端子１６に接続された導電板１８とが、接合部２１を介して接続されている。つまり、組電池３０の最高電位側は接続部材を介して正極外部端子１６に接続されている。このため、モジュール６０は、組電池３０を電源として外部に電力を供給しまたは外部から電力が充電される蓄電システムとして機能する。なお、本実施形態の単電池２０、２０ａはリチウムイオン電池のため、モジュール６０を機能させる（充放電を行う）際には、各単電池の充電状態（ＳＯＨ）がほぼ均一となるように制御する制御回路（不図示）が接続される。

上述したように、電流遮断機構４０の接続部材の抵抗値は極めて低く（０．３４ｍΩ）、抵抗器５０の抵抗値は４７０Ω（定格５Ｗ）のため、通常状態（電池異常時以外の状態で本例ではモジュール６０が車両に搭載され蓄電システムとして正常に機能している状態）では、組電池３０の充放電電流はほとんど電流遮断機構４０を通って流れ、抵抗器５０には全電流のおよそ１／１，４００，０００の微弱電流が流れるに過ぎない。よって、抵抗器５０の発熱によるエネルギー損失は無視することができる。なお、通常時において、押しゴマ１４は配置されたその位置を維持している（移動しない）。

＜電池異常時＞
電池異常状態を模擬的に試験するために、図３に示すように、車両側に相当する模擬装置１００をモジュール６０に接続した。模擬装置１００は、一端が正極外部端子１６に接続され他端が切換スイッチ９２に接続されたメインスイッチ９１と、一端が負極外部端子１５に接続され他端が切換スイッチ９２に接続可能な可変抵抗器９３と、一端が負極外部端子１５に接続され他端が切換スイッチ９２に接続可能な充電装置９４とで構成されている。可変抵抗器９３は車両の負荷を模したものであり、充電装置９４は最大４０Ｖ、２Ａの出力が可能である。可変抵抗器９３と充電装置９４とは、充電状態を制御する機構を模した切換スイッチ９２によって切り替えることができる。

模擬装置１００のメインスイッチ９１をオン状態とし、切換スイッチ９２を充電装置９４側に切り換えて、連続充電状態とした。およそ１６時間後に電池内部でガス発生が起こり、電流遮断機構４０が作動して電流が遮断された。

すなわち、単電池２０、２０ａが過充電状態となり単電池内部で電解液が分解してガスが発生し外装体のフィルム（電池容器）が膨張する。これにより、単電池２０ａに固着された受圧板１３は押しゴマ１４を接続部材側（図１の右側）に移動させ、突出部１４ｂの先端部が導電板１８の中央を押圧して導電板１７、１８の接合部２１を破断し、さらにダイアフラム状の導電板１８を反転させる。導電板１８は一旦反転すると元には戻らず、充電装置９４側からの充電に対し遮断された状態が維持される。

その後、充電装置９４からの充電電流は抵抗器５０のみを通って流れるが、上述したように抵抗器５０の抵抗値が極めて大きいので、流れる電流は微弱になる。本実施形態のモジュール６０での実測値はおよそ８ｍＡであった。このとき、前述の制御回路に異常がなければ、抵抗器５０の両端子間の電圧はほぼ０Ｖから３．８Ｖ程度まで急上昇するため、異常を検知してメインスイッチ９１をオフ状態に移行させるなどの処置が可能になる。模擬装置１００ではそのような制御機構が省略されているので、なお充電電流が流れ続けたが、電流が微弱であるため２４０時間経過後も単電池２０、２０ａの破裂・発火は起こらなかった。

電流遮断機構４０が作動した場合は、モジュール６０を車両から取り外し、モジュール６０の正極外部端子１６と負極外部端子１５とを導線を用いて短絡させることにより、抵抗器５０を介して微弱電流で組電池３０を安全な状態となるまで放電させることができる。本実施形態では４７０Ωの抵抗器５０を用いたので、短絡時の初期電流が０．０８Ａ程度であった。また、抵抗器５０に定格５Ｗの抵抗器を用いているので完全放電まで十分耐えることができた。すなわち、モジュール６０の両極外部端子間を短絡させたときに流れる電流が０．１Ａ以下となるよう抵抗器５０の抵抗値を選択したので、抵抗器５０の負荷電力を概ね５Ｗ以下の程度に抑えることできる。このため、抵抗器５０は小形の抵抗器で十分である。これに対し、抵抗値を小さくすれば、より短時間で放電させることができるが、抵抗器の負荷電力が大きくなり、定格の大きな抵抗器が必要となるため、モジュール６０の体積効率の低下やコスト上昇を招くことになる。なお、電流が０．１Ａ程度でも、短絡したまま１０日間ほど放置すれば、過充電状態の電池をほぼ完全放電状態とすることができる。

ところで、単電池２０の電池容量にはある程度のバラツキが生じることが避けられないため、モジュール６０に組み込まれた単電池のうち押しゴマ１４に当接可能な単電池の電池容量が偶然大きかった場合には、例えば、過充電状態になっても当該電池容量の大きな単電池ではガス発生が遅れることがある。このため、単電池２０のいずれかが膨張しても押圧力が押しゴマ１４に十分に伝達されず、押しゴマ１４で電流が遮断される前に、他の比較的電池容量の小さい単電池が発火や内圧上昇による破裂に至る可能性がある。モジュール６０では、押しゴマ１４に当接可能な単電池２０ａの電池容量が他の単電池２０より５％小さく設定されている。このため、過充電状態等では単電池２０ａの内圧上昇が他の単電池２０より早くなるので、押しゴマ１４に単電池２０ａの膨張による押圧力が伝わることで確実に充電電流を遮断することができる。また、モジュール６０では、電極群４が正極板および負極板が重ね合わされた積層式で形成されているため、正極板および負極板の構成枚数を減少することで単電池２０より電池容量の小さい単電池２０ａを容易に作製することができる。

なお、本実施形態では、π字状の押しゴマ１４とダイアフラムとして機能する導電板１８とを有する電流遮断機構４０を例示したが、本発明はこれに限るものではない。例えば、図４および図５に示すように、ブロック状ないし円柱状の押しゴマ２４の受圧板１３と反対側に、アルミニウム合金製で矩形状のリード板２７を配置するようにしてもよい。リード板２７の長手方向の略中央部には、長手方向と直交する幅方向の両側にプレスによる抜き加工で三角状の切り欠きが形成されている。すなわち、リード板２７は略中央部に狭隘部２８を有している。狭隘部２８では、最小幅を示す中央部３３がリード板２７の脆弱部を構成する。

リード板２７の押しゴマ２４と反対側には、リード板２７を支持する支持部材２９が配置されている。支持部材２９は円形状に形成されており、フェノール樹脂等の不導電性の材質が使用されている。支持部材２９の一面側には、リード板２７が中央部３３より下側の部分で支持されている。このため、押しゴマ２４と支持部材２９とがリード板２７の中央部３３に対して上下反対側に位置している。支持部材２９の他面側およびリード板２７の中央部３３より上側の部分は、図示を省略したフレームに支持されている。支持部材２９は、リード板２７側の上端に突起部３２を有している。突起部３２は支持部材２９と一体に形成されている。突起部３２は、舌状でリード板２７の中央部３３に対応する位置に配置されている。換言すれば、突起部３２は中央部３３を含む狭隘部２８に接するように配置されている。

リード板２７は、中央部３３を挟んで一方の端部が単電池２０ａの正極端子に接続されており、他方の端部が正極外部端子１６に接続されている。このため、中央部３３を含むリード板２７を介して正極外部端子１６と単電池２０ａの正極端子とが接続されている。この態様では、リード板２７が接続部材を構成しているが、厳密には接続部材に支持部材２９、突起部３２も含まれる。電流遮断機構４０’は、この接続部材と上述した押しゴマ２４とで構成されている。なお、電流遮断機構４０’を構成する接続部材と並列に、すなわち、単電池２０ａの正極端子とモジュール６０’の正極外部端子１６との間に（図４のＡ、Ｂの間に）、抵抗値４７０Ω、定格５Ｗの抵抗器５０が挿入されている。

モジュール６０’が、装置の故障などにより過充電状態になった場合には、電池が異常状態となり、電解液の気化や分解等により電池内部でガスが発生し、内圧が上昇する。内圧上昇により単電池２０、２０ａのいずれかが膨張すると、単電池２０のうち単電池２０ａと反対側に配置された単電池２０がモジュール６０’の図示を省略したフレームに支持されているため、受圧板１３が押しゴマ２４側に押圧されて押しゴマ２４に当接する。このため、押しゴマ２４がリード板２７側に押圧されて移動してリード板２７が押しゴマ２４で押される。これにより、リード板２７の中央部３３が破断するので、単電池２０ａと正極外部端子１６との接続が断たれ、モジュール６０’の正極側導電経路が遮断される。

また、支持部材２９がリード板２７側の上端に舌状の突起部３２を有しており、突起部３２がリード板２７の中央部３３を含む狭隘部２８に接するように配置されている。このため、中央部３３が破断された後に、破断した中央部３３の上側の破断端部が突起部３２を介して下側の破断端部と反対側に回り込む。これにより、破断した中央部３３の破断端部同士を突起部３２により離隔することができる。電池容器のフィルムの破損や電池温度の低下等により内圧が低減しても、破断したリード板２７が弾力性で元の状態に戻ることがないので、破断端部同士が再び接触して電流が流れることを防止することができる。

さらに、電流遮断機構４０’が作動した場合は、モジュール６０’を車両から取り外し、モジュール６０の正極外部端子１６と負極外部端子１５とを導線を用いて短絡させることにより、抵抗器５０を介して微弱電流で組電池３０を安全な状態となるまで放電させることができる。

また、本実施形態では、単電池にラミネート電池を例示したが、本発明はこれに制約されるものではない。例えば、組電池３０を構成する単電池には、金属製（例えば、ステンレスやニッケルメッキした鉄）の角型容器を有するリチウムイオン電池を用いることができる。このようなリチウムイオン電池には、正負極板をセパレータを介して積層配置した電極群のほか、正負極板をセパレータを介して捲回した扁平状の電極群を用いるようにしてもよい。本発明者らは、このような角型電池は、概ね内圧が１気圧（１０１．３２５ｋＰａ）上昇すると約５ｍｍ膨張するという事実を把握しており、単電池を複数個並置（積層配置）した場合に電流遮断機構が十分に機能するものと考えている。

さらに、本実施形態では、単電池２０ａの押しゴマ１４側の平面部に受圧板１３を固着する例を示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、単電池２０ａの平面部が直接押しゴマ１４に当接するようにしてもよい。押しゴマ１４より面積が大きく、剛性を有する受圧板１３を介して押しゴマ１４を押す構造とすることにより、単電池２０、２０ａのいずれかが膨張したときの膨張力が有効に押しゴマ１４に伝達されるので、電流遮断を確実に行うことができる。また、本実施形態では、受圧板１３、押しゴマ１４に不導電性の材質を例示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、フィルム１、１’が不導電性であれば、受圧板１３、押しゴマ１４に導電性の材質を使用してもよい。

また、本実施形態では、導電板１８をモジュール６０の正極外部端子１６に接続し、導電板１７を単電池２０ａの正極端子に接続して正極側の導電経路を構成する例を示したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、導電板１８を単電池２０ａの正極端子に接続し、導電板１７を正極外部端子１６に接続してもよい。もちろん、押しゴマ１４を使用して電流を遮断する機構を負極側に設けることも可能である。この場合には、例えば、導電板１８をモジュール６０の負極外部端子１５に接続し、導電板１７を単電池２０ａと反対側の最外側に位置する単電池２０の負極端子に接続することで実現することができる。またさらに、電流遮断機構４０は単電池２０の接続経路中に挿入するようにしてもよく、このような態様でも、電池異常時に積層配置された単電池２０の一部が押しゴマ１４、２４を押圧して外部端子との電気的接続を遮断することが可能である。

さらに、本実施形態では、電流遮断機構４０の確実性を担保するために、単電池２０ａの電池容量を単電池２０より５％小さくする例を示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、３〜９％の範囲で小さくすることが好ましい。しかしながら、製造上の都合等でやむを得ない場合は、組電池３０を構成する単電池の電池容量を同じとしても、比較上での問題で、電流遮断機構４０の確実性を大幅に損なうものではない。

またさらに、本実施形態では、導電板１７、１８の接合に摩擦攪拌接合を例示したが、抵抗溶接で接合するようにしてもよい。また、導電板１７、１８をアルミニウム合金製とする例を示したが、導電性を有する材質であれば特に制限されるものではない。モジュール全体の軽量化を考慮すれば、アルミニウム合金を使用することが好ましい。さらに、本実施形態では、押しゴマ１４の突出部１４ｂを２つ形成した例を示したが、例えば、３つ、４つ等とすることも可能である。突出部１４ｂの形状についても円柱状に制限されるものではないことはもちろんである。この場合には、導電板１７に突出部１４ｂと同数の貫通穴１７ａを突出部１４ｂに対応するように（形状も含めて）形成しておくことが必要である。また、本実施形態では、受圧板１３、押しゴマ１４の基部１４ａ、導電板１７、１８をそれぞれ円形状とする例を示したが、本発明はこれらの形状に制限されるものではなく、例えば、矩形状等としてもよい。

また、本実施形態では、８個の単電池２０を直列接続する例を示したが、本発明は単電池の個数に制限されるものではなく、直列接続以外に直並列接続等の接続形態としてもよい。そして、本実施形態では、複数個の単電池で構成した二次電池モジュールの例を説明したが、本発明はこれに制限されるものではなく、モジュール６０が一個の単電池（単一電池）で構成されている場合にも適用可能である。

本発明は異常状態に陥っても安全性を確保することができる電池モジュールを提供するものであるため、電池モジュールの製造、販売に寄与するので、産業上の利用可能性を有する。

本発明が適用可能な実施形態の電池モジュールを模式的に示す断面図である。実施形態の電池モジュールを構成する単電池の凸状フィルムを除いた状態の平面図および側断面図である。実施形態の電池モジュールと模擬装置とを接続したときの回路図である。本発明が適用可能な他の実施形態の電池モジュールを模式的に示す断面図である。他の実施形態の電池モジュールに組み込んだリード板の狭隘部を模式的に示す説明図である。

符号の説明

１４、２４押しゴマ
１５負極外部端子
１６正極外部端子
１７、１８導電板（接続部材の一部）
２１接合部（接続部材の一部）
２７リード板（接続部材の一部）
３０組電池（二次電池）
４０、４０’ 電流遮断機構
５０抵抗器
６０、６０’ 電池モジュール

Claims

単一または積層配置された複数の二次電池と、
前記二次電池の一側に配置され前記二次電池の最高電位または最低電位側の端子を正負極外部端子のいずれか一方の外部端子に接続するかまたは前記二次電池の接続経路中に挿入された接続部材と、前記二次電池または前記積層配置された二次電池の一部と前記接続部材との間に配置された押しゴマとを有し、前記二次電池が電池異常時に膨張したときに、前記押しゴマの移動により前記接続部材を破断して前記外部端子との電気的接続を遮断するための電流遮断機構と、
前記電流遮断機構を構成する接続部材と並列に接続された抵抗器と、
を備えた電池モジュール。
前記抵抗器は、前記電流遮断機構を構成する接続部材が破断して前記外部端子との電気的接続が遮断された状態で前記正負極外部端子間が短絡したときに流れる電流値が０．１Ａ以下となるように抵抗値が設定されたことを特徴とする請求項１に記載の電池モジュール。
前記抵抗器は、前記電流値での前記正負極外部端子間の連続短絡通電に耐え得る定格を有することを特徴とする請求項２に記載の電池モジュール。
前記二次電池はラミネートフィルムを電池容器としたリチウムイオン電池であることを特徴とする請求項１に記載の電池モジュール。
前記二次電池は角型電池容器を有するリチウムイオン電池であることを特徴とする請求項１に記載の電池モジュール。