JP2017084603A - 電池モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】電池とバスバーを接続する接続線（ヒューズ）が溶断した後、導電性異物の付着による再導通を防止する。【解決手段】正極１４を上に向けて配置された電池１２からなる電池群８６，９０に対して上部正極バスバー９６，１００が設けられている。上部正極バスバー９６，１００は、正極１４と接続し、かつヒューズ機能を有する正極接続線３８を含む。さらに、上部正極バスバー９６，１００を覆う保護カバー４４，４６を有する上部保護カバー板４２が設けられている。正極接続線３８は、上部保護カバー板の保護カバー４４，４６によって覆われており、上部保護カバー板４２により電池１２から上部排気室５４に排出されたガスから遮蔽される。これにより、排出ガス中に含まれる導電性異物が溶断後の接続線に付着することが防止される。【選択図】図２

Description

本発明は、複数の電池を含む電池モジュールに関し、特に複数の電池の接続に関連する構造に関する。

複数の電池を電気的に接続した組電池を有する電池モジュールが知られている。下記特許文献１には、複数のリチウムイオン電池セル（１４０）からなる組電池（１２０）をケーシング（１１０）の内部に収納した電池モジュール（１００）が開示されている（段落００５６，００７０参照）。複数のリチウムイオン電池セル（１４０）は、バスバーによって電気的に接続されている。なお、（ ）内の符号は、下記特許文献１で用いられた符号であり、本願の実施形態の説明で用いられる符号とは関連しない。

特開２０１０−１１３９９９号公報

複数の電池を接続する場合、電池を接続するための部材を簡素化することが求められる。例えば、一部の故障した電池を他の電池から電気的に切断するヒューズを、電池を接続するためのバスバーに一体に設け、部品数の低減を図ることが考えられる。一方、電池の内圧の上昇により電池からガスが排出された場合に、この排出ガスを適切に導くことが求められる。ヒューズが溶断した後、この溶断部分に電池からの排出ガスに含まれる導電性の異物が付着すると、ヒューズ部分が再導通する場合がある。

本発明は、溶断後のヒューズ部分の再導通を抑えることを目的とする。

本発明に係る電池モジュールは、所定の電気的接続がなされた複数の電池を含む。個々の電池は長手方向の一方の端に第１極（例えば、正極）が他方の端に第２極（例えば負極）が設けられ、第２極が設けられた端には電池の内圧が高まったときにこれを解放するための内圧解放構造が設けられている。このような電池が長手方向をそろえて並列配置されている。複数の電池は、複数の電池群のいずれか１つに属する。同じ電池群に属する電池は極の向きがそろえられている。つまり、同じ電池群に属する各電池の第１極が全て同じ向きを向いている。一方、隣接する電池群に属する電池は極の向きが逆向きとなっている。つまり、ある電池群に属する電池の第１極の向きと、この電池群に隣接する電池群の第１極の向きは反対である。

各電池群に対応して、当該電池群に属する各電池の第１極同士を電気的に接続する第１極バスバーが設けられている。第１極バスバーは、バスバー本体と、バスバー本体と個々の電池を電気的に接続する接続線を含む。接続線は、この接続線が接続された電池に過大な電流が流れたときに溶断するヒューズとなる。

複数の電池の各長手方向における両方の端にそれぞれ対向するように２つの排気室が形成されている。排気室は、電池の内圧解放構造から排出された排出ガスを受ける。

第１極バスバーと排気室の間に保護カバーが配置されている。保護カバーは第１極バスバーの接続線が排気室に対して露出しないようにしている。

保護カバーが、排気室に排出された電池からの排出ガスを遮蔽することで、排出ガスに含まれる導電性異物が溶断した接続線に付着することが妨げられ、接続線の再導通が抑制される。

本実施形態の電池モジュールの分解斜視図である。 本実施形態の電池モジュールの断面図である。 上部バスバーモジュール内のバスバーの構成を示す図である。 下部バスバーモジュール内のバスバーの構成を示す図である。 正極接続線の詳細を示す図である。 負極接続線の詳細を示す図である。

以下、本発明の実施形態を図面に従って説明する。図１は、本実施形態の電池モジュール１０の分解斜視図、図２は断面図である。以下の説明において、上下左右、側方、手前、奥などの方向および向きを表す語句は、特段の断りがない限り、説明に用いている図における方向を示し、電池モジュール１０を使用状態等の特定の状態に配置したときの方向および向きを限定するものではない。

電池モジュール１０は、複数の電池１２を収容する。電池１２は、１列に１５本、４列に並び、所定の電気的接続がなされて、組電池を形成している。電池１２の形状は略円柱状であり、円柱の一端に正極１４が、他端に負極１６が設けられている。図において、円柱の端に設けられた突起が正極１４を表し、反対側の端の平坦な端面が負極１６を表している。電池１２は、正極１４が上を向いているもの、下を向いているものの両者がある。この電池１２の向きについては後に詳述する。各電池１２は、その下端部が電池ホルダ１８に保持される。電池ホルダ１８は略板形状であり、板平面に収容孔２０が二次元的に配置されている。この実施形態では、収容孔２０は、図１において右手前から左奥に向けて延びる列が４列配置され、隣の列の収容孔２０同士は、半ピッチずれて配置されている。各収容孔２０は、電池１２の円柱形状と嵌まり合う円筒形状であり、この円筒内に電池１２が挿入され、電池ホルダ１８に保持される。収容孔２０の円筒中心軸線方向の長さは、保持した電池１２がぐらつかないよう十分な長さとなっている。収容孔２０は、電池ホルダ１８を、その板厚方向において貫通しており、電池１２の下端は下方に露出している。

電池１２は、内部の圧力が高まったときに、この圧力を解放するための内圧解放構造が設けられている。具体的には、内圧が所定の値より高くなると開き、内部で発生したガスを排出する排出弁が設けられている。排出弁は、この電池１２においては、負極１６側の端に設けられている。これにより、排出ガスを放出する部位および放出の向きを定めることができ、予期しない方向にガスが排出されないようにしている。

電池ホルダ１８に保持され二次元的に配列された電池１２全体の側方および上方を囲うように保持ケース２２が設けられている。保持ケース２２は、その下端が電池ホルダ１８の上面に当接した状態で、電池ホルダ１８に固定されている。保持ケース２２は、複数の電池１２の周囲を囲む側面板２４と、電池を囲む天井板２６を含む。天井板２６には、配列された各電池１２にそれぞれ対応する保持開口２８が設けられている。天井板２６の下面において、保持開口２８の周縁には段が形成されており、段の部分が各電池１２の上端の周縁に係合して、各電池１２をその上端にて周囲から保持する。保持ケース２２は樹脂製とすることができる。

天井板２６の更に上方には上部バスバーモジュール３０が配置される。上部バスバーモジュール３０は、所定の電池１２同士を電気的に接続する板状の導体、典型的には金属板を樹脂によりモールド成形して形成されている。この金属板はバスバーと呼ばれる。上部バスバーモジュール３０は３枚のバスバー３２，３４，３６（図３参照）を樹脂モールドによって一体化して形成されている。各バスバー３２，３４，３６は、相互に電気的に絶縁されている。各バスバー３２，３４，３６は、電池１２と電気的に接続するための２種の接続線３８，４０を有する。接続線３８は、電池１２の正極１４に接続し、以降これを正極接続線３８と記す。接続線４０は電池１２の負極１６に接続し、以降これを負極接続線４０と記す。各バスバーの詳細な構成については、後述する。

上部バスバーモジュール３０の上方には、上部保護カバー板４２が配置される。上部保護カバー板４２は板形状であり、上部バスバーモジュール３０の正極接続線３８が設けられた領域を保護カバー４４，４６で覆っている。一方、負極接続線４０が設けられた領域に対応する部分には開口４８，５０が形成されており、負極接続線４０を上方に向けて開放している。なお、図１，２において、上部バスバーモジュール３０および上部保護カバー板４２の厚さは強調されて厚めに示されている。

上部バスバーモジュール３０の上方には上部排煙カバー５２が配置される。上部保護カバー板４２と上部排煙カバー５２の間に上部排気室５４が形成される。

電池ホルダ１８の下方には、下部バスバーモジュール５６が配置される。下部バスバーモジュール５６は、所定の電池１２同士を電気的に接続する板状の導体、典型的には金属板を樹脂によりモールド成形して形成されている。この金属板はバスバーと呼ばれる。下部バスバーモジュール５６は２枚のバスバー５８，６０（図４参照）を樹脂モールドによって一体化して形成されている。２枚のバスバー５８，６０は、互いに電気的に絶縁されている。各バスバー５８，６０は、電池１２と電気的に接続するための２種の接続線６２，６４を有する。接続線６２は、電池１２の正極１４に接続し、以降これを正極接続線６２と記す。接続線６４は電池１２の負極１６に接続し、以降これを負極接続線６４と記す。各バスバーの詳細な構成については、後述する。

下部バスバーモジュール５６の下方には、下部保護カバー板６６が配置される。下部保護カバー板６６は板形状であり、下部バスバーモジュール５６の正極接続線６２が設けられた領域を保護カバー６８，７０で覆っている。一方、負極接続線６４が設けられた領域に対応する部分には開口７２，７４が形成されており、負極接続線６４を下方に向けて開放している。なお、図１，２において、下部バスバーモジュール５６および下部保護カバー板６６の厚さは強調されて厚めに示されている。

下部バスバーモジュール５６の下方には下部排煙カバー７６が配置される。下部保護カバー板６６と下部排煙カバー７６の間に下部排気室７８が形成される。

上部排気室５４と下部排気室７８は、電池モジュール１０の長手方向の両端にそれぞれ設けられた排気流路８０，８２により連通している。排気流路８０，８２は、上部および下部保護カバー板４２，６６、上部および下部バスバーモジュール３０，５６、保持ケース２２、並びに電池ホルダ１８に形成された開口および貫通孔が連なることにより形成されている。電池ホルダ１８には、排気流路８０，８２を介して上部および下部排気室５４，７８と外部を接続する排気口８４を有する。電池１２の内圧が上昇し、電池１２から上部および下部排気室５４，７８に排出された排出ガスは、排気流路８０，８２を介して排気口８４から外部に放出される。

電池１２は、複数の群に分けられている。この電池モジュール１０においては、電池モジュール１０の長手方向において４つの群に分けられ、各群にはそれぞれ１５個の電池１２が属している。図２に示す範囲８６に属する電池１２を第１電池群と記し、その符号として範囲を示す符号「８６」を用いて説明する。同様に、範囲８８，９０，９２のそれぞれに属する電池群を第２電池群８８、第３電池群９０、第４電池群９２と記す。

各電池群に属する電池１２の極の向きは、同じ電池群に属するもの同士ではそろえられ、隣接する電池群間では逆向きとなっている。電池モジュール１０においては、第１および第３電池群８６，９０に属する電池１２の正極１４は上向きであり、第２および第４電池群８８，９２に属する電池１２の正極１４は下向きである。

図３を参照して、上部バスバーモジュール３０のバスバーの構成について説明する。第１、第２および第３上部バスバー３２，３４，３６は、第１、第２、第３および第４電池群８６，８８，９０，９２に対して、所定の対応で設けられている。

第１上部バスバー３２は第１電池群８６に対応して設けられている。第１電池群８６に属する電池１２は上側に正極１４が位置しており、第１上部バスバー３２に設けられた接続線は全て正極接続線３８である。第１上部バスバー３２は、第１電池群８６に属する１５個の電池１２の正極１４同士を電気的に接続する第１上部正極バスバー９６として機能する。

第２上部バスバー３４は第２および第３電池群８８，９０に対応して設けられている。第２電池群８８に属する電池１２は上側に負極１６が位置しており、第２上部バスバー３４の第２電池群８８に対応する領域９８に設けられた接続線は全て負極接続線４０である。第２上部バスバー３４の領域９８は、第２電池群８８に属する１５個の電池１２の負極１６同士を電気的に接続する第１上部負極バスバー９８として機能する。第３電池群９０に属する電池１２は上側に正極１４が位置しており、第２上部バスバー３４の第３電池群９０に対応する領域１００に設けられた接続線は全て正極接続線３８である。第２上部バスバー３４の領域１００は、第３電池群９０に属する１５個の電池１２の正極１４同士を電気的に接続する第２上部正極バスバー１００として機能する。また、第２上部バスバー３４は、第２電池群８８と第３電池群９０を直列に接続する。

第３上部バスバー３６は第４電池群９２に対応して設けられている。第４電池群９２に属する電池１２は上側に負極１６が位置しており、第３上部バスバー３６に設けられた接続線は全て負極接続線４０である。第３上部バスバー３６は、第４電池群９２に属する１５個の電池１２の負極１６同士を電気的に接続する第２上部負極バスバー１０２として機能する。

図４を参照して、下部バスバーモジュール５６のバスバーの構成について説明する。第１および第２下部バスバー５８，６０は、第１、第２、第３および第４電池群８６，８８，９０，９２に対して、所定の対応で設けられている。

第１下部バスバー５８は第１および第２電池群８６，８８に対応して設けられている。第１電池群８６に属する電池１２は下側に負極１６が位置しており、第１下部バスバー５８の第１電池群８６に対応する領域１０４に設けられた接続線は全て負極接続線６４である。第１下部バスバー５８の領域１０４は、第１電池群８６に属する１５個の電池１２の負極１６同士を電気的に接続する第１下部負極バスバー１０４として機能する。第２電池群８８に属する電池１２は下側に正極１４が位置しており、第１下部バスバー５８の第２電池群８８に対応する領域１０６に設けられた接続線は全て正極接続線６２である。第１下部バスバー５８の領域１０６は、第２電池群８８に属する１５個の電池１２の正極１４同士を電気的に接続する第１下部正極バスバー１０６として機能する。

第２下部バスバー６０は第３および第４電池群９０，９２に対応して設けられている。第３電池群９０に属する電池１２は下側に負極１６が位置しており、第２下部バスバー６０の第３電池群９０に対応する領域１０８に設けられた接続線は全て負極接続線６４である。第２下部バスバー６０の領域１０８は、第３電池群９０に属する１５個の電池１２の負極１６同士を電気的に接続する第２下部負極バスバー１０８として機能する。第４電池群９２に属する電池１２は下側に正極１４が位置しており、第２下部バスバー６０の第４電池群９２に対応する領域１１０に設けられた接続線は全て正極接続線６２である。第２下部バスバー６０の領域１１０は、第４電池群９２に属する１５個の電池１２の正極１４同士を電気的に接続する第２下部正極バスバー１１０として機能する。また、第２下部バスバー６０は、第３電池群９０と第４電池群９２を直列に接続する。

第１，第２および第３上部バスバー３２，３４，３６と第１，２下部バスバー５８，６０により、個々の電池群８６，８８，９０，９２に属する１５個の電池１２が電池群ごとに並列に接続され、そして４つの電池群８６，８８，９０，９２が直列に接続される。

図５は、各正極バスバー９６，１００，１０６，１１０の正極接続線３８，６２の詳細形状を示す図である。正極接続線３８，６２は、電池１２の正極に接触する接触部１１２と、この接触部１１２と正極バスバー９６，１００，１０６，１１０の本体部分（バスバー本体）とをつなぐ接続部１１４を有する。接続部１１４は、接触部１１２よりも細くなっている。ある電池１２に過大な電流が流れると、この電池１２に関連している接続部１１４が発熱して溶け、断線する。これにより、当該電池１２は、電気的な接続関係において組電池から切り離される。このように、正極接続線３８，６２は、ヒューズとして機能する。

図６は、各負極バスバー９８，１０２，１０４，１０８の負極接続線４０，６４の形状を示す図である。負極接続線４０，６４は、ほぼ一定の幅で延びており、正極接続線３８，６２の接続部１１４より幅が広く断面積が大きい。したがって、故障等により電池１２に過大な電流が流れたときには、正極接続線３８，６２が断線する。負極接続線４０，６４の周囲には開口１１６が設けられている。この開口１１６の大きさは、電池１２の負極側に設けられた排出弁の径より大きい。これにより、電池１２の内圧が高まり排出弁からガスが排出されるとき、負極バスバー９８，１０２，１０４，１０８がガスの排出の妨げにならないようにしている。第２および第４電池群８８，９２に属する電池１２の負極１６は、上部保護カバー板４２の開口４８，５０に対向しているので、内圧上昇により電池１２からガスが排出された場合、排出ガスは開口４８，５０を通過して上部排気室５４に達する。また、第１および第３電池群８６，９０に属する電池１２の負極１６は、下部保護カバー板６６の開口７２，７４に対向しているので、電池１２からの排出ガスは開口７２，７４を通過して下部排気室７８に達する。

図１および図２に示すように、上部保護カバー板４２の保護カバー４４，４６は、上部バスバーモジュール３０の正極バスバー９６，１００を覆い、これらのバスバーに設けられた正極接続線３８が上部排気室５４に対して露出しないようにしている。これにより、第２または第４電池群８８，９２に属する電池１２から上部排気室５４にガスが排出されても、正極接続線３８はその排気ガスに曝されることがない。また、下部保護カバー板６６の保護カバー６８，７０は、下部バスバーモジュール５６の正極バスバー１０６，１１０を覆い、これらのバスバーに設けられた正極接続線６２が下部排気室７８に対して露出しないようにしている。これにより、第１または第３電池群８６，９０に属する電池１２から下部排気室７８にガスが排出されても、正極接続線６２はその排気ガスに曝されることがない。

ある電池１２に過大な電流が流れると、この電池１２に接続している正極接続線３８，６２が溶断して、当該電池１２が組電池から電気的に切り離される。電池１２は、１５個が並列接続されているので、一部の電池が切り離されても使用を継続することができる。この状態で継続使用しているときに、他の電池１２の内圧が高まりガスが排出されると、電池１２の内容物もガスと共に排出される。内容物には導電性の物質も含まれており、もしこの導電性の異物が切断されている正極接続線３８，６２に付着すると、この正極接続線３８，６２が再導通する可能性がある。しかし、この電池モジュール１０においては、上部および下部保護カバー板４２，６６により、正極バスバー９６，１００，１０６，１１０が覆われているため、電池１２から排出された導電性異物による正極接続線３８，６２の再導通が防止される。

１０ 電池モジュール、１２ 電池、１４ 正極、１６ 負極、１８ 電池ホルダ、２０ 収容孔、２２ 保持ケース、２４ 側面板、２６ 天井板、２８ 保持開口、３０ 上部バスバーモジュール、３２ 第１上部バスバー、３４ 第２上部バスバー、３６ 第３上部バスバー、３８ 正極接続線、４０ 負極接続線、４２ 上部保護カバー板、４４，４６ 保護カバー、４８，５０ 開口、５２ 上部排煙カバー、５４ 上部排気室、５６ 下部バスバーモジュール、５８ 第１下部バスバー、６０ 第２下部バスバー、６２ 正極接続線、６４ 負極接続線、６６ 下部保護カバー板、６８，７０ 保護カバー、７２，７４ 開口、７６ 下部排煙カバー、７８ 下部排気室、８０，８２ 排気流路、８４ 排気口、８６ 第１電池群、８８ 第２電池群、９０ 第３電池群、９２ 第４電池群、９６ 第１上部正極バスバー、９８ 第１上部負極バスバー、１００ 第２上部正極バスバー、１０２ 第２上部負極バスバー、１０４ 第１下部負極バスバー、１０６ 第１下部正極バスバー、１０８ 第２下部負極バスバー、１１０ 第２下部正極バスバー、１１２ 接触部、１１４ 接続部、１１６ 開口。

Claims (1)

1. 長手方向の一方の端に第１極が他方の端に第２極が設けられ、長手方向をそろえて並列配置された複数の電池であって、各電池は複数の電池群のいずれか１つに属し、同じ電池群に属する電池は極の向きがそろえられ、隣接する電池群に属する電池は極の向きが逆向きとなっており、各電池は第２極が設けられた端に内圧解放構造を有する、電池と、
   電池群ごとに設けられ、各電池の第１極同士を電気的に接続する第１極バスバーであって、バスバー本体と、バスバー本体と個々の電池を電気的に接続し、かつヒューズとなる接続線とを含む第１極バスバーと、
   複数の電池の各長手方向における両方の端にそれぞれ対向するよう形成され、電池の内圧解放構造から排出された排出ガスを受ける２つの排気室と、
   第１極バスバーと、当該第１極バスバーに対応する排気室との間に配置され、当該第１極バスバーの接続線が排気室に対して露出しないようにしている保護カバーと、
   を有する電池モジュール。
   

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