JP4815026B2 - 電池モジュールとそれを用いた電池パック - Google Patents

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Description

本発明は、複数の電池が配列されて筐体内に収納された電池モジュールとそれを用いた電池パックに関する。
近年、省資源や省エネルギーの観点から、繰り返し使用できるニッケル水素、ニッケルカドミウムやリチウムイオンなどの二次電池への需要が高まっている。中でもリチウムイオン二次電池は、軽量でありながら、起電力が高く、高エネルギー密度であるという特徴を有している。そのため、携帯電話やデジタルカメラ、ビデオカメラ、ノート型パソコンなどの様々な種類の携帯型電子機器や移動体通信機器の駆動用電源としての需要が拡大している。
一方、化石燃料の使用量の低減やＣＯ２の排出量を削減するために、自動車などのモータ駆動用の電源として、電池パックへの期待が大きくなっている。この電池パックは、所望の電圧や容量を得るために、１つ以上の電池からなる電池モジュールを複数個搭載して構成されている。
上記電池モジュールの開発において、自動車など限られた空間に所定の電力を蓄積する電池モジュールを収納するため、電池モジュールの小型化が大きな課題となっている。
そこで、複数の電池からなる組電池（電池モジュール）において、各電池間の接続や電圧または温度などを検出する配線をプリント基板に形成したパターン配線で接続する構成が開示されている（例えば、特許文献１参照）。同様に、複数の電源モジュールをホルダーケースに収納し、エンドプレートを介して連結する電源装置（電池パック）が開示されている（例えば、特許文献２参照）。そして、エンドプレートに、各電源モジュール間を接続するセンサーリードや電源リードを設けることにより、接続不良の低減と小型化が図れるとしている。
また、電池モジュールに収納する電池の高容量化が進むに伴って、利用の形態によっては、電池自身が発熱して高温になる場合がある。そのため、電池自体の安全性とともに、それらを集合した電池モジュールにおける安全性がより重要となっている。すなわち、電池は、過充電、過放電あるいは内部短絡や外部短絡により発生するガスで内圧の上昇を生じ、場合によっては、電池の外装ケースが破裂する可能性がある。そこで、一般に、電池には、ガス抜きのためのベント機構や安全弁などを設け、内部のガスを放出している。このとき、排出されるガスへの引火などにより発煙や、まれに発火を生じる場合があり、信頼性や安全性に課題があった。
そこで、複数の電池をケース内の電池室に収納し、各電池の安全弁と対向する区画壁に開口部を設けることにより、異常状態時に電池から噴射されるガスを排気室を介して排出口から排出する構成の電源装置（電池モジュール）が開示されている（例えば、特許文献３参照）。
特開２０００−２０８１１８号公報 特開２０００−２２３１６６号公報 特開２００７−２７０１１号公報
しかしながら、特許文献１および特許文献２に示す電池モジュールは、１個の電池が異常に発熱し安全弁が作動した場合、発熱した電池の熱量や噴出するガスへの引火による周囲電池への影響を抑制できず、連鎖的に各電池が劣化するという課題がある。特に、複数の電池を搭載する電池モジュールにおいては、異常を生じた電池の影響を、いかに周囲の電池への拡大を抑制して最小限に留めるかが課題となっている。
また、特許文献３に示す電池モジュールは、ケースの区画壁に電池の安全弁に対向して開口部を設け、噴出したガスを電池室内に充満させず外部に排出するものである。しかし、樹脂中に内蔵された回路基板は開示しているが、電池との接続方法などは、何ら開示も示唆もされていない。そのため、電池の安全弁側の面を接続体で接続する場合、区画壁との気密をどのように保持するかが不明である。また、電池の安全弁と区画壁の開放部との位置合わせが困難であり、凹部で位置決めすると電池間に空間が生じ小型化できないという課題があった。また、電池や回路基板を樹脂で固定し内蔵するため、電池モジュールの小型化に課題があった。
さらに、このように多数の電池を用いた電池モジュールを、電源として大電力で運転（充放電）させる場合、充放電に伴う発熱も大きく、電池モジュールを安全に駆動させるためには各電池を冷却する必要がある。
本発明は、上記の課題を解決するものであり、小型、薄型化を実現するとともに、不具合を生じた電池の異常発熱による周囲の電池への影響を最小限に抑制できるとともに、複数の電池を冷却するための構造を有する電池モジュールを提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明に係る電池モジュールは、複数の電池と、複数の電池が配列されて収納される筐体と、筐体内で複数の電池に沿うように設けられ、内部に冷媒を有する冷却パイプを備え、冷却パイプは、金属フィルムの両面に樹脂層を設けた袋状の構造を有し、電池が所定の温度以上に上昇したときに樹脂層が溶解して破膜することを特徴とする。
このような構成により、複数の電池に沿うように設けられた冷却パイプによって、電池への接触面積を大きくし、冷却効果を大きくすることができる。しかも、電池に異常が生じて発熱した際、冷却パイプが溶けて内部から流出した冷媒が、潜熱効果により迅速に電池を冷却することができる。その結果、通常運転時には充放電による温度上昇を抑制するとともに、万が一、電池が発火した場合など、電池が異常高温になった際には急速に電池を冷却し、他の電池への熱影響を抑制することができる。
ここで、電池は、電池の電極部に、電池内で発生したガスを電池外に排出する開放部を有し、筐体は、電池の電極部周囲の電池ケースに当接して配設された平板によって、複数の電池を収納する収納部と、電極部の開放部から排出されるガスを筐体外に排気する排気室とに区画され、電極部の開放部は、平板に形成された貫通孔を介して、排気室に連通していることが好ましい。これにより、電池のベント機構の開放によって噴出するガスの排出空間を貫通孔内に制限できる。それ故に、電極部の開放部から排出されるガスは、貫通孔を介して排気室に排出され、さらに、筐体外へと排出されるため、隣接する電池へのガスの侵入を防止できる。その結果、電池と同程度の高さの薄型・小型で、安全性の高い信頼性に優れた電池モジュールを実現できる。
また、本発明に係る電池パックは、上記電池モジュールを、複数個、直列接続及び／又は並列接続されている。この構成により、用途に応じて、任意の電圧や容量を備えた電池パックを実現できる。
本発明によれば、小型、薄型化を実現するとともに、不具合を生じた電池の異常発熱による周囲の電池への影響を最小限に抑制でき、しかも、内部の電池の温度制御が可能な電池モジュールを実現できる。
本発明の一実施形態における電池モジュールを構成する電池の断面図 （ａ）は、本発明の一実施形態における電池モジュールの外観斜視図、（ｂ）は、図２（ａ）の２Ｂ−２Ｂ線断面図、（ｃ）は、図２（ｂ）の２Ｃ部の拡大断面図 本発明の一実施形態における電池モジュールの分解斜視図 （ａ）は、本発明の一実施形態の電池モジュールにおいて、１つの電池に異常発熱などを生じた場合に噴出するガスの排気の様子を説明する断面図、（ｂ）は、図４（ａ）の４Ｂ部の拡大断面図 本発明の他の実施形態における電池モジュールの分解斜視図 本発明の他の実施形態における筐体の斜視図 本発明の他の実施形態における筐体の分解斜視図 本発明の他の実施形態における筐体の分解斜視図 本発明の他の実施形態における配線基板の部分拡大断面図 本発明の他の実施形態における冷却パイプの斜視図 本発明の他の実施形態における電池モジュールを構成する電池の断面図 （ａ）は、図１１の電池を用いた本発明の他の実施形態における電池モジュールの断面図、（ｂ）は、図１２（ａ）の１２Ｂ部の拡大断面図 （ａ）及び（ｂ）は、本発明の一実施形態における電池パックの組立斜視図
本発明の電池モジュールは、複数の電池と、複数の電池が配列されて収納される筐体と、筐体内で複数の電池に沿うように設けられ、内部に冷媒を有する冷却パイプを備え、冷却パイプは、電池が所定の温度以上に上昇したときに溶解する材料からなる。
このような構成により、複数の電池に沿うように設けられた冷却パイプによって、電池への接触面積を大きくし、冷却効果を大きくすることができる。しかも、電池に異常が生じて発熱した際、冷却パイプが溶けて内部から流出した冷媒が、潜熱効果により迅速に電池を冷却することができる。その結果、通常運転時には充放電による温度上昇を抑制するとともに、万が一、電池が発火した場合など、電池が異常高温になった際には急速に電池を冷却し、他の電池への熱影響を抑制することができる。
ここで、電池は、電池の電極部に、電池内で発生したガスを電池外に排出する開放部を有し、筐体は、電池の電極部周囲の電池ケースに当接して配設された平板によって、複数の電池を収納する収納部と、電極部の開放部から排出されるガスを筐体外に排気する排気室とに区画され、電極部の開放部は、平板に形成された貫通孔を介して、排気室に連通していることが好ましい。これにより、電池のベント機構の開放によって噴出するガスの排出空間を貫通孔内に制限できる。それ故に、電極部の開放部から排出されるガスは、貫通孔を介して排気室に排出され、さらに、筐体外へと排出されるため、隣接する電池へのガスの侵入を防止できる。その結果、電池と同程度の高さの薄型・小型で、安全性の高い信頼性に優れた電池モジュールを実現できる。
また、冷却パイプは、中空部を有する樹脂成形体からなり、複数の電池は、中空部の内壁に密着して固定されていることが好ましい。これにより、冷却パイプによる冷却効果をより高めることができるとともに、収納部に収納された複数の電池を冷却パイプにより容易に固定することができる。
また、冷却パイプは、金属フィルムの両面に樹脂層を設けた積層構造からなることが好ましい。これにより、冷却パイプ中に流す冷媒を安定に保持し、長期間に亘って高い安全性を有する電池モジュールを実現できる。
また、冷却パイプは、シート状であることが好ましい。これにより、電池モジュールを構成する各電池に冷却パイプを広い面積で接触できるので、効率的に電池を冷却できる。
ここで、平板は、配線基板からなり、電池の電極部は、配線基板に形成された接続体に接続されていることが好ましい。これにより、電源配線や制御配線などの引き回しに必要なスペースを、配線基板により大幅に削減できる。
また、電池の電極部は、平板の貫通孔に挿入されていることが好ましい。これにより、電極部の開放部から排出されるガスを、貫通孔を介して効率よく筐体外に排出することができる。
また、収納部は、平板によって密閉状態になっている。これにより、電極部の開放部から排出されるガスを、他の電池に影響を与えることなく、貫通孔及び排気室を介して筐体外へ確実に排出することができる。なお、「密閉状態」は、必ずしも完全に密閉された状態を意味するものでなく、影響の出ない程度のガスが、排気室から収納部に戻るような密閉状態も含む。
本発明の電池パックは、上記電池モジュールを、複数個、直列接続及び／又は並列接続されている。この構成により、用途に応じて、任意の電圧や容量を備えた電池パックを実現できる。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら、同一部分には同一符号を付して説明する。なお、本発明は、本明細書に記載された基本的な特徴に基づく限り、以下に記載の内容に限定されるものではない。また、以下では電池として、円筒型のリチウムイオンなどの非水電解質二次電池（以下、「電池」と記す）を例に説明するが、これに限られないことはいうまでもない。
図１は、本発明の一実施形態における電池モジュールを構成する電池の断面図である。なお、以下では、複数の電池を並列に接続した電池モジュールを例に説明するが、電池モジュールとして、直列接続でもよい。
図１に示すように、円筒型の電池は、例えば、アルミニウム製の正極リード８を備えた正極１と、その正極１と対向する、例えば、銅製の負極リード９を一端に備えた負極２とをセパレータ３を介して、捲回された電極群４を有する。そして、電極群４の上下に絶縁板１０ａ、１０ｂを装着して、電池ケース５に挿入し、正極リード８の他方の端部を封口板６に、負極リード９の他方の端部を電池ケース５の底部に溶接する。さらに、リチウムイオンを伝導する非水電解質（図示せず）を電池ケース５内に注入し、電池ケース５の開放端部をガスケット７を介して、一方の電極部を構成する正極キャップ１６、ＰＴＣ素子などの電流遮断部材１８および封口板６をかしめた構成を有する。そして、正極１は、正極集電体１ａと正極活物質を含む正極層１ｂから構成されている。
このとき、正極キャップ１６は、電池ケース５の開放端部の上面５Ａから突出して設けられ、電極群４の不具合による安全弁などのベント機構１９の開放により生じるガスを抜くための開放部１７が、正極キャップ１６の側面に設けられている。なお、正極キャップ１６の上面５Ａからの突出量は、例えば、後述する配線基板の厚み程度である。また、以下では、正極キャップ１６を電池ケース５の上面５Ａから突出して設けた例で説明するが、電池ケース５の上面５Ａとほほ同一面に設けた電池でもよい。
ここで、正極層１ｂは、例えばＬｉＣｏＯ２やＬｉＮｉＯ２、Ｌｉ２ＭｎＯ４、またはこれらの混合あるいは複合化合物などの含リチウム複合酸化物を正極活物質として含む。また、正極層１ｂは、さらに、導電剤と結着剤とを含む。導電剤として、例えば、天然黒鉛や人造黒鉛のグラファイト類、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、チャンネルブラック、ファーネスブラック、ランプブラック、サーマルブラックなどのカーボンブラック類を含み、また結着剤として、例えば、ＰＶＤＦ、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、アラミド樹脂、ポリアミド、ポリイミドなどを含む。
また、正極１に用いる正極集電体１ａとしては、アルミニウム（Ａｌ）、炭素（Ｃ）、導電性樹脂などが使用可能である。
非水電解質には、有機溶媒に溶質を溶解した電解質溶液や、これらを含み高分子で非流動化されたいわゆるポリマー電解質層が適用可能である。非水電解質の溶質としては、ＬｉＰＦ６、ＬｉＢＦ４、ＬｉＣｌＯ４、ＬｉＡｌＣｌ４、ＬｉＳｂＦ６、ＬｉＳＣＮ、ＬｉＣＦ３ＳＯ３、ＬｉＮ（ＣＦ３ＣＯ２）、ＬｉＮ（ＣＦ３ＳＯ２）２などを用いることができる。さらに、有機溶媒としては、例えば、エチレンカーボネート（ＥＣ）、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ビニレンカーボネート、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）などを用いることができる。
また、負極２の負極集電体１１は、ステンレス鋼、ニッケル、銅、チタンなどの金属箔、炭素や導電性樹脂の薄膜などが用いられる。
さらに、負極２の負極層１５としては、黒鉛などの炭素材料や、ケイ素（Ｓｉ）やスズ（Ｓｎ）などのようにリチウムイオンを可逆的に吸蔵および放出する理論容量密度が８３３ｍＡｈ／ｃｍ３を超える負極活物質を用いることができる。
以下、本発明の一実施形態における電池モジュールについて、図２から図５を用いて詳細に説明する。
図２（ａ）は、本発明の一実施形態における電池モジュールの外観斜視図で、図２（ｂ）は、図２（ａ）の２Ｂ−２Ｂ線断面図、図２（ｃ）は、図２（ｂ）の２Ｃ部の拡大断面図である。図３は、本発明の一実施形態における電池モジュールの分解斜視図である。
図２（ａ）と図３に示すように、電池モジュール１００は、例えば、ポリカーボネート樹脂などの絶縁性樹脂材料よりなる筐体５０および、それと嵌合する蓋体２０を有している。
そして、図２（ｂ）と図３に示すように、筐体５０の内部に、複数の電池の正極キャップ１６を同一方向に並べ、配線基板３０の接続体３２、３４で電気的に並列に接続して構成した電池ユニット４０が収納されている。さらに、電池の一方の電極部（負極側）である底部を並列に接続した接続板３３の一部から延伸した延伸部３３Ａを介して、配線基板３０に設けた接続体３４と接続されている。
また、図２（ｃ）に示すように、電池ケース５から突出した正極キャップ１６は、配線基板３０の各電池に対応して設けた貫通孔３６に内挿され、配線基板３０の接続体３２と接続されている。このとき、配線基板３０は、電池ケース５と当接して密着され、貫通孔３６は、正極キャップ１６の側面に設けた開放部１７を塞がないように隙間３６Ａを有している。この隙間３６Ａにより、電池に不具合が発生し、正極キャップ１６の開放部１７から噴出するガスが排出される空間を形成している。
そして、噴出したガスは、図２（ｂ）と図３に示すように、配線基板３０の接続体３２と貫通孔３６との隙間３６Ａを介して、筐体５０の排気室２４の空間を介して外部と連通する開口部２６から排出される。
また、図２（ｂ）、図３に示すように、電池モジュール１００を構成する各電池に沿うように冷却パイプ７０が配置されている。そして、図２（ａ）、図３に示すように、筐体５０には冷却パイプ挿入口７１が設けられている。なお、図２（ａ）、図３では、冷却パイプ７０を、各電池の間にジグザグに配置した構成を例示しているが、本発明はこの構成に限定されない。例えば、電池ユニット４０の電池を整列した方向に沿って、片面あるいは両面に接触するように配置してもよい。
以下、図面を用いて、電池モジュール１００を構成する各構成要素について説明する。
まず、筐体５０は、図３に示すように、蓋体２０と嵌合する側に開口端を備え、開口端側から複数の電池を収納する収納部５４を有している。このとき、電池が、例えば、外径１８ｍｍ、高さ６５ｍｍの場合、収納部５４の高さは、６５ｍｍに接続板３３の厚みを加えた程度となる。
また、蓋体２０は、図２（ｂ）と図３に示すように、外周壁２２により形成される排気室２４と外周壁２２の一部に設けられた開口部２６を備えている。
また、図２（ｃ）に示すように、配線基板３０は、例えば、ガラス−エポキシ基板やポリイミドからなる耐熱性部材３０ａと、例えば、ゴム弾性を有する弾性部材３０ｂの少なくとも２層の積層構造を有する。そして、弾性部材３０ｂは、電池ケース５の上面５Ａと弾性変形して密着して当接するため、高い気密性を確保することができる。なお、高い気密性を確保できる場合には、特に積層構造の配線基板３０とする必要はない。さらに、配線基板３０は、貫通孔３６に挿入された各電池の正極キャップ１６と接続する接続体３２と、各電池の他方の電極（例えば、負極）を並列に接続する接続板３３の延伸部３３Ａと接続する接続体３４とを有し、接続体３２は貫通孔３６を完全に塞がないように設けられている。なお、接続体３２や接続板３３は、例えば、ニッケル板やＣｕ板、Ａｌ板、リード線などで構成され、銅箔などで形成された接続体３４と、例えば、はんだを介して接続される。また、正極キャップ１６と接続体３２や、負極と接続板３３とは、例えば電気溶接やスポット溶接などにより接続される。
これにより、電池モジュールを構成する複数の電池を、配線基板を介して接続できるため、電源配線や制御配線などの引き回しに必要なスペースを大幅に削減できる。また、各電池の正極キャップの開放部が、配線基板の貫通孔に収納される。その結果、異常時、電池から噴出したガスが、隣接する電池に侵入できないので、もしガスが引火により発火しても、炎の侵入を防止し、その影響を確実に阻止できる。
冷却パイプ７０は、変形可能な素材で形成されている。そのため、各電池との接触面積を大きくすることができる。冷却パイプ７０の内部には、水などの冷媒が充填されているが、冷却効果をより大きくするために、冷媒を冷却パイプ７０内を流通させてもよい。
以下、本実施形態の電池モジュール１００において、並列に接続された複数の電池のうち、１つの電池に異常発熱などを生じた場合の電池モジュール１００の作用や効果について、図４を用いて説明する。
図４（ａ）は、本実施形態の電池モジュール１００において、複数の電池のうち、１つの電池に異常発熱などを生じた場合に噴出するガスの排気の様子を説明する断面図で、図４（ｂ）は図４（ａ）の４Ｂ部の拡大断面図である。
まず、図４（ｂ）に示すように、１つの電池が異常に発熱し、電池内に発生したガスのガス圧の上昇によりベント機構（例えば安全弁）が作動し、電池からガス４５が噴出する。そして、噴出したガス４５は、正極キャップ１６の開放部１７から、正極キャップ１６が内挿された貫通孔３６の隙間３６Ａに噴出される。
つぎに、図４（ａ）に示すように、ガス４５は、隙間３６Ａを充満することなく、配線基板３０の接続体３２で塞がれていない貫通孔３６の間から蓋体２０の排気室２４に排気される。そして、最終的に蓋体２０に設けた開口部２６から、電池モジュール１００の外部に排出される。
このとき、不具合電池からガス４５が急激に噴出する場合、一般に引火などにより発火する危険性が高くなる。
しかし、本発明の上記構成の電池モジュール１００によれば、貫通孔３６内の隙間３６Ａ内の酸素量は限られ、さらに外部から酸素が供給されないので、ガスに引火する可能性は極めて低くなる。その結果、配線基板３０の貫通孔３６からガス４５の状態で排気される。そのため、ガスの引火による爆発的な膨張を生じないので、電池モジュールが破裂することは皆無となる。
本実施形態によれば、少なくとも配線基板と筐体により、電池モジュールを構成する複数の電池を、筐体の収納部内に密閉状態で収納され、不具合の電池から噴出するガスは、配線基板の貫通孔の隙間から、ガスの状態で電池モジュールの外部に排出できる。その結果、ガスへの引火による発火や発煙などが発生しない安全性に優れた電池モジュールを実現できる。
また、少なくとも配線基板と筐体により、電池モジュールを構成する複数の電池を、筐体の収納部内に密閉状態で収納できるため、電池を個別に収納する必要はない。その結果、電池モジュールを容易に小型化できる。さらに、電源配線や制御配線などの引き回しに必要なスペースを、配線基板により大幅に削減できる。この結果、より小型で、安全性の高い信頼性に優れた電池モジュールを実現できる。
なお、本実施形態では、配線基板３０により、筐体５０を、複数の電池を収納する収納部５４と、電極部１６の開放部１７から排出されるガスを筐体５０外に排気する排気室２４とに区画したが、これに限らず、接続体３３の形成されていない平板によって、収納部５４と排気室２４とを区画するようにしてもよい。
また、本実施形態では、蓋体２０をポリカーボネート樹脂などの絶縁性材料で構成した例で説明したが、これに限られない。例えば、アルミニウムなどの金属材料や、それを絶縁性樹脂で被覆した構成としてもよい。これにより、機械的強度を向上させて、より薄型の蓋体とし、電池モジュールをさらに小型化できる。また、金属材料の高い熱伝導性により噴出するガスの冷却性を高めて、さらに引火などを生じにくい信頼性の高い電池モジュールが得られる。さらに、噴出する高温のガスによる蓋体の溶融での穴の発生を防止して、穴からの酸素の供給による引火などを防ぎ、排気室を介して確実にガスを排気できる。
また、冷却パイプ７０は、金属フィルムの両面に樹脂層を設けた積層構造からなることが好ましい。これにより、冷却パイプ７０中に流す冷媒を安定に保持し、長期間に亘って高い安全性を有する電池モジュールを実現できる。
また、冷却パイプは、シート状であることが好ましい。これにより、電池モジュール１００を構成する各電池に冷却パイプ７０を広い面積で接触できるので、効率的に電池を冷却できる。
さらに、冷却パイプ７０を構成する材料は、電池が異常発熱した際の熱で溶解することが好ましい。この構成により、電池に異常が生じて発熱（３００℃以上）した際には冷却パイプ７０が溶けて内部の冷媒が流出する。流出した冷媒は潜熱効果により迅速に電池を冷却することができる。これにより、通常運転時には充放電による温度上昇を抑制するとともに、万が一、電池が発火した場合など電池が異常高温になった際には急速に電池を冷却し、他の電池への熱影響を抑制することができる。
このような材料として、アルミニウムの箔の両面に変性ポリエチレン（融点：６０〜１２０℃）などをラミネートしたシートを袋状にしたものが挙げられる。異常時に溶解して破膜することを考慮すると、アルミニウムの箔の厚みは９０μｍ〜１２０μｍの範囲が好ましい。
また、本実施形態では、筐体５０と蓋体２０の嵌合により、蓋体２０の外周壁２２と筐体５０および各電池ケース５の上面５Ａで配線基板３０を保持する構造を例に説明したが、これに限られない。例えば、図５の電池モジュールの分解斜視図に示すように、蓋体２０と配線基板３０との間に、配線基板３０を支持する支持部材６５を介在させてもよい。なお、図５では冷却パイプ７０は図示していない。
このとき、支持部材６５は、少なくとも配線基板３０の外周部を支持する外周枠６６と、筐体５０および各電池ケース５の上面５Ａとの当接位置と対向する位置に設けた支持部６８とから構成される。このとき、支持部材６５の支持部６８で蓋体２０の排気室の空間が狭くなる場合には、支持部６８の一部に蓋体２０の開口部に連通するように凹部または穴などを設けてもよい。これにより、筐体５０および各電池ケース５の上面５Ａと支持部材６５の支持部６８で配線基板３０を確実に固定できる。その結果、噴出するガスの圧力による配線基板の変形を抑制し、隣接する電池の電池本体への熱やガスの侵入をさらに効率的に抑制して、信頼性および安全性をさらに向上した電池モジュールを実現できる。
また、上記支持部材６５を設ける代わりに、図６に示すように、蓋体２０の排気室２４に、筐体５０および各電池ケース５の上面５Ａと対向する位置に、開口穴２８Ａを有するリブ部２８を設けてもよい。なお、図６では冷却パイプ７０は図示していない。これにより、筐体および各電池ケース５の上面５Ａと蓋体２０のリブ部２８で配線基板３０を固定できるとともに、電池モジュールをより小型または薄型にできる。
また、本実施形態では、配線基板に接続体などの電源配線を形成した例で説明したが、これに限られない。例えば、各電池の電圧を検出する電圧検出配線や、温度を検出する温度検出配線を配線基板に設けてもよい。このとき、温度検出配線には、例えばサーミスタなどの温度検出素子が接続され、温度検出素子を各電池と接触させて温度を検出することができる。これにより、複数の電池の電圧および温度を個別に検出して制御できる。その結果、電池の特性ばらつきや経時変化などを考慮して制御できるため、信頼性や安全性をさらに高めることができる。なお、電圧検出配線や温度検出配線の配線基板上でのパターン幅は、電源配線のパターン幅に比べて大幅に狭くできる。これは、電源配線は、大きな電流が流れるため配線抵抗による電力損失を低減させる必要があるが、電圧検出配線や温度検出配線は微小な電流で検出できるためである。そのため、電源配線と複数対の電圧検出配線と温度検出配線を効率的に配置して配線基板に形成できるので、配線に必要なスペースを大幅に削減できる。
また、本実施形態では、筐体の一方に開口端を有する例で説明したが、これに限られない。例えば、図７に示すように、筐体５０として、複数の電池を収納する両端に開口端を有する枠体５０Ａと、その一方の開口端を塞ぐ閉塞部材５０Ｂで構成してもよい。この場合も、冷却パイプ挿入口７１は図示していない。
これにより、電池モジュールを構成する複数の電池と、配線基板や接続板との接続などの組立性や作業性を向上させ、生産性に優れた電池モジュールを実現できる。さらに、図７に示す枠体５０Ａの代わりに、図８に示すように、各電池を個別に収納する隔壁部５２を有する枠体５０Ｃとしてもよい。これにより、不具合電池の異常発熱の隣接する電池への伝熱や放熱を隔壁部５２によりさらに抑制できるため、より信頼性や安全性に優れた電池モジュールを実現できる。
また、本実施形態では、配線基板に形成した貫通孔の形状として、厚み方向において同一形状である場合を例に説明したが、これに限られない。例えば、図９に示すように、電池ケースの上面と密着する貫通孔の大きさを、接続体３２側の貫通孔の大きさより小さくしてもよい。これにより、電池の正極キャップの開放部から噴出するガスの蓋体の排気室への排出効率を高める（排出抵抗を低減する）ことができる。さらに、電池本体の上面との密着面積を拡大して、電池本体側へのガスの侵入を大幅に抑制し、信頼性や安全性を向上できる。
なお、本実施形態においては、電池モジュールの充放電や、温度または電圧を検出して制御する制御回路については、特に説明や図示をしていないが、制御回路を電池モジュールの外部や内部に設けてもよいことはいうまでもない。また、冷却パイプ７０へ冷媒を供給あるいは循環させる装置を設けてもよい。
また、本実施形態においては、電池モジュールを構成する電池として、円筒型の電池を例に説明したが、これに限られない。例えば、角型の電池であってもよい。
また、本実施形態においては、複数の電池を並列接続した電池モジュールを例に説明したが、直列接続で構成してもよい。正極キャップ１６が同じ側になるように配置しつつ、隣接する電池と直列接続する接続構造を適用することで排気経路に関する効果を得ることができる。また、冷却パイプ７０による効果は、正極キャップ１６が交互になるよう各電池を配置した場合にも発揮できる。
また、本実施形態においては、金属フィルムの両面に樹脂層を設けた変形可能な積層構造からなる冷却パイプを電池を内蔵した筐体に設けた例で説明したが、これに限られない。例えば、図１０に示すように、冷却パイプ７０Ａは、中空部を有する樹脂成形体で構成してもよい。この場合、電池モジュールを構成する複数の電池は、中空部の内壁に密着して固定することができ、冷却効果をより高めることができる。具体的には、冷却パイプ７０Ａは、ポリプロピレン（ＰＰ、融点：１３０〜１７０℃）などの、ブロー成形や圧空成形で成形された所定の形状の樹脂成型品で形成することができる。この場合、図１０に示すように、例えば、上下の２つの部材８０Ａ、８０Ｂを形成し、その界面を、例えば振動溶着、レーザー溶着、超音波溶着またはホットワイヤ溶着などによりシールし密閉して冷却パイプ７０Ａを形成してもよい。また、一体成型により一括して形成してもよく、これにより、冷却パイプを筐体と兼用することにより小型化できる。また、筐体と同じ大きさとする場合、冷却パイプに充填または循環する冷媒の量を多くできるため冷却性能が向上する。一方、冷媒の量を冷却パイプ７０と同じにする場合、電池モジュールを小型化できる。さらに、樹脂成型品からなる冷却パイプにより、組み立て性や作業性が向上して生産性に優れた電池モジュールを実現できる。
なお、上記実施の形態においては、電極部である正極キャップ１６が電池ケース５の上面５Ａから突出した電池形状を例に説明したが、これに限られない。例えば、図１１と図１２を用いて説明するように、正極キャップ１６を電池ケース５の上面５Ａとほぼ同一面で設けた電池で電池モジュールを構成してもよい。
図１１は、本発明の他の実施形態における電池モジュールを構成する電池の形状を説明する断面図である。図１２（ａ）は、図１１の電池を用いた本発明の他の実施形態における電池モジュールの断面図、図１２（ｂ）は図１２（ａ）の１２Ｂ部の拡大断面図である。
図１２に示すように、電池ケース５の上面５Ａとほぼ同一面で設けた正極キャップ１６と、正極キャップ１６と対応する位置に貫通孔３６を設けた配線基板３０の、下方向に凸状部３２Ｃの形状を有する接続体３２と接続した点で、上記実施形態とは異なる。なお、他の構成は上記実施形態と同様であるので説明を省略する。
これにより、上記実施形態と同様の効果が得られる。また、電池の電極部の正極キャップの位置関係にかかわらず、薄型で小型の電池モジュール２００を実現できる。なお、上記実施形態で説明した別の例を適用できることはいうまでもない。
次に、本発明の一実施形態における電池パックについて、図１３を用いて説明する。
図１３（ａ）、（ｂ）は、本発明の一実施形態における電池パックの組立斜視図である。図１３（ａ）は、上記実施形態の電池モジュールを４個並置して配置し、接続部材４５０で接続して電池パック４００を構成したものである。また、図１３（ｂ）は、上記実施形態の電池モジュールを２個並置するとともに、それを縦に２段に重ね接続部材５５０で接続して電池パック５００を構成したものである。このとき、接続部材は、各電池モジュールは、並列接続または直列接続、あるいは直列接続と並列接続を組み合わせて接続部材を介して接続することにより、電池パックが構成される。
本実施形態によれば、用途に応じて、必要な電圧や電気容量を有する汎用性の高い電池パックを、配置スペースを考慮して任意に組み合わせることにより、容易に実現できる。
また、本実施形態によれば、いずれかの電池モジュールに不具合を生じても、噴出するガスが引火することなく、ガスの状態で外部に排気することができる。その結果、ガスの引火による爆発的な膨張を生じないので、電池モジュールが破裂することが皆無な、安全で信頼性に優れた電池パックを実現できる。
本発明は、自動車、自転車や電動工具などの、特にハイブリッド自動車や電気自動車など高容量、高電圧が必要で、しかも高い信頼性と安全性が要求される、電池モジュールとして有用である。
１ 正極
１ａ 正極集電体
１ｂ 正極層
２ 負極
３ セパレータ
４ 電極群
５ 電池本体
５Ａ 上面
６ 封口板
７ ガスケット
８ 正極リード
９ 負極リード
１０ａ，１０ｂ 絶縁板
１１ 負極集電体
１５ 負極層
１６ 正極キャップ（電極部）
１７ 開放部
１８ 電流遮断部材
１９ ベント機構
２０ 蓋体
２２ 外周壁
２４ 排気室
２６ 開口部
２８ リブ部
２８Ａ 開口穴
３０ 配線基板（平板）
３０ａ 耐熱性部材
３０ｂ 弾性部材
３２，３４ 接続体
３２Ｃ 凸状部
３３ 接続板
３３Ａ 延伸部
３６ 貫通孔
３６Ａ 隙間
４０ 電池ユニット
４５ ガス
５０ 筐体
５０Ａ，５０Ｃ 枠体
５０Ｂ 閉塞部材
５２ 隔壁部
５４ 収納部
６５ 支持部材
６６ 外周枠
６８ 支持部
７０，７０Ａ 冷却パイプ
７１ 冷却パイプ挿入口
８０Ａ，８０Ｂ 部材
１００，２００ 電池モジュール
４００，５００ 電池パック
４５０，５５０ 接続部材

Claims (2)

  1. 複数の電池と、
    前記複数の電池が配列されて収納される筐体と、
    前記筐体内で前記複数の電池に沿うように設けられ、内部に冷媒を有する冷却パイプを
    備え、
    前記冷却パイプは、金属フィルムの両面に樹脂層を設けた袋状の構造を有し、前記電池が所定の温度以上に上昇したときに前記樹脂層が溶解して破膜することを特徴とする、電池モジュール。
  2. 請求項１に記載の電池モジュールが複数個配列された電池パックであって、各電池モジュールは、直列接続及び／又は並列接続されている、電池パック。
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