JP6991748B2

JP6991748B2 - 電池モジュール

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Publication number: JP6991748B2
Application number: JP2017125295A
Authority: JP
Inventors: 直剛吉田; 昌人神足; 俊介安井
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2017-06-27
Filing date: 2017-06-27
Publication date: 2022-02-03
Anticipated expiration: 2037-06-27
Also published as: JP2019009042A

Description

本発明は、外装ケースの内圧上昇を抑制するための排出弁を備えた電池セルを備える電池モジュールに関し、とくに、外装ケースから排出される高温ガスや異物を排出ダクトから正常に排気する電池モジュールに関する。

二次電池は、使用時における充放電の電流値や外的条件によって内圧が異常に高くなることがある。内圧の異常な上昇は電池ケースを破壊する原因となるので、この弊害を防止するために、設定圧力で開弁する排出弁を備えた二次電池が開発されている。この排出弁を備える二次電池は、内圧が設定値より高くなると開弁して、外装ケースの内圧上昇を抑制し、外装ケースが異常な内圧で破壊されることを防止するように構成されている。この種の二次電池を備える電池モジュールは、開弁した排出弁から排出される高温・高圧の排出ガスを外部に排気するための排出ダクトを設けている。排出ダクトは、排出弁の開口部に連結されて開口部から排出される高温・高圧の排出ガスを外部に誘導して排気する。（特許文献１参照）

さらに、近年、外装缶の底面に、局部的にリング状の薄肉部を設けて排出弁とする二次電池も開発されている（特許文献２参照）。以上の構成の二次電池は、排気弁の開口面積を比較的広くすることができる特徴がある。この種の二次電池を備える電池モジュールは、外装缶底面に設けた排出弁の開口部に排出ダクトを連結して、外装缶の底面側から排出される高温・高圧の排出ガスを外部に排気する構造として組み立てられる。

特開２０１４－１７０６１３号公報特開２０１７－６９１８４号公報

上述の通り、外装缶の底面に薄肉部を設けて排出弁としている二次電池は、排出弁が位置する面が「排気側端面」となり、封口板が位置する反対側の面が「非排気側端面」となる。このような二次電池を備える電池モジュールは、それぞれの二次電池が同一姿勢で配置され、電池モジュールの一面に排出弁が並ぶように構成することができる。この構成により、排出弁が並ぶ電池モジュールの一面に排出ダクトを配置することで、それぞれの二次電池の排気弁と排出ダクトを連結することができるようになっている。
一方で、二次電池の内圧が異常に高くなった際に、底面側に設けた排出弁が開弁する前に、非排気側端面に位置する封口板側が破壊されて、非排気側端面側から高温・高圧の排出ガスが噴出することがある。二次電池は、外装缶の開口部にカシメ構造やレーザー溶接して封口板を固定する構造とするので、金属板を絞り加工して製作される外装缶の底面に匹敵する強度の実現が難しく、内圧が異常に高くなる状態で封口板側である非排気側端面の破損を皆無にできない。とくに、充放電容量が大きい二次電池は、内部の電極密度が極めて高く、内圧の不均衡が生じるおそれがある。二次電池の内部で発生する内圧の不均衡は、内圧により排気弁が開弁するより前に、排出弁以外の部分を破損する原因となる。

以上の構成の電池モジュールは、非排気側端面には排出ダクトが設けられていないため、非排気側端面が破壊されると高温・高圧の排出ガスが電池モジュール内に噴射されて安全性を著しく低下させる原因となる。

本発明は、以上の欠点を解決することを目的に開発されたものである。本発明の重要な目的は、簡単な構造で、二次電池の構造を変更することなく、二次電池の非排気側端面から排出される高温・高圧の排出ガスを外部に排気することができる電池モジュールを提供することにある。

課題を解決するための手段及び発明の効果

本発明のある態様にかかる電池モジュールは、設定圧力で開弁する排出弁の排出口を設けてなる端面を排気側端面として、排気側端面と反対側の端面を非排気側端面とする複数の電池セルと、各々の電池セルを定位置に配列している電池ホルダーと、電池ホルダーで定位置に配置している電池セルの排出口に連結している排出ダクトと、電池セルを内部に配置している耐圧ケースを備え、耐圧ケースは、非排気側端面から排出される漏れガスの温度と圧力に耐える強度を有し、かつ内蔵する電池セルの非排気側端面側を閉塞して、排気側端面側には漏れガスの排出開口を設けており、非排気側端面から排出される漏れガスを、耐圧ケースの排出開口から排出する構造としている。

以上の電池モジュールは、簡単な構造としなから、電池セルの構造を変更することなく、電池セルの非排気側端面から排出される高温・高圧の排出ガスを排出ダクトに誘導することができ、高温・高圧の排出ガスを外部に排気することができる。それは、電池モジュールが、電池セルを内部に配置する耐圧ケースを備え、この耐圧ケースが電池セルの非排気側端面側を閉塞して、排気側端面側に排出開口を設けているので、電池セルの非排気側端面が破壊して漏れガスが排出されても、耐圧ケースが漏れガスを非排気側端面から排出することなく排気側端面に導いて排出開口から排出するからである。とくに、以上の電池モジュールは、電池セル自体の構造を変更することなく、電池セルを耐圧ケースに挿入して、非排気側端面から排出される漏れガスを排気側端面に案内して排出する簡単な構造で、非排気側端面が破壊して排出される漏れガスを、耐圧ケースでもって排気側端面に導いて漏れガスが内部に排出される弊害を防止する。

本発明のある態様にかかる電池モジュールは、電池セルの電池ケースを、一端を開口して底面を閉塞してなる外装缶と、外装缶の開口縁に気密に連結されて開口部を密閉し、かつ電極端子を設けてなる封口板とで構成し、外装缶の底面には、設定圧力で薄肉部を破壊する排出弁を設けて、外装缶の底面を排気側端面として、封口板側を非排気側端面とすることができる。

以上の電池モジュールは、電極端子を設けている封口板側を非排気側端面として、外装缶の底面に薄肉部を設けて排出弁とするので、排出弁の開口面積を大きくして、開弁した排出弁から速やかに高温・高圧の排出ガスを排気できる。さらに、封口板側を非排気側端面としてここに排出される漏れガスを排出ダクトに誘導して排出するので、外装缶と封口板との連結部があって、外装缶の底面側である排気側端面よりも強度が低下して、この部分が破壊されたとしても、耐圧ケースでもって漏れガスを排気側端面に排出することで高い安全性を実現する。

本発明のある態様にかかる電池モジュールは、電池セルを円筒形電池とすることができる。この電池モジュールは、電池セルを円筒形電池とすることで、電池セルの容積に対する充放電の容量を高くできる特徴を実現しながら、外装缶の底面に比較して高強度の実現が難しい封口板側の破断をストッパで確実に阻止して、高い安全性を実現できる特徴がある。円筒形電池がその形状から角形電池に比較して充放電容量を大きくできるのは、絶縁セパレータを介して積層した正負の電極板を渦巻き状に巻いて円柱状の電極とし、これを円筒状の外装缶に挿入して組み立てできるからである。積層した電極板を渦巻き状に巻いて製作される円柱状の電極は、巻回工程で電極密度を高くでき、さらに円柱状の電極を円筒状の外装缶に挿入することから電極を高密度な状態で挿入して組み立てして、充放電容量を大きくできる。ただ、円筒形電池は外装缶の開口縁と封口板とをカシメて連結するので、封口板側の強度を外装缶の底面に匹敵する強度とすることが難しく、異常な内圧で封口板側が破壊しやすくなるが、以上の電池モジュールは、底面側に比較して高強度化が難しい封口板側の内圧による破壊をストッパで確実に阻止するので、円筒形電池を使用して高容量化を実現しながら、封口板側の破壊を阻止して高い安全性も実現する特徴がある。

本発明のある態様にかかる電池モジュールは、耐圧ケースの排出開口を排出ダクトに連結することができ、この構造によって、非排気側端面に排出される漏れガスを排出ダクトを利用して外部に排出できる特徴がある。

本発明のある態様にかかる電池モジュールは、耐圧ケースの形状を、非排気側端面を閉塞している金属筒とすることができる。さらに、本発明のある態様にかかる電池モジュールは、耐圧ケースを、非排気側端面に設けている電池セルの電極端子に接続してリード板に併用することができる。

さらにまた、本発明のある態様にかかる電池モジュールは、耐圧ケースをプラスチック製とすることができ、また、耐圧ケースを、プラスチック製の本体部と、この本体部に一体的に成形して固定してなる電池セルの電極端子に接続される金属製のリード端子とで構成し、本体部は、電池セルの外周面をカバーする筒状カバー部と、筒状カバー部の一端に連結されて、非排気側端面をカバーする端面カバー部とを有する形状として、リード端子は、筒部と、筒部の一端に連結されて電池セルの電極端子に溶接される溶接プレート部と、溶接プレート部の反対側で筒部に連結してなるバスバー接続部とからなる形状として、リード端子は、筒部がプラスチック製の本体部を内側と外側に貫通し、かつ、バスバー接続部を端面カバー部の外側に配置して、溶接プレート部が端面カバー部の内側に位置して、本体部に一体的に成形して固定し、耐圧ケースの本体部の内側に配置される電池セルの電極端子に、リード端子の溶接プレート部が溶接する構造とすることができる。

本発明の実施例にかかる電池モジュールの概略断面図である。本発明の他の実施例にかかる電池モジュールの概略断面図である。本発明の他の実施例にかかる電池モジュールの概略断面図である。図１に示す電池モジュールの一部断面図である。図４に示す電池モジュールのＡ－Ａ線断面図である。本発明の他の実施例にかかる電池モジュールの一部断面図である。図２に示す電池モジュールの一部断面図である。本発明の他の実施例にかかる耐圧ケースの一部横断面図である。本発明の他の実施例にかかる電池モジュールの一部断面図である。図９に示す耐圧ケースの横断面図である。本発明の他の実施例にかかる電池モジュールの一部断面図である。図１１に示す電池モジュールの金属端子を示す斜視図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施の形態は、本発明の技術思想を具体化するための構成を例示するものであって、本発明は以下のものに特定されない。また、特許請求の範囲に示される部材を、実施の形態の部材に特定するものでは決してない。特に実施の形態に記載されている構成部材の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、特に特定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。なお、各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。さらに以下の説明において、同一の名称、符号については同一もしくは同質の部材を示しており、詳細説明を適宜省略する。さらに、本発明を構成する各要素は、複数の要素を同一の部材で構成して一の部材で複数の要素を兼用する態様としてもよいし、逆に一の部材の機能を複数の部材で分担して実現することもできる。また、一部の実施例、実施形態において説明された内容は、他の実施例、実施形態等に利用可能なものもある。

以下に示す電池モジュールは、主として、エンジンとモータの両方で走行するハイブリッド車や、モータのみで走行する電気自動車などの電動車両の駆動用電源に適用する例を説明する。なお本発明の電池モジュールを、ハイブリッド車や電気自動車以外の車両に使用したり、電動車両以外の大出力が要求される用途、例えば家庭用、工場用の蓄電装置等に使用してもよい。

図１ないし図３に示す電池モジュールは、複数の電池セル１と、電池セル１を内側に配置している耐圧ケース２と、耐圧ケース２でカバーしている各々の電池セル１を定位置に配置する電池ホルダー３と、電池ホルダー３で定位置に配置している電池セル１の電極端子５にリード板を介して接続している厚い金属板のバスバー６と、電池セル１に設けている排出弁７の排出口８に連結している排出ダクト９と、以上のパーツを内蔵している筐体４とを備える。

電池セル１は、リチウムイオン二次電池の円筒形電池である。ただ、本発明は電池セルをリチウムイオン二次電池には特定せず、充電できる他の全ての二次電池、たとえばリチウムイオン二次電池以外の非水系電解液二次電池やその他の二次電池とすることができる。電池セル１である円筒形電池は、底を閉塞する円筒状の外装缶１０の開口部を封口板１１で気密に密閉して電池ケース１２としている。外装缶１０は金属板を深絞り加工して製作される。封口板１１は円盤状で、中心部に凸部の電極端子５を設けている。封口板１１は、外装缶１０の外周縁に、絶縁材を介してカシメ構造で絶縁して気密構造に固定される。

電池セル１は、外装缶１０の底面に排出弁７を設けている。排出弁７は電池セル１の内圧が設定圧力よりも高くなると開弁して、内部のガスを外部に排気して電池ケース１２の破壊を防止する。電池セル１の内圧は、電池の過充電、過放電、過大電流、物理的衝撃、内部短絡、外部短絡、異常高温などの過酷な条件下において発生する。電池セル１は、内圧が異常に高くなる状態で排出弁７を開弁することで、電池ケース１２の破裂などを防止している。

排出弁７は、電池セル１の一方の端面に設けられる。図に示す電池セル１は、底面に排出弁７を設けて、上端には排出弁７を設けない。排出弁７を設けた底面は、排出ガスを排出する排気側端面Ｔ１となり、排出弁７を設けない上端面は非排気側端面Ｔ２として排出ガスを排出しない。

図の電池セル１は、外装缶１０の底面にリング状に薄肉部を設けて排出弁７としている。この構造の排出弁７は、薄肉部の厚さを調製して開弁する設定圧力をコントロールできる。薄肉部を薄くして開弁する設定圧力を低く、厚くして開弁する設定圧力を高くできる。この排出弁７は、電池セル１の内圧が設定圧力よりも高くなると薄肉部が破断して開弁する。リング状の薄肉部１３で構成される排出弁７は、開弁状態で薄肉部１３が破断されるので、薄肉部１３の内側に排出口８が開口される。

電池セル１は、排気側端面Ｔ１にのみ排出弁７を設けて、内圧上昇時には排出弁７を開いて高温・高圧の排出ガスを排気側端面Ｔ１から電池ケース１２の外部に排出する。電池セル１は、排気側端面Ｔ１にのみ排出弁７を設けて、反対側の端面を非排気側端面Ｔ２として排出弁７を設けない。この電池セル１を使用して、膨大な個数の電池モジュールを多量生産し、さらに各々の電池モジュールが、充放電の条件や外的環境が著しく異なる状態で使用される状態で、全ての電池セル１が非排気側端面Ｔ２から漏れガスの排出を皆無にするのは極めて難しい。とくに、電池セル１は、軽量化と大容量化が要求されることから、電池ケースを薄い金属板として軽量化する必要があって、非排気側端面Ｔ２からのガス漏れを皆無にするのは極めて難しい。

図１ないし図３の電池モジュールは、電池セル１を耐圧ケース２の内側に配置して電池ホルダー３で定位置に配置する。耐圧ケース２は、電池セル１の非排気側端面Ｔ２から排出される漏れガスを排気側端面Ｔ１に導いて排出する。耐圧ケース２の内側に配置する電池セル１は、仮に非排気側端面Ｔ２が破損して漏れガスが噴出されたとしても、耐圧ケース２によって、非排気側端面Ｔ２に噴出される漏れガスを排気側端面Ｔ１に導いて排出する。

耐圧ケース２は、非排気側端面Ｔ２から排出される漏れガスの温度と圧力に耐え、非排気側端面Ｔ２から噴出される漏れガスを排気側端面Ｔ１から排出する。耐圧ケース２は、電池セル１の非排気側端面Ｔ２を閉塞する。電池セル１が非排気側端面Ｔ２に排出する漏れガスを排出するために、耐圧ケース２は、排出開口１４を排気側端面Ｔ１に設けている。この耐圧ケース２は、非排気側端面Ｔ２から排出される漏れガスを排気側端面Ｔ１に導いて排出する。耐圧ケース２は金属板をプレス加工して製作され、あるいは絶縁材のプラスチックを成形して製作される。金属製の耐圧ケース２は、内部に配置する電池セル１の電極端子５に接続するリード板に併用できる。金属製の耐圧ケース２は、内面に絶縁材を配置して外装缶１０から絶縁して配置される。耐圧ケース２と内部の電池セル１の外装缶１０とに電圧差があるからである。

プラスチック製の耐圧ケース２は、一端を電極端子５に接続している引き引出線１５を外装缶１０と絶縁して配置し、あるいは電極端子５との対向位置に金属端子２３を気密に固定して、この金属端子２３を介して電極端子５を介してバスバー６に電気接続する。

図１の断面図に示す電池モジュールは、耐圧ケース２を金属ケースとする。この耐圧ケース２は、電池セル１の電極端子５である凸部電極をバスバー６に接続するリード板に併用する。この耐圧ケース２は、金属板を深絞り加工して、非排気側端面Ｔ２を閉塞プレート部２Ａで閉塞する筒状にプレスして製作される。閉塞プレート部２Ａは、筒体の内側に配置する電池セル１の電極端子５に溶接されて、電池セル１に固定される。閉塞プレート部２Ａは、レーザー溶接、抵抗溶接、超音波溶着されて電極端子５に固定される。リード板に併用される図１の耐圧ケース２は、閉塞プレート部２Ａの内面を電極端子５に接続して、外面をバスバー６に接続する。

金属製の耐圧ケース２は、電池セル１の外装缶１０との間に絶縁材１７を配置する。図４の耐圧ケース２は、電池セル１の外装缶１０と絶縁するために、円筒状の絶縁材１７を配置している。絶縁材１７はプラスチックを成形して製作される。この絶縁材１７は、内径を電池セル１の外形にほぼ等しく、外径を耐圧ケース２の内形にほぼ等しくする筒状にプラスチックを成形して製作され、内側に電池セル１を、外側に耐圧ケース２を配置する。絶縁材１７は、非排気側端面Ｔ２に排出される漏れガスを排気側端面Ｔ１に流動させるために内面にガス溝１７Ａを設けている。図５は、内面にガス溝１７Ａを設けた絶縁材１７の一部横断面図を示す。この図に示す絶縁材１７は、内面に複数列のガス溝１７Ａを筒の軸方向に延びるように設けている。図４の絶縁材１７は、外装缶１０の底面の外周部までカバーする。この絶縁材１７は、外装缶１０の底面までカバーするが、絶縁材は必ずしも外装缶の底面までカバーする必要はなく、また、外装缶の全体をカバーすることなく、外装缶の非排気側端面側の一部（図４において外装缶１０の上部）をカバーすることもできる。外装缶１０の一部をカバーする絶縁材１７は、ガス溝１７Ａの端部から排出する漏れガスを、電池ホルダー３の内面に設けたガス溝１７Ａで排出ダクト９に案内する。

図１と図４の電池モジュールは、仮に電池セル１の非排気側端面Ｔ２が破壊されて内部から漏れガスが噴出されても、漏れガスは耐圧ケース２の内側、正確には絶縁材１７のガス溝１７Ａを通過して排出開口１４に導かれて、排出ダクト９から外部に排出される。したがって、仮に非排気側端面Ｔ２が内圧で破壊されても、漏れガスを電池モジュール内に噴出することがなく、漏れガスによる弊害を防止できる。

金属製の耐圧ケース２は、内面に設ける絶縁材１７を熱収縮チューブとすることもできる。熱収縮チューブを内側に配置する耐圧ケース２は、プラスチックを成形した絶縁材を使用することなく、電池セル１と絶縁できる。熱収縮チューブが絶縁材となって、耐圧ケース２と外装缶１０とを絶縁するからである。この構造の電池モジュールは、図６の一部断面図に示すように、耐圧ケース２にガス溝１７Ａを設ける。非排気側端面Ｔ２に噴出される漏れガスを排気側端面Ｔ１に導くためである。この構造の耐圧ケース２は、金属板をプレス加工する工程で、軸方向に延びるガス溝１７Ａを設けた形状、すなわち筒部を波形に成形してガス溝１７Ａを設ける。

図１と図４の電池モジュールは、金属製の耐圧ケース２の内側に、絶縁材１７を介して電池セル１を挿入し、耐圧ケース２の閉塞プレート部２Ａを電極端子５に溶接して電池ユニットＵとして組み立て、この電池ユニットＵを電池ホルダー３の電池収納部に配置して、各電池セル１を定位置に配置する。

図２の電池モジュールは耐圧ケース２を絶縁材のプラスチック製とする。プラスチック製の耐圧ケース２は、電極端子５に接続している引出線１５を外装缶１０との間に配置する。図７は図２の詳細な断面図を示す。この図の電池モジュールは、耐圧ケース２の内側に外装缶１０から絶縁して引出線１５を配置する。図２と図７の耐圧ケース２は、筒体の一端を閉塞プレート部２Ａで閉塞する形状にプラスチックを成形している。引出線１５は一端を電極端子５に接続して他端を排気側端面Ｔ１に配置するバスバー６に接続している。引出線１５は、電池セル１の外装缶１０から絶縁するために、外装缶１０との間にプラスチック製の絶縁材１７を配置している。絶縁材１７は、プラスチックを筒状に成形している。この絶縁材１７は、図１の絶縁材１７と同様に、内形を電池セル１の外形にほぼ等しく、外形を耐圧ケース２の内形にほぼ等しくして内側に電池セル１を、外側に耐圧ケース２を配置する。またこの絶縁材１７は、耐圧ケース２との間にリード板を配置するので、外側面には、引出線１５を配置する配線溝を設けている。引出線１５は配線溝に配置されて、耐圧ケース２との間に配置される。さらに絶縁材１７は、図４の絶縁材１７と同様に内面にガス溝１７Ａを設けている。

図８の耐圧ケース２の横断面図に示す電池モジュールは、図７に示す筒状の絶縁材１７に代わって、電池セル１と引出線１５との間に、引出線１５を電池セル１の外装缶１０から絶縁する部分にのみ絶縁ガイド２１を配置する。絶縁ガイド２１は、引出線１５を案内する配線溝２１Ａを耐圧ケース側に設けた溝形にプラスチックを成形している。絶縁ガイド２１は、引出線１５の引き出し方向に延長して、電池セル１の外装缶１０と耐圧ケース２との間に配置される。プラスチック製の耐圧ケース２は、絶縁ガイド２１を定位置に配置する嵌合凹部２２と、ガス溝１７Ａの両方を内面に設けている。

図９の電池モジュールは、引出線１５を被覆線として耐圧ケース２の内面に配置する。表面に絶縁被覆のある引出線１５は、電池セル１の外装缶１０との間に絶縁材や絶縁ガイドを設ける必要がない。絶縁被覆が電池セル１の外装缶１０と絶縁するからである。この電池モジュールは、図１０の一部横断面図に示すように、耐圧ケース２の内面に、被覆線を配置する配線溝２０を筒体の内面に設けて、ここに引出線１５を配置する。

図７ないし図１０の電池モジュールは、電池セル１の電極端子５に引出線１５を接続し、引出線１５を耐圧ケース２の内面に配置して排出開口１４まで引き出して、耐圧ケース２の内側に電池セル１を挿入して電池ユニットＵとする。電池ユニットＵが、電池ホルダー３の定位置に配置されて電池モジュールとして組み立てられる。

図３に示す電池モジュールは、プラスチック製の耐圧ケース２に金属端子２３を固定している。この電池モジュールは、図１１の詳細図に示すように、金属端子２３を介して電極端子５をバスバー６に接続する。金属端子２３は金属板をプレス加工して製作される。図１２は金属端子２３の斜視図を示す。この図の金属端子２３は、筒体の一端（図において下端）を接続プレート２３Ａで閉塞する形状に金属板を加工している。筒体の開口端には接続片２３Ｂを突起して設けている。筒体の外側には、プラスチックケースとの連結強度を向上するために、突出部２３Ｃを設けている。突出部２３Ｃは固定されるプラスチックケースとの連結強度を強くして、金属端子２３を位置ずれしないようにプラスチック製の耐圧ケース２に固定する。したがって、噴出される漏れガスを確実に排気側端面Ｔ１に排出する。金属端子２３は、プラスチックケースを成形する工程でプラスチックに一体的に成形して固定される。金属端子２３は、プラスチックケースの内側に接続プレート２３Ａを、外側に接続片２３Ｂを配置するように、プラスチックケースに固定されて、プラスチックケースの非排気側端面Ｔ２を気密に閉塞する。耐圧ケース２に一体的に成形して固定される金属端子２３は、プラスチック製耐圧ケース２の非排気側端面Ｔ２を理想的な状態で密閉してガス漏れを確実に阻止する。プラスチック製の耐圧ケース２は、内面に複数列のガス溝１７Ａを設けている。ガス溝１７Ａは、非排気側端面Ｔ２側に排出される漏れガスを排気側端面Ｔ１に流動して排出ダクト９に案内する。

以上の電池モジュールは、耐圧ケース２に電池セル１を挿入し、耐圧ケース２の金属端子２３を電池セル１の電極端子５に接続して電池ユニットＵとし、この電池ユニットＵを電池ホルダー３の定位置に配置して組み立てられる。

電池ホルダー３は、絶縁材料である熱可塑性樹脂等の樹脂を成形して製作される。電池ホルダー３は、好ましくは難燃性と耐熱性に優れた樹脂製とする。このような樹脂として、例えば、ＰＣ（ポリカーボネート）やＰＰ（ポリプロピレン）やナイロンなどが使用できる。

図１ないし図３に示す電池ホルダー２は、電池ユニットＵを電池収納部３Ａに配置して、定位置に配置する。図１ないし図３の電池ホルダー３は、電池ユニットＵを平行な姿勢であって、耐圧ケース２の開口端側をほぼ同一平面に配置して、電池セル１の排出弁７の排出口８に排出ダクト９を連結する位置に配置する。電池ホルダー２は、複数の電池収納部３Ａを有し、電池収納部３Ａに電池ユニットＵを配置する。電池収納部３Ａは、電池ユニットＵを配置できる内形として、内側に電池ユニットＵを挿入して定位置に配置する。電池ホルダー３は、電池収納部３Ａの間に隔壁を有し、隔壁の両側に電池ユニットＵを絶縁状態に配置する。

図１ないし図３の電池ホルダー３は、電極端子５をバスバー６に接続するための溶接開口３Ｂを上端に開口している。図の電池ホルダー３は、電池ユニットＵの長手方向の中央部で、図において上下のホルダーユニットに分割している。ホルダーユニットは、上下に分割する状態で電池収納部３Ａに電池を挿入し、その後連結して電池ユニットＵを定位置に配置する。上下に分割して電池ユニットＵを電池収納部に配置できる電池ホルダー３は、電池収納部３Ａの上下両端に設けている開口部を電池ユニットＵの外形よりも小さくして、電池ユニットＵを電池収納部３Ａから外部に移動しない状態、すなわち電池ユニットＵを縦方向に位置ずれしないように保持できる。ただ、図示しないが、電池ホルダーは、端部に電池ユニットを挿入できる開口部を設けて、開口部から電池ユニットを挿入して定位置に配置することもできる。

電池ホルダー３は、金属板のバスバー６を定位置に配置している。図１と図３の電池モジュールは、電池ホルダー３に設けた電池収納部３Ａの両端部に正負のバスバー６を配置する。正負のバスバー６は、矢印で示すリード板を介して電極端子５に接続される。図１と図３の電池モジュールは、一方のバスバー６を凸部電極に、他方のバスバー６を外装缶の底面側に接続している。図２の電池モジュールは、電極端子５に接続している引出線１５を耐圧ケース２の排出開口１４側に引き出しているので、耐圧ケース２の排出開口側に正負のバスバー６を絶縁して配置して、一方のバスバー６には引出線１５を、他方のバスバーには外装缶１０の底面を接続している。図１ないし図３の電池モジュールは、バスバー６で隣接する電池セル１を並列に接続しているが、本発明の電池モジュールは、バスバーを介して隣接する電池セルを直列に接続することもできる。

排出ダクト９は、各々の電池セル１の排出弁７から排出される高温・高圧の排出ガスを筐体４の外部に排出する。排出ダクト９は、電池セル１の排気側端面Ｔ１に設けている排出弁７の開口部に連結して配置される。排出ダクト９は、各々の電池セル１の排出弁７の排出口８に連結される複数の開口窓２４を有し、先端の開口部を電池モジュールの筐体４の外部に配置している。

筐体４は金属ケースで、電池ホルダー３とバスバー６と排出ダクト９とを定位置に固定して配置する。電池ホルダー３と排出ダクト９は、一体構造に連結されて、筐体４の定位置に固定される。バスバー６は、電池ホルダー３の定位置に固定される。排出ダクト９は、図示しないが、電池ホルダーに固定され、あるいは電池ホルダーと筐体に挟まれて定位置に配置される。筐体４は、ネジ止め、嵌合構造などで、電池ホルダー３と排出ダクト９を内部の定位置に固定する。筐体４が電池ホルダー３を定位置に固定し、定位置に固定される電池ホルダー３が耐圧ケース２と電池セル１を定位置に固定する。電池セル１と耐圧ケース２が定位置に固定される電池モジュールは、非排気側端面Ｔ２から噴出される漏れガスで耐圧ケース２と電池セル１とが相対運動しない。電池セル１に対して相対運動しない耐圧ケース２は、非排気側端面Ｔ２に噴出される漏れガスを排気側端面Ｔ１に流動させる。耐圧ケース２と電池セル１との相対運動は、筐体４が電池ホルダー３を定位置に固定して、電池ホルダー３を定位置に配置して、電池ホルダー３が耐圧ケース２と電池セル１とを定位置に固定する構造のみでなく、電池ホルダー３が耐圧ケース２と電池セル１とを定位置に固定する構造によっても実現できる。電池ホルダー３が耐圧ケース２と電池セル１を定位置に固定する構造は、図４に示すように、一対のホルダーユニットに分割された電池ホルダー３内に、電池ユニットＵが軸方向に位置ずれしない状態で配置して、一対のホルダーユニットを分離しない構造に連結しても実現できる。電池ユニットＵが軸方向に位置ずれしない状態は、電池収納部３Ａの両端開口部を電池セル１の外径よりも小さくして実現する。一対のホルダーユニットを分離しない状態に連結する構造は、図示しないが、一方のホルダーユニットに係止アームを設け、この係止アームを他方のホルダーユニットに係止構造で連結し、あるいは一対のホルダーユニットを両端から筐体４で押圧する構造で実現できる。

筐体４の内部に配置される金属製のバスバー６は、金属製の筐体４から絶縁して配置される。バスバー６と筐体４との絶縁は、隙間を設け、絶縁性のセパレータ２５を配置し、あるいは排出ダクトなどの絶縁材で構成されるパーツを配置して実現される。図１ないし図３の電池モジュールは、非排気側端面Ｔ２に配置するバスバー６と筐体４とを対向して配置するので、セパレータ２５を電池ホルダー３に一体的に成形して設けている。セパレータ２５は、筐体４と対向面に部分的に設けられて、先端面を筐体４の内面まで突起して、筐体４とバスバー６との間に隙間を設けている。この隙間にバスバー６が配置されてバスバー６は筐体４から絶縁して配置される。また、セパレータ２５は、筐体４の内面に接触して電池ホルダー３を定位置に配置して、電池ホルダー３の位置ずれを防止する。セパレータ２５は筐体４を貫通する止ネジ２６で筐体４に固定されて、筐体４と電池ホルダー３とを確実に定位置に固定できる。

以上の電池モジュールは、仮に非排気側端面の内圧が上昇して破壊しても、耐圧ケースが漏れガスを排気側端面に導いて排出する。電池セルは、電池ケースをできる限り薄くして、単位重量と単位容積に対する充放電容量を増加できるが、このことは薄い電池ケースの強度が低下するため、非排気側端面の破壊強度を低下させる原因となる。以上の電池モジュールは電池セルの非排気側端面が仮に破壊しても、漏れガスを非排気側端面から排出することなく、排気側端面に導いて排出できるので、このタイプの電池セルを使用する電池モジュールにおいては、高容量化しながら高い安全性を実現することができる。

本発明の電池モジュールは、電池セルの内圧が上昇する状態で、高温・高圧の排出ガスを排気側端面から排出する構造の電源モジュールに有効に使用できる。

１…電池セル
２…耐圧ケース
２Ａ…閉塞プレート部
３…電池ホルダー
３Ａ…電池収納部
３Ｂ…溶接開口
４…筐体
５…電極端子
６…バスバー
７…排出弁
８…排出口
９…排出ダクト
１０…外装缶
１１…封口板
１２…電池ケース
１３…薄肉部
１４…排出開口
１５…引出線
１７…絶縁材
１７Ａ…ガス溝
２０…配線溝
２１…絶縁ガイド
２１Ａ…配線溝
２２…嵌合凹部
２３…金属端子
２３Ａ…接続プレート
２３Ｂ…接続片
２３Ｃ…突出部
２４…開口窓
２５…セパレータ
２６…止ネジ
Ｔ１…排気側端面
Ｔ２…非排気側端面
Ｕ…電池ユニット

Claims

設定圧力で開弁する排出弁の排出口を設けてなる端面を排気側端面とし、前記排気側端面と反対側の端面を非排気側端面とする複数の電池セルと、
前記電池セルを定位置に配列してなる電池ホルダーと、
前記電池ホルダーで定位置に配置してなる前記電池セルの前記排出口に連結してなる排出ダクトとを備える電池モジュールであって、
前記電池セルを内部に配置してなる耐圧ケースを備え、
前記耐圧ケースは、前記非排気側端面から排出される漏れガスの温度と圧力に耐える強度を有すると共に、
内蔵する前記電池セルの非排気側端面側を閉塞して、
前記排気側端面側に漏れガスの排出開口を設けており、
前記非排気側端面から排出される漏れガスが、前記耐圧ケースの前記排出開口から排出される構造としてなり、
前記電池セルが、
一端を開口して底面を閉塞してなる外装缶と、
前記外装缶の開口縁に気密に連結されて開口部を密閉し、かつ電極端子を設けてなる封口板とからなる電池ケースを備え、
前記電池セルは、前記外装缶の底面に、設定圧力で薄肉部を破壊する前記排出弁を設けており、
前記外装缶の底面を排気側端面として、前記封口板側を非排気側端面としてなることを特徴とする電池モジュール。
請求項１に記載される電池モジュールであって、
前記電池セルが円筒形電池であることを特徴とする電池モジュール。
請求項１または２に記載される電池モジュールであって、
前記耐圧ケースの前記排出開口が前記排出ダクトに連結されてなることを特徴とする電池モジュール。
請求項１ないし３のいずれかに記載される電池モジュールであって、
前記耐圧ケースが、非排気側端面を閉塞してなる金属筒としてなることを特徴とする電池モジュール。
請求項４に記載される電池モジュールであって、
前記耐圧ケースが非排気側端面に設けてなる前記電池セルの電極端子に接続されてリード板に併用されてなることを特徴とする電池モジュール。
設定圧力で開弁する排出弁の排出口を設けてなる端面を排気側端面とし、前記排気側端面と反対側の端面を非排気側端面とする複数の電池セルと、
前記電池セルを定位置に配列してなる電池ホルダーと、
前記電池ホルダーで定位置に配置してなる前記電池セルの前記排出口に連結してなる排出ダクトとを備える電池モジュールであって、
前記電池セルを内部に配置してなる耐圧ケースを備え、
前記耐圧ケースは、前記非排気側端面から排出される漏れガスの温度と圧力に耐える強度を有すると共に、
内蔵する前記電池セルの非排気側端面側を閉塞して、
前記排気側端面側に漏れガスの排出開口を設けており、
前記非排気側端面から排出される漏れガスが、前記耐圧ケースの前記排出開口から排出される構造としてなり、
前記耐圧ケースがプラスチック製としてなり、
前記耐圧ケースが、プラスチック製の本体部と、この本体部に一体的に成形して固定してなる前記電池セルの電極端子に接続される金属製のリード端子とを備え、
前記本体部は、前記電池セルの外周面をカバーする筒状カバー部と、前記筒状カバー部の一端に連結されて、前記非排気側端面をカバーする端面カバー部とを有し、
前記リード端子は、筒部と、筒部の一端に連結されて前記電池セルの電極端子に溶接される溶接プレート部と、溶接プレート部の反対側で前記筒部に連結してなるバスバー接続部とからなり、
前記リード端子は、前記筒部がプラスチック製の前記本体部を内側と外側に貫通し、かつ、前記バスバー接続部を前記端面カバー部の外側に配置して、前記溶接プレート部が前記端面カバー部の内側に位置して、前記本体部に一体的に成形して固定され、
前記耐圧ケースの前記本体部の内側に配置される前記電池セルの電極端子に、前記リード端子の前記溶接プレート部が溶接されてなる電池モジュール。