JP2010140695A - 電池モジュールとそれを用いた集合電池モジュール - Google Patents

電池モジュールとそれを用いた集合電池モジュール Download PDF

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Abstract

【課題】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電池モジュールとそれを用いた集合電池モジュールを提供することを目的とする。
【解決手段】ベント機構を備える電池を１つ以上有する複数の電池ユニット４０と、少なくとも一方が開口端である隔壁５２で仕切られる複数の収納部５４を有し、収納部５４に電池ユニット４０を収納する筐体５０と、開口端を覆うとともに、電池ユニット４０の電池のベント機構側に設けられ、電池ユニット４０と接続される接続端子３２を有する配線基板３０と、筐体５０の開口端と配線基板３０を覆う開口部２６を有する蓋体２０とを、少なくとも備え、配線基板３０の接続端子３２と異なる領域に、電池ユニット４０に対応して貫通孔３６を設ける構成を有する。
【選択図】図２

Description

本発明は、電池に発熱などの不具合を生じても他の電池に影響を与えない、特に複数の電池ユニットを備える電池モジュールとそれを用いた集合電池モジュールに関する。
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ユニット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、搭載する電池ユニットの数が増加するにしたがって、電源線や制御用の配線を引き回すための空間が必要となるため、電池モジュールの小型化に対して、大きな課題となっている。
そこで、複数の電池からなる電池ユニットにおいて、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、それらを集合した複数の電池ユニットを組み合わせ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、連鎖的に各電池ユニットが劣化するという課題がある。特に、複数の電池ユニットを搭載する電池モジュールにおいては、異常を生じた電池ユニットの影響を、いかに周囲の電池ユニットへの拡大を抑制して最小限に影響を留めるかが課題となっている。
また、特許文献３に示す電源装置は、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、特許文献１および特許文献２と同様に、安全弁が作動するまで１個の電池が異常に発熱した場合、発熱した電池の熱が放射や輻射などにより周囲の電池を連鎖的に加熱する。これは、電池室内に収納される電池の数が増加するほど相乗的に発熱量が増大するため、周囲電池への影響を最小限に抑制できない。また、樹脂中に内蔵された回路基板は開示しているが、電池との接続や制御方法などは、何ら開示も示唆もされていない。さらに、回路基板を樹脂に内蔵するため、電池モジュールの小型化が制限されるなどの課題がある。
本発明は、上記の課題を解決するものであり、配線のためのスペースを削減するとともに、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電池モジュールとそれを用いた集合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、本発明の電池モジュールは、ベント機構を備える電池を１つ以上有する複数の電池ユニットと、少なくとも一方が開口端である隔壁で仕切られる複数の収納部を有し、収納部に電池ユニットを収納する筐体と、開口端を覆うとともに、電池ユニットの電池のベント機構側に設けられ、電池ユニットと接続される接続端子を有する配線基板と、筐体の開口端と配線基板を覆う開口部を有する蓋体とを、少なくとも備え、配線基板の接続端子と異なる領域に、電池ユニットに対応して貫通孔を設ける構成を有する。
この構成により、少なくとも配線基板と隔壁により電池ユニットを筐体の収納部内に密閉状態で収納できる。そのため、電池ユニットが異常な状態になっても、電池のベント機構の開放によって噴出するガスには外部から酸素が供給されず、配線基板の貫通孔を介して、ガスの状態で電池モジュールの外部に排出される。また、各電池ユニットが筐体内の隔壁で仕切られた収納部に収納されるため、周囲の電池ユニットへ熱量の伝達を防止し、その影響を最小限に抑えることができる。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が、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。
また、本発明の集合電池モジュールは、上記電池モジュールを、複数個、直列接続および並列接続の少なくとも一方により組み合わせた構成を有する。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集合電池モジュールを実現できる。
本発明によれば、配線のためのスペースを削減するとともに、不具合を生じた電池ユニットの異常発熱による周囲の電池ユニットへの影響を最小限に抑制できる電池モジュールおよび集合電池モジュールを実現できる。
本発明の第１の発明は、安全弁を備える電池を１つ以上有する複数の電池ユニットと、少なくとも一方が開口端である隔壁で仕切られる複数の収納部を有し、収納部に電池ユニットを収納する筐体と、開口端を覆うとともに、電池ユニットの電池のベント機構側に設けられ、電池ユニットと接続される接続端子を有する配線基板と、筐体の開口端と配線基板を覆う開口部を有する蓋体と、を備え、配線基板の接続端子と異なる領域に、電池ユニットに対応して貫通孔を設ける構成の電池モジュールである。
この構成により、少なくとも配線基板と隔壁により電池ユニットを筐体の収納部内に密閉状態で収納できる。そのため、電池ユニットが異常な状態になっても、電池のベント機構の開放によって噴出するガスには外部から酸素が供給されず、配線基板の貫通孔を介して、ガスの状態で電池モジュールの外部に排出される。また、各電池ユニットが筐体内の隔壁で仕切られた収納部に収納されるため、周囲の電池ユニットへ熱量の伝達を防止し、その影響を最小限に抑えることができる。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が、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。
本発明の第２の発明は、第１の発明において、電池ユニットと配線基板が、所定の間隔を設けて配置される。これにより、特に、複数の電池からなる電池ユニットにおいて、噴出するガスを電池モジュールの外部へ効率的に排出できる。
本発明の第３の発明は、第２の発明において、接続端子を配線基板から突出させることで、所定の間隔を形成する。これにより、配線基板と電池ユニット間の所定の間隔を、簡単な構成で、かつ均一に形成することができる。
本発明の第４の発明は、第３の発明において、接続端子に、穴を設ける。これにより、貫通孔と穴により、ガスを効率よく排出できる。
本発明の第５の発明は、第１の発明において、蓋体の少なくとも筐体の隔壁と対向する位置にリブ部を設ける。これにより、蓋体のリブ部と筐体の隔壁で配線基板を確実に挟んで電池ユニットが収納される収納部の密閉性を、さらに向上できる。
本発明の第６の発明は、第１の発明において、配線基板が、フレキシブル基板と補強部材からなる。これにより、配線基板の機械的強度を向上して電池ユニットが収納される収納部の密閉性を向上させるとともに、作業性や取り扱いが容易になる。
本発明の第７の発明は、第１の発明から第６の発明のいずれかにおいて、蓋体と配線基板との間に、配線基板を保持する支持部材を、さらに備える。これにより、電池ユニットが収納される収納部の密閉性が、さらに向上する。
本発明の第８の発明は、第１の発明において、配線基板は、電池ユニット間を接続する電源配線と、複数対の温度検出配線および電圧検出配線とを有し、温度検出配線は温度検出素子を介して電池ユニットの温度を検知し、電圧検出配線は電池ユニットの電圧を検知する。これにより、複数の電池ユニットの電圧や温度などを確実に検出することができる。さらに、収納部の密閉性を損なわずに、複数の配線の引き回しのためのスペースを削減できるため、安全性を向上できるとともに、小型の電池モジュールを実現できる。
本発明の第９の発明は、第１の発明において、筐体が、両端に開口端を有する複数の収納部からなる枠体と、枠体の一方の開口端を塞ぐ閉塞部材からなる。これにより、組立が容易で生産性に優れた電池モジュールを実現できる。
本発明の第１０の発明は、第１の発明から第９の発明において、上記電池モジュールを、複数個、直列接続および並列接続の少なくとも一方により組み合わせた構成の集合電池モジュールである。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集合電池モジュールを実現できる。
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、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。
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における電池ユニットを構成する電池の横断面図である。なお、以下では、１個の電池の場合でも、電池ユニットと記して説明するが、説明の都合により電池と記して説明する場合もある。
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。また、正極キャップ１６には、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排気孔１７を設けている。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、本発明の実施の形態１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）は本発明の実施の形態１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、本発明の実施の形態１における電池モジュールの分解斜視図である。図４は、本発明の実施の形態１における電池モジュールの蓋体の構造を説明する斜視図である。図５（ａ）は、本発明の実施の形態１における電池モジュールの配線基板を説明する斜視図で、図５（ｂ）は図５（ａ）の５Ｂ−５Ｂ線断面図、図５（ｃ）は図５（ａ）の平面図である。
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、その内部に配線基板３０と電気的に接続される複数の電池ユニット４０を収納して構成されている。このとき、例えば１個の電池で構成される各電池ユニット４０は、筐体５０の収納部５４と配線基板３０とで形成される密閉空間に収納される。そして、基本的に、以下で詳細に述べる配線基板３０に形成された貫通孔３６により外部の空間と連通される。
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、開口端側から電池ユニット４０を個別に収納する隔壁５２で仕切られた複数の収納部５４で構成されている。このとき、電池ユニットの電池が、例えば外径１８ｍｍ、高さ６５ｍｍの場合、隔壁５２の高さとしては、６５ｍｍに接続板の厚みを加えた程度となる。
また、蓋体２０は、図３の蓋体２０を裏返して図４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。
さらに、図５（ａ）から図５（ｃ）に示すように、例えばガラス−エポキシ基板からなる配線基板３０は、各電池ユニットのベント機構側の一方の電極（例えば、正極）と接続する接続端子３２と、他方の電極（例えば、負極）と接続する接続板３４と、貫通孔３６を備え、少なくとも隣接する接続端子３２と接続板３４とを接続する電源配線（パワーライン）（図示せず）から構成されている。なお、接続端子３２や接続板３４は、例えばニッケル板やリード線などで構成され、銅箔などで形成された電源配線と、例えばはんだを介して接続される。
そして、貫通孔３６は、各電池ユニット４０と対応して接続端子３２と異なる配線基板３０の領域に設けられている。このとき、接続端子３２は、図２（ｃ）に示すように、配線基板３０の厚み方向において突出しないように設けられ、電池ユニット４０の一方の電極と、例えばスポット溶接により電気的に接続される。
これにより、各電池ユニットが、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。そのため、各電池ユニット４０を収納する収納部５４を形成する筐体５０の隔壁５２に、隙間や貫通する穴を設ける必要がないので、電池ユニットを隔壁と配線基板で形成された収納部に密閉状態で収納できる。その結果、異常状態の電池ユニットから噴出したガスが、隣接する電池ユニットの収納部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。
以下、本実施の形態の電池モジュール１００において、１つの電池ユニット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６を用いて説明する。
図６（ａ）は、本実施の形態の電池モジュール１００において、１つの電池ユニット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６（ｂ）は図６（ａ）の６Ｂ部の拡大断面図である。
まず、図６（ｂ）に示すように、電池ユニット４０が異常に発熱し、外装ケース内に発生したガスのガス圧の上昇によりベント機構である、例えば安全弁が作動し、外装ケースからガスが噴出する。そして、噴出したガスは、正極キャップの排気孔１７から、配線基板３０と筐体５０の隔壁５２で形成された収納部５４内に噴出される。
つぎに、図６（ａ）に示すように、ガス４５は、収納部５４を充満することなく、配線基板３０の貫通孔３６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、電池ユニット４０からガス４５が急激に噴出する場合、一般に引火等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、収納部５４内の酸素量は限られ、さらに密閉空間であるため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い。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。また、筐体５０の隔壁５２により、異常に発熱した電池ユニット４０の熱の隣接する電池ユニットへの伝達を防止できる。その結果、異常に発熱した電池ユニットが収納された収納部から、別の収納部に収納された電池ユニットへの、伝熱による影響を大幅に抑制できる。
本実施の形態によれば、少なくとも配線基板と隔壁により電池ユニットを筐体の収納部内に密閉状態で収納できる。そのため、電池ユニットの異常な状態時に噴出するガスには外部から酸素が供給されないので、配線基板の貫通孔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、各電池ユニットが筐体内の隔壁で仕切られた収納部に収納するため、周囲の電池ユニットへ熱量の伝達が抑制され、その影響を最小限に抑えることができる。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が、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、本実施の形態では、配線基板として、ガラス−エポキシ基板を例に説明したが、これに限られない。例えば、図７の断面図に示すように、銅箔などで形成された電源配線（図示せず）や制御配線（図示せず）をポリイミド樹脂やポリエチレンテレフタレート樹脂（ＰＥＴ）などで挟んだ構成からなるフレキシブル基板６２と、フレキシブル基板６２と貼り合せた補強部材６４で配線基板６０を構成してもよい。このとき、電池ユニットの一方の電極と接続される接続端子は、スポット溶接などを考慮して、例えばニッケル板などを露出した状態で形成することが好ましい。また、補強部材６４としては、例えばポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）樹脂、ポリカーボネート（ＰＣ）樹脂、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）樹脂、フェノール樹脂、ユニレート、ガラスエポキシ樹脂、セラミックなどを用いることができる。なお、上記樹脂中に、炭素繊維やガラス繊維などのフィラーを含有してもよい。
また、配線基板６０として、補強部材と同じ材料の間にブスバーなどをインサート成型して構成してもよい。
これらにより、配線基板の機械的強度を高めて、噴出するガスの圧力による配線基板の変形や耐熱性を向上させ、さらに信頼性や安全性を高めることができる。
また、本実施の形態では、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の隔壁５２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８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。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の隔壁５２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、筐体の隔壁と支持部材の支持部で配線基板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隣接する収納部間の隔壁上の配線基板の変形を抑制し、隣接する電池ユニット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９に示すように、蓋体２０の排気室２４に、筐体５０の隔壁５２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。これにより、筐体の隔壁と蓋体のリブ部で配線基板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、本実施の形態では、配線基板に電源配線が形成された例で説明したが、これに限られない。例えば、各電池ユニット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ユニットと接触させて温度を検出することができる。これにより、複数の電池ユニット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、電池ユニット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、本実施の形態では、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１０に示すように、筐体５０として、電池ユニットを収納する両端に開口端を有し複数の収納部からなる枠体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。これにより、電池ユニットと配線基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。
また、本実施の形態では、ベント機構を同じ方向に揃えて複数の電池ユニットを配置した例で説明したが、これに限られない。以下、図１１を用いて説明するように、電池ユニットのベント機構が異なる方向で収納されていてもよい。図１１（ａ）は、本発明の実施の形態１の電池モジュールの別の例を説明する外観斜視図で、図１１（ｂ）は図１１（ａ）の１１Ｂ−１１Ｂ線断面図である。
図１１（ｂ）に示すように、電池モジュール１５０は、例えばベント機構の配置方向を互い違いにした複数の電池ユニット４０を配線基板３０Ａ、３０Ｂで互いに接続し、蓋体２０Ａ、２０Ｂと筐体５５を嵌め合わせて、筐体５５の収納部５４に収納して構成される。そして、配線基板３０Ａ、３０Ｂには、電池ユニット４０のベント機構側と接続する接続端子と異なる領域で、かつ収納室と対向する領域に、貫通孔３６Ａ、３６Ｂが設けられている。これにより、上記と同様の効果が得られる。さらに、接続板を削除できるとともに、複数の電池ユニットとの接続が容易で、組立性や作業性が大幅に向上する。なぜならば、電池モジュール１００のように、複数の電池ユニットと配線基板とを接続して筐体に収納する必要がなくなるからである。すなわち、筐体に電池ユニットを収納して、その電池ユニットを配線基板３０Ａ、３０Ｂで挟んだ状態で、例えば同時に接続端子と電池ユニットを接続できることによる。
（実施の形態２）
以下、本発明の実施の形態２における電池モジュールについて、図１２を用いて詳細に説明する。
図１２（ａ）は本発明の実施の形態２における電池モジュールの断面図で、図１２（ｂ）は図１２（ａ）の１２Ｂ部の拡大断面図である。なお、図１２（ａ）は図２（ａ）の２Ｂ−２Ｂ線断面図に相当する電池モジュールの断面図である。
図１２（ａ）に示すように、電池モジュール２００は、配線基板から所定の形状の接続端子を突出させることにより、配線基板と各電池ユニットのベント機構側の一方の電極間に所定の間隔を設けている点で、実施の形態１の電池モジュール１００とは異なる。なお、配線基板以外の構成要素は、実施の形態１と同様であるので、説明を省略する。
すなわち、図１２に示すように、例えばガラス−エポキシ基板からなる配線基板７０は、各電池ユニット４０のベント機構側の一方の電極（例えば、正極）と接続する接続端子７２と、他方の電極（例えば、負極）と接続する接続板（図示せず）と、貫通孔７６を備え、少なくとも隣接する接続端子７２と接続板とを接続する電源配線（図示せず）から構成されている。
そして、貫通孔７６は、各電池ユニット４０と対応して接続端子７２と異なる配線基板７０の領域に設けられている。
また、接続端子７２は、図１２（ｂ）に示すように、コの字形状を有し、コの字部が配線基板７０の厚み方向において、所定の間隔（図面中のＴに相当）で突出して設けられる。そして、電池ユニット４０の一方の電極と接続端子７２のコの字部の底部とが、例えばスポット溶接により電気的に接続される。このとき、コの字形状の接続端子７２は、ニッケル板のプレス加工などにより形成される。
これにより、異常状態の電池ユニットから噴出したガスが、隣接する電池ユニットの収納部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。特に、以下の別の例の電池モジュールで詳細に説明するように、複数本の電池から構成された電池ユニットを筐体の収納部に収納する場合において、その効果が大きいものである。つまり、配線基板７０の貫通孔７６の近傍に配置されない電池が異常な状態になっても、異常状態になった電池の排気孔から噴出するガスの排出するスペースを、接続端子７２の所定の間隔により確保して、貫通孔７６から容易に排気できるからである。なお、接続端子７２の、例えば折れ曲がり部の側面に穴を形成して、貫通孔と同様の機能を持たせてもよい。これにより、ガスの排気効率を向上できる。
本実施の形態によれば、実施の形態１と同様の効果が得られるとともに、配線基板と電池ユニット間を接続端子で所定の間隔を設けることにより、噴出するガスの排気抵抗を低減して、効率よく確実に排出できる。
なお、本実施の形態では、接続端子をコの字形状を例に説明したが、これに限られない。例えば、図１３（ａ）と図１３（ｂ）に示すように、Ｌ字形状の接続端子７２Ａにより、配線基板７０Ａと電池ユニット間に所定の間隔を設けてもよい。また、上記形状の接続端子に限られず、所定の間隔を確保でき、例えばスポット溶接できるものであれば、接続端子の形状は任意である。
また、図１４（ａ）と図１４（ｂ）に示すように、例えばフレキシブル基板７３と補強部材７４とを貼り合せて配線基板７０Ｂを構成してもよく、図７を用いて説明した実施の形態１と同様の効果が得られる。
以下に、本発明の実施の形態２における電池モジュールの別の例について、図１５を用いて説明する。
図１５は、本発明の実施の形態２における電池モジュールの別の例を説明する分解斜視図である。
図１５に示すように、電池モジュール３００は、例えば３個の電池をまとめて並列に接続して電池ユニット３４０を構成し、各電池ユニット３４０を筐体３５０の隔壁３５２で仕切られた収納部３５４に収納した点で、上記電池モジュール２００と異なる。
すなわち、まずベント機構側を揃えて、３個の電池の一方の電極と他方の電極を互いに接続して電池ユニット３４０を形成する。そして、各電池ユニット３４０の一方の電極と配線基板３３０の接続端子３３２、および他方の電極と接続板（図示せず）とを接続して筐体３５０の収納部３５４に収納する。このとき、上記で説明したように、配線基板３３０の接続端子３３２は、配線基板３３０から所定の間隔を形成するように突出させ、電池ユニット３４０を構成する１個の電池の一方の電極と、例えばスポット溶接などで接続する。さらに、配線基板３３０に、接続端子３３２の位置とは異なる領域で、例えば電池ユニット３４０の残りの電池のベント機構部と対向する位置に、少なくとも１つの貫通孔３３６を設ける。なお、接続端子を形成する位置の配線基板に開口部を設けることが好ましい。
これにより、複数個の電池からなる電池ユニットのうち、少なくとも１個の電池が異常な状態となり、ガスを噴出しても、ガスを貫通孔により効率よく確実に排出できる。また、例えばコの字状の接続端子で、その周囲を開口部とすることにより、さらに効率よくガスを排気できる。
なお、本実施の形態では、電池ユニットを３個の電池で構成した例で説明したが、これに限られない。例えば、要求される電気容量に応じて、３個以上の電池を並列に接続して電池ユニットを形成してもよい。このとき、電池ユニットを構成する電池の個数の増加に伴って、複数の貫通孔を配線基板に設けることが好ましい。
（実施の形態３）
以下、本発明の実施の形態３における集合電池モジュールについて、図１６を用いて詳細に説明する。
図１６は、本発明の実施の形態３における集合電池モジュールの組立斜視図である。
図１６（ａ）は、上記各実施の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で接続して集合電池モジュール４００を構成したものである。また、図１６（ｂ）は、上記各実施の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で接続して集合電池モジュール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、集合電池モジュールが構成される。
本実施の形態によれば、用途に応じて、配置スペース、必要な電圧や電気容量を有する汎用性の高い集合電池モジュールを、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。
以下に、本発明の実施の形態３の集合電池モジュールの別の例について、図１７を用いて説明する。
図１７は、本発明の実施の形態３の別の例における集合電池モジュールを説明する分解斜視図である。このとき、集合電池モジュール６００は、複数の電池ユニット６４０を、２次元配置で一体的に収納する点で、上記実施の形態と異なる。
すなわち、図１７に示すように、集合電池モジュール６００は、隔壁６５２で２次元配置で仕切られた収納部６５４を有する筐体６５０と、各収納部６５４に収納される複数の電池ユニット６４０と、電池ユニット６４０間を１次元で接続する配線基板６３０と、それらを密閉状態で収納する筐体６５０と嵌合する蓋体６２０で構成されている。そして、配線基板６３０は、ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）６６０により、並列接続または直列接続、あるいは直列接続と並列接続で接続される。さらに、配線基板６３０は、電池の温度や電圧を検知して制御するとともに、外部機器に対して情報などを送受信できる。このとき、蓋体６２０には、排気室とともに、噴出するガスを排出する開口部（図示せず）が、例えば各配線基板６３０に対応して設けられる。また、配線基板６３０には、各電池ユニット６４０のベント機構部に対応して、１つ以上の貫通孔６３６が設けられている。
上記実施の形態によれば、筐体を一体化することにより、さらに小型化した集合電池モジュールを実現できる。
なお、各実施の形態においては、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、各実施の形態においては、電池ユニット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、角型の電池あってもよい。さらに、正極端子と負極端子およびベント機構が、同じ側に設けた電池であってもよい。これにより、各電池ユニットと配線基板との組立性や作業性が大幅に向上する。
また、各実施の形態においては、互いにその構成を適用できることはいうまでもない。
本発明は、自動車、自転車や電動工具などの高い信頼性と安全性が要求される、電池モジュールや集合電池モジュールとして有用である。
本発明の実施の形態１における電池ユニットに収納される電池の横断面図 （ａ）本発明の実施の形態１における電池モジュールの外観斜視図、（ｂ）図２（ａ）の２Ｂ−２Ｂ線断面図、（ｃ）図２（ｂ）の２Ｃ部の拡大断面図 本発明の実施の形態１における電池モジュールの分解斜視図 本発明の実施の形態１における電池モジュールの蓋体の構造を説明する斜視図 （ａ）本発明の実施の形態１における電池モジュールの配線基板を説明する斜視図、（ｂ）図５（ａ）の５Ｂ−５Ｂ線断面図、（ｃ）図５（ａ）の平面図 （ａ）本発明の実施の形態１の電池モジュールにおいて、１つの電池ユニット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）図６（ａ）の６Ｂ部の拡大断面図 （ａ）本発明の実施の形態１における電池モジュールの配線基板の別の例を説明する断面図、（ｂ）図７（ａ）の７Ｂ部の拡大断面図 本発明の実施の形態１における電池モジュールの別の例を説明する分解斜視図 本発明の実施の形態１における蓋体の別の例を説明する斜視図 本発明の実施の形態１における筐体の別の例を説明する分解斜視図 （ａ）本発明の実施の形態１の電池モジュールの別の例を説明する外観斜視図、（ｂ）図１１（ａ）の１１Ｂ−１１Ｂ線断面図 （ａ）本発明の実施の形態２における電池モジュールの断面図、（ｂ）図１２（ａ）の１２Ｂ部の拡大断面図 （ａ）本発明の実施の形態２における電池モジュールの配線基板の別の例を説明する断面図、（ｂ）図１３（ａ）の１３Ｂ部の拡大断面図 （ａ）本発明の実施の形態２における電池モジュールの配線基板のさらに別の例を説明する断面図、（ｂ）図１４（ａ）の１４Ｂ部の拡大断面図 本発明の実施の形態２における電池モジュールの別の例を説明する分解斜視図 （ａ）本発明の実施の形態３における集合電池モジュールの組立斜視図、（ｂ）本発明の実施の形態３における集合電池モジュールの別の例の組立斜視図 本発明の実施の形態３のさらに別の例における集合電池モジュールを説明する分解斜視図
符号の説明
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 電池ケース
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
１７ 排気孔
１８ 電流遮断部材
１９ ベント機構
２０，２０Ａ，２０Ｂ，６２０ 蓋体
２２ 外周壁
２４ 排気室
２６ 開口部
２８ リブ部
２８Ａ 開口穴
３０，３０Ａ，３０Ｂ，６０，７０，７０Ａ，７０Ｂ，３３０，６３０ 配線基板
３２，７２，７２Ａ，３３２ 接続端子
３４ 接続板
３６，３６Ａ，３６Ｂ，７６，３３６，６３６ 貫通孔
４０，３４０，６４０ 電池ユニット
４５ ガス
５０，５５，３５０，６５０ 筐体
５０Ａ 枠体
５０Ｂ 閉塞部材
５２，３５２，６５２ 隔壁
５４，３５４，６５４ 収納部
６２，７３ フレキシブル基板
６４，７４ 補強部材
６５ 支持部材
６６ 外周枠
６８ 支持部
１００，１５０，２００，３００，４００，５００，６００ 電池モジュール
４５０，５５０ 接続部材
６６０ ＥＣＵ

Claims (10)

  1. ベント機構を備える電池を１つ以上有する複数の電池ユニットと、
    少なくとも一方が開口端である隔壁で仕切られる複数の収納部を有し、前記収納部に前記電池ユニットを収納する筐体と、
    前記開口端を覆うとともに、前記電池ユニットの前記電池の前記ベント機構側に設けられ、前記電池ユニットと接続される接続端子を有する配線基板と、
    前記筐体の前記開口端と前記配線基板を覆う開口部を有する蓋体とを、少なくとも備え、
    前記配線基板の前記接続端子と異なる領域に、前記電池ユニットに対応して貫通孔を設けることを特徴とする電池モジュール。
  2. 前記電池ユニットと前記配線基板が、所定の間隔を設けて配置されていることを特徴とする請求項１に記載の電池モジュール。
  3. 前記接続端子を前記配線基板から突出させることで、前記所定の間隔を形成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。
  4. 前記接続端子に、穴を設けることを特徴とする請求項３に記載の電池モジュール。
  5. 前記蓋体の少なくとも前記筐体の前記隔壁と対向する位置にリブ部を設けることを特徴とする請求項１に記載の電池モジュール。
  6. 前記配線基板が、フレキシブル基板と補強部材からなることを特徴とする請求項１に記載の電池モジュール。
  7. 前記蓋体と前記配線基板との間に、前記配線基板を保持する支持部材を、さらに備えることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の電池モジュール。
  8. 前記配線基板は、前記電池ユニット間を接続する電源配線と、複数対の温度検出配線および電圧検出配線とを有し、前記温度検出配線は温度検出素子を介して前記電池ユニットの温度を検知し、前記電圧検出配線は前記電池ユニットの電圧を検知することを特徴とする請求項１に記載の電池モジュール。
  9. 前記筐体が、両端に開口端を有する複数の収納部からなる枠体と、前記枠体の一方の前記開口端を塞ぐ閉塞部材からなることを特徴とする請求項１に記載の電池モジュール。
  10. 請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の電池モジュールを、複数個、直列接続および並列接続の少なくとも一方により組み合わせて構成されることを特徴とする集合電池モジュール。
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