JP2011065906A - 電池モジュール - Google Patents

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Abstract

【課題】電池モジュールにおける異常電池から排出された高温ガスを、他の正常な電池に影響を与えることなくケース外に排出させる。
【解決手段】複数の素電池１００を収容するケース２０は、複数の素電池１００の一端側に配設された平板３０によって、複数の素電池１００を収容する収容部５０と、素電池１００の開放部８ａから排出されるガスをケース２０外に排気する排気ダクト６０とに区画されており、素電池１００の開放部８ａは、平板３０に形成された開口部３０ａを介して排気ダクト６０に連通している。排気ダクト６０は、平板３０とケース２０の外装板２１との間に配設された隔壁４０によって、第１の空間６１と第２の空間６２とに区画され、第１の空間６１は、隔壁４０に形成された貫通孔４０ａを介して第２の空間６２に連通している。
【選択図】図２

Description

本発明は、複数の電池がケースに収容された電池モジュールに関し、特に、電池から排出されたガスを、安全にケース外に排出する排出機構を備えた電池モジュールに関する。
複数の電池をケースに収容して、所定の電圧及び容量を出力できるようにした電池パックは、種々の機器、車両等の電源として広く使用されている。中でも、汎用的な電池を並列・直列接続して、所定の電圧及び容量を出力する組電池をモジュール化し、この電池モジュールを種々組み合わせることによって、多種多様な用途に対応可能とする技術が採用され始めている。このモジュール化技術は、電池モジュールに収容する電池を高性能化することによって、電池モジュール自身の小型・軽量化が図られるため、電池パックを組み立てる際の作業性が向上するとともに、車両等の限られた空間へ搭載する際の自由度が向上するなど、様々なメリットと有する。
一方、電池モジュールに収容する電池の高性能化に伴い、電池自身の安全性確保に加え、複数の電池が集合した電池モジュールにおける安全性確保も重要になってくる。特に、電池内での内部短絡等による発熱でガスが発生し、安全弁が作動して高温ガスが電池外に放出された場合、周辺の電池が高温ガスに曝されると、正常な電池にまで影響を与え、連鎖的な劣化を引き起こすおそれがある。
このような問題に対して、特許文献１には、複数の電池を収容しているケースを、区画壁によって、電池を収容する電池室と、電池から放出される高温ガスを排気する排出室とに区画するとともに、電池の安全弁の開口部を排気室に連通させた構成の排気機構を備えた電源装置が記載されている。排気機構をこのように構成することによって、電池の安全弁から放出される高温ガスを、電池室に流入させることなく排気室に流入させて、ケースの排出口からケース外に排出させることができる。これにより、周辺の電池が、異常電池から放出された高温ガスに曝させるのを防止できるため、正常な電池に与える影響を低減することができる。
特開２００７−２７０１１号公報
特許文献１に記載された排気機構は、排気室を密閉構造にすることによって、電池の開口部から排出室に流入したガスが、再び電池室に流入するのを防止できるため、正常な電池の連鎖的な劣化を防止できる点では優れている。
しかしながら、排気室に流入したガスは、１０００℃以上の高温になる場合もあり、排気室内に流入したガスが酸素と反応して燃焼するおそれがある。その場合、排気室が高温に曝されるため、依然として電池室に収容された電池に影響を及ぼすおそれが残る。
本発明は、かかる課題に鑑みなされたもので、その主な目的は、異常電池から排出された高温ガスを、他の正常な電池に影響を与えることなくケース外に排出させることのできる安全性の高い電池モジュールを提供することにある。
上記の課題を解決するために、本発明は、複数の素電池を収容するケースを、素電池を収容する収容部と、素電池から排出されるガスを排気する排気ダクトとに区画するとともに、排気ダクトを、隔壁によって２つの空間にさらに区画した構成を採用する。そして、素電池内に発生したガスを排出する開放部は、第１の空間に連通し、さらに、第１の空間は、隔壁に形成された貫通孔を介して第２の空間に連通している。
このような構成により、素電池の開放部から排出されたガスは、第１の空間で断熱膨張することによって、燃焼しない温度まで低下し、さらに、第２の空間で断熱膨張することによって、ケース外に排出しても支障のない温度まで低下する。その結果、異常電池から排出された高温ガスを、他の正常な電池に影響を与えることなく、安全にケース外に排出させることができる。これにより、安全性の高い電池モジュールを実現することができる。
換言すれば、第１の空間の容積は、素電池の開放部から排出される高温のガスが、第１の空間に断熱膨張により排出された後、第１の空間から第２の空間に排出される際のガスの温度が燃焼しない温度以下になるように調整される。また、第２の空間の容積は、第１の空間から排出されたガスが、第２の空間に断熱膨張により排出された後、第２の空間からケース外に排出される際のガスの温度が、ケース外に排出しても支障のない温度以下になるよう調整される。
本発明の一側面における電池モジュールは、複数の素電池が配列されてケース内に収容された電池モジュールであって、素電池は、素電池内に発生したガスを電池外に排出する開放部を備えており、ケースは、複数の素電池の一端側に配設された平板によって、複数の素電池を収容する収容部と、素電池の開放部から排出されるガスをケース外に排気する排気ダクトとに区画されており、素電池の開放部は、平板に形成された開口部を介して前記排気ダクトに連通しており、排気ダクトは、平板とケースの外装板との間に配設された隔壁によって、第１の空間と第２の空間とに区画され、かつ、第１の空間は、隔壁に形成された貫通孔を介して第２の空間に連通しており、素電池の開放部から排出されるガスは、平板に形成された開口部を介して第１の空間に排出された後、隔壁に形成された貫通孔を介して第２の空間に導かれて、ケース外に排出されることを特徴とする。
ある好適な実施形態において、収容部と排気ダクトとを区画する平板は、回路基板で構成されており、回路基板には、複数の素電池の少なくとも一方の電極を並列接続した接続板が形成されている。あるいは、収容部と排気ダクトとを区画する平板は、複数の素電池の少なくとも一方の電極を並列接続した金属バスバーで構成されていてもよい。
このような構成により、複数の素電池の一端側に配設された平板は、収容部と排気ダクトとを区画する機能に加え、複数の素電池を電気的に並列接続する機能も付加することができるため、電池モジュールの小型化が可能となる。
本発明によれば、異常電池から排出される高温ガスを、他の正常な電池に影響を与えることなくケース外に排出することができるので、安全性の高い電池モジュールを実現できる。
本発明の第１の実施形態における電池モジュールに使用する電池の構成を模式的に示した断面図である。 本実施形態における電池モジュールの構成を模式的に示した断面図である。 平板が配設された素電池の一端部の近傍を拡大した部分断面図である。 素電池の開放部が、正極端子の突起部の側部に形成された場合の素電池と平板との配置関係を示した部分断面図である。 （ａ）〜（ｃ）は、素電池の開放部から排出されるガスの経路を示した部分断面図である。 第１の実施形態の変形例における電池モジュール２００の構成を模式的に示した断面図である。 組電池の電極間の接続構造を示した図で、（ａ）は分解斜視図、（ｂ）は素電池の正極端子近傍を拡大した部分断面図である。 第２の実施形態における組電池の斜視図である。 第２の実施形態における組電池の分解斜視図である。 （ａ）及び（ｂ）は、図９に示すＸＡ領域及びＸＢ領域の拡大図である。 接続群を構成する負極バスバー、絶縁板及び正極バスバーの各平面図である。 隣接する素電池を並列接続したときの部分断面図である。 素電池が並列接続された組電池を、複数個並べて配置した組電池の集合体の構成を示した斜視図である。 図１３に示すXIV−XIV線に沿った２個の素電池間の接続構造を示した部分断面図である。 本発明の具体例における電池モジュールの分解斜視図である。 本発明の具体例における電池モジュールの斜視図である。 隔壁の構成を示した図で、（ａ）は斜視図、（ｂ）は平面図である。 中間パネルの構成を示した図で、（ａ）は斜視図、（ｂ）は平面図である。 電池モジュールの組電池の直列方向に沿った断面図である。
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではない。また、本発明の効果を奏する範囲を逸脱しない範囲で、適宜変更は可能である。さらに、他の実施形態との組み合わせも可能である。
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態における電池モジュールに使用する電池１００の構成を模式的に示した断面図である。なお、本発明の電池モジュールに使用する電池は、ノート型パソコン等の携帯用電子機器の電源として単体でも使用できる電池であってもよい（以下、電池モジュールに使用する電池を、「素電池」と呼ぶ）。この場合、高性能の汎用電池を、電池モジュールの素電池として使用することができるため、電池モジュールの高性能化、低コスト化をより容易に図ることができる。
本発明の電池モジュールに使用する素電池１００は、例えば、図１に示すような、円筒形のリチウムイオン二次電池を採用することができる。このリチウムイオン二次電池は、通常の構成をなすもので、内部短絡等の発生により電池内の圧力が上昇したとき、ガスを電池外に放出する安全機構を備えている。以下、図１を参照しながら、素電池１００の具体的な構成を説明する。
図１に示すように、正極１と負極２とがセパレータ３を介して捲回された電極群４が、非水電解液とともに、電池ケース７に収容されている。電極群４の上下には、絶縁板９、１０が配され、正極１は、正極リード５を介してフィルタ１２に接合され、負極２は、負極リード６を介して負極端子を兼ねる電池ケース７の底部に接合されている。
フィルタ１２は、インナーキャップ１３に接続され、インナーキャップ１３の突起部は、金属製の弁板１４に接合されている。さらに、弁板１４は、正極端子を兼ねる端子板８に接続されている。そして、端子板８、弁板１４、インナーキャップ１３、及びフィルタ１２が一体となって、ガスケット１１を介して、電池ケース７の開口部を封口している。
素電池１００に内部短絡等が発生して、素電池１００内の圧力が上昇すると、弁体１４が端子板８に向かって膨れ、インナーキャップ１３と弁体１４との接合がはずれると、電流経路が遮断される。さらに素電池１００内の圧力が上昇すると、弁体１４が破断する。これによって、素電池１００内に発生したガスは、フィルタ１２の貫通孔１２ａ、インナーキャップ１３の貫通孔１３ａ、弁体１４の裂け目、そして、端子板８の開放部８ａを介して、外部へ排出される。
なお、素電池１００内に発生したガスを外部に排出する安全機構は、図１に示した構造に限定されず、他の構造のものであってもよい。
図２は、本実施形態における電池モジュール２００の構成を模式的に示した断面図である。
図２に示すように、複数の素電池１００が配列されてケース２０内に収容されている。なお、各素電池１００は、ケース２０の底部２３に形成されたリブ２４によって、規制された位置に固定されている。また、素電池１００は、図１に示したように、素電池１００内に発生したガスを電池外に排出する開放部８ａを備えている。
ケース２０は、複数の素電池１００の一端側（本実施形態では、正極端子８側）に配設された平板３０によって、複数の素電池１００を収容する収容部５０と、素電池１００の開放部８ａから排出されるガスをケース２０外に排気する排気ダクト６０とに区画されている。そして、素電池１００の開放部８ａは、平板３０に形成された開口部３０ａを介して排気ダクト６０に連通している。
本発明において、排気ダクト６０は、平板３０とケース２０の外装板（蓋）２１との間に配設された隔壁４０によって、隔壁４０と平板３０との間で形成される第１の空間６１と、隔壁４０とケース２０の外装板２１との間で形成される第２の空間６２とに区画され、さらに、第１の空間６１は、隔壁４０に形成された貫通孔４０ａを介して第２の空間６２に連通していることを特徴とする。
排気ダクトをこのように構成することによって、素電池１００の開放部８ａから排出されるガスは、平板３０に形成された開口部３０ａを介して第１の空間６１に排出された後、隔壁４０に形成された貫通孔４０ａを介して第２の空間６２に導かれて、ケース２０に設けられた排出口２２より、ケース２０外に排出される。
なお、平板３０は、素電池１００の一端部（本実施形態では、正極端子８側の端部）に密着して配設されるため、収容部５０は、平板３０により密閉状態になっている。そのため、素電池１００の開放部８ａから平板３０の開口部３０ａを介して第１の空間６１に排出されたガスは、再び、収容部５０に戻ることはない。
図３は、平板３０が配設された素電池１００の一端部の近傍を拡大した部分断面図である。図３に示すように、正極端子８の突起部が、平板３０の開口部３０ａに挿入された状態で、電池ケース７の肩部７ａと平板３０とが弾性部材３１を介して密着している。従って、正極端子８の突起部に設けられた開放部８ａから排出されたガスは、平板３０によって素電池１００の収容部が密閉されているため、再び、収容部に戻ることはない。また、弾性部材３１に接着性を持たせば、平板３０によって、素電池１００を保持する機能も付与させることができる。なお、弾性部材３１を介さずに、平板３０を直接電池ケース７の肩部７ａに密着させてもよい。
図４は、素電池１００の開放部８ａが、正極端子８の突起部の側部に形成された場合の素電池１００と平板３０との配置関係を示した部分断面図である。この場合、平板３０に設けられた開口部３０ａはリング状になっており、そのため、正極端子８の突起部の平坦部においても、電池ケース７と平板３０とを密着させることができる。これにより、弾性部材に接着性を持たすことにより、素電池１００を保持する機能をより高めることができる。
なお、本発明における「平板３０」は、必ずしも平坦な板に限定されず、例えば、電池ケース７の形状に応じた凹凸等があっても、全体的に平坦な板であればよい。
また、本発明における「密閉状態」は、必ずしも完全に密閉された状態をいうのではなく、影響の出ない程度のガスが、排気ダクト６０から収容部５０に戻るような密閉状態も含む。
次に、本発明における排気ダクト６０を、第１の空間６１と第２の空間６２とに区画したことによる作用効果を説明する。
素電池１００の開放部８ａから排気ダクト６０に排出されたガスは、排気ダクト６０で断熱膨張することによって、ガスの温度が低下する。しかしながら、素電池１００の開放部８ａから排出されたガスは、１０００℃以上になることもあるため、断熱膨張したガスの温度が、酸素と反応しない温度まで低下しないと、排出されたガスの周辺に存在する酸素と反応して、発火するおそれがある。
ところで、断熱膨張による温度低下は、排気ダクトの容積に依存する。また、排気ダクトに排出されたガスは、排気ダクト中の酸素を押し出しながら、ケース２０外に排出されるため、断熱膨張中に酸素と反応し燃焼するガスの量は、排気ダクトの容積（酸素の量）に依存する。従って、素電池１００の開放部８ａから排出されたガスを、酸素と反応して継続的な燃焼をさせないためには、できるだけ小さな容積の排気ダクト内で断熱膨張をさせて、酸素と反応しない温度まで低下させることが必要となる。そのためには、排気ダクトの容積を、高温のガスが排出される素電池１００の開放部８ａ近傍において規制する必要がある。
本発明における第１の空間６１は、このような規制を図るために設けられたもので、第１の空間６１の容積は、素電池１００の開放部８ａから排出される高温のガスが、第１の空間６１に断熱膨張により排出された後、第１の空間６１から第２の空間６２に排出される際のガスの温度が酸素と反応しない温度以下になるように調整される。
なお、第１の空間６１の容積の調整は、使用する素電池１００の性能、電解液の種類（発生するガスの種類）等を考慮して、適宜決めることができる。また、上記所定の温度以下になるような第１の空間６１の容積は、断熱膨張のモデルを使用したシミュレーションを用いて求めても、あるいは、種々の実験から求めてもよい。例えば、簡易な実験の例を挙げれば、素電池１００の開放部８ａに、一定容積の空間を設けて、更にこの空間から大気中への排出口を設ける。そして、素電池１００の電池ケース７に釘を刺し、内部短絡を模擬的に発生させて、開放部８ａから高温のガスが噴出させる。排出口からガスが火花と炎を上げながら噴出することになるが、空間の容積を選ぶことで、消火状態の白煙状のガスになる。これにより、第１の空間６１の容積を決定することができる。
ところで、第１の空間６１は、隔壁４０の形成された貫通孔４０ａを介して第２の空間６２に連通している。そのため、貫通孔４０ａを設ける位置によって、素電池１００の開放部８ａから排出される高温のガスが、第１の空間６１から第２の空間６２に抜ける経路が規制される。そのため、第１の空間６１の容積は、貫通孔４０ａを設ける位置をさらに考慮して調整してもよい。
例えば、図５（ａ）に示すように、空間６１は、図の左右方向において、図示していないが、開放でなく閉じた空間であるので、貫通孔４０ａが、素電池１００の並ぶピッチと同じピッチで形成されている場合、素電池１００の開放部８ａから排出される高温のガスが、第１の空間６１から第２の空間６２に抜ける経路は、大部分、矢印に示す経路となる。従って、第１の空間６１は、実質的には、Ａで示す範囲の空間で律則されると考えられる。また、図５（ｂ）に示すように、貫通孔４０ａが、素電池１００の並ぶピッチよりも広いピッチで形成されている場合には、素電池１００の開放部８ａから排出される高温のガスが、第１の空間６１から第２の空間６２に抜ける経路は、大部分、矢印に示す経路となるため、第１の空間６１は、実質的には、Ｂで示す範囲の空間で律則されると考えられる。
このように、貫通孔４０ａを設ける位置によって、第１の空間６１の容積を実質的に規制することもできるが、図５（ｃ）に示すように、第１の空間を、側壁４１によって複数のサブ空間６３にさらに区画することによって、第１の空間６１の容積を規制することもできる。
なお、上述した第１の空間６１の規制は、厳密に定まるものでなく、排気ダクト６０を、第１の空間６１と第２の空間６２とに区画し、素電池１００の開放部８ａに連通する第１の空間６１の容積を調整することによって、本発明の実効的な作用効果は発揮し得る。
一方、第２の空間６２は、第１の空間６１から排出されたガスが、第２の空間６２に断熱膨張により排出された後、第２の空間６２からケース２０外に排出される際のガスの温度が、ケース外に排出しても支障のない温度以下になるように、その容積が調整される。第１の空間６１から第２の空間６２に排出されたガスは、第１の空間６１によって、酸素と反応しない温度以下になっているため、第２の空間６２内では、ガスが発火するおそれはない。従って、第２の空間６２では、第１の空間６１と異なり、できるだけ小さな容積で断熱膨張をさせる要請はなく、第１の空間と比べて、比較的大きな容積を許容する。また、外装板２１や隔壁４０を、アルミニウムや鉄などの熱伝導性のよい材料を用いることによって、断熱膨張による温度低下に加えて、熱伝導による温度低下の効果を付加することもできる。
なお、本実施形態においては、排気ダクト６０を第１の空間６１と第２の空間６２とに区画したが、さらに、断熱膨張によるガスの温度低下を制御するために、排気ダクト６０を、複数の隔壁を用いて、３つ以上の空間に区画してもよい。
また、第２の空間６２は、必ずしも隔壁４０とケース２０の外装板２１との間で形成されていなくてもよく、例えば、隔壁４０と外装板２１との間に、第２の隔壁を配設して、隔壁４０と第２の隔壁との間で形成するようにしてもよい。この場合、第２の隔壁と外装板との間で形成される空間は、冷媒等が流れる流路にしてもよい。これにより、第２の空間６２内のガスの温度を、より効率よく低下させることができる。
なお、本実施形態では、素電池１００の開放部８ａは、正極端子８の突起部（平坦部または側部）に形成したが、負極端子となる電池ケース７の底部に形成してもよい。この場合、平板３０は、素電池１００の負極端子側に配設され、排気ダクト６０は、平板３０とケース２０の底部との間に形成される。また、電池ケース７の底部に形成された開放部８ａは、平板３０に形成された開口部３０ａを介して排気ダクト６０に連通される。
（第１の実施形態の変形例）
第１の実施形態では、図２に示したように、排気ダクト６０は、複数の素電池１００の一端側（正極端子側または負極端子側）に配設された平板によって、収容部５０と区画されている。これは、ケース２０内に、複数の素電池１００を、その極性を同一方向に揃えて配列した態様によるものである。
図６は、第１の実施形態の変形例における電池モジュール２００の構成を模式的に示した断面図である。図６に示すように、この変形例においては、複数の素電池１００を、その極性を隣同士で交互に反対方向に向けて配列した点で、第１の実施形態と異なる。
図６に示すように、素電池１００ａは、正極端子８を上側に、その隣の素電池１００ｂは、正極端子８を下側にして、それぞれ交互に配列してケース２０内に収容されている。なお、本変形例では、素電池１００内に発生したガスを電池外に排出する開放部８ａは、正極端子８の突起部に形成されている。
収容部５０と排気ダクト６０とを区画する平板３０は、それぞれ、素電池１００の両端部に配設されており、その結果、排気ダクト６０は、収容部５０を挟んで、ケース２０の上下に２つ（６０ａ、６０ｂ）形成されている。そして、素電池１００の開放部８ａは、各平板３０に形成された開口部３０ａを介して、それぞれ、ケース２０の上下の形成された排気ダクト６０ａ、６０ｂに連通している。
ケース２０の上側に形成された排気ダクト６０ａは、平板３０とケース２０の外装板２１との間に配設された隔壁４０によって、隔壁４０と平板３０との間で形成される第１の空間６１ａと、隔壁４０とケース２０の外装板２１との間で形成される第２の空間６２ａとに区画され、第１の空間６１ａは、隔壁４０に形成された貫通孔４０ａを介して第２の空間６２ａに連通している。
同様に、ケース２０の下側に形成された排気ダクト６０ｂは、平板３０とケース２０の底部２３との間に配設された隔壁４０によって、隔壁４０と平板３０との間で形成される第１の空間６１ｂと、隔壁４０とケース２０の底部２３との間で形成される第２の空間６２ｂとに区画され、第１の空間６１ｂは、隔壁４０に形成された貫通孔４０ａを介して第２の空間６２ｂに連通している。
なお、素電池１００の開放部８ａから排出されるガスは、第１の実施形態と同様に、平板３０に形成された開口部３０ａを介して第１の空間６１ａ、６１ｂに排出された後、隔壁４０に形成された貫通孔４０ａを介して第２の空間６２ａ、６２ｂに導かれて、ケース２０に設けられた排出口２２より、ケース２０外に排出される。
本変形例において、各排気ダクト６０ａ、６０ｂを、それぞれ第１の空間６１ａ、６１ｂと第２の空間６２ａ、６２ｂとに区画したことによる作用効果は、第１の実施形態と同様である。
本変形例では、２つの排気ダクト６０ａ、６０ｂを設けるため、ケース２０の高さが大きくなって、電池モジュール２００の体積が大きくなるが、複数の素電池１００が、その極性を隣同士で交互に反対方向に向けて配列した態様において、各素電池１００を直列接続する場合に、接続板を単純な板状にすることができる点で有効である。
（第２の実施形態）
第１の実施形態において、素電池１００を収容する収容部５０と、素電池１００の開放部８ａから排出されるガスを排気する排気ダクト６０とを、平板３０によって区画するようにしたが、この平板３０に、複数の素電池１００の電極間を電気的に接続する機能を付加することもできる。
本実施形態では、このような素電池１００の電極間を電気的に接続する機能を付加した平板３０の構成を説明する。なお、本実施形態において説明する素電池１００の電極間の接続構造は、第１の実施形態において説明した排気機構を何ら制限するものでない。また、以下の説明では、素電池１００の収容部５０及び排気ダクト６０は省略する。
図７は、一列に配列された複数の素電池１００（以下、「組電池」という）の電極間の接続構造を示した図で、（ａ）は分解斜視図、（ｂ）は素電池１００の正極端子８の近傍を拡大した部分断面図である。
図７（ａ）に示すように、回路基板３０の表面には、正極接続板７０と負極接続板７３とが形成され、正極接続板７０には、開口部７０ａが形成されている。また、回路基板３０には、開口部３０ａが形成されている。各素電池１００の負極端子（電池ケースの底部）は、負極バスバー８１で並列接続されており、負極バスバー８１の一部から延伸した導通部７２を介して、回路基板３０に形成された負極接続板７３に接続されている。これにより、各素電池１００は、回路基板３０に形成された正極接続板７０及び負極接続板７３によって並列接続される。
また、図７（ｂ）に示すように、素電池１００の正極端子８の突起部は、回路基板３０の開口部３０ａに挿入されて、回路基板３０に形成された正極接続板７０に接続されている。このとき、回路基板３０は、弾性部材３１を介して電池ケースに当接され、素電池１００の開放部８ａは、正極接続板７０の開口部７０ａを介して、排気ダクト（不図示）に連通されている。これにより、素電池１００の開放部８ａから排出されるガスは、回路基板３０に形成された開口部３０ａを介して排気ダクトに排出される。また、回路基板３０により、素電池１００の収容部（不図示）は、密閉状態になっているため、排気ダクトに排出されたガスは、再び、収容部に戻ることはない。
素電池１００の電極間を電気的に接続する機能を付加した平板３０は、絶縁部材からなる回路基板で構成される他に、金属部材からなる接続板（以下、「金属バスバー」という）で構成されていてもよい。
以下、図８〜１４を参照しながら、金属バスバーを用いた素電池１００の電極間の接続構造について説明する。
図８は、本実施形態における組電池３００の斜視図で、図９はその分解斜視図である。なお、本実施形態における素電池１００の電池ケースは剥き出しにしている。従って、素電池１００では、電池ケースの底面のみならず、その外側面及び上面も負極端子とすることができる。
図９に示すように、素電池１００の正極及び負極を互いに並列接続する正極バスバー８３及び負極バスバー８１は、絶縁板８２を間に挟んで、素電池１００の正極端子側で、電池ケースに当接している。なお、各素電池１００の正極端子８は、正極接続片８４を介して正極バスバー８３に接続されている。
このように、負極バスバー８１、絶縁板８２、正極バスバー８３、及び複数の接続片８４からなる接続群８５を、素電池１００の正極端子８側に集中配置することにより、組電池３００をよりコンパクトにすることができる。また、後述するように、負極バスバー８１及び正極バスバー８３を特定の形状にすることによって、複数の素電池１００が並列接続された組電池３００を、複数個並べて組電池の集合体を構成したとき（図１３を参照）、各組電池３００を接続群８５によって容易に直列接続することができる。
以下、接続群８５の各構成について、図１０〜図１２を参照しながら詳細に説明する。図１０（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ図９に示すＸＡ領域及びＸＢ領域の拡大図である。図１１は、接続群８５を構成する負極バスバー８１、絶縁板８２及び正極バスバー８３の各平面図である。図１２は、隣接する素電池１００を並列接続したときの部分断面図である。
負極バスバー８１は、例えば、０．２ｍｍの厚みを有するニッケル板であり、組電池３００を構成する素電池１００の電池ケース（負極端子）に当接される。この負極バスバー８１は、図１０（ａ）に示すように、長手方向に延びる段差部８１ｂを有するとともに、貫通孔８１ａ及び負極接続片８１ｃが、長手方向に互いに間隔を開けて形成されている。そして、図１２に示すように、負極バスバー８１を電池ケースに当接させた際、素電池１００の正極端子８は、貫通孔８１ａから露出する。また、負極接続片８１ｃは、電池ケースの外側面に溶接されて、電池ケースに固定される。なお、各素電池１００の電池ケースの底部（負極端子）を、他の金属バスバー８８で並列接続しておいてもよい。これにより、各素電池１００の固定を併せ図ることができる。
正極バスバー８３は、例えば、約１ｍｍの厚みを有する銅板であり、絶縁板８２を介して負極バスバー８１上に設けられている。正極バスバー８３及び絶縁板８２は、図１１に示すように、それぞれ長手方向に貫通孔８３ａ、８２ａが互いに間隔を開けて形成されており、負極バスバー８１、絶縁板８２、及び正極バスバー８３の各貫通孔８１ａ、８２ａ、８３ａは互いに連通している。これにより、図１２に示すように、素電池１００の正極端子８は、各貫通孔８１ａ、８２ａ、８３ａから露出している。
正極接続片８４は、例えば０．２ｍｍの厚みを有するニッケル板であり、図１０（ｂ）に示すように、段差部８４ｃを挟んで、高さの異なる第１の接続片８４ａと第２の接続片８４ｂとを有している。そして、図１２に示すように、第１の接続片８４ａは、素電池１００の正極端子８に接続され、第２の接続片８４ｂは、正極バスバー８３の上面に接続される。このように、各素電池１００の正極端子８は、正極接続片８４を介して、正極バスバー８３に接続される。
次に、図８に示した組電池３００を、複数個並べて組電池の集合体を構成したときの電極間の接続構造を説明する。
図１３は、１０個の素電池１００が並列接続された組電池３００を、４個並べて配置した組電池の集合体の構成を示した斜視図である。また、図１４は、図１３に示すXIV−XIV線に沿った２個の素電池１００間の接続構造を示した部分断面図である。
図１４に示すように、負極バスバー８１及び正極バスバー８３が絶縁板８２を間に挟んだ状態で、素電池１００の電池ケース７に当接されている。このとき、正極バスバー８３の短手方向にける端部８３ｂと、負極バスバー８１の短手方向における段差部８１ｂとは、図１１に示すように、貫通孔８３ａ、８２ａ、８１ａの中心を結んだ中心線Ｌに対して、互いに反対方向に突出している。そのため、図１４に示すように、互いに隣接する素電池１００Ａ、１００Ｂにおいて、素電池１００Ａにける正極バスバー８３の端部８３ｂと、素電池１００Ｂにおける負極バスバー８１の段差部８１ｂとが互いに重なるように配置することによって、素電池１００Ａと素電池１００Ｂとを互いに直列接続することができる。
（電池モジュールの具体例）
図１５〜図１９を参照しながら、本実施形態における電池モジュールの構成を適用した具体例を説明する。
図１５は、本具体例における電池モジュールの分解斜視図で、図１６は、電池モジュールの斜視図である。
図１５に示すように、樹脂製のケース２０内に、温度調整用ユニット９０、組電池の集合体４００、樹脂製の中間パネル９３、及び金属製（例えばアルミニウム製）の隔壁４０が収容され、ケース２０の上面は金属製（例えばアルミニウム製）の外装板（蓋）２１で塞がれており、ケース２０の前面は樹脂製の前面パネル９４で塞がれている。
組電池の集合体４００は、２０個の素電池１００が並列接続された組電池３００が、７個直列接続された構成をなしている。そして、各素電池１００は、図９に示した接続群８５によって、互いに直並列に接続されている。組電池の集合体４００の正極端子８７には、組電池３００を構成する正極バスバー８３（図１２を参照）が接続されており、この正極端子８７は、前面パネル９４に設けられた外部接続用の正極端子９６に接続されている。組電池の集合体４００の負極端子８６には、組電池３００を構成する負極バスバー（図１２を参照）が接続されており、この負極端子８６は、前面パネル９４に設けられた外部接続用の負極端子９５に接続されている。
図１７は、隔壁４０の構成を示した図で、（ａ）は斜視図、（ｂ）は平面図である。隔壁４０は、例えば、アルミニウム製からなり、図１７（ａ）、（ｂ）に示すように、素電池１００の正極端子８に対向した位置に、複数の貫通孔４０ａが形成されている。また、隔壁４０の上面には、２列に並んだ凸部４０ｂが形成されている。
図１８は、中間パネル９３の構成を示した図で、（ａ）は斜視図、（ｂ）は平面図である。中間パネル９３は、例えば、樹脂製からなり、図１８（ａ）、（ｂ）に示すように、各組電池３００の並列方向に沿って、４つの空洞部９３ａに仕切られている。
温度調整用ユニット９０は、図１５に示すように、組電池の集合体４００を構成する素電池１００を圧入して保持する保持部９０ａが形成され、保持部９０ａ，９０ａ…間には、流体が流れる流路が形成されている。また、温度調整用ユニット９０の前面パネル９４側には、流路に流体を供給する入出路菅９１、９２が接続され、入出路菅９１、９２は、それぞれ前面パネル９４に形成された貫通孔９８、９９に挿通されている。
図１９は、電池モジュールの組電池３００の直列方向に沿った断面図である。図１９に示すように、各素電池１００は、温度調整用ユニット９０の保持部９０ａに収容され、流路９７に流れる流体によって、温度が調整される。ケース２０は、各素電池１００の正極端子８側に配設された接続群８５によって、複数の素電池１００を収容する収容部と、素電池１００の開放部８ａから排出されるガスをケース２０外に排気する排気ダクト６０とに区画されている。素電池１００の開放部８ａは、接続群８５を構成する負極バスバー８１、絶縁板８２、及び正極バスバー８３の各貫通孔８３ａ、８２ａ、８１ａを介して排気ダクト６０に連通している。
排気ダクト６０は、接続群８５とケース２０の外装板２１との間に配設された隔壁４０によって、第１の空間６１と第２の空間６２とに区画され、第１の空間６１は、隔壁４０に形成された貫通孔４０ａを介して第２の空間６２に連通している。さらに、第１の空間６１は、中間パネル９３に形成された空洞部９３ａによって、複数のサブ空間に区画されている。これにより、素電池１００の開放部８ａから排出されるガスは、接続群８５の各貫通孔８３ａ、８２ａ、８１ａを介して第１の空間６１（サブ空間）に排出された後、隔壁４０に形成された貫通孔４０ａを介して第２の空間６２に導かれて、前面パネル９４に形成された排出口２２から、ケース２０外に排出される。
以上、本発明を好適な実施形態により説明してきたが、こうした記述は限定事項ではなく、もちろん、種々の改変が可能である。例えば、上記実施形態においては、素電池１００をリチウムイオン二次電池としたが、これ以外の二次電池（例えばニッケル水素電池）であっても良い。
本発明は、自動車、電動バイク又は電動遊具等の駆動用電源として有用である。
１ 正極
２ 負極
３ セパレータ
４ 電極群
５ 正極リード
６ 負極リード
７ 電池ケース
７ａ 電池ケースの肩部
８ 正極端子（端子板）
８ａ 開放部
９、１０ 絶縁板
１１ ガスケット
１２ フィルタ
１２ａ 貫通孔
１３ インナーキャップ
１３ａ 貫通孔
１４ 弁体
２０ ケース
２１ 外装板（蓋）
２２ 排出口
２３ ケースの底部
２４ リブ
３０ 平板（回路基板）
３０ａ 開口部
３１ 弾性部材
４０ 隔壁
４０ａ 貫通孔
４０ｂ 凸部
４１ 側壁
５０ 収容部
６０、６０ａ、６０ｂ 排気ダクト
６１、６１ａ、６１ｂ 第１の空間
６２、６２ａ、６２ｂ 第２の空間
６３ サブ空間
７０ 正極接続板
７０ａ 開口部
７２ 導通部
７３ 負極接続板
８１ 負極バスバー
８１ａ、８２ａ、８３ａ 貫通孔
８１ｂ 段差部
８１ｃ 負極接続片
８２ 絶縁板
８３ 正極バスバー
８３ｂ 端部
８４ 正極接続片
８４ａ 第１の接続片
８４ｂ 第２の接続片
８４ｃ 段差部
８５ 接続群
８６ 組電池の集合体の負極端子
８７ 組電池の集合体の正極端子
９０ 温度調整用ユニット
９０ａ 保持部
９１、９２ 入出路菅
９３ 中間パネル
９３ａ 空洞部
９４ 前面パネル
９５ 外部接続用の負極端子
９６ 外部接続用の正極端子
９７ 流路
１００ 素電池
２００ 電池モジュール
３００ 組電池
４００ 組電池の集合体

Claims (14)

  1. 複数の素電池が配列されてケース内に収容された電池モジュールであって、
    前記素電池は、該素電池内に発生したガスを電池外に排出する開放部を備えており、
    前記ケースは、前記複数の素電池の一端側に配設された平板によって、前記複数の素電池を収容する収容部と、前記素電池の開放部から排出されるガスを前記ケース外に排気する排気ダクトとに区画されており、
    前記素電池の開放部は、前記平板に形成された開口部を介して前記排気ダクトに連通しており、
    前記排気ダクトは、前記平板と前記ケースの外装板または底部との間に配設された隔壁によって、第１の空間と第２の空間とに区画され、かつ、前記第１の空間は、前記隔壁に形成された貫通孔を介して前記第２の空間に連通しており、
    前記素電池の開放部から排出されるガスは、前記平板に形成された開口部を介して前記第１の空間に排出された後、前記隔壁に形成された貫通孔を介して前記第２の空間に導かれて、前記ケース外に排出される、電池モジュール。
  2. 前記平板は、前記素電池の一端部に密着して配設されており、前記収容部は、前記平板により密閉状態になっている、請求項１に記載の電池モジュール。
  3. 前記第１の空間の容積は、前記素電池の開放部から排出される高温のガスが、前記第１の空間に断熱膨張により排出された後、前記第１の空間から前記第２の空間に排出される際のガスの温度が所定の温度以下になるように調整されている、請求項１に記載の電池モジュール。
  4. 前記所定の温度は、前記素電池の開放部から排出されるガスが、酸素と反応しない温度である、請求項３に記載の電池モジュール。
  5. 前記素電池は、リチウムイオン二次電池からなり、前記所定の温度は、４５０℃である、請求項４に記載の電池モジュール。
  6. 前記第１の空間は、所定の容積になるように調整された複数のサブ空間にさらに区画されている、請求項１に記載の電池モジュール。
  7. 前記サブ空間の容積は、前記素電池の開放部から排出される高温のガスが、前記第１の空間のサブ空間に断熱膨張により排出された後、前記サブ空間から前記第２の空間に排出される際のガスの温度が所定の温度以下になるように調整されている、請求項６に記載の電池モジュール。
  8. 前記第２の空間の容積は、前記第１の空間から排出されたガスが、前記第２の空間に断熱膨張により排出された後、前記第２の空間から前記ケース外に排出される際のガスの温度が、ケース外に排出しても支障の生じない温度以下になるよう調整されている、請求項３〜５の何れかに記載の電池モジュール。
  9. 前記ケース外に排出しても支障の生じない温度は、２００℃である、請求項８に記載の電池モジュール。
  10. 前記素電池の開放部は、該素電池の正極突起部に形成されており、前記正極突起部は、前記平板の開口部に挿入されている、請求項１に記載の電池モジュール。
  11. 前記平板は、回路基板で構成されており、該回路基板には、前記複数の素電池の少なくとも一方の電極を並列接続した接続板が形成されている、請求項１に記載の電池モジュール。
  12. 前記平板は、前記複数の素電池の少なくとも一方の電極を並列接続した金属バスバーで構成されている、請求項１に記載の電池モジュール。
  13. 前記素電池の電池ケースは、他方の電極を構成しており、金属バスバーは、絶縁体を介して、前記素電池の一端部に密着して配設されている、請求項１２に記載の電池モジュール。
  14. 前記第１の空間は、前記平板と前記隔壁との間で形成されており、前記第２の空間は、前記隔壁と前記ケースの外装板または底部との間で形成されている、請求項１に記載の電池モジュール。
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