JP2012104471A - 電池モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】安全性を向上させることが可能な電池モジュールを提供する。
【解決手段】設定された圧力で開放されうる排気部材がそれぞれ設置される複数の２次電池と、２次電池が内蔵され、排気ホールが形成されるハウジングと、排気ホールを塞ぐように設置されるバルブ部材とを含み、バルブ部材の開放圧力は、排気部材の開放圧力よりも小さい電池モジュールが提供される。
【選択図】図１

Description

本発明は、電池モジュールに関し、より詳しくは、ガス排出構造を改善した電池モジュールに関する。

２次電池（ｒｅｃｈａｒｇｅａｂｌｅ ｂａｔｔｅｒｙ）は、充電が実用的ではない一次電池とは異なり、充電および放電が実用的に可能な電池である。低容量の２次電池は、例えば、携帯電話機やノートパソコンおよびビデオカメラのように携帯が可能な小型電子機器に使用され、また、大容量電池は、例えば、ハイブリッド自動車などのモータ駆動用電源として幅広く使用されている。

最近、高エネルギー密度の非水電解液を利用した高出力２次電池が開発されており、高出力２次電池は、大電力を必要とする機器、例えば、電気自動車などのモータ駆動に使用され得るように、複数の２次電池を直列に連結して大容量の２次電池で構成される。

また、一つの大容量２次電池は、通常直列に連結される複数の２次電池で構成され、２次電池は、円筒型と角型などで構成されてもよい。

２次電池は、内部の圧力が増加する場合に開放されるベントを備える。これは、２次電池内部圧力の増加により２次電池が爆発することを防止するためである。

２次電池で排出されるガスは外部に迅速に排出されなければならない。２次電池内部のガスが外部に迅速に排出されなければ、２次電池が爆発したり発火することがある。２次電池内部のガスが迅速に排出されるためには、電池モジュールを構成するハウジング内部の圧力が十分低くなければならない。しかしながら、密閉されたハウジング内に２次電池が位置する場合、ガスが迅速に排出される程度にハウジング内部の圧力が低くないため、２次電池が爆発する危険がある。特に、一つの２次電池のベントが開放された以降にはハウジング内部の圧力が増加することとなるため、この状態で他の２次電池のベントが開放されてもガスが迅速に排出されず、２次電池が爆発することがある。

本発明の目的とするところは、安全性を向上させることが可能な、新規かつ改良された電池モジュールを提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明のある観点によれば、設定された圧力で開放されうる排気部材がそれぞれ設置される複数の２次電池と、上記２次電池が内蔵され、排気ホールが形成されるハウジングと、上記排気ホールを塞ぐように設置されるバルブ部材と、を含み、上記バルブ部材の開放圧力は、上記排気部材の開放圧力よりも小さい、電池モジュールが提供される。

また、上記バルブ部材の開放圧力は、上記排気部材の開放圧力の６０％〜９０％であってもよい。

また、上記ハウジングは、２次電池が内蔵される本体と、上記本体に結合された蓋と、を含んでいてもよい。

また、上記バルブ部材は、上記蓋に設置されてもよい。

また、上記蓋の下面には、２次電池で排出されるガスが移動する通路を形成するガイドリブが形成されてもよい。

また、上記本体と上記蓋との間には、上記２次電池の排気部材の上部に位置する排気ホールと上記排気ホールの周りに沿って伸びた排気突起とが形成された保護部材が設置されてもよい。

また、上記バルブ部材は、上記本体に設置されてもよい。

また、上記バルブ部材は、内側に湾曲突出した内側面を有し、上記内側面は当接するように形成されてもよい。

また、上記バルブ部材は、弾性体からなってもよい。

また、上記排気ホールの周りに沿って排気突起が突出形成され、上記バルブ部材は上記排気突起の内側に挿入設置されてもよい。

また、上記バルブ部材は、回動可能に設置されてもよい。

また、上記バルブ部材の回動軸中心は、上記バルブ部材の側面質量中心よりも重力方向を基準に上部に位置してもよい。

また、上記バルブ部材の側面は、下部の幅が上部の幅よりも大きく形成されてもよい。

また、上記排気ホールには上記バルブ部材の下端と当接する支持ステップが形成されてもよい。

本発明によれば、安全性を向上させることができる。

より具体的には、本発明によれば、ハウジングにバルブ部材が設置されてハウジング内部で発生したガスを容易に排出することができるばかりか、ハウジングのバルブ部材が開放される圧力が２次電池の排気部材が開放される圧力よりも小さく形成されるため、２次電池内部で生成されたガスを迅速に排出させることができる。

本発明の第１実施形態に係る電池モジュールを示した斜視図である。 図１におけるＩＩ−ＩＩ線に沿って切断した断面図である。 本発明の第２実施形態に係る電池モジュールを示した分解斜視図である。 本発明の第２実施形態に係るハウジングの蓋を示した斜視図である。 図３に示された部材が結合された状態で切断した縦断面図である。 本発明の第３実施形態に係るハウジングとバルブ部材を示した切開斜視図である。 本発明の第３実施形態に係るバルブ部材が閉鎖された状態を示した断面図である。 本発明の第３実施形態に係るバルブ部材が開放された状態を示した断面図である。 本発明の第４実施形態に係る電池モジュールを示した斜視図である。 本発明の第４実施形態に係る電池モジュールのハウジングを示した切開斜視図である。 図８におけるＸ−Ｘ線に沿って切断した断面図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

図１は、本発明の第１実施形態に係る電池モジュールを示した斜視図であり、図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線に沿って切断した断面図である。

図１および図２を参照すると、本第１実施形態に係る電池モジュール１０１は、複数の２次電池２０と、２次電池２０が内蔵されるハウジング１２と、およびハウジング１２の排気ホール１２５に設置されたバルブ部材３０とを含む。

ハウジング１２内には複数の２次電池２０が設置される。以下では、２次電池２０が、角型のリチウムイオン２次電池である場合を例に挙げて説明する。なお、本発明の実施形態に係る２次電池２０は、上記に限られず、例えば、リチウムポリマー電池や、円筒型電池など多様な形態の電池であってもよい。

２次電池２０は、正極端子２１と、負極端子２２と、設定された圧力で開放されてガスを排出する排気部材２７とを含む。排気部材２７は、２次電池内部の圧力が増加するとき、設定された圧力で開放されて２次電池２０内部のガスを外部に排出する通路を提供する。

複数の２次電池２０は、バスバー（ｂｕｓ ｂａｒ）２５により直列に連結されてハウジング１２内に設置される。

ハウジング１２は、例えばほぼ直六面体形状からなり、内部空間を有する本体１２１と、本体１２１の開口に結合される蓋１２３とを含む。ハウジング１２は密閉された構造で構成され、ハウジング１２の冷却を通じて２次電池２０が冷却される。

排気ホール１２５は蓋１２３に形成され、例えばほぼ楕円形の平面形状を有する。バルブ部材３０は、排気ホール１２５を塞ぐように設置される。また、バルブ部材３０は、例えば切欠３１が形成された板形態で構成され、設定された圧力で開放される。

バルブ部材３０の開放圧力は、排気部材２７の開放圧力よりも小さく設定される。２次電池２０内部の圧力が増加して排気部材２７が開放されるとき、ガスを迅速に排出することは何よりも重要である。２次電池２０内部の圧力が増加して排気部材２７が開放されたとき、ガスが迅速に排出されなければ２次電池２０が爆発する危険があるためである。

このためには、ハウジング１２内部の圧力が排気部材２７の開放圧力よりも低くなければならず、ハウジング１２内部の圧力が排気部材２７の開放圧力に到達する以前にバルブ部材３０が開放されてハウジング１２内部の圧力を低くしなければならない。ハウジング１２内部の圧力が排気部材２７の開放圧力と同一であれば、排気部材２７が開放されてもガスが排出され得ないためである。

バルブ部材３０の開放圧力は、例えば排気部材２７開放圧力の６０％〜９０％水準と設定されても良い。バルブ部材３０の開放圧力が排気部材２７の開放圧力の９０％よりも大きい場合、２次電池２０内部のガスを迅速に排出させることができないという問題点があり、また、バルブ部材３０の開放圧力が排気部材２７の開放圧力の６０％よりも小さい場合、バルブ部材３０が衝撃や圧力の変化により簡単に開放されてハウジング１２のシーリングが良好になされないという問題が発生する。

ハウジング１２内部の空間は２次電池２０の内部空間よりも広いため、一つの２次電池２０でガスが排出されてもハウジング１２内部の圧力はバルブ部材３０の開放圧力に簡単に上がらない。これによって、本実施形態によれば、適正な水準でハウジング１２を開放することによってハウジング１２の密封を維持することができるばかりか、排気部材２７が開放されるとき、２次電池２０内部のガスを迅速に排出することができる。これによって、電池モジュール１０１の安全性が向上する。

図３は、本発明の第２実施形態に係る電池モジュールを示した分解斜視図であり、図４は、本発明の第２実施形態に係る蓋を下方から見た斜視図である。また、図５は、図３に示された部材が結合された状態で切断した縦断面図である。

図３〜図５を参照して説明すると、本実施形態に係る電池モジュール１０２は、複数の２次電池２０と、２次電池２０が内蔵されるハウジング１４と、ハウジング１４の排気ホール１４５に設置されたバルブ部材４０とを含む。

ハウジング１４内には複数の２次電池２０が設置され、内部空間を有する本体１４１と本体１４１の開口に結合される蓋１４３とを含む。ハウジング１４は、例えば密閉された構造で構成され、ハウジング１４の冷却を通じて２次電池２０が冷却される。

本体１４１と蓋１４３との間には保護部材５０が設置され、保護部材５０は２次電池２０の上に設置される。保護部材５０は、例えば板形状からなる支持板５４と支持板５４上で突出形成されてバスバー２５の周りを囲む突起部５２とを含む。

支持板５４は、例えばほぼ四角板形状からなり、保護部材５０は本体１４１の開口に結合されて本体１４１に固定される。支持板５４には端子２１、２２が挿入される端子ホール５６が形成され、端子ホール５６は突起部５２の内側に形成される。

支持板５４には開口５８が形成され、開口５８は２次電池２０に設置された排気部材２７の上部に位置する。開口５８の周りには排気突起５１が形成されており、排気突起５１は開口５８の周りに沿って伸びて形成される。これによって、排気部材２７が開放されるとき、開口５８と排気突起５１の案内を受けて２次電池２０内部のガスが迅速に排出され得る。

蓋１４３には積層方向に伸びて形成された二つのガイドリブ１４６が形成され、ガイドリブ１４６は排気突起５１の幅方向外側に形成されて幅方向を基準にガイドリブ１４６の間に排気突起５１が位置するようになる。

排気部材２７が開放されてガスが排出されるときには、例えば黒い煙と共に電解液などの物質が排出されることが起こりうるため、２次電池２０で排出される物質が端子２１、２２やバスバー２５を汚染させる場合に、短絡が発生するおそれがある。しかしながら、本実施形態のように、排気突起５１とガイドリブ１４６が形成される場合、２次電池２０で排出される物質が排気突起５１により上部に移動し、ガイドリブ１４６により側方向に拡散することを防止することができるため、端子２１、２２またはバスバー２５が汚染されることを防止することができる。しかも、突起部５２がバスバー２５および端子２１、２２を囲んでいるため、異物により端子２１、２２およびバスバー２５が汚染されることをより安定的に防止することができる。

排気ホール１４５は蓋１４３に形成され、例えばほぼ楕円形の平面形状を有する。バルブ部材４０は、排気ホール１４５を塞ぐように設置され、例えば切欠が形成された板形態で構成される。

バルブ部材４０の開放圧力は、排気部材２７の開放圧力よりも小さく設定される。

図６は、本発明の第３実施形態に係るハウジングとバルブ部材を示した切開斜視図であり、図７Ａは、本発明の第３実施形態に係るバルブ部材が閉鎖された状態を示した断面図であり、図７Ｂは、本発明の第３実施形態に係るバルブ部材が開放された状態を示した断面図である。

本実施形態に係る電池モジュールは、蓋とバルブ部材の構造を除いては上述した第１実施形態に係る電池モジュールと同一の構造からなるので、同一の構造に対する重複説明は省略する。

図６および図７Ａに示すように、ハウジングの蓋１６３には排気ホール１６５が形成され、排気ホール１６５の周りにはバルブ突起１６６が形成される。バルブ突起１６６は、排気ホールの周りに沿って伸びて形成され、バルブ部材６０はバルブ突起１６６側に挿入設置される。バルブ部材６０は、例えば中央にホールが形成された管形状からなり、湾曲した内側面６３を有する。湾曲した内側面６３は内側へ膨らむように突出し、中央部分は当接してバルブ部材６０の中央に形成されたホールを密封している。バルブ突起１６６の内部においてバルブ部材６０は内側に加圧された状態で設置され、これによって、バルブ部材６０はハウジングの内部圧力が低い場合には湾曲した内側面６３が互いに当接してハウジングを安定的に密封することができる。

バルブ部材６０は、例えば弾性を有する素材からなり、図７Ｂに示されているように、ハウジングの内部圧力が増加すれば湾曲した内側面６３が離隔して開放され、これによって、ハウジング内部のガスが外部に排出されうる。

図８は、本発明の第４実施形態に係る電池モジュールを示した斜視図であり、図９は、本発明の第４実施形態に係る電池モジュールのハウジングを示した切開斜視図である。また、図１０は、図８におけるＸ−Ｘ線に沿って切断した断面図である。

図８および図９を参照して説明すると、本実施形態に係る電池モジュール１０３は、ハウジング１８とバルブ部材８０の構造を除いては上述した第１実施形態に係る電池モジュールと同一の構造からなるので、同一の構造に対する重複説明は省略する。

本実施形態に係る電池モジュール１０３のハウジング１８は、本体１８１と、本体１８１に結合された蓋１８３とを含み、本体１８１に排気ホール１８５が形成され、この排気ホール１８５にバルブ部材８０が設置される。排気ホール１８５は、電池モジュール１０３が運送装置に設置されるとき、運送装置の主移動方向と反対方向に向かった本体１８１の面に形成される。

排気ホール１８５の下端にはバルブ部材８０の下部を支持することができるように突出した支持ステップ１８６が形成されている。バルブ部材８０は、例えばほぼ三角柱形態で構成され、下部に行くほど断面積が増加するように傾いて形成された傾斜面８１を有する。バルブ部材８０の上端には排気ホール１８５を安定的に密封することができるように支持面８６が形成される。

バルブ部材８０には本体１８１に対して回動可能に回動軸８３が連結設置される。図１０に示されているように、バルブ部材８０の回動軸中心ＯＲはバルブ部材８０の側面質量中心ＯＧよりも上に位置し、支持ステップ１８６で側面質量中心ＯＧよりも遠く位置する。これによって、ハウジング１８内部の圧力が低い場合には、バルブ部材８０の荷重によりバルブ部材８０の下部が支持ステップ１８６と当接して排気ホール１８５を密封する。

しかしながら、ハウジング１８の内部圧力が上昇するとバルブ部材８０が回動して排気ホール１８５が開放される。これによって、ハウジング１８内部のガスを外部に容易に排出することができる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

１０１、１０２、１０３ 電池モジュール
１２、１４、１８ ハウジング
２０ ２次電池
２１ 正極端子
２２ 負極端子
２５ バスバー
２７ 排気部材
３０、４０、６０、８０ バルブ部材
３１ 切欠
５０ 保護部材
５１ 排気突起
５２ 突起部
５４ 支持板
５６ 端子ホール
５８ 開口
６３ 内側面
８１ 傾斜面
８３ 回動軸
８６ 支持面
１２１、１４１、１８１ 本体
１２３、１４３、１６３、１８３ 蓋
１２５、１４５、１６５、１８３ 排気ホール
１４６ ガイドリブ
１６６ バルブ突起
１８６ 支持ステップ

Claims (14)

1. 設定された圧力で開放されうる排気部材がそれぞれ設置される複数の２次電池と、
   前記２次電池が内蔵され、排気ホールが形成されるハウジングと、
   前記排気ホールを塞ぐように設置されるバルブ部材と、
   を含み、
   前記バルブ部材の開放圧力は、前記排気部材の開放圧力よりも小さい、電池モジュール。
2. 前記バルブ部材の開放圧力は、前記排気部材の開放圧力の６０％〜９０％である、請求項１に記載の電池モジュール。
3. 前記ハウジングは、
   ２次電池が内蔵される本体と、
   前記本体に結合された蓋と、
   を含む、請求項１または２に記載の電池モジュール。
4. 前記バルブ部材は、前記蓋に設置される、請求項３に記載の電池モジュール。
5. 前記蓋の下面には、２次電池で排出されるガスが移動する通路を形成するガイドリブが形成される、請求項４に記載の電池モジュール。
6. 前記本体と前記蓋との間には、前記２次電池の排気部材の上部に位置する排気ホールと前記排気ホールの周りに沿って伸びた排気突起とが形成された保護部材が設置される、請求項５に記載の電池モジュール。
7. 前記バルブ部材は、前記本体に設置される、請求項３に記載の電池モジュール。
8. 前記バルブ部材は、内側に湾曲突出した内側面を有し、前記内側面は当接するように形成された、請求項１または２に記載の電池モジュール。
9. 前記バルブ部材は、弾性体からなる、請求項８に記載の電池モジュール。
10. 前記排気ホールの周りに沿って排気突起が突出形成され、前記バルブ部材は前記排気突起の内側に挿入設置される、請求項９に記載の電池モジュール。
11. 前記バルブ部材は、回動可能に設置される、請求項１または２に記載の電池モジュール。
12. 前記バルブ部材の回動軸中心は、前記バルブ部材の側面質量中心よりも重力方向を基準に上部に位置する、請求項１１に記載の電池モジュール。
13. 前記バルブ部材の側面は、下部の幅が上部の幅よりも大きく形成される、請求項１１に記載の電池モジュール。
14. 前記排気ホールには前記バルブ部材の下端と当接する支持ステップが形成される、請求項１１に記載の電池モジュール。
    

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