JP2014049226A - 二次電池モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】電池セルの電気特性、安全性、及び信頼性を維持するとともに、重量エネルギー密度などの二次電池モジュールの電気特性を維持し、かつ安全性を向上することができる二次電池モジュールを提供する。
【解決手段】本発明による二次電池モジュールは、複数の電池セル１と、消火剤を内包した消火剤容器とを内部に備えることを特徴とする。好ましくは、二次電池モジュールは、消火剤容器を複数備え、複数の消火剤容器が二次電池モジュールの内部に散在している。より好ましくは、消火剤容器は、電池セル１の全てを内包する最小の直方体で表される領域の中に配置される。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数の電池セルを備える二次電池モジュールに関する。

二次電池、例えばリチウムイオン二次電池は、出力密度が高いために従来からパソコンや携帯電話等の小型機器に用いられてきたが、近年になってＨＥＶ（ハイブリッド自動車）やＥＶ（電気自動車）にも用いられ始めている。さらに、太陽光発電や風力発電等の出力の不安定な発電設備での、電力平準化用蓄電池としての用途を期待されている。用途の一つである電力平準化用蓄電池においては、数ｋＷから数百ｋＷの容量を必要とするものまである。それぞれの用途に必要な容量を得るために、所定の容量を有する二次電池（電池セル）を複数個直列または並列に電気的に接続した二次電池モジュールを用いる方式が一般的である。リチウムイオン二次電池を二次電池モジュールに適用するためには、高い安全性を確保することが重要である。リチウムイオン二次電池には可燃性の電解液を用いる場合が多いので、高い安全性を確保するためには、リチウムイオン二次電池や二次電池モジュールが発火したり燃焼したりするのを防止する必要がある。

特許文献１と特許文献２には、難燃性が高く安全な非水電解液を用いた非水電解液二次電池が開示されている。特許文献３と特許文献４には、二次電池モジュールの安全性を高める技術が開示されている。特許文献３には、複数の非水電解質電池を収納した外装ケースに消火薬液を充填し、この消火薬液に非水電解質電池を浸漬する電源装置が開示されている。特許文献４には、蓄電デバイス本体を封入するラミネート外装の接合端面を撥水性及び難燃性の流動性材料で封止する非水系蓄電デバイスが開示されている。この接合端面は、流動性材料に浸漬されることにより、封止される。

特開平１１−２６０４０１号公報 特開２００９−２８９５５７号公報 特開２００９−９９３０５号公報 特開２００７−８０７３３号公報

特許文献１と特許文献２に記載の技術には、電解液を難燃化することにより、電池セルの安全性を向上できるという利点があるが、電池セルの電気特性（初期特性、保存特性、またはサイクル特性等）が低下するという課題がある。加えて、電池セルを繰り返し充放電すると、電池セルの中で化学反応が生じ、電解液の難燃性が低下し、その結果、電池セルの稼働時間に応じて電池セルの安全性が低下するという懸念がある。一方、特許文献３と特許文献４に記載の技術では、電池セルが液体（消火薬液や流動性材料）に浸漬されているため、腐食等による電池セルの故障が懸念され、信頼性に課題が残る。加えて、二次電池モジュールの内部の空間が液体で満たされているため、重量エネルギー密度が低下し、モジュールの電気特性が低下するという課題があった。

本発明は、電池セルの電気特性、安全性、及び信頼性を維持するとともに、重量エネルギー密度などの二次電池モジュールの電気特性を維持し、かつ安全性を向上することができる二次電池モジュールを提供することを目的とする。

本発明による二次電池モジュールは、複数の電池セルと、消火剤を内包した消火剤容器とを内部に備えることを特徴とする。

本発明による二次電池モジュールでは、電池セルの電気特性、安全性、及び信頼性を維持するとともに、重量エネルギー密度などの二次電池モジュールの電気特性を維持し、かつ安全性を向上することができる。

本発明の実施例による二次電池モジュールの分解斜視図である。 バスバーによる電池セルの接続方法の一例を示す図である。 筐体の仕切壁の斜視図である。 筐体の側壁の斜視図である。 筐体の部分断面図であり、電池セルと消火剤容器の収納状態を説明する図である。 消火剤容器の横断面の直径を定める方法を説明する図である。 電池セル配置領域の一例を示す図である。

本発明による二次電池モジュールは、複数の電池セルを備え、消火剤を内包した消火剤容器をモジュールの内部に備える。二次電池モジュールの外部に消火剤容器を備えると、二次電池モジュールは体積が増加して体積エネルギー密度が低下し、モジュールの電気特性が低下する。本発明による二次電池モジュールは、消火剤容器をモジュールの内部に備えるので、体積エネルギー密度を増やすことなく、安全性を向上することができる。消火剤は、消火剤容器の中に格納する。従って、電池セルは消火薬液に浸漬されず、腐食等による電池セルの故障が起こらない。また、電解液を難燃化しなくてもよいので、電池セルの電気特性や安全性が低下することがない。

消火剤を内包した消火剤容器の数は、１つでもよいが、複数だとより好ましい。二次電池モジュールが複数の消火剤容器を備える場合は、二次電池モジュールの内部で散在するように配置する。複数の消火剤容器をこのように配置することで、モジュールの重量の過度な増加を防いで重量エネルギー密度の低下を抑制するとともに、モジュールの全体に渡って安全性を向上することができる。消火剤容器を二次電池モジュールの内部で散在させる場合には、二次電池モジュールの中心に対して対称となるように消火剤容器を配置すると、二次電池モジュールの安全性が局所的に低下することを防止することができる。

消火剤容器は、発熱体ではなく、二次電池モジュールの内部の温度が異常な温度に達したときに、その全体または一部が溶解する。消火剤容器の一部が溶解する場合には、溶解する箇所の数は１つでも複数でもよい。また、溶解する箇所の形状は任意であり、例えば、円形、長円形、またはスリット状にすることができる。また、消火剤容器は、互いに接着した複数の部分から構成されており、これらの接着部が溶解するようにしてもよい。

消火剤容器に内包されている消火剤は、消火剤容器の全体または一部が溶解すると、消火剤容器の外部に出て電池セルの周辺に拡散する。消火剤容器の外部に出た消火剤は、電池セルを覆い、電池セルを燃焼させる酸素の供給を遮断したり、電池セルが発火した場合には電池セルを消火したりする。このような機構により、本発明による二次電池モジュールは、電池セルや二次電池モジュールが発火したり燃焼したりするのを防止できる。このような観点から、消火剤容器の溶解する部分（消火剤容器の全体または一部）は、二次電池モジュールを定常状態で使用したときに到達する最高温度よりも高い温度の融点を持つ材料で作製するのが望ましい。

例えば、二次電池モジュールを定常状態で使用したときに到達する最高温度が５０℃である場合には、消火剤容器の溶解する部分は、６０℃程度で溶解する材料で作製するのが望ましい。このような材料の例としてプラスチックを挙げることができ、より具体的には、例えば、低密度ＰＥ（ポリエチレン）、ＰＳ（ポリスチレン）、無延伸ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）、及びポリ塩化ビニリデンが挙げられる。このような材料を用いると、電池セルの電気特性が低下する６０℃程度の温度で、電池セルの発火を予防することができる。

また、消火剤容器は、二次電池モジュールが熱暴走したときに、その全体または一部が溶解するように設計してもよい。この場合には、消火剤容器の溶解する部分（消火剤容器の全体または一部）は、１２０℃程度の融点を持つ材料、例えば、ポリカーボネート、ポリアミド、またはポリエチレンテレフタレートで作製する。このような材料を用いると、セパレータが溶解し正極と負極がショートしても、電池セルが発火、燃焼するのを防ぐことができ、たとえ電池セルが発火してもすぐに消火することができる。

このように、消火剤容器の溶解する部分（消火剤容器の全体または一部）は、６０℃以上１２０℃以下の範囲の温度で溶解する材料で作製するのが望ましい。

消火剤容器の一部が溶解する場合には、消火剤容器の溶解しない部分は、二次電池モジュールの内部の温度が異常な温度に達したときに溶解しない限り、任意の材料で作製することができる。二次電池モジュールの重量エネルギー密度の増加を防ぐために、軽い材料で作製することが望ましく、例えば、フッ素樹脂などの樹脂を用いて作製することができる。

消火剤容器の溶解する部分の厚さは、溶解すべき温度に到達した時点で速やかに溶解するように、できるだけ薄くすることが望ましい。一方で、内包した消火剤の流動により消火剤容器が伸びて破れるなどの、消火剤容器の破損を防ぐために、ある程度の厚さも必要である。従って、材質にもよるが、消火剤容器の溶解する部分の厚さは、１００μｍ以上、３ｍｍ以下が好ましい。

消火剤容器の形状は、任意であり、カプセル状、円筒状、直方体状、角柱状、球状など、二次電池モジュールの設計に応じて選択することができる。

消火剤容器に内包される消火剤には、電解液に添加して難燃性を確保するのに用いられている公知の物質、例えばリン酸エステルを用いることができる。また、二次電池モジュールの不活性ガス消火設備に用いられている気体、例えば、二酸化炭素、窒素ガス、ＩＧ−５４１（窒素、アルゴン、及び二酸化炭素の混合ガス）、ＩＧ５５（窒素、及びアルゴンの混合ガス）でもよい。また、ハロゲン化物消火設備に用いられている消火剤、例えば、ハロン１３０１（ブロモトリフルオロメタン）、ＨＦＣ−２３（トリフルオロメタン）、ＨＦＣ−２２７ｅａ（ヘプタフルオロプロパン）、ＦＫ−５−１−１２（ドデカフルオロ−２−メチルペンタン−３オン）でもよい。

ここに記載した消火剤は一例であり、リチウムイオン電池の消火剤として効果があるものであれば、任意の消火剤を用いることができる。上記の例に示したように、消火剤は、液体でも気体でもよい。二次電池モジュールの性能の一つである重量エネルギー密度を考慮すると、消火剤に気体を用いる方が、重量エネルギー密度の低下を抑制することができるので、好ましい。

消火剤を内包した消火剤容器は、二次電池モジュールの内部に、散在するように配置する。具体的には、例えば、電池セルと電池セルの隙間、電池セルの上、電池セルの側面等に配置する。

さらに、消火剤容器は、電池セル配置領域の内部に配置するのが好ましい。電池セル配置領域とは、二次電池モジュールを構成する電池セルの全てを内包する最小の直方体（立方体も含む）で表される領域である。

図７は、電池セル配置領域の一例を示す図である。図７に示した二次電池モジュールは、２０個の電池セル１で構成されている。電池セル配置領域７０は、２０個の電池セル１の全てを内包する最小の直方体で表される領域である。

消火剤容器を電池セル配置領域の内部に配置すると、電池セルを格納する筐体と電池セル配置領域との間に消火剤容器を配置するための領域を必要としない。このため、消火剤容器を配置することによる筐体の体積の増加を防ぐことができ、二次電池モジュールの体積エネルギー密度の低下を防止できるという利点を有する。

さらに、消火剤容器は、電池セル配置領域から、電池セルの周囲にある、電池セルの放熱に必要な空間を除いた領域に配置するのが好ましい。電池セル配置領域から、電池セルの放熱に必要な空間を除いた領域は、電池セルの放熱に必要ない領域（放熱に寄与しない領域）である。消火剤容器を電池セルの放熱に寄与しない領域に配置することにより、二次電池モジュールの放熱性能を低下させることなく、消火剤を内包した消火剤容器を二次電池モジュールの内部に配置することが可能となる。

以上の構成により、本発明による二次電池モジュールでは、電池セルの電気特性、安全性、及び信頼性を維持するとともに、二次電池モジュールの電気特性を維持し、かつ安全性を向上することができる。

以下、図面を用いて、本発明による二次電池モジュールの実施例を説明する。以下の実施例では、外観形状が円筒形の電池セルを備える二次電池モジュールを例に挙げているが、電池セルの形状は円筒形に限らない。円筒形以外の形状の電池セルを用いる場合については、実施例の中で説明する。

図１は、本発明の実施例による二次電池モジュールの分解斜視図である。二次電池モジュール１００は、複数の電池セル１と、電池セル１を収納する筐体１１０とを備える。電池セル１の外観形状は筒状であり、本実施例では円筒形状である。図１において、上下方向を「鉛直方向」と呼ぶ。電池セル１は、水平に、すなわち、電池セル１の長さ方向が鉛直方向と垂直になるように、配置される。電池セル１の長さ方向を「軸方向」と呼び、鉛直方向と軸方向に垂直な方向を「奥行方向」と呼ぶ。

図１に示すように、筐体１１０は、鉛直方向の下方に配置された底板４と、鉛直方向の上方に配置された天板５と、奥行方向に配置された一対の側壁３と、軸方向に配置された一対の端板６と、電池セル１間に配置された仕切壁２とを備える。仕切壁２は、電池セル１を区分けする。底板４と天板５には、それぞれ複数の通気口４０、５０が形成されている。端板６には、複数の開口部６１が形成されている。また、底板４の外面（筐体１１０の底面）には、桟４１が複数設けられている。筐体１１０には、合成樹脂材等の電気的絶縁性の材料、金属材料の表面に樹脂等の絶縁性材料をコーチングしたもの、または金属板を樹脂モールドしたものなどを用いることができる。

仕切壁２は、筒状部２０と梁部２２を備える。側壁３は、筒状部３０と梁部３２を備える。仕切壁２と側壁３については、それぞれ図３と図４を用いて、後で詳述する。筐体１１０の内部空間は、仕切壁２によって、複数のセル室１１１に区画される。セル室１１１については、図５を用いて後述する。

図１に示す例では、電池セル１は、筐体１１０内に、鉛直方向に４個並んだ電池セル１のグループが、奥行方向に５列配設されている。電池セル１には、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池、またはニッカド電池等が使用される。電池セル１の両端には、それぞれ端子１０が設けられている。

図２は、バスバーによる電池セルの接続方法の一例を示す図である。図１では図示を省略したが、必要な容量と電圧を確保するために、二次電池モジュール１００内の複数の電池セル１は、直列または並列にバスバー８で接続される。図２には、６個の電池セル１ａ〜１ｆを直列に接続した場合を示している。電池セル１ａ〜１ｆは、図２に実線で示したバスバー８によって、図２に示した軸方向の一端にある端子１０が上下方向に接続されており、図２に点線で示したバスバー８によって、軸方向の他端にある端子１０（図示せず）が左右方向に接続されている。このように接続すると、６個の電池セル１ａ〜１ｆは、１ａ→１ｂ→１ｃ→１ｄ→１ｅ→１ｆと直列に接続される。

図１に戻って、二次電池モジュール１００の説明を続ける。

底板４及び天板５に形成された通気口４０、５０は、空気の流入及び排出のための開口部である。筐体１１０内の空気は電池セル１によって暖められ、天板５の通気口５０から筐体１１０の外部へ流出する。この空気の流れにより、底板４の通気口４０からは、筐体１１０の外部から冷たい空気が流入する。このように、電池セル１は、主に空気の対流によって冷却される。なお、ファン等による冷却風や車両走行時の走行風などを、底板４の下側から強制的に供給して電池セル１を冷却する場合もある。

図１に示すように、電池セル１は鉛直方向に４個並んだグループに分けられ、隣り合うこのグループの間には、仕切壁２が設けられている。図１に示した二次電池モジュール１００は、このグループを５つ有するので、４つの仕切壁２を備える。

図３は、仕切壁２の斜視図である。仕切壁２は、平板部２３と、筒状部２０と、梁部２２とを備える。

筒状部２０は、内部が中空であり、二次電池モジュール１００の軸方向に沿って延伸し、軸方向に垂直な部分（円弧部分）が平板部２３の両面から突出している。図１に示したように、電池セル１は鉛直方向に４個配設されているので、筒状部２０は、仕切壁２の平板部２３に、鉛直方向に５つ配設されている。この５つの筒状部２０のうち、鉛直方向の最上段と最下段に位置するものは半円筒状であり、これらの間に位置するものは円筒状である。鉛直方向の最上段に位置する筒状部２０は、半円筒状の円弧部分が鉛直方向の下側に位置する。鉛直方向の最下段に位置する筒状部２０は、半円筒状の円弧部分が鉛直方向の上側に位置する。円筒状の筒状部２０の周面には、中空の内部と連通する穴２１が複数形成されている。

梁部２２は、電池セル１を支持するための円弧状の面２２０を有し、平板部２３の両面に複数個設けられる。具体的には、梁部２２は、筒状部２０の周面（円弧部分）に、筒状部２０の軸方向に沿って間隔を空けて複数個設けられる。電池セル１は、梁部２２の円弧状の面２２０の上に載置される。図３に示す例では、１つの筒状部２０に対して５つの梁部２２が設けられており、梁部２２で挟まれた４つの区間に穴２１が形成されている。この４つの区間のうち、軸方向の中央部の２つの区間に形成された穴２１の大きさは、これらの外側の区間（軸方向の端部）に形成された穴２１の大きさよりも大きい。

筒状部２０の内部は、一端から他端まで連通している中空領域となっている。円筒状の筒状部２０（鉛直方向の最上段と最下段以外に位置する筒状部２０）には、この中空領域に、消火剤を内包した消火剤容器（図示せず）を配置する。二次電池モジュール１００のいずれかの電池セル１が異常状態となり、定常状態で想定される温度以上に達すると、筒状部２０の内部に配置された消火剤容器の全体または一部が溶解する。消火剤容器が溶解すると、消火剤容器に内包されている消火剤は、図３の矢印で示すように、筒状部２０の中空領域と連通する穴２１から電池セル１が配置されている領域に拡散し、発火や燃焼の防止機能や消火機能を発現する。

消火剤が不活性ガス等の気体の場合は、電池セル１が発火した場合の消火作用が特に有効に機能する。不活性ガスは窒息効果による消火作用を有するため、電池セル１が発火した場合に消火剤容器の全体または一部が溶解して不活性ガスで電池セル１を覆うように設計することで、電池セル１への酸素の供給を遮断して消火することができる。一例として、消火剤容器を１２０℃程度で溶解する材料を用いて作製すると、このような消火作用を実現することができる。

消火剤が液体の場合には、消火作用に加えて、冷却効果によって発火前の電池セル１の異常な温度上昇を防ぐことで、後続すると考えられる発火や燃焼の予防が可能である。この場合、一例として、消火剤容器を６０℃程度で溶解する材料を用いて作製すると、このような発火や燃焼の防止機能を実現することができる。

筒状部２０の軸方向の中央部の区間に形成された穴２１の大きさは、これらの外側の区間（軸方向の端部）に形成された穴２１の大きさよりも大きく設定されている。このように穴２１の大きさを変えるのは、電池セル１の温度は軸方向の端部よりも中央部の方が上昇し易いこと、消火剤を二次電池モジュール１００の中心部から外側に向けて拡散させたいことを考慮し、より消火性能を高めるためである。

図４は、筐体１１０の側壁３の斜視図である。図４に示す側壁３も、図３に示した仕切壁２と同様に、平板部３３と、筒状部３０と、梁部３２とを備える。側壁３の平板部３３、筒状部３０及び梁部３２は、仕切壁２の平板部２３、筒状部２０及び梁部２２と同様の構成を備える。従って、梁部３２は、電池セル１を支持するための円弧状の面３２０を有する。しかし、側壁３の筒状部３０及び梁部３２は、仕切壁２の筒状部２０及び梁部２２と異なり、二次電池モジュール１００の内部のみに（すなわち、側壁３の、二次電池モジュール１００の内部側の面のみに）設けられている。従って、側壁３の、二次電池モジュール１００の外部側の面は、平坦になっている。

筒状部３０は、仕切壁２の筒状部２０と同様に、内部が中空であり、周面には複数の穴３１が形成されている。ただし、図４に示した筒状部３０の中空領域には、消火剤容器が配置されない。筒状部３０に形成した穴３１は、放熱のために、二次電池モジュール１００の外部から外気を取り入れるための穴である。

図５は、筐体の部分断面図であり、電池セルと消火剤容器の収納状態を説明する図である。なお、図５は、筐体１１０の、電池セル１の軸方向に垂直な断面を示しているが、電池セル１については断面ではなく端面を示している。また、筐体１１０の構造を分かりやすく示すために、最上段の右端の電池セル（図５の「Ａ」で示す領域にある電池セル）は図示していない。

筐体１１０の内部空間は、１つまたは複数の仕切壁２によって仕切られることにより、複数のセル室１１１に区画される。図１に示した例では、筐体１１０の内部空間は、４つの仕切壁２によって、５つのセル室１１１に区画されている。各セル室１１１内には、鉛直方向に４個並んだ電池セル１のグループが配置される。

仕切壁２は、前述したように、平板部２３と筒状部２０と梁部２２とを備え、円筒状の筒状部２０（図３を参照。鉛直方向の最上段と最下段以外に位置する筒状部２０）の内部の中空領域に、消火剤を内包した消火剤容器２００を備える。

図５に示すように、セル室１１１内では、各電池セル１は、４つの梁部２２によって、または２つの梁部２２と２つの梁部３２とによって、４箇所から囲まれて所定の間隔で支持されている。このため、電池セル１を安定して支持できるように、電池セル１を載置する面である梁部２２の面２２０と梁部３２の面３２０は、ともに円弧状である。

電池セル１の発熱により暖められた空気は、図５中の破線矢印で示すように、電池セル１と仕切壁２との隙間を上昇して、天板５に形成された通気口５０から筐体１１０の外部へ流出する。これに伴って、底板４の通気口４０（図１参照）から、筐体１１０の外部の空気が筐体１１０の内部に流入する。この空気の流れにより、電池セル１の発熱を放熱することができる。電池セル１の放熱に必要な空間は、梁部２２と梁部３２の大きさにより任意に変えることができる。放熱に必要な空間は、電池セル１の発熱量等に鑑みて決める必要がある。十分な放熱性能を得るためには、仕切壁２の筒状部２０及び平板部２３と側壁３の筒状部３０及び平板部３３とが放熱に必要な空間に含まれないようにし、筒状部２０、３０と平板部２３、３３により空気の流れが遮断されない構造とすることが必要である。

仕切壁２の筒状部２０に収納された消火剤容器２００は、本実施例では筒状のカプセルとし、長さ方向が軸方向と平行になるように配置した。以下、消火剤容器２００の長さ方向に垂直な断面を「消火剤容器２００の横断面」と、筒状部２０の長さ方向に垂直な断面を「筒状部２０の横断面」と、電池セル１の長さ方向に垂直な断面を「電池セル１の横断面」と称する。筒状の消火剤容器２００の横断面の形状は円であり、この円の直径Ｄ_ｃは、筒状部２０の横断面の内側の直径Ｄ_ｃｙよりも小さくする必要がある。以下、図６を用いて、消火剤容器２００の横断面の直径Ｄ_ｃを定める方法を説明する。

図６は、消火剤容器２００の横断面の直径Ｄ_ｃを定める方法を説明する図である。図６は、図５と同一の、筐体１１０の部分断面図である。ただし、説明の便宜上、図５に示した３つの電池セル１を区別して表す必要がある場合は、これらを異なる符号１Ａ、１Ｂ及び１Ｃで示した。また、消火剤容器２００の図示を省略した。

筒状部２０の横断面の内側の直径Ｄ_ｃｙは、電池セル１の横断面の直径Ｄ_Ｂ、平板部２３を挟んで隣り合う電池セル１の中心間の距離Ｌ_ＰＢ１、筒状部２０を挟んで隣り合う電池セル１の中心間の距離Ｌ_ＰＢ２、筒状部２０と平板部２３の板厚Ｄ_Ｐ、電池セル１の放熱に必要な距離Ｄ_ｈを用いて定めることができる。電池セル１の放熱に必要な距離Ｄ_ｈは、電池セル１や二次電池モジュール１００の仕様に従い、予め定めることができる値である。

平板部２３を挟んで隣り合う電池セル１Ｂと電池セル１Ｃの中心間の距離Ｌ_ＰＢ１は、電池セル１の直径Ｄ_Ｂ、平板部２３の板厚Ｄ_Ｐ、及び放熱に必要な距離Ｄ_ｈを用いて、式（１）で表わされる。

筒状部２０を挟んで隣り合う電池セル１Ａと電池セル１Ｃの中心間の距離Ｌ_ＰＢ２は、電池セル１の横断面の直径Ｄ_Ｂ、筒状部２０の板厚Ｄ_Ｐ、放熱に必要な距離Ｄ_ｈ、及び筒状部２０の横断面の内側の直径Ｄ_ｃｙを用いて、式（２）で表わされる。

ここで、図６に示すように、平板部２３を挟んで隣り合う電池セル１Ｂと電池セル１Ｃの中心を結ぶ線分（長さはＬ_ＰＢ１）と、筒状部２０を挟んで隣り合う電池セル１Ａと電池セル１Ｃの中心を結ぶ線分（長さはＬ_ＰＢ２）を２辺とする三角形は直角二等辺三角形であることから、Ｌ_ＰＢ１とＬ_ＰＢ２には、式（３）に示す関係がある。

式（１）〜（３）を用いて、筒状部２０の横断面の内側の直径Ｄ_ｃｙを求めると、式（４）のようになる。

従って、消火剤容器２００の横断面の直径Ｄ_ｃは、式（４）で求められる筒状部２０の横断面の内側の直径Ｄ_ｃｙよりも小さくすればよい。消火剤容器２００の横断面の直径Ｄ_ｃの下限値は、消火剤容器２００が内包する消火剤の量を考慮して求めた消火剤容器２００の体積に応じて、定めることができる。このようにして、消火剤容器２００の横断面の直径Ｄ_ｃを定める。

本実施例では、電池セル１は、外観形状が円筒形であり、直径Ｄ_Ｂが７０ｍｍ、長さが４００ｍｍのリチウムイオン電池を用いた。各々の電池セル１の放熱に必要な距離Ｄ_ｈは、５ｍｍとした。また、筒状部２０と平板部２３の板厚_ＤＰは、３ｍｍとした。従って、式（４）より、筒状部２０の横断面の内側の直径Ｄ_ｃｙは、３１．３ｍｍと求められる。このため、本実施例では、消火剤容器２００の横断面の直径Ｄ_ｃを２５ｍｍとした。また、消火剤容器２００の長さは、電池セル１の長さと同一の４００ｍｍとした。

本実施例では、消火剤容器２００として、横断面の形状が円である筒状のカプセルを用いている。このような形状の消火剤容器２００を用いると、二次電池モジュール１００の組立時に、消火剤容器２００を筒状部２０へ収納するのが容易である。

消火剤容器２００は、筒状部２０に固定せずに設置してもよい。固定せずに設置することで、二次電池モジュール１００に揺れや衝撃等の外力が加わった場合でも、消火剤容器２００に局所的に強い力が加わることを防止できる。この結果、外力により消火剤容器２００が開裂するのを防ぎ、正常時に消火剤が電池セルの周辺に拡散するという誤作動を防止することが可能となる。

また、消火剤容器２００は、発熱体ではなく、かつ、電池セル１の放熱に必要ない領域（放熱に寄与しない領域）に配置している。このため、消火剤容器２００を設置したことによって電池セル１の温度が上昇することはなく、温度の上昇による電池セル１の電気特性の低下は起こらない。

本実施例による二次電池モジュール１００では、消火剤を内包した消火剤容器２００を、モジュール１００の内部で散在するように配置している。このため、本実施例による二次電池モジュール１００は、電池セル１の電気特性、安全性、及び信頼性を確保するだけでなく、モジュール１００の体積エネルギー密度の低下を防止し、重量エネルギー密度の低下を極力少なくして電気特性を維持し、かつ安全性を向上することができる。

消火剤容器２００は、二次電池モジュール１００の内部に配置する。好ましくは、消火剤容器２００は、二次電池モジュール１００を構成する電池セル１の全てを内包する最小の直方体（立方体も含む）で表される電池セル配置領域の内部に配置する。さらに好ましくは、消火剤容器２００は、電池セル配置領域から、電池セル１の放熱に必要な空間を除いた領域、すなわち、電池セル配置領域の内部で電池セル１の放熱に寄与しない領域に配置する。このように消火剤容器２００を配置することで、消火剤容器２００を配置するための新たな領域が不要となるため、消火剤容器２００を配置したことによる二次電池モジュール１００の体積エネルギー密度の低下を招かない。

本実施例においては、消火剤容器２００は、仕切壁２の円筒状の筒状部２０（図３を参照。鉛直方向の最上段と最下段以外に位置する筒状部２０）の内部の中空領域に配置される。図３より、１つの仕切壁２は３つの円筒状の筒状部２０を有し、図１より、二次電池モジュール１００は４つの仕切壁２を備える。従って、二次電池モジュール１００には、１２個の消火剤容器が配置される。しかし、二次電池モジュール１００の重量エネルギー密度の増加を防ぐために、消火剤容器２００を全ての円筒状の筒状部２０の中空領域に配置せず、間引いて配置してもよい。この場合には、二次電池モジュール１００の中心に対して対称となるように消火剤容器２００を配置することで、二次電池モジュール１００の安全性が局所的に低下することを防止することができる。

消火剤容器２００は、二次電池モジュール１００の内部に配置すればよく、二次電池モジュール１００を構成する電池セル１の全てを内包する最小の直方体（立方体も含む）で表される電池セル配置領域の内部に配置すれば、より好ましい。本実施例のように、複数の電池セル１の間にある、電池セル１の放熱に寄与しない領域に消火剤容器２００を配置すると、さらに好ましい。

本実施例においては、消火剤容器２００と電池セル１の長さ（軸方向の長さ）を同じとしたが、消火剤容器２００の長さは、電池セル１の長さより短くてもよい。例えば、消火剤容器２００の長さを電池セル１の長さの半分未満とし、軸方向に複数の消火剤容器２００を点在させても、同様の効果を得ることができる。

本実施例においては、円筒形の電池セル１を用いた。円筒形の他に、最密充填した際に充填率が１００％とならない形状を有する電池セル１を用いた場合でも、電池セル配置領域の内部に放熱に必要ない領域（放熱に寄与しない領域）が存在することから、本実施例と同様に、消火剤容器２００を配置したことによる体積エネルギー密度の低下を招かない二次電池モジュール１００の構造を得ることができる。

具体的には、電池セル１が、本実施例で示した円筒形の他に、長さ方向に垂直な断面の形状が楕円形や八角形の場合、または角の丸い多角形（角丸三角形、角丸四角形、及び角丸六角形など）の場合には、最密充填した際に充填率が１００％とならないため、本実施例のように消火剤を内包した消火剤容器２００を配置することが可能である。長さ方向に垂直な断面の形状が、三角形、四角形、または正六角形の場合には、最密充填した際に充填率が１００％となるため、本実施例のように消火剤容器２００を配置するのには適さない。円筒形以外の形状の電池セル１を用いた場合も、消火剤容器２００を、放熱に寄与しない領域の中に配置することにより、円筒形の電池セル１を用いた場合と同様の効果を得ることができる。

電池セル１が円筒形ではなく横断面の形状が円でない場合には、消火剤容器２００の横断面の直径Ｄ_ｃは、電池セル１の横断面に外接する円の直径をＤ_Ｂとして式（４）を用いて筒状部２０の横断面の内側の直径Ｄ_ｃｙを求めることで、定めることができる。

本実施例においては、消火剤容器２００として筒状のカプセルを用いた。消火剤容器２００の形状は任意である。例えば、二次電池モジュール１００に配置したときの軸方向に垂直な断面（横断面）の形状が円形、楕円形、八角形、角の丸い多角形（角丸三角形、角丸四角形、及び角丸六角形など）、三角形、四角形、及び正六角形の場合でも、本実施例と同様の効果を得ることができる。消火剤容器２００の横断面の形状が円でない場合には、消火剤容器２００の横断面に外接する円の直径をＤ_ｃとして、直径Ｄ_ｃが筒状部２０の横断面の内側の直径Ｄ_ｃｙよりも小さくなるように、直径Ｄ_ｃを定めればよい。

１，１ａ〜１ｆ…電池セル、２…仕切壁、３…側壁、４…底板、５…天板、６…端板、８…バスバー、２０…仕切壁の筒状部、２１…筒状部の穴、２２…仕切壁の梁部、２３…仕切壁の平板部、３０…側壁の筒状部、３１…筒状部の穴、３２…側壁の梁部、３３…側壁の平板部、４０，５０…通気口、４１…桟、６１…端板の開口部、７０…電池セル配置領域、１００…二次電池モジュール、１１０…筐体、１１１…セル室、２００…消火剤容器、２２０…仕切壁の梁部の円弧状の面、３２０…側壁の梁部の円弧状の面。

Claims (8)

1. 複数の電池セルと、消火剤を内包した消火剤容器とを内部に備えることを特徴とする二次電池モジュール。
2. 請求項１記載の二次電池モジュールにおいて、
   前記消火剤容器を複数備え、複数の前記消火剤容器が内部に散在している二次電池モジュール。
3. 請求項２記載の二次電池モジュールにおいて、
   前記消火剤容器は、前記電池セルの全てを内包する最小の直方体で表される領域の中に配置される二次電池モジュール。
4. 請求項３記載の二次電池モジュールにおいて、
   前記二次電池モジュールは、前記電池セルの間に仕切壁を備え、
   前記消火剤容器は、前記仕切壁に備えられる二次電池モジュール。
5. 請求項４記載の二次電池モジュールにおいて、
   前記仕切壁は、筒状部を備え、
   前記消火剤容器は、前記筒状部の内部に配置される二次電池モジュール。
6. 請求項５記載の二次電池モジュールにおいて、
   前記電池セルは筒状であり、前記電池セルの長さ方向を軸方向とすると、
   前記消火剤容器は、前記軸方向に垂直な断面に外接する円の直径Ｄ_ｃが、前記電池セルの前記軸方向に垂直な断面に外接する円の直径Ｄ_Ｂと前記仕切壁の板厚Ｄ_Ｐと前記電池セルの放熱に必要な距離として予め定めた距離Ｄ_ｈとを用いて下記の式（１）で求められるＤ_ｃｙよりも小さい二次電池モジュール。
   

   
7. 請求項１から６のいずれか１項記載の二次電池モジュールにおいて、
   前記消火剤容器は、少なくとも一部が６０℃以上１２０℃以下の範囲の温度で溶解する二次電池モジュール。
8. 請求項１から６のいずれか１項記載の二次電池モジュールにおいて、
   前記電池セルは筒状であり、前記電池セルの長さ方向を軸方向とすると、
   前記消火剤容器は、前記軸方向の長さが、前記電池セルの前記軸方向の長さの半分未満である二次電池モジュール。

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