JP2014075251A - 電池モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、電解液の漏出を十分に抑制できる電池モジュールを提供することを目的とする。
【解決手段】本発明の電池モジュールは、複数の電池要素を収容するケースに、一部がケース内に突出して所定以上になったケース内の圧力を開放する弁７が設けられた電池モジュールである。電池モジュールは、ケース内に設けられた保護部材８であって、ケース内に突出する弁の一部を内部に収容する収容部８１と、収容部に設けられ、収容部外から収容部内へ液体は通過させずに気体は通過させるフィルム部８３と、を有する箱状の保護部材を備える。
【選択図】図６

Description

本発明は、電池モジュールに関する。

電気自動車やハイブリッド自動車には、電気モータを駆動するため、リチウムイオン電池やニッケル水素電池等の電池モジュールが複数接続されて搭載される。
このような電池モジュールでは、内圧開放のためのガス排出弁が設けられる。ガス排出弁が設けられた電池モジュールにおいて、ガス排出弁の作動時に電解液が漏出しないよう、ガス排出弁による排気経路に、気体透過性フィルム（液体は非透過）を設けたものが知られる（例えば、特許文献１）。

特開２００６−２１０２７５号公報

ガス排出弁は、例えば、電池モジュール内の蓋部に形成された蓋部排気孔を閉塞するように一端側が配置されるゴム部と、蓋部の外側に配置され、ゴム部の他端を抑えるとともにカバー部排気孔が形成されたカバー部と、を備えて構成される。電池モジュール内の内圧が一定限度を超えると、その内圧によりゴム部が圧縮し、蓋部排気孔が開く。そして、電池モジュール内の発生ガスは、蓋部排気孔およびカバー部排気孔を経る排気経路により外部へ排出される。
特許文献１の電池モジュールでは、蓋部排気孔を閉塞するように蓋部に設けられた気体透過性フィルムにより、蓋部排気孔が開いた際における電解液の漏出が防止される。

ところで、ガス排出弁においてカバー部は、特許文献１では金属製となっている。しかしながら、ガス排出弁のカバー部は、軽量化、低コスト化を図るため、樹脂製のものが用いられることがある。樹脂製のカバー部は、特に低温環境下で変形しやすい。このようなカバー部の変形や、ガス排出弁に外部からの力が加わった際の蓋部におけるガス排出弁の周囲の変形等を考慮すると、電解液の漏出の抑制という点で、蓋部排気孔を閉塞するように蓋部に気体透過性フィルムを設ける従来の技術には改良の余地がある。

本発明は、電解液の漏出を十分に抑制できる電池モジュールを提供することを目的とする。

本発明に係る電池モジュールは、複数の電池要素を収容するケースに、一部が前記ケース内に突出して所定以上になったケース内の圧力を開放する弁が設けられた電池モジュールであって、前記ケース内に設けられた保護部材であって、前記ケース内に突出する前記弁の前記一部を内部に収容する収容部と、前記収容部に設けられ、前記収容部外から前記収容部内へ液体は通過させずに気体は通過させるフィルム部と、を有する箱状の保護部材を備えることを特徴とする。

本発明では、ケース内に位置する弁の一部を収容部で覆うとともに、該収容部に気体のみを通過させるフィルム部を設けた。そのため、本発明では、弁およびその周辺部が破損、変形しても、収容部内に電解液が進入することを防止でき、破損した弁やその周辺部から電解液が外部へ漏出することを防止できる。

電池モジュールの概略構成図である。 ガス排出弁の概略構成図である。 ガス排出弁ゴム部のガス排出弁樹脂部との接合面を示す図である。 ケース内部の発生ガスの排気経路を示す図である。 ガス排出弁およびその周辺部の破損、変形パターンの一例を示す図である。 保護部材を示す斜視図である。

以下、本発明に係る実施形態について図面を参照しながら説明する。
図１は、電池モジュール１の概略構成図である。
電池モジュール１は、リチウムイオン電池やニッケル水素電池等の等の非水電解質二次電池のモジュールである。電池モジュール１は、ケース２と、ケース２内部に複数収容された電池要素３と、ケース内部に収容された電解液４と、各電池要素３を個別に隔てる複数の隔壁５と、出力端子６１，６２と、ガス排出弁７と、保護部材８とを備える。なお、本実施形態では、ガス排出弁７が１つのみ設けられた例を説明するが、ガス排出弁７は複数設けられていてもよい。ガス排出弁７は、各電池要素３毎に設けられていてもよく、本実施形態の場合、６つの電池要素３毎に設けられていてもよい。また、本実施形態では、１つのガス排出弁７に対し、１つの保護部材８が設けられているが、複数のガス排出弁７に対し１つの保護部材８が設けられていてもよい。

ケース２は、アルミニウム等の金属製である。ケース２は、一面が開口する箱状に形成されて内部に電池要素３および電解液４を収容するケース本体部２１と、ケース本体部２１の開口を閉塞するようにケース本体部２１に溶接され、電池要素３および電解液４をケース本体部２１内に密封する蓋部２２とを備える。蓋部２２の内面２２１には、ケース本体部２１側から内面２２１を見た場合に四角形状となるすなわち平面視四角形状の凹部２２２が複数形成される。凹部２２２は、図１において左右方向に間隔を空けて複数形成される。凹部２２２には、保護部材８の後述するリブ８１３が嵌め込まれる。また、蓋部２２には、ガス排出弁７が挿通する孔２２３が形成される。

電池要素３は、正極板、絶縁性の多孔質フィルムであるセパレータ、および負極板を備える。正極板の基板は、アルミニウム箔等であり、両面にLiCoO₂等の正極活物質層が積層されるとともに両面において一端側は露出部となっている。負極板の基板は、銅箔等であり、両面にカーボン等の負極活物質層が積層されるとともに両面において一端側は露出部となっている。正極板および負極板が、セパレータを挟んで交互にかつ露出部が反対方向に位置するように多数積層されて複数周巻き回されることにより、電池要素３が形成される。各電池要素３は、隔壁５で隔てられ、一部が電解液４に浸った状態で配置される。各電池要素３は不図示の導電部材を介して直列に接続されるとともに、両端の電池要素３は不図示の導電部材を介して出力端子６１，６２に接続される。

図２は、ガス排出弁７の概略構成図である。
ガス排出弁７は、蓋部２２に設けられる。ガス排出弁７は、樹脂製のガス排出弁樹脂部７１と、ゴム製のガス排出弁ゴム部７２と、ガス排出弁ゴム部７２を収容する収容ケース７３とを備える。

収容ケース７３は、蓋部２２の孔２２３を密閉する。収容ケース７３は、一面が開いた箱状であり、蓋部２２の孔２２３を挿通する収容ケース本体部７３１と、収容ケース本体部７３１の開口端から周方向外側に拡がって蓋部２２の外面２２４上に位置し、ガス排出弁樹脂部７１の一端を収容するフランジ状部７３２とを備える。収容ケース本体部７３１の底面７３３には第１排気孔７３４が形成される。

ガス排出弁樹脂部７１は、ケース２から突出した状態で設置される。ガス排出弁樹脂部７１には、ガス排出弁樹脂部７１を貫通する第２排気孔７１１が形成される。第２排気孔７１１は、ガス排出弁樹脂部７１の底部７１２では、径が細く形成される。ガス排出弁樹脂部７１の下面７１３において、フランジ状部７３２と接する部分はフランジ状部７３２に超音波溶接される。

ガス排出弁ゴム部７２は、収容ケース本体部７３１の径より小さい径に形成される。ガス排出弁は、圧縮された状態で収容ケース本体部７３１内に収容され、第１排気孔７３４を閉塞する。この際、ガス排出弁ゴム部７２と収容ケース本体部７３１内面との間には、隙間Ｓが形成される。

図３は、ガス排出弁ゴム部７２のガス排出弁樹脂部７１との接合面７２１を示す図である。
ガス排出弁ゴム部７２は、一端側の端面である接合面７２１がガス排出弁樹脂部７１の下面７１３に溶接される。ガス排出弁ゴム部７２の前記一端側（ガス排出弁樹脂部７１側）には、ガス排出弁ゴム部７２を径方向に貫通する貫通孔７２２が形成される。貫通孔７２２は、ガス排出弁ゴム部７２および収容ケース本体部７３１内面の隙間Ｓと、ガス排出弁樹脂部７１の第２排気孔７１１とを連通させる。

図４は、ケース２内部の発生ガスの排気経路を示す図である。
ケース２内部で発生するガスによりケース２内の圧力が一定限度を超えると、その内圧によりガス排出弁ゴム部７２が圧縮し、第１排気孔７３４が開く。これにより、ケース２内の発生ガスは、後述する保護部材８を介して第１排気孔７３４を通過し、ガス排出弁ゴム部７２および収容ケース本体部７３１内面の隙間Ｓ、ガス排出弁ゴム部７２の貫通孔７２２、ガス排出弁樹脂部７１の第２排気孔７１１を経る排気経路により、電池モジュール１外部へ排出される。

図５は、ガス排出弁７およびその周辺部の破損、変形パターンの一例を示す図である。
ここで、ガス排出弁７は、ガス排出弁樹脂部７１が外部に突出するため、電池モジュール１が搭載される車の衝突等により外部から力を受けるおそれがある。そして、該外部からの力により、ガス排出弁７およびその周辺部は、図５に示すパターン（Ａ）〜（Ｅ）により破損、変形するおそれがある。

図５の（Ａ）のパターンでは、ガス排出弁樹脂部７１が収容ケース７３から分離する。
図５の（Ｂ）のパターンでは、ガス排出弁７がケース２の孔２２３から外れる。
図５の（Ｃ）のパターンでは、ガス排出弁樹脂部７１およびガス排出弁ゴム部７２が収容ケース７３から分離する。
図５の（Ｄ）のパターンでは、ケース２の蓋部２２におけるガス排出弁７の設置場所周辺部が一部破損する。
図５の（Ｅ）のパターンでは、ガス排出弁７に対してケース２内に押し込む力が加わり、これによりケース２の蓋部２２におけるガス排出弁７の周辺部が破損し、ガス排出弁７がケース２内に押し込まれる。

図６は、保護部材８を示す斜視図である。
保護部材８は、前記破損、変形パターン（Ａ）〜（Ｅ）が発生した場合に、ケース２内の電解液４の漏出を防ぐ機能を有する。
保護部材８は、収容部８１と、ガス排出弁カバー８２と、気体透過性フィルム部８３とを備える。

収容部８１は、ケース２内に突出するガス排出弁７の一部を内部に収容する、本実施形態では、ガス排出弁カバー８２を介してガス排出弁７の一部を内部に収容する。収容部８１は、箱状に形成される。収容部８１の天面８１１中央部には、開口部８１２が形成される。開口部８１２からは、収容部８１の内側に向かってガス排出弁カバー８２が立ち上がっている。

収容部８１の天面８１１において開口部８１２を挟む位置にはそれぞれ、平面視四角形状でケース２の蓋部２２側に突出するリブ８１３が形成される。保護部材８は、リブ８１３がケース２の蓋部２２に嵌め込まれることにより、蓋部２２に取り付けられる。

収容部８１の側面８１５各上部には、図示しない孔が複数形成されており、該孔を覆うように、収容部８１の各側面８１５上部には、収容部８１外から収容部８１内へ液体は通過させずに気体は通過させる気体選択的透過性ナノフィルムが設けられる。該気体選択的透過性ナノフィルムを備えて、収容部８１の各側面８１５上部には、気体のみ収容部８１内に通過させる気体透過性フィルム部８３が構成される。

ガス排出弁カバー８２は、有底筒状であり、ガス排出弁７の周囲を覆う。底面８２１には、複数の孔８２２がある。ケース２内の圧力が一定限度を超え、内圧によりガス排出弁７のガス排出弁ゴム部７２が圧縮して排気孔７３４が開いた際には、ケース２内の発生ガスは、気体透過性フィルム部８３を介して保護部材８内に入る。そして、発生ガスは、ガス排出弁カバー８２の孔８２２を経てガス排出弁７の排気孔７３４からガス排出弁７内に進み、該ガス排出弁７を介して電池モジュール１外部に排出される。

本実施形態では、以下の効果を奏することができる。
ケース２内に位置するガス排出弁７の一部を収容部８１で覆うとともに、該収容部８１に気体透過性フィルム部８３を設けた。そのため、本実施形態では、ガス排出弁７およびその周辺部が破損、変形しても、収容部８１内に電解液４が進入することを防止でき、収容部８１内を介して、破損したガス排出弁７やその周辺部から電解液４が外部へ漏出することを防止できる。
気体透過性フィルム部８３が収容部８１の各側面８１５上部に設けられているので、電解液４を気体透過性フィルム部８３に接触および付着し難くできる。

ガス排出弁７の一部を収容部８１内においてガス排出弁カバー８２で覆ったので、気体透過性フィルム部８３が破損する等しても、収容部８１内から、破損したガス排出弁７やその周辺部への電解液４の進行をガス排出弁カバー８２により妨げることができる。また、ガス排出弁カバー８２には複数の孔８２２が形成されているので、ガス排出弁カバー８２を設置しても、ガス排出弁カバー８２がガス排出弁７による発生ガスの排気の妨げとなることは無い。

保護部材８は、蓋部２２に溶着されるのではなく、リブ８１３がケース２の蓋部２２に嵌め込まれることにより蓋部２２に取り付けられる。そのため、本実施形態では、外部からの衝撃によりガス排出弁７やその周辺部が破損するようなダメージを負った時に（例えば図５の（Ｄ）（Ｅ））、ケース２から保護部材８への衝撃の伝達を低減でき、保護部材８の強度を向上できる。

１…電池モジュール、２…ケース、５…電池要素、７…弁（ガス排出弁）、８…保護部材、８１…収容部、８３…フィルム部（気体透過性フィルム部）。

Claims (1)

1. 複数の電池要素を収容するケースに、一部が前記ケース内に突出して所定以上になったケース内の圧力を開放する弁が設けられた電池モジュールであって、
   前記ケース内に設けられた保護部材であって、
   前記ケース内に突出する前記弁の前記一部を内部に収容する収容部と、
   前記収容部に設けられ、前記収容部外から前記収容部内へ液体は通過させずに気体は通過させるフィルム部と、
   を有する箱状の保護部材を備えることを特徴とする電池モジュール。

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