JP2014157813A - 電池モジュール - Google Patents

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Abstract

【課題】電池モジュールで電池の内部圧力が増加する時、安全性を向上させる電池モジュールを提供する。
【解決手段】本発明の一実施形態にかかる電池モジュールは、第１電極および第２電極を含む電極アセンブリ、および電極アセンブリが収容されるケースを含む二次電池と、ケースに設けられ、第２電極と電気的に連結される短絡部材と、第１電極に電気的に連結される導電部、および導電部に形成される切開部を含み、ケースの外表面に設けられるモジュールフレームと、ケースの一面に導電部と空間的に分離されるように設けられ、形状が変形する時、導電部と電気的に連結される短絡部材とを含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、安全性を向上させる電池モジュールに関するものである。
二次電池（ｒｅｃｈａｒｇｅａｂｌｅ ｂａｔｔｅｒｙ）は、一次電池とは異なり、充電および放電を繰り返し行う電池である。小容量の二次電池は、携帯電話やノートパソコンおよびビデオカメラのように携帯可能な小型電子機器に用いられ、大容量の二次電池は、ハイブリッド自動車および電気自動車のモータ駆動用電源として用いられる。
二次電池は、小型電子機器のように単一セルとして使用されるか、モータ駆動用のように複数のセルを電気的に連結したモジュール状態で使用される。電池モジュールは、単位セルの電極端子をバスバーで連結して形成される。
電池モジュールの充放電時に、過充電などの原因によって異常反応が起こり、ケース内部の圧力が上昇すると、二次電池が爆発したり発火する危険がある。
本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであって、本発明の目的は、電池モジュールで電池の内部圧力が増加する時、安全性を向上させる電池モジュールを提供することにある。
本発明の一実施形態にかかる電池モジュールは、第１電極および第２電極を含む電極アセンブリ、並びに電極アセンブリが収容されるケースを含む二次電池と、ケースに設けられ、第２電極と電気的に連結される短絡部材と、第１電極に電気的に連結される導電部、および導電部に形成される切開部を含み、ケースの外表面に設けられるモジュールフレームと、ケースの一面に導電部と空間的に分離されるように設けられ、形状が変形する時、導電部と電気的に連結される短絡部材とを含む。
また、導電部に凝縮した水分は、切開部を通して排出できる。
また、導電部は、短絡部材に向かって突出する短絡突起を含むことができる。
また、モジュールフレームは、ケースと向き合うモジュールフレームの一面に形成され、ケースと導電部との間に位置する支持突起をさらに含むことができる。
また、モジュールフレームは、導電部の少なくとも一部を囲む絶縁層をさらに含むことができる。
また、絶縁層は、開口を有し、導電部は、開口を介して短絡部材と向き合うことができる。
また、切開部は、絶縁層の底から前記開口まで延長して形成できる。
また、切開部は、絶縁層および導電部を貫通して形成できる。
また、ケースは、短絡部材が設けられる短絡ホールを有することができる。
また、短絡ホールは、短絡ホールの外側から内側に向かって拡張された溝を含むことができ、短絡部材は、溝に挿入される平らな縁部を含むことができる。
また、短絡部材は、平らな縁部と、ケースの内部に向かって湾曲した屈曲部とを含むことができ、屈曲部は、ケースの内部から遠くなる方向に湾曲するように変形して導電部と接触することができる。
また、短絡部材は、ケースの一面に平行に設置できる。
また、短絡部材は、重力方向に平行に設置できる。
また、第２電極および短絡部材それぞれは、ケースと電気的に連結され、短絡部材は、形状が変形して導電部と接触し、第１電極と第２電極は、ケースを介して電気的に連結できる。
また、二次電池は、複数の二次電池を含むことができる。
また、複数の二次電池は、積層配列されて二次電池スタックをなすことができ、導電部は、二次電池スタックの外周を囲むことができる。
また、複数の二次電池それぞれは、第１電極および第２電極を含むことができ、第１モジュール端子は、二次電池スタックの第１端で複数の二次電池の第１電極に電気的に結合され得、第２モジュール端子は、二次電池スタックの第２端で複数の二次電池の第２電極に電気的に結合され得る。
また、導電部は、二次電池スタックの第２端で第２モジュール端子に電気的に結合できる。
また、複数の二次電池それぞれは、導電部と向き合う短絡部材を含むことができる。
また、第１電極は、第１電極リードタブによって第１電極端子と電気的に結合され得、第２電極は、第２電極リードタブによって第２電極端子と電気的に結合され得、第１電極リードタブおよび第２電極リードタブのうちの少なくとも１つは、第１電極リードタブの断面または第２電極リードタブの断面より小さい断面を有するヒューズ部を含むことができる。
本発明の一実施形態によれば、短絡部材がケースの側面に位置するため、短絡部材の表面に水分が凝縮するのを防止することができる。
また、短絡部材と電気的に接触するモジュールフレームが重力方向に立設されるため、短絡部材とモジュールフレームとの間に凝縮した水分によってモジュールフレームと短絡部材とが誤接触するのを防止することができる。
本発明の第１実施形態にかかる電池モジュールの斜視図である。 本発明の第１実施形態にかかる二次電池の斜視図である。 図１におけるＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。 本発明の第１実施形態にかかるモジュールフレームを示した斜視図である。 本発明の第１実施形態にかかる電池モジュールの回路図である。 本発明の第１実施形態にかかる電池モジュールにおいて、短絡部材とモジュールフレームとが電気的に接触した状態の回路図である。 本発明の第２実施形態にかかる電池モジュールの断面図である。 本発明の第２実施形態にかかる負極リードタブを示した部分斜視図である。 本発明の第２実施形態にかかる正極リードタブを示した部分斜視図である。 本発明の第２実施形態にかかるモジュールフレームを示した斜視図である。 本発明の第３実施形態にかかる電池モジュールの断面図である。 本発明の第３実施形態にかかるモジュールフレームを示した斜視図である。 本発明の第４実施形態にかかる電池モジュールの一部を示した斜視図である。 本発明の第４実施形態にかかる二次電池の縦断面図である。 本発明の第５実施形態にかかるモジュールフレームを示した斜視図である。 本発明の第５実施形態にかかる電池モジュールの断面図である。 本発明の第６実施形態にかかるモジュールフレームを示した斜視図である。
以下、添付した図面を参照して、本発明の実施形態について、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者が容易に実施できるように詳細に説明する。しかし、本発明は、種々の異なる形態で実現可能であり、ここで説明する実施形態に限定されない。図面において、本発明を明確に説明するために説明上不必要な部分は省略し、明細書全体にわたって同一または類似の構成要素については同一の参照符号を付した。
図１は、本発明の第１実施形態にかかる電池モジュールの斜視図である。
図１を参照すれば、第１実施形態の電池モジュール１００は、二次電池１０１と隣り合う二次電池１０１の第１電極端子２１および第２電極端子２２を電気的に連結するバスバー７１と、１つ以上の二次電池１０１の外周を囲むモジュールフレーム８０とを含む。
二次電池１０１は、積層配列されて二次電池スタックをなすが、二次電池１０１は、第１電極端子２１および第２電極端子２２を含み、第１電極端子２１および第２電極端子２２が交互に配置された状態でバスバー７１が端子に溶接で接合され、二次電池１０１を直列に連結する。
積層配列された二次電池１０１からなる二次電池スタックの第１端に配置された二次電池１０１の第１電極端子２１には、第１電極に電気的に結合されて電流を引き出す第１モジュール端子７２が設けられ、第１端の反対側に位置する第２端に配置された二次電池の第２電極端子２２には、第２電極に電気的に結合されて電流を引き出す第２モジュール端子７３が設けられる。
図２は、本発明の第１実施形態にかかる二次電池の斜視図であり、図３は、図１におけるＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。
図２および図３を参照して説明すれば、二次電池１０１は、電流を充電および放電する電極アセンブリ１０と、電極アセンブリ１０を内蔵するケース１５と、ケース１５の開口に結合されるキャッププレート２０と、キャッププレート２０に設けられる第１電極端子（負極端子）２１および第２電極端子（正極端子）２２とを含む。
例えば、電極アセンブリ１０は、絶縁体であるセパレータ１３の両面に第１電極（以下、「負極」という）１１および第２電極（以下、「正極」という）１２を配置し、負極１１、セパレータ１３および正極１２をゼリーロール状態で巻き取って形成される。
負極１１および正極１２はそれぞれ、金属板の集電体に活物質を塗布したコーティング部１１ａ、１２ａと、活物質を塗布せずに露出した集電体で形成される無地部１１ｂ、１２ｂとを含む。
負極１１の無地部１１ｂは、巻き取られる負極１１に沿って負極１１の一方端部に形成される。正極１２の無地部１２ｂは、巻き取られる正極１２に沿って正極１２の一方端部に形成される。無地部１１ｂ、１２ｂは、電極アセンブリ１０の両端にそれぞれ配置される。
例えば、ケース１５は、内部に電極アセンブリ１０と電解液を収容する空間を設定するように略直方体からなり、外部と内部空間とを連結する開口を直方体の一面に形成する。開口は、電極アセンブリ１０をケース１５の内部に挿入できるようにする。
キャッププレート２０は、ケース１５の開口に設けられることによってケース１５を密閉する。例えば、ケース１５とキャッププレート２０は、アルミニウムで形成され、互いに溶接できる。
また、キャッププレート２０は、電解液注入口２９とベントホール２４および端子ホールＨ１、Ｈ２を備える。電解液注入口２９は、ケース１５にキャッププレート２０を結合した後、ケース１５の内部に電解液を注入できるようにする。電解液注入後、電解液注入口２９は密封栓２７で密封される。
ベントホール２４は、二次電池１０１の内部圧力を排出できるようにベントプレート２５で密閉される。二次電池１０１の内部圧力が設定圧力に達すると、ベントプレート２５が切開されてベントホール２４を開放する。ベントプレート２５は、切開を誘導する切欠２５ａを有する。
第１電極端子２１および第２電極端子２２は、キャッププレート２０の端子ホールＨ１、Ｈ２に設けられ、電極アセンブリ１０に電気的に連結される。つまり、第１電極端子２１は、電極アセンブリ１０の負極１１に電気的に連結され、第２電極端子２２は、電極アセンブリ１０の正極１２に電気的に連結される。したがって、電極アセンブリ１０の電流は、第１電極端子２１および第２電極端子２２を介してケース１５の外部に引き出される。
第１電極端子２１と第２電極端子２２は、キャッププレート２０の内側で互いに同一の構造を形成するため、同一の構造について共に説明し、キャッププレート２０の外側で互いに異なる構造を形成するため、異なる構造についてそれぞれ別途に説明する。
第１および第２電極端子２１、２２は、キャッププレート２０の端子ホールＨ１、Ｈ２にそれぞれ設けられるリベットターミナル２１ａ、２２ａと、キャッププレート２０の内側でリベットターミナル２１ａ、２２ａに一体に広く形成されるフランジ２１ｂ、２２ｂと、キャッププレート２０の外側に配置され、リベットターミナル２１ａ、２２ａにリベッティングまたは溶接で連結されるプレートターミナル２１ｃ、２２ｃとを含む。
負極および正極ガスケット３６、３７は、第１および第２電極端子２１、２２のリベットターミナル２１ａ、２２ａとキャッププレート２０の端子ホールＨ１、Ｈ２の内面との間にそれぞれ設けられ、第１および第２電極端子２１、２２のリベットターミナル２１ａ、２２ａとキャッププレート２０との間をシーリングし、電気的に絶縁する。
負極および正極ガスケット３６、３７は、フランジ２１ｂ、２２ｂとキャッププレート２０の内面との間にさらに延設され、フランジ２１ｂ、２２ｂとキャッププレート２０との間をさらにシーリングし、電気的に絶縁する。つまり、負極および正極ガスケット３６、３７は、キャッププレート２０に第１および第２電極端子２１、２２を設けることによって、端子ホールＨ１、Ｈ２を通して電解液が漏れる（ｌｅａｋ）のを防止する。
負極および正極リードタブ５１、５２は、第１および第２電極端子２１、２２を電極アセンブリ１０の負極および正極１１、１２にそれぞれ電気的に連結する。つまり、負極および正極リードタブ５１、５２をリベットターミナル２１ａ、２２ａの下端に結合して下端をコーキング（ｃａｕｌｋｉｎｇ）することによって、負極および正極リードタブ５１、５２は、フランジ２１ｂ、２２ｂに支持されながらリベットターミナル２１ａ、２２ａの下端に連結される。
負極および正極絶縁部材６１、６２は、負極および正極リードタブ５１、５２とキャッププレート２０との間にそれぞれ設けられ、負極および正極リードタブ５１、５２とキャッププレート２０とを電気的に絶縁させる。また、負極および正極絶縁部材６１、６２は、一側でキャッププレート２０に結合され、他の一側で負極および正極リードタブ５１、５２とリベットターミナル２１ａ、２２ａおよびフランジ２１ｂ、２２ｂを囲むため、これらの連結構造を安定させる。
第１電極端子２１のプレートターミナル２１ｃは、リベットターミナル２１ａに電気的に連結され、絶縁部材３１を介在させてキャッププレート２０の外側に配置される。
絶縁部材３１は、プレートターミナル２１ｃとキャッププレート２０との間に設けられ、プレートターミナル２１ｃとキャッププレート２０とを電気的に絶縁させる。つまり、キャッププレート２０は、第１電極端子２１と電気的に絶縁された状態を維持する。
第２電極端子２２側のトッププレート４６は、第２電極端子２２のプレートターミナル２２ｃとキャッププレート２０とを電気的に連結する。例えば、トッププレート４６は、プレートターミナル２２ｃとキャッププレート２０との間に介在し、リベットターミナル２２ａを貫通させる。
したがって、トッププレート４６とプレートターミナル２２ｃをリベットターミナル２２ａの上端に結合して上端をコーキングすることによって、トッププレート４６とプレートターミナル２２ｃはリベットターミナル２２ａの上端に結合される。プレートターミナル２２ｃは、トッププレート４６を介在させた状態でキャッププレート２０の外側に設けられる。
ケース１５の一側側面には短絡ホール４２が形成され、短絡ホール４２には短絡部材４３が設けられる。本実施形態にかかる短絡ホール４２は、第１電極端子２１に隣接するケース１５の側面に形成される。ただし、本発明がこれに制限されるわけではなく、短絡部材４３は、第２電極端子２２に隣接するケース１５の側面に形成されてもよい。
ここで、ケース１５の側面とは、ケース１５の広い前面が互いに向き合うようにケース１５を積層配列した時、同一方向に向かう面となる。
短絡ホール４２の外側には、短絡ホール４２の外側に拡張された溝４５が形成され、溝４５は、ケース１５の外面に連結されている。短絡部材４３は、短絡ホール４２に挿入され、ケース１５の側面と平行に立設される。短絡部材４３は、平らな縁部４３ａと、縁部４３ａからケース１５の内部に向かって膨らんで湾曲した屈曲部４３ｂとを含む板状となる。縁部４３ａは、溝４５に挿入され、ケース１５に溶接されてケース１５と電気的に連結されるが、ケース１５は正極に帯電するため、短絡部材４３も正極に帯電する。
前記のように、第１および第２電極端子２１、２２が上部に向かうように二次電池１０１を立てた時を基準として、短絡部材４３は重力方向に立設される。
つまり、短絡部材４３は、重力のかかる方向と略平行に設けられる。
短絡部材４３は、反転変形によって負極に帯電した短絡連結部と電気的に連結される。本実施形態では、短絡連結部がモジュールフレーム８０からなる。
ここで、短絡部材４３は、その形状が変形して短絡連結部と電気的に連結できる。
図４は、本発明の第１実施形態にかかるモジュールフレームを示した斜視図である。
積層配列された二次電池１０１のうち、一側端に配置された二次電池１０１にはエンドプレート９１が配置され、他側端にはエンドプレート９２が配置される。また、モジュールフレーム８０は、二次電池１０１およびエンドプレート９１、９２を囲むように配置される。モジュールフレーム８０は、二次電池１０１の側面に対向するように配置された四角枠形状となり、二次電池１０１の外周を部分的に囲む。
モジュールフレーム８０は、電気伝導性を有する素材からなり、第１電極１１に電気的に連結される導電部８１と、導電部８１を囲む、電気的に絶縁性を有する絶縁層８２とを含む。導電部８１は、電気伝導性を有する金属からなり、モジュールフレーム８０の長さ方向に沿って延びて配置されている。絶縁層８２は、導電部８１の少なくとも一部を囲むように形成され、モジュールフレーム８０には、絶縁層８２が形成されず、導電部８１の一部を外部に露出させる開口８３が形成されている。
ここで、本実施形態にかかる開口８３は、短絡部材４３に対向する部分に形成され、導電部８１と短絡部材４３は直接向き合うことができる。
一方、モジュールフレーム８０には、下端までつながった切開部８４が形成されている。切開部８４は、露出した導電部８１からモジュールフレーム８０の下端まで延びて形成され、設定された幅を有する。本実施形態のように切開部８４を形成すると、露出した導電部８１に凝縮した水分が、重力によって切開部８４に沿って下へ排出可能になる。
ここで、本実施形態にかかる切開部８４は、絶縁層８２の底から開口８３まで延長して形成され、絶縁層８２および導電部８１を貫通して形成される。
また、モジュールフレーム８０は、最も外側に配置された二次電池１０１の第１電極端子２１と中間連結部材７５を介して電気的に連結される。中間連結部材７５は、第１モジュール端子７２と結合設置された第１電極端子２１と電気的に連結される。
図５Ａは、本発明の第１実施形態にかかる電池モジュールの回路図であり、図５Ｂは、本発明の第１実施形態にかかる電池モジュールにおいて、短絡部材とモジュールフレームとが電気的に接触した状態の回路図である。
図５Ａに示されているように、短絡部材４３が作動する前には二次電池１０１が直列に連結される。
二次電池１０１の内圧が上昇すると、短絡部材４３が外側に向かって膨らんで反転変形し、短絡部材４３が反転変形すると、短絡部材４３とモジュールフレーム８０とが電気的に連結される。これによって、正極に帯電したケース１５と、負極に帯電したモジュールフレーム８０とが電気的に連結される。
例えば、短絡部材４３は、導電部８１と接触するように形状が変形する。
また、導電部８１は、二次電池スタックの第２端で第２端子モジュール７３と電気的に連結される。
したがって、第２電極１２および短絡部材４３それぞれは、ケース１５に電気的に連結され、短絡部材４３は、形状が変形して導電部８１に接触し、ケース１５を経由して第１電極１１と第２電極１２とを電気的に連結する。
図５Ｂに示されているように、２番目に設けられた二次電池のケース１５とモジュールフレーム８０とが電気的に連結されると、短絡が発生して電流が放電され、電流はモジュールフレーム８０を介して第２モジュール端子７３に引き出される。これによって、短絡した二次電池１０１の後に設けられた二次電池１０１には電流が流れず、電流はモジュールフレーム８０を介してバイパスされる。
前記のように、本実施形態によれば、モジュールフレーム８０と短絡部材４３との接触で短絡が発生するため、短絡が発生した後に設けられた二次電池１０１には電流が流れなくなって、安全性が向上する。
図６は、本発明の第２実施形態にかかる電池モジュールの断面図である。
図６を参照して説明すれば、第２実施形態にかかる電池モジュール２００は、二次電池１０２と隣り合う二次電池１０２の第１電極端子２１および第２電極端子２２を電気的に連結するバスバー７１と、二次電池１０２の外周を囲むモジュールフレーム１８０とを含む。
二次電池１０２は、積層配列されて二次電池スタックをなすが、二次電池１０２は、第１電極端子２１および第２電極端子２２を含み、第１電極端子２１および第２電極端子２２が交互に配置された状態でバスバー７１が端子に溶接で接合され、二次電池１０２を直列に連結する。
二次電池１０２は、第１電極（負極）１１および第２電極（正極）１２を含む電極アセンブリ１０と、電極アセンブリ１０を内蔵するケース１５と、ケース１５の開口に結合されるキャッププレート２０と、キャッププレート２０に設けられる第１電極端子２１および第２電極端子２２とを含む。
本第２実施形態にかかる二次電池１０２は、短絡部材１４３の設置構造および負極リードタブ１５０と正極リードタブ１６０の構造を除いては、前記第１実施形態にかかる二次電池と同一の構造となるので、同一の構造に関する重複説明は省略する。
負極リードタブ１５０は、第１電極端子２１を電極アセンブリ１０の第１電極１１にそれぞれ電気的に連結し、正極リードタブ１６０は、第２電極端子２２を電極アセンブリ１０の第２電極１２に電気的に連結する。
図７に示されているように、負極リードタブ１５０は、第１電極端子２１に溶接で付着される端子接合部１５１と、端子接合部１５１から折曲形成され、負極１１に溶接で付着される電極接合部１５２とを含む。端子接合部１５１には、リベットターミナル２１ａの下端が挿入される支持ホール１５３が形成されるが、リベットターミナル２１ａと負極リードタブ１５０とが溶接で接合される。また、負極リードタブ１５０には、他の部分より断面積が小さくて過電流が流れる時、変形するヒューズ部１５４が形成される。
ヒューズ部１５４にはヒューズホール１５５が形成され、ヒューズ部１５４が負極リードタブ１５０の他の部分よりも小さい断面積となるが、電流の流れが増加して限界電流を超える過電流が流れる時、ヒューズ部１５４が溶融して電極アセンブリ１０と第１電極端子２１との電気的な連結を遮断する。
図８に示されているように、正極リードタブ１６０は、第２電極端子２２に溶接で付着される端子接合部１６１と、端子接合部１６１から折曲形成され、正極１２に溶接で付着される電極接合部１６２とを含む。端子接合部１６１には、リベットターミナル２２ａの下端が挿入される支持ホール１６３が形成されるが、リベットターミナル２２ａと正極リードタブ１６０とが溶接で接合される。また、正極リードタブ１６０には、他の部分より断面積が小さくて過電流が流れる時、変形するヒューズ部１６４が形成される。
ヒューズ部１６４にはヒューズホール１６５が形成され、ヒューズ部１６４が正極リードタブ１６０の他の部分よりも小さい断面積となるが、電流の流れが増加して限界電流を超える過電流が流れる時、ヒューズ部１６４が溶融して電極アセンブリ１０と第２電極端子２２との電気的な連結を遮断する。
ケース１５の一側側面には短絡ホール１４２が形成され、短絡ホール１４２には短絡部材１４３が設けられる。本実施形態にかかる短絡ホール１４２は、第１電極端子２１に隣接するケース１５の側面に形成される。ただし、本発明がこれに制限されるわけではなく、短絡部材１４３は、第２電極端子２２に隣接するケース１５の側面に形成されてもよい。短絡ホール１４２の外側には、短絡ホール１４２の内側に拡張された溝１４５が形成され、溝１４５は、ケース１５の内面に連結されている。
短絡部材１４３は、短絡ホール１４２に挿入され、ケース１５の側面と平行に立設される。短絡部材４３は、平らな縁部１４３ａと、縁部１４３ａからケース１５の内部に向かって膨らんで湾曲した屈曲部１４３ｂとを含む板状となる。縁部１４３ａは、溝１４５に挿入され、正極と電気的に連結されたケース１５に溶接されてケース１５と電気的に連結されるが、ケース１５は正極に帯電するため、短絡部材４３も正極に帯電する。
前記のように、第１および第２電極端子２１、２２が上部に向かうように二次電池１０２を立てた時を基準として、短絡部材１４３は重力方向に立設される。
つまり、短絡部材１４３は、重力のかかる方向に略平行に設けられる。
短絡部材１４３は、反転変形によって負極に帯電した短絡連結部と電気的に連結される。本実施形態では、短絡連結部がモジュールフレーム１８０からなる。
図９は、本発明の第２実施形態にかかるモジュールフレームを示した斜視図である。
図９を参照して説明すれば、モジュールフレーム１８０は、二次電池１０２の側面に対向するように配置された四角枠形状となり、二次電池１０２の外周を部分的に囲む。
モジュールフレーム１８０は、電気伝導性を有する素材からなる導電部１８１と、導電部１８１を囲む絶縁層１８２とを含む。導電部１８１は、電気伝導性を有する金属からなり、モジュールフレーム１８０の長さ方向に沿って延びて配置されている。前記第１実施形態と同様に、導電部１８１は、負極と電気的に連結されている。
絶縁層１８２は、導電部１８１の少なくとも一部を囲むように形成され、導電部１８１には、絶縁層１８２の外側に突出した短絡突起１８１ａが形成されている。短絡突起１８１ａは、短絡部材１４３に対向する部分に形成されており、これによって、短絡突起１８１ａが露出して短絡部材１４３と直接向き合うことができる。
一方、モジュールフレーム１８０には、下端までつながった切開部１８４が形成されている。切開部１８４は、露出した短絡突起１８１ａの下端からモジュールフレーム１８０の下端まで延びて形成され、設定された幅を有する。本実施形態のように切開部１８４を形成すると、露出した導電部１８１に凝縮した水分が、重力によって切開部１８４に沿って下へ排出可能になる。
ここで、本実施形態にかかる切開部１８４は、絶縁層１８２および導電部１８１を貫通して形成できる。
二次電池１０２の内圧が上昇すると、短絡部材１４３が外側に向かって膨らんで反転変形し、短絡部材１４３が反転変形すると、短絡部材１４３とモジュールフレーム１８０とが電気的に連結される。
例えば、短絡部材１４３は、導電部１８１の短絡突起１８１ａと接触するように形状が変形する。
また、導電部１８１の短絡突起１８１ａは、二次電池スタックの第２端で第２端子モジュール７３と電気的に連結される。
したがって、第２電極１２および短絡部材１４３それぞれは、ケース１５に電気的に連結され、短絡部材１４３は、形状が変形して導電部１８１の短絡突起１８１ａに接触し、ケース１５を経由して第１電極１１と第２電極１２とを電気的に連結する。
また、図７および図８に示されているように、負極リードタブ１５０および正極リードタブ１６０にヒューズ部１５４、１６４が形成されるため、短絡が発生して大電流が流れる時、ヒューズ部１５４、１６４が溶融して電流を遮断する。これによって、モジュールフレームと当接した二次電池１０２は、中性の電池となるので、安全性を確保することができる。
図１０は、本発明の第３実施形態にかかる電池モジュールの断面図であり、図１１は、本発明の第３実施形態にかかるモジュールフレームを示した斜視図である。
図１０および図１１を参照して説明すれば、第３実施形態にかかる電池モジュール３００は、二次電池１０３と隣り合う二次電池１０３の第１電極端子２１および第２電極端子２２を電気的に連結するバスバー７１と、二次電池１０３の外周を囲むモジュールフレーム２８０とを含む。
二次電池１０３は、第１電極（負極）１１および第２電極（正極）１２を含む電極アセンブリ１０と、電極アセンブリ１０を内蔵するケース１５と、ケース１５の開口に結合されるキャッププレート２０と、キャッププレート２０に設けられる第１電極端子２１および第２電極端子２２とを含む。
本第３実施形態にかかる二次電池１０３は、モジュールフレーム２８０の設置構造を除いては、前記第１実施形態にかかる二次電池と同一の構造となるので、同一の構造に関する重複説明は省略する。
二次電池１０３は、積層配列されるが、二次電池１０３は、第１電極端子２１および第２電極端子２２を含み、第１電極端子２１および第２電極端子２２が交互に配置された状態でバスバー７１が端子に溶接で接合され、二次電池１０３を直列に連結する。
ケース１５の一側面には短絡ホール４２が形成され、短絡ホール４２には短絡部材４３が設けられる。
ここで、短絡ホール４２は、第２電極端子２２に隣接するケース１５の一側に形成されることも可能である。
本実施形態にかかる短絡ホール４２は、第１電極端子２１に隣接するケース１５の側面に形成される。短絡ホール４２の外側には、短絡ホール４２の内側に拡張された溝４５が形成され、溝４５は、ケース１５の外面に連結されている。
短絡部材４３は、短絡ホール４２に挿入され、ケース１５の側面と平行に立設される。短絡部材４３は、平らな縁部４３ａと、縁部４３ａからケース１５の内部に向かって膨らんで湾曲した屈曲部４３ｂとを含む板状となる。縁部４３ａは、溝４５に挿入され、正極と電気的に連結されたケース１５に溶接されてケース１５と電気的に連結されるが、ケース１５は正極に帯電するため、短絡部材４３も正極に帯電する。
前記のように、第１および第２電極端子２１、２２が上部に向かうように二次電池１０３を立てた時を基準として、短絡部材４３は重力方向に立設される。
つまり、短絡部材４３は、重力のかかる方向と略平行に設けられる。
短絡部材４３は、反転変形によって負極に帯電した短絡連結部と電気的に連結される。本実施形態では、短絡連結部がモジュールフレーム２８０からなる。
モジュールフレーム２８０は、二次電池１０３の側面に対向するように配置された四角枠形状となり、二次電池１０３の外周を部分的に囲む。
モジュールフレーム２８０は、電気伝導性を有する素材からなる導電部２８１と、導電部２８１を囲む絶縁層２８２とを含む。導電部２８１は、電気伝導性を有する金属からなり、モジュールフレーム２８０の長さ方向に沿って延びて配置されている。前記第１実施形態と同様に、導電部２８１は、負極と電気的に連結されている。
絶縁層２８２は、導電部２８１を囲むように形成され、導電部２８１には、絶縁層２８２の外側に突出した短絡突起２８１ａが形成されている。短絡突起２８１ａは、短絡部材４３に対向する部分に形成されており、これによって、短絡突起２８１ａが露出して短絡部材４３と直接向き合うことができる。
絶縁層２８２からケース１５に向かう面には支持突起２８５が形成され、支持突起２８５は、短絡突起２８１ａの間にそれぞれ配置され、短絡突起２８１ａをケース１５から離隔させる。支持突起２８５は、モジュールフレーム２８０の高さ方向に延びて形成される。
一方、モジュールフレーム２８０には、下端までつながった切開部２８４が形成されている。切開部２８４は、露出した短絡突起２８１ａの下端からモジュールフレーム２８０の下端まで延びて形成され、設定された幅を有する。本実施形態のように切開部２８４を形成すると、露出した導電部２８１に凝縮した水分が、重力によって切開部２８４に沿って下へ排出可能になる。
本実施形態のように、導電部２８１に短絡突起２８１ａを形成し、支持突起２８５を用いて短絡突起２８１ａを離隔させると、短絡部材４３とモジュールフレーム２８０との間に凹部分が形成されないため、水分が凝縮して蓄積されるのを防止することができる。
二次電池１０３の内圧が上昇すると、短絡部材４３が外側に向かって膨らんで反転変形し、短絡部材４３が反転変形すると、短絡部材４３とモジュールフレーム２８０とが電気的に連結される。
図１２は、本発明の第４実施形態にかかる電池モジュールの一部を示した斜視図であり、図１３は、本発明の第４実施形態にかかる二次電池の縦断面図である。
図１２および図１３を参照して説明すれば、本実施形態にかかる電池モジュール４００は、複数の二次電池１０４と隣り合う二次電池１０４の第１電極端子２１および第２電極端子２２を電気的に連結するバスバー７１を含む。
二次電池１０４は、第１電極（負極）１１および第２電極（正極）１２を含む電極アセンブリ１０と、電極アセンブリ１０を内蔵するケース１５と、ケース１５の開口に結合されるキャッププレート２０と、キャッププレート２０に設けられる第１電極端子２１および第２電極端子２２とを含む。
本第４実施形態にかかる二次電池１０４は、モジュールフレーム３８０（以下、「短絡連結部」という）の設置構造を除いては、前記第１実施形態にかかる電池モジュールと同一の構造となるので、同一の構造に関する重複説明は省略する。
ケース１５の一側側面には短絡ホール３４２が形成され、短絡ホール３４２には短絡部材３４３が設けられる。
ここで、短絡ホール３４２は、第２電極端子２２に隣接するケース１５の一側に形成されることも可能である。
本実施形態にかかる短絡ホール３４２は、第１電極端子２１に隣接するケース１５の側面に形成される。短絡部材３４３は、短絡ホール３４２に挿入され、ケース１５の側面と平行に立設される。
短絡部材３４３は、ケース１５の内部に向かって膨らんで湾曲した屈曲部を有する円板形状となる。短絡部材３４３は、短絡ホール３４２に形成された溝に挿入され、ケース１５に溶接されてケース１５と電気的に連結される。ケース１５は正極に帯電するが、これによって、短絡部材３４３も正極に帯電する。
前記のように、第１および第２電極端子２１、２２が上部に向かうように二次電池１０４を立てた時を基準として、短絡部材３４３は重力方向に立設される。短絡部材３４３は、反転変形によって負極に帯電した短絡連結部３８０と電気的に連結される。
つまり、短絡部材３４３は、重力のかかる方向と略平行に設けられる。
短絡連結部３８０は、第１電極端子２１に溶接で固定された導電部３８１と、導電部３８１を囲む絶縁層３８２とを含む。導電部３８１は、電気伝導性を有する金属からなり、キャッププレート２０と平行に配置された上板３８１ａと、上板３８１ａから折曲され、ケース１５の側面と平行に配置された側板３８１ｂとを含む。
上板３８１ａは、第１電極端子２１の側端に溶接で固定され、側板３８１ｂは、短絡部材３４３から離隔して短絡部材３４３と向き合うように配置される。絶縁層３８２は、導電部３８１の下部の少なくとも一部分的に囲むように設けられ、導電部３８１をケース１５の側面から離隔させる。短絡連結部３８０から短絡部材３４３に向かう部分には絶縁層３８２が形成されず、導電部３８１が露出する。これによって、導電部３８１が短絡部材３４３に直接対向するように設置できる。
短絡連結部３８０には、下端までつながった切開部３８４が形成されている。切開部３８４は、露出した導電部３８１から短絡連結部３８０の下端まで延びて形成され、設定された幅を有する。本実施形態のように切開部３８４を形成すると、露出した導電部３８１に凝縮した水分が、重力によって切開部３８４に沿って下へ排出可能になる。
ここで、本実施形態にかかる切開部３８４は、短絡連結部３８０および導電部３８１を貫通して形成できる。
二次電池１０４の内圧が上昇すると、短絡部材３４３が外側に向かって膨らんで反転変形し、短絡部材３４３が反転変形すると、短絡部材３４３と短絡連結部３８０とが電気的に連結される。これによって、正極に帯電した短絡部材３４３と、負極に帯電した短絡連結部３８０とが短絡を誘発する。
図１４は、本発明の第５実施形態にかかるモジュールフレームを示した斜視図であり、図１５は、本発明の第５実施形態にかかる電池モジュールの断面図である。
図１４および図１５を参照して説明すれば、本実施形態にかかる二次電池１０４は、本発明の第１実施形態にかかる二次電池１０１および短絡連結部４８０を除いて同一の構成からなるので、以下、本発明の第１実施形態にかかる二次電池１０１と同一の構成に関する詳細な説明は省略する。
本実施形態にかかる電池モジュール５００は、二次電池１０４と隣り合う二次電池１０４の第１電極端子２１および第２電極端子２２を電気的に連結するバスバー７１を含む。
二次電池１０４は、第１電極（負極）１１および第２電極（正極）１２を含む電極アセンブリ１０と、電極アセンブリ１０が収容されるケース１５と、ケース１５の開口に設けられるキャッププレート２０と、キャッププレート２０に設けられる第１電極端子２１および第２電極端子２２とを含む。
短絡ホール３４２は、ケース１５の一側に形成され、短絡部材３４３は、短絡ホール３４２に設けられる。
ここで、短絡ホール３４２は、第１電極端子２１に近いケース１５の一側面に形成される。
ただし、短絡ホール３４２は、第２電極端子２２に近いケース１５の他側面に形成されてもよい。
短絡部材３４３は、短絡ホール３４３に挿入され、ケース１５の側面に平行に設けられる。
短絡部材３４３は、ケース１５の内部に向かって膨らんで湾曲した屈曲部を有する板状となる。短絡部材３４３は、短絡ホール３４２に形成された溝に挿入され、ケース１５に溶接結合されてケース１５と電気的に連結される。ここで、ケース１５は正極に帯電しているため、短絡部材３４３もケース１５を介して正極に帯電する。
第１および第２電極端子２１、２２が上部に向かうように二次電池１０４を立てた時を基準として、短絡部材３４３は重力方向に立設される。
つまり、短絡部材３４３は、重力のかかる方向と平行に設けられる。
本実施形態にかかる短絡部材３４３は、反転変形によって負極に帯電したモジュールフレーム４８０（以下、「短絡連結部」という）と電気的に連結される。
本実施形態にかかる短絡連結部４８０は、第１電極１１と電気的に連結される導電部４８１と、絶縁性物質からなり、導電部４８１の少なくとも一部を囲む絶縁層４８２とを含む。
導電部４８１は、電気伝導性を有する金属からなり、キャッププレート２０と平行に配置された上板４８１ａと、上板４８１ａから折曲され、ケース１５の側面と平行に配置された側板４８１ｂとを含む。
上板４８１ａは、第１電極端子２１の側端に溶接で固定され、絶縁層４８２は、導電部４８１の下部の少なくとも一部分的に囲むように設けられる。
また、本実施形態にかかる短絡突起４８１ｃは、側板４８１ｂに位置する絶縁層４８２の外側から突出して形成される。
図１５に示されているように、本実施形態にかかる導電部４８１の短絡突起４８１ｃは、短絡部材３４３と空間的に分離され、短絡部材３４３と向き合うように設けられる。
本実施形態によれば、切開部４８４は、露出した導電部４８１から短絡連結部４８０の下端まで延びて形成され、設定された幅を有する。
本実施形態のように切開部４８４を形成すると、露出した導電部４８１に凝縮した水分が、重力によって切開部４８４に沿って下へ排出可能になる。
ここで、本実施形態にかかる切開部４８４は、短絡連結部４８０および導電部４８１を貫通して形成できる。
二次電池１０４の内圧が上昇すると、短絡部材３４３が外側に向かって膨らんで反転変形し、短絡部材３４３が反転変形すると、短絡部材３４３と短絡連結部４８０とが電気的に連結される。これによって、正極に帯電した短絡部材３４３と、負極に帯電した短絡連結部４８０とが短絡を誘発する。
図１６は、本発明の第６実施形態にかかるモジュールフレームを示した斜視図である。
本実施形態にかかる二次電池は、本発明の第１実施形態にかかる二次電池１０１および導電部５８１を除いては、同一の構成からなるので、以下、本実施形態にかかる二次電池に関する説明は省略する。
導電部５８１は、第１電極端子２１に溶接結合され、電気伝導性を有する金属からなり、キャッププレート２０と平行に配置された上板５８１ａと、上板５８１ａから折曲され、ケース１５の側面と平行に配置された側板５８１ｂとを含む。
上板５８１ａは、第１電極端子２１の側端に溶接で固定される。
短絡突起５８１ｃは、導電部５８１の一部に形成され、短絡部材３４３と分離されて短絡部材３４３と向き合うように設けられる。
本実施形態にかかる支持突起５８５は、ケース１５と向き合う導電部５８１の側板５８１ｂの側面に形成される。
ここで、支持突起５８５は、導電部５８１とケース１５との間に位置し、ケース１５と短絡突起５８１ｃとが接触するのを防止する。
また、支持突起５８５は、導電部５８１の幅方向に沿って形成できる。
本実施形態のように、導電部５８１に短絡突起５８１ｃを形成し、支持突起５８５を用いて短絡突起５８１ｃを離隔させると、短絡部材３４３と短絡連結部５８０との間に凹部分が形成されないため、水分が凝縮して蓄積されるのを防止することができる。
本実施形態によれば、切開部５８４は、露出した導電部５８１から短絡連結部５８０の下端まで延びて形成され、設定された幅を有する。
本実施形態のように切開部５８４を形成すると、露出した導電部５８１に凝縮した水分が、重力によって切開部５８４に沿って下へ排出可能になる。
ここで、本実施形態にかかる切開部５８４は、短絡連結部５８０および導電部５８１を貫通して形成できる。
二次電池の内圧が上昇すると、短絡部材３４３が外側に向かって膨らんで反転変形し、短絡部材３４３が反転変形すると、短絡部材３４３と短絡連結部５８０とが電気的に連結される。これによって、正極に帯電した短絡部材３４３と、負極に帯電した短絡連結部５８０とが短絡を誘発する。
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、特許請求の範囲と発明の詳細な説明および添付した図面の範囲内で多様に変形して実施することが可能であり、これも本発明の範囲に属することは当然である。
１００、２００、３００、４００：電池モジュール
１０１、１０２、１０３、１０４：二次電池
１０：電極アセンブリ
１１：第１電極（負極）
１１ａ、１２ａ：コーティング部
１１ｂ、１２ｂ：無地部
１２：第２電極（正極）
１３：セパレータ
１５：ケース
２０：キャッププレート
２１：第１電極端子
２１ａ、２２ａ：リベットターミナル
２１ｂ、２２ｂ：フランジ
２１ｃ、２２ｃ：プレートターミナル
２２：第２電極端子
３１：絶縁部材
４２、１４２、３４２：短絡ホール
４３、１４３、３４３：短絡部材
４３ａ、１４３ａ：縁部
４３ｂ、１４３ｂ：屈曲部
４５、１４５：溝
４６：トッププレート
５１、１５０：負極リードタブ
５２、１６０：正極リードタブ
１５１、１６１：端子接合部
１５２、１６２：電極接合部
１５３、１６３：支持ホール
１５４、１６４：ヒューズ部
１５５、１６５：ヒューズホール
６１：負極絶縁部材
６２：正極絶縁部材
７１：バスバー
７２：第１モジュール端子
７３：第２モジュール端子
７５：中間連結部材
８０、１８０、２８０：モジュールフレーム
８１、１８１、２８１、３８１：導電部
８２、１８２、２８２、３８２：絶縁層
８３：開口
８４、１８４、２８４、３８４：切開部
９１、９２：エンドプレート
１８１ａ、２８１ａ：短絡突起
２８５：支持突起
３８０：短絡連結部
３８１ａ：上板
３８１ｂ：側板

Claims (20)

  1. 第１電極および第２電極を含む電極アセンブリ、並びに前記電極アセンブリが収容されるケースを含む二次電池と、
    前記ケースに設けられ、前記第２電極と電気的に連結される短絡部材と、
    前記第１電極に電気的に連結される導電部、および前記導電部に形成される切開部を含み、前記ケースの外表面に設けられるモジュールフレームと、
    前記ケースの一面に前記導電部と空間的に分離されるように設けられ、形状が変形する時、前記導電部と電気的に連結される短絡部材とを含むことを特徴とする電池モジュール。
  2. 前記導電部に凝縮した水分は、前記切開部を通して排出され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. 前記導電部は、
    前記短絡部材に向かって突出する短絡突起を含むことを特徴とする請求項１に記載の電池モジュール。
  4. 前記モジュールフレームは、
    前記ケースと向き合う前記モジュールフレームの一面に形成され、前記ケースと前記導電部との間に位置する支持突起をさらに含むことを特徴とする請求項３に記載の電池モジュール。
  5. 前記モジュールフレームは、
    前記導電部の少なくとも一部を囲む絶縁層をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の電池モジュール。
  6. 前記絶縁層は、開口を有し、前記導電部は、前記開口を介して前記短絡部材と向き合うことを特徴とする請求項５に記載の電池モジュール。
  7. 前記切開部は、前記絶縁層の底から前記開口まで延長して形成されることを特徴とする請求項６に記載の電池モジュール。
  8. 前記切開部は、前記絶縁層および前記導電部を貫通して形成されることを特徴とする請求項５に記載の電池モジュール。
  9. 前記ケースは、
    前記短絡部材が設けられる短絡ホールを有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。
  10. 前記短絡ホールは、前記短絡ホールの外側から内側に向かって拡張された溝を含み、
    前記短絡部材は、前記溝に挿入される平らな縁部を含むことを特徴とする請求項９に記載の電池モジュール。
  11. 前記短絡部材は、平らな縁部と、前記ケースの内部に向かって湾曲した屈曲部とを含み、
    前記屈曲部は、前記ケースの前記内部から遠くなる方向に湾曲するように変形して前記導電部と接触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。
  12. 前記短絡部材は、前記ケースの一面に平行に設けられることを特徴とする請求項１に記載の電池モジュール。
  13. 前記短絡部材は、重力方向に平行に設けられることを特徴とする請求項１に記載の電池モジュール。
  14. 前記第２電極および前記短絡部材それぞれは、前記ケースと電気的に連結され、前記短絡部材は、形状が変形して前記導電部と接触し、前記第１電極と前記第２電極は、前記ケースを介して電気的に連結されることを特徴とする請求項１に記載の電池モジュール。
  15. 前記二次電池は、複数の二次電池を含むことを特徴とする請求項１に記載の電池モジュール。
  16. 前記複数の二次電池は、積層配列されて二次電池スタックをなし、
    前記導電部は、前記二次電池スタックの外周を囲むことを特徴とする請求項１５に記載の電池モジュール。
  17. 前記複数の二次電池それぞれは、第１電極および第２電極を含み、
    第１モジュール端子は、前記二次電池スタックの第１端で前記複数の二次電池の前記第１電極に電気的に結合され、
    第２モジュール端子は、前記二次電池スタックの第２端で前記複数の二次電池の前記第２電極に電気的に結合されることを特徴とする請求項１６に記載の電池モジュール。
  18. 前記導電部は、前記二次電池スタックの前記第２端で前記第２モジュール端子に電気的に結合されることを特徴とする請求項１７に記載の電池モジュール。
  19. 前記複数の二次電池それぞれは、前記導電部と向き合う短絡部材を含むことを特徴とする請求項１５に記載の電池モジュール。
  20. 前記第１電極は、第１電極リードタブによって第１電極端子と電気的に結合され、前記第２電極は、第２電極リードタブによって第２電極端子と電気的に結合され、
    前記第１電極リードタブおよび前記第２電極リードタブのうちの少なくとも１つは、前記第１電極リードタブの断面または前記第２電極リードタブの断面より小さい断面を有するヒューズ部を含むことを特徴とする請求項１に記載の電池モジュール。
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