JP2016012490A - 電池モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】電池セルの異常時に発生する高温ガスから監視用基板を保護できる電池モジュールを提供する。
【解決手段】この電池モジュール１では、切替用基板５が、少なくとも開放弁３９と対向するように電池セル３と監視用基板４との間に配置されている。そのため、電池セル３の異常時に開放弁３９から高温のガスＧが開放された場合でも、切替用基板５によって高温のガスＧが監視用基板４に直に当たることを抑制できる。したがって、この電池モジュール１では、高温のガスＧから監視用基板４を保護できる。
【選択図】図５

Description

本発明は、電池モジュールに関する。

従来、例えばリチウムイオン二次電池等の電池セルを複数配列してなる電池モジュールが知られている。かかる電池モジュールでは、例えば電池セルの劣化や接続先の装置の誤動作に起因して過電流状態等の異常が生じると、電池反応の急激な進行によって電池セル内部に高温のガスが発生する場合がある。

このような問題に対しては、電池セルの異常を検出した場合に電池モジュールの過充電を防止する技術が用いられている。例えば特許文献１に記載のパック電池では、保護ＩＣ素子、ＦＥＴ素子、ＰＴＣ素子といった各種の素子を有する保護回路基板が素電池と共に樹脂モールドされている。このパック電池では、保護回路基板に搭載された保護ＩＣ素子が、素電池の状態を検出し、例えば過充電が生じた場合に外部から素電池への給電を停止させている。

特開２０１０−１９８７６９号公報

ところで、電池モジュールを構成する各電池セルには、異常によって電池セル内に高温のガスが発生した場合のケース内圧の上昇を防止するため、ガスをケース外に開放する開放弁が設けられている場合がある。この場合、開放弁から放出した高温のガスが電池モジュール内の基板に直に当たってしまうと、基板への熱の影響によって素子が正常に動作しなくなるおそれがある。そうすると、電池セルの異常時に異常が適切に検出されなくなり、外部から電池セルへの給電を停止させることができなくなるおそれがある。

本発明の一側面は、上記課題を解決するためになされたものであり、電池セルの異常時に発生する高温ガスから監視用基板を保護できる電池モジュールを提供することを目的とする。

上記課題解決のため、本発明の一側面に係る電池モジュールは、複数の電池セルを配列してなる電池モジュールであって、電池モジュールの状態を示す情報を受け取る状態検出装置が搭載される監視用基板と、電池モジュールの状態を示す情報に基づいて外部機器から電池セルへの給電及び給電中止を切り替える切替素子が搭載される切替用基板と、を備え、電池セルは、当該電池セル内のガスを外部に開放する開放弁を有し、切替用基板は、少なくとも開放弁と対向するように電池セルと監視用基板との間に配置されている。

この電池モジュールでは、切替用基板が、少なくとも開放弁と対向するように電池セルと監視用基板との間に配置されている。そのため、電池セルの異常時に開放弁から高温のガスが開放された場合でも、切替用基板によって高温のガスが監視用基板に直に当たることを抑制できる。したがって、この電池モジュールでは、高温のガスから監視用基板を保護できる。

切替用基板は、ガスに対する耐熱性を有する耐熱性部材に配置されていてもよい。これにより、電池セルと監視用基板との間に耐熱性部材が更に配置されるため、監視用基板をより好適に保護できる。

監視用基板は、スペーサ部材を介して耐熱性部材に立設されていてもよい。これにより、監視用基板が切替用基板及び耐熱性部材から離間して配置されるため、切替用基板及び耐熱性部材から監視用基板への熱伝導を抑制できる。

本発明の一側面によれば、電池セルの異常時に発生する高温ガスから監視用基板を保護できる。

本発明の係る電池モジュールの一実施形態を示す断面図である。 図１に示した電池モジュールを構成する電池セルを示す斜視図である。 図２に示した電池セルの内部構成を示す断面図である。 比較例に係る電池モジュールの作用を示す断面図である。 図１に示した電池モジュールの作用を示す断面図である。

以下、図面を参照しながら、本発明に係る電池モジュールの好適な実施形態について詳細に説明する。

図１は、本発明に係る電池モジュールの一実施形態を示す断面図である。同図に示すように、電池モジュール１は、例えば略直方体形状をなす中空の筐体２と、筐体２内に収容された複数の電池セル３とを備えている。複数の電池セル３は、例えば互いに直列に接続されるように配列されている。

図２は、図１に示した電池モジュール１を構成する電池セル３を示す斜視図である。図３は、図２に示した電池セル３の内部構成を示す断面図である。電池セル３は、例えばリチウムイオン二次電池といった車載用の非水電解質二次電池として構成されている。電池セル３は、例えば略直方体形状をなす中空のケース３１と、ケース３１内に収容された電極組立体３２とを備えている。

ケース３１は、例えば一面側が開口部する有底の電槽缶３３と、電槽缶３３の開口部を塞ぐように設けられた蓋部３４とによって構成されている。蓋部３４には、正極端子３５と負極端子３６とが互いに離間して配置されている。正極端子３５は、絶縁リング３７を介して蓋部３４に固定され、負極端子３６は、絶縁リング３８を介して蓋部３４に固定されている。また、例えば蓋部３４の略中央部分には、ケース３１の内圧が所定の圧力を超えた場合に、ケース３１内のガスを外部へ開放する開放弁３９が設けられている。ケース３１の内部には、例えば非水系の電解液４０が充填されている。

電極組立体３２は、例えば正極（図示せず）と、負極４１と、正極と負極４１との間に配置された袋状のセパレータ（図示せず）とによって構成されている。電極組立体３２では、セパレータ内に正極が収容されており、この状態で正極と負極４１とがセパレータを介して交互に積層された状態となっている。

正極は、例えばアルミニウム箔からなる金属箔と、金属箔の両面に形成された正極活物質層とを有している。正極活物質層は、正極活物質とバインダとを含んで形成されている。正極活物質としては、例えば複合酸化物、金属リチウム、硫黄等が挙げられる。複合酸化物には、例えばマンガン、ニッケル、コバルト及びアルミニウムの少なくとも１つと、リチウムとが含まれる。また、正極の上縁部には、正極端子３５の位置に対応してタブ４２が形成されている。タブ４２は、正極の上縁部から上方に延び、導電性の接続部材４３を介して正極端子３５に接続されている。

一方、負極４１は、例えば銅箔からなる金属箔と、金属箔の両面に形成された負極活物質層とを有している。負極活物質層は、負極活物質とバインダとを含んで形成されている。負極活物質としては、例えば黒鉛、高配向性グラファイト、メソカーボンマイクロビーズ、ハードカーボン、ソフトカーボン等のカーボン、リチウム、ナトリウム等のアルカリ金属、金属化合物、ＳｉＯｘ（０．５≦ｘ≦１．５）等の金属酸化物、ホウ素添加炭素等が挙げられる。また、負極４１の上縁部には、負極端子３６の位置に対応してタブ４４が形成されている。タブ４４は、負極４１の上縁部から上方に延び、導電性の接続部材４５を介して負極端子３６に接続されている。

セパレータは、例えば袋状に形成され、内部に正極のみを収容している。セパレータの形成材料としては、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）等のポリオレフィン系樹脂からなる多孔質フィルム、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、メチルセルロース等からなる織布又は不織布等が例示される。なお、セパレータは、袋状に限られず、シート状のものを用いてもよい。

電池モジュール１は、図１に示すように、監視用基板４と、切替用基板５と、耐熱性部材６と、を筐体２内に更に備えている。

監視用基板４では、電池モジュール１の状態（電池セル３の電流値，電圧値，温度、筐体内の温度、筐体外の温度等）を示す情報を受け取る状態検出装置８が基板７に搭載されている。本実施形態の監視用基板４は、電池モジュール１の温度情報を受け取るものとする。基板７は、例えばガラスエポキシ樹脂によって形成されている。

本実施形態の状態検出装置８は、受け取った電池モジュール１の温度情報を監視用ＥＣＵ（図示せず）に送信する。監視用ＥＣＵは、状態検出装置８から受信した温度情報を基に、後述する切替用基板５に搭載された切替素子１０を制御する制御信号を切替用基板５に送信する。

切替用基板５では、基板９に切替素子１０が搭載されている。基板９は、例えばガラスエポキシ樹脂によって形成されている。切替素子１０は、電池セル３と外部機器（図示せず）との間に設けられるものであり、電池モジュール１の状態を示す情報に基づいて外部機器から電池セル３への給電及び給電中止を切り替えるものである。本実施形態の切替素子１０は、例えばＭＯＳＦＥＴであり、監視用ＥＣＵからの信号に基づいてオン・オフされる。切替素子１０がオンされた時に、外部機器から電池セル３への給電が行われる。

耐熱性部材６は、異常発生時に電池セル３の開放弁３９から開放されるガスに対して耐熱性を有する材料（例えばガスの温度より高い溶融温度を有する樹脂材料）によって形成されている。耐熱性部材６は、各電池セル３の各開放弁３９と対向するように、例えば拘束部材によって筐体２の側壁に取り付けられている。

監視用基板４は、例えば耐熱性部材６における電池セル３と反対側の面にスペーサ部材１１を介して立設されている。切替用基板５は、各電池セル３の各開放弁３９と対向するように、例えば耐熱性部材６における電池セル３と反対側の面にスペーサ部材１２を介して配置されている。スペーサ部材１１，１２は、例えば耐熱性部材６を形成している材料と同じ材料で形成されている。このように、電池モジュール１では、切替用基板５と耐熱性部材６とが、電池セル３の各開放弁３９と対向するように各電池セル３と監視用基板４との間に配置されている。

以下、電池モジュール１の作用効果を説明する。まず、比較例に係る電池モジュールについて説明する。図４は、比較例に係る電池モジュールを示す断面図である。同図に示すように、電池モジュール２１は、筐体２内に収容された複数の電池セル３と監視用基板４とを備えている。なお、電池モジュール２１は切替用基板５を備えていないが、同図には仮想的に切替用基板５が示されている。

電池モジュール２１では、例えば電池セル３内で異常が発生し、開放弁３９から高温のガスＧが開放された場合、開放弁３９と監視用基板４との間に切替用基板５が配置されていないため、高温のガスＧが状態検出装置８（監視用基板４）に直に当たることとなる。これにより、熱の影響によって状態検出装置８（監視用基板４）が正常に動作しなくなるおそれがある。したがって、電池モジュール２１では、異常の検知を適切に実施できなくなる場合がある。

図５は、本実施の形態の電池モジュール１の作用を示す断面図である。同図に示すように、電池モジュール１では、例えば電池セル３内で異常が発生し、開放弁３９から高温のガスＧが開放された場合、耐熱性部材６が各開放弁３９と対向するように各電池セル３と監視用基板４との間に配置されているため、高温のガスＧが監視用基板４に直に当たることを防止できる。さらに、各電池セル３と監視用基板４との間には、切替用基板５が各開放弁３９と対向するように配置されている。そのため、仮に例えば耐熱性部材６が高温のガスＧによって破損した場合でも、切替用基板５によって高温のガスＧが監視用基板４に直に当たることを防止できる。したがって、電池モジュール１では、電池セル３の異常時に発生する高温のガスＧから監視用基板４を保護できるため、電池モジュール１の異常が適切に検出される。なお、仮に高温のガスＧによって切替用基板５が正常に動作しなくなったとしても、監視用基板４が正常に動作するため、例えば監視用ＥＣＵは、監視用基板４から異常検出に関する検出情報を受信し、電池モジュール１の異常を適切に把握できる。

また、電池モジュール１では、監視用基板４がスペーサ部材１１を介して耐熱性部材６に立設されていることにより、監視用基板４が切替用基板５及び耐熱性部材６から離間して配置されることとなる。このため、高温のガスＧによって加熱された切替用基板５及び耐熱性部材６から監視用基板４への熱伝導を抑制できる。したがって、監視用基板４への熱の影響を低減でき、監視用基板４の正常な動作を好適に確保できる。

本発明に係る電池モジュールは、上記実施形態に加えて他の変形態様をとり得る。例えば、上記実施形態では、監視用基板４は耐熱性部材６に立設されていたが、監視用基板４は、例えば拘束部材によって筐体２の側壁に取り付けられていてもよい。

また、上記実施形態では、切替用基板５は耐熱性部材６にスペーサ部材１３を介して配置されていたが、切替用基板５は、耐熱性部材６にスペーサ部材を介さずに直接配置されていてもよい。

また、上記実施形態では、電池モジュール１は耐熱性部材６を備えていたが、電池モジュール１は耐熱性部材６を備えていなくてもよい。この場合、監視用基板４及び切替用基板５は、それぞれ例えば拘束部材によって筐体２の側壁に取り付けられている。この場合でも上記実施形態と同様に、切替用基板５が各開放弁３９と対向するように各電池セル３と監視用基板４との間に配置されているため、高温のガスＧが監視用基板４に直に当たることを防止できる。さらにこの場合、耐熱性部材６を設けなくてよいため、電池モジュール１の構成の簡素化が図られる。

また、上記実施形態の状態検出装置８は、受け取った電池モジュール１の状態を示す情報を監視用ＥＣＵ（図示せず）に送信する構成を有していたが、これに限られない。例えば、状態検出装置８は、受け取った電池モジュール１の状態を示す情報を基に、切替用基板５に搭載された切替素子１０を制御する制御信号を切替用基板５に送信してもよい。

１…電池モジュール、３…電池セル、４…監視用基板、５…切替用基板、６…耐熱性部材、８…状態検出装置、１０…切替素子、１１…スペーサ部材、３９…開放弁、Ｇ…ガス。

Claims (3)

1. 複数の電池セルを配列してなる電池モジュールであって、
   前記電池モジュールの状態を示す情報を受け取る状態検出装置が搭載される監視用基板と、
   前記電池モジュールの状態を示す情報に基づいて外部機器から前記電池セルへの給電及び給電中止を切り替える切替素子が搭載される切替用基板と、を備え、
   前記電池セルは、当該電池セル内のガスを外部に開放する開放弁を有し、
   前記切替用基板は、少なくとも前記開放弁と対向するように前記電池セルと前記監視用基板との間に配置されている電池モジュール。
2. 前記切替用基板は、前記ガスに対する耐熱性を有する耐熱性部材に配置されている請求項１記載の電池モジュール。
3. 前記監視用基板は、スペーサ部材を介して前記耐熱性部材に立設されている請求項２に記載の電池モジュール。

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