JP2016035817A - モジュールカバー上部構造体、電池モジュール及び電池モジュールの熱暴走防止方法 - Google Patents

Abstract

【課題】樹脂製のモジュールカバーから外部へ放出された高温ガスが電池モジュール内へ再度侵入することに起因した熱暴走の伝播を防止できるモジュールカバー上部構造体を提供する。【解決手段】複数の電池セル１を直列または並列に接続した組電池の通電部、及び複数の電池セルの各圧力開放弁１ｂがモジュールカバー２０で覆われている１または複数の電池モジュール１０に対し、モジュールカバー２０の上部を覆うように設置される底面が開放されて壁面を有する箱状のモジュールカバー上部構造体４０であって、モジュールカバー上部構造体４０の壁面は、最上段の外壁面である天井面４２と、天井面４２から下側に所定の間隔を設けて配置された１または複数段の仕切壁４４とを備え、仕切壁４４は、電池セル１から放出されるガス温度で溶融しない材料よりなり、少なくとも電池セル１の圧力開放弁１ｂ上に位置する開口部４５を備えている。【選択図】図１

Description

本発明は、例えばリチウムイオン二次電池モジュール等に適用されるモジュールカバー上部構造体、電池モジュール及び電池モジュールの熱暴走防止方法に関する。

近年、リチウムイオン二次電池などの電池セルは、電気自動車などの移動体用の電池システムや、風力や太陽光のような自然エネルギー発電と組み合わせた系統連系円滑化蓄電システムなどの定置用の電池システムに用いられている。

図８及び図９に示すリチウムイオン二次電池モジュール（以下、「電池モジュール」と呼ぶ）１０は、複数の電池セル１を直列または並列に接続した組電池である。そして、電池モジュール１０の上部には、すなわち端子１ａ等の通電部品が配置されている各電池セル１の上部には、樹脂製等のモジュールカバー２０を設置して防滴・防塵性能を確保することが行われている。
なお、図中の符号１ｂは圧力開放弁（「安全弁」ともいう）、２は検出ボード、３はバスバー、４は締結ボルト、５はセル検出ケーブル、１１は電池モジュール１０の外部出力端子、１２は複数のセル検出ケーブル５を束ねたセル検出集合ケーブル、１３は電池セル１の外周を結束するステンレスバンド、１４は電池セル１の間に挟持された絶縁材、２１はモジュールカバー２０と電池セル１との間に設けた止水材である。

リチウムイオン二次電池においては、熱暴走と呼ばれる現象が知られている。この熱暴走は、内部短絡や過充電等の要因をきっかけにして電池内部の特定部材が発熱し、この発熱がさらに他の部材の発熱を引き起こすことから、電池温度の上昇が続くことによって発生する現象であり、電池内部で材料が燃え、電池の異常発熱や発火に至ることがある。
このような熱暴走対策としては、例えば下記の特許文献１及び２に開示されているように、ケースに収納される二次電池間に、熱伝導筒に一体的に成形されたプラスチック製の熱暴走壁を設けることが行われている。
また、下記の特許文献３には、筐体に設けた吸気口または排気口に対し、熱膨張性耐火樹脂材料によって構成される耐火閉塞部材を配置した空冷式の電池冷却構造が開示されている。

特開２００６−３３９０１７号公報 特開２００７−６６７７３号公報 特開２０１３−２４６９２０号公報

ところで、上述した電池セル１は、性能劣化が生じると、内部積層体の膨張に伴って電池セル自体が膨張する。また、電池セル１は、劣化の進展や異物混入等により電池内部で短絡が発生した場合、大電流が流れて発熱するため電池温度の上昇を招くことがある。この際、電池セル１の内圧も急上昇するため、例えば図１０に示すように、各電池セル１の上面に設けられた圧力開放弁１ｂの開放により、高温ガス（固体を含む高温ガスも包含）Ｇが電池セル１の外部に放出されてモジュールカバー２０に衝突する。
なお、図１０（ａ）は、モジュールカバー２０の内部構造等を簡略化した断面図であり、例えば検出ボード２，バスバー３及び止水材１４等の図示が省略されている。

しかし、モジュールカバー２０は、絶縁の関係で樹脂製となるため、例えば１０００℃程度になりえる高温ガスＧの衝突により溶融して脱落すると、高温ガスＧはモジュールカバー２０の外部へ放出されることとなる。
この高温ガスＧは、モジュールカバー２０の上方に金属性の構造物ＳＰ等が存在する場合、この構造物ＳＰに進路を阻まれるため、図中に符号Ｇ´で示すようにモジュールカバー２０の上部に滞留してしまう。こうして滞留した高温ガスＧ´の影響を外側から受けるモジュールカバー２０は、熱により溶融して脱落することになるので、いったん放出された高温ガスＧ´は、図中に白抜矢印Ｇｒで示すように、電池モジュール１０内に再度侵入することとなる。この結果、他の電池セル１にも再度侵入した高温ガスＧ´の熱が移動するので、熱暴走の伝播が懸念される。
なお、上述した構造物ＳＰとしては、定置用の電池モジュールでは棚板等を例示でき、自動車のような移動用では金属板を例示できる。

このような背景から、リチウムイオン二次電池モジュールのような電池モジュールにおいては、熱暴走の伝播を防止するため、樹脂製のモジュールカバーから外部へ放出された高温ガスが電池モジュール内へ再度侵入することを防止または抑制することが望まれる。
本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、樹脂製のモジュールカバーから外部へ放出された高温ガスが電池モジュール内へ再度侵入することに起因した熱暴走の伝播を防止できるモジュールカバー上部構造体、電池モジュール及び電池モジュールの熱暴走防止方法を提供することにある。

本発明は、上記の課題を解決するため、下記の手段を採用した。
本発明に係るモジュールカバー上部構造体は、複数の電池セルを直列または並列に接続した組電池の通電部、及び前記複数の電池セルの各圧力開放弁がモジュールカバーで覆われている１または複数の電池モジュールに対し、前記モジュールカバーの上部を覆うように設置される底面が開放されて壁面を有する箱状のモジュールカバー上部構造体であって、前記壁面は、最上段の外壁面と、該外壁面から下側に所定の間隔を設けて配置された１または複数段の仕切壁とを備え、前記仕切壁は、前記電池セルから放出されるガス温度で溶融しない材料よりなり、少なくとも前記電池セルの圧力開放弁上に位置する開口部を備えていることを特徴とするものである。

このような本発明によれば、モジュールカバーの上部を覆うモジュールカバー上部構造体の壁面は、最上段の外壁面と、該外壁面から下側に所定の間隔を設けて配置された１または複数段の仕切壁とを備えている。そして、仕切壁は、電池セルから放出されるガス温度で溶融しない材料よりなり、少なくとも電池セルの圧力開放弁上に位置する開口部を備えているので、圧力調整弁の開放により放出された高温ガスは、金属を使用できないモジュールカバー（例えば樹脂製）を溶融させて上方へ流出する。
この高温ガスは、少なくとも圧力開放弁上に位置する仕切壁の開口部を通過して上昇するので、開口部を通過した高温ガスは、下方に存在する仕切壁により流路が制限されるので、モジュールカバーの上面に向けて再到達するような流下が抑制される。また、仕切壁を備えたモジュールカバー上部構造体の存在は、電池モジュール上方の熱容量を増すことになるので、熱吸収によるガス温度の低下も期待できる。

上記の発明において、前記仕切壁は、前記開口部の周囲壁面の少なくとも一部が上下方向に連通する孔を備えたハニカム構造であることが好ましく、これにより、仕切壁の伝熱面積を増して高温ガスの温度低下を促進できる。
このようなハニカム構造の孔は、モジュールカバーの上面に向けて再到達するような流下を抑制するため、仕切壁の下段側を小さく密にして上段側へ順次大きくすることが望ましい。

上記の発明において、前記開口部の開口面積は、前記仕切壁の下段側から上段側へ順次小さく設定されていることが好ましく、この結果、高温ガスを分散させてモジュールカバー上部構造体の熱吸収を最適化することができる。
なお、好適な開口部としては、複数の圧力開放弁上を連結するように設けたスリット形状や、圧力開放弁と略同心の円形を例示できる。

上記の発明において、前記仕切壁が上下方向に連通する孔を備えたハニカム構造板であり、これにより、仕切壁の伝熱面積が増すため高温ガスの温度低下を促進できる。
このようなハニカム構造板において、前記孔は、前記仕切壁の下段側から上段側へ順次小さくなることが好ましく、これにより、高温ガスは、モジュールカバーから遠く孔の断面積が小さく密になる上段側の仕切壁上に滞留しやすくなる。

上記の発明においては、前記外壁面がアブレーション材層を備えているので、熱吸収により高温ガスの温度を低下させ、さらに、アブレーション材のガス化により高温ガスを希釈することができる。なお、アブレーション材としては、例えばテフロン（登録商標）を例示できる。

上記の発明においては、前記外壁面の下面に配置したハニカム構造板を備えていることが好ましく、これにより、伝熱面積を増して高温ガスの温度低下をより一層促進することができる。

本発明に係る電池モジュールは、複数の電池セルを直列または並列に接続した組電池と、前記組電池の通電部、及び前記複数の電池セルの各圧力開放弁を覆うモジュールカバーと、前記モジュールカバーの上部を覆うように設置される底面が開放されて壁面を有する箱状のモジュールカバー上部構造体と、を含む電池モジュールであって、前記壁面は、最上段の外壁面と、該外壁面から下側に所定の間隔を設けて配置された１または複数段の仕切壁とを備え、前記仕切壁は、前記電池セルから放出されるガス温度で溶融しない材料よりなり、少なくとも前記電池セルの圧力開放弁上に位置する開口部を備えていることを特徴とするものである。

このような本発明によれば、上述したモジュールカバー上部構造体を備えているので、圧力調整弁の開放により放出された高温ガスは、モジュールカバーを溶融させて上方へ流出する。しかし、この高温ガスは、少なくとも圧力開放弁上に位置する仕切壁の開口部を通過して上昇するので、開口部を通過した高温ガスは、下方に存在する仕切壁によりモジュールカバーの上面に向けて再到達するような流下が抑制される。また、仕切壁を備えたモジュールカバー上部構造体の存在は、電池モジュール上方の熱容量を増すことになるので、熱吸収によるガス温度の低下も期待できる。

本発明に係る電池モジュールの熱暴走防止方法は、複数の電池セルを直列または並列に接続した組電池の通電部、及び前記複数の電池セルの各圧力開放弁がモジュールカバーで覆われている１または複数の電池モジュールの熱暴走防止方法であって、前記電池セルから放出されるガス温度で溶融しない材料よりなり、少なくとも前記電池セルの圧力開放弁上に配置された開口部を備えている仕切壁を、前記モジュールカバーの上部に所定の間隔で１または複数段設置することを特徴とするものである。

このような本発明によれば、電池セルから放出されるガス温度で溶融しない材料よりなり、少なくとも電池セルの圧力開放弁上に配置された開口部を備えている仕切壁を、モジュールカバーの上部に所定の間隔で１または複数段設置するので、圧力調整弁の開放により放出された高温ガスがモジュールカバーを溶融させて流出すると、この高温ガスは、少なくとも圧力開放弁上に位置する仕切壁の開口部を通過して上昇する。このため、開口部を通過した高温ガスは、下方に仕切壁が存在しているので、モジュールカバーの上面に向けて再到達するような流下が抑制される。また、仕切壁を備えたモジュールカバー上部構造体の存在は、電池モジュール上方の熱容量を増すことになるので、熱吸収によるガス温度の低下も期待できる。

上述した本発明によれば、リチウムイオン二次電池モジュールのような電池モジュールにおいて、樹脂製のモジュールカバーから外部へ放出された高温ガスが電池モジュール内へ再度侵入することを防止または抑制できるようになり、この結果、圧力開放弁から放出された高温ガスが電池モジュール内へ再度侵入することに起因した熱暴走の伝播を防止または抑制できる。

本発明に係るモジュールカバー上部構造体、電池モジュール及び電池モジュールの熱暴走防止方法について第１の実施形態を示す図であり、（ａ）はモジュールカバー上部構造体を備えている電池モジュールの縦断面図、（ｂ）は仕切壁の開口部を示す（ａ）のＡ−Ａ断面図、（ｃ）は開口部の変形例を示す（ａ）のＡ−Ａ断面図である。 本発明に係るモジュールカバー上部構造体、電池モジュール及び電池モジュールの熱暴走防止方法について第２の実施形態を示す図であり、（ａ）はモジュールカバー上部構造体を備えている電池モジュールの縦断面図、（ｂ）は仕切壁の開口部を示す（ａ）のＢ−Ｂ断面図、（ｃ）は開口部の変形例を示す（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。 図１及び図２に示した実施形態の仕切壁に関する変形例を示す図であり、（ａ）は開口部の周囲壁面をハニカム構造とした要部の平面図、（ｂ）は仕切壁の上段側と下段側とでハニカム構造の孔の大きさを変化させた構成例を示す電池モジュールの縦断面図である。 本発明に係るモジュールカバー上部構造体、電池モジュール及び電池モジュールの熱暴走防止方法について第３の実施形態を示す図であり、（ａ）はモジュールカバー上部構造体を備えている電池モジュールの縦断面図、（ｂ）はハニカム構造とした仕切壁の一部を示す平面図である。 図４に示した第３の実施形態に係る第１変形例を示すモジュールカバー上部構造体を備えている電池モジュールの縦断面図である。 図４に示した第３の実施形態に係る第２変形例を示すモジュールカバー上部構造体を備えている電池モジュールの縦断面図である。 モジュールカバー上部構造体を複数の電池モジュール上に設置する第４の実施形態を示す図で、モジュールカバー上部構造体の仕切板下部断面を示す横断面図である。 リチウムイオン二次電池モジュールの概要を示す一部断面斜視図である。 リチウムイオン二次電池モジュールの冷却構造に係る従来例を示す図であり、（ａ）は電池セルの正面図（図８のＣ−Ｃ断面図）、（ｂ）は電池セルの端子間を接続するバスバー周辺構造例を示す図（図８のＤ−Ｄ断面図）である。 従来構造の課題を説明する図であり、（ａ）はリチウムイオン二次電池モジュールの上方に金属性の構造物が存在する状態を簡略化して示す縦断面図、（ｂ）は電池セルの平面図である。

以下、本発明に係るモジュールカバー上部構造体、電池モジュール及び電池モジュールの熱暴走防止方法について、一実施形態を図面に基づいて説明する。
＜第１の実施形態＞
以下、第１の実施形態に係るモジュールカバー上部構造体及び電池モジュールとして、リチウムイオン二次電池モジュールに適用した構成例を図面に基づいて説明する。
本実施形態のリチウムイオン二次電池モジュール（以下、「電池モジュール」と呼ぶ）１０は、例えば図１に示すように、複数（図示の例では８個）の電池セル１を直列または並列に接続した組電池である。なお、図１（ａ）は、上述した図１０（ａ）と同様にモジュールカバー２０の内部構造等を簡略化した断面図であり、例えば検出ボード２，バスバー３及び止水材１４等の図示が省略されている。

そして、電池モジュール１０の上部には、通電部品の防滴・防塵性能を確保するため、樹脂製等のモジュールカバー２０が上面部を上方から覆うように設置されている。この結果、モジュールカバー２０によって形成される空間３０の内部には、図８〜１０に示すように、各電池セル１の端子１ａ及び圧力開放弁１ｂや、検出ボード２，バスバー３及びセル検出ケーブル５等が配設された構造となっている。
通電部は、各電池セル１の端子１ａ、及び各電池セル１の端子間を接続するバスバー３を少なくとも含む部位であって、本実施形態のように、セルの電圧値や温度などのセル状態を検出するための検出ボード２やセル検出ケーブル５を有する場合は、これらも含む。
なお、モジュールカバー２０の樹脂素材としては、例えばポリプロピレン（ＰＰ）を例示できる。

このように構成された電池モジュール１０は、以下に説明するモジュールカバー上部構造体（以下、「上部構造体」と呼ぶ）４０を備えている。
上部構造体４０は、上述したように、複数の電池セル１を直列または並列に接続した組電池である電池モジュール１０の通電部、及び圧力開放弁１ｂを覆うモジュールカバー２０の上部に設置される箱状の構造体である。すなわち、上部構造体４０は、１または複数の電池モジュール１に対し、モジュールカバー２０の上部を壁面で覆うように設置される底面を開放した箱状の構造体である。

以下では、１つの電池モジュール１０に対応した上部構造体４０について、図１を参照して詳細に説明する。
図１（ａ）に示す上部構造体４０は、略直方体形状の底面となる一面を開放した箱状の構造体であり、電池セル１の上面に設けられた圧力開放弁１ｂが開放して放出される高温ガス（固体を含む高温ガスも包含する）Ｇのガス温度（熱）で溶融しない材料により構成されている。
モジュールカバー２０の上部を覆う上部構造体４０の壁面は、外壁面を形成する箱状形成部４１の天井面４２を備えている。すなわち、箱状形成部４１は、四方を取り囲むように設けた外壁面の側壁４３と、各側壁４３の上端部側に連結された天井面４２とにより、略直方体形状の底面を開放した箱形の形状となっている。

そして、箱状形成部４１の内部には、最上段となる天井面４２から下側に所定の間隔を設けて、好適には１０〜２０ｍｍ程度の隙間を設けることにより、１または複数段の仕切壁４４が配設されている。図示の構成例では、天井面４２の下方に２段の仕切壁４４を設けてあるが、１段または３段以上としてもよい。なお、仕切壁４４についても、高温ガスＧのガス温度で溶融しない材料が採用されている。

また、仕切壁４４の各段には、少なくとも電池セル１の圧力開放弁１ｂ上に位置する開口部４５を備えている。
図１（ｂ）に示す開口部４５は、同一直線上に配列された圧力開放弁１ｂの上部に位置し、圧力開放弁１ｂの配列方向に連続するスリット状（細長い長方形）となっている。この開口部４５は、圧力開放弁１ｂの平面視寸法より大きな値とされ、例えば２０ｍｍ程度のスリット幅を有している。このような開口部４５は、１枚の板材から長方形を切り抜いた仕切壁４４としてもよいし、あるいは、２枚用意した板材間に開口部４５となる隙間を形成して設置した仕切壁４４としてもよい。なお、この実施形態において、仕切壁４４に設ける開口部４５は、各段が全て同じ形状及び大きさとなっている。

また、図１（ｃ）に示す変形例のように、各圧力開放弁１ｂの真上となる位置に、好ましくは各圧力開放弁１ｂの平面視形状より大きい形状の開口部４５´を切り抜いた仕切壁４４´としてもよい。この場合の開口部４５´は、各段が全て同じ形状及び大きさを有するものとなっている。なお、図示の変形例では、圧力開放弁１ｂの平面視形状が円形であり、この円形より大きな径を有する略同心円状に開口部４５´を切り抜いた仕切壁４４´となっている。

このように構成された上部構造体４０をモジュールカバー２０の上部に被せて設置した電池モジュール１０は、圧力調整弁１ｂの開放により高温ガスＧが空間３０内に放出されると、樹脂製のモジュールカバー２０を溶融させて上方へ流出する。しかし、モジュールカバー２０の上方には高温ガスＧで溶融しない上部構造体４０が存在しているので、モジュールカバー２０を溶融させた高温ガスＧは、少なくとも圧力開放弁１ｂ上に位置する仕切壁４４，４４´の開口部４５，４５´を通過して上昇する。この場合、モジュールカバー２０を溶融させて流出する高温ガスＧのガス温度は、放出時に１０００℃程度の高温となることから、上部構造体４０の構成部材には、このようなガス温度で溶融しない金属材料（例えば鉄板等）や複合材（炭素繊維等）等の素材を使用する。

こうして開口部４５，４５´を通過した高温ガスＧは、下方に仕切壁４４，４４´が存在しているので、モジュールカバー２０の上面に向けて再到達するような流下が抑制される。すなわち、高温ガスＧがいったん開口部４５，４５´を通過した後には、狭い開口部４５，４５´を通って下方のモジュールカバー２０に流下しにくくなる。この結果、開口部４５，４５´を通過した高温ガスＧは、例えば図中に符号Ｇａ，Ｇｂで示すように、仕切壁間に形成される空間内または仕切壁４４，４４´と天井面４２との間に形成される空間内において、仕切壁４４，４４´の壁面上に滞留することとなる。

このため、モジュールカバー２０の上部に被せて設置される上部構造体４０は、リチウムイオン二次電池モジュールのような電池モジュール１０において、樹脂製のモジュールカバー２０から外部へ放出された高温ガスＧが電池モジュール１０内へ再度侵入することの防止または抑制に有効である。従って、本実施形態の上部構造体４０は、高温ガスＧが電池モジュール１０内へ再度侵入することに起因した熱暴走の伝播を抑制または防止するために有効となる。
また、仕切壁４４，４４´を備えた上部構造体４０を設置すると、上部構造体４０を備えた電池モジュール１０は、電池モジュール１０の上方で熱容量を増すことになる。すなわち、高温ガスＧの保有する熱で上部構造体４０が温度上昇するので、熱吸収による高温ガスＧのガス温度を低下させることも期待できる。このような高温ガスＧの温度低下は、電池モジュール１０内へ再度侵入した高温ガスＧによる熱暴走を抑制または防止することが可能になる。

さらに、上述した仕切壁４４，４４´は、図３（ａ）に示す変形例の仕切壁４４Ａのように、開口部４５，４５´の周囲となる壁面の少なくとも一部についてハニカム構造としてもよい。この場合、ハニカム構造の仕切壁４４Ａは、上下方向に連通する多数の孔４６を備えているので、高温ガスＧと接触する仕切壁４４Ａの伝熱面積が増し、この結果、高温ガスＧの温度低下を促進することができる。

また、仕切壁４４Ａの孔４６は、各段の断面積を同じにしてもよいが、図３（ｂ）に示すように、下段側となる仕切壁４４Ｂの断面積を小さく密にして上段側の仕切壁４４Ｃを大きくしている。すなわち、複数段の仕切壁において、ハニカム構造の孔断面積を下段側から上段側へ順次大きく設定することが望ましい。
このようにして各段の孔断面積を変化させれば、モジュールカバー２０の上面に向けて再到達するような高温ガスＧの流下を抑制できる。

＜第２の実施形態＞
次に、モジュールカバー上部構造体及び電池モジュールについて、図２に基づいて第２の実施形態を説明する。なお、上述した実施形態と同様の部分には同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。
本実施形態の上部構造体４０Ａでは、仕切壁４４，４４´に設けた開口部４５，４５´の開口面積を各段全て同じにした第１の実施形態と異なり、下段側から上段側へ順次小さくなっている。

図２（ａ），（ｂ）に示す上部構造体４０Ａは、スリット状の開口部４５Ａを設けた下段側の仕切壁４４Ａと、同じくスリット状の開口部４５Ｂを設けた上段側の仕切壁４４Ｂとの２段構造となっている。そして、開口部４５Ａの幅Ｗ１は、開口部４５Ｂの幅Ｗ２と比較して幅が狭く（Ｗ１＞Ｗ２）なっている。なお、開口部４５Ａ，４５Ｂは、いずれも圧力開放弁１ｂの上部に配置されている。
また、図２（ｃ）に示すように、円形の開口部４５Ａ´，４５Ｂ´を設ける場合には、下段側となる開口部４５Ａ´の直径Ｄ１が上段側となる開口部４５Ｂ´の直径Ｄ２より大きな値（Ｄ１＞Ｄ２）に設定されている。

このように、開口部４５Ａ，４５Ｂの開口面積が下段側の仕切壁４４Ｄから上段側の仕切壁４４Ｅへ順次小さくなるように設定されている本実施形態の上部構造体４０Ａは、高温ガスＧを仕切壁４４Ａ，４４Ｂの各段に分散させることができるので、上部構造体４０Ａによる熱吸収を最適化することができる。
また、本実施形態の仕切壁４４Ｄ，４４Ｅにおいても、上述した実施形態と同様に、開口部４５Ａ，４５Ｂ，４５Ａ´，４５Ｂ´の周囲となる壁面の少なくとも一部をハニカム構造としてもよく、さらに、ハニカム構造の孔断面積を下段側から上段側へ順次大きく設定することが望ましい。

＜第３の実施形態＞
次に、モジュールカバー上部構造体及び電池モジュールについて、図４に基づいて第３の実施形態を説明する。なお、上述した実施形態と同様の部分には同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。
本実施形態の上部構造体４０Ｂでは、上述した仕切壁に代えて、上下方向に連通する孔５１を備えたハニカム構造板５０を採用している。図示の構成例では、３段のハニカム構造体５０を設置しているが、最上段のハニカム構造体５０については、熱吸収面積を増大させるため天井面４２の下面に接触させた配置、あるいは、天井面４２の下面近傍に非接触配置となっている。この場合、ハニカム構造体５０の孔５１は、３段の全てにおいて同じ大きさとなっている。なお、ハニカム構造体５０の設置段数については、特に限定されることはない。

このようなハニカム構造板５０を仕切壁とすれば、多数の孔５１が開口部として機能するだけでなく、単純な板材と比較して仕切壁の表面積を大幅に増大させることができる。この結果、ハニカム構造板５０の仕切壁は、高温ガスＧから吸熱する伝熱面積の増大により、高温ガスＧの温度低下を促進することができる。
このような高温ガスＧの温度低下は、電池モジュール１０内へ再度侵入する高温ガスＧによる熱暴走の抑制または防止に有効である。

ところで、本実施形態では、図５に第１変形例として示す上部構造体４０Ｃのように、仕切壁となる３段のハニカム構造体５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃについて、下段側のハニカム構造体５０Ａから上段側のハニカム構造体５０Ｃへ、孔５１ａ，５１ｂ，５１ｃを順次小さくしている。
このように、下段側に最も大きな孔５１ａのハニカム構造体５０Ａを設置し、上段側のハニカム構造体５０Ｃに最も小さな孔５１ｃのハニカム構造体５０Ｃを設置するように、各段の孔５１ａ，５１ｂ，５１ｃを順次変化させれば、高温ガスＧは、モジュールカバー２０から遠く孔の断面積が小さく密になる上段側の仕切壁に熱吸収されやすくなる。

さらに、本実施形態では、図６に第２変形例として示す上部構造体４０Ｄのように、外壁面を形成する天井面４２が、箱状形成部４１の内側にアブレーション材層６０を備えている。このアブレーション材層６０は、例えば適度な厚みを有するテフロン（登録商標）を天井面４２の内側全面に貼り付けたものであり、４００℃程度で溶融して熱吸収することにより、１０００℃程度の高温ガスＧを温度低下させることができる。
また、本実施形態のアブレーション材層６０は、アブレーション材が高熱の影響でガス化することにより、高温ガスＧの濃度を希釈することができる。

このような高温ガスＧの温度低下や濃度の希釈は、いずれも電池モジュール１０内へ再度侵入する高温ガスＧによる熱暴走の抑制または防止に有効である。
また、本実施形態で説明したアブレーション材層６０及び天井面４２の下面に配置したハニカム構造体５０については、上述した第１及び第２の実施形態と適宜組み合わせて適用することも可能である。

＜第４の実施形態＞
次に、モジュールカバー上部構造体及び電池モジュールについて、図７に基づいて第４の実施形態を説明する。なお、上述した実施形態と同様の部分には同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。
この実施形態で説明する上部構造体４０Ｅは、複数の電池モジュール１０上に設置して使用するものである。図示の上部構造体４０Ｅは、箱状形成部４１を大きくしたことにより、合計８組の電池モジュール１０上に被せて設置することができる。このような上部構造体４０Ｅの仕切壁（不図示）は、上述した各実施形態及びその変形例で説明した構造から適宜選択して採用することができる。なお、本実施形態では、８組の電池モジュール１０に設置して共用する上部構造体４０Ｅを例示したが、共用する電池モジュール１０の数については特に限定されることはない。

このように、複数の電池モジュール１０に共用可能な上部構造体４０Ｅは、多数の電池モジュール１０を集めて使用する状況等において、製造コストや設置作業工数の低減に有効である。

上述したように、本実施形態に係る電池モジュール１０は、複数の電池セル１を直列または並列に接続した組電池の通電部がモジュールカバー２０で覆われており、かつ、上述した各実施形態またはその変形例の上部構造体４０，４０Ａ〜４０Ｅを備えている。
このため、圧力調整弁１ｂの開放により放出された高温ガスＧは、モジュールカバー２０を溶融させて上方へ流出する。

しかし、この高温ガスＧは、圧力開放弁１ｂ上に位置する仕切壁の開口部４５や開口部４５´などを通過して上昇するので、この高温ガスＧは、下方に存在する仕切壁４４や仕切壁４４´などによりモジュールカバー２０の上面に向けて再到達するような流下が抑制される。また、仕切壁４４や仕切壁４４´などを備えた上部構造体４０のような構造物が存在することは、電池モジュール上方の熱容量を増すことになるので、熱吸収による高温ガスＧのガス温度を低下させる。
このため、上部構造体４０，４０Ａ〜４０Ｅを備えた電池モジュール１０は、侵入ガス量の低減及びガス温度の低下により、電池モジュール１０内へ再度侵入する高温ガスＧによる熱暴走を抑制または防止できる。

そして、上述した各実施形態によれば、複数の電池セル１を直列または並列に接続した組電池の通電部がモジュールカバー２０で覆われている１または複数の電池モジュール１０において、電池セル１の圧力放出弁１ｂから放出される高温ガスＧのガス温度で溶融しない材料よりなり、例えば少なくとも電池セル１の圧力開放弁１ｂ上に配置された開口部４５を備えている仕切壁４４や、同様の位置に開口部４５´を備えている仕切壁４４´などの部材を、モジュールカバー２０の上部に所定の間隔で１または複数段設置するという熱暴走防止方法が可能となる。

すなわち、上述した熱暴走防止方法は、開口部４５を備えている仕切壁４４や開口部４５´を備えている仕切壁４４´などの部材をモジュールカバー２０の上部に所定の間隔で１または複数段設置するものである。このため、圧力調整弁１ｂの開放により放出された高温ガスＧがモジュールカバー２０を溶融させて流出すると、この高温ガスＧは、少なくとも圧力開放弁１ｂの上方に位置する仕切壁４４の開口部４５などを通過して上昇する。従って、開口部４５を通過した高温ガスＧは、下方に仕切壁４４のような部材が存在しているので、流下する流路が開口部４５に制限され、この結果、モジュールカバー２０の上面に向けて再到達するような流下が抑制される。また、仕切壁４４を備えた上部構造体４０の存在は、電池モジュール１０の上方において熱容量を増すため、高温ガスＧからの熱吸収によりガス温度を低下させることもできる。

このように、上述した各実施形態のモジュールカバー上部構造体、電池モジュール及び電池モジュールの熱暴走防止方法によれば、リチウムイオン二次電池モジュールのような電池モジュール１０において、樹脂製のモジュールカバー２０を溶融させて外部へ放出される高温ガスＧが、電池モジュール１０内へ再度侵入するように流下することを防止または抑制できるようになるので、高温ガスＧが電池モジュール１０内へ再度侵入することに起因する熱暴走の伝播を防止または抑制できる。
なお、本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、その要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更することができる。

１ 電池セル
１ａ 端子
１ｂ 圧力開放弁
３ バスバー
４ 締結ボルト
１０ リチウムイオン二次電池モジュール（電池モジュール）
２０ モジュールカバー
３０ 空間
４０，４０´，４０Ａ〜４０Ｅ モジュールカバー上部構造体（上部構造体）
４１ 箱状形成部
４２ 天井面（外壁面）
４３ 側壁（外壁面）
４４，４４´，４４Ａ〜４４Ｅ 仕切壁
４５，４５´，４５Ａ，４５Ｂ，４５Ａ´，４５Ｂ´ 開口部
４６，５１，５１ａ，５１ｂ，５１ｃ 孔
５０，５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃ ハニカム構造体
６０ アブレーション材層

Claims (10)

1. 複数の電池セルを直列または並列に接続した組電池の通電部、及び前記複数の電池セルの各圧力開放弁がモジュールカバーで覆われている１または複数の電池モジュールに対し、前記モジュールカバーの上部を覆うように設置される底面が開放されて壁面を有する箱状のモジュールカバー上部構造体であって、
   前記壁面は、最上段の外壁面と、該外壁面から下側に所定の間隔を設けて配置された１または複数段の仕切壁とを備え、
   前記仕切壁は、前記電池セルから放出されるガス温度で溶融しない材料よりなり、少なくとも前記電池セルの圧力開放弁上に位置する開口部を備えていることを特徴とするモジュールカバー上部構造体。
2. 前記仕切壁は、前記開口部の周囲壁面の少なくとも一部が上下方向に連通する孔を備えたハニカム構造であることを特徴とする請求項１に記載のモジュールカバー上部構造体。
3. 前記孔は、前記仕切壁の下段側から上段側へ順次大きくなることを特徴とする請求項２に記載のモジュールカバー上部構造体。
4. 前記開口部の開口面積は、前記仕切壁の下段側から上段側へ順次小さく設定されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のモジュールカバー上部構造体。
5. 前記仕切壁が上下方向に連通する孔を備えたハニカム構造板であり、前記孔を前記開口部として利用することを特徴とする請求項１に記載のモジュールカバー上部構造体。
6. 前記孔は、前記仕切壁の下段側から上段側へ順次小さくなることを特徴とする請求項５に記載のモジュールカバー上部構造体。
7. 前記外壁面がアブレーション材層を備えていることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載のモジュールカバー上部構造体。
8. 前記外壁面の下面に配置したハニカム構造板を備えていることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載のモジュールカバー上部構造体。
9. 複数の電池セルを直列または並列に接続した組電池と、
   前記組電池の通電部、及び前記複数の電池セルの各圧力開放弁を覆うモジュールカバーと、
   前記モジュールカバーの上部を覆うように設置される底面が開放されて壁面を有する箱状のモジュールカバー上部構造体と、を含む電池モジュールであって、
   前記壁面は、最上段の外壁面と、該外壁面から下側に所定の間隔を設けて配置された１または複数段の仕切壁とを備え、
   前記仕切壁は、前記電池セルから放出されるガス温度で溶融しない材料よりなり、少なくとも前記電池セルの圧力開放弁上に位置する開口部を備えていることを特徴とする電池モジュール。
10. 複数の電池セルを直列または並列に接続した組電池の通電部、及び前記複数の電池セルの各圧力開放弁がモジュールカバーで覆われている１または複数の電池モジュールの熱暴走防止方法であって、
    前記電池セルから放出されるガス温度で溶融しない材料よりなり、少なくとも前記電池セルの圧力開放弁上に配置された開口部を備えている仕切壁を、前記モジュールカバーの上部に所定の間隔で１または複数段設置することを特徴とする電池モジュールの熱暴走防止方法。

Images