JP2017152172A - 電池モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】複数の電池を含む電池モジュールにおいて、電池異常時の電池からの噴出物によるモジュールの封止性の低下を抑制する。【解決手段】電池１２の負極端面１３Ｂには、電池内部の圧力が上昇したとき、これを解放するための安全弁４８ａが設けられている。安全弁４８ａには、負極バスバー３０の開口４２の縁から延びる負極接続線３２ａの先端が溶接されている。負極接続線３２ａは、開口４２の、排気室３８の周縁側の縁から内側に向けて延びている。安全弁４８ａは、排気室３８の周縁側とは反対側に大きく開き、電池１２からの噴出物は排気室３８の内側に向かう。これにより、排気室３８の周縁に配置された封止材に噴出物が接触せず、封止性の低下が抑えられる。【選択図】図５

Description

本発明は、複数の列に配列された電池を含む電池モジュールに関し、特に電池の内部の圧力が高まったとき、その圧力を解放するための安全弁に関する。

複数の列に配列された電池を含む電池モジュールが知られている。下記特許文献１には、２列に配列されたリチウムイオン電池セル（１４０）からなる組電池（１２０）をケーシング（１１０）に収容した電池モジュール（１００）が開示されている（段落００５６、図９参照）。リチウムイオン電池セル（１４０）の端面には、安全弁（１４５）などの電池内部を開放する構造が示されている（段落００７２参照）。なお、（ ）内の符号は、下記特許文献１で用いられている符号であり、本願の実施形態の説明で用いられる符号とは関連しない。

特開２０１０−１１３９９９号公報

電池の安全弁からの高温の噴出物が電池モジュールのケーシングまたはケーシングの封止部材に直接当たると、電池モジュールの封止性が低下する可能性がある。

本発明は、電池からの噴出物による電池モジュールの封止性の低下を抑えることを目的とする。

本発明の電池モジュールは、複数列に配列された電池を含み、複数の電池の一方の電極端面の側に配置され、電池との間に、周縁において封止された排気室を画定する排気室カバーと、各電池の排気室側の電極端面に設けられ、電池内部の圧力を解放するための安全弁と、排気室内に配置され、少なくとも一部の電池を電気的に接続するためのバスバーを有する。バスバーは、各電池に対向する位置に開口が設けられている。さらに、バスバー開口の縁から延び、安全弁に接続された接続線を有する。電池の列のうち最も外側の列の電池に接続する接続線は、バスバーの開口の、排気室の周縁側の縁から内側に向けて延び、先端で安全弁に接続されている。

安全弁に接続されている接続線が排気室の周縁側にて支持されているため、安全弁は、開いたときに周縁側と反対側である排気室内側が大きく開く。これにより電池からの噴出物が排気室カバーの周縁に向かうことが抑制される。

安全弁は、各電池の排気室側の電極端面に刻まれている切り込み溝により形成されたものとすることができる。電池の列のうち最も外側の列の電池の安全弁を形成する切り込み溝は、１箇所が開いた開環形状であり、開環形状の開いた部分が排気室の周縁側に位置する。

安全弁は、開環形状の開いた部分で電極端面に支持されているため、開いたときに周縁側とは反対である排気室内側が大きく開く。これにより電池からの噴出物が排気室カバーの周縁に向かうことが抑制される。

電池からの噴出物が排気室カバーの周縁に向かうことが抑制され、排気室の封止性の低下を抑えることができる。

本実施形態の電池モジュールの概略構成を示す分解斜視図である。 負極バスバーの構成を示す図である。 電池モジュールの断面を模式的に示す図である。 電池の安全弁が設けられた電極端面の一例を示す図である。 電池モジュールの断面を模式的に示す図であり、特に安全弁が開いた状態を示す図である。 本発明の他の態様の要部を示す図である。 電池の安全弁が設けられた電極端面の他の例を示す図である。

以下、本発明の実施形態を図面に従って説明する。図１は、電池モジュール１０の概略構成を示す分解斜視図である。以下の説明において、上下左右、側方、手前、奥などの方向および向きを表す語句は、特段の断りがない限り、説明に用いている図における方向を示し、電池モジュール１０が実際に設置される方向とは関連しない。

電池モジュール１０は、複数の電池１２を収容する。複数の電池１２は、所定の電気的接続がなされて、組電池を形成している。電池１２の形状は略円柱状であり、円柱の一端に正極が、また他端に負極が設けられている。正極、負極が設けられた端面をそれぞれ正極端面１３Ａ、負極端面１３Ｂ（図３，５参照）と記し、またこれらの総称として電極端面と記す。この電池モジュール１０においては、電池１２は、正極端面１３Ａを上にして配置されている。各電池１２は、その下端部が電池ホルダ１４に設けられた収容孔１６に収容されて、電池ホルダ１４に保持される。電池ホルダ１４は略板形状であり、板平面に収容孔１６が二次元的に配置されている。この実施形態では、収容孔１６は、図１において右手前から左奥に向けて延びる列が４列配置され、隣の列の収容孔１６同士は、半ピッチずれて配置されている。各収容孔１６は、電池１２の円柱形状と嵌まり合う円筒形状であり、この円筒内に電池１２が挿入され、電池ホルダ１４に保持される。よって、この電池モジュール１０において、複数の電池１２は４列に配列されている。複数の電池１２は、列が延びる方向に長い長方形の範囲に配置される。収容孔１６の円筒中心軸線方向の長さは、保持した電池１２がぐらつかないよう十分な長さとなっている。収容孔１６は、電池ホルダ１４を、その板厚方向において貫通しており、電池１２の下端は下方に露出している。

電池ホルダ１４に保持され二次元的に配列された電池１２全体の側方および上方を囲うように保持ケース１８が設けられている。保持ケース１８は、その下端が電池ホルダ１４の上面に当接した状態で、電池ホルダ１４に固定されている。保持ケース１８は、その上端近傍に天井板２０を有する。天井板２０には、配列された各電池１２にそれぞれ対応する保持開口２２が設けられている。保持開口２２は、周縁に段が形成されており、段の部分が各電池１２の上端の周縁に係合して、各電池１２をその上端にて保持する。

天井板２０の更に上方に正極バスバー２４が配置されている。正極バスバー２４は、正極接続線２６を介して各電池１２の正極に電気的に接続している。正極バスバー２４は、４枚設けられている。電池ホルダ１４の下方には負極バスバーモジュール２８が配置されている。負極バスバーモジュール２８は、４枚の並列配置された負極バスバー３０を樹脂モールド成形により一体化したものである。負極バスバー３０は、負極接続線３２を介して各電池１２の負極に電気的に接続している。さらに、正極バスバー２４の３枚と負極バスバー３０の３枚を電気的に接続する群間バスバー３４が保持ケース１８の側面に沿って正極バスバー２４から斜め下方に延びている。天井板２０および正極バスバー２４の上方全体は上方カバー（不図示）に覆われ、また保持ケース１８の群間バスバー３４が設けられた側面および群間バスバー３４は側方カバー（不図示）によって覆われている。電池ホルダ１４の下方には排気室カバー３６が配置され、電池ホルダ１４と排気室カバー３６によって負極バスバーモジュール２８が保持されている。電池ホルダ１４と排気室カバー３６の間に排気室３８が形成される。負極バスバーモジュール２８には、電池１２および収容孔１６に対向する位置に孔４０が設けられている。この孔４０により、電池１２の負極側の端面は排気室３８に面している。

複数の電池１２は、電池モジュール１０の長手方向に関して４つの群に分けられており、これらの群に４枚の正極バスバー２４および４枚の負極バスバー３０が対応している。各群に属する電池１２は、各正極バスバー２４および負極バスバー３０により並列接続され、各群は群間バスバー３４により直列接続されている。

図２は、負極バスバー３０および負極接続線３２の詳細な形状を示す図である。４枚の負極バスバー３０は、負極バスバーモジュール２８の長手方向に配列されている。負極バスバー３０には、前述の負極バスバーモジュール２８の孔４０に対応した開口４２が設けられている。開口４２は、電池の列に対応して４列に配列され、各列は負極バスバーモジュール２８の長手方向に沿って延びる。開口４２の列４４について、図２の上から第１の列４４ａ、第２の列４４ｂ、第３の列４４ｃ、第４の列４４ｄと記して説明する。各開口４２の縁から負極接続線３２が延びている。負極接続線３２を区別するために、負極接続線３２にも、負極接続線３２が属する列４４の符号に用いられたａ，ｂ，ｃ，ｄを付す。

図２中の上縁に最も近い列４４ａの負極接続線３２ａは、開口４２の上側の縁から内側、つまり図中の下方に向けて延びている。また、下縁に最も近い列４４ｄの負極接続線３２ｄは、開口４２の下側の縁から内側、つまり図中の上方に向けて延びている。また、負極バスバーモジュール２８の周縁は排気室３８の周縁に対応している。このように、４列の電池１２のうち最も外側の列の電池１２に対応した開口４２の第１の列４４ａおよび第４の列４４ｄに係る負極接続線３２ａ，３２ｄは、開口４２の、排気室３８の周縁側の縁から内側に向けて延びている。図２中の上から２列目の第２の列４４ｂにおいて、負極接続線３２ｂは、開口４２の上側の縁から下向きに延びている。また、上から３列目の第３の列４４ｃにおいて、負極接続線３２ｃは、開口４２の下側の縁から上向きに延びている。

図３は、電池モジュール１０の縦断面を模式的に示す図である。開口４２の第１の列４４ａに対応する電池１２が符号１２ａで示され、第２の列４４ｂに対応する電池１２が符号１２ｂで示されている。負極バスバーモジュール２８は、排気室３８内の電池１２に近い側に位置している。排気室カバー３６の周縁に沿って封止材４６が配置され、封止材４６によって排気室カバー３６と電池ホルダ１４の間が封止されている。負極接続線３２は、負極バスバー３０の開口４２の縁から延びて、その先端にて電池１２の負極端面１３Ｂに溶接されている。この負極端面１３Ｂには、電池１２の内部圧力が高まったとき、開いて、内部圧力を解放する安全弁４８が設けられている。安全弁４８は、電池１２の負極端面１３Ｂの部材に切り込み溝５０を刻設して形成され、この部材が圧力を受けると、この切り込み溝５０で裂けて電池１２の内部が開放される。切り込み溝５０は、図４に示すように電池１２の負極端面１３Ｂに環形状、例えば円形に形成され、その内側が安全弁４８となる。切り込み溝５０の形状は、円形以外の形状、例えば楕円、長円、正方形等の四角形、他の多角形とすることができる。第１の列４４ａに対応する負極接続線３２ａは、開口４２の、排気室３８の周縁側の縁から内側に向けて延び、その先端が安全弁４８に溶接されている。第４の列４４ｄに対応する負極接続線３２ｄについても同様に、排気室３８の周縁側から内側に向けて延び、その先端が安全弁４８に溶接されている。

図５には、第１の列４４ａに対応する安全弁４８ａが開放した状態が示されている。安全弁４８ａに溶接されている負極接続線３２ａは、排気室３８の周縁側から延びており、このため、安全弁４８ａは、周縁側が支持され、反対側である排気室内側が大きく開く。電池１２からの噴出物は、図中の矢印５２のように内側向き噴出され、封止材４６への直接接触が抑制される。これにより、排気室３８の封止性が確保される。

この電池モジュール１０において、第２および第３の列４４ｂ，４４ｃに対応する負極接続線３２ｂ，３２ｃは、第１および第４の列４４ａ，４４ｄに対応する負極接続線３２ａ，３２ｄと同様、排気室３８の周縁側から内側に向かう向きに延びている。しかし、第２および第３列４４ｂ，４４ｃは、図２の上縁および下縁の封止材４６との距離があるので、電池１２からの噴出物が封止材４６に達しない場合には、他の向きとすることができる。また、第２および第３列４４ｂ，４４ｃの、図２において左右の端から１個目、または２個目までの負極接続線３２ｂ，３２ｃについて、排気室３８の周縁に向く方向以外の方向に延びるように設けることができる。例えば、図２において、左端の負極接続線３２ｂ，３２ｃは、開口４２の左側の縁から右に向けて延びるように、また、右端の負極接続線３２ｂ，３２ｃは、開口４２の右側の縁から左に向けて延びるようにしてよい。

図６，７は、本発明の他の態様を示す図である。この態様においては、電池１２の負極端面１３Ｂに設けられた安全弁の形状が、図１〜５に従って説明した態様と相違する。他の構成については前述の態様と同様であり、説明を省略する。この態様の切り込み溝５４は、Ｕ字形状のような、一部が開いた環形状とすることができる。安全弁５６は、切り込み溝５４の開いた部分において、安全弁５６以外の負極端面１３Ｂの部分に接続されている。この安全弁５６の接続された側の端を基端と記す。安全弁５６は、電池１２の内圧を受けると、基端を支点にして開き、基端より先端が大きく開く。

図６は、４つの列５８に配列された電池１２の配置を示す図である。図６中の上から第１の列５８ａ、第２の列５８ｂ、第３の列５８ｃ、第４の列５８ｄと記す。第１の列５８ａの電池１２は、安全弁５６の基端が上側に位置し、そこから下に向けて延びている。したがって、これらの安全弁５６は、排気室３８の、図６において上側の周縁側から内側に向けて延びている。第４の列５８ｄの電池１２は、安全弁５６の基端が下側に位置し、そこから上に向けて延びている。したがって、これらの安全弁５６は、排気室３８の、図６において下側の周縁側から内側に向けて延びている。第２の列５８ｂに属する電池１２の安全弁５６は下向きに延び、第３の列５８ｃに属する電池１２の安全弁５６は上向きに延びている。

安全弁５６が開くとき、排気室３８の周縁側と反対側が大きく開き、噴出物は排気室３８の内側に向かい、周縁に配置される封止材４６に直接当たることが抑制される。これにより、排気室３８の封止性が確保される。

第２および第３の列５８ｂ，５８ｃの電池１２については、図６において上縁および下縁の封止材４６に噴出物が達しなければ、安全弁５６をどの向きに配置してもよい。また、第２および第３列５８ｂ，５８ｃの左右の端から１番目、または２番目までの電池１２について、排気室３８の周縁側に向く向き以外の向きに安全弁５６を配置してもよい。例えば、図６において、左端の電池１２の安全弁５６は、基端を左とし、右に向けて延びるように、また、右端の電池１２の安全弁５６は、基端を右とし、左に向けて延びるように配置してよい。さらに、第２および第３の列５８ｂ，５８ｃの電池１２について、安全弁は、図４に示される円形等の環形状の切り込み溝５０により形成してもよい。

安全弁４８は、正極端面１３Ａに設けてもよい。この場合は、正極端面１３Ａ側に排気室が設けられる。

＜電池モジュールの他の態様＞
複数列に配列された電池を含む電池モジュールであって、
複数の電池の一方の電極端面の側に配置され、電池との間に、周縁において封止された排気室を画定する排気室カバーと、
各電池の排気室側の電極端面に刻まれている切り込み溝により形成され、電池内部の圧力を解放するための安全弁と、
を有し、
電池の列のうち最も外側の列の電池の安全弁を形成する切り込み溝は、１箇所が開いた開環形状であり、開環形状の開いた部分が排気室の周縁側に位置する、
電池モジュール。

１０ 電池モジュール、１２ 電池、１３Ａ 正極端面、１３Ｂ 負極端面、１４ 電池ホルダ、１６ 収容孔、１８ 保持ケース、２０ 天井板、２２ 保持開口、２４ 正極バスバー、２６ 正極接続線、２８ 負極バスバーモジュール、３０ 負極バスバー、３２ 負極接続線、３４ 群間バスバー、３６ 排気室カバー、３８ 排気室、４０ 孔、４２ 開口、４４ （開口の）列、４６ 封止材、４８ 安全弁、５０ 切り込み溝、５２ 矢印、５４ 切り込み溝、５６ 安全弁、５８ （電池の）列。

Claims (2)

1. 複数列に配列された電池を含む電池モジュールであって、
   複数の電池の一方の電極端面の側に配置され、電池との間に、周縁において封止された排気室を画定する排気室カバーと、
   各電池の排気室側の電極端面に設けられ、電池内部の圧力を解放するための安全弁と、
   排気室内に配置され、少なくとも一部の電池を電気的に接続するためのバスバーであって、各電池に対向する位置に開口が設けられているバスバーと、
   バスバーの開口の縁から延び、安全弁に接続された接続線と、
   を有し、
   電池の列のうち最も外側の列の電池に接続する接続線は、バスバーの開口の、排気室の周縁側の縁から内側に向けて延び、先端で安全弁に接続されている、
   電池モジュール。
2. 請求項1に記載の電池モジュールであって、
   安全弁は、各電池の排気室側の電極端面に刻まれている切り込み溝により形成され、
   電池の列のうち最も外側の列の電池の安全弁を形成する切り込み溝は、１箇所が開いた開環形状であり、開環形状の開いた部分が排気室の周縁側に位置する、
   電池モジュール。

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