JP2017157407A - 二次電池モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】非常時に二次電池の内圧の上昇をより確実に防止することができる安全性の高い二次電池モジュールを提供する。【解決手段】電極を収容する電池缶１１と、該電池缶１１の開口部１１ａを封止する電池蓋１２と、該電池蓋１２に設けられたガス排出弁１２ａとを有する複数の二次電池１０を備えた二次電池モジュール１００であって、非常時に作用する外力によりガス排出弁１２ａを開裂させることが可能な位置及び形状に設けられた開弁部材６０を備える。【選択図】図６

Description

本発明は、複数の二次電池を備えた二次電池モジュールに関する。

従来から、リチウムやリチウム合金、炭素材料のようなリチウムイオンをドープ及び脱ドープすることが可能な物質を負極として用い、正極にリチウムコバルト複合酸化物などのリチウム複合酸化物を使用する非水電解液二次電池が用いられている。このような非水電解液二次電池において、安全弁を備えるものが知られている（下記特許文献１を参照）。

上記のような非水電解液二次電池は、電池電圧が高く、高エネルギー密度を有し、自己放電も少なく、かつサイクル特性に優れているため、複数の二次電池を接続した二次電池モジュールとされ、例えば、電気自動車やハイブリッド電気自動車の電源に用いられる。上記のような非水電解液二次電池は、良好な特性を有する反面、内部の温度が上昇すると内圧が上昇しやすい。そのため、特許文献１に記載された非水電解液二次電池は、所定の内圧にて開裂し、内圧を開放する安全弁を備えている。

また、特許文献１に記載された非水電解液二次電池は、安全弁と電池蓋の間にガス吸着層を保持した層を備え、電池内部からガス噴出があった場合に、ガスに含まれる有害物を低減するとともに、固形物の噴出を防止する機構を有している。これにより、非水電解液二次電池の異常により内圧が上昇して安全弁が作動したときに、吸着材が一種のフィルター的役割を果たし、ガス中の有機物や固形物が捕捉される。

特開平７−１９２７７５号公報

特許文献１に記載された非水電解液二次電池は、内圧が上昇して安全弁が作動したときに、安全弁が開裂してガスを排出することで内圧が低下し、排出されるガス中の有機物や固形物を捕捉することができる。しかし、例えば、車載用の二次電池モジュールでは、非常時に二次電池に強い衝撃が作用する場合がある。このような場合、例えば、二次電池に内部短絡が発生して熱暴走に至ると、二次電池の内圧が急激に上昇するため、内圧の上昇による安全弁の開裂では、十分な安全性が確保できない虞がある。

本発明は、前記課題に鑑みてなされたものであり、非常時に二次電池の内圧の上昇をより確実に防止することができる安全性の高い二次電池モジュールを提供することを目的とする。

前記目的を達成すべく、本発明の二次電池モジュールは、電極を収容する電池缶と、該電池缶の開口部を封止する電池蓋と、該電池蓋に設けられたガス排出弁とを有する複数の二次電池を備えた二次電池モジュールであって、非常時に作用する外力により前記ガス排出弁を開裂させる位置及び形状に設けられた開弁部材を備えることを特徴とする。

本発明の二次電池モジュールによれば、二次電池の内圧の上昇によらず、非常時に作用する外力により、開弁部材が二次電池のガス排出弁を機械的に開裂させる。したがって、非常時に二次電池の内圧の上昇をより確実に防止することができる安全性の高い二次電池モジュールを提供することができる。

本発明の実施形態１に係る二次電池モジュールの外観斜視図。 図１に示す二次電池モジュールのダクト部材を取り外した状態の斜視図。 図１に示す二次電池モジュールのセルホルダと二次電池を示す斜視図。 図３に示すセルホルダと二次電池の分解斜視図。 図１に示すV−V線に沿う二次電池モジュールの模式的な縦断面図。 図５に示すVI−VI線に沿う二次電池モジュールの模式的な平断面図。 図６に示すVII−VII線に沿う二次電池モジュールの模式的な横断面図。 本発明の実施形態２に係る二次電池モジュールの模式的な縦断面図。 本発明の実施形態３に係る二次電池モジュールの模式的な縦断面図。 図９に示すX−X線に沿う二次電池モジュールの模式的な平断面図。 図１０に示すXI−XI線に沿う二次電池モジュールの模式的な横断面図。 本発明の実施形態４に係る二次電池モジュールの模式的な平断面図。 本発明の実施形態５に係る二次電池モジュールの模式的な縦断面図。 図１３に示す二次電池モジュールの模式的な平面図。 図１４に示すXV-XV線に沿う二次電池モジュールの模式的な横断面図。 二次電池モジュールの開弁部材の形状の例を示す模式図。

以下、図面を参照して本発明の二次電池モジュールの実施形態を説明する。以下の各図面では、各部の縮尺を適宜変更する場合がある。また、以下の説明における上下左右は、各部材の位置関係を説明する便宜的な方向であり、必ずしも鉛直方向や水平方向に対応するものではない。

［実施形態１］
図１は、本発明の実施形態１に係る二次電池モジュール１００の外観斜視図である。図２は、図１に示す二次電池モジュール１００のダクト部材５０を取り外した状態の斜視図である。本実施形態の二次電池モジュール１００は、例えば、図示を省略する筐体に収容されて電気自動車やハイブリッド電気自動車等の車両に搭載され、発電機器から供給される電気エネルギーを蓄積し、又は、蓄積した電気エネルギーを電気機器へ供給するモジュールである。

二次電池モジュール１００は、複数の二次電池１０と、個々の二次電池１０を保持するセルホルダ２０とを備えている。また、二次電池モジュール１００は、交互に積層されたセルホルダ２０及び二次電池１０の両端に配置された一対のエンドプレート３０と、一対のエンドプレート３０を接続する一対のサイドプレート４０と、を備えている。さらに、二次電池モジュール１００は、複数の二次電池１０の積層方向に延在し、複数の二次電池１０の上方に配置されたダクト部材５０を備えている。

図３は、図１に示す二次電池モジュール１００のセルホルダ２０と二次電池１０を示す斜視図である。図４は、図３に示すセルホルダ２０と二次電池１０の分解斜視図である。

二次電池モジュール１００を構成する複数の二次電池１０は、例えば、リチウムイオン二次電池であり、電極を収容する電池缶１１と、該電池缶１１の開口部１１ａを封止する電池蓋１２と、該電池蓋１２に設けられたガス排出弁１２ａとを有している。詳細については後述するが、本実施形態の二次電池モジュール１００は、非常時に作用する外力によりガス排出弁１２ａを開裂させる位置及び形状に設けられた開弁部材６０（図５参照）を備えることを特徴としている。

特に限定はされないが、本実施形態の二次電池モジュール１００は、複数の角形二次電池１０を備えている。すなわち、本実施形態の二次電池モジュール１００では、複数の二次電池１０は、扁平角形の電池缶１１の厚さ方向に積層され、電池蓋１２は、電池缶１１の高さ方向の上端の開口部１１ａを封止している。なお、各図において、電池缶１１又は二次電池１０の厚さ方向をＸ軸方向、幅方向をＹ軸方向、高さ方向をＺ軸方向とするＸＹＺ直交座標系を示している。

電池缶１１及び電池蓋１２の素材は、例えば、アルミニウム又はアルミニウム合金等の導電性を有する金属である。電池缶１１は、例えば、板材を深絞り加工することによって、上部に概ね長方形の開口部１１ａを有する有底角筒状の扁平な矩形の箱型に形成されている。電池蓋１２は、例えば、鍛造等によって電池缶１１の開口部１１ａの形状に対応する長方形の矩形平板状に形成され、例えば、レーザ溶接によって電池缶１１の上部に接合され、電池缶１１の開口部１１ａを封止している。

扁平角形の電池缶１１と、この電池缶１１の上端の開口部１１ａを封止する矩形板状の電池蓋１２とによって、扁平角形の電池容器１３が構成されている。電池容器１３は、幅と高さに対して厚さが小さい概ね直方体の形状を有することで、厚さ方向の両側に比較的面積の大きい広側面１３ｗを有し、幅方向両側に比較的面積の小さい狭側面１３ｎを有し、高さ方向の上下に幅方向を長手方向とする長方形の底面１３ｂ及び上面１３ｔを有している。電池容器１３の底面１３ｂは電池缶１１の底面１１ｂであり、電池容器１３の上面１３ｔは、電池蓋１２の上面１２ｔである。

ガス排出弁１２ａは、電池蓋１２の長手方向の中央部に設けられている。ガス排出弁１２ａは、例えば、電池蓋１２の一部を薄肉化してスリット状の溝を形成することによって形成され、電池容器１３の内部の圧力が所定値よりも上昇したときに開裂し、電池容器１３の内部のガスを排出することで、電池容器１３の内部の圧力を低下させる。なお、薄膜部材を電池蓋１２の開口にレーザ溶接等により取り付けて、薄肉部分をガス排出弁１２ａとしてもよい。

二次電池１０は、電池蓋１２の上面１２ｔに正極外部端子１４Ｐ及び負極外部端子１４Ｎを備えている。正極外部端子１４Ｐ及び負極外部端子１４Ｎは、電池蓋１２の外部に配置された絶縁部材１５及び図示を省略するガスケットを介して電池蓋１２と電気的に絶縁されている。

図示は省略するが、正極外部端子１４Ｐは、電池蓋１２を貫通する接続部材や電池容器１３の内部に収容された正極集電板を介して、電池容器１３の内部に収容された正極電極に電気的に接続されている。同様に、負極外部端子１４Ｎは、電池蓋１２を貫通する接続部材や電池容器１３の内部に収容された負極集電板を介して、電池容器１３の内部に収容された負極電極に電気的に接続されている。接続部材や集電板も、正極外部端子１４Ｐ及び負極外部端子１４Ｎと同様に、絶縁部材によって電池容器１３に対して電気的に絶縁されている。

図示は省略するが、正極電極及び負極電極は、セパレータと交互に積層されて捲回された捲回電極群として、電池容器１３の内部に収容されている。捲回電極群は、例えば、捲回軸方向の一端と他端に露出した正極電極及び負極電極の箔露出部がそれぞれ正極集電板及び負極集電板に接合される。これにより、正極外部端子１４Ｐ及び負極外部端子１４Ｎは、それぞれ正極集電板及び極集電板を介して正極電極及び負極電極に接続され、絶縁シートによって覆われて電池容器１３に対して電気的に絶縁されている。

電池蓋１２の上面１２ｔの正極外部端子１４Ｐと負極外部端子１４Ｎとの間には、注液口１２ｂが設けられている。注液口１２ｂは、電池容器１３の内部に電解液を注入するために用いられ、電解液の注入後に、例えばレーザ溶接によって注液栓１２ｃが接合されて封止される。

二次電池モジュール１００の個々の二次電池１０は、それぞれセルホルダ２０によって保持されている。セルホルダ２０は、複数の二次電池１０の積層方向の両端に配置される一対の端部セルホルダ２０Ｅと、２つの隣接する二次電池１０の間に配置される複数の中間セルホルダ２０Ｍによって構成されている。セルホルダ２０の素材としては、例えば、ガラスエポキシ樹脂、ポリプロピレン、ポリブチレンテレフタレート樹脂などの樹脂材料や、アルミニウム、銅、ステンレスなどの金属材料を用いることができる。

中間セルホルダ２０Ｍは、図３及び図４に示すように、二次電池１０の扁平角形の電池容器１３の広側面１３ｗに対向するスペーサ部２１と、電池容器１３の狭側面１３ｎに対向する側板部２２と、電池容器１３の底面１３ｂに対向する底板部２３とを有している。端部セルホルダ２０Ｅは、中間セルホルダ２０Ｍにおいて、スペーサ部２１を中心に二次電池１０の厚さ方向の両側に延びる側板部２２及び底板部２３の片側を、スペーサ部２１に沿う平面で切断した構成を有している。そのため、以下では、セルホルダ２０の構成として中間セルホルダ２０Ｍの構成を中心に説明し、端部セルホルダ２０Ｅの説明を適宜省略する。

セルホルダ２０は、前述のように、電池容器１３の広側面１３ｗに対向するスペーサ部２１と、電池容器１３の狭側面１３ｎに対向する側板部２２と、電池容器１３の底面１３ｂに対向する底板部２３とを有している。電池缶１１の幅方向に間隔を有して対向する一対の長方形の板状の側板部２２と、電池缶１１の幅方向に延在して一対の側板部２２を連結する長方形板状の底板部２３とによって、上部が開放されたＵ字状の保持部２４が形成されている。

セルホルダ２０の保持部２４は、電池容器１３の上面１３ｔを露出させた状態で、電池容器１３の厚さの約半分を収容する。対向する一対のセルホルダ２０の保持部２４に、二次電池１０の電池容器１３の厚さの約半分ずつを収容することで、二次電池１０は、電池容器１３の上面１３ｔを露出させた状態で、一対のセルホルダ２０の間に保持される。

複数のスペーサ部２１の間には、電池容器１３の幅方向に延びる複数のスリット２５が形成されている。また、側板部２２には、各スリット２５に連通する複数の開口部２６が形成されている。セルホルダ２０は、二次電池１０の電池容器１３の広側面１３ｗを冷却する冷却空気等の冷媒を、一方の側板部２２の開口部２６から導入してスリット２５に流通させ、他方の側板部２２の開口部２６から導出することができるように構成されている。

複数の二次電池１０は、セルホルダ２０によって保持されて厚さ方向に積層して配置されるときに、図２に示すように、隣接する２つの二次電池１０の正極外部端子１４Ｐと負極外部端子１４Ｎとが積層方向に隣り合うように、交互に１８０°反転させて配置される。これにより、複数の二次電池１０を不図示のバスバーによって直列に接続することができる。そして、複数の二次電池１０の積層方向の両端に配置された一対の端部セルホルダ２０Ｅの外側の平坦な面に対向して一対のエンドプレート３０が配置される。

また、二次電池１０の幅方向の両側に、複数のセルホルダ２０の側板部２２に対向して二次電池１０の積層方向に延在する一対のサイドプレート４０が配置され、一対のサイドプレート４０の延在方向の両端が一対のエンドプレート３０に、例えばボルト３１によって締結される。これにより、一対のエンドプレート３０の間隔が規定され、セルホルダ２０の間に配置された複数の二次電池１０は、電池容器１３の広側面１３ｗにセルホルダ２０のスペーサ部２１が当接し、圧縮力が付与された状態で、セルホルダ２０によって保持される。

さらに、図１に示すように、二次電池モジュール１００は、複数の二次電池１０のガス排出弁１２ａに対向するダクト部材５０を備えている。ダクト部材５０は、複数の二次電池１０の積層方向に延在する板状の上部壁５１と、その周囲を囲む側壁５２とを有し、下方が開放された矩形のカバー状の部材である。ダクト部材５０は、上部壁５１がガス排出弁１２ａに対向し、側壁５２の下端部が電池蓋１２の長手方向におけるガス排出弁１２ａの両側で、電池蓋１２に接している。

ここで、ガス排出弁１２ａが電池蓋１２の長手方向の中央部に設けられていることで、複数の二次電池１０を積層して配置するときに、上述のように交互に１８０°反転させて配置しても、積層方向に隣接する二次電池１０のガス排出弁１２ａの位置が二次電池１０の幅方向にずれることがない。したがって、ダクト部材５０を直線的に設けることができ、二次電池モジュール１００におけるダクト部材５０の取り付けを容易にすることができる。

図５は、図１に示すV−V線に沿う二次電池モジュール１００の模式的な縦断面図である。図６は、図５に示すVI−VI線に沿う二次電池モジュール１００の模式的な平断面図である。図７は、図６に示すVII−VII線に沿う二次電池モジュール１００の模式的な横断面図である。

ダクト部材５０は、側壁５２の下端部が、複数の二次電池１０の電池蓋１２だけでなく、一対のエンドプレート３０の上端及び複数のセルホルダ２０の上端に接し、これらの各部材との間にガス流路５３を形成する。ダクト部材５０のガス流路５３の一端には、図５に示すように、ガス排出口５４が形成されている。

本実施形態の二次電池モジュール１００は、前述のように、非常時に作用する外力によりガス排出弁１２ａを開裂させる位置及び形状に設けられた開弁部材６０を備えることを特徴としている。より具体的には、本実施形態の二次電池モジュール１００において、開弁部材６０は、非常時に、二次電池１０の高さ方向に作用する圧縮力や衝撃力等の外力を受けて、ガス排出弁１２ａを機械的に開裂させる位置及び形状に設けられている。

より詳細には、図５に示すように、開弁部材６０は、二次電池１０の高さ方向において、下端部６１が上端部６２よりも薄い楔状の形状を有している。また、開弁部材６０は、下端部６１が電池蓋１２に隣接し、上端部６２が電池蓋１２よりも上方に配置されている。また、図６に示すように、開弁部材６０は、二次電池１０の厚さ方向において、電池蓋１２に隣接しかつガス排出弁１２ａと対向する位置に配置されている。より詳細には、開弁部材６０は、二次電池１０の厚さ方向において、二次電池１０の電池容器１３の広側面１３ｗとセルホルダ２０のスペーサ部２１との境界上に位置している。

図５に示すようには、開弁部材６０の下端部６１は、電池蓋１２よりも上方に配置され、電池蓋１２と高さ方向の間隔を有して隣接しているが、電池蓋１２よりも下方に配置されていてもよい。この場合、開弁部材６０の下端部６１は、二次電池１０の厚さ方向すなわち二次電池１０の積層方向において、電池蓋１２又は電池容器１３の広側面１３ｗに隣接するように配置することができる。

開弁部材６０の材質及び形状は、特に限定されないが、電池蓋１２及び電池缶１１よりも機械的強度が高く、外力により電池蓋１２及び電池缶１１を変形させることが可能な材質及び形状を選択する必要がある。例えば、開弁部材６０の上端部６２の厚さは、非常時に作用する外力によって、開弁部材６０の上端部６２が二次電池１０の電池容器１３の広側面１３ｗとセルホルダ２０のスペーサ部２１との間に食い込んだときに、電池蓋１２を二次電池１０の厚さ方向に変形させ、ガス排出弁１２ａを開裂させることができる厚さに設定する。

図５に示すように、開弁部材６０は、ダクト部材５０の上部壁５１に設けることができる。開弁部材６０は、ダクト部材５０と一体成形されていてもよいし、ダクト部材５０に対して固定されていてもよい。開弁部材６０をダクト部材５０に固定する方法は、特に限定されず、例えば、ネジやリベット等の機械的な締結、接着剤による接着、溶接による接合等を用いることができる。

図６に示すように、開弁部材６０は、二次電池１０の幅方向に所定の幅を有し、二次電池１０の厚さ方向に所定の厚さを有する板状に形成することができる。また、二次電池１０の幅方向において、開弁部材６０の幅は、特に限定されないが、例えば、ガス排出弁１２ａの寸法と同程度にすることができる。

図７に示すように、ダクト部材５０によって形成されるガス流路５３の流路面積を確保する観点から、開弁部材６０の幅は、ガス流路５３の幅よりも狭いことが好ましい。また、開弁部材６０の幅は、上端部６２の幅よりも下端部６１の幅が狭くなるテーパ状に形成されていてもよい。

以下、本実施形態の二次電池モジュール１００の作用について説明する。

本実施形態の二次電池モジュール１００は、例えば、不図示の筐体に収容されて、電気自動車やハイブリッド電気自動車等の車両に搭載される。例えば、車両の衝突等の非常時に、二次電池モジュール１００を収容する筐体が圧縮力や衝撃力を受けて圧壊するなど、二次電池モジュール１００に対し、二次電池１０の幅方向、厚さ方向、高さ方向に圧縮力や衝撃力が作用することが想定される。

このような非常時に作用する衝撃力や圧縮力によって、異常が発生して二次電池１０の内部の温度が上昇し、電池容器１３の内圧が所定の圧力を超えて上昇すると、電池蓋１２に設けられたガス排出弁１２ａが開裂してミスト状のガスを排出する。二次電池１０から排出されたガスは、ダクト部材５０によって形成されたガス流路５３によって二次電池モジュール１００から排出される。

しかし、例えば、二次電池１０が内部短絡によって熱暴走に至ると、二次電池１０の内圧が急激に上昇し、内圧上昇によるガス排出弁１２ａの開裂では十分な安全性が確保できない虞がある。

そこで、本実施形態の二次電池モジュール１００は、非常時に作用する外力によりガス排出弁１２ａを開裂させる位置及び形状に設けられた開弁部材６０を備えている。これにより、非常時に作用する外力によって、開弁部材６０がガス排出弁１２ａに機械的な応力を作用させ、電池容器１３の内圧上昇を待つことなく、ガス排出弁１２ａを開裂させることができる。

より具体的には、本実施形態の二次電池モジュール１００は、複数の二次電池１０が扁平角形の電池缶１１の厚さ方向に積層され、電池蓋１２が電池缶１１の高さ方向の上端の開口部１１ａを封止する構成を有し、開弁部材６０は以下の構成を有している。

開弁部材６０は、二次電池１０の高さ方向において、下端部６１が上端部６２よりも薄い楔状の形状を有し、該下端部６１が電池蓋１２に隣接し、該上端部６２が前記電池蓋１２よりも上方に配置されている。また、開弁部材６０は、二次電池１０の厚さ方向において、電池蓋１２に隣接し、ガス排出弁１２ａと対向する位置に配置されている。これにより、非常時に開弁部材６０に作用する二次電池１０の高さ方向の外力によって、二次電池１０の厚さ方向において、電池蓋１２に圧縮力を作用させ、ガス排出弁１２ａを開裂させることができる。

より詳細には、開弁部材６０に対して二次電池１０の高さ方向の下方へ向かう外力が作用すると、開弁部材６０は、隣接する二次電池１０の電池容器１３の広側面１３ｗの間、又は、広側面１３ｗとセルホルダ２０のスペーサ部２１材との間に、下端部６１から上端部６２まで食い込んだ状態になる。開弁部材６０は、上端部６２の厚さが下端部６１の厚さよりも厚い楔状の形状を有する。そのため、開弁部材６０が上記のように食い込むことで、電池容器１３の上部が厚さ方向に圧縮され、電池蓋１２に対して二次電池１０の厚さ方向の圧縮力が作用する。

このとき、開弁部材６０は、二次電池１０の厚さ方向において、電池蓋１２に隣接し、ガス排出弁１２ａと対向する位置に配置されていることから、電池蓋１２に対して二次電池１０の厚さ方向の圧縮力が作用するとガス排出弁１２ａに機械的な応力が作用する。そして、例えば、ガス排出弁１２ａのスリットに応力が集中するなどして、ガス排出弁１２ａが開裂する。

したがって、本実施形態の二次電池モジュール１００によれば、非常時に二次電池１０の内圧上昇を待つことなくガス排出弁１２ａを開裂させ、電池容器１３の内圧上昇を従来よりも確実に防止することができ、従来よりも安全性を向上させることができる。

また、本実施形態の二次電池モジュール１００のように、セルホルダ２０を備える場合には、二次電池１０の厚さ方向において、二次電池１０の電池容器１３の広側面１３ｗとセルホルダ２０のスペーサ部２１との境界上に、開弁部材６０が位置することが好ましい。これにより、電池容器１３の広側面１３ｗと電池ホルダのスペーサ部２１材との間に、開弁部材６０を食い込ませやすくなる。

また、二次電池モジュール１００がセルホルダ２０を有しない場合には、厚さ方向に積層して配置された複数の二次電池１０は、電池容器１３の広側面１３ｗ同士が接触する。この場合に、開弁部材６０は、二次電池１０の厚さ方向において、二次電池１０の電池容器１３の広側面１３ｗ同士の境界上に位置することが好ましい。これにより、電池容器１３の広側面１３ｗ同士の間に、開弁部材６０を食い込ませやすくなる。

また、図７に示すように、開弁部材６０の幅は、上端部６２の幅よりも下端部６１の幅が狭くなるテーパ状に形成されている。これにより、開弁部材６０を、電池容器１３の広側面１３ｗとセルホルダ２０のスペーサ部２１材との間、又は、電池容器１３の広側面１３ｗ同士の間に食い込ませるときに、開弁部材６０に作用する摩擦力を減少させ、開弁部材６０を食い込ませやすくすることができる。また、ダクト部材５０によって形成されるガス流路５３の流路面積を拡大させ、ガス流路５３の流路抵抗を減少させることができる。

また、本実施形態の二次電池モジュール１００は、複数の二次電池１０のガス排出弁１２ａに対向するダクト部材５０を備え、開弁部材６０は、ダクト部材５０に設けられている。これにより、上述のように、開弁部材６０を、非常時に作用する外力によりガス排出弁１２ａを開裂させる位置に配置するのが容易になる。

以上説明したように、本実施形態によれば、非常時に二次電池１０の内圧の上昇をより確実に防止することができる安全性の高い二次電池モジュール１００を提供することができる。

［実施形態２］
次に、本発明の実施形態２について、図１から図４及び図６を援用し、図８を用いて説明する。図８は、本発明の実施形態２に係る二次電池モジュール１００Ａの模式的な縦断面図であり、前述の実施形態１の二次電池モジュール１００の図５に相当する断面図である。

本実施形態の二次電池モジュール１００Ａは、ダクト部材５０を有しない点、及び、開弁部材６０がセルホルダ２０に固定されている点で、前述の実施形態１の二次電池モジュール１００と異なっている。本実施形態の二次電池モジュール１００Ａのその他の点は、前述の実施形態１の二次電池モジュール１００と同一であるので、同一の部分には同一の符号を付して説明を省略する。

本実施形態の二次電池モジュール１００Ａは、前述の実施形態１の二次電池モジュール１００と同様に、複数の二次電池１０を保持するセルホルダ２０を備えている。そして、本実施形態の二次電池モジュール１００Ａでは、開弁部材６０は、セルホルダ２０に設けられている。より具体的には、開弁部材６０は、セルホルダ２０のスペーサ部２１の上端部に固定され、二次電池１０の厚さ方向において、図６に示す前述の実施形態１の二次電池モジュール１００の開弁部材６０と同様の位置に配置されている。

セルホルダ２０に対する開弁部材６０の固定方法は、特に限定されないが、例えば、インサート成形によってセルホルダ２０のスペーサ部２１に開弁部材６０の端部を埋め込んで固定することができる。また、開弁部材６０は、セルホルダ２０のスペーサ部２１に、ボルトやリベット等の機械的な締結手段や、接着剤又は粘着テープによって固定してもよい。

本実施形態の二次電池モジュール１００Ａによれば、前述の実施形態１の二次電池モジュール１００と同様に、開弁部材６０を、非常時に作用する外力によりガス排出弁１２ａを開裂させる位置に配置することができ、前述の実施形態１の二次電池モジュール１００と同様の効果を得ることができる。また、開弁部材６０をセルホルダ２０に固定することで、二次電池１０の高さ方向における二次電池モジュール１００Ａの寸法をより小さくすることができる。

［実施形態３］
次に、本発明の実施形態３について、図１から図４を援用し、図９から図１１を用いて説明する。図９は、本発明の実施形態３に係る二次電池モジュール１００Ｂの模式的な縦断面図であり、実施形態１に係る二次電池モジュール１００の図５に相当する断面図である。図１０は、図９に示すX−X線に沿う二次電池モジュール１００Ｂの模式的な平断面図である。図１１は、図１０に示すXI−XI線に沿う二次電池モジュール１００Ｂの模式的な横断面図である。

本実施形態の二次電池モジュール１００Ｂは、開弁部材６０の位置及び形状が前述の実施形態１の二次電池モジュール１００と異なっている。本実施形態の二次電池モジュール１００Ｂのその他の点は、前述の実施形態１の二次電池モジュール１００と同一であるので、同一の部分には同一の符号を付して説明を省略する。

本実施形態の二次電池モジュール１００Ｂにおいて、開弁部材６０は、図９及び図１１に示すに示すように、高さ方向において下方に突出する突起状の形状を有し、下端部６１が電池蓋１２に対向して配置されている。また、本実施形態の二次電池モジュール１００Ｂにおいて、開弁部材６０は、図１０に示すように、電池缶１１の幅方向において、ガス排出弁１２ａに隣接して両側に配置されている。

より詳細には、開弁部材６０は、図１０に示すように、二次電池１０の厚さ方向に所定の幅を有し、二次電池１０の幅方向に所定の厚さを有する板状に形成することができる。二次電池１０の厚さ方向において、開弁部材６０の幅は、特に限定されないが、例えば、電池蓋１２の幅以下で、ガス排出弁１２ａの寸法以上にすることができる。

また、図９に示すように、開弁部材６０は、二次電池１０の厚さ方向において、上端部６２の幅が下端部６１の幅よりも広いテーパ状に形成することができる。また、図１１に示すように、開弁部材６０は、二次電池１０の幅方向において、下端部６１の厚さが上端部６２の厚さよりも薄いテーパ状に形成することができる。

本実施形態の二次電池モジュール１００Ｂは、非常時に開弁部材６０に対して二次電池１０の高さ方向の下方へ向かう外力が作用すると、二次電池１０の電池蓋１２の長手方向の中央部に設けられたガス排出弁１２ａの両側に、二次電池１０の高さ方向の下方へ向かう力を作用させる。これにより、二次電池１０の電池蓋１２に曲げ応力が作用し、ガス排出弁１２ａに引張応力や圧縮応力が作用し、例えば、ガス排出弁１２ａのスリットに応力が集中するなどして、ガス排出弁１２ａが開裂する。

ここで、上記のように開弁部材６０がテーパ状の形状を有することで、開弁部材６０の機械的強度を向上させることができるだけでなく、外力を受けた開弁部材６０の下端部６１によって電池蓋１２に加えられる力を増加させることができる。

したがって、本実施形態の二次電池モジュール１００Ｂによれば、非常時に二次電池１０の内圧上昇を待つことなくガス排出弁１２ａを開裂させ、電池容器１３の内圧上昇を従来よりも確実に防止することができ、従来よりも安全性を向上させることができる。

また、開弁部材６０は、図１０に示すように、二次電池１０の厚さ方向に所定の幅を有し、二次電池１０の幅方向に所定の厚さを有する板状に形成されている。これにより、二次電池１０の厚さ方向、すなわち複数の二次電池１０の積層方向に延在するダクト部材５０によって形成されるガス流路５３の流路抵抗を減少させることができる。そのため、開弁部材６０の設置場所の自由度をより高くすることができる。

なお、本実施形態では、二次電池モジュール１００Ｂがセルホルダ２０を有する構成について説明したが、二次電池モジュール１００Ｂは、セルホルダ２０を有しなくてもよい。この場合にも、二次電池モジュール１００Ｂがセルホルダ２０を有する場合と同様の効果を得ることができる。

［実施形態４］
次に、本発明の実施形態４について、図１から図５を援用し、図１２を用いて説明する。図１２は、本発明の実施形態４に係る二次電池モジュール１００Ｃの模式的な平断面図であり、実施形態１に係る二次電池モジュール１００の図６に相当する断面図である。

本実施形態の二次電池モジュール１００Ｃは、非常時に、開弁部材６０が電池蓋１２を変形させてガス排出弁１２ａを間接的に開裂させるのではなく、開弁部材６０がガス排出弁１２ａを直接的に開裂させることができる位置及び形状に設けられている点で、前述の実施形態１の二次電池モジュール１００と異なっている。本実施形態の二次電池モジュール１００Ｃのその他の点は、前述の実施形態１の二次電池モジュール１００と同一であるので、同一の部分には同一の符号を付して説明を省略する。

本実施形態の二次電池モジュール１００Ｃにおいて、開弁部材６０は、図５に示す実施形態１の二次電池モジュール１００の開弁部材６０と同様に、高さ方向において下方に突出する突起状の形状を有している。しかし、図５に示す実施形態１の二次電池モジュール１００の開弁部材６０とは異なり、下端部６１がガス排出弁１２ａに対向して配置されている。

また、開弁部材６０は、図１２に示すように、高さ方向に垂直な断面積がガス排出弁１２ａの面積よりも小さい。また、開弁部材６０は、二次電池１０の厚さ方向に所定の厚さを有し、二次電池１０の幅方向に所定の幅を有する板状に形成されている。開弁部材６０の厚さは、二次電池１０の厚さ方向におけるガス排出弁１２ａの寸法よりも薄く、開弁部材６０の幅は、二次電池１０の幅方向におけるガス排出弁１２ａの寸法よりも狭い。

本実施形態の二次電池モジュール１００Ｃは、非常時に開弁部材６０に対して二次電池１０の高さ方向の下方へ向かう外力が作用すると、開弁部材６０の下端がガス排出弁１２ａに当接し、二次電池１０の高さ方向の下方へ向かう力を作用させる。これにより、開弁部材６０からガス排出弁１２ａに機械的な応力が直接的に作用し、例えば、ガス排出弁１２ａのスリットに応力が集中するなどして、ガス排出弁１２ａが開裂する。

したがって、本実施形態の二次電池モジュール１００Ｃによれば、非常時に二次電池１０の内圧上昇を待つことなくガス排出弁１２ａを開裂させ、電池容器１３の内圧が上昇するのを従来よりも確実に防止することができ、従来よりも安全性を向上させることができる。また、開弁部材６０からガス排出弁１２ａに機械的な応力を直接的に作用させることで、より迅速かつ確実にガス排出弁１２ａを開裂させることができる。

また、開弁部材６０は、高さ方向に垂直な断面積がガス排出弁１２ａの面積よりも小さいため、開弁部材６０がガス排出弁１２ａを完全に塞ぐことがなく、ガス排出弁１２ａからのガスの排出経路を確保することができる。なお、本実施形態では、二次電池モジュール１００Ｃがセルホルダ２０を有する場合について説明したが、二次電池モジュール１００Ｃがセルホルダ２０を有しない場合にも、同様の効果を得ることができる。

［実施形態５］
次に、本発明の実施形態５について、図１から図４を援用し、図１３から図１５を用いて説明する。図１３は、本発明の実施形態５に係る二次電池モジュール１００Ｄの模式的な縦断面図であり、実施形態１の二次電池モジュール１００の図５に相当する断面図である。図１４は、図１３に示す二次電池モジュール１００Ｄの模式的な平面図である。図１５は、図１４に示すXV-XV線に沿う二次電池モジュール１００Ｄの模式的な横断面図である。

本実施形態の二次電池モジュール１００Ｄは、ダクト部材５０を有していない点、開弁部材６０の形状、及び開弁部材６０の配置方法が、前述の実施形態４の二次電池モジュール１００Ｃと異なっている。本実施形態の二次電池モジュール１００Ｄのその他の点は、前述の実施形態４の二次電池モジュール１００Ｃと同一であるので、同一の部分には同一の符号を付して説明を省略する。

本実施形態の二次電池モジュール１００Ｄにおいて、開弁部材６０は、高さ方向において下方に突出する突起状の形状を有し、下端部６１がガス排出弁１２ａに対向して配置されている。また、開弁部材６０は、高さ方向に垂直な断面積がガス排出弁１２ａの面積よりも小さい。より具体的には、開弁部材６０は、棒状、柱状、又は針状等の細長い形状に形成されている。また、開弁部材６０は、下端部６１の太さが上端部６２の太さよりも細いテーパ状の形状に形成されている。

本実施形態の二次電池モジュール１００Ｄにおいて、複数の二次電池１０に対応して設けられた複数の開弁部材６０の上端部６２は、二次電池１０の積層方向に延在する棒状又は柱状の細長い連結部材６３に連結されている。複数の開弁部材６０と連結部材６３は、例えば一体成形により一体に設けられている。連結部材６３の両端は、例えば、端部セルホルダ２０Ｅに固定することができる。

本実施形態の二次電池モジュール１００Ｄによれば、前述の実施形態４の二次電池モジュール１００Ｃと同様に、非常時に二次電池１０の内圧上昇を待つことなくガス排出弁１２ａを開裂させ、電池容器１３の内圧が上昇するのを従来よりも確実に防止することができ、従来よりも安全性を向上させることができる。また、前述の実施形態４の二次電池モジュール１００Ｃと比較して、二次電池１０の高さ方向に垂直な開弁部材６０の断面積が小さいので、より確実にガス排出弁１２ａを開裂させることができる。

なお、本実施形態の二次電池モジュール１００Ｄでは、連結部材６３によって連結された複数の開弁部材６０をガス排出弁１２ａの上方に配置して、非常時に開弁部材６０によってガス排出弁１２ａを直接的に開裂させる構成とした。しかし、連結部材６３によって連結された複数の開弁部材６０を、二次電池１０の幅方向において、ガス排出弁１２ａの両側に配置してもよい。これにより、前述の実施形態３の二次電池モジュール１００Ｂと同様に、非常時に開弁部材６０によって電池蓋１２を変形させて、ガス排出弁１２ａを間接的に開裂させることができる。

最後に、図１６を用いて各実施形態の開弁部材６０の形状の例について説明する。図１６は、開弁部材６０の形状の例を示す模式図である。図１６の（ａ）に示すように、開弁部材６０は、台形状の形状を有してもよいし、図１６の（ｂ）に示すように、例えば三角形等、下端部６１の先端が鋭利な形状を有してもよいし、図１６の（ｃ）に示すように、Ｖ字状の形状を有していてもよい。開弁部材６０は、下端部６１が上端部６２よりも細いテーパ形状を有することが好ましい。

以上、図面を用いて本発明の実施の形態を詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本発明に含まれるものである。

例えば、前述の実施の形態では、複数の角形二次電池を備える二次電池モジュールについて説明したが、本発明は、円筒形やその他の形状の複数の二次電池を備える二次電池モジュールに適用することも可能である。

１０ 二次電池、１１ 電池缶、１１ａ 開口部、１２ 電池蓋、１２ａ ガス排出弁、２０ セルホルダ、５０ ダクト部材、６０ 開弁部材、６１ 下端部、６２ 上端部、１００ 二次電池モジュール、１００Ａ 二次電池モジュール、１００Ｂ 二次電池モジュール、１００Ｃ 二次電池モジュール、１００Ｄ 二次電池モジュール、Ｘ 厚さ方向、Ｙ 幅方向、Ｚ 高さ方向

Claims (7)

1. 電極を収容する電池缶と、該電池缶の開口部を封止する電池蓋と、該電池蓋に設けられたガス排出弁とを有する複数の二次電池を備えた二次電池モジュールであって、
   非常時に作用する外力により前記ガス排出弁を開裂させる位置及び形状に設けられた開弁部材を備えることを特徴とする二次電池モジュール。
2. 前記複数の二次電池は、扁平角形の前記電池缶の厚さ方向に積層され、
   前記電池蓋は、前記電池缶の高さ方向の上端の前記開口部を封止することを特徴とする請求項１に記載の二次電池モジュール。
3. 前記開弁部材は、前記高さ方向において下端部が上端部よりも薄い楔状の形状を有し該下端部が前記電池蓋に隣接し該上端部が前記電池蓋よりも上方に配置され、前記厚さ方向において前記電池蓋に隣接し前記ガス排出弁と対向する位置に配置されていることを特徴とする請求項２に記載の二次電池モジュール。
4. 前記開弁部材は、前記高さ方向において下方に突出する突起状の形状を有し下端部が前記電池蓋に対向して配置され、前記電池缶の幅方向において前記ガス排出弁に隣接して両側に配置されていることを特徴とする請求項２に記載の二次電池モジュール。
5. 前記開弁部材は、前記高さ方向において下方に突出する突起状の形状を有し下端部が前記ガス排出弁に対向して配置され、前記高さ方向に垂直な断面積が前記ガス排出弁の面積よりも小さいことを特徴とする請求項２に記載の二次電池モジュール。
6. 前記複数の二次電池の前記ガス排出弁に対向するダクト部材を備え、
   前記開弁部材は、前記ダクト部材に設けられていることを特徴とする請求項３から請求項５のいずれか一項に記載の二次電池モジュール。
7. 前記複数の二次電池を保持するセルホルダを備え、
   前記開弁部材は、前記セルホルダに設けられていることを特徴とする請求項３から請求項５のいずれか一項に記載の二次電池モジュール。

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