JP2017157407A - 二次電池モジュール - Google Patents
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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。
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。
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。
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。
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。
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。
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)
- 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。 - 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。 - 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。
- 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。
- 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。
- 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。 - 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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2016
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