JP2018073576A

JP2018073576A - 組電池

Info

Publication number: JP2018073576A
Application number: JP2016210671A
Authority: JP
Inventors: 健作宮澤; Kensaku Miyazawa; 神谷　正人; Masato Kamiya; 正人神谷
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2016-10-27
Filing date: 2016-10-27
Publication date: 2018-05-10

Abstract

【課題】組電池の大型化を招くことなく、組電池を構成する各単電池の連鎖的な発熱を抑制して組電池全体の温度が急激に上昇することを防止できる組電池を提供する。【解決手段】ここで開示される組電池１０は、正極シートおよび負極シートが積層された電極体が角型の電池ケース５０内に収容されてなる角型電池を単電池２０Ａ〜２０Ｄとして複数備えている。この組電池１０では、電極体の正極シートおよび負極シートの積層方向に沿って複数の単電池２０Ａ〜２０Ｄが相互に隣接して配列されていると共に、該配列された各々の単電池２０Ａ〜２０Ｄが配列方向ｘに沿って所定の拘束荷重で拘束されている。そして、各々の単電池２０Ａ〜２０Ｄの間に熱可塑性樹脂製の拘束板４０が配置され、長軸方向が配列方向ｘに沿うように導電性のピン４２が拘束板４０に埋設されている。【選択図】図６

Description

本発明は、組電池に関する。詳しくは、二次電池を単電池とし、当該単電池を複数接続してなる組電池に関する。

リチウムイオン二次電池、ニッケル水素電池その他の二次電池あるいはキャパシタ等の蓄電素子を単電池とし、当該単電池を複数備えた組電池は、車両搭載用電源あるいはパソコンや携帯端末等の電源として重要性が高まっている。特に、軽量で高エネルギー密度が得られるリチウムイオン二次電池を単電池とした組電池は、車両搭載用の高出力電源等に好ましく用いられている。

かかる組電池の一例を図８に示す。この図に示される組電池１００は、複数の単電池１２０Ａ〜１２０Ｃを備えている。この複数の単電池１２０Ａ〜１２０Ｃは、所定の配列方向ｘに沿って相互に隣接するように配列されており、隣接した単電池１２０Ａ、１２０Ｂそれぞれの負極端子１６２と正極端子１６０とがバスバー１６４を介して電気的に接続されており、それによって組電池１００を構成する単電池全てが電気的に接続される。そして、この組電池１００では、拘束部材（図示省略）によって配列方向ｘに沿って各々の単電池１２０Ａ〜１２０Ｃが拘束されており、各々の単電池の間には、単電池間の直接的な面接触を回避して放熱特性を向上する、各単電池に均等に配列方向に拘束圧をかける、等の目的から、所定形状の拘束板１４０が配置されている。

ところで、この種の二次電池を構成要素（単電池）とする組電池には、電池性能が優れていることはもちろんのこと、高いレベルの安全性が求められている。このため、組電池の安全性を向上させるための種々の技術が従来から提案されている。例えば、特許文献１には、蓄電モジュール（組電池）に外力が作用した場合に、蓄電装置（単電池）間で確実に短絡を発生させて急激な温度上昇を防止する技術が開示されている。

特開２０１５−２１１３号公報

しかしながら、図９に示すように、複数の単電池１２０Ａ〜１２０Ｃを備えた組電池１００では、一つの単電池１２０Ｂに何らかの不具合が発生して急激な温度上昇が生じると、かかる単電池１２０Ｂからの熱が隣接した他の単電池１２０Ａ、１２０Ｃに伝わって、各々の単電池１２０Ａ〜１２０Ｃが連鎖的に加熱し合うことにより、組電池１００全体の温度が急激に上昇することがある。

特に、近年のより高容量化した単電池を備える組電池では、不具合が発生した際の発熱量が大きくなる傾向があるため、上記した連鎖的な発熱が生じやすくなっている。このため、各々の単電池の間に熱伝導率の低い板状部材を配置したり、単電池の間に空気が通過できるように空隙を有したスペーサを配置したりすることによって、上記した連鎖的な発熱を抑制することが検討されているが、これらの対策を採った場合には単電池間のスペースを大きくする必要があり、組電池の大型化を招くため、車両などに搭載する用途には不利となる。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その主な目的は、組電池の大型化を招くことなく、組電池を構成する各単電池の連鎖的な発熱を抑制して組電池全体の温度が急激に上昇することを防止できる組電池を提供することを目的とする。

上記目的を実現するべく、本発明によって以下の構成の組電池が提供される。

ここで開示される組電池は、正極シートおよび負極シートが積層された電極体が角型の電池ケース内に収容されてなる角型電池を単電池として複数備えた組電池である。この組電池は、電極体の正極シートおよび負極シートの積層方向に沿って複数の単電池が相互に隣接して配列されていると共に、該配列された各々の単電池が単電池の配列方向に沿って所定の拘束荷重で拘束されている。
そして、ここで開示される組電池は、隣接して配列された各々の単電池の間に熱可塑性樹脂製の拘束板が配置され、長軸方向が単電池の配列方向に沿うように導電性のピンが拘束板に埋設されており、以下の式（１）〜（３）を満たすように構成されている。
Ｔ_Ｂ＜Ｔ_Ａ＜Ｔ_Ｃ（１）
Ｆ／Ｓ_Ｂ＜Ｋ＜Ｆ／Ｓ_Ｃ（２）
２Ｌ_Ｔ＜Ｌ_Ｃ＜Ｌ_Ａ／３（３）

なお、上記式（１）中のＴ_Ａは単電池の最高温度（℃）、Ｔ_Ｂは拘束板の融点（℃）、Ｔ_Ｃは導電性のピンの融点（℃）であり、式（２）中のＦは拘束荷重（Ｎ）、Ｋは電池ケースの突き刺し強度（Ｎ／ｍｍ^２）、Ｓ_Ｂは拘束板の面積（ｍｍ^２）、Ｓ_Ｃは導電性のピンの断面積（ｍｍ^２）であり、式（３）中のＬ_Ａは単電池の厚み（ｍｍ）、Ｌ_Ｃは導電性のピンの長さ（ｍｍ）、Ｌ_Ｔは電池ケースの側壁の厚み（ｍｍ）である。

ここで開示される組電池では、各々の単電池の間に熱可塑性樹脂製の拘束板が配置されているため、組電池を構成する単電池の一つに何らかの不具合が生じて該単電池が発熱すると、該発熱した単電池に接する熱可塑性樹脂製の拘束板が軟化する。これによって、発熱した単電池の膨張が許容されるため、各々の単電池の電池ケースの側壁が近接して拘束板に埋設されている導電性のピンが単電池に刺さって電池ケースの側壁を貫通する。
これによって、発熱した単電池に隣接する他の単電池において内部短絡が生じ、該単電池が強制的に放電されるため、組電池を構成する各単電池が連鎖的に発熱することを抑制でき、該連鎖的な発熱による組電池全体の急激な温度上昇を防止することができる。

そして、本発明者は、上記したように、組電池を構成する単電池の一つに急激な温度上昇が生じた際に、拘束板に埋設されている導電性のピンが、各々の単電池に刺さって適切に内部短絡を生じさせることができるような条件について種々の実験を重ねた結果、上記した式（１）〜（３）の条件を満たす必要があることを見出し、本発明を完成させた。

本発明の一実施形態に係る組電池を構成する単電池を模式的に示す斜視図である。本発明の一実施形態における電極体を構成する各部材を模式的に示す説明図である。本発明の一実施形態における電極体の構成を模式的に示す斜視図である。本発明の一実施形態に係る組電池を模式的に示す斜視図である。本発明の一実施形態に係る組電池を模式的に示す側面図である。本発明の一実施形態に係る組電池の単電池が発熱した状態を模式的に示す側面図である。本発明の一実施形態に係る組電池の拘束板と単電池の寸法を説明する図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。従来の組電池を模式的に示す側面図である。従来の組電池の単電池が発熱した状態を模式的に示す側面図である。

以下、本発明の一実施形態に係る組電池として、リチウムイオン二次電池を単電池とし、当該リチウムイオン二次電池を複数接続してなる組電池を例に挙げて説明する。

なお、以下の図面においては、同じ作用を奏する部材・部位には同じ符号を付して説明している。なお、各図における寸法関係（長さ、幅、厚み等）は実際の寸法関係を反映するものではない。また、本明細書において特に言及している事項以外の事柄であって本発明の実施に必要な事柄（例えば、電極体の構成および製法、電解質の構成および製法、リチウムイオン二次電池の構築に係る一般的技術等）は、当該分野における従来技術に基づく当業者の設計事項として把握され得る。

１．単電池の構成
先ず、本実施形態に係る組電池を構成する単電池を説明する。図１は本実施形態に係る組電池を構成する単電池を模式的に示す斜視図であり、図２は本実施形態における電極体を構成する各部材を模式的に示す説明図であり、図３は本実施形態における電極体の構成を模式的に示す斜視図である。
本実施形態に係る組電池は、図１に示す角型の電池ケース５０の内部に、図２および図３に示す正極シート３１および負極シート３５が積層された電極体３０を収容することによって構成された角型電池を単電池２０として使用する。

（ａ）電池ケース
図１に示すように、電池ケース５０は、上面が開放された扁平な直方体状の角型ケース本体５２と、当該上面の開口部を塞ぐ蓋体５４とから構成されている。電池ケース５０の蓋体５４には、正極端子６０と負極端子６２とが設けられている。図示は省略するが、正極端子６０は電池ケース５０内の電極体の正極シートに接続され、負極端子６２は負極シートに接続されている。なお、正極端子６０は、アルミニウムやアルミニウム合金などによって構成されていることが好ましく、負極端子６２は、銅や銅合金などによって構成されていることが好ましい。

（ｂ）電解液
上記した電池ケース５０の内部には、図３に示す電極体３０とともに電解液が収容される。電解液には、従来からリチウムイオン二次電池に用いられるものと同様のものを特に限定なく使用することができる。かかる電解液の一例としては、エチレンカーボネート（ＥＣ）とジメチルカーボネート（ＤＭＣ）とエチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）との混合溶媒（例えば体積比３：４：３）にＬｉＰＦ_６を約１ｍｏｌ／Ｌの濃度で含有させた非水電解液が挙げられる。

（ｃ）電極体
図２および図３に示すように、本実施形態における電極体３０は、セパレータ３８を介して、矩形状の正極シート３１および負極シート３５を、所定の積層方向ｙに交互に複数積層することによって形成される。なお、電極体には、長尺シート状の正極シートと負極シートとを重ね合わせて捲回することによって各々のシートが積層された捲回電極体を使用することもできる。また、電極体３０を構成する各材料については、従来からリチウムイオン二次電池に用いられるものと同様のものを特に限定なく使用することができる。

例えば、正極シート３１は、アルミニウム箔等からなる正極集電体３２の表面に正極活物質層３３が付与されることによって構成されている。かかる正極シート３１の正極活物質層３３には正極活物質とその他の添加材が含まれる。
正極活物質には、リチウム元素と一種または二種以上の遷移金属元素とを含むリチウム含有化合物（リチウム遷移金属複合酸化物）を用いることができる。このリチウム遷移金属複合酸化物としては、例えば、リチウムニッケル複合酸化物（例えば、ＬｉＮｉＯ_２）、リチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物（例えば、ＬｉＮｉ_１／３Ｃｏ_１／３Ｍｎ_１／３Ｏ_２）のような三元系リチウム含有複合酸化物等が挙げられる。
また、正極活物質層３３に含まれる他の添加材としては、導電材やバインダが挙げられる。導電材としては、例えば、カーボンブラック等のカーボン粉末やカーボンファイバー等のカーボン材料などが挙げられる。また、バインダとしては、例えば、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）等が挙げられる。

一方、負極シート３５は、銅箔等からなる負極集電体３６の表面に負極活物質層３７を付与することによって構成される。かかる負極シート３５の負極活物質層３７には負極活物質とその他の添加材が含まれる。
負極活物質としては、例えば、黒鉛（グラファイト）、難黒鉛化炭素（ハードカーボン）、易黒鉛化炭素（ソフトカーボン）、カーボンナノチューブ、あるいはこれらを組み合わせた炭素材料が挙げられる。また、その他の添加材としては、バインダ、増粘剤、分散剤等が挙げられる。バインダとしては、例えば、上記した正極活物質層と同様のものを用いることができる。増粘剤としてはカルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）やメチルセルロース（ＭＣ）などがを用いることができる。

また、セパレータ３８には、例えば、ポリプロピレン（ＰＰ）とポリエチレン（ＰＥ）とポリプロピレン（ＰＰ）を順に積層させた３層構造の樹脂製の多孔性シートなどを用いることができる。

２．組電池の構成
図４は本実施形態に係る組電池を模式的に示す斜視図であり、図５は本実施形態に係る組電池を模式的に示す側面図である。

図４に示すように、本実施形態に係る組電池１０は、複数（図４では４個）の単電池２０Ａ〜２０Ｄを備えている。各々の単電池２０Ａ〜２０Ｄは、相互に隣接するように所定の配列方向ｘに沿って配列されている。かかる単電池２０Ａ〜２０Ｄの配列方向ｘは、図３に示す電極体３０の正極シート３１と負極シート３５とを積層する際の積層方向ｙと同じ方向である。

各々の単電池２０Ａ〜２０Ｄは、バスバー６４を介して正極端子６０と負極端子６２とが電気的に接続されている。このとき、配列方向ｘの一方の端部に配置された単電池２０Ａの負極端子６２は外部の機器に接続される負極出力端子６２ａとなり、他方の端部に配置された単電池２０Ｄの正極端子６０は外部の機器に接続される正極出力端子６０ａとなる。

そして、本実施形態に係る組電池１０では、配列された各々の単電池２０Ａ〜２０Ｄが配列方向ｘに沿って所定の拘束荷重Ｆ（図５参照）で拘束されている。図４に示すように、本実施形態に係る組電池１０は、単電池２０Ａ〜２０Ｄを拘束する拘束部材として、一対の板状部材７０Ａ，７０Ｂと締付け用ビーム材７２とを備えている。かかる拘束部材は、一対の板状部材７０Ａ，７０Ｂを単電池２０Ａ〜２０Ｄの配列方向ｘの最外側に配置し、当該一対の板状部材７０Ａ，７０Ｂを架橋するように、単電池２０の配列方向ｘに沿って延びる締付け用ビーム材７２を取り付け、かかる締付け用ビーム材７２の端部をビス７４により板状部材７０Ａ，７０Ｂに締め付けることによって、単電池２０Ａ〜２０Ｄを配列方向ｘに沿って拘束する。このとき、締付け用ビーム材７２の締め付け具合に応じて、各々の単電池２０Ａ〜２０Ｄに配列方向ｘに沿った拘束荷重Ｆが加えられる。

また、図５に示すように、本実施形態においては、各々の単電池２０Ａ〜２０Ｄの間に拘束板４０が配置されている。後に詳述するが、本実施形態における拘束板４０は、接触している単電池が発熱した際に、かかる単電池からの熱によって軟化するように熱可塑性樹脂によって構成されている。
そして、各々の拘束板４０には、長軸方向が単電池の配列方向ｘに沿うように導電性のピン４２が埋設されている。本実施形態においては、一つの拘束板４０に２個の導電性のピン４２が埋設されており、各々の導電性のピン４２の先端が各々の単電池の電池ケース５０の側壁５０ａに向けられている。また、この導電性のピン４２は、電池ケース５０の側壁５０ａの中央付近に配置されている。

上記した構成の本実施形態に係る組電池１００において、一つの単電池２０Ｂに何らかの不具合が生じて、かかる単電池２０Ｂの温度が上昇した場合について図６を参照しながら説明する。図６は本実施形態に係る組電池の単電池が発熱した状態を模式的に示す側面図である。

図６に示すように、組電池１０を構成する単電池２０Ａ〜２０Ｄのうち、一つの単電池２０Ｂに何らかの不具合が生じし、該単電池２０Ｂの温度が上昇すると、電解液の分解などによって電池ケース５０内でガスが発生して単電池２０Ｂが膨張しようとする。
このとき、本実施形態においては、各々の単電池２０Ａ〜２０Ｄが配列方向ｘに沿って所定の拘束荷重Ｆで拘束されていると共に、発熱した単電池２０Ｂに接する拘束板４０が該単電池２０Ｂからの熱によって軟化するため、発熱により膨張した単電池２０Ｂの電池ケース５０の側壁５０ａが、隣接する他の単電池２０Ａ、２０Ｃに近接する。これによって、拘束板４０に埋設されている導電性のピン４２が、各々の単電池２０Ａ〜２０Ｃに刺さって電池ケース５０の側壁５０ａを貫通する。このとき、発熱した単電池２０Ｂに隣接する単電池２０Ａ、２０Ｃの電池ケース５０の内部では、電極体３０を構成する正極シート３１と負極シート３５（図３参照）の一部に導電性のピン４２が貫通し、該導電性のピン４２を介して正極シート３１と負極シート３５とが導通することによって内部短絡が生じる。
この結果、発熱した単電池２０Ｂに隣接する単電池２０Ａ、２０Ｂを強制的に放電して、組電池１０を構成する各単電池２０Ａ〜２０Ｄが連鎖的に発熱することを抑制することができるため、組電池１０全体の急激な温度上昇を防止できる。

また、本実施形態に係る組電池１０は、単電池間にスペーサなどを配置する従来の技術のように、単電池間のスペースを大きくする必要がなく、組電池の大型化を招くことがないため、車載用電源として特に好ましく用いることができる。

３．組電池の具体的な構成条件
上記した構造の組電池１０において、単電池２０Ｂが発熱した際に導電性のピン４２が各々の単電池２０Ａ〜２０Ｃに刺さって単電池２０Ａ、２０Ｃに内部短絡を生じさせるためには、組電池１０を構成する各部材の材料や寸法などを適切に設定する必要がある。
本発明者は、上記した種々の条件について検討するために実験を重ねた結果、以下に示す式（１）〜（３）を満たすことによって、導電性のピン４２が各々の単電池２０Ａ〜２０Ｃに刺さって適切に内部短絡を生じさせることができることを見出した。
Ｔ_Ｂ＜Ｔ_Ａ＜Ｔ_Ｃ（１）
Ｆ／Ｓ_Ｂ＜Ｋ＜Ｆ／Ｓ_Ｃ（２）
２Ｌ_Ｔ＜Ｌ_Ｃ＜Ｌ_Ａ／３（３）

（ａ）式（１）について
以下に示す式（１）中のＴ_Ａは単電池２０Ａ〜２０Ｄが発熱した際の最高温度（℃）、Ｔ_Ｂは拘束板４０の融点（℃）、Ｔ_Ｃは導電性のピン４２の融点（℃）である。
Ｔ_Ｂ＜Ｔ_Ａ＜Ｔ_Ｃ（１）

この式（１）は、単電池２０Ａ〜２０Ｄが発熱した際の最高温度Ｔ_Ａが、拘束板４０の融点Ｔ_Ｂよりも高く、かつ、導電性のピン４２の融点Ｔ_Ｃよりも低くなるように、拘束板４０や導電性のピン４２の材料を選択する必要があることを示している。
具体的には、拘束板４０の融点Ｔ_Ｂが単電池２０Ａ〜２０Ｄの最高温度Ｔ_Ａよりも高いと、単電池２０Ａ〜２０Ｄの発熱が生じても拘束板４０が軟化しないため、拘束板４０に埋設されている電性のピン４２を単電池２０Ａ〜２０Ｄに刺すことができなくなる。このため、拘束板４０は、拘束板４０の融点Ｔ_Ｂが単電池２０Ａ〜２０Ｄの最高温度Ｔ_Ａよりも低くなるような熱可塑性樹脂により構成されている必要がある。
例えば、単電池２０Ａ〜２０Ｄとして一般的なリチウムイオン二次電池を用いた場合には、単電池が発熱した際の最高温度Ｔ_Ａが２００℃〜３００℃（例えば２５０℃程度）になる。このため、拘束板４０の融点Ｔ_Ｂが１００℃〜１９０℃（好ましくは１３０℃〜１８０℃）になるような熱可塑性樹脂を用いることが好ましい。かかる熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリプロピレン（融点：１８０℃）やポリエチレン（融点：１３０℃）などが挙げられる。

一方、導電性のピン４２の融点Ｔ_Ｃが単電池２０Ａ〜２０Ｄの最高温度Ｔ_Ａよりも低いと、単電池２０Ａ〜２０Ｄからの熱によって導電性のピン４２が軟化してしまい、導電性のピン４２を単電池２０Ａ〜２０Ｄに刺すことができなくなる。このため、導電性のピン４２は、ピン４２の融点Ｔ_Ｃが単電池２０Ａ〜２０Ｄの最高温度Ｔ_Ａよりも高くなるような導電性材料により構成されている必要がある。
例えば、単電池が発熱した際の最高温度Ｔ_Ａが２００℃〜３００℃である場合には、導電性のピン４２の融点Ｔ_Ｃが４００℃以上となる導電性材料を用いることが好ましい。かかる導電性材料としては、例えば、ニッケル（融点：１４５５℃）、鉄（融点：１５３８℃）などが挙げられる。

（ｂ）式（２）について
以下に示す式（２）中のＦは各単電池２０Ａ〜２０Ｄを拘束する拘束荷重（Ｎ）であり、Ｋは電池ケース５０の突き刺し強度（Ｎ／ｍｍ^２）であり、Ｓ_Ｂは拘束板４０の面積（ｍｍ^２）、Ｓ_Ｃは導電性のピン４２の断面積（ｍｍ^２）である。
Ｆ／Ｓ_Ｂ＜Ｋ＜Ｆ／Ｓ_Ｃ（２）

なお、電池ケース５０の突き刺し強度Ｋとは、ピン４２が一番刺さり易い方向で電池ケース５０を貫通する強度を言い、ピン４２と同じ素材のピンの先端を電池ケース５０に押し当て、当該ピンを固定しながらオートグラフで加圧することによって測定することができる。また、拘束板４０の面積Ｓ_Ｂは、図７（ａ）に示すような正面視における拘束板４０の高さ寸法ｔと幅寸法ｗとの積によって求められる。また、導電性のピン４２の断面積Ｓ_Ｃは、導電性のピン４２の径方向に沿った断面における断面積であり、導電性のピン４２の直径ｄに基づいて求められる。

この式（２）は、電池ケース５０の突き刺し強度Ｋが、拘束荷重Ｆ／拘束板の面積Ｓ_Ｂよりも高く、かつ、拘束荷重Ｆ／導電性のピンの断面積Ｓ_Ｃよりも低くなるように各部材の寸法を調整する必要があることを示している。
具体的には、拘束荷重Ｆ／拘束板の面積Ｓ_Ｂが電池ケースの突き刺し強度Ｋ以上（Ｆ／Ｓ_Ｂ≧Ｋ）になると、拘束部材の拘束荷重Ｆによって各々の単電池２０Ａ〜２０Ｄの電池ケース５０が破損する恐れがある。このため、拘束荷重Ｆ／拘束板の面積Ｓ_Ｂが、電池ケース５０の突き刺し強度Ｋよりも低くなるように種々の条件を調整する必要がある。
例えば、側壁５０ａの厚みＬｔが１ｍｍのアルミニウム製の電池ケース５０（突き刺し強度Ｋ：１００Ｎ／ｍｍ^２）を用い、拘束荷重Ｆを５００Ｎに設定した場合には、拘束板４０の面積Ｓ_Ｂを１００００ｍｍ^２〜１５０００ｍｍ^２（例えば１２６００ｍｍ^２）にすることが好ましい。

一方、拘束荷重Ｆ／導電性のピンの断面積Ｓ_Ｃが電池ケースの突き刺し強度Ｋ以下（Ｋ≧Ｆ／Ｓ_Ｃ）になると、拘束部材４０を軟化させて導電性のピン４２の先端を単電池２０に接触させているにも拘らず、電池ケース５０の側壁５０ａに導電性のピン４２を貫通させることができなくなる。このため、拘束荷重Ｆ／拘束板の面積Ｓ_Ｂが、電池ケース５０の突き刺し強度Ｋよりも大きくなるように種々の条件を調整する必要がある。
例えば、側壁５０ａの厚みＬｔが１ｍｍのアルミニウム製の電池ケース５０（突き刺し強度Ｋ：１００Ｎ／ｍｍ^２）を用い、拘束荷重Ｆを５００Ｎに設定した場合には、導電性のピンの断面積Ｓ_Ｃを１ｍｍ^２〜５ｍｍ^２（例えば３．５２ｍｍ^２）にすることが好ましい。

（ｃ）式（３）について
以下に示す式（３）中のＬ_Ａは単電池２０Ａ〜２０Ｄの厚み（ｍｍ）、Ｌ_Ｃは導電性のピン４２の長さ（ｍｍ）、Ｌ_Ｔは電池ケース５０の側壁５０ａの厚み（ｍｍ）である。
２Ｌ_Ｔ＜Ｌ_Ｃ＜Ｌ_Ａ／３（３）

この式（３）は、図７（ｂ）に示す導電性のピン４２の長さＬ_Ｃが、電池ケース５０の側壁５０ａの厚みＬ_Ｔの２倍よりも長く、かつ、単電池２０の厚みＬ_Ａの３分の１よりも短くなるように各部材の寸法を調整する必要があることを示している。
具体的には、導電性のピン４２の長さＬ_Ｃが短すぎると、導電性のピン４２が電池ケース５０の内部に収容された電極体３０に到達せず、内部短絡を発生させることができなくなる。一方、導電性のピン４２の長さＬ_Ｃが長すぎると、導電性のピン４２が電極体３０の大半を貫通して急激な内部短絡が発生するため、導電性のピン４２が刺さった単電池の温度が急激に上昇する恐れがある。
本発明者は、かかる導電性のピン４２の長さＬ_Ｃの適切な寸法について種々の実験に基づいて検討した結果、導電性のピン４２の長さＬ_Ｃは、上記した式（３）のように、電池ケースの厚みＬ_Ｔの２倍よりも長く、かつ、単電池の厚みＬ_Ａの３分の１よりも短い必要があることを見出した。例えば、単電池２０の厚みＬ_Ａが２５ｍｍであり、電池ケース５０の側壁５０ａの厚みＬ_Ｔが１ｍｍである場合、導電性のピンの長さＬ_Ｃは４ｍｍ〜８ｍｍに設定することが好ましい。

以上のように、本実施形態に係る組電池１０では、上記した式（１）〜（３）を満たすことによって、図６に示すように、組電池１０を構成する単電池の一つ（図６では単電池２０Ｂ）が発熱した場合に、導電性のピン４２を各々の単電池２０Ａ〜２０Ｃに突き刺して、発熱した単電池１０Ｂに隣接する単電池２０Ａ、２０Ｂに適切な内部短絡を生じさせることができる。
この結果、該発熱した単電池２０Ｂに隣接する単電池２０Ａ、２０Ｂを強制的に放電して、組電池１０を構成する各単電池２０Ａ〜２０Ｄが連鎖的に発熱することを抑制することができるため、組電池１０全体の急激な温度上昇を防止できる。

なお、上記した実施形態では、４個の単電池を備えた組電池について説明したが、組電池を構成する単電池の個数は、２個以上であれば特に限定されない。また、上記した実施形態では、単電池としてリチウムイオン二次電池を用いた組電池について説明したが、単電池として用いられる電池はリチウムイオン二次電池に限定されず、例えば、積層電極体を備えたニッケル水素電池などを用いることができる。

以上、具体的な実施形態を挙げて本発明を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、請求の範囲を限定するものではない。請求の範囲に記載の技術には、以上に記載した実施形態を様々に変形、変更したものが含まれる。

１０組電池
２０、２０Ａ〜２０Ｄ単電池
３０電極体
３１正極シート
３２正極集電体
３３正極活物質層
３５負極シート
３６負極集電体
３７負極活物質層
３８セパレータ
４０拘束板
４２導電性のピン
５０電池ケース
５０ａ電池ケースの側壁
５２ケース本体
５４蓋体
６０正極端子
６０ａ正極出力端子
６２負極端子
６２ａ負極出力端子
６４バスバー
７０Ａ、７０Ｂ板状部材
７２締付け用ビーム材
７４ビス
１００組電池
１２０Ａ〜１２０Ｃ単電池
１４０拘束板
１６０正極端子
１６２負極端子
１６４バスバー
ｄ導電性のピンの直径
Ｆ拘束荷重
Ｌ_Ａ単電池の厚さ
Ｌ_Ｃ導電性のピンの長さ
Ｌ_ｔ電池ケースの側壁の厚さ
ｔ拘束板の高さ
ｗ拘束板の幅
ｘ単電池の配列方向
ｙ電極体の積層方向

Claims

正極シートおよび負極シートが積層された電極体が角型の電池ケース内に収容されてなる角型電池を単電池として複数備えた組電池であって、
前記電極体の前記正極シートおよび前記負極シートの積層方向に沿って複数の前記単電池が相互に隣接して配列されていると共に、該配列された各々の単電池が前記単電池の配列方向に沿って所定の拘束荷重で拘束され、
前記隣接して配列された各々の前記単電池の間に熱可塑性樹脂製の拘束板が配置され、長軸方向が前記単電池の配列方向に沿うように導電性のピンが前記拘束板に埋設されており、
ここで、以下の式（１）〜（３）を満たすように構成されている、組電池。
Ｔ_Ｂ＜Ｔ_Ａ＜Ｔ_Ｃ（１）
Ｆ／Ｓ_Ｂ＜Ｋ＜Ｆ／Ｓ_Ｃ（２）
２Ｌ_Ｔ＜Ｌ_Ｃ＜Ｌ_Ａ／３（３）
なお、上記式（１）中のＴ_Ａは前記単電池の最高温度（℃）、Ｔ_Ｂは前記拘束板の融点（℃）、Ｔ_Ｃは前記導電性のピンの融点（℃）であり、式（２）中のＦは拘束荷重（Ｎ）、Ｋは前記電池ケースの突き刺し強度（Ｎ／ｍｍ^２）、Ｓ_Ｂは前記拘束板の面積（ｍｍ^２）、Ｓ_Ｃは前記導電性のピンの断面積（ｍｍ^２）であり、式（３）中のＬ_Ａは前記単電池の厚み（ｍｍ）、Ｌ_Ｃは前記導電性のピンの長さ（ｍｍ）、Ｌ_Ｔは前記電池ケースの側壁の厚み（ｍｍ）である。