JP6893313B2 - 電池モジュール - Google Patents

Description

本開示は、電池モジュールに関する。

従来、電池モジュールとしては、特許文献１に記載されているものがある。この電池モジュールは、複数の円筒形電池と、電池ケースを備え、電池ケースに設けられた複数の円筒孔に円筒形電池が一つずつ収容される。この電池モジュールでは、円筒形電池同士の接触を電池ケースで防ぐことによって、１つの円筒形電池が熱暴走する等して異常発熱した場合において他の円筒形電池へ悪影響を及ぼすこと抑制している。

国際公開第２０１４−１３２６４９号

特許文献１の電池モジュールでは、円筒形電池間の間隔が広がるので、円筒形電池の設置密度が低下して、電池モジュールのエネルギー密度が低下する。他方、この課題を回避すべく、電池ケースを取り除くと、異常発熱した円筒型電池の影響が多数の円筒形電池に及ぶ虞がある。

本開示の目的は、エネルギー密度を高くでき、多数の円筒形電池の温度上昇も抑制できる電池モジュールを提供することにある。

本開示に係る電池モジュールは、一方向に並んだ状態に配設される複数の電池ブロックと、一方向に隣り合う電池ブロックの一方向の間に配設されると共に、断熱性を有する断熱部材と、を備え、電池ブロックは、中心軸が揃えられて密着した状態で２列以上に千鳥配置される複数の円筒形電池と、複数の円筒形電池が密着した状態を維持するように複数の円筒形電池からなる電池ユニットの周囲を全周に亘って取り囲むブロックケースと、を含む。

本開示に係る電池モジュールによれば、エネルギー密度を高くでき、多数の円筒形電池の温度上昇も抑制できる。

本開示の一実施形態に係る電池モジュールの分解斜視図である。 電池モジュールに含まれる電池ブロックの斜視図である。 電池ブロックの電池ユニットの斜視図である。 電池ブロックのブロックケースの斜視図である。 電池モジュールの斜視図である。 リブ付きブロックケースを含む変形例の電池ブロックの斜視図である。 Ｘ方向の一端に配設された電池ブロック、それにＸ方向の他方側に隣り合うリブ付きブロックケースを含む電池ブロック、及びそれらの電池ブロックの間に配設された断熱板を示す斜視図である。 図１に示す電池モジュールの更なる変形例の電池モジュールの概略構成図である。 本開示の別の実施形態に係る電池モジュールの分解斜視図である。 図９に示す電池モジュールの更なる変形例の電池モジュールの概略構成図である。

以下に、本開示に係る実施形態について添付図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下で説明する実施形態及び変形例における幾つかの特徴部分を適宜組み合わせて新たな実施形態を構築することは当初から想定されている。

また、以下の実施形態では、電池ブロックが略直方体形状を有し、一方向としてのＸ方向が、電池ブロックの幅方向（短手方向）に一致し、一方向及び円筒形電池の中心軸方向（延在方向）の両方に直交する直交方向としてのＹ方向が、電池ブロックの長手方向に一致し、円筒形電池の中心軸方向としてのＺ方向が、電池ブロックの高さ方向に一致する場合について説明する。しかし、一方向は、略直方体形状を有する電池ブロックの幅方向に一致しなくてもよく、例えば、略直方体形状を有する電池ブロックの長手方向に一致してもよい。また、電池ブロックは、略直方体形状を有さなくてもよい。電池ブロックは、如何なる形状であってもよく、例えば、平面視において、陸上トラックの形状、等脚台形の形状、楕円形状、又は円形状等であってもよい。電池ブロックは、複数の電池ブロックが並ぶ方向である一方向を法線とする平面で垂直に二等分可能な形状を有すると好ましい。

図１は、本開示の一実施形態に係る電池モジュール１の分解斜視図である。また、図２は、電池ブロック３の斜視図であり、図３は、電池ブロック３の電池ユニット（電池集合体）１１の斜視図である。また、図４は、電池ブロック３のブロックケース１２の斜視図である。

図１に示すように、電池モジュール１は、電池ブロックユニット（電池ブロック集合体）２、複数の断熱板４、一方側蓋部材５、他方側蓋部材６、正極側集電板７、及び負極側集電板８を備える。電池ブロックユニット２は、複数の電池ブロック３で構成される。また、断熱板４は、断熱性を有する断熱部材の一例である。

図２に示すように、電池ブロック３は、電池ユニット１１と、ブロックケース１２で構成される。また、図３に示すように、電池ユニット１１は、密着された状態でＸ方向に２列に千鳥配置された１８個の円筒形電池２０からなり、各列は９個の円筒形電池２０で構成される。１８個の円筒形電池２０は、中心軸が互いに平行にＺ方向に延在する。また、電池ユニット１１に含まれる複数の円筒形電池２０の正極端子は、全てＺ方向の一方側に配設される。

ここで、一列の円筒型電池２０と隣接列の円筒形電池２０はＹ方向に中心が半ピッチ（円筒型電池の半径分）ずれており、一列の円筒形電池２０の間の間隙に隣接列の円筒形電池２０の一部が入り込んでいる。このため、一列の円筒形電池２０と隣接列の円筒形電池２０の中心間Ｘ方向距離は、円筒形電池２０の直径より小さく（半径の√３倍）なっている。

なお、電池ユニットに含まれる複数の円筒形電池は、密着された状態で３列以上に千鳥配置されてもよく、各列を構成する電池の数は、１以上の如何なる数でもよい。また、列を構成する電池の数は、全ての列で同一でもよく、２以上の列で異なってもよい。電池ユニットは、３以上の如何なる数の円筒形電池で構成されてもよく、５以上の円筒形電池で構成されると好ましく、１０以上の円筒電池で構成されると更に好ましい。

また、図３に示す例とは異なり、電池ユニットに含まれる複数の円筒形電池には、正極端子がＺ方向の一方側に配設される円筒形電池と、正極端子がＺ方向の他方側に配設される円筒形電池とが含まれてもよい。この場合、例えば、隣り合う円筒形電池を、一方の円筒形電池の正極端子と他方の円筒形電池の負極端子が近接するように逆向きに配置してもよい。そして、一方の円筒形電池の正極端子と他方の負極端子とを導線等で電気的に接続することによって、１つの電池ブロック（電池ユニット）に含まれる複数の円筒形電池を直列接続してもよい。

図３を参照して、円筒形電池２０は、例えば鉄等の金属製の電池ケース２１と、電池ケース２１内に収容された発電要素とを有する。発電要素には、例えば巻回構造を有する電極体と、非水電解質とが含まれる。電池ケース２１は、発電要素を収容する有底円筒形状のケース本体２２と、ケース本体２２の開口部を塞ぐ封口体２３とで構成される。ケース本体２２と封口体２３の間には、ガスケット（図示せず）が設けられる。封口体２３は、例えば弁体、キャップ等を含む積層構造を有する。また、ケース本体２２の外周側面は、絶縁樹脂フィルムで被覆され、隣接する円筒形電池２０は、互いに絶縁される。封口体２３が、円筒形電池２０の正極端子として機能し、ケース本体２２の底面が、円筒形電池２０の負極端子として機能する。なお、本実施形態において、円筒形電池２０は、リチウムイオン二次電池を想定している。

図４に示すように、ブロックケース１２は、平面視において矩形の枠形状を有し、直方体状の内部スペースを画定する４つ矩形平板状の側壁部３１〜３４を含む。ブロックケース１２は、Ｚ方向の一方側及び他方側が開口する。ブロックケース１２の高さは、円筒形電池２０において正極端子（封口体２３）を除いた部分の高さに略一致する。ブロックケース１２は、例えば、アルミニウム等の金属材料や、樹脂材料で構成でき、フィラーが含まれる熱硬化性樹脂で構成されると好ましい。また、ブロックケース１２は、絶縁性を有する材料で構成されるとより好ましい。しかし、ブロックケース１２は、如何なる材料で構成されてもよい。電池ユニット１１の周囲全周がブロックケース１２によって取り囲まれて、電池ユニット１１がブロックケース１２の直方体状の内部スペースに収容されると、電池ブロック３（図２参照）が構成される。

図３及び図４を参照して、ブロックケース１２が画定する直方体状の内部スペースのＸ方向の長さは、電池ユニット１１のＸ方向の長さと同一か又は僅かに長く、上記直方体状の内部スペースのＹ方向の長さは、電池ユニット１１のＹ方向の長さと同一か又は僅かに長い。その結果、複数の円筒形電池２０がブロックケース１２の内部スペースに収容されると、複数の円筒形電池２０は、移動が制限され、密着して千鳥配置された状態が維持される。

再度、図１を参照して、一方側蓋部材５は、Ｚ方向の他方側（図１の紙面における下側）が開口した矩形筒状の蓋部材であり、絶縁性を有する材料からなる。一方側蓋部材５は、４つの平板状の側壁部５１〜５４、及び１つの上側平板部５５を含み、電池ブロックユニット２のＺ方向の一方側（図１の紙面における上側）に対応する直方体形状の凹部スペースを画定する。また、他方側蓋部材６は、Ｚ方向の一方側が開口した蓋部材であり、絶縁性を有する材料からなる。他方側蓋部材６は、４つの平板状の側壁部６１〜６４、及び１つの底側平板部６５を含み、電池ブロックユニット２のＺ方向の他方側に対応する直方体形状の凹部スペース９５を画定する。

一方側及び他方側蓋部材５,６の裏側（円筒形電池２０に向く側）には、複数の断面矩形状（細長い直方体状）のリブ９０がＸ方向に等間隔に設けられる。各リブ９０は、第１リブ部９１と、第２リブ部９２と、第３リブ部（図示せず）とを有する。第１リブ部９１は、Ｚ方向の内側端面（上側平板部５５，底側平板部の円筒電池２０側の面）に設けられて、当該内側端面をＹ方向の一端部から他端部までＹ方向に延在し、第２リブ部９２は、Ｙ方向一方側の内側端面（側壁部５４，６４の円筒形電池２０側の面）に設けられて、その内側端面をＺ方向の一端部から他端部までＺ方向に延在する。また、第３リブ部は、Ｙ方向他方側の内側端面（側壁部５２，６２の円筒形電池２０側の面）に設けられて、その内側端面をＺ方向の一端部から他端部までＺ方向に延在する。第２リブ部９２が、第１リブ部９１のＹ方向の一端部につながる一方、第３リブ部が、第１リブ部９１のＹ方向の他端部につながり、第１,第２及び第３リブ部９１,９２が、一体のリブ９０を構成する。

一方側及び他方側蓋部材５,６の夫々において、Ｘ方向一方側の内側端面からそれにＸ方向に隣り合うリブ９０までの長さ、Ｘ方向他方側の内側端面からそれにＸ方向に隣り合うリブ９０までの長さ、及びＸ方向に隣り合うリブ９０の間の長さは、電池ブロック３のＸ方向長さに一致するかわずかに大きい。また、一方側及び他方側蓋部材５,６の夫々において、裏側に設けられる凹部スペース９５のＹ方向の長さは、電池ブロック３のＹ方向長さに一致するかわずかに大きい。従って、電池ブロック３が、一方側及び他方側蓋部材５,６の凹部スペース９５においてリブ９０に支持されて収容される。

一方側蓋部材５の上側平板部５５には、円筒形電池２０の封口体（正極端子）２３（図３参照）を露出させる複数の正極側円筒孔５７が設けられる。この正極側円筒孔５７は、貫通孔であって、その内径は、円筒形電池２０の封口体２３の直径よりも大きく、円筒形電池自体の直径よりも小さい。他方、他方側蓋部材６のＺ方向の端面にも、円筒形電池２０の底面の中心部以外をＺ方向に覆う複数の負極側円筒孔６７が設けられる。この負極側円筒孔６７の内径は、円筒形電池２０の円形底面の直径よりも小さい。

電池ブロック３は、そのＺ方向一方側が一方側蓋部材５によって覆われるように、一方側蓋部材５のＸ方向一方側の内側端面とそれに隣り合うリブ９０との間、一方側蓋部材５のＸ方向他方側の内側端面とそれに隣り合うリブ９０との間、及び一方側蓋部材５においてＸ方向に隣り合うリブ９０の間に一つずつ嵌め込まれる。また、電池ブロック３は、電池ブロック３のＺ方向の他方側が他方側蓋部材６によって覆われるように、他方側蓋部材６のＸ方向一方側の内側端面とそれに隣り合うリブ９０との間、他方側蓋部材６のＸ方向他方側の内側端面とそれに隣り合うリブ９０との間、及び他方側蓋部材６においてＸ方向に隣り合うリブ９０の間に一つずつ嵌め込まれる。Ｘ方向に隣り合う電池ブロック３は、リブ９０によって遮られ、リブ９０によってＸ方向に離間される。

断熱板４は、断熱性を有する材質からなる平板で構成される。断熱板４は、０.５０〔Ｗ／（ｍ・℃）〕より小さい熱伝導率を有する材料で構成されると好ましい。また、断熱板４は、０.１６〔Ｗ／（ｍ・℃）〕より小さい熱伝導率を有する材料で構成されるとより好ましく、０.１０〔Ｗ／（ｍ・℃）〕より小さい熱伝導率を有する材料で構成されると更に好ましい。また、断熱板４は、断熱性に加えて、良好な耐熱性を有する材料で構成されるとより好ましい。例えば、断熱板４は、９０℃以上の常用耐熱温度を有すると好ましく、１１０℃以上の常用耐熱温度を有するとより好ましい。また、断熱板４は、１３０℃以上の常用耐熱温度を有すると更に好ましく、５００℃以上の常用耐熱温度を有すると最も好ましい。また、断熱板４が、絶縁性を有すると更に好ましい。

断熱板４は、ガラスウールやポリエステル等の繊維系の断熱材料で好適に構成されることができ、又は、ウレタンフォーム等の発泡系の断熱材料で好適に構成されることができる。断熱板４は、高い断熱性を有するナノ多孔体であるシリカエアロゲルが繊維シートの空隙に埋め込まれてシート化された材料で構成されると好ましい。

断熱板４の表側面および裏側面は、矩形の形状を有する。断熱板４は、リブ９０の幅以下の厚さを有する。また、断熱板４の幅方向の長さ（Ｚ方向の長さ）は、ブロックケース１２（図４参照）の高さからリブ９０の高さの２倍の長さを引いた長さと同一かそれよりも僅かに短いと好ましい。また、断熱板４の長手方向の長さ（Ｙ方向の長さ）は、ブロックケース１２のＹ方向の長さからリブ９０の高さの２倍の長さを引いた長さと同一かそれよりも僅かに短いと好ましい。

断熱板４のＺ方向の一方側は、一方側蓋部材５内に配置され、断熱板４のＺ方向の他方側は、他方側蓋部材６内に配置される。断熱板４は、Ｙ方向から見たとき一方側及び他方側蓋部材５,６の第２及び第３リブ部９２に重なり、Ｚ方向から見たとき一方側及び他方側蓋部材５,６の第１リブ部９１に重なる。すなわち、断熱板４は、Ｘ方向に隣り合う電池ブロック３の間を遮断するようにＸ方向に隣り合う電池ブロック３のＸ方向の間に配設される。

なお、リブ９０が、Ｙ方向に延在する第１リブ部９１と、Ｚ方向に延在する第２及び第３リブ部９２とを有する場合について説明したが、リブは、Ｙ方向に延在する部分だけを有してもよく、又はＺ方向に延在する部分だけを有してもよい。また、リブは、リブが設けられる面において、Ｙ方向又はＺ方向の一端から他端まで存在しなくてもよく、Ｙ方向又はＺ方向の一部のみに存在してもよい。また、リブ９０が、一方側及び他方側蓋部材５,６に設けられる場合について説明したが、リブは、一方側蓋部材及び他方側蓋部材のうちのいずれか一方のみに設けられてもよい。又は、リブは、電池モジュールに設けられなくてもよい。例えば、Ｘ方向に隣り合う２つの電池ブロック３は、断熱板４を挟持することによって断熱板４でＸ方向に離間されてもよい。

複数の電池ブロック３及び複数の断熱板４は、一方側及び他方側蓋部材５,６が相俟って画定する内部室に収容される。複数の電池ブロック３及び複数の断熱板４が上記内部室に収容された収容状態で、各円筒形電池２０の封口体（正極端子）２３は、一方側蓋部材５の正極側円筒孔５７から露出し、各円筒形電池２０の底面（負極端子）の中心部が負極側円筒孔６７にＺ方向に重なる。一方側蓋部材５が絶縁性を有する材料で構成されるので、異なる円筒形電池２０の封口体（正極端子）２３の間は、絶縁される。また、他方側蓋部材６も絶縁性を有する材料で構成されるので、円筒形電池２０の負極端子間も、絶縁される。

複数の電池ブロック３のＺ方向の位置は、一方側蓋部材５によって揃えられる。一方側蓋部材５の凹部スペースの深さと、他方側蓋部材６の凹部スペース９５の深さとを足した長さは、ブロックケース１２の高さに略一致する。その結果、上記収容状態で、ブロックケース１２は、一方側及び他方側蓋部材５,６で略完全に覆われ、外部から視認不可能になる。

なお、ブロックケースは、一方側及び他方側蓋部材で略完全に覆われなくてもよく、外部から視認可能であってもよい。また、本実施形態とは異なり、一方側及び他方側蓋部材が互いに相俟って構成する側壁部に１以上の貫通孔が設けられてもよい。そして、外部から貫通孔を通過して電池ブロックに到達した空気で電池ブロックを冷却してもよい。また、電池ブロックユニットに含まれる円筒形電池の正極及び負極端子間の絶縁が一方側及び他方側蓋部材以外の部位で実現できる場合には、一方側及び他方側蓋部材を省略してもよい。この場合、円筒形電池２０の封口体（正極端子）２３を露出させる複数の円筒孔を有するＺ方向の端面と、Ｚ方向から見たときに円筒形電池２０の底面中央のみを視認可能にする複数の円筒孔を有するＺ方向の端面とのうちの少なくとも一方は、電池ブロックのＺ方向の一方側の端面及びＺ方向の他方側の端面のうちの少なくとも一方として、電池ブロックに設けられてもよい。また、断熱板４がＸ方向に隣り合う電池ブロック３のＸ方向の間に配設される場合について説明した。しかし、断熱性を有すると共に板形状以外の形状を有する断熱部材が、一方向に隣り合う電池ブロックの一方向の間に配設されてもよい。

正極側集電板７は、金属材料等の導電性材料からなり、一方側蓋部材５の上側平板部５５に略対応する矩形の表側面を有する平板部７１と、その平板部７１の一つの縁部から平板部７１に直交するＺ方向に延在する側壁部７２とを有する。平板部７１には、複数の円筒孔７４と、各円筒孔７４内に突出する正極側接続片７５とが設けられる。正極側集電板７は、各正極側接続片７５が一方側蓋部材５の正極側円筒孔５７から露出する封口体（正極端子）２３の先端部に電気的に接続された状態で一方側蓋部材５のＺ方向一方側に配設される。

負極側集電板８は、金属材料等の導電性材料からなり、他方側蓋部材６の底側平板部６５に略対応する矩形の表側面を有する平板部８１と、その平板部８１の一つの縁部から平板部８１に直交する方向に延在する側壁部８２とを有する。平板部８１には、複数の円筒孔８４と、各円筒孔８４内に突出する負極側接続片８５とが設けられる。負極側接続片８５は、Ｚ方向の一方側に屈曲して負極側円筒孔６７を通過し、他方側蓋部材６の凹部スペース９５側に延びる。負極側集電板８は、各負極側接続片８５が他方側蓋部材６の負極側円筒孔６７にＺ方向に重なる円筒形電池２０の底面の中心部に電気的に接続された状態で他方側蓋部材６のＺ方向の他方側に配設される。

つまり、正極側集電板７は、正極側接続片７５を介して円筒形電池２０の封口体（正極端子）２３に電気的に接続され、負極側集電板８は、負極側接続片８５を介して円筒形電池２０の負極端子に電気的に接続される。この実施形態では、電池ブロックユニット２に含まれる全ての円筒形電池２０は、正極及び負極側集電板７,８によって並列接続される。

本実施形態において、電池ブロックユニット２全体に正極及び負極側集電板７,８をそれぞれ１枚のみ用いる構成であるが、この形態に限定されるものではなく電池ブロック３ごとに正極及び負極側集電板７,８をそれぞれ１枚使用する構成であっても良いし、所定個数の電池ブロック３ごとに正極及び負極側集電板７,８をそれぞれ複数に分けて使用する構成であっても良い。

正極側集電板７の側壁部７２には、Ｙ方向の一方側にねじ孔７７が設けられる。このねじ孔７７は、Ｘ方向の一端に配設されるブロックケース１２において複数の円筒形電池２０がブロックケース１２内に千鳥配置されることによってブロックケース１２の角部周辺に生じる隙間２９にＸ方向に重なる。また、同様に、負極側集電板８の側壁部８２にも、Ｙ方向の他方側にねじ孔８７が設けられる。このねじ孔８７も、Ｘ方向の他端に配設されるブロックケース１２において複数の円筒形電池２０がブロックケース１２内に千鳥配置されることによって角部周辺に生じる隙間２９にＸ方向に重なる。

ネジ９９（図５参照）の軸部先端が隙間２９に突出するように、正極側集電板７の側壁部７２がネジ９９で一方側蓋部材５の側壁部及びＸ方向一端のブロックケース１２に同時に固定され、負極側集電板８の側壁部８２がネジ（図示せず）で他方側蓋部材６の側壁部及びＸ方向他端のブロックケース１２に同時に固定される。この正極側及び負極側集電板７,８の固定によって、複数の電池ブロック３及び各部材４〜８が一体に統合され、図５に斜視図が示される電池モジュール１が組み立てられる。電池モジュール１は、単独で用いられることもでき、複数の電池モジュール１が、バスバーで直列や並列に接続されることもできる。

上記実施形態によれば、電池ブロック３内の複数の円筒形電池２０が密着した状態で２列以上に千鳥配置される。したがって、複数の円筒形電池２０の間に生じる隙間が小さくて、各電池ブロック３における複数の円筒形電池２０の配置密度が高い。よって、電池モジュール１の円筒形電池２０のエネルギー密度を高くできる。そして、同一電池ブロック３内の各円筒形電池２０は電池ケース２１およびブロックケース１２によって均熱化される。この円筒形電池２０の均熱化の効果は、金属製のブロックケース１２を用いた場合の方が、樹脂製のブロックケース１２を用いた場合に比べて大きくできる。

更には、電池モジュール１が有する複数の円筒形電池２０が複数の電池ブロック３に分配されて、隣り合う電池ブロック３の間には、断熱性を有する断熱板４が配設される。したがって、一の電池ブロック３に含まれる円筒形電池２０が異常により発熱して高温になっても、その円筒形電池２０からの熱が断熱板４を通過しにくくなる。よって、その発熱の影響が他の電池ブロック３の円筒形電池２０に及びにくくなって、発熱の影響が、異常が発生した円筒形電池２０を有する電池ブロック３内に含まれる円筒形電池２０に限られる。その結果、異常が発生した電池ブロック３に隣接する電池ブロック３内の複数の円筒形電池２０の温度上昇による悪影響を抑制できる。

ここで、断熱板４としては、同一電池ブロック３内に収容される円筒形電池２０を釘刺し実験などにより熱暴走を発生させた場合に同一電池ブロック３内に収容される円筒形電池２０全てが熱暴走することによりブロックケース１２に生じると想定される電池ブロック３の最大の発熱温度以上の常用耐熱温度を有する部材が選定されることが好ましい。このような常用耐熱温度を有する断熱板４を用いれば、断熱板４は異常電池ブロック３のブロックケース１２に伝達された熱を期待どおりの断熱性能により断熱することができる。

ところで、熱暴走した円筒形電池２０を有する電池ブロック３（異常電池ブロック）のブロックケース１２に伝達される熱は、断熱板４により低下して隣接電池ブロックに到達し、隣接電池ブロック３のブロックケース１２および電池ケース２１によって吸収および拡散されて、隣接電池ブロック３内の各円筒形電池２０に伝達される。したがって、隣接電池ブロック３に伝達される熱を各円筒形電池２０に熱暴走が伝播する温度未満まで低下させることが可能であり、異常電池ブロック３の円筒形電池２０の熱暴走が隣接電池ブロック３の各円筒形電池２０に伝播されるのを防止することができる。特に、ブロックケース１２に金属材料を用いた場合、隣接電池ブロック３のブロックケース１２の放熱作用により、隣接電池ブロック３内の各円筒形電池２０を熱暴走させない温度まで低下させるのに有利となる。また、ブロックケース１２にフィラーの含有により熱吸収作用を有する樹脂材料を用いた場合、ブロックケース１２に発生される熱自体が低下されることにより、隣接電池ブロック３内の各円筒形電池２０を熱暴走させない温度まで低下させるのに有利となる。ブロックケース１２を樹脂材料を用いて構成する場合、樹脂材料としては熱硬化型樹脂を使用することが好ましい。熱硬化型樹脂を使用することにより異常電池ブロック３のブロックケース１２の溶解が防止され、樹脂の溶解により異常電池ブロック３のブロックケース１２と隣接電池ブロック３のブロックケース１２とが接触して熱結合されることが防止でき、断熱性能を損なわせる要因の１つを排除できる。

ブロックケース１２を構成する熱硬化型樹脂は、６００℃以上の高温に曝されても溶融しない架橋構造を有する樹脂であって、例えば８００℃〜１０００℃の高温に曝されても溶融せずに炭化してブロックケース１２の形状を維持すると好ましい。そのような熱硬化型樹脂の具体例としては、不飽和ポリエステル、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、フェノール樹脂等が挙げられる。

本実施形態によれば、斬新な技術的思想、すなわち、電池モジュール１が有する複数の円筒形電池２０を複数の電池ブロック３に分散した上で、一つの電池ブロック３に含まれる複数の円筒形電池２０の温度上昇を許容するという技術的思想が採用される。よって、互いに相反する２つの作用効果、すなわち、エネルギー密度を高くできるという作用効果と、多数の円筒形電池２０の温度上昇を抑制できて、安全性が高いという作用効果とを同時に達成できるのである。

尚、本願の特許請求の範囲に記載された事項およびその均等な範囲において種々の改良や変更が可能である。

例えば、上記実施形態では、一方側及び他方側蓋部材５,６が、電池ブロック３をＸ方向に離間させるリブ９０を有する場合について説明した。しかし、次に説明するように、電池ブロックユニットに含まれる複数のブロックケース１２,１１２に、リブ１９０がＸ方向（一方向）の一方側から突出するリブ付きブロックケース１１２が含まれ、リブ１９０が、リブ付きブロックケース１１２にＸ方向の一方側に隣り合うブロックケース１２又はリブ付きブロックケース１１２に接触する構成でもよい。

詳しくは、図６、すなわち、リブ付きブロックケース１１２を含む変形例の電池ブロック１０３の斜視図に示すように、リブ付きブロックケース１１２が、平面視において略矩形の枠形状を有するケース本体部１３８と、このケース本体部１３８からＸ方向の一方側に突出すると共にＺ方向に延在する複数のリブ１９０を有してもよい。ここで、図６に示すように、リブ１９０の数が２つで、一方のリブ１９０がケース本体部１３８のＸ方向の一方側端面１３８ａにおけるＹ方向の一方側端部から突出し、他方のリブ１９０が一方側端面１３８ａにおけるＹ方向の他方側端部から突出すると好ましい。

また、図７、すなわち、Ｘ方向の一端に配設された電池ブロック３、それにＸ方向の他方側に隣り合う電池ブロック１０３、及びそれらの電池ブロック３,１０３間に配設された断熱板１０４を示す斜視図に示すように、リブ１９０が、リブ付きブロックケース１１２にＸ方向に隣り合うブロックケース１２に接触してもよい。そして、断熱板１０４が、Ｘ方向に隣り合う電池ブロック３,１０３のＸ方向の間における一方のリブ１９０と他方のリブ１９０とのＹ方向の間に配設されてもよい。より詳しくは、断熱板１０４は、リブ付きブロックケース１１２のブロックケース１２側の面と、２つのリブ１９０と、ブロックケース１２のリブ付きブロックケース１１２側の面とによって画定される平面視で矩形のスペースに配置されてもよい。

なお、この変形例では、リブ付きブロックケース１１２は、フィラーが含まれる熱硬化性樹脂で構成されると好ましい。リブ付きブロックケース１１２は、０.５０〔Ｗ／（ｍ・℃）〕より小さい熱伝導率を有して断熱性に優れると共に、９０℃以上の常用耐熱温度を有して耐熱性にも優れる、フィラー含有熱硬化性樹脂で構成されるとより好ましい。また、図７に示す例では、リブ付きブロックケース１１２のリブ１９０に接触するのが、リブ１９０を有さないブロックケース１２であるが、リブ付きブロックケース１１２のリブ１９０に接触するのがリブ付きブロックケース１１２のリブ１９０が設けられない面であってもよい。

また、上記実施形態及び上記変形例では、電池モジュール１がリブ９０,１９０を有する場合について説明したが、次に図８に示すように、電池モジュール２０１は、リブを有さなくてもよい。図８は、変形例の電池モジュール２０１をＺ方向の一方側から見たときの平面図である。なお、図８では、電池モジュール２０１の構成がわかり易いように、一方側及び他方側蓋部材の図示と、正極及び負極側集電板の図示とは、省略されている。また、電池モジュール２０１の筐体２４０の側壁２４１、各電池ブロック２０３のブロックケース２１２、及び断熱板２０４は、ハッチング付きの断面が示される。

図８に示すように、この変形例の電池モジュール２０１は、筐体２４０、筐体２４０内に収容される複数の電池ブロック２０３、断熱部材としての断熱板２０４、及びファン２６０を備える。筐体２４０は、上記実施形態と同様に、正極側集電板、負極側集電板、一方側蓋部材、及び他方側蓋部材で構成される。

電池モジュール２０１は、Ｙ方向に２列に配設された電池ブロックユニット２０２を備え、各電池ブロックユニット２０２には、一方向としてのＸ方向に間隔をおいて配設される複数の電池ブロック２０３が含まれる。複数の円筒形電池２２０が矩形の枠からなるブロックケース２１２内に密着した状態で千鳥配置されるので、ブロックケース２１２内において対角線上に位置して互いに対向する２つの角部周辺に隙間（スペース）が生成される。平面視においてブロックケース２１２内に生じるその２つの隙間（スペース）に、各隙間に一つずつ２つの締結部材（例えば、ボルト及びナットで構成）２４８が配設される。筐体２４０の表側部及び裏側部は、金属材料で構成され、締結部材２４８は、筐体２４０の表側から裏側に筐体２４０をＺ方向に貫くボルトと、ボルトを筐体２４０の底部に固定するナットで構成される。締結部材２４８の一部は、ブロックケース２１２にＸ方向（Ｙ方向）に重なる。電池ブロック２０３は、締結部材２４８によって筐体２４０に対して位置決めされる。

断熱板２０４は、Ｘ方向に隣り合う電池ブロック２０３のＸ方向の間に配設される。断熱板２０４は、Ｘ方向に隣り合う電池ブロック２０３のブロックケース２１２に挟持され、ブロックケース２１２に対して摩擦力で静止する。なお、断熱板２０４は、電池ブロック２０３の側壁の外側面に貼り付けられてもよい。

筐体２４０の側壁２４１には、Ｘ方向の一方側に空気流入貫通孔２８１が設けられ、Ｘ方向の他方側に空気流出貫通孔２８２が設けられる。また、電池モジュール２０１は、空気流入貫通孔２８１の開口にＸ方向に重なる位置にファン２６０を備える。ファン２６０は、例えば、軸流ファンや遠心ファンで構成される。ファンの駆動によって、空気は、空気流入貫通孔２８１から取り込まれ、筐体２４０内を矢印Ａ,Ｂ,Ｃに示す方向に流動し、その後、空気流出貫通孔２８２から排出される。なお、この変形例では、ファン２６０が、空気流入貫通孔２８１の外側付近に配設されたが、ファンは、空気流入貫通孔の内側付近に配設されてもよく、空気流出貫通孔の外側又は内側付近に配設されてもよい。

この変形例の電池モジュール２０１によれば、ブロックケース２１２内において対角線上に位置する２つの角部周辺に生じるデッドスペースを用いて電池ブロック２０３が締結部材２４８で筐体２４０に位置決めされる。したがって、電池モジュール２０１をコンパクトに構成できる。また、ファン２６０の駆動によって筐体２４０内を流動する空気で電池ブロック２０３の側壁が冷却される。よって、異常発熱を起こした円筒形電池２２０が含まれる電池ブロック２０３と異なる電池ブロック２０３に含まれる円筒形電池２２０の温度上昇を略防止できるのは勿論のこと、異常発熱を起こした円筒形電池２２０と同じ電池ブロック２０３内に配設された他の円筒形電池２２０の温度上昇も抑制できる。

図９は、本開示の他の実施形態に係る電池モジュール１の分解斜視図である。図９において、図１に示す本開示の一実施形態に係る電池モジュール１と同一部品には同一の図番を付している。

図９に示す電池モジュール１は、断熱板４を有しておらず、代わりに隙間１４が存在する。

電池ブロック３は、そのＺ方向一方側が一方側蓋部材５によって覆われるように、一方側蓋部材５のＸ方向一方側の内側端面とそれに隣り合うリブ９０との間、一方側蓋部材５のＸ方向他方側の内側端面とそれに隣り合うリブ９０との間、及び一方側蓋部材５においてＸ方向に隣り合うリブ９０の間に一つずつ嵌め込まれる。また、電池ブロック３は、電池ブロック３のＺ方向の他方側が他方側蓋部材６によって覆われるように、他方側蓋部材６のＸ方向一方側の内側端面とそれに隣り合うリブ９０との間、他方側蓋部材６のＸ方向他方側の内側端面とそれに隣り合うリブ９０との間、及び他方側蓋部材６においてＸ方向に隣り合うリブ９０の間に一つずつ嵌め込まれる。Ｘ方向に隣り合う電池ブロック３は、その間に挟まれるリブ９０によって、互いに接触することが防止され、Ｘ方向に離間される。このことから、空気が入り込む隙間１４が、Ｘ方向に隣り合う電池ブロック３のＸ方向の間に存在する。

隙間１４は、Ｙ方向から見たとき一方側及び他方側蓋部材５,６の第２及び第３リブ部９２に重なり、Ｚ方向から見たとき一方側及び他方側蓋部材５,６の第１リブ部９１に重なる。隙間１４がＸ方向に隣り合う電池ブロック３のＸ方向の間に設けられるので、Ｘ方向に隣り合う電池ブロック３間の熱の伝導が抑制される。

上記実施形態によれば、電池ブロック３内の複数の円筒形電池２０が密着した状態で２列以上に千鳥配置される。したがって、複数の円筒形電池２０間に生じる隙間が小さくて、各電池ブロック３における複数の円筒形電池２０の配置密度が高い。よって、電池モジュール１の円筒形電池２０のエネルギー密度を高くできる。また、同一電池ブロック３内の各円筒形電池２０は電池ケース２１およびブロックケース１２によって均熱化される。この円筒形電池２０の均熱化の効果は、金属製のブロックケース１２を用いた場合の方が、樹脂製のブロックケース１２を用いた場合に比べて大きくできる。

更には、電池モジュール１が有する複数の円筒形電池２０が複数の電池ブロック３に分配されて、隣り合う電池ブロック３の間には、隙間１４が存在する。したがって、一の電池ブロック３に含まれる円筒形電池２０が異常により発熱して高温になっても、その円筒形電池２０からの熱が隙間１４を通過しにくい。よって、その発熱の影響が他の電池ブロック３の円筒形電池２０に及びにくくなって、発熱の影響が、異常が発生した円筒形電池２０を有する電池ブロック３内に含まれる円筒形電池２０に限られる。その結果、異常が発生した電池ブロック３に隣接する電池ブロック３内の複数の円筒形電池２０の温度上昇による悪影響を抑制できる。

ところで、任意の１つの電池ブロック３において、釘刺し実験などにより円筒形電池２０を熱暴走させた場合、その熱暴走させた円筒形電池２０を有する電池ブロック３（異常電池ブロック）のブロックケース１２に伝達される熱は、隙間１４により低下して隣接電池ブロック３に到達し、隣接電池ブロック３のブロックケース１２および電池ケース２１によって吸収および拡散されて、隣接電池ブロック３内の各円筒形電池２０に伝達される。したがって、隣接電池ブロック３に伝達される熱を各円筒形電池２０に熱暴走が伝播する温度未満まで低下させることが可能であり、異常電池ブロック３の円筒形電池２０の熱暴走が隣接電池ブロック３の各円筒形電池２０に伝播されるのを防止することができる。特に、ブロックケース１２に金属材料を用いた場合、隣接電池ブロック３のブロックケース１２の放熱作用により、隣接電池ブロック３内の各円筒形電池２０を熱暴走させない温度まで低下させるのに有利となる。また、ブロックケース１２にフィラーの含有により熱吸収作用を有する樹脂材料を用いた場合、ブロックケース１２に発生される熱自体が低下されることにより、隣接電池ブロック３内の各円筒形電池２０を熱暴走させない温度まで低下させるのに有利となる。ブロックケース１２を樹脂材料を用いて構成する場合、樹脂材料としては熱硬化型樹脂を使用することが好ましい。熱硬化型樹脂を使用することにより、異常電池ブロック３のブロックケース１２の溶解が防止され、樹脂の溶解により異常電池ブロック３のブロックケース１２と隣接電池ブロック３のブロックケース１２とが接触して熱結合されることを防止できる。更には、熱硬化型樹脂を使用することにより、異常の円筒形電池２０から噴出されるガスが異常電池ブロック３のブロックケース１２の変形した箇所から隣接電池ブロック３に直接当たって隣接電池ブロック３が高温に曝されることを防止でき、断熱性能を損なわせる要因の１つを排除できる。

なお、隙間１４は、同一電池ブロック３内に収容される円筒形電池２０全てが熱暴走した場合にブロックケース１２に生じると想定される電池ブロック３の最大の発熱温度を隣接電池ブロック３の全ての円筒形電池２０が熱暴走しない温度まで低下させる断熱性能を有するように設定されると好ましい。

ところで、ブロックケースを、図６に示すリブ付きブロックケース１１２にすると、図７に示すようにＸ方向の一端に配設された電池ブロック３と、それにＸ方向の他方側に隣り合う電池ブロック１０３との間、すなわち隣接するブロックケース１１２間に一定の隙間１４を形成するのに好適である。

すなわち、Ｘ方向の一端に配設された電池ブロック３と、それにＸ方向の他方側に隣り合う電池ブロック１０３とを示す図７に示すように、リブ１９０を、リブ付きブロックケース１１２にＸ方向に隣り合うブロックケース１２に接触させる。そして、隙間１４が、Ｘ方向に隣り合う電池ブロック３,１０３のＸ方向の間における一方のリブ１９０と他方のリブ１９０とのＹ方向の間に存在してもよい。より詳しくは、隙間１４は、略直方体状の形状を有し、リブ付きブロックケース１１２におけるブロックケース１２側の面と、２つのリブ１９０と、ブロックケース１２におけるリブ付きブロックケース１１２側の面とで画定される。

図１０は、隣接するブロックケース間の隙間を形成するのにリブ付きブロックケースを用いない変形例の電池モジュール２０１をＺ方向の一方側から見たときの平面図である。なお、図１０では、電池モジュール２０１の構成がわかり易いように、一方側及び他方側蓋部材の図示と、正極及び負極側集電板の図示とは、省略されている。また、電池モジュール２０１の筐体２４０の側壁２４１、及び各電池ブロック２０３のブロックケース２１２は、ハッチング付きの断面が示される。

図１０に示すように、この変形例の電池モジュール２０１は、筐体２４０、筐体２４０内に収容される複数の電池ブロック２０３、及びファン２６０を備える。筐体２４０は、上記実施形態と同様に、正極側集電板、負極側集電板、一方側蓋部材、及び他方側蓋部材で構成される。

電池モジュール２０１は、Ｙ方向に２列に配設された電池ブロックユニット２０２を備え、各電池ブロックユニット２０２には、一方向としてのＸ方向に間隔をおいて配設される複数の電池ブロック２０３が含まれる。複数の円筒形電池２２０が矩形の枠からなるブロックケース２１２内に密着した状態で千鳥配置されるので、ブロックケース２１２内において対角線上に位置して対向する２つの角部周辺に隙間（第２の隙間）が生成される。平面視においてブロックケース２１２内に生じるその２つの隙間（第２の隙間）に、各隙間に一つずつ２つの締結部材（例えば、ボルト及びナットで構成）２４８が配設される。筐体２４０の表側部及び裏側部は、金属材料で構成され、締結部材２４８は、筐体２４０の表側から裏側に筐体２４０をＺ方向に貫くボルトと、ボルトを筐体２４０の底部に固定するナットで構成される。締結部材２４８の一部は、ブロックケース２１２にＸ方向（Ｙ方向）に重なる。電池ブロック２０３は、締結部材２４８によって筐体２４０に対して位置決めされる。

電池ブロックユニット２０２に含まれる複数の電池ブロック２０３は、Ｘ方向に互いに間隔をおいて配設される。すなわち、Ｘ方向に隣り合う電池ブロック２０３のＸ方向の間には、空気が入り込む隙間２１４が存在する。また、筐体２４０の側壁２４１には、Ｘ方向の一方側に空気流入貫通孔２８１が設けられ、Ｘ方向の他方側に空気流出貫通孔２８２が設けられる。また、電池モジュール２０１は、空気流入貫通孔２８１の開口にＸ方向に重なる位置にファン２６０を備える。ファン２６０は、例えば、軸流ファンや遠心ファンで構成される。ファンの駆動によって、空気は、空気流入貫通孔２８１から取り込まれ、筐体２４０内を矢印Ａ,Ｂ,Ｃに示す方向に流動し、その後、空気流出貫通孔２８２から排出される。なお、この変形例では、ファン２６０が、空気流入貫通孔２８１の外側付近に配設されたが、ファンは、空気流入貫通孔の内側付近に配設されてもよく、空気流出貫通孔の外側又は内側に配設されてもよい。

この変形例の電池モジュール２０１によれば、ブロックケース２１２内において対角線上に位置する２つの角部周辺に生じるデッドスペースを用いて電池ブロック２０３が締結部材２４８で筐体２４０に位置決めされる。したがって、電池モジュール２０１をコンパクトに構成できる。また、ファン２６０の駆動によって筐体２４０内を流動する空気で電池ブロック２０３の側壁が冷却される。この場合、隣り合う電池ブロック２０３間に隙間２１４が設けられているので、電池ブロック２０３の側壁４面とも空気により冷却されることになる。よって、異常発熱を起こした円筒形電池２２０が含まれる電池ブロック２０３と異なる電池ブロック２０３に含まれる円筒形電池２２０の温度上昇を略防止できるのは勿論のこと、異常発熱を起こした円筒形電池２２０と同じ電池ブロック２０３内に配設された他の円筒形電池２２０の温度上昇も抑制できる。

１,２０１ 電池モジュール、 ２,２０２ 電池ブロックユニット、 ３,１０３,２０３ 電池ブロック、 ４,１０４,２０４ 断熱板、 ５ 一方側蓋部材、 ６ 他方側蓋部材、 １１ 電池ユニット、 １２,２１２ ブロックケース、 ２０ 円筒形電池、 ９０,１９０ リブ、 １１２ リブ付きブロックケース、 ２４０ 筐体、 ２４８ 締結部材、 ２８１ 空気流入貫通孔、 ２８２ 空気流出貫通孔 １４,２１４ 隙間。

Claims (13)

1. 一方向に並んだ状態に配設される複数の電池ブロックと、
   前記一方向に隣り合う前記電池ブロックの前記一方向の間に配設されると共に、断熱性を有する断熱部材と、を備え、
   前記電池ブロックは、
   中心軸が揃えられて密着した状態で２列以上に千鳥配置される複数の円筒形電池と、
   前記複数の円筒形電池が密着した状態を維持するように当該複数の円筒形電池からなる電池ユニットの周囲を全周に亘って取り囲む矩形の枠からなり、樹脂で構成されるブロックケースと、を含む
   電池モジュール。
2. 一方向に並んだ状態に配設される複数の電池ブロックと、
   前記一方向に隣り合う前記電池ブロックの前記一方向の間に配設されると共に、断熱性を有する断熱部材と、を備え、
   前記電池ブロックは、
   中心軸が揃えられて密着した状態で２列以上に千鳥配置される複数の円筒形電池と、
   前記複数の円筒形電池が密着した状態を維持するように当該複数の円筒形電池からなる電池ユニットの周囲を全周に亘って取り囲むブロックケースと、を含み、
   前記複数の電池ブロックからなる電池ブロックユニットにおける前記円筒形電池の中心軸方向の一方側端部に被せられて、前記複数の電池ブロックの前記中心軸方向の位置を揃える一方側蓋部材を備え、
   前記一方側蓋部材および前記ブロックケースのうちの少なくとも一方には、前記一方向及び前記中心軸方向の両方に直交する直交方向と、前記中心軸方向とのうちの少なくとも一方から見たときに、少なくとも一部が前記断熱部材に重なるリブが設けられる、電池モジュール。
3. 請求項１又は２に記載の電池モジュールにおいて、
   前記断熱部材は、同一の前記電池ブロック内に収容される前記円筒形電池を熱暴走させた場合に前記ブロックケースに生じると想定される温度以上の常用耐熱温度を有する、電池モジュール。
4. 請求項１又は３に記載の電池モジュールにおいて、
   前記断熱部材は、繊維で構成される繊維シートと、その繊維シートの空隙に埋め込まれたシリカエアロゲルと、を含む電池モジュール。
5. 一方向に並んだ状態に配設される複数の電池ブロックを備え、
   前記電池ブロックは、
   中心軸が揃えられて密着した状態で２列以上に千鳥配置される複数の円筒形電池と、
   前記複数の円筒形電池が密着した状態を維持するように当該複数の円筒形電池からなる電池ユニットの周囲を全周に亘って取り囲む矩形の枠からなり、樹脂で構成されるブロックケースと、を含み、
   前記一方向に隣り合う前記電池ブロックの前記一方向の間には、空気が入り込む隙間が存在する、電池モジュール。
6. 請求項５に記載の電池モジュールにおいて、
   前記複数の電池ブロックからなる電池ブロックユニットにおける前記円筒形電池の中心軸方向の一方側端部に被せられて、前記複数の電池ブロックの前記中心軸方向の位置を揃える一方側蓋部材を備え、
   前記一方側蓋部材および前記ブロックケースのうちの少なくとも一方には、前記一方向及び前記中心軸方向の両方に直交する直交方向と、前記中心軸方向とのうちの少なくとも一方から見たときに、前記隙間に重なるリブが設けられる、電池モジュール。
7. 請求項２又は６に記載の電池モジュールにおいて、
   前記リブは、前記一方側蓋部材に設けられ、
   前記一方向に隣り合う前記電池ブロックは、前記リブによって前記一方向に離間される、電池モジュール。
8. 請求項２又は６に記載の電池モジュールにおいて、
   前記ブロックケースは、断熱性を有する樹脂材料からなり、
   前記電池ブロックユニットに含まれる複数の前記ブロックケースには、前記リブが前記一方向の一方側から突出するリブ付きブロックケースが含まれ、
   前記リブが、前記リブ付きブロックケースに前記一方向の前記一方側に隣り合う前記ブロックケースに接触する、電池モジュール。
9. 請求項２又は６に記載の電池モジュールにおいて、
   前記電池ブロックユニットの前記中心軸方向の他方側端部に被せられる他方側蓋部材を備え、
   前記一方側蓋部材及び前記他方側蓋部材で構成されて前記電池ブロックユニットの周囲を覆う側壁に、その側壁の内側と外側とを連通させる貫通孔が設けられる、電池モジュール。
10. 請求項１乃至９のいずれか１つに記載の電池モジュールにおいて、
    前記複数の電池ブロックを内部に収容する筐体を備え、
    前記筐体には、前記一方向の一方側に空気流入貫通孔が設けられると共に、前記一方向の他方側に空気流出貫通孔が設けられ、
    さらに、前記空気流入貫通孔から流入して前記空気流出貫通孔から流出する空気の流れを生成するファンを備える、電池モジュール。
11. 請求項１乃至１０のいずれか１つに記載の電池モジュールにおいて、
    前記電池ブロックが、平面視において前記ブロックケースと前記円筒形電池との間に生じる第２の隙間に配設される締結部材で前記筐体に対して位置決めされる、電池モジュール。
12. 請求項１乃至１１のいずれか１つに記載の電池モジュールにおいて、
    前記ブロックケースは、フィラーが含まれる熱硬化性樹脂で構成される、電池モジュール。
13. 請求項１乃至１２のいずれか１つに記載の電池モジュールにおいて、
    前記複数の電池ブロックを覆う一方側蓋部材及び他方側蓋部材を設け、
    前記一方側蓋部材及び前記他方側蓋部材は樹脂により構成され、前記円筒形電池の電極端子を露出する孔を有し、
    前記一方側蓋部材及び前記他方側蓋部材のそれぞれの外側に設置される集電板により前記電池ブロックに収納される前記複数の円筒形電池の前記電極端子を電気的に接続するようにした電池モジュール。

Images