JP6965446B2 - 電池モジュールおよび電池パック - Google Patents

Description

本開示は、複数の電池セルを備えた電池モジュールおよびその電池モジュールを備えた電池パックに関する。

従来から電池セルに接続された組電池用ヒューズよりも電池ユニットに接続された電池パック用ヒューズが早く溶断するように定数が設定された電池パックに関する発明が知られている（下記特許文献１を参照）。特許文献１に記載された発明は、電池ユニットと、電池パック用ヒューズと、を備え、車両に搭載される電池パックに係り、以下の構成を特徴としている（同文献、請求項１等を参照）。

電池ユニットは、電池セルとその電池セルに直列に接続された組電池用ヒューズとを有する複数の組電池が接続されている。電池パック用ヒューズは、電池ユニットと直列に接続されるとともに、電池ユニットに定格以上の電流が流れると組電池用ヒューズよりも早く溶断するように定数が設定されている。そして、電池パック用ヒューズは、電池ユニットよりも鉛直方向上側に設けられている。

この構成により、電池パック用ヒューズをケースの外部に設けることができ、ケースの一部を取り外す必要や、ケースの内部の限られた空間内で作業を行う必要がなく、電池パック用ヒューズの交換作業を容易にすることができる（同文献、第０００８段落等を参照）。したがって、この従来の電池パックによれば、電池ユニットに直列接続された電池パック用ヒューズを交換しやすくすることができる（同文献、第００１５段落等を参照）。

特開２０１５−０２２９５９号公報

たとえば電池パックに対するより高い安全基準に対応するために、より高い安全性と、より確実な電池セルの保護が求められている。そこで、本開示は、上記従来の電池パックよりも安全性を向上させることができ、かつ電池セルをより確実に保護することが可能な電池モジュールおよびその電池モジュールを備えた電池パックを提供する。

本開示の一態様は、複数の電池セルを備えた電池モジュールであって、各々の前記電池セルの内部の電流経路に配置されて該電流経路に所定の電流値以上の電流が流れたときに該電流経路を遮断するセル遮断部と、前記複数の電池セルに接続された一対のモジュール端子と、前記一対のモジュール端子および前記複数の電池セルに直列に接続されたモジュールヒューズ部と、を備え、前記モジュールヒューズ部が溶断する電流値よりも、前記セル遮断部が前記電流経路を遮断する電流値が大きくなるように設けられていることを特徴とする電池モジュールである。

本開示の上記一態様によれば、従来の電池パックよりも安全性を向上させることができ、かつ電池セルをより確実に保護することが可能な電池モジュールおよびその電池モジュールを備えた電池パックを提供することができる。

本開示の実施形態に係る電池パックの概略的な回路図。 図１に示す電池パックのパックヒューズ部とモジュールヒューズ部とセル遮断部のそれぞれの電流遮断時の電流値Ｉと時間Ｔとの関係を示すグラフ。 図１に示す電池パックのパックヒューズ部とモジュールヒューズ部とセル遮断部のそれぞれの電流遮断時の電流値Ｉと時間Ｔとの関係を示すグラフ。 本開示の実施形態に係る電池モジュールの外観斜視図。 図４に示す電池モジュールの分解斜視図。 図５に示す電池モジュールの電池セルを接続するバスバーの斜視図。 図４に示す電池モジュールのモジュール端子を構成するバスバーの斜視図。 図５に示す電池モジュールを構成する電池セルの斜視図。 図８に示す電池セルの分解斜視図。 図８のX‐X線に沿う電池セルの拡大断面図。 図１０に示す電流遮断弁の分解斜視図。 図９に示す電池セルの蓄電要素の分解斜視図。

以下、図面を参照して本開示に係る電池モジュールおよびその電池モジュールを備えた電池パックの実施形態を説明する。

図１は、本開示の実施形態に係る電池モジュールＢＭおよびそれを備えた電池パックＢＰの概略的な回路図である。図２および図３は、それぞれ、図１に示す電池パックＢＰのパックヒューズ部ＰＦとモジュールヒューズ部ＭＦとセル遮断部ＣＢのそれぞれの電流遮断時の電流値Ｉと時間Ｔとの関係を示すグラフである。なお、図２および図３において、パックヒューズ部ＰＦ、モジュールヒューズ部ＭＦ、およびセル遮断部ＣＢの電流遮断時の電流値Ｉと時間Ｔとの関係を、それぞれ、破線、二点鎖線、および実線で示している。

本実施形態の電池モジュールＢＭおよび電池パックＢＰは、たとえば、電気自動車（ＥＶ）やハイブリッド車（ＨＶ）などの車両に搭載され、供給された電気エネルギーを蓄積し、蓄積した電気エネルギーを車両の電気機器へ供給する車載用の蓄電システムを構成する。詳細については後述するが、本実施形態の電池パックＢＰおよび電池モジュールＢＭは、以下の構成を主な特徴としている。

電池モジュールＢＭは、複数の電池セルＢＣと、セル遮断部ＣＢと、一対のモジュール端子ＭＴと、モジュールヒューズ部ＭＦと、を備えている。セル遮断部ＣＢは、各々の電池セルＢＣの内部の電流経路に配置され、その電流経路に所定の電流値以上の電流が流れたときにその電流経路を遮断する。一対のモジュール端子ＭＴは、複数の電池セルＢＣに接続されている。モジュールヒューズ部ＭＦは、一対のモジュール端子ＭＴおよび複数の電池セルＢＣに直列に接続されている。そして、電池モジュールＢＭは、図２および図３に示すように、モジュールヒューズ部ＭＦが溶断する電流値よりも、セル遮断部ＣＢが電流経路を遮断する電流値が大きくなるように設けられている。

電池パックＢＰは、電池モジュールＢＭと、その電池モジュールＢＭに直列に接続されたパックヒューズ部ＰＦと、を備えている。電池モジュールＢＭは、複数の電池セルＢＣと、セル遮断部ＣＢと、一対のモジュール端子ＭＴと、モジュールヒューズ部ＭＦと、を備えている。セル遮断部ＣＢは、各々の電池セルＢＣの内部の電流経路に配置され、その電流経路に所定の電流値以上の電流が流れたときにその電流経路を遮断する。一対のモジュール端子ＭＴは、複数の電池セルＢＣに接続されている。モジュールヒューズ部ＭＦは、一対のモジュール端子ＭＴおよび複数の電池セルＢＣに直列に接続されている。そして、電池パックＢＰは、図２および図３に示すように、パックヒューズ部ＰＦが溶断する電流値よりも、モジュールヒューズ部ＭＦが溶断する電流値が大きく、かつ、モジュールヒューズ部ＭＦが溶断する電流値よりも、セル遮断部ＣＢが電流経路を遮断する電流値が大きくなるように設けられている。

また、電池パックＢＰは、たとえば、図３に示すように、セル遮断部ＣＢが電流経路を遮断する電流値とパックヒューズ部ＰＦが溶断する電流値との平均値よりも、モジュールヒューズ部ＭＦが溶断する電流値が大きくなるように設けられている。さらに、電池パックＢＰは、たとえば、複数の電池モジュールＢＭを備え、パックヒューズ部ＰＦが複数の電池モジュールＢＭに直列に接続されている。以下、本実施形態の電池モジュールＢＭおよび電池パックＢＰの各構成について詳細に説明する。

図４は、本開示の実施形態に係る電池モジュールＢＭの外観斜視図である。図５は、図４に示す電池モジュールＢＭの分解斜視図である。電池モジュールＢＭは、たとえば、おおむね直方体の形状を有している。以下では、電池モジュールＢＭの長手方向すなわち長さ方向をｘ軸方向、電池モジュールＢＭの幅方向をｙ軸方向、電池モジュールＢＭの高さ方向をｚ軸方向とする直交座標系を用いて各部を説明する場合がある。

電池モジュールＢＭは、たとえば、筐体Ｍ１０と、複数の電池セルＢＣと、バスバーＭ２０と、一対のモジュール端子ＭＴと、図示を省略する電子回路基板などを備えている。

筐体Ｍ１０は、たとえば、複数のセルホルダＭ１１と、一対のエンドプレートＭ１２と、一対のサイドプレートＭ１３と、インシュレーションカバーＭ１４と、モジュールカバーＭ１５と、を有している。

セルホルダＭ１１は、たとえば、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）などの樹脂材料によって構成されている。セルホルダＭ１１は、たとえば、扁平角形の電池セルＢＣを厚さ方向（ｘ軸方向）に積層させるときに、隣り合う二つの電池セルＢＣの間に介在され、個々の電池セルＢＣを厚さ方向の両側から挟み込むように保持している。複数の電池セルＢＣの積層方向（ｘ軸方向）の両端に配置された一対のセルホルダＭ１１に、たとえば電池モジュールＢＭの外部端子である一対のモジュール端子ＭＴを構成するためのねじ穴が設けられている。

一対のエンドプレートＭ１２は、たとえば金属製の板状の部材である。一対のエンドプレートＭ１２は、複数の電池セルＢＣの積層方向（ｘ軸方向）の両端に配置された一対のセルホルダＭ１１を介して、複数の電池セルＢＣの両端に配置されている。一対のエンドプレートＭ１２は、一方の面がセルホルダＭ１１によって保持された複数の電池セルＢＣを挟み込むように対向し、電池セルＢＣと反対側の外側を向く他方の面に円筒状の固定部が設けられている。電池モジュールＢＭは、たとえば、エンドプレートＭ１２の固定部に挿通させたボルトを介して車両などの構造体に固定される。

一対のサイドプレートＭ１３は、電池モジュールＢＭの幅方向（ｙ軸方向）の両側に、セルホルダＭ１１を介して配置されている。一対のサイドプレートＭ１３は、たとえば、おおむね矩形板状の金属製の部材であり、電池モジュールＢＭの幅方向（ｙ軸方向）の両側に互いに対向するように配置されている。一対のサイドプレートＭ１３は、たとえば、おおむね長方形であり、電池モジュールＢＭの長さ方向（ｘ軸方向）が長辺方向すなわち長手方向とされ、電池モジュールＢＭの高さ方向（ｚ軸方向）が短辺方向すなわち短手方向とされている。一対のサイドプレートＭ１３は、長手方向の両端部が、たとえばリベットやボルトなどの締結部材によって一対のエンドプレートＭ１２に締結され、短手方向の両端部がそれぞれセルホルダＭ１１に設けられた凹状の溝部に係合している。

インシュレーションカバーＭ１４は、たとえばＰＢＴ等の電気絶縁性を有する樹脂製の板状の部材であり、電池セルＢＣのセル端子ＣＴが設けられた電池容器Ｃ１０の上端面に対向して配置されている。インシュレーションカバーＭ１４は、複数の電池セルＢＣのセル端子ＣＴの上端面を露出させる開口部と、互いに隣接するセル遮断部ＣＢのセル端子ＣＴの間および互いに隣接するバスバーＭ２０の間を絶縁する隔壁と、を有している。インシュレーションカバーＭ１４の隔壁は、たとえば、電池セルＢＣのセル端子ＣＴおよびバスバーＭ２０を囲むように設けられている。また、インシュレーションカバーＭ１４には、電池セルＢＣおよび電子回路基板に接続される各種の電気配線が配置される。

図示を省略する電子回路基板は、たとえば、インシュレーションカバーＭ１４とモジュールカバーＭ１５との間、すなわち電池モジュールＢＭの高さ方向（ｚ軸方向）において、インシュレーションカバーＭ１４の電池セルＢＣと反対側に配置されている。電子回路基板は、たとえば、絶縁電線を介してバスバーＭ２０に接続されている。

モジュールカバーＭ１５は、たとえばＰＢＴ等の電気絶縁性を有する樹脂製の板状の部材である。モジュールカバーＭ１５は、筐体Ｍ１０の高さ方向（ｚ軸方向）において、電池セルＢＣと反対側の筐体Ｍ１０の上端に、モジュールカバーＭ１５および電子回路基板を覆うように配置されている。モジュールカバーＭ１５は、複数の電池セルＢＣの積層方向（ｘ軸方向）の両端のモジュール端子ＭＴに対応する位置に、モジュール端子ＭＴの上部を覆う端子カバーを有している。モジュールカバーＭ１５は、たとえば、インシュレーションカバーＭ１４の外周枠部に設けられた係合爪を側縁に係合させることによって、インシュレーションカバーＭ１４の上部に固定されている。

図６は、図５に示す電池モジュールＢＭの電池セルＢＣを接続する中間バスバーＭ２１の斜視図である。図７は、図４に示す電池モジュールＢＭのモジュール端子ＭＴを構成する端部バスバーＭ２２の斜視図である。バスバーＭ２０は、たとえば、複数の中間バスバーＭ２１と、一対の端部バスバーＭ２２とを含み、複数の電池セルＢＣを接続するとともに、一対のモジュール端子ＭＴを構成する。

より具体的には、複数の電池セルＢＣを接続する中間バスバーＭ２１は、たとえば、インシュレーションカバーＭ１４の開口に露出した電池セルＢＣのセル端子ＣＴの上端面に、溶接によって接続されている。この中間バスバーＭ２１は、たとえば、積層方向に隣り合う二つの電池セルＢＣのうち、一方の電池セルＢＣの正極のセル端子ＣＴと、他方の電池セルＢＣの負極のセル端子ＣＴとに接続され、すべての電池セルＢＣを直列に接続している。

また、一対の端部バスバーＭ２２は、たとえば、中間バスバーＭ２１によって接続された複数の電池セルＢＣの積層方向の両端に配置された二つの電池セルＢＣのうち、一方の電池セルＢＣの正極のセル端子ＣＴと、他方の電池セルＢＣの負極のセル端子ＣＴとに、溶接によって接続されている。一対の端部バスバーＭ２２は、たとえば、複数の電池セルＢＣの積層方向（ｘ軸方向）の両側に配置された一対のセルホルダＭ１１に設けられたねじ穴にボルトを介して固定され、電池モジュールＢＭの一対のモジュール端子ＭＴを構成する。

バスバーＭ２０は、たとえば、複数の電池セルＢＣの積層方向（ｘ軸方向）を長手方向とし、電池セルＢＣの幅方向（ｙ軸方向）を短手方向とするおおむね長方形の金属板を電池セルＢＣの高さ方向（ｚ軸方向）に屈曲させた構成を有している。バスバーＭ２０は、たとえば、長手方向の中間部において短手方向に沿う横断面の面積が最小の狭小部Ｍ２３を有することで、モジュールヒューズ部ＭＦを構成している。

より具体的には、バスバーＭ２０は、たとえば、長手方向の中間部のおおむね直角に屈曲された角部に短手方向に延びる長孔を有し、その長孔の両端に短手方向に沿う横断面の面積が最小の狭小部Ｍ２３が設けられている。すなわち、本実施形態の電池モジュールＢＭにおいて、モジュールヒューズ部ＭＦは、たとえば、複数の電池セルＢＣのセル端子ＣＴに接続されたバスバーＭ２０に、狭小部Ｍ２３として設けられている。

なお、バスバーＭ２０の短手方向に沿う横断面の面積が最小になる狭小部Ｍ２３は、短手方向に延びる長孔の両端に設けられる構成に限定されない。バスバーＭ２０の狭小部Ｍ２３は、たとえば、長手方向の中間部に短手方向の切り欠きを形成したり、短手方向に複数の貫通孔を形成したりすることによって設けられてもよい。なお、モジュールヒューズ部ＭＦを構成するバスバーＭ２０の狭小部Ｍ２３は、中間バスバーＭ２１と端部バスバーＭ２２の少なくとも一方に設けられていればよい。

図８は、図５に示す電池モジュールＢＭを構成する電池セルＢＣの斜視図である。図９は、図８に示す電池セルの分解斜視図である。電池セルＢＣは、たとえば、電池容器Ｃ１０と、蓄電要素Ｃ２０と、一対のセル端子ＣＴと、一対の接続端子Ｃ３０と、電流遮断弁Ｃ４０と、を備えている。

電池容器Ｃ１０は、上部に開口を有する有底角筒状の電池缶Ｃ１１と、その電池缶Ｃ１１の上部の開口を封止する長方形板状の電池蓋Ｃ１２とを有するおおむね直方体の扁平な容器である。電池容器Ｃ１０は、たとえば、アルミニウムまたはアルミニウム合金等の金属材料によって製作されている。

一対のセル端子ＣＴは、電池容器Ｃ１０の幅方向すなわち電池蓋Ｃ１２の上面の長手方向の両端部で、電池容器Ｃ１０の外側に設けられている。セル端子ＣＴと電池蓋Ｃ１２との間には、絶縁性を有する樹脂製のガスケットＣ１３が配置され、セル端子ＣＴが電池蓋Ｃ１２に対して電気的に絶縁されている。

電池蓋Ｃ１２は、たとえば、一対のセル端子ＣＴの間に、ガス排出弁Ｃ１４と注液口Ｃ１５とを有している。ガス排出弁Ｃ１４は、たとえば電池蓋Ｃ１２を薄肉化して溝状のスリットを形成することによって設けられ、電池容器Ｃ１０の内部の圧力が所定値を超えて上昇した時に開裂して内部のガスを放出することで、電池容器Ｃ１０の内部の圧力を低下させる。注液口Ｃ１５は、電池容器Ｃ１０の内部に非水電解液を注入するのに用いられ、たとえばレーザ溶接によって注液栓Ｃ１６が溶接されて封止されている。

一対の接続端子Ｃ３０は、たとえば、電池蓋Ｃ１２の長手方向の両端の電池容器Ｃ１０の内側を向く面に、絶縁性を有する樹脂製の絶縁部材Ｃ１７，Ｃ１８を介して固定されている。一対の接続端子Ｃ３０は、それぞれ、絶縁部材Ｃ１７，Ｃ１８に固定されて電池蓋Ｃ１２に対向する基部Ｃ３１と、その基部Ｃ３１の一側から電池缶Ｃ１１の底面に向けて延びる端子部Ｃ３２と、を有している。たとえば、一対の接続端子Ｃ３０の少なくとも一方の端子部Ｃ３２の断面積を局所的に減少させることで、電池セルＢＣの内部の電流経路に所定の電流値以上の電流が流れたときに溶断するセルヒューズとしてのセル遮断部ＣＢを設けることが可能である。

図１０は、図８のX‐X線に沿う電池セルの拡大断面図である。図１１は、図１０に示す電流遮断弁Ｃ４０の分解斜視図である。

電流遮断弁Ｃ４０は、たとえば、各々の電池セルＢＣの内部の電流経路に配置され、その電流経路に所定の電流値以上の電流が流れたときに、その電流経路を遮断するセル遮断部ＣＢである。電流遮断弁Ｃ４０は、たとえば、導電板Ｃ４１とダイヤフラムＣ４２とを備え、セル端子ＣＴと接続端子Ｃ３０とを電気的に接続している。導電板Ｃ４１は、電池セルＢＣの幅方向（ｙ軸方向）を長軸方向とする長円形の導電性を有する板状の部材であり、絶縁部材Ｃ１８を介して電池蓋Ｃ１２に固定されている。

より詳細には、セル端子ＣＴは、電池蓋Ｃ１２の貫通孔と導電板Ｃ４１の貫通孔を貫通する円筒状の軸部を有している。セル端子ＣＴの軸部は、ガスケットＣ１９に挿通され、電池蓋Ｃ１２に対して電気的に絶縁されている。セル端子ＣＴは、軸部の先端を拡径させるように塑性変形させてかしめることで、導電板Ｃ４１および絶縁部材Ｃ１８を電池蓋Ｃ１２に固定するとともに、導電板Ｃ４１に電気的に接続されている。

電流遮断弁Ｃ４０の一部を構成する接続端子Ｃ３０は、たとえば、基部Ｃ３１に接続された接続部Ｃ３３を有している。基部Ｃ３１および接続部Ｃ３３は、電池蓋Ｃ１２と略平行に設けられた板状の部分であり、それぞれ複数の貫通孔を有している。接続端子Ｃ３０は、たとえば、基部Ｃ３１および接続部Ｃ３３の貫通孔に挿通させた絶縁部材Ｃ１８の突起部の先端を加熱して拡径する熱かしめによって、絶縁部材Ｃ１８を介して電池蓋Ｃ１２に固定されている。接続端子Ｃ３０の接続部Ｃ３３のダイヤフラムＣ４２に対向する面には、ダイヤフラムＣ４２の一部を収容する凹部が形成され、その凹部の底部に環状溝Ｃ３４が形成されている。

ダイヤフラムＣ４２は、導電性を有する金属製の部材であり、電池蓋Ｃ１２に垂直な電池セルＢＣの高さ方向（ｚ軸方向）に深さを有する椀形の形状に形成され、中央部が周縁部よりも接続端子Ｃ３０の接続部Ｃ３３に向けて膨出した凸形状を有している。ダイヤフラムＣ４２は、中央部の接続部Ｃ３３に向けて突出した部分が、接続部Ｃ３３の環状溝Ｃ３４の内側で、たとえば、レーザ溶接によって接続部Ｃ３３に接合され、接続端子Ｃ３０に電気的に接続されている。また、ダイヤフラムＣ４２は、周縁部が導電板Ｃ４１に設けられた溝に係合され、たとえば、レーザ溶接によって全周にわたって導電板Ｃ４１に接合され、導電板Ｃ４１に電気的に接続されている。

図９に示すように、電流遮断弁Ｃ４０は、たとえば、正極のセル端子ＣＴと、正極の接続端子Ｃ３０との間の電流経路に配置されている。この場合、たとえば、負極のセル端子ＣＴと、負極の接続端子Ｃ３０との間には、電流遮断弁Ｃ４０が配置されない。すなわち、負極の接続端子Ｃ３０は、電池蓋Ｃ１２の貫通孔、絶縁部材Ｃ１７の貫通孔、および基部Ｃ３１の貫通孔に挿通させた負極のセル端子ＣＴの軸部の先端を拡径させることで、絶縁部材Ｃ１７を介して電池蓋Ｃ１２に固定され、負極のセル端子ＣＴに電気的に接続されている。

図１２は、図９に示す電池セルの蓄電要素Ｃ２０の分解斜視図である。蓄電要素Ｃ２０は、帯状の正電極Ｃ２１、セパレータＣ２３、負電極Ｃ２２、およびセパレータＣ２４を積層させて捲回軸Ｄを中心に捲回し、扁平形状に成形した捲回電極群である。セパレータＣ２３，Ｃ２４は、正電極Ｃ２１と負電極Ｃ２２との間を絶縁すると共に、最外周に捲回された負電極Ｃ２２の外側にもセパレータＣ２４が捲回されている。

正電極Ｃ２１は、正極集電体である正極箔Ｃ２１１と、正電極Ｃ２１の両面に塗布された正極活物質合剤からなる正極合剤層Ｃ２１２とを有している。正電極Ｃ２１の幅方向の一側は、正極合剤層Ｃ２１２が形成されず、正極箔Ｃ２１１が露出した箔露出部Ｃ２１３とされている。正電極Ｃ２１は、箔露出部Ｃ２１３が負電極Ｃ２２の箔露出部Ｃ２２３と捲回軸Ｄ方向の反対側に配置されて、捲回軸Ｄの周りに捲回されている。

負電極Ｃ２２は、負極集電体である負極箔Ｃ２２１と、負極箔Ｃ２２１の両面に塗布された負極活物質合剤からなる負極合剤層Ｃ２２２とを有している。負電極Ｃ２２の幅方向の一側は、負極合剤層Ｃ２２２が形成されず、負極箔Ｃ２２１が露出した箔露出部Ｃ２２３とされている。負電極Ｃ２２は、その箔露出部Ｃ２２３が正電極Ｃ２１の箔露出部Ｃ２１３と捲回軸Ｄ方向の反対側に配置されて、捲回軸Ｄ周りに捲回されている。

正電極Ｃ２１と負電極Ｃ２２の箔露出部Ｃ２１３，Ｃ２２３は、それぞれ、蓄電要素Ｃ２０の捲回軸Ｄ方向の両端の平坦な部分で束ねられ、たとえば抵抗溶接または超音波接合などによって、図９に示す正極と負極の接続端子Ｃ３０の端子部Ｃ３２に接合される。これにより、正極と負極のセル端子ＣＴが、それぞれ、正極と負極の接続端子Ｃ３０を介して、蓄電要素Ｃ２０を構成する正電極Ｃ２１と負電極Ｃ２２に電気的に接続される。

蓄電要素Ｃ２０は、接続端子Ｃ３０の端子部Ｃ３２に接合されて電池蓋Ｃ１２に支持された状態で、図示を省略する絶縁シートが電池缶Ｃ１１との間に介在され、電池缶Ｃ１１に収容される。そして、電池蓋Ｃ１２によって電池缶Ｃ１１の開口部を閉塞した状態で、たとえば、レーザ溶接によって電池蓋Ｃ１２の全周を電池缶Ｃ１１の開口部に接合する。これにより、電池蓋Ｃ１２の開口部が電池缶Ｃ１１によって封止され、電池蓋Ｃ１２と電池缶Ｃ１１からなる電池容器Ｃ１０が構成される。その後、電池蓋Ｃ１２の注液口Ｃ１５を介して電池容器Ｃ１０の内部に非水電解液を注入し、たとえば、レーザ溶接によって注液栓Ｃ１６を注液口Ｃ１５に接合して封止することで、図８に示す電池セルＢＣが構成されている。

以下、本実施形態の電池モジュールＢＭおよび電池パックＢＰの動作について説明する。

本実施形態の電池モジュールＢＭおよび電池パックＢＰは、前述のように、たとえば、ＥＶやＨＶなどの車両に搭載され、供給された電気エネルギーを蓄積し、蓄積した電気エネルギーを車両のモータなどの電気機器へ供給する。すなわち、図１に示すように、電池パックＢＰは、モータなどの電気的負荷ＥＬに接続されている。

本実施形態の電池パックＢＰは、前述のように、電池モジュールＢＭと、その電池モジュールＢＭに直列に接続されたパックヒューズ部ＰＦと、を備えている。そして、本実施形態の電池モジュールＢＭおよび電池パックＢＰは、以下の構成を特徴としている。電池モジュールＢＭは、複数の電池セルＢＣと、セル遮断部ＣＢと、モジュールヒューズ部ＭＦと、を備えている。セル遮断部ＣＢは、各々の電池セルＢＣの内部の電流経路に配置され、その電流経路に所定の電流値以上の電流が流れたときに、その電流経路を遮断する。モジュールヒューズ部ＭＦは、複数の電池セルＢＣに接続された一対のモジュール端子ＭＴと、その一対のモジュール端子ＭＴおよび複数の電池セルＢＣに直列に接続されている。そして、電池パックＢＰは、パックヒューズ部ＰＦが溶断する電流値よりも、モジュールヒューズ部ＭＦが溶断する電流値が大きく、かつ、モジュールヒューズ部ＭＦが溶断する電流値よりも、セル遮断部ＣＢが電池セルＢＣの内部の電流経路を遮断する電流値が大きくなるように設けられている。

そのため、たとえば、電気的負荷ＥＬが短絡して電池パックＢＰに定格以上の電流が流れると、図２または図３に示すように、パックヒューズ部ＰＦが、モジュールヒューズ部ＭＦやセル遮断部ＣＢよりも低い電流値で短時間に溶断して電流を遮断する。したがって、モジュールヒューズ部ＭＦの溶断や、セル遮断部ＣＢによる電流の遮断が防止され、従来よりも電池モジュールＢＭおよび電池パックＢＰの安全性を向上させることができ、かつ電池セルＢＣをより確実に保護することができる。

ここで、本実施形態の電池パックＢＰは、複数の電池モジュールＢＭを備えている。そして、パックヒューズ部ＰＦは、複数の電池モジュールＢＭに直列に接続されている。これにより、パックヒューズ部ＰＦによって電気的負荷ＥＬと複数の電池モジュールＢＭとの間の電流経路を遮断することができる。

また、たとえば電池モジュールＢＭの一対のモジュール端子ＭＴが短絡し、電池モジュールＢＭに定格以上の電流が流れると、図２または図３に示すように、モジュールヒューズ部ＭＦが、セル遮断部ＣＢよりも低い電流値で短時間に溶断して電流を遮断する。したがって、セル遮断部ＣＢによる電流の遮断が防止され、従来よりも電池モジュールＢＭおよび電池パックＢＰの安全性を向上させることができ、かつ電池セルＢＣをより確実に保護することができる。

ここで、前述のように、モジュールヒューズ部ＭＦが、複数の電池セルＢＣのセル端子ＣＴに接続されたバスバーＭ２０に設けられている場合には、図６または図７に示すように、バスバーＭ２０の狭小部Ｍ２３であるモジュールヒューズ部ＭＦが溶断する。これにより、定格以上の電流が電池モジュールＢＭに流れたときに、簡易な構成で確実に電流を遮断することができる。

また、たとえば電池セルＢＣの外部短絡や内部短絡によって、電池セルＢＣに定格以上の電流が流れると、セル遮断部ＣＢが電池セルＢＣの内部の電流経路を遮断して電池セルＢＣの安全性が確保される。したがって、従来よりも電池モジュールＢＭおよび電池パックＢＰの安全性を向上させることができ、かつ電池セルＢＣをより確実に保護することができる。

ここで、電池モジュールＢＭを構成する電池セルＢＣは、前述のように、電池容器Ｃ１０と、その電池容器Ｃ１０に収容された蓄電要素Ｃ２０と、電池容器Ｃ１０の外側に配置された一対のセル端子ＣＴと、その一対のセル端子ＣＴを蓄電要素Ｃ２０に電気的に接続する一対の接続端子Ｃ３０とを備えている。そして、電池モジュールＢＭにおいて、セル遮断部ＣＢは、たとえば、セル端子ＣＴと接続端子Ｃ３０との間に設けられ、電池容器Ｃ１０の内圧上昇によってセル端子ＣＴと接続端子Ｃ３０との間の電流経路を遮断する電流遮断弁Ｃ４０である。

この場合、たとえば電池セルＢＣの外部短絡や内部短絡によって、電池セルＢＣに定格以上の電流が流れると、電池容器Ｃ１０の内圧が上昇し、電流遮断弁Ｃ４０を構成するダイヤフラムＣ４２に作用する圧力が増加する。そして、電池容器Ｃ１０の内圧が所定の圧力を超えると、電池容器Ｃ１０の内部を向く凸形状のダイヤフラムＣ４２が、電池蓋Ｃ１２へ向けて座屈するように変形する。

凸形状のダイヤフラムＣ４２の頂部、すなわち接続端子Ｃ３０の接続部Ｃ３３に向けて膨出したダイヤフラムＣ４２の中央部は、接続端子Ｃ３０の接続部Ｃ３３の凹部によって薄肉化された部分の環状溝Ｃ３４の内側に接合されている。そのため、凸形状のダイヤフラムＣ４２が電池蓋Ｃ１２へ向けて座屈するように変形するときに環状溝Ｃ３４に応力が集中し、接続部Ｃ３３の薄肉化された部分が環状溝Ｃ３４において切断され、ダイヤフラムＣ４２と接続端子Ｃ３０との間の電流経路が断たれる。

このように、電流遮断弁Ｃ４０は、電池セルＢＣの内部の電流経路に配置され、その電流経路に所定の電流値以上の電流が流れたときに、その電流経路を遮断することができる。また、電池モジュールＢＭにおいて、セル遮断部ＣＢが接続端子Ｃ３０の端子部Ｃ３２の狭小部である場合には、電池セルＢＣに定格以上の電流が流れると、接続端子Ｃ３０の端子部Ｃ３２の狭小部が溶断される。すなわち、端子部Ｃ３２の狭小部は、電池セルＢＣの内部の電流経路に配置され、その電流経路に所定の電流値以上の電流が流れたときに、その電流経路を遮断することができる。

また、電池パックＢＰは、たとえば、図３に示すように、セル遮断部ＣＢが電池セルＢＣの内部の電流経路を遮断する電流値とパックヒューズ部ＰＦが溶断する電流値との平均値よりも、モジュールヒューズ部ＭＦが溶断する電流値が大きくなるように設けられている。これにより、パックヒューズ部ＰＦが溶断する前に、モジュールヒューズ部ＭＦが溶断したり、セル遮断部ＣＢが電流を遮断したりすることをより確実に防止することができる。したがって、電池パックＢＰのロバスト性を向上させることができ、電池パックＢＰの信頼性を向上させることができる。

以上説明したように、本実施形態によれば、従来の電池パックよりも安全性を向上させることができ、かつ電池セルＢＣをより確実に保護することが可能な電池モジュールＢＭおよびその電池モジュールＢＭを備えた電池パックＢＰを提供することができる。

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。

ＢＣ 電池セル
ＢＭ 電池モジュール
ＢＰ 電池パック
Ｃ１０ 電池容器
Ｃ２０ 蓄電要素
Ｃ３０ 接続端子
Ｃ４０ 電流遮断弁
ＣＢ セル遮断部
ＣＴ セル端子
ＭＦ モジュールヒューズ部
ＭＴ モジュール端子
ＰＦ パックヒューズ部

Claims (4)

1. 複数の電池セルを備え、電池パックのパックヒューズ部に直列に接続される電池モジュールであって、
   各々の前記電池セルの内部の電流経路に配置されて該電流経路に所定の電流値以上の電流が流れたときに該電流経路を遮断するセル遮断部と、前記複数の電池セルに接続された一対のモジュール端子と、該一対のモジュール端子および前記複数の電池セルに直列に接続されたモジュールヒューズ部と、を備え、
   前記電池セルは、電池容器と、該電池容器に収容された蓄電要素と、前記電池容器の外側に配置された一対のセル端子と、該一対のセル端子を前記蓄電要素に電気的に接続する接続端子とを備え、
   前記モジュールヒューズ部は、前記複数の電池セルのセル端子に接続されたバスバーに設けられ、
   前記パックヒューズ部が溶断する電流値よりも、前記モジュールヒューズ部が溶断する電流値が大きく、かつ、前記モジュールヒューズ部が溶断する電流値よりも、前記セル遮断部が前記電流経路を遮断する電流値が大きく、かつ、前記セル遮断部が前記電流経路を遮断する電流値と前記パックヒューズ部が溶断する電流値との平均値よりも、前記モジュールヒューズ部が溶断する電流値が大きくなるように設けられていることを特徴とする電池モジュール。
2. 前記セル遮断部は、前記セル端子と前記接続端子との間に設けられ、前記電池容器の内圧上昇によって前記セル端子と前記接続端子との間の前記電流経路を遮断する電流遮断弁であることを特徴とする請求項１に記載の電池モジュール。
3. 複数の中間バスバーと一対の端部バスバーとを備え、
   複数の前記中間バスバーは、複数の前記電池セルの積層方向に隣り合う二つの電池セルのうち、一方の前記電池セルの正極のセル端子と、他方の前記電池セルの負極のセル端子とに接続され、前記電池モジュールのすべての前記電池セルを直列に接続し、
   複数の前記中間バスバーによって接続された複数の前記電池セルの前記積層方向の両端に配置された二つの前記電池セルのうち、一方の前記電池セルの正極のセル端子と、他方の前記電池セルの負極のセル端子とに接続され、
   前記モジュールヒューズ部は、前記端部バスバーに設けられていることを特徴とする請求項１に記載の電池モジュール。
4. 前記端部バスバーは、屈曲された角部に長孔を有し、該長孔の両端に前記モジュールヒューズ部が設けられていることを特徴とする請求項３に記載の電池モジュール。

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