JPWO2013018283A1 - 電池パック - Google Patents

Abstract

電池モジュールは、複数の素電池がモジュールケース内に配列されて構成されており、各モジュールケースは、複数の素電池が収容される電池室と、素電池からの排気ガスを排出口部からモジュールケースの外へ排出する排気経路部とに区画されており、配列された複数の電池モジュールはモジュール搭載部材に搭載され、モジュール搭載部材はパックケースに固定され、モジュール搭載部材には排気経路部から導出された排気ガスを通過させる排気ダクトが設置されている。

Description

本発明は、複数の電池モジュールが配列されて構成された電池パックに関する。

近年、省資源又は省エネルギーの観点から、繰り返し使用できる二次電池を携帯型電子機器又は移動体通信機器等の電源として使用している。また、化石燃料の使用量の削減又は二酸化炭素の排出量の削減等の観点から、このような二次電池を車両又は蓄電等の電源として使用することが検討されている。

具体的には、二次電池（素電池）を電気的に接続して電池モジュールを構成し、この電池モジュールを電源として使用することが検討されている。例えば特許文献１乃至４に示された電池モジュールでは、排気経路が電池室から隔離されており、よって、高温なガスが素電池から排出された場合であってもその高温なガスが正常な素電池に接触することを回避できる。

特開２００２−１５１０２５号公報 特開２００６−２４４９８１号公報 特開２００９−４１９３号公報 特開２０１０−１４０６９５号公報

上記のような電池モジュール関して、複数の電池モジュールを電気的に接続して電池パックを構成する場合がある。この場合、外付けの連結管を用いて電池モジュールの排気経路の排出口同士を互いに連結すると、その連結管の分だけ余分な空間が電池パックに必要になるため、電池パックのエネルギー密度の低下を招く。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、エネルギー密度の低下を伴うことなく安全性に優れた電池パックを提供することにある。

本発明に係る電池パックは、少なくとも１つの電池モジュールがパックケース内に設置された電池パックであって、前記電池モジュールは、複数の素電池が収容される電池室と、前記素電池からの排気ガスを排出口部から前記電池モジュールの外へ排出する排気経路部とに区画されており、前記電池モジュールはモジュール搭載部材に搭載され、前記モジュール搭載部材は前記パックケースに固定され、前記モジュール搭載部材には前記排気経路部から導出された前記排気ガスを通過させる排気ダクトが設置されている構成を有している。

なお、電池モジュールでは、素電池は、一列に配置されていても良いし、二次元的に配置されていても良い。素電池が二次元的に配置されている場合、「素電池の配列方向」は二方向存在する。一方の方向における素電池の配列数が他方の方向における素電池の配列数よりも多い場合、「素電池の配列方向」は、二方向のうち素電池の配列数が多い方向である。一方の方向における素電池の配列数が他方の方向における素電池の配列数と同じである場合、「素電池の配列方向」は、二方向のうちどちらでも良い。

本発明によれば、エネルギー密度の低下を伴うことなく安全性に優れた電池パックを提供できる。

本発明の一実施形態における素電池の縦断面図である。 本発明の一実施形態における電池モジュールの内部構造を示す平面図である。 本発明の一実施形態に係る電池パックの分解斜視図である。 図３に示すIV−IV線における断面図である。 本発明の別の実施形態に係る電池パックの断面図である。 （ａ）は本発明のまた別の実施形態に係る電池パックの一部分の分解平面図であり、（ｂ）は図６（ａ）に示すVIB−VIB線における断面図である。 本発明のまた別の実施形態に係る電池パックの一部分の分解平面図である。 本発明のまた別の実施形態に係る電池パックの断面図である。 （ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、本発明のまた別の実施形態に係る電池パックの平面図及び断面図である。 本発明のまた別の実施形態に係る電池パックの斜視図である。 図１０に示す電池パックの裏側を示した斜視図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明は、以下に示す実施形態に限定されない。

本発明の実施形態に係る電池パックは、複数の電池モジュールが配列されて構成されており、各電池モジュールは、複数の素電池が配列されて構成されている。以下では、素電池、電池モジュール及び電池パックの順に構成等を説明する。

＜素電池＞
図１は、本実施形態における素電池の縦断面図である。

本実施形態における素電池１は、例えばリチウムイオン二次電池であり、図１に示すように、電池ケース３の開口部がガスケット５を介して封口板７で封止されて構成されている。電池ケース３内には、非水電解質と共に電極群が収容されており、電極群は、正極板１１と負極板１３とがセパレータ１５を介して捲回されて構成されている。正極板１１は、正極リード１１Ｌを介して封口板７に接続されており、負極板１３は、負極リード１３Ｌを介して電池ケース３に接続されている。

封口板７には、開放部７ａが形成されている。開放部７ａは、素電池が異常状態に陥ったときに、高温なガスを電池ケース３の外へ排気するための開口部である。

＜電池モジュール＞
図２は、本実施形態における電池モジュール２１の内部構造を示す平面図である。

本実施形態における電池モジュール２１は、図２に示すように、複数の素電池１が配列されて鉄製の矩形のモジュールケース２３内に収容されて構成されている。モジュールケース２３は、平面視Ｌ字状の仕切り板２５，２５を介して２つの電池室２７，２７と排気経路部２９とに区画されている。一方の電池室２７と他方の電池室２７とは隔離板２４を隔てて配置されており、排気経路部２９は隔離板２４を隔てて配置された電池室２７，２７の三方を囲んでいる。

各電池室２７は、仕切り板２５の内面２５Ａと隔離板２４とモジュールケース２３の内面とで形成されている。各電池室２７は、素電池１を収容している。素電池１の封口板７は仕切り板２５側（排気経路部２９側，隔離板２４とは反対側）に配置されており、よって、一方の電池室２７内の素電池１の電池ケース３の底面（開放部７ａとは反対側）は他方の電池室２７内の素電池１の電池ケース３の底面に対向している。各仕切り板２５のうち素電池の配列方向に延びる部分には複数の貫通孔２５ａが互いに間隔を開けて形成されており、各仕切り板２５の貫通孔２５ａの各々からは素電池１の封口板７が露出している。これにより、素電池１の排出口部７ａが排気経路部２９に連通される。また、各仕切り板２５の貫通孔２５ａの周縁部分の各々は、素電池１の肩部４（図１参照）に当接している。よって、素電池１から排出されたガス（以下では「排気ガス」又は「高温なガス」と記すこともある）が電池室２７に逆流又は流入することを防止できる。従って、高温なガスが正常な素電池１に接触することを防止でき、安全性に優れた電池モジュール２１を提供できる。

排気経路部２９は、仕切り板２５，２５の外面２５Ｂ，２５Ｂとモジュールケース２３の内面とで形成される空間であり、第１の排気経路枝部３１と第２の排気経路枝部３３とを有している。第１の排気経路枝部３１は、素電池の配列方向に延びている。第２の排気経路枝部３３は、第１の排気経路枝部３１に連通されており、素電池の配列方向に対して垂直な方向であって素電池１の軸方向に延びている。

第２の排気経路枝部３３の長手方向の各端には、第１の排出口部（排出口部）３５と第１の導入口部（導入口部，図３等参照）３７とが形成されている。各第１の排出口部３５は、排気ガスをモジュールケース２３の外へ排出するための開口部であり、モジュールケース２３の下面に形成されており、素電池の配列方向に対して垂直な方向に開口している。各第１の導入口部３７は、電池パック５１において隣りに位置する電池モジュール２１の第１の排出口部３５から排出されたガスが導入される開口部であり、モジュールケース２３の上面（排出口部が形成されたモジュールケース側面とは反対側に位置するモジュールケース側面）に形成されている。

＜電池パック＞
図３は、本実施形態に係る電池パック５１の分解斜視図である。図４は、図３に示すIV−IV線における断面図である。なお、図４ではパックケースの底面部８０も共に示している。

本実施形態に係る電池パック５１は、図３に示すように複数の電池モジュール２１とパックケース（パックケースは鉄製の収容部材５３と鉄製の蓋体５５とで構成されている）とを備えている。複数の電池モジュール２１は、積層されて最下段のモジュール２１Ｃがモジュール搭載部材７１に搭載され、その状態で収容部材５３の凹部５３ａ内に収容されており、蓋体５５は、最上段の電池モジュール２１Ａの上に配置されて凹部５３ａの開口を塞いでいる。モジュール搭載部材７１はパックケースの底面部８０に設けられた凸部８１に支えられて、この凸部８１においてモジュール搭載部材７１とパックケースとが固定されている。モジュール搭載部材７１の下面側には排気ダクト７３が設置されている。排気ダクト７３は凸部８１によりモジュール搭載部材７１の下面とパックケースの底面部８０との間に設けられた隙間に形成されている。

複数の電池モジュール２１は、第１の排出口部３５及び第１の導入口部３７の開口方向に配列されており、各電池モジュール２１は、第１の排出口部３５が第１の導入口部３７よりも図３における下側（排気ガスの下流側）に位置するように配置されている。そのため、電池モジュールの配列方向では、最上段の電池モジュール２１Ａの各第１の排出口部３５は中段の電池モジュール２１Ｂの第１の導入口部３７に対向しており、中段の電池モジュール２１Ｂの各第１の排出口部３５は最下段の電池モジュール２１Ｃの第１の導入口部３７に対向している。また、最下段の電池モジュール２１Ｃの第１の排出口部３５は、モジュール搭載部材７１に形成されている排気ダクト７３に連通されている。

電池モジュール２１の排気経路部２９は、電池モジュールの配列方向において互いに連通されて電池パック５１の排気経路の一部を構成している。具体的には、図３及び図４に示すように、最上段の電池モジュール２１Ａの各第１の排出口部３５は連通部材５７を介して中段の電池モジュール２１Ｂの第１の導入口部３７に連通されており、中段の電池モジュール２１Ｂの各第１の排出口部３５は連通部材５７を介して最下段の電池モジュール２１Ｃの第１の導入口部３７に連通されている。各連通部材５７は、例えばポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ（polybutylene terephthalate））等からなる管であり、第１の排出口部３５及び第１の導入口部３７の各周縁部に固定されている。

ところで、素電池１が異常な状態に陥ると（例えば素電池１において内部短絡又は外部短絡が発生すると）、高温なガスがその素電池１の封口板７の開放部７ａから排出されることがある。例えば、最上段の電池モジュール２１Ａの素電池１（図２においてＮＧと記された素電池１）から高温なガスが排出された場合を考える。排出されたガスは、図２に示すように、開放部７ａ（図１参照）から排気経路部２９の第１の排気経路枝部３１内へ逃げ、第１の排気経路枝部３１の長手方向に沿って流動してモジュールケース２３の内側面に衝突する（地点Ａ_１付近）。この衝突により、排気ガスは、流動方向を変えて第２の排気経路枝部３３の長手方向に沿って逃げ、第１の排出口部３５から排出される。ここで、排気ガスは排出方向手前側（図２に示す場合では上側）の第１の排出口部３５から排出されると考えられるが、排気ガスの一部分が排出方向奥側（図２に示す場合では下側）の第１の排出口部３５から排出されることもある。

最上段の電池モジュール２１Ａの第１の排出口部３５から排出されたガスは、図４に示すように、連通部材５７を通って中段の電池モジュール２１Ｂの第１の導入口部３７へ導入され、同電池モジュール２１Ｂの第１の排出口部３５から排出される。ガスは、その後、連通部材５７を通って最下段の電池モジュール２１Ｃの第１の導入口部３７へ導入され、同電池モジュール２１Ｃの第１の排出口部３５から排気ダクト７３へと排出され、ガスの温度を十分に低下させて、その後パックケース内に排出されたり、パックケースに形成された排出口から電池パック５１の外へ排出される。

また、モジュール搭載部材７１の排気ダクト７３はパックケースの底面部８０に圧接されている。すなわち、排気ダクト７３を形成しているダクト下側部材７４がパックケースの底面部８０に圧力をかけられて接触している。これにより排気ダクト７３を排気ガスが通過した場合に、パックケースの底面部８０への熱伝導によって排気ダクト７３が冷却され、排気ガスの温度を速やかに下げることができる。

積載した電池モジュール２１，２１，２１をパックケースに固定するための仲介の部材であるモジュール搭載部材７１に排気ダクト７３が設けられて排気ダクト７３のためだけの空間を別途設けているわけではないので、電池パックの単位体積当たりのエネルギー密度を高めることが可能となる。さらに排気ダクト７３がパックケースにより冷却されるため、パックケースの冷却がない場合に比べて排気ダクト７３の体積を小さくすることができ、この点でもエネルギー密度が向上する。また凸部８１により電池モジュール２１の荷重が受け止められていて、衝撃が加わっても排気ダクト７３が破損することを防ぐことができる。

モジュール搭載部材７１は多数の電池モジュール２１を搭載するために大きな平面強度を必要とするが、排気ダクト７３が強度補強部材としても機能するため、補強部材を別途設ける必要がなくなる。そしてパックケースの底面部８０にダクト下側部材７４配置することで、電池モジュール及びモジュール搭載部材の重心が低くなるため、パック及びモジュール搭載部材を固定する箇所への振動負荷が軽減される。

なお、図４に示すように、最上段の電池モジュール２１Ａの第１の導入口部３７はキャップ５９により塞がれていることが好ましい。これにより、排気ガスの大部分を図４に示す矢印の方向に沿って逃がすことができる。つまり、排気ガスが通る経路を制御できる。また、異物が最上段の電池モジュール２１Ａに混入することを防止できる。キャップ５９の材料は、特に限定されないが、ＰＢＴ等からなれば良い。

以上説明したように、本実施形態では、電池パック５１に排気経路を形成したことに起因するエネルギー密度の低下を防止できる。たとえば発明が解決しようとする課題の欄に記載したように、連結管等を用いて排気経路部の排出口を互いに連結しても、電池パックに排気経路を形成できるが、この場合、連結管等は、平面視においてモジュールケースの外側に位置する。そのため、電池パックのデッドスペース（素電池１が設けられていない空間）の拡大を招き、よって、エネルギー密度の低下を引き起こす。

また、電池パック用の排出経路部材を別途形成し、各々の電池モジュールの排出口をその排出経路部材に連通させることも考えられる。しかし、この場合、電池モジュールにおける排出口の位置等がばらつくと、排出口と電池パック用の排出経路部材との連通が困難となる。そのため、電池パックの生産性の低下を招く。

一方、本実施形態に係る電池パック５１では、モジュール搭載部材７１に排気ダクト７３を設けているので、エネルギー密度の低下を防止できる。ガスを冷却するためには長い冷却経路が必要になるが、本実施形態の構成によれば電池モジュールの排気経路部はパックケースと接する排気ダクトに連結し、破棄ダクトを通るガスは、ダクト下側部材７４からのパックケースへの熱伝導によって効率的に冷却される。よって大きな排気ダクト空間を必要とせず、エネルギー密度の低下を抑えることができる。なお、排気ダクトの形状はどのようなものであってもよく特に限定はされない。排気ダクトが真っ直ぐ伸びていてもよいし、ガスが蛇行する形状であってもよいし、ガスが曲線状に通過する形状でもよい。

また、複数の電池モジュール２１は第１の排出口部３５の開口方向に配列されており、第１の排出口部３５は連通部材５７を介して隣りに位置する電池モジュール２１の第１の導入口部３７に連通されている。よって、連通部材５７は、平面視においてモジュールケース２３よりも内側に位置している。このように、本実施形態に係る電池パック５１では、電池モジュールの配列方向における長さが連通部材５７の長さ分長くなるに過ぎず、電池パックに排気経路を形成したことに起因するエネルギー密度の低下を防止できる。なお、隣り合う電池モジュール２１，２１間における連通部材５７の長さは、１０ｍｍ以下であり、例えば４ｍｍである。

更に、連通部材５７を配置したことにより形成された電池モジュール２１，２１間の隙間に冷媒を流せば、電池モジュール２１を冷却できる。よって、上記隙間を有効に利用できる。なお、この場合、隣り合う電池モジュール２１，２１の間にスペーサを設けることが好ましい。これにより、冷媒が流れるスペースを確保できる。また、電池モジュール２１を安定して所定の位置に配置できる。

また、本実施形態に係る電池パック５１では、連通部材５７は、排気ガスの上流側から下流側へ向かって延びているのではなく、互いに隣り合う電池モジュール２１，２１の第１の排出口部３５と第１の導入口部３７とを連通している。よって、モジュールケース２３における第１の排出口部３５又は第１の導入口部３７の位置がばらついた場合であっても、電池パック５１を作製可能である。

本実施形態に係る電池パック５１では、排気ガスは、電池モジュールの配列方向に沿って逃げるため、電池モジュール２１の配列高さを利用して冷却される。電池パック５１の排気経路の長さが長ければ長いほど、電池パック５１から排出されるガスの温度は低くなる。

更に、本実施形態における各電池モジュール２１では、第１の排出口部３５は、素電池の配列方向に対して垂直な方向に開口している。そのため、異常な電池モジュール２１では、高温なガスは、モジュールケース２３の内面に１回以上衝突してから、第１の排出口部３５から排出される。本発明者らは、排気ガスがモジュールケース２３の内側面又はパックケースの内側面に衝突する回数が多ければ多いほど、電池パックから排出されるガスの温度が低くなることを確認している。よって、本実施形態では、排気経路部２９の全長（第１の排気経路枝部３１の長さと第２の排気経路枝部３３の長さとの合計）をそれほど長くしなくても、電池モジュール２１から排出されるガスの温度を低下させることができる。従って、電池モジュール２１のエネルギー密度の低下を伴うことなく電池モジュール２１から排出されるガスの温度を低下させることができる。

つまり、本実施形態では、１０００℃以上のガスが素電池１から排出されたとき、排気ダクト７３を通過することによりガスはさらに冷却されて、電池パック５１から排出されるガスの温度は１００℃程度となり、電池パック５１から排出されるガスと空気中の酸素とが激しく反応することを防止できる。

各モジュールケース２３、モジュール搭載部材７１及びパックケースは熱伝導性の高い部材、例えば鉄からなるため、排気ガスを効率良く冷却できる。

また、本実施形態に係る電池パック５１では、排気経路を片側（図３では手前側）に集約させることができる。よって、信号線等の電気系統を排気経路とは反対側に配置すれば、排気経路と電気系統とを離隔できる。従って、電気系統が高温なガスに曝されることを防止できる。

また、本実施形態における各電池モジュール２１では、電池室２７は仕切り板２５を介して排気経路部２９から隔離されている。よって、素電池１から排出された高温なガスが電池室２７内に逆流又は流入することを防止できる。従って、正常な素電池１が高温なガスに曝されることを防止できるので、電池モジュール２１の安全性が向上する。

ここで、電池パック５１の排気経路の横断面積について説明する。

排気経路の横断面積が小さくなるにつれ、排気ガスは逃げ難くなり、そのため、圧力損失の発生を招く。圧力損失が発生すると、排気ガスが逆流する恐れがある。また、電池パック５１又は電池モジュール２１が破損する恐れがあり、この破損により素電池１の破損を招く。以上のことから、排気経路の横断面積は大きい方が好ましい。

一方、排気経路の横断面積が大きくなると、排気経路の内面に接触する排気ガスの割合が低下する。そのため、排気ガスは、冷却され難くなる。それだけでなく、排気経路の横断面積が大きくなると、電池モジュール又は電池パックの大型化を招き、電池パックのエネルギー密度の低下を招来する。

以上を考慮して排気経路の横断面積を決定することが好ましい。本発明者らは、排気経路の横断面積が４００ｍｍ^２以上５００ｍｍ^２以下であれば、圧力損失を招くことなく排気ガスの冷却を図ることができる，と考えている。つまり、第１の排気経路枝部３１、第２の排気経路枝部３３及び連通部材５７の各横断面積が４００ｍｍ^２以上５００ｍｍ^２以下であることが好ましい。

電池パックの構成が例えば図５〜図７に示す構成であれば、電池パックの排気経路の長さを更に稼ぐことができる。また、電池モジュールの構成が図８〜図９に示す構成であっても、上記効果を得ることができる。以下、順に説明する。

図５は、第１の変形例に係る電池パック１５１の断面図である。電池パック５１と電池パック１５１とでは、電池モジュールの配列方向における排気経路の構成が異なる。以下では、電池パック５１との相違点を主に説明する。

電池パック１５１は、電池モジュール１２１（電池パック１５１における電池モジュールの位置を特定しないときは、電池モジュールの符号を「１２１」とする）が配列されて構成されている。各電池モジュール１２１のモジュールケース１２３のモジュールケース下面には、第１の排出口部３５，３５だけでなく、第２の排出口部１３５，１３５も形成されている。同じく、各モジュールケース１２３のモジュールケース上面には、第１の導入口部３７，３７だけでなく、第２の導入口部１３７，１３７も形成されている。各第１の導入口部３７は、第１の排出口部３５とは反対側に形成されており、各第２の導入口部１３７は、第２の排出口部１３５とは反対側に形成されている。

電池パック１５１では、各第１の排出口部３５は、隣りに位置する電池モジュール１２１の第１の導入口部３７に対向しており、各第２の排出口部１３５は、隣りに位置する電池モジュール１２１の第２の導入口部１３７に対向している。そして、図５に示すように、最上段の電池モジュール１２１Ａと中段の電池モジュール１２１Ｂとでは、第１の排出口部３５と第１の導入口部３７とが連通部材５７を介して連通されている。また、中段の電池モジュール１２１Ｂと最下段の電池モジュール１２１Ｃとでは、第２の排出口部１３５と第２の導入口部１３７とが連通部材５７を介して連通されている。そして最下段の電池モジュール１２１Ｃの第１の排出口３５が排気ダクト７３に連通している。

なお、最上段の電池モジュール１２１Ａの第２の排出口部１３５、第１の導入口部３７及び第２の導入口部１３７と、中段の電池モジュール１２１Ｂの第１の排出口部３５及び第２の導入口部１３７と、最下段の電池モジュール１２１Ｃの第１の導入口部３７及び第２の排出口部１３５とは、キャップ５９で蓋されていることが好ましい。これにより、排気ガスが通る経路を制御できる。また、異物等の混入を防止できる。

異常な電池モジュールが最上段の電池モジュール１２１Ａである場合、素電池１から排出された高温なガスは、図２に示すように地点Ａ_１まで逃げ、地点Ａ_１において流動方向を変える。その後、高温なガスは、連通部材５７を通って最上段の電池モジュール１２１Ａの第１の排出口部３５から中段の電池モジュール１２１Ｂの第１の導入口部３７へ逃げる。ここで、中段の電池モジュール１２１Ｂの第１の排出口部３５はキャップ５９で封止されている一方、同電池モジュール１２１Ｂの第２の排出口部１３５は開放されている。よって、排気ガスは、中段の電池モジュール１２１Ｂの第２の排出口部１３５から、連通部材５７を通って、最下段の電池モジュール１２１Ｃの第２の導入口部１３７へ逃げる。ここで、最下段の電池モジュール１２１Ｃの第２の排出口部１３５はキャップ５９で封止されている一方、同電池モジュール１２１Ｃの第１の排出口部３５は開放されている。よって、排気ガスは、最下段の電池モジュール１２１Ｃの第１の排出口部３５から、排気ダクト７３に排出され、その後電池パック１５１の外部へ逃げる。

このように、電池パック１５１の排出経路は、電池パック５１の排出経路よりも約２Ｌ長くなる。ここで、長さＬは、第１の排出口部３５の開口における中心点と第２の排出口部１３５の開口における中心点との距離である。よって、電池パック１５１から排出されるガスの温度は、電池パック５１から排出されるガスの温度よりも低くなる。一方、電池パック５１と電池パック１５１とでは全体積は殆ど変わらない。これらのことから、電池パック１５１では、電池パック５１に比べて、エネルギー密度の低下を殆ど招くことなく安全性の向上を図ることができる。

なお、各電池モジュール１２１には、第３の排出口部、第４の排出口部、…、第ｎの排出口部が形成されていても良い。ｎの数が大きくなるほど、電池パック１５１における排出経路の長さを稼ぐことができる。しかし、ｎの数が大きくなると、封止される排出口部及び導入口部の個数が増加するため、電池パックの生産性の低下を招き、更には、電池パックのコスト高を招く。それだけでなく、モジュールケースの強度低下を招くこともある。これらを考慮して、ｎの数を決めることが好ましい。

また、長さＬの大きさは特に限定されない。排気経路の長さ及びモジュールケースの強度等を確保しつつ、また、モジュールケースの生産性を考慮しながら、長さＬを決めれば良い。

また、最上段の電池モジュール１２１Ａと中段の電池モジュール１２１Ｂとでは、第２の排出口部１３５と第２の導入口部１３７とが連通部材５７を介して連通されており、且つ、中段の電池モジュール１２１Ｂと最下段の電池モジュール１２１Ｃとでは、第１の排出口部３５と第１の導入口部３７とが連通部材５７を介して連通されていても良い。

図６は、第２の変形例に係る電池パック２５１の一部分の分解平面図であり、図６（ｂ）は、図６（ａ）に示すVIB−VIB線における断面図である。図６（ａ）では、電池モジュール２１Ｄについては内部構造を実線で記している一方、電池モジュール２１Ｅについては内部構造の一部分を破線で記している。電池パック５１と電池パック２５１とでは連通部材の構成が異なる。以下では、電池パック５１との相違点を主に説明する。

電池パック２５１では、連通部材２５３は、図６（ｂ）に示すように、２枚のシート状部材２５４，２５６が中空部２５５を挟んで形成されたものである。中空部２５５は、平面視において曲線状に形成されており、中空部２５５の一端側には、２つの上流側開口部２５７，２５７が形成されており、中空部２５５の他端側には、２つの下流側開口部２５９，２５９が形成されている。各上流側開口部２５７は、連通部材２５３の上面に形成されて中空部２５５に連通されており、また、連通部材２５３よりも上流側に位置する電池モジュール（上流側の電池モジュール）２１Ｄの第１の排出口部３５に連通されている。各下流側開口部２５９は、連通部材２５３の下面に形成されて中空部２５５に連通されており、また、連通部材２５３よりも下流側に位置する電池モジュール（下流側の電池モジュール）２１Ｅの第１の導入口部３７に連通されている。なお、各上流側開口部２５７は、短尺な連通管（不図示）等を介して上流側の電池モジュール２１Ｄの第１の排出口部３５に連通されていることが好ましい。下流側開口部２５９についても同様である。

このような電池パック２５１では、上流側の電池モジュール２１Ｄの第１の排出口部３５から排出されたガスは、上流側開口部２５７へ導入され、中空部２５５の長手方向に沿って流動して、下流側開口部２５９から下流側の電池モジュール２１Ｅの第１の導入口部３７へ排出される。ここで、中空部２５５は、図６（ａ）に示すように平面視において曲線状に形成されており、上流側開口部２５７は中空部２５５の長手方向一端側に形成されており、下流側開口部２５９は中空部２５５の長手方向他端側に形成されている。よって、電池パック２５１の排気経路の長さは、中空部２５５の長手方向における長さ分、電池パック５１よりも長くなる。従って、電池パック２５１から排出されるガスは電池パック５１から排出されるガスよりも低温となる。

電池パックの排気経路の長さを稼ぐという観点では、連通部材として連通部材２５３を用いることが好ましい。しかし、連通部材として連通部材２５３を用いると、連通部材２５３と電池モジュール２１とを連通させるための部材が別途必要となる。よって、電池パックの生産性の低下、又は、電池パックのコスト高を招く恐れがある。電池パックの安全性と電池パックの生産性及びコストとを考慮して、連通部材として連通部材５７又は連通部材２５３のどちらを用いるのかを選択すれば良い。

例えば、連通部材２５３は下流側に配置されていることが好ましい。これにより、下流側の電池モジュール２１を構成する素電池１から高温なガスが排出された場合であっても、電池パック２５１から排出されるガスの温度が１００℃以下となる。

また、隣り合う電池モジュール２１，２１の間に偶数枚の連通部材２５３を配置しても良い。これにより、電池パック２５１において第１の排出口部３５及び第１の導入口部３７を同じ側に配置できる。よって、電池パック２５１においても、ガスの排気経路と配線等の電気経路とを離隔できる。

なお、中空部２５５の平面形状は、図６（ａ）に示す形状に限定されない。例えば、中空部２５５の平面形状は、直線形状であっても良いし、図６（ａ）に示す曲線形状以外の曲線形状であっても良い。しかし、中空部２５５の平面形状が曲線形状であれば、排気ガスは中空部２５５の内面に衝突しながら中空部２５５の長手方向に流動する。また、限られた空間内において中空部２５５の長尺化を図ることができる。これらのことから、中空部２５５の平面形状は、曲線形状であることが好ましく、図６（ａ）に示すように蛇行していれば更に好ましい。このことは、後述の図７における第２の中空部３５５についても言える。

また、上流側開口部２５７及び下流側開口部２５９の各位置は図６（ａ）に示す位置に限定されない。上流側開口部２５７と下流側開口部２５９とが中空部２５５の長手方向において相異なる位置に形成されていれば、電池パック２５１の排気経路の長さを電池パック５１よりも稼ぐことができる。しかし、上流側開口部２５７が中空部２５５の長手方向一端に形成されており、且つ、下流側開口部２５９が中空部２５５の長手方向他端に形成されていれば、電池パック２５１の排気経路の長さを最大限、稼ぐことができる。このことは、後述の図７における開口部（第１の開口部）３５７及び排出端（第２の開口部）３５９についても言える。

また、連通部材２５３の構成は、図６（ｂ）に示す構成に限定されない。例えば、シート状部材２５６にも凹凸が形成されており、そのシート状部材２５６と図６（ｂ）に示すシート状部材２５４とを接着することにより中空部２５５が形成されても良い。このことは、後述の図７における下側パネル（パネル）３５３についても言える。

また、シート状部材２５４，２５６の材料は、特に限定されないが、例えば、亜鉛めっき鋼板等からなれば良い。亜鉛めっき鋼板としては、電気亜鉛めっき（ＳＥＣＣ）を用いることがより好ましい。

図７は、第３の変形例に係る電池パック３５１の一部分の分解平面図である。図７では、最下段の電池モジュール２１Ｃの内部構造を記している。本変形例に係る電池パック３５１は、下側パネル３５３を更に備えている。以下では、電池パック５１との相違点を主に説明する。

下側パネル３５３は、最下段の電池モジュール２１Ｃと収容部材５３の底面との間に設けられており、２枚のシート状部材（不図示）が第２の中空部３５５を挟んで形成されたものである（図６（ｂ）参照）。第２の中空部３５５は、平面視において曲線状に形成されており、第２の中空部３５５の一端側には、２つの開口部３５７，３５７が形成されており、第２の中空部３５５の他端側には、排出端３５９が形成されている。各開口部３５７は、下側パネル３５３の上面に形成されて第２の中空部３５５に連通されており、また、最下段の電池モジュール２１Ｃの第１の排出口部３５に連通されている。排出端３５９は、第２の中空部３５５に連通されており、また、パックケースに形成された排出口に連通されている。

このような電池パック３５１では、最下段の電池モジュール２１Ｃの各第１の排出口部３５から排出されたガスは、開口部３５７へ導入され、第２の中空部３５５の長手方向に沿って流動して排出端３５９から排出される。よって、電池パック３５１の排気経路の長さは、第２の中空部３５５の長手方向における長さ分、電池パック５１よりも長くなる。従って、電池パック３５１から排出されるガスは電池パック５１から排出されるガスよりも低温となる。例えば、最下段の電池モジュール２１Ｃを構成する素電池１から高温なガスが排出された場合であっても、電池パック３５１から排出されるガスの温度を１００℃以下にできる。

電池パックの排気経路の長さを稼ぐという観点では、下側パネル３５３を設けることが好ましく、下側パネル３５３の枚数は多い方が好ましい。しかし、下側パネル３５３を設けると、下側パネル３５３と最下段の電池モジュール２１Ｃとを連通させるための部材が別途必要となる。よって、電池パックの生産性の低下、又は、電池パックのコスト高を招く恐れがある。また、下側パネル３５３の枚数が多くなると、電池パックのエネルギー密度の低下を招く。以上を踏まえて、下側パネル３５３を設けるか否か、又は、下側パネル３５３の枚数を決定すれば良い。

図８は、第４の変形例に係る電池パック４５１の断面図である。なお、図８では、図面を簡略化するために、素電池１についてはその外形を記しているとともにモジュール搭載部材７１の図示を省略している。以下では、電池モジュール２１及び電池パック５１との相違点を主に説明する。

各電池モジュール２２１では、第１の排出口部３５は、モジュールケース２２３のモジュールケース正面に形成されており、第１の導入口部３７は、モジュールケース２２３のモジュールケース背面に形成されている。電池パック４５１は、電池モジュール２２１が第１の排出口部３５の開口方向に配列されて構成されている。

このような電池パック４５１では、素電池（図８中において「ＮＧ」と記された素電池）１から排出されたガスは、開放部７ａから第１の排気経路枝部３１へ逃げ、第１の排気経路枝部３１の長手方向に沿って流動してモジュールケース２２３の内側面に衝突する。この衝突により、排気ガスは、流動方向を変えて第２の排気経路枝部３３の長手方向に沿って流動し、第１の排出口部３５から排出されて、隣りに位置する電池モジュール２２１の第１の導入口部３７へ導入される。よって、電池パック４５１は、図３等に示す電池パック５１と略同一の効果を得ることができる。

図９（ａ）及び（ｂ）は、第５の変形例に係る電池パック５５１の平面図及び断面図である。なお、図９（ａ）では、電池モジュール３２１の内部構造を記している。また、図９（ｂ）では、図面を簡略化するために、素電池１についてはその外形を記している。以下では、電池モジュール２１及び電池パック５１との相違点を主に説明する。

各電池モジュール３２１のモジュールケース３２３は、１つの電池室２７と長尺な排気経路部２９とに区画されている。第１の排出口部３５は、モジュールケース３２３のモジュールケース上面に形成されており、第１の導入口部３７は、モジュールケース３２３のモジュールケース下面に形成されている。電池パック５５１は、電池モジュール３２１が第１の排出口部３５の開口方向に配列されて構成されている。

このような電池パック５５１では、素電池１から排出されたガスは、開放部７ａから排気経路部２９へ逃げ、排気経路部２９の長手方向に沿って流動してモジュールケース３２３の内側面に衝突する。この衝突により、排気ガスは、流動方向を変えて第１の排出口部３５から排出され、隣りに位置する電池モジュール３２１の第１の導入口部３７へ導入される。よって、電池パック５５１は、図３等に示す電池パック５１と略同一の効果を得ることができる。

図１０、図１１は、第６の変形例に係る電池パックの内部構造を示す斜視図である。なお、図１１は図１０からパックケースの底面部８０の図示を省略して下面側を示している。

２段積みの電池モジュール２１が２列に並んでモジュール搭載部材７１に搭載されており、モジュール搭載部材７１はパックケースの底面部８０に固定されている。底面部８０には上方に突き出した凸部８１が設けられており、この凸部８１の上にモジュール搭載部材７１が載せられて固定されている。

図１１に示すように、電池モジュール２１の排出口に対応する排気ダクトの部分７６は、図の右側に存しており、この部分７６から左方のダクト出口７５の方まで、ダクト下側部材７４の凸型形状が示す排気ダクトが形成されている。素電池から出るガスは、電池モジュール２１の排出口から排気ダクトに入ると、ダクト下側部材７４に衝突して進んでいく向きを９０度変える。そのため、この時点でガスの温度が大きく下がる。さらに、電池モジュール２１の排出口の開口面積よりも排気ダクトのガス進路に垂直な開口面積の方が大きいので、この構造によってもガスの温度下降が生じる。排気ダクトは上述のようにパックケースの底面部８０に圧接されているので、パックケースにも排気ダクトを介してガスの熱が伝導することにより、ガスがさらに冷却される。

本実施形態は、以下に示す構成を有していても良い。

図６〜図９に示す各電池パックは、図５に示す排気経路を備えていても良い。また、図５及び図７〜図９に示す各電池パックは、連通部材５７の代わりに図６に示す連通部材２５３を備えていても良い。また、図５〜図６及び図８〜図９に示す各電池パックは、図７に示す下側パネル３５３を備えていても良い。何れの場合であっても、電池パックの排気経路の長尺化を図ることができるので、電池パックの安全性が更に向上する。

パックケースの底面部とモジュール搭載部材との関係において、凸部はモジュール搭載部材の側に設けてもよい。また、排気ダクトは図６，７に示す連通部材のような曲折したガスの排出経路を備えていてもよい。

第１の排出口部は、素電池の配列方向に開口していても良い。しかし、第１の排出口部が素電池の配列方向に対して垂直に開口していれば、排気ガスがモジュールケースの内側面に衝突する回数を増やすことができる。よって、異常な電池モジュールから排出されるガスの温度を４００℃程度にまで下げることができる。

モジュールケース内における電池室と排気経路部との配置は、図２及び図９に示す配置以外の配置であっても良い。モジュールケース内における電池室と排気経路部との配置が図２に示す配置であれば、図４に示す電池パックだけでなく図８に示す電池パックも作製できるので、バリエーションに富んだ電池パックを提供できる。

図２に示す電池モジュールでは、第１の排出口部は、第２の排気経路枝部の長手方向中央に形成されていても良い。これにより、電池モジュール内における排気ガスの移動距離が長くなるため、異常な電池モジュールから排出されるガスの温度が更に低くなる。この場合、各モジュールケースには、２つの第１の排出口部が形成されていても良いし、１つの第１の排出口部が形成されていても良い。

連通部材を介して互いに連通される第１の排出口部と第１の導入口部とは、対向する位置に形成されていても良いし（前者）、対向する位置から外れる位置に形成されていても良い（後者）。連通部材の固定のし易さ、又は、連通部材における圧力損失の低減等を考慮すれば、前者の方が好ましい。しかし、製造ばらつき程度の位置ずれであれば、後者であっても良い。連通部材を介して互いに連通される第２の排出口部と第２の導入口部とについても同様のことが言える。

同様に、電池モジュールでは、第１の排出口部は、第１の導入口部に対向する位置から外れた位置に形成されていても良い。圧力損失をそれほど伴うことなく第１の導入口部から導入されたガスを第１の排出口部へ排出させることを考慮すれば、第１の排出口部は第１の導入口部に対向する位置に形成されていることが好ましい。しかし、製造ばらつき程度の位置ズレであれば、第１の排出口部は、第１の導入口部に対向する位置から外れた位置に形成されていても良い。第２の排出口部についても同様のことが言える。

連通部材を第１の排出口部等の周縁に固定する方法は特に限定されない。連通部材がＰＢＴ等の樹脂からなる場合には、連通部材の固定方法の一例としてかしめ固定を挙げることができる。

第１の排出口部の開口形状は図３等に示す形状に限定されず、第１の排出口部の個数は上記個数に限定されない。これらのことは、第１の導入口部、第２の排出口部、第２の導入口部、上流側開口部、下流側開口部、開口部及び排出端についても言える。

パックケースの構成は、図３に示す構成に限定されない。また、モジュールケースの構成は、特に限定されず、図３に示すパックケースと略同一に形成されていても良い。

パックケースの代わりに、中空の枠体で構成された構造体を用いても良い。この場合、下流側に位置する電池モジュールの排出口部が枠体の中空部に連通されていれば、電池パックのエネルギー密度の低下を伴うことなく電池パックの排気経路の長さを更に稼ぐことができる。

パックケースは、樹脂からなっていても良いが、熱伝導性に優れた材料（鉄又は銅等の金属材料）からなっていることが好ましい。パックケースが熱伝導性に優れた材料からなれば、排気ガスの熱をさらにパックケースに逃がすことができる。モジュールケースについても同様のことが言える。

隔離板は設けられていなくても良い。しかし、素電池から高温なガスが排出されたとき、その素電池の温度は３００〜６００℃程度にまで上昇する，と言われている。そのため、隔離板が設けられていれば、特に熱伝導性に優れた隔離板が設けられていれば、素電池の異常な熱が他方の電池室内の素電池へ伝わることを防止できる。同様の理由から、複数の素電池は、熱伝導性に優れた材料（例えばアルミニウム）からなるホルダーに保持されてモジュールケース内に収容されていることが好ましい。

電池パックを構成する電池モジュールの個数は、図３等に示す個数に限定されない。また、電池モジュールを積層させて電池パックを構成しても良いし、電池モジュールを横に並べて電池パックを構成しても良い。また、電池パックでは、電池モジュールは、互いに並列接続されていても良いし、互いに直列接続されていても良い。複数の電池モジュールを互いに電気的に接続するための構成は、特に限定されない。

同様に、電池モジュールを構成する素電池の個数は、図２等に示す個数に限定されない。また、複数の素電池は、モジュールケース内において、一列に配置されていても良いし、二次元的に配置されていても良い。複数の素電池を例えば千鳥格子状に配置すれば、素電池の個数が増加したことに起因する電池モジュールの体積増加を抑制できる。また、複数の素電池は、モジュールケース内において、直列接続されていても良いし、並列接続されていても良い。また、複数の素電池を互いに電気的に接続するための構成は、特に限定されない。例えば、仕切り板が、正極バスバー、負極バスバー又は両極のバスバーを兼ねていても良い。

素電池は、角型電池であっても良い。

正極板と負極板とはセパレータを介して積層されて電極群を構成していても良い。

正極リードの代わりに正極集電板が用いられていても良いし、負極リードの代わりに負極集電板が用いられていても良い。これにより、素電池における集電抵抗が低減する。

正極板及び負極板の構成は、それぞれ、二次電池（例えばリチウムイオン二次電池）の正極板及び負極板の構成として公知の構成であれば良い。また、電池ケース、ガスケット、封口板、正極リード及び負極リードの材料は、それぞれ、二次電池の電池ケース、ガスケット、封口板、正極リード及び負極リードの材料として公知の材料であれば良い。

開放部は、封口板のうち電池ケースの軸方向に延びる部分に形成されていても良い。この場合であっても、図２等に示す電池モジュールを構成でき、素電池から排出されたガスを排気経路部へ逃がすことができる。

以上説明したように、本発明は、例えば車両用電源又は蓄熱用電源等に有用である。

１ 素電池
２１ 電池モジュール
２３ モジュールケース
２７ 電池室
２９ 排気経路部
３１ 第１の排気経路枝部
３３ 第２の排気経路枝部
３５ 第１の排出口部（排出口部）
３７ 第１の導入口部（導入口部）
５１ 電池パック
５７ 連通部材
７１ モジュール搭載部材
７３ 排気ダクト
８０ パックケースの底面部
１３５ 第２の排出口部
１３７ 第２の導入口部
２５３ 連通部材（板）
２５５ 中空部
２５７ 上流側開口部
２５９ 下流側開口部
３５３ 下側パネル（パネル）
３５５ 第２の中空部
３５７ 開口部（第１の開口部）
３５９ 排出端（第２の開口部）

Claims (12)

1. 少なくとも１つの電池モジュールがパックケース内に設置された電池パックであって、
   前記電池モジュールは、複数の素電池が収容される電池室と、前記素電池からの排気ガスを排出口部から前記電池モジュールの外へ排出する排気経路部とに区画されており、
   前記電池モジュールはモジュール搭載部材に搭載され、
   前記モジュール搭載部材は前記パックケースに固定され、
   前記モジュール搭載部材には前記排気経路部から導出された前記排気ガスを通過させる排気ダクトが設置されている、電池パック。
2. 前記モジュール搭載部材は前記電池モジュールと前記パックケースの底面との間に配置されている、請求項１に記載の電池パック。
3. 前記排気ダクトは前記パックケースの底面に圧接されている、請求項２に記載の電池パック。
4. 前記電池モジュールは複数存していて、前記パックケース内に配列されて設置されており、
   複数の前記電池モジュールは、それぞれ、複数の素電池がモジュールケース内に配列されて構成されており、
   前記排出口部は、前記モジュールケースの側面に形成されており、
   前記電池モジュールは、前記排出口部の開口方向に配列されており、
   前記排出口部が形成されたモジュールケース側面とは反対側に位置するモジュールケース側面には、隣りに位置する前記電池モジュールの前記排出口部から排出された排気ガスが導入される導入口部が形成されており、
   前記排出口部は、中空の連通部材を介して、隣りに位置する前記電池モジュールの前記導入口部に連通されている、請求項３に記載の電池パック。
5. 第１の電池モジュール、第２の電池モジュール及び第３の電池モジュールの順に配列されて構成されており、
   前記第１の電池モジュール、前記第２の電池モジュール及び前記第３の電池モジュールのそれぞれでは、
   前記排出口部が形成されたモジュールケース側面に、前記排出口部とは異なる第２の排出口部が形成されており、
   前記導入口部が形成されたモジュールケース側面に、前記導入口部とは異なる第２の導入口部が形成されており、
   前記導入口部は、前記排出口部とは反対側に形成されており、
   前記第２の導入口部は、前記第２の排出口部とは反対側に形成されており、
   前記第１の電池モジュールの前記排出口部は、前記連通部材を介して、前記第２の電池モジュールの前記導入口部に連通されており、
   前記第２の電池モジュールの前記第２の排出口部は、前記連通部材を介して、前記第３の電池モジュールの前記第２の導入口部に連通されている、請求項４に記載の電池パック。
6. 前記第１の電池モジュールの前記第２の排出口部、前記第２の電池モジュールの前記第２の導入口部及び前記第２の電池モジュールの前記排出口部は封止されている、請求項５に記載の電池パック。
7. 前記連通部材は管である、請求項４から６のいずれか一つに記載の電池パック。
8. 前記連通部材は、中空部を有する板であり、
   前記中空部は、平面視において直線状又は曲線状に形成されており、
   前記中空部には、前記連通部材よりも前記排気ガスの排出方向の上流側に位置する電池モジュールの前記排出口部に連通される上流側開口部と、前記連通部材よりも前記排気ガスの排出方向の下流側に位置する電池モジュールの前記導入口部に連通される下流側開口部とが形成されており、
   前記上流側開口部は、前記中空部の長手方向において、前記下流側開口部とは異なる位置に形成されている、請求項４から６のいずれか一つに記載の電池パック。
9. 前記排気ガスの排出方向の下流側に位置する下流側電池モジュールの前記排出口部には、パネルに形成された第２の中空部が連通されており、
   前記第２の中空部は、平面視において直線状又は曲線状に形成されており、
   前記第２の中空部には、前記下流側電池モジュールの前記排出口部に連通される第１の開口部と、前記第１の開口部に導入された排気ガスを排出する第２の開口部とが形成されており、
   前記第１の開口部は、前記第２の中空部の長手方向において、前記第２の開口部とは異なる位置に形成されている、請求項４から８のいずれか一つに記載の電池パック。
10. 前記排気ガスの排出方向の最上流に位置する電池モジュールの前記導入口部は封止されている、請求項４から９のいずれか一つに記載の電池パック。
11. 前記排出口部は、前記素電池の配列方向に対して垂直な方向に開口している、請求項４から１０のいずれか一つに記載の電池パック。
12. 前記電池モジュールは積層されている、請求項４から１１のいずれか一つに記載の電池パック。

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