JPWO2014065110A1

JPWO2014065110A1 - 電池モジュールのガス排出構造

Info

Publication number: JPWO2014065110A1
Application number: JP2014543217A
Authority: JP
Inventors: 尚美長田; 毅之小久保; 徹夫佐々木; 森田　剛; 剛森田; 卓弥島本
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2012-10-25
Filing date: 2013-10-08
Publication date: 2016-09-08
Anticipated expiration: 2033-10-08
Also published as: JP5939307B2; WO2014065110A1

Abstract

複数のセル（２）が両端のエンドプレート（７）とともに積層されてセルユニット（３）を構成しており、このセルユニット（３）がモジュールケース（４）内に収容されている。各セル（２）は防爆弁（２ａ）を有する。モジュールケース（４）の一方の端部壁には、内圧開放部（５）が設けられている。セルユニット（３）の外周縁と内圧開放部（５）とを結ぶ直線（Ｌ）を遮るように、エンドプレート（７）の大きさが設定されることで、隔壁（６）として機能する。セル（２）のフィルムの貼り合わせ部が開封して発生ガスが放出しても、直線的な流れが隔壁（６）によって妨げられる。

Description

本発明は、電気自動車やハイブリッド車に搭載される組電池を構成する電池モジュールのガス排出構造に関する。

特許文献１には、過充電によりセルにガスが発生した場合に、この高温高圧のガスがモジュールケースからそのまま放出されないように、セルの外装体に設けられた開口形成手段と、モジュールケースに設けられた貫通孔とが対向しない配置構成とした電池モジュールが開示されている。

しかし、発電要素を密封した外装体がフィルム材で形成されたラミネート型のセルは、ガス発生により内圧が上昇したときに開口形成手段（防爆弁）以外の部分でフィルムの貼り合わせ部が開封することがある。従って、特許文献１の開示技術では、モジュールケースの貫通孔に対向した部分でこの開封が生じると、高温，高圧のガスがそのままモジュールケース外に放出される可能性があり、モジュールケース外に樹脂製等の部品があった場合、部品の劣化を招く恐れがある。

本発明は、セルのフィルムの貼り合わせ部がどの位置で開封して発生ガスが放出しても、モジュールケースに設けられた内圧開放部からそのまま外部へ流出するのを回避することができる電池モジュールのガス排出構造を提供することを目的とする。

特開２００５−３２２４３４号公報

本発明の電池モジュールのガス排出構造は、複数のセルを積層したセルユニットと、前記セルユニットを収納したモジュールケースと、前記モジュールケースに貫通配置されて、内部に溜まったガスを外部に放出する内圧開放部と、前記セルユニットと前記内圧開放部との間に配置した隔壁と、を備えている。

そして、前記隔壁は、前記内圧開放部と前記セルユニットの外周縁とを結ぶ直線を遮蔽するように配置されている。

本発明によれば、セルのフィルムの貼り合わせ部がどの位置で開封して発生ガスが放出しても、必ず圧力開放部の前には隔壁が立ちはだかっているので、発生ガスに含まれる可燃性物質は隔壁に妨げられて直接外部へ流出するのを防止できる。また、ガス自体も隔壁およびモジュールケース内面に衝突して迂回することから温度を下げる効果が得られる。

本発明の第１実施形態を示す略示的な斜視図。図１に示した電池モジュールの略示的な側面断面図。図２のＡ−Ａ線に沿う断面図。図２のＢ−Ｂ線に沿う断面図。本発明の第２実施形態を示す図４と同様の断面図。本発明の第３実施形態を示す図４と同様の断面図。隔壁の各異なる例（ａ）〜（ｄ）を示す図。本発明の第４実施形態を示す図２と同様の断面図。本発明の第５実施形態を示す図４と同様の断面図。本発明の第６実施形態を示す略示的な斜視図。図１０に示した電池モジュールの略示的な側面断面図。本発明の第７実施形態を示す略示的な斜視図。図１２に示した電池モジュールの略示的な側面断面図。図１２に示した電池モジュールの略示的な平面断面図。

以下、本発明の実施形態を図面と共に詳述する。

図１は、本発明に係る電池モジュールの第１実施形態の全体構成を示し、特に、モジュールケース４内部の構成を示すためにモジュールケース４を透視して示している。

電池モジュール１は、薄型矩形状の複数のセル２を縦置きに積層したセルユニット３と、該セルユニット３を収納した矩形の箱状をなすモジュールケース４と、モジュールケース４に貫通配置されて、内部に溜まったガスを外部に放出する内圧開放部５と、これらセルユニット３と内圧開放部５との間に配置した隔壁６と、を備えている。

セル２は、アルミ層を中間にして樹脂層を積層してラミネート加工した２枚のフィルム材の周囲を互いに貼り合わせて発電要素を密封したラミネート型セルと称されるものである。このセル２は、一側部に防爆弁２ａを備えて、過充電によりガスが発生した場合に、該防爆弁２ａが開弁して発生ガスを放出可能としている。

モジュールケース４は、アルミ，アルミ合金等の軽量で熱伝導性の良好な金属からなり、上述の内圧開放部５はモジュールケース４の長さ方向（セル２の積層方向）の一方の端部壁の下部中央に設定してある。

この内圧開放部５として、モジュールケース４の内圧が所定値以上となると開弁する定圧弁を用いたり、単なる開口として構成することができる。

セルユニット３は、複数のセル２を結束手段により上述のように縦置きに積層して構成される。本実施形態にあっては一対のエンドプレート７でセル２の積層体を長さ方向（積層方向）に挟んで、４隅部に結束ボルト８を貫通させて、該結束ボルト８で緊締結束している。

エンドプレート７は、モジュールケース４と同様にアルミ，アルミ合金等の軽量で熱伝導性の良好な金属からなり、図２に示すように下端にフランジ７ａを備えて、該フランジ７ａを介してモジュールケース４の底壁内面に締結固定するようにしている。

本実施形態ではこのセルユニット３の長さ方向端部に配置したセル結束用のエンドプレート７を、上述の隔壁６として利用している。

即ち、セルユニット３の長さ方向両端部に配置したエンドプレート７は、何れもセルユニット３の幅および高さ寸法よりも十分に大きく形成され、モジュールケース４の幅方向両側壁の内面に当接すると共に上壁内面の近傍にまで存在して、セルユニット３の配置部分を隔成する隔壁としている（図３参照）。

このように、モジュールケース４の内圧開放部５を設けた長さ方向の一方の端部壁に対向した隔壁６（つまりエンドプレート７）により、この内圧開放部５とセルユニット３の外周縁とを結ぶ直線Ｌが遮蔽される（図２，図４参照）。換言すれば、セルユニット３の一端面の全周に亘って、内圧開放部５とセルユニット３の外周縁とを結ぶ直線Ｌと交差するように、隔壁６（エンドプレート７）が設けられている。

図示する例では、一対のエンドプレート７を同じ大きさとしているが、モジュールケース４の内圧開放部５を設けていない他方の端部壁に対向するエンドプレート７は小型のものであってもよい。

この第１実施形態の構成によれば、過充電によりセル２内にガスが発生した場合、内圧の上昇により防爆弁２ａが開いて発生したガスがモジュールケース４内に放出される。

そして、モジュールケース４内にガスが充満するようになると、内圧開放部５から充満したガスがケース４外へ放出される。

このとき、上述のようにセル２の防爆弁２ａから放出されるガスは、図１の矢印ａに示すようにセルユニット３の側面とモジュールケース４の側壁との間の間隙を内圧開放部５に向けて流動する。

このガスの流動過程で隔壁６により流動が一旦遮られてケース４内上方へ指向する。そして、隔壁６の上端を乗り越えて内圧開放部５に向けてケース４内下方へ流動し、該内圧開放部５からケース４外へ放出される。

このようにして、セル２の防爆弁２ａから放出された高温高圧のガスが内圧開放部５に向かう流動過程で、隔壁６の存在によって迂回が反復されることによって、ガスに含まれる発電要素の可燃性物質が内圧開放部５から直接外部へ流出するのが防止される。

また、ガス自体も隔壁６およびモジュールケース４の内面に衝突して迂回することから温度を下げる効果が得られる。

ここで、隔壁６は、上述のようにモジュールケース４に設けた内圧開放部５とセルユニット３の外周縁とを結ぶ直線Ｌを遮蔽可能な配置としてある。これにより、防爆弁２ａ以外でセル２のフィルムの貼り合わせ部がどの位置で開封して発生ガスが放出したとしても、必ず圧力開放部５の前には隔壁６が立ちはだかって、上述のガス流動の迂回作用が得られる。従って、可燃性物質の直接的な外部流出の防止効果と、ガスの温度低下作用と、が得られる。

図５は本発明の第２実施形態を示すもので、本実施形態では、隔壁６を、内圧開放部５を設けたモジュールケース４の一方の端部壁と、セルユニット３の一方の端部と、の中間位置に配置してある。

このように、隔壁６をセルユニット３の端部から離間させて内圧開放部５に近づけることにより、内圧開放部５とセルユニット３の外周縁とを結ぶ直線Ｌを遮蔽可能な隔壁６の幅寸法を、セルユニット３の幅寸法程度に短くすることが可能となり、隔壁６の小型，軽量化を図ることができる。

図６は本発明の第３実施形態を示すもので、第２実施形態と異なる点は、内圧開放部５を、モジュールケース４の端部壁の一方の隅部寄りに片寄った位置に設定すると共に、隔壁６を、この内圧開放部５に対応してモジュールケース４の幅方向の一方に片寄って配置したことにある。

このように、内圧開放部５と隔壁６とをモジュールケース４の幅方向の一方に偏在させることにより、上述の直線Ｌを遮蔽可能な隔壁６の幅方向寸法を可及的に短くすることができて、隔壁６をより一層小型，軽量化することができる。

図７は隔壁６のいくつかの異なる例を示している。図７の（ａ）に示す隔壁６は、全体形状を蛇腹状の凹凸形状としてある。

同図の（ｂ）に示す隔壁６は、周縁部に囲まれた中央部分をルーバー構造としている。

同図の（ｃ）に示す隔壁６は、周縁部に囲まれた中央部分をメッシュ構造にしたものである。（ｄ）に示す隔壁６は、周縁部に囲まれた中央部分を多孔構造としている。

（ａ）に示した凹凸形状の隔壁６では、ガスの移動距離を長くし、かつ、ガスの接触面積を増やすことができるため、ガスの冷却効果を高めることができる。

また、（ｂ）〜（ｄ）に示したルーバー構造，メッシュ構造，多孔構造の隔壁６では、何れもガスの接触面積を増やすことができるため、ガスの冷却効果を高めることができる。

図８は本発明の第４実施形態を示すもので、前記第１実施形態における隔壁６を構成するエンドプレート７の下端に、セルユニット３の長さ方向の中央に向かって延在する底壁部７ｂを設け、該底壁部７ｂをモジュールケース４の底壁に面接触させている。

このように、隔壁６を構成するエンドプレート７とモジュールケース４の底壁との接触面積を増大することによって、矢印ｈで示すように隔壁６からモジュールケース４の底壁への伝熱，放熱作用が高められて、ガスの冷却効果を高めることができる。

図９は本発明の第５実施形態を示すもので、本実施形態にあっては、隔壁６を一体に設けたモジュールケース４の側壁を凹凸形状としてある。

このように、隔壁６と熱的に接続しているモジュールケース４の側壁を凹凸形状とすることにより、矢印ｈで示すように該側壁の放熱作用が高められて隔壁６およびモジュールケース４の側壁に衝突するガスの冷却効果を高めることができる。

図１０，図１１は本発明の第６実施形態を示しており、隔壁を複数枚用いて、これをセルユニット３と内圧開放部５との間で、ガスの流出経路が蛇行するように多段配置したものである。

図示する例では、前記第１実施形態における内圧開放部５を、モジュールケース４の一方の端部壁の上部中央に設定してある。そして、該内圧開放部５とこれに対向するエンドプレート７との中間位置に、エンドプレート７で構成された隔壁６とは別の第２の隔壁６Ａが配置されている。この第２の隔壁６Ａは、モジュールケース４の上壁に取り付けられ、下方へ向かって延びている。

これにより、蛇行したガス流出経路が構成される。つまり、セル２の防爆弁２ａから放出されたガスが、セルユニット３の側面とモジュールケース４の側壁との間の間隙を内圧開放部５に向けて流動する過程で、隔壁６により流動が一旦遮られてケース４内上方へ指向したガスが、隔壁６を乗り越えてケース４内下方へ指向し、第２の隔壁６Ａの下端をくぐり抜けて内圧開放部５へ向けて上方へ指向して流れる。

この第６実施形態の構成によれば、ガスの移動距離を長くでき、また、ガスの接触面積を増大できるので、ガス中の可燃性物質の直接的な外部流出の防止効果を高められると共に、ガスの温度低下作用を向上することができる。

なお、前述の各実施形態ではセル２に防爆弁２ａを設けて、ガス発生時のセル開封位置を特定するものを開示したが、これに限定されるものではない。各セル２が防爆弁２ａを具備しない電池モジュールにおいても、本発明は適用可能である。

また、前述の各実施形態では、隔壁６がモジュールケース４に設けられているが、本発明はこれに限定されず、例えば、セル２ないしセルユニット３が隔壁６を支持する構成であってもよい。

図１２〜図１４は、セルユニット３が隔壁６を支持している本発明の第７実施形態を示している。この実施形態では、前述した各実施形態とは異なり、内圧開放部５がモジュールケース４の一方の側壁に設けられている。詳しくは、各セル２の防爆弁２ａと同じ側となるモジュールケース４の側壁の中央に内圧開放部５が配置されている。複数のセル２が積層されてなるセルユニット３は、両端に一対のエンドプレート７を有し、該エンドプレート７を介してモジュールケース４内に固定されている。隔壁６は、矩形の金属板からなり、セルユニット３の一方の側面、特に内圧開放部５に対向する側の側面に配置されている。この隔壁６は、本実施形態では、セルユニット３の側面全体を覆う大きさを有し、両端部がエンドプレート７に取り付けられている。

また、セルユニット３の各セル２の端子を互いに接続する端子接続基板を利用して、上記隔壁６を構成することもできる。この場合、隔壁６となる端子接続基板は、金属製のバスバーを含む合成樹脂製の基板からなり、図１２〜図１４と同様に、セルユニット３の一方の側面に取り付けられる。

本発明の電池モジュールのガス排出構造は、外装体がフィルム材で形成されたセルを複数積層したセルユニットと、前記セルユニットを収納したモジュールケースと、前記モジュールケースに貫通配置されて、内部に溜まったガスを外部に放出する内圧開放部と、前記セルユニットと前記内圧開放部との間に配置した隔壁と、を備えている。

そして、前記隔壁は、前記内圧開放部と前記セルユニットの外周縁とを結ぶ直線を遮蔽するように配置されているとともに、前記セルユニットに支持されている。

Claims

複数のセルを積層したセルユニットと、
前記セルユニットを収納したモジュールケースと、
前記モジュールケースに貫通配置されて、内部に溜まったガスを外部に放出する内圧開放部と、
前記セルユニットと前記内圧開放部との間に配置した隔壁と、
を備え、
前記隔壁は、前記内圧開放部と前記セルユニットの外周縁とを結ぶ直線を遮蔽するように配置されている、電池モジュールのガス排出構造。
前記隔壁は、壁面を凹凸形状としてある、請求項１に記載の電池モジュールのガス排出構造。
前記隔壁は、ルーバー構造または多孔構造あるいはメッシュ構造としてある、請求項１に記載の電池モジュールのガス排出構造。
複数の前記隔壁を備え、
前記セルユニットと前記内圧開放部との間で、ガスの流出経路が蛇行するように、複数の前記隔壁が多段に配置されている、請求項１〜３の何れか１つに記載の電池モジュールのガス排出構造。
前記モジュールケースは、その壁面を凹凸形状としてある、請求項１〜４の何れか１つに記載の電池モジュールのガス排出構造。
前記セルユニットのセル積層方向の一端に対向する前記モジュールケースの一方の端部壁に前記内圧開放部が配置されており、
前記セルユニットの一端に設けられたエンドプレートが前記隔壁を構成している、請求項１に記載の電池モジュールのガス排出構造。
前記隔壁は、前記モジュールケースに設けられている、請求項１に記載の電池モジュールのガス排出構造。
前記隔壁は、前記セルユニットに支持されている、請求項１に記載の電池モジュールのガス排出構造。