WO2018123574A1 - 電池モジュール - Google Patents

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WO2018123574A1
WO2018123574A1 PCT/JP2017/044638 JP2017044638W WO2018123574A1 WO 2018123574 A1 WO2018123574 A1 WO 2018123574A1 JP 2017044638 W JP2017044638 W JP 2017044638W WO 2018123574 A1 WO2018123574 A1 WO 2018123574A1
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WO
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battery
safety valve
exhaust duct
battery module
exhaust
Prior art date
Application number
PCT/JP2017/044638
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English (en)
French (fr)
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啓介 清水
慎也 本川
大輔 岸井
曉 高野
Original Assignee
パナソニックＩｐマネジメント株式会社
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Publication date
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Priority to JP2018559009A priority patent/JP6920661B2/ja
Priority to CN201780079162.0A priority patent/CN110088937B/zh
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    • H01M50/30—Arrangements for facilitating escape of gases
    • H01M50/342—Non-re-sealable arrangements
    • H01M50/3425—Non-re-sealable arrangements in the form of rupturable membranes or weakened parts, e.g. pierced with the aid of a sharp member
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/04—Construction or manufacture in general
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    • H01M50/207—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells characterised by their shape
    • H01M50/213—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells characterised by their shape adapted for cells having curved cross-section, e.g. round or elliptic
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    • H01M50/317—Re-sealable arrangements
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    • H01M50/502—Interconnectors for connecting terminals of adjacent batteries; Interconnectors for connecting cells outside a battery casing
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • This disclosure relates to a battery module.
  • Patent Document 1 discloses a battery module that includes a battery provided with a safety valve therein, a connection plate including a gas rectifier that guides gas ejected from the battery in one direction, and an exhaust duct. Yes. Patent Document 1 describes that the gas rectifying portion of the connection plate is bent toward the exhaust duct when gas is ejected from the battery, and becomes a rectifying plate that guides the gas in one direction.
  • the safety valve may be provided on the outer surface of the battery case. Even in a battery module equipped with such a battery, it is an important issue to control the opening direction of the safety valve so that the gas ejected from the battery is smoothly exhausted from the outlet of the exhaust duct by opening the safety valve. is there.
  • rupture part surrounding a safety valve in C shape for example and controlling the valve opening direction of a safety valve is also considered, in this case, when manufacturing a battery module, each direction so that a safety valve may be aligned. It is necessary to place a battery.
  • An object of the present disclosure is to provide a battery module capable of opening the safety valve of each battery in the direction of the outlet of the exhaust duct without adjusting the direction of each battery with respect to the outlet of the exhaust duct.
  • the battery module according to the present disclosure includes a plurality of batteries each having a safety valve surrounded by an annular break portion that breaks when a battery internal pressure exceeds a predetermined value, and a gas ejected from the battery when the safety valve is opened
  • An exhaust duct that leads the outside of the module, and a member that is provided between each of the batteries and the exhaust duct, and has a plurality of openings that expose the safety valves, and the exhaust duct of the safety valves.
  • an exhaust direction defining member that protrudes in a range overlapping each of the safety valves so as to cover an end located on the opposite side of the outlet side end.
  • the safety valve of each battery can be opened in the direction of the outlet of the exhaust duct without adjusting the direction of each battery with respect to the outlet of the exhaust duct. According to the battery module according to the present disclosure, the gas ejected from the battery when the safety valve is opened can be smoothly exhausted from the outlet of the exhaust duct.
  • FIG. 2 It is sectional drawing of the battery module which is an example of embodiment. It is a top view of the battery module which is an example of embodiment, and is a figure showing the portion corresponding to one battery. In FIG. 2, it is a figure which shows the state which removed the positive electrode current collecting plate. It is a principal part enlarged view of FIG. 1, Comprising: It is a figure which shows the state which the safety valve of the battery opened. It is a figure which shows another example of embodiment. It is a figure which shows another example of embodiment.
  • the end of the safety valve of the battery that is located on the side opposite to the end on the outlet side of the exhaust duct (hereinafter referred to as the “opposite end”) is covered.
  • the exhaust direction regulating member protrudes.
  • the opposite end portion of the safety valve is pressed from the outside of the battery by the portion (hereinafter, referred to as “saddle”) that covers the safety valve of the exhaust direction regulating member. Is easily opened in the direction of the outlet of the exhaust duct.
  • the valve opening direction of the safety valve can be controlled, the gas ejected from the battery can be smoothly exhausted from the outlet of the exhaust duct.
  • the battery module according to an aspect of the present disclosure includes at least one selected from, for example, a current collector plate, an insulating plate, and a battery holder as an exhaust direction defining member.
  • these members are provided so as not to interfere with the safety valve.
  • a part of these members actively interferes with a part of the safety valve. Defines the opening direction of the safety valve.
  • the lead part of the current collector plate is extended from the side opposite to the outlet of the exhaust duct to a range that overlaps the safety valve, the lead part does not hinder the opening of the safety valve, and smoother exhaust becomes possible. .
  • the cylindrical battery 11 is exemplified as the battery mounted on the battery module, but the battery is not limited to this.
  • the direction along the axial direction of the cylindrical battery 11 is the vertical direction of the battery module, and the exhaust duct 15 side is the top.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a battery module 10 which is an example of an embodiment.
  • the battery module 10 includes a plurality of cylindrical batteries 11.
  • the cylindrical battery 11 has a safety valve 13 surrounded by an annular break portion 14 that breaks when the battery internal pressure exceeds a predetermined value.
  • the battery module 10 is provided between an exhaust duct 15 that guides gas ejected from the cylindrical battery 11 to the outside of the module when the safety valve 13 of the cylindrical battery 11 is opened, and between each cylindrical battery 11 and the exhaust duct 15. And an exhaust direction regulating member.
  • the exhaust direction defining member has a plurality of openings that expose the respective safety valves 13 of the respective cylindrical batteries 11, and is located on the opposite side of the safety valve 13 from the outlet side end of the exhaust duct 15. Are overhanging the safety valve 13 so as to cover the end portion.
  • the battery module 10 includes a resin battery holder 20 that holds a plurality of cylindrical batteries 11.
  • the battery holder 20 is provided with a plurality of accommodating portions 23 for accommodating the respective cylindrical batteries 11.
  • the battery module 10 may have one or a plurality of battery blocks including one battery holder 20.
  • a metal battery holder may be used.
  • the battery module 10 includes, for example, a pair of current collector plates (a positive current collector plate 30 and a negative current collector plate 40) that connect a plurality of cylindrical batteries 11 accommodated in one battery holder 20 in parallel.
  • a pair of current collector plates a positive current collector plate 30 and a negative current collector plate 40
  • the battery blocks are connected in series.
  • the exhaust duct 15 may be connected by a plurality of battery blocks, but is preferably separated for each block.
  • the battery module 10 includes an exhaust duct 15, a positive current collector 30, a plurality of cylindrical batteries 11 accommodated in a battery holder 20, and a negative current collector 40 in order from the top.
  • a safety valve 13 is provided on one end surface of each cylindrical battery 11 in the axial direction, and each cylindrical battery 11 is arranged so that one end surface in the axial direction faces upward.
  • the battery holder 20 and the positive electrode current collector plate 30 are formed with a plurality of openings 24 and 34 that expose the safety valves 13, respectively, and the openings 24 and 34 secure an exhaust path from the safety valve 13 to the exhaust duct 15. Has been.
  • the cylindrical battery 11 includes a battery case 12 made of metal such as iron and a power generation element housed in the case.
  • the power generation element includes, for example, an electrode body having a winding structure and a nonaqueous electrolyte.
  • An example of the cylindrical battery 11 is a lithium ion secondary battery.
  • the battery case 12 includes a bottomed cylindrical case main body that houses a power generation element, and a sealing plate that closes an opening of the case main body. In the present embodiment, it is assumed that the sealing plate functions as the positive terminal of the cylindrical battery 11 and the safety valve 13 is provided on the sealing plate.
  • the side surface of the case body may be covered with an insulating resin film, and in this case, the lower end surface of the case body functions as a negative electrode terminal.
  • the battery holder 20 includes a first holder 21 that holds the upper end portion of each cylindrical battery 11 and a second holder 22 that holds the lower end portion of each cylindrical battery 11, and is configured by connecting them. Yes.
  • the accommodating portion 23 is formed by the concave portion 23 a of the first holder 21 and the concave portion 23 b of the second holder 22.
  • the upper end of the cylindrical battery 11 is inserted into the recess 23a, and the lower end of the cylindrical battery 11 is inserted into the recess 23b.
  • the plurality of accommodating portions 23 may be arranged in a zigzag manner or in a lattice shape.
  • the first holder 21 functions as the exhaust direction regulating member that controls the opening direction of the safety valve 13.
  • the first holder 21 and the second holder 22 are tray-like members in which a plurality of concave portions 23a and 23b are formed, for example.
  • the first holder 21 covers the peripheral edge of the upper end surface of each cylindrical battery 11 and holds the upper end of each cylindrical battery 11.
  • a plurality of openings 24 are formed in the first holder 21.
  • the second holder 22 covers the periphery of the lower end surface of each cylindrical battery 11 and holds the lower end of each cylindrical battery 11. Similar to the first holder 21, a plurality of openings 26 are formed in the second holder 22.
  • the battery holder 20 is made of, for example, a curable resin.
  • a curable resin include thermosetting resins such as unsaturated polyesters, epoxy resins, melamine resins, and phenol resins.
  • the curable resin may contain an endothermic filler such as aluminum hydroxide or sodium hydrogen carbonate, or a thermally conductive filler such as a metal oxide or metal nitride.
  • a metal battery holder and a resin insulating plate may be used. In this case, the same configuration as the first holder 21 can be applied to the insulating plate disposed above each cylindrical battery 11 except for the battery holding function.
  • the positive electrode current collector plate 30 has a plurality of lead portions 33 respectively connected to the safety valves 13 of the cylindrical batteries 11. As described above, since the sealing plate including the safety valve 13 functions as a positive electrode terminal in the present embodiment, the positive electrode of the cylindrical battery 11 and the positive electrode current collector plate 30 are connected by connecting the lead portion 33 to the safety valve 13. Electrically connected.
  • the positive electrode current collector plate 30 is disposed in a state where a portion excluding the lead portion 33 overlaps the first holder 21 and the opening portion 34 overlaps the opening portion 24 of the first holder 21 in the vertical direction. Although described later in detail, the positive electrode current collector plate 30 functions as the exhaust direction regulating member that controls the valve opening direction of the safety valve 13.
  • the positive electrode current collecting plate 30 is preferably composed of a base plate 31 and a lead plate 32 including a plurality of lead portions 33.
  • the lead plate 32 is bonded to, for example, the lower surface of the base plate 31, and the portion excluding the lead portion 33 overlaps the base plate 31.
  • the thickness of the base plate 31 is, for example, 0.5 mm to 1.5 mm
  • the thickness of the lead plate 32 is, for example, 0.1 mm to 0.5 mm
  • the thickness of the safety valve 13 is, for example, 0.3 mm to 1.0 mm. It is.
  • the negative electrode current collector plate 40 has a plurality of lead portions 43 respectively connected to the lower end surface of each battery case 12 and is electrically connected to the negative electrode of the cylindrical battery 11.
  • the negative electrode current collector plate 40 is disposed in a state where a portion excluding the lead portion 43 overlaps with the second holder 22 of the battery holder 20 and the opening portion 36 overlaps with the opening portion 26 of the second holder 22 in the vertical direction. ing.
  • the negative electrode current collector plate 40 is preferably composed of a base plate 41 and a lead plate 42 including a plurality of lead portions 43.
  • FIG. 2 is a plan view of the battery module 10 and shows a portion corresponding to one cylindrical battery 11.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a state in which the positive electrode current collector plate 30 is removed from FIG. 2 and 3, the exhaust direction in the exhaust duct 15 is indicated by an arrow ⁇ .
  • FIG. 4 is a view showing a state in which the safety valve 13 is opened.
  • a single safety valve 13 surrounded by an annular fracture portion 14 is formed on the upper end surface (one axial end surface) of the cylindrical battery 11.
  • the annular fracture portion 14 is, for example, a sealing plate or a groove formed on the outside of the case body, and is more than the other portion of the battery case 12 when the internal pressure rises due to an abnormality occurring in the cylindrical battery 11. Break preferentially.
  • the groove of the rupture portion 14 is generally called an inscription, and is formed by pressing the sealing plate of the battery case 12 or the case body.
  • the portion of the sealing plate where the broken portion 14 is formed becomes a thin portion having a thickness smaller than that of the other portion.
  • the safety valve 13 may have an elliptical shape or a polygonal shape in plan view, but preferably has a perfect circle shape in plan view.
  • the fracture portion 14 is formed in an annular shape having a substantially constant diameter around the center of the upper end surface of the cylindrical battery 11, and the safety valve 13 is provided at the center portion of the upper end surface of the cylindrical battery 11.
  • the safety valve 13 is opened outside the cylindrical battery 11, an opening is formed in the sealing plate, and gas is ejected from the opening.
  • the exhaust duct 15 is a space in contact with the safety valve 13 through each opening of the first holder 21 and the positive electrode current collector plate 30 and is formed above each cylindrical battery 11.
  • the exhaust duct 15 is formed, for example, between the wall of the module case that houses the battery holder 20 and the positive electrode current collector plate 30.
  • the exhaust duct 15 may be provided by attaching a cover or the like that forms an exhaust space on the positive electrode current collector plate 30.
  • the exhaust duct 15 is provided only at the upper part of the battery module 10. However, when the safety valve 13 is formed on the lower end surface of the cylindrical battery 11, the exhaust duct is provided below each cylindrical battery 11. Is provided.
  • the outlet 16 of the exhaust duct 15 opens in one direction of the battery module 10 so that the exhaust direction of the gas ejected from each cylindrical battery 11 is the same direction.
  • the outlet 16 of the exhaust duct 15 is formed at one end in the longitudinal direction of the battery holder 20.
  • the outlet 16 is an opening formed in one place such as a module case or a cover that constitutes the exhaust duct 15, for example.
  • the first holder 21 and the positive electrode current collector plate 30 functioning as the exhaust direction regulating member are provided between the cylindrical batteries 11 and the exhaust duct 15 as described above, and a plurality of openings that expose the safety valves 13. It has parts 24 and 34, respectively. Each of the openings 24 and 34 is formed for each cylindrical battery 11 and overlaps each other in the vertical direction to expose the safety valves 13. Each opening 24, 34 enables each safety valve 13 to be opened, and serves as an exhaust path leading from each safety valve 13 to the exhaust duct 15. Each opening 24 enables connection between the lead portion 33 and the sealing plate.
  • the first holder 21 and the positive electrode current collector plate 30 project from the safety valve 13 so as to cover the end of the exhaust duct 15 on the side opposite to the end on the outlet 16 side so as to overlap each safety valve 13. , 35 respectively.
  • the flanges 25 and 35 that cover the safety valve 13 of the first holder 21 and the positive electrode current collector plate 30 (portions overhanging on the safety valve 13) allow a part of the safety valve 13 to be connected to the battery when the internal pressure of the cylindrical battery 11 rises.
  • the safety valve 13 is pressed from the outside so that it does not open greatly on the flanges 25 and 35 side.
  • the portion located on the outlet 16 side of the safety valve 13 is exposed without being covered by the first holder 21 and the positive electrode current collector plate 30.
  • the flange portion 25 substantially abuts on the safety valve 13, for example, and restricts displacement due to opening of the safety valve 13.
  • the opening 34 and the flange 35 are formed in, for example, two metal plates (base plate 31 and lead plate 32) constituting the positive electrode current collector plate 30.
  • the flange portion 25 and the flange portion 35 of the base plate 31 have substantially the same shape and the same dimensions.
  • the flange portion 25 and the flange portion 35 of the base plate 31 are overlapped in the vertical direction with their ends aligned.
  • the opening 24 and the opening 34 of the base plate 31 also have substantially the same shape and the same dimensions as each other, and overlap each other in the vertical direction with their edges aligned.
  • the lead plate 32 only the lead portion 33 may protrude from the safety valve 13, and the portion other than the lead portion 33 may have the same shape as the base plate 31.
  • the lead portion 33 extends from the side opposite to the outlet 16 of the exhaust duct 15 to a range overlapping the safety valve 13 in the vertical direction.
  • the lead portion 33 extends on the safety valve 13 from the end portion 180 ° opposite to the end portion closest to the outlet 16 with the center of the safety valve 13 as the center with respect to the exhaust direction in the exhaust duct 15, for example.
  • the lead portion 33 is formed in a strip shape that is long in the exhaust direction, and is welded to the central portion of the safety valve 13. In this case, the lead portion 33 may contribute to control of the opening direction of the safety valve 13 as a part of the flange portion 35.
  • the lead portion 33 When the lead portion 33 extends from the outlet 16 side of the safety valve 13 onto the safety valve 13, or when the lead portion 33 is thin and the safety valve 13 cannot be pressed from the outside when the internal pressure of the battery increases, the lead portion 33 Does not function as an exhaust direction regulating member.
  • the collar portion may be formed only on one of the first holder 21 and the positive electrode current collector plate 30, but when the collar portion is formed only on the positive electrode current collector plate 30, the base is thicker than at least the lead plate 32. It is preferable to form a flange on the plate 31.
  • the ends of the flange portion 25 and the flange portion 35 of the base plate 31 are linearly formed.
  • the flange portion 25 and the flange portion 35 of the base plate 31 are contoured by a circular arc and a straight line connecting both ends thereof, and may be substantially semicircular, for example.
  • the opening 24 and the opening 34 of the base plate 31 are also contoured by an arc and a straight line connecting both ends thereof, and may be, for example, substantially semicircular.
  • the flange portions 25 and 35 cover 15% to 50% of the entire length of the fracture portion 14.
  • the flange portions 25 and 35 are, for example, 20% of the total length of the fracture portion 14 in a half region of the safety valve 13 located on the opposite side to the outlet 16 side of the exhaust duct 15 (hereinafter sometimes referred to as “opposite side region”). It overhangs to cover 50% to 50%.
  • the fracture portion 14 is not covered by the flange portions 25 and 35 and is exposed. Preferably it is.
  • the flange portions 25 and 35 project on the safety valve 13 so as to cover, for example, 2.5% to 50%, preferably 10% to 25%, of the area of the safety valve 13. As for the opposite region, the flange portions 25 and 35 cover 10% to 100%, preferably 20% to 50%, of the area of the region.
  • the positive electrode current collector plate 30 does not cover the outlet side region.
  • a part of the lead part 33 may exist on the outlet side region of the safety valve 13. It is preferable that 50% or more of the area of the safety valve 13 is exposed by the openings 24 and 34.
  • the safety valve 13 is positioned on the side opposite to the end on the outlet 16 side of the exhaust duct 15 by the flanges 25 and 35 of the first holder 21 and the positive electrode current collector plate 30. The end is pressed from the outside of the cylindrical battery 11. For this reason, the safety valve 13 does not open to the side opposite to the outlet 16 but easily opens to the outlet 16 side. Since the opening direction of the safety valve 13 can be controlled in this way, the gas ejected from the cylindrical battery 11 can be smoothly exhausted from the outlet 16 of the exhaust duct 15. Further, in the control of the valve opening direction, it is not necessary to adjust the direction of each cylindrical battery 11 with respect to the outlet 16 of the exhaust duct 15.
  • the lead portion 33 extends from the opposite side of the outlet 16 of the exhaust duct 15 to the range where it overlaps the safety valve 13. Therefore, the lead portion 33 does not prevent the safety valve 13 from being opened, and smoother exhaust is achieved. It becomes possible. Further, since the flange portion 25 of the first holder 21 is substantially in contact with the safety valve 13, the safety valve 13 can be more reliably prevented from opening in the direction opposite to the outlet 16. Moreover, since the edge of the collar parts 25 and 35 is formed in linear form, the safety valve 13 bends along the edge of the collar parts 25 and 35, for example, and a valve opening state is stabilized.
  • positive current collectors 30X and 30Y which are modifications of the positive current collector 30, respectively.
  • the positive electrode current collector plates 30X and 30Y have openings 34X and 34Y and flange portions 35X and 35Y.
  • a resin battery holder or an insulating plate is disposed between the positive electrode current collector plates 30X and 30Y and the cylindrical battery 11, a resin battery holder or an insulating plate is disposed, and the positive electrode current collector plates 30X and 30Y, except for the lead portion 33, are also provided. It is preferable that the same opening part and collar part are formed.
  • the lead plate 32 can be the same as that of the positive electrode current collector plate 30, but a lead plate having a shape corresponding to the base plates 31X and 31Y of the positive electrode current collector plates 30X and 30Y may be used.
  • the structure of the positive electrode current collecting plates 30, 30X, and 30Y is applied to, for example, the negative electrode current collecting plate when a safety valve is provided on the negative electrode current collecting plate side.
  • the opening 34 ⁇ / b> X has an elliptical shape in plan view, and the flange portion 35 ⁇ / b> X has a crescent shape in plan view.
  • the ellipse of the opening 34X has a major axis in the direction orthogonal to the exhaust direction in the exhaust duct 15 indicated by the arrow ⁇ .
  • the flange portion 35 ⁇ / b> Y has a crescent shape in plan view, but the opening portion 34 ⁇ / b> Y has a perfect circle shape in plan view.
  • the center of the opening 34Y is shifted from the center of the safety valve 13 toward the outlet 16, and the circle of the opening 34Y and the circle of the safety valve 13 are not formed concentrically. Also in the embodiment illustrated in FIGS. 5 and 6, the same effect as that of the embodiment illustrated in FIGS. 1 to 4 can be obtained.

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Abstract

実施形態の一例である電池モジュール（１０）は、電池内圧が所定値を超えたときに破断する環状の破断部（１４）に囲まれた安全弁（１３）をそれぞれ有する複数の円筒形電池（１１）と、安全弁（１３）が開いたときに円筒形電池（１１）から噴出するガスをモジュールの外部に導く排気ダクト（１５）と、各円筒形電池（１１）と排気ダクト（１５）との間に設けられる排気方向規定部材とを備える。排気方向規定部材は、各安全弁（１３）をそれぞれ露出させる複数の開口部を有し、安全弁（１３）のうち排気ダクト（１５）の出口側端部と反対側に位置する端部を覆うように各安全弁（１３）と重なる範囲にそれぞれ張り出している。

Description

電池モジュール
　本開示は、電池モジュールに関する。
　従来、電池に異常が発生してガスが噴出した際に、そのガスをモジュールの外部に導くための排気ダクトを備えた電池モジュールが知られている。例えば、特許文献１には、内部に安全弁が設けられた電池と、電池から噴出するガスを一方向に誘導するガス整流部を含む接続板と、排気ダクトとを備えた電池モジュールが開示されている。特許文献１には、接続板のガス整流部が、電池からガスが噴出した際に排気ダクト側に折れ曲がり、ガスを一方向に誘導する整流板になると記載されている。
特開２０１３－３７８７３号公報
　ところで、安全弁は電池ケースの外面に設けられる場合がある。このような電池を搭載する電池モジュールにおいても、安全弁の開弁により電池から噴出するガスが排気ダクトの出口からスムーズに排気されるように、安全弁の開弁方向を制御することは重要な課題である。なお、安全弁を囲う破断部を、例えばＣ字状に形成して安全弁の開弁方向を制御する方法も考えられるが、この場合は、電池モジュールを製造する際に安全弁の向きが揃うように各電池を配置する必要がある。
　本開示の目的は、排気ダクトの出口に対する各電池の向きを調整することなく、排気ダクトの出口の方向に各電池の安全弁を開弁させることが可能な電池モジュールを提供することである。
　本開示に係る電池モジュールは、電池内圧が所定値を超えたときに破断する環状の破断部に囲まれた安全弁をそれぞれ有する複数の電池と、前記安全弁が開いたときに前記電池から噴出するガスをモジュールの外部に導く排気ダクトと、前記各電池と前記排気ダクトとの間に設けられる部材であって、前記各安全弁をそれぞれ露出させる複数の開口部を有し、前記安全弁のうち前記排気ダクトの出口側端部と反対側に位置する端部を覆うように前記各安全弁と重なる範囲にそれぞれ張り出した排気方向規定部材とを備えることを特徴とする。
　本開示に係る電池モジュールによれば、排気ダクトの出口に対する各電池の向きを調整することなく、排気ダクトの出口の方向に各電池の安全弁を開弁させることができる。本開示に係る電池モジュールによれば、安全弁が開いたときに電池から噴出するガスを排気ダクトの出口からスムーズに排気することが可能である。
実施形態の一例である電池モジュールの断面図である。 実施形態の一例である電池モジュールの平面図であって、１つの電池に対応する部分を示す図である。 図２において、正極集電板を取り外した状態を示す図である。 図１の要部拡大図であって、電池の安全弁が開弁した状態を示す図である。 実施形態の他の一例を示す図である。 実施形態の他の一例を示す図である。
　本開示の一態様である電池モジュールでは、上述の通り、電池の安全弁のうち排気ダクトの出口側端部と反対側に位置する端部（以下、「反対側端部」という）を覆うように排気方向規定部材が張り出している。本開示の一態様である電池モジュールによれば、排気方向規定部材の安全弁を覆う部分（以下、「鍔部」という）によって、安全弁の上記反対側端部が電池の外側から押えられるため、安全弁は排気ダクトの出口方向に大きく開き易い。このように安全弁の開弁方向を制御できるので、電池から噴出するガスを排気ダクトの出口からスムーズに排気することが可能となる。
　本開示の一態様である電池モジュールは、排気方向規定部材として、例えば集電板、絶縁板、及び電池ホルダーから選択される少なくとも１つを備える。これらの部材は、安全弁と干渉しないように設けられることが一般的であるが、本開示の一態様である電池モジュールでは、これらの部材の一部を安全弁の一部と積極的に干渉させることで、安全弁の開弁方向を規定している。特に、集電板のリード部を排気ダクトの出口と反対側から安全弁と重なる範囲に延出させる構成とすれば、リード部によって安全弁の開弁が妨げられず、よりスムーズな排気が可能となる。
　以下、本開示の実施形態の一例について詳細に説明する。なお、本開示の電池モジュールは以下で説明する実施形態に限定されない。実施形態の説明で参照する図面は模式的に記載されたものであるから、図面に描画された各構成要素の寸法比率などは以下の説明を参酌して判断されるべきである。本明細書において「略～」とは、略同一を例に説明すると、完全に同一はもとより、実質的に同一と認められるものを含む意図である。
　以下では、電池モジュールに搭載される電池として円筒形電池１１を例示するが、電池はこれに限定されない。また、説明の便宜上、円筒形電池１１の軸方向に沿った方向を電池モジュールの上下方向とし、排気ダクト１５側を上とする。
　図１は、実施形態の一例である電池モジュール１０の断面図である。図１に例示するように、電池モジュール１０は、複数の円筒形電池１１を備える。円筒形電池１１は、電池内圧が所定値を超えたときに破断する環状の破断部１４に囲まれた安全弁１３を有する。電池モジュール１０は、円筒形電池１１の安全弁１３が開いたときに円筒形電池１１から噴出するガスをモジュールの外部に導く排気ダクト１５と、各円筒形電池１１と排気ダクト１５との間に設けられる排気方向規定部材とを備える。詳しくは後述するが、排気方向規定部材は、各円筒形電池１１の各安全弁１３をそれぞれ露出させる複数の開口部を有し、安全弁１３のうち排気ダクト１５の出口側端部と反対側に位置する端部を覆うように安全弁１３と重なる範囲にそれぞれ張り出している。
　電池モジュール１０は、複数の円筒形電池１１を保持する樹脂製の電池ホルダー２０を備える。電池ホルダー２０には、各円筒形電池１１をそれぞれ収容する収容部２３が複数設けられている。電池モジュール１０は、１つの電池ホルダー２０を含む電池ブロックを１つ又は複数有していてもよい。なお、樹脂製の電池ホルダー２０の代わりに、金属製の電池ホルダーを用いてもよい。この場合、各円筒形電池１１と後述の集電板との間に絶縁板を設けることが好ましく、当該絶縁板を上記排気方向規定部材としてもよい。
　電池モジュール１０は、例えば１つの電池ホルダー２０に収容される複数の円筒形電池１１を並列接続する一対の集電板（正極集電板３０及び負極集電板４０）を備える。電池モジュール１０が電池ホルダー２０をそれぞれ含む複数の電池ブロックを有する場合、例えば各電池ブロックが直列接続される。排気ダクト１５は、複数の電池ブロックでつながっていてもよいが、好ましくはブロック毎に分離されている。
　電池モジュール１０は、上から順に、排気ダクト１５、正極集電板３０、電池ホルダー２０に収容された複数の円筒形電池１１、及び負極集電板４０を備える。本実施形態では、各円筒形電池１１の軸方向一端面に安全弁１３が設けられており、軸方向一端面が上方を向くように各円筒形電池１１が配置されている。電池ホルダー２０及び正極集電板３０には、各安全弁１３を露出させる複数の開口部２４,３４がそれぞれ形成されており、開口部２４，３４によって安全弁１３から排気ダクト１５への排気経路が確保されている。
　円筒形電池１１は、鉄などの金属製の電池ケース１２と、当該ケース内に収容された発電要素とを備える。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。円筒形電池１１の一例は、リチウムイオン二次電池である。電池ケース１２は、発電要素を収容する有底円筒形状のケース本体と、ケース本体の開口部を塞ぐ封口板とで構成される。本実施形態では、封口板が円筒形電池１１の正極端子として機能し、封口板に安全弁１３が設けられているものとする。ケース本体の側面は絶縁樹脂フィルムで被覆されていてもよく、その場合、ケース本体の下端面が負極端子として機能する。
　電池ホルダー２０は、各円筒形電池１１の上端部を保持する第１ホルダー２１と、各円筒形電池１１の下端部を保持する第２ホルダー２２とを有し、それらを連結して構成されている。収容部２３は、第１ホルダー２１の凹部２３ａと、第２ホルダー２２の凹部２３ｂとによって形成される。円筒形電池１１の上端部は凹部２３ａに挿入され、円筒形電池１１の下端部は凹部２３ｂに挿入される。複数の収容部２３は、千鳥状に配置されていてもよく、格子状に配置されていてもよい。詳しくは後述するが、第１ホルダー２１は、安全弁１３の開弁方向を制御する上記排気方向規定部材として機能する。
　第１ホルダー２１及び第２ホルダー２２は、例えば複数の凹部２３ａ，２３ｂがそれぞれ形成されたトレイ状の部材である。第１ホルダー２１は、各円筒形電池１１の上端面の周縁部を覆い、各円筒形電池１１の上端部を保持している。第１ホルダー２１には、複数の開口部２４が形成されている。第２ホルダー２２は、各円筒形電池１１の下端面の周縁部を覆い、各円筒形電池１１の下端部を保持している。第２ホルダー２２にも、第１ホルダー２１と同様に、複数の開口部２６が形成されている。
　電池ホルダー２０は、例えば硬化型樹脂で構成される。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、フェノール樹脂等の熱硬化性樹脂が挙げられる。硬化型樹脂には、水酸化アルミニウム、炭酸水素ナトリウム等の吸熱フィラー、金属酸化物、金属窒化物等の熱伝導性フィラーなどが含有されていてもよい。なお、樹脂製の電池ホルダー２０の代わりに、例えば金属製の電池ホルダーと樹脂製の絶縁板を用いてもよい。この場合、各円筒形電池１１の上方に配置される絶縁板には、電池の保持機能を除き、第１ホルダー２１と同様の構成を適用できる。
　正極集電板３０は、各円筒形電池１１の各安全弁１３にそれぞれ接続された複数のリード部３３を有する。上述のように、本実施形態では安全弁１３を含む封口板が正極端子として機能するため、安全弁１３にリード部３３が接続されることで、円筒形電池１１の正極と正極集電板３０とが電気的に接続される。正極集電板３０は、リード部３３を除く部分が第１ホルダー２１の上に重なり、また開口部３４が第１ホルダー２１の開口部２４と上下方向に重なった状態で配置されている。詳しくは後述するが、正極集電板３０は、安全弁１３の開弁方向を制御する上記排気方向規定部材として機能する。
　正極集電板３０は、ベース板３１と、複数のリード部３３を含むリード板３２とで構成されることが好適である。リード板３２は、例えばベース板３１の下面に接合され、リード部３３を除く部分がベース板３１と重なっている。ベース板３１の厚みは、例えば０．５ｍｍ～１．５ｍｍであり、リード板３２の厚みは、例えば０．１ｍｍ～０．５ｍｍであり、安全弁１３の厚みは、例えば０．３ｍｍ～１．０ｍｍである。
　負極集電板４０は、各電池ケース１２の下端面にそれぞれ接続された複数のリード部４３を有し、円筒形電池１１の負極と電気的に接続されている。負極集電板４０は、リード部４３を除く部分が電池ホルダー２０の第２ホルダー２２の下に重なり、また開口部３６が第２ホルダー２２の開口部２６と上下方向に重なった状態で配置されている。負極集電板４０は、正極集電板３０と同様に、ベース板４１と、複数のリード部４３を含むリード板４２とで構成されることが好適である。
　以下、図２～図４を適宜参照しながら、円筒形電池１１の安全弁１３、及び排気方向規定部材として機能する第１ホルダー２１、正極集電板３０について更に詳説する。図２は、電池モジュール１０の平面図であって、１つの円筒形電池１１に対応する部分を示す図である。図３は、図２において正極集電板３０を取り外した状態を示す図である。図２及び図３では、排気ダクト１５における排気方向を矢印αで示す。図４は、安全弁１３が開いた状態を示す図である。
　図１～図３に例示するように、円筒形電池１１の上端面（軸方向一端面）には、環状の破断部１４に囲まれた１つの安全弁１３が形成されている。環状の破断部１４は、例えば封口板、或いはケース本体の外側に形成された溝であって、円筒形電池１１に異常が発生して内圧が上昇したときに電池ケース１２の他の部分よりも優先的に破断する。破断部１４の溝は、一般的に刻印と呼ばれ、電池ケース１２の封口板、或いはケース本体のプレス加工により形成される。封口板の破断部１４が形成された部分は、他の部分よりも厚みが薄い薄肉部となる。
　安全弁１３は、平面視楕円形状又は多角形状とすることもできるが、好ましくは平面視真円形状を有する。本実施形態では、破断部１４が円筒形電池１１の上端面の真中を中心として直径が略一定の環状に形成され、安全弁１３が円筒形電池１１の上端面の中央部に設けられている。円筒形電池１１では、内圧が所定値を超えて破断部１４が破断することにより、安全弁１３が円筒形電池１１の外側に開いて封口板に開口が形成され、当該開口からガスが噴出する。
　排気ダクト１５は、第１ホルダー２１及び正極集電板３０の各開口部を介して安全弁１３と接する空間であって、各円筒形電池１１の上方に形成されている。排気ダクト１５は、例えば電池ホルダー２０を収容するモジュールケースの壁部と正極集電板３０との間に形成される。或いは、正極集電板３０の上に排気空間を形成するカバー等を取り付けて排気ダクト１５を設けてもよい。図１に示す例では、電池モジュール１０の上部のみに排気ダクト１５が設けられているが、円筒形電池１１の下端面に安全弁１３が形成される場合は各円筒形電池１１の下方に排気ダクトが設けられる。
　排気ダクト１５の出口１６は、各円筒形電池１１から噴出されるガスの排気方向が同じ方向となるように、電池モジュール１０の一方向に開口している。電池ホルダー２０が平面視略矩形状を呈する場合、例えば電池ホルダー２０の長手方向一端部に排気ダクト１５の出口１６が形成される。出口１６は、例えば排気ダクト１５を構成するモジュールケース、カバー等の１箇所に形成される開口部である。
　上記排気方向規定部材として機能する第１ホルダー２１及び正極集電板３０は、上述のように、各円筒形電池１１と排気ダクト１５との間に設けられ、各安全弁１３を露出させる複数の開口部２４，３４をそれぞれ有する。各開口部２４，３４は、１つの円筒形電池１１につき１つずつ形成され、互いに上下方向に重なって各安全弁１３を露出させる。各開口部２４，３４は、各安全弁１３の開弁を可能とし、各安全弁１３から排気ダクト１５につながる排気経路となる。また、各開口部２４はリード部３３と封口板との接続を可能とする。
　第１ホルダー２１及び正極集電板３０は、安全弁１３のうち排気ダクト１５の出口１６側端部と反対側に位置する端部を覆うように各安全弁１３と重なる範囲にそれぞれ張り出した鍔部２５，３５をそれぞれ有する。第１ホルダー２１及び正極集電板３０の安全弁１３を覆う部分（安全弁１３上に張り出した部分）である鍔部２５，３５は、円筒形電池１１の内圧上昇時に安全弁１３の一部を電池の外側から押えて、安全弁１３が鍔部２５，３５側で大きく開かないようにする。他方、安全弁１３の出口１６側に位置する部分は、第１ホルダー２１及び正極集電板３０に覆われず露出している。鍔部２５は、例えば安全弁１３に略当接して、安全弁１３の開弁による変位を規制している。
　開口部３４及び鍔部３５は、例えば正極集電板３０を構成する２枚の金属板（ベース板３１及びリード板３２）に形成される。本実施形態では、鍔部２５及びベース板３１の鍔部３５が互いに略同一形状、同一寸法を有する。鍔部２５及びベース板３１の鍔部３５は、各々の端が一致した状態で上下方向に重なっている。開口部２４及びベース板３１の開口部３４も、互いに略同一形状、同一寸法を有し、各々の縁が一致した状態で上下方向に重なっている。リード板３２は、リード部３３のみが安全弁１３上に張り出していてもよく、リード部３３以外の部分がベース板３１と同様の形状を有していてもよい。
　リード部３３は、排気ダクト１５の出口１６と反対側から安全弁１３と上下方向に重なる範囲に延出する。リード部３３は、例えば排気ダクト１５における排気方向に対して、安全弁１３の真ん中を中心として出口１６に最も近い端部と１８０°反対側に位置する端部側から安全弁１３上に延出する。リード部３３は、排気方向に長い帯状に形成され、安全弁１３の中央部に溶接されている。この場合、リード部３３は鍔部３５の一部として安全弁１３の開弁方向の制御に寄与してもよい。
　なお、リード部３３が安全弁１３の出口１６側から安全弁１３上に延出する場合、或いはリード部３３の厚みが薄く電池の内圧上昇時に安全弁１３を外側から押えることができない場合は、リード部３３は排気方向規定部材として機能しない。鍔部は、第１ホルダー２１及び正極集電板３０の一方のみに形成されてもよいが、正極集電板３０のみに鍔部が形成される場合は、少なくともリード板３２より厚みのあるベース板３１に鍔部を形成することが好ましい。
　図２及び図３に示す例では、鍔部２５及びベース板３１の鍔部３５の端が直線状に形成されている。鍔部２５及びベース板３１の鍔部３５は、円弧とその両端をつなぐ直線とで輪郭が形成され、例えば略半円形状であってもよい。開口部２４及びベース板３１の開口部３４も、円弧とその両端をつなぐ直線とで輪郭が形成され、例えば略半円形状であってもよい。
　鍔部２５，３５は、破断部１４の全長の１５％～５０％を覆っていることが好ましい。鍔部２５，３５は、例えば安全弁１３のうち排気ダクト１５の出口１６側と反対側に位置する半分の領域（以下、「反対側領域」という場合がある）において、破断部１４の全長の２０％～５０％を覆うように張り出している。他方、安全弁１３のうち排気ダクト１５の出口１６側に位置する半分の領域（以下、「出口側領域」という場合がある）において、破断部１４は鍔部２５，３５に覆われず露出していることが好ましい。このように鍔部２５，３５を設けることで、安全弁１３の開弁を阻害することなく安全弁１３の変位を規制し、開弁方向を制御することが容易になる。
　鍔部２５，３５は、例えば安全弁１３の面積の２．５％～５０％、好ましくは１０％～２５％を覆うように安全弁１３上に張り出している。反対側領域について言えば、当該領域の面積の１０％～１００％、好ましくは２０％～５０％を鍔部２５，３５が覆っている。安全弁１３の開弁を阻害しないように、正極集電板３０は出口側領域を覆わないことが好ましい。リード部３３の一部については、安全弁１３の出口側領域上に存在してもよい。安全弁１３は、その面積の５０％以上が開口部２４，３４によって露出していることが好ましい。
　図４に例示するように、円筒形電池１１の内圧が上昇して所定値を超えると、破断部１４で封口板が破断し、安全弁１３が外側に開く。これにより、封口板に開口が形成され、円筒形電池１１からガスが噴出する。噴出したガスは、開口部２４，３４を通って排気ダクト１５に流入し、出口１６から電池モジュール１０の外部に排気される。
　上記構成を備えた電池モジュール１０によれば、第１ホルダー２１及び正極集電板３０の鍔部２５，３５によって、安全弁１３のうち排気ダクト１５の出口１６側の端部と反対側に位置する端部が円筒形電池１１の外側から押えられる。このため、安全弁１３は出口１６と反対側に開かず、出口１６側に大きく開き易い。このように安全弁１３の開弁方向を制御できるので、円筒形電池１１から噴出するガスを排気ダクト１５の出口１６からスムーズに排気することが可能となる。また、かかる開弁方向の制御において、排気ダクト１５の出口１６に対する各円筒形電池１１の向きを調整することは不要である。
　電池モジュール１０では、リード部３３が排気ダクト１５の出口１６と反対側から安全弁１３と重なる範囲に延出しているので、リード部３３によって安全弁１３の開弁が妨げられず、よりスムーズな排気が可能となる。また、第１ホルダー２１の鍔部２５は安全弁１３に略当接しているため、安全弁１３が出口１６と反対方向に開弁することをより確実に防止できる。また、鍔部２５，３５の端が直線状に形成されているため、例えば安全弁１３は鍔部２５，３５の端に沿って折れ曲がり、開弁状態が安定化する。
　図５及び図６は、正極集電板３０の変形例である正極集電板３０Ｘ，３０Ｙをそれぞれ示す。正極集電板３０Ｘ，３０Ｙは、正極集電板３０と同様に、開口部３４Ｘ，３４Ｙと、鍔部３５Ｘ，３５Ｙとを有する。正極集電板３０Ｘ，３０Ｙと円筒形電池１１との間には、樹脂製の電池ホルダー又は絶縁板が配置されるが、それらにも、リード部３３を除き、正極集電板３０Ｘ，３０Ｙと同様の開口部と鍔部が形成されていることが好ましい。リード板３２には、正極集電板３０の場合と同じものを適用できるが、正極集電板３０Ｘ，３０Ｙのベース板３１Ｘ，３１Ｙに対応する形状のリード板を用いてもよい。なお、正極集電板３０，３０Ｘ，３０Ｙの構成は、負極集電板側に安全弁が設けられる場合は、例えば負極集電板に適用される。
　図５に示す例では、開口部３４Ｘが平面視楕円形状を有し、鍔部３５Ｘが平面視三日月形状を有する。開口部３４Ｘの楕円は、矢印αで示す排気ダクト１５における排気方向と直交する方向が長軸となる。図６に示す例では、正極集電板３０Ｘの場合と同様に、鍔部３５Ｙは平面視三日月形状を有するが、開口部３４Ｙは平面視真円形状を有する。開口部３４Ｙの中心は、安全弁１３の中心から出口１６側にずれており、開口部３４Ｙの円と安全弁１３の円は同心円状に形成されていない。図５及び図６に例示する形態においても、図１～図４に例示する形態と同様の効果が得られる。
　１０　電池モジュール、１１　円筒形電池、１２　電池ケース、１３　安全弁、１４　破断部、１５　排気ダクト、１６　出口、２０　電池ホルダー、２１　第１ホルダー、２２　第２ホルダー、２３　収容部、２３ａ，２３ｂ　凹部、２４，２６　開口部、２５　鍔部、３０　正極集電板、３１　ベース板、３２　リード板、３３　リード部、３４，３６　開口部、３５　鍔部、４０　負極集電板、４１　ベース板、４２　リード板、４３　リード部

Claims (7)

  1. 　電池内圧が所定値を超えたときに破断する環状の破断部に囲まれた安全弁をそれぞれ有する複数の電池と、
    　前記安全弁が開いたときに前記電池から噴出するガスをモジュールの外部に導く排気ダクトと、
    　前記各電池と前記排気ダクトとの間に設けられる部材であって、前記各安全弁をそれぞれ露出させる複数の開口部を有し、前記安全弁のうち前記排気ダクトの出口側端部と反対側に位置する端部を覆うように前記各安全弁と重なる範囲にそれぞれ張り出した排気方向規定部材と、
    　を備える、電池モジュール。
  2. 　前記排気方向規定部材として、前記各安全弁にそれぞれ接続された複数のリード部を有する集電板を備え、
    　前記各リード部は、前記排気ダクトの出口と反対側から前記各安全弁と重なる範囲に延出している、請求項１に記載の電池モジュール。
  3. 　前記各安全弁にそれぞれ接続された複数のリード部を有する集電板と、
    　前記各電池と前記集電板との間に設けられた絶縁板と、
    　を備え、
    　前記集電板及び前記絶縁板の少なくとも一方が前記排気方向規定部材となる、請求項１又は２に記載の電池モジュール。
  4. 　前記排気方向規定部材として、前記各電池を保持する樹脂製のホルダーを備える、請求項１又は２に記載の電池モジュール。
  5. 　前記排気方向規定部材の前記安全弁を覆う部分は、前記破断部の全長の１５％～５０％を覆っている、請求項１～４のいずれか１項に記載の電池モジュール。
  6. 　前記排気方向規定部材は、前記安全弁に当接し、前記安全弁の開弁による変位を規制する、請求項１～５のいずれか１項に記載の電池モジュール。
  7. 　前記排気方向規定部材の前記安全弁を覆う部分の端は、直線状に形成されている、請求項１～６のいずれか１項に記載の電池モジュール。
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