WO2023166809A1

WO2023166809A1 - バッテリモジュール

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Publication number: WO2023166809A1
Application number: PCT/JP2022/045515
Authority: WO
Inventors: 知則坂本
Original assignee: パナソニックエナジ－株式会社
Priority date: 2022-03-01
Filing date: 2022-12-09
Publication date: 2023-09-07

Abstract

バッテリモジュールは、複数の電池セルをセルホルダーで定位置に配置して外装ケースに収納している。セルホルダーは、電池セルの下部を挿入して定位置に配置する保持部と、保持部の上方で電池セル１を露出してなる排水スペースと、排水スペースに流入する水を排水する排水開口部と、保持部の表面から上方に突出して排水スペースに配設され、かつ、電位差のある電池セルの対向領域内に位置する横幅（Ｗ）である絶縁隔壁とを備えている。

Description

バッテリモジュール

　本開示は、複数の電池セルをセルホルダーで保持して外装ケースに内蔵してなるバッテリモジュールに関し、とくに外装ケースの浸入水に対する安全性を確保できるバッテリモジュールに関する。

　外装ケースに複数の電池セルを内蔵するバッテリモジュールは、絶縁材を成形しているセルホルダーで各々の電池セルを定位置に保持している。複数の電池セルは、直列に接続して用途に最適な出力電圧に設定でき、また並列に接続して最大電流を大きくできる。

　以上のバッテリモジュールは、浸水する使用環境においても安全性が要求される。

　さらに、外装ケースに水抜き穴を設けて、流入する水を外部に排出するバッテリモジュールも開発されている（特許文献１参照）。

特開２０１２－４３６８４号公報

　バッテリモジュールは、浸水する使用環境においても安全性が要求される。浸入する水による弊害は、内部の全体をポッティング樹脂に埋設する構造で実現できる。しかしながら、この構造はポッティング樹脂がバッテリモジュール全体を重くする欠点がある。さらに、バッテリモジュールの外装ケースを防水構造として、浸水を防止することでも実現できるが、この構造は、電池セルの内部ショートなどが原因で起こる不安全事象のひとつである、電池セルからのガス発生による内圧上昇に対する対策が必要となる欠点がある。

　外装ケースに水抜き穴を設けて、浸入する水を外装ケースの外部に排出するバッテリモジュールは、種々の使用環境においては、必ずしも十分な安全性を確保できない欠点がある。とくに、水没して流入した水が排出される使用環境での安全性の確保が難しい。

　本開示は、さらに以上の欠点を解消することを目的に開発されたもので、本開示の一目的は、水没環境においても安全性を確保できるバッテリモジュールを提供することにある。

　本開示のある態様に係るバッテリモジュールは、複数の電池セルをセルホルダーで定位置に配置して外装ケースに収納している。セルホルダーは、電池セルの下部を挿入して定位置に配置する保持部と、保持部の上方で電池セルを露出してなる排水スペースと、排水スペースに流入する水を排水する排水開口部と、保持部の表面から上方に突出して排水スペースに配設され、かつ、電位差のある電池セルの対向領域内に位置する横幅（Ｗ）である絶縁隔壁とを備えている。

　以上のバッテリモジュールは、水没環境においても安全性を確保できる特長がある。

図１は、本開示の一実施形態に係るバッテリモジュールの一部拡大斜視図である。図２は、図１に示す電池モジュールの分解斜視図である。図３は、図２に示す電池モジュールに収納される電池組立の斜視図である。図４は、図３に示す電池組立の分解斜視図である。図５は、図４に示す本体セルホルダーの拡大斜視図である。図６は、図４に示す本体セルホルダーの拡大底面斜視図である。図７は、図５に示す本体セルホルダーの平面図である。図８は、図７に示す本体セルホルダーのＶＩＩＩ－ＶＩＩＩ線断面図である。図９は、図７に示す本体セルホルダーのＩＸ－ＩＸ線断面図である。図１０は、図１に示す電池モジュールのＸ－Ｘ線断面斜視図である。図１１は、リード板と電池セルの接続状態を示す拡大平面図である。

　本開示の一実施態様のバッテリモジュールは、複数の電池セルをセルホルダーで定位置に配置して外装ケースに収納してなるバッテリモジュールであって、セルホルダーが、電池セルの下部を挿入して定位置に配置する保持部と、保持部の上方で電池セルを露出してなる排水スペースと、排水スペースに流入する水を排水する排水開口部と、保持部の表面から上方に突出して排水スペースに配設され、かつ、電位差のある電池セルの対向領域内に位置する絶縁隔壁を備えている。

　以上のバッテリモジュールは、水没環境においても安全性を確保できる特長がある。それは、以上のバッテリモジュールが、複数の電池セルを収納してなるセルホルダーを外装ケースに収納しており、このセルホルダーが、電池セルの下部を挿入して定位置に配置する保持部の上方に電池セルを露出してなる排水スペースを備えて、排水スペースに流入する水を排水開口部から排水すると共に、保持部の表面から上方に突出して排水スペースに配設された絶縁隔壁を電位差のある電池セルの対向領域内に設けているからである。この構造のバッテリモジュールは、排水スペースに流入する水を排水開口部から速やかに排水すると共に、電位差のある電池セルの対向領域内に設けた絶縁隔壁により、排水スペースに残存する浸入水による電触を有効に防止して安全性を確保できる。

　本開示の他の実施態様のバッテリモジュールは、セルホルダーが、外装ケースの両側の側壁との間に絶縁材からなる側面プレート部を備えて、側面プレート部が、排水スペースの水を排水する排水開口部を有することができる。

　以上のバッテリモジュールは、セルホルダーが、外装ケースの両側の側壁との間に設けた側面プレート部に排水開口部を設けているので、排水スペースに流入した浸入水を速やかにセルホルダーの外部に排水できる。

　本開示の他の実施態様のバッテリモジュールは、側面プレート部と外装ケースとの間に配置してなる回路基板を備えることができる。

　本開示の他の実施態様のバッテリモジュールは、セルホルダーが、保持部を有する本体セルホルダーと、排水スペースに配置されて、電池セルを貫通穴に挿入して定位置に配置してなる保持プレートとを備えることができる。

　本開示の他の実施態様のバッテリモジュールは、セルホルダーが、保持部を下方向に貫通して、排水スペースの水を排水する水抜き穴を有することができる。

　以上のバッテリモジュールは、セルホルダーの保持部を上下に貫通する水抜き穴を設けているので、この水抜き穴を介して排水スペースに流入した浸入水をさらに効率よくセルホルダーの外部に排水できる。

　本開示の他の実施態様のバッテリモジュールは、電池セルが円筒型電池で、絶縁隔壁を、円筒型電池の外周面に沿う湾曲板とすることができる。

　本開示の他の実施態様のバッテリモジュールは、絶縁隔壁の横幅（Ｗ）を、円筒型電池の外周の１／２以下であって、１／１０以上とすることができる。

　本開示の他の実施態様のバッテリモジュールは、電池セルが、電池ケースの表面を露出してなる円筒型電池とすることができる。

　本開示の他の実施態様のバッテリモジュールは、セルホルダーに配置されてなる複数の電池セルのうちの互いに隣り合う電池セル間の間隔を５ｍｍ以下とすることができる。

　以下、図面に基づいて本開示の具体例を詳細に説明する。なお、以下の説明では、必要に応じて特定の方向や位置を示す用語（例えば、「上」、「下」、及びそれらの用語を含む別の用語）を用いるが、それらの用語の使用は図面を参照した開示の理解を容易にするためであって、それらの用語の意味によって本発明の技術的範囲が制限されるものではない。また、複数の図面に表れる同一符号の部分は同一もしくは同等の部分又は部材を示す。さらに以下に示す実施形態は、本発明の技術思想の具体例を示すものであって、本発明を以下に開示に限定するものではない。また、以下に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、特定的な記載がない限り、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、例示することを意図したものである。また、一の実施の形態、実施例において説明する内容は、他の実施の形態、実施例にも適用可能である。また、図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため、誇張していることがある。

　本開示のバッテリモジュールは、主として非常用の電源や電動車両のモーターに電力を供給する電源等に適している。ただし、本開示は、バッテリモジュールの用途を特定するものではなく他の種々の電気機器用の電源として使用することもできる。

　（実施の形態１）
　以下の実施形態のバッテリモジュールは、種々の使用環境において高い安全性を確保できる。特に安全性の確保が難しい使用環境である、バッテリモジュールが水没する状態での安全性を確保できる。水没してバッテリモジュールが危険な状態となるのは、満充電されたバッテリーセルが導電性の高い水、例えば海水に水没して内部に海水が流入し、その後、水が引いて海水が排出された環境で発生する。この使用環境において、内部に流入した海水は外装ケースの内部から完全には排出されない。外装ケースに残存する海水は、電位差のある電池セルの電池ケースの間に流れて、電池ケースを電触する。電触した電池ケースは、内部に海水が侵入して正負の電極をショートする。電池セルの内部ショートは発火の原因となるのでこの使用環境での安全性の確保が特に難しい。

　電位差のある電池ケース間に流れて電池ケースを溶解する電触電流は、電池ケースが接近するに従って増加し、また電池ケース間の絶縁抵抗が低下しても増加する。近年バッテリモジュールは密度の向上が重要な課題となり、体積エネルギー密度の向上を図ることから、電池ケース間の間隔は狭くなる傾向にあり、さらに部品コストを削減し、また電池ケースにリード線を溶着する構造などにおいて電池ケースの表面を熱収縮チューブで被覆しない構造も採用されるが、これらの構造のバッテリモジュールは、電触電流が大きくなって電池セルの内部ショートによる弊害がより大きくなる。

　図１と図２に示すバッテリモジュール１００は、水没による安全性を確保するために以下の特有の構造を備える。このバッテリモジュール１００は、複数の電池セル１をセルホルダー２で定位置に配置し、隣り合う電池セル１をリード板３で電気的に接続して電池組立１０とし、電池組立１０を外装ケース４に収納している。図３と図４は、電池組立１０の斜視図と分解斜視図をそれぞれ示している。さらに、図５～図９は、セルホルダー２の本体セルホルダー２Ａの斜視図、背面斜視図、平面図、垂直縦断面図、垂直横断面図を、図１０は、バッテリモジュールの横断面斜視図を、それぞれ示している。セルホルダー２は、複数の電池セル１を平行姿勢で電極端面１Ａを同一平面に配置している。電極端面１Ａは正負の電極を配置している。以上のバッテリモジュール１００の電池セル１は、図６に示すように、電極端面１Ａに中央電極１ｂと周縁電極１ａを設けている。中央電極１ｂと周縁電極１ａは、電極端面１Ａに対向して配置しているリード板３の接続リード３１を溶着して、電気的に接続している。中央電極１ｂと周縁電極１ａにリード板３を溶着するために、電池セル１は熱収縮チューブで被覆されず、電池ケース１Ｂの表面を露出している。

　（電池組立１０）
　図３と図４に示す電池組立１０は、セルホルダー２に挿入して円筒型電池１Ｘの電池セル１を平行姿勢で多段多列に配置している。セルホルダー２は、リード板３を電池セル１の電極端面１Ａに対向して配置している。

　（電池セル１）
　電池セル１は、底を閉塞している円筒状の電池ケース１Ｂの開口部を封口板で気密に閉塞している。電池ケース１Ｂは金属板をプレス加工して円筒状に成形している。封口板は絶縁材（図示せず）を介して、電池ケース１Ｂの開口部を気密に密閉している。封口板は、電池ケース１Ｂをカシメ加工して、電池ケース１Ｂの開口部を気密に密閉している。電池セル１は、電極端面１Ａに正負の電極を設けている円筒型電池１Ｘである。以上の円筒型電池１Ｘは、封口板の中央部に中央電極１ｂを設けて、封口板をカシメ加工して気密に固定している電池ケース１Ｂの開口部の周縁を周縁電極１ａとして、電極端面１Ａに正負の電極を設けている。電池セル１である円筒型電池１Ｘは、電池ケース１Ｂを熱収縮チューブ等の絶縁皮膜で被覆することなく、電極端面１Ａに中央電極１ｂと周縁電極１ａを設けている。

　バッテリモジュール１００は、電池ケース１Ｂを絶縁材で被覆することなく、水没して安全性を確保できるので、電極端面１Ａに正負の電極を設けて、電池セル１の一方の端面に正負のリード板３を接続してスペース効率を向上でき、また熱収縮チューブを使用しないことで電池セル１の製造コストを低減でき、さらにまた、電池ケース１Ｂの表面を露出させて電池セル１の放熱効率を高くできる特長も実現できる。ただ、本開示のバッテリモジュールは、電池セルを表面に絶縁層を設けない構造に特定するものでなく、表面を絶縁している電池セルを使用して、より高い安全性を確保することもできる。

　電池セル１は、リチウムイオン二次電池が使用できる。リチウムイオン二次電池は、重量と容量に対する充放電容量を大きくできる。ただ、本開示は電池セル１をリチウムイオン電池には特定することなく、現在使用され、あるいはこれから開発される全個体電池などの二次電池も使用できる。さらに、以下に例示するバッテリモジュール１００では、電池セル１を円筒型電池１Ｘとするが、電池セル１を円筒型電池１Ｘに特定するものでなく、角型電池等も使用できる。電池セル１の個数は、バッテリモジュールの用途、充放電容量、最大負荷電流、各電池セルの容量などを考慮して最適個数とされるが、たとえば１０個ないし１００個とすることができる。電池組立１０は、電池セル１を並列に接続する個数を多くして負荷に供給する最大電流を大きくし、全体の個数を多くして全体の充放電容量を大きくできる。なお、図２に示すバッテリモジュール１００は、図４に示すように、全ての電池セル１を平行姿勢で配列して電極端面１Ａを同一平面に配置するが、２個以上の電池セルを長手方向に直線状に並べて直列に接続して複合電池セルとして、複合電池セルの電極端面を同一平面に配置して平行姿勢に配置することもできる。

　（セルホルダー２）
　セルホルダー２は、絶縁性の熱可塑性プラスチックで形成して製作できる。図３～図９のセルホルダー２は、電池セル１とリード板３を定位置に配置している本体セルホルダー２Ａと、本体セルホルダー２Ａに連結している保持プレート２Ｂと、保持プレート２Ｂの表面を閉塞しているカバープレート２Ｃとで構成している。

　図３ないし図９に示す本体セルホルダー２Ａは、各々の電池セル１の端部（図において下部）を挿入して定位置に配置する保持部５０と、保持部５０の両側縁に沿って設けられて外装ケース４の内側に隙間６６を設けて配置される側面プレート部６１と、保持部５０の下端部に連結されて表面にリード板３を配置している表面プレート２１とを一体的に成形している。図の保持部５０は、各々の電池セル１の下部を挿入して定位置に配置する電池挿入部５１を設けている。電池挿入部５１は、電池セル１の外周面に沿う内形で、円筒型電池１Ｘを挿入して定位置に配置する。電池挿入部５１は、その内形を円筒型電池１Ｘの外形にほぼ等しくして、円筒型電池１Ｘをほとんど隙間なくスムーズに挿入できる形状としている。さらに、電池挿入部５１の深さは、電池セル１を保持する長さを特定する。電池挿入部５１は保持部５０の上面から底まで伸び、保持部５０の上下方向の寸法で特定される。図の本体セルホルダー２Ａは、保持部５０の高さ、すなわち電池挿入部５１の深さ（ｄ）を円筒型電池１Ｘの全長の約１／３として、保持部５０と保持プレート２Ｂとの間には排水スペース６０を設けている。電池セル１は表面を排水スペース６０に露出している。

　電池セル１は、図１０に示すように、一部を電池挿入部５１に挿入して、一部を排水スペース６０に露出している。セルホルダー２は、保持部５０と排水スペース６０の上下方向の寸法、すなわち高さの比率を調整して、排水スペース６０の上下幅（ｈ）と、電池挿入部５１の深さ（ｄ）を調整できる。本体セルホルダー２Ａは、排水スペース６０を高くして浸入した水を速やかに排水でき、電池挿入部５１を深くして電池セル１を安定して保持できる。排水スペース６０と保持部５０の高さの比率は、電池セル１を安定して保持しながら浸入水を速やかに排水できる比率とする。電池挿入部５１は電池セル１の半分以下を挿入して安定に保持できるので、好ましくは排水スペース６０の上下幅（ｈ）を保持部５０の深さ（ｄ）よりも大きくして浸入水を速やかに排水できる構造とする。

　図１と図２に示すバッテリモジュール１００は、外装ケース４の両端に外気の送風窓７５を設けている。このバッテリモジュール１００は、送風窓７５から流入する冷却空気を排水スペース６０に強制送風して電池セル１を冷却できる。このバッテリモジュール１００は、排水スペース６０を冷却ダクトに併用し、排水スペース６０に露出する電池セル１を効率よく冷却できる。

　図３～図９に示す本体セルホルダー２Ａは、保持部５０の側縁に沿って垂直姿勢に伸びる側面プレート部６１を一体的に成形している。側面プレート部６１は、下端縁を保持部５０の上面に一体構造に連結して、上縁は保持プレート２Ｂとの間に冷却隙間２９を設けている。側面プレート部６１は、排水スペース６０の浸入水を外装ケース４の内側に排水する排水開口部６２を設けている。排水開口部６２は、図９及び図１０に示すように、保持部５０の側面の谷間５９に対応する位置に開口されて、排水スペース６０の浸入水を速やかに排水する。保持部５０は、両側の側面を、電池セル１の外形の円筒に沿う湾曲面として、互いに隣り合う電池セル１の間に谷間５９を形成している。この谷間５９との対向位置に排水開口部６２を開口して、保持部５０の上面の浸入水を谷間５９から排水開口部６２に流して、速やかに排水できる構造としている。

　側面プレート部６１は、図１０に示すように、外装ケース４の内面との間に隙間６６を設けて、この隙間６６に電池セル１に接続している回路基板６を配置している。回路基板６は、側面プレート部６１の外装ケース４側の表面に固定されている。この回路基板６は、電池セル１の充放電電流を制御する保護回路などの電子部品を実装することができる。

　さらに、保持部５０は、上面から下面に貫通して排水スペース６０の水を排水する複数の水抜き穴６３を設けている。複数の水抜き穴６３を設けている保持部５０は、上面の浸入水を速やかに排水して、残存する水による弊害を速やかに防止できる。図７の平面図に示す本体セルホルダー２Ａは、電池挿入部５１の周囲に、複数の水抜き穴６３を設けて、保持部５０の上面の排水スペース６０に流入している浸入水を速やかに排水できる。水抜き穴６３から排水される浸入水は、保持部５０の下面に排出される。本体セルホルダー２Ａは、下面に複数のリード板３を配置しているので、水抜き穴６３から排出される浸入水が、電位差のあるリード板３の間には排水されないように、水抜き穴６３の下端の開口部は、電位差のあるリード板３の間を除く領域に開口している。

　さらに、図に示す本体セルホルダー２Ａは、互いに隣り合う電池セル１間に位置する保持部５０に、樹脂成形時の肉抜き穴６７も設けている。保持部５０の肉抜き穴６７は、互いに隣り合う電池セル１間であって、肉厚が厚くなる部分に設けている。図９に示すように、水抜き穴６３は、保持部５０を貫通する貫通孔であるのに対し、肉抜き穴６７は、保持部５０を貫通することなく所定の深さに穿孔している。このように、肉抜き穴６７を設けることで、保持部５０に形成される電池挿入部５１をより精度よく設けることができる。図７に示す本体セルホルダー２Ａは、保持部５０に開口される水抜き穴６３を、肉抜き穴６７と同じ内形に穿孔しており、肉抜き穴６７としても機能させている。なお、図７においては、水抜き穴６３と肉抜き穴６７とを区別しやすいように、肉抜き穴６７をハッチングで表示している。

　図５～図９に示す本体セルホルダー２Ａは、電位差のある電池セル１の間に絶縁隔壁６４を設けている。実施の形態では、複数の電池セル１は、それぞれ６つの電池セル１よりなる４つのグループＧ１～Ｇ４に分けられている。１つのグループ内の６つの電池セル１は互いに並列に接続されて１つの電池を仮想的に構成しており、互いに電位差は生じない。グループＧ１～Ｇ４の仮想的な電池は互いに直列に接続されており、したがって異なるグループの電池セル１の電池ケース１Ｂの間には電位差が生じる。絶縁隔壁６４は、保持部５０の表面から上方に突出して、保持部５０と一体的に成形されている。図７に示すように、電位差のある電池セル１は対向領域Ｒ１を介して互いに対向する。絶縁隔壁６４は、片方の電池セル１の円周に沿う湾曲板で、電池セル１の全周を囲繞する筒状でなく、電位差のある電池セル１が対向する対向領域Ｒ１内に配置される横幅（Ｗ）としている。実施の形態では、絶縁隔壁６４は対向領域Ｒ１該に位置する部分を有していない。絶縁隔壁６４は、円筒型電池１Ｘとの間の対向領域Ｒ１を除く領域には配置されず、絶縁隔壁６４と円筒型電池１Ｘとの間の浸入水を排水開口部６２から排水できる構造としている。絶縁隔壁６４が配置されない保持部５０の上面は水平なフラット面で、保持部５０の上面の浸入水を排水開口部６２や水抜き穴６３から排水する。

　絶縁隔壁６４は、電位差のある電池セル１が、互いに接近する領域で流れる電触電流を抑制する。絶縁隔壁６４のない比較例での保持部５０は、電位差のある電池セル１が対向領域Ｒ１で互いに接近するので、この電池セル１間での漏電抵抗が小さくなって電触電流が大きくなる。電池セル１間に流れる電触電流は、電池セル１の電池ケース１Ｂを電触する。電触した電池セル１は、内部に浸入する水が互いに接近して配置している正負の電極間をショートして過大なショート電流を流して熱暴走の原因となる。

　絶縁隔壁６４は、保持部５０の上に残存する浸入水による電触電流を遮断して電池ケース１Ｂの電触を防止する。電触電流は互いに接近する領域に集中して流れるので、絶縁隔壁６４はこの領域に配置される。仮に絶縁隔壁６４が電池セル１の全周を囲繞する筒状であると、電池セル１と筒状の絶縁隔壁６４との間の浸入水を排水できない。絶縁隔壁６４は、電池セル１の全周には配置されず、対向領域Ｒ１にのみ配置されて、保持部５０は絶縁隔壁６４のない領域を平面状としている。対向領域Ｒ１に配置される絶縁隔壁６４の横幅（Ｗ）は、例えば、円筒型電池１Ｘの外周の１／２以下とする。絶縁隔壁６４の横幅（Ｗ）が狭すぎると、対向領域Ｒ１の両側で流れる電触電流が増加するので、絶縁隔壁６４の横幅（Ｗ）は、好ましくは円筒型電池１Ｘの外周の１／１０以上として、電触電流による電池ケース１Ｂの電触を防止する。以上の本体セルホルダー２Ａは、保持部５０の上の浸入水を速やかの排水開口部６２から排水し、さらに、電位差のある電池セル１の対向領域Ｒ１においては、浸入水による電触電流を遮断して電池ケース１Ｂの電触を防止する。

　さらに、絶縁隔壁６４は、好ましくは、上端縁の位置が、排水開口部６２の上端開口縁よりも高くなる高さ（Ｈ）とする。この構造によると、バッテリモジュール１００が浸水してセルホルダー２内に多量の水が浸入した際に、排水開口部６２の上端開口縁の高さまで水が排水された状態では、浸水した水の水面よりも上方に絶縁隔壁６４の上部が突出するので、電圧差のある電池セル１同士に最短距離で電流が流れるのを有効に防止できる。さらに、絶縁隔壁６４は、図９の鎖線で示すように、上端部の形状を中央凸形状とすることもできる。中央凸形状の絶縁隔壁６４は、正面視を山形とし、あるいは中央凸に湾曲された形状とすることで、傾斜する上面に沿って水を効果的に流下させて、上面に水が残存するのを有効に防止できる。

　以上のセルホルダー２は、互いに隣り合って配置されてなる電位差のある電池セル１間の間隔を５ｍｍ以下として、電触電流による電池ケース１Ｂの電触を防止できる。以上のバッテリモジュール１００は、電池セル１間の間隔を１．４５ｍｍと極めて接近して配置しながら、電池ケース１Ｂの電触を防止できる。以上の優れた特性は、電池セル１間の間隔を狭くして多数の電池セル１を配置して安全性を確保できるので、バッテリモジュール１００全体を小型しながら高い安全性を実現できる特長も実現する。

　（外装ケース４）
　外装ケース４は、水密構造に密閉されたケースではなく、水が浸入する隙間がある。図２の外装ケース４は、金属板を溝形にプレス加工している本体ケース７１と、この本体ケース７１の底面と両端面の開口部を閉塞している底ケース７２とからなる。図の底ケース７２は、底プレート部７３の両端に、本体ケース７１の両端を閉塞する一対の端面プレート部７４を備えており、この端面プレート部７４に送風窓７５を設けている。さらに、底ケース７２は、本体ケース７１に連結される折曲フランジ７６を周囲に設けている。折曲フランジ７６は、本体ケース７１の内側に積層されて、止ネジ７７で本体ケース７１に固定される。この外装ケース４は、図１の一部拡大図に示すように、本体ケース７１と底ケース７２との積層部に、水が浸入する隙間７８がある。水密構造でない外装ケース４のバッテリモジュール１００は、水没すると内部に水が浸入する。図９の横断面図と図１０の横断面斜視図は、浸入水が排水される経路を矢印Ａと矢印Ｂで示している。矢印Ａは、保持部５０の上の浸入水が、側面プレート部６１の排水開口部６２から外装ケース４の底に排水される状態を示している。矢印Ｂは保持部５０の上の水が水抜き穴６３を通過して外装ケース４の底に流れ落ちる状態を示している。外装ケース４の底に排水された浸入水は、外装ケース４の隙間７８を通過して外部に排出される。水密構造でない外装ケース４は、底部を密閉構造としないかぎり、底には水が排水する隙間７８ができるので、矢印Ａと矢印Ｂの経路で底部に流れ落ちた水はこの隙間７８から外部に排水される。

　図１０のバッテリモジュール１００は、セルホルダー２の下面に突出してスペースリブ部６５を設けている。スペースリブ部６５はセルホルダー２の底面に配置しているリード板３を外装ケース４の底面から離して配置できる。ここに配置されるリード板３は、外装ケース４の底に溜まる浸入水からリード板３を分離して、電位差のあるリード板３が浸入水で短絡されるのを防止できる。

　水没して安全性を確保できるバッテリモジュール１００は、水没して浸入する水を排水して、電位差のある電池セル１間に流れる電触電流による電池ケース１Ｂの電極を防止することが大切である。バッテリモジュール１００は、水没状態に保持される状態に比較して、水没された後、水から引き上げられて内部から水の一部が排水されて放置される状態での安全性の確保が難しい。水没状態では導電性の水が電池セル全体を次第に放電してエネルギーが低下するが、一部の水が排水され、一部の水が残存する状態で、前述したように残存する水が、電池セル１の電池ケース１Ｂを電触で損傷して、内部に水が浸入して内部ショートの原因となるからである。

　水密構造でない外装ケース４のバッテリモジュール１００は、水没後に水が引くと一部の水は排水されるが、一部の水は残存して電池セル１を電触させる。電池セル１の電池ケース１Ｂが電触して内部ショートが発生するまでには数日以上と相当に時間がかかる。したがって、電池セル１の電池ケース１Ｂの電触は、外装ケース４内のほとんどの浸入水が排水された状態で発生するので、電池ケース１Ｂの電触は、外装ケース４の底部の浸入水がほとんど排水された状態で発生する。このことから、水密構造でない外装ケース４のバッテリモジュール１００は、例えば水没後に水が引いて２４時間も経過すると、外装ケース４の浸入水はほとんど排水されて底部に一部に水が残存する状態となる。従来のバッテリモジュールは、この状態で電池ケースの電触が発生するので、バッテリモジュールは、外装ケースの底部には僅かな水が残存する状態で電位差のある電池セル間の電触電流をいかに抑制できるかが大切である。浸入水のほとんどが排水された状態で、外装ケース４の底部に残存する水が電池ケース１Ｂを電触する原因とはならない。したがって、リード板３は外装ケース４の底から僅かに離して、底に残存する浸入水が電位差のあるリード板３の間に漏れ電流を流すことはない。

　図３と図４に示すセルホルダー２は、本体セルホルダー２Ａに保持プレート２Ｂを連結して、本体セルホルダー２Ａと保持プレート２Ｂで電池セル１を定位置に配置している。本体セルホルダー２Ａは、筒状の電池挿入部５１に電池セル１を挿入して定位置に配置し、保持プレート２Ｂは貫通穴５２に電池セル１を挿入して定位置に配置する。保持プレート２Ｂは、本体セルホルダー２Ａに連結されて、電池セル１を定位置に配置する。保持プレート２Ｂは、各々の円筒型電池１Ｘの端部を挿入する貫通穴５２を設けている。貫通穴５２の内形は、円筒型電池１Ｘの外形にほぼ等しく、挿入された円筒型電池１Ｘを位置ずれなく定位置に配置する。保持プレート２Ｂは、本体セルホルダー２Ａの電池挿入部５１に円筒型電池１Ｘを挿入した状態で、本体セルホルダー２Ａに連結されて、各々の電池セル１を、本体セルホルダー２Ａの筒状の電池挿入部５１と、保持プレート２Ｂの貫通穴５２に配置する。保持プレート２Ｂの外面にはカバープレート２Ｃを固定している。カバープレート２Ｃは円筒型電池１Ｘの底面、すなわち電極端面１Ａの反対側の底面を配置する。

　図４の本体セルホルダー２Ａは、保持プレート２Ｂを連結する連結筒５３を一体構造に設けている。連結筒５３は、保持部５０から保持プレート２Ｂに向かって垂直姿勢に突出する。本体セルホルダー２Ａは保持部５０の外周縁に沿って所定の間隔で複数の連結筒５３を設けている。連結筒５３は、図において上端面に雌ネジ穴５３ａを設けている。この雌ネジ穴５３ａにねじ込まれる止ネジ５４が、保持プレート２Ｂを貫通してねじ込まれて、保持プレート２Ｂは本体セルホルダー２Ａに連結される。保持プレート２Ｂは、周囲に外周壁５５を有し、この外周壁５５には、下方に突出するスペースリブ部５６を設けている。スペースリブ部５６は、保持プレート２Ｂの外周壁５５と本体セルホルダー２Ａの側面プレート部６１との間に冷却隙間２９を設けている。このセルホルダー２は、冷却隙間２９に送風して電池セル１を冷却できる。

　セルホルダー２は、保持プレート２Ｂにカバープレート２Ｃを固定している。カバープレート２Ｃは、止ネジ５８で保持プレート２Ｂに固定している。止ネジ５８は、保持プレート２Ｂの外周壁５５に沿って、または外周壁５５の内側に設けたネジ穴にねじ込んでカバープレート２Ｃを保持プレート２Ｂに固定する。カバープレート２Ｃは、保持プレート２Ｂの表面から離して配置されて、保持プレート２Ｂの貫通穴５２に挿入された円筒型電池１Ｘの端面を支持する。これにより、カバープレート２Ｃは、複数の円筒型電池１Ｘの底面を同一平面上に位置決めしながら保持している。保持プレート２Ｂは、カバープレート２Ｃの内側面に向かって突出する区画リブ５７を一体構造に設けている。区画リブ５７は、互いに隣り合う電位差のある電池セル１同士を絶縁できる。この構造は、露出する電池ケース１Ｂに電位がある円筒型電池１Ｘを使用し、この円筒型電池１Ｘを電位差のある状態で互いに接近して、その間に区画リブ５７を設けて確実に絶縁できる。

　電池セル１を定位置に配置しているセルホルダー２は、リード板３も定位置に配置することで、リード板３の電池セル１に対する相対的な位置ずれを防止して、リード板３の接続リード３１を電池セル１の電極の対向位置に正確に配置する。セルホルダー２は、図６に示すように、本体セルホルダー２Ａの表面プレート２１の外面に、複数枚のリード板３を配置している。表面プレート２１は、複数のリード板３を長手方向に離して配置して、互いに隣り合うリード板３の間には、リード板３（その外周縁）を内側に配置する周縁リブ２２を一体的に成形している。周縁リブ２２は、隣接するリード板３の間に位置して、隣接するリード板３の絶縁リブにも併用できる。

　（リード板３）
　リード板３は、図６に示すように、セルホルダー２の外周壁５５と周縁リブ２２の内側の嵌合凹部２５にセットされて電池セル１に接続される。リード板３は、各々の電池セル１の正負の電極に溶着される接続リード３１を設けている。接続リード３１は、先端の溶着部を電池セル１の電極に溶着して接続される。溶着は、レーザ溶接、スポット溶接、超音波溶着などの方法が使用できる。リード板３は、電気導電および熱伝導のよい金属板が使用される。例えば、リード板３は表面をニッケル等のメッキをした鉄板、ニッケル板、銅板、アルミニウム板等の金属板が好適に使用できる。

　リード板３は電極に溶着される接続リード３１を設けている。接続リード３１は、電池セル１の電極との対向位置に配置されて、電極に溶着される。１枚のリード板３は、複数の電池セル１に接続するために、複数の接続リード３１を設けている。図６に示すリード板３は、金属板の一部を裁断して、複数の接続リード３１を設けている。このリード板３は、図１１の拡大平面図に示すように、接続リード３１と板状の本体プレート部３０との間にスリット３２を設けて、接続リード３１と本体プレート部３０とを切り離して、接続リード３１の後端を本体プレート部３０に連結している。接続リード３１は本体プレート部３０から先端に向かって伸びるアーム状で、先端を溶着部としている。リード板３は、電池セルの中央電極１ｂに接続する第２の接続リード３１ｂと、周縁電極１ａに接続する第１の接続リード３１ａを設けている。第２の接続リード３１ｂは、円筒型電池１Ｘの半径方向に伸びる姿勢に配置され、第１の接続リード３１ａは円筒型電池１Ｘの外周に設けている円形の周縁電極１ａの接線方向に伸びる姿勢に配置される。図１１のリード板３は、第１の接続リード３１ａと第２の接続リード３１ｂとを互いに直交する姿勢に配置して、第１の接続リード３１ａを円筒型電池１Ｘの接線方向に、第２の接続リード３１ｂを円筒型電池１Ｘの半径方向に伸びる姿勢に配置している。

　本開示に係るバッテリモジュールは、アシスト自転車、電動バイク、電動車椅子、電動カート、クリーナー、電動工具等の電池で駆動される電気機器であって、とくに屋外で使用される機器用の充放電可能なバッテリモジュールとして好適に利用できる。

１００　　バッテリモジュール
１　　電池セル
１Ｘ　　円筒型電池
１Ａ　　電極端面
１Ｂ　　電池ケース
１ａ　　周縁電極
１ｂ　　中央電極
２　　セルホルダー
２Ａ　　本体セルホルダー
２Ｂ　　保持プレート
２Ｃ　　カバープレート
３　　リード板
４　　外装ケース
６　　回路基板
１０　　電池組立
２１　　表面プレート
２２　　周縁リブ
２５　　嵌合凹部
２９　　冷却隙間
３０　　本体プレート部
３１　　接続リード
３１ａ　　第１の接続リード
３１ｂ　　第２の接続リード
３２　　スリット
５０　　保持部
５１　　電池挿入部
５２　　貫通穴
５３　　連結筒
５３ａ　　雌ネジ穴
５４　　止ネジ
５５　　外周壁
５６　　スペースリブ部
５７　　区画リブ
５８　　止ネジ
５９　　谷間
６０　　排水スペース
６１　　側面プレート部
６２　　排水開口部
６３　　水抜き穴
６４　　絶縁隔壁
６５　　スペースリブ部
６６　　隙間
７１　　本体ケース
７２　　底ケース
７３　　底プレート部
７４　　端面プレート部
７５　　送風窓
７６　　折曲フランジ
７７　　止ネジ
７８　　隙間
Ｒ１　　対向領域

Claims

　複数の電池セルをセルホルダーで定位置に配置して外装ケースに収納してなるバッテリモジュールであって、
　前記セルホルダーは、
　　前記複数の電池セルの下部を挿入して前記定位置に配置する保持部と、
　　前記保持部の上方で前記複数の電池セルを露出してなる排水スペースと、
　　前記排水スペースに流入する水を排水する排水開口部と、
　　前記保持部の表面から上方に突出して前記排水スペースに配設された絶縁隔壁と、
　を備え、
　前記複数の電池セルのうち電位差のある２つの電池セルは対向領域を介して互いに対向しており、
　前記絶縁隔壁は前記対向領域に位置する、
バッテリモジュール。
　請求項１に記載のバッテリモジュールであって、
　前記セルホルダーが、前記外装ケースの両側の側壁との間に絶縁材からなる側面プレート部をさらに備え、
　前記側面プレート部が、前記排水スペースの水を排水する排水開口部を有するバッテリモジュール。
　請求項２に記載のバッテリモジュールであって、
　前記側面プレート部と前記外装ケースとの間に配置してなる回路基板をさらに備えるバッテリモジュール。
　請求項１から３のいずれか一項に記載のバッテリモジュールであって、
　前記セルホルダーが、
　　前記保持部を有する本体セルホルダーと、
　　前記排水スペースに配置されて、前記複数の電池セルをそれぞれ挿入して前記定位置に配置する複数の貫通穴が形成された保持プレートと、
　をさらに備えるバッテリモジュール。
　請求項１から４のいずれか一項に記載のバッテリモジュールであって、
　前記セルホルダーが、前記保持部を下方向に貫通して、前記排水スペースの水を排水する水抜き穴を有するバッテリモジュール。
　請求項１から５のいずれか一項に記載のバッテリモジュールであって、
　前記複数の電池セルが円筒型電池であり、
　前記絶縁隔壁が、前記２つの電池セルのうちの１つの電池セルである円筒型電池の外周面に沿う湾曲板であるバッテリモジュール。
　請求項６に記載のバッテリモジュールであって、
　前記絶縁隔壁の横幅が、前記円筒型電池の外周の１／２以下であって、１／１０以上であるバッテリモジュール。
　請求項１から７のいずれか一項に記載のバッテリモジュールであって、
　前記複数の電池セルが、前記複数の電池セルの外部に露出する表面を有する電池ケースを備えた円筒型電池であるバッテリモジュール。
　請求項１から８のいずれか一項に記載のバッテリモジュールであって、
　前記セルホルダーに配置されてなる前記複数の電池セルのうち互いに隣り合う電池セル間の間隔が５ｍｍ以下であるバッテリモジュール。