(57)【要約】  電池モジュール（１００）において、並列に接続された複数の素電池（１０）がホルダ（２０）内に収容され、素電池（１０）は、正極（１）、負極（２）及びセパレータ（３）を含む電極群（４）が電池ケース（７）に収容されており、電池ケース（７）は、正極（１）及び負極（２）のいずれかと電気的に接続した第１の電位を有し、ホルダ（２０）は、複数の素電池（１０）を個々に収容する複数の収容部（２１）を有し、且つ、第１の電位と反対の電位である第２の電位を有し、素電池（１０）は、電池ケース（７）とホルダ（２０）とが絶縁された状態で収容部（２１）に収容されている。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
並列に接続された複数の素電池がホルダ内に収容された電池モジュールであって、
前記素電池は、正極、負極及びセパレータを含む電極群が電池ケースに収容されており、
前記電池ケースは、前記正極及び前記負極のいずれかと電気的に接続した第１の電位を有し、
前記ホルダは、前記複数の素電池を個々に収容する複数の収容部を有し、且つ、前記第１の電位と反対の電位である第２の電位を有し、
前記素電池は、前記電池ケースと前記ホルダとが絶縁された状態で前記収容部に収容されている電池モジュール。
【請求項２】
請求項１において、
前記複数の素電池の前記第１の電位を有する第１の電極端子をそれぞれ電気的に接続する第１の集電板と、
前記複数の素電池の前記第２の電位を有する第２の電極端子をそれぞれ電気的に接続する第２の集電板とをさらに備え、
前記ホルダと前記第２の集電板とは電気的に接続されている電池モジュール。
【請求項３】
請求項２において、
前記ホルダと前記第２の集電板とは、導電性材料からなる接続部材を介して接続している電池モジュール。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項において、
前記複数の素電池の各素電池において、少なくとも前記第１の集電板と前記第１の電極端子との間、及び前記第２の集電板と前記第２の電極端子との間のいずれか一方に所定値以上の電流が流れたときに、電流を制限する電流制限手段が設けられている電池モジュール。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項において、
前記電池ケースは、負の電位を有し、
前記ホルダは、正の電位を有する電池モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の素電池を備えた電池モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、複数の電池をケースに収容して、所定の電圧及び容量を出力できるようにした電池モジュールが種々の機器及び車両等の電源として広く用いられている。その中でも、汎用的な電池を並列又は直列に接続して、所定の電圧及び容量を出力する組電池をモジュール化し、この電池モジュールを種々に組み合わせることによって、多種多様な用途に対応可能とする技術が採用され始めている。このモジュール化技術は、電池モジュールに収容する電池を高性能化することによって、電池モジュール自体の小型化及び軽量化が図られる。このため、電池モジュールは車両等の限られた空間に搭載される際の自由度が向上する等の種々のメリットを有する（例えば、特許文献１等を参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−１０６５２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、電池モジュールに収容される電池の高性能化に伴い、一つの電池において短絡が起きた場合、その電池に発熱及び発煙等が生じるだけでなく、その発熱等の影響が同じ電池モジュール内の他の電池に及ぶと、電池モジュール全体に発熱及び発煙が生じる。短絡が起きる原因としては、例えば、電池モジュールを搭載した車両の衝突及び機器の落下等により、釘等の尖った導電性を有する物質や、電池モジュールを構成する導電性の部材が電池に押圧されて電池を貫通し（以下、外部要因と呼ぶ。）、電池内の正極と負極との間が電気的に接続されることが考えられる。【０００５】
本発明は前記の問題に鑑みてなされたもので、その主な目的は、安全性が高い電池モジュールを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記の目的を達成するために、本発明は、電池モジュールを、素電池が収容されたホルダに素電池の電池ケースと反対の電位が与えられた構成とする。【０００７】
具体的に、本発明に係る電池モジュールは、並列に接続された複数の電池（以下、電池モジュールに使用する電池を、「素電池」と呼ぶ。）がホルダ内に収容された電池モジュールであって、素電池は、正極、負極及びセパレータを含む電極群が電池ケースに収容されており、電池ケースは、正極及び負極のいずれかと電気的に接続した第１の電位を有し、ホルダは、複数の素電池を個々に収容する複数の収容部を有し、且つ、第１の電位と反対の電位である第２の電位を有し、素電池は、電池ケースとホルダとが絶縁された状態で収容部に収容されている。【０００８】
本発明に係る電池モジュールによると、電池ケースは第１の電位を有し、ホルダは第１の電位と反対の電位である第２の電位を有するため、外部要因によりホルダに収容された素電池内で内部短絡が起きたとしても、素電池の外部のホルダと素電池の表面との間で外部短絡が起きて素電池内の充電電流が素電池の外部に放電される。このため、素電池内での短絡電流は小さいものとなり、発熱は小さくなり、発煙等が生じ難くなる。これにより、安全性を向上できる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係る電池モジュールによると、外部要因により素電池内で短絡が生じても素電池の発熱及び発煙が生じ難いため、安全性を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は本発明の一実施形態に係る電池モジュールの素電池の構成を模式的に示す断面図である。
【図２】図２は本発明の一実施形態に係る電池モジュールの構成を模式的に示す断面図である。
【図３】図３は本発明の一実施形態に係る電池モジュールのホルダの構成を示す斜視図である。
【図４】図４は本発明の一実施形態に係る電池モジュールのホルダと正極集電板との接続方法の一例を示す部分断面図である。
【図５】図５は本発明の一実施形態に係る電池モジュールに釘等の尖った導電性物質が貫通した状態を示す部分断面図である。
【図６】図６（ａ）はホルダに電池ケースと反対の電位を与えていない電池モジュールに釘等の尖った導電性物質が貫通した状態を示す断面図であり、図６（ｂ）は図６（ａ）の状態における素電池の短絡電流及び電圧の大きさを示すグラフである。
【図７】図７（ａ）は本発明の一実施形態に係る電池モジュールに釘等の尖った導電性物質が貫通した状態を示す断面図であり、図７（ｂ）は図７（ａ）の状態における素電池の短絡電流及び電圧の大きさを示すグラフである。
【図８】図８は本発明の一実施形態に係る電池モジュールの負極端子と負極正極板との間に電流制限手段を設けた構成を示す部分断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
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、以下の実施形態に限定されるものではない。また、本発明の効果を奏する範囲を逸脱しない範囲で、適宜変更は可能である。
【００１２】
まず、本実施形態に係る電池モジュールに用いられる素電池について図１を参照しながら説明する。図１は本発明の一実施形態に係る電池モジュールの素電池の構成を模式的に示す断面図である。
【００１３】
図１に示すように、本実施形態に係る電池モジュールに用いられる素電池１０は、それぞれ活物質を含む正極板１と負極板２とがセパレータ３を介して捲回されて構成された電極群４と、該電極群４及び非水電解質を収容し且つ金属からなる電池ケース７とを備えている。電池ケース７の上部には開口部が設けられており、その開口部はガスケット９を介して封口板８で封止されている。正極板１は、正極リード５を介して正極端子を兼ねる封口板８に接続されている。負極板２は、負極リード６を介して、負極端子を兼ねる電池ケース７の底部に接続されている。すなわち、電池ケース７は負の電位（第１の電位）を有している。封口板８には、開放部８ａが形成されており、内部短絡等により素電池１０内にガスが発生した際に、そのガスは開放部８ａから素電池１０の外部へ排出される。素電池１０の外側面は電池ケース７により構成されているが、電池ケース７に限らず、正の電位又は負の電位を有することが可能な材料からなり且つ素電池１０の外殻として構成され得る形態であればよい。また、電池ケース７の外側面には、熱収縮する絶縁性の樹脂フィルム７ａが巻かれている。
【００１４】
本実施形態において、素電池１０の種類は特に限定されず、例えばリチウムイオン電池及びニッケル水素電池等の二次電池を用いることができる。また、円筒形電池に限らず、例えば角形電池等であってもよい。
【００１５】
次に、本実施形態に係る電池モジュールについて図２及び図３を参照しながら説明する。図２は本発明の一実施形態に係る電池モジュールの構成を模式的に示す断面図である。図３は本発明の一実施形態に係る電池モジュールのホルダの構成を示す斜視図である。
【００１６】
図２に示すように、本実施形態に係る電池モジュール１００は、複数の素電池１０が、その極性を同一方向に揃えて配列されて、ケース６０に収容されている。複数の素電池１０は、図３に示すようなホルダ２０に収容されており、各々の素電池１０は、ホルダ２０に形成された収容部２１に収容されている。ホルダ２０と電池ケース７の側面は、樹脂フィルム７ａにより絶縁性が維持されている。なお、ホルダ２０と電池ケース７との間の絶縁性を維持する方法は、電池ケース７に樹脂フィルム７ａを巻く方法に限らず、ホルダ２０と電池ケース７との間に絶縁性の部材を配置してもよい。
【００１７】
ここで、ホルダ２０は、熱伝導性を有する材料、例えば、アルミニウム等で構成されていることが好ましい。これにより、素電池１０で発生した熱を、ホルダ２０側に速やかに放熱させることができるため、素電池１０の温度上昇を効果的に抑制することができる。
【００１８】
複数の素電池１０の正の電位（第２の電位）を有する正極端子（第２の電極端子）１１側には、正極端子１１を電気的に接続する正極集電板（第２の集電板）３０が配設され、また、負の電位（第１の電位）を有する負極端子（第１の電極端子）１２側には、負極端子１２を電気的に接続する負極集電板（第１の集電板）４０が配設されている。正極集電板３０は、樹脂等からなる正極側ホルダ３１を介して素電池１０に密着するように設けられている。また、ホルダ２０と負極集電板４０との間には、弾性部材からなる平板状のスペーサ５０が配設されている。正極集電板３０には、電池モジュール１００の一方の極（ここでは正極）の外部端子（図示せず）が設けられ、負極集電板４０には、他方の極（ここでは負極）の外部端子（図示せず）が設けられている。
【００１９】
なお、本実施形態のように、複数の素電池１０が、その極性を同一方向に揃えて配列されている場合には、正極集電板３０を、導電性の平板からなる正極バスバーで構成することによって、容易に、並列接続を行うことができる。同様に、負極集電板４０を、導電性の平板からなる負極バスバーで構成することによって、容易に、並列接続を行うことができる。また、正極集電板３０及び負極集電板４０は、例えば、素電池１０同士の間を電気的に接続する配線パターンが形成された回路基板で構成されていてもよい。
【００２０】
また、ケース６０は、正極集電板３０との間に内部空間である排気室７０を形成するように構成されている。さらにケース６０には排気室７０と外部とを連通させる排出口６１が形成されている。このようにすると、正極集電板３０に、各々の素電池１０の正極端子１１が挿入される貫通孔を設け、開放部８ａと排気室７０とを連通させることによって、素電池１０から排出されるガスを、排気室７０を介して、排出口６１からケース６０の外部に排出させることができる。
【００２１】
次に、ホルダ２０と正極集電板３０との接続方法について図４を参照しながら説明する。図４は本発明の一実施形態に係る電池モジュールのホルダと正極集電板との接続方法の一例を示す部分断面図である。
【００２２】
図４に示すように、ホルダの端部２０ａと正極集電板３０とにネジ孔（又はボルト孔）が形成されており、これらのネジ孔を通るように導電性材料からなる接続部材であるネジ８０ａが設けられている。これにより、ホルダ２０は、ネジ８０ａを介して正極集電板３０と電気的に接続して正の電位を有する。なお、ホルダ２０と正極集電板３０との接続方法はこれに限るものではなく、ホルダ２０と正極集電板３０とを電気的に接続可能な方法であればよい。
【００２３】
一方、ホルダ２０と負極集電板４０との間には、上記の通り、弾性部材からなる平板状のスペーサ５０が配設されており、ホルダ２０と負極集電板４０とは絶縁された構成となっている。
【００２４】
以下、このような構成により得られる効果を、図５を参照しながら説明する。図５は本発明の一実施形態に係る電池モジュールに釘等の尖った導電性物質が貫通した状態を示す部分断面図である。
【００２５】
図５に示すように、釘等の尖った導電性物質９０が本実施形態に係る電池モジュール１００を貫通する、具体的に、導電性物質９０がホルダ２０を貫通し、さらに、そのホルダ２０の貫通部分に隣接する素電池１０（以下、短絡素電池１０ａという。）を貫通すると、正極板１と負極板２との間で内部短絡が起きると共に、正の電位を有するホルダ２０及び負の電位を有する短絡素電池１０ａの電池ケース７との間で短絡（外部短絡）が起きる。この外部短絡により、素電池１０の外部に素電池１０内の充電電流が支配的に放電されるため、短絡素電池１０ａ内での内部短絡による発熱はほとんど起きず、発煙等が生じない。
【００２６】
上記の外部短絡による効果について図６及び図７を参照しながらより詳細に説明する。図６（ａ）はホルダに電池ケースと反対の電位を与えていない電池モジュールに釘等の尖った導電性物質が貫通した状態を示す断面図であり、図６（ｂ）は図６（ａ）の状態における素電池の短絡電流及び電圧の大きさを示すグラフである。図７（ａ）は本発明の一実施形態に係る電池モジュールに釘等の尖った導電性物質が貫通した状態を示す断面図であり、図７（ｂ）は図７（ａ）の状態における素電池の短絡電流及び電圧の大きさを示すグラフである。なお、前記の通り、素電池１０内において正極板１及び負極板２はセパレータ３を介して捲回されているが、図６（ａ）及び図７（ａ）では図の簡略化のためにそれぞれを環状に示している。
【００２７】
図６（ａ）及び（ｂ）に示すように、単独の電池に釘等が貫通した場合、正極板１と負極板２との間で内部短絡が生じるが、複数の素電池が並列に接続された電池モジュールに釘等が貫通した場合、釘等に貫通された短絡素電池１０ａにおいて内部短絡９２が起き、他の正常な素電池１０（以下、他の素電池１０ｂという。）の電流が外部の装置と接続する外部端子の方に流れずに、より抵抗が小さい短絡素電池１０ａに流れ込むこととなる。このため、短絡素電池１０ａに流れ込む電流量は大きくなり、発熱及び発煙等のおそれも大きくなる。
【００２８】
一方、本実施形態では、図７（ａ）及び（ｂ）に示すように、ホルダ２０に各素電池１０の電池ケース７と反対の電位を与えているため、短絡を素電池１０の外部で起こすことができる（外部短絡９３）。また、ホルダ２０及び電池ケース７は金属からなるため、ホルダ２０及び電池ケース７の比抵抗は、活物質を含む正極板１及び負極板２の比抵抗よりも小さい。その結果、電流は抵抗がより小さい素電池１０の外部であるホルダ２０側に集中し、すなわち、内部短絡９４側よりも外部短絡９３側に電流が支配的に流れるため、素電池１０の内部の発熱を防ぐことができる。
【００２９】
本実施形態では、電池モジュールに必要な構成であるホルダ２０に各素電池１０の電池ケース７と反対の電位を与えているため、新たな部材を設けることなく、素電池１０内の充電電流を素電池１０の外部に支配的に放電できる。さらに、アルミブロック等の熱伝導性が大きい金属からなるホルダ２０を用いることにより、放熱性を大きくでき、素電池の発煙及び燃焼のおそれをより低減することが可能となる。
【００３０】
このように、ホルダ２０に、電池ケース７の側面の極と反対極の電位を与えることで、電池モジュール１００の安全性を向上できる。
【００３１】
なお、本実施形態においては、素電池１０の電池ケース７が負の電位を有する構成について説明したが、電池ケース７に正の電位を与えてもよく、この場合、ホルダ２０に負の電位を与えることによって前記と同様の効果を奏することができる。ホルダ２０に負の電位を与える方法は、図４を用いて説明した方法と同様に、負極集電板４０とホルダ２０とを導電性のネジ等により電気的に接続する方法が考えられるが、これに限定されるものではない。
【００３２】
ところで、本実施形態に係る電池モジュール１００においては、複数の素電池１０がそれぞれ並列に接続されているため、導電性物質９０が一つの素電池１０を貫通し、上述したようにホルダ２０とその短絡素電池１０ａによる短絡回路が発生すると、短絡素電池１０ａ以外の他の素電池１０ｂにおいても外部短絡が生じることになる。すなわち、正極集電板３０に集められた他の素電池１０ｂの電流は、電池モジュール１００の正極側の外部端子（図示せず）からは出力されず、発生した短絡回路へ流れることとなる。つまり、他の素電池１０ｂからの電流が正極集電板３０、ホルダ２０、導電性物質９０、短絡素電池１０ａの電池ケース７及び負極集電板４０を経由して、各々の素電池１０に戻り、短絡することとなる。このように、電池モジュール１００に導電性物質９０が貫通したままの状態で放置されると、他の素電池１０ｂ自体は正常であるにもかかわらず、電池モジュール１００の正極側の外部端子からは電流が出力されない。このため、電池モジュール１００としての機能を果たさなくなり、電池モジュール１００が搭載された車両及び機器等の使用が困難となる。
【００３３】
そこで、このような問題を解決する構成を含む電池モジュールについて図８を参照しながら説明する。図８は本発明の一実施形態に係る電池モジュールの負極端子と負極集電板との間に電流制限手段を設けた構成を示す部分断面図である。
【００３４】
図８に示すように、本実施形態の電池モジュールには、導電性物質９０が一つの素電池１０を貫通した場合に、他の素電池１０の電流が、ホルダ２０、導電性物質９０及び短絡素電池１０ａが形成する短絡回路に流れないように、短絡回路を電気的に制限する電流制限手段９１が設けられている。例えば、電流制限手段９１は、ホルダ２０に収容された複数の素電池１０の負極端子１２と負極集電板４０との間に設けられている。これにより、正極集電板３０に集められた他の素電池１０の電流（所定値以上の電流）が短絡回路に流れた場合に、短絡素電池１０ａの負極端子１２と負極集電板４０との間の電気的な導通が遮断されるため、他の素電池１０の電流は短絡回路に流れず、正常に正極側の外部端子から出力される。
【００３５】
このように、導電性物質９０が素電池１０を貫通して短絡回路が形成されたとしても、一旦、正極集電板３０に集められた他の素電池１０ｂの電流はその短絡回路を流れるが、電流制限手段９１は所定値以上の電流が流れたことにより電気的な導通を制限又は遮断し、正極集電板３０に集まった他の素電池１０ｂの電流は、再び正極側の外部端子から出力されることになる。従って、電池モジュール１００は、導電性物質９０が素電池１０を貫通したとしても、正常に機能を果たし、それが搭載された車両及び機器等の使用が可能となる。なお、電流制限手段９１としては、ダイオード等の整流素子及びヒューズ等を用いることができる。また、電流制限手段９１は、負極端子１２と負極集電板４０との電気的接続を制限又は遮断することが可能な場所に設ければよく、負極集電板４０内及び素電池１０内等に設けてもよい。また、本実施形態では、負極側に電流制限手段９１を設けたが、正極側に設けてもよい。すなわち、正極端子１１と正極集電板３０との電気的接続を遮断することが可能な場所に設けてもよい。このようにしても、電流制限手段９１は所定値以上の電流が流れたことにより電気的な導通を遮断し、正極集電板３０に集まった他の素電池１０ｂの電流は、再び正極側の外部端子から出力されることになる。
【００３６】
以上、本発明を好適な実施形態により説明してきたが、こうした記述は限定事項ではなく、もちろん、種々の改変が可能である。例えば、正極集電板３０又は負極集電板４０を設けずに、ホルダ２０により正極端子１１又は負極端子１２を電気的に接続してもよい。例えば、ホルダ２０により各素電池１０の正極端子１１をそれぞれ電気的に接続すると、ネジ８０ａ等の接続部材を設けることなくホルダに正電位を与えることができる。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明に係る電池モジュールは、その安全性を向上でき、自動車及び電動バイク等の車両、携帯型電子機器又は移動体通信機器の電源等に有用である。
【符号の説明】
【００３８】
１  正極（板）
２  負極（板）
３  セパレータ  
４  電極群
５  正極リード
６  負極リード
７  電池ケース
７ａ  樹脂フィルム
８  封口板
８ａ  開放部
９  ガスケット
１０  素電池
１０ａ  短絡素電池
１０ｂ  他の素電池
１１  正極端子（第２の電極端子）
１２  負極端子（第１の電極端子）
２０  ホルダ
２０ａ  ホルダの端部
２１  収容部
３０  正極集電板（第２の集電板）
３１  正極側ホルダ
４０  負極集電板（第１の集電板）
５０  スペーサ
６０  ケース
６１  排出口
７０  排気室
８０ａ  ネジ
９０  導電性物質
９１  電流制限手段
９２  内部短絡
９３  外部短絡
９４  内部短絡
１００  電池モジュール
【図１】
2012093456.tif 000003
【図２】
2012093456.tif 000004
【図３】
2012093456.tif 000005
【図４】
2012093456.tif 000006
【図５】
2012093456.tif 000007
【図６】
2012093456.tif 000008
【図７】
2012093456.tif 000009
【図８】
2012093456.tif 000010
【国際調査報告】
2012093456.tif 000011
2012093456.tif 000012