(57)【要約】  複数の電池が配列されて筐体２０内に収納された電池モジュール１００において、電池は、電池の電極部１６に電池内で発生したガスを電池外に排出する開放部１７を有し、筐体２０は、電池の電極部１６周囲の電池ケース５に当接して配設された配線基板３０によって、複数の電池を収容する収納部５４と、電極部１６の開放部１７から排出されるガスを筐体２０外に排気する排気室２４とに区画され、電池の電極部１６は、配線基板３０に形成された接続体３２に接続され、電極部１６の開放部１７は、配線基板３０に形成された貫通孔３６を介して排気室２４に連通している。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の電池が配列されて筐体内に収納された電池モジュールであって、
前記電池は、該電池の電極部に、前記電池内で発生したガスを電池外に排出する開放部を有しており、
前記筐体は、前記電池の電極部周囲の電池ケースに当接して配設された配線基板によって、前記複数の電池を収容する収納部と、前記電極部の開放部から排出されるガスを前記筐体外に排気する排気室とに区画されており、
前記電池の電極部は、前記配線基板に形成された接続体に接続されており、
前記電極部の開放部は、前記配線基板に形成された貫通孔を介して、前記排気室に連通している、電池モジュール。
【請求項２】
前記電池の電極部は、前記配線基板の貫通孔に挿入されている、請求項１に記載の電池モジュール。
【請求項３】
前記配線基板は、耐熱性部材と弾性部材との積層構造を有し、該弾性部材の下面は、前記電池ケースに当接している、請求項２に記載の電池モジュール。
【請求項４】
前記接続体は前記配線基板の上面に形成されており、前記配線基板の下面は、前記電池ケースに当接している、請求項２に記載の電池モジュール。
【請求項５】
前記電極部の高さは、前記配線基板の厚みと略同一である、請求項４に記載の電池モジュール。
【請求項６】
前記配線基板に形成された前記貫通孔は、前記電池ケースと当接する側の大きさが、前記接続体側の大きさより小さい、請求項４に記載の電池モジュール。
【請求項７】
前記電極部の開放部は、該電極部の上面に設けられており、
前記電極部に接続された前記接続体は、少なくとも前記開放部が形成された部位において貫通穴が形成されている、請求項２に記載の電池モジュール。
【請求項８】
前記電極部の開放部から排出されるガスは、前記貫通穴を介して前記排気室に排出される、請求項７に記載の電池モジュール。
【請求項９】
前記電極部に接続された前記接続体は、前記配線基板に形成された複数の貫通孔を跨いで形成されている、請求項２に記載の電池モジュール。
【請求項１０】
前記電極部の開放部は、該電極部の側面に設けられており、
前記配線基板に形成された貫通孔と前記電極部との間に、隙間が設けられている、請求項２に記載の電池モジュール。
【請求項１１】
前記電極部の開放部から排出されるガスは、前記隙間を介して前記排気室に排出される、請求項１０に記載の電池モジュール。
【請求項１２】
前記複数の電池は、各電池の電極部に接続された前記接続体によって並列接続されている、請求項２に記載の電池モジュール。
【請求項１３】
前記収納部は、前記配線基板によって、密閉状態になっている、請求項２に記載の電池モジュール。
【請求項１４】
前記筐体は、表面に絶縁加工を施した金属材料からなることを特徴とする請求項１に記載の電池モジュール。
【請求項１５】
前記筐体は、収納部と蓋体を有し、
前記収納部に、前記電池を個別に収納する隔壁部を設け、
前記蓋体に、前記筐体の前記隔壁部と対向する位置にリブ部を設けることを特徴とする請求項１に記載の電池モジュール。
【請求項１６】
前記筐体は、収納部と蓋体を有し、
前記蓋体と前記配線基板との間に、前記配線基板を保持する支持部材を、さらに備えることを特徴とする請求項１に記載の電池モジュール。
【請求項１７】
請求項１〜請求項１６のいずれか１項に記載の電池モジュールが複数個配列された電池パックであって、各電池モジュールは、直列接続および／または並列接続されている、電池パック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電池に発熱などの不具合を生じても他の電池に影響を与えない、特に複数の電池を備える電池モジュールとそれを用いた電池パックに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、省資源や省エネルギーの観点から、繰り返し使用できるニッケル水素、ニッケルカドミウムやリチウムイオンなどの二次電池への需要が高まっている。中でもリチウムイオン二次電池は、軽量でありながら、起電力が高く、高エネルギー密度であるという特徴を有している。そのため、携帯電話やデジタルカメラ、ビデオカメラ、ノート型パソコンなどの様々な種類の携帯型電子機器や移動体通信機器の駆動用電源としての需要が拡大している。【０００３】
一方、化石燃料の使用量の低減やＣＯ２の排出量を削減するために、自動車などのモータ駆動用の電源として、電池パックへの期待が大きくなっている。この電池パックは、所望の電圧や容量を得るために、１つ以上の電池からなる電池モジュールを複数個搭載して構成されている。【０００４】
上記電池モジュールの開発において、自動車など限られた空間に所定の電力を蓄積する電池モジュールを収納するため、電池モジュールの小型化が大きな課題となっている。【０００５】
そこで、複数の電池からなる組電池（電池モジュール）において、各電池間の接続や電圧または温度などを検出する配線をプリント基板に形成したパターン配線で接続する構成が開示されている（例えば、特許文献１参照）。同様に、複数の電源モジュールをホルダーケースに収納し、エンドプレートを介して連結する電源装置（電池パック）が開示されている（例えば、特許文献２参照）。そして、エンドプレートに、各電源モジュール間を接続するセンサーリードや電源リードを設けることにより、接続不良の低減と小型化が図れるとしている。【０００６】
また、電池モジュールに収納する電池の高容量化が進むに伴って、利用の形態によっては、電池自身が発熱して高温になる場合がある。そのため、電池自体の安全性とともに、それらを集合した電池モジュールにおける安全性がより重要となっている。すなわち、電池は、過充電、過放電あるいは内部短絡や外部短絡により発生するガスで内圧の上昇を生じ、場合によっては、電池の外装ケースが破裂する可能性がある。そこで、一般に、電池には、ガス抜きのためのベント機構や安全弁などを設け、内部のガスを放出している。このとき、排出されるガスへの引火などにより発煙や、まれに発火を生じる場合があり、信頼性や安全性に課題があった。【０００７】
そこで、複数の電池をケース内の電池室に収納し、各電池の安全弁と対向する区画壁に開口部を設けることにより、異常状態時に電池から噴射されるガスを排気室を介して排出口から排出する構成の電源装置（電池モジュール）が開示されている（例えば、特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０００−２０８１１８号公報
【特許文献２】特開２０００−２２３１６６号公報
【特許文献３】特開２００７−２７０１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献１および特許文献２に示す電池モジュールは、１個の電池が異常に発熱し安全弁が作動した場合、発熱した電池の熱量や、噴出するガスへの引火による周囲電池への影響を抑制できず、連鎖的に各電池が劣化するという課題がある。すなわち、複数の電池を搭載する電池モジュールにおいては、異常を生じた電池の影響を、いかに周囲の電池への拡大を抑制して最小限に留めるかが課題となっている。【００１０】
また、特許文献３に示す電池モジュールは、ケースの区画壁に電池の安全弁に対向して開口部を設け、噴出したガスを電池室内に充満させず外部に排出するものである。しかし、樹脂中に内蔵された回路基板は開示しているが、電池との接続方法などは、何ら開示も示唆もされていない。そのため、電池の安全弁側の面を接続端子で接続する場合、区画壁との気密をどのように保持するかが不明である。また、電池の安全弁と区画壁の開放部との位置合わせが困難であり、凹部で位置決めすると電池間に空間が生じ小型化できないという課題があった。また、電池や回路基板を樹脂で固定し内蔵するため、電池モジュールの小型化に課題があった。【００１１】
本発明は、上記の課題を解決するものであり、小型、薄型化を実現するとともに、不具合を生じた電池の異常発熱による周囲の電池への影響を最小限に抑制できる電池モジュールとそれを用いた電池パックを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために、本発明の電池モジュールは、複数の電池が配列されて筐体内に収納された電池モジュールであって、電池は、電池の電極部に電池内で発生したガスを電池外に排出する開放部を有し、筐体は、電池の電極部周囲の電池ケースに当接して配設された配線基板によって、複数の電池を収容する収納部と、電極部の開放部から排出されるガスを筐体外に排気する排気室とに区画され、電池の電極部は、配線基板に形成された接続体に接続され、電極部の開放部は、配線基板に形成された貫通孔を介して排気室に連通している構成を採用する。【００１３】
この構成により、配線基板を電池の電極部周囲の電池ケースに当接させるとともに、電極部の開放部を、配線基板に形成された貫通孔を介して排気室に連通させることにより、電池のベント機構の開放によって噴出するガスの排出空間を貫通孔内に制限できる。それ故に、電極部の開放部から排出されるガスは、貫通孔を介して排気室に排出され、さらに、筐体外へと排出されるため、隣接する電池へのガスの侵入を防止できる。また、電源配線や制御配線などの引き回しに必要なスペースを、配線基板により大幅に削減できる。この結果、電池と同程度の高さの薄型・小型で、安全性の高い信頼性に優れた電池モジュールを実現できる。【００１４】
また、本発明の電池パックは、上記電池モジュールを、複数個、直列接続および／または並列接続されている。この構成により、用途に応じて、任意の電圧や容量を備えた電池パックを実現できる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、小型、薄型化を実現するとともに、不具合を生じた電池の異常発熱による周囲の電池への影響を最小限に抑制できる電池モジュールおよび電池パックを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施の形態１における電池モジュールを構成する電池の断面図
【図２】（ａ）本発明の実施の形態１における電池モジュールの斜視図、（ｂ）図２（ａ）の２Ｂ−２Ｂ線断面図、（ｃ）図２（ｂ）の２Ｃ部の拡大断面図
【図３】本発明の実施の形態１における電池モジュールの分解斜視図
【図４】（ａ）本発明の実施の形態１の電池モジュールにおいて、電池モジュール内の１つの電池に異常発熱などを生じた場合に噴出するガスの排気の様子を説明する断面図、（ｂ）図４（ａ）の４Ｂ部の拡大断面図
【図５】本発明の実施の形態１における電池モジュールの別の例を説明する分解斜視図
【図６】本発明の実施の形態１における蓋体の別の例を説明する斜視図
【図７】本発明の実施の形態１における筐体の別の例を説明する分解斜視図
【図８】本発明の実施の形態１における筐体のさらに別の例を説明する分解斜視図
【図９】本発明の実施の形態１における配線基板の別の例を説明する部分拡大断面図
【図１０】本発明の実施の形態２における電池モジュールを構成する電池の断面図
【図１１】（ａ）本発明の実施の形態２における電池モジュールの斜視図、（ｂ）図１１（ａ）の１１Ｂ−１１Ｂ線断面図、（ｃ）図１１（ｂ）の１１Ｃ部の拡大断面図
【図１２】本発明の実施の形態２における電池モジュールの分解斜視図
【図１３】（ａ）本発明の実施の形態２の電池モジュールにおいて、電池モジュール内の１つの電池に異常発熱などを生じた場合に噴出するガスの排気の様子を説明する断面図、（ｂ）図１３（ａ）の１３Ｂ部の拡大断面図
【図１４】（ａ）本発明の実施の形態２における電池モジュールの別の例の斜視図、（ｂ）図１４（ａ）の１４Ｂ−１４Ｂ線断面図、（ｃ）図１４（ｂ）の１４Ｃ部の拡大断面図
【図１５】（ａ）本発明の実施の形態３における電池パックの組立斜視図、（ｂ）本発明の実施の形態３における電池パックの別の例の組立斜視図
【図１６】本発明の他の実施の形態における電池モジュールを説明する分解斜視図
【図１７】本発明の各実施の形態の電池モジュールを構成する別の電池の形状を説明する断面図
【図１８】（ａ）図１７の電池を用いた本発明の各実施の形態における電池モジュールの断面図、（ｂ）図１８（ａ）の１８Ｂ部の拡大断面図
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明に係る電池モジュールは、複数の電池が配列されて筐体内に収納された電池モジュールであって、電池は、電池の電極部に電池内で発生したガスを電池外に排出する開放部を有し、筐体は、電池の電極部周囲の電池ケースに当接して配設された配線基板によって、複数の電池を収容する収納部と、電極部の開放部から排出されるガスを筐体外に排気する排気室とに区画され、電池の電極部は、配線基板に形成された接続体に接続され、電極部の開放部は、配線基板に形成された貫通孔を介して排気室に連通している構成を有する。
【００１８】
この構成により、配線基板を電池の電極部周囲の電池ケースに当接させるとともに、電極部の開放部を、配線基板に形成された貫通孔を介して排気室に連通させることにより、電池のベント機構の開放によって噴出するガスの排出空間を貫通孔内に制限できる。それ故に、電極部の開放部から排出されるガスは、貫通孔を介して排気室に排出され、さらに、筐体外へと排出されるため、隣接する電池へのガスの侵入を防止できる。また、電源配線や制御配線などの引き回しに必要なスペースを、配線基板により大幅に削減できる。この結果、電池と同程度の高さの薄型・小型で、安全性の高い信頼性に優れた電池モジュールを実現できる。
【００１９】
ここで、電池の電極部は、配線基板の貫通孔に挿入されていることが好ましい。これにより、電極部の開放部から排出されるガスを、貫通孔を介して効率よく筐体外に排出することができる。
【００２０】
また、配線基板は、耐熱性部材と弾性部材との積層構造を有し、弾性部材の下面は、電池ケースに当接していることが好ましい。これにより、配線基板を電池ケースに密着させることができるため、収納部の密閉状態をより高めることができる。
【００２１】
また、接続体は配線基板の上面に形成されており、配線基板の下面は、電池ケースに当接していることが好ましい。これにより、配線基板の貫通孔に挿入された電極部を容易に接続体に接続することができる。
【００２２】
また、電極部の高さは、配線基板の厚みと略同一であることが好ましい。これにより、配線基板の貫通孔に挿入された電極部をより容易に接続体に接続することができる。
【００２３】
また、配線基板に形成された貫通孔は、電池ケースと当接する側の大きさが、接続体側の大きさより小さいことが好ましい。これにより、電極部の開放部から排出されるガスを、効率よく筐体外に排出することができる。
【００２４】
また、電極部の開放部は、電極部の上面に設けられており、電極部に接続された接続体は、少なくとも開放部が形成された部位において貫通穴が形成されていてもよい。これにより、電極部の開放部から排出されるガスを、貫通穴を介して直接排気室に排出されるため、効率よく筐体外に排出することができる。
【００２５】
また、電極部に接続された接続体は、配線基板に形成された複数の貫通孔を跨いで形成されていることが好ましい。これにより、貫通孔において、電極部を接続体に容易に接続することができる。
【００２６】
また、電極部の開放部は、電極部の側面に設けられており、配線基板に形成された貫通孔と電極部との間に隙間が設けられていることが好ましい。これにより、電極部の開放部から排出されるガスを、前記隙間を介して前記排気室に排出されるため、効率よく筐体外に排出することができる。
【００２７】
また、複数の電池は、各電池の電極部に接続された接続体によって並列接続されていることが好ましい。これにより、容量の大きな電池モジュールをコンパクトに形成することができる。
【００２８】
また、収納部は、配線基板によって密閉状態になっている。これにより、電極部の開放部から排出されるガスを、他の電池に影響を与えることなく、貫通孔および排気室を介して筐体外へ確実に排出することができる。なお、「密閉状態」は、必ずしも完全に密閉された状態を意味するものでなく、影響の出ない程度のガスが、排気室から収納部に戻るような密閉状態も含む。
【００２９】
また、筐体は、表面に絶縁加工を施した金属材料からなることが好ましい。これにより、噴出する高温のガスによって筐体が溶融して穴等が生じて、この穴から酸素が供給されることによる引火等を防止でき、排気室を介して確実にガスを排気できる。
【００３０】
また、筐体は、収納部と蓋体を有し、収納部に、電池を個別に収納する隔壁部を設け、蓋体に、筐体の前記隔壁部と対向する位置にリブ部を設けることが好ましい。これにより、隣接する電池への伝熱や放熱を大幅に抑制できるとともに、隔壁部とリブ部で配線基板を確実に挟んで収容部と排気室との密閉性をさらに向上できる。
【００３１】
また、筐体は、収納部と蓋体を有し、蓋体と配線基板との間に、配線基板を保持する支持部材をさらに備えていてもよい。これにより、収容部と排気室との密閉性をさらに向上できる。
【００３２】
本発明の電池パックは、上記電池モジュールを、複数個、直列接続および／または並列接続されている。この構成により、用途に応じて、任意の電圧や容量を備えた電池パックを実現できる。
【００３３】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら、同一部分には同一符号を付して説明する。なお、本発明は、本明細書に記載された基本的な特徴に基づく限り、以下に記載の内容に限定されるものではない。また、以下では電池として、円筒型のリチウムイオンなどの非水電解質二次電池（以下、「電池」と記す）を例に説明するが、これに限られないことはいうまでもない。
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における電池モジュールを構成する電池の断面図である。なお、以下では、複数の電池を並列に接続した電池モジュールを例に説明するが、電池モジュールとして、直列接続でもよい。
【００３４】
図１に示すように、円筒型の電池は、例えば、アルミニウム製の正極リード８を備えた正極１と、その正極１と対向する、例えば、銅製の負極リード９を一端に備えた負極２とをセパレータ３を介して、捲回された電極群４を有する。そして、電極群４の上下に絶縁板１０ａ、１０ｂを装着して電池ケース５に挿入し、正極リード８の他方の端部を封口板６に、負極リード９の他方の端部を電池ケース５の底部に溶接する。さらに、リチウムイオンを伝導する非水電解質（図示せず）を電池ケース５内に注入し、電池ケース５の開放端部をガスケット７を介して、一方の電極部を構成する正極キャップ１６、ＰＴＣ素子などの電流遮断部材１８および封口板６をかしめた構成を有する。そして、正極１は正極集電体１ａと正極活物質を含む正極層１ｂから構成されている。
【００３５】
このとき、正極キャップ１６は、電池ケース５の開放端部の上面５Ａから突出して設けられ、電極群４の不具合による安全弁などのベント機構１９の開放により生じるガスを抜くための開放部１７が、正極キャップ１６の側面に設けられている。なお、正極キャップ１６の上面５Ａからの突出量は、例えば、後述する配線基板の厚み程度である。また、以下では、正極キャップ１６を電池ケース５の上面５Ａから突出して設けた例で説明するが、電池ケース５の上面５Ａとほぼ同一面に設けた電池でもよい。
【００３６】
ここで、正極層１ｂは、例えば、ＬｉＣｏＯ２やＬｉＮｉＯ２、Ｌｉ２ＭｎＯ４、またはこれらの混合あるいは複合化合物などの含リチウム複合酸化物を正極活物質として含む。また、正極層１ｂは、さらに、導電剤と結着剤とを含む。導電剤として、例えば、天然黒鉛や人造黒鉛のグラファイト類、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、チャンネルブラック、ファーネスブラック、ランプブラック、サーマルブラックなどのカーボンブラック類を含み、また結着剤として、例えば、ＰＶＤＦ、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、アラミド樹脂、ポリアミド、ポリイミドなどを含む。
【００３７】
また、正極１に用いる正極集電体１ａとしては、アルミニウム（Ａｌ）、炭素（Ｃ）、導電性樹脂などが使用可能である。
【００３８】
非水電解質には、有機溶媒に溶質を溶解した電解質溶液や、これらを含み高分子で非流動化されたいわゆるポリマー電解質層が適用可能である。非水電解質の溶質としては、ＬｉＰＦ６、ＬｉＢＦ４、ＬｉＣｌＯ４、ＬｉＡｌＣｌ４、ＬｉＳｂＦ６、ＬｉＳＣＮ、ＬｉＣＦ３ＳＯ３、ＬｉＮ（ＣＦ３ＣＯ２）、ＬｉＮ（ＣＦ３ＳＯ２）２などを用いることができる。さらに、有機溶媒としては、例えば、エチレンカーボネート（ＥＣ）、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ビニレンカーボネート、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）などを用いることができる。
【００３９】
また、負極２の負極集電体１１は、ステンレス鋼、ニッケル、銅、チタンなどの金属箔、炭素や導電性樹脂の薄膜などが用いられる。
【００４０】
さらに、負極２の負極層１５としては、黒鉛などの炭素材料や、ケイ素（Ｓｉ）やスズ（Ｓｎ）などのようにリチウムイオンを可逆的に吸蔵および放出する理論容量密度が８３３ｍＡｈ／ｃｍ３を超える負極活物質を用いることができる。
【００４１】
以下、本発明の実施の形態１における電池モジュールについて、図２から図５を用いて詳細に説明する。
【００４２】
図２（ａ）は、本発明の実施の形態１における電池モジュールの斜視図で、図２（ｂ）は、図２（ａ）の２Ｂ−２Ｂ線断面図、図２（ｃ）は、図２（ｂ）の２Ｃ部の拡大断面図である。図３は、本発明の実施の形態１における電池モジュールの分解斜視図である。
【００４３】
図２（ａ）と図３に示すように、電池モジュール１００は、例えば、ポリカーボネート樹脂などの絶縁性樹脂材料よりなる筐体５０および、それと嵌合する蓋体２０を有している。
【００４４】
そして、図２（ｂ）と図３に示すように、筐体５０の内部に、複数の電池の正極キャップ１６を同一方向に並べた電池ユニット４０を、配線基板３０の接続体３２、３４で電気的に並列に接続して構成した複数の電池が収納されている。さらに、電池の一方の電極部（負極側）である底部を並列に接続した接続板３３の一部から延伸した延伸部３３Ａを介して、配線基板３０に設けた接続体３４と接続されている。
【００４５】
また、図２（ｃ）に示すように、電池ケース５から突出した正極キャップ１６は、配線基板３０の各電池に対応して設けた貫通孔３６に内挿され、配線基板３０の接続体３２と接続されている。このとき、配線基板３０は、電池ケース５と当接して密着され、貫通孔３６は正極キャップ１６の側面に設けた開放部１７を塞がないように隙間３６Ａを有している。この隙間３６Ａにより、電池に不具合が発生し、正極キャップ１６の開放部１７から噴出するガスが排出される空間を形成している。
【００４６】
そして、噴出したガスは、図２（ｂ）と図３に示すように、配線基板３０の接続体３２と貫通孔３６との隙間３６Ａを介して、さらに、蓋体２０の排気室２４の空間を介して、外部と連通する開口部２６から排出される。
【００４７】
以下、図面を用いて、電池モジュール１００を構成する各構成要素について説明する。
【００４８】
まず、筐体５０は、図３に示すように、蓋体２０と嵌合する側に開口端を備え、開口端側から複数の電池を収納する収納部５４を有している。このとき、電池が、例えば、外径１８ｍｍ、高さ６５ｍｍの場合、収納部５４の高さは、６５ｍｍに接続板３３の厚みを加えた程度となる。
【００４９】
また、蓋体２０は、図２（ｂ）と図３に示すように、外周壁２２により形成される排気室２４と外周壁２２の一部に設けられた開口部２６を備えている。
【００５０】
また、図２（ｃ）に示すように、配線基板３０は、例えば、ガラス−エポキシ基板やポリイミドからなる耐熱性部材３０ａと、例えば、ゴム弾性を有する弾性部材３０ｂの少なくとも２層の積層構造を有する。そして、弾性部材３０ｂは電池ケース５の上面５Ａと弾性変形して密着して当接するため、高い気密性を確保することができる。なお、高い気密性を確保できる場合には、特に積層構造の配線基板３０とする必要はない。さらに、配線基板３０は、貫通孔３６に挿入された各電池の正極キャップ１６と接続する接続体３２と、各電池の他方の電極（例えば、負極）を並列に接続する接続板３３の延伸部３３Ａと接続する接続体３４とを有し、接続体３２は貫通孔３６を完全に塞がないように、貫通孔３６を跨いで設けられている。なお、接続体３２や接続板３３は、例えば、ニッケル板やＣｕ板、Ａｌ板、リード線などで構成され、銅箔などで形成された接続体３４と、例えば、はんだを介して接続される。また、正極キャップ１６と接続体３２や、負極と接続板３３とは、例えば、電気溶接やスポット溶接などにより接続される。
【００５１】
これにより、電池モジュールを構成する各電池を、配線基板を介して接続できるため、電源配線や制御配線などの引き回しに必要なスペースを大幅に削減できる。また、各電池の正極キャップの開放部が、配線基板の貫通孔に収納される。その結果、異常時、電池から噴出したガスが、隣接する電池ケースに侵入できないので、もしガスが引火により発火しても、炎の侵入を防止し、その影響を確実に阻止できる。
【００５２】
以下、本実施の形態の電池モジュール１００において、並列に接続された電池モジュール内の１つの電池に異常発熱などを生じた場合の電池モジュール１００の作用効果について、図４を用いて説明する。
【００５３】
図４（ａ）は、本実施の形態の電池モジュール１００において、電池モジュール内の１つの電池に異常発熱などを生じた場合に噴出するガスの排気の様子を説明する断面図で、図４（ｂ）は図４（ａ）の４Ｂ部の拡大断面図である。
【００５４】
まず、図４（ｂ）に示すように、電池モジュール１００の１つの電池が異常に発熱し、電池ケース内に発生したガスのガス圧の上昇によりベント機構である、例えば、安全弁が作動し、電池ケースからガス４５が噴出する。そして、噴出したガス４５は、正極キャップ１６の開放部１７から、正極キャップ１６が内挿された貫通孔３６の隙間３６Ａに噴出される。
【００５５】
つぎに、図４（ａ）に示すように、ガス４５は、隙間３６Ａを充満することなく、配線基板３０の接続体３２で塞がれていない貫通孔３６の間から蓋体２０の排気室２４に排気される。そして、最終的に蓋体２０に設けた開口部２６から、電池モジュール１００の外部に排出される。
【００５６】
このとき、電池モジュール１００の不具合電池からガス４５が急激に噴出する場合、一般に引火などにより発火する危険性が高くなる。
【００５７】
しかし、本発明の上記構成の電池モジュール１００によれば、貫通孔３６内の隙間３６Ａ内の酸素量は限られ、さらに外部から酸素が供給されないので、ガスに引火する可能性は極めて低くなる。その結果、配線基板３０の貫通孔３６からガス４５の状態で排気される。そのため、ガスの引火による爆発的な膨張を生じないので、電池モジュールが破裂することは皆無となる。
【００５８】
本実施の形態によれば、少なくとも配線基板と筐体により電池モジュールを筐体の収納部内に密閉状態で収納され、不具合の電池から噴出するガスは、配線基板の貫通孔の隙間から、ガスの状態で電池モジュールの外部に排出できる。その結果、ガスへの引火による発火や発煙などが発生しない安全性に優れた電池モジュールを実現できる。
【００５９】
また、少なくとも配線基板と筐体により電池モジュールを構成する電池を筐体の収納部内に密閉状態で収納できるため、電池を個別に収納する必要はない。その結果、電池モジュールを容易に小型化できる。さらに、電源配線や制御配線などの引き回しに必要なスペースを、配線基板により大幅に削減できる。この結果、より小型で、安全性の高い信頼性に優れた電池モジュールを実現できる。
【００６０】
なお、本実施の形態では、蓋体２０をポリカーボネート樹脂などの絶縁性材料で構成した例で説明したが、これに限られない。例えば、アルミニウムなどの金属材料や、それを絶縁性樹脂で被覆した構成としてもよい。これにより、機械的強度を向上させて、より薄型の蓋体とし、電池モジュールをさらに小型化できる。また、金属材料の高い熱伝導性により噴出するガスの冷却性を高めて、さらに引火などを生じにくい信頼性の高い電池モジュールが得られる。さらに、噴出する高温のガスによる蓋体の溶融での穴の発生を防止して、穴からの酸素の供給による引火などを防ぎ、排気室を介して確実にガスを排気できる。
【００６１】
また、本実施の形態では、筐体５０と蓋体２０の嵌合により、蓋体２０の外周壁２２と筐体５０および各電池ケース５の上面５Ａで配線基板３０を保持する構造を例に説明したが、これに限られない。例えば、図５の電池モジュールの分解斜視図に示すように、蓋体２０と配線基板３０との間に、配線基板３０を支持する支持部材６５を介在させてもよい。このとき、支持部材６５は、少なくとも配線基板３０の外周部を支持する外周枠６６と、筐体５０および各電池ケース５の上面５Ａとの当接位置と対向する位置に設けた支持部６８とから構成される。このとき、支持部材６５の支持部６８で蓋体２０の排気室の空間が狭くなる場合には、支持部６８の一部に蓋体２０の開口部に連通するように凹部または穴などを設けてもよい。これにより、筐体５０および各電池ケース５の上面５Ａと支持部材６５の支持部６８で配線基板３０を確実に固定できる。その結果、噴出するガスの圧力による配線基板の変形を抑制し、隣接する電池の電池ケースへの熱やガスの侵入をさらに効率的に抑制して、信頼性および安全性をさらに向上した電池モジュールを実現できる。
【００６２】
また、上記支持部材６５を設ける代わりに、図６に示すように、蓋体２０の排気室２４に、筐体５０および各電池ケース５の上面５Ａと対向する位置に、開口穴２８Ａを有するリブ部２８を設けてもよい。これにより、筐体および各電池ケース５の上面５Ａと蓋体２０のリブ部２８で配線基板３０を固定できるとともに、電池モジュールをより小型または薄型にできる。
【００６３】
また、本実施の形態では、配線基板に接続体などの電源配線を形成した例で説明したが、これに限られない。例えば、各電池の電圧を検出する電圧検出配線や、温度を検出する温度検出配線を配線基板に設けてもよい。このとき、温度検出配線には、例えば、サーミスタなどの温度検出素子が接続され、温度検出素子を各電池と接触させて温度を検出することができる。これにより、複数の電池の電圧および温度を個別に検出して制御できる。その結果、電池の特性ばらつきや経時変化などを考慮して制御できるため、信頼性や安全性をさらに高めることができる。なお、電圧検出配線や温度検出配線の配線基板上でのパターン幅は、電源配線のパターン幅に比べて大幅に狭くできる。これは、電源配線は、大きな電流が流れるため配線抵抗による電力損失を低減させる必要があるが、電圧検出配線や温度検出配線は微小な電流で検出できるためである。そのため、電源配線と複数対の電圧検出配線と温度検出配線を効率的に配置して配線基板に形成できるので、配線に必要なスペースを大幅に削減できる。
【００６４】
また、本実施の形態では、筐体の一方に開口端を有する例で説明したが、これに限られない。例えば、図７に示すように、筐体５０として、複数の電池を収納する両端に開口端を有する枠体５０Ａと、その一方の開口端を塞ぐ閉塞部材５０Ｂで構成してもよい。これにより、各電池と配線基板や接続板との接続などの組立性や作業性を向上させ、生産性に優れた電池モジュールを実現できる。さらに、図７に示す枠体５０Ａの代わりに、図８に示すように各電池を個別に収納する隔壁部５２を有する枠体５０Ｃとしてもよい。これにより、不具合電池の異常発熱の隣接する電池への伝熱や放熱を隔壁部５２によりさらに抑制できるため、より信頼性や安全性に優れた電池モジュールを実現できる。
【００６５】
また、本実施の形態では、配線基板に形成した貫通孔の形状として、厚み方向において同一形状である場合を例に説明したが、これに限られない。例えば、図９に示すように、電池ケースの上面と密着する貫通孔の大きさを、接続体３２側の貫通孔の大きさより小さくしてもよい。これにより、電池の正極キャップの開放部から噴出するガスの蓋体の排気室への排出効率を高める（排出抵抗を低減する）ことができる。さらに、電池ケースの上面との密着面積を拡大して、電池ケース側へのガスの侵入を大幅に抑制し、信頼性や安全性を向上できる。
（実施の形態２）
図１０は、本発明の実施の形態２における電池モジュールを構成する電池の断面図である。
【００６６】
図１０に示すように、電池の電極部である正極キャップ１６の上面に開放部７７を設けて電池を構成した点で、実施の形態１の電池とは異なる。なお、電池以外の構成要素は、実施の形態１と同様であるので、説明を省略する場合がある。
【００６７】
以下に、本実施の形態の電池を用いて構成した電池モジュールについて、図１１と図１２を用いて、詳細に説明する。
【００６８】
図１１（ａ）は本発明の実施の形態２における電池モジュールの斜視図で、図１１（ｂ）は図１１（ａ）の１１Ｂ−１１Ｂ線断面図、図１１（ｃ）は図１１（ｂ）の１１Ｃ部の拡大断面図である。図１２は、本発明の実施の形態２における電池モジュールの分解斜視図である。
【００６９】
図１１（ａ）と図１２に示すように、電池モジュール２００は、絶縁性樹脂材料もしくは表面を樹脂で被覆して絶縁加工を施した金属材料よりなる筐体５０および、それと嵌合する蓋体２０を有している。
【００７０】
そして、図１１（ｂ）と図１２に示すように、筐体５０の収納部５４に、複数の電池の正極キャップを同一方向に並べ、配線基板３０の接続体３２で電気的に並列に接続して構成した複数の電池が収納されている。さらに、電池の一方の電極部（負極側）である底部を並列に接続した接続板３３の一部から延伸した延伸部３３Ａを介して、配線基板３０に設けた接続体３４と接続されている。
【００７１】
また、図１１（ｃ）に示すように、電池ケース５から突出した正極キャップ１６は、配線基板３０の各電池に対応して設けた貫通孔３６に内挿され、配線基板３０の接続体３２と接続されている。そして、配線基板３０は、電池ケース５と当接して密着され、貫通孔３６は正極キャップ１６との間に隙間３６Ａを有している。このとき、接続体３２は、正極キャップ１６の上面に形成した開放部７７を塞がないように、開放部７７と対応する位置に貫通穴３２ａを有し、この貫通穴３２ａにより、電池に不具合が発生し、正極キャップ１６の開放部７７から噴出するガスが排出される。
【００７２】
そして、噴出したガスは、図１１（ｂ）と図１２に示すように配線基板３０の接続体３２の貫通穴３２ａから、蓋体２０の排気室（図示せず）を介して外部と連通する開口部２６から排出される。
【００７３】
以下、図面を用いて、電池モジュール２００を構成する各構成要素について説明する。なお、電池モジュール２００の筐体５０および蓋体２０の構成は実施の形態１と同様であるので、説明を省略し、異なる配線基板を主に説明する。
【００７４】
図１１（ｃ）と図１２に示すように、配線基板３０は、例えば、ガラス−エポキシ基板やポリイミドからなる耐熱性部材３０ａと、例えば、ゴム弾性を有する弾性部材３０ｂの少なくとも２層の積層構造を有する。そして、弾性部材３０ｂは電池ケース５の上面５Ａと弾性変形して密着して当接し、高い気密性を確保する。
【００７５】
また、配線基板３０は、貫通孔３６に挿入された電池モジュールの各電池の正極キャップ１６と接続する接続体３２と、各電池の他方の電極（例えば、負極）を並列に接続する接続板３３の延伸部３３Ａと接続する接続体３４とを有し、接続体３２には、正極キャップ１６の開放部７７を塞がないように貫通穴３２ａが設けられている。
【００７６】
これにより、電池モジュールの各電池を、配線基板を介して接続できるため、電源配線や制御配線などの引き回しに必要なスペースを大幅に削減できる。また、各電池の正極キャップの開放部が、接続体３２の貫通穴３２ａを介して、直接蓋体２０の排気室２４と通気する。そのため、異常状態の電池から噴出したガスが、直接配線基板３０に噴出しないので、配線基板３０の変形を大幅に抑制できる。その結果、もしガスが引火により発火しても、隣接する電池ケースへの、ガスや炎などの侵入を大幅に低減することができる。
【００７７】
以下、本実施の形態の電池モジュール２００において、並列に接続された電池モジュール内の１つの電池に異常発熱などを生じた場合の電池モジュール２００の作用効果について、図１３を用いて説明する。
【００７８】
図１３（ａ）は、本実施の形態の電池モジュール２００において、電池モジュール内の１つの電池に異常発熱などを生じた場合に噴出するガスの排気の様子を説明する断面図で、図１３（ｂ）は図１３（ａ）の１３Ｂ部の拡大断面図である。
【００７９】
まず、図１３（ｂ）に示すように、電池モジュール２００の１つの電池が異常に発熱し、電池ケース内に発生したガスのガス圧の上昇によりベント機構である、例えば、安全弁が作動し、電池ケース５からガス４５が噴出する。
【００８０】
そして、図１３（ａ）に示すように、噴出したガス４５は、正極キャップ１６の開放部７７から、接続体３２の貫通穴３２ａを介して、蓋体２０の排気室２４に噴出される。そして、最終的に蓋体２０に設けた開口部２６から、電池モジュール２００の外部に排出される。
【００８１】
本発明の電池モジュール２００によれば、配線基板３０の接続体３２の貫通穴３２ａからガス４５の状態で排気される。そのため、ガスの引火による爆発的な膨張を生じないので、電池モジュールが破裂することは皆無となる。
【００８２】
本実施の形態によれば、少なくとも配線基板と筐体により複数の電池を筐体の収納部内に密閉状態で収納され、不具合の電池から噴出するガスは、配線基板の接続体の貫通穴から、蓋体の排気室を介して、ガスの状態で電池モジュールの外部に排出できる。その結果、ガスへの引火による発火や発煙などが発生しない安全性に優れた電池モジュールを実現できる。
【００８３】
また、少なくとも配線基板と筐体により複数の電池を筐体の収納部内に密閉状態で収納できるため、電池を個別に収納する必要はない。その結果、電池モジュールを容易に小型化できる。さらに、電源配線や制御配線などの引き回しに必要なスペースを、配線基板により大幅に削減できる。この結果、より小型で、安全性の高い信頼性に優れた電池モジュールを実現できる。
【００８４】
なお、本実施の形態では、電池の正極キャップ１６が挿入される配線基板の貫通孔３６において、正極キャップ１６との間に隙間３６Ａを有する構成を例に説明したが、これに限られない。例えば、図１４に示すように、正極キャップ１６とほぼ同一形状の貫通孔としてもよい。これにより、各電池の開放部７７と接続体の貫通穴３２ａとの位置決めが容易で、かつ位置ずれによる貫通穴３２ａの開口面積のばらつきを抑制できる。その結果、さらに信頼性と安全性に優れた電池モジュールを実現できる。
【００８５】
また、実施の形態１において、図５から図８を用いて説明した構成を実施の形態２の電池モジュールに適用できることはいうまでもなく、同様の効果が得られる。
（実施の形態３）
以下、本発明の実施の形態３における電池パックについて、図１５を用いて詳細に説明する。
【００８６】
図１５は、本発明の実施の形態３における電池パックの組立斜視図である。
【００８７】
図１５（ａ）は、上記各実施の形態の電池モジュールを４個並置して配置し、接続部材４５０で接続して電池パック４００を構成したものである。また、図１５（ｂ）は、上記各実施の形態の電池モジュールを２個並置するとともに、それを縦に２段に重ね接続部材５５０で接続して電池パック５００を構成したものである。このとき、接続部材は、各電池モジュールは、並列接続または直列接続、あるいは直列接続と並列接続を組み合わせて接続部材を介して接続することにより、電池パックが構成される。
【００８８】
本実施の形態によれば、用途に応じて、必要な電圧や電気容量を有する汎用性の高い電池パックを、配置スペースを考慮して任意に組み合わせることにより、容易に実現できる。
【００８９】
また、本実施の形態によれば、上記各実施の形態と同様に、いずれかの電池モジュールに不具合を生じても、噴出するガスが引火することなく、ガスの状態で外部に排気することができる。その結果、ガスの引火による爆発的な膨張を生じないので、電池モジュールが破裂することが皆無な、安全で信頼性に優れた電池パックを実現できる。
（他の実施の形態）
以下に、本発明の電池モジュールにおける他の実施の形態について、図１６を用いて説明する。
【００９０】
図１６は、本発明の他の実施の形態における電池モジュール６００を説明する分解斜視図である。このとき、電池モジュール６００は、複数の並列に接続された電池ユニット６４０を、２次元に配置して直列に接続し一体的に収納する点で、上記実施の形態と異なる。なお、図１６においては、１１並列の電池ユニット６４０を７直列で接続して構成した電池モジュール６００を例に説明する。例えば、容量２５００ｍＡｈで、平均電圧３．６Ｖのリチウムイオン電池で構成した場合、２５．２Ｖ（３．６Ｖ×７）で２７．５Ａｈ（２．５Ａｈ×１１）の容量を有する集合電池ユニット６４５が得られる。
【００９１】
すなわち、図１６に示すように、電池モジュール６００は、収納部６６４を有する筐体６６０と、収納部６６４に収納される複数の１１並列で７直列からなる集合電池ユニット６４５と、集合電池ユニット６４０を直並列に接続する配線基板６３０と接続板６５０と、それらを密閉状態で収納する筐体６６０と嵌合する蓋体６２０で構成されている。
【００９２】
そして、配線基板６３０には、集合電池ユニット６４５の各電池の正極キャップと対応する位置に貫通孔６３６を有し、各貫通孔６３６を完全に塞がないように集合電池ユニット６４０を並列に接続する接続体６３２が設けられている。そして、配線基板６３０は、上記各実施の形態と同様に電池ケースの上面と密着して当接させて配置される。
【００９３】
また、接続板６５０は、各電池ユニット６４０の一方の電極部である負極部を並列に接続するとともに、隣接の電池ユニット６４０の接続体６３２と接続する接続板６５０の一部に設けた延伸部６５０Ａを介して配線基板６３０の接続部６３５と接続して、各電池ユニット６４０を直列に接続する。
【００９４】
また、蓋体６２０には、排気室（図示せず）を介して、噴出するガスを外部に排出する開口部（図示せず）が設けられている。このとき、開口部は、各電池ユニット６４０に対応させて個別に設けても、一体化して設けてもよい。
【００９５】
上記実施の形態によれば、実施の形態１、２と同様の効果が得られるとともに、筐体を一体化することにより、さらに小型化した電池モジュールを実現できる。
【００９６】
なお、各実施の形態においては、電極部である正極キャップ１６が電池ケース５の上面５Ａから突出した電池形状を例に説明したが、これに限られない。例えば、以下に、図１７と図１８を用いて説明するように、正極キャップ１６を電池ケース５の上面５Ａとほぼ同一面で設けた電池で電池モジュールを構成してもよい。
【００９７】
図１７は、本発明の各実施の形態の電池モジュールを構成する別の電池の形状を説明する断面図である。図１８（ａ）は図１７の電池を用いた本発明の各実施の形態における電池モジュールの断面図、図１８（ｂ）は図１８（ａ）の１８Ｂ部の拡大断面図である。
【００９８】
つまり、図１８に示すように、電池ケース５の上面５Ａとほぼ同一面で設けた正極キャップ１６と、正極キャップ１６と対応する位置に貫通孔３６を設けた配線基板３０の、下方向に凸状部３２Ｃの形状を有する接続体３２と接続した点で、上記各実施の形態とは異なる。他の構成や各実施の形態と同様であるので説明を省略する。
【００９９】
これにより、上記各実施の形態と同様の効果が得られる。また、電池の電極部の正極キャップの位置関係にかかわらず、薄型で小型の電池モジュール３００を実現できる。なお、各実施の形態で説明した別の例を適用できることはいうまでもない。
【０１００】
また、各実施の形態においては、電池モジュールの充放電や、温度または電圧を検出して制御する制御回路については、特に説明や図示をしていないが、制御回路を電池モジュールの外部や内部に設けてもよいことはいうまでもない。
【０１０１】
また、各実施の形態においては、電池モジュールとして円筒型の電池を例に説明したが、これに限られない。例えば、角型の電池であってもよい。
【０１０２】
また、各実施の形態においては、互いにその構成を適用できることはいうまでもない。
【産業上の利用可能性】
【０１０３】
本発明は、自動車、自転車や電動工具などの、特にハイブリッド自動車や電気自動車など高容量、高電圧が必要で、しかも高い信頼性と安全性が要求される、電池モジュールや電池パックとして有用である。
【符号の説明】
【０１０４】
１      正極
１ａ    正極集電体
１ｂ    正極層
２    負極
３    セパレータ
４    電極群
５    電池ケース
５Ａ    上面
６    封口板
７    ガスケット
８    正極リード
９    負極リード
１０ａ，１０ｂ    絶縁板
１１    負極集電体
１５    負極層
１６    正極キャップ（電極部）
１７，７７    開放部
１８    電流遮断部材
１９    ベント機構
２０，６２０    蓋体
２２    外周壁
２４    排気室
２６    開口部
２８    リブ部
２８Ａ    開口穴
３０，６３０    配線基板
３０ａ    耐熱性部材
３０ｂ    弾性部材
３２，３４，６３２    接続体
３２ａ    貫通穴
３２Ｃ    凸状部
３３，６５０    接続板
３３Ａ，６５０Ａ    延伸部
３６，６３６    貫通孔
３６Ａ    隙間
４０，６４０    電池ユニット
４５    ガス
５０，６６０    筐体
５０Ａ，５０Ｃ    枠体
５０Ｂ    閉塞部材
５２    隔壁部
５４，６６４    収納部
６５    支持部材
６６    外周枠
６８    支持部
１００，２００，３００，６００    電池モジュール
４００，５００    電池パック
４５０，５５０    接続部材
６３５    接続部
６４５    集合電池ユニット
【図１】
2011007533.tif 000003
【図２】
2011007533.tif 000004
【図３】
2011007533.tif 000005
【図４】
2011007533.tif 000006
【図５】
2011007533.tif 000007
【図６】
2011007533.tif 000008
【図７】
2011007533.tif 000009
【図８】
2011007533.tif 000010
【図９】
2011007533.tif 000011
【図１０】
2011007533.tif 000012
【図１１】
2011007533.tif 000013
【図１２】
2011007533.tif 000014
【図１３】
2011007533.tif 000015
【図１４】
2011007533.tif 000016
【図１５】
2011007533.tif 000017
【図１６】
2011007533.tif 000018
【図１７】
2011007533.tif 000019
【図１８】
2011007533.tif 000020
【手続補正書】
【提出日】平成22年12月28日(2010.12.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電池に発熱などの不具合を生じても他の電池に影響を与えない、特に複数の電池を備える電池モジュールとそれを用いた電池パックに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、省資源や省エネルギーの観点から、繰り返し使用できるニッケル水素、ニッケルカドミウムやリチウムイオンなどの二次電池への需要が高まっている。中でもリチウムイオン二次電池は、軽量でありながら、起電力が高く、高エネルギー密度であるという特徴を有している。そのため、携帯電話やデジタルカメラ、ビデオカメラ、ノート型パソコンなどの様々な種類の携帯型電子機器や移動体通信機器の駆動用電源としての需要が拡大している。
【０００３】
一方、化石燃料の使用量の低減やＣＯ２の排出量を削減するために、自動車などのモータ駆動用の電源として、電池パックへの期待が大きくなっている。この電池パックは、所望の電圧や容量を得るために、１つ以上の電池からなる電池モジュールを複数個搭載して構成されている。
【０００４】
上記電池モジュールの開発において、自動車など限られた空間に所定の電力を蓄積する電池モジュールを収納するため、電池モジュールの小型化が大きな課題となっている。
【０００５】
そこで、複数の電池からなる組電池（電池モジュール）において、各電池間の接続や電圧または温度などを検出する配線をプリント基板に形成したパターン配線で接続する構成が開示されている（例えば、特許文献１参照）。同様に、複数の電源モジュールをホルダーケースに収納し、エンドプレートを介して連結する電源装置（電池パック）が開示されている（例えば、特許文献２参照）。そして、エンドプレートに、各電源モジュール間を接続するセンサーリードや電源リードを設けることにより、接続不良の低減と小型化が図れるとしている。
【０００６】
また、電池モジュールに収納する電池の高容量化が進むに伴って、利用の形態によっては、電池自身が発熱して高温になる場合がある。そのため、電池自体の安全性とともに、それらを集合した電池モジュールにおける安全性がより重要となっている。すなわち、電池は、過充電、過放電あるいは内部短絡や外部短絡により発生するガスで内圧の上昇を生じ、場合によっては、電池の外装ケースが破裂する可能性がある。そこで、一般に、電池には、ガス抜きのためのベント機構や安全弁などを設け、内部のガスを放出している。このとき、排出されるガスへの引火などにより発煙や、まれに発火を生じる場合があり、信頼性や安全性に課題があった。
【０００７】
そこで、複数の電池をケース内の電池室に収納し、各電池の安全弁と対向する区画壁に開口部を設けることにより、異常状態時に電池から噴射されるガスを排気室を介して排出口から排出する構成の電源装置（電池モジュール）が開示されている（例えば、特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０００−２０８１１８号公報
【特許文献２】特開２０００−２２３１６６号公報
【特許文献３】特開２００７−２７０１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献１および特許文献２に示す電池モジュールは、１個の電池が異常に発熱し安全弁が作動した場合、発熱した電池の熱量や、噴出するガスへの引火による周囲電池への影響を抑制できず、連鎖的に各電池が劣化するという課題がある。すなわち、複数の電池を搭載する電池モジュールにおいては、異常を生じた電池の影響を、いかに周囲の電池への拡大を抑制して最小限に留めるかが課題となっている。
【００１０】
また、特許文献３に示す電池モジュールは、ケースの区画壁に電池の安全弁に対向して開口部を設け、噴出したガスを電池室内に充満させず外部に排出するものである。しかし、樹脂中に内蔵された回路基板は開示しているが、電池との接続方法などは、何ら開示も示唆もされていない。そのため、電池の安全弁側の面を接続端子で接続する場合、区画壁との気密をどのように保持するかが不明である。また、電池の安全弁と区画壁の開放部との位置合わせが困難であり、凹部で位置決めすると電池間に空間が生じ小型化できないという課題があった。また、電池や回路基板を樹脂で固定し内蔵するため、電池モジュールの小型化に課題があった。
【００１１】
本発明は、上記の課題を解決するものであり、小型、薄型化を実現するとともに、不具合を生じた電池の異常発熱による周囲の電池への影響を最小限に抑制できる電池モジュールとそれを用いた電池パックを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために、本発明の電池モジュールは、複数の電池が配列されて筐体内に収納された電池モジュールであって、電池は、電池の電極部に電池内で発生したガスを電池外に排出する開放部を有し、筐体は、電池の電極部周囲の電池ケースに当接して配設された配線基板によって、複数の電池を収容する収納部と、電極部の開放部から排出されるガスを筐体外に排気する排気室とに区画され、電池の電極部は、配線基板に形成された接続体に接続され、電極部の開放部は、配線基板に形成された貫通孔を介して排気室に連通している構成を採用する。
【００１３】
この構成により、配線基板を電池の電極部周囲の電池ケースに当接させるとともに、電極部の開放部を、配線基板に形成された貫通孔を介して排気室に連通させることにより、電池のベント機構の開放によって噴出するガスの排出空間を貫通孔内に制限できる。それ故に、電極部の開放部から排出されるガスは、貫通孔を介して排気室に排出され、さらに、筐体外へと排出されるため、隣接する電池へのガスの侵入を防止できる。また、電源配線や制御配線などの引き回しに必要なスペースを、配線基板により大幅に削減できる。この結果、電池と同程度の高さの薄型・小型で、安全性の高い信頼性に優れた電池モジュールを実現できる。
【００１４】
また、本発明の電池パックは、上記電池モジュールを、複数個、直列接続および／または並列接続されている。この構成により、用途に応じて、任意の電圧や容量を備えた電池パックを実現できる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、小型、薄型化を実現するとともに、不具合を生じた電池の異常発熱による周囲の電池への影響を最小限に抑制できる電池モジュールおよび電池パックを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施の形態１における電池モジュールを構成する電池の断面図
【図２】（ａ）本発明の実施の形態１における電池モジュールの斜視図、（ｂ）図２（ａ）の２Ｂ−２Ｂ線断面図、（ｃ）図２（ｂ）の２Ｃ部の拡大断面図
【図３】本発明の実施の形態１における電池モジュールの分解斜視図
【図４】（ａ）本発明の実施の形態１の電池モジュールにおいて、電池モジュール内の１つの電池に異常発熱などを生じた場合に噴出するガスの排気の様子を説明する断面図、（ｂ）図４（ａ）の４Ｂ部の拡大断面図
【図５】本発明の実施の形態１における電池モジュールの別の例を説明する分解斜視図
【図６】本発明の実施の形態１における蓋体の別の例を説明する斜視図
【図７】本発明の実施の形態１における筐体の別の例を説明する分解斜視図
【図８】本発明の実施の形態１における筐体のさらに別の例を説明する分解斜視図
【図９】本発明の実施の形態１における配線基板の別の例を説明する部分拡大断面図
【図１０】本発明の実施の形態２における電池モジュールを構成する電池の断面図
【図１１】（ａ）本発明の実施の形態２における電池モジュールの斜視図、（ｂ）図１１（ａ）の１１Ｂ−１１Ｂ線断面図、（ｃ）図１１（ｂ）の１１Ｃ部の拡大断面図
【図１２】本発明の実施の形態２における電池モジュールの分解斜視図
【図１３】（ａ）本発明の実施の形態２の電池モジュールにおいて、電池モジュール内の１つの電池に異常発熱などを生じた場合に噴出するガスの排気の様子を説明する断面図、（ｂ）図１３（ａ）の１３Ｂ部の拡大断面図
【図１４】（ａ）本発明の実施の形態２における電池モジュールの別の例の斜視図、（ｂ）図１４（ａ）の１４Ｂ−１４Ｂ線断面図、（ｃ）図１４（ｂ）の１４Ｃ部の拡大断面図
【図１５】（ａ）本発明の実施の形態３における電池パックの組立斜視図、（ｂ）本発明の実施の形態３における電池パックの別の例の組立斜視図
【図１６】本発明の他の実施の形態における電池モジュールを説明する分解斜視図
【図１７】本発明の各実施の形態の電池モジュールを構成する別の電池の形状を説明する断面図
【図１８】（ａ）図１７の電池を用いた本発明の各実施の形態における電池モジュールの断面図、（ｂ）図１８（ａ）の１８Ｂ部の拡大断面図
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明に係る電池モジュールは、複数の電池が配列されて筐体内に収納された電池モジュールであって、電池は、電池の電極部に電池内で発生したガスを電池外に排出する開放部を有し、筐体は、電池の電極部周囲の電池ケースに当接して配設された配線基板によって、複数の電池を収容する収納部と、電極部の開放部から排出されるガスを筐体外に排気する排気室とに区画され、電池の電極部は、配線基板に形成された接続体に接続され、電極部の開放部は、配線基板に形成された貫通孔を介して排気室に連通している構成を有する。
【００１８】
この構成により、配線基板を電池の電極部周囲の電池ケースに当接させるとともに、電極部の開放部を、配線基板に形成された貫通孔を介して排気室に連通させることにより、電池のベント機構の開放によって噴出するガスの排出空間を貫通孔内に制限できる。それ故に、電極部の開放部から排出されるガスは、貫通孔を介して排気室に排出され、さらに、筐体外へと排出されるため、隣接する電池へのガスの侵入を防止できる。また、電源配線や制御配線などの引き回しに必要なスペースを、配線基板により大幅に削減できる。この結果、電池と同程度の高さの薄型・小型で、安全性の高い信頼性に優れた電池モジュールを実現できる。
【００１９】
ここで、電池の電極部は、配線基板の貫通孔に挿入されていることが好ましい。これにより、電極部の開放部から排出されるガスを、貫通孔を介して効率よく筐体外に排出することができる。
【００２０】
また、配線基板は、耐熱性部材と弾性部材との積層構造を有し、弾性部材の下面は、電池ケースに当接していることが好ましい。これにより、配線基板を電池ケースに密着させることができるため、収納部の密閉状態をより高めることができる。
【００２１】
また、接続体は配線基板の上面に形成されており、配線基板の下面は、電池ケースに当接していることが好ましい。これにより、配線基板の貫通孔に挿入された電極部を容易に接続体に接続することができる。
【００２２】
また、電極部の高さは、配線基板の厚みと略同一であることが好ましい。これにより、配線基板の貫通孔に挿入された電極部をより容易に接続体に接続することができる。
【００２３】
また、配線基板に形成された貫通孔は、電池ケースと当接する側の大きさが、接続体側の大きさより小さいことが好ましい。これにより、電極部の開放部から排出されるガスを、効率よく筐体外に排出することができる。
【００２４】
また、電極部の開放部は、電極部の上面に設けられており、電極部に接続された接続体は、少なくとも開放部が形成された部位において貫通穴が形成されていてもよい。これにより、電極部の開放部から排出されるガスを、貫通穴を介して直接排気室に排出されるため、効率よく筐体外に排出することができる。
【００２５】
また、電極部に接続された接続体は、配線基板に形成された複数の貫通孔を跨いで形成されていることが好ましい。これにより、貫通孔において、電極部を接続体に容易に接続することができる。
【００２６】
また、電極部の開放部は、電極部の側面に設けられており、配線基板に形成された貫通孔と電極部との間に隙間が設けられていることが好ましい。これにより、電極部の開放部から排出されるガスを、前記隙間を介して前記排気室に排出されるため、効率よく筐体外に排出することができる。
【００２７】
また、複数の電池は、各電池の電極部に接続された接続体によって並列接続されていることが好ましい。これにより、容量の大きな電池モジュールをコンパクトに形成することができる。
【００２８】
また、収納部は、配線基板によって密閉状態になっている。これにより、電極部の開放部から排出されるガスを、他の電池に影響を与えることなく、貫通孔および排気室を介して筐体外へ確実に排出することができる。なお、「密閉状態」は、必ずしも完全に密閉された状態を意味するものでなく、影響の出ない程度のガスが、排気室から収納部に戻るような密閉状態も含む。
【００２９】
また、筐体は、表面に絶縁加工を施した金属材料からなることが好ましい。これにより、噴出する高温のガスによって筐体が溶融して穴等が生じて、この穴から酸素が供給されることによる引火等を防止でき、排気室を介して確実にガスを排気できる。
【００３０】
また、筐体は、収納部と蓋体を有し、収納部に、電池を個別に収納する隔壁部を設け、蓋体に、筐体の前記隔壁部と対向する位置にリブ部を設けることが好ましい。これにより、隣接する電池への伝熱や放熱を大幅に抑制できるとともに、隔壁部とリブ部で配線基板を確実に挟んで収容部と排気室との密閉性をさらに向上できる。
【００３１】
また、筐体は、収納部と蓋体を有し、蓋体と配線基板との間に、配線基板を保持する支持部材をさらに備えていてもよい。これにより、収容部と排気室との密閉性をさらに向上できる。
【００３２】
本発明の電池パックは、上記電池モジュールを、複数個、直列接続および／または並列接続されている。この構成により、用途に応じて、任意の電圧や容量を備えた電池パックを実現できる。
【００３３】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら、同一部分には同一符号を付して説明する。なお、本発明は、本明細書に記載された基本的な特徴に基づく限り、以下に記載の内容に限定されるものではない。また、以下では電池として、円筒型のリチウムイオンなどの非水電解質二次電池（以下、「電池」と記す）を例に説明するが、これに限られないことはいうまでもない。
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における電池モジュールを構成する電池の断面図である。なお、以下では、複数の電池を並列に接続した電池モジュールを例に説明するが、電池モジュールとして、直列接続でもよい。
【００３４】
図１に示すように、円筒型の電池は、例えば、アルミニウム製の正極リード８を備えた正極１と、その正極１と対向する、例えば、銅製の負極リード９を一端に備えた負極２とをセパレータ３を介して、捲回された電極群４を有する。そして、電極群４の上下に絶縁板１０ａ、１０ｂを装着して電池ケース５に挿入し、正極リード８の他方の端部を封口板６に、負極リード９の他方の端部を電池ケース５の底部に溶接する。さらに、リチウムイオンを伝導する非水電解質（図示せず）を電池ケース５内に注入し、電池ケース５の開放端部をガスケット７を介して、一方の電極部を構成する正極キャップ１６、ＰＴＣ素子などの電流遮断部材１８および封口板６をかしめた構成を有する。そして、正極１は正極集電体１ａと正極活物質を含む正極層１ｂから構成されている。
【００３５】
このとき、正極キャップ１６は、電池ケース５の開放端部の上面５Ａから突出して設けられ、電極群４の不具合による安全弁などのベント機構１９の開放により生じるガスを抜くための開放部１７が、正極キャップ１６の側面に設けられている。なお、正極キャップ１６の上面５Ａからの突出量は、例えば、後述する配線基板の厚み程度である。また、以下では、正極キャップ１６を電池ケース５の上面５Ａから突出して設けた例で説明するが、電池ケース５の上面５Ａとほぼ同一面に設けた電池でもよい。
【００３６】
ここで、正極層１ｂは、例えば、ＬｉＣｏＯ２やＬｉＮｉＯ２、Ｌｉ２ＭｎＯ４、またはこれらの混合あるいは複合化合物などの含リチウム複合酸化物を正極活物質として含む。また、正極層１ｂは、さらに、導電剤と結着剤とを含む。導電剤として、例えば、天然黒鉛や人造黒鉛のグラファイト類、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、チャンネルブラック、ファーネスブラック、ランプブラック、サーマルブラックなどのカーボンブラック類を含み、また結着剤として、例えば、ＰＶＤＦ、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、アラミド樹脂、ポリアミド、ポリイミドなどを含む。
【００３７】
また、正極１に用いる正極集電体１ａとしては、アルミニウム（Ａｌ）、炭素（Ｃ）、導電性樹脂などが使用可能である。
【００３８】
非水電解質には、有機溶媒に溶質を溶解した電解質溶液や、これらを含み高分子で非流動化されたいわゆるポリマー電解質層が適用可能である。非水電解質の溶質としては、ＬｉＰＦ６、ＬｉＢＦ４、ＬｉＣｌＯ４、ＬｉＡｌＣｌ４、ＬｉＳｂＦ６、ＬｉＳＣＮ、ＬｉＣＦ３ＳＯ３、ＬｉＮ（ＣＦ３ＣＯ２）、ＬｉＮ（ＣＦ３ＳＯ２）２などを用いることができる。さらに、有機溶媒としては、例えば、エチレンカーボネート（ＥＣ）、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ビニレンカーボネート、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）などを用いることができる。
【００３９】
また、負極２の負極集電体１１は、ステンレス鋼、ニッケル、銅、チタンなどの金属箔、炭素や導電性樹脂の薄膜などが用いられる。
【００４０】
さらに、負極２の負極層１５としては、黒鉛などの炭素材料や、ケイ素（Ｓｉ）やスズ（Ｓｎ）などのようにリチウムイオンを可逆的に吸蔵および放出する理論容量密度が８３３ｍＡｈ／ｃｍ３を超える負極活物質を用いることができる。
【００４１】
以下、本発明の実施の形態１における電池モジュールについて、図２から図５を用いて詳細に説明する。
【００４２】
図２（ａ）は、本発明の実施の形態１における電池モジュールの斜視図で、図２（ｂ）は、図２（ａ）の２Ｂ−２Ｂ線断面図、図２（ｃ）は、図２（ｂ）の２Ｃ部の拡大断面図である。図３は、本発明の実施の形態１における電池モジュールの分解斜視図である。
【００４３】
図２（ａ）と図３に示すように、電池モジュール１００は、例えば、ポリカーボネート樹脂などの絶縁性樹脂材料よりなる筐体５０および、それと嵌合する蓋体２０を有している。
【００４４】
そして、図２（ｂ）と図３に示すように、筐体５０の内部に、複数の電池の正極キャップ１６を同一方向に並べた電池ユニット４０を、配線基板３０の接続体３２、３４で電気的に並列に接続して構成した複数の電池が収納されている。さらに、電池の一方の電極部（負極側）である底部を並列に接続した接続板３３の一部から延伸した延伸部３３Ａを介して、配線基板３０に設けた接続体３４と接続されている。
【００４５】
また、図２（ｃ）に示すように、電池ケース５から突出した正極キャップ１６は、配線基板３０の各電池に対応して設けた貫通孔３６に内挿され、配線基板３０の接続体３２と接続されている。このとき、配線基板３０は、電池ケース５と当接して密着され、貫通孔３６は正極キャップ１６の側面に設けた開放部１７を塞がないように隙間３６Ａを有している。この隙間３６Ａにより、電池に不具合が発生し、正極キャップ１６の開放部１７から噴出するガスが排出される空間を形成している。
【００４６】
そして、噴出したガスは、図２（ｂ）と図３に示すように、配線基板３０の接続体３２と貫通孔３６との隙間３６Ａを介して、さらに、蓋体２０の排気室２４の空間を介して、外部と連通する開口部２６から排出される。
【００４７】
以下、図面を用いて、電池モジュール１００を構成する各構成要素について説明する。
【００４８】
まず、筐体５０は、図３に示すように、蓋体２０と嵌合する側に開口端を備え、開口端側から複数の電池を収納する収納部５４を有している。このとき、電池が、例えば、外径１８ｍｍ、高さ６５ｍｍの場合、収納部５４の高さは、６５ｍｍに接続板３３の厚みを加えた程度となる。
【００４９】
また、蓋体２０は、図２（ｂ）と図３に示すように、外周壁２２により形成される排気室２４と外周壁２２の一部に設けられた開口部２６を備えている。
【００５０】
また、図２（ｃ）に示すように、配線基板３０は、例えば、ガラス−エポキシ基板やポリイミドからなる耐熱性部材３０ａと、例えば、ゴム弾性を有する弾性部材３０ｂの少なくとも２層の積層構造を有する。そして、弾性部材３０ｂは電池ケース５の上面５Ａと弾性変形して密着して当接するため、高い気密性を確保することができる。なお、高い気密性を確保できる場合には、特に積層構造の配線基板３０とする必要はない。さらに、配線基板３０は、貫通孔３６に挿入された各電池の正極キャップ１６と接続する接続体３２と、各電池の他方の電極（例えば、負極）を並列に接続する接続板３３の延伸部３３Ａと接続する接続体３４とを有し、接続体３２は貫通孔３６を完全に塞がないように、貫通孔３６を跨いで設けられている。なお、接続体３２や接続板３３は、例えば、ニッケル板やＣｕ板、Ａｌ板、リード線などで構成され、銅箔などで形成された接続体３４と、例えば、はんだを介して接続される。また、正極キャップ１６と接続体３２や、負極と接続板３３とは、例えば、電気溶接やスポット溶接などにより接続される。
【００５１】
これにより、電池モジュールを構成する各電池を、配線基板を介して接続できるため、電源配線や制御配線などの引き回しに必要なスペースを大幅に削減できる。また、各電池の正極キャップの開放部が、配線基板の貫通孔に収納される。その結果、異常時、電池から噴出したガスが、隣接する電池ケースに侵入できないので、もしガスが引火により発火しても、炎の侵入を防止し、その影響を確実に阻止できる。
【００５２】
以下、本実施の形態の電池モジュール１００において、並列に接続された電池モジュール内の１つの電池に異常発熱などを生じた場合の電池モジュール１００の作用効果について、図４を用いて説明する。
【００５３】
図４（ａ）は、本実施の形態の電池モジュール１００において、電池モジュール内の１つの電池に異常発熱などを生じた場合に噴出するガスの排気の様子を説明する断面図で、図４（ｂ）は図４（ａ）の４Ｂ部の拡大断面図である。
【００５４】
まず、図４（ｂ）に示すように、電池モジュール１００の１つの電池が異常に発熱し、電池ケース内に発生したガスのガス圧の上昇によりベント機構である、例えば、安全弁が作動し、電池ケースからガス４５が噴出する。そして、噴出したガス４５は、正極キャップ１６の開放部１７から、正極キャップ１６が内挿された貫通孔３６の隙間３６Ａに噴出される。
【００５５】
つぎに、図４（ａ）に示すように、ガス４５は、隙間３６Ａを充満することなく、配線基板３０の接続体３２で塞がれていない貫通孔３６の間から蓋体２０の排気室２４に排気される。そして、最終的に蓋体２０に設けた開口部２６から、電池モジュール１００の外部に排出される。
【００５６】
このとき、電池モジュール１００の不具合電池からガス４５が急激に噴出する場合、一般に引火などにより発火する危険性が高くなる。
【００５７】
しかし、本発明の上記構成の電池モジュール１００によれば、貫通孔３６内の隙間３６Ａ内の酸素量は限られ、さらに外部から酸素が供給されないので、ガスに引火する可能性は極めて低くなる。その結果、配線基板３０の貫通孔３６からガス４５の状態で排気される。そのため、ガスの引火による爆発的な膨張を生じないので、電池モジュールが破裂することは皆無となる。
【００５８】
本実施の形態によれば、少なくとも配線基板と筐体により電池モジュールを筐体の収納部内に密閉状態で収納され、不具合の電池から噴出するガスは、配線基板の貫通孔の隙間から、ガスの状態で電池モジュールの外部に排出できる。その結果、ガスへの引火による発火や発煙などが発生しない安全性に優れた電池モジュールを実現できる。
【００５９】
また、少なくとも配線基板と筐体により電池モジュールを構成する電池を筐体の収納部内に密閉状態で収納できるため、電池を個別に収納する必要はない。その結果、電池モジュールを容易に小型化できる。さらに、電源配線や制御配線などの引き回しに必要なスペースを、配線基板により大幅に削減できる。この結果、より小型で、安全性の高い信頼性に優れた電池モジュールを実現できる。
【００６０】
なお、本実施の形態では、蓋体２０をポリカーボネート樹脂などの絶縁性材料で構成した例で説明したが、これに限られない。例えば、アルミニウムなどの金属材料や、それを絶縁性樹脂で被覆した構成としてもよい。これにより、機械的強度を向上させて、より薄型の蓋体とし、電池モジュールをさらに小型化できる。また、金属材料の高い熱伝導性により噴出するガスの冷却性を高めて、さらに引火などを生じにくい信頼性の高い電池モジュールが得られる。さらに、噴出する高温のガスによる蓋体の溶融での穴の発生を防止して、穴からの酸素の供給による引火などを防ぎ、排気室を介して確実にガスを排気できる。
【００６１】
また、本実施の形態では、筐体５０と蓋体２０の嵌合により、蓋体２０の外周壁２２と筐体５０および各電池ケース５の上面５Ａで配線基板３０を保持する構造を例に説明したが、これに限られない。例えば、図５の電池モジュールの分解斜視図に示すように、蓋体２０と配線基板３０との間に、配線基板３０を支持する支持部材６５を介在させてもよい。このとき、支持部材６５は、少なくとも配線基板３０の外周部を支持する外周枠６６と、筐体５０および各電池ケース５の上面５Ａとの当接位置と対向する位置に設けた支持部６８とから構成される。このとき、支持部材６５の支持部６８で蓋体２０の排気室の空間が狭くなる場合には、支持部６８の一部に蓋体２０の開口部に連通するように凹部または穴などを設けてもよい。これにより、筐体５０および各電池ケース５の上面５Ａと支持部材６５の支持部６８で配線基板３０を確実に固定できる。その結果、噴出するガスの圧力による配線基板の変形を抑制し、隣接する電池の電池ケースへの熱やガスの侵入をさらに効率的に抑制して、信頼性および安全性をさらに向上した電池モジュールを実現できる。
【００６２】
また、上記支持部材６５を設ける代わりに、図６に示すように、蓋体２０の排気室２４に、筐体５０および各電池ケース５の上面５Ａと対向する位置に、開口穴２８Ａを有するリブ部２８を設けてもよい。これにより、筐体および各電池ケース５の上面５Ａと蓋体２０のリブ部２８で配線基板３０を固定できるとともに、電池モジュールをより小型または薄型にできる。
【００６３】
また、本実施の形態では、配線基板に接続体などの電源配線を形成した例で説明したが、これに限られない。例えば、各電池の電圧を検出する電圧検出配線や、温度を検出する温度検出配線を配線基板に設けてもよい。このとき、温度検出配線には、例えば、サーミスタなどの温度検出素子が接続され、温度検出素子を各電池と接触させて温度を検出することができる。これにより、複数の電池の電圧および温度を個別に検出して制御できる。その結果、電池の特性ばらつきや経時変化などを考慮して制御できるため、信頼性や安全性をさらに高めることができる。なお、電圧検出配線や温度検出配線の配線基板上でのパターン幅は、電源配線のパターン幅に比べて大幅に狭くできる。これは、電源配線は、大きな電流が流れるため配線抵抗による電力損失を低減させる必要があるが、電圧検出配線や温度検出配線は微小な電流で検出できるためである。そのため、電源配線と複数対の電圧検出配線と温度検出配線を効率的に配置して配線基板に形成できるので、配線に必要なスペースを大幅に削減できる。
【００６４】
また、本実施の形態では、筐体の一方に開口端を有する例で説明したが、これに限られない。例えば、図７に示すように、筐体５０として、複数の電池を収納する両端に開口端を有する枠体５０Ａと、その一方の開口端を塞ぐ閉塞部材５０Ｂで構成してもよい。これにより、各電池と配線基板や接続板との接続などの組立性や作業性を向上させ、生産性に優れた電池モジュールを実現できる。さらに、図７に示す枠体５０Ａの代わりに、図８に示すように各電池を個別に収納する隔壁部５２を有する枠体５０Ｃとしてもよい。これにより、不具合電池の異常発熱の隣接する電池への伝熱や放熱を隔壁部５２によりさらに抑制できるため、より信頼性や安全性に優れた電池モジュールを実現できる。
【００６５】
また、本実施の形態では、配線基板に形成した貫通孔の形状として、厚み方向において同一形状である場合を例に説明したが、これに限られない。例えば、図９に示すように、電池ケースの上面と密着する貫通孔の大きさを、接続体３２側の貫通孔の大きさより小さくしてもよい。これにより、電池の正極キャップの開放部から噴出するガスの蓋体の排気室への排出効率を高める（排出抵抗を低減する）ことができる。さらに、電池ケースの上面との密着面積を拡大して、電池ケース側へのガスの侵入を大幅に抑制し、信頼性や安全性を向上できる。
（実施の形態２）
図１０は、本発明の実施の形態２における電池モジュールを構成する電池の断面図である。
【００６６】
図１０に示すように、電池の電極部である正極キャップ１６の上面に開放部７７を設けて電池を構成した点で、実施の形態１の電池とは異なる。なお、電池以外の構成要素は、実施の形態１と同様であるので、説明を省略する場合がある。
【００６７】
以下に、本実施の形態の電池を用いて構成した電池モジュールについて、図１１と図１２を用いて、詳細に説明する。
【００６８】
図１１（ａ）は本発明の実施の形態２における電池モジュールの斜視図で、図１１（ｂ）は図１１（ａ）の１１Ｂ−１１Ｂ線断面図、図１１（ｃ）は図１１（ｂ）の１１Ｃ部の拡大断面図である。図１２は、本発明の実施の形態２における電池モジュールの分解斜視図である。
【００６９】
図１１（ａ）と図１２に示すように、電池モジュール２００は、絶縁性樹脂材料もしくは表面を樹脂で被覆して絶縁加工を施した金属材料よりなる筐体５０および、それと嵌合する蓋体２０を有している。
【００７０】
そして、図１１（ｂ）と図１２に示すように、筐体５０の収納部５４に、複数の電池の正極キャップを同一方向に並べ、配線基板３０の接続体３２で電気的に並列に接続して構成した複数の電池が収納されている。さらに、電池の一方の電極部（負極側）である底部を並列に接続した接続板３３の一部から延伸した延伸部３３Ａを介して、配線基板３０に設けた接続体３４と接続されている。
【００７１】
また、図１１（ｃ）に示すように、電池ケース５から突出した正極キャップ１６は、配線基板３０の各電池に対応して設けた貫通孔３６に内挿され、配線基板３０の接続体３２と接続されている。そして、配線基板３０は、電池ケース５と当接して密着され、貫通孔３６は正極キャップ１６との間に隙間３６Ａを有している。このとき、接続体３２は、正極キャップ１６の上面に形成した開放部７７を塞がないように、開放部７７と対応する位置に貫通穴３２ａを有し、この貫通穴３２ａにより、電池に不具合が発生し、正極キャップ１６の開放部７７から噴出するガスが排出される。
【００７２】
そして、噴出したガスは、図１１（ｂ）と図１２に示すように配線基板３０の接続体３２の貫通穴３２ａから、蓋体２０の排気室（図示せず）を介して外部と連通する開口部２６から排出される。
【００７３】
以下、図面を用いて、電池モジュール２００を構成する各構成要素について説明する。なお、電池モジュール２００の筐体５０および蓋体２０の構成は実施の形態１と同様であるので、説明を省略し、異なる配線基板を主に説明する。
【００７４】
図１１（ｃ）と図１２に示すように、配線基板３０は、例えば、ガラス−エポキシ基板やポリイミドからなる耐熱性部材３０ａと、例えば、ゴム弾性を有する弾性部材３０ｂの少なくとも２層の積層構造を有する。そして、弾性部材３０ｂは電池ケース５の上面５Ａと弾性変形して密着して当接し、高い気密性を確保する。
【００７５】
また、配線基板３０は、貫通孔３６に挿入された電池モジュールの各電池の正極キャップ１６と接続する接続体３２と、各電池の他方の電極（例えば、負極）を並列に接続する接続板３３の延伸部３３Ａと接続する接続体３４とを有し、接続体３２には、正極キャップ１６の開放部７７を塞がないように貫通穴３２ａが設けられている。
【００７６】
これにより、電池モジュールの各電池を、配線基板を介して接続できるため、電源配線や制御配線などの引き回しに必要なスペースを大幅に削減できる。また、各電池の正極キャップの開放部が、接続体３２の貫通穴３２ａを介して、直接蓋体２０の排気室２４と通気する。そのため、異常状態の電池から噴出したガスが、直接配線基板３０に噴出しないので、配線基板３０の変形を大幅に抑制できる。その結果、もしガスが引火により発火しても、隣接する電池ケースへの、ガスや炎などの侵入を大幅に低減することができる。
【００７７】
以下、本実施の形態の電池モジュール２００において、並列に接続された電池モジュール内の１つの電池に異常発熱などを生じた場合の電池モジュール２００の作用効果について、図１３を用いて説明する。
【００７８】
図１３（ａ）は、本実施の形態の電池モジュール２００において、電池モジュール内の１つの電池に異常発熱などを生じた場合に噴出するガスの排気の様子を説明する断面図で、図１３（ｂ）は図１３（ａ）の１３Ｂ部の拡大断面図である。
【００７９】
まず、図１３（ｂ）に示すように、電池モジュール２００の１つの電池が異常に発熱し、電池ケース内に発生したガスのガス圧の上昇によりベント機構である、例えば、安全弁が作動し、電池ケース５からガス４５が噴出する。
【００８０】
そして、図１３（ａ）に示すように、噴出したガス４５は、正極キャップ１６の開放部７７から、接続体３２の貫通穴３２ａを介して、蓋体２０の排気室２４に噴出される。そして、最終的に蓋体２０に設けた開口部２６から、電池モジュール２００の外部に排出される。
【００８１】
本発明の電池モジュール２００によれば、配線基板３０の接続体３２の貫通穴３２ａからガス４５の状態で排気される。そのため、ガスの引火による爆発的な膨張を生じないので、電池モジュールが破裂することは皆無となる。
【００８２】
本実施の形態によれば、少なくとも配線基板と筐体により複数の電池を筐体の収納部内に密閉状態で収納され、不具合の電池から噴出するガスは、配線基板の接続体の貫通穴から、蓋体の排気室を介して、ガスの状態で電池モジュールの外部に排出できる。その結果、ガスへの引火による発火や発煙などが発生しない安全性に優れた電池モジュールを実現できる。
【００８３】
また、少なくとも配線基板と筐体により複数の電池を筐体の収納部内に密閉状態で収納できるため、電池を個別に収納する必要はない。その結果、電池モジュールを容易に小型化できる。さらに、電源配線や制御配線などの引き回しに必要なスペースを、配線基板により大幅に削減できる。この結果、より小型で、安全性の高い信頼性に優れた電池モジュールを実現できる。
【００８４】
なお、本実施の形態では、電池の正極キャップ１６が挿入される配線基板の貫通孔３６において、正極キャップ１６との間に隙間３６Ａを有する構成を例に説明したが、これに限られない。例えば、図１４に示すように、正極キャップ１６とほぼ同一形状の貫通孔としてもよい。これにより、各電池の開放部７７と接続体の貫通穴３２ａとの位置決めが容易で、かつ位置ずれによる貫通穴３２ａの開口面積のばらつきを抑制できる。その結果、さらに信頼性と安全性に優れた電池モジュールを実現できる。
【００８５】
また、実施の形態１において、図５から図８を用いて説明した構成を実施の形態２の電池モジュールに適用できることはいうまでもなく、同様の効果が得られる。
（実施の形態３）
以下、本発明の実施の形態３における電池パックについて、図１５を用いて詳細に説明する。
【００８６】
図１５は、本発明の実施の形態３における電池パックの組立斜視図である。
【００８７】
図１５（ａ）は、上記各実施の形態の電池モジュールを４個並置して配置し、接続部材４５０で接続して電池パック４００を構成したものである。また、図１５（ｂ）は、上記各実施の形態の電池モジュールを２個並置するとともに、それを縦に２段に重ね接続部材５５０で接続して電池パック５００を構成したものである。このとき、接続部材は、各電池モジュールは、並列接続または直列接続、あるいは直列接続と並列接続を組み合わせて接続部材を介して接続することにより、電池パックが構成される。
【００８８】
本実施の形態によれば、用途に応じて、必要な電圧や電気容量を有する汎用性の高い電池パックを、配置スペースを考慮して任意に組み合わせることにより、容易に実現できる。
【００８９】
また、本実施の形態によれば、上記各実施の形態と同様に、いずれかの電池モジュールに不具合を生じても、噴出するガスが引火することなく、ガスの状態で外部に排気することができる。その結果、ガスの引火による爆発的な膨張を生じないので、電池モジュールが破裂することが皆無な、安全で信頼性に優れた電池パックを実現できる。
（他の実施の形態）
以下に、本発明の電池モジュールにおける他の実施の形態について、図１６を用いて説明する。
【００９０】
図１６は、本発明の他の実施の形態における電池モジュール６００を説明する分解斜視図である。このとき、電池モジュール６００は、複数の並列に接続された電池ユニット６４０を、２次元に配置して直列に接続し一体的に収納する点で、上記実施の形態と異なる。なお、図１６においては、１１並列の電池ユニット６４０を７直列で接続して構成した電池モジュール６００を例に説明する。例えば、容量２５００ｍＡｈで、平均電圧３．６Ｖのリチウムイオン電池で構成した場合、２５．２Ｖ（３．６Ｖ×７）で２７．５Ａｈ（２．５Ａｈ×１１）の容量を有する集合電池ユニット６４５が得られる。
【００９１】
すなわち、図１６に示すように、電池モジュール６００は、収納部６６４を有する筐体６６０と、収納部６６４に収納される複数の１１並列で７直列からなる集合電池ユニット６４５と、集合電池ユニット６４０を直並列に接続する配線基板６３０と接続板６５０と、それらを密閉状態で収納する筐体６６０と嵌合する蓋体６２０で構成されている。
【００９２】
そして、配線基板６３０には、集合電池ユニット６４５の各電池の正極キャップと対応する位置に貫通孔６３６を有し、各貫通孔６３６を完全に塞がないように集合電池ユニット６４０を並列に接続する接続体６３２が設けられている。そして、配線基板６３０は、上記各実施の形態と同様に電池ケースの上面と密着して当接させて配置される。
【００９３】
また、接続板６５０は、各電池ユニット６４０の一方の電極部である負極部を並列に接続するとともに、隣接の電池ユニット６４０の接続体６３２と接続する接続板６５０の一部に設けた延伸部６５０Ａを介して配線基板６３０の接続部６３５と接続して、各電池ユニット６４０を直列に接続する。
【００９４】
また、蓋体６２０には、排気室（図示せず）を介して、噴出するガスを外部に排出する開口部（図示せず）が設けられている。このとき、開口部は、各電池ユニット６４０に対応させて個別に設けても、一体化して設けてもよい。
【００９５】
上記実施の形態によれば、実施の形態１、２と同様の効果が得られるとともに、筐体を一体化することにより、さらに小型化した電池モジュールを実現できる。
【００９６】
なお、各実施の形態においては、電極部である正極キャップ１６が電池ケース５の上面５Ａから突出した電池形状を例に説明したが、これに限られない。例えば、以下に、図１７と図１８を用いて説明するように、正極キャップ１６を電池ケース５の上面５Ａとほぼ同一面で設けた電池で電池モジュールを構成してもよい。
【００９７】
図１７は、本発明の各実施の形態の電池モジュールを構成する別の電池の形状を説明する断面図である。図１８（ａ）は図１７の電池を用いた本発明の各実施の形態における電池モジュールの断面図、図１８（ｂ）は図１８（ａ）の１８Ｂ部の拡大断面図である。
【００９８】
つまり、図１８に示すように、電池ケース５の上面５Ａとほぼ同一面で設けた正極キャップ１６と、正極キャップ１６と対応する位置に貫通孔３６を設けた配線基板３０の、下方向に凸状部３２Ｃの形状を有する接続体３２と接続した点で、上記各実施の形態とは異なる。他の構成や各実施の形態と同様であるので説明を省略する。
【００９９】
これにより、上記各実施の形態と同様の効果が得られる。また、電池の電極部の正極キャップの位置関係にかかわらず、薄型で小型の電池モジュール３００を実現できる。なお、各実施の形態で説明した別の例を適用できることはいうまでもない。
【０１００】
また、各実施の形態においては、電池モジュールの充放電や、温度または電圧を検出して制御する制御回路については、特に説明や図示をしていないが、制御回路を電池モジュールの外部や内部に設けてもよいことはいうまでもない。
【０１０１】
また、各実施の形態においては、電池モジュールとして円筒型の電池を例に説明したが、これに限られない。例えば、角型の電池であってもよい。
【０１０２】
また、各実施の形態においては、互いにその構成を適用できることはいうまでもない。
【産業上の利用可能性】
【０１０３】
本発明は、自動車、自転車や電動工具などの、特にハイブリッド自動車や電気自動車など高容量、高電圧が必要で、しかも高い信頼性と安全性が要求される、電池モジュールや電池パックとして有用である。
【符号の説明】
【０１０４】
１      正極
１ａ    正極集電体
１ｂ    正極層
２    負極
３    セパレータ
４    電極群
５    電池ケース
５Ａ    上面
６    封口板
７    ガスケット
８    正極リード
９    負極リード
１０ａ，１０ｂ    絶縁板
１１    負極集電体
１５    負極層
１６    正極キャップ（電極部）
１７，７７    開放部
１８    電流遮断部材
１９    ベント機構
２０，６２０    蓋体
２２    外周壁
２４    排気室
２６    開口部
２８    リブ部
２８Ａ    開口穴
３０，６３０    配線基板
３０ａ    耐熱性部材
３０ｂ    弾性部材
３２，３４，６３２    接続体
３２ａ    貫通穴
３２Ｃ    凸状部
３３，６５０    接続板
３３Ａ，６５０Ａ    延伸部
３６，６３６    貫通孔
３６Ａ    隙間
４０，６４０    電池ユニット
４５    ガス
５０，６６０    筐体
５０Ａ，５０Ｃ    枠体
５０Ｂ    閉塞部材
５２    隔壁部
５４，６６４    収納部
６５    支持部材
６６    外周枠
６８    支持部
１００，２００，３００，６００    電池モジュール
４００，５００    電池パック
４５０，５５０    接続部材
６３５    接続部
６４５    集合電池ユニット
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の電池が配列されて筐体内に収納された電池モジュールであって、
前記電池は、該電池の電極部に、前記電池内で発生したガスを電池外に排出する開放部を有しており、
前記筐体は、前記電池の電極部周囲の電池ケースに当接して配設された配線基板によって、前記複数の電池を収容する収納部と、前記電極部の開放部から排出されるガスを前記筐体外に排気する排気室とに区画されており、
前記電池の電極部は、前記配線基板に形成された接続体に接続されており、
前記電極部の開放部は、前記配線基板に形成された貫通孔を介して、前記排気室に連通している、電池モジュール。
【請求項２】
前記電池の電極部は、前記配線基板の貫通孔に挿入されている、請求項１に記載の電池モジュール。
【請求項３】
前記配線基板は、耐熱性部材と弾性部材との積層構造を有し、該弾性部材の下面は、前記電池ケースに当接している、請求項２に記載の電池モジュール。
【請求項４】
前記接続体は前記配線基板の上面に形成されており、前記配線基板の下面は、前記電池ケースに当接している、請求項２に記載の電池モジュール。
【請求項５】
前記電極部の高さは、前記配線基板の厚みと略同一である、請求項４に記載の電池モジュール。
【請求項６】
前記配線基板に形成された前記貫通孔は、前記電池ケースと当接する側の大きさが、前記接続体側の大きさより小さい、請求項４に記載の電池モジュール。
【請求項７】
前記電極部の開放部は、該電極部の上面に設けられており、
前記電極部に接続された前記接続体は、少なくとも前記開放部が形成された部位において貫通穴が形成されている、請求項２に記載の電池モジュール。
【請求項８】
前記電極部の開放部から排出されるガスは、前記貫通穴を介して前記排気室に排出される、請求項７に記載の電池モジュール。
【請求項９】
前記電極部に接続された前記接続体は、前記配線基板に形成された複数の貫通孔を跨いで形成されている、請求項２に記載の電池モジュール。
【請求項１０】
前記電極部の開放部は、該電極部の側面に設けられており、
前記配線基板に形成された貫通孔と前記電極部との間に、隙間が設けられている、請求項２に記載の電池モジュール。
【請求項１１】
前記電極部の開放部から排出されるガスは、前記隙間を介して前記排気室に排出される、請求項１０に記載の電池モジュール。
【請求項１２】
前記複数の電池は、各電池の電極部に接続された前記接続体によって並列接続されている、請求項２に記載の電池モジュール。
【請求項１３】
前記収納部は、前記配線基板によって、密閉状態になっている、請求項２に記載の電池モジュール。
【請求項１４】
前記筐体は、表面に絶縁加工を施した金属材料からなることを特徴とする請求項１に記載の電池モジュール。
【請求項１５】
前記筐体は、収納部と蓋体を有し、
前記収納部に、前記電池を個別に収納する隔壁部を設け、
前記蓋体に、前記筐体の前記隔壁部と対向する位置にリブ部を設けることを特徴とする請求項１に記載の電池モジュール。
【請求項１６】
前記筐体は、収納部と蓋体を有し、
前記蓋体と前記配線基板との間に、前記配線基板を保持する支持部材を、さらに備えることを特徴とする請求項１に記載の電池モジュール。
【請求項１７】
請求項１〜請求項１６のいずれか１項に記載の電池モジュールが複数個配列された電池パックであって、各電池モジュールは、直列接続および／または並列接続されている、電池パック。
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2011007533.tif 000021
【図２】
2011007533.tif 000022
【図３】
2011007533.tif 000023
【図４】
2011007533.tif 000024
【図５】
2011007533.tif 000025
【図６】
2011007533.tif 000026
【図７】
2011007533.tif 000027
【図８】
2011007533.tif 000028
【図９】
2011007533.tif 000029
【図１０】
2011007533.tif 000030
【図１１】
2011007533.tif 000031
【図１２】
2011007533.tif 000032
【図１３】
2011007533.tif 000033
【図１４】
2011007533.tif 000034
【図１５】
2011007533.tif 000035
【図１６】
2011007533.tif 000036
【図１７】
2011007533.tif 000037
【図１８】
2011007533.tif 000038
【国際調査報告】
2011007533.tif 000039
2011007533.tif 000040
2011007533.tif 000041
2011007533.tif 000042