(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の素電池を備えた電池ブロックが複数接続されてなる電池モジュールであって、
前記素電池は、前記素電池内に発生したガスを素電池外に排出する開放部を備えており、
前記電池ブロックは、前記素電池の開放部が同じ側に並ぶように前記素電池を配列させてホルダ内に収容した構成を備えており、
前記ホルダは、複数のパイプの側面同士を接続した構造を有しており、
前記電池ブロックにおいて前記開放部が並んでいる側には、前記素電池の一方の電極同士を接続している第１電極板である平板が、前記ガスが当該平板の上方を通過する位置に配置されており、
前記電池ブロックにおいて前記開放部が並んでいる側の反対側には、前記素電池の他方の電極同士を接続している第２電極板が配置されており、
隣接した２つの前記電池ブロックは、前記平板同士が実質的に同一面になるよう配置されて、一方の前記電池ブロックの前記平板が他方の前記電池ブロックの前記ホルダ上方に延びており、
隣接した２つの前記電池ブロックの間には前記開放部が並んでいる側からその反対側まで延びるブロックバスバーが配置されており、
隣接した２つの前記電池ブロックのうちの一方の前記第１電極板と他方の前記第２電極板とを前記ブロックバスバーが電気接続している、電池モジュール。
【請求項２】
前記電池ブロックの平板の上方には前記素電池内から排出されるガスを当該電池ブロック外に排気する排気経路部が配置されている、請求項１に記載されている電池モジュール。
【請求項３】
前記電池ブロックの平板の上方には蓋部材が配置されており、前記蓋部材の下側に前記排気経路部が形成されている、請求項２に記載されている電池モジュール。
【請求項４】
隣接して電気的に接続された２つの前記電池ブロックにおいて、一方の前記電池ブロックに配置された前記排気経路部は他方の前記電池ブロックに配置された前記排気経路部に連結されて一体化している、請求項２または３に記載されている電池モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電池モジュールに関し、特に複数の素電池を備えた電池ブロックが複数接続されてなる電池モジュールに関するものである。
【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、化石燃料の使用量を低減させるためや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、あるいは家庭用や産業用との電源として電池モジュールへの期待が大きくなっている。このような電池モジュールの一例として、所望の電圧や容量を得るために、複数の素電池からなりそれらを並列接続及び直列接続した組電池を複数個搭載して構成されているものを挙げることができる。特許文献１にはそのような電池モジュールが開示されている。【０００４】
特許文献１には、円筒形のリチウムイオン二次電池である素電池が２０個並んで並列接続された組電池が、７個直列接続された組電池の集合体を備えた電池パックが開示されている。電池パックは、樹脂製のケース内に、温度調整用ユニット、組電池の集合体などを収容して、ケースの上面は金属製の外装板（蓋）で塞がれており、ケースの前面は樹脂製の前面パネルで塞がれている。ケースは、複数の素電池の一端側に配設された平板によって、複数の素電池を収容する収容部と、素電池の開放部から排出されるガスをケース外に排気する排気ダクトとに区画されている。【０００５】
温度調整用ユニットは、各々の素電池を圧入して保持する保持部が形成され、保持部間には、流体が流れる流路が形成されている。また、温度調整用ユニットの前面パネル側には、流路に流体を供給する入出路菅が接続され、入出路菅は、それぞれ前面パネルに形成された貫通孔に挿通されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１１−６５９０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に開示された電池パックは、１４０本の素電池からなり、それらが円柱形の穴が開けられた保持部に挿入されて保持・冷却され、全体がケースに収められているので、全体として大きな電源となっている。しかしながら電気機器の設計の自由度を優先すると、電源は最終的に残った空間に配置する必要があり、特許文献１の電池パックのような大型の矩形の電源ではそのような要請に応えられないという問題があった。【０００８】
素電池の本数を減らして電池パック全体を小さくすることが考えられるが、このようにすると電池パックの体積に占める素電池の体積割合が小さくなってしまい、エネルギー密度が下がってしまうという問題があった。素電池以外の部材を省略するためには安全性の問題を考慮する必要があり、単純に取り除くことはできない。また、電池パック同士を連結する際に、排気ダクト同士を連結するための経路を形成する必要があり、この経路によって体積エネルギー密度が低下してしまう。【０００９】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、安全性の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】
【００１０】
本発明の電池モジュールは、複数の素電池を備えた電池ブロックが複数接続されてなる電池モジュールであって、前記素電池は、前記素電池内に発生したガスを素電池外に排出する開放部を備えており、前記電池ブロックは、前記素電池の開放部が同じ側に並ぶように前記素電池を配列させてホルダ内に収容した構成を備えており、前記電池ブロックにおいて前記開放部が並んでいる側には、前記素電池に当接している平板が、前記ガスが当該平板の上方を通過する位置に配置されており、隣接した２つの前記電池ブロックは、前記平板同士が実質的に同一面になるよう配置されて、一方の前記電池ブロックの前記平板が他方の前記電池ブロックの前記ホルダ上方に延びている構成を有している。平板同士を実質的に同一面に配置しているというのは、２つの板の面が厳密な意味での同一面に位置している必要はなくて設計上の余裕や組立上の遊びを考慮して、同一面配置から多少のずれは許容されることを意味している。【００１１】
前記平板は電極板であることが好ましい。【００１２】
前記電池ブロックの平板の上方には前記素電池内から排出されるガスを当該電池ブロック外に排気する排気経路部が配置されていることが好ましい。さらに、前記電池ブロックの平板の上方には蓋部材が配置されており、前記蓋部材の下側に前記排気経路部が形成されていることが好ましい。【００１３】
隣接して電気的に接続された２つの前記電池ブロックにおいて、一方の前記電池ブロックに配置された前記排気経路部は他方の前記電池ブロックに配置された前記排気経路部に連結されて一体化していることが好ましい。一つの排気経路部が別の排気経路部に連結されて一体化しているというのは、２つの排気経路部が繋がっていて、そのつなぎ目部分が隙間なく形成されていることである。【００１４】
ある好適な実施形態において、前記ホルダは複数のパイプの側面同士を接続した構造を有している。【００１５】
本発明の別の電池モジュールは、素電池を備えた電池ブロックが複数接続されてなる電池モジュールであって、前記素電池は、前記素電池内に発生したガスを素電池外に排出する開放部を備えており、前記電池ブロックは、前記素電池をホルダ内に収容した構成を備えており、前記電池ブロックにおいて前記開放部が位置する側には、前記素電池に当接している平板が、前記ガスが当該平板の上方を通過する位置に配置されており、隣接した２つの前記電池ブロックは、前記平板同士が実質的に同一面になるよう配置されて、一方の前記電池ブロックの前記平板が他方の前記電池ブロックの前記ホルダ上方に延びている。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の電池モジュールは、隣接して接続されている２つの電池ブロックにおいて、一方の電池ブロックの上面の第１電極板が他方の電池ブロックのホルダ上方にまで延びているので、隣接する２つの電池ブロックのホルダ間の上側が第１電極板によって素電池から排出されるガスから保護されるため、高い安全性と高いエネルギー密度とを確保できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】実施形態に係る素電池の断面模式図である。
【図２】実施形態に係る電池ブロックの模式的な断面図である。
【図３】実施形態に係る電池ブロックの分解斜視図である。
【図４】実施形態に係る電池ブロックの斜視図である。
【図５】実施形態に係るホルダの斜視図である。
【図６】実施形態に係る電池ブロックの上面図である。
【図７】隣り合う２つの電池ブロックの上面図である。
【図８】実施形態に係る電池モジュールの斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
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。以下の図面においては、説明の簡潔化のため、実質的に同一の機能を有する構成要素を同一の参照符号で示す。
【００１９】
（実施形態１）
＜素電池＞
図１は、本発明の実施形態１における電池モジュールに使用する素電池１０の構成を模式的に示した断面図である。なお、本発明の電池モジュールに使用する電池は、ノート型パソコン等の携帯用電子機器の電源として単体でも使用できる電池であってもよい（以下、電池モジュールに使用する電池を、「素電池」と呼ぶ）。この場合、高性能の汎用電池を、電池モジュールの素電池として使用することができるため、電池モジュールの高性能化、低コスト化をより容易に図ることができる。
【００２０】
本発明の電池モジュールに使用する素電池１０は、例えば、図１に示すような、円筒形のリチウムイオン二次電池を採用することができる。このリチウムイオン二次電池は、通常の構成をなすもので、内部短絡等の発生により電池内の圧力が上昇したとき、ガスを電池外に放出する安全機構を備えている。以下、図１を参照しながら、素電池１０の具体的な構成を説明する。
【００２１】
図１に示すように、正極２と負極１とがセパレータ３を介して捲回された電極群４が、非水電解液とともに、電池ケース７に収容されている。電極群４の上下には、絶縁板９、１１０が配され、正極２は、正極リード５を介してフィルタ１１２に接合され、負極１は、負極リード６を介して負極端子（第２の電極端子）を兼ねる電池ケース７の底部に接合されている。
【００２２】
フィルタ１１２は、インナーキャップ１１３に接続され、インナーキャップ１１３の突起部は、金属製の弁板１１４に接合されている。さらに、弁板１１４は、正極端子（第１の電極端子）を兼ねる端子板８に接続されている。そして、端子板８、弁板１１４、インナーキャップ１１３、及びフィルタ１１２が一体となって、ガスケット１１１を介して、電池ケース７の開口部を封口している。
【００２３】
素電池１０に内部短絡等が発生して、素電池１０内の圧力が上昇すると、弁体１１４が端子板８に向かって膨れ、インナーキャップ１１３と弁体１１４との接合がはずれると、電流経路が遮断される。さらに素電池１０内の圧力が上昇すると、弁体１１４が破断する。これによって、素電池１０内に発生したガスは、フィルタ１１２の貫通孔１１２ａ、インナーキャップ１１３の貫通孔１１３ａ、弁体１１４の裂け目、そして、端子板８の開放部８ａを介して、外部へ排出される。
【００２４】
なお、素電池１０内に発生したガスを外部に排出する安全機構は、図１に示した構造に限定されず、他の構造のものであってもよい。
【００２５】
＜電池モジュール＞
図２は、本実施形態における電池ブロック１００’の構成を模式的に示した断面図である。素電池１０の内部構造を示すと図が複雑になって見づらくため、素電池１０にはハッチングを付していない。
【００２６】
図２に示されているのは、複数の素電池１０が配列されて並列に接続された電池ブロック１００’の模式的断面である。各素電池１０は、パイプホルダ１１の収容部１１ａに挿入されて側面が覆われている。素電池１０は、図１に示したように、素電池１０内に発生したガスを電池外に排出する開放部８ａを備えている。
【００２７】
複数の素電池１０は正極を上面に向け、負極を下面に向けて側面同士を隣り合わせて電池ブロック１００’の中に並べられている。負極側には絶縁性のスペーサ１４を介して負極板１５が配置されている。正極側には、絶縁性のスペーサ１２を介して正極板（第１電極板）１３が配置されている。この正極板１３が平板である。素電池１０の開放部８ａは、スペーサ１２に形成された開口部１２ａを介して排気経路部６０に連通している。
【００２８】
排気経路部６０は、スペーサ１２，正極板１３と、蓋部材２１との間で形成されている。素電池１０の開放部８ａから排出されるガスは、排気経路部６０に排出された後、排出口２２より電池ブロック１００’外に排出される。即ち、ガスは正極板１３の上方を通過していく。隣にもう一つの電池ブロック１００’を配置して２つを接続した場合には、排出口２２は隣の排気経路部６０に連結され一体化される。この場合、２つの排気経路部６０の連結部分は、隙間がないように形成されており、ガスが連結部分から外部に出ていかないようにしている。
【００２９】
次に電池ブロックの詳細な構造について説明する。
【００３０】
図３は、本実施形態における電池ブロック１００の構成を示した分解斜視図である。また、図４は、電池ブロック１００の斜視図である。なお図３，４では、図２に示す蓋部材２１を取り除いた状態を示している。
【００３１】
図３に示すように本実施形態の電池ブロック１００では、円柱状の複数の素電池１０が円柱を立てた状態で互いに千鳥状に配置されており、各素電池１０は個々に中空筒状のパイプホルダ１１の収容部１１ａに収容されている。なお、複数のパイプホルダ１１は、互いに集合、固着されて、素電池１０を収容するホルダを構成している。即ちホルダは複数のパイプの側面同士を接続した構造を有している。
【００３２】
また、パイプホルダ１１の内周面は、素電池１０の外周面と略同一形状をなし、パイプホルダ１１の収容部１１ａに収容された素電池１０の外周面は、収容部１１ａの内周面と当接している。これにより、パイプホルダ１１を、例えば、アルミニウム等の熱伝導性の高い材料で構成しておけば、素電池１０からの発熱を、効率よくパイプホルダ１１に放熱させることができる。
【００３３】
なお、複数の素電池１０を収容するホルダを、複数のパイプホルダ１１を集合して構成する代わりに、図５に示すように、複数の素電池１０を収容する筒状の収容部１１ａを有するブロックで構成してもよい。
【００３４】
素電池１０の一方の端部（正極端子側、上面側）には、絶縁性のスペーサ１２を介して、正極板１３が配置されている。なお、正極板１３は、各素電池１０の正極端子を電気的に並列接続している。
【００３５】
また、素電池１０の他方の端部（負極端子側、下面側）には、絶縁性のスペーサ１４を介して、負極板１５が配置されている。なお、負極板１５は、各素電池１０の負極端子（電池ケース）を電気的に並列接続している。
【００３６】
＜電池モジュール＞
正極板１３の配置についてまず説明を行う。
【００３７】
図６に示すように、電池ブロック１００の上面側は、ホルダ１１の上部に正極側のスペーサ１２が設けられ、その上に正極板１３が載せられた構造となっており、スペーサ１２に開けられた穴の部分で正極板１３が素電池１０の正極端子と電気的に接続している。ここで図の右端側では、正極板１３の右端部Ｂがホルダ（スペーサ１２に隠れて見えていない）の右端部Ａを越えて、より右側に突き出している。スペーサ１２はホルダ右端部Ａまでしかないので、正極板１３の右端側に突き出している部分の下にはスペーサ１２は存していない。逆に左端側では正極板１３の左端は、ホルダの左端まで達しておらず、スペーサ１２のみがホルダ左端部まで延びている。そのため、図７に示すように２つの電池ブロック１００ａ，１００ｂを隣り合わせにして接続すると、左側の電池ブロック１００ａの正極板１３の右端部Ａは右側の電池ブロック１００ｂのホルダの上方にまで突き出して位置している。図中のＣが両電池ブロック１００ａ，１００ｂのホルダの境界である。なお、正極板１３，スペーサ１２ともに左右両端の中央部分が凹んでいるが、この部分にはブロックバスバー１９が配置される。ブロックバスバー１９は六角柱形状であり、左側の電池ブロック１００ａの下面側の負極と右側の電池ブロック１００ｂの上面側の正極とを電気接続する部材である。
【００３８】
上述のような正極板１３の配置により、隣り合う２つの電池ブロック１００ａ，１００ｂのホルダ同士の境界部分は、正極板１３によってその上方が覆われるため、正極板１３の上方を通過するガス（素電池１０から発生するガス）がホルダ同士の境界部分に入り込んでしまうことはない。素電池１０からガスが発生するのは素電池１０の内部短絡等異常事態が生じる場合である。従ってこのガスは高温であり、異常が生じていない正常な素電池１０の温度が上がらないようにガスは素電池１０からできるだけ離して外部に放出することが好ましく、このような観点から、上述の正極板１３の配置は、ガスを正常な素電池１０に近づけないようにすることができる点で高い安全性を確保できる。
【００３９】
もし素電池１０からガスが発生したら、図８に示すように、蓋部材２１を有する２つの電池ブロック１００ａ’，１００ｂ’からなる電池モジュールにおいて、正極板１３とその上方に設置された蓋部材２１との間の排気経路部６０をガスが通過して電池モジュール外に排出される。
【００４０】
（その他の実施形態）
上述の実施形態は本願発明の例示であって、本願発明はこれらの例に限定されず、これらの例に周知技術や慣用技術、公知技術を組み合わせたり、一部置き換えたりしてもよい。また当業者であれば容易に思いつく改変発明も本願発明に含まれる。
【００４１】
上記の実施形態においては素電池１０をリチウムイオン二次電池としたが、使用する電池の種類は特に制限されず、これ以外の二次電池（例えばニッケル水素電池）であってもよい。
【００４２】
上記の実施形態においては、電極板が隣接する電池ブロックのホルダ上方に延びるように構成したが、本願発明はそれに限定されるものではない。例えば、ホルダの上部に配置される絶縁性のスペーサを、隣接する電池ブロックのホルダ上方に延びるように構成してもよい。
【００４３】
上記の電池ブロック、電池モジュールの構造は一例であり、電池ブロック１つ当たりの素電池の数、素電池の並べ方、素電池の種類は特に限定されない。また電池モジュールを構成する電池ブロックの数も限定されない。ホルダの形状、蓋部材の構成等も上記の例に限定されない。
【００４４】
また、上記実施形態では複数の素電池１０を互いに千鳥状に配置したが、これ以外の配置であってもよい。
【００４５】
また、上記実施形態では、ホルダ内に複数の電池を配列して収容した電池ブロックの例を示したが、これに限定されず、ホルダ内に一つの電池を収容した電池ブロックであってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
以上説明したように、本発明に係る電池モジュールは、高い安全性を有し、電気自動車用途等に有用である。
【符号の説明】
【００４７】
８ａ                      開放部
１０                      素電池
１１                      パイプホルダ
１３                      正極板（平板）
２１                      蓋部材
６０                      排気経路部
１００、１００’          電池ブロック
１００ａ、１００ｂ        電池ブロック
１００ａ’、１００ｂ’    電池ブロック
【図１】
0006004282.tif 000002
【図２】
0006004282.tif 000003
【図３】
0006004282.tif 000004
【図４】
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【図５】
0006004282.tif 000006
【図６】
0006004282.tif 000007
【図７】
0006004282.tif 000008
【図８】
0006004282.tif 000009