(57)【要約】【課題】、出力性能の変動を抑制することができると共に、小型・軽量化を図ることができる二次電池モジュールおよび二次電池パックを提供する。【解決手段】正極と負極とがセパレータを介して積層された電極体と、電極体を非水電解質と共に収容する電池外装部材（ケース）と、を有する二次電池セル３０を備える二次電池モジュール２０が、二次電池セル３０内を減圧させる減圧機構２００を備えているようにする。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極と負極とがセパレータを介して積層された電極体と、前記電極体を非水電解質と共に収容する電池外装部材と、を有する二次電池セルを備えた二次電池モジュールであって、
前記二次電池セル内を減圧させる減圧機構を備えている
ことを特徴とする二次電池モジュール。
【請求項２】
請求項１に記載の二次電池モジュールであって、
前記減圧機構は、前記電池外装部材に接続される排気通路部材と、該排気通路部材に設けられ前記二次電池セル内を排気して減圧させる真空ポンプと、を含む
ことを特徴とする二次電池モジュール。
【請求項３】
請求項２に記載の二次電池モジュールであって、
前記二次電池セルを複数個備えており、
前記排気通路部材は、各二次電池セルの前記電池外装部材に接続される個別通路部と、各個別通路部が接続される共通通路部と、を含み、
前記真空ポンプは、各個別通路部が接続される前記共通通路部の接続部よりも下流側に配置されている
ことを特徴とする二次電池モジュール。
【請求項４】
請求項２又は３に記載の二次電池モジュールであって、
前記排気通路部材には、前記二次電池セル内への排気の逆流を防止する逆止弁が設けられている
ことを特徴とする二次電池モジュール。
【請求項５】
請求項１から４の何れか一項に記載の二次電池モジュールを備えることを特徴とする二次電池パック。
【請求項６】
正極と負極とがセパレータを介して積層された電極体と、前記電極体を非水電解質と共に収容する電池外装部材と、を有する二次電池セルを備えた二次電池パックであって、
前記二次電池セル内を減圧させる減圧機構を備えている
ことを特徴とする二次電池パック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、自動車等の車両に搭載され、電極体と非水電解質とが電池外装部材（ケース）内に収容された二次電池セルを備える二次電池モジュールおよび二次電池パックに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば、携帯電話やパーソナルコンピュータ等の比較的小型の電子機器用の二次電池（二次電池モジュール又は二次電池パック）として、ニッケル水素二次電池やリチウムイオン二次電池に代表される非水電解質二次電池等が知られている。また近年は、電気自動車等の各種車両に搭載される大型の二次電池の開発も進んでいる。
【０００３】
このような二次電池が備える二次電池セルの構造としては、例えば、正極板と負極板とがセパレータを介して積層された電極体が非水電解液と共に電池外装部材（ケース）内に収納され、電池外装部材（ケース）が蓋（封止）部材によって密閉されたものがある。また近年は、非水電解液を固体電解質層に代えて二次電池を固体化した、いわゆる全固体電池も開発されている。
【０００４】
ところで、このような構造の二次電池セルにおいては、充放電時の体積変化やガスの発生に伴う正極・負極間の距離の増減の影響により、二次電池セルの出力性能が変動したり、寿命が短くなるといった問題が生じる虞がある。
【０００５】
このような問題を解決するために、二次電池を構成する二次電池セルを拘束して、正極・負極間の距離の増減を抑制するようにしたものがある。例えば、単一または複数の二次電池セルを所定の拘束治具によって拘束し、二次電池セルの平面に任意の拘束圧を印加するようにしたものがある（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】国際公開第２０１３／１２１５６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
このように拘束治具によって二次電池セルを拘束することで、二次電池セルの膨張を抑制することができる。したがって、内部に収容されている正極・負極間の距離の増減が抑制され、二次電池セルの出力性能の変動等といった問題の発生も抑えられる。
【０００８】
しかしながら、二次電池セルを拘束治具によって拘束すると、二次電池モジュール及び二次電池パックが大型化し、重量も増加してしまうという問題がある。例えば、車両用の二次電池モジュール及び二次電池パックは多数の二次電池セルを備えているため、全ての二次電池セルを拘束治具によって拘束しようとすると、拘束治具を大型化する必要性が生じ、それに伴い二次電池パックが大型化し、重量も増加してしまう。
【０００９】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、出力性能の変動を抑制することができると共に、小型・軽量化を図ることができる二次電池モジュール及び二次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】
【００１０】
上記課題を解決する本発明の一つの態様は、正極と負極とがセパレータを介して積層された電極体と、前記電極体を非水電解質と共に収容する電池外装部材（ケース）と、を有する二次電池セルを備えた二次電池モジュールであって、前記二次電池セルの前記電池外装部材（ケース）内を減圧させる減圧機構を備えていることを特徴とする二次電池モジュールにある。
【００１１】
ここで、前記減圧機構は、前記電池外装部材（ケース）に接続される排気通路部材と、該排気通路部材に設けられ前記電池外装部材（ケース）内を排気して減圧させる真空ポンプと、を含むことが好ましい。
【００１２】
さらに、二次電池モジュールが前記二次電池セルを複数個備えている場合、前記排気通路部材は、各二次電池セルの前記電池外装部材（ケース）に接続される個別通路部と、各個別通路部が接続される共通通路部と、を含み、前記真空ポンプは、各個別通路部が接続される前記共通通路部の接続部よりも下流側に配置されていることが好ましい。
【００１３】
また前記排気通路部材には、前記二次電池セル内への排気の逆流を防止する逆止弁が設けられていることが好ましい。
【００１４】
また本発明の他の態様は、上記のような二次電池モジュールを備えることを特徴とする二次電池パックにある。
【００１５】
さらに本発明の他の態様は、正極と負極とがセパレータを介して積層された電極体と、前記電極体を非水電解質と共に収容する電池外装部材と、を有する二次電池セルを備えた二次電池パックであって、前記二次電池セル内を減圧させる減圧機構を備えていることを特徴とする二次電池パックにある。
【発明の効果】
【００１６】
かかる本発明によれば、拘束治具によって二次電池セルを拘束することなく、電池外装部材（ケース）内に収容されている電極体を適切に拘束することができる。したがって、出力性能の変動を抑制することができると共に、二次電池モジュール及び二次電池パックの小型・軽量化を図ることができる。
【００１７】
また拘束治具が必要となった場合でも、拘束治具の簡素化を図ることができる。したがって、この場合でも、二次電池モジュール及び二次電池パックの小型・軽量化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明に係る二次電池パックの使用態様の一例を示す図である。
【図２】本発明に係る二次電池パックの概略構成を示す斜視図である。
【図３】本発明に係る二次電池モジュールの概略構成を示す斜視図である。
【図４】本発明に係る二次電池セルの内部構造を説明する図である。
【図５】本発明の実施形態１に係る二次電池モジュールの概略構成を説明する図である。
【図６】本発明の実施形態２に係る二次電池パックの概略構成を示すブロック図である。
【図７】本発明の実施形態２に係る二次電池パックの動作を説明するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００２０】
（実施形態１）
図１に示す車両１は、例えば、電気自動車やハイブリッド車両等の電動車両であり、図示しないモータに電力を供給するための二次電池パック１０が搭載されている。
【００２１】
二次電池パック１０は、図２に示すように、パックトレイ１１及びパックカバー１２とで構成されるパック外装ケース１３と、このパック外装ケース１３内に収容される二次電池モジュール２０と、を備えている。
【００２２】
二次電池パック１０内（パック外装ケース１３内）には、図２及び図３に示すように、二次電池モジュール２０が複数収容されており、各二次電池モジュール２０は、複数の二次電池セル３０を備えている。
【００２３】
なお二次電池モジュール２０が備える二次電池セル３０の数は、特に限定されるものではない。二次電池モジュール２０は、例えば、一つの二次電池セル３０を備えるものであってもよい。
【００２４】
ここで、二次電池モジュール２０を構成する各二次電池セル３０は、例えば、リチウムイオン電池である密閉型の電池であり、それ自体は既存の構造である。各二次電池セル３０は、図４に示すように、正極板４１及び負極板４２を備える電極体４０と、集電体５０，５１とが非水電解液（非水電解質）６０と共に電池外装部材（ケース）７０内に収容されている。電池外装部材（ケース）７０の上部は、蓋（封止）部材８０で密閉されている。
【００２５】
図示は省略するが、電池外装部材（ケース）７０内には電池外装部材（ケース）７０の内面を覆う絶縁部材が設けられており、電池外装部材（ケース）７０と内部に収容される電極体４０及び集電体５０，５１との絶縁が図られている。
【００２６】
電極体４０の正極板４１には集電体５０の一端側が接続され、この集電体５０の他端側には、蓋（封止）部材８０に設けられた貫通孔８１から外部に突出する正極端子部材９０が接続されている。負極板４２には集電体５１の一端側が接続されている。この集電体５１の他端側には、蓋（封止）部材８０に設けられた貫通孔８１から外部に突出する負極端子部材１００が接続されている。
【００２７】
蓋（封止）部材８０の上下面側には、各貫通孔８１の開口部に対応して絶縁シート部材１１０がそれぞれ設けられている。正極端子部材９０及び負極端子部材１００は、この絶縁シート部材１１０によって蓋（封止）部材８０との絶縁が図られている。
【００２８】
なお電極体４０は、例えば、金属箔からなる正極板４１と負極板４２とがセパレータ（図示は省略）を介して積層されて形成されている。そして電極体４０は、セパレータを介して帯状の正極板４１及び負極板４２を扁平形状に捲回されて形成されている。帯状の正極板４１及び負極板４２には、両者が重なる部分に、それぞれ活物質が塗布されている。
【００２９】
そして二次電池パック１０は、このような構成の二次電池セル３０（二次電池モジュール２０）を複数備えていると共に、各二次電池セル３０内（電池外装部材（ケース）７０内）を減圧させる減圧機構２００を備えている。
【００３０】
本実施形態では、図５に示すように、このような二次電池セル３０を複数備えた二次電池モジュール２０が、各二次電池セル３０の電池外装部材（ケース）７０内を減圧させる減圧機構２００を備えている。本発明に係る二次電池パック１０および二次電池モジュール２０は、この減圧機構２００を備える点に特徴がある。
【００３１】
減圧機構２００は、具体的には、排気管（排気通路部材）２１０と、この排気管２１０に設けられる真空ポンプ２２０と、を備えている。排気管２１０は、その一端側が二次電池セル３０の電池外装部材（ケース）７０に接続され、電池外装部材（ケース）７０内のガスを排出するための通路を形成する。
【００３２】
また本実施形態に係る減圧機構２００は、各二次電池モジュール２０に対してそれぞれ設けられている。つまり二次電池パック１０は、二次電池モジュール２０と同数の減圧機構２００を備えている。そして排気管２１０は、各二次電池セル３０に接続される複数の個別通路部２１１と、これらの個別通路部２１１が接続される共通通路部２１２と、を備えている。真空ポンプ２２０は、このような排気管２１０の途中に設けられている。
【００３３】
真空ポンプ２２０は、例えば、共通通路部２１２の個別通路部２１１が接続される接続部２１２ａよりも下流側（二次電池セル３０からの排気の流れ方向において下流側）に配設されている。これにより、一台の真空ポンプ２２０によって二次電池モジュール２０を構成する複数の各二次電池セル３０内を減圧できるようになっている。
【００３４】
かかる本実施形態の二次電池パック１０では、例えば、車両１の電源投入時等、予め設定された所定のタイミングで、減圧機構２００を構成する真空ポンプ２２０を所定時間だけ作動させる。
【００３５】
これにより、二次電池セル３０内が排気管２１０を介して排気されて減圧される。すなわち二次電池セル３０内は、大気圧よりも低い圧力（負圧）状態となり、好ましくは大気圧より十分に圧力が低い真空状態となる。言い換えれば、二次電池セル３０の外面に対し、内側に向かう圧力（大気圧）が印加された状態となる。
【００３６】
したがって、電池外装部材（ケース）７０内に収容されている電極体４０は、電池外装部材（ケース）７０によって拘束される。従来のように拘束治具によって各二次電池セル３０を拘束しなくても、電極体４０は、電池外装部材（ケース）７０によって十分に拘束される。よって、二次電池セル３０の出力性能の変動等を抑制することができる。
【００３７】
さらに排気管２１０には、真空ポンプ２２０の上流側に、二次電池セル３０内からの排気の逆流を防止する逆止弁２３０が設けられている。本実施形態では、逆止弁２３０は、真空ポンプ２２０と同様に、共通通路部２１２の接続部２１２ａよりも下流側で真空ポンプ２２０に近接して配置されている。
【００３８】
このように排気管２１０に逆止弁２３０が設けられていることで、各二次電池セル３０内からの排気の逆流を防止することができる。したがって、真空ポンプ２２０を作動させて二次電池セル３０内を減圧させた際、各二次電池セル３０内をより適切な負圧状態（真空状態）に保持することができる。
【００３９】
以上のように、本実施形態に係る二次電池パック１０によれば、各二次電池モジュール２０が備える各二次電池セル３０を拘束治具等により拘束しなくても、電極体４０を適切に拘束することができる。したがって、二次電池モジュール２０の小型・軽量化を図ることができ、それに伴い、二次電池パック１０の小型・軽量化を図ることができる。
【００４０】
なお本実施形態に係る二次電池モジュール２０においても、必要に応じて各二次電池セル３０を拘束部材（図示は省略）によって拘束するようにしてもよい。この場合でも、拘束部材によって二次電池セル３０を拘束する拘束圧は、従来よりも低くて済む。したがって、拘束部材の小型・軽量化を図ることができ、それに伴い二次電池モジュール２０および二次電池パック１０の小型・軽量化を図ることができる。
【００４１】
ところで、真空ポンプ２２０の配置は、特に限定されないが、二次電池パック１０を構成するパック外装ケース１３の外部に配置することが好ましい。排気管２１０を各二次電池セル３０からパック外装ケース１３の外側まで延設し、パック外装ケース１３の外側で真空ポンプ２２０に接続することが好ましい。
【００４２】
このような構成とすることで、二次電池セル３０が収容されたパック外装ケース１３の小型・軽量化を図ることができる。パック外装ケース１３が小型・軽量化されることで、車両１に対して真空ポンプ２２０を含む二次電池パック１０を搭載し易くなる。
【００４３】
また排気管２１０（個別通路部２１１）の電池外装部材（ケース）７０との接続位置は、特に限定されないが、車両１に搭載された状態における電池外装部材（ケース）７０の上部に接続されていることが好ましい。また排気管２１０は、電池外装部材（ケース）７０の上部を密封する蓋（封止）部材８０に接続されていてもよい。
【００４４】
つまり、排気管２１０は電池外装部材（ケース）７０内に収容されている非水電解液６０の液面よりも上方で二次電池セル３０（電池外装部材（ケース）７０、蓋（封止）部材８０）に接続されていることが好ましい（図４参照）。これにより、電池外装部材（ケース）７０内のガスを排気管２１０を介して外部に排出し易くなる。
【００４５】
（実施形態２）
図６は、実施形態２に係る二次電池パック１０の概略構成を示すブロック図であり、図７は、実施形態２に係る二次電池パック１０の動作、特に、減圧機構の動作の一例を説明するフローチャートである。なお図中、同一部材には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
【００４６】
上述の実施形態では、予め設定された所定のタイミングで真空ポンプ２２０を作動させることで、電池外装部材（ケース）７０内を負圧状態（好ましくは真空状態）に保持するようにしたが、本実施形態は、電池外装部材（ケース）７０の内圧に応じて真空ポンプ２２０を作動させるようにした例である。
【００４７】
具体的には、図６に示すように、本実施形態に係る二次電池パック１０は、各二次電池モジュール２０が備える真空ポンプ２２０の作動状態を制御する制御部（制御装置）３００を備えている。なお制御部３００は、例えば、入出力装置、記憶装置（ＲＯＭ、ＲＡＭ等）、中央処理装置（ＣＰＵ）、タイマーカウンタ等で構成されている。なお図６では、一つの真空ポンプ２２０のみを図示しているが、制御部３００は、各二次電池モジュールが備える真空ポンプ２２０のそれぞれを制御する。
【００４８】
また各二次電池セル３０の電池外装部材（ケース）７０内には、二次電池セル３０内の圧力（内圧）を検出する圧力センサ３１０が設けられている。制御部３００は、この圧力センサ３１０の検出結果に応じて、各真空ポンプ２２０を作動させる。
【００４９】
具体的には、図７のフローチャートに示すように、制御部３００は、車両１の電源が投入されると、ステップＳ１で各二次電池セル３０に設けられた圧力センサ３１０の検出結果に基づいて、二次電池セル３０内の圧力Ｐｒが、予め設定された第１の閾値Ｐ１よりも高いか否かを判定する（内圧判定）。
【００５０】
ここで、二次電池セル３０の内圧Ｐｒが第１の閾値Ｐ１よりも高い場合には（ステップＳ１：Ｙｅｓ）、ステップＳ２に進み、真空ポンプ２２０を作動させて、二次電池セル３０内を減圧させる。その後、ステップＳ３で各二次電池セル３０の内圧Ｐｒが、予め設定された第２の閾値Ｐ２（＜Ｐ１）よりも低くなったか否かを判定する（内圧判定）。
【００５１】
そして各二次電池セル３０の内圧Ｐｒが第２の閾値Ｐ２よりも低くなると（ステップＳ３：Ｙｅｓ）、ステップＳ４で真空ポンプ２２０を停止させる（ポンプ制御）。言い換えれば、各二次電池セル３０内の圧力Ｐｒが第２の閾値Ｐ２よりも低くなるまで、真空ポンプ２２０を作動させる。そして、車両１の電源が投入されている間は、この一連の処理を繰り返し実施する。
【００５２】
このように本実施形態では、各二次電池セル３０の内圧に応じて真空ポンプ２２０を作動させるようにしたので、各二次電池セル３０の内圧をより適切に調整することができる。
【００５３】
なお本実施形態では、各二次電池セル３０の内圧を検出し、その検出結果に応じて、真空ポンプ２２０の動作状態を制御するようにしたが、真空ポンプ２２０の制御方法は、これに限定されるものではない。例えば、電池外装部材（ケース）７０の変位を検出し、その検出結果に応じて真空ポンプ２２０の作動状態を制御するようにしてもよい。
【００５４】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではない。本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能なものである。
【００５５】
例えば、上述の実施形態では、逆止弁を排気管の共通通路部に設けるようにしたが、これに限定されず、各二次電池セルに対応する複数の逆止弁を、個別通路部にそれぞれ設けるようにしてもよい。
【００５６】
また上述の実施形態では、二次電池モジュール毎に減圧機構（真空ポンプ）を設けた構成を例示したが、二次電池パックが備える減圧機構の数は特に限定されない。二次電池パックは、少なくとも一つの減圧機構を備えていればよい。真空ポンプの性能にもよるが、二次電池パックが備える全ての二次電池セルの内部を一台の真空ポンプで減圧するようにしてもよい。勿論、各二次電池セルに対して個別に減圧機構が設けられていてもよい。
【００５７】
また上述の実施形態では、電極体が非水電解液と共に電池外装部材（ケース）内に収納された二次電池セルを備える二次電池モジュールおよび二次電池パックを一例として本発明を説明したが、二次電池セルの構成は、これに限定されるものではなく、例えば、非水電解液を固体電解質層に代えて電池を固体化した、いわゆる全固体電池であってもよい。このような全固体電池を収容した二次電池モジュールおよび二次電池パックであっても、上述の実施形態と同様に、小型・軽量化を図ることができる。
【００５８】
さらに、上述の実施形態では、電池外装部材として角形の電池ケースを例示したが、電池外装部材は、例えば、パウチ型のものであってもよい。勿論、パウチ型の電池外装部材を用いた場合でも、上述の実施形態と同様に、二次電池モジュール及び二次電池パックの小型・軽量化を図ることができる。
【００５９】
また上述の実施形態では、車両用の二次電池モジュール及び二次電池パックを一例として本発明を説明したが、勿論、本発明は、車両用だけでなく、他の用途で使用される二次電池モジュールおよび二次電池パックにも適用可能なものである。
【符号の説明】
【００６０】
１  車両
１０  二次電池パック
１１  パックトレイ
１２  パックカバー
１３  パック外装ケース
２０  二次電池モジュール
３０  二次電池セル
４０  電極体
４１  正極板
４２  負極板
５０，５１  集電体
６０  非水電解液
７０  電池外装部材（ケース）
８０  蓋（封止）部材
８１  貫通孔
９０  正極端子部材
１００  負極端子部材
１１０  絶縁シート部材
２００  減圧機構
２１０  排気管
２１１  個別通路部
２１２  共通通路部
２２０  真空ポンプ
２３０  逆止弁
３００  制御部
３１０  圧力センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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