(57)【要約】【課題】二次電池モジュールに外力が加わった場合等に、電池セルに蓄えられた電気エネルギーを、電池セル内の温度上昇を抑制しつつ消費する技術を提供する。【解決手段】二次電池モジュールは、陽極端子同士が一列に並んでいると共に陰極端子同士が一列に並ぶように配置されている３個以上の電池セルを有する。その二次電池モジュールは、導電材料で形成されており、一の電池セルにおける陽極端子と一の電池セルに隣接する他の電池セルにおける陰極端子の間、又は一の電池セルにおける陰極端子と他の電池セルにおける陽極端子との間を接続する複数の導電部材を有している。その二次電池モジュールでは、二次電池モジュールが荷重を受けたときに隣接している導電部材が接触して導通するように、隣接している導電部材の一部が対向している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
陽極端子同士が一列に並んでいると共に陰極端子同士が一列に並ぶように配置されている３個以上の電池セルと、
一の電池セルにおける陽極端子と一の電池セルに隣接する他の電池セルにおける陰極端子の間、又は一の電池セルにおける陰極端子と他の電池セルにおける陽極端子との間を接続する複数の導電部材と、を有する二次電池モジュールであって、
前記二次電池モジュールが圧縮荷重を受けて変形したときに隣接している導電部材同士が接触して導通するように、該隣接している導電部材の一部が対向している、
二次電池モジュール。
【請求項２】
前記電池セルにおける陽極端子及び負極端子が該電池セルの一の面における長手方向の両端部にそれぞれ存在し、
前記導電部材は、一の電池セルの端子から前記長手方向に延びると共に、隣接する他の電池の方向に向かって折れ曲がる折れ曲がり部を介して、該隣接する他の電池の端子に接続される形状であり、
前記二次電池モジュールが圧縮荷重を受けて変形したときに隣接している前記導電部材の折れ曲がり部同士が接触するように、該折れ曲がり部同士が対向している、請求項１に記載の二次電池モジュール。
【請求項３】
隣接する前記導電部材の間に、前記導電部材よりも電気抵抗の高い高抵抗部材を有し、
前記二次電池モジュールが圧縮荷重を受けて変形したときの前記導電部材同士の接触が、前記高抵抗部材を介して行われる、請求項１又は２に記載の二次電池モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書に開示の技術は、二次電池モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
ハイブリッドカーや電気自動車では、走行用モータに電気を供給する為に、比較的大出力の電池を備える必要がある。特許文献１には、複数の電池セルを、複数の平板状のバスバで互いに接続することにより大容量のバッテリーモジュールを形成する技術が開示されている。電池セルは、リチウムイオン電池、ニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池等である。バスバで電池セルを接続されたバッテリーモジュールでは、隣接するバスバ同士が近接して配置される場合がある。このような場合には、通常、隣接するバスバ同士が接触した場合にバスバ同士が導通することを防止する為に、バスバの表面に絶縁膜等が設けられる。特許文献１のバッテリーモジュールでは、バスバの表面に絶縁性のラミネートが施されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−２４２９５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
リチウムイオン二次電池等の二次電池では、二次電池に衝撃や落下等による外力が加わると、内部短絡することがある。内部短絡すると、二次電池内部において、局所的に陽極と陰極とが導通する場合がある。陽極と陰極の表面は、それぞれ活物質に覆われている。このため、陽極と陰極とが導通した部分では活物質に比較的大きな電流が流れる。活物質は、金属などの導電材料と比較して電気抵抗が高いため、大きなジュール熱が発生する。このため、二次電池の内部の温度が過度に上昇する虞がある。ここでいう過度な温度上昇とは、電極を構成する活物質が分解する温度にまで上昇することをいう。
【０００５】
本明細書は、上記の課題を解決する技術を提供する。本明細書は、二次電池モジュールに外力が加わった場合等に、電池セルに蓄えられた電気エネルギーを、電池セル内の温度上昇を抑制しつつ消費する技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本明細書が開示する技術は、複数の電池セルを導電部材で接続するタイプの二次電池モジュールの構造を巧みに利用して電池内部での発熱を低減する。前述したように、従来の二次電池モジュールでは、隣接する導電部材が短絡しないように絶縁コーティングされる。本明細書が開示する技術では、従来の技術的思想に反し、二次電池モジュールが変形したときに隣接する導電部材が導通するように導電部材を近接配置する。近接配置された部位では導電部材をむき出しの状態としておく。本明細書が開示する技術では、二次電池モジュールが変形したときに電池セルの外部で意図的に短絡を生じさせ、電池セル内部での発熱を抑制する。
【０００７】
本明細書が開示する二次電池モジュールは、陽極端子同士が一列に並んでいると共に陰極端子同士が一列に並ぶように配置されている３個以上の電池セルを有する。その二次電池モジュールは、一の電池セルにおける陽極端子と一の電池セルに隣接する他の電池セルにおける陰極端子の間、又は一の電池セルにおける陰極端子と他の電池セルにおける陽極端子との間を接続する複数の導電部材を有している。その二次電池モジュールでは、二次電池モジュールが外部から荷重を受けて変形したときに隣接している導電部材が接触して導通するように、隣接している導電部材の一部が所定の距離を隔てて対向している。「所定の距離」は、二次電池モジュールの変形によって隣接する導電部材が接触するという条件で定められる。
【０００８】
上記の二次電池モジュールは、二次電池モジュールが外力を受けて電池セルの内部短絡が生じる可能性がある状況において、隣接している導電部材が接触して導通するように、隣接している導電部材が所定の距離を隔てて対向している。ここで、隣接する各導電部材は、夫々、同じ電池セルの陽極端子と陰極端子に接続されている。このため、隣接している導電部材が接触して導通すると、この電池セルの陽極と陰極とがこれらの導電部材を介して短絡する。ここで、各導電部材の電気抵抗は、電池内部の活物質の電気抵抗よりも低い。このため、電池セルが内部短絡する場合と比較して温度上昇を抑制することができる。これにより、上記の二次電池モジュールでは、電池セルの温度上昇を抑制しつつ、電池セルに蓄えられている電気エネルギーを消費することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施例１の二次電池モジュール２を示す斜視図である。
【図２】実施例１の二次電池モジュール２を示す部分平面図である。
【図３】実施例２の二次電池モジュール１０２を示す部分平面図である。
【図４】変形例の二次電池モジュール２０２を示す部分平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本明細書が開示する実施例の技術的特徴の幾つかを記す。なお、以下に記す事項は、各々単独で技術的な有用性を有している。
【００１１】
（特徴１）本明細書が開示する二次電池モジュールでは、電池セルにおける陽極端子及び負極端子が電池セルの一の面における長手方向の両端部にそれぞれ存在してもよい。導電部材は、一の電池セルの端子から長手方向に延びると共に、隣接する他の電池の方向に向かって折れ曲がる折れ曲がり部を介して、隣接する他の電池の端子に接続される形状であってもよい。二次電池モジュールが圧縮荷重を受けて変形したときに隣接している導電部材の折れ曲がり部同士が接触するように、折れ曲がり部同士が対向していてもよい。
【００１２】
上記の二次電池モジュールでは、隣接している導電部の折れ曲がり部同士が対向していることにより、隣接している導電部材同士を対向させ易い。
【００１３】
（特徴２）本明細書が開示する二次電池モジュールでは、隣接する導電部材の間に、導電部材よりも電気抵抗の高い高抵抗部材を有していてもよい。二次電池モジュールが圧縮荷重を受けて変形したときの導電部材同士の接触が、高抵抗部材を介して行われてもよい。
【００１４】
上記の二次電池モジュールでは、二次電池モジュールが圧縮荷重を受けて変形したときに、隣接する導電部材同士が高抵抗部材を介して導通する。このため、高抵抗部材において好適に発熱することができる。その結果、電池セルの内部での発熱を抑制しつつ、電気エネルギーを消費することができる。
【実施例１】
【００１５】
図１に示すように、二次電池モジュール２は、４個の電池セル３、４、５、６を有している。電池セル３、４、５、６は、具体的にはリチウムイオン電池である。但し、電池セル３、４、５、６はニッケル水素電池等の他の電池であってもよい。電池セル３、４、５、６は同一形状である。電池セル３、４、５、６は、略直方体のケース１９を有している。電池セル３、４、５、６のケース１９の上面には、それぞれ陽極端子１１、１３、１５、１７と陰極端子１２、１４、１６、１８とが設けられている。なお、電池セル３、４、５、６は、従来公知のリチウムイオン電池であるので、その内部構造の説明は省略する。電池セル３、４、５、６として、陽極、陰極及びセパレータが巻回されてケースに収容されている巻回型の電池セルや、陽極、陰極及びセパレータが積層されてケースに収容されている積層型の電池セルを使用することができる。二次電池モジュール２は、典型的には、電気自動車に搭載され、走行用モータの駆動電力を蓄えるデバイスとして用いられる。
【００１６】
図１に示すように、二次電池モジュール２の各電池セル３、４、５、６は、一列に並んで配置されている。立体座標系（図１参照）を定義したとき、各電池セル３、４、５、６が並べられている方向をｘ軸方向とし、電池セルの上面（陽極端子と陰極端子とが設けられている面）が向く方向をｚ軸正方向とすると、各電池セルの陽極端子はその電池セルのｙ軸正方向側の端部に位置し、各電池セルの陰極端子はその電池セルのｙ軸負方向側の端部に位置している。換言すると、各電池セル３、４、５、６の陽極端子１１、１３、１５、１７がｘ軸に沿って一列に並んでいると共に、陰極端子１２、１４、１６、１８がｘ軸に沿って一列に並んでいる。各電池セル３、４、５、６は一定の間隔を隔てて配置されている。なお、各電池セル３、４、５、６は、その下面で二次電池モジュール２のケース２０に固定されている。図１では、二次電池モジュールの内部構造を描くため、ケース２０の一部だけを描いているが、ケース２０は複数の電池セルの全体を収容する容器であることに留意されたい。
【００１７】
二次電池モジュール２は、バスバ７、８、９を有している。バスバ７、８、９は、金属製である。バスバ７、８、９を形成する材料として例えばアルミや銅が使用できる。バスバ７、８、９の電気抵抗は比較的低い。バスバ７、８、９の表面は絶縁コーティング等の絶縁手段が施されていない。すなわち、バスバ７、８、９の表面は導電性を有している。
【００１８】
各電池セル３、４、５、６は、バスバ７、８、９によって直列接続されている。具体的には、電池セル３の陰極端子１２と電池セル４の陽極端子１３とがバスバ７で、電池セル４の陰極端子１４と電池セル５の陽極端子１５とがバスバ８で、電池セル５の陰極端子１６と電池セル６の陽極端子１７とがバスバ９で接続されている。
【００１９】
以下に、図２を用いて、バスバ７、８、９の形状と配置について説明する。バスバ７、８、９の形状は同一である。従って、バスバ７、８、９の形状を説明する場合には、代表としてバスバ８について説明する。上述したように、バスバ８は、電池セル４の陰極端子１４と電池セル５の陽極端子１５とを接続している。バスバ８は略Ｓ字形状である。但し、図２に示されているようにバスバ８の形状は、正確にはＳ字を反転させた形状であるが、本明細書ではこのような形状も「Ｓ字」と称する。バスバ８は、陰極端子１４の位置から図２上方向に伸びている。図２上方向に伸びているバスバ８は、電池セル４の略中央の位置において、電池セル５の方向（図２右方向）に向かって折れ曲がっている。バスバ８が折れ曲がる位置では、バスバ８の図２左側に第１接触部８１が形成されている。第１接触部８１は、図２左上を向く平坦な面である。折れ曲がったバスバ８は、電池セル５の方向に向かって伸びている。電池セル５の方向に向かって伸びたバスバ８は、電池セル５の略中央において、電池セル５の陽極端子１５の方向（図２上方向）に向かって折れ曲がっている。バスバ８が折れ曲がる位置では、バスバ８の図２右側に第２接触部８２が形成されている。第２接触部８２は、図２右下を向く平坦な面である。折れ曲がったバスバ８は、陽極端子１５の方向に向かって伸びると共に、陽極端子１５に達している。
【００２０】
なお、バスバ８の左側にはバスバ７が位置している。図２に示すように、バスバ７の第２接触部７２は、図２右下を向く平坦な面である。バスバ８の第１接触部８１とバスバ７の第２接触部７２とは対向している。バスバ８の右側にはバスバ９が位置している。バスバ９の第１接触部９１は、図２左上を向く平坦な面である。バスバ８の第２接触部８２とバスバ９の第１接触部９１とは対向している。ここで、バスバ８の第１接触部８１とバスバ７の第２接触部７２との間の距離を距離Ｄと呼ぶ。
【００２１】
バスバ８の形状について別の表現を用いて説明する。バスバ８は、電池セル４の陰極端子１４と、電池セル５の陽極端子１５とを接続している。バスバ８はその左側に第１接触部８１を有し、その右側に第２接触部８２を有する。バスバ８は、上述のように略Ｓ字型である。つまり、バスバ８は、平面視した時折れ曲がり部を２か所有している。第１接触部８１は、バスバ８の一の折れ曲がり部における外側の縁部に形成されており、第２接触部８２は、他の折れ曲がり部における外側の縁部に形成されている。
【００２２】
本実施例の二次電池モジュール２では、複数の電池セル３、４、５、６がバスバ７、８、９で接続される。これにより、二次電池モジュール２を大出力化することができる。
【００２３】
本実施例の二次電池モジュール２では、バスバ７の第２接触部７２と、バスバ８の第１接触部８１とが所定の距離Ｄを隔てて対向している。二次電池モジュール２の全体（即ちケース２０）が図２上下方向に圧縮荷重を受けると、各電池セル３、４、５、６のケースが上下方向に圧縮されて変形する。各電池セル３、４、５、６のケースが変形すると、いずれかの電池セルでは内部が破損して短絡を生じる可能性がある。電池セル内部には活物質など、電気抵抗の大きな材料が存在し、そのような材料を介して短絡が生じると電気抵抗の大きな部材が局所的に発熱する。なお、二次電池モジュール２の全体が荷重を受ける場合とは、典型的には、二次電池モジュール２を搭載した車両が障害物と衝突した場合である。
【００２４】
他方、各電池セル３、４、５、６のケースが上下方向に圧縮されて変形すると、例えば、電池セル４の陽極端子１３と陰極端子１４との距離が短くなる。ここで、バスバ７は陽極端子１３に接続されており、バスバ８は陰極端子１４に接続されている。従って、バスバ７の第２接触部７２と、バスバ８の第１接触部８１とが近づいて接触する。上述のように、バスバ７の表面とバスバ８の表面は導電性を有している。このため、バスバ７の第２接触部７２とバスバ８の第１接触部８１とが接触することにより、電池セル４の陽極端子１３と陰極端子１４とが短絡する。具体的には、電池セル４の陽極端子１３、バスバ７、バスバ８、電池セル４の陰極端子１４の順に電気的に接続される。ここで、上述したようにバスバ７、８は電池セル内部の活物質などと比較すると電気抵抗が低い。このため、電池セル４が内部短絡した場合と異なり、電池セル４が内部で局所的に発熱することが防止される。これにより、電池セル４の温度上昇が抑制される。従って、本実施例の二次電池モジュール２では、電池セル４の温度上昇を抑制しつつ、電池セル４に蓄えられている電気エネルギーを消費することができる。
【００２５】
本実施例の二次電池モジュール２では、二次電池モジュール２の全体が図２左右方向に圧縮された場合にも、電部材７とバスバ８とが接触する。つまり、二次電池モジュール２の全体が図２左右方向に圧縮されると、各電池セル３、４、５、６の図２左右方向の距離が小さくなる。ここで、バスバ７は電池セル４の陽極端子１３に接続されており、バスバ８は電池セル５の陽極端子１５に接続されている。このため、電池セル４と電池セル５との図２左右方向の距離が小さくなると、バスバ７の第２接触部７２とバスバ８の第１接触部８１とが接触する。この場合にも、電池セル４の陽極端子１３と陰極端子１４とが短絡する。
【００２６】
なお、距離Ｄは、二次電池モジュール２が外力を受けた時に、バスバ７とバスバ８とが接触するように予め適宜定める。例えば、距離Ｄは、二次電池モジュール２が所定の大きさの荷重を受けたときにバスバ７とバスバ８とが接触するように定める。所定の大きさの荷重は、例えば、電池セル３、４、５、６のケースの破壊荷重よりも小さい荷重とすることができる。また、所定の大きさの荷重は、電池セル３、４、５、６のケースの変形量が所定の値よりも大きくなるときの荷重とすることができる。さらには、所定の大きさの荷重は、二次電池モジュール２のケース２０の破壊荷重よりも小さい荷重としてもよい。また、所定の大きさの荷重は、二次電池モジュール２のケース２０の変形量が所定の値よりも大きくなるときの荷重としてもよい。上記のいずれかの条件で距離Ｄが設定されると、二次電池モジュールが破壊する前に電池セル内部の電気エネルギーを消費することができ、その後に二次電池モジュールが破壊されても漏電による二次被害を回避できる。あるいは、距離Ｄは電池セル３、４、５、６のケースの大きさを基準に定めることができる。例えば、距離Ｄを、ケースの図２横方向の幅Ｗ（図２参照）の１０分の１とすることができる。あるいは、距離Ｄは、電池セル３、４、５、６の間隔を基準に定めることができる。例えば、距離Ｄは、電池セル３、４、５、６の間隔より小さい距離とすることができる。
【００２７】
本実施例の二次電池モジュール２では、各バスバ７、８、９が同一形状となっている。このため、二次電池モジュール２の構成部品の種類が削減される。また、本実施例の二次電池モジュール２では、バスバ８が略Ｓ字形状に形成されている。また、第１接触部８１は、バスバ８の一の折れ曲がり部における外側の縁部に形成されており、第２接触部８２は、他の折れ曲がり部における外側の縁部に形成されている。バスバ８がこのような形状とされていることにより、隣接する導電部材同士を対向させ易い。すなわち、対向する接触部同士が、互いに相手方の接触部に向かって突き出た形状となっているため、接触部同士を対向させ易い。また、例えば各バスバ７、８、９が長方形等の比較的単純な形状である場合と比較してバスバ８の体積及び質量の増大を抑制しつつ、接触部同士を対向させることができる。
【実施例２】
【００２８】
図３に実施例２の二次電池モジュール１０２の部分平面図を示す。実施例２の二次電池モジュール１０２は、実施例１の二次電池モジュール２のバスバ７、８、９を、バスバ１０７、１０８、１０９に変更したものである。上述したように、実施例１の二次電池モジュール２では、バスバ７の第２接触部７２は右下を向く平坦な面であり、バスバ８の第１接触部８１は左上を向く平坦な面であった。これに対して、実施例２のバスバでは、バスバ１０７の第２接触部１７２と、バスバ１０８の第１接触部１８１とは、それぞれ凹凸を有する面である。第２接触部１７２に設けられた凹凸と、第１接触部１８１に設けられた凹凸とは対応する形状となっている。つまり、凹凸が設けられている範囲の各位置において、第２接触部１７２と第１接触部１８１との間の距離は一定である。
【００２９】
第２実施例の二次電池モジュール１０２では、第１実施例の二次電池モジュール２と同様に、例えば、バスバ１０７とバスバ１０８とが図３上下方向に近づいた場合や、図３左右方向に近づいた場合には、バスバ１０７とバスバ１０８とが接触する。第２実施例の二次電池モジュール１０２では、さらに、例えば、バスバ１０７が図３の右上から左下に向かって斜めに移動した場合には、バスバ１０７の第２接触部１７２条の点９５が、バスバ１０８の第１接触部１８１上の点９７に接触する。つまり、第２実施例の二次電池モジュール１０２では、第２接触部１７２と第１接触部１８１とに凹凸が設けられていることにより、バスバ１０７とバスバ１０８とが接触し易い。その結果、本実施例の二次電池モジュール１０２は、電池セル４に蓄えられている電気エネルギーを消費させ易い。
【００３０】
実施例の二次電池モジュールは、外力を受けて変形し、電池セルのいずれかで内部短絡を生じて発熱する場合、電池セルの外側で意図的に短絡を生じさせて内部での発熱量を抑制する。そのような二次電池モジュールは車載に適している。自動車、特にハイブリッド車を含む電気自動車は大容量の二次電池モジュールを搭載する。実施例の二次電池モジュールは、電気自動車が衝突した際、二次電池モジュールが変形して電池セルで内部短絡が生じるような場合でも電池外部で短絡するので内部での発熱量を抑制することができる。
【００３１】
なお、上記の実施例では、二次電池モジュール２、１０２は４個の電池セル３、４、５、６を有していた。しかし、二次電池モジュール２、１０２は、３個以上の電池セルを有していればよい。すなわち、電池セルが３個以上であれば、二次電池モジュール２、１０２は、電池セルを接続する２個以上のバスバを有することになる。このため、２個のバスバを介して電池セルの陽極端子と陰極端子とを短絡させることができる。
【００３２】
上記の実施例では、複数の電池セル３、４、５、６は、ケース２０に収容されていた。二次電池モジュールが電気自動車に搭載される場合、複数の電池セルを収容するケースは電気自動車の車体であってもよい。また、各電池セル３、４、５、６は間隔を隔てずに、互いに密着して配置されていてもよい。
【００３３】
最後に、二次電池モジュールの変形例を説明する（図４）。変形例の二次電池モジュール２０２では、バスバ８の第１接触部８１に高抵抗部材２５が設けられている。このため、二次電池モジュール２０２に外力が加わると、バスバ７、８が高抵抗部材２５を介して短絡する。高抵抗部材２５の抵抗値は適宜設定することができるが、以下に説明するように設定するのが好ましい。高抵抗部材２５の抵抗値は、バスバ７、８の抵抗値よりも大きくなるよう設定される。このため、高抵抗部材２５において好適に発熱することができる。その結果、電池セル４の内部での発熱を抑制しつつ、電気エネルギーを消費することができる。また、高抵抗部材２５の抵抗値は、バスバ７、８が高抵抗部材２５を介して短絡する際の抵抗値が電池セル４内部での短絡の際に生じる抵抗値よりも低くなるように設定される。このため、バスバ７、８に確実に電流が流れる。なお、高抵抗部材２５は、バスバ８（バスバ７、９等も同様）の第１接触部８１や第２接触部８２に一体的に設けてもよいし、バスバ８とは別体として設けてもよい。高抵抗部材２５がバスバ８と別体である場合は、例えば、高抵抗部材２５をバスバ７、８の略中央に設け、外力が加わった際にバスバ７とバスバ８とに接触するようにしてもよい。
【００３４】
上記の実施例、変形例におけるバスバ７、８、９、１０７、１０８、１０９は、請求項における「導電部材」の一例である。
【００３５】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項に記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数の目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【符号の説明】
【００３６】
２、１０２  二次電池モジュール
３、４、５、６  電池セル
７、８、９、１０７、１０８、１０９  バスバ
１１、１３、１５、１７  陽極端子
１２、１４、１６、１８  陰極端子
１９  ケース
８１、９１、１８１  第１接触部
７２、８２、１７２  第２接触部
【図１】
2015053145.tif 000003
【図２】
2015053145.tif 000004
【図３】
2015053145.tif 000005
【図４】
2015053145.tif 000006