(57)【要約】【課題】素電池が異常な状態に陥り、その結果、内容物が素電池から排出されると、電池モジュールの排気効率の低下を引き起こすことがある。【解決手段】複数の素電池を収容する電池室と、素電池から排出されるガスを排気する排気室とを有する組電池を、排気室を向かい合わせて複数配置する電池モジュールであって、向かい合った複数の排気室の間に排気室を区画する区画板を備え、区画板は、複数の素電池に対応する位置に素電池から排出されるガスが当たることで可動する開口部を有することにより、素電池が第２の異常モードに陥ったときであっても、電池モジュールの排気効率を維持できる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の素電池を収容する電池室と、前記素電池から排出されるガスを排気する排気室とを有する組電池を、前記排気室を向かい合わせて複数配置する電池モジュールであって、
向かい合った前記複数の排気室の間に排気室を区画する区画板を備え、
前記区画板は、前記複数の素電池に対応する位置に前記素電池から排出されるガスが当たることで可動する開口部を有する電池モジュール。
【請求項２】
前記開口部は、前記ガスの排出で開口する切込み部と、前記開口した切込み部を保持する保持部と有する請求項１に記載の電池モジュール。
【請求項３】
前記切込み部は、素電池の外径以上の大きさの円弧部を有するＵ字の切込みである請求項２に記載の電池モジュール。
【請求項４】
前記開口部は、前記切込み部が１０〜３０°の角度で開口する請求項２に記載の電池モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の組電池を組合せて、素電池から排出されるガスを排気するための排気路の体積減少を抑制する電池モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、省資源又は省エネルギーの観点から、繰り返し使用できる二次電池を携帯型電子機器又は移動体通信機器等の電源として使用している。また、化石燃料の使用量の削減又は二酸化炭素の排出量の削減等の観点から、このような二次電池を車両等の電源として使用することが検討されている。
【０００３】
具体的には、二次電池を電気的に接続して組電池、及び、電池モジュールを構成し、この電池モジュールを上記電源として使用することが提案されている。また、場合によっては、電池モジュールを更に直列に接続して電池パックを構成し、この電池パックを上記電源として使用することが提案されている。
【０００４】
例えば特許文献１には、電池室と排気室とに区画されたケースを有する電池モジュールが記載されている。このような電池モジュールでは、電池室内の二次電池（素電池）から高温なガスが排出されたときであっても、その高温なガスは、電池室内を充満することなく排気室からケースの外へ排気される。これにより、高温なガスが電池室内の正常な素電池に与える影響を低減できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−０２７０１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
二次電池が異常状態となったとき、高温なガスが二次電池から排出される（第１の異常モード）。しかし、二次電池の安全性を確保する観点から、万が一に備え、高温なガスだけでなく素電池の内容物も二次電池から排出される場合（第２の異常モード）にも配慮する必要がある。
【０００７】
素電池が第２の異常モードに陥ると、素電池から排出された高温なガスは排気室からケースの外へ排気されるが、素電池から排出された内容物（排出物）は排気室からケースの外へ排出されずに排気室の内面上に堆積する（排出物の堆積）。これにより、排気経路が塞がれるため、排気室における圧力損失の増加が招来され、よって、排気効率の低下を引き起こす。
【０００８】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、素電池が第２の異常モードに陥った場合であっても排気効率が維持された電池モジュールを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る電池モジュールは、複数の素電池を収容する電池室と、素電池から排出されるガスを排気する排気室とを有する組電池を、排気室を向かい合わせて複数配置する電池モジュールであって、向かい合った複数の排気室の間に排気室を区画する区画板を備え、区画板は、複数の素電池に対応する位置に素電池から排出されるガスが当たることで可動する開口部を有する。
【００１０】
本構成によって、素電池からガスが排出されたときに、開口部が開口し排出物を堆積する場所を作成することとなる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明では、素電池が第２の異常モードに陥ったときであっても、電池モジュールの排気効率を維持できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施の形態１における素電池の縦断面図
【図２】（ａ）は本発明の実施の形態１に係る組電池の斜視図、（ｂ）は図２（ａ）に示すIIＢ−IIＢ線における断面図、（ｃ）は図２（ｂ）に示すIIＣ領域の拡大図
【図３】（ａ）は本発明の実施の形態１に係る組電池の蓋体の天面図、（ｂ）は図３（ａ）に示すIIIＢ領域の拡大図
【図４】（ａ）は本発明の実施の形態１に係る電池モジュールの斜視図、（ｂ）は図４（ａ）に示すIVＢ−IVＢ線における断面図
【図５】（ａ）は本発明の実施の形態１に係る電池モジュールの通常時の断面図で、（ｂ）はガス放出時の断面図、（ｃ）は排出物の堆積した後の断面図
【発明を実施するための形態】
【００１３】
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、本発明は以下に示す実施形態に限定されない。
【００１４】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における素電池１の縦断面図である。
【００１５】
本発明の実施の形態における素電池１は、例えばリチウムイオン二次電池であり、電池ケース３の開口部がガスケット５を介して封口板７で封止されて構成されている。電池ケース３内には、非水電解質と共に電極群が収容されており、電極群は、正極板１１と負極板１３とがセパレータ１５を介して捲回されて構成されている。正極板１１は、正極リード１１Ｌを介して封口板７に接続されており、負極板１３は、負極リード１３Ｌを介して電池ケース３に接続されている。
【００１６】
封口板７には、開放部７ａが形成されている。これにより、素電池が第１の異常状態に陥ったときには、高温なガスが開放部７ａから電池ケース３の外へ排気される。また、素電池が第２の異常状態に陥ったときには、高温なガス（熱）とともに内容物が開放部７ａから電池ケース３の外へ排出される。
【００１７】
図２（ａ）は本発明の実施の形態１に係る組電池２１の斜視図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）におけるIIＢ−IIＢ線における断面図であり、図２（ｃ）は図２（ｂ）に示すIIＣ領域の拡大図である。なお、図２（ａ）〜（ｃ）では、図が煩雑になることを避けるために、素電池１の外形を簡略化している。
【００１８】
本発明の実施の形態に係る組電池２１では、複数の素電池１はケース内に収容されている。ケースは、凹部を有する蓋体２３及び筐体２５と仕切り板２７とを有している。蓋体２３と筐体２５とは、凹部が互いに対向するように配置されており、仕切り板２７を挟んでいる。このようなケースでは、筐体２５の凹部の内面と仕切り板２７とで形成される空間が電池室３１であり、蓋体２３の凹部の内面と仕切り板２７とで形成される空間が排気室３３である。排気室３３は、５〜８ｍｍの高さになっている。
【００１９】
電池室３１では、複数の素電池１は、封口板７を上にして筐体２５の凹部内に収容されており、ケースの長手方向に配列されている。そのため、仕切り板２７は、複数の素電池１の封口板７側に配置されており、電池ケース３の開口端部３Ａ（図１参照）に密着している。仕切り板２７には、複数の貫通孔２７ａがその長手方向に間隔を開けて形成されており、複数の貫通孔２７ａのそれぞれからは、素電池１の封口板７が露出している。これにより、素電池１の封口板７の開放部７ａは、仕切り板２７の貫通孔２７ａを介して排気室３３の内部空間に連通している。
【００２０】
排気室３３には、排気口部２９が形成されている。具体的には、蓋体２３の長手方向の一端面に切欠部が形成されており、これにより、ケースの長手方向一端では蓋体２３と筐体２５との間に隙間が存在する。この隙間が排気口部２９である。
【００２１】
図３（ａ）は本発明の実施の形態１に係る組電池の蓋体２３の天面図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）に示すIIIb領域の拡大図である。
【００２２】
排気室３３の天面、つまり、蓋体２３の天面２３Ａ上には、素電池１の各々に対応する位置に素電池１から排出されるガスが当たることで可動する複数の開口部４１を配置している。
【００２３】
開口部４１は、図３に示すように、蓋体２３に素電池１の外径と同等以上の円弧状の半円と直線により形成されたＵ字形状の切込み部４１ａと、切込み部４１ａのＵ字形状の２本の直線の先端の間の保持部４１ｂとで形成されている。図３（ｂ）のように、切込み部４１ａは、蓋体２３に入れられた０．２〜１ｍｍの切込みで囲まれた領域で、素電池１の外径（１５〜２０ｍｍ）と同等以上にするため、Ｕ字形状の円弧部の直径を１５〜２５ｍｍとしている。そして、Ｕ字形状の直線部方向の大きさも、円弧部の大きさと同じにする。これにより、素電池１から排出されるガスが素電池１の真上の開口部４１の切込み部４１ａの内側に当たることとなる。また、切込み部４１ａが排出されたガスで開口したとき、保持部４１ｂは切込み部４１ａを保持する。
【００２４】
開口部４１は、ガスが排気室３３から排気口部２９に排出される方向に切込み部４１ａ、ガスが排出される方向の反対方向に保持部４１ｂが配置されるようになっている。この配置により、素電池１から排出されたガスが開口部４１を開口させ、向かい合った組電池２１の排気室３３に入ったときでも、ガスが排気口部２９の方向に流れることとなる。
【００２５】
また、開口部４１は、素電池１が第１の異常モードに陥って、ガスを排出したとき、１０〜３０°の角度で開口するように保持部４１ｂにクセ付けの型を入れている。開口の角度が１０〜３０°であるので、向かい合った組電池２１の素電池１に直接ガスや排出物を浴びせることはない。そして、さらに素電池１が第２の異常モードに陥ったときに、排出物が開口した開口部４１の上に堆積させるので、排出物の堆積で排気室３３の排気経路を塞ぐことを緩和する。
【００２６】
開口部４１の開口の角度は、素電池１から排出される排出物の積載体積により決定される。排出物が少ない場合は開口の角度を小さく設定し、排出物が多い場合は開口の角度を大きく設定する。しかし、開口部の角度を３０°以上に広げた場合、素電池１からのガスや排出物が向かい合った組電池２１の素電池１にかかる可能性が出てくる。また、排気室３３の高さ５〜８ｍｍに対して、開口部４１の大きさが１５〜２５ｍｍであるため、開口部３１が開口したとき電池室３１の上部にある仕切り板２７に当たりるのでそれ以上の開口はしない。
【００２７】
本願発明者らは、素電池１の第１の異常モードで開口部４１が開口して、ガスが開口部４１と排気口部２９から排気され、第２の異常モードで開口した開口部４１に排出物が堆積することを確認している。
【００２８】
また、組電池２１のケースは、一般に、高温なガス又は内容物等が素電池１から排出されたときであっても溶融しないように設計されている。よって、排出熱の熱量は、蓋体２３の溶融に要する熱量よりも小さいと考えられる。
【００２９】
以上のことから、開口部４１はガスや排出物で熱による破壊や変形を起さないで可動することができる。つまり、第１の異常モードで素電池１からのガスにより開口し、第２の異常モードで排出物の堆積を行うので、本発明の実施の形態では、開口部４１により、組電池２１を構成するいずれかの素電池１が第２の異常モードに陥ったときであっても組電池２１において排気経路を確保できる。
【００３０】
図４（ａ）は本発明の実施の形態１に係る電池モジュール５１の斜視図であり、図４（ｂ）は図４（ａ）に示すIVＢ−IVＢ線における断面図である。
【００３１】
電池モジュール５１は、図４のように２個の組電池２１ａ、２１ｂを蓋体２３の天面同士を向かい合わせて構成している。言い換えると、２個の組電池２１ａ、２１ｂが排気室３３を向かい合わせで配置している。そして、図４のように２個の組電池２１ａ、２１ｂの排気口部２９が同じ方向になるように向きもあわせている。これにより、開口部４１も同じ方向を向くので、Ｕ字形状の切込み部４１ａが重ね合わされた状態になっている。つまり、組電池２１ａ、２１ｂのいずれかの素電池１が第１の異常モードになったとき、その素電池１に対応する開口部４１と重ね合わされた開口部４１も開口することが可能となる。以下、具体的に説明する。
【００３２】
図５（ａ）は本発明の実施の形態１に係る電池モジュールの通常時の断面図で、図５（ｂ）はガス放出時の断面図で、図５（ｃ）は排出物の堆積した後の断面図である。
【００３３】
図５（ａ）のように組電池２１ａ，２１ｂを向かい合わせた電池モジュールの素電池１ｘが通常状態から、図５（ｂ）のように素電池１ｘが第１の異常モードに陥ると、高温なガス（熱）が封口板７の開放部７ａから排気室３３に排出される。この排出速度は非常に速い。そのため、高温なガスは、排出方向に移動する、つまり、仕切り板２７の貫通孔２７ａを通って、蓋体２３の開口部４１に向かって排出される。高温で、かつ、高速なガスは、開口部４１に当たって、開口部４１に排出による圧力を与える。そして、図５（ｂ）のように、排出されたガスは、排気後部２９の方向（図の矢印）に排気される。また、開口部４１は保持部４１ｂを支点として、Ｕ字形状の切込み部４１ａがガスの圧力で１０〜３０°開口される。
【００３４】
更に、素電池１ｘが第２の異常モードに陥ると、素電池１ｘの内容物が封口板７の開放部７ａから排気室３３に排出される。そして、排出物は１０〜３０°開口した開口部４１の上に堆積される。排出物は開口した開口部４１の上に堆積しているので、排出物の堆積により、排気室３３の排気経路を塞ぐことを防止している。排出物が開口部４１に堆積して後にも、素電池１ｘからはガスが排出されるが、排気路となる排気室３３が排出物によって塞がれていないので、排出されたガスは排気後部２９の方向（図の矢印）にスムーズに排気される。
【００３５】
以上説明したように、素電池１が第１の異常モードで開口部４１が開口し、素電池１が第２の異常モードで、排出物が開口した開口部４１の上に堆積する。これにより、排出物の堆積が排気室３３の排気経路を塞ぐことを防止できるので、組電池２１において排気経路を確保できる。
【００３６】
以上をまとめると、本発明の実施の形態に係る電池モジュール５１を構成する組電池２１の素電池１が第２の異常モードに陥ると、排出物は素電池１の第１の異常モードで開口した開口部４１に堆積する。このことから、本発明の実施の形態に係る電池モジュール５１では、第２の異常モードになった素電池１を有する組電池２１の排気経路が確保されるので排気効率を維持できる。
【００３７】
また、電池モジュール５１における排気効率を維持できるので、高温なガスが排気室３３から電池室３１へ逆流することを防止できる。よって、電池室３１内の正常な素電池１が高温なガスに曝されることを防止できるので、電池モジュール５１の安全性を確保できる。
【００３８】
なお、本実施例において、図１のように素電池１の開放部７ａを凸形状の封口板７の上面に配置したが、側面に配置するとしてもよい。その場合は、素電池１から排出されるガスが素電池１を中心に広がる方向に拡散するので、開口部４１を素電池１の直径以上の大きさにしたほうが良い。
【００３９】
なお、本実施例において、図４のように開口部４１を有する蓋体２３の天面で組電池２１を２個向かい合わせて、２重の蓋体２３の天面を区画板とする構成としたが、１方の組電池２１には蓋体２３の天面を有し、他方の組電池２１ｂには蓋体２３の天面を有しない構成とし、１枚の蓋体２３の天面を区画板としてもよい。或いは、蓋体２３の天面がない組電池２１ｂを２個の向かい合わせ、２個の組電池２１ｂの間に、開口部４１を有する区画板を配置するとしてもよい。
【００４０】
これらの場合、区画板が１枚であるので、開口部の大きさの製造ばらつきがある場合、２個の組電池の開口部の重ね合わせによるズレを削減することができる。
【００４１】
更に、本発明の実施の形態に係る電池モジュール５１を構成する素電池１が第１の異常モードに陥ったときには、高温なガスは、素電池１の開放部７ａから仕切り板２７の貫通孔２７ａ及び排気室３３を通って排気口部２９から排出される。よって、本発明の実施の形態では、異常モードに依らず電池モジュール５１の安全性を確保できる。
【００４２】
本発明の実施の形態は、以下に示す構成であっても良い。
【００４３】
ケースは、図２に示す構成に限定されない。例えば、蓋体は、平板であっても良い。その場合には、仕切り板は筐体の凹部内に配置されていれば良い。
【００４４】
仕切り板は、素電池を互いに接続するための配線基板であっても良い。この場合には、電池モジュールの部品数を減らすことができる。
【００４５】
複数の素電池は、電池室内において、互いに並列接続されていても良いし、互いに直列接続されていても良い。仕切り板を配線基板として用いるときには、複数の素電池は互いに並列接続されていることが好ましい。また、電池モジュールを構成する素電池の個数が６個に限定されないことは言うまでもない。
【００４６】
電池室内において素電池の外側には、素電池を冷却するための冷却ユニットが設けられていても良い。これにより、電池モジュールの安全性を更に向上させることができる。
【００４７】
素電池は、角形リチウムイオン二次電池であっても良い。この場合には、電極群は、正極板と負極板とがセパレータを介して互いに積層されて構成されていても良い。
【００４８】
正極板は、集電体を介して封口板に接続されていても良い。負極板は、集電体を介して電池ケースに接続されていても良い。これにより、集電時の抵抗の低減を図ることができる。
【００４９】
素電池の構成要素の材料（正極、負極、セパレータ、非水電解質、電池ケース、正極リード及び負極リードの各材料）については言及していないが、リチウムイオン二次電池の構成要素として使用可能な材料を特に限定されることなく使用できる。
【００５０】
電池モジュールは、車両だけでなく電子機器又は通信機器等の電源として使用可能である。また、電池モジュール単体で電源として使用しても良いし、電池モジュールを互いに電気的に接続して電池パックを構成し、この電池パックを電源として使用しても良い。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
以上説明したように、本発明に係る電池モジュールは、安全性に優れているので、携帯型電子機器、移動体通信機器又は車両の電源等に有用である。
【符号の説明】
【００５２】
１、１ｘ  素電池
２１、２１ａ、２１ｂ  組電池
２３  蓋体
２５  筐体
２７  仕切り板
２７ａ  貫通孔
２９  排気口部
３１  電池室
３３  排気室
４１  開口部
４１ａ  切込み部
４１ｂ  保持部
５１  電池モジュール
【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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