(57)【要約】【課題】筐体内に異常時に高温ガスを放出する排気弁を備えた複数の二次電池と、前記高温ガスを外部に排出する排気経路を持つ電池モジュールにおいて、電池から発生した高温ガスが排気経路を流通する際の圧力損失を低減することにより、排気経路の空間体積を小さくすることが可能で、体積エネルギー密度の高い電池モジュールを提供する。【解決手段】記二次電池の排気弁は、独立した接続経路で、排気経路と接続口にて接続されており、排気経路内には、二次電池の一方の端子のいくつかを、外部リードにより並列に接続する接続板が設置され、接続板は、外部リードと、ガス整流部にて接続口を覆っており、ガス整流部は、高温ガス排出時に変形することにより、高温ガスを一方向に誘導する整流板となることを特徴とする電池モジュール。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
筐体内に異常時に高温ガスを放出する排気弁を備えた複数の二次電池と、前記高温ガスを外部に排出する排気経路を持つ電池モジュールにおいて、前記二次電池の排気弁は、独立した接続経路で、前記排気経路と独立した接続口にて接続されており、前記排気経路内には、前記二次電池の一方の端子のいくつかを、外部リードにより並列に接続する接続板が設置され、前記接続板は、前記外部リードと、ガス整流部にて前記接続口を覆っており、前記ガス整流部は、前記高温ガスの排出時に変形することにより、前記高温ガスを一方向に誘導する整流板となることを特徴とする電池モジュール。
【請求項２】
前記ガス整流部は、切り欠きまたは溝状弱部により外形を形成されていることを特徴とする請求項１記載の電池モジュール。
【請求項３】
前記外形は、接続口と相似形であり、接続口より大きいことを特徴とする請求項１記載の電池モジュール。
【請求項４】
前記高温ガスを誘導する方向と、前記外部リードの前記二次電池からの取り出し方向が一致していることを特徴とする請求項１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、電池パックにつかわれる電池モジュールに関し、特に複数の二次電池とそれらの電池から発生したガスを外部に排出する排気経路を備えた電池モジュールに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
複数の電池をケースに収容して、所定の電圧及び容量を出力できるようにした電池パックは、種々の機器、車両等の電源として広く使用されている。また、汎用的な電池を並列・直列接続して、所定の電圧及び容量を出力する組電池をモジュール化し、この電池モジュールを種々組み合わせることによって、多種多様な用途に対応可能とする技術が採用され始めている。このモジュール化技術は、電池モジュールに収容する電池を高性能化することによって、電池モジュール自身の小型・軽量化が図られるため、電池パックを組み立てる際の作業性が向上するとともに、車両等の限られた空間へ搭載する際の自由度が向上するなど、様々なメリットも有する。
【０００３】
一方、電池パックに収容する電池の高性能化に伴い、電池単体の安全性確保に加え、複数の電池が集合した電池パックにおける安全性確保も重要になってくる。特に、電池内での内部短絡等による発熱でガスが発生し、安全弁が作動して高温ガスが電池外に放出された場合、周辺の電池が高温ガスに曝されると、正常な電池にまで影響を与え、連鎖的な劣化を引き起こすおそれがある。
【０００４】
このような問題に対して、特許文献１には、複数の電池を収容しているケースを、区画壁によって、電池を収容する電池室と、電池から放出される高温ガスを排気する排出室とに区画するとともに、電池の安全弁の開口部を排気室に連通させた構成の排気機構を備えた電源装置が記載されている。排気機構をこのように構成することによって、電池の安全弁から放出される高温ガスを電池室に流入させることなく排気室に流入させて、ケースの排出口からケース外に排出させることができる。これにより、電池室に高温ガスが充満することで周辺の電池が高温状態に曝されることを防止でき、正常な電池に与える影響を低減することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】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】
【０００６】
特許文献１に記載された排気機構は、排気室と電池室を隔離することによって、電池の開口部から排出室に流入したガスが、再び電池室に流入するのを防止できるため、正常な電池の連鎖的な劣化を低減できる点では優れている。
【０００７】
しかしながら特許文献１に記載された技術においては、電源装置の体積エネルギー密度を高めるために蓄電素子（電池）が収納されていない排気室内の空間体積を小さくした場合、排気室内をガスが流通する際の圧力損失が増大し、排気室に流入するガスの圧力により排気室が破損する虞がある。
【０００８】
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、複数の二次電池とそれらの電池から発生したガスを外部に排出する排気経路を備えた電池モジュー
ルにおいて、電池から発生した高温ガスが排気経路を流通する際の圧力損失を低減することにより、排気経路の空間体積を小さくした場合も安全に電池モジュール外に排気することを可能とし、体積エネルギー密度が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】
【０００９】
前記の目的を達成するために、請求項１記載の発明は、筐体内に異常時に高温ガスを放出する排気弁を備えた複数の二次電池と、前記高温ガスを外部に排出する排気経路を持つ電池モジュールにおいて、前記二次電池の排気弁は、独立した接続経路で、前記排気経路と独立した接続口にて接続されており、前記排気経路内には、前記二次電池の一方の端子のいくつかを、外部リードにより並列に接続する接続板が設置され、前記接続板は、前記外部リードと、ガス整流部にて前記接続口を覆っており、前記ガス整流部は、前記高温ガス排出時に変形することにより、前記高温ガスを一方向に誘導する整流板となることを特徴とする。
【００１０】
このようにすると、本発明に係る電池モジュールに収容された二次電池が異常時にガスを放出した場合、異常電池から放出されたガスによりガス整流部は折り曲げられ整流板となり、接続経路を通過したガスは整流板により一方向に誘導された状態で排気経路に流入する。これにより、排気経路内をガスが流通する際の排気経路内の圧力損失を低減することができる。
【００１１】
ここで、整流とはガスの流れ方向を一定方向に誘導することで経路内を圧力損失（流体抵抗）の小さい状態で流通させることであり、これにより排気経路のガス排気効率を高めることができる。一方、整流板などの整流手段が無い場合、電池モジュール内の電池から噴出したガスは排気経路内であらゆる方向に噴出する。この状態ではガス排気効率は低く、ガスは排気経路内に充満する。この状態でさらに電池からのガスが放出され続けた場合、排気経路内の圧力が上昇し排気経路が破損する虞がある。
【００１２】
このことより、整流板により経路内を流通する際の圧力損失を低減させ、排気効率を高めることで、電池モジュールの安全性を損なうことなく排気経路の空間体積を小さくすることができる。
【００１３】
また、請求項２記載の発明は、請求項１の発明において、前記ガス整流部は、切り欠きまたは溝状弱部により外形を形成されていることを特徴とする。
【００１４】
このようにすると、電池モジュールに収容された二次電池が異常時にガスを放出した場合、ガスを放出した電池の接続口を覆うガス整流部のみが折れ曲がり整流板となる。これにより、ガスを放出した電池以外の接続口を覆うガス整流部が排気経路内に折れ曲がり、排気経路内のガスの流通を阻害し、排気経路内の圧力損失が高まることを防ぐことができる。
【００１５】
また、請求項３記載の発明は、請求項１の発明において、前記ガス整流部の外形は、接続口と相似形であり、接続口より大きいことを特徴とする。
【００１６】
このようにすると、電池モジュールに収容された二次電池が異常時にガスを放出した場合、ガスを放出した電池以外の接続口を覆うガス整流部が接続経路側へ変形することを防ぐことができる。これにより、排気経路内を流通するガスが、ガスを放出した電池以外の接続経路に流入し、排気経路内の圧力損失が高まることを防ぐことができる。
【００１７】
また、請求項４記載の発明は、請求項１の発明において、前記高温ガスを誘導する方向と、前記外部リードの前記二次電池からの取り出し方向が一致していることを特徴とする
。
【００１８】
このようにすると、電池モジュールに収容された二次電池が異常時にガスを放出した場合、排気経路内をガスは外部リードの取り出し方向に沿って流通する。これにより、ガスを放出した電池以外の電池に接続された外部リードによりガスの流通が阻害され、排気経路内の圧力損失が高まることを防ぐことができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、電池モジュール内に収容された電池が異常時にガスを放出した場合においても、ガスを放出した電池の接続口を覆うガス整流部が折れ曲がり整流板となりガスを一方向に誘導することで、排気経路内における圧力損失を低減し、排気経路内をガスが流通する際に発生する圧力を小さくすることが可能となる。従って、排気経路の空間体積を小さくした場合においても排気経路が破損することなく電池モジュール外にガスを排出することができる。これにより、高体積エネルギー密度で安全性の高い電池モジュールを提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施形態における電池モジュールに使用する素電池の構成を模式的に示した断面図
【図２】（ａ）本発明の一実施形態に係る電池モジュールの構成を模式的に示した断面図、（ｂ）本発明の一実施形態に係る電池モジュールの接続板が配設された素電池の近傍を示した部分模式図
【図３】本発明の一実施形態に係る電池モジュールのガス整流部が折り曲げられ整流板となり整流手段を形成する様子を模式的に示した断面図
【図４】本発明の別の実施形態に係る電池モジュールの接続板が配設された素電池の近傍を示した部分模式図
【図５】本発明の別の実施形態に係る電池モジュールの接続板、平板および素電池の位置関係を示す分解図
【図６】本発明の別の実施形態に係る電池モジュールの接続板が配設された素電池の近傍を示した部分模式図
【発明を実施するための形態】
【００２１】
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、以下の実施形態に限定されるものではない。また、本発明の効果を奏する範囲を逸脱しない範囲で、適宜変更は可能である。さらに、他の実施形態との組み合わせも可能である。
【００２２】
＜素電池＞
図１は、本発明の実施形態における電池モジュールに使用する電池の構成を模式的に示した断面図である。（以下、電池モジュールに使用する電池を、「素電池」と呼ぶ）。
【００２３】
本発明の電池モジュールに使用する素電池１００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。一般的にリチウムイオン二次電池は、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１００の具体的な構成を説明する。
【００２４】
図１に示すように、正極１と負極２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（図示せず）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、１０が配され、正極１は、正極リード５を介してフィルタ１２に接合され、負極２は、負極リード６を介して負極端子を兼ねる電池ケース７の底部に接合されている
。
【００２５】
フィルタ１２は、インナーキャップ１３に接続され、インナーキャップ１３の突起部は、金属製の排気弁１４に接合されている。さらに、排気弁１４は、正極端子を兼ねる端子板に接続されている。そして、端子板、排気弁１４、インナーキャップ１３、及びフィルタ１２が一体となって、ガスケット１１を介して、電池ケース７の開口部を封口している。
【００２６】
素電池１００に内部短絡等が発生して、素電池１００内の圧力が上昇すると、弁体１４が端子板に向かって膨れ、インナーキャップ１３と弁体１４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１００内の圧力が上昇すると、弁体１４が破断する。これによって、素電池１００内に発生したガスは、フィルタ１２の貫通孔１２ａ、インナーキャップ１３の貫通孔１３ａ、弁体１４の裂け目、そして、端子板の開放部８ａを介して、外部へ排出される。
【００２７】
なお、素電池１００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。
【００２８】
＜電池モジュール＞
図２（ａ）は、本発明の一実施形態における電池モジュールの構成を模式的に示した断面図である。同じく、図２（ｂ）は、接続板７０が配設された素電池１００の近傍を示した部分模式図である。図３は、本実施形態における、ガス整流部７２が折り曲げられ整流板となり整流手段を形成する様子を模式的に示した断面図である。
【００２９】
電池モジュール２００は複数の素電池１００がケース２０内に収容された構成を有している。なお、各素電池１００は、ケース２０の底部２３に形成されたリブ２４によって、規制された位置に固定されている。また、素電池１００は、図１に示したように、素電池１００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。
【００３０】
ケース２０は、複数の素電池１００の一端側（本実施形態では、正極端子８側）に配設された平板３０によって、複数の素電池１００を収容する収容部５０と、素電池１００の開放部８ａから排出されるガスをケース２０外に排気する排気経路６０とに区画されている。そして、素電池１００の開放部８ａは、平板３０により形成された接続経路４０を介して排気経路６０に接続しており、排気経路６０は、平板３０とケース２０の外装板でもある蓋部２１との間で形成されている。また、排気経路６０内には、個々の素電池１００の一方の端子のいくつかを外部リード７１により並列に接続する接続板７０が設置され、接続板７０は外部リード７１とガス整流部７２にて接続口４１を覆っている。また、平板３０は、素電池１００の一端部（本実施形態では、正極端子８側の端部）に密着して配設されるため、収容部５０は、平板３０により密閉状態になっている。そのため、素電池１００の開放部８ａから放出されたガスが収容部５０に流入することはない。
【００３１】
また、図２（ｂ）に示すように、素電池１００の正極端子８には外部リード７１が接続されており、素電池１００の開放部８ａと排気経路６０を接続する接続口４１はガス整流部７２によって覆われている。異常時に素電池１００の開放部８ａからガスが放出され、異常素電池に面する接続経路４０の素電池１００側の圧力が排気経路６０側よりも高まることによりガス整流部７２は、図３に示すように排気経路６０側に折れ曲がり、素電池１００から放出された高温ガスを一方向に誘導する整流板となる。整流板により整流された高温ガスは排気経路６０を流通し、ケース２０に設けられた排出口２２よりケース２０外に排出される。これにより、素電池１００からガスが放出された際の排気経路６０内における圧力損失を低減することができる。
【００３２】
なお、本実施形態では、本実施形態においては、外部リード７１及びガス整流部７２を接続板７０と一体に形成した構成を具体例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。外部リード７１は複数の電池を電気的に接続して使用する電池モジュールにおける必須部材であり、本実施形態のような構成とすることで部品点数を増加させることなく接続板７０にガス排気時の整流作用を付加することができるが、外部リード７１とガス整流部７２を別部材により形成してもよい。
【００３３】
次に、図４を参照しながら、本発明の別の実施形態における、ガス整流部が切り欠きまたは溝状弱部により外形を形成された場合を説明する。図４は、接続板７０が配設された素電池１００の近傍を示した部分模式図である。
【００３４】
図４に示すように、接続板７０のガス整流部７２は、切り欠き７２ａによって外形を形成さている。ガス整流部７２をこのような構成とすると、素電池１００の開放部８ａから異常時にガスが放出された場合、切り欠き７２ａが破断しガス整流部７２が排気経路６０側に折れ曲がり整流板を形成する。ただし、切り欠き７２ａの一部に難破断部７２ｃを設けているため、ガス整流部７２は接続板７０から完全には分離することなく、特定の方向に対してガスを整流する姿勢となる。また、ガスを放出した素電池１００の接続口４１を覆うガス整流部７２以外のその他のガス整流部７２は切り欠き７２ａによりガス整流部７２との結合状態を保つ。このようにすることで、素電池１００から放出されたガスが排気経路６０を流通する際、その他のガス整流部７２が排気経路６０内に変形することでガスの流通を阻害し、排気経路６０内の圧力損失が高まることを防ぐことができる。
【００３５】
次に、図５を参照しながら、本発明の別の実施形態における、ガス整流部が接続口と相似形であり、接続口より大きく形成された場合を説明する。図５は、接続板７０、平板３０および素電池１００の位置関係を示す分解図である。
【００３６】
図５に示すように、接続板７０のガス整流部７２は、接続口４１と相似形で、接続口４１より大きく形成さている。ガス整流部７２をこのような構成とすると、ガス整流部７２は排気経路６０側に変形することは可能であるが、接続口４１との干渉により接続経路４０側に変形することは不可能となる。このようにすることで、素電池１００の開放部８ａから異常時にガスが放出された場合、ガスを放出した素電池１００の接続口４１を覆うガス整流部７２は排気経路６０側に折れ曲がり整流板を形成することができる。また、素電池１００から放出されたガスが排気経路６０を流通する際に排気経路６０内の圧力が上昇し、その他のガス整流部に接続経路４０方向への荷重が作用した場合においても、接続口４１との干渉によりその他のガス整流部７２が接続経路４０側に変形することはない。これにより、排気経路６０内を流通するガスが正常な素電池１００の接続経路４０内に流入し、排気経路６０内の圧力損失が高まることを防ぐことができる。
【００３７】
次に、図６を参照しながら、本発明の別の実施形態における、ガス整流部により高温ガスを誘導する方向と、外部リードの二次電池からの取り出し方向とが一致している場合を説明する。図６は、接続板７０が配設された素電池１００の近傍を示した部分模式図である。
【００３８】
図６に示すように、接続板７０の外部リード７１とガス整流部７２は、外部リード７１の素電池１００からの取り出し方向と、ガス整流部７２が整流板として高温ガスを誘導する方向とが一致するように形成されている。外部リード７１とガス整流部７２をこのような位置関係とすることで、素電池１００の開放部８ａから異常時にガスが放出された場合、ガス整流部７２によりガスは外部リード７１の取り出し方向へ誘導される。これにより、素電池１００から放出されたガスは外部リード７１に沿った経路で接続経路４０及び排
気経路６０を流通する。圧力損失が小さい外部リード７１に沿った経路でガスが流通することで、外部リード７１がガスの流通を阻害し、排気経路６０内の圧力損失が高まることを防ぐことができる。
【００３９】
なお、上記の実施形態は本発明の例示であり、本発明はこれらの例に限定されない。例えば、個々の電池の排気弁と排気経路をつなぐ接続経路は、電池に接続した中空部材で形成されてもよく、電池ケースなどの電池部材の一部を延伸させて形成してもよい。電池ケースに収容される素電池の並べ方も、直線的以外にもジグザグ、曲線的、並びの途中での屈曲などの並べ方であっても構わない。一つの電池モジュールあたりの素電池の本数も２以上であれば特に限定されない。電池モジュールのケース本体側の構造も特に限定されない。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明に係る電池が封入された電池モジュールは、高エネルギー密度で優れた安全性を有するため、パーソナルコンピュータ、携帯電話、モバイル機器、携帯情報端末（ＰＤＡ）、携帯用ゲーム機器及びビデオカメラ等の携帯用電子機器の電源として好適に用いられる。また、本発明に係る電池が封入された電池モジュールは、ハイブリッド電気自動車及び燃料電池自動車等の電気モーターを補助する電源、電動工具、掃除機及びロボット等を駆動する駆動用電源、又はプラグインハイブリット自動車（ＰＨＥＶ：Ｐｌｕｇ−ｉｎ  Ｈｙｂｒｉｄ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｖｅｈｉｃｌｅ）の動力源として好適に用いられる。
【符号の説明】
【００４１】
８    正極端子
８ａ    開放部
２０    ケース
２１    蓋部
２２    排出口
２３    底部
２４    リブ
３０    平板
４０    接続経路
４１    接続口
５０    収容部
６０    排気経路
７０    接続板
７１    外部リード
７２    ガス整流部
１００    素電池
２００    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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【図６】
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