(57)【要約】【課題】不具合を生じた電池の異常発熱による周囲の電池への影響を最小限に抑制できる電池モジュールとそれを用いた集合電池モジュールを提供することを目的とする。【解決手段】複数の電池が配列されて筐体内に収納された電池モジュールであって、電池は、該電池の電極部に、電池内で発生したガスを電池外に排出する開放部を有しており、筐体は、電池の電極部周囲の電池ケースに当接して配設された分離板によって、複数の電池と複数の電池の隙間に充填された冷却液、或いは、冷却剤を収容する収納部と、電極部の開放部から排出されるガスを筐体外に排気する排気室とに区画されており、電極部の開放部は、分離板に形成された貫通孔を介して、排気室に連通しているので、並列接続すると共に、複数の電池の温度を均一化しながら、電池の短絡などによる発熱に対して効率的な温度調節を行うことができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の電池が配列されて筐体内に収納された電池モジュールであって、
前記電池は、該電池の電極部に、前記電池内で発生したガスを電池外に排出する開放部を有しており、
前記筐体は、前記電池の電極部周囲の電池ケースに当接して配設された分離板によって、前記複数の電池と前記複数の電池の隙間に充填された冷却液、或いは、冷却剤を収容する収納部と、前記電極部の開放部から排出されるガスを前記筐体外に排気する排気室とに区画されており、
前記電極部の開放部は、前記分離板に形成された貫通孔を介して、前記排気室に連通している、電池モジュール。
【請求項２】
前記電池の電極部は、前記分離板の貫通孔に挿入されている、請求項１に記載の電池モジュール。
【請求項３】
前記分離板は、耐熱性部材と弾性部材との積層構造を有し、該弾性部材の下面は、前記電池ケースに当接している、請求項２に記載の電池モジュール。
【請求項４】
前記分離板は、前記排気室側に前記電池の電極部に接続する接続体を形成した配線基板であり、前記分離板の収納部側は、前記電池ケースに当接している、請求項２に記載の電池モジュール。
【請求項５】
前記複数の電池は、各電池の電極部に接続された前記接続体によって並列接続され、各電池の他方の電極部は前記筐体及び前記冷却液、或いは、冷却剤で並列接続されている、請求項２に記載の電池モジュール。
【請求項６】
前記収納部は、前記分離板によって、密閉状態になっている、請求項２に記載の電池モジュール。
【請求項７】
前記筐体に接続されて、当該電池モジュールの発熱を放熱部へ伝達する熱伝導部を備える、請求項２に記載の電池モジュール。
【請求項８】
前記熱伝導部は、グラファイトシートからなる、請求項７に記載の電池モジュール。
【請求項９】
前記熱伝導部は、加熱部に接続されて、前記加熱部の発熱を前記筐体へ伝達する、請求項７に記載の電池モジュール。
【請求項１０】
請求項１〜請求項９のいずれか１項に記載の電池モジュールが複数個配列された電池パックであって、各電池モジュールは、直列接続及び／又は並列接続されている、電池パック。
【請求項１１】
請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の電池モジュールが複数個配列された電池パックであって、各電池モジュールは、並列接続されており、各電池モジュールの筐体に接続されて、各電池モジュールの発熱をヒートシンクへ伝達するヒートパイプを備える、電池パック。
【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、特に複数の二次電池である電池と、電池の温度を調節する温度調節装置と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。中でも、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】
例えば車両用の電源として、リチウムイオン二次電池を用いた上記の電池モジュールの開発が行われているが、リチウムイオン二次電池に限らず、電池の種類によって最適な作動温度範囲があるため、電池モジュールには温度を調節するための装置を搭載することが必要になる。
【０００４】
このような温度を調節する機構に関する記載が、例えば特許文献１から４にある。
【０００５】
特許文献１には、ケースに埋め込まれた放熱ピンが軸線を互いに平行にして配列された複数の単電池の間に配置されていて、単電池から発せられる熱が放熱ピンの端面から空気中に放散される技術が開示されている。
【０００６】
特許文献２には、棒状の複数の電池モジュールを隙間なく並べて収納して保持すると共に、各電池モジュールの周壁面にそれぞれ接触して各電池モジュールと熱結合する容器を備え、この容器に電池モジュールから伝わる熱を外部に放出するヒートパイプを配設すると共に、該容器の外周を覆って断熱材を設ける技術が開示されている。
【０００７】
特許文献３には、熱伝導性に優れた材料により成形される冷却ブロックＡ、Ｂ内に冷媒管路を埋設すると共に、蓄電池収容穴に蓄電池を収容する蓄電池電源装置であって、蓄電池を構成する単電池個々の熱は密着する冷却ブロックＡ、Ｂに奪われ、冷却ブロックＡ、Ｂは冷媒管路を流れる冷媒により冷却される技術が開示されている。
【０００８】
特許文献４には、複数の電池を電池収納ケースに入れ、筐体内の冷却液に電池収納ケースを浸漬させて、電池収納ケースごと複数の電池を冷却する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平８−１８０８５４号公報
【特許文献２】特開２００１−７６７７１号公報
【特許文献３】特開平１０−１０６５２１号公報
【特許文献４】国際公開第２００９／００５０３０号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら特許文献１から３に開示された技術は、単に各単電池を冷却するあるいは加熱するという技術であって、複数の二次電池を束ねて構成された電池モジュールに特有の安全性の確保、充放電の維持という点での考慮が不足している。
【００１１】
例えば、電池からの漏液や雨水等の混入により液体が電池モジュール内に入った場合、特許文献１から３に開示されている構造では直列接続された単電池間に短絡が生じて、電池モジュール全体の充放電が停止してしまうとともに複数の単電池が高温になってしまうという事態が発生する。このような事態が車両の駆動用電源として積み込まれた電池モジュールに発生すると、走行中に突然モータが停止するという危険な事態となる。工場の電源として使用されている電池モジュールに発生すると、生産ラインが停止して大損害となる。
【００１２】
また、特許文献４に開示された技術は、複数の二次電池を束ねて構成された電池モジュールに特有の安全性の確保、充放電の維持という点を考慮しているが、電池を冷却液に濡れないように考慮するため、電池収納ケースを用いる必要がある。更に、電池収納ケースの中で複数の電池を配線しなければならず、煩雑な作業を必要とする。
【００１３】
本発明は、上記の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、複数の二次電池に対して安全で効率的な温度調節を行える装置を備えた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】
【００１４】
上記目的を達成するために、本発明の電池モジュールは、複数の電池が配列されて筐体内に収納された電池モジュールであって、前記電池は、該電池の電極部に、前記電池内で発生したガスを電池外に排出する開放部を有しており、前記筐体は、前記電池の電極部周囲の電池ケースに当接して配設された分離板によって、前記複数の電池と前記複数の電池の隙間に充填された冷却液、或いは、冷却剤を収容する収納部と、前記電極部の開放部から排出されるガスを前記筐体外に排気する排気室とに区画されており、前記電極部の開放部は、前記分離板に形成された貫通孔を介して、前記排気室に連通している構成を採用する。
【００１５】
この構成により、複数の電池を冷却液、或いは、冷却剤で並列接続すると共に、温度の均一化を行うことができる。それ故に、電池収納ケースなどの新たな部品や電池を接続する煩雑な作業を必要としない。
【００１６】
更に、分離板を電池の電極部周囲の電池ケースに当接させるとともに、電極部の開放部を、分離板に形成された貫通孔を介して排気室に連通させることにより、電池のベント機構の開放によって噴出するガスの排出空間を貫通孔内に制限できる。それ故に、電極部の開放部から排出されるガスは、貫通孔を介して排気室に排出され、さらに、筐体外へと排出されるため、隣接する電池へのガスの侵入を防止できる。また、電源配線や制御配線などの引き回しに必要なスペースを、分離板により大幅に削減できる。この結果、電池と同程度の高さの薄型・小型で、安全性の高い信頼性に優れた電池モジュールを実現できる。
【００１７】
また、本発明の電池パックは、上記電池モジュールを、複数個、直列接続及び／又は並列接続されている。この構成により、用途に応じて、任意の電圧や容量を備えた電池パックを実現できる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の電池モジュールでは、筐体内に配置された複数の電池が冷却液、或いは、冷却剤に浸漬しているので、並列接続すると共に、複数の電池の温度を均一化しながら、電池の短絡などによる発熱に対して効率的な温度調節を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施の形態１における電池モジュールを構成する電池の断面図
【図２】（ａ）本発明の実施の形態１における電池モジュールの斜視図、（ｂ）図２（ａ）の２Ｂ−２Ｂ線断面図、（ｃ）図２（ｂ）の２Ｃ部の拡大断面図
【図３】本発明の実施の形態１における電池モジュールの分解斜視図
【図４】（ａ）本発明の実施の形態１の電池モジュールにおいて、電池モジュール内の１つの電池に異常発熱などを生じた場合に噴出するガスの排気の様子を説明する断面図、（ｂ）図４（ａ）の４Ｂ部の拡大断面図
【図５】本発明の実施の形態１における電池モジュールの別の例を説明する分解斜視図
【図６】本発明の実施の形態１における蓋体の別の例を説明する斜視図
【図７】本発明の実施の形態１における筐体の別の例を説明する分解斜視図
【図８】本発明の実施の形態１における筐体のさらに別の例を説明する分解斜視図
【図９】本発明の実施の形態１における配線基板の別の例を説明する部分拡大断面図
【図１０】本発明の実施の形態２における電池モジュールを構成する電池の断面図
【図１１】（ａ）本発明の実施の形態２における電池モジュールの斜視図、（ｂ）図１１（ａ）の１１Ｂ−１１Ｂ線断面図、（ｃ）図１１（ｂ）の１１Ｃ部の拡大断面図
【図１２】本発明の実施の形態２における電池モジュールの分解斜視図
【図１３】（ａ）本発明の実施の形態２の電池モジュールにおいて、電池モジュール内の１つの電池に異常発熱などを生じた場合に噴出するガスの排気の様子を説明する断面図、（ｂ）図１３（ａ）の１３Ｂ部の拡大断面図
【図１４】（ａ）本発明の実施の形態２における電池モジュールの別の例の斜視図、（ｂ）図１４（ａ）の１４Ｂ−１４Ｂ線断面図、（ｃ）図１４（ｂ）の１４Ｃ部の拡大断面図
【図１５】（ａ）本発明の実施の形態３における電池パックの組立斜視図、（ｂ）本発明の実施の形態３における電池パックの別の例の組立斜視図
【図１６】本発明の他の実施の形態における電池モジュールを説明する分解斜視図
【図１７】本発明の各実施の形態の電池モジュールを構成する別の電池の形状を説明する断面図
【図１８】（ａ）図１７の電池を用いた本発明の各実施の形態における電池モジュールの断面図、（ｂ）図１８（ａ）の１８Ｂ部の拡大断面図
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら、同一部分には同一符号を付して説明する。なお、本発明は、本明細書に記載された基本的な特徴に基づく限り、以下に記載の内容に限定されるものではない。また、以下では電池として、円筒型のリチウムイオンなどの非水電解質二次電池（以下、「電池」と記す）を例に説明するが、これに限られないことはいうまでもない。
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における電池モジュールを構成する電池の断面図である。なお、以下では、複数の電池を並列に接続した電池モジュールを例に説明する。
【００２１】
図１に示すように、円筒型の電池は、例えば、アルミニウム製の正極リード８を備えた正極１と、その正極１と対向する、例えば、銅製の負極リード９を一端に備えた負極２とをセパレータ３を介して、捲回された電極群４を有する。そして、電極群４の上下に絶縁板１０ａ、１０ｂを装着して電池ケース５に挿入し、正極リード８の他方の端部を封口板６に、負極リード９の他方の端部を電池ケース５の底部に溶接する。さらに、リチウムイオンを伝導する非水電解質（図示せず）を電池ケース５内に注入し、電池ケース５の開放端部をガスケット７を介して、一方の電極部を構成する正極キャップ１６、ＰＴＣ素子などの電流遮断部材１８および封口板６をかしめた構成を有する。そして、正極１は正極集電体１ａと正極活物質を含む正極層１ｂから構成されている。
【００２２】
このとき、正極キャップ１６は、電池ケース５の開放端部の上面５Ａから突出して設けられ、電極群４の不具合による安全弁などのベント機構１９の開放により生じるガスを抜くための開放部１７が、正極キャップ１６の側面に設けられている。なお、正極キャップ１６の上面５Ａからの突出量は、例えば、後述する配線基板の厚み程度である。また、以下では、正極キャップ１６を電池ケース５の上面５Ａから突出して設けた例で説明するが、電池ケース５の上面５Ａとほぼ同一面に設けた電池でもよい。
【００２３】
ここで、正極層１ｂは、例えば、ＬｉＣｏＯ２やＬｉＮｉＯ２、Ｌｉ２ＭｎＯ４、またはこれらの混合あるいは複合化合物などの含リチウム複合酸化物を正極活物質として含む。また、正極層１ｂは、さらに、導電剤と結着剤とを含む。導電剤として、例えば、天然黒鉛や人造黒鉛のグラファイト類、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、チャンネルブラック、ファーネスブラック、ランプブラック、サーマルブラックなどのカーボンブラック類を含み、また結着剤として、例えば、ＰＶＤＦ、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、アラミド樹脂、ポリアミド、ポリイミドなどを含む。
【００２４】
また、正極１に用いる正極集電体１ａとしては、アルミニウム（Ａｌ）、炭素（Ｃ）、導電性樹脂などが使用可能である。
【００２５】
非水電解質には、有機溶媒に溶質を溶解した電解質溶液や、これらを含み高分子で非流動化されたいわゆるポリマー電解質層が適用可能である。非水電解質の溶質としては、ＬｉＰＦ６、ＬｉＢＦ４、ＬｉＣｌＯ４、ＬｉＡｌＣｌ４、ＬｉＳｂＦ６、ＬｉＳＣＮ、ＬｉＣＦ３ＳＯ３、ＬｉＮ（ＣＦ３ＣＯ２）、ＬｉＮ（ＣＦ３ＳＯ２）２などを用いることができる。さらに、有機溶媒としては、例えば、エチレンカーボネート（ＥＣ）、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ビニレンカーボネート、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）などを用いることができる。
【００２６】
また、負極２の負極集電体１１は、ステンレス鋼、ニッケル、銅、チタンなどの金属箔、炭素や導電性樹脂の薄膜などが用いられる。
【００２７】
さらに、負極２の負極層１５としては、黒鉛などの炭素材料や、ケイ素（Ｓｉ）やスズ（Ｓｎ）などのようにリチウムイオンを可逆的に吸蔵および放出する理論容量密度が８３３ｍＡｈ／ｃｍ３を超える負極活物質を用いることができる。
【００２８】
以下、本発明の実施の形態１における電池モジュールについて、図２から図５を用いて詳細に説明する。
【００２９】
図２（ａ）は、本発明の実施の形態１における電池モジュールの斜視図で、図２（ｂ）は、図２（ａ）の２Ｂ−２Ｂ線断面図、図２（ｃ）は、図２（ｂ）の２Ｃ部の拡大断面図である。図３は、本発明の実施の形態１における電池モジュールの分解斜視図である。
【００３０】
図２（ａ）と図３に示すように、電池モジュール１００は、例えば、ポリカーボネート樹脂などの絶縁性樹脂材料よりなる筐体５０および、それと嵌合する蓋体２０を有している。
【００３１】
そして、図２（ｂ）と図３に示すように、筐体５０の収納部５４に、複数の電池の正極キャップ１６を同一方向に並べた電池ユニット４０を、分離板として機能する配線基板３０の接続体３２、３４で電気的に並列に接続して構成した複数の電池と前記複数の電池の隙間に充填された冷却液、或いは、冷却剤４１が収納されている。つまり、配線基板３０は、電池ユニット４０と充填された冷却液、或いは、冷却剤４１が収納された負極側と、正極側を分離する分離板として機能する。さらに、電池の一方の電極部（負極側）である底部を並列に接続した接続板３３の一部から延伸した延伸部３３Ａを介して、配線基板３０に設けた接続体３４と接続されている。
【００３２】
冷却液、或いは、冷却剤４１は、例えば、水や、不凍液、である。
【００３３】
また、図２（ｃ）に示すように、電池ケース５から突出した正極キャップ１６は、配線基板３０の各電池に対応して設けた貫通孔３６に内挿され、配線基板３０の接続体３２と接続されている。このとき、配線基板３０は、電池ケース５と当接して密着され、貫通孔３６は正極キャップ１６の側面に設けた開放部１７を塞がないように隙間３６Ａを有している。この隙間３６Ａにより、電池に不具合が発生し、正極キャップ１６の開放部１７から噴出するガスが排出される空間を形成している。
【００３４】
そして、噴出したガスは、図２（ｂ）と図３に示すように、配線基板３０の接続体３２と貫通孔３６との隙間３６Ａを介して、さらに、蓋体２０の排気室２４の空間を介して、外部と連通する開口部２６から排出される。
【００３５】
以下、図面を用いて、電池モジュール１００を構成する各構成要素について説明する。
【００３６】
まず、筐体５０は、図３に示すように、蓋体２０と嵌合する側に開口端を備え、開口端側から複数の電池を収納する収納部５４を有している。このとき、電池が、例えば、外径１８ｍｍ、高さ６５ｍｍの場合、収納部５４の高さは、６５ｍｍに接続板３３の厚みを加えた程度となる。
【００３７】
また、蓋体２０は、図２（ｂ）と図３に示すように、外周壁２２により形成される排気室２４と外周壁２２の一部に設けられた開口部２６を備えている。
【００３８】
また、図２（ｃ）に示すように、配線基板３０は、例えば、ガラス−エポキシ基板やポリイミドからなる耐熱性部材３０ａと、例えば、防水性能を有するゴム弾性を有する弾性部材３０ｂの少なくとも２層の積層構造を有する。そして、弾性部材３０ｂは電池ケース５の上面５Ａと弾性変形して密着して当接するため、高い気密性を確保することができる。つまり、冷却液、或いは、冷却剤４１が貫通孔３６から漏れないように確保することができる。さらに、配線基板３０は、貫通孔３６に挿入された各電池の正極キャップ１６と接続する接続体３２と、各電池の他方の電極（例えば、負極）を並列に接続する接続板３３の延伸部３３Ａと接続する接続体３４とを有し、接続体３２は貫通孔３６を完全に塞がないように、貫通孔３６を跨いで設けられている。なお、接続体３２や接続板３３は、例えば、ニッケル板やＣｕ板、Ａｌ板、リード線などで構成され、銅箔などで形成された接続体３４と、例えば、はんだを介して接続される。また、正極キャップ１６と接続体３２や、負極と接続板３３とは、例えば、電気溶接やスポット溶接などにより接続される。
【００３９】
これにより、電池モジュールを構成する各電池を、配線基板を介して接続できるため、電源配線や制御配線などの引き回しに必要なスペースを大幅に削減できる。また、各電池の正極キャップの開放部が、配線基板の貫通孔に収納される。その結果、異常時、電池から噴出したガスが、隣接する電池ケースに侵入できないので、もしガスが引火により発火しても、炎の侵入を防止し、その影響を確実に阻止できる。
【００４０】
以下、本実施の形態の電池モジュール１００において、並列に接続された電池モジュール内の１つの電池に異常発熱などを生じた場合の電池モジュール１００の作用効果について、図４を用いて説明する。
【００４１】
図４（ａ）は、本実施の形態の電池モジュール１００において、電池モジュール内の１つの電池に異常発熱などを生じた場合に噴出するガスの排気の様子を説明する断面図で、図４（ｂ）は図４（ａ）の４Ｂ部の拡大断面図である。
【００４２】
まず、図４（ｂ）に示すように、電池モジュール１００の１つの電池が異常に発熱し、電池ケース内に発生したガスのガス圧の上昇によりベント機構である、例えば、安全弁が作動し、電池ケースからガス４５が噴出する。そして、噴出したガス４５は、正極キャップ１６の開放部１７から、正極キャップ１６が内挿された貫通孔３６の隙間３６Ａに噴出される。
【００４３】
つぎに、図４（ａ）に示すように、ガス４５は、隙間３６Ａを充満することなく、配線基板３０の接続体３２で塞がれていない貫通孔３６の間から蓋体２０の排気室２４に排気される。そして、最終的に蓋体２０に設けた開口部２６から、電池モジュール１００の外部に排出される。
【００４４】
このとき、電池モジュール１００の不具合電池からガス４５が急激に噴出する場合、一般に引火などにより発火する危険性が高くなる。
【００４５】
しかし、本発明の上記構成の電池モジュール１００によれば、貫通孔３６内の隙間３６Ａ内の酸素量は限られ、さらに外部から酸素が供給されないので、ガスに引火する可能性は極めて低くなる。その結果、配線基板３０の貫通孔３６からガス４５の状態で排気される。そのため、ガスの引火による爆発的な膨張を生じないので、電池モジュールが破裂することは皆無となる。
【００４６】
また、異常発熱を起した電池の熱量は、収納部５４内の電池ユニット４０及び冷却液、或いは、冷却剤４１により、平均化されるように冷却される。
【００４７】
本実施の形態によれば、少なくとも配線基板と筐体により電池モジュールを筐体の収納部内に密閉状態で収納され、不具合の電池から噴出するガスは、配線基板の貫通孔の隙間から、ガスの状態で電池モジュールの外部に排出できる。その結果、ガスへの引火による発火や発煙などが発生しない安全性に優れた電池モジュールを実現できる。
【００４８】
また、少なくとも配線基板と筐体により電池モジュールを構成する電池を筐体の収納部内に密閉状態で収納できるため、電池を個別に収納する必要はない。その結果、電池モジュールを容易に小型化できる。さらに、電源配線や制御配線などの引き回しに必要なスペースを、配線基板により大幅に削減できる。この結果、より小型で、安全性の高い信頼性に優れた電池モジュールを実現できる。
【００４９】
なお、本実施の形態では、蓋体２０をポリカーボネート樹脂などの絶縁性材料で構成した例で説明したが、これに限られない。例えば、アルミニウムなどの金属材料や、それを絶縁性樹脂で被覆した構成としてもよい。これにより、機械的強度を向上させて、より薄型の蓋体とし、電池モジュールをさらに小型化できる。また、金属材料の高い熱伝導性により噴出するガスの冷却性を高めて、さらに引火などを生じにくい信頼性の高い電池モジュールが得られる。さらに、噴出する高温のガスによる蓋体の溶融での穴の発生を防止して、穴からの酸素の供給による引火などを防ぎ、排気室を介して確実にガスを排気できる。
【００５０】
なお、本実施例において、ポリカーボネート樹脂などの絶縁性樹脂材料よりなる筐体５０の中に電池ユニット４０と冷却液、或いは、冷却剤４１を収納するとしたが、ニッケルや銅などの導電性金属材料よりなる筐体５０の中に電池ユニット４０と冷却液、或いは、冷却剤４１を収納するとしてもよい。これにより、異常発熱した電池ユニットからの熱量を均一化するだけでなく、金属製の筐体から放熱することができる。
【００５１】
さらに、金属製の筐体５０にグラファイトシートなどの熱伝導部５５で冷却効率のいい場所に設置されたヒートシンクなどの放熱部５６まで接続するとしてもよい。これにより、異常発熱した電池の熱量を早急に放出することができる。
【００５２】
さらに、グラファイトシートなどの熱伝導部５５に加熱部５７を接続する。これにより、電池モジュール１００が冷えているときに、加熱部５７からの熱を金属製の筐体５０に熱伝導し、冷却液、或いは、冷却剤４１を介して、電池ユニット４０を均一に昇温することができる。
【００５３】
なお、本実施例において、ポリカーボネート樹脂などの絶縁性樹脂材料よりなる筐体５０の中で負極側の底部を接続板３３で並列接続するとしたが、ニッケルや銅などの導電性金属材料よりなる筐体５０で並列接続し、金属製筐体５０の一部から延伸した延伸部５０Ａを介して、配線基板３０に設けた接続体３４と接続されるとしても良い。
【００５４】
また、本実施の形態では、筐体５０と蓋体２０の嵌合により、蓋体２０の外周壁２２と筐体５０および各電池ケース５の上面５Ａで配線基板３０を保持する構造を例に説明したが、これに限られない。例えば、図５の電池モジュールの分解斜視図に示すように、蓋体２０と配線基板３０との間に、配線基板３０を支持する支持部材６５を介在させてもよい。このとき、支持部材６５は、少なくとも配線基板３０の外周部を支持する外周枠６６と、筐体５０および各電池ケース５の上面５Ａとの当接位置と対向する位置に設けた支持部６８とから構成される。このとき、支持部材６５の支持部６８で蓋体２０の排気室の空間が狭くなる場合には、支持部６８の一部に蓋体２０の開口部に連通するように凹部または穴などを設けてもよい。これにより、筐体５０および各電池ケース５の上面５Ａと支持部材６５の支持部６８で配線基板３０を確実に固定できる。その結果、噴出するガスの圧力による配線基板の変形を抑制し、隣接する電池の電池ケースへの熱やガスの侵入をさらに効率的に抑制して、信頼性および安全性をさらに向上した電池モジュールを実現できる。
【００５５】
また、上記支持部材６５を設ける代わりに、図６に示すように、蓋体２０の排気室２４に、筐体５０および各電池ケース５の上面５Ａと対向する位置に、開口穴２８Ａを有するリブ部２８を設けてもよい。これにより、筐体および各電池ケース５の上面５Ａと蓋体２０のリブ部２８で配線基板３０を固定できるとともに、電池モジュールをより小型または薄型にできる。
【００５６】
また、本実施の形態では、配線基板に接続体などの電源配線を形成した例で説明したが、これに限られない。例えば、各電池の電圧を検出する電圧検出配線や、温度を検出する温度検出配線を配線基板に設けてもよい。このとき、温度検出配線には、例えば、サーミスタなどの温度検出素子が接続され、温度検出素子を各電池と接触させて温度を検出することができる。これにより、複数の電池の電圧および温度を個別に検出して制御できる。その結果、電池の特性ばらつきや経時変化などを考慮して制御できるため、信頼性や安全性をさらに高めることができる。なお、電圧検出配線や温度検出配線の配線基板上でのパターン幅は、電源配線のパターン幅に比べて大幅に狭くできる。これは、電源配線は、大きな電流が流れるため配線抵抗による電力損失を低減させる必要があるが、電圧検出配線や温度検出配線は微小な電流で検出できるためである。そのため、電源配線と複数対の電圧検出配線と温度検出配線を効率的に配置して配線基板に形成できるので、配線に必要なスペースを大幅に削減できる。
【００５７】
また、本実施の形態では、筐体の一方に開口端を有する例で説明したが、これに限られない。例えば、図７に示すように、筐体５０として、複数の電池を収納する両端に開口端を有する枠体５０Ａと、その一方の開口端を塞ぐ閉塞部材５０Ｂで構成してもよい。これにより、各電池と配線基板や接続板との接続などの組立性や作業性を向上させ、生産性に優れた電池モジュールを実現できる。さらに、枠体５０Ａをポリカーボネート樹脂などの絶縁性樹脂材料、閉塞部材５０Ｂをニッケルや銅などの導電性金属材料とすることにより、側面の絶縁性を確保しながら、底面からグラファイトシートなどの熱伝導部５５による熱の放出や入力を行うことができる。
【００５８】
さらに、図７に示す枠体５０Ａの代わりに、図８に示すように各電池を個別に収納する隔壁部５２を有する枠体５０Ｃとしてもよい。これにより、不具合電池の異常発熱の隣接する電池への伝熱や放熱を隔壁部５２によりさらに抑制できるため、より信頼性や安全性に優れた電池モジュールを実現できる。
【００５９】
また、本実施の形態では、配線基板に形成した貫通孔の形状として、厚み方向において同一形状である場合を例に説明したが、これに限られない。例えば、図９に示すように、電池ケースの上面と密着する貫通孔の大きさを、接続体３２側の貫通孔の大きさより小さくしてもよい。これにより、電池の正極キャップの開放部から噴出するガスの蓋体の排気室への排出効率を高める（排出抵抗を低減する）ことができる。さらに、電池ケースの上面との密着面積を拡大して、電池ケース側へのガスの侵入を大幅に抑制し、信頼性や安全性を向上できる。
【００６０】
なお、本実施例において、図３のように配線基板３０の上側の面に接続体３２、３４を配置し、延伸部３３Ａを配線基板３０の上側の面の接続体３４に接続するとしたが、接続体３４に配線基板３０を通して電気的に接続される接続板３４Ｂを配線基板３０の下側の面に配置し、延伸部３３Ａを配線基板３０の下側の面の接続体３４Ｂに接続するとしてもよい。これにより、円深部３３Ａを配線基板３０の上側に配置させる必要が無いので、配線基板３０から冷却液、或いは、冷却剤４１がもれることを防ぐことが容易になる。
【００６１】
なお、本実施例において、図２などのように電池モジュール１００を筐体５０の開放面が上面になるように配置したが、電池モジュール１００を筐体５０の開放面が側面になるように配置してもよい。その場合は、まず電池モジュール１００を筐体５０の開放面が上面になるように組立て、配線板３０で冷却液、或いは、冷却剤４１が漏れないように高い気密性確保していることを確認する。そして、電池モジュール１００を筐体５０の開放面が側面になるように配置し直す。これにより、電池ユニット４０の高さ以下空間にも、電池モジュール１００を配置することが可能になる。
（実施の形態２）
図１０は、本発明の実施の形態２における電池モジュールを構成する電池の断面図である。
【００６２】
図１０に示すように、電池の電極部である正極キャップ１６の上面に開放部７７を設けて電池を構成した点で、実施の形態１の電池とは異なる。なお、電池以外の構成要素は、実施の形態１と同様であるので、説明を省略する場合がある。
【００６３】
以下に、本実施の形態の電池を用いて構成した電池モジュールについて、図１１と図１２を用いて、詳細に説明する。
【００６４】
図１１（ａ）は本発明の実施の形態２における電池モジュールの斜視図で、図１１（ｂ）は図１１（ａ）の１１Ｂ−１１Ｂ線断面図、図１１（ｃ）は図１１（ｂ）の１１Ｃ部の拡大断面図である。図１２は、本発明の実施の形態２における電池モジュールの分解斜視図である。
【００６５】
図１１（ａ）と図１２に示すように、電池モジュール２００は、絶縁性樹脂材料もしくは表面を樹脂で被覆して絶縁加工を施した金属材料よりなる筐体５０および、それと嵌合する蓋体２０を有している。
【００６６】
そして、図１１（ｂ）と図１２に示すように、筐体５０の収納部５４に、複数の電池の正極キャップ１６を同一方向に並べた電池ユニット４０を、分離板として機能する配線基板３０の接続体３２、３４で電気的に並列に接続して構成した複数の電池と前記複数の電池の隙間に充填された冷却液、或いは、冷却剤４１が収納されている。つまり、配線基板３０は、電池ユニット４０と充填された冷却液、或いは、冷却剤４１が収納された負極側と、正極側を分離する分離板として機能する。さらに、電池の一方の電極部（負極側）である底部を並列に接続した接続板３３の一部から延伸した延伸部３３Ａを介して、配線基板３０に設けた接続体３４と接続されている。
【００６７】
冷却液、或いは、冷却剤４１は、例えば、水や、不凍液、である。
【００６８】
また、図１１（ｃ）に示すように、電池ケース５から突出した正極キャップ１６は、配線基板３０の各電池に対応して設けた貫通孔３６に内挿され、配線基板３０の接続体３２と接続されている。そして、配線基板３０は、電池ケース５と当接して密着され、貫通孔３６は正極キャップ１６との間に隙間３６Ａを有している。このとき、接続体３２は、正極キャップ１６の上面に形成した開放部７７を塞がないように、開放部７７と対応する位置に貫通穴３２ａを有し、この貫通穴３２ａにより、電池に不具合が発生し、正極キャップ１６の開放部７７から噴出するガスが排出される。
【００６９】
そして、噴出したガスは、図１１（ｂ）と図１２に示すように配線基板３０の接続体３２の貫通穴３２ａから、蓋体２０の排気室（図示せず）を介して外部と連通する開口部２６から排出される。
【００７０】
以下、図面を用いて、電池モジュール２００を構成する各構成要素について説明する。なお、電池モジュール２００の筐体５０および蓋体２０の構成は実施の形態１と同様であるので、説明を省略し、異なる配線基板を主に説明する。
【００７１】
図１１（ｃ）と図１２に示すように、配線基板３０は、例えば、ガラス−エポキシ基板やポリイミドからなる耐熱性部材３０ａと、例えば、防水性能を有するゴム弾性を有する弾性部材３０ｂの少なくとも２層の積層構造を有する。そして、弾性部材３０ｂは電池ケース５の上面５Ａと弾性変形して密着して当接し、高い気密性を確保する。つまり、冷却液、或いは、冷却剤４１が貫通孔３６から漏れないように確保することができる。
【００７２】
また、配線基板３０は、貫通孔３６に挿入された電池モジュールの各電池の正極キャップ１６と接続する接続体３２と、各電池の他方の電極（例えば、負極）を並列に接続する接続板３３の延伸部３３Ａと接続する接続体３４とを有し、接続体３２には、正極キャップ１６の開放部７７を塞がないように貫通穴３２ａが設けられている。
【００７３】
これにより、電池モジュールの各電池を、配線基板を介して接続できるため、電源配線や制御配線などの引き回しに必要なスペースを大幅に削減できる。また、各電池の正極キャップの開放部が、接続体３２の貫通穴３２ａを介して、直接蓋体２０の排気室２４と通気する。そのため、異常状態の電池から噴出したガスが、直接配線基板３０に噴出しないので、配線基板３０の変形を大幅に抑制できる。その結果、もしガスが引火により発火しても、隣接する電池ケースへの、ガスや炎などの侵入を大幅に低減することができる。
【００７４】
以下、本実施の形態の電池モジュール２００において、並列に接続された電池モジュール内の１つの電池に異常発熱などを生じた場合の電池モジュール２００の作用効果について、図１３を用いて説明する。
【００７５】
図１３（ａ）は、本実施の形態の電池モジュール２００において、電池モジュール内の１つの電池に異常発熱などを生じた場合に噴出するガスの排気の様子を説明する断面図で、図１３（ｂ）は図１３（ａ）の１３Ｂ部の拡大断面図である。
【００７６】
まず、図１３（ｂ）に示すように、電池モジュール２００の１つの電池が異常に発熱し、電池ケース内に発生したガスのガス圧の上昇によりベント機構である、例えば、安全弁が作動し、電池ケース５からガス４５が噴出する。
【００７７】
そして、図１３（ａ）に示すように、噴出したガス４５は、正極キャップ１６の開放部７７から、接続体３２の貫通穴３２ａを介して、蓋体２０の排気室２４に噴出される。そして、最終的に蓋体２０に設けた開口部２６から、電池モジュール２００の外部に排出される。
【００７８】
本発明の電池モジュール２００によれば、配線基板３０の接続体３２の貫通穴３２ａからガス４５の状態で排気される。そのため、ガスの引火による爆発的な膨張を生じないので、電池モジュールが破裂することは皆無となる。
【００７９】
また、異常発熱を起した電池の熱量は、収納部５４内の電池ユニット４０及び冷却液、或いは、冷却剤４１により、平均化されるように冷却される。
【００８０】
本実施の形態によれば、少なくとも配線基板と筐体により複数の電池を筐体の収納部内に密閉状態で収納され、不具合の電池から噴出するガスは、配線基板の接続体の貫通穴から、蓋体の排気室を介して、ガスの状態で電池モジュールの外部に排出できる。その結果、ガスへの引火による発火や発煙などが発生しない安全性に優れた電池モジュールを実現できる。
【００８１】
また、少なくとも配線基板と筐体により複数の電池を筐体の収納部内に密閉状態で収納できるため、電池を個別に収納する必要はない。その結果、電池モジュールを容易に小型化できる。さらに、電源配線や制御配線などの引き回しに必要なスペースを、配線基板により大幅に削減できる。この結果、より小型で、安全性の高い信頼性に優れた電池モジュールを実現できる。
【００８２】
なお、本実施の形態では、電池の正極キャップ１６が挿入される配線基板の貫通孔３６において、正極キャップ１６との間に隙間３６Ａを有する構成を例に説明したが、これに限られない。例えば、図１４に示すように、正極キャップ１６とほぼ同一形状の貫通孔としてもよい。これにより、各電池の開放部７７と接続体の貫通穴３２ａとの位置決めが容易で、かつ位置ずれによる貫通穴３２ａの開口面積のばらつきを抑制できる。その結果、さらに信頼性と安全性に優れた電池モジュールを実現できる。
【００８３】
また、実施の形態１において、図５から図８を用いて説明した構成を実施の形態２の電池モジュールに適用できることはいうまでもなく、同様の効果が得られる。
（実施の形態３）
以下、本発明の実施の形態３における電池パックについて、図１５を用いて詳細に説明する。
【００８４】
図１５は、本発明の実施の形態３における電池パックの組立斜視図である。
【００８５】
図１５（ａ）は、上記各実施の形態の電池モジュールを４個並置して配置し、接続部材４５０で接続して電池パック４００を構成したものである。また、図１５（ｂ）は、上記各実施の形態の電池モジュールを２個並置するとともに、それを縦に２段に重ね接続部材５５０で接続して電池パック５００を構成したものである。このとき、接続部材は、各電池モジュールは、並列接続または直列接続、あるいは直列接続と並列接続を組み合わせて接続部材を介して接続することにより、電池パックが構成される。
【００８６】
本実施の形態によれば、用途に応じて、必要な電圧や電気容量を有する汎用性の高い電池パックを、配置スペースを考慮して任意に組み合わせることにより、容易に実現できる。
【００８７】
また、本実施の形態によれば、上記各実施の形態と同様に、いずれかの電池モジュールに不具合を生じても、噴出するガスが引火することなく、ガスの状態で外部に排気することができる。その結果、ガスの引火による爆発的な膨張を生じないので、電池モジュールが破裂することが皆無な、安全で信頼性に優れた電池パックを実現できる。
【００８８】
なお、本実施例において、図１５などのように電池モジュール１００を筐体５０の開放面が上面になるように配置したが、電池モジュール１００を筐体５０の開放面が側面になるように配置してもよい。その場合は、まず電池モジュール１００を筐体５０の開放面が上面になるように組立て、配線板３０で冷却液、或いは、冷却剤４１が漏れないように高い気密性確保していることを確認する。そして、電池モジュール１００を筐体５０の開放面が側面になるように配置し直す。そして、電池モジュール１００同士を接続する。これにより、電池ユニット４０の高さ以下空間にも、電池モジュール１００を配置することが可能になる。
（他の実施の形態）
以下に、本発明の電池モジュールにおける他の実施の形態について、図１６を用いて説明する。
【００８９】
図１６は、本発明の他の実施の形態における電池モジュール６００を説明する分解斜視図である。このとき、電池モジュール６００は、複数の並列に接続された電池ユニット６４０を、２次元に配置して直列に接続し一体的に収納する点で、上記実施の形態と異なる。なお、図１６においては、１１並列の電池ユニット６４０を７直列で接続して構成した電池モジュール６００を例に説明する。例えば、容量２５００ｍＡｈで、平均電圧３．６Ｖのリチウムイオン電池で構成した場合、２５．２Ｖ（３．６Ｖ×７）で２７．５Ａｈ（２．５Ａｈ×１１）の容量を有する集合電池ユニット６４５が得られる。
【００９０】
すなわち、図１６に示すように、電池モジュール６００は、収納部６６４を有する筐体６６０と、収納部６６４に収納される複数の１１並列で７直列からなる集合電池ユニット６４５と、前記複数の電池の隙間に充填された冷却液、或いは、冷却剤４１と、集合電池ユニット６４０を直並列に接続する配線基板６３０と接続板６５０と、それらを密閉状態で収納する筐体６６０と嵌合する蓋体６２０で構成されている。
【００９１】
そして、配線基板６３０には、集合電池ユニット６４５の各電池の正極キャップと対応する位置に貫通孔６３６を有し、各貫通孔６３６を完全に塞がないように集合電池ユニット６４０を並列に接続する接続体６３２が設けられている。そして、配線基板６３０は、上記各実施の形態と同様に電池ケースの上面と密着して当接させて配置される。
【００９２】
また、接続板６５０は、各電池ユニット６４０の一方の電極部である負極部を並列に接続するとともに、隣接の電池ユニット６４０の接続体６３２と接続する接続板６５０の一部に設けた延伸部６５０Ａを介して配線基板６３０の接続部６３５と接続して、各電池ユニット６４０を直列に接続する。
【００９３】
また、蓋体６２０には、排気室（図示せず）を介して、噴出するガスを外部に排出する開口部（図示せず）が設けられている。このとき、開口部は、各電池ユニット６４０に対応させて個別に設けても、一体化して設けてもよい。
【００９４】
上記実施の形態によれば、実施の形態１、２と同様の効果が得られるとともに、筐体を一体化することにより、さらに小型化した電池モジュールを実現できる。
【００９５】
なお、本実施例において、ポリカーボネート樹脂などの絶縁性樹脂材料よりなる筐体６６０の中で負極側の底部を複数の接続板６５０で並列接続するとしたが、ニッケルや銅などの導電性金属材料よりなる筐体６６０で並列接続し、金属製筐体６６０の一部から延伸した延伸部６５０Ａを介して、配線基板６３０に設けた接続体６３２と接続されるとしても良い。このとき、接続体６３２や延伸部６５０Ａを必ず複数持つ必要が無いので、部品点数の削減が可能となる。
【００９６】
なお、各実施の形態においては、電極部である正極キャップ１６が電池ケース５の上面５Ａから突出した電池形状を例に説明したが、これに限られない。例えば、以下に、図１７と図１８を用いて説明するように、正極キャップ１６を電池ケース５の上面５Ａとほぼ同一面で設けた電池で電池モジュールを構成してもよい。
【００９７】
図１７は、本発明の各実施の形態の電池モジュールを構成する別の電池の形状を説明する断面図である。図１８（ａ）は図１７の電池を用いた本発明の各実施の形態における電池モジュールの断面図、図１８（ｂ）は図１８（ａ）の１８Ｂ部の拡大断面図である。
【００９８】
つまり、図１８に示すように、電池ケース５の上面５Ａとほぼ同一面で設けた正極キャップ１６と、正極キャップ１６と対応する位置に貫通孔３６を設けた配線基板３０の、下方向に凸状部３２Ｃの形状を有する接続体３２と接続した点で、上記各実施の形態とは異なる。他の構成や各実施の形態と同様であるので説明を省略する。
【００９９】
これにより、上記各実施の形態と同様の効果が得られる。また、電池の電極部の正極キャップの位置関係にかかわらず、薄型で小型の電池モジュール３００を実現できる。なお、各実施の形態で説明した別の例を適用できることはいうまでもない。
【０１００】
また、各実施の形態においては、電池モジュールの充放電や、温度または電圧を検出して制御する制御回路については、特に説明や図示をしていないが、制御回路を電池モジュールの外部や内部に設けてもよいことはいうまでもない。
【０１０１】
また、各実施の形態においては、電池モジュールとして円筒型の電池を例に説明したが、これに限られない。例えば、角型の電池であってもよい。
【０１０２】
また、各実施の形態においては、互いにその構成を適用できることはいうまでもない。
【産業上の利用可能性】
【０１０３】
本発明は、自動車、自転車や電動工具などの、特にハイブリッド自動車や電気自動車など高容量、高電圧が必要で、しかも高い信頼性と安全性が要求される、電池モジュールや電池パックとして有用である。
【符号の説明】
【０１０４】
１    正極
１ａ    正極集電体
１ｂ    正極層
２    負極
３    セパレータ
４    電極群
５    電池ケース
５Ａ    上面
６    封口板
７    ガスケット
８    正極リード
９    負極リード
１０ａ，１０ｂ    絶縁板
１１    負極集電体
１５    負極層
１６    正極キャップ（電極部）
１７，７７    開放部
１８    電流遮断部材
１９    ベント機構
２０，６２０    蓋体
２２    外周壁
２４    排気室
２６    開口部
２８    リブ部
２８Ａ    開口穴
３０，６３０    配線基板
３０ａ    耐熱性部材
３０ｂ    弾性部材
３２，３４，６３２    接続体
３２ａ    貫通穴
３２Ｃ    凸状部
３３，６５０    接続板
３３Ａ，６５０Ａ    延伸部
３６，６３６    貫通孔
３６Ａ    隙間
４０，６４０    電池ユニット
４１    冷却液、或いは、冷却剤
４５    ガス
５０，６６０    筐体
５０Ａ，５０Ｃ    枠体
５０Ｂ    閉塞部材
５２    隔壁部
５４，６６４    収納部
５５    熱伝導部
５６    放熱部
５７    加熱部
６５    支持部材
６６    外周枠
６８    支持部
１００，２００，３００，６００    電池モジュール
４００，５００    電池パック
４５０，５５０    接続部材
６３５    接続部
６４５    集合電池ユニット
【図１】
2013214354.tif 000003
【図２】
2013214354.tif 000004
【図３】
2013214354.tif 000005
【図４】
2013214354.tif 000006
【図５】
2013214354.tif 000007
【図６】
2013214354.tif 000008
【図７】
2013214354.tif 000009
【図８】
2013214354.tif 000010
【図９】
2013214354.tif 000011
【図１０】
2013214354.tif 000012
【図１１】
2013214354.tif 000013
【図１２】
2013214354.tif 000014
【図１３】
2013214354.tif 000015
【図１４】
2013214354.tif 000016
【図１５】
2013214354.tif 000017
【図１６】
2013214354.tif 000018
【図１７】
2013214354.tif 000019
【図１８】
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