JP2024007726A - 電池モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】電池セルからの噴出物に起因する電気的短絡を抑制することが可能な電池モジュールを提供する。
【解決手段】第１方向に配列された複数の電池セルと、複数の電池セルの上に設けられたカバー部材とを備える。複数の電池セルの各々は、ガス排出弁を有する筐体と、筐体上に設けられた電極端子とを含む。カバー部材は、第１領域と、第１領域よりも強度が低い第２領域とを含む。第１領域は、少なくとも１つの電極端子上に位置する。第２領域は、少なくとも１つのガス排出弁上に位置する。
【選択図】図４

Description

本技術は、電池モジュールに関する。

電池モジュールを構成する電池セルの外装缶内の圧力が上昇したとき、外装缶の一部を開放して内部のガスを排出する技術が従来から知られている。同様に、電池パックのケース内の圧力が上昇したとき、パックケースの一部を開放して内部のガスを排出する技術も従来から知られている。

特開２０１２－１０４４７１号公報 特開２０１４－０４１８４１号公報 特開２０１４－０６０１６５号公報

複数の電池セルの上にカバー部材が設けられる構造を有する電池モジュールにおいて、電池セルの外装缶内の圧力の上昇に伴って外装缶の一部が開放されたとき、外装缶内から噴出するガスによりカバー部材が吹き飛ばされると、バスバー、電圧検出線などが露出する。外装缶内からの金属を含む噴出物が露出したバスバー、電圧検出線などに付着した場合、電気的短絡が生じ得る。

本技術の目的は、電池セルからの噴出物に起因する電気的短絡を抑制することが可能な電池モジュールを提供することにある。

本技術は、以下の電池モジュールを提供する。
［１］第１方向に配列された複数の電池セルと、複数の電池セルの上に設けられたカバー部材とを備え、複数の電池セルの各々は、ガス排出弁を有する筐体と、筐体上に設けられた電極端子とを含み、カバー部材は、第１領域と、第１領域よりも強度が低い第２領域とを含み、第１領域は、少なくとも１つの電極端子上に位置し、第２領域は、少なくとも１つのガス排出弁上に位置する、電池モジュール。

［２］第２領域は、少なくとも複数のガス排出弁上に位置するように第１方向に延在する、［１］に記載の電池モジュール。

［３］第２領域は、カバー部材に形成された切り欠き部、薄肉部、または溝部を含む、［１］または［２］に記載の電池モジュール。

［４］第２領域は、カバー部材の空洞に脱着可能な蓋を設けることにより形成される、［１］または［２］に記載の電池モジュール。

［５］第２領域は、カバー部材の第２領域を第１領域に対して相対的に強度の低い素材で構成することによって形成される、［１］または［２］に記載の電池モジュール。

本技術によれば、複数の電池セルの上に設けられたカバー部材において、相対的に強度が低い第２領域をガス排出弁上に設けることにより、ガス排出時において、第２領域に位置するカバー部材を選択的に破壊させることができ、電極端子上に位置する第１領域を保護することができる。この結果、電池セルからの噴出物に起因する電気的短絡を抑制することができる。

電池モジュールの基本的構成を示す図である。 電池セルを示す斜視図である。 電池モジュール上に配線モジュールを設けた状態を示す斜視図である。 電池モジュールの上面図である。 電池セルからガスが排出される状態を模式的に示す図である。 プレート部材の第２領域の周辺を模式的に示す図である。 第２領域の変形例を示す斜視図である。 図７に示す第２領域を示す断面図である。 プレート部材の第２領域のさらなる変形例を示す断面図（その１）である。 プレート部材の第２領域のさらなる変形例を示す断面図（その２）である。 プレート部材の第２領域のさらなる変形例を示す断面図（その３）である。 プレート部材の第２領域のさらなる変形例を示す断面図（その４）である。 プレート部材の第２領域のさらなる変形例を示す断面図（その５）である。

以下に、本技術の実施の形態について説明する。なお、同一または相当する部分に同一の参照符号を付し、その説明を繰返さない場合がある。

なお、以下に説明する実施の形態において、個数、量などに言及する場合、特に記載がある場合を除き、本技術の範囲は必ずしもその個数、量などに限定されない。また、以下の実施の形態において、各々の構成要素は、特に記載がある場合を除き、本技術にとって必ずしも必須のものではない。また、本技術は、本実施の形態において言及する作用効果を必ずしもすべて奏するものに限定されない。

なお、本明細書において、「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」および「含む（ｉｎｃｌｕｄｅ）」、「有する（ｈａｖｅ）」の記載は、オープンエンド形式である。すなわち、ある構成を含む場合に、当該構成以外の他の構成を含んでもよいし、含まなくてもよい。

また、本明細書において幾何学的な文言および位置・方向関係を表す文言、たとえば「平行」、「直交」、「斜め４５°」、「同軸」、「沿って」などの文言が用いられる場合、それらの文言は、製造誤差ないし若干の変動を許容する。本明細書において「上側」、「下側」などの相対的な位置関係を表す文言が用いられる場合、それらの文言は、１つの状態における相対的な位置関係を示すものとして用いられるものであり、各機構の設置方向（たとえば機構全体を上下反転させる等）により、相対的な位置関係は反転ないし任意の角度に回動し得る。

本明細書において、「電池」は、リチウムイオン電池に限定されず、ニッケル水素電池およびナトリウムイオン電池などの他の電池を含み得る。本明細書において、「電極」は正極および負極を総称し得る。また、「電極板」は正極板および負極板を総称し得る。

本明細書において、「電池セル」は、ハイブリッド車（ＨＥＶ：Hybrid Electric Vehicle）、プラグインハイブリッド車（ＰＨＥＶ：Plug-in Hybrid Electric Vehicle）、および電気自動車（ＢＥＶ：Battery Electric Vehicle）などに搭載可能である。ただし、「電池セル」の用途は、車載用に限定されるものではない。

図１は、組電池１の基本的構成を示す図である。図１に示すように、組電池１は、電池セル１００と、エンドプレート２００と、拘束部材３００とを備える。

複数の電池セル１００は、Ｙ軸方向（第１方向）に並ぶように設けられる。これにより、電池セル１００の積層体が形成される。電池セル１００は、電極端子１１０を含む。複数の電池セル１００の間には、図示しないセパレータが介装されている。２つのエンドプレート２００に挟持された複数の電池セル１００は、エンドプレート２００によって押圧され、２つのエンドプレート２００の間で拘束されている。

エンドプレート２００は、Ｙ軸方向において組電池１の両端に配置されている。エンドプレート２００は、組電池１を収納するケースなどの基台に固定される。拘束部材３００は、２つのエンドプレート２００を互いに接続する。

複数の電池セル１００およびエンドプレート２００の積層体に対してＹ軸方向の圧縮力を作用させた状態で拘束部材３００をエンドプレート２００に固定し、その後に圧縮力を解放することにより、２つのエンドプレート２００を接続する拘束部材３００に引張力が働く。その反作用として、拘束部材３００は、２つのエンドプレート２００を互いに近づける方向に押圧する。

図２は、電池セル１００を示す斜視図である。図２に示すように、電池セル１００は、角型形状を有する。電池セル１００は、電極端子１１０と、筐体１２０（外装缶）とを有する。すなわち、電池セル１００は角型二次電池セルである。

電極端子１１０は、筐体１２０上に形成されている。電極端子１１０は、Ｙ軸方向（第１の方向）に直交するＸ軸方向（第２方向）に沿って並ぶ正極端子１１１および負極端子１１２を有する。正極端子１１１および負極端子１１２は、Ｘ軸方向において、互いに離れて設けられている。

筐体１２０は、直方体形状を有し、電池セル１００の外観をなす。筐体１２０は、図示しない電極体および電解液を収容するケース本体１２０Ａと、ケース本体１２０Ａの開口を封止する封口板１２０Ｂとを含む。封口板１２０Ｂは、溶接によりケース本体１２０Ａに接合される。

筐体１２０は、上面１２１と、下面１２２と、第１側面１２３と、第２側面１２４と、２つの第３側面１２５とを有する。筐体１２０には、ガス排出弁１２６が設けられている。

上面１２１は、Ｙ軸方向およびＸ軸方向に直交するＺ軸方向（第３方向）に直交する平面である。上面１２１には、電極端子１１０が配置されている。下面１２２は、Ｚ軸方向に沿って上面１２１に対向している。

第１側面１２３および第２側面１２４の各側面は、Ｙ軸方向に直交する平面からなる。第１側面１２３および第２側面１２４の各側面は、筐体１２０が有する複数の側面のうちで最も大きい面積を有する。第１側面１２３および第２側面１２４の各側面は、Ｙ軸方向に見て、矩形形状を有する。第１側面１２３および第２側面１２４の各側面は、Ｙ軸方向に見て、Ｘ軸方向が長手方向となり、Ｚ軸方向が短手方向となる矩形形状を有する。

複数の電池セル１００は、Ｙ軸方向に隣り合う電池セル１００，１００の間において、第１側面１２３どうし、第２側面１２４どうしが向かい合わせとなるように積層されている。これにより、複数の電池セル１００が積層されるＹ軸方向において、正極端子１１１と負極端子１１２とが、交互に並んでいる。

ガス排出弁１２６は、上面１２１に設けられている。ガス排出弁１２６は、電池セル１００の温度が上昇し（熱暴走）、筐体１２０の内部で発生したガスにより筐体１２０の内圧が所定値以上となった場合に、そのガスを筐体１２０の外部に排出する。

図３は、組電池１上に配線モジュールを設けた状態を示す斜視図である。図３に示すように、組電池１上にプレート部材４００が載置され、プレート部材４００上にフレキシブルプリント基板５００が設けられる。フレキシブルプリント基板５００はコネクタ６００を介して外部機器と電気的に接続可能である。プレート部材４００上には、フレキシブルプリント基板５００を覆うようにカバー部材７００が設けられる。なお、フレキシブルプリント基板５００に代えて、電線やフレキシブルフラットケーブル（ＦＦＣ）を電圧検出線として用いてもよい。

図４は、電池モジュールの上面図である。図４に示すように、複数の電池セル１００の上に設けられたカバー部材７００は、第１領域７１０と、第２領域７２０とを含む。

第１領域７１０は、複数の電極端子１１０上に位置するようにＹ軸方向に延在する。第１領域７１０は、少なくとも１つの電極端子１１０上に位置するように形成されればよい。

第２領域は、複数のガス排出弁１２６上に位置するようにＹ軸方向に延在する。第２領域７２０は、少なくとも１つのガス排出弁１２６上に位置するように形成されればよい。第２領域７２０は、第１領域７１０よりも強度が低くなるように形成される。

図５は、電池セル１００からガスが排出される状態を模式的に示す図である。図５に示すように、電池セル１００の筐体１２０の内圧上昇に伴ってガス排出弁１２６が開放されたとき、ガス排出弁１２６から噴出するガスによりカバー部材７００が吹き飛ばされると、バスバー、電圧検出線などの活電部材が露出する。筐体１２０内からの金属を含む噴出物が活電部材に付着した場合、電気的短絡が生じ得る。これらの活電部材は、電池セル１００の電極端子１１０と電気的に接続されるため、Ｘ軸方向（第２方向）の中心から離間した位置にある。

これに対し、本実施の形態に係る電池モジュールにおいては、複数の電池セル１００の上に設けられたカバー部材７００において、相対的に強度が低い第２領域７２０がガス排出弁１２６上に設けられている。したがって、ガス排出弁１２６からガスが噴出するとき、ガス排出弁１２６上に位置するカバー部材７００の第２領域７２０を選択的に破壊させることができる。この結果、電極端子１１０上に位置する第１領域７１０を保護することができる、つまり第１領域７１０を活電部材上に維持できる。よって、電池セル１００からの噴出物が活電部材に付着することに起因する電気的短絡を抑制することができる。

図６は、第２領域７２０の周辺を模式的に示す図である。図６に示す例では、カバー部材７００は、ガス排出弁１２６の上部領域を取り囲むように形成された切り欠き部７２１を有する。これにより、ガス排出弁１２６からのガスの噴出時に第２領域７２０を選択的に破壊させ、カバー部材の第１領域７１０を保護している。

図７は、第２領域７２０の変形例を示す斜視図である。図８は、図７に示す第２領域７２０を示す断面図である。図７、図８の変形例では、カバー部材７００に略円形の溝部７２２を形成することにより、ガス排出弁１２６からのガスの噴出時に第２領域７２０を選択的に破壊させ、カバー部材の第１領域７１０を保護している。

図９から図１３は、第２領域４２０のさらなる変形例を示す断面図である。図９，図１０に示すように、カバー部材７００の一部に薄肉部７２３を形成することによって第２領域７２０が構成されてもよいし、図１１に示すように、図８とは異なる断面形状の溝部７２２を形成することによって第２領域７２０が構成されてもよい。

図１２に示すように、たとえば樹脂、ゴム等の他の素材からなる別部品７２４（蓋）をカバー部材７００の孔部に脱着可能に設けることによって第２領域７２０が形成されてもよいし、図１３に示すように、たとえばテープ、ネット等の他の素材からなる別部品７２５をカバー部材７００に設けられた孔部に取り付けることによって第２領域７２０が形成されてもよい。

また、第２領域７２０は、カバー部材７００の第２領域７２０を第１領域７１０に対して相対的に強度の低い素材で構成することによって形成されてもよい。

以上、本技術の実施の形態について説明したが、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本技術の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ 組電池、１００ 電池セル、１１０ 電極端子、１１１ 正極端子、１１２ 負極端子、１２０ 筐体、１２０Ａ ケース本体、１２０Ｂ 封口板、１２１ 上面、１２２ 下面、１２３ 第１側面、１２４ 第２側面、１２５ 第３側面、１２６ ガス排出弁、２００ エンドプレート、３００ 拘束部材、４００ プレート部材、４２０ 第２領域、５００ フレキシブルプリント基板、６００ コネクタ、７００ カバー部材、７１０ 第１領域、７２０ 第２領域、７２１ 切欠き部、７２２ 溝部、７２３ 薄肉部、７２４，７２５ 別部品。

電池モジュールの基本的構成を示す図である。 電池セルを示す斜視図である。 電池モジュール上に配線モジュールを設けた状態を示す斜視図である。 電池モジュールの上面図である。 電池セルからガスが排出される状態を模式的に示す図である。 カバー部材の第２領域の周辺を模式的に示す図である。 第２領域の変形例を示す斜視図である。 図７に示す第２領域を示す断面図である。 カバー部材の第２領域のさらなる変形例を示す断面図（その１）である。 カバー部材の第２領域のさらなる変形例を示す断面図（その２）である。 カバー部材の第２領域のさらなる変形例を示す断面図（その３）である。 カバー部材の第２領域のさらなる変形例を示す断面図（その４）である。 カバー部材の第２領域のさらなる変形例を示す断面図（その５）である。

Claims (5)

1. 第１方向に配列された複数の電池セルと、
   前記複数の電池セルの上に設けられたカバー部材とを備え、
   前記複数の電池セルの各々は、ガス排出弁を有する筐体と、前記筐体上に設けられた電極端子とを含み、
   前記カバー部材は、第１領域と、前記第１領域よりも強度が低い第２領域とを含み、
   前記第１領域は、少なくとも１つの前記電極端子上に位置し、
   前記第２領域は、少なくとも１つの前記ガス排出弁上に位置する、電池モジュール。
2. 前記第２領域は、少なくとも複数の前記ガス排出弁上に位置するように前記第１方向に延在する、請求項１に記載の電池モジュール。
3. 前記第２領域は、前記カバー部材に形成された切り欠き部、薄肉部、または溝部を含む、請求項１または請求項２に記載の電池モジュール。
4. 前記第２領域は、前記カバー部材の空洞に脱着可能な蓋を設けることにより形成される、請求項１または請求項２に記載の電池モジュール。
5. 前記第２領域は、前記カバー部材の前記第２領域を前記第１領域に対して相対的に強度の低い素材で構成することによって形成される、請求項１または請求項２に記載の電池モジュール。
   

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