特許 5929670 電池モジュール及び電池パック

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5929670

(24)【登録日】2016年5月13日

(45)【発行日】2016年6月8日

(54)【発明の名称】電池モジュール及び電池パック

(51)【国際特許分類】

   H01M 2/12 20060101AFI20160526BHJP

   H01M 2/10 20060101ALI20160526BHJP

【ＦＩ】

   H01M2/12 Z

   H01M2/10 A

【請求項の数】7

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2012-212719(P2012-212719)

(22)【出願日】2012年9月26日

(65)【公開番号】特開2014-67620(P2014-67620A)

(43)【公開日】2014年4月17日

【審査請求日】2014年12月11日

(73)【特許権者】

【識別番号】000003218

【氏名又は名称】株式会社豊田自動織機

(74)【代理人】

【識別番号】100068755

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 博宣

(74)【代理人】

【識別番号】100105957

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 誠

(72)【発明者】

【氏名】酒井 崇

(72)【発明者】

【氏名】杉本 貴久

(72)【発明者】

【氏名】渡▲辺▼ 慎太郎

(72)【発明者】

【氏名】大石 英史

(72)【発明者】

【氏名】植田 浩生

(72)【発明者】

【氏名】守作 直人

(72)【発明者】

【氏名】前田 和樹

【審査官】 渡部 朋也

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００２−０８３５７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−０１２４８５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｍ ２／１２

Ｈ０１Ｍ ２／１０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ケース内に電解液及び電極組立体が密閉され、前記ケースの内圧が規定圧力を超えた場合に開放する圧力開放弁を前記ケースの上部に有するとともに一方向に並設された複数の電池セルと、前記複数の電池セルの上部に跨って設けられ、開放された前記圧力開放弁から前記電解液が排出されるダクトと、を備えた電池モジュールであって、
前記ダクトは、少なくとも一端に排出口が設けられるとともに前記ダクトの内部における鉛直方向下方には、前記ダクトの長手方向の全体にわたって前記排出口に近づくにつれて下り傾斜する誘導部が形成されているか、もしくは、前記排出口に近づくにつれて下り傾斜する傾斜部と、傾斜が形成されていない平坦部とを有する誘導部が形成されていることを特徴とする電池モジュール。

【請求項2】

前記ダクトは、該ダクトの短手方向に沿って前記誘導部に近づくにつれて下り傾斜する第１の傾斜部を有し、
前記第１の傾斜部を厚み方向に貫通する貫通孔が前記ダクトの長手方向に複数形成されていることを特徴とする請求項１に記載の電池モジュール。

【請求項3】

前記ダクトは、前記電池セルの並設方向全体に延びる本体部と、前記本体部の軸方向一端から延設し前記本体部の軸方向に対して垂直の方向に延びる屈曲部とからなることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電池モジュール。

【請求項4】

前記貫通孔の縁部において、前記電解液の流通方向の上流側には、前記第１の傾斜部から立設された壁部が形成されていることを特徴とする請求項２に記載の電池モジュール。

【請求項5】

前記第１の傾斜部は前記ダクトの短手方向に沿って形成され、前記誘導部は前記ダクトの長手方向に沿って形成されていることを特徴とする請求項２又は請求項４に記載の電池モジュール。

【請求項6】

請求項１〜請求項５のうち何れか一項に記載の電池モジュールを複数有する電池パックであって、
隣り合う前記電池モジュールの前記ダクトは、前記排出口が設けられる前記一端が互いに離れるように延びていることを特徴とする電池パック。

【請求項7】

ケース内に電解液及び電極組立体が密閉され、前記ケースの内圧が規定圧力を超えた場合に開放する圧力開放弁を前記ケースの上部に有するとともに一方向に並設された複数の電池セルと、前記複数の電池セルの上部に跨って設けられ、開放された前記圧力開放弁から前記電解液が排出されるダクトと、を備えた電池モジュールであって、
前記ダクトには、前記ダクトの底面を厚み方向に貫通する貫通孔が、前記圧力開放弁上の対向する位置に形成されており、
前記ダクトの内部における鉛直方向下方の前記貫通孔が形成された領域には、前記複数の電池セルの並設方向と略直交する方向に傾斜する傾斜部が形成されており、
前記傾斜部の下方側に前記ダクトの排出口を有し、前記傾斜部は前記排出口に向けて下り傾斜していることを特徴とする電池モジュール。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ケースの内圧が規定圧力を超えた場合に開放する圧力開放弁を有するとともに一方向に並設された複数の電池セルと、複数の電池セルに跨って設けられるダクトとを備えた電池モジュール及び電池パックに関する。

【背景技術】

【0002】

二次電池には、ケースの内圧が規定圧力を超えた場合に開放されてケースの内圧を低下させる弁が設けられている。弁が開放されるときには、ケースの内部から気体とともに電解液が排出されることがあり、この電解液が二次電池に付着すると、短絡などの原因となる。排出された電解液が二次電池に付着することを防止した電池モジュールとしては、例えば、特許文献１に記載のバッテリモジュールが知られている。

【0003】

特許文献１に記載のバッテリモジュールにおいて、バッテリセルは、内部で発生する気体の排出通路となるベンツを有している。ベンツの上部には、ディガシングカバーが設けられている。ディガシングカバーは、ベンツの上部に密着固定されて、ベンツから排出される気体を排出する気体通路を形成している。そして、ベンツから気体が排出されると、気体は気体通路を通ってバッテリモジュールの外部に排出される。また、気体とともに液体がベンツから排出されても、その液体は、気体通路を通ってバッテリモジュールの外部に排出される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１２−８９４９９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところで、特許文献１においては、ベンツから排出された電解液が気体通路の内部で留まってしまうおそれがある。
本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、ダクトに排出された電解液がダクトの内部で留まることを防止することができる電池モジュール及び電池パックを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、ケース内に電解液及び電極組立体が密閉され、前記ケースの内圧が規定圧力を超えた場合に開放する圧力開放弁を前記ケースの上部に有するとともに一方向に並設された複数の電池セルと、前記複数の電池セルの上部に跨って設けられ、開放された前記圧力開放弁から前記電解液が排出されるダクトと、を備えた電池モジュールであって、前記ダクトは、少なくとも一端に排出口が設けられるとともに前記ダクトの内部における鉛直方向下方には、前記ダクトの長手方向の全体にわたって前記排出口に近づくにつれて下り傾斜する誘導部が形成されているか、もしくは、前記排出口に近づくにつれて下り傾斜する傾斜部と、傾斜が形成されていない平坦部とを有する誘導部が形成されていることを要旨とする。

【0007】

これによれば、電池セルの異常時などに、ケースの内圧が規定圧力を超えて、ダクトに電解液が排出されると、電解液は、誘導部の傾斜にしたがって排出口に向けて流れる。したがって、ダクトに排出された電解液が、ダクトの内部で留まることが防止されて、ダクトの外部に電解液を排出することができる。また、ダクトの内部に電解液以外の液体が排出された場合にも、この液体をダクトの外部に排出することができる。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の電池モジュールにおいて、前記ダクトは、該ダクトの短手方向に沿って前記誘導部に近づくにつれて下り傾斜する第１の傾斜部を有し、前記第１の傾斜部を厚み方向に貫通する貫通孔が前記ダクトの長手方向に複数形成されていることを要旨とする。
請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の電池モジュールにおいて、前記ダクトは、前記電池セルの並設方向全体に延びる本体部と、前記本体部の軸方向一端から延設し前記本体部の軸方向に対して垂直の方向に延びる屈曲部とからなることを要旨とする。
請求項４に記載の発明は、請求項２に記載の電池モジュールにおいて、前記貫通孔の縁部において、前記電解液の流通方向の上流側には、前記第１の傾斜部から立設された壁部
が形成されていることを要旨とする。
請求項５に記載の発明は、請求項２又は請求項４に記載の電池モジュールにおいて、前記第１の傾斜部は前記ダクトの短手方向に沿って形成され、前記誘導部は前記ダクトの長手方向に沿って形成されていることを要旨とする。

【0008】

請求項６に記載の発明は、請求項１〜請求項５のうち何れか一項に記載の電池モジュールを複数有する電池パックであって、隣り合う前記電池モジュールの前記ダクトは、前記排出口が設けられる前記一端が互いに離れるように延びていることを要旨とする。

【0009】

これによれば、隣り合う電池モジュールのダクトから排出される電解液は、それぞれ、隣り合う電池モジュールから離れる方向に排出される。このため、それぞれのダクトから排出された電解液が、各電池モジュールに付着することが抑制される。
上記課題を解決するため、請求項７に記載の発明は、ケース内に電解液及び電極組立体が密閉され、前記ケースの内圧が規定圧力を超えた場合に開放する圧力開放弁を前記ケースの上部に有するとともに一方向に並設された複数の電池セルと、前記複数の電池セルの上部に跨って設けられ、開放された前記圧力開放弁から前記電解液が排出されるダクトと、を備えた電池モジュールであって、前記ダクトには、前記ダクトの底面を厚み方向に貫通する貫通孔が、前記圧力開放弁上の対向する位置に形成されており、前記ダクトの内部における鉛直方向下方の前記貫通孔が形成された領域には、前記複数の電池セルの並設方向と略直交する方向に傾斜する傾斜部が形成されており、前記傾斜部の下方側に前記ダクトの排出口を有し、前記傾斜部は前記排出口に向けて下り傾斜していることを要旨とする。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、ダクトに排出された電解液がダクトの内部で留まることを防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】実施形態の電池パックを示す斜視図。

【図2】実施形態の第１の電池モジュールの一部を破断して示す斜視図。

【図3】実施形態の第１の電池モジュールを示す図２の３−３線断面図。

【図4】実施形態の第１の電池モジュールを示す図２の４−４線断面図。

【図5】実施形態の第１の電池モジュールを示す図２の５−５線断面図。

【図6】別例のダクトを示す斜視図。

【発明を実施するための形態】

【0012】

図１に示すように、電池パック１０において、第１の電池モジュール１１と第２の電池モジュール３１は、例えば、図示しない筐体の内部に隣り合うように設けられている。
図２に示すように、第１の電池モジュール１１は、電池セルとしての第１の角型電池１２（例えば、リチウムイオン二次電池や、ニッケル・水素蓄電池）を保持した第１の電池ホルダ１３を第１の角型電池１２の厚み方向に並設するとともに、並設方向の両端に第１のエンドプレート１４を設けて構成されている。

【0013】

図３に示すように、第１の角型電池１２において、四角箱状のケース１５の内部には、電極組立体１６及び電解液１７が収容されている。ケース１５は、有底筒状で上方が開口するケース本体１５ａと、ケース本体１５ａの開口を覆う蓋部材１５ｂとからなる。

【0014】

蓋部材１５ｂには、正極端子１８及び負極端子１９が貫通して突設されている。正極端子１８及び負極端子１９は、正極導電部材１８ａ及び負極導電部材１９ａを介して電極組立体１６に電気的に接続されている。ケース１５の蓋部材１５ｂおいて、正極端子１８と、負極端子１９との間には、開口部１５ｃが蓋部材１５ｂの厚み方向に貫通して設けられるとともに、この開口部１５ｃは、圧力開放弁２０により閉塞されている。この圧力開放弁２０は、ケース１５の内圧が規定圧力を超えたときに破断され、ケース１５の圧力を開放する。

【0015】

図２に示すように、第１の電池モジュール１１には、全ての第１の角型電池１２に跨って設けられる四角筒状をなす第１のダクト２１が配設されている。第１のダクト２１は、第１の電池モジュール１１上で該第１の電池モジュール１１における第１の角型電池１２の並設方向全体に延びる本体部２２と、本体部２２の軸方向一端から延設し本体部２２の軸方向に対して垂直の方向に延びる屈曲部２３とからなる。

【0016】

本体部２２の軸方向一端は開口し、軸方向他端は閉塞されている。
屈曲部２３の軸方向両端は開口している。屈曲部２３の軸方向一端は、本体部２２の軸方向一端と接続されており、本体部２２の内部と屈曲部２３の内部とが連通している。屈曲部２３の軸方向他端は、該軸方向他端から排出される電解液１７が第１の電池モジュール１１の第１の角型電池１２と接触しない方向に開口しており、電解液１７を第１のダクト２１の外部に排出する排出口２４となる。ここで、第１のダクト２１において、軸方向を長手方向とし、軸方向に直交し、かつ、蓋部材１５ｂの面に沿う方向を短手方向とする。

【0017】

本体部２２の内部の底部２２ａ（本体部２２の内部における鉛直方向下方の部分）には、第１のダクト２１の短手方向に隣り合うように第１の傾斜部２５と、第２の傾斜部２６が形成されている。第１の傾斜部２５と第２の傾斜部２６は、ともに第１のダクト２１の長手方向の全体にわたって延びている。第１の傾斜部２５は、第２の傾斜部２６よりも鉛直方向上方に形成されている。第１の傾斜部２５は、第１のダクト２１の短手方向に沿って第２の傾斜部２６に近づくにつれて、下り傾斜している。第１の傾斜部２５には、その厚み方向に貫通する貫通孔２７が本体部２２の長手方向に所定の間隔をあけて形成されている。この貫通孔２７は、第１の角型電池１２に形成された圧力開放弁２０上の対向する位置に形成されている。

【0018】

図４に示すように、第２の傾斜部２６は、第１のダクト２１の長手方向他端から一端に向けて下り傾斜している（排出口２４に向けて下り傾斜している）。
図５に示すように、屈曲部２３の底部２３ａ（屈曲部２３の内部における鉛直方向下方の部分）には、第３の傾斜部２８が形成されている。第３の傾斜部２８は、第１のダクト２１の長手方向（屈曲部２３の軸方向）に沿って排出口２４に近づくにつれて下り傾斜している。したがって、本実施形態において、第２の傾斜部２６及び第３の傾斜部２８から、誘導部が形成されている。なお、第３の傾斜部２８及び第２の傾斜部２６は、排出口２４から離れるにつれて上り傾斜していると捉えることもできる。

【0019】

次に、第２の電池モジュール３１について説明する。
図１に示すように、第２の電池モジュール３１は、第１のダクト２１を除いて、第１の電池モジュール１１と同一の構成を有する。具体的にいえば、第２の電池モジュール３１は、第１の角型電池１２と同一の第２の角型電池３２と、第１の電池ホルダ１３と同一の第２の電池ホルダ３３と、第１のエンドプレート１４と同一の第２のエンドプレート３４と、第２のダクト３５と、からなる。

【0020】

第２のダクト３５は、第１のダクト２１と同様に、第２の角型電池３２の並設方向全体に延びる本体部３６と、本体部３６の軸方向一端から延設し本体部３６の軸方向に対して垂直の方向に延びる屈曲部３７とからなる。第２のダクト３５の屈曲部３７は、第１のダクト２１の屈曲部２３とは反対方向に屈曲している。

【0021】

本体部３６の軸方向一端は開口し、軸方向他端は閉塞されている。
屈曲部３７の両端は開口している。屈曲部３７の軸方向一端は本体部３６の軸方向一端と接続されており、本体部３６の内部と屈曲部３７の内部とが連通している。屈曲部３７の軸方向他端は、該軸方向他端から排出される電解液１７が第２の電池モジュール３１と接触しない方向に開口しており、電解液１７を第２のダクト３５の外部に排出する排出口３８となる。したがって、第１のダクト２１と第２のダクト３５は、それぞれの排出口２４，３８が設けられる屈曲部２３，３７の軸方向一端が互いに離れるように延びている。

【0022】

なお、第２のダクト３５の本体部３６及び屈曲部３７の内部には、第１のダクト２１と同様に、排出口３８に近づくにつれて下り傾斜している第２の傾斜部２６と第３の傾斜部２８（誘導部）及び電解液１７を第２の傾斜部２６に流す第１の傾斜部２５が形成されている。

【0023】

次に、本実施形態の電池パック１０の作用について説明する。
第１の角型電池１２の異常時など、第１の角型電池１２のケース１５の内圧が規定圧力を超えると、第１の角型電池１２に設けられた圧力開放弁２０が開放される。そして、圧力開放弁２０の開放に伴い、ケース１５内の気体がケース１５の外部に放出されるとともに、電解液１７がケース１５の外部に放出されると、この電解液１７は、貫通孔２７を通り、第１のダクト２１の内部に排出される。第１のダクト２１に排出された電解液１７は、重力にしたがって、第１の傾斜部２５を第２の傾斜部２６に向けて流れ、第１のダクト２１に排出された電解液１７が、隣り合う貫通孔２７に流入することが防止されている。

【0024】

第２の傾斜部２６に流れた電解液１７は、重力にしたがって、第２の傾斜部２６を第３の傾斜部２８に向けて流れる。第２の傾斜部２６から第３の傾斜部２８に流れた電解液１７は、重力にしたがって、第３の傾斜部２８を流れて排出口２４から第１のダクト２１の外部に排出される。第１のダクト２１の外部に排出された電解液１７は、第１のダクト２１の外部に設けられた図示しない貯留部に貯留される。

【0025】

第２の角型電池３２の内圧が規定圧力を超えたときには、同様に、第２のダクト３５の内部に排出された電解液１７が、第２のダクト３５の排出口３８から第２のダクト３５の外部に排出され、貯留部に貯留される。

【0026】

したがって、上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）第１のダクト２１の底部２２ａ，２３ａには、排出口２４に近づくにつれて下り傾斜する誘導部（第２の傾斜部２６及び第３の傾斜部２８）が形成されている。このため、第１のダクト２１に電解液１７が排出されると、電解液１７は第２の傾斜部２６及び第３の傾斜部２８の傾斜にしたがって排出口２４に向けて流れる。したがって、第１のダクト２１に排出された電解液１７が、第１のダクト２１の内部で留まることが防止されて、第１のダクト２１の外部に電解液１７を排出することができる。また、第１のダクト２１の内部に電解液１７以外の液体が排出された場合にも、この液体を第１のダクト２１の外部に排出することができる。

【0027】

（２）第１のダクト２１と第２のダクト３５は、屈曲部２３，３７の軸方向一端が互いに離れるように延びている。このため、第１のダクト２１から排出される電解液１７が第２の電池モジュール３１に付着することが抑制され、第２のダクト３５から排出される電解液１７が、第１の電池モジュール１１に付着することが抑制される。したがって、電解液１７が付着することによる第１の電池モジュール１１及び第２の電池モジュール３１の異常を抑制することができる。

【0028】

なお、実施形態は、以下のように変更してもよい。
○ 図６に示すように、第１のダクト２１及び第２のダクト３５に第１の傾斜部２５を形成しなくてもよい。ダクト４１の内部において、鉛直方向での下部（底部２２ａ）には、傾斜部４２が形成されている。この傾斜部４２には、ダクト４１の長手方向に所定の間隔をおいて貫通孔２７が形成されている。貫通孔２７の縁部において、電解液１７の流通方向の上流側の半周には、傾斜部４２から立設された壁部４３が形成されている。この壁部４３によって、上流側から流れる電解液１７が、下流側の貫通孔２７に流入することが防止されている。

【0029】

○ 実施形態において、第２の傾斜部２６は、第１のダクト２１の長手方向の全体にわたって形成されているが、これに限られない。例えば、傾斜部と、傾斜が形成されない平坦部を交互に形成してもよい。この場合、電解液１７が、傾斜部によって付勢された勢いで平坦部を流れるように形成することで、第１のダクト２１の長手方向全体にわたって傾斜部を形成しなくても、電解液１７を第１のダクト２１の外部に排出することができる。なお、第３の傾斜部２８を同様な構成としてもよい。

【0030】

○ 実施形態において、第１のダクト２１及び第２のダクト３５の形状を四角筒状以外にしてもよい。例えば、円筒形状のダクトなどを用いてもよい。この場合であっても、円筒形状のダクトの内部に、排出口に近づくにつれて下り傾斜する傾斜する傾斜部を形成する。

【0031】

○ 実施形態において、電池セルとして、円筒型電池や、ラミネート型の電池など、ケースの内圧が規定圧力を超えたときに、ケースの内部から電解液を排出する弁を有する電池であれば、どのような電池を採用してもよい。

【0032】

○ 実施形態において、第１のダクト２１及び第２のダクト３５に屈曲部２３，３７を形成しなくてもよい。
○ 実施形態において、電池モジュールの数を変更してもよい。

【0033】

○ 実施形態では、第１の電池モジュール１１と第２の電池モジュール３１を水平方向に並べたが、第１の電池モジュール１１と第２の電池モジュール３１を鉛直方向に並べてもよい。

【0034】

○ 実施形態では、屈曲部２３の軸方向他端を開口させて第１のダクト２１の一端に排出口２４を形成したが、本体部２２の軸方向他端を開口させて第１のダクト２１の両端に排出口を形成してもよい。

【0035】

○ 実施形態において、並設方向に隣り合う第１の角型電池１２の正極端子１８及び負極端子１９を接続するバスバーを第１のダクト２１に一体化してもよい。これによれば、第１の角型電池１２を直列接続し、かつ、モジュール化する際に第１の角型電池１２の正極端子１８と負極端子１９をバスバーで接続するのと同時に第１のダクト２１を第１の電池モジュール１１に取り付けるこいとができる。よって、第１のダクト２１とバスバーの取り付けに要する工程と部品点数を削減することができる。

【符号の説明】

【0036】

１０…電池パック、１１…第１の電池モジュール、１２…電池セルとしての第１の角型電池、１５…ケース、１６…電極組立体、１７…電解液、２０…圧力開放弁、２１…第１のダクト、２４，３８…排出口、２６…誘導部の一部を形成する第２の傾斜部、２８…誘導部の一部を形成する第３の傾斜部、３１…第２の電池モジュール、３２…電池セルとしての第２の角型電池、３５…第２のダクト、４１…ダクト。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】