特開 2024-124143 二次電池モジュール

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024124143

(43)【公開日】2024-09-12

(54)【発明の名称】二次電池モジュール

(51)【国際特許分類】

   H01M 10/48 20060101AFI20240905BHJP

   H01M 50/204 20210101ALI20240905BHJP

   H01M 50/507 20210101ALI20240905BHJP

【ＦＩ】

H01M10/48 301

H01M10/48 P

H01M50/204 401D

H01M50/507

H01M10/48 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023032111

(22)【出願日】2023-03-02

(71)【出願人】

【識別番号】000003078

【氏名又は名称】株式会社東芝

(71)【出願人】

【識別番号】598076591

【氏名又は名称】東芝インフラシステムズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002147

【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】黒川 健也

(72)【発明者】

【氏名】近藤 敦美

(72)【発明者】

【氏名】首藤 正志

(72)【発明者】

【氏名】小山 泰平

【テーマコード（参考）】

5H030

5H040

5H043

【Ｆターム（参考）】

5H030FF22

5H030FF32

5H030FF43

5H030FF44

5H040AT02

5H040AT06

5H043CA05

(57)【要約】

【課題】モジュールを形成する複数のセルがモジュールケース内で膨れる際に、セルの膨れが微小な段階であっても膨れを正確に検知する。
【解決手段】発電要素が内部に収容された外装容器、及び該外装容器に形成された端子を有する複数の二次電池セルと、絶縁性能を有し、複数の該二次電池セルを該二次電池セルの長側面が互いに向かい合うように並べて収容するケースと、該ケースに収容された複数の該二次電池セルのうち隣り合う二つの前記端子を電気的に接続するバスバーと、前記バスバーを介して前記二次電池セルと電気的に接続され前記二次電池セルの温度及び電圧を測定する監視装置と、前記外装容器の前記端子が形成された端子面を検知面とし、該端子面を介して前記二次電池セルの変形を検知する検知装置と、を備える二次電池モジュール。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

発電要素が内部に収容された外装容器、及び該外装容器に形成された端子を有する複数の二次電池セルと、
絶縁性能を有し、複数の該二次電池セルを該二次電池セルの長側面が互いに向かい合うように並べて収容するケースと、
該ケースに収容された複数の該二次電池セルのうち隣り合う二つの前記端子を電気的に接続するバスバーと、
前記バスバーを介して前記二次電池セルと電気的に接続され前記二次電池セルの温度及び電圧を測定する監視装置と、
前記外装容器の前記端子が形成された端子面を検知面とし、該端子面を介して前記二次電池セルの変形を検知する検知装置と、
を備える二次電池モジュール。

【請求項2】

前記検知装置は、前記端子面に接触し該端子面を介して前記二次電池セルの温度を測定しつつ、該端子面との該接触が外れることで該二次電池セルの変形を検知する、
請求項１に記載の二次電池モジュール。

【請求項3】

前記検知装置は、前記ケースに収容された複数の前記二次電池セルのうち、該ケース内の該二次電池セルの並ぶ方向における端位置に位置する該二次電池セルの変形を検知する、
請求項１又は２に記載の二次電池モジュール。

【請求項4】

前記検知装置は、前記監視装置と一体化されている請求項１又は２に記載の二次電池モジュール。

【請求項5】

前記検知装置を複数備え、
前記ケースに収容された複数の該二次電池セルのうちの一つについて、複数の前記検知装置が前記端子面を介して変形を検知し、
前記監視装置が、複数の前記検知装置のそれぞれの検知情報を総合して、前記二次電池セルの変形の有無を判断する、
請求項４に記載の二次電池モジュール。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、二次電池モジュールに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、複数の二次電池セル（以下、セルとする）をモジュールケースに並べて収容し、導電部材によって電気的に接続した二次電池モジュール（以下、モジュールとする）が知られている。該モジュールは、車両や電子機器、その他産業用の電源として用いられている。角柱型のセルの外装容器（セル缶）の材料は、例えばアルミが使用されており、モジュールは、充放電条件によってセルの内圧が上昇し、複数のセルが膨れる現象が起こる。また、モジュールにおいては、セル同士がセルの短手方向において近接して並べて配置されていることが多い。そして、上記セルの膨れは、モジュール内の全セルに略同時に発生して、経過とともにモジュールケースを破壊するほどの変形となるため、各セルの膨れを検知することが必要となる。

【0003】

従来、モジュールを点検する作業者がセルの膨れをセルに巻かれたラベルの変化により判定する技術、個々のセルにバンドを取り付けて膨れに対する抑えの機能を持たせる技術、又はモジュールケース内においてセルを冷却する冷媒を循環させるファンの負荷の変化量からセルの膨れを推定する技術等がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００９－９７３４号公報

【特許文献2】特開２０１８－１５２１５６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかし、モジュールにおいては、複数のセルがケースに収容されているため、セルの膨れを、ラベルを介して目視により判定することは難しい。また、個々のセルに膨れ抑制のための金属製バンドを取り付けることは、セル及びモジュールの製造コストを押し上げる。また、セルを冷却する冷媒を循環させるファンの負荷の変化量からセルの膨れを推定する場合には、セルの膨れを検知できる箇所が限定されるとともに、誤検知も多く、且セルの冷却を行っていない場合にはセルの膨れを検知できない。

【0006】

モジュールにおいては、複数のセルがモジュールケース内で例えば略同時に膨れる際に、セルの膨れが微小な段階から検知できるようにするという課題がある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記課題を解決するための本実施形態の二次電池モジュールは、発電要素が内部に収容された外装容器、及び該外装容器に形成された端子を有する複数の二次電池セルと、絶縁性能を有し、複数の該二次電池セルを該二次電池セルの長側面が互いに向かい合うように並べて収容するケースと、該ケースに収容された複数の該二次電池セルのうち隣り合う二つの前記端子を電気的に接続するバスバーと、前記バスバーを介して前記二次電池セルと電気的に接続され前記二次電池セルの温度及び電圧を測定する監視装置と、前記外装容器の前記端子が形成された端子面を検知面とし、該端子面を介して前記二次電池セルの変形を検知する検知装置と、を備える。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】図１は、本実施形態のモジュールの分解斜視図である。

【図2】図２は、本実施形態のモジュールにおける、セルとバスバーと検知装置との配置関係を説明するための斜視図である。

【図3】図３は、本実施形態のモジュールにおけるセルと監視装置との配置関係を説明するための斜視図である。

【図4】図４は、ケース内でセルが膨らむ前の状態を、セルの高さ方向に沿って切断して示す断面図である。

【図5】図５は、ケース内でセルが膨らんだ状態を、セルの高さ方向に沿って切断して示す断面図である。

【図6】図６は、モジュールにおける複数のセルの膨れる量の違いを、セルの短側面側から見て説明する説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下に、図１～図３を用いて二次電池モジュール１（以下、モジュール１とする）の例示的かつ模式的な実施形態を開示する。モジュール１は、組電池とも称される。
なお、以下の説明では、Ｘ軸Ｙ軸Ｚ軸直交座標系を用いる。Ｘ軸方向は、＋Ｘ方向と－Ｘ方向とを含む。Ｙ軸方向は、＋Ｙ方向と－Ｙ方向とを含む。Ｚ軸方向は、例えば上方向である＋Ｚ方向と、下方向である－Ｚ方向とを含む。図１～図３において、例えば、Ｘ軸Ｙ軸平面は水平面であり、Ｚ軸方向は鉛直方向である。

【0010】

本実施形態のモジュール１は、複数の二次電池セル２（以下、セル２とする）と、絶縁性能を有し複数のセル２を収容するケース５と、ケース５に収容された複数のセル２のうち隣り合う二つの端子を電気的に接続するバスバー３と、バスバー３を介してセル２と電気的に接続されセル２の温度及び電圧を測定する監視装置４と、セル２の外装容器２０の端子面２０３を検知面とし、端子面２０３を介してセル２の変形を検知する検知装置６と、を備える。

【0011】

例えば、モジュール１では、複数のセル２が電気的に直列に接続される直列接続構造、及び、複数のセル２が電気的に並列に接続される並列接続構造の少なくとも一方が、形成される。

【0012】

セル２は、例えば、リチウムイオン電池等の非水電解質二次電池であり、アルミニウムまたはアルミニウム合金で形成された扁平又は略直方体形状の外装容器２０と、外装容器２０内に非水電解液と共に収容された発電要素２７と、を備えている。即ち、セル２は、例えば、角柱型の缶セルである。

【0013】

外装容器２０は、有底矩形筒状の容器本体２００と、容器本体２００の図示しない開口に溶融等によって一体的に取り付けられた蓋２０１と、を有する。そして、蓋２０１のＺ軸方向における上面を、端子面２０３とする。そして、端子面２０３の長手方向（Ｘ軸方向）の両側となる領域に、正極端子２３と負極端子２４との２種類の端子が間隔を空けて形成されている。

【0014】

また、セル２は、端子面２０３の中央に外装容器２０内に発生したガスを排出するラブチャー２５、及び非水電解液を外装容器２０の内部に注入するための注液口２６を備えている。ラブチャー２５は、例えば、蓋２０１の正極端子２３と負極端子２４との間に位置する薄肉部にＸ字状の溝部を設けたものである。

【0015】

外装容器２０は、Ｚ軸方向において端子面２０３に対向する底面２０４と、底面２０４から連続する側面である一対の短側面２０５、底面２０４から連続する側面である一対の長側面２０６と、を有している。一対の短側面２０５は、図１においては、Ｘ軸方向において対向する面である。一対の長側面２０６は、Ｙ軸方向において対向する面である。また、ケース５に複数収容されたセル２の長側面２０６同士が、Ｙ軸方向において対向する。平常時のセル２の端子面２０３、底面２０４、一対の短側面２０５、及び一対の長側面２０６は、平坦面となっている。

【0016】

電流入出力用の正極端子２３及び負極端子２４は、蓋２０１にかしめ固定されるか、あるいは蓋２０１を成形する際に鋳込まれることで、蓋２０１に取り付けられている。正極端子２３及び負極端子２４は、蓋２０１と電気的に絶縁されている。正極端子２３及び負極端子２４は、例えば、略平坦な平板状に形成されている。

【0017】

外装容器２０内に収容され破線で簡略化して示す発電要素２７は、その正極が正極端子２３と電気的に接続している。発電要素２７の負極は、負極端子２４と電気的に接続している。発電要素２７は例えば、倦回型電極群を含む。

【0018】

ケース５は、電気的絶縁性を有する材料から形成される。ケース５を形成する材料としては、例えば、ポリフェニレンエーテル、ポリカーボネート及びポリブチレンテレフタレート等の樹脂が挙げられる。ケース５には、例えば、９個のセル２が収容される。ケース５内において、一つのセル２と、該一つのセル２の隣に位置する別のセル２とは、Ｘ軸方向における正極端子２３及び負極端子２４の位置が反対になっている。ここで、ケース５に収容された複数のセル２を、一つのセル列２Ａとする。

【0019】

ケース５は、箱部５１を備えている。箱部５１は、ケース５の長手方向（Ｙ軸方向）において対向する一対の側壁５１２と、ケース５の短手方向（Ｘ軸方向）において対向する一対の側壁５１３と、底板５１５と、を備える。一対の側壁５１２、一対の側壁５１３及び底板５１５は一体的に形成されている。

【0020】

箱部５１は、複数枚の仕切り壁５１６を備える。各仕切り壁５１６は、Ｙ軸方向において一対の側壁５１２の間に配置される。互いに対して等間隔を空けて離れて配置される例えば８枚の仕切り壁５１６によって、箱部５１の内部は、Ｙ軸方向においてセル２の個数と同数の九つの収容室５１７に仕切られる。仕切り壁５１６は、少なくとも外表面が電気的絶縁性を有する材料で形成されており、セパレータとしても機能する。

【0021】

箱部５１の各収容室５１７に、セル２が一つずつ収容され、セル２の長側面２０６同士が互いにＹ軸方向において向かい合った状態になる。例えば、底板５１５の上面（収容室５１７の底面）には、接着剤が配設されており、セル２の底面２０４が、該接着剤によって底板５１５に接着固定される。また。各仕切り壁５１６によって複数のセル２は、Ｙ軸方向における適切な位置決めがなされた状態になる。図示しない接着剤は、例えば、２液硬化型のエポキシ樹脂系接着剤等であるが、これに限定されず、極薄の両面テープ等であってもよい。

【0022】

セル列２Ａでは、各セル２の短手方向が、ケース５の長手方向（Ｙ軸方向）と平行又は略平行の状態になっており、各セル２の長手方向が、ケース５の短手方向（Ｘ軸方向）と平行又は略平行の状態になっている。そして、セル列２Ａでは、セル２のそれぞれの高さ方向が、ケース５の高さ方向（Ｚ軸方向）と平行又は略平行の状態になっている。

【0023】

図１に示すように、ケース５は、箱部５１に対して天板となる樹脂カバー５２を備えている。樹脂カバー５２は、平面視矩形に形成された平板部５２０と、平板部５２０の下面の外周側の領域において垂下した図示しない下枠部と、平板部５２０の上面の外周側の領域において立設された壁部５２１と、平板部５２０を厚さ方向（Ｚ軸方向）に貫通する複数の端子露出孔５２３と、を備えている。

【0024】

平板部５２０の下面と図示しない下枠部で囲まれた空間に、箱部５１に収容されたセル列２Ａの上側部分が嵌合する。また、各セル２の正極端子２３及び負極端子２４が、平板部５２０の端子露出孔５２３から平板部５２０の上面に露出する。

【0025】

図１に示すように、樹脂カバー５２の上面側は、壁部５２１に４方周囲を囲繞されており、バスバー３及び監視装置４を収容する収容部５２８が形成されている。

【0026】

バスバー３は、例えば、アルミニウム又はアルミニウム合金を矩形平板状に形成したものであり、長手方向（Ｙ軸方向）に並べてろう材配設孔３２が一つずつ厚さ方向に貫通形成されている。ろう材配設孔３２は、ろう材を用いたレーザ溶接用の座繰り穴であり、溶けたろう材が入れ込まれる。なお、バスバー３の形状等については、図１に示す例に限定されない。

【0027】

図１に示す樹脂カバー５２の端子露出孔５２３から露出するセル２の正極端子２３及び負極端子２４に、バスバー３がろう材を用いてレーザ溶接される。具体的には、図２に示すように、一つのセル２の正極端子２３に、バスバー３のＹ軸方向における一端部が溶接され、Ｙ軸方向における隣のセル２の負極端子２４に、該バスバー３のＹ軸方向における他端部が溶接される。また、該一つのセル２の負極端子２４は、前記の隣とは反対側の隣のセル２の正極端子２３とバスバー３によって溶接される。なお、図２は、本実施形態のモジュール１における、セル２とバスバー３と検知装置６との配置関係を説明するための斜視図である。図２においては、複数のセル２を収容したケース５を二点鎖線で簡略化して示している。

【0028】

例えば、図２に示すケース５に収容された複数のセル２のうち、ケース５内において－Ｙ方向における端位置に位置するセル２のバスバー３で接続されていない正極端子２３は、バスバーを介して図示しない正極の電源入出力用端子と接続される。例えば、ケース５に収容された複数のセル２のうち、ケース５内において＋Ｙ方向における端位置に位置するセル２のバスバー３で接続されていない負極端子２４は、バスバーを介して図示しない負極の電源入出力用端子と接続される。図示しない正極の電源入出力用端子及び図示しない負極の電源入出力用端子が、充電電源や負荷と接続されることで、モジュール１の充電や利用がなされる。

【0029】

このように複数のセル２は、複数のバスバー３により例えば直列に接続されてモジュール１となる。なお、電気的に並列に接続されている複数のセル２を含むモジュール１では、例えば、負極端子２４同士がバスバー３により接続されるとともに正極端子２３同士がバスバー３により接続されることで、複数のセル２が電気的に接続され得る。

【0030】

図１に示す監視装置４は、例えば、矩形板状の監視基板であり、ＣＭＵ（Ｃｅｌｌ Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ Ｕｎｉｔ）基板とも称される。監視装置４は、セル監視ＩＣ等を搭載しており、セル２の電圧及び温度を測定し、例えば図示しない上位制御装置とデータ授受可能に構成される。上位制御装置の一例としては、ＢＭＵ（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｕｎｉｔ）である。監視装置４は、モジュール１の複数のセル２をそれぞれ制御する機能を備える。なお、監視装置４は、セル２の充放電量等の測定を行ってもよい。
例えば、樹脂カバー５２には、図示しない外部通信用コネクタを備えており、この外部通信用コネクタを通して監視装置４は上位制御装置とデータの授受を行う。

【0031】

監視装置４は、樹脂カバー５２の収容部５２８に収容される。また、例えば、図３に示すように、複数のセル２に溶接された複数のバスバー３の上面に、下面である配設面４０が接続される。なお、図３においては、監視装置４とバスバー３及びセル２との接続関係を示すために、図１に示すケース５を二点鎖線で簡略化して示している。

【0032】

図１に示すように、モジュール１は、バスバー３及びセル２に電気的に接続された監視装置４を保護するために、保護カバー１９を備えている。保護カバー１９は、電気的絶縁性を有する材料で上下の平坦面を有する矩形板状に形成されており、監視装置４を上方から覆うようにして、樹脂カバー５２の収容部５２８内に配置される。

【0033】

図１に示すように、監視装置４のセル２側を向く配設面４０に、セル２の外装容器２０の端子面２０３を検知面とし、端子面２０３を介してセル２の変形を検知する検知装置６が配設されている。即ち、本実施形態において、検知装置６は監視装置４と一体化されている。

【0034】

本実施形態における検知装置６は、例えば、セル２の端子面２０３に接触する接触式の温度センサである。接触式の温度センサである検知装置６は、例えば、２種類の異なる材質の金属線の先端を端子面２０３に接続し、その先端と他端の温度差によって熱起電力が発生する原理を利用して測定する熱電対ある。なお、接触式温度センサである検知装置６は、金属の電気抵抗が温度に比例して増減する性質を利用して測定する測温抵抗体、又は金属の酸化物を焼結した素子で温度の変化で抵抗値が大きく変化する性質を利用して測定するサーミスタ等であってもよい。

【0035】

検知装置６は、例えば、監視装置４の配設面４０からセル２の端子面２０３に向かって延在するように配設されている。そして、図１に示すように、樹脂カバー５２は、検知装置６を厚さ方向（Ｚ軸方向）に通過させるための通過孔５２７が貫通形成されている。監視装置４と一体化されている検知装置６は、図３に示すように、樹脂カバー５２の収容部５２８に監視装置４が収容される。そして、検知装置６は、収容部５２８内において、図４に示すように通過孔５２７を通り、セル２の端子面２０３に接触する。なお、図４は、図１に示すケース５、セル２、バスバー３、監視装置４、及び保護カバー１９が組み合わされたモジュール１を高さ方向（Ｚ軸方向）に沿って切断して、一部を拡大して示す断面図である。図４では、外装容器２０内の発電要素２７等は省略して示している。また、図４では、セル２が膨らむ前の状態を示している。検知装置６は、セル２の温度を、端子面２０３を介して測定しており、測定情報を監視装置４に逐次送信している。

【0036】

本実施形態において、検知装置６は、ケース５に収容された九つのセル２のうち、ケース５内のセル２の並ぶ方向（Ｙ軸方向）における両端位置に位置する二つのセル２の端子面２０３に、それぞれ接触する。なお、検知装置６は、ケース５内のＹ軸方向における両端位置に位置する二つのセル２とは別のセル２の端子面２０３に接触し、該別のセル２の温度を測定するように監視装置４に配設されていてもよい。

【0037】

なお、モジュール１において、検知装置６は、ケース５に収容された九つのセル２全ての端子面２０３に、それぞれ少なくとも一つずつ接触するようにして、監視装置４の配設面４０に複数配設されていてもよい。即ち、ケース５内の複数のセル２の例えば全てが、対応するそれぞれの検知装置６によって個別に温度測定されていてもよい。これに合わせて、図１に示す樹脂カバー５２に、通過孔５２７がＹ軸方向に間隔を空けて複数並べて形成されていてもよい。

【0038】

本実施形態のモジュール１は、例えば、一つのセル２に対して、対応する検知装置６を複数（二つ）備えている。図１において、二つの検知装置６は、ケース５内のセル２の並ぶ方向（Ｙ軸方向）における－Ｙ方向側の端位置に位置する一つのセル２に対応し、別の二つの検知装置６は、ケース５内のセル２の並ぶ方向（Ｙ軸方向）における＋Ｙ方向側の端位置に位置する一つのセル２に対応する。一つのセル２に対応する二つの検知装置６は、監視装置４の配設面４０にＸ軸方向に所定間隔を空けて配設されている。

【0039】

Ｘ軸方向に並ぶ二つの検知装置６は、樹脂カバー５２の通過孔５２７を通過して、ケース５内の－Ｙ方向側の端位置に位置する一つのセル２の端子面２０３に、それぞれ接触する。例えば、Ｘ軸方向に並ぶ二つの検知装置６のうちの一方は、一つのセル２の端子面２０３のラブチャー２５と正極端子２３と間の領域に接触する。Ｘ軸方向に並ぶ二つの検知装置６のもう片方は、端子面２０３のラブチャー２５と負極端子２４と間の領域に接触する。即ち、本実施形態においては、ケース５に収容された複数のセル２に一つにつき検知装置６が二つ対応して、二つの検知装置６が端子面２０３を介してセル２の変形を同時進行で検知する。同様に、ケース５内の＋Ｙ方向側の端位置に位置する一つのセル２の端子面２０３にも、上記二つの検知装置６とは別の二つの検知装置６が接触する。
なお、一つのセル２に対して、検知装置６が一つのみ対応（接触）していてもよいし、一つのセル２につき三つ以上の検知装置６が対応（接触）していてもよい。

【0040】

図示しない電源から図１～図３に示すモジュール１に電力が供給されることにより、モジュール１が充電される。また、モジュール１から負荷へ電力が供給されることにより、モジュール１が放電する。以下に、本実施形態のモジュール１の各セル２が充放電を繰り返すことで各セル２が膨れる場合に、セル２の膨れが検知装置６によって検知される過程について説明する。

【0041】

図１～図４に示すように、充放電の繰り返しによる膨れがセル２にまだ生じていない状態では、セル２の端子面２０３、底面２０４、一対の短側面２０５、及び一対の長側面２０６は、平坦面となっている。また、本実施形態では、該状態において、図４に示すように、セル２の端子面２０３に接触式温度センサで構成される検知装置６が接触している。

【0042】

図１～図３に示すモジュール１の各セル２の充放電が繰り返されることで、セル２が発熱する。即ち、セル２は、充放電によってその内部抵抗と充放電電流の２乗との積で近似される熱が発生する。また、セル２内部にある発電要素２７は、コイルが巻回されて電解液とともに収納されているので、巻回方向、積層方向、及び面内方向によって熱伝導率が異なり、放熱のしやすさが角柱のセル２のそれぞれの面によって異なる。該発熱では、セル２の中心部が最も発熱量が大きく、セル２の中心部からセル２の外面に向かうほど、発熱量が小さくなっていく。即ち、図１に示すセル２は、面積の最も広い一対の長側面２０６が最も発熱し、一方で、セル２の一対の短側面２０５、底面２０４、及び端子面２０３に向かうほど発熱量が小さくなる。

【0043】

角柱型のセル２は、発熱により内圧が上昇すると、図４に示す状態から図５に示す状態のようなセル膨れを起こす。即ち、図５に示すように、外装容器２０の面積の広い一対の長側面２０６がＹ軸方向における外側に向かって膨れていく。なお、図５では、外装容器２０内の発電要素２７は省略して示している。
一方で、一対の短側面２０５（図１参照）はＸ軸方向における内側（セル２の中心部側）に、底面２０４はＺ軸方向におけるセル２の中心部側に、また、端子面２０３はＺ軸方向におけるセル２の中心部側に、それぞれへこむ変形を起こす。これは、最も広い面積を有する一対の長側面２０６が外側に膨れることで、一対の長側面２０６と一対の短側面２０５との境界となる辺部分、一対の長側面２０６と底面２０４との境界となる辺部分、及び一対の長側面２０６と端子面２０３との境界となる辺部分を支点として、一対の長側面２０６の膨れにより発生した力のモーメントが一対の短側面２０５、底面２０４、及び端子面２０３側にかかることを要因とする。

【0044】

モジュール１の充放電によって、第１段階で図５に示すようにセル２の微小な膨れが起き、第２段階で複数のセル２を収容する図１～図３に示すケース５が膨れ、第３段階でケース５を突き破り複数のセル２が飛び出し、第４段階でセル２のラブチャー２５が作動して、ラブチャー２５から外装容器２０内の非水電解液等が噴出する。

【0045】

図１、図２に示すように、セル２を一列に並べたセル列２Ａにおいては、バスバー３で接続された各セル２の端子面２０３側の結合強度が、セル２のその他の箇所の結合強度よりもバスバー３によって大きくなる。したがって、図６に示すように、各セル２においては、端子面２０３側が回転中心となり、長側面２０６が膨れる各セル２によって各セル２同士が押しあうことで、各セル２の間に底面２０４側により大きな隙間が形成されていく。なお、図６においては、各セル２の膨れる度合いの違いを説明するために、ケース５等については省略している。

【0046】

図１、図２に示すケース５に収容された九つのセル２のうち、セル２の並ぶ方向（Ｙ軸方向）における中央に配置されたセル２の膨れる度合いよりも、中央からより外側に配置されたセル２の膨れる度合いが大きくなる。即ち、図６に示すＹ軸方向における中央側に配置された複数のセル２は、隣り合うセル２同士が長側面２０６が膨れることで押し合うが、より外側に配置されたセル２は、隣り合うセル２によって押される力が小さくなるためである。

【0047】

図６に示すように、ケース５（図１参照）に収容された複数のセル２のうち、Ｙ軸方向における両端に位置する二つのセル２の長側面２０６が最も外側に向かって膨れ、両端に位置する該二つのセル２の一対の短側面２０５、底面２０４、及び端子面２０３が、最も内側（セル２の中心側）にへこむ。

【0048】

セル２の膨れが発生する第１段階においては、モジュール１を形成している複数のセル２は、図１、図５に示すケース５に収容されて覆われているため、目視ではセル２の微小な膨れを確認できない。また、監視装置４が、各セル２の充放電状態から得られる電圧情報等には変化がほとんどみられない。

【0049】

本実施形態のモジュール１においては、図１～図３に示すケース５に収容された九つのセル２のうち、セル２の並ぶ方向（Ｙ軸方向）における両端位置に位置し膨れ変化が最も大きい二つのセル２の端子面２０３がへこむことで、図５に示すように、接触式温度センサである検知装置６と端子面２０３との接触が外れる。即ち、セル２の図４に示す状態から図５に示す状態への変形により、セル２の温度を測定していた検知装置６の測定値に変化が生じる。該変化は、例えば、検知装置６のセル２の温度についての測定値が、端子面２０３がへこみ検知装置６から物理的に離れることで下がる変化である。即ち、従来は検知できていなかったセル２の微小な膨れが発生した段階で、該膨れを検知装置６によって検知できる。

【0050】

検知装置６は、本実施形態のような接触式温度センサではなく、例えば、圧力センサ等で形成されていてもよい。検知装置６が圧力センサである場合には、図４に示すように、膨れる前のセル２の端子面２０３に検知装置６が接触しており、端子面２０３から所定の接触圧力を受けている。そして、図５に示すように、セル２の端子面２０３がへこみ検知装置６と端子面２０３との接触が外れることで、検知装置６の測定値が下がる変化が生じる。端子面２０３がへこみ検知装置６から物理的に離れることで、従来は検知できていなかったセル２の微小な膨れが発生した段階で、該膨れを検知装置６によって検知できる。

【0051】

例えば、温度センサである検知装置６が、図４に示すセル２の膨れが生じていない状態で、セル２の端子面２０３に接触しておらず、Ｚ軸方向において端子面２０３と所定の距離だけ離れており、かつ、検知装置６が端子面２０３を介してセル２の温度を逐次測定していてもよい。ケース５内のセル２の並ぶ方向（Ｙ軸方向）における両端位置に位置し膨れ変化が最も大きい二つのセル２の端子面２０３が図５に示すようにへこむことで、検知装置６と端子面２０３とのＺ軸方向における距離が広がる。そして、検知装置６のセル２の温度についての測定値が、端子面２０３がへこみ検知装置６から物理的にさらに離れることで下がる。即ち、従来は検知できていなかったセル２の微小な膨れが発生した段階で、該膨れを検知装置６によって検知できる。なお、検知装置６が非接触式の温度センサで構成されている場合には、例えば、端子面２０３から放射される熱エネルギー放射をとらえて温度を測定する。
なお、検知装置６は非接触式の温度センサに限定されるものではない。例えば、検知装置６は、セル２の端子面２０３との間にコンデンサを形成し、コンデンサの静電容量の変化からセル２の端子面２０３がへこむこと、即ち、セル２の端子面２０３の変位を測定してセル２の膨れ変形を検知する静電容量式センサであってもよい。

【0052】

本実施形態においては、図１に示すように、ケース５に収容されＹ軸方向における両端位置における二つのセル２それぞれに対して、Ｘ軸方向に所定距離を空けて配設された検知装置６が二つずつ対応している。Ｘ軸方向に並ぶ該二つの検知装置６のそれぞれが、－Ｙ方向側の端位置に位置する一つのセル２の端子面２０３を介して、温度測定値の上記変化が生じたことをもって該セル２の変形を検知する。

【0053】

監視装置４の配設面４０に配設された二つの上記検知装置６から、－Ｙ方向側の端位置に位置する一つのセル２が変形したことを示す検知情報が、監視装置４にそれぞれ送られる。そして、監視装置４が、例えば、Ｘ軸方向に並んで配設された二つの検知装置６のそれぞれの検知情報を総合して、－Ｙ方向側の端位置に位置する一つのセル２の変形（膨れ）があったと判断する。具体的には、二つの検知装置６の両方ともがセル２の膨れについての検知情報を送ってきた場合に、監視装置４がセル２の膨れ変形が発生していると判断する。なお、監視装置４は、Ｘ軸方向に並んで配設された二つの検知装置６のそれぞれの検知情報を総合せずに、該二つの検知装置６のいずれか一方から、－Ｙ方向側の端位置に位置する一つのセル２の変形があった旨の検知情報を受信した時点で、ケース５内の各セル２の変形（膨れ）があったと判断してもよい。

【0054】

なお、監視装置４は、配設面４０における－Ｙ方向側の領域においてＸ軸方向に並んで配設された二つの検知装置６それぞれから、ケース５内の－Ｙ方向側の端位置に位置する一つのセル２の変形があったとの検知情報を受信し、且、配設面４０における＋Ｙ方向側の領域においてＸ軸方向に並んで配設された二つの検知装置６それぞれから、Ｙ方向側の端位置に位置する一つのセル２の変形があったとの検知情報を受信し、これらの検知情報を総合して、ケース５内の各セル２に膨れが発生していると判断してもよい。

【0055】

本実施形態のモジュール１は、発電要素２７が内部に収容された外装容器２０、及び外装容器２０に形成された正極端子２３と負極端子２４とを有する複数のセル２と、絶縁性能を有し、複数のセル２をセル２の長側面２０６が互いに向かい合うように並べて収容するケース５と、ケース５に収容された複数のセル２のうち隣り合う例えば正極端子２３と負極端子２４とを電気的に接続するバスバー３と、バスバー３を介してセル２と電気的に接続されセル２の温度及び電圧を測定する監視装置４と、外装容器２０の正極端子２３及び負極端子２４が形成された端子面２０３を検知面とし、端子面２０３を介してセル２の変形を検知する検知装置６と、を備えている。密閉構造のモジュール１において、ケース５に収容された複数のセル２において、正極端子２３及び負極端子２４が配設された端子面２０３は、外装容器２０の中でもケース５外部に直接的に、又は間接的に露出させることが可能な面である。そして、ケース５内において露出させることが難しい角柱型のセル２の一対の長側面２０６、一対の短側面２０５、底面２０４に比べて、端子面２０３はセル２の膨れ及びへこみ等の変形を検知しやすい面である。また、モジュール１の構造上、セル２の温度及び電圧を測定するＣＭＵ等の監視装置４は、端子面２０３の上方に配設する必要があるが、監視装置４近傍に検知装置６を配設しやすい。例えば、本実施形態においては、監視装置４の端子面２０３と対向する下面を配設面４０として、配設面４０に端子面２０３を介してセル２の変形を検知する検知装置６を配設することで、セル２の膨れを検知装置６に微小な膨れの段階で検知することが可能となる。即ち、複数のセル２を収容するケース５が、セル２の膨れによって膨れてしまうことを防ぐことが可能となる。

【0056】

例えば、検知装置６は、膨れが生じていないセル２の端子面２０３に予め接触しており、端子面２０３を介してセル２の温度を測定しつつ、端子面２０３がへこみ端子面２０３との接触が外れることでセル２の変形を検知する。そのため、端子面２０３の微小なへこみ、換言すれば、セル２の微小な膨れを、より早い段階で検知することが可能となる。

【0057】

例えば、検知装置６は、ケース５に収容された複数のセル２のうち、ケース５内のセル２の並ぶ方向（Ｙ軸方向）における端位置に位置するセル２の変形を検知する。ケース５内で、Ｙ軸方向における中央側に配置された複数のセル２は、隣り合うセル２同士が長側面２０６が膨れることで押し合い、長側面２０６の膨れが該押し合いにより抑制され、その結果、端子面２０３のへこみも抑制される。対して、ケース５内で、Ｙ軸方向における端位置に配置されたセル２は、隣り合うセル２によって押される力が小さくなるため、長側面２０６の膨れが大きくなり、また、端子面２０３のへこみも大きくなる。したがって、例えば接触式の検知装置６が端子面２０３から外れる段階が、ケース５に収容された複数のセル２の中で最も早くなる。即ち、モジュール１内において、略同時に発生する複数のセル２の膨れを検知するにあたって、セル２の微小な膨れをより早い段階で検知することが可能となり、また、誤検知が発生することを抑制できる。

【0058】

例えば、検知装置６は、監視装置４と一体化されているため、検知装置６によるケース５内のセル２の膨れ検知についての情報を、容易に監視装置４に送信できる。また、モジュール１の構造上、端子面２０３の上方に監視装置４を配設する必要があるため、端子面２０３を検知面とするために、監視装置４に検知装置６を一体化させることがモジュール１の構造的にも適する。

【0059】

本実施形態のモジュール１においては、例えば、検知装置６を複数備え、ケース５に収容された複数のセル２のうち、セル２の並び方向（Ｙ軸方向）における両端位置に位置するそれぞれのセル２について、検知装置６が二つずつ接触し端子面２０３を介して変形を検知する。即ち、検知対象のセル２に一つに対し、二つの検知装置６で同時に膨れ検知を行っている。そして、二つの上記検知装置６から、例えば－Ｙ方向側の端位置に位置する一つのセル２が変形したことを示す検知情報が、監視装置４にそれぞれ送られる。監視装置４が、例えば、Ｘ軸方向に並んで配設された二つの検知装置６の両方ともが、一つのセル２の膨れについての検知情報を送ってきた場合に、監視装置４がセル２の膨れが発生していると判断する。仮に、Ｘ軸方向に並んで配設された二つの検知装置６の片方のみがセル２の膨れ変形についての検知情報を送ってきた場合には、監視装置４がセル２の膨れ変形がまだ発生していないと判断する。このように、監視装置４が、複数の検知装置６のそれぞれの検知情報を総合して、セル２の変形の有無を判断することで、一つのセル２に対して単一の検知装置６のみで膨れ検知を行う場合に比べて、誤検知を発生させる頻度を減らして、検知精度を向上させることができる。なお、例えば、一つのセル２に対して、検知装置６が三つ以上配設されている場合には、監視装置４は、例えば、過半数以上の検知装置６からセル２が変形したことを示す検知情報が送られてきた場合に、監視装置４がセル２の膨れ変形が発生していると判断するものとしてもよい。

【0060】

なお、図１に示すモジュール１において、ケース５に収容されたセル２全ての端子面２０３に、検知装置６がそれぞれ少なくとも一つずつ接触するようにして、監視装置４の配設面４０に複数配設されていてもよい。そして、ケース５内の複数のセル２の例えば全てが、対応するそれぞれの検知装置６によって個別に温度測定がなされることで、逐次膨れが発生しているか否かが検知されていてもよい。

【0061】

以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これらの新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0062】

１：モジュール、 １９：保護カバー
２：セル、 ２Ａ：セル列
２０：外装容器、 ２０３：端子面、 ２０４：底面、 ２０５：短側面
２０６：長側面
２３：正極端子、 ２４：負極端子、 ２５：ラブチャー、 ２７：発電要素
３：バスバー
４：監視装置、 ４０：接続面
５：ケース
５１：箱部、 ５１６：仕切り壁、 ５１７：収容室
５２：樹脂カバー、 ５２３：端子露出孔、 ５２７：通過孔
６：検知装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】