特開 2024-156435 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】P2024156435

(43)【公開日】2024-11-06

(54)【発明の名称】電池モジュール

(51)【国際特許分類】

   H01M 50/291 20210101AFI20241029BHJP

   H01M 50/204 20210101ALI20241029BHJP

【ＦＩ】

H01M50/291

H01M50/204 401Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023070891

(22)【出願日】2023-04-24

(71)【出願人】

【識別番号】399107063

【氏名又は名称】トヨタバッテリー株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100103894

【弁理士】

【氏名又は名称】家入 健

(72)【発明者】

【氏名】村石 康輔

【テーマコード（参考）】

5H040

【Ｆターム（参考）】

5H040AA37

5H040AS04

5H040AS07

5H040AT01

5H040AT02

5H040AY05

5H040NN01

5H040NN03

5H040NN05

(57)【要約】

【課題】電池セルの内部から漏れた可燃性ガスが発火を引き起こす可能性を低減した安全性の高い電池モジュールを提供すること。
【解決手段】電池モジュールは、直列接続された複数の電池セルが第１方向に積層された第１電池スタック５０ａと、第１電池スタック５０ａと直列接続され、直列接続された複数の電池セルが第１方向に積層された第２電池スタック５０ｂと、第１電池スタック５０ａ及び第２電池スタック５０ｂを第２方向に並べて収容するスタックケース４０ａと、を有し、スタックケース４０ａは、第１電池スタック５０ａ及び第２電池スタック５０ｂの少なくとも一方の電池スタック５０と第２方向で対向する隔壁部４３を有し、隔壁部４３は、第２方向の外側から圧力Ｆが加えられたときに、セル間電圧差が小さい領域ほど電池スタック５０との間の絶縁距離が短くなるように構成されている。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の電池セルを有する電池モジュールであって、
一端部に配置された前記電池セルに設けられた負極端子を負極入出力端子とし、直列接続された複数の前記電池セルが第１方向に積層された第１電池スタックと、
一端部に配置された前記電池セルに設けられた正極端子を正極入出力端子とし、他端部に配置された前記電池セルに設けられた正極端子が前記第１電池スタックの他端部に配置された前記電池セルに設けられた負極端子と直列接続され、直列接続された複数の前記電池セルが前記第１方向に積層された第２電池スタックと、
前記第１電池スタック及び前記第２電池スタックを前記第１方向と水平面内で直交する第２方向に並べて収容するスタックケースと、を有し、
前記スタックケースは、前記第１電池スタック及び前記第２電池スタックの少なくとも一方の電池スタックと前記第２方向で対向する隔壁部を有し、
前記隔壁部は、前記第２方向の外側から圧力が加えられたときに、前記第１電池スタックの前記電池セルと前記第２電池スタックの前記電池セルとの間の電圧差が小さい領域ほど前記電池スタックとの間の絶縁距離が短くなるように構成されている電池モジュール。

【請求項2】

前記隔壁部は、前記第２方向の一端に配置された第１隔壁部と、
前記第２方向の他端に配置された第２隔壁部と、
前記第１電池スタック及び前記第２電池スタックの間に配置された第３隔壁部と、
のうち少なくとも１つである請求項１に記載の電池モジュール。

【請求項3】

前記隔壁部は、前記第１方向の一方側から他方側へ向けて前記第２方向の厚さが漸次増加する請求項１に記載の電池モジュール。

【請求項4】

前記隔壁部は、前記電池スタックに向けてそれぞれ突出する複数の凸部を有し、
前記第１方向の他方側に配置された前記凸部は、前記第１方向の一方側に配置された前記凸部よりも突出量が大きい請求項１に記載の電池モジュール。

【請求項5】

前記スタックケースは、
前記第２方向の一端に配置された第１隔壁部と、
前記第２方向の他端に配置された第２隔壁部と、をそれぞれ隔壁部として有し、
前記第１方向の一端に配置され、前記第１隔壁部及び前記第２隔壁部を繋ぐ第１端壁部と、
前記第１方向の他端に配置され、前記第１隔壁部及び前記第２隔壁部を繋ぐ第２端壁部と、を有し、
前記第２端壁部は、前記第１端壁部より剛性が低い請求項１に記載の電池モジュール。

【請求項6】

前記スタックケースは、
前記第２方向の一端に配置された第１隔壁部と、
前記第２方向の他端に配置された第２隔壁部と、をそれぞれ隔壁部として有し、
前記第１方向の一端に配置され、前記第１隔壁部及び前記第２隔壁部を繋ぐ第１端壁部と、
前記第１方向の他端に配置され、前記第１隔壁部及び前記第２隔壁部を繋ぐ第２端壁部と、を有し、
前記第１端壁部及び前記第２端壁部のそれぞれは、前記第２方向の長さが縮まるように前記第１方向の外側に向けて屈曲する請求項１に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、積層された複数の電池セルをスタックケースに収容した電池モジュールに関する。

【背景技術】

【0002】

セルケースの内部に発電要素を収容した電池セルの過充電等の異常状態に対する安全性を確保するために、発電要素の構成部材とセルケースとを意図的に短絡させる技術が知られている。

【0003】

特許文献１には、発電要素を内部に収容するとともに一方の極性の電極端子となる外装ケースと、発電要素に設けられた他方の極性の集電体と、外装ケースの内圧上昇に伴ってピストン部材を出退動作するシリンダ機構と、シリンダ機構の出退動作によって集電体と外装ケースを短絡させるねじりコイルばねなどの短絡機構とを備え、過充電の程度に応じて内圧が上昇して所定の圧力になるとシリンダ機構が作動し、短絡機構にて集電体と外装ケースが短絡されて短絡電流が流れ、電池の熱暴走反応が発生する前に電池エネルギーが放散されるようにした二次電池が開示されている。この二次電池は、過充電による熱暴走反応の発生を未然にかつ確実に防止することができ安全性が高いとされている。

【0004】

特許文献２には、電極群を内蔵するケースと、前記ケースの開口に結合して密閉するキャッププレートと、前記キャッププレートの外面と内面にそれぞれ提供される外側インシュレータ及び内側インシュレータと、前記外側インシュレータ、前記キャッププレート、及び前記内側インシュレータを貫いて前記電極群に一対で接続し、一対のいずれか一つが前記ケースに電気的に接続し、他の一つが前記ケースに電気的に絶縁する電極端子と、前記ケースの外面に形成される絶縁層と、前記ケースのスウェリング時、前記ケースに絶縁した前記電極端子を前記ケースに短絡させる短絡部とを含む２次電池及び２次電池モジュールが開示されている。この２次電池及び２次電池モジュールによれば、過充電から安全性を確保するとされている。

【0005】

特許文献３には、第１セパレータを介して第１極性の電位の第１電極板と第２極性の電位の第２電極板とが積層された積層電極体と、前記積層電極体を密閉して収納し且つ前記第１極性の電位に帯電した電池容器と、前記電池容器に収納された前記積層電極体と前記電池容器との間に配置される壁面用樹脂とを有し、前記第１セパレータが溶融又は収縮をしてそれ自体の消滅又は破壊を引き起こす第１温度よりも、前記壁面用樹脂が溶融又は収縮をしてそれ自体の消滅又は破壊を引き起こす第２温度は低い温度であり、前記電池容器の内部が前記第２温度以上の温度となった場合に、前記電池容器と前記第２電極板とが接触又は電気的に短絡する電池が開示されている。この電池は、複数の種類のセパレータを利用して電池異常の際の電池の安全性を向上することができるとされている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２００４－３０３４４７号公報

【特許文献2】特開２０１０－２０５７２８号公報

【特許文献3】特開２０１２－１３８２８７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

ところで、電気自動車、ハイブリッド自動車、プラグインハイブリッド自動車等の車両駆動用電源には、高い出力電圧と大電力が求められるため、複数の電池セルを接続した電池モジュールを含む電池パックが用いられる。

【0008】

電池パックを車両に搭載して使用する際、車両が衝突した時の外部からの衝撃によって電池パックが潰れる場合がある。電池パックが潰れると、電池セルの内部でガスが発生することに伴う内圧上昇によりセルケースに設けられたガス排出弁が開弁したり、電池セルが破損したりするため、電池モジュールを構成するいずれかの電池セルの内部から可燃性ガスが漏れる虞がある。

【0009】

積層された複数の電池セルをスタックケースに収容した電池モジュールでは、電池セルの内部から漏れた可燃性ガスは、電池モジュールの内部に滞留する可能性がある。しかしながら、特許文献１～３に記載の技術では、滞留した可燃性ガスが電池モジュールの発火を引き起こす可能性があるという問題があった。

【0010】

本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、電池セルの内部から漏れた可燃性ガスが発火を引き起こす可能性を低減した安全性の高い電池モジュールを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0011】

一実施の形態にかかる電池モジュールは、複数の電池セルを有する電池モジュールであって、一端部に配置された電池セルに設けられた負極端子を負極入出力端子とし、直列接続された複数の電池セルが第１方向に積層された第１電池スタックと、一端部に配置された電池セルに設けられた正極端子を正極入出力端子とし、他端部に配置された電池セルに設けられた正極端子が第１電池スタックの他端部に配置された電池セルに設けられた負極端子と直列接続され、直列接続された複数の電池セルが第１方向に積層された第２電池スタックと、第１電池スタック及び第２電池スタックを第１方向と水平面内で直交する第２方向に並べて収容するスタックケースと、を有し、スタックケースは、第１電池スタック及び第２電池スタックの少なくとも一方の電池スタックと第２方向で対向する隔壁部を有し、隔壁部は、第２方向の外側から圧力が加えられたときに、第１電池スタックの電池セルと第２電池スタックの電池セルとの間の電圧差が小さい領域ほど電池スタックとの間の絶縁距離が短くなるように構成されている。

【発明の効果】

【0012】

本発明により、電池セルの内部から漏れた可燃性ガスが発火を引き起こす可能性を低減した安全性の高い電池モジュールを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】実施の形態１にかかる電池モジュールを適用した電池パックを示す平面図である。

【図2】図１に示す電池モジュールに用いられる電池セルを示す斜視図である。

【図3】第１電池スタックの電池セルと第２電池スタックの電池セルとの電圧差が相対的に小さい領域で短絡した後の電池モジュールについて説明する平面図である。

【図4】実施の形態２にかかる電池モジュールを適用した電池パックを示す平面図である。

【図5】実施の形態３にかかる電池モジュールを適用した電池パックを示す平面図である。

【図6】変形例を説明するための電池モジュールの平面図である。

【図7】比較例の電池モジュールを適用した電池パックを示す平面図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

実施の形態１
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。ただし、本発明が以下の実施の形態に限定される訳ではない。また、説明を明確にするため、以下の記載及び図面は、適宜、簡略化されている。さらに、以下の説明において同一又は同等の要素には、同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

【0015】

なお、以下の説明では、電池セル１０の厚さ方向であって複数の電池セル１０を積層した第１方向をＸ方向、Ｘ方向と水平面内で直交する第２方向であって、電池セル１０の幅方向をＹ方向、Ｘ方向及びＹ方向に直交する上下方向であって、電池セル１０の高さ方向をＺ方向とする。

【0016】

まず、図１は、実施の形態１にかかる電池モジュールを適用した電池パックを示す平面図である。図１に示すように、電池パック１は、機器モジュール２と本実施形態にかかる電池モジュール３ａとを有する。機器モジュール２と電池モジュール３ａとは、Ｘ方向に並んで設けられ、互いに機械的及び電気的に接続されている。電池モジュール３ａは、機器モジュール２を介して外部からの電気を充電し、機器モジュール２を介して外部へ電気を放電することができる。

【0017】

電池パック１は、例えばモータによって駆動可能な電気自動車やハイブリッド自動車等の車両に搭載される。電池パック１は、例えば車両の座席下の設置空間に配置される。電池パック１は、例えば電池モジュール３ａに蓄電された電力をモータに供給する。但し、電池パック１は、車両に搭載されるものに限定されるものではなく、他の用途に用いられるものであってもよい。

【0018】

電池パック１において、機器モジュール２は、Ｘ方向の一方側に設けられている。機器モジュール２は、機器ケース２０と、機器３０と、を有する。機器ケース２０は、機器３０が配置される機器収容空間２１を形成する筐体である。機器ケース２０は、例えばＺ方向（上方向）に開口する有底の箱形状を有する。

【0019】

機器ケース２０は、後述するスタックケース４０ａに連結されている。図１に示す機器ケース２０は、スタックケース４０ａと一体に形成され、スタックケース４０ａと共有するように第１端壁部４４ａを含んでいる。なお、本実施形態では、スタックケース４０ａと機器ケース２０とが一体であり、スタックケース４０ａと機器ケース２０とが第１端壁部４４ａを共有する構成を例示するが、スタックケース４０ａと機器ケース２０とが別体であり、互いに機械的に連結される構成を採用することもできる。

【0020】

機器ケース２０は、金属等の導電性の材料により形成されている。本実施形態において、機器ケース２０は、アルミニウムにより形成されている。アルミニウムにより形成された機器ケース２０は、例えばアルミダイカスト法によって製造することができる。機器３０は、モータ等に電気的に接続されて外部との信号の伝達を行うためのコネクタ等を有していてもよい。

【0021】

電池パック１において、電池モジュール３ａは、Ｘ方向の他方側に設けられている。電池モジュール３ａは、スタックケース４０ａと、電池スタック５０と、を有する。図１に示す電池モジュール３ａは、２つの電池スタック５０を有している。２つの電池スタック５０の一方は、Ｙ方向の一方側に配置された第１電池スタック５０ａである。２つの電池スタック５０の他方は、Ｙ方向の他方側に配置された第２電池スタック５０ｂである。

【0022】

スタックケース４０ａは、電池スタック５０が配置されるスタック収容空間４１を形成する筐体である。スタックケース４０ａは、例えばＺ方向（上方向）に開口する有底の箱形状を有する。スタックケース４０ａは、全体としてＸ方向に長い略直方体形状を有する。なお、電池パック１は、機器ケース２０の開口及びスタックケース４０ａの開口を閉塞するカバー（不図示）を有している。

【0023】

スタックケース４０ａは、金属等の導電性の材料により形成されている。本実施形態において、スタックケース４０ａは、アルミニウムにより形成されている。アルミニウムにより形成されたスタックケース４０ａは、例えばアルミダイカスト法によって製造することができる。

【0024】

スタックケース４０ａは、第１電池スタック５０ａ及び第２電池スタック５０ｂをＹ方向に並ぶように収容する。図１に示すスタックケース４０ａは、第１電池スタック５０ａ及び第２電池スタック５０ｂをＹ方向に隣り合って並ぶように収容する。スタックケース４０ａは、スタックケース４０ａの底面を形成する底壁部４２と、Ｙ方向で離間して並ぶ３つの隔壁部４３と、Ｘ方向で離間して並ぶ一対の端壁部４４と、を有する。３つの隔壁部４３は、第１隔壁部４３ａ、第２隔壁部４３ｂ、及び第３隔壁部４３ｃである。一対の端壁部４４は、第１端壁部４４ａ及び第２端壁部４４ｂである。第１隔壁部４３ａ、第２隔壁部４３ｂ、第１端壁部４４ａ、及び第２端壁部４４ｂは、スタックケース４０ａの周壁を構成している。

【0025】

スタックケース４０ａは、２つのスタック収容空間４１を形成している。２つのスタック収容空間４１の一方は、Ｙ方向の一方側に配置され、底壁部４２、第１隔壁部４３ａ、第３隔壁部４３ｃ、第１端壁部４４ａ、及び第２端壁部４４ｂによって区画された第１スタック収容空間４１ａである。２つのスタック収容空間４１の他方は、Ｙ方向の他方側に配置され、底壁部４２、第２隔壁部４３ｂ、第３隔壁部４３ｃ、第１端壁部４４ａ、及び第２端壁部４４ｂによって区画された第２スタック収容空間４１ｂである。

【0026】

底壁部４２は、ＸＹ平面に沿う矩形板状に形成されている。第１隔壁部４３ａ、第２隔壁部４３ｂ、及び第３隔壁部４３ｃは、それぞれ底壁部４２の底面から上方に延び、ＸＺ平面に沿う矩形板状に形成されている。第１隔壁部４３ａは、Ｙ方向の一端に配置されている。第２隔壁部４３ｂは、Ｙ方向の他端に配置されている。第３隔壁部４３ｃは、第１電池スタック５０ａ及び第２電池スタック５０ｂの間に配置されている。つまり、第１隔壁部４３ａと第３隔壁部４３ｃとは、第１電池スタック５０ａを間に挟むようにＹ方向で互いに対向して配置されている。第２隔壁部４３ｂと第３隔壁部４３ｃとは、第２電池スタック５０ｂを間に挟むようにＹ方向で互いに対向して配置されている。

【0027】

そして、第１隔壁部４３ａは、第１電池スタック５０ａとＹ方向で対向している。第２隔壁部４３ｂは、第２電池スタック５０ｂとＹ方向で対向している。第３隔壁部４３ｃは、第１電池スタック５０ａ及び第２電池スタック５０ｂのそれぞれとＹ方向で対向している。このように、スタックケース４０ａは、第１電池スタック５０ａ及び第２電池スタック５０ｂの少なくとも一方の電池スタック５０とＹ方向で対向する隔壁部４３を有している。なお、スタックケース４０ａは、第１隔壁部４３ａ、第２隔壁部４３ｂ、及び第３隔壁部４３ｃをそれぞれ隔壁部４３として有する構成に限らず、第１隔壁部４３ａ、第２隔壁部４３ｂ、及び第３隔壁部４３ｃのうち少なくとも１つを隔壁部４３として有していればよい。

【0028】

第１端壁部４４ａ及び第２端壁部４４ｂは、それぞれ底壁部４２の底面から上方に延び、ＹＺ平面に沿う矩形板状に形成されている。第１端壁部４４ａ及び第２端壁部４４ｂは、第１電池スタック５０ａ及び第２電池スタック５０ｂを間に挟むようにＸ方向で互いに対向して配置されている。そして、第１端壁部４４ａは、Ｘ方向の一端に配置され、第１隔壁部４３ａ、第２隔壁部４３ｂ、及び第３隔壁部４３ｃを繋いでいる。第２端壁部４４ｂは、Ｘ方向の他端に配置され、第１隔壁部４３ａ、第２隔壁部４３ｂ、及び第３隔壁部４３ｃを繋いでいる。

【0029】

第１電池スタック５０ａ及び第２電池スタック５０ｂは、機器３０にそれぞれ電気的に接続されている。また、第１電池スタック５０ａ及び第２電池スタック５０ｂは、電気的に直列接続されているため、電池モジュール３ａの出力電圧は、第１電池スタック５０ａと第２電池スタック５０ｂとのそれぞれが含む複数の電池セル１０の出力電圧を総和した電圧になっている。

【0030】

なお、本実施形態では電池モジュール３ａが第１電池スタック５０ａ及び第２電池スタック５０ｂの２つの電池スタック５０を有する例を示しているが、電池モジュール３ａは他にも電池スタック５０を有していてもよい。例えば電池モジュール３ａは、第１電池スタック５０ａと第２電池スタック５０ｂとを１つのスタックユニットとした場合に、複数のスタックユニットを有する構成を採用してもよい。複数のスタックユニットを有する電池モジュール３ａである場合、例えばＹ方向で隣り合う一方のスタックユニットの第１電池スタック５０ａと他方のスタックユニットの第２電池スタック５０ｂとが電気的に直列接続され、Ｙ方向の両端に配置された第１電池スタック５０ａと第２電池スタック５０ｂとのそれぞれが機器３０に電気的に接続される。

【0031】

第１電池スタック５０ａ及び第２電池スタック５０ｂは、それぞれＸ方向に積層された複数の電池セル１０を含む。複数の電池セル１０が積層されることにより、第１電池スタック５０ａ及び第２電池スタック５０ｂのそれぞれは、Ｘ方向に長い略直方体形状を有する。第１電池スタック５０ａ及び第２電池スタック５０ｂは、それぞれ同じ数量の電池セル１０を有している。そして、第１電池スタック５０ａ及び第２電池スタック５０ｂは、それぞれ偶数個の電池セル１０を有している。但し、第１電池スタック５０ａ及び第２電池スタック５０ｂのそれぞれに含まれる電池セル１０の数量はこのような構成に限定されない。

【0032】

続いて、図２を参照して、電池セル１０の詳細な構成を説明する。図２は、図１に示す電池モジュールに用いられる電池セルを示す斜視図である。電池セル１０は、電気を充放電可能な二次電池であるとよい。二次電池は、例えばリチウムイオン二次電池等の電解液又は固体電解質の非水電解質を用いた二次電池であることが好ましい。なお、電池セル１０は、リチウムイオン二次電池に限定されるものではなく、ニッケル水素二次電池や、その他の二次電池によって構成されていてもよい。このような電池セル１０は、化学反応によって起電圧を生成する。

【0033】

図２に示す電池セル１０は、密閉型の角型電池である。ただし、電池セル１０は、角型電池に限らず、円筒型電池等であってもよい。電池セル１０は、セルケース１１を有している。セルケース１１は、例えばＹ方向に長い扁平な直方体形状を有する六面体をなしている。セルケース１１は、Ｚ方向で離間して互いに対向する上面部１１ａ及び下面部１１ｂを有している。セルケース１１は、Ｘ方向で離間して互いに対向する相対的に面積の広い一対の主面部１１ｃ、及びＹ方向で離間して対向する相対的に面積の狭い一対の側面部１１ｄを有する。上面部１１ａ及び下面部１１ｂは、それぞれＸＹ平面に沿って形成されている。一対の主面部１１ｃは、それぞれＹＺ平面に沿って形成されている。一対の側面部１１ｄは、それぞれＸＺ平面に沿って形成されている。

【0034】

上面部１１ａの中央付近には、セルケース１１内のガスを排出するためのガス排出弁１２と、電解液を注入するための注入口１３と、が設けられている。ガス排出弁１２は、セルケース１１の内部が所定圧力に達した場合に開弁して、セルケース１１の内部で発生した可燃性ガスを含むガスをセルケース１１の外部に排出する機能を果たす。注入口１３は、封止部材１４により気密に封止される。上面部１１ａのＹ方向における両端部には、正極端子１５と負極端子１６とが設けられている。正極端子１５及び負極端子１６は、金属等の導電性を有する材料により形成されている。

【0035】

電池セル１０は、さらにセルケース１１の内部に収容された電極体、集電部品、及び電解質として電解液等を有している。電極体は、正極基材上に正極活物質を含む正極合材層が形成された正極板、負極基材上に負極活物質を含む負極合材層が形成された負極板、及び正極板と負極板との間に介在する絶縁性のセパレータを有する発電要素である。電極体は、それぞれ長尺な正負の極板が捲回軸回りに捲回された捲回体であってもよく、それぞれ複数の平板状の正負の極板が積層された積層体であってもよく、他の形態であってもよい。電極体の正極板は、正極側の集電部品を介して正極端子１５に電気的に接続される。また、電極体の負極板は、負極側の集電部品を介して負極端子１６に電気的に接続される。

【0036】

正極基材としては、例えばアルミニウム又はアルミニウム合金等の金属により形成される集電箔を用いることができる。正極活物質は、リチウムイオン等の電荷担体を吸蔵放出可能な材料であればよく、例えば、コバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ_２）等を用いることができる。正極合材層は、正極活物質の他に導電材、結着剤などの任意の成分を含み得る。

【0037】

負極基材としては、例えば銅又は銅合金等の金属により形成される集電箔を用いることができる。負極活物質は、リチウムイオン等の電荷担体を吸蔵放出可能な材料であればよく、例えば黒鉛等を用いることができる。負極合材層は、負極活物質の他に、結着剤、増粘剤等の任意の成分を含み得る。

【0038】

電解液としては、例えば、カーボネート類、エーテル類、エステル類、ニトリル類、スルホン類、ラクトン類等の非水溶媒を単独で用いた溶媒又は複数混合した溶媒にＬｉＰＦ_６等のリチウム塩（支持電解質）を溶解したものを用いることができる。

【0039】

第１電池スタック５０ａ及び第２電池スタック５０ｂのそれぞれを構成する複数の電池セル１０は、電気的に直列接続されている。第１電池スタック５０ａ及び第２電池スタック５０ｂのそれぞれを構成する複数の電池セル１０は、正極端子１５と負極端子１６とがＸ方向で隣り合うように配置されている。第１電池スタック５０ａ及び第２電池スタック５０ｂのそれぞれを構成する複数の電池セル１０は、Ｘ方向に隣り合う電池セル１０の正極端子１５と負極端子１６とが、バスバー等の導電性部材により電気的に接続されている。それぞれ複数の電池セル１０を直列接続した第１電池スタック５０ａ及び第２電池スタック５０ｂは、高電圧を出力可能である。

【0040】

なお、第１電池スタック５０ａ及び第２電池スタック５０ｂのそれぞれは、積層された複数の電池セル１０の間に挿入される複数のスペーサ、積層された複数の電池セル１０をＸ方向の両側から挟持する一対のエンド部材、積層された複数の電池セル１０を束ねる拘束部材等の他の部材を含んでもよい。

【0041】

図１に示すように、第１電池スタック５０ａは、第１電池スタック５０ａのＸ方向の一方側の端部である一端部に配置された電池セル１０に設けられた負極端子１６を負極入出力端子１６ａとしている。そして、負極入出力端子１６ａから導出されたリード線６１は、機器３０に接続されている。一方、第２電池スタック５０ｂは、第２電池スタック５０ｂのＸ方向の一方側の端部である一端部に配置された電池セル１０に設けられた正極端子１５を正極入出力端子１５ａとしている。そして、正極入出力端子１５ａから導出されたリード線６２は、機器３０に接続されている。

【0042】

また、第１電池スタック５０ａのＸ方向の他方側の端部である他端部に配置された電池セル１０に設けられた正極端子１５と第２電池スタック５０ｂの他端部に配置された電池セル１０に設けられた負極端子１６とは、リード線６３を介して互いに電気的に接続されている。

【0043】

上記した電気的な接続により、充放電時の電池モジュール３ａでは、それぞれ一端部に配置された第１電池スタック５０ａの電池セル１０と第２電池スタック５０ｂの電池セル１０との間の電圧差が最も大きく、それぞれ他端部に配置された第１電池スタック５０ａの電池セル１０と第２電池スタック５０ｂの電池セル１０との間の電圧差が最も小さくなる。すなわち、充放電時の電池モジュール３ａでは、Ｘ方向の他方側から一方側に向かうにしたがって第１電池スタック５０ａの電池セル１０と第２電池スタック５０ｂの電池セル１０との間の電圧差（セル間電圧差）が大きくなる。

【0044】

本実施形態にかかる電池モジュール３ａは、セル間電圧差の大小に応じて第１隔壁部４３ａ、第２隔壁部４３ｂ、及び第３隔壁部４３ｃのそれぞれＹ方向の厚さが異なっている。ここで、電池モジュール３ａの第１電池スタック５０ａ側の構造と第２電池スタック５０ｂ側の構造は、第１電池スタック５０ａと第２電池スタック５０ｂとで電気的な接続関係が反対になっていることを除いて同様である。そのため、以下の説明では、第１電池スタック５０ａと第２電池スタック５０ｂとを区別する必要がない場合はそれぞれを「電池スタック５０」と称する。また、第１スタック収容空間４１ａ及び第２スタック収容空間４１ｂを区別する必要が無い場合はそれぞれを「スタック収容空間４１」と称する。また、第１隔壁部４３ａ、第２隔壁部４３ｂ、及び第３隔壁部４３ｃを区別する必要がない場合はそれぞれを「隔壁部４３」と称する。

【0045】

電池モジュール３ａにおいて、スタックケース４０ａの各隔壁部４３は、Ｘ方向の一方側から他方側へ向けてＹ方向の厚さが漸次増加している。具体的には、第１隔壁部４３ａは、Ｘ方向の一方側から他方側へ向けて第１電池スタック５０ａとの間の絶縁距離が漸次短くなるようにＹ方向の厚さが漸次増加している。また、第２隔壁部４３ｂは、Ｘ方向の一方側から他方側へ向けて第２電池スタック５０ｂとの間の絶縁距離が漸次短くなるようにＹ方向の厚さが漸次増加している。さらに、第３隔壁部４３ｃは、Ｘ方向の一方側から他方側へ向けて第１電池スタック５０ａ及び第２電池スタック５０ｂのそれぞれとの間の絶縁距離が漸次短くなるようにＹ方向の厚さが漸次増加している。

【0046】

ここで、このような電池モジュール３ａを含む電池パック１を搭載した車両が衝突した時等に、衝撃による外部からの圧力Ｆが電池パック１に加わって電池パック１が潰れる場合がある。電池パック１に圧力Ｆが加わると、電池セル１０の内部でガスが発生することに伴う内圧上昇によりガス排出弁１２が開弁したり、電池セル１０が破損したりするため、電池モジュール３ａを構成するいずれかの電池セル１０の内部から可燃性ガスが漏れる虞がある。なお、可燃性ガスは、例えば電極体の電極材料や電解液に起因して電池セル１０の内部で発生し得る。

【0047】

電池セル１０の内部から可燃性ガスが漏れた場合に生じ得る問題について、図７に示す比較例の電池モジュール３００を例に挙げて説明する。図７は、比較例の電池モジュールを適用した電池パックを示す平面図である。図７に示す電池モジュール３００は、電池モジュール３ａに代わって機器モジュール２に機械的及び電気的に接続され、電池パック１００を構成している。

【0048】

電池モジュール３００は、スタックケース４０ａの代わりにスタックケース４００を有していることを除いて、電池モジュール３ａと同様の構成を有する。スタックケース４００は、第１隔壁部４３ａ、第２隔壁部４３ｂ、及び第３隔壁部４３ｃがそれぞれ隔壁部４３０に置き換えられていることを除いて、スタックケース４０ａと同様の構成を有する。すなわち、スタックケース４００は、Ｙ方向の一端に配置された隔壁部４３０と、Ｙ方向の他端に配置された隔壁部４３０と、第１電池スタック５０ａ及び第２電池スタック５０ｂの間に配置された隔壁部４３０と、を有している。各隔壁部４３０は、第１電池スタック５０ａ及び第２電池スタック５０ｂの少なくとも一方の電池スタック５０とＹ方向で対向している。

【0049】

そして、各隔壁部４３０は、Ｘ方向の一方側から他方側へ向けて対向する電池スタック５０との間の絶縁距離が一定となるように、Ｘ方向の一方側から他方側に向けて厚さが一定である。そのため、電池モジュール３００は、セル間電圧差の大小に関わらず各隔壁部４３０と電池スタック５０との間の絶縁距離がＸ方向の一方側から他方側に亘って一定である。

【0050】

各隔壁部４３０にＹ方向の外側から圧力Ｆが加えられた加圧時に、例えばセル間電圧差が相対的に大きい電池セル１０のセルケース１１に隔壁部４３０のいずれかが短絡すると、セル間電圧差が相対的に小さい電池セル１０のセルケース１１に隔壁部４３０のいずれかが短絡した場合と比べて、大きなスパークが発生する。例えば電池セル１０の内部から可燃性ガスが漏れた後に大きなスパークが発生すると、スタック収容空間４１に存在する可燃性ガスにスパークが引火しやすいため、電池モジュール３００が発火する可能性が高いという問題がある。

【0051】

これに対し、本実施形態にかかる電池モジュール３ａは、Ｙ方向の外側から圧力Ｆが加えられたときに、セル間電圧差が小さい領域ほど電池スタック５０との間の絶縁距離が短くなるように構成されている隔壁部４３を有している。電池モジュール３ａの隔壁部４３は、Ｘ方向の一方側から他方側へ向けてＹ方向の厚さが漸次増加している。そして、電池モジュール３ａは、第１隔壁部４３ａ、第２隔壁部４３ｂ、及び第３隔壁部４３ｃをそれぞれ隔壁部４３として有している。そのため、各隔壁部４３に圧力Ｆが加えられると、各隔壁部４３の相対的に厚さが厚い部分は、各隔壁部４３の相対的に厚さが薄い部分よりも先にセルケース１１に短絡する。

【0052】

図３は、セル間電圧差が相対的に小さい領域で短絡した後の電池モジュールについて説明する平面図である。隔壁部４３の相対的に厚さが厚い部分とセルケース１１との短絡後、図３に示すように、電池モジュール３ａは、短絡した箇所においてＹ方向に隣り合って並ぶ電池セル１０間の回路を形成する。そのため、隔壁部４３の相対的に厚さが厚い部分とセルケース１１とが短絡する前と比べて、それぞれ一端部に配置された第１電池スタック５０ａの電池セル１０と第２電池スタック５０ｂの電池セル１０との間のセル間電圧差が減少して中程度となる。これにより、高いセル間電圧差に起因する大きなスパークの発生が抑制される。

【0053】

このように、電池モジュール３ａでは、セル間電圧差の小さい領域から大きい領域に向かって順次にセルケース１１とスタックケース４０ａの隔壁部４３とを電気的に短絡させることにより、スパークの発生量を低減することができる。

【0054】

スパークの発生量が低減された電池モジュール３ａは、電池セル１０の内部から可燃性ガスが漏れたとしても、スタック収容空間４１に存在する可燃性ガスにスパークが引火しにくいため、スタック収容空間４１において可燃性ガスにスパークが引火することを抑制することができる。したがって、本実施形態によれば、電池セル１０の内部から漏れた可燃性ガスが発火を引き起こす可能性を低減した安全性の高い電池モジュール３ａを提供することができる。

【0055】

実施の形態２
実施の形態２では、実施の形態１のスタックケース４０ａの別形態となるスタックケース４０ｂについて説明する。実施の形態２にかかる電池モジュール３ｂは、スタックケース４０ｂを除いて実施の形態１と同様の構成を有する。図４は、実施の形態２にかかる電池モジュールを適用した電池パックを示す平面図である。図４に示す電池モジュール３ｂは、電池モジュール３ａに代わって機器モジュール２に機械的及び電気的に接続され、電池パック１を構成している。

【0056】

図４に示すように、スタックケース４０ｂは、スタックケース４０ａと同様の底壁部４２、第１端壁部４４ａ、及び第２端壁部４４ｂを有している。スタックケース４０ｂは、その他に、Ｘ方向の一端に配置された第１隔壁部４３ｄと、Ｘ方向の他端に配置された第２隔壁部４３ｅと、第１電池スタック５０ａ及び第２電池スタック５０ｂの間に配置された第３隔壁部４３ｆと、をそれぞれ隔壁部４３として有している。なお、スタックケース４０ｂは、第１隔壁部４３ｄ、第２隔壁部４３ｅ、及び第３隔壁部４３ｆをそれぞれ隔壁部４３として有する構成に限らず、第１隔壁部４３ｄ、第２隔壁部４３ｅ、及び第３隔壁部４３ｆのうち少なくとも１つを隔壁部４３として有していればよい。第１隔壁部４３ｄ、第２隔壁部４３ｅ、第１端壁部４４ａ、及び第２端壁部４４ｂは、スタックケース４０ｂの周壁を構成している。

【0057】

第１隔壁部４３ｄは、第１電池スタック５０ａとＹ方向で対向している。第２隔壁部４３ｅは、第２電池スタック５０ｂとＹ方向で対向している。第３隔壁部４３ｆは、第１電池スタック５０ａ及び第２電池スタック５０ｂのそれぞれとＹ方向で対向している。このように、スタックケース４０ｂは、第１電池スタック５０ａ及び第２電池スタック５０ｂの少なくとも一方の電池スタック５０とＹ方向で対向する少なくとも１つの隔壁部４３を有している。以下、第１隔壁部４３ｄ、第２隔壁部４３ｅ、及び第３隔壁部４３ｆを区別する必要がない場合はそれぞれを「隔壁部４３」と称する。

【0058】

各隔壁部４３は、本体部４５と、その隔壁部４３が対向する電池スタック５０に向けてそれぞれ突出した複数の凸部として凸部４６ａ、４６ｂを有する。具体的には、第１隔壁部４３ｄは、本体部４５と、本体部４５の第１電池スタック５０ａと対向する側面から第１電池スタック５０ａに向かってそれぞれ突出した凸部４６ａ、４６ｂと、を有する。第２隔壁部４３ｅは、本体部４５と、本体部４５の第２電池スタック５０ｂと対向する側面から第２電池スタック５０ｂに向かってそれぞれ突出した凸部４６ａ、４６ｂと、を有する。第３隔壁部４３ｆは、本体部４５と、本体部４５の第１電池スタック５０ａと対向する側面から第１電池スタック５０ａに向かってそれぞれ突出した凸部４６ａ、４６ｂと、本体部４５の第２電池スタック５０ｂと対向する側面から第２電池スタック５０ｂに向かってそれぞれ突出した凸部４６ａ、４６ｂと、を有する。

【0059】

本体部４５は、一定の厚さを有する。本体部４５は、例えばアルミダイカスト法によって製造されたアルミニウム製の矩形平板状部材である。凸部４６ａ、４６ｂとしては、例えばアルミニウム製のブラケット等の導電性部材を用いることができる。第１隔壁部４３ｄ、第２隔壁部４３ｅ、及び第３隔壁部４３ｆは、これに限らず、例えば本体部４５と凸部４６ａ、４６ｂとを一体的に形成したものであってもよい。

【0060】

凸部４６ａ、４６ｂは、Ｘ方向に互いに離間して配置されている。凸部４６ａは、本体部４５のＸ方向の中央部に設けられている。凸部４６ｂは、本体部４５のＸ方向の他端部に設けられている。なお、凸部４６ａ、４６ｂの配置は、圧力Ｆの入力箇所に応じて適宜変更することができる。そして、凸部４６ｂの突出量は、凸部４６ａの突出量よりも大きくなっている。したがって、凸部４６ｂと電池スタック５０との間の絶縁距離は、凸部４６ａと電池スタック５０との間の絶縁距離より短くなっている。

【0061】

本実施形態にかかる電池モジュール３ｂは、Ｙ方向の外側から圧力Ｆが加えられたときに、セル間電圧差が小さい領域ほど電池スタック５０との間の絶縁距離が短くなるように構成されている隔壁部４３を有している。電池モジュール３ｂの隔壁部４３は、電池スタック５０に向けてそれぞれ突出する凸部４６ａ、４６ｂを有し、Ｘ方向の他方側に配置された凸部４６ｂは、Ｘ方向の一方側に配置された凸部４６ａよりも突出量が大きい。そして、電池モジュール３ｂは、第１隔壁部４３ｄ、第２隔壁部４３ｅ、及び第３隔壁部４３ｆを隔壁部４３として有している。そのため、各隔壁部４３に圧力Ｆが加えられると、凸部４６ｂが凸部４６ａよりも先にセルケース１１に短絡する。

【0062】

このように、電池モジュール３ｂでは、セル間電圧差の小さい領域から大きい領域に向かって順次にセルケース１１とスタックケース４０ｂの隔壁部４３とを電気的に短絡させることにより、スパークの発生量を低減することができる。したがって、本実施形態によれば、電池セル１０の内部から漏れた可燃性ガスが発火を引き起こす可能性を低減した安全性の高い電池モジュール３ｂを提供することができる。

【0063】

なお、本実施形態では、両側面に凸部４６ａ、４６ｂを設けた第３隔壁部４３ｆを例に挙げて説明したが、両側面のいずれか一方にのみ凸部４６ａ、４６ｂを設けた構成を採用してもよい。また、本実施形態では、一側面あたり凸部４６ａ、４６ｂの２つの凸部を設けた場合について説明したが、セル間電圧差の大小に応じて突出量の大小が調整されていれば、一側面あたりの凸部の数量は３つであってもよく、４つ以上であってもよい。

【0064】

実施の形態３
実施の形態３では、実施の形態１のスタックケース４０ａの別形態となるスタックケース４０ｃについて説明する。実施の形態３にかかる電池モジュール３ｃは、スタックケース４０ｃを除いて実施の形態１と同様の構成を有する。図５は、実施の形態３にかかる電池モジュールを適用した電池パックを示す平面図である。図５に示す電池モジュール３ｃは、電池モジュール３ａに代わって機器モジュール２に機械的及び電気的に接続され、電池パック１を構成している。なお、図５には、リード線６１～６３の図示を省略している。

【0065】

図５に示すように、スタックケース４０ｃは、スタックケース４０ａと同様の底壁部４２を有している。スタックケース４０ｃは、その他に、Ｙ方向の一端に配置された第１隔壁部４３ｇと、Ｙ方向の他端に配置された第２隔壁部４３ｈと、をそれぞれ隔壁部４３として有している。さらに、スタックケース４０ｃは、第１電池スタック５０ａ及び第２電池スタック５０ｂの間に配置された第３隔壁部４３ｉを有している。

【0066】

第１隔壁部４３ｇは、第１電池スタック５０ａとＹ方向で対向している。第２隔壁部４３ｈは、第２電池スタック５０ｂとＹ方向で対向している。第３隔壁部４３ｉは、第１電池スタック５０ａ及び第２電池スタック５０ｂのそれぞれとＹ方向で対向している。以下、第１隔壁部４３ｇ及び第２隔壁部４３ｈを区別する必要がない場合はそれぞれを「隔壁部４３」と称する。

【0067】

さらに、スタックケース４０ｃは、Ｘ方向の一端に配置され、第１隔壁部４３ｇ及び第２隔壁部４３ｈを繋ぐ第１端壁部４４ｃと、Ｘ方向の他端に配置され、第１隔壁部４３ｇ及び第２隔壁部４３ｈを繋ぐ第２端壁部４４ｄと、をそれぞれ端壁部４４として有している。図５に示す第１端壁部４４ｃ及び第２端壁部４４ｄは、第１隔壁部４３ｇ、第２隔壁部４３ｈ、及び第３隔壁部４３ｉを繋いでいる。

【0068】

第１隔壁部４３ｇ、第２隔壁部４３ｈ、第３隔壁部４３ｉ、第１端壁部４４ｃ、及び第２端壁部４４ｄのそれぞれは、例えばアルミダイカスト法によって製造されたアルミニウム製の矩形平板状部材である。第１隔壁部４３ｇ、第２隔壁部４３ｈ、第１端壁部４４ｃ、及び第２端壁部４４ｄは、スタックケース４０ｃの周壁を構成している。

【0069】

そして、第２端壁部４４ｄは、第１端壁部４４ｃより剛性が低くなっている。第１端壁部４４ｃより剛性を低くするために、例えば第２端壁部４４ｄのＸ方向の厚さは、第１端壁部４４ｃのＸ方向の厚さよりも薄く形成されている。相対的に剛性が低い第２端壁部４４ｄは、相対的に剛性が高い第１端壁部４４ｃに比べて、大きく変形する。

【0070】

図５中の破線は、圧力Ｆにより変形した後のスタックケース４０ｃの周壁の形状を示している。本実施形態にかかる電池モジュール３ｃでは、各隔壁部４３にＹ方向の外側から圧力Ｆが加えられた加圧時に、第２端壁部４４ｄが第１端壁部４４ｃよりもＹ方向の長さが縮まるように大きく変形する。変形した後、隔壁部４３の他端と電池スタック５０との間の絶縁距離が最も短くなり、隔壁部４３の一端と電池スタック５０との間の絶縁距離が最も長くなる。そのため、各隔壁部４３に圧力Ｆが加えられると、隔壁部４３のＸ方向の一方側の部分が他方側の部分よりも先にセルケース１１に短絡する。

【0071】

このように、電池モジュール３ｃでは、セル間電圧差の小さい領域から大きい領域に向かって順次にセルケース１１とスタックケース４０ｃの隔壁部４３とを電気的に短絡させることにより、スパークの発生量を低減することができる。したがって、本実施形態によれば、電池セル１０の内部から漏れた可燃性ガスが発火を引き起こす可能性を低減した安全性の高い電池モジュール３ｃを提供することができる。

【0072】

なお、本実施形態では、第１端壁部４４ｃの厚さより第２端壁部４４ｄの厚さを薄くすることにより第２端壁部４４ｄの方が変形しやすくなるようにしたが、これに限らない。例えば第１端壁部４４ｃに用いた材料よりもヤング率の低い材料を用いて第２端壁部４４ｄを形成することで、第２端壁部４４ｄの方が変形しやすくなるようにしてもよい。

【0073】

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。さらに、図６を参照して、電池モジュール３ｃの変形例について説明する。図６は、変形例を説明するための電池モジュールの平面図である。図６には、変形例を適用した電池モジュール３ｃを示しており、機器モジュール２及びリード線６１～６３の図示を省略している。

【0074】

図６に示すように、第１端壁部４４ｃ及び第２端壁部４４ｄのそれぞれは、Ｙ方向の長さが縮まるようにＸ方向の外側に向けて屈曲するように構成されている。図６中の破線は、圧力Ｆにより変形した後のスタックケース４０ｃの周壁の形状を示している。図６に示す例では、第１隔壁部４３ｇと第３隔壁部４３ｉとの間にそれぞれ存在する第１端壁部４４ｃ及び第２端壁部４４ｄのＺ方向に延びるＹ方向の各中央部分の断面係数をそれぞれ他の部分の断面係数より小さくしている。同様に、図６に示す例では、第２隔壁部４３ｈと第３隔壁部４３ｉとの間にそれぞれ存在する第１端壁部４４ｃ及び第２端壁部４４ｄのＺ方向に延びるＹ方向の各中央部分の断面係数をそれぞれ他の部分の断面係数より小さくしている。

【0075】

このように第１端壁部４４ｃ及び第２端壁部４４ｄのそれぞれＺ方向に延びる一部の断面係数を小さくして剛性を低下させることで、圧力Ｆによって、第１端壁部４４ｃ及び第２端壁部４４ｄのそれぞれがＸ方向の外側に向けて屈曲する。第１端壁部４４ｃ及び第２端壁部４４ｄのそれぞれが屈曲することに伴って、第１隔壁部４３ｇは第１電池スタック５０ａに接近し、第２隔壁部４３ｈは第２電池スタック５０ｂに接近する。そのため、電池モジュール３ｃでは、圧力Ｆが加えられたときに、セルケース１１とスタックケース４０ｃの隔壁部４３とをより短時間で電気的に短絡させることができる。これにより、スパークの発生量をより確実に低減することができる。

【0076】

上記した第１端壁部４４ｃ及び第２端壁部４４ｄのそれぞれがＸ方向の外側に向けて屈曲する構成は、スタックケース４０ａの第１端壁部４４ａ及び第２端壁部４４ｂ、スタックケース４０ｂの第１端壁部４４ａ及び第２端壁部４４ｂのいずれにも適用することができる。

【符号の説明】

【0077】

１、１００ 電池パック
２ 機器モジュール
３ａ、３ｂ、３ｃ、３００ 電池モジュール
１０ 電池セル
１１ セルケース
１１ａ 上面部
１１ｂ 下面部
１１ｃ 主面部
１１ｄ 側面部
１２ ガス排出弁
１３ 注入口
１４ 封止部材
１５ 正極端子
１５ａ 正極入出力端子
１６ 負極端子
１６ａ 負極入出力端子
２０ 機器ケース
２１ 機器収容空間
３０ 機器
４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４００ スタックケース
４１ スタック収容空間
４１ａ 第１スタック収容空間
４１ｂ 第２スタック収容空間
４２ 底壁部
４３、４３０ 隔壁部
４３ａ、４３ｄ、４３ｇ 第１隔壁部
４３ｂ、４３ｅ、４３ｈ 第２隔壁部
４３ｃ、４３ｆ、４３ｉ 第３隔壁部
４４ 端壁部
４４ａ、４４ｃ 第１端壁部
４４ｂ、４４ｄ 第２端壁部
４５ 本体部
４６ａ、４６ｂ 凸部
５０ 電池スタック
５０ａ 第１電池スタック
５０ｂ 第２電池スタック
６１、６２、６３ リード線
Ｆ 圧力

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】