特許 7418405 電池モジュール

(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】

(24)【登録日】2024-01-11

(45)【発行日】2024-01-19

(54)【発明の名称】電池モジュール

(51)【国際特許分類】

   H01M 50/367 20210101AFI20240112BHJP

   H01M 50/204 20210101ALI20240112BHJP

   H01M 50/35 20210101ALI20240112BHJP

【ＦＩ】

H01M50/367

H01M50/204 401H

H01M50/35 201

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2021506179

(86)(22)【出願日】2019-12-26

(86)【国際出願番号】 JP2019051121

(87)【国際公開番号】W WO2020188948

(87)【国際公開日】2020-09-24

【審査請求日】2022-11-07

(31)【優先権主張番号】P 2019051229

(32)【優先日】2019-03-19

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000001889

【氏名又は名称】三洋電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100123102

【弁理士】

【氏名又は名称】宗田 悟志

(72)【発明者】

【氏名】吉田 直剛

(72)【発明者】

【氏名】江頭 拓也

(72)【発明者】

【氏名】藤井 雄佑

(72)【発明者】

【氏名】武田 直

(72)【発明者】

【氏名】畝原 拓也

【審査官】井上 能宏

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１３／１６１６５５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】韓国公開特許第１０－２０１７－００６９００３（ＫＲ，Ａ）

【文献】特開２０１５－０５３１３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－０７３５５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－０５４１２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－１３５７６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１７／０２８８１８６（ＵＳ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１２／１４７１５０（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１５－２１１０２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－０７３５６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－０６５９０６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｍ

ＪＳＴＰｌｕｓ／ＪＭＥＤＰｌｕｓ／ＪＳＴ７５８０（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

積層された複数の電池を有する電池積層体であって、各電池がガスを噴出する弁部を有する電池積層体と、
前記電池積層体における複数の前記弁部が配置される面を覆うダクトプレートであって、前記電池の積層方向に延びて各電池の前記弁部に接続され、噴出した前記ガスを一時的に貯留する排気ダクトを有するダクトプレートと、
前記ダクトプレートに載置されるカバープレートと、
前記ダクトプレートおよび前記カバープレートで画成され、前記排気ダクトから前記積層方向と交わる第１方向に延び、前記排気ダクト内の前記ガスを電池モジュールの外部に漏出させる流路部と、を備え、
前記カバープレートは、前記流路部の途中と電池モジュールの外部とを連通する開口を有することを特徴とする電池モジュール。

【請求項2】

前記開口の大きさは、前記開口における流路抵抗が前記流路部の流路抵抗よりも大きくなるように設定される請求項１に記載の電池モジュール。

【請求項3】

前記カバープレートおよび前記ダクトプレートが並ぶ方向から見て、前記開口における前記流路部側の第１端部と反対側の第２端部とは少なくとも一部がずれている請求項１または２に記載の電池モジュール。

【請求項4】

前記第２端部は、前記第１方向において前記第１端部よりも前記排気ダクト寄りに配置される請求項３に記載の電池モジュール。

【請求項5】

前記開口における前記流路部側の第１端部と反対側の第２端部とをつなぐ連通路は、屈曲または湾曲している請求項１乃至４のいずれか１項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、電池モジュールに関する。

【背景技術】

【0002】

例えば車両用等の高い出力電圧が要求される電源として、複数個の電池が電気的に接続された電池モジュールが知られている。一般に、電池モジュールを構成する各電池には、内圧の上昇に応じて開弁する弁部が設けられている。例えば、電池内部で短絡が生じ温度が上昇した場合、化学反応によってガスが発生する。これにより電池内圧が高まると、高温高圧のガスが弁部から噴出する。このような電池を備える電池モジュールに関して、特許文献１には、複数の電池が積層された電池積層体と、電池積層体の一面に各電池の弁部と連結するように固定された排気ダクトと、を備える電池モジュールが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】国際公開２０１３／１６１６５５号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

電池から噴出したガスが電池モジュールの外部に排出されて外部の酸素と混ざると、電池モジュールの外部で発火に至るおそれがある。電池モジュールの使用者の安全を担保するために、ガス噴出から所定時間（例えば５分間）は、電池モジュール外での発火を遅らせることが求められる。このため、電池モジュールには、様々な発火対策が施されている。

【0005】

電池モジュール外の発火を抑制する方法として、排気ダクトとモジュール外部とを連通する流路部を設け、電池から噴出したガスをこの流路部を介して時間をかけて徐々に電池モジュール外に漏出させることが考えられる。これにより、電池から噴出したガスや微粒子の温度を下げて、電池モジュール外での発火を抑制することができる。一方で、近年は電池モジュールのさらなる高容量化が求められており、この要求を満たすために電池の高容量化が進んでいる。電池が高容量化すると電池から噴出するガスの量が増えるため、流路部内の圧力が増大する。今後、電池の高容量化がさらに進み、噴出するガスの量がより増大すると、内圧で流路部が破損するおそれが高まり、電池モジュールの安全性が低下するおそれがある。

【0006】

本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、電池モジュールの安全性を高める技術を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明のある態様は、電池モジュールである。この電池モジュールは、積層された複数の電池を有する電池積層体であって、各電池がガスを噴出する弁部を有する電池積層体と、電池積層体における複数の弁部が配置される面を覆うダクトプレートであって、電池の積層方向に延びて各電池の弁部に接続され、噴出したガスを一時的に貯留する排気ダクトを有するダクトプレートと、ダクトプレートに載置されるカバープレートと、ダクトプレートおよびカバープレートで画成され、排気ダクトから積層方向と交わる第１方向に延び、排気ダクト内のガスを電池モジュールの外部に漏出させる流路部と、を備える。カバープレートは、流路部の途中と電池モジュールの外部とを連通する開口を有する。

【0008】

なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法、装置、システムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、電池モジュールの安全性を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】実施の形態に係る電池モジュールの斜視図である。

【図2】電池モジュールの分解斜視図である。

【図3】電池モジュールのダクトプレートおよびカバープレートを含む領域の断面側面図である。

【図4】電池モジュールのダクトプレートおよびカバープレートを含む領域の断面斜視図である。

【図5】図５（Ａ）は、変形例１に係る電池モジュールの一部を模式的に示す断面図である。図５（Ｂ）は、変形例２に係る電池モジュールの一部を模式的に示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、本発明を好適な実施の形態をもとに図面を参照しながら説明する。実施の形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、各図に示す各部の縮尺や形状は、説明を容易にするために便宜的に設定されており、特に言及がない限り限定的に解釈されるものではない。また、本明細書または請求項中に「第１」、「第２」等の用語が用いられる場合には、特に言及がない限りこの用語はいかなる順序や重要度を表すものでもなく、ある構成と他の構成とを区別するためのものである。また、各図面において実施の形態を説明する上で重要ではない部材の一部は省略して表示する。

【0012】

図１は、実施の形態に係る電池モジュールの斜視図である。図２は、電池モジュールの分解斜視図である。電池モジュール１は、電池積層体２と、一対のエンドプレート４と、冷却プレート６と、熱伝導層８と、サイドセパレータ１０と、拘束部材１２と、ダクトプレート２８と、カバープレート６０と、を備える。

【0013】

電池積層体２は、複数の電池１４と、セル間セパレータ１６と、を有する。各電池１４は、例えば、リチウムイオン電池、ニッケル－水素電池、ニッケル－カドミウム電池等の充電可能な二次電池である。また、各電池１４はいわゆる角形電池であり、扁平な直方体形状の外装缶１８を有する。外装缶１８の一面には図示しない略長方形状の開口が設けられ、この開口を介して外装缶１８に電極体や電解液等が収容される。外装缶１８の開口には、開口を塞ぐ封口板２０が設けられる。

【0014】

封口板２０には、長手方向の一端寄りに正極の出力端子２２が配置され、他端寄りに負極の出力端子２２が配置される。一対の出力端子２２はそれぞれ、電極体を構成する正極板、負極板と電気的に接続される。以下では適宜、正極の出力端子２２を正極端子２２ａと称し、負極の出力端子２２を負極端子２２ｂと称する。また、出力端子２２の極性を区別する必要がない場合、正極端子２２ａと負極端子２２ｂとをまとめて出力端子２２と称する。

【0015】

外装缶１８、封口板２０および出力端子２２は導電体であり、例えば金属製である。封口板２０と外装缶１８の開口とは、例えばレーザー溶接により接合される。各出力端子２２は、封口板２０に形成された貫通孔（図示せず）に挿通される。各出力端子２２と各貫通孔との間には、絶縁性のシール部材（図示せず）が介在する。

【0016】

本実施の形態の説明では、便宜上、封口板２０を電池１４の上面、封口板２０と対向する外装缶１８の底面を電池１４の下面とする。また、電池１４は、上面および下面をつなぐ２つの主表面を有する。この主表面は、電池１４が有する６つの面のうち面積の最も大きい面である。また、主表面は、上面および下面の長辺と接続される長側面である。上面、下面および２つの主表面を除いた残り２つの面は、電池１４の側面とする。この側面は、上面および下面の短辺と接続される一対の短側面である。

【0017】

また、便宜上、電池積層体２において電池１４の上面側の面を電池積層体２の上面とし、電池１４の下面側の面を電池積層体２の下面とし、電池１４の側面側の面を電池積層体２の側面とする。これらの方向および位置は、便宜上規定したものである。したがって、例えば、本発明において上面と規定された部分は、下面と規定された部分よりも必ず上方に位置することを意味するものではない。

【0018】

封口板２０には、一対の出力端子２２の間に弁部２４が設けられる。弁部２４は、安全弁とも呼ばれ、各電池１４が電池内部のガスを噴出するための機構である。弁部２４は、外装缶１８の内圧が所定値以上に上昇した際に開弁して、内部のガスを放出できるように構成される。弁部２４は、例えば封口板２０の一部に設けられる、他部よりも厚さが薄い薄肉部と、この薄肉部の表面に形成される線状の溝とで構成される。この構成では、外装缶１８の内圧が上昇すると、溝を起点に薄肉部が裂けることで開弁される。各電池１４の弁部２４は、後述する排気ダクト３８に接続され、電池内部のガスは弁部２４から排気ダクト３８に排出される。

【0019】

また、各電池１４は、絶縁フィルム２６を有する。絶縁フィルム２６は、例えば筒状のシュリンクチューブであり、外装缶１８を内部に通した後に加熱される。これにより、絶縁フィルム２６は収縮し、外装缶１８の２つの主表面、２つの側面および底面を被覆する。絶縁フィルム２６により、隣り合う電池１４間、あるいは電池１４とエンドプレート４や拘束部材１２との間の短絡を抑制することができる。

【0020】

複数の電池１４は、隣り合う電池１４の主表面同士が対向するようにして所定の間隔で積層される。なお、「積層」は、任意の１方向に複数の部材を並べることを意味する。したがって、電池１４の積層には、複数の電池１４を水平に並べることも含まれる。本実施の形態では、電池１４は水平に積層されている。したがって、電池１４の積層方向Ｘは、水平に延びる方向である。以下では適宜、水平で且つ積層方向Ｘに垂直な方向を水平方向Ｙとし、積層方向Ｘおよび水平方向Ｙに対し垂直な方向を鉛直方向Ｚとする。

【0021】

また、各電池１４は、出力端子２２が同じ方向を向くように配置される。本実施の形態の各電池１４は、出力端子２２が鉛直方向上方を向くように配置される。また、各電池１４は、隣接する電池１４を直列に接続する場合、一方の電池１４の正極端子２２ａと他方の電池１４の負極端子２２ｂとが隣り合うように積層される。また、隣接する電池１４を並列に接続する場合、一方の電池１４の正極端子２２ａと他方の電池１４の正極端子２２ａとが隣り合うように積層される。

【0022】

セル間セパレータ１６は、絶縁スペーサとも呼ばれ、例えば絶縁性を有する樹脂シートからなる。セル間セパレータ１６を構成する樹脂としては、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ノリル（登録商標）樹脂（変性ＰＰＥ）等の熱可塑性樹脂が例示される。セル間セパレータ１６は、隣接する２つの電池１４の間に配置されて、当該２つの電池１４間を電気的に絶縁する。

【0023】

電池積層体２は、一対のエンドプレート４で挟まれる。一対のエンドプレート４は、電池１４の積層方向Ｘにおける電池積層体２の両端に配置される。一対のエンドプレート４は、積層方向Ｘにおける両端に位置する電池１４と、外端セパレータ５を介して隣り合う。外端セパレータ５は、セル間セパレータ１６と同じ樹脂材料で構成することができる。各エンドプレート４は、鉄、ステンレス鋼、アルミニウム等の金属で構成される金属板である。エンドプレート４と電池１４との間に外端セパレータ５が介在することで、両者が絶縁される。

【0024】

各エンドプレート４は、水平方向Ｙを向く２つの面に締結孔４ａを有する。本実施の形態では、３つの締結孔４ａが鉛直方向Ｚに所定の間隔をあけて配置されている。締結孔４ａが設けられる面は、拘束部材１２の後述する平面部５４と対向する。

【0025】

電池積層体２の上面には、ダクトプレート２８が載置される。ダクトプレート２８は、電池積層体２の上面、つまり各電池１４の弁部２４が配置される面を覆う板状の部材である。ダクトプレート２８は、各電池１４の弁部２４に対応する位置に、弁部２４を露出させる複数の開口３２を有する。複数の開口３２は、電池積層体２の上面に沿って延びるベース板３３に設けられる。また、ダクトプレート２８は、各電池１４から噴出したガスを一時的に貯留する排気ダクト３８を有する。排気ダクト３８は、電池１４の積層方向Ｘに延びて各電池１４の弁部２４に接続される。各弁部２４は、開口３２を介して排気ダクト３８に連通される。

【0026】

排気ダクト３８は、複数の開口３２の上方を覆う第１壁部３４と、各開口３２の側方を囲う一対の第２壁部３６と、で画成される。第１壁部３４および一対の第２壁部３６は、それぞれ積層方向Ｘに長い長尺状である。一対の第２壁部３６は、複数の開口３２を挟んで水平方向Ｙに配列され、それぞれの壁面が電池１４の積層方向Ｘと交わる水平方向Ｙを向く。第１壁部３４は、壁面がダクトプレート２８とカバープレート６０とが並ぶ鉛直方向Ｚを向き、各弁部２４と対向する。一対の第２壁部３６は、ベース板３３からカバープレート６０に向けて突出し、排気ダクト３８の両側面を構成する。第１壁部３４は、一対の第２壁部３６の上端に固定されて排気ダクト３８の天面を構成する。

【0027】

また、ダクトプレート２８は、各電池１４の出力端子２２に対応する位置に、出力端子２２を露出させる開口４０を有する。各開口４０には、バスバー４２が載置される。複数のバスバー４２は、ダクトプレート２８によって支持される。したがって、ダクトプレート２８は、いわゆるバスバープレートとしても機能する。各開口４０に載置されたバスバー４２によって、隣り合う電池１４の出力端子２２どうしが電気的に接続される。

【0028】

本実施の形態のダクトプレート２８は、第１壁部３４を除いてポリプロピレン（ＰＰ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ノリル（登録商標）樹脂（変性ＰＰＥ）等の樹脂で構成される。第１壁部３４は、鉄やアルミニウム等の金属で構成される。また、一対の第２壁部３６は、ベース板３３と一体成形される。第１壁部３４は、ねじ等の締結部材（図示せず）により一対の第２壁部３６に固定される。

【0029】

バスバー４２は、銅やアルミニウム等の金属で構成される略帯状の部材である。バスバー４２は、一方の端部が一方の電池１４の出力端子２２に接続され、他方の端部が他方の電池１４の出力端子２２に接続される。バスバー４２は、隣接する複数個の電池１４における同極性の出力端子２２どうしを並列接続して電池ブロックを形成し、さらに電池ブロックどうしを直列接続してもよい。

【0030】

積層方向Ｘにおいて両端に位置する電池１４の出力端子２２に接続されるバスバー４２は、外部接続端子４４を有する。外部接続端子４４は、外部負荷（図示せず）に接続される。また、ダクトプレート２８には、電圧検出線４６が載置される。電圧検出線４６は、複数の電池１４に電気的に接続されて各電池１４の電圧を検出する。電圧検出線４６は、複数の導線（図示せず）を有する。各導線は、一端が各バスバー４２に接続され、他端がコネクタ４８に接続される。コネクタ４８は、外部の電池ＥＣＵ（図示せず）等に接続される。電池ＥＣＵは、各電池１４の電圧等の検知、各電池１４の充放電等を制御する。

【0031】

冷却プレート６は、積層方向Ｘおよび水平方向Ｙに延在する平板状であり、アルミニウム等の熱伝導性の高い材料で構成される。冷却プレート６は、電池積層体２に熱的に接続されて、つまり電池積層体２に熱交換可能に接続されて、各電池１４を冷却する。本実施の形態では、冷却プレート６の主表面に電池積層体２が載置される。電池積層体２は、下面が冷却プレート６側を向くようにして、冷却プレート６に載置される。したがって、電池積層体２と冷却プレート６とは鉛直方向Ｚに並ぶ。冷却プレート６は、電池モジュール１の外部、例えば電池モジュール１が搭載される車両の車体等に熱交換可能に接続されてもよい。また、冷却プレート６は、水やエチレングリコール等の冷媒が流れる流路を内部に有してもよい。これらにより、電池積層体２と冷却プレート６との熱交換効率をより高めることができ、ひいては電池１４の冷却効率をより高めることができる。

【0032】

熱伝導層８は、電池積層体２と冷却プレート６との間に介在する絶縁性の部材である。つまり、冷却プレート６は、熱伝導層８を介して電池積層体２に熱的に接続される。熱伝導層８は、電池積層体２の底面全体を覆っている。熱伝導層８の熱伝導率は空気の熱伝導率よりも高い。熱伝導層８は、例えばアクリルゴムシートやシリコーンゴムシート等の、良好な熱伝導性を有する公知の樹脂シート等で構成することができる。また、熱伝導層８は、良好な熱伝導性および絶縁性を有する公知の接着剤、グリス等で構成されてもよい。なお、外装缶１８が絶縁フィルム２６等で十分に絶縁されている場合には、熱伝導層８は絶縁性を有しなくてもよい。

【0033】

熱伝導層８を電池積層体２と冷却プレート６との間に介在させることで、各電池１４と冷却プレート６との熱的な接続をより確実に得ることができる。このため、各電池１４の冷却効率を高めることができるとともに、各電池１４をより均一に冷却することができる。また、熱伝導層８が絶縁性を有する場合には、電池積層体２と冷却プレート６とが電気的に接続されてしまうことをより確実に回避することができる。さらに、熱伝導層８によって、電池積層体２と冷却プレート６とのずれを抑制することができる。

【0034】

サイドセパレータ１０は、絶縁性を有し、拘束部材１２と電池積層体２とを絶縁するための部材である。本実施の形態では、水平方向Ｙに一対のサイドセパレータ１０が配列される。各サイドセパレータ１０は、電池１４の積層方向Ｘに長い長尺状である。一対のサイドセパレータ１０の間には、電池積層体２、一対のエンドプレート４、冷却プレート６および熱伝導層８が配置される。各サイドセパレータ１０は、例えば絶縁性を有する樹脂からなる。サイドセパレータ１０を構成する樹脂としては、セル間セパレータ１６と同様に、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ノリル（登録商標）樹脂（変性ＰＰＥ）等の熱可塑性樹脂が例示される。

【0035】

本実施の形態のサイドセパレータ１０は、第１部分５０と、第２部分５２と、第３部分５３と、を有する。第１部分５０は、矩形の平板状であり、電池積層体２の側面に沿って電池１４の積層方向Ｘに延びる。第２部分５２は、積層方向Ｘに延びる帯状であり、第１部分５０の下辺から電池積層体２側に突出する。第３部分５３は、積層方向Ｘに延びる帯状であり、第１部分５０の上辺から電池積層体２側に突出する。したがって、第２部分５２および第３部分５３は、電池積層体２および冷却プレート６の配列方向で互いに対向する。第２部分５２および第３部分５３の間には、電池積層体２、冷却プレート６および熱伝導層８が配置される。

【0036】

拘束部材１２は、バインドバーとも呼ばれ、電池１４の積層方向Ｘに長い長尺状の部材である。本実施の形態では、水平方向Ｙに一対の拘束部材１２が配列される。各拘束部材１２は金属製である。拘束部材１２を構成する金属としては、鉄やステンレス鋼等が例示される。一対の拘束部材１２の間には、電池積層体２、一対のエンドプレート４、冷却プレート６、熱伝導層８および一対のサイドセパレータ１０が配置される。

【0037】

本実施の形態の拘束部材１２は、平面部５４と、一対の腕部５６と、を有する。平面部５４は矩形状であり、電池積層体２の側面に沿って積層方向Ｘに延びる。一対の腕部５６は、鉛直方向Ｚにおける平面部５４の両側の端部から電池積層体２側に突出する。つまり、一方の腕部５６は平面部５４の上辺から電池積層体２側に突出し、他方の腕部５６は平面部５４の下辺から電池積層体２側に突出する。したがって、一対の腕部５６は、電池積層体２および冷却プレート６の配列方向で互いに対向する。一対の腕部５６の間には、電池積層体２、冷却プレート６、熱伝導層８およびサイドセパレータ１０が配置される。

【0038】

平面部５４における各エンドプレート４と対向する領域には、コンタクトプレート６８が溶接等により固定される。コンタクトプレート６８は、鉛直方向Ｚに長い部材である。コンタクトプレート６８には、エンドプレート４の締結孔４ａに対応する位置に、コンタクトプレート６８を水平方向Ｙに貫通する貫通孔７０が設けられる。また、平面部５４は、コンタクトプレート６８の貫通孔７０に対応する位置に、平面部５４を水平方向Ｙに貫通する貫通孔５８を有する。

【0039】

各拘束部材１２の平面部５４に一対のエンドプレート４が係合することで、複数の電池１４が積層方向Ｘに挟み込まれる。具体的には、複数の電池１４と複数のセル間セパレータ１６とが交互に配列されて電池積層体２が形成され、電池積層体２が外端セパレータ５を介して一対のエンドプレート４で積層方向Ｘに挟まれる。また、電池積層体２の下面に熱伝導層８が配置され、さらに熱伝導層８を挟んで電池積層体２と対向するように冷却プレート６が配置される。この状態で、電池積層体２、一対のエンドプレート４、冷却プレート６および熱伝導層８が一対のサイドセパレータ１０で水平方向Ｙに挟まれる。さらに、一対のサイドセパレータ１０の外側から、一対の拘束部材１２が全体を水平方向Ｙに挟み込む。

【0040】

一対のエンドプレート４と一対の拘束部材１２とは、締結孔４ａ、貫通孔７０および貫通孔５８が重なり合うように、互いに位置合わせされる。そして、ねじ等の締結部材５９が貫通孔５８および貫通孔７０に挿通され、締結孔４ａに螺合される。これにより、一対のエンドプレート４と一対の拘束部材１２とが固定される。一対のエンドプレート４と一対の拘束部材１２とが係合されることで、複数の電池１４は、積層方向Ｘにおいて締め付けられて拘束される。これにより、各電池１４は、積層方向Ｘにおいて位置決めされる。

【0041】

また、拘束部材１２は、複数の電池１４を積層方向Ｘに挟み込むとともに、電池積層体２、熱伝導層８および冷却プレート６をこれらの配列方向に挟み込む。具体的には、拘束部材１２は、電池１４の積層方向Ｘにおける平面部５４の両端部が一対のエンドプレート４と係合することで、複数の電池１４を積層方向Ｘに挟み込む。また、拘束部材１２は、一対の腕部５６で電池積層体２、熱伝導層８および冷却プレート６を鉛直方向Ｚに挟み込む。つまり、拘束部材１２は、複数の電池１４を締結する機能と、電池積層体２と冷却プレート６とを締結する機能とを兼ね備えている。したがって、電池積層体２と冷却プレート６とは、従来の構造とは異なり、ねじで非締結である。

【0042】

一対の拘束部材１２が一対のエンドプレート４に固定された状態で、サイドセパレータ１０の第１部分５０は、電池積層体２の側面と拘束部材１２の平面部５４との間に介在する。これにより、各電池１４の側面と平面部５４とが電気的に絶縁される。サイドセパレータ１０の第２部分５２は、冷却プレート６と拘束部材１２の下側の腕部５６との間に介在する。これにより、冷却プレート６と下側の腕部５６とが電気的に絶縁される。サイドセパレータ１０の第３部分５３は、電池積層体２の上面と拘束部材１２の上側の腕部５６との間に介在する。これにより、各電池１４の上面と上側の腕部５６とが電気的に絶縁される。

【0043】

一対の腕部５６によって電池積層体２、熱伝導層８および冷却プレート６が鉛直方向Ｚに挟み込まれた状態で、熱伝導層８は、電池積層体２および冷却プレート６に押圧されて、弾性変形または塑性変形する。これにより、電池積層体２と冷却プレート６との熱的な接続をより確実に得ることができる。また、電池積層体２全体の冷却の均一化を図ることができる。さらに、電池積層体２と冷却プレート６とのＸＹ平面方向のずれをより一層抑制することができる。

【0044】

一例として、これらの組み付けが完了した後に、電池積層体２にダクトプレート２８が載置される。例えば、ダクトプレート２８は、一対のサイドセパレータ１０の第３部分５３が係合することで電池積層体２に対して固定される。そして、各電池１４の出力端子２２にバスバー４２が取り付けられて、複数の電池１４の出力端子２２どうしが電気的に接続される。例えばバスバー４２は、溶接により出力端子２２に固定される。

【0045】

ダクトプレート２８の上面には、カバープレート６０が載置される。カバープレート６０は、ダクトプレート２８の上方を覆う板状の部材である。本実施の形態のカバープレート６０は、電池モジュール１の外郭の一部、具体的には電池モジュール１の上面を構成する、いわゆるトップカバーである。カバープレート６０により、電池１４の出力端子２２や弁部２４、バスバー４２等への結露水や塵埃等の接触が抑制される。カバープレート６０は、例えば絶縁性を有する樹脂からなる。カバープレート６０は、鉛直方向Ｚで外部接続端子４４と重なる位置に絶縁カバー部６２を有する。また、カバープレート６０は、開口９６を有する。各開口９６は、後述する流路部７６に接続される。

【0046】

カバープレート６０は、第１方向（本実施の形態では水平方向Ｙ）における両端部がダクトプレート２８に固定される。本実施の形態のカバープレート６０は、スナップフィットによりダクトプレート２８に固定される。具体的には、ダクトプレート２８は、水平方向Ｙにおける両端部に、積層方向Ｘに間隔をあけて複数の係合爪７２を有する。また、カバープレート６０は、鉛直方向Ｚから見て各係合爪７２と重なる位置に係合孔７４を有する。カバープレート６０がダクトプレート２８に載置されると、各係合孔７４に各係合爪７２が挿入される。これにより、カバープレート６０の水平方向Ｙにおける両端部がダクトプレート２８に固定される。カバープレート６０がダクトプレート２８に載置された状態で、外部接続端子４４が絶縁カバー部６２で覆われる。

【0047】

図３は、電池モジュール１のダクトプレート２８およびカバープレート６０を含む領域の断面側面図である。図４は、電池モジュール１のダクトプレート２８およびカバープレート６０を含む領域の断面斜視図である。図３および図４では、電池１４の内部構造の図示を省略している。

【0048】

電池モジュール１は、流路部７６を備える。流路部７６は、排気ダクト３８内のガスを電池モジュール１の外部に漏出させる流路である。流路部７６は、ダクトプレート２８およびカバープレート６０で画成され、排気ダクト３８から積層方向Ｘと交わる第１方向（本実施の形態では水平方向Ｙ）に延びる。本実施の形態では、排気ダクト３８を挟んで水平方向Ｙの両側に流路部７６が配置される。各流路部７６は、排気ダクト３８の水平方向Ｙを向く第２壁部３６に接続される。より具体的には、第２壁部３６には開口７８が設けられ、各流路部７６の一方の端部は開口７８に接続される。各流路部７６の他方の端部は、電池モジュール１の水平方向Ｙの端部に配置される流路出口８０に接続される。

【0049】

第２壁部３６には積層方向Ｘに所定の間隔をあけて複数の開口７８が設けられ、流路部７６の一方の端部は複数の開口７８に接続される。また、流路出口８０は、積層方向Ｘに長い開口である。したがって、流路部７６は、積層方向Ｘおよび水平方向Ｙに拡がる平面状の流路である。カバープレート６０は、排気ダクト３８の弁部２４と対向する第１壁部３４との間に所定の隙間Ｇが設けられるように配置される。つまり、第１壁部３４とカバープレート６０とは、隙間Ｇだけ鉛直方向Ｚに離間している。隙間Ｇは、水平方向Ｙの両端部が流路部７６に接続される。したがって、水平方向Ｙに並ぶ２つの流路部７６は、隙間Ｇを介して連通される。

【0050】

また、カバープレート６０は、流路部７６の途中と電池モジュール１の外部とを連通する開口９６を有する。本実施の形態のカバープレート６０は、排気ダクト３８を挟んで水平方向Ｙの両側に、積層方向Ｘに所定の間隔をあけて複数の開口９６が設けられている（図１，２も参照）。鉛直方向Ｚにおける各開口９６の一端は、流路部７６の開口７８から流路出口８０までの間の領域に接続される。鉛直方向Ｚにおける各開口９６の他端は、電池モジュール１の外部に接続される。

【0051】

弁部２４から電池１４内のガスが噴出すると、ガスは弁部２４と対向する第１壁部３４に衝突する。第１壁部３４に衝突したガスは、第１壁部３４に沿って流れて開口７８から流路部７６に流入する。流路部７６に流入したガスの大部分は、流路部７６内を水平方向Ｙおよび積層方向Ｘに流れ、流路出口８０から電池モジュール１の外部に漏出する。

【0052】

電池１４から噴出するガスの少なくとも一部は、可燃性のガスである。また、電池１４から噴出するガスには、電池構造物の破片等の微粒子も含まれる。電池モジュール１の外部に高温の可燃性ガスと高温の微粒子とが排出され、これらとモジュール外の酸素とが混ざると、電池モジュール１の外部で発火に至るおそれがある。これに対し、本実施の形態では弁部２４から噴出したガスを一旦排気ダクト３８で受け、その後に流路部７６を経由して電池モジュール１の外部に放出している。これにより、ガスや微粒子が電池モジュール１の外部に放出されるまでに、その温度を下げることができるため、電池モジュール１の外部での発火を抑制することができる。

【0053】

排気ダクト３８から流路部７６に流入したガスの一部は、カバープレート６０に設けられた開口９６から電池モジュール１の外部に排出される。これにより、流路部７６内の圧力が低下する。したがって、流路部７６内の圧力が過度に上昇することを抑制することができる。

【0054】

また、開口９６の内側壁によって形成される、流路部７６と電池モジュール１外とをつなぐ連通路は、流路部７６においてガスが流れる方向、つまり積層方向Ｘおよび／または水平方向Ｙに対して直交する鉛直方向Ｚに延びる。ガスに対し質量の大きい微粒子は、慣性力によって流路部７６内を積層方向Ｘおよび／または水平方向Ｙに進みやすい。つまり、微粒子の進行方向は、鉛直方向Ｚに変化しにくい。このため、微粒子は開口９６から電池モジュール１の外部に排出されにくい。微粒子は、ガスに比べて温度が極めて高く、且つ温度が低下しにくいため、流路部７６により長い時間留めておくことが望ましい。したがって、より多くの微粒子を開口９６からではなく流路出口８０から排出することで、電池モジュール１の外部での発火をより抑制することができる。

【0055】

本実施の形態において、各開口９６の大きさは、開口９６における流路抵抗が流路部７６の流路抵抗よりも大きくなるように設定される。流路部７６の流路抵抗は、例えば開口７８から流路出口８０に至るまでの領域において流路抵抗の最も大きい箇所における流路抵抗である。これにより、各開口９６からのガスの流出量が流路出口８０からのガスの流出量を上回ることを抑制することができる。

【0056】

以上説明したように、本実施の形態に係る電池モジュール１は、積層された複数の電池１４を有する電池積層体２と、電池積層体２に載置されるダクトプレート２８と、ダクトプレート２８に載置されるカバープレート６０と、ダクトプレート２８およびカバープレート６０で画成される流路部７６と、を備える。電池積層体２の各電池１４は、ガスを噴出する弁部２４を有する。ダクトプレート２８は、排気ダクト３８を有し、電池積層体２における複数の弁部２４が配置される面を覆う。排気ダクト３８は、電池１４の積層方向Ｘに延びて各電池１４の弁部２４に接続され、噴出したガスを一時的に貯留する。流路部７６は、排気ダクト３８から電池１４の積層方向Ｘと交わる第１方向に延び、排気ダクト３８内のガスを電池モジュール１の外部に漏出させる。カバープレート６０は、流路部７６の途中と電池モジュール１の外部とを連通する開口９６を有する。

【0057】

各弁部２４を排気ダクト３８に接続することで、噴出したガスの衝撃や圧力を排気ダクト３８で受けることができる。特に、ガスの噴出初期に生じる大きな衝撃や急激に上昇する圧力を排気ダクト３８で受けることができる。また、排気ダクト３８に噴出したガスは、流路部７６から徐々に電池モジュール１の外部に漏出する。これにより、電池モジュール１の外部にガスが勢いよく噴出することを抑制することができる。また、流路部７６から徐々にガスを漏出させることで、ガスや微粒子が流路出口８０に至るまでにその温度を下げることができる。これにより、電池モジュール１の外部での発火を抑制することができる。

【0058】

また、カバープレート６０に開口９６を設けることで、流路部７６内のガスの一部を開口９６から排出することができる。これにより、流路部７６内の圧力を下げることができるため、流路部７６内の圧力が過度に上昇することを抑制することができる。これにより、電池１４からのガスの噴出によって流路部７６が破損することを抑制することができる。よって、本実施の形態によれば、電池モジュール１の安全性を高めることができる。また、電池モジュール１の安全性を維持しながら電池モジュール１の高容量化を図ることができる。

【0059】

また、カバープレート６０への開口９６の設置により流路部７６の内圧を低減しているため、流路部７６の体積を大きくすることで流路部７６内の圧力が過度に上昇することを抑制する場合に比べて、電池モジュール１の大型化を抑制することができる。また、カバープレート６０に開口９６を設けるだけであるため、部品点数の増加を伴わず、電池モジュール１の構造の複雑化や大型化を抑制することができる。

【0060】

各開口９６の大きさは、開口９６における流路抵抗が流路部７６の流路抵抗よりも大きくなるように設定される。これにより、各開口９６からのガスの流出量が流路出口８０からのガスの流出量を上回ることを抑制することができる。流路出口８０から漏出するガスは、開口９６から漏出するガスに比べてより長く流路部７６に留まっているため、温度がより下がった状態で電池モジュール１の外部に排出される。したがって、流路出口８０からのガスの流出量を各開口９６からのガスの流出量よりも増やすことで、流路部７６の内圧上昇の抑制と、電池モジュール１外での発火の抑制とをより確実に両立させることができる。

【0061】

以上、本発明の実施の形態について詳細に説明した。前述した実施の形態は、本発明を実施するにあたっての具体例を示したものにすぎない。実施の形態の内容は、本発明の技術的範囲を限定するものではなく、請求の範囲に規定された発明の思想を逸脱しない範囲において、構成要素の変更、追加、削除等の多くの設計変更が可能である。設計変更が加えられた新たな実施の形態は、組み合わされる実施の形態および変形それぞれの効果をあわせもつ。前述の実施の形態では、このような設計変更が可能な内容に関して、「本実施の形態の」、「本実施の形態では」等の表記を付して強調しているが、そのような表記のない内容でも設計変更が許容される。実施の形態に含まれる構成要素の任意の組み合わせも、本発明の態様として有効である。図面の断面に付したハッチングは、ハッチングを付した対象の材質を限定するものではない。

【0062】

（変形例１）
図５（Ａ）は、変形例１に係る電池モジュール１の一部を模式的に示す断面図である。図５（Ａ）では、電池１４の内部構造および第１壁部３４の図示を省略している。変形例１の電池モジュール１では、カバープレート６０およびダクトプレート２８が並ぶ方向（本変形例では鉛直方向Ｚ）から見て、開口９６における流路部７６側の第１端部９６ａと反対側の第２端部９６ｂとは少なくとも一部がずれている。これにより、鉛直方向Ｚから見て露出する流路部７６の面積を減らすことができるため、微粒子が開口９６を介して電池モジュール１の外部に排出されることをより抑制することができる。

【0063】

また、本変形例の第２端部９６ｂは、第１方向（本変形例では水平方向Ｙ）において第１端部９６ａよりも排気ダクト３８寄りに配置される。第１端部９６ａと第２端部９６ｂとをつなぐ連通路９６ｃは、第１端部９６ａから第２端部９６ｂに向かって直線状に延びる。したがって、連通路９６ｃは、第１端部９６ａから第２端部９６ｂに向かって徐々に排気ダクト３８に近づくように傾斜している。

【0064】

流路部７６におけるガスの主流は、開口７８から水平方向Ｙに延びて流路出口８０に向かう。したがって、第２端部９６ｂを第１端部９６ａよりも排気ダクト３８側に配置することで、ガスの主流に対して連通路９６ｃを鋭角に接続することができる。これにより、微粒子が開口９６から電池モジュール１の外部に排出されることをより抑制することができる。

【0065】

（変形例２）
図５（Ｂ）は、変形例２に係る電池モジュール１の一部を模式的に示す断面図である。図５（Ｂ）では、電池１４の内部構造および第１壁部３４の図示を省略している。変形例２の電池モジュール１は、変形例１と同様にカバープレート６０およびダクトプレート２８が並ぶ方向（本変形例では鉛直方向Ｚ）から見て、第１端部９６ａと第２端部９６ｂとは少なくとも一部がずれている。

【0066】

また、本変形例における、第１端部９６ａと第２端部９６ｂとをつなぐ連通路９６ｃは、屈曲または湾曲している。図５（Ｂ）には、一例としてクランク状に屈曲した連通路９６ｃが図示されている。具体的には、本変形例の第２端部９６ｂも、変形例１と同様に第１端部９６ａよりも排気ダクト３８寄りに配置されている。そして、連通路９６ｃは、第１端部９６ａから上方に延びて、カバープレート６０の厚み方向の中間領域で排気ダクト３８側に略直角に折れ曲がる。そして、排気ダクト３８に向かって水平方向Ｙに延び、第２端部９６ｂの直下で第２端部９６ｂ側に略直角に折れ曲がって、第２端部９６ｂに接続されている。

【0067】

連通路９６ｃを屈曲または湾曲した形状とすることで、微粒子が開口９６から電池モジュール１の外部に排出されることをより抑制することができる。なお、連通路９６ｃを屈曲または湾曲させる場合は、第１端部９６ａと第２端部９６ｂとをＸＹ平面方向にずらさなくても、鉛直方向Ｚから見て露出する流路部７６の面積を減らすことができる。

【0068】

（その他）
電池モジュール１が備える電池１４の数は特に限定されない。サイドセパレータ１０の形状や、エンドプレート４と拘束部材１２との締結構造を含む、電池モジュール１の各部の構造は特に限定されない。電池１４は、円筒状等であってもよい。電池積層体２と冷却プレート６との間の熱伝導と摩擦力とが十分に確保できる場合には、熱伝導層８を省略し、ＰＥＴやＰＣからなる絶縁シートを電池積層体２と冷却プレート６との間に介在させてもよい。カバープレート６０が有する開口９６の配置や数は、流路出口８０からのガス排出量と開口９６からのガス排出量とのバランスや、流路部７６の内圧の上昇量などを考慮して適宜設定することができる。変形例２における連通路９６ｃの形状は、積層方向Ｘに垂直なＹＺ平面に沿った断面形状がＳ字形状や、横Ｖ字形状（Ｖ字を９０°回転させた形状）、横Ｕ字形状（Ｕ字を９０°回転させた形状）等であってもよい。

【符号の説明】

【0069】

１ 電池モジュール、 ２ 電池積層体、 １４ 電池、 ２４ 弁部、 ２８ ダクトプレート、 ３８ 排気ダクト、 ６０ カバープレート、 ７６ 流路部、 ９６ 開口、 ９６ａ 第１端部、 ９６ｂ 第２端部、 ９６ｃ 連通路。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】