JP2015015208A - 電池モジュール、電池モジュールを有する電源装置、及び電池モジュールの温度管理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】低温環境での始動性を向上可能であるとともに、高温環境での電池温度の上がり過ぎによる信頼性低下を抑制可能な電池モジュールを提供する。
【解決手段】電池モジュール２は、二次電池４と、蓄熱パック６と、発核手段１１を具備する。蓄熱パック６は二次電池４と熱交換をする蓄熱材８を備える。蓄熱材８は過冷却をすることが可能である。蓄熱パック６を二次電池４に接するように配置する。発核手段１１は過冷却状態の蓄熱材８を発核させる。この発核手段１１を蓄熱パック６に取付ける。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、二次電池を有する電池モジュール、この電池モジュールを有する電源装置、及び電池モジュールが有する二次電池の温度を管理する電池モジュールの温度管理方法に関する。

相変化材料からなる蓄熱材は、潜熱蓄熱材と称されている。潜熱蓄熱材は、固体から液体に変化する際に潜熱を吸収し、この逆に、液体から固体に変化する際に潜熱を放出する。

この蓄熱材を二次電池に熱的に接続した状態に配置することで、二次電池の発熱を蓄熱材に吸収する技術が提案されている。この提案によれば、二次電池の温度が蓄熱材の温度より高い場合、蓄熱材に二次電池の熱が吸収される。この逆に、二次電池の温度が蓄熱材の温度より低い場合、蓄熱材の熱が二次電池に放出される。

二次電池の温度が保証温度の下限値より低い場合、この二次電池の性能は低下する。換言すれば、二次電池の低温始動性は良くないことが知られている。この課題は、既述の提案を採用することで対処できる。

つまり、二次電池の充放電時（動作時）に発生する熱が蓄熱材に吸収される。これにより、二次電池の動作が停止された場合、蓄熱材の熱で二次電池を保温することが可能となる。したがって、二次電池が保温された状態に保持されていれば、二次電池の動作が停止された状態から二次電池の充放電を開始させた場合、低温環境であっても、二次電池の性能低下が抑制される。

二次電池の使用態様は様々である。二次電池の充放電が長時間行われず、この二次電池が低温環境で放置されるケースがある。代表的には、冬季や寒冷地などにおいて、日中に二次電池の充放電が行なわれた後、翌朝まで二次電池が使用されないケースを挙げることができる。

このケースでは、二次電池の動作停止中に、蓄熱材から低温環境への放熱がある。このため、蓄熱材を熱源として二次電池を長時間にわたり保温することは困難である。

この課題への対策として、蓄熱材をその周囲の環境に対して断熱する手段を講じればよい。

しかし、こうした断熱手段が付設された二次電池は、夏季等の高温環境で充放電を繰り返すと、電池温度が過度に上がる可能性が高められる。二次電池の温度が保証温度の上限値より高くなると、二次電池を構成する材料が熱によって劣化される。これにより、断熱手段が付設された二次電池はその耐久性が低下し、二次電池の信頼性が低下する虞がある。

以上説明したように低温環境での二次電池の始動性を改善するために、二次電池を断熱する手段を講じることは、この二次電池が高温環境で動作されるに伴い、二次電池の信頼性の低下がもたらされる、という課題がある。

特開平９−２５９９３８号公報 特開２００２−２９１６７０号公報 特開２００６−３２９０８９号公報

実施形態は、低温環境での始動性を向上することが可能であるとともに、高温環境での信頼性の低下を抑制することが可能な電池モジュール、電池モジュールの電源装置、及び電池モジュールの温度管理方法を提供することにある。

前記課題を解決するために、実施形態の電池モジュールは、二次電池と、蓄熱パックと、発核手段を具備する。蓄熱パックは二次電池と熱交換をする蓄熱材を備える。蓄熱材は過冷却をすることが可能である。蓄熱パックを二次電池に接するように配置する。発核手段は過冷却状態の前記蓄熱材を発核させる。この発核手段を蓄熱パックに取付ける。

第１の実施の形態に係る電池モジュールを有する電源装置の構成を概念的に示す図である。 第１の実施の形態に係る電池モジュールが有する蓄熱パックを発核手段とともに示す断面図である。 第１の実施の形態に係る電池モジュールが有する蓄熱パックを他の発核手段とともに示す断面図である。 図１の電源装置の電池モジュールが有する二次電池の温度を管理する手順を示すフローチャートである。 第２の実施の形態に係る電源装置の電池モジュールが有する二次電池の温度を管理する手順を示すフローチャートである。 第３の実施の形態に係る電源装置の構成を概念的に示す横断平面図である。 第６中Ｆ７−Ｆ７線に沿って示す電池モジュールの断面図である。 第４の実施の形態に係る電源装置が有する電池モジュールを示す図７相当の断面図である。

（第１の実施の形態）
以下、第１の実施の形態を、図１〜図４を参照して詳細に説明する。

図１に示すように電源装置１は、電池モジュール２と、温度センサ２１と、制御手段３１とを備える。

電池モジュール２は、二次電池４と、蓄熱パック６と、発核手段１１とを有する。この電池モジュール２は、電池を保護するための図示しないケーシングに収納される。

二次電池４は、単電池であり、例えばリチウムイオン電池等からなる。二次電池４は、比較的扁平な直方体形状をなしている。

蓄熱パック６は、図２又は図３に示すように容器部材７と、この容器部材７に封入された蓄熱材８を有する。

容器部材７は密閉された容器である。容器部材７は、例えば二次電池４よりも薄く、かつ、二次電池４よりも小形である。この容器部材７は、例えば合成樹脂や金属で作られているが、これに制約されず、ラミネートフィルムで形成することもできる。

容器部材７は、二次電池４の外郭を構成する材料よりも熱伝導性に優れる素材で形成することが好ましい。更に、この素材の厚みは、二次電池４の外郭を構成する材料の厚みより薄いことが好ましい。

蓄熱材８は容器部材７に収納されている。蓄熱材８には、過冷却を有する潜熱蓄熱材（ＰＣＭ；Phase change material）が用いられている。この蓄熱材８は相変化蓄熱材と称される。

蓄熱材８は、その融点にて固体から液体へと融解する際に吸熱する。この逆に、蓄熱材８は、液体から固体に凝固する際に放熱する。更に、蓄熱材８は、融解されて液体となった状態で、その温度が融点以下になっても凝固せずに、液体の状態を維持する特性を有している。このような特性を過冷却特性という。

蓄熱材８として、例えば酢酸ナトリウム水和物や硫酸ナトリウム水和物等を挙げることができる。酢酸ナトリウム水和物や硫酸ナトリウム水和物は、融解して液体になった状態で氷点付近まで冷却されても、過冷却状態を安定して維持できる特性を有している。

蓄熱パック６は、二次電池４の厚み方向の両側面のうちの少なくとも一方に接するように配置されている。それにより、蓄熱パック６と二次電池４とは、熱的に接するような形態に組み合わされている。ここで、熱的に接するような形態とは、蓄熱材８と二次電池４との熱交換が可能となる形態を指している。

具体的に、第１実施形態では、容器部材７が二次電池４の厚み方向の側面に直に接触する形態に、蓄熱パック６が配置されている。換言すれば、蓄熱パック６が二次電池４の側面に積層された形態に、蓄熱パック６と二次電池４とが組み合わされている。更に、換言すれば、蓄熱パック６が二次電池４の側面に貼付けられた形態に、蓄熱パック６と二次電池４とが組み合わされている。

なお、二次電池４の側面と容器部材７との間に、伝熱部材を挟んだ形態で、蓄熱パック６を配置することも可能である。伝熱部材として例えば熱伝導性に優れる伝熱シートを用いることができる。この場合、薄く柔軟性を有する伝熱シートを使用することが好ましい。

発核手段１１は各蓄熱パック６に夫々取付けられている。発核手段１１は、蓄熱材８の過冷却状態を解除するために設けられている。この発核手段１１は、過冷却状態にある蓄熱材８中に結晶核を生成し、それにより蓄熱材８が固化される。このように蓄熱材８を、その過冷却状態を解除して固化させることを「発核」と称する。これと共に、発核を開始させることを「発核手段１１を操作する」と称する。

発核手段１１の一態様を図２に示す。この発核手段１１は、正極をなす電極１２と、負極をなす電極１３と、電極ホルダ１４と、発核電源１５を有する。

電極ホルダ１４は、電気絶縁物からなり、容器部材７に液密に取付けられている。電極１２，１３は、電極ホルダ１４を液密に貫通している。これら電極１２，１３は容器部材７内の蓄熱材８に接している。発核電源１５は、電極１２，１３に電気的に接続されている。この発核電源１５は電極１２，１３に電圧を印加する。この印加は、後述する制御手段３１によって制御される。

図２に示した発核手段１１が操作されると、電極１２，１３間に電圧が印加される。こうして印加された電圧のエネルギーにより、過冷却状態の蓄熱材８は発核される。

発核手段１１の他の態様を図３に示す。この発核手段１１は、ピン１６と、押棒１７と、ホルダ１８と、アクチュエータ１９を有する。

ピン１６は蓄熱材８に接して容器部材７内に配置されている。このピン１６は、金属製であり、外力に受けた場合に変形し、外力の消失に伴って変形する前の形状に復元することが可能である。ホルダ１８は容器部材７に液密に取付けられている。押棒１７はホルダ１８をその厚み方向に移動可能でかつ液密に貫通している。押棒１７の先端はピン１６に接している。アクチュエータ１９は電池パック６の外に配置される。このアクチュエータ１９は、それに供給される電力で駆動される。

アクチュエータ１９の駆動により押棒１７が容器部材７内に突出するように移動される。アクチュエータ１９への電力供給が停止されると、ピン１６の復元力によって押棒１７は元の位置に押し戻される。アクチュエータ１９への電力供給とその停止は、後述する制御手段３１によって適時制御される。

図３に示した発核手段１１が操作されると、押棒１７が押込まれるとともにピン１６が撓む。こうしてピン１６が撓むことにより、エネルギーが蓄熱材８に与えられる。その結果、過冷却状態の蓄熱材８が発核される。

温度センサ２１は図１に示すように電池モジュール２に取付けられている。第１実施形態では、二次電池４が有する外郭の外面に接する形態で温度センサ２１が配置されている。

なお、温度センサ２１は、二次電池４の内部、例えば二次電池４の外郭の内面に接する形態に配置してもよい。或いは、二次電池４に熱的に接続された部分、つまり、容器部材７の外面に接する形態で温度センサ２１を配置することも可能である。

図１に示す制御手段３１は電池モジュール２の外部に配置される。制御手段３１はマイクロコンピュータによって形成されている。この制御手段３１が有するメモリ（図示しない）に、二次電池４を適正温度範囲（保証温度範囲）内で使用させるために必要な各種のデータが記憶されている。

なお、制御手段３１は、電池モジュール２に専用のものであることに制約されず、他の制御システムに、制御手段３１が接続ないしは組込まれていてもよい。他の制御システムとして、例えば、電池モジュール２を電源として動作される電気機器の制御システム、又は、この電気機器及びその他の家電製品全体を制御するネットワーク家電制御システム等を挙げることができる。

制御手段３１は、図１に示すように温度推定部３３と、判断部３５と、発核制御部３７を有している。

温度センサ２１と制御手段３１は電線Ｌ１により電気的に接続されている。これにより、温度センサ２１が検出した温度Ｔａは温度推定部３３に供給される。温度推定部３３は、入力された温度Ｔａから二次電池４の温度Ｔｃを推定できるように構成されている。ここで、他の温度との識別のために温度Ｔｃを推定温度Ｔｃと以下称する。

判断部３５には第１閾値が予め定められている。第１閾値は下限温度Ｔｍｉｎであり、この下限温度Ｔｍｉｎは発核手段１１を操作するか否かを判断する基準値である。下限温度Ｔｍｉｎは蓄熱材８の融点を下回った温度例えば氷点に設定される。推定温度Ｔｃは判断部３５に供給される。判断部３５は、保証温度範囲の下限値である下限温度Ｔｍｉｎと推定温度Ｔｃを比較する。

発核制御部３７と発核手段１１は電線Ｌ２により電気的に接続されている。発核制御部３７に、判断部３５の判断結果が供給される。発核制御部３７は、これに入力された判断結果にしたがって、発核手段１１を操作し、又は発核手段１１の操作を保留する。

電池モジュール２の二次電池４は、その動作中（つまり、充電されるとき及び放電するとき）に発熱し、この熱は周囲に放出される。それにより、蓄熱パック６に波及した熱（排熱）で蓄熱材８の温度が上昇される。そのため、蓄熱材８が固体状態である場合、蓄熱材８の融点にて、この蓄熱材８が融解され液体に変化される。それに伴い、前記排熱が潜熱（これを融解潜熱と称する。）として蓄熱材８に蓄えられる。

この状態から二次電池４の動作が停止された状態に、二次電池４が放置されると、蓄熱材８の熱は周囲に放出される。そのため、冬季などの低温環境では、蓄熱材８の温度は氷点を下回る。それにも拘わらず、蓄熱材８は、その特性によって、液体の状態を維持する。つまり、蓄熱材８は過冷却された状態を維持する。

このため、制御手段３１による制御で発核手段１１が操作されて、既に過冷却された状態にある蓄熱材８が発核されると、蓄熱材８は固化する。その際、蓄熱材８は潜熱（これを凝固潜熱と称する。）を放出する。この潜熱は、二次電池４に伝わって、この二次電池４を加熱する。

次に、図４を参照して電源装置１を運転する手順を説明する。

まず、ステップＳ１により、電池モジュール２の二次電池４を動作させる指令が制御手段３１に与えられる。

ここで、ステップＳ１の「動作指令」が実行されるタイミングは、電池モジュール２の二次電池４の充放電が、予め定められた電流値以上で繰返される期間で、充電が開始されるタイミング及び放電が開始されるタイミングである。

具体的に、第１実施形態の電源装置１が、電気自動車に搭載される車載用電源として適用される使用例（第１使用例）と、供給される電力を蓄電する家庭用の蓄電装置として適用される使用例（第２使用例）と、パーソナルコンピュータなどの電子機器の電源として適用される使用例（第３使用例）に分けて説明する。

第１使用例で「動作指令」があるときとは、電気自動車の始動スイッチがオンされてからオフされるまでの期間（放電期間）、及び電気自動車の停止中に充電される期間である。このため、始動スイッチがオンされたタイミングで「動作指令」が実行される。同様に、充電が開始されたタイミングで「動作指令」が実行される。

なお、この他に、「動作指令」を実行させるタイミングは、放電が開始されるとき、及び充電が開始されるときより前に設定することも可能である。例えば、運転者の乗車を検知するスイッチが車両に設置されている場合、このスイッチがオンしたタイミングで「動作指令」を実行させてもよい。

第２使用例の電源装置は、住宅の所定位置に据え付けられる蓄電池で、一般的に定置用蓄電池と称される。この蓄電池は、太陽電池や燃料電池の発生電力を蓄電する蓄電池として使用される。或いは、送電網を経由して供給される電力を深夜に蓄電する蓄電池として使用される。

この蓄電池で例えば太陽電池の発生電力を蓄電する場合、「動作指令」があるときとは、太陽電池が太陽光で照射される昼間の時間帯である。このため、太陽電池の発生電力が供給されて、充電が開始されたタイミングで「動作指令」が実行される。

第３使用例で「動作指令」があるときとは、電子機器の電源スイッチがオンされてからオフされるまでの期間（放電期間）、及び充電される期間である。このため、電源スイッチがオンされたタイミングで「動作指令」が実行される。同様に、充電が開始されたタイミングで「動作指令」が実行される。

ステップＳ１の実行後に制御手段３１はステップＳ２を実行させる。ステップＳ２により、温度センサ２１が検出した電池モジュール２の温度Ｔａが温度推定部３３に読み込まれる。この温度推定部３３によって、二次電池４の温度（推定温度Ｔｃ）が、温度Ｔａに基づいて推定される。

次のステップＳ３により、推定温度Ｔｃが下限温度Ｔｍｉｎ未満であるか否かが判断される。電池モジュール２が低温環境にあると、それに従い二次電池４の推定温度Ｔｃも低い。推定温度Ｔｃが下限温度Ｔｍｉｎ未満である場合、ステップＳ３の判断はＹＥＳとなる。

ステップＳ３でＹＥＳの判断が下される状況では、蓄熱材８の温度は下限温度Ｔｍｉｎ未満である。即ち、蓄熱材８の温度は、この蓄熱材８の融点を下回っている。そのため、既に、二次電池４の放熱を受けて液体となっている蓄熱材８は、過冷却された状態にある。

ステップＳ３の判断がＹＥＳである場合、ステップＳ４が実行されて、発核制御部３７が発核手段１１を操作する。これにより、蓄熱材８は発核され固化する。

したがって、蓄熱パック６に接触した二次電池４が、蓄熱材８から放出される凝固潜熱で加熱される。つまり、蓄熱材８から放出される潜熱が、容器部材７を経由して二次電池４に与えられて、二次電池４の温度が上昇される。それにより、二次電池４の低温始動性が向上される。

一方、電池モジュール２が高温環境にあると、それに従い二次電池４の推定温度Ｔｃも高い。このため、推定温度Ｔｃが下限温度Ｔｍｉｎ以上に高い場合、ステップＳ３の判断はＮＯとなる。ステップＳ３でＮＯの判断が下される状況で、蓄熱材８の温度は下限温度Ｔｍｉｎ以上である。即ち、蓄熱材８の温度は、蓄熱材８の融点より高く、この蓄熱材８は液体となっている。

ステップＳ３の判断がＮＯである場合、ステップＳ５が実行される。このとき、発核制御部３７は、発核手段１１の操作を保留する。このため、蓄熱材８の凝固潜熱は放出されない。よって、温度が高い二次電池４に対して不要な熱が、蓄熱材８から与えられない。

以上説明したように二次電池４の温度が下限温度Ｔｍｉｎ未満であると推定された場合、過冷却された状態にある蓄熱材８が発核される。それにより、蓄熱材８から放出される凝固潜熱を利用して、二次電池４を加熱できる。一方、二次電池４の温度が下限温度Ｔｍｉｎ以上であると推定された場合、発核手段１１の操作が保留される。それにより、二次電池４は不要に加熱されず、二次電池４の温度が過度に上がらないように制御される。これに伴い、二次電池４の耐久性の低下等がもたらされることがないので、二次電池４の信頼性の低下を抑制できる。

即ち、第１実施形態の電源装置１は、過冷却できる特性を有した蓄熱材８を用いているとともに、この蓄熱材８を発核させる発核手段１１の操作を、二次電池４の温度状況に応じて制御手段３１で制御している。

これにより、過冷却状態の蓄熱材８が発核することによる二次電池４の加熱と、発核を保留することで蓄熱材８による二次電池４の加熱をしないことを、能動的に制御できる。これとともに、蓄熱材８に蓄えられた潜熱が、冬季等の低温環境で蓄熱材８の周囲に自然に放出されないようにする断熱を、蓄熱材８に対して施す必要がない。これに伴い、夏季等の高温環境で蓄熱材８の温度が過度に上がることを抑制できる。

したがって、第１実施形態の電源装置１が有する電池モジュール２によれば、低温環境での始動性を向上することが可能であるとともに、高温環境での電池温度の上がり過ぎによる信頼性の低下を抑制することが可能である。

更に、第１実施形態の電源装置１において、密封構造の蓄熱パック６は、二次電池４の側面に接触して配置されている。このため、二次電池４の充放電時にこの二次電池４から放出される熱を、蓄熱材８が直接的に吸収できる。同様に、蓄熱材８が発核した時に放出される潜熱で、二次電池４に直接的に加熱できる。このように蓄熱材８と二次電池４との熱交換が直接的に行われるので、熱交換性能がよい。

これとともに、第１実施形態の電源装置１は、蓄熱材８を液体の状態で循環させるポンプや管等の循環用部品を必要としない。そのため、電源装置１の構成が単純であるとともに、電源装置１を小形に構成できる。

なお、過冷却状態の蓄熱材８を循環させようとすると、その際に与えられるエネルギーで、蓄熱材８が結晶化してしまう。そこで、蓄熱材をカプセルに充填し、そのカプセルを液体状の溶液中に分散させれば、蓄熱材を循環させることは可能となる。しかし、このようにすると、蓄熱材に蓄えられる潜熱量が減ってしまう。よって、二次電池４の熱を吸収する上でも、二次電池４に蓄熱材の潜熱を放熱する上でも不利である。

（第２の実施の形態）
図５は第２の実施の形態を示している。第２実施形態は、電源装置１を運転する手順が第１実施形態とは異なり、これ以外は第１実施形態と同じである。このため、第１実施形態と同一ないしは同様の機能を奏する構成については、第１実施形態と同じ符号を付してその説明を省略する。これと共に、必要により図１等を参照して説明する。

以下、第２実施形態での運転の手順を説明する。

まず、ステップＳ１１で、二次電池４を動作させる「動作指令」があるか否かが判断される。ここで、「動作指令」が出されるタイミングは、第１実施形態で説明した通りである。

二次電池４に対する動作指令がなされると、ステップＳ１１の判断はＹＥＳとなり、次に、ステップＳ１２が実行される。この後、ステップＳ１３での判断が行なわれ、その判断結果がＹＥＳの場合、ステップＳ１４が実行される。

ここで、ステップＳ１２〜ステップＳ１４は、夫々第１実施形態で説明したステップＳ２〜ステップＳ４に相当している。

このため、二次電池４を動作させる「動作指令」があることがステップＳ１１で判断されると、温度センサ２１が検出した電池モジュール２の温度Ｔａから二次電池４の温度Ｔｃが推定される（ステップＳ１２）。次のステップＳ１３で、予め定められた下限温度Ｔｍｉｎを推定温度Ｔｃが下回っていると判断された場合、過冷却された状態にある蓄熱材８が、ステップＳ１４の実行によって発核される。

以上のようにステップＳ１１〜ステップＳ１４の系による温度管理によれば、電池モジュール２の二次電池４が動作中（充電中又は放電中）で、かつ、二次電池４の推定温度Ｔｃが下限温度Ｔｍｉｎを下回っている場合、蓄熱材８を発核させる。それにより、蓄熱材８から放出される凝固潜熱で二次電池４を加熱できる。

ステップＳ１３の判断がＮＯの場合（つまり、推定温度Ｔｃが下限温度Ｔｍｉｎより高い場合）は、ステップ１５の判断が行なわれる。

ステップＳ１５は、予め設定した第２閾値（つまり、二次電池の保証温度範囲の上限値である上限温度Ｔｍａｘ）より推定温度Ｔｃが高いか否かを判断する。ここで、上限温度Ｔｍａｘは蓄熱材８の融点より高い温度に設定される。

推定温度Ｔｃが下限温度Ｔｍｉｎ及び上限温度Ｔｍａｘより高いと、ステップＳ１５の判断はＹＥＳとなる。この場合、次のステップＳ１６が実行される。ステップＳ１６は、発核を待機させる指令を生成し、その指令を制御手段３１のメモリに記憶させる。この指令は、二次電池４の動作が停止した後に蓄熱材８を発核させる指令である。

これに従って、発核制御部３７は発核手段１１の操作を保留する（ステップＳ１７）。このため、二次電池４に対して不要な熱が蓄熱材８から供給されることがない。

以上のようにステップＳ１１〜ステップＳ１３、ステップ１５〜ステップ１７の系による温度管理によれば、電池モジュール２の二次電池４が動作中（充電中又は放電中）で、かつ、二次電池４の推定温度Ｔｃが下限温度Ｔｍｉｎ及び上限温度Ｔｍａｘを夫々上回っている場合、発核を待機させる指令を保存した上で、蓄熱材８の発核を保留する。これにより、動作中の二次電池４は蓄熱材８の凝固潜熱で加熱されない。したがって、動作中の二次電池４の温度が過度に上昇されることがない。

一方、推定温度Ｔｃが下限温度Ｔｍｉｎより高く、かつ、上限温度Ｔｍａｘより低いと、ステップＳ１５の判断はＮＯとなる。この場合、ステップＳ１６を経由することなく、ステップＳ１７が実行される。

したがって、ステップＳ１１〜ステップＳ１３、ステップ１５、ステップ１７の系による温度管理によれば、電池モジュール２の二次電池４が動作中（充電中又は放電中）で、かつ、二次電池４の推定温度Ｔｃが下限温度Ｔｍｉｎと上限温度Ｔｍａｘとの間の温度である場合、蓄熱材８の発核を保留する。これにより、動作中の二次電池４は蓄熱材８の凝固潜熱で加熱されない。したがって、二次電池４の温度が過度に上昇されることがない。

電池モジュール２の動作（正確には二次電池４の充電又は放電）が停止されると、ステップ１１の判断はＮＯとなる。この次に、制御手段３１は、そのメモリに、発核を待機させる指令が保存されているか否かを、ステップＳ２０により判断する。

既に説明したステップＳ１６の実行後に二次電池４の動作が停止されている場合、ステップＳ２０の判断はＹＥＳとなる。これを受けて次のステップＳ２１が実行される。ステップＳ２１は、発核手段１１を操作して、蓄熱材８が発核させる処理をする。これにより、蓄熱材８から放出される凝固潜熱で二次電池４が加熱される。

この段階で二次電池４は停止中であり発熱していないので、加熱されても温度上昇は抑えられる。なお、車載用の電源装置として実施する場合、電池モジュール２の停止中に、このモジュールに外部から低温の冷却風を吹き付けて、電池モジュールが保有する熱をより短時間で放出するようにしてもよい。

二次電池４がステップＳ１１〜ステップＳ１３、ステップ１５〜ステップ１７の系で温度管理された場合、電池モジュール２の二次電池４の温度は、上限温度Ｔｍａｘを超える。このため、更に、二次電池４が加熱されると、二次電池４の信頼性が低下させる虞が高められる。

ところで、二次電池４に接した蓄熱パック６の蓄熱材８は、二次電池４の熱を融解潜熱として多量に吸収する。この吸熱により蓄熱材８の温度が蓄熱材８の融点を超えると、蓄熱材８は融解するが、融点を超えた段階では融解が終わっている。よって、それ以上融解潜熱を吸収することは不可能である。一方、融解した蓄熱材８は、二次電池４の動作停止後の温度低下によって、過冷却状態となり、融解潜熱を蓄えたままの状態を維持する。このため、蓄えた潜熱を放出しない限り、二次電池４が次に動作された場合、この二次電池４の熱を蓄熱材８が吸収することはできない。

しかし、既述のように蓄熱材８に溜まっている潜熱は、ステップＳ１１，ステップＳ２０、ステップ２１の系で温度管理されることにより、二次電池４の停止中に強制的に放出される。それにより、蓄熱材８を凝固させておくことができる。即ち、蓄熱材８は、融解潜熱を利用して吸熱することが可能となるようにリセットされる。

よって、この後、電池モジュール２の二次電池４が動作された場合、蓄熱材８は、再び、二次電池４が放出する熱を吸収できる。

ステップ１６が実行されないで二次電池４の動作が停止された場合、ステップＳ２０の判断はＮＯとなる。これを受けて、発核手段１１の操作を保留するステップＳ２２が実行される。このため、二次電池４に対して蓄熱材８から不要な熱が放出されることがない。

第２実施形態の電源装置１で以上説明した以外は、図５に示されない構成を含めて第１実施形態と同じである。したがって、この第２実施形態においても、低温環境での始動性を向上することが可能であるとともに、高温環境での電池温度の上がり過ぎによる信頼性の低下を抑制することが可能な電池モジュール２、このモジュールを有する電源装置１、及び電池モジュール４２の温度管理方法を提供することが可能である。

（第３の実施の形態）
図６及び図７は第３の実施の形態を示している。第３実施形態は、電池モジュールの構成が第１実施形態とは異なり、これ以外は第１実施形態と同じである。このため、第１実施形態と同一ないしは同様の機能を奏する構成については、第１実施形態と同じ符号を付してその説明を省略する。

図６に示す電源装置１は、ケーシング４１と、電池モジュール４２と、温度センサ２１と、制御手段３１を備えている。制御手段３１はケーシング４１の外部に配置される。この制御手段３１の構成は第１実施形態で説明した通りである。

電池モジュール４２は、少なくとも一個例えば複数具体的には二個用意される。これら電池モジュール４２はケーシング４１内に並べて配置される。

電池モジュール４２は、複数の電池パック４３と、電池パック４３と同数の蓄熱パック６と、蓄熱パック６と同数の発核手段１１を備えている。

各電池パック４３は、電池容器４５と、複数の二次電池４を有する。

図７に示すように電池容器４５は、容器本体４６及び蓋４７を有する。この電池容器４５は略直方体形状をなしている。容器本体４６及び蓋４７は、合成樹脂、又はステンレス等の金属で形成される。

容器本体４６は、長方形状の底壁部４６ａ（図７参照）、側壁部４６ｂ、及び端壁部４６ｃ（図６参照）を有する。側壁部４６ｂは底壁部４６ａの両側縁に一体に連続している。端壁部４６ｃは底壁部４６ａの長手方向の両端縁に一体に連続している。これとともに、端壁部４６ｃは、側壁部４６ｂの長手方向の両端間にも一体に連続して、これら側壁部４６ｂにわたって設けられている。

蓋４７は、容器本体４６の上端開口を閉じて容器本体４６に取付けられている。

複数の二次電池４は、電池容器４５に収納されている。図６に示すように各二次電池４は電池容器４５の長手方向に並んで集合されている。換言すれば、各二次電池４はそれらの並び方向に積層されるような形態に集合されている。

各二次電池４は、容器本体４６の底壁部４６ａに対して直角に起立する形態に配置されている。各二次電池４は容器本体４６の壁部、好ましくは重力方向に位置された底壁部４６ａに、接着剤４８（図７参照）により固定されている。

二次電池４の膨張及び収縮による体積変化を吸収するために、各二次電池４は底壁部４６ａのみに接するように固定されている。即ち、各二次電池４と側壁部４６ｂ及び蓋４７との間に夫々隙間ｇ１（図７参照）が設けられている。これとともに、各二次電池４のうちでそれらが並んだ方向の両端に位置された二次電池４と、端壁部４６ｃとの間にも、隙間ｇ２（図６参照）が設けられている。更に、電池容器４５の長手方向に隣接する二次電池４間には、１ｍｍ〜２ｍｍ程度の隙間（図示しない）が存在している。

蓄熱パック６の構成及び発核手段１１の構成は、第１実施形態で説明した蓄熱パック及び発核手段と同様である。

図７に示すように蓄熱パック６は、各二次電池４が固定された電池容器４５の壁部、つまり、底壁部４６ａの外面に接触して配置されている。蓄熱パック６の大きさは底壁部４６ａと略同じである。この蓄熱パック６は、電池容器４５の長手方向に延びて、底壁部４６ａの略全域を覆っている。

したがって、電池容器４５内の各二次電池４と電池容器４５外に配置された蓄熱パック６は、底壁部４６ａを挟んでいる。それにより、二次電池４と蓄熱パック６は、底壁部４６ａを介して熱的に接続される形態に配置されている。換言すれば、二次電池４と蓄熱パック６は、熱伝導による熱交換ができるように配置されている。

制御手段３１で各発核手段１１を操作する制御出力は、夫々の発核手段１１に対して同時に与えられる。

温度センサ２１は、いずれか一つの電池モジュール２、例えば図６において左側に位置された電池モジュール２に取付ければよい。具体的に、温度センサ２１は、電池容器４５の外面、例えば側壁部４６ｂの下部外面に接する形態で配置されている（図７参照）。これに代えて、温度センサ２１を、端壁部４６ｃ又は蓋４７の外面に接する形態で配置しても良い。或いは、温度センサ２１を、電池容器４５の内面に接する形態に配置することも可能である。

第３実施形態において、電池モジュール４２が有する複数の二次電池４は、その動作中（つまり、充電されるとき及び放電するとき）に発熱する。この熱は、接着剤４８及び電池容器４５の底壁部４６ａを経由して蓄熱パック６に伝わる。

この場合、接着剤４８と底壁部４６ａは熱抵抗を増やす因子である。しかし、前記伝熱経路以外の伝熱経路は存在しない。このため、前記熱抵抗に拘わらず、二次電池４の熱を集中的に蓄熱パック６に波及させることができるとともに、蓄熱材８から放出される凝固潜熱を集中的に各二次電池４に波及させることができる。

蓄熱パック６に波及する二次電池４の熱（排熱）で、蓄熱パック６内の蓄熱材８の温度は上昇される。そのため、蓄熱材８が固体状態にあった場合、蓄熱材８の融点にて、この蓄熱材８が融解され液体に変化される。それに伴い、前記排熱が融解潜熱として蓄熱材８に蓄えられる。

この状態から各二次電池４がその動作を停止した状態に放置されると、蓄熱材８の熱は周囲に放出される。そのため、冬季などの低温環境では、各二次電池４及び蓄熱材８の温度が氷点近くまで低下することがある。それにも拘わらず、蓄熱材８はその特性によって、液体の状態を維持する。つまり、蓄熱材８は過冷却された状態に維持される。過冷却された蓄熱材８は融解潜熱を蓄えている。

この状態で、制御手段３１による制御で発核手段１１が操作されると、既に過冷却された状態にある蓄熱材８が発核される。それにより、蓄熱材８が固化し、その際に、蓄熱材８は凝固潜熱を放出する。この潜熱は、電池容器４５の底壁部４６ａ及び接着剤４８を経由して各二次電池４に伝わり、これら二次電池４を加熱する。

第３実形態の電源装置１を制御手段３１により運転する手順は、第１実施形態で図４を参照して既に説明した通りである。なお、第３実形態の電源装置１は、第２実施形態で図５を参照して既に説明した手順で運転することもできる。

第３実施形態の電源装置１で以上説明した以外は、図６及び図７に示されない構成を含めて第１実施形態と同じである。したがって、この第３実施形態においても、低温環境での始動性を向上することが可能であるとともに、高温環境での電池温度の上がり過ぎによる信頼性の低下を抑制することが可能な電池モジュール４２、このモジュールを有する電源装置１、及び電池モジュール４２の温度管理方法を提供することが可能である。

既述のように第３実施形態の電池モジュール４２は集合された複数の二次電池４を有する。このため、電池モジュール４２の電池出力を、第１実施形態の電池モジュールより増やすことができる。

更に、蓄熱パック６は複数の二次電池４から独立し離れている。このため、各二次電池４を並べて集合させる上で、蓄熱パック６の配置スペースに影響を受けることなく、各二次電池４を高密度に集合させることができる。それにより、電池モジュール４２を小形化できる。これに対して、第１実施形態において、二次電池の数が第３実施形態の二次電池数と同じになるように電池モジュールを並べる場合、隣接する二次電池間に蓄熱パックを配置するスペースが必要となる。このため、電池モジュールは二次電池の並び方向に大形化する。

しかも、３実施形態の電池モジュール４２で、その蓄熱パック６は、電池パック４３の外部に配置されている。これとともに、電池パック４３内の各二次電池４と蓄熱パック６とは、電池容器４５を隔壁として仕切られている。これにより、蓄熱材８に対する各二次電池４の安全性を担保できる。

即ち、蓄熱パック６の容器部材７が損傷した場合、この容器部材７内の蓄熱材８は漏れ出す。しかし、漏れ出した蓄熱材８が二次電池４に到達することは、容器部材７によって妨げられる。それにより、二次電池４がショートする虞がない。それに伴い、前記ショートを原因として、漏れ出した蓄熱材８と二次電池４の内部の材料とが反応する虞もない。

（第４の実施の形態）
図８は第４の実施の形態を示している。第４実施形態は、電池モジュールの構成が第３実施形態とは異なり、これ以外は第３実施形態と同じである。このため、第３実施形態と同一ないしは同様の機能を奏する構成並びに作用の説明については、第３実施形態と同じ符号を付してその説明を省略する。なお、以下の説明において必要により図６も参照する。

第４実施形態で、電池モジュール４２が備える複数の二次電池４の夫々の外面に、高熱伝導性を有する熱伝導シート５が接続されている。具体的に、熱伝導シート５は、図８に示すように容器本体４６の側壁部４６ｂに対して隙間ｇ１により隔てられた二次電池４の側面と、これらの側面から二次電池４の底面とにわたって一体に連続している。二次電池４は、この底面に被着された熱伝導シート５を接着剤４８に接させた形態で、この接着剤４８により容器本体４６の底壁部４６ａに固定されている。

電池モジュール４２が有する複数の二次電池４が、その動作中（つまり、充電されるとき及び放電するとき）に発する熱は、接着剤４８及び電池容器４５の底壁部４６ａを経由して蓄熱パック６に伝わる。この場合、二次電池４の側面から放出される熱が、熱伝動シート５を経由して接着剤８に接した熱伝導シート５の中間部位に伝えられる。このため、二次電池４から電池容器４５の底壁部４６ａへの放熱性が向上され、二次電池４の熱を集中的に蓄熱パック６に波及させることができるとともに、この逆に、蓄熱材８から凝固潜熱が放出される場合に、放出された凝固潜熱を集中的に各二次電池４に対してその底面のみならず側面からも波及させることができる。

以上の説明を除いて、図８に示されない第４実施形態の構成は第３実施形態と同じである。したがって、この第４実施形態においても、低温環境での始動性を向上することが可能であるとともに、高温環境での電池温度の上がり過ぎによる信頼性の低下を抑制することが可能な電池モジュール４２、このモジュールを有する電源装置１(図６参照)、及び電池モジュール４２の温度管理方法を提供することが可能である。

以上のように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を意図していない。これら新規な実施形態は、その他様々な形態で実施されることが可能であるとともに、発明の要旨を逸脱しない限り、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などは、発明の範囲に含まれると共に、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。

１…電源装置、２…電池モジュール、４…二次電池、６…蓄熱パック、７…容器部材、８…蓄熱材、１１…発核手段、２１…温度センサ、３１…制御手段、３３…温度推定部、３５…判断部、３７…発核制御部、４２…電池モジュール、４３…電池パック、４５…電池容器、４６ａ…底壁部、４８…接着剤、Ｔａ…温度センサの検出温度、Ｔｃ…二次電池の推定温度、Ｔｍｉｎ…保証温度範囲の下限温度、Ｔｍａｘ…保証温度範囲の上限温度

Claims (7)

1. 二次電池と、
   過冷却を有し、かつ、前記二次電池と熱交換をする蓄熱材を備え、前記二次電池に接するように配置された蓄熱パックと、
   前記蓄熱パックに取付けられ過冷却状態の前記蓄熱材を発核させる発核手段と、
   を具備する電池モジュール。
2. 集合された複数の二次電池を有する電池パックと、
   過冷却を有し、かつ、前記二次電池と熱交換をする蓄熱材を備え、前記二次電池に接するように配置された蓄熱パックと、
   前記蓄熱パックに取付けられ過冷却状態の前記蓄熱材を発核させる発核手段と、
   を具備する電池モジュール。
3. 前記電池パックは前記二次電池が収納された電池容器を備え、前記蓄熱パックは、前記二次電池が固定された前記電池容器の壁部の外面に接触して配置されている請求項２に記載の電池モジュール。
4. 請求項１から３のうちのいずれか一項に記載の電池モジュールと、
   前記電池モジュールに取付けられた温度センサと、
   前記二次電池の動作が開始される際、前記温度センサが検出した温度から前記二次電池の温度を推定する温度推定部、推定された温度を予め定められた保証温度範囲の下限温度と比較する判断部、及び前記下限温度より前記推定された温度が低い場合、前記電池モジュールが備える発核手段を操作して前記蓄熱材を発核させ、前記下限温度より前記推定された温度が高い場合、前記発核手段の操作を保留させる発核制御部を有する制御手段と、
   を備える電源装置。
5. 前記保証温度範囲の上限温度より前記推定された温度が高い場合、前記制御手段が、前記蓄熱材の発核を保留させ、前記二次電池の動作停止後に、前記保留された前記蓄熱材を発核させて前記二次電池をリセットする請求項４に記載の電源装置。
6. 請求項１から３のうちのいずれか一項に記載の電池モジュールが備える二次電池の温度を管理する電池モジュールの温度管理方法であって、
   前記二次電池の動作が開始される際、
   前記二次電池の温度を検出する温度センサが検出した温度から前記二次電池の温度を推定する工程と、
   推定された温度を予め定められた保証温度範囲の下限温度と比較する工程と、
   前記下限温度より前記推定された温度が低い場合、前記電池モジュールが備える発核手段を操作して前記蓄熱材を発核させ、前記下限温度より前記推定された温度が高い場合、前記発核手段の操作を保留する工程と、
   を備える電池モジュールの温度管理方法。
7. 前記保証温度範囲の上限温度より前記推定された温度が高い場合、前記蓄熱材の発核を保留させ、前記二次電池の動作停止後に、前記保留された前記蓄熱材を発核させて前記二次電池をリセットする請求項６に記載の電池モジュールの温度管理方法。

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