JP2015186406A - 電池ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】ポンプ等の外部機器を用いずに電池内の電解液を循環させ、電池性能を維持すること。
【解決手段】電池ユニット１０は、複数の単電池Ｓを配列して構成される。制御部２０６は、それぞれの単電池Ｓにおける充放電をそれぞれ個別に制御する。単電池Ｓは、正極および負極を備える電極体１１０と、電解質を含む電解液１１２とを備え、単電池Ｓの配列順に単電池Ｓ間を電解液１１２が移動可能である。制御部２０６は、充放電する充放電対象単電池を複数の単電池Ｓから少なくとも１つ選択し、配列順に充放電対象単電池を変更する充放電制御を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数の単電池を配列して構成される電池ユニットに関する。

従来、電極と電解液との化学反応を用いて電流を発生させる電池において、電池性能を維持するために、組電池内で電解液を循環させて、電解質濃度の均一化や電解質の補充を行う技術が知られている。
例えば、電解液消費型の電池では、充放電に伴って電解液（もしくは塩）を消費していくため、電解液（もしくは塩）が切れた時が電池の寿命となる。このような電池では、電解液を多数持っておくことで電解液（もしくは塩）切れを回避することができるが、電池の筐体容積は限られているため、電解液を移動・循環させることで電解液（もしくは塩）を補充する。
また、リチウムイオン二次電池においては、電解液中の電解質（添加剤）は充放電により濃度が減少するため、電解液の継続使用は電池性能の劣化につながる。また、リチウムイオン二次電池の使用過程では、電極などから各種反応物が溶け出すため、状態の良い電解液が適時供給されることが望ましい。

例えば、下記特許文献１は、リチウムイオン二次電池直列モジュールのリチウムイオン二次電池を直列に接続し、これらのリチウムイオン二次電池に各バナジウム系レドックス型キャパシタモジュールの３セルモジュールをそれぞれ並列に接続し、かつ充電器を接続する。また、バナジウム系レドックス型キャパシタモジュールの共通電解液である負極電解液を負極電解液循環ポンプで、正極電解液を正極電解液循環ポンプで循環させ、リチウムイオン二次電池の充放電のバラツキを是正する。

また、下記特許文献２において、スラリー利用型二次電池は、ケースの内部を正極室と負極室とに分離するセパレータと、正極室に配置された正極集電板と、負極室に配置された負極集電板とを備えている。また、正極室と正極スラリーを貯蔵する正極スラリータンクとの間には、ポンプが組み込まれた正極側循環経路が設けられ、負極室と負極スラリーを貯蔵する負極スラリータンクとの間には、ポンプが組み込まれた負極側循環経路が設けられている。このスラリー利用型二次電池において、２つのポンプを駆動した状態で充放電電流を１６ｍＡに設定し充放電を行うことで高い放電容量を得ている。

特許第３９３６９７９号公報 特許第５２１１７５５号公報

上述した従来技術では、いずれもポンプを用いて電解液を循環させているため、ポンプの駆動用電力を供給する必要があり、電池本来の用途に使用可能な電力が減少する可能性があるという課題がある。
また、上述した従来技術では、電池の近傍にポンプを設置または電池筐体内にポンプを内蔵しなければならず、近年の電池の小型化に対する要請に反するという課題がある。

本発明は、上述した従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、ポンプ等の外部機器を用いずに電池内の電解液を循環させ、電池性能を維持することを目的とする。

上述した問題を解決し、目的を達成するため、請求項１の発明にかかる電池ユニットは、複数の単電池を配列して構成される電池ユニットであって、それぞれの前記単電池における充放電をそれぞれ個別に制御する制御手段を備え、前記単電池は、正極および負極を備える電極体と、電解質を含む電解液とを備え、前記単電池の配列順に前記単電池間を前記電解液が移動可能であり、前記制御手段は、充放電する充放電対象単電池を複数の前記単電池から少なくとも１つ選択し、前記配列順に前記充放電対象単電池を変更する充放電制御を行う、ことを特徴とする。
請求項２の発明にかかる電池ユニットは、前記制御手段は、前記充放電制御中に、前記電池ユニットに対する出力要求値または要求出力値に対応する電流を前記充放電対象単電池から充電または放電させる、ことを特徴とする。
請求項３の発明にかかる電池ユニットは、前記電池ユニットは、単一の筐体内に、複数の領域に分割された正側集電箔および負側集電箔と、前記集電箔に対応して複数の領域に分割された正側電極材および負側電極材と、電解液とが格納されており、分割された前記正側集電箔には１つの領域に１つずつ正側電極端子が、分割された前記負側集電箔には１つの領域に１つずつ負側電極端子が、それぞれ接続されており、前記単電池は、１つの前記正側電極端子と、当該正側電極端子と接続された前記正側集電箔の領域と、当該正側集電箔の領域上の前記正側電極材の領域と、１つの前記負側電極端子と、当該負側電極端子と接続された前記負側集電箔の領域と、当該負側集電箔上の領域上の前記負側電極材の領域と、前記正側電極材の領域と前記負側電極材の領域との間に位置する前記電解液によって構成されている、ことを特徴とする。
請求項４の発明にかかる電池ユニットは、前記制御手段は、前記電池ユニットに対する要求出力が前記充放電対象電池の上限出力以下の場合に前記充放電制御を行い、前記要求出力が前記充放電対象電池の要求出力を超える場合には前記充放電制御を行わない、ことを特徴とする。
請求項５の発明にかかる電池ユニットは、前記電池ユニットは、電力を用いて走行する電動車の駆動用電力を蓄電し、前記電動車は、前記電池ユニットに対して高電圧充電を行う急速充電部と、前記電池ユニットに対して前記急速充電部よりも低電圧で充電を行う普通充電部とを備え、前記制御手段は、前記普通充電部を用いた充電中に前記充放電制御を行い、前記急速充電部を用いた充電中には前記充放電制御を行わない、ことを特徴とする。

請求項１の発明によれば、複数の単電池を配列して構成される電池ユニットにおいて、単電池の配列順に電解液を移動可能とし、単電池の配列順に順次充放電を行わせる。単電池内では充放電に伴って電極材の膨張収縮が生じる。このため、充電時には電極材の膨張により電極材間に入りきらなくなった電解液が電極材間外部に押し出され、放電時には電極材の収縮により電極材間に生じる負圧によって電極材間に電解液が引き込まれる。すなわち、請求項１の発明によれば、ポンプ等の外部機器を用いることなく電解液を循環させることができ、電池性能の低下を抑制することができる。
請求項２の発明によれば、充放電制御中に、電池ユニットに対する要求入力値または要求出力値に対応する電流を充放電対象単電池から充電または放電させるので、電池ユニットを通常時と同様に使用しながら電解液の循環を行わせることができる。
請求項３の発明によれば、電池ユニットを単一の電池とし、電池内の電極体を分割して電極端子を接続した構成を単電池としたので、単一の電池においても充放電による電解液の循環を行うことができる。
請求項４の発明によれば、電池ユニットに対する要求出力が充放電対象電池の上限出力以下の場合に充放電制御を行い、要求出力が充放電対象電池の上限出力を超える場合には充放電制御を行わない。充放電制御中は、電池ユニット内の一部の単電池しか充放電を行うことができないため、通常の電池ユニットの出力よりも低い出力しか行うことができない。よって、要求出力が充放電対象電池の上限出力を超えるか否かを判定し、要求出力が充放電対象電池の上限出力を超えない場合にのみ充放電制御を行う。これにより、充放電制御に伴って電池ユニットが出力不足に陥るのを回避し、電池ユニットの動作を保証することができる。
請求項５の発明によれば、電池ユニットが電動車の駆動用電力を蓄電する場合に、普通充電中に充放電制御を行い、急速充電中には充放電制御を行わない。充放電制御中は、電池ユニット内の一部の単電池しか充放電を行うことができないため、通常の充電時よりも充電速度が遅くなることが予測される。急速充電時には、ユーザが短時間に充電を完了したいと考えている可能性が高いので、充放電制御を行わずに充電を行い、短時間で充電を完了させることによって、ユーザに違和感や不都合を生じさせることなく充放電制御を行うことができる。

実施の形態１にかかる電池ユニット１０の構成を示す説明図である。 充放電制御時における単電池の動作を模式的に示す説明図である。 電池ユニット１０の他の構成例を示す説明図である。 実施の形態２にかかる電池ユニット５０の構成を示す説明図である。 実施の形態２にかかる電池ユニット５０の構成を示す説明図である。 単電池Ｓの構成を示す説明図である。 単電池Ｓの構成を示す説明図である。 単電池Ｓの構成を示す説明図である。 単電池Ｓの構成を示す説明図である。

以下に添付図面を参照して、本発明にかかる電池ユニットの好適な実施の形態を詳細に説明する。

（実施の形態１）
図１は、実施の形態１にかかる電池ユニット１０の構成を示す説明図である。
本実施の形態では、電池ユニット１０は、複数の単電池Ｓ１〜Ｓ５を配列して構成される。単電池Ｓ１〜Ｓ５は、正極および負極を備える電極体１１０と、電解質を含む電解液１１２とを備え、単電池Ｓ１〜Ｓ５の配列順に単電池Ｓ１〜Ｓ５間を電解液１１２が移動可能である。また、単電池Ｓ１〜Ｓ５は、Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５の順に配列されている。
電池ユニット１０は、単体で電気機器等に電力を供給する電池であってもよいし、複数の電池セルが接続されて構成される組電池内の一電池セルであってもよい。

実施の形態１にかかる電池ユニット１０は、単一の筐体１２０内に、正側集電箔１０２、正側集電箔１０２上に積層された正側電極材１０４、負側集電箔１０６、および負側集電箔１０６上に積層された負側電極材１０８からなる電極体１１０（１１０Ａ，１１０Ｂ）と、電解液１１２とが格納されている。
筐体１２０は、中央部に電極体１１０を格納する電極体格納部１２０Ａと、電極体格納部１２０Ａを囲むように形成された電解液循環路１２０Ｂとを備える。
電極体格納部１２０Ａと電解液循環路１２０Ｂとは、電極体１１０の幅方向端部付近で接続されている。電極体格納部１２０Ａと電解液循環路１２０Ｂとは電解液１１２で充填されており、電解液１１２は電極体格納部１２０Ａおよび電解液循環路１２０Ｂ内で移動可能である。

また、電池ユニット１０は、正側集電箔１０２と接続する複数の正側の電極端子Ｐｐ（Ｐｐ１〜Ｐｐ５）と、負側集電箔１０６と接続する複数の負側の電極端子Ｐｎ（Ｐｎ１〜Ｐｎ５）とを備える。
より詳細には、正側集電箔１０２が５つの領域１０２Ａ〜１０２Ｅに、正側電極材１０４が５つの領域１０４Ａ〜１０４Ｅに、それぞれ分割されており、それぞれの正側集電箔１０２Ａ〜１０２Ｅには、正側の電極端子Ｐｐ１〜Ｐｐ５が接続されている。
また、負極についても同様に、負側集電箔１０６が５つの領域１０６Ａ〜１０６Ｅに、負側電極材１０８が５つの領域１０８Ａ〜１０８Ｅに、それぞれ分割されており、それぞれの負側集電箔１０６Ａ〜１０６Ｅには、負側の電極端子Ｐｎ１〜Ｐｎ５が接続されている。

複数の電極端子（図１では負側の電極端子Ｐｎ側）には、それぞれ電流計２０２および電流制御回路２０４が接続されている。また、それぞれ電流計２０２および電流制御回路２０４は、制御部２０６に接続されている。
電流計２０２は、複数設けられた電極端子Ｐｐ，Ｐｎに流れる電流をそれぞれ測定する。
電流制御回路２０４は、スイッチやヒューズ、コンタクタなどで構成される集積回路である。
制御部２０６は、ＣＰＵ、制御プログラムなどを格納・記憶するＲＯＭ、制御プログラムの作動領域としてのＲＡＭ、各種データを書き換え可能に保持するＥＥＰＲＯＭ、周辺回路等とのインターフェースをとるインターフェース部などを含んで構成される。
制御部２０６は、電池ユニット１０の状態を監視して充放電を制御するＢＭＵ（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｕｎｉｔ）などである。

制御部２０６は、電流計２０２で測定された電流値に基づいて、電流制御回路２０４を制御して、各電力端子Ｐｐ，Ｐｎに所望の電流量が流れるようにする。
すなわち、制御部２０６は、それぞれの単電池における充放電をそれぞれ個別に制御する。
このような構成によって、電池ユニット１０内では、分割された電極体１１０によって並列接続された複数の単電池Ｓ１〜Ｓ５が構成されている。

すなわち、本実施の形態では、電池ユニット１０は、単一の筐体１２０内に、複数の領域に分割された正側集電箔１０２および負側集電箔１０６と、当該集電箔１０２，１０６に対応して複数の領域に分割された正側電極材１０４および負側電極材１０８と、電解液１１２とが格納されており、分割された正側集電箔１０２には１つの領域に１つずつ正側電極端子Ｐｐが、分割された負側集電箔１０６には１つの領域に１つずつ負側電極端子Ｐｎが、それぞれ接続されており、単電池Ｓ１〜Ｓ５は、１つの正側電極端子Ｐｐと、当該正側電極端子Ｐｐと接続された正側集電箔１０２の領域と、当該正側集電箔１０２の領域上の正側電極材１０４の領域と、１つの負側電極端子Ｐｎと、当該負側電極端子Ｐｎと接続された負側集電箔１０６の領域と、当該負側集電箔１０６の領域上の負側電極材１０８の領域と、正側電極材１０４の領域と負側電極材の領域１０８との間に位置する電解液１１２によって構成されている。

より詳細には、単電池Ｓ１は、正側電極端子Ｐｐ１，正側集電箔１０２Ａ、正側電極材１０４Ａ、負側電極端子Ｐｎ１，負側集電箔１０６Ａ、負側電極材１０８Ａによって構成される。単電池Ｓ２は、正側電極端子Ｐｐ２，正側集電箔１０２Ｂ、正側電極材１０４Ｂ、負側電極端子Ｐｎ２，負側集電箔１０６Ｂ、負側電極材１０８Ｂによって構成される。単電池Ｓ３は、正側電極端子Ｐｐ３，正側集電箔１０２Ｃ、正側電極材１０４Ｃ、負側電極端子Ｐｎ３，負側集電箔１０６Ｃ、負側電極材１０８Ｃによって構成される。単電池Ｓ４は、正側電極端子Ｐｐ４，正側集電箔１０２Ｄ、正側電極材１０４Ｄ、負側電極端子Ｐｎ４，負側集電箔１０６Ｄ、負側電極材１０８Ｄによって構成される。単電池Ｓ５は、正側電極端子Ｐｐ５，正側集電箔１０２Ｅ、正側電極材１０４Ｅ、負側電極端子Ｐｎ５，負側集電箔１０６Ｅ、負側電極材１０８Ｅによって構成される。
なお、各単電池Ｓ１〜Ｓ５間は、例えばセパレータなどで仕切られていてもよい。

本実施の形態では、電池ユニット１０はリチウムイオン二次電池であるものとする。
よって、正側集電箔１０２としてはアルミニウム箔が用いられ、正側電極材１０４としてはコバルト酸リチウムなどが用いられる。また、負側集電箔１０６としては銅箔が用いられ、負側電極材１０８としては炭素材料などが用いられる。また、電解液１１２にはリチウムイオンが含まれている。
電池ユニット１０の充電時には、リチウムイオンが正極側から負極側に移動する。また、電池ユニット１０の放電時には、リチウムイオンが負極側から正極側に移動する。

なお、図１では、電池ユニット１０が正負の集電箔１０２，１０６の片面に電極材１０４，１０８が積層された片側電極構造として図示しているが、集電箔１０２，１０６の両面に電極材を積層した両面電極構造であってもよい。

ここで、制御部２０６は、充放電する充放電対象単電池を複数の単電池Ｓ１〜Ｓ５から少なくとも１つ選択し、配列順に充放電対象単電池を変更する充放電制御を行う。
すなわち、制御部２０６は、充放電制御時には、単電池Ｓ１〜Ｓ５をＳ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５の順、またはＳ５，Ｓ４，Ｓ３，Ｓ２，Ｓ１の順で充電または放電させる。
図２は、充放電制御時における単電池の動作を模式的に示す説明図である。
図２には、３つの単電池Ｓ１〜Ｓ３のみを図示している。
図２Ａでは各単電池Ｓ１〜Ｓ３が完全放電状態に、図２Ｄでは各単電池Ｓ１〜Ｓ３が完全充電状態にある。
図２Ａに示す完全放電状態では、各単電池Ｓ１〜Ｓ３の電極材１０４，１０８が収縮しており、正負の電極体１１０Ａ，１１０Ｂ間に隙間ができている。この隙間には、電解液１１２によって満たされている。
一方、図２Ｄに示す完全充電状態では、各単電池Ｓ１〜Ｓ３の電極材１０４，１０８が膨張し、正負の電極体１１０Ａ，１１０Ｂ間の隙間がなくなっている。よって、電極体１１０Ａ，１１０Ｂ間には電解液１１２がほとんどない状態である。

制御部２０６は、単電池Ｓ１〜Ｓ３を順次充放電対象単電池とすることによって、図２Ａに示す完全放電状態から図２Ｄに示す完全充電状態となるようにする。
より詳細には、制御部２０６は、まず単電池Ｓ１を充放電対象単電池とし、単電池Ｓ１のみを充電する。
この結果、図２Ｂに示すように、単電池Ｓ１の正負の電極材１０４，１０８が膨張し、単電池Ｓ１の正負の電極体１１０Ａ，１１０Ｂ間に隙間がほとんどなくなる。これにより、単電池Ｓ１の正負の電極体１１０Ａ，１１０Ｂ間に位置した電解液１１２が紙面左右方向に移動する。

つぎに、制御部２０６は、単電池Ｓ２を充放電対象単電池とし、単電池Ｓ２のみを充電する。この結果、図２Ｃに示すように、単電池Ｓ２の正負の電極材１０４，１０８が膨張し、単電池Ｓ２の正負の電極体１１０Ａ，１１０Ｂ間に隙間がほとんどなくなる。単電池Ｓ２の正負の電極体１１０Ａ，１１０Ｂ間に位置した電解液１１２（元々は単電池Ｓ１の正負の電極体１１０Ａ，１１０Ｂ間に位置した電解液１１２を含む）は、紙面右方向に移動する。

さらに、制御部２０６は、単電池Ｓ３を充放電対象単電池とし、単電池Ｓ１，Ｓ２と同様に充電を行うことによって、図２Ｄに示す完全充電状態となる。図２Ａの段階で正負の電極体１１０Ａ，１１０Ｂ間に位置した電解液１１２の多くは、図２Ｄの段階では紙面右側に移動している。
図１に示すように、電極体１１０の幅方向端部付近は、電解液循環路１２０Ｂに接続されている。このため、図２Ａの段階で正負の電極体１１０Ａ，１１０Ｂ間に位置した電解液１１２の多くは、電解液循環路１２０Ｂ内へと移動する。

続いて、図２Ｄに示す完全充電状態から図２Ａに示す完全放電状態とする場合について説明する。
まず、制御部２０６は、単電池Ｓ１を充放電対象単電池とし、単電池Ｓ１のみを放電する。
この結果、図２Ｅに示すように、単電池Ｓ１の正負の電極材１０４，１０８が収縮し、単電池Ｓ１の正負の電極体１１０Ａ，１１０Ｂ間に隙間が形成される。これにより、単電池Ｓ１の正負の電極体１１０Ａ，１１０Ｂの左側（電解液循環路１２０Ｂ）に位置した電解液１１２が紙面左右方向に移動する。

つぎに、制御部２０６は、単電池Ｓ２を充放電対象単電池とし、単電池Ｓ２のみを放電する。この結果、図２Ｆに示すように、単電池Ｓ２の正負の電極材１０４，１０８が収縮し、単電池Ｓ２の正負の電極体１１０Ａ，１１０Ｂ間に隙間が形成される。
この結果、単電池Ｓ２の正負の電極体１１０Ａ，１１０Ｂ間には、単電池Ｓ１の正負の電極体１１０Ａ，１１０Ｂ間に位置した電解液１１２が移動するとともに、単電池Ｓ１の正負の電極体１１０Ａ，１１０Ｂ間には、紙面左側に位置する電解液循環路１２０Ｂから新たに電解液１１２が移動する。

さらに、制御部２０６は、単電池Ｓ３を充放電対象単電池とし、単電池Ｓ１，Ｓ２と同様に放電を行うことによって、図２Ａに示す完全放電状態となる。
この結果、正負の電極体１１０Ａ，１１０Ｂ間に、電解液循環路１２０Ｂ内の電解液１１２が移動する。
なお、図２は紙面左方向から紙面右方向へと電解液１１２を流したい場合の動作を示しており、これと逆に電解液１１２を流したい場合には、上記の説明と反対の順番で充放電対象単電池を変更すればよい。

このように電池ユニット１０では、電極材１０４，１０８が充放電により膨張収縮する性質を利用して、電解液１１２を循環させる。これによりポンプ等の外部機器を用いずに電解液１１２を循環させることができる。
また、通常の電池では、電極体格納部１２０Ａのみが設けられ、この中に電解液１１２が充填されているが、電池ユニット１０では、電極体格納部１２０Ａに加えて電解液循環路１２０Ｂが設けられており、電解液循環路１２０Ｂ内にも電解液１１２が充填されている。
電池ユニット１０は、通常の電池と比較して保持する電解液１１２の量が多く、また、この電解液１１２を循環して利用することができるため、より長期間性能を維持して使用することができる。

なお、制御部２０６は、上記充放電制御中には、充放電対象単電池から電池ユニット１０に対する要求入力値または要求出力値に対応する電流を充電または放電させる。
これにより、電池ユニット１０の使用中（負荷への電力供給中等）でも充放電制御を行って、電解液１１２を循環させることができる。

また、制御部２０６は、電池ユニット１０に対する要求出力が充放電対象電池の上限出力以下の場合に充放電制御を行い、要求出力が充放電対象電池の上限出力を超える場合には充放電制御を行わないようにしてもよい。
これは、上記充放電制御時には、電池ユニット１０内の限られた単電池（充放電対象電池）のみが動作可能であり、充放電対象電池の上限出力を超える出力は行うことができなくなるためである。
なお、複数の単電池を充放電対象電池とする場合、充放電対象電池の上限出力は、上記複数の単電池の上限出力の和になる。

さらに、制御部２０６は、充放電対象電池の上限出力以下となる所定出力Ｗを予め設定しておき、電池ユニット１０に対する要求出力が予め設定した所定出力Ｗ以下の場合に充放電制御を行い、要求出力が所定出力Ｗを超える場合には充放電制御を行わないようにしてもよい。
ここで、予め設定される所定出力Ｗとは、例えば充放電対象電池の上限出力の半値であることが好ましい。これは、電池ユニット１０が少なくとも２以上の単電池で構成されることから、電池ユニット１０が最も少ない２つの単電池で構成される場合、要求出力が上限出力の半値以下であれば、２つの単電池のうちの１つを充放電制御しても要求出力を満たすことができるからである。
すなわち、これにより、充放電制御に伴って電池ユニットが出力不足に陥るのを回避し、電池ユニット１０の動作を保証することができる。

また、電池ユニット１０が、電力を用いて走行する電動車の駆動用電力を蓄電する走行用バッテリの場合、制御部２０６は、普通充電部を用いた充電中に充放電制御を行い、急速充電部を用いた充電中には前記充放電制御を行わないようにしてもよい。
一般的な電動車には、電池ユニット１０に対して高電圧充電を行う急速充電部と、電池ユニット１０に対して急速充電部よりも低電圧で充電を行う普通充電部とを備えており、急速充電時には普通充電時と比較して短時間に充電が完了する。
ここで、上記充放電制御中は、１個または数個の単電池ごとに充電するため、通常の（充放電制御を行わない）充電時よりも充電時間が長くなることが予測される。急速充電時には、ユーザが短時間に充電を完了したいと考えている可能性が高いので、充放電制御を行わずに充電を行い、短時間で充電を完了させる。一方、普通充電時は、比較的時間に余裕があると考えられるため、充放電制御を行いながら充電を行い、電解液１１２を循環させる。
このように、普通充電部を用いた充電中にのみ充放電制御を行うことによって、ユーザのニーズに反することなく充放電制御を行うことができる。

なお、上述した説明では、電解液１１２を電池ユニット１０の筐体１２０内で循環させたが、これに限らず、筐体１２０外部に電解液１１２を循環させてもよい。
図３は、電池ユニット１０の他の構成例を示す説明図である。
図３の電池ユニット１０では、筐体１２０には電極体格納部１２０Ａのみが設けられている。電極体格納部１２０Ａの幅方向端部には、外部接続部１２０Ｃが設けられており、筐体１２０外部と電極体格納部１２０Ａとの間を貫通している。
外部接続部１２０Ｃには、電解液タンク３０につながる外部電解液循環路３２が設けられている。電解液タンク３０には、未使用の電解液１１２Ａが充填されている。
上述した充放電制御を行うことによって、電池ユニット１０内の電解液１１２を、外部電解液循環路３２を介して電解液タンク３０に移動させるとともに、電解液タンク３０内の未使用電解液１１２Ａを電池ユニット１０に供給することが可能となる。

また、上述した説明では、複数の単電池Ｓ１〜Ｓ５のうち１つのみを充放電対象単電池としているが、これに限らず、例えば隣り合う複数の単電池を組にして充放電対象単電池としてもよい。
また、単電池の配列上の所定個おきに順次複数の単電池を充放電対象単電池としてもよい。例えば、３０個の単電池が並んで電池ユニット１０を構成する場合、最初は１個目、１１個目、２１個目の単電池を充放電対象単電池とし、次に２個目、１２個目、２２個目の単電池を充放電対象単電池とし、さらに３個目、１３個目、２３個目の単電池を充放電対象単電池とし・・というように、充放電対象単電池を変更してもよい。

以上説明したように、実施の形態にかかる電池ユニット１０は、複数の単電池Ｓを配列して構成される電池ユニット１０において、単電池Ｓの配列順に電解液１１２を移動可能とし、単電池Ｓの配列順に順次充放電を行わせる。
単電池Ｓ内では充放電に伴って電極材１０４，１０８の膨張収縮が生じる。このため、充電時には電極材１０４，１０８の膨張により筐体内に入りきらなくなった電解液１１２が電極材１０４，１０８間外部に押し出され、放電時には電極材１０４，１０８の収縮により電極材１０４，１０８間に生じる負圧によって電極材１０４，１０８間に電解液１１２が引き込まれる。
電池ユニット１０は、ポンプ等の外部機器を用いることなく電解液１１２を循環させることができ、電池性能の低下を抑制することができる。
また、電池ユニット１０は、充放電制御中に、電池ユニット１０に対する要求入力値または要求出力値に対応する電流を充放電対象単電池から充電または放電させるので、電池ユニット１０を通常時と同様に使用しながら電解液１１２の循環を行わせることができる。
また、電池ユニット１０は、電池ユニット１０を単一の電池とし、電池内の電極体１１０を分割して電極端子Ｐｐ，Ｐｎを接続した構成を単電池Ｓとしたので、単一の電池においても充放電による電解液１１２の循環を行うことができる。
また、電池ユニット１０は、電池ユニット１０に対する要求出力が充放電対象電池の上限出力以下の場合に充放電制御を行い、要求出力が充放電対象電池の上限出力を超える場合には充放電制御を行わない。
充放電制御中は、電池ユニット１０内の一部の単電池Ｓしか充放電を行うことができないため、通常の電池ユニット１０の出力よりも低い出力しか行うことができない。
よって、要求出力が充放電対象電池の上限出力を超えるか否かを判定し、要求出力が充放電対象電池の上限出力を超えない場合にのみ充放電制御を行う。これにより、充放電制御に伴って電池ユニットが出力不足に陥るのを回避し、電池ユニット１０の動作を保証することができる。
また、電池ユニット１０は、電池ユニット１０が電動車の駆動用電力を蓄電する場合に、普通充電中に充放電制御を行い、急速充電中には充放電制御を行わない。充放電制御中は、電池ユニット１０内の一部の単電池Ｓしか充放電を行うことができないため、通常の充電時よりも充電速度が遅くなることが予測される。急速充電時には、ユーザが短時間に充電を完了したいと考えている可能性が高いので、充放電制御を行わずに充電を行い、短時間で充電を完了させることによって、ユーザに違和感や不都合を生じさせることなく充放電制御を行うことができる。

（実施の形態２）
実施の形態１では、単一の筐体内に格納された電極体を複数に分割して単電池を構成した。
実施の形態２では、複数の電池セルを単電池とし、複数の電池セルで構成される組電池を電池ユニットとする場合について説明する。
なお、以下の説明において、実施の形態１と同様の箇所は同じ符号を付し、詳細な説明を省略する。
図４は、実施の形態２にかかる電池ユニット５０の構成を示す説明図である。
実施の形態２にかかる電池ユニット５０は、複数の角型単電池Ｓ（単電池Ｓ６〜Ｓ１０）が隣接して配列されている。
各単電池Ｓ６〜Ｓ１０は、筐体５０４に格納されており、筐体５０４の外部には正側および負側の電極端子５０６，５０８が設けられている。各電極端子５０６，５０８は制御部２０６に接続されており、制御部２０６は、それぞれの単電池Ｓ６〜Ｓ１０における充放電をそれぞれ個別に制御可能である。
すなわち、通常の組電池では各電池セルが直列に接続されているが、電池ユニット５０の単電池Ｓ６〜Ｓ１０は並列に接続されている。

図５に示すように、各単電池Ｓ６〜Ｓ１０の筐体５０４には、単電池Ｓ６〜Ｓ１０間で電解液が循環される循環配管４０が設けられている。図５の例では、単電池Ｓ１とＳ２、単電池Ｓ２とＳ３、単電池Ｓ３とＳ４、単電池Ｓ４とＳ５、単電池Ｓ５とＳ１が、それぞれ循環配管４０によって接続されている。
なお、循環配管４０には、図３のように未使用の電解液を蓄積する電解液タンクを設けてもよい。

図６〜図９は、単電池Ｓの構成を示す説明図である。
図６Ａは単電池Ｓの外観、図２Ｂは単電池Ｓの内部構成を示している。
本実施の形態では、単電池Ｓはリチウムイオン二次電池である。
図６Ｂに示すように、単電池Ｓは、電極体５０２と、電極体５０２を収容する矩形板状の筐体５０４と、筐体５０４に設けられた正負の電極５０６，５０８とを含んで構成されている。
電極体５０２には、リチウムイオンを含む電解液が含浸されている。
図７に示すように、電極体５０２は、正極５０２２と、負極５０２４と、２枚のセパレータ５０２６，５０２８とで構成されている。
すなわち、単電池Ｓは、正極５０２２および負極５０２４を備える電極体５０２と、リチウムイオンを含む電解液とを備えている。

正極５０２２は、幅よりも大きな長さを有する帯状を呈している。
正極５０２２は、図８に示すように、３層構造であり、厚さ方向の中央に位置する正側集電箔５０２２Ａと、その両面に形成された正側電極材５０２２Ｂとで構成されている。正側集電箔５０２２Ａは不図示の接続部材を介して筐体５０４の正側の電極５０６に接続されている。
正側集電箔５０２２Ａとしてはアルミニウム箔が用いられ、正側電極材５０２２Ｂとしてはコバルト酸リチウムなどが用いられる。

負極５０２４は、幅よりも大きな長さを有する帯状を呈している。
負極５０２４は、図８に示すように、３層構造であり、厚さ方向の中央に位置する負側集電箔５０２４Ａと、その両面に形成された負側電極材５０２４Ｂとで構成されている。負側集電箔５０２４Ａは不図示の接続部材を介して筐体５０４の負側の電極５０８に接続されている。
負側集電箔５０２４Ａとしては銅箔が用いられ、負側電極材５０２４Ｂとしては炭素材料などが用いられる。

セパレータ５０２６，５０２８は、幅よりも大きな長さを有する帯状を呈し、リチウムイオンが移動できる多孔質の絶縁フィルムで構成されている。
電極体５０２は、正極５０２２と、負極５０２４とが、セパレータ５０２６，５０２８を介在させて重ね合わされ複数回巻回され、図９に示すように断面が扁平な長円形状を呈している。
具体的には、セパレータ５０２６と、正極５０２２と、セパレータ５０２８と、負極５０２４とがこの順番で重ね合わされ、セパレータ５０２６を外側にし、負極５０２４を内側にして複数回巻回されている。
電極体５０２は、このような状態で筐体５０４に格納されている。

このような構成の単電池Ｓに対して充電を行うと、電極体５０２の電極材５０２２Ａ，５０２４Ｂが膨張して、筐体５０４と電極体５０２間に応力が生じ、この応力によって筐体５０４内および循環配管４０内の電解液が移動する。
また、単電池Ｓに放電を行わせると、電極体５０２の電極材５０２２Ａ，５０２４Ｂが収縮して、筐体５０４内に負圧が生じ、この負圧によって電解液が循環配管４０内の電解液が筐体５０４内に移動する。

制御部２０６は、電解液が所望の方向に循環するように、単電池Ｓにおける充放電を制御する（充放電制御）。例えば、単電池Ｓ６を基点とし、Ｓ１０方向に電解液を移動させたい場合には、単電池Ｓ６，Ｓ７，Ｓ８，Ｓ９，Ｓ１０の順に充放電対象単電池を変更する。また、単電池Ｓ１０を基点とし、単電池Ｓ６方向に電解液を移動させたい場合には、単電池Ｓ１０，Ｓ９，Ｓ８，Ｓ７，Ｓ６の順に充放電対象単電池を変更する。

なお、電極体５０２は、筐体５０４の厚さ方向（帯状の電極体５０２の厚さ方向）に対して隙間なく格納されることが好ましい。これは、筐体５０４内の隙間が小さいほど、充電に伴う筐体５０４と電極体５０２間の応力が大きくなり、電解液の循環効率が向上するためである。

実施の形態２の構成によれば、電池ユニット５０が組電池である場合にもポンプ等の外部機器を用いずに電解液の循環を行うことができ、電池ユニット５０の性能低下の抑制することができる。
また、ポンプ等の外部機器を用いて電解液を循環させる場合と比較して消費電力を低減することができるとともに、外部機器分の容積を低減することができる。

１０，５０……電池ユニット、１０２……正側集電箔、１０４……正側電極材、１０６……負側集電箔、１０８……負側電極材、１１０（１１０Ａ，１１０Ｂ）……電極体、１２０……筐体、１２０Ａ……電極体格納部、１２０Ｂ……電解液循環路、１２０Ｃ……外部接続部、２０２……電流計、２０４……電流制御回路、２０６……制御部、３０……電解液タンク、３２……外部電解液循環路、４０……循環配管、Ｐｐ（Ｐｐ１〜Ｐｐ５）……正側電極端子、Ｐｎ（Ｐｎ１〜Ｐｎ５）……負側電極端子、Ｓ（Ｓ１〜Ｓ１０）……単電池。

Claims (5)

1. 複数の単電池を配列して構成される電池ユニットであって、
   それぞれの前記単電池における充放電をそれぞれ個別に制御する制御手段を備え、
   前記単電池は、正極および負極を備える電極体と、電解質を含む電解液とを備え、前記単電池の配列順に前記単電池間を前記電解液が移動可能であり、
   前記制御手段は、充放電する充放電対象単電池を複数の前記単電池から少なくとも１つ選択し、前記配列順に前記充放電対象単電池を変更する充放電制御を行う、
   ことを特徴とする電池ユニット。
2. 前記制御手段は、前記充放電制御中に、前記電池ユニットに対する要求入力値または要求出力値に対応する電流を前記充放電対象単電池に充電または放電させる、
   ことを特徴とする請求項１記載の電池ユニット。
3. 前記電池ユニットは、単一の筐体内に、複数の領域に分割された正側集電箔および負側集電箔と、前記集電箔に対応して複数の領域に分割された正側電極材および負側電極材と、電解液とが格納されており、分割された前記正側集電箔には１つの領域に１つずつ正側電極端子が、分割された前記負側集電箔には１つの領域に１つずつ負側電極端子が、それぞれ接続されており、
   前記単電池は、１つの前記正側電極端子と、当該正側電極端子と接続された前記正側集電箔の領域と、当該正側集電箔の領域上の前記正側電極材の領域と、１つの前記負側電極端子と、当該負側電極端子と接続された前記負側集電箔の領域と、当該負側集電箔上の領域上の前記負側電極材の領域と、前記正側電極材の領域と前記負側電極材の領域との間に位置する前記電解液によって構成されている、
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の電池ユニット。
4. 前記制御手段は、前記電池ユニットに対する要求出力が前記充放電対象電池の上限出力以下の場合に前記充放電制御を行い、前記要求出力が前記充放電対象電池の上限出力を超える場合には前記充放電制御を行わない、
   ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載の電池ユニット。
5. 前記電池ユニットは、電力を用いて走行する電動車の駆動用電力を蓄電し、
   前記電動車は、前記電池ユニットに対して高電圧充電を行う急速充電部と、前記電池ユニットに対して前記急速充電部よりも低電圧で充電を行う普通充電部とを備え、
   前記制御手段は、前記普通充電部を用いた充電中に前記充放電制御を行い、前記急速充電部を用いた充電中には前記充放電制御を行わない、
   ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載の電池ユニット。

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