JP2017134973A - 電池モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】ヒータにより電池モジュールを加温する際に組電池の積み重ね方向の温度差の発生を抑制する。【解決手段】円筒電池２１，３１を立てた状態で平行に並べた組電池２０，３０を上下方向に積み重ねた電池モジュール１００であって、第１組電池２０の上面２０ａに配置される第１ヒータ２８と第２組電池３０の下面３０ｂに配置される第２ヒータ３８と、第１、第２組電池２０，３０の間に挟まれる第３ヒータ３９と、第１組電池２０の上端近傍の温度Ｔ１を検出する第１温度センサ４１と、第２組電池３０の下端近傍の温度Ｔ２を検出する第２温度センサ４２と、第３ヒータ３９の近傍の第１、第２組電池２０，３０の温度Ｔ３，Ｔ４を検出する第３、第４温度センサ４３，４４と、温度Ｔ１〜Ｔ４に基づいて第１〜第３ヒータ２８，３８，３９への供給電力を調整する制御部６０と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、電池モジュールの構造、特に適切に加温することのできる構造に関する。

近年、モータを駆動源とする電気自動車やモータとエンジンとを駆動源とするハイブリッド車両等の電動車両が多く用いられている。これらの電動車両では、モータに電力を供給すると共にモータを発電機として動作させた際の発電電力を充電する充放電可能な二次電池が搭載されている。二次電池は、低温環境下で充放電を行うと劣化が進むことがあるため、二次電池をヒータで加温する方法が提案されている（例えば、特許文献１−４参照）。

車載用の二次電池としては、角型あるいは円筒型の単電池を多数接続した組電池が用いられる場合が多い。この場合、複数の単電池間に温度差ができると温度の低い単電池（抵抗値の高い単電池）が劣化しやすくなることが知られている。このため、ヒータによって二次電池を加温する場合には、各単電池を均等に加温することが必要となる。

特許文献１では、積層した単電池を収容するケーシングの端壁と底壁にヒータを取り付け、積層した組電池の両端と各単電池の底面とを加温することにより各単電池を均等に加温する方法が提案されている。特許文献２では、各単電池にそれぞれヒータと温度センサを取り付けて各単電池間の温度差を低減する方法が提案されている。また、特許文献３では、外形が略直方体状となるように円筒電池を立てた状態で平行に並べた組電池の上端面と下端面と長手方向の両端面を加温することによって各円筒電池を均一に加温することが提案されている。また、特許文献４では、特許文献３の組電池と同様、外形が略直方体となるように円筒電池を立てた状態で平行に並べた組電池の上端面にヒータを配置して円筒電池を加温する場合、組電池の周囲からの放熱が大きくなることを考慮してヒータの周縁部に電熱線を多く配置する構成が提案されている。

特開２０１５−５７７５９号公報 特開２０１２−７９５５３号公報 特開２００７−２１３９３９号公報 特開２０１２−２２１７７６号公報

ところで、近年、電動車両では電動走行の航続距離を長くすることが要求されている。このため、電動車両にはより大容量の二次電池が搭載されるようになってきており、例えば、特許文献１に記載されたように、複数の単電池を積層した組電池を平面的に複数組み合わせた電池モジュールが用いられている。

一方、特許文献３，４に記載されたような外形が略直方体となるように円筒電池を立てた状態で平行に並べた組電池は大きさが小さいので、このような組電池を上下方向に複数段積み重ねた電池モジュールが検討されている。このような電池モジュールでは、円筒電池が長手方向に複数段に積み重ねられる構造となるため、ヒータによって電池モジュールを加温する場合には、円筒電池の積み重ね方向の温度を均一にすることが必要となる。

そこで、本発明は、組電池を積み重ねた電池モジュールにおいて、ヒータにより電池モジュールを加温する際に組電池の積み重ね方向の温度差の発生を抑制することを目的とする。

本発明の電池モジュールは、複数の単電池を立てた状態で平行に並べた組電池を前記単電池の立て方向に複数段に積み重ねた電池モジュールであって、積み重ね方向一端の第１組電池の一端側に配置される第１ヒータと、積み重ね方向他端の第２組電池の他端側に配置される第２ヒータと、積み重ね方向中央近傍に配置され、前記組電池の間に挟まれる第３ヒータと、前記第１組電池の積み重ね方向一端近傍の温度を検出する第１温度センサと、前記第２組電池の積み重ね方向他端近傍の温度を検出する第２温度センサと、前記第３ヒータを挟み込む前記組電池の前記第３ヒータの近傍の温度を検出する第３温度センサと、前記第１温度センサと前記第２温度センサと前記第３温度センサによって検出した各温度に基づいて前記各ヒータへの供給電力を調整する制御部と、を備えることを特徴とする。

本発明は、組電池を積み重ねた電池モジュールにおいて、ヒータにより電池モジュールを加温する際に組電池の積み重ね方向の温度差の発生を抑制することができる。

本発明の実施形態における電池モジュールの構成を示す系統図である。 本発明の実施形態における電池モジュールに用いられる組電池の分解斜視図である。 本発明の実施形態における電池モジュールの制御部の電池加温動作を示すフローチャートである 。 本発明の実施形態における電池モジュールの制御部の他の電池加温動作を示すフローチャートである。 本発明の他の実施形態における電池モジュールの構成を示す系統図である。 本発明の他の実施形態における電池モジュールの制御部の電池加温動作を示すフローチャートである 。

以下、図面を参照しながら本実施形態の電池モジュール１００について説明する。図１に示すように、本実施形態の電池モジュール１００は、単電池である円筒電池２１，３１を立てた状態で平行に並べた第１組電池２０、第２組電池３０を、円筒電池２１，３１の立て方向である上下方向に２段に積み重ねたものである。第１組電池２０と第２組電池３０とは共通のケーシング４０に収容されている。円筒電池２１，３１は、充放電可能な二次電池であり、例えば、円筒型のケースに収められたニッケル水素電池、リチウムイオン電池等である。なお、第１、第２組電池２０，３０の詳細構造については後述する。

第１組電池２０の上面２０ａには、シート状の第１ヒータ２８が取り付けられ、第２組電池３０の下面３０ｂにはシート状の第２ヒータ３８が取り付けられている。また、第１組電池２０の下面２０ｂと第２組電池３０の上面３０ａとの間には、第３ヒータ３９が挟み込まれている。図１に示すように、電池モジュール１００の第１組電池２０、第２組電池３０は上下方向に積み重ねられており、上側の第１組電池２０は積み重ね方向一端の組電池であり、第１ヒータ２８が取り付けられている第１組電池２０の上面２０ａは一端側表面である。また、下側の第２組電池は積み重ね方向他端の組電池であり、第２ヒータ３８が取り付けられている第２組電池３０の下面３０ｂは他端側表面である。

第１、第２、第３ヒータ２８，３８，３９には電源５０から電力が供給されている。電源５０と第１ヒータ２８との間には電源５０から第１ヒータ２８への電力供給をオン／オフする第１スイッチ４５が設けられている。また、電源５０と第２ヒータ３８との間には電源５０から第２ヒータ３８への電力供給をオン／オフする第２スイッチ４６が設けられている。更に、電源５０と第３ヒータ３９との間には、第３ヒータ３９への電力供給をオン／オフするスイッチと電源５０から第３ヒータ３９への供給電力を増減する調整器とを含む電力調整器４７が設けられている。

図１に示すように、第１組電池２０の円筒電池２１の上側端部近傍には、第１組電池２０の上端近傍の温度Ｔ１を検出する第１温度センサ４１が取り付けられている。また、第２組電池３０の円筒電池３１の下側端部近傍には、第２組電池３０の下端近傍の温度Ｔ２を検出する第２温度センサ４２が取り付けられている。更に、第１組電池２０の円筒電池２１の下側端部近傍、第２組電池３０の円筒電池３１の上側端部近傍には、それぞれ第３ヒータ３９の近傍の第１組電池２０の温度Ｔ３を検出する第３温度センサ４３、第３ヒータ３９の近傍の第２組電池３０の温度Ｔ４を検出する第４温度センサ４４が取り付けられている。

第１スイッチ４５、第２スイッチ４６、電力調整器４７はそれぞれ制御部６０に接続され、制御部６０の指令によってオン／オフ動作あるいは供給電力を増減する。また、第１〜第４温度センサ４１〜４４も制御部６０に接続され、各温度センサ４１〜４４によって取得した信号は、制御部６０に入力される。制御部６０は、内部に演算処理を行うＣＰＵと動作プログラム、動作データ等を格納した記憶部とを含むコンピュータである。

次に、図２を参照して第１組電池２０の詳細構造について説明する。図２に示すように、第１組電池２０は、複数の円筒電池２１と、散熱板２２と、樹脂製のカバー２３と、正極バスバー２６と、天井蓋２４と、負極バスバーアセンブリ２７と、底蓋２５と、を含んでいる。天井蓋２４の上側の面は、第１組電池２０の上面２０ａとなり、底蓋２５の下側の面は、第１組電池の下面２０ｂとなる。

散熱板２２は、円筒電池２１が差し込み固定される多数の貫通孔２２ａが設けられた、例えば、アルミニウム等の金属板である。散熱板２２の厚さは、貫通孔２２ａの円筒面によって円筒電池２１を保持することができる程度の厚さ、例えば、１０〜２０ｍｍ程度、である。図２に示すように、円筒電池２１は、散熱板２２に対して立て方向で、各円筒電池２１が平行に並ぶように固定されている。

樹脂製のカバー２３は、各円筒電池２１のプラス側の電極２１ａが突出する穴２３ｃが設けられた天井板２３ａと散熱板２２に組み付けられた複数の円筒電池２１の外周を覆う四角筒２３ｂとから構成されている。カバー２３を散熱板２２の上に取り付けると、カバー２３の天井板２３ａの穴からは各円筒電池２１のプラス側の電極２１ａが突出する。カバー２３の穴２３ｃの上側にはいくつかのグループごとに円筒電池２１のプラス側の電極２１ａを接続する複数の正極バスバー２６が取り付けられ、その上に天井蓋２４が取り付けられる。

散熱板２２の下側には円筒電池２１のマイナス側の電極２１ｂをいくつかのグループ毎に接続する負極バスバーアセンブリ２７が取り付けられる。負極バスバーアセンブリ２７は、正極バスバー２６と同様の形状の板に円筒電池２１の配置に合わせて配置された負極バスバー２７ａを複数枚並べて樹脂モールドしたものである。負極バスバー２７ａの穴２７ｃには円筒電池２１のマイナス側の電極２１ｂに接する板状の端子２７ｂが形成されている。

負極バスバーアセンブリ２７の下側には、中央がトレイ状に凹み、底面に補強用の凹凸部が形成された底蓋２５が取り付けられている。底蓋２５は、伝熱性の高いアルミ等の金属製である。

正極バスバー２６、負極バスバー２７ａは、それぞれ一つのグループの円筒電池２１のプラス側の電極２１ａ同士、マイナス側の電極２１ｂ同士を接続するもので、この各バスバー２６，２７ａで接続されるグループの円筒電池２１は直列に接続される。そして、正極バスバー２６と負極バスバー２７ａとを接続バスバー（図示せず）で接続することにより、複数の円筒電池２１が並列接続されたグループを直列に接続した第１組電池２０が構成される。

第２組電池３０の構成は、図２を参照して説明した第１組電池２０と同様の構成である 。

次に、図３を参照しながら本実施形態の電池モジュール１００の制御部６０の電池加温動作について説明する。図３のステップＳ１０１に示すように、制御部６０は、第１〜第４温度センサ４１〜４４によって第１組電池２０の上端近傍の温度Ｔ１、第２組電池３０の下端近傍の温度Ｔ２、第１組電池２０の下側端部近傍の温度Ｔ３、第２組電池３０の上側端部近傍の温度Ｔ４、を検出する。制御部６０は、図３のステップＳ１０２に示すように、温度Ｔ１〜Ｔ４の内のいずれか１つが第１閾値よりも低いかどうかを判断する。ここで、第１閾値は、第１組電池２０、第２組電池３０を放電させた場合に放電電流により各組電池２０，３０が劣化する可能性のある温度である。第１閾値は、任意に決めてよいが、例えば、−１０℃〜−２０℃程度としてもよい。

制御部６０は、図３のステップＳ１０２で、温度Ｔ１〜Ｔ４の内のいずれか１つが第１閾値よりも低いと判断した場合、ステップＳ１０３に進む。制御部６０は、ステップＳ１０３で、第１スイッチ４５、第２スイッチ４６、電力調整器４７に含まれるスイッチを全てオンとして、電源５０により第１、第２、第３ヒータ２８，３８，３９への通電を開始する。各ヒータ２８，３８，３９がオンになると、第１ヒータ２８は第１組電池２０の上面２０ａから第１組電池２０を加温し、第２ヒータ３８は第２組電池３０の下面３０ｂから第２組電池３０を加温する。また、第１組電池２０と第２組電池３０とに挟まれている第３ヒータ３９は、第１組電池２０の下面２０ｂから第１組電池２０を加温すると共に、第２組電池３０の上面３０ａから第２組電池３０を加温する。

第１ヒータ２８は、上側の面がケーシング４０に面しているので、第１ヒータ２８からの熱の一部がケーシング４０から外部に放散してしまい、効率的に第１組電池２０を加温することができない。同様に、第２ヒータ３８は、下側の面がケーシング４０に面しているので第２ヒータ３８の熱の一部がケーシング４０から外部に放散してしまい、効率的に第２組電池３０を加温することができない。一方、第３ヒータ３９は、第１組電池２０と第２組電池３０との間に挟まれているので、熱の外部への放散が少なく、効率的に第１、第２組電池２０，３０を加温することができる。このため、ステップＳ１０３において、第１、第２、第３ヒータ２８，３８，３９を同時にオンにして第１、第２組電池２０，３０の加温を開始すると、第３ヒータ３９に近い第１組電池２０の下側端部近傍の温度Ｔ３と、第２組電池３０の上端部近傍の温度Ｔ４が先に上昇する。第１ヒータ２８に近い第１組電池２０の上端近傍の温度Ｔ１、第２ヒータ３８に近い第２組電池３０の下端近傍の温度Ｔ２は温度Ｔ３，Ｔ４よりも遅れて上昇して来る。このため、第１組電池２０の上端近傍の温度Ｔ１と下側端部近傍の温度Ｔ３との間、及び、第２組電池３０の上側端部近傍の温度Ｔ４と下端近傍の温度Ｔ２との間にそれぞれ温度差が発生する。

制御部６０は、第１、第２、第３ヒータ２８，３８，３９への通電を開始したら、図３のステップＳ１０４に進む。制御部６０は、ステップＳ１０４で、第１組電池２０の下側端部近傍の温度Ｔ３と上端近傍の温度Ｔ１との温度差ΔＴ１（＝（温度Ｔ３−温度Ｔ１）の絶対値）と、第２組電池３０の上側端部近傍の温度Ｔ４と下端近傍の温度Ｔ２との温度差ΔＴ２（＝（温度Ｔ４−温度Ｔ２）の絶対値）とを計算する。そして、制御部６０は、図３のステップＳ１０５に進み、温度差ΔＴ１又は温度差ΔＴ２が第２閾値以上となっているかどうかを判断する。ここで、第２閾値は、第１、第２組電池２０，３０の積み重ね方向の許容温度差であり、任意に決めてよいが、例えば、３℃〜５℃程度としてもよい。

制御部６０は、図３のステップＳ１０５で温度差ΔＴ１又は温度差ΔＴ２が第２閾値以上ではない（温度差ΔＴ１及び温度差ΔＴ２が第２閾値未満）で図３のステップＳ１０５でＮＯと判断した場合には、図３のステップＳ１０１に戻り、ステップＳ１０１〜ステップＳ１０５を繰り返す。そして、図３のステップＳ１０２で温度Ｔ１〜Ｔ４が第１閾値を超えた場合には、図３のステップＳ１０２でＮＯと判断して図３のステップＳ１１２に進む。制御部６０は、ステップＳ１１２で、第１スイッチ４５、第２スイッチ４６、電力調整器４７に含まれるスイッチを全てオフとして、第１、第２、第３ヒータ２８，３８，３９への通電を全て停止して動作を停止する。

一方、制御部６０は、図３のステップＳ１０５で温度差ΔＴ１又は温度差ΔＴ２が第２閾値以上で、ステップＳ１０５においてＹＥＳと判断した場合には、図３に示すステップＳ１０６に進んで、第１組電池２０の下側端部近傍の温度Ｔ３が上端近傍の温度Ｔ１よりも高い状態か（温度Ｔ３＞温度Ｔ１）、あるいは、第２組電池３０の上側端部近傍の温度Ｔ４が下端近傍の温度Ｔ２よりも高い状態（温度Ｔ４＞温度Ｔ２）であるかを判断する。制御部６０は、図３のステップＳ１０６でＹＥＳと判断した場合には、第３ヒータ３９近傍の温度Ｔ３、温度Ｔ４が第１、第２ヒータ２８，３８近傍の温度Ｔ１、温度Ｔ２よりも高い状態になっていると判断して図３のステップＳ１０７に進む。制御部６０は、ステップＳ１０７で電力調整器４７に含まれるスイッチをオフとして第３ヒータ３９への通電を停止する。第３ヒータ３９への通電を停止すると、第３ヒータ３９近傍の温度Ｔ３及び温度Ｔ４は上昇せず、第１ヒータ２８、第２ヒータ３８の近傍の温度Ｔ１及び温度Ｔ２が上昇するので、温度差ΔＴ１及び温度差ΔＴ２は次第に小さくなって来る。

制御部６０は、図３のステップＳ１０７で第３ヒータ３９への通電を停止したら、図３のステップＳ１０９に進む。制御部６０は、ステップＳ１０９で、第１〜第４温度センサ４１〜４４によって温度Ｔ１〜Ｔ４を検出する。次にステップＳ１１０に進んでステップＳ１０４と同様に温度差ΔＴ１（＝（温度Ｔ３−温度Ｔ１）の絶対値）と温度差ΔＴ２（＝（温度Ｔ４−温度Ｔ２）の絶対値）とを計算し図３のステップＳ１１１に進む。制御部６０は、ステップＳ１１１で温度差ΔＴ１及び温度差ΔＴ２が第２閾値未満かどうかを判断し、温度差ΔＴ１及び温度差ΔＴ２が第２閾値未満でない場合にはＳ１０６に戻る。そして、制御部６０は、第３ヒータ３９を停止したまま、温度差ΔＴ１及び温度差ΔＴ２が第２閾値未満になるまで待機する。

また、外部環境によっては、第１ヒータ２８、第２ヒータ３８から外部に放散する熱が想定よりも小さくなる場合がある。このような場合には、ステップＳ１０３において、第１、第２、第３ヒータ２８，３８，３９を同時にオンにして第１、第２組電池２０，３０の加温を開始すると、第１ヒータ２８に近い第１組電池２０の上端近傍の温度Ｔ１、第２ヒータ３８に近い第２組電池３０の下端近傍の温度Ｔ２が先に上昇し、第３ヒータ３９に近い第１組電池２０の下側端部近傍の温度Ｔ３と、第２組電池３０の上端部近傍の温度Ｔ４が温度Ｔ１，Ｔ２よりも遅れて上昇して来る。この場合には、第１組電池２０の下側端部近傍の温度Ｔ３が上端近傍の温度Ｔ１よりも低く（温度Ｔ３＜温度Ｔ１）、第２組電池３０の上側端部近傍の温度Ｔ４が下端近傍の温度Ｔ２よりも低い（温度Ｔ４＜温度Ｔ２）状態となっている。このため、温度Ｔ３とＴ１との間、及び、温度Ｔ４とＴ２との間にそれぞれ温度差が発生してくる。

制御部６０は、ステップＳ１０４で、温度差ΔＴ１（＝（温度Ｔ３−温度Ｔ１）の絶対値）と温度差ΔＴ２（＝（温度Ｔ４−温度Ｔ２）の絶対値）とを計算し、ステップＳ１０５に進み、温度差ΔＴ１又は温度差ΔＴ２が第２閾値以上の場合には、ステップＳ１０６に進む。先に述べたように、外部環境により第１ヒータ２８、第２ヒータ３８から外部に放散する熱が想定よりも小さくなる場合には、温度Ｔ３＜温度Ｔ１、及び、温度Ｔ４＜温度Ｔ２となる。従って、この場合、制御部６０は、ステップＳ１０６でＮＯと判断してステップＳ１０８に進み、第１、第２スイッチ４５，４６をオフとして第１、第２ヒータ２８，３８への通電を停止する。第１、第２ヒータ２８，３８への通電を停止すると、第１ヒータ２８、第２ヒータ３８の近傍の温度Ｔ１及び温度Ｔ２は上昇せず、第３ヒータ３９の近傍の温度Ｔ３及び温度Ｔ４が上昇するので、温度差ΔＴ１及び温度差ΔＴ２は次第に小さくなって来る。

制御部６０は、図３のステップＳ１０８で第１、第２ヒータ２８，３８への通電を停止したら、図３のステップＳ１０９に進み、先に説明したと同様、温度Ｔ１〜Ｔ４を検出し、ステップＳ１１０で温度差ΔＴ１（＝（温度Ｔ３−温度Ｔ１）の絶対値）と温度差ΔＴ２（＝（温度Ｔ４−温度Ｔ２）の絶対値）とを計算し、ステップＳ１１１に進む。制御部６０は、ステップＳ１１１で温度差ΔＴ１及び温度差ΔＴ２が第２閾値未満かどうかを判断し、温度差ΔＴ１及び温度差ΔＴ２が第２閾値未満でない場合にはＳ１０６に戻る。そして、制御部６０は、第１、第２ヒータ２８，３８を停止したまま、温度差ΔＴ１、ΔＴ２が第２閾値未満になるまで待機する。

制御部６０は、図３のステップＳ１１１で温度差ΔＴ１及び温度差ΔＴ２が第２閾値未満となったと判断した場合には、ステップＳ１０１に戻ってステップＳ１０１〜ステップＳ１１１を繰り返す。また、制御部６０は、ステップＳ１０２で温度Ｔ１〜Ｔ４が第１閾値を超えた場合には、図３のステップＳ１０２でＮＯと判断して図３のステップＳ１１２に進み、第１スイッチ４５、第２スイッチ４６、電力調整器４７に含まれるスイッチを全てオフとして、第１、第２、第３ヒータ２８，３８，３９への通電を全て停止して動作を停止する。

以上説明したように、本実施形態の電池モジュール１００は、第１、第２組電池２０，３０の積み重ね方向の温度差ΔＴ１、ΔＴ２の発生を抑制しながら第１、第２組電池２０，３０を加温することができる。これにより、極低温の環境でも温度差による円筒電池２１，３１の劣化を抑制しながら、第１、第２組電池２０，３０を使用することができる。

次に、図４を参照しながら電池モジュール１００の他の電池加温動作について説明する。図３を参照して説明した動作と同様の動作には同様のステップ番号を付して説明は省略する。

図４に示す電池加温動作は、ステップＳ１０５で温度差ΔＴ１又は温度差ΔＴ２が第２閾値以上である場合で、ステップＳ１０６でＹＥＳと判断した場合には、図４のステップＳ２０１で電力調整器４７によって第３ヒータ３９への通電電力を低減して温度Ｔ３及び温度Ｔ４の上昇を抑え、温度差ΔＴ１及び温度差ΔＴ２が第２閾値未満になるまで待機する。第３ヒータ３９への通電電力の低減量は、予め設定した値であってもよい。また、ステップＳ２０１〜ステップＳ１１１を繰り返す毎に低減量を大きくしていくようにして、最後には電力調整器４７に含まれているスイッチをオフとして第３ヒータ３９への通電電力をゼロとしてもよい。また、ステップＳ１０６でＮＯと判断した場合には、ステップＳ１０８に進み、第１、第２スイッチ４５，４６をオフにして第１、第２ヒータ２８，３８への通電を停止して、温度Ｔ１及び温度Ｔ２の上昇を抑制して温度差ΔＴ１及び温度差ΔＴ２が第２閾値未満になるまで待機する。

図４に示す電池加温動作は、図４のステップＳ１０６でＹＥＳと判断した場合には、図３を参照して説明した電池加温動作に比べて第３ヒータ３９を継続的に動作させることができるので、第１、第２組電池２０，３０の昇温速度を大きくすることができる。

次に、図５を参照しながら、本発明の他の実施形態の電池モジュール２００について説明する。先に図１、２を参照しながら説明した電池モジュール１００と同様の部位には同様の符号を付して説明は省略する。

図５に示すように、本実施形態の電池モジュール２００は、単電池である円筒電池２１を立てた状態で平行に並べた第１組電池２０と、円筒電池３１を立てた状態で平行に並べた第２組電池３０と、円筒電池１２１を立てた状態で平行に並べた第３組電池１２０と、円筒電池１３１を立てた状態で平行に並べた第４組電池１３０とを含んでいる。第１〜第４組電池２０，３０，１２０，１３０は、円筒電池２１，１２１，１３１，３１の立て方向である上下方向に上から第１組電池２０、第３組電池１２０、第４組電池１３０、第２組電池３０の順に上下方向に４段に積み重ねられている。また、第１〜第４組電池２０，３０，１２０，１３０は、共通のケーシング４０に収容されている。なお、第３、第４組電池１２０，１３０の詳細構造は、先に説明した第１組電池と同様である。

第１組電池２０の上面２０ａには、シート状の第１ヒータ２８が取り付けられ、第２組電池３０の下面３０ｂにはシート状の第２ヒータ３８が取り付けられている。また、第３組電池１２０の下面１２０ｂと第４組電池１３０の上面１３０ａとの間には、第３ヒータ３９が挟み込まれている。第１組電池２０の下面２０ｂと第３組電池１２０の上面１２０ａとの間、及び、第４組電池１３０の下面１３０ｂと第２組電池３０の上面３０ａとの間には、ヒータは配置されていない。第１ヒータ２８の熱は、第１組電池２０の上面２０ａから第１組電池２０を加温し、第１組電池２０の下面２０ｂから第３組電池１２０の上面１２０ａに伝達されて第３組電池１２０を上面１２０ａから加温する。また、第２ヒータ３８は、第２組電池３０の下面３０ｂから第２組電池３０を加温し、第２組電池３０の上面３０ａから第４組電池１３０の下面１３０ｂに伝達されて第４組電池１３０を下面１３０ｂから加温する。

第３ヒータ３９の熱は、第３組電池１２０の下面１２０ｂから第３組電池１２０を加温し、第３組電池１２０の上面１２０ａから第１組電池２０の下面１２０ｂに伝達されて第１組電池２０を下面２０ｂから加温する。また、第３ヒータ３９は、第４組電池１３０の上面１３０ａから第４組電池１３０を加温し、第４組電池１３０の下面１３０ｂから第２組電池３０の上面３０ａに伝達されて第２組電池３０を上面３０ａから加温する。

先に説明したように、各組電池２０，１２０，１３０，３０は、上から第１組電池２０、第３組電池１２０、第４組電池１３０、第２組電池３０の順に上下方向に積み重ねられており、最上段の第１組電池２０は積み重ね方向一端の組電池であり、第１ヒータ２８が取り付けられている第１組電池２０の上面２０ａは一端側表面である。また、最下段の第２組電池は積み重ね方向他端の組電池であり、第２ヒータ３８が取り付けられている第２組電池３０の下面３０ｂは他端側表面である。

図５に示すように、第１組電池２０の円筒電池２１の上側端部近傍には、第１組電池２０の上端近傍の温度Ｔ１を検出する第１温度センサ４１が取り付けられている。また、第２組電池３０の円筒電池３１の下側端部近傍には、第２組電池３０の下端近傍の温度Ｔ２を検出する第２温度センサ４２が取り付けられている。更に、第３組電池１２０の円筒電池１２１の下側端部近傍、第４組電池１３０の円筒電池１３１の上側端部近傍には、それぞれ第３ヒータ３９の近傍の第３組電池１２０の温度Ｔ５を検出する第５温度センサ１４３、第３ヒータ３９の近傍の第４組電池１３０の温度Ｔ６を検出する第６温度センサ１４４が取り付けられている。

以上のように構成された電池モジュール２００の制御部６０の電池加温動作について図６を参照しながら説明する。本電池加温動作は、先に図３、４を参照して説明したのと略同様であるので、以下、簡単に説明する。

制御部６０は、図６のステップＳ３０１に示すように、第１、第２、第５、第６温度センサ４１，４２，１４３，１４４によって第１組電池２０の上端近傍の温度Ｔ１、第２組電池３０の下端近傍の温度Ｔ２、第３組電池１２０の下側端部近傍の温度Ｔ５、第４組電池１３０の上側端部近傍の温度Ｔ６、を検出する。制御部６０は、図６のステップＳ３０２に示すように、温度Ｔ１、温度Ｔ２、温度Ｔ５、温度Ｔ６の内のいずれか１つが第１閾値よりも低いかどうかを判断する。ここで、第１閾値は、第１組電池２０、第２組電池３０を放電させた場合に放電電流により各組電池２０，３０が劣化する可能性のある温度である。第１閾値は、任意に決めてよいが、例えば、−１０℃〜−２０℃程度としてもよい。

制御部６０は、図６のステップＳ３０２で、温度Ｔ１、温度Ｔ２、温度Ｔ５、温度Ｔ６の内のいずれか１つが第１閾値よりも低いと判断した場合、図６のステップＳ３０３に進む。制御部６０は、ステップＳ３０３で、第１スイッチ４５、第２スイッチ４６、電力調整器４７に含まれるスイッチを全てオンとして、電源５０により第１、第２、第３ヒータ２８，３８，３９への通電を開始する。各ヒータ２８，３８，３９がオンになると、第１ヒータ２８は第１組電池２０の上面２０ａから第１組電池２０を加温し、第２ヒータ３８は第２組電池３０の下面３０ｂから第２組電池３０を加温する。また、第３組電池１２０と第４組電池１３０とに挟まれている第３ヒータ３９は、第３組電池１２０の下面１２０ｂから第３組電池１２０を加温すると共に、第４組電池１３０の上面１３０ａから第４組電池１３０を加温する。

先に説明した実施形態と同様、第１ヒータ２８、第２ヒータ３８は熱の一部がケーシング４０から外部に放散してしまい、効率的に第１、第２組電池２０，３０を加温することができない。一方、第３ヒータ３９は、第３組電池１２０と第４組電池１３０との間に挟まれているので、熱の外部への放散が少なく、効率的に第３、第４組電池１２０，１３０を加温することができる。このため、第１、第２、第３ヒータ２８，３８，３９を同時にオンにして第１、第２、第３、第４組電池２０，３０，１２０，１３０の加温を開始すると、第３ヒータ３９に近い第３組電池１２０の下側端部近傍の温度Ｔ５と、第４組電池１３０の上端部近傍の温度Ｔ６が先に上昇する。そして、第１ヒータ２８に近い第１組電池２０の上端近傍の温度Ｔ１、第２ヒータ３８に近い第２組電池３０の下端近傍の温度Ｔ２は温度Ｔ５、温度Ｔ６よりも遅れて上昇して来る。このため、第１組電池２０の上端近傍の温度Ｔ１と第３組電池１２０の下側端部近傍の温度Ｔ５との間、及び、第４組電池１３０の上側端部近傍の温度Ｔ６と第２組電池３０の下端近傍の温度Ｔ２との間にそれぞれ温度差が発生する。

制御部６０は、第１、第２、第３ヒータ２８，３８，３９への通電を開始したら、図６のステップＳ３０４に進む。制御部６０は、ステップＳ３０４で、温度Ｔ５と温度Ｔ１との温度差ΔＴ３（＝（温度Ｔ５−温度Ｔ１）の絶対値）と、温度Ｔ６と温度Ｔ２との温度差ΔＴ４（＝（温度Ｔ６−温度Ｔ２）の絶対値）とを計算する。そして、制御部６０は、図６のステップＳ３０５に進み、温度差ΔＴ３又は温度差ΔＴ４が第２閾値以上となっているかどうかを判断する。ここで、第２閾値は、第１、第２、第３、第４組電池２０，３０，１２０，１３０の積み重ね方向の許容温度差であり、任意に決めてよいが、例えば、３℃〜５℃程度としてもよい。

制御部６０は、図６のステップＳ３０５でＮＯと判断した場合には、ステップＳ３０１に戻り、ステップＳ３０１〜ステップＳ３０５を繰り返す。そして、ステップＳ３０２で温度Ｔ１、温度Ｔ２、温度Ｔ５、温度Ｔ６が第１閾値を超えた場合には、ステップＳ３０２でＮＯと判断してステップＳ３１２に進み、第１スイッチ４５、第２スイッチ４６、電力調整器４７に含まれるスイッチを全てオフとして、第１、第２、第３ヒータ２８，３８，３９への通電を全て停止して動作を停止する。

一方、制御部６０は、図６のステップＳ３０５でＹＥＳと判断した場合には、ステップＳ３０６に進んで、第３組電池１２０の温度Ｔ５が温度Ｔ１よりも高い状態か（温度Ｔ５＞温度Ｔ１）、あるいは、温度Ｔ６が温度Ｔ２よりも高い状態であるか（温度Ｔ６＞温度Ｔ２）を判断する。制御部６０は、図６のステップＳ３０６でＹＥＳの場合には、第３ヒータ３９近傍の温度Ｔ５、温度Ｔ６が第１、第２ヒータ２８，３８近傍の温度Ｔ１、温度Ｔ２よりも高い状態になっていると判断して図６のステップＳ３０７に進む。制御部６０は、ステップＳ３０７で電力調整器４７に含まれるスイッチをオフとして第３ヒータ３９への通電を停止する。第３ヒータ３９への通電を停止すると、第３ヒータ３９近傍の温度Ｔ５及び温度Ｔ６は上昇せず、第１ヒータ２８、第２ヒータ３８の近傍の温度Ｔ１及び温度Ｔ２が上昇するので、温度差ΔＴ３及び温度差ΔＴ４は次第に小さくなって来る。

制御部６０は、図６のステップＳ３０７で第３ヒータ３９への通電を停止したら、ステップＳ３０９に進む。制御部６０は、ステップＳ３０９で、第１、第２、第５、第６温度センサ４１，４２，１４３，１４４によって温度Ｔ１、温度Ｔ２、温度Ｔ５、温度Ｔ６を検出し、ステップＳ３１０に進む。制御部６０は、ステップＳ３１０で温度差ΔＴ３（＝（温度Ｔ５−温度Ｔ１）の絶対値）と温度差ΔＴ４（＝（温度Ｔ６−温度Ｔ２）の絶対値）とを計算してステップＳ３１１に進む。制御部６０は、ステップＳ３１１で温度差ΔＴ３及び温度差ΔＴ４が第２閾値未満かどうかを判断し、温度差ΔＴ３及び温度差ΔＴ４が第２閾値未満でない場合にはＳ３０６に戻る。そして、制御部６０は、第３ヒータ３９を停止したまま、温度差ΔＴ３及び温度差ΔＴ４が第２閾値未満になるまで待機する。

また、外部環境によっては、第１ヒータ２８、第２ヒータ３８から外部に放散する熱が想定よりも小さくなる場合がある。このような場合には、ステップＳ３０３において、第１、第２、第３ヒータ２８，３８，３９を同時にオンにして第１〜第４組電池２０，３０，１２０，１３０の加温を開始すると、第１ヒータ２８に近い第１組電池２０の上端近傍の温度Ｔ１、第２ヒータ３８に近い第２組電池３０の下端近傍の温度Ｔ２が先に上昇し、第３ヒータ３９に近い第３組電池２０の下側端部近傍の温度Ｔ５と、第４組電池３０の上端部近傍の温度Ｔ６が温度Ｔ１、温度Ｔ２よりも遅れて上昇して来る。この場合には、第３組電池１２０の下側端部近傍の温度Ｔ５が第１組電池２０の上端近傍の温度Ｔ１よりも低く（温度Ｔ５＜温度Ｔ１）、第４組電池１３０の上側端部近傍の温度Ｔ６が第２組電池３０の下端近傍の温度Ｔ２よりも低い（温度Ｔ６＜温度Ｔ２）状態となっている。このため、温度Ｔ５とＴ１との間、及び、温度Ｔ６とＴ２との間にそれぞれ温度差が発生してくる。

制御部６０は、ステップＳ３０４で、温度差ΔＴ３（＝（温度Ｔ５−温度Ｔ１）の絶対値）と温度差ΔＴ４（＝（温度Ｔ６−温度Ｔ２）の絶対値）とを計算し、ステップＳ３０５に進み、温度差ΔＴ３又は温度差ΔＴ４が第２閾値以上の場合には、ステップＳ３０６に進む。先に述べたように、外部環境により第１ヒータ２８、第２ヒータ３８から外部に放散する熱が想定よりも小さくなる場合には、温度Ｔ５＜温度Ｔ１、及び、温度Ｔ６＜温度Ｔ２となるので、制御部６０は、ステップＳ３０６でＮＯと判断してステップＳ３０８に進み、第１、第２スイッチ４５，４６をオフとして第１、第２ヒータ２８，３８への通電を停止する。第１、第２ヒータ２８，３８への通電を停止すると、第１組電池２０、第２組電池３０は、第１ヒータ２８、第２ヒータ３８で加温されなくなる。これにより、温度Ｔ１及び温度Ｔ２は上昇せず、温度Ｔ５及び温度Ｔ６が上昇するので、温度差ΔＴ３及び温度差ΔＴ４は次第に小さくなって来る。

制御部６０は、図６のステップＳ３０８で第１、第２ヒータ２８，３８への通電を停止したら、図６のステップＳ３０９に進み、先に説明したと同様、温度Ｔ１、温度Ｔ２、温度Ｔ５、温度Ｔ６を検出し、ステップＳ３１０で温度差ΔＴ３（＝（温度Ｔ５−温度Ｔ１）の絶対値）と温度差ΔＴ４（＝（温度Ｔ６−温度Ｔ２）の絶対値）とを計算し、ステップＳ３１１に進む。制御部６０は、ステップＳ３１１で温度差ΔＴ３及び温度差ΔＴ４が第２閾値未満かどうかを判断し、温度差ΔＴ３及び温度差ΔＴ４が第２閾値未満でない場合にはＳ３０６に戻る。そして、制御部６０は、第１、第２ヒータ２８，３８を停止したまま、温度差ΔＴ３、ΔＴ４が第２閾値未満になるまで待機する。

制御部６０は、温度差ΔＴ３及び温度差ΔＴ４が第２閾値未満となった場合には、ステップＳ３０１に戻ってステップＳ３０１〜ステップＳ３１１を繰り返す。また、制御部６０は、ステップＳ３０２で温度Ｔ１、温度Ｔ２、温度Ｔ５、温度Ｔ６が第１閾値を超えた場合には、図６のステップＳ３０２でＮＯと判断してステップＳ３１２に進む。制御部６０は、ステップＳ３１２で、第１スイッチ４５、第２スイッチ４６、電力調整器４７に含まれるスイッチを全てオフとして、第１、第２、第３ヒータ２８，３８，３９への通電を全て停止して動作を停止する。

以上説明したように、本実施形態の電池モジュール２００は、第１〜第４組電池２０，３０，１２０，１３０の積み重ね方向の温度差の発生を抑制しながら第１〜第４組電池２０，３０，１２０，１３０を加温することができる。これにより、極低温の環境でも温度差による円筒電池２１，３１，１２１，１３１の劣化を抑制しながら、第１〜第４組電池２０，３０，１２０，１３０を使用することができる。

また、本実施形態の電池モジュール２００においても、先に図４を参照して説明したように、ステップＳ３０５及びステップＳ３０６でＹＥＳと判断した場合に、電力調整器４７によって第３ヒータ３９への通電電力を低減し、温度差ΔＴ３及び温度差ΔＴ４が第２閾値未満になるまで待機するようにしてもよい。この場合、先に説明した電池加温動作に比べて第３ヒータ３９を継続的に動作させることができるので、第１〜第４組電池２０，３０，１２０，１３０の昇温速度を大きくすることができる。

以上説明した各実施形態では、単電池は円筒電池２１，３１，１２１，１３１であるとしたが、単電池は円筒電池に限らず、例えば、角型電池等であってもよい。

２０，３０，１２０，１３０ 組電池、２０ａ，３０ａ，１２０ａ，１３０ａ 上面、２０ｂ，３０ｂ，１２０ｂ，１３０ｂ 下面、２１，３１，１２１，１３１ 円筒電池、２１ａ，２１ｂ 電極、２２ 散熱板、２２ａ 貫通孔、２３ カバー、２３ａ 天井板、２３ｂ 四角筒、２３ｃ，２７ｃ 穴、２４ 天井蓋、２５ 底蓋、２６ 正極バスバー、２７ 負極バスバーアセンブリ、２７ａ 負極バスバー、２７ｂ 端子、２８ 第１ヒータ、３８ 第２ヒータ、３９ 第３ヒータ、４０ ケーシング、４１，４２，１４３，１４４ 温度センサ、４５，４６ スイッチ、４７ 電力調整器、５０ 電源、６０ 制御部、１００，２００ 電池モジュール。

Claims (1)

1. 複数の単電池を立てた状態で平行に並べた組電池を前記単電池の立て方向に複数段に積み重ねた電池モジュールであって、
   積み重ね方向一端の第１組電池の一端側に配置される第１ヒータと、
   積み重ね方向他端の第２組電池の他端側に配置される第２ヒータと、
   積み重ね方向中央近傍に配置され、前記組電池の間に挟まれる第３ヒータと、
   前記第１組電池の積み重ね方向一端近傍の温度を検出する第１温度センサと、
   前記第２組電池の積み重ね方向他端近傍の温度を検出する第２温度センサと、
   前記第３ヒータを挟み込む前記組電池の前記第３ヒータの近傍の温度を検出する第３温度センサと、
   前記第１温度センサと前記第２温度センサと前記第３温度センサによって検出した各温度に基づいて前記各ヒータへの供給電力を調整する制御部と、を備えることを特徴とする電池モジュール。

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