JP2019061937A - 電池モジュール - Google Patents
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Abstract
【課題】充電電流を大きくしてもＬｉなどの金属析出が好適に抑制され得る電池モジュールを提供する。【解決手段】本発明は、組電池と制御部とを備えた電池モジュールに関する。上記組電池は、所定の方向に配列した複数の充放電可能な単電池と、上記配列された単電池の間隙の少なくとも一箇所に配置された押圧部材と、が該配列方向に拘束荷重を加えられつつ拘束されて構成されている。上記押圧部材は、単電池の電極体のコア部の幅方向の両端と正負極露出部それぞれとの境界を包含する両縁部に拘束荷重を加える第１加圧部と、該両縁部よりも該コア部の幅方向の中央部に拘束荷重を加える第２加圧部と、を備えている。充電継続時間が所定の閾値より小さいとき、上記第１加圧部により上記両縁部に拘束荷重を加え、充電継続時間が所定の閾値以上のとき、さらに上記第２加圧部により上記中央部に拘束荷重を加える。【選択図】図４
Description
本発明は電池モジュールに関する。詳しくは、充放電可能な単電池を複数接続してなる組電池を備えた電池モジュールに関する。
リチウムイオン二次電池等の充放電可能な電池を単電池とし、当該単電池を複数備えた組電池は、車両搭載用電源などに好ましく用いられている。かかる組電池は、例えば、角型の単電池を所定の配列方向に沿って相互に隣接するように複数配列し、該配列方向に沿って各々の単電池を所定の拘束荷重を加えつつ拘束した後に、各々の単電池の電極端子（正極端子および負極端子）をバスバーによって電気的に接続することによって構築される。かかる組電池を車両搭載用電源などとして用いる場合、一般に、当該組電池の充放電等を制御する制御部と接続された電池モジュールの態様で好適に使用される。かかる構成の電池モジュールにおいて、組電池を構成する各単電池に掛かる拘束荷重を調整して、組電池の電池性能向上や不具合低減を図る技術が検討されている。かかる技術の例として、特許文献１および特許文献２に記載されたものが挙げられる。
ところで、かかる構成の電池モジュールにおいて、組電池の充電電流または充電時間が過度に増加すると、各単電池の内部で電解液中のリチウム（Ｌｉ）等の金属が析出して電池性能が低下することがある。例えば特許文献１には、単電池の電極体の反応領域の端部を含む領域に拘束荷重を与える拘束機構を備えた組電池が開示されているが、かかる構成の組電池によると、電極体における拘束荷重が加えられた拘束部と加えられていない非拘束部との境界において、局所的にＬｉ等の金属が析出しやすい虞があった。一方で、近年、組電池の燃費性能向上の観点から、大電流で充放電を行うことができる電池の実現が求められており、大電流で充電しても単電池内部においてＬｉ等の金属析出が生じないような技術の創出が求められている。
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、充電電流を大きくしてもＬｉなどの金属析出が好適に抑制され得る電池モジュールを提供することを目的とする。
本発明によって提供される電池モジュールは、組電池と制御部とを備える。上記組電池は、所定の方向に配列した複数の充放電可能な単電池と、上記配列された単電池の間隙および該配列方向の両端部のうちの少なくとも一箇所に配置された押圧部材と、が該配列方向に拘束荷重を加えられつつ拘束されて構成されている。上記単電池は、扁平形状の電極体と電解液とが電池ケースに収容されて構成されており、該電極体は正極活物質層を有する正極シートと負極活物質層を有する負極シートとを備えている。上記正極シートにおける上記電池ケースの底面と平行方向である幅方向の一方の端部には、上記正極活物質層を有しない正極露出部が形成されており、且つ、上記負極シートにおける上記幅方向の他方の端部には、上記負極活物質層を有しない負極露出部が形成されている。また、上記電極体は、上記正極活物質層と上記負極活物質層とが対向した扁平形状のコア部を有している。
ここで、上記押圧部材は、上記コア部の上記幅方向の両端と上記正負極露出部それぞれとの境界を包含する両縁部に拘束荷重を加える第１加圧部と、該両縁部よりも上記コア部の上記幅方向の中央部に拘束荷重を加える第２加圧部と、を備えている。
上記制御部は、時間計測手段と荷重制御手段とを備えている。上記時間計測手段は、上記組電池の充電継続時間を計測する。上記荷重制御手段は、上記充電継続時間が所定の閾値より小さいとき上記第１加圧部により上記両縁部に拘束荷重を加え、上記充電継続時間が所定の閾値以上のとき上記第１加圧部により上記両縁部に拘束荷重を加えつつ、上記第２加圧部により上記中央部に拘束荷重を加える。
かかる構成によると、Ｌｉ等の金属が析出しがちであった部位、すなわち、電極体における拘束荷重が加えられた部位（拘束部）と拘束荷重が加えられていない部位（非拘束部）との境界が、充電継続時間が長くなるのにつれて電極体の幅方向の両縁部から中央部に向けて移動する。このため、Ｌｉ等の金属析出の発生が未然に防止されうる。かかる技術によると、充電電流を大きくしても、Ｌｉ等の金属析出の発生が抑制される電池モジュールを実現することができる。
以下、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態を説明する。なお、本明細書において特に言及している事項以外の事柄であって本発明の実施に必要な事柄（例えば、電極体や電解液の構成および製法、リチウムイオン二次電池の構築に係る一般的技術等）は、当該分野における従来技術に基づく当業者の設計事項として把握され得る。本発明は、本明細書に開示されている内容と当該分野における技術常識とに基づいて実施することができる。また、以下の図面において、同じ作用を奏する部材、部位には同じ符号を付し、重複する説明は省略または簡略化することがある。各図における寸法関係（長さ、幅、厚さ等）は、必ずしも実際の寸法関係を反映するものではない。
本発明の一実施形態に係る電池モジュールとして、リチウムイオン二次電池を単電池とし、当該リチウムイオン二次電池を複数接続してなる組電池を備えた電池モジュールを例に挙げて説明するが、本発明をかかる実施形態に記載されたものに限定することを意図したものではない。
＜単電池の構成＞
本実施形態に係る電池モジュールは、単電池を複数備えた組電池と、当該組電池の拘束状態を制御する制御部と、を備えている。本明細書では、先ず、組電池を構成する単電池の具体的な構成を説明する。
本実施形態に係る電池モジュールは、単電池を複数備えた組電池と、当該組電池の拘束状態を制御する制御部と、を備えている。本明細書では、先ず、組電池を構成する単電池の具体的な構成を説明する。
図１は本実施形態における単電池２０を模式的に示す斜視図であり、図２は本実施形態における電極体３０を模式的に示す斜視図である。本実施形態に係る電池モジュールにおいて、組電池を構成する単電池としては、図１に示すような角型の単電池２０が用いられている。かかる単電池２０は、角型の電池ケース５０の内部に、図２に示す電極体３０が収容されることによって形成されている。
図１に示すように、電池ケース５０は、上面が開放された扁平な角型のケース本体５２と、ケース本体５２の上面を塞ぐ蓋体５４とから構成されている。電池ケース５０の蓋体５４には正極端子６０と負極端子６２とが設けられており、これらの電極端子は電池ケース５０内に収容された電極体３０（図２参照）に電気的に接続されている。
上記した電池ケース５０の内部には、電極体３０とともに電解液が収容されている。電解液には、従来からリチウムイオン二次電池に用いられるものと同様のものを特に限定なく使用することができる。かかる電解液の一例としては、エチレンカーボネート（ＥＣ）とジメチルカーボネート（ＤＭＣ）とエチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）との混合溶媒にＬｉＰＦ６を含有させた非水電解液が挙げられる。
図２に示すように、本実施形態における電極体３０は、正極活物質層３３を有する正極シート３１と、負極活物質層３７を有する負極シート３５とを、セパレータ３９を介して積層させ、該積層体を捲回することによって形成された扁平形状の捲回電極体である。電極体３０の幅方向Ｗの中央部には、正極活物質層３３と負極活物質層３７とが対向した扁平形状のコア部３０Ａが形成されている。このコア部３０Ａが単電池２０における主な充放電反応の場となる。また、電極体３０の幅方向Ｗの両側縁部には、後述する正極露出部３４（または負極露出部３８）からなる端子接続部３０Ｂが形成されており、当該端子接続部３０Ｂが電極端子（図１中の正極端子６０、負極端子６２）と電気的に接続される。電極体３０は、その幅方向Ｗが電池ケース５０の底面と平行方向となるように、電池ケース５０に収容される。
以下、電極体３０を構成する各部材の具体的な構造を説明する。正極シート３１は、アルミニウム箔等からなる長尺の正極集電体３２の表面に、正極活物質層３３が形成されることによって構成されている。また、正極シート３１の幅方向Ｗの一方の端部（側縁部）には、正極活物質層３３が付与されておらず、正極集電体３２が露出した正極露出部３４が形成されている。正極活物質層３３には、リチウムイオンを吸蔵・放出する材料である正極活物質が含まれている。かかる正極活物質には、例えば、リチウム元素と一種または二種以上の遷移金属元素とを含むリチウム遷移金属複合酸化物が用いられる。このリチウム遷移金属複合酸化物としては、例えば、リチウムニッケル複合酸化物（例えば、ＬｉＮｉＯ２）、リチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物（例えば、ＬｉＮｉ１／３Ｃｏ１／３Ｍｎ１／３Ｏ２）などが挙げられる。また、正極活物質層３３には、正極活物質以外の添加材として導電材やバインダが含まれていてもよい。導電材としては、例えば、カーボンブラックやカーボンファイバーなどのカーボン材料などが用いられる。また、バインダとしては、例えば、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）などが用いられる。
一方、負極シート３５は、銅箔等からなる長尺の負極集電体３６の表面に、負極活物質層３７が形成されることによって構成されている。上記した正極シート３１と同様に、負極シート３５においても幅方向Ｗの他方の端部（側縁部）に負極活物質層３７が形成されておらず、負極集電体３６が露出した負極露出部３８が設けられている。かかる負極活物質層３７には負極活物質が含まれており、かかる負極活物質としては、例えば、黒鉛（グラファイト）、難黒鉛化炭素（ハードカーボン）、易黒鉛化炭素（ソフトカーボン）、カーボンナノチューブ、あるいはこれらを組み合わせた炭素材料などが用いられる。また、その他の添加材としては、バインダ、増粘剤、分散剤等が挙げられる。バインダとしては、例えば、上述した正極活物質層３３と同様のものを用いることができる。増粘剤としてはカルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）やメチルセルロース（ＭＣ）などを用いることができる。
また、正極シート３１と負極シート３５との間に配置されるセパレータ３９は、リチウムイオンを通過させることができる微細な孔が複数形成された多孔質の絶縁部材である。かかるセパレータ３９には、例えば、ポリプロピレン（ＰＰ）とポリエチレン（ＰＥ）とポリプロピレン（ＰＰ）を順に積層させた３層構造の樹脂製の多孔性シートなどを用いることができる。
＜電池モジュールの構成＞
図３は本実施形態に係る電池モジュール１００を模式的に示す図である。また、図４は本実施形態に係る電池モジュール１００における押圧部材４０を説明する正面図であり、図５〜図７はそれぞれ一実施形態に係る押圧部材４０を示す平面図である。なお、図４は押圧部材４０と電極体３０との位置関係を説明するために、図中の上側に単電池２０を記載しており、当該単電池２０内部に収容された電極体３０を模式的に示している。
図３は本実施形態に係る電池モジュール１００を模式的に示す図である。また、図４は本実施形態に係る電池モジュール１００における押圧部材４０を説明する正面図であり、図５〜図７はそれぞれ一実施形態に係る押圧部材４０を示す平面図である。なお、図４は押圧部材４０と電極体３０との位置関係を説明するために、図中の上側に単電池２０を記載しており、当該単電池２０内部に収容された電極体３０を模式的に示している。
図３に示すように、本実施形態に係る電池モジュール１００は、複数（図３では２個）の単電池２０Ａ、２０Ｂを備えた組電池１０と、当該組電池１０の拘束状態を制御する制御部９０とを備えている。
組電池１０を構成する各々の単電池２０Ａ、２０Ｂは、所定の配列方向Ｘに沿って相互に隣接して配列されている。本実施形態においては、この単電池２０Ａ、２０Ｂ内部の電極体３０の扁平面が各単電池２０Ａ、２０Ｂの間で対向するように、各々の単電池２０Ａ、２０Ｂが配列されている。また、各々の単電池２０Ａ、２０Ｂは、バスバー６４によって正極端子６０と負極端子６２とが電気的に接続されている。
上記した単電池２０Ａ、２０Ｂは、配列方向Ｘに沿って所定の拘束荷重で拘束されている。本実施形態においては、単電池２０Ａ、２０Ｂを拘束する拘束部材として、一対のエンドプレート７０Ａ、７０Ｂと締付け用ビーム材７２とを備えている。具体的には、一対のエンドプレート７０Ａ、７０Ｂは、配列方向Ｘにおける最外側にそれぞれ配置されており、配列方向Ｘに沿って延びる締付け用ビーム材７２を、一対のエンドプレート７０Ａ、７０Ｂを架橋するように取り付けることによって、単電池２０Ａ、２０Ｂを配列方向Ｘに沿って拘束することができる。
そして、図３に示すように、本実施形態に係る電池モジュール１００では、配列された単電池２０Ａ、２０Ｂの間隙と両外側（すなわち単電池２０Ａ、２０Ｂの配列方向の両端部）に、当該単電池２０Ａ、２０Ｂとともに拘束される押圧部材４０が配置されている。かかる押圧部材４０は、単電池２０Ａ、２０Ｂの側面に対向するように配置された支持板４２と、当該支持板４２の表面から配列方向Ｘに沿って突出した加圧部４４とを備えている。かかる構造の押圧部材４０を単電池２０Ａ、２０Ｂの間隙および両外側に配置し、単電池２０Ａ、２０Ｂを配列方向Ｘに沿って拘束することによって、押圧部材４０の加圧部４４で単電池２０Ａ、２０Ｂの側面を押圧して、電池ケース５０内に収容された電極体３０に所定の拘束荷重を加えることができる。
そして、本実施形態においては、図４〜図７に示すように、押圧部材４０の加圧部４４は、第１加圧部４４ａ、第２Ａ加圧部４４ｂ、４４ｃおよび第２Ｂ加圧部４４ｄ、４４ｅに分割されている。
図４および図５に示すように、押圧部材４０の第１加圧部４４ａは、電極体３０のコア部３０Ａの幅方向Ｗの両側縁に隣接するように一対設けられており、コア部３０Ａの幅方向Ｗの両縁部（具体的には、コア部３０Ａの幅方向Ｗの両端と正負極露出部３４、３８それぞれとの境界を包含する部位。以下、この部位を「第１拘束部」ともいう。）を押圧することができるように、形成位置や寸法が調製されている。ここで、一対の第１加圧部４４ａの間隔Ｌ１は、電極体３０のコア部３０Ａの幅方向Ｗの長さＬ０より短くなるように設定されている。
図４および図６に示すように、押圧部材４０の一対の第２Ａ加圧部４４ｂ、４４ｃは、一対の第１加圧部４４ａの幅方向Ｗの両内縁に隣接するように設けられており、コア部３０Ａの幅方向Ｗの両縁部（第１拘束部）よりも中央寄りの部分（以下、この部位を「第２Ａ拘束部」ともいう。）に拘束荷重を加えることができるように、形成位置や寸法が調整されている。ここで、一対の第２Ａ加圧部４４ｃの間隔Ｌ２は、一対の第１加圧部４４ａの間隔Ｌ１より短くなるように設定されている。
図４および図７に示すように、押圧部材４０の一対の第２Ｂ加圧部４４ｄ、４４ｅは、一対の第２Ａ加圧部４４ｃの幅方向Ｗの両内縁に隣接するように設けられており、コア部３０Ａの幅方向Ｗの中央部であって、第２Ａ拘束部よりもさらに幅方向Ｗの中央寄りの部位（以下、この部位を「第２Ｂ拘束部」ともいう。）に拘束荷重を加えることができるように、形成位置や寸法が調整されている。
本実施形態において、図３に示すように、支持板４２を介して、第２Ａ加圧部４４ｂ、４４ｃおよび第２Ｂ加圧部４４ｄ、４４ｅには油圧供給管８０が接続されており、当該油圧供給管８０から供給される油圧を調整することによって第２Ａ加圧部４４ｂ、４４ｃおよび第２Ｂ加圧部４４ｄ、４４ｅを単電池２０Ａ、２０Ｂの配列方向Ｘに向かって膨張／収縮させることができる。
好ましい一態様において、第１加圧部４４ａは、上述した第２Ａ加圧部４４ｂ、４４ｃおよび第２Ｂ加圧部４４ｄ、４４ｅとは異なり、膨張／収縮可能に構成されていない。かかる態様によると、電極体３０のコア部３０Ａの幅方向Ｗの両縁部（第１拘束部）は、常に拘束荷重が加えられた状態となっている。あるいは、第１加圧部４４ａは、上述した第２加圧部４４ｂ、４４ｃおよび第２Ｂ加圧部４４ｄ、４４ｅと同様に、支持板４２を介して油圧供給管８０が接続されており、当該油圧供給管８０から供給される油圧を調整することによって膨張／収縮可能に構成されていてもよい。
＜制御部＞
図３に示すように、本実施形態に係る電池モジュール１００は、組電池１０の拘束状態を制御する制御部９０を備えている。図示は省略するが、制御部９０は、電池モジュール１００が搭載される外部機器（車両など）と接続されている。制御部９０は、組電池１０の充電継続時間を計測する充電時間計測手段９２を備えている。
図３に示すように、本実施形態に係る電池モジュール１００は、組電池１０の拘束状態を制御する制御部９０を備えている。図示は省略するが、制御部９０は、電池モジュール１００が搭載される外部機器（車両など）と接続されている。制御部９０は、組電池１０の充電継続時間を計測する充電時間計測手段９２を備えている。
そして、本実施形態に係る電池モジュール１００では、制御部９０に荷重制御手段９４が設けられており、当該荷重制御手段９４が押圧部材４０の加圧部４４の膨張／収縮を調整することによって、電極体３０のコア部３０Ａへ加えられる拘束荷重を制御できるように構成されている。具体的には、荷重制御手段９４は、充電時間計測手段９２と電気的に接続されているとともに油圧供給管８０と接続されている。そして、充電時間計測手段９２が計測した充電継続時間が所定の閾値以上となった際に、その情報が荷重制御手段９４に送信される。荷重制御手段９４は、かかる情報に基づいて、第１加圧部４４ａ、第２Ａ加圧部４４ｂ、４４ｃおよび／または第２Ｂ加圧部４４ｄ、４４ｅに供給される油圧を調整することによって、加圧部４４を膨張／収縮させる。
図８に、具体的な電池制御システム８２のフローチャートの一例を示す。電池制御システム８２は、組電池１０の充電電流Ｉと充電継続時間Ｔを検知する（Ｓ１）。ここで、図３の形態では、処理Ｓ１のうち充電継続時間Ｔの検知は、上述した充電時間計測手段９２の処理によって具現化されうる。次に、検知された組電池１０の充電継続時間Ｔが予め定められた閾値Ｔｈ１以上か否かを判定する（Ｓ２）。充電継続時間Ｔが予め定められた閾値Ｔｈ１以上でない場合（ＮＯ）には、組電池１０の充電電流Ｉと充電継続時間Ｔを検知する処理Ｓ１に戻るとよい。このフローチャートでは、充電継続時間Ｔが予め定められた閾値Ｔｈ１以上である場合（ＹＥＳ）には、第１加圧部４４ａに油圧が供給されて第１加圧部４４ａを膨張させ、コア部３０Ａの幅方向Ｗの両縁部（第１拘束部）に拘束荷重が加えられる（Ｓ３）。図３の形態では、処理Ｓ３および後述する処理Ｓ５と処理Ｓ７は、上述した荷重制御手段９４の処理によって具現化されうる。
次に、検知された組電池１０の充電継続時間Ｔが予め定められた閾値Ｔｈ２以上か否かを判定する（Ｓ４）。充電継続時間Ｔが予め定められた閾値Ｔｈ２以上でない場合（ＮＯ）には、第１加圧部４４ａによりコア部３０Ａの幅方向Ｗの両縁部（第１拘束部）へ拘束荷重を加える処理Ｓ３に戻るとよい。充電継続時間Ｔが予め定められた閾値Ｔｈ２以上である場合（ＹＥＳ）には、第１加圧部４４ａに加えて、さらに第２Ａ加圧部４４ｂ、４４ｃに油圧が供給されて第２Ａ加圧部４４ｂ、４４ｃを膨張させ、コア部３０Ａの両縁部（第１拘束部）に加えて、該両縁部よりも幅方向Ｗの中央寄りの部位（第２Ａ拘束部）に拘束荷重が加えられる（Ｓ５）。
次に、検知された組電池１０の充電継続時間Ｔが予め定められた閾値Ｔｈ３以上か否かを判定する（Ｓ６）。充電継続時間Ｔが予め定められた閾値Ｔｈ３以上でない場合（ＮＯ）には、第１加圧部４４ａおよび第２Ａ加圧部４４ｂ、４４ｃによりコア部３０Ａの両縁部（第１拘束部）とその中央寄りの部位（第２Ａ拘束部）へ拘束荷重を加える処理Ｓ５に戻るとよい。充電継続時間Ｔが予め定められた閾値Ｔｈ３以上である場合（ＹＥＳ）には、第１加圧部４４ａおよび第２Ａ加圧部４４ｂ、４４ｃに加えて、さらに第２Ｂ加圧部４４ｄ、４４ｅに油圧を供給して膨張させ、コア部３０Ａの両縁部（第１拘束部）と該両縁部より中央寄りの部分（第２Ａ拘束部）に加えて、コア部３０Ａの幅方向Ｗの中央部（第２Ｂ拘束部）に拘束荷重が加えられる（Ｓ７）。
次に、組電池１０の充電が終了するか否かを判定する（Ｓ８）。充電が終了しない場合（ＮＯ）には、第１加圧部４４ａ、第２Ａ加圧部４４ｂ、４４ｃおよび第２Ｂ加圧部４４ｄ、４４ｅにより第１拘束部、第２Ａ拘束部および第２Ｂ拘束部へ拘束荷重を加える処理Ｓ７に戻るとよい。充電が終了する場合（ＹＥＳ）には、組電池１０の充電電流Ｉと充電継続時間Ｔを検知する処理Ｓ１に戻るとよい。
第１加圧部４４ａが膨張／収縮しないように構成されている態様が採用された場合、電池制御システム８２は処理Ｓ２が省略されて実施され得る。かかる構成によると、常時、第１加圧部４４ａにより第１拘束部へ拘束荷重が加えられる。
また、好ましい一態様において、処理Ｓ６は省略され得る。かかる態様において、充電継続時間Ｔが予め定められた閾値Ｔｈ２より小さい場合には、第１拘束部に拘束荷重が加えられ（Ｓ３）、充電継続時間Ｔが予め定められた閾値Ｔｈ２以上である場合には、第１拘束部に加えて、第２Ａ拘束部および第２Ｂ拘束部に拘束荷重が加えられる（Ｓ７）。かかる態様を採用した場合、第２Ａ拘束部および第２Ｂ拘束部は一体となった第２拘束部（第１加圧部よりもコア部３０Ａの幅方向Ｗの中央部）とみなすことができる。
かかる電池制御システム８２によると、充電継続時間が長くなるにつれて、電極体３０において拘束荷重が加えられる部位である拘束部と、拘束荷重が加えられていない部位である非拘束部と、の境界であって、Ｌｉが析出しがちであった部位が電極体３０の幅方向Ｗの両縁部から中央部に向けて移動する。このため、本実施形態に係る電池モジュール１００によれば、充電電流を大きくしてもＬｉ析出が好適に抑制され得る。
電池制御システム８２の他の好適な一実施形態によると、処理Ｓ１における充電電流Ｉおよび充電継続時間Ｔは、ブレーキ圧ＰＢおよびブレーキ時間ＴＢに代替することができる。その場合、処理Ｓ２、Ｓ４およびＳ６の各段階において、制御部９０はブレーキ時間ＴＢが予め定めた所定の閾値以上か否かを判定し、その結果に応じて第１拘束部、第２Ａ拘束部および／または第２Ｂ拘束部を拘束する処理（処理Ｓ３、Ｓ５またはＳ７）を行うとよい。
なお、ここで開示される電池モジュール１００は、上記した実施形態に限定されず、種々の構成を変更することができる。
例えば、上記した実施形態においては、２個の単電池２０Ａ、２０Ｂによって組電池１０が構成されているが、組電池を構成する単電池の個数は特に限定されず、３個以上の単電池によって組電池が構成されていてもよい。また、上記した実施形態では、電極体３０として捲回電極体を使用しているが、電極体は、正極シートと負極シートとを備えていればよく、捲回電極体に限定されない。かかる電極体の他の例としては、矩形の正極シートと負極シートとを積層させた積層電極体が挙げられる。
また、上記した実施形態に係る電池モジュール１００は、３個の押圧部材４０を備えており、当該押圧部材４０が、配列方向Ｘに沿って並べられたエンドプレート７０Ａ、単電池２０Ａ、単電池２０Ｂ、エンドプレート７０Ｂの各々の部材の間隙に配置されている。しかし、エンドプレートと単電池との間には押圧部材が配置されていなくてもよい。
また、組電池が３個以上の単電池を備えている場合、配列された単電池の間隙の全てに押圧部材が配置されていなくてもよい。配列された単電池の間隙のうちの少なくとも一箇所に押圧部材が配置されていれば、適切な効果を発揮させることができる。
また、組電池が３個以上の単電池を備えている場合、配列された単電池の間隙の全てに押圧部材が配置されていなくてもよい。配列された単電池の間隙のうちの少なくとも一箇所に押圧部材が配置されていれば、適切な効果を発揮させることができる。
上記した実施形態では、押圧部材４０の加圧部４４は、第１加圧部４４ａ、第２Ａ加圧部４４ｂ、４４ｃおよび第２Ｂ加圧部４４ｄ、４４ｅの合計９個に分割されている。しかし、分割された加圧部４４の数は３以上であれば特に限定されない。また、個々の分割された加圧部４４（本実施形態では第１加圧部４４ａ、第２Ａ加圧部４４ｂ、４４ｃおよび第２Ｂ加圧部４４ｄ、４４ｅ）は、区切りや角のないシームレスな構造を有していてもよい。
さらに、上記した実施形態では、油圧によって加圧部４４が膨張／収縮するように構成されているが、加圧部４４を膨張／収縮させる手段は油圧でなくてもよい。例えば、加圧部４４は、空気圧や水圧などによって膨張／収縮するように構成されていてもよいし、機械的な手段によって膨張／収縮するように構成されていてもよい。
以下、本発明に関する試験例を説明するが、以下の説明は本発明を限定することを意図したものではない。
＜実施例＞
実施例では、上記した実施形態のように、油圧によって膨張／収縮するように構成された加圧部４４を備えた押圧部材４０を用いて電池モジュール１００を構築した。
実施例では、上記した実施形態のように、油圧によって膨張／収縮するように構成された加圧部４４を備えた押圧部材４０を用いて電池モジュール１００を構築した。
具体的には、正極活物質（ＬｉＮｉ１／３Ｃｏ１／３Ｍｎ１／３Ｏ２）と、導電材（アセチレンブラック）と、バインダ（ポリフッ化ビニリデン）とが混合された正極活物質層３３が、正極集電体（アルミニウム箔）３２の両面に形成された矩形状の正極シート３１を作製した。一方、負極活物質（黒鉛）と、増粘剤（カルボキシメチルセルロース）と、バインダ（スチレンブタジエンゴム）とが混合された負極活物質層３７が、負極集電体（銅箔）３６の両面に形成された矩形状の負極シート３５を作製した。そして、上記した正極シート３１と負極シート３５とをセパレータ３９を介して積層させ、該積層体を捲回させた電極体３０を作製し、作製した電極体３０を電解液とともに電池ケース５０内に収納することによってリチウムイオン二次電池（単電池２０）を作製した。そして、２個の単電池２０Ａ、２０Ｂを、電極体３０の扁平面が相互に対向するように配列させ、各々の単電池２０Ａ、２０Ｂとエンドプレート７０Ａ、７０Ｂとの間に押圧部材４０を配置し、配列方向Ｘに沿って拘束荷重が掛かるように拘束した。
なお、実施例においては、押圧部材４０として、加圧部４４が第１加圧部４４ａと第２Ａ加圧部４４ｂ、４４ｃと第２Ｂ加圧部４４ｄ、４４ｅとを備えたものを使用した。ここで第１加圧部４４ａは膨張／収縮しないように構成されており、常に電極体３０のコア部３０Ａの両縁部（第１拘束部）に拘束荷重が加わるようにした。押圧部材４０は油圧供給管８０に接続され、充電継続時間Ｔが予め設定された所定の閾値Ｔｈ２以上になった場合に、第２Ａ加圧部４４ｂ、４４ｃおよび第２Ｂ加圧部４４ｄ、４４ｅが膨張し、電極体のコア部の幅方向Ｗの両縁部（第１拘束部）に加えて、該両縁部よりもコア部の幅方向Ｗの中央部（第２拘束部）に拘束荷重が加わるようにした。
＜比較例＞
比較例において、押圧部材４０として、加圧部４４が膨張／収縮しない第１加圧部４４ａのみから構成されたものを使用し、常に電極体３０のコア部３０Ａの幅方向Ｗの両縁部（第１拘束部）のみに拘束荷重が加わるように構成された組電池１０を構築した。なお、押圧部材４０の構成以外は、実施例に係る組電池１０の製造方法と同様にして製造した。
比較例において、押圧部材４０として、加圧部４４が膨張／収縮しない第１加圧部４４ａのみから構成されたものを使用し、常に電極体３０のコア部３０Ａの幅方向Ｗの両縁部（第１拘束部）のみに拘束荷重が加わるように構成された組電池１０を構築した。なお、押圧部材４０の構成以外は、実施例に係る組電池１０の製造方法と同様にして製造した。
＜評価試験＞
実施例および比較例に係る組電池１０を、−１０℃の環境下に置き、所定の電流値で、充電、休止、放電、休止を１サイクルとする充放電サイクルを所定のサイクル数で実施した。その後、単電池２０であるリチウムイオン二次電池を解体し、負極上での金属リチウムの析出の有無を確認した。負極上での金属リチウムの析出が確認されなかった電流値のうち、最大の電流値を限界電流値とした。比較例に係るリチウムイオン二次電池の限界電流値を基準としたときの、実施例に係るリチウムイオン二次電池の限界電流値の比を百分率（％）で求めた。結果を図９に示す。
実施例および比較例に係る組電池１０を、−１０℃の環境下に置き、所定の電流値で、充電、休止、放電、休止を１サイクルとする充放電サイクルを所定のサイクル数で実施した。その後、単電池２０であるリチウムイオン二次電池を解体し、負極上での金属リチウムの析出の有無を確認した。負極上での金属リチウムの析出が確認されなかった電流値のうち、最大の電流値を限界電流値とした。比較例に係るリチウムイオン二次電池の限界電流値を基準としたときの、実施例に係るリチウムイオン二次電池の限界電流値の比を百分率（％）で求めた。結果を図９に示す。
図９に明らかなように、実施例に係る組電池の上記限界電流値は、比較例に係る組電池の上記限界電流値よりも増加した。すなわち、実施例に係る構成の電池モジュールによると充電電流を増加させてもリチウム（Ｌｉ）析出が好適に抑制されることがわかった。
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、請求の範囲を限定するものではない。請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
１０ 組電池
２０、２０Ａ、２０Ｂ 単電池
３０ 電極体
３０Ａ コア部
３０Ｂ 端子接続部
３１ 正極シート
３２ 正極集電体
３３ 正極活物質層
３４ 正極露出部
３５ 負極シート
３６ 負極集電体
３７ 負極活物質層
３８ 負極露出部
３９ セパレータ
４０ 押圧部材
４２ 支持板
４４ 加圧部
４４ａ 第１加圧部
４４ｂ、４４ｃ 第２Ａ加圧部
４４ｄ、４４ｅ 第２Ｂ加圧部
５０ 電池ケース
５２ ケース本体
５４ 蓋体
６０ 正極端子
６２ 負極端子
６４ バスバー
７０Ａ、７０Ｂ エンドプレート
７２ 締付け用ビーム材
８０ 油圧供給管
８２ 電池制御システム
９０ 制御部
９２ 充放電制御手段
９４ 荷重制御手段
１００ 電池モジュール
Ｌ０ コア部の長さ
Ｌ１ 一対の第１加圧部の間隔
Ｌ２ 一対の第２Ａ加圧部の間隔
Ｗ 幅方向
Ｘ 単電池の配列方向
２０、２０Ａ、２０Ｂ 単電池
３０ 電極体
３０Ａ コア部
３０Ｂ 端子接続部
３１ 正極シート
３２ 正極集電体
３３ 正極活物質層
３４ 正極露出部
３５ 負極シート
３６ 負極集電体
３７ 負極活物質層
３８ 負極露出部
３９ セパレータ
４０ 押圧部材
４２ 支持板
４４ 加圧部
４４ａ 第１加圧部
４４ｂ、４４ｃ 第２Ａ加圧部
４４ｄ、４４ｅ 第２Ｂ加圧部
５０ 電池ケース
５２ ケース本体
５４ 蓋体
６０ 正極端子
６２ 負極端子
６４ バスバー
７０Ａ、７０Ｂ エンドプレート
７２ 締付け用ビーム材
８０ 油圧供給管
８２ 電池制御システム
９０ 制御部
９２ 充放電制御手段
９４ 荷重制御手段
１００ 電池モジュール
Ｌ０ コア部の長さ
Ｌ１ 一対の第１加圧部の間隔
Ｌ２ 一対の第２Ａ加圧部の間隔
Ｗ 幅方向
Ｘ 単電池の配列方向
Claims (1)
- 組電池と制御部とを備えた電池モジュールであって、
前記組電池は、所定の方向に配列した複数の充放電可能な単電池と、前記配列された単電池の間隙および該配列方向の両端部のうちの少なくとも一箇所に配置された押圧部材と、が該配列方向に拘束荷重を加えられつつ拘束されて構成されており、
前記単電池は、扁平形状の電極体と電解液とが電池ケースに収容されて構成されており、
前記電極体は、正極活物質層を有する正極シートと負極活物質層を有する負極シートとを備えており、
前記正極シートにおける前記電池ケースの底面と平行方向である幅方向の一方の端部には、前記正極活物質層を有しない正極露出部が形成されており、且つ、前記負極シートにおける前記幅方向の他方の端部には、前記負極活物質層を有しない負極露出部が形成されており、
前記電極体は、前記正極活物質層と前記負極活物質層とが対向した扁平形状のコア部を有しており、
ここで、前記押圧部材は、前記コア部の前記幅方向の両端と前記正負極露出部それぞれとの境界を包含する両縁部に拘束荷重を加える第１加圧部と、該両縁部よりも前記コア部の前記幅方向の中央部に拘束荷重を加える第２加圧部と、を備えており、
前記制御部は、時間計測手段と荷重制御手段とを備えており、
前記時間計測手段は、前記組電池の充電継続時間を計測し、
前記荷重制御手段は、
前記充電継続時間が所定の閾値より小さいとき、前記第１加圧部により前記両縁部に拘束荷重を加え、
前記充電継続時間が所定の閾値以上のとき、前記第１加圧部により前記両縁部に拘束荷重を加えつつ、前記第２加圧部により前記中央部に拘束荷重を加える、
ことを特徴とする電池モジュール。
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