JP2021044212A - 電池モジュール - Google Patents

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Abstract

【課題】好適なハイレート耐性を発揮する電池モジュールを提供する。【解決手段】ここに開示される電池モジュール１は、複数のサブモジュール１０Ａ〜１０Ｅと、サブモジュールを収容する筐体４０とを有する。上記複数のサブモジュール１０Ａ〜１０Ｅは、単セル２２が並べられたセル群２０と、複数の単セルの配列方向Ｘに拘束圧を作用させる拘束部材３０とをそれぞれ備えている。そして、ここに開示される電池モジュール１の筐体４０の内部には、複数のサブモジュール１０Ａ〜１０Ｅの充放電を行った際に相対的に低温になりやすい領域があり、複数のサブモジュール１０Ａ〜１０Ｅのうち、低温になりやすい領域に配置されたサブモジュール１０Ａは、他のサブモジュール１０Ｂ〜１０Ｅよりも拘束圧が低い。これにより、各々の単セル２２のハイレート耐性を高いレベルで均一化し、全体として好適なハイレート耐性を発揮する電池モジュールを構築できる。【選択図】図１

Description

本発明は、電池モジュールに関する。
特許文献１には、複数の電池セルを積層してなる組電池の外周を、電池セルの積層方向へ加圧しながら拘束する拘束バンドと、拘束バンドの合わせ目端に設けられた拘束力可変装置と、組電池の温度を検出する温度検出器と、温度検出器からの出力に応じて拘束力可変装置の拘束力を調整させる制御部とを有する拘束構造が開示されている。
特開２０１３−２０８９１号公報
ところで、近年の電池モジュールの分野では、ハイレート充放電時の内部抵抗の増大を抑制する性能（以下、「ハイレート耐性」という）への要求の高まりから電池モジュール全体として好適なハイレート耐性を発揮できる技術が求められている。本発明は、かかる要求に応じてなされたものであり、好適なハイレート耐性を発揮する電池モジュールを提供することを目的とする。
上記目的を実現するべく、本発明によって以下の構成の電池モジュールが提供される。
ここに開示される電池モジュールは、複数のサブモジュールと、複数のサブモジュールを予め定められた位置に収容する筐体とを有する。上記複数のサブモジュールは、対向する一対の扁平面をそれぞれ有する単セルが、隣接する単セル同士で扁平面が対向するように並べられたセル群と、複数の単セルが並べられた方向に拘束圧を作用させてセル群を拘束する拘束部材とをそれぞれ備えている。そして、ここに開示される電池モジュールの筐体の内部には、複数のサブモジュールの充放電を行った際に相対的に低温になりやすい領域があり、複数のサブモジュールのうち、低温になりやすい領域に配置されたサブモジュールは、他のサブモジュールよりも拘束部材の拘束圧が低い。
ここに開示される電池モジュールは、複数のサブモジュールを筐体内部に収容することによって構成されており、当該サブモジュールの各々が個別に拘束部材を備えている。このため、複数の単セルの全てに均一な拘束圧を加える従来技術と異なり、サブモジュール単位で拘束圧を調節することができる。そして、ここに開示される電池モジュールは、低温になりやすい領域に配置されたサブモジュールにおける拘束圧が他のサブモジュールよりも低くなるように構成されている。これによって、ハイレート耐性が低下しやすい低温の単セルへの拘束圧を低くしてハイレート耐性を向上させることができるため、電池モジュールを構成する各々の単セルのハイレート耐性を高いレベルで均一にすることができる。この結果、全体として好適なハイレート耐性を発揮する電池モジュールを構築できる。
ここに開示される電池モジュールの好ましい一態様では、筐体の内部に、複数のサブモジュールの充放電を行った際に相対的に高温になりやすい領域があり、複数のサブモジュールのうち、高温になりやすい領域に配置されたサブモジュールは、他のサブモジュールよりも拘束部材の拘束圧が高い。
これによって、電池モジュールを構成する各々の単セルのハイレート耐性をより均一にすることができるため、全体として好適なハイレート耐性を発揮する電池モジュールを容易に構築できる。
ここに開示される電池モジュールの好ましい一態様では、複数のサブモジュールの拘束部材の拘束圧を個別に変更する拘束圧変更機構を備えている。
これによって、使用状況に応じてサブモジュールにおける拘束圧を個別に変更できるため、全体として好適なハイレート耐性を発揮する電池モジュールをより容易に得ることができる。
また、上記拘束圧変更機構を備える態様では、筐体の内部の温度を測定する温度センサと、温度センサの測定結果に基づいて拘束圧変更機構を制御する制御部とを備えていると好ましい。
これによって、筐体内部の温度分布の変化に伴って各々のサブモジュールにおける拘束圧を即時に変更できるため、電池モジュール全体のハイレート耐性をより適切に向上させることができる。
また、上記制御部を備える態様では、制御部に、筐体の内部の温度分布の傾向を示す分布情報が記録されており、制御部は、温度センサの測定結果と分布情報とに基づいて拘束圧変更機構を制御することが好ましい。
これにより、温度情報に基づいた拘束圧の調節をより容易に行うことができる。また、本態様では、温度センサの数が少ない場合でも、各々のサブモジュールにおける拘束圧を正確に調節できるため、部品点数の削減による製造コストの低減に貢献することもできる。
また、上記制御部に分布情報が記録された態様において、温度センサは、筐体の内部で最も高温になりやすい領域と、筐体の内部で最も低温になりやすい領域とに取り付けられていることが好ましい。
このように、高温の領域の温度情報と、低温の領域の温度情報と、分布情報とを参照することによって、より正確な温度分布を得ることができる。
また、上記制御部を備える態様では、温度センサは、複数のサブモジュールの各々に取り付けられていてもよい。
本態様によると、特に正確な温度分布を得ることができる。
ここに開示される電池モジュールの好ましい一態様では、拘束部材は、複数のセルを締め付けて拘束する拘束バンドを備えており、低温になりやすい領域に配置されたサブモジュールは、他のサブモジュールよりも拘束バンドの締め付け圧が低い。
低温の領域のサブモジュールにおける拘束圧を他のサブモジュールよりも低くする手段の具体例の一つとして、拘束バンドの締め付け圧を低くすることが挙げられる。本態様によると、複数の単セルのハイレート耐性を容易に均一にすることができる。
ここに開示される電池モジュールの好ましい一態様では、低温になりやすい領域に配置されたサブモジュールは、他のサブモジュールよりも単セルの間のスペースが大きい。
拘束された単セル間のスペースを大きくした場合、サブモジュールにおける拘束圧が低くなるため、低温の領域に配置されたサブモジュールの単セル間のスペースを大きくすることによって、複数の単セルのハイレート耐性を均一にすることができる。
ここに開示される電池モジュールの好ましい一態様では、複数のサブモジュールの各々は、複数のセルと共に拘束部材に拘束される緩衝板を備えており、低温になりやすい領域に配置されたサブモジュールは、他のサブモジュールよりも緩衝板の厚みが薄い。
本態様のように、低温の領域に配置されたサブモジュールにおける緩衝板の厚みを他のサブモジュールよりも薄くした場合も、複数の単セルのハイレート耐性を均一にすることができる。
ここに開示される電池モジュールの好ましい一態様では、筐体の内部に、複数のサブモジュールに隣接して形成された冷却経路と、筐体の外部から冷却経路に冷媒を供給する吸入口と、冷却経路から筐体の外部に冷媒を排出する排出口とを備えている。
電池モジュールの筐体の内部には、過剰な昇温による単セルの熱暴走を防止するために、冷媒（例えば、筐体外部の空気、水など）を供給する冷却経路が形成されることがある。このような冷却経路を備えた電池モジュールでは、冷却経路の近傍（特に、吸入口）に配置された単セルの温度が低下しやすくなるため、筐体内部の温度分布にバラツキが生じやすくなる。このため、ここに開示される技術は、筐体内部に冷却経路を備えた電池モジュールに特に好適に用いることができる。
本発明の一実施形態に係る電池モジュールを模式的に示す平面図である。 本発明の一実施形態に係る電池モジュールを模式的に示す側面図である。 本発明の一実施形態における単セルを模式的に示す斜視図である。 本発明の他の実施形態に係る電池モジュールを模式的に示す平面図である。 本発明の他の実施形態におけるサブモジュールを模式的に示す平面図である。 本発明の他の実施形態におけるサブモジュールを模式的に示す平面図である。
以下、本発明の一実施形態に係る電池モジュールを説明する。以下の説明において、図面中の同じ作用を奏する部材・部位には同じ符号を付している。なお、各図における寸法関係（長さ、幅、厚み等）は実際の寸法関係を反映するものではない。また、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など）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。
１．第１の実施形態
図１は、本実施形態に係る電池モジュールを模式的に示す平面図である。図２は、本実施形態に係る電池モジュールを模式的に示す側面図である。図３は本実施形態における単セルを模式的に示す斜視図である。以下、図１〜図３を参照しながら本実施形態に係る電池モジュール１を説明する。
図１および図２に示すように、本実施形態に係る電池モジュール１は、複数のサブモジュール１０Ａ〜１０Ｅと、複数のサブモジュール１０Ａ〜１０Ｅを予め定められた位置に収容する筐体４０とを有している。以下、本実施形態に係る電池モジュール１の構造について説明する。
（１）サブモジュール
本実施形態に係る電池モジュール１は、複数のサブモジュール１０Ａ〜１０Ｅを有している。なお、図１および図２に示す電池モジュール１は、５個のサブモジュール１０Ａ〜１０Ｅを有しているが、電池モジュールが有するサブモジュールの数は、特に限定されず、目的とする電池モジュールの性能を考慮して適宜増減させることができる。一例として、サブモジュールの数は、２個〜１５個程度である。なお、電池モジュール内に存在する単セルの総数に対するサブモジュールの数（電池モジュールの分割数）が多くなるに従って、全体として好適なハイレート耐性を発揮する電池モジュールを構築することが容易になる傾向がある。この複数のサブモジュール１０Ａ〜１０Ｅは、それぞれセル群２０と、拘束部材３０とを備えている。
（ａ）セル群
セル群２０は、対向する一対の扁平面２４をそれぞれ有する単セル２２が、隣接する単セル２２同士で扁平面２４が対向するように並べられたものである。当該セル群２０を構成する単セル２２は、それぞれ対向する一対の扁平面２４を有している。具体的には、図３に示すように、本実施形態における単セル２２は、扁平な角型の電池ケース２６の内部に、電極体や電解液などの発電要素（図示省略）を収容することによって構成された角型セルである。なお、電池ケース２６には、所定の剛性を有する素材（例えば、アルミニウム鋼等）を使用できる。また、電池ケース２６の内部に収容される発電要素は、この種の二次電池で使用され得る発電要素を特に制限なく使用することができ、ここに開示される技術を限定するものではないため詳細な説明を省略する。また、電池ケース２６の上面には、正極端子２７と負極端子２８とが形成されている。図１および図２では図示を省略しているが、電池モジュール１を構成する各々の単セル２２は、隣接したセル間の正極端子２７と負極端子２８とがバスバー等の接続部材によって電気的に接続される。
そして、サブモジュール１０Ａ〜１０Ｄの各々は、隣接する単セル２２同士で扁平面２４が対向するように複数の単セル２２が並べられたセル群２０を備えている。本明細書では、当該複数の単セル２２が並べられた方向を「配列方向Ｘ」と称する。また、図１〜図３中の符号Ｙは「奥行き方向」を示し、符号Ｚは「高さ方向」を示す。そして、図１および図２の左側を「配列方向Ｘの上流」と称し、右側を「配列方向Ｘの下流」と称する。なお、これらの方向の名称は、説明の便宜上定めたものであり、電池モジュール１を配置する向きや冷媒や電流の流れを制限することを意図したものではない。また、本実施形態に係る電池モジュール１では、５個の単セル２２によってセル群２０が構成されているが、セル群を構成する単セルの数は、特に限定されず、目的とする電池モジュールの性能を考慮して適宜増減させることができる。例えば、セル群を構成する単セルの数は、２０個〜３０個程度にすることができる。さらに、複数のサブモジュールの各々における単セルの数は、同一でもよいし、異なっていてもよい。
（ｂ）拘束部材
拘束部材３０は、複数の単セル２２が並べられた方向（配列方向Ｘ）に拘束圧を作用させてセル群２０を拘束する部材である。この拘束部材３０によって、各々の単セル２２に位置ズレが生じることを防止できる。なお、本実施形態における拘束部材３０は、複数の単セル２２を締め付けて拘束する拘束バンド３２を備えている。さらに、拘束部材３０は、セル群２０を挟み込むように配置された一対の拘束板３４を備えている。この拘束板３４の間にセル群２０を挟み込んだ状態で拘束バンド３２を締め付けることによって、単セル２２の扁平面２４に対して均一な拘束圧を加えることができる。
また、本実施形態における拘束部材３０は、複数のサブモジュール１０Ａ〜１０Ｅの拘束部材３０の拘束圧を、筐体４０の外部から個別に変更する拘束圧変更機構を備えている。これにより、電池モジュール１の使用に伴う筐体４０内部の温度変化に応じて、各々のサブモジュール１０Ａ〜１０Ｅの拘束圧を個別に変更することができる。この拘束圧変更機構の一例として、図２に示すようなウォームギア３６が挙げられる。ウォームギア３６は、拘束バンド３２の両端部を架け渡すように取り付けられたウォーム３６ａと、当該ウォーム３６ａと嵌合した歯車であるウォームホイール３６ｂとを備えている。かかる拘束圧変更機構では、ウォームホイール３６ｂを回転させることによってウォーム３６ａを配列方向Ｘに沿って進退させ、拘束バンド３２の締め付け圧を変更できる。
（２）筐体
筐体４０は、複数のサブモジュール１０Ａ〜１０Ｅを予め定められた位置に収容する部材である。筐体４０は、外部からの衝撃からサブモジュール１０Ａ〜１０Ｅを保護する保護部材でありうる。また車載される電池モジュールは、軽量であることが望ましい。かかる観点において、筐体４０は、例えば、アルミニウム鋼のような高剛性材料によって構成され得る。また、筐体４０の形状は、サブモジュール１０Ａ〜１０Ｅを収容することができれば特に制限されない。例えば、図１および図２に示すように、配列方向Ｘに沿って並べられたサブモジュール１０Ａ〜１０Ｅよりも一回り大きい略直方体形状の筐体４０が用いられる。
また、図１および図２に示される電池モジュール１は、複数のサブモジュール１０Ａ〜１０Ｅに隣接するように筐体４０の内部に形成された冷却経路４２と、筐体４０の外部から冷却経路４２に冷媒を供給する吸入口４４と、冷却経路４２から筐体４０の外部に冷媒を排出する排出口４６とを備えている。本実施形態に係る電池モジュール１は、上記冷媒として、筐体４０外部の空気を使用する空冷型の電池モジュールである。具体的には、筐体４０とサブモジュール１０Ａ〜１０Ｅとの間の空隙が冷却経路４２として機能しており、この空隙（冷却経路４２）と連通するように、筐体４０に吸入口４４と排出口４６とが形成されている。そして、吸入口４４には、筐体４０外部の空気を内部に導入するファン（図示省略）が取り付けられている。これによって、筐体４０外部の低温の空気が筐体４０内部に供給され、当該空気が単セル２２を冷却しながら冷却経路４２を通過した後に排出口４６から排出される。このような空冷型の電池モジュール１は、低コストで単セル２２を適切に冷却できる。
本発明者らの検討によると、この電池モジュール１の筐体４０の内部には、複数のサブモジュール１０Ａ〜１０Ｅの充放電を行った際に相対的に低温になりやすい領域が生じる。具体的には、サブモジュール１０Ａ〜１０Ｅが充放電に伴って発熱すると、隣接したサブモジュール同士が相互に加熱し合う。そして、高温環境で充放電を行うと、サブモジュールがさらに発熱しやすくなるため、より高い温度まで容易に到達する。このような連鎖的な発熱は、配列方向Ｘの中央に配置されたサブモジュール１０Ｂ〜１０Ｄにおいて特に発生しやすい。このため、本実施形態に係る電池モジュール１では、配列方向Ｘの中央近傍の領域が「相対的に高温になりやすい領域（高温の領域）」となる。一方、配列方向Ｘの両端部では、サブモジュール同士の連鎖的な発熱が生じにくいため、「相対的に低温になりやすい領域（低温の領域）」となる。加えて、本実施形態では、冷媒（筐体４０外部の空気）が供給される吸入口４４が配列方向Ｘの上流側に形成されているため、配列方向Ｘの最上流側のサブモジュール１０Ａの温度が最も低温になりやすい。すなわち、本実施形態に係る電池モジュール１の筐体４０内部では、配列方向Ｘの中心が最も高温になり、配列方向Ｘの下流側が次に高温になり、配列方向Ｘの上流側が最も低温になるという温度分布が生じやすい。
（３）拘束圧制御
本実施形態に係る電池モジュール１は、複数のサブモジュール１０Ａ〜１０Ｅのうち、低温になりやすい領域に配置されたサブモジュール１０Ａが、他のサブモジュール１０Ｂ〜１０Ｅよりも拘束部材３０の拘束圧が低くなるように構成されている。これによって、複数の単セル２２の各々のハイレート耐性を高いレベルで均一にすることができるため、電池モジュール１全体として好適なハイレート耐性を発揮することができる。このような効果が得られる理由について説明する。
先ず、従来の技術では、充放電容量の維持などを目的として、単セルが高温になった際に拘束圧を低下させて冷却を促進している。しかしながら、本発明者らが種々の実験と検討を行った結果、単セルの温度が低くなるとハイレート耐性が低下する傾向があることと、拘束圧が低くなるとハイレート耐性が向上する傾向があることが分かった。この知見に基づくと、ハイレート耐性向上の観点からは、単セルが低温になった際に拘束圧を低下させた方が好ましいと予想される。
しかしながら、上記知見に基づいて単セルへの拘束圧を低下させても、複数の単セルの間でハイレート耐性にばらつきが生じ、電池モジュール全体として好適なハイレート耐性を得ることが困難になった。具体的には、上記したように、電池モジュールの筐体内部には、温度バラツキが生じるため、単セル全体の拘束圧を均一にすると、低温領域に配置された単セルのハイレート耐性が相対的に低くなる。この場合、低温領域の単セルのハイレート耐性を基準にして、電池モジュール全体の充放電を制御すると、高温領域の単セルが有する高いハイレート耐性を十分に活用できなくなる、一方、高温領域の単セルのハイレート耐性を基準にすると、低温の単セルに高い電圧が掛かってハイレート劣化が生じる可能性が高くなる。このように、筐体内部に温度バラツキが生じる電池モジュールでは、低温の単セルのハイレート耐性によって全体のハイレート耐性が制限されるおそれがある。
これに対して、本実施形態では、低温の領域のサブモジュール１０Ａの拘束圧を、他のサブモジュール１０Ｂ〜１０Ｅよりも低くし、当該低温の領域のサブモジュール１０Ａにおける単セル２２のハイレート耐性を、他の領域のサブモジュール１０Ｂ〜１０Ｅよりも向上させている。これによって、複数の単セル２２の各々のハイレート耐性を高いレベルで均一にすることができるため、電池モジュール１全体として好適なハイレート耐性を発揮することができる。
例えば、一般的なリチウムイオン二次電池を単セル２２として使用した場合、当該単セル２２の周囲の温度が２５℃から３５℃に増加すると、ハイレート耐性が１．１５倍向上することが本発明者らの実験によって確認されている。一方、拘束部材３０の拘束圧が５．９ｋＮから０．６４ｋＮまで低下すると、ハイレート耐性が１．３３倍向上することが確認されている。このとき、最上流側のサブモジュール１０Ａの周囲の温度が中央のサブモジュール１０Ｃの周囲の温度よりも５℃程度低くなる傾向がある場合には、最上流側のサブモジュール１０Ａの拘束圧を１ｋＮ〜２ｋＮ（例えば１．８３ｋＮ程度）まで低下させ、中央のサブモジュール１０Ｃの拘束圧を５．９ｋＮとすることが好ましい。これによって、低温の領域に配置されたサブモジュール１０Ａのハイレート耐性を、高温の領域に配置されたサブモジュール１０Ｃと同等程度まで向上させることができる。
また、本実施形態に係る電池モジュール１は、筐体４０内部の温度分布の変動に応じて拘束圧を即時に調節できるように構成されている。具体的には、この電池モジュール１は、筐体４０の内部の温度を測定する温度センサ５０と、温度センサ５０の測定結果に基づいて拘束圧変更機構（ウォームギア３６）を制御する制御部（図示省略）とを備える。
温度センサ５０には、この種の温度測定で使用され得るセンサを特に制限なく使用できる。この温度センサ５０の一例として、熱電対やサーミスタなどが用いられる。本実施形態では、筐体４０の内部で最も高温になりやすい領域と、筐体４０の内部で最も低温になりやすい領域に、温度センサ５０が取り付けられている。上記したように、筐体４０内部では、配列方向Ｘの中央が最も高温になり、配列方向Ｘの上流側が最も低温になるという温度分布が生じやすい。この場合には、最上流側のサブモジュール１０Ａと中央のサブモジュール１０Ｃに温度センサ５０が取り付けられていると好ましい。そして、各々の温度センサ５０は、当該サブモジュール１０Ａ、１０Ｃの温度を測定し、後述の制御部に測定結果を送信する。
制御部は、典型的には、拘束圧制御を行うためのプログラムを記憶したＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）と、そのプログラムを実行可能なＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）と、一時的にデータを記憶するＲＡＭ（ｒａｎｄｏｍ ａｃｃｅｓｓ ｍｅｍｏｒｙ）とを備える。また、制御部は、温度センサ５０の測定結果が入力される入力ポートと、拘束圧変更機構（ウォームギア３６）に駆動信号を出力する出力ポートとを備えている。この制御部は、温度センサ５０の測定結果に基づいて、ウォームギア３６への駆動信号を変更する。これによって、筐体４０内部の温度分布の変動に伴って、各々のサブモジュール１０Ａ〜１０Ｅにおける拘束圧を即時に変更できるため、電池モジュール１全体のハイレート耐性をより適切に向上させることができる。
さらに、本実施形態における制御部には、筐体４０の内部の温度分布の傾向を示す分布情報が記録されており、制御部は、温度センサ５０の測定結果と分布情報とに基づいて拘束圧変更機構（ウォームギア３６）を制御する。上述したように、図１及び図２に示す筐体４０の内部では、配列方向Ｘの中央が最も高温になり、配列方向Ｘの最上流側が最も低温になるという温度分布が生じる傾向がある。かかる温度分布に関する分布情報を制御部に予め記録しておき、拘束圧調節時にこの分布情報を参照することによって、温度センサ５０の数を少なくしても、温度情報に基づいた拘束圧の調節をより容易に行うことができる。このため、部品点数を削減して製造コストを低減した上で、好適なハイレート耐性を有する電池モジュールを構築できる。なお、制御部に記録させる分布情報は、予備実験等により予め取得することができる。例えば、この予備実験では、筐体に収容された複数の単セルの各々に温度センサを取り付け、充放電を行った際の詳細な温度分布を取得すると好ましい。これによって、より正確な拘束圧調節を行うことができる。
２．他の実施形態
以上、ここに開示される電池モジュールの一実施形態（第１の実施形態）について説明した。しかし、上述した第１の実施形態は、ここに開示される技術を限定することを意図したものではなく、種々の変更を行うことができる。以下、ここに開示される電池モジュールの他の実施形態について説明する。
（１）拘束圧の制御について
第１の実施形態に係る電池モジュール１では、筐体４０内部の温度分布を示す分布情報が制御部に記憶されており、温度センサの測定結果と分布情報とに基づいて、各々のサブモジュール１０Ａ〜１０Ｅの拘束圧を調節している。
しかし、制御部に分布情報が記録されていない場合でも、温度センサの測定結果のみに基づいて各々のサブモジュールの拘束圧を適切に調節することができる。例えば、筐体内部の温度分布を正確に把握できる程度に温度センサの数を増やせば、分布情報が制御部に記録されていない場合でも拘束圧を正確に調節できる。このような実施形態の一例として、図４に示すように、筐体４０内のサブモジュール１０Ａ〜１０Ｅのそれぞれに温度センサ５０が取り付けられた形態が挙げられる。
また、第１の実施形態では、温度センサ５０の測定結果に基づいて拘束部材３０の拘束圧を制御する制御部を備えている。しかし、ここに開示される電池モジュールは、制御部を備えていなくてもよい。例えば、筐体の外部から拘束圧変更機構（ウォームギア等）を手動で操作できる構造と、筐体内部の温度分布を示す表示手段（インジケータ等）を備えていれば、当該表示手段に示された温度分布に応じて、各々のサブモジュールの拘束圧を手動で調節することができる。このような構造を採用した場合でも、温度分布に応じた適切な拘束圧を各々のサブモジュールに加え、単セルのハイレート耐性を高いレベルで均一にすることができる。
また、上述した実施形態では、何れも、使用状況に応じてサブモジュールの拘束圧を調節できる拘束圧変更機構を備えているが、ここに開示される技術は、かかる形態にも限定されない。例えば、予備実験を行って充放電中の分布情報が判明している場合、当該分布情報に応じて各々のサブモジュールの拘束圧を事前に設定しておいてもよい。この場合でも、低温の領域に配置されたサブモジュールの拘束圧を低くすることができるため、単セルのハイレート耐性を高いレベルで均一にすることができる。しかし、充放電に伴う温度分布の変化に応じてサブモジュールの拘束圧を即時に変更し、電池モジュール全体のハイレート耐性をより適切に向上させるという観点からは、上述の実施形態のように、使用状況に応じて拘束圧を変更できる拘束圧変更機構を設けた方が好ましい。
（２）温度分布について
第１の実施形態に係る電池モジュール１では、配列方向Ｘの中央の領域が最も高温になり、配列方向Ｘの最上流側の領域が最も低温になるという温度分布が生じる傾向がある。しかし、この温度分布は、電池モジュールの筐体内部で生じ得る温度分布の一例であり、ここに開示される技術を限定することを意図するものではない。具体的には、筐体内部の温度分布は、筐体の形状、単セルの数、充放電条件、冷却経路の形状などの種々の条件によって変化するものであるため、予備実験等によって予め調べておくことが好ましい。例えば、配列方向の中央近傍に冷却経路の吸入口を設けた場合、中央のサブモジュールが最も低温のサブモジュールになる可能性がある。この場合には、中央のサブモジュールの拘束圧を他のサブモジュールよりも低くすることによって、複数の単セルの各々のハイレート耐性を高いレベルで均一にすることができる。
（３）冷却経路について
上記したように、第１の実施形態に係る電池モジュール１は、筐体４０外部の空気を冷却経路４２内に供給して単セル２２を冷却する。しかし、冷却経路の形態は、ここに開示される技術を限定するものではない。例えば、筐体外部の空気の代わりに、０℃〜２５℃程度の冷却ガスを筐体内部に供給してもよい。また、これらの空冷式の電池モジュール以外に、液系の冷媒で単セルを冷却する水冷式の電池モジュールに、ここに開示される技術を適用することもできる。具体的には、図４に示すように、水や冷却剤などの液系の冷媒を保持するジャケットを冷却経路４２として筐体４０内部に設けた場合であっても、筐体４０内部の温度にバラツキが生じる可能性がある。この場合に、最も低温の領域のサブモジュールの拘束圧を低くすることによって、複数の単セル２２の各々のハイレート耐性を高いレベルで均一にすることができる。
また、単セルを冷却する構造（冷却経路、吸入口、排出口など）は、必ずしも筐体の内部に形成されている必要はない。例えば、複数のサブモジュールを収容した筐体を密封し、ジャケットなどの冷却経路を筐体の外側に取り付けた場合も筐体内部の単セルを冷却することができる。なお、この筐体外部に冷却経路を形成する形態では、筐体外部から冷却を行っている状態で筐体内部の温度分布を測定する予備実験を行った方が好ましい。
（４）拘束部材について
上述したように、第１の実施形態では、拘束部材３０が拘束バンド３２を備えており、低温になりやすい領域に配置されたサブモジュール１０Ａにおける拘束バンド３２の締め付け圧を、他のサブモジュール１０Ｂ〜１０Ｅよりも低くしている。しかしながら、拘束部材の構造は、ここに開示される技術を限定するものではなく、種々の構造を採用することができる。
例えば、低温になりやすい領域に配置されたサブモジュールにおける単セル間のスペースを他のサブモジュールよりも大きくした場合も、低温の領域のサブモジュールの拘束圧を小さくし、ハイレート耐性を高いレベルで均一化することができる。かかる構造を実現する拘束部材の例として、図５に示すような枠体３８が挙げられる。単セル２２は、充放電時に膨張する傾向があるため、枠体３８の収容部３８ａに複数の単セル２２を収容した状態で充放電を行うと、単セル２２の膨張によって配列方向Ｘに沿った拘束圧が生じる。このような枠体３８を拘束部材３０として使用する場合には、収容部３８ａの幅寸法Ｗ１、Ｗ２が異なる２種類の枠体３８Ａ、３８Ｂを準備することが好ましい。そして、収容部３８ａの幅寸法Ｗ１が大きい枠体３８Ａを使用したサブモジュール１０Ｆを低温の領域に配置し、収容部３８ａの幅寸法Ｗ２が小さい枠体３８Ｂを使用したサブモジュール１０Ｇを高温の領域に配置する。これによって、低温の領域に配置されたサブモジュールにおける単セル間のスペースが他のサブモジュールよりも大きくなり、低温の領域のサブモジュールの拘束圧を小さくすることができる。
また、図６に示すように、複数のサブモジュールの各々は、複数の単セル２２と共に拘束部材３０に拘束される緩衝板３９を備えていてもよい。この場合、低温になりやすい領域に配置されたサブモジュールは、他のサブモジュールよりも緩衝板３９の厚みｔが薄いことが好ましい。これによって、低温の領域のサブモジュールの拘束圧を他のサブモジュールよりも低くし、各々の単セル２２のハイレート耐性を高いレベルで均一化することができる。
また、第１の実施形態では、拘束圧変更機構としてウォームギア３６を用いているが、拘束圧変更機構の構造は、複数のサブモジュールの拘束部材の拘束圧を個別に変更することができれば、特に限定されない。例えば、拘束バンドの締め付け圧の調節によって拘束圧を変更する場合には、上記ウォームギアの代わりに、アクチュエータなどの駆動装置を拘束バンドに取り付けてもよい。また、図６に示す緩衝板３９の厚みｔの調節によって拘束圧を変更する場合には、緩衝板３９のばね定数を変更してもよいし、緩衝板３９の厚みｔを変化させるピエゾ素子を使用してもよい。
（５）セルの構造について
図３に示すように、第１の実施形態では、単セル２２として、扁平な角型の電池ケース２６を有する角型セルを使用している。しかし、単セルは、一対の扁平面を有していればよく、種々の構造および形状を採用することができる。例えば、発電要素をラミネートフィルム内に収容したラミネートセルを単セルとして使用することもできる。このようなラミネートセルも一対の扁平面を有しているため、この扁平面同士が対向するように複数のセルを配列してセル群を形成し、当該セル群を拘束部材で拘束することによってサブモジュールを形成することができる。
また、第１の実施形態において、複数のサブモジュール１０Ａ〜１０Ｅは、単セル２２の配列方向Ｘに沿って並べられている。しかしながら、電池モジュールを構築する際に、単セルの配列方向と、サブモジュールの配列方向とを一致させる必要はなく、電池モジュールの用途などに応じて、筐体の内部におけるサブモジュールの収容位置を変更することができる。例えば、複数のサブモジュールは、単セルの配列方向に対して垂直な方向に並べられていてもよい。また、二列以上の複数列のサブモジュールが筐体の内部に収容されていてもよい。このような構造の電池モジュールの場合でも、低温の領域のサブモジュールの拘束圧を低下させることによって、全体として高いハイレート耐性を発揮できる。
以上、具体的な実施形態を挙げて本発明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、以上に記載した実施形態を様々に変形、変更したものが含まれる。
１ 電池モジュール
１０Ａ〜１０Ｇ サブモジュール
２０ セル群
２２ 単セル
２４ 扁平面
２６ 電池ケース
２７ 正極端子
２８ 負極端子
３０ 拘束部材
３２ 拘束バンド
３４ 拘束板
３６ ウォームギア
３６ａ ウォーム
３６ｂ ウォームホイール
３８、３８Ａ、３８Ｂ 枠体
３８ａ 収容部
３９ 緩衝板
４０ 筐体
４２ 冷却経路
４４ 吸入口
４６ 排出口
５０ 温度センサ

Claims (11)

  1. 複数のサブモジュールと、
    前記複数のサブモジュールを予め定められた位置に収容する筐体と
    を有し、
    前記複数のサブモジュールは、
    対向する一対の扁平面をそれぞれ有する単セルが、隣接する単セル同士で前記扁平面が対向するように並べられたセル群と、
    前記複数の単セルが並べられた方向に拘束圧を作用させて前記セル群を拘束する拘束部材と
    をそれぞれ備え、
    前記筐体の内部には、前記複数のサブモジュールの充放電を行った際に相対的に低温になりやすい領域があり、前記複数のサブモジュールのうち、前記低温になりやすい領域に配置されたサブモジュールは、他のサブモジュールよりも前記拘束部材の拘束圧が低い、電池モジュール。
  2. 前記筐体の内部に、前記複数のサブモジュールの充放電を行った際に相対的に高温になりやすい領域があり、前記複数のサブモジュールのうち、前記高温になりやすい領域に配置されたサブモジュールは、他のサブモジュールよりも前記拘束部材の拘束圧が高い、請求項１に記載の電池モジュール。
  3. 前記複数のサブモジュールの前記拘束部材の拘束圧を個別に変更する拘束圧変更機構を備えた、請求項１または２に記載の電池モジュール。
  4. 前記筐体の内部の温度を測定する温度センサと、
    前記温度センサの測定結果に基づいて前記拘束圧変更機構を制御する制御部と
    を備えた、請求項３に記載の電池モジュール。
  5. 前記制御部に、前記筐体の内部の温度分布の傾向を示す分布情報が記録されており、
    前記制御部は、前記温度センサの測定結果と前記分布情報とに基づいて前記拘束圧変更機構を制御する、請求項４に記載の電池モジュール。
  6. 前記温度センサは、筐体の内部で最も高温になりやすい領域と、筐体の内部で最も低温になりやすい領域とに取り付けられている、請求項５に記載の電池モジュール。
  7. 前記温度センサは、前記複数のサブモジュールの各々に取り付けられている、請求項４または５に記載の電池モジュール。
  8. 前記拘束部材は、前記複数のセルを締め付けて拘束する拘束バンドを備えており、
    前記低温になりやすい領域に配置されたサブモジュールは、他のサブモジュールよりも前記拘束バンドの締め付け圧が低い、請求項１〜７のいずれか一項に記載の電池モジュール。
  9. 前記低温になりやすい領域に配置されたサブモジュールは、他のサブモジュールよりも前記単セルの間のスペースが大きい、請求項１〜８のいずれか一項に記載の電池モジュール。
  10. 前記複数のサブモジュールの各々は、前記複数のセルと共に前記拘束部材に拘束される緩衝板を備えており、
    前記低温になりやすい領域に配置されたサブモジュールは、他のサブモジュールよりも前記緩衝板の厚みが薄い、請求項１〜９のいずれか一項に記載の電池モジュール。
  11. 前記複数のサブモジュールに隣接するように前記筐体の内部に形成された冷却経路と、
    前記筐体の外部から前記冷却経路に冷媒を供給する吸入口と、
    前記冷却経路から前記筐体の外部に冷媒を排出する排出口と
    を備えている、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の電池モジュール。
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