JP6065906B2 - 電池モジュール、蓄電システム、電子機器、電力システムおよび電動車両 - Google Patents

Description

本開示は、電池モジュール、蓄電システム、電子機器、電力システムおよび電動車両に関する。

従来、負極に炭素、正極にリチウム−遷移金属複合酸化物、電解液に炭酸エステルの混合物を使用するリチウムイオン二次電池は広く知られている。このような構成を有するリチウムイオン二次電池では、炭酸エステルが水や他の有機溶媒に対して酸化や還元に対し安定でより高電圧を得ることができるため、水系電池であるニッケル水素電池よりエネルギー密度が大きく高容量である。そのため、リチウムイオン二次電池は、電動工具、ノートパソコンや携帯電話、ビデオカメラやデジタルスチルカメラなどの二次電池として広く普及している。

近年、リチウムイオン二次電池は、上記用途以外に電気自動車や蓄電用など産業用向けにも普及し始めている。産業向け二次電池の場合、高容量、高出力および長寿命の電池性能が求められる。大電流に耐え得る電池性能の１つとして、放熱性が挙げられる。大電流を与えた時、電池は発熱するが、電池温度の過度の上昇は電池性能の劣化を促進し、電池寿命を短くすることが知られている。そこで、電池発熱をいかに効率よく放熱できるかが重要になり、様々な検討がなされている。

例えば下記の特許文献１には、車両用リチウムイオン電池において、４個のリチウムイオン電池を積層する場合に、互いの間に絶縁処理が施された金属放熱板が配置され、リチウムイオン電池と放熱板とエンドプレートとを締めつけベルトによって締めつける構成が開示されている。

特開２００４−２２７７８８号公報

しかしながら、特許文献１に記載のものは、リチウムイオン電池と金属放熱板とは、別々の部品であり、締めつけベルトの締めつけ力によってのみ積層状態を固定するもので、積層状態が崩れやすい問題があり、積層できる電池の個数を多くできない問題があった。さらに、リチウムイオン電池は、使用期間が長くなると、初期状態に比して膨張する。このような電池の膨張に対して特許文献１に記載のものは、締めつけ圧によって膨張を抑制するものである。しかしながら、ラミネートフィルムによって外装されているようなリチウムイオン電池の場合では、締めつけ圧が強すぎると、電池自体に損傷が生じるおそれがあり、特許文献１のような膨張対策をとることができない。

したがって、本開示の目的は、放熱効果を良好とすると共に、電池の膨張に対処することができる電池モジュール、蓄電システム、電子機器、電力システムおよび電動車両を提供することにある。

上述の課題を解決するために、本開示は、絶縁材からなる電池支持体に保持された伝熱プレートの面と、電池素子がラミネートフィルムで外装された電池セルの主面とが対向するように配置された電池ユニットを複数個有し、複数の電池ユニットを弾性材を介在させて積層してなる電池モジュールである。

好ましくは、弾性材は、電池セルの主面とほぼ等しい形状の薄板状の弾性材である。

本開示は、上述した電池モジュールが、再生可能なエネルギーから発電を行う発電装置によって充電される蓄電システムである。
本開示は、上述した電池モジュールを有し、電池モジュールに接続される電子機器に電力を供給する蓄電システムである。
本開示は、上述した電池モジュールから電力の供給を受ける電子機器である。
本開示は、上述した電池モジュールから電力の供給を受けて車両の駆動力に変換する変換装置と、電池モジュールに関する情報に基づいて、車両制御に関する情報処理を行う制御装置とを有する電動車両である。本開示は、他の機器とネットワークを介して信号を送受信する電力情報送受信部を有し、
電力情報送受信部が受信した情報に基づき、上述した電池モジュールの充放電制御を行う電力システムである。
本開示は、上述した電池モジュールから電力の供給を受け、または、発電装置または電力網から電池モジュールに電力を供給する電力システムである。

本開示によれば、電池支持体に対して伝熱プレートが固定され、伝熱プレートの両面に対して２個の電池セルのそれぞれの主面が密着される。電池セルで発生した熱が伝熱プレートに伝わり、電池支持体の側面から外部に伝熱プレートを突出させることで、外部の冷却モジュールと伝熱プレートの突出部とが接触して放熱を行うことができる。伝熱プレートと電池セルの両者が電池支持体に固定されるので、これらの取り付け状態を安定とできる。このような電池ユニットを積層してなる電池モジュールも、同様に、伝熱プレートと電池セルの取り付け状態が安定とできる。

図１は、本開示による電池モジュールの一実施の形態の全体の構成を示す六面図である。
図２は、本開示による電池モジュールの一実施の形態の断面図である。
図３は、本開示による電池モジュールの一実施の形態の全体の構成を示す斜視図である。
図４は、本開示による電池ユニットの構成を示す図である。
図５は、本開示による電池ユニットの斜視図である。
図６は、本開示による電池ユニットの分解斜視図である。
図７は、本開示による電池ユニットの分解図である。
図８は、本開示による電池ユニットの概略的断面図である。
図９は、本開示による電池ユニットの一部断面図である。
図１０Ａ〜図１０Ｄは、本開示に適用できる電池セルの一例の説明のための斜視図および外装部材の一部断面図である。
図１１Ａ〜図１１Ｂは、本開示による電池ユニットの積層構成の説明のための斜視図である。
図１２Ａ〜図１２Ｂは、本開示による電池ユニットの積層構成の説明のための断面図である。
図１３Ａ〜図１３Ｂは、本開示による電池ユニットの積層構成における電池セルの膨張／収縮の説明のための概略的断面図である。
図１４は、独立セルバスバーの説明のための正面図、側面図、平面図、一部断面図および斜視図である。
図１５は、独立セルバスバーの説明のための正面図、側面図、平面図、一部断面図および斜視図である。
図１６は、独立セルバスバーの導電部の説明のための正面図である。
図１７Ａ〜図１７Ｄは、独立セルバスバーの導電部の説明のための正面図および接続図である。
図１８Ａ〜図１８Ｄは、独立セルバスバーの導電部の説明のための正面図および接続図である。
図１９Ａ〜図１９Ｃは、独立セルバスバーの導電部の説明のための正面図および接続図である。
図２０は、電池セル群におけるバスバーの取り付けを説明するための正面図である。
図２１は、電池モジュールの応用例を説明するための略線図である。
図２２は、電池モジュールの他の応用例を説明するための略線図である。

「電池モジュールの概略的構成」
図１、図２および図３を参照して本開示による電池モジュールの一実施の形態について説明する。図１は、電池モジュール１００の六面図（正面図、右側面図、左側面図、底面図、平面図、背面図）である。図２は、電池モジュール１００の断面図である。図３は、電池モジュール１００の斜視図である。

電池モジュール１００は、第１および第２の規制板としてのエンドプレート１０１および１０２の間に電池セル群１０３が配置される。電池セル群１０３の中間位置に中間プレート１０４が挿入されている。中間プレート１０４の下部には、取り付け用のタブ１０５ａおよび１０５ｂが形成されている。エンドプレート１０１および１０２と中間プレート１０４は、アルミニウム、鉄等の金属の板である。

電池セル群１０３は、複数の電池セルがそれぞれ電池支持体（以下、ブラケットと称する）に収納された電池ユニットがＮ個積層されたものである。一実施の形態では、例えば２個の電池セルが各ブラケット内に収納される。電池セルは、一例としてリチウムイオン二次電池である。ブラケットは、合成樹脂の成型品である。図２および図３に示すように、電池セル群１０３は、１０個の電池ユニット２０−１〜２０−１０（すなわち、２０個の電池セル）が積層されたものである。個々の電池ユニットを区別する必要がないときは、単に電池ユニット２０と称する。

エンドプレート１０１、１０２、中間プレート１０４、並びに電池セル群１０３の４隅に形成された孔をシャフト１０６が貫通し、両側からナット１０７によって締めつけられる。電池セル群１０３の底面側には、１０個のブラケットのそれぞれから導出され、Ｌ字状に折り曲げられた伝熱プレート１０８が露出している。この伝熱プレート１０８が冷却モジュール（図示せず）と接触し、電池セルで発生する熱を冷却モジュールに伝達し、放熱させている。さらに、エンドプレート１０１および１０２のそれぞれの近傍に、電池モジュールの出力取り出し用のターミナル１０９および１１０が設けられている。

電池セル群１０３の各電池ユニットの両側面には、電池ユニットにおける２個の電池セルを接続するための板状導電部材（以下、セルバスバーと称される）が取り付けられている。セルバスバーは、例えば銅にニッケルをメッキした導電体を板状とした導電体である。２種類のセルバスバーが使用されている。各電池ユニットの２個の電池セルを共通に接続する共通セルバスバー１１１と、２個の電池セルのそれぞれの正負の電極タブと独立して接続される端子を取り出すための独立セルバスバー１１２とが使用される。なお、後述するように、独立セルバスバー１１２は、２種類のもの（独立セルバスバー１１２ａおよび１１２ｂ）があるが、特に、両者の区別を必要としない場合には、単に独立セルバスバー１１２と称する。

さらに、電池ユニット間を接続するために、例えば銅、アルミニウム等からなる第２の板状導電部材（以下、ユニットバスバーと称される）１１４が使用される。ユニットバスバー１１４は、所望の電池接続を実現するように、複数の電池ユニットに跨がって取り付けられる。共通セルバスバー１１１、独立セルバスバー１１２およびユニットバスバー１１４は、例えばビスによってブラケットの側面に固定される。

「電池ユニット」
電池セル群１０３を構成する単位である電池ユニット２０について説明する。電池セルは、一例としてリチウムイオン二次電池である。複数の例えば２個の電池セルがブラケットに収納されて電池ユニットが構成される。ブラケットは、合成樹脂の成型品である。図４は、電池ユニット２０の正面図、右側面図、左側面図、底面図、平面図である。図５は、電池ユニット２０の斜視図であり、図６は、電池ユニット２０の分解斜視図であり、図７は、電池ユニットの分解図であり、図８は、電池ユニット２０の概略的断面図であり、図９は、電池ユニット２０の一部断面図である。

ブラケット１は、絶縁材（合成樹脂）からなり、電池セルを収納するための枠状のものである。インサート成型によって、ブラケット１と一体にアルミニウム等の金属の伝熱プレート２（電池モジュールの全体の構成を示す図１乃至図３においては、伝熱プレートに対して１０８の参照符号を付している）が形成されている。インサート成型は、金型内に埋め込み対象であるインサート品（ここでは、伝熱プレート２）を装填した後、成型機に樹脂を注入し、インサート品を溶融樹脂で包み込んで固化させ、樹脂とインサート品とを一体化する成型方法である。

伝熱プレート２は、ブラケット１の中央の開口に位置し、電池セルの貼り付け面を構成する。さらに、図７および図８に示すように、伝熱プレート２の端部がブラケット１の外方に突出され、ブラケット１の側面に沿うように、ほぼＬ字状に折り曲げられ、折り曲げ部２ａが形成される。折り曲げ部２ａの幅は、電池ユニットの幅の１．５倍よりやや小とされている。したがって、折り曲げ部２ａの先端が電池ユニットの幅より突出している。伝熱プレート２の折り曲げ部２ａが冷却モジュールの冷却面と接触される。冷却モジュールは、水冷式または空冷式の冷却装置である。

本開示の一実施の形態では、伝熱プレート２の一端をＬ字状に折り曲げている。但し、伝熱プレート２の他端も同様にブラケット１より外方へ突出させて同様に、Ｌ字状に折り曲げても良い。さらに、先端が両側に延びる断面Ｔ字状もしくはＨ字状としても良い。

図６および図７に示すように、伝熱プレート２に対して熱伝導粘着シート３−１および３−２をそれぞれ介して電池セル４−１および４−２の主面がブラケット１と一体の伝熱プレート２の面に対して密着される。電池セルを個々に区別する必要がない場合には、電池セル４と称する。電池セル４は、板状または直方体のもので、その表面の中の最も面積の大きい面を主面と称する。

電池セル４−１および４−２の両側面から正負の電極タブが導出されている。電池セル４−１および４−２のブラケット１への取り付けの向きによって、電極タブの正負が変化する。例えば図６に示すように、電池セル４−１の正極タブ５−１と電池セル４−２の負極タブ６−２がブラケットの一方の側面側から突出し、電池セル４−１の負極タブ６−１と電池セル４−２の正極タブ５−２がブラケットの他方の側面側から突出する。

ブラケット１の一方の側面には、共通セルバスバー１１１がビス３１によって固定され、ブラケット１の他方の側面には、独立セルバスバー１１２がビス３１によって固定されている。電池セル４−１の正極タブ５−１と電池セル４−２の負極タブ６−２が共通セルバスバー１１１のタブ接合板に対してレーザ溶接等によって接合される。電池セル４−１の負極タブ６−１と電池セル４−２の正極タブ５−２が独立セルバスバー１１２のタブ接合板に対してレーザ溶接等によって接合される。共通セルバスバー１１１および独立セルバスバー１１２のそれぞれを覆う絶縁材からなるバスバーカバー１１３が着脱自在に設けられる。

ブラケット１の４隅の各コーナーに連結部が形成され、各連結部には、ブラケット１を厚み方向にシャフト１０６（図１参照）が貫通する穴７が形成されている。穴７を形成するために、図９に示すように、金属スリーブ（カラーとも称される）８がインサート成型によってブラケット１と一体に形成されている。金属スリーブ８を設けることによって、環境温度の変化による膨張収縮時の影響が少なくなる。

若し、金属スリーブ８を設けない場合には、４隅をシャフト１０６によって締めつける構成において、ブラケット１の樹脂同士が接触し、シャフト１０６で固定することになる。環境温度が変化すると、シャフト１０６およびブラケット１が膨張（温度上昇）または収縮（温度低下）する。一つの電池ユニットでは、シャフト１０６（金属）の膨張／収縮量とブラケット１の膨張／収縮量との差が少ないが、電池モジュール（電池セル群１０３）では、多数の電池ユニットが積層されるので、差が大きくなる。その結果、ブラケット１に大きな力が加わり、ブラケット１が破壊に至るおそれがある。

これに対して、金属スリーブ８を設けることによって、電池ユニット同士は、金属スリーブ８の端面において接することになる。したがって、電池モジュールにおいて、シャフト１０６（金属）の膨張／収縮量とブラケット１の膨張／収縮量との差を少ないものとできる。さらに、金属スリーブ８がブラケット１と比較して圧縮に対する限界が高く、ブラケット１に損傷が生じることを防止することができる。

「電池セルの構成」
図１０Ａは、本開示に使用できる電池セル４の外観を示す略線図である。電池セル４は、非水電解質電池例えばリチウムイオン二次電池である。図１０Ｂは、電池セル４の構成を示す略線図である。なお、図１０Ｂは、図１０Ａに示す電池セル４の底面および上面を反転させた場合の構成を示している。図１０Ｃは、電池セル４の外観底面側を示す略線図である。電池セル４は、電池素子１１と、電池素子１１を収容する外装材１２とを備える。電池セル４は、第１の主面と第２の主面とを有する。

外装材１２は、電池素子１１を収容する第１外装部１２Ａと、電池素子１１を覆う蓋として機能する第２外装部１２Ｂとから構成されている。外装材１２と電池素子１１とが密着していることが好ましい。

電池素子１１は、略矩形状の正極と、この正極と対向して配された略矩形状の負極とが、セパレータを介して交互に積層された積層型電極構造を有している。また、電池素子１１からは、複数枚の正極とそれぞれ電気的に接続された正極集電体露出部と、複数枚の負極とそれぞれ電気的に接続された負極集電体露出部とが引き出されている。正極集電体露出部および負極集電体露出部には、それぞれ正極タブ５および負極タブ６が接続されている。

このような電池素子１１は、外装材１２にて外装されており、正極タブ５および負極タブ６は、外装材１２の封止部から電池セル４の外部に導出されている。外装材１２は、少なくとも一方の面、または両面に予め深絞り加工が施されることにより凹部１３が形成され、この凹部１３に電池素子１１が収納される。図１０Ｂでは、外装材１２を構成する第１外装部１２Ａに凹部１３が形成されており、電池素子１１はこの凹部１３に収納される。

そして、第２外装部１２Ｂが凹部１３の開口を覆うように配置され、凹部１３の開口の周囲が溶着などにより接着されることにより封止される。正極タブ５および負極タブ６は、対向する２方向から導出されている。

外装材１２は、例えば、柔軟性を有するフィルムである。図１０Ｄに示すように、熱融着樹脂層１４、金属層１５、表面保護層１６が接着層を介して順次積層した構造を有する。なお、熱融着樹脂層１４側の面が、電池素子１１を収容する側の面となる。熱融着樹脂層１４と電池素子１１の表面が密着していることが好ましい。熱融着樹脂層１４の材料としては、例えばポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）が挙げられる。金属層１５の材料としては、柔軟性を有する金属が好ましく、例えばアルミニウム（Ａｌ）、アルミニウム合金が挙げられる。表面保護層１６の材料としては、例えばナイロン（Ｎｙ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）が挙げられる。

具体的には例えば、外装材１２は、ポリエチレンフィルム、アルミニウム箔、ナイロンフィルムをこの順序に貼り合わせた矩形状のアルミラミネートフィルムにより構成されている。外装材１２は、例えば、ポリエチレンフィルム側と電池素子１１とが対向するように配設され、外縁部が融着または接着剤により互いに密着されている。なお、外装材１２は、上述したアルミラミネートフィルムに代えて、他の構造を有するラミネートフィルム、ポリプロピレンなどの高分子フィルムまたは金属フィルムにより構成するようにしてもよい。

なお、本開示に適用できる電池セルの構成は、上述したものに限定されない。例えばセパレータを長尺の帯状に形成してつづら折りにより折り畳み、正極および負極を折り畳んだセパレータの間に挟み込むことにより積層した構成を使用しても良い。さらに、正極リードおよび負極リードが取り付けられた巻回電極体をフィルム状の外装材の内部に収容した構成を使用しても良い。

「電池ユニットの積層構成」
高出力、高容量のバッテリを必要とする車両などの場合、上述したように、複数の電池ユニットを積層し、電池セルを直列および／または並列に接続して電池セル群１０３が構成される。本開示の一実施の形態では、伝熱プレート２によって各電池ユニットにおいて発生した熱を外部の冷却モジュールに導くようにしている。したがって、放熱効果を確保するためには、電池セル４と伝熱プレート２とが密に接している必要がある。

一方、電池セル４は、初期の厚みに比して増大するので、セルの膨張量を考慮して電池セルに損傷を与えることなく、電池セルを伝熱プレートに押しつけることが要請される。このような点から本開示の一実施の形態では、セル厚み膨張を吸収するための弾性体が電池ユニット間に介在される。

例えば２個の電池ユニット２０−１、２０−２を図１１Ａおよび図１２Ａに示すように、それぞれに組み込まれている電池セル４−１および４−２同士が対向するように並べる。対向空間に弾性体としてのクッション材２１を配置する。クッション材２１は、電池セル４−１および４−２の主面とほぼ同様の形状を有する薄板状のものである。クッション材２１は、圧力に応じて変形し、圧力が無くなると元に戻る弾性材からなる。例えばウレタン系の材料を使用できる。さらに、必要に応じてクッション材２１の一面または両面に粘着材が設けられ、クッション材２１の脱落が防止される。

そして、図１１Ｂおよび図１２Ｂに示すように、２個の電池ユニット２０−１および２０−２がクッション材２１を介在させて積層され、シャフト１０６およびナット１０７によって積層方向に所定の圧力がかけられる。上述したように、電池セル４は、外装材としてラミネートフィルムを使用しており、サイクル劣化および経年劣化によって、膨張する。クッション材２１を使用し、電池ユニット間に加わる圧力を適切に設定することによって、伝熱プレート２による放熱効果を保持しつつ、電池セルの膨張に対処することができる。

図１３の模式図を参照して電池ユニット間に加える圧力の設定について説明する。図１３Ａは、初期時を示しており、図１３Ｂが電池セル４−１、４−２の膨張時を示している。電池ユニット２０−１および２０−２が取付間隔Ｔでもって積層される。初期時の各電池セルの厚みをＴｃと表す。電池ユニット２０−１および２０−２の対向間隙Ｇは、Ｇ＝Ｔ−２Ｔｃである。

図１３Ｂに示すように、電池セル４−１、４−２が膨張し、各電池セルの厚みがＴｃ’（＞Ｔｃ）となると、電池ユニット２０−１および２０−２の対向間隙Ｇ’は、Ｇ’＝Ｔ−２Ｔｃ’（Ｇ’＜Ｇ）となる。対向間隙ＧおよびＧ’にクッション材２１が配置される。したがって、初期時の対向間隙Ｇにおいて、クッション材２１が電池セル４−１および４−２を伝熱プレート２に対して押しつけ、膨張時の対向間隙Ｇ’において、電池セル４−１および４−２を押すクッション材２１の圧力が過大とならないように設定される。

すなわち、
セル初期時に伝熱プレート２に対して電池セルを押しつけるのに最低限必要な圧力：ＰＬ
電池セルが損傷を受けない圧力：ＰＵ
ある圧縮率で圧縮されたクッション材２１の反力：ＰＣ
とすると、下記の関係が満たされるようになされる。
ＰＬ＜ＰＣ＜ＰＵ

「バスバー」
上述したように、ブラケット１の側面に対してブラケット内の電池セルを電気的に接続するためのセルバスバーがそれぞれ取り付けられる。電池ユニットの２個の電池セルの例えば正負の電極タブを共通に接続するための共通セルバスバー１１１がブラケット１の一方の側面に取り付けられ、他方の側面には、独立セルバスバー１１２が取り付けられる。

取付のためにブラケット１の側面には、穴が形成されており、これらのバスバーがビス３１によってネジ止めされる。さらに、ブラケット１の側面には、取り付け用の穴の上下に位置決め用の突起が形成される。さらに、ブラケット１の側面に六角ボルト３２の頭の部分を受け、六角ボルト３２の回転を阻止する受け部が形成されている。

六角ボルト３２とバスバーとが電気的に接続されている。六角ボルト３２は、電池ユニット間を電気的に接続するためのユニットバスバーを取り付けるためのものである。すなわち、ユニットバスバーに形成されている穴を六角ボルト３２が貫通するようになされ、先端からナットが挿入され、ナットが締めつけられてユニットバスバーが取り付けられる。

独立セルバスバー１１２についてさらに説明する。電池ユニット間の接続の自由度を増やすために、独立セルバスバー１１２として、２種類の独立セルバスバー１１２ａおよび１１２ｂが用意されている。図１４は、一方の独立セルバスバー１１２ａの正面図、右側面図、左側面図、平面図、断面図および斜視図である。図１５は、他方の独立セルバスバー１１２ｂの正面図、右側面図、左側面図、平面図、断面図および斜視図である。図１６は、独立セルバスバー１１２ａおよび１１２ｂのそれぞれの電極部分のみを示す図である。

独立セルバスバー１１２ａは、導電材をインサート成型したものである。樹脂部分には、取付用のビス３１が挿入される穴４１と、穴４１の両側に位置決め用の突起が挿入される二つの穴が形成されている。樹脂部の両側に、銅、ステンレス等の金属からなるタブ接合板４２ａおよび４２ｂが平行して設けられている。これらのタブ接合板４２ａおよび４２ｂは、電池ユニットの電池セルの電極タブが溶接される部分である。この場合、電池ユニット内の２個の電池セルの中で、近傍の電池セルの電極タブがタブ接合板４２ａおよび４２ｂに対して接合される。

タブ接合板４２ａは、接続タブ４３ａとして導出され、タブ接合板４２ｂは、接続タブ４３ｂとして導出されている。接続タブ４３ａおよび４３ｂのそれぞれには、六角ボルト３２が貫通するための穴がそれぞれ形成されている。接続タブ４３ａには、タブ接合板４２ａと接続される電池セルの電極タブに応じた極性の出力が取り出され、接続タブ４３ｂには、タブ接合板４２ｂと接続される電池セルの電極タブに応じた極性の出力が取り出される。

図１５に示す独立セルバスバー１１２ｂに関して、上述した独立セルバスバー１１２ａと対応する部分には、同一の参照符号を示す。独立セルバスバー１１２ｂは、独立セルバスバー１１２ａと同様の構成であるが、電池セルの出力の取り出される接続タブが相違する。すなわち、接続タブ４３ａには、タブ接合板４２ｂと接続される電池セルの電極タブに応じた極性の出力が取り出され、接続タブ４３ｂには、タブ接合板４２ａと接続される電池セルの電極タブに応じた極性の出力が取り出される。

「電池ユニット間の接続方法」
セルバスバーとユニットバスバーとを使用して電池ユニット間の接続方法について説明する。最初に、セルバスバーが共通セルバスバー１１１の１種類しか存在しないとすると、図１７に示すような接続方法が可能である。積層時に隣接する電池ユニット２０−１および２０−２のそれぞれに、２個の電池セルが含まれている。合計４個の電池セルをＢＴ１〜ＢＴ４と表す。

各電池ユニット内での電池セルの配置が同一極性が同一の共通セルバスバー１１１に接続される場合、図１７Ａに示すように、各電池ユニットの一方の側面の共通セルバスバー１１１の極性が正（＋）となり、他方の側面の共通セルバスバー１１１の極性が負（−）となる。共通セルバスバー１１１の間をユニットバスバー１１４によって接続すると、図１７Ｂに示すように、全ての電池セルＢＴ１〜ＢＴ４が並列接続される構成となる。

図１７Ｃに示すように、図１７Ａと異なり、電池ユニット２０−１の向きを反対とした場合には、図１７Ｄに示すように、電池セルＢＴ１およびＢＴ２の並列接続と、電池セルＢＴ３およびＢＴ４の並列接続とが直列接続される構成となる。共通セルバスバー１１１と接続構成との対応関係を示すために、ａ１、ａ２、ｂ１、ｂ２の符号を付す。このように、共通セルバスバー１１１のみを使用する場合には、電池ユニット（電池セル）間の接続方法の種類が限定されてしまう。

上述した本開示の一実施の形態では、独立セルバスバー１１２ａおよび１１２ｂを用意している。例えば図１８Ａに示すように、電池ユニット（ブラケット）の一方の側面に独立セルバスバー１１２ｂが取り付けられ、他方の側面に共通セルバスバー１１１が取り付けられている。このような電池ユニットの電池セルＢＴ１およびＢＴ２は、図１８Ｂに示す関係で接続されることになる。

一例として、図１８Ｃに示すように、４個の電池ユニット２０−１〜２０−４を積層し、電池ユニット２０−１および２０−２が独立セルバスバー１１２ｂを有し、電池ユニット２０−３および２０−４が独立セルバスバー１１２ａを有している。全ての電池ユニットの反対側の側面には、共通セルバスバー１１１が設けられている。

そして、ユニットバスバー１１４ａによって、２個の独立セルバスバー１１２ｂの上側（＋側）が接続される。そして、ユニットバスバー１１４ｂによって、４個の独立セルバスバー１１２ｂの下側が接続され、ユニットバスバー１１４ｃによって、２個の独立セルバスバー１１２ｂの上側（−側）が接続される。各電池ユニットにおける電池セルの配置関係が同一とされている。この場合には、図１８Ｄに示す接続関係が得られる。

図１９は、電池ユニットの接続方法の他の例を示す。電池ユニット２０−１〜２０−４の一方の側面には、図１９Ａに示すように、独立セルバスバー１１２ａおよび１１２ｂが取り付けられている。電池ユニット２０−１〜２０−４の他方の側面には、図１９Ｂに示すように、共通セルバスバー１１１が取り付けられている。そして、ユニットバスバー１１４が隣り合う電池ユニットの独立セルバスバー同士を接続するように取り付けられている。

かかる構成の場合には、４個の電池ユニット２０−１〜２０−４の全ての電池セルＢＴ１〜ＢＴ８が図１９Ｃに示すように、直列接続される。電池モジュールの具体的構成においては、図２０に示すように、独立セルバスバー１１２ａおよび１１２ｂと、ユニットバスバー１１４とが取り付けられる。この構成によって、１０個の電池ユニット２０−１〜２０−１０の２０個の電池セルを直列に接続することができる。

「応用例としての住宅における蓄電システム」
本開示を住宅用の蓄電システムに適用した例について、図２１を参照して説明する。例えば住宅２０１用の蓄電システム２００においては、火力発電２０２ａ、原子力発電２０２ｂ、水力発電２０２ｃ等の集中型電力系統２０２から電力網２０９、情報網２１２、スマートメータ２０７、パワーハブ２０８等を介し、電力が蓄電装置２０３に供給される。これと共に、家庭内発電装置２０４等の独立電源から電力が蓄電装置２０３に供給される。蓄電装置２０３に供給された電力が蓄電される。蓄電装置２０３を使用して、住宅２０１で使用する電力が給電される。住宅２０１に限らずビルに関しても同様の蓄電システムを使用できる。

住宅２０１には、発電装置２０４、電力消費装置２０５、蓄電装置２０３、各装置を制御する制御装置２１０、スマートメータ２０７、各種情報を取得するセンサ２１１が設けられている。各装置は、電力網２０９および情報網２１２によって接続されている。発電装置２０４として、太陽電池、燃料電池等が利用され、発電した電力が電力消費装置２０５および／または蓄電装置２０３に供給される。電力消費装置２０５は、冷蔵庫２０５ａ、空調装置（エアコン）２０５ｂ、テレビジョン受信機２０５ｃ、風呂（バス）２０５ｄ等である。さらに、電力消費装置２０５には、電動車両２０６が含まれる。電動車両２０６は、電気自動車２０６ａ、ハイブリッドカー２０６ｂ、電気バイク２０６ｃである。

蓄電装置２０３に対して、上述した本開示の電池モジュールが適用される。蓄電装置２０３は、二次電池またはキャパシタから構成されている。例えば、リチウムイオン電池によって構成されている。リチウムイオン電池は、定置型であっても、電動車両２０６で使用されるものでも良い。スマートメータ２０７は、商用電力の使用量を測定し、測定された使用量を、電力会社に送信する機能を備えている。電力網２０９は、直流給電、交流給電、非接触給電の何れか一つまたは複数を組み合わせても良い。

各種のセンサ２１１は、例えば人感センサ、照度センサ、物体検知センサ、消費電力センサ、振動センサ、接触センサ、温度センサ、赤外線センサ等である。各種センサ２１１により取得された情報は、制御装置２１０に送信される。センサ２１１からの情報によって、気象の状態、人の状態等が把握されて電力消費装置２０５を自動的に制御してエネルギー消費を最小とすることができる。さらに、制御装置２１０は、住宅２０１に関する情報をインターネットを介して外部の電力会社等に送信することができる。

パワーハブ２０８によって、電力線の分岐、直流交流変換等の処理がなされる。制御装置２１０と接続される情報網２１２の通信方式としては、ＵＡＲＴ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ａｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ Ｒｅｃｅｉｖｅｒ−Ｔｒａｎｓｃｅｉｖｅｒ：非同期シリアル通信用送受信回路）等の通信インターフェースを使う方法、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ、ＺｉｇＢｅｅ、Ｗｉ−Ｆｉ等の無線通信規格によるセンサネットワークを利用する方法がある。Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ方式は、マルチメディア通信に適用され、一対多接続の通信を行うことができる。ＺｉｇＢｅｅは、ＩＥＥＥ（Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ）８０２．１５．４の物理層を使用するものである。ＩＥＥＥ８０２．１５．４は、ＰＡＮ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）またはＷ（Ｗｉｒｅｌｅｓｓ）ＰＡＮと呼ばれる短距離無線ネットワーク規格の名称である。

制御装置２１０は、外部のサーバ２１３と接続されている。このサーバ２１３は、住宅２０１、電力会社、サービスプロバイダーの何れかによって管理されていても良い。サーバ２１３が送受信する情報は、たとえば、消費電力情報、生活パターン情報、電力料金、天気情報、天災情報、電力取引に関する情報である。これらの情報は、家庭内の電力消費装置（たとえばテレビジョン受信機２０５ｃ）から送受信しても良いが、家庭外の装置（たとえば、携帯電話機等）から送受信しても良い。これらの情報は、表示機能を持つ機器、たとえば、テレビジョン受信機２０５ｃ、携帯電話機、ＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｄｉｇｉｔａｌ Ａｓｓｉｓｔａｎｔｓ）等に、表示されても良い。

各部を制御する制御装置２１０は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）等で構成され、この例では、蓄電装置２０３に格納されている。制御装置２１０は、蓄電装置２０３、家庭内発電装置２０４、電力消費装置２０５、各種センサ２１１、サーバ２１３と情報網２１２により接続され、例えば、商用電力の使用量と、発電量とを調整する機能を有している。なお、その他にも、電力市場で電力取引を行う機能等を備えていても良い。

以上のように、電力が火力発電２０２ａ、原子力発電２０２ｂ、水力発電２０２ｃ等の集中型電力系統２０２のみならず、家庭内発電装置２０４（太陽光発電、風力発電）の発電電力を蓄電装置２０３に蓄えることができる。したがって、家庭内発電装置２０４の発電電力が変動しても、外部に送出する電力量を一定にしたり、または、必要なだけ放電するといった制御を行うことができる。例えば、太陽光発電で得られた電力を蓄電装置２０３に蓄えると共に、夜間は料金が安い深夜電力を蓄電装置２０３に蓄え、昼間の料金が高い時間帯に蓄電装置２０３によって蓄電した電力を放電して利用するといった使い方もできる。

なお、この例では、制御装置２１０が蓄電装置２０３内に格納される例を説明したが、スマートメータ２０７内に格納されても良いし、単独で構成されていても良い。さらに、蓄電システム２００は、集合住宅における複数の家庭を対象として用いられてもよいし、複数の戸建て住宅を対象として用いられてもよい。

「応用例としての車両における蓄電システム」
本開示を車両用の蓄電システムに適用した例について、図２２を参照して説明する。図２２に、本開示が適用されるシリーズハイブリッドシステムを採用するハイブリッド車両の構成の一例を概略的に示す。シリーズハイブリッドシステムはエンジンで動かす発電機で発電された電力、あるいはそれを電池に一旦貯めておいた電力を用いて、電力駆動力変換装置で走行する車である。

このハイブリッド車両３００には、エンジン３０１、発電機３０２、電力駆動力変換装置３０３、駆動輪３０４ａ、駆動輪３０４ｂ、車輪３０５ａ、車輪３０５ｂ、電池（バッテリー）３０８、車両制御装置３０９、各種センサ３１０、充電口３１１が搭載されている。電池３０８に対して、上述した本開示の電池ユニットが適用される。

ハイブリッド車両３００は、電力駆動力変換装置３０３を動力源として走行する。電力駆動力変換装置３０３の一例は、モータである。電池３０８の電力によって電力駆動力変換装置３０３が作動し、この電力駆動力変換装置３０３の回転力が駆動輪３０４ａ、３０４ｂに伝達される。なお、必要な個所に直流−交流（ＤＣ−ＡＣ）あるいは逆変換（ＡＣ−ＤＣ変換）を用いることによって、電力駆動力変換装置３０３が交流モータでも直流モータでも適用可能である。各種センサ３１０は、車両制御装置３０９を介してエンジン回転数を制御したり、図示しないスロットルバルブの開度（スロットル開度）を制御したりする。各種センサ３１０には、速度センサ、加速度センサ、エンジン回転数センサなどが含まれる。

エンジン３０１の回転力は発電機３０２に伝えられ、その回転力によって発電機３０２により生成された電力を電池３０８に蓄積することが可能である。

図示しない制動機構によりハイブリッド車両３００が減速すると、その減速時の抵抗力が電力駆動力変換装置３０３に回転力として加わり、この回転力によって電力駆動力変換装置３０３により生成された回生電力が電池３０８に蓄積される。

電池３０８は、ハイブリッド車両３００の外部の電源に接続されることで、その外部電源から充電口３１１を入力口として電力供給を受け、受けた電力を蓄積することも可能である。

図示しないが、二次電池に関する情報に基づいて車両制御に関する情報処理を行なう情報処理装置を備えていても良い。このような情報処理装置としては、例えば、電池の残容量に関する情報に基づき、電池残容量表示を行う情報処理装置などがある。

なお、以上は、エンジンで動かす発電機で発電された電力、或いはそれを電池に一旦貯めておいた電力を用いて、モータで走行するシリーズハイブリッド車を例として説明した。しかしながら、エンジンとモータの出力が何れも駆動源とし、エンジンのみで走行、モータのみで走行、エンジンとモータ走行という３つの方式を適宜切り替えて使用するパラレルハイブリッド車に対しても本開示は有効に適用可能である。さらに、エンジンを用いず駆動モータのみによる駆動で走行する所謂、電動車両に対しても本開示は有効に適用可能である。

「変形例」
以上、本開示の実施の形態について具体的に説明したが、上述の各実施の形態に限定されるものではなく、本開示の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。例えば、上述の実施の形態において挙げた構成、方法、工程、形状、材料および数値などはあくまでも例に過ぎず、必要に応じてこれと異なる構成、方法、工程、形状、材料および数値などを用いてもよい。

１・・・ブラケット
２・・・伝熱プレート
４，４−１，４−２・・・電池セル
５，５−１，５−２・・・正極タブ
６，６−１，６−２・・・負極タブ
８・・・金属スリーブ
１１・・・電池素子
２０，２０−１〜２０−１０・・・電池ユニット
２１・・・クッション材
４２ａ，４２ｂ・・・タブ接合板
４３ａ，４３ｂ・・・接続タブ
１００・・・電池モジュール
１０１，１０２・・・エンドプレート
１０３・・・電池セル群
１０６・・・シャフト
１１１・・・共通セルバスバー
１１２，１１２ａ，１１２ｂ・・・独立セルバスバー
１１４・・・ユニットバスバー

Claims (18)

1. 絶縁材からなる電池支持体に保持された伝熱プレートの面と、電池素子がラミネートフィルムで外装された電池セルの主面とが対向するように配置された電池ユニットを複数個有し、
   複数の前記電池ユニットを弾性材を介在させて積層してなる電池モジュール。
   
2. 前記弾性材は、前記電池セルの主面とほぼ等しい形状の薄板状の弾性材である請求項１に記載の電池モジュール。
3. 前記電池セルを前記伝熱プレートに対して押しつけるのに必要な圧力をＰＬとし、前記電池セルが損傷を受けない圧力をＰＵとし、ある圧縮率で圧縮された前記弾性材の反力をＰＣとすると、下記の関係を満たすようになされた請求項１または２に記載の電池モジュール。
   ＰＬ＜ＰＣ＜ＰＵ
4. 前記伝熱プレートの両面に電池セルの主面が配置された請求項１乃至３の何れかに記載の電池モジュール。
5. 前記電池支持体に対して前記伝熱プレートがインサート成型された請求項１乃至４の何れかに記載の電池モジュール。
6. 前記伝熱プレートの端部が前記電池支持体の少なくとも一方の側面から外方へ突出された請求項１乃至５の何れかに記載の電池モジュール。
7. 前記伝熱プレートの端部が断面Ｌ字状、または断面Ｔ字状に折り曲げられた請求項１乃至６の何れかに記載の電池モジュール。
8. 積層された前記複数の電池ユニットを積層方向に押さえつける規制部材を有する請求項１乃至７の何れかに記載の電池モジュール。
9. 前記規制部材は、前記電池セル群の両側に位置する第１および第２の規制板と、前記第１および第２の規制板と複数の前記電池ユニットとの４隅を貫通するシャフトと、
   前記シャフトの両端から前記第１および第２の規制板と前記電池セル群とを締めつける締めつけ部とを有する請求項８に記載の電池モジュール。
10. 前記電池支持体の前記シャフトが貫通する箇所に金属製のスリーブが配された請求項９に記載の電池モジュール。
11. 前記電池支持体の側面に、前記電池支持体に収納された電池セルの電極が接合された導電部材が取り付けられた請求項１乃至７の何れかに記載の電池モジュール。
12. 前記導電部材は、前記電池支持体内の一方の前記電池セルの正極と他方の前記電池セルの負極とを共通に接続する共通導電体と、一方の前記電池セルの正極と接続された正極端子と他方の前記電池セルの負極と接続された負極端子とが分離された独立導電体とを含む請求項１１に記載の電池モジュール。
13. 請求項１に記載の電池モジュールが、再生可能なエネルギーから発電を行う発電装置によって充電される蓄電システム。
14. 請求項１に記載の電池モジュールを有し、前記電池モジュールに接続された電子機器に電力を供給する蓄電システム。
15. 請求項１に記載の電池モジュールから電力の供給を受ける電子機器。
16. 請求項１に記載の電池モジュールから電力の供給を受けて車両の駆動力に変換する変換装置と、前記電池モジュールに関する情報に基づいて、車両制御に関する情報処理を行う制御装置とを有する電動車両。
17. 他の機器とネットワークを介して信号を送受信する電力情報送受信部を有し、
    前記電力情報送受信部が受信した情報に基づき、請求項１に記載の電池モジュールの充放電制御を行う電力システム。
18. 請求項１に記載の電池モジュールから電力の供給を受け、または、発電装置または電力網から前記電池モジュールに電力を供給する電力システム。