JP6070672B2 - 蓄電モジュール - Google Patents

Description

本発明は、電気的に接続された複数の蓄電素子を有する蓄電モジュールに関する。

特許文献１には、円筒型の電池セルがホルダに複数保持された電池モジュールが開示されている。各電池セルは、並列又は直列に接続されており、ホルダには、電池セルを昇温するためのヒータが設けられている。

国際公開第２０１２／１４７１２８号

電池セルは、電池温度が低くなると、内部抵抗が増加する。内部抵抗の増加は、電池セルの入出力性能の低下を招くため、特許文献１のようにヒータでホルダを温め、ホルダを介して電池セルを昇温させることができる。

しかしながら、ヒータの配置の仕方によっては、ホルダに保持される電池セル間に温度バラツキが生じてしまう。特に、ホルダに保持される複数の電池セルが複数のブロックに区画され、ブロック毎にブロック内の電池セル間を並列に接続し、かつブロック間を直列に接続する場合には、ブロックの分け方とヒータの配置位置によっては、１つのブロック内の電池セル間で温度バラツキが生じてしまう。

並列接続される電池セル群において電池セル間で温度バラツキが生じると、例えば、温度が低い電池セルよりも温度の高い電池セルに多くの電流が流れる。特定の電池セルに多くの電流が流れることで、他の電池セルよりも電池温度がさらに上昇したり、電池劣化が促進されてしまうため、並列接続される電池セル群の各電池セル間での温度バラツキを抑制する必要がある。

本発明は、複数の蓄電素子が取り付けられるホルダを介してヒータによる蓄電素子の昇温を行う蓄電モジュールにおいて、複数の蓄電素子が蓄電素子群に区画され、蓄電素子間が並列接続される蓄電素子群が直列に接続された場合であっても、蓄電素子群毎の温度バラツキが抑制された昇温を行うことができる蓄電モジュールを提供することを目的とする。

本発明の蓄電モジュールは、所定方向に延びる複数の蓄電素子と、複数の蓄電素子それぞれが挿入される複数の開口部が、所定方向と直交する平面内に配置されたホルダと、ホルダの平面における第１方向の端部に設けられ、平面において第１方向と直交する第２方向に沿って直線状に配置される、ホルダを介して蓄電素子を昇温させるためのヒータと、第１方向において複数の蓄電素子を第２方向に沿って複数のブロックに区画し、ブロック毎にブロック内に含まれる蓄電素子間を並列に接続するための第１バスバーと、第１方向に隣り合うブロック間を直列に接続するための第２バスバーと、を備えるバスバーユニットと、を有する。

本発明によれば、複数の蓄電素子が取り付けられるホルダを介してヒータによる蓄電素子の昇温を行う蓄電モジュールにおいて、ヒータがホルダの第１方向端部において第２方向に沿って直線状に配置される。そして、複数の蓄電素子が第２方向に沿って複数のブロックに区画され、並列接続された複数の蓄電素子群で構成される各ブロックが第１方向に並び、かつ互いに直列に接続される。

ヒータによってホルダが温められることで、ホルダから蓄電素子に熱が伝えられ、蓄電素子を昇温させることができる。このとき、ヒータが、並列接続される蓄電素子群の第２方向におけるブロック長に沿って直線状に延び、ホルダの第１方向端部に配置されているため、ヒータによる昇温に伴って形成される温度分布は、第２方向に沿った温度バラツキが抑制されつつ、ホルダの第１方向において温度勾配を持つように形成される。

ここで、複数の蓄電素子は、第２方向に沿って複数のブロックに区画されている。このため、ホルダの第１方向に温度勾配（温度差）を有する温度分布が形成されても、並列接続される蓄電素子群間では温度差が大きくなるが、並列接続される蓄電素子群のブロック単位では、第１方向における温度勾配が低減されることになる。

したがって、ヒータによる昇温の際に、第２方向に沿って区画されたブロック単位で第１方向に並ぶ蓄電素子群毎の温度バラツキが抑制された昇温を行うことができる。これにより、並列接続された蓄電素子群において特定の蓄電素子に多くの電流が流れることを抑制することができる。

また、ヒータは、ホルダの第１方向の端部両側にそれぞれ設けられ、第２方向に沿って配置される一対のヒータが、複数の蓄電素子全体を第１方向から挟み込むように配置されるように構成することができる。一対のヒータが、ホルダの第１方向両端から挟み込むように配置されることで、ヒータによる熱が、ホルダの第１方向両端から均等に内部に向かって順に伝達される。したがって、ホルダの第１方向一端側のみにヒータを設ける場合に比べて、並列接続される蓄電素子群のブロック単位内での第１方向における温度勾配をより低減させることができる。

つまり、ホルダの第１方向両端から均等に内部に向かって順に熱が伝達されることで、ホルダの第１方向一端側から他端側に向かって低くなる温度勾配が形成されなくなり、第１方向において一方のヒータから離れても、他方のヒータからの熱の影響を受けるようになるため、ブロック単位内での第１方向にける温度勾配が低減されることになる。

また、ヒータは、ホルダの第１方向の端部に形成された挿通穴に挿通され、ホルダ内部に埋め込まれるように構成することができる。ヒータがホルダ内部に埋め込まれることで、ヒータからホルダに効率良く熱を伝達することができる。

また、ヒータは、第２方向におけるホルダの一端側から直線状に延びているとともに、ヒータの端部がブロックの略中央部位よりも第２方向におけるホルダの他端側に位置するように第２方向に沿って配置することができる。ホルダの一端側から直線状に延びるヒータの端部が、ブロックの略中央部位よりも第２方向におけるホルダの他端側に位置するように設けられることで、第２方向における温度バラツキが抑制された温度分布が形成され易くなる。

また、ホルダは、第１方向に長尺状に形成することができる。そして、開口部は、第１方向に複数配置され、かつ第１方向に並ぶ複数の開口部の列が、第２方向に複数配置されるように構成することができる。蓄電モジュールが第１方向に長尺状に形成されている場合であっても、ホルダの長尺方向において複数の蓄電素子が第２方向に沿って複数に区画されているため、ヒータによる昇温の際に、平面内において第１方向及び第２方向に並び、各蓄電素子間が並列に接続された蓄電素子群のブロック単位で、温度バラツキが抑制された昇温を行うことができる。

実施例１の電池モジュールの上面図である。 図１のＹ１−Ｙ１断面図である。 実施例１のバスバーユニットの構成斜視図である。 実施例１の電池モジュールの加熱の様子を示す図である。 電池モジュールの加熱の様子を示す従来例１を示す図である。 電池モジュールの加熱の様子を示す従来例２を示す図である。 実施例１の電池モジュールの変形例を示す図であり、電池モジュールの加熱の様子を示す図である。

以下、本発明の実施例について説明する。

（実施例１）
本発明の実施例１である電池モジュール（蓄電モジュールに相当する）について説明する。図１は、電池モジュールの上面図である。図２は、図１に示すＹ１−Ｙ１断面図である。図１及び図２において、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸は、互いに直交する軸である。本実施例では、鉛直方向に延びる軸をＺ軸としている。Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸の関係は、他の図面においても同様である。

本実施例の電池モジュール１は、例えば、ハイブリッド自動車や電気自動車などの車両に搭載することができ、走行用モータに電力を供給する電源装置として使用される。

電池モジュール１は、複数の単電池（蓄電素子に相当する）１０を有する。各単電池１０は、Ｚ方向に延びている。複数の単電池１０は、Ｘ−Ｙ平面内において並んでいる。例えば、Ｘ方向を第１の配列方向として複数の単電池１０を並べ、かつＹ方向を第２の配列方向として、第１の配列方向に並べられた複数の単電池１０を複数段並べて、電池モジュールを形成することができる。

なお、本実施例では、Ｙ方向に配列される各単電池１０は、Ｘ方向にずれている。これは、Ｙ方向に多くの単電池１０が配置されるように、又はＹ方向の電池モジュール１の長さを短くするためである。一方で、各単電池１０をＸ方向にずらさないで、Ｙ方向において一致するように配列することもできる。

単電池１０は、いわゆる円筒型電池であり、Ｘ−Ｙ平面における単電池１０の断面が円形に形成されている。単電池１０は、円筒状に形成された電池ケースの内部に発電要素が収容されている。単電池１０としては、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池といった二次電池を用いることができる。また、二次電池の代わりに、電気二重層キャパシタを用いることができる。

図２に示すように、単電池１０の長手方向（Ｚ方向）における両端には、正極端子１１および負極端子１２が設けられている。単電池１０の外装である電池ケースは、ケース本体および蓋体によって構成することができる。円筒状に形成されたケース本体に発電要素が収容され、蓋体によってケース本体が塞がれることで単電池１０が構成される。

蓋およびケース本体の間には、絶縁材で形成されたガスケットが配置されている。蓋は、発電要素の正極板が電気的に接続されており、単電池１０の正極端子１１として用いられる。ケース本体は、発電要素の負極板が電気的に接続されており、単電池１０の負極端子１２として用いられる。本実施例では、Ｚ方向において蓋（正極端子１１）と対向するケース本体の端面を、負極端子１２として用い、Ｚ方向両端において正極端子１１及び負極端子１２が位置している。

電池モジュール１を構成するすべての単電池１０は、図２に示すように、正極端子１１が上方に位置するように配置されている。すべての単電池１０の正極端子１１は、同一平面内（Ｘ−Ｙ平面内）において並んで配置されている。負極端子１２についても同様である。

各単電池１０は、保持部材であるホルダ２０によって保持される。ホルダ２０は、Ｘ方向に長尺状に形成されており、各単電池１０が挿入される複数の開口部２１を有している。開口部２１は、単電池１０の外周面に沿った形状（具体的には、円形状）に形成されている。開口部２１は、単電池１０の数だけ設けられている。上述した複数の単電池１０の配列位置に対応して、開口部２１がＸ方向に複数並んでおり、かつＸ方向に並ぶ複数の開口部２１の列が、Ｙ方向に複数並んで配置されている。

ホルダ２０は、例えば、アルミニウムなどの熱伝導性に優れた金属材や熱伝導性に優れた樹脂材で形成することができる。なお、ホルダ２０の開口部２１および単電池１０の間には、樹脂などの絶縁材によって形成された絶縁体を配置することができる。

モジュールケース３０は、Ｘ−Ｙ平面内において、ホルダ２０によって保持される複数の単電池１０を囲む形状に形成されており、モジュールケース３０の内側に複数の単電池１０が収容される。モジュールケース３０は、単電池１０の正極端子１１側に位置する上面に、複数の開口部３０ａが形成されている。開口部３０ａは、単電池１０の正極端子１１側の端部が挿入される。モジュールケース３０は、樹脂などの絶縁材で形成することができる。

なお、モジュールケース３０のＸ方向に沿う側面には、通風口としてスリットを複数設けることができる（不図示）。スリットは、所定の間隔を空けてモジュールケース３０の側面それぞれに形成することができる。例えば、冷却風を一側面側のスリットから流入させる。冷却風は、電池モジュール１内をＹ方向に流れ、他側面のスリットから電池モジュール１に流出させて単電池１０を冷却することができる。

単電池１０の負極端子１２側の領域は、ホルダ２０の開口部２１によって、Ｘ−Ｙ平面内で位置決めされ、単電池１０の正極端子１１側の領域は、モジュールケース３０の開口部３０ａによって、Ｘ−Ｙ平面で位置決めされる。単電池１０の長手方向（Ｚ方向）における両端が、ホルダ２０及びモジュールケース３０によってそれぞれ位置決めされており、Ｘ−Ｙ平面内で隣り合う２つの単電池１０が互いに接触してしまうことを防止している。

本実施例の電池モジュール１は、図２に示すように、ホルダ２０をベースに、単電池１０の負極端子１２側の端部が各開口部２１に挿入され、各単電池１０がホルダ２０から上方に直立した状態で設けられる。そして、ホルダ２０の開口部２１から露出した単電池１０の各負極端子１２側には、バスバー１４が設けられる。バスバー１４は、Ｚ方向において複数の単電池１０（負極端子１２）に対して所定距離離間して配置される。負極端子１２は、Ｚ方向に突出した接続部１４ａと接続される。

また、モジュールケース３０の開口部３０ａから上方に露出した単電池１０の正極端子１１側には、バスバー１５が設けられる。バスバー１５は、Ｚ方向において複数の単電池１０（正極端子１１）に対して所定距離離間して配置される。正極端子１１は、Ｚ方向に突出した接続部１５ａと接続される。

電池モジュール１の上面には、バスバー１５を上方から覆うカバー部材３１が設けられている。カバー部材３１は、Ｘ−Ｙ平面に延び、単電池１０の正極端子１１が露出するモジュールケース３０の上面全体を覆う形状に形成されている。カバー部材３１は、例えば、モジュールケース３０に固定することができる。カバー部材３１は、モジュールケース３０と同様に、樹脂等で形成することができる。

一方、電池モジュール１の下面には、バスバー１４を覆うカバー部材３２が設けられている。カバー部材３２は、Ｘ−Ｙ平面に延び、単電池１０の負極端子１２が露出するホルダ２０の下面全体を覆う形状に形成されている。カバー部材３２は、Ｘ−Ｙ平面内に並ぶ複数の単電池１０の負極端子１２側を覆い、ガスの排出スペースＳを形成するための金属製の部材である。カバー部材３２は、例えば、ホルダ２０に固定するための不図示の固定部を備えることができる。

本実施例の単電池１０は、単電池１０内部で発生するガスを外部に排出するための排出弁（不図示）を設けることができる。排出弁は、例えば、負極端子１２を構成するケース本体の底部に設けることができる。排出弁は、例えば、破断弁であり、負極端子１２を構成するケース本体の底部に形成される溝で構成することができる。ガスの発生によって高くなる単電池１０の内圧に対して溝からケース本体の底部が破断することで、内部のガスを単電池１０の外部に排出することができる。

電池モジュール１の下面において、バスバー１４が配置される領域の周囲は、カバー部材３２によって覆われ、ホルダ２０の下面とカバー部材３２とで密閉された排出スペースＳが形成されている。カバー部材３２には、排出スペースＳの排出口３２ａを設けることができる。排出弁を介して単電池１０内部から排出されたガスは、カバー部材３２と接触しながら排出スペースＳを流れ、排出口３２ａから電池モジュール１の外部に排出される。排出口３２ａには、車外と連通する排出ホースなどを接続することができる。

図３は、本実施例のバスバーユニットの構成斜視図である。バスバー１４は、金属といった、導電性を有する材料で形成されている。バスバー１４は、単電池１０の各負極端子１２と接続される接続部１４ａを複数有している。接続部１４ａは、Ｘ−Ｙ平面において単電池１０（負極端子１２）の数だけ設けられており、Ｚ方向において負極端子１２と対向する位置に設けられている。

バスバー１４は、Ｚ方向を厚み（板厚）方向とした平面状の板状部材をプレス打ち抜き加工することで形成することができる。単電池１０（負極端子１２）の配列位置に対応する各位置に、複数の接続部１４ａが所定間隔を空けて形成されている。板状部材（基端部１４ｂ）からＺ方向に突出した接続部１４ａは、負極端子１２に溶接接続される。負極バスバーであるバスバー１４全体は、複数の各単電池１０の負極の電荷を帯びている。

バスバー１５も、金属などの導電性を有する材料で形成されている。接続部１５ａは、Ｘ−Ｙ平面において単電池１０（正極端子１１）の数だけ設けられており、Ｚ方向において正極端子１１と対向する位置に設けられている。

バスバー１５は、バスバー１４と同様に、平面状の板状部材をプレス加工することにより形成することができる。接続部１５ａは、板状部材（基端部１５ｂ）から単電池１０の正極端子１１に向かって突出した形状に形成されている。Ｘ−Ｙ平面において単電池１０（正極端子１１）の数だけ複数の接続部１５ａが所定間隔を空けて形成されている。接続部１５ａは、正極端子１１に溶接接続される。正極バスバーであるバスバー１５全体は、複数の各単電池１０の正極の電荷を帯びている。

本実施例の接続部１５ａは、所定値以上の電流が流れた際に溶断して単電池１０（正極端子１１）との電気的な接続を遮断するヒューズとして用いることができる。接続部１５ａは、例えば、バスバー１４の接続部１４ａよりも幅が小さく形成され、溶断特性に対する上限電流値が低くなるように構成することができる。

本実施例の複数の単電池１０は、正極端子１１（又は負極端子１２）の向きが、Ｚ方向において同じ向きとなるように並んで配置されている。負極端子１２それぞれに対して１つのバスバー１４が接続され、単電池１０の正極端子１１それぞれに対して１つのバスバー１５が接続することにより、複数の単電池１０が電気的に並列に接続されている。なお、バスバー１４，１５の各接続部以外の領域は、絶縁フィルム等で覆うことができる。

そして、本実施例の電池モジュール１は、図２に示すように、所定数の各単電池１０をバスバー１４，１５で並列に接続して１つの電池ブロックを構成し、各電池ブロック１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃが直列に接続されている。図２の例では、隣り合う電池ブロック１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ間がリード部１６，１７を介して電気的に直列に接続される態様を、二点鎖線で模式的に示している。

Ｘ方向に並んで配置される電池ブロック１００Ａのバスバー１４のリード部１６が、隣り合う電池ブロック１００Ｂのバスバー１５のリード部１７と接続される。また、電池ブロック１００Ｂのバスバー１４のリード部１６が、隣り合う電池ブロック１００Ｃのバスバー１５のリード部１７と接続される。

図３に示すように、リード部１６は、バスバー１４の基端部１４ｂの一部を延設して形成することができる。リード部１７も、バスバー１５の基端部１５ｂの一部を延設して形成することができる。リード部１６，１７は、Ｚ方向に延びる細長い板状に形成されており、Ｘ方向において略同じ位置に配置されている。リード部１６，１７は、互いに溶接接続される。なお、ホルダ２０に挿入された各単電池１０に対してバスバー１４，１５が取り付けられた状態において、リード部１６は、ホルダ２０のＹ方向端部２６の外側に配置される。

本実施例のバスバーユニットは、１つの電池ブロック内の複数の単電池１０を並列に接続するための一対のバスバー１４，１５（第１バスバーに相当する）と、Ｘ方向に並ぶ複数の電池ブロック毎に設けられた一対のバスバー１４，１５において、隣り合う電池ブロックの一方のバスバー１４と他方のバスバー１５を接続するためのリード部１６，１７（第２バスバーに相当する）と、を含んで構成されている。

直列に接続された複数の電池ブロックの各終端は、電池モジュール１の電極端子として構成される。図２の例において、Ｘ方向の一端に位置する電池ブロック１００Ａのバスバー１５の一部を延設することで、電池モジュール１の正極端子Ｐを取り出すことができる。また、Ｘ方向の他端に位置する電池ブロック１００Ｃのバスバー１４の一部を延設することで、電池モジュール１の負極端子Ｎを取り出すことができる。

電池モジュール１の正極端子Ｐ及び負極端子Ｎは、電池モジュール１のＸ方向端部両側にそれぞれ配置され、Ｘ方向においてモジュールケース３０（カバー部材３１）から外側に突出している。

なお、電池ブロック１００Ｃのバスバー１４は、電池モジュール１の下面側に配置されているので、例えば、図２及び図３に示すように、電池モジュール１の上面側まで延びる延設部１８を設けるように構成することができる。また、正極端子Ｐ及び負極端子Ｎは、バスバー１４，１５の一部を延設せずに、各バスバー１４，１５と接続される別体の電極端子であってもよい。

本実施例の電池モジュール１は、ホルダ２０に保持された複数の単電池１０が複数の電池ブロック１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃに区分けされ、電池ブロック１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ間が直列に接続されている。各電池ブロックに属する複数の各単電池１０は、並列に接続されている。１つの電池ブロックは、Ｘ方向に一列に配置された５つの単電池１０が、Ｙ方向に４段並んで配置されており、電池ブロック単位あたりに含まれる単電池１０の数は、同じ数となっている。なお、１つの電池ブロックに含まれる単電池１０の数や各単電池１０の配列方向は、適宜設定することができる。

そして、本実施例では、電池モジュール１の温度調節手段として、一対のヒータ４０Ａ，４０Ｂが設けられている。ヒータ４０Ａ，４０Ｂは、ホルダ２０を介して各単電池１０を昇温させるための加熱手段であり、不図示の電力供給源から供給される電力によって駆動する。Ｙ方向に沿って直線状に延びるヒータ４０Ａ，４０Ｂは、図１に示すように、ホルダ２０のＸ方向端部両側（２３，２４）にそれぞれ設けられ、ホルダ２０に取り付けられる複数の単電池１０全体をＸ方向から挟み込むように配置されている。

ホルダ２０には、ヒータ４０Ａ，４０Ｂが埋め込まれる挿通穴２２Ａ，２２ＢがＸ方向端部にそれぞれ設けられている。挿通穴２２Ａ，２２Ｂは、互いに異なるＹ方向一端側から他端側に向かって延びるようにホルダ２０の内部に形成されている。

ここで、挿通穴２２Ａは、ホルダ２０のＹ方向端部２６からＹ方向端部２５に向かって直線状に延びているとともに、ヒータ４０Ａの端部４１Ａが、Ｙ方向において電池ブロック１００Ａのブロック長の略中央部位よりもＹ方向端部２５側に位置するように形成されている。同様に、挿通穴２２Ｂは、ホルダ２０のＹ方向端部２５からＹ方向端部２６に向かって直線状に延びているとともに、ヒータ４０Ｂの端部４１Ｂが、Ｙ方向において電池ブロック１００Ｃのブロック長の略中央部位よりもＹ方向端部２６側に位置するように形成されている。なお、ヒータ４０Ａ，４０Ｂそれぞれは、Ｙ方向における同じ一端部から他端部に向かって直線状に延びるように配置してもよい。

なお、ヒータ４０Ａ，４０Ｂは、ホルダ２０に埋め込んだり、ホルダ２０の外表面に張り付けるように設けたりすることができるが、ヒータ４０Ａ，４０Ｂ及びホルダ２０間の伝熱効率を向上させるために、本実施例では、ホルダ２０の外表面ではなく、ホルダ２０の内部にヒータ４０Ａ，４０Ｂを埋め込んでいる。

ヒータ４０Ａ，４０Ｂの電力供給源としては、例えば、車両に搭載される補機バッテリや、外部充電時に接続される商用電源などの外部電源がある。ヒータ４０Ａ，４０Ｂの電力供給は、車両に搭載される不図示の制御ユニットによって制御することができる。制御ユニットは、ヒータ４０Ａ，４０Ｂと電力供給源との間でスイッチを用いた電流経路のオン／オフ制御や、ＤＣ／ＤＣコンバータなどを用いたヒータ４０Ａ，４０Ｂへの電力供給制御を行うことができる。

本実施例のヒータ４０Ａ，４０Ｂは、ホルダ２０に取り付けられる。ホルダ２０は、上述のように単電池１０の一端側が開口部２１に挿入され、複数の単電池１０それぞれを保持している。ホルダ２０は、各単電池１０の散熱部材として機能するとともに、ヒータ４０Ａ，４０Ｂからの熱を単電池１０に伝える伝熱部材として機能する。本実施例では、ヒータ４０Ａ，４０Ｂによってホルダ２０が温められることで、ホルダ２０から各単電池１０に熱が伝えられ、単電池１０が昇温される。

単電池１０は、電池温度が低いと内部抵抗が増加する。内部抵抗が増加すると、単電池１０の入出力性能が低くなるので、ヒータ４０Ａ，４０Ｂで単電池１０を加熱することで、負荷への電力供給の際の電池出力性能を向上させたり、回生電力や外部充電の際の電池入力性能を向上させたりすることができる。

しかしながら、ヒータ４０Ａ，４０Ｂの配置の仕方によっては、ホルダ２０に保持される単電池１０間に温度バラツキが生じてしまう。特に、ホルダ２０に保持される複数の単電池１０が複数の電池ブロックに区画され、電池ブロック毎に電池ブロック内の単電池１０間を並列に接続し、かつ電池ブロック間を直列に接続する場合には、電池ブロックの分け方とヒータ４０Ａ，４０Ｂの配置位置によっては、１つの電池ブロック内の単電池１０間で温度バラツキが生じてしまう。

並列接続される単電池１０群において単電池１０間で温度バラツキが生じると、例えば、温度が低い単電池１０よりも温度の高い単電池１０により多くの電流が流れる。特定の単電池１０に多くの電流が流れることで、他の単電池１０よりも電池温度がさらに上昇したり、電池劣化が促進されてしまうため、並列接続される単電池１０群の各単電池１０間での温度バラツキを抑制する必要がある。

そこで、本実施例の電池モジュール１は、ヒータ４０Ａ，４０Ｂを用い、複数の単電池１０が取り付けられるホルダ２０を介した単電池１０の昇温構造において、ヒータ４０Ａ，４０Ｂがホルダ２０のＸ方向端部に、Ｙ方向に沿って直線状に配置される。そして、複数の単電池１０が、Ｙ方向に沿って複数の電池ブロックに区画され、並列接続された複数の単電池１０群で構成される各電池ブロックがＸ方向に並び、かつ互いに直列に接続されるように構成される。

ヒータ４０Ａ，４０Ｂが、並列接続される単電池１０群のＹ方向におけるブロック長に沿って直線状に延び、ホルダ２０のＸ方向端部に配置されることで、ヒータ４０Ａ，４０Ｂによる昇温に伴って形成される温度分布は、Ｙ方向に沿った温度バラツキが抑制されつつ、ホルダ２０のＸ方向において温度勾配（温度差）を持つように形成される。

ここで、複数の単電池１０は、ヒータ４０Ａ，４０Ｂが直線状に延びるＹ方向に沿って複数の電池ブロックに区画されている。このため、ホルダ２０のＸ方向に温度差を有する温度分布が形成されても、並列接続される単電池１０群間では温度差が大きくなるものの、並列接続される単電池１０群のブロック単位では、Ｘ方向における温度勾配が低減されることになる。

図４は、本実施例の電池モジュール１の加熱の様子を示す図である。図４の例において、一点鎖線は、ヒータ４０Ａ，４０Ｂからホルダ２０に伝達される熱の様子を示している。また、２点鎖線は、電池ブロックのＹ方向におけるブロック長の中央を示しており、後述する図５及び図６の例についても同様である。

図４に示すように、ヒータ４０Ａ，４０ＢがＹ方向に直線状に延びているため、Ｙ方向に沿った温度バラツキが抑制され、Ｙ方向に略平行な均一の温度分布が形成される。

ホルダ２０のＸ方向において、ヒータ４０Ａからホルダ２０の内部に向かうにつれて、温度が低くなる温度勾配が形成されるが、複数の単電池１０がＸ方向において複数の電池ブロックに区画され、電池ブロック１００Ａ，１００Ｂ，１００ＣがＸ方向に並んでいる。

このため、電池ブロック単位でのＸ方向における温度勾配を小さくすることができる。例えば、図４において、Ｈ（Ｈｉｇｈ）、Ｍ（Ｍｅｄｉｕｍ）、ＭＬ（Ｍｅｄｉｕｍ-Ｌｏｗ）、Ｌ（ＬＯＷ）は、ヒータ４０Ａ，４０Ｂからの熱伝達によってホルダ２０を介して昇温された単電池１０の温度度合いを示している。Ｈ（Ｈｉｇｈ）、Ｍ（Ｍｅｄｉｕｍ）、ＭＬ（Ｍｅｄｉｕｍ-Ｌｏｗ）、Ｌ（ＬＯＷ）の順に、温度度合いが低くなっている。

図４に示すように、ヒータ４０Ａに隣接する電池ブロック１００Ａは、ヒータ４０Ａ側の温度が高くなり（「Ｈ」）、ヒータ４０Ａから内部に向かって離れるにつれて、温度が低くなるが、Ｙ方向に沿って区画された電池ブロック１００Ａ内では、ヒータ４０Ａから一番遠い側の温度が「Ｍ」となる。同様に、ヒータ４０Ｂに隣接する電池ブロック１００Ｃも、ヒータ４０Ｂ側の温度が「Ｈ」と高くなり、ヒータ４０Ｂから一番遠い側の温度が「Ｍ」となる。

そして、電池ブロック１００ＢのＸ方向端部側は、ヒータ４０Ａ，４０Ｂの熱の影響を受け、隣接する電池ブロック１００Ａ，１００Ｃよりも低い温度（「ＭＬ」）となり、電池ブロック１００ＢのＸ方向中央部位では、Ｘ方向においてヒータ４０Ａ，４０Ｂそれぞれから一番遠い位置となるので、温度が「Ｌ」となり、Ｘ方向において一番低い温度となる。

このように、Ｘ方向において、電池ブロック１００Ａ，１００Ｃの一端側と他端側との間の温度勾配は、「Ｈ」から「Ｍ」となり、電池ブロック１００ＢのＸ方向一端側と他端側との間の温度勾配は、「ＭＬ」から「Ｌ」となる。

一方、図５及び図６は、ヒータによる電池モジュール１の加熱の様子を示す従来例１、従来例２を示す図である。まず、図５に示す従来例１では、ヒータ４０Ａ，４０Ｂが、Ｘ方向に並ぶ電池ブロックの配列方向に対して略平行に設けられている。このとき、２つのヒータ４０Ａ，４０Ｂは、Ｙ方向端部２５側のみに配置されている。なお、図５及び図６の例においても、一点鎖線は、ヒータ４０Ａ，４０Ｂからホルダ２０に伝達される熱の様子を示している。

図５の紙面において、ヒータ４０Ａに一番近い電池ブロック１００Ａでは、ヒータ４０Ａから一番遠い右下の領域に温度が低い領域（「ＭＬ」）が形成され、左上の一番近い位置に温度が高い領域（「Ｈ」）が形成される。このとき、電池ブロック１００Ａ内での単電池１０間の温度勾配（温度差）は、「Ｈ」から「ＭＬ」となり、図４の例に比べて温度勾配が大きくなる。電池ブロック１００Ｃについても同様である。

特に、電池ブロック１００Ａ，１００Ｃ間に挟まれる電池ブロック１００Ｂにおいては、ヒータ４０Ａ，４０Ｂが配置されるＹ方向端部側の紙面上側の温度が高いものの、紙面下側の各ヒータ４０Ａ，４０Ｂから一番遠い領域では、温度が低くなる。電池ブロック１００Ｂ内での単電池１０間の温度勾配（温度差）は、「Ｍ」から「Ｌ」となり、図４の例に比べて温度勾配が大きくなる。

したがって、電池ブロック１００Ａ，１００Ｃ内では、並列接続される単電池１０間において太点線で示すような低温領域と高温領域とが発生してしまうとともに、電池ブロック１００Ｂ内でも、太点線で示すような低温領域及び高温領域が発生してしまう。

また、図６に示す従来例２は、ヒータ４０Ａ，４０Ｂが、Ｘ方向に並ぶ電池ブロック１００，１００Ｂ，１００Ｃの配列方向に対して略平行に設けられている。このとき、２つのヒータ４０Ａ，４０Ｂは、ホルダ２０のＸ方向に沿って配置され、かつＹ方向端部２５端側と端部２６側にそれぞれ離間して配置されている。

図６に示すように、ヒータ４０Ａに一番近い電池ブロック１００Ａでは、ヒータ４０Ａから一番遠い右上の領域に温度が低い領域が形成され、ヒータ４０Ａに一番近い左下の領域に温度が高い領域が形成されてしまう。電池ブロック１００Ｂについても同様であり、ヒータ４０Ｂから一番遠い左下の領域に温度が低い領域が形成され、ヒータ４０Ａに一番近い右上の領域に温度が高い領域が形成されてしまう。

このため、図６の例においても、電池ブロック１００Ａ，１００Ｃ内での単電池１０間の温度勾配（温度差）は、「Ｈ」から「ＭＬ」となり、図４の例に比べて温度勾配が大きくなる。また、電池ブロック１００Ｂは、ヒータ４０Ａに一番近いＹ方向端部２６側の紙面左下の領域の温度が高くなり、Ｙ方向端部２５側の紙面左上の各ヒータ４０Ａ，４０Ｂから一番遠い領域では、温度が低くなる。同様に、ヒータ４０Ｂに一番近いＹ方向端部２５側の紙面右上の領域の温度が高くなり、Ｙ方向端部２６側の紙面右下の各ヒータ４０Ａ，４０Ｂから一番遠い領域では、温度が低くなる。

したがって、従来例２においても、電池ブロック１００Ａ，１００Ｃ内では、並列接続される単電池１０間で太点線で示すような低温領域と高温領域とが発生してしまうとともに、電池ブロック１００Ｂ内でも、太点線で示すような低温領域と高温領域とが発生してしまう。

このように本実施例の電池モジュール１は、ヒータ４０Ａ，４０Ｂによる昇温の際に、Ｙ方向に沿って区画されたブロック単位でＸ方向に並ぶ単電池１０群毎の温度バラツキが抑制された昇温を行うことができる。これにより、並列接続される単電池１０群において特定の単電池１０に多くの電流が流れることを抑制することができる。

また、ヒータ４０Ａ，４０Ｂは、ホルダ２０のＸ方向端部両側にそれぞれ設けられ、Ｙ方向に沿って配置される一対のヒータ４０，４０Ｂが、複数の単電池１０全体をＸ方向から挟み込むように配置されている。一対のヒータ４０Ａ，４０Ｂが、ホルダ２０のＸ方向両端から挟み込むように配置されることで、ヒータ４０Ａ，４０Ｂによる熱が、ホルダ２０のＸ方向両端から均等に内部に向かって順に伝達される。したがって、ホルダ２０のＸ方向一端側のみにヒータを設ける場合に比べて、並列接続される単電池１０群のブロック単位内でのＸ方向における温度勾配をより低減させることができる。

より具体的に説明すると、ホルダ２０のＸ方向両端から均等に内部に向かって順に熱が伝達されることで、ホルダ２０のＸ方向一端側から他端側に向かって低くなる一方向への温度勾配が形成されなくなり、Ｘ方向において一方のヒータ４０Ａから離れても、他方のヒータ４０Ｂからの熱の影響を受けるようになるため、電池ブロック単位内でのＸ方向にける温度勾配が低減されることになる。

また、Ｙ方向に直線状に延びるヒータ４０Ａ，４０Ｂの各端部４１Ａ，４１Ｂが、ホルダ２０の一端（２６，２５）側から電池ブロックの略中央部位よりもホルダ２０の他端（２５，２６）側に位置するように設けられているので、Ｙ方向における温度バラツキが抑制された温度分布が形成され易くなる。なお、ヒータ４０Ａ，４０Ｂは、ホルダ２０の一端（２６，２５）側からホルダ２０の他端（２５，２６）側まで延びるように構成してもよい。

また、ホルダ２０は、Ｘ方向に長尺状に形成されているが、ホルダの長尺方向において複数の単電池１０がＹ方向に沿って複数に区画されているため、ヒータ４０Ａ，４０Ｂによる昇温の際に、Ｘ方向及びＹ方向に並び、各単電池１０間が並列に接続された単電池１０群のブロック単位で、温度バラツキが抑制された昇温を行うことができる。特に、長尺状に形成されるホルダ２０（電池モジュール１）において、一対のヒータ４０Ａ，４０Ｂが、ホルダ２０のＸ方向両端から挟み込むように配置されることで、並列接続される単電池１０群のブロック単位内でのＸ方向における温度勾配をより低減させることができるとともに、Ｘ方向に並ぶ電池ブロック１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ間での温度バラツキも低減させることができる。

次に、図７を参照して本実施例の変形例について説明する。図７は、電池モジュール１の加熱の様子を示す図である。本変形例は、ヒータ４０Ａがホルダ２０のＸ方向一端側にのみに設けられ、他端側にヒータ４０Ｂが設けられていない。なお、一点鎖線は、ヒータ４０Ａからホルダ２０に伝達される熱の様子を示している。

図７に示すように、ヒータ４０ＡがＹ方向に直線状に延びているため、Ｙ方向に沿った温度バラツキが抑制され、Ｙ方向に略平行な均一の温度分布が形成される。このとき、ヒータ４０Ａが設けられるＸ方向端部２３から他端側のＸ方向端部２４に向かうにつれて、温度が低くなる温度勾配が形成される。

しかしながら、本実施例の電池モジュール１は、複数の単電池１０がＸ方向において複数の電池ブロックに区画され、電池ブロック１００Ａ，１００Ｂ，１００ＣがＸ方向に並んでいるので、ヒータ４０Ａから遠ざかるにつれて温度が低くなり、電池ブロック１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ間での温度バラツキが大きくなるものの、図４に示したように、電池ブロック単位でのＸ方向における温度勾配を小さくすることができる。

このようにＹ方向に沿って直線状のヒータ４０Ａのみを配置しても、Ｙ方向に沿って複数の単電池１０が区画され、並列接続される単電池１０群がＸ方向に並ぶように配置されているので、電池ブロック単位では、Ｘ方向における温度勾配が低減される。したがって、ヒータ４０Ａのみによる昇温の際に、Ｙ方向に沿って区画された電池ブロック単位でＸ方向に並ぶ並列接続された単電池１０群毎の温度バラツキが抑制された昇温を行うことができる。

以上、本発明の実施例について説明したが、上記電池モジュール１において、並列接続される単電池１０群を、３つではなく、４つ以上の単電池１０群に区画することもできる。この場合、Ｘ方向に対して区画する数、言い換えれば、Ｘ方向に並び、互いに直列に接続される単電池１０群の数が多ければ多いほど、電池ブロック単位当たりのＸ方向のブロック長が短くなるため、１つの電池ブロック内のＸ方向における温度バラツキをさらに低減させることができる。区画数に応じて図３に示したバスバーユニットを構成する一対のバスバー１４，１５の数を増やして構成することができる。

また、上記電池モジュール１は、ホルダ２０をＸ方向に長尺状に形成しているが、Ｙ方向に長尺状に形成したり、略正方形に形成したりしてもよい。このような場合であっても、Ｙ方向に沿って直線状にヒータ４０Ａ，４０Ｂを配置し、かつ、Ｙ方向に沿って複数の単電池１０が区画され、並列接続される単電池１０群がＸ方向に並ぶように配置されていれば、Ｙ方向に沿って区画された電池ブロック単位でＸ方向に並ぶ並列接続された単電池１０群毎の温度バラツキが抑制された昇温を行うことができる。

さらに、上記電池モジュール１において、例えば、ホルダ２０を、電池モジュール１の下側ではなく、電池モジュール１の上側に設けることができる。この場合、上側に設けられるホルダ２０に対応し、ホルダ２０とホルダ２０の上方に配置されるカバー部材３２との間に排出スペースＳが設けられるように構成することができる。ヒータ４０Ａ，４０Ｂは、上述した実施例同様に、ホルダ２０のＸ方向端部において、Ｙ方向に直線状に設けることができる。

また、複数の単電池１０は、負極端子１２側のＺ方向一端がホルダ２０によって保持されているが、例えば、Ｚ方向において単電池２０の略中央部位が保持されるように、開口部２１に各単電池１０を挿入することができる。

１：電池モジュール、１０：単電池、１１：正極端子、１２：負極端子、１４：バスバー、１５：バスバー、１６，１７：リード部、２０：ホルダ、２１：開口部、２２Ａ，２２Ｂ：挿通穴、３０：モジュールケース、３１，３２：カバー部材、４０Ａ，４０Ｂ：ヒータ、１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ：電池ブロック

Claims (5)

1. 所定方向に延びる複数の蓄電素子と、
   前記複数の蓄電素子それぞれが挿入される複数の開口部が、前記所定方向と直交する平面内に配置されたホルダと、
   前記ホルダの前記平面における第１方向の端部に設けられ、前記平面において前記第１方向と直交する第２方向に沿って直線状に配置される、前記ホルダを介して前記蓄電素子を昇温させるためのヒータと、
   前記第１方向において前記複数の蓄電素子を前記第２方向に沿って複数のブロックに区画し、前記ブロック毎に前記ブロック内に含まれる前記蓄電素子間を並列に接続するための第１バスバーと、前記第１方向に隣り合う前記ブロック間を直列に接続するための第２バスバーと、を備えるバスバーユニットと、
   を有することを特徴とする蓄電モジュール。
2. 前記ヒータは、前記ホルダの前記第１方向の端部両側にそれぞれ設けられ、前記第２方向に沿って配置される一対の前記ヒータが、前記複数の蓄電素子全体を前記第１方向から挟み込むように配置されていることを特徴とする請求項１に記載の蓄電モジュール。
3. 前記ヒータは、前記ホルダの前記第１方向の端部に形成された挿通穴に挿通され、前記ホルダ内部に埋め込まれていることを特徴とする請求項１又は２に記載の蓄電モジュール。
4. 前記ヒータは、前記第２方向における前記ホルダの一端側から直線状に延びているとともに、前記ヒータの端部が前記ブロックの略中央部位よりも前記第２方向における前記ホルダの他端側に位置するように前記第２方向に沿って配置されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の蓄電モジュール。
5. 前記ホルダは、前記第１方向に長尺状に形成されており、
   前記開口部は、前記第１方向に複数配置され、かつ前記第１方向に並ぶ複数の前記開口部の列が、前記第２方向に複数配置されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載の蓄電モジュール。
   

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