JPWO2011135762A1 - 電池モジュール - Google Patents

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Abstract

素電池と、素電池（１００）の温度を調節する温度調節部（２５、２６、２７、２８）とを備えた電池モジュール（３００）であって、素電池（１００）は、複数個並列接続されて組電池（２００）を形成し、さらに組電池（２００）を複数個直列接続して構成される。温度調節部は、組電池毎に少なくとも１個の素電池の温度を調節する位置に配置されることにより、直列接続された素電池の少なくとも１個は放電を開始可能になるので、省電力で、車両などの始動時に必要な程度の電流を早期に放電可能とすることができる。

Description

本発明は、電池モジュールに関し、特に複数の二次電池である素電池と、素電池の温度を部分的に調節する温度調節装置とを備えた電池モジュールに関するものである。
複数の電池をケースに収容して、所定の電圧及び容量を出力できるようにした電池パックは、種々の機器、車両等の電源として広く使用されている。中でも、汎用的な電池を並列・直列接続して、所定の電圧及び容量を出力する組電池をモジュール化し、この電池モジュールを種々組み合わせることによって、多種多様な用途に対応可能とする技術が採用され始めている。このモジュール化技術は、電池モジュールに収容する電池を高性能化することによって、電池モジュール自身の小型・軽量化が図られるため、電池パックを組み立てる際の作業性が向上するとともに、車両等の限られた空間へ搭載する際の自由度が向上するなど、様々なメリットも有する。
例えば車両用の電源として、リチウムイオン二次電池を用いた上記の電池モジュールの開発が行われているが、リチウムイオン二次電池に限らず、電池の種類によって最適な作動温度範囲があるため、電池モジュールには温度を調節するための装置を搭載することが必要になる。
このような温度を調節する機構に関する記載が、例えば特許文献１にある。
特許文献１には、複数の電池を平行な姿勢で収納しているインナーケースと、インナーケースのリード板配置面に配設されて、電池両端の電極に連結されて隣接する電池を接続している金属板からなるリード板と、インナーケースを収納するアウターケースと、インナーケースとアウターケースとの間に配設されて電池を加温するシートヒータとを備え、シートヒータはインナーケースのリード板配置面に配設されて金属板のリード板を介して電池を加温しているパック電池の技術が開示されている。
特開２００７−２１３９３９号公報
しかしながら特許文献１に開示された技術は、寒冷地で使用して電池モジュール全体を均一な温度に加温するという技術であって、シートヒータの加熱による消費電力や、電池モジュールの早期放電という点での考慮が不足している。
例えば、寒冷地で車両の始動をする場合、特許文献１に開示されている構造では電池モジュール全体を加温するため、広範囲の加温をする消費電力が必要となる。また、直列に接続されている素電池の全てが加温されていないと、放電が開始されないので早期に放電が開始されない。
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、温度調節による消費電力を抑制し、電池モジュールの早期に放電を開始する電池パックを提供することを目的とする。
前記従来の課題を解決するために、本発明の電池モジュールは、素電池と、素電池の温度を調節する温度調節部とを備えた電池モジュールであって、素電池は、複数個並列接続されて組電池を形成し、さらに組電池を複数個直列接続し、温度調節部は、組電池毎に少なくとも１個の素電池の温度を調節する位置に配置されることを特徴とする。
本構成によって、電池モジュールにおいて、温度調整した素電池を直列に有することが出来るので、放電を早期に開始することが可能となる。
本発明の電池モジュールでは、各組電池の一部の素電池のみに温度調節部を設けることにより、省電力で、車両などの始動時に必要な程度の電流を早期に放電可能とすることができる。
図１は、本発明の一実施形態における電池モジュールに使用する素電池の構成を模式的に示した断面図である。 図２は、本発明の一実施形態における組電池の構成を模式的に示した分解斜視図である。 図３は、（ａ）は本発明の一実施形態における組電池の斜視図、（ｂ）は組電池の断面図、（ｃ）は（ｂ）のＡ部の部分拡大図である。 図４は、（ａ）〜（ｆ）は、本発明の一実施形態における電池モジュールの構成を模式的に示した分解斜視図である。 図５は、（ａ）は本発明の一実施形態における電池モジュールの概念図、（ｂ）は回路図である。 図６は、本発明の一実施形態における電池モジュールの斜視図である。 図７は、複数の電池モジュールを備えた電池パックを自動車に搭載した例を示した模式図である。 図８は、（ａ）〜（ｇ）は、本発明の一実施形態における他の電池モジュールの構成を模式的に示した分解斜視図である。 図９は、（ａ）は本発明の一実施形態における他の電池モジュールの概念図、（ｂ）は回路図である。 図１０は、（ａ）は本発明の一実施形態における他の電池モジュールの概念図、（ｂ）は回路図である。 図１１は、（ａ）は本発明の一実施形態におけるさらに他の電池モジュールの概念図、（ｂ）は回路図である。
以下本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の一実施形態における電池モジュールに使用する電池（以下、「素電池」という）１００の構成を模式的に示した断面図である。なお、本発明における電池パックは、複数の素電池１００が一列に配列された組電池を単位として、組電池を複数個配列して構成される電池モジュールの集合体として構成される。
本発明における組電池を構成する素電池１００は、例えば、図１に示すような、円筒形のリチウムイオン二次電池を採用することができる。このリチウムイオン二次電池は、ノート型パソコン等の携帯用電子機器の電源として使用される汎用電池であってもよい。この場合、高性能の汎用電池を、電池モジュールの素電池として使用することができるため、電池モジュールの高性能化、低コスト化をより容易に図ることができる。また、素電池１００は、内部短絡等の発生により電池内の圧力が上昇したとき、ガスを電池外に放出する安全機構を備えている。以下、図１を参照しながら、素電池１００の具体的な構成を説明する。
図１に示すように、正極１と負極２とがセパレータ３を介して捲回された電極群４が、非水電解液とともに、電池ケース７に収容されている。電極群４の上下には、絶縁板９、１０が配され、正極１は、正極リード５を介してフィルタ１２に接合され、負極２は、負極リード６を介して負極端子を兼ねる電池ケース７の底部に接合されている。
フィルタ１２は、インナーキャップ１３に接続され、インナーキャップ１３の突起部は、金属製の弁体１４に接合されている。さらに、弁体１４は、正極端子を兼ねる端子板８に接続されている。そして、端子板８、弁体１４、インナーキャップ１３、及びフィルタ１２が一体となって、ガスケット１１を介して、電池ケース７の開口部が封口されている。
素電池１００に内部短絡等が発生して、素電池１００内の圧力が上昇すると、弁体１４が端子板８に向かって膨れ、インナーキャップ１３と弁体１４との接合がはずれると、電流経路が遮断される。さらに素電池１００内の圧力が上昇すると、弁体１４が破断する。これによって、素電池１００内に発生したガスは、フィルタ１２の貫通孔１２ａ、インナーキャップ１３の貫通孔１３ａ、弁体１４の裂け目、そして、端子板８の開放部８ａを介して、外部へ排出される。
なお、素電池１００内に発生したガスを外部に排出する安全機構は、図１に示した構造に限定されず、他の構造のものであってもよい。
図２は、本実施形態における組電池２００の構成を模式的に示した分解斜視図で、図３（ａ）は組電池２００の斜視図、図３（ｂ）は組電池２００の断面図、図３（ｃ）は図３（ｂ）のＡ部の部分拡大図である。
図２に示すように、一列に配列された複数（図では６個）の素電池（筒状電池）１００は、ケース３０内に収容されて、図３（ａ）に示すような組電池２００を構成している。ここで、素電池１００の正極端子８は同一方向に揃って配列され、一列に配列された複数の素電池１００は電気的に並列に接続されている。これにより、組電池２００を単位に構成された電池モジュールを組み合わせて構成した電池パックにおいて、万一、組電池２００を構成する素電池１００の一つが故障しても、電池パックの電流供給を確保することができる。
具体的には、図２に示すように、平板２０の表面に、正極接続板２１と負極接続板２２とが形成され、正極接続板２１は、図３（ｃ）に示すように、平板２０に形成された開口部２０ａを介して、各素電池１００の正極端子８と接続している。また、各素電池１００の負極端子（電池ケース７の底部）は、負極バスバー２３で接続されており、負極バスバー２３の一部から延伸した導通部２４、２４ａを介して、平板２０に形成された負極接続板２２、２２ｂに接続されている。これにより、各素電池１００は、平板２０に形成された正極接続板２１及び負極接続板２２によって電気的に並列接続されている。
また、図３（ｃ）に示すように、平板２０は素電池１００の一端部（本実施形態では、正極端子８側）に密着して配設され、素電池１００の開放部８ａは、図３（ｂ）に示すように、正極接続板２１の開口部２１ｂを介して、平板２０と蓋４０との空間に設けられた排気ダクト５０に連通している。これにより、素電池１００の開放部８ａから排出される高温ガスは、平板２０に形成された開口部２０ａを介して排気ダクト５０に排出される。また、排気ダクト５０は、複数の素電池１００に対して略密閉状態で区画されているため、排気ダクト５０に排出された高温ガスは、周辺の素電池１００に曝されることなく、排気ダクト５０を介して、蓋４０に設けられた排出口４０ａから組電池２００外に放出させることができる。
また、平板２０の一端部は、図３（ａ）に示すように、蓋４０の排出口４０ａから外部に延出しており、正極接続板２１の端部に設けられた正極の電極端子２１ａ、及び負極接続板２２の端部に設けられた負極の電極端子２２ａが外部に露出している。これにより、組電池２００同士の電気的接続が容易になる。なお、平板２０は、正極及び負極の電極端子２１ａ、２２ａや、素電池１００の充放電を制御する信号を入出力する信号端子（不図示）が形成された配線基板であってもよい。
ここで、本発明における組電池２００は、複数の素電池１００が一列に配列されていればよく、素電池１００の正極端子８の向きや、素電池１００間の電気的な接続関係は特に制限されない。例えば、互いに隣接する素電池１００の正極端子８の向きを交互に変えて配列し、一列に配列された素電池１００を電気的に直列に接続するようにしてもよい。また、正極及び負極の電極端子２１ａ、２２ａや、素電池１００の充放電を制御する信号を入出力する信号端子は、必ずしも組電池２００に組み込まれていなくてもよい。
また、組電池２００は、必ずしもケース３０に収容されていなくてもよい。この場合、組電池２００には排気ダクト５０が形成されないが、後述するように、複数個の組電池２００で構成された電池モジュールをケースに入れることにより、電池モジュールに対して排気ダクトを形成することができる。
本発明における電池パックは、複数の電池モジュールを集合して構成されるが、この電池モジュールは、複数の素電池１００が一列に配列された組電池２００を単位として、組電池２００を複数個配列して構成される。
図４（ａ）〜（ｆ）は、本実施形態における電池モジュール３００の構成を模式的に示した分解斜視図で、図５（ａ）は本発明の一実施形態における電池モジュールの概念図、図５（ｂ）は回路図で、図６は、電池モジュール３００の斜視図である。
図４（ｃ）に示すように、複数（図では６個）の素電池が一列に配列された組電池２００を、複数個（図では４個）直列に配列して、電池モジュール３００を構成している。ここで、「直列に配列する」とは、複数の組電池２００を、複数の素電池が一列に配列するＸ方向（列方向）に対して垂直なＹ方向に配列することをいう。
電池モジュール３００は、複数個並列に配列された組電池２００の正極及び負極が、電気的に直列に接続されている。具体的には、平板２０の表面に形成された各組電池２００の正極の電極端子２１ａ及び負極の電極端子２２ａが、互いに電気的に直列に接続されている。なお、Ｘ方向に配列した素電池１００の負極端子（電池ケースの底部）は、負極バスバー２３で接続されており、負極バスバー２３の一部から延伸した導通部２４を介して、平板２０に形成された負極接続板２２に接続されている。
負極バスバー２３の下には、組電池２００毎に一部の素電池の温度を加温する温度調節部２５が配置されている。図４（ｅ）では、Ｘ方向の５番目、６番目の２個の電池をＹ方向の４列、合計８個の素電池を負極側から温度調節するように配置している。図５に示すように、電池モジュールを正極側から見た概念図で説明すると、直列接続された４列の組電池において、各２個ずつ素電池が温度調節されることになる。言い換えると、温度調節部２５は、隣の組電池２００の温度調節される素電池に隣接する素電池の温度を調節する位置に配置する。これにより、組電池２００の中で一部の素電池を急速に温度調節できるので、早期の放電を可能とすることができる。
ここで、平板２０は、図２に示したように、各組電池２００毎に設ける代わりに、電池モジュール３００全体で一つの平板２０を構成してもよい。また、ケース３０も、組電池２００毎にケースに入れる代わりに、電池モジュール３００全体で一つのケース３０に収容し、蓋４０で蓋をしてもよい。また、図６に示すように、平板２０の一端部を蓋４０の排出口から外部に延出させ、電池モジュール３００全体の正極及び負極の電極端子２１ａ、２２ａを外部に露出させてもよい。これにより、電池モジュール３００同士の電気的接続が容易になる。
図７は、複数の電池モジュールを備えた電池パックを自動車に搭載した例を示した模式図である。後部座席の下にある比較的広い空間には、電池モジュール３００を２段に配置し、前後座席間のフロアの下にある狭い空間には、電池モジュール３００を、１段に配置することによって、限られた空間に電池モジュールを効率よく配置することができる。
また、本発明における電池パックは、所定の電圧及び容量を出力できるように、外寸法の異なる２種類以上の電池モジュールを適宜組み合わせて構成してもよく、各電池モジュール３００の個数や配列の仕方は、電池パックを搭載する空間の大きさによって適宜選択すればよい。
かかる構成によれば、複数の素電池を並列に接続された組電池を複数個直列接続した電池モジュールにおいて、各組電池の一部の素電池のみに温度調節部を設けることにより、省電力で、車両などの始動時に必要な程度の電流を早期に放電可能とすることができる。
なお、本実施例において、素電池をＸ方向に６個、Ｙ方向に４個とし、温度調節部２５をＸ方向に２個でＹ方向４列の素電池に対して配置するとしたが、素電池の数は限定しない。その場合、素電池をＸ方向にＮ個、Ｙ方向にＬ個とし、温度調節部２５をＸ方向にＭ個（Ｍ：１〜Ｎ−１の整数）でＹ方向Ｌ列の素電池に対して配置するとすればよい。
なお、本実施例において、温度調節部２５を素電池の負極２側に配置させるとしたが、図８のように温度調節部２６を素電池の正極１側で、素電池と平板２０の間にも配置させるとしても良い。このとき、温度調節部２６は正極１の位置に穴が開いており、正極１が正極接続板２１に接することを可能としている。また、負極２側を取り除き、正極１側のみとしてもよい。
なお、本実施例において、温度調節部２５を隣の組電池２００の温度調節される素電池に隣接する素電池の温度を調節する位置に配置するとしたが、図９のように温度調節部２７を隣の組電池２００の温度調節されない素電池に隣接する素電池の温度を調節する位置に点在させて配置するとしても良い。これにより、各組電池２００の中で一部の素電池を急速に温度調節でき、車両の始動時に必要な程度の電流を早期に放電可能とすることができると共に、温度調節部２５の周辺の素電池も温度調節することが可能であるため、温度調節部２５の少しの消費電力で電池モジュール全体の温度調整を行うことができる。
なお、本実施例において、温度調節部２５を組電極２００の一部の素電池のみに配置するとしたが、図１０のように温度調節部２５で温度調節されていない素電池にも温度調節部２８を配置するとしてもよい。この場合、温度調節部２５と温度調節部２８を制御する制御部２９を更に備える。そして、制御部２９は、車両などの始動時に温度調節部２５のみで温度調整を行って、電池モジュール３００から放電を開始させる。そして、更なる放電量が必要なときに、温度調節部２８も温度調節を行って、全ての素電池からの放電を行わせる。
なお、本実施例において、組電極２００同士を接続する導線を図５では２本としたが、図１０のように素電池１００毎に配線するとしてもよい。そして、温度調節部２５をその導線に沿って配置することにより、温度調節部２５により加温された素電池１００からの電流を最も効率よく、隣接する組電池２００で加温された素電池１００に流すことができる。
さらに、図１０のように素電池１００毎に配線した上で、図１１に示すように、加熱しない素電池１００を回路から切り離すスイッチ２９１を設けるようにしてもよい。このスイッチ２９１は、制御部２９０により５個のスイッチが全開および全閉のいずれかの状態になるように操作され、以下のように動作する。
（１）制御部２９０が温度調節部２５により素電池１００を温度調節して温度調節部２８により素電池１００を温度調節していないときにはスイッチ２９１を開いて、温度調節された素電池１００と温度調節されていない素電池１００とを切り離し、温度調節された素電池１００からのみ放電する。
（２）制御部２９０が温度調節部２５および温度調節部２８により素電池１００を温度調節するときにはスイッチ２９１を閉じて、温度調節された、全ての素電池１００から放電する。
このようにすると、上述した（１）の場合に、以下の利点がある。すなわち、温度が上昇した素電池１００の内部抵抗は低くなるため、スイッチ２９１が閉じていると、温度調節された素電池１００へ温度調節されていない素電池１００から電流が流れ込んで、十分な放電電力を得ることができない。そして、スイッチ２９１を開くと、温度調節された素電池１００のみから放電されるため、電池モジュール３００の中の温度調節された素電池１００のみに放電負荷を集中させることができる。回路から切り離され放電に用いられる素電池１００は、放電に伴う化学反応熱または／およびジュール熱によりさらに温度が上昇する。このため、車両の始動時に必要な程度の電流を早期に放電可能とすることができると共に、温度調節部２５の少しの消費電力で電池モジュール全体の温度調整を行うことができる。
以上、本発明を好適な実施形態により説明してきたが、こうした記述は限定事項ではなく、もちろん、種々の改変が可能である。例えば、上記実施形態においては、電池モジュール３００を構成する組電池２００は、電気的に直列に接続されてＹ方向に直線的に配置する例を説明したが、電気的に直列に接続されていればＸ方向に配置されていてもよい。また、素電池１００を円筒形電池としたが、角形電池であってもよい。また、素電池の種類は特に制限されず、例えば、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池等を使用することができる。
本発明は、自動車、電動バイク又は電動遊具等の駆動用電源として有用である。
１ 正極
２ 負極
３ セパレータ
４ 電極群
５ 正極リード
６ 負極リード
７ 電池ケース
８ 端子板（正極端子）
８ａ 開放部
９、１０ 絶縁板
１１ ガスケット
１２ フィルタ
１２ａ 貫通孔
１３ インナーキャップ
１３ａ 貫通孔
１４ 弁体
２０ 平板
２０ａ 開口部
２１ 正極接続板
２１ａ、２２ａ 電極端子
２１ｂ 開口部
２２ 負極接続板
２３ 負極バスバー
２４ 導通部
２５、２６、２７、２８ 温度調節部
３０ ケース
４０ 蓋
４０ａ 排出口
５０ 排気ダクト
１００ 素電池
２００ 組電池
３００ 電池モジュール
本発明は、電池モジュールに関し、特に複数の二次電池である素電池と、素電池の温度を部分的に調節する温度調節装置とを備えた電池モジュールに関するものである。
複数の電池をケースに収容して、所定の電圧及び容量を出力できるようにした電池パックは、種々の機器、車両等の電源として広く使用されている。中でも、汎用的な電池を並列・直列接続して、所定の電圧及び容量を出力する組電池をモジュール化し、この電池モジュールを種々組み合わせることによって、多種多様な用途に対応可能とする技術が採用され始めている。このモジュール化技術は、電池モジュールに収容する電池を高性能化することによって、電池モジュール自身の小型・軽量化が図られるため、電池パックを組み立てる際の作業性が向上するとともに、車両等の限られた空間へ搭載する際の自由度が向上するなど、様々なメリットも有する。
例えば車両用の電源として、リチウムイオン二次電池を用いた上記の電池モジュールの開発が行われているが、リチウムイオン二次電池に限らず、電池の種類によって最適な作動温度範囲があるため、電池モジュールには温度を調節するための装置を搭載することが必要になる。
このような温度を調節する機構に関する記載が、例えば特許文献１にある。
特許文献１には、複数の電池を平行な姿勢で収納しているインナーケースと、インナーケースのリード板配置面に配設されて、電池両端の電極に連結されて隣接する電池を接続している金属板からなるリード板と、インナーケースを収納するアウターケースと、インナーケースとアウターケースとの間に配設されて電池を加温するシートヒータとを備え、シートヒータはインナーケースのリード板配置面に配設されて金属板のリード板を介して電池を加温しているパック電池の技術が開示されている。
特開２００７−２１３９３９号公報
しかしながら特許文献１に開示された技術は、寒冷地で使用して電池モジュール全体を均一な温度に加温するという技術であって、シートヒータの加熱による消費電力や、電池モジュールの早期放電という点での考慮が不足している。
例えば、寒冷地で車両の始動をする場合、特許文献１に開示されている構造では電池モジュール全体を加温するため、広範囲の加温をする消費電力が必要となる。また、直列に接続されている素電池の全てが加温されていないと、放電が開始されないので早期に放電が開始されない。
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、温度調節による消費電力を抑制し、電池モジュールの早期に放電を開始する電池パックを提供することを目的とする。
前記従来の課題を解決するために、本発明の電池モジュールは、素電池と、素電池の温度を調節する温度調節部とを備えた電池モジュールであって、素電池は、複数個並列接続されて組電池を形成し、さらに組電池を複数個直列接続し、温度調節部は、組電池毎に少なくとも１個の素電池の温度を調節する位置に配置されることを特徴とする。
本構成によって、電池モジュールにおいて、温度調整した素電池を直列に有することが出来るので、放電を早期に開始することが可能となる。
本発明の電池モジュールでは、各組電池の一部の素電池のみに温度調節部を設けることにより、省電力で、車両などの始動時に必要な程度の電流を早期に放電可能とすることができる。
本発明の一実施形態における電池モジュールに使用する素電池の構成を模式的に示した断面図 本発明の一実施形態における組電池の構成を模式的に示した分解斜視図 （ａ）は本発明の一実施形態における組電池の斜視図、（ｂ）は組電池の断面図、（ｃ）は（ｂ）のＡ部の部分拡大図 （ａ）〜（ｆ）は、本発明の一実施形態における電池モジュールの構成を模式的に示した分解斜視図 （ａ）は本発明の一実施形態における電池モジュールの概念図、（ｂ）は回路図 本発明の一実施形態における電池モジュールの斜視図 複数の電池モジュールを備えた電池パックを自動車に搭載した例を示した模式図 （ａ）〜（ｇ）は、本発明の一実施形態における他の電池モジュールの構成を模式的に示した分解斜視図 （ａ）は本発明の一実施形態における他の電池モジュールの概念図、（ｂ）は回路図 （ａ）は本発明の一実施形態における他の電池モジュールの概念図、（ｂ）は回路図 （ａ）は本発明の一実施形態におけるさらに他の電池モジュールの概念図、（ｂ）は回路図
以下本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の一実施形態における電池モジュールに使用する電池（以下、「素電池」という）１００の構成を模式的に示した断面図である。なお、本発明における電池パックは、複数の素電池１００が一列に配列された組電池を単位として、組電池を複数個配列して構成される電池モジュールの集合体として構成される。
本発明における組電池を構成する素電池１００は、例えば、図１に示すような、円筒形のリチウムイオン二次電池を採用することができる。このリチウムイオン二次電池は、ノート型パソコン等の携帯用電子機器の電源として使用される汎用電池であってもよい。この場合、高性能の汎用電池を、電池モジュールの素電池として使用することができるため、電池モジュールの高性能化、低コスト化をより容易に図ることができる。また、素電池１００は、内部短絡等の発生により電池内の圧力が上昇したとき、ガスを電池外に放出する安全機構を備えている。以下、図１を参照しながら、素電池１００の具体的な構成を説明する。
図１に示すように、正極１と負極２とがセパレータ３を介して捲回された電極群４が、非水電解液とともに、電池ケース７に収容されている。電極群４の上下には、絶縁板９、１０が配され、正極１は、正極リード５を介してフィルタ１２に接合され、負極２は、負極リード６を介して負極端子を兼ねる電池ケース７の底部に接合されている。
フィルタ１２は、インナーキャップ１３に接続され、インナーキャップ１３の突起部は、金属製の弁体１４に接合されている。さらに、弁体１４は、正極端子を兼ねる端子板８に接続されている。そして、端子板８、弁体１４、インナーキャップ１３、及びフィルタ１２が一体となって、ガスケット１１を介して、電池ケース７の開口部が封口されている。
素電池１００に内部短絡等が発生して、素電池１００内の圧力が上昇すると、弁体１４が端子板８に向かって膨れ、インナーキャップ１３と弁体１４との接合がはずれると、電流経路が遮断される。さらに素電池１００内の圧力が上昇すると、弁体１４が破断する。これによって、素電池１００内に発生したガスは、フィルタ１２の貫通孔１２ａ、インナーキャップ１３の貫通孔１３ａ、弁体１４の裂け目、そして、端子板８の開放部８ａを介して、外部へ排出される。
なお、素電池１００内に発生したガスを外部に排出する安全機構は、図１に示した構造に限定されず、他の構造のものであってもよい。
図２は、本実施形態における組電池２００の構成を模式的に示した分解斜視図で、図３（ａ）は組電池２００の斜視図、図３（ｂ）は組電池２００の断面図、図３（ｃ）は図３（ｂ）のＡ部の部分拡大図である。
図２に示すように、一列に配列された複数（図では６個）の素電池（筒状電池）１００は、ケース３０内に収容されて、図３（ａ）に示すような組電池２００を構成している。ここで、素電池１００の正極端子８は同一方向に揃って配列され、一列に配列された複数の素電池１００は電気的に並列に接続されている。これにより、組電池２００を単位に構成された電池モジュールを組み合わせて構成した電池パックにおいて、万一、組電池２００を構成する素電池１００の一つが故障しても、電池パックの電流供給を確保することができる。
具体的には、図２に示すように、平板２０の表面に、正極接続板２１と負極接続板２２とが形成され、正極接続板２１は、図３（ｃ）に示すように、平板２０に形成された開口部２０ａを介して、各素電池１００の正極端子８と接続している。また、各素電池１００の負極端子（電池ケース７の底部）は、負極バスバー２３で接続されており、負極バスバー２３の一部から延伸した導通部２４、２４ａを介して、平板２０に形成された負極接続板２２、２２ｂに接続されている。これにより、各素電池１００は、平板２０に形成された正極接続板２１及び負極接続板２２によって電気的に並列接続されている。
また、図３（ｃ）に示すように、平板２０は素電池１００の一端部（本実施形態では、正極端子８側）に密着して配設され、素電池１００の開放部８ａは、図３（ｂ）に示すように、正極接続板２１の開口部２１ｂを介して、平板２０と蓋４０との空間に設けられた排気ダクト５０に連通している。これにより、素電池１００の開放部８ａから排出される高温ガスは、平板２０に形成された開口部２０ａを介して排気ダクト５０に排出される。また、排気ダクト５０は、複数の素電池１００に対して略密閉状態で区画されているため、排気ダクト５０に排出された高温ガスは、周辺の素電池１００に曝されることなく、排気ダクト５０を介して、蓋４０に設けられた排出口４０ａから組電池２００外に放出させることができる。
また、平板２０の一端部は、図３（ａ）に示すように、蓋４０の排出口４０ａから外部に延出しており、正極接続板２１の端部に設けられた正極の電極端子２１ａ、及び負極接続板２２の端部に設けられた負極の電極端子２２ａが外部に露出している。これにより、組電池２００同士の電気的接続が容易になる。なお、平板２０は、正極及び負極の電極端子２１ａ、２２ａや、素電池１００の充放電を制御する信号を入出力する信号端子（不図示）が形成された配線基板であってもよい。
ここで、本発明における組電池２００は、複数の素電池１００が一列に配列されていればよく、素電池１００の正極端子８の向きや、素電池１００間の電気的な接続関係は特に制限されない。例えば、互いに隣接する素電池１００の正極端子８の向きを交互に変えて配列し、一列に配列された素電池１００を電気的に直列に接続するようにしてもよい。また、正極及び負極の電極端子２１ａ、２２ａや、素電池１００の充放電を制御する信号を入出力する信号端子は、必ずしも組電池２００に組み込まれていなくてもよい。
また、組電池２００は、必ずしもケース３０に収容されていなくてもよい。この場合、組電池２００には排気ダクト５０が形成されないが、後述するように、複数個の組電池２００で構成された電池モジュールをケースに入れることにより、電池モジュールに対して排気ダクトを形成することができる。
本発明における電池パックは、複数の電池モジュールを集合して構成されるが、この電池モジュールは、複数の素電池１００が一列に配列された組電池２００を単位として、組電池２００を複数個配列して構成される。
図４（ａ）〜（ｆ）は、本実施形態における電池モジュール３００の構成を模式的に示した分解斜視図で、図５（ａ）は本発明の一実施形態における電池モジュールの概念図、図５（ｂ）は回路図で、図６は、電池モジュール３００の斜視図である。
図４（ｃ）に示すように、複数（図では６個）の素電池が一列に配列された組電池２００を、複数個（図では４個）直列に配列して、電池モジュール３００を構成している。ここで、「直列に配列する」とは、複数の組電池２００を、複数の素電池が一列に配列するＸ方向（列方向）に対して垂直なＹ方向に配列することをいう。
電池モジュール３００は、複数個並列に配列された組電池２００の正極及び負極が、電気的に直列に接続されている。具体的には、平板２０の表面に形成された各組電池２００の正極の電極端子２１ａ及び負極の電極端子２２ａが、互いに電気的に直列に接続されている。なお、Ｘ方向に配列した素電池１００の負極端子（電池ケースの底部）は、負極バスバー２３で接続されており、負極バスバー２３の一部から延伸した導通部２４を介して、平板２０に形成された負極接続板２２に接続されている。
負極バスバー２３の下には、組電池２００毎に一部の素電池の温度を加温する温度調節部２５が配置されている。図４（ｅ）では、Ｘ方向の５番目、６番目の２個の電池をＹ方向の４列、合計８個の素電池を負極側から温度調節するように配置している。図５に示すように、電池モジュールを正極側から見た概念図で説明すると、直列接続された４列の組電池において、各２個ずつ素電池が温度調節されることになる。言い換えると、温度調節部２５は、隣の組電池２００の温度調節される素電池に隣接する素電池の温度を調節
する位置に配置する。これにより、組電池２００の中で一部の素電池を急速に温度調節できるので、早期の放電を可能とすることができる。
ここで、平板２０は、図２に示したように、各組電池２００毎に設ける代わりに、電池モジュール３００全体で一つの平板２０を構成してもよい。また、ケース３０も、組電池２００毎にケースに入れる代わりに、電池モジュール３００全体で一つのケース３０に収容し、蓋４０で蓋をしてもよい。また、図６に示すように、平板２０の一端部を蓋４０の排出口から外部に延出させ、電池モジュール３００全体の正極及び負極の電極端子２１ａ、２２ａを外部に露出させてもよい。これにより、電池モジュール３００同士の電気的接続が容易になる。
図７は、複数の電池モジュールを備えた電池パックを自動車に搭載した例を示した模式図である。後部座席の下にある比較的広い空間には、電池モジュール３００を２段に配置し、前後座席間のフロアの下にある狭い空間には、電池モジュール３００を、１段に配置することによって、限られた空間に電池モジュールを効率よく配置することができる。
また、本発明における電池パックは、所定の電圧及び容量を出力できるように、外寸法の異なる２種類以上の電池モジュールを適宜組み合わせて構成してもよく、各電池モジュール３００の個数や配列の仕方は、電池パックを搭載する空間の大きさによって適宜選択すればよい。
かかる構成によれば、複数の素電池を並列に接続された組電池を複数個直列接続した電池モジュールにおいて、各組電池の一部の素電池のみに温度調節部を設けることにより、省電力で、車両などの始動時に必要な程度の電流を早期に放電可能とすることができる。
なお、本実施例において、素電池をＸ方向に６個、Ｙ方向に４個とし、温度調節部２５をＸ方向に２個でＹ方向４列の素電池に対して配置するとしたが、素電池の数は限定しない。その場合、素電池をＸ方向にＮ個、Ｙ方向にＬ個とし、温度調節部２５をＸ方向にＭ個（Ｍ：１〜Ｎ−１の整数）でＹ方向Ｌ列の素電池に対して配置するとすればよい。
なお、本実施例において、温度調節部２５を素電池の負極２側に配置させるとしたが、図８のように温度調節部２６を素電池の正極１側で、素電池と平板２０の間にも配置させるとしても良い。このとき、温度調節部２６は正極１の位置に穴が開いており、正極１が正極接続板２１に接することを可能としている。また、負極２側を取り除き、正極１側のみとしてもよい。
なお、本実施例において、温度調節部２５を隣の組電池２００の温度調節される素電池に隣接する素電池の温度を調節する位置に配置するとしたが、図９のように温度調節部２７を隣の組電池２００の温度調節されない素電池に隣接する素電池の温度を調節する位置に点在させて配置するとしても良い。これにより、各組電池２００の中で一部の素電池を急速に温度調節でき、車両の始動時に必要な程度の電流を早期に放電可能とすることができると共に、温度調節部２７の周辺の素電池も温度調節することが可能であるため、温度調節部２７の少しの消費電力で電池モジュール全体の温度調整を行うことができる。
なお、本実施例において、温度調節部２５を組電極２００の一部の素電池のみに配置するとしたが、図１０のように温度調節部２５で温度調節されていない素電池にも温度調節部２８を配置するとしてもよい。この場合、温度調節部２５と温度調節部２８を制御する制御部２９を更に備える。そして、制御部２９は、車両などの始動時に温度調節部２５のみで温度調整を行って、電池モジュール３００から放電を開始させる。そして、更なる放電量が必要なときに、温度調節部２８も温度調節を行って、全ての素電池からの放電を行わせる。
なお、本実施例において、組電極２００同士を接続する導線を図５では２本としたが、図１０のように素電池１００毎に配線するとしてもよい。そして、温度調節部２５をその導線に沿って配置することにより、温度調節部２
５により加温された素電池１００からの電流を最も効率よく、隣接する組電
池２００で加温された素電池１００に流すことができる。
さらに、図１０のように素電池１００毎に配線した上で、図１１に示すように、加熱しない素電池１００を回路から切り離すスイッチ２９１を設けるようにしてもよい。このスイッチ２９１は、制御部２９０により５個のスイッチが全開および全閉のいずれかの状態になるように操作され、以下のように動作する。
（１）制御部２９０が温度調節部２５により素電池１００を温度調節して温度調節部２８により素電池１００を温度調節していないときにはスイッチ２９１を開いて、温度調節された素電池１００と温度調節されていない素電池１００とを切り離し、温度調節された素電池１００からのみ放電する。
（２）制御部２９０が温度調節部２５および温度調節部２８により素電池１００を温度調節するときにはスイッチ２９１を閉じて、温度調節された、全ての素電池１００から放電する。
このようにすると、上述した（１）の場合に、以下の利点がある。すなわち、温度が上昇した素電池１００の内部抵抗は低くなるため、スイッチ２９１が閉じていると、温度調節された素電池１００へ温度調節されていない素電池１００から電流が流れ込んで、十分な放電電力を得ることができない。そして、スイッチ２９１を開くと、温度調節された素電池１００のみから放電されるため、電池モジュール３００の中の温度調節された素電池１００のみに放電負荷を集中させることができる。回路から切り離され放電に用いられる素電池１００は、放電に伴う化学反応熱または／およびジュール熱によりさらに温度が上昇する。このため、車両の始動時に必要な程度の電流を早期に放電可能とすることができると共に、温度調節部２５の少しの消費電力で電池モジュール全体の温度調整を行うことができる。
以上、本発明を好適な実施形態により説明してきたが、こうした記述は限定事項ではなく、もちろん、種々の改変が可能である。例えば、上記実施形態においては、電池モジュール３００を構成する組電池２００は、電気的に直列に接続されてＹ方向に直線的に配置する例を説明したが、電気的に直列に接続されていればＸ方向に配置されていてもよい。また、素電池１００を円筒形電池としたが、角形電池であってもよい。また、素電池の種類は特に制限されず、例えば、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池等を使用することができる。
本発明は、自動車、電動バイク又は電動遊具等の駆動用電源として有用である。
１ 正極
２ 負極
３ セパレータ
４ 電極群
５ 正極リード
６ 負極リード
７ 電池ケース
８ 端子板（正極端子）
８ａ 開放部
９、１０ 絶縁板
１１ ガスケット
１２ フィルタ
１２ａ 貫通孔
１３ インナーキャップ
１３ａ 貫通孔
１４ 弁体
２０ 平板
２０ａ 開口部
２１ 正極接続板
２１ａ、２２ａ 電極端子
２１ｂ 開口部
２２ 負極接続板
２３ 負極バスバー
２４ 導通部
２５、２６、２７、２８ 温度調節部
３０ ケース
４０ 蓋
４０ａ 排出口
５０ 排気ダクト
１００ 素電池
２００ 組電池
３００ 電池モジュール

Claims (7)

  1. 素電池と、
    前記素電池の温度を調節する温度調節部とを備えた電池モジュールであって、
    前記素電池は、複数個並列接続されて組電池を形成し、さらに前記組電池を複数個直列接続し、
    前記温度調節部は、前記組電池毎に少なくとも１個の素電池の温度を調節する位置に配置されることを特徴とする電池モジュール。
  2. 前記複数の素電池は、平面配置されており、
    前記温度調節部は、正極側或いは負極側の少なくともいずれか一方に配置されることを特徴とする請求項１記載の電池モジュール。
  3. 前記温度調節部は、隣接する組電池の温度調節される素電池に隣接する素電池の温度を調節することを特徴とする請求項１記載の電池モジュール。
  4. 前記温度調節部は、隣の組電池の温度調節されない素電池に隣接する素電池の温度を調節することを特徴とする請求項１記載の電池モジュール。
  5. 素電池と、
    前記素電池の温度を調節する第１、第２の温度調節部と、
    前記第１、第２の温度調節部を制御する制御部とを備えた電池モジュールであって、
    前記素電池は、複数個並列接続されて組電池を形成し、さらに組電池を複数個直列接続し、
    前記第１の温度調節部は、前記組電池毎に少なくとも１個の素電池の温度を調節する位置に配置され、
    前記第２の温度調節部は、前記前記第１の温度調節部が配置されていない素電池の温度調節を行う位置に配置され
    前記制御部は、当該電池モジュールの始動時に、前記第１の温度調節部をオンにし、前記第２の温度調節部をオフにすることを特徴とする電池モジュール。
  6. 前記第１の温度調節部は、前記組電池を接続する導線で直列接続された素電池に沿って配置することを特徴とする請求項５記載の電池モジュール。
  7. 前記制御部が前記第１の温度調節部をオンにし前記第２の温度調節部をオフにしているときに、前記第１の温度調節部により温度が調節される素電池と、前記第２の温度調節部により温度が調節される素電池とを電気的に切り離すことを特徴とする請求項５記載の電池モジュール。



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