(57)【要約】【課題】組電池モジュールの長期的な性能を良好に維持するとともに、所定の温度範囲での性能を良好にする。【解決手段】組電池モジュール１０は、直列に接続された複数の定格特性が同一の二次電池１２を備え、複数の二次電池１２の各々の充電深度が、複数の二次電池１２の各々の位置での温度変化による温度変化位置分布に応じて設定されている。複数の二次電池１２の各々の電圧によって充電深度を制御する制御部１３を備え、制御部１３は、複数の二次電池１２の各々の電圧を温度変化位置分布に応じて設定する。雰囲気温度が規定温度よりも高い温度領域で用いられる場合に、制御部１３は、温度変化位置分布において相対的に温度上昇が大きい位置と小さい位置とに対して、温度上昇が大きい位置の二次電池１２の電圧を、温度上昇が小さい位置の二次電池１２の電圧よりも小さくする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
直列に接続された複数の定格特性が同一の二次電池を備え、
前記複数の二次電池の各々の充電深度が、前記複数の二次電池の各々の位置での温度変化による温度変化位置分布に応じて設定されている、
ことを特徴とする組電池モジュール。
【請求項２】
前記複数の二次電池の各々の電圧によって前記充電深度を制御する制御手段を備え、
前記制御手段は、前記複数の二次電池の各々の電圧を、前記温度変化位置分布に応じて設定する、
ことを特徴とする請求項１に記載の組電池モジュール。
【請求項３】
前記制御手段は、前記温度変化位置分布において相対的に温度上昇が大きい位置と小さい位置とに対して、前記温度上昇が大きい位置の前記二次電池の電圧を、前記温度上昇が小さい位置の前記二次電池の電圧よりも小さくする、
ことを特徴とする請求項２に記載の組電池モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、組電池モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、直列に接続された複数の二次電池（セル）によって構成された組電池モジュールにおいて、複数の二次電池のエネルギーを均等化する装置が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−１９３２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、複数の二次電池のエネルギーを均等化することによって組電池モジュールとしての各時点での能力を最大限に活用することができることに対して、組電池モジュールの長期的な性能を良好に維持するとともに、所定の温度範囲での性能を良好にすることが望まれる場合がある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本実施形態の組電池モジュールは、直列に接続された複数の定格特性が同一の二次電池を備え、前記複数の二次電池の各々の充電深度が、前記複数の二次電池の各々の位置での温度変化による温度変化位置分布に応じて設定されている。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】実施形態の組電池モジュールの筐体の一部を省略して構成を示す斜視図である。
【図２】実施形態の組電池モジュールの平面図である。
【図３】実施形態の変形例の組電池モジュールの平面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下、実施形態の組電池モジュールについて添付図面を参照しながら説明する。
本実施形態の組電池モジュール１０は、図１に示すように、樹脂などから成る筐体１１と、筐体１１の内部に収容された複数の二次電池１２と、制御部１３と、を備えている。
複数の二次電池１２の各々は、例えば、リチウムイオン電池などの非水電解質二次電池であり、アルミニウムまたはアルミニウム合金で形成された扁平な略直方体形状の外装容器２１と、外装容器２１内に非水電解液と共に収納された電極体（図示略）と、を備えている。
各二次電池１２は、電極体の正極に接続された正極端子２２および負極に接続された負極端子２３を、例えば合成樹脂やガラスなどの絶縁体からなるガスケット２４を介して、外装容器２１の表面２１Ａに設けられた端子面２５（例えば、鉛直方向上方の上端面）上の長手方向両端部のそれぞれに備えている。
【０００８】
複数の二次電池１２は、隣り合う二次電池１２同士が互いの正極端子２２を負極端子２３に隣り合わせるように互いの側面２６（つまり、幅の広い長側面２６Ａおよび幅の狭い短側面２６Ｂのうちの長側面２６Ａ）を対向させて配列されている。隣り合う正極端子２２および負極端子２３は、導電性のアルミニウムまたは真鍮などの金属からなるバスバー２７により電気的に接続されている。これにより複数の二次電池１２は、複数のバスバー２７により電気的に直列に接続されている。
【０００９】
複数の二次電池１２の各々は同一の定格特性を有している。複数の二次電池１２の各々は、筐体１１の内部の位置での温度変化による温度変化位置分布に応じた充電深度を有している。つまり、複数の二次電池１２の各々は、組電池モジュール１０が組み立てられる際に、予め把握されている温度変化位置分布（つまり、組電池モジュール１０の充放電に伴う筐体１１の内部の温度変化位置分布）に応じた充電深度を有するようにして筐体１１の内部に収容されている。
【００１０】
例えば、組電池モジュール１０が置かれる周囲温度が２５℃などの常温の使用環境にある場合、図１および図２に示すように直線状に直列に配列された複数の二次電池１２（例えば、１０個の二次電池３１，…，４０）においては、配列方向の端部に配置された二次電池１２の放熱が促進（もしくは蓄熱が抑制）され、配列方向の中央部に配置された二次電池１２の放熱が抑制（もしくは蓄熱が促進）される。したがって、組電池モジュール１０の充放電時における複数の二次電池１２の配列方向における温度変化位置分布は、例えば、配列方向の端部から中央部に向かうことに伴い、温度上昇が増大傾向に変化する。
これに伴い、組電池モジュール１０が用いられる場合には、配列方向の中央部の二次電池１２の充電深度が、端部の二次電池１２の充電深度よりも小さくなるように設定されている。つまり、相対的に温度上昇が大きい位置の二次電池１２の充電深度を、相対的に温度上昇が小さい位置の二次電池１２の充電深度よりも小さくするように設定されている。
【００１１】
制御部１３は、例えば筐体１１の内部に収容された制御回路基板（図示略）に実装された電圧検出回路４１、電流検出回路４２、および処理回路４３などを備えている。電圧検出回路４１は、複数の二次電池１２の各々の電圧を検出する。電流検出回路４２は、直列に接続された複数の二次電池１２に流れる電流を検出する。処理回路４３は、電圧検出回路４１によって検出された複数の二次電池１２の各々の電圧に基づいて、複数の二次電池１２の各々の充電深度を制御する。
上述したように複数の二次電池１２の各々は、予め筐体１１の内部の温度変化位置分布に応じた充電深度を有するようにして筐体１１の内部に収容されている。これにより処理回路４３は、相対的に温度上昇が大きい位置の二次電池１２の電圧を、相対的に温度上昇が小さい位置の二次電池１２の電圧よりも小さくするように制御する。
【００１２】
例えば、処理回路４３は、直列に接続された複数の二次電池１２を充電する際には、複数の二次電池１２の少なくとも何れか１つの電圧が所定の閾電圧（充電電圧）に到達するまで、定電流充電などによって複数の二次電池１２の各々の電圧および充電深度を徐々に増大させる。そして、複数の二次電池１２の少なくとも何れか１つの電圧が所定の閾電圧（充電電圧）に到達した時点で複数の二次電池１２の充電を終了する。
これにより充電終了時点において、相対的に温度上昇が大きい位置の二次電池１２の電圧および充電深度は、相対的に温度上昇が小さい位置の二次電池１２の電圧および充電深度よりも小さくなっている。
【００１３】
上述したように、本実施形態による組電池モジュール１０によれば、予め複数の二次電池１２の各々は筐体１１の内部の温度変化位置分布に応じた充電深度を有し、相対的に温度上昇が大きい位置の二次電池１２の充電深度が、相対的に温度上昇が小さい位置の二次電池１２の充電深度よりも小さくなるように設定されている。これにより、充電および放電（充放電）の繰り返しによる温度上昇に起因して複数の二次電池１２間に温度分布が生じる場合であっても、この温度分布に応じて一部の二次電池１２の経年的な劣化が促進されてしまうことを防止することができる。そして、複数の二次電池１２の各々の劣化を均一化することができ、組電池モジュール１０全体としての所望の性能を長期間に亘って維持することができる。すなわち、複数の二次電池１２の一部のみで劣化が促進されることに起因して組電池モジュール１０全体としての寿命が早期に短くなってしまうことを防止し、組電池モジュール１０を長寿命化することができる。
【００１４】
（変形例）
なお、上述した実施形態では、電気的に直列に接続された複数の二次電池１２は直線状に直列に配列されているとしたが、これに限定されず、電気的に直列に接続された複数の二次電池１２は、他の各種の形態で配列されてもよい。
例えば、図３に示す変形例の組電池モジュール１０では、電気的に直列に接続された複数の二次電池１２（例えば、９個の二次電池５１，…，５９）は、複数行かつ複数列（例えば、３行３列）に配列され、複数の二次電池１２の全体として方形の外形を有するように配置されている。この変形例では、方形の端部の放熱が促進（もしくは蓄熱が抑制）され、方形の中央部の放熱が抑制（もしくは蓄熱が促進）される。したがって、組電池モジュール１０の充放電時における複数の二次電池１２間の温度変化位置分布は、例えば、方形の端部から中央部に向かうことに伴い、温度上昇が増大傾向に変化するように設定される。
これに伴い、組電池モジュール１０が用いられる場合には、方形の中央部の二次電池１２の充電深度が、端部の二次電池１２の充電深度よりも小さくなるように設定されている。つまり、相対的に温度上昇が大きい位置の二次電池１２の充電深度を、相対的に温度上昇が小さい位置の二次電池１２の充電深度よりも小さくするように設定されている。
【００１５】
（実施例１）
以下に、上述した実施形態の第１実施例（実施例１）および第１比較例（比較例１）について説明する。
上述した実施形態の第１実施例の組電池モジュール１０および第１比較例の組電池モジュールでは、図１および図２に示すように、定格特性として、充電電圧（定格）が２．７Ｖ、放電電圧（定格）が１．５Ｖ、および容量（定格）が５Ａｈである同一仕様の１０個の二次電池３１，…，４０が、電気的に直列に接続された状態で直線的に配列されている。
【００１６】
第１実施例では、配列方向の両端の２個の二次電池３１，４０の充電電圧（設定値）が２．７０Ｖ、他の８個の二次電池３２，…，３９の充電電圧（設定値）が２．６５Ｖに設定されている。そして、組電池モジュール１０の充電終了時に１０個の二次電池３１，…，４０の各々が設定された各充電電圧（設定値）を有するようにして、１０個の二次電池３１，…，４０の各々の充電深度が温度変化位置分布に応じて設定されている。
これに対して、第１比較例では、１０個の二次電池３１，…，４０の各々の充電電圧（設定値）が２．７Ｖとされ、組電池モジュールの充電終了時に１０個の二次電池３１，…，４０の各々が設定された同一の充電電圧（設定値）を有するようにして、１０個の二次電池３１，…，４０の各々の充電深度が同一に設定されている。
【００１７】
第１実施例の組電池モジュール１０および第１比較例の組電池モジュールに対して、初期状態の容量（モジュール容量）、所定運転後の容量維持率、および所定状態の放電容量を下記表１に示した。なお、所定運転は、例えば、雰囲気温度が４５℃の状態で１Ｃ充電と１Ｃ放電とを交互に行なうサイクルを５０００サイクル行なう運転である。所定状態は、例えば、雰囲気温度が−３０℃の状態で１Ｃ放電を行なう状態である。
【００１８】
【表１】
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【００１９】
上記表１によれば、第１比較例は、第１実施例に比べて、初期状態の容量が大きくなっているが、長期に亘る容量維持率は低い。
すなわち、温度変化位置分布にかかわらずに１０個の二次電池３１，…，４０の充電深度が同一に設定されている第１比較例では、組電池モジュールの充放電時において、相対的に温度が高い位置の二次電池は、相対的に温度が低い位置の二次電池よりも、早いタイミングで容量が低下するため、経年的な劣化が生じ易くなっている。これにより、１０個の二次電池３１，…，４０の一部で劣化が促進されることに起因して組電池モジュール全体としての寿命が早期に短くなっている。
これに対して、１０個の二次電池３１，…，４０の各々に温度変化位置分布に応じた充電深度が設定されている第１実施例では、組電池モジュール１０の充放電時の温度上昇に起因して１０個の二次電池３１，…，４０間に温度分布が生じる場合であっても、この温度分布に応じて一部の二次電池の経年的な劣化が促進されてしまうことが防止されている。これにより、１０個の二次電池３１，…，４０の各々の劣化を均一化することができ、組電池モジュール１０全体としての所望の性能を長期間に亘って維持することができる。
【００２０】
また、上記表１に記載したように、雰囲気温度が−３０℃の低温時、第１比較例に記載した組電池モジュールでは、初期状態の容量である５．０Ａｈから３．６Ａｈへと２８％の容量低下を示す。これに対し、第１実施例の組電池モジュール１０では、初期状態の容量である４．７Ａｈから３．６Ａｈへと約２３％の容量低下を示すだけであり、第１比較例に比べて大幅に容量低下を抑制している。
このように、本実施例記載の組お電池モジュール１０は、上述した充放電の繰り返しによる容量劣化を低減する効果に加えて、低温環境で使用することによる組電池モジュール１０全体としての容量低下も低減する効果を奏する。
【００２１】
（実施例２，実施例３）
以下に、上述した実施形態の第１変形例に係る第２実施例（実施例２）、第３実施例（実施例３）、および第２比較例（比較例２）について説明する。
上述した実施形態の第１変形例に係る第２実施例および第３実施例の組電池モジュール１０および第２比較例の組電池モジュールでは、図３に示すように、定格特性として、充電電圧（定格）が４．２Ｖ、放電電圧（定格）が３．０Ｖ、および容量（定格）が８Ａｈである同一仕様の９個の二次電池５１，…，５９が、電気的に直列に接続された状態で３行３列に配列され、９個の二次電池５１，…，５９の全体として方形の外形を有するように配置されている。
【００２２】
第２実施例では、９個の二次電池５１，…，５９の各々の短側面に平行な方向における方形の中央部の３個の二次電池５４，５５，５６の充電電圧（設定値）が４．１Ｖ、他の６個の二次電池５１，５２，５３，５７，５８，５９の充電電圧（設定値）が４．２Ｖに設定されている。そして、組電池モジュール１０の充電終了時に９個の二次電池５１，…，５９の各々が設定された各充電電圧（設定値）を有するようにして、９個の二次電池５１，…，５９の各々の充電深度が温度変化位置分布に応じて設定されている。
第３実施例では、方形の４つの隅部の４個の二次電池５１，５３，５７，５９の充電電圧（設定値）が４．２Ｖ、９個の二次電池５１，…，５９の各々の短側面に平行な方向における方形の中央部の３個の二次電池５４，５５，５６の充電電圧（設定値）が４．１Ｖ、他の２個の二次電池５２，５８の充電電圧（設定値）が４．１５Ｖに設定されている。そして、組電池モジュール１０の充電終了時に９個の二次電池５１，…，５９の各々が設定された各充電電圧（設定値）を有するようにして、９個の二次電池５１，…，５９の各々の充電深度が温度変化位置分布に応じて設定されている。
これらに対して、第２比較例では、９個の二次電池５１，…，５９の各々の充電電圧（設定値）が４．２Ｖとされ、組電池モジュールの充電終了時に９個の二次電池５１，…，５９の各々が設定された同一の充電電圧（設定値）を有するようにして、９個の二次電池５１，…，５９の各々の充電深度が同一に設定されている。
【００２３】
第２実施例および第３実施例の組電池モジュール１０および第２比較例の組電池モジュールに対して、初期状態の容量（モジュール容量）、所定運転後の容量維持率、および所定状態の放電容量を上記表１に示した。
【００２４】
上記表１によれば、第２比較例は、第２実施例および第３実施例に比べて、初期状態の容量が大きくなっているが、長期に亘る容量維持率が低い。
すなわち、温度変化位置分布にかかわらずに９個の二次電池５１，…，５９の充電深度が同一に設定されている第２比較例では、組電池モジュールの充放電時において、相対的に温度が高い位置の二次電池は、相対的に温度が低い位置の二次電池よりも、早いタイミングで容量が低下するため、経年的な劣化が生じ易くなっている。これにより、９個の二次電池５１，…，５９の一部で劣化が促進されることに起因して組電池モジュール全体としての寿命が早期に短くなっている。
これに対して、９個の二次電池５１，…，５９の各々に温度変化位置分布に応じた充電深度が設定されている第２実施例および第３実施例では、組電池モジュール１０の充放電時の温度上昇に起因して９個の二次電池５１，…，５９間に温度分布が生じる場合であっても、この温度分布に応じて一部の二次電池の経年的な劣化が促進されてしまうことが防止されている。これにより、９個の二次電池５１，…，５９の各々の劣化を均一化することができ、組電池モジュール１０全体としての所望の性能を長期間に亘って維持することができる。
【００２５】
なお、上記の実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【００２６】
例えば、上記の実施形態において、処理回路４３は、定電流充電によって複数の二次電池１２の各々の電圧および充電深度を徐々に増大させるとしたが、これに限定されず、他の形態の充電方法、例えば、定電流充電と定電圧充電との組み合わせなどによって複数の二次電池１２の各々を充電してもよい。
【符号の説明】
【００２７】
１０  組電池モジュール
１１  筐体
１２  二次電池
１３  制御部
３１〜４０  二次電池
４１  電圧検出回路
４２  電流検出回路
４３  処理回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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