特許 7607123 高温動作型の二次電池の単電池およびモジュール電池

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-12-18

(45)【発行日】2024-12-26

(54)【発明の名称】高温動作型の二次電池の単電池およびモジュール電池

(51)【国際特許分類】

   H01M 10/617 20140101AFI20241219BHJP

   H01M 10/613 20140101ALI20241219BHJP

   H01M 10/615 20140101ALI20241219BHJP

   H01M 10/627 20140101ALI20241219BHJP

   H01M 10/643 20140101ALI20241219BHJP

   H01M 10/654 20140101ALI20241219BHJP

   H01M 10/6557 20140101ALI20241219BHJP

   H01M 10/6563 20140101ALI20241219BHJP

   H01M 10/6571 20140101ALI20241219BHJP

   H01M 10/658 20140101ALI20241219BHJP

   H01M 50/251 20210101ALI20241219BHJP

   H01M 50/253 20210101ALI20241219BHJP

【ＦＩ】

H01M10/617

H01M10/613

H01M10/615

H01M10/627

H01M10/643

H01M10/654

H01M10/6557

H01M10/6563

H01M10/6571

H01M10/658

H01M50/251

H01M50/253

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2023525713

(86)(22)【出願日】2022-05-18

(86)【国際出願番号】 JP2022020618

(87)【国際公開番号】W WO2022255099

(87)【国際公開日】2022-12-08

【審査請求日】2023-11-21

(31)【優先権主張番号】P 2021090970

(32)【優先日】2021-05-31

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000004064

【氏名又は名称】日本碍子株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100088672

【弁理士】

【氏名又は名称】吉竹 英俊

(74)【代理人】

【識別番号】100088845

【弁理士】

【氏名又は名称】有田 貴弘

(74)【代理人】

【識別番号】100134991

【弁理士】

【氏名又は名称】中尾 和樹

(74)【代理人】

【識別番号】100148507

【弁理士】

【氏名又は名称】喜多 弘行

(72)【発明者】

【氏名】福原 基広

【審査官】杉田 恵一

(56)【参考文献】

【文献】特開平１０－２９４１２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－０６０４７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１２－５２８４５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０２１－５２４９８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２００２／００２５４７１（ＵＳ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１５／０５６７３９（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１９／２２１８６０（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｍ １０／６１３

Ｈ０１Ｍ １０／６１５

Ｈ０１Ｍ １０／６１７

Ｈ０１Ｍ １０／６２７

Ｈ０１Ｍ １０／６４３

Ｈ０１Ｍ １０／６５４

Ｈ０１Ｍ １０／６５５７

Ｈ０１Ｍ １０／６５６３

Ｈ０１Ｍ １０／６５７１

Ｈ０１Ｍ １０／６５８

Ｈ０１Ｍ ５０／２５１

Ｈ０１Ｍ ５０／２５３

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

高温動作型の二次電池の単電池であって、
正極部と負極部とを備える円筒状の本体部と、
前記本体部の周囲に環装されてなり、少なくとも円筒状の金属部と前記金属部の外側面に環装された絶縁部とを含む外装部と、
導電性の線材が巻回されることによって前記絶縁部の外側面に設けられたコイルと、
を備え、
前記金属部が、
前記本体部の外側面と接触させて設けられ、前記本体部の変形を拘束する内管と、
前記内管の外側面と接触させて設けられた外管と、
の２層構成を有してなり、
前記金属部においては、少なくとも前記外管が、前記コイルの両端部間に高周波交流電流が通電されることにより誘導加熱される、
ことを特徴とする、高温動作型の二次電池の単電池。

【請求項2】

請求項１に記載の高温動作型の二次電池の単電池であって、
前記線材が中空の金属製のパイプである、
ことを特徴とする、高温動作型の二次電池の単電池。

【請求項3】

高温動作型の二次電池のモジュール電池であって、
断熱構造を有する収容容器と、
前記収容容器に収容された、それぞれが請求項１または請求項２に記載の単電池である複数の単電池と、
前記複数の単電池のそれぞれに備わる前記コイルに高周波交流電流を通電可能な少なくとも一つの高周波交流電流発生装置と、
を備え、
前記高周波交流電流発生装置が前記コイルに前記高周波交流電流を通電することによって前記金属部が誘導加熱され、
前記収容容器においては、前記複数の単電池の全てが前記収容容器と隣接する、
ことを特徴とするモジュール電池。

【請求項4】

高温動作型の二次電池のモジュール電池であって、
断熱構造を有する収容容器と、
前記収容容器に収容された、それぞれが請求項２に記載の単電池である複数の単電池と、
前記複数の単電池のそれぞれに備わる前記コイルに高周波交流電流を通電可能な少なくとも一つの高周波交流電流発生装置と、
前記収容容器の側部に付設されたダクトと、
前記ダクトに対して冷却気体を供給可能なブロアと、
を備え、
前記高周波交流電流発生装置が前記コイルに前記高周波交流電流を通電することによって前記金属部が誘導加熱され、
前記コイルの一方端部が前記収容容器の側部を貫通して前記ダクト内に延在してなり、
前記コイルの他方端部が前記収容容器の側部を貫通して外部に延在してなり、
前記ブロアが供給した前記冷却気体が前記コイルの内部を流通することで前記複数の単電池のそれぞれにおいて生じる熱が排出される、
ことを特徴とするモジュール電池。

【請求項5】

請求項４に記載の高温動作型の二次電池のモジュール電池であって、
前記収容容器においては、前記複数の単電池の全てが前記収容容器と隣接する、
ことを特徴とするモジュール電池。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、高温動作型の二次電池およびこれを多数接続してなるモジュール電池に関するものであり、特に、それらの温度制御のための構成に向けられてなる。

【背景技術】

【0002】

電力系統に接続して使用される蓄電池として、ナトリウム－硫黄電池（以下、ＮａＳ電池と称する）がすでに公知である。単一のＮａＳ電池（単電池）は概略、活物質である金属ナトリウム（Ｎａ）と硫黄（Ｓ）とが、Ｎａイオン伝導性を有する固体電解質であるベータアルミナをセパレータとしてセル（電池容器）に隔離収納された構造を有する、高温動作型の二次電池である。運転温度は約３００℃であり、単電池においては、係る運転温度において溶融（液体）状態にある両活物質の電気化学反応により、起電力が発生する。

【0003】

ＮａＳ電池は通常、所望の容量および出力を確保するために、複数の単電池（集合電池）を相互に接続し断熱の収容容器に収容したモジュール電池の形で使用される（例えば、特許文献１参照）。モジュール電池においては、それぞれに複数の単電池を直列に接続した複数の回路（ストリング）が並列に接続されることでブロックが構成されており、複数の該ブロックが直列に接続されている。

【0004】

複数の単電池から構成されたＮａＳ電池のモジュール電池を従来よりもさらに高出力かつ長時間運転したいという一般的なニーズが存在する。これを例えば、特許文献１に開示されているような、複数のストリングが並列に接続されてなる従来のモジュール電池において実現するのであれば、一見、ストリングを構成する単電池の個数（直接接続数）を増やすことや、ブロックの数を増やすことで、容易になし得るようにも思料される。

【0005】

しかしながら、特許文献１に開示されているような従来構成のモジュール電池は、以下のような理由から、高出力化への適応が難しい場合がある。

【0006】

まず、モジュール電池においては一般に、待機時には単電池内の活物質を溶融状態に保つべく単電池を加熱する必要がある一方で、動作時（充放電時）には活物質の反応により生じる熱を速やかに外部へと逃がす必要がある。特許文献１に開示されてなるモジュール電池の場合、係る要請に対応するべく、単電池の収容容器は断熱構造とされており、底面および内側面にはヒータが配置されてなる一方で、排熱のためのファンおよびダクトも設けられてなる。そして、このような構成の収容容器内に、複数の単電池が縦横に多数個ずつ（３個以上ずつ）配列される態様にて２次元的に収容されてなる。

【0007】

仮に、同様の構成を維持しつつ収容容器を大型化して単電池の収容個数を増やすことによって従来よりも高出力化を図ろうした場合、収容容器内の温度分布の均一性を維持するのが困難となる。具体的には、高出力化に伴い動作時（充放電時）の収容容器内における発熱量が増大するほど、収容容器の中央部からの排熱が困難となって、中央部の温度が端縁部に比して高くなる。係る場合、該中央部に配置された単電池が収容容器の端部に配置された単電池よりも高温化するため放電時の反応熱および通電加熱により許容温度に早く到達する。また、収容容器の端部に配置された単電池は中央部に配置された単電池よりも温度が低いために化学的内部抵抗が高い。そのため、単電池の配列の仕方を従来通りとしつつ収容容器を大型化して単電池の収容個数を増やしたモジュール電池の場合、列ごとの通電電流が不均等となり保有電気量の有効利用が阻害される。一方でヒータの加熱により単電池が高温状態に維持される待機時においても、収容容器内部全体の温度分布を均一にすることが難しくなる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【文献】国際公開第２０１５／０５６７３９号

【発明の概要】

【0009】

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、高温動作型の二次電池のモジュール電池における温度の均一性を安定的に確保するための技術を提供することを、目的とする。

【0010】

上記課題を解決するため、本発明の第１の態様は、高温動作型の二次電池の単電池であって、正極部と負極部とを備える円筒状の本体部と、前記本体部の周囲に環装されてなり、少なくとも円筒状の金属部と前記金属部の外側面に環装された絶縁部とを含む外装部と、導電性の線材が巻回されることによって前記絶縁部の外側面に設けられたコイルと、を備え、前記金属部が、前記本体部の外側面と接触させて設けられ、前記本体部の変形を拘束する内管と、前記内管の外側面と接触させて設けられた外管と、の２層構成を有してなり、前記金属部においては、少なくとも前記外管が、前記コイルの両端部間に高周波交流電流が通電されることにより誘導加熱される、ことを特徴とする。

【0012】

また、本発明の第２の態様は、第１の態様に係る高温動作型の二次電池の単電池であって、前記線材が中空の金属製のパイプである、ことを特徴とする。

【0013】

また、本発明の第３の態様は、高温動作型の二次電池のモジュール電池であって、断熱構造を有する収容容器と、前記収容容器に収容された、それぞれが第１または第２の態様に係る単電池である複数の単電池と、前記複数の単電池のそれぞれに備わる前記コイルに高周波交流電流を通電可能な少なくとも一つの高周波交流電流発生装置と、を備え、前記高周波交流電流発生装置が前記コイルに前記高周波交流電流を通電することによって前記金属部が誘導加熱され、前記収容容器においては、前記複数の単電池の全てが前記収容容器と隣接する、ことを特徴とする。

【0014】

また、本発明の第４の態様は、高温動作型の二次電池のモジュール電池であって、断熱構造を有する収容容器と、前記収容容器に収容された、それぞれが第２の態様に係る単電池である複数の単電池と、前記複数の単電池のそれぞれに備わる前記コイルに高周波交流電流を通電可能な少なくとも一つの高周波交流電流発生装置と、前記収容容器の側部に付設されたダクトと、前記ダクトに対して冷却気体を供給可能なブロアと、を備え、前記高周波交流電流発生装置が前記コイルに前記高周波交流電流を通電することによって前記金属部が誘導加熱され、前記コイルの一方端部が前記収容容器の側部を貫通して前記ダクト内に延在してなり、前記コイルの他方端部が前記収容容器の側部を貫通して外部に延在してなり、前記ブロアが供給した前記冷却気体が前記コイルの内部を流通することで前記複数の単電池のそれぞれにおいて生じる熱が排出される、ことを特徴とする。

【0015】

また、本発明の第５の態様は、第４の態様に係る高温動作型の二次電池のモジュール電池であって、前記収容容器においては、前記複数の単電池の全てが前記収容容器と隣接する、ことを特徴とする。

【0016】

本発明の第１または第２の態様によれば、複数の単電池を収容容器に収容してモジュール電池を構成する場合において、コイルの両端部間に高周波交流電流を通電して金属部を誘導加熱することにより、個々の単電池を独立に加熱することが出来る。これにより、単電池を高温に維持する必要があるモジュール電池の待機時において、それぞれの単電池に備わる金属部を誘導加熱することにより、収容容器内の単電池の温度の均一性を安定的に確保することが出来る。

【0017】

特に、第２の態様によれば、複数の単電池を収容容器に収容してモジュール電池を構成する場合において、それぞれの単電池に備わるコイルにおいてパイプの両端部間に所定の流体を流通させることが可能となるので、係るパイプに冷却気体を流通させることで、個々の単電池を独立に冷却することが出来る。単電池内での活物質の反応により生じた熱を外部へと排出する必要があるモジュール電池の充放電時に、係る流通を行うことにより、収容容器内の単電池の温度の均一性を安定的に確保することが出来る。

【0018】

また、本発明の第３の態様によれば、モジュール電池において、個々の単電池を独立に加熱することが出来る。これにより、単電池を高温に維持する必要があるモジュール電池の待機時において、それぞれの単電池に備わる金属部を誘導加熱することにより、収容容器内の単電池の温度の均一性を安定的に確保することが出来る。また、それぞれの単電池に熱電対を設けるなどして、各単電池の温度を個別に測定することにより、単電池を個別に制御することも可能となる。

【0019】

また、本発明の第４および第５の態様によれば、モジュール電池において、それぞれの単電池に備わるコイルのパイプに冷却気体を流通させることで、個々の単電池を独立に冷却することが出来る。単電池内での活物質の反応により生じた熱を外部へと排出する必要があるモジュール電池の充放電時に、係る流通を行うことにより、収容容器内の単電池の温度の均一性を安定的に確保することが出来る。

【0020】

また、本発明の第３および第５の態様によれば、モジュール電池において、周囲を他の単電池のみに囲繞された単電池が存在しないので、収容容器の内部において周縁部に配置された単電池と中央部に配置された単電池との間に温度差が生じるという問題が、構成上生じない。これにより、収容容器内における温度の均一性がさらに安定的に得られる。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】単電池１の概略的な構成を示す側面図である。

【図2】単電池１の概略的な構成を示す平面図である。

【図3】モジュール電池１００の概略的な構成を示す平面図である。

【図4】モジュール電池１００の概略的な構成を示す側面図である。

【図5】モジュール電池１００の温度制御に関するブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0022】

＜単電池およびモジュール電池の構成＞
図１および図２はそれぞれ、本実施の形態に係る単電池１の概略的な構成を示す側面図および平面図である。図３および図４はそれぞれ、本実施の形態に係るモジュール電池１００の（より詳細にはその本体部の）概略的な構成を示す平面図および側面図である。図５は、モジュール電池１００の温度制御に係るブロック図である。

【0023】

図１に示すように、単電池１は、金属ナトリウム（Ｎａ）と硫黄（Ｓ）とを活物質とし、両者を離隔するセパレータとしてＮａイオン伝導性を有する固体電解質であるベータアルミナが用いられてなる有底円筒形の電池本体１ａの側面（側周面）に、これと同軸の円筒形をなす外装部１ｂを環装した構造を有する、高温動作型の二次電池である。電池本体１ａの一方端においては、周縁部から正極端子１ｐが、中央部から負極端子１ｎが、それぞれ突出している。

【0024】

これに加え、単電池１の外側面には、金属製（例えば銅製、その他アルミニウム製なども可）のパイプ（中空の金属線材あるいは細管）が巻回されることによってコイル１０が設けられてなる。

【0025】

外装部１ｂは、電池本体１ａの外側面（アルミナ製）と接触する円筒状の金属部５と、金属部５の外側面と接触する同じく円筒状の絶縁部６とから構成される。金属部５はさらに、内管５ａと外管５ｂとが同心円状に積層された２層構成を有する。

【0026】

内管５ａは、鞘管とも称され、モジュール電池１００の使用時および待機時に高温となる電池本体１ａが変形することを防ぐために（電池本体１ａの変形を拘束するために）設けられる、金属製（例えばステンレス製）の円筒状の部材である。係る目的を果たすという点からは、内管５ａは数百μｍ～数ｍｍ程度の厚みに設けられればよい。

【0027】

外管５ｂは、モジュール電池１００の待機時に単電池１を（より詳細には当該外管５ｂが環装された電池本体１ａを）加熱する際の加熱源として利用するべく設けられる、金属製（例えば鋼製）の円筒状の部材である。

【0028】

具体的には、単電池１の外側面には上述のようにコイル１０が設けられてなり、外管５ｂは、モジュール電池１００に備わる所定の交流電源（交流電流発生装置）である加熱電源２０によりコイル１０の２つの端部１０ａおよび端部１０ｂ（以下、両端１０ａ、１０ｂとも称する）の間に高周波交流電流が通電されることによって生じる渦電流にて誘導加熱される。そして、この誘導加熱された外管５ｂが熱源となって、当該単電池１が加熱されるようになっている。なお、外管５ｂに加えて内管５ａも誘導加熱され、単電池１の加熱に寄与する態様であってもよい。

【0029】

外管５ｂの厚みやコイル１０におけるパイプの厚み、巻数などは、係る誘導加熱による単電池１の加熱が好適に実現されるように適宜に定められてよい。外管５ｂは通常、加熱対象である単電池１と該外管５ｂとの熱容量が同等となる質量が得られる程度の厚みに、設けられる。係る条件をみたす外管５ｂとしては、外径が１００ｍｍ程度で、厚さが３ｍｍ程度のものが例示される。

【0030】

なお、金属部５が内管５ａと外管５ｂとの２層構成を有することは必須の態様ではなく、金属部５が内管５ａと外管５ｂのそれぞれに要求される性能を有した一の金属製の円筒状の部材にて構成される態様であってもよい。すなわち、一の円筒状の部材からなる金属部５が、電池本体１ａの変形を拘束する機能と、単電池１の加熱源としての機能とを、ともに有する態様であってもよい。

【0031】

絶縁部６は、金属部５とコイル１０とを絶縁するために設けられた、主として絶縁体（例えばマイカ）からなる円筒状の部材である。絶縁部６は、係る絶縁が好適に行われる一方で、外管５ｂの誘導加熱の妨げとならない厚みにて設けられる。

【0032】

そして、本実施の形態においては、図３に示すように、それぞれが以上のような構成を有する複数の単電池１（集合電池とも称する）が収容容器３０に収容されることによって、モジュール電池１００が構成されてなる。

【0033】

収容容器３０は、概略、外面３１ａおよび内面３１ｂが金属板からなるとともに、その側面および底面においてそれら金属板の間に断熱材３２が充填された直方体状の容器である。以降においては、収容容器３０の平面視長手方向に沿った一対の外面３１ａおよび一対の内面３１ｂをそれぞれ外面３１ａ１、内面３１ｂ１と称し、平面視短手方向に沿った一対の外面３１ａおよび一対の内面３１ｂをそれぞれ外面３１ａ２、内面３１ｂ２と称する。また、収容容器３０は、その底部および側部（側辺部）を支持枠３３にて支持されてなる。

【0034】

また、図３および図４に示すように、収容容器３０の一対の外面３１ａ１のそれぞれには、ブロア４１（４１ａ、４１ｂ）と、これに連続するダクト４２（４２ａ、４２ｂ）とが付設されてなる。さらに、収容容器３０内の適宜の位置には、図３および図４においては図示を省略する温度センサ３５（図５）が設けられており、収容容器３０内の温度をモニタできるようになっている。温度センサ３５には公知のものを使用可能であり、その個数および配置位置、種類などは、モジュール電池１００の動作に支障を来さず、かつ、所望の温度を精度よく測定出来る限りにおいて、適宜に定められてよい。

【0035】

より詳細には、収容容器３０の上部には、収容容器３０内の断熱を確保する目的で、図示しない蓋体が配置される。蓋体は、収容容器３０と同様、外面および内面が金属板からなるとともに、内部に断熱材が充填された構成を有する。また、収容容器３０内の配置物以外の隙間には、砂材が充填される。砂材は、単電池１において破損、異常加熱、活物質の漏洩などの不具合が生じた場合に周囲に対する影響を低減する目的で、充填される。砂材としては、膨張ひる石（バーミキュライト）や珪砂などが例示される。

【0036】

また、好ましくは、断熱構造の維持の容易さと高断熱性の両立の観点から、収容容器３０および蓋体には、真空断熱構造ではなく大気断熱構造が採用される。なお、大気断熱構造にて十分な断熱性能を確保する観点からは、断熱材の熱伝導率は小さいほど好ましく、一般的なグラスウール断熱材の熱伝導率の半分以下である、２０ｍＷ／ｍ・Ｋ以下であることがより好ましい。その場合、真空断熱構造が採用される場合に比して収容容器３０や蓋体の厚みを過度に増大させることなく、モジュール電池１００の動作に必要な断熱性を確保することが出来る。

【0037】

本実施の形態に係るモジュール電池１００においては、それぞれが円筒状をなす単電池１が、正極端子１ｐと負極端子１ｎが備わる側の端部を上方とする姿勢にて、平面視長手方向に沿って２列に並べられて、収容容器３０に収容される。図３に示す場合においては、各列８個ずつの単電池１が配列されてなる。換言すれば、係る単電池１の配列形態に合わせて、収容容器３０の形状が定められてなる。

【0038】

係る収容容器３０内においては、隣り合って配置された単電池１の一方の正極端子１ｐと他方の負極端子１ｎとが接続端子Ｃ１にて電気的に接続されることで、複数の単電池１が直列に接続された回路（ストリング）が形成されてなる。ただし、図３においては、一部の接続端子Ｃ１のみを図示している。

【0039】

さらに、収容容器３０内において端部に配置された４つの単電池１には、収容容器３０の外部との間で電気的接続を図るための外部接続端子Ｃ２が接続されている。外部接続端子Ｃ２は、収容容器３０の側部において外部へと貫通させられてなる。より詳細には、係る貫通は、外部接続端子Ｃ２と収容容器３０の外面３１ａ１および内面３１ｂ１との電気的絶縁を確保しつつなされている。

【0040】

また、それぞれの単電池１の外側面に設けられてなるコイル１０の両端１０ａ、１０ｂについてもそれぞれ、収容容器３０の側部において外部へと貫通させられてなる。係る貫通も、コイル１０と収容容器３０の外面３１ａ１および内面３１ｂ１との電気的絶縁を確保しつつなされている。

【0041】

より具体的には、一方の端部１０ａはダクト４２内に突出している。換言すれば、端部１０ａはダクト４２に覆われている。これに対し、もう一方の端部１０ｂは収容容器３０の外部に露出してなる。加えて、図３および図４においては図示を省略しているが、それぞれの単電池１にて外側面に巻回されてなるコイル１０の両端１０ａ、１０ｂは、収容容器３０外に備わる加熱電源２０に接続されてなる。

【0042】

上述したように、コイル１０は中空のパイプを巻回することによって設けられてなる。それゆえ、コイル１０においては、加熱電源２０により通電が可能であることに加えて、その内部に流体を通すことも可能となっている。換言すれば、本実施の形態に係る単電池１においては、両端１０ａ、１０ｂの間で通電と内部に（パイプに）流体を流通させることの双方が可能なコイル１０が、電池本体１ａに巻回されてなる。

【0043】

本実施の形態に係るモジュール電池１００においては、係る構成を利用し、待機時にはコイル１０による誘導加熱にてそれぞれの単電池１を個別に加熱する一方、充放電時には、ブロア４１を駆動させてダクト４２内に外部から常温あるいは低温の冷却気体（例えば常温の空気）を供給することによって、該ダクト４２に突出した一方の端部１０ａからコイル１０内へと強制的に冷却気体を導入し、他方の端部１０ｂから排出させることができるようになっている。前者によれば、待機時にそれぞれの単電池１が同じ条件にて加熱されることで、収容容器３０内の温度分布が均一化される。後者によれば、充放電時にコイル１０が巻回されてなるそれぞれの単電池１にて生じた熱が、当該コイル１０を流れる冷却気体により奪われることで、収容容器内の温度分布が均一化される。

【0044】

すなわち、本実施の形態に係るモジュール電池１００においては、収容容器３０に収容されてなる全ての単電池１において個別に、待機時の加熱と充放電時の排熱とが行えるようになっており、これにより、待機時と充放電時の双方において、個々の単電池１における温度の均一性を安定的に確保出来るようになっている。

【0045】

また、コイル１０に対する通電にて個々の単電池１を直接に加熱するので、従来のモジュール電池よりも単電池１を効率的に加熱することが出来る。それゆえ、本実施の形態に係るモジュール電池１００においては、従来のモジュール電池に比して小電力での加熱が可能である。これにより、本実施の形態に係るモジュール電池１００においては、大気断熱構造を採用しつつも、十分な断熱性を確保出来るようになっている。

【0046】

しかも、本実施の形態に係るモジュール電池１００においては、図３に示すように、複数の単電池１が収容容器３０内に２列に収容されることで、全ての単電池１が収容容器３０と隣接している。換言すれば、単電池が多数列に配列されて収容容器に収容されていた従来のモジュール電池とは異なり、周囲を他の単電池１のみに囲繞された単電池１が存在しない。それゆえ、本実施の形態に係るモジュール電池１００においては、従来のモジュール電池において生じていたような、収容容器の内部において周縁部に配置された単電池と中央部に配置された単電池との間に温度差が生じるという問題が、構成上生じないようになっている。すなわち、本実施の形態に係るモジュール電池１００においては、係る単電池１の収容態様が、収容容器３０内における温度の均一性をさらに安定化させる効果を有している。

【0047】

なお、図３に示す場合であれば、収容容器３０には、８個ずつ２列に計１６個の単電池１が収容されているにすぎない。係る収容容器３０における単電池１の収容個数は、一の収容容器に単電池を縦横ともに多数列に収容してなる従来のモジュール電池に比して、かなり少ない。例えば、特許文献１には、１２×２２＝２６４個の単電池が一の収容容器に収容される場合が例示されている。このことは、本実施の形態に係るモジュール電池１００の単独での出力は、従来のモジュール電池よりも相当に小さいということを意味する。もちろん、本実施の形態に係るモジュール電池１００においても、１列あたりの個数を増やすことで出力は増大可能であるが、係る対応は収容容器の形状（アスペクト比）の点から限界がある。

【0048】

しかしながら、係る問題は、モジュール電池１００を複数個用意し、それぞれの収容容器３０に収容され互いに接続されてなる複数の単電池１（つまりは集合電池）を一つの接続単位として、直列接続および並列接続を適宜に行い、従来のモジュール電池と同等の出力が得られるようにすることで、解消することが可能である。

【0049】

好ましくは、収容容器３０が平面的あるいは立体的に連接（連結や積層）可能な構造とされ、当該構造を利用することで、複数のモジュール電池１００が、一の収容容器に多数の単電池を収容してなる従来のモジュール電池と同等の占有面積あるいは占有体積にて配置される。その際、個々のモジュール電池１００はそれぞれに断熱構造を有する収容容器３０を備え、かつ、待機時および充放電時の当該収容容器３０内の温度の均一性は独立に確保されるようになっているので、占有面積あるいは占有体積が従来のモジュール電池と同等であったとしても、温度の不均一の問題が生じることはない。

【0050】

むしろ、従来のモジュール電池に比して、収容容器における温度の均一性の安定性という点で優れていることから、本実施の形態に係るモジュール電池１００においては、従来のモジュール電池においては不均一が生じるために行い得なかった高い出力での運転も、行うことが可能である。

【0051】

＜モジュール電池における温度制御＞
図５は、モジュール電池１００の温度制御に関するブロック図である。モジュール電池１００における待機時および充放電時の温度制御は、図３および図４に図示した本体部とは別体に設けられたモジュール電池１００のコントローラ５０により行われる。

【0052】

コントローラ５０は、モジュール電池１００の待機時や充放電時の動作を制御する電池動作制御部５１と、待機時および充放電時の双方において収容容器３０の温度を制御する温度制御部５２とを主に備える。コントローラ５０は、ＣＰＵ、メモリ、ストレージなどを備えた専用あるいは汎用のコンピュータ（図示省略）において所定の動作プログラムが実行されることで実現可能とされており、電池動作制御部５１と温度制御部５２とは、係るコンピュータにおいて仮想的構成要素として実現される。

【0053】

温度制御部５２は、ブロア制御部５３と加熱制御部５４とを備える。ブロア制御部５３と加熱制御部５４とはそれぞれ、収容容器３０に備わる温度センサ３５からの出力信号に応じて、収容容器３０の一対の外面３１ａ１のそれぞれに備わるブロア４１ａおよび４１ｂと、それぞれの単電池１に備わるコイル１０を加熱するための加熱電源２０の動作を制御する。なお、図５においては、図３に示すモジュール電池１００に対応して、８個×２列＝１６個の単電池１のそれぞれに備わるコイル１０をコイル１０＜１＞～１０＜１６＞と表し、それらコイル１０＜１＞～１０＜１６＞のそれぞれに接続される加熱電源２０を加熱電源２０＜１＞～２０＜１６＞と表している。ただし、加熱電源２０をコイル１０に１対１に対応させて設ける必要はなく、一の加熱電源２０が複数のコイル１０に対し電圧を印加する態様であってもよい。

【0054】

概略的にいえば、充放電時には、ブロア制御部５３による制御のもと、ブロア４１（４１ａ、４１ｂ）における送風動作のｏｎ／ｏｆｆが制御されることで、活物質の反応により発熱する単電池１の冷却がなされる。一方、待機時には、加熱制御部５４による制御のもと、加熱電源２０における通電動作のｏｎ／ｏｆｆが制御されることで、収容容器３０内の単電池１の温度が所定の待機温度（例えば３００℃程度）に維持される。

【0055】

これにより、本実施の形態に係るモジュール電池１００においては、充放電時および待機時のいずれにおいても、収容容器３０の内部が均一に、所望の温度に維持されるようになる。

【0056】

以上、説明したように、本実施の形態によれば、高温動作型の二次電池のモジュール電池に収容容器に収容される単電池の外側面に、金属製のパイプが巻回することによってコイルを設け、該コイルへの通電によって単電池の外装部に備わる金属部を誘導加熱できるようにするとともに、パイプに冷却気体を流通させることによる単電池からの排熱を可能とすることで、収容容器に収容されるそれぞれの単電池において個別に、待機時の加熱と充放電時の排熱とを行うことができる。

【0057】

これにより、充放電時および待機時のいずれにおいても、収容容器内における温度の均一性が高いモジュール電池が実現される。

【0058】

加えて、全ての単電池が収容容器と隣接するように収容容器に収容し、周囲を他の単電池のみに囲繞された単電池が存在しないようにすることで、収容容器内における温度の均一性がさらに高められたモジュール電池が実現される。

【0059】

＜変形例＞
上述の実施の形態においては、コイル１０が金属製のパイプにて設けられてなり、該コイル１０の両端１０ａ、１０ｂの間において通電と冷却気体の流通とが可能となっているが、コイル１０を導電性を有する（金属その他の）中実の線材にて設け、通電による加熱のみが行える構成の場合も、待機時に関しては、上述の実施の形態と同様の効果を得ることが可能である。係る場合、充放電時の冷却に関しては、適宜の代替手段が採用されてよいが、少なくとも、単電池１を２列に収容することにより収容容器３０内の温度の均一性を確保するという作用効果については、単電池１のサイズおよび性能、収容容器３０の断熱性能などが好適に定められることで、一定程度得ることが出来る。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】