JP2017162632A - 電池モジュール、電池、蓄電池、及び電気装置 - Google Patents

電池モジュール、電池、蓄電池、及び電気装置 Download PDF

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Abstract

【課題】発生させる磁界の小さな電池を容易に構築可能であり、エネルギー密度の高い電池モジュール等を提供する。【解決手段】実施形態の電池モジュール１００は、２つサブモジュール１２０Ｌ、１２０Ｒを備え、４つの端子を有している。２つのサブモジュール１２０Ｌ、１２０Ｒは、一体となっている。２つのサブモジュール１２０Ｌ、１２０Ｒは、それぞれ、直列接続された複数のセルで構成されるセル群を備える。セル群を構成する複数のセルは、セル内電流方向が平行となるように一列に並べられており、それぞれ、セル内電流方向が前記セル群内で隣にあるセルのセル内電流方向と反対向きとなっている。２つのサブモジュールは、それぞれ、セル群へ電流を入力する入力端子と、セル群から電流を出力する出力端子と、を備える。また、電池モジュールを複数のサブモジュールで構成することにより小型化を実現し、エネルギー密度を向上させる。【選択図】図４

Description

本発明の実施態様は、電池モジュール、蓄電池、及び電気装置に関する。
複数のセルを接続して１つの電池とすることがある。セルとは、電池を構成する最小単位のことである。
特表２００４−５１０３１８号公報
複数のセルで構成される電池は大きな電力を出力可能である。しかしながら、大きな電力を出力可能な電池は、電池内部に大きな電流が流れるので、外部に大きな磁界（漂遊磁界）を発生させる。磁界の発生を考慮に入れたうえで電池を設計することで、発生させる磁界の小さな電池を得ることができる。しかしながら、その設計には大きな労力がかかる。
本発明が解決しようとする課題は、発生させる磁界の小さな電池を容易に構築可能な電池モジュールを提供すること、並びに、その電池モジュールを使用した電池、蓄電池、及び電気装置を提供することである。
実施形態の電池モジュールは、２つサブモジュールを備え、４つの端子を有している。２つのサブモジュールは、一体となっている。２つのサブモジュールは、それぞれ、直列接続された複数のセルで構成されるセル群を備える。セル群を構成する複数のセルは、セル内電流方向が平行となるように一列に並べられており、それぞれ、セル内電流方向が前記セル群内で隣にある前記セルの前記セル内電流方向と反対向きとなっている。２つのサブモジュールは、それぞれ、セル群へ電流を入力する入力端子と、セル群から電流を出力する出力端子と、を備える。
実施形態１の電池を示す図である。 図１に示した電池の分解図である。 図１に示した電池の中央部分の分解図である。 電池モジュールの斜視図である。 セル監視装置の斜視図である。 （Ａ）は電池モジュールのモジュール本体を示す図、（Ｂ）はモジュール本体からセルのみを取り出した図である。 セルの斜視図である。 電池からセルのみを取り出した図である。 （Ａ）は、セル内電流により形成される電流路を示す図、（Ｂ）はセル群内電流により形成される電流路を示す図である。 セル内電流により形成される電流路の一部拡大図である。 実施形態２の電池１を構成するマトリクスを示す図である。 セル内電流により形成される電流路を示す図である。 セル群内電流により形成される電流路を示す図である。 セル群とセル群とを電流の流れに沿って接続することにより形成される電流路を示す図である。 実施形態３の電池モジュールの斜視図である。 （Ａ）は図１５に示す電池モジュールのモジュール本体を示す図、（Ｂ）はモジュール本体からセルのみを取り出した図である。 サブモジュール群内のサブモジュールが同じ方向に極性を向けている様子を示す図である。
以下、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。なお、図中、同一または同等の部分には同一の符号を付す。
（実施形態１）
図１は、実施形態１の電池モジュールを備える電池１を示す図である。電池１は、移動体（例えば、航空機、車両、船）に設置されて使用される蓄電池である。電池１は移動体に電力を供給するとともに、移動体が持つ発電機で蓄電される。
なお、以下の説明では、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸から構成される直交座標系を用いる。図中、矢印の指し示す方向がプラス方向である。Ｘ軸プラス方向が右方向であり、Ｘ軸マイナス方向が左方向である。また、Ｙ軸プラス方向が後方向（背面方向）であり、Ｙ軸マイナス方向が前方向である。また、Ｚ軸プラス方向が上方向であり、Ｚ軸マイナス方向が下方向である。
図２は、電池１の分解図である。電池１は、前後一対の冷却プレート１１Ｆ、１１Ｂと、左右一対の側板１２Ｌ、１２Ｒと、天板１３と、電池管理装置（ＢＭＵ：Battery Management Unit）１４と、ベース１５と、積層された複数の電池モジュール１００と、を備える。
冷却プレート１１Ｆ、１１Ｂは、電池モジュール１００が発する熱のヒートパスとなるプレートである。冷却プレート１１Ｆ、１１Ｂは、電池モジュール１００の前後の表面に固定される。冷却プレートは、鉄やアルミニウム等の熱伝導性の高い金属で構成される。冷却プレート１１Ｆ、１１Ｂは、電池内部に磁界を閉じ込めることができるように鉄等の磁性体で構成されていてもよい。或いは、冷却プレート１１Ｆ、１１Ｂは、表面に磁気が帯びないように、ステンレス等の非磁性体で構成されていてもよい。
側板１２Ｌ、１２Ｒは、電池１の側面に配置されるプレートである。側板１２Ｌ、１２Ｒは、電池モジュール１００の左右の表面に固定される。側板１２Ｌ、１２Ｒは、磁性体で構成されていてもよいし、非磁性体で構成されていてもよい。また、側板１２Ｌ、１２Ｒは、熱伝導性の高い金属で構成されていてもよい。側板１２Ｌ、１２Ｒを熱伝導性の高い金属とした場合、側板１２Ｌ、１２Ｒは冷却プレート１１Ｆ、１１Ｂと同様にヒートパスとして機能する。
天板１３は、電池１の天面に配置されるプレートである。天板１３は、最上段の電池モジュール１００の上面に配置される。天板１３の上には、電池管理装置１４が設置されている。
電池管理装置１４は、電池１の充放電を制御するための装置である。電池管理装置１４は、例えば、電池１の状態を監視するためのセンサー（例えば、電流、電圧、温度センサー）と、電池１を制御するプロセッサと、を備える。電池管理装置１４は、センサーからの信号に基づいて電池１の過充電や過放電、過電流などを検出し、充放電の停止等の制御と上位の電池管理システムへの状態通知を行う。
ベース１５は、電池モジュール１００を乗せる台座である。ベース１５は、電池モジュール１００の底面と略同じ大きさのベースプレートを備える。ベースプレートの下には、移動体の振動を低減させるため、防振ゴムが配置されている。ベースプレートの上には、複数の電池モジュール１００が積層されている。
図３は、電池１の中央部分（ベース１５と電池モジュール１００の部分）の分解図である。ベース１５には、８個の電池モジュール１００が積層されている。なお、電池モジュール１００の積層数は８個に限定されない。積層数は、８個より多くてもよいし、少なくてもよいが、偶数であることが望ましい。より望ましい電池モジュール１００の積層数は４の倍数個である。
図４は、電池モジュール１００の斜視図である。電池モジュールとは、電池を構築するための１つの機能的なまとまりのことである。実施形態１の電池モジュール１００は、２つのサブモジュール（図４に示す１２０Ｌ、１２０Ｒ）を備える２サブモジュールの電池モジュールである。サブモジュールとは、電池モジュールを構成する機能的なまとまりのことである。サブモジュール１２０Ｌとサブモジュール１２０Ｒは左右に並んで配置されている。
電池モジュール１００は、２つのセル監視装置（ＣＭＵ：Cell Monitoring Unit）１１０Ｌ、１１０Ｒと、２つのサブモジュール１２０Ｌ、１２０Ｒを含むモジュール本体１２０と、を備える。
図５は、セル監視装置１１０Ｌ、１１０Ｒの斜視図である。セル監視装置１１０Ｌ、１１０Ｒは、電池モジュール１００を構成するセル毎に電圧、温度を測定する装置である。セル監視装置１１０Ｌは、サブモジュール１２０Ｌに配置され、セル監視装置１１０Ｒは、サブモジュール１２０Ｒに配置される。セル監視装置１１０Ｌ、１１０Ｒは、それぞれ２枚の基板を備える。一方の基板は、サブモジュール１２０Ｌ或いはサブモジュール１２０Ｒの前面に配置され、他方の基板はサブモジュール１２０Ｌ或いはサブモジュール１２０Ｒの背面に配置される。２枚の基板は、それぞれ、サブモジュール１２０Ｌ、１２０Ｒの前面及び背面に露出するセルの端子２２と接続される。
セル監視装置１１０Ｌ、１１０Ｒを構成する２枚の基板には、それぞれ、電流、電圧、及び温度を計測するための回路（電圧センサー、サーミスタ等）が形成さている。２枚の基板は、それぞれ、各セルの電流、電圧、及び温度を計測する。セル監視装置１１０Ｌ、１１０Ｒは、配線スペースに配置された配線（不図示）によって、電池管理装置１４と接続されている。電池管理装置１４は、セル監視装置１１０Ｌ、１１０Ｒからの情報に基づいて電池１を制御する。
本実施形態では、セル２０を１６枚積層して１つの電池モジュール１００としている。なお、１つのサブモジュールあたりのセル２０の積層枚数は１６枚に限られない。１６枚より多くてもよいし、少なくてもよい。消磁を考慮した場合、セル２０の積層枚数は偶数であることが望ましい。
図７は、セル２０の斜視図である。セルとは、電池を構成する最小単位（電池ユニット）のことである。セル２０は、例えば、リチウムイオン式の蓄電可能なセルである。セル２０は、長方形の板状体であり、長手方向の両端に電流の入出力端子（図７に示す２２Ｐ、２２Ｍ）が配置されている。２２Ｐがプラス端子であり、２２Ｍがマイナス端子である。
図６（Ｂ）は、電池モジュール１００内のセル２０の配置を視認容易にするため、電池モジュール１００からセル２０のみを取り出したものである。図６（Ｂ）を見れば分かるように、セル２０はセル内電流方向が平行となるように並べられている。セル内電流方向とは、電池１が負荷に電力を供給するときにセル２０内に流れる電流の方向、例えば、マイナス端子２２Ｍからプラス端子２２Ｐに向う方向のことである。
上述したように、電池モジュール１００には２つのサブモジュール１２０Ｌ、１２０Ｒが含まれ、それら２つのサブモジュール１２０Ｌ、１２０Ｒは左右（セル２０の積層方向）に並んでいる。そのため、電池モジュール１００内には、１６枚のセル２０で構成されるセル群ＧＬと、同じく１６枚のセル２０で構成されるセル群ＧＲが形成される。セル群ＧＬが図６（Ａ）に示すサブモジュール１２０Ｌに相当し、セル群ＧＲが図６（Ａ）に示すサブモジュール１２０Ｒに相当する。
各サブモジュール内（各セル群内）の１６枚のセル２０の極性は交互に反対向きとなっている。セル群内の１６枚のセル２０は直列接続され１つのサブモジュールを構成する。セル群内で端に位置するセルの端子が電流の入出力端子となる。すなわち、セル群ＧＬ内の左端（Ｘ軸マイナス方向の端）のセル２０のプラス端子２２Ｐがサブモジュール１２０Ｌの出力端子（プラス端子）となり、セル群ＧＬ内の右端（Ｘ軸プラス方向の端）のセル２０のマイナス端子２２Ｍがサブモジュール１２０Ｌの入力端子（マイナス端子）となる。また、セル群ＧＲ内の左端（Ｘ軸マイナス方向の端）のセル２０のプラス端子２２Ｐがサブモジュール１２０Ｒの出力端子（プラス端子）となり、セル群ＧＲ内の右端（Ｘ軸プラス方向の端）のセル２０のマイナス端子２２Ｍがサブモジュール１２０Ｒの入力端子（マイナス端子）となる。１つの電池モジュール１００は、サブモジュール１２０Ｌ及び１２０Ｒの２つのサブモジュールで構成されるので、入力端子２つ、出力端子２つ、合わせて４つの入出力端子を有することになる。
なお、図６（Ｂ）の例では、２つのサブモジュール１２０Ｒ、１２０Ｌの極性の向きは同じとなっているが、異なっていてもよい。例えば、サブモジュール１２０Ｌの左側を出力端子（プラス端子）、右側を入力端子（マイナス端子）とし、サブモジュール１２０Ｒの左側を入力端子（マイナス端子）、右側を出力端子（プラス端子）としてもよい。
電池１は、電池モジュール１００を８段、Ｚ軸方向に積層した構造である。電池モジュール１００は極性が交互に反転するよう積層される。図８は、電池１内のセル２０の配置を視認容易にするため、電池１からセル２０のみを取り出したものである。図８を見れば分かるように、セル２０はセル内電流方向が平行となるように並べられている。電池１を構成する複数のセル２０は、セル内電流方向（Ｙ軸方向）と垂直な方向を行方向および列方向としてマトリクスＭ１を形成している。本実施形態の場合、行方向はＸ軸方向であり、列方向はＺ軸方向である。
マトリクスＭ１は、１６個のセル群Ｇ１〜Ｇ１６で構成される。左右一組のセル群が１つの電池モジュール１００である。すなわち、セル群Ｇ１とＧ１６が１つの電池モジュール１００であり、セル群Ｇ２とＧ１５が１つの電池モジュール１００であり、・・・・、セル群Ｇ８とＧ９が１つの電池モジュール１００である。電池１は電池モジュール１００を列方向に積層したものである。マトリクスＭ１は電池モジュール１００を積層した結果できるものであるので、マトリクスＭ１にはセル群列Ｂ１（第１のセル群列）及びセル群列Ｂ２（第２のセル群列）の２列のセル群列が形成されることになる。セル群列とは、セル群を列方向に積層したものである。より具体的には、セル群列Ｂ１はセル群Ｇ１〜セル群Ｇ８の８つのセル群で構成され、セル群列Ｂ２はセル群Ｇ９〜セル群Ｇ１６の８つのセル群で構成される。これら１６個のセル群Ｇ１〜Ｇ１６は直列接続される。
１つのセル群は、１６個のセル２０で構成される。１６個のセル２０は、プラス極とマイナス極が交互に反転する交互配置となっている。そして、セル群内の複数のセル２０は、セル監視装置１１０Ｌ、１１０Ｒの２枚の基板によって直列接続される。また、セル群Ｇ１〜Ｇ１６は、不図示の配線によって直列接続されている。これにより、マトリクスＭ１に属する２５６個（１６行×１６列）のセル２０は全て直列接続された状態となる。
上述したように、１つのセル群内のセル２０は、プラス極とマイナス極が交互に反転する交互配置となっている。また、セル群Ｇ１〜Ｇ１６は、左右の端のセル２０の端子２２Ｐ、２２Ｍをそのセル群のプラス極、マイナス極と見なした場合に、上から順にプラス極とマイナス極が交互に反転する交互配置となっている。そのため、マトリクスＭ１を構成する全てのセル２０は、プラス極とマイナス極が行方向及び列方向に交互に反転する交互配置となる。すなわち、セル２０それぞれのセル内電流方向は、行方向及び列方向で隣にあるセル２０のセル内電流方向と反対向きとなる。
セル群列Ｂ１に属するセル群Ｇ１〜Ｇ８及びセル群列Ｂ２に属するセル群Ｇ９〜Ｇ１６は、両方とも、上から順にプラス極とマイナス極が交互に反転する交互配置となっている。セル群列Ｂ１、Ｂ２は行方向に並べられ、１つのマトリクスを形成している。セル群列Ｂ１、Ｂ２に属する１６個のセル群の極性の方向は、いずれも、隣り合う左右のセル群で同じとなっている。例えば、セル群Ｇ１とその右隣りのセル群Ｇ１６は両方とも左側がプラス極であり右側がマイナス極である。その下のセル群Ｇ２とセル群Ｇ１５は両方とも左側がプラス極であり右側がマイナス極である。
図９（Ａ）は、電池１を負荷に接続したときに、電池１の内部に形成される電流路を示したものである。１つのセル群内のセル２０はプラス極とマイナス極が交互に反転する交互配置となっているので、セル群Ｇ１〜Ｇ１６それぞれの内部には、矩形パルス状の電流路Ｐ１が形成される。すなわち、セル２０それぞれのセル内電流方向は、行方向及び列方向で隣にあるセル２０のセル内電流方向と反対向きとなる。
図１０は、電流路Ｐ１の一部拡大図である。セル内電流により電流路Ｐ１に沿って同心円状に磁界が発生する。セル２０のセル内電流方向は行方向（Ｘ軸方向）で隣にあるセル２０のセル内電流方向と反対向きとなっている。そのため、セル内電流により発生する行方向の磁界は交互に反対向きとなって打ち消し合う。また、セル２０のセル内電流方向は列方向（Ｚ軸方向）で隣にあるセル２０のセル内電流方向と反対向きとなっている。そのため、セル内電流により発生する列方向の磁界は交互に反対向きとなって打ち消し合う。
また、図９（Ｂ）は、セル群内電流により形成される電流路Ｐ２を示したものである。セル群内電流とは、セル群を１つのセルと見なした場合に、セル群内に流れる電流の方向、すなわち、セル群のマイナス端子からセル群のプラス端子に向う方向のことである。セル群のマイナス端子とはセル群の電流入力端子（セル群の一方の端にあるセル２０のマイナス端子２２Ｍ）のことであり、セル群のプラス端子とはセル群の電流出力端子（セル群の他方の端にあるセル２０のプラス端子２２Ｐ）のことである。
セル群列Ｂ１内のセル群Ｇ１〜Ｇ８はプラス極とマイナス極が交互に反転する交互配置となっているので、セル群列Ｂ１に形成される電流路Ｐ２も電流路Ｐ１と同様に矩形パルス状となる。同様に、セル群列Ｂ２内のセル群Ｇ９〜Ｇ１６もプラス極とマイナス極が交互に反転する交互配置となっているので、セル群列Ｂ２内に形成されるセル群内電流の電流路Ｐ２も矩形パルス状となる。セル群内電流方向は列方向（Ｚ軸方向）で隣にあるセル群のセル群内電流方向と反対向きとなるので、図１０に示すセル内電流の場合と同様に、セル群内電流により発生する列方向の磁界は交互に反対向きとなって打ち消し合う。
また、セル群列Ｂ１は列方向下向き（Ｚ軸マイナス方向）に電流が流れており、セル群列Ｂ２は列方向上向き（Ｚ軸プラス方向）に電流が流れている。そのため、セル群列を１つのセルと見なしたときに、セル群列内電流方向（図９（Ｂ）に示す電流路Ｐ３を流れる電流の方向）は、セル群列Ｂ１とＢ２で反対向きとなる。従って、セル群列内電流により発生する行方向の磁界は反対向きとなって打ち消し合う。
本実施形態によれば、電池１を構成する複数のセル２０はマトリクス状に配置されている。しかも、セル２０それぞれのセル内電流方向は、行方向及び列方向で隣にあるセル２０のセル内電流方向と反対向きとなっている。そのため、セル内電流により発生する磁界は互いに打ち消し合うので、電池１が外部に発生させる磁界は小さくなる。
また、セル群それぞれのセル群内電流方向は、列方向で隣にあるセル群のセル群内電流方向と反対向きとなっている。そのため、セル群内電流により発生する磁界は互いに打ち消し合うので、電池１が外部に発生させる磁界はさらに小さくなる。
また、電池１はセル群列内電流方向が反対向きとなった２つのセル群列で構成されている。セル群列内電流による行方向の磁界は打ち消し合うので、電池１が外部に発生させる磁界はさらに小さくなる。
また、電池１を構成する電池モジュール１００は、２つのサブモジュール１２０Ｌ、１２０Ｒで構成されている。２つのサブモジュールは、それぞれ、１つのセル群に相当する。そして、２つのサブモジュールは、それぞれ、セル群へ電流を入力する入力端子とセル群から電流を出力する出力端子とを備える。したがって、ユーザは電池モジュール１００を積層し、入出力端子を配線で接続するだけで、容易に電池１を構築できる。
また、電池モジュール１００は、２つのサブモジュール１２０Ｌ、１２０Ｒで構成されている。単純に２個の電池モジュールを並べる場合と比較して、２つのサブモジュール（すなわち電池モジュール１００）が電池内に占める容量（体積）は小さくなる。電池１を構成する電池モジュール１００の容量が小型化されるので、電池１のエネルギー密度を向上させることができる。
（実施形態２）
実施形態１では、セル群間を流れる電流の方向（図９（Ｂ）のＰ３で示す方向）はセル群列内では同一方向であった。しなしながら、セル群間の電流の方向はセル群列内で異なるものであってもよい。以下、実施形態２の電池１について説明する。
図１１は、実施形態３の電池１を構成するマトリクスＭ２を示す図である。マトリクスＭ２は、１６個のセル群Ｇ１〜Ｇ１６で構成されている。セル群Ｇ１〜Ｇ１６は、それぞれ、実施形態１で説明したサブモジュール１２０Ｌ或いは１２０Ｒである。マトリクスＭ２は、実施形態１で示した電池モジュール１００を８段積層して構成される。マトリクスＭ３は、実施形態１のマトリクスＭ１と同様に、セル群列Ｂ１（第１のセル群列）及びセル群列Ｂ２（第２のセル群列）の２列のセル群列で構成されている。
セル群列Ｂ１とＢ２はそれぞれ８つのセル群で構成されている。セル群列Ｂ１に配置されるセル群は、上から順にＧ１、Ｇ２、Ｇ１４、Ｇ１３、Ｇ１２、Ｇ１１、Ｇ７、Ｇ８となっている。また、セル群列Ｂ２に配置されるセル群は、上から順にＧ１６、Ｇ１５、Ｇ３、Ｇ４、Ｇ５、Ｇ６、Ｇ１０、Ｇ９となっている。これら１６個のセル群Ｇ１〜Ｇ１６は直列接続されている。接続順は、符号の若い順、すなわち、Ｇ１、Ｇ２、・・・、Ｇ１６の順となっている。
１つのセル群は、１６個のセル２０で構成される。１６個のセル２０は、プラス極とマイナス極が交互に反転する交互配置となっている。実施形態１と同様に、１つのセル群に属する１６個のセル２０は直列接続されている。セル群Ｇ１〜Ｇ１６も直列接続されているので、マトリクスＭ２に属する２５６個（１６行×１６列）のセル２０は全て直列接続された状態となっている。
図１２は、電池１を負荷に接続したときに、電池１の内部に形成される電流路Ｐ１を示したものである。セル群列Ｂ１、Ｂ２に属する１６個のセル群の極性の方向は、いずれも、列方向の少なくとも一方の隣にあるセル群の極性方向と反対向きになっている。例えば、セル群Ｇ１は左側がプラス極であり右側がマイナス極であるが、その下に隣接するセル群Ｇ２は左側がマイナス極であり右側がプラス極となっている。また、セル群列Ｂ１、Ｂ２に属する１６個のセル群の極性の方向は、いずれも、隣り合う左右のセル群で同じとなっている。例えば、セル群Ｇ１とその右隣りのセル群Ｇ１６は、両方とも、左側がプラス極であり右側がマイナス極である。
１つのセル群内のセル２０は交互配置となっている。そのため、セル群Ｇ１〜Ｇ１６それぞれの内部には、矩形パルス状の電流路Ｐ１が形成される。セル内電流方向は行方向（Ｘ軸方向）で隣にあるセル２０のセル内電流方向と反対向きとなっている。そのため、セル内電流により発生する行方向の磁界は交互に反対向きとなって打ち消し合う。また、セル内電流方向は列方向（Ｚ軸方向）で隣にあるセル２０のうち、少なくとも一方のセル２０のセル内電流方向と反対向きとなっている。そのため、セル内電流により発生する列方向の磁界は反対向きとなって打ち消し合う。
図１３は、セル群内電流により形成される電流路Ｐ２を示したものである。セル群内電流方向は列方向（Ｚ軸方向）の少なくとも一方の隣にあるセル群のセル群内電流方向と反対向きとなるので、セル群内電流により発生する列方向の磁界は交互に反対向きとなって打ち消し合う。
なお、セル群列Ｂ１に属するセル群とセル群列Ｂ２に属するセル群とを接続する列間接続には、複数の交差接続が含まれる。交差接続とは２列のセル群列の２段４個セル群が交差するように接続されることをいう。より具体的には、交差接続とは、一方のセル群列のＮ段目のセル群の電流出力（プラス極）と他方のセル群列のＮ＋１段目のセル群の電流入力（マイナス極）が接続され、さらに、一方のセル群列のＮ＋１段目のセル群の電流出力（プラス極）と他方のセル群列のＮ段目のセル群の電流入力（マイナス極）が接続されることをいう。
本実施形態の場合、上から２段目３段目の４個のセル群Ｇ２、Ｇ３、Ｇ１４、Ｇ１５が交差接続Ｃ１を形成しており、上から６段目７段目の４個のセル群Ｇ１０、Ｇ１１、Ｇ６、Ｇ７が交差接続Ｃ２を形成している。図１４は、セル群とセル群とを電流の流れに沿って接続することにより形成される電流路Ｐ４を示す図である。マトリクスＭ３には２つの交差接続が含まれるので、本実施形態の電池１の内部には、Ｌ１〜Ｌ３の３つの電流ループが形成される。
３つの電流ループに属するセル群の数は列方向に順に１：２：１の割合となっている。本実施形態の場合、電流ループＬ１には、４つのセル群Ｇ１、Ｇ２、Ｇ１５、Ｇ１６が属している。また、電流ループＬ２には、８つのセル群Ｇ３、Ｇ４、Ｇ５、Ｇ６、Ｇ１１、Ｇ１２、Ｇ１３、Ｇ１４が属している。また、電流ループＬ３には、４つのセル群Ｇ８、Ｇ７、Ｇ９、Ｇ１０が属している。なお、電流ループとは、磁界の発生源としての電流のループのことであり、必ずしも電気回路的に電流路が閉じている必要はない。
隣接する電流ループのループ方向は互いに反対向きとなっている、電流ループＬ１、Ｌ３のループ方向は前方向から見て反時計回りとなっており、電流ループＬ２のループ方向は前方向から見て時計回りとなっている。電流ループＬ２大きさは、電流ループＬ１、Ｌ３の２倍となっているので、電流ループＬ１〜Ｌ３が発生させる磁界は互いに打ち消し合う。
本実施形態によれば、セル内電流方向及びセル群内電流方向が反対向きとなっているので、電池１が外部に発生させる磁界は小さくなる。また、実施形態３の電池１は、電流ループが電池１内に複数形成されるように交差接続が含まれている。そして、複数の電流ループのループ方向は交互に反対向きとなっている。電流ループが発生させる磁界は打消し合うので、電池１が外部に発生させる磁界はさらに小さくなる。
（実施形態３）
実施形態１、２では、２つのサブモジュール１２０Ｌ、１２０Ｒを連結して１つの電池モジュール１００とした。しかしながら、１つの電池モジュール１００が有するサブモジュールは２つに限られない。以下、実施形態３の電池モジュール１００を備える電池１を説明する。
電池１は、実施形態１、２の電池１と同様に、複数の電池モジュール１００を積層して構成される。電池モジュール１００以外の構成は実施形態１、２の電池１と同じであるので説明を省略する。
図１５は、実施形態２の電池モジュール１００の斜視図である。実施形態２の電池モジュール１００は、４つのサブモジュール（図１５に示す１３０Ｌ１、１３０Ｌ２、１３０Ｒ１、１３０Ｒ２）を備える４サブモジュールの電池モジュールである。実施形態３では、電池モジュール１００を４段積層して電池１とする。
４つのサブモジュール１３０Ｌ１、１３０Ｌ２、１３０Ｒ１、１３０Ｒ２はマトリクス状に配置されている。より具体的には、サブモジュール１３０Ｌ１とサブモジュール１３０Ｒ１左右に並んで配置されており、サブモジュール１３０Ｌ２とサブモジュール１３０Ｒ２は左右に並んで配置されている。また、サブモジュール１３０Ｌ１とサブモジュール１３０Ｌ２は上下に並んで配置されており、サブモジュール１３０Ｒ１とサブモジュール１３０Ｒ２は上下に並んで配置されている。
電池モジュール１００は、４つのセル監視装置１１０Ｌ１、１１０Ｌ２、１１０Ｒ１、１１０Ｒ２と、モジュール本体１３０と、を備える。モジュール本体１３０には、４つのサブモジュール１３０Ｌ１、１３０Ｌ２、１３０Ｒ１、１３０Ｒ２が含まれる。
４つのセル監視装置１１０Ｌ１、１１０Ｌ２、１１０Ｒ１、１１０Ｒ２は、それぞれ、４つのサブモジュール１３０Ｌ１、１３０Ｌ２、１３０Ｒ１、１３０Ｒ２に配置されている。セル監視装置１１０Ｌ１、１１０Ｌ２の構成は、実施形態１のセル監視装置１１０Ｌと同じであり、セル監視装置１１０Ｒ１、１１０Ｒ２の構成は、実施形態１のセル監視装置１１０Ｒと同じである。
図１６（Ａ）は、モジュール本体１３０の斜視図である。モジュール本体１３０は、電池モジュール１００の本体となる蓄電部である。モジュール本体１３０は、図１５に示す電池モジュール１００から４つのセル監視装置を取り外した残りの部分である。モジュール本体１３０には、４つのサブモジュール１３０Ｌ１、１３０Ｌ２、１３０Ｒ１、１３０Ｒ２が含まれる。実施形態３では、セル２０を１６枚積層して１つのサブモジュールとするが、１つのサブモジュールあたりのセル２０の積層枚数は１６枚に限られない。１６枚より多くてもよいし、少なくてもよい。消磁を考慮した場合、セル２０の積層枚数は偶数であることが望ましい。
図１６（Ｂ）は、電池モジュール１００内のセル２０の配置を視認容易にするため、電池モジュール１００からセル２０のみを取り出したものである。セル２０はセル内電流方向が平行となるように並べられている。各サブモジュール内（各セル群内）の１６枚のセル２０の極性は交互に反対向きとなっている。セル群内の１６枚のセル２０は直列接続され１つのサブモジュールを構成する。
電池モジュール１００は、４つのサブモジュールで形成されるので、電池モジュール１００内には、セル群ＧＬ１と、セル群ＧＬ２と、セル群ＧＲ１と、セル群ＧＲ２と、が形成される。セル群ＧＬ１がサブモジュール１３０Ｌ１に相当し、セル群ＧＬ２がサブモジュール１３０Ｌ１に相当し、セル群ＧＲ１がサブモジュール１３０Ｒ２に相当し、セル群ＧＲ２がサブモジュール１３０Ｒ２に相当する。
セル群内で端に位置するセルの端子がサブモジュールの電流の入出力端子となる。すなわち、セル群ＧＬ１内の左端（Ｘ軸マイナス方向の端）のセル２０のプラス端子２２Ｐがサブモジュール１３０Ｌ１の出力端子となり、セル群ＧＬ１内の右端（Ｘ軸プラス方向の端）のセル２０のマイナス端子２２Ｍがサブモジュール１３０Ｌ１の入力端子となる。セル群ＧＬ２内の左端（Ｘ軸マイナス方向の端）のセル２０のマイナス端子２２Ｍがサブモジュール１３０Ｌ２の入力端子となり、セル群ＧＬ２内の右端（Ｘ軸プラス方向の端）のセル２０のプラス端子２２Ｐがサブモジュール１３０Ｌ２の出力端子となる。また、セル群ＧＲ１内の左端（Ｘ軸マイナス方向の端）のセル２０のプラス端子２２Ｐがサブモジュール１３０Ｒ１の出力端子となり、セル群ＧＲ１内の右端（Ｘ軸プラス方向の端）のセル２０のマイナス端子２２Ｍがサブモジュール１３０Ｒ１の入力端子となる。セル群ＧＲ２内の左端（Ｘ軸マイナス方向の端）のセル２０のマイナス端子２２Ｍがサブモジュール１３０Ｒ２の入力端子となり、セル群ＧＲ２内の右端（Ｘ軸プラス方向の端）のセル２０のプラス端子２２Ｐがサブモジュール１３０Ｒ１の出力端子となる。電池モジュール１００は、入力端子４つ、出力端子４つ、合わせて８つの入出力端子を有する。
ユーザは、電池モジュール１００を４つ積層して、実施形態１に示したマトリクスＭ１、或いは実施形態２で示したマトリクスＭ２を構築する。
本実施形態によれば、電池モジュール１００が４つのサブモジュールで構成されるので、電池１の構築はさらに容易になる。また、単純に４個の電池モジュールを並べる場合と比較して、４つのサブモジュール（すなわち電池モジュール１００）が電池内に占める容量（体積）は小さくなる。電池１を構成する電池モジュール１００の容量が小型化されるので、電池１のエネルギー密度を向上させることができる。
なお、４つのサブモジュールの極性の向きは図１６（Ｂ）の向きと異なっていてもよい。例えば、４つのサブモジュール（４つのセル群）の極性は全て図１６（Ｂ）とは反対向きであってもよい。また、図１６（Ｂ）の例では列方向で隣のサブモジュールの極性の向きは反対向きであったが、図１７に示すように同じであってもよい。
また、電池１の構築をさらに容易にするため、４つのサブモジュールは、２つずつ直列接続されていてもよい。例えば、サブモジュール１３０Ｌ１（セル群ＧＬ１）とサブモジュール１３０Ｌ２（セル群ＧＬ２）とを直列接続して第１のサブモジュール群Ｓ１とし、さらに、サブモジュール１３０Ｒ１（セル群ＧＲ１）とサブモジュール１３０Ｒ２（セル群ＧＲ２）とを直列接続して第２のサブモジュール群Ｓ２としてもよい。この場合、電池モジュール１００は、１つのサブモジュール群で２つずつ、合わせて４つの入出力端子を有することになる。
なお、直列接続するサブモジュールの組み合わせは任意である。例えば、サブモジュール１３０Ｌ１（セル群ＧＬ１）とサブモジュール１３０Ｒ２（セル群ＧＲ２）とを直列接続して第１のサブモジュール群Ｓ１とし、さらに、サブモジュール１３０Ｒ１（セル群ＧＲ１）とサブモジュール１３０Ｒ２（セル群ＧＲ２）とを直列接続して第２のサブモジュール群Ｓ２としてもよい。
プラス端子とマイナス端子が接続されるのであれば、サブモジュール群内の２つのサブモジュールのどの端子とどの端子を接続するかも任意である。例えば、図１６（Ｂ）の例であれば、セル群ＧＬ１の出力端子（左端にあるプラス端子２２Ｐ）とセル群ＧＬ２の入力端子（左端にあるマイナス端子２２Ｍ）とを接続して第１のサブモジュール群Ｓ１を構成し、セル群ＧＲ１の入力端子（右端にあるマイナス端子２２Ｍ）とセル群ＧＲ２の出力端子（右端にあるプラス端子２２Ｐ）とを接続して第２のサブモジュール群Ｓ２を構成してもよい。或いは、セル群ＧＬ１の入力端子（右端にあるマイナス端子２２Ｍ）とセル群ＧＬ２の出力端子（右端にあるプラス端子２２Ｐ）とを接続して第１のサブモジュール群Ｓ１を構成し、セル群ＧＲ１の出力端子（左端にあるプラス端子２２Ｐ）とセル群ＧＲ２の入力端子（左端にあるマイナス端子２２Ｍ）とを接続して第２のサブモジュール群Ｓ２を構成してもよい。
直列接続には列間を交差した接続が含まれていてもよい。例えば、図１７の例であれば、セル群ＧＬ１の入力端子（右端にあるマイナス端子２２Ｍ）とセル群ＧＲ２の出力端子（左端にあるプラス端子２２Ｐ）とを接続して第１のサブモジュール群Ｓ１を構成し、セル群ＧＲ１の出力端子（左端にあるプラス端子２２Ｐ）とセル群ＧＬ２の入力端子（右端にあるマイナス端子２２Ｍ）とを接続して第２のサブモジュール群Ｓ２を構成してもよい。
上述の各実施形態はそれぞれ一例を示したものであり、種々の変更及び応用が可能である。例えば、実施形態１では、マトリクスＭ１を構成するセル２０の行方向の数は１６個であるものとしたが、行方向のセル２０の数は１６個より多くてもよいし少なくてもよい。消磁を考慮した場合、望ましい行方向のセル２０の数は偶数、より望ましくは４の倍数である。また、実施形態１では、マトリクスＭ１を構成するセル２０の行方向の数は１６個であるものとしたが、列方向のセル２０の数は１６個より多くてもよいし少なくてもよい。消磁を考慮した場合、望ましい列方向のセル２０の数は偶数、より望ましくは４の倍数である。実施形態２のマトリクスＭ２についても、行方向及び列方向のセル２０の数は偶数或いは４の倍数が望ましい。
また、実施形態１では、マトリクスＭ１は２列のセル群列で構成されるものとしたが、行方向に並べるセル群列は２列以上あってもよい。このとき、セル群列の数は偶数或いは４の倍数であってもよい。また、電池１は、さらに、マトリクスＭ２を行方向及び列方向と垂直な方向（Ｙ軸方向）に並べたものであってもよい。この場合、マトリクスＭ２の数は偶数或いは４の倍数であってもよい。また、実施形態１では、１つのセル群列を構成するセル群の数は８個であるものとしたが、８個より多くてもよいし少なくてもよい。消磁を考慮した場合、望ましいセル群の数は偶数、より望ましくは４の倍数である。セル群を構成するセル２０の数も偶数或いは４の倍数が望ましい。
また、実施形態２では、マトリクスＭ２は２列のセル群列で構成されるものとしたが、行方向に並べるセル群列は２列以上あってもよい。このとき、セル群列の数は偶数或いは４の倍数であってもよい。また、電池１は、さらに、マトリクスＭ２を行方向及び列方向と垂直な方向（Ｙ軸方向）に並べたものであってもよい。この場合、マトリクスＭ２の数は偶数或いは４の倍数であってもよい。また、実施形態２では、１つのセル群列を構成するセル群の数は８個であるものとしたが、８個より多くてもよいし少なくてもよい。消磁を考慮した場合、望ましいセル群の数は偶数、より望ましくは４の倍数である。セル群を構成するセル２０の数も偶数或いは４の倍数が望ましい。
また、実施形態２では、電池１に含まれる電流ループは３つであるものとした。しかしながら、電池１に形成される電流ループは３つに限られない。例えば、マトリクスＭ２に含まれる交差接続を１つとし（例えば、４段目５段目の４つのセル群）に交差接続を形成し、電池１に２つの電流ループを形成してもよい。電流ループが２つの場合、形成される電流ループの大きさ（属するセル群の数）は同じであってもよい。もちろん、電池１に含まれる電流ループは３より多くてもよい。また、マトリクスＭ２をＹ軸方向に並べる場合、前後に隣接する電流ループでループ方向が反対となるようループを形成してもよい。
また、上述の実施形態では、電池モジュール１００を並べてセル２０のマトリクスＭ１、Ｍ２を形成したが、マトリクスの形成方法これに限られるものではない。単純に、絶縁板或いは放熱板を挟んでセル２０をマトリクス状に並べるだけであってもよい。
また、上述の実施形態では、セル２０は蓄電可能なセルであるものとしたが、必ずしも蓄電可能でなくてもよい。また、上述の実施形態では、セル２０はリチウムイオン式のセルであるものとして説明したが、セル２０はリチウムイオン方式に限られない。セル２０は、例えば、ニカド方式、ニッケル水素方式、アルカリ方式の電池であってもよい。
また、上述の実施形態では、セル２０は長方形の板状体であるものとしたが、セルの形状は板状に限られない。例えば、セル２０の形状は、円筒形、角形、ボタン形（コイン形）、ラミネート形、ピン形であってもよい。
また、上述の実施形態では、電池１は蓄電池（二次電池）であるものとして説明したが、電池１は一次電池であってもよい。また、電池１は燃料電池であってもよい。電池１を燃料電池とする場合、電池１を構成するセル２０は発電セルであってもよい。
また、上述の実施形態の電池１は移動体に設置されるものとして説明したが、電池１は建造物に設置されて使用されてもよい。また、電池１は、電気装置に設置されて使用されてもよい。電気装置は、例えば、発電装置や変電装置であってもよいし、冷蔵庫等の電気機器であってもよい。電池１が設置される場合、自動車、鉄道、航空機、船等の移動体も電気装置とみなすことができる。
本発明の実施形態を説明したが、この実施形態は、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。この新規な実施形態は、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、変更を行うことが出来る。この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。
１...電池
１１Ｆ、１１Ｂ...冷却プレート
１２Ｌ、１２Ｒ...側板
１３...天板
１４...電池管理装置
１５...ベース
２０...セル
２２...端子
２２Ｍ...マイナス端子
２２Ｐ...プラス端子
１００...電池モジュール
１１０Ｌ、１１０Ｒ...セル監視装置
１１０Ｌ１、１１０Ｌ２、１１０Ｒ１、１１０Ｒ２...セル監視装置
１２０、１３０...モジュール本体
１２０Ｌ、１２０Ｒ...サブモジュール
１３０Ｌ１、１３０Ｌ２、１３０Ｒ１、１３０Ｒ２...サブモジュール
ＧＬ、ＧＬ１、ＧＬ２、ＧＲ、ＧＲ１、ＧＲ２、Ｇ１〜Ｇ１６...セル群
Ｂ１、Ｂ２...セル群列
Ｐ１〜Ｐ４...電流路
Ｃ１、Ｃ２...交差接続
Ｌ１〜Ｌ３...電流ループ
Ｓ１...第１のサブモジュール群
Ｓ２...第２のサブモジュール群

Claims (10)

  1. ２つサブモジュールを備え、４つの端子を有する電池モジュールであって、
    前記２つのサブモジュールは、一体となっており、それぞれ、直列接続された複数のセルで構成されるセル群を備え、
    前記セル群を構成する前記複数のセルは、セル内電流方向が平行となるように一列に並べられており、それぞれ、前記セル内電流方向が前記セル群内で隣にある前記セルの前記セル内電流方向と反対向きとなっており、
    前記２つのサブモジュールは、それぞれ、前記セル群へ電流を入力する入力端子と、前記セル群から電流を出力する出力端子と、を備える
    電池モジュール。
  2. 前記２つのサブモジュールは、前記セルの積層方向に並んでいる、
    請求項１に記載の電池モジュール。
  3. ４つのサブモジュールを備える電池モジュールであって、
    前記４つのサブモジュールは、一体構造となっており、それぞれ、直列接続された複数のセルで構成されるセル群を備え、
    前記セル群を構成する前記複数のセルは、セル内電流方向が平行となるように一列に並べられており、それぞれ、前記セル内電流方向が隣にある前記セルの前記セル内電流方向と反対向きとなっており、
    前記４つのサブモジュールは、２つずつ直列接続されて２つのサブモジュール群を構成し、
    前記２つのサブモジュール群は、それぞれ、前記セル群へ電流を入力する入力端子と、前記セル群から電流を出力する出力端子と、を備える、
    電池モジュール。
  4. 前記２つのサブモジュール群が備える４つのサブモジュールは、マトリクス状に配置されている、
    請求項３に記載の電池モジュール。
  5. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載の電池モジュールを複数備え、
    複数の前記電池モジュールは、前記電池モジュールを構成するセルのセル内電流方向と垂直な方向を行方向及び列方向として、前記セルがマトリクスを形成するよう積層されている、
    電池。
  6. 前記マトリクスは、前記セルを前記行方向に並べたセル群を前記列方向に積層したセル群列を複数備え、
    前記セル群列は行方向に並べられた構造となっており、
    前記セル群それぞれのセル群内電流方向は、前記列方向で隣にある前記セル群の前記セル群内電流方向と反対向きとなっている、
    請求項５に記載の電池。
  7. 前記マトリクスは、前記セルを前記行方向に並べたセル群を前記列方向に積層した第１のセル群列と、前記列方向に積層された複数の前記セル群で構成され、前記第１のセル群列の前記行方向の隣に配置された第２のセル群列と、で構成されており、
    前記第１のセル群列に属する前記セル群と前記第２のセル群列に属する前記セル群とを接続する列間接続には、前記セル群と前記セル群とを電流の流れに沿って接続することにより形成される電流ループが前記電池内に少なくとも２つ形成されるように、少なくとも１つの交差接続が含まれており、
    前記列方向に隣接する前記電流ループのループ方向は互いに反対向きとなっている、
    請求項５に記載の電池。
  8. 前記セル群は、前記列方向に４の倍数個積層された構造となっており、
    前記電池内には、前記電流ループが前記列方向に沿って３つ形成されるように、２つの前記交差接続が含まれており、
    ３つの前記電流ループは、隣接する前記電流ループのループ方向が互いに反対向きとなっており、
    それら３つの前記電流ループに属する前記セル群の数は、前記列方向に順に１：２：１の割合となっている、
    請求項７に記載の電池。
  9. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載の電池モジュールを複数備え、
    複数の前記電池モジュールを構成するセルは蓄電可能であり、
    複数の前記電池モジュールは、前記電池モジュールを構成するセルのセル内電流方向と垂直な方向を行方向及び列方向として、前記セルがマトリクスを形成するよう積層されている、
    蓄電池。
  10. 請求項５乃至８のいずれか１項に記載の電池を備える、
    電気装置。
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