蓄电装置

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蓄电装置

时间:2019-11-26本站浏览次数:408

       

蓄电装置

本发明提供一种使用于无线电力传送系统的受电设备中的蓄电装置。蓄电装置(13)具备多个串联连接而成的蓄电单元(36)。蓄电单元(36)具备:蓄积电荷的蓄电元件(37);容器(38),其收装蓄电元件;受电天线(30),其能够接收从无线电力传送系统的供电设备(24)的送电天线(22)发送的电力;以及充电控制电路(31),其使用由受电天线(30)接收的电力对蓄电元件(37)进行充电。多个蓄电单元(36)同时并行地以无线方式进行充电,由此由全部蓄电单元(36)适量地进行充电。

图16A〜图16C与图14A〜图14C类似,表示本发明的第三实施例。

如图22所示,次级自谐振线圈30a通过图案印刷预先形成于电绝缘性膜66的一面。

在步骤S12中,控制器31c判断蓄电元件37的电压是否为充电开始电压以下。例如将充电开始电压例如设为1.0伏特(V)。

图8是本发明的蓄电模块的俯视图。

在步骤S5中,控制器31c判断满充电量与蓄电元件37的S0C之间的差是否在5%以内。在步骤S5的判断为肯定的情况下,控制器31c判断为向蓄电元件37的充电完成而结束例程。在步骤S5的判断为否定的情况下,控制器31c在步骤S5的判断转变为肯定之前,反复进行步骤S3〜S5的充电处理。

本发明的详细以及其它特征、优点在说明书的以下记载中说明,并且表示在附图中。

在步骤S11中,控制器31c读取由单元电压传感器检测出的蓄电元件37的电压。

本实施例的蓄电单元36与第一实施例的蓄电单元36同样地具备由包围蓄电元件37的矩形框40以及由粘贴在矩形框40两面上的一对膜体41构成的容器38。在矩形框40外周的槽中卷绕次级线圈30b,并配置有整流/充电控制电路板31d。第二矩形框60覆盖矩形框40外周。第二矩形框60形成为外周形成槽的线轴状。次级自谐振线圈30a卷绕在该槽的内侧,使用模制材料进行固定。次级线圈30b的两端与整流/充电控制电路板31d上的整流器31a的输入端子相连接,整流/充电控制电路板31d上的充电控制电路31的输出端子通过布线来与一对电极端子39相连接。一对电极端子39与第二实施例同样地以大致弯曲90度的方式固定于矩形框40。

参照图18A〜图18C,本实施例的蓄电单元36与第一实施例的蓄电单元36同样地具备由包围蓄电元件37的矩形框40以及由粘贴在矩形框40两面上的一对膜体41构成的容器38。但是,在矩形框40外周没有形成槽,取而代之是与一个膜体41一体地形成次级自谐振线圈和次级线圈30b。此外,在附图中没有示出次级自谐振线圈。

图1是应用了本发明的蓄电装置的、车辆用无线电力传送系统的概要结构图。

图6是图f5D的部分VI示出的蓄电单元主要部分的放大垂直截面图。

参照图12,当后列的蓄电单元36的次级自谐振线圈30a靠近供电设备24的初级自谐振线圈22b的上方时,磁场的共振在这些线圈之间激活。其结果是,从供电设备24的初级自谐振线圈22b向后列的蓄电单元36的次级自谐振线圈30a发送电力,由次级自谐振线圈30a接收到的电力从次级线圈30b提供给整流器31a,通过充电控制电路31对蓄电元件37进行充电。将实现该位置关系的车辆位置设为车辆位置C。

蓄电装置

本发明的目的在于提供一种即使使用非碳材料作为负极活性物质,也能够高速充放电,具有高输出、高容量以及优异的反复充放电寿命特性的蓄电装置。具体来说,本发明涉及一种蓄电装置,其包括正极集电体、配置于正极集电体上并且含有至少能够可逆地吸附和解吸阴离子的正极活性物质的正极、负极集电体、和配置于负极集电体上并且实质上由能够可逆地吸藏和放出锂离子的负极活性物质形成的负极、以及包括支持盐和溶解该支持盐的非水溶剂的电解液,其中上述负极活性物质选自硅、含硅的合金、硅化合物、锡、含锡的合金以及锡化合物中的至少一种,上述负极是厚度为10μm以下的薄膜。

与之相比,使用不含粘合剂、在负极集电体上直接形成的厚度10μπι以下的负极的实施例1和2的本发明的蓄电装置,即使电流值增大到0.5mA、4mA、12mA,也能够维持大部分的充放电电量。即,能够提供与现有技术相比高输出的蓄电装置。另外,在比较例3的使用包含有机粘合剂的蓄电装置中,无法通过蒸镀法预先在负极中吸藏锂。与此相反,在实施例1和2的蓄电装置中,能够通过蒸镀法在组装之前在负极中吸藏锂,因此,从加工性的角度考虑也更优异。

突起32优选是按照通过介由设置在其表面的负极33,与隔膜14不是点接触而是面接触的方式形成的。因此,突起32优选其顶端(距离集电膜31最远的部分)形成面,更优选其顶端形成与集电膜31表面平行的面。通过使突起32的顶端形成面,使得该顶端面确实支撑隔膜14,因此,在蓄电装置1的整个耐用期间,电解质保持部的容积几乎保持相同。另外,突起32的顶端贯通隔膜14而使得正负极短路,蓄电装置1的产品合格率不会降低。突起32如果顶端是面的话,则对此之外的形状并没有特别的限制,可以形成各种形状。但是,如果考虑稳定地支持隔膜14,负极集电体30的厚度方向的截面性质优选形成梯形或准梯形。准梯形是指厚度方向的截面为大致近似梯形的形状,与距离集电膜31远的一个边(以下称为"上边")相比,与集电膜31表面接触的边(以下称为"下边")更长而且上边相对于下边略不平行的形状。这时,上边的延长线与下边的延长线所形成的角的角度为数度左右。另外,厚度方向的截面的上边的至少一部分也可以包含曲线。即使是准梯形,只要是能够通过面支持隔膜14的话,也能够得到上述效果。

实施方式1

另外,当在负极集电体30表面形成负极33时,优选注意负极33的厚度与突起32的高度之间的关系。如图7所示,优选负极33是追随负极集电体30表面的形状形成,在负极33表面上能够再现突起32的形状。这样,在负极33形成之后,能够在负极33表面确保作为用于保持电解质的空间的电解质保持部。因此,相对于负极集电体30表面存在的突起32的高度,负极33的厚度必须十分薄。具体来说,突起32的高度优选为负极33的厚度的2倍以上、更优选为负极33的厚度的5倍以上、更优选为5~10倍。

即使在大电流充放电了的情形中也能够得到高容量,这意味着是具有高容量、且输出特性优异的蓄电装置。即,可以认为由于能够在蓄电装置内部保持充分量的阴离子和阳离子,因此能够提供离子的传导性以及扩散性优异的蓄电装置。

使用上述负极集电体(D-1)~(D-7),分别制造蓄电装置(D-1)~(D-7)。

下面,给出本发明的实施方式的蓄电装置用于便携电话等的使用例。

另外,在蓄电装置(C一10)中,虽然在负极SOC为50~70%的范围内进行了充放电,但是,只要负极SOC为20~95%的范围内,就能够得到上述同样的结果。

下面,对本发明的实施例进行详细的说明,但本发明并不限于这些实施例。

比较例2

蓄电装置

蓄电装置具备多个蓄电单元、收纳多个蓄电单元的壳体、用于使多个蓄电单元彼此之间电连接的多个导电部件、控制多个蓄电单元的控制装置、用于使多个蓄电单元与控制装置电连接的电压检测线,壳体具有至少一对树脂制的侧板。

专利文献I:日本特开2000-223160号公报

使用对应的多个锂离子电池单元作为构成单元控制器200的集成电路的电源。因此,单元控制器200与电池模块100两者通过连接线800电连接。对应的多个锂离子电池单元的最高电位的电压通过连接线800对各集成电路施加。

接着,用图2〜图18说明锂离子电池装置1000的结构。图2、3中,表示了锂离子电池装置1000的整体结构的立体图。图4中表示了构成锂离子电池装置1000的电池模块100的立体图,图5中表不了图4所不的电池模块100的分解立体图。

电池模块100由两个电池块(或电池包)、即电串联连接的高电位侧电池块I OOa和低电位侧电池块IOOb构成。在各电池块中收纳有电池组。各电池组由将多个锂离子电池单元电串联连接而成的连接体构成。关于各电池块的结构,在后文中叙述。

图14中表示了侧板连接诶其815的立体图,说明详情。如上所述,侧板连接器815设置在熔丝盒813的背面,并且设置在侧板130的锂离子电池单元140收纳侧的同一面(即外壁面170的相反一侧)。一个实施方式中的侧板连接器815的位置,位于电池模块100的上表面和制冷剂入口114一侧,侧板连接器815的壳体(housing)的方向朝向内侧。通过使侧板连接器815的壳体朝向内侧(即电池模块100的中心一侧),而将与侧板连接器815连接的配线800设定为不会向电池模块100的外侧伸出(参照图2、图3、图4)。

电压检测导体805的检测线806,通过对例如铜等金属制的薄板用冲压加工等成型,而如图6所示形成细长的扁平线状。电压检测导体805中,检测线806以不从侧板130上形成的多个贯通孔132突出的方式延伸,检测线806的前端部800a构成为从规定的贯通孔132露出。前端部800a相对于电池组120的收纳室向外侧弯折,与导电部件150连接。检测线806的与前端部800a相反的另一端部即熔丝连接端子806a,通过后述的熔丝线817与侧板连接器815的侧板连接器端子810电连接。

在功率模块21中,直流正极侧模块端子与直流正极侧外部端子电连接,直流负极侧模块端子与直流负极侧外部端子电连接。直流正极侧外部端子和直流负极侧外部端子,是用于与锂离子电池装置1000之间传递直流电力的电源侧端子,与从锂离子电池装置1000延伸的电源线缆610、620电连接。交流侧模块端子与交流侧外部端子电连接。交流侧外部端子是用于与电动发电机10之间传递三相交流电力的负载侧端子,与从电动发电机10延伸的负载线缆电连接。

本发明的第四方式,在第三方式的蓄电装置中,优选电流断路装置配置于侧板。

第一电池单元串121和第二电池单元串122相互在长度方向上错开。即第一电池单元串121比第二电池单元串122更向入口流路形成板111一侧的制冷剂入口114一侧偏移地配置。另一方面,第二电池单元串122比第一电池单元串121更向出口流路形成板一侧的制冷剂出口115—侧偏移地配置。如图5所示,在一个实施方式中,例如以第一电池单元串121的位于最接近制冷剂出口115—侧的锂离子电池单元140的中心轴的长度方向的位置,是第二电池单元串122的位于最接近制冷剂出口115—侧的锂离子电池单元140的中心轴和与其相邻的锂离子电池单元140的中心轴之间的中间位置的方式,使第一电池单元串121和第二电池单元串122在长度方向上错开配置。

发明的效果

侧板连接器端子810在熔丝连接部810a与端子前端部810b之间具有折曲部810c,通过改变该部分的长度和折曲次数,而设定侧板130上的侧板连接器815的位置和侧板连接器端子810的位置(详情在后文中叙述)。

蓄电装置

本发明提供一种蓄电装置,其能够抑制局部成为高温。单电池(10)具有:在壳体(11)内、在与壳体(11)的底面(18)的内表面分离的状态下被收纳的发电单元(12),以及与壳体(11)的底面(18)的外表面接触的导热部件(21)。由此,因为热量能够从壳体(11)的底面(18)的外表面向导热部件(21)传导,所以能够抑制单电池(10)局部成为高温。

〈实施方式1-1〉

而且,本发明提供一种蓄电装置,其由多个所述蓄电元件排列并电连接而构成。

另一方面,在形成有电极端子16的端子面17上,有时不能充分确保在与电极端子16绝缘的状态下安装导热部件21及冷却部件22的空间。因此,当在端子面17上安装导热部件21时,则存在不能确保壳体11的外表面与导热部件21之间的足够的接触面积的问题。根据上述实施方式,通过使导热部件21与底面18接触,能够确保壳体11的外表面与导热部件21之间的足够的接触面积。

图16是实施方式2-1的单电池的立体图;

优选所述导热部件与所述壳体的壁面中所述壳体的内表面中与所述蓄电单元分离的壁面接触。

优选具有与所述导热部件接触的冷却部件。

图26是表示搭载有实施方式2-2的电池组的车辆的示意图;

蓄电装置

本发明的蓄电装置,包括:电池单元(33);用于以夹持电池单元的方式来对其进行约束的电池保持件(1)和端盖(40);以及配置在端盖(40)和电池单元(33)之间的夹置部件(11)。电池保持件(1)和端盖(40)由树脂形成。电池保持件(1)和端盖(40)在比预定温度低的温度下具有正的热膨胀系数。夹置部件(11)形成为在比预定温度低的温度下实质上具有负的热膨胀系数。

在比较例I中,没有配置夹置部件而以金属板夹着电池单元来进行约束。 在比较例2中,使用在作为夹置部件的基体的交联聚丙烯酸聚合物中作为液体含有10重量%的环己烷而得到的部件。将该夹置部件夹在金属板和电池单元之间来进行约束。 实施例1〜4的各夹置部件的基体与液体的结构如表I所示。例如在实施例1中,使用如下部件:使作为夹置部件的基体的交联聚丙烯酸聚合物中含有10重量%的作为液体的水。在实施例1〜4中,将各夹置部件夹在金属板与电池单元之间来进行约束。 根据第一试验的结果可知,实施例1〜4的电阻增加率小于比较例1、2的电阻增加率,是较为优良的。可以看出,通过在电池单元和金属板之间配置具有负的热膨胀系数的夹置部件,即使外部温度降低也能够进行稳定的驱动。另外,当对比较例2和实施例1进行比较时,可以看出通过使用水作为液体,能够降低电阻增加率。 接着,示出关于本实施方式的夹置部件中的第三夹置部件(参照图5)的第二试验的结果。在第二试验中,对构成部件被形成为两层的夹置部件进行了试验。将第二试验的结果不于表2。表 2

Description

在实施例5中,使交联聚丙烯酸聚合物的基体中含有10重量%的水后,用层状膜对其进行了包围,从而形成为内侧的构成部件。进一步,用在交联聚丙烯酸聚合物中含有10重量%的5%NaCl水的物质包围内侧的构成部件后,用层状膜对其进行密封,从而形成为外侧的构成部件。 在实施例5中形成为:外侧的构成部件的支持电解质的浓度高于内侧的构成部件的支持电解质的浓度。在实施例5的结构中,当温度降低时,内侧的构成部件的水先凝固,此后内侧的构成部件的外侧水凝固。 根据第二试验的结果可知,实施例5与比较例1、2相比,电阻增加率也变小,也具有优良的性能。 在本实施方式中,用于约束蓄电单元的约束部件具有正的热膨胀系数,夹置部件具有负的热膨胀系数,但不限于该方式,也可以是约束部件在比预定的温度低的温度下具有负的热膨胀系数。例如,可以形成为在多个电池保持件中,一个电池保持件具有负的热膨胀系数。利用这种结构,也能够提供一种可在低温下进行稳定驱动的蓄电装置。 本实施方式的夹置部件形成为长方体状,但不限于该方式,也可以采用任意的形状。例如也可以是:夹置部件形成为圆柱状,多个夹置部件配置在约束部件与蓄电单元之间的区域。 在本实施方式中,在端盖和电池单元之间配置有夹置部件,但不限于这种方式,夹置部件配置在任一个约束部件和任一个蓄电单元之间的区域即可。例如也可以是:在电池保持件和电池单元的层叠体中,在电池单元彼此之间配置有夹置部件。或者,也可以在电池保持件彼此之间配置有夹置部件。或者,也可以是在电池保持件和电池单元之间配置有夹置部件。 在本实施方式中,在电池单元、电池保持件和端盖的层叠体的两侧的端部,配置有两个夹置部件,但不限于该方式,可以配置任意个数的夹置部件。 本实施方式的电池保持件和端盖分别由树脂形成,但不限于该方式,例如也可以由金属形成。 本实施方式的电池单元是锂离子电池,但不限于该方式,可以将本发明适用于包括具有蓄电功能的任意蓄电单元的蓄电装置中。例如,蓄电单元也可以包括电容器。 在本实施方式中,采用搭载在汽车上的蓄电装置为例进行了说明,但不限于该方式,可以适用于任意的蓄电装置。例如,能够将本发明应用于配置在任意的移动体上的蓄电装置中。或者,能够将本发明适用于固定在不发生移动的被固定物上的蓄电装置中。(实施方式2) 参照图3说明实施方式2的蓄电装置。本实施方式的蓄电装置具备电池模块。电池模块包括层叠了约束部件和电池单元的层叠体,在层叠体的内部配置有夹置部件,这是与实施方式I相同的。本实施方式的电池模块的夹置部件的结构与实施方式I不同。 本实施方式的夹置部件的外形与图3所示的夹置部件11相同。本实施方式的夹置部件作为基体包括多孔部件。多孔部件包括由沸石或活性炭等形成的部件。作为沸石,例如可举出合成沸石、天然沸石和人工沸石。本实施方式的夹置部件包括由沸石形成的基体和液体。 多孔部件具有流路的横截面积较小的细孔。侵入细孔内的液体在比通常的凝固点低的温度下发生凝固。通过将多孔部件用作基体,从而在温度下降时液体逐渐凝固。因此,夹置部件逐渐膨胀。也就是说,当温度下降时,配置在细孔的外部的液体发生了凝固之后,配置在细孔的内部的液体发生凝固,因此整体上逐渐膨胀。 本实施方式的夹置部件由于温度下降而逐渐膨胀,因此能够以与约束部件的温度降低带来的收缩对应的方式,对电池单元逐渐施加载荷。本实施方式的夹置部件能够对如下情况进行抑制:在预定的温度下其体积急剧膨胀,从而会对电池单元施加较大的载荷。 接着,示出验证本实施方式的蓄电装置的性能的第三试验的结果。在第三试验中,采用与实施方式I的试验相同的方法进行了试验。在表3示出第三试验的结果。 表3

在实施例5中,使交联聚丙烯酸聚合物的基体中含有10重量%的水后,用层状膜对其进行了包围,从而形成为内侧的构成部件。进一步,用在交联聚丙烯酸聚合物中含有10重量%的5%NaCl水的物质包围内侧的构成部件后,用层状膜对其进行密封,从而形成为外侧的构成部件。 在实施例5中形成为:外侧的构成部件的支持电解质的浓度高于内侧的构成部件的支持电解质的浓度。在实施例5的结构中,当温度降低时,内侧的构成部件的水先凝固,此后内侧的构成部件的外侧水凝固。 根据第二试验的结果可知,实施例5与比较例1、2相比,电阻增加率也变小,也具有优良的性能。 在本实施方式中,用于约束蓄电单元的约束部件具有正的热膨胀系数,夹置部件具有负的热膨胀系数,但不限于该方式,也可以是约束部件在比预定的温度低的温度下具有负的热膨胀系数。例如,可以形成为在多个电池保持件中,一个电池保持件具有负的热膨胀系数。利用这种结构,也能够提供一种可在低温下进行稳定驱动的蓄电装置。 本实施方式的夹置部件形成为长方体状,但不限于该方式,也可以采用任意的形状。例如也可以是:夹置部件形成为圆柱状,多个夹置部件配置在约束部件与蓄电单元之间的区域。 在本实施方式中,在端盖和电池单元之间配置有夹置部件,但不限于这种方式,夹置部件配置在任一个约束部件和任一个蓄电单元之间的区域即可。例如也可以是:在电池保持件和电池单元的层叠体中,在电池单元彼此之间配置有夹置部件。或者,也可以在电池保持件彼此之间配置有夹置部件。或者,也可以是在电池保持件和电池单元之间配置有夹置部件。 在本实施方式中,在电池单元、电池保持件和端盖的层叠体的两侧的端部,配置有两个夹置部件,但不限于该方式,可以配置任意个数的夹置部件。 本实施方式的电池保持件和端盖分别由树脂形成,但不限于该方式,例如也可以由金属形成。 本实施方式的电池单元是锂离子电池,但不限于该方式,可以将本发明适用于包括具有蓄电功能的任意蓄电单元的蓄电装置中。例如,蓄电单元也可以包括电容器。 在本实施方式中,采用搭载在汽车上的蓄电装置为例进行了说明,但不限于该方式,可以适用于任意的蓄电装置。例如,能够将本发明应用于配置在任意的移动体上的蓄电装置中。或者,能够将本发明适用于固定在不发生移动的被固定物上的蓄电装置中。(实施方式2) 参照图3说明实施方式2的蓄电装置。本实施方式的蓄电装置具备电池模块。电池模块包括层叠了约束部件和电池单元的层叠体,在层叠体的内部配置有夹置部件,这是与实施方式I相同的。本实施方式的电池模块的夹置部件的结构与实施方式I不同。 本实施方式的夹置部件的外形与图3所示的夹置部件11相同。本实施方式的夹置部件作为基体包括多孔部件。多孔部件包括由沸石或活性炭等形成的部件。作为沸石,例如可举出合成沸石、天然沸石和人工沸石。本实施方式的夹置部件包括由沸石形成的基体和液体。 多孔部件具有流路的横截面积较小的细孔。侵入细孔内的液体在比通常的凝固点低的温度下发生凝固。通过将多孔部件用作基体,从而在温度下降时液体逐渐凝固。因此,夹置部件逐渐膨胀。也就是说,当温度下降时,配置在细孔的外部的液体发生了凝固之后,配置在细孔的内部的液体发生凝固,因此整体上逐渐膨胀。 本实施方式的夹置部件由于温度下降而逐渐膨胀,因此能够以与约束部件的温度降低带来的收缩对应的方式,对电池单元逐渐施加载荷。本实施方式的夹置部件能够对如下情况进行抑制:在预定的温度下其体积急剧膨胀,从而会对电池单元施加较大的载荷。 接着,示出验证本实施方式的蓄电装置的性能的第三试验的结果。在第三试验中,采用与实施方式I的试验相同的方法进行了试验。在表3示出第三试验的结果。 表3

蓄电装置技术领域本发明涉及一种蓄电装置。背景技术目前,将电动机用作驱动源的电动汽车、组合了作为驱动源的电动机和其他驱动源(例如内燃机、燃料电池等)的混合动力汽车正被实用化。在这些汽车中安装有向电动机提供能量即电能的蓄电装置。作为蓄电装置,例如包括可反复进行充放电的二次电池、电容器等蓄电机构。二次电池使用镍镉电池、镍氢电池或锂离子电池等电池单元。 在蓄电装置中,除了具备单一的蓄电单元的蓄电装置之外,还存在具备一体固定有多个蓄电单元的蓄电模块的蓄电装置。在蓄电装置中,例如蓄电模块被容纳在外壳内。蓄电模块具有多个蓄电单元,因此能够获得大电流或获得高电压(参照日本特开2006-156392号公报、日本特开2005-116429号公报或日本特开2004-139924号公报)。发明内容 蓄电模块具有配置在蓄电单元彼此之间和两端的约束部件。蓄电模块具有例如蓄电单元和约束部件交替地层叠而成的层叠体。层叠体通过以圆棒等固定部件固定两端的约束部件而被一体化。 在用固定部件固定层叠体时,在两端的约束部件相互接近的方向上施加载荷。在用固定部件固定层叠体时,例如固定成层叠体的层叠方向的长度为恒定。 约束部件有时因材质、形状等而在温度下降时会发生收缩。例如,在约束部件由具有正的热膨胀系数的树脂等形成的情况下,温度降低会导致收缩。当变为较低的温度时,这种约束部件体积会变小。因此,施加于蓄电单元的约束载荷有时会变小。 当约束载荷变小时,有时会对蓄电机构的性能产生影响。例如,锂离子电池等电池单元具有能够发挥优良性能的约束载荷范围。在低于该约束载荷范围而以较弱的载荷进行约束的情况下,有时电池单元内部的电极层之间的距离变大,输出会降低。 蓄电装置在常温下进行制造。在制造阶段中,即便在对层叠体进行了足够强的约束的情况下,在低温环境下使用时,有时约束载荷也会变小,会对蓄电机构的性能产生影响。例如,在低温环境下使用蓄电装置时,有时电池单元的输出将会变小。 本发明的目的在于提供一种即便是处于低温也能得到稳定的性能的蓄电装置。 本发明的一种方式的蓄电装置包括:用于蓄电的蓄电单元;用于以夹着上述蓄电单元的方式来对其进行约束的约束部件;以及配置在上述约束部件和上述蓄电单元之间的区域的夹置部件。上述约束部件在比预定温度低的温度下具有正的热膨胀系数。上述夹置部件被形成为在比上述预定温度低的温度下提高上述蓄电单元的约束载荷。 在上述发明中优选的是,上述夹置部件在比上述预定温度低的温度下具有负的热膨胀系数。 在上述发明中优选的是,上述夹置部件包括:在比上述预定温度低的温度下具有第一热膨胀系数的第一构成部件;和在比上述预定温度低的温度下具有第二热膨胀系数的第二构成部件。 在上述发明中优选的是,上述夹置部件包括基体和液体。上述基体由亲水性聚合物或多孔部件形成。 在上述发明中优选的是,上述夹置部件包括基体和液体。上述液体包括水。 在上述发明中优选的是,上述约束部件和上述蓄电单元层叠而构成层叠体。上述夹置部件被配置成与上述约束部件和上述蓄电单元相接触。 在上述发明中优选的是,上述约束部件和上述蓄电单元层叠而构成层叠体。上述夹置部件被配置成与两个上述蓄电单元或两个上述约束部件相接触。 本发明的另一方式的蓄电装置包括:用于蓄电的蓄电单元;和用于以夹着上述蓄电单元的方式来对其进行约束的约束部件。上述约束部件在比预定温度低的温度下具有负的热膨胀系数。 在上述发明中优选的是,上述约束部件和上述蓄电单元层叠而构成层叠体。 需说明的是,也可以对上述结构中的二个以上结构进行适当的组合。 根据本发明,能够提供一种即便是处于低温也能得到稳定性能的蓄电装置。附图说明 图1是实施方式I的电池模块的概略分解立体图。 图2是实施方式I的电池模块的概略剖视图。 图3是实施方式I的第一夹置部件的概略立体图。 图4是实施方式I的第二夹置部件的概略立体图。 图5是实施方式I的第三夹置部件的概略立体图。 图6是实施方式3的第一电池模块的概略剖视图。 图7是实施方式3的第二电池模块的概略剖视图。 图8是实施方式4的蓄电装置的概略立体图。 图9是实施方式4的蓄电装置的概略分解立体图。 图10是实施方式5的蓄电装置的概略立体图。具体实施方式(实施方式I) 参照图1〜图5说明实施方式I的蓄电装置。本实施方式的蓄电装置为蓄电模块。本实施方式的蓄电模块为具有多个电池单元的电池模块。 图1是本实施方式的电池模块的概略立体图。本实施方式的电池模块9搭载在将汽油机等内燃机、和由可充放电的二次电池进行驱动的电机作为动力源的混合动力汽车上。 电池模块9具有作为蓄电单元的电池单元33。电池模块9具有层叠了多个电池单元33的层叠体。多个电池单元33层叠在电池单元33的厚度方向上。箭头89示出电池单元33的层叠方向。 本实施方式的电池单元33是矩形的电池单元。本实施方式的电池单元33包括锂离子电池。多个电池单元33通过未图示的母线(busbar)而相互电连接。 电池模块9具有用于约束电池单元33的约束部件。本实施方式的约束部件包括端盖(endplate)40和电池保持件(holder)I。电池保持件I在电池单元33的层叠方向上配置于彼此相邻的电池单元33的彼此之间。一个电池单元33由配置于一个电池单元33两侧的两个电池保持件I所夹持。电池保持件I由具有电绝缘性的材料形成。本实施方式的电池保持件I由树脂形成。 端盖40配置在层叠体的层叠方向的两端。本实施方式的端盖40形成为板状。本实施方式的端盖40由树脂形成。端盖40配置成从层叠方向的两侧夹着电池单元33和电池保持件I。 本实施方式的层叠体包括电池单元33、电池保持件I和端盖40。层叠体在电池单元33的层叠方向上交替地配置电池单元33和电池保持件I。层叠体载置于绝缘托架46上。 图2示出本实施方式的电池模块的概略剖视图。图2是以长度方向延伸的面将电池模块剖开时的剖视图。如图1和图2所示,本实施方式的电池单元33具有电极33a。电极33a形成为从电池单元33的端面突出。 电池模块9具有作为固定部件的固定带42。本实施方式的固定带42形成为板状。固定带42被配置成其长度方向在电池单元33的层叠方向上延伸。固定带42被配置成使端盖40、40相互紧固。在本实施方式中,电池模块的上部和下部由固定带42固定。 固定带42通过作为紧固部件的铆钉45而被固定在端盖40上。固定带42被配置成在层叠方向上约束电池单元33。电池单元33、电池保持件I和端盖40由固定带42而被一体地保持。 电池单元33具有彼此相对的一对表面33b。表面33b是电池单元33的多个表面中具有最大面积的面积最大面。多个电池单元33配置成各表面33b、33b彼此大致平行。 电池保持件I具有作为板状部的基底部la。电池保持件I具有棱(rib)lb。棱Ib形成在基底部Ia的与电池单元33相对的表面上。棱Ib与电池单元33的表面33b抵接。电池单元33与一个电池保持件I的棱lb、以及相对的电池保持件I的基底部Ia的表面相接触且被夹持。 本实施方式的电池单元33由作为流体的空气来进行冷却。在棱Ib彼此之间形成有流过用于冷却电池单元33的冷却空气的流路100。电池单元33通过沿着电池单元33的表面33b流过空气而被冷却。电池单元33由通过流路100的空气所冷却。 本实施方式的电池模块9具有作为第一夹置部件的夹置部件11。本实施方式的夹置部件11与端盖40和电池单元33相接触。本实施方式的夹置部件11配置在端盖40、电池单元33和电池保持件I的层叠体的内部。夹置部件11配置在层叠体的层叠方向的端部。 图3示出本实施方式的第一夹置部件的概略立体图。本实施方式的夹置部件11形成为长方体状。本实施方式的夹置部件11具有如下构造,即:使由亲水性聚合物形成的基体中含有作为液体的水后,用层状膜对其进行了密封。 亲水性聚合物包括含亲水性官能团的高分子、或将它们交联而得到的物质。亲水性聚合物例如包括聚丙烯酸、聚乙烯醇、聚乙二醇、或聚丙烯酰胺等。 参照图1和图2,在本实施方式的电池模块的制造工序中,在层叠了电池保持件1、端盖40和电池单元33之后,通过在箭头89所示的层叠方向上进行压缩来施加载荷。在沿层叠方向施加了载荷的状态下,利用固定带42来固定层叠体。在施加载荷时,例如进行恒定尺寸约束以使层叠体的长度方向的长度为恒定。 层叠体的安装工序是在工厂内等进行的,因此是在常温环境下进行的。例如是在约25°C的环境下进行。电池模块9被以能够发挥优异性能的约束载荷范围内的载荷加以约束。 有时本实施方式的蓄电装置的使用环境为低温。例如,搭载有电池模块9的混合动力汽车有时在气温非常低的地区使用。电池模块9例如被配置在_30°C的环境下。 本实施方式的约束部件由树脂形成,当温度变高时,具有体积膨胀的正的热膨胀系数。约束部件因温度降低而收缩,箭头89所示的层叠方向的厚度变薄。因此,电池单元33的约束载荷会变小。 本实施方式的夹置部件11在层状膜的内部含有水。水在预定的温度即+4°C时具有最小的体积。水在0°c以上4°C以下的范围内,具有随着温度下降而体积膨胀的负的热膨胀系数。进一步,在(TC以下的状态下,因水凝固而体积会膨胀。也就是说,因水变成冰而体积变大,实质上呈现负的热膨胀系数。 夹置部件11因温度低于+4°C而体积发生膨胀,从而层叠体的层叠方向的厚度变厚。夹置部件11形成为在温度低于+4°c时,提高电池单元33的约束载荷。因此,即便是温度较低的状态下,也能够以适当的约束载荷约束电池单元33,能够抑制电池单元33的性能降低。 这样,本实施方式的夹置部件形成为在处于比预定温度低的温度下,提高蓄电单元的约束载荷。本实施方式的夹置部件在比预定温度低的温度下具有负的热膨胀系数。也就是说,被形成为当温度比预定的温度低时,体积变大。因此,当温度降低时,能够弥补约束部件的收缩带来的约束载荷的降低,即便在较低的温度下,也能够维持较高的蓄电单元的约束载荷。能够防止低于可发挥蓄电单元的优异性能的约束载荷范围,从而进行稳定的驱动。 本实施方式的夹置部件包括液体和基体。利用该结构,能够易于形成具有负的热膨胀系数的夹置部件。在本实施方式中,作为液体而使用水,但是不限于该方式,也可以使用其他的液体。 例如,作为液体也可以使用含有氯化钠等支持电解质(SupportingElectrolyte)的水。通过在水中溶解支持电解质这样的杂质,能够使凝固点降低,能够调整因凝固引起体积膨胀的温度。例如,当在水中未混入杂质时,在0°C左右膨胀较大,但通过增大支持电解质的浓度,能够降低因凝固而体积发生膨胀的温度。 在上述夹置部件中,对具备含有液体的亲水性聚合物的基体的结构进行了说明,但不限于该方式,作为夹置部件也可以使用如下的部件,即:形成为在比预定温度低的温度下提高蓄电单元的约束载荷的任意部件。 图4示出本实施方式的第二夹置部件的概略立体图。第二夹置部件具有多个构成部件,层叠有多个构成部件。作为第二夹置部件的夹置部件12具有层叠了构成部件12a、构成部件12b和构成部件12c的结构。各构成部件12a〜12c形成为板状。各构成部件12a〜12c被配置成面积为最大的面积最大面彼此接触。 本实施方式的构成部件12a〜12c用层状膜密封含有水的亲水性聚合物的基体,其中,所述水中含有支持电解质。各构成部件12a〜12c被形成为内部的支持电解质的浓度彼此不同。构成部件12a的支持电解质的浓度被形成为高于构成部件12b的支持电解质的浓度。另外,构成部件12b的支持电解质的浓度被形成为高于构成部件12c的支持电解质的浓度。也就是说,被形成为:构成部件12a的支持电解质的浓度最高,构成部件12c的支持电解质的浓度最低。各构成部件12a〜12c的热膨胀系数不同。 当夹置部件12的周边温度降低时,支持电解质的浓度最低的构成部件12c在0°C左右凝固。构成部件12b在比构成部件12c低的温度下凝固。进一步,构成部件12a在比构成部件12b低的温度下凝固。这样,各构成部件12a〜12c的凝固点不同,因此能够使因凝固导致体积膨胀的温度在各构成部件中存在差异。通过层叠多个支持电解质的浓度互不相同的构成部件,从而能够在温度降低时,使夹置部件的体积逐渐增大。 例如,由树脂形成的约束部件因温度降低而体积逐渐变小。作为夹置部件,通过层叠支持电解质的浓度不同的多个构成部件,从而能够与约束部件的收缩对应地使夹置部件的长度逐渐变长。其结果,能够与温度变化相应地将更适当的载荷施加给蓄电单元。第二夹置部件能够对如下情况进行抑制:在预定的温度下其体积急剧膨胀,从而会对电池单元施加较大的载荷。 在本实施方式的第二夹置部件中,层叠有长方体状的三个构成部件,但不限于该方式,夹置部件能够层叠任意形状和任意数量的构成部件。 图5示出本实施方式的第三夹置部件的概略立体图。作为第三夹置部件的夹置部件13包括构成部件13b、和配置在构成部件13b内部的构成部件13a。构成部件13a用层状膜密封含有水的亲水性聚合物的基体,其中,所述水中含有支持电解质。构成部件13b以包围构成部件13a的方式包括含有水的亲水性聚合物的基体、和密封该基体的层状膜,其中,所述水中含有支持电解质。构成部件13a内部的支持电解质的浓度被形成为低于配置在构成部件13a外侧的支持电解质的浓度。 在夹置部件13中,因温度降低而在0°C左右,构成部件13a内部的水发生凝固,从而发生膨胀。进一步在低温下,在构成部件13b的内部中,配置于构成部件13a的外侧的含有支持电解质的水发生凝固而膨胀。作为夹置部件,在一个构成部件的内部配置有支持电解质的浓度不同的其他构成部件,从而能够在温度降低时,逐渐增大夹置部件的体积。其结果是,能够与温度变化相应地对蓄电单元施加更适当的载荷。第三夹置部件能够对如下情况进行抑制:在预定的温度下其体积急剧膨胀,从而会对电池单元施加较大的载荷。 本实施方式的第三夹置部件,其长方体状的构成部件被形成为两层,但不限于此,也能够重叠任意形状和任意数量的构成部件。 接下来,示出验证本实施方式的蓄电装置的性能的第一试验的结果。在试验中,使用矩形的锂离子电池作为电池单元。使用作为约束部件的两片金属板进行夹持来约束电池单元,对金属板施加载荷。作为金属板使用由不锈钢形成的板。 在试验中,对锂离子电池进行充电而将输出电压设定为预定电压之后,进行10秒的恒流放电。读取恒流放电之后的电压,求得自初始的预定电压起的电压降低量。该电压降低量越小,则内部电阻越小且优良。作为电池单元的约束条件以如下方式进行了约束,即在作为常温环境下的25°C使电压降低量为相同值。接着,使用恒温槽在-30°C的环境下,将电池单元放置了4小时之后,进行相同的测量。 在试验中,将-30°C时得到的电阻值除以25°C时得到的电阻值后求得的系数定义为电阻增加率。电阻增加率越小,则外部温度引起的输出变动越少,即使外部温度降低也能进行稳定的驱动。 在第一试验中,使用基体中含有液体的部件作为夹置部件。在第一试验中,对如下的夹置部件进行了试验,该夹置部件是在由亲水性聚合物形成的基体中含有水或含有具有支持电解质(NaCl)的水的夹置部件。对比较例也进行了试验。将第一试验的结果示于表1

在实施例6、7的夹置部件中,使用由人工沸石形成的基体,作为液体使用水或者NaCl水。比较例1、2与实施方式I的比较例1、2相同。 根据第三试验的结果可知,在实施例6和实施例7这两者中,电阻增加率小于比较例1、2的电阻增加率。也就是说,可以看出即便是在温度下降的情况下,也能够进行比比较例更稳定的驱动。 其他结构、作用和效果与实施方式I相同,因此在此省略重复的说明。(实施方式3) 参照图6和图7,说明实施方式3的蓄电装置。本实施方式的蓄电装置具有电池模块。本实施方式的电池模块的配置有夹置部件的位置与实施方式I不同。 图6示出本实施方式的第一电池模块的概略剖视图。本实施方式的第一电池模块具有夹置部件11,夹置部件11配置在2个电池保持件I彼此之间。夹置部件11配置于端盖40、电池单元33和电池保持件I的层叠体中的电池保持件I彼此所夹持的空间中。夹置部件11的正反两面与电池保持件I相接触。 这样,在本实施方式的第一电池模块中,夹置部件被配置成与约束部件和电池单元的层叠体中的两个约束部件相接触。图7示出本实施方式的第二电池模块的概略剖视图。第二电池模块具有作为约束部件的电池保持件I和电池保持件2。电池保持件2具有基底部2a和棱2b。棱2b与电池单元33的表面33b相接触,从而构成冷却空气的流路。 第二电池模块具有夹置部件11,夹置部件11配置在电池单元33彼此之间。夹置部件11由两个电池单元33夹着。夹置部件11的正反两面与电池单元33相接触。 在本实施方式的第二电池模块中,夹置部件被配置成与约束部件和电池单元的层叠体中的两个电池单元相接触。 本实施方式的蓄电装置也与实施方式I同样地,能够在低温下进行稳定的驱动。 其他结构、作用和效果与实施方式I同样,在此不重复说明。(实施方式4) 参照图8和图9说明实施方式4的蓄电装置。 图8是本实施方式的蓄电装置的概略立体图。图9是本实施方式的蓄电装置的概略分解立体图。本实施方式的蓄电装置具有作为蓄电单元的单一的电池单元33。电池单元33形成为长方体状。 本实施方式的蓄电装置具有作为用于约束电池单元33的约束部件的电池外壳3。电池单元33配置于电池外壳3的内部。电池外壳3具有盖部件3a和收容部件3b。电池单元33配置在由收容部件3b和盖部件3a所包围的空间内。 本实施方式的蓄电装置具有一对夹置部件14a、14b。本实施方式的夹置部件14a、14b形成为在比预定温度低的温度下具有负的热膨胀系数。本实施方式的夹置部件14a、14b由层状膜包围含有水的亲水性聚合物。 夹置部件14a、14b配置成与电池单元33表面中面积最大的表面33b相接触。夹置部件14a、14b分别配置在电池单元33的正面侧和背面侧的表面上。夹置部件14b被电池单元33和收容部件3b夹着。另外,夹置部件14a被电池单元33和盖部件3a夹着。 本实施方式的蓄电装置具有作为固定部件的固定带47。固定带47形成为在电池单元33的厚度方向上约束盖部件3a和收容部件3b。固定带47配置成沿电池外壳3的厚度方向延伸。箭头93示出约束的方向。 在本实施方式的蓄电装置的组装中,如箭头91所示,在收容部件3b下凹的部分夹着夹置部件14b而配置电池单元33。之后,如箭头92所示,在电池单元33的正面侧的表面33b配置夹置部件14a,并由盖部件3a所按压。电池单元33由被分别配置在正面侧和背面侧的表面33b上的一对夹置部件14a、14b夹着而被施加载荷。 在按压了盖部件3a的状态下,利用作为固定部件的固定带47,在电池单元33的厚度方向上约束电池外壳3。利用固定带47施加载荷,并将盖部件3a固定在收容部件3b上。 本实施方式的蓄电装置也能够在温度降低时使夹置部件14a、14b发生膨胀,从而对电池单元33施加适当的载荷。因此,本实施方式的蓄电装置能够在低温下进行稳定的驱动。 其他结构、作用和效果与实施方式I相同,因此在此处不重复说明。(实施方式5) 参照图10说明实施方式5的蓄电装置。 图10是本实施方式的蓄电装置的概略立体图。本实施方式的蓄电装置具有电池单元34。电池单元34形成为圆柱状。电池单元34具有电极34a。电极34a形成为从电池单元34的圆柱状的上面突出。 本实施方式的蓄电装置具有板部件4作为用于约束电池单元34的约束部件。板部件4形成为平板状。板部件4配置成隔着夹置部件15而夹着电池单元34。 本实施方式的蓄电装置具有夹置部件15。夹置部件15形成为覆盖电池单元34的周围。夹置部件15配置在电池单元34和板部件4之间。本实施方式的夹置部件15具有插入孔15a。插入孔15a以沿着电池34的形状的方式形成。电池单元34配置在插入孔15a的内部。 本实施方式的夹置部件15是通过使由亲水性聚合物形成的基体中含有水、并由层状膜进行密封来形成的。夹置部件15形成为在比预定温度低的温度下具有负的热膨胀系数。 在本实施方式的蓄电装置的安装工序中,在夹置部件15的插入孔15a中配置电池单元34。接着,用板部件4夹着夹置部件15。此时,在箭头93所示的方向上施加载荷。板部件4在相互靠近的方向上施加载荷的同时由固定带48将板部件4相互加以约束。 本实施方式的蓄电装置也能够在低温下进行稳定的驱动。 在本实施方式中,仅在一个方向上施加载荷,但不限于该方式,能够在任意方向上施加载荷。例如也可以是:在与上述一个方向垂直的方向的两端部配置追加的板部件,在与上述一个方向垂直的方向上进一步施加载荷。 其他结构、作用和效果与实施方式I相同,因此在此不重复说明。 在上述各个图中,对相同或者相当的部分标以相同的标号。另外,能够适当组合上述各实施方式。 应该认为,本次公开的实施方式,在所有方面都只是例示而并非限制性的内容。本发明的范围并不是由上述的说明而是由权利要求所表示,包括与权利要求同等的含义和范围内的所有变更。 工业上的可利用性 根据本发明,能够提供一种即使在低温下也能得到稳定性能的蓄电装置。

Description

蓄电装置

在薄膜型电池中,可以提高能量密度,但得到高的输出特性比较困难。对此,通过以下薄膜蓄电装置及装备了该蓄电装置的电气设备可以解决,该薄膜型蓄电装置具有:具备一对正极及负极的蓄电体;和前述正极及负极的与外部连接的连接端子,使前述连接端子的一部分露出,通过至少一部分被密封的外封装薄膜密封前述蓄电体,其特征在于,前述连接端子的露出部位于非密封部。

图21至图23中所示的例子是形成将薄板状的正极、负极及各个集电体重叠,将其卷绕而得到的、形成具有卷绕型构造的电极卷绕单元(9)的情况,表示将板状的锂金属(7)设置于电极卷绕单元的中心的例子。此外,将各个薄板卷绕而形成的层叠部分称为电极卷绕单元的层叠部分。锂极集电体(7a)设置为夹在2片锂极(7)间(图22)。如图21至图23所示,在各个薄板的最外周部的负极端子侧,负极集电体(2a)的用于和负极端子连接的引出部设置为从电极卷绕单元(9)的层叠部分凸出(在图23中,因为是概要表示,所以只表示了电极卷绕单元(9)的层叠部分上的各个集电体,而省略正极、负极等)。

(电池单元4的制作)将宽10mm、长50mm、厚0.1mm的铝制正极端子及铜制负极端子,分别超声波焊接到上述电极层叠单元1的正极集电体的端子焊接部(5片)、负极集电体的端子焊接部(6片)上。设置在深冲压3.5mm的外封装薄膜的内部,作为电解液,以1摩尔/1的浓度将LiPF6溶解在,碳酸乙二酯、碳酸乙酯及碳酸丙二酯以重量比3∶4∶1混合溶剂中,将得到的溶液真空浸渍以后,通过用外封装层压薄膜覆盖,将4边热熔接,而组装成50个电池单元的薄膜型电容。

图6是透视下侧的外封装薄膜而看到的本发明涉及的电池单元内的正极端子、负极端子的形状及配置第2例的底视图。

(正极的单位重量的静电容量测定)将上述正极切下1.5×2.0cm2大小的3片,一片作为正极,另一片作为和负极的参照极。将正极、负极隔着作为隔板的厚度50μm的纸制无纺织布,组成电容的模拟电池单元。作为正极电解液,使用在碳酸丙烯中以1摩尔/1的浓度溶解四氟硼酸三乙基甲基铵(TEMA·BF4)后的溶液。

(电池单元3的制作)关于连接端子及其它的部件间的连接结构,采取如图10所示的结构,在铝制正极端子的(A’)部、铜制负极端子的(B’)部,将上述电极层叠单元3的正极集电体的端子焊接部(5片)、负极集电体的端子溶接部(6片)分别超声波焊接,设置在如图9所示的位置开直径3mm的孔的、深冲压3.5mm的外封装薄膜的内部。外封装薄膜(4)及(5)和正极端子、负极端子分别在(A’)、(A’)部及(B)  (B’)部热熔接。作为电解液,以1摩尔/1的浓度将LiPF6溶解在,碳酸乙二酯、碳酸乙酯及碳酸丙二酯以重量比3∶4∶1混合溶剂中,将得到的溶液真空浸渍以后,通过用外封装层压薄膜覆盖,将4边热熔接,而组装成50个电池单元的薄膜型电容。

图21至图23及图24至图26,表示了作为本发明的一个实施方式,采取用于方形电池等的卷绕型构造的电容的电极配置的例子。图22是沿图21的IV-IV’线的剖面图,图23是沿图21的I-I’线的剖面图。此外,图25是沿图24的I-I’线的剖面图,图26是沿图24的IV-IV’线的剖面图。

负极集电体(2a)和锂极集电体(7a)也可以直接焊接。此外,在正极集电体(1a)的两面成型的正极(1)和上述负极(2)夹着隔板(3)层叠。




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