WO2015008341A1 - 二次電池モジュール及び電池システム - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a secondary battery module and a battery system.
- Patent Document 1 JP 2012-99432 discloses a battery and a battery module in which a sheet battery is wound and stored in a can. When the inside of the container becomes high pressure due to the gas generated during charging / discharging of the lithium ion secondary battery, the gas is discharged to the outside by a valve attached to the container to prevent pressurization.
- Patent Document 2 JP 2007-200717 (Patent Document 2) includes a space for holding the generated gas in advance around the laminate battery, and a structure for holding the generated gas when the gas is generated.
- Patent Document 3 JP-A-2005-332726 (Patent Document 3) includes a space for holding the generated gas in advance around the laminate battery and a gas discharge portion.
- Patent Document 4 JP-A-2003-168410 (Patent Document 4) includes a case for storing a laminated battery. When the amount exceeds a certain amount, gas is released by a protrusion provided on the inner wall of the case.
- JP 2012-99432 A JP2007-200717A JP2005-332726 JP 2003-168410 A
- Gas generation is caused by vaporization or decomposition of the non-aqueous electrolyte under abnormal conditions such as high temperatures.
- the pressurization prevention valve is broken, it is opened to the outside, so that the atmosphere containing moisture enters the inside of the can after the gas release, and is restored to the atmosphere inside the can before the gas release. do not do.
- a battery member is exposed to the atmosphere, a chemical reaction that deteriorates battery characteristics proceeds, and battery performance cannot be maintained.
- Patent Documents 2 to 4 as in Patent Document 1, when the pressure inside the container becomes high, the laminate opens and the inside of the laminate becomes atmospheric pressure, so that air flows into the laminate from the opening. As the battery material deteriorates, the battery performance decreases rapidly.
- an object of the present invention is to provide a secondary battery module capable of maintaining battery performance for a certain period even if the generated gas is released.
- the laminate battery has a structure in which an electrode group including a positive electrode and a negative electrode and a separator disposed between the positive electrode and the negative electrode is covered with a laminate material filled with a non-aqueous electrolyte.
- a feature of the present invention that solves the above-described problems is characterized in that one or a plurality of laminated batteries and a battery container covering the laminated batteries are provided, and a differential exhaust valve is provided in the battery container. Moreover, it is preferable that the inside of a battery container is pressure-reduced compared with external atmospheric pressure.
- HEV vehicles hybrid vehicles
- EV vehicles electric vehicles powered by motors
- PHV vehicle plug-in hybrid vehicle
- the battery In order to satisfy the requirements for driving a motor mounted on an automobile, it is necessary to increase the battery power density, extend the service life, and provide high reliability for safety. In addition, a charging speed comparable to the fueling speed of a gasoline automobile is also an issue. Therefore, the battery is required to have good response characteristics with respect to charging / discharging using a large current and resistance in harsh environments such as ultra-high temperatures and extremely low temperatures.
- a laminate type battery is used as a battery mounted on an automobile. Used in harsh environments with high temperatures and high currents such as rapid charge and discharge, and when it deteriorates, it involves gas generation due to decomposition of the electrolyte, and thus the laminate type battery tends to swell. As a result, the deterioration further proceeds due to expansion and rupture of the laminated battery. By realizing pressure reduction in the battery, it is possible to prevent the battery from being deteriorated in a harsh environment and improve safety.
- the present inventors effectively prevented an increase in gas pressure in the battery and expansion of the laminate type battery by providing a vacuum container that prevents the release of gas during the driving of the battery.
- a battery container that covers the laminated battery and a differential exhaust valve that connects the battery container and the outside are provided to store and hold the gas generated in the battery in the battery container and prevent the electrolyte gas from diffusing. Further, when the pressure exceeds a certain pressure, the suction is guided to the outside through a differential exhaust valve. As a result, the expansion of the laminate type battery is suppressed and the battery performance is maintained. In addition, when a crack occurs in the laminate seal portion and gas is released to the outside, the battery life is usually rapidly reduced.
- the differential exhaust valve blocks the atmosphere inside the container and the atmosphere of the external environment, can prevent contact with the atmosphere even after gas is released, and can suppress deterioration of the battery. Therefore, even when the battery deteriorates during use in a harsh environment, the power supply does not stop suddenly, and the battery performance gradually deteriorates. The possibility of causing a system failure due to insufficient power supply can be reduced, which is preferable.
- the internal pressure of the battery can be made lower than before. Furthermore, even in a battery module using a plurality of cells, the internal pressure of different batteries is maintained uniformly, contributing to performance improvement.
- the generated gas is accumulated in the battery container, by analyzing the generated gas to the outside, it is possible to perform a gas analysis of the decomposition product of the electrolytic solution during operation. Moreover, it is also preferable to use it as a test battery for directly monitoring the deterioration behavior of high temperature and large current application.
- 1 and 2 are schematic views of the battery of this example.
- the laminated battery fixing plate 12 and the leaf spring 13 are pressed from both sides and held in the battery container 15 together with the gas adsorbent 14 that adsorbs the flammable gas.
- the fixed plate 12 is arranged in parallel to both side walls of the battery container 15 and is in contact with the inner wall of the container through the leaf spring 13.
- the plate 12 causes the laminated battery 11 to be moved from both sides by the elastic stress generated by the leaf spring 13. Hold.
- the adsorbent 14 is exemplified by activated carbon or activated alumina.
- the adsorbent 14 is disposed at a position such as the bottom of the container that does not contact the laminate battery 11 before expansion.
- the upper cover 20 of the battery case 15 is provided with a differential exhaust valve 16 for depressurizing the inside of the battery case at the center, and electrode terminals 17 are attached side by side on both sides thereof.
- the electrode terminal 17 is connected to a lead electrode drawn out from the laminated battery 11 to the outside.
- the upper lid 20 is sealed together with the battery container 15, and the air inside the container 15 is forcibly exhausted from the differential exhaust valve 16 using a vacuum pump to be in a decompressed state. With such a configuration, the expansion of the laminated battery 11 is suppressed.
- the laminate battery 11 has a shape in which an electrode group consisting of a positive electrode, a negative electrode, and a separator disposed between the positive and negative electrodes is covered with a laminate material and filled with an electrolytic solution containing a non-aqueous organic solvent.
- a method for manufacturing a laminated battery will be described using a lithium ion secondary battery as an example.
- the method for producing the positive electrode plate is as follows.
- a positive electrode active material capable of occluding and releasing lithium ions is mixed with a conductive material such as carbon material powder and a binder such as polyvinylidene fluoride (PVDF) to prepare a slurry of an electrode mixture.
- a conductive material such as carbon material powder
- a binder such as polyvinylidene fluoride (PVDF)
- PVDF polyvinylidene fluoride
- Sufficient kneading is performed using a mixer equipped with a stirring means such as a rotor blade so that the powder particles of the positive electrode active material are uniformly dispersed in the slurry.
- the mixing ratio of the conductive material to the positive electrode active material is preferably 5 to 20 wt%.
- the well mixed electrode mixture slurry is applied on both sides of a current collector foil (aluminum foil having a thickness of 15 to 25 ⁇ m, etc.) using a roll transfer type coating machine or the like, and press-dried to obtain a positive electrode plate.
- the thickness of the electrode mixture layer formed on the current collector foil is preferably 50 to 250 ⁇ m.
- the method for producing the negative electrode plate is as follows. Using a carbon material such as graphite, amorphous carbon, or a mixture thereof as a negative electrode active material, mixing with a binder, forming a slurry similar to the positive electrode, and collecting foil (a copper foil having a thickness of 7 to 20 ⁇ m, etc.) A negative electrode plate is prepared by coating and pressing the upper part.
- the mixing ratio of the binder to the positive electrode active material is preferably about 10 wt%. If the binder component is increased, the internal resistance value is increased. If the binder component is too small, the storage life and cycle life of the battery may be decreased.
- the electrode mixture thickness is preferably 50 to 200 ⁇ m.
- the tab portion is made of a metal foil made of the same material as the current collector having a rectangular shape. In a battery that requires a large current to flow, such as a lithium secondary battery for moving bodies, it is preferable to provide a plurality of tabs.
- a tabbed electrode is stacked with a separator sandwiched between them, and a wound product, or an electrode and a separator stacked alternately, is stored as an electrode group in a covering material made of a laminate material.
- a separator porous polyethylene (PE) resin, polypropylene (PP) resin, or the like can be used.
- an electrolytic solution is injected and sealed.
- the electrolytic solution it is desirable to use a solution in which LiBF 4 is dissolved as an electrolyte in a solvent such as ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), or dimethyl carbonate (DMC).
- the electrolyte concentration is preferably between 0.6M and 1.5M.
- FIG. 3 is a diagram showing a detailed mechanism of the differential exhaust valve 16 having a differential exhaust mechanism.
- a circular hole is formed in the upper lid 20 of the container 15, an O-ring 22 closely attached to the periphery of the hole is installed, and a conical valve 21 larger than the diameter of the O-ring 22 is closely attached to the periphery of the O-ring 22.
- the conical valve 21 is pressed by elastic stress.
- a coil spring 25 for preventing air mixing at the time of evacuation and gas discharge is placed outside the column 23 on the conical valve 21, and a disk-shaped column holding plate 24 is attached on the column 23.
- the differential exhaust valve 16 is driven via the leaf spring 26 to realize decompression inside the container 15.
- FIG. 4 is a diagram showing the structure of the differential exhaust valve 16 and the electrode terminal 34.
- the electrode terminal 34 is connected to a lead electrode 33 drawn from the laminate battery 11.
- the atmosphere is shielded by the hermetic seal 35 around the lead hole provided in the upper lid 20.
- An exhaust nozzle 32 is connected to the differential exhaust valve 16, and the pressure is reduced using a vacuum pump or the like when the internal pressure of the battery module is reduced.
- the expansion is restrained by restraining from both sides, and the performance deterioration due to the battery swelling is prevented.
- the generated gas is prevented from being dispersed by the vacuum atmosphere of the battery container and the flammable gas adsorbent, and the generation of flame due to gas diffusion is suppressed.
- the internal pressure is adjusted by the operating exhaust valve, and the container rupture due to the gas pressure rise can be avoided.
- the differential exhaust valve releases the pressurized gas to the outside of the container and immediately closes the valve, so that the entry of the atmosphere can be prevented. Contact between the battery component and the atmosphere can be prevented.
- a gas sensor that senses the gas exhausted outside the differential exhaust valve may be provided.
- the control circuit connected to the gas sensor detects the gas release from the battery, performs emergency evacuation control of the battery charge / discharge, and displays With the circuit and element for the above, it is possible to notify the driver of an EV vehicle or the like that a battery abnormality has occurred.
- This example describes the configuration of a battery system that uses the battery module of Example 1 and performs battery life management.
- FIG. 5 is a schematic diagram showing an example of the life management recording system of the present embodiment.
- a pressure sensor 51 disposed in the battery module
- a recording device 52 for recording or displaying a signal obtained from the pressure sensor
- a display device 53 for displaying a signal obtained from the pressure sensor
- a control device 54 is provided.
- FIG. 5 is an example in which the exhaust gas passage 55 is connected to the connecting hose 56, and the exhaust valve 57 is opened and closed by the control device 54. Exhaust gas or circulating air flows in the direction of the arrow.
- a pipe with a partly larger inner diameter on the exhaust gas flow path side is provided, and a pipe structure is formed that can take in outside air during travel from the front and compress it, and then expand and decompress it.
- the inside of the battery container can be exhausted through the differential exhaust valve while traveling.
- FIG. 6 is a flowchart for explaining a method of recording the opening / closing of the exhaust valve and the operation history performed by the control device.
- the exhaust valve After starting operation, it is determined whether or not the internal pressure obtained from the pressure sensor exceeds a predetermined value (P0), and if it exceeds, the exhaust valve is operated, the differential valve is opened, and the internal pressure is decreased. Record the pressure before changing the internal pressure and the time the differential valve was operated. Again, it is determined whether or not the internal pressure obtained from the pressure sensor exceeds a predetermined value (P0). If the internal pressure is less than the predetermined value, the differential valve is closed and the internal pressure and time are recorded.
- the recorded internal pressure and differential valve opening information is recorded in the recording device as an operation history, and is used for battery life management, prediction, device operation, and the like. In particular, the system is effective for managing battery life. It is also possible to display information such as the differential valve opening, internal pressure, and time on a display device and notify the driver or the like.
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Abstract
ラミネート電池は、正極及び負極と、前記正極及び負極の間に配置されたセパレータを備える電極群が非水電解液を充填したラミネート材により被覆された構造を有する。一又は複数のラミネート電池と、前記ラミネート電池を覆う電池容器とを備え、電池容器に差動排気弁を設けたことを特徴とする。また、電池容器の内部は、外部気圧に比して減圧されていることが好ましい。電池よりガス発生が生じる場合であっても、急激な性能低下を抑制し、一定時間の電池性能維持の可能な二次電池モジュールを提供する。
Description
本発明は、二次電池モジュール及び電池システムに係る。
特開２０１２-９９４３２（特許文献１）には、シート状電池を捲回して缶に収納した電池および電池モジュールを開示している。リチウムイオン二次電池の充放電中に発生するガスにより、容器内が高圧になった場合、容器に取り付けられた弁によって外部にガス放出させて加圧を防止する。
特開２００７-２００７１７（特許文献２）には、ラミネート電池の周囲に予め発生ガスを保持する空間を備え、ガス発生時に発生ガスを保持する構造を備える。
特開２００５-３３２７２６（特許文献３）には、ラミネート電池の周囲に予め発生ガスを保持する空間を備えるとともに、ガス放出部を設けている。
特開２００３-１６８４１０（特許文献４）には、ラミネート電池を収納するケースを備え、一定量以上となると、ケース内壁に設けられた突起によりガスを放出させる。
ガス発生は、高温などの異常条件下での非水電解液の気化や、分解に由来する。特許文献１のガス放出の方法では、一旦加圧防止弁が破られると、外部に開放されるため、ガス放出後に湿度を含んだ大気が缶内部に入り込み、ガス放出前の缶内雰囲気に回復しない。電池部材が大気にさらされ、電池特性を劣化させる化学反応が進み、電池性能を維持することはできない。
特許文献２～４についても、特許文献１と同様に、容器内が高圧となった場合にはラミネートが開口し、ラミネート内部が大気圧になるため、開口部から大気がラミネート内部に流れ込んできて電池材料の劣化が進行し、電池性能は急激に低下する。
ガス発生が生じるような過酷環境下で使用中に突然電池性能が低下すると、供給電力不足によりシステム障害を引き起こす可能性がある。したがって、電池性能を徐々に低下させることが好ましい。したがって、本発明の目的は、発生したガスを放出させてもある程度の期間、電池性能を維持することが可能な二次電池モジュールを提供することにある。
ラミネート電池は、正極及び負極と、前記正極及び負極の間に配置されたセパレータを備える電極群が非水電解液を充填したラミネート材により被覆された構造を有する。上記課題を解決する本発明の特徴は、一又は複数のラミネート電池と、前記ラミネート電池を覆う電池容器とを備え、電池容器に差動排気弁を設けたことを特徴とする。また、電池容器の内部は、外部気圧に比して減圧されていることが好ましい。
上記構成により、電池よりガス発生が生じる場合であっても、急激な性能低下を抑制し、一定時間の電池性能維持の可能な二次電池モジュールを提供可能である。
エンジンを主動力として補助的に二次電池や回生ブレーキを用いるハイブリッド車 (以下ＨＥＶ車と略す)をはじめ、モータを主動力とした電気自動車（以下、ＥＶ車と略す）、および家庭用電源コンセントからの充電可能なプラグインハイブリッド車（以下、ＰＨＶ車と略す）が研究開発されている。これらのモータを使用する自動車、特にＥＶ車は、適切なモータの選択により起動トルクが大きいこと、走行時のＣＯ2およびＮＯｘ排出がないこと、およびエンジンより静かな走行が実現できることなど、エンジン車と比較していくつかのメリットがある。
自動車に搭載されるモータ駆動の要求を満たすためには、バッテリー電源の高密度化、長寿命化、および安全についての高信頼性が必要である。また、ガソリン自動車の給油速度に匹敵する充電速度も課題となる。よって、バッテリーには、大電流を用いた充放電に対する良好な応答特性、および超高温・極低温などの過酷環境での耐性が求められている。
特に、自動車に搭載されるバッテリーとして、ラミネート型電池が使用される。急速充放電など高温大電流の過酷環境で使用され、劣化すると電解液の分解によるガス発生を伴うため、ラミネート型電池の膨れなどが発生しやすい。その結果、ラミネート型電池の膨張や破裂によりさらに劣化が進行する。電池内の減圧化を実現することで、電池の過酷環境での劣化を防止し、安全性を向上させることができる。
そこで本発明者らは、電池の駆動中にガスの放出を防止する真空容器を設けることで、電池中のガス圧増加や、ラミネート型電池の膨張を効果的に防止した。ラミネート電池を覆う電池容器と、電池容器と外部とを接続する差動排気弁とを備え、電池で発生したガスを電池容器内に蓄積・保持し、電解液ガスが拡散するのを防止する。
また、一定圧力以上となった場合には差動排気弁を介して外部に誘導吸引する。その結果、ラミネート型電池の膨張を抑制し、電池性能を維持する。また、ラミネートシール部に亀裂が生じて外部にガスが放出された場合、通常、電池の急激な寿命低下が生じる。本発明では、差動排気弁によって容器内部の雰囲気と外部環境の大気を遮断し、ガス放出後も大気接触を防止でき、電池の劣化を抑制できる。したがって、過酷環境での使用中に劣化する場合にも、電力供給が突然停止することがなく、電池性能が徐々に劣化してゆく。給電力不足によりシステムの障害を引き起こす可能性を低減でき、好ましい。
また、一定圧力以上となった場合には差動排気弁を介して外部に誘導吸引する。その結果、ラミネート型電池の膨張を抑制し、電池性能を維持する。また、ラミネートシール部に亀裂が生じて外部にガスが放出された場合、通常、電池の急激な寿命低下が生じる。本発明では、差動排気弁によって容器内部の雰囲気と外部環境の大気を遮断し、ガス放出後も大気接触を防止でき、電池の劣化を抑制できる。したがって、過酷環境での使用中に劣化する場合にも、電力供給が突然停止することがなく、電池性能が徐々に劣化してゆく。給電力不足によりシステムの障害を引き起こす可能性を低減でき、好ましい。
また、ガス発生時に従来よりも電池の内圧を低い圧力とできる。さらに、複数のセルを用いる電池モジュールでも、異なる電池の内圧を均一に維持し、性能向上に寄与する。
なお、発生したガスは電池容器内に蓄積されるため、外部に発生ガスを導出することで、稼動中の電解液の分解生成物のガス分析等が可能である。また、高温大電流の印加の劣化挙動を直接監視する試験電池として使用することも好ましい。
以下、実施例を用いてさらに本発明の詳細を説明する。
図１、図２は、本実施例の電池の模式図である。
薄板型のラミネート電池１１を捲回し折りたたんだ状態で、両側よりラミネート電池固定板１２、及び板バネ１３で両側から押さえつけ、引火性ガスを吸着するガス吸着剤１４とともに電池容器１５内に保持される。固定板１２は、電池容器１５の両側壁に平行に配置され、板ばね１３を介して容器の内壁に接しており、板バネ１３が発生する弾性応力によって、板１２がラミネート電池１１を両側から保持する。吸着剤１４は、活性炭もしくは活性アルミナなどが例示される。吸着剤１４は、容器底部など、膨張する前のラミネート電池１１には接触しない位置に配置する。
また、電池容器としては、ステンレス、スチールまたはアルミニウムを用いることが好ましい。電池容器１５の上蓋２０には、中央部に電池容器内部を減圧するための差動排気弁１６が設けられ、その両側に電極端子１７が並んで取り付けられている。電極端子１７には、ラミネート電池１１から外部に引き出された引き出し電極が接続されている。上蓋２０を電池容器１５と合わせて密閉し、真空ポンプを用いて、前記差動排気弁１６から前記容器１５内部の空気を強制排気して減圧状態にする。このような構成により、ラミネート電池１１の膨張を抑制する。
ラミネート電池１１は、正極、負極と、正負極間に配置されたセパレータとよりなる電極群がラミネート材で被覆され、非水系有機溶媒を含む電解液を充填した形状を有する。本実施例では、リチウムイオン二次電池を例として、ラミネート電池の作製方法を説明する。
正極の電極板の作製方法は下記のとおりである。リチウムイオンを吸蔵放出可能な正極活物質を、炭素材料粉末等の導電材およびポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）等の結着剤とともに混合し、電極合材のスラリーを作製する。正極活物質の粉末粒子がスラリー中で均一に分散するように、回転翼のような攪拌手段を備えた混合機を用いて十分な混錬を行う。正極活物質に対する導電材の混合比は、５～２０ｗｔ％が好ましい。十分に混合した電極合材のスラリーをロール転写式の塗布機などによって集電箔（厚さ１５～２５μｍのアルミ箔等）上に両面塗布し、プレス乾燥し、正極の電極板とする。集電箔上に形成された電極合材層の厚さは５０～２５０μｍとするのが望ましい。
負極の電極板の作製方法は下記のとおりである。黒鉛、非晶質炭素、それらの混合物などの炭素材を負極活物質として用い、結着剤と混合して、正極と同様にスラリーとし、集電箔（厚さ７～２０μｍの銅箔等）上に塗布プレスし、負極電極板を作製する。正極活物質に対する結着剤の混合比は、１０ｗｔ％程度とすることが好ましい。結着剤成分が多くなると内部抵抗値の増加につながり、また、少なすぎると、電池の保存寿命、サイクル寿命の低下を招くおそれがある。電極合材厚は５０～２００μｍとするのが望ましい。
正負の電極板を所定の長さに切断し、電極からの電流引き出し用のタブ部をスポット溶接または超音波溶接等で取り付ける。タブ部は長方形の形状をした集電体と同一の材質の金属箔からなる。移動体用リチウム二次電池など、大電流を流すことが要求される電池では、複数のタブを設けることが好ましい。
タブ付けされた電極にセパレータを間に挟んで積層し、これを捲回したもの、もしくは電極とセパレータとを交互に積層したものを電極群として、ラミネート材よりなる被覆材に収納する。セパレータとしては、多孔性のポリエチレン（ＰＥ）樹脂、ポリプロピレン（ＰＰ）樹脂等が使用できる。電極群を被覆材に収納した後に、電解液を注入し密封する。電解液としては、エチレンカーボネート（ＥＣ）やプロピレンカーボネート（ＰＣ）、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）等の溶媒に電解質としてＬｉＢＦ4を溶解させたものを用いることが望ましい。電解質濃度は、０．６Ｍ～１．５Ｍの間とするのが望ましい。このように調製した電解液を注液して、被覆材を密閉するとラミネート電池が完成する。
図３は、差動排気の機構を有する差動排気弁１６の詳細な機構を示す図である。容器１５の上蓋２０に円形の穴を開け、穴の周囲に密着したОリング２２を設置し、そのОリング２２の直径より大きな円錐状の弁２１をОリング２２の周囲に密着させる。機密性を向上させるために、円錐状の弁２１は弾性応力で押さえられる。真空排気およびガス放出時の大気混入を防止するためのコイルバネ２５を円錐状の弁２１の上の支柱２３の外側に置き、支柱２３の上に円盤状の支柱保持板２４を取り付けられている。板バネ２６を介して差動排気弁１６の駆動をさせ、容器１５内部の減圧を実現する。
図４は、差動排気弁16と電極端子３４の構造を示す図である。電極端子３４は、ラミネート電池１１から引き出した引き出し電極３３と接続されている。上蓋２０に設けられた引き出し穴の周囲には、減圧環境の機密性を向上させるため、ハーメチックシール３５による雰囲気遮蔽が施されている。差動排気弁１６には、排気ノズル３２が接続されており、電池モジュールの内圧減圧時に真空ポンプなどを用いて減圧する。
上述の通り、ラミネート電池中の電解液がガス化しても、膨張を両側から拘束することで抑制し、電池の膨れによる性能低下を防止する。また、ラミネート電池の内圧上昇、ガス放出が生じた場合、電池容器の真空雰囲気及び引火性ガス吸着剤によって発生ガスの分散を防止し、ガス拡散による火炎の発生を抑制する。また、さらにガス発生により内圧が上昇する場合は、作動排気弁によって内圧調整し、ガス圧上昇による容器破裂は回避できる。
電解液のガス化により、ラミネートシール部に亀裂が生じても、ガス放出後に外部へのガス流出がない。ガス拡散による火災を抑制できるため、大電流、電解液の分量が多くても安全性が高い。ＥＶ車、ＨＥＶ車、およびＰＨＶ車などの電源として、または42Vバッテリーなどの電解液の量が多い大型の電池で、大電流を使用する場合に好ましい。
ラミネート電池からガスが放出された後にも、正極、セパレータ、および負極材などの電池部材が大気および水分に直接接触することがない。ガス化がさらに進行した場合には、差動排気弁が加圧分のガスを前記容器の外部へ放出し、直後に弁を閉鎖させるため、大気の侵入を阻止できる。電池構成要素と大気の接触を防止することができる。
そのため、材料劣化に起因する突然の電池性能劣化を防止することが出来る。よって、材料劣化に起因する急激な電池性能の低下を回避でき、電池性能をしばらくの間維持できる。問題が生じた場合にも電池寿命の急激な低下を回避する構造を有するため、運転手が危険性のある急激な回避行動をとる必要がなく、安全性が高い。
また、差動排気弁の外側に排出されたガスを感知するガスセンサを設けてもよい、ガスセンサと接続された制御回路により電池のガス放出を検知させ、電池充放電の緊急避難制御を行い、表示のための回路および素子により、ＥＶ車などの運転手に対して電池の異常発生を知らせることができる。
本実施例は、実施例１の電池モジュールを使用し、電池の寿命管理を行う電池システムの構成について説明する。
図５は、本実施例の寿命管理記録システムの一例を示す模式図である。電池モジュールのほか、電池モジュール内に配置された圧力センサ５１、圧力センサより得られる信号を記録したり、表示したりする記録機器５２、表示機器５３、圧力センサより得られる信号に基づき発生ガスを放出する制御機器５４を備える。
発生ガスは直接装置外に放出してもよいが、自動車等の機器に搭載する場合には差動排気弁を排ガス流路５５と接続することが好ましい。図５は、排ガス流路５５と連結ホース５６で接続されており、排気弁５７が制御機器５４により開閉する例である。矢印方向に排気ガス、または循環空気が流通する。
差動排気用に、排ガス流路側の一部の内径を大きくした配管を設け、走行中の外気を前方から取り込んで圧縮し、その後膨張させ減圧排気できる配管構造とした。強制排気が必要な時に、走行しながら差動排気弁を通じて電池容器内部の排気が可能となる。
排気弁５７の開閉動作は、圧力センサで感知した圧力、時間などとともに制御機器５４に作動履歴として記録される。作動履歴を記録して制御設備にフィードバックすることで、電池の運転を調整したり、寿命予測が可能となる。図６は、制御機器で行う排気弁の開閉及び作動履歴の記録方法を説明するフローチャート図である。
運転開始後、圧力センサより得られる内部圧力が所定値（Ｐ0）を超えるか否かを判断し、超えた場合には排気弁を動作させて、差動弁を開き、内圧を減少させる。内圧を変化させる前の圧力及び差動弁を動作させた時間を記録する。再度、圧力センサより得られる内部圧力が所定値（Ｐ0）を超えるか否かを判断し、所定値以下となれば差動弁を閉じ、内圧及び時間を記録する。記録した内圧及び差動弁開放の情報は、作動履歴として記録機器に記録され、電池の寿命の管理、予測や、機器の運転等に使用する。特に、電池寿命の管理に有効なシステムとなる。また、差動弁開放及び、内圧、時間などの情報を表示機器に表示させ、運転者等に通知することも可能である。
１１ ラミネート電池
１２ ラミネート電池固定板
１３ 板バネ
１４ ガス吸着剤
１５ 電池容器
１６ 差動排気弁
１７ 電極端子
２０ 上蓋
２１ 円錐状の弁
２２ Оリング
２３ 支柱
２４ 支柱保持板
２５ コイルバネ
２６ 板バネ
３２ 排気ノズル
３３ 引き出し電極
３４ 電極端子
３５ ハーメチックシール
５１ 圧力センサ
５２ 記録機器
５３ 表示機器
５４ 制御機器
５５ 排ガス流路
５６ 連結ホース
５７ 排気弁
１２ ラミネート電池固定板
１３ 板バネ
１４ ガス吸着剤
１５ 電池容器
１６ 差動排気弁
１７ 電極端子
２０ 上蓋
２１ 円錐状の弁
２２ Оリング
２３ 支柱
２４ 支柱保持板
２５ コイルバネ
２６ 板バネ
３２ 排気ノズル
３３ 引き出し電極
３４ 電極端子
３５ ハーメチックシール
５１ 圧力センサ
５２ 記録機器
５３ 表示機器
５４ 制御機器
５５ 排ガス流路
５６ 連結ホース
５７ 排気弁
Claims (7)
- 一又は複数のラミネート電池と、前記ラミネート電池を覆う電池容器と、前記電池容器に設けられた差動排気弁とを有する電池モジュールであって、
前記ラミネート電池は、正極及び負極と、前記正極及び負極の間に配置されたセパレータを備える電極群が非水電解液を充填したラミネート材により被覆されており、
前記電池容器の内部は減圧されていることを特徴とする電池モジュール。 - 請求項１に記載された電池モジュールであって、
前記電池容器内部に配置され、気化した非水電解液、もしくは非水電解液の分解ガスを吸着するガス吸着剤と、前記ラミネート電池を固定する板状部材とを備えることを特徴とする電池モジュール。 - 請求項１に記載された電池モジュールであって、
前記ラミネート電池は、捲回された扁平形状を有し、一対の板状部材で対向する位置より挟持されていることを特徴とする電池モジュール。 - 請求項１に記載された電池モジュールであって、
複数の前記ラミネート電池が積層され、一対の板状部材で対向する位置より挟持されていることを特徴とする電池モジュール。 - 請求項１に記載された電池モジュールであって、
前記電池容器内部に配置された圧力センサを備えることを特徴とする電池モジュール。 - 請求項１に記載された電池モジュールであって、
前記差動排気弁より放出されたガスを感知するガスセンサを有することを特徴とする電池モジュール。 - 請求項１に記載された電池モジュールと、前記電池モジュールに接続された制御機器と、前記制御機器に接続された記録機器と、前記制御機器で操作される排気弁と、を備える電池システムにおいて、
前記制御機器は、前記排気弁を動作した時間と、前記電池モジュールの内部圧力とを含む情報を記憶し、前記情報に基づき前記電池モジュールの寿命管理を行うことを特徴とする電池システム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PCT/JP2013/069338 WO2015008341A1 (ja) | 2013-07-17 | 2013-07-17 | 二次電池モジュール及び電池システム |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PCT/JP2013/069338 WO2015008341A1 (ja) | 2013-07-17 | 2013-07-17 | 二次電池モジュール及び電池システム |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| WO2015008341A1 true WO2015008341A1 (ja) | 2015-01-22 |
Family
ID=52345837
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PCT/JP2013/069338 WO2015008341A1 (ja) | 2013-07-17 | 2013-07-17 | 二次電池モジュール及び電池システム |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| WO (1) | WO2015008341A1 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2019096520A (ja) * | 2017-11-24 | 2019-06-20 | トヨタ自動車株式会社 | リリーフ弁付き電池 |
Citations (6)
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-
2013
- 2013-07-17 WO PCT/JP2013/069338 patent/WO2015008341A1/ja active Application Filing
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