CN107004920B - 电池组 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种在低温环境下(例如0℃以下)能够提供稳定的输出且能够进行稳定的充电的电池组。一种电池组(1)，具备：电池群(11)，其具有第一电池(10A)和第二电池(10B)，该第二电池(10B)配置在第一电池(10A)的周围；以及加热器(14)，其配置在由第二电池(10B)形成的电池群(11)的外周部侧，通过从第一电池(10A)被通电而产生热，其中，第一电池(10A)在规定温度以下的温度区域能够以比第二电池(10B)的电流大的电流进行充放电。

Description

电池组
技术领域
本发明涉及一种具备进行充放电的电池的电池组的技术。
背景技术
有时在低温环境下(例如0℃以下)二次电池的输入输出下降。因此，存在为了抑制二次电池的输入输出下降而对二次电池进行加热的技术。
例如，在专利文献1中公开了一种电池组，其具备：高输出型的第一电池和高容量型的第二电池；以及加热器，其配置在与距离第二电池相比更接近第一电池的位置，用于发热。根据专利文献1，启示了以下内容：在低温环境下高输出型的第一电池的输出下降时，仅靠通过加热器对高输出型的第一电池加热，来抑制电池组的输出下降。
专利文献1：日本专利第5392407号公报
发明内容
发明要解决的问题
但是，在上述专利文献1所公开的技术中，在低温环境下，由于高容量型的第二电池的输出下降，因此难以从电池组提供稳定的输出。另外，由于第二电池的输入也下降，因此难以对电池组进行充电。
因此，本发明的目的在于提供一种在低温环境下(例如0℃以下)能够提供稳定的输出且能够进行稳定的充电的电池组。
用于解决问题的方案
本发明所涉及的电池组具备：电池群，其具有第一电池和第二电池，该第二电池配置在所述第一电池的周围；以及加热器，其配置在由所述第二电池形成的所述电池群的外周部侧，通过从所述第一电池被通电而发热，其中，所述第一电池在规定温度以下的温度区域能够以比所述第二电池的电流大的电流进行充放电。
发明的效果
根据本发明所涉及的电池组，在低温环境下(例如0℃以下)能够提供稳定的输出且能够进行稳定的充电。
附图说明
图1是作为本实施方式的一例的电池组的示意立体图。
图2的(A)是表示本实施方式的第一电池和第二电池的配置状态的电池组的示意立体图，图2的(B)是表示本实施方式的第一电池和第二电池的配置状态的电池组的示意俯视图。
图3是表示在本实施方式中对所使用的加热器进行驱动的电路结构的示意图。
图4是作为本实施方式的另一例的电池组的示意立体图。
图5是作为本实施方式的另一例的电池组的分解示意立体图。
图6是作为本实施方式的另一例的电池组的示意俯视图。
具体实施方式
下面关于本发明的实施方式进行说明。本实施方式是实施本发明的一例，本发明并不限定于本实施方式，在不变更本发明的宗旨的范围内能够适当地进行变更来实施。在实施方式、实验例的说明中参照的附图是示意性的记载，附图中描绘的结构要素的尺寸、量等有时与实物不同。
图1是作为本实施方式的一例的电池组的示意立体图。如图1所示，电池组1具有加热器14以及包括多个单电池10的电池群11。此外，图1的X轴、Y轴以及Z轴是相互正交的轴。
加热器14只要如后述的那样通过来自电池的通电而发热，就不特别地进行限制，加热器14沿着包括多个单电池10的电池群11的外周进行配置。
图1所示的多个单电池10在Y-Z平面上排列地配置。具体地说，在Y方向上排列的5个单电池10的列与在Y方向上排列的4个单电池10的列沿着Z方向交替地排列配置成所谓的交错状。此外，单电池10的排列、数量等并不限制于上述内容，只要考虑电池组1的输入输出特性等来适当地选择即可。
图1所示的单电池10是圆筒型的电池。即，单电池10在X方向上延伸，单电池10在Y-Z平面内的截面形状形成为圆形。作为单电池10，使用非水电解质二次电池等二次电池。此外，在本实施方式中，以圆筒型的电池为例进行说明，但是并不限制于此，例如也可以使用方形的电池。
单电池10具有电池壳和容纳于电池壳的发电元件。发电元件是进行充放电的元件，具有正极板、负极板以及配置在正极板与负极板之间的隔板。隔板包含有电解液。
在单电池10的X方向上的两端分别设置有正极端子12和负极端子13。发电元件的正极板与正极端子12电连接。正极端子12构成为凸面。发电元件的负极板与负极端子13电连接。负极端子13构成为平坦的面或者配置有安全阀(刻印)的面，该安全阀(刻印)具有在电池异常时用于使电池内部的上升的压力释放到电池之外的作用。
本实施方式的多个单电池10具有第一电池和第二电池。第一电池是在规定温度以下的温度区域(以下有时称为低温区域)能够以比第二电池的电流大的电流进行充放电的电池，是所谓的高输出型电池。在此，在规定温度以下的温度区域能够以比第二电池的电流大的电流进行充放电包含以下两种情况的双方：在规定温度以下的温度区域内具有比第二电池的输入输出高的输入输出，但是在超过规定温度的温度区域内成为比第二电池的输入输出低的输入输出；以及在规定温度以下的温度区域和超过规定温度的温度区域中的任一区域内都具有比第二电池的输入输出高的输入和输出。规定温度以下的温度区域优选为0℃以下的低温区域，更优选为-30℃以下的低温区域。即，优选的是，第一电池是在0℃以下的低温区域(更优选的是-30℃以下的低温区域)能够以比第二电池的电流大的电流进行充放电的电池。
作为第一电池，从在0℃以下的低温区域也能够发挥稳定的输入输出这一方面出发，优选的是镍镉电池或者具备包含钛酸锂的负极的非水电解质二次电池。
第二电池只要满足上述说明的与第一电池之间的输入输出关系，就不特别地进行限制，在确保电池组1的容量这方面，优选的是第二电池是具有比第一电池的充放电容量大的充放电容量的电池、所谓的高容量型电池。作为第二电池，从高容量这方面出发，优选的是具备包含石墨的负极的非水电解质二次电池或者具备包含锂镍复合氧化物的正极的非水电解质二次电池。
以下，关于第一电池和第二电池的配置进行说明。
图2的(A)是表示本实施方式的第一电池和第二电池的配置状态的电池组的示意立体图，图2的(B)是表示本实施方式的第一电池和第二电池的配置状态的电池组的示意俯视图，是从X方向观察的电池组的图。如图2所示，在本实施方式中，使用了3个第一电池10A和15个第二电池10B。而且，3个第一电池10A配置在包括多个单电池10的电池群11的中央部，15个第二电池10B以包围配置在中央部的3个第一电池10A的周围的方式进行配置。
加热器14沿着由包围第一电池10A的第二电池10B形成的电池群11的外周部进行配置。即，第二电池10B成为被第一电池10A和加热器14夹持的状态。
图3是表示在本实施方式中对所使用的加热器进行驱动的电路结构的示意图。如图3所示，加热器14与第一电池10A(高输出型电池)连接，在加热器14与第一电池10A之间配置有开关16。如果开关16处于接通状态，则向加热器14提供来自第一电池10A的电力，来使加热器14发热。另外，如果开关16处于断开状态，则不向加热器14提供来自第一电池10A的电力，从而使加热器14停止发热。
在本实施方式中，通过图3所示的BMU(battery management unit：电池管理单元)18来进行开关16的接通/断开的切换。具体地说，通过以下的方法来进行。由配置在电池组1的周围等的温度传感器20检测电池组的温度，将其温度数据发送到BMU 18。然后，由BMU 18判断上述温度数据是否为规定值以下，在温度数据为规定值以下时，使开关16成为接通状态，在温度数据高于规定值的情况下，使开关16成为断开状态。在此，期望的是，根据第二电池10B(高容量型电池)的输入输出下降的温度来设定规定值，例如，用于使开关16成为接通状态的规定值优选设定为-30℃，更优选设定为0℃。另一方面，用于使开关16成为断开状态的规定值优选设定为10℃，更优选设定为20℃。
一般来说，电池具有温度越低则输入输出越低的倾向。因而，当温度下降(例如0℃以下)时，无法从电池组向外部负载提供稳定的输出。因此，考虑在电池组的外周设置加热器来对电池组进行加热，但是如果仅靠来自加热器的热，则虽然能够对配置在加热器附近的电池(即配置在外侧的电池)进行加热，但是对于配置在离加热器远的位置的电池(即配置在内部的电池)，由于来自加热器的热传递不到而无法充分地被加热或者直到被加热为止需要长的时间。因此，在低温环境下，难以从电池组提供稳定的输出。另外，如果想要仅通过加热器的热来对内部的电池进行加热，则加热器大型化，并且伴随大型化的加热器的消耗电力也变高。
在本实施方式中，当温度下降而变为规定温度以下时通过BMU 18使开关16成为接通状态来从第一电池10A向加热器14通电时，加热器14发热。另外，通过从第一电池10A向加热器14通电，第一电池10A也发热。因而，多个第二电池10B中的配置在外侧的第二电池10B由于配置在加热器14附近，因此能够通过从加热器14提供的热而被加热。另外，多个第二电池10B中的配置在内部的第二电池10B虽然处于离加热器14远的位置，但是由于配置在通过向加热器14通电而产生热的第一电池10A附近，因此能够通过从第一电池10A提供的热而被加热。即，在本实施方式中，由于通过加热器14从外侧对第二电池10B加热并且通过第一电池10A从内部也对第二电池10B加热，因此能够高效地对电池组整体加热。其结果，本实施方式的电池组在低温环境下(例如0℃以下)也能够提供稳定的输出。此外，第一电池10A是能够以比第二电池10B的电流大的电流进行充放电的电池，因此即使温度下降也能够向加热器14提供稳定的电力。作为第一电池10A，优选的是使用在放电时熵减少的电池系统、即在放电时发生放热反应的电池系统。具体地说，优选具有在放电时负极侧发生氧化反应并发热的特性的镍镉电池，或者优选具备包含钛酸锂作为负极材料的负极、包含含锂过渡金属氧化物作为正极材料的正极的非水电解质二次电池，更优选为包含在放电时产生的热量大的钴酸锂来作为上述的正极材料。
本实施方式的多个第二电池10B被串联或并联地连接而被使用为外部负载的电源。另外，本实施方式的多个第一电池10A被使用为加热器14的电源，但是在第一电池10A存在剩余电力(向加热器14提供的电力以外的电力)的情况下，也可以向外部负载提供该剩余电力。此外，第一电池10A是能够以比第二电池10B的电流大的电流进行充放电的电池，因此即使温度下降也能够向加热器14或者外部负载提供稳定的电力。另外，由于也存在在向加热器14或者外部负载提供了电力之后需要在低温环境下对电池组进行充电的情况，因此通过以能够向加热器14提供电力的程度预留第一电池10A的容量，与输出时同样地即使在低温环境下也能够对第二电池10B加热，从而能够进行电池组的充电。此外，能够通过将电池组与太阳能电池等外部电源连接来对电池组充电。
在本实施方式中，说明了在由第二电池10B形成的电池群11的外周部的整周配置了加热器14的例子，但是根据第二电池10B的数量、第一电池10A的数量、配置等，并不需要一定在外周部的整周进行配置，可以在外周部的一部分配置。即，加热器14配置在由第二电池10B形成的电池群11的外周部侧并不限于在外周部的整周进行配置的情况，也包含在外周部的一部分进行配置的情况。另外，在本实施方式中，说明了第二电池10B配置在第一电池10A的整周的例子，但是并不限定于此，也可以是第二电池10B与第一电池10A的周围的一部分相邻地配置的方式。
以下说明本实施方式的变形例。此外，以下在称为单电池10的情况下，表示前述的第一电池10A(高输出型电池)和第二电池10B(高容量型电池)这两方，多个单电池10设为如前述的那样第二电池10B以包围第一电池10A的周围的方式配置。
图4是作为本实施方式的另一例的电池组的示意立体图。如图4所示，电池组2具有包括多个单电池10的电池群11、用于保持多个单电池10的保持件30以及加热器14。加热器14配置在保持件30的侧面。
图4所示的多个单电池10在Y-Z平面内排列地配置。具体地说，在Z方向上排列的5个单电池10的列和在Z方向上排列的4个单电池10的列沿着Y方向交替地排列配置成所谓的交错状。
在保持件30上形成有贯通保持件30的开口部，单电池10被插入到该开口部。在开口部与单电池10之间形成间隙的情况下，通过在开口部与单电池10之间所形成的间隙中填充粘结剂，能够将单电池10固定于保持件30。作为粘结剂，例如能够使用环氧树脂。
保持件30例如优选为铝等金属制保持件。通过使用金属制保持件30，来提高向单电池10的导热性，因此来自加热器14的热、来自第一电池10A的热等容易被传递至第二电池10B，从而能够在更短的时间内对第二电池10B加热。另外，通过使用金属性的保持件，即使不将加热器14配置在保持件的侧面整周(即，配置在由第二电池10B形成的电池群11的外周部的整周)而仅配置在一部分的侧面，也能够更高效地对第二电池10B加热。
图5是作为本实施方式的另一例的电池组的分解示意立体图。在图5所示的电池组3中，用于保持单电池10的保持件32是将多个中空圆筒状的管34集合而成的。单电池10被容纳在中空圆筒状的管34的容纳部36。加热器虽未图示，但是配置在保持件32的外周(即，配置在由多个单电池10构成的电池群的外周部侧)。这样，通过使用将多个中空圆筒状的管34集合而成的保持件32，能够对保持件32所容纳的单电池10整体进行加热。
图6的(A)～(C)是作为本实施方式的另一例的电池组的示意俯视图。关于图6的(A)所示的电池组，将3个第一电池10A设为一组的第一电池组隔开规定的间隔地设置有2个，多个第二电池10B以包围各第一电池组的方式进行配置。而且，在由多个第二电池10B形成的电池群的外周部侧配置有加热器14。关于图6的(B)所示的电池组，第一电池10A隔开规定的间隔地设置有6个，多个第二电池10B以包围各第一电池10A的方式进行配置。而且，在由多个第二电池10B形成的电池群11的外周部侧配置有加热器14。另外，关于图6的(C)所示的电池组，与图6的(A)同样地配置了第一电池10A和第二电池10B，但是加热器14不只配置在由第二电池10B形成的电池群11的外周部侧，还配置在两个第一电池组之间。这些电池组均成为通过从第一电池10A向加热器14提供电力来使加热器14发热的结构。根据上述那样的结构，也能够高效地对第二电池10B加热，因此在低温环境下也能够从电池组提供稳定的输出。另外，还能够进行电池组的充电。此外，在这些方式中，也优选设置用于保持第一电池10A和第二电池10B的保持件。
附图标记说明
1～3：电池组；10：单电池；10A：第一电池；10B：第二电池；11：电池群；12：正极端子；13：负极端子；14：加热器；16：开关；20：温度传感器；30、32：保持件；34：管；36：容纳部。

Claims (5)

1.一种电池组，其特征在于，具备：电池群，其具有第一电池和第二电池，该第二电池配置在所述第一电池的周围；以及加热器，其配置在由所述第二电池形成的所述电池群的外周部侧，通过从所述第一电池被通电而发热，
其中，所述第一电池在规定温度以下的温度区域能够以比所述第二电池的电流大的电流进行充放电。
2.根据权利要求1所述的电池组，其特征在于，
所述第二电池被所述第一电池和所述加热器夹持。
3.根据权利要求1或2所述的电池组，其特征在于，
所述第二电池具有比第一电池的充放电容量大的充放电容量。
4.根据权利要求1或2所述的电池组，其特征在于，
具有用于保持所述第一电池和所述第二电池的金属制保持件。
5.根据权利要求1或2所述的电池组，其特征在于，
所述第一电池是镍镉电池或者是具备包含钛酸锂的负极的非水电解质二次电池。
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