DE112007001063T5

DE112007001063T5 - Leistungsspeichervorrichtung

Info

Publication number: DE112007001063T5
Application number: DE112007001063T
Authority: DE
Inventors: Yoshiyuki Toyota-shi Nakamura
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2006-11-15
Filing date: 2007-11-07
Publication date: 2009-02-12
Anticipated expiration: 2027-11-08
Also published as: US20090017371A1; JP4577659B2; CN101461086A; WO2008059740A1; DE112007001063B4; CN101461086B; US8323822B2; JP2008123953A

Abstract

Leistungsspeichervorrichtung umfassend;
eine Mehrzahl von Elektrodenelementen; und
eine Mehrzahl von Elektrolytschichten, die gestapelt sind, wobei das Elektrodenelement zwischen ihnen eingefügt ist; und
wobei die Mehrzahl der Elektrolytschichten umfaßt:
eine Elektrolytschicht in einer ersten Position bezogen auf die Stapelrichtung; und
eine in einer sich von der ersten Position unterscheidenden zweiten Position angeordnete Elektrolytschicht, wobei die Wärmestrahlung in der zweiten Position geringer ist als in der ersten Position, und
wobei die Elektrolytschicht in der zweiten Position einen Widerstandswert aufweist, der höher ist als der Widerstandswert der Elektrolytschicht in der ersten Position.

Description

[TECHNISCHES GEBIET]
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Leistungsspeichervorrichtung, wie eine zusammengesetzte Batterie, geschaffen durch die Stapelung einer Mahrzahl von Zelleneinheiten.
[TECHNISCHER HINTERGRUND]
Leistungsspeichervorrichtungen, wie Sammelbatterien, wurden herkömmlicher Weise als Leistungsquelle eines Elektrofahrzeugs (EV = electric vehicle), eines Hybrid-Elektrofahrzeugs (HEV = hybrid electric vehicle) und eines Brennstoffzellenfahreugs ((FCV = fuel cell vehicle) benutzt. Um den Ansprüchen an hohe Leistung zu genügen, wird eine Verbundbatterie durch elektrische Verbindung einer Mehrzahl von Zelleneinheiten in Serie geschaffen (siehe beispielsweise Patentdokument 1).

[Patentdokument 1] Japanische Patentveröffentlichung Nr. 2004-164897 (1).

[OFFENBARUNG DER ERFINDUNG]
[DURCH DIE ERFINDUNG ZU LÖSENDE AUFGABE]
Die aus einer Mehrzahl gestapelter Zelleneinheiten gebildete Verbundbatterie leidet unter einer ungleichmäßigen Temperaturverteilung in Stapelrichtung, die sich aus der Ladung und Entladung der Batterie und dergleichen ergibt. Insbesondere die Temperatur einer Zelleneinheit, die näher an der zentralen Lage angeordnet ist, ist höher als jene einer Zelleneinheit, die näher an einer äußeren Lage angeordnet ist, weil eine näher an einer zentralen Lage angeordnete Zelleneinheit eine geringere Wärmeabstrahlung aufweist und dazu neigt, mehr Wärme festzuhalten.
Weil alle in einer herkömmlichen Verbundbatterie enthaltenen Zelleneinheiten die gleiche Struktur aufweisen, verändert die vorstehend erwähnte ungleichmäßige Temperaturverteilung in der Stapelrichtung die Widerstandswerte in den Zelleneinheiten. Insbesondere werden die Widerstandswerte der in der zentralen Lage befindlichen Zelleneinheiten reduziert. Das verursacht Veränderungen der Spannungswerte unter der Mehrzahl von Zelleneinheiten in der Stapelrichtung.
In einer Verbundbatterie werden die Ladung und die Entladung typischerweise so gesteuert, daß jede der Zelleneinheiten nicht jenseits der Grenzen vorgegebener Spannungswerte für Ladung/Entladung überladen oder übermäßig entladen wird.
Falls sich der Spannungswert unter der Mehrzahl von Zelleneinheiten wie oben beschrieben ändert, sollte die Steuerung der Ladung und Entladung auf der Basis der Zelleneinheit durchgeführt werden, die den niedrigsten Spannungswert aufweist. In einem solchen Falle können nicht alle Zelleneinheiten gleichförmig benutzt oder geladen und entladen werden.
Es ist somit eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Leistungsspeichervorrichtung zu schaffen, die fähig ist, Veränderungen der Ausgangsleistung unter einer Mehrzahl von Zelleneinheiten in einer Stapelrichtung zu unterdrücken.
[MITTEL ZUR LÖSUNG DER AUFGABE]
Die vorliegende Erfindung sieht eine Leistungsspeichervorrichtung vor, die eine Mehrzahl von Elektrolytschichten umfaßt, die gestapelt sind, wobei ein Elektrodenelement zwischen ihnen eingefügt ist; und wobei die Mehrzahl der Elektrolytschichten eine Elektrolytschicht in einer bezogen auf die Stapelrichtung ersten Position und eine in einer sich von der ersten Position unterscheidenden zweiten Position angeordnete Elektrolytschicht umfaßt, wobei die Wärmestrahlung in der zweiten Position geringer ist als in der ersten Position, und wobei die Elektrolytschicht in der zweiten Position einen Widerstandswert aufweist, der höher ist als der Widerstandswert der Elektrolytschicht in der ersten Position.
Insbesondere, wenn die Elektrolytschicht eine feste Elektrolytschicht ist, die eine Partikelgruppe enthält, kann die Elektrolytschicht in der zweiten Position eine Partikelgruppe mit einer Dichte aufweisen, die geringer ist als die Dichte der in der Elektrolytschicht in der ersten Position enthaltenen Partikelgruppe.
Die unterschiedlichen Dichten der Partikelgruppen in den Elektrolytschichten können dadurch realisiert werden, daß der durchschnittliche Durchmesser der Partikel der Partikelgruppen in den Elektrolytschichten verändert wird. Wenn die Elektrolytschicht ein Bindemittel zur Einbindung der Partikel enthält, können die unterschiedlichen Dichten der Partikelgruppen in den Elektrolytschichten dadurch realisiert werden, daß die Menge des Bindemittels verändert wird.
Die Elektrolytschicht in der zweiten Position kann eine Dicke aufweisen, die größer ist als die Dicke der Elektrolytschicht in der ersten Position. Die Elektrolytschicht in der ersten Position kann von einer Art sein, die sich von der Art der Elektrolytschicht in der zweiten Position unterscheidet. Beispielsweise ist es möglich, Materialien zu benutzen, die ein unterschiedliches Niveau des Ionenleitvermögens aufweisen oder Materialien mit unterschiedlichem Niveau des Ionenleitvermögens mit unterschiedlichen Mischungsverhältnissen in Abhängigkeit von der Position der Elektrolytschicht in der Stapelrichtung zu mischen.
Die Elektrolytschicht in der zweiten Position und das in Kontakt mit der Elektrolytschicht in der zweiten Position stehende Elektrodenelement können in einer rechtwinklig zur Stapelrichtung verlaufenden Ebene kleiner sein als die Elektrolytschicht in der ersten Position und das in Kontakt mit der Elektrolytschicht in der ersten Position stehende Elektrodenelement.
Die zweite Position kann mit einer im wesentlichen mittleren Position in Stapelrichtung übereinstimmen. In diesem Falle kann der Widerstandswert der Mehrzahl der Elektrolytschichten von der äußeren Schicht zur mittleren Schicht in Stapelrichtung zunehmen.
[WIRKUNGEN DER ERFINDUNG]
Bei der vorliegenden Erfindung wird der Widerstandswert der Elektrolytschicht, die an der zweiten Position vorgesehen ist, wo die Wärmeabstrahlung geringer ist als an der ersten Position, vorab eingestellt, um größer zu sein als der Widerstandswert der bei der ersten Position vorgesehenen Elektrolytschicht. Dies kann Veränderungen der Ausgangsleistung bei den Zelleneinheiten an unterschiedlichen Positionen selbst dann unterdrücken, wenn aufgrund des Ladens und Entladens der Leistungsspeichervorrichtung eine ungleichförmige Temperaturverteilung in der Stapelrichtung auftritt.
[KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN]
[1] Eine Schnittansicht, die die Struktur eines Teils einer bipolaren Batterie gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
[2] Graphische Darstellungen, die die Beziehungen zeigen zwischen der Position in einer Stapelrichtung und der Temperatur, dem Spannungswert, dem Eingangs-/Ausgangswert und der Dichte der Partikelgruppen, die in festen Elektrolytschichten der Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung enthalten sind (Abschnitte A bis E).
[3] Graphische Darstellungen, die die Beziehungen zeigen zwischen der Position in einer Stapelrichtung und der Temperatur, dem Spannungswert, dem Eingangs-/Ausgangswert und der Dicke der festen Elektrolytschichten der Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung (Abschnitte A bis E).
[4] Eine Schnittansicht, die die Struktur eines Teils einer bipolaren Batterie zeigt, die eine Abwandlung der Ausführungsform 2 ist.
[5] Graphische Darstellungen, die die Beziehungen zeigen zwischen der Position in einer Stapelrichtung und der Temperatur, dem Spannungswert, dem Eingangs-/Ausgangswert und dem Widerstand der festen Elektrolytschichten (Arten der Partikelgruppen) bei der Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung (Abschnitte A bis E).
[6] Graphische Darstellungen, die die Beziehungen zeigen zwischen der Position in einer Stapelrichtung und der Temperatur, dem Spannungswert, dem Eingangs-/Ausgangswert und der Elektrodenfläche bei der Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung (Abschnitte A bis E).
[BESTE AUSFÜHRUNGSWEISE DER ERFINDUNG]
Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung beschrieben.
[Ausführungsform 1]
Eine bipolare Batterie (Sammelbatterie), die die Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung ist, wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die 1 und 2 beschrieben. Die 1 ist eine Schnittansicht, die die Struktur eines Teils einer bipolaren Batterie zeigt. Die 2 zeigt graphische Darstellungen der Temperaturverteilung, der Spannungswertverteilung, der Eingangs-/Ausgangswertverteilung und der Dichteverteilung der Partikelgruppen, die in festen Elektrolytschichten längs der Stapelrichtung der bipolaren Batterie enthalten sind.
Die bipolare Batterie 100 der Ausführungsform 1 ist eine Verbundbatterie, die durch Stapelung einer Mehrzahl von Zelleneinheiten geschaffen ist. Insbesondere besitzt die bipolare Batterie 100, wie in 1 gezeigt, eine Struktur, bei der eine Mehrzahl von bipolaren Elektroden 10 mit zwischen ihnen eingefügten Elektrolytschichten 14 gestapelt sind.
Die Zelleneinheit bezieht sich auf ein Leistungserzeugungselement, das aus der festen Elektrolytschicht 14, einer positiven Elektrodenschicht 12 und einer negativen Elektrodenschicht 13 gebildet ist, bei dem die Schichten 12 bzw. 13 jeweils auf einer der beiden Seiten der festen Elektrolytschicht 14 angeordnet sind.
Jede bipolare Elektrode 10 schließt einen Kollektor 11, eine positive Elektrodenschicht 12 und eine negative Elektrodenschicht 13 ein, von denen die Schichten 12 bzw. 13 auf beiden Seiten des Kollektors 11 ausgebildet sind. Die positive Elektrodenschicht 12 und die negative Elektrodenschicht 13 können auf dem Kollektor 11 beispielsweise mittels eines Tintenstrahlverfahrens aufgebracht werden. Sowohl die positive Elektrodenschicht 12 als auch die negative Elektrodenschicht 13 besitzen eine im wesentlichen gleichförmige Dicke (einschließlich einiger zulässiger Fertigungsfehler).
Während die Ausführungsform 1 in Verbindung mit der bipolaren Sammelbatterie beschrieben wird, ist die vorliegende Erfindung auch auf eine andere als eine Sammelbatterie der bipolaren Bauart anwendbar. Eine andere als eine bipolare Sammelbatterie kann eine Elektrode verwenden, die die gleiche Art von Elektrodenschicht (positive Elektrodenschicht oder negative Elektrodenschicht) aufweist, die auf beiden Seiten eines Kollektors ausgebildet ist, oder eine Elektrode, die nur auf einer Seite eines Kollektors eine Elektrodenschicht besitzt.
Obwohl die Sammelbatterie unten in den Ausführungsformen 1 bis 4 beschrieben wird, ist die vorliegende Erfindung auf einen als Leistungsspeichervorrichtung dienenden gestapelten Kondensator (elektrische Doppelschichtkapazität) anwendbar.
Der Kollektor 11 kann beispielsweise aus Aluminiumfolie oder einer Mehrzahl von Metallarten (Legierung) gebildet sein. Der Kollektor 11 kann auch durch Überziehen einer Metalloberfläche mit Aluminium hergestellt werden.
Der Kollektor 11 kann aus einem sogenannten Verbundkollektor gebildet sein, der aus einer Mehrzahl von verbundenen Metallfolienlagen besteht. Wenn der Verbundkollektor benutzt wird, kann ein positiver Elektrodenkollektor aus Aluminium oder dergleichen hergestellt werden und ein negative Elektrodenkollektor aus Nickel oder Kupfer. Der Verbundkollektor kann einen positiven Elektrodenkollektor und einen negativen Elektrodenkollektor umfassen, die in direktem Kontakt miteinander stehen, oder kann eine leitende Schicht zwischen einem positiven Elektrodenkollektor und einem negativen Elektrodenkollektor aufweisen.
Die positive Elektrodenschicht 12, die auf einer der entgegengesetzten Oberflächen des Kollektors ausgebildet ist, enthält ein für die positive Elektrode geeignetes aktives Material. Die Elektrodenschicht 12 kann ein leitendes Agens, ein Bindemittel, einen Elektrolyt aus Polymer-Gel zur Erhöhung des Ionenleitvermögens, einen Polyelektrolyt und nach Bedarf ein Additiv enthalten.
Die auf der anderen Oberfläche des Kollektors 11 ausgebildete negative Elektrodenschicht 13 enthält ein für die negative Elektrode geeignetes aktives Material. Die Elektrodenschicht kann ein leitendes Agens, ein Bindemittel, einen Elektrolyt aus Polymer-Gel zur Erhöhung des Ionenleitvermögens, einen Polyelektrolyt und nach Bedarf ein Additiv enthalten.
Für die Bildung der Elektrodenschichten 12 und 13 können bekannte Materialien verwendet werden.
Für eine Nickel-Metall-Hybrid-(NiMH)-Batterie kann beispielsweise ein Nickeloxid als das aktive Material der positiven Elektrodenschicht 12 benutzt werden, während eine Wasserstoff speichernde Legierung, wie etwa MmNi(_5-x-y-z)Al_xMn_yCo_z (Mm = Mischmetall), als aktives Material der negativen Elektrodenschicht benutzt werden kann. Bei einer Lithiumsammelbatterie kann ein Übergangsmetall-Verbundoxid als aktives Material der positiven Elektrodenschicht benutzt werden, während Kohlenstoff als das aktive Material der negativen Elektrodenschicht benutzt werden kann. Als das leitende Agens können Azetylenschwarz, Ruß, Graphit, Kohlefaser und Kohlenstoffnanoröhrchen verwendet werden.
Jede der festen Elektrolytschichten 14 ist zwischen zwei bipolaren Elektroden 10 angeordnet. Insbesondere ist die feste Elektrolytschicht 14 sandwichartig zwischen der positiven Elektrodenschicht 12 einer bipolaren Elektrode 10 und der negativen Elektrodenschicht 13 der anderen bipolaren Elektrode 10. Die feste Elektrolytschicht 14 besitzt eine im allgemeinen gleichförmige Dicke (einschließlich einiger zulässiger Fertigungsfehler).
Die feste Elektrolytschicht 14 schließt eine Gruppe von Partikeln ein, die aus einer Mehrzahl von Partikeln und einem Bindemittel zur Bindung der Partikel besteht. Ein anorganischer fester Elektrolyt oder ein Polymer als fester Elektrolyt können als feste Elektrolytschicht 14 verwendet werden.
Beispielsweise können ein Nitrid, ein Halogenid, ein Oxysalz und eine Phosphorsulfidverbindung von Li als der anorganische feste Elektrolyt benutzt werden. Insbesondere können Li₃N, LiI, Li₃N-LiI-LiOH, LiSiO₄, LiSiO₄-LiI-LiOH, Li₃PO₄-Li₄SiO₄, Li₂SiS₃, Li₂O-B₂O₃, Li₂O₂-SiO₂, Li₂S-GeS₄, Li₂S-P₂S₅, LiI-Li₂S-P₂S₅ benutzt werden.
Es ist möglich, als festen Polymerelektrolyt ein Material zu verwenden, das beispielsweise aus dem oben beschriebenen Elektrolyt und einem Polymer zur Dissoziation des Elektrolyten oder einem Material gefertigt ist, das ein Polymer mit einer Ionendissoziationsgruppe besitzt. Es ist beispielsweise möglich, als das Polymer zur Dissoziation des Elektrolyten ein Polyethylenoxidderivat und ein das Derivat enthaltendes Polymer zu verwenden, oder ein Polypropylenoxidderivat und ein das Derivat enthaltendes Polymer, oder ein Phosphatderivat. Der anorganische feste Elektrolyt und der feste Polymerelektrolyt können in Kombination benutzt werden.
Wenn bei der Lithiumsammelbatterie, die benutzt wird, um die bipolare Batterie 100 zu schaffen, ein Sulfid als das die feste Elektrolytschicht 14 bildende Material verwendet wird, kann das Leitvermögen des Lithiumions verbessert werden. Beispiele für die Sulfide können Lithiumsulfide und Siliziumsulfide umfassen.
Die bipolare Batterie 100 der Ausführungsform 1 wird dadurch gebildet, daß, wie in 1 gezeigt, die Strukturen in einer Z-Richtung (Stapelrichtung) aufeinanderfolgend angeordnet werden. Wie im Abschnitt (A) der 2 gezeigt, sind eine positive Anschlußelektrode 21 und eine negative Anschlußelektrode 22 an beiden in Stapelrichtung gelegenen Enden zum Gebrauch beim Laden und Entladen der bipolaren Batterie 100 vorgesehen. Die positive Anschlußelektrode 21 und die negative Anschlußelektrode 22 sind mit einer Schaltung zur Steuerung des Ladens und Entladen der bipolaren Batterie 100 verbunden.
Bei der bipolaren Batterie 100 der Ausführungsform 1 haben die festen Elektrolytschichten 14 unterschiedliche Bestandteile abhängig von der Position in der Stapelrichtung (Z-Richtung). Insbesondere enthält, wie im Abschnitt (E) der 2 gezeigt, die in der mittleren Lage positionierte feste Elektrolytschicht 14 die Partikelgruppe mit der geringsten Dichte, während die feste Elektrolytschicht 14 in der äußeren Lage (äußerste Lage) die Partikelgruppe mir der höchsten Dichte enthält.
Die festen Elektrolytschichten 14, die zwischen der mittleren Lage und der äußeren Lage positioniert sind, enthalten solche Partikelgruppen, daß deren Dichte von der mittleren Lage zur äußeren Lage zunimmt.
Die Dichte der Partikelgruppe in jeder der festen Elektrolytschichten 14 ist im wesentlichen gleichförmig (einschließlich einiger zulässiger Fertigungsfehler).
Um die verschiedenen Dichten der in den festen Elektrolytschichten 14 enthaltenen Partikelgruppen zu erhalten, können die Partikelgruppen unterschiedliche durchschnittliche Durchmesser aufweisen. Insbesondere die unterschiedlichen durchschnittlichen Durchmesser der in den festen Elektrolytschichten 14 enthaltenen Partikelgruppen 14 sind derart vorgesehen, daß die in der mittleren Lage positionierte feste Elektrolytschicht 14 die Partikelgruppe enthält, die den größten durchschnittlichen Durchmesser besitzt, und die in der äußeren Lage positionierte feste Elektrolytschicht 14 die Partikelgruppe enthält, die den kleinsten durchschnittlichen Durchmesser besitzt. Mit anderen Worten, die in der mittleren Lage positionierte feste Elektrolytschicht 14 enthält die Partikel mit dem größten Durchmesser und die in der äußeren Lage positionierte feste Elektrolytschicht 14 enthält die Partikel mit dem kleinsten Durchmesser.
Die zwischen der mittleren Lage und der äußeren Lage positionierten festen Elektrolytschichten 14 sind so vorgesehen, daß sich der durchschnittliche Durchmesser der Partikelgruppen von der mittleren Lage zur äußeren Lage verringert. Mit anderen Worten, der Durchmesser der Partikel wird von der mittleren Lage zur äußeren Lage verringert.
Alternativ kann die Dichte der in den festen Elektrolytschichten 14 enthaltenen Partikelgruppen durch Benutzung von Partikelgruppen verändert werden, die im wesentlichen den gleichen Durchmesser (speziell durchschnittlichen Durchmesser) aufweisen und wechselnder Mengen von Bindemittel in den festen Elektrolytschichten 14. Insbesondere enthält die in der mittleren Lage angeordnete feste Elektrolytschicht 14 die größte Menge Bindemittel, während die in der äußeren Lage angeordnete feste Elektrolytschicht 14 die geringste Menge Bindemittel enthält. Die zwischen der mittleren Lage und der äußeren Lage angeordneten festen Elektrolytschichten 14 sind so ausgestattet, daß die Bindemittelmenge von der mittleren Lage bis zur äußeren Lage abnimmt.
Alternativ kann der Durchmesser der Partikelgruppen verändert werden und gleichzeitig kann die Menge des Bindemittels verändert werden, abhängig von der Lage der festen Elektrolytschicht 14 in der Stapelrichtung. In diesem Falle kann die Dichte der Partikelgruppe in der auf der Seite der mittleren Lage positionierten festen Elektrolytschicht 14 geringer sein als jene der Partikelgruppe in der auf der Seite der äußeren Lage positionierten festen Elektrolytschicht 14.
Die aus der Mehrzahl der gestapelten Zelleneinheiten gebildete bipolare Batterie 100 weist, wie im Abschnitt (B) der 2 gezeigt, in der Stapelrichtung eine ungleichmäßige Temperaturverteilung auf. Die Temperatur befindet sich in der mittleren Lage auf dem höchsten Niveau und in der äußeren Lage auf dem tiefsten Niveau. Das beruht auf der mit der Ladung und Entladung der bipolaren Batterie verbundenen Wärmeerzeugung. Eine auf der Seite der mittleren Lage positionierte Zelleneinheit weist eine geringere Wärmeabstrahlung auf und neigt dazu, mehr Wärme festzuhalten als eine Zelleneinheit auf der Seite der äußeren Lage.
In diesem Falle steigt, wenn alle der festen Elektrolytschichten 14 in der Stapelrichtung die Partikelgruppen mit im wesentlichen gleicher Dichte enthalten (wie im Abschnitt (E) der 2 durch eine gepunktete Linie gezeigt), die Temperatur der in der mittleren Lage befindlichen festen Elektrolytschicht an, wodurch eine Redzierung des Widerstandswertes stattfindet. Dies führt zu unvorteilhaften Veränderungen der Spannungswerte und der Eingangs-/Ausgangswerte zwischen der Mehrzahl der Zelleneinheiten in den Stapelrichtungen, wie dies in punktierten Linien in den Abschnitten (C) und (D) der 2 gezeigt ist.
Falls alle festen Elektrolytschichten 14 Partikelgruppen mit im wesentlichen der gleichen Dichte enthalten, besitzen alle der festen Elektrolytschichten 14 im wesentlichen die gleichen Widerstandswerte, bevor Temperaturänderungen längs der Stapelrichtung auftreten (in anderen Worten, bevor die bipolare Batterie 100 benutzt wird). Wenn jedoch die bipolare Batterie 100 benutzt wird (einschließlich Laden und Entladen), wird die Temperatur in Stapelrichtung verändert, wodurch sich die Widerstandswerte der festen Elektrolytschichten 14 in Stapelrichtung ändern.
Wie oben beschrieben, enthalten die festen Elektrolytschichten 14 bei der Ausführungsform 1 Partikelgruppen mit unterschiedlichen Dichten, abhängig von der Position der festen Elektrolytschichten in Stapelrichtung. Wenn die Dichte der Partikelgruppe in der festen Elektrolytschicht 14 reduziert wird, kann der Widerstandswert dieser festen Elektrolytschicht 14 vergrößert werden. Wenn die Dichte der Partikelgruppe in der festen Elektrolytschicht 14 erhöht wird, kann der Widerstandswert dieser festen Elektrolytschicht 14 reduziert werden.
Der Widerstandswert der festen Elektrolytschichten 14 wird abhängig von der Position in Stapelrichtung vorab in dieser Weise verändert. Selbst wenn Ladung und Entladung der bipolaren Batterie 100 die im Abschnitt (B) der 2 gezeigte ungleichförmige 100 die ungleichförmige Temperaturverteilung verursacht, ist es möglich, bei den festen Elektrolytschichten 14 Veränderungen der Widerstandswerte in der Stapelrichtung zu verhindern. Die Verhinderung von Veränderungen der Widerstandswerte kann Veränderungen der Spannungswerte und Eingangs-/Ausgangswerte in der bipolaren Batterie 100 unterdrücken. Beispielsweise können, wie durch durchgehende Linien in den Abschnitten (C) und (D) der 2 gezeigt, konstante Spannungswerte und Eingangs-/Ausgangswerte erreicht werden.
Die im Abschnitt (E) der 2 gezeigte Dichteverteilung kann auf der Basis der Temperaturverteilung in Stapelrichtung eingestellt werden (Abschnitt (B) der 2). Insbesondere kann die sich in jeder Zelleneinheit aufgrund der Temperaturveränderungen ergebende Spannungsänderung erhalten werden, wenn einmal die aufgrund der Ladung und Entladung der bipolaren Batterie 100 in Stapelrichtung aufgetretene Temperaturverteilung ermittelt wurde.
Dann kann der Widerstandswert der in jeder Zelleneinheit eingeschlossenen festen Elektrolytschicht 14 auf der Basis der Spannungsänderung in jeder Zelleneinheit eingestellt werden. Der Widerstandswert jeder festen Elektrolytschicht 14 kann so eingestellt werden, daß er die Abweichungen bei den veränderten Spannungswerten unter den Zelleneinheiten in Stapelrichtung verhindert.
Die wie bei der Ausführungsform 1 gebildete feste Elektrolytschicht 14 kann Veränderungen des Spannungswerts und des Eingangs-/Ausgangswerts zwischen der Mehrzahl der Zelleneinheiten in der Stapelrichtung verhindern, so daß alle der Zelleneinheiten in der bipolaren Batterie 100 für die Ladung und Entladung auf der Basis der gleichen Bezugsgröße gesteuert werden können.
Bei einer Sammelbatterie ist es bekannt, daß die Lebensdauer der Batterie nachteilig durch Eingangs-/Ausgangsspannungen beeinflußt wird, die jenseits eines vorgegebenen Spannungsbereichs liegen, der einen oberen Grenzwert und einen unteren Grenzwert einschließt. Um die Lebensdauer der Batterie zu verlängern, ist typischerweise eine Ausfallsicherung derart vorgesehen, daß die Ladung und die Entladung nicht außerhalb des vorgegebenen Spannungsbereichs erfolgt. Bei der Ausführungsform 1 kann eine solche Steuerung der Ladung und Entladung unter den gleichen Bedingungen bei allen Zelleneinheiten durchgeführt werden.
Die Widerstandswerte aller festen Elektrolytschichten 14 in der Stapelrichtung können unter Benutzung der in der mittleren Lage angeordneten festen Elektrolytschicht 14 als Bezugseinheit eingestellt werden. Dies kann den Eingangs-/Ausgangswert entsprechend dem höchsten Eingangs-/Ausgangswert einer herkömmlichen bipolaren Batterie realisieren (wie durch die gepunktete Linie im Abschnitt (D) der 2 gezeigt).
Obwohl die Dichte der Partikelgruppen in den festen Elektrolytschichten 14 auf der Basis der Dichteverteilung eingestellt wird, wie sie durch die Kurve im Abschnitt (E) der Ausführungsform 1 gezeigt ist, ist die vorlegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Es ist nur erforderlich, daß die Dichte der Partikelgruppen in den festen Elektrolytschichten 14 so verändert werden sollte, daß sie Veränderungen des Spannungswerts zwischen der Mehrzahl der Zelleneinheiten verhindert, die sich aus Temperaturänderungen in Stapelrichtung ergeben.
Beispielsweise ist es möglich, die Dichte der Partikelgruppe in einer in der Mittellage befindlichen festen Elektrolytschicht 14 einfach so einzustellen, daß sie niedriger ist als die Dichte der Partikelgruppe einer in einer äußeren Lage befindlichen festen Elektrolytschicht 14. Das kann Veränderungen der Spannungswerte zwischen der in der Mittellage befindlichen Zelleneinheit und der in der äußeren Lage befindlichen Zelleneinheit verhindern. Die bipolare Batterie 100 kann wenigstens zwei feste Elektrolytschichten 14 einschließen, die Partikelgruppen mit im wesentlichen gleicher Dichte enthalten.
[Ausführungsform 2]
Nachfolgend wird unter Bezugsnahme auf die der 2 der Ausführungsform 1 entsprechende 3 eine bipolare Batterie (Sammelbatterie) beschrieben, die die Ausführungsform 2 darstellt. Der Abschnitt (E) der 3 zeigt die Beziehung zwischen der Position im Stapel und der Dicke der festen Elektrolytschicht.
Eine bipolare Batterie 101 der Ausführungsform 2 besitzt eine Struktur die jener der bei der Ausführungsform 1 beschriebenen bipolaren Batterie 100 ähnlich ist. In der folgenden Beschreibung werden Elemente, die die gleiche Funktion haben wie jene der bei der Ausführungsform 1 beschriebenen Elemente, durch gleiche Bezugszeichen gekennzeichnet. Die folgende Beschreibung ist hautsächlich auf die Unterschiede zur Ausführungsform 1 fokussiert.
Bei der Ausführungsform 2 ändert sich die Dicke der festen Elektrolytschicht 14 (Länge in einer Z-Richtung) abhängig von der Position in Stapelrichtung (Z-Richtung). Insbesondere besitzt die in der mittleren Lage befindliche feste Elektrolytschicht 14 die größte Dicke, während die in der äußeren Lage befindliche feste Elektrolytschicht 14 die kleinste Dicke aufweist.
Die zwischen der mittleren Lage und der äußeren Lage befindlichen festen Elektrolytschichten sind derart gestaltet, daß ihre Dicke von der mittleren Lage zur äußeren Lage abnimmt, wie dies im Abschnitt (E) der 3 gezeigt ist. Jede der festen Elektrolytschichten 14 hat eine im wesentlichen gleichförmige Dicke (einschließlich einiger zulässiger Fertigungsfehler).
Wie bei der Ausführungsform 1 beschrieben, befindet sich die in der mittleren Lage positionierte Zelleneinheit auf der höchsten Temperatur und die feste Elektrolytschicht 14 in dieser Zelleneinheit weist einen niedrigen Widerstandswert auf. Falls alle festen Elektrolytschichten 14 in der bipolaren Batterie 101 im wesentlichen die gleiche Dicke aufweisen, treten, wie mit gepunkteten Linien in den Abschnitten (C) und (D) der 3 gezeigt, Veränderungen der Spannungswerte und des Eingangs-/Ausgangswertes zwischen einer Mehrzahl der Zelleneinheiten auf. Dies ist der Fall, weil das Laden und Entladen der bipolaren Batterie 101 eine ungleichförmige Temperaturverteilung in der Stapelrichtung verursacht, die eine Veränderung der Widerstandswerte zwischen der Mehrzahl der Zelleneinheiten in der Stapelrichtung erzeugt.
Wie oben beschrieben, weisen die festen Elektrolytschichten 14 unterschiedliche Dicken auf, abhängig von der Position der festen Elektrolytschichten 14 in der Stapelrichtung bei der Ausführungsform 2. Wenn die Dicke der festen Elektrolytschicht 14 erhöht wird, kann der Widerstandswert der festen Elektrolytschicht 14 erhöht werden. Wenn die Dicke der festen Elektrolytschicht 14 verringert wird, kann der Widerstandswert der festen Elektrolytschicht 14 verringert werden.
Der Widerstandswert der festen Elektrolytschichten 14 wird vorab auf diese Weise verändert, abhängig von der Position in der Stapelrichtung. Selbst wenn das Laden und Entladen der bipolaren Batterie 101 die im Abschnitt (B) der 3 gezeigte ungleichförmige Temperaturverteilung verursacht, ist es möglich, eine Veränderung der Widerstandswerte unter den festen Elektrolytschichten 14 in Stapelrichtung zu verhindern. Die Verhinderung von Veränderungen der Widerstandswerte kann Veränderungen des Spannungswerts und des Eingangs-/Ausgangswerts der bipolaren Batterie 101 unterdrücken. Beispielsweise können, wie durch ausgezogene Linien in den Abschnitten (C) und (D) der 3 gezeigt, im wesentlichen konstante Spannungswerte und Eingangs-/Ausgangswerte erreicht werden.
Die im Abschnitt (E) der 3 gezeigte Dickenverteilung kann auf der Basis der Temperaturverteilung in Stapelrichtung (Abschnitt (B) der 3) eingestellt werden. Insbesondere kann, wenn die Temperaturverteilung, die in Stapelrichtung infolge des Ladens und Entladens der bipolaren Batterie 101 aufgetreten ist, vorab festgestellt wird, die sich in jeder Zelleneinheit aus den Temperaturveränderungen ergebende Spannungsveränderung erhalten werden.
Dann kann die Dicke der in jeder Zelleneinheit eingeschlossenen festen Elektrolytschicht 14 auf der Basis der Spannungsänderung in jeder Zelleneinheit eingestellt werden. Die Dicke einer jeden festen Elektrolytschicht 14 kann so eingestellt werden, daß sie Veränderungen der geänderten Spannungswerte unter den Zelleneinheiten in Stapelrichtung verhindert.
Die Ausführungsform 2 kann die gleichen Wirkungen hervorrufen wie die Ausführungsform 1. Zusätzlich ermöglicht die Ausführungsform 2 die Reduzierung der Dicke der bipolaren Batterie 101 durch Veränderung der Dicke der festen Elektrolytschichten 14 im Vergleich mit einer herkömmlichen bipolare Batterie, die eine Mehrzahl fester Elektrolytschichten mit im wesentlichen der gleichen Dicke umfaßt.
Obwohl die Ausführungsform 2 in Verbindung mit der Verwendung einer festen Elektrolytschicht 14 beschrieben wurde, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Es kann beispielsweise ein flüssiger oder gelartiger Elektrolyt verwendet werden.
Wenn ein gelartiger oder flüssiger Elektrolyt benutzt wird, wird die Anwendung einer Dichtung erforderlich, um ein Austreten des Elektrolyts nach der Außenseite der bipolaren Batterie zu verhindern. Insbesondere wird, wie in 4 gezeigt, ein Dichtungselement 30 zwischen einander in Stapelrichtung benachbarten Kollektoren 11 derart angeordnet, daß die Kollektoren 11 und die Dichtungselemente einen abgedichteten Raum bilden. In 4 werden Elemente, die die gleiche Funktion ausüben wie jene der bei der Ausführungsform 1 (1) beschriebenen Elemente, mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
Obwohl bei der Ausführungsform 2 die Dicke der festen Elektrolytschichten 14 auf der Basis der durch die Kurve im Abschnitt (E) der 3 dargestellten Dickenverteilung eingestellt wird, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Insbesondere ist es nur erforderlich, die Dicke der festen Elektrolytschicht 14 derart zu verändern, daß sich aus Temperaturänderung in Stapelrichtung ergebende Änderungen des Spannungswerts unter der Mehrzahl der Zelleneinheiten verhindert werden.
Beispielsweise ist es möglich, einfach die Dicke der in der mittleren Lage befindlichen festen Elektrolytschicht 14 so einzustellen, daß sie größer ist als die Dicke einer festen Elektrolytschicht in einer äußeren Lage. Das kann Änderungen des Spannungswerts zwischen der in der mittleren Lage befindlichen Zelleneinheit und der in der äußeren Lage befindlichen Zelleneinheit verhindern. Die bipolare Batterie 101 kann wenigstens zwei feste Elektrolytschichten 14 umfassen, die im wesentlichen die gleiche Dicke haben.
[Ausführungsform 3]
Nun wird unter Bezugnahme auf die der 2 der Ausführungsform 1 entsprechenden 5 eine bipolare Batterie (Sammelbatterie) beschrieben, die die Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung darstellt. Der Abschnitt (E) der 5 zeigt die Beziehung zwischen der Position in einer Stapelrichtung und dem Widerstandswert der festen Elektrolytschichten.
Eine bipolare Batterie 102 der Ausführungsform 3 besitzt eine Struktur, die im wesentlichen jener der bei der Ausführungsform 1 beschriebenen bipolaren Batterie 100 ähnlich ist. In der folgenden Beschreibung werden Elemente, die die gleiche Funktion aufweisen wie die bei der Ausführungsform 1 beschriebenen Elemente, mit den gleichen Bezugseichen gekennzeichnet. Die folgende Beschreibung konzentriert sich hauptsächlich auf die Unterschiede zur Ausführungsform 1.
Bei der Ausführungsform 3 werden die Materialen der in den festen Elektrolytschichten 14 enthaltenen Partikelgruppen abhängig von der Position der festen Elektrolytschicht 14 in der Stapelrichtung verändert.
Insbesondere werden, wie im Abschnitt (E) der 5 gezeigt, die Materialien der Partikelgruppen der festen Elektrolytschichten 14 derart verändert, daß die in der mittleren Lage positionierte feste Elektrolytschicht 14 den höchsten Widerstandswert aufweist und die in der äußeren Lage positionierte feste Elektrolytschicht 14 den niedrigsten Widerstandswert. Die zwischen der mittleren Lage und der äußeren Lage gelegenen festen Elektrolytschichten 14 enthalten die Partikelgruppen, die aus Materialien hergestellt sind, die so verändert sind, daß ihr Widerstandswert von der mittleren Lage zur äußeren Lage abnimmt.
Wie bei den Ausführungsformen 1 und 2 beschrieben, kann die Dichte der Partikelgruppen in den festen Elektrolytschichten 14 oder die Dicke der festen Elektrolytschichten 14 verändert werden, um die unterschiedlichen Widerstandswerte der festen Elektrolytschichten 14 vorzusehen. Sich ändernde Widerstandswerte der festen Elektrolytschichten 14 können auch erreicht werden durch Änderung der Materialien der in den festen Elektrolytschichten 14 enthaltenen Partikelgruppen.
Die Materialien der Partikelgruppen können verändert werden durch Verwendung von Partikeln mit unterschiedlichen Niveaus des Ionenleitvermögens oder durch Verwendung von Partikeln, die von einem Überzug bedeckt sind.
Besondere Beispiele der Materialien der in den festen Elektrolytschichten 14 enthaltenen Partikel und der Niveaus des Ionenleitvermögens schließen Li₂O-B₂O; 10^–7 [S/cm], Li₂O₂-SiO₂; 10^–6[S/cm], Li₂S-GeS₄; 10^–5 [S/cm], Li₂S-P_SS₅; 10^–4 [S/cm], LiI-Li₂S₅; 10^–3 [S/cm] ein.
Wenn die aus verschiedenen Materialien gefertigten Partikel benutzt werden, können unterschiedliche Materialien benutzt werden oder es werden eine Mehrzahl von Materialien in unterschiedlichen, von der Position der festen Elektrolytschicht 14 abhängigen Verhältnissen gemischt. Mit anderen Worten, die Partikel der oben erwähnten Materialien können, wie geeignet, abhängig von der Position der festen Elektrolytschicht 14 in der Stapelrichtung benutzt werden, und die Partikel der oben erwähnten Materialien (wenigstens zwei unterschiedliche Materialien) können, wie geeignet, in unterschiedlichen Verhältnissen gemischt werden.
Andererseits kann, wenn von einem Überzug bedeckte Partikel benutzt werden, das Niveau des Ionenleitvermögens erhöht oder reduziert werden, abhängig vom Material des Überzugs. Wenn eine Mehrzahl von Partikelarten (Partikel mit Überzügen aus unterschiedlichen Materialien) benutzt wird, können unterschiedliche Partikelarten benutzt werden oder eine Mehrzahl (wenigstens zwei) von Partikelarten kann abhängig von der Position der festen Elektrolytschichten 14 in unterschiedlichen Verhältnissen gemischt werden.
Partikel ohne Überzug und Partikel mit Überzug können in Kombination verwendet werden.
Wie bei der Ausführungsform 1 beschrieben, weist die in der mittleren Lage befindliche Zelleneinheit die höchste Temperatur auf und die feste Elektrolytschicht 14 in der Zelleneinheit besitzt einen niedrigen Widerstandswert. Falls alle festen Elektrolytschichten 14 in der bipolaren Batterie 102 die gleiche Art der Partikelgruppe enthalten, treten, wie in gepunkteten Linen in den Abschnitten (C) und (D) der 5 gezeigt, Veränderungen des Spannungswerts und des Eingangs-/Ausgangswerts in der Stapelrichtung auf. Dies ist der Fall, weil das Laden und Entladen der bipolaren Batterie 102 eine ungleichförmige Temperaturverteilung in der Stapelrichtung verursacht, die Änderungen des Widerstandswerts innerhalb der Mehrzahl der Zelleneinheiten in der Stapelrichtung hervorruft.
Wie oben beschrieben, wird bei der Ausführungsform 3 die in den festen Elektrolytschichten 14 enthaltene Art der Partikelgruppen (die Materialien oder das Mischungsverhältnis der Materialien) abhängig von der Position der festen Elektrolytschicht 14 längs der Stapelrichtung verändert. Die Art der Partikelgruppe in der festen Elektrolytschicht 14 kann so gewählt werden, daß sie in geeigneter Weise den Widerstandswert der festen Elektrolytschicht 14 erhöht oder reduziert.
Der Widerstandswert der festen Elektrolytschicht 14 wird abhängig von der Position in der Stapelrichtung vorab in dieser Weise verändert. Selbst wenn das Laden und Entladen der bipolaren Batterie 102 die im Abschnitt (B) der 5 gezeigte ungleichförmige Temperaturverteilung verursacht, ist es möglich, Veränderungen des Widerstandswerts innerhalb der festen Elektrolytschichten 14 in der Stapelrichtung zu verhindern. Die Verhinderung von Veränderungen des Widerstandswerts kann Veränderungen bei der bipolaren Batterie 102 des Spannungswerts und des Eingangs-/Ausgangswerts unterdrücken. Beispielsweise kann, wie durch ausgezogene Linien in den Abschnitten (C) und (D) der 5 gezeigt, ein im wesentlichen konstanter Spannungswert und Eingangs-/Ausgangswert erreicht werden.
Die im Abschnitt (E) der 5 (Art der Partikelgruppe) gezeigte Widerstandsverteilung kann auf der Basis der Temperaturverteilung in der Stapelrichtung (Abschnitt (B) in 5) eingestellt werden. Insbesondere wird, wenn einmal die aufgrund der Ladung und Entladung der bipolaren Batterie 102 aufgetretene Temperaturverteilung in Stapelrichtung vorab bestimmt worden ist, kann die sich aus den Temperaturänderungen ergebende Spannungsänderung in jeder Zelleneinheit erhalten werden.
Dann kann der Widerstandswert der in jede Zelleneinheit einbezogenen festen Elektrolytschicht 14 auf der Basis der Spannungsänderung in jeder Zelleneinheit eingestellt werden. Der Widerstandswert (Art der Partikelgruppen) jeder festen Elektrolytschicht 14 kann auf diese Weise eingestellt werden, um Abweichungen der geänderten Spannungswerte bei den Zelleneinheiten in der Stapelrichtung zu verhindern.
Die Ausführungsform 3 kann die gleichen Wirkungen erzielen wie jene der Ausführungsform 1.
Obwohl die Ausführungsform 3 in Verbindung mit der festen Elektrolytschicht 14 beschrieben wurde, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Es kann wie bei der Ausführungsform 2 ein flüssiger oder gelartiger Elektrolyt benutzt werden. In diesem Falle wird der Widerstandswert des flüssigen oder gelartigen Elektrolyten geändert. Insbesondere kann die Art des Elektrolyts (die Materialien oder das Mischungsverhältnis) verändert werden.
Obwohl bei der Ausführungsform 3 die Art der Partikelgruppen in den festen Elektrolytschichten 14 auf der Basis der durch die Kurve im Abschnitt (E) der 5 gezeigten Widerstandsverteilung eingestellt wird, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Insbesondere ist es nur erforderlich, daß die Art der Partikelgruppen in den festen Elektrolytschichten 14 so verändert werden sollte, daß aus Temperaturänderungen in Stapelrichtung resultierende Veränderungen des Spannungswerts bei der Mehrzahl der Zelleneinheiten verhindert werden.
Beispielsweise ist es möglich, einfach die Art der Partikelgruppen so zu verändern, daß der Widerstandswert der in der äußeren Lage befindlichen festen Elektrolytschicht 14 größer ist als der Widerstandswert der festen Elektrolytschicht 14 in der äußeren Lage. Dies kann Veränderungen des Spannungswerts zwischen der in der mittleren Lage befindlichen Zelleneinheit und der in der äußeren Lage befindlichen Zelleneinheit verhindern. Die bipolare Batterie 102 kann wenigstens zwei feste Elektrolytschichten 14 umfassen, die die gleiche Art der Partikelgruppen enthalten.
[Ausführungsform 4]
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die 6, die der 2 der Ausführungsform 1 entspricht, eine bipolare Batterie (Sammelbatterie) beschrieben, die die Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung darstellt Der Abschnitt (E) der 6 zeigt die Beziehung zwischen der Position in einer Stapelrichtung und der Fläche einer bipolaren Elektrode (Elektrodenelement).
Eine bipolare Batterie 103 der Ausführungsform 4 besitzt eine Struktur, die im wesentlichen jener der bipolaren Batterie 100 ähnlich ist, die bei der Ausführungsform 1 beschrieben wurde. In der folgenden Beschreibung sind Elementen, die die gleichen Funktionen aufweisen wie jene der bei der Ausführungsform 1 beschriebenen Elemente, durch gleiche Bezugszahlen gekennzeichnet. Die folgende Beschreibung konzentriert sich hauptsächlich auf die Unterschiede zur Ausführungsform 1.
Bei der bipolaren Batterie 103 der Ausführungsform 4 werden die Flächen der bipolaren Elektroden 10 (Elektrodenschichten 12 und 13) und der festen Elektrolytschichten 14 abhängig von der Position in einer Stapelrichtung verändert. Die Fläche ist bezogen auf eine Fläche oder Größe in einer zur Stapelrichtung rechtwinklig verlaufenden Ebene.
Insbesondere weisen die in der mittleren Lage befindliche bipolare Elektrode 10 (Elektrodenschichten 12 und 13) und die feste Elektrolytschicht 14 die kleinsten Flächen auf, während die in der äußeren Lage befindliche bipolare Elektrode 10 (Elektrodenschichten 12 und 13) und die feste Elektrolytschicht 14 die größten Flächen aufweisen. Die zwischen der mittleren Lage und der äußeren Lage angeordneten bipolaren Elektroden 10 und die festen Elektrolytschichten 14 sind derart ausgebildet, daß die Flächen der bipolaren Elektroden 10 (Elektrodenschichten 12 und 13) der festen Elektrolytschichten 14 nehmen von der mittleren Lage zur äußeren Lage zu.
Die Flächen der bipolaren Elektroden 10 (Elektrodenschichten 12 und 13) und der mit ihnen in Kontakt stehenden festen Elektrolytschichten 14 können wie bei der Ausführungsform 4 verändert werden, um bei den Zelleneinheiten von der Position in der Stapelrichtung abhängige, sich ändernde Widerstandswerte vorzusehen. Wenn die Flächen der bipolaren Elektroden 10 und der mit ihnen in Kontakt stehenden festen Elektrolytschichten 14 reduziert werden, kann der Widerstandswert erhöht werden. Wenn die Flächen der bipolaren Elektroden 10 und der mit ihnen in Kontakt stehenden festen Elektrolytschichten 14 erhöht werden, kann der Widerstandswert reduziert werden.
Wie bei der Ausführungsform 1 beschrieben, befindet sich die in der mittleren Lage positionierte Zelleneinheit auf der höchsten Temperatur und weist einen unteren Widerstandswert auf. Falls alle bipolaren Elektroden 10 und die festen Elektrolytschichten 14 in der bipolaren Batterie 103 die gleichen Flächen aufweisen, treten, wie in den Abschnitten (C) und (D) der 6 in gepunkteten Linien gezeigt, Veränderungen beim Spannungswert und Eingangs-/Ausgangswert bei der Mehrzahl der Zelleneinheiten in der Stapelrichtung auf. Das liegt daran, daß das Laden und Entladen der bipolaren Batterie 103 eine ungleichmäßige Temperaturverteilung in der Stapelrichtung verursacht, die Veränderungen im Widerstandswert bei der Mehrzahl der Zelleneinheiten in der Stapelrichtung bewirkt.
Wie oben beschrieben, werden bei der Ausführungsform 4 die Flächen der der bipolaren Elektroden 10 und der festen Elektrolytschichten 14 abhängig von der Position in der Stapelrichtung verändert, um die unterschiedlichen Widerstandswerte bei den Zelleneinheiten in der Stapelrichtung vorzusehen.
Der Widerstandswert der Zelleneinheiten wird vorab in Abhängigkeit von der Position in Stapelrichtung verändert. Selbst wenn das Laden und Entladen der bipolaren Batterie 103 die im Abschnitt (B) der 6 gezeigte ungleichförmige Temperaturverteilung bewirkt, ist es möglich, Veränderungen des Widerstandswerts bei den Zelleneinheiten in Stapelrichtung zu verhindern. Die Verhinderung von Veränderungen des Widerstandswerts kann Veränderungen des Spannungswerts und des Eingangs-/Ausgangswerts bei der bipolaren Batterie 103 hemmen. Beispielsweise kann, wie durch ausgezogene Linien in den Abschnitten (B) und (C) der 6 gezeigt, ein im wesentlichen konstanter Spannungswert und Eingangs-/Ausgangswert erreicht werden.
Die im Abschnitt (E) der 6 gezeigte Flächenverteilung kann auf der Basis der Temperaturverteilung in Stapelrichtung (Abschnitt (B) der 6) eingestellt werden. Insbesondere kann, wenn einmal die aufgrund der Ladung und Entladung der bipolaren Batterie in Stapelrichtung aufgetretene Temperaturverteilung festgestellt worden ist, die sich aufgrund der Temperaturänderungen ergebende Spannungsänderung in jeder Zelleneinheit erhalten werden.
Dann können die Flächen der in jeder Zelleneinheit eingeschlossenen bipolaren Elektrode 10 und festen Elektrolytschicht 14 auf der Basis der Spannungsänderung in jeder Zelleneinheit festgelegt werden. Die Flächen der bipolaren Elektroden 10 und der festen Elektrolytschichten 14 können derart festgelegt werden, daß die Veränderungen der geänderten Spannungswerte bei den Zelleneinheiten in Stapelrichtung verhindert werden.
Die Ausführungsform 4 kann ähnliche Wirkungen erzielen wie jene der Ausführungsform 1. Zusätzlich gestattet die Ausführungsform 4 eine Reduzierung des Gewichts der bipolaren Batterie (Sammelbatterie) 103, weil die Flächen der bipolaren Elektroden 10 und der festen Elektrolytschichten 14 von der äußeren Lage zur mittleren Lage reduziert werden.
Obwohl die Ausführungsform 4 in Verbindung mit der festen Elektrolytschicht 14 beschrieben wurde, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Es kann auch ein flüssiger oder gelartiger Elektrolyt benutzt werden, wie bei der Ausführungsform 2.
Obwohl die Flächen der bipolaren Elektroden 10 und der festen Elektrolytschichten 14 bei der Ausführungsform 4 auf der Basis der durch die Kurve in Abschnitt (E) der 6 gezeigten Flächenverteilung festgelegt werden, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Insbesondere ist es nur erforderlich, daß die bipolaren Elektroden 10 und die festen Elektrolytschichten 14 so geändert werden sollten, daß sich aus der Änderung der Temperatur in Stapelrichtung ergebende Veränderungen des Spannungswerts bei der Mehrzahl der Zelleneinheiten verhindert werden.
Beispielsweise ist es möglich. einfach die Flächen der in der mittleren Lage befindlichen bipolaren Elektrode 10 und der festen Elektrolytschicht 14 so festzulegen, daß sie kleiner sind als die in der äußeren Lage befindlichen Flächen der bipolaren Elektrode 10 und der festen Elektrolytschicht 14. Das kann Veränderungen des Spannungswerts zwischen der in der mittleren Lage befindlichen Zelleneinheit und der in der äußeren Lage befindlichen Zelleneinheit verhindern. Die bipolare Batterie 103 kann wenigstens zwei Zelleneinheiten umfassen, die bipolaren Elektroden 10 und feste Elektrolytschichten 14 mit gleichen Flächen aufweisen.
Obwohl die Ausführungsform 4 eine Struktur besitzt, bei der die bipolare Batterie (Sammelbatterie) 103, wie im Abschnitt (A) der 6 gezeigt, auf beiden Seiten (Seiten in einer X-Richtung) eine Einwölbung aufweist, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt.
Insbesondere ist es nur wesentlich, daß die Flächen der bipolaren Elektroden 10 und festen Elektrolytschichten 14 abhängig von der Position in der Stapelrichtung verändert werden sollten. Beispielsweise ist es möglich, daß die bipolare Batterie (Sammelbatterie) eine Seite mit einer Krümmung aufweisen kann, und die andere Seite im wesentlichen flach geformt ist. Mit anderen Worten, von den bipolaren Elektroden 10 und festen Elektrolytschichten 14 können die einen Seiten in Stapelrichtung linear ausgerichtet sein.
Die bipolare Elektrode 10 und die feste Elektrolytschicht 14 können in Stapelrichtung gesehen jede Form aufweisen. Beispielsweise können die bipolare Elektrode 10 und die feste Elektrolytschicht 14 mit einer rechteckigen Form oder mit Kreisform ausgebildet sein. Dies trifft auf die Ausführungsformen 1 bis 3 zu.
Bei den oben beschriebenen Ausführungsformen 1–4 werden die Strukturen der festen Elektrolytschichten 14 im Hinblick auf die Temperaturverteilung in der aus der Mehrzahl der gestapelten Zelleneinheiten gebildeten Sammelbatterie verändert. Wenn die Sammelbatterie durch äußere thermische Einwirkungen beeinflußt wird und dadurch ihre Temperaturverteilung in der Stapelrichtung verändert wird, kann die Struktur der festen Elektrolytschicht 14 auf der Basis dieser Temperaturverteilung verändert werden. Dies wird besonders beschrieben.
Beispielsweise dann, wenn eine Wärmequelle, wie ein Verbrennungs- und ein Elektromotor, nahe der Sammelbatterie angeordnet ist, können thermische Wirkungen der Wärmequelle bei einer im Vergleich mit anderen Zelleneinheiten näher an der Wärmequelle gelegenen Zelleneinheit die Temperatur erhöhen (mit anderen Worten: die Wärmestrahlung absenken).
Um darauf zu reagieren, kann der Widerstandswert der Zelleneinheit (festen Elektrolytschicht) einer Mehrzahl von Zelleneinheiten (festen Elektrolytschichten), die sich näher an der Wärmequelle befindet, so eingestellt werden, daß er höher ist als jener der anderen Zelleneinheiten, um Veränderungen des Spannungswerts bei der Mehrzahl der Zelleneinheiten in der Stapelrichtung zu verhindern.
Insbesondere kann der Widerstandswert einer einzelnen oder einer Mehrzahl der näher an der Wärmequelle positionierten Zelleneinheiten (in einer der beiden in der Stapelrichtung äußeren Lagen) so eingestellt werden, daß er höher ist als der Widerstandswert einer anderen Zelleneinheit (beispielsweise die Zelleneinheit, die sich in der in Stapelrichtung anderen äußeren Lage befindet).
Der Widerstandswert der Zelleneinheiten kann in der bei den Ausführungsformen 1 bis 4 beschriebenen Weise verändert werden. Insbesondere können die unterschiedlichen Widerstandswerte dadurch erreicht werden, daß die Dichte der Partikelgruppen in der festen Elektrolytschicht 14 verändert wird oder die Dicke der festen Elektrolytschicht 14. Der unterschiedliche Widerstandswert kann auch erreicht werden durch Änderung der Art (der Materialien oder des Mischungsverhältnisses der Materialien) der in der festen Elektrolytschicht 14 enthaltenen Partikelgruppen oder durch Änderung der Flächen der bipolare Elektrode 10 und der festen Elektrolytschichten 14.
Die oben beschriebenen Ausführungsformen werden durch Änderung der Dichte der Partikelgruppen in den festen Elektrolytschichten 14, der Dicke der festen Elektrolytschichten 14, der Art der Partikelgruppen in der festen Elektrolytschicht 14 und der Fläche der bipolaren Elektroden 10 und der festen Elektrolytschichten 14 abhängig von der Position in der Stapelrichtung. Wenigstens zwei dieser vier Parameter können verändert werden. In diesem Falle ist es auch nur erforderlich, daß der Widerstandswert der Zelleneinheit an der Position mit niedriger Wärmeabstrahlung (beispielsweise in der mittleren Lage) größer sein sollte als der Widerstandswert der Zelleneinheit in der Position mit hoher Wärmeabstrahlung (beispielsweise in der äußeren Lage).
Die bei jeder der Ausführungsformen 1 bis 4 beschriebene Sammelbatterie kann beispielsweise als Leistungsspeichervorrichtung für den Betrieb eines Elektromotors in einem Elektrofahrzeug (EV), einem elektrischen Hybridfahrzeug (HEV) und einem Brennstoffzellenfahrzeug (FCV) benutzt werden.
Zusammenfassung
[AUFGABE] Bei einer gestapelten Batterie, die eine Mehrzahl von Elektrolytschichten mit im wesentlichen dem gleichen Widerstandswert umfaßt, verändert eine ungleichmäßige Temperaturverteilung während des Ladens und Entladens die Widerstandswerte, wodurch Veränderungen der Ausgangsleistungen bei einer Mehrzahl von Zelleneinheiten in Stapelrichtung verursacht werden.
[MITTEL ZUR LÖSUNG] Eine Leistungsspeichervorrichtung umfaßt eine Mehrzahl von Elektrolytschichten (14), die mit einem zwischen ihnen eingefügten Elektrodenelement (10) gestapelt sind, wobei die Mehrzahl der Elektrolytschichten eine Elektrolytschicht enthält, die bezogen auf die Stapelrichtung in einer ersten Position vorgesehen ist, sowie eine in einer sich von der ersten Position unterscheidenden zweiten Position vorgesehene Elektrolytschicht, wobei die Wärmeabstrahlung in der zweiten Position geringer ist als in der ersten Position und die Elektrolytschicht in der zweiten Position einen Widerstandswert aufweist, der höher ist als jener der Elektrolytschicht in der ersten Position.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- JP 2004-164897 [0002]

Claims

Leistungsspeichervorrichtung umfassend; eine Mehrzahl von Elektrodenelementen; und eine Mehrzahl von Elektrolytschichten, die gestapelt sind, wobei das Elektrodenelement zwischen ihnen eingefügt ist; und wobei die Mehrzahl der Elektrolytschichten umfaßt: eine Elektrolytschicht in einer ersten Position bezogen auf die Stapelrichtung; und eine in einer sich von der ersten Position unterscheidenden zweiten Position angeordnete Elektrolytschicht, wobei die Wärmestrahlung in der zweiten Position geringer ist als in der ersten Position, und wobei die Elektrolytschicht in der zweiten Position einen Widerstandswert aufweist, der höher ist als der Widerstandswert der Elektrolytschicht in der ersten Position.
Leistungsspeichervorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher die Elektrolytschicht eine feste Elektrolytschicht ist, die eine Partikelgruppe enthält, und die Elektrolytschicht in der zweiten Position eine Partikelgruppe mit einer Dichte aufweist, die geringer ist als die Dichte der in der Elektrolytschicht in der ersten Position enthaltenen Partikelgruppe.
Leistungsspeichervorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher die Elektrolytschicht in der zweiten Position eine Dicke aufweist, die größer ist als die Dicke der Elektrolytschicht in der ersten Position.
Leistungsspeichervorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher die Elektrolytschicht in der ersten Position von einer Art ist, die sich von der Art der Elektrolytschicht in der zweiten Position unterscheidet.
Leistungsspeichervorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher die Elektrolytschicht in der zweiten Position und das in Kontakt mit der Elektrolytschicht in der zweiten Position stehende Elektrodenelement in einer rechtwinklig zur Stapelrichtung verlaufenden Ebene kleiner sind als die Elektrolytschicht in der ersten Position und das in Kontakt mit der Elektrolytschicht in der ersten Position stehende Elektrodenelement.
Leistungsspeichervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei welcher die zweite Position mit einer im wesentlichen mittleren Position in Stapelrichtung übereinstimmt.