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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine laminierte Zelle mit
einem Aufbau, bei dem Mehrzahlen von positiven und negativen Elektrodenplatten
abwechselnd gestapelt sind, während
Separatoren dazwischen eingeschoben sind, um ein Energieerzeugungselement
zu konfigurieren, und die positiven und negativen Elektrodenplatten
des Energieerzeugungselements durch Mehrzahlen von positiven bzw.
negativen Anschlussdrähten
mit positiven und negativen Zungen verbunden sind. Die vorliegende
Erfindung bezieht sich außerdem
auf eine zusammengesetzte Batterie, einen Batteriemodul und ein
Elektrofahrzeug, die alle diese laminierte Zelle verwenden.
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2. Beschreibung des Standes der Technik
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In
jüngster
Zeit haben ein Elektrofahrzeug, das Elektrizität als Energiequelle verwendet,
und ein Hybridfahrzeug, das durch eine Kombination eines Verbrennungsmotors
und eines elektrischen Motors fährt,
aufgrund des durch Automobilabgas verursachten globalen Problems
der Umweltluftverschmutzung die Aufmerksamkeit auf sich gezogen. Deshalb
nimmt die Entwicklung einer in diese Fahrzeugtypen zu installierende
Hochleistungsbatterie, die hohe Energie-/Leistungsdichten erreicht,
eine wichtige Position in der Industrie ein.
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In
Bezug auf diesen Typ einer Hochleistungsbatterie gibt es zum Beispiel
eine Lithium-Ionen-Batterie. Insbesondere bei diesem Batterietyp gibt
es eine laminierte Zelle, die durch Aufeinanderstapeln von flachen
positiven und negativen Elektrodenplatten ausgebildet ist, während Separatoren
dazwischen eingeschoben sind.
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Was
diese laminierte Zelle betrifft, wurde eine in der offen gelegten
japanischen Patentanmeldung Nr.
2000-200585 offenbarte vorgeschlagen, die als Zellenpackung
einen laminierten Film verwendet, der durch Stapeln eines Metallfilms
und eines Polymerfilms ausgebildet ist. In dieser Patentschrift
wird der laminierte Film als Metall-Verbundfilm bezeichnet. Diese
laminierte Zelle ist derart aufgebaut, dass ein Energieerzeugungselement,
das aus positiven und negativen Elektrodenplatten und Separatoren, die
alle eine annähernd
rechteckige flache Form aufweisen und zusammen mit einem Elektrolyten
durch die aus dem Metall-Verbundfilm hergestellte Zellenpackung
hermetisch abgedichtet bzw. versiegelt sind, gebildet wird, und
eine positive Zunge, die mit den positiven Elektrodenplatten des
Energieerzeugungselements verbunden ist, und eine negativen Zunge,
die mit deren negativen Elektrodenplatten verbunden ist, aus den
Endflanken der Zellenpackung nach außen gezogen sind.
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Die
so aufgebaute laminierte Zelle weist einen Vorteil dahingehend auf,
dass es leichter ist, ihr Gewicht und ihre Dicke im Vergleich mit
einer zu reduzieren, die einen Metallbehälter als Zellenpackung verwendet.
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Im Übrigen ist
es bei der so aufgebauten laminierten Zelle üblich, dass die jeweiligen
positiven Elektrodenplatten des Energieerzeugungselements durch
positive Anschlussdrähte
mit der positiven Zunge verbunden sind und die jeweiligen negativen Elektrodenplatten
davon durch negative Anschlussdrähte
mit der negativen Zunge verbunden sind. Speziell bei diesem Typ
einer laminierten Zelle ist ein Ende der positiven Zunge zur Außenseite
der Zellenpackung herausgezogen und auf deren anderem Ende wird
die Mehrzahl der positiven Anschlussdrähte von den jeweiligen positiven
Elektrodenplatten der gestapelten Elektrode angeschlossen. Ferner
ist ein Ende der negativen Zunge zur Außenseite der Zellenpackung
gezogen und auf deren anderem Ende ist die Mehrzahl der negativen
Anschlussdrähte
von den jeweiligen negativen Elektrodenplatten der gestapelten Elektrode
angeschlossen.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Bei
der oben beschriebenen laminierten Zelle tendiert jedoch die erzeugte
Hitze dazusich in den anderen Enden der positiven und negativen
Zungen zu konzentrieren, wenn ein großer Strom hindurch geleitet
wird, und die Temperaturen der anderen Enden dieser positiven und
negativen Zungen erhöhen sich
manchmal in hohem Maße.
Wenn sich die Temperaturen der anderen Enden dieser positiven und negativen
Zungen bis zu einem übermäßigen Betrag erhöhen, wird
daher davon ausgegangen, dass aufgrund der an den positiven und
negativen Zungen erzeugten Hitze der Polymerfilm im Metall-Verbundfilm, der
die Zellenpackung bildet, geschmolzen ist, der Metallfilm freigelegt
ist und ein Kurzschluss zwischen diesem Metallfilm und der positiven
oder negativen Zunge, oder zwischen dem Metallfilm und den positiven
oder negativen Anschlussdrähten
auftritt.
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Die
vorliegende Erfindung wurde in Anbetracht der oben beschriebenen
Probleme durchgeführt.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine höchst zuverlässige laminierte
Zelle, die das Problem des Auftretens eines Kurzschlusses zwischen
dem in der Zellenpackung verwendeten Metallfilm des Metall-Verbundfilms
und der positiven oder negativen Zunge, oder zwischen dem Metallfilm
und den positiven oder negativen Anschlussdrähten verhindert, und eine zusammengesetzte Batterie,
einen Batteriemodul und ein Elektrofahrzeug bereitzustellen, die alle
diese laminierte Zelle verwenden.
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Der
erste Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt eine laminierte Zelle
bereit, die aufweist: ein Energieerzeugungselement, das durch aufeinander
folgendes Stapeln von positiven Elektrodenplatten und negativen
Elektrodenplatten ausgebildet ist, wobei Separatoren dazwischen
eingeschoben sind; eine positive Zunge, die mit den positiven Elektrodenplatten
durch eine Mehrzahl von positiven Anschlussdrähten verbunden ist; eine negative
Zunge, die mit den negativen Elektrodenplatten durch eine Mehrzahl
von negativen Anschlussdrähten
verbunden ist; und eine Zellenpackung, die aus einer metallischen Verbundfolie
ausgebildet ist, wobei die Zellenpackung das Energieerzeugungselement
und einen Elektrolyten hermetisch abdichtet, wobei eine Wärmekapazität eines
Bereichs der positiven Zunge, auf der eine Mehrzahl der positiven
Anschlussdrähte
angeschlossen ist, und eine Wärmekapazität eines
Bereichs der negativen Zunge, auf der eine Mehrzahl der negativen
Anschlussdrähte
angeschlossen ist, größer als
die von anderen Bereichen der positiven Zunge und der negativen
Zunge gemacht wurden.
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Isolierstreifen
mit einer elektrischen Isoliereigenschaft können ferner auf einen Bereich
der positiven Zunge, auf der die Mehrzahl der positiven Anschlussdrähte angeschlossen
ist, und einen Bereich der negativen Zunge geklebt werden, auf der
die Mehrzahl der negativen Anschlussdrähte angeschlossen ist.
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Der
zweite Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt eine zusammengesetzte
Batterie bereit, die aufweist: eine Einzelzelle mit einem Energieerzeugungselement,
das durch aufeinanderfolgendes Stapeln von positiven Elektrodenplatten
und negativen Elektrodenplatten ausgebildet ist, während Separatoren
dazwischen eingeschoben sind; eine positive Zunge, die mit den positiven
Elektrodenplatten durch eine Mehrzahl von positiven Anschlussdrähten verbunden
ist; eine negative Zunge, die mit den negativen Elektrodenplatten
durch eine Mehrzahl von negativen Anschlussdrähten verbunden ist; und eine Zellenpackung,
die aus einer metallischen Verbundfolie ausgebildet ist, wobei die
Zellenpackung das Energieerzeugungselement und einen Elektrolyten hermetisch
abdichtet, wobei eine Wärmekapazität eines
Bereichs der positiven Zunge, auf der eine Mehrzahl der positiven
Anschlussdrähte
angeschlossen ist, und eine Wärmekapazität eines
Bereichs der negativen Zunge, auf der eine Mehrzahl der negativen Anschlussdrähte angeschlossen
ist, größer als
die von anderen Bereichen der positiven Zunge und der negativen
Zunge gemacht wurden, und die zusammengesetzte Batterie durch elektrisches,
serielles Zusammenschalten von irgendeiner Mehrzahl der laminierten
Zellen und einer Mehrzahl von laminierten Zellengruppen gebildet
wird, wobei jede laminierte Zellengruppe durch elektrisches paralleles
Zusammenschalten einer Mehrzahl der laminierten Zellen gebildet
wird.
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Der
dritte Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt ein Batteriemodul
bereit, das aufweist: eine zusammengesetzte Batterie mit einer Einzelzelle
mit einem Energieerzeugungselement, das durch aufeinanderfolgendes
Stapeln von positiven Elektrodenplatten und negativen Elektrodenplatten
ausgebildet ist, wobei Separatoren dazwischen eingeschoben sind;
eine positiven Zunge, die mit den positiven Elektrodenplatten durch
eine Mehrzahl von positiven Anschlussdrähten verbunden ist; eine negativen Zunge,
die mit den negativen Elektrodenplatten durch eine Mehrzahl von
negativen Anschlussdrähten
verbunden ist; und eine Zellenpackung, die aus einer metallischen
Verbundfolie ausgebildet ist, wobei die Zellenpackung das Energieerzeugungselement
und einen Elektrolyten hermetisch abdichtet, wobei eine Wärmekapazität eines
Bereichs der positiven Zunge, auf der eine Mehrzahl der positiven
Anschlussdrähte
angeschlossen ist, und eine Wärmekapazität eines
Bereichs der negativen Zunge, auf der eine Mehrzahl der negativen
Anschlussdrähte angeschlossen
ist, größer als
die von anderen Bereichen der positiven Zunge und der negativen
Zunge gemacht wurde, die zusammengesetzte Batterie durch elektrisches,
serielles Zusammenschalten von irgendeiner Mehrzahl der Einzelzellen
und einer Mehrzahl von Einzelzellengruppen gebildet wird, wobei
jede Einzelzellengruppe durch elektrisches paralleles Zusammenschalten
einer Mehrzahl der Einzelzellen gebildet wird, und das Batteriemodul
durch elektrisches Zusammenschalten einer Mehrzahl der zusammengesetzten
Batterien und Unterbringen der Mehrzahl der elektrisch zusammengeschalteten,
zusammengesetzten Batterien in einem Modulgehäuse gebildet wird.
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Der
vierte Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt ein Elektrofahrzeug
bereit, das aufweist: ein Batteriemodul, mit: einer zusammengesetzten
Batterie, die eine Einzelzelle aufweist, die ein Energieerzeugungselement
umfasst, das durch aufeinanderfolgendes Stapeln von positiven Elektrodenplatten und
negativen Elektrodenplatten ausgebildet ist, wobei Separatoren dazwischen
eingeschoben sind; eine positiven Zunge, die mit den positiven Elektrodenplatten
durch eine Mehrzahl von positiven Anschlussdrähten verbunden ist; eine negativen
Zunge, die mit den negativen Elektrodenplatten durch eine Mehrzahl
von negativen Anschlussdrähten
verbunden ist; und eine Zellenpackung, die aus einer metallischen
Verbundfolie ausgebildet ist, wobei die Zellenpackung das Energieerzeugungselement
und einen Elektrolyten hermetisch abdichtet, wobei eine Wärmekapazität eines
Bereichs der positiven Zunge, auf der eine Mehrzahl der positiven Anschlussdrähte angeschlossen
ist, und eine Wärmekapazität eines Bereichs
der negativen Zunge, auf der eine Mehrzahl der negativen Anschlussdrähte angeschlossen
ist, größer als
die von anderen Bereichen der positiven Zunge und der negativen
Zunge gemacht wurden, die zusammengesetzte Batterie durch elektrisches, serielles
Zusammenschalten von irgendeiner Mehrzahl der Einzelzellen und einer
Mehrzahl von Einzelzellengruppen gebildet wird, wobei jede Einzelzellengruppe
durch elektrisches paralleles Zusammenschalten einer Mehrzahl der
Einzelzellen gebildet wird und das Batteriemodul durch elektrisches
Zusammenschalten einer Mehrzahl der zusammengesetzten Batterien
und Unterbringen der Mehrzahl der elektrisch zusammengeschalteten,
zusammengesetzten Batterien in einem Modulgehäuse gebildet wird, und das
Batteriemodul als Energiequelle eines Antriebsmotors zum Antreiben
von Antriebsrädern verwendet
wird.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
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Die
vorliegende Erfindung wird nun mit Bezug auf die anliegende Zeichnung
beschrieben, in der:
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1 eine
Draufsicht ist, die ein Beispiel einer laminierten Zelle gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt;
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2 eine
Querschnittansicht an der Linie II-II von 1 ist;
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3 eine
vergrößerte Ansicht
eines Bereichs III von 2 ist;
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4 eine
im Wesentlichen vergrößerte Querschnittansicht
ist, die ein weiteres Beispiel der laminierten Zelle gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt;
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5 eine
im Wesentlichen vergrößerte Querschnittansicht
ist, die ein Beispiel einer laminierten Zelle gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt;
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6 eine
Seitenansicht eines Beispiels einer zusammengesetzten Batterie gemäß der vorliegenden
Erfindung ist;
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7 eine
Seitenansicht ist, die ein weiteres Beispiel der zusammengesetzten
Batterie gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt;
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8 eine
Draufsicht ist, die ein Batteriemodul gemäß der vorliegenden Erfindung
zeigt; und
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9 ein
Blockschaltbild ist, das schematisch eine Antriebsquelle eines Elektrofahrzeugs
gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Nachfolgend
erfolgt eine Beschreibung von Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung mit Bezug auf die Zeichnung.
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Erster Aspekt der Erfindung
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(Erste Ausführungsform)
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Wie
In 1 und 2 dargestellt, umfasst eine
laminierte Zelle dieser Ausführungsform
gestapelte Elektroden 2 als Energieerzeugungselement. Die
gestapelte Elektrode 2 liegt in der Mitte zwischen einem
Paar von Metall-Verbundfilmen 3a und 3b, die die
Zellenpackung 3 bilden, und ist zusammen mit einem Elektrolyten
hermetisch abgedichtet, um zwischen dem Paar von Metall-Verbundfilmen 3a und 3b in
der Dickenrichtung sandwichartig angeordnet zu sein.
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Wie
in 2 dargestellt, ist die gestapelte Elektrode 2 als
das Energieerzeugungselement durch aufeinanderfolgendes Stapeln
der Mehrzahlen der positiven und negativen Elektrodenplatten 2A und 2B ausgebildet,
wobei die Separatoren 2C dazwischen eingeschoben sind.
Die jeweiligen positiven Elektrodenplatten 2A, die die
gestapelte Elektroden 2 bilden, sind mit der positiven
Zunge 5 (Elektrodenanschluss) durch die positiven Anschlussdrähte 4 verbunden.
Ferner sind die jeweiligen negativen Elektrodenplatten 2B,
die die gestapelten Elektroden bilden, mit der negativen Zunge 7 (Elektrodenanschluss)
durch die negativen Anschlussdrähte 6 verbunden.
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Jeder
der positiven und negativen Anschlussdrähte 4 und 6 ist
aus einer Metallfolie ausgebildet. Genauer gesagt sind die positiven
Anschlussdrähte 4 aus
Aluminiumfolie hergestellt und die negativen Anschlussdrähte 6 sind
aus Kupferfolie ausgebildet. Danach werden die aus den positiven
Elektrodenplatten 2A gezogenen positiven Anschlussdrähte 4 unter
Verwendung einer Technik, wie z. B. einem Schweißen, auf die positive Zunge 5 geschichtet
und angeschlossen. Ferner werden die aus den negativen Elektrodenplatten 2B gezogenen
negativen Anschlussdrähte 6 unter
Verwendung einer Technik, wie z. B. einem Schweißen, auf die negative Zunge 7 geschichtet
und angeschlossen.
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Jede
der positiven und negativen Zungen 5 und 7 ist
aus einer Metallplatte ausgebildet. Genauer gesagt ist die positive
Zunge 5 z. B. aus einer Aluminiumsplatte ausgebildet und
die negative Zunge 7 ist aus einer Nickelplatte ausgebildet.
Dann werden die einen Enden der positiven und negativen Zungen 5 und 7 zur
Außenseite
der Zellenpackung 3 gezogen und als positive bzw. negative
Anschlüsse
definiert. Auf den anderen Enden, die im Innern der Zellenpackung 3 liegen,
wird die Mehrzahl der positiven Anschlussdrähte 4, die von den
positiven Elektrodenplatten 2A gezogen wurden, und die
Mehrzahl der negativen Anschlussdrähte 6, die von den
negativen Elektrodenplatten 2B gezogen wurden, geschichtet und
verbunden.
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Wie
in 3 dargestellt, ist bei der laminierten Zelle 1 dieser
Ausführungsform
die Dicke T1 des anderen Endes (hinfort als „Anschlussbereich 5a" bezeichnet) der
positiven Zunge 5, auf der die Mehrzahl der positiven Anschlussdrähte 4 geschichtet
und angeschlossen ist, größer hergestellt
als die Dicke T2 des anderen Bereichs der positiven Zunge 5.
Ferner ist die Dicke des anderen Endes (hinfort als „Anschlussbereich 7a" bezeichnet) der
negativen Zunge 7, auf der die Mehrzahl der negativen Anschlussdrähte 7 geschichtet
und angeschlossen ist, auf ähnliche Art
und Weise größer hergestellt
als die Dicke des anderen Bereichs der negativen Zunge 7.
Die Dicken der Anschlussbereiche 5a und 7a sind
größer hergestellt,
und dadurch können
die Wärmekapazitäten dieser
Anschlussbereiche 5a und 7a gesteigert werden
und der Temperaturanstieg in den positiven und negativen Zungen 5 und 7 kann
gesteuert/geregelt werden, selbst wenn ein großer Strom hindurch geleitet
wird.
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Besonders
weil die Wärme
in den Anschlussbereichen 5a und 7a der positiven
und negativen Zungen 5 und 7 konzentriert wird,
neigen die Temperaturen der positiven und negativen Zungen 5 und 7 dazu
anzusteigen, wenn ein großer
Strom hindurch geleitet wird. Bei der laminierten Zelle 1 dieser
Ausführungsform
sind jedoch die Dicken dieser Anschlussbereiche 5a und 7a im
Vergleich mit den Dicken der anderen Bereiche größer hergestellt und eine Steigerung
von deren Wärmekapazitäten wird erreicht.
Dadurch kann der Temperaturanstieg der positiven und negativen Zungen 5 und 7 wirksam
gesteuert/geregelt werden.
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Es
sei vermerkt, dass ein Verfahren zum Erhöhen der Dicken der Anschlussbereiche 5a und 7a, um
größer als
die der anderen Bereiche zu sein, nicht besonders beschränkt ist.
Wenn z. B. Metallplatten ausgebildet werden, die als diese positiven
und negativen Zungen 5 und 7 dienen, können die
Platten geformt werden, um teilweise dick zu sein, und dick geformte
Bereiche können
als Anschlussbereiche 5a und 7a definiert werden.
Zudem kann eine Metallpaste teilweise auf die flachen Metallplatten
aufgetragen werden, um die Dicke der damit beschichteten Bereiche
zu erhöhen,
und diese Bereiche können
als Anschlussbereiche 5a und 7a definiert werden.
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Wie
z. B. in 3 dargestellt, ist jedes Paar der
Metall-Verbundfilme 3a und 3b,
die die Zellenpackung 3 bilden, in der nachfolgend beschriebenen
Art und Weise ausgebildet. Die aus Aluminium oder dergleichen hergestellte
Metallschicht 8 wird als Basismaterial verwendet, die aus
Polyethylen (PE), Polypropylen (PP) oder dergleichen hergestellte
Harzschicht 9 wird auf die Innenseite der Metallschicht 8 aufgetragen
und eine Schutzschicht (nicht dargestellt), wie z. B. Nylon, wird
auf die Außenfläche der Metallschicht
aufgeklebt. Der Metall-Verbundfilm 3a des
Paars der Metall-Verbundfilme 3a und 3b ist in
einer Schalenform ausgebildet, in der der die gestapelte Elektrode 2 aufnehmende
konkave Bereich 10 am Mittelbereich ausgebildet ist. Der
Metall-Verbundfilm 3b ist flach ausgebildet, um den Öffnungsbereich
des konkaven Bereichs 10 abzudecken.
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Wenn
die laminierte Zelle 1 hergestellt wird, wird die gestapelte
Elektrode 2 zusammen mit dem Elektrolyten im konkaven Bereich 10 untergebracht, der
im Metall-Verbundfilm 3a vorgesehen ist, und der flache
Metall-Verbundfilm 3b wird angeordnet, um den konkaven
Bereich 10 abzudecken, gefolgt von einem Heißsiegeln
der äußeren Umfangsbereiche des
Paars der Metall-Verbundfilme 3a und 3b. Dadurch
wird ein Aufbau hergestellt, bei dem die gestapelte Elektrode 2 zusammen
mit dem Elektrolyten durch die Zellenpackung 3 hermetisch
abgedichtet ist.
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Wie
oben beschrieben, wird bei der so konfigurierten laminierten Zelle 1 eine
Steigerung bei den Wärmekapazitäten der
Anschlussbereiche 5a und 7a erreicht, bei denen
die Wärme
dazu neigt, sich zu konzentrieren, wenn ein großer Strom hindurch geleitet
wird, sodass der Temperaturanstieg der positiven und negativen Zungen 5 und 7 gesteuert/geregelt werden
kann. Dadurch wird eine große
Funktionssicherheit sichergestellt, selbst wenn ein großer Strom übertragen
wird.
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Besonders
im Hinblick auf die laminierte Zelle 1 der herkömmlichen
Technologie kann, wenn die Temperaturen der positiven und negativen
Zungen 5 und 7 aufgrund der in den positiven und
negativen Zungen erzeugten Wärme übermäßig zugenommen haben,
davon ausgegangen werden, dass die Harzschichten 9 der
Metall-Verbundfilme 3a und 3b geschmolzen sind,
deren Metallschichten 8 freigelegt sind und ein Kurzschluss
zwischen den Metallschichten 8 und der positiven oder negativen
Zunge 5 oder 7, oder den positiven oder negativen
Anschlussdrähte 4 und 6 auftritt,
weil die Metall-Verbundfilme 3a und 3b für die Zellenpackung 3 verwendet
werden. Bei der laminierten Zelle 1 dieser Ausführungsform
sind jedoch die Dicken der Anschlussbereiche 5a und 7a vergrößert, um
größer als
die der anderen Bereiche zu sein, und dadurch werden die Wärmekapazitäten dieser
Anschlussbereiche erhöht
und der übermäßige Temperaturanstieg
der positiven und negativen Zungen 5 und 7 wird
wirksam gesteuert/geregelt. Daher können die oben beschriebenen
Probleme vermieden und eine hohe Funktionssicherheit sichergestellt
werden.
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Die
Vergrößerung der
Gesamtdicke der positiven und negativen Zungen 5 und 7 wird
auch als Verfahren betrachtet, um den Temperaturanstieg der positiven
und negativen Zungen 5 und 7 zu steuern/zu regeln.
In diesem Fall ist es jedoch schwierig, das Dichtvermögen an den
Flanken der Zellenpackung 3 sicherzustellen, aus denen
die positiven und negativen Zungen 5 und 7 zur
Außenseite
gezogen sind, was manchmal zu einer Verringerung der Haltbarkeit
führt.
Im Gegensatz dazu werden bei der laminierten Zelle 1 dieser
Ausführungsform
nur die Dicken der Anschlussbereiche 5a und 7a der
positiven und negativen Zungen 5 und 7 vergrößert, auf
denen die Wärme
am meisten konzentriert wird. Somit wird eine Steuerung/Regelung
des Temperaturanstiegs der positiven und negativen Zungen 5 und 7 erreicht. Demzufolge
kann das oben genannte Problem des Kurzschlusses vermieden werden,
während
die Dichtfähigkeiten
an den Flanken der Zellenpackung 3 aufrechterhalten werden
und sowohl die Haltbarkeit als auch die Funktionssicherheit sichergestellt
werden können.
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Die
laminierte Zelle 1 der vorliegenden Ausführungsform
kann als Lithium-Ionen-Sekundärbatterie
eingesetzt werden. Nachfolgend werden die Materialien der Lithium-Ionen-Batterie
zusätzlich
erläutert.
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Als
aktives Material der positive Elektrode, die die positive Elektrodenplatte 2A der
gestapelten Elektrode 2 bildet, ist eine Verbindung enthalten,
die ein Lithium-Nickel-Mischoxid, insbesondere Verbindungen umfasst,
die durch eine allgemeine Formel LiNi1-xMxO2 ausgedrückt werden.
Hierbei liegt x in einem Bereich von 0,01 ≤ x ≤ 0,5 und M repräsentiert zumindest
ein Element, das aus Eisen (Fe), Kobalt (Co), Mangan (Mn), Kupfer (Cu),
Zink (Zn), Aluminium (Al), Zinn (Sn), Bor (B), Gallium (Ga), Chrom
(Cr), Vanadium (V), Titan (Ti), Magnesium (Mg), Kalzium (Ca) und
Strontium (Sr) ausgewählt
ist.
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Ferner
kann die positive Elektrode ein anderes aktives Material für die positive
Elektrode als das Lithium-Nickel-Mischoxid
umfassen. Dieses Material kann ein Lithium-Mangan-Mischoxid umfassen,
das Verbindungen ausbildet, die durch eine allgemeine Formel LiyMn2-zM'zO4 ausgedrückt
werden. Hierbei liegt y in einem Bereich von 0,9 ≤ y ≤1, während z
in einem Bereich von 0,01 ≤ z ≤ 0,5 liegt,
und M' repräsentiert
zumindest ein Element, das aus Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Al, Sn, B, Ga,
Cr, V, Ti, Mg, Ca und Sr gewählt wird.
Alternativ kann dieses Material ein Lithium-Kobalt-Mischoxid beinhalten,
das Verbindungen ausbildet, die durch eine allgemeine Formel LiyCo1-xMx''O2 ausgedrückt werden.
Hierbei liegt x in einem Bereich von 0,01 ≤ x ≤ 0,5 und M'' repräsentiert
zumindest eine Element, das aus Fe, Ni, Mn, Cu, Zn, Al, Sn, B, Ga,
Cr, V, Ti, Mg, Ca und Sr gewählt
wird.
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Obwohl
es keine besonderen Beschränkungen
bei den Herstellungsverfahren des Lithium-Nickel-Mischoxids, des
Lithium-Mangan-Mischoxids und des Lithium-Kobalt-Mischoxids gibt,
können
diese Verbindungen durch Mischen von Karbonaten, wie z. B. Lithium,
Nickel, Mangan und Kobalt in Verhältnissen, die von deren Bestandteilen
abhängen, und
Backen bzw. Brennen dieser Karbonate bei einer Temperatur, die von
600°C bis
1000°C reicht,
erhalten werden. Außerdem
sind die Ausgangsmaterialien nicht auf die Karbonate beschränkt und
können
auch auf ähnliche
Weise aus Hydroxiden, Oxiden, Nitraten und organischen Salzen synthetisiert
werden.
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Außerdem sollte
das positive Elektrodenmaterial, wie z. B. das Lithium-Nickel-Mischoxid
und das Lithium-Mangan-Mischoxid vorzugsweise eine durchschnittliche
Partikelgröße von 30 μm oder darunter
aufweisen.
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Ferner
ist die negative Elektrodenplatte 2B der gestapelten Elektrode 2 aus
dem aktiven Material der negativen Elektrode mit einer spezifischen
Oberfläche
in einem Bereich von 0,05 m2/g bis 2 m2/g ausgebildet. Als Folge des negativen
Elektrodenmaterials mit der spezifischen Oberfläche im oben genannten Bereich
ist es möglich,
die Bildung einer übermäßigen Menge
einer festen Elektrolyten-Zwischenschicht (SEI-Schicht) auf der
negativen Elektrodenoberfläche
angemessen einzuschränken.
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Da
die verfügbare
Fläche
für den
Transfer der Lithiumionen beim aktiven Elektrodenmaterial für die negative
Elektrode mit einer spezifischen Oberfläche von weniger als 0,05 m2/g extrem klein ist, werden die Lithiumionen
beim aktiven Material für
die negative Elektrode mit einer spezifischen Fläche von kleiner als 0,05 m2/g, die während dem Aufladungszyklus
in das aktive Material der negativen Elektrode dotiert werden, zu
fest gebunden, um aus dem aktiven Material für die negative Elektrode während dem Entladungszyklus
von ausreichend heraus dotiert zu werden, was zu einer Verschlechterung
beim Aufladungs- und Entladungswirkungsgrad führt. Umgekehrt ist es bei der
aktiven Masse für
die negative Elektrode mit einer spezifischen Oberfläche von
größer als
2 m2/g schwierig, die Bildung einer übermäßigen Menge
der SEI-Schicht auf der negativen Elektrodenoberfläche zu steuern/zu
regeln.
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Das
aktive Material für
die negative Elektrode kann irgendein Material umfassen, das es
den Lithiumionen ermöglicht,
bei einer Spannung im Vergleich zu Lithium von weniger als 2,0 V
in die Masse hinein oder heraus dotiert zu werden. Insbesondere können kohlehaltige
Materialien verwendet werden, die ein nicht in Graphit verwandelbares
Kohlenstoffmaterial, künstliches
Graphit, natürliches
Graphit, pyrolytisches Graphit, Koks einschließlich Pechkoks, Nadelkoks und
Petroleumkoks, Graphit, glasförmigen
Kohlenstoff, ein gesintertes Polymermaterial, das durch Brennen
und Verkohlen bzw. Verkoken von Phenolharz oder Furanharz bei einer
geeigneten Temperatur geformt wurde, Kohlefaser, Aktivkohle und
Ruß umfassen.
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Ferner
kann auch ein Metall verwendet werden, das in der Lage ist, eine
Legierung mit Lithium und eine Legierung davon zu bilden, und insbesondere
umfassen diese Materialien Oxid-Produkte
oder Nitrid-Produkte, wie z. B. Eisenoxid, Rutheniumoxid, Molybdänoxid, Wolframoxid,
Zinnoxid und die Hauptgruppenelemente der Gruppe 13, die es den
Lithiumionen bei einem relativ niedrigen Spannungspotenzial gestatten,
in das Material hinein oder aus diesem heraus dotiert werden. Zusätzlich dazu
umfassen diese Materialien Elemente, wie zum Beispiel Silizium (Si)
und Zinn (Sn) oder Legierungen von Si und Sn, die durch eine Formel
MxSi und MxSn repräsentiert
werden (wobei M mehr als ein metallisches Element mit Ausnahme von
Si und Sn repräsentiert). Aus
diesen ist es besonders vorteilhaft, Si oder die Si-Legierungen
zu verwenden.
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Ferner
kann der Elektrolyt einen flüssigen Zustand,
eine so genannte Elektrolyse-Lösung,
die aus Elektrolyt-Salzen gebildet ist, die in einem nicht wässrigen
Lösungsmittel
gelöst
und eingestellt wurden, einen Polymer-Gel-Elektrolyt, der aus dem
im nicht wässrigen
Lösungsmittel
gelösten
Elektrolyt-Salz gebildet ist, der in einer Polymer-Matrix gehalten
wird, und einen Polymer-Elektrolyt umfassen, der aus dem im Polymer
gelösten
Elektrolyt-Salz gebildet ist.
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Bei
Verwendung des Polymer-Gel-Elektrolyts als nicht wässrigen
Elektrolyt, beinhaltet das zu verwendende Polymer Polyvinylidenfluorid
und Polyacrylnitril. Wenn der Polymer- Elektrolyt verwendet wird, kann auch
ein Polymer eines Polyethylenoxids (PEO) verwendet werden.
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Das
nicht wässrige
Lösungsmittel
kann jegliche Art von Lösungsmittel
beinhalten, wenn dieses in einem nicht wässrigen Lösungsmittel verbleibt, das vordem
in einer Sekundärbatterie
verwendet wurde, die solche Arten von nicht wässrigen Lösungsmitteln einsetzt. Als
nicht wässrige
Lösungsmittel
können Propylenkarbonat,
Ethylenkarbonat, 1,2-Dimethoxyethan, Diethylkarbonat, Dimethylkarbonat, γ-Butyrolacton,
Tetrahydrofuran, 1,3-Dioxolan, 4-Methyl-1,3-Dioxolane, Diethylether,
Sulfolan, Methylsulfolan, Acetonnitril und Propionitril verwendet
werden. Außerdem
können
diese nicht wässrigen
Lösungsmittel
als einzige Komponente oder in einer Mischung von mehr als zwei
Komponenten verwendet werden.
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Das
nicht wässrige
Lösungsmittel
sollte insbesondere vorzugsweise ein ungesättigtes Karbonat enthalten.
Es ist für
das nicht wässrige
Lösungsmittel noch
vorteilhafter, ein Vinylenkarbonat zu beinhalten. Die Präsenz des
ungesättigten
Karbonats, das als das nicht wässrige
Lösungsmittel
enthalten ist, ermöglicht
es, einen Effekt zu erzielen, der von der Eigenschaft (einer Funktion
einer Schutzschicht) im aktiven Material für die negative Elektrode abgeleitet
ist, und es ist vorstellbar, dass eine übermäßige entladungsbeständige Eigenschaft
weiter verbessert wird.
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Ferner
sollte das ungesättigte
Karbonat im Elektrolyt vorzugsweise in einem Bereich von 0,05 Gew%
bis 5 Gew% und noch vorteilhafterweise in einem Bereich von 0,5
Gew% bis 3 Gew% enthalten sein. Mit der Inhaltsmenge des ungesättigten
Karbonats, die im oben genannten Bereich gewichtsmäßig vorhanden
ist, wird eine nicht wässrige
Sekundärbatterie
versehen, die eine hohe Anfangs-Entladungskapazität mit einer
hohen Energiedichte aufweist.
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Das
Elektrolytsalz muss nicht auf eine bestimmte Zusammensetzung beschränkt sein,
die dafür
sorgt, dass sie ein Lithiumssalz bildet, das eine Innenleitfähigkeit
bietet und kann LiClO4, LiAsF6,
LiPF6, LiBF4, LiB(C6H5)4,
LiCl, LiBr, CH3SO3Li
und CF3SO3Li beinhalten.
Das Elektrolytsalz kann als einzige Komponente verwendet werden
oder kann möglicherweise
in einer Mischung von mehr als zwei Komponenten verwendet werden.
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Die
laminierte Zelle 1 der vorliegenden Erfindung wurde oben
besonders für
einen Fall beschrieben, bei dem die laminierte Zelle 1 als
Lithium-Ionen-Sekundärbatterie
eingesetzt wurde. Jedoch ist die Erfindung nicht auf die Lithium-Ionen-Sekundärbatterie
beschränkt
und kann auf eine Zelle angewendet werden, die eine ähnliche
Zusammensetzung aufweist.
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(Zweite Ausführungsform)
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Als
nächstes
wird eine weitere Ausführungsform
der laminierten Zelle, bei der die vorliegende Erfindung angewendet
wird, mit Bezug auf 4 beschrieben.
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Wie
in 4 dargestellt, wird bei der laminierten Zelle 11 dieser
Ausführungsform
eine Anordnung eingesetzt, bei der die positive Zunge 5 flach ausgebildet
ist, und ein endothermes Material 12 am Anschlussbereich 5a der
positiven Zunge 5 vorgesehen ist, auf der die Mehrzahl
der positiven Anschlussdrähte 4 angeschlossen
ist. Darüber
hinaus ist die negative Zunge 7, obwohl nicht dargestellt,
in ähnlicher
Weise flach ausgebildet. Das endotherme Material 12 ist
am Anschlussbereich 7a der negativen Zunge 7 vorgesehen,
auf der die Mehrzahl der negativen Anschlussdrähte 6 angeschlossen
ist. Die laminierte Zelle 11 ist so ausgebildet, dass das endotherme
Material 11 auf den Anschlussbereichen 5a und 7a vorgesehen
ist, und dadurch werden die Wärmekapazitäten der
Anschlussbereiche 5a und 7a erhöht und es
wird ermöglicht,
den Temperaturanstieg der positiven und negativen Zungen 5 und 7 effektiv
zu steuern/zu regeln. Weitere Konfigurationen der laminierten Zelle 11 sind ähnlich zu
denen der oben genannten laminierten Zelle 1 der ersten
Ausführungsform
und deshalb werden in 4 diesen ähnlichen Bereichen die gleichen
Bezugszeichen hinzugefügt und
eine wiederholte Beschreibung wird weggelassen.
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Bei
der laminierten Zelle 11 dieser Ausführungsform wird das an den
Anschlussbereichen 5a und 7a vorgesehene endotherme
Material 12 durch Auftragen eines Harzes mit einer höheren Wärmekapazität pro Gewichtseinheit
als der der positiven und negativen Zungen 5 und 7 ausgebildet.
Als das für das
endotherme Material 12 verwendete Harz ist zum Beispiel
Polyolefin aufgelistet. Polyolefin weist eine hohe Wärmekapazität pro Gewichtseinheit
unter den Harzen auf und ist für
das endotherme Material 12 bei der laminierten Zelle 11 dieser
Ausführungsform geeignet.
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Falls
Polyolefin als das endotherme Material 12 bei der laminierten
Zelle 11 dieser Ausführungsform
verwendet wird, kann dieses Polyolefin nur auf den Anschlussbereichen 5a und 7a als
endothermes Material 12 verwendet werden. Darüber hinaus
können
weitere Substanzen im Polyolefin enthalten sein, um ein Verbundmaterial
auszubilden, und dieses Verbundmaterial kann auf die Anschlussbereiche 5a und 7a aufgetragen
werden, um als das endotherme Material 12 verwendet zu
werden.
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Speziell
können
z. B. Metallpartikel oder Keramikpartikel in das Polyolefin gemischt
werden, um ein Verbundmaterial auszubilden, und dieses Verbundmaterial
kann auf die Anschlussbereiche 5a und 7a aufgetragen
werden, um als das endotherme Material 12 verwendet zu
werden. Die Metallpartikel und die Keramikpartikel weisen extrem
hohe Wärmekapazitäten auf.
Falls das Verbundmaterial verwendet wird, bei dem die Metall- oder
Keramikpartikel, wie oben beschrieben, in das Polyolefin gemischt
werden, können
die Wärmekapazitäten der
Anschlussbereiche 5a und 7a daher weiter gesteigert
werden.
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Darüber hinaus
kann z. B. ein Phasenübergangsmaterial,
das Wärme
durch einen Phasenübergang
absorbiert, als Mikropartikel oder Mikrokapseln in das Polyolefin
beigemischt werden, um das Verbundmaterial auszubilden, und dieses
Verbundmaterial kann auf dem Anschlussbereich 5a und dem
Anschlussbereich 7a aufgetragen werden, um als endothermes
Material 12 verwendet zu werden. Das Phasenübergangsmaterial
löst eine
endotherme Funktion aus, wenn ein Phasenübergang gefolgt von einem Temperaturanstieg
stattfindet. Falls das Verbundmaterial verwendet wird, bei dem das
Phasenübergangsmaterial,
wie oben beschrieben, als Mikropartikel oder Mikrokapseln in das
Polyolefin gemischt wird, können
die Wärmekapazitäten der
Anschlussbereiche 5a und 7a demzufolge weiter
gesteigert werden. Es ist ausreichend, dass die Zubereitung des
Phasenübergangsmaterials
in die Mikrokapseln durch ein bekanntes Verfahren, wie z. B. ein
Verfahren zur Bildung eines Beschichtungsfilms durch Auftragen von
geeigneten Mikropartikeln auf ein festes Phasenübergangsmaterial durch einen
Luftstrom-Beschichtungsprozesses durchgeführt wird.
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Wie
oben beschrieben, wird bei der so konfigurierten laminierten Zelle 11 das
endotherme Material 12 an den Anschlussbereichen 5a und 7a vorgesehen,
auf denen die Wärme
dazu neigt, sich zu konzentrieren, wenn ein großer Strom hindurch geleitet wird,
der Anstieg der Wärmekapazität in den
Anschlussbereichen 5a und 7a wird erreicht, und
der Temperaturanstieg der positiven und negativen Zungen 5 und 7 wird
gesteuert/geregelt. Selbst wenn ein großer Strom übertragen wird, kann demzufolge
eine hohe Funktionssicherheit, ähnlich
wie bei der oben genannten laminierten Zelle 11 der ersten
Ausführungsform
realisiert werden.
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Ferner
wird bei der laminierten Zelle 11 der Ausführungsform
Harz mit einer höheren
Wärmekapazität pro Gewichtseinheit
im Vergleich zu der der positiven und negativen Zungen 5 und 7 auf
die Anschlussbereiche 5a und 7a aufgetragen, um
als endothermes Material 12 verwendet zu werden. Dies ist bei
der Reduzierung des Gesamtgewichts der laminierten Zelle 11 von
Vorteil.
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(Dritte Ausführungsform)
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Als
nächstes
wird eine weitere Ausführungsform
der laminierten Zelle mit Bezug auf 5 beschrieben,
auf die die vorliegende Erfindung angewendet wird.
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Wie
in 5 dargestellt, ist bei der laminierten Zelle 13 eine
Anordnung erfolgt, bei der der Isolierstreifen 14 mit einer
elektrischen Isoliereigenschaft auf den Anschlussbereich 5a der
positiven Zunge 5, auf der die Mehrzahl der positiven Anschlussdrähte 4 angeschlossen
ist, und auf deren Umgebungen geklebt ist. Darüber hinaus ist der Isolierstreifen 14,
obwohl nicht dargestellt, auf den Anschlussbereich 7a der
negativen Zunge 7, auf der die Mehrzahl der negativen Anschlussdrähte 6 angeschlossen
ist, und deren Umgebungen geklebt. Selbst wenn die Harzschicht 9 des
Metall-Verbundfilms 3a, der die Zellenpackung 3 bildet,
geschmolzen ist und die Metallschicht 8 aufgrund eines
Temperaturanstiegs der positiven und negativen Zungen 5 und 7 freigelegt
ist, bleiben die Isolierstreifen 14 an den Anschlussbereichen 5a und 7a haften
bzw. geklebt. Folglich können
die Metallschicht 8 und die positive oder negative Zunge 5 oder 7 oder
die positiven oder negativen Anschlussdrähte 4 oder 6 durch
den Isolierstreifen 14 isoliert werden und das Problem des
Auftretens eines Kurzschlusses zwischen diesen kann verhindert werden.
Weitere Konfigurationen bei dieser laminierten Zelle 13 sind ähnlich zu
denen der oben genannten laminierten Zelle 1 der ersten
Ausführungsform
und der laminierten Zelle 11 der zweiten Ausführungsform.
Daher werden in 5 den ähnlichen Bereichen die gleichen
Bezugszeichen zugefügt
und eine wiederholte Beschreibung wird weggelassen.
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Bei
der laminierten Zelle 13 kann als Isolierstreifen 14 jede
Sorte verwendet werden, wenn eine gute elektrische Isoliereigenschaft
erreicht werden kann. Zum Beispiel sind Kapton®-Band
(Polyimid-Band) und dergleichen geeignet. Dieser Typ des Isolierstreifens 14 weist
eine ausgezeichnete Handhabung auf und die elektrische Isolierung
im zu isolierenden Bereich wird durch Aufkleben des Isolierstreifens 14 darauf
erreicht. Die laminierte Zelle 13 wendet eine Anordnung
an, bei der die Isolierstreifen 14, wie oben beschrieben,
auf die Anschlussbereiche 5a und 7a geklebt sind.
Demzufolge kann eine Gegenmaßnahme
gegen den Fall, bei dem die Metallschicht 8 des Metall-Verbundfilms 3a freigelegt
ist, einfach ergriffen werden, ohne dass ein zusätzlicher Fertigungsaufwand
bezüglich
der laminierten Zelle 13 erforderlich ist.
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Die
laminierte Zelle 13 der dritten Ausführungsform gemäß der Erfindung
kann in einer Form realisiert werden, bei der die oben genannte
laminierte Zelle 1 der ersten Ausführungsform oder die laminierte
Zelle 11 der zweiten Ausführungsform kombiniert werden.
Insbesondere können
nach Vergrößerung der
Dicken der Anschlussbereiche 5a und 7a, um größer als
die der anderen Bereiche zu sein, die Isolierstreifen 14 außerdem auf
die Anschlussbereiche 5a und 7a geklebt werden.
Ferner können
die Isolierstreifen 14, nachdem das endotherme Material 12 auf
den Anschlussbereichen 5a und 7a bereitgestellt
wurde, außerdem
auf die endothermen Materialien 12 geklebt werden. In diesen
Fällen
kann ein Kurzschluss aufgrund des Temperaturanstiegs der positiven
und negativen Zungen 5 und 7 sicherer verhindert
und eine weitere Erhöhung
der Funktionssicherheit realisiert werden.
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Zweiter Aspekt der Erfindung
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Als
nächstes
wird eine aus den laminierten Zellen gebildete zusammengesetzte
Batterie, auf die die vorliegende Erfindung angewendet wird, mit
Bezug auf 6 und 7 beschrieben. 6 zeigt die
zusammengesetzte Batterie 21, die durch elektrisches serielles
Zusammenschalten der Mehrzahl von Einzelzellen 20 gebildet
wird, bei der die laminierten Zellen (die oben erwähnten laminierten
Zellen 1, 10 oder 13), auf die die vorliegende
Erfindung angewendet wird, als die Einzelzellen 20 hergestellt
wurden. Indessen stellt 7 die zusammengesetzte Batterie 23 dar,
die durch elektrisches serielles Zusammenschalten der Mehrzahl der
Einzelzellengruppen 22 gebildet wird, bei der die Mehrzahl
der Einzelzellen 20 elektrisch parallel zusammengeschaltet
sind, um die Einzelzellengruppen 22 herzustellen.
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Die
in 6 dargestellte zusammengesetzte Batterie 21 wird
durch Stapeln und Integrieren der Mehrzahl der Einzelzellen 20 in
der Dickenrichtung ausgebildet. Die jeweiligen Einzelzellen 20,
die die zusammengesetzte Batterie 21 bilden, werden so
gestapelt, dass sich die Richtungen der positiven und negativen
Zungen 5 und 7 der benachbarten Einzelzellen 20 abwechseln.
Bezüglich
einer Einzelzelle 20, bei der andere Einzelzellen 20 entsprechend
an beiden Seiten in der Dickenrichtung gestapelt sind, ist die positive
Zunge 5 dieser Einzelzelle 20 mit der negativen
Zunge 7 von einer der benachbarten Einzelzellen 20 durch
ein Verfahren, wie z. B. Ultraschallkleben, verbunden, und deren
negative Zunge 7 ist mit der positiven Zunge 5 der
anderen benachbarten Einzelzelle 20 verbunden. Auf diese
Weise werden alle positiven und negativen Zungen 5 und 7 aller
Einzelzellen 20 mit den negativen und positiven Zungen 7 und 5 der
benachbarten Einzelzellen 20 entsprechend verbunden und
dadurch wird die integrierte zusammengesetzte Batterie 21 gebildet,
bei der die jeweiligen Einzelzellen 20 elektrisch seriell zusammengeschaltet
sind.
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Indessen
wird die in 7 dargestellte zusammengesetzte
Batterie durch Kombination der Einzelzellengruppen 22 gebildet,
von denen jede durch elektrisches paralleles Zusammenschalten der Mehrzahl
der Einzelzellen 20 ausgebildet ist. Die Mehrzahl der Einzelzellen 20 wird
gestapelt, sodass die Richtungen der positiven und negativen Zungen 5 und 7 der
benachbarten Einzelzellen 20 die gleiche ist, und die positiven
Zungen 5 und die negativen Zungen 7 dieser Einzelzellen 20 werden
durch ein Verfahren, wie z. B. dem Ultraschallkleben, einzeln zusammengeschaltet.
Dadurch werden die Einzelzellengruppen 22, die die zusammengesetzte
Batterie 23 bilden, durch elektrisches paralleles Zusammenschalten
der Einzelzellen ausgebildet. Danach werden die so gebildeten Zellengruppen 22 als
Zusammenfassungen der Mehrzahl von Einzelzellen 20 gestapelt,
sodass sich die Richtungen der positiven und negativen Zungen 5 und 7 der
benachbarten Einzelzellengruppen 22 abwechseln. Bezüglich einer Einzelzellengruppe 22,
bei der andere Einzelzellengruppen 22 entsprechend auf
beiden Seiten in der Dickenrichtung geschichtet sind, werden die
positiven Zungen 5 dieser Einzelzellengruppe 22 mit
den negativen Zungen 7 von einer der benachbarten Einzelzellengruppen 22 verbunden.
Indessen werden die negativen Zungen 7 dieser Einzelzellengruppe 22 mit den
positiven Zungen 5 der anderen benachbarten Einzelzellengruppe 22 verbunden.
Auf diese Weise werden die positiven und negativen Zungen 5 und 7 aller
Einzelzellengruppen 22 mit den negativen und positiven
Zungen 7 und 5 der benachbarten Einzelzellengruppen
entsprechend verbunden und dadurch wird die integrierte zusammengesetzte
Batterie 23 gebildet, bei der die jeweiligen Einzelzellengruppen 22 elektrisch
seriell zusammengeschaltet sind.
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Es
sei vermerkt, dass die Anzahl der Einzelzellen 20, die
die zusammengesetzten Batterien 21, 23, wie oben
beschrieben, bilden, beliebig und es ausreichend ist, die Anzahl
entsprechend dem Einsatzzweck der betroffenen Batterien 21 und 23 festzulegen.
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Bei
den so gebildeten zusammengesetzten Batterien 21 und 23 ist
die Mehrzahl der Einzelzellen 20 kompakt aufgezeigt und
daher ist die Energieeffizienz pro Volumeneinheit hoch. In diesem
Zusammenhang ist es möglich,
die zusammengesetzten Batterien 21 und 23 bei
einer Vielzahl von Verwendungszwecken einzusetzen. Weil jede der
Einzelzellen 20 die zusammengesetzten Batterien 21 und 23 bilden,
werden insbesondere die laminierte Zelle 1 oder 11,
bei der der Temperaturanstieg in den positiven und negativen Zungen 5 und 7 gesteuert/geregelt
werden kann, und die laminierte Zelle 13 verwendet, bei
der der Isolierstreifen an die Anschlussbereiche der positiven und
negativen Zungen 5 und 7 geklebt ist. Dadurch
wird eine hohe Funktionssicherheit für jede der Einzelzellen 20 sichergestellt,
selbst wenn ein großer
Strom übertragen
wird. Dadurch sind die zusammengesetzten Batterien 21 und 23 hinsichtlich
ihrer Hochleistung, z. B. zum Einsatz in einem Elektrofahrzeug,
geeignet.
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Dritter Aspekt der Erfindung
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Als
nächstes
wird ein Beispiel eines Batteriemoduls mit Bezug auf 8 beschrieben,
das aus den zusammengesetzten oben erläuterten Batterien 21 oder 23 gebildet
wird. 8 zeigt das Batteriemodul 30 mit einem
Aufbau, bei dem die Mehrzahl der in 7 dargestellten
zusammengesetzten Batterien 23 elektrisch seriell zusammengeschaltet
sind. Es sei vermerkt, dass die zusammengesetzten Batterien 21,
die wie in 6 dargestellt errichtet sind,
ebenfalls verwendet werden können.
Darüber
hinaus ist das Verbindungsverfahren bei der Mehrzahl der zusammengesetzten
Batterien nicht auf die serielle Verbindung beschränkt, sondern
jedes Verfahren, einschließlich
der parallelen Verbindung, parallelen-seriellen Verbindung, seriellen-parallelen
Verbindung und dergleichen, kann angewendet werden. Ferner ist die
Anzahl der zusammengesetzten Batterien, die das Batteriemodul 30 bilden,
ebenfalls beliebig und kann entsprechend dem Einsatzzweck des betroffenen
Batteriemoduls 30 festgelegt werden.
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Das
Batteriemodul 30 dieser Ausführungsform ist derart errichtet,
dass das kastenförmige
Modulgehäuse 31 vorgesehen
ist und dass die Mehrzahl der zusammengesetzten Batterien 23 im
Modulgehäuse 31 in
einem Zustand untergebracht ist, bei dem sie elektrisch seriell
zusammengeschaltet sind. Die jeweiligen Anschlüsse (die zusammengefassten positiven
und negativen Zungen 5 und 7) jeder der im Modulgehäuse 31 untergebrachten
zusammengesetzten Batterien 23 werden mit den Anschlüssen der benachbarten
zusammengesetzten Batterien 23 über die Stromschienen 32 verbunden.
Danach werden die Anschlüsse
der zusammengesetzten Batterien 23, die aus der Mehrzahl
der zusammengesetzten Batterien an den äußersten Seiten angeordnet sind, mit
den äußeren Anschlüssen 34 verbunden,
die an der Außenfläche des
Modulgehäuses 31 vorgesehen sind.
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Beim
so errichteten Batteriemodul 30 werden die zusammengesetzten
Batterien 23, die eine hohe Energieeffizienz pro Volumeneinheit
aufweisen, im Modulgehäuse 31 untergebracht
und werden in einen Hauptkörper
integriert. Dadurch ist das Batteriemodul 30 mit hoher
Energie versorgt, kompakt und weist eine hervorragende Handhabung
auf. Für
die Einzelzellen 20, die die jeweiligen im Modulgehäuse 21 untergebrachten
zusammengesetzten Batterien 23 bilden, werden insbesondere
die laminierte Zelle 1 oder 11, bei der der Temperaturanstieg
in den positiven und negativen Zungen 5 und 7 gesteuert/geregelt
werden kann, und die laminierte Zelle 13 verwendet, bei
der der Isolierstreifen auf die Anschlussbereiche der positiven
und negativen Zungen 5 und 7 geklebt ist. Dadurch
wird eine hohe Funktionssicherheit für jede der Einzelzellen 20 sichergestellt,
selbst wenn ein großer
Strom übertragen
wird. In diesem Zusammenhang ist der Batteriemodul 30 hinsichtlich seiner
Hochleistung z. B. zum Einsatz in einem Elektrofahrzeug geeignet.
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Vierter Aspekt der Erfindung
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Als
nächstes
wird ein Beispiel eines Elektrofahrzeugs mit dem zuvor erläuterten
darauf montierten Batteriemodul 30 mit Bezug auf 9 beschrieben. 9 veranschaulicht
schematisch das Antriebssystem des Elektrofahrzeugs 40 dieser
Ausführungsform.
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Wie
in 9 dargestellt, wird beim Elektrofahrzeug 40 dieser
Ausführungsform
das oben beschriebene Batteriemodul 30 als Energiequelle
für den
Antriebsmotor 42 verwendet, der die Antriebsräder 41 antreibt.
Dieses Batteriemodul 30 ist ausgelegt, um durch das Batterieladegerät 43 aufgeladen zu
werden und führt
dem Antriebsmotor 42 über
den Stromrichter 44 bedarfsgemäß eine vorgegebene Energie
zu. Außerdem
wird das Batteriemodul 30 durch regenerierte Energie aufgeladen,
die durch eine generatorisches Bremsung des Antriebsmotors 42 erzeugt
wird.
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Die
Aufladung/Entladung des Batteriemoduls 30 wird durch die
Fahrzeug-Steuerungs-/Regelungseinheit 45 gesteuert/geregelt.
Speziell berechnet die Fahrzeug-Steuerungs-/Regelungseinheit 45 eine
für den
Antriebsmotor 42 erforderliche Energiemenge auf der Basis
von Ausgaben von verschiedenen Sensoren, wie z. B. dem Beschleunigungssensor 46,
dem Bremsensensor 47 und dem Geschwindigkeitssensor 48.
Auf der Basis der berechneten Energiemenge steuert/regelt die Fahrzeug-Steuerungs-/Regelungseinheit 45 eine
Energiezufuhr vom Batteriemodul 30 zum Antriebsmotor 42.
Ferner überwacht
die Fahrzeug-Steuerungs-/Regelungseinheit 45 den
Ladezustand des Batteriemoduls 30 und steuert/regelt eine
Aufladung vom Batterieladegerät 43,
sodass der Ladezustand des Batteriemoduls 30 in einem angemessenen
Bereich gehalten wird.
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Beim
so errichteten Elektrofahrzeug 40 wird das Batteriemodul 30,
das mit einer hohen Energie versehen ist, kompakt ist und eine ausgezeichnete Handhabung
aufweist, als Energiequelle für
den Antriebsmotor 42 verwendet, der die Antriebsräder 41 antreibt.
Was jede der Einzelzellen betrifft, die die zusammengesetzten Batterien
in diesem Modul bilden, werden vor allem die laminierte Zelle, bei
der der Temperaturanstieg in den positiven und negativen Zungen
gesteuert/geregelt werden kann und die laminierte Zelle verwendet,
bei der der Isolierstreifen auf die Anschlussbereiche der positiven
und negativen Zungen geklebt ist. Selbst wenn ein großer Strom übertragen
wird, kann für
jede der Einzelzellen dadurch eine hohe Funktionssicherheit und
eine hohe Laufleistung realisiert werden.
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Es
sollte beachtet werden, dass, obwohl das Vorstehende beschrieben
wurde, indem das Elektrofahrzeug 40 als Beispiel herangezogen
wurde, das angetrieben durch den Antriebsmotor 42 fährt, es auch
möglich
ist, die vorliegende Erfindung auf ein so genanntes Hybridfahrzeug
anzuwenden, das mittels einer Kombination eines Verbrennungsmotors
und des Antriebsmotors fährt.
Besonders auch in dem Fall, bei dem die vorliegende Erfindung auf
das Hybridfahrzeug angewendet wird, kann das oben beschriebene Batteriemodul 30 als
Energiequelle des Antriebsmotors verwendet werden.
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Obwohl
die Erfindung zuvor mit Bezug auf bestimmte Ausführungsformen der Erfindung
beschrieben wurde, ist die Erfindung nicht auf die oben beschriebenen
Ausführungsformen
beschränkt.
Modifikationen und Variationen der oben beschriebenen Ausführungsformen
werden dem Durchschnittsfachmann angesichts der Lehre einleuchten.
Der Umfang der Erfindung ist mit Bezug auf die nachstehenden Ansprüche definiert.