JP2001250591A

JP2001250591A - 電池状態検知素子構成

Info

Publication number: JP2001250591A
Application number: JP2000058077A
Authority: JP
Inventors: Hideaki Horie; 英明堀江; Osamu Shimamura; 修嶋村; Takaaki Abe; 孝昭安部; Fumio Munakata; 文男宗像
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2000-03-03
Filing date: 2000-03-03
Publication date: 2001-09-14

Abstract

(57)【要約】【課題】体積効率の大幅向上とコスト低減を図ること
ができる、電池状態検知素子構成を提供すること。【解決手段】セルの主要構成部材である電極上に直接
セル回路を設置する、具体的には、セパレータに貫通し
て発光素子を一体に設置する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電池状態検知素子
構成に関する。

【０００２】

【従来の技術】電池は、過充電をすると劣化等を惹起、
電池性能を確保できない。また、リチウムイオン電池に
おいては、セル間バランスの確保が必要である。以上よ
り、組電池を構成するにあたり、組電池制御用セルコン
トローラが必要となる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
セルコントローラでは、セル製造後、回路部品を電極に
設置するも、回路が大きく設置面積を要するとの課題が
あった。また、各セルとセルコントローラ間にはそれぞ
れを繋ぐ配線が接続され、かつ、異なった電位を有する
ことから、設置が複雑となる。さらに、バイポーラ電池
等の積層化電極において回路の設置が困難との課題があ
った。

【０００４】以上の状況に鑑み、セルの主要構成部材で
ある電極上に直接セル回路を設置する。具体的には、セ
パレータに貫通して発光素子を一体に設置することで、
上記問題点を解決することを目的としている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は上述の課題を解
決するために、請求項１に記載の発明は、二次電池、特
に積層型固体電極電池において、電池を構成する正極と
対向する負極間に挟まれたセパレータ（導イオン絶縁
層）に小孔を有し、その小孔内に半導体発光素子を設置
し、半導体発光素子の正極と負極はそれぞれセパレータ
の対面に露出しかつ電池電極の正極と負極に接触する構
成となっており、前記発光素子は規定の電圧に達すると
発光する特性を有し、電池の電位状態に従って、半導体
素子が発光することにより、電池の満充電状態検知およ
び放電作用を同時に行なうことを特徴とするものであ
る。

【０００６】また、請求項２に記載の発明は、請求項１
に記載の電池状態検知素子構成において、セパレータ断
面方向に光を放出する配位で半導体発光素子を設置し、
当該セパレータは半導体発光素子の光波長に対して透過
性を有し、光を電池外まで導く機能を有することを特徴
とするものである。

【０００７】また、請求項３に記載の発明は、請求項１
に記載の電池状態検知素子構成において、前記発光素子
として、発光性半導体微小結晶をセパレータ内部に埋蔵
した構成を特徴とするものである。

【０００８】また、請求項４に記載の発明は、単位セル
が集合した組電池であって、各セルが請求項１乃至３の
いずれかに記載の構成であることを特徴とするものであ
る。

【０００９】また、請求項５に記載の発明は、イオン伝
導部が、高分子イオン伝導材料、または、無機イオン伝
導体により構成された固体電池であることを特徴とする
ものである。

【００１０】また、請求項６に記載の発明は、正電荷を
輸送する媒体としてリチウムイオンを用いることを特徴
とするものである。

【００１１】また、請求項７に記載の発明は、発光素子
として耐電解液性が高い半導体材料を用い、また、前記
半導体材料として窒化物、特にＧａＮ、ＡｌＮ、ＳｉＮ
を用いることを特徴とするものである。

【００１２】また、請求項８に記載の発明は、請求項１
乃至６のいずれかに記載の電池状態検知素子構成におい
て、正極としてＬｉＭｎＯ₂を用いることを特徴とする
ものである。

【００１３】また、請求項９に記載の発明は、請求項１
乃至６のいずれかに記載の電池状態検知素子構成におい
て、負極としてハードカーボンを用いることを特徴とす
るものである。

【００１４】また、請求項１０に記載の発明は、薄型発
光素子を、セパレータの一部を熱等で圧縮固着しセパレ
ータの薄膜部を設け、さらに当該薄膜部に一部欠損を設
け、薄型素子を設置することを特徴とするものである。

【００１５】さらに、請求項１１に記載の発明は、セパ
レータと正負極電極材料間に、光反射性の薄膜部を設け
たことを特徴とするものである。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明による電池状態検知
素子構成の実施の形態を添付図面を参照して詳細に説明
する。

【００１７】（第１の実施の形態）図１は、本発明によ
る電池状態検知素子構成の第１の実施の形態を示す図で
ある。正極、負極、セパレータ部より、電池は構成され
る。

【００１８】（１）セパレータに貫通して小孔を穿ち、
小孔に耐溶媒性の高い発光素子を、発光素子の電極がセ
パレータの両面に露出するように設置する。（２）セパレータの両面に正負極を塗布し、発光素子の
両極をそれぞれ活物質に接触させる。（３）発光素子の発光開始電圧としては、素子を設置す
る電池の材料選択とその制御設計によるものであり、当
該電池系において規定された満充電電位において発光す
るように、発光素子の構成を行なう。

【００１９】上記の構成のとおり、正負極が対面する位
置で、セパレータの一部に欠損部を設け、半導体発光素
子を直接セパレータ内部に設置する構成とすることで、
素子を繋ぐリード線、リード線と電極の固定部、半導体
素子設置部を省略することができる。以上述べたとお
り、電極内にセルコントローラを一体型に設置すること
により、従来の電池外にセル検出等を設置し並列接続す
ることに比べて、体積効率が大幅に向上し、また、製造
上のコスト低減に寄与する。

【００２０】（第２の実施の形態）図２は、本発明によ
る電池状態検知素子構成の第２の実施の形態を示す図で
ある。正極、負極、セパレータ部より、電池は構成され
る。このセパレータ内部に、発光性の半導体微小結晶を
埋蔵した構成をとっている。

【００２１】当該半導体微小結晶は、ある電圧が印加さ
れた場合、発光を行なうものである。発光開始電圧とし
ては、半導体材料物性によるものであり、当該電池系に
おいて規定された満充電電位において発光するように、
当該発光性半導体材料と電池の選択を行なうものであ
る。

【００２２】上記構成のとおり、セパレータ内部に半導
体発光材料を埋蔵することにより、何ら新たな回路構成
を必要としない。半導体発光材料含有のセパレータを用
いて電池を構成することにより、極めて簡単にセンシン
グ機能付き電池システムを一体型で構成することができ
る。これにより、素子を繋ぐリード線、リード線と電極
の固定部、半導体素子設置部を省略することができ、従
来の電池外にセル検出等を設置し並列接続することに比
べて、体積効率が大幅に向上し、また、製造上のコスト
低減に大幅に寄与する。

【００２３】なお発光性半導体として、窒化物、特にＧ
ａＮ、ＡｌＮ、ＳｉＮ等を用いることを特徴とする素子
構成で、本窒化物を用いることで、耐電解液性が高い小
型発光素子を構成することができる。

【００２４】（第３の実施の形態）図３は、本発明によ
る電池状態検知素子構成の第３の実施の形態を示す図で
ある。正極、負極、セパレータ部より、電池は構成され
る。第３の実施の形態は、多孔膜セパレータを用いるの
ではなく、絶縁性微粒子と発光性半導体を混ぜ込み、構
成したことを特徴とする。

【００２５】イオン伝導体としては、溶媒による電解液
以外に、高分子イオン伝導体等の固体、あるいはゲルタ
イプを用いてもよい。

【００２６】当該半導体微小結晶は、前述の実施の形態
と同様に、ある電圧が印加された場合、発光を行なうも
のである。発光開始電圧としては、半導体材料物性によ
るものであり、当該電池系において規定された満充電電
位において発光するように、当該発光性半導体材料と電
池の選択を行なうものである。

【００２７】上記構成のとおり、セパレータ内部に半導
体発光材料を埋蔵することにより、何ら新たな回路構成
を必要としない。半導体発光材料含有のセパレータを用
いて電池を構成することにより、極めて簡単にセンシン
グ機能付き電池システムを一体型で構成することができ
る。これにより、素子を繋ぐリード線、リード線と電極
の固定部、半導体素子設置部を省略することができ、従
来の電池外にセル検出等を設置し並列接続することに比
べて、体積効率が大幅に向上し、また、製造上のコスト
低減に大幅に寄与する。

【００２８】（第４の実施の形態）図４は、本発明によ
る電池状態検知素子構成の第４の実施の形態を示す図で
ある。正極、負極、セパレータ部より、電池は構成され
る。第４の実施の形態は、各単位セルを積層したもので
ある。

【００２９】イオン伝導体としては、溶媒による電解液
以外に、高分子イオン伝導体等の固体、あるいはゲルタ
イプを用いてもよい。

【００３０】当該発光素子は、前述の実施の形態と同様
に、ある電圧が印加された場合、発光を行なうものであ
る。発光開始電圧としては、規定された満充電電位にお
いて発光するように、規定されたものである。

【００３１】上記構成のとおり、セパレータ部に発光素
子を設置することにより、極めて簡単に、センシング機
能付き電池システムを、一体型で構成することができ
る。特に、第４の実施の形態のように、多数のセルを積
層する、あるいはバイポーラ形式の電池を構築しようと
した場合には、素子を繋ぐリード線、リード線と電極の
固定部、半導体素子を狭い範囲に集中的に設置すること
は大変困難である。本方式により、これらの本質的課題
を解決することができる。

【００３２】

【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明に
よれば、セルの主要構成部材である電極上に直接セル回
路を設置する、具体的には、セパレータに貫通して発光
素子を一体に設置することで、体積効率の大幅向上とコ
スト低減を図ることが可能な電池状態検知素子構成を提
供することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による電池状態検知素子構成の第１の実
施の形態の構成を示す図である。

【図２】本発明による電池状態検知素子構成の第２の実
施の形態の構成を示す図である。

【図３】本発明による電池状態検知素子構成の第３の実
施の形態の構成を示す図である。

【図４】本発明による電池状態検知素子構成の第４の実
施の形態の構成を示す図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者宗像文男神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地日産自動車株式会社内Ｆターム(参考） 5F041 CA34 CA40 DA83 EE23 FF16 5H021 BB15 BB17 CC03 CC05 5H029 AK03 AL08 AM16 BJ26 DJ04 DJ06 EJ03 5H030 AA04 FF43

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】二次電池、特に積層型固体電極電池にお
いて、電池を構成する正極と対向する負極間に挟まれた
セパレータ（導イオン絶縁層）に小孔を有し、その小孔
内に半導体発光素子を設置し、半導体発光素子の正極と
負極はそれぞれセパレータの対面に露出しかつ電池電極
の正極と負極に接触する構成となっており、前記発光素
子は規定の電圧に達すると発光する特性を有し、電池の
電位状態に従って、半導体素子が発光することにより、
電池の満充電状態検知および放電作用を同時に行なうこ
とを特徴とする電池状態検知素子構成。
【請求項２】請求項１に記載の電池状態検知素子構成
において、セパレータ断面方向に光を放出する配位で半導体発光素
子を設置し、当該セパレータは半導体発光素子の光波長
に対して透過性を有し、光を電池外まで導く機能を有す
ることを特徴とする電池状態検知素子構成。
【請求項３】請求項１に記載の電池状態検知素子構成
において、前記発光素子として、発光性半導体微小結晶をセパレー
タ内部に埋蔵した構成を特徴とする電池状態検知素子構
成。
【請求項４】単位セルが集合した組電池であって、各
セルが請求項１乃至３のいずれかに記載の構成であるこ
とを特徴とする電池状態検知素子構成。
【請求項５】イオン伝導部が、高分子イオン伝導材
料、または、無機イオン伝導体により構成された固体電
池であることを特徴とする電池状態検知素子構成。
【請求項６】正電荷を輸送する媒体としてリチウムイ
オンを用いることを特徴とする電池状態検知素子構成。
【請求項７】発光素子として耐電解液性が高い半導体
材料を用い、また、前記半導体材料として窒化物、特に
ＧａＮ、ＡｌＮ、ＳｉＮを用いることを特徴とする電池
状態検知素子構成。
【請求項８】請求項１乃至６のいずれかに記載の電池
状態検知素子構成において、正極としてＬｉＭｎＯ₂を用いることを特徴とする電池
状態検知素子構成。
【請求項９】請求項１乃至６のいずれかに記載の電池
状態検知素子構成において、負極としてハードカーボンを用いることを特徴とする電
池状態検知素子構成。
【請求項１０】薄型発光素子を、セパレータの一部を
熱等で圧縮固着しセパレータの薄膜部を設け、さらに当
該薄膜部に一部欠損を設け、薄型素子を設置することを
特徴とする電池状態検知素子構成。
【請求項１１】セパレータと正負極電極材料間に、光
反射性の薄膜部を設けたことを特徴とする電池状態検知
素子構成。