JP2010182427A - Storage body, battery, and battery system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、収容体、該収容体を備える電池及び該電池を備える電池システムに関する。 The present invention relates to a container, a battery including the container, and a battery system including the battery.
ハイブリッド車、電気自動車等の車両には、モータを駆動させるために大容量の二次電池を搭載している。二次電池は、低温環境では電気特性が低下して、実質的に充放電できる容量が小さくなる。特に、リチウムイオン二次電池は、電解液の粘性が高いため、低温環境時には内部抵抗が高くなり十分な性能を発揮することができない。 A large-capacity secondary battery is mounted on a vehicle such as a hybrid vehicle or an electric vehicle to drive a motor. The secondary battery has low electrical characteristics in a low temperature environment, and the capacity that can be substantially charged and discharged becomes small. In particular, since the lithium ion secondary battery has a high viscosity of the electrolytic solution, the internal resistance becomes high in a low temperature environment and cannot exhibit sufficient performance.
そこで、低温環境における電池特性の向上を目的として、二次電池を暖気するシステムが提案されている(例えば、特許文献1,2参照)。 Therefore, a system for warming up the secondary battery has been proposed for the purpose of improving battery characteristics in a low temperature environment (see, for example, Patent Documents 1 and 2).
一般的な二次電池の暖気方法としては、二次電池の電力をヒータに供給して、二次電池を暖気させる方法があるが、この方法では、二次電池に蓄えた電力の一部を消費することとなる。また、低温環境下にあっては電気特性が低下しているため、ヒータに供給する電力を必ず二次電池から取り出せるとは限らない。 As a general method for warming up a secondary battery, there is a method in which the power of the secondary battery is supplied to a heater to warm up the secondary battery. In this method, a part of the power stored in the secondary battery is used. It will be consumed. In addition, since the electrical characteristics are degraded in a low temperature environment, the power supplied to the heater cannot always be extracted from the secondary battery.
また、エンジン排ガスを二次電池に供給して暖気する方法があるが、この方法では、電池缶表面での結露を防止するため、排ガス中の水蒸気を除去したり、別の熱交換媒体への熱交換が必要となり、システムの複雑化、コストの増加を招く。 In addition, there is a method of supplying engine exhaust gas to the secondary battery and warming it up. In this method, in order to prevent condensation on the surface of the battery can, water vapor in the exhaust gas is removed or another heat exchange medium is supplied. Heat exchange is required, resulting in a complicated system and an increased cost.
そこで、本発明の目的は、無駄な電力を消費することなく、電池を暖気することができる電池ケース、該電池ケースを備える電池及び該電池を備える電池システムを提供することにある。 Therefore, an object of the present invention is to provide a battery case that can warm a battery without consuming unnecessary power, a battery including the battery case, and a battery system including the battery.
本発明は、発電要素を収容する収容体であって、前記収容体外表面には、水蒸気又は二酸化炭素を含む吸着物質を吸着及び脱着する吸着剤がコーティングされている。 The present invention is a container that houses a power generation element, and an outer surface of the container is coated with an adsorbent that adsorbs and desorbs an adsorbent containing water vapor or carbon dioxide.
また、本発明は、発電要素を収容する収容体であって、前記収容体外表面には、水蒸気又は二酸化炭素を含む吸収物質を吸収及び放出する吸収剤がコーティングされている。 Moreover, this invention is a container which accommodates an electric power generation element, Comprising: The absorber which absorbs and discharge | releases the absorption substance containing water vapor | steam or a carbon dioxide is coated by the said container outer surface.
また、前記収容体において、前記吸着剤は、シリカゲル、ゼオライト、活性炭のうち少なくともいずれか1種から選択されることが好ましい。 In the container, the adsorbent is preferably selected from at least one of silica gel, zeolite, and activated carbon.
また、前記収容体において、前記吸収剤は、酸化カルシウム、酸化マグネシウムのうち少なくともいずれか1種から選択されることが好ましい。 In the container, the absorbent is preferably selected from at least one of calcium oxide and magnesium oxide.
また、前記収容体において、前記吸着物質又は前記吸収物質は、−30℃以上であることが好ましい。 Moreover, in the container, the adsorbing substance or the absorbing substance is preferably -30 ° C or higher.
また、前記収容体において、前記吸着物質又は前記吸収物質はエンジン排ガスであることが好ましい。 In the container, the adsorbing substance or the absorbing substance is preferably engine exhaust gas.
また、本発明の電池は、前記収容体と、前記収容体に収容される発電要素とを含むものである。 Moreover, the battery of this invention contains the said accommodating body and the electric power generation element accommodated in the said accommodating body.
また、本発明の電池システムは、前記電池と、前記吸着物質又は前記吸収物質を前記収容体に供給する供給手段を備えるものである。 Moreover, the battery system of this invention is provided with the supply means which supplies the said battery and the said adsorption material or the said absorption material to the said container.
本発明によれば、無駄な電力を消費することなく、二次電池を暖気することができる。 According to the present invention, the secondary battery can be warmed up without consuming unnecessary power.
本発明の実施の形態について以下説明する。本実施形態は本発明を実施する一例であって、本発明は本実施形態に限定されるものではない。 Embodiments of the present invention will be described below. This embodiment is an example for carrying out the present invention, and the present invention is not limited to this embodiment.
図1は、本実施形態に係る電池の構成の一例を示す模式図である。図1に示すように、電池10は、収容体12と、収容体12内に収容されている不図示の発電要素と、を備えている。収容体12は、蓋とケースとを備え、それらをカーリング(二重巻き締め法)等のかしめにより一体成形されたものである。但し、必ずしもこれに限定されるものではなく、レーザ等の接合等であってもよい。
FIG. 1 is a schematic diagram showing an example of the configuration of the battery according to the present embodiment. As shown in FIG. 1, the
本実施形態の収容体12は、発電要素を収容するものであり、電池10の他に、例えば、キャパシタ等にも用いられる。電池10としては、非水電解液二次電池、アルカリ系二次電池及び各種一次電池等が挙げられるが、本実施形態では特に制限されるものではない。キャパシタとしては、電気二重層キャパシタ、セラミックキャパシタ、アルミ電解キャパシタ等が挙げられるが、本実施形態では特に制限されるものではない。
The
また、発電要素とは、正極体、負極体及び電解質で構成され、充放電が可能なものである。例えば、非水電解液二次電池の発電要素は、アルミ箔にLiCoO2等の正極活物質が形成された正極、銅箔に黒鉛等の負極活物質が形成された負極、例えば、エチレンカーボネートとジメチルカーボネートとの混合溶媒に、LiPF6を溶解した電解液から構成されている。発電要素の正極体は正極端子14と、負極体は負極端子16とそれぞれ電気的に接続されている。
The power generation element is composed of a positive electrode body, a negative electrode body, and an electrolyte, and can be charged and discharged. For example, a power generation element of a non-aqueous electrolyte secondary battery includes a positive electrode in which a positive electrode active material such as LiCoO 2 is formed on an aluminum foil, a negative electrode in which a negative electrode active material such as graphite is formed on a copper foil, such as ethylene carbonate a mixed solvent of dimethyl carbonate, and an electrolyte prepared by dissolving LiPF 6. The positive electrode body of the power generation element is electrically connected to the
本実施形態の収容体12の外表面には、水蒸気又は二酸化炭素を含む吸着物質を吸着及び脱着する吸着剤がコーティングされている。または、収容体12の外表面には、水蒸気又は二酸化炭素を含む吸収物質を吸収及び放出する吸収剤がコーティングされている。
The outer surface of the
ここで、吸着剤、吸収剤のコーティング方法は、特に制限されるものではないが、例えば、吸着剤又は吸収剤とエポキシ樹脂等の接着剤とを混合した混合剤を、収容体12の外表面に、一般に行われているコーティング方法である、スピンコート法や、ディップコート法や、スプレーコート法や、キャストコート法や、バーコート法や、マイクログラビアコート法や、グラビアコート法等で塗布する方法が挙げられる。
Here, the coating method of the adsorbent and the absorbent is not particularly limited. For example, an adsorbent or a mixed agent obtained by mixing the absorbent and an adhesive such as an epoxy resin is used as the outer surface of the
本実施形態の吸着剤は、水蒸気又は二酸化炭素を含む吸着物質を吸着する際の発熱作用及び吸着物質を脱着する際の吸熱作用を有する。そして、本実施形態のように該吸着剤を収容体12の外表面にコーティングすることにより、水蒸気又は二酸化炭素を含む吸着物質を吸着剤が吸着した場合には、吸着の際の発熱作用により、電池10が暖気(加熱)される。例えば、電池10の低温始動時、特に非水電解液二次電池は電解液の粘性が高いため、低温始動時では内部抵抗も高く、電池10の性能は十分に発揮されない。しかし、本実施形態では、吸着剤の発熱作用により、電池10を暖めることが可能となるため、電池10の低温始動時でも、電池性能を十分に発揮させることが可能となる。また、収容体12の外表面にコーティングした吸着剤が水蒸気又は二酸化炭素を含む吸着物質を脱着した場合には、脱着の際の脱着熱を吸熱する吸熱作用により、収容体12が冷却される。例えば、電池10は充放電に伴って自己発熱するため、高温となる。特に、夏季等の高温環境下では顕著となる。そして、電池10が高温になると、電池10の寿命、劣化が進行する。しかし、本実施形態では、吸着剤の吸熱作用により、電池10を冷却することが可能となるため、電池10の自己発熱等により高温となっても、電池10の過熱を防止し、電池寿命、劣化を抑制することが可能となる。
The adsorbent of the present embodiment has an exothermic action when adsorbing an adsorbing substance containing water vapor or carbon dioxide and an endothermic action when desorbing the adsorbing substance. And, when the adsorbent adsorbs the adsorbent containing water vapor or carbon dioxide by coating the adsorbent on the outer surface of the
本実施形態の吸着剤は、単位体積当たりの吸着容量が大きく、水蒸気、二酸化炭素を吸着した際の吸着熱の大きいものであることが好ましく、例えば、ゼオライト、シリカゲル、活性炭等が好適である。また、これらの吸着剤は必要に応じて単体で用いても混合物として用いてもよい。 The adsorbent of the present embodiment preferably has a large adsorption capacity per unit volume and a large adsorption heat when adsorbing water vapor and carbon dioxide, and for example, zeolite, silica gel, activated carbon and the like are suitable. These adsorbents may be used alone or as a mixture as required.
ゼオライトは、低相対圧側で水蒸気吸着等温線の立ち上がりを持つ吸着剤であるため、低湿度・低温度で水蒸気を容易に吸着し、脱着するものである。したがって、冬季等の低温環境下での電池10の加熱を目的とする場合には、ゼオライトを吸着剤として使用することが好ましい。ゼオライトとしては、シリカ・アルミナ比が2.5以上のFAU型などのアルミノシリケート類やアルミノフォスフェート類が挙げられ、特に、骨格構造に少なくともAlとPを含む結晶性アルミノフォスフェート類が好ましい。
Since zeolite is an adsorbent having a water vapor adsorption isotherm rising on the low relative pressure side, it easily adsorbs and desorbs water vapor at low humidity and low temperature. Therefore, when the purpose is to heat the
活性炭は、高相対圧側で水蒸気吸着等温線の立ち上がりを持つ吸着剤であるため、高湿度・高温度で水蒸気を容易に吸着し、脱着するものである。したがって、夏季等の高温環境下での電池10の過熱防止を目的とする場合には、活性炭を吸着剤として使用することが好ましい。
Activated carbon is an adsorbent that has a rise in the water vapor adsorption isotherm on the high relative pressure side, and therefore readily adsorbs and desorbs water vapor at high humidity and high temperature. Therefore, for the purpose of preventing overheating of the
シリカゲルの水蒸気吸着等温線は、なだらかな直線であるため、広い湿度・温度範囲で水蒸気を吸着し、脱着するものである。したがって、低温環境下での電池10の加熱、高温環境下での電池10の過熱防止の両方を目的とする場合には、シリカゲルを吸着剤として使用することが好ましい。
Since the water vapor adsorption isotherm of silica gel is a gentle straight line, it adsorbs and desorbs water vapor in a wide range of humidity and temperature. Therefore, when both the heating of the
本実施形態の吸着剤は、吸着剤個々の粒子における水蒸気、二酸化炭素の拡散性を高める点から、吸着剤の粒子の大きさ(平均粒径)は、0.1〜600μmの範囲が好ましく、1〜10μmの範囲がより好ましい。また、吸着剤を収容体12の外表面にコーティングする際に、接着剤を使用する場合には、吸着剤の細孔を被覆しないものを用いることが好ましい。
In the adsorbent of this embodiment, the size of the adsorbent particles (average particle diameter) is preferably in the range of 0.1 to 600 μm from the viewpoint of increasing the diffusibility of water vapor and carbon dioxide in the adsorbent individual particles. A range of 1 to 10 μm is more preferable. Further, when an adhesive is used when coating the adsorbent on the outer surface of the
本実施形態の吸収剤は、水蒸気又は二酸化炭素を含む吸収物質を吸収する際の発熱作用及び吸収物質を放出する際の吸熱作用を有する。そして、上記吸着剤と同様に、該吸収剤を収容体12の外表面にコーティングすることにより、水蒸気又は二酸化炭素を含む吸収物質を吸収した場合には、吸収の際の発熱作用により、収容体12が暖気(加熱)される。また、収容体12の外表面にコーティングした吸収剤が水蒸気又は二酸化炭素を含む吸収物質を放出した場合には、放出の際の熱を吸熱する吸熱作用により、収容体12が冷却される。これにより、上記同様に、低温環境下での電池10の暖気、高温環境下での電池10の過熱防止が可能となる。
The absorbent according to the present embodiment has an exothermic action when absorbing an absorbing substance containing water vapor or carbon dioxide and an endothermic action when releasing the absorbing substance. As in the case of the adsorbent, when the absorbent material containing water vapor or carbon dioxide is absorbed by coating the absorbent on the outer surface of the
本実施形態の吸収剤は、例えば、酸化リチウム、酸化ナトリウム、酸化カリウム等のアルカリ金属酸化物、酸化マグネシウム、酸化カルシウム、酸化ストロンチウム等のアルカリ土類金属酸化物等が挙げられるが、単位体積当たりの吸収容量が大きく、水蒸気、二酸化炭素を吸収した際の発熱量の大きい点で、酸化マグネシウム、酸化カルシウム等が好ましい。また、これらの酸化物は必要に応じて単体で用いても混合物として用いてもよいが、上記金属酸化物のうち、酸化マグネシウム、酸化カルシウムは、単体としての取り扱いが容易なので特に好ましい。 Examples of the absorbent of the present embodiment include alkali metal oxides such as lithium oxide, sodium oxide, and potassium oxide, and alkaline earth metal oxides such as magnesium oxide, calcium oxide, and strontium oxide. Of these, magnesium oxide, calcium oxide, and the like are preferable because they have a large absorption capacity and a large calorific value when absorbing water vapor and carbon dioxide. These oxides may be used alone or as a mixture as required, but among the above metal oxides, magnesium oxide and calcium oxide are particularly preferable because they are easy to handle as a single substance.
本実施形態の吸収剤は、吸収剤個々の粒子における水蒸気、二酸化炭素の拡散性を高める点から、吸収剤の粒子の大きさ(平均粒径)は、0.1〜600μmの範囲が好ましく、1〜10μmの範囲がより好ましい。 In the absorbent according to the present embodiment, the size (average particle size) of the absorbent particles is preferably in the range of 0.1 to 600 μm from the viewpoint of increasing the diffusibility of water vapor and carbon dioxide in the individual particles of the absorbent. A range of 1 to 10 μm is more preferable.
収容体12にコーティングした吸着剤、吸収剤のコーティング厚は、収容体12への伝熱、水蒸気、二酸化炭素の拡散性の点から、1mm以内であることが好ましい。
The coating thickness of the adsorbent and absorbent coated on the
本実施形態では、水蒸気又は二酸化炭素を含む吸着物質、吸収物質の温度は、−30℃以上であることが好ましい。これにより、吸着剤の吸着時の発熱、吸収剤の吸収時の発熱の他に、吸着物質、吸収物質の熱エネルギ、運動エネルギを用いて電池10を暖気することができる。また、水蒸気又は二酸化炭素を含む吸着物質、吸収物質としては、エンジンの排ガスを利用することが好ましい。エンジン排ガスには、多量の水蒸気又は二酸化炭素が含まれているため、吸着剤の発熱作用を促進させることができる。また、エンジン排ガスは高温であるため、排ガスの熱エネルギ、水蒸気、二酸化炭素の運動エネルギにより、電池10を加温させることができる。
In this embodiment, it is preferable that the temperature of the adsorbing material and the absorbing material containing water vapor or carbon dioxide is −30 ° C. or higher. Thereby, the
図2は、本実施形態に係る電池システムの構成の一例を示す模式図である。図2に示すように、電池システム18は、電池10と、電池10にエンジンの排ガスを供給する供給手段としての排ガス供給管20と、制御ユニット22と、を備えている。排ガス供給管20は、エンジンから排出される排ガスの排気管24に接続されている。また、排ガス供給管20には、弁26が設けられている。排ガス供給管20に設けられた弁26は、制御ユニット22と電的に接続されており、制御ユニット22により弁26の開放が制御されている。図2に示す電池10は、図1に示す電池10と同様の構成であり、収容体には、上記説明した吸着剤、吸収剤がコーティングされている。
FIG. 2 is a schematic diagram showing an example of the configuration of the battery system according to the present embodiment. As shown in FIG. 2, the
本実施形態では、例えば、電池10の低温始動時において、電池10を暖気させる必要がある場合には、まず、制御ユニット22から弁26の開放指示が送られ、弁26が開放される。弁26が開放されると、排気管24を通る排ガスが、排ガス供給管20を流れ、電池10に供給される。そして、排ガス中の水蒸気、二酸化炭素が吸着剤(又は吸収剤)に吸着(吸収)され、吸着の際の発熱作用により、電池10が加熱される。これにより、低温始動時でも、電池10の性能を十分に発揮させることが可能となる。本実施形態では、電池10の始動時は常に、制御ユニット22から排ガス供給管20の弁26の開放指示が送られるように制御を行ってもよいが、例えば、電池10に温度センサを設置し、温度センサにより検出された電池10の温度が、電池10の始動時に所定温度以下である場合に、制御ユニット22から弁26の開放指示が送られるように制御してもよい。
In the present embodiment, for example, when the
また、本実施形態では、吸着物質、吸収物質としてエンジンの排ガスを利用したが、これに制限されるものではない。例えば、排気管24に二酸化炭素ボンベ、水蒸気発生装置を設置し、電池10の(低温)始動時には、それらを稼働させ、電池10に二酸化炭素、水蒸気を供給するようにしてもよい。
In the present embodiment, exhaust gas from the engine is used as the adsorbing substance and the absorbing substance, but the present invention is not limited to this. For example, a carbon dioxide cylinder and a steam generator may be installed in the
図3は、本実施形態に係る電池システムの構成の他の一例を示す模式図である。図3に示すように、電池システム28は、電池10と、電池10にエンジンの排ガスを供給する供給手段としての排ガス供給管20と、電池10に空気を供給するためのエアポンプ30及びエア供給管32と、電池10の温度を検出する温度センサ34と、制御ユニット36と、を備えている。図3に示す電池システム28において、図2に示す電池システム18と同様の構成については同一の符合を付し、その説明を省略する。
FIG. 3 is a schematic diagram illustrating another example of the configuration of the battery system according to the present embodiment. As shown in FIG. 3, the
排ガス供給管20、エア供給管32に設けられた弁26,38は、制御ユニット36と電気的に接続されており、制御ユニット36により、両方の弁26,38の開閉が制御されている。また、温度センサ34も制御ユニット36と電気的に接続されており、温度センサ34により検出された電池10の温度データが制御ユニット36に送信される。そして、制御ユニット36により電池10の温度に基づいて、電池10に排ガスを供給するか、空気を供給するかが決定される。
The
図4は、本実施形態に係る電池システムの動作の一例を説明するためのフロー図である。まず、ステップS10では、温度センサ34により電池10の温度が検出される。検出された電池10の温度が、制御ユニット36に予め設定された所定値より低いか否かが判定される。電池10の温度が所定値未満であると判断された場合、ステップS12では、制御ユニット36により排ガス供給管20の弁26が開放され、排ガス供給管20から電池10へ排ガスが供給される。上記でも説明したように、エンジン排ガスには、多量の水蒸気又は二酸化炭素が含まれているため、吸着剤(吸収剤)がそれらを吸着し、吸着時の発熱により電池10を加熱することができる。また、上記でも説明したように、エンジン排ガスは高温であるため、排ガスの熱エネルギ、水蒸気、二酸化炭素の運動エネルギにより、電池10を加温させることができる。
FIG. 4 is a flowchart for explaining an example of the operation of the battery system according to the present embodiment. First, in step S <b> 10, the temperature of the
従来、電池10を暖気するために排ガスを供給すると、電池10の収容体に本実施形態のような吸着剤又は吸収剤がコーティングされていないため、低温時には収容体に結露が発生し、電池10がショートする場合がある。しかし、本実施形態では、収容体にコーティングされた吸着剤又は収容剤により、排ガスが供給されても結露が発生し難く、電池10がショートすることはない。
Conventionally, when exhaust gas is supplied to warm the
一方、検出された電池の温度が、所定値以上であると判断された場合、ステップS14では、制御ユニット36によりエア供給管32の弁38が開放され、エア供給管32から電池10へ空気が供給される。空気中の水蒸気、二酸化炭素の量は少量であるため、水蒸気、二酸化炭素の少ない空気が吸着剤に供給されると、吸着剤(吸収剤)に吸着(吸収)されていた水蒸気、二酸化炭素を含む吸着物質(吸収物質)は、吸着剤(吸収剤)から脱着(放出)される。そうすると、吸着剤(吸収剤)は、脱着(放出)時の熱を吸熱するため、電池10を冷却することができる。
On the other hand, when it is determined that the detected battery temperature is equal to or higher than the predetermined value, in step S14, the
本実施形態の電池システム28の動作は、これに制限されるものではない。例えば、低温側所定値及び高温側所定値を設定し、電池10の温度が低温側所定値未満である場合には、排ガス供給管20の弁26を開放して排ガスを電池10へ供給し、吸着剤の発熱作用による熱により、電池10を加熱する。また、電池10の温度が高温側所定値以上である場合には、エア供給管32の弁38を開放して空気を電池10へ供給し、吸着剤の吸熱作用により、電池10を冷却する。そして、電池10の温度が低温側所定値以上であって、高温側所定値未満である場合には、排ガス及び空気の供給を行わないような制御でもよい。
The operation of the
10 電池、12 収容体、14 正極端子、16 負極端子、18,28 電池システム、20 排ガス供給管、22,36 制御ユニット、24 排気管、26,38 弁、30 エアポンプ、32 エア供給管、34 温度センサ。
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記収容体外表面には、水蒸気又は二酸化炭素を含む吸着物質を吸着及び脱着する吸着剤がコーティングされていることを特徴とする収容体。 A container for housing a power generation element,
The container is coated with an adsorbent that adsorbs and desorbs an adsorbent containing water vapor or carbon dioxide on the outer surface of the container.
前記収容体外表面には、水蒸気又は二酸化炭素を含む吸収物質を吸収及び放出する吸収剤がコーティングされていることを特徴とする収容体。 A container for housing a power generation element,
The container, wherein the outer surface of the container is coated with an absorbent that absorbs and releases an absorbing substance containing water vapor or carbon dioxide.
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