JP2010182571A - 単電池及び温度検出プレート - Google Patents

Abstract

【課題】内部温度を高精度に検出すること。
【解決手段】互いに積層された正極板２及び負極板３と、温度検出可能な温度検出部１２及び該温度検出部が埋設された絶縁板１３を有し、いずれかの正極板と負極板との間に介装された温度検出プレート５と、正極板、負極板及び温度検出プレートが収納された単電池ケース６と、を備える単電池１を提供する。
【選択図】図２

Description

本発明は、単電池及び温度検出プレートに関する。

近年、単電池のうち、充放電を繰り返し行うことができるリチウム電池等の二次電池が各種の分野に採用されており、例えば、電気自動車用の電源や家庭用の蓄電装置等には、大型の二次電池が採用されている。このような大型の二次電池には、一般に、互いに積層された正極板及び負極板が単電池ケースに収納されて構成される積層型が採用されている。
ところで、この種の二次電池においては、充放電に際して正極板及び負極板で熱が発生することから、内部温度の管理、及びこの内部温度の管理のための内部温度の検出が重要となっている。
ここで、従来より、電池の内部温度の検出方法として、例えば下記特許文献１に示されるように、単電池が複数個直列に配置されて構成される組電池（蓄電装置）の外表面に温度センサを取り付けるものが知られている。また、単電池ケースの外表面に温度センサを取り付けて二次電池の内部温度を検出する方法が知られている。

特開２００３−３４６９２２号公報

しかしながら、前記従来の内部温度の検出方法では、温度センサが、単電池ケースを介して伝達された内部の熱を検出するので、この温度センサによる検出温度と内部温度との間には、単電池ケースの熱伝導率や熱容量などを起因とした温度差が生じてしまう。そのため、内部温度を高精度に検出することが困難であるという問題がある。特にこの問題は、大型の単電池ケースを備える大型の二次電池ほど顕著なものとなっている。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、内部温度を高精度に検出することができる単電池及び温度検出プレートを提供することである。

前記課題を解決するために、本発明は以下の手段を提案している。
本発明に係る単電池は、互いに積層された正極板及び負極板と、温度検出可能な温度検出部及び該温度検出部が埋設された絶縁板を有し、いずれかの前記正極板と前記負極板との間に介装された温度検出プレートと、前記正極板、前記負極板及び前記温度検出プレートが収納された単電池ケースと、を備えていることを特徴とする。

この構成によれば、単電池ケース内において熱が発生する正極板及び負極板の間に前記温度検出プレートが介装されているので、前記従来技術のように単電池ケースの外部から内部温度を検出する場合に比べて、単電池の内部温度を高精度に検出することができる。
また、温度検出部が絶縁板に埋設されているので、正極板及び負極板それぞれと温度検出部との絶縁を図りつつ、温度検出部が、正極板や負極板など単電池ケースに収納された他の構成要素を傷つけるのを防ぐことができる。

また、前記温度検出部が、前記絶縁板において前記正極板及び前記負極板の中央部と対応する位置に埋設されていても良い。

この構成によれば、温度検出部が、絶縁板において正極板及び負極板の中央部と対応する位置に埋設されているので、この温度検出部によって、単電池の内部において熱が放射されにくく高温になり易い正極板及び負極板の中央部の温度を検出することが可能となる。従って、単電池の内部温度の上昇をより高精度に検出することができる。

また、前記温度検出部が、前記正極板及び前記負極板にそれぞれ設けられて外部端子と接続されたタブの近傍に位置するように、前記絶縁板に埋設されていても良い。

この構成によれば、温度検出部が、前記タブの近傍に位置するように絶縁板に埋設されているので、タブの近傍の温度を検出することが可能となる。ここで、タブは、それぞれが設けられている正極板もしくは負極板に比べて断面積が小さく電気抵抗が大きいので、充放電に際し高温になり易い。従って、温度検出プレートによって単電池の内部温度の上昇をより高精度に検出することができる。

また、本発明に係る温度検出プレートは、互いに積層された正極板と負極板との間に介装されると共に単電池ケースに収納され、単電池の内部温度を検出する温度検出プレートであって、温度検出可能な温度検出部と、該温度検出部が埋設された絶縁板と、を備えていることを特徴とする。

この構成によれば、この温度検出プレートを単電池ケースに収納することで、前記従来技術のように単電池ケースの外部から内部温度を検出する場合に比べて、単電池の内部温度を高精度に検出することができる。
また、温度検出部が絶縁板に埋設されているので、この温度検出部が、正極板や負極板など単電池ケースに収納される他の構成要素を傷つけるのを防ぐことができる。

本発明に係る単電池によれば、内部温度を高精度に検出することができる。
また、本発明に係る温度検出プレートによれば、単電池の内部温度を高精度に検出することができる。

本発明の第１実施形態に係る単電池の一部が破断された斜視図である。 図１に示す単電池の断面図である。 図１に示す単電池が備える温度検出プレートの一部が破断された斜視図である。 本発明の第２実施形態に係る単電池が備える温度検出プレートの一部が破断された斜視図である。

（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態に係る単電池を、図１から図３を参照して説明する。
図１に示すように、単電池１は、例えば電気自動車用の電源や家庭用の蓄電装置等に用いられる二次電池である。
詳しく説明すると、単電池１は、交互に積層された正極板２及び負極板３と、正極板２及び負極板３の間にそれぞれ介装されたセパレータ４と、正極板２及び負極板３の積層方向Ａの中央に位置する正極板２と負極板３との間に介装された温度検出プレート５と、正極板２、負極板３、セパレータ４及び温度検出プレート５が収納された単電池ケース６と、単電池ケース６内に充填された図示しない電解液と、を備えている。

図１に示す例では、単電池ケース６は、直方体状に形成されている。そして、単電池ケース６の一方の端面である蓋面６ａには、外方に向けて突出する正極端子（外部端子）７及び負極端子（外部端子）８と、外部から電気的に接続可能なように外方に向けて突出されて形成された温度検出端子９と、が設けられている。なお、単電池ケース６は、熱伝導性が良好な材料、例えばアルミニウム等の金属により形成されている。

本実施形態では、正極板２及び負極板３は、いずれも矩形状に形成されており、図２に示すように、それぞれの一辺が、単電池ケース６の蓋面６ａに対向する面である底面６ｂに支持されている。また、図１に示す例では、正極板２及び負極板３は、前記積層方向Ａ視の外周縁が略一致するように配置されている。
なお、本実施形態の単電池１は、図２に示すように、隣り合う正極板２及び負極板３の間に隙間は形成されていないが、図１では、図面の見易さのために、隣り合う正極板２及び負極板３の間に隙間をあけた状態を図示している。

また、正極板２及び負極板３それぞれには、対応する正極端子７もしくは負極端子８と接続されたタブ１１が設けられている。各タブ１１は、正極板２及び負極板３の蓋面６ａ側の外縁の一部に蓋面６ａに向けて突設されている。
セパレータ４は、絶縁性材料からなり、例えばポリプロピレン等の合成樹脂でシート状に形成されている。図１に示す例では、セパレータ４は、全ての負極板３について全体を被覆するように形成されることで、正極板２と負極板３との間に介装され、互いの絶縁を図っている。なお、セパレータ４は、全ての正極板２について全体を被覆するように形成されてもよい。

また、温度検出プレート５は、温度検出可能な熱電対（温度検出部）１２と、熱電対１２が埋設された絶縁板１３と、を有する。
本実施形態では、絶縁板１３は、正極板２及び負極板３と対応して矩形状に形成されており、前記積層方向Ａ視の外周縁が、正極板２及び負極板３の前記外周縁と略一致するように配置されている。また、図３に示す例では、絶縁板１３の厚みＬは、例えば１〜２ｍｍとなっている。また、絶縁板１３は、例えば合成樹脂などで形成されている。合成樹脂としては、具体的には、例えば熱可塑性樹脂であるポリエチレン、ポリプレン等が挙げられる。また、図３に示す例では、絶縁板１３の前記積層方向Ａを向く表面は、凹凸が無い平坦面となっている。

熱電対１２は、一定範囲の温度を検出したときにその温度に応じた熱起電力を生じることで温度検出可能となっている。
また、図２に示すように、絶縁板１３において正極板２及び負極板３の中央部２ａ、３ａと対応する位置に埋設されている。本実施形態では、前述したように、絶縁板１３における前記積層方向Ａ視の外周縁が、正極板２及び負極板３の前記外周縁と略一致するように配置されているので、熱電対１２は、絶縁板１３の中央部１３ａに埋設されることで、正極板２及び負極板３の中央部２ａ、３ａと対応する位置に埋設される。

また、熱電対１２は、それぞれに接続された導線１４により単電池ケース６の温度検出端子９に電気的に接続されている。
導線１４は、絶縁板１３の蓋面６ａ側の面から蓋面６ａに向けて延出されており、これにより、この導線１４が、正極板２、負極板３及びセパレータ４と接触することが防止されている。また、導線１４は、熱電対１２と略同等の熱電能を具備する材料、例えば熱電対１２と同種材料で、この熱電対１２と一体に形成されている。更に、導線１４の表面には、絶縁被膜が施されている。なお、導線１４は、例えば熱電対１２の補償導線によって形成されていても良い。
なお、図１に示す例では、温度検出プレート５は、熱電対１２の熱起電力に基づいて単電池１の内部温度を測定する制御部１０を有している。この制御部１０は、外部から温度検出端子９に接続されている。

次に、以上に示した単電池１に採用した温度検出プレート５の製造方法の一例について説明する。
始めに、熱電対１２と導線１４とを接続し、一方、絶縁板１３を厚み方向に２分割した形状をなす２つの絶縁板部材を形成する。
次いで、２つの絶縁板部材の間に熱電対１２を配置すると共に、絶縁板部材を加熱しながら熱電対１２を挟み込むようにこれらの絶縁板部材を加圧して互いに接合させて、熱電対１２が埋設された絶縁板１３を形成する。これにより、温度検出プレート５を製造することができる。

この方法によれば、絶縁板１３を形成する過程において金型を必要としないため、特にこの温度検出プレート５を少量生産する場合に製造コストを低減することができる。
なお、各絶縁板部材には、熱電対１２と対応した形状の凹溝を予め形成しておいても良い。この場合、温度検出プレート５の表面を確実に平坦面に形成することができる。

以上に示した単電池１によれば、単電池ケース６内において熱が発生する正極板２及び負極板３の間に温度検出プレート５が介装されているので、前記従来技術のように単電池ケース６の外部から内部温度を検出する場合に比べて、単電池１の内部温度を高精度に検出することができる。なお、前記従来技術のように外部から内部温度を検出する場合には、単電池１が大型であって、単電池ケース６が大型なものである程、検出温度と内部温度との間に、単電池ケース６の熱伝導率や熱容量などを起因とした温度差が生じやすいため、以上に示した構成は、特に大型の単電池１に関して有効である。
また、熱電対１２が絶縁板１３に埋設されているので、正極板２及び負極板３それぞれと熱電対１２との絶縁を図りつつ、熱電対１２が、正極板２や負極板３、セパレータ４など単電池ケース６に収納された他の構成要素を傷つけるのを防ぐことができる。

また、熱電対１２が、絶縁板１３において正極板２及び負極板３の中央部２ａ、３ａと対応する位置に埋設されているので、この熱電対１２によって、単電池１の内部において熱が放射されにくく高温になり易い正極板２及び負極板３の中央部２ａ、３ａの温度を検出することが可能となる。
更に、本実施形態では、温度検出プレート５が、単電池１の内部において熱が放射されにくく高温になり易い前記積層方向Ａの中央に位置する正極板２と負極板３との間に介装されている。
以上より、単電池１の内部温度の上昇をより高精度に検出することができる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態に係る単電池２０を、図４を参照して説明する。
なお、この第２実施形態においては、第１実施形態における構成要素と同一の部分については同一の符号を付してその説明を省略し、異なる点についてのみ説明する。
図４に示すように、本実施形態の単電池２０では、温度検出プレート２１の熱電対２２が、負極板３に設けられたタブ１１の近傍に位置するように絶縁板２３に埋設されている。図４に示す例では、熱電対２２が、絶縁板２３の蓋面６ａ側に埋設されている。

以上に示した単電池２０によれば、単電池ケース６内において熱が発生する正極板２及び負極板３の間に温度検出プレート２１が介装されているので、前記従来技術のように単電池ケース６の外部から内部温度を検出する場合に比べて、単電池２０の内部温度を高精度に検出することができる。
また、熱電対２２が、タブ１１の近傍に位置するように絶縁板２３に埋設されているので、タブ１１の近傍の温度を検出することが可能となる。ここで、タブ１１は、負極板３の外縁の一部に突設されており、負極板３に比べて断面積が小さく電気抵抗が大きいので、充放電に際し高温になり易い。従って、温度検出プレート２１によって単電池２０の内部温度の上昇をより高精度に検出することができる。

なお、本実施形態では、熱電対２２は、負極板３に設けられたタブ１１の近傍に位置するように絶縁板２３に埋設されているものとしたが、これに代えて、熱電対２２が、正極板２に設けられたタブ１１の近傍に位置するように埋設されていても良い。

なお、本発明の技術的範囲は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、前記各実施形態では、温度検出プレート５、２１が、前記積層方向Ａの中央に位置する正極板２と負極板３との間に介装されているものとしたが、正極板２と負極板３との間に介装されていれば良く、前記積層方向Ａに異なる位置の正極板２及び負極板３の間に介装されていても良い。
また、前記各実施形態では、単電池１、２０は、１つの温度検出プレート５、２１を備えているものとしたが、これに限られるものではなく、複数の温度検出プレート５、２１を備えていても良い。

また、温度検出プレート５、２１の絶縁板１３、２３に埋設される熱電対１２、２２の位置は、前記各実施形態に示したものに限られず、例えば、絶縁板１３、２３の底面６ｂ側に埋設されていても良い。
また、前記各実施形態では、温度検出プレート５、２１の絶縁板１３、２３には、１つの熱電対１２、２２が埋設されているものとしたが、これに限られるものではなく、複数の熱電対１２、２２が埋設されていても良い。
また、前記各実施形態では、温度検出プレート５、２１の絶縁板１３、２３には、温度検出部として熱電対１２、２２が埋設されているものとしたが、温度検出可能であれば熱電対１２、２２に限られるものではなく、例えばサーミスタやポジスタ等が埋設されていても良い。

また、前記各実施形態では、温度検出プレート５、２１の製造に際し、前記２つの絶縁板部材を用いるものとしたが、これに限られるものではなく、例えば、金型を用いた射出成形によって温度検出プレート５、２１を製造しても良い。但し、前記２つの絶縁板部材を用いる製造方法によれば、射出成形によって製造する場合に比べて、絶縁板１３、２３となる材料を高温に加熱せずに製造することができる。

また、前記各実施形態では、単電池１、２０として、電気自動車用の電源や家庭用の蓄電装置等に用いられる二次電池を示したが、これに限られるものではない。例えば、無停電電源装置等に用いられる二次電池であっても良く、また、二次電池以外であっても良い。

その他、本発明の趣旨に逸脱しない範囲で、前記実施形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能であり、また、前記した変形例を適宜組み合わせてもよい。

１、２０ 単電池
２ 正極板
２ａ 正極板の中央部
３ 負極板
３ａ 負極板の中央部
５、２１ 温度検出プレート
６ 単電池ケース
７ 正極端子（外部端子）
８ 負極端子（外部端子）
１１ タブ
１２、２２ 熱電対（温度検出部）
１３、２３ 絶縁板

Claims (4)

1. 互いに積層された正極板及び負極板と、
   温度検出可能な温度検出部及び該温度検出部が埋設された絶縁板を有し、いずれかの前記正極板と前記負極板との間に介装された温度検出プレートと、
   前記正極板、前記負極板及び前記温度検出プレートが収納された単電池ケースと、
   を備えていることを特徴とする単電池。
2. 請求項１に記載の単電池において、
   前記温度検出部が、前記絶縁板において前記正極板及び前記負極板の中央部と対応する位置に埋設されていることを特徴とする単電池。
3. 請求項１に記載の単電池において、
   前記温度検出部が、前記正極板及び前記負極板にそれぞれ設けられて外部端子と接続されたタブの近傍に位置するように、前記絶縁板に埋設されていることを特徴とする単電池。
4. 互いに積層された正極板と負極板との間に介装されると共に単電池ケースに収納され、単電池の内部温度を検出する温度検出プレートであって、
   温度検出可能な温度検出部と、
   該温度検出部が埋設された絶縁板と、
   を備えていることを特徴とする温度検出プレート。

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