JP2012124151A - 定置用電力システム及び定置用電力装置の製造方法 - Google Patents

定置用電力システム及び定置用電力装置の製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】地震の振動や交通量の多い場所の振動等に対しても固定状態の安定性に優れた定置用電力システムを提供する。
【解決手段】外部の電力負荷に接続される薄型二次電池１と、外部の発電要素２又は商用電源３の電力により前記薄型二次電池を充電する充電制御装置５と、を備えた定置用電力システムＰＳであって、樹脂層１１１ｃを含むラミネートフィルム製外装部材１１１の内部に発電要素１１２が収容され、前記外装部材の外周部１１３が封止された電池本体１１と、他の電池を積層した際に互いの前記外周部の間に配置され、前記電池本体を所定位置に固定する固定部１２１を有するスペーサ１２と、を備え、前記外周部のうちの少なくとも前記固定部の周囲であって、前記外周部と前記スペーサとの重畳部１４を包含する範囲Ｈ１に、弾性樹脂のインサート成形により弾性樹脂部１３が形成されている。
【選択図】図９

Description

本発明は、薄型二次電池を含む定置用電力システム及び定置用電力装置の製造方法に関するものである。
ラミネートフィルム製外装部材を有する薄型二次電池において、外装部材の周囲にプラスチック製フレーム部材を装着し、外装部材の機械的剛性と外装部材の周囲の封止力を向上させたものが知られている（特許文献１）。
特開２００７−７３５１０号公報
しかしながら、上記従来技術の二次電池は、フレーム部材の締付溝に外装部材の外周シール部を挿入して結合する構造であるため（特許文献１の段落００４１の「弾力的締付」参照）、地震の振動や交通量の多い場所の振動等に対しては二次電池の固定状態が安定しないという問題がある。
本発明が解決しようとする課題は、地震の振動や交通量の多い場所の振動等に対しても固定状態の安定性に優れた薄型電池を提供することである。
本発明は、薄型二次電池を備える定置用電力システムにおいて、外装部材の内部に発電要素が封入された電池本体と、他の電池本体を積層した際に互いの電池本体の間に配置され、電池本体を所定位置に固定するスペーサとを、弾性体を介して連結することにより、上記課題を解決する。
本発明によれば、地震の振動や交通量の多い場所の振動などの外力はスペーサを介して電池本体に入力するが、この外力に対して弾性体に緩衝力が生じるので、薄型電池の固定状態が安定する。
本発明の一実施の形態に係る定置用電力システムの二次電池を示す斜視図である。 図１の二次電池の主たる構成を示す分解斜視図である。 図１のIII矢視図である。 図１の二次電池と他の二次電池とを積層する様子を示す斜視図である。 図１のV-V線に沿う断面図である。 図１のVI-VI線に沿う断面図である。 図１の二次電池の製造方法を説明するための要部断面図である。 図１のVIII-VIII線に沿う電池本体の断面図である。 本発明の一実施の形態に係る定置用電力システムを示すブロック図である。 本発明の他の実施の形態に係る二次電池であり、図１のIX線で囲う部分の拡大図である。 本発明の他の実施の形態に係る二次電池の平面図である。 図１１のXI線で囲う部分の拡大図である。 図１２のXII-XII線に沿う断面図である。 図１２のXIII-XIII線に沿う断面図である。 本発明の他の実施の形態に係る二次電池（変形例）であり、図１のXIV矢視図である。 図１５のXV-XV線に沿う部分断面斜視図である。 図１５のXVI-XVI線に沿う部分断面斜視図である。 本発明の他の実施の形態に係る二次電池であり、図１１のXI線で囲う部分の拡大図に相当する図である。 図１８のXVIII-XVIII線に沿う断面図である。 本発明の他の実施の形態に係る二次電池であり、図１１のXI線で囲う部分の拡大図に相当する図である。 図１８のXX-XX線に沿う断面図である。
《第１実施形態》
図１は本発明の一実施の形態に係る定置用電力システムの二次電池の完成状態を示す斜視図、図２は当該二次電池の主たる構成部材に分解した状態を示す分解斜視図である。図１及び図２に示すように、本例の定置用電力システムの二次電池１は、薄型扁平状の電池本体１１と、スペーサ１２と、これら電池本体とスペーサとを包含する範囲に形成された弾性樹脂部１３と、を備える。
電池本体１１は、一対のラミネートフィルム製外装部材１１１の内部に発電要素１１２が収容され、当該一対の外装部材１１１の外周部１１３が封止されたものである。図１〜図４においては外装部材１１１の一方のみを示し、発電要素１１２は図５に示す。外装部材１１１を構成するラミネートフィルムは、図５の引き出し断面図Ａに示すようにたとえば三層構造とされ、二次電池１の内側から外側に向かって、たとえばポリエチレン、変性ポリエチレン、ポリプロピレン、変性ポリプロピレン又はアイオノマー等の耐電解液性及び熱融着性に優れた樹脂フィルムから構成された内側樹脂層１１１ａと、たとえばアルミニウム等の金属箔から構成された中間金属層１１１ｂと、たとえばポリアミド系樹脂又はポリエステル系樹脂等の電気絶縁性に優れた樹脂フィルムで構成された外側樹脂層１１１ｃとを有する。外側樹脂層１１１ｃが本発明に係る樹脂層に相当する。
このように、一対の外装部材１１１は何れも、たとえばアルミニウム箔等からなる中間金属層１１１ｂの一方の面（二次電池１の内側面）をポリエチレン、変性ポリエチレン、ポリプロピレン、変性ポリプロピレン、又はアイオノマー等の樹脂でラミネートし、他方の面（二次電池１の外側面）をポリアミド系樹脂又はポリエステル系樹脂でラミネートした、樹脂−金属薄膜ラミネート材等の可撓性を有する材料で形成されている。
一対の外装部材１１１が内側及び外側樹脂層１１１ａ，１１１ｃに加えて中間金属層１１１ｂを具備することにより、外装部材１１１自体の強度向上を図ることが可能となる。また、外装部材１１１の内側樹脂層１１１ａを、たとえばポリエチレン、変性ポリエチレン、ポリプロピレン、変性ポリプロピレン、又はアイオノマー等の樹脂で構成することにより、金属製の電極端子１１４，１１５との良好な融着性を確保することが可能となる。
なお、本発明における外装部材１１１は、上述した三層構造にのみ限定されず、内側又は外側樹脂層１１１ａ，１１１ｃのいずれか一層構造であってもよい。また、内側又は外側樹脂層１１１ａ，１１１ｃのいずれか一方と中間金属層１１１ｂとの二層構造であってもよい。さらに、必要に応じて四層以上の構造であってもよい。
一対の外装部材１１１のそれぞれは、発電要素１１２が収容できるように矩形状平板を浅い椀型（皿型）に成形した形状とされ、内部に発電要素１１２と電解液を入れたのち、それぞれの外周部１１３を重ね合わせ、当該外周部１１３の全周が熱融着や接着剤により接合されている。
本例の定置用電力システムの二次電池１は、リチウムイオン二次電池であり、図８に示すように、発電要素１１２は正極板１１２ａと負極板１１２ｂとの間にセパレータ１１２ｃを積層して構成されている。本例の発電要素１１２は、３枚の正極板１１２ａと、５枚のセパレータ１１２ｃと、３枚の負極板１１２ｂと、特に図示しない電解質とから構成されている。なお、本発明に係る二次電池１はリチウムイオン二次電池に限定されず、他の電池であってもよい。
発電要素１１２を構成する正極板１１２ａは、正極端子１１４まで伸びている正極側集電体１１２ｄと、正極側集電体１１２ｄの一部の両主面にそれぞれ形成された正極層１１２ｅ，１１２ｆとを有する。なお、本例では正極板１１２ａと正極側集電体１１２ｄとが一枚の導電体で形成されているが、正極板１１２ａと正極側集電体１１２ｄとを別の部材で構成し、これらを接合してもよい。
正極板１１２ａの正極側集電体１１２ｄは、たとえばアルミニウム箔、アルミニウム合金箔、銅箔、又は、ニッケル箔等の電気化学的に安定した金属箔から構成されている。また正極板１１２ａの正極層１１２ｅ，１１２ｆは、たとえば、ニッケル酸リチウム（ＬｉＮｉＯ２）、マンガン酸リチウム（ＬｉＭｎＯ２）又はコバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ２）等のリチウム複合酸化物や、カルコゲン（Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ）化物等の正極活物質と、カーボンブラック等の導電剤と、ポリ四フッ化エチレンの水性ディスパージョン等の接着剤と、溶剤とを混合したものを、正極集電板１１２ｄの両主面に塗布し、乾燥及び圧延することにより形成されている。
発電要素１１２を構成する負極板１１２ｂは、負極端子１１５まで伸びている負極側集電体１１２ｇと、当該負極側集電体１１２ｇの一部の両主面にそれぞれ形成された負極層１１２ｈ，１１２ｉとを有する。なお、本例では負極板１１２ｂと負極側集電体１１２ｇとが一枚の導電体で形成されているが、負極板１１２ｂと負極側集電体１１２ｇとを別の部材で構成し、これらを接合してもよい。
負極板１１２ｂの負極側集電体１１２ｇは、たとえばニッケル箔、銅箔、ステンレス箔、又は、鉄箔等の電気化学的に安定した金属箔から構成されている。また、負極板１１２ｂの負極層１１２ｈ，１１２ｉは、たとえば非晶質炭素、難黒鉛化炭素、易黒鉛化炭素、又は、黒鉛等のような上記の正極活物質のリチウムイオンを吸蔵及び放出する負極活物質に、有機物焼成体の前駆体材料としてのスチレンブタジエンゴム樹脂粉末の水性ディスパージョンを混合し、乾燥させた後に粉砕することで、炭素粒子表面に炭化したスチレンブタジエンゴムを担持させたものを主材料とし、これにアクリル樹脂エマルジョン等の結着剤をさらに混合し、この混合物を負極集電板１１２ｇの両主面に塗布し、乾燥及び圧延させることにより形成されている。
正極板１１２ａと負極板１１２ｂとの間に積層されるセパレータ１１２ｃは、正極板１１２ａと負極板１１２ｂとの短絡を防止するものであり、電解質を保持する機能を備えてもよい。セパレータ１１２ｃは、たとえばポリエチレンやポリプロピレンなどのポリオレフィン等から構成される微多孔性膜であり、過電流が流れると、その発熱によって層の空孔が閉塞され電流を遮断する機能をも有する。ただし、セパレータ１１２ｃは、ポリオレフィン等の単層膜にのみ限られず、ポリプロピレン膜をポリエチレン膜でサンドイッチした三層構造や、ポリオレフィン微多孔膜と有機不織布等を積層したものも用いることができる。このようにセパレータ１１２ｃを複層化することで、過電流の防止機能、電解質保持機能及びセパレータ１１２ｃの形状維持（剛性向上）機能等の諸機能を付与することができる。
以上の発電要素１１２は、セパレータ１１２ｃを介して正極板１１２ａと負極板１１２ｂとが交互に積層されてなる。そして、３枚の正極板１１２ａは、正極側集電体１１２ｄを介して、金属箔製の正極端子１１４にそれぞれ接続される一方で、３枚の負極板１１２ｂは、負極側集電体１１２ｇを介して、同様に金属箔製の負極端子１１５にそれぞれ接続されている。
図１に示すように、発電要素１１２の正極板１１２ａ及び負極板１１２ｂのそれぞれから外装部材１１１の外部へ正極端子１１４と負極端子１１５とが導出されている。本例の二次電池１では、外装部材１１１の一辺（図１の手前の短辺）の外周部１１３ａから正極端子１１４と負極端子１１５とが並んで導出されている。正極端子１１４及び負極端子１１５は正極タブ１１４及び負極タブ１１５とも称される。
本例の二次電池１は、外装部材１１１の一つの辺の外周部から正極端子１１４と負極端子１１５とが並んで導出されているものである。そのため、図８には発電要素１１２の正極板１１２ａから正極端子１１４に至る断面図を図示し、発電要素１１２の負極板１１２ｂから負極端子１１５に至る断面を省略するが、負極板１１２ｂ及び負極端子１１５も図８の断面図に示す正極板１１２ａ及び正極端子１１４と同様の構造とされている。ただし、発電要素１１２の端部から正極端子１１４及び負極端子１１５に至る間の正極板１１２ａ（正極側集電体１１２ｄ）及び負極板１１２ｂ（負極側集電体１１２ｇ）は、平面視において互いに接触することがないように半分以下に切り欠かれている。
電池本体１１は平面視において長方形とされているので、一対の外装部材１１１を接合して内部を封止する外周部１１３を、図２に示すように外周部１１３ａ〜１１３ｄと称する。なお、電池本体１１の外形形状は長方形にのみ限定されず、正方形や他の多角形に形成することも可能である。また、正極端子１１４と負極端子１１５の導出位置は、本例のように一つの外周部１１３ａから導出させること以外にも、対向する外周部１１３ａと１１３ｂや１１３ｃと１１３ｄのそれぞれから導出させてもよい。また、長辺の外周部１１３ｃ，１１３ｄから導出させてもよい。
以上のように構成された電池本体１１は単体で使用に供することもできるが、他の一または複数の二次電池と接続して組み合わせ、所望の出力、容量の二次電池（以下、電池モジュールともいう）として使用に供することもできる。さらに、こうした電池モジュールを複数接続して組み合わせ（以下、組電池ともいう）、この組電池を定置用電力システムの電源として用いることができる。定置用電力システムの具体例は図９を参照して後述する。
複数の電池本体１１を接続して電池モジュールを構成する場合に、図４に示すように複数の電池本体１１の主面同士を積み重ねて電池ケース内に収容することが行われる。この場合に、電池本体１１の外周部１１３ａから導出された正極端子１１４及び負極端子１１５と、この電池本体１１に積層された電池本体１１の外周部１１３ａから導出された正極端子１１４及び負極端子１１５との絶縁性を確保するとともに、これら正極端子１１４及び負極端子１１５を直列及び／又は並列に接続するためのバスバを配置したり、電圧検出用センサのコネクタを配置したりするために、絶縁性材料から構成されたスペーサ１２が用いられる。
本例のスペーサ１２は、図１、図２及び図５に示すように隣接する電池本体１１の互いの外周部１１３ａ，１１３ａの間に配置され、電池本体１１を、電池モジュールのケースや所定の設置場所に対して固定するための固定部１２１を有する。
スペーサ１２は、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）やポリプロピレン（ＰＰ）などの剛性を有する絶縁性樹脂材料から構成され、電池本体１１の外周部１１３ａの長さ以上の長さを有する長尺状に形成されている。そして、その両端のそれぞれに鞘状の通孔からなる固定部１２１が形成されている。なお、スペーサ１２の長さは装着される外周部１１３ａ以上の長さとすることが望ましいが、これは外力の入力に対してこれをスペーサ１２全体で受け止め、電池本体１１に対して局所的な応力が作用しないようにする趣旨である。したがって、スペーサ１２の長さは装着される外周部１１３ａの長さに極力近い寸法であればよい。
また、上述したＰＢＴやＰＰ製のスペーサ１２の機械的強度（折り曲げ強度又は座屈強度などの剛性）は、電池本体１１に収容された発電要素１１２を構成する電極板（上述した正極板１１２ａ及び負極板１１２ｂ）の機械的強度より大きくすることが望ましい。特に、図５に示す外力Ｆの入力方向に対する機械的強度について、スペーサ１２の方を大きく設定することが望ましい。定置された二次電池１に対しスペーサ１２に著しく過大な外力が作用するとスペーサ１２と発電要素１１２とが接触して両者ともに潰れようとする際にスペーサ１２の方をより潰れ難くすることで二次電池１の保持安定性を確保するためである。
本例のスペーサ１２の固定部１２１の近傍には、通孔１２２及びリブ１２３が形成されている。図１、図２及び図４には図示を省略し、図３及び図５に通孔１２２及びリブ１２３を示す。本例の通孔１２２は、スペーサ１２の両端であって固定部１２１の周囲の任意箇所に形成されている。また、本例のリブ１２３はスペーサ１２の下面端部に下方へ突出するように形成されている。
本例の通孔１２２及びリブ１２３は、後述する弾性樹脂部１３に埋設されるが、スペーサ１２の固定部１２１に入力した外力が弾性樹脂部１３を介して電池本体１１へ入力する際に、当該弾性樹脂部１３による緩衝力を生じさせる面を有するものであればよい。すなわち、図５に示す外力Ｆの入力方向に対して対向する面を有する通孔、リブ、又は凹部であればよい。後述するように、通孔、リブ又は凹部を設けなくても、弾性樹脂部１３自体に外力Ｆに対する緩衝力が生じるが、通孔、リブ又は凹部を設けることにより、同図に示すように外力Ｆに対する緩衝力ｆ１，ｆ２がより大きくなるので、電池本体１１に作用する外力Ｆをより緩衝することができる。この意味で通孔１２２及びリブ１２３を補強部とも称する。
本例の二次電池１では、電池本体１１の外周部１１３のうちの少なくとも固定部１２１の周囲であって、図５の断面図における外周部１１３とスペーサ１２との重畳部１４を包含する範囲に、弾性樹脂のインサート成形により弾性樹脂部１３が形成されている。
弾性樹脂部１３は、加硫ゴム、熱硬化性樹脂エラストマ、熱可塑性樹脂エラストマ、ポリアミド系樹脂（ホットメルトグレード）などの弾性樹脂で構成され、後述するインサート成形により上記範囲に形成される。本例では、図２に示すように、固定部１２１の周囲Ｈ１以外に、電池本体１１の外周部１１３ｃ，１１３ｄ（長辺側の外周部）の範囲Ｈ２にも弾性樹脂部１３が形成されている。なお、外周部１１３の全周に弾性樹脂部１３を形成してもよい。
図２に示す範囲Ｈ１に形成される弾性樹脂部１３は、図５の断面図に示すように電池本体１１の外周部１１３ａとスペーサ１２との重畳部１４を包含し、これら外周部１１３ａとスペーサ１２とを接合する。また、スペーサ１２に形成された通孔１２２にも弾性樹脂が充填される。そして、スペーサ１２に固定部１２１に入力された地震の振動や交通量の多い場所での振動のような外力Ｆがスペーサ１２から電池本体１１の外周部１１３ａに入力する際に弾性樹脂部１３自体や通孔１２２、リブ１２３に緩衝力ｆ３，ｆ１，ｆ２を発生させる。
図５に示すように、電池モジュールや定置用電力システムの筐体に対して二次電池１をその両端で固定する固定部１２１，１２１に同図において左向きの外力Ｆが作用すると、電池本体１１にも左向きの力が作用する。このとき、電池本体１１に封入された発電要素１１２は、正極端子１１４及び負極端子１１５と外装部材１１１の外周部１１３との接合と、外装部材１１１内の減圧による発電要素１１２と外装部材１１１との摩擦力とによってのみ保持されている。したがって、固定部１２１，１２１に作用した外力Ｆがそのまま電池本体１１に伝達すると、内部に封入された発電要素１１２には外力Ｆに対する右向きの慣性力が作用し、発電要素１１２と外装部材１１１との間に相対変位が生じ、集電体１１２ｄ，１１２ｇが変位して短絡に繋がるおそれがある。
しかしながら、本例の二次電池１は、図５に示すように電池本体１１の外装部材１１１とスペーサ１２は弾性樹脂部１３により接合され、しかも電池本体１１の両端において弾性樹脂部１３を介して電池本体１１を支持している。これにより、図５に示すようにスペーサ１２の固定部１２１に左向きの外力Ｆが作用すると、両方の弾性樹脂部１３，１３に、電池本体１１に作用しようとする外力Ｆに抗する緩衝力ｆ１〜ｆ３が発生し、単位時間当たりに受ける力を低減する。その結果、発電要素１１２と外装部材１１１との間の変位が抑制され、集電体１１２ｄ，１１２ｇの短絡等の発生を防止することができる。すなわち、電池本体１１に入力される外力を緩衝することができ、電池本体１１の固定状態の安定性が向上する。特に、弾性樹脂部１３は地震の振動や交通量の多い場所での振動のような比較的高周波の振動に対して弾性力による外力緩衝作用に優れている。
これに対して図２に範囲Ｈ２に形成される弾性樹脂部１３は、図６に示すように一対の外装部材１１１，１１１の端面を包含した状態で外周部１１３ｃ，１１３ｄの全域に形成されている。外周部１１３ｃ，１１３ｄの全周にわたって弾性樹脂部１３を形成することで外周部１１３ｃ，１１３ｄの接合面から漏洩しようとする発電要素１１２からの電位漏れを阻止することができる。また、範囲Ｈ１に形成される弾性樹脂部１３と範囲Ｈ２に形成される弾性樹脂部１３とを接続することで、スペーサ１２に入力した外力Ｆの一部を範囲Ｈ２に形成した弾性樹脂部１３に分散させることができ、電池本体１１に伝達する外力を軽減することができる。
範囲Ｈ１に形成される弾性樹脂部１３の硬度は、電池本体１１の外装部材１１１を構成する外側樹脂層１１１ｃの硬度より小さいことが望ましい。外力Ｆの入力によってスペーサ１２に著しく過大な外力が作用して弾性樹脂部１３と外装部材１１１とが最初に接触した場合に、弾性樹脂部１３の硬度が大きいと外装部材１１１を傷付けるからである。弾性樹脂部１３の硬度の設定は採用する樹脂材料の種類のほかグレードなどによって行うことができる。
次に本例の定置用電力システムの二次電池１の製造方法について説明する。
最初にラミネートフィルム製外装部材１１１の内部に発電要素１１２を収容して電解液を充填し、外装部材１１１の外周部１１３を封止する。これにより電池本体１１を得る。これと併行して、固定部１２１、通孔１２２、リブ１２３を有するスペーサ１２を成形する。
次いで、図７に示すように、予め用意された射出成形用金型１５，１５に、電池本体１１とスペーサ１２とを、スペーサ１２を電池本体１１の外周部１１３ａ（外周部１１３ｂの図示は省略する）に重畳させた状態でセットし、型締めを行う。これにより、範囲Ｈ１，Ｈ２に形成される弾性樹脂部１３の形状に応じたキャビティＣが型内に形成されるので、ここにスプルー１５１を介して溶融樹脂を充填する。この樹脂充填の際にスペーサ１２に形成された通孔１２２内にも樹脂が充填されることになる。
図９は、本発明の一実施の形態に係る定置用電力装置の定置用電力システムＰＳを示すブロック図であり、上述した二次電池１と、外部の発電要素２又は商用電源３の電力により二次電池１を充電する充電制御装置５と、電力負荷４に二次電池１の電力を放電する放電制御装置６とを備える。本例の定置用電力システムＰＳは、外部の発電要素２で発電された電力を二次電池１に蓄電し、商用電源３が停電した場合のバックアップ電源又は商用電源３の代替電源として機能するシステムである。
外部の発電要素２は、太陽光発電装置、風力発電装置、地熱発電装置、波力発電装置などの各種発電装置を適用することができる。各発電要素２の特性により直流電力を発電するものと交流電力を発電するものがあるがいずれも適用することができる。
商用電源３は、日本国内であれば５０Ｈｚ又は６０Ｈｚの周波数の交流電源であり、電力負荷４及び充電制御装置５のそれぞれに接続され、電力が供給される。
電力負荷４は、家屋やビルディングなどの建築物、各種機械、電気自動車などを含み、各電力負荷４の特性により直流電力を供給するものと交流電力を供給するものがあるが、いずれも適用することができる。
充電制御装置５は、外部の発電要素２及び／又は商用電源３の電力により二次電池１を充電するものであり、直流電力を発電する発電要素２に対してはＤＣ／ＤＣコンバータを用いることができ、交流電力を発電する発電要素２や商用電源３に対してはＡＣ／ＤＣコンバータを用いることができる。充電制御装置５は、二次電池１の充電状態や発電要素２または商用電源３の電力状態等に応じて充電処理を制御する。
放電制御装置６は、電力負荷４に対して二次電池１の直流電力を放電するものであり、交流電力を供給すべき電力負荷４に対してはＤＣ／ＡＣコンバータを用いることができ、直流電力を供給すべき電力負荷４に対してはＡＣ／ＡＣコンバータを用いることができる。放電制御装置６は、二次電池１の充電状態や電力負荷４の要求電力状態等に応じて放電処理を制御する。
二次電池１は、図１〜８を参照して説明した二次電池１単体又はこれを複数組み合わせた電池モジュール若しくは複数の電池モジュールをさらに組み合わせた組電池で構成され、電池本体１１は設置場所に対して水平若しくは垂直又はこれらを組み合わせて配置される。
本例の定置用電力システムＰＳは、二次電池１、充電制御装置５及び放電制御装置６を筐体に収容した状態で、又はそれぞれを個別に筐体に収容した状態で、電力負荷４の近傍に定置されて使用される。また、電力負荷４の場所に応じて搬送可能に構成し、その場所で定置して使用してもよい。
本例の定置用電力システムＰＳは、太陽光発電装置などの発電要素２にて発電された電力を充電制御装置５によって二次電池１に蓄電し、商用電源３が停電した場合や商用電力３に代えて、二次電池１に蓄電された電力を放電制御装置６により電力負荷４に供給する。これにより、商用電源３のバックアップ電源又は商用電源３の代替電源として機能することになる。
なお、図９に示す定置用電力システムＰＳにおいて、充電制御装置５及び放電制御装置６のいずれかを省略したシステムとすることもできる。たとえば、二次電池１と充電制御装置５により定置用電力システムを構成し、外部の発電要素２又は商用電源３からの電力を二次電池１に蓄電する蓄電装置としてもよい。そしてこれを、放電制御装置６を備えた電力負荷４に接続し、二次電池１に蓄電した電力を電力負荷４に給電してもよい。また、二次電池１と放電制御装置６により定置用電力システムを構成し、二次電池１に蓄電された電力を電力負荷４に放電する放電装置とすることもできる。そしてこれを、充電制御装置５を備えた電源２，３に接続し、二次電池１を充電してもよい。また、充電制御装置５及び放電制御装置６を一つの充放電制御装置として構成することもできる。
以上のように、本例の定置用電力システムによれば、二次電池１の少なくとも固定部１２１の周囲の範囲Ｈ１に弾性樹脂部１３が形成されているので、図５に示すように当該固定部１２１を介して入力された外力Ｆが、スペーサ１２を介して電池本体１１に入力する際に弾性樹脂部１３自体に緩衝力ｆ３が発生する。これにより、電池本体１１に入力される外力を緩衝することができ、電池本体１１の固定状態の安定性が向上する。特に、地震の振動や交通量の多い場所での振動のような比較的高周波の振動に対して、弾性樹脂部１３の弾性力による外力緩衝作用に優れている。
またこの際に、スペーサ１２に形成された通孔１２２やリブ１２３にも緩衝力ｆ１，ｆ２が発生するので、電池本体１１に入力される外力をより一層緩衝することができ、電池本体１１の固定状態の安定性がより一層向上する。
また、スペーサ１２の長さを装着される外周部１１３ａ以上の長さとすることで、外力Ｆの入力に対してこれをスペーサ１２全体で受け止めることができ、電池本体１１に対して局所的な応力の作用を抑制することができる。
また、範囲Ｈ１，Ｈ２に形成される弾性樹脂部１３の硬度を電池本体１１の外装部材１１１を構成する外側樹脂層１１１ｃの硬度より小さくしているので、大地震などによってスペーサ１２に著しく過大な外力が作用し、これにより弾性樹脂部１３と外装部材１１１とが接触した場合に、弾性樹脂部１３による外装部材１１１の傷付きを抑制することができる。
また、スペーサ１２の機械的強度を発電要素１１２の電極板の機械的強度より大きくしているので、大地震などによりスペーサ１２に著しく過大な外力が作用し、これによりスペーサ１２と発電要素１１２とが接触して両者ともに潰れようとする場合に、スペーサ１２の方が潰れ難くなり、その結果、二次電池１の保持安定性を確保することができる。
また、範囲Ｈ２に形成された弾性樹脂部１３により、外周部１１３ｃ，１１３ｄの接合面から漏洩しようとする発電要素１１２からの電位漏れを阻止することができ、二次電池１の容量低下を抑制することができる。また、範囲Ｈ１に形成される弾性樹脂部１３と範囲Ｈ２に形成される弾性樹脂部１３とを接続しているので、スペーサ１２に入力した外力Ｆの一部を範囲Ｈ２に形成した弾性樹脂部１３に分散させることができ、電池本体１１に伝達する外力を軽減することができる。
また、弾性樹脂部１３をインサート成形にて形成することで製造時間及び製造工数を低減することができ、二次電池１のコストダウンを図ることができる。
《第２実施形態》
図１０は発明の他の実施形態に係る定置用電力システムＰＳの二次電池であり、図１の点線IXで囲う部分の拡大図である。図１１は発明の他の実施形態に係る二次電池の平面図であり、図１２は図１１の点線XIで囲う部分の拡大図である。本例では上述した第１実施形態に対して、脆弱部２００を設ける点が異なる。これ以外の構成は上述した第１実施形態と同じであるため、その記載を援用する。
外装部材１１１の外周部に形成された弾性樹脂部１３には、脆弱部２００が設けられている。脆弱部２００は切り欠き部２１により形成され、切り欠き部２１は、二次電池１の主面方向からみて、Ｖ字状に切り欠かれている。また、切り欠き部２１は、弾性樹脂部１３に対して、二次電池１の中央部分に面する弾性樹脂部１３の内壁から、二次電池１の外側に面する外壁に向けて切り込みを入れるよう構成され、また切り欠き部２１は、当該内壁から当該外壁までの間の、一部に形成されている。
また切り欠き部２１は、弾性樹脂部１３を形成する材料である弾性樹脂の下流側に形成されている。図１１に示すように、弾性樹脂部１３をインサート成形により形成する場合には、弾性樹脂を注入する注入口２２を、外装部材１３の長辺側の辺の中央部分に配置し、弾性樹脂を、外装部材１３の外周部に沿うよう流し込む。この時、弾性樹脂の上流側は、注入口２２の位置になり、弾性樹脂の下流側は、外装部材１３の長辺側の辺の端部になる。ゆえに、切り欠き部２１は、弾性樹脂の注入口に対して下流側の位置に形成されている。さらに、切り欠き部２１は、外装部材１１１の外周部である四辺のうち、正極端子１１４及び負極端子１１５が導出されていない辺を覆う弾性樹脂部１３に形成されている。
次に、脆弱部２００の作用を図１３及び図１４を用いて説明する。図１３は図１２のXII−XII線に沿う断面図であり、切り欠き部２１を含む部分の断面図である。図１４は図１２のXIII−XIII線に沿う断面図であり、切り欠き部２１を含まない部分の断面図である。
図１３及び図１４に示すように、外装部材１１１の外周部において、一対の外装部材１１１のうち、上側である一方の外装部材１１１と弾性樹脂部１３との接触面積は、切り欠き部２１を設けない部分と比較して、切り欠き部２１を設ける部分の方が小さくなる。言い換えると、上側の外装部材１１１と弾性樹脂部１３との境界面において、外装部材１１１の外方に位置する一端から外装部材１１１の内方に位置する他端までの長さは、切り欠き部２１を設けていない部分の長さ（図１４のＬｂ）と比較して、切り欠き部２１を設けた部分の長さ（図１３のＬａ）の方が短くなる。すなわち、本例の二次電池１は、切り欠き部２１を設けることで、切り欠き部２１を含めた部分の境界面における単位面積当たりの、上側の外装部材１１１と弾性樹脂部１３との接触面積を、切り欠き部２１を設けていない部分の境界面における当該単位面積当たりの当該接触面積より小さくすることで、外装部材１１１と弾性樹脂部１３との間の密着強度を小さくし、切り欠き部２１が形成された部分を脆弱部２００にしている。
二次電池１の経年劣化等により発電要素１１２からガスが発生した場合には、ガスは外装部材１１１で発電要素を封止している部分である、外装部材１１１の外周部、すなわち、一対の外装部材１１１の上側の外装部材１１１と下側の外装部材１１１とが重なっている部分（熱融着させている部分）から、外方に向けて流れ出ようとする（図１３及び図１４の矢印Ａの向き）。上側の外装部材１１１と下側の外装部材１１１とが重なっている部分の、外装部材１１１の外方側の一端は、弾性樹脂部１３に覆われ、弾性樹脂部１３の母材強度に相当するせん断強度が弾性樹脂部１３と外装部材１１１との密着強度より高くなっているため、ガスは、弾性樹脂部１３と外装部材１１１との境界に沿って、外装部材１１１が重畳している部分におけるガスの流出方向と逆向きに流れようとする。この時、上側の外装部材１１１と弾性樹脂部１３との境界面について、外装部材１１１の外方側の一端から内方側の他端までの長さは、切り欠き部２１を設けている部分の境界面の方が短いため、切り欠き部２１を設けていない部分と比べて、ガスが排出されやすくなる。そのため、切り欠き部２１は、発電要素１１２から発生するガスの排出口となる。
すなわち、本例は、弾性樹脂部１３と外装部材１１１との境界面において、弾性樹脂部１３に切り欠き部２１を設けることで、切り欠き部２１を設けていない他の部分と比較して、脆弱にし、ガスを排出しやすくしている。これにより、弾性樹脂部１３に切り欠き部２１を設けていない場合には、発電要素１１２からガスが発生した時に、ガスの開放口が定まらず、外装部材１１１の内圧が高くなってしまう。一方、本例では、切り欠き部２１を設けることで、切り欠き部２１の付近が脆弱部２００となるため、ガスの開放口が定まり、外装部材１１１の内圧が過剰に高くなる前に、ガスを排出することができる。
上記のように、本例の定置用電力システムＰＳの二次電池１は、弾性樹脂部１３に、切り欠き部２１による脆弱部２００が形成されている。これにより、発電要素１１２からガスが発生した場合に、二次電池１内の内圧が過剰に高くなる前に、ガスを開放させることができる。すなわち、外装部材１１１と弾性樹脂部１３との境界面において、脆弱部２００を含めた周囲が、他の部分と比較して、密着強度が小さくなるため、当該周囲が脆弱になる。そして、ガス発生時には、ガスが当該周囲から排出されるため、外装部材１１１の内圧の上昇を抑制することができる。
また本例の定置用電力システムＰＳの二次電池１において、切り欠き部２１は、外装部材１１１の外周部の内方に位置する部分の弾性樹脂部１３に形成されている。これにより、発電要素１１２から排出されるガスは、外装部材１１１の外周部の外側に向けて排出されず、外装部材１１１の外周部の内側に向けて排出されるため、排出ガスによる他の電池への影響を抑制することができる。
また本例の定置用電力システムＰＳの二次電池１において、正極端子１１４及び負極端子１１５が導出する、外装部材１１１の外周部の一部以外の弾性樹脂部１３に形成されている。これにより、ガスは、正極端子１１４及び負極端子１１５が導出していない部分から排出されるため、排出ガスによる正極端子１１４及び負極端子１１５への影響を防ぐことができる。
また本例の定置用電力システムＰＳの二次電池１は、切り欠き部２１が形成された部分である脆弱部２００の密着強度（図１３の長さＬａに相当する、外装部材１１１と弾性樹脂部１３との接触部分の密着強度）が、弾性樹脂部１３の母材強度より小さくなるように形成されている。これにより、一対の外装部材１１１が熱融着により重畳している部分からガスが排出された場合に、ガスが弾性樹脂部１３をせん断して外部に排出されることなく、外装部材１１１と弾性樹脂部１３との境界面を沿って、切り欠き部２１よりガスを排出することができる。
また本例の定置用電力システムＰＳの二次電池１は、弾性樹脂部１３を弾性樹脂のインサート成形により形成した場合に、脆弱部２００が弾性樹脂の下流側に形成されている。弾性樹脂の下流側は、上流側と比較して、外装部材１１１と弾性樹脂部１３との境界面における密着強度が小さいため、本例は、弾性樹脂の下流側に脆弱部２００を設けることで、ガスの開放口をコントロールすることができる。
なお、本例は、切り欠き部２１を、二次電池１の主面方向からみてＶ字状に弾性樹脂部１３を切り欠くことで形成したが、図１５〜１６に示すように、弾性樹脂部１３の壁面から弾性樹脂部１３の内部に向かって切り欠くことで、切り欠き部２１を形成してもよい。図１５は図１のXIV矢視図である。図１６は図１５のXV−XV線に沿う部分断面斜視図であり、図１７は図１５のXVI−XVI線に沿う部分断面斜視図である。
切り欠き部２１は、弾性樹脂部１３に内壁１３ａ（弾性樹脂部１３に対して、発電要素側を向いている壁面）から外壁１３ｂ（弾性樹脂部１３に対して、発電要素側を向いている壁面と反対方向である、外側を向いている壁面）に向けて、徐々に高さが低くなるように、弾性樹脂部１３に切り込まれ、弾性樹脂部１３の内壁１３ａから、弾性樹脂部１３の外壁１３ｂに至る途中までの部分で、上側の外装部材１１１と弾性樹脂部１３とが接着されていない。一方、切り欠き部２１が形成されていない弾性樹脂部１３では、弾性樹脂部１３の内壁１３ａから、弾性樹脂部１３の外壁１３ｂに至る途中までの部分で、上側の外装部材１１１と弾性樹脂部１３とが接着されている。これにより、上側の外装部材１１１と弾性樹脂部１３との境界面において、外装部材１１１の外方に位置する一端から外装部材１１１の内方に位置する他端までの長さは、切り欠き部２１を設けていない部分の長さと比較して、切り欠き部２１を設けた部分の長さの方が短くなるように、切り欠き部２１が、弾性樹脂部１３の内壁１３ａに形成されている。
《第３実施形態》
図１８は発明の他の実施形態に係る定置用電力システムＰＳの二次電池１であり、図１１の点線XIで囲う部分の拡大図に相当する図である。図１９は図１８のXVIII−XVIII線に沿う断面図である。本例では上述した第２実施形態に対して、脆弱部２００の構成が異なる。これ以外の構成は上述した第１実施形態及び第２実施形態と同じであるため、その記載を適宜、援用する。
外装部材１１１の外周部に形成された弾性樹脂部１３には、脆弱部２００が設けられている。脆弱部２００は密着強度低下部２３により形成され、密着強度低下部２３は、外装部材１１１と弾性樹脂部１３との境界面で、当該境界面に沿った帯状に形成されている。また密着強度低下部２３は、外側の外装部材１１１の外方に位置する一端から、外側の外装部材１１１の内方に位置する他端までの一部に形成されている。
密着強度低下部２３の製法について、弾性樹脂部１３を外装部材１１１に形成する際に、外装部材１１１の外周部の表面のうち、密着強度低下部２３を作成する部分に、シリコン等の離けい剤をスプレー等で吹きかけたり、離けい剤を含むテープを貼ったりした状態で、弾性樹脂部１３を外装部材１１１の外周部に形成する。これにより、密着強度低下部２３における、弾性樹脂部１３と外装部材１１１との境界面の密着強度は、他の境界面の密着強度より低くなる。
すなわち、本例は、弾性樹脂部１３と外装部材１１１との境界面において、弾性樹脂部１３に密着強度低下部２３を設けることで、密着強度低下部２３を設けていない他の部分と比較して、脆弱にし、ガスを排出しやすくしている。これにより、弾性樹脂部１３に密着強度低下部２３を設けていない場合には、発電要素１１２からガスが発生した時に、ガスの開放口が定まらず、外装部材１１１の内圧が高くなってしまう。一方、本例では、密着強度低下部２３を設けることで、密着強度低下部２３の付近が脆弱部２００となるため、ガスの開放口が定まり、外装部材１１１の内圧が過剰に高くなる前に、ガスを排出することができる。
上記のように、本例の定置用電力システムＰＳの二次電池１は、弾性樹脂部１３に、密着強度低下部２３による脆弱部２００が形成されている。これにより、発電要素１１２からガスが発生した場合に、二次電池１内の内圧が過剰に高くなる前に、ガスを開放させることができる。すなわち、外装部材１１１と弾性樹脂部１３との境界面において、脆弱部２００を含めた周囲が、他の部分と比較して、密着強度が小さくなるため、当該周囲が脆弱になる。そして、ガス発生時には、ガスが当該周囲から排出されるため、外装部材１１１の内圧の上昇を抑制することができる。
なお、本例は、図２０及び図２１に示すように、密着強度低下部２３を、上側の外装部材１１１の外方に位置する一端から、上側の外装部材１１１の内方に位置する他端にかけて、形成してもよい。図２０は、本発明の変形例にかかる二次電池１で、図１１の点線XIで囲う部分の拡大図に相当する図であり、図２１は図２０のXX−XX線に沿う断面図である。
なお、図１９及び図２１では、説明のために密着強度低下部２３に厚みを設けているが、実際には、密着強度低下部２３の厚みは実質的にゼロであり、弾性樹脂部１３と上側の外装部材１１１は、面一になっている。
１…二次電池
１１…電池本体
１１１…外装部材
１１１ａ…内側樹脂層
１１１ｂ…中間金属層
１１１ｃ…外側樹脂層
１１２…発電要素
１１２ａ…正極板
１１２ｂ…負極板
１１２ｃ…セパレータ
１１２ｄ…正極側集電体
１１２ｅ，１１２ｆ…正極層
１１２ｇ…負極側集電体
１１２ｈ，１１２ｉ…負極層
１１３，１１３ａ〜１１３ｄ…外周部
１１４…正極端子
１１５…負極端子
１２…スペーサ
１２１…固定部
１２２…通孔
１２３…リブ
１３…弾性樹脂部
１４…重畳部
１５…射出成形用金型
Ｆ…外力
ｆ１，ｆ２，ｆ３…緩衝力
ＰＳ…定置用電力システム
２…外部の発電要素
３…商用電源
４…電力負荷
５…充電制御装置
６…放電制御装置
２００…脆弱部
２１…切り欠き部
２２…注入口
２３…密着強度低下部

Claims (24)

  1. 外部の電力負荷に接続される薄型二次電池と、外部の発電要素又は商用電源の電力により前記薄型二次電池を充電する充電制御装置、または、前記電力負荷に前記薄型二次電池の電力を放電する前記放電制御装置の少なくとも何れか一方の制御装置と、を備えた定置用電力システムであって、
    前記薄型二次電池は、
    外装部材の内部に発電要素が封入された電池本体と、
    他の電池本体を積層した際に互いの前記電池本体の間に配置され、前記電池本体を所定位置に固定するスペーサと、を備え、
    前記電池本体と前記スペーサとが弾性体を介して連結されている定置用電力システム。
  2. 請求項１に記載の定置用電力システムにおいて、
    前記スペーサに、前記電池本体へ入力される外力の入力方向に対し、対向する面を有する補強部が形成されている定置用電力システム。
  3. 請求項２に記載の定置用電力システムにおいて、
    前記補強部は、通孔、凹部、リブのいずれかである定置用電力システム。
  4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の定置用電力システムにおいて、
    前記電池本体の外周部のうちの前記弾性体が形成された範囲以外の範囲の外周部に、当該外周部の端面を封止するように他の弾性体が形成されている定置用電力システム。
  5. 請求項４に記載の定置用電力システムにおいて、
    前記外装部材は、樹脂層を含むラミネートフィルム製外装部材であり、
    前記他の弾性体の硬度は、前記樹脂層の硬度より小さい定置用電力システム。
  6. 請求項１〜５のいずれか一項に記載の定置用電力システムにおいて、
    前記スペーサの長尺側の長さは、当該スペーサが配置される前記電池本体の外周部の長さ以上である定置用電力システム。
  7. 請求項１〜６のいずれか一項に記載の定置用電力システムにおいて、
    前記外装部材は、樹脂層を含むラミネートフィルム製外装部材であり、
    前記弾性体の硬度は、前記樹脂層の硬度より小さい定置用電力システム。
  8. 請求項１〜７のいずれか一項に記載の定置用電力システムにおいて、
    前記スペーサの強度は、前記発電要素の電極板の強度より大きい定置用電力システム。
  9. 請求項１に記載の定置用電力システムにおいて、
    前記電池本体は、前記外装部材の外周部が封止され、
    前記前記スペーサは、前記電池本体を前記所定位置に固定する固定部を有する定置用電力システム。
  10. 請求項９に記載の定置用電力システムにおいて、
    前記電池本体と前記スペーサとの重畳部を包含する範囲に、弾性樹脂のインサート成形により弾性樹脂部が形成されている定置用電力システム。
  11. 請求項９又は１０に記載の定置用電力システムにおいて、
    前記固定部は、前記電池本体の両端に設けられている定置用電力システム。
  12. 請求項１〜４の何れか一項に記載の定置用電力システムにおいて、
    前記弾性体又は前記他の弾性体に、脆弱部が形成されている定置用電力システム。
  13. 請求項１２に記載の定置用電力システムにおいて、
    前記脆弱部は、前記弾性体又は前記他の弾性体を切り欠いた切り欠き部により形成されている定置用電力システム。
  14. 請求項１２に記載の定置用電力システムにおいて、
    前記脆弱部は、前記弾性体又は前記他の弾性体と前記外装部材の外周部との境界面の少なくとも一部に形成され、
    前記脆弱部の密着強度は、前記脆弱部が形成されない前記境界面の密着強度より低い定置用電力システム。
  15. 請求項１４に記載の定置用電力システムにおいて、
    前記脆弱部は、前記外装部材の外周部の外方に位置する一端から、前記外装部材の外周部の内方に位置する他端までの間の一部に形成されている定置用電力システム。
  16. 請求項１４に記載の定置用電力システムにおいて、
    前記脆弱部は、前記外装部材の外周部の外方に位置する一端から、前記外装部材の外周部の内方に位置する他端にかけて形成されている定置用電力システム。
  17. 請求項１２〜１６の何れか一項に記載の定置用電力システムにおいて、
    前記弾性体又は前記他の弾性体は、前記外装部材の外周部に形成され、
    前記脆弱部は、前記外周部の内方に位置する前記弾性体又は前記他の弾性体に形成されている定置用電力システム。
  18. 請求項１２〜１６の何れか一項に記載の定置用電力システムにおいて、
    前記弾性体又は他の弾性体は、前記外装部材の外周部に、弾性樹脂のインサート成形により形成され、
    前記脆弱部は、前記外周部における前記弾性樹脂の注入口に対して前記弾性樹脂の下流側の位置に形成されている定置用電力システム。
  19. 請求項１２〜１６の何れか一項に記載の定置用電力システムにおいて、
    前記外装部材の外周部の一部から外部へ導出されている端子をさらに備え、
    前記弾性体又は前記他の弾性体は、前記外装部材の外周部に形成され、
    前記脆弱部は、前記一部以外の前記外周部に形成されている定置用電力システム。
  20. 請求項１２〜１６の何れか一項に記載の薄型電池において、
    前記弾性体又は前記他の弾性体は、前記外装部材の外周部に形成され、
    前記脆弱部は、前記弾性体又は前記他の弾性体と前記外装部材の外周部との境界面の少なくとも一部分に形成され、
    前記脆弱部の密着強度は前記弾性体又は前記他の弾性体の母材強度より小さい薄型電池。
  21. 請求項１〜２０のいずれか一項に記載の定置用電力システムにおいて、
    前記電池本体は、設置面に対して水平又は垂直に配置される定置用電力システム。
  22. 請求項１〜２１のいずれか一項に記載の定置用電力システムにおいて、
    搬送可能である定置用電力システム。
  23. 薄型二次電池を製造する製造工程と、前記薄型二次電池を外部の電力負荷に接続する工程と、外部の発電要素又は商用電源の電力により前記薄型二次電池を充電する充電制御、または、前記電力負荷に前記薄型二次電池の電力を放電する放電制御の少なくとも何れか一方の制御装置を製造する工程とを含む定置用電力装置の製造方法において、
    前記製造方法は、
    樹脂層を含むラミネートフィルム製外装部材の内部に発電要素を封入し、電池本体を得る工程と、
    前記電池本体を所定位置に固定するスペーサを準備する工程と、
    前記電池本体と前記スペーサとを弾性体で一体的に成形する工程と、を含むことを特徴とする定置用電力装置の製造方法。
  24. 薄型二次電池を製造する製造工程と、前記薄型二次電池を外部の電力負荷に接続する工程と、外部の発電要素又は商用電源の電力により前記薄型二次電池を充電する充電制御、または、前記電力負荷に前記薄型二次電池の電力を放電する放電制御の少なくとも何れか一方の制御装置を製造する工程とを含む定置用電力装置の製造方法において、
    前記製造方法は、
    樹脂層を含むラミネートフィルム製外装部材の内部に発電要素を収容して、前記外装部材の外周部を封止し、電池本体を得る工程と、
    前記電池本体を所定位置に固定する固定部を有するスペーサを準備する工程と、
    前記スペーサを、前記電池本体の外周部に重畳させた状態で、インサート成形の成形型にセットする工程と、
    前記外周部のうちの少なくとも前記固定部の周囲であって、前記外周部と前記スペーサとの重畳部を包含する範囲に、弾性樹脂を充填してインサート成形を行い、当該範囲に弾性樹脂部を形成する工程と、を含むことを特徴とする定置用電力装置の製造方法。
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