JP2018073540A - 電池構造体、電池システム及び車両 - Google Patents
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Abstract
Description
外装体と、前記外装体の内部に収容された少なくとも一つの電池セルとを備え、前記外装体は、前記外装体の外部から前記外装体の内部へと乾燥空気を導入する開閉可能な導入口と、前記導入口とは別に、前記外装体の内部の気体を前記外装体の外部へと排出する開閉可能な排出口とを備え、前記導入口及び前記排出口が閉じた状態において、前記外装体の内部の圧力が大気圧よりも高い圧力に保持されている、電池構造体
を開示する。
「電池セル」は、少なくとも正極と負極と電解質とを備え、電気化学反応によって電気エネルギーを取り出すことが可能である。
「乾燥空気」は、通常、外装体の外部の空気(大気)よりも水分濃度が低い空気である。例えば、「露点が−20℃以下の空気」を本願にいう「乾燥空気」として採用可能である。
「開閉可能な導入口」は、開状態と閉状態とを可逆的に変更可能であり、開状態において乾燥空気を流通させることが可能な口である。
「開閉可能な排出口」は、開状態と閉状態とを可逆的に変更可能であり、開状態において外装体の内部の気体を流通させることが可能な口である。
「導入口と、前記導入口とは別に、…排出口とを備え」とは、導入口と排出口とが外装体の異なる箇所に備えられることを意味する。
上記本開示の電池構造体を備える電池システムであって、前記電池システムは、前記電池セルの運転時において、前記導入口及び前記排出口の双方を開き、前記導入口を介して前記外装体の内部へと前記乾燥空気を導入しながら、前記外装体の内部の前記気体を前記排出口を介して前記外装体の外部へと排出し、前記電池セルの運転停止時において、前記導入口及び前記排出口を閉じ、前記外装体の内部の圧力を大気圧よりも高い圧力に保持する、電池システム
を開示する。
上記本開示の電池構造体を備える電池システムであって、前記電池システムは、前記外装体の内部の圧力が閾値以下となった場合に、前記導入口を開き、前記導入口を介して前記外装体の内部へと前記乾燥空気を導入して前記外装体の内部の圧力を増大させる、電池システム
を開示する。
上記本開示の電池構造体を備える電池システムであって、前記電池システムは、前記導入口及び前記排出口の双方が開いているときに、前記導入口を介して前記外装体の内部へと前記乾燥空気を導入しながら、前記外装体の内部の前記気体を前記排出口を介して前記外装体の外部へと排出する、電池システム
を開示する。
図1、2を参照しつつ電池構造体10を説明する。電池構造体10は、外装体1と、外装体1の内部に収容された少なくとも一つの電池セル2とを備えている。また、外装体1は、外装体1の外部から外装体1の内部へと乾燥空気を導入する開閉可能な導入口3と、導入口3とは別に、外装体1の内部の気体を外装体1の外部へと排出する開閉可能な排出口4とを備えている。さらに、導入口3及び排出口4が閉じた状態において、外装体1の内部の圧力が大気圧よりも高い圧力に保持されている。
外装体1は、内部に空間を有する構造体である。外装体1の内部の空間は電池セル2を収容可能な一定の容積を有する。外装体1は、後述する導入口3及び排出口4が閉じた状態において密閉性を有し、内部の圧力を大気圧よりも高い圧力に保持し可能なものであればよい。外装体1の形状は、電池セル2の形態に応じて決定される。例えば、図1、2に示すような多面体状の箱型のものを採用できる。外装体1の材質は樹脂製であってもよいし金属製であってもよい。容易に成形可能であり、且つ、容易に封止が可能である観点から、樹脂製の外装体1が好ましい。例えば、電池セル2の外部を溶融樹脂で被覆し、当該溶融樹脂を固化させることで、電池セル2の外部を樹脂製の外装体1で覆うことができ、結果として、樹脂製の外装体1の内部に電池セル2を収容可能である。
電池セル2は、少なくとも正極と負極と電解質とを備え、電気化学反応によって電気エネルギーを取り出すことが可能である。正極は、少なくとも正極活物質を含む正極合剤を備え、必要に応じて正極集電体を備える。また、負極は、少なくとも負極活物質を含む負極合剤を備え、必要に応じて負極集電体を備える。電池セル2は、非水電解液系、ゲル電解質系、有機ポリマー電解質系、無機固体電解質系のいずれかの電解質を含む。このような電池セル2の構成は当業者にとって自明である。
導入口3は、外装体1の外部から外装体1の内部へと乾燥空気を導入する。すなわち、導入口3の開口の一端側に外装体1の内部の空間が存在し、導入口3の開口の他端側に乾燥空気が存在する。また、導入口3は開閉可能である。導入口3は、開状態において外装体1の内部へと乾燥空気を流通させることができ、閉状態において外装体1の内部を外気から遮断可能である。導入口3を開閉する機構は特に限定されるものではない。例えば、圧力変化に応じて開閉する逆止弁のような機構や、電気エネルギーにより駆動する機械的駆動部によって開閉する機構が挙げられる。中でも、圧力変化に応じて開閉する逆止弁のような機構が好ましい。すなわち、外装体1の一部に開口を設け、当該開口に逆止弁を設けることにより、導入口3を構成することが好ましい。この場合、逆止弁によって、導入口3を介した気体の流れの方向は、外装体1の外部から外装体1の内部に向かう方向に制限される。すなわち、大気圧よりも高い圧力が付与された場合に、逆止弁が開き、導入口3を介して外装体1の外部から外装体1の内部に向かって乾燥空気が導入される。尚、導入口3が上述の逆止弁を備える場合、外装体1の内部の気体が導入口3を介して外装体1の外部に漏れ出すことを抑制できる。そのため、外装体内部の圧力を大気圧よりも高い圧力に保持しやすい。また、例えば、導入口3の上流に後述する空気を乾燥させる構造5として吸湿剤を備えていた場合でも、当該吸湿剤が外装体1の内部で発生した気体(硫化水素や一酸化炭素等)を吸着して水分吸着性能が劣化する事態を防止できる。
排出口4は、外装体1の内部の気体を外装体1の外部へと排出する。また、排出口4は開閉可能である。排出口4は、開状態において外装体1の内部の気体を外装体1の外部へと流通させることができ、閉状態において外装体1の内部を外気から遮断可能である。排出口4を開閉する機構は特に限定されるものではない。例えば、圧力変化に応じて開閉する逆止弁のような機構や、電気エネルギーにより駆動する機械的駆動部によって開閉する機構が挙げられる。中でも、圧力変化に応じて開閉する逆止弁のような機構が好ましい。すなわち、外装体1の一部に開口を設け、当該開口に逆止弁を設けることにより、排出口4を構成することが好ましい。この場合、逆止弁によって、排出口4を介した気体の流れの方向は、外装体1の内部から外装体1の外部に向かう方向に制限される。すなわち、逆止弁が開いた場合、排出口4を介して外装体1の内部から外装体1の外部に向かって外装体1の内部の気体が排出される。排出口4が逆止弁を備える場合、排出口4を介して外装体1の外部から外装体1の内部へと外気が侵入する事態を防止できる。尚、排出口4に設けられる逆止弁が開く圧力は、導入口3に設けられる逆止弁が開く圧力と同じかそれよりも高いことが好ましい。
上述したように、導入口3の他端側には乾燥空気が存在する。乾燥空気は、外気を利用して導入口3よりも上流にて生じさせることが好ましい。すなわち、電池構造体10は、図1に示すように、導入口3よりも上流に空気を乾燥させる構造5を備えることが好ましい。構造5の具体例としては、シリカゲルのような吸湿剤を設置した構造、ヒーターのような加熱手段を設置した構造、吸湿剤と加熱手段とを組み合わせて設置した構造等、種々の構造が考えられる。特に、吸湿剤と加熱手段とを組み合わせて設置した構造が好ましい。これにより、吸湿剤の水分吸着量が飽和して水分吸着性能が失われた場合に、当該吸湿剤を加熱手段で過熱して水分を脱離させることで、吸湿剤を再生することができる。
電池構造体10は電池システムに組み込まれ、以下の通り動作し得る。
図3を参照しつつ、電池システム100を説明する。電池システム100は、電池構造体10を備える。また、電池システム100は、電池セル2の運転時において、導入口3及び排出口4の双方を開き、導入口3を介して外装体1の内部へと乾燥空気を導入しながら、外装体1の内部の気体を排出口4を介して外装体1の外部へと排出する(図3(A))。一方、電池システム100は、電池セル2の運転停止時において、導入口3及び排出口4を閉じ、外装体1の内部の圧力を大気圧よりも高い状態に保持する(図3(B))。
図4を参照しつつ、電池システム200を説明する。電池システム200は、電池構造体10を備える。また、電池システム200は、外装体1の内部の圧力が閾値以下となった場合に、導入口3を開き、導入口3を介して外装体1の内部へと乾燥空気を導入して外装体1の内部の圧力を増大させる。外装体1の内部の圧力を増大させた後は、導入口3を閉じ、外装体1を再び密封する。
図5を参照しつつ、電池システム300について説明する。電池システム300は、電池構造体10を備える。電池システム300は、導入口3及び排出口4の双方が開いているときに、導入口3を介して外装体1の内部へと乾燥空気を導入しながら、外装体1の内部の気体を排出口4を介して外装体1の外部へと排出する。
電池構造体10を備えた電池システムは、導入口3及び排出口4の双方を閉じた状態、導入口3のみを開いた状態、排出口4のみを開いた状態、並びに、導入口3及び排出口4の双方を開いた状態、のいずれかの状態を採る。すなわち、導入口3及び排出口4の双方を閉じた状態においては、外装体1が密閉される。また、導入口3のみを開いた状態においては、例えば、導入口3から外装体1の内部へと乾燥空気を導入して外装体1の内部の圧力を増大させることができる。また、排出口4のみを開いた状態においては、例えば、外装体1の内圧によって、外装体1の内部の水分等を外装体1の外部へと排出することができる。さらに、導入口3及び排出口4の双方を開いた状態においては、例えば、導入口3を介して外装体1の内部へと乾燥空気を導入しながら、外装体1の内部の気体を排出口4を介して外装体1の外部へと排出することができる。
図6を参照しつつ、車両500について説明する。車両500は、上記の電池システムを備える。車両500において、外装体1の排出口4が、車両500の排気ダクト501に接続されており、外装体1の内部から排出口4を介して外装体1の外部へと排出される気体が、排気ダクト501を介して車両500の外部へと排気される。
1 外装体
2 電池セル
3 導入口
4 排出口
5 空気を乾燥させる構造
6 空間
7 外気供給口
8 空気を加圧する構造
100 電池システム
200 電池システム
201 圧力センサ
300 電池システム
301 特定の気体の濃度を検知するセンサ
500 車両
501 排気ダクト
Claims (9)
- 外装体と、前記外装体の内部に収容された少なくとも一つの電池セルとを備え、
前記外装体は、前記外装体の外部から前記外装体の内部へと乾燥空気を導入する開閉可能な導入口と、前記導入口とは別に、前記外装体の内部の気体を前記外装体の外部へと排出する開閉可能な排出口とを備え、
前記導入口及び前記排出口が閉じた状態において、前記外装体の内部の圧力が大気圧よりも高い圧力に保持されている、
電池構造体。 - 前記導入口よりも上流に空気を乾燥させる構造を備える、
請求項1に記載の電池構造体。 - 前記導入口よりも上流に空気を加圧する構造を備える、
請求項1又は2に記載の電池構造体。 - 請求項1〜3のいずれか1項に記載の電池構造体を備える電池システムであって、
前記電池システムは、
前記電池セルの運転時において、前記導入口及び前記排出口の双方を開き、前記導入口を介して前記外装体の内部へと前記乾燥空気を導入しながら、前記外装体の内部の前記気体を前記排出口を介して前記外装体の外部へと排出し、
前記電池セルの運転停止時において、前記導入口及び前記排出口を閉じ、前記外装体の内部の圧力を大気圧よりも高い状態に保持する、
電池システム。 - 請求項1〜3のいずれか1項に記載の電池構造体を備える電池システムであって、
前記電池システムは、
前記外装体の内部の圧力が閾値以下となった場合に、前記導入口を開き、前記導入口を介して前記外装体の内部へと前記乾燥空気を導入して前記外装体の内部の圧力を増大させる、
電池システム。 - 請求項1〜3のいずれか1項に記載の電池構造体を備える電池システムであって、
前記電池システムは、
前記導入口及び前記排出口の双方が開いているときに、前記導入口を介して前記外装体の内部へと前記乾燥空気を導入しながら、前記外装体の内部の前記気体を前記排出口を介して前記外装体の外部へと排出する、
電池システム。 - 前記外装体の内部の水分量が閾値以上となった場合に前記導入口及び前記排出口の双方を開く、
請求項6に記載の電池システム。 - 前記外装体の内部において発生した気体の濃度が閾値以上となった場合に前記導入口及び前記排出口の双方を開く、
請求項6又は7に記載の電池システム。 - 請求項4〜8のいずれか1項に記載の電池システムを備える車両であって、
前記外装体の前記排出口が、前記車両の排気ダクトに接続されており、
前記外装体の内部から前記排出口を介して前記外装体の外部へと排出される前記気体が、前記排気ダクトを介して前記車両の外部へと排気される、
車両。
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