JP2019050139A - 加熱装置 - Google Patents

Abstract

【課題】組電池を構成する複数のセル２を均一に加熱する。【解決手段】加熱装置３は、組電池の外面にセル２の積層方向に沿って設けられる。加熱装置３は、ヒータ部３１、弾性部３２、剛性部３３の順に積層される。ヒータ部３１は、外力によって湾曲する柔軟性を有する。弾性部３２は、弾性を有する。剛性部３３は、弾性部３２よりも弾性が低い。剛性部３３は、弾性部３２よりも高い剛性を有する。【選択図】図３

Description

本開示は、組電池を加熱するための加熱装置に関する。

特開２０１５−１３８６４３号公報（特許文献１）には、組電池を加熱する面状のヒータを備えた加熱装置が開示されている。ヒータは、組電池を構成する複数のセルの積層方向に沿って設けられ、組電池の底面に密着して設けられている。

特開２０１５−１３８６４３号公報

たとえば、組電池を再利用するための検査工程および再生工程などにおいては、組電池を規定の温度に昇温させて検査および容量回復を行なう場合がある。その場合、正確に検査および容量回復を行なうためには、組電池を構成する複数のセルを均一な温度に加熱することが求められている。そこで、特許文献１に開示されている加熱装置を用いて、組電池を再利用するための検査工程や再生工程などにおいて組電池を加熱することが考えられる。

しかしながら、組電池においては、各セルの配置されている位置によって各セル間で温度に差が生じていたり、各セル間で劣化の度合いに差が生じている可能性がある。このような場合、各セル間で膨張および収縮の程度に差が生じる可能性がある。

特許文献１に開示されている加熱装置においては、組電池を構成する複数のセルの各セル間に膨張および収縮の程度の差が生じている場合、セルの底面とヒータとの位置関係が各セル毎に異なるため、ヒータとの接触面積が各セル毎に異なり得る。その結果、ヒータとの接触面積が小さいセルは、ヒータとの接触面積が大きいセルと比べて加熱効率が低下してしまい、組電池を構成する複数のセルを均一な温度に加熱することができないことが懸念される。

本開示は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、組電池を構成する複数のセルの加熱効率を均一にすることである。

本開示に係る加熱装置は、所定の方向に積層された複数のセルを含む組電池を加熱するために、組電池の外面に所定の方向に沿って設けられた加熱装置であって、外力によって湾曲する柔軟性を有するヒータ部と、弾性を有する第１の部材と、第１の部材よりも弾性が低く剛性が高い第２の部材とを備える。加熱装置は、ヒータ部、第１の部材、第２の部材の順に積層されている。

上記構成によれば、ヒータ部、第１の部材、第２の部材の順に積層された加熱装置が、組電池の外面に所定の方向に沿って設けられる。組電池に対して加熱装置の最も外側に剛性を有する第２の部材が配置されることにより、加熱装置を組電池に接触させるための接触圧を外部から第２の部材に加えた際に、加熱装置全体に均一な接触圧を加えることができる。さらに、第２の部材と柔軟性を有するヒータ部との間には、弾性を有する第１の部材が配置される。これにより、各セル間に膨張および収縮の程度に差が生じている場合であっても、各セル間に膨張および収縮に追従するように第１の部材が伸縮するとともに、ヒータ部が湾曲した状態で各セルと接触する。ゆえに、各セル間におけるセルとヒータ部との接触面積の差を小さくすることができる。その結果、複数のセルの加熱効率を均一できることによって、複数のセルを均一な温度に加熱することができる。

本開示によれば、組電池を構成する複数のセルの加熱効率を均一にすることができる。

本実施の形態における加熱システムを模式的に示す図である。 組電池に含まれるセルの構成を詳細に示す図である。 本実施の形態におけるセルと加熱装置との接触した状態を模式的に示す図である。 本実施の形態における加熱装置が、膨張しているセルおよび収縮しているセルと接触している状態を模式的に示す図である。

以下、本実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。

＜加熱システム＞
図１は、本実施の形態における加熱システム１０を模式的に示す図である。加熱システム１０は、組電池１と、加熱装置３と、温度センサ４１，４２と、制御装置５とを備える。

組電池１は、セル２の厚み方向に積層された複数のセル２を含む（以下、複数のセル２が積層された方向を「積層方向」ともいう）。積層された複数のセル２は、拘束バンドで積層方向に拘束されて、組電池１の規格寸法に収められる。なお、図１において、セル２の厚み方向（積層方向）をｙ軸方向とし、セル２の長さ方向をｘ軸方向とし、セル２の高さ方向をｚ軸方向とする。図２〜４においても同様とする。なお、セル２は、二次電池であり、たとえば、リチウムイオン電池である。

加熱装置３は、組電池１を加熱する。加熱装置３は、制御装置５によって組電池１を加熱する発熱量が制御される。加熱装置３は、図１に示されるように、組電池１の側面にｙ軸方向に沿って設けられる。加熱装置３には、ｘ軸方向に組電池１と加熱装置３とを接触させるための接触圧が外部から加えられる。加熱装置３についての詳細は後述する。

温度センサ４１，４２は、温度センサ４１，４２の設けられたセル２の温度を検出する。本実施の形態においては、温度センサ４１，４２は、組電池１を構成する複数のセル２のうちの特定のセル２に設けられる。特定のセル２は、たとえば、組電池１を構成する複数のセル２のうち最も端に位置するセル２および中央に位置するセル２などである。なお、図１においては、組電池１を構成する複数のセル２のうち最も右端に位置するセル２のみに温度センサ４１，４２を設けた図を模式的に示している。

温度センサ４１，４２は、検出したセル２の温度を制御装置５に出力する。本実施の形態においては、１つのセル２に対して、２箇所に温度センサ４１，４２が設けられ、２つの検出値を用いてセル２の温度が算出される。

なお、温度センサ４１，４２は、１つ以上のセル２に設けられればよい。代表的ないくつかのセル２に設けられてもよいし、すべてのセル２に設けられてもよい。また、１つのセル２に対して設けられる温度センサ４１，４２の数は１つ以上であればよく、２つに限定されるものではない。

制御装置５は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）と、メモリと、各種信号を入出力するための入出力ポートとを含んで構成される（いずれも図示せず）。温度センサ４１，４２から受ける信号ならびにメモリに記憶されたプログラムに基づいて、加熱装置３を制御する。

＜セル構成＞
図２は、組電池１に含まれるセル２の構成を詳細に示す図である。図２において、セル２は、その内部を透視して示されている。セル２は、筐体２１と、蓋体２２と、正極端子２３と、負極端子２４と、電極体２５（破線で示す）と、を含む。

筐体２１は、角型形状（略直方体形状）を有する。筐体２１には、熱伝導率の高い材質が用いられる。たとえば、筐体２１には、金属筐体が用いられる。

蓋体２２は、筐体２１の上面（ｚ軸方向）を封止する。正極端子２３および負極端子２４の各々の一方端は、蓋体２２から外部に突出している。正極端子２３および負極端子２４の各々の他方端は、筐体２１の内部において、内部正極端子および内部負極端子（いずれも図示せず）にそれぞれ電気的に接続されている。

電極体２５は、正極２６と負極２７とがセパレータ２８を介して積層され、その積層体が捲回されることにより形成されている。電極体２５は、その捲回軸が筐体２１の長辺方向（ｘ軸方向）に延在するように筐体２１に収容されている。電解液は、主に電極体２５の内部に保持されている。なお、図２では電極体２５が捲回型である例を示すが、電極体２５は積層型であってもよい。

正極２６、負極２７、セパレータ２８および電解液には、リチウムイオン二次電池の正極、負極、セパレータおよび電解液として従来公知の構成および材料をそれぞれ用いることができる。

＜ヒータの構成＞
以上のように構成された加熱システム１０は、たとえば、組電池１を再利用するための検査工程および再生工程などにおいて、組電池１を規定の温度まで昇温するために用いられることが考えられる。そのような場合において、組電池１を構成する複数のセル２は均一な温度に加熱されることが求められる。規定の温度で検査および容量回復を行なう必要がある場合に、組電池１を構成する複数のセル２に温度のばらつきが生じていると、正確な検査および容量回復が行えない可能性があるためである。

しかしながら、組電池１においては、各セル２の配置されている位置によって各セル２間で温度に差が生じていたり、各セル２の劣化の度合いに差が生じている可能性がある。このような場合、各セル２の膨張および収縮の程度にも各セル２間で差が生じる可能性がある。

組電池１を構成する各セル２間に膨張および収縮の程度の差が生じている場合、セル２と加熱装置３との接触面積が各セル２毎に異なり得る。具体的には、複数のセル２のそれぞれが、図２に示されるようにｙ軸方向へ膨張および収縮することによって、各セル２毎にセル２と加熱装置３との位置関係が各セル２毎に異なるため、各セル２毎に加熱装置３との接触面積が異なり得る。その結果、加熱装置３との接触面積が小さいセル２は、加熱装置３との接触面積が大きいセル２と比べて加熱効率が低下してしまい、組電池１を構成する複数のセル２を均一な温度に加熱することができないことが懸念される。

そこで、本実施の形態においては、ヒータ部３１、弾性部（第１の部材）３２、剛性部（第２の部材）３３の順に積層された加熱装置３が、組電池１の外面に積層方向に沿って設けられる（図１）。以下、加熱装置３について詳細に説明する。

図３は、本実施の形態における加熱装置３がセル２と接触している状態を模式的に示す図である。図３に示されるように、加熱装置３は、ヒータ部３１、弾性部３２、剛性部３３がこの順に積層されている。

ヒータ部３１は、ｘ軸方向に湾曲することが可能な柔軟性を有する。ヒータ部３１は、セル２と接触し、セル２を加熱する。ヒータ部３１には、たとえば、フィルムヒータ、バンドヒータなどが用いられる。

弾性部３２は、ｘ軸方向に伸縮することが可能な弾性を有する。弾性部３２は、ヒータ部３１と剛性部３３との間に配置される。弾性部３２には、たとえば、弾性および断熱性を有するセラミックウールが用いられる。弾性部３２は、弾性を有すればよく、断熱性をも有するものに限定されるものではないが、組電池１を発熱させる観点から断熱性も有することがより好ましい。

剛性部３３は、加熱装置３においてセル２に対し最も外側に位置し、加熱装置３を組電池１（セル２）に接触させるための接触圧が外部から加えられる。剛性部３３には、たとえば、アルミ、ステンレス鋼およびスチールなどの金属あるいは高剛性の樹脂などが用いられる。剛性部３３は、弾性部３２よりも弾性が低い。剛性部３３は、弾性部３２よりも高い剛性を有する。

以上のように構成される加熱装置３を、組電池１の側面に接触させる場合について説明する。なお、以下の説明においては、組電池１を構成する複数のセル２のそれぞれが、異なる程度で膨張および収縮しているものとする。

図４は、本実施の形態における加熱装置３が、膨張しているセル２および収縮しているセル２と接触している状態を模式的に示す図である。具体的には、図４には、組電池１において隣り合って配置されたセル２が、膨張しているセル２および収縮しているセル２であった場合において、加熱装置３を組電池１の側面に接触させた状態が示されている。

組電池１（セル２）に対し加熱装置３の最も外側に剛性部３３が配置されている。これによって、加熱装置３を組電池１に接触させるための接触圧が外部から加えられた際に、加熱装置３全体に均一な接触圧が加えられる。つまり、図４における膨張および収縮しているセル２のいずれに対しても、均一な接触圧が外部から加えられる。

図４に示されるように、膨張しているセル２に接触する部分の加熱装置３のｘ方向の長さは、収縮しているセル２に接触する部分の加熱装置３のｘ方向の長さはよりも短くなる。剛性部３３とヒータ部３１との間に配置された弾性部３２の収縮する程度が、膨張しているセル２に接触する部分の加熱装置３における弾性部３２の方が大きいためである。つまり、セル２の膨張および収縮の程度に弾性部３２が追従して伸縮する。

上記の弾性部３２の伸縮に伴って、ｘ軸方向に湾曲することが可能な柔軟性を有するヒータ部３１がセル２の膨張および収縮に追従して湾曲する。ヒータ部３１がセル２の膨張および収縮に追従して湾曲することによって、ヒータ部３１は膨張および収縮しているいずれのセル２とも接触している状態を保つことができる。

図４においては、膨張しているセル２と収縮しているセル２との２つのセル２について説明したが、それぞれ膨張および収縮の程度の異なる複数のセル２についても同様に、弾性部３２が伸縮することによって、ヒータ部３１がセル２の膨張および収縮に追従して湾曲する。

以上のように、本実施の形態によれば、ヒータ部３１、弾性部３２、剛性部３３の順に積層された加熱装置３が、組電池１の側面に積層方向に沿って設けられる。組電池１に対して加熱装置３の最も外側に剛性を有する剛性部３３が配置されることにより、加熱装置３を組電池１に接触させるための接触圧を外部から剛性部３３に加えた際に、加熱装置３全体に均一な接触圧を加えることができる。さらに、剛性部３３と柔軟性を有するヒータ部３１との間には、弾性を有する弾性部３２が配置される。これにより、各セル２間に膨張および収縮の程度に差が生じている場合であっても、各セル２間に膨張および収縮に追従するように弾性部３２が伸縮するとともに、ヒータ部３１が湾曲した状態で各セル２と接触する。

ゆえに、各セル２間におけるセル２とヒータ部３１との接触面積の差を小さくすることができる。その結果、複数のセル２の加熱効率を均一できることによって、複数のセル２を均一な温度に加熱することができる。

なお、本実施の形態においては、加熱装置３を、組電池１を再利用するための検査工程および再生工程などに用いる場合について説明したが、特に用途が限定されるものではなく、加熱装置３は、たとえば車載用の組電池を加熱するために用いられてもよい。

今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本開示の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ 組電池、２ セル、２１ 筐体、２２ 蓋体、２３ 正極端子、２４ 負極端子、２５ 電極体、２６ 正極、２７ 負極、２８ セパレータ、３ 加熱装置、３１ ヒータ部、３２ 弾性部、３３ 剛性部、４１，４２ 温度センサ、５ 制御装置、１０ 加熱システム。

Claims (1)

1. 所定の方向に積層された複数のセルを含む組電池を加熱するために、前記組電池の外面に前記所定の方向に沿って設けられた加熱装置であって、
   外力によって湾曲する柔軟性を有するヒータ部と、
   弾性を有する第１の部材と、
   前記第１の部材よりも弾性が低く剛性が高い第２の部材とを備え、
   前記ヒータ部、前記第１の部材、前記第２の部材の順に積層されている、加熱装置。

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