JP3773350B2

JP3773350B2 - 組電池

Info

Publication number: JP3773350B2
Application number: JP04485298A
Authority: JP
Inventors: 丈志前田; 一成大北; 義人近野; 育郎米津; 俊之能間; 晃治西尾
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1998-02-26
Filing date: 1998-02-26
Publication date: 2006-05-10
Anticipated expiration: 2018-02-26
Also published as: JPH11250943A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、円筒型のリチウム二次電池を複数本組み合わせた組電池に係り、特に、組電池を構成する各リチウム二次電池の温度や電圧等を検知し、これを制御装置に伝達して、制御装置により組電池を制御するにあたり、制御装置に各リチウム二次電池の温度や電圧等が正確に伝達されて、制御装置における誤作動を抑制して、正確な制御が行なえるようにした点に特徴を有するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電気自動車の電源や、家庭用のロードコンディショナー等として、複数の二次電池を組み合わせた組電池が用いられるようになり、特に、高電圧で高容量を得るために、このような二次電池として円筒型のリチウム二次電池が多く利用されている。
【０００３】
ここで、このような組電池を使用するにあたり、各リチウム二次電池における異常や充放電状態を適切に検知して制御するため、図１に示すように、各リチウム二次電池１０₁〜１０₄の温度を検知する温度センサーＴ₁〜Ｔ₄や、各リチウム二次電池１０₁〜１０₄の電圧を検知する電圧計Ｖ₁〜Ｖ₄を設け、これらの温度センサーＴ₁〜Ｔ₄や電圧計Ｖ₁〜Ｖ₄により検知された温度や電圧を信号線２０を通して制御装置３０に与え、この制御装置３０によりオン／オフ信号をスイッチング素子４０に与えて、組電池を制御するようにしていた。
【０００４】
ここで、従来の組電池においては、図２に示すように、制御装置３０を複数のリチウム二次電池１０₁〜１０₄を配列させた組電池の外部に設け、各リチウム二次電池１０₁〜１０₄の温度を検知する温度センサーＴ₁〜Ｔ₄等から信号線２０を通して、この制御装置３０に対して温度等のデータを与えるようにしていた。
【０００５】
しかし、このように複数のリチウム二次電池１０₁〜１０₄を配列させた組電池の外部に制御装置３０を設けると、制御装置３０を含めた組電池全体の容積が大きくなって、組電池におけるエネルギー密度が低下するという問題があった。
【０００６】
また、上記のように組電池の外部に設けられた制御装置３０に各リチウム二次電池１０₁〜１０₄の温度を検知する温度センサーＴ₁〜Ｔ₄等から信号線２０を通して温度等のデータを与える場合、信号線２０の長さが長くなるため、この信号線２０を通して制御装置３０に与えられるデータにノイズが発生しやすく、特に、上記のように電池電圧の高いリチウム二次電池１０₁〜１０₄を使用した場合においては、このようなノイズが発生しやすくなり、正確な温度等のデータが制御装置３０に与えられず、制御装置３０に誤作動が生じるという問題があった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は、複数本の電池を組み合わせた組電池における上記のような問題を解決することを課題とするものであり、特に、電池電圧が高い円筒型のリチウム二次電池を複数本組み合わせて用いる組電池において、制御装置を含めた組電池全体の容積が大きくなって、組電池におけるエネルギー密度が低下するということがなく、また各リチウム二次電池における温度や電圧等のデータが制御装置に正確に伝達されて、制御装置に誤作動が生じるということもなく、組電池のエネルギー密度を高くすると共に、組電池の正確な制御が行なえるようにすることを課題とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明における組電池においては、上記のような課題を解決するため、円筒型のリチウム二次電池を複数本組み合わせた組電池において、上記のリチウム二次電池を２行，２列に４本配置させた場合に形成される内部の空間部に、制御装置と上記のリチウム二次電池の温度を検知する温度検知手段とを設け、上記の温度検知手段により検知された温度が信号線を介して制御装置に伝達されるようにした。
【０００９】
そして、この発明における組電池のように、リチウム二次電池を２行，２列に４本配置させた場合に形成される組電池の内部の空間部に、制御装置と上記のリチウム二次電池の温度を検知する温度検知手段とを設けると、制御装置や温度検知手段を組電池の外部に設けた場合に比べて、制御装置及び温度検知手段を含めた組電池全体の容積が少なくてすみ、組電池におけるエネルギー密度が向上する。
【００１０】
また、このように制御装置とリチウム二次電池の温度を検知する温度検知手段とを組電池の内部の空間部に設けると、制御装置及び温度検知手段と組電池を構成する各リチウム二次電池との距離が短くなり、上記の温度検知手段により検知されたリチウム二次電池の温度のデータを制御装置に信号線を通して与える場合、この信号線の距離が短くなってノイズが発生するということが少なくなり、リチウム二次電池における温度等のデータが制御装置に正確に伝達されて、制御装置における誤作動が抑制され、組電池の正確な制御が行なえるようになる。
【００１２】
ここで、この組電池に使用する円筒型のリチウム二次電池としては、公知のものを使用することができる。
【００１３】
そして、このリチウム二次電池の正極に使用する正極材料としても、リチウムイオンを吸蔵，放出することができる公知の正極材料を用いることができ、例えば、マンガン，コバルト，ニッケル，鉄，バナジウム，ニオブの少なくとも一種を含むリチウム遷移金属複合酸化物等を使用することができる。
【００１４】
また、その負極に使用する負極材料としても、公知の負極材料を用いることができ、例えば、金属リチウム、リチウム合金、リチウムイオンを吸蔵，放出することができる黒鉛等の炭素材料を用いることができる。
【００１５】
さらに、電解質として使用する非水電解液としても、公知の非水電解液を用いることができ、その溶媒としても、公知のものを用いることができ、例えば、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ビニレンカーボネート、シクロペンタノン、スルホラン、ジメチルスルホラン、３−メチル−１，３−オキサゾリジン−２−オン、γ−ブチロラクトン、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、メチルプロピルカーボネート、ブチルメチルカーボネート、エチルプロピルカーボネート、ブチルエチルカーボネート、ジプロピルカーボネート、１，２−ジメトキシエタン、テトラヒドロフラン、２−メチルテトラヒドロフラン、１，３−ジオキソラン、酢酸メチル、酢酸エチル等の有機溶媒を１種又は２種以上組み合わせて使用することができる。
【００１６】
また、非水電解液に添加させる溶質としても、公知のものを使用することができ、例えば、トリフルオロメタンスルホン酸リチウムＬｉＣＦ₃ＳＯ₃，ヘキサフルオロリン酸リチウムＬｉＰＦ₆，過塩素酸リチウムＬｉＣｌＯ₄，テトラフルオロホウ酸リチウムＬｉＢＦ₄，トリフルオロメタンスルホン酸イミドリチウムＬｉＮ（ＣＦ₃ＳＯ₂）₂等のリチウム化合物を用いることができる。
【００１７】
【実施例】
以下、この発明に係る組電池の実施例を添付図面に基づいて具体的に説明すると共に、この実施例の組電池においては、各リチウム二次電池における温度等が制御装置に正確に伝達され、制御装置による制御に誤作動が生じるのが抑制されて、組電池の正確な制御が行なえるようになることを比較例を挙げて明らかにする。なお、この発明における組電池は、下記の実施例に示したものに限定されものではなく、その要旨を変更しない範囲において適宜変更して実施できるものである。
【００１８】
ここで、実施例及び比較例においては、それぞれ組電池に使用する円筒型のリチウム二次電池として、下記のようにして作製した正極と負極を用いると共に、下記のようにして調製した非水電解液を用いて、直径が６４ｍｍ、長さが２９４ｍｍの円筒状で電池容量が７０Ａｈになった図３に示すような円筒型のリチウム二次電池１０を用いるようにした。
【００１９】
［正極の作製］
正極を作製するにあたっては、水酸化リチウムと水酸化コバルトと水酸化ニッケルとを混合し、この混合物を空気中において８００℃で２４時間焼成して得たＬｉＮｉ_0.7Ｃｏ_0.3Ｏ₂からなる正極材料を用いるようにした。
【００２０】
そして、この正極材料ＬｉＮｉ_0.7Ｃｏ_0.3Ｏ₂と導電剤である人工黒鉛とが９０：５の重量比になるように混合して正極合剤を調製し、この正極合剤に結着剤であるポリフッ化ビニリデンをＮ−メチル−２−ピロリドン（以下、ＮＭＰと略す。）に溶解させた溶液を加え、上記の正極合剤とポリフッ化ビニリデンとが９５：５の重量比になるようにし、これらを混練してスラリーを調製し、このスラリーをアルミニウム箔からなる正極集電体の両面にドクターブレード法により塗布し、これを１５０℃で２時間真空乾燥させて、シート状になった正極を作製した。
【００２１】
［負極の作製］
負極を作製するにあたっては、炭素塊（ｄ002 ＝３．３５６Å，Ｌｃ＞１０００Å）に空気流を噴射して粉砕し、これをふるいにかけ、平均粒径が８μｍになった黒鉛粉末を得ると共に、コークス塊（ｄ002 ＝３．４４Å）に空気流を噴射して粉砕し、これをふるいにかけ、平均粒径が１８μｍになったコークス粉末を得た。
【００２２】
そして、上記の黒鉛粉末とコークス粉末とを加えたものに、結着剤であるポリフッ化ビニリデンを上記のＮＭＰに溶解させた溶液を加え、黒鉛粉末とコークス粉末とポリフッ化ビニリデンとが７２：１８：１０の重量比になるようにし、これら混練してスラリーを調製し、このスラリーを負極集電体である銅箔の両面にドクターブレード法により塗布し、これを１５０℃で２時間真空乾燥させてシート状になった負極を作製した。
【００２３】
［非水電解液の調製］
非水電解液を調製するにあたっては、エチレンカーボネートとジメチルカーボネートとを１：１の体積比で混合させた混合溶媒に、溶質としてヘキサフルオロリン酸リチウムＬｉＰＦ₆を１ｍｏｌ／ｌの割合で溶解させた。
【００２４】
［電池の作製］
電池を作製するにあたっては、図４に示すように、上記のようにして作製した正極１１に正極集電タブ１１ａを取り付けると共に、負極１２に負極集電タブ１２ａを取り付け、この正極１１と負極１２との間にイオン透過性のポリエチレン製微多孔膜からなるセパレータ１３を介在させてスパイラル状に巻き取るようにした。
【００２５】
そして、図５に示すように、上記のように巻き取った電極体１４を円筒状の電池缶１５内に収容させ、正極１１に設けた上記の正極集電タブ１１ａを電池缶１５の一端を閉塞させる正極蓋１６に設けられた正極端子１６ａに接続させるようにして取り付けと共に、負極１２に設けられた上記の負極集電タブ１２ａを電池缶１５の他端を閉塞させる負極蓋１７に設けられたと負極端子１７ａに接続させるようにして取り付け、その後、この電池缶１５内に上記の非水電解液を注液させると共に、図３に示すように、この電池缶１５の両端に正極蓋１６と負極蓋１７とを取り付けて、この正極蓋１６と負極蓋１７とにより電池缶１５の両端を閉塞させ、上記の円筒型のリチウム二次電池１０を得た。また、上記の正極蓋１６と負極蓋１７にはそれぞれ安全弁１８を設けるようにした。
【００２６】
そして、この実施例における組電池においては、上記のようにして作製した４本の円筒型のリチウム二次電池１０₁〜１０₄を用い、図６に示すように、隣接するリチウム二次電池１０₁〜１０₄間の間隔が２ｍｍになるようにして、この４本のリチウム二次電池１０₁〜１０₄を２行，２列に配置させ、これらのリチウム二次電池１０₁〜１０₄を直列に接続させると共に、このように４本のリチウム二次電池１０₁〜１０₄が配置されて形成される組電池の内部の空間部ｓ内に、この組電池の制御を行なう制御装置３０を挿入させると共に、この空間部ｓ内に各リチウム二次電池１０₁〜１０₄の温度を測定する温度センサーＴ₁〜Ｔ₄を設け、各温度センサーＴ₁〜Ｔ₄を上記の制御装置３０に信号線２０によって接続させるようにした。
【００２７】
一方、比較例においては、上記の実施例１の組電池と同様にして、４本のリチウム二次電池１０₁〜１０₄を２行，２列に配置させる一方、前記の図２に示したように、制御装置３０をこのように配置された組電池の外部に設けると共に、各リチウム二次電池１０₁〜１０₄の温度を測定する温度センサーＴ₁〜Ｔ₄を各リチウム二次電池１０₁〜１０₄に近接して設け、各温度センサーＴ₁〜Ｔ₄を上記の制御装置３０に信号線２０によって接続させるようにした。
【００２８】
そして、上記の実施例及び比較例の各組電池をそれぞれ１０Ａの定電流で充電終止電圧が４．２Ｖになるまで充電させ、また放電終止電圧が２．７Ｖになるまで放電させて充放電試験を行ない、上記の各温度センサーＴ₁〜Ｔ₄によって各リチウム二次電池１０₁〜１０₄の温度を測定し、これを上記の信号線２０を通して制御装置３０にそれぞれ伝えるようにした。
【００２９】
ここで、上記の実施例における組電池においては、上記のように制御装置３０と各温度センサーＴ₁〜Ｔ₄とが、４本のリチウム二次電池１０₁〜１０₄が配置されて形成される組電池の内部の空間部ｓ内に設けられ、制御装置３０と各温度センサーＴ₁〜Ｔ₄との間における信号線２０の長さが短くなるため、実際の各リチウム二次電池１０₁〜１０₄の温度と、上記のように信号線２０を通して制御装置３０に伝えられた温度との誤差が１時間の測定中において−０．２℃〜＋３．５℃の範囲であった。
【００３０】
これに対して、上記の比較例の組電池の場合には、上記の制御装置３０を組電池の外部に設けられ、制御装置３０と各温度センサーＴ₁〜Ｔ₄との間における信号線２０の長さが長くなるため、実際の各リチウム二次電池１０₁〜１０₄の温度と、上記の信号線２０を通して制御装置３０に伝えられた温度との誤差が１時間の測定中において−０．５℃〜＋５．８℃の範囲であり、実施例の組電池に比べて、温度の誤差が大きくなっていた。
【００３１】
このように、この実施例の組電池においては、比較例の組電池に比べて、実際の各リチウム二次電池１０₁〜１０₄の温度と、信号線２０を通して制御装置３０に伝えられる温度との誤差が少なくなるため、制御装置３０による組電池の制御に誤作動が生じるのが抑制され、正確な制御が行なえるようになった。
【００３２】
なお、上記の実施例においては、４本のリチウム二次電池１０₁〜１０₄によって形成される内部の空間部ｓに制御装置３０を設けた１つの組電池の例について説明したが、このように４本のリチウム二次電池１０₁〜１０₄における内部の空間部ｓに制御装置３０を設けた組電池を複数配置させて使用することも当然可能である。
【００３３】
【発明の効果】
以上詳述したように、この発明における組電池においては、円筒型のリチウム二次電池を２行，２列に４本配置させた場合に形成される組電池の内部の空間部に、制御装置と上記のリチウム二次電池の温度を検知する温度検知手段とを設けるようにしたため、制御装置や温度検知手段を組電池の外部に設けた場合に比べて、制御装置及び温度検知手段を含めた組電池全体の容積が少なくてすみ、組電池におけるエネルギー密度が向上した。
【００３４】
また、このように制御装置とリチウム二次電池の温度を検知する温度検知手段とを組電池の内部の空間部に設けると、制御装置及び温度検知手段と組電池を構成する各リチウム二次電池との距離が短くなり、上記の温度検知手段により検知されたリチウム二次電池の温度のデータを制御装置に信号線を通して与える場合、この信号線の距離が短くなってノイズが発生するということが少なくなり、リチウム二次電池における温度等のデータが制御装置に正確に伝達され、制御装置における誤作動が抑制され、組電池の正確な制御が行なえるようになった。
【図面の簡単な説明】
【図１】リチウム二次電池の温度を検知する温度センサーや、リチウム二次電池を検知する電圧計を設け、温度センサーや電圧計により検知された温度や電圧を制御装置に与えて組電池を制御する状態を示した模式図である。
【図２】複数のリチウム二次電池を配列させた組電池の外部に制御装置を設けた従来例の概略説明図である。
【図３】この発明の実施例及び比較例において使用した円筒型のリチウム二次電池の概略説明図である。
【図４】図３に示した円筒型のリチウム二次電池を製造するにあたり、正極と負極との間にセパレータを介在させてスパイラル状に巻き取る状態を示した概略説明図である。
【図５】図３に示した円筒型のリチウム二次電池を組み立てる状態を示した概略説明図である。
【図６】この発明の実施例における組電池において、２行，２列に配置された４本のリチウム二次電池により形成される内部の空間部内に制御装置と温度センサーを設けた状態を示した概略説明図である。
【符号の説明】
１０，１０₁〜１０₄ リチウム二次電池
２０信号線
３０制御装置
Ｔ₁〜Ｔ₄ 温度センサー
ｓ空間部

Claims

円筒型のリチウム二次電池を複数本組み合わせた組電池において、上記のリチウム二次電池を２行，２列に４本配置させた場合に形成される内部の空間部に、制御装置と上記のリチウム二次電池の温度を検知する温度検知手段とが設けられ、上記の温度検知手段により検知された温度が信号線を介して制御装置に伝達されることを特徴とする組電池。