JP4794138B2 - Assembled battery - Google Patents
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Description
本発明は、アルカリ蓄電池等の単電池を複数にわたり接続してなる組電池に関する。 The present invention relates to an assembled battery formed by connecting a plurality of unit cells such as alkaline storage batteries.
近年において二次電池(蓄電池)の用途が急速に拡大されるようになり、パーソナルコンピュータ、携帯電話、電動工具、電気自動車、ハイブリッド車、電動自転車等の電源として、広範囲にわたり使用されている。
このうち、電気自動車、ハイブリッド車、電動自転車、電動工具等に利用する場合は、比較的高出力・大電流が求められ、また使用環境の変化に柔軟に対応する等の理由から、良好な安全性を持つニッケル水素蓄電池を単電池とし、これを複数個直列で接続してなる組電池が広く用いられている。
Among these, when used in electric vehicles, hybrid vehicles, electric bicycles, electric tools, etc., a relatively high output and large current are required, and because of the flexibility to respond to changes in the usage environment, etc., good safety An assembled battery is widely used in which a nickel-metal hydride storage battery having a single cell is used as a single battery and a plurality of these batteries are connected in series.
以上の構成からなる組電池は、高出力と大電流を外部に取り出すことができる反面、電池の内部抵抗による発熱量が大きい。この発熱のうち、一部は組電池を被覆する外装体から外部へと放熱されるが、それ以外の熱は組電池内部で残留する。特に、組電池の中央部に配置されている単電池では、隣接して接続される他の単電池によって、自身の放熱が妨げられるので、電池周囲の温度が下がりにくい。 The assembled battery having the above configuration can extract high output and large current to the outside, but generates a large amount of heat due to the internal resistance of the battery. A part of the heat is radiated from the exterior body covering the assembled battery to the outside, but other heat remains inside the assembled battery. In particular, in the unit cell disposed in the center of the assembled battery, the heat dissipated by the other unit cells adjacent to each other is hindered, so that the temperature around the battery is unlikely to decrease.
このように、ある単電池で放熱がうまくなされない状態が継続すれば、その単電池について充電効率の低下、発生酸素による負極合金の酸化、電池内部抵抗の増加による劣化等の問題が顕著になる。さらに、前記充電効率の低下や自己放電反応の増大によって、各単電池間で電池容量差が生じる(State of Charge;SOCがずれる)。このような電池容量差が生じると、当該組電池のように各単電池を直列接続して使用する場合、外部への供給電流が組電池中で最も容量の低い電池の電流値に揃ってしまう現象が発生する。このため、正常なサイクル寿命を迎えるより比較的早い時期に組電池の出力が低下してしまう。 In this way, if the state in which heat dissipation is not successfully performed in a single cell continues, problems such as a decrease in charging efficiency, oxidation of the negative electrode alloy due to generated oxygen, and deterioration due to an increase in internal resistance of the cell become significant. . Further, a decrease in charging efficiency and an increase in self-discharge reaction cause a difference in battery capacity between the individual cells (State of Charge; SOC shifts). When such a battery capacity difference occurs, when each single battery is connected in series like the assembled battery, the supply current to the outside is aligned with the current value of the battery having the lowest capacity among the assembled batteries. The phenomenon occurs. For this reason, the output of the assembled battery is reduced at a relatively early time before reaching the normal cycle life.
また、当該組電池をそのまま使用すれば、充電時には比較的放電効率の良い単電池から満充電状態となるが、この時点では組電池内に、充電不足の単電池が存在することになる。そして、この時点を組電池の満充電状態と認識することで当該組電池を使用すれば、前記満充電されなかった単電池が過放電状態に陥り、当該単電池における劣化も起こる。
したがって、上記のように容量の低下した単電池が存在することに起因して、結果的に組電池としての寿命も短くなるといった問題が発生する。
Further, if the assembled battery is used as it is, the single battery having a relatively high discharge efficiency is fully charged at the time of charging, but at this time, there is an insufficiently charged single battery in the assembled battery. If the battery pack is used by recognizing this time point as a fully charged state of the battery pack, the battery cell that has not been fully charged falls into an overdischarged state, and deterioration of the battery cell also occurs.
Therefore, due to the presence of the single battery having a reduced capacity as described above, there arises a problem that the life of the assembled battery is shortened as a result.
本発明は上記課題に鑑みて為されたものであって、各単電池の寿命のバラツキを抑制することによって、従来に比べて良好なサイクル寿命を実現し、良好な電池性能を発揮することが可能な組電池を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and by suppressing variations in the life of each unit cell, it is possible to realize a better cycle life than the conventional one and to exhibit good battery performance. An object is to provide a possible assembled battery.
上記課題を解決するために、4 個以上の単電池が接続されてなる電池モジュールを備えた組電池であって、当該電池モジュールの両端部付近における単電池間の電気抵抗に比べ、これよりモジュール長手方向の中央側における単電池間の電気抵抗が小さい構成とした。
ここで、前記電池モジュールは、前記各単電池を直列且つ棒状に接続することで構成できる。
In order to solve the above-described problem, an assembled battery including a battery module in which four or more unit cells are connected, and the module is compared with the electric resistance between the unit cells in the vicinity of both ends of the battery module. It was set as the structure with small electrical resistance between the single cells in the center side of a longitudinal direction.
Here, the battery module can be configured by connecting the unit cells in series and in a rod shape.
さらに前記各単電池は、それぞれ導電部材を介して接続されており、前記単電池間の電気抵抗は、前記各導電部材の材料の選択により調節するものとした。
或いは前記単電池間の電気抵抗は、前記単電池と前記各導電部材との接続面積により調節するものとした。
また、前記電気抵抗は、前記導電部材の厚みにより調整することもできる。
Furthermore, each said single cell was connected through the electrically-conductive member, respectively, and the electrical resistance between the said single cells shall be adjusted with selection of the material of each said electrically-conductive member.
Or the electrical resistance between the said single cells shall be adjusted with the connection area of the said single cell and each said electrically-conductive member.
The electrical resistance can be adjusted by the thickness of the conductive member.
本発明の組電池では、上記のように電池モジュールの両端部において隣接する単電池間の電気抵抗に比べ、電池モジュール内部で隣接する単電池間の電気抵抗を相対的に小さくすることによって、放熱しにくい電池モジュール中央付近の単電池のジュール熱の発生を抑え、組電池全体での温度分布を均一化するものである。この温度分布の均一化が図られることによって、以下の効果が奏される。 In the battery pack of the present invention, heat dissipation is achieved by relatively reducing the electrical resistance between adjacent cells in the battery module as compared with the electrical resistance between adjacent cells at both ends of the battery module as described above. This suppresses the generation of Joule heat of the single cell near the center of the battery module, which is difficult to perform, and makes the temperature distribution in the entire assembled battery uniform. By achieving this uniform temperature distribution, the following effects can be obtained.
すなわち、従来では組電池の駆動時において、電池モジュール中央付近の単電池の発熱が十分に放熱されず、経時的に単電池の寿命にバラツキを生じる原因となっていたが、本発明では単電池間の電気抵抗を調整することによって、組電池の温度分布が均一化される。このため本発明の組電池では、充放電を繰り返しても、過充電・過放電状態に陥る単電池の発生が抑制される。従って本発明によれば、単電池の寿命のバラツキが抑制され、組電池全体でもサイクル寿命が延長され、良好な電池性能が発揮されることとなる。 That is, in the past, when the battery pack was driven, the heat generated by the single cells near the center of the battery module was not sufficiently dissipated, resulting in variations in the life of the single cells over time. The temperature distribution of the assembled battery is made uniform by adjusting the electric resistance therebetween. For this reason, in the assembled battery of this invention, even if charging / discharging is repeated, generation | occurrence | production of the cell which falls into an overcharge and overdischarge state is suppressed. Therefore, according to the present invention, variations in the life of the single cells are suppressed, the cycle life of the assembled battery as a whole is extended, and good battery performance is exhibited.
特に、高温環境で使用する場合には、その効果は大きく、一方、低温環境において使用する場合でも、安定して電池性能を得られることとなる。
なお、このような効果を得るために、本発明では単電池間の接続部分の構成を中心に各種調整を行う。すなわち、各単電池の接続場所に応じて電気抵抗抵抗を調節するために、導電部材の部材厚みや導電特性を変化させて電気抵抗を調節したり、単電池との接続ポイントを増やすことで接続面積を増加させ、接続ポイント数に比例して電気抵抗を低減させるなどの方法を採ることができる。
In particular, when used in a high temperature environment, the effect is great. On the other hand, even when used in a low temperature environment, battery performance can be stably obtained.
In order to obtain such an effect, in the present invention, various adjustments are made mainly on the configuration of the connection portion between the single cells. In other words, in order to adjust the electrical resistance resistance according to the connection location of each unit cell, it is possible to adjust the electrical resistance by changing the member thickness and conductive characteristics of the conductive member, or increase the number of connection points with the unit cell A method of increasing the area and reducing the electrical resistance in proportion to the number of connection points can be employed.
以下、実施の形態について図面を参照しながら説明する。
<実施の形態1>
本実施の形態1における組電池1は、全体的には複数の単電池20A〜20Dを導電部材10A〜10Cを介して直列且つ棒状に接続して電池モジュール2を形成し、さらに当該電池モジュール2を複数併設した構成を有する(図4を参照)。
Hereinafter, embodiments will be described with reference to the drawings.
<Embodiment 1>
The assembled battery 1 according to the first embodiment is formed by connecting a plurality of
そこで以下では、導電部材、電池モジュール、組電池の各構成について順に説明していく。
1.導電部材の構成
図1は導電部材の構成を示す組図である。ここでは単電池20A、20Bの長手方向間に配する10Aを図示しているが、基本的な構造(本実施の形態では部材の厚み以外)は他の全ての導電部材10B〜10C)にわたり共通している。
Therefore, hereinafter, each configuration of the conductive member, the battery module, and the assembled battery will be described in order.
1. Configuration of Conductive Member FIG. 1 is an assembled view showing the configuration of the conductive member. Here, 10A arranged between the longitudinal directions of the
当図に示す導電部材(「皿タブ」とも言う。)10Aは、鉄板を芯体として、これにニッケル等の導電メッキを施した材料所定厚み(最終厚み0.5mm)から構成されており、材料を皿状にプレス加工してなる。
皿タブ10Aには、ステップ状の底部として段差103bを介し、第一平坦部103および第二平坦部102が形成されているとともに、前記第二平坦部102周囲を囲繞するようにリブ101が形成されている。
The conductive member (also referred to as “dish tab”) 10A shown in the figure is composed of a predetermined thickness (final thickness of 0.5 mm) made of a steel plate as a core, and subjected to conductive plating such as nickel. The material is pressed into a dish.
On the
このうちリブ101の内表面、第一平坦部103の外表面には、それぞれ部材を部分的に変形させてなる凸部101a、103aが設けられている。これらはそれぞれ単電池20A、20Bの接続部分(溶接部分)として形成されている。リブ101は単電池20Aの外装缶201A、第一平坦部103は単電池20Bの封口板202Bに対してそれぞれ接続される。
Among these, convex
第一平坦部103には、さらにその中央に穿孔領域104が設けられている。これは単電池20Bの正極端子204Bを挿通するものである。
第一平坦部は第二平坦部よりも径が小さく形成され、これによって単電池20Bの外装缶201Bと接触して短絡を発生するのが防止されている。
導電部材10Aに好適な材料としては、上記以外の材料、例えばステンレス、銅等を使用しても良いが、導電性に優れ(すなわち電気抵抗が低く)、抵抗溶接に適した材料で構成するのが望ましい。
The first
The first flat portion is formed to have a smaller diameter than the second flat portion, thereby preventing a short circuit from coming into contact with the
As a material suitable for the
なお、詳細を後述するが、本発明では当該導電部材10Aの材料を変化させることによって、当該導電部材10Aの導電性を用いる箇所に応じて調節している点に特徴を有する。
2.電池モジュールの構成
図2では、単電池20A、20Bの一例としてJIS規格におけるDセル(単一型電池)の内部構成例を示している。
In addition, although mentioned later for details, in this invention, it has the characteristics in the point adjusted according to the location which uses the electroconductivity of the said
2. Configuration of Battery Module FIG. 2 shows an internal configuration example of a D cell (single type battery) in JIS standard as an example of the
単電池20A、20Bは、公知の円筒型アルカリ二次電池(ニッケル−水素蓄電池)であって、正極板220A、220Bと負極板221A、221Bとが不織布セパレータ222A、222Bを介して渦巻状に巻回されてなる渦巻状電極体が、アルカリ電解液に含浸されて発電要素210A、210Bとなり、円筒型外装缶201A、201Bに収納されたものである。
The
正極板220A、220Bは、パンチングメタルからなる芯体に活物質として水酸化ニッケルが充填された極板である。このニッケル極板は、焼結式、非焼結式のいずれかで構成される。
負極板221A、221Bは、パンチングメタルからなる芯体に活物質として水素吸蔵合金が充填された水素吸蔵合金電極である。
The
The
不織布セパレータ222A、222Bは、親水性処理を行ったポリプロピレン不織布から構成されている。
外装缶201A、201Bの開口部は、ガスケット223A、223Bを介して封口板202A、202Bで封口されている。
封口板202A、202Bには正極端子204A、204Bが取り付けられ、封口板202A、202Bに開設された排出孔205A、205Bが弾性弁206A、206Bで押圧された弁板207A、207Bで塞がれている。万一、電池内部のガス圧が異常上昇した際には、ガス圧により弁板207A、207Bが押し上げられ、排出孔205A、205Bからガスが外部に逃がされるようになっている。
The
Openings of the
発電要素210A、210Bの正極板220A、220Bは正極集電体309A、309Bを介して封口板302Aおよび正極端子204Aと接続され、負極板221A、221Bは負極集電体211A、211Bを介して外装缶201A、201Bと接続されている(上記202B、204B、205B、206B、207B、209B、211A、223Bは不図示)。
The
以上の構成を持つ単電池20A、20Bは、前記皿タブ10Aに対し、円筒型外装缶201Aの端面である底部203A(負極端子)と、外装缶201Bの上部にカシメ加工で固定された封口板202B(正極端子側)とにおいて、電気的に接続される。
このときの具体的な接続例としては、まず単電池20Bの封口板202Bに対して、凸部103aにおいて抵抗溶接したのち、単電池20Aの外装缶201A周囲に対して、凸部101aにおいて抵抗溶接する。なお溶接ステップはこの逆でもよい。
The
As a specific connection example at this time, first, resistance welding is performed on the sealing
この際、抵抗溶接条件としては、例えば約4kAの電流値で3秒間溶接電流を通電することで接続される。
当該抵抗溶接によって、単電池20A、20Bはそれぞれ複数の凸部101a、103aを接続ポイントとして接続されるが、全体としてはある程度の面積で接続が図られるため、当該接続構造において特に強度不足が発生することはない。
At this time, as resistance welding conditions, for example, the connection is made by energizing the welding current for 3 seconds at a current value of about 4 kA.
By the resistance welding, the
なお、接続手段としては、上記抵抗溶接のほか、はんだを用いた接続も利用できる。
このように本実施の形態では、導電部材10Aを介して単電池20A、20Bを接続する方法を繰り返す。これにより最終的には4個の単電池20A〜20Dを導電部材10A〜10Cで接続してなる電池モジュール2(図3を参照)が形成される。
当図3に示す電池モジュール2では、他の電池モジュール2と電気的に接続するための手段として、その長手方向両端に、固定タブ11A,11Bを配し、当該固定タブ11A,11B上にネジ状のモジュール端子51、52を備えている。
In addition, as a connection means, the connection using solder other than the said resistance welding can also be utilized.
Thus, in this Embodiment, the method of connecting
In the
なお、この構成例では一本の電池モジュール2で4個の単電池20A〜20Dを接続する構成としているが、もちろん本発明はこの個数に限定するものではなく、さらに個数を増して増設してもよい。
3.組電池の構成
図4は、前記電池モジュール2を複数本にわたり併設してなる組電池1の構成を示す図である。
In this configuration example, four
3. Configuration of assembled battery FIG. 4 is a diagram showing a configuration of an assembled battery 1 in which a plurality of the
当図の構成例では、合計13本の電池モジュール2(すなわち計52個の単電池)を、短冊状の接続部材54とナット55を利用して直列接続している。接続方法および電池モジュール2の集合形態はこれ以外でもよい。ここでは全ての電池モジュール2を直列に接続するため、特定位置のモジュールによっては当図左端に示すように、他のモジュールと上下逆に併設させる。
In the configuration example of this figure, a total of 13 battery modules 2 (that is, a total of 52 single cells) are connected in series using strip-shaped
このような構成の組電池1は、そのまま単電池を露出した状態で用いることも可能であるが、専用の冷却ファンなどの冷却装置とともにバッテリーケースに収納して使用するのが望ましい。
この際、各電池モジュール2を正六角形状(ハニカム状)に配列できるようにすれば、バッテリーケースを小型化することが可能であり、エネルギー密度の高いバッテリシステムとして構成できるので好適である。
The assembled battery 1 having such a structure can be used in a state in which the unit cell is exposed as it is, but it is desirable to use the battery pack in a battery case together with a cooling device such as a dedicated cooling fan.
At this time, if the
4.本発明の効果
ここにおいて本発明の特徴は、電池モジュール2の各両端部付近において隣接する単電池(20Aと20B、および20Cと20D)間の電気抵抗に比べ、これよりモジュール長手方向の中央付近で隣接する単電池間(20Bと20C)の熱抵抗が大きくなるよう設定された点にある。
4. Effects of the Present Invention Here, the feature of the present invention is that the electrical resistance between the adjacent single cells (20A and 20B, and 20C and 20D) in the vicinity of both ends of the
具体的には、単電池20Aと20B、および20Cと20Dをそれぞれ接続する皿タブ10A、10Cの電気抵抗に比べ、単電池20Bと20Cを接続する皿タブ10Bの電気抵抗が小さくなるように調節されている。
この調整を行う手段としては、皿タブ10Bの部材厚みを、皿タブ10A、10Cの部材厚みよりも厚くなるように調節する方法が挙げられる(具体的には、皿タブ10A、10Cの部材厚みを0.5mmとし、皿タブ10Bの部材厚みを1.5mmとしている)。このように皿タブ10Bの電気抵抗を皿タブ10A、10Cの電気抵抗よりも小さくすることによって、皿タブ10Bにおいて発生するジュール熱を小さく抑制することができる。
Specifically, the electric resistance of the
As a means for performing this adjustment, there is a method of adjusting the member thickness of the
以上の構成の組電池1によれば、駆動時にはその出力量や駆動時間に応じ、各電池モジュール2の単電池が内部抵抗に起因してジュール熱を発生し、発熱する。この発熱は、通常は組電池1の周囲の外気に対して放熱される。
このとき、電池モジュール2の両端部付近(皿タブ10A、10C付近)は、比較的外気に触れやすい性質があるので良好な放熱効率が維持されるが、一方で電池モジュール2の中心付近の単電池は外気に触れる面積が小さく、さらに隣接する他の単電池の発熱を受けて、容易に放熱することができない性質がある。しかしながら本実施の形態1では前記電池モジュール2の中心付近において部材の厚みが厚く形成された皿タブ10Bを設けることで、当該皿タブ10Bを挟む単電池20A、20C間の電気抵抗が低減されているので、ジュール熱の発生を抑え、単電池20A、20Cの発熱量が低減される。さらに皿タブ10Bは、他の皿タブ10A、10Cに比べて厚い部材で構成されているため、この部材の厚みを利用してヒートシンク効果も発揮され、電池モジュール2の中心付近において、より一層放熱効果が高められている。
According to the assembled battery 1 having the above configuration, during driving, the single battery of each
At this time, the vicinity of both ends of the battery module 2 (the vicinity of the
このような結果、組電池1では全体的に温度分布が均一化されることとなり、組電池1を構成する各単電池(合計52個)の放熱特性が揃えられる。
ここで、二次電池である単電池は、高温状態で使用するとサイクル寿命特性が正常な時期よりも早い段階で劣化する性質が見られる。この理由は、多数の単電池を使用する組電池では、電池モジュール2の中心部分に位置する単電池(特に、組電池の内部に位置する電池モジュール2の中心部分に位置する単電池)が先に劣化することによるものであるが、これによって各単電池間で電池容量差が生じて組電池としての正常なサイクル寿命も低下することがある。ここで、複数の単電池を接続して用いる場合、外部への供給電流が組電池中で最も容量の低い電池に揃ってしまう現象があるため、組電池の正常なサイクル寿命とは関係なく、経時的に組電池の出力が低下する現象が発生するが、本発明の組電池1では前記のように、温度分布の均一化を図ることによって、前記問題の発生を抑制し、組電池1のサイクル寿命を長期化させて良好な電池性能を発揮できるようにされている。
As a result, the assembled battery 1 has a uniform temperature distribution as a whole, and the heat dissipation characteristics of the individual cells (52 in total) constituting the assembled battery 1 are aligned.
Here, when used in a high temperature state, a single battery as a secondary battery has a property that the cycle life characteristics deteriorate at an earlier stage than the normal time. This is because, in an assembled battery using a large number of single cells, the single battery located in the central part of the battery module 2 (particularly, the single battery located in the central part of the
また、従来のように組電池でうまく放熱が図られない状態が継続すれば、各単電池が温度上昇に伴い、充電効率の低下、発生酸素による負極合金の酸化、電池内部抵抗の増加による劣化等の問題を発生する場合があるが、本発明では単電池の発熱量の均一化が図られることにより、例えばバッテリシステムのケース内で冷却ファンによる空冷が行われた場合、各単電池全体がバランス良く冷却される効果も期待できる。このような理由からも本発明は、特に電気自動車等のバッテリシステムとして最適であり、工業的価値において高い性能を有している。 In addition, if the battery does not dissipate heat well as in the past, each cell will decrease in charging efficiency as the temperature rises, oxidation of the negative electrode alloy due to generated oxygen, deterioration due to increase in battery internal resistance However, in the present invention, since the heat generation amount of the single cells is made uniform, for example, when air cooling is performed by a cooling fan in the case of the battery system, the entire single cells are The effect of cooling with good balance can also be expected. For this reason as well, the present invention is particularly suitable as a battery system for electric vehicles and the like, and has high performance in industrial value.
なお、ここでは皿タブ10A〜10Cの厚みを調節する構成例を示したが、本発明はこれに限定せず、例えば皿タブ10A、10Cに比べて導電性の高い(言い換えれば電気抵抗が低い)材料を皿タブ10Bの材料として用いることで、組電池全体の発熱量の均一化を図るようにしてもよい。この場合、皿タブ10A、10Cについては上記の通り、鉄にニッケルメッキを施して作製し、皿タブ10Bについては、鉄より導電性に優れる材料として銅を用い、場合に応じてメッキを施すことで実現できる。
In addition, although the structural example which adjusts the thickness of
さらに、本発明では皿タブ10A〜10Cの材料厚み、或いは材料を選択する方法によって、皿タブを中心として放熱量を均一化させる方法の他に、単電池に対する接続面積(本実施の形態では凸部による接続ポイント数)を増減させることで、皿タブ10A〜10Cを介した各単電池間の電気抵抗を調節し、電池モジュール2の電気抵抗を均一化することができる。
Furthermore, in the present invention, in addition to the method of uniforming the heat dissipation amount around the dish tab by the material thickness of the
具体的には、皿タブ10Bと単電池20B、20Cとの接続ポイント数を、皿タブ10Aと単電池20A、20Bとの接続ポイント数、および皿タブ10Cと単電池20C、20Dとの接続ポイント数よりも多くなるように調節する。この構成によっても、接続ポイント数に比例して電気抵抗を下げることができるので、上記とほぼ同様の効果を期待することができる。
Specifically, the number of connection points between the
<性能比較実験>
ここでは上記実施の形態1の構成に基づき、実際に実施例および比較例の電池モジュールを作製し、性能比較実験を行った。上記実施の形態1では、4個の単電池を直列接続してなる棒状の電池モジュールについて説明したが、当該実施例および比較例では、前記実施の形態1の電池モジュールのバリエーションとして、5個の単電池を直列接続してなる棒状の電池モジュールを作製するものとした。
<Performance comparison experiment>
Here, based on the configuration of the first embodiment, battery modules of examples and comparative examples were actually manufactured and performance comparison experiments were performed. In the first embodiment, a rod-shaped battery module in which four unit cells are connected in series has been described. However, in the example and the comparative example, as a variation of the battery module of the first embodiment, five battery modules are provided. A rod-shaped battery module formed by connecting single cells in series was prepared.
以下、実施例および比較例の各電池モジュールの作製と実験結果について説明する。
1.実施例1の作製
まず、単電池として、全て同様の性能を持つDサイズ、公称容量6.0Ahの円筒型ニッケル水素蓄電池ABCDE(計5個)を用いた。
Hereinafter, the production and experimental results of the battery modules of Examples and Comparative Examples will be described.
1. Production of Example 1 First, as a single cell, a cylindrical nickel-metal hydride storage battery ABCDE (a total of five) having a D size and a nominal capacity of 6.0 Ah having the same performance was used.
そして、皿タブを介し、前記単電池ABCDE(計5個)を各単電池の外装缶の長手方向に沿って、同順に直列接続し、全体として棒状の電池モジュールを作製した。
ここで、単電池A、B間、および単電池D、E間をそれぞれ接続する皿タブa、dは、厚みを0.5mmに設定した。一方、単電池B、C間、および単電池C、Dをそれぞれ接続する皿タブb、cは、各厚みを1.5mmに設定した。これにより皿タブa〜dの電気抵抗を、同順に0.9mΩ、0.7mΩ、0.7mΩ、0.9mΩに設定した。
2.実施例2の作製
単電池の構成および接続形態は基本的に上記実施例1と同様とし、電池モジュールを作製した。
And the said cell ABCDE (a total of 5 pieces) was connected in series in the same order along the longitudinal direction of the armored can of each cell through the dish tab, and the rod-shaped battery module was produced as a whole.
Here, the thickness of the plate tabs a and d connecting the cells A and B and between the cells D and E was set to 0.5 mm. On the other hand, the thicknesses of the plate tabs b and c connecting the cells B and C and the cells C and D, respectively, were set to 1.5 mm. Accordingly, the electric resistances of the dish tabs a to d were set to 0.9 mΩ, 0.7 mΩ, 0.7 mΩ, and 0.9 mΩ in the same order.
2. Production of Example 2 A battery module was produced with the same configuration and connection form of the unit cells as in Example 1 above.
単電池ABCDE(計5個)のそれぞれの間に介設される各皿タブは、全て同一厚み(1.5mm)、同一材料で構成した。
当該実施例2の電池モジュールでは、皿タブの位置に応じて接続ポイント数を変更するものとした。すなわち、皿タブa、dでは溶接ポイントを2点とし、皿タブb、cでは溶接ポイントを4点とした。これにより各皿タブを介した単電池間の電気抵抗を、AB間、BC間、CD間、DE間について同順に1.1mΩ、0.7mΩ、0.7mΩ、1.1mΩになるように設定した。
3.比較例の作製
単電池の構成および接続形態は基本的に上記実施例1、2と同様とし、比較例の電池モジュールを作製した。また皿タブは全て同一厚み(1.5mm)、同一材料で構成した。
All the dish tabs interposed between each of the single cells ABCDE (total of 5) were made of the same material with the same thickness (1.5 mm).
In the battery module of Example 2, the number of connection points was changed according to the position of the dish tab. That is, the number of welding points was 2 on the plate tabs a and d, and the number of welding points was 4 on the plate tabs b and c. As a result, the electric resistance between the cells via each dish tab is set to 1.1 mΩ, 0.7 mΩ, 0.7 mΩ, and 1.1 mΩ in the same order between AB, BC, CD, and DE. did.
3. Production of Comparative Example A battery module of a comparative example was produced with the same configuration and connection form of the unit cells as in Examples 1 and 2 above. The dish tabs were all made of the same material with the same thickness (1.5 mm).
当該比較例の電池モジュールでは、皿タブの溶接ポイントを全て4点とし、皿タブの電気抵抗を全て0.7mΩに設定した。溶接条件は溶接電流を0.5kAに設定した。
4.パルスサイクル試験
上記のようにして作製した実施例1、2および比較例の各電池モジュールについて、合計20000サイクルにわたりサイクル実験を行った。
In the battery module of the comparative example, all the welding points of the dish tab were set to four points, and all the electric resistances of the dish tab were set to 0.7 mΩ. As the welding conditions, the welding current was set to 0.5 kA.
4. Pulse cycle test For each of the battery modules of Examples 1 and 2 and Comparative Example manufactured as described above, a cycle experiment was performed over a total of 20000 cycles.
実験条件は以下の通りとした。
雰囲気温度;28℃
充放電電流;50A
使用容量範囲を公称容量の40%から60%の範囲に設定
5.電池温度
上記サイクル試験を20000サイクル終了した時点で、各電池モジュール内の単電池温度について測定した。その結果を表1にまとめた。
6.残存容量測定
上記サイクル試験を20000サイクル終了した時点で、各電池モジュール内の残存容量について測定した。その結果を表2にまとめた。
7.電池直流抵抗測定
上記パルスサイクル試験において、3サイクル目の試験の開始前、及び20000サイクル終了後に、公称容量の50%充電後、30、90、150Aでそれぞれ10秒間充放電を行い、それぞれの電流値での放電開始から10秒後目の電圧と電流をプロットし、その近似曲線の傾きから電池直流抵抗を見積もった。
The experimental conditions were as follows.
Atmospheric temperature: 28 ° C
Charge / discharge current: 50A
Use capacity range set to 40% to 60% of nominal capacity
5. Battery temperature When the cycle test was completed for 20000 cycles, the cell temperature in each battery module was measured. The results are summarized in Table 1.
6. Remaining capacity measurement When the above cycle test was completed for 20000 cycles, the remaining capacity in each battery module was measured. The results are summarized in Table 2.
7. Battery direct current resistance measurement In the above pulse cycle test, before the start of the third cycle test and after the end of 20000 cycle, after charging 50% of the nominal capacity, charge and discharge at 30, 90, 150A for 10 seconds respectively, The voltage and current at 10 seconds after the start of discharge at the current value were plotted, and the battery DC resistance was estimated from the slope of the approximate curve.
その結果を表3にまとめた。
The results are summarized in Table 3.
まず表1の結果から明らかなように、実施例1、2では、導電部材である各皿タブの電気抵抗を電池モジュールの両端部から内部に向けて小さく設定することによって、充放電中の組電池では温度分布の均一化が図られることが確認された。一方、比較例では単電池の放熱にバラツキを生じ、温度差が比較的大きくなっている。
First, as is clear from the results in Table 1, in Examples 1 and 2, by setting the electrical resistance of each dish tab, which is a conductive member, small from both ends of the battery module toward the inside, It was confirmed that the temperature distribution was made uniform in the battery. On the other hand, in the comparative example, the heat dissipation of the single cells varies, and the temperature difference is relatively large.
また表2に示すデータでは、充放電サイクルを一定量繰り返した後においても、実施例1、2のいずれも比較例に比べて残存容量のバラツキが小さく抑制されていることが確認できる。特に、接続ポイント数を調節する実施例2では、比較例に比べて3分の1以下にまで残存容量のバラツキが抑制されており、本発明の高い効果が実証されている。
このような結果は、本発明の組電池において、各単電池の充電効率特性および自己放電量が均一に保たれていることを示唆するものと考えられる。したがって本発明の組電池では、各単電池が過充電および過放電等から保護される効果が奏され、このことから本発明の組電池が良好なサイクル寿命を有していることが推測される。
Further, in the data shown in Table 2, it can be confirmed that even after the charge / discharge cycle is repeated by a certain amount, the variation in the remaining capacity is suppressed to a smaller extent in each of Examples 1 and 2 than in the comparative example. In particular, in Example 2 in which the number of connection points is adjusted, the variation in the remaining capacity is suppressed to one third or less as compared with the comparative example, and the high effect of the present invention is proved.
Such a result is considered to suggest that in the assembled battery of the present invention, the charging efficiency characteristics and self-discharge amount of each unit cell are kept uniform. Therefore, in the assembled battery of the present invention, the effect of protecting each unit cell from overcharge and overdischarge is exhibited, and it is presumed that the assembled battery of the present invention has a good cycle life. .
さらに表3の結果から、実施例1、2では、比較例に比べて内部抵抗の増加量が低減される効果があることが分かる。このように本発明では、各単電池の性能のバラツキが抑制されることによって、各単電池での劣化度合いが均一となるので、長期にわたり安定した電池性能が発揮されることが伺える。
<その他の事項>
上記実施の形態ではニッケル水素蓄電池を利用する構成について説明したが、本発明はこれに限定せず、ニッケルカドミウム蓄電池やリチウムイオン電池など、他の種類の電池を用いてもよい。
Furthermore, from the results in Table 3, it can be seen that Examples 1 and 2 have the effect of reducing the increase in internal resistance compared to the comparative example. As described above, in the present invention, the variation in the performance of each unit cell is suppressed, so that the degree of deterioration of each unit cell becomes uniform, and it can be seen that stable battery performance is exhibited over a long period of time.
<Other matters>
In the above embodiment, a configuration using a nickel hydride storage battery has been described. However, the present invention is not limited to this, and other types of batteries such as a nickel cadmium storage battery and a lithium ion battery may be used.
また、電池モジュールに配する皿タブは、単電池が5個以上の場合、当該モジュールの両端部からモジュール内部に沿って、徐々に部材厚みまたは電気抵抗が小さくなるように調整するのが望ましいが、本発明では少なくとも、当該モジュールの両端部に近接する皿タブに比べ、これ以外の皿タブの部材厚みが厚く、或いは電気抵抗が小さい構成であればよい。 In addition, when the number of single cells is five or more, it is desirable that the dish tab arranged on the battery module is adjusted so that the member thickness or the electrical resistance gradually decreases from both ends of the module along the inside of the module. In the present invention, at least the plate thickness of the other plate tab may be thicker or the electric resistance may be smaller than the plate tabs close to both ends of the module.
さらに上記構成例では、皿タブを単電池に対してポイント溶接する構成を示したが、溶接箇所の形状は実質上の溶接「点」のような小さな面積に限らず、より大きな面積で溶接するようにしてもよい。
また本発明において、電池モジュール内の単電池同士を接続する導電部材としては、上記実施の形態で説明した皿タブの形状に限定しない。この他に、例えば単電池の封口板とほぼ同サイズのリング状タブを用い、当該タブの両面に凸部を形成して、凸部を隣接する単電池の外装缶底部および封口板と抵抗溶接する構成としてもよい。この場合、溶接ステップは単電池の正極端子および負極端子(外装缶底部)から電力供給することによって、一度に行うことが可能であり、製造効率に優れるなどの利点がある。
Furthermore, in the above configuration example, the configuration in which the plate tab is point-welded to the unit cell has been shown, but the shape of the welded portion is not limited to a small area such as a substantial welding “point”, but is welded in a larger area You may do it.
Moreover, in this invention, as a electrically-conductive member which connects the single cells in a battery module, it is not limited to the shape of the dish tab demonstrated in the said embodiment. In addition to this, for example, a ring-shaped tab having approximately the same size as the sealing plate of the unit cell is used, and convex portions are formed on both sides of the tab, and the convex portion is adjacent to the outer can bottom and the sealing plate of the unit cell and resistance welding. It is good also as composition to do. In this case, the welding step can be performed at a time by supplying power from the positive electrode terminal and the negative electrode terminal (exterior can bottom) of the unit cell, and has advantages such as excellent manufacturing efficiency.
さらに本発明の電池モジュールでは、前記皿タブ、リング状タブ等の導電部材を用いず、直接単電池同士を抵抗溶接などの方法で接続するようにしてもよい。具体的には隣接する単電池において、一方の単電池の正極端子と、他方の単電池の負極端子(外装缶底部)とを接続する形態とする。この場合、電池モジュールでは、当該電池モジュールの両端部に位置する単電池同士の接続(溶接)面積に比べ、これより電池モジュールの中央側に位置する単電池同士の接続(溶接)面積を広く取ることによって、前記電池モジュールの中央側に位置する単電池同士の接続に伴う電気抵抗を積極的に低減できるので、上記実施の形態1とほぼ同様の効果が期待できる。 Further, in the battery module of the present invention, the single cells may be directly connected by a method such as resistance welding without using the conductive member such as the dish tab or the ring-shaped tab. Specifically, in the adjacent unit cell, the positive electrode terminal of one unit cell is connected to the negative electrode terminal (outer can bottom) of the other unit cell. In this case, in the battery module, the connection (welding) area between the single cells located on the center side of the battery module is larger than the connection (welding) area between the single cells located at both ends of the battery module. As a result, the electrical resistance associated with the connection between the single cells located on the center side of the battery module can be actively reduced, so that the same effect as in the first embodiment can be expected.
また、電池モジュールの中央部に位置する単電池の封口板や外装缶などの部品の抵抗値を小さくし、当該電池モジュールの両端部に位置する単電池の部品の抵抗値を大きくすることによっても、上記実施の形態1とほぼ同様の効果が期待できる。
また、この場合、電池モジュールの中央付近に配置する単電池の外装缶および封口板の材料を、これ以外の位置に用いる単電池の外装缶および封口板よりも導電性に優れる材料とすることによって、前記電気抵抗を調節するようにしてもよい。
It is also possible to reduce the resistance value of parts such as the sealing plate or outer can of the cell located in the center of the battery module and increase the resistance value of the parts of the cell located at both ends of the battery module. The effect similar to that of the first embodiment can be expected.
In this case, the material of the outer can and sealing plate of the unit cell disposed near the center of the battery module is a material that is more conductive than the outer can and sealing plate of the unit cell used in other positions. The electrical resistance may be adjusted.
さらに本発明の組電池を構成する電池モジュールとして、棒状である構成について説明したが、ここで言う「棒状」とはモジュール全体の外観が棒状であることを指すものであって、単電池同士の接続方法を限定するものではない。例えば、円筒型・角形単電池を、その側面同士を接触させるように複数にわたり併設し、電池モジュール全体として棒状になるように配設してもよい。 Furthermore, as the battery module constituting the assembled battery of the present invention, the configuration in the form of a rod has been described. However, the “bar shape” referred to here indicates that the overall appearance of the module is a rod shape, The connection method is not limited. For example, a plurality of cylindrical / rectangular cells may be provided side by side so that the side surfaces are in contact with each other, and the battery module as a whole may be arranged in a rod shape.
また、上記実施の形態1では、複数の電池モジュールを用いて組電池を構成する例を示したが、本発明の組電池に用いる電池モジュールの数量は、少なくとも1つ以上であればよい。 Moreover, in the said Embodiment 1, although the example which comprises an assembled battery using a some battery module was shown, the quantity of the battery module used for the assembled battery of this invention should just be at least 1 or more.
本発明は、極度の高温・低温環境下でも良好に使用でき、且つ、電池特性のバラツキをなくしつつ多数の単電池を組み合わせて高出力を得ることが可能な組電池として最適である。
具体的には、本発明の組電池は、ハイブリッド電気自動車や電気自動車、作業用車両、作業用ロボット等の電源装置、またはエレベータの非常用電源装置に利用できる。
The present invention is optimal as an assembled battery that can be used satisfactorily even in extremely high temperature and low temperature environments, and can obtain a high output by combining a large number of single cells while eliminating variations in battery characteristics.
Specifically, the assembled battery of the present invention can be used for a power supply device such as a hybrid electric vehicle, an electric vehicle, a work vehicle, a work robot, or an emergency power supply device for an elevator.
1 組電池
2 電池モジュール
10A〜10C 導電部材(皿タブ)
20A〜20D 単電池(ニッケル水素蓄電池)
101 リブ
101a、103a 凸部
102 第一平坦部
103 第二平坦部
104 開口領域
1 assembled
20A-20D single battery (nickel metal hydride storage battery)
101
Claims (4)
当該電池モジュールの両端部付近における単電池間の電気抵抗に比べ、これよりモジュール長手方向の中央側における単電池間の電気抵抗が小さい構成であることを特徴とする組電池。 An assembled battery including a battery module in which four or more unit cells are connected in series and in a rod shape ,
An assembled battery having a configuration in which the electrical resistance between the single cells on the center side in the module longitudinal direction is smaller than the electrical resistance between the single cells in the vicinity of both ends of the battery module.
前記単電池間の電気抵抗は、前記各導電部材の材料の選択により調節されていることを特徴とする請求項1に記載の組電池。 The assembled battery according to claim 1, wherein an electrical resistance between the unit cells is adjusted by selection of a material of each of the conductive members.
前記単電池間の電気抵抗は、前記単電池と前記各導電部材との接続面積により調節されていることを特徴とする請求項1 〜 2 のいずれかに記載の組電池。 The assembled battery according to claim 1, wherein an electrical resistance between the unit cells is adjusted by a connection area between the unit cell and each of the conductive members.
前記単電池間の電気抵抗は、前記各導電部材の厚みにより調節されていることを特徴とする請求項1 〜 3 のいずれかに記載の組電池。 The assembled battery according to any one of claims 1 to 4, wherein an electric resistance between the unit cells is adjusted by a thickness of each of the conductive members.
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