JP5585482B2 - Power storage device - Google Patents
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Description
本発明は、複数の蓄電素子に拘束力を与える構造を備えた蓄電装置に関する。 The present invention relates to a power storage device having a structure that applies a binding force to a plurality of power storage elements.
複数の単電池を用いて組電池を構成する場合には、複数の単電池を一方向に並べて配置しておき、複数の単電池を、配列方向における両端から拘束することがある。ここで、単電池の配列方向において、組電池を見たときに、複数の単電池は互いに重なっている。 When an assembled battery is configured using a plurality of unit cells, the plurality of unit cells may be arranged in one direction and constrained from both ends in the arrangement direction. Here, when the assembled battery is viewed in the arrangement direction of the unit cells, the plurality of unit cells overlap each other.
本願発明者は、単電池の充放電によっては、単電池の一部分における面圧だけが、他の部分における面圧よりも大きく変化してしまうことが分かった。ここで、単電池の面圧が上昇するときには、単電池が膨張しており、単電池の面圧が低下するときには、単電池が収縮している。したがって、面圧の大きな変化を抑制すれば、単電池の入出力特性が劣化するのを抑制することができる。 The inventor of the present application has found that depending on charging / discharging of the unit cell, only the surface pressure in one part of the unit cell changes more than the surface pressure in the other part. Here, when the surface pressure of the unit cell increases, the unit cell expands, and when the surface pressure of the unit cell decreases, the unit cell contracts. Therefore, if a large change in the surface pressure is suppressed, it is possible to suppress deterioration of the input / output characteristics of the unit cell.
本発明である蓄電装置は、所定方向と、所定方向と直交する直交方向とに並んで配置され、充放電を行う反応領域を内部に含む複数の蓄電素子と、所定方向における複数の蓄電素子の両側から、所定方向の拘束力を複数の蓄電素子に作用させる拘束機構と、を有する。ここで、所定方向で隣り合う2つの蓄電素子は、反応領域の一端を含む一部の領域が所定方向で互いに重なった状態において、直交方向にずれて配置されている。また、直交方向で隣り合う2つの蓄電素子は、直交方向において間隔を開けて配置されている。所定方向で隣り合う2つの蓄電素子は、互いに接触させることができる。 A present invention is a power storage device, the predetermined direction, are arranged side by side in a direction orthogonal to the predetermined direction, and a plurality of storage elements including a reaction region for charge and discharge therein, our Keru plurality of power storage in a predetermined direction And a restraining mechanism that applies a restraining force in a predetermined direction to the plurality of power storage elements from both sides of the element . Here, the two power storage elements adjacent in the predetermined direction are arranged so as to be shifted in the orthogonal direction in a state where a part of the region including one end of the reaction region overlaps with each other in the predetermined direction. In addition, two power storage elements adjacent in the orthogonal direction are arranged with a gap in the orthogonal direction. Two power storage elements adjacent in a predetermined direction can be brought into contact with each other.
蓄電素子は発電要素を含んでおり、発電要素は、反応領域を含み、正極板、負極板および電解質層が積層された積層体を所定軸の周りで巻くことによって構成することができる。ここで、反応領域の一部の領域としては、所定軸の方向における反応領域の端部を含む領域とすることができる。 The power storage element includes a power generation element. The power generation element includes a reaction region, and can be configured by winding a laminated body in which a positive electrode plate, a negative electrode plate, and an electrolyte layer are stacked around a predetermined axis. Here, the partial region of the reaction region can be a region including the end of the reaction region in the direction of the predetermined axis.
所定軸の方向における一部の領域の幅WE2と、所定軸の方向における反応領域の幅WAとは、下記式(I)の関係を満たすことが好ましい。
14≦WE2/WA×100≦27 ・・・(I)
The width W E2 of a partial region in the direction of the predetermined axis, the width W A of the reaction zone in the direction of the predetermined axis preferably satisfies the relationship of formula (I).
14 ≦ W E2 / W A × 100 ≦ 27 (I)
拘束機構は、一対のエンドプレートおよび連結部材で構成することができる。一対のエンドプレートは、所定方向において、複数の蓄電素子を挟んでいる。連結部材は、所定方向に延び、一対のエンドプレートに連結される。ここで、エンドプレートのうち、蓄電素子と対向する面には、蓄電素子の側に突出する突起部を設けることができる。突起部は、一部の領域に拘束力を与える位置において、蓄電素子と接触させることができる。 The restraining mechanism can be composed of a pair of end plates and a connecting member. The pair of end plates sandwich a plurality of power storage elements in a predetermined direction. The connecting member extends in a predetermined direction and is connected to the pair of end plates. Here, on the surface of the end plate that faces the power storage element, a protrusion that protrudes toward the power storage element can be provided. The protrusion can be brought into contact with the power storage element at a position where a restraining force is applied to a part of the region.
蓄電素子の一部の領域に対して、拘束機構からの拘束力を与える加圧部材を配置することができる。複数の蓄電素子は、所定方向において、加圧部材と重なる一部の領域を有する蓄電素子を含んでいる。そして、加圧部材と、直交方向において加圧部材と隣り合う蓄電素子とが、直交方向において間隔を開けて配置されている。所定方向で隣り合う2つの蓄電素子のうち、互いに接触する領域とは異なる領域に対して、加圧部材を接触させることができる。 A pressurizing member that applies a restraining force from the restraining mechanism can be disposed in a partial region of the power storage element . The plurality of power storage elements include a power storage element having a partial region overlapping with the pressure member in a predetermined direction. And a pressurization member and the electrical storage element adjacent to a pressurization member in the orthogonal direction are arrange | positioned at intervals in the orthogonal direction . The pressure member can be brought into contact with a region different from a region in contact with each other among two power storage elements adjacent in a predetermined direction.
蓄電装置を構成する複数の蓄電素子は、所定方向に並ぶ複数の蓄電素子と、所定方向と直交する方向に並ぶ複数の蓄電素子とで構成することができる。蓄電素子としては、20C以上のレートで充電又は放電が行われるリチウムイオン二次電池を用いることができる。 The plurality of power storage elements constituting the power storage device can be configured by a plurality of power storage elements arranged in a predetermined direction and a plurality of power storage elements arranged in a direction orthogonal to the predetermined direction. As the power storage element, a lithium ion secondary battery that is charged or discharged at a rate of 20 C or higher can be used.
本発明によれば、所定方向で隣り合う2つの蓄電素子は、反応領域の一端を含む一部の領域が所定方向で互いに重なった状態において、所定方向と直交する方向にずれて配置される。このため、拘束機構を用いて、所定方向に並んで配置された複数の蓄電素子を拘束すれば、反応領域内の一部の領域に対して拘束力を与えることにより、一部の領域における面圧の変化を抑えることができる。 According to the present invention, two power storage elements adjacent in a predetermined direction are arranged so as to be shifted in a direction orthogonal to the predetermined direction in a state where a part of the region including one end of the reaction region overlaps with each other in the predetermined direction. For this reason, if a plurality of energy storage devices arranged in a predetermined direction are constrained using a constraining mechanism, a constraining force is applied to a part of the region in the reaction region. Pressure change can be suppressed.
以下、本発明の実施例について説明する。 Examples of the present invention will be described below.
実施例1である単電池(蓄電素子に相当する)について説明する。図1は、単電池の斜視図であり、図2は、単電池の内部構造を示す図である。図1および図2において、X軸、Y軸およびZ軸は、互いに直交する軸である。X軸、Y軸およびZ軸の関係は、他の図面においても同様である。 A single cell (corresponding to a storage element) which is Example 1 will be described. FIG. 1 is a perspective view of a unit cell, and FIG. 2 is a diagram showing an internal structure of the unit cell. 1 and 2, the X axis, the Y axis, and the Z axis are axes orthogonal to each other. The relationship among the X axis, the Y axis, and the Z axis is the same in other drawings.
単電池1としては、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池といった二次電池を用いることができる。また、二次電池の代わりに、電気二重層キャパシタ(コンデンサ)を用いることができる。単電池1は、電池ケース10と、電池ケース10に収容された発電要素14とを有する。電池ケース10は、金属で形成されており、ケース本体10aおよび蓋10bを有する。ケース本体10aは、発電要素14を組み込むための開口部を有しており、蓋10bは、ケース本体10aの開口部を塞いでいる。これにより、電池ケース10の内部は、密閉状態となる。蓋10bおよびケース本体10aは、例えば、溶接によって固定することができる。
As the
正極端子11および負極端子12は、蓋10bに固定されている。正極端子11は、正極タブ15aを介して、発電要素14と接続されており、負極端子12は、負極タブ15bを介して、発電要素14と接続されている。また、蓋10bには、弁13が設けられている。弁13は、電池ケース10の内部でガスが発生したときに、電池ケース10の外部にガスを排出するために用いられる。具体的には、ガスの発生に伴って電池ケース10の内圧が弁13の作動圧に到達すると、弁13は、閉じ状態から開き状態に変化することにより、電池ケース10の外部にガスを排出させる。
The
図3は、発電要素14の展開図である。発電要素14は、正極板141と、負極板142と、セパレータ143とを有する。正極板141は、集電板141aと、集電板141aの表面に形成された正極活物質層141bとを有する。正極活物質層141bは、正極活物質、導電剤、バインダーなどを含んでいる。正極活物質層141bは、集電板141aの一部の領域に形成されており、集電板141aの他の領域は露出している。負極板142は、集電板142aと、集電板142aの表面に形成された負極活物質層142bとを有する。負極活物質層142bは、負極活物質、導電剤、バインダーなどを含んでいる。負極活物質層142bは、集電板142aの一部の領域に形成されており、集電板142aの他の領域は露出している。セパレータ143は、電解液を含んでいる
FIG. 3 is a development view of the
図3に示す順番で、正極板141、負極板142およびセパレータ143を積層し、この積層体を図4の矢印Rで示す方向に巻くことにより、発電要素14が構成される。積層体の巻き終わる部分は、テープを用いて固定しておくことができる。図3において、Y方向における発電要素14の一端では、正極板141の集電板141aだけが巻かれている。この集電板141aには、図2を用いて説明したように、正極タブ15aが固定される。Y方向における発電要素14の他端では、負極板142の集電板142aだけが巻かれており、この集電板142aには、負極タブ15bが固定される。
The
図2および図4に示す領域(反応領域という)Aは、正極活物質層141bおよび負極活物質層142bが互いに重なっている領域であり、単電池1の充放電を行うときに、化学反応が行われる領域である。
A region (referred to as a reaction region) A shown in FIG. 2 and FIG. 4 is a region where the positive electrode
次に、本実施例である電池パック(蓄電装置に相当する)について、図5および図6を用いて説明する。図5は、電池パック100の上面図であり、図6は、電池パック100の一部を示す斜視図である。図5および図6に示す電池パックは、ケース(不図示)に収容することができる。
Next, a battery pack (corresponding to a power storage device) according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 5 is a top view of the
電池パック100は、複数の単電池1を有する。単電池1の数は、電池パック100の要求出力に基づいて、適宜設定することができる。電池パック100は、例えば、車両に搭載することができる。電池パック100から出力された電気エネルギをモータ・ジェネレータによって運動エネルギに変換すれば、この運動エネルギを用いて車両を走行させることができる。また、車両の制動時に発生する運動エネルギをモータ・ジェネレータによって電気エネルギに変換すれば、この電気エネルギを電池パック100に蓄えることができる。
The
複数の単電池1は、X方向およびY方向に並んでいる。X方向で隣り合う2つの単電池1は、Y方向にずれて配置されており、単電池1の一部の領域において互いに接触している。2つの単電池1が互いに接触していない領域には、スペースSが形成されている。スペースSは、単電池1の温度調節に用いられる空気の移動スペースとして用いることができる。
The plurality of
単電池1が発熱しているときには、冷却用の空気をスペースSに流すことにより、冷却用の空気および単電池1の間で熱交換を行わせ、単電池1の温度上昇を抑制することができる。単電池1が過度に冷却されているときには、加温用の空気をスペースSに流すことにより、加温用の空気および単電池1の間で熱交換を行わせ、単電池1の温度低下を抑制することができる。
When the
電池パック100を構成する複数の単電池1は、複数のバスバー50によって電気的に直列に接続されている。バスバー50は、電気的に直列に接続される2つの単電池1のうち、一方の単電池1の正極端子11と、他方の単電池1の負極端子12とに固定されている。
The plurality of
複数のバスバー50は、絶縁材料(例えば、樹脂)で形成されたホルダに固定することができる。これにより、複数のバスバー50をまとめて取り扱うことができる。本実施例では、図5に示すように、バスバー50を配置しているが、これに限るものではない。すなわち、複数の単電池1を電気的に直列に接続することができれば、バスバー50の配置は適宜設定することができる。
The plurality of
X方向における電池パック100の両端には、一対のエンドプレート(拘束機構の一部)20が配置されている。エンドプレート20は、例えば、樹脂で形成することができる。エンドプレート20は、単電池1と対向する面に、複数の突起部21を有する。突起部21は、X方向に突出している。
A pair of end plates (part of a restraining mechanism) 20 are disposed at both ends of the
一対のエンドプレート20には、X方向に延びる拘束バンド(連結部材に相当する)30の両端31が固定されている。拘束バンド30の両端31は、エンドプレート20に沿って曲げられており、例えば、ボルトやリベットを用いてエンドプレート20に固定されている。
Both ends 31 of a restraining band (corresponding to a connecting member) 30 extending in the X direction are fixed to the pair of
本実施例では、一対の拘束バンド30が、Y方向における電池パック100の両端に配置されているが、拘束バンド30の数や、拘束バンド30を配置する位置は、適宜設定することができる。また、拘束バンド30の形状は、適宜設定することができる。拘束バンド30の形状には、拘束バンド30の長手方向と直交する断面における形状が含まれる。拘束バンド30は、一対のエンドプレート20に接続することができればよい。
In the present embodiment, the pair of
一対のエンドプレート20に拘束バンド30を固定すれば、一対のエンドプレート20によって挟まれる複数の単電池1に対して、拘束力Fを与えることができる。拘束力Fは、X方向において、複数の単電池1を挟む力である。
If the restraining
Y方向における電池パック100の両端には、複数のスペーサ40が配置されている。スペーサ40は、X方向において2つの単電池1によって挟まれたり、X方向において単電池1およびエンドプレート20によって挟まれたりしている。スペーサ40は、例えば、樹脂で形成することができる。
A plurality of
エンドプレート20の突起部21および単電池1が互いに接触する部分では、拘束力Fが作用する。また、スペーサ40および単電池1が互いに接触する部分や、2つの単電池1が互いに接触する部分にも、拘束力Fが作用する。本実施例では、図6に示すように、各単電池1の一部の領域(拘束領域という)E1だけに、拘束力Fが作用している。単電池1のうち、Y−Z平面を構成する側面には、図6に示すように、2つの拘束領域E1が設けられている。拘束領域E1を決定する方法については、後述する。
A restraining force F acts on a portion where the protruding
次に、電池パック100の製造方法について、図7を用いて簡単に説明する。図7は、複数の単電池1を所定位置に配置するための治具200を示す図である。
Next, a method for manufacturing the
治具200は、複数の第1ストッパ201および第2ストッパ202を有する。第2ストッパ202は、Y方向における治具200の両端に設けられており、X方向に延びている。第1ストッパ201および第2ストッパ202は、単電池1およびスペーサ40を、図5に示す位置に位置決めするために用いられる。単電池1やスペーサ40は、第1ストッパ201および第2ストッパ202の間に形成されたスペースに配置することができる。第1ストッパ201および第2ストッパ202を用いることにより、単電池1およびスペーサ40の位置決めを容易に行うことができる。
The
複数の単電池1および複数のスペーサ40を位置決めした後は、一対のエンドプレート20を配置するとともに、一対のエンドプレート20に拘束バンド30を固定する。また、複数の単電池1に対して複数のバスバー50を接続すれば、電池パック100を組み立てることができる。
After positioning the plurality of
本実施例では、図5および図6に示すように、2つの単電池1の間に1つのスペーサ40を配置しているが、これに限るものではない。例えば、図8に示すスペーサ41を用いることができる。スペーサ41は、複数の突起部41aを有する。突起部41aは、図8に示すように、2つの単電池1の間に挟まれたり、単電池1およびエンドプレート20の間に挟まれたりする。
In this embodiment, as shown in FIGS. 5 and 6, one
本実施例では、単電池1をX方向だけでなく、Y方向にも並べているが、これに限るものではない。具体的には、複数の単電池1をX方向に並べるだけでもよい。この場合にも、X方向で隣り合う2つの単電池1は、一部の拘束領域E1において、互いに接触する。また、各単電池1は、スペーサ40と接触する。
In this embodiment, the
次に、単電池1に拘束力Fを与える拘束領域E1について、具体的に説明する。
Next, the restraining region E1 that gives the restraining force F to the
本願発明者は、レートが異なる条件で充放電を行いながら、単電池1の複数箇所における面圧を測定したら、充放電時のレートが高くなるにつれて、Y方向における発電要素14の両端における面圧が大きく変化することが分かった。単電池1の面圧とは、単電池1(発電要素14)が膨らんだり、縮んだりするときの圧力である。単電池1が膨らめば、面圧が上昇し、単電池1が縮めば、面圧が低下することになる。例えば、圧力センサを測定箇所に配置することにより、面圧を測定することができる。
When the inventor of this application measures the surface pressure at a plurality of locations of the
図9は、正極板141、負極板142およびセパレータ143の位置関係を示す図である。反応領域Aは、正極活物質層141bおよび負極活物質層142bがセパレータ143を挟んで互いに重なっている領域であり、Y方向における反応領域Aの幅はWAである。本実施例では、Y方向の長さに関して、正極活物質層141bが最も短くなっているため、反応領域Aの幅WAは、正極活物質層141bの幅に対応している。拘束領域E1は、第1拘束領域E2および第2拘束領域E3を含む。
FIG. 9 is a diagram illustrating the positional relationship between the
図10から図13には、レートを変えながら充電を行ったときの単電池1の面圧を示している。図10から図13において、縦軸は、単電池1の面圧を示し、横軸は、発電要素14のY方向における位置を示している。横軸の一端は、Y方向における発電要素14の一端側に相当し、横軸の他端は、Y方向における発電要素14の他端側に相当する。図10から図13において、点線は、充電を開始する前の単電池1の面圧(0秒時の面圧)を示し、実線は、充電を開始して10秒経過した後の単電池1の面圧を示している。
10 to 13 show the surface pressure of the
図10は、レート1Cで充電を行ったときの面圧の変化を示し、図11は、レート12Cで充電を行ったときの面圧の変化を示している。また、図12は、レート20Cで充電を行ったときの面圧の変化を示し、図13は、レート32Cで充電を行ったときの面圧の変化を示している。図10から図13に示すように、充電時のレートが高くなるにつれて、反応領域Aの両端(第1拘束領域E2に相当する)における面圧が、反応領域Aの他の領域よりも高くなる。図10から図13に示す面圧分布から分かるように、充電時のレートが20C以上になると、面圧のバラツキが大きくなりやすい。 FIG. 10 shows changes in surface pressure when charging is performed at a rate of 1C, and FIG. 11 shows changes in surface pressure when charging is performed at a rate of 12C. FIG. 12 shows changes in surface pressure when charging is performed at a rate of 20C, and FIG. 13 shows changes in surface pressure when charging is performed at a rate of 32C. As shown in FIGS. 10 to 13, as the charging rate increases, the surface pressure at both ends of the reaction region A (corresponding to the first constraining region E2) becomes higher than the other regions of the reaction region A. . As can be seen from the surface pressure distribution shown in FIGS. 10 to 13, when the rate during charging is 20 C or more, the variation in surface pressure tends to increase.
図14から図17には、レートを変えながら放電を行ったときの単電池1の面圧を示している。図14から図17において、縦軸は、単電池1の面圧を示し、横軸は、発電要素14のY方向における位置を示している。また、図14から図17において、点線は、放電を開始する前の単電池1の面圧(0秒時の面圧)を示し、実線は、放電を開始して10秒経過した後の単電池1の面圧を示している。
14 to 17 show the surface pressure of the
図14は、レート1Cで放電を行ったときの面圧の変化を示し、図15は、レート12Cで放電を行ったときの面圧の変化を示している。また、図16は、レート20Cで放電を行ったときの面圧の変化を示し、図17は、レート32Cで放電を行ったときの面圧の変化を示している。図14から図17に示すように、放電時のレートが高くなるにつれて、反応領域Aの両端(第1拘束領域E2に相当する)における面圧が、反応領域Aの他の領域よりも低下している。図14から図17に示す面圧分布から分かるように、放電時のレートが20C以上になると、面圧のバラツキが大きくなりやすい。 FIG. 14 shows changes in surface pressure when discharging is performed at a rate of 1C, and FIG. 15 shows changes in surface pressure when discharging is performed at a rate of 12C. FIG. 16 shows a change in surface pressure when discharging is performed at a rate of 20C, and FIG. 17 shows a change in surface pressure when discharging is performed at a rate of 32C. As shown in FIGS. 14 to 17, the surface pressure at both ends of the reaction region A (corresponding to the first constraining region E2) is lower than the other regions of the reaction region A as the discharge rate increases. ing. As can be seen from the surface pressure distribution shown in FIGS. 14 to 17, when the rate during discharge is 20 C or more, the variation in surface pressure tends to increase.
本実施例では、X方向で隣り合う2つの単電池1をY方向にずらして、単電池1の一部の領域を互いに接触させることにより、拘束領域E1(特に、第1拘束領域E2)に拘束力Fを作用させ、第1拘束領域E2が充放電によって変形(膨張および収縮)するのを抑制するようにしている。発電要素14が部分的に変形するのを抑制することにより、発電要素14の内部における劣化のバラツキを抑制することができる。
In the present embodiment, the two
第1拘束領域E2は、以下の式(1)に基づいて決定することができる。 The first constrained region E2 can be determined based on the following equation (1).
14≦WE2/WA×100≦27 ・・・(1)
ここで、WAは、反応領域Aの幅(Y方向の長さ)を示し、WE2は、第1拘束領域E2の幅(Y方向の長さ)を示す(図9参照)。幅WE2は、反応領域Aの両端を基準とした長さである。
14 ≦ W E2 / W A × 100 ≦ 27 (1)
Here, W A is the width of the reaction zone A (the length of the Y-direction), W E2 indicates a width of the first restraining region E2 (length in the Y direction) (see FIG. 9). The width W E2 is a length based on both ends of the reaction region A.
幅WAを決定すれば、上記式(1)に基づいて幅WE2を決定することができる。第1拘束領域E2は、面圧の変化量が、反応領域Aの他の領域よりも大きい領域を特定するものである。 If determines the width W A, it is possible to determine the width W E2 based on the equation (1). The first restraint region E2 specifies a region where the amount of change in the surface pressure is larger than the other regions of the reaction region A.
上記式(1)において、幅WA,WE2の関係が下限値(WE2/WA=14)よりも小さいと、拘束力Fを与える領域が不十分となるおそれがある。すなわち、発電要素14の膨張および収縮を抑制することに関して、不十分な領域が発生してしまう。また、幅WA,WE2の関係が、上記式(1)の上限値(WE2/WA=27)よりも大きいと、面圧の変化量が小さい領域にも拘束力Fを与えることになる。
In the above formula (1), if the relationship between the widths W A and W E2 is smaller than the lower limit value (W E2 / W A = 14), there is a possibility that the region where the restraining force F is applied becomes insufficient. That is, an insufficient region is generated with respect to suppressing expansion and contraction of the
図18は、本実施例における単電池1の抵抗増加率と、比較例としての単電池の抵抗増加率との関係を示す図である。図18の縦軸は抵抗増加率を示し、横軸はサイクル数を示す。抵抗増加率は、初期状態(製造時)における単電池1の抵抗値と、充放電後における単電池1の抵抗値との関係を示す値であり、抵抗値の増加率を示す値である。抵抗増加率が上昇するほど、単電池1が劣化していることが分かる。サイクル数は、所定時間の充放電を繰り返して行うときの回数であり、1サイクルにおいて、所定時間の充放電が1回行われる。
FIG. 18 is a diagram showing the relationship between the resistance increase rate of the
比較例では、発電要素14の全体、言い換えれば、図9で説明した反応領域Aおよび第2拘束領域E3に対して拘束力Fを与えている。本実施例では、拘束領域E1だけに拘束力Fを与えている。図18に示すグラフは、25℃の温度条件において、レート25Cで充放電を繰り返した結果を示している。
In the comparative example, the restraint force F is applied to the entire
図18に示すように、本実施例では、比較例に比べて、抵抗増加率の上昇を抑制することができ、単電池1の劣化を抑制することができる。
As shown in FIG. 18, in this embodiment, it is possible to suppress an increase in the resistance increase rate and suppress deterioration of the
図19に示すグラフは、第1拘束領域E2の幅(Y方向の長さ)を変えたときの抵抗増加率の変化を示している。図18と同様に、図19の縦軸は、抵抗増加率を示し、横軸は、サイクル数を示している。図19に示すデータは、レート32Cで充放電を繰り返したときの測定結果を示している。 The graph shown in FIG. 19 shows the change in the resistance increase rate when the width (the length in the Y direction) of the first constraining region E2 is changed. Similarly to FIG. 18, the vertical axis in FIG. 19 indicates the resistance increase rate, and the horizontal axis indicates the number of cycles. The data shown in FIG. 19 has shown the measurement result when charging / discharging is repeated at the rate 32C.
グラフG11は、発電要素14の全体(反応領域Aおよび第2拘束領域E3)に拘束力Fを与えたときの抵抗増加率の変化を示す。グラフG12,G13は、拘束領域E1に拘束力Fを与えたときの抵抗増加率の変化を示す。グラフG12の試験では、下記式(2)の条件を満たすように、拘束領域E1(第1拘束領域E2)を設定し、グラフG13の試験では、下記式(3)の条件を満たすように、拘束領域E1(第1拘束領域E2)を設定している。なお、グラフG11〜G13において、発電要素14における反応領域Aおよび第2拘束領域E2のサイズは同一である。
A graph G11 shows a change in the resistance increase rate when the restraint force F is applied to the entire power generation element 14 (the reaction region A and the second restraint region E3). Graphs G12 and G13 show changes in the resistance increase rate when the restraining force F is applied to the restraining region E1. In the test of the graph G12, the constraint region E1 (first constraint region E2) is set so as to satisfy the condition of the following equation (2), and in the test of the graph G13, the condition of the following equation (3) is satisfied. A restraint area E1 (first restraint area E2) is set. In the graphs G11 to G13, the sizes of the reaction region A and the second restraint region E2 in the
WE2/WA×100=35 ・・・(2)
WE2/WA×100=27 ・・・(3)
W E2 / W A × 100 = 35 (2)
W E2 / W A × 100 = 27 (3)
図19に示すように、グラフG11,G12では、サイクル数が増えるにつれて、抵抗増加率が上昇している。一方、グラフG13では、サイクル数が増えても、抵抗増加率が上昇していない。 As shown in FIG. 19, in the graphs G11 and G12, the resistance increase rate increases as the number of cycles increases. On the other hand, in the graph G13, the resistance increase rate does not increase even if the number of cycles increases.
図20に示すグラフは、幅WAのサイズ(言い換えれば、発電要素14のサイズ)を変更したときの抵抗増加率の変化を示している。図18と同様に、図20の縦軸は、抵抗増加率を示し、横軸は、サイクル数を示している。図20に示すデータは、レート32Cで充放電を繰り返したときの測定結果を示している。 The graph shown in FIG. 20 shows a change in the resistance increase rate of changing the size (in other words, the size of the power generating element 14) of the width W A. As in FIG. 18, the vertical axis of FIG. 20 indicates the resistance increase rate, and the horizontal axis indicates the number of cycles. The data shown in FIG. 20 has shown the measurement result when charging / discharging is repeated at the rate 32C.
グラフG21,G22,G23は、発電要素14の全体(反応領域Aおよび第2拘束領域E3)に拘束力Fを与えたときの抵抗増加率の変化を示す。グラフG21の試験では、基準サイズの反応領域Aを有する発電要素14を用いている。基準サイズとは、図19で説明した試験に用いられた発電要素14の反応領域Aと同じサイズである。グラフG22では、反応領域Aのサイズを、基準サイズの1.4倍としている。グラフG23では、反応領域Aのサイズを、基準サイズの1.65倍としている。
Graphs G21, G22, and G23 show changes in the resistance increase rate when the restraining force F is applied to the entire power generation element 14 (reaction region A and second restraint region E3). In the test of the graph G21, the
グラフG24,G25,G26は、下記式(4)の条件において、拘束領域E1に拘束力Fを与えたときの抵抗増加率の変化を示している。 Graphs G24, G25, and G26 show changes in the resistance increase rate when the restraining force F is applied to the restraining region E1 under the condition of the following formula (4).
WE2/WA×100=27 ・・・(4) W E2 / W A × 100 = 27 (4)
グラフG24では、反応領域Aのサイズを基準サイズとしている。グラフG25では、反応領域Aのサイズを、基準サイズの1.4倍とし、グラフG26では、反応領域Aのサイズを、基準サイズの1.65倍としている。 In the graph G24, the size of the reaction region A is set as a reference size. In the graph G25, the size of the reaction region A is 1.4 times the reference size, and in the graph G26, the size of the reaction region A is 1.65 times the reference size.
図20に示すように、グラフG21,G22,G23では、サイクル数が増加するにつれて、抵抗増加率も上昇している。一方、グラフG24,G25,G26では、サイクル数が増加しても、抵抗増加率が変化していない。また、グラフG24,G25,G26では、反応領域Aのサイズが異なっていても、抵抗増加率の変化は、同様の挙動を示している。図20に示す試験結果から分かるように、反応領域Aおよび第1拘束領域E2の比率が所定条件(上記式(1))を満たせば、反応領域Aのサイズが変わっても、抵抗増加率の上昇を抑制することができる。 As shown in FIG. 20, in the graphs G21, G22, and G23, the resistance increase rate increases as the number of cycles increases. On the other hand, in the graphs G24, G25, and G26, the resistance increase rate does not change even when the number of cycles increases. Further, in the graphs G24, G25, and G26, even when the size of the reaction region A is different, the change in the resistance increase rate shows the same behavior. As can be seen from the test results shown in FIG. 20, if the ratio of the reaction region A and the first constraining region E2 satisfies a predetermined condition (the above formula (1)), the resistance increase rate can be increased even if the size of the reaction region A changes. The rise can be suppressed.
本実施例の変形例としては、発電要素14をラミネートフィルムで覆った単電池1を用いることができる。ラミネートフィルムを用いた単電池1であっても、本実施例と同様に、単電池1を配置することができる。ここで、単電池1の内部に配置される発電要素14は、正極板141、セパレータ143および負極板142が積層されることによって構成されており、発電要素14には、正極端子および負極端子が接続される。正極端子および負極端子は、ラミネートフィルムに挟まれた状態において、単電池1の外部に突出している。
As a modification of the present embodiment, a
ラミネートフィルムを用いた単電池1において、発電要素14は、正極板141、セパレータ143および負極板142を積層しただけの構成である。そこで、面圧の変化(膨張および収縮)を抑制するとともに、発電要素14の外部に電解液が漏れてしまうのを抑制するためには、発電要素の外縁全体に拘束力Fを与えることが好ましい。拘束力Fは、正極板141、セパレータ143および負極板142の積層方向に作用するものであり、発電要素14の外縁とは、拘束力Fが作用する方向と直交する面内における発電要素14の端部である。拘束力Fを与える領域は、本実施例と同様の方法で決定することができる。
In the
100:電池パック(蓄電装置) 1:単電池(蓄電素子)
10:電池ケース 10a:ケース本体
10b:蓋 11:正極端子
12:負極端子 13:弁
14:発電要素 15a:正極タブ
15b:負極タブ 141:正極板
141a:集電板 141b:正極活物質層
142:負極板 142a:集電板
142b:負極活物質層 143:セパレータ(電解質層)
20:エンドプレート 21:突起部
30:拘束バンド(連結部材) 40:スペーサ(加圧部材)
50:バスバー 200:治具
201:第1ストッパ 202:第2ストッパ
A:反応領域 E1:拘束領域
E2:第1拘束領域 E3:第2拘束領域
100: Battery pack (power storage device) 1: Single battery (power storage element)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10:
20: End plate 21: Protruding part 30: Restraint band (connection member) 40: Spacer (pressure member)
50: Bus bar 200: Jig 201: First stopper 202: Second stopper A: Reaction area E1: Restraint area E2: First restraint area E3: Second restraint area
Claims (8)
前記所定方向における前記複数の蓄電素子の両側から、前記所定方向の拘束力を前記複数の蓄電素子に作用させる拘束機構と、を有し、
前記所定方向で隣り合う2つの前記蓄電素子は、前記反応領域の一端を含む一部の領域が前記所定方向で互いに重なった状態において、前記直交方向にずれて配置され、
前記直交方向で隣り合う2つの前記蓄電素子は、前記直交方向において間隔を開けて配置されていることを特徴とする蓄電装置。 A plurality of power storage elements that are arranged side by side in a predetermined direction and in an orthogonal direction orthogonal to the predetermined direction and include a reaction region that performs charging and discharging,
From both sides of your Keru said plurality of power storage devices in the predetermined direction, anda restraint mechanism for applying a restraining force in the predetermined direction to said plurality of power storage devices,
The two power storage elements adjacent in the predetermined direction are arranged so as to be shifted in the orthogonal direction in a state where a part of the region including one end of the reaction region overlaps with the predetermined direction ,
The two power storage elements adjacent in the orthogonal direction are arranged with an interval in the orthogonal direction .
前記一部の領域は、前記所定軸の方向における前記反応領域の端部を含む領域であることを特徴とする請求項1又は2に記載の蓄電装置。 The power storage element is configured by winding a laminate in which a positive electrode plate, a negative electrode plate, and an electrolyte layer are laminated around a predetermined axis, and includes a power generation element including the reaction region,
The power storage device according to claim 1, wherein the partial region is a region including an end portion of the reaction region in a direction of the predetermined axis.
14≦WE2/WA×100≦27 ・・・(I)
ことを特徴とする請求項3に記載の蓄電装置。 The width WE2 of the partial region in the direction of the predetermined axis and the width WA of the reaction region in the direction of the predetermined axis have the relationship of the following formula (I):
14 ≦ WE2 / WA × 100 ≦ 27 (I)
The power storage device according to claim 3.
前記所定方向において、前記複数の蓄電素子を挟む一対のエンドプレートと、
前記所定方向に延び、前記一対のエンドプレートに連結される連結部材と、
を有することを特徴とする請求項1から4のいずれか1つに記載の蓄電装置。 The restraint mechanism is
A pair of end plates sandwiching the plurality of power storage elements in the predetermined direction;
A connecting member extending in the predetermined direction and connected to the pair of end plates;
The power storage device according to any one of claims 1 to 4, wherein the power storage device is provided.
前記突起部は、前記一部の領域に拘束力を与える位置において、前記蓄電素子と接触することを特徴とする請求項5に記載の蓄電装置。 The end plate has a protrusion that protrudes toward the power storage element on the surface facing the power storage element;
The power storage device according to claim 5, wherein the protrusion is in contact with the power storage element at a position where a binding force is applied to the partial region.
前記複数の蓄電素子は、前記所定方向において、前記加圧部材と重なる前記一部の領域を有する前記蓄電素子を含んでおり、
前記加圧部材と、前記直交方向において前記加圧部材と隣り合う前記蓄電素子とが、前記直交方向において間隔を開けて配置されていることを特徴とする請求項1から6のいずれか1つに記載の蓄電装置。 With respect to the partial region of the storage element, and have a pressing member to provide the restraining force from the restraining mechanism,
The plurality of power storage elements include the power storage element having the partial region overlapping the pressure member in the predetermined direction,
The pressure member and the power storage element adjacent to the pressure member in the orthogonal direction are arranged at an interval in the orthogonal direction. The power storage device described in 1.
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