JP6893234B2 - 電池システム - Google Patents
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Description
樹脂集電体層を含む正極集電体及び前記正極集電体上に形成された正極活物質を含む正極活物質層を有する正極と、樹脂集電体層を含む負極集電体及び前記負極集電体上に形成された負極活物質を含む負極活物質層を有する負極と、前記正極活物質層と前記負極活物質層との間に配置されるセパレータと、を備えるリチウムイオン単電池が複数積層されてなり、積層方向に貫通する貫通孔が形成された積層型電池モジュールと、
前記貫通孔に第1ガスを供給するガス供給部と、
前記貫通孔に冷却液を供給する冷却液供給部と、
前記積層型電池モジュールの温度を検知する温度センサと、
前記温度センサから出力される検知信号に基づいて、通常制御モードと高温制御モードとを切り替え制御する制御部と、
を備えており、
前記制御部は、前記通常制御モード時には、前記貫通孔に前記第1ガスを供給するように前記ガス供給部を制御すると共に、前記冷却液の供給を停止するように前記冷却液供給部を制御し、
前記制御部は、前記高温制御モード時には、前記第1ガスが供給される前記貫通孔に前記冷却液を供給するように前記冷却液供給部を制御すると共に、前記第1ガスの供給を停止するように前記ガス供給部を制御することを特徴とする電池システム。
前記通常制御モードは、前記温度センサにより検知された温度が第1範囲の場合に、前記制御部によって実行されるモードであり、
前記高温制御モードは、前記温度センサにより検知された温度が前記第1範囲よりも高い第2範囲の場合に、前記制御部によって実行されるモードであることを特徴とする[1]に記載の電池システム。
前記貫通孔内の湿度を検知する湿度センサと、
前記高温制御モードから前記通常制御モードに切り替える際に、前記貫通孔内に第2ガスを供給するエアコンプレッサと、
を更に備えており、
前記制御部は、前記湿度センサから出力される検知信号に基づいて、前記エアコンプレッサからの前記第2ガスの供給を制御することを特徴とする[1]又[2]に記載の電池システム。
前記制御部は、前記高温制御モードから前記通常制御モードに切り替える際に、前記エアコンプレッサから前記貫通孔内に前記第2ガスを供給し、前記湿度センサから出力される検知信号に基づいて前記貫通孔内の湿度が外気の湿度の所定範囲内に入ったと判定した場合に、前記エアコンプレッサからの前記第2ガスの供給を停止することを特徴とする[3]に記載の電池システム。
前記ガス供給部は前記エアコンプレッサを兼ねており、前記第1ガスと前記第2ガスとが同一のガスであることを特徴とする[3]又は[4]に記載の電池システム。
前記貫通孔は、前記積層型電池モジュールに形成された貫通孔であり、
前記貫通孔の内周面を覆う補強部材が設けられていることを特徴とする[1]〜[5]のいずれかに記載の電池システム。
前記正極集電体及び前記負極集電体は、導電性フィラーを有する導電性樹脂組成物を含み、
前記正極活物質層及び前記負極活物質層は、電極活物質粒子表面の少なくとも一部が高分子化合物を含む被覆材で被覆された被覆電極活物質粒子を含むことを特徴とする[1]〜[6]のいずれかに記載の電池システム。
前記積層型電池モジュールを収容する収容部と、
前記収容部内に液体を供給する液体供給部と、
を更に備えており、
前記制御部は、前記温度センサから出力される検知信号に基づいて、異常制御モードに切り替え制御し、前記異常制御モード時には、前記積層型電池モジュールを水没させるように前記液体供給部からの前記液体の供給を制御することを特徴とする[1]〜[7]のいずれかに記載の電池システム。
前記液体供給部は、前記貫通孔内に螺旋状に配された液冷管を有しており、前記液冷管内に前記液体を供給することを特徴とする[8]に記載の電池システム。
前記液冷管は、前記貫通孔内の中央部位で最も配置密度が高いことを特徴とする[9]に記載の電池システム。
先ず、第1の実施形態として、発熱したリチウムイオン電池を冷却する電池システムについて、図面を参照しながら詳細に説明する。この電池システムは、例えば車載用バッテリ等として用いられる。
本実施形態による電池システムに適用される積層型電池モジュール100は、リチウムイオン単電池1が複数積層されて直列に接続された組電池10を備える。なお、図1(b)では、図示の便宜上、リチウムイオン単電池1が4層積層された様子を例示するが、リチウムイオン単電池1を数十層〜数百層積層する場合がある。
正極樹脂集電体21としては、導電性フィラーとマトリックス樹脂とを含むことが好ましい。マトリックス樹脂としては、例えば、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、ポリメチルペンテン(PMP)、ポリシクロオレフィン(PCO)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエーテルニトリル(PEN)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、スチレンブタジエンゴム(SBR)、ポリアクリロニトリル(PAN)、ポリメチルアクリレート(PMA)、ポリメチルメタクリレート(PMMA)、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂又はこれらの混合物等が挙げられる。電気的安定性の観点から、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、ポリメチルペンテン(PMP)及びポリシクロオレフィン(PCO)が好ましく、さらに好ましくはポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)及びポリメチルペンテン(PMP)である。
具体的には、金属[ニッケル、アルミニウム、ステンレス(SUS)、銀、銅及びチタン等]、カーボン[グラファイト及びカーボンブラック(アセチレンブラック、ケッチェンブラック、ファーネスブラック、チャンネルブラック、サーマルランプブラック等)等]、及びこれらの混合物等が挙げられるが、これらに限定されるわけではない。これらの導電性フィラーは1種単独で用いても良いし、2種以上併用しても良い。また、これらの合金又は金属酸化物を用いても良い。電気的安定性の観点から、好ましくはアルミニウム、ステンレス、カーボン、銀、銅、チタン及びこれらの混合物であり、より好ましくは銀、アルミニウム、ステンレス及びカーボンであり、更に好ましくはカーボンである。またこれらの導電性フィラーとしては、粒子系セラミック材料や樹脂材料の周りに導電性材料(上記した導電性フィラーの材料のうち金属のもの)をめっき等でコーティングしたものでも良い。
正極活物質層22は、正極活物質を含む混合物の非結着体であることが好ましい。ここで、非結着体とは、正極活物質層中において正極活物質の位置が固定されておらず、正極活物質同士及び正極活物質同士及び正極活物質と集電体とが不可逆的に固定されていないことを意味する。
負極樹脂集電体23としては、正極樹脂集電体21で記載した構成と同様のものを適宜選択して用いることができ、同様の方法により得ることができる。負極樹脂集電体23の厚さは特に限定されないが、5μm〜150μmであることが好ましい。
負極活物質層24は、負極活物質を含む混合物の非結着体であることが好ましい。負極活物質層が非結着体であることが好ましい理由、及び非結着体である負極活物質層23を得る方法等は、正極活物質層22が非結着体であることが好ましい理由、及び非結着体である正極活物質層22を得る方法と同様である。
電解液の組成は、正極活物質層22に含まれる電解液と同様の電解液を好適に用いることができる。
セパレータ12としては、ポリエチレン又はポリプロピレン製の多孔性フィルム、上記多孔性フィルムの積層フィルム(多孔性ポリエチレンフィルムと多孔性ポリプロピレンとの積層フィルム等)、合成繊維(ポリエステル繊維及びアラミド繊維等)又はガラス繊維等からなる不織布、及びそれらの表面にシリカ、アルミナ、チタニア等のセラミック微粒子を付着させたもの等の公知のリチウムイオン単電池に用いられるセパレータが挙げられる。
次に、第2の実施形態について説明する。本実施形態では、第1の実施形態と同様に、積層型電池モジュール100を備えた電池システムを開示する。図3は、本実施形態による電池システムの概略構成を示す模式図である。第1の実施形態の電池システムと同様の構成部材については同一の符号を付し、詳しい説明を省略する。
具体的に、制御部36は、高温制御モードを終了して貫通孔3a,3bへの冷却液の供給を停止した際に、湿度センサ41から出力される検知信号に基づいて、積層型電池モジュール100の貫通孔3a,3b内の湿度測定値が外気の湿度よりも高いと判断した場合には、エアコンプレッサ42を駆動して貫通孔3a,3b内に空気等のガス(第2ガス)を供給する。制御部36は、エアコンプレッサ42の駆動により貫通孔3a,3b内の湿度が低下し、貫通孔3a,3b内の湿度測定値が外気の湿度の所定範囲内に入った、或いは、貫通孔3a,3b内の湿度測定値と外気の湿度とが同一となったと判断した場合には、エアコンプレッサ42の駆動を終了して第2ガスの供給を停止し、通常制御モードを実行してガス供給部31を駆動し、貫通孔3a,3b内に第1ガスを供給する。
本実施形態では、エアコンプレッサ42を備えた電池システムを例示したが、エアコンプレッサ42を用いることなくガス供給部31がエアコンプレッサ42の機能を兼ねるようにしても良い。この場合、例えば、ガス供給部31は、積層型電池モジュール100の組電池10を空冷するための通常のガス供給速度(風量)とする上述の通常制御モードと、貫通孔3a,3b内に残存する水分を除去するための第1供給モードよりも大きいガス供給速度(風量)とする高圧供給モードとを切り替えて実行することができる。
次に、第3の実施形態について説明する。本実施形態では、積層型電池モジュールを備えた電池システムを開示する。この電池システムは、例えば大型蓄電所等に適用されるものであり、本実施形態の積層型電池モジュールは第1及び第2の実施形態の積層型電池モジュールよりも大型(例えば1000kWh程度の蓄電池)である。
なお、本実施形態においても、第1の実施形態と同様に、貫通孔3A内で絶縁膜2及び両縁部を覆う補強部材を形成するようにしても良い。
3a,3b,3A 貫通孔
2 絶縁膜
10 組電池
11 正極電極
12 セパレータ
13 負極電極
14 シール部
21 正極樹脂集電体
22 正極活物質層
23 負極樹脂集電体
24 負極活物質層
31 ガス供給部
32 冷却液供給部
33,34 バルブ
35 温度センサ
36 制御部
37a,37b パイプ
41 湿度センサ
42 エアコンプレッサ
51 収容部
52 液体供給部
53 液冷管
100,200 積層型電池モジュール
Claims (10)
- 樹脂集電体層を含む正極集電体及び前記正極集電体上に形成された正極活物質を含む正極活物質層を有する正極と、樹脂集電体層を含む負極集電体及び前記負極集電体上に形成された負極活物質を含む負極活物質層を有する負極と、前記正極活物質層と前記負極活物質層との間に配置されるセパレータと、を備えるリチウムイオン単電池が複数積層されてなり、積層方向に貫通する貫通孔が形成された積層型電池モジュールと、
前記貫通孔に第1ガスを供給するガス供給部と、
前記貫通孔に冷却液を供給する冷却液供給部と、
前記積層型電池モジュールの温度を検知する温度センサと、
前記温度センサから出力される検知信号に基づいて、通常制御モードと高温制御モードとを切り替え制御する制御部と、
を備えており、
前記制御部は、前記通常制御モード時には、前記貫通孔に前記第1ガスを供給するように前記ガス供給部を制御すると共に、前記冷却液の供給を停止するように前記冷却液供給部を制御し、
前記制御部は、前記高温制御モード時には、前記第1ガスが供給される前記貫通孔に前記冷却液を供給するように前記冷却液供給部を制御すると共に、前記第1ガスの供給を停止するように前記ガス供給部を制御することを特徴とする電池システム。 - 前記通常制御モードは、前記温度センサにより検知された温度が第1範囲の場合に、前記制御部によって実行されるモードであり、
前記高温制御モードは、前記温度センサにより検知された温度が前記第1範囲よりも高い第2範囲の場合に、前記制御部によって実行されるモードであることを特徴とする請求項1に記載の電池システム。 - 前記貫通孔内の湿度を検知する湿度センサと、
前記高温制御モードから前記通常制御モードに切り替える際に、前記貫通孔内に第2ガスを供給するエアコンプレッサと、
を更に備えており、
前記制御部は、前記湿度センサから出力される検知信号に基づいて、前記エアコンプレッサからの前記第2ガスの供給を制御することを特徴とする請求項1又は2に記載の電池システム。 - 前記制御部は、前記高温制御モードから前記通常制御モードに切り替える際に、前記エアコンプレッサから前記貫通孔内に前記第2ガスを供給し、前記湿度センサから出力される検知信号に基づいて前記貫通孔内の湿度が外気の湿度の所定範囲内に入ったと判定した場合に、前記エアコンプレッサからの前記第2ガスの供給を停止することを特徴とする請求項3に記載の電池システム。
- 前記ガス供給部は前記エアコンプレッサを兼ねており、前記第1ガスと前記第2ガスとが同一のガスであることを特徴とする請求項3又は4に記載の電池システム。
- 前記貫通孔の内周面を覆う補強部材が設けられていることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の電池システム。
- 前記正極集電体及び前記負極集電体は、導電性フィラーを有する導電性樹脂組成物を含み、
前記正極活物質層及び前記負極活物質層は、電極活物質粒子表面の少なくとも一部が高分子化合物を含む被覆材で被覆された被覆電極活物質粒子を含むことを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の電池システム。 - 前記積層型電池モジュールを収容する収容部と、
前記収容部内に液体を供給する液体供給部と、
を更に備えており、
前記制御部は、前記温度センサから出力される検知信号に基づいて、異常制御モードに切り替え制御し、前記異常制御モード時には、前記積層型電池モジュールを水没させるように前記液体供給部からの前記液体の供給を制御することを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載の電池システム。 - 前記液体供給部は、前記貫通孔内に螺旋状に配された液冷管を有しており、前記液冷管内に前記液体を供給することを特徴とする請求項8に記載の電池システム。
- 前記液冷管は、前記貫通孔内の中央部位で最も配置密度が高いことを特徴とする請求項9に記載の電池システム。
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