KR101433545B1 - 쌍극형 전지 - Google Patents

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다까아끼 아베
야스히또 미야자끼
히로따쯔 가미무라
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닛산 지도우샤 가부시키가이샤
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Abstract

쌍극형 전지(2)의 집전체(4a-4e)의 주연부에 전압 검출용 단자(27a-27e, 27aa-27ee, 27aaa-27eee)와 방전용 단자(21a-21e)를 접속한다. 집전체(4a-4e)의 도심을 통과하고, 전압 검출용 단자(27a-27e)와 도심을 연결하는 제1 직선(Da1)에 직교하는 제2 직선(Da2)의 양측으로 나누어, 전압 검출용 단자(27a-27e)와 방전용 단자(21a-21e)를 배치함으로써, 집전체(4a-4e)의 전압 계측에 관한 요구와 방전에 관한 요구를 함께 만족시킨다.

Description

쌍극형 전지{BIPOLAR　BATTERY}
본 발명은 쌍극형 전지의 집전체에 설치하는 전압 검출용 단자와 방전용 단자의 배치에 관한 것이다.
쌍극형 전지는, 일반적으로 층상의 집전체와, 집전체의 일면에 배치된 정극 활물질층과, 집전체의 다른 일면에 배치된 부극 활물질층으로 이루어지는 복수의 쌍극형 전극과, 내부를 이온이 이동하는 복수의 전해질층을, 정극 활물질층과 부극 활물질층이 전해질층을 사이에 두고 대치하는 상태에서 적층함으로써 구성된다.
적층된 상태에서는, 전해질층을 사이에 두고 대치하는 정극 활물질층과 부극 활물질층이 단위 셀을 구성한다. 쌍극형 전지는 이들 단위 셀을 직렬로 접속한 상태에서 사용된다.
단위 셀에는 제조 과정의 요인에 의한 내부 저항이나 용량 등의 편차가 존재한다. 단위 셀이 분담하는 전압에 편차가 존재하면, 전압이 큰 단위 셀로부터 열화가 진행하고, 결과적으로 쌍극형 전지 전체의 수명이 짧아져 버린다.
쌍극형 전지 전체의 수명을 신장하기 위해서는, 따라서, 각 단위 셀의 전압을 측정하고, 측정한 전압에 기초하여 각 단위 셀의 전압을 조정하는 것이 바람직하다.
일본 특허청이 2005년에 발행한 일본 특허 출원 공개 제2005-235428호는, 쌍극형 전지의 각 단위 셀의 전압을 측정하기 위해, 각 단위 셀의 집전체에 전압 검출용 단자를 설치하고, 단위 셀마다 전압을 취출해서 계측하는 것을 제시하고 있다
측량한 전압에 기초하여, 각 단위 셀의 전압을 조정하기 위해서는, 각 집전체가 개별로 방전을 행할 필요가 있다. 이러한 방전 제어를 전압 밸런스 제어라고 칭한다.
방전용 단자와 전압 검출용 단자에서는 요구되는 특성이 상이하다. 방전용 단자는 많은 방전 전류를 흘릴 수 있는 위치에 설치하는 것이 바람직하다. 한편, 전압의 계측에 관해서는 대량의 방전 전류가 흐르는 부위는 전압의 변동이 격렬하여, 이 부위에서 전압을 계측하는 것은 계측 정밀도상 바람직하지 않다. 따라서, 전압 검출용 단자를 사용해서 방전을 행하는 것은 전압 밸런스 제어의 정밀도를 저하시키는 요인이 된다.
본 발명의 목적은, 따라서, 집전체의 전압 계측에 관한 요구와, 집전체로부터의 방전에 관한 요구를 함께 만족시키는 것이다.
이상의 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은, 층상의 집전체와, 집전체의 일면에 배치된 정극 활물질층과, 집전체의 다른 일면에 배치된 부극 활물질층으로 이루어지는 복수의 쌍극형 전극과, 내부를 이온이 이동하는 복수의 전해질층을, 정극 활물질층과 부극 활물질층이 전해질층을 사이에 두고 대치하는 상태에서 적층한 쌍극형 전지에 적용된다.
집전체는 주연부에 접속된 전압 검출용 단자와 방전용 단자를 구비한다. 전압 검출용 단자와 방전용 단자는 다음과 같이 배치된다. 즉, 집전체의 도심과 전압 검출용 단자를 연결하는 제1 직선을 긋는다. 그리고, 제1 직선에 직교하는 제2 직선의 양측으로 나누어 전압 검출용 단자와 방전용 단자를 배치한다
본 발명의 상세 및 다른 특징이나 이점은, 명세서의 이하의 기재 중에서 설명되는 동시에, 첨부된 도면에 도시된다. 또한, 첨부된 도면은 설명의 사정상의 이유때문에, 쌍극형 전지를 구성하는 각 층의 두께나 형상에 관한 과장을 포함한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 의한 쌍극형 전지의 전압 밸런스 제어 회로도이다.
도 2의 (a)와 2의 (b)는 쌍극형 전지의, 집전체와 정극 활물질층의 개략 평면도 및 방전시의 집전체 내부의 전압 변화를 도시하는 다이어그램이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시 형태에 의한 전압 밸런스 제어의 제1 단계에 있어서의 쌍극형 전지의 전류의 흐름을 설명하는 전압 밸런스 제어 회로도이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시 형태에 의한 전압 밸런스 제어의 제2 단계에 있어서의 쌍극형 전지의 전류의 흐름을 설명하는 전압 밸런스 제어 회로도이다.
도 5는 비교예 #1에 의한 쌍극형 전지의 전압 밸런스 제어 회로도이다.
도 6의 (a)와 6의 (b)는 비교예 #1에 의한 쌍극형 전지의, 집전체와 정극 활물질층의 개략 평면도 및 방전시의 집전체 내부의 전압 변화를 도시하는 다이어그램이다.
도 7은 비교예 #2에 의한 쌍극형 전지의 전압 밸런스 제어 회로도이다.
도 8의 (a)와 8의 (b)는 비교예 #2에 의한 쌍극형 전지의, 집전체와 정극 활물질층의 개략 평면도 및 방전시의 집전체 내부의 전압 변화를 도시하는 다이어그램이다.
도 9의 (a)와 9의 (b)는 비교예 #2에 의한 방전 제어를 설명하는 타이밍 챠트이다.
도 10은 본 발명의 제2 실시 형태에 의한 쌍극형 전지의 전압 밸런스 제어 회로도이다.
도 11의 (a)와 11의 (b)는, 본 발명의 제2 실시 형태에 의한 쌍극형 전지의, 집전체와 정극 활물질층의 개략 평면도 및 방전시의 집전체 내부의 전압 변화를 도시하는 다이어그램이다.
도 12는 본 발명의 제3 실시 형태에 의한 쌍극형 전지의 전압 밸런스 제어 회로도이다.
도 13의 (a)와 13의 (b)는, 본 발명의 제3 실시 형태에 의한 쌍극형 전지의, 집전체와 정극 활물질층의 개략 평면도 및 방전시의 집전체 내부의 전압 변화를 도시하는 다이어그램이다.
도 14는 본 발명의 제4 실시 형태에 의한 쌍극형 전지의 집전체 및 정극 활물질층의 개략 평면도이다.
도 15는 본 발명의 제5 실시 형태에 의한 쌍극형 전지의 집전체 및 정극 활물질층의 개략 평면도이다.
도 16의 (a)와 16의 (b)는, 본 발명의 제6 실시 형태에 의한 쌍극형 전지의, 집전체와 정극 활물질층의 개략 평면도 및 방전시의 집전체 내부의 전압 변화를 도시하는 다이어그램이다.
도면의 도 1을 참조하면, 본 발명의 제1 실시 형태에 의한 쌍극형 전지(2)는 세퍼레이터(12)를 개재해서 적층된 층상의 5개의 집전체(4a-4e)를 구비한다. 각 집전체(4a-4e)의 한쪽 면에는 정극 활물질층(5)이 형성되고, 다른 한쪽 면에는 부극 활물질층(6)이 형성된다. 집전체(4a-4e)와 정극 활물질층(5)과 부극 활물질층(6)이 쌍극형 전극(3)을 구성한다. 쌍극형 전지(2)는 따라서, 5개의 쌍극형 전극(3)을 구비한다.
부극 활물질층(6)은 정극 활물질층(5)보다 표면적이 넓게 설정된다. 쌍극형 전극(3)은 전해질층(7)을 개재해서 연직 방향으로 적층된다.
도면에 있어서 상하 방향으로 인접하는 2개의 쌍극형 전극(3)을, 설명 상 여기에서는 상단 쌍극형 전극 및 하단 쌍극형 전극이라고 칭한다. 하단 쌍극형 전극의 상면에 위치하는 부극 활물질층(6)과, 상단 쌍극형 전극의 하면에 위치하는 정극 활물질층(5)이 전해질층(7)을 개재해서 대치하도록, 상단 쌍극형 전극과 하단 쌍극형 전극이 배치된다.
도 2의 (a)를 참조하면, 정극 활물질층(5)과 부극 활물질층(6)의 면적은, 집전체(4a-4e)의 수평 방향의 면적보다 작게 설정된다. 즉, 적층 방향으로부터 바라 본 집전체(4a-4e)의 주연 영역에는 정극 활물질층(5)과 부극 활물질층(6)은 설치되지 않는다.
다시 도 1을 참조하면, 적층 방향에 관해서 인접하는 2개의 집전체(4a-4e)의 주연 영역 사이에 소정 폭의 시일 부재(11)가 끼움지지된다. 시일 부재(11)는 정극 활물질층(5)과 부극 활물질층(6)을 서로 절연하는 동시에, 도면의 상하 방향으로 대치하는 정극 활물질층(5)과 부극 활물질층(6) 사이에 소정의 공간(8)을 확보한다. 시일 부재(11)는, 정극 활물질층(5)과 부극 활물질층(6)의 수평 방향 외주의 외측에도 배치된다.
공간(8)에는 액체상 또는 겔상의 전해질(9)이 충전된다. 또한, 정극 활물질층(5) 및 부극 활물질층(6)과 대략 평행하게 공간(8)을 횡단해서 전해질(9)을 통과시킬 수 있는 다공질막으로 형성된 세퍼레이터(12)가 설치된다. 세퍼레이터(12)는 대향하는 2개의 전극 활물질층(5 및 6)의 전기적 접촉을 저지하는 역할을 갖는다. 전해질층(7)은 공간(8)에 충전된 전해질(9)과 세퍼레이터(12)에 의해 구성된다.
최상단의 부극 활물질층(6)에 강전 탭(16)이, 최하단의 정극 활물질층(5)에 강전 탭(17)이 각각 접속된다. 충전 상태의 쌍극형 전지(2)에 있어서, 강전 탭(16)은 플러스 단자로서 기능하고, 강전 탭(17)은 마이너스 단자로서 기능한다.
전해질층(7)과, 전해질층(7) 양측의 정극 활물질층(5) 및 부극 활물질층(6)으로, 1개의 단위 셀(15a-15d)이 구성된다. 쌍극형 전지(2)는 이와 같이 하여 직렬로 접속된 4개의 단위 셀(15a-15d)로 구성된다. 또한, 단위 셀의 수나 쌍극형 전지(2)를 직렬로 접속하는 수는 원하는 전압에 따라서 조절가능하다.
4개의 쌍극형 전지(2)를 적층하고, 금속제의 상자에 수납함으로써, 1개의 쌍극형 전지 모듈이 구성된다. 또한 복수의 모듈에 의해 쌍극형 전지 어셈블리가 구성된다.
다시 도 2의 (a)를 참조하면, 집전체(4a-4e)는 단변과 장변을 갖는 직사각형을 이룬다. 집전체(4a-4e)는 도전성 고분자 재료 또는 비도전성 고분자 재료에 도전성 필러를 첨가한 수지로 구성된다. 집전체(4a-4e)는, 수지에 한하지 않고 금속으로 구성하는 것도 가능하다.
집전체(4a-4e)의 재료로서는, 전류가 흐르는 방향의 저항률이 0.01옴 센티미터(Ω·㎝) 이상으로 상대적으로 크고, 단위 셀(15a-15e)의 방전시에 정극 활물질층(5)이나 부극 활물질층(6)과 접하는 부위에 일정하지 않은 전압 분포가 발생하는 것이 바람직하다. 전류가 흐르는 방향의 저항이 상대적으로 큰 금속으로서, 니크롬이 들어간 합금이나 스테인리스강을 들 수 있다.
쌍극형 전지(2)에는 전압 밸런스 제어를 행하기 위한 전기 회로가 접속된다. 여기서, 전압 밸런스 제어는, 집전체(4a-4e)로부터의 개별 방전에 의해 4개의 단위 셀(15a-15d)의 전압을 균일화하기 위한 제어를 말한다.
집전체(4a)의 주연부에는 방전용 단자(21a)와 전압 검출용 단자(27a)가 장착된다. 집전체(4b)의 주연부에는 방전용 단자(21b)와 전압 검출용 단자(27b)가 장착된다. 집전체(4c)의 주연부에는 방전용 단자(21c)와 전압 검출용 단자(27c)가 장착된다. 집전체(4d)의 주연부에는 방전용 단자(21d)와 전압 검출용 단자(27d)가 장착된다. 집전체(4e)의 주연부에는 방전용 단자(21e)와 전압 검출용 단자(27e)가 장착된다.
도 1은 쌍극형 전지(2)의 개략 종단면도를 도시하고, 도면의 상방이 연직 상방, 하방이 연직 하방에 각각 해당한다.
쌍극형 전지(2)는, 수지와 금속으로 이루어지는 복합 라미네이트 필름의 외장재에 피복된다. 외장재의 주연부는 열 융착으로 접합되고, 쌍극형 전지(2)는 진공 상태에서 밀봉된다. 강전 탭(16 및 17), 방전용 단자(21a-21e) 및 전압 검출용 단자(27a-27e)는 외장재의 외측에 돌출한다.
직렬로 접속하는 4개의 단위 셀(15a-15d)에서 부담하는 전압이 같지 않으면, 쌍극형 전지(2) 전체적으로 원하는 전지 전압이 얻어지지 않는다. 이 쌍극형 전지(2)에서는, 4개의 단위 셀(15a-15d)의 각 전압이 일치하도록 각 집전체(4a-4e)로부터 방전되는 밸런스 전류를 제어한다. 여기서, 밸런스 전류란, 4개의 단위 셀(15a-15d)의 전압을 균일화하기 위해서 방전시키는 전류를 의미한다. 밸런스 전류의 제어는, 「전압 밸런스 제어」라고도 말하여진다. 전압 밸런스 제어는, 4개의 단위 셀(15a-15d)의 전압을 방전에 의해 균일화하는 제어를 의미한다. 여기에서는 밸런스 전류 및 전압 밸런스 제어라고 하는 용어를 이상의 정의를 기초로 사용한다.
전압 검출용 단자를, 밸런스 전류를 흘리는 방전용 단자와 겸용하면, 밸런스 전류가 흐르는 방향의 저항이 상대적으로 큰 수지나 금속을 집전체로서 사용했을 경우에, 방전시에 가장 많은 밸런스 전류가 흐르는 부위에서 전압을 검출하게 된다. 전압을 안정되게 검출하기 위해서는 밸런스 전류가 상대적으로 흐르지 않는 부위에서 검출을 행하는 것이 좋다. 많은 밸런스 전류가 흐르는 부위에서 전압을 검출하면 전압이 크게 변동하기 쉽다. 검출하는 전압이 변동하면, 단위 셀(15a-15d)의 전압을 일치시키기 위한 밸런스 전류 제어가 어렵게 된다.
이 실시 형태에 의한 쌍극형 전지(2)에 있어서는, 각 집전체(4a-4e)의 면상에 있어서 단위 셀(15a-15d)의 전압을 검출하기 위한 전압 검출용 단자(27a-27e)와 단위 셀(15a-15d)로부터 방전을 행하게 하기 위한 방전용 단자(21a-21e)를 집전체(4a-4e)의 서로 이격된 주연부에 설치한다.
다시 도 2의 (a)를 참조하여, 집전체(4a)를 예로 들어서 구체적으로 설명한다. 집전체(4a)의 한쪽 면에는 주연부에 소정 폭의 열 융착부를 남기고, 정극 활물질층(5)이 형성된다. 도면은 도 1의 하방으로부터 집전체(4a)를 바라본 평면도에 상당한다. 또한, 방전용 단자(21a)와 전압 검출용 단자(27a)는 부극 활물질층(6)이 형성되는 면에 접속된다. 이들 단자의 전압은 부의 값으로 나타낸다.
우선, 집전체(4a)의 평면 상에 전압 검출용 단자(27a)와 집전체(4a)의 도심(Oa)을 연결하는 제1 직선(Da1)을 긋는다. 그리고, 방전용 단자(21a)를 제1 직선(Da1)과 도심(Oa)에 있어서 직교하는 제2 직선(Da2)을 사이에 두고 전압 검출용 단자(27a)와 반대측에 배치한다. 이와 같이, 전압 검출용 단자(27a)와 방전용 단자(21a)를 제2 직선(Da2) 양측으로 나누어 배치하는 것이 본 발명에 의한 쌍극형 전지(2)의 요건이다.
바람직하게는, 직사각형 집전체(4a)의 2개의 대각선으로 집전체(4)의 평면 형상을 4개의 영역으로 분할했을 경우에, 인접하지 않는 2개 영역의 한쪽에 전압 검출용 단자(27a)를, 다른 한쪽에 방전용 단자(21a)를 배치한다. 더욱 바람직하게는, 이들 영역은 대각선의 교각이 예각을 이루는 영역으로 한다. 구체적으로는 직사각형 집전체(4a)의 단변의 한쪽에 전압 검출용 단자(27a), 다른 한변에 방전용 단자(21a)를 배치한다. 더욱 바람직하게는, 전압 검출용 단자(27a)와 방전용 단자(21a)를 150도 이상 210도 미만의 각도 간격으로 배치한다.
집전체(4b-4e)에도, 전압 검출용 단자(27b-27e)와 방전용 단자(21b-21e)를 마찬가지로 배치한다.
다시 도 1을 참조하면, 전압 밸런스 회로(20)는, 5개의 방전용 단자(21a-21e)에 접속되는, 5개의 방전용 배선(22a-22e)과, 5개의 고정 저항(24a-24e)과, 4개의 스위치(25a-25d)를 구비한다.
4개의 단위 셀(15a-15d)로부터 각각 방전을 행하기 위해서, 5개의 집전체(4a-4e)의 주연부의 전술한 조건을 만족하는 소정 개소에 방전용 단자(21a-21e)가 접착 등의 방법으로 접속된다. 방전용 단자(21a-21e)는 전술한 바와 같이 수지와 금속의 복합 라미네이트 필름의 외측으로 취출된다. 5개의 방전용 단자(21a-21e)에 전압 밸런스 회로(20)의 5개의 방전용 배선(22a-22e)의 일단부가 각각 접속된다.
즉, 방전용 단자(21a)에는 방전용 배선(22a)의 일단부가 접속된다. 방전용 단자(21b)에는 방전용 배선(22b)의 일단부가 접속된다. 방전용 단자(21c)에는 방전용 배선(22c)의 일단부가 접속된다. 방전용 단자(21d)에는 방전용 배선(22d)의 일단부가 접속된다. 방전용 단자(21e)에는 방전용 배선(22e)의 일단부가 접속된다.
방전용 배선(22a)의 다른 일단부와, 방전용 배선(22b)의 다른 일단부는 스위치(25a)에 접속된다. 방전용 배선(22b)의 다른 일단부와 방전용 배선(22c)의 다른 일단부는 스위치(25b)에 접속된다. 방전용 배선(22c)의 다른 일단부와 방전용 배선(22d)의 다른 일단부는 스위치(25c)에 접속된다. 방전용 배선(22d)의 다른 일단부와 방전용 배선(22e)의 다른 일단부는 스위치(25d)에 접속된다.
4개의 스위치(25a-25d)는 상시 개방의 스위치이다. 스위치(25a-25d)의 ON/OFF 조작은 제어 회로(29)에 의해 제어된다.
5개의 집전체(4a-4e)에 설치한 전압 검출용 단자(27a-27e)는 전압 검출용 배선(28a-28e)을 통해서 제어 회로(29)에 접속된다.
전압 밸런스 회로(20)에 사용하는 부품은 4개의 단위 셀(15a-15d)에서 동일한 사양으로 한다. 즉, 방전용 단자(21a-21e)는 동일 사양으로 작성된다. 스위치(25a-25d)도 동일 사양으로 한다. 방전용 배선(22a-22e)은 모두 같은 재질로 구성되고, 같은 길이로 한다. 5개의 고정 저항(24a-24e)의 저항값은 모두 같다. 전압 검출용 단자(27a-27e)도 동일 사양으로 한다. 전압 검출용 배선(28a-28e)도 동일 사양으로 한다.
다시 도 2의 (a)를 참조하면, 집전체(4a)의 한쪽 면에는 주연부에 소정 폭의 열 융착부를 남기고, 정극 활물질층(5)이 형성된다. 도면은 하방으로부터 집전체(4a)를 바라본 평면도에 상당한다. 또한, 방전용 단자(21a)와 전압 검출용 단자(27a)는 부극 활물질층(6)이 형성되는 면에 접속된다. 이들 단자의 전압은 부의 값으로 나타낸다. 그러나, 부의 값은 다루기 어려우므로, 여기에서는 방전용 단자(21a)와 전압 검출용 단자(27a)가 정극 활물질층(5)이 형성되는 면에 접속될 경우를 예로 해서 각 부의 전압의 변화를 설명한다.
하방으로부터 집전체(4a)를 바라본 상태에서, 방전용 단자(21a)는 도면의 우측 아래 구석부 가까이에, 전압 검출용 단자(27a)는 도면의 좌측 위 구석부 가까이에 배치된다. 단위 셀(15a)로부터의 방전 시에는, 정극 활물질층(5)의 전체 영역으로부터 방전 전류가 방전용 단자(21a)를 향해서 흐른다. 따라서, 방전용 단자(21a)에 가까운 영역일수록 많은 방전 전류가 흐른다. 방전 전류가 많이 흐른다고 하는 것은, 전압이 크게 강하하는 것을 의미한다. 그로 인해, 대량의 방전 전류가 흐르는 부위에서는, 전압을 고정밀도로 검출할 수 없다. 반대로, 방전 전류의 흐름이 적을수록, 전압 강하가 작은 것을 의미한다. 방전 전류의 흐름이 적은 부위에서는 전압을 고정밀도로 검출할 수 있다. 따라서, 전압 검출용 단자(27a)는, 방전 전류가 가장 흐르지 않는 위치, 즉 방전용 단자(21a)로부터 가장 먼 부위인 도면의 좌측 위 구석부 가까이에 상당하는 집전체(4a)의 주연부에 접속된다.
도 2의 (b)는, 방전용 단자(21a)로부터의 단위 셀(15a)의 방전시에 있어서의, 도 2의 (a)에 도시하는 전압 검출용 단자(27a)와 방전용 단자(21a)를 연결하는 1점 쇄선에 따른 집전체(4a) 내의 전압의 변화를 도시한다. 정극 활물질층(5)의 도면 중 좌측의 테두리에 위치하는 점 A의 전압을 하이측 전압(Vhi), 정극 활물질층(5)의 도면 중 우측의 테두리에 위치하는 점 B의 전압을 로우측 전압(Vlo)으로 한다. 점 A로부터 점 B를 향해서, 집전체(4a) 내의 전압은 하이측 전압(Vhi)으로부터 로우측 전압(Vlo)으로 저하한다. 이 도면에서는, 점 A로부터 점 B까지의 전압의 변화를 직선으로 근사하고 있다.
점 B의 도면 중 우측에는 정극 활물질층(5)이 없으므로, 방전 전류는 집전체(4a)만을 흐른다. 집전체(4a)는 양도체의 금속보다 내부 저항이 크기 때문에, 이 내부 저항에 따른 전압 강하가 발생한다. 또한, 집전체(4a)와 방전용 단자(21a) 사이에는 접촉 저항이 있어서, 이 접촉 저항에 따른 전압 강하가 발생한다. 즉, 점 B의 부근에서는 전압이 크게 강하한다. 이 결과, 제1 방전용 단자(21a)의 전압(Vf)은, 점 B의 로우측 전압(Vlo)으로부터 이들 2종류의 전압 강하 분을 뺀 전압까지 저하한다.
한편, 점 A로부터 전압 검출용 단자(27a)의 우측 단부까지 사이에는 정극 활물질층(5)이 존재하지 않고, 또한 방전 전류도 대부분 흐르지 않으므로, 전압 강하가 발생하지 않는다. 따라서, 전압 검출용 단자(27a)의 전압은 점 A의 하이측 전압(Vhi)과 거의 동등하다.
이상은 방전용 단자(21a)와 전압 검출용 단자(27a)가 정극 활물질층(5)이 형성되는 면에 접속될 경우에 관한 설명이다.
이상의 설명을 근거로 하여, 도 1에 도시한 바와 같이, 방전용 단자(21a)와 전압 검출용 단자(27a)가 부극 활물질층(6)이 형성되는 면에 접속될 경우에 대해서 다시 설명한다.
이 경우에는 도 2의 (b)에 있어서, 종축의 전압을 부의 값으로 간주하면 된다. 즉 종축의 대라고 적힌 방향으로 부의 전압치가 커진다. 전류는 방전용 단자(21a)로부터 전압 검출용 단자(27a)를 향해서 흐른다. 여기에서는, 방전용 단자(21a)의 전압(Va)으로부터, 방전용 단자(21a)와 집전체(4a) 사이의 접촉 저항에 의한 전압 강하와, 집전체(4a)의 내부 저항에 의한 전압 강하에 의해, 점 B에서는 전압이 부의 전압(Vlo)까지 저하한다. 점 B와 점 A 사이는 주로 부극 활물질층(6)을 경유해서 전류가 흐르고, 그 사이는 거의 직선적으로 전압이 강하한다. 점 A와 전압 검출용 단자(27a) 사이에는 부극 활물질층(6)이 존재하지 않고, 전류도 대부분 흐르지 않으므로 전압 강하가 발생하지 않는다. 따라서, 전압 검출용 단자(27a)의 전압은 점 A의 전압(Vhi)과 거의 동등하다. 단, 전압(Vhi)은 부의 전압이다.
집전체(4a)의 전압으로서는, 하이측 전압(Vhi)과 로우측 전압(Vlo)의 평균값(Vav)(=(Vhi+Vlo)/2)을 채용할 수 있다. 단, 이 실시 형태에 의한 전압 밸런스 회로(20)는, 집전체(4a-4e) 중 어디 것에 대해서도 로우측 전압(Vlo)을 검출하지 않고 있다. 집전체(4a-4e) 각각에 있어서 평균값(Vav)보다 외관상 큰 하이측 전압(Vhi)을, 도 1에 도시하는 전압(V1-V5)으로서 검출하고 있을 뿐이다.
방전시의 집전체(4a-4e)의 전압에 관해서 높은 검출 정밀도가 요구되지 않을 경우에는, 전압(V1-V5)을 집전체(4a-4e)의 전압 대표치로 간주해서 방전 제어를 행해도 상관없다. 높은 검출 정밀도가 요구될 경우에는, 집전체(4a)의 하이측 전압(Vhi)(V1)과 방전처의 집전체(4b)의 하이측 전압(Vhi)(V2)과, 집전체(4a)의 전압 평균값(Vav)과의 관계를 미리 맵에 저장해 두고, 전압(V1과 V2)으로부터, 맵을 참조해서 평균값(Vav)을 구하는 것이 바람직하다. 맵은 매칭에 의해 작성한다. 집전체(4b-4e)의 전압에 대해서도 같다.
다시 도 1을 참조하면, 전압 검출용 단자(27a-27e)의 검출 전압(V1-V5)은 전압 검출용 배선(28a-28e)을 통해서 제어 회로(29)에 입력된다. 제어 회로(29)는 중앙 연산 장치(CPU), 읽기 전용 메모리(ROM), 랜덤 액세스 메모리(RAM) 및 입출력 인터페이스(I/O 인터페이스)를 구비한 마이크로컴퓨터로 구성된다. 제어 회로(29)를 복수의 마이크로컴퓨터로 구성하는 것도 가능하다.
제어 회로(29)는 검출한 5개의 전압(V1-V5)에 기초하여 4개의 단위 셀(15a-15d)의 전압(ΔV1-ΔV4)을 산출한다.
제어 회로(29)는 4개의 단위 셀(15a-15d)의 전압(ΔV1-ΔV4)이 모두 같은 값으로 되도록, 4개의 스위치(25a-25d)를 개폐 제어한다. 그 결과, 전압이 높은 단위 셀(15a-15d)로부터 대응하는 고정 저항(24a-24e)으로 밸런스 전류가 방전된다. 구체적으로는, 4개의 단위 셀(15a-15d) 중 최저의 전압을 갖는 단위 셀의 전압을 목표 전압으로 하고, 나머지의 단위 셀을 방전시켜서 전압을 목표 전압으로 저하시킴으로써, 모든 단위 셀(15a-15d)의 전압을 목표 전압에 일치시킨다.
가령, 단위 셀(15c)의 전압(ΔV3)이 다른 3개의 단위 셀(15a, 15b, 15d)의 전압(ΔV1, ΔV2, ΔV4)보다 낮다고 하자. 이 경우에는, 제3 단위 셀(15c)의 전압(ΔV3)을 목표 전압(ΔVm)으로 설정한다. 다른 3개의 단위 셀(15a, 15b, 15d)의 전압(ΔV1, ΔV2, ΔV4)이 목표 전압(ΔVm)과 일치할 때까지 다른 3개의 단위 셀(15a, 15b, 15d)로부터 방전시킨다.
도 3을 참조하면, 제어 회로(29)는, 제1 단계로서 제2 스위치(25b)와 제4 스위치(25d)를 소정 기간 ON으로 한다. 이에 의해 고정 저항(24b-24e)으로 도면의 화살표 방향의 밸런스 전류가 흐른다. 그 결과, 단위 셀(15b)의 전압(V2)과 단위 셀(15d)의 전압(V4)이 저하한다. 소정 기간 경과 후, 제어 회로(29)는 제2 스위치(25b)와 제4 스위치(25d)를 OFF로 복귀시킨다.
도 4를 참조하면, 제어 회로(29)는 제2 단계로서 제1 스위치(25a)를 소정 기간 ON으로 한다. 이에 의해 고정 저항(24a 및 24b)에 도시 방향의 밸런스 전류가 흐른다. 그 결과, 단위 셀(15a)의 전압(V1)이 저하한다. 소정 기간 경과 후, 제어 회로(29)는, 제1 스위치(25a)를 OFF로 복귀시킨다.
이와 같이 2단계의 처리를 실행함으로써, 다른 3개의 단위 셀(15a, 15b, 15d)의 전압(ΔV1, ΔV2, ΔV4)을 각각 저하시키고, 최종적으로 목표 전압(ΔVm)과 동등하게 한다.
이상은, 방전용 단자(21a)와 전압 검출용 단자(27a)가 집전체(4a-4e)의 정극 활물질층(5)의 형성면에 접속되어 있을 경우의 설명이다. 방전용 단자(21a)와 전압 검출용 단자(27a)가 집전체(4a-4e)의 부극 활물질층(6)의 형성면에 접속되어 있을 경우도, 제어 회로(29)에 의한 스위치(25a-25d)의 제어는 동일하지만, 도 3과 4의 화살표에 도시하는 전류의 흐름이 반대로 된다.
도 5를 참조하여, 본 발명에 의하지 않는 비교예 #1을 설명한다.
비교예 #1에 의한 쌍극형 전지(2)는 5개의 방전용 단자(21a-21e)가 전압 검출용 단자를 겸하고 있다. 구체적으로는, 방전용 단자(21a-21e)에 접속된 5개의 방전용 배선(22a-22e)으로부터 전압 검출용 배선(41a-41e)을 분기하고, 전압 검출용 배선(41a-41e)을 제어 회로(29)에 접속하고 있다. 쌍극형 전지(2) 외의 구성은 본 발명의 제1 실시 형태에 의한 쌍극형 전지(2)와 동일하다.
방전용 단자(21a-21e)는 집전체(4a-4e)의 부극 활물질층(6)의 형성면에 접속된다. 그러나, 설명의 사정상, 비교예 #1에 대해서도, 방전용 단자(21a-21e)를 집전체(4a-4e)의 정극 활물질층(5)의 형성면에 접속했을 경우에 대해서 설명한다.
도 6의 (a)와 6의 (b)를 참조하면, 비교예 #1에 관해서도, 방전용 단자(21a(2lb-21e))로부터의 단위 셀(15a(15b-15d))의 방전에 의한 집전체(4a(4b-4e)) 내부의 전압 강하는 본 발명의 제1 실시 형태에 의한 쌍극형 전지(2)와 동일하다.
그러나, 전술한 바와 같이, 방전용 단자(21a-21e)로부터 방전을 행함으로써, 방전용 단자(21a-21e)는 집전체(4a-4e) 중에서 밸런스 전류가 최대로 된다. 여기서 검출되는 전압(Vf)은, 따라서, 크게 변동한다. 방전용 단자(21a-21e)가 전압 검출용 단자를 겸하면, 전압(Vf)의 검출 정밀도를 충분히 확보하는 것이 어렵게 되고, 결과적으로 단위 셀(15a-15d)의 전압을 같은 값에 일치시키는 전압 밸런스 제어의 정밀도 확보에도 지장이 발생한다.
도 7을 참조하여, 본 발명에 의하지 않는 비교예 #2를 설명한다.
비교예 #2는 전압 밸런스 회로(20)의 구성이 비교예 #1과 상이하다. 쌍극형 전지(2)의 구성은 비교예 #1의 쌍극형 전지(2)와 동일하다.
비교예 #2에서는, 방전용 배선(22a-22e)으로부터의 전압 검출용 배선(41a-41e)의 분기점에 스위치(43a-43e)를 배치하고 있다. 스위치(43a-43e)는 각각 제어 회로(29)와 신호 회로에서 접속된다. 스위치(43a-43e)는 제어 회로(29)로부터의 신호에 따라서 방전용 배선(22a-22e)을 고정 저항(24a-24e)에 접속하는 방전 포지션과, 방전용 배선(22a-22e)을 전압 검출용 배선(41a-41e)에 접속하는 전압 검출 포지션을 구비한다.
이 실시 형태에 의한 쌍극형 전지(2)도, 제1 실시 형태와 마찬가지로 5개의 쌍극형 전극(3)을 전해질층(7)을 개재해서 적층함으로써 구성된다.
도 9의 (a)와 9의 (b)를 참조하면, 비교예 #2에 있어서는, 제어 회로(29)가 스위치(43a-43e)의 전부 또는 일부의 조작에 의해, 집전체(4a-4e)의 방전과 전압 검출을 시간 분할에 의해 교대로 실행한다. 스위치(43a-43e)의 초기 상태는 전압 검출 포지션으로 한다.
제어 회로(29)는 시각 t1, t3, t5에 스위치(43a-43e)의 어느 하나를 전압 검출 포지션으로부터 방전 포지션으로 전환한다. 시각 t2와 t4에는 모든 스위치(43a-43e)가 전압 검출 포지션이 되도록, 방전 포지션에 있던 스위치를 전압 검출 포지션으로 전환한다.
그 결과, 시각 t1-t2, 시각 t3-t4, 및 시각 t5-t6에는, 스위치(43a-43e)의 적어도 일부가 방전 포지션으로 유지된다. 이들 기간을 방전 기간이라고 칭한다. 시각 t0-t1, 시각 t2-t3 및 시각 t4-t5에는, 스위치(43a-43e)의 전부가 전압 검출 포지션으로 유지된다. 이들 기간을 전압 검출 기간이라고 칭한다. 전압 검출 기간은 단위 셀(15a-15d)의 방전 후에 전압(V1-V5)이 안정될 때까지의 기간에 상당한다. 제어 회로(29)는 특정한 집전체(4a(4b-4e))로부터의 방전을 방전 기간에 행하고, 전압 검출 기간에 모든 집전체(4a-4e)의 전압(V1-V5)을 검출하고, 단위 셀(15a-15d)의 전압(ΔV1-ΔV4)을 산출한다.
가령 단위 셀(15c)의 전압(ΔV3)만이 다른 3개의 단위 셀(15a, 15b, 15d)의 전압(ΔV1, ΔV2, ΔV4)보다 낮을 경우를 생각한다. 이 경우에, 제어 회로(29)는 전압(ΔV3)을 목표 전압(ΔVm)으로 하고, 다른 3개의 단위 셀(15a, 15b, 15d)에 전압(ΔV1, ΔV2, ΔV4)이 목표 전압(ΔVm)과 일치할 때까지 방전을 행하게 한다.
제어 회로(29)가 실행하는 전압 검출과 방전 패턴을 설명한다.
우선, 제어 회로(29)는 시각 t0-t1의 전압 검출 기간에 집전체(4a-4e)의 전압(V1-V5)을 검출하고, 4개의 단위 셀(15a-15d)의 전압(ΔV1-ΔV4)을 산출한다. 그 결과, 가령 단위 셀(15c)의 전압(ΔV3)이 다른 단위 셀(15a, 15b, 15c)의 전압(ΔV1, ΔV2, ΔV4)보다 낮은 것으로 한다.
제어 회로(29)는, 제1 실시 형태에 대해서 도 3과 4에서 설명한 것과 마찬가지로, 어떤 방전 기간에 있어서는, 스위치(25b 및 25d)를 방전 포지션에, 다른 스위치(25a 및 25d)를 전압 검출 포지션에 유지함으로써, 제1 단계의 방전을 행하여, 단위 셀(15b)의 전압(V2)과 단위 셀(15d)의 전압(V4)을 저하시킨다. 다음 방전 기간에 있어서는, 스위치(25a)를 방전 포지션에 유지하고, 다른 스위치(25b-25d)를 전압 검출 포지션에 유지함으로써, 제2 단계의 방전을 행하여, 단위 셀(15a)의 전압(V1)을 저하시킨다.
이들 처리 후, 제어 회로(29)는 다시 전압 검출 기간에 전압(V1-V5)의 검출과, 단위 셀(15a-15d)의 전압(ΔV1-ΔV4)의 산출을 행하여, 단위 셀(15a, 15b, 15d)의 전압(ΔV1, ΔV2, ΔV4)이 목표 전압(ΔVm)에 일치했는지의 여부를 판정한다.
단위 셀(15a-15d)로부터의 방전은 통상은 과방전을 피하면서 행해지므로, 제1 단계와 제2 단계로 이루어지는 방전 처리를 한번만 행해도, 전압(ΔV1, ΔV2, ΔV4)이 여전히 목표 전압(ΔVm)을 상회할 가능성이 있다. 제어 회로(29)는, 전압(V1-V5)에 기초하는 전압(ΔV1-ΔV4)의 산출과, 제1 단계와 제2 단계로 이루어지는 방전 처리를 반복함으로써 최종적으로 모든 전압(ΔV1-ΔV4)을 목표 전압(ΔVm)에 일치시킨다.
비교예 #2에 있어서는, 스위치(43a-43d)의 전환에 의해, 집전체(4a-4e)의 전압의 검출은 비교예 #1보다 안정되게 행할 수 있다. 2단계의 방전을 정지한 시점으로부터 정극 활물질층(5)의 전체가 평형 상태의 전압으로 안정될 때까지, 즉 도 9의 (a)의 시각 t2-t3과 시각 t4-t5에 상당하는 전압 검출 기간으로 10-30분이라는 긴 시간을 필요로 하게 된다. 또한, 전술한 바와 같이 한번의 방전으로 4개의 단위 셀(15a-15d)의 전압(ΔV1-ΔV4)을 균일화할 수는 없고, 몇 번이고 방전을 반복할 필요가 있다.
도 8의 (a)와 8의 (b)를 참조하여, 비교예 #2의 단위 셀(15a)이 방전을 정지한 후에 집전체(4a)에 발생하는 전압의 변화를 설명한다.
여기에서도, 설명의 사정상, 방전용 단자(21a-21e)는 집전체(4a-4e)의 부극 활물질층(6)의 형성면이 아니고, 정극 활물질층(5)의 형성면에 접속되어 있다고 가정한다.
도 8의 (b)의 실선은, 방전용 단자(21a)로부터의 단위 셀(15a)의 방전시에 도 8의 (a)의 1점 쇄선에 따른 집전체(4a)의 각 부의 전압의 변화를 도시한다. 방전시의 전압 강하는, 정극 활물질층(5) 내의 리튬 이온의 이동에 의한 전압 강하 분과, 방전 전류가 흐르는 것에 의한 전압 강하 분(ΔV)으로 이루어진다. 단위 셀(15a)이 방전을 정지하면, 방전 전류의 흐름에 의한 전압 강하 분(ΔV)은 일순간에 소멸한다. 따라서, 도 8의 (b)에 있어서, 집전체(4a)의 각 부의 전압 특성은 방전 정지와 함께, 도의 실선으로부터 파선으로 변화된다. 방전 전류가 많이 흐를수록 전압 강하가 크므로, 단위 셀(15a)이 방전을 정지하면, 방전용 단자(21a)에 가까운 부위일수록 전압은 상방으로 크게 변화된다.
이후, 정극 활물질층(5) 전체가 예를 들어 10-30분이라는 시간을 들여서 평형 상태를 향한다. 평형 상태에 도달한 상태에서는, 정극 활물질층(5) 전체 영역이 일정한 전압으로 안정된다. 도 8의 (b)의 2점 쇄선은 이 평형 상태를 도시한다. 평형 상태에서의 전압(Veq)은, 방전시에 있어서의 점 A의 하이측 전압(Vhi)과 점 B의 로우측 전압(Vlo)의 평균값(Vav)(=(Vhi+Vlo)/2)에 방전 전류의 흐름에 의한 전압 강하 분(ΔV)을 더한 값으로 된다.
이와 같이, 비교예 #2에서는, 단위 셀(15a, 15b, 15d)의 전압(ΔV1, ΔV2, ΔV4)을 목표 전압(ΔVm), 즉 단위 셀(15c)의 전압(ΔV3)에 일치시키는 데에 장시간을 필요로 한다.
한편, 본 발명의 제1 실시 형태에 의한 쌍극형 전지(2)에 있어서는, 방전용 단자(21a-21e)와 전압 검출용 단자(27a-27e)를 동일한 집전체(4a-4e) 상에 서로 독립하여 접속하고 있다. 또한, 집전체(4a-4e)의 도심을 통과해 전압 검출용 단자(27a-27e)와 집전체(4a-4e)의 도심(Oa-Oe)을 연결하는 제1 직선(Da1)에 직교하는 제2 직선(Da2)을 사이에 두고 전압 검출용 단자(27a-27e)의 반대측에, 방전용 단자(21a-21e)를 배치하고 있다.
그 결과, 집전체(4a-4e) 면내의 전압 분포의 영향이나 집전체(4a-4e)와 방전용 단자(21a-21e) 사이의 접촉 저항에 의한 전압 강하의 영향을 받지 않는 집전체(4a-4e) 부위에서 집전체(4a-4e)의 전압(V1-V5)을 검출할 수 있다. 따라서, 단위 셀(15a-15d)의 전압(ΔV1-ΔV4)을 고정밀도로 산출할 수 있다. 전압(ΔV1-ΔV4)에 기초해 행해지는 단위 셀(15a-15d)의 전압 밸런스 제어도 고정밀도로 행할 수 있다. 즉, 집전체(4a-4e)의 전압 계측에 관한 요구와, 집전체(4a-4e)로부터의 방전에 관한 요구를 함께 만족시킬 수 있다. 그 결과, 쌍극형 전지(2)의 이용 가능한 전압 범위를 확대할 수 있다.
또한, 본 발명의 제1 실시 형태에 의한 쌍극형 전지(2)에 있어서는, 도심(Oa-Oe)에서 교차하는 2개의 직선으로 집전체의 평면 형상을 4개의 영역으로 분할했을 경우에, 인접하지 않는 2개 영역의 한쪽에 전압 검출용 단자(27a-27e)가, 다른 한쪽에 방전용 단자(21a-21e)가 배치되어 있다. 이에 의해 전압 검출용 단자(27a-27e)가 집전체(4a-4e)의 방전에 수반하는 전압 변화의 영향을 받기 어렵게 할 수 있다.
또한, 본 발명의 제1 실시 형태에 의한 쌍극형 전지(2)에 있어서는, 인접하지 않는 2개 영역을 2개의 직선의 교각이 예각을 이루는 영역으로 하고 있다. 이에 의해 전압 검출용 단자(27a-27e)가 집전체(4a-4e)의 방전에 수반하는 전압 변화의 영향을 받기 어렵게 할 수 있다.
또한, 본 발명의 제1 실시 형태에 의한 쌍극형 전지(2)에 있어서는, 집전체(4a-4e)의 평면 형상은 직사각형으로 하고, 도심(Oa-Oe)에서 교차하는 2개의 직선을 직사각형의 대각선으로 하고 있다. 이에 의해, 전압 검출용 단자(27a-27e)와 방전용 단자(21a-21e)의 거리를 크게 취하는 것이 가능해져, 집전체(4a-4e)의 방전에 수반하는 전압 변화의 영향을 보다 받기 어렵게 할 수 있다.
또한, 본 발명의 제1 실시 형태에 의한 쌍극형 전지(2)에 있어서는, 전압 검출용 단자(27a-27e)와 방전용 단자(21a-21e)를 150-210도의 각도 간격으로 배치하고 있다. 이에 의해, 전압 검출용 단자(27a-27e)와 방전용 단자(21a-21e)의 거리를 크게 취하는 것이 가능해져, 집전체(4a-4e)의 방전에 수반하는 전압 변화의 영향을 보다 받기 어렵게 할 수 있다.
따라서, 본 발명의 제1 실시 형태에 의한 쌍극형 전지(2)에 있어서는 정확한 전압 밸런스 제어를 행할 수 있고, 결과적으로 쌍극형 전지(2)의 수명을 연장시킬 수 있다.
도 10을 참조하여, 본 발명의 제2 실시 형태에 의한 쌍극형 전지(2)를 설명한다.
제1 실시 형태에 의한 쌍극형 전지(2)는, 1개의 집전체(4a-4e)에 1개의 방전용 단자(21a-21e)와 1개의 전압 검출용 단자(27a-27e)를 접속하고 있지만, 이 실시예에 의한 쌍극형 전지(2)는, 1개의 집전체(4a-4e)에 1개의 방전용 단자(21a-21e)와 2개의 전압 검출용 단자(27a-27e, 27aa-27ee)를 접속한다.
집전체(4a-4e)에 접속되는 방전용 단자(21a-21e)와, 2개의 전압 검출용 단자(27a-27e, 27aa-27ee) 중 제1 전압 검출용 단자(27a-27e)는 제1 실시 형태와 동일 위치에 배치된다.
2개의 전압 검출용 단자(27a-27e, 27aa-27ee) 중 제2 전압 검출용 단자(27aa-27ee)는 점 B의 근방에 있어서 집전체(4a-4e)에 접속된다. 또한, 방전용 단자(21a-21e)와 2개의 전압 검출용 단자(27a-27e, 27aa-27ee)는 함께, 집전체(4a-4e)의 부극 활물질층(6)의 형성면에 접속된다.
제2 전압 검출용 단자(27aa-27ee)는 독립한 배선(52a-52e)을 통해서 제어 회로(29)에 접속된다.
쌍극형 전지(2)와 전압 밸런스 회로(20)의 그 밖의 구성은, 제1 실시 형태와 동일하다. 또한, 도 10에는, 5개의 집전체(4a-4e)의 평면 형상이 도시되어 있지만, 이 실시 형태에 의한 쌍극형 전지(2)도, 제1 실시 형태와 마찬가지로 세퍼레이터(12)를 개재해서 적층된 5개의, 집전체(4a-4e)를 포함하는 쌍극형 전극(3)으로 구성된다.
도 11의 (a)를 참조하면, 이 실시 형태에 의한 쌍극형 전지(2)에 있어서는, 제1 전압 검출용 단자(27a-27e)가 검출하는 전압을 하이측 전압(Vhi)으로 하고, 제2 전압 검출용 단자(27aa-27ee)가 검출하는 전압을 로우측 전압(Vlo)으로 한다. 이들 평균값(Vav)(=(Vhi+Vlo)/2)을 각 집전체(4a-4e)가 전압으로서 채용한다.
비교예 #2에 관해서 설명한 바와 같이, 하이측 전압(Vhi)과 로우측 전압(Vlo)의 평균값(Vav)과, 방전 정지 후의 평형 상태에 있어서의 평형 전압(Veq) 사이에는 방전 전류가 흐르는 것에 의한 전압 강하 분(ΔV)에 상당하는 차이가 존재한다. 따라서, 전압 강하 분(ΔV)을 미리 구해 두고, 하이측 전압(Vhi)과 로우측 전압(Vlo)의 평균값(Vav)에 전압 강하 분(ΔV)을 가산한 값을, 각 집전체(4a-4e)의 검출 전압으로서 채용하는 것도 바람직하다.
또한, 이하의 설명도, 설명을 이해하기 쉽게 하기 위해서, 방전용 단자(21a-21e)와 2개의 전압 검출용 단자(27a-27e, 27aa-27ee)가 함께, 집전체(4a-4e)의 정극 활물질층(5)의 형성면에 접속되어 있다는 상정에 기초하여 행한다.
도 11의 (b)의 실선은, 방전용 단자(21a)로부터의 단위 셀(15a)의 방전시의, 도11의 (a)의 1점 쇄선에 따른 집전체(4a)의 각 부의 전압의 변화를 도시한다. 이 도에 있어서, 하이측 전압(Vhi)과 로우측 전압(Vlo)을 연결하는 직선은 단위 셀(15a)의 방전시에 집전체(4a)와 정극 활물질층(5)을 흐르는 전류값을 나타낸다. 단위 셀(15a)의 방전시에 집전체(4a) 내를 흐르는 전류는 환경 조건의 영향을 받는다. 예를 들어, 기온이 높을수록 단위 셀(15a)의 방전시에 집전체(4a) 내를 흐르는 전류값이 커진다고 하면, 기온이 높을수록 하이측 전압(Vhi)과 로우측 전압(Vlo)을 연결하는 직선의 기울기가 커진다.
방전용 단자(21a-21e)를 향해서 저하하는 전압 분포가 집전체(4a-4e)의 전부에 존재할 경우에, 환경 조건에 의해 직선의 기울기가 변화되는 경우가 있다. 이 실시 형태에 있어서는, 하이측 전압(Vhi)을 제1 전압 검출용 단자(27a-27e)로 검출하고, 로우측 전압(Vlo)을 전압 검출용 단자(27aa-27ee)로 검출한다. 따라서, 하이측 전압(Vhi)과 로우측 전압(Vlo)을 연결하는 직선의 기울기가 변화되어도, 2군데에서 전압을 검출하고, 2군데의 전압(Vhi 및 Vlo)을 연결하는 직선으로부터 집전체(4a-4e) 면내의 전압 분포를 추정하므로, 단위 셀(15a-15d)의 방전시에 방전용 단자(21a-21d)를 향해서 낮아지는 전압 분포를 고정밀도로 추정할 수 있다.
이 실시 형태에는, 또한 다음과 같은 장점이 있다. 즉, 도 11의 (b)에 있어서, 방전시의 전류값, 즉 도면의 직선의 기울기가 같을 경우라도, 하이측 전압(Vhi)이 낮다면, 도면의 파선으로 도시한 바와 같이 로우측 전압(Vlo)이 방전용 단자(21a)의 근방에서 제로를 하회하는 경우가 있다. 그 결과, 방전용 단자(21a)의 근방에서 국소적인 과방전이 발생한다. 방전 전류값이 지나치게 큼으로써, 즉 도면의 직선 기울기가 지나치게 큼으로써, 로우측 전압(Vlo)이 방전용 단자(21a)의 근방에서 제로를 하회하는 경우도 있다. 이 경우도, 방전용 단자(21a)의 근방에서 국소적으로 과방전이 발생한다.
전압 검출용 단자(27aa-27ee)가 점 B의 근방에서 집전체(4a)에 접속되어 있지 않으면, 방전용 단자(21a)의 근방에서 국소적으로 발생하는 과방전은 보지 못하게 된다. 그러나, 전압 검출용 단자(27aa-27ee)가 로우측 전압(Vlo)을 검출함으로써, 로우측 전압(Vlo)이 제로에 근접하고 있는지 여부를 판정할 수 있다. 그 결과, 밸런스 전류를 작게 하여, 로우측 전압(Vlo)이 제로를 하회하지 않도록 할 수 있다.
또한, 단위 셀(15a-15d)의 밸런스 전류를 작게 하기 위해서는, 예를 들어 도 10에 도시하는 고정 저항(24a-24e) 대신에 가변 저항을 설치하고, 제어 회로(29)로부터의 신호에 의해 가변 저항의 값을 증대할 수 있게 구성하면 좋다.
이와 같이, 본 발명의 제2 실시 형태에 의해서도, 전압(V1-V5)의 검출 정밀도에 관해서, 제1 실시 형태와 같은 바람직한 효과를 얻을 수 있다. 또한, 방전용 단자(21a-21e)의 근방에 제2 전압 검출용 단자(27aa-27ee)를 설치함으로써, 방전시의 집전체(4a-4e)의 전압 검출 정밀도가 향상하는 동시에, 방전용 단자(21a-21e)의 근방에서 국소적인 과방전에 빠지는 것을 방지할 수 있고, 쌍극형 전지(2)의 전지 수명의 향상에 관해서 보다 바람직한 효과가 얻어진다.
도 12를 참조해서 본 발명의 제3 실시 형태를 설명한다.
이 도면에도 도 10과 마찬가지로, 5개의 집전체(4a-4e)의 평면 형상이 도시되어 있지만, 이 실시 형태에 의한 쌍극형 전지(2)도, 제1 실시 형태와 마찬가지로 세퍼레이터(12)를 개재해서 적층된, 5개의 집전체(4a-4e)를 포함하는 쌍극형 전극(3)으로 구성된다.
제1 실시 형태에 의한 쌍극형 전지(2)는, 1개의 집전체(4a-4e)에 1개의 방전용 단자(21a-21e)와 1개의 전압 검출용 단자(27a-27e)를 접속하고 있지만, 이 실시예에 의한 쌍극형 전지(2)는, 1개의 집전체(4a-4e)에 2개의 방전용 단자(21a-21e, 21aa-21ee)와 1개의 전압 검출용 단자(27a-27e)를 접속한다.
집전체(4a-4e)에 접속되는, 2개의 방전용 단자(21a-21e, 21aa-21ee) 중 제1 방전용 단자(21a-21e)는, 제1 실시 형태와 동일 위치에 배치된다.
2개의 방전용 단자(21a-21e, 21aa-21ee) 중 제2 방전용 단자(21aa-21ee)는 점 A의 근방에 있어서 집전체(4a-4e)에 접속된다. 즉, 2개의 방전용 단자(21a-21e와 21aa-21ee)는 거의 점대칭을 이룬다.
한편, 전압 검출용 단자(27a-27e)는, 직사각형의 평면 형상의 집전체(4a-4e)의 한쪽 장변의 중간 위치 근방에서, 집전체(4a-4e)에 접속된다.
도 13의 (a)를 참조하여, 집전체(4a)에 있어서의 방전용 단자(21a, 21aa)와 전압 검출용 단자(27a)의 위치 관계를 설명한다. 우선 집전체(4a)의 도심(Oa)을 통과해 전압 검출용 단자(27a)와 집전체(4a)의 도심(Oa)을 연결하는 제1 직선(Da1)을 긋는다. 제2 방전용 단자(21aa)는 제1 직선(Da1)과 도심(Oa)에 있어서 직교하는 제2 직선(Da2)을 사이에 두고 전압 검출용 단자(27a)와 반대측에 배치된다. 한편, 제1 방전용 단자(21a)는 제2 직선(Da2)에 관해서, 전압 검출용 단자(27a)와 같은 측에 배치된다.
다른 집전체(4b-4d)에 대해서도, 2개의 방전용 단자(21b-21e, 21bb-21ee)와 전압 검출용 단자(27b-27e)가, 집전체(4a)의 케이스와 같은 배치를 기초로 접속된다.
이상의 배치에 의해, 이 실시 형태에 있어서는, 전압 검출용 단자(27a-27e)와 제2 방전용 단자(21aa-21ee)가, 본 발명에 의한 쌍극형 전지(2)의 요건을 만족한다.
또한, 2개의 방전용 단자(21a-21e, 21aa-21ee)와 전압 검출용 단자(27a-27e)는 함께, 집전체(4a-4e)의 부극 활물질층(6)의 형성면에 접속된다.
여기에서도, 설명을 이해하기 쉽게 하기 위해서, 이하의 설명은 2개의 방전용 단자(21a-21e,21aa-21ee)와 전압 검출용 단자(27a-27e)가 모두, 집전체(4a-4e)의 정극 활물질층(5)의 형성면에 접속되어 있다는 상정에 기초해 행한다.
이 실시 형태에 있어서는, 제1 방전용 단자(21a-21e)에 접속되는 제1 실시 형태와 같은 제1 전압 밸런스 회로(20)에 더하여, 제2 방전용 단자(21aa-21ee)에 접속되는 제2 전압 밸런스 회로(20a)가 설치된다.
제2 전자 밸런스 회로(20a)는 다음과 같이 구성된다.
즉, 제2 전자 밸런스 회로(20a)는 5개의 제2 방전용 단자(21aa-21ee)에 접속되는, 제2 방전용 배선(22aa-22ee)과, 제2 고정 저항(24aa-24ee)과, 제2 스위치(25aa-25dd)를 구비한다.
제2 방전용 배선(22aa-22ee)의 일단부는 5개의 제2 방전용 단자(21aa-21ee)에 각각 접속된다.
즉, 제2 방전용 단자(21aa)에는 제2 방전용 배선(22aa)의 일단부가 접속된다. 제2 방전용 단자(21bb)에는 제2 방전용 배선(22bb)의 일단부가 접속된다. 제2 방전용 단자(21cc)에는 제2 방전용 배선(22cc)의 일단부가 접속된다. 제2 방전용 단자(21dd)에는 제2 방전용 배선(22dd)의 일단부가 접속된다. 제2 방전용 단자(21ee)에는 제2 방전용 배선(22ee)의 일단부가 접속된다.
제2 방전용 배선(22aa)의 다른 일단부와, 제2 방전용 배선(22bb)의 다른 일단부는 스위치(25aa)에 접속된다. 제2 방전용 배선(22bb)의 다른 일단부와 제2 방전용 배선(22cc)의 다른 일단부는 제2 스위치(25bb)에 접속된다. 제2 방전용 배선(22cc)의 다른 일단부와 제2 방전용 배선(22dd)의 다른 일단부는 제2 스위치(25cc)에 접속된다. 제2 방전용 배선(22dd)의 다른 일단부와 제2 방전용 배선(22ee)의 다른 일단부는 제2 스위치(25dd)에 접속된다.
4개의 제2 스위치(25aa-25dd)는 상시 개방의 스위치이다. 제2 스위치(25aa-25dd)의 ON/OFF 조작은, 제1 스위치(25a-25d)의 ON/OFF 조작과 함께 제어 회로(29)에 의해 제어된다.
제어 회로(29)는, 제1 스위치(25a)와 제2 스위치(25aa)를 동시에 전환한다. 구체적으로는, 제1 스위치(25a)를 OFF로부터 ON으로 전환하는 것과 동시에, 제2 스위치(25aa)를 OFF로부터 ON으로 전환한다. 또한, 제1 스위치(25b)와 제2 스위치(25bb)에 대해서도 마찬가지로 조작한다. 제1 스위치(25c)와 제2 스위치(25cc)에 대해서도 마찬가지로 조작한다. 제1 스위치(25d)와 제2 스위치(25dd)에 대해서도 마찬가지로 조작한다.
또한, 2개의 전압 밸런스 회로(20 및 20a)에 사용하는 부품은, 4개의 단위 셀(15a-15d)에 관해서 동일 사양으로 한다. 구체적으로는, 10개의 방전용 단자(21a-21e와 21aa-21ee)는 동일 사양으로 한다. 8개의 스위치(25a-25d와 25aa-25dd)도 모두 동일 사양으로 한다. 10개의 방전용 배선(22a-22e와 22aa-22ee)도 동일 사양으로 한다. 10개의 고정 저항(24a-24e와 24aa-24ee)의 저항값도 모두 같게 한다. 5개의 전압 검출용 단자(27a-27e)와 5개의 전압 검출용 배선(28a-28e)도 동일 사양으로 한다.
이 실시 형태에서는, 2개의 전압 밸런스 회로(20 및 21)를 설치했으므로, 전압 밸런스 제어 시에는 제1 실시 형태의 쌍극형 전지(2)에 비해 약 2배의 밸런스 전류의 방전이 가능해진다. 바꿔 말하면 전압 밸런스 제어의 소요 시간을 약 절반으로 단축할 수 있다.
전압 검출용 단자(27a-27e)를, 직사각형 평면 형상의 집전체(4a-4e)의 한쪽 장변의 중간 위치 근방에서, 집전체(4a-4e)에 접속하는 것은, 이 위치가 제1 방전용 단자(21a-21e) 및 제2 방전용 단자(21aa-21ee)의 어느 것으로부터도 가장 멀리 위치하고 있어서, 방전 전류가 가장 흐르지 않는 위치, 즉 전압이 안정되는 위치에 상당하기 때문이다.
도 13의 (b)를 참조하면, 이 도의 실선은 단위 셀(15a) 방전 시의 도 13의 (a)의 1점 쇄선에 따른 집전체(4a)의 각 부의 전압 특성을 도시한다. 이 쌍극형 전지(2)에 있어서는, 직사각형 집전체(4a-4e)의 2개의 단변 각각에 접속된 제1 방전용 단자(21a-21e)와 제2 방전용 단자(21aa-21ee)로부터 방전을 행하므로, 집전체(4a-4e)의 내부의 전압 분포는, 도 13의 (a)의 1점 쇄선의 중간점에 상당하는 점 C에서 가장 높은 Vpe를 나타내고, 점 C로부터 녹우측의 점 A와 점 B를 향해서 전압이 강하하는 산형의 전압 분포를 나타낸다. 따라서, 이 쌍극형 전지(2)에 있어서는, 점 A와 점 B 사이의 전압 분포의 상하 폭이, 제1 실시 형태에 의한 쌍극형 전지(2)의 경우의 대략 1/2로 된다.
제1 방전용 단자(21a-21e)로부터 방전되는 밸런스 전류와, 제2 방전용 단자(21aa-21ee)로부터 방전되는 밸런스 전류는 동등하므로, 전압의 분포 특성은 도에 도시한 바와 같이 좌우 대칭으로 된다. 직선의 기울기의 절대값은 집전체(4a-4e)의 1군데에서만 방전을 행하는 제1 실시 형태에 의한 쌍극형 전지(2)와 같다. 결과적으로, 피크 전압(Vpe)과 로우측 전압(Vlo)의 전압차는, 도 2의 (b)에 도시하는 제1 실시 형태에 있어서의 하이측 전압(Vhi)과 로우측 전압(Vlo)의 전압차의 정확히 절반으로 된다. 바꾸어 말하면, 피크 전압(Vpe)은 제1 실시 형태의 평균값(Vav)과 동등하다.
이 실시 형태에서는, 집전체(4a-4e)의 전압은, 피크 전압(Vpe)과 로우측 전압(Vlo)과의 평균값(Vav2)(=(Vpe+Vlo)/2)에 상당한다. 단, 이 실시 형태도 로우측 전압(Vlo)을 검출하는 전압 검출용 단자를 구비하지 않고 있다. 전압 검출용 단자(27a-27e)가 피크 전압(Vpe)을 검출할 뿐이다.
따라서, 평균 전압(Vav2)보다 외관상 큰 피크 전압(Vpe)을, 방전시의 집전체(4a-4e)의 전압 대표치로서 사용하게 된다. 높은 검출 정밀도가 요구되지 않을 경우에는 피크 전압(Vpe)에 기초하여 방전 제어를 행해도 상관없다. 높은 검출 정밀도가 요구될 경우에는, 집전체(4a)의 피크 전압(Vpe)과 평균값(Vav2)의 차를 미리 매칭에 의해 정해 두고, 각 전압 검출용 단자(27a-27e)에 의해 검출되는 피크 전압(Vpe)으로부터 이 미리 정해져 있는 차를 뺀 값을 각 집전체(4a-4e)의 검출 전압으로 해서 사용하면 좋다. 구체적으로는, 집전체(4a)의 피크 전압(Vpe)과 방전처의 집전체(4b)의 피크 전압(Vpe)과, 집전체(4a)의 전압 평균값(Vav)의 관계를 미리 맵에 저장해 두고, 집전체(4a 및 4b)의 피크 전압(Vpe)으로부터, 맵을 참조해서 평균값(Vav)을 구하는 것이 바람직하다. 맵은 매칭에 의해 작성한다.
이 실시 형태에 의한 쌍극형 전지(2)에 있어서, 전압 검출용 단자(27a-27e)는 집전체(4a-4e)의 중앙에 위치하는 점 C로부터 이격되어 있다. 그로 인해, 전압 검출용 단자(27a-27e)가 검출하는 전압과 점 C에 있어서의 전압 사이에는, 전압 검출용 단자(27a-27e)와 점 C의 거리에 따른 전압 강하가 개재한다. 이 전압 강하 분을 미리 조사해 두고, 전압 검출용 단자(27a-27e)가 검출하는 피크 전압(Vpe)에 전압 강하 분을 더하면, 점 C의 피크 전압을 고정밀도로 구할 수 있다.
이 쌍극형 전지(2)에 있어서, 방전을 정지한 시점 이후에 집전체(4a-4e)의 내부에 발생하는 전압의 변화는, 집전체(4a)를 예로 하면 다음과 같이 설명된다.
즉, 방전을 정지하면, 방전 전류의 흐름에 의한 전압 강하 분(ΔV)은 일순간에 소멸한다. 따라서, 도 13의 (b)에 있어서, 집전체(4a)의 각 부의 전압 특성은 방전 정지와 함께, 도면의 실선으로부터 파선으로 변화된다. 방전 전류가 많이 흐를수록 전압 강하가 크므로, 단위 셀(15a)이 방전을 정지하면, 제1 방전용 단자(21a)와 제2 방전용 단자(21aa)에 가까운 부위일수록 전압은 상방으로 크게 변화된다.
그 후는, 정극 활물질층(5) 전체가 예를 들어 10-30분이라는 시간을 들여서 평형 상태로 향한다. 평형 상태에 도달하면, 집전체(4)의 전압은 정극 활물질층(5) 전체 영역에서 평형 전압(Veq)으로 안정된다. 이 평형 상태는 도 13의 (b)의 2점 쇄선으로 도시된다. 평형 전압(Veq)은, 피크 전압(Vpe)과 로우측 전압(Vlo)의 평균값(Vav2)(=(Vpe+Vlo)/2)에 방전 전류의 흐름에 의한 전압 강하 분(ΔV)을 더한 값으로 된다. 또한, 전압 분포에 기울기를 발생하고 있던 상태, 즉 도면의 실선의 상태로부터, 도면의 2점 쇄선으로 도시하는 평형 상태에 이르는 시간이 「전압 분포가 해소될 때까지의 시간」이다. 이 실시 형태에서는, 제1 방전용 단자(21a-21e)에 더해서 제2 방전용 단자(21aa-21ee)를 설치함으로써, 방전시의 집전체(4a-4e) 내의 전압차는 제1 실시 형태에 의한 쌍극형 전지(2)의 약 절반으로 된다. 그 결과, 전압 분포가 해소될 때까지의 시간도 이 실시 형태에 의한 쌍극형 전지(2)에 따르면, 제1 실시 형태에 의한 쌍극형 전지(2)의 약 절반이 된다. 이렇게 집전체(4a-4e) 내의 전압 분포의 격차를 작게 하는 것은, 과방전의 기회를 감소시켜, 전지 수명의 향상에 기여한다.
도 14를 참조해서 본 발명의 제4 실시 형태를 설명한다.
이 실시 형태에 의한 쌍극형 전지(2)는, 집전체(4a)에 3개의 방전용 단자(21a ,21aa ,21aaa)와, 1개의 전압 검출용 단자(27a)를 구비하고 있다. 구체적으로는, 제3 실시 형태의 집전체(4a)에, 다시 제3 방전용 단자(21aaa)를 추가한 것에 상당한다.
제3 방전용 단자(21aaa)는, 직사각형의 평면 형상의 집전체(4a)의 전압 검출용 단자(27a)를 접속하지 않고 있는 다른 한쪽의 장변의 중간 위치 근방에서, 집전체(4a)에 접속된다.
다른 집전체(4b-4e)도 제3 방전용 단자(21aaa)와 마찬가지로 배치된 제3 방전용 단자(21bbb-21eee)를 구비한다.
이 실시 형태에 있어서, 본 발명에 의한 쌍극형 전지(2)의 요건을 만족하는 것은, 전압 검출용 단자(27a-27e)와, 제2 방전용 단자(21aa-21ee) 및 제3 방전용 단자(21aaa-21eee)의 위치 관계이다.
또한, 제3 방전용 단자(21aaa-21eee)로 인해, 제1 및 제2 전압 밸런스 회로(20, 20a)와 마찬가지로 구성된 제3 전압 밸런스 회로를 설치한다.
이 실시 형태에 따르면, 3개의 전압 밸런스 회로를 설치함으로써, 전압 밸런스 제어시에 있어서 제1 실시 형태의 쌍극형 전지(2)에 비해 약 3배의 밸런스 전류를 방전하는 것이 가능해져, 전압 밸런스 제어의 소요 시간을 제1 실시 형태에 의한 쌍극형 전지(2)의 약 1/3로 단축할 수 있다. 또한, 방전시의 집전체(4a-4e) 내의 전압 격차도 제1 실시 형태에 의한 쌍극형 전지(2)에 비해 대폭으로 작게 억제된다.
도 15를 참조하여 본 발명의 제5 실시 형태를 설명한다.
이 실시 형태에서는, 제4 실시 형태에 의한 쌍극형 전지(2)의 집전체(4a-4e)에 다시 제4 방전용 단자(21aaaa)를 추가하고 있다.
이 실시 형태에 의한 쌍극형 전지(2)에 있어서는, 제3 실시 형태에 있어서의 전압 검출용 단자(27a)의 위치에서, 제4 방전용 단자(21aaaa)를 집전체(4a)에 접속하고, 전압 검출용 단자(27a)를 제4 방전용 단자(21aaaa)를 접속하는 집전체(4a)의 단부로 이동하고 있다. 이 배치에 의해, 전압 검출용 단자(27a)를 방전용 단자(21a, 21aa, 21aaa, 21aaaa)의 어느 것으로부터도 이격된 위치에 설치하고 있다.
다른 집전체(4b-4e)도 제4 방전용 단자(21aaaa)와 마찬가지로 배치된 제4 방전용 단자(21bbbb-21eeee)를 구비한다.
이 실시 형태에 있어서는, 본 발명에 의한 쌍극형 전지(2)의 요건을 만족하는 것은, 전압 검출용 단자(27a-27e)와, 제1 방전용 단자(21a-21e) 및 제3 방전용 단자(21aaa-21eee)의 위치 관계이다.
또한, 제4 방전용 단자(21aaaa-21eeee)로 인해, 제1 및 제2 밸런스 회로(20, 20a)와 마찬가지로 구성된 제4 밸런스 회로를 설치한다.
이 실시 형태에 따르면, 4개의 전압 밸런스 회로를 설치함으로써, 전압 밸런스 제어시에 있어서 제1 실시 형태의 쌍극형 전지(2)에 비해 약 4배의 밸런스 전류를 방전하는 것이 가능해지고, 전압 밸런스 제어의 소요 시간을 제1 실시 형태에 의한 쌍극형 전지(2)의 약 1/4로 단축할 수 있다. 또한, 방전시의 집전체(4a-4e) 내의 전압 격차도 제4 실시 형태에 의한 쌍극형 전지(2)보다 더욱 작게 억제된다.
도 16의 (a)와 16의 (b)를 참조하여, 본 발명의 제6 실시 형태를 설명한다.
이 실시 형태에 의한 쌍극형 전지(2)는, 집전체(4a-4e) 각각에 3개의 전압 검출용 단자(27a-27e, 27aa-27ee, 27aaa-27eee)와, 1개의 방전용 단자(21a-21e)를 구비하고 있다.
3개의 전압 검출용 단자(27a-27e, 27aa-27ee, 27aaa-27eee)와, 1개의 방전용 단자(21a-21e)는 집전체(4a-4e)의 부극 활물질층(6)의 형성면에 접속된다. 그러나, 이하의 설명은, 다른 실시 형태와 마찬가지로, 이들이 모두 집전체(4a-4e)의 정극 활물질층(5)의 형성면에 접속되어 있다는 상정에 기초하고 있다.
집전체(4a-4e)에 있어서의, 제1 전압 검출용 단자(27a-27e)와 방전용 단자(21a-21e)의 배치는, 제1 실시 형태에 의한 쌍극형 전지(2)와 같다.
제2 전압 검출용 단자(27aa-27ee)는, 점 B의 근방에서 집전체(4a-4e)에 접속된다. 제3 전압 검출용 단자(27aaa-27eee)는, 직사각형의 평면 형상의 집전체(4a-4e)의 한쪽 장변의 중간 위치 근방에서 집전체(4a-4e)에 접속된다.
이 실시 형태에 있어서, 본 발명에 의한 쌍극형 전지(2)의 요건을 만족하는 것은, 제1 전압 검출용 단자(27a-27e)와 방전용 단자(21a-21e)의 위치 관계이다.
전압 검출용 단자(27a-27e, 27aa-27ee, 27aaa-27eee)는 각각 전용의 배선을 통해서 제어 회로(29)에 접속된다.
제1-제5 실시 형태는, 1개의 집전체(4a-4e)에 1개의 전압 검출용 단자(27a-27e)만을 접속하고, 방전시에 있어서의 집전체(4a-4e) 내부의 전압 변화를 직선이라고 간주하고 있었다. 그러나, 도 16의 (b)의 실선이나 파선으로 도시한 바와 같이 집전체(4a-4e) 내부의 전압은 곡선 형상으로 변화되는 경우가 있다.
집전체(4a) 내부의 전압이, 도의 실선과 같이 점 A로부터 점 B에 이르는 상향으로 부풀어 오른 곡선에 따른 변화를 나타낼 경우에, 중간 위치의 전압을 중간 전압치(Vmil)로 하면, 중간 전압치(Vmil)는 평균값(Vav)보다 큰 값으로 된다. 이러한 케이스에서, 집전체(4a) 내부의 전압이 점 A의 하이측 전압치(Vhi)와 점 B의 로우측 전압치(Vlo)를 연결하는 직선으로 나타낸다고 가정하면, 집전체(4a)의 전압 추정에 관해서 중간 전압치(Vmil)와 평균값(Vav)과의 차에 상당하는 오차가 발생하고, 결과적으로 집전체(4a-4e)의 전압 산출 정밀도가 저하한다. 반대로 집전체(4a)의 내부 전압이, 도면의 파선과 같이 점 A로부터 점 B에 이르는 하향으로 부풀어 오른 곡선에 따른 변화를 나타낼 경우에, 점 A와 점 B의 중간 위치의 전압을 중간 전압치(Vmi2)로 하면, 중간 전압치(Vmi2)는 평균값(Vav)보다 작은 값으로 된다. 이러한 케이스에서 집전체(4a)의 내부 전압이 점 A의 하이측 전압치(Vhi)와 점 B의 로우측 전압치(Vlo)를 연결하는 직선으로 나타낸다고 가정하면, 집전체(4a)의 전압 추정에 관해서 중간 전압치(Vmi2)와 평균값(Vav)의 차에 상당하는 오차가 발생하고, 결과적으로 이 경우도 집전체(4a-4e)의 전압 산출 정밀도가 저하한다.
이 실시 형태에 있어서는, 점 A의 근방에 제1 전압 검출용 단자(27a-27e)를 배치하고, 점 B의 근방에 제2 전압 검출용 단자(27aa-27ee)를 배치하고, 제3 전압 검출용 단자(27aaa-27eee)를, 집전체(4a-4e)의 직사각형의 한쪽 장변의 중간 위치에 배치하고 있다. 제3 전압 검출용 단자(27aaa-27eee)에 의해, 따라서, 도 16의 (a)의 점 A와 점 B를 연결하는 직선의 중간 전압치(Vmi1 또는 Vmi2)를 검출할 수 있다.
제어 회로(29)는, 따라서, 제1 전압 검출용 단자(27a-27e)가 검출하는 하이측 전압(Vhi)과, 제2 전압 검출용 단자(27aa-27ee)가 검출하는 로우측 전압(Vlo)과, 제3 전압 검출용 단자(27aaa-27eee)가 검출하는 중간 전압치(Vmi1)(Vmi2)를 사용하여, 집전체(4a-4e) 내부의 전압 분포를 보다 정확하게 추정할 수 있다.
이상의 설명에 관해서 2010년 9월 1일을 출원일로 하는 일본에 있어서의 일본 특허출원 제2010-195792호의 내용을 여기에 인용에 의해 통합한다.
이상, 본 발명을 몇 개의 특정한 실시예를 통해서 설명해 왔지만, 본 발명은 상기의 각 실시예에 한정되는 것이 아니다. 당업자에 있어서는, 클레임의 기술범위에서 이들 실시예에 다양한 수정 혹은 변경을 가하는 것이 가능하다.
예를 들어, 이상 설명한 실시 형태에 있어서는, 집전체(4a-4e)의 평면 형상을 편평한 직사각형으로 했지만, 집전체(4a-4e)의 평면 형상은 이것에 한정되지 않고, 정사각형이나 원형을 포함하는 어떠한 형상이어도 좋다.
산업상의 이용 가능성
이상과 같이 본 발명에 의한 쌍극형 전지는 전압 계측에 관한 요구와, 집전체로부터의 방전에 관한 요구를 만족시킬 수 있다. 따라서, 전기 자동차 등에 탑재되는 쌍극형 전지에 적용함으로써, 전지 수명이 신장되는 등의 바람직한 효과를 기대할 수 있다.
본 발명의 실시예가 포함하는 배타적 성질 혹은 특징은 이하와 같이 클레임 된다.

Claims (8)

  1. 층상의 집전체(4a-4e)와, 집전체(4a-4e)의 일면에 배치된 정극 활물질층(5)과, 집전체(4a-4e)의 다른 일면에 배치된 부극 활물질층(6)으로 이루어지는 복수의 쌍극형 전극(3)과, 내부를 이온이 이동하는 복수의 전해질층(7)을, 정극 활물질층 (5)과 부극 활물질층(6)이 전해질층(7)을 사이에 두고 대치하는 상태에서 적층하고,
    집전체(4a-4e)는 주연부에 접속된 전압 검출용 단자(27a-27e, 27aa-27ee, 27aaa-27eee)와 방전용 단자(21a-21e)를 구비하고,
    집전체(4a-4e)의 도심과 전압 검출용 단자(27a-27e)를 연결하는 제1 직선(Da1)에 직교하는 제2 직선(Da2)의 양측으로 나누어 전압 검출용 단자(27a-27e)와 방전용 단자(21a-21e)를 배치한, 쌍극형 전지(2).
  2. 제1항에 있어서,
    도심에서 교차하는 2개의 직선으로 집전체(4a-4e)의 평면 형상을 4개의 영역으로 분할한 경우에, 인접하지 않는 2개 영역의 한쪽에 전압 검출용 단자(27a-27e)가, 다른 한쪽에 방전용 단자(21a-21e)가 배치된, 쌍극형 전지.
  3. 제2항에 있어서,
    인접하지 않는 2개 영역은 2개의 직선의 교각이 예각을 이루는 영역인, 쌍극형 전지(2).
  4. 제2항에 있어서,
    집전체(4a-4e)의 평면 형상은 직사각형이며, 도심에서 교차하는 2개의 직선은 직사각형의 대각선인, 쌍극형 전지(2).
  5. 제1항에 있어서,
    동일한 집전체(4a-4e)에 있어서, 전압 검출용 단자(27a-27e)와 방전용 단자(21a-21e)는 150도에서 210도의 각도 간격으로 배치되는, 쌍극형 전지.
  6. 제1항에 있어서,
    집전체(4a-4e)는 방전용 단자(21a-21e)의 근방에 있어서 집전체(4a-4e)의 주연부에 접속된 다른 전압 검출용 단자(27aa-27ee)를 구비하는, 쌍극형 전지.
  7. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    집전체(4a-4e)는 한 쌍의 방전용 단자(21a-21e, 21aa-21ee)와 전압 검출용 단자(27a-27e)를 구비하고, 제2 직선(Da2)의 양측에, 전압 검출용 단자(27a-27e)와, 상기 한 쌍의 방전용 단자(21a-21e, 21aa-21ee)의 한쪽을 배치한, 쌍극형 전지(2).
  8. 제7항에 있어서,
    한 쌍의 방전용 단자(21a-21e, 21aa-21ee) 각각에 접속되는 방전 회로(20, 20a)를 더 구비하는, 쌍극형 전지(2).
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