KR20220127751A - 축전 셀 - Google Patents

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Abstract

외장체(90)와, 본체부(50)와, 검출 유닛(500)을 구비한다. 본체부(50)는, 외장체(90)의 내측에 배치되어 있다. 검출 유닛(500)은, 외장체(90)의 내측에 적어도 일부가 배치되며, 축전 셀(100)의 상태를 검출하여, 무선 통신한다.

Description

축전 셀{POWER STORAGE CELL}
본 기술은, 축전 셀에 관한 것이다.
배터리 감시 장치의 구성을 개시한 선행 문헌으로서, 일본 특허 공개 제2020-27767호 공보가 있다. 일본 특허 공개 제2020-27767호 공보에 기재된 배터리 감시 장치는, 전지 모듈에 탑재된 검출용 기판을 구비하고 있다. 검출용 기판은, 전지 모듈의 상태 정보를 검출하는 검출 회로와, 무선 회로와, 전지 모듈의 상태 정보를 무선 송신하는 안테나를 갖고 있다.
일본 특허 공개 제2020-27767호 공보에 기재된 배터리 감시 장치에 있어서는, 전지 모듈에 검출용 기판이 탑재되어 있기 때문에, 점유 스페이스가 대형화된다. 또한, 검출용 기판에 급전하기 위한 전원을 배치하는 스페이스가 필요로 되기 때문에, 점유 스페이스가 대형화된다.
본 기술의 목적은, 점유 스페이스의 대형화를 억제하면서, 무선 통신하는 검출 유닛을 구비하는 축전 셀을 제공하는 것에 있다.
본 기술의 제1 국면에 관한 축전 셀은, 외장체와, 본체부와, 검출 유닛을 구비한다. 본체부는, 외장체의 내측에 배치되어 있다. 검출 유닛은, 외장체의 내측에 적어도 일부가 배치되며, 축전 셀의 상태를 검출하여, 무선 통신한다.
본 기술의 제2 국면에 관한 축전 셀은, 본체부와, 집전부와, 검출 유닛을 구비한다. 집전부는, 본체부에 접속되어 있다. 검출 유닛은, 집전부에 전기적으로 접속되어 급전되며, 축전 셀의 상태를 검출하여, 무선 통신한다.
본 발명의 상기 및 다른 목적, 특징, 국면 및 이점은, 첨부의 도면과 관련하여 이해되는 본 발명에 관한 다음의 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다.
도 1은 조전지의 기본적 구성을 도시하는 도면이다.
도 2는 조전지에 포함되는 전지 셀과 엔드 플레이트를 도시하는 도면이다.
도 3은 조전지에 있어서의 전지 셀을 도시하는 도면이다.
도 4는 도 3에 있어서의 IV-IV선 화살표 방향으로부터 본 단면도이다.
도 5는 본 실시 형태에 있어서의 전극체의 구성의 일례를 도시하는 개략도이다.
도 6은 전지 셀과 검출 유닛의 전기적 접속을 도시하는 회로도이다.
도 7은 검출 유닛의 구체예를 도시하는 기능 블록도이다.
도 8은 실시 형태 1의 제1 변형예에 관한 전지 셀의 안테나부의 주변을 도시하는 부분 단면도이다.
도 9는 실시 형태 1의 제2 변형예에 관한 전지 셀의 검출 유닛 및 외장체의 구성을 도시하는 분해 사시도이다.
도 10은 실시 형태 1의 제2 변형예에 관한 전지 셀의 검출 유닛의 구성을 도시하는 부분 단면도이다.
도 11은 실시 형태 2에 관한 전지 셀의 외관을 도시하는 평면도이다.
도 12는 실시 형태 2에 관한 전지 셀의 구성을 도시하는 분해 사시도이다.
도 13은 실시 형태 2의 변형예에 관한 전지 셀의 외관을 도시하는 평면도이다.
이하에, 본 기술의 실시 형태에 대하여 설명한다. 또한, 동일 또는 상당하는 부분에 동일한 참조 부호를 붙이고, 그 설명을 반복하지 않는 경우가 있다.
또한, 이하에 설명하는 실시 형태에 있어서, 개수, 양 등을 언급하는 경우, 특별히 기재가 있는 경우를 제외하고, 본 기술의 범위는 반드시 그 개수, 양 등에 한정되지는 않는다. 또한, 이하의 실시 형태에 있어서, 각각의 구성 요소는, 특별히 기재가 있는 경우를 제외하고, 본 기술에 있어서 반드시 필수적인 것은 아니다.
또한, 본 명세서에 있어서, 「구비한다(comprise)」 및 「포함한다(include)」, 「갖는다(have)」라는 기재는, 오픈 엔드 형식이다. 즉, 어떤 구성을 포함하는 경우에, 당해 구성 이외의 다른 구성을 포함해도 되고, 포함하지 않아도 된다. 또한, 본 기술은, 본 실시 형태에 있어서 언급하는 작용 효과를 반드시 모두 발휘하는 것에 한정되지는 않는다.
본 명세서에 있어서, 「전지」는 리튬 이온 전지에 한정되지 않고, 니켈 수소 전지 등 다른 전지를 포함할 수 있다. 본 명세서에 있어서, 「전극」은 정극 및 부극을 총칭할 수 있다. 또한, 「전극판」은 정극판 및 부극판을 총칭할 수 있다. 「집전부」는 정극 집전 부재 및 부극 집전 부재를 총칭할 수 있다.
본 명세서에 있어서, 「축전 셀」 또는 「축전 모듈」은, 전지 셀 또는 전지 모듈에 한정되지는 않고, 캐패시터 셀 또는 캐패시터 모듈을 포함할 수 있다.
(실시 형태 1)
도 1은 조전지(1)의 기본적 구성을 도시하는 도면이다. 도 2는 조전지(1)에 포함되는 전지 셀(100)과 엔드 플레이트(200)를 도시하는 도면이다.
도 1, 도 2에 도시한 바와 같이, 「축전 모듈」의 일례로서의 조전지(1)는, 전지 셀(100)과, 엔드 플레이트(200)와, 구속 부재(300)와, 수지 플레이트(400)를 구비한다.
복수의 전지 셀(100)은, Y축 방향(배열 방향)으로 나열되도록 마련된다. 이에 의해, 전지 셀(100)의 적층체가 형성된다. 복수의 전지 셀(100)의 사이에는, 도시하지 않은 세퍼레이터가 개재 장착되어 있다. 2개의 엔드 플레이트(200)에 끼움 지지된 복수의 전지 셀(100)은, 엔드 플레이트(200)에 의해 압박되어, 2개의 엔드 플레이트(200) 사이에서 구속되어 있다.
엔드 플레이트(200)는, Y축 방향에 있어서 조전지(1)의 양단에 배치되어 있다. 엔드 플레이트(200)는, 조전지(1)를 수납하는 케이스 등의 기대에 고정된다. 엔드 플레이트(200)의 X축 방향(폭방향)의 양단에는, 단차부(210)가 형성된다.
구속 부재(300)는, 2개의 엔드 플레이트(200)를 서로 접속한다. 구속 부재(300)는, 2개의 엔드 플레이트(200)에 각각 형성된 단차부(210)에 설치된다.
복수의 전지 셀(100) 및 엔드 플레이트(200)의 적층체에 대하여 Y축 방향의 압축력을 작용시킨 상태로 구속 부재(300)를 엔드 플레이트(200)에 걸림 결합시키고, 그 후에 압축력을 해방함으로써, 2개의 엔드 플레이트(200)를 접속하는 구속 부재(300)에 인장력이 작용한다. 그 반작용으로서, 구속 부재(300)는, 2개의 엔드 플레이트(200)를 서로 접근시키는 방향으로 압박한다.
구속 부재(300)는, 제1 부재(310)와, 제2 부재(320)를 포함한다. 제1 부재(310)와 제2 부재(320)는, 예를 들어 맞댐 용접에 의해 서로 결합된다. 제2 부재(320)가 구부러져서 형성된 선단면이, Y축 방향으로부터 엔드 플레이트(200)의 단차부(210)에 맞닿는다.
도 3은 조전지(1)에 있어서의 전지 셀(100)을 도시하는 도면이다. 도 4는 도 3에 있어서의 IV-IV선 화살표 방향으로부터 본 단면도이다. 도 3 및 도 4에 도시한 바와 같이, 전지 셀(100)은, 외장체(90)와, 전극체(50)와, 정극 단자(81)와, 부극 단자(82)와, 정극 집전 부재(71)와, 부극 집전 부재(72)를 포함한다.
외장체(90)는, 각형(편평 직육면체 형상)이다. 단, 각형은 일례이다. 외장체(90)는 임의의 형태를 가질 수 있다. 외장체(90)는, 예를 들어 원통형이어도 되고, 파우치형이어도 된다. 외장체(90)는, 예를 들어 Al 합금제여도 된다. 외장체(90)는, 전극체(50)와 전해액(도시하지 않음)을 수납하고 있다. 외장체(90)는, 예를 들어 밀봉판(91)과 외장 캔(92)을 포함하고 있어도 된다. 외장 캔(92)은, 개구를 갖고 있다. 밀봉판(91)은, 외장 캔(92)의 개구를 밀봉하고 있다. 예를 들어 레이저 용접에 의해, 밀봉판(91)과 외장 캔(92)이 접합되어 있어도 된다.
밀봉판(91)에, 정극 단자(81)와 부극 단자(82)가 마련되어 있다. 정극 단자(81)는, 수지제의 절연 부재(61)를 통해 밀봉판(91)에 고정되어 있다. 부극 단자(82)는, 수지제의 절연 부재(62)를 통해 밀봉판(91)에 고정되어 있다.
정극 단자(81)는, 금속제인 것이 바람직하고, 알루미늄 또는 알루미늄 합금제인 것이 보다 바람직하다. 부극 단자(82)는, 금속제인 것이 바람직하고, 구리 또는 구리 합금제인 것이 보다 바람직하다. 부극 단자(82)는, 외장체(90)의 내부측에 배치되는 구리 또는 구리 합금을 포함하는 영역과, 외장체(90)의 외부측에 배치되는 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 이루어지는 영역을 갖도록 구성되어 있어도 된다.
밀봉판(91)에, 주입구(41)와, 가스 배출 밸브(42)가 더 설치되어 있어도 된다. 주입구(41)로부터 외장체(90)의 내부에 전해액이 주입될 수 있다. 가스 배출밸브(42)는, 외장체(90) 내의 압력이 역치 이상이 되었을 때 파단된다. 이에 의해, 외장체(90) 내의 가연성 가스가 외장체(90) 밖으로 배출된다. 전극체(50)에는, 집전부가 접속되어 있다. 구체적으로는, 전극체(50)는, 정극 집전 부재(71)에 의해 정극 단자(81)에 접속되어 있다. 정극 집전 부재(71)는, 예를 들어 Al판 등이어도 된다. 전극체(50)는, 부극 집전 부재(72)에 의해 부극 단자(82)에 접속되어 있다. 부극 집전 부재(72)는, 예를 들어 Cu판 등이어도 된다.
도 5는 본 실시 형태에 있어서의 전극체의 구성의 일례를 도시하는 개략도이다. 전지 셀(100)의 본체부인 전극체(50)는, 외장체(90)의 내측에 배치되어 있다. 전극체(50)는 권회형이다. 전극체(50)는, 정극(10), 세퍼레이터(30) 및 부극(20)을 포함한다. 즉 전지 셀(100)은, 정극(10)과 부극(20)과 전해액을 포함한다. 정극(10), 세퍼레이터(30) 및 부극(20)은, 모두 띠 형상의 시트이다. 전극체(50)는 복수매의 세퍼레이터(30)를 포함하고 있어도 된다. 전극체(50)는, 정극(10), 세퍼레이터(30) 및 부극(20)이 이 순으로 적층되고, 스파이럴 형상으로 권회됨으로써 형성되어 있다. 정극(10) 또는 부극(20) 중 한쪽이 세퍼레이터(30) 사이에 끼워져 있어도 된다. 정극(10) 및 부극(20)의 양쪽이 세퍼레이터(30) 사이에 끼워져 있어도 된다. 전극체(50)는, 권회 후에 편평 형상으로 성형되어 있어도 된다. 또한 권회형은 일례이다. 전극체(50)는, 예를 들어 적층(스택)형이어도 된다.
정극(10)은, 정극 기재(11)와 정극 활물질층(12)을 포함한다. 정극 기재(11)는 도전성 시트이다. 정극 기재(11)는, 예를 들어 Al 합금박 등이어도 된다. 정극 기재(11)는, 예를 들어 10㎛ 내지 30㎛의 두께를 갖고 있어도 된다. 정극 활물질층(12)은, 정극 기재(11)의 표면에 배치되어 있다. 정극 활물질층(12)은, 예를 들어 정극 기재(11)의 편면에만 배치되어 있어도 된다. 정극 활물질층(12)은, 예를 들어 정극 기재(11)의 표리 양면에 배치되어 있어도 된다. 정극(10)의 폭방향(도 5의 X축 방향)에 있어서, 한쪽의 단부에 정극 기재(11)가 노출되어 있어도 된다. 정극 기재(11)가 노출된 부분에는, 정극 집전 부재(71)가 접합될 수 있다.
예를 들어, 정극 활물질층(12)과 정극 기재(11) 사이에 중간층(도시하지 않음)이 형성되어 있어도 된다. 본 실시 형태에 있어서는, 중간층이 있는 경우도, 정극 활물질층(12)이 정극 기재(11)의 표면에 배치되어 있다고 간주된다. 중간층은, 정극 활물질층(12)에 비해 얇아도 된다. 중간층은, 예를 들어 0.1㎛ 내지 10㎛의 두께를 갖고 있어도 된다. 중간층은, 예를 들어 도전재, 절연재 등을 포함하고 있어도 된다.
정극 활물질층(12)은, 예를 들어 10㎛ 내지 200㎛의 두께를 갖고 있어도 된다. 정극 활물질층(12)은, 예를 들어 50㎛ 내지 150㎛의 두께를 갖고 있어도 된다. 정극 활물질층(12)은, 예를 들어 50㎛ 내지 100㎛의 두께를 갖고 있어도 된다.
정극 활물질층(12)은 정극 활물질을 포함한다. 정극 활물질은 입자군이다. 정극 활물질층(12)은, 정극 활물질을 포함하는 한, 추가의 성분을 더 포함하고 있어도 된다. 정극 활물질층(12)은 정극 활물질에 더하여, 예를 들어 도전재 및 바인더 등을 포함하고 있어도 된다. 도전재는, 임의의 성분을 포함할 수 있다. 도전재는, 예를 들어 카본 블랙, 흑연, 기상 성장 탄소 섬유(VGCF), 카본 나노튜브(CNT) 및 그래핀 플레이크로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종을 포함하고 있어도 된다. 도전재의 배합량은, 100질량부의 정극 활물질에 대하여, 예를 들어 0.1질량부 내지 10질량부여도 된다. 바인더는, 임의의 성분을 포함할 수 있다. 바인더는, 예를 들어 폴리불화비닐리덴(PVdF), 폴리(비닐리덴플루오라이드-co-헥사플루오로프로필렌(PVdF-HFP), 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 및 폴리아크릴산(PAA)으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종을 포함하고 있어도 된다. 바인더의 배합량은, 100질량부의 정극 활물질에 대하여, 예를 들어 0.1질량부 내지 10질량부여도 된다.
정극 활물질층(12)은 고밀도를 가질 수 있다. 정극 활물질층(12)은, 예를 들어 3.6g/㎤ 내지 3.9g/㎤의 밀도를 갖고 있어도 된다. 정극 활물질층(12)은, 예를 들어 3.65g/㎤ 내지 3.81g/㎤의 밀도를 갖고 있어도 된다. 정극 활물질층(12)은, 예를 들어 3.70g/㎤ 내지 3.81g/㎤의 밀도를 갖고 있어도 된다. 본 명세서에 있어서의 활물질층의 밀도는, 겉보기 밀도를 나타낸다.
부극(20)은, 예를 들어 부극 기재(21)와 부극 활물질층(22)을 포함하고 있어도 된다. 부극 기재(21)는 도전성 시트이다. 부극 기재(21)는, 예를 들어 Cu 합금박 등이어도 된다. 부극 기재(21)는, 예를 들어 5㎛ 내지 30㎛의 두께를 갖고 있어도 된다. 부극 활물질층(22)은, 부극 기재(21)의 표면에 배치되어 있어도 된다. 부극 활물질층(22)은, 예를 들어 부극 기재(21)의 편면에만 배치되어 있어도 된다. 부극 활물질층(22)은, 예를 들어 부극 기재(21)의 표리 양면에 배치되어 있어도 된다. 부극(20)의 폭방향(도 5의 X축 방향)에 있어서, 한쪽의 단부에 부극 기재(21)가 노출되어 있어도 된다. 부극 기재(21)가 노출된 부분에는, 부극 집전 부재(72)가 접합될 수 있다.
부극 활물질층(22)은, 예를 들어 10㎛ 내지 200㎛의 두께를 갖고 있어도 된다. 부극 활물질층(22)은 부극 활물질을 포함한다. 부극 활물질은 임의의 성분을 포함할 수 있다. 부극 활물질은, 예를 들어 흑연, 소프트 카본, 하드 카본, 규소, 산화규소, 규소기 합금, 주석, 산화주석, 주석기 합금, 및 리튬티타늄 복합 산화물로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종을 포함하고 있어도 된다.
부극 활물질층(22)은 부극 활물질에 더하여, 예를 들어 바인더 등을 더 포함하고 있어도 된다. 부극 활물질층(22)은, 예를 들어 질량 분율로, 95％ 내지 99.5％의 부극 활물질과, 잔부의 바인더를 포함하고 있어도 된다. 바인더는 임의의 성분을 포함할 수 있다. 바인더는, 예를 들어 카르복시메틸셀룰로오스(CMC) 및 스티렌부타디엔 고무(SBR)로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종을 포함하고 있어도 된다.
세퍼레이터(30)의 적어도 일부는, 정극(10)과 부극(20) 사이에 개재되어 있다. 세퍼레이터(30)는, 정극(10)과 부극(20)을 분리하고 있다. 세퍼레이터(30)는, 예를 들어 10㎛ 내지 30㎛의 두께를 갖고 있어도 된다.
세퍼레이터(30)는 다공질 시트이다. 전해액은 세퍼레이터(30)를 투과한다. 세퍼레이터(30)는, 예를 들어 200s/100mL 내지 400s/100mL의 투기도를 갖고 있어도 된다. 본 명세서에 있어서의 「투기도」는, 「JIS P 8117:2009」에 규정되는 「공기 투과 저항도(Air Resistance)」를 나타낸다. 투기도는 걸리 시험법에 의해 측정된다.
세퍼레이터(30)는 전기 절연성이다. 세퍼레이터(30)는, 예를 들어 폴리올레핀계 수지 등을 포함하고 있어도 된다. 세퍼레이터(30)는, 예를 들어 실질적으로 폴리올레핀계 수지로 이루어져 있어도 된다. 폴리올레핀계 수지는, 예를 들어 폴리에틸렌(PE) 및 폴리프로필렌(PP)으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종을 포함하고 있어도 된다. 세퍼레이터(30)는, 예를 들어 단층 구조를 갖고 있어도 된다. 세퍼레이터(30)는, 예를 들어 실질적으로 PE층으로 이루어져 있어도 된다. 세퍼레이터(30)는, 예를 들어 다층 구조를 갖고 있어도 된다. 세퍼레이터(30)는, 예를 들어 PP층과 PE층과 PP층이 이 순으로 적층됨으로써 형성되어 있어도 된다. 세퍼레이터(30)의 표면에, 예를 들어 내열층 등이 형성되어 있어도 된다.
전해액은 용매와 지지 전해질을 포함한다. 용매는 비프로톤성이다. 용매는 임의의 성분을 포함할 수 있다. 용매는, 예를 들어 에틸렌카르보네이트(EC), 프로필렌카르보네이트(PC), 부틸렌카르보네이트(BC), 디메틸카르보네이트(DMC), 에틸메틸카르보네이트(EMC), 디에틸카르보네이트(DEC), 1,2-디메톡시에탄(DME), 메틸포르메이트(MF), 메틸아세테이트(MA), 메틸프로피오네이트(MP), 및 γ-부티로락톤(GBL)으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종을 포함하고 있어도 된다.
지지 전해질은 용매에 용해되어 있다. 지지 전해질은, 예를 들어 LiPF6, LiBF4, 및 LiN(FSO2)2로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종을 포함하고 있어도 된다. 지지 전해질은, 예를 들어 0.5mоl/L 내지 2.0mоl/L의 몰 농도를 갖고 있어도 된다. 지지 전해질은, 예를 들어 0.8mоl/L 내지 1.2mоl/L의 몰 농도를 갖고 있어도 된다.
전해액은, 용매 및 지지 전해질에 더하여, 임의의 첨가제를 더 포함하고 있어도 된다. 예를 들어 전해액은, 질량 분율로, 0.01％ 내지 5％의 첨가제를 포함하고 있어도 된다. 첨가제는, 예를 들어 비닐렌카르보네이트(VC), 디플루오로인산 리튬(LiPO2F2), 플루오로술폰산리튬(FSO3Li), 및 리튬비스옥살레이토보레이트(LiBOB)로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종을 포함하고 있어도 된다.
도 4에 도시한 바와 같이, 전지 셀(100)은, 검출 유닛(500)을 더 구비한다. 검출 유닛(500)의 적어도 일부는, 외장체(90)의 내측에 배치되어 있다. 검출 유닛(500)은, 회로 기판(93) 및 안테나부(510)를 포함한다.
도 4에 도시한 바와 같이, 회로 기판(93)은, 밀봉판(91)의 내면측에 위치하고 있다. 구체적으로는, 회로 기판(93)은, 밀봉판(91)의 내면에 첩부되어 있다. 회로 기판(93)은, 전지 셀(100)의 상태를 검출하는 회로를 갖는다. 회로 기판(93)에 있어서는, 절연 기능을 갖는 프린트 기판 상에, Si 등의 반도체에 형성된 집적 회로 및 전자 부품이 실장되어 있다. 본 실시 형태에 있어서는, 프린트 기판 상에 안테나 패턴이 형성되어 있다.
전지 셀(100)의 상태에는, 전지 셀(100)의 전압, 내부 온도 및 내부 압력 중 적어도 하나의 상태가 포함된다. 즉, 검출 유닛(500)은, 전지 셀(100)의 전압 그리고 전지 셀(100)의 내부 온도 및 전지 셀(100)의 내부 압력 중 적어도 하나의 상태를 검출한다.
안테나부(510)는, 회로 기판(93) 상에 마련되어 있다. 안테나부(510)는, 무선 통신한다. 본 실시 형태에 있어서는, 안테나부(510)는, 외장체(90)의 내측에 배치되어 있다. 안테나부(510)가 외장체(90)의 내측에 배치되어 있는 경우에 있어서도, 정극 단자(81) 및 부극 단자(82)의 주위에 배치되어 있는 절연 부재(61, 62)를 통해 안테나부(510)는 전파를 송수신 가능하다. 안테나부(510)는, 예를 들어 ISO/IEC18092 또는 ISO/IEC14443 등에 준거하는 근거리 무선 통신을 행할 때, 전자파를 송수신하는 것이어도 된다. 또한, 안테나부(510)는, 주입구(41) 또는 외장체에 형성되는 다른 구멍을 통해, 외장체(90)의 외측으로 인출되어 있어도 된다.
본 실시 형태에 있어서는, 근거리 무선 통신은, 비접촉으로 신호를 전송하는 블루투스를 채용하고 있지만, 블루투스에 한정되지 않고, NFC(Near Field Communication)의 규격의 통신이 채용되어도 된다. NFC의 규격에 준거한 통신 디바이스는, 예를 들어 승차 카드 및 전자 화폐 등의 비접촉 IC 카드, 또는, 휴대 전화 및 스마트폰 등의 소형 모바일 기기에 내장되는 것이며, 비접촉으로 신호를 전송하는 것이다.
조전지(1)에 포함되는 복수의 전지 셀(100)의 각각의 안테나부(510)는, 전지 셀(100)의 외부에 배치된 감시 유닛인 배터리 관리 시스템(BMS)과 전기적으로 접속된 무선 통신부와 무선 통신 가능하게 구성되어 있다. 배터리 관리 시스템(BMS)은, 셀 관리 컨트롤러(CMC) 및 배터리 관리 컨트롤러(BMC)를 포함한다. 배터리 관리 시스템(BMS)은, 배터리 시스템 내 또는 차량 등에 탑재되어 있다. 또한, 배터리 관리 시스템(BMS)은, CAN(Controller Area Network) 프로토콜에 준거한 통신에 의해 배터리용 ECU(Electronic Control Unit)와 각종 신호를 송수신한다. 검출 유닛(500)은, 안테나부(510)의 양방향 통신에 의해, 네트워크를 통해 이용 가능한 클라우드와 접속되어 있어도 된다.
도 6은 전지 셀과 검출 유닛의 전기적 접속을 도시하는 회로도이다. 도 6에 도시한 바와 같이, 검출 유닛(500)은, 급전선 L1에 접속되어 있다.
급전선 L1은, 정극 집전 부재(71) 및 부극 집전 부재(72)의 각각에 접속되어 있다. 단, 급전선 L1은, 정극 집전 부재(71) 및 부극 집전 부재(72) 중 한쪽에만 접속되어 있어도 된다. 이와 같이, 검출 유닛(500)은, 집전부에 전기적으로 접속되어 급전된다.
도 7은 검출 유닛의 구체예를 도시하는 기능 블록도이다. 도 7에 도시한 바와 같이, 검출 유닛(500)은, 마이크로컴퓨터(590)를 포함한다. 마이크로컴퓨터(590)는, 회로 기판(93)에 실장되어 있다. 마이크로컴퓨터(590)는, 전원 제어부(591), CPU(520), 클럭 제어부(592), 전압 센서(540), 아날로그/디지털 컨버터(593), 온도 센서(594), 주변 기능부(595), 무선 통신 기능부(596), 프로그램용 메모리(597), RAM(Random access memory)(598), 불휘발성 메모리(599) 및 프로그램 재기입 제어부(580)를 포함한다.
마이크로컴퓨터(590)는, 2개의 전원 단자 T1, 안테나 단자 T2 및 2개의 센서 단자 T3을 더 포함한다. 한쪽의 전원 단자 T1은, 급전선 L1에 의해 정극 단자(81)와 전기적으로 접속되어 있다. 정극 단자(81)에 접속된 급전선 L1에는, 과전류 대책용의 퓨즈(571)가 마련되어 있다. 다른 쪽의 전원 단자 T1은, 급전선 L1에 의해 부극 단자(82)와 전기적으로 접속되어 있다. 정극 단자(81)에 접속된 급전선 L1과, 부극 단자(82)에 접속된 급전선 L1 사이에, 과전압 및 노이즈 대책용의 전원 입력 보호 부품(570)이 접속되어 있다.
안테나 단자 T2는, 안테나부(510)와 접속되어 있다. 안테나부(510)는, 예를 들어 회로 기판(93) 상에 구불구불한 형상으로 형성된 패턴 안테나이다. 또한, 안테나부(510)의 형상 및 종류는 적절히 설정된다.
한쪽의 센서 단자 T3은, 압력 센서(550)와 접속되어 있다. 압력 센서(550)는, 전지 셀(100)의 내부에 배치되어 전지 셀(100)의 내부 압력을 계측한다. 다른 쪽의 센서 단자 T3은, 전압 센서(560)와 접속되어 있다. 전압 센서(560)는, 전지 셀(100)의 내부에 배치되며, 외장 캔(92)에 전기적으로 접속되어 외장 캔(92)의 전위를 계측한다.
전원 제어부(591)는, 전지 셀(100)로부터 급전된 전력으로부터 마이크로컴퓨터(590)의 동작용 전력을 생성한다. 또한, 전원 제어부(591)는, 마이크로컴퓨터(590)의 동작 모드를 제어한다. 또한, 전원 제어부(591)는, 리셋 신호를 생성할 수 있다.
CPU(520)는, 각종 제어 및 연산을 행한다. 클럭 제어부(592)는, 내장 발진으로 동작 클럭을 그리고 통신 클럭을 생성함과 함께, 동작 클럭을 그리고 통신 클럭을 제어한다.
전압 센서(540)는, 한쪽의 전원 단자 T1과 다른 쪽의 전원 단자 T1 사이의 전위차를 검출함으로써, 전지 셀(100)의 전압을 계측한다. 또한, 전압 센서(540)는, 아날로그 신호인 전위차의 검출값을 디지털 신호인 전압의 파라미터값으로 변환하여 출력한다.
아날로그/디지털 컨버터(593)는, 압력 센서(550) 및 전압 센서(560)의 각각으로부터 입력된 아날로그 신호의 검출값을 디지털 신호인 파라미터값으로 변환하여 출력한다.
온도 센서(594)는, 마이크로컴퓨터(590)에 내장되어 있으며, 전지 셀(100)의 내부의 온도를 계측한다. 주변 기능부(595)는, 타이머 등의 프로그램 동작에 필요한 마이크로컴퓨터(590)의 주변 기능을 담당한다.
무선 통신 기능부(596)는, 송수신 가능한 RF(Radio Frequency) 트랜시버 회로를 갖고 있다. 기억부인 프로그램용 메모리(597)는, 마이크로컴퓨터(590)의 동작용의 프로그램을 기억하는 재기입 가능한 불휘발성 메모리이다. RAM(598)은, 프로그램 및 데이터를 일시적으로 기억하는 워크 메모리이다.
불휘발성 메모리(599)는, 전지 셀(100)의 고유 데이터 및 계측 이력 데이터 등을 기억한다. 프로그램 재기입 제어부(580)는, 무선 통신 경유로, 프로그램용 메모리(597)에 기억되어 있는 프로그램의 재기입 또는 디버그를 행한다.
마이크로컴퓨터(590)는, 배터리 관리 시스템(BMS)과 전기적으로 접속된 무선 통신부로부터 송신된 명령 신호에 기초하여, 전지 셀(100)의 상태 검출 및 내장 기능의 제어를 하는 것이 가능하다.
전지 셀(100)의 상태의 검출 대상으로서, 전압 센서(540)가 검출하는 전지 셀(100)의 전압, 전압 센서(560)가 검출하는 외장 캔(92)의 전위, 온도 센서(594)가 검출하는 전지 셀(100)의 내부의 온도 및 압력 센서(550)가 검출하는 전지 셀(100)의 내부 압력이 포함된다.
마이크로컴퓨터(590)가 각종 처리를 실행함으로써, 전지 셀(100)의 상태 정보가, A/D 변환됨과 함께 각종 신호 처리가 실행되어, 배터리 관리 시스템(BMS)에 송신된다. 또한, 각종 계측값 및 계측 이력은, 불휘발성 메모리(599)에 기억된다.
또한, 배터리 관리 시스템(BMS)은, 조전지(1) 내의 복수의 전지 셀(100)로부터 수신한 검출 전압에 변동이 있는 경우에는, 각 전지 셀(100)의 전압을 균등화시키는 셀 밸런스를 행하는 명령 신호를 발신한다. 구체적으로는, 전압값이 높은 전지 셀(100)에, 마이크로컴퓨터(590)를 동작시키거나, 또는, 무선 통신시키는 명령 신호를 송신한다. 명령 신호를 수신한 전지 셀(100)의 마이크로컴퓨터(590)가 동작하거나 또는 무선 통신함으로써 전력이 소비됨으로써, 조전지(1) 내의 복수의 전지 셀(100)의 전압이 균등화된다. 본 실시 형태에 있어서는, 마이크로컴퓨터(590) 자체 또는 무선 통신 기능부(596)가, 축전 셀의 전압을 균등화하는 셀 밸런스부로 된다.
본 실시 형태에 관한 전지 셀(100)에 있어서는, 검출 유닛(500)이 외장체(90)의 내부에 배치되어 있음으로써, 무선 통신하는 검출 유닛(500)을 구비하는 전지 셀(100)의 점유 스페이스의 대형화를 억제할 수 있다.
본 실시 형태에 관한 전지 셀(100)에 있어서는, 검출 유닛(500)이 집전부에 전기적으로 접속되어 급전되어 있음으로써, 검출 유닛(500)에 급전하는 전원을 별도로 배치할 필요가 없기 때문에, 무선 통신하는 검출 유닛(500)을 구비하는 전지 셀(100)의 점유 스페이스의 대형화를 억제할 수 있다.
정극 집전 부재(71)와 부극 집전 부재(72) 사이에 접속된 전압 센서(540)에 의해 전지 셀(100)의 전압을 계측함으로써, 전지 셀(100)끼리를 접속하는 버스 바를 통해 전지 셀(100)의 전압을 계측하는 경우에 비해, 전지 셀(100)의 전압을 고정밀도로 계측할 수 있다.
전지 셀(100)의 내부에 배치된 압력 센서(550)에 의해, 전지 셀(100)의 내부의 압력을 계측함으로써, 전지 셀(100)의 내부의 압력을 고정밀도로 계측할 수 있다.
전지 셀(100)의 내부에 배치된 온도 센서(594)에 의해, 전지 셀(100)의 내부의 온도를 계측함으로써, 종래의 전지 셀에 비해 전극체(50)에 가까운 위치에서 온도를 계측할 수 있고, 나아가서는, 전지 셀(100)의 내부의 온도를 고정밀도로 계측할 수 있다. 또한, 회로 기판(94)에 수지로 코팅 또는 포팅의 절연 처리를 실시해도 된다. 이 절연 처리에 의해, 금속편 등에 의한 전지 셀(100)의 내부 단락을 방지할 수 있다.
이하, 본 실시 형태에 관한 전지 셀의 변형예에 대하여 설명한다. 이하의 변형예의 설명에 있어서는, 실시 형태 1에 관한 전지 셀(100)과 마찬가지의 구성에 대해서는 설명을 반복하지 않는다.
도 8은 실시 형태 1의 제1 변형예에 관한 전지 셀의 안테나부의 주변을 도시하는 부분 단면도이다. 도 8에 도시한 바와 같이, 실시 형태 1의 제1 변형예에 관한 전지 셀에 있어서는, 안테나부(510a)는, 밀봉판(91)을 관통하여 외장체(90)의 외부로 연장 돌출되어 있다. 또한, 안테나부(510a)와 밀봉판(91) 사이는, 도시하지 않은 절연성 시일 부재로 밀봉되어 있다.
본 변형예에 의하면, 회로 기판(93)을 외장체(90)의 내측에 배치하면서 안테나부(510a)의 선단만 외장체(90)의 외부에 배치함으로써, 전지 셀의 점유 스페이스의 대형화를 억제하면서 검출 유닛(500A)의 무선 통신 특성을 향상시킬 수 있다.
도 9는 실시 형태 1의 제2 변형예에 관한 전지 셀의 검출 유닛 및 외장체의 구성을 도시하는 분해 사시도이다. 도 10은 실시 형태 1의 제2 변형예에 관한 전지 셀의 검출 유닛의 구성을 도시하는 부분 단면도이다.
도 9 및 도 10에 도시한 바와 같이, 실시 형태 1의 제2 변형예에 관한 전지 셀에 있어서는, 검출 유닛(500B)은, 전지 셀의 상태를 검출하는 회로를 갖는 절연성 회로 기판(93B) 및 절연성 회로 기판(93B) 상에 마련된 안테나부(510)를 포함한다. 절연성 회로 기판(93B)은, 외장 캔(92)의 개구를 밀봉하고 있다. 안테나부(510)는, 외장체의 외부에 위치하고 있다.
절연성 회로 기판(93B)은, 예를 들어 유리 에폭시 수지 등의 절연성 수지로 구성되어 있다. 본 변형예에 있어서는, 정극 단자(81) 및 부극 단자(82)의 각각은, 절연성 회로 기판(93B)으로 이루어지는 밀봉판에 직접 고정되어 있다. 절연성 회로 기판(93B)과 외장 캔(92)은, 도시하지 않은 접합재로 서로 기밀하게 접합되어 있다.
본 변형예에 의하면, 절연성 회로 기판(93B)을 외장체의 내측에 배치하면서 안테나부(510)를 외장체의 외부에 배치함으로써, 전지 셀의 점유 스페이스의 대형화를 억제하면서 검출 유닛(500B)의 무선 통신 특성을 향상시킬 수 있다. 또한, 절연 부재(61) 및 절연 부재(62)를 불필요로 하여 부품 개수를 삭감할 수 있다.
(실시 형태 2)
이하, 실시 형태 2에 관한 전지 셀에 대하여 도면을 참조하여 설명한다. 실시 형태 2에 관한 전지 셀은, 외장체가 파우치형이며, 본체부인 전극체가 적층형인 점이, 실시 형태 1에 관한 전지 셀(100)과 다르기 때문에, 실시 형태 1에 관한 전지 셀(100)과 마찬가지의 구성에 대해서는 설명을 반복하지 않는다.
도 11은 실시 형태 2에 관한 전지 셀의 외관을 도시하는 평면도이다. 도 12는 실시 형태 2에 관한 전지 셀의 구성을 도시하는 분해 사시도이다. 도 11 및 도 12에 도시한 바와 같이, 실시 형태 2에 관한 전지 셀(100A)은, 외장체(600)와, 전극체(50A)와, 검출 유닛(500)을 구비한다.
외장체(600)는, 2매의 수축 필름이 접합되어 구성되어 있다. 수축 필름은, 예를 들어 알루미늄박과 수지 필름을 적층한 알루미늄 라미네이트 필름이다. 전극체(50A)는, 외장체(600)의 내측에 배치되어 있다. 외장체(600)의 내측에 도시하지 않은 전해액이 충전되어 있다.
전극체(50A)는, 정극(700), 세퍼레이터(900) 및 부극(800)이 이 순으로 적층되어 구성되어 있다. 정극(700)의 일부인 정극 집전부(710) 및 부극(800)의 일부인 부극 집전부(810)의 각각은, 외장체(600)의 외측으로 인출되어 있다.
세퍼레이터(900)의 적어도 일부는, 정극(700)과 부극(800) 사이에 개재되어 있다. 세퍼레이터(900)는, 정극(700)과 부극(800)을 분리하고 있다. 세퍼레이터(900)는 다공질 시트이다. 전해액은 세퍼레이터(900)를 투과한다. 세퍼레이터(900)는 전기 절연성이다.
검출 유닛(500)은, 외장체(600)의 내부에 있어서, 부극(800) 상에 배치되어 있다. 검출 유닛(500)은, 부극(800)과 전기적으로 접속되어 급전된다. 안테나부의 무선 통신을 가능하게 하기 위해, 외장체(600)에 있어서 안테나부를 덮는 부분에 위치하는 알루미늄박에 개구가 마련되어 있어도 되고, 안테나부의 선단만 외장체(600)의 외부에 위치하고 있어도 된다. 또한, 안테나부는, 외장체(600)에 형성되는 구멍을 통해, 외장체(600)의 외측으로 인출되어 있어도 된다.
본 실시 형태에 관한 전지 셀(100A)에 있어서는, 검출 유닛(500)이 외장체(600)의 내부에 배치되어 있음으로써, 무선 통신하는 검출 유닛(500)을 구비하는 전지 셀(100A)의 점유 스페이스의 대형화를 억제할 수 있다. 또한, 외장 캔을 갖는 외장체에 비해 파우치형 외장체(600)는 소형으로 되기 때문에, 전지 셀(100A)의 점유 스페이스의 대형화를 효과적으로 억제할 수 있다.
이하, 본 실시 형태에 관한 전지 셀의 변형예에 대하여 설명한다. 이하의 변형예의 설명에 있어서는, 실시 형태 2에 관한 전지 셀(100A)과 마찬가지의 구성에 대해서는 설명을 반복하지 않는다.
도 13은 실시 형태 2의 변형예에 관한 전지 셀의 외관을 도시하는 평면도이다. 도 13에 도시한 바와 같이, 실시 형태 2의 변형예에 관한 전지 셀(100B)의 검출 유닛(500)은, 부극 집전부(810) 상에 배치되어 있다. 검출 유닛(500)은, 부극 집전부(810)에 전기적으로 접속되어 급전된다.
본 변형예에 관한 전지 셀(100B)에 있어서는, 검출 유닛(500)이 집전부에 전기적으로 접속되어 급전되어 있음으로써, 검출 유닛(500)에 급전하는 전원을 별도로 배치할 필요가 없기 때문에, 무선 통신하는 검출 유닛(500)을 구비하는 전지 셀(100B)의 점유 스페이스의 대형화를 억제할 수 있다. 안테나부를 외장체(600)의 외부에 배치함으로써, 검출 유닛(500)의 무선 통신 특성을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 실시 형태에 대하여 설명하였지만, 금회 개시된 실시 형태는 모든 점에서 예시이며 제한적인 것은 아니라고 생각되어야 한다. 본 발명의 범위는 청구범위에 의해 나타내어지고, 청구범위와 균등의 의미 및 범위 내에서의 모든 변경이 포함되는 것이 의도된다.

Claims (8)

  1. 축전 셀이며,
    외장체와,
    상기 외장체의 내측에 배치된 본체부와,
    상기 외장체의 내측에 적어도 일부가 배치되며, 상기 축전 셀의 상태를 검출하여, 무선 통신하는 검출 유닛을 구비하는, 축전 셀.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 본체부에 접속된 집전부를 더 구비하고,
    상기 검출 유닛은, 상기 집전부에 전기적으로 접속되어 급전되는, 축전 셀.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 검출 유닛은, 상기 축전 셀의 상태를 검출하는 회로를 갖는 기판 및 해당 기판 상에 마련된 안테나부를 포함하고,
    상기 외장체는, 개구를 갖는 외장 캔 및 해당 외장 캔의 상기 개구를 밀봉하는 밀봉판을 포함하고,
    상기 기판은, 상기 밀봉판의 내면측에 위치하고,
    상기 안테나부는, 상기 밀봉판 또는 상기 외장체를 관통하여 상기 외장체의 외부로 연장 돌출되어 있는, 축전 셀.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 검출 유닛은, 상기 축전 셀의 상태를 검출하는 회로를 갖는 절연성 기판 및 해당 절연성 기판 상에 마련된 안테나부를 포함하고,
    상기 외장체는, 개구를 갖는 외장 캔을 포함하고,
    상기 절연성 기판은, 상기 외장 캔의 상기 개구를 밀봉하고,
    상기 안테나부는, 상기 외장체의 외부에 위치하고 있는, 축전 셀.
  5. 축전 셀이며,
    본체부와,
    상기 본체부에 접속된 집전부와,
    상기 집전부에 전기적으로 접속되어 급전되며, 상기 축전 셀의 상태를 검출하여, 무선 통신하는 검출 유닛을 구비하는, 축전 셀.
  6. 제1항 또는 제5항에 있어서,
    상기 검출 유닛은, 상기 축전 셀의 전압 그리고 상기 축전 셀의 내부 온도 및 상기 축전 셀의 내부 압력 중 적어도 하나의 상태를 검출하는, 축전 셀.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 검출 유닛은, 기억부를 포함하고,
    상기 기억부는, 상기 축전 셀의 상태를 검출한 데이터를 기억하는, 축전 셀.
  8. 제1항 또는 제7항에 있어서,
    상기 검출 유닛은, 상기 축전 셀의 전압을 균등화하는 셀 밸런스부를 포함하고,
    상기 셀 밸런스부는, 상기 축전 셀로부터의 전력에 의해 동작하는, 축전 셀.
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