МНОГОСЛОЙНАЯ БАТАРЕЯ Российский патент 2014 года по МПК H01M2/26 

Область изобретения

[0001] Данное изобретение относится к компоновке выводов для определения напряжения, прикрепленных к токоотводам биполярной батареи.

Предпосылки изобретения

[0002] В биполярной батарее множество биполярных электродов, каждый из которых имеет слой активного материала положительного электрода, сформированный на одной поверхности токоотвода, и слой активного материала отрицательного электрода, сформированный на другой поверхности токоотвода, наслаиваются через слой электролита. Единичные аккумуляторы, составляющие такую биполярную батарею, могут иметь флуктуации в своих характеристиках, таких как внутреннее сопротивление, емкость и т.д., вследствие некоторых факторов, возникающих в ходе изготовления. Единичные аккумуляторы соединены последовательно для использования в биполярной батарее. Тем не менее, когда существует отклонение в напряжении каждого единичного аккумулятора, ухудшение развивается от единичного аккумулятора, имеющего высокое напряжение, и в результате сокращается срок службы всей биполярной батареи.

[0003] Следовательно, чтобы продлить срок службы всей биполярной батареи, предпочтительно измеряют напряжение каждого единичного аккумулятора, после чего напряжение каждого единичного аккумулятора регулируют на основе измеренных напряжений.

[0004] JP 2005-235428A, опубликованная патентным ведомством Японии в 2005 году, свидетельствует, что для того чтобы измерять напряжение каждого единичного аккумулятора биполярной батареи, вывод для определения напряжения должен быть прикреплен к токоотводу каждого единичного аккумулятора так, чтобы напряжение могло отводиться от каждого единичного аккумулятора и измеряться.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0005] В этой биполярной батарее согласно уровню техники токоотвод имеет прямоугольную плоскую форму при рассмотрении с направления наслаивания. Выводы для определения напряжения прикреплены в положениях, соответствующих идентичной стороне при рассмотрении с направления наслаивания.

[0006] Когда выводы для определения напряжения расположены таким образом, вероятно возникновение неравномерности в распределении напряжения в идентичной плоскости слоевидных единичных аккумуляторов в ходе разряда с целью регулировки напряжения с использованием вывода для определения напряжения. Как результат, может возникать отклонение в состоянии заряда среди различных мест идентичного единичного аккумулятора после завершения разряда.

[0007] Следовательно, задача этого изобретения состоит в том, чтобы уравнять состояние заряда в идентичной плоскости единичного аккумулятора.

[0008] Чтобы решить вышеуказанную задачу, биполярная батарея согласно этому изобретению сконструирована посредством наслаивания множества биполярных электродов, каждый из которых содержит слоевидный токоотвод, слой активного материала положительного электрода, расположенный на одной поверхности токоотвода, и слой активного материала отрицательного электрода, расположенный на другой поверхности токоотвода, через слой электролита. Токоотвод содержит вывод для определения напряжения, прикрепленный к части периферийной кромки токоотвода. При условии, что прямая линия, соединяющая центроид токоотвода и прикрепленный к нему вывод для определения напряжения, является первой прямой линией, этот вывод для определения напряжения и вывод для определения напряжения смежного токоотвода расположены на противоположных сторонах от второй прямой линии, которая проходит через центроид и является ортогональной первой прямой линии.

[0009] Подробности, а также другие признаки и преимущества этого изобретения изложены в оставшейся части описания и показаны на прилагаемых чертежах. Следует отметить, что толщины и формы соответствующих слоев, составляющих биполярную батарею, могут быть чрезмерно увеличены на прилагаемых чертежах, чтобы упрощать описание.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0010] Фиг.1 является схематичным видом в продольном сечении биполярной батареи согласно первому варианту реализации этого изобретения.

Фиг.2 является видом в плане биполярной батареи при виде сверху.

Фиг.3 является схематичным видом в продольном сечении биполярной батареи, иллюстрирующим протекание электрического тока через биполярную батарею.

Фиг.4 является схематичным видом в продольном сечении биполярной батареи согласно уровню техники.

Фиг.5 является видом в плане биполярной батареи согласно уровню техники при виде сверху.

Фиг.6 является принципиальной схемой распределения тока внутри единичного аккумулятора биполярной батареи согласно уровню техники.

Фиг.7 является диаграммой, иллюстрирующей взаимосвязь между плотностью тока и расстоянием от вывода для определения напряжения, предусмотренного на единичном аккумуляторе биполярной батареи согласно уровню техники.

Фиг.8 является диаграммой, иллюстрирующей взаимосвязь между напряжением и расстоянием от вывода для определения напряжения биполярной батареи согласно уровню техники.

Фиг.9A-9D являются видами в плане четырех токоотводов, составляющих биполярную батарею согласно первому варианту реализации этого изобретения.

Фиг.10 является принципиальной схемой распределения тока внутри единичного аккумулятора биполярной батареи согласно первому варианту реализации этого изобретения.

Фиг.11 является диаграммой, иллюстрирующей взаимосвязь между напряжением и расстоянием от вывода для определения напряжения биполярной батареи согласно первому варианту реализации этого изобретения.

Фиг.12A-12D являются видами в плане четырех токоотводов, составляющих биполярную батарею согласно второму варианту реализации этого изобретения.

Фиг.13A-13D являются видами в плане четырех токоотводов, составляющих биполярную батарею согласно третьему варианту реализации этого изобретения.

Фиг.14 является схематичным видом в плане токоотвода, иллюстрирующим компоновку выводов для определения напряжения на единичном аккумуляторе биполярной батареи согласно первому варианту реализации этого изобретения.

Фиг.15 является диаграммой, показывающей распределение напряжения после завершения разряда в единичном аккумуляторе в разрезе вдоль линии XV-XV на Фиг.14.

Фиг.16 является схематичным видом в перспективе главных частей биполярной батареи согласно третьему варианту реализации этого изобретения, иллюстрирующим распределение тока внутри единичного аккумулятора биполярной батареи.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ РЕАЛИЗАЦИИ

[0011] Обращаясь к Фиг.1 чертежей, биполярная батарея 2 согласно первому варианту реализации этого изобретения содержит четыре прямоугольных токоотвода 4, наслоенных через сепараторы 12.

[0012] Токоотвод 4 образован из проводящего полимерного материала или непроводящего полимерного материала, к которому добавлен проводящий заполнитель. Токоотвод 4 не ограничивается смолой и может быть образован из металла. На вертикально нижней поверхности и вертикально верхней поверхности токоотвода 4, когда токоотвод 4 лежит горизонтально, как показано на чертеже, сформированы соответственно слой 5 активного материала положительного электрода и слой 6 активного материала отрицательного электрода. Токоотвод 4 и сформированные с каждой его стороны слой 5 активного материала положительного электрода и слой 6 активного материала отрицательного электрода вместе составляют биполярный электрод 3. Биполярная батарея 2, следовательно, содержит четыре биполярных электрода 3.

[0013] Слой 6 активного материала отрицательного электрода выполнен имеющим большую площадь поверхности, чем слой 5 активного материала положительного электрода. Единая биполярная батарея 2 формируется посредством наслаивания биполярных электродов 3 в вертикальном направлении через слои 7 электролита и последовательного электрического соединения наслоенных биполярных электродов 3.

[0014] Здесь два биполярных электрода 3, смежные друг с другом в вертикальном направлении на фигуре, будут называться в описательных целях как биполярный электрод верхней ступени и биполярный электрод нижней ступени. Биполярный электрод верхней ступени и биполярный электрод нижней ступени располагаются таким образом, что слой 6 активного материала отрицательного электрода, размещенный на верхней поверхности биполярного электрода нижней ступени, и слой 5 активного материала положительного электрода, размещенный на нижней поверхности биполярного электрода верхней ступени, обращены друг к другу через слой 7 электролита.

[0015] Соответствующие площади поверхности слоя 5 активного материала положительного электрода и слоя 6 активного материала отрицательного электрода заданы меньшими, чем площадь поверхности в горизонтальном направлении токоотвода 4. Другими словами, слой 5 активного материала положительного электрода и слой 6 активного материала отрицательного электрода не предусмотрены в области периферийной кромки токоотвода 4 при рассмотрении с направления наслаивания. Между областями периферийной кромки двух токоотводов 4, смежных друг с другом в направлении наслаивания, размещена уплотнительная деталь 11, имеющая заданную ширину. Уплотнительная деталь 11 изолирует слой 5 активного материала положительного электрода и слой 6 активного материала отрицательного электрода друг от друга и обеспечивает заданное пространство 8 между слоем 5 активного материала положительного электрода и слоем 6 активного материала отрицательного электрода, лежащими друг напротив друга в вертикальном направлении фигуры. Уплотнительная деталь 11 расположена на внешней стороне внешней периферии в горизонтальном направлении слоя 5 активного материала положительного электрода и слоя 6 активного материала отрицательного электрода.

[0016] Слой 7 электролита образован жидкостным или гелеобразным электролитом 9, введенным в пространство 8.

[0017] Сепаратор 12 образован из пористой мембраны, через которую может проходить электролит 9, и предусмотрен в пространстве 8, в которое введен электролит 9. Сепаратор 12 служит для того, чтобы предотвратить электрический контакт между двумя противолежащими слоями 5 и 6 активного материала электродов.

[0018] Со слоем 6 активного материала отрицательного электрода на самой верхней ступени соединена сильноточная клемма 16, а со слоем 5 активного материала положительного электрода на самой нижней ступени соединена сильноточная клемма 17. В заряженной биполярной батарее 2 сильноточная клемма 16 работает в качестве положительного вывода, а сильноточная клемма 17 работает в качестве отрицательного вывода.

[0019] Один единичный аккумулятор 15 образован слоем 7 электролита, а также слоем 5 активного материала положительного электрода и слоем 6 активного материала отрицательного электрода по обе стороны от слоя 7 электролита. Биполярная батарея 2 сконструирована посредством последовательного соединения трех единичных аккумуляторов 15.

[0020] Обращаясь к Фиг.3, в последующем описании три единичных аккумулятора 15 будут называться, в восходящем по вертикали порядке, первым единичным аккумулятором 15a, вторым единичным аккумулятором 15b и третьим единичным аккумулятором 15c. Фиг.3 показывает биполярную батарею 2 согласно первому варианту реализации этого изобретения, идентично Фиг.1. Число единичных аккумуляторов 15 и число последовательно соединенных биполярных батарей 2 может регулироваться в соответствии с желаемым напряжением.

[0021] Когда напряжения, приписанные трем последовательно соединенным единичным аккумуляторам 15a, 15b, 15c, не равны, от биполярной батареи 2 в целом не может быть получено желаемое напряжение батареи. Поэтому, чтобы измерять напряжения соответствующих единичных аккумуляторов 15a, 15b, 15c в биполярной батарее 2, вывод 21a для определения напряжения, вывод 21b для определения напряжения, вывод 21c для определения напряжения и вывод 21d для определения напряжения прикрепляются к первому токоотводу 4a, второму токоотводу 4b, третьему токоотводу 4c и четвертому токоотводу 4d соответственно. Таким образом, соответствующие напряжения единичных аккумуляторов 15a, 15b, 15c выводятся наружу. Дополнительно, к выводам 21a-21d для определения напряжения подключены провода 22a-22d. Провода 22a-22d подключены к схеме 25 управления. Чтобы уменьшать дисбаланс напряжений между тремя единичными аккумуляторами 15a, 15b, 15c, схема 25 управления заставляет единичный аккумулятор с высоким напряжением выполнять разряд на основе определенных (обнаруженных) напряжений единичных аккумуляторов 15a, 15b, 15c. Следует отметить, что этот разряд выполняется с использованием выводов 21a-21d для определения напряжения.

[0022] Более конкретно, измерение напряжения и разряд первого единичного аккумулятора 15a выполняются с использованием выводов 21a и 21b для определения напряжения. Измерение напряжения и разряд второго единичного аккумулятора 15b выполняются с использованием выводов 21b и 21c для определения напряжения. Измерение напряжения и разряд третьего единичного аккумулятора 15c выполняются с использованием выводов 21c и 21d для определения напряжения.

[0023] Обращаясь к Фиг.9A-9D, каждый токоотвод 4a-4d имеет прямоугольную внешнюю форму при рассмотрении с направления наслаивания или, другими словами, с вертикального направления по Фиг.1. Следовательно, каждый токоотвод 4a-4d имеет четыре стороны 31, 32, 33, 34.

[0024] Выводы 21a, 21b, 21c и 21d для определения напряжения прикреплены к четырем токоотводам 4a-4d с использованием такого способа, как приклеивание. Следует отметить, что для того чтобы определять напряжения N единичных аккумуляторов, требуются N+1 выводов для определения напряжения.

[0025] Здесь, четыре токоотвода 4a-4d будут называться первым токоотводом 4a, вторым токоотводом 4b, третьим токоотводом 4c и четвертым токоотводом 4d.

[0026] Обращаясь к Фиг.4 и 5, в биполярной батарее 2 согласно уровню техники выводы 21a-21d для определения напряжения прикреплены в идентичных положениях на соответствующих сторонах 31 при рассмотрении с направления наслаивания. В этом случае возникает неравномерность в распределении напряжения в плоскости единичного аккумулятора 15 в ходе разряда, выполняемого с целью регулирования напряжения, и, как результат, возникает неравномерность в состоянии заряда единичного аккумулятора 15 после завершения разряда. Смещение в распределении плотности тока в плоскости единичного аккумулятора 15 особенно ярко проявляется, когда для токоотводов 4a-4d используется материал на основе смолы, имеющий более низкую электропроводность, чем металлический материал.

[0027] Обращаясь к Фиг.6, единичный аккумулятор 15a, который является слоевидным единичным аккумулятором, имеет прямоугольную плоскую форму при рассмотрении с направления наслаивания и может рассматриваться как содержащий множество, например пять, небольших аккумуляторных элементов B1, соединенных параллельно в одной плоскости.

[0028] Здесь, резисторы R1 соединены последовательно с пятью небольшими аккумуляторными элементами B1. Резистор R1 обозначает сопротивление постоянному току батареи. Резисторы R2 вверху и внизу фигуры обозначают резистивные элементы в плоскости. Пара выводов 21a и 21b для определения напряжения, служащих в качестве разрядных выводов первого единичного аккумулятора 15a, находится на правом конце фигуры. В ходе разряда единичного аккумулятора 15 выводы 21a и 21b для определения напряжения соединены через разрядный резистор R4.

[0029] На фигуре, из пяти путей разряда, проходящих через соответствующие небольшие аккумуляторные элементы B1, путь разрядного тока I1, который проходит через небольшой аккумуляторный элемент B1, находящийся ближе всего к паре выводов 21a и 21b для определения напряжения, имеет наименьшую длину и наименьшее значение сопротивления. Длины путей разрядного тока, проходящих через небольшие аккумуляторные элементы B1, и значения сопротивления этих путей постоянно увеличиваются в сторону небольшого аккумуляторного элемента B1, находящегося дальше всего от пары выводов 21a и 21b для определения напряжения. Соответственно, путь разрядного тока I5, который проходит через небольшой аккумуляторный элемент B1, находящийся дальше всего от пары выводов 21a и 21b для определения напряжения, имеет наибольшую длину и наибольшее значение сопротивления из пяти путей.

[0030] Обращаясь к Фиг.7, в биполярной батарее 2 согласно уровню техники плотность тока в идентичной плоскости единичного аккумулятора 15a постоянно снижается по мере того, как увеличивается расстояние от пары выводов 21a и 21b для определения напряжения.

[0031] Обращаясь к Фиг.8, в биполярной батарее 2 согласно уровню техники распределение напряжения единичного аккумулятора 15a после завершения разряда варьируется так, что напряжение постоянно снижается в сторону небольшого аккумуляторного элемента B1, ближайшего к паре выводов 21a и 21b для определения напряжения. Другими словами, разряд происходит постоянно более быстро в сторону небольшого аккумуляторного элемента B1, ближайшего к паре выводов 21a и 21b для определения напряжения.

[0032] Следовательно, в биполярной батарее 2 согласно уровню техники возникает неравномерность напряжения в плоскости единичного аккумулятора 15a в течение периода вплоть до завершения разряда. Неравномерность в состоянии заряда в идентичной плоскости единичного аккумулятора 15, которое должно быть равномерным, указывает на то, что в идентичном единичном аккумуляторе 15a может существовать местоположение, имеющее более высокое напряжение, чем измеренное напряжение единичного аккумулятора 15a. Когда такое место существует, в зависимости от того, каким образом используется батарея, батарея может быть локально перезаряжена непреднамеренно. Это применимо так же к единичным аккумуляторам 15b и 15c.

[0033] Снова обращаясь к Фиг.9A-9D, в биполярной батарее 2 согласно первому варианту реализации этого изобретения выводы 21a-21d для определения напряжения прикреплены по отдельности к соответствующим частям периферийной кромки токоотводов 4a-4d. Прикрепление выполняется, например, посредством приклеивания. Фиг.9A-9D показывают плоские формы токоотводов 4a-4d индивидуально с тем, чтобы показать расположение (компоновку) выводов 21a-21d для определения напряжения.

[0034] Обращаясь к Фиг.9D, вывод 21a для определения напряжения первого токоотвода 4a и вывод 21b для определения напряжения второго токоотвода 4b, которые являются смежными друг другу в направлении наслаивания, расположены следующим образом. Вывод 21b для определения напряжения смежного второго токоотвода 4b размещен на противоположной стороне от второй прямой линии Da2, которая проходит через центроид Oa первого токоотвода 4a и является ортогональной первой прямой линии Da1, которая соединяет вывод 21a для определения напряжения с центроидом Oa первого токоотвода 4a.

[0035] Обращаясь к Фиг.9C, вывод 21b для определения напряжения второго токоотвода 4b и вывод 21c для определения напряжения третьего токоотвода 4c, которые являются смежными друг другу в направлении наслаивания, расположены следующим образом. Вывод 21c для определения напряжения смежного третьего токоотвода 4c размещен на противоположной стороне от второй прямой линии Db2, которая проходит через центроид Ob второго токоотвода 4b и является ортогональной первой прямой линии Db1, которая соединяет вывод 21b для определения напряжения с центроидом Ob второго токоотвода 4b.

[0036] Обращаясь к Фиг.9B, вывод 21c для определения напряжения третьего токоотвода 4c и вывод 21d для определения напряжения четвертого токоотвода 4d, которые являются смежными друг другу в направлении наслаивания, расположены следующим образом. Вывод 21d для определения напряжения смежного четвертого токоотвода 4d размещен на противоположной стороне от второй прямой линии Dc2, которая проходит через центроид Oc третьего токоотвода 4c и является ортогональной первой прямой линии Dc1, которая соединяет вывод 21c для определения напряжения с центроидом Oc третьего токоотвода 4c.

[0037] Обращаясь к Фиг.9A, в соответствии с компоновкой, описанной выше, вывод 21c для определения напряжения смежного третьего токоотвода 4c размещается на противоположной стороне от второй прямой линии Dd2, которая проходит через центроид Od четвертого токоотвода 4d и является ортогональной первой прямой линии Dd1, которая соединяет вывод 21d для определения напряжения с центроидом Od четвертого токоотвода 4d.

[0038] Если обобщить вышеупомянутое в отношении конкретного токоотвода 4 и прикрепленного к нему вывода 21 для определения напряжения, то вывод 21 для определения напряжения смежного токоотвода 4 размещен на противоположной стороне от второй прямой линии D2, которая проходит через центроид O токоотвода 4 и является ортогональной первой прямой линии D1, которая соединяет вывод 21 для определения напряжения с центроидом O токоотвода 4. Другими словами, два вывода 21 для определения напряжения, прикрепленные к смежным токоотводам 4, размещены с угловым интервалом, составляющим по меньшей мере 90 градусов.

[0039] Удовлетворяя этому условию, выводы 21a-21d для определения напряжения еще более предпочтительно расположены следующим образом.

[0040] Плоская форма токоотвода 4 делится на четыре области двумя прямыми линиями, проходящими через центроид O токоотвода 4, и вывод 21 для определения напряжения прикреплен к стороне, находящейся в одной из двух несмежных областей. Вывод 21 для определения напряжения токоотвода 4, который является смежным в направлении наслаивания, между тем, прикреплен к стороне, находящейся в другой из двух несмежных областей. Две прямые линии предпочтительно образованы двумя диагональными линиями, проходящими через вершину токоотвода 4, имеющего прямоугольную плоскую форму.

[0041] Более конкретно, обращаясь к Фиг.9D, первый токоотвод 4a делится на четыре области RG1a, RG2a, RG3a и RG4a посредством центроида Oa первого токоотвода 4a и двух прямых линий L1a и L2a, служащих диагональными линиями прямоугольника, и вывод 21a для определения напряжения размещен в одной области RG3a из двух несмежных областей RG1a и RG3a. Вывод 21b для определения напряжения смежного второго токоотвода 4b размещен в соответствующем положении в другой области RG1a из двух несмежных областей RG1a и RG3a.

[0042] Обращаясь к Фиг.9C, второй токоотвод 4b делится на четыре области RG1b, RG2b, RG3b и RG4b посредством центроида Ob второго токоотвода 4b и двух прямых линий L1b и L2b, служащих диагональными линиями прямоугольника, и вывод 21b для определения напряжения размещен в одной области RG1b из двух несмежных областей RG1b и RG3b. Вывод 21c для определения напряжения смежного третьего токоотвода 4c размещен в соответствующем положении в другой области RG3b из двух несмежных областей RG1b и RG3b.

[0043] Обращаясь к Фиг.9B, третий токоотвод 4c делится на четыре области RG1c, RG2c, RG3c и RG4c посредством центроида Oc третьего токоотвода 4c и двух прямых линий L1c и L2c, служащих диагональными линиями прямоугольника, и вывод 21c для определения напряжения размещен в одной области RG3c из двух несмежных областей RG1c и RG3c. Вывод 21d для определения напряжения смежного четвертого токоотвода 4d размещен в соответствующем положении в другой области RG1c из двух несмежных областей RG1c и RG3c.

[0044] Согласно исследованию, проведенному авторами изобретения, выводы 21a-21d для определения напряжения смежных токоотводов 4a-4d предпочтительно размещены с угловыми интервалами между 150 и 210 градусами. Альтернативно, две несмежных области, в которых предусмотрены выводы 21a-21d для определения напряжения, предпочтительно являются областями, в которых угол пересечения двух прямых линий L1a (L1b, L1c, L1d) и L2a (L2b, L2c, L2d), служащих диагональными линиями прямоугольника, представляет собой острый угол.

[0045] Причина этого состоит в том, что когда выводы 21a-21d для определения напряжения прикреплены в тех областях, где угол пересечения двух прямых линий L1a (L1b, L1c, L1d) и L2a (L2b, L2c, L2d), служащих диагональными линиями прямоугольника, представляет собой острый угол, смежные выводы 21a-21d для определения напряжения могут быть расположены дальше друг от друга, чем тогда, когда выводы 21a-21d для определения напряжения прикреплены в тех областях, где угол пересечения двух прямых линий L1a (L1b, L1c, L1d) и L2a (L2b, L2c, L2d) представляет собой тупой угол.

[0046] Далее, обращаясь к Фиг.10, будет описано то, как протекает разрядный ток через внутренность единичных аккумуляторов 15a-15c в биполярной батарее 2, в которой выводы 21a-21d для определения напряжения имеют вышеуказанную компоновку.

[0047] Как описано выше в отношении Фиг.6, первый единичный аккумулятор 15a, который является слоевидным единичным аккумулятором, является прямоугольным при рассмотрении с направления наслаивания и может рассматриваться как содержащий множество, например пять, небольших аккумуляторных элементов B1, соединенных параллельно в одной плоскости. Это применимо аналогичным образом ко второму единичному аккумулятору 15b и третьему единичному аккумулятору 15c.

[0048] Как показано на Фиг.3, напряжение первого единичного аккумулятора 15a определяется посредством выводов 21a и 21b для определения напряжения, прикрепленных соответственно к токоотводам 4a и 4b по обе стороны от первого единичного аккумулятора 15a.

[0049] Вывод 21a для определения напряжения и вывод 21b для определения напряжения размещаются на левом и правом концах фигуры соответственно. Поэтому длины путей разрядного тока, проходящих через пять небольших аккумуляторных элементов B1, практически равны. Сопротивление на всех пяти путях разряда между выводами 21a и 21b для определения напряжения на фигуре состоит из одного резистора R1 и шести резисторов R2. Другими словами, эти пять путей разряда имеют практически равные значения сопротивления.

[0050] Как результат, абсолютные величины разрядных токов I1-I5, проходящих соответственно через пять небольших аккумуляторных элементов B1, также практически равны. Следовательно, разряд выполняется равномерно в плоскости первого единичного аккумулятора 15a из всех пяти небольших аккумуляторных элементов B1, независимо от их положений.

[0051] Обращаясь к Фиг.11, поскольку разряд выполняется равномерно, распределение напряжения внутри первого единичного аккумулятора 15a после завершения разряда остается постоянным независимо от расстояния от вывода 21a для определения напряжения. Другими словами, не возникает неравномерность напряжения, к примеру, как показано на Фиг.8, которая привносится за счет компоновки выводов для определения напряжения согласно уровню техники. Следовательно, согласно биполярной батарее 2, может ожидаться равномерность в распределении напряжения в плоскости единичного аккумулятора 15a (15b, 15c).

[0052] Как описано выше, в биполярной батарее 2 сопротивление на пути разряда, простирающемся от одного вывода 21a (21b, 21c) для определения напряжения единичного аккумулятора 15a (15b, 15c) к другому выводу 21b (21c, 21d) для определения напряжения, является равномерным на всех путях. Соответственно, плотность тока равна во всех местоположениях плоскости единичного аккумулятора 15a (15b, 15c), и поэтому состояние заряда внутри единичного аккумулятора 15a (15b, 15c) может смещаться (сдвигаться) параллельно на идентичном уровне. Дополнительно, напряжение после завершения разряда, определенное посредством пары выводов 21a и 21b (21b и 21c или 21c и 21d) для определения напряжения, является идентичным во всех частях единичного аккумулятора 15a (15b, 15c), и поэтому определение напряжения может быть выполнено с высокой степенью точности.

[0053] Биполярная батарея 2 согласно этому варианту реализации использует токоотводы 4a-4d, имеющие прямоугольную плоскую форму, но это изобретение также может применяться к биполярной батарее, в которой используются токоотводы, имеющие многоугольную форму, отличную от прямоугольной формы.

[0054] Дополнительно, плоская форма токоотвода не ограничивается многоугольной формой, имеющей вершину, и может быть любой формой, такой как круглая форма или эллиптическая форма.

[0055] Обращаясь к Фиг.12A-12D, будет описан второй вариант реализации этого изобретения, который применяется к биполярной батарее 2, имеющей токоотводы 4aa, 4ba, 4ca и 4da, выполненные с описанной выше формой.

[0056] Так же и в этом варианте реализации, аналогично первому варианту реализации, биполярная батарея 2 образована четырьмя токоотводами 4aa, 4ba, 4ca и 4da. Однако, в отличие от первого варианта реализации, токоотводы 4aa-4da имеют плоскую форму, которая не является симметричной и не содержит вершину.

[0057] Вывод 21a для определения напряжения, вывод 21b для определения напряжения, вывод 21c для определения напряжения и вывод 21d для определения напряжения прикреплены к первому токоотводу 4aa, второму токоотводу 4ba, третьему токоотводу 4ca и четвертому токоотводу 4da соответственно.

[0058] Фиг.12A-12D аналогичны Фиг.9A-9D, но показывают компоновку выводов 21a-21d для определения напряжения на токоотводах 4aa-4da.

[0059] Обращаясь к Фиг.12D, выводы 21a и 21b для определения напряжения первого токоотвода 4aa и второго токоотвода 4ba, которые являются смежными друг другу в направлении наслаивания, расположены следующим образом. Вывод 21b для определения напряжения смежного второго токоотвода 4ba размещен на противоположной стороне от второй прямой линии Da2, которая проходит через центроид Oa первого токоотвода 4aa и является ортогональной первой прямой линии Da1, которая соединяет вывод 21a для определения напряжения с центроидом Oa первого токоотвода 4aa.

[0060] Обращаясь к Фиг.12C, выводы 21b и 21c для определения напряжения второго токоотвода 4ba и третьего токоотвода 4ca, которые являются смежными друг другу в направлении наслаивания, расположены следующим образом. Вывод 21c для определения напряжения смежного третьего токоотвода 4ca размещен на противоположной стороне от второй прямой линии Db2, которая проходит через центроид Ob второго токоотвода 4ba и является ортогональной первой прямой линии Db1, которая соединяет вывод 21b для определения напряжения с центроидом Ob второго токоотвода 4ba.

[0061] Обращаясь к Фиг.12B, выводы 21c и 21d для определения напряжения третьего токоотвода 4ca и четвертого токоотвода 4da, которые являются смежными друг другу в направлении наслаивания, расположены следующим образом. Вывод 21d для определения напряжения смежного четвертого токоотвода 4da размещен на противоположной стороне от второй прямой линии Dc2, которая проходит через центроид Oc третьего токоотвода 4ca и является ортогональной первой прямой линии Dc1, которая соединяет вывод 21c для определения напряжения с центроидом Oc третьего токоотвода 4ca.

[0062] Обращаясь к Фиг.12A, в соответствии с компоновкой, описанной выше, вывод 21c для определения напряжения смежного третьего токоотвода 4ca размещается на противоположной стороне от второй прямой линии Dd2, которая проходит через центроид Od четвертого токоотвода 4da и является ортогональной первой прямой линии Dd1, которая соединяет вывод 21d для определения напряжения с центроидом Od четвертого токоотвода 4da.

[0063] Так же и в этом варианте реализации выводы 21 для определения напряжения, прикрепленные соответственно к двум смежным токоотводам 4, размещены с угловым интервалом, составляющим по меньшей мере 90 градусов.

[0064] Удовлетворяя этому условию, выводы 21a-21d для определения напряжения еще более предпочтительно расположены следующим образом.

[0065] Плоская форма токоотвода 4 делится на четыре области двумя прямыми линиями, проходящими через центроид O токоотвода 4, и вывод 21 для определения напряжения размещен на стороне, находящейся в одной из двух несмежных областей.

[0066] Более конкретно, обращаясь к Фиг.12D, первый токоотвод 4aa делится на четыре области RG1a, RG2a, RG3a и RG4a двумя прямыми линиями L1a и L2a, проходящими через центроид Oa первого токоотвода 4aa, и вывод 21a для определения напряжения размещен в одной области RG3a из двух несмежных областей RG1a и RG3a. Вывод 21b для определения напряжения смежного второго токоотвода 4ba размещен в соответствующем положении в другой области RG1a из двух несмежных областей RG1a и RG3a.

[0067] Обращаясь к Фиг.12C, второй токоотвод 4ba делится на четыре области RG1b, RG2b, RG3b и RG4b двумя прямыми линиями L1b и L2b, проходящими через центроид Ob второго токоотвода 4ba, и вывод 21b для определения напряжения размещен в одной области RG1b из двух несмежных областей RG1b и RG3b. Вывод 21c для определения напряжения смежного третьего токоотвода 4ca размещен в соответствующем положении в другой области RG3b из двух несмежных областей RG1b и RG3b.

[0068] Обращаясь к Фиг.12B, третий токоотвод 4ca делится на четыре области RG1c, RG2c, RG3c и RG4c двумя прямыми линиями L1c и L2c, проходящими через центроид Oc третьего токоотвода 4ca, и вывод 21c для определения напряжения размещен в одной области RG3c из двух несмежных областей RG1c и RG3c. Вывод 21d для определения напряжения смежного четвертого токоотвода 4da размещен в соответствующем положении в другой области RG1c из двух несмежных областей RG1c и RG3c.

[0069] Вывод 21a для определения напряжения предпочтительно прикреплен в той области, где угол пересечения между двумя прямыми линиями L1a и L2a первого токоотвода 4a представляет собой острый угол. Это применимо аналогичным образом к выводу 21b для определения напряжения. Еще более предпочтительно, выводы 21 для определения напряжения двух смежных токоотводов 4 размещены с угловым интервалом между 150 и 210 градусами.

[0070] Согласно этому варианту реализации, как описано выше, это изобретение также может применяться к токоотводам 4aa-4da, имеющим плоскую форму, которая не является симметричной и не содержит вершину, и таким образом может быть устранен дисбаланс в состоянии заряда в идентичной плоскости единичного аккумулятора.

[0071] Обращаясь к Фиг.13A-13D, будет описан третий вариант реализации этого изобретения.

[0072] Так же и в этом варианте реализации, аналогично первому варианту реализации, биполярная батарея 2 образована четырьмя токоотводами 4a, 4b, 4c и 4d. Фиг.13A-13D показывают компоновку выводов 21a-21d для определения напряжения на токоотводах 4a-4d, аналогично Фиг.9A-9D. Токоотводы 4a-4d имеют прямоугольную плоскую форму, аналогичную токоотводам первого варианта реализации.

[0073] В биполярной батарее 2 согласно этому варианту реализации к тем сторонам токоотводов 4a-4d, к которым прикрепляются выводы 21a-21d для определения напряжения, заранее приклеены проводники 41-44, имеющие высокую удельную электропроводность и заданную ширину.

[0074] Обращаясь к Фиг.13D, первый проводник 41 в форме тонкой пленки заранее приклеен по всей длине стороны 33a первого токоотвода 4a, к которой прикрепляется вывод 21a для определения напряжения.

[0075] Обращаясь к Фиг.13C, второй проводник 42 в форме тонкой пленки заранее приклеен по всей длине стороны 31b второго токоотвода 4b, к которой прикрепляется вывод 21b для определения напряжения.

[0076] Обращаясь к Фиг.13B, третий проводник 43 в форме тонкой пленки заранее приклеен по всей длине стороны 33c третьего токоотвода 4c, к которой прикрепляется вывод 21c для определения напряжения.

[0077] Обращаясь к Фиг.13A, четвертый проводник 44 в форме тонкой пленки заранее приклеен по всей длине стороны 31d четвертого токоотвода 4d, к которой прикрепляется вывод 21d для определения напряжения. Соответствующие выводы 21a-21d для определения напряжения прикрепляются к проводникам 41-44 с использованием такого способа, как приклеивание.

[0078] Обращаясь к Фиг.14, будет описана причина приклеивания проводников 41-44 к соответствующим сторонам 33a, 31b, 33c, 31d, к которым прикрепляются выводы 21a-21d для определения напряжения.

[0079] Фиг.14 является схематичным видом в плане первого единичного аккумулятора 15a биполярной батареи 2 согласно первому варианту реализации. В биполярной батарее 2 согласно первому варианту реализации, как показано на Фиг.9C-9D, вывод 21a для определения напряжения прикреплен к нижней части стороны 33a первого токоотвода 4a. Дополнительно, вывод 21b для определения напряжения прикреплен к практически центральной части стороны 31b второго токоотвода 4b.

[0080] На Фиг.14 "положение вывода положительного электрода" соответствует положению прикрепления вывода 21a для определения напряжения, в то время как "положение вывода отрицательного электрода" соответствует положению прикрепления вывода 21b для определения напряжения.

[0081] В ходе разряда из первого единичного аккумулятора 15a линия постоянного (неизменного) напряжения является параллельной прямой линии, соединяющей пару выводов 21a и 21b для определения напряжения. После завершения разряда распределение напряжения внутри первого единичного аккумулятора 15a, взятое вдоль линии, ортогональной линии постоянного напряжения, или, другими словами, линии XV-XV на Фиг.14, например, является таким, как показано на Фиг.15.

[0082] Обращаясь к Фиг.15, напряжение имеет минимум в заданном положении B и увеличивается постоянно от положения B с обеих сторон от него. Следовательно, тенденция в отношении распределения напряжения, имеющего минимальное значение в заданном положении B, ярко проявляется в имеющем высокое электрическое сопротивление токоотводе, таком как токоотвод на основе смолы.

[0083] Заданное положение B, показанное на Фиг.15, представляет собой положение, где линия XV-XV по Фиг.14 пересекает прямую линию, соединяющую пару выводов 21a и 21b для определения напряжения. Причина, по которой напряжение после завершения разряда достигает минимума в этом положении, состоит в том, что в биполярной батарее, включающей в себя токоотводы, которые имеют высокое электрическое сопротивление, такие как токоотводы на основе смолы, разряд выполняется наиболее интенсивно на прямой линии, которая соединяет пару выводов 21a и 21b для определения напряжения по кратчайшему расстоянию.

[0084] Тем не менее, распределение напряжения, при котором напряжение достигает минимума в заданном положении B, является нежелательным. Поэтому в биполярной батарее 2 согласно третьему варианту реализации этого изобретения, как показано на Фиг.13A-13D, проводники 41-44 приклеиваются к соответствующим сторонам 33a, 31b, 33c, 31d, к которым прикрепляются выводы 21a-21d для определения напряжения.

[0085] Как результат, в первом единичном аккумуляторе 15a, например, весь первый проводник 41, расположенный на стороне 33a, к которой прикрепляется первый токоотвод 4a, работает в качестве вывода для определения напряжения. Дополнительно, весь второй проводник 42, расположенный на стороне 31b второго токоотвода 4b, работает в качестве вывода для определения напряжения.

[0086] Обращаясь к Фиг.16, в первом единичном аккумуляторе 15a разрядный ток протекает из первого проводника 41 ко второму проводнику 42. Другими словами, положительно-отрицательная пара электродов образована проводников 41 и 42 в виде линии, а не точки. Как результат, разрядный ток протекает параллельно продольному направлению токоотводов 4a и 4b или, другими словами, параллельно сторонам 32a, 32b и сторонам 34a, 34b, простирающимся в направлении слева направо на Фиг.1 и Фиг.3, и протекает равномерно. Следовательно, исключается минимальное значение распределения напряжения внутри первого единичного аккумулятора 15a. Это применимо аналогичным образом ко второму единичному аккумулятору 15b и третьему единичному аккумулятору 15c.

[0087] Если обобщать вышеупомянутое, когда используется токоотвод, выполненный из смолы или т.п., который имеет гораздо более высокое электрическое сопротивление, чем металлический токоотвод, распределение напряжения вдоль ортогональной ориентации к прямой линии, соединяющей пару выводов для определения напряжения единичного аккумулятора, принимает минимальное значение на прямой линии, соединяющей пару выводов для определения напряжения. Как результат, распределение напряжения в плоскости единичного аккумулятора является неравномерным. В биполярной батарее 2 согласно этому варианту реализации проводники 41-44 приклеены к сторонам 33a, 31b, 33c и 31d, на которых предусмотрены выводы 21a-21d для определения напряжения. Проводники 41-44 делают равнопотенциальным распределение напряжения в ортогональном направлении к прямой линии, соединяющей пару выводов 21a и 21b (21b и 21c, 21c и 21d) для определения напряжения. Поэтому, даже когда биполярная батарея 2 сконструирована с использованием токоотводов 4a-4d, выполненных из смолы или т.п., которые имеют гораздо более высокое электрическое сопротивление, чем металлические токоотводы, соответствующие плотности тока внутри единичных аккумуляторов 15a-15c могут быть сделаны равномерными.

[0088] Содержимое заявки № 2010-172270 с датой подачи в Японии от 30 июля 2010 года настоящим включено сюда по ссылке.

[0089] Хотя изобретение было описано выше в отношении конкретных вариантов реализации, изобретение не ограничено описанными выше вариантами реализации. Специалистам в данной области техники придут на ум модификации и вариации описанных выше вариантов реализации в пределах объема формулы изобретения.

[0090] Например, в третьем варианте реализации проводники 41-44 не обязательно должны быть расположены по всей длине сторон 33a, 31b, 33c и 31d, к которым прикрепляются выводы 21a-21d для определения напряжения, и могут быть приклеены только к части сторон 33a, 31b, 33c и 31d, центрированной на выводах 21a-21d для определения напряжения.

ОБЛАСТЬ ПРОМЫШЛЕННОГО ПРИМЕНЕНИЯ

[0091] Как описано выше, у биполярной батареи согласно этому изобретению распределение напряжения внутри слоевидного единичного аккумулятора выравнивается в ходе разряда с целью регулирования напряжения. Следовательно, может ожидаться выгодный эффект с точки зрения продления срока службы биполярной батареи, например, установленной в качестве источника питания в электромобиле.

[0092] Признаки и варианты реализации настоящего изобретения охарактеризованы в нижеследующей формуле изобретения.

Изобретение относится к аккумуляторным батареям. Технический результат - уравнивание заряда на каждом аккумуляторе батареи. Биполярная батарея сконструирована посредством наслаивания множества биполярных электродов, каждый из которых образован слоевидным токоотводом, слоем активного материала положительного электрода, расположенным на одной поверхности токоотвода, и слоем активного материала отрицательного электрода, расположенным на другой поверхности токоотвода, через слой электролита. К части периферийной кромки токоотвода прикреплен вывод (21a, 21b) для определения напряжения. Посредством расположения вывода (21b) для определения напряжения смежного токоотвода на противоположной стороне от второй прямой линии (Da2), которая проходит через центроид (O) токоотвода и является ортогональной первой прямой линии (Da1), которая соединяет вывод (21a) для определения напряжения с центроидом (O) токоотвода, состояние заряда внутри идентичного единичного аккумулятора (15) становится равномерным. 5 з.п. ф-лы, 16 ил.

1. Биполярная батарея (2), в которой множество биполярных электродов (3), каждый из которых содержит слоевидный токоотвод (4, 4a, 4b, 4c, 4d, 4aa, 4ba, 4ca, 4da), слой (5) активного материала положительного электрода, расположенный на одной поверхности токоотвода (4, 4a, 4b, 4c, 4d, 4aa, 4ba, 4ca, 4da), и слой (6) активного материала отрицательного электрода, расположенный на другой поверхности токоотвода (4, 4a, 4b, 4c, 4d, 4aa, 4ba, 4ca, 4da), наслоены через слой (7) электролита, и к части периферийной кромки токоотвода (4, 4a, 4b, 4c, 4d, 4aa, 4ba, 4ca, 4da) прикреплен вывод (21, 21a, 21b, 21c, 21d) для определения напряжения,
причем при условии, что прямая линия, соединяющая центроид токоотвода (4, 4a, 4b, 4c, 4d, 4aa, 4ba, 4ca, 4da) и прикрепленный к нему вывод (21, 21a, 21b, 21c, 21d) для определения напряжения, является первой прямой линией (Da1, Db1, Dc1, Dd1), а прямая линия, которая проходит через этот центроид и является ортогональной первой прямой линии, является второй прямой линией, вывод (21, 21a, 21b, 21c, 21d) для определения напряжения и вывод для определения напряжения (21, 21b, 21c, 21d, 21a), прикрепленный к смежному токоотводу (4, 4b, 4c, 4d, 4a, 4ba, 4ca, 4da, 4aa), расположены на противоположных сторонах от второй прямой линии (Da2, Db2, Dc2, Dd2).

2. Биполярная батарея (2) по п.1, причем при условии, что плоская форма токоотвода (4, 4a, 4b, 4c, 4d, 4aa, 4ba, 4ca, 4da) делится на четыре области (RG1a, RG2a, RG3a, RG4a, RG1b, RG2b, RG3b, RG4b, RG1c, RG2c, RG3c, RG4c, RG1d, RG2d, RG3d, RG4d) двумя прямыми линиями (L1a, L1b, L1c, L1d, L2a, L2b, L2c, L2d), пересекающимися в центроиде (Oa, Ob, Oc, Od), выводы (21, 21a, 21b, 21c, 21d) для определения напряжения смежных токоотводов (4, 4a, 4b, 4c, 4d, 4aa, 4ba, 4ca, 4da) расположены соответственно в одной и другой из двух несмежных областей.

3. Биполярная батарея по п.2, причем две несмежных области являются областями (RG1a, RG3a, RG1b, RG3b, RG1c, RG3c, RG1d, RG3d), в которых угол пересечения двух прямых линий (L1a, L1b, L1c, L1d, L2a, L2b, L2c, L2d) представляет собой острый угол.

4. Биполярная батарея по п.2, причем плоская форма токоотвода (4, 4a, 4b, 4c, 4d, 4aa, 4ba, 4ca, 4da) является прямоугольной, и первая и вторая прямые линии (L1a, L1b, L1c, L1d, L2a, L2b, L2c, L2d) являются диагональными линиями прямоугольника.

5. Биполярная батарея (2) по п.1, причем выводы (21a, 21b, 21c, 21d) для определения напряжения смежных токоотводов (4, 4a, 4b, 4c, 4d, 4aa, 4ba, 4ca, 4da) расположены с угловым интервалом между 150 градусами и 210 градусами.

6. Биполярная батарея (2) по любому из пп. с 1 по 5, содержащая множество единичных аккумуляторов (15, 15a, 15b, 15c), каждый из которых содержит слой электролита, слой (5) активного материала положительного электрода и слой (6) активного материала отрицательного электрода, размещенные по обе стороны от слоя (7) электролита, и вывод (21, 21a, 21b, 21c, 21d) для определения напряжения, который выполняет вторую функцию в качестве вывода для регулирования емкости.