减少锂析出的电池结构的制作方法

本发明涉及一种电池结构。

背景技术：

传统上，包括多个电池单元的电池模块或电池组已经被广泛使用。例如，日本专利第5401900号公开了一种电池模块的构造，其中，多个电池单元配设在壳体中并且在其两端处由限制构件限制。在电池模块中，加热部设置在电池单元和限制构件之间。根据该构造，预热装置对加热部进行加热，从而对与限制构件相邻定位的电池单元进行加热，以防止限制构件传递电池单元的热量。因此，整个电池单元可以被有效地预热。

另一方面，为了抑制行驶时或执行快速充电时的电池单元或电池模块产生的过量热量，利用冷却装置对电池单元或电池模块进行强制冷却。在这种情况下，多个电池单元或电池模块不能被均匀地冷却，以使位于冷却装置附近的电池单元或位于显著热传递的位置处的电池单元被过度冷却。在电池单元或电池模块由锂离子二次电池构成的情况下，如果它们被过度冷却，则锂可能析出在电极上，这导致充放电效率或安全性的下降。

技术实现要素：

本公开是鉴于如上所述的情况而实现的，并且提供了一种防止锂析出的电池结构。

本公开的第一方面是一种电池结构，包括：多个电池(10)，每个电池由锂离子二次电池构成；以及多个配设部(20)，多个电池配设在该多个配设部内。

多个配设部被分成如下两组：上位热传递组(20a)，所述上位热传递组(20a)的热传递顺位比热传递顺位的中间值高，其中，上述热传递顺位是从按照降序排列的电池的相应热传递量；以及下位热传递组(20b)，所述下位热传递组(20b)的热传递顺位比中间值低。

多个电池中表示锂析出耐性的最高值的电池配置在多个配设部中的、属于上位热传递组的高耐性配设部上，其中，所述锂析出耐性的最高值表示在充放电操作期间锂不可能析出的程度。

根据如上所述的电池结构，在属于上位热传递组的配设部中，由于热传递量大，因此，在该配设部中配设的各电池的电阻随着温度降低而增大，由此锂析出趋于加速。但是，在该电池结构中，由于在充放电操作中锂析出耐性最大的电池配置在属于上位热传递组的配设部，因此，能够避免整个电池结构的锂析出。

如上所述，根据本发明，提供了一种避免锂析出的电池结构。

附图说明

在附图中：

图1是示出根据本公开第一实施方式的电池结构的构造的概念图；

图2是示出根据第一实施方式的析出耐性顺位与热传递顺位之间的关系的概念图；

图3是示出根据第一变型例的析出耐性顺位与热传递顺位之间的关系的概念图；

图4是示出根据第二变型例的电池结构的构造的概念图；

图5是示出根据第二实施方式的析出耐性顺位与热传递顺位之间的关系的概念图；

图6是示出根据第二实施方式的析出耐性顺位与热传递顺位之间的关系的概念图；

图7是示出根据第三变型例的电池结构的构造的概念图；以及

图8是示出根据第三实施方式的电池结构的构造的概念图。

具体实施方式

(第一实施方式)

参考图1和图2，对如上所述的电池结构的实施方式进行描述。

如图1所示，根据本实施方式的电池结构1包括：多个电池10，每个电池10由锂离子二次电池构成；多个配设部20，多个配设部20配设有电池10。如图2所示，多个配设部20被分成：上位热传递组20a，所述上位热传递组20a的热传递顺位比热传递顺位的中间值高，此处的热传递顺位是从按照降序排列的电池10的相应热传递量；以及下位热传递组20b，所述下位热传递组20b的热传递顺位比中间值低。在多个电池10中表示锂析出耐性的最高值的电池10配置在多个配设部20中的、属于上位热传递组20a的配设部上，所述锂析出耐性的最高值表示在充放电操作期间锂不可能析出的程度。

在下文中，对根据第一实施方式的电池结构1进行描述。电池结构1可以构成电池模块或电池组。根据本实施方式，电池结构1是包括电池单元的电池模块，所述电池单元是作为电池10的单一电池。电池10可被构造成具有多个电池单元的电池组件。在电池单元10是电池组件的情况下，构成电池组件的整个电池单元可以被认为单一电池10。注意，电池结构1被构造为电池组，电池结构1可以设置有作为电池10的电池模块。

电池10由公知的锂离子二次电池构成。锂离子二次电池的构造没有特别限制，但可以是所谓的双极型固态电池，其中，电解质由固体构成。作为电极材料，可以采用公知的材料。根据本实施方式，多个电池10中每个由电解质为液体的、作为单一电池的锂离子二次电池构成。如图1所示，多个电池10包括第一电池11、第二电池12、第三电池13、第四电池14、第五电池15、第六电池16和第七电池17。各电池11至17彼此串联连接。注意，多个电池10所包括的电池10的数量不受限制。

如图2所示，多个电池10的电池特性在初始出货时有不同。该变化由构成电池10的元件中的各种因素引起的。然而，可以通过改变电池10的制造过程中的诸如温度、时间和施加电压的条件来减小该变化。作为电池特性中的一个，存在锂析出耐性。锂析出耐性是表示在充放电操作中锂不可能析出的程度的指标，可以基于电池10的负极处的电阻相对于电池电阻的比率、电池10的正极容量相对于负极容量的比率即正极和负极的容量比、电池10的低温特性以及电池10的热容量中的至少一个来定义。例如，针对每个电池10计算负电极电阻与电池电阻的比率，然后锂析出耐性可以被定义成该比率越小，锂析出耐性越高。在多个电池10中，可以例如通过基于使用电池10的操作期间的电压变化计算出的电阻来估算负电极电阻，通过计算基于操作期间的ac阻抗获得的负电极电阻，来获得负电极电阻与电池电阻的比率。可以使用例如正极与负极之间的电极重量比以及正极和负极的活性材料的类型，来对负极电阻与电池电阻的比率进行控制。

在基于各电池10的正/负容量比来限定锂析出耐性的情况下，计算出在制造测试中获得的信息，诸如正/负电极的重量、电池容量、电池电压和电池电阻来限定锂析出耐性，以使容量比越大，锂析出耐性越高。此外，基于电池10的低温特性来限定锂析出耐性，以使低温特性越好，锂析出耐性越高。此外，基于电池10的热容量来限定锂析出耐性，以使热容量越大，锂析出耐性越高。表示在充放电操作期间锂不可能析出的程度的指标可以应用于具有使用历史的劣化电池。

根据本实施方式，如图2所示，在基于负极电阻相对于电池电阻的比例限定出的锂析出耐性以降序排序的析出耐性顺位中，将第一电池11和第七电池17排位为第一，将第二电池12和第六电池16排位为第二，将第三电池13和第五电池15排位为第三，将第四电池14排位为第四。

多个电池10可基于析出耐性顺位被分成：上位析出耐性组10a，所述上位析出耐性组10a具有高于耐性顺位的中间值的析出耐性顺位；和下位析出耐性组10b，所述下位析出耐性组10b具有低于中间值的析出耐性顺位。根据本实施方式，多个电池10的析出耐性顺位是作为偶数的四个(第一、第二、第三和第四)，并且中间值是作为接近中间值的两个值的平均值计算的2.5。因此，上位析出耐性组10a包括第一电池11和第七电池17，所述第一电池11和第七电池17具有第一析出耐性顺位；以及第二电池12和第六电池16，所述第二电池12和第六电池16具有第二析出耐性顺位。另一方面，下位析出耐性组10b包括：第三电池13和第五电池15，所述第三电池13和第五电池15具有第三析出耐性顺位；以及第四电池14，所述第四电池14具有第四析出耐性顺位。

如图1所示，多个电池10被配设在多个配设部20中。根据本实施方式，作为多个配设部20，以此顺位配设有第一配设部21、第二配设部22、第三配设部23、第四配设部24、第五配设部25、第六配设部26和第七配设部27。端板30设置在与位于多个配设部20的、在配设方向x上的两端处的第一配设部21和第七配设部27中的每一个相邻的部分处。热交换器50在与配设方向x正交的上下(垂直)方向y上配置于多个配设部20的下方。热交换器50构造成接触多个电池10的下端，以便将从多个电池10传播的热量向外辐射。

在多个配设部20中，来自配置在对应部分处的各个电池10的热传递量在各配设部20之间变化。例如，来自多个配设部20中的位于更靠近端部的电池10的热传递量可能更大。此外，位于靠近具有比电池10大的热容量的构件的配设部20或与该构件热耦合的配设部可能具有更大的热传递值。

根据本实施方式，如图2所示，端板30热耦合到位于配设部20中的端部的第一配设部21和第七配设部27。因此，在本实施方式中，如图2所示，在多个配设部20的从电池10吸收的热量的顺位按降序排列的热传递顺位中，第一配设部21和第七配设部27的排位为第一，第二配设部22和第六配设部26的排位为第二，第三配设部23和第五配设部25的排位为第三，第四配设部24的排位为第四。

多个配设部20可以基于热传递顺位被分成：上位热传递组20a，所述上位热传递组20a具有大于热传递顺位的中间值的热传递顺位；和下位热传递组20b，所述下位热传递组20b具有小于热传递顺位的中间值的热传递顺位。根据本实施方式，多个配设部20的热传递顺位是作为偶数的四个(第一、第二、第三和第四)，并且中间值是作为最接近中间值的两个值的平均值计算出的2.5。因此，上位热传递组20a包括：第一配设部21和第七配设部27，所述第一配设部21和第七配设部27具有第一热传递顺位；以及第二配设部22和第六配设部26，所述第二配设部22和第六配设部26具有第二热传递顺位。另一方面，下位热传递组20b包括：第三配设部23和第五配设部25，所述第三配设部23和第五配设部25具有第三热传递顺位；以及第四配设部24，所述第四配设部24具有第四热传递顺位。

如图2所示，具有最高锂析出耐性的第一电池11和第七电池17配设在属于上位热传递组20a的配设部20中。另外，属于上位析出耐性组10a的电池10配置在属于上位热传递组20a的配设部20中，并且属于下位析出耐性组10b的电池10配置在属于下位热传递组20b的配设部20中。更具体而言，根据本实施方式，多个电池10配设在多个配设部20中，以使多个电池10中的析出耐性顺位对应于多个配设部20中的热传递顺位。

根据本实施方式，如图1所示，多个配设部20线性地配设，并且多个电池10在被配设在多个配设部20中的状态下彼此层叠。成对的端板30配置在电池11至17的沿配设方向x的两个端侧处。端板30沿配设方向x的两侧夹持电池11至17。注意，缓冲构件或绝热构件可以配置在相邻的电池11至17之间。缓冲构件防止电池单元直接地接触，并且绝热构件抑制电池单元之间的热传递。此外，根据本实施方式，在多个电池10中具有最高锂析出耐性的电池10上连接有外部连接配线40。外部连接配线40连接到未示出的车辆的电力系统。

接下来，对根据本实施方式的电池结构1的效果和优点进行详细描述。在根据本实施方式的电池结构1中，由于属于上位热传递组20a的配设部20具有大的热传递能力，因此，配设在配设部20中的电池10的电池电阻增大，由此锂趋于析出。然而，根据本实施方式的电池结构1，由于在充放电操作中具有最高锂析出耐性的电池10配置在属于上位热传递组20a的配设部20，因此，在电池结构1整体中避免了锂析出。

此外，根据电池结构1，不需要设置为了防止锂析出而对电池10进行加热的加热装置。因此，能够以简单的结构防止锂析出。因此，所述装置可以是小型的。

根据本实施方式，在多个电池10被分成上位析出耐性组10a和下位析出耐性组20a的情况下，属于上位析出耐性组10a的电池10配置在属于上位热传递组20a的配设部20中，并且属于下位析出耐性组10b的电池10配置在属于下位热传递组20b的配设部20中，其中，上位析出耐性组具有比析出耐性顺位的中间值高的上位析出耐性顺位，下位析出耐性组具有比析出耐性顺位的中间值低的下位析出耐性顺位。因此，由于属于锂析出耐性高的上位析出耐性组10a的电池10配置在属于上位热传递组20a的配设部20中，因此，在整个电池结构1避免了锂析出。

另外，在本实施方式中，基于电池10的负极处的电阻相对于电池电阻的比率、电池10的正极容量相对于负极容量的比率即正极和负极的容量比、电池10的低温特性以及电池10的热容量中的至少一个，来确定锂析出耐性。因此，可以用简单的方法获得电池10的锂析出耐性。

此外，根据本实施方式，具有比电池10的热容量大的热容量的端板30被热耦合到多个配设部20中的配设有具有最高锂析出耐性的电池10的配设部20。因此，尽管在与端板30热耦合的配设部20处热传递增加，但是由于具有最高锂析出耐性的电池10被配置在配设部20中，因此，能够抑制因热传递而引起的锂析出的增加。

此外，根据本实施方式中，在多个电池10中的锂析出耐性最大的电池10上连接有外部连接配线40。尽管因外部连接配线40所连接的电池10中的外部连接配线40而使热传递增加，但是因外部连接配线40连接到具有最高锂析出耐性的电池10，因此，可以抑制因热传递而引起的锂析出的增加。

根据本实施方式，多个电池中的析出耐性顺位被限定为第一顺位至第四顺位。然而，如图3的第一变型例所示，多个电池10可设置有：具有最高锂析出耐性的第一电池11和第七电池17；以及具有最低锂析出耐性的其它电池12至16，并且可将多个电池10中的该电池的析出耐性顺位确定为第一和第二。根据该变型例，属于上位析出耐性组10a的第一电池11和第七电池17都配置在属于上位热传递组20a的配设部20中。但是，属于下位析出耐性组10b的多个电池10中的第二电池12和第六电池16配置在属于上位热传递组20a的配设部20。根据本变型例，能够得到类似的效果和优点。

根据本实施方式，如图1所示，热交换器50构造成接触各个电池10的下表面。替代地，与图4所示的第二变型例类似，热交换器50也可以设置有：底部51，所述底部51与各电池10的下表面接触；和成对的立起部52，所述立起部52从底部51的配设方向x的两端向上方立起。因此，热交换器具有向上敞口的开口。根据第二变型例，与第一实施方式中的电池和端板类似，多个电池10和端板30配设在成对的立起部52之间。成对的立设部52在x方向的端部处分别与对应的端板30接触。根据第二变型例，与本实施方式相比，因成对的立起部52，从与端板30相邻的电池10的热传递变得更大。即使在这种情况下，也可以获得与第一实施方式中的效果和优点类似的效果和优点。

根据本实施方式，多个电池10是没有使用历史的全新产品。然而，多个电池10可以包括有使用历史的再利用产品。由于作为电池特性的锂析出耐性在再利用电池10之间不同，因此，包括再利用电池的各个电池10之间的锂析出耐性的变化倾向于较大。即使在这种情况下，也能够基于再利用电池10的锂析出耐性和多个配设部20的热传递顺位，将再利用电池10适当地配设于配设部30，这有助于提高再利用电池10的利用率。

如上所述，本实施方式以及第一变型例和第二变型例提供了防止锂析出的电池结构1。

(第二实施方式)

如图5所示，根据本实施方式，设置冷却单元55作为热交换器，以代替使用第一实施方式中的热交换器50。另外，多个电池10的每一个是有使用历史的再利用产品，并且多个电池10中的电池特性与第一实施方式的电池特性相比变化更大。

如图5所示，冷却单元55热连接到多个电池10的底面。冷却单元55包括冷却剂通路56、冷却剂入口部57和冷却剂出口部58。冷却剂通路56构造成允许冷却剂从其中经过。冷却剂入口部57构造成将冷却剂引入冷却剂通路56。冷却剂出口部58构造成从冷却剂通路56排出冷却剂。如箭头f所示，在冷却单元55中，冷却剂通过冷却剂通路56流向冷却剂出口部58。冷却剂不限于特定类型的冷却剂。然而，根据本实施方式，采用液体冷却剂。

根据本实施方式，如图5所示，配置在靠近端板30的配设部20中的部分具有大的热传递，并且配置在靠近冷却剂入口部57的部分具有更大的热传递。因此，根据本实施方式，如图6所示，多个配设部20以热传递的降序，即以第一配设部21、第二配设部22、第七配设部27、第三配设部23、第六配设部26、第四配设部24和第五配设部25的顺位配设。因此，第一配设部21、第二配设部22以及第七配设部27属于上位热传递组20a，第三配设部23、第六配设部26、第四配设部24以及第五配设部25属于下位热传递组20b。

根据本实施方式，多个电池10按照锂析出耐性的降序具有第一电池11、第二电池12、第七电池17、第三电池13、第六电池16、第四电池14和第五电池15。根据本实施方式，多个电池10中的析出耐性顺位与多个配设部20中的热传递顺位相对应。根据本实施方式，其它元件与第一实施方式中的元件相同，其中，与第一实施方式中的元件相同的附图标记应用于其它元件，并且省略对其的说明。

以下，对根据本实施方式的电池结构1的效果和优点进行说明。

根据本实施方式的电池结构1设置有冷却单元55，所述冷却单元55包括：冷却剂通路56，所述冷却剂通路56允许冷却剂从中经过；冷却剂入口部57，所述冷却剂入口部57将冷却剂引入冷却剂通路56；以及冷却剂出口部58，所述冷却剂出口部58将冷却剂从冷却剂通路56排出。多个电池10中具有最高锂析出耐性的第一电池11配置在多个配设部57中的位于最靠近冷却剂入口部57的位置处的第一配设部21中。因此，可以防止锂析出在具有冷却单元55的电池结构1中。在第二实施方式中，可以获得与第一实施方式中相同的效果和优点。

此外，代替第二实施方式，如图7所示的第三变型例那样，冷却单元55可以构造成蜿蜒型冷却单元，所述蜿蜒型冷却单元具有配置在相邻的电池10之间以及端板30与电池10之间的冷却剂通路59。在这种情况下，增强了多个电池10的冷却能力。即使在第三变型中，也可以获得与第一实施方式和第二实施方式类似的效果和优点。

(第三实施方式)

根据第三实施方式，如图8所示，多个电池10中的每个电池具有相互并联连接的三个电池单元a、b和b，以代替包括单一电池的电池10。在三个电池单元中，电池单元a的负极电阻比率低于电池单元b的负极电阻比率，因此，锂析出耐性更高。

在多个电池10中，第一电池11、第二电池12、第三电池13分别配置在成对的端板30中的、更靠近第一端板31的第一配设部21、第二配设部22和第三配设部23。针对第一电池11至第三电池13的每一个，具有高锂析出耐性的电池单元a配置为靠近第一端板31。另一方面，在成对的端板30中，在靠近作为另一侧端板的第二端板32的多个配设部20中，多个电池10中的第五电池15、第六电池16、第七电池17分别配置于第五配设部25、第六配设部26、第七配设部27。此外，针对第五电池15至第七电池17中的每一个，具有高锂析出耐性的电池单元a配置为靠近第二端板32。注意，多个电池10中的第四电池14被定位成与成对端板30中的两个端板具有相同的距离。然而，根据本实施方式，第四电池14配置为使得电池单元a位于靠近端板31的位置。根据本实施方式，其它元件与第一实施方式中的元件相同，其中，与第一实施方式中的元件相同的附图标记应用于其它元件，并且省略对其的说明。

根据本实施方式，多个电池10中的每一个配置为使得具有高锂析出耐性的电池单元a位于靠近端板30的位置。因此，即使对于每个电池10，由于具有高锂耐性的电池单元a位于具有高热传递的部分，因此，可以防止在各个电池10中锂析出。

本公开不限于如上所述的实施方式和变型例，而是可以在不脱离本公开的范围的情况下应用于各种实施方式。例如，可以采用第二实施方式中的冷却单元55的构造，以代替第三实施方式中的热交换器50。