バッテリシステム
【課題】大きな加速度が印加された場合であっても、電池モジュール内の直列接続を短絡させ、薄型電池同士を分離させることが可能なバッテリシステムを提供する。
【解決手段】バッテリシステムは、複数並設された薄型電池それぞれの電極端子１０４又は１０５の一方の同極端子同士が一対のバスバ２１により電気的に接続され、これら薄型電池及びバスバ対からなるサブアッセンブリ２０ａ〜２０ｊが複数積層されて電気的に接続され、当該複数のサブアッセンブリ２０ａ〜２０ｊが筐体３１の内部に気密状態で収容された電池モジュール３０と、電池モジュール３０に印可された加速度を検出する加速度センサと、エアにより筐体３１を膨張させるベローズ３２と、エアにより膨張して空間Ｓを拡張する膨張ゴム３８と、筐体３１内部や膨張ゴム３８にエアを供給する冷却装置と、検出された加速度に基づいて冷却装置を制御するコントローラと、を備えている。
【解決手段】バッテリシステムは、複数並設された薄型電池それぞれの電極端子１０４又は１０５の一方の同極端子同士が一対のバスバ２１により電気的に接続され、これら薄型電池及びバスバ対からなるサブアッセンブリ２０ａ〜２０ｊが複数積層されて電気的に接続され、当該複数のサブアッセンブリ２０ａ〜２０ｊが筐体３１の内部に気密状態で収容された電池モジュール３０と、電池モジュール３０に印可された加速度を検出する加速度センサと、エアにより筐体３１を膨張させるベローズ３２と、エアにより膨張して空間Ｓを拡張する膨張ゴム３８と、筐体３１内部や膨張ゴム３８にエアを供給する冷却装置と、検出された加速度に基づいて冷却装置を制御するコントローラと、を備えている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄型電池を複数積層して構成された電池モジュールを備えたバッテリシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
正極端子と負極端子とが電池外装の外周縁から導出する薄型電池が複数並設され、これら薄型電池それぞれの正極端子又は負極端子の一方の同極端子同士が一対のバスバにより電気的に並列接続され、これら薄型電池及びバスバ対からなるサブアッセンブリが複数積層され、電気的に直列接続された電池モジュールが従来から知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
このような電池モジュールは、電気自動車（ＥＶ）や燃料電池自動車（ＦＣＶ）、ハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）等の車輌に用いることが出来る。車輌に搭載された電池モジュールには、例えば車輌の急停止等に伴って大きな加速度が加わる場合がある。
【特許文献１】特開２００４−５５４９２号公報
【発明の開示】
【０００４】
本発明は、大きな加速度が印加された場合であっても、電池モジュールが車輌の室内への侵入をより効果的に防止すると共に、当該電池モジュール内で薄型電池とバスバとの接続部を引き剥がして直列接続を短絡させ、薄型電池同士を分離させることが可能なバッテリシステムを提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明によれば、正極端子と負極端子とが電池外装の外周縁から導出する薄型電池が複数並設され、これら薄型電池それぞれの正極端子又は負極端子の一方の同極端子同士が一対のバスバにより電気的に並列接続され、これら薄型電池及びバスバ対からなるサブアッセンブリが複数積層されて電気的に直列接続され、当該複数のサブアッセンブリが筐体の内部に気密状態で収容された電池モジュールと、前記電池モジュールが搭載された被搭載物に印加された加速度を検出する加速度検出手段と、流体により膨張可能であり、前記電池モジュールの所定部位を膨張させる膨張手段と、前記膨張手段に流体を供給する流体供給手段と、前記加速度検出手段の検出結果に基づいて前記流体供給手段の制御を行う制御手段と、を備えたバッテリシステムが提供される。
【０００５】
本発明では、電池モジュールを搭載した被搭載物に対して印加された加速度を加速度検出手段により検出し、当該検出結果に基づいて制御手段が流体供給手段を制御し、当該制御指令に従って流体供給手段が膨張手段に流体を供給し、当該流体により膨張手段を膨張させ電池モジュールの所定部位を膨張させる。
【０００６】
被搭載物に加速度が印加された際に、電池モジュールの所定部位を膨張させることにより、当該膨張した部位により電池モジュールに印加された加速度を吸収したり、電池モジュール内部における薄型電池の電極端子とバスバとの接合部を引き剥がすことが出来る。
【０００７】
膨張部位によって加速度を吸収することにより、電池モジュールの車室内への侵入をより効果的に防止することが可能となる。また、膨張手段の膨張によって薄型電池とバスバとの接合部を引き剥がして電池モジュール内の直列接続を短絡させ、薄型電池同士を分離させることが可能となる。
【発明の実施の形態】
【０００８】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【０００９】
先ず、本発明の実施形態において電池モジュールを構成する薄型電池について説明する。図１は本発明の実施形態における薄型電池の全体の平面図、図２は図１のII-II線に沿った断面図である。図１及び図２は一つの薄型電池１０（単位電池）を示し、この薄型電池１０を複数接続することにより所望の電圧、容量のバッテリが構成される。
【００１０】
本発明の実施形態に係る薄型電池１０は、積層可能な平板状のリチウムイオン二次電池であり、図１及び図２に示すように、３枚の正極板１０１と、５枚のセパレータ１０２と、３枚の負極板１０３と、正極端子１０４と、負極端子１０５と、上部外装部材１０６と、下部外装部材１０７と、特に図示しない電解質と、から構成されており、例えば１０ｍｍ以下の総厚を有する。このうちの正極板１０１、セパレータ１０２、負極板１０３及び電解質を特に発電要素１０８と称する。
【００１１】
発電要素１０８を構成する正極板１０１は、正極端子１０４まで延びている正極側集電体１０１ａと、この正極側集電体１０１ａの一部の両主面にそれぞれ形成された正極層１０１ｂ、１０１ｃと、を有している。
【００１２】
正極板１０１の正極側集電体１０１ａは、例えば、アルミニウム箔、アルミニウム合金箔、銅箔、又は、ニッケル箔等の電気化学的に安定した金属箔である。
【００１３】
正極板１０１の正極層１０１ｂ、１０１ｃは、例えばＬｉＮｉＯ２等のリチウム・ニッケル系複合酸化物、ＬｉＭｎ２Ｏ４等のリチウム・マンガン系複合酸化物、又は、ＬｉＣｏＯ２等のリチウム・コバルト系複合酸化物等やカルコゲン（Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ）化物等の正極活物質と、カーボンブラック等の導電剤と、ポリフッ化エチレンの水性ディスパージョン等の結着剤と、を混合させたものを、正極側集電体１０１ａの一部の両主面に塗布し、乾燥及び圧縮することにより形成されている。
【００１４】
発電要素１０８を構成する負極板１０３は、負極端子１０５まで延びている負極側集電体１０３ａと、この負極側集電体１０３ａの一部の両主面にそれぞれ形成された負極層１０３ｂ、１０３ｃと、を有している。
【００１５】
負極板１０３の負極側集電体１０３ａは、例えば、ニッケル箔、銅箔、ステンレス箔、又は、鉄箔等の電気化学的に安定した金属箔である。
【００１６】
負極板１０３の負極層１０３ｂ、１０３ｃは、例えば、非晶質炭素、難黒鉛化炭素、易黒鉛化炭素、又は、黒鉛等のような上記の正極活物質のリチウムイオンを吸蔵及び放出する負極活物質に、有機物焼成体の前駆体材料としてのスチレンブタジエンゴム樹脂粉末の水性ディスパージョンを混合し、乾燥させた後に粉砕することで、炭素粒子表面に炭化したスチレンブタジエンゴムを担持させたものを主材料とし、これにアクリル樹脂エマルジョン等の結着剤をさらに混合し、この混合物を負極側集電体１０３ａの一部の両主面に塗布し、乾燥及び圧縮することにより形成されている。
【００１７】
特に、負極活物質として非晶質炭素や難黒鉛化炭素を用いると、充放電時における電位の平坦特性に乏しく放電量に伴って出力電圧も低下するので、通信機器や事務機器の電源には不向きであるが、電気自動車の電源として用いると急激な出力低下がないので有利である。
【００１８】
発電要素１０８のセパレータ１０２は、上述した正極板１０１と負極板１０３との短絡を防止するもので、電解質を保持する機能を備えても良い。このセパレータ１０２は、例えば、ポリエチレン（ＰＥ）やポリプロピレン（ＰＰ）等のポリオレフィン等から構成される微多孔性膜であり、過電流が流れると、その発熱によって層の空孔が閉塞され電流を遮断する機能をも有する。
【００１９】
なお、本発明のセパレータ１０２は、ポリオレフィン等の単層膜のみに限られず、ポリプロピレン膜をポリエチレン膜でサンドイッチした三層構造や、ポリオレフィン微多孔性膜と有機不織布等を積層したものを用いることも出来る。このようにセパレータ１０２を複層化することで、過電流防止機能、電解質保持機能及びセパレータの形状維持（剛性向上）機能等の諸機能を付与することが出来る。
【００２０】
以上の発電要素１０８は、セパレータ１０２を介して正極板１０１と負極板１０３とが交互に積層されている。そして、３枚の正極板１０１は、正極側集電体１０１ａを介して、金属箔製の正極端子１０４にそれぞれ接続される一方で、３枚の負極板１０３は、負極側集電体１０３ａを介して、同様に金属箔製の負極端子１０５にそれぞれ接続されている。
【００２１】
なお、発電要素１０８の正極板１０１、セパレータ１０２、及び、負極板１０３は、本発明では上記の枚数に何ら限定されず、例えば、１枚の正極板１０１、３枚のセパレータ１０２、及び、１枚の負極板１０３でも発電要素１０８を構成することが出来、必要に応じて正極板、セパレータ及び負極板の枚数を選択して構成することが出来る。
【００２２】
正極端子１０４も負極端子１０５も電気化学的に安定した金属材料であれば特に限定されないが、正極端子１０４としては、上述の正極側集電体１０１ａと同様に、例えば、アルミニウム箔、アルミニウム合金箔、銅箔、又は、ニッケル箔等を挙げることが出来る。また、負極端子１０５としては、上述の負極側集電体１０３ａと同様に、例えば、ニッケル箔、銅箔、ステンレス箔、又は、鉄箔等を挙げることが出来る。
【００２３】
発電要素１０８は、上部外装部材１０６及び下部外装部材１０７に収容されて封止されている。本実施形態における上部外装部材１０６及び下部外装部材１０７は、何れも特に図示しないが、薄型電池１０の内側から外側に向かって、例えばポリエチレンやポリプロピレン等の耐電解液特性及び熱融着性に優れた樹脂フィルムから構成されている内側層と、例えばアルミニウム等の金属箔から構成されている中間層と、例えばポリアミド系樹脂やポリエステル系樹脂等の電気絶縁性に優れた樹脂フィルムから構成されている外側層と、の三層構造から成る樹脂−金属薄膜ラミネート材で構成されている。
【００２４】
これら外装部材１０６、１０７によって、上述の発電要素１０８、正極端子１０４の一部及び負極端子１０５の一部を包み込み、当該外装部材１０６、１０７により形成される空間に、有機液体溶媒に過塩素酸リチウム（ＬｉＣｌＯ４）やホウフッ化リチウム（ＬｉＢＦ４）、六フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ６）等のリチウム塩を溶質とした液体電解質を注入しながら、外装部材１０６、１０７により形成される空間を吸引して真空状態として、外装部材１０６、１０７をその外周縁に沿って熱プレスにより熱融着して封止する。
【００２５】
有機液体溶媒としては、プロピレンカーボネート（ＰＣ）やエチレンカーボネート（ＥＣ）、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、メチルエチルカーボネート（ＭＥＣ）等のエステル系溶媒を挙げることが出来るが、本発明の有機液体溶媒はこれに限定されることなく、エステル系溶媒に、γ−ブチラクトン（γ−ＢＬ）、ジエトシキエタン（ＤＥＥ）等のエーテル系溶媒その他の混合、調合した有機液体溶媒を用いることも出来る。
【００２６】
本実施形態では、以上に説明した薄型電池１０を複数接続して電池モジュール３０とするが、その具体的構造を図３〜図５を参照しながら説明する。
【００２７】
図３は本発明の実施形態における電池モジュールを示す一部分解斜視図、図４は本発明の第１実施形態における電池モジュールの概略断面図、図５は本発明の実施形態における電池モジュールの外観を示す斜視図である。
【００２８】
本発明の実施形態における電池モジュール３０は、図３に示すように、４つの薄型電池１０を電気的に並列接続してこれをサブアッセンブリ２０ａ〜２０ｊとする。即ち、４つの薄型電池１０の同極端子１０４、１０５同士が同一方向を向くような姿勢で、４つの薄型電池１０の正極端子１０４同士を一つのバスバ２１に接続すると共に、負極端子１０５同士を他の一つのバスバ２１に接続する。電極端子１０４又は１０５とバスバ２１との接続は電気的に接続されればその具体的手段は限定されないが、例えば溶接等により行うことが出来る。バスバ２１は、例えば銅やニッケル、ステンレス等の導電性に優れた材料で構成された平板状部材であり、４つの薄型電池１０を並設した際に、当該４つの同極端子１０４又は１０５を接続可能な長さを持っている。
【００２９】
４つの薄型電池１０の同極端子１０４、１０５にバスバ２１を並列接続して構成された１０個のサブアッセンブリ２０ａ〜２０ｊを図３及び図４に示すように積層されるが、このとき、サブアッセンブリ２０ａ〜２０ｊが順次直列接続されるように積層されている。即ち、サブアッセンブリ２０ａと次段のサブアッセンブリ２０ｂとは、サブアッセンブリ２０ａにおける負極端子１０５の導出方向と、次段のサブアッセンブリ２０ｂにおける正極端子１０４の導出方向とが実質的に同一となるように積層されている。
【００３０】
同様に、サブアッセンブリ２０ｂと次段のサブアッセンブリ２０ｃについても、サブアッセンブリ２０ｂにおける負極端子１０５の導出方向と、次段のサブアッセンブリ２０ｃにおける正極端子１０４の導出方向とが実質的に同一となるように積層されている。即ち、上からｎ段目のサブアッセンブリにおける電極端子１０４、１０５の導出方向と、ｎ＋１段目のサブアッセンブリにおける異極端子１０５、１０４の導出方向とが実質的に同一となるように、ｎ段目のサブアッセンブリとｎ＋１段目のサブアッセンブリとが積層されている（但し、ｎは自然数）。
【００３１】
本実施形態では、図４に示すように、上段に積層されたサブアッセンブリ２０ａの負極端子１０５同士を接続しているバスバ２１と、その下段に積層されたサブアッセンブリ２０ｂの正極端子１０４同士を接続しているバスバ２１とが兼用して用いられている。そのため、上段のサブアッセンブリ２０ａの負極端子１０５、バスバ２１、及び、下段のサブアッセンブリ２０ｂの正極端子１０４の間には、これらに取り囲まれた空間Ｓが形成されている。
【００３２】
同様に、サブアッセンブリ２０ｂの負極端子１０５同士を接合しているバスバ２１と、その下段に積層されたサブアッセンブリ２０ｃの正極端子１０４同士を接続しているバスバ２１とが兼用して用いられており、これらの間に空間Ｓが形成されている。即ち、ｎ段目のサブアッセンブリの負極端子１０５同士を接合しているバスバ２１と、その下段に積層されたサブアッセンブリの正極端子１０４同士を接合しているバスバ２１とが兼用して用いられており、これらの間に空間Ｓがそれぞれ形成されている。
【００３３】
さらに、本実施形態では、図４に示すように、各空間Ｓ内に膨張ゴム３８（膨張部材）がそれぞれ配置されている。この膨張ゴム３８は、例えば合成ゴム等の柔軟性に優れた材料から構成され、風船状に膨張可能な形状を有している。各膨張ゴム３８は、気体注入チューブ３７を介して膨張用バルブ３６にそれぞれ連結されており、冷却装置５０から供給されるエアにより膨張して、空間Ｓを拡張させることが可能となっている。
【００３４】
なお、最上段のサブアッセンブリ２０ａにおける正極端子１０４同士を接続しているバスバ２１は、他のサブアッセンブリの電極端子同士を接続しているバスバと兼用されていない。その代わりに、このバスバ２１は、電池モジュール３０を外部と電気的に接続するための正極側外部端子３３に接続されている。同様に、最下段のサブアッセンブリ２０ｊにおける負極端子１０５同士を接続しているバスバ２１も、他のサブアッセンブリの電極端子同士を接続しているバスバと兼用されていない。その代わりに、このバスバ２１は、電池モジュール３０を外部と電気的に接続するための負極側外部端子３４に接続されている。
【００３５】
以上のように電気的に直列接続された１０個のサブアッセンブリ２０ａ〜２０ｊは筐体３１の内部に収容されている。この筐体３１は、例えば合成樹脂等の電気絶縁性に優れた材料から構成されていると共に、１０個のサブアッセンブリ２０ａ〜２０ｊを気密状態で収容することが可能となっている。
【００３６】
本実施形態における筐体３１では、図４及び図５に示すように、筐体３１の一部にベローズ３２（蛇腹部）が設けられており、所定の方向（図４及び図５の白抜き矢印の方向）に筐体３１を伸縮させることが可能となっている。なお、図３には、筐体３１のうちベローズ３２が形成されている側面が図示されていない。
【００３７】
図３〜図５に示すように、この筐体３１の正面には、冷却ダクト３５と膨張用バルブ３６とが取り付けられている。これに対し、筐体３１の背面には、上述の外部端子３３、３４が設けられている。なお、冷却用エアの通気を良好にするために、冷却用エアを排出するための排出口を筐体３１の背面に形成しても良い。
【００３８】
冷却ダクト３５は、筐体３１の内部と連通可能となっており、通常使用時において、後述する冷却装置５０から供給されるエアを冷却用エアとして筐体３１の内部に送り込むことにより、筐体３１の内部に収容された１０個のサブアッセンブリ２０ａ〜２０ｊが有する各薄型電池１０を冷却することが可能となっている。
【００３９】
膨張用バルブ３６は、エアの供給先を膨張ゴム３８又は筐体３１内部の何れかに切り替えることが可能な切替バルブであり、一方の出口には各膨張ゴム３８に連通した気体注入チューブ３７が連結されているのに対し、他方の出口は筐体３１の内部に向かって直接開放されている。そして、この膨張用バルブ３６は、後述するバッテリシステム１のコントローラ６０の制御に従って、エアの供給先を、膨張ゴム３８又は筐体３１内部の何れかに切り替えることが可能となっている。この膨張用バルブ３６で冷却装置５０と膨張ゴム３８とを連通させることにより、膨張ゴム３８にエアが供給され空間Ｓを拡張させることが出来る。これに対し、膨張用バルブ３６で冷却装置５０と筐体３１内部を連通させることにより、筐体３１内部にエアが供給されベローズ３２を伸長させて筐体３１自体を膨張させることが出来る。
【００４０】
次に、以上に説明した電池モジュール３０を用いた本実施形態に係るバッテリシステムについて説明する。図６は本発明の第１実施形態に係るバッテリシステムの全体構成を示すブロック図、図７は本発明の第１実施形態に係るバッテリシステムを搭載した電気自動車を示す模式図である。
【００４１】
本発明の第１実施形態に係るバッテリシステム１は、図６に示すように、上述のように１０個のサブアッセンブリ２０ａ〜２０ｊを有する電池モジュール３０と、電気自動車C（被搭載物）に印加される加速度を検出する加速度センサ４０と、通常走行時において電池モジュール３０を冷却するための冷却装置５０と、この冷却装置５０に電力を供給する冷却装置用電源５１と、冷却装置５０のエアの供給先を切り替えるメインバルブ５２と、加速度センサ４０の検出結果に基づいて冷却装置５０のファン回転数や各バルブ３６、５２の切替を制御するコントローラ６０と、を備えている。なお、図６において、エアの流れを実線で示し、加速度検出信号及び制御用指令信号の流れは一点鎖線で示し、電力の流れは二点鎖線にて示している。
【００４２】
バッテリシステム１の加速度センサ４０は、図７に示すように、電気自動車Ｃの前方部に設置されており、この電気自動車Ｃの急停止等に伴って印加された加速度を検出することが可能となっている。この加速度センサ４０は、コントローラ６０に接続されており、当該検出結果をコントローラ６０に送出可能となっている。
【００４３】
バッテリシステム１の冷却装置５０は、同図に示すように、電池モジュール３０と共に電気自動車Ｃの後方部に設置されており、例えば冷却ファン等により冷却ダクト３５を介して電池モジュール３０に冷却用エアを供給することが可能となっている。この冷却ダクト３５を介して供給された冷却用エアは、電池モジュール３０の筐体３１の内部に進入して各薄型電池１０の間をそれぞれ通過することにより冷却を行う。この冷却装置５０には、冷却ファンを回転させるためのモータ（不図示）が設けられており、冷却装置用電源５１より当該モータに電力が供給される。
【００４４】
バッテリシステム１のメインバルブ５２は、冷却装置５０と電池モジュール３０の冷却ダクト３５とを連通する連通路に設けられている。このメインバルブ５２は、冷却装置５０のエアの供給先を切り替えることが可能な切替バルブであり、一方の出口は連通路を介して冷却ダクト３５に連通しているのに対し、他方の出口は連通路を介して電池モジュール３０の膨張用バルブ３６に連通している。そして、このメインバルブ５２は、コントローラ６０の制御に従って、冷却装置５０のエア供給先を、冷却ダクト３５又は膨張用バルブ３６の何れかに切り替えることが可能となっている。
【００４５】
以下に、例えば電気自動車Ｃが急停止する等して大きな加速度が印加された場合における本実施形態に係るバッテリシステム１の膨張動作処理について説明する。図８は本発明の第１実施形態に係るバッテリシステムにおける膨張動作処理を示すフローチャートである。
【００４６】
前提条件として、電気自動車Ｃが通常走行している状態では、冷却装置５０のエアを冷却ダクト３５に供給するようにメインバルブ５２が切り替えられており、冷却装置５０から供給されるエアが電池モジュール３０を冷却するための冷却用エアとして利用されている。また、初期状態の膨張用バルブ３６は、気体注入チューブ３７を介して各膨張ゴム３８に連通するように切り替えられており、筐体３１の内部には連通していない。
【００４７】
例えば電気自動車Ｃの急停止等に伴って大きな加速度が印加されると、先ず、図８のステップＳ１０において加速度センサ４０が当該加速度を検出する。
【００４８】
加速度センサ４０による検出結果はコントローラ６０に送出される。コントローラ６０は、当該検出結果に基づいて、冷却装置５０のエア供給先を冷却ダクト３５から膨張用バルブ３６に切り替えるように、メインバルブ５２を制御する（ステップＳ２０）。このコントローラ６０におけるメインバルブ５２の切替の判断手法としては、例えば、検出結果を所定閾値と比較し、当該検出結果が前記閾値より大きいか否かを判定する等の手法を挙げることが出来る。
【００４９】
次いで、コントローラ６０は、冷却ファンの回転数を上昇させるように冷却装置５０を制御する（ステップＳ３０）。冷却装置５０からメインバルブ５２を介して膨張用バルブ３６に供給されたエアは、さらに、気体注入チューブ３７を介して各膨張ゴム３８にそれぞれ供給され、これにより各膨張ゴム３８の内圧が上昇して膨張を開始する（ステップＳ４０）。
【００５０】
冷却装置５０より供給されたエアにより各膨張ゴム３８が膨張すると、電池モジュール３０において各バスバ２１及び異極端子同士１０４、１０５で囲まれた各空間Ｓが拡張される。ここで、電極端子１０４、１０５とバスバ２１との接合部は外力に弱い構造となっていることから、膨張ゴム３８の膨張による空間Ｓの拡張により当該接合部が容易に引き剥がされ、電極端子１０４、１０５とバスバ２１とが電気的に遮断される（ステップＳ５０）。
【００５１】
このように、本実施形態に係るバッテリシステム１では、冷却装置５０から供給されたエアを膨張用エアとして利用して膨張ゴム３８を膨張させる。そして、膨張ゴム３８を膨張させ空間Ｓを拡張させることにより、薄型電池１０の電極端子１０４、１０５とバスバ２１との接合部を引き剥がす。これにより、電池モジュール内の直列接続を短絡させ、薄型電池同士を分離させることが可能となっている。
【００５２】
なお、電池モジュールの薄型電池同士を電気的に分離させる他の方法として、リレー等を用いる方法が考えられるが、この場合には当該リレーの切断の確実性がそれ程高くない。これに対し、本実施形態に係るバッテリシステムでは、接合部自体が物理的に引き剥がされるので信頼性が向上する。
【００５３】
電極端子１０４、１０５とバスバ２１との接合部が剥がれたら（当該接合部を引き剥がすのに十分な量の膨張用エアが供給されたら）、コントローラ６０は、膨張用エアの供給先を気体注入チューブ３７から筐体３１内部に切り替えるように膨張用バルブ３６に制御指令を送出する。膨張用バルブ３６は、この制御指令に従って、膨張用エアを筐体３１の内部に供給する。この際、上述のステップＳ３０にて冷却ファンの回転数が上昇されていることにより、筐体３１の内圧が上昇し、ベローズ３２が所定方向（図４及び図５の白抜き矢印方向）に伸長して筐体３１が膨張する（ステップＳ６０）。
【００５４】
なお、筐体３１の背面に排出口が形成されているような場合には、当該排出口に開閉バルブを設け、上記のステップＳ２０における膨張用バルブ３６の切替制御と同時に当該開閉バルブを閉じる制御を行っても良い。これにより、筐体３１の内圧を迅速に上昇させることが出来る。
【００５５】
このように、本実施形態に係るバッテリシステム１では、冷却装置５０から供給されたエアを膨張用エアとして利用して筐体３１の内圧を上昇させベローズ３２を伸長させることにより、筐体３１を膨張させる。このように膨張した筐体３１により、印可された加速度を吸収することが出来るので、電池モジュール３０の車室内への侵入をより効果的に防止することが可能となる。
【００５６】
［第２実施形態］
図９は本発明の第２実施形態に係るバッテリシステムの全体構成を示すブロック図、図１０は本発明の第２実施形態に係るバッテリシステムにおける膨張動作処理を示すフローチャートである。なお、図９において、エアの流れを実線で示し、水素の流れを点線で示し、加速度検出信号や制御用指令信号の流れは一点鎖線で示し、電力の流れは二点鎖線で示している。
【００５７】
本発明の第２実施形態では、水素と酸素により発電を行う燃料電池７０で発電して駆動用モータＭを駆動させることにより走行する燃料電池自動車（被搭載物）に適用した場合のバッテリシステムについて説明する。
【００５８】
本実施形態に係るバッテリシステム１’は、図９に示すように、電池モジュール３０、加速度センサ４０、冷却装置５０、冷却装置用電源５１、メインバルブ５２、及び、コントローラ６０を備えている点で第１実施形態に係るバッテリシステム１と共通するが、燃料電池７０、水素タンク７１、コンプレッサモータ７２、水素用バルブ７３及び７４、並びに、エア用バルブ７５及び７６をさらに備えている点で第１実施形態と相違する。また、本実施形態に係るバッテリシステム１’では、コントローラ６０が、膨張用バルブ３６、メインバルブ５２及び冷却装置５０を制御可能である点で第１実施形態と共通するが、これに加えて、各バルブ７３〜７６の制御も可能である点で相違する。第２実施形態に係るバッテリシステム１’に関して、第１実施形態に係るバッテリシステム１と共通する点については説明を省略し、第１実施形態に係るバッテリシステム１と相違する点について以下に説明する。
【００５９】
燃料電池７０は、触媒存在下で水素と酸素を電気化学的に反応させることにより発電を行う燃料電池であり、この燃料電池７０で発電された電力により駆動用モータＭを駆動させることにより車輌が走行する。水素タンク７１は、当該燃料電池７０に供給する水素リッチな水素含有ガスを貯蔵している。コンプレッサモータ７２は、燃料電池７０に酸素含有ガス（エア）を供給することが可能となっている。
【００６０】
図９に示すように、水素タンク７１と燃料電池７０との間の連通路には第１の水素用バルブ７３が設けられている。この第１の水素用バルブ７３は、水素タンク７１の水素含有ガスの供給先を切り替える切替バルブであり、一方の出口は燃料電池７０の水素導入口に直接連結されているのに対し、他方の出口は連通路を介して電池モジュール３０の膨張用バルブ３６に連通している。そして、この第１の水素用バルブ７３は、コントローラ６０の制御に従って、水素タンク７１の水素含有ガスの供給先を、燃料電池７０又は電池モジュール３０の何れかに切り替えることが可能となっている。
【００６１】
さらに、この第１の水素用バルブ７２と電池モジュール３０の膨張用バルブ３６との間の連通路には第２の水素用バルブ７４が設けられている。この第２の水素用バルブ７４は、当該連通路を開閉する開閉バルブであり、コントローラ６０の制御に従って、第１の水素用バルブ７３と電池モジュール３０とを連通させることが可能となっている。
【００６２】
同図に示すように、コンプレッサモータ７２と燃料電池７０との間の連通路には第１のエア用バルブ７５が設けられている。この第１のエア用バルブ７５は、コンプレッサモータ７２のエアの供給先を切り替える切替バルブであり、一方の出口が燃料電池７０の酸素導入口に直接連結されているのに対し、他方の出口が連通路を介して電池モジュール３０の膨張用バルブ３６に連通している。そして、この第１のエア用バルブ７５は、コントローラ６０の制御に従って、コンプレッサモータ７２のエアの供給先を、燃料電池７０又は電池モジュール３０の何れかに切り替えることが可能となっている。
【００６３】
さらに、この第１のエア用バルブ７５と電池モジュール３０の膨張用バルブ３６との間の連通路には第２のエア用バルブ７６が設けられている。この第２のエア用バルブ７６は、電池モジュール３０へのエアの供給元を切り替える切替バルブであり、一方の入口が連通路を介して冷却装置５０に連通しているのに対し、他方の入口が連通路を介して第１のエア用バルブ７５に連通している。そして、この第２のエア用バルブ７６は、コントローラ６０の制御に従って、電池モジュール３０へのエアの供給元を、冷却装置５０又はコンプレッサモータ７２の何れかに切り替えることが可能となっている。
【００６４】
第１実施形態において詳述したメインバルブ５２は、第２のエア用バルブ７６と電池モジュール３０の膨張用バルブ３６との間の連通路に設けられており、第１実施形態と同様に、一方の出口が連通路を介して電池モジュール３０の膨張用バルブ３６に連通しているのに対し、他方の出口が連通路を介して当該電池モジュール３０の冷却ダクト３５に連通している。
【００６５】
以下に、例えば燃料電池自動車が急停止する等して大きな加速度が印加された場合における本実施形態に係るバッテリシステム１’の膨張動作処理について、図１０に従って説明する。
【００６６】
前提条件として、燃料電池自動車が通常走行している状態では、水素タンク７１から水素含有ガスが燃料電池７０に供給されるように第１の水素用バルブ７３が切り替えられていると共に第２の水素用バルブ７４が閉じられている。また、コンプレッサモータ７２からエアが燃料電池７０に供給されるように第１のエア用バルブ７５が切り替えられており、冷却装置５０から冷却用エアが電池モジュール３０に供給されるように、第２のエア用バルブ７６及びメインバルブ５２が切り替えられている。また、第１実施形態と同様に、初期状態の膨張用バルブ３６は、気体注入チューブ３７を介して各膨張ゴム３８に連通するように設定されており、筐体３１の内部には連通していない。
【００６７】
例えば燃料電池自動車の急停止等に伴って大きな加速度が印加されると、先ず、図１０のステップＳ１１０において加速度センサ４０が当該加速度を検出する。
【００６８】
加速度センサ４０による検出結果はコントローラ６０に送出される。コントローラ６０は、当該検出結果に基づいて、メインバルブ５２、水素用バルブ７３及び７４、並びに、エア用バルブ７５及び７６を切り替える制御を行う（ステップＳ１２０）。
【００６９】
このステップＳ１２０における各バルブ５２及び７３〜７６の具体的なバルブ切替動作としては次の通りである。即ち、メインバルブ５２は、エアの供給先を電池モジュール３０の冷却ダクト３５から当該電池モジュール３０の膨張用バルブ３６に切り替える。第１の水素用バルブ７３は、水素含有ガスの供給先を燃料電池７０から電池モジュール３０に切り替え、第２の水素用バルブ７４は連通路を開放する。第１のエア用バルブ７５は、エアの供給先を燃料電池７０から電池モジュール３０に切り替え、第２のエア用バルブ７６は、エアの供給元を冷却装置５０からコンプレッサモータ７２に切り替える。
【００７０】
このコントローラ６０における各バルブ５２及び７３〜７６の切替の判断手法としては、第１実施形態と同様に、例えば検出結果を所定閾値と比較する等の手法を挙げることが出来る。
【００７１】
次いで、コントローラ６０は、冷却ファンの回転を停止させるように冷却装置５０を制御する（ステップＳ１３０）。
【００７２】
一方、水素タンク７１から各水素用バルブ７３及び７４を介して電池モジュール３０の膨張用バルブ３６に供給された水素含有ガス、及び、コンプレッサモータ７２から各酸素用バルブ７５及び７６を介して電池モジュール３０の膨張用バルブ３６に供給されたエアは、さらに、電池モジュール３０内において、気体注入チューブ３７を介して各膨張ゴム３８にそれぞれ供給され（ステップＳ１４０）、これにより各膨張ゴム３８の内圧が上昇して膨張を開始する（ステップＳ１５０）。
【００７３】
上記のように供給された水素含有ガス及びエアにより各膨張ゴム３８が膨張すると、電池モジュール３０において各バスバ２１及び異極端子１０４、１０５で囲まれた各空間Ｓが拡張される。ここで、電極端子１０４、１０５とバスバ２１との接合部は外力に弱い構造となっていることから、膨張ゴム３８の膨張による空間Ｓの拡張により当該接合部が容易に引き剥がされ、電極端子１０４、１０５とバスバ２１とが電気的に遮断される（ステップＳ１６０）。
【００７４】
このように、本実施形態に係るバッテリシステム１’では、燃料電池７０に供給する水素含有ガス及びエアを膨張用流体として利用して膨張ゴム３８を膨張させる。そして、膨張ゴム３８を膨張させ空間Ｓを拡張させることにより、薄型電池１０の電極端子１０４、１０５とバスバ２１との接合部を引き剥がす。これにより、電池モジュール内の直列接続を短絡させ、薄型電池同士を分離させることが可能となっている。
【００７５】
電極端子１０４、１０５とバスバ２１との接合部が剥がれたら（当該接合部を引き剥がすのに十分な量の水素含有ガス及びエアが供給されたら）、コントローラ６０は、水素含有ガス及びエアの供給先を気体注入チューブ３７から筐体３１の内部に切り替えるように膨張用バルブ３６に制御指令を送出する。膨張用バルブ３６は、この制御指令に従って、バルブを切り替えて膨張用エアを筐体３１の内部に供給する。この際、ステップＳ１２０にて、電池モジュール３０に水素タンク７１及びコンプレッサモータ７２から水素含有ガス及びエアが供給されるように、各バルブ５２及び７３〜７６が切り替えられているので、筐体３１の内圧が上昇し、ベローズ３２が所定方向に伸長して筐体３１が膨張する（ステップＳ１７０）。
【００７６】
このように、本実施形態に係るバッテリシステム１’では、燃料電池７０のために設けられた水素タンク７１やコンプレッサモータ７２から供給される水素含有ガスやエアを膨張用流体として利用して筐体３１の内圧を上昇させベローズ３２を伸長させることにより、筐体３１を膨張させる。このように膨張した筐体３１により、印可された加速度を吸収することが出来るので、電池モジュール３０の車室内への侵入をより効果的に防止することが可能となる。
【００７７】
［第３実施形態］
図１１は本発明の第３実施形態に係るバッテリシステムの全体構成を示す図、図１２は本発明の第３実施形態に係るバッテリシステムにおける膨張動作処理を示すフローチャートである。なお、図１１において、排気ガスの流れを実線で示し、加速度検出信号や制御用指令信号の流れは一点鎖線で示している。
【００７８】
本発明の第３実施形態では、動力源としてエンジン８０と、特に図示しない駆動用モータとを備え、状況に応じてこれらを同時に又は個々に作動させて走行するハイブリッド電気自動車（被搭載物）に適用した場合のバッテリシステム１”について説明する。
【００７９】
本実施形態に係るバッテリシステム１”は、図１１に示すように、１０個のサブアッセンブリ２０ａ〜２０ｊを有する電池モジュール３０と、この電池モジュール３０に印可される加速度を検出する加速度センサ４０と、動力源であるエンジン８０と、特に図示しないエキゾースト・マニホールドやエキゾースト・パイプを介してこのエンジン８０に連結されたマフラー８１と、このマフラー８１と電池モジュール３０との間の連通路を開閉する開閉バルブ８２と、エンジン８０の回転数や開閉バルブ８２の開閉を制御するコントローラ６０と、を備えている。なお、本実施形態に係るバッテリシステム１”の電池モジュール３０及び加速度センサ４０は、第１実施形態において説明したものと同一の構成である。また、図１１において、排気ガスの流れを実線で示し、加速度検出信号及び制御用指令信号の流れは一点鎖線で示している。
【００８０】
エンジン８０は、例えばガソリンエンジンやディーゼルエンジン等の内燃機関である。このエンジン８０で発生した排気ガスは、特に図示しないエキゾースト・マニホールドやエキゾースト・パイプを介してマフラー８１に導かれる。そして、このマフラー８１で排気ガスの温度及び圧力が低減されて消音され、車外に排気されるようになっている。
【００８１】
さらに、本実施形態では、このマフラー８１の内部と電池モジュール３０の膨張用バルブ３６とが連通するように連通路が設けられており、開閉バルブ８２がこの連通路を開閉可能に設けられている。
【００８２】
以下に、例えばハイブリッド電気自動車が急停止する等して大きな加速度が印加された場合における本実施形態に係るバッテリシステム１”の膨張動作処理について、図１２に従って説明する。
【００８３】
前提条件として、ハイブリッド電気自動車が通常走行している状態では、開閉バルブ８２は閉じられており、マフラー８１と電池モジュール３０の膨張用バルブ３６とは連通していない。また、第１実施形態と同様に、初期状態の膨張用バルブ３６は、気体注入チューブ３７を介して各膨張ゴム３８に連通するように設定されており、筐体３１の内部には連通してない。
【００８４】
例えばハイブリッド電気自動車の急停止等に伴って大きな加速度が印加されると、先ず、図１２のステップＳ２１０において加速度センサ４０が当該加速度を検出する。
【００８５】
加速度センサ４０により検出結果はコントローラ６０に送出される。コントローラ６０は、当該検出結果に基づいて、開閉バルブ８２を開放させる制御を行う（ステップＳ２２０）。このコントローラ６０における開閉バルブ８２の開閉の判断手法としては、第１実施形態と同様に、例えば検出結果を所定閾値と比較する等の手法を挙げることが出来る。
【００８６】
開閉バルブ８２のバルブ開放動作によりマフラー８１と電池モジュール３０とが連通し、エンジン８０からマフラー８１を介して電池モジュール３０の膨張用バルブ３６に排気ガスが供給される（ステップＳ２３０）。なお、この際、コントローラ６０がエンジン８０に対して回転数を上昇させるような制御を行っても良く、これにより電池モジュール３０に供給される排気ガスの圧力を増加させることが出来る。
【００８７】
電池モジュール３０の膨張用バルブ３６に供給された排気ガスは、さらに、電池モジュール３０内において、気体注入チューブ３７を介して各膨張ゴム３８にそれぞれ供給され、これにより各膨張ゴム３８の内圧が上昇して膨張を開始する（ステップＳ２４０）。
【００８８】
上記のように供給された排気ガスにより各膨張ゴム３８が膨張すると、電池モジュール３０において各バスバ２１及び異極端子１０４、１０５で囲まれた各空間Ｓが拡張される。ここで、電極端子１０４、１０５とバスバ２１との接合部は外力に弱い構造となっていることから、膨張ゴム３８の膨張による空間Ｓの拡張により当該接合部が容易に引き剥がされ、電極端子１０４、１０５とバスバ２１とが電気的に遮断される（ステップＳ２５０）。
【００８９】
このように、本実施形態に係るバッテリシステム１”では、マフラー８１を介してエンジン８０から排気される排気ガスを膨張用流体として利用して膨張ゴム３８を膨張させる。そして、膨張ゴム３８を膨張させ空間Ｓを拡張させることにより、薄型電池１０の電極端子１０４、１０５とバスバ２１との接合部を引き剥がす。これにより、電池モジュール内の直列接続を短絡させ、薄型電池同士を分離させることが可能となっている。
【００９０】
電極端子１０４、１０５とバスバ２１との接合部が剥がれたら（当該接合部を引き剥がすのに十分な量の排気ガスが供給されたら）、コントローラ６０は、排気ガスの供給先を気体注入チューブ３７から筐体３１内部に切り替えるように膨張用バルブ３６に制御指令を送出する。膨張用バルブ３６は、この制御指令に従って、バルブを切り替えて排気ガスを筐体３１の内部に供給する。この際、ステップＳ２２０にて、マフラー８１を介してエンジン８０から排気ガスが供給されるように開閉バルブ８２が開放されているので、筐体３１の内圧が上昇し、ベローズ３２が所定方向に伸長して筐体３１が膨張する（Ｓ２６０）。特に、ステップＳ２３０にて、コントローラ６０によりエンジン８０に対して回転数を上昇させる制御が行われているような場合には、より迅速に筐体３１の内圧を上昇させることが出来る。
【００９１】
このように、本実施形態に係るバッテリシステム１”では、マフラー８１を介してエンジン８０から排気される排気ガスを膨張用流体として利用して筐体３１の内圧を上昇させベローズ３２を伸長させることにより、筐体３１を膨張させる。このように膨張した筐体３１により、印可された加速度を吸収することが出来るので、電池モジュール３０の車室内への侵入をより効果的に防止することが可能となる。
【００９２】
なお、以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。
【図面の簡単な説明】
【００９３】
【図１】図１は、本発明の実施形態における薄型電池の全体の平面図である。
【図２】図２は、図１のII-II線に沿った断面図である。
【図３】図３は、本発明の実施形態における電池モジュールを示す一部分解斜視図である。
【図４】図４は、本発明の実施形態における電池モジュールの概略断面図である。
【図５】図５は、本発明の実施形態における電池モジュールの外観を示す斜視図である。
【図６】図６は、本発明の第１実施形態に係るバッテリシステムの全体構成を示すブロック図である。
【図７】図７は、本発明の第１実施形態に係るバッテリシステムを搭載した電気自動車を示す模式図である。
【図８】図８は、本発明の第１実施形態に係るバッテリシステムにおける膨張動作処理を示すフローチャートである。
【図９】図９は、本発明の第２実施形態に係るバッテリシステムの全体構成を示すブロック図である。
【図１０】図１０は、本発明の第２実施形態に係るバッテリシステムにおける膨張動作処理を示すフローチャートである。
【図１１】図１１は、本発明の第３実施形態に係るバッテリシステムの全体構成を示すブロック図である。
【図１２】図１２は、本発明の第３実施形態に係るバッテリシステムにおける膨張動作処理を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００９４】
１…バッテリシステム
１０…薄型電池
１０１…正極板
１０１ａ…正極側集電体
１０１ｂ、１０１ｃ…正極層
１０２…セパレータ
１０３…負極板
１０３ａ…負極側集電体
１０３ｂ、１０３ｃ…負極層
１０４…正極端子
１０５…負極端子
１０６…上部電池外装
１０７…下部電池外装
２０…サブアッセンブリ
２１…バスバ
３０…電池モジュール
３１…筐体
３２…ベローズ
３３、３４…外部端子
３５…冷却ダクト
３６…膨張用バルブ
３７…気体注入チューブ
３８…膨張ゴム
４０…加速度センサ
５０…冷却装置
５１…冷却装置用電源
５２…メインバルブ
６０…コントローラ
７０…燃料電池
７１…水素タンク
７２…コンプレッサモータ
７３、７４…水素用バルブ
７５、７６…エア用バルブ
８０…エンジン
８１…マフラー
８２…開閉バルブ
Ｃ…電気自動車
Ｍ…駆動用モータ
Ｓ…空間
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄型電池を複数積層して構成された電池モジュールを備えたバッテリシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
正極端子と負極端子とが電池外装の外周縁から導出する薄型電池が複数並設され、これら薄型電池それぞれの正極端子又は負極端子の一方の同極端子同士が一対のバスバにより電気的に並列接続され、これら薄型電池及びバスバ対からなるサブアッセンブリが複数積層され、電気的に直列接続された電池モジュールが従来から知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
このような電池モジュールは、電気自動車（ＥＶ）や燃料電池自動車（ＦＣＶ）、ハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）等の車輌に用いることが出来る。車輌に搭載された電池モジュールには、例えば車輌の急停止等に伴って大きな加速度が加わる場合がある。
【特許文献１】特開２００４−５５４９２号公報
【発明の開示】
【０００４】
本発明は、大きな加速度が印加された場合であっても、電池モジュールが車輌の室内への侵入をより効果的に防止すると共に、当該電池モジュール内で薄型電池とバスバとの接続部を引き剥がして直列接続を短絡させ、薄型電池同士を分離させることが可能なバッテリシステムを提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明によれば、正極端子と負極端子とが電池外装の外周縁から導出する薄型電池が複数並設され、これら薄型電池それぞれの正極端子又は負極端子の一方の同極端子同士が一対のバスバにより電気的に並列接続され、これら薄型電池及びバスバ対からなるサブアッセンブリが複数積層されて電気的に直列接続され、当該複数のサブアッセンブリが筐体の内部に気密状態で収容された電池モジュールと、前記電池モジュールが搭載された被搭載物に印加された加速度を検出する加速度検出手段と、流体により膨張可能であり、前記電池モジュールの所定部位を膨張させる膨張手段と、前記膨張手段に流体を供給する流体供給手段と、前記加速度検出手段の検出結果に基づいて前記流体供給手段の制御を行う制御手段と、を備えたバッテリシステムが提供される。
【０００５】
本発明では、電池モジュールを搭載した被搭載物に対して印加された加速度を加速度検出手段により検出し、当該検出結果に基づいて制御手段が流体供給手段を制御し、当該制御指令に従って流体供給手段が膨張手段に流体を供給し、当該流体により膨張手段を膨張させ電池モジュールの所定部位を膨張させる。
【０００６】
被搭載物に加速度が印加された際に、電池モジュールの所定部位を膨張させることにより、当該膨張した部位により電池モジュールに印加された加速度を吸収したり、電池モジュール内部における薄型電池の電極端子とバスバとの接合部を引き剥がすことが出来る。
【０００７】
膨張部位によって加速度を吸収することにより、電池モジュールの車室内への侵入をより効果的に防止することが可能となる。また、膨張手段の膨張によって薄型電池とバスバとの接合部を引き剥がして電池モジュール内の直列接続を短絡させ、薄型電池同士を分離させることが可能となる。
【発明の実施の形態】
【０００８】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【０００９】
先ず、本発明の実施形態において電池モジュールを構成する薄型電池について説明する。図１は本発明の実施形態における薄型電池の全体の平面図、図２は図１のII-II線に沿った断面図である。図１及び図２は一つの薄型電池１０（単位電池）を示し、この薄型電池１０を複数接続することにより所望の電圧、容量のバッテリが構成される。
【００１０】
本発明の実施形態に係る薄型電池１０は、積層可能な平板状のリチウムイオン二次電池であり、図１及び図２に示すように、３枚の正極板１０１と、５枚のセパレータ１０２と、３枚の負極板１０３と、正極端子１０４と、負極端子１０５と、上部外装部材１０６と、下部外装部材１０７と、特に図示しない電解質と、から構成されており、例えば１０ｍｍ以下の総厚を有する。このうちの正極板１０１、セパレータ１０２、負極板１０３及び電解質を特に発電要素１０８と称する。
【００１１】
発電要素１０８を構成する正極板１０１は、正極端子１０４まで延びている正極側集電体１０１ａと、この正極側集電体１０１ａの一部の両主面にそれぞれ形成された正極層１０１ｂ、１０１ｃと、を有している。
【００１２】
正極板１０１の正極側集電体１０１ａは、例えば、アルミニウム箔、アルミニウム合金箔、銅箔、又は、ニッケル箔等の電気化学的に安定した金属箔である。
【００１３】
正極板１０１の正極層１０１ｂ、１０１ｃは、例えばＬｉＮｉＯ２等のリチウム・ニッケル系複合酸化物、ＬｉＭｎ２Ｏ４等のリチウム・マンガン系複合酸化物、又は、ＬｉＣｏＯ２等のリチウム・コバルト系複合酸化物等やカルコゲン（Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ）化物等の正極活物質と、カーボンブラック等の導電剤と、ポリフッ化エチレンの水性ディスパージョン等の結着剤と、を混合させたものを、正極側集電体１０１ａの一部の両主面に塗布し、乾燥及び圧縮することにより形成されている。
【００１４】
発電要素１０８を構成する負極板１０３は、負極端子１０５まで延びている負極側集電体１０３ａと、この負極側集電体１０３ａの一部の両主面にそれぞれ形成された負極層１０３ｂ、１０３ｃと、を有している。
【００１５】
負極板１０３の負極側集電体１０３ａは、例えば、ニッケル箔、銅箔、ステンレス箔、又は、鉄箔等の電気化学的に安定した金属箔である。
【００１６】
負極板１０３の負極層１０３ｂ、１０３ｃは、例えば、非晶質炭素、難黒鉛化炭素、易黒鉛化炭素、又は、黒鉛等のような上記の正極活物質のリチウムイオンを吸蔵及び放出する負極活物質に、有機物焼成体の前駆体材料としてのスチレンブタジエンゴム樹脂粉末の水性ディスパージョンを混合し、乾燥させた後に粉砕することで、炭素粒子表面に炭化したスチレンブタジエンゴムを担持させたものを主材料とし、これにアクリル樹脂エマルジョン等の結着剤をさらに混合し、この混合物を負極側集電体１０３ａの一部の両主面に塗布し、乾燥及び圧縮することにより形成されている。
【００１７】
特に、負極活物質として非晶質炭素や難黒鉛化炭素を用いると、充放電時における電位の平坦特性に乏しく放電量に伴って出力電圧も低下するので、通信機器や事務機器の電源には不向きであるが、電気自動車の電源として用いると急激な出力低下がないので有利である。
【００１８】
発電要素１０８のセパレータ１０２は、上述した正極板１０１と負極板１０３との短絡を防止するもので、電解質を保持する機能を備えても良い。このセパレータ１０２は、例えば、ポリエチレン（ＰＥ）やポリプロピレン（ＰＰ）等のポリオレフィン等から構成される微多孔性膜であり、過電流が流れると、その発熱によって層の空孔が閉塞され電流を遮断する機能をも有する。
【００１９】
なお、本発明のセパレータ１０２は、ポリオレフィン等の単層膜のみに限られず、ポリプロピレン膜をポリエチレン膜でサンドイッチした三層構造や、ポリオレフィン微多孔性膜と有機不織布等を積層したものを用いることも出来る。このようにセパレータ１０２を複層化することで、過電流防止機能、電解質保持機能及びセパレータの形状維持（剛性向上）機能等の諸機能を付与することが出来る。
【００２０】
以上の発電要素１０８は、セパレータ１０２を介して正極板１０１と負極板１０３とが交互に積層されている。そして、３枚の正極板１０１は、正極側集電体１０１ａを介して、金属箔製の正極端子１０４にそれぞれ接続される一方で、３枚の負極板１０３は、負極側集電体１０３ａを介して、同様に金属箔製の負極端子１０５にそれぞれ接続されている。
【００２１】
なお、発電要素１０８の正極板１０１、セパレータ１０２、及び、負極板１０３は、本発明では上記の枚数に何ら限定されず、例えば、１枚の正極板１０１、３枚のセパレータ１０２、及び、１枚の負極板１０３でも発電要素１０８を構成することが出来、必要に応じて正極板、セパレータ及び負極板の枚数を選択して構成することが出来る。
【００２２】
正極端子１０４も負極端子１０５も電気化学的に安定した金属材料であれば特に限定されないが、正極端子１０４としては、上述の正極側集電体１０１ａと同様に、例えば、アルミニウム箔、アルミニウム合金箔、銅箔、又は、ニッケル箔等を挙げることが出来る。また、負極端子１０５としては、上述の負極側集電体１０３ａと同様に、例えば、ニッケル箔、銅箔、ステンレス箔、又は、鉄箔等を挙げることが出来る。
【００２３】
発電要素１０８は、上部外装部材１０６及び下部外装部材１０７に収容されて封止されている。本実施形態における上部外装部材１０６及び下部外装部材１０７は、何れも特に図示しないが、薄型電池１０の内側から外側に向かって、例えばポリエチレンやポリプロピレン等の耐電解液特性及び熱融着性に優れた樹脂フィルムから構成されている内側層と、例えばアルミニウム等の金属箔から構成されている中間層と、例えばポリアミド系樹脂やポリエステル系樹脂等の電気絶縁性に優れた樹脂フィルムから構成されている外側層と、の三層構造から成る樹脂−金属薄膜ラミネート材で構成されている。
【００２４】
これら外装部材１０６、１０７によって、上述の発電要素１０８、正極端子１０４の一部及び負極端子１０５の一部を包み込み、当該外装部材１０６、１０７により形成される空間に、有機液体溶媒に過塩素酸リチウム（ＬｉＣｌＯ４）やホウフッ化リチウム（ＬｉＢＦ４）、六フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ６）等のリチウム塩を溶質とした液体電解質を注入しながら、外装部材１０６、１０７により形成される空間を吸引して真空状態として、外装部材１０６、１０７をその外周縁に沿って熱プレスにより熱融着して封止する。
【００２５】
有機液体溶媒としては、プロピレンカーボネート（ＰＣ）やエチレンカーボネート（ＥＣ）、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、メチルエチルカーボネート（ＭＥＣ）等のエステル系溶媒を挙げることが出来るが、本発明の有機液体溶媒はこれに限定されることなく、エステル系溶媒に、γ−ブチラクトン（γ−ＢＬ）、ジエトシキエタン（ＤＥＥ）等のエーテル系溶媒その他の混合、調合した有機液体溶媒を用いることも出来る。
【００２６】
本実施形態では、以上に説明した薄型電池１０を複数接続して電池モジュール３０とするが、その具体的構造を図３〜図５を参照しながら説明する。
【００２７】
図３は本発明の実施形態における電池モジュールを示す一部分解斜視図、図４は本発明の第１実施形態における電池モジュールの概略断面図、図５は本発明の実施形態における電池モジュールの外観を示す斜視図である。
【００２８】
本発明の実施形態における電池モジュール３０は、図３に示すように、４つの薄型電池１０を電気的に並列接続してこれをサブアッセンブリ２０ａ〜２０ｊとする。即ち、４つの薄型電池１０の同極端子１０４、１０５同士が同一方向を向くような姿勢で、４つの薄型電池１０の正極端子１０４同士を一つのバスバ２１に接続すると共に、負極端子１０５同士を他の一つのバスバ２１に接続する。電極端子１０４又は１０５とバスバ２１との接続は電気的に接続されればその具体的手段は限定されないが、例えば溶接等により行うことが出来る。バスバ２１は、例えば銅やニッケル、ステンレス等の導電性に優れた材料で構成された平板状部材であり、４つの薄型電池１０を並設した際に、当該４つの同極端子１０４又は１０５を接続可能な長さを持っている。
【００２９】
４つの薄型電池１０の同極端子１０４、１０５にバスバ２１を並列接続して構成された１０個のサブアッセンブリ２０ａ〜２０ｊを図３及び図４に示すように積層されるが、このとき、サブアッセンブリ２０ａ〜２０ｊが順次直列接続されるように積層されている。即ち、サブアッセンブリ２０ａと次段のサブアッセンブリ２０ｂとは、サブアッセンブリ２０ａにおける負極端子１０５の導出方向と、次段のサブアッセンブリ２０ｂにおける正極端子１０４の導出方向とが実質的に同一となるように積層されている。
【００３０】
同様に、サブアッセンブリ２０ｂと次段のサブアッセンブリ２０ｃについても、サブアッセンブリ２０ｂにおける負極端子１０５の導出方向と、次段のサブアッセンブリ２０ｃにおける正極端子１０４の導出方向とが実質的に同一となるように積層されている。即ち、上からｎ段目のサブアッセンブリにおける電極端子１０４、１０５の導出方向と、ｎ＋１段目のサブアッセンブリにおける異極端子１０５、１０４の導出方向とが実質的に同一となるように、ｎ段目のサブアッセンブリとｎ＋１段目のサブアッセンブリとが積層されている（但し、ｎは自然数）。
【００３１】
本実施形態では、図４に示すように、上段に積層されたサブアッセンブリ２０ａの負極端子１０５同士を接続しているバスバ２１と、その下段に積層されたサブアッセンブリ２０ｂの正極端子１０４同士を接続しているバスバ２１とが兼用して用いられている。そのため、上段のサブアッセンブリ２０ａの負極端子１０５、バスバ２１、及び、下段のサブアッセンブリ２０ｂの正極端子１０４の間には、これらに取り囲まれた空間Ｓが形成されている。
【００３２】
同様に、サブアッセンブリ２０ｂの負極端子１０５同士を接合しているバスバ２１と、その下段に積層されたサブアッセンブリ２０ｃの正極端子１０４同士を接続しているバスバ２１とが兼用して用いられており、これらの間に空間Ｓが形成されている。即ち、ｎ段目のサブアッセンブリの負極端子１０５同士を接合しているバスバ２１と、その下段に積層されたサブアッセンブリの正極端子１０４同士を接合しているバスバ２１とが兼用して用いられており、これらの間に空間Ｓがそれぞれ形成されている。
【００３３】
さらに、本実施形態では、図４に示すように、各空間Ｓ内に膨張ゴム３８（膨張部材）がそれぞれ配置されている。この膨張ゴム３８は、例えば合成ゴム等の柔軟性に優れた材料から構成され、風船状に膨張可能な形状を有している。各膨張ゴム３８は、気体注入チューブ３７を介して膨張用バルブ３６にそれぞれ連結されており、冷却装置５０から供給されるエアにより膨張して、空間Ｓを拡張させることが可能となっている。
【００３４】
なお、最上段のサブアッセンブリ２０ａにおける正極端子１０４同士を接続しているバスバ２１は、他のサブアッセンブリの電極端子同士を接続しているバスバと兼用されていない。その代わりに、このバスバ２１は、電池モジュール３０を外部と電気的に接続するための正極側外部端子３３に接続されている。同様に、最下段のサブアッセンブリ２０ｊにおける負極端子１０５同士を接続しているバスバ２１も、他のサブアッセンブリの電極端子同士を接続しているバスバと兼用されていない。その代わりに、このバスバ２１は、電池モジュール３０を外部と電気的に接続するための負極側外部端子３４に接続されている。
【００３５】
以上のように電気的に直列接続された１０個のサブアッセンブリ２０ａ〜２０ｊは筐体３１の内部に収容されている。この筐体３１は、例えば合成樹脂等の電気絶縁性に優れた材料から構成されていると共に、１０個のサブアッセンブリ２０ａ〜２０ｊを気密状態で収容することが可能となっている。
【００３６】
本実施形態における筐体３１では、図４及び図５に示すように、筐体３１の一部にベローズ３２（蛇腹部）が設けられており、所定の方向（図４及び図５の白抜き矢印の方向）に筐体３１を伸縮させることが可能となっている。なお、図３には、筐体３１のうちベローズ３２が形成されている側面が図示されていない。
【００３７】
図３〜図５に示すように、この筐体３１の正面には、冷却ダクト３５と膨張用バルブ３６とが取り付けられている。これに対し、筐体３１の背面には、上述の外部端子３３、３４が設けられている。なお、冷却用エアの通気を良好にするために、冷却用エアを排出するための排出口を筐体３１の背面に形成しても良い。
【００３８】
冷却ダクト３５は、筐体３１の内部と連通可能となっており、通常使用時において、後述する冷却装置５０から供給されるエアを冷却用エアとして筐体３１の内部に送り込むことにより、筐体３１の内部に収容された１０個のサブアッセンブリ２０ａ〜２０ｊが有する各薄型電池１０を冷却することが可能となっている。
【００３９】
膨張用バルブ３６は、エアの供給先を膨張ゴム３８又は筐体３１内部の何れかに切り替えることが可能な切替バルブであり、一方の出口には各膨張ゴム３８に連通した気体注入チューブ３７が連結されているのに対し、他方の出口は筐体３１の内部に向かって直接開放されている。そして、この膨張用バルブ３６は、後述するバッテリシステム１のコントローラ６０の制御に従って、エアの供給先を、膨張ゴム３８又は筐体３１内部の何れかに切り替えることが可能となっている。この膨張用バルブ３６で冷却装置５０と膨張ゴム３８とを連通させることにより、膨張ゴム３８にエアが供給され空間Ｓを拡張させることが出来る。これに対し、膨張用バルブ３６で冷却装置５０と筐体３１内部を連通させることにより、筐体３１内部にエアが供給されベローズ３２を伸長させて筐体３１自体を膨張させることが出来る。
【００４０】
次に、以上に説明した電池モジュール３０を用いた本実施形態に係るバッテリシステムについて説明する。図６は本発明の第１実施形態に係るバッテリシステムの全体構成を示すブロック図、図７は本発明の第１実施形態に係るバッテリシステムを搭載した電気自動車を示す模式図である。
【００４１】
本発明の第１実施形態に係るバッテリシステム１は、図６に示すように、上述のように１０個のサブアッセンブリ２０ａ〜２０ｊを有する電池モジュール３０と、電気自動車C（被搭載物）に印加される加速度を検出する加速度センサ４０と、通常走行時において電池モジュール３０を冷却するための冷却装置５０と、この冷却装置５０に電力を供給する冷却装置用電源５１と、冷却装置５０のエアの供給先を切り替えるメインバルブ５２と、加速度センサ４０の検出結果に基づいて冷却装置５０のファン回転数や各バルブ３６、５２の切替を制御するコントローラ６０と、を備えている。なお、図６において、エアの流れを実線で示し、加速度検出信号及び制御用指令信号の流れは一点鎖線で示し、電力の流れは二点鎖線にて示している。
【００４２】
バッテリシステム１の加速度センサ４０は、図７に示すように、電気自動車Ｃの前方部に設置されており、この電気自動車Ｃの急停止等に伴って印加された加速度を検出することが可能となっている。この加速度センサ４０は、コントローラ６０に接続されており、当該検出結果をコントローラ６０に送出可能となっている。
【００４３】
バッテリシステム１の冷却装置５０は、同図に示すように、電池モジュール３０と共に電気自動車Ｃの後方部に設置されており、例えば冷却ファン等により冷却ダクト３５を介して電池モジュール３０に冷却用エアを供給することが可能となっている。この冷却ダクト３５を介して供給された冷却用エアは、電池モジュール３０の筐体３１の内部に進入して各薄型電池１０の間をそれぞれ通過することにより冷却を行う。この冷却装置５０には、冷却ファンを回転させるためのモータ（不図示）が設けられており、冷却装置用電源５１より当該モータに電力が供給される。
【００４４】
バッテリシステム１のメインバルブ５２は、冷却装置５０と電池モジュール３０の冷却ダクト３５とを連通する連通路に設けられている。このメインバルブ５２は、冷却装置５０のエアの供給先を切り替えることが可能な切替バルブであり、一方の出口は連通路を介して冷却ダクト３５に連通しているのに対し、他方の出口は連通路を介して電池モジュール３０の膨張用バルブ３６に連通している。そして、このメインバルブ５２は、コントローラ６０の制御に従って、冷却装置５０のエア供給先を、冷却ダクト３５又は膨張用バルブ３６の何れかに切り替えることが可能となっている。
【００４５】
以下に、例えば電気自動車Ｃが急停止する等して大きな加速度が印加された場合における本実施形態に係るバッテリシステム１の膨張動作処理について説明する。図８は本発明の第１実施形態に係るバッテリシステムにおける膨張動作処理を示すフローチャートである。
【００４６】
前提条件として、電気自動車Ｃが通常走行している状態では、冷却装置５０のエアを冷却ダクト３５に供給するようにメインバルブ５２が切り替えられており、冷却装置５０から供給されるエアが電池モジュール３０を冷却するための冷却用エアとして利用されている。また、初期状態の膨張用バルブ３６は、気体注入チューブ３７を介して各膨張ゴム３８に連通するように切り替えられており、筐体３１の内部には連通していない。
【００４７】
例えば電気自動車Ｃの急停止等に伴って大きな加速度が印加されると、先ず、図８のステップＳ１０において加速度センサ４０が当該加速度を検出する。
【００４８】
加速度センサ４０による検出結果はコントローラ６０に送出される。コントローラ６０は、当該検出結果に基づいて、冷却装置５０のエア供給先を冷却ダクト３５から膨張用バルブ３６に切り替えるように、メインバルブ５２を制御する（ステップＳ２０）。このコントローラ６０におけるメインバルブ５２の切替の判断手法としては、例えば、検出結果を所定閾値と比較し、当該検出結果が前記閾値より大きいか否かを判定する等の手法を挙げることが出来る。
【００４９】
次いで、コントローラ６０は、冷却ファンの回転数を上昇させるように冷却装置５０を制御する（ステップＳ３０）。冷却装置５０からメインバルブ５２を介して膨張用バルブ３６に供給されたエアは、さらに、気体注入チューブ３７を介して各膨張ゴム３８にそれぞれ供給され、これにより各膨張ゴム３８の内圧が上昇して膨張を開始する（ステップＳ４０）。
【００５０】
冷却装置５０より供給されたエアにより各膨張ゴム３８が膨張すると、電池モジュール３０において各バスバ２１及び異極端子同士１０４、１０５で囲まれた各空間Ｓが拡張される。ここで、電極端子１０４、１０５とバスバ２１との接合部は外力に弱い構造となっていることから、膨張ゴム３８の膨張による空間Ｓの拡張により当該接合部が容易に引き剥がされ、電極端子１０４、１０５とバスバ２１とが電気的に遮断される（ステップＳ５０）。
【００５１】
このように、本実施形態に係るバッテリシステム１では、冷却装置５０から供給されたエアを膨張用エアとして利用して膨張ゴム３８を膨張させる。そして、膨張ゴム３８を膨張させ空間Ｓを拡張させることにより、薄型電池１０の電極端子１０４、１０５とバスバ２１との接合部を引き剥がす。これにより、電池モジュール内の直列接続を短絡させ、薄型電池同士を分離させることが可能となっている。
【００５２】
なお、電池モジュールの薄型電池同士を電気的に分離させる他の方法として、リレー等を用いる方法が考えられるが、この場合には当該リレーの切断の確実性がそれ程高くない。これに対し、本実施形態に係るバッテリシステムでは、接合部自体が物理的に引き剥がされるので信頼性が向上する。
【００５３】
電極端子１０４、１０５とバスバ２１との接合部が剥がれたら（当該接合部を引き剥がすのに十分な量の膨張用エアが供給されたら）、コントローラ６０は、膨張用エアの供給先を気体注入チューブ３７から筐体３１内部に切り替えるように膨張用バルブ３６に制御指令を送出する。膨張用バルブ３６は、この制御指令に従って、膨張用エアを筐体３１の内部に供給する。この際、上述のステップＳ３０にて冷却ファンの回転数が上昇されていることにより、筐体３１の内圧が上昇し、ベローズ３２が所定方向（図４及び図５の白抜き矢印方向）に伸長して筐体３１が膨張する（ステップＳ６０）。
【００５４】
なお、筐体３１の背面に排出口が形成されているような場合には、当該排出口に開閉バルブを設け、上記のステップＳ２０における膨張用バルブ３６の切替制御と同時に当該開閉バルブを閉じる制御を行っても良い。これにより、筐体３１の内圧を迅速に上昇させることが出来る。
【００５５】
このように、本実施形態に係るバッテリシステム１では、冷却装置５０から供給されたエアを膨張用エアとして利用して筐体３１の内圧を上昇させベローズ３２を伸長させることにより、筐体３１を膨張させる。このように膨張した筐体３１により、印可された加速度を吸収することが出来るので、電池モジュール３０の車室内への侵入をより効果的に防止することが可能となる。
【００５６】
［第２実施形態］
図９は本発明の第２実施形態に係るバッテリシステムの全体構成を示すブロック図、図１０は本発明の第２実施形態に係るバッテリシステムにおける膨張動作処理を示すフローチャートである。なお、図９において、エアの流れを実線で示し、水素の流れを点線で示し、加速度検出信号や制御用指令信号の流れは一点鎖線で示し、電力の流れは二点鎖線で示している。
【００５７】
本発明の第２実施形態では、水素と酸素により発電を行う燃料電池７０で発電して駆動用モータＭを駆動させることにより走行する燃料電池自動車（被搭載物）に適用した場合のバッテリシステムについて説明する。
【００５８】
本実施形態に係るバッテリシステム１’は、図９に示すように、電池モジュール３０、加速度センサ４０、冷却装置５０、冷却装置用電源５１、メインバルブ５２、及び、コントローラ６０を備えている点で第１実施形態に係るバッテリシステム１と共通するが、燃料電池７０、水素タンク７１、コンプレッサモータ７２、水素用バルブ７３及び７４、並びに、エア用バルブ７５及び７６をさらに備えている点で第１実施形態と相違する。また、本実施形態に係るバッテリシステム１’では、コントローラ６０が、膨張用バルブ３６、メインバルブ５２及び冷却装置５０を制御可能である点で第１実施形態と共通するが、これに加えて、各バルブ７３〜７６の制御も可能である点で相違する。第２実施形態に係るバッテリシステム１’に関して、第１実施形態に係るバッテリシステム１と共通する点については説明を省略し、第１実施形態に係るバッテリシステム１と相違する点について以下に説明する。
【００５９】
燃料電池７０は、触媒存在下で水素と酸素を電気化学的に反応させることにより発電を行う燃料電池であり、この燃料電池７０で発電された電力により駆動用モータＭを駆動させることにより車輌が走行する。水素タンク７１は、当該燃料電池７０に供給する水素リッチな水素含有ガスを貯蔵している。コンプレッサモータ７２は、燃料電池７０に酸素含有ガス（エア）を供給することが可能となっている。
【００６０】
図９に示すように、水素タンク７１と燃料電池７０との間の連通路には第１の水素用バルブ７３が設けられている。この第１の水素用バルブ７３は、水素タンク７１の水素含有ガスの供給先を切り替える切替バルブであり、一方の出口は燃料電池７０の水素導入口に直接連結されているのに対し、他方の出口は連通路を介して電池モジュール３０の膨張用バルブ３６に連通している。そして、この第１の水素用バルブ７３は、コントローラ６０の制御に従って、水素タンク７１の水素含有ガスの供給先を、燃料電池７０又は電池モジュール３０の何れかに切り替えることが可能となっている。
【００６１】
さらに、この第１の水素用バルブ７２と電池モジュール３０の膨張用バルブ３６との間の連通路には第２の水素用バルブ７４が設けられている。この第２の水素用バルブ７４は、当該連通路を開閉する開閉バルブであり、コントローラ６０の制御に従って、第１の水素用バルブ７３と電池モジュール３０とを連通させることが可能となっている。
【００６２】
同図に示すように、コンプレッサモータ７２と燃料電池７０との間の連通路には第１のエア用バルブ７５が設けられている。この第１のエア用バルブ７５は、コンプレッサモータ７２のエアの供給先を切り替える切替バルブであり、一方の出口が燃料電池７０の酸素導入口に直接連結されているのに対し、他方の出口が連通路を介して電池モジュール３０の膨張用バルブ３６に連通している。そして、この第１のエア用バルブ７５は、コントローラ６０の制御に従って、コンプレッサモータ７２のエアの供給先を、燃料電池７０又は電池モジュール３０の何れかに切り替えることが可能となっている。
【００６３】
さらに、この第１のエア用バルブ７５と電池モジュール３０の膨張用バルブ３６との間の連通路には第２のエア用バルブ７６が設けられている。この第２のエア用バルブ７６は、電池モジュール３０へのエアの供給元を切り替える切替バルブであり、一方の入口が連通路を介して冷却装置５０に連通しているのに対し、他方の入口が連通路を介して第１のエア用バルブ７５に連通している。そして、この第２のエア用バルブ７６は、コントローラ６０の制御に従って、電池モジュール３０へのエアの供給元を、冷却装置５０又はコンプレッサモータ７２の何れかに切り替えることが可能となっている。
【００６４】
第１実施形態において詳述したメインバルブ５２は、第２のエア用バルブ７６と電池モジュール３０の膨張用バルブ３６との間の連通路に設けられており、第１実施形態と同様に、一方の出口が連通路を介して電池モジュール３０の膨張用バルブ３６に連通しているのに対し、他方の出口が連通路を介して当該電池モジュール３０の冷却ダクト３５に連通している。
【００６５】
以下に、例えば燃料電池自動車が急停止する等して大きな加速度が印加された場合における本実施形態に係るバッテリシステム１’の膨張動作処理について、図１０に従って説明する。
【００６６】
前提条件として、燃料電池自動車が通常走行している状態では、水素タンク７１から水素含有ガスが燃料電池７０に供給されるように第１の水素用バルブ７３が切り替えられていると共に第２の水素用バルブ７４が閉じられている。また、コンプレッサモータ７２からエアが燃料電池７０に供給されるように第１のエア用バルブ７５が切り替えられており、冷却装置５０から冷却用エアが電池モジュール３０に供給されるように、第２のエア用バルブ７６及びメインバルブ５２が切り替えられている。また、第１実施形態と同様に、初期状態の膨張用バルブ３６は、気体注入チューブ３７を介して各膨張ゴム３８に連通するように設定されており、筐体３１の内部には連通していない。
【００６７】
例えば燃料電池自動車の急停止等に伴って大きな加速度が印加されると、先ず、図１０のステップＳ１１０において加速度センサ４０が当該加速度を検出する。
【００６８】
加速度センサ４０による検出結果はコントローラ６０に送出される。コントローラ６０は、当該検出結果に基づいて、メインバルブ５２、水素用バルブ７３及び７４、並びに、エア用バルブ７５及び７６を切り替える制御を行う（ステップＳ１２０）。
【００６９】
このステップＳ１２０における各バルブ５２及び７３〜７６の具体的なバルブ切替動作としては次の通りである。即ち、メインバルブ５２は、エアの供給先を電池モジュール３０の冷却ダクト３５から当該電池モジュール３０の膨張用バルブ３６に切り替える。第１の水素用バルブ７３は、水素含有ガスの供給先を燃料電池７０から電池モジュール３０に切り替え、第２の水素用バルブ７４は連通路を開放する。第１のエア用バルブ７５は、エアの供給先を燃料電池７０から電池モジュール３０に切り替え、第２のエア用バルブ７６は、エアの供給元を冷却装置５０からコンプレッサモータ７２に切り替える。
【００７０】
このコントローラ６０における各バルブ５２及び７３〜７６の切替の判断手法としては、第１実施形態と同様に、例えば検出結果を所定閾値と比較する等の手法を挙げることが出来る。
【００７１】
次いで、コントローラ６０は、冷却ファンの回転を停止させるように冷却装置５０を制御する（ステップＳ１３０）。
【００７２】
一方、水素タンク７１から各水素用バルブ７３及び７４を介して電池モジュール３０の膨張用バルブ３６に供給された水素含有ガス、及び、コンプレッサモータ７２から各酸素用バルブ７５及び７６を介して電池モジュール３０の膨張用バルブ３６に供給されたエアは、さらに、電池モジュール３０内において、気体注入チューブ３７を介して各膨張ゴム３８にそれぞれ供給され（ステップＳ１４０）、これにより各膨張ゴム３８の内圧が上昇して膨張を開始する（ステップＳ１５０）。
【００７３】
上記のように供給された水素含有ガス及びエアにより各膨張ゴム３８が膨張すると、電池モジュール３０において各バスバ２１及び異極端子１０４、１０５で囲まれた各空間Ｓが拡張される。ここで、電極端子１０４、１０５とバスバ２１との接合部は外力に弱い構造となっていることから、膨張ゴム３８の膨張による空間Ｓの拡張により当該接合部が容易に引き剥がされ、電極端子１０４、１０５とバスバ２１とが電気的に遮断される（ステップＳ１６０）。
【００７４】
このように、本実施形態に係るバッテリシステム１’では、燃料電池７０に供給する水素含有ガス及びエアを膨張用流体として利用して膨張ゴム３８を膨張させる。そして、膨張ゴム３８を膨張させ空間Ｓを拡張させることにより、薄型電池１０の電極端子１０４、１０５とバスバ２１との接合部を引き剥がす。これにより、電池モジュール内の直列接続を短絡させ、薄型電池同士を分離させることが可能となっている。
【００７５】
電極端子１０４、１０５とバスバ２１との接合部が剥がれたら（当該接合部を引き剥がすのに十分な量の水素含有ガス及びエアが供給されたら）、コントローラ６０は、水素含有ガス及びエアの供給先を気体注入チューブ３７から筐体３１の内部に切り替えるように膨張用バルブ３６に制御指令を送出する。膨張用バルブ３６は、この制御指令に従って、バルブを切り替えて膨張用エアを筐体３１の内部に供給する。この際、ステップＳ１２０にて、電池モジュール３０に水素タンク７１及びコンプレッサモータ７２から水素含有ガス及びエアが供給されるように、各バルブ５２及び７３〜７６が切り替えられているので、筐体３１の内圧が上昇し、ベローズ３２が所定方向に伸長して筐体３１が膨張する（ステップＳ１７０）。
【００７６】
このように、本実施形態に係るバッテリシステム１’では、燃料電池７０のために設けられた水素タンク７１やコンプレッサモータ７２から供給される水素含有ガスやエアを膨張用流体として利用して筐体３１の内圧を上昇させベローズ３２を伸長させることにより、筐体３１を膨張させる。このように膨張した筐体３１により、印可された加速度を吸収することが出来るので、電池モジュール３０の車室内への侵入をより効果的に防止することが可能となる。
【００７７】
［第３実施形態］
図１１は本発明の第３実施形態に係るバッテリシステムの全体構成を示す図、図１２は本発明の第３実施形態に係るバッテリシステムにおける膨張動作処理を示すフローチャートである。なお、図１１において、排気ガスの流れを実線で示し、加速度検出信号や制御用指令信号の流れは一点鎖線で示している。
【００７８】
本発明の第３実施形態では、動力源としてエンジン８０と、特に図示しない駆動用モータとを備え、状況に応じてこれらを同時に又は個々に作動させて走行するハイブリッド電気自動車（被搭載物）に適用した場合のバッテリシステム１”について説明する。
【００７９】
本実施形態に係るバッテリシステム１”は、図１１に示すように、１０個のサブアッセンブリ２０ａ〜２０ｊを有する電池モジュール３０と、この電池モジュール３０に印可される加速度を検出する加速度センサ４０と、動力源であるエンジン８０と、特に図示しないエキゾースト・マニホールドやエキゾースト・パイプを介してこのエンジン８０に連結されたマフラー８１と、このマフラー８１と電池モジュール３０との間の連通路を開閉する開閉バルブ８２と、エンジン８０の回転数や開閉バルブ８２の開閉を制御するコントローラ６０と、を備えている。なお、本実施形態に係るバッテリシステム１”の電池モジュール３０及び加速度センサ４０は、第１実施形態において説明したものと同一の構成である。また、図１１において、排気ガスの流れを実線で示し、加速度検出信号及び制御用指令信号の流れは一点鎖線で示している。
【００８０】
エンジン８０は、例えばガソリンエンジンやディーゼルエンジン等の内燃機関である。このエンジン８０で発生した排気ガスは、特に図示しないエキゾースト・マニホールドやエキゾースト・パイプを介してマフラー８１に導かれる。そして、このマフラー８１で排気ガスの温度及び圧力が低減されて消音され、車外に排気されるようになっている。
【００８１】
さらに、本実施形態では、このマフラー８１の内部と電池モジュール３０の膨張用バルブ３６とが連通するように連通路が設けられており、開閉バルブ８２がこの連通路を開閉可能に設けられている。
【００８２】
以下に、例えばハイブリッド電気自動車が急停止する等して大きな加速度が印加された場合における本実施形態に係るバッテリシステム１”の膨張動作処理について、図１２に従って説明する。
【００８３】
前提条件として、ハイブリッド電気自動車が通常走行している状態では、開閉バルブ８２は閉じられており、マフラー８１と電池モジュール３０の膨張用バルブ３６とは連通していない。また、第１実施形態と同様に、初期状態の膨張用バルブ３６は、気体注入チューブ３７を介して各膨張ゴム３８に連通するように設定されており、筐体３１の内部には連通してない。
【００８４】
例えばハイブリッド電気自動車の急停止等に伴って大きな加速度が印加されると、先ず、図１２のステップＳ２１０において加速度センサ４０が当該加速度を検出する。
【００８５】
加速度センサ４０により検出結果はコントローラ６０に送出される。コントローラ６０は、当該検出結果に基づいて、開閉バルブ８２を開放させる制御を行う（ステップＳ２２０）。このコントローラ６０における開閉バルブ８２の開閉の判断手法としては、第１実施形態と同様に、例えば検出結果を所定閾値と比較する等の手法を挙げることが出来る。
【００８６】
開閉バルブ８２のバルブ開放動作によりマフラー８１と電池モジュール３０とが連通し、エンジン８０からマフラー８１を介して電池モジュール３０の膨張用バルブ３６に排気ガスが供給される（ステップＳ２３０）。なお、この際、コントローラ６０がエンジン８０に対して回転数を上昇させるような制御を行っても良く、これにより電池モジュール３０に供給される排気ガスの圧力を増加させることが出来る。
【００８７】
電池モジュール３０の膨張用バルブ３６に供給された排気ガスは、さらに、電池モジュール３０内において、気体注入チューブ３７を介して各膨張ゴム３８にそれぞれ供給され、これにより各膨張ゴム３８の内圧が上昇して膨張を開始する（ステップＳ２４０）。
【００８８】
上記のように供給された排気ガスにより各膨張ゴム３８が膨張すると、電池モジュール３０において各バスバ２１及び異極端子１０４、１０５で囲まれた各空間Ｓが拡張される。ここで、電極端子１０４、１０５とバスバ２１との接合部は外力に弱い構造となっていることから、膨張ゴム３８の膨張による空間Ｓの拡張により当該接合部が容易に引き剥がされ、電極端子１０４、１０５とバスバ２１とが電気的に遮断される（ステップＳ２５０）。
【００８９】
このように、本実施形態に係るバッテリシステム１”では、マフラー８１を介してエンジン８０から排気される排気ガスを膨張用流体として利用して膨張ゴム３８を膨張させる。そして、膨張ゴム３８を膨張させ空間Ｓを拡張させることにより、薄型電池１０の電極端子１０４、１０５とバスバ２１との接合部を引き剥がす。これにより、電池モジュール内の直列接続を短絡させ、薄型電池同士を分離させることが可能となっている。
【００９０】
電極端子１０４、１０５とバスバ２１との接合部が剥がれたら（当該接合部を引き剥がすのに十分な量の排気ガスが供給されたら）、コントローラ６０は、排気ガスの供給先を気体注入チューブ３７から筐体３１内部に切り替えるように膨張用バルブ３６に制御指令を送出する。膨張用バルブ３６は、この制御指令に従って、バルブを切り替えて排気ガスを筐体３１の内部に供給する。この際、ステップＳ２２０にて、マフラー８１を介してエンジン８０から排気ガスが供給されるように開閉バルブ８２が開放されているので、筐体３１の内圧が上昇し、ベローズ３２が所定方向に伸長して筐体３１が膨張する（Ｓ２６０）。特に、ステップＳ２３０にて、コントローラ６０によりエンジン８０に対して回転数を上昇させる制御が行われているような場合には、より迅速に筐体３１の内圧を上昇させることが出来る。
【００９１】
このように、本実施形態に係るバッテリシステム１”では、マフラー８１を介してエンジン８０から排気される排気ガスを膨張用流体として利用して筐体３１の内圧を上昇させベローズ３２を伸長させることにより、筐体３１を膨張させる。このように膨張した筐体３１により、印可された加速度を吸収することが出来るので、電池モジュール３０の車室内への侵入をより効果的に防止することが可能となる。
【００９２】
なお、以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。
【図面の簡単な説明】
【００９３】
【図１】図１は、本発明の実施形態における薄型電池の全体の平面図である。
【図２】図２は、図１のII-II線に沿った断面図である。
【図３】図３は、本発明の実施形態における電池モジュールを示す一部分解斜視図である。
【図４】図４は、本発明の実施形態における電池モジュールの概略断面図である。
【図５】図５は、本発明の実施形態における電池モジュールの外観を示す斜視図である。
【図６】図６は、本発明の第１実施形態に係るバッテリシステムの全体構成を示すブロック図である。
【図７】図７は、本発明の第１実施形態に係るバッテリシステムを搭載した電気自動車を示す模式図である。
【図８】図８は、本発明の第１実施形態に係るバッテリシステムにおける膨張動作処理を示すフローチャートである。
【図９】図９は、本発明の第２実施形態に係るバッテリシステムの全体構成を示すブロック図である。
【図１０】図１０は、本発明の第２実施形態に係るバッテリシステムにおける膨張動作処理を示すフローチャートである。
【図１１】図１１は、本発明の第３実施形態に係るバッテリシステムの全体構成を示すブロック図である。
【図１２】図１２は、本発明の第３実施形態に係るバッテリシステムにおける膨張動作処理を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００９４】
１…バッテリシステム
１０…薄型電池
１０１…正極板
１０１ａ…正極側集電体
１０１ｂ、１０１ｃ…正極層
１０２…セパレータ
１０３…負極板
１０３ａ…負極側集電体
１０３ｂ、１０３ｃ…負極層
１０４…正極端子
１０５…負極端子
１０６…上部電池外装
１０７…下部電池外装
２０…サブアッセンブリ
２１…バスバ
３０…電池モジュール
３１…筐体
３２…ベローズ
３３、３４…外部端子
３５…冷却ダクト
３６…膨張用バルブ
３７…気体注入チューブ
３８…膨張ゴム
４０…加速度センサ
５０…冷却装置
５１…冷却装置用電源
５２…メインバルブ
６０…コントローラ
７０…燃料電池
７１…水素タンク
７２…コンプレッサモータ
７３、７４…水素用バルブ
７５、７６…エア用バルブ
８０…エンジン
８１…マフラー
８２…開閉バルブ
Ｃ…電気自動車
Ｍ…駆動用モータ
Ｓ…空間
【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極端子と負極端子とが電池外装の外周縁から導出する薄型電池が複数並設され、これら薄型電池それぞれの正極端子又は負極端子の一方の同極端子同士が一対のバスバにより電気的に並列接続され、これら薄型電池及びバスバ対からなるサブアッセンブリが複数積層されて電気的に直列接続され、当該複数のサブアッセンブリが筐体の内部に気密状態で収容された電池モジュールと、
前記電池モジュールが搭載された被搭載物に印加された加速度を検出する加速度検出手段と、
流体により膨張可能であり、前記電池モジュールの所定部位を膨張させる膨張手段と、
前記膨張手段に流体を供給する流体供給手段と、
前記加速度検出手段の検出結果に基づいて前記流体供給手段の制御を行う制御手段と、を備えたバッテリシステム。
【請求項２】
前記膨張手段は、相互に積層された前記薄型電池の電極端子と、当該電極端子に接合されたバスバとにより囲まれた空間を膨張させる膨張部材を含み、
前記制御手段は、前記加速度検出手段の検出結果に基づいて、前記膨張部材の内部に流体を供給するように前記流体供給手段を制御する請求項１記載のバッテリシステム。
【請求項３】
前記膨張手段は、前記筐体を所定方向に伸長させるように前記筐体に設けられた蛇腹部を含み、
前記制御手段は、前記加速度検出手段の検出結果に基づいて、前記筐体の内部に流体を供給するように前記流体供給手段を制御する請求項１又は２記載のバッテリシステム。
【請求項４】
前記流体供給手段は、
前記電池モジュールを冷却するための冷却手段と、
前記冷却手段の流体の供給先を、前記電池モジュールを冷却するための冷却用流路、又は、前記膨張手段の何れかに切替可能なバルブと、を含む請求項１〜３の何れかに記載のバッテリシステム。
【請求項５】
前記流体供給手段は、
燃料電池に水素を供給する水素供給手段と、
前記水素供給手段の水素の供給先を、前記燃料電池又は前記膨張手段の何れかに切替可能な水素用バルブと、
前記燃料電池に酸素を供給する酸素供給手段と、
前記酸素供給手段の酸素の供給先を、前記燃料電池又は前記膨張手段の何れかに切替可能な空気用バルブと、を含む請求項１〜３の何れかに記載のバッテリシステム。
【請求項６】
前記流体供給手段は、
内燃機関と、
前記内燃機関から排気された排気ガスを前記膨張手段に供給可能なバルブと、を含む請求項１〜３の何れかに記載のバッテリシステム。
【請求項１】
正極端子と負極端子とが電池外装の外周縁から導出する薄型電池が複数並設され、これら薄型電池それぞれの正極端子又は負極端子の一方の同極端子同士が一対のバスバにより電気的に並列接続され、これら薄型電池及びバスバ対からなるサブアッセンブリが複数積層されて電気的に直列接続され、当該複数のサブアッセンブリが筐体の内部に気密状態で収容された電池モジュールと、
前記電池モジュールが搭載された被搭載物に印加された加速度を検出する加速度検出手段と、
流体により膨張可能であり、前記電池モジュールの所定部位を膨張させる膨張手段と、
前記膨張手段に流体を供給する流体供給手段と、
前記加速度検出手段の検出結果に基づいて前記流体供給手段の制御を行う制御手段と、を備えたバッテリシステム。
【請求項２】
前記膨張手段は、相互に積層された前記薄型電池の電極端子と、当該電極端子に接合されたバスバとにより囲まれた空間を膨張させる膨張部材を含み、
前記制御手段は、前記加速度検出手段の検出結果に基づいて、前記膨張部材の内部に流体を供給するように前記流体供給手段を制御する請求項１記載のバッテリシステム。
【請求項３】
前記膨張手段は、前記筐体を所定方向に伸長させるように前記筐体に設けられた蛇腹部を含み、
前記制御手段は、前記加速度検出手段の検出結果に基づいて、前記筐体の内部に流体を供給するように前記流体供給手段を制御する請求項１又は２記載のバッテリシステム。
【請求項４】
前記流体供給手段は、
前記電池モジュールを冷却するための冷却手段と、
前記冷却手段の流体の供給先を、前記電池モジュールを冷却するための冷却用流路、又は、前記膨張手段の何れかに切替可能なバルブと、を含む請求項１〜３の何れかに記載のバッテリシステム。
【請求項５】
前記流体供給手段は、
燃料電池に水素を供給する水素供給手段と、
前記水素供給手段の水素の供給先を、前記燃料電池又は前記膨張手段の何れかに切替可能な水素用バルブと、
前記燃料電池に酸素を供給する酸素供給手段と、
前記酸素供給手段の酸素の供給先を、前記燃料電池又は前記膨張手段の何れかに切替可能な空気用バルブと、を含む請求項１〜３の何れかに記載のバッテリシステム。
【請求項６】
前記流体供給手段は、
内燃機関と、
前記内燃機関から排気された排気ガスを前記膨張手段に供給可能なバルブと、を含む請求項１〜３の何れかに記載のバッテリシステム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２００６−１３９９２８（Ｐ２００６−１３９９２８Ａ）
【公開日】平成１８年６月１日（２００６．６．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−３２６１２６（Ｐ２００４−３２６１２６）
【出願日】平成１６年１１月１０日（２００４．１１．１０）
【出願人】（０００００３９９７）日産自動車株式会社 (16,386)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年６月１日（２００６．６．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年１１月１０日（２００４．１１．１０）
【出願人】（０００００３９９７）日産自動車株式会社 (16,386)
【Ｆターム（参考）】
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