電源装置
【課題】複数個の電池モジュールを備えた電源装置において、劣化した電池モジュールを精度よく検知でき、電池モジュールの交換が容易な電源装置を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明の電源装置は、複数個の電池モジュールを備え、各電池モジュールは複数の二次電池セルを含む。二次電池セルは、電池ケースと電池ケース内に密閉された発電要素とを備える。電池ケースは、発電要素からのガス発生により内部圧力が上昇したときに開放してガスを外部に放出させるための防爆弁を有する。また、電源装置は、各電池モジュールに含まれる各防爆弁からのガス放出を検知するための圧力センサが電池モジュールごとに配設されている。
【解決手段】本発明の電源装置は、複数個の電池モジュールを備え、各電池モジュールは複数の二次電池セルを含む。二次電池セルは、電池ケースと電池ケース内に密閉された発電要素とを備える。電池ケースは、発電要素からのガス発生により内部圧力が上昇したときに開放してガスを外部に放出させるための防爆弁を有する。また、電源装置は、各電池モジュールに含まれる各防爆弁からのガス放出を検知するための圧力センサが電池モジュールごとに配設されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数個の電池モジュールを備えた電源装置に関し、詳しくは、劣化した電池モジュールを検知するためのセンサを備えた電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ハイブリッド自動車や電気自動車の駆動源である電気モータに電力を供給するための電源装置には、複数の二次電池セルを一体化した電池モジュールをさらに複数個組み合わせた電源装置が用いられている。二次電池セルの例としては、例えば、リチウムイオン二次電池が挙げられる。
【０００３】
二次電池セルは、高温環境下での使用時、または過充電などの異常時に、電解液が分解することなどにより電池ケース内にガスが発生して内部圧力が上昇することがある。二次電池セルの電池ケースには、通常、電池ケース内部のガス圧力が上昇しすぎた場合に、ガスを外部へ排出させることにより安全性を確保するための防爆弁が設けられている。防爆弁は、電池の内圧が上昇しすぎた場合に開放されることにより、電池ケースの破裂や電池内容物の飛散を未然に防止する。
【０００４】
防爆弁が開放された二次電池セルは、破損した二次電池セルである。従ってこのような二次電池セルに対しては、速やかに充放電を中止させ、必要に応じて交換される必要がある。このために、防爆弁が開放された二次電池セルを速やかに検知する方法が求められている。
【０００５】
特許文献１は、防爆弁が開いて電池内部から高温のガスが排出されたときに、排出されたガスの温度を温度センサで検出することにより、防爆弁の開放を検知するパック電池を開示する。また、特許文献２は、電池ケースの内部に内部圧力の上昇を検出するための圧力センサを配設したリチウム二次電池を開示する。また、特許文献３は、防爆弁の上方に導線を張設し、防爆弁の開放に伴うガスの噴出力による導線の破断により、防爆弁の開放を検知させるリチウムイオン電池を開示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１１−２５９３８号公報
【特許文献２】特開２００２−２８９２６５号公報
【特許文献３】特開２００５−３２２４７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述のように、電気自動車などに用いられる電源装置として、電池モジュールを複数個組み合わせた電源装置が用いられている。１個の電池モジュールは、複数の二次電池セルから構成されている。電源装置を構成する電池モジュール内の特定の二次電池セルが破損した場合には、破損した二次電池セルのみを交換するのではなく、破損した二次電池セルを含む電池モジュールを丸ごとユニットとして取り替える方法が、コストおよび取替えの手間の面から好ましい。
【０００８】
上述した従来知られた方法によれば、内部圧力の上昇により破損した二次電池を含む電池モジュールの検知が速やかに行われなかったり、電池モジュールの交換作業を煩雑にさせたりするという不具合がある。具体的には、例えば、特許文献１に開示された、排出ガスの温度を温度センサで検出することにより防爆弁の開放を検知するパック電池によれば、防爆弁開放直後は排出されるガスの温度が低いため、防爆弁の開放を温度センサが検知するまでに時間がかかる。また、特許文献２に開示されたリチウム二次電池においては、圧力センサが電池ケースの内部に設けられるために、圧力センサが電解液などと接触することにより圧力センサの損傷や誤作動を生じさせるおそれがある。さらに、圧力センサが電池ケースの内部に設けられるために、電池モジュールの交換作業が煩雑になる。また、特許文献３に開示されたリチウム二次電池においては、防爆弁の上方に張設された導線を物理的に破断することにより防爆弁の開放を検知するために、車載時の振動などにより意図せずに導線が破断し、防爆弁の開放が誤検知されるおそれがある。さらに、二次電池セル毎に導線を張設する必要があるために、電池モジュールの製造コストが高くなる。
【０００９】
本発明は、複数個の電池モジュールを備えた電源装置において、劣化した電池モジュールを精度よく検知でき、電池モジュールの交換が容易な電源装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一局面は、複数個の電池モジュールを備えた電源装置であって、各電池モジュールは、複数の二次電池セルを備え、二次電池セルは、電池ケースと電池ケース内に密閉された発電要素とを備え、電池ケースは、発電要素からのガス発生により内部圧力が上昇したときに開放してガスを外部に放出させるための防爆弁を有しており、各電池モジュールに含まれる各防爆弁からのガス放出を検知するための圧力センサが電池モジュールごとに配設されていることを特徴とする電源装置である。
【００１１】
リチウムイオン二次電池などの二次電池セルにおいて、防爆弁が開放する時の電池ケースの内圧は、例えば、１０〜３０気圧に達する。このため、上記電源装置において、電池モジュールに含まれる少なくとも１つの二次電池セルの防爆弁が開放されたときには、圧力センサによって、防爆弁が開放されたことを瞬時にかつ正確に検知することができる。
【００１２】
上記電源装置の圧力センサは、
（ｉ）各電池モジュールに含まれるいずれかの防爆弁からのガス放出を検知するための１つの共通の圧力センサであること、または、
（ii）各防爆弁に対して個別に設けられていること、が好ましい。これらの場合において、圧力センサは、防爆弁の開放により電池ケースから排出されたガスの風圧を検知するセンサであることが好ましい。
【００１３】
圧力センサは、各電池モジュールに対して着脱自在に配置されており、各電池モジュールは、電源装置から個別に着脱自在に配置されていることが、破損した二次電池セルを含む電池モジュールを丸ごとユニットとして取り替える上で好適である。
【００１４】
上記電源装置は、各電池モジュールに含まれる各防爆弁と気密に接続され、防爆弁の開放時に開放された防爆弁を介して電池ケースの内部と連通する複数の密閉室をさらに備え、各密閉室は、密閉室内の圧力変化を検知するための圧力センサを備えることが好ましい。また、密閉室は、各電池モジュールに含まれる複数の防爆弁とそれぞれ気密に接続される複数の連結管を備え、防爆弁の開放時に、防爆弁が開放された電池ケースの内部と密閉室とが連結管を通じて連通することが好ましい。
【００１５】
密閉室は、各電池モジュールに対して着脱自在に配置されており、各電池モジュールは、電源装置から個別に着脱自在に配置されていることが、破損した二次電池セルを含む電池モジュールを丸ごとユニットとして取り替える上で好適である。
【００１６】
上記電源装置は、さらに充放電制御部を備え、充放電制御部は、圧力センサが防爆弁からのガス放出を検知した時に、防爆弁が開放された二次電池セルを含む電池モジュールに対する充電または放電を停止させることが好ましい。
【００１７】
この場合、電池モジュールに含まれる少なくとも１つの二次電池セルの防爆弁が開放されたときには、このことを圧力センサが検知して、充放電制御部に伝えられる。防爆弁の開放が伝えられた充放電制御部は、防爆弁が開放された二次電池セルを含む電池モジュールに対して、充電または放電を停止させる。それゆえ、上記電源装置によれば、防爆弁の開放を瞬時にかつ正確に検知した上で、防爆弁が開放された二次電池を含む電池モジュールが充放電されることを防止することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、電池モジュールに含まれる少なくとも１つの二次電池セルの防爆弁が開放されたことを、圧力センサによって瞬時にかつ正確に検知することができる。それゆえ、複数個の電池モジュールを備えた電源装置において、破損した二次電池セルを含む電池モジュールを精度よく検知でき、電池モジュールの交換が容易な電源装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】実施形態に係る電源装置の概略構成を示す上面図である。
【図２】電源装置の外観を模式的に示す斜視図である。
【図３】電池モジュールを構成する二次電池セルを模式的に示す斜視図である。
【図４】電池モジュールを模式的に示す斜視図である。
【図５】拘束部材の外観を模式的に示す斜視図である。
【図６】他の実施形態に係る電池モジュールの外観を模式的に示す斜視図である。
【図７】さらに他の実施形態に係る電池モジュールの外観を模式的に示す斜視図である。
【図８】図７に示す防爆弁作動検知装置のVIII−VIII断面の模式図である。
【図９】図７に示す防爆弁作動検知装置のIX−IX断面の模式図である。
【図１０】実施形態に係る電源装置における充放電制御を説明するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明の目的、特徴、局面、および利点は、以下の好ましい実施形態および添付する図面を参照することによって、より明白となる。
【００２１】
図１および図２を参照して本発明の一実施形態に係る電源装置１０を説明する。
図１は電源装置１０の上面模式図、図２は電源装置１０の斜視模式図である。図１および図２中、１１は二次電池セルであり、１２は複数の二次電池セル１１を積層するように配置して、互いに電気的に接続した構成体からなる電池モジュールである。また、１３は圧力センサ、１４は充放電制御部、１５は圧力センサ１３と充放電制御部１４とを接続する配線、１６は各圧力センサ１３からの信号を受ける入力端子である。なお、図２においては、説明の便宜上、充放電制御部１４、配線１５、入力端子１６、および後述する接続板３０の図示を省略した。
【００２２】
はじめに、電池モジュール１２を構成する二次電池セル１１について説明する。図３は、２個の二次電池セル１１を示す斜視図である。二次電池セル１１は、後述するような正極および負極を含む発電要素を、筐体である電池ケース１７に収容して、密閉している。正極は電池ケース１７の蓋部１８に接続されており、蓋部１８は二次電池セル１１の正極端子として機能する。負極は負極端子１９に接続されている。負極端子１９は蓋部１８に設けられた貫通孔２０から、絶縁部材を配置することによって蓋部１８との絶縁状態を維持した状態で、二次電池セル１１の外部へと突出するように配置されている。蓋部１８には、電池ケース１７内の圧力が上昇したときに開放することによりガスを外部に放出させるため防爆弁２１が設けられている。また、蓋部１８には、電池ケース１７を封口した後に、電池内に電解液を注入するための注液口２２を備える。電池ケース１７は、例えば、アルミニウム、ステンレス鋼などの導電部材から形成されている。
【００２３】
防爆弁２１は、電池ケース１７内の圧力が上昇したときに開放されて、電池ケース１７内のガスを外部に放出させる。防爆弁２１は、例えば蓋部１８の防爆弁２１を形成する位置の肉厚を薄く形成したり、防爆弁２１を形成する位置の輪郭に沿って蓋部１８の表面に切り込み入れたりすることにより、電池ケース１７内の圧力が上昇したときに破断するように形成される。
【００２４】
発電要素は、正極、負極、これらの間に介在されたセパレータ、および電解液で構成された二次電池である。二次電池の具体例としては、リチウムイオン二次電池、ニッケル水素二次電池などが挙げられる。リチウムイオン二次電池の場合は、正極にコバルト酸リチウムなどの各種リチウム含有複合金属酸化物などが用いられ、負極に黒鉛などの炭素材料やケイ素、スズ、またはそれらの合金、酸化物、窒化物などが用いられ、電解質として非水電解質が用いられる。また、ニッケル水素二次電池の場合には、例えば、正極にオキシ水酸化ニッケルなどが用いられ、負極に水素吸蔵合金、電解液に水酸化カリウム水溶液が用いられる。
【００２５】
次に、複数の二次電池セル１１が積層され、互いに電気的に接続して構成された電池モジュール１２について、図４を参照して説明する。図４は、電池モジュール１２の斜視図である。
【００２６】
電池モジュール１２においては、図４に示すように複数の二次電池セル１１の蓋部１８側が同じ向きになるように積層されている。このように蓋部１８を揃えて配置することにより、各二次電池セル１１に備えられた防爆弁２１が一方向に並ぶ。このように配置した場合には、圧力センサ１３を、一方の側のみに配置することができるために、圧力センサ１３の配設が容易になる。
【００２７】
電池モジュール１２を構成する複数の二次電池セル１１は、図４に示すように、拘束治具である、一対のエンドプレート２３、２４と、４本の拘束部材２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄと、一対の連結部材２６ａ、２６ｂにより締結されている。
【００２８】
電池モジュール１２は、複数の二次電池セル１１の積層方向の外側に、一対のエンドプレート２３、２４を備えている。一方のエンドプレート２３の４つの隅部は、４本の棒状の拘束部材２５ａ〜２５ｄのそれぞれの一端部と連結されている。他方のエンドプレート２４の４つの隅部は、４本の拘束部材２５ａ〜２５ｄのそれぞれの他端部と連結されている。また、一対のエンドプレート２３、２４は、それぞれの長辺側の中央部分において、一対の棒状の連結部材２６ａ、２６ｂにより互いに連結されている。
【００２９】
図５に、電池モジュール１２を構成する複数の二次電池セル１１を束ねるための拘束部材２５ａの外観を斜視図により示す。拘束部材２５ａは、その長手方向に並ぶように１０個の係合部２７を備えている。他の３本の拘束部材２５ｂ〜２５ｄも、図５に示す拘束部材２５ａと同様に、１０個の係合部２７を備えている。この係合部２７には、それぞれ二次電池セル１１の隅部が係合される。電池モジュール１２を構成する１０個の二次電池セル１１の４つの隅部が、それぞれ４本の拘束部材２５ａ〜２５ｄの係合部２７と係合することにより、１０個の二次電池セル１１は、一対のエンドプレート２３、２４間で、４本の拘束部材２５ａ〜２５ｄにより支持される。
【００３０】
一対のエンドプレート２３、２４、および４本の拘束部材２５ａ〜２５ｄには、例えば、ガラス繊維で強化されたポリエチレンテレフタレートや、ポリカーボネートのような、軽量かつ高強度のエンジニアリングプラスチックを用いることができる。一対の連結部材２６ａ、２６ｂには、例えば、アルマイト加工が施されたアルミニウムを用いることができる。
【００３１】
電池モジュール１２を構成する複数の二次電池セル１１のうち、隣り合う２つの二次電池セル１１の間には、冷却用の流体を導入するための隙間が設けられていてもよい。図３を参照して、この隙間には、二次電池セル１１の膨張を抑制し、かつ冷却用流体の流路を確保するために、波状部２８を有するスペーサ２９が配置されていてもよい。波状部２８の両面には、互い違いに、流体流路である複数の溝が二次電池セル１１の短手方向と平行に所定ピッチで設けられている。スペーサ２９の素材には、例えば、ガラス繊維で強化されたポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネートなどの軽量かつ高強度のエンジニアリングプラスチックを用いることができる。
【００３２】
電池モジュール１２においては、隣接する二次電池セル１１は直列に接続されている。具体的には、図３に示すように、隣接する二次電池セル１１のうち、一方の二次電池セル１１の正極端子である蓋部１８の表面と、他方の二次電池セル１１の負極端子１９とを接続板３０により接続している。さらに詳しくは、接続板３０の正極端子接続部３０ａは、一方の二次電池セル１１の正極端子である蓋部１８の表面に接続しており、接続板３０の負極端子挿入孔３０ｂには、他方の二次電池セル１１の負極端子１９を挿入している。そして、同じ電池モジュール１２の全ての二次電池セル１１を同様にして複数の接続板３０を介して直列接続している。なお、電池モジュール１２においては、二次電池セル１１は、９つの接続板３０により直列に接続されているが、本発明においては、直列接続に限定されるものではなく、並列接続であってもよい。同じ電池モジュール１２内の二次電池セル１１を、直列接続された２以上のグループに分けて、直列接続されたグループを並列接続してもよい。
【００３３】
図４に示すように、直列に接続された複数の二次電池セル１１うち、一端側の二次電池セル１１ａの正極端子である蓋部１８の表面は、正極側外部端子３１と接続されており、他端側の二次電池セル１１ｂの負極端子１９は、負極側外部端子３２と接続されている。正極側外部端子３１および負極側外部端子３２は、それぞれ、複数個の電池モジュール１２を接続して電源装置１０を構成する際の接続端子になる。
【００３４】
図１および図２に示すように電池モジュール１２を複数個（図１では６個）接続し、さらに、各電池モジュール１２を構成する複数の二次電池セル１１の防爆弁２１に対して、圧力センサ１３を対向配置することにより、電源装置１０が得られる。
【００３５】
電源装置１０内において、複数個の電池モジュール１２は並列に接続されている。各電池モジュール１２に設置された圧力センサ１３は、配線１５を通じて充放電制御部１４と接続されている。このため、電池モジュール１２に破損した二次電池セル１１が生じた場合には、充放電制御部１４から指令を送ることにより、その電池モジュール１２に対する充放電を停止することができる。また、その後において、充放電を停止された電池モジュール１２を電源装置１０から取り除くことができる。なお、複数個の電池モジュール１２の接続は並列に限定されるものではなく、各電池モジュール１２が直列接続されていてもよい。各電池モジュール１２は、その電池モジュール１２内の各二次電池セル１１の電圧、温度、電池ケース内の圧力などを監視するモジュールＥＣＵを備えていてもよい。この場合には、各電池モジュール１２のモジュールＥＣＵで収集され、充放電制御部１４へと送られた情報に従って、電池モジュール１２に対する充放電を制御することができる。
【００３６】
図１および図２に示す本実施形態の電源装置１０においては、複数の二次電池セル１１の各防爆弁２１（２１ａ、２１ｂ〜２１ｊ）に対して、板状の共通の圧力センサ１３を１つ配設している。そして、防爆弁２１（２１ａ、２１ｂ〜２１ｊ）の少なくともいずれか１つからガス放出された場合に、圧力センサ１３が圧力変化を検知することにより、電池モジュール１２内のいずれかの二次電池セル１１が破損したことが検知される。この場合の圧力センサ１３としては、例えば、導電性ゴムを用いた感圧スイッチ、膜抵抗式のタッチセンサなどを用いることができる。また、圧力センサ１３は、例えば、風圧を検知して、圧力変化を検知したことを知らせる信号を充放電制御部１４へと出力可能であることが好ましい。
【００３７】
上記電源装置１０において、各電池モジュール１２に備えられている圧力センサ１３は、電池モジュール１２に対して着脱自在に配置することが好ましい。また、各電池モジュール１２は、電源装置１０から個別に着脱自在となるように配置することが好ましい。このように配置することで、電池モジュール１２内の二次電池セル１１が破損したときには、圧力センサ１３と各二次電池セル１１との接続を解くことにより、電池モジュール１２を電源装置１０から丸ごとユニットとして取り替えることができる。
【００３８】
次に、図１および図２に示した電池モジュール１２、ならびに、この電池モジュール１２とは異なる形態の電池モジュール４０および電池モジュール５０の例について、詳しく説明する。
【００３９】
他の電池モジュールの形態としては、図６に示すような電池モジュール４０が挙げられる。図６は、電池モジュール４０の斜視模式図である。
【００４０】
電池モジュール４０においては、図６に示すように、電池モジュール４０を構成する複数の二次電池セル１１にそれぞれに設けられた複数の防爆弁２１（２１ａ、２１ｂ〜２１ｊ）に対して、それぞれ１つずつ個別に圧力センサ４１（４１ａ、４１ｂ〜４１ｊ）を対向するように配設している。そして、防爆弁２１（２１ａ、２１ｂ〜２１ｊ）の少なくとも１つからガス放出された場合に、ガス放出した防爆弁２１に対向配置された圧力センサ４１が圧力変化を検知することにより、電池モジュール４０内のいずれかの二次電池セル１１が破損したことが検知される。なお、各圧力センサ４１は、それぞれ配線により、充放電制御部に接続されている。圧力センサ４１としては、例えば、導電性ゴムを用いた感圧スイッチ、膜抵抗式のタッチセンサなどを用いることができる。また、圧力センサ４１は、風圧を検知して、圧力変化を検知したことを知らせる信号を充放電制御部へと出力可能であることが好ましい。
【００４１】
図６に示す電池モジュール４０に備えられている圧力センサ４１についても、図１および図２の電池モジュール１２の場合と同様に、電池モジュール４０に対して着脱自在に配置することができる。このため、電池モジュール４０内の二次電池セル１１が破損した場合には、各圧力センサ４１と各二次電池セル１１との接続を解くことにより、電池モジュール４０を電源装置から丸ごとユニットとして取り替えることができる。
【００４２】
さらに、別の電池モジュールの形態としては、図７〜図９に示すような電池モジュール５０が挙げられる。図７は電池モジュール５０の斜視模式図であり、図８は図７のVIII−VIII断面の模式図、図９は図７のIX−IX断面の模式図である。
【００４３】
電池モジュール５０においては、図７に示すように、複数の二次電池セル１１における各防爆弁２１（２１ａ、２１ｂ〜２１ｊ）が、防爆弁作動検知装置５１における圧力センサ５２を備えた密閉室５３と、連結管５４（５４ａ、５４ｂ〜５４ｊ）を通じて気密に接続されている。連結管５４の先端には、気密性を高めるためにガスケット５５を設けることができる。そして、防爆弁２１（２１ａ、２１ｂ〜２１ｊ）のいずれか１つからガス放出された場合には、密閉室５３内の圧力が変化し、この圧力の変化を圧力センサ５２が検知することにより、電池モジュール５０内のいずれかの二次電池セル１１が破損したことが検知される。圧力センサ５２としては、例えば、歪ゲージ抵抗式、半導体ピエゾ抵抗式、静電容量式などの圧力センサを用いることができる。また、圧力センサ５２は、圧力変化を検知したことを知らせる信号を充放電制御部へと出力可能であることが好ましい。
【００４４】
防爆弁検知装置５１は、図７に示すように、電池モジュール５０の一端側で、一対のエンドプレート２３、２４、および２本の拘束部材２５ａ、２５ｂに固定することができる。防爆弁検知装置５１の密閉室５３は、電池モジュール５０の一端側に固定された状態で、電池モジュール５０を構成する各二次電池セル１１の電池ケース１７と、それぞれの防爆弁２１を挟んで気密に接続されている。
【００４５】
密閉室５３と防爆弁２１とは、図８および図９に示すように、防爆弁２１の外周縁の外側と気密に接する略筒状の連結管５４で接続されている。密閉室５３と防爆弁２１とが、上述したように連結管５４により気密に接続されていることにより、防爆弁２１が開放された場合に電池ケース１７内で発生したガスを密閉室５３内に放出し、密閉室５３内の圧力を変化させることができる。
【００４６】
図７〜図９に示す電池モジュール５０に備えられている、圧力センサ５２を有する防爆弁検知装置５１は、電池モジュール５０に対して着脱自在に配置することができる。このため、電池モジュール５０内の二次電池セル１１が破損した場合には、防爆弁検知装置５１と各二次電池セル１１との接続を解くことにより、電池モジュール５０を電源装置から丸ごとユニットとして取り替えることができる。
【００４７】
なお、図７〜図９では、密閉室５３が、電池ケース１７の蓋部１８との接続部分に連結管５４を備える構成を示しているが、密閉室５３の形状はこれに限定されるものではない。例えば、密閉室５３は、電池モジュール５０を構成する複数の二次電池セル１１との接続面において、各二次電池セル１１の電池ケース１７を嵌め込むための貫通孔を備えていてもよい。このような貫通孔の内周縁に、必要に応じてガスケットを配置して、電池ケース１７の一端をはめ込むことにより、各電池ケース１７と密閉室５３とを、各二次電池セル１１の防爆弁２１を挟んで気密に接続することができる。
【００４８】
次に、図１および図１０を参照して、電源装置１０における、圧力センサ１３が圧力変化を検知した場合に、圧力変化が検知された二次電池セル１１を含む電池モジュール１２に対する充電または放電を停止させる充放電制御について説明する。
【００４９】
図１０は、電源装置１０における充放電制御を説明するためのフローチャートである。
はじめに、二次電池セル１１の内圧の上昇により、防爆弁２１が開放されて電池ケースからガスが放出されたときには、ガスの放出に伴う圧力変化を圧力センサ１３が検知する（ステップＳ１）。
【００５０】
圧力センサ１３は、圧力変化を検知したときに、その検知結果を、配線１５を通じて充放電制御部１４に伝達する（ステップＳ２）。充放電制御部１４は、電池モジュール１２内のいずれかの二次電池セル１１が破損したことを示す各圧力センサ１３からの信号を受ける入力端子１６と、入力端子１６からの信号出力を受けて、破損した二次電池セル１１を含む電池モジュール１２に対して、充放電を停止させる図略の充放電制御回路とを備える。充放電制御回路は、例えば、マイクロプロセッサなどの演算手段とランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）などの記憶手段とを備えた集積回路であってもよい。充放電制御回路は、例えば、圧力センサ１３の出力信号が所定値よりも大きい場合に、充電回路および放電回路を遮断するようなスイッチを有する。
【００５１】
充放電制御部１４は、圧力センサ１３が検知した防爆弁２１が開放された二次電池セル１１を含む電池モジュール１２に対して、充電回路および放電回路を遮断するようにスイッチをＯＦＦにする命令を送る（ステップＳ３）。これにより、防爆弁２１が開放された二次電池セル１１を含む電池モジュール１２の充放電が停止される（ステップＳ４）。
【００５２】
そして、好ましくは、さらに、電源装置１０は、充放電が停止された電池モジュールを使用者が特定するための報知手段を備えることが好ましい。そして、このような報知手段を備えることにより、使用者は充放電が停止された電池モジュールを認識することができる（ステップＳ５）。なお、報知手段としては、ランプの点灯または消灯や、警報音などが挙げられる。また、例えば電源装置１０が車載用の電源装置である場合には、防爆弁２１が開放された時に、駆動用電源に異常が発生したことや、防爆弁２１が開放された二次電池セル１１を含む電池モジュールの場所を運転者に警告する手段（警告灯の点灯処理など）であってもよい。
【００５３】
そして、電源装置１０から、防爆弁２１が開放された二次電池セル１１を含む電池モジュール１２のみを交換する（ステップＳ６）。防爆弁２１が開放された二次電池セル１１を含む電池モジュール１２を早期に発見することにより、他の電池モジュール１２に大きな負荷を掛けて損傷を与える前に、電池モジュール１２を交換することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
本発明は、電気自動車やハイブリッド自動車の電気モータに電力を供給する電源装置などの用途に利用することができる。
【符号の説明】
【００５５】
１０ 電源装置、 １１（１１ａ、１１ｂ） 二次電池セル、 １２ 電池モジュール、 １３ 圧力センサ、 １４ 充放電制御部、 １５ 配線、 １６ 入力端子、 １７ 電池ケース、 １８ 蓋部（正極端子）、 １９ 負極端子、 ２０ 貫通孔、 ２１（２１ａ、２１ｂ〜２１ｊ） 防爆弁、 ２２ 注液口、 ２３ エンドプレート、 ２４ エンドプレート、 ２５ａ 拘束部材、 ２５ｂ 拘束部材、 ２５ｃ 拘束部材、 ２５ｄ 拘束部材、 ２６ａ 連結部材、 ２６ｂ 連結部材、 ２７ 係合部、 ２８ 波状部、 ２９ スペーサ、 ３０ 接続板、 ３０ａ 正極端子接続部、 ３０ｂ 負極端子挿入孔、 ３１ 正極側外部端子、 ３２ 負極側外部端子、 ４０ 電池モジュール、 ４１（４１ａ、４１ｂ〜４１ｊ） 圧力センサ、 ５０ 電池モジュール、 ５１ 防爆弁検知装置、 ５２ 圧力センサ、 ５３ 密閉室、 ５４（５４ａ、５４ｂ〜５４ｊ） 連結管、 ５５ ガスケット
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数個の電池モジュールを備えた電源装置に関し、詳しくは、劣化した電池モジュールを検知するためのセンサを備えた電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ハイブリッド自動車や電気自動車の駆動源である電気モータに電力を供給するための電源装置には、複数の二次電池セルを一体化した電池モジュールをさらに複数個組み合わせた電源装置が用いられている。二次電池セルの例としては、例えば、リチウムイオン二次電池が挙げられる。
【０００３】
二次電池セルは、高温環境下での使用時、または過充電などの異常時に、電解液が分解することなどにより電池ケース内にガスが発生して内部圧力が上昇することがある。二次電池セルの電池ケースには、通常、電池ケース内部のガス圧力が上昇しすぎた場合に、ガスを外部へ排出させることにより安全性を確保するための防爆弁が設けられている。防爆弁は、電池の内圧が上昇しすぎた場合に開放されることにより、電池ケースの破裂や電池内容物の飛散を未然に防止する。
【０００４】
防爆弁が開放された二次電池セルは、破損した二次電池セルである。従ってこのような二次電池セルに対しては、速やかに充放電を中止させ、必要に応じて交換される必要がある。このために、防爆弁が開放された二次電池セルを速やかに検知する方法が求められている。
【０００５】
特許文献１は、防爆弁が開いて電池内部から高温のガスが排出されたときに、排出されたガスの温度を温度センサで検出することにより、防爆弁の開放を検知するパック電池を開示する。また、特許文献２は、電池ケースの内部に内部圧力の上昇を検出するための圧力センサを配設したリチウム二次電池を開示する。また、特許文献３は、防爆弁の上方に導線を張設し、防爆弁の開放に伴うガスの噴出力による導線の破断により、防爆弁の開放を検知させるリチウムイオン電池を開示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１１−２５９３８号公報
【特許文献２】特開２００２−２８９２６５号公報
【特許文献３】特開２００５−３２２４７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述のように、電気自動車などに用いられる電源装置として、電池モジュールを複数個組み合わせた電源装置が用いられている。１個の電池モジュールは、複数の二次電池セルから構成されている。電源装置を構成する電池モジュール内の特定の二次電池セルが破損した場合には、破損した二次電池セルのみを交換するのではなく、破損した二次電池セルを含む電池モジュールを丸ごとユニットとして取り替える方法が、コストおよび取替えの手間の面から好ましい。
【０００８】
上述した従来知られた方法によれば、内部圧力の上昇により破損した二次電池を含む電池モジュールの検知が速やかに行われなかったり、電池モジュールの交換作業を煩雑にさせたりするという不具合がある。具体的には、例えば、特許文献１に開示された、排出ガスの温度を温度センサで検出することにより防爆弁の開放を検知するパック電池によれば、防爆弁開放直後は排出されるガスの温度が低いため、防爆弁の開放を温度センサが検知するまでに時間がかかる。また、特許文献２に開示されたリチウム二次電池においては、圧力センサが電池ケースの内部に設けられるために、圧力センサが電解液などと接触することにより圧力センサの損傷や誤作動を生じさせるおそれがある。さらに、圧力センサが電池ケースの内部に設けられるために、電池モジュールの交換作業が煩雑になる。また、特許文献３に開示されたリチウム二次電池においては、防爆弁の上方に張設された導線を物理的に破断することにより防爆弁の開放を検知するために、車載時の振動などにより意図せずに導線が破断し、防爆弁の開放が誤検知されるおそれがある。さらに、二次電池セル毎に導線を張設する必要があるために、電池モジュールの製造コストが高くなる。
【０００９】
本発明は、複数個の電池モジュールを備えた電源装置において、劣化した電池モジュールを精度よく検知でき、電池モジュールの交換が容易な電源装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一局面は、複数個の電池モジュールを備えた電源装置であって、各電池モジュールは、複数の二次電池セルを備え、二次電池セルは、電池ケースと電池ケース内に密閉された発電要素とを備え、電池ケースは、発電要素からのガス発生により内部圧力が上昇したときに開放してガスを外部に放出させるための防爆弁を有しており、各電池モジュールに含まれる各防爆弁からのガス放出を検知するための圧力センサが電池モジュールごとに配設されていることを特徴とする電源装置である。
【００１１】
リチウムイオン二次電池などの二次電池セルにおいて、防爆弁が開放する時の電池ケースの内圧は、例えば、１０〜３０気圧に達する。このため、上記電源装置において、電池モジュールに含まれる少なくとも１つの二次電池セルの防爆弁が開放されたときには、圧力センサによって、防爆弁が開放されたことを瞬時にかつ正確に検知することができる。
【００１２】
上記電源装置の圧力センサは、
（ｉ）各電池モジュールに含まれるいずれかの防爆弁からのガス放出を検知するための１つの共通の圧力センサであること、または、
（ii）各防爆弁に対して個別に設けられていること、が好ましい。これらの場合において、圧力センサは、防爆弁の開放により電池ケースから排出されたガスの風圧を検知するセンサであることが好ましい。
【００１３】
圧力センサは、各電池モジュールに対して着脱自在に配置されており、各電池モジュールは、電源装置から個別に着脱自在に配置されていることが、破損した二次電池セルを含む電池モジュールを丸ごとユニットとして取り替える上で好適である。
【００１４】
上記電源装置は、各電池モジュールに含まれる各防爆弁と気密に接続され、防爆弁の開放時に開放された防爆弁を介して電池ケースの内部と連通する複数の密閉室をさらに備え、各密閉室は、密閉室内の圧力変化を検知するための圧力センサを備えることが好ましい。また、密閉室は、各電池モジュールに含まれる複数の防爆弁とそれぞれ気密に接続される複数の連結管を備え、防爆弁の開放時に、防爆弁が開放された電池ケースの内部と密閉室とが連結管を通じて連通することが好ましい。
【００１５】
密閉室は、各電池モジュールに対して着脱自在に配置されており、各電池モジュールは、電源装置から個別に着脱自在に配置されていることが、破損した二次電池セルを含む電池モジュールを丸ごとユニットとして取り替える上で好適である。
【００１６】
上記電源装置は、さらに充放電制御部を備え、充放電制御部は、圧力センサが防爆弁からのガス放出を検知した時に、防爆弁が開放された二次電池セルを含む電池モジュールに対する充電または放電を停止させることが好ましい。
【００１７】
この場合、電池モジュールに含まれる少なくとも１つの二次電池セルの防爆弁が開放されたときには、このことを圧力センサが検知して、充放電制御部に伝えられる。防爆弁の開放が伝えられた充放電制御部は、防爆弁が開放された二次電池セルを含む電池モジュールに対して、充電または放電を停止させる。それゆえ、上記電源装置によれば、防爆弁の開放を瞬時にかつ正確に検知した上で、防爆弁が開放された二次電池を含む電池モジュールが充放電されることを防止することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、電池モジュールに含まれる少なくとも１つの二次電池セルの防爆弁が開放されたことを、圧力センサによって瞬時にかつ正確に検知することができる。それゆえ、複数個の電池モジュールを備えた電源装置において、破損した二次電池セルを含む電池モジュールを精度よく検知でき、電池モジュールの交換が容易な電源装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】実施形態に係る電源装置の概略構成を示す上面図である。
【図２】電源装置の外観を模式的に示す斜視図である。
【図３】電池モジュールを構成する二次電池セルを模式的に示す斜視図である。
【図４】電池モジュールを模式的に示す斜視図である。
【図５】拘束部材の外観を模式的に示す斜視図である。
【図６】他の実施形態に係る電池モジュールの外観を模式的に示す斜視図である。
【図７】さらに他の実施形態に係る電池モジュールの外観を模式的に示す斜視図である。
【図８】図７に示す防爆弁作動検知装置のVIII−VIII断面の模式図である。
【図９】図７に示す防爆弁作動検知装置のIX−IX断面の模式図である。
【図１０】実施形態に係る電源装置における充放電制御を説明するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明の目的、特徴、局面、および利点は、以下の好ましい実施形態および添付する図面を参照することによって、より明白となる。
【００２１】
図１および図２を参照して本発明の一実施形態に係る電源装置１０を説明する。
図１は電源装置１０の上面模式図、図２は電源装置１０の斜視模式図である。図１および図２中、１１は二次電池セルであり、１２は複数の二次電池セル１１を積層するように配置して、互いに電気的に接続した構成体からなる電池モジュールである。また、１３は圧力センサ、１４は充放電制御部、１５は圧力センサ１３と充放電制御部１４とを接続する配線、１６は各圧力センサ１３からの信号を受ける入力端子である。なお、図２においては、説明の便宜上、充放電制御部１４、配線１５、入力端子１６、および後述する接続板３０の図示を省略した。
【００２２】
はじめに、電池モジュール１２を構成する二次電池セル１１について説明する。図３は、２個の二次電池セル１１を示す斜視図である。二次電池セル１１は、後述するような正極および負極を含む発電要素を、筐体である電池ケース１７に収容して、密閉している。正極は電池ケース１７の蓋部１８に接続されており、蓋部１８は二次電池セル１１の正極端子として機能する。負極は負極端子１９に接続されている。負極端子１９は蓋部１８に設けられた貫通孔２０から、絶縁部材を配置することによって蓋部１８との絶縁状態を維持した状態で、二次電池セル１１の外部へと突出するように配置されている。蓋部１８には、電池ケース１７内の圧力が上昇したときに開放することによりガスを外部に放出させるため防爆弁２１が設けられている。また、蓋部１８には、電池ケース１７を封口した後に、電池内に電解液を注入するための注液口２２を備える。電池ケース１７は、例えば、アルミニウム、ステンレス鋼などの導電部材から形成されている。
【００２３】
防爆弁２１は、電池ケース１７内の圧力が上昇したときに開放されて、電池ケース１７内のガスを外部に放出させる。防爆弁２１は、例えば蓋部１８の防爆弁２１を形成する位置の肉厚を薄く形成したり、防爆弁２１を形成する位置の輪郭に沿って蓋部１８の表面に切り込み入れたりすることにより、電池ケース１７内の圧力が上昇したときに破断するように形成される。
【００２４】
発電要素は、正極、負極、これらの間に介在されたセパレータ、および電解液で構成された二次電池である。二次電池の具体例としては、リチウムイオン二次電池、ニッケル水素二次電池などが挙げられる。リチウムイオン二次電池の場合は、正極にコバルト酸リチウムなどの各種リチウム含有複合金属酸化物などが用いられ、負極に黒鉛などの炭素材料やケイ素、スズ、またはそれらの合金、酸化物、窒化物などが用いられ、電解質として非水電解質が用いられる。また、ニッケル水素二次電池の場合には、例えば、正極にオキシ水酸化ニッケルなどが用いられ、負極に水素吸蔵合金、電解液に水酸化カリウム水溶液が用いられる。
【００２５】
次に、複数の二次電池セル１１が積層され、互いに電気的に接続して構成された電池モジュール１２について、図４を参照して説明する。図４は、電池モジュール１２の斜視図である。
【００２６】
電池モジュール１２においては、図４に示すように複数の二次電池セル１１の蓋部１８側が同じ向きになるように積層されている。このように蓋部１８を揃えて配置することにより、各二次電池セル１１に備えられた防爆弁２１が一方向に並ぶ。このように配置した場合には、圧力センサ１３を、一方の側のみに配置することができるために、圧力センサ１３の配設が容易になる。
【００２７】
電池モジュール１２を構成する複数の二次電池セル１１は、図４に示すように、拘束治具である、一対のエンドプレート２３、２４と、４本の拘束部材２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄと、一対の連結部材２６ａ、２６ｂにより締結されている。
【００２８】
電池モジュール１２は、複数の二次電池セル１１の積層方向の外側に、一対のエンドプレート２３、２４を備えている。一方のエンドプレート２３の４つの隅部は、４本の棒状の拘束部材２５ａ〜２５ｄのそれぞれの一端部と連結されている。他方のエンドプレート２４の４つの隅部は、４本の拘束部材２５ａ〜２５ｄのそれぞれの他端部と連結されている。また、一対のエンドプレート２３、２４は、それぞれの長辺側の中央部分において、一対の棒状の連結部材２６ａ、２６ｂにより互いに連結されている。
【００２９】
図５に、電池モジュール１２を構成する複数の二次電池セル１１を束ねるための拘束部材２５ａの外観を斜視図により示す。拘束部材２５ａは、その長手方向に並ぶように１０個の係合部２７を備えている。他の３本の拘束部材２５ｂ〜２５ｄも、図５に示す拘束部材２５ａと同様に、１０個の係合部２７を備えている。この係合部２７には、それぞれ二次電池セル１１の隅部が係合される。電池モジュール１２を構成する１０個の二次電池セル１１の４つの隅部が、それぞれ４本の拘束部材２５ａ〜２５ｄの係合部２７と係合することにより、１０個の二次電池セル１１は、一対のエンドプレート２３、２４間で、４本の拘束部材２５ａ〜２５ｄにより支持される。
【００３０】
一対のエンドプレート２３、２４、および４本の拘束部材２５ａ〜２５ｄには、例えば、ガラス繊維で強化されたポリエチレンテレフタレートや、ポリカーボネートのような、軽量かつ高強度のエンジニアリングプラスチックを用いることができる。一対の連結部材２６ａ、２６ｂには、例えば、アルマイト加工が施されたアルミニウムを用いることができる。
【００３１】
電池モジュール１２を構成する複数の二次電池セル１１のうち、隣り合う２つの二次電池セル１１の間には、冷却用の流体を導入するための隙間が設けられていてもよい。図３を参照して、この隙間には、二次電池セル１１の膨張を抑制し、かつ冷却用流体の流路を確保するために、波状部２８を有するスペーサ２９が配置されていてもよい。波状部２８の両面には、互い違いに、流体流路である複数の溝が二次電池セル１１の短手方向と平行に所定ピッチで設けられている。スペーサ２９の素材には、例えば、ガラス繊維で強化されたポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネートなどの軽量かつ高強度のエンジニアリングプラスチックを用いることができる。
【００３２】
電池モジュール１２においては、隣接する二次電池セル１１は直列に接続されている。具体的には、図３に示すように、隣接する二次電池セル１１のうち、一方の二次電池セル１１の正極端子である蓋部１８の表面と、他方の二次電池セル１１の負極端子１９とを接続板３０により接続している。さらに詳しくは、接続板３０の正極端子接続部３０ａは、一方の二次電池セル１１の正極端子である蓋部１８の表面に接続しており、接続板３０の負極端子挿入孔３０ｂには、他方の二次電池セル１１の負極端子１９を挿入している。そして、同じ電池モジュール１２の全ての二次電池セル１１を同様にして複数の接続板３０を介して直列接続している。なお、電池モジュール１２においては、二次電池セル１１は、９つの接続板３０により直列に接続されているが、本発明においては、直列接続に限定されるものではなく、並列接続であってもよい。同じ電池モジュール１２内の二次電池セル１１を、直列接続された２以上のグループに分けて、直列接続されたグループを並列接続してもよい。
【００３３】
図４に示すように、直列に接続された複数の二次電池セル１１うち、一端側の二次電池セル１１ａの正極端子である蓋部１８の表面は、正極側外部端子３１と接続されており、他端側の二次電池セル１１ｂの負極端子１９は、負極側外部端子３２と接続されている。正極側外部端子３１および負極側外部端子３２は、それぞれ、複数個の電池モジュール１２を接続して電源装置１０を構成する際の接続端子になる。
【００３４】
図１および図２に示すように電池モジュール１２を複数個（図１では６個）接続し、さらに、各電池モジュール１２を構成する複数の二次電池セル１１の防爆弁２１に対して、圧力センサ１３を対向配置することにより、電源装置１０が得られる。
【００３５】
電源装置１０内において、複数個の電池モジュール１２は並列に接続されている。各電池モジュール１２に設置された圧力センサ１３は、配線１５を通じて充放電制御部１４と接続されている。このため、電池モジュール１２に破損した二次電池セル１１が生じた場合には、充放電制御部１４から指令を送ることにより、その電池モジュール１２に対する充放電を停止することができる。また、その後において、充放電を停止された電池モジュール１２を電源装置１０から取り除くことができる。なお、複数個の電池モジュール１２の接続は並列に限定されるものではなく、各電池モジュール１２が直列接続されていてもよい。各電池モジュール１２は、その電池モジュール１２内の各二次電池セル１１の電圧、温度、電池ケース内の圧力などを監視するモジュールＥＣＵを備えていてもよい。この場合には、各電池モジュール１２のモジュールＥＣＵで収集され、充放電制御部１４へと送られた情報に従って、電池モジュール１２に対する充放電を制御することができる。
【００３６】
図１および図２に示す本実施形態の電源装置１０においては、複数の二次電池セル１１の各防爆弁２１（２１ａ、２１ｂ〜２１ｊ）に対して、板状の共通の圧力センサ１３を１つ配設している。そして、防爆弁２１（２１ａ、２１ｂ〜２１ｊ）の少なくともいずれか１つからガス放出された場合に、圧力センサ１３が圧力変化を検知することにより、電池モジュール１２内のいずれかの二次電池セル１１が破損したことが検知される。この場合の圧力センサ１３としては、例えば、導電性ゴムを用いた感圧スイッチ、膜抵抗式のタッチセンサなどを用いることができる。また、圧力センサ１３は、例えば、風圧を検知して、圧力変化を検知したことを知らせる信号を充放電制御部１４へと出力可能であることが好ましい。
【００３７】
上記電源装置１０において、各電池モジュール１２に備えられている圧力センサ１３は、電池モジュール１２に対して着脱自在に配置することが好ましい。また、各電池モジュール１２は、電源装置１０から個別に着脱自在となるように配置することが好ましい。このように配置することで、電池モジュール１２内の二次電池セル１１が破損したときには、圧力センサ１３と各二次電池セル１１との接続を解くことにより、電池モジュール１２を電源装置１０から丸ごとユニットとして取り替えることができる。
【００３８】
次に、図１および図２に示した電池モジュール１２、ならびに、この電池モジュール１２とは異なる形態の電池モジュール４０および電池モジュール５０の例について、詳しく説明する。
【００３９】
他の電池モジュールの形態としては、図６に示すような電池モジュール４０が挙げられる。図６は、電池モジュール４０の斜視模式図である。
【００４０】
電池モジュール４０においては、図６に示すように、電池モジュール４０を構成する複数の二次電池セル１１にそれぞれに設けられた複数の防爆弁２１（２１ａ、２１ｂ〜２１ｊ）に対して、それぞれ１つずつ個別に圧力センサ４１（４１ａ、４１ｂ〜４１ｊ）を対向するように配設している。そして、防爆弁２１（２１ａ、２１ｂ〜２１ｊ）の少なくとも１つからガス放出された場合に、ガス放出した防爆弁２１に対向配置された圧力センサ４１が圧力変化を検知することにより、電池モジュール４０内のいずれかの二次電池セル１１が破損したことが検知される。なお、各圧力センサ４１は、それぞれ配線により、充放電制御部に接続されている。圧力センサ４１としては、例えば、導電性ゴムを用いた感圧スイッチ、膜抵抗式のタッチセンサなどを用いることができる。また、圧力センサ４１は、風圧を検知して、圧力変化を検知したことを知らせる信号を充放電制御部へと出力可能であることが好ましい。
【００４１】
図６に示す電池モジュール４０に備えられている圧力センサ４１についても、図１および図２の電池モジュール１２の場合と同様に、電池モジュール４０に対して着脱自在に配置することができる。このため、電池モジュール４０内の二次電池セル１１が破損した場合には、各圧力センサ４１と各二次電池セル１１との接続を解くことにより、電池モジュール４０を電源装置から丸ごとユニットとして取り替えることができる。
【００４２】
さらに、別の電池モジュールの形態としては、図７〜図９に示すような電池モジュール５０が挙げられる。図７は電池モジュール５０の斜視模式図であり、図８は図７のVIII−VIII断面の模式図、図９は図７のIX−IX断面の模式図である。
【００４３】
電池モジュール５０においては、図７に示すように、複数の二次電池セル１１における各防爆弁２１（２１ａ、２１ｂ〜２１ｊ）が、防爆弁作動検知装置５１における圧力センサ５２を備えた密閉室５３と、連結管５４（５４ａ、５４ｂ〜５４ｊ）を通じて気密に接続されている。連結管５４の先端には、気密性を高めるためにガスケット５５を設けることができる。そして、防爆弁２１（２１ａ、２１ｂ〜２１ｊ）のいずれか１つからガス放出された場合には、密閉室５３内の圧力が変化し、この圧力の変化を圧力センサ５２が検知することにより、電池モジュール５０内のいずれかの二次電池セル１１が破損したことが検知される。圧力センサ５２としては、例えば、歪ゲージ抵抗式、半導体ピエゾ抵抗式、静電容量式などの圧力センサを用いることができる。また、圧力センサ５２は、圧力変化を検知したことを知らせる信号を充放電制御部へと出力可能であることが好ましい。
【００４４】
防爆弁検知装置５１は、図７に示すように、電池モジュール５０の一端側で、一対のエンドプレート２３、２４、および２本の拘束部材２５ａ、２５ｂに固定することができる。防爆弁検知装置５１の密閉室５３は、電池モジュール５０の一端側に固定された状態で、電池モジュール５０を構成する各二次電池セル１１の電池ケース１７と、それぞれの防爆弁２１を挟んで気密に接続されている。
【００４５】
密閉室５３と防爆弁２１とは、図８および図９に示すように、防爆弁２１の外周縁の外側と気密に接する略筒状の連結管５４で接続されている。密閉室５３と防爆弁２１とが、上述したように連結管５４により気密に接続されていることにより、防爆弁２１が開放された場合に電池ケース１７内で発生したガスを密閉室５３内に放出し、密閉室５３内の圧力を変化させることができる。
【００４６】
図７〜図９に示す電池モジュール５０に備えられている、圧力センサ５２を有する防爆弁検知装置５１は、電池モジュール５０に対して着脱自在に配置することができる。このため、電池モジュール５０内の二次電池セル１１が破損した場合には、防爆弁検知装置５１と各二次電池セル１１との接続を解くことにより、電池モジュール５０を電源装置から丸ごとユニットとして取り替えることができる。
【００４７】
なお、図７〜図９では、密閉室５３が、電池ケース１７の蓋部１８との接続部分に連結管５４を備える構成を示しているが、密閉室５３の形状はこれに限定されるものではない。例えば、密閉室５３は、電池モジュール５０を構成する複数の二次電池セル１１との接続面において、各二次電池セル１１の電池ケース１７を嵌め込むための貫通孔を備えていてもよい。このような貫通孔の内周縁に、必要に応じてガスケットを配置して、電池ケース１７の一端をはめ込むことにより、各電池ケース１７と密閉室５３とを、各二次電池セル１１の防爆弁２１を挟んで気密に接続することができる。
【００４８】
次に、図１および図１０を参照して、電源装置１０における、圧力センサ１３が圧力変化を検知した場合に、圧力変化が検知された二次電池セル１１を含む電池モジュール１２に対する充電または放電を停止させる充放電制御について説明する。
【００４９】
図１０は、電源装置１０における充放電制御を説明するためのフローチャートである。
はじめに、二次電池セル１１の内圧の上昇により、防爆弁２１が開放されて電池ケースからガスが放出されたときには、ガスの放出に伴う圧力変化を圧力センサ１３が検知する（ステップＳ１）。
【００５０】
圧力センサ１３は、圧力変化を検知したときに、その検知結果を、配線１５を通じて充放電制御部１４に伝達する（ステップＳ２）。充放電制御部１４は、電池モジュール１２内のいずれかの二次電池セル１１が破損したことを示す各圧力センサ１３からの信号を受ける入力端子１６と、入力端子１６からの信号出力を受けて、破損した二次電池セル１１を含む電池モジュール１２に対して、充放電を停止させる図略の充放電制御回路とを備える。充放電制御回路は、例えば、マイクロプロセッサなどの演算手段とランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）などの記憶手段とを備えた集積回路であってもよい。充放電制御回路は、例えば、圧力センサ１３の出力信号が所定値よりも大きい場合に、充電回路および放電回路を遮断するようなスイッチを有する。
【００５１】
充放電制御部１４は、圧力センサ１３が検知した防爆弁２１が開放された二次電池セル１１を含む電池モジュール１２に対して、充電回路および放電回路を遮断するようにスイッチをＯＦＦにする命令を送る（ステップＳ３）。これにより、防爆弁２１が開放された二次電池セル１１を含む電池モジュール１２の充放電が停止される（ステップＳ４）。
【００５２】
そして、好ましくは、さらに、電源装置１０は、充放電が停止された電池モジュールを使用者が特定するための報知手段を備えることが好ましい。そして、このような報知手段を備えることにより、使用者は充放電が停止された電池モジュールを認識することができる（ステップＳ５）。なお、報知手段としては、ランプの点灯または消灯や、警報音などが挙げられる。また、例えば電源装置１０が車載用の電源装置である場合には、防爆弁２１が開放された時に、駆動用電源に異常が発生したことや、防爆弁２１が開放された二次電池セル１１を含む電池モジュールの場所を運転者に警告する手段（警告灯の点灯処理など）であってもよい。
【００５３】
そして、電源装置１０から、防爆弁２１が開放された二次電池セル１１を含む電池モジュール１２のみを交換する（ステップＳ６）。防爆弁２１が開放された二次電池セル１１を含む電池モジュール１２を早期に発見することにより、他の電池モジュール１２に大きな負荷を掛けて損傷を与える前に、電池モジュール１２を交換することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
本発明は、電気自動車やハイブリッド自動車の電気モータに電力を供給する電源装置などの用途に利用することができる。
【符号の説明】
【００５５】
１０ 電源装置、 １１（１１ａ、１１ｂ） 二次電池セル、 １２ 電池モジュール、 １３ 圧力センサ、 １４ 充放電制御部、 １５ 配線、 １６ 入力端子、 １７ 電池ケース、 １８ 蓋部（正極端子）、 １９ 負極端子、 ２０ 貫通孔、 ２１（２１ａ、２１ｂ〜２１ｊ） 防爆弁、 ２２ 注液口、 ２３ エンドプレート、 ２４ エンドプレート、 ２５ａ 拘束部材、 ２５ｂ 拘束部材、 ２５ｃ 拘束部材、 ２５ｄ 拘束部材、 ２６ａ 連結部材、 ２６ｂ 連結部材、 ２７ 係合部、 ２８ 波状部、 ２９ スペーサ、 ３０ 接続板、 ３０ａ 正極端子接続部、 ３０ｂ 負極端子挿入孔、 ３１ 正極側外部端子、 ３２ 負極側外部端子、 ４０ 電池モジュール、 ４１（４１ａ、４１ｂ〜４１ｊ） 圧力センサ、 ５０ 電池モジュール、 ５１ 防爆弁検知装置、 ５２ 圧力センサ、 ５３ 密閉室、 ５４（５４ａ、５４ｂ〜５４ｊ） 連結管、 ５５ ガスケット
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数個の電池モジュールを備えた電源装置であって、
前記各電池モジュールは、複数の二次電池セルを備え、
前記二次電池セルは、電池ケースと前記電池ケース内に密閉された発電要素とを備え、
前記電池ケースは、前記発電要素からのガス発生により内部圧力が上昇したときに開放して前記ガスを外部に放出させるための防爆弁を有しており、
前記各電池モジュールに含まれる前記各防爆弁からのガス放出を検知するための圧力センサが前記電池モジュールごとに配設されていることを特徴とする電源装置。
【請求項２】
前記圧力センサが、前記各電池モジュールに含まれるいずれかの前記防爆弁からのガス放出を検知するための１つの共通の圧力センサである請求項１に記載の電源装置。
【請求項３】
前記圧力センサが前記各防爆弁に対して個別に設けられている請求項１に記載の電源装置。
【請求項４】
前記圧力センサは、前記各電池モジュールに対して着脱自在に配置されており、前記各電池モジュールは、前記電源装置から個別に着脱自在に配置されている請求項２または３に記載の電源装置。
【請求項５】
前記圧力センサが、防爆弁から放出されたガスの風圧を検知するセンサである請求項２〜４のいずれか１項に記載の電源装置。
【請求項６】
前記各電池モジュールに含まれる前記各防爆弁と気密に接続され、前記防爆弁の開放時に開放された防爆弁を介して前記電池ケースの内部と連通する複数の密閉室をさらに備え、前記各密閉室は、密閉室内の圧力変化を検知するための圧力センサを備える請求項１に記載の電源装置。
【請求項７】
前記密閉室は、前記各電池モジュールに含まれる複数の前記防爆弁とそれぞれ気密に接続される複数の連結管を備え、前記防爆弁の開放時に、防爆弁が開放された電池ケースの内部と前記密閉室とが前記連結管を通じて連通する請求項６に記載の電源装置。
【請求項８】
前記密閉室は、前記各電池モジュールに対して着脱自在に配置されており、前記各電池モジュールは、前記電源装置から個別に着脱自在に配置されている請求項６または７に記載の電源装置。
【請求項９】
さらに充放電制御部を備え、前記充放電制御部は、前記圧力センサが前記防爆弁からのガス放出を検知した時に、前記防爆弁が開放された前記二次電池セルを含む前記電池モジュールに対する充電または放電を停止させる請求項１〜８のいずれか１項に記載の電源装置。
【請求項１】
複数個の電池モジュールを備えた電源装置であって、
前記各電池モジュールは、複数の二次電池セルを備え、
前記二次電池セルは、電池ケースと前記電池ケース内に密閉された発電要素とを備え、
前記電池ケースは、前記発電要素からのガス発生により内部圧力が上昇したときに開放して前記ガスを外部に放出させるための防爆弁を有しており、
前記各電池モジュールに含まれる前記各防爆弁からのガス放出を検知するための圧力センサが前記電池モジュールごとに配設されていることを特徴とする電源装置。
【請求項２】
前記圧力センサが、前記各電池モジュールに含まれるいずれかの前記防爆弁からのガス放出を検知するための１つの共通の圧力センサである請求項１に記載の電源装置。
【請求項３】
前記圧力センサが前記各防爆弁に対して個別に設けられている請求項１に記載の電源装置。
【請求項４】
前記圧力センサは、前記各電池モジュールに対して着脱自在に配置されており、前記各電池モジュールは、前記電源装置から個別に着脱自在に配置されている請求項２または３に記載の電源装置。
【請求項５】
前記圧力センサが、防爆弁から放出されたガスの風圧を検知するセンサである請求項２〜４のいずれか１項に記載の電源装置。
【請求項６】
前記各電池モジュールに含まれる前記各防爆弁と気密に接続され、前記防爆弁の開放時に開放された防爆弁を介して前記電池ケースの内部と連通する複数の密閉室をさらに備え、前記各密閉室は、密閉室内の圧力変化を検知するための圧力センサを備える請求項１に記載の電源装置。
【請求項７】
前記密閉室は、前記各電池モジュールに含まれる複数の前記防爆弁とそれぞれ気密に接続される複数の連結管を備え、前記防爆弁の開放時に、防爆弁が開放された電池ケースの内部と前記密閉室とが前記連結管を通じて連通する請求項６に記載の電源装置。
【請求項８】
前記密閉室は、前記各電池モジュールに対して着脱自在に配置されており、前記各電池モジュールは、前記電源装置から個別に着脱自在に配置されている請求項６または７に記載の電源装置。
【請求項９】
さらに充放電制御部を備え、前記充放電制御部は、前記圧力センサが前記防爆弁からのガス放出を検知した時に、前記防爆弁が開放された前記二次電池セルを含む前記電池モジュールに対する充電または放電を停止させる請求項１〜８のいずれか１項に記載の電源装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１２−７４１９８（Ｐ２０１２−７４１９８Ａ）
【公開日】平成２４年４月１２日（２０１２．４．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２１７２６０（Ｐ２０１０−２１７２６０）
【出願日】平成２２年９月２８日（２０１０．９．２８）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）国等の委託研究の成果に係る特許出願（平成２２年度独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構「次世代自動車用高性能蓄電システム技術開発 要素技術開発 高耐久形高容量・高出力リチウム二次電池の研究開発」委託研究、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年４月１２日（２０１２．４．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月２８日（２０１０．９．２８）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）国等の委託研究の成果に係る特許出願（平成２２年度独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構「次世代自動車用高性能蓄電システム技術開発 要素技術開発 高耐久形高容量・高出力リチウム二次電池の研究開発」委託研究、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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