CN102646856A - 电池系统和电池结构 - Google Patents

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Abstract

提供了一种电池系统，该电池系统设置有：具有多个固态单位电池单元(10)的组装电池(15)；容纳所述组装电池(15)的组装电池壳体(30、31)；填充所述组装电池壳体(30、31)的内部的气体(40)；加压部，所述加压部利用由所述气体(40)在所述组装电池壳体(30、31)内产生的静水压向所述单位电池单元(10)加压；变形部(50、51)，所述变形部(50、51)是所述组装电池壳体(30、31)的一部分，并且在所述组装电池壳体(30、31)中出现异常时，所述变形部(50、51)对所述异常做出反应而发生变形；以及感测所述变形部(50、51)的所述变形的感测部(70-74)。

Description

电池系统和电池结构
技术领域
本发明涉及电池单元被加压的电池系统及其结构。
背景技术
近年来，在范围从诸如移动电话的小型设备到诸如汽车的大型机器的装备中，对作为电源的二次电池的需求不断增长。伴随而来的是朝着这种二次电池的更大性能、特别是更大容量的推进。
用于上述应用场合的二次电池至少设置有正电极、负电极以及置于正电极与负电极之间的电解质。其中，使用的电解质为液体电解质或固体电解质形式的介质，其作为正电极与负电极之间的离子传导的介质。
在使用液体电解质(下文也称作“电解液”)作为二次电池的电解质的情况下，正电极层和负电极层的内部容易被电解液浸透。因此，在电解液与正电极层和负电极层中包含的活性物质之间容易形成界面，因此容易提高性能。然而，广泛使用的电解液通常易燃，因此必须采取用于保障安全的措施。还必须采取措施以防范电解液从框体泄漏出的情形(液体泄漏)。
这种液体泄漏不会在采用固态的电解质(下文也称作“固体电解质)的电池上发生。此外，固体电解质通常不易燃。相应地，上述措施可以简化或省略。因此，已经提出了设置有包含不易燃固体电解质的层(下文也称作“固体电解质层)的二次电池(下文也称作“固体电池”)。为了减小内阻，已经提出了依赖于通过在各个层层叠的方向上施加压力使正电极层、固体电解质层和负电极层更强力地附着于彼此从而使得界面电阻减小的技术。
与这种电池相关的技术的实例包括例如在日本专利申请特开No.10-214638(JP-A-10-214638)中公开的锂离子二次电池，其中各自由能够储存和释放锂的负电极和正电极、非水电解液、以及容纳它们的壳体构成的单位电池单元(电池单元)组合成多个单位电池单元并容纳在组装电池壳体(框体)内，从而产生组装电池，使得单位电池单元被静水压加压，所述静水压通过将气体、液体或固体粉末、或者它们的混合材料中的至少一种材料填充到组装电池壳体内的空间中而在组装电池壳体内产生。在JP-A-10-214638中公开的电池中，单位电池单元由产生于壳体内的静水压加压，因此能够防止施加在单位电池单元上的压力呈现可变性的情形。因此，防止了一些单位电池单元比其他单位电池单元劣化得更快(局部劣化)的情形，并且因此能够减小组装电池整体的性能损失，特别是循环特性削弱。
在单位电池单元通过这种静水压加压的电池中，单位电池单元中的内阻可根据施加在单位电池单元上的压力值而变化。因此，优选地，组装电池壳体内的静水压设定为等于或高于给定值，以提高电池性能。从提高例如电池安全性的观点看，静水压也优选设定为等于或小于给定值。因此，组装电池壳体内的静水压必须管理成处于预定范围内。在JP-A-10-214638中公开的电池中，组装电池壳体内的静水压的管理通过以下方式实现：单独制造固定有应变计的密封框体，将该密封框体布置在组装电池壳体内以及测量密封框体的应变。然而，这种管理静水压的方法依赖于复杂的系统，这样会提高成本。日本专利申请特开No.2006-128122(JP-A-2006-128122)公开了一种电池模块，其中通过用壳体的侧面板将隔板彼此连结而形成一种结构，从而能够防止整个壳体在外力作用下的不规则变化，而且插入壳体的单位电池的安全性能够得到提高。日本专利申请特开No.2007-66612(JP-A-2007-66612)公开了一种电池结构，其中，电池元件通过层叠外包装与电解质一起包装，该层叠结构具有多层结构，并且感测层间伸展的传感器构建在其中。然而，即便通过在文献JP-A-2006-128122和JP-A-2007-66612中所公开的特征的组合也难以解决上述问题。
锂离子电池被广泛用作诸如移动电话、数码相机等便携设备的电源。在汽车行业中，高输出、高容量的锂离子电池也被开发用于安装在例如电动车辆(EV)和混合动力车辆(HEV)中。
可用的这种锂离子电池包括例如层叠电池型的电池，其中，电极板组包装在层叠膜内并密封成平板的形式。已经提出尤其是在EV和HEV应用中使用组装电池，其中这种层叠电池型的锂离子电池在厚度方向上排列成多个并容纳在壳体内。
在JP-A-10-214638中，通过将诸如气体等的静水压发生介质填充到组装电池壳体内的空间中而在这种锂二次电池的组装电池中的所有单位电池单元上施加相等的压力。根据报道，结果不但单位电池单元的内阻值降低，而且单位电池单元之间的内阻值波动也变得更小，从而能够获得在高电池容量的情况下具有良好循环特性的锂二次电池。
在JP-A-10-214638中公开的锂二次电池中，如果组装电池壳体破损，那么填充到组装电池壳体中的高压静水压发生介质可能例如泄漏出，因此可能有损锂二次电池的电池特性。特别在静水压发生介质为气体的情况下，不能够容易地确定例如电池特性的这种降低是否是由气体泄漏引起的，或者组装电池壳体内的哪一部分是发生气体泄漏的位置。因此，JP-A-10-214638中公开的锂二次电池使得不能够采取迅速且适当的措施以恢复组装电池壳体内的压力。
发明内容
本发明提供了电池系统和电池结构，其允许以简单的方式感测发生在电池壳体中的异常。
根据本发明第一方面的电池系统设置有：具有多个固态单位电池单元的组装电池；容纳所述组装电池的组装电池壳体；填充所述组装电池壳体的内部的气体；加压部，所述加压部利用由所述气体在所述组装电池壳体内产生的静水压向所述单位电池单元加压；变形部，所述变形部是所述组装电池壳体的一部分，并且在所述组装电池壳体中出现异常时，所述变形部对所述异常作出反应而发生变形；以及感测所述变形部的所述变形的感测部。
在根据第一方面的电池系统中，“单位电池单元”在概念上指的是具有一对电极层和布置在该对电极层之间的电解质层的单位电池单元，而在概念上不包含连接和/或层叠多个单位电池单元得到的集合体。该“一对电极层”指正电极层和负电极层的对。特征“布置在...之间”指的是电解质层存在于正电极层与负电极层之间，使得具有离子传导性的其他层可置于电解质层与正电极层和/或负电极层之间。“固态单位电池单元”指的是构成单位电池单元的所有层为固体的单位电池单元。“组装电池”指的是通过串联或并联多个单位电池单元而作为一个电池操作的电池。“静水压”指的是气体从各个方向施加到存在于气体内的任一点上的压力。组装电池壳体中的“异常”在概念上包含组装电池壳体内的压力偏离预定范围的至少一种情形。
在根据以上方面的电池系统中，所述感测部可具有接触致动型传感器；并且所述传感器可以设置在使得所述传感器在所述变形部变形时操作的位置。
在根据以上方面的电池系统中，传感器为“接触致动型”的特征指的是传感器具有用于与待感测对象接触的部分(触头)，使得触头通过与待感测对象发生接触而移位，或者通过与待感测对象的接触并受到外力作用而移位，由此，传感器对触头的移位作出反应而输出信号。传感器“设置在当所述变形部变形时操作的部分中”的特征指的是传感器设置在当传感器初次检测到组装电池壳体的变形时操作的部分。
在根据以上方面的电池系统中，所述变形部可以是所述组装电池壳体的一部分，所述一部分具有比所述组装电池壳体的其他部分的刚性低的刚性。
在根据以上方面的电池系统中，所述变形部对其作出反应的所述异常可以是所述组装电池壳体内的压力偏离预定范围的情形。
在根据以上方面的电池系统中，所述传感器可以设置在使得所述传感器在所述变形部变形时与所述变形部接触的位置。
在根据以上方面的电池系统中，所述传感器可以具有设置在所述变形部中的第一传感器部分以及在所述变形部变形时与所述第一传感器部分接触的第二传感器部分。
在根据以上方面的电池系统中，所述传感器可以布置在所述组装电池壳体外。
在根据以上方面的电池系统中，所述传感器可以布置在所述组装电池壳体内。
在根据以上方面的电池系统中，所述组装电池壳体的外表面的至少一部分被用于检测所述气体从所述组装电池壳体的泄漏的材料所覆盖。
根据本发明第二方面的电池结构设置有：至少一个层叠电池单元；以及容纳所述至少一个层叠电池单元的外包装体，使得通过将气体填充到所述外包装体内的空间中来向所述至少一个层叠电池单元加压并保持所述至少一个层叠电池单元；并且所述外包装体的外表面的至少一部分被用于检测所述气体从所述外包装体的泄漏的材料所覆盖。
在根据以上方面的电池结构中，所述层叠电池可以是包含固体电解质的全固态锂离子电池。
在根据以上方面的电池结构中，所述外包装体的整个外表面可以被用于检测所述气体的泄漏的所述材料所覆盖。
在根据以上方面的电池结构中，用于检测所述气体的泄漏的所述材料为气密性材料；并且可以通过所述气密性材料的膨胀或破损来检测所述气体的泄漏。
在根据以上方面的电池结构中，用于检测所述气体的泄漏的所述材料可以由涂覆有微囊体的材料形成，所述微囊体内密封有颜料或染料；并且可以通过在所述微囊体破裂时所述颜料或染料的释放来检测所述气体的泄漏。
根据第二方面的电池结构允许容易地确定从外包装体的气体泄漏——如果存在的话——发生的部分。因此，能够采取快速且适当的措施以恢复组装电池壳体内的压力。
进一步地，至少一个层叠电池单元的整体完全被包括外包装体和用于检测气体从外包装体的泄漏的材料的双层结构覆盖这一结构在提高外包装体的材料选择的自由度方面是有利的。
借助于本发明的以上方面，可提供允许以简单的方式感测电池壳体中出现的异常的电池系统和电池结构。
附图说明
下面将参照附图描述本发明的示例性实施方式的特征、优点以及技术和工业重要性，附图中相同的附图标记指示相同的元件，并且在附图中：
图1是用于示意性说明根据本发明第一实施方式的电池系统的截面图；
图2是用于示意性说明根据本发明第一实施方式的固态单位电池单元的截面图；
图3是用于示意性说明根据本发明第二实施方式的电池系统的截面图；
图4是用于示意性说明根据本发明第三实施方式的电池系统的截面图；
图5是示意性地图示通常用在根据本发明第四实施方式的电池系统的电池结构中的层叠电池单元的图；以及
图6是示意性地图示根据本发明第四实施方式的电池结构的示例的图。
具体实施方式
下文将主要基于具有锂离子二次电池并且一个组装电池壳体设置在一个框体内的构造的示例说明本发明。以下描述的构造对于本发明是说明性的，但是本发明绝不局限于这些构造。附图中可以省略一些附图标记。在以下公开内容中，除非另外声明，否则“X到Y”表示“等于或大于X且等于或小于Y”。
图1是用于示意性地说明根据本发明第一实施方式的电池系统100的截面图。如图1所示，电池系统100设置有：组装电池15；容纳组装电池15的组装电池壳体30；填充组装电池壳体30的内部的气体40；设置在组装电池壳体30内的变形部50；容纳组装电池壳体30的框体60；设置在框体60中的接触致动型传感器70(感测部)；连接到接触致动型传感器70的控制单元80；以及连接到控制单元80的通知单元90。接触致动型传感器70设置在框体60的内表面上并靠近变形部50。组装电池15具有N(N≥2)个固态单位电池单元101、...、10N并连接到正电极端子25和负电极端子26。正电极端子25和负电极端子26固定到组装电池壳体30上，使得正电极端子25和负电极端子26的至少一部分暴露于组装电池壳体30外。
本文中，传感器为“接触致动型”的特征指的是传感器具有用于与待感测对象接触的部分(触头)，使得触头通过与待感测对象发生接触、或者通过与待感测对象的接触并受到外力作用而移位，由此，传感器对触头的移位作出反应而输出信号。
组装电池15为层叠组装电池，其中N个固态单位电池单元101、...、10N通过层叠而彼此连接。图2是用于示意性地说明一个固态单位电池单元10k(k＝1、...N的截面图)。如图2所示，固态单位电池单元10K具有：固体电解质层1k；正电极层2k和负电极层3k，正电极层2k和负电极层3k布置成将固体电解质层1k夹在中间；设置在正电极层2k的表面上的正电极集电器4k；以及设置在负电极层3k的表面上的负电极集电器5k。在组装电池15中，N个固态单位电池单元101、...、10N通过从图2中的纸面的顶部沿图2中的纸面的上下方向上向下按顺序101、...、10N层叠而串联。在电池系统100中，位于组装电池15的最外侧上的固态单位电池单元101的正电极集电器41连接到正电极端子25，位于组装电池15的最外侧上的固态单位电池单元10N的负电极集电器5N连接到负电极端子26。下标k(k＝1、...N)在下文中将被省略。
所使用的固体电解质层1能够例如通过固体电解质的压模成型制成。此外，可以使用通过涂覆固体电解质和溶剂的混合物浆液之后再干燥而制成的固体电解质层。所使用的固体电解质层1可以单独制成，或者可以在其表面上形成下述正电极层2或负电极层3。可以使用易获得的具有锂离子传导性的固体电解质作为包含在固体电解质层1中的固体电解质，而没有任何特别的限制。例如，可以使用诸如Li2S-P2S5的硫化物固体电解质，或者诸如Li3PO4的氧化物固体电解质。
正电极层2只需要包含正电极活性材料，但是除正电极活性材料之外还可以包含固体电解质。可以例如使用钴酸锂作为正电极层2中的正电极活性材料。可以使用易获得的具有锂离子传导性的固体电解质(例如，诸如Li2S-P2S5的硫化物固体电解质、或诸如Li3PO4的氧化物固体电解质)作为固体电解质。另外，正电极层2还可包含易获得的易于形成电子传导路径的传导助剂(例如，乙炔黑)以及易获得的将所有这些材料粘合在一起的粘合剂(例如，聚偏二氟乙烯)。正电极层2可根据已有方法制造。正电极层2的形成不受特别的限制，只要正电极层2可以适当地形成在下述正电极集电器4的表面上即可。正电极层2的厚度可设定为在从例如大约5μm到500μm的范围内。
负电极层3只需要包含负电极活性材料，但是除负电极活性材料之外还可以包含固体电解质。可以例如使用石墨碳作为包含在负电极层3中的负电极活性材料。可以使用易获得的具有锂离子传导性的固体电解质(例如，诸如Li2S-P2S5的硫化物固体电解质、或诸如Li3PO4的氧化物固体电解质)作为固体电解质。另外，负电极层3还可包含易获得的易于形成电子传导路径的传导助剂(例如，乙炔黑)以及易获得的将所有这些材料粘合在一起的粘合剂(例如，聚偏二氟乙烯)。负电极层3可根据已有方法制造。负电极层3的形成不受特别的限制，只要负电极层3可以适当地形成在下述负电极集电器5的表面上即可。负电极层3的厚度可设定为在从例如大约5μm到500μm的范围内。
正电极集电器4和负电极集电器5的材料等没有特别的限制，只要它们是可在具有固体状电解质层的电池中用作正电极集电器和负电极集电器的集电器即可。例如，可以使用金属箔、金属网、金属气相沉积膜等作为集电器。例如，可以使用由包括一种或多种元素的金属性材料制成的金属箔或网，所述元素选自于由Cu、Ni、Al、V、Au、Pt、Mg、Fe、Ti、Co、Cr、Zn、Ge和In构成的组；或者，可以使用上述金属性材料气相沉积于其上的聚酰胺、聚酰亚胺、聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、聚苯硫醚(PPS)、聚丙烯等的膜，或玻璃板、硅板等。正电极集电器4和负电极集电器5的形式不受特别地限制，并且其厚度可以在例如从大约5μm到500μm的范围内。
所使用的正电极端子25和负电极端子26不受特别地限制，并且可以为金属片材、金属棒等，只要其是能够用作锂离子二次电池的端子的端子即可。例如，可以使用易获得的具有良好传导性的材料，比如Cu、Au等。
组装电池壳体30为容纳组装电池15并保持下述气体40使其不泄漏出的构件。从耐受气体40的压力和利于减轻电池系统100的总体重量的观点来看，优选使用比如铝等的金属材料作为构成组装电池壳体30的材料。组装电池壳体30设置有下述变形部50。
气体40为填充组装电池壳体30的内部以通过静水压给组装电池15加压的气体。气体40的示例包括对组装电池15的构成材料为惰性的气体。这种气体40的示例例如包括氩气或类似气体。所使用的气体40可以为多种气体组分的混合物。优选地，气体40的压力设定成例如在20℃下为0.1kgf/cm2到40kgf/cm2。将气体40在20℃下的压力设定为等于或大于0.1kgf/cm2使得能够提高构成组装电池15的不同层之间的粘合程度，从而能够以容易的方式减小组装电池15的内阻。将气体40在20℃下的压力设定为等于或小于40kgf/cm2使得易于抑制由于组装电池壳体30挤压时气体40从组装电池壳体30泄漏出导致的施加在组装电池15上的静水压降低所引起的组装电池15的内阻增大。
变形部50为设置在组装电池壳体30的外板上的具有部分减小的刚性的部分。也就是说，变形部50为组装电池壳体30的一部分，该部分具有比组装电池壳体30的其他部分的刚性低的刚性。在电池系统100中，作为凸部的变形部50可例如通过在组装组装电池壳体30之前通过按压来顶起构成组装电池壳体30的外板的一部分、使得顶起的部分向上凸起而形成。通过在按压过程期间板的伸展而使凸部的板厚小于周围板的厚度。结果，变形部50的刚性低于周围部分的刚性。
如上所述，在组装电池壳体30的外板处，变形部50比周围部分的刚性低。因此，例如当组装电池壳体30内的压力(以下又称为“内部压力”)异常升高，并且与组装电池壳体30外部的压力(以下又称为“外部压力”)之差超过预定阈值时，变形部50先于组装电池壳体30的其他部分发生变形而从组装电池壳体30向外凸起。此处，构成变形部50的变形开始时的阈值的组装电池壳体30的外部压力与内部压力之间的差值(内部压力-外部压力，以下又称为“内外压力差”)优选设定为外部压力的10％或更多。因此，优选地，变形部50在内部压力升高到比外部压力高10％或更多时操作。当内部压力超过外部压力10％或更多时触发的变形部50的动作使得能够在源于比如温度等外部因素的内外压力差波动时减少故障。
框体60为容纳组装电池壳体30、将组装电池壳体30保持在适当位置、并将下述接触致动型传感器70保持在适当位置的构件。构成框体60的材料不受特别的限制，但是所使用的材料优选为在高效地消散伴随组装电池15的充电和放电而产生的热方面具有良好导热性的材料。这种材料的示例包括例如铝或类似物。
接触致动型传感器70为感测部，其设置在框体60内并感测变形部50的变形。可以通过将该接触致动型传感器70(感测部)布置在除组装电池壳体30的表面以外的其他位置处而以容易的方式感测变形部50的小的变形。接触致动型传感器70连接至下述控制单元80，使得接触致动型传感器70的输出发送到控制单元80。在需要电源来操作接触致动型传感器70的情况下，通过与组装电池15相连的正电极端子25和负电极端子26经由未示出的电源线将电力供给到接触致动型传感器70。接触致动型传感器70靠近变形部50设置。也就是说，接触致动型传感器70布置在当设置于上述组装电池壳体30中的变形部50发生变形时与变形部50的一部分发生接触的位置。优选地，平时，在接触致动型传感器70与变形部50之间具有预定的间隙。优选地，该间隙在例如从1mm到10mm的范围内。将该间隙设定为1mm或更大允许容易地检测由于温度变化而非由于异常情况引起的组装电池壳体30的自然膨胀(作为异常)。将该间隙设定为不大于10mm使得能够以容易的方式快速感测变形部50的变形，从而允许快速地感测到组装电池壳体30的内部压力的异常升高。
控制单元80控制接触致动型传感器70和下述通知单元90。为此，控制单元80连接到接触致动型传感器70和通知单元90。具体地，控制单元80接收并处理来自接触致动型传感器70的输出信号，并在该输出信号指示检测到变形部50的变形时将该指示输出至下述通知单元90。在控制单元80的操作需要电源的情况下，通过与组装电池15相连的正电极端子25和负电极端子26经由未示出的电源线将电力供给到控制单元80。可使用比如微控制器等现有控制装置作为控制单元80，而没有任何特别的限制。
通知单元90连接到控制单元80，并且根据控制单元80的输出告知用户检测到组装电池壳体30内有异常。在通知单元90的操作需要电源的情况下，通过与组装电池15相连的正电极端子25和负电极端子26经由未示出的电源线将电力供给到通知单元90。以下装置可以以单独或多个的组合的方式用作通知单元90：发光元件，比如灯泡、发光二极管(LED)、有机电致发光器件(有机EL)等；文字显示元件，比如液晶模块或液晶面板；声学元件，比如压电蜂鸣器；或者换能器等。
在电池系统100中，组装电池壳体30内压力的异常升高通过由接触致动型传感器70感测变形部50的变形来检测，并通过通知单元90告知用户。可想到的可能导致组装电池壳体30内压力异常升高的情形例如包括：由在极其高温的环境下使用引起的过度加热；由于因比如短路等故障引起的过量电流所导致的异常的热产生而使得气体40本身压力的升高；以及通过由于组装电池15内的异常反应而导致的气体产生使气密的组装电池壳体30的内部压力升高。下面对在组装电池壳体30内压力异常升高的情况下电池系统100的操作进行说明。
当组装电池壳体30内的压力因某种原因升高并且内外压力差超过上述预定阈值时，设置在组装电池壳体30内的变形部50发生变形，从而先于组装电池壳体30的其他部分向外凸起。当变形部50变形时，变形部50与设置在框体60中、在变形前接近变形部50的接触致动型传感器70接触。当接触致动型传感器70感测到接触时，接触致动型传感器70的输出信号变化，并且该变化被与接触致动型传感器70连接的控制单元80检测到。当检测到从接触致动型传感器70输入的信号的变化时，控制单元80向与控制单元80相连的通知单元90输出信号。根据来自控制单元80的输出，通知单元90通知用户组装电池壳体30内的压力异常升高。在电池系统100中，感测设置在组装电池壳体30内的变形部50的变形，而非对组装电池壳体30内的压力进行直接监测。因此，能够以简单的方式感测组装电池壳体30内的压力异常。
在关于本发明的以上说明中，电池系统100被阐释成其组装电池15具有固态单位电池单元101、...、10N的构造，其中这些固态单位电池单元为锂离子二次电池，但是本发明并不局限于上述构造。构成组装电池的每个单位电池单元可以是不同于为锂离子二次电池的固态单位电池单元的其他单位电池单元。例如，电池系统可以构造成具有由多个单位电池单元构成的组装电池，所述多个单位电池单元中的每一个是电解质和溶液都保持在聚合体中的所谓的凝胶电解质锂二次电池。
在关于本发明的说明中，电池系统100被阐释成其组装电池15中固态单位电池单元101、...、10N串联的构造，但是本发明并不局限于上述构造。组装电池通过固态单位电池单元的并联构造而成的形式也是可以的。或者，组装电池构造为串联和并联的组合也是可以的。
在关于本发明的说明中，电池系统100被阐释成这样的构造，其中：变形部50通过利用压制将构成组装电池壳体30的外板的一部分成形为凸形形状而局部地减小刚性被构造成，但是本发明并不局限于上述构造。本发明的电池系统中的变形部可以通过根据除上述压制之外的其他方法——例如，通过焊接等将不同的材料互相结合——使其刚性比周围低而构造成。还可以是通过使组装电池壳体的一个面的板厚小于其他面的板厚而减小所述一个面的刚性的构造。在这种情况下，所述一个面构成变形部。也就是说，整个一个面因组装电池壳体内部压力的异常升高而变形从而从组装电池壳体向外凸起。另一种构型也是可以的，其中，组装电池壳体的刚性不是局部减小，而是构成组装电池壳体的所有面都具有相同的板厚，使得整个组装电池壳体构成变形部。也就是说，整个组装电池壳体因组装电池壳体内部压力的异常升高而变形从而向外凸起。
在关于本发明的说明中，电池系统100被阐释成其具有接触致动型传感器70作为感测部的构造，但是本发明并不局限于上述构造。本发明的电池系统可构造成使得感测部具有除接触致动型传感器以外的传感器。除接触致动型传感器外，可构成感测部的其他传感器的示例包括例如非接触式传感器，比如光束传感器等。
在关于本发明的说明中，电池系统100被阐释成接触致动型传感器70(感测部)布置在框体60的内表面上的构造，但是本发明并不局限于上述构造。在本发明的电子系统中，感测部仅需布置成能够感测变形部的变形即可。因此，借助于布置在框体内表面上的比如间隔装置等的定位部根据传感器与变形部之间的期望位置关系来保持传感器的构造是可以的。
在关于本发明的说明中，电池系统100被阐释成由接触致动型传感器70(感测部)经由控制单元80向通知单元90输出信号的构造，但是本发明并不局限于上述构造。取决于通知单元的形式以及构成感测部的传感器的形式，在没有中间控制单元的情况下，通知单元根据从感测部向通知单元的直接传输进行操作的构造也是可以的。在例如感测部由使得通过接触引发导通状态的形式的开关传感器构成并且通知单元由在通电时发光的LED构成的情况下，可以使LED(通知单元)在传感器(感测部)检测到接触时发光，其中传感器(感测部)和LED(通知单元)同样彼此直接相连而没有中间控制单元。
在关于本发明的说明中，电池系统100被阐释成由组装电池15提供接触致动型传感器70(感测部)、控制单元80和通知单元90所需的电源的构造，但是本发明并不局限于上述构造。在电池系统100的这种构造中能够以容易的方式减少部件数量。但是，本发明绝不局限于这些构造。还可以是感测部、控制单元和通知单元所需的电源由除本发明的电池系统中的组装电池以外的电源供给部来供给的形式。这种电源供给部的示例包括例如空气电池、液体电池、太阳能电池等。这样的构造允许以不受电池系统中的组装电池的充电状态的影响的方式感测例如组装电池壳体内部压力的异常。
在关于本发明的说明中，电池系统100被阐释成一个组装电池壳体30设置在一个框体60内的构造，但是本发明并不局限于上述构造。多个组装电池壳体设置在一个框体中的形式也是可以的。在多个组装电池壳体设置在一个框体中的情况下，每个组装电池壳体都可以具有变形部，并且在一个框体中可以设置对应于相应的感测部的多个感测部。
图3是用于示意性地说明根据本发明第二实施方式的电池系统200的截面图。如图3中所示，电池系统200设置有组装电池15、容纳组装电池15的组装电池壳体30、填充组装电池壳体30的内部的气体、设置在组装电池壳体30中的变形部50、靠近变形部50布置的接触致动型传感器71、容纳组装电池壳体30的框体60、设置在框体60中的接触致动型传感器操作部72、连接到接触致动型传感器71的控制单元80、以及连接到控制单元80的通知单元90。接触致动型传感器操作部72布置在框体60的内表面上并靠近接触致动型传感器71。正电极端子25和负电极端子26连接到组装电池15。正电极端子25和负电极端子26固定到组装电池壳体30，使得正电极端子25和负电极端子26的至少一部分暴露于组装电池壳体30外。
除了接触致动型传感器71布置的位置不是在框体60侧上而是在变形部50侧(组装电池壳体30侧)、以及作为用于操作接触致动型传感器71的接触致动型传感器操作部72布置在框体60侧之外，电池系统200的构造与根据上述第一实施方式的电池系统100相同。在电池系统200中，感测部由接触致动型传感器71和接触致动型传感器操作部72构成。接下来将参照图3说明不同于上述电池系统100的特征的电池系统200的特征。
接触致动型传感器71是具有与上述接触致动型传感器70相同的构造的接触致动型传感器。如图3中所示，接触致动型传感器71布置在组装电池壳体30的具有变形部50的外侧表面上，使得接触致动型传感器71的触头面向外。接触致动型传感器71连接到控制装置80使得接触致动型传感器71的输出信号能够传输到控制装置80。在操作接触致动型传感器71需要电源的情况下，通过与组装电池15相连的正电极端子25和负电极端子26经由未示出的电源线将电力供给到接触致动型传感器71。
接触致动型传感器操作部72是用于在变形部50变形时与接触致动型传感器71发生接触并操作接触致动型传感器71的构件。接触致动型传感器操作部72仅需在与接触致动型传感器71的触头发生接触时可靠地操作接触致动型传感器71即可。例如，可使用金属或树脂制成的杆状构件作为接触致动型传感器操作部72。接触致动型传感器操作部72在靠近接触致动型传感器71的位置布置在框体60的内表面上。接触致动型传感器操作部72在框体60的内表面上设置在使得接触致动型传感器操作部72由于接触致动型传感器71响应于变形部50的变形的移位而与接触致动型传感器71相接触的位置。优选地，平时，在接触致动型传感器71与接触致动型传感器操作部72之间具有预定间隙。该间隙的优选范围与在上述电池系统100中设置在接触致动型传感器70与变形部50之间的间隙的优选范围相同。
接下来对在组装电池壳体30内压力异常升高的情况下的电池系统200的操作进行说明。
当组装电池壳体30内的压力因为某种原因升高并且内外压力差超过上述预定阈值时，设在组装电池壳体30中的变形部50先于组装电池壳体30的其他部分发生变形从而向外凸起。当变形部50变形时，布置在变形部50上的接触致动型传感器71响应于该变形而移位。接触致动型传感器71的移位导致接触致动型传感器71与靠近接触致动型传感器71布置的接触致动型传感器操作部72之间的接触。当接触致动型传感器71感测到接触时，接触致动型传感器71的输出信号变化，并且该变化被连接到接触致动型传感器71的控制单元80检测到。当检测到从接触致动型传感器71输入的信号的变化时，控制单元80向连接到控制单元80的通知单元90输出信号。根据来自控制单元80的输出，通知单元90通知用户组装电池壳体30内的压力异常升高。在电池系统200中，感测的是设在组装电池壳体30中的变形部50的变形，而不是对组装电池壳体30内的压力进行直接监测。因此，能够以简单的方式感测组装电池壳体30内的压力异常。
在关于本发明的以上说明中，电池系统200被阐释成其组装电池15具有固态单位电池单元101、...、10N的构造，其中这些固态单位电池单元为锂离子二次电池，但是本发明并不局限于上述构造。构成组装电池的每个单位电池单元可以是不同于为锂离子二次电池的固态单位电池单元的其他单位电池单元。例如，电池系统可以构造成具有由多个单位电池单元构成的组装电池，每个单位电池单元都是电解质和溶剂都保持在聚合体中的所谓的凝胶电解质锂二次电池。
在关于本发明的说明中，电池系统200被阐释成其组装电池15具有串联的固态单位电池单元101、...、10N的构造，但是本发明并不局限于上述构造。组装电池通过固态单位电池单元的并联构造而成的形式也是可以的。或者，组装电池构造为串联和并联的组合也是可以的。
在关于本发明的说明中，电池系统200的构造被阐释成：其中，变形部50通过压制将构成组装电池壳体30的外板的一部分成形为凸形形状而局部地减小刚性来被构造，但是本发明并不局限于上述构造。本发明的电池系统中的变形部可以通过根据除上述压制之外的其他方法——例如，通过焊接等将不同的材料互相连结——使其刚性比周围部分低而构造成。还可以是通过使组装电池壳体的一个面的板厚小于其他面的板厚而减小所述一个面的刚性的构造。在这种情况下，所述一个面构成变形部。也就是说，整个一面因组装电池壳体内部压力的异常升高而变形从而从组装电池壳体向外凸起。另一种构型也是可以的，其中，组装电池壳体的刚性不是局部减小，而是构成组装电池壳体的所有面具有相同的板厚，使得整个组装电池壳体构成变形部。也就是说，整个组装电池壳体因组装电池壳体内部压力的异常升高而变形从而向外凸起。
在关于本发明的说明中，电池系统200的构造被阐释成其具有接触致动型传感器71作为感测部，但是本发明并不局限于上述构造。本发明的电池系统可构造成使得感测部具有除接触致动型传感器以外的其他传感器。可构成感测部的除接触致动型传感器以外的传感器的示例包括例如非接触式传感器，比如光束传感器等。
在关于本发明的说明中，电池系统200的构造被阐释成由接触致动型传感器71(感测部)经由控制单元80向通知单元90输出信号，但是本发明并不局限于上述构造。取决于通知单元的形式以及构成感测部的传感器的形式，在没有中间控制单元的情况下，通知单元根据从感测部向通知单元的直接传输进行操作的构造也是可以的。在例如感测部由使得通过接触引发导通状态的形式的开关传感器构成并且通知单元由在通电时发光的LED构成的情况下，可以使LED(通知单元)在传感器(感测部)检测到接触时发光，其中传感器(感测部)和LED(通知单元)同样彼此直接相连而没有中间控制单元。
在关于本发明的说明中，电池系统200的构造被阐释成由组装电池15提供接触致动型传感器71(感测部)、控制单元80和通知单元90所需的电源，但是本发明并不局限于上述构造。在电池系统200的这种构造中能够以容易的方式的减少部件数量。但是，本发明绝不局限于这些构造。还可以是感测部、控制单元和通知单元所需的电源由除本发明的电池系统中的组装电池以外的电源供给部来供给的形式。这种电源供给部的示例包括例如空气电池、液体电池、太阳能电池等。这样的构造允许以不受电池系统中的组装电池的充电状态的影响的方式感测例如组装电池壳体内部压力的异常。
在关于本发明的说明中，电池系统200的构造被阐释成一个组装电池壳体30设置在一个框体60内，但是本发明并不局限于上述构造。多个组装电池壳体设置在一个框体中的形式也是可以的。在多个组装电池壳体设置在一个框体中的情况下，每个组装电池壳体都可以具有变形部，并且在一个框体中可以设置对应于相应的感测部的多个感测部。
图4是用于示意性地说明根据本发明第三实施方式的电池系统300的截面图。如图4中所示，电池系统300设置有组装电池15、容纳组装电池15的组装电池壳体31、填充组装电池壳体31的内部的气体40、设置在组装电池壳体31内的变形部51、容纳组装电池壳体31的框体61、设置在框体61中的第一接触致动型传感器73、布置在组装电池壳体31的内表面上的第二接触致动型传感器保持部75、通过由第二接触致动型传感器保持部75保持而设置的第二接触致动型传感器74、连接到第一接触致动型传感器73和第二接触致动型传感器74的控制单元81、以及连接到控制单元81的通知单元91。第一接触致动型传感器73布置在框体61的内表面上并靠近变形部51。第二接触致动型传感器74在组装电池壳体31内由第二接触致动型传感器保持部75保持成靠近变形部51。正电极端子25和负电极端子26连接到组装电池15。正电极端子25和负电极端子26固定到组装电池壳体31，使得正电极端子25和负电极端子26的至少一部分暴露于组装电池壳体31外。
组装电池15为具有上述构造的组装电池，其与正电极端子25和负电极端子26相连。
组装电池壳体31为容纳组装电池15并保持气体40使其不泄漏出的构件。和上述组装电池壳体30不同，组装电池壳体31是通过在其内部用气体40压力填充时膨胀而呈预定形状的组装电池壳体。组装电池壳体31能够由例如具有折叠点的可拆卸的铝壳体构造而成。组装电池壳体31设有下述变形部51和第二接触致动型传感器保持部75。
气体40为具有上述特征的压力填充到组装电池壳体31内的气体。气体40具有保持组装电池壳体31的预定形状同时因为静水压而向组装电池15加压的功能。
变形部51为设在组装电池壳体31的外板上的具有局部减小的刚性的部分。也就是说，变形部51是组装电池壳体31一部分，该部分具有比组装电池壳体31的其他部分低的刚性。在电池系统300中，作为凸部的变形部51可例如通过在组装组装电池壳体30之前通过按压来顶起构成组装电池壳体30的外板的一部分、使得顶起的部分向上凸起而形成。通过在按压过程期间板的伸展而使凸部的板厚小于周围板的厚度。结果，变形部51的刚性低于周围部分的刚性。
如上所述，在组装电池壳体31的外板处，变形部51比周围部分的刚性低。因此，当组装电池壳体31中的内部压力异常升高并且与组装电池壳体31的外部压力之差超过预定阈值时，变形部51先于组装电池壳体31的其他部分发生变形而从组装电池壳体31向外凸起(以下又称为“膨胀变形)。此处，构成变形部51的变形开始时的阈值的组装电池壳体31的外部压力与内部压力之间的差值(内外压力差)优选设定为外部压力的10％或更多。因此，优选地，当内部压力升高到比外部压力高10％或更多时，变形部51膨胀变形。当内部压力超过外部压力10％或更多时触发的变形部51的膨胀和变形使得能够在源于比如温度等外部因素的内外压力差波动时减少故障。
当组装电池壳体31的内部压力与外部压力之间的差值(内部压力-外部压力)因组装电池壳体31中的内部压力的异常降低而减小至预定阈值以下时，变形部51先于组装电池壳体31的其他部分发生变形而从组装电池壳体31向内凸起(以下又称为“收缩变形)。此处，构成变形部51的收缩变形开始时的阈值的组装电池壳体31的内部压力与外部压力之间的差值(内外压力差)优选设定为外部压力的10％或更多。因此，优选地，当内部压力降低到外部压力以下10％或更多时，变形部51收缩并变形。当内部压力降低到外部压力以下10％或更多时触发的变形部51的收缩和变形使得能够在源于比如温度等外部因素的内外压力差波动时减少故障。
框体61为容纳组装电池壳体31、将组装电池壳体31保持在适当位置、并将第一接触致动型传感器73保持在适当位置的构件。可以使用具有与上述框体60的构造相同构造的框体作为框体61。
第一接触致动型传感器73是布置在框体61内的传感器，其感测变形部51的膨胀变形。第一接触致动型传感器73连接到下述控制单元81，使得第一接触致动型传感器73的输出传输到控制单元81。在需要电源来操作第一接触致动型传感器73的情况下，通过与组装电池15相连的正电极端子25和负电极端子26经由未示出的电源线将电力供给到第一接触致动型传感器73。第一接触致动型传感器73布置在框体61的内表面上并靠近变形部51。也就是说，第一接触致动型传感器73布置在当设置在上述组装电池壳体31中的变形部51变形从而向外凸起(膨胀变形)时与变形部51的一部分发生接触的位置。具有与上述接触致动型传感器70的构造同样构造的传感器可用作第一接触致动型传感器73。优选地，平时，在第一接触致动型传感器73与变形部51之间设有预定间隙。该间隙的尺寸可设定为类似于上述电池系统100中的接触致动型传感器70与变形部50之间的间隙尺寸。
第二接触致动型传感器74为感测变形部51的收缩变形的传感器，其布置在组装电池壳体31内并由下述第二接触致动型传感器保持部75保持。第一接触致动型传感器73和第二接触致动型传感器74构成电池系统300中的感测部。第二接触致动型传感器74连接到下述控制单元81，使得第二接触致动型传感器74的输出传输到控制单元81。在需要电源来操作第二接触致动型传感器74的情况下，通过与组装电池15相连的正电极端子25和负电极端子26经由未示出的电源线将电力供给到第二接触致动型传感器74。第二接触致动型传感器74布置在组装电池壳体31内并靠近变形部51。也就是说，第二接触致动型传感器74布置在组装电池壳体31内的在变形部51变形从而向内凸起(收缩变形)时与设置在上述组装电池壳体31内的变形部51的一部分发生接触的位置。具有与上述接触致动型传感器70的构造同样构造的传感器可用作第二接触致动型传感器74。优选地，平时，在第二接触致动型传感器74与变形部51之间具有预定间隙。该间隙的尺寸可设定为类似于上述电池系统100中的接触致动型传感器70与变形部50之间的间隙尺寸。
第二接触致动型传感器保持部75为布置在组装电池壳体31的内表面上并将第二接触致动型传感器74保持在预定位置的构件。第二接触致动型传感器保持部75仅需能够保持第二接触致动型传感器74使得当收缩变形的变形部51与第二接触致动型传感器74之间接触时第二接触致动型传感器74可靠地操作。这种第二接触致动型传感器保持部75可由例如金属板等构成。
控制单元81控制第一接触致动型传感器73、第二接触致动型传感器74和下述通知单元91。为此，控制单元81与第一接触致动型传感器73、第二接触致动型传感器74和通知单元91全部连接。具体地，控制单元81接收并处理来自第一接触致动型传感器73和第二接触致动型传感器74的输出信号，并当输出信号指示检测到变形部51的变形时，该指示被输出到下述通知单元91。从控制单元81到通知单元91的输出内容对于第一接触致动型传感器73和第二接触致动型传感器74中任一个的操作可以是相同的，或者在第一接触致动型传感器73检测接触的情形与第二接触致动型传感器74检测接触的情形之间可以不同。在控制单元81的操作需要电源的情况下，通过与组装电池15相连的正电极端子25和负电极端子26经由未示出的电源线将电力供给到控制单元81。可使用比如微控制器等现有控制装置作为控制单元81，而没有任何特别的限制。
通知单元91连接到控制单元81，并且根据控制单元81的输出告知用户检测到组装电池壳体31中的异常。在通知单元91的操作需要电源的情况下，通过与组装电池15相连的正电极端子25和负电极端子26经由未示出的电源线将电力供给到通知单元91。以下装置可以以单独或多个的组合的方式用作通知单元91：发光元件，比如灯泡、发光二极管(LED)、有机电致发光器件等；文字显示元件，比如液晶模块或液晶面板；声学元件，比如压电蜂鸣器；或者换能器等。来自控制单元81的输出信号可发送到比如汽车导航系统的车载信息系统，从而由车载信息系统执行通知。在这种情况下，车载信息系统用作通知单元91。在上述控制单元81输出在第一接触致动型传感器73检测到接触的情形与第二接触致动型传感器74检测到接触的情形之间不同的内容的情况下，通知单元91可与上述不同内容的输出一起通知两种异常。这种通知单元91的示例包括例如由组合多个LED得到的显示装置。
能够想到的可导致电池系统300中的变形部51膨胀变形的情形——即，能够想到的组装电池壳体31内压力异常升高的原因——包括：例如，由在极其高温的环境下使用引起的过度加热；由于因比如短路等故障引起的过量电流所导致的异常的热产生而使得气体40本身压力的升高；以及通过由于组装电池15内的异常反应而导致的气体产生使气密的组装电池壳体30的内部压力升高。下面对在组装电池壳体31内压力异常升高的情况下电池系统300的操作进行说明。
当组装电池壳体31内的压力因某种原因升高并且内外压力差超过预定膨胀变形阈值时，设置在组装电池壳体31中的变形部51发生变形，从而先于组装电池壳体31的其他部分向外凸起(膨胀变形)。当变形部51变形时，变形部51与设置在框体61中、在变形前接近变形部51的第一接触致动型传感器73发生接触。当第一接触致动型传感器73感测到接触时，第一接触致动型传感器73的输出信号变化，并且该变化被与第一接触致动型传感器73连接的控制单元81检测到。当检测到从第一接触致动型传感器73输入的信号的变化时，控制单元81向与控制单元81相连的通知单元91输出信号。根据来自控制单元81的输出，通知单元91通知用户关于组装电池壳体31内的压力的异常已经出现或者组装电池壳体31内的压力异常升高。在电池系统300中，是感测变形部51的变形，而非对组装电池壳体31内的压力进行直接监测。因此，能够以简单的方式感测组装电池壳体31内的压力异常或压力的异常升高。
能够想到的可导致电池系统300中的变形部51收缩变形的情形——即，能够想到的组装电池壳体31内压力异常降低的原因——包括：例如，由在极其低温的环境中使用期间的过度冷却引起的气体40本身的压力降低；或者，由于当组装电池壳体31的气密性因某种原因而破坏时气体40泄漏到组装电池壳体31外所导致的组装电池壳体31中的内部压力降低。下面对在组装电池壳体31内压力异常降低的情况下电池系统300的操作进行说明。
当组装电池壳体31内的压力因某种原因而降低并且内外压力差降到预定收缩变形阈值以下时，设置在组装电池壳体31中的变形部51发生变形，从而先于组装电池壳体31的其他部分向内凸起(收缩变形)。当变形部51收缩变形时，变形部51与设置在组装电池壳体31内、在变形前接近变形部51的第二接触致动型传感器74发生接触。当第二接触致动型传感器74感测到接触时，第二接触致动型传感器74的输出信号变化，并且该变化被与第二接触致动型传感器74连接的控制单元81检测到。当检测到从第二接触致动型传感器74输入的信号的变化时，控制单元81向与控制单元81相连的通知单元91输出信号。根据来自控制单元81的输出，通知单元91通知用户关于组装电池壳体31内的压力的异常已经出现或者组装电池壳体31内的压力异常降低。在电池系统300中，是感测变形部51的收缩变形，而非对组装电池壳体31内的压力进行直接监测。因此，能够以简单的方式感测组装电池壳体31内的压力异常或压力的异常降低。
如上所述，电池系统300具有分别布置在组装电池壳体31外和组装电池壳体31内的第一接触致动型传感器73和第二接触致动型传感器74。因此，在电池系统300中，组装电池壳体31内的温度异常升高和降低都能够以简单的方式检测。因此，能够以简单的方式感测电池系统300中的组装电池15的性能的可能损失的情形或对电池系统300的安全本身的可能威胁的情形。
在关于本发明的以上说明中，电池系统300被阐释成其组装电池15具有固态单位电池单元101、...、10N的构造，其中这些固态单位电池单元为锂离子二次电池，但是本发明并不局限于上述构造。构成组装电池的每个单位电池单元可以是不同于为锂离子二次电池的固态单位电池单元的其他单位电池单元。例如，电池系统可以构造成具有由多个单位电池单元构成的组装电池，每个单位电池单元都是电解质和溶剂都保持在聚合体中的所谓的凝胶电解质锂二次电池。
在关于本发明的说明中，电池系统300被阐释成其组装电池15具有串联的固态单位电池单元101、...、10N的构造，但是本发明并不局限于上述构造。组装电池通过固态单位电池单元的并联构造而成的形式也是可以的。或者，组装电池构造为串联和并联的组合也是可以的。
在关于本发明的说明中，电池系统300的构造被阐释成：其中，变形部51通过利用压制将构成组装电池壳体30的外板的一部分成形为凸形形状而局部地减小刚性被构造成，但是本发明并不局限于上述构造。本发明的电池系统中的变形部可以通过根据除上述压制之外的其他方法——例如，通过焊接等将不同的材料互相结合——使其刚性比周围低而构造成。还可以是通过使组装电池壳体的一个面的板厚小于其他面的板厚而减小所述一个面的刚性的构造。在这种情况下，所述一个面构成变形部。也就是说，当组装电池壳体中的内部压力异常升高时，整个上述一个面变形从而从组装电池壳体向外凸起(膨胀变形)。此外，当组装电池壳体中的内部压力异常降低时，整个上述一个面变形从而从组装电池壳体向内凸起(收缩变形)。另一种构型也是可以的，其中，组装电池壳体的刚性不是局部减小，而是构成组装电池壳体的所有面具有相同的板厚，使得整个组装电池壳体构成变形部。也就是说，当组装电池壳体中的内部压力异常升高时，整个组装电池壳体变形而向外凸起(膨胀变形)；而当组装电池壳体中的内部压力异常降低时，整个组装电池壳体变形而向内凸起(收缩变形)。
在关于本发明的说明中，电池系统300的构造被阐释成其具有第一接触致动型传感器73和第二接触致动型传感器74作为感测部，但是本发明并不局限于上述构造。本发明的电池系统可构造成使得感测部具有除接触致动型传感器以外的其他传感器。可构成感测部的除接触致动型传感器以外的其他传感器的示例包括例如非接触式传感器，比如光束传感器等。
在关于本发明的说明中，电池系统300的构造被阐释成构成感测部的第一接触致动型传感器73布置在框体60的内表面上，但是本发明并不局限于上述构造。在本发明的电子系统中，感测部仅需布置成能够感测变形部的变形即可。因此，借助于布置在框体内表面上的比如间隔装置等的定位部根据第一接触致动型传感器与变形部之间的期望位置关系来保持第一接触致动型传感器的构造是可以的。
在关于本发明的说明中，电池系统300的构造被阐释成第一接触致动型传感器73和第二接触致动型传感器74(感测部)经由控制单元81向通知单元91输出信号，但是本发明并不局限于上述构造。取决于通知单元的形式以及构成感测部的传感器的形式，在没有中间控制单元的情况下通知单元根据从感测部向通知单元的直接信号传输进行操作的构造也是可以的。在例如构成感测部的第一接触致动型传感器和第二接触致动型传感器二者都由使得通过接触引发导通状态的形式的开关传感器构成并且通知单元由在通电时发光的两个LED构成的情况下，可将其中一个LED和第一接触致动型传感器直接连接而没有中间控制单元，并且同样可将第二接触致动型传感器和另一个LED直接连接而没有中间控制单元，从而使得当传感器(感测部)检测到接触时，可以使任一个LED(通知单元)发光，用于通知用户。
在关于本发明的说明中，电池系统300的构造被阐释成第一接触致动型传感器73和第二接触致动型传感器74(感测部)以及控制单元81和通知单元91所需的电源都由组装电池15供给。在电池系统300的这种构造中能够以容易的方式减少部件数量。但是，本发明绝不局限于这些构造。还可以是感测部、控制单元和通知部所需的电源都由除本发明的电池系统中的组装电池以外的电源供给部来供给的形式。这种电源供给部的示例包括例如空气电池、液体电池、太阳能电池等。这样的构造允许以不受电池系统中的组装电池的充电状态的影响的方式感测例如组装电池壳体内部压力的异常。
在关于本发明的说明中，电池系统300的构造被阐释成一个组装电池壳体31设置在一个框体61内，但是本发明并不局限于上述构造。多个组装电池壳体设置在一个框体中的形式也是可以的。在多个组装电池壳体设置在一个框体中的情况下，每个组装电池壳体都可以具有变形部，并且在一个框体中可以设置对应于相应的感测部的多个感测部。
在关于本发明的说明中，电池系统300的构造被阐释成电池系统300具有通过将气体40压力填充到组装电池壳体31中而呈预定形状的组装电池壳体31，但是本发明并不局限于上述构造。例如，气体不但压力填充到组装电池壳体的内部而且压力填充到在框体之内但在组装电池壳体之外的空间中的电池系统的构造也是可以的。在具有这种形式的电池系统中，变形部会因组装电池壳体内的压力降低而经历收缩变形，对于其形状不是借助于内部压力而保持在预定形状的组装电池壳体亦如此。因此，在具有这种形式的电池系统中，能够通过在组装电池壳体内外都设置感测部而以简单的方式检测组装电池壳体内压力的异常升高和异常降低。
在关于本发明的说明中，电池系统300的构造被阐释成在组装电池壳体31内外都设置有感测部(第一接触致动型传感器73和第二接触致动型传感器74)，但是本发明并不局限于上述构造。仅在电池系统内设置感测部的电池系统也是可以的。在该构造中，能够以简单的方式感测组装电池壳体的内部压力的降低，同时部件数量和成本都能够减少。
根据本发明第四实施方式的电池系统具有至少一个层叠电池(单位电池单元)和容纳该至少一个层叠电池的外包装体(组装电池壳体)，该电池系统具有电池结构，其中通过用气体填充外包装体内的空间来向所述至少一个层叠电池加压并保持所述至少一个层叠电池，并且外包装体的外表面的至少一部分被用于检测气体从外包装体泄漏的材料所覆盖。
图5是示意性地示出通常在根据本发明第四实施方式的电池系统的电池结构中使用的层叠电池。在层叠电池10中，根据情况可能需要而在正电极板与负电极板之间插置有隔离板或类似物的电极板组11被层叠膜12包裹，层叠膜12可以是例如涂覆有合成树脂的铝金属箔或类似物，以由此密封电极板组11的外围并产生密封的板状气密层叠电池10。向外伸出的正电极侧端子电极13和负电极侧端子电极14设置在层叠电池10的端部处。
在第四实施方式中，诸如上述层叠电池的至少一个层叠电池容纳在外包装体中。外包装体不受特别限制，只要其结实且高度气密即可，因此可以使用例如金属或树脂材料。容纳在第四实施方式的电池结构中的外包装体内的层叠电池的数量不受特别限制。根据电池结构所用的应用场合所需的容量和输出，外包装体可以任意地容纳适当数量的层叠电池。
通常，为了提高和/或保持诸如上述层叠电池的层叠电池特性，降低层叠电池的内阻很关键。此外，发现对构成层叠电池的电极板组进行加压在降低内阻方面是有效的，因为向构成层叠电池的电极板组加压使得能够减小电极板组中存在的例如活性材料粒子的材料之间的接触电阻。不管怎样，由这种加压引起的效果在使用具有高内阻的层叠电池的电池结构中尤其显著。
根据第四实施方式的电池结构中的层叠电池不受特别限制，但是优选使用锂离子电池，特别是包含固体电解质的全固态锂离子电池。
在锂离子电池中通常使用非水电解质溶液。锂盐溶解在有机溶液中，因此与水电解质溶液——比如，镍镉二次电池的水电解质溶液——的传导性相比，锂离子电池中的电解质溶液的传导性非常小。所以，锂离子电池的内阻通常大于使用水电解质溶液的二次电池的内阻。采用固体电解质的全固态锂离子电池被用作锂离子电池。但是，在这种全固态锂离子电池中，固体材料之间的接触电阻特别大，因此该电池的内阻比使用非水电解质溶液的锂离子电池的内阻大。
在根据本发明第四实施方式的电池系统中，电池结构使得通过将气体填充到外包装体内的空间中向容纳在外包装体内的至少一个层叠电池加压并保持该至少一个层叠电池。因此，均匀一致的压力能够从各个方向施加到构成层叠电池的电极板组上，而且可将压力保持在恒定值。因此，这样允许减小电极板组中的材料之间的接触阻力，并抑制接触阻力值的波动。这种接触阻力降低效果特别显著，因而在例如锂离子电池、特别是具有固体电解质的全固态锂离子电池被用作具有第四实施方式的电池结构的层叠电池的情况下，层叠电池的内阻能够极大地减小。因此，在使用这种层叠电池构造的电池结构中，能够实现电池特性的显著提高。填充第四实施方式中的外包装体的内部的气体不受特别限制，并且可以使用空气或比如氮气或氩气等惰性气体。这些气体可填充至通常从9.8kPa到3.9×103kPa(0.1kg/cm2到40kg/cm2)范围内的压力。
在第四实施方式中，外包装体的外表面的至少一部分、尤其是全部外表面被用于检测气体从外包装体的泄漏的材料所覆盖。
通常，如果高压气体填充外包装体的内部，则容易发生泄漏。此外，泄漏是气体泄漏，因此与使用液体或类似物的情况相比，可能不太容易确定泄漏本身的发生以及在哪个部分发生了泄漏。因此，在外包装体未被用于检测气体泄漏的材料覆盖的电池结构中，不能容易地确定确实已经由气体泄漏导致源于气体泄漏的电池结构的电池特性降低。例如，如果将压力表或类似物装配到电池结构，则能够检测气体泄漏，但是无法确定在哪个部分发生泄漏。该方法在成本等方面也不一定是优选的。
在第四实施方式的电池系统的电池结构中，外包装体的容易发生气体泄漏的外表面部分、尤其是整个外表面被用于检测气体从外包装体的泄漏的材料所覆盖。结果，这样使得能够容易地确定——如果有的话——因为例如外包装体损坏造成的发生从外包装体的气体泄漏的外包装体部分。因此，本电池结构允许在这种事情发生的情况下采取快速且适当的措施以恢复外包装体内的压力。
此外，以用于检测气体泄漏的材料覆盖外包装体的整个外表面因此意味着构成本电池结构的至少一个层叠电池的整体完全被双层结构——即，外包装体和上述材料——所覆盖。因此，与单个外包装体相比或与外包装体的外表面的仅仅一部分被上述材料覆盖的情况相比，在提高外包装体的材料选择的自由度方面，该构造是有利的。
可以使用允许容易地检测气体泄漏的任何材料作为第四实施方式中的用于检测气体泄漏的这种材料。下面对第四实施方式的电池结构的“用于检测气体泄漏的材料”进行详细说明。这些说明仅是对第四实施方式的方面的阐释，并且第四实施方式的特征并非意在局限于该特定方面。
在第四实施方式的第一方面，允许检测因气密性材料的膨胀或损坏导致的气体泄漏的材料被用作检测气体泄漏的材料。这种材料不受特别限制，并且可以是气密性膜，例如由聚合物或树脂制成的膜，或者可以是薄且脆但是气密性的无机材料壳体，例如由陶瓷等制成的壳体。也可以使用无机材料、有机材料或上述材料的复合材料，只要该材料具有诸如上述功能的功能即可。
使这些气密性材料与外包装体的外表面紧密接触，以由此覆盖外包装体的易于发生气体泄漏的外表面部分，例如，用于填充气体的气体注入口，并优选由此覆盖外包装体的整个外表面，使得上述气密性材料在发生气体泄漏(如果有的话)的部分膨胀或破损，从而能够容易地确定上述部分。
可替代地，根据例如溶胶-凝胶法、涂布法、喷墨法等将气密性材料的前体溶液或类似物吹送到或涂覆到外包装体的整个外表面或外表面的一部分上，随后进行烧焙、硬化等，以由此在外包装体的外表面的至少一部分处形成气密性材料，从而允许依赖于气密性材料的膨胀或破损来检测气体泄漏。
图6是示意性地图示出第四实施方式中的电池结构的示例的图。首先，如图6的左侧图中所示，将电池结构20的外包装体21包封在气密性材料22中。接着，用气密性材料22覆盖外包装体21的整个外表面，使得外表面与气密性材料22完全接触(图6中中间的图)。在外包装体21的内部填充有高压气体并且无气体泄漏发生的情况下，特别地，气密性材料22不发生变形等。然而，如果因为例如外包装体21损坏导致气体从外包装体21的内部泄漏，那么如图6的右侧图中所示，在发生这种气体泄漏的部分，气密性材料22就会膨胀或破损。因此，能够容易地确定该部分，从而允许采取快速且适当的措施以恢复外包装体21内的压力。
在第四实施方式的第二方面中使用的用于检测气体泄漏的材料是涂覆有微囊体的材料，微囊体中密封有颜料或染料，使得该材料允许通过微囊体破裂时颜料或燃料的释放来检测气体泄漏。使用这种压敏着色材料允许容易地基于压敏着色材料颜色的变化来确定从外包装体内部的气体泄漏——如果有的话——发生的部分。
在本说明书中，电池结构被详细解释为其中层叠电池为锂离子电池，但是本发明第四实施方式中的电池结构绝非局限于这种特定电池结构，而是可以在至少一个层叠电池容纳在外包装体内的任何电池结构中使用。
本发明的电池系统可适于在设于例如电动汽车或混合动力汽车中的电池系统中使用。

Claims (14)

1.一种电池系统，包括：
具有多个固态单位电池单元(10)的组装电池(15)；
容纳所述组装电池(15)的组装电池壳体(30、31)；
填充所述组装电池壳体(30、31)的内部的气体(40)；
加压部，所述加压部利用由所述气体(40)在所述组装电池壳体(30、31)内产生的静水压向所述单位电池单元(10)加压；
变形部(50、51)，所述变形部(50、51)是所述组装电池壳体(30、31)的一部分，并且在所述组装电池壳体(30、31)中出现异常时，所述变形部(50、51)对所述异常作出反应而发生变形；以及
感测所述变形部(50、51)的所述变形的感测部(70-74)。
2.如权利要求1所述的电池系统，其中：
所述感测部(70-74)具有接触致动型传感器；并且
所述传感器设置在使得所述传感器在所述变形部(50、51)变形时操作的位置。
3.如权利要求1或2所述的电池系统，其中，所述变形部(50、51)是所述组装电池壳体(30、31)的一部分，所述一部分具有比所述组装电池壳体(30、31)的其他部分的刚性低的刚性。
4.如权利要求1至3中任一项所述的电池系统，其中，所述变形部(50、51)对其作出反应的所述异常是所述组装电池壳体(30、31)内的压力偏离预定范围的情形。
5.如权利要求2至4中任一项所述的电池系统，其中，所述传感器设置在使得所述传感器在所述变形部(50、51)变形时与所述变形部(50、51)接触的位置。
6.如权利要求2至4中任一项所述的电池系统，其中，所述传感器包括设置在所述变形部(50)中的第一传感器部分以及在所述变形部(50)变形时与所述第一传感器部分接触的第二传感器部分。
7.如权利要求2至6中任一项所述的电池系统，其中，所述传感器布置在所述组装电池壳体(30、31)外。
8.如权利要求2至7中任一项所述的电池系统，其中，所述传感器布置在所述组装电池壳体(31)内。
9.如权利要求1至8中任一项所述的电池系统，其中，所述组装电池壳体(30、31)的外表面的至少一部分被用于检测所述气体(40)从所述组装电池壳体(30、31)的泄漏的材料所覆盖。
10.一种电池结构，包括：
至少一个层叠电池单元(10)；以及
容纳所述至少一个层叠电池单元(10)的外包装体(21)，
其中：
通过将气体填充到所述外包装体(21)内的空间中来向所述至少一个层叠电池单元(10)加压并保持所述至少一个层叠电池单元(10)；并且
所述外包装体(21)的外表面的至少一部分被用于检测所述气体从所述外包装体(21)的泄漏的材料所覆盖。
11.如权利要求10所述的电池结构，其中，所述层叠电池单元(10)是包含固体电解质的全固态锂离子电池。
12.如权利要求10或11所述的电池结构，其中，所述外包装体(21)的整个外表面被用于检测所述气体的泄漏的所述材料所覆盖。
13.如权利要求10至12中任一项所述的电池结构，其中：
用于检测所述气体的泄漏的所述材料为气密性材料(22)；并且
通过所述气密性材料(22)的膨胀或破损来检测所述气体的泄漏。
14.如权利要求10至12中任一项所述的电池结构，其中：
用于检测所述气体的泄漏的所述材料由涂覆有微囊体的材料形成，所述微囊体内密封有颜料或染料；并且
通过在所述微囊体破裂时所述颜料或染料的释放来检测所述气体的泄漏。
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