CN105244557A - 蓄电装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种能够以简单的结构低成本地检测外包装部件的膨胀且安全性优异的蓄电装置。蓄电装置(1)包括蓄电元件(10)、收容蓄电元件的外包装部件(20)和配置在外包装部件的膨胀面(21)上的变形传感器(30)。变形传感器包括：传感器膜(32)，其具有由弹性体或树脂构成的母材和填充在该母材中的导电性填料，且随着外包装部件的膨胀而弯曲变形；以及至少一对电极(33a、33b)，其与传感器膜相连接。在传感器膜内，由该导电性填料彼此的接触而形成有三维的导电路径。随着传感器膜从自然状态起变形的变形量增加，电阻增加。根据电阻的随着传感器膜的弯曲变形的变化，检测蓄电装置的外包装部件的膨胀。

Description

蓄电装置
本申请是申请日为2011年11月24日、申请号为201180056098.7、发明名称为蓄电装置的发明专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及一种二次电池、电容器等蓄电装置。
背景技术
在便携式电话、个人计算机、数码相机等电子设备中，使用有能反复充放电的二次电池。另外，在用于防止瞬时电压下降的蓄电系统、搭载在电动汽车或混合动力电动汽车中的蓄电系统等中，需要能量容量大且能够快速充放电的蓄电装置。作为这种蓄电装置，例如可以举出锂离子二次电池、双电层电容器等。
通常，二次电池、电容器等蓄电装置具有隔着隔膜层叠正极和负极而形成的电极层叠体。电极层叠体与电解质溶液一起被封入在金属外壳、层叠膜等外包装部件中。在蓄电装置中，有时因过充电或反复充放电而使电解质溶液分解，产生气体。由此，有可能导致容量下降，装置寿命缩短。另外，当内部压力因产生的气体而上升时，外包装部件会膨胀，也有可能影响安全性。因此，例如采用有如下方法：测量蓄电装置的温度、电流、电压等，在这些物理量超过了规定值时，中断充电。另外，提出了一种具有用于检测外包装部件的膨胀的传感器的二次电池(例如参照专利文献1～3)。
专利文献1：日本特开2009–76265号公报
专利文献2：日本特开2005–251470号公报
专利文献3：日本特开平6–52901号公报
发明内容
发明要解决的问题
采用上述专利文献1的二次电池，通过在壳体与二次电池之间配置当施加压力时会使电阻减小的过电流保护元件，来检测二次电池的膨胀。另外，作为用于检测二次电池的膨胀的传感器，在上述专利文献2中公开了通过按压于外包装部件而通电的机械式开关，在上述专利文献3中公开了应变仪。
但是，在像外包装部件由层叠膜构成的情况那样外包装部件是低刚性的情况下，来自内部的力容易分散，按压于被配置在外包装部件的外部的构件的力较小。因此，对于以往的传感器，难以准确地检测外包装部件的膨胀。
本发明是鉴于上述这样的实际情况而做成的，其要解决的课题在于，提供一种能够以简单的结构低成本地检测外包装部件的膨胀且安全性优异的蓄电装置。
用于解决问题的方案
(1)本发明的蓄电装置的特征在于，包括蓄电元件、收容该蓄电元件的外包装部件和配置在该外包装部件的膨胀面上的变形传感器，该变形传感器包括：传感器膜，其具有由弹性体或树脂构成的母材和以30vol％以上的填充率填充在该母材中的导电性填料，且随着该外包装部件的膨胀而弯曲变形；以及至少一对电极，其与该传感器膜相连接，在该传感器膜内，由该导电性填料彼此的接触而形成三维的导电路径，随着该传感器膜从自然状态起变形的变形量增加，电阻增加，根据电阻的与该传感器膜的弯曲变形相对应的变化，检测该外包装部件的膨胀。
本发明的蓄电装置中的蓄电元件包含构成二次电池、电容器等的正极、负极的层叠体和电解质等。另外，膨胀面是在外包装部件的内侧产生了气体时，在气体压力的作用下能向外侧鼓出的面。
本发明的蓄电装置中的变形传感器包括将弹性体或树脂作为母材的传感器膜。因此，变形传感器的加工性优异，形状设计的自由度较高。所以，能够沿着外包装部件的膨胀面的形状配置变形传感器。由此，能够更加准确地检测外包装部件的膨胀。另外，传感器膜配置在外包装部件的膨胀面上。传感器膜由膨胀面的位移而弯曲变形。也就是说，由外包装部件的膨胀产生的位移直接输入到传感器膜。因而，即使在例如像膨胀的初期阶段那样外包装部件的位移较小的情况下，也会易于检测外包装部件的膨胀。
传感器膜中的导电性填料的填充率是将传感器膜的体积设为100vol％的情况下的值。由于以30vol％以上的高填充率填充导电性填料，所以在自然状态(未变形的状态)下的传感器膜，由导电性填料彼此的接触而形成三维的导电路径。当传感器膜发生变形时，导电性填料彼此相互推斥，导电性填料的接触状态发生变化。并且，随着导电性填料彼此的接触断开，导电路径被切断，电阻增加。当传感器膜复原为自然状态时，恢复到导电性填料的接触状态，电阻减少。
这样，采用本发明的蓄电装置，能够根据电阻的与传感器膜的弯曲变形相对应的变化，检测外包装部件的膨胀。因而，蓄电装置的安全性提高。另外，根据外包装部件的膨胀状况控制充放电，由此，能够实现蓄电装置的高寿命化。另外，在本发明的蓄电装置中，传感器膜不必一定以自然状态配置。例如，也可以以预先产生有弯曲变形的状态配置。另外，在传感器膜的与外包装部件的膨胀相对应的弯曲变形中，包含从自然状态起弯曲和从弯曲状态起复原为自然状态这两种情况。
(2)优选的是，在上述(1)的结构中，上述传感器膜从上述外包装部件的上述膨胀面的一端遍及到另一端地配置。
采用本结构，传感器膜从膨胀面的一端遍及到另一端地配置。因此，易于无遗漏地检测外包装部件的膨胀。另外，采用本结构，可以将变形传感器配置在膨胀面上。因此，容易制造蓄电装置。另外，将变形传感器形成为片状，由此，即使将变形传感器配置在膨胀面上，也不会导致蓄电装置大型化。因此，即使在使多个蓄电装置层叠而模块化的情况下，也能节省空间。
在本结构中，可以将传感器膜配置在膨胀面的一部分，也可以将传感器膜配置为覆盖整个膨胀面。另外，膨胀面的中央附近的部分容易膨胀。也就是说，在膨胀面的中央附近，外包装部件的位移较大。因此，在将传感器膜配置在膨胀面的一部分的情况下，最好将传感器膜配置为覆盖膨胀面的中央附近的部分。
(3)优选的是，在上述(1)的结构中，上述变形传感器具有供上述传感器膜配置的基材，该传感器膜配置为位于上述外包装部件的上述膨胀面侧，该蓄电装置还具有变形输入构件，该变形输入构件配置在该基材侧，随着该外包装部件膨胀，该变形输入构件在其与该外包装部件之间按压该传感器膜，从而增加该传感器膜的弯曲变形量。
在本结构中，变形传感器的传感器膜的至少一部分夹装在外包装部件与变形输入构件之间。当外包装部件膨胀时，传感器膜被变形输入构件按压而弯曲变形。也就是说，在本结构中，传感器膜主要通过与变形输入构件的抵接而弯曲变形。因而，与仅通过外包装部件的膨胀而使传感器膜弯曲变形的情况相比，传感器膜的弯曲变形量增大。由此，电阻的相对于外包装部件的位移的增加变大。也就是说，变形传感器的灵敏度增高。因而，即使在膨胀面的位移较小的情况下，也能检测外包装部件的膨胀。
如上所述，膨胀面的中央附近的部分容易膨胀。因此，当将传感器膜配置为覆盖膨胀面的中央附近的部分时，来自变形输入构件的按压力更易于施加于传感器膜。由此，传感器膜的弯曲变形量增大。因而，能够进一步提高变形传感器的灵敏度。
变形输入构件可以直接配置于外包装部件，也可以配置于其他构件。例如，在蓄电装置还具有壳体的情况下，可以将变形输入构件配置于该壳体。另外，在外包装部件膨胀前的状态下，变形输入构件与变形传感器可以相接触，也可以不接触。在外包装部件膨胀前的状态下，变形输入构件与变形传感器相接触的情况下，更易于检测外包装部件的初期的膨胀。
(4)优选的是，在上述(3)的结构中，上述变形输入构件是具有与上述变形传感器抵接的曲面部的棒构件或绳构件，该棒构件或绳构件配置为与该变形传感器交叉。
采用本结构，使用棒构件或绳构件作为变形输入构件。棒构件或绳构件配置为与变形传感器交叉。由此，能够以简单的结构可靠地对传感器膜输入弯曲变形。
(5)优选的是，在上述(1)的结构中，上述外包装部件的上述膨胀面具有凹部，上述传感器膜以沿着该凹部发生了弯曲变形的状态配置。
采用本结构，传感器膜以弯曲变形后的状态配置在外包装部件的膨胀面的凹部内。当外包装部件膨胀时，凹部位移为接近平坦的状态。由此，传感器膜复原为弯曲变形前的自然状态。能够根据该过程中传感器膜的电阻的变化，检测外包装部件的膨胀。另外，采用本结构，可以将变形传感器配置在膨胀面的凹部内。因此，容易制造蓄电装置。这样，采用本结构，利用膨胀面的凹部，能够简单且低成本地检测外包装部件的膨胀。另外，由于将变形传感器配置在膨胀面的凹部内，所以能够紧凑地构成蓄电装置。因此，即使在使多个蓄电装置层叠而模块化的情况下，也能节省空间。
例如，在使用层叠膜作为外包装部件的情况下，在用层叠膜覆盖蓄电元件之后，进行抽真空。由此，层叠膜沿着蓄电元件的形状贴紧蓄电元件。因而，例如通过在蓄电元件的一部分预先形成凹部，能够在外包装部件的膨胀面简单地形成凹部。
(6)优选的是，在上述(1)的结构中，上述外包装部件由膜构件构成，该外包装部件的上述膨胀面具有将该膜构件的端部彼此粘贴在一起而成的封闭部，上述传感器膜配置在该膨胀面和与该膨胀面连续的该封闭部上，随着该封闭部因该外包装部件的膨胀而立起，该传感器膜弯曲变形。
在外包装部件由层叠膜等膜构件构成的情况下，能够利用热熔接等方法将膜构件的一端和另一端粘贴在一起而使其封闭。在本结构中，利用将膜构件的端部彼此粘贴在一起而成的封闭部检测外包装部件的膨胀。即，传感器膜配置在膨胀面和与该膨胀面连续的封闭部上。换言之，传感器膜以跨膨胀面和封闭部的状态配置。当外包装部件膨胀时，封闭部立起。由此，使传感器膜弯曲。能够根据该过程中传感器膜的电阻的变化，检测外包装部件的膨胀。另外，采用本结构，可以将变形传感器配置为传感器膜的一部分与封闭部重叠。因此，容易制造蓄电装置。这样，采用本结构，利用封闭部，能够简单且低成本地检测外包装部件的膨胀。另外，变形传感器配置在膨胀面的封闭部。因此，即使配置变形传感器，也不会导致蓄电装置大型化。所以，即使在使多个蓄电装置而模块化的情况下，也能节省空间。
(7)优选的是，在上述(1)的结构中，该蓄电装置还具有收容上述蓄电元件、上述外包装部件和上述变形传感器的壳体，该变形传感器的一端安装于该壳体，另一端安装于该外包装部件的上述膨胀面。
在本结构中，变形传感器以搭桥的方式配置在壳体与外包装部件之间。当外包装部件膨胀时，壳体与外包装部件的间隙减小。由此，使变形传感器的传感器膜弯曲。能够根据该过程中传感器膜的电阻的变化，检测外包装部件的膨胀。这样，采用本结构，利用壳体，能够简单且低成本地检测外包装部件的膨胀。
(8)优选的是，在上述(1)～(7)中任一项的结构中，上述传感器膜的上述母材是树脂，在该传感器膜内预先沿在该传感器膜弯曲变形时上述导电路径能够被切断的方向形成有裂缝。
本结构的传感器膜是通过在树脂中填充导电性填料而成的。如在上述(1)中说明的那样，在传感器膜内，由导电性填料彼此的接触而形成三维的导电路径，随着从自然状态起变形的变形量增加，电阻增加。而且，在本结构的传感器膜内，预先沿在该传感器膜弯曲变形时导电路径能够被切断的方向形成有裂缝。图12表示将传感器膜上的裂缝的一部分的邻近部位放大后的示意图。另外，图12是用于说明本结构的传感器膜的示意图。因此，图12并没有对裂缝的形状、裂缝的延伸方向、导电性填料的形状等作任何限定。在图12中，图12(a)表示弯曲变形前的自然状态，图12(b)表示弯曲变形后的状态。
如图12(a)所示，传感器膜800具有作为母材的树脂801、导电性填料802和裂缝803。在传感器膜800内，由导电性填料802彼此的接触而形成导电路径P。在图12中，裂缝803沿与左右方向(伸长方向)交叉的方向形成。当传感器膜800弯曲变形而沿左右方向伸长时，如图12(b)所示，裂缝803开口。由此，导电性填料802彼此的接触断开，导电路径P被切断。结果，电阻增加。当传感器膜800复原为原来的状态(图12(a)的自然状态)时，裂缝803也返回到原来的状态。
这样，在本结构的传感器膜中，该传感器膜弯曲变形时，不必等树脂弹性变形就能切断导电路径(但并非将由树脂的弹性变形而切断导电路径的情况排除在外)。因而，不易发生响应滞后。另外，由于主要是利用裂缝的开口来切断导电路径，所以与仅依赖于树脂的弹性变形来切断导电路径的情况相比，对于小幅度的变形，也能高精度地进行检测。因而，即使在膨胀面的位移较小的情况下，也能检测外包装部件的膨胀。
发明的效果
采用本发明，能提供一种能够以简单的结构低成本地检测外包装部件的膨胀且安全性优异的蓄电装置。
附图说明
图1是第一实施方式的蓄电装置的立体图。
图2是在产生气体时图1的II–II剖视图。
图3是第二实施方式的蓄电装置的分解立体图。
图4是第二实施方式的蓄电装置的剖视图。
图5是图4的区域V内的放大图。
图6是第三实施方式的蓄电装置的立体图。
图7是图6的VII–VII剖视图。
图8是第四实施方式的蓄电装置的剖视图。
图9是在产生气体时第四实施方式的蓄电装置的剖视图。
图10是第五实施方式的蓄电装置的剖视图。
图11是表示蓄电装置的充电电路的一例的电路模型图。
图12是将构成变形传感器的传感器膜上的裂缝的一部分的邻近部位放大后的示意图，图12(a)表示弯曲变形前的自然状态，图12(b)表示弯曲变形后的状态。
图13是表示变形传感器的电阻和外包装部件的鼓出量的随着时间推移而产生的变化的曲线图。
图14是表示变形传感器的电阻和外包装部件的鼓出量的随着时间推移而产生的变化的曲线图。
图15是表示变形传感器的电阻和凹部底面的位移量的随着时间推移而产生的变化的曲线图。
具体实施方式
下面，说明本发明的蓄电装置的实施方式。
第一实施方式
蓄电装置的结构
首先，说明本实施方式的蓄电装置的结构。图1表示本实施方式的蓄电装置的立体图。图2表示在产生气体时图1的II–II剖视图。另外，在图1中，省略了配置在变形传感器的最表面的覆盖膜，并且透出电极地进行表示。如图1、图2所示，蓄电装置1包括蓄电元件10、外包装部件20和变形传感器30。
蓄电元件10呈长方体状，具有层叠有多个电池的电极层叠体(省略图示)。各电池具有集电板和隔着隔膜相对配置的正极及负极。电解液被浸渍到正极和负极上。
外包装部件20由层叠膜构成。层叠膜具有铝箔和层叠在该铝箔的两侧的一对树脂膜。外包装部件20覆盖蓄电元件10的外周面。外包装部件20的上表面21被包含在本发明中的膨胀面中。
变形传感器30配置在外包装部件20的上表面21上。变形传感器30包括基材31、传感器膜32、一对电极33a、33b、配线34a、34b和覆盖膜35。
基材31是聚酰亚胺制品，呈字母L形的带状。基材31具有传感器部310和配线部311。传感器部310从外包装部件20的上表面21的左端遍及到右端地配置。传感器部310配置为覆盖上表面21的中央附近的部分。
传感器膜32呈沿左右方向延伸的带状。传感器膜32配置在基材31的传感器部310的上表面。传感器膜32从外包装部件20的上表面21的左端遍及到右端地配置。传感器膜32是通过在EPDM(乙烯–丙烯–二烯烃三元共聚物)中填充碳球(导电性填料)而成的。在将传感器膜32的体积设为100vol％的情况下，碳球的填充率为约45vol％。
一对电极33a、33b分别呈薄片状。一对电极33a、33b分别夹装在基材31与传感器膜32之间。电极33a配置在传感器膜32的左端。配线34a的一端与电极33a相连接。电极33b配置在传感器膜32的右端。配线34b的一端与电极33b相连接。
配线34a、34b配置在基材31的传感器部310和配线部311的上表面。配线34a、34b的另一端分别与未图示的控制单元相连接。
覆盖膜35是丙烯酸橡胶制品，与基材31同样，呈字母L形的带状。覆盖膜35从上方覆盖基材31、传感器膜32及配线34a、34b。
蓄电装置的动作
接下来，说明本实施方式的蓄电装置1的动作。在图2中，如空心箭头所示，当在蓄电元件10中产生气体时，外包装部件20的上表面21向上方鼓出。于是，变形传感器30也与上表面21一起被自下方上推。由此，传感器膜32弯曲变形而向上方挠曲。
在图1所示的弯曲变形前的自然状态下，在传感器膜32中由碳球彼此的接触而形成有许多条导电路径。因而，在电极33a、33b间检测到的传感器膜32的电阻比较小。相对于此，在图2所示的传感器膜32的弯曲变形后的状态下，由于碳球彼此的接触状态发生变化，导电路径被切断。由此，在电极33a、33b间检测到的传感器膜32的电阻比弯曲变形前的自然状态下的电阻大。这样，在蓄电装置1中，能够根据所输出的电阻的增加，检测外包装部件20的膨胀。
作用效果
接下来，说明本实施方式的蓄电装置1的作用效果。采用本实施方式的蓄电装置1，构成变形传感器30的基材31、传感器膜32和覆盖膜35均是柔软的。因此，能以沿着外包装部件20的上表面21的形状的方式配置变形传感器30。由此，能够准确地检测外包装部件20的膨胀。另外，外包装部件20的上表面21的位移经由基材31直接输入到传感器膜32。因而，即使在例如像膨胀的初期阶段那样上表面21的位移较小的情况下，也会易于检测外包装部件20的膨胀。
另外，传感器膜32从外包装部件20的上表面21的左端遍及到右端地配置。因此，易于无遗漏地检测外包装部件20的膨胀。此外，传感器膜32配置为覆盖上表面21的中央附近的部分。上表面21的中央附近的部分容易膨胀。也就是说，上表面21的中央附近的部分的位移比四周附近的部分的位移大。因此，易于检测外包装部件20的膨胀。
另外，能够通过将变形传感器30粘贴在外包装部件20的上表面21来容易地制造蓄电装置1。另外，变形传感器30呈片状。因此，能够紧凑地构成蓄电装置1。所以，即使在使多个蓄电装置1层叠而模块化的情况下，也能节省空间。
采用本实施方式的蓄电装置1，能够根据与传感器膜32的弯曲变形相对应的电阻的增加，检测外包装部件20的膨胀。因而，蓄电装置1的安全性高。另外，根据外包装部件20的膨胀状况控制充放电，由此，能够实现蓄电装置1的高寿命化。另外，如以下所示的那样，将传感器电路编入蓄电元件10的充电电路，由此，不必另外设置在外包装部件20的膨胀超过了规定值的情况下中断充电的保护电路。图11表示充电电路的一例。
如图11所示，通过比较传感器膜32的电阻Rx和基准电阻R0，控制IGBT(绝缘栅双极型晶体管)的接通/断开。由此，例如在传感器膜32的电阻Rx比基准电阻R0大的情况下，即，在外包装部件20发生了较大幅度的膨胀的情况下，断开IGBT，从而能够中断向蓄电元件10的充电。
第二实施方式
本实施方式的蓄电装置与第一实施方式的蓄电装置的主要的区别点在于，变形传感器的结构，以及配置有变形输入构件。因而，这里只说明与第一实施方式的蓄电装置的区别点。
蓄电装置的结构
首先，说明本实施方式的蓄电装置的结构。图3表示本实施方式的蓄电装置的分解立体图。图4表示该蓄电装置的剖视图。图5表示图4的区域V内的放大图。图3与图1相对应。因此，在图3中，对于与图1相对应的构件，用与图1相同的附图标记进行表示。另外，在图3中，透出变形传感器的电极、传感器膜和配线地进行表示。另外，在图5中，为了便于说明，扩大表示了裂缝C1。如图3～图5所示，蓄电装置1包括装置主体40、壳体41和棒构件42。装置主体40包括蓄电元件10、外包装部件20和变形传感器50。
变形传感器50配置在外包装部件20的上表面21上。变形传感器50包括基材51、传感器膜52、一对电极53a、53b和配线54a、54b。
基材51是聚酰亚胺制品，呈字母L形的带状。基材51具有传感器部510和配线部511。传感器部510从外包装部件20的上表面21的左端遍及到右端地配置。传感器部510配置为覆盖上表面21的中央附近的部分。
传感器膜52呈沿左右方向延伸的矩形条状。传感器膜52配置在传感器部510的下表面中央附近。即，传感器膜52夹装在基材51与外包装部件20的上表面21之间。传感器膜52粘接于外包装部件20的上表面21。
传感器膜52是通过在环氧树脂中填充碳球而成的。在将传感器膜52的体积设为100vol％的情况下，碳球的填充率为约45vol％。在变形前的自然状态下，在传感器膜52中由碳球彼此的接触而形成有许多条导电路径。另外，如图5中示意性地表示的那样，在传感器膜52内预先形成有多条裂缝C1。裂缝C1形成为在传感器膜52发生了弯曲变形时切断导电路径。即，裂缝C1形成为沿传感器膜52的厚度方向(上下方向)延伸。
这里，说明传感器膜52的制造方法。首先，将环氧树脂的固化前树脂、固化剂和碳球混合起来，从而调制传感器涂料。接着，将传感器涂料涂敷到基材51的表面上。并且，使基材51以传感器涂料的涂膜位于内侧的方式弯曲，在该状态下进行加热而使涂膜固化。之后，使基材51从弯曲状态返回到原来的平面状态。此时，在固化后的涂膜(传感器膜)内形成有裂缝C1。
一对电极53a、53b分别呈薄片状。一对电极53a、53b分别夹装在基材51与传感器膜52之间。电极53a配置在传感器膜52的左端。配线54a的一端与电极53a相连接。电极53b配置在传感器膜52的右端。配线54b的一端与电极53b相连接。
配线54a、54b配置在基材51的传感器部510和配线部511的下表面。配线54a、54b的另一端分别与未图示的控制单元相连接。
壳体41包括主体部43、盖部44和一对缓冲件45a、45b。主体部43呈箱状。装置主体40与一对缓冲件45a、45b一起被收容在主体部43内。缓冲件45a是热塑性橡胶制品，呈长方体状。在缓冲件45a上形成有支承凹部450a。装置主体40的左端被收容在支承凹部450a内。同样，缓冲件45b也是热塑性橡胶制品，呈长方体状。在缓冲件45b形成有支承凹部450b。装置主体40的右端被收容在支承凹部450b内。盖部44配置为覆盖主体部43的上方开口。在盖部44的下表面配置有沿前后方向延伸的安装部440。
棒构件42呈沿前后方向延伸的圆柱状。棒构件42固定于盖部44的安装部440。棒构件42具有曲面部420。曲面部420与变形传感器50的基材51的上表面抵接。棒构件42配置为与连结变形传感器50的一对电极53a、53b之间的线大致正交。换言之，棒构件42配置为与传感器膜52大致正交。
蓄电装置的动作
接下来，说明本实施方式的蓄电装置1的动作。如图5中放大表示的那样，当在蓄电元件10中产生气体时，外包装部件20的上表面21向上方鼓出。于是，变形传感器50也与上表面21一起被自下方上推。此时，传感器膜52被棒构件42按压，沿棒构件42的曲面部420弯曲变形而向下方挠曲。
当传感器膜52弯曲时，传感器膜52内的裂缝C1开口。由此，导电路径被切断。而且，由于碳球彼此的接触状态发生变化，导电路径被切断。结果，在电极53a、53b间检测到的传感器膜52的电阻比弯曲变形前的状态下的电阻大。这样，在蓄电装置1中，能够根据所输出的电阻的增加，检测外包装部件20的膨胀。
作用效果
接下来，说明本实施方式的蓄电装置1的作用效果。本实施方式的蓄电装置1的与第一实施方式的蓄电装置1共同的部分，起到与第一实施方式同样的作用效果。另外，采用本实施方式的蓄电装置1，主要通过与棒构件42的抵接，而使传感器膜52弯曲变形。因而，与仅通过外包装部件20的膨胀而使传感器膜52弯曲变形的情况相比，传感器膜52的弯曲变形量增大。由此，电阻的相对于外包装部件20的位移的增加变大。即，利用配置有棒构件42这样比较简单的结构，能够提高变形传感器50的灵敏度。因而，采用本实施方式的蓄电装置1，即使在上表面21的位移较小的情况下，也能检测外包装部件20的膨胀。
另外，在外包装部件20膨胀前的状态下，棒构件42与变形传感器50抵接。由此，在外包装部件20膨胀的初期阶段，传感器膜52便开始弯曲变形。因而，还能够检测外包装部件20的初期的膨胀。另外，棒构件42配置为与传感器膜52大致正交。因此，传感器膜52易于弯曲变形。
另外，在传感器膜52内形成有裂缝C1。当传感器膜52发生弯曲变形时，裂缝C1开口。由此，导电路径被切断，从而使传感器膜52的电阻迅速地增加。因而，响应滞后较小。另外，由于主要是利用裂缝C1的开口来切断导电路径，所以与仅依赖于环氧树脂的弹性变形来切断导电路径的情况相比，对于小幅度的变形，也能高精度地进行检测。因而，即使在上表面21的位移较小的情况下，也能检测外包装部件20的膨胀。
第三实施方式
本实施方式的蓄电装置与第一实施方式的蓄电装置的主要的区别点在于，变形传感器的结构和配置方式。因而，这里只说明与第一实施方式的蓄电装置的区别点。
蓄电装置的结构
首先，说明本实施方式的蓄电装置的结构。图6表示本实施方式的蓄电装置的立体图。图7表示图6的VII–VII剖视图。图6与图1相对应。因此，在图6中，对于与图1相对应的构件，用与图1相同的附图标记进行表示。另外，在图6中，透出变形传感器的电极、传感器膜和配线地进行表示。如图6、图7所示，蓄电装置1包括蓄电元件10、外包装部件20和变形传感器50。
在外包装部件20的上表面21的前端部中央附近形成有凹部22。凹部22的截面呈梯形。变形传感器50包括基材51、传感器膜52、一对电极53a、53b和配线54a、54b。变形传感器50的结构与上述第二实施方式相同。因此，这里省略说明。
变形传感器50中的基材51的配线部511沿外包装部件20的上表面21的右端配置。另一方面，基材51的传感器部510沿上表面21的前端配置。传感器部510的中央附近的部分配置为以沿着凹部22的形状的方式弯曲。在传感器部510的下表面的中央附近配置有传感器膜52。传感器膜52以沿着凹部22的形状发生了弯曲变形的状态配置。
这里，说明变形传感器50的配置方法。首先，在蓄电元件10的上表面的前端中央附近形成与凹部22的形状大致相同的形状的切口部。接着，利用外包装部件20覆盖蓄电元件10。然后，沿着外包装部件20的上表面的前端和右端粘接变形传感器50。接着，进行抽真空而抽出外包装部件20的内部的空气。于是，外包装部件20贴紧蓄电元件10的外周面。结果，以沿着蓄电元件10的切口部的方式在外包装部件20的上表面21形成凹部22。同时，传感器部510的中央附近的部分也与外包装部件20一起沿着凹部22的形状变形。此时，在传感器膜52中产生了拉伸应变。于是，传感器膜52以沿着凹部22的形状发生了弯曲变形的状态配置。
蓄电装置的动作
接下来，说明本实施方式的蓄电装置1的动作。当在蓄电元件10中产生气体时，外包装部件20的上表面21向上方鼓出。此时，凹部22的底面也向上方鼓出。由此，变形传感器50与凹部22一起被自下方上推，逐渐接近平坦的状态(自然状态)。也就是说，传感器膜52欲返回到弯曲变形前的自然状态。
在产生气体前的、传感器膜52的弯曲变形状态下，由于裂缝C1的开口及碳球彼此的接触状态的变化，一部分导电路径被切断。因而，在电极53a、53b间检测到的传感器膜52的电阻比较大。相对于此，在产生气体后的、传感器膜52复原为自然状态的过程中，裂缝C1闭合，恢复到碳球彼此的接触状态，由此，形成导电路径。由此，在电极53a、53b间检测到的传感器膜52的电阻比弯曲变形状态下的电阻小。这样，在蓄电装置1中，能够根据所输出的电阻的减少，检测外包装部件20的初期阶段的膨胀。
作用效果
接下来，说明本实施方式的蓄电装置1的作用效果。本实施方式的蓄电装置1的与第一实施方式和第二实施方式的蓄电装置1共同的部分，起到与第一实施方式和第二实施方式同样的作用效果。另外，采用本实施方式的蓄电装置1，能够根据在传感器膜52从弯曲变形状态向自然状态复原的过程中电阻的减少，检测外包装部件20的初期阶段的膨胀。因此，适合检测开始产生气体时的状况。另外，利用外包装部件20的上表面21的凹部22，能够简单且低成本地检测外包装部件20的膨胀。另外，由于将传感器膜52配置在凹部22内，所以能够紧凑地构成蓄电装置1。因此，即使在使多个蓄电装置1层叠而模块化的情况下，也能节省空间。
第四实施方式
本实施方式的蓄电装置与第一实施方式的蓄电装置的主要的区别点在于，变形传感器的结构和配置方式。因而，这里只说明与第一实施方式的蓄电装置的区别点。
蓄电装置的结构
首先，说明本实施方式的蓄电装置的结构。图8表示本实施方式的蓄电装置的剖视图。图9表示在产生气体时该蓄电装置的剖视图。如图8和图9所示，蓄电装置1包括蓄电元件10、外包装部件20和变形传感器50。
外包装部件20由层叠膜构成。在外包装部件20的上表面21配置有沿前后方向延伸的封闭部23。封闭部23是通过将在蓄电元件10的上表面重叠的外包装部件20的一端和另一端热熔接起来而成的。封闭部23以倒向右侧的状态配置。封闭部23与外包装部件20的上表面21并未固定在一起。
变形传感器50包括基材51、传感器膜52、配线(省略图示)和一对电极53a、53b。基材51是聚酰亚胺制品，呈带状。基材51自外包装部件20的上表面21的左端以与封闭部23重叠的方式配置。
传感器膜52呈沿左右方向延伸的矩形条状。传感器膜52自外包装部件20的上表面21的中央附近以与封闭部23重叠的方式配置。传感器膜52夹装在基材51与外包装部件20之间。传感器膜52的结构和制造方法与上述第二实施方式相同。因此，这里省略说明。
一对电极53a、53b分别呈薄片状。一对电极53a、53b分别夹装在基材51与传感器膜52之间。电极53a配置在传感器膜52的左端。电极53b配置在传感器膜52的右端。电极53a、53b分别连接有配线的一端。
蓄电装置的动作
接下来，说明本实施方式的蓄电装置1的动作。在图9中，如空心箭头所示，当在蓄电元件10中产生气体时，外包装部件20的上表面21向上方鼓出。于是，倒着的封闭部23立起。当封闭部23立起时，变形传感器50中的与封闭部23重叠的部位立起。也就是说，传感器膜52弯曲变形。
当传感器膜52弯曲时，传感器膜52内的裂缝C1开口。由此，导电路径被切断。而且，由于碳球彼此的接触状态发生变化，导电路径被切断。结果，在电极53a、53b间检测到的传感器膜52的电阻比弯曲变形前的状态下的电阻大。这样，在蓄电装置1中，能够根据所输出的电阻的增加，检测外包装部件20的膨胀。
作用效果
接下来，说明本实施方式的蓄电装置1的作用效果。本实施方式的蓄电装置1的与第一实施方式和第二实施方式的蓄电装置1共同的部分，起到与第一实施方式和第二实施方式同样的作用效果。另外，在本实施方式的蓄电装置1中，可以以传感器膜52的一部分与封闭部23重叠的方式配置变形传感器50。因此，容易制造蓄电装置1。这样，采用本实施方式的蓄电装置1，利用外包装部件20的封闭部23，能够简单且低成本地检测外包装部件20的膨胀。另外，变形传感器50配置在外包装部件20的上表面21和封闭部23上。因此，能够紧凑地构成蓄电装置1。所以，即使在使多个蓄电装置1层叠而模块化的情况下，也能节省空间。
第五实施方式
本实施方式的蓄电装置与第二实施方式的蓄电装置的主要的区别点在于，变形传感器的配置方式，以及未配置变形输入构件。因而，这里只说明与第二实施方式的蓄电装置的区别点。
蓄电装置的结构
首先，说明本实施方式的蓄电装置的结构。图10表示本实施方式的蓄电装置的剖视图。图10与图4相对应。因此，在图10中，对于与图4相对应的构件，用与图4相同的附图标记进行表示。如图10所示，蓄电装置1包括装置主体40和壳体41。装置主体40包括蓄电元件10、外包装部件20和变形传感器50。
变形传感器50夹装在外包装部件20与壳体41的盖部44之间。变形传感器50包括基材51、传感器膜52、配线(省略图示)、覆盖膜55和一对电极53a、53b。
基材51是聚酰亚胺制品，呈截面为C字形的矩形条状。基材51的上端固定于壳体41的盖部44。另外，基材51的下端固定于外包装部件20的上表面21。
传感器膜52呈沿上下方向延伸的矩形条状。传感器膜52配置在基材51的左表面。传感器膜52的结构和制造方法与上述第二实施方式相同。因此，这里省略说明。
一对电极53a、53b分别呈薄片状。一对电极53a、53b分别夹装在基材51与传感器膜52之间。电极53a配置在传感器膜52的上端。电极53b配置在传感器膜52的下端。电极53a、53b分别连接有配线的一端。
覆盖膜55是丙烯酸橡胶制品，呈沿上下方向延伸的矩形条状。覆盖膜55从左侧覆盖传感器膜52。
蓄电装置的动作
接下来，说明本实施方式的蓄电装置1的动作。当在蓄电元件10中产生气体时，外包装部件20的上表面21向上方鼓出。由此，上表面21与壳体41的盖部44之间的距离缩短。这里，由于变形传感器50的下端固定于上表面21，所以变形传感器50与上表面21的鼓出一起弯曲变形而向左侧挠曲。
当传感器膜52弯曲时，传感器膜52内的裂缝C1开口。由此，导电路径被切断。而且，由于碳球彼此的接触状态发生变化，导电路径被切断。结果，在电极53a、53b间检测到的传感器膜52的电阻比弯曲变形前的状态下的电阻大。这样，在蓄电装置1中，能够根据所输出的电阻的增加，检测外包装部件20的膨胀。
作用效果
接下来，说明本实施方式的蓄电装置1的作用效果。本实施方式的蓄电装置1与第一实施方式和第二实施方式的蓄电装置1共同的部分，起到与第一实施方式和第二实施方式同样的作用效果。另外，在本实施方式的蓄电装置1中，利用壳体41，能够简单且低成本地检测外包装部件20的膨胀。
其他
以上，说明了本发明的蓄电装置的实施方式。但是，本发明的蓄电装置的实施方式并不限定于上述方式。也可以以本领域技术人员能进行的各种变形方式、改良方式来实施本发明。
例如，对于变形传感器的形状和结构，并不限定于上述实施方式。在第一实施方式中，使用EPDM作为传感器膜的母材。但是，母材的弹性体的种类并没有特别限定。例如可以举出天然橡胶、异戊橡胶、丁二烯橡胶、丙烯腈–丁二烯共聚橡胶、苯乙烯–丁二烯共聚橡胶、丁基橡胶、卤化丁基橡胶、氢化丁腈橡胶、氯丁橡胶、丙烯酸(类)橡胶、氯磺化聚乙烯橡胶、氯醚橡胶(hydrinrubber)、硅橡胶、氟橡胶和聚氨酯橡胶等。
另外，在第二实施方式～第五实施方式中，使用环氧树脂作为传感器膜的母材。但是，母材的树脂的种类并没有特别限定。例如，作为热固化树脂，可以举出醇酸树脂、酚醛树脂、脲醛树脂、三聚氰胺树脂、不饱和聚酯树脂、聚氨酯、聚酰亚胺等。另外，作为热塑性树脂，例如可以举出聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚乙酸乙烯酯、聚四氟乙烯、丙烯腈–丁二烯–苯乙烯树脂、丙烯酸(酯)树脂、聚酰胺、聚缩醛、聚碳酸酯、聚苯醚、聚对苯二甲酸乙二醇酯和聚对苯二甲酸丁二醇酯等。
填充在母材中的导电性填料只要是具有导电性的粒子即可。例如可以举出碳材料、金属等的微粒子。可以单独使用其中一种或者并用两种以上。另外，为了形成导电路径，需要使母材中的导电性填料的填充状态接近最密填充状态，从这一观点出发，采用球状的粒子作为导电性填料较好。另外，电极的数量、形状、配置位置等可以适当设定。
在第二实施方式～第五实施方式中，在传感器膜内形成有裂缝。形成裂缝的方法并不限定于上述实施方式。例如，可以在具有凹凸的基材的表面印刷传感器涂料，并使该传感器涂料固化。这样一来，在涂膜固化时，应力集中在凹凸的拐角部分，从而能够形成裂缝。当在固化后进一步对传感器膜进行弯曲加工时，能使裂缝增加并分散在树脂中。
另外，在第一实施方式和第五实施方式中，以覆盖传感器膜的表面的方式配置有覆盖膜。但是，覆盖膜不必一定配置。
在第一实施方式中，从外包装部件的上表面(膨胀面)的左端遍及到右端地配置有变形传感器。但是，配置变形传感器的位置并没有特别限定。例如，也可以将变形传感器配置为传感器膜覆盖整个膨胀面。
在第二实施方式中，使用了圆柱状的棒构件作为变形输入构件。但是，对于变形输入构件的形状和配置方式等，并没有特别限定。变形输入构件可以固定于壳体，也可以直接配置于外包装部件的膨胀面。例如，也可以用绳构件束缚装置主体(蓄电元件+外包装部件+变形传感器)，并将该绳构件用作变形输入构件。另外，在第2实施方式中，将变形输入构件配置为与传感器膜大致正交。但是，对于变形输入构件的相对于传感器膜的配置方向，并没有特别限定。只要将变形输入构件配置为与传感器膜交叉即可，例如，也可以相对于传感器膜倾斜地配置变形输入构件。另外，从使传感器膜弯曲变形这一观点出发，变形输入构件最好具有与变形传感器抵接的曲面部。
在第三实施方式中，将传感器膜配置在外包装部件的膨胀面的凹部。在该情况下，对于凹部的形状、数量、配置的位置等，并没有特别限定。另外，在第三实施方式中，将传感器膜配置在基材的下表面。即，将传感器膜配置为由弯曲变形而使裂缝的一部分开口的状态。但是，裂缝在传感器膜的初期状态下是否开口并没有特别限定。例如，也可以上下颠倒(在基材的上表面配置传感器膜)地配置上述第三实施方式的变形传感器。
在上述实施方式中，使用层叠膜作为外包装部件。但是，外包装部件的材质并没有特别限定。例如，外包装部件也可以是金属制的外壳。另外，在上述实施方式中，使传感器膜形成为将一对电极之间连结起来的带状或矩形条状。但是，对于传感器膜的形状，并没有特别限定。只要适当地设定传感器膜的形状而使传感器膜的初期电阻值为期望的设定值即可，例如，也可以使传感器膜形成为以任意的直线或曲线将一对电极之间连结起来的形状。
实施例
接下来，举出实施例更加具体地说明本发明。
第一响应实验
制作与上述第一实施方式同样的方式的蓄电装置模型，使外包装部件膨胀，评价了变形传感器相对于外包装部件的鼓出量的响应性。蓄电装置模型的大小为长(左右方向长度)260mm、宽(前后方向长度)230mm、厚(上下方向长度)48mm。另外，传感器膜的大小是长260mm、宽5mm。图13表示变形传感器的电阻和外包装部件的鼓出量的随着时间推移而产生的变化。在图13中，用粗线表示变形传感器的电阻增加率，用细线表示外包装部件的鼓出量。图13的纵轴的电阻增加率可以根据下述式子(1)计算出来。另外，对于鼓出量而言，利用激光位移计对蓄电装置模型的中央附近的部分在厚度方向上的位移进行了测量。
电阻增加率(–)＝ΔR/R0＝(R–R0)/R0……(1)
(R0：外包装部件膨胀前的初期电阻值，R：在外包装部件膨胀后测得的电阻值)
如图13所示，随着外包装部件的鼓出量增加，变形传感器的电阻增加。变形传感器的电阻的变化与外包装部件的膨胀、收缩状况基本一致。
第二响应实验
制作除未使用壳体以外其他结构与上述第二实施方式同样的方式的蓄电装置模型，使外包装部件膨胀，评价了变形传感器相对于外包装部件的鼓出量的响应性。利用另外设置的支承构件支承棒构件，使棒构件与变形传感器抵接。棒构件的直径为9mm。装置主体的大小与第一响应实验的模型相同。另外，传感器膜的大小为长30mm、宽5mm。对于外包装部件的鼓出量而言，利用激光位移计对装置主体上位于棒构件的左方侧的部分在厚度方向上的位移进行了测量。图14表示变形传感器的电阻和外包装部件的鼓出量的随着时间推移而产生的变化。在图14中，用粗线表示变形传感器的电阻变化率，用细线表示外包装部件的鼓出量。图14的纵轴的电阻变化率可以根据下述式子(2)计算出来。
电阻变化率(–)＝R/R0……(2)
如图14所示，随着外包装部件的鼓出量增加，变形传感器的电阻增加。变形传感器的电阻的变化与外包装部件的膨胀、收缩状况基本一致。
第三响应实验
制作与上述第三实施方式同样的蓄电装置模型，使外包装部件膨胀，评价了变形传感器相对于凹部底面的位移量的响应性。蓄电装置模型的大小与第一响应实验相同。另外，凹部的大小在截面的梯形形状中为上底40mm、下底20mm、高度5mm。另外，传感器膜在配置在凹部内之前的大小为长60mm、宽5mm。对于凹部底面的位移量而言，利用激光位移计对凹部底面在上下方向上的位移进行了测量。图15表示变形传感器的电阻和凹部底面的位移量的随着时间推移而产生的变化。在图15中，用粗线表示变形传感器的电阻变化率，用细线表示凹部底面的位移量。图15的纵轴的电阻变化率可以根据上述式子(2)计算出来。
如图15所示，当凹部底面与外包装部件的膨胀一起开始向上方位移时，变形传感器的电阻急剧减少。这样，采用本形态的蓄电装置，能够高精度地检测外包装部件在刚产生气体之后的膨胀。
附图标记说明
1、蓄电装置；10、蓄电元件；20、外包装部件；21、上表面(膨胀面)；22、凹部；23、封闭部；30、变形传感器；31、基材；32、传感器膜；33a、33b、电极；34a、34b、配线；35、覆盖膜；310、传感器部；311、配线部；40、装置主体；41、壳体；42、棒构件；43、主体部；44、盖部；45a、45b、缓冲件；420、曲面部；440、安装部；450a、450b、支承凹部；50、变形传感器；51、基材；52、传感器膜；53a、53b、电极；54a、54b、配线；55、覆盖膜；510、传感器部；511、配线部；800、传感器膜；801、树脂；802、导电性填料；803、裂缝；C1、裂缝；P、导电路径。

Claims (4)

1.一种蓄电装置，其特征在于，
该蓄电装置(1)包括蓄电元件(10)、收容该蓄电元件(10)的外包装部件(20)和配置在该外包装部件(20)的膨胀面(21)上的变形传感器(50)，
该变形传感器(50)包括：
传感器膜(52)，其具有由弹性体或树脂构成的母材和以30vol％以上的填充率填充在该母材中的导电性填料，且随着该外包装部件的膨胀而弯曲变形；以及
至少一对电极(53a、53b)，其与该传感器膜(52)相连接，
在该传感器膜(52)内，由该导电性填料彼此的接触而形成三维的导电路径，随着该传感器膜(52)从自然状态起变形的变形量增加，电阻增加，
根据电阻的与该传感器膜(52)的弯曲变形相对应的变化，检测该外包装部件(20)的膨胀，
上述外包装部件(20)由膜构件构成，
该外包装部件(20)的上述膨胀面(21)具有将该膜构件的端部彼此粘贴在一起而成的封闭部(23)，
上述传感器膜(52)配置在该膨胀面(21)和与该膨胀面(21)连续的该封闭部(23)上，
随着该封闭部(23)因该外包装部件(20)的膨胀而立起，该传感器膜(52)弯曲变形。
2.根据权利要求1所述的蓄电装置，其中，
上述传感器膜(52)从上述外包装部件(20)的上述膨胀面(21)的一端遍及到另一端地配置。
3.根据权利要求1所述的蓄电装置，其中，
该蓄电装置(1)还具有收容上述蓄电元件(10)、上述外包装部件(20)和上述变形传感器(50)的壳体(41)，
该变形传感器(50)的一端安装于该壳体(41)，另一端安装于该外包装部件(20)的上述膨胀面(21)。
4.根据权利要求1～3中任意一项所述的蓄电装置，其中，
上述传感器膜(52)的上述母材是树脂，在该传感器膜(52)内，预先沿在该传感器膜(52)弯曲变形时上述导电路径能够被切断的方向形成有裂缝(C1)。
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