JP2002008631A - 内部短絡検出装置、内部エネルギ吸収装置及び二次電池 - Google Patents
内部短絡検出装置、内部エネルギ吸収装置及び二次電池Info
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Abstract
内部短絡検出装置及び内部短絡を検出した場合に内部エ
ネルギを電池外部へ導く内部エネルギ吸収装置を備えた
二次電池を提供する。 【解決手段】 内部短絡の状態変化を検出する検知手段
と、該検知手段の検出信号から内部短絡の発生を判断し
内部短絡検出信号を出力する判定部とを具備してなる内
部短絡検出装置20と、二次電池の正極端子5及び負極
端子6間を連結するバイパス配線と、該バイパス配線中
に常時開のスイッチ手段を介して接続したエネルギ吸収
部とを具備してなる内部エネルギ吸収装置と、を設けて
二次電池10Aを構成した。
Description
などの二次電池に係り、特に、工場や病院などのバック
アップ電源、電気自動車などに搭載される動力電源など
に使用される大型二次電池の内部短絡検出装置、内部エ
ネルギ吸収装置及びこれらを備えた二次電池に関する。
流電力を貯蔵し、必要に応じて外部に直流電流を供給す
ることが可能な電源として、二次電池と呼ばれる電池が
広く使用されている。特に、携帯電話、デジタルカメ
ラ、そしてノートブック型パーソナルコンピュータなど
の電子機器分野においては、小型化、薄型化、軽量化の
促進とともにその生産が増加し、また、電源となる二次
電池の使用量も急増している。
にも高性能化が求められ、鉛蓄電池やニッケルカドミウ
ム電池に代わる高エネルギー密度電池として、リチウム
二次電池が開発され広く普及してきている。このリチウ
ム二次電池は、上述した電子機器向けの小型で小容量の
ものにとどまらず、たとえば工場や病院などの非常電源
設備や電力貯蔵設備用として、あるいは電気自動車の動
力用として、大型で大容量のものも開発されている。図
25は、大型二次電池の構成例として、箱型のリチウム
二次電池を示したものである。ここで、図中の符号1は
ケース、2は正極、3は負極、4はセパレータ、5は正
極端子、6は負極端子、7は安全弁、10はリチウム二
次電池を示しており、ケース1内には電解溶液(図示省
略)が充填されている。このリチウム二次電池10で
は、図26の概念図に示すように、ケース1内において
正極2、セパレータ4、負極3、セパレータ4、正極
2、セパレータ4、負極3・・・の順に多数積層され、
全ての正極2及び負極3がそれぞれ並列に接続されてい
る。また、多数が並列に接続された正極2は正極端子5
に、同じく負極3は負極端子6にそれぞれ集約されてい
る。すなわち、正極2、セパレータ4及び負極3により
構成された多数の単位電池が、ケース1内に全て並列に
接続された構成となっている。なお、図26に示した破
線矢印8は、正極2と負極3との間に生じる起電力の向
きを示している。
チウム二次電池10などの二次電池において、ケース1
内部の単位電池は全て並列接続になっており、従って、
万が一一部に短絡が生じると、他の単位電池のエネルギ
が全て短絡部に集中し瞬時に大電流が流れることにな
る。このような内部短絡が発生すると、化学反応が異常
に進んでガスを発生したり発熱したりするため、ケース
1内部においては急激な圧力上昇や温度上昇が生じるこ
ととなる。
絡に対する対策としては、従来より所定値以上の内部圧
力で動作(破損)する安全弁7がある。この安全弁7
は、ケース1の上面など適所に設けられ、内部圧力の上
昇で局所的な破損を生じさせるものである。すなわち、
安全弁7は、ケース1全体が破損して電解溶液などが周
囲に飛散するのを最小限に抑えることを目的とした最終
手段である。また、二次電池の内部温度が上昇した場合
に外部との接続を断ち、外からのエネルギが供給されな
いようにするPTC素子(Positive Temperature Coeff
icient Thermistor)と呼ばれるものを用いた内部短絡
対策もある。
大きくても単電池容量が3Wh程度のものであったが、
今後単電池容量が増加した場合、内部短絡時における内
部エネルギの量も増大する。特に、電力貯蔵設備や電気
自動車用電源などの用途に使用する大型のリチウム二次
電池10は、単電池容量が50Whから270Wh程度
とかなり大きなものになると想定されるため、大きな内
部エネルギを有するリチウム二次電池10の安全弁7が
動作した場合には、周辺機器への影響もかなり大きくな
るという懸念がある。
部短絡の発生を早期に検出するとともに、内部短絡が発
生した場合には安全弁の作動前に内部エネルギを二次電
池外部の安全な場所へ逃がすことが望まれる。本発明
は、上記の事情に鑑みてなされたもので、二次電池にお
ける内部短絡の発生を検出する内部短絡検出装置、内部
短絡を検出した場合に内部短絡により生じた内部エネル
ギを電池外部へ導く内部エネルギ吸収装置、そして、こ
れらの内部短絡装置及び内部エネルギ吸収装置を備えた
二次電池の提供を目的とするものである。
決するため、以下の手段を採用した。請求項1に記載の
内部短絡検出装置は、二次電池における内部短絡の発生
を検出する内部短絡検出装置であって、内部短絡によっ
て生じる状態変化を検出する検知手段と、該検知手段の
検出信号を受け内部短絡の発生を判断して内部短絡検出
信号を出力する判定部とを具備し、前記判定部が前記検
出信号またはその変化率と基準値とを比較して内部短絡
の発生を判断するように構成したことを特徴とするもの
である。
ば、検知手段により内部短絡が生じた場合の状態変化を
検出し、その検出信号を判定部に受けて内部短絡の発生
を判定することにより、内部短絡が生じた場合の状態変
化を早い段階で検出して内部短絡検出信号を出力するこ
とができるので、内部短絡の発生を早期に検出すること
が可能となる。
の変化を検出するもの、出力電圧の変化を検出するも
の、内部圧力の変化を検出するもの、内部温度の変化を
検出するもの、音の変化を検出するもの、あるいは振動
の変化を検出するものがあり、それぞれの特徴を考慮し
て適宜選択して使用すればよい。また、前記検知手段と
しては、発生磁界、出力電圧、内部圧力、内部温度、音
及び振動のうち少なくとも二種類の変化を検出し、か
つ、前記判定部は、各検出信号またはその変化率と対応
する基準値とをそれぞれ比較し、少なくとも二種類の変
化が内部短絡の発生と判断される場合に、前記内部短絡
検出信号を出力するものが好ましく、これにより、万が
一の誤動作を防止してより一層正確な検出が可能とな
る。
は、二次電池に内部短絡が発生した際に電池の内部エネ
ルギを電流として電池外部へ導く内部エネルギ吸収装置
であって、前記二次電池の正極端子及び負極端子間を連
結するバイパス配線と、該バイパス配線中に常時開のス
イッチ手段を介して接続したエネルギ吸収部とを具備
し、内部短絡検出信号を受けて前記スイッチ手段を閉
じ、前記エネルギ吸収部に前記電流を流すように構成し
たことを特徴とするものである。
よれば、内部短絡信号を受けてバイパス配線のスイッチ
手段を閉じ、エネルギ吸収部を導通状態にすることで、
内部短絡が発生した際に電池の内部エネルギを電流とし
て早期に電池外部へ取り出すことができる。従って、内
部短絡により安全弁が作動するのを防止できるようにな
り、また、安全弁が作動したとしても外部へ取出された
分だけ内部エネルギが小さくなるため、衝撃や内部液体
の噴出を最小限に抑えることができる。
ンデンサとを並列に配列してなるものが好ましいと考え
られるが、コンデンサと抵抗を直列に配列したもの、コ
ンデンサ単体あるいは抵抗単体とすることも可能であ
る。
に正極、負極及びセパレータを配設して電解溶液を充填
した二次電池であって、内部短絡によって生じる状態変
化を検出する検知手段と、該検知手段の検出信号を受け
内部短絡の発生を判断して内部短絡検出信号を出力する
判定部とを具備し、前記判定部が前記検出信号またはそ
の変化率と基準値とを比較して内部短絡の発生を判断す
る内部短絡検出装置と、前記二次電池の正極端子及び負
極端子間を連結するバイパス配線と、該バイパス配線中
に常時開のスイッチ手段を介して接続したエネルギ吸収
部とを具備し、前記内部短絡検出信号を受けて前記スイ
ッチ手段を閉じ、前記エネルギ吸収部に前記電流を流す
内部エネルギ吸収装置と、を具備して構成したことを特
徴としている。
知手段により内部短絡が生じた場合の状態変化を検出
し、その検出信号を判定部に受けて内部短絡の発生を判
定することにより、内部短絡検出装置において内部短絡
を早い段階で検出して内部短絡検出信号を出力すること
ができる。そして、内部短絡検出装置から内部短絡信号
を受けてバイパス配線のスイッチ手段を閉じ、エネルギ
吸収部を導通状態にすることで、内部短絡が発生した際
に電池の内部エネルギを電流として早期に電池外部へ取
り出すことができるので、内部短絡により安全弁が作動
するのを防止できる。また、安全弁が作動したとしても
一部が外部へ取出された分だけ内部エネルギが小さくな
っているため、衝撃や内部液体の噴出を最小限に抑える
ことができる。
実施形態を図面に基づいて説明する。図1において、符
号の5は正極端子、6は負極端子、10Aは二次電池、
20は内部短絡検出装置、40は内部エネルギ吸収装置
である。二次電池10Aは、従来技術で説明したよう
に、ケース1内に正極2、負極3及びセパレータ4を多
数積層して電解溶液を充填したもので、並列に接続され
た正極2及び負極3がそれぞれ正極端子5及び負極端子
6に集約されている。この二次電池10Aには、内部短
絡の発生を検出する内部短絡検出装置20と、内部短絡
が発生した際に電池の内部エネルギを電流として電池外
部へ導く内部エネルギ吸収装置40とを具備して構成さ
れている。なお、以下の実施形態では、二次電池10A
がリチウム二次電池10であるものとして説明する。
て生じる状態変化を検出する検知手段と、該検知手段の
検出信号を受け内部短絡の発生を判断して内部短絡検出
信号を出力する判定部とを具備して構成される。そし
て、判定部においては、検知手段の検出信号またはその
変化率と、予め設定される基準値とを比較し、検出信号
またはその変化率が基準値より大きい場合に内部短絡が
発生したと判断し、内部短絡検出信号を出力するように
なっている。一方、内部エネルギ吸収装置40は、リチ
ウム二次電池10の正極端子5及び負極端子6間を連結
するバイパス配線と、該バイパス配線中に常時開のスイ
ッチ手段を介して接続したエネルギ吸収部とを具備して
構成される。そして、内部短絡検出装置20から内部短
絡検出信号を受けた場合にスイッチ手段を閉じ、エネル
ギ吸収部を通電可能な状態にして、リチウム二次電池1
0からエネルギ吸収部へ電流を流すように構成されてい
る。
的な構成の実施例を図2から図20に示して説明する。 <実施例1>図2に示す実施例1において、リチウム二
次電池10の適所には内部短絡の検知手段として磁気セ
ンサ21が設けられている。この磁気センサ21は、内
部短絡によって生じる発生磁界の変化を検出するもの
で、その検出信号は、信号変換部22を通過することで
磁界信号から電気信号に変換された後、判定部23へ入
力される。判定部23には、判定基準信号発生部24よ
り基準値が入力され、この基準値と検出信号の電気信号
とを比較して、内部短絡の有無を判断する。すなわち、
判定部23においては、磁気センサ21で検出した発生
磁界の絶対値が予め定められた基準値より大きければ、
リチウム二次電池10で内部短絡が発生したと判断し、
内部短絡発生信号を外部へ出力する。なお、ここで磁気
センサ21が検出する発生磁界の変化は、内部短絡を生
じたことにより単位電池のエネルギが全て短絡部に集中
して流れることに起因して発生するものである。
した第1実施例が磁気センサ21で検出した発生磁界の
絶対値を基準値と比較する代わりに、発生磁界の変化率
を対応する基準値と比較するようにしたものである。こ
の場合、磁気センサ21で検出した磁界信号を電気信号
に変換する信号変換部22と判定部23との間に、入力
信号変化率算出部25を設けてある。また、判定基準信
号発生部24Aから判定部23Aへ入力される基準値
は、上述した発生磁界の絶対値とは異なり、発生磁界の
変化率に対応するよう予め定めたものである。このよう
な構成としても、判定部23では、磁気センサ21で検
出し入力信号変化率算出部25で算出した発生磁界の変
化率が予め定められた基準値より大きければ、リチウム
二次電池10で内部短絡が発生したと判断し、内部短絡
発生信号を外部へ出力する。
(c)に示す実施例3は、磁気センサ21に代えて、リ
チウム二次電池10の適所にセンサコイル26を配設し
たものである。すなわち、内部短絡によって大電流が短
絡部へ集中して流れることにより、センサコイル26に
交差する磁界が変化し、それにより生じるセンサコイル
26の誘起電圧を検出することで、内部短絡の発生を検
出するように構成されている。なお、図中の符号2は正
極、3は負極、4はセパレータである。この場合、セン
サコイル26の両端26a,26bが信号増幅部27に
接続され、増幅された誘起電圧値(絶対値)の信号が判
定部23に入力されて、判定基準信号発生部24から入
力される基準値と比較される。そして、検出した誘起電
圧値が予め定められた基準値より大きければ、リチウム
二次電池10で内部短絡が発生したと判断し、内部短絡
発生信号を外部へ出力する。なお、この場合において
も、検出された誘起電圧の絶対値を基準値と比較する代
わりに、検出された誘起電圧の変化率算出部を設けて、
誘起電圧の変化率と対応する基準値とを比較するように
してもよい。また、(c)に示すように、コイルセンサ
26は、ケース1内において多数積層されている正極
2,負極3及びセパレータ4の上下、左右のどの位置に
も置くことができる。さらに、複数のセンサコイル26
を接続することも可能である。
列構造(方法)については種々の実施例が可能であり、
以下図5ないし図10に基づいて説明する。図5
(a),(b)に示すセンサコイル26の第1の配列構
造は、ケース1内において多数積層されている正極2、
負極3及びセパレータ4の一側面に対し、ほぼ全域にわ
たって、そして、各正極2、負極3及びセパレータ4の
積層方向と一致する水平方向に配列したものである。こ
のような配列構造では、リチウム二次電池10の一側面
を全域にわたって監視できるため、より確実で精度の高
い検出が可能となる。なお、図5(b)は図5(a)の
A−A断面図であり、センサコイル26が一側面側にの
み配列されているが、センサコイル26を両側面に配列
することも可能である。
構造は、上述した第1の配列構造が多数積層されている
正極2、負極3及びセパレータ4の一側面全域にわたっ
て配列されているのに対して、左右の両端部周辺に部分
的に配列したものである。なお、図6のA−A断面は、
図5(b)に示す図5のA−A断面と同じであり、この
場合においても、センサコイル26を両側面に配列して
もよい。また、図7(a),(b)に示す第3の配列構
造は、多数積層されている正極2、負極3及びセパレー
タ4の両側面側において、中央部周辺に対して部分的に
配列したものである。なお、図7(b)は図7(a)の
B−B断面図であり、センサコイル26が両側面に配列
されているが、図5及び図6の配列構造例と同様に、セ
ンサコイル26を一側面側にのみ配列することも可能で
ある。さらに、図8に示すセンサコイル26の第4の配
列構造は、多数積層されている正極2、負極3及びセパ
レータ4の両側面において、適当なピッチで部分的に配
列したものである。なお、図8のB−B断面は、図7
(b)に示す図7のB−B断面と同じであり、この場合
においても、センサコイル26を一側面側にのみ配列し
てもよい。このように、図6から図8に示した配列構造
では、図5に示す第1の配列構造と比較してセンサコイ
ル26の長さを短くできるので、作業工数やコスト面で
有利になる。
内において、正極2、負極3及びセパレータ4の積層方
向と一致する水平方向にセンサコイル26を配列する点
ではこれまでの配列構造と同じであるが、この場合は上
下方向に適当なピッチで配列されている。この場合にお
いても、センサコイル26を両側面に配列してもよい
し、あるいは一方の側面にのみ配列してもよい。なお、
上述した第1から第5の配列構造は、正極2、負極3及
びセパレータ4の積層とは関係なくケース1の内側に予
めセンサコイル26を設置しておくことができ、製造時
における作業性の面で有利になる。
の配列構造では、多数積層された正極2、負極3及びセ
パレータ4の周囲に鉄心47を設置し、センサコイル2
6で鉄心47の周囲を巻いた構成例を示している。この
ような構成としても同様に検出でき、また、正極2、負
極3及びセパレータ4の積層とは関係なくケース1の内
側に予め設置しておくことができる。
23,23A及び判定基準信号発生部24,24Aの具
体的な回路例を図11に示すと、一方の判定部23,2
3Aは、コンパレータ23aに抵抗を組み合わせて構成
された回路であり、また、判定基準信号発生部24,2
4Aは、ツェナーダイオード24aに抵抗を組み合わせ
て構成された回路である。そして、図12は入力信号変
化率算定部25の具体的な回路例を示す図で、図中の符
号25aはサンプル・アンド・ホールドIC、25bは
クロック回路、25c,25d、25eはともにOPア
ンプである。
25及び判定部23Aに係る他の具体的な回路例を示し
たものである。図において、判定部23Aを構成する符
号23a,23bはコンパレータ、23cはOR回路で
あり、また、入力信号変化率算出部25を構成する符号
25aはサンプル・アンド・ホールドIC、25f,2
5gはOPアンプである。なお、判定基準信号発生部2
4Aについては、図11に示したものと同様である。こ
のように、判定部23,23A、判定基準信号発生部2
4,24A及び入力信号変化率算出部25については、
具体例として図11ないし図13に示した回路により構
成してもよいし、あるいは、マイクロコンピュータを用
いてソフトウエアで処理するようにしてもよい。
0に係る具体的な構成の実施例4を図14に基づいて説
明する。この実施例4では、リチウム二次電池10の内
部短絡を検出する検知手段として、電圧検出部28が設
けられている。この電圧検出部28は、内部短絡によっ
て生じる正極端子5と負極端子6との間の出力電圧を検
出するもので、その検出信号は、判定部23へ入力され
る。判定部23には、判定基準信号発生部24より基準
値が入力され、この基準値と検出信号とを比較して、内
部短絡の有無を判断する。すなわち、判定部23におい
ては、電圧検出部28で検出した出力電圧の絶対値が予
め定められた基準値より小さければ、リチウム二次電池
10で内部短絡が発生したと判断し、内部短絡発生信号
を外部へ出力する。なお、ここで電圧検出部28が検出
する電圧低下は、内部短絡を生じたことにより単位電池
のエネルギが全て短絡部に集中して流れることに起因し
て発生するものである。
述した実施例4が電圧検出部28で検出した出力電圧の
絶対値を基準値と比較する代わりに、出力電圧の変化率
を対応する基準値と比較するようにしたものである。こ
の場合、電圧検出部28と判定部23Aとの間には、入
力信号変化率算出部25が設けられている。また、判定
基準信号発生部24Aから判定部23Aへ入力される基
準値は、上述した電圧の絶対値とは異なり、検出した電
圧の変化率に対応するよう予め定めたものである。この
ような構成としても、判定部23Aでは、電圧検出部2
8で検出し入力信号変化率算出部25で算出した電圧の
変化率が予め定められた基準値より大きければ、リチウ
ム二次電池10で内部短絡が発生したと判断し、内部短
絡発生信号を外部へ出力する。
圧検出部28に代えて、抵抗29a、29b及びフォト
カプラ30を用いた構成となっている。この場合、内部
短絡が発生して正極端子5及び負極端子6間の電圧が低
下すると、抵抗29a,29bの存在によりフォトカプ
ラ30には電流が流れにくくなる。従って、フォトカプ
ラ30は不作動となるので、この不作動から内部短絡の
発生を検出して、内部短絡検出信号を出力することがで
きる。なお、抵抗29bはフォトカプラ30が不作動に
なる電圧を正確に定めるためには有効であるが、原理的
には抵抗29bがなくても成り立つ。すなわち、正極端
子5及び負極端子6間の出力電圧を検出し、出力電圧が
低下した場合、判定部として機能するフォトカプラ30
が不作動となり、この不作動を検出して内部短絡検出信
号を出力するように構成されている。
リチウム二次電池10の内部短絡を検出する検知手段と
して、圧力センサ31が設けられている。この圧力セン
サ31は、内部短絡によって生じるケース1の内部圧力
変化を検出するもので、その検出信号は、圧力信号を電
気信号に変換する信号変換部22を経て判定部23へ入
力される。判定部23には、判定基準信号発生部24よ
り基準値が入力され、この基準値と検出信号とを比較し
て、内部短絡の有無を判断する。すなわち、判定部23
においては、圧力センサ31で検出した内部圧力の絶対
値が予め定められた基準値より大きければ、リチウム二
次電池10で内部短絡が発生したと判断し、内部短絡発
生信号を外部へ出力する。なお、ここで圧力センサ31
が検出する内部圧力の変化は、内部短絡を生じたことに
より単位電池のエネルギが全て短絡部に集中して流れる
ので、化学反応が異常に進んでガスを発生することに起
因するものである。
述した実施例7が圧力センサ31で検出した内部圧力の
絶対値を基準値と比較する代わりに、内部圧力の変化率
を対応する基準値と比較するようにしたものである。こ
の場合、信号変換部22と判定部23Aとの間には、入
力信号変化率算出部25が設けられている。また、判定
基準信号発生部24Aから判定部23Aへ入力される基
準値は、上述した内部圧力の絶対値とは異なり、検出し
た内部圧力の変化率に対応するよう予め定めたものであ
る。このような構成としても、判定部23Aでは、圧力
センサ31で検出し入力信号変化率算出部25で算出し
た内部圧力の変化率が予め定められた基準値より大きけ
れば、リチウム二次電池10で内部短絡が発生したと判
断し、内部短絡発生信号を外部へ出力する。
リチウム二次電池10の内部短絡を検出する検知手段と
して、温度センサ32が設けられている。この温度セン
サ32は、内部短絡によって生じるケース1の内部温度
変化を検出するもので、その検出信号は、温度信号を電
気信号に変換する信号変換部22を経て判定部23へ入
力される。判定部23には、判定基準信号発生部24よ
り基準値が入力され、この基準値と検出信号とを比較し
て、内部短絡の有無を判断する。すなわち、判定部23
においては、温度センサ32で検出した内部温度の絶対
値が予め定められた基準値より大きければ、リチウム二
次電池10で内部短絡が発生したと判断し、内部短絡発
生信号を外部へ出力する。なお、ここで温度センサ32
が検出する内部温度の変化は、内部短絡を生じたことに
より単位電池のエネルギが全て短絡部に集中して流れる
ので、化学反応が異常に進むことに起因するものであ
る。
は、上述した実施例9が温度センサ32で検出した内部
温度の絶対値を基準値と比較する代わりに、内部温度の
変化率を対応する基準値と比較するようにしたものであ
る。この場合、信号変換部22と判定部23Aとの間に
は、入力信号変化率算出部25が設けられている。ま
た、判定基準信号発生部24Aから判定部23Aへ入力
される基準値は、上述した内部温度の絶対値とは異な
り、検出した内部温度の変化率に対応するよう予め定め
たものである。このような構成としても、判定部23A
では、温度センサ32で検出し入力信号変化率算出部2
5で算出した内部温度の変化率が予め定められた基準値
より大きければ、リチウム二次電池10で内部短絡が発
生したと判断し、内部短絡発生信号を外部へ出力する。
生磁界の変化、出力電圧の変化、内部圧力の変化または
内部温度の変化を検出し、その絶対値または変化率を基
準値と比較して内部短絡の発生を検出していたが、内部
短絡の検知手段としては、この他にも図示を省略した音
の変化や振動の変化を検出して判断することも可能であ
る。音から内部短絡の発生を検出する場合には、たとえ
ばマイクロホンなどにより検知した音が予め記憶された
内部短絡時に発生する独特の音(すなわち基準値)と一
致するか否かを判断すればよい。また、振動から内部短
絡の発生を検出する場合には、たとえばGセンサなどに
より検知した振動を基準値と比較して判断すればよい。
なお、このような音や振動を検知手段として採用する場
合には、二次電池の使用環境を十分に考慮する必要があ
り、たとえば通常の使用環境で様々な振動や音にさらさ
れる自動車用の二次電池などには適用が困難である。
の内部短絡を検出する手段として、発生磁界の変化、出
力電圧の変化、内部圧力の変化、内部温度の変化、音の
変化または振動の変化のうちいずれかひとつを検知して
内部短絡の発生を判断していたが、これらの変化から少
なくとも二種類の変化を検出し、少なくとも二種類の変
化がそれぞれに対応する基準値と比較して内部短絡が発
生したと判断される場合にのみ、内部短絡検出信号を出
力するようにしてもよい。すなわち、異なる複数の状態
変化が、たとえば内部圧力及び電圧の変化がいずれも内
部短絡の発生を示していると判断されてアンド条件を満
たした時にのみ、内部短絡発生信号を出力するようにす
ればよい。
ンド条件により内部短絡を判断するようにすれば、検知
の確実性や信頼性が向上するのでまんがいちの誤検知を
防ぐことができる。なお、検知する状態変化の組み合わ
せは適宜選択することが可能であり、必要に応じて三種
類またはそれ以上を組み合わせてもよく、たとえば三種
類の状態変化のうち少なくとも二種類の変化から内部短
絡発生と判断された場合に内部短絡発生信号を出力する
ようにしてもよい。
体的な構成の実施例を図21から図24に示して説明す
る。 <実施例1>図21に示す内部エネルギ吸収装置40に
おいて、図中の符号41はスイッチ部、42はエネルギ
吸収部、43はスイッチ駆動部、44は内部短絡検出信
号である。内部エネルギ吸収装置40は、リチウム二次
電池10に内部短絡が発生した際に電池内部のエネルギ
を電流として電池外部へ導くものであり、正極端子5と
負極端子6との間をバイパス配線45で連結し、このバ
イパス配線45中に常時開のスイッチ部(スイッチ手
段)41を介してエネルギ吸収部42を接続してある。
スイッチ部41には、これを開閉動作させるスイッチ駆
動部43が接続されている。このスイッチ駆動部43
は、内部短絡検出信号44を受けてスイッチ部41を閉
じ、エネルギ吸収部42をリチウム二次電池10と通電
状態にして、同リチウム二次電池10から電流を流すよ
うに構成されている。
しては、図23に示すようなパワートランジスタ46や
図示省略のリレーなどがある。また、エネルギ吸収部4
2の好適な具体例としては、図24に示すように、抵抗
47とコンデンサ48とを並列に配列したものがある。
なお、エネルギ吸収部42としては、抵抗47とコンデ
ンサ48とを並列に配列した構成の他にも、抵抗47と
コンデンサ48とを直列に配列した構成、コンデンサ4
8のみを使用する構成、あるいは抵抗47のみを使用す
る構成も可能である。
収装置40の実施例2において、図中の符号41はスイ
ッチ部、42はエネルギ吸収部、43はスイッチ駆動
部、44は内部短絡検出信号であり、スイッチ部41と
エネルギ吸収部42との位置関係が上述した実施例1と
は逆になっている。内部エネルギ吸収装置40は、リチ
ウム二次電池10の内部短絡により生じる短絡電流を電
池外部へ導くもので、正極端子5と負極端子6との間を
バイパス配線45で連結し、このバイパス配線45中に
正極端子5側からエネルギ吸収部42、常時開のスイッ
チ部41の順に接続してある。スイッチ部41には、上
述した実施例1と同様に開閉動作させるスイッチ駆動部
43が接続されている。このスイッチ駆動部43は、内
部短絡検出信号44を受けてスイッチ部41を閉じ、エ
ネルギ吸収部42をリチウム二次電池10と通電状態に
して、同リチウム二次電池10から短絡電流を流すよう
に構成されている。このようにスイッチ部41をバイパ
ス回路45の負極端子6側に配置すると、スイッチ部4
1にパワートランジスタ46を採用した場合、パワート
ランジスタ46のエミッタ電位が確定するので好都合で
ある。
部エネルギ吸収装置40及びこれらを備えたリチウム二
次電池10においては、リチウム二次電池10で内部短
絡が生じると、短絡部に集中して瞬時に大電流が流れ
る。この結果、大電流により磁界の変化が生じたり、化
学反応が異常に進むことによりガスを発生したり発熱し
たりすることになる。このようなリチウム二次電池10
内の状態変化は、内部短絡検出装置20の構成要素であ
る磁気センサ21、センサコイル26、電圧検出部2
8、圧力センサ31、温度センサ32などの検知手段に
よって検出され、その絶対値または変化率が所定の基準
値より大きい場合に、内部短絡が発生したと判断されて
判定部23,23Aより内部短絡検出信号44が出力さ
れる。
はスイッチ駆動部43へ入力され、スイッチ駆動部43
がスイッチ部41を開位置から閉位置に切り換えて、バ
イパス配線45に設けられたエネルギ吸収部42を正極
端子5及び負極端子6と導通状態にする。この結果、電
池の内部エネルギは、電流として(極めて抵抗の小さ
い)エネルギ吸収部42へも流れるので、リチウム二次
電池10の外部となる安全な場所へ導かれる。これまで
の動作は極めて短時間のうちに完了するので、安全弁7
が作動する前に内部エネルギを減少させて、安全弁7を
作動させるようになるまで事態が悪化するのを防止でき
る。また、仮に安全弁7が作動するような事態となって
も、内部エネルギが外部へ吸収されて少なくなっている
ので、安全弁7の作動による衝撃や電解液噴出による周
辺機器への影響を最小限にして、信頼性を向上させるこ
とができる。
10Aをリチウム二次電池10として説明したが、上述
した本発明の内部短絡検出装置、内部エネルギ吸収装置
及び二次電池はリチウム二次電池に限定されるものでは
なく、たとえば鉛蓄電池やニッケル・カドミウム蓄電池
など、他の二次電池への適用が可能なことは言うまでも
ない。
ギ吸収装置及び二次電池によれば、以下の効果を奏す
る。請求項1に記載の内部短絡検出装置によれば、検知
手段により内部短絡が生じた場合において、発生磁界の
変化、出力電力の変化、内部圧力の変化、内部温度の変
化などの状態変化を検出し、その検出信号を判定部に受
けて内部短絡の発生を判定することにより、内部短絡が
生じた場合の状態変化を早い段階で検出して内部短絡検
出信号を出力することができる。従って、内部短絡の発
生を早期に検出することが可能となる。
よれば、内部短絡信号を受けてバイパス配線のスイッチ
手段を閉じ、極めて抵抗が小さいエネルギ吸収部を導通
状態にすることで、内部短絡が発生した際に電池の内部
エネルギを電流として早期に電池外部へ取り出すことが
できる。従って、内部短絡時の内部エネルギを電池外部
へ吸収して安全弁が作動するのを防止できるようにな
り、また、安全弁が作動したとしても外部へ取出された
分だけ内部エネルギが小さくなるため、衝撃や内部液体
の噴出を最小限に抑えることができる。
知手段により内部短絡が生じた場合の状態変化を検出
し、その検出信号を判定部に受けて内部短絡の発生を判
定することにより、内部短絡検出装置により内部短絡を
早期に検出して内部短絡検出信号を出力することができ
る。そして、内部短絡検出装置から内部短絡信号を受け
てバイパス配線のスイッチ手段を閉じ、極めて抵抗が小
さいエネルギ吸収部を導通状態にすることで、内部短絡
が発生した際に電池の内部エネルギを電流として早期に
外部へ取り出すことができるので、内部短絡により安全
弁が作動するのを防止できる。また、安全弁が作動した
としても一部が外部へ取出された分だけ内部エネルギが
小さくなっているため、衝撃や内部液体の噴出を最小限
に抑えて周辺機器への影響を防ぐことができる。従っ
て、二次電池や二次電池を使用する装置の信頼性向上に
大きな効果を奏する。
成図である。
係る構成を示すブロック図である。
係る構成を示すブロック図である。
係る図で、(a)は構成を示すブロック図、(b)及び
(c)はセンサコイルの配列構造を示す概念図である。
て、(a)は具体的な第1の配列構造を示す図、(b)
は(a)のA−A線に沿う断面図である。
て、その具体的な第2の配列構造を示す図である。
て、(a)は具体的な第3の配列構造を示す図、(b)
は(a)のB−B線に沿う断面図である。
て、その具体的な第4の配列構造を示す図である。
て、その具体的な第5の配列構造を示す図である。
いて、(a)は第6の配列構造の概要を示す概念図、
(b)は具体的な配列構造を示す図である。
回路例を示す図である。
示す図である。
体的な回路例を示す図である。
に係る構成を示すブロック図である。
に係る構成を示すブロック図である。
に係る構成を示すブロック図である。
に係る構成を示すブロック図である。
に係る構成を示すブロック図である。
に係る構成を示すブロック図である。
0に係る構成を示すブロック図である。
例1に係る構成を示すブロック図である。
例2に係る構成を示すブロック図である。
収装置おけるスイッチ部の好適な具体例を示す図であ
る。
収装置おけるエネルギ吸収部の好適な具体的例を示す図
である。
次電池の構成を示す部分断面斜視図である。
負極及びセパレータの配列と起電力の向きを示す概念図
である。
Claims (11)
- 【請求項1】 二次電池における内部短絡の発生を検
出する内部短絡検出装置であって、 内部短絡によって生じる状態変化を検出する検知手段
と、該検知手段の検出信号を受け内部短絡の発生を判断
して内部短絡検出信号を出力する判定部とを具備し、前
記判定部が前記検出信号またはその変化率と基準値とを
比較して内部短絡の発生を判断するように構成したこと
を特徴とする内部短絡検出装置。 - 【請求項2】 前記検知手段が発生磁界の変化を検出
することを特徴とする請求項1記載の内部短絡検出装
置。 - 【請求項3】 前記検知手段が出力電圧の変化を検出
することを特徴とする請求項1記載の内部短絡検出装
置。 - 【請求項4】 前記検知手段が内部圧力の変化を検出
することを特徴とする請求項1記載の内部短絡検出装
置。 - 【請求項5】 前記検知手段が内部温度の変化を検出
することを特徴とする請求項1記載の内部短絡検出装
置。 - 【請求項6】 前記検知手段が音の変化を検出するこ
とを特徴とする請求項1記載の内部短絡検出装置。 - 【請求項7】 前記検知手段が振動の変化を検出する
ことを特徴とする請求項1記載の内部短絡検出装置。 - 【請求項8】 前記検知手段は、発生磁界、出力電
圧、内部圧力、内部温度、音及び振動のうち少なくとも
二種類の変化を検出し、かつ、前記判定部は、各検出信
号またはその変化率と対応する基準値とをそれぞれ比較
し、少なくとも二種類の変化が内部短絡の発生と判断さ
れる場合に、前記内部短絡検出信号を出力することを特
徴とする請求項1記載の内部短絡検出装置。 - 【請求項9】 二次電池に内部短絡が発生した際に電
池の内部エネルギを電流として電池外部へ導く内部エネ
ルギ吸収装置であって、 前記二次電池の正極端子及び負極端子間を連結するバイ
パス配線と、該バイパス配線中に常時開のスイッチ手段
を介して接続したエネルギ吸収部とを具備し、内部短絡
検出信号を受けて前記スイッチ手段を閉じ、前記エネル
ギ吸収部に前記電流を流すように構成したことを特徴と
する内部エネルギ吸収装置。 - 【請求項10】 前記エネルギ吸収部が抵抗とコンデ
ンサとを備えていることを特徴とする請求項9記載の内
部エネルギ吸収装置。 - 【請求項11】 ケース内に正極、負極及びセパレー
タを配設して電解溶液を充填した二次電池であって、 内部短絡によって生じる状態変化を検出する検知手段
と、該検知手段の検出信号を受け内部短絡の発生を判断
して内部短絡検出信号を出力する判定部とを具備し、前
記判定部が前記検出信号またはその変化率と基準値とを
比較して内部短絡の発生を判断する内部短絡検出装置
と、 前記二次電池の正極端子及び負極端子間を連結するバイ
パス配線と、該バイパス配線中に常時開のスイッチ手段
を介して接続したエネルギ吸収部とを具備し、二次電池
に内部短絡が発生した際に前記内部短絡検出信号を受け
て前記スイッチ手段を閉じ、電池の内部エネルギを電流
として電池外部へ導く内部エネルギ吸収装置と、を具備
して構成したことを特徴とする二次電池。
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