JP2003187879A - 電池監視装置及び充電装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電池の内圧の上昇を低コストで検出できるよ
うにする。 【解決手段】 電池筐体内の内圧の上昇を検出する電池
監視装置において、前記電池筐体の形状変化に伴って姿
勢変化する状態で前記電池筐体の外周に沿って配置され
る索状体ＷＢと、その索状体の姿勢変化を検出する検出
手段ＳＥとが設けられている。このように構成すること
によって、電池の内圧の上昇を索状体の姿勢変化という
単純な動作に変換して、電池の内圧の上昇を低コストで
検出できるものとなった。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電池筐体内の内圧
の上昇を検出する電池監視装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】かかる電池監視装置は、電池の過放電や
過充電等に伴う電池筐体内の内圧上昇を検出する装置で
ある。電池には、電池内が過度に温度上昇して内圧が上
昇した際に、電池の過度な膨張を防止するいわゆる防爆
弁が備えられることが多いが、この防爆弁は内圧を下げ
るために電池内の電解液を外部に排出するように動作す
る。従って、防爆弁が作動するより前に必要な対策をと
れるようにするために、電池の内圧の上昇を検知するた
めの手段を備えることが望ましい。従来、電池の内圧の
上昇を検知するための手段としては、電池の内部に圧力
センサを備える構成が考えられている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来構成では、電池の構造によっては圧力センサの取り付
けが困難な場合があり、又、高価な部品を使用すること
によるコストアップを招いてしまうことになる。本発明
は、かかる実情に鑑みてなされたものであって、その目
的は、電池の内圧の上昇を低コストで検出できるように
する点にある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記請求項１記載の構成
を備えることにより、電池筐体内の内圧の上昇を検出す
る電池監視装置において、前記電池筐体の形状変化に伴
って姿勢変化する状態で前記電池筐体の外周に沿って配
置される索状体と、その索状体の姿勢変化を検出する検
出手段とが設けられている。すなわち、電池が過放電や
過充電等によって電池の内圧が上昇すると、電池筐体が
膨張する。そこで、索状体を電池筐体の外周に沿って配
置することで、電池の内圧の上昇を索状体の姿勢変化と
いう単純な動作に変換することができ、電池の内圧の上
昇を低コストで検出できるものとなった。

【０００５】又、上記請求項２記載の構成を備えること
により、前記索状体の両端に互いに着脱可能な雌雄のコ
ネクタが振り分けて取り付けられ、前記雌雄のコネクタ
に、前記雌雄のコネクタが接続された状態で接触する一
対の導電部材が振り分けて備えられ、前記検出手段は、
前記索状体を前記電池筐体の外周に巻回して前記雌雄の
コネクタを接続した状態で、前記雌雄のコネクタの離脱
移動に伴う前記一対の導電部材間の通電状態の変化によ
って前記索状体の姿勢変化を検出するように構成されて
いる。すなわち、索状体を電池筐体に巻回して両端の雌
雄のコネクタを接続しておくと、電池筐体が内圧の上昇
によって膨張したときに現れる索状体の姿勢変化として
索状体の両端が離間し、その結果として両端に取り付け
られたコネクタが離脱移動する。従って、このコネクタ
の離脱移動を電気的に検出するだけの簡素な構成で索状
体の姿勢変化を検出することができ、電池監視装置を一
層低コストで構成できる。しかも、前記一対の導電部材
を振り分けて備える雌雄のコネクタとしては汎用のコネ
クタを流用することができ、この点においても電池監視
装置のコストの低減化を図ることができる。

【０００６】又、上記請求項３記載の構成を備えること
により、前記索状体が導電部材をループ状に形成して構
成され、前記検出手段は、前記ループ状の索状体を前記
電池筐体の外周に巻回した状態で、前記索状体の破断に
よって生じる前記ループ状の索状体における２点間の電
気抵抗の変化を検出することによって前記索状体の姿勢
変化を検出するように構成されている。すなわち、例え
ば細線等の比較的に外部からの力の作用によって破断し
易い導電部材からなる索状体をループを形成するように
電池筐体に巻回しておくと、電池筐体が内圧の上昇によ
って膨張したときに現れる索状体の姿勢変化として、索
状体がループの何れかの箇所で破断する。ループ状の索
状体の２点間の電気抵抗は、一方の点から他方の点に向
かう２つの通電ルートについての電気抵抗が並列接続さ
れた関係となるので、その２つの通電ルートの何れかに
おいて索状体の破断が発生すると、前記２点間の電気抵
抗が上昇する。従って、この２点間の電気抵抗の変化を
検出するだけの簡素な構成で索状体の姿勢変化を検出す
ることができ、電池監視装置を一層低コストで構成でき
る。

【０００７】又、上記請求項４記載の構成を備えること
により、前記電池は、複数の単電池を組み合わせて構成
した組電池にて構成され、前記索状体は、前記複数の単
電池に掛け回すように配置されている。すなわち、内圧
の上昇を監視する対象が単電池を組み合わせて構成した
組電池であるときは、組電池を構成する複数の単電池に
索状体を掛け回すことで、複数の単電池の内圧の上昇を
一括して検出することができる。従って、個々の単電池
毎に内圧の上昇を検知する構成を備える場合に比べて、
極めて簡素な構成で電池の内圧の上昇を検出することが
できる。しかも、各単電池が密着して配置されて組電池
が構成されている場合には、単電池の膨張による索状体
の姿勢変化の程度が大きくなり、索状体の姿勢変化を検
出し易くなるので、これを検出する検出手段の装置構成
を一層簡素化できるものとなる。

【０００８】又、上記請求項５記載の構成を備えること
により、充電装置に、上記構成の電池監視装置が備えら
れて、前記検出手段の検出情報に基づいて、前記電池の
内圧の上昇を検出したときに、前記電池に対する充電動
作を停止する。すなわち、一般に、電池の異常な内圧の
上昇は、二次電池である電池に対して充電している際
に、過充電となったときに発生し易い。そこで、このよ
うな過充電によって電池の内圧が上昇したときに、充電
動作を停止させるのである。もって、上記構成の電池監
視装置を充電装置に備えさせることで、装置コストの上
昇を可及的に抑制しながら、充電装置の機能の向上を図
ることができるに至った。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の電池監視装置及び
その電池監視装置を備えた充電装置の実施の形態を図面
に基づいて説明する。 〔第１実施形態〕第１実施形態における電池監視装置Ｂ
Ｗは、図１に示すように、電池ＢＴとしていわゆる組電
池ＣＢを監視対象とし、電池ＢＴの電池筐体内の内圧の
上昇によって電池筐体が膨張したことを検出する。組電
池ＣＢは、夫々が二次電池である複数の単電池ＳＢを組
み合わせて一つのパッケージに収めたものであり、本第
１実施形態では、夫々単電池ＳＢである４個のリチウム
イオン電池を直列接続して構成した組電池ＣＢを例示す
る。個々の単電池ＳＢの形状は扁平状の直方体形状であ
り、この４個の単電池ＳＢを厚さ方向に重ねて組電池Ｃ
Ｂを構成している。尚、図１等の図面では皮膜状のパッ
ケージの図示を省略している。

【００１０】電池監視装置ＢＷの概略構成は、組電池Ｃ
Ｂの電池筐体の形状変化（すなわち膨張）に伴って姿勢
変化する状態で組電池ＣＢの電池筐体の外周に沿って配
置される索状体ＷＢと、その索状体ＷＢの姿勢変化を検
出する検出手段ＳＥとを備えて構成されている。本第１
実施形態における索状体ＷＢは、図１に示すように、電
池筐体の外周に巻回するベルト１にて構成されており、
このベルト１の両端に互いに着脱可能な雌雄のコネクタ
２，３が振り分けて取り付けられている。ベルト１は、
例えば強固に織られた布材や繊維強化された樹脂等の非
導電性で伸縮しにくく十分な強度を有する部材にて形成
されている。本第１実施形態におけるベルト１の姿勢変
化は、前記単電池ＳＢの内圧が上昇して電池筐体が膨張
したときに、ベルト１の長手方向に沿った組電池ＣＢの
周囲長が実質的に長くなるので、雌雄のコネクタ２，３
が取り付けられたベルト１の両端が互いに離間するとい
う形で現れる。

【００１１】検出手段ＳＥは、このベルト１の両端の離
間に伴って、雌雄のコネクタ２，３が離間方向へ移動
（離脱移動）したことを検出する。この検出のために、
検出手段ＳＥは、平面視による概略図である図２（ｂ）
及び図３（ｂ）に示すように、雌雄のコネクタ２，３に
振り分けて備えられている一対の導電部材４，５と、そ
の一対の導電部材４，５の通電状態によってベルト１の
姿勢変化を検出する検出回路６とによって構成されてお
り、コネクタ２，３の離脱移動に伴う一対の導電部材
４，５の通電状態の変化を検出する。従って、雌雄のコ
ネクタ２，３が離脱移動したときに一対の導電部材４，
５が電気的に接続された状態を維持し得る長さを設定す
ることによって、検出する電池ＢＴの内圧の上昇の程度
を設定できる。検出回路６は、雄側のコネクタ２に備え
られた一方の導電部材４を電源電圧（Ｖｃｃ）に接続
し、雌側のコネクタ３に備えられた他方の導電部材５を
抵抗Ｒ１を介して接地させている。

【００１２】電池監視装置ＢＷは、図１等に示すよう
に、ベルト１を４つの単電池ＳＢ全てに掛け回して両端
の雌雄のコネクタ２，３同士を接続して取り付ける。雌
雄のコネクタ２，３を接続した状態では、図２（ｂ）に
示すように、雄側のコネクタ２に備えられた導電部材４
の先端側コの字状部分が雌側のコネクタ３に備えられた
導電部材５のピン状部分に外嵌して、それを挟持してい
る。この状態では、一対の導電部材４，５が電気的に接
続されて導通状態となっているので、出力端子７の出力
電圧は電源電圧（Ｖｃｃ）に一致する。一方、単電池Ｓ
Ｂの内圧が大きく上昇すると、図２（ａ）と同方向視で
示す図３（ａ）のように雌雄のコネクタ２，３が離脱移
動して、図３（ｂ）に示すように一対の導電部材４，５
が電気的に離脱して非導通となり、これによって、出力
端子７の出力電圧は接地電位（０Ｖ）となる。

【００１３】上記構成の電池監視装置ＢＷは、図７に示
すように、充電装置ＣＨの一部を構成することで、充電
装置ＣＨの機能を大きく向上させることができる。すな
わち、上記した電池ＢＴの内圧の上昇は、充電装置ＣＨ
にて充電動作しているときに、過充電となってしまった
場合に発生することが多いからである。充電装置ＣＨに
は、上記構成の電池監視装置ＢＷの他に、充電回路１１
と、組電池側のコネクタ１０の充電用端子１２，１３と
接続するための直流出力端子１４，１５を備えた充電装
置側のコネクタ１６と、充電回路１１に対する電力供給
を入り切りするスイッチ１７と、スイッチ１７の入り切
りを制御して充電動作の実行とその停止とを切換え制御
する充電制御回路１８とが備えられている。

【００１４】上記構成の充電装置ＣＨは、スイッチ１７
が入り操作されるに伴って組電池ＣＢに対する充電を開
始し、充電回路１１が各単電池ＳＢを充電して行く。こ
の充電過程において何らかの理由により単電池ＳＢが過
充電の状態となり、単電池ＳＢの内圧が大きく上昇する
ような事態が発生した場合、電池監視装置ＢＷが上述の
ようにして内圧の上昇を検出する。これに伴って、例え
ば論理回路により構成される充電制御回路１８が検出回
路６における出力端子７の信号を受けて、スイッチ１７
を切り操作し、充電装置ＣＨの充電動作を停止させる。

【００１５】〔第２実施形態〕次に、本発明の第２実施
形態について説明する。第２実施形態における電池監視
装置ＢＷも、第１実施形態と同様に、電池ＢＴとしてい
わゆる組電池ＣＢを監視対象とし、電池ＢＴの電池筐体
内の内圧の上昇によって電池筐体が膨張したことを検出
する。電池監視装置ＢＷの概略構成として、組電池ＣＢ
の電池筐体の形状変化（すなわち膨張）に伴って姿勢変
化する状態で組電池ＣＢの電池筐体の外周に沿って配置
される索状体ＷＢと、その索状体ＷＢの姿勢変化を検出
する検出手段ＳＥとを備えて構成されている点も上記第
１実施形態と共通する。本第２実施形態は、索状体ＷＢ
の構成及び索状体ＷＢの姿勢変化を検出するための具体
構成が上記第１実施形態と異なる。本第２実施形態にお
ける索状体ＷＢは、図４に示すように、導電部材である
抵抗線３０にて構成されており、この抵抗線３０をルー
プ状に形成して組電池ＣＢに巻回する。本第２実施形態
における索状体ＷＢである抵抗線３０の姿勢変化は、前
記単電池ＳＢの内圧が上昇して電池筐体が膨張したとき
に、抵抗線３０が長手方向に引張られて破断するという
形で現れる。

【００１６】検出手段ＳＥは、この抵抗線３０の破断を
検出する。従って、太さ等の抵抗線３０の強度に関係す
る要素を設定することによって、検出する電池ＢＴの内
圧の上昇の程度を設定できる。検出手段ＳＥは、抵抗線
３０の破断によって生じる抵抗線３０における２点間の
電気抵抗の変化を検出することによって抵抗線３０の破
断を検出する。すなわち、図４及び平面視で示す図５
（ａ）等に示すように、抵抗線３０の長手方向の２箇所
の検出点Ａ，Ｂから信号線を引き出し、その一方（検出
点Ａ側）を接地し、他方（検出点Ｂ側）を抵抗Ｒ２を介
して電源電圧（Ｖｃｃ）に接続する。上記２箇所の検出
点Ａ，Ｂは平面視で点対象位置に設定してあり、検出点
Ａ，Ｂ間の２つの通電ルートの抵抗値がほぼ等しくなる
ようにしてある。抵抗Ｒ２の抵抗値を「ｒ」、検出点
Ａ，Ｂ間の２つの通電ルート夫々の抵抗値を「Ｒ」とす
ると、等価回路は図５（ｂ）に示すものとなる。

【００１７】電池監視装置ＢＷは、図４等に示すよう
に、抵抗線３０を４つの単電池ＳＢ全てに掛け回して端
部同士を圧着端子等により接続してループ状に形成す
る。そして２箇所の検出点Ａ，Ｂそれぞれから圧着端子
等によって信号線を引き出す。引き出された信号線は図
５（ａ）に示すように接続する。この状態では、検出点
Ａ，Ｂ間の２つの通電ルート夫々が抵抗として作用し
て、出力端子３１の出力電圧（Ｖｏ）は、Ｖｏ＝（Ｖｃ
ｃ・Ｒ／２）／（ｒ＋Ｒ／２）となる。一方、単電池Ｓ
Ｂの内圧が大きく上昇すると、図５（ａ）と同方向視で
示す図６（ａ）のように、２箇所の検出点Ａ，Ｂ間の２
つの通電ルートのうちの何れか一方で破断が発生する。
これによって、等価回路は図６（ｂ）に示す形となっ
て、出力端子３１の出力電圧（Ｖｏ）は、Ｖｏ＝（Ｖｃ
ｃ・Ｒ）／（ｒ＋Ｒ）となり、２箇所の検出点Ａ，Ｂ間
の電気抵抗の変化が電圧の変化として出力される。本第
２実施形態の電池監視装置ＢＷも、当然に第１実施形態
の電池監視装置ＢＷと同様に上記充電装置ＣＨに備えさ
せることができ、充電制御回路１８がコンパレータ等に
よって出力端子３１の出力電圧を弁別し、充電動作中に
おいて、出力端子３１の電圧が設定電圧（破断時の出力
電圧と正常時の出力電圧の中間に設定）よりも高くなっ
たときに、スイッチ１７を切り操作して充電動作を停止
させる。

【００１８】〔別実施形態〕以下、本発明のその他の実
施形態を列記する。 （１）上記実施の形態では、第１実施形態としてベルト
１の両端に雌雄のコネクタ２，３を備えてベルト１の姿
勢変化を検出する場合を例示し、第２実施形態としてル
ープ状に形成した抵抗線３０の破断をそれの姿勢変化と
して検出する場合を例示しているが、電池筐体に巻回し
た索状体ＷＢの姿勢変化を検出するための具体構成は種
々変更可能である。例えば、上記第１実施形態における
ベルト１の両端同士を導電線にて接続し、その導電線の
通電状態を検出することによって電池監視装置ＢＷを構
成することもできる。このように構成した場合、電池Ｂ
Ｔの内圧が上昇して電池筐体が膨張することによってベ
ルト１の両端同士を接続した導電線が破断し、この導電
線が導通状態から非導通状態に変化したときに索状体Ｗ
Ｂの姿勢変化として検出することができる。

【００１９】（２）上記第１実施形態及び第２実施形態
では、組電池ＣＢとして構成された電池ＢＴの筐体の外
周を１周させる状態で索状体ＷＢを巻回しているが、電
池筐体の膨張が索状体ＷＢの姿勢変化として現れさえす
れば、必ずしも電池筐体を完全に１周させる必要はな
く、例えば、索状体ＷＢの端部を電池筐体に固着して電
池筐体の外周を半周させるような構成でも良い。又、逆
に、前記索状体ＷＢが、電池筐体を複数回巻回するよう
に構成しても良い。 （３）上記第１実施形態及び第２実施形態では、電池監
視装置ＢＷの監視対象の電池ＢＴとして組電池ＣＢを例
示しているが、単電池ＳＢが単独で使用される場合にも
本発明を適用できる。又、電池監視装置ＢＷを単独で一
次電池の過放電の監視に使用することもできる。

【００２０】

【発明の効果】上記請求項１記載の構成によれば、電池
が過放電や過充電等によって電池の内圧が上昇すると電
池筐体が膨張するので、索状体を電池筐体の外周に沿っ
て配置することで、電池の内圧の上昇を索状体の姿勢変
化という単純な動作に変換して、電池の内圧の上昇を低
コストで検出できるものとなった。又、上記請求項２記
載の構成によれば、電池筐体が内圧の上昇によって膨張
したときのコネクタの離脱移動を電気的に検出するだけ
の簡素な構成で索状体の姿勢変化を検出することがで
き、電池監視装置を一層低コストで構成できる。又、上
記請求項３記載の構成によれば、電池筐体が内圧の上昇
によって膨張したときに索状体がループの何れかの箇所
で破断すると、ループ状の索状体の２点間の電気抵抗が
上昇するので、この２点間の電気抵抗の変化を検出する
だけの簡素な構成で索状体の姿勢変化を検出することが
でき、電池監視装置を一層低コストで構成できる。

【００２１】又、上記請求項４記載の構成によれば、組
電池を構成する複数の単電池に索状体を掛け回すこと
で、複数の単電池の内圧の上昇を一括して検出すること
ができ、個々の単電池毎に内圧の上昇を検知する構成を
備える場合に比べて、極めて簡素な構成で電池の内圧の
上昇を検出することができる。又、上記請求項５記載の
構成によれば、一般に、電池の異常な内圧の上昇は、二
次電池である電池に対して充電装置にて充電している際
に、過充電となったときに発生し易いので、このような
過充電によって電池の内圧が上昇したときに、充電装置
の充電動作を停止させる。もって、上記構成の電池監視
装置を充電装置に備えさせることで、装置コストの上昇
を可及的に抑制しながら、充電装置の機能の向上を図る
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態にかかる電池監視装置を
取り付けた状態の組電池の斜視図

【図２】（ａ）本発明の第１実施形態にかかる電池監視
装置を取り付けた状態の組電池の平面図（正常状態） （ｂ）本発明の第１実施形態にかかる電池監視装置の検
出手段の概略構成図（正常状態）

【図３】（ａ）本発明の第１実施形態にかかる電池監視
装置を取り付けた状態の組電池の平面図（内圧が上昇し
た状態） （ｂ）本発明の第１実施形態にかかる電池監視装置の検
出手段の概略構成図（内圧が上昇した状態）

【図４】本発明の第２実施形態にかかる電池監視装置を
取り付けた状態の組電池の斜視図

【図５】（ａ）本発明の第２実施形態にかかる電池監視
装置を取り付けた状態の組電池の平面図（正常状態） （ｂ）本発明の第２実施形態にかかる正常状態の等価回
路

【図６】（ａ）本発明の第２実施形態にかかる電池監視
装置を取り付けた状態の組電池の平面図（内圧が上昇し
た状態） （ｂ）本発明の第２実施形態にかかる索状体が破断した
状態の等価回路

【図７】本発明の実施の形態にかかる電圧監視装置を備
えた充電装置のブロック構成図

【符号の説明】

ＢＷ 電池監視装置 ＣＢ 組電池 ＳＢ 単電池 ＳＥ 検出手段 ＷＢ 索状体 ２，３ コネクタ ４，５ 一対の導電部材

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電池筐体内の内圧の上昇を検出する電池
   監視装置であって、 前記電池筐体の形状変化に伴って姿勢変化する状態で前
   記電池筐体の外周に沿って配置される索状体と、その索
   状体の姿勢変化を検出する検出手段とが設けられた電池
   監視装置。
2. 【請求項２】 前記索状体の両端に互いに着脱可能な雌
   雄のコネクタが振り分けて取り付けられ、 前記雌雄のコネクタに、前記雌雄のコネクタが接続され
   た状態で接触する一対の導電部材が振り分けて備えら
   れ、 前記検出手段は、前記索状体を前記電池筐体の外周に巻
   回して前記雌雄のコネクタを接続した状態で、前記雌雄
   のコネクタの離脱移動に伴う前記一対の導電部材間の通
   電状態の変化によって前記索状体の姿勢変化を検出する
   ように構成されている請求項１記載の電池監視装置。
3. 【請求項３】 前記索状体が導電部材をループ状に形成
   して構成され、 前記検出手段は、前記ループ状の索状体を前記電池筐体
   の外周に巻回した状態で、前記索状体の破断によって生
   じる前記ループ状の索状体における２点間の電気抵抗の
   変化を検出することによって前記索状体の姿勢変化を検
   出するように構成されている請求項１記載の電池監視装
   置。
4. 【請求項４】 前記電池は、複数の単電池を組み合わせ
   て構成した組電池にて構成され、 前記索状体は、前記複数の単電池に掛け回すように配置
   されている請求項１〜３のいずれか１項に記載の電池監
   視装置。
5. 【請求項５】 請求項１〜４のいずれか１項に記載の電
   池監視装置が備えられて、 前記検出手段の検出情報に基づいて、前記電池の内圧の
   上昇を検出したときに、前記電池に対する充電動作を停
   止するように構成された充電装置。