JP2010080225A - 電池パック - Google Patents

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Abstract

【課題】圧力開放弁の開放後も放電を停止することなく所望時間の放電を継続できる電池パックを提供する。
【解決手段】圧力開放弁を有する金属製外装材を備える複数の扁平型非水電解質電池を配列した組電池と、組電池の扁平型非水電解質電池の充電と放電を制御する充放電制御回路と、充放電制御回路に接続された張力検出素子と、非水電解質電池の最も面積の大きい面の中央部を通り、かつ全ての非水電解質電池の圧力開放弁を横切るように配置され、一端が固定され、他端が記張力検出素子に接続される細線状の信号線とを備え、負極の活物質はリチウム金属の開回路電位に対して開回路電位で０．４Ｖ以上、３Ｖ以下で、充放電制御回路は放電時に圧力開放弁の開放に伴う信号線の張力変化を張力検出素子で検出してその検出信号が入力されたとき、非水電解質電池の放電を一定時間継続する制御を行なう電池パック。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電池パックに関する。
近年、環境問題またはエネルギー資源問題の観点から、化石燃料をエネルギー源とする従来の自動車に代わり、電気自動車、ハイブリッド電気自動車など電気エネルギーを用いる自動車の研究が行われている。これらの自動車の電源は、リチウムイオン二次電池またはニッケル水素二次電池が検討されている。なかでもリチウムイオン二次電池は高エネルギー密度であり、電源の小型化・軽量化の観点から注目されている。
リチウムイオン二次電池の外装缶に収容される非水電解質は、可燃性であるため、安全性向上のために各種安全装置を備えている。二次電池には、例えば温度が上昇することによりイオン伝導を阻害するセパレータ、温度上昇により抵抗が上昇するＰＴＣ素子、電池内圧が上昇すると電流を遮断する電流遮断弁が備えられている。電池パックには、例えば充放電制御回路、電流ヒューズ、温度ヒューズが備えられている。
二次電池に発生する異常の中で、内圧の上昇と、それに引き続く圧力開放弁の開放は重大な障害およびその前兆であり、確実に検知する必要がある。例えば特許文献１には、複数の電池周囲に信号線を巡らせることにより外装缶の膨張を検知することが開示されている。しかしながら、前記信号線で検知できる現象は温度または張力であり、圧力開放弁の開放を検知することができない。
特許文献２には、圧力開放弁および外装缶の側面に各々センサを設置し、それらを直列に接続することにより回路の簡素化を図ることが開示されている。前記センサは、圧力開放弁の作動または外装缶の膨張により断線するものである。このため、センサが断線するまで外装缶の膨張を検知することができない。また、センサが断線した場合に圧力開放弁の作動または外装缶の膨張のいずれが要因であるかを区別することができない。さらに、全ての二次電池にセンサを配置する必要があり、回路が複雑化するとともにコストが上昇する。また、センサは張力が加わると、延伸してから切断されるため、外装缶の膨れの検出に時間遅れを生じ、迅速な検出が困難になる。
また、特許文献３には圧力開放弁の直上に導電性細線からなる信号線を配置し、圧力開放弁の開放に伴う信号線の断裂（破断）を検出する方法が開示されている。複数の電池の圧力開放弁の開放を一つのセンサで検知するものであり、回路の簡素化とコストの低減を可能とするものである。しかしながら、このセンサでは電池の膨れを検出することができず、圧力開放弁が作動するまでの予兆を検知することができない。
ところで、非水電解質電池において圧力開放弁の開放に伴って発熱する要因は、主に圧力開放弁から侵入した空気と、充電状態の電池活物質との化学反応である。例えば、負極材料として一般的に用いられる炭素材料は、充電状態で酸素と反応すると大きい発熱を生じる。特に、電池が過充電状態の場合、負極上に金属リチウムが析出するためにさらに発熱が大きくなる。したがって、非水電解質電池においては、圧力開放弁が作動した場合、速やかに電池の機能（充電および放電）を停止する必要がある。
しかしながら、電気自動車や電動バイク、電動自転車、電動フォークリフトのように二次電池が唯一のエネルギー源である輸送機器の場合、運転中に放電が突然に遮断されると、運転者の意図に係わらず車両が停止する。特に電気自動車や電動バイクのような人員を運搬する車両において、例えば自動車専用道路や高速道路、トンネル内を走行中に突然停止した場合は特に危険な状態となる。このような危険を回避するには、例えば電源を１系統から複数系統とし、さらに各系統を独立して作動・制御することにより前記課題を克服することが可能である。しかしながら、複数の電源系統を輸送機器に搭載した場合には充放電システムなど周辺機器も複数系統必要となるため重量が増加し、コストも上昇する。
特開２００７−２５０５４５号公報 特開平１１−１６２５２７号公報 特開２００５−３２２４７１号公報
本発明は、複数の扁平型非水電解質電池の膨れと圧力開放弁の開放の２つの異常を１本の信号線により検出可能で、かつ圧力開放弁の開放後も放電を停止することなく所望時間の放電を継続する電池パックを提供することを目的とする。
本発明の態様によると、圧力開放弁を有する金属製外装材と、この外装材内に収納された正極、負極、セパレータおよび非水電解質とを備える複数の扁平型非水電解質電池を配列した組電池；
前記組電池の扁平型非水電解質電池の充電と放電を制御する充放電制御回路；
前記充放電制御回路に接続され、張力を検出する張力検出素子；および
少なくとも１つの前記非水電解質電池の最も面積の大きい面の中央部を通り、かつ全ての非水電解質電池の圧力開放弁を横切るように配置され、一端が固定され、他端が前記張力検出素子に接続される細線状の信号線；
を備え、
前記負極の活物質のリチウム吸蔵電位は、リチウム金属の開回路電位に対して開回路電位で０．４Ｖ以上、３Ｖ以下で、
前記充放電制御回路は、放電時および放電直前の開路時に前記非水電解質電池の膨れに伴う前記信号線の張力変化を前記張力検出素子で検出してその検出信号が入力されたとき、前記非水電解質電池の放電電流を低減する制御を行い、かつ前記非水電解質電池の圧力開放弁の開放に伴う前記信号線の張力変化を前記張力検出素子で検出してその検出信号が入力されたとき、これ以降の全ての非水電解質電池への充電を強制的に停止する制御と共に圧力開放弁が開放された非水電解質電池を含む複数の非水電解質電池の放電を一定時間継続する制御を行なうことを特徴とする電池パックが提供される。ただし、前記扁平型非水電解質電池の最も面積の大きい面の中央部とは、最も大きい面の対角線の交点を中心として、縦横の長さが電池長辺長および短辺長の１／２となる領域である。
本発明の電池パックにおいて、前記充放電制御回路は充電時および充電直前の開路時に前記非水電解質電池の膨れに伴う前記信号線の張力変化を前記張力検出素子で検出してその検出信号が入力されたとき、前記非水電解質電池の充電電流を低減する制御を行い、かつ前記非水電解質電池の圧力開放弁の開放に伴う前記信号線の張力変化を前記張力検出素子で検出してその検出信号が入力されたとき、これ以降の全ての非水電解質電池への充電を強制的に停止する制御を行なう。
このような電池パックの充放電制御は、組電池の扁平型非水電解質電池の膨れおよび圧力開放弁の開放に伴う信号線の張力変化を張力検出素子で検出すること；
前記張力検出素子の検出信号を充放電制御回路に出力すること；
充電時および充電直前の開路時に前記張力検出素子から前記非水電解質電池の膨れに伴う前記信号線の張力変化の検出信号が前記充放電制御回路に入力されたとき、前記充放電制御回路により前記非水電解質電池の充電電流を低減する制御を行うこと；
充電時および充電直前の開路時に前記張力検出素子から前記非水電解質電池の圧力開放弁の開放に伴う前記信号線の張力変化の検出信号が前記充放電制御回路に入力されたとき、前記充放電制御回路により前記電池パックの全ての前記非水電解質電池への充電を強制的に停止すること；
放電時および放電直前の開路時に前記張力検出素子から前記非水電解質電池の膨れに伴う前記信号線の張力変化の検出信号が前記充放電制御回路に入力されたとき、前記充放電制御回路により前記非水電解質電池の放電電流を低減する制御を行うこと；および
放電時および放電直前の開路時に前記張力検出素子から前記非水電解質電池の圧力開放弁の開放に伴う前記信号線の張力変化の検出信号が前記充放電制御回路に入力されたとき、前記充放電制御回路により前記電池パックの全ての前記非水電解質電池への充電を強制的に停止すると共に、圧力開放弁が開放した扁平型非水電解質電池の放電を一定の時間継続させること；
を含む。
本発明によれば、複数の扁平型非水電解質電池の充放電時の安全性を確保でき、かつ例えば電気自動車のような輸送機器の駆動電源に適用した場合、開放弁の開放後も所望時間、放電を継続することを可能にし、輸送機器を突然停止せずに走行させて運転者の安全性を確保することが可能な電池パックを提供することができる。
以下に、本発明の実施形態に係る電池パックおよび電池パックの充放電制御方法を図面を参照して詳細に説明する。図１は、実施形態に係る電池パックの組電池を示す斜視図、図２は図１の組電池を示す側面図、図３は図１の組電池の扁平角型非水電解質電池の膨れ状態を示す側面図、図４は図１の組電池の扁平角型非水電解質電池に取付けられた圧力開閉弁の開放状態を示す側面図、図５は張力検出時間と張力値の関係を示す図、図６は実施形態に係る電池パックの回路図を示す。ただし、図面は模式的なものであり、寸法や比率が異なって示されている場合もある。
電池パックは、組電池１を備える。組電池１は、最も面積の大きい面（側面）が互いに対向するように同一の姿勢で配列された複数、例えば５個の扁平角型非水電解質二次電池２1〜２5を備えている。各二次電池２1〜２5は、図示しない接続リードによりシリーズに接続されている。各二次電池２1〜２5は、正極端子３、負極端子４および圧力開放弁５が上部に配置された金属製扁平角型外装材６を有する。細線状の信号線７は、一端が例えば二次電池２5の外装材６の最も面積の大きい面に固定され、全ての二次電池２1〜２5の圧力開放弁５を横切り、さらに二次電池２1の最も面積の大きい面の中央部を通過して全ての二次電池２1〜２5の底面に引き回して他端が張力検出素子８に接続されている。
このような信号線７が周囲に配置された組電池１および張力検出素子８は図示しない筐体内に収納されている。
前記細線状の信号線７は、二次電池の膨れおよび圧力開放弁の開放に伴う張力変化を張力検出素子８に伝達できるものであれば特に制限はない。信号線は、伸び難く、切れ難いことが好ましい。信号線は、例えば鋼線のような金属線、ナイロン、ポリイミド、アラミド、ポリエチレン、ポリプロピレンなどの高分子繊維を用いることができる。形状は、張力を伝達できるものであれば、ワイヤー状の他、リボン状であってもよい。信号線には通常時張力がかかっている必要はない。信号線は、電池膨れおよび圧力開放弁の開放を感度よく検出するために、通常時１０〜１００ｍＮ程度の張力が加えられることが好ましい。
前記張力検出素子８は、信号線から伝達された張力を検出し、充放電制御回路２１に情報を伝達するものである。組電池に組み込まれる二次電池の寸法および数などの条件に応じて必要となる最大変移量が変化する。張力検出素子は、限定されない。ただし、回転式の張力検出部を有する張力検出素子は、電池パックに衝撃が加わった場合に検出部自身の振動の影響が抑制できるので好ましい。
次に、扁平角型非水電解質二次電池の構成部材について詳述する。
１）金属製扁平角型外装材
金属製扁平角型外装材は、肉厚０．５ｍｍ以下の金属製扁平角型外装缶とこの外装缶の開口部に接合された金属製蓋体とを備える。外装缶および蓋体は例えばアルミニウム、鉄、ステンレスにより作られる。外装缶は扁平角型のほかに、断面が楕円形状の扁平円筒型でもよい。
２）圧力開放弁
圧力開放弁は、開放した際に信号線へ張力が加わるものを用いることができる。開放弁は、蓋体の開口部の下面に接合したり、蓋体の開口部の上面に接合したり、して取り付けることができる。また、蓋体自体に直接刻印して開放弁を形成してもよい。
圧力開放弁は、開放時に確実に信号線と接触するように、予め開裂方向が規制されているものが好ましい。例えば、刻印、プレス、切削などにより切れ込み部を形成した圧力開放弁は、開裂方向が予測し易いので好ましい。
また、圧力開放弁は開放後に形状を維持するもの（塑性変形するもの）が好ましい。このため、圧力開放弁は例えばアルミニウム、鉄、ステンレスからなる厚さ２５μｍ以上の金属板であることが好ましい。
圧力開放弁の作動圧は、０．３ＭＰａ以上０．９ＭＰａ以下であることが好ましい。作動圧が０．３ＭＰａより小さいと、電池の落下など電池に加わる衝撃に追随して作動してしまう可能性がある。一方、作動圧が０．９ＭＰａより大きいと内圧上昇の際に圧力開放弁ではなく電池外装缶が断裂し、信号線で検出できない可能性がある。
３）負極
負極は、集電体と、集電体の片面もしくは両面に形成され、活物質、導電剤および結着剤を含む負極層とを含む。
前記集電体は、銅箔、アルミニウム箔、アルミニウム合金箔などを用いることができる。特に、軽量であることからアルミニウム箔が好ましい。
活物質は、リチウム吸蔵電位がリチウム金属の開回路電位に対して開回路電位で０．４Ｖ以上３Ｖ以下の金属酸化物、金属硫化物、金属窒化物などの材料を用いることができる。このような材料の活物質を用いた場合、負極活物質である炭素材料と異なり過充電状態となっても直ちに金属リチウムが析出することはない。このため、圧力開放弁が開放して電池内部に大気が侵入しても負極が大きい発熱を放出することはない。すなわち、リチウム吸蔵電位がリチウム金属の開回路電位に対して開回路電位で０．４Ｖ以上、３Ｖ以下の範囲である負極活物質を用いることにより、圧力開放弁が開放しても、所望の時間安全に放電を継続することが可能になる。
０．４Ｖ以上、３Ｖ以下の範囲でリチウムを吸蔵することが可能な金属酸化物は、例えばＴｉＯ2などのチタン酸化物、Ｌｉ4Ｔｉ5Ｏ12、Ｌｉ2Ｔｉ3Ｏ7などのリチウムチタン酸化物、ＷＯ3などのタングステン酸化物、ＳｎＢ0.4Ｐ0.6Ｏ3.1などのアモルファススズ酸化物、ＳｎＳｉＯ3などのスズ珪素酸化物、ＳｉＯなどの酸化珪素を用いることができる。
０．４Ｖ以上、３Ｖ以下の範囲でリチウムを吸蔵することが可能な金属硫化物は、例えばＴｉＳ2などの硫化リチウム、例えばＭｏＳ2などの硫化モリブデン、例えばＦｅＳ、ＦｅＳ2、ＬｉxＦｅＳ2などの硫化鉄を用いることができる。ｘは０＜ｘ≦１であることが好ましい。
０．４Ｖ以上、３Ｖ以下の範囲でリチウムを吸蔵することが可能な金属窒化物は、例えばＬｉxＣｏyＮ（０＜ｘ≦４，０＜ｙ≦０．５）などのリチウムコバルト窒化物を用いることができる。
活物質は、サイクル特性や出力特性に優れ、かつ安全性に優れたリチウムチタン酸化物が好ましい。リチウムチタン酸化物は、充電電圧が炭素材料よりも高く、酸素と接触した場合の発熱が小さいので、好ましい。
導電剤は、活物質の電子伝導性を高めかつ集電体との接触抵抗を抑える。導電剤は、例えばアセチレンブラック、カーボンブラック、コークス、炭素繊維、黒鉛のような炭素材料を用いることができる。
活物質と導電剤を結着させるための結着剤は、例えばポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）、フッ素系ゴム、スチレンブタジェンゴムなどが挙げられる。中でもＰＶｄＦは、結着力が強くサイクル特性に優れた非水電解質電池が得られるために好ましい。
負極の活物質、導電剤および結着剤の配合割合は、活物質８０重量％以上９５重量％以下、導電剤３重量％以上１８重量％以下、結着剤２重量％以上７重量％以下にすることが好ましい。導電剤の配合割合を３重量％以上にすることにより上述した効果を発揮することができる。導電剤の配合割合を１８重量％以下にすることにより、高温保存下での導電剤表面での非水電解質の分解を低減することができる。結着剤の配合割合を２重量％以上であることにより十分な電極強度が得られる。結着剤の配合割合を７重量％以下にすることにより、電極の絶縁部を減少させることができる。
負極の密度は、１．５ｇ／ｃｍ3以上、５ｇ／ｃｍ3以下にすることが望ましい。これにより、高い電池容量を得ることができる。さらに好ましい負極の密度は、１．８ｇ／ｃｍ3以上、４ｇ／ｃｍ3以下である。なお、ここで「負極の密度」とは「負極集電体」を除いた単位体積当たりの重量である。
負極は、例えば活物質、導電剤及び結着剤を適当な溶媒に懸濁し、この懸濁物を集電体に塗布し、乾燥し、プレスを施すことにより作製される。
４）非水電解質
非水電解質は、電解質を有機溶媒あるいはイオン液体に溶解することにより調製される液状非水電解質、液状電解質と高分子材料を複合化したゲル状非水電解質、またはリチウム塩電解質と高分子材料を複合化した固体非水電解質が挙げられる。
液状非水電解質は、電解質を０．２〜２．５ｍｏｌ／Ｌの濃度で有機溶媒あるいはイオン液体に溶解することにより、調製される。
電解質は、例えば、ＬｉＰＦ6，Ｌｉ［ＰＦ3(Ｃ2Ｆ5)3］、Ｌｉ［ＰＦ3(ＣＦ3)3］、ＬｉＢＦ4，Ｌｉ［ＢＦ2(ＣＦ3)2］、Ｌｉ［ＢＦ2(Ｃ2Ｆ5)2］、Ｌｉ［ＢＦ3(ＣＦ3)］、Ｌｉ［ＢＦ3(Ｃ2Ｆ5)］、ＬｉＢＯＢ、ＬｉＴｆ、ＬｉＮｆ、ＬｉＴＦＳＩ、ＬｉＢＥＴＩ、Ｌｉ［(ＣＦ3ＳＯ2)(Ｃ4Ｆ9ＳＯ2)Ｎ］、Ｌｉ［(ＣＮ)2Ｎ］、Ｌｉ［(ＣＦ3ＳＯ2)3Ｃ］などが挙げられる。使用する電解質の種類は、１種類または２種類以上にすることができる。
有機溶媒は、例えばエチレンカーボネート（ＥＣ）、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、ビニレンカーボネート（ＶＣ）などの環状カーボネート、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、メチルエチルカーボネート（ＭＥＣ）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）などの鎖状カーボネート、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）、２メチルテトラヒドロフラン（２ＭｅＴＨＦ）などの環状エーテル、ジメトキシエタン（ＤＭＥ）などの鎖状エーテル、γ−ブチロラクトン（ＢＬ）アセトニトリル（ＡＮ）、スルホラン（ＳＬ）等を用いることができる。これらの有機溶媒は、単独または２種以上の混合物の形態で用いることができる。
イオン液体はカチオンとアニオンから構成される化合物であり、前記カチオンとしてＮ，Ｎ，Ｎ−トリメチルブチルアンモニウムイオン、Ｎ−エチル−Ｎ，Ｎ−ジメチルプロピルアンモニウムイオン、Ｎ−エチル−Ｎ，Ｎ−ジメチルブチルアンモニウムイオン、Ｎ−（２−メトキシエチル）−Ｎ，Ｎ−ジメチルエチルアンモニウムイオン、Ｎ−メチル−Ｎ−プロピルピロリジニウムイオン、Ｎ−ブチル−Ｎ−メチルピロリジニウムイオン、Ｎ−メチル−Ｎ−プロピルピペリジニウムイオン、Ｎ−ブチル−Ｎ−メチルピペリジニウムイオン、１−エチル−３−メチルイミダゾリウムイオン、１−エチル−２，３−ジメチルイミダゾリウムイオン、あるいは１，２−ジメチル−３−プロピルイミダゾリウムイオンを挙げることができ、前記アニオンとしてＰＦ6 −、［ＰＦ3(Ｃ2Ｆ5)3］−、［ＰＦ3(ＣＦ3)3］−、ＢＦ4 −、［ＢＦ2(ＣＦ3)2］−、［ＢＦ2(Ｃ2Ｆ5)2］−、［ＢＦ3(ＣＦ3)］−、［ＢＦ3(Ｃ2Ｆ5)］−、［Ｂ(ＣＯＯＣＯＯ)2 −］、ＣＦ3ＳＯ3 −、Ｃ4Ｆ9ＳＯ3 −、［(ＣＦ3ＳＯ2)2Ｎ］−（ＴＦＳＩ−）、［(Ｃ2Ｆ5ＳＯ2)2Ｎ］−（ＢＥＴＩ−）、［(ＣＦ3ＳＯ2)(Ｃ4Ｆ9ＳＯ2)Ｎ］−、［(ＣＮ)2Ｎ］−、［(ＣＦ3ＳＯ2)3Ｃ］−、［(ＣＮ)3Ｃ］−を挙げることができる。これらのイオン液体は、単独または２種以上の混合物の形態で用いることができる。
また、前記有機溶媒と前記イオン液体は、混合して用いることもできる。
高分子材料は、例えばポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、ポリエチレンオキサイド（ＰＥＯ）等を挙げることができる。
５）正極
正極は、集電体と、集電体の片面もしくは両面に形成され、活物質、導電剤および結着剤を含む正極層とを含む。
集電体は、例えばアルミニウム箔あるいはアルミニウム合金箔を挙げることができる。
活物質は、酸化物、硫化物、高分子材料などが挙げられる。酸化物は、例えば二酸化マンガン（ＭｎＯ2）、酸化鉄、酸化銅、酸化ニッケル、例えばＬｉxＭｎ2Ｏ4またはＬｉxＭｎＯ2などのリチウムマンガン複合酸化物、例えばＬｉxＮｉＯ2などのリチウムニッケル複合酸化物、例えばＬｉxＣｏＯ2などのリチウムコバルト複合酸化物、例えばＬｉＮｉ1-yＣｏyＯ2などのリチウムニッケルコバルト複合酸化物、例えばＬｉＭｎyＣｏ1-yＯ2などのリチウムマンガンコバルト複合酸化物、例えばＬｉxＭｎ2-yＮｉyＯ4などのスピネル型リチウムマンガンニッケル複合酸化物、例えばＬｉxＦｅＰＯ4、ＬｉxＦｅ1-yＭｎyＰＯ4、ＬｉxＣｏＰＯ4などのオリピン構造を有するリチウムリン酸化物、例えばＦｅ2（ＳＯ4）3などの硫酸鉄、例えばＶ2Ｏ5などのバナジウム酸化物などが挙げられる。なお、ｘ、ｙは０＜ｘ≦１、０≦ｙ≦１であることが好ましい。
高分子材料は、ポリアニリンやポリピロールなどの導電性高分子材料、ジスルフィド系高分子材料などが挙げられる。活物質は、その他にイオウ（Ｓ）、フッ化カーボンなども使用できる。
好ましい活物質は、高い正極電圧が得られるＬｉxＭｎ2Ｏ4のようなリチウムマンガン複合酸化物、リチウムニッケル複合酸化物、リチウムコバルト複合酸化物、リチウムニッケルコバルト複合酸化物、スピネル型リチウムマンガンニッケル複合酸化物、リチウムマンガンコバルト複合酸化物、ＬｉxＦｅＰＯ4のようなリチウムリン酸鉄を用いることができる。
導電剤は、活物質の電子伝導性を高めかつ集電体との接触抵抗を抑える。導電剤は、例えばアセチレンブラック、カーボンブラック、黒鉛等を挙げることができる。
活物質と導電剤を結着させるための結着剤は、例えばポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）、フッ素系ゴムなどが挙げられる。中でもＰＶｄＦは、結着力が強くサイクル特性に優れた非水電解質電池が得られるために好ましい。
活物質、導電剤および結着剤の配合割合は、活物質８０重量％以上９５重量％以下、導電剤３重量％以上１８重量％以下、結着剤２重量％以上７重量％以下にすることが好ましい。導電剤の配合割合を３重量％以上にすることにより上述した効果を発揮することができる。導電剤の配合割合を１８重量％以下にすることにより、高温保存下での導電剤表面での非水電解質の分解を低減することができる。結着剤の配合割合を２重量％以上にすることにより十分な電極強度が得られる。結着剤の配合割合を７重量％以下にすることにより、電極の絶縁部を減少させることができる。
正極は、例えば活物質、導電剤および結着剤を適当な溶媒に懸濁し、この懸濁物を集電体に塗布し、乾燥し、プレスを施すことにより作製される。
６）セパレータ
セパレータは、例えばポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリテトラフルオロエチレン−パーフルオロアルコキシエチレン（ＰＦＡ）、ポリヘキサフルオロプロピレン（ＨＦＰ）、ポリテトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン（ＦＥＰ）、ポリエチレンーテトラフルオロエチレン（ＥＴＦＥ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリアミド、ポリイミド、セルロースポリエチレン、ポリプロピレンまたはポリビニリデンフルオライド（ＰＶｄＦ）などの有機高分子を含む多孔質フィルムや、合成樹脂製不織布、あるいはガラス繊維製不織布などを用いることができる。
前述した信号線７が配設された組電池１において、図３に示すように組電池１の複数の扁平角型非水電解質二次電池２1〜２5のうち、例えば二次電池２2の内圧が上昇すると、まず外装缶６の最も面積の大きい側面が膨らみ、複数の二次電池２1〜２5の外周に配置した信号線７に張力が加わる。二次電池の膨れは、外装缶６の最も面積の大きい側面が最も強度が低いためである。引続いて二次電池２2の内圧がさらに上昇して図４に示すように圧力開放弁５が開放すると、さらに信号線７に張力が加わる。このような電池の膨れ、圧力開放弁５の開放に伴って信号線７に加わる張力は、張力検出素子８で検出される。張力検出素子８での検出時間と検出した張力値の関係を図５に示す。図５に示すように二次電池の膨れは、緩慢な張力値の変化（Ａ点からＢ点）として現われ、二次電池の圧力開放弁の開放は急激な張力値の変化（Ｂ点からＣ点）として現われる。
次に、信号線７が配設された二次電池２1〜２5を備える電池パックの回路構成を図６を参照して説明する。
前述した５個の扁平角型非水電解質二次電池２1〜２5を例えばシリーズに接続した組電池１は、一対のスイッチ１１ａ，１１ｂに接続されている。スイッチ１１ａ，１１ｂは、可動接点をそれぞれ切り替えることができる３つの固定接点を有している。スイッチ１１ａ，１１ｂの第１の固定接点は負荷１３（例えば電気自動車）に接続され、スイッチ１１ａ，１１ｂの可動接点が第１の固定接点に接続されると、組電池１からの電流が負荷１３に切り替えられる。スイッチ１１ａ，１１ｂの第２の固定接点は充電電源１２に接続され、スイッチ１１ａ，１１ｂの可動接点が第２の固定接点に接続されると、充電電源１２からの電流が組電池１の二次電池２1〜２5に切り替えることができる。また、スイッチ１１ａ，１１ｂの第３の固定接点は、負荷１３および充電電源１２にも非接続され、スイッチ１１ａ，１１ｂの可動接点が第３の固定接点に接続されてもフローティング（開放）とされ、組電池１からの電流供給がなされない状態に維持される。
組電池１から負荷１３に流れる放電電流を制御する放電電流制御部１５は、一方のスイッチ１１ａと負荷１３の間に介装されている。充電電源１２から組電池１に流れる充電電流を制御する充電電流制御部１４は、一方のスイッチ１１ａと充電電源１２の間に介装されている。
充放電制御回路２１は、演算部（ＣＰＵ）２２およびメモリ部２３を有し、メモリ部２３には、制御プログラムおよび制御のためのパラメータが格納されている。また、前述した張力検出素子８並びに電圧検出器３１等からの検出信号が時系列で格納されている。従って、演算部（ＣＰＵ）２２は制御動作の開始に際してメモリ部２３内の制御プログラムを参照して制御動作を開始し、メモリ部２３内のパラメータおよび時系列の検出信号を参照し、制御信号を生成し、この制御信号を一対のスイッチ１１ａ，１１ｂ，放電電流制御部１５および充電電流制御部１４に供給してこれらを制御する。
前述した組電池１の周囲に配置された信号線７の張力を検出する張力検出素子８は、ＣＰＵ２２に図示しないインタフェースを介して接続され、その張力検出信号が一定の時間間隔（例えばマイクロ秒）でＣＰＵ２２に出力され、検出時間と共にメモリ部２３に格納される。張力検出素子８での張力検出において、組電池１の二次電池２1〜２5の膨れは前述した図５に示すように緩慢な張力値の変化（Ａ点からＢ点）として現われ、組電池１の二次電池２1〜２5の圧力開放弁の開放は図５に示すように急激な張力値の変化（Ｂ点からＣ点）として現われる。実施形態ではこのような張力値の変化から二次電池２1〜２5の膨れの有無および圧力開放弁の開放の有無を判定して後述する充電モード、放電モードの情報として利用する。
なお、張力検出素子８による信号線７の張力変化の検出は常時実施するものであり、放電時、充電時のみならず、開路時にも行う。ここで「開路時」とは、放電および充電いずれも実施していない時間帯を表すものである。
組電池１の個々の二次電池２1〜２5の電圧を検出する電圧検出器３１は、ＣＰＵ２２に同様に図示しないインタフェースを介して接続され、その電圧検出信号が一定の時間間隔（例えばマイクロ秒）でＣＰＵ２２に出力され、検出時間と共にメモリ部２３に格納される。充電動作を開始させる充電スタート信号、または放電動作を開始させる放電スタート信号は図示しない入力装置によってＣＰＵ２２に入力される。
このようなスイッチ１１ａ，１１ｂ、充電電流制御部１４、放電電流制御部１５、充放電制御回路２１および電圧検出器３１は、前述した信号線７が配設された組電池１および張力検出素子８と共に図示しない筐体に取付けられ、電池パックを構成している。
上述したようにＣＰＵ２２は張力検出素子８から入力された張力検出信号をメモリ部２３に逐次出力し、メモリ部２３に記憶する。また、ＣＰＵ２２は、入力された張力検出信号（張力検出値）とメモリ部２３に記憶された数マイクロ秒前の張力値とを比較し、その張力変化値（差分）を演算してメモリ部２３に出力してそこに格納される。
ＣＰＵ２２は、充電時において電圧検出器３１から入力された電圧検出信号を予め設定した最高電圧値（満充電電圧）と比較し、その電圧比較結果がメモリ部２３に出力される。ＣＰＵ２２は、放電時において電圧検出器３１から入力された電圧検出信号を予め設定した最低電圧値と比較し、その電圧比較結果がメモリ部２３に出力される。
ＣＰＵ２２は、充電開始のスタート信号が入力されると、制御プログラムに従ってスイッチ１１ａ，１１ｂを充電電源１２に切り替えるための充電切り換え信号が出力される。同時に、ＣＰＵ２２はメモリ部２３を参照して後述する充電モードのプログラムを実行する。
また、ＣＰＵ２２は放電開始のスタート信号が入力されると、制御プログラムに従ってスイッチ１１ａ，１１ｂを負荷１３に切り替えるための放電切り換え信号が出力される。同時に、ＣＰＵ２２はメモリ部２３を参照して後述する放電モードのプログラムを実行する。
メモリ部２３には、以下に詳述する初期充電モードを実行する初期充電プログラム、正常充電モードを実行する正常充電プログラム、電池膨れ充電モードＩ、電池膨れ充電モードII並び電池膨れ充電モードIIIをそれぞれ実行するプログラムおよび圧力開放弁開放充電モードを実行する６つの充電モードのための制御プログラムが予め格納されている。
１−１）初期充電モード：
ＣＰＵ２２に充電開始のスタート信号が入力されると、ＣＰＵ２２はメモリ部２３を参照して初期充電モードのプログラムを実行する。この初期充電モードにおいては、メモリ部２３に圧力開放弁の開放履歴、電池膨れ発生履歴が記憶されている場合、それらの履歴がＣＰＵ２２で参照される。圧力開放弁の開放履歴、電池膨れ発生履歴がメモリ部２３に格納されていない場合には、ＣＰＵ２２は、スイッチ１１ａ，１１ｂに充電電源１２に切り替える制御信号を出力し、かつ充電電流制御部１４に制御信号を出力することなく充電電源１２から定常の電流値Ｑの充電電流が組電池１に供給される。
他方、圧力開放弁の開放履歴がメモリ部２３に格納されている場合には、ＣＰＵ２２は組電池１のいずれかの二次電池の圧力開放弁が開放されていると判断し、後に説明するように組電池１への充電を強制的に停止する。
また、圧力開放弁の開放履歴がメモリ部２３に格納されず、電池膨れ発生履歴がメモリ部２３に格納されている場合には、ＣＰＵ２２は組電池１の二次電池の圧力開放弁が開放されているかを張力検出素子８からの張力検出信号で判断する。すなわち、ＣＰＵ２２は入力された張力検出信号が圧力開放弁の開放に相当する予め定められた張力変化しきい値以上である場合には、二次電池の圧力開放弁が開放されていると判断する。従って、後に説明するように組電池１への充電を強制的に停止する。また、電池膨れ発生履歴がメモリ部２３に記録されているが、入力された張力検出信号が圧力開放弁の開放に相当する張力変化しきい値以上ではない場合には、ＣＰＵ２２はスイッチ１１ａ，１１ｂに充電電源１２に切り替える切り換え信号を出力し、かつ後述する電池膨れ充電モードＩと同様にＣＰＵ２２から充電電流制御部１４に定常時の電流値Ｑの例えば３／４の電流値に絞る制御信号を出力し、充電電源１２から充電電流制御部１４で制限された３／４Ｑの電流値を持つ充電電流が組電池１の各二次電池に供給される。
１−２）正常充電モード：
初期充電モードにおいて、外部からＣＰＵ２２に入力された張力変化値がガス発生による電池膨れを判定するメモリ部２３に格納された張力変化しきい値未満であると、ＣＰＵ部１２は正常充電モードのプログラムを実行する。このモードにおいて、ＣＰＵ２２は充電電流制御部１４の動作を制御する制御信号が出力されず、充電電源１２から定常電流値Ｑの充電電流が組電池１に供給される。
１−３）電池膨れ充電モードＩ：
正常充電モードにおいて、外部からＣＰＵ２２に入力された張力変化値がガス発生による電池膨れを判定するメモリ部２３に格納された張力変化しきい値以上になると、ＣＰＵ２２は電池膨れ充電モードＩのプログラムを実行する。このモードにおいて、ＣＰＵ２２は充電電流制御部１４に定常時の電流値Ｑの例えば３／４の電流値に制限する制御信号を出力し、充電電源１２から充電電流制御部１４で絞られた３／４Ｑの電流値を持つ充電電流が組電池１に供給される。
１−４）電池膨れ充電モードII：
電池膨れ充電モードＩの後、外部からＣＰＵ２２に入力された張力変化値がガス発生による電池膨れを判定するメモリ部２３に格納された張力変化しきい値（充電モードＩで設定された値より小さい張力変化しきい値）以上、つまり充電電流を制限した後も電池膨れが停止せず、ガスが発生して再び前記張力変化しきい値以上になると、ＣＰＵ２２は電池膨れ充電モードIIのプログラムを実行する。このモードにおいて、ＣＰＵ２２は充電電流制御部１４に電池膨れ充電モードＩの時の電流値よりさらに低い、例えば定常時の放電電流値Ｑの１／２の電流値に絞る制御信号を出力して充電電源１２から充電電流制御部１４で制限された１／２Ｑの電流値を持つ充電電流が組電池１に供給される。
１−５）電池膨れ充電モードIII：
電池膨れ充電モードIIの後、外部からＣＰＵ２２に入力された張力変化値がガス発生による電池膨れを判定するメモリ部２３に格納された張力変化しきい値（充電モードIIで設定された値よりさらに小さい張力変化しきい値）以上、つまり充電電流をさらに制限した後も電池膨れが停止せず、ガスが発生して再び前記張力変化しきい値以上になると、ＣＰＵ２２は電池膨れ充電モードIIIのプログラムを実行する。このモードにおいて、ＣＰＵ２２からスイッチ１１ａ，１１ｂにフローティングに切り替える制御信号が出力され、充電電源１２による組電池１の充電を強制的に停止する。
１−６）圧力開放弁開放充電モード：
外部からＣＰＵ２２に入力された張力変化値が多量のガス発生による圧力開閉弁の開放を判定するメモリ部２３に格納した張力変化しきい値以上になると、ＣＰＵ２２は圧力開放弁開放充電モードのプログラムを実行する。このモードにおいて、電池膨れ充電モードIIIと同様にＣＰＵ２２からスイッチ１１ａ，１１ｂにフローティングに切り替える制御信号が出力され、充電電源１２による組電池１の充電を強制的に停止する。
また、正常充電モード、電池膨れ充電モードＩ〜IIIにおいてメモリ部２３に入力される電圧比較結果が満充電電圧値未満であると、ＣＰＵ２２は充電を続行するプログラムを実行する。他方、電圧比較結果が満充電電圧値になると、ＣＰＵ２２は充電を停止するプログラムを実行し、充電電流制御部１４に充電電流を遮断する制御信号を出力し、充電電流制御部１４によって充電電源１２から組電池１に充電電流が流れるのを停止する。すなわち、充電が終了する。
他方、メモリ部２３には以下に詳述する初期放電モードを実行する初期放電プログラム、正常放電モードを実行する正常放電プログラムおよび電池が膨れた際の第１の電池膨れ放電モードＩ、第２の電池膨れ放電モードII並びに第３の電池膨れ放電モードIIIをそれぞれ実行するプログラムおよび圧力開放弁開放放電モードを実行するプログラムの６つの放電モードのための制御プログラムが予め格納されている。
２−１）初期放電モード：
ＣＰＵ２２に放電開始のスタート信号が入力されると、ＣＰＵ２２はメモリ部２３を参照して初期放電モードのプログラムを実行する。この初期放電モードにおいては、メモリ部２３に圧力開放弁の開放履歴、電池膨れ発生履歴が記憶されている場合、それらの履歴がＣＰＵ２２で参照される。圧力開放弁の開放履歴、電池膨れ発生履歴がメモリ部２３に格納されていない場合には、ＣＰＵ２２は、スイッチ１１ａ，１１ｂに負荷１３に切り替える切り換え信号を出力し、かつ放電電流制御部１５を作動させる制御信号を出力することなく組電池１から定常の電流値Ｑ’の放電電流を負荷１３に供給させる。
他方、圧力開放弁の開放履歴がメモリ部２３に格納されている場合には、ＣＰＵ２２は組電池１のいずれかの二次電池の圧力開放弁が開放されていると判断し、後に説明するようにタイマーを作動し、その後に組電池１からの電流供給（放電）を停止する。
また、圧力開放弁の開放履歴がメモリ部２３に格納されず、電池膨れ発生履歴がメモリ部２３に格納されている場合には、ＣＰＵ２２は組電池１の二次電池の圧力開放弁が開放されているかを張力検出素子８からの張力検出信号で判断する。すなわち、ＣＰＵ２２は入力された張力検出信号が圧力開放弁の開放に相当する予め定められた張力変化しきい値以上である場合には、二次電池の圧力開放弁が開放されていると判断する。従って、後に説明するようにタイマーを作動し、その後に組電池１からの電流供給を停止する。また、電池膨れ発生履歴がメモリ部２３に記録されているが、入力された張力検出信号が圧力開放弁の開放に相当する張力変化しきい値以上ではない場合には、ＣＰＵ２２はスイッチ１１ａ，１１ｂに負荷１３に切り替える切り換え信号を出力し、かつ後述する電池膨れ放電モードＩと同様にＣＰＵ２２から放電電流制御部１５に定常時の電流値Ｑ’の例えば３／４の電流値に絞る制御信号が出力され、組電池１から放電電流制御部１５で制限された３／４Ｑ’の電流値を持つ放電電流が負荷１３に供給される。
２−２）正常放電モード：
初期放電モードにおいて、外部からＣＰＵ２２に入力された張力変化値がガス発生による電池膨れを判定するメモリ部２３に格納された張力変化しきい値未満であると、ＣＰＵ２２は正常放電モードのプログラムを実行する。このモードにおいて、ＣＰＵ２２は放電電流制御部１５の動作を制御する制御信号が出力されず、組電池１から定常の電流値Ｑ’の放電電流が負荷１３に供給される。
２−３）電池膨れ放電モードＩ：
正常放電モードにおいて、外部からＣＰＵ２２に入力された張力変化値がガス発生による電池膨れを判定するメモリ部２３に格納された張力変化しきい値以上になると、ＣＰＵ２２は電池膨れ放電モードＩのプログラムを実行する。このモードにおいて、ＣＰＵ２２は放電電流制御部１５に定常時の電流値Ｑ’の例えば３／４の電流値に絞る制御信号を出力し、組電池１から放電電流制御部１５で絞られた３／４Ｑ’の電流値を持つ放電電流が負荷１３に供給される。
２−４）電池膨れ放電モードII：
電池膨れ放電モードＩの後、外部からＣＰＵ２２に入力された張力変化値がガス発生による電池膨れを判定するメモリ部２３に格納された張力変化しきい値（放電モードＩで設定された値より小さい張力変化しきい値）以上、つまり放電電流を制限した後も電池膨れが停止せず、ガスが発生して再び前記張力変化しきい値以上になると、ＣＰＵ２２は電池膨れ放電モードIIのプログラムを実行する。このモードにおいて、ＣＰＵ２２は放電電流制御部１５に電池膨れ放電モードＩの時の電流値よりさらに低い、例えば定常時の放電電流値Ｑ’の１／２の電流値に絞る制御信号を出力し、組電池１から放電電流制御部１５で絞られた１／２Ｑ’の電流値を持つ放電電流が負荷１３に供給される。
２−５）電池膨れ放電モードIII：
電池膨れ放電モードIIの後、外部からＣＰＵ２２に入力された張力変化値がガス発生による電池膨れを判定するメモリ部２３に格納された張力変化しきい値（放電モードIIで設定された値よりさらに小さい張力変化しきい値）以上、つまり放電電流をさらに制限した後も電池膨れが停止せず、ガスが発生して再び前記張力変化しきい値以上になると、ＣＰＵ２２は電池膨れ放電モードIIIのプログラムを実行する。このモードにおいて、ＣＰＵ２２に内蔵したタイマー機構が働き、所望に時間後にＣＰＵ２２からスイッチ１１ａ，１１ｂにフローティングに切り替える制御信号が出力され、組電池１から放電電流が負荷１３に流れるのを阻止する。同時に、充電スタートの指令がＣＰＵ２２に外部から入力されるのを禁止する。
ここで「所望の時間」とは、例えば１分間から３０分間である。人員を輸送する電動輸送機器の場合、自動車専用道路や高速道路、トンネル内を走行中に突然停止してしまうと、他の輸送機器と衝突するなどして、輸送中の人員を危険にさらすことになる。そのため、電池に異常が生じた場合でも輸送機器を安全な場所に安全な状態で停止させるために、一定時間作動させることが好ましい。最も短い時間は、例えば高速道路を走行中の場合、路肩に車両を寄せて停止させるまでに必要な時間である１分間、最も長い時間は例えばトンネルの続く道路を走行中の場合、トンネル地帯を抜けるまでに必要な時間である３０分間、放電を継続することが好ましい。
２−６）圧力開放弁開放放電モード：
外部からＣＰＵ２２に入力された張力変化値が多量のガス発生による二次電池の圧力開閉弁の開放を判定するメモリ部２３に格納した張力変化しきい値以上になると、ＣＰＵ２２は圧力開放弁開放放電モードのプログラムを実行する。このモードにおいて、ＣＰＵ２２は電池膨れ放電モードIIIと同様にＣＰＵ２２に内蔵したタイマー機構が働き、例えば３０分間後にＣＰＵ２２からスイッチ１１ａ，１１ｂにフローティングに切り替える制御信号が出力され、組電池１から放電電流が負荷１３に流れるのを阻止する。同時に、充電スタートの指令がＣＰＵ２２に外部から入力されるのを禁止する。すなわち、このモードにおいては圧力開閉弁が開放しても直ぐに放電を停止せず、例えば３０分間の時間に亘って組電池１から負荷１３（例えば電気自動車）への放電が続行され、電気自動車が安全な場所に移動するまで、組電池１を駆動源として働かせる。このような圧力開放弁の開放後にも放電の続行（継続）を可能にしたのは、前述したリチウム吸蔵電位がリチウム金属の開回路電位に対して開回路電位で０．４Ｖ以上３Ｖ以下の負極活物質を有する負極を備えた扁平角型非水電解質二次電池２1〜２5を用いたためである。
なお、タイマー機構の作動後、スイッチ１１ａ，１１ｂによる放電停止までの時間（放電続行時間）は負荷１３の機能に応じて決定される。
また、正常放電モード、電池膨れ放電モードＩ〜IIIにおいて外部からＣＰＵ２２に入力された電圧比較結果がメモリ部２３内の最低電圧値を超えると、ＣＰＵ２２は放電を続行するプログラムを実行する。他方、電圧比較結果がメモリ部２３内の最低電圧値になると、ＣＰＵ２２は放電を停止するプログラムを実行し、ＣＰＵ２２から放電電流制御部１５に放電電流を遮断する制御信号は出力され、放電電流制御部１５によって組電池１から放電電流が負荷１３に流れるのを停止する。すなわち、放電が終了する。
次に、実施形態に係る電池パックの充放電放電制御を図７〜図１０を参照して説明する。
最初に、充電制御を図７、図８に示す充電フローチャートを参照して説明する。
図７に示すように充電スタートの指令がステップＳ１において外部から入力されると、圧力開放弁の開放履歴なしかがステップＳ２において判定される。このステップＳ２においてＹＥＳ（圧力開放弁の開放履歴がない。）であれば、ステップＳ３に移行されて電池膨れなしかが判定される。
ステップＳ３においてＹＥＳ（電池膨れ発生履歴がない。）であれば、初期充電モード（電池膨れ発生履歴なし。）が実行され、ＣＰＵ２２からの切り換え信号によりスイッチ１１ａ，１１ｂを充電電源１２側に切り替えると共にステップＳ４に示すように充電電流制御部１４での電流制御がなされずに充電電源１２から定常の電流値Ｑの充電電流が組電池１に供給され、充電が開始される。充電が開始されると、張力検出素子８および電圧検出器３１からＣＰＵ２２に張力検出信号および電圧検出信号がそれぞれ出力される。組電池１の各二次電池２1〜２5の充電電圧が電圧最大値（満充電）未満かがステップＳ５において判定される。ステップＳ５でＹＥＳ（充電される電圧値が電圧最大値未満。）の場合には、ＣＰＵ２２は充電電源１２から組電池１への充電を続行させ、ステップＳ６に移行されて電池膨れなしかが判定される。
ステップＳ５でＮＯ（充電される電圧値が電圧最大値以上。）の場合、ＣＰＵ２２は充電を停止するプログラムを実行する。すなわち、ＣＰＵ２２からスイッチ１１ａ，１１ｂにフローティングに切り替える制御信号が出力され、ステップＳ７に示されるようにエンド（充電完了）になる。
ステップＳ６においてＹＥＳ（電池膨れなし。）の場合、ＣＰＵ２２は正常充電モードのプログラムを実行して、ＣＰＵ２２は充電電流制御部１４に制御信号を出力せず、充電電源１２から組電池１に定常の電流値Ｑの充電が続行される。また、ステップＳ６においてＹＥＳ（電池膨れなし。）であれば、充電開始のステップＳ４に戻され、ステップＳ４〜Ｓ６が繰り返される。
ステップＳ２でＮＯ（圧力開放弁の開放履歴がある。）の場合、ＣＰＵ２２は組電池１の二次電池２1〜２5のうち、いずれかの二次電池の圧力開放弁が開放されていると判断し、ＣＰＵ２２は圧力開放弁開放充電モードのプログラムを実行する。すなわち、図８に示すステップＳ８に示すようにＣＰＵ２２からスイッチ１１ａ，１１ｂにフローティングに切り替える制御信号が出力され、充電電源１２から組電池１への充電を強制的に停止する。
ステップＳ３でＮＯ（電池膨れ発生の履歴がある。）の場合、圧力開放弁開放なしかがステップＳ９で判定される。ステップＳ９でＹＥＳ（圧力開放弁開放なし。）の場合、ＣＰＵ２２は電池膨れ放電モードＩのプログラムを実行して、充電電流制御部１４に定常時の電流値Ｑの例えば３／４の電流値に制限する制御信号を出力し、ステップＳ１０に示すように充電電源１２から組電池１に充電電流制御部１４で制限された３／４Ｑの電流値を持つ充電が開始される。
ステップＳ６においてＮＯ（電池膨れあり。）の場合、前記ステップＳ９（圧力開放弁開放なしか）に移行され、同様に圧力開放弁開放なしかがステップＳ９で判定される。ステップＳ９でＹＥＳ（圧力開放弁開放なし。）の場合、前記ステップＳ１０と同様に充電電源１２から組電池１に充電電流制御部１４で制限された３／４Ｑの電流値を持つ充電が開始される。
ステップＳ１０に続くステップＳ１１において、組電池１の各二次電池２1〜２5の充電電圧が電圧最大値（満充電）未満かが判定される。ステップＳ１１においてＹＥＳ（充電される電圧値が電圧最大値未満。）の場合、ＣＰＵ２２は充電電源１２による充電続行のプログラムを実行し、ステップＳ１２において電池膨れ停止かを判定する。ステップＳ１１でＮＯ（充電される電圧値が電圧最大値以上。）の場合、ＣＰＵ２２は充電を停止するプログラムを実行する。すなわち、ＣＰＵ２２からスイッチ１１ａ，１１ｂにフローティングに切り替える制御信号が出力され、ステップＳ１３に示すようにエンド（充電終了）になる。
ステップＳ１２でＹＥＳ（電池膨れ進行停止。）の場合、ＣＰＵ２２は電池膨れ充電モードＩを継続し、充電電源１２は組電池１に充電電流制御部１４で制限された３／４Ｑの電流値を持つ充電を続行する。また、この充電モードが続行されるに伴い、再びステップＳ１０で示される充電開始に戻され、ステップＳ１０〜Ｓ１２が繰り返される。
ステップＳ９でＮＯ（圧力開放弁開放あり。）の場合、ＣＰＵ２２は圧力開放弁開放放電モードのプログラムを実行する。すなわち、前記ステップＳ８と同様にＣＰＵ２２からスイッチ１１ａ，１１ｂにフローティングに切り替える制御信号が出力され、充電電源１２から組電池１への充電を強制的に停止する。
ステップＳ１２においてＮＯ（電池膨れ停止しない：電池が再び膨れる。）の場合、図８に示すステップＳ１４において、圧力開放弁開放なしが判定される。ステップＳ１４でＹＥＳ（圧力開放弁開放なし）の場合、ＣＰＵ２２は電池膨れ充電モードIIのプログラムを実行して充電電流制御部１４に電池膨れ充電モードＩの時の電流値よりさらに低い、例えば定常時の電流値Ｑの１／２の電流値に制限する制御信号を出力し、ステップＳ１５に示すように充電電源１２は組電池１に充電電流制御部１４で制限された１／２Ｑの電流値を持つ充電を開始する。
ステップＳ１５に続いてステップＳ１６において、組電池１の各二次電池２1〜２5の充電電圧が電圧最大値（満充電）未満かが判定される。このステップＳ１６でＹＥＳ（充電される電圧値が電圧最大値未満。）の場合、ＣＰＵ２２は充電電源１２による充電続行のプログラムを実行し、ステップＳ１７において電池膨れ停止かを判定する。ステップＳ１６でＮＯ（充電される電圧値が電圧最大値以上。）の場合、ＣＰＵ２２は充電を停止するプログラムを実行してスイッチ１１ａ，１１ｂにフローティングに切り替える制御信号が出力され、ステップＳ１９に示すようにエンド（充電完了）になる。
ステップＳ１８でＹＥＳ（電池膨れ停止。）の場合、ＣＰＵ２２は電池膨れ放電モードIIを継続し、充電電源１２は組電池１に充電電流制御部１４で制限された１／２Ｑの電流値を持つ充電を続行する。その後、ステップＳ１９において、圧力開放弁開放なしかが判定される。
ステップＳ１９でＹＥＳ（圧力開放弁開放なし）の場合、ＣＰＵ２２は電池膨れ放電モードIIを継続し、充電電源１２は組電池１に充電電流制御部１４で制限された１／２Ｑの電流値を持つ充電を続行する。また、この充電モードの実行によりステップＳ１５の充電開始に戻され、ステップＳ１５〜Ｓ１９が繰り返される。
ステップＳ１７でＮＯ（電池膨れ停止しない：電池が再び膨れる。）の場合、ＣＰＵ２２は電池膨れ充電モードIIIのプログラムを実行し、前記ステップＳ８と同様にＣＰＵ２２からスイッチ１１ａ，１１ｂにフローティングに切り替える制御信号が出力され、充電電源１２から組電池１への充電を強制的に停止する。
ステップＳ１９でＮＯ（圧力開放弁開放あり）が判定された場合、ステップＳ８と同様にＣＰＵ２２は圧力開放弁開放放電モードのプログラムを実行し、前記ステップＳ８と同様にＣＰＵ２２からスイッチ１１ａ，１１ｂにフローティングに切り替える制御信号が出力され、充電電源１２から組電池１への充電を強制的に停止する。
次に、放電制御を図９、図１０に示す放電フローチャートを参照して説明する。
図９に示すように放電スタートの指令がステップＳ２１において外部から入力されると、圧力開放弁の開放履歴なしかがステップＳ２２において判定される。このステップＳ２２においてＹＥＳ（圧力開放弁の開放履歴がない。）であれば、ステップＳ２３に移行されて電池膨れなしかが判定される。
ステップＳ２３においてＹＥＳ（電池膨れ発生履歴がない。）であれば、初期放電モード（電池膨れ発生履歴なし）が実行され、ＣＰＵ２２からの切り換え信号によりスイッチ１１ａ，１１ｂを負荷１３側に切り替えると共にステップＳ２４に示すように放電電流制御部１５での電流制御がなされずに組電池１から定常の電流値Ｑ’の放電電流が負荷１３に供給され、放電が開始される。放電が開始されると、張力検出素子８および電圧検出器３１からＣＰＵ２２に張力検出信号および電圧検出信号がそれぞれ出力される。組電池１から出力される電圧値が電圧最低値を超えているかがステップＳ２５において判定される。ステップＳ２５でＹＥＳ（出力される電圧値が電圧最低値を超えている。）の場合には、ＣＰＵ２２は組電池１の放電を続行させ、ステップＳ２６に移行されて電池膨れなしかが判定される。
ステップＳ２５でＮＯ（出力される電圧値が電圧最低値以下。）の場合、ＣＰＵ２２は放電を停止するプログラムを実行する。すなわち、ＣＰＵ２２からスイッチ１１ａ，１１ｂにフローティングに切り替える制御信号が出力され、ステップＳ２７に示されるようにエンド（放電終了）になる。
ステップＳ２６においてＹＥＳ（電池膨れなし。）の場合、ＣＰＵ２２は正常放電モードのプログラムを実行して、ＣＰＵ２２は放電電流制御部１５に制御信号を出力せず、組電池１から定常の電流値Ｑ’の放電が続行される。また、ステップＳ２６においてＹＥＳ（電池膨れなし。）であれば、放電開始のステップＳ４に戻され、ステップ２５〜２６が繰返される。
ステップＳ２２でＮＯ（圧力開放弁の開放履歴がある。）の場合、ＣＰＵ２２は組電池１の各二次電池２1〜２5のうち、いずれかの二次電池の圧力開放弁が開放されていると判断し、ＣＰＵ２２は圧力開放弁開放放電モードのプログラムを実行する。すなわち、ステップＳ２８に示すようにＣＰＵ２２に内蔵したタイマー機構が働き、例えば３０分間後にＣＰＵ２２からスイッチ１１ａ，１１ｂにフローティングに切り替える制御信号が出力され、３０分経過後に組電池１から放電電流が負荷１３に流れるのを阻止する。同時に、充電スタートの指令がＣＰＵ２２に外部から入力されるのを禁止する。このモードにおいては圧力開閉弁が開放しても直ぐに放電を停止せずに負荷１３（例えば電気自動車）が安全な場所に移動するまで、組電池１の放電が続行される。
ステップＳ２３でＮＯ（電池膨れ発生の履歴がある。）の場合、圧力開放弁開放なしかがステップＳ２９で判定される。ステップＳ２９でＹＥＳ（圧力開放弁開放なし。）の場合、ＣＰＵ２２は電池膨れ放電モードＩのプログラムを実行して、放電電流制御部１５に定常時の電流値Ｑ’の例えば３／４の電流値に制限する制御信号を出力し、ステップＳ３０に示すように組電池１から放電電流制御部１５で制限された３／４Ｑ’の電流値を持つ放電が開始される。
ステップＳ２６においてＮＯ（電池膨れあり。）の場合、前記ステップＳ２９（圧力開放弁開放なしか）に移行され、同様に圧力開放弁開放なしかがステップＳ２９で判定される。ステップＳ２９でＹＥＳ（圧力開放弁開放なし。）の場合、前記ステップＳ３０と同様に組電池１から放電電流制御部１５で制限された３／４Ｑ’の電流値を持つ放電が開始される。
ステップＳ３０に続くステップＳ３１において、電圧最低値を超えているかが判定される。ステップＳ３１においてＹＥＳ（出力される電圧最低値を超えている。）の場合、ＣＰＵ２２は組電池１の放電続行のプログラムを実行し、ステップＳ３２において電池膨れ停止かが判定される。ステップＳ３１でＮＯ（出力される電圧最低値以下。）の場合、ＣＰＵ２２は放電を停止するプログラムを実行し、ＣＰＵ２２からスイッチ１１ａ，１１ｂにフローティングに切り替える制御信号が出力され、ステップＳ３３に示すようにエンド（放電終了）になる。
ステップＳ３２でＹＥＳ（電池膨れ停止。）の場合、ＣＰＵ２２は電池膨れ放電モードＩを継続し、組電池１から放電電流制御部１５で制限された３／４Ｑ’の電流値を持つ放電が続行される。また、この放電モードが続行されるに伴い、再びステップＳ３０で示される放電開始に戻され、ステップＳ３０〜Ｓ３２が繰り返される。
ステップＳ２９でＮＯ（圧力開放弁開放あり）の場合、ＣＰＵ２２は圧力開放弁開放放電モードのプログラムを実行する。すなわち、前記ステップＳ２８と同様にＣＰＵ２２に内蔵したタイマー機構が働き、例えば３０分間後にＣＰＵ２２からスイッチ１１ａ，１１ｂにフローティングに切り替える制御信号が出力され、３０分経過後に組電池１から放電電流が負荷１３に流れるのを阻止する。同時に、充電スタートの指令がＣＰＵ２２に外部から入力されるのを禁止する。このモードにおいては圧力開閉弁が開放しても直ぐに放電を停止せずに負荷１３（例えば電気自動車）が安全な場所に移動するまで、組電池１の放電が続行される。
ステップＳ３２においてＮＯ（電池膨れ停止しない：電池が再び膨れる。）の場合、ステップＳ３４において、圧力開放弁開放なしが判定される。ステップＳ３４でＹＥＳ（圧力開放弁開放なし）の場合、ＣＰＵ２２は電池膨れ放電モードIIのプログラムを実行して放電電流制御部１５に電池膨れ放電モードＩの時の電流値よりさらに低い、例えば定常時の電流値Ｑ’の１／２の電流値に制限する制御信号を出力し、ステップＳ３５に示すように組電池１から放電電流制御部１５で制限された１／２Ｑ’の電流値を持つ放電が開始される。
ステップＳ３５に続いてステップＳ３６において、電圧最低値を超えているかが判定される。このステップＳ３６でＹＥＳ（出力される電圧最低値を超えている）の場合、ＣＰＵ２２は組電池１の放電続行のプログラムを実行してステップＳ３７において、電池膨れ停止かを判定する。
ステップＳ３６でＮＯ（出力される電圧値が電圧最低値以下。）の場合、ＣＰＵ２２は放電を停止するプログラムを実行してスイッチ１１ａ，１１ｂにフローティングに切り替える制御信号を出力し、ステップＳ３８において、エンド（放電終了）になる。
ステップＳ３７でＹＥＳ（電池膨れ停止）の場合、ＣＰＵ２２は電池膨れ放電モードIIを継続し、組電池１から放電電流制御部１５で制限された１／２Ｑ’の電流値を持つ放電を続行させる。その後、ステップＳ３９において、圧力開放弁開放なしかが判定される。
ステップＳ３９でＹＥＳ（圧力開放弁開放なし）の場合、ＣＰＵ２２は電池膨れ放電モードIIを継続し、組電池１から放電電流制御部１５で制限された１／２Ｑ’の電流値を持つ放電を続行させる。また、この放電モードの実行によりステップＳ３５の放電開始に戻され、ステップＳ３５〜Ｓ３９が繰り返される。
ステップＳ３７でＮＯ（電池膨れ停止しない：電池が再び膨れる。）が判定された場合、ＣＰＵ２２は電池膨れ放電モードIIIのプログラムを実行し、前記ステップＳ３８と同様にＣＰＵ２２に内蔵したタイマー機構が働き、例えば３０分間後にＣＰＵ２２からスイッチ１１ａ，１１ｂにフローティングに切り替える制御信号が出力され、組電池１から放電電流が負荷１３に流れるのを阻止する。同時に、充電スタートの指令がＣＰＵ２２に外部から入力されるのを禁止する。このモードにおいては圧力開閉弁が開放しても直ぐに放電を停止せずに負荷１３（例えば電気自動車）が安全な場所に移動するまで、組電池１の放電が続行される。
ステップＳ３５でＮＯ（圧力開放弁開放あり）が判定された場合、ステップＳ３８と同様にＣＰＵ２２は圧力開放弁開放放電モードのプログラムを実行し、ＣＰＵ２２に内蔵したタイマー機構が働き、例えば３０分間後にＣＰＵ２２からスイッチ１１ａ，１１ｂにフローティングに切り替える制御信号が出力され、組電池１から放電電流が負荷１３に流れるのを阻止する。同時に、充電スタートの指令がＣＰＵ２２に外部から入力されるのを禁止する。このモードにおいては圧力開閉弁が開放しても直ぐに放電を停止せずに負荷１３（例えば電気自動車）が安全な場所に移動するまで、組電池１の放電が続行される。
以上、実施形態の電池パックによれば組電池１の複数の扁平型非水電解質二次電池２1〜２5の膨れと圧力開放弁の開放の２つの異常を前記組電池１に配設された細線状の信号線７およびこの信号線７の一端が取付けられる張力検出素子８で検出することができる。
また、実施形態の電池パックによれば制御プログラムおよび制御のためのパラメータが格納されたメモリ部２３と張力検出素子８からの検出信号が入力され、メモリ部２３の制御プログラムを実行する演算部（ＣＰＵ）２２とを有する充放電制御回路２１を備え、放電時において組電池１の各扁平型非水電解質二次電池２1〜２5のうち、少なくとも１つの二次電池の膨れに伴う信号線７の張力変化を張力検出素子８で検出してその検出信号がＣＰＵ２２に入力されたとき、非水電解質電池の放電電流を低減する制御を行なうため、組電池１の非水電解質二次電池に膨れが発生しても、その膨れを抑制できる。その結果、安全性の高い放電を行なうことが可能な電池パックを提供できる。
さらに、リチウム吸蔵電位がリチウム金属の開回路電位に対して開回路電位で０．４Ｖ以上３Ｖ以下の負極活物質を有する負極を備えた扁平角型非水電解質二次電池２1〜２5を用い、かつ前述した充放電制御回路２１を備えることによって、複数の扁平型非水電解質電池２1〜２5の圧力開放弁５の開放に伴う信号線７の張力変化を張力検出素子８で検出してその検出信号がＣＰＵ２２に入力されたとき、全ての非水電解質電池２1〜２5への充電を強制的に禁止すると共に、圧力開放弁が開放された非水電解質二次電池を含む複数の非水電解質二次電池２1〜２5の放電を一定時間（例えば３０分間）継続する制御を行なうことできる。このため、電池パックが搭載される負荷１３（例えば電気自動車）において、電気自動車が急停止することなく安全な場所に移動するまで電池パック（組電池１）を駆動源として働かせることができる。その結果、電気自動車の安全な走行および運転者の安全性の確保が可能になる。
さらに、前述した充放電制御回路２１を備えることによって、充電時において組電池１の扁平角型非水電解質二次電池２1〜２5の膨れに伴う信号線７の張力変化を張力検出素子８で検出してその検出信号がＣＰＵ２２に入力されたとき、非水電解質二次電池２1〜２5の充電電流を低減する制御を行なうため、組電池１の非水電解質二次電池２1〜２5に膨れが発生しても、その膨れを抑制できる。また、前述した充放電制御回路２１を備えることによって、充電時において組電池１の非水電解質二次電池２1〜２5の圧力開放弁５の開放に伴う信号線７の張力変化を張力検出素子８で検出してその検出信号がＣＰＵ２２に入力されたとき、全ての非水電解質電池への充電を強制的に停止する制御を行なうため、圧力開放弁５からのガスの著しい放出を未然に防止できる。その結果、安全性の高い充電を行なうことが可能な電池パックを提供できる。
なお、組電池周囲への細線状の信号線の配設は図１、図２に示す形態に限定されず、例えば図１１または図１２および図１３に示す形態にしてもよい。
すなわち、図１１に示すように複数、例えば５個の扁平角型非水電解質二次電池２1〜２5を枠状の固定治具９で固定して組電池１とする。細線状の信号線７は一端が固定治具９を固定され、他端が少なくとも１つの二次電池（例えば二次電池２1）の最も面積の大きい面の中央部を通り、かつ全ての二次電池２1〜２5の圧力開放弁５を横切るように引き回して図示しない張力検出素子に接続されている。
図１２に示すように複数、例えば４個の扁平角型非水電解質二次電池２1〜２4をそれらの間にスペーサ１０を介在して枠状の固定治具９で固定して組電池１とする。スペーサ１０は、図１３に示すように扁平角型のスペーサ本体１０ａと、この本体１０ａ上面に２つのバンド１０ｂ、１０ｂでその上面に対してして一定の隙間をあけてその上面に沿って支持された円柱棒１０ｃとから構成されている。細線状の信号線７は、一端が固定治具９を固定され、他端が少なくとも１つの二次池（例えば二次電池２1）の最も面積の大きい面の中央部を通り、かつ全ての二次電池２1〜２4の圧力開放弁５を横切るとともに各スペーサ１０の円柱棒１０ｃの下を潜るように引き回して図示しない張力検出素子に接続されている。スペーサを挿入することにより、４個の二次電池２1〜２4の圧力弁開放を別々に検出することが可能となる。
実施形態では、充電電流を通常時の電流値Ｑの３／４の電流値の制御する電池膨れ充電モードＩ、充電電流を通常時の電流値Ｑの１／２の電流値の制御する電池膨れ充電モードIIを制御プログラムとして充放電制御回路のメモリ部に格納し、かつ放電電流を通常時の電流値Ｑ’の３／４の電流値の制御する電池膨れ放電モードＩ、放電電流を通常時の電流値Ｑ’の１／２の電流値の制御する電池膨れ放電モードIIを制御プログラムとして充放電制御回路のメモリ部に格納したが、充電電流、放電電流を３つ以上、例えば通常時の電流値の４／５，３／４，１／２の電流値の制御する電池膨れ充電モード、電池膨れ放電モードを制御プログラムとして充放電制御回路のメモリ部に格納してもよい。
実施形態では、充放電制御回路のメモリ部に格納された制御プログラムにおいて、充電（または放電）において電池膨れ発生履歴なしがＮＯ、つまり電池膨れ発生履歴がある場合、圧力開放弁開放なしかの判定の結果がＹＥＳのときに電池膨れ発生履歴での電池膨れ充電モード（または電池膨れ放電モード）を考慮せずに、充電開始（または放電開始）を通常時の充電電流値（または放電電流値）の３／４に絞る電池膨れ充電モードＩ（または電池膨れ放電モードＩ）に移行させたが、次のような制御プログラムを充放電制御回路のメモリ部に格納してもよい。すなわち、電池膨れ充電モードＩ、II（または電池膨れ放電モードＩ、II）に応じて電池膨れ発生履歴をメモリ部に格納する。例えば充電において電池膨れ充電モードＩに対応する電池膨れ発生履歴なしがＮＯ、つまり電池膨れ発生履歴がある場合、圧力開放弁開放なしかの判定の結果がＹＥＳのときに充電開始を電池膨れ発生履歴に対応する電池膨れ充電モードＩに移行させる。他方、充電において電池膨れ充電モードIIに対応する電池膨れ発生履歴なしがＮＯ、つまり電池膨れ発生履歴がある場合、圧力開放弁開放なしかの判定の結果がＹＥＳのときに充電開始を電池膨れ発生履歴に対応する電池膨れ充電モードIIに移行させる。このような制御プログラムを実行することによって、より一層安全性の高い充電および放電を行なうことが可能な電池パックを提供できる。
本発明の実施形態に係る電池パックの信号線が周囲に配置された組電池を示す斜視図。 図１の信号線が懸架された組電池を示す正面図。 図１の電池パックの組電池に組み込まれた扁平角型非水電解質二次電池の膨れ状態を示す正面図。 図１の電池パックの組電池に組み込まれた扁平角型非水電解質二次電池の開放弁の開放状態を示す正面図。 図１の電池パックの組電池の膨れ、開放弁の開放に伴う信号線の張力値変化を示す図。 実施形態に係る電池パックの回路図。 実施形態に係る電池パックの充電時におけるフローチャート。 実施形態に係る電池パックの充電時におけるフローチャート。 実施形態に係る電池パックの放電時におけるフローチャート。 実施形態に係る電池パックの放電時におけるフローチャート。 本発明の他の実施形態に係る電池パックの信号線が周囲に配置された組電池を示す斜視図。 本発明の他の実施形態に係る電池パックの信号線が周囲に配置された組電池を示す斜視図。 図１２の組電池の二次電池間に介在されるスペーサを示す斜視図。
符号の説明
１…組電池、２1〜２5…扁平角型非水電解質二次電池、５…圧力開放弁、６…扁平角型外装材、７…信号線、８…張力検出素子、１１ａ，１１ｂ…スイッチ、１２…充電電源、１３…負荷、１４…充電電流制御部、１５…放電電流制御部、２１…充放電制御回路、２２…演算部（ＣＰＵ）、２３…メモリ部、３１電圧検出器。

Claims (4)

  1. 圧力開放弁を有する金属製外装材と、この外装材内に収納された正極、負極、セパレータおよび非水電解質とを備える複数の扁平型非水電解質電池を配列した組電池；
    前記組電池の扁平型非水電解質電池の充電と放電を制御する充放電制御回路；
    前記充放電制御回路に接続され、張力を検出する張力検出素子；および
    少なくとも１つの前記扁平型非水電解質電池の最も面積の大きい面の中央部を通り、かつ全ての非水電解質電池の圧力開放弁を横切るように配置され、一端が固定され、他端が前記張力検出素子に接続される細線状の信号線；
    を備え、
    前記負極の活物質のリチウム吸蔵電位は、リチウム金属の開回路電位に対して開回路電位で０．４Ｖ以上、３Ｖ以下で、
    前記充放電制御回路は、放電時および放電直前の開路時に前記非水電解質電池の膨れに伴う前記信号線の張力変化を前記張力検出素子で検出してその検出信号が入力されたとき、前記非水電解質電池の放電電流を低減する制御を行い、かつ前記非水電解質電池の圧力開放弁の開放に伴う前記信号線の張力変化を前記張力検出素子で検出してその検出信号が入力されたとき、これ以降の全ての非水電解質電池への充電を強制的に停止する制御と共に圧力開放弁が開放された非水電解質電池を含む複数の非水電解質電池の放電を一定時間継続する制御を行なうことを特徴とする電池パック。
    ただし、前記扁平型非水電解質電池の最も面積の大きい面の中央部とは、最も大きい面の対角線の交点を中心として、縦横の長さが電池長辺長および短辺長の１／２となる領域である。
  2. 前記充放電制御回路は、充電時および充電直前の開路時に前記非水電解質電池の膨れに伴う前記信号線の張力変化を前記張力検出素子で検出してその検出信号が入力されたとき、前記非水電解質電池の充電電流を低減する制御を行い、かつ前記非水電解質電池の圧力開放弁の開放に伴う前記信号線の張力変化を前記張力検出素子で検出してその検出信号が入力されたとき、これ以降の全ての非水電解質電池への充電を強制的に停止する制御を行なうことを特徴とする請求項１記載の電池パック。
  3. 前記負極活物質が、チタン酸リチウムであることを特徴とする請求項１または２記載の電池パック。
  4. 前記放電を継続する時間が１分間以上３０分以下であることを特徴とする請求項１、乃至３のいずれか１項に記載の電池パック。
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