JP2011198511A - 電池システム - Google Patents

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Abstract

【課題】各単電池について、セルケースの膨張により、的確に内圧異常を検知可能な電池システムを提供する。
【解決手段】電池システム１は、積層体の積層方向Ｘに対向する第一の側面５１、５２の少なくとも一方、及び積層方向Ｘと直交する方向Ｙに対向する第二の側面５３、５４の少なくとも一方を電池収容ケース壁面２２ａまたは電池収容ケース区画板壁面２３ａに対向させるようにしてそれぞれ電池収容ケース２２内部に収容された単電池２と、第一の側面５１、５２と、壁面２２ａ、２３ａのいずれかとの第一の離間距離Ｗ１、及び第二の側面５３、５４と、壁面２２ａ、２３ａのいずれかとの第二の離間距離Ｗ２をそれぞれ検出する離間状態検出手段２４ａ、２４ｂと、離間状態検出手段２４ａ、２４ｂによる検出結果に基づいて、第一の離間距離Ｗ１と第二の離間距離Ｗ２との両方が小さくなった場合に対応する二次電池２が内圧異常であると判定する制御部とを備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、単電池を複数組み合わせて構成された電池システムに関する。
リチウムイオン二次電池などに代表される二次電池は、積層型の場合、正負の電極板が交互に積層された積層体と、この積層体を収容するセルケースと、セルケース内部に充填された電解液などによって構成されている。また、このような二次電池は、一般的に、複数を一つの電池収容ケースに収容して、複数組み合わせて組電池として使用される。そして、このような二次電池は、繰り返し充放電することで劣化する。また、二次電池内部で短絡が発生した場合、大きな電流が流れて発熱し、内部温度が急上昇する、いわゆる熱暴走と呼ばれる状態となる場合がある。
このため、従来二次電池の劣化状態や、熱暴走に至る現象を未然に検知して熱暴走を防止するために、端子間電圧、内部抵抗、缶温度などを測定し、監視することが行われてきている。また、二次電池は、充放電を行うと、その充電状態によって内部の積層体が膨張することによりセルケース自体も膨張する。また、熱暴走の原因となる内部温度が上昇した場合には、電解液が気化することにより内圧が上昇し、この場合にもセルケースが膨張する。このため、セルケースに歪みケージを設けて歪みを測定し、これによりセルケースの膨張を検出することで、異常検出を行う技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００３−５９４８４号公報
しかしながら、特許文献１のような技術によれば、通常の二次電池の充放電に伴うセルケースの膨張も、熱暴走に至るような内圧異常によるセルケースの膨張も両方とも同じように検出してしまうこととなる。このため、例えば、閾値を小さくしてセルケースの膨張を監視すると、通常の二次電池の充放電に伴うセルケースの膨張も異常と判定してしまう問題があった。また、閾値を大きくしてセルケースの膨張を監視すると、熱暴走に至るような内圧異常を未然に検知することができなくなってしまう問題があった。
この発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、各単電池について、セルケースの膨張により、的確に内圧異常を検知可能な電池システムを提供するものである。
上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。
本発明の電池システムは、略箱状の電池収容ケースと、複数の電極板が積層されて構成された積層体、及び該積層体を収容するセルケースとを有し、該セルケースの前記積層体の積層方向に対向する第一の側面の少なくとも一方、及び、前記積層方向と直交する方向に対向する第二の側面の少なくとも一方を、前記電池収容ケース壁面、または、電池収容ケース区画板に対向させるようにしてそれぞれ該電池収容ケース内部に収容された単電池と、前記第一の側面と、該第一の側面に対向する電池収容ケース壁面または電池収容ケース区画板との第一の離間距離、及び、前記第二の側面と、該第二の側面に対向する電池収容ケース壁面または電池収容ケース区画板との第二の離間距離をそれぞれ検出する離間状態検出手段と、該離間状態検出手段による検出結果に基づいて、前記第一の離間距離と前記第二の離間距離との両方が小さくなった場合に、対応する前記単電池が内圧異常であると判定する制御部とを備えることを特徴としている。
この構成によれば、離間状態検出手段によって各単電池のセルケースの第一の側面及び第二の側面のそれぞれと、電池収容ケース壁面または電池収容ケース区画板との離間距離である第一の離間距離及び第二の離間距離が検出されている。このため、単電池のセルケースが膨張した場合には離間状態検出手段で検出される第一の離間距離や第二の離間距離の検出値が小さくなる変化を生じる。そして、制御部は、離間状態検出手段による検出結果に基づいて、第一の離間距離と第二の離間距離との両方が小さくなった場合に、対応する単電池が内圧異常であると判定する。ここで、単電池の積層体が充放電に伴って膨張する場合には、積層方向に膨張することとなり、セルケースの膨張も対応する位置、すなわち第一の側面のみで検出されることとなる。一方、単電池内部で何らかの異常が発生し、内圧が上昇した場合には、セルケース全体が内圧によって膨張する。このため、上記のとおり制御部が、第一の離間距離と第二の離間距離との両方が小さくなった場合に、対応する単電池が内圧異常であると判定することで、単なる充放電に伴うセルケースの膨張を誤検知することなく、的確に内圧異常を検知することができる。
また、上記の電池システムにおいて、前記離間状態検出手段は、前記第一の側面及び前記第二の側面と、それぞれに対向する電池収容ケース壁面または電池収容ケース区画板との間に介装された圧電素子であることを特徴としている。
なお、ここでいう介装とは、圧電素子が第一の側面または第二の側面と、対向する壁面との間に配されていることをいい、必ずしも両者に接触して挟み込まれた状態であることには限られず、隙間が形成されていても良い。
この構成によれば、セルケースが膨張して、電池収容ケース壁面または電池収容ケース区画板との離間距離が狭まることにより、セルケースと、電池収容ケース壁面または電池収容ケース区画板との間に介装された圧電素子は、圧縮変形することとなり、当該圧縮変形量を電気信号として検出することで、第一の離間距離または第二の離間距離を検出することができる。
また、上記の電池システムにおいて、前記圧電素子は、前記電池収容ケース壁面、または、電池収容ケース区画板に取り付けられていることを特徴としている。
この構成によれば、圧電素子が電池収容ケース壁面、または、電池収容ケース区画板に取り付けられていることで、圧電素子を単電池に取り付けるなどの手間を省け、各単電池の交換を容易に行うことができる。
また、上記の電池システムにおいて、前記離間状態検出手段は、前記離間状態検出手段は、前記第一の側面及び前記第二の側面のそれぞれで、一辺側から他辺側へ向かって、対向する電池収容ケース壁面または電池収容ケース区画板との間に検出光を投光する光源と、前記第一の側面及び前記第二の側面のそれぞれの他辺側に設けられ、前記検出光の光量を検出する光量検出器とを有することを特徴としている。
この構成によれば、セルケースが膨張して、電池収容ケース壁面または電池収容ケース区画板との離間距離が狭まることにより、一辺側の光源から他辺側に向かって発せられる検出光の光路幅が狭められることになる。このため、他辺側に設けられた光量検出器で検出される検出光の光量が小さくなり、これにより第一の離間距離または第二の離間距離の減少を検出することができる。
また、上記の電池システムにおいて、前記離間状態検出手段は、前記光源と前記光量検出器との間で、対応する前記第一の側面または前記第二の側面と、対向する電池収容ケース壁面、または、電池収容ケース区画板との間に介装され、前記検出光を透過可能な空隙を有するとともに、弾性的に収縮可能な光透過部材を有することを特徴としている。
この構成によれば、光源から発せられる検出光は、光透過部材の空隙を通過して光量検出器で検出されることとなる。ここで、セルケースが膨張して電池収容ケース壁面、または、電池収容ケース区画板との離間距離が狭まると、上記のとおり検出光の光路幅が狭まるとともに、光透過部材が弾性的に収縮して空隙の大きさが小さくなり、これによっても検出光が遮られることになる。このため、セルケースと電池収容ケース壁面、または、電池収容ケース区画板との離間距離の変化をさらに感度良く検出することができる。
本発明の電池システムによれば、各単電池について、セルケースの膨張により、的確に内圧異常を検知することができる。
本発明の第１の実施形態の電池システムが組み込まれた上位システム全体を示すブロック図である。 本発明の第１の実施形態の電池システムにおいて、電池モジュールの全体を示す一部を破断した斜視図である。 本発明の第１の実施形態の電池システムにおいて、電池モジュールの内部構造を示す上方視した断面図である。 図３の切断線Ａ−Ａにおける断面図である。 本発明の第１の実施形態の電池システムにおいて、各単電池の全体を示す一部を破断した斜視図である。 本発明の第１の実施形態の電池システムにおいて、二次電池とＣＭＵの接続の詳細を示すブロック図である。 本発明の第１の実施形態の電池システムにおいて、ＢＭＵの詳細を示すブロック図である。 本発明の第１の実施形態の電池システムにおいて、内圧異常の判定手順を示すフロー図である。 本発明の第１の実施形態の電池システムにおいて、二次電池のセルケースの膨張のモードを説明する説明図である。 本発明の第１の実施形態の電池システムにおいて、第一の圧電素子と第二の圧電素子とで検出される検出値の一例を示すグラフである。 本発明の第１の実施形態の電池システムにおいて、第一の圧電素子と第二の圧電素子とで検出される検出値の一例を示すグラフである。 本発明の第２の実施形態の電池システムにおいて、電池モジュールの内部構造を示す上方視した断面図である。 図１２の切断線Ｂ−Ｂにおける断面図である。 本発明の第２の実施形態の電池システムにおいて、二次電池とＣＭＵの接続の詳細を示すブロック図である。 本発明の第２の実施形態の電池システムにおいて、内圧異常の判定手順を示すフロー図である。 本発明の第２の実施形態の電池システムにおいて、二次電池のセルケースの膨張のモードを説明する説明図である。 本発明の第２の実施形態の電池システムにおいて、二次電池のセルケースの膨張が膨張した時の光量検出器における検出状態を説明する説明図である。 本発明の第２の実施形態の電池システムにおいて、第一の光量検出器と第二の光量検出器とで検出される検出値の一例を示すグラフである。 本発明の第２の実施形態の電池システムにおいて、第一の光量検出器と第二の光量検出器とで検出される検出値の他例を示すグラフである。 本発明の第３の実施形態の電池システムにおいて、電池モジュールの内部構造を示す上方視した断面図である。 図２０の切断線Ｃ−Ｃにおける断面図である。 本発明の第３の実施形態の電池システムにおいて、二次電池のセルケースの膨張のモードを説明する説明図である。 本発明の第３の実施形態の電池システムにおいて、二次電池のセルケースの膨張が膨張した時の光量検出器における検出状態を説明する説明図である。 本発明の第４の実施形態の電池システムにおいて、二次電池とＣＭＵの接続の詳細を示すブロック図である。 本発明の第４の実施形態の電池システムにおいて、光透過部材の詳細図である。 図２５の切断線Ｄ−Ｄにおける断面図である。
（第１の実施形態）
本発明の実施形態を図１から図１０に基づいて説明する。図１から図１０は、この実施形態の電池システム１を示している。図１に示すように、この実施形態の電池システム１は、複数の単電池である二次電池２から構成された組電池２０と、組電池２０を監視、制御する制御部であるＢＭＳ（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ）３０とを有する。本実施形態では、組電池２０は、複数の二次電池２から構成された電池モジュール２１を複数組備えている。具体的には、二つの電池モジュール２１ａ、２１ｂを備えている。そして、電池モジュール２１ａは、四つの二次電池２（２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ）によって構成されている。同様に、電池モジュール２１ｂも、四つの二次電池２（２ｅ、２ｆ、２ｇ、２ｈ）によって構成されている。そして、組電池２０は、電力負荷４０と接続されていて充放電を行うことが可能である。また、ＢＭＳ３０は、本電池システム１が電源として搭載された上位システム１００における制御装置４１と接続されていて、各種信号の入出力を行うことが可能であるとともに、制御装置４１に各二次電池２に関する情報を出力し、制御装置４１を介して表示部４２に当該二次電池２に関する情報を表示して、使用者に報知することが可能となっている。
上位システム１００としては、電気自動車が例として挙げられ、この場合は電力負荷４０は車輪（図示なし）に接続された電気モータやインバータ等の電力変換器などであり、制御装置４１によりインバータ等の電力変換器の動作や電気モータの回転数が制御される。電力負荷４０は、ワイパーなどを駆動する電気モータであってもよい。なお、上位システム１００は、電気自動車以外にも、例えば、フォークリフトなどの産業車両や電車、電力負荷４０である電気モータにプロペラまたはスクリューを接続した飛行機または船などの移動体であってもよい。さらに、例えば家庭用の電力貯蔵システムや，風車や太陽光のような自然エネルギー発電と組み合わせた系統連系円滑化蓄電システムなどの定置用のシステムであってもよい。すなわち、二次電池２による電力の充放電を利用するシステム全般に係るものである。
次に、電池システム１を構成する組電池２０及びＢＭＳ３０の詳細について説明する。図１に示すように、ＢＭＳ３０は、組電池２０の各二次電池２の状態を監視するＣＭＵ（Ｃｅｌｌ Ｍｏｎｉｔｏｒ Ｕｎｉｔ）３２と、ＣＭＵ３２から出力された信号に基づいて複数の二次電池２を集中管理するとともに、上位システム１００の制御装置４１との間で信号の入出力を行うＢＭＵ（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｕｎｉｔ）３３とを有する。ＣＭＵ３２が監視する検出値としては、例えば、各二次電池２における端子間電圧、缶電位、内部抵抗、缶温度などの他に、各二次電池２とその外側の電池収容ケース２２との離間距離がある。そして、本実施形態では、ＢＭＵ３３は、入力される当該離間距離に基づいて各二次電池２における内圧異常を検知する。詳細は後述する。
また、ＣＭＵ３２は、監視した検出値を、ＢＭＵ３３へ出力する処理を行うものである。ここで、ＣＭＵ３２は、一つの電池モジュール２１に対応して一つずつ設けられており、本実施形態では、二つの電池モジュール２１ａ、２１ｂと対応して、ＣＭＵ３２ａ、３２ｂと一つずつ設けられている。
図２から図４に示すように、組電池２０を構成する各電池モジュール２１は、四つの二次電池２と、これら二次電池２が収容された略箱状の電池収容ケース２２と、電池収容ケース区画板２３と、二次電池２と電池収容ケース２２との離間距離、及び二次電池２と電池収容ケース区画板２３との離間距離を検出する離間状態検出手段２４とを有する。図５に示すように、各二次電池２は、複数の電極板３が積層されて構成された積層体４と、該積層体４を収容するセルケース５と、セルケース５に設けられた電極端子６とを有する。そして、セルケース５の内部には、電解液が注入されている。電極板３は、正極板３Ａと負極板３Ｂとで構成され、正極板３Ａと負極板３Ｂとが交互に積層されている。なお、正極板３Ａは、セパレータ７により被覆されており、これにより正極板３Ａと負極板３Ｂとの絶縁が図られている。また、セルケース５は、略直方状に構成されている。そして、積層体４は、その積層方向Ｘがセルケース５の互いに対向する第一の側面５１、５２の対向方向に一致するようにして、セルケース５の内部に収容されている。なお、積層方向Ｘに直交する方向Ｙに互いに対向する側面を第二の側面５３、５４と称する。また、電極端子６は、正極端子６Ａと負極端子６Ｂとを有し、それぞれセルケース５の上端面５５に、積層方向Ｘに直交し、該上端面５５に垂直な方向となる端子突出方向Ｚに突出して設けられている。また、正極板３Ａ及び負極板３Ｂには、それぞれ端子突出方向Ｚに正極タブ３ａ及び負極タブ３ｂが突出して設けられており、セルケース５の内部で、対応する正極端子６Ａまたは負極端子６Ｂに電気的に接続されている。また、正極端子６Ａ及び負極端子６Ｂの上端面には、それぞれネジ穴６ａが形成されている。
図２から図４に示すように、電池収容ケース２２は、略直方状に形成されており、二次電池２が収容された電池収容部２２Ａと、ＣＭＵ３２が収容された基板収容部２２Ｂとを有する。ここで、四つの二次電池２のそれぞれは、互いに対向する第一の側面５１、５２について、一方を電池収容ケース２２の電池収容ケース壁面２２ａ、または、電池収容ケース区画板壁面２３aと対向させるとともに、互いに対向する第二の側面５３、５４について、同様に一方を電池収容ケース２２の電池収容ケース壁面２２ａ、または、電池収容ケース区画板壁面２３aと対向させるものとして、二行二列で配列されている。
また、四つの二次電池２の各電極端子６間には、直列接続となるようにバスバー２５が連結されている。具体的には、バスバー２５は、一端が片方の二次電池２の正極端子６Ａに接続され、他端がもう片方の二次電池２の負極端子６Ｂに接続されている。バスバー２５の両端には貫通孔２５ａが形成されており、該貫通孔２５ａを通して、対応する電極端子６のネジ穴６ａに固定用ボルト２６を螺合して、該固定用ボルト２６と電極端子６とでバスバー２５を挟み込むことでバスバー２５を接続させている。また、本実施形態では、電池収容ケース２２の一面側で正負の電極取出部となるように、四つの二次電池２をコの字状に接続しており、直列接続の両端となる二つの二次電池２にそれぞれ接続されたバスバー２５は、電池収容ケース２２の外部に突出して電極取出部を構成している。
また、離間状態検出手段２４は、それぞれ電池収容ケース壁面２２ａと第一の側面５１との間、及び電池収容ケース壁面２２ａと第二の側面５３との間、または、電池収容ケース区画板壁面２３aと第一の側面５２との間、及び電池収容ケース区画板壁面２３aと第二の側面５４との間に介装された圧電素子により構成されている。具体的には、離間状態検出手段２４を構成する圧電素子は、第一の側面５１、５２及び第二の側面５３、５４の略中央となる位置で、電池収容ケース壁面２２ａ、または、電池収容ケース区画板壁面２３a側に取り付けられている。ここで、第一の側面５１、５２と対応する圧電素子を第一の圧電素子２４ａ、第二の側面５３、５４と対応する圧電素子を第二の圧電素子２４ｂと称する。本実施形態では、第一の圧電素子２４ａ及び第二の圧電素子２４ｂと、それぞれ対応する第一の側面５１、５２または第二の側面５３、５４との間には、セルケース５が膨張していない状態において僅かに隙間が形成されるように設定されている。
また、図６に示すように、電池収容ケース２２の内部には、各二次電池２と対応させて、セルケース５の温度を測定可能な温度計測端子２７と、正極端子６Ａと負極端子６Ｂとの端子間電圧を測定可能な第一の電圧計測端子２８と、セルケース５と正極端子６Ａとの間の電位差である缶電位を測定可能な第二の電圧計測端子２９とが設けられている。そして、これら離間状態検出手段２４の第一の圧電素子２４ａ及び第二の圧電素子２４ｂ、温度計測端子２７、第一の電圧計測端子２８並びに第二の電圧計測端子２９からの検出信号は、ＣＭＵ３２で計測する。ＣＭＵ３２は、別々の信号線により、各二次電池２と対応する第一の圧電素子２４ａ及び第二の圧電素子２４ｂ、温度計測端子２７、第一の電圧計測端子２８並びに第二の電圧計測端子２９と接続されており、入力を受け付けた信号線によって、信号線から入力された検出値と対応する二次電池２を特定し、該二次電池２のＩＤと検出値の情報とをＢＭＵ３３へ出力する。
そして、ＢＭＵ３３では、受け付けた各種検出値に基づいて、対応する二次電池２の状態を監視している。特に、本実施形態では、離間状態検出手段２４である第一の圧電素子２４ａ及び第二の圧電素子２４ｂから出力される検出信号に基づいて、二次電池２と電池収容ケース壁面２２ａ、または、電池収容ケース区画板壁面２３ａとの離間距離を取得し、取得した該離間距離に基づいて、内圧異常の有無を判定する。ここで、第一の圧電素子２４ａで検出される電池収容ケース壁面２２ａと第一の側面５１との離間距離、または、電池収容ケース区画板壁面２３ａと第一の側面５２との離間距離を第一の離間距離Ｗ１、第二の圧電素子２４ｂで検出される電池収容ケース壁面２２ａと第二の側面５３との離間距離、または、電池収容ケース区画板壁面２３ａと第二の側面５４との離間距離を第二の離間距離Ｗ２と称する。
具体的には、ＢＭＵ３３は、各ＣＭＵ３２から各二次電池２と対応する検出信号を取得する検出信号取得部３３ａと、検出信号取得部３３ａで取得したものの内、第一の圧電素子２４ａ及び第二の圧電素子２４ｂからの検出信号に基づいて二次電池２と、電池収容ケース壁面２２ａまたは電池収容ケース区画板壁面２３aとの離間距離を評価する離間距離評価部３３ｂと、離間距離評価部３３ｂでの評価結果に基づいて内圧異常の有無を判定する内圧異常判定部３３ｃと、内圧異常判定部３３ｃでの判定結果に基づいて警告対象となる二次電池２の情報を制御装置４１に出力する警告対象出力部３３ｄとを有する。
以下、ＢＭＵ３３の各構成によって実行される内圧異常の判定手順の詳細を図８に示すフロー図に基づいて説明する。図８に示すように、まず、検出信号取得部３３ａは、組電池２０を構成する複数の二次電池２のＩＤと、対応する検出値を取得し、第一の圧電素子２４ａ及び第二の圧電素子２４ｂそれぞれからの検出値と二次電池２のＩＤとを対応付けて離間距離評価部３３ｂへ出力する（ステップＳ１００）。
次に、離間距離評価部３３ｂは、各二次電池２について、第一の離間距離Ｗ１及び第二の離間距離Ｗ２を評価する。具体的には、同じ二次電池２のＩＤの第一の圧電素子２４ａ及び第二の圧電素子２４ｂの検出値が予め設定された閾値以上か否かを評価し、その評価結果を内圧異常判定部３３ｃへ出力する（ステップＳ１０１）。第一の圧電素子２４ａ及び第二の圧電素子２４ｂは、セルケース５が膨張して、各側面と電池収容ケース壁面２２ａまたは電池収容ケース区画板壁面２３aとの離間距離が小さくなると、セルケース５の第一の側面５１、５２または第二の側面５３、５４と、電池収容ケース壁面２２ａまたは電池収容ケース区画板壁面２３aとの間に挟み込まれて圧縮変形して、その歪みを検出値として出力することとなる。このため、閾値以上であるということは、当該閾値と対応した歪み以上に圧縮変形、言い換えればセルケース５の第一の側面５１、５２または第二の側面５３、５４が、電池収容ケース壁面２２ａまたは電池収容ケース区画板壁面２３aに向かって外側に凸状に変形したことを意味する。
そして、内圧異常判定部３３ｃは、まず、第一の圧電素子２４ａに関する評価結果を参照し、第一の圧電素子２４ａの検出値が閾値以上か判定する（ステップＳ１０２）。そして、内圧異常判定部３３ｃは、その検出値が閾値未満である場合（ＮＯ）、すなわち第一の離間距離Ｗ１が閾値と対応する所定値より大きい場合には、内圧は正常であるとして、ステップＳ１００へと移行させ、新たに受け付けた検出信号に基づいてステップＳ１００からの処理を再度実行させる。また、第一の圧電素子２４ａの検出値が閾値以上であった場合、すなわち第一の離間距離Ｗ１が閾値と対応する所定値以下であった場合には、次に第二の圧電素子２４ｂに関する評価結果を参照し、第二の圧電素子２４ｂの検出値が閾値以上か判定する（ステップＳ１０３）。そして、内圧異常判定部３３ｃは、その検出値が閾値未満である場合（ＮＯ）、すなわち第二の離間距離が閾値と対応する所定値より大きい場合には、内圧は正常であるとしてステップＳ１００へと移行させ、新たに受け付けた検出信号に基づいてステップＳ１００からの処理を再度実行させる。また、第二の圧電素子２４ｂの検出値が閾値以上である場合、すなわち第一の離間距離Ｗ１とともに第二の離間距離Ｗ２も閾値と対応する所定値以下となる場合には、内圧異常と判定して、対応する二次電池２のＩＤを警告対象出力部３３ｄへ出力する（ステップＳ１０４）。
ここで、図９において二次電池２Ａが示すように、通常の状態で充電を行うと、積層体４が充電に伴ってその積層方向Ｘに膨張し、これによりセルケース５では、積層方向Ｘと対応する第一の側面５１、５２で外側に向かって凸状に変形することとなる。一方、第二の側面５３、５４は、積層方向Ｘと直交する方向Ｙに対向して配置されているので、積層体４の膨張に伴って膨張することはなく、むしろ、角部５６によって剛結された第一の側面５１、５２が凸状に変形する影響を受けて、凹状に変形することとなる。このため、図１０に示すように、第一の圧電素子２４ａによる検出値が閾値以上で、第二の圧電素子２４ｂによる検出値が閾値未満としたときには、通常の充放電にともなうセルケース５の膨張であると判断することができる。一方、図９において二次電池２Ｂが示すように、内圧が上昇すると、セルケース５は膨張するが、内圧の作用は第一の側面５１、５２及び第二の側面５３、５４に均等に作用することから、いずれにおいても外側に向かって凸状に変形することとなる。このため、図１１に示すように、第一の圧電素子２４ａ及び第二の圧電素子２４ｂによる検出値がともに閾値以上であるときには、内圧が上昇したことに起因すると判断することができ、内圧異常と判定することができる。なお、このように内圧異常が生じている時には、積層体４の膨張に伴う変形も重畳されている。
次に、警告対象出力部３３ｄは、入力された二次電池２のＩＤを、デジタル信号により制御装置４１へ出力する（ステップＳ１０５）。そして、制御装置４１は、受け付けたデジタル信号に基づいて、対応する二次電池２のＩＤを取得し、該ＩＤを表示部４２に表示させて、異常である二次電池２がどれであるかを使用者に認識させる。
以上のように、本実施形態の電池システム１では、離間状態検出手段２４である第一の圧電素子２４ａ及び第二の圧電素子２４ｂにより、第一の側面５１、５２及び第二の側面５３、５４と、それぞれと対向する電池収容ケース壁面２２ａまたは電池収容ケース区画板壁面２３ａとの第一の離間距離Ｗ１及び第二の離間距離Ｗ２を検出し、これに基づいて第一の側面５１、５２及び第二の側面５３、５４の変形状態を評価することができる。そして、ＢＭＵ３３が第一の離間距離Ｗ１と第二の離間距離Ｗ２との両方が小さくなった場合に、対応する二次電池２が内圧異常であると判定することで、単なる充放電に伴うセルケース５の膨張を誤検知することなく、的確に内圧異常を検知することができる。
また、本実施形態では、第一の圧電素子２４ａ及び第二の圧電素子２４ｂは、二次電池２側ではなく、電池収容ケース壁面２２ａ、または、電池収容ケース区画板壁面２３ａに取り付けられている。このため、第一の圧電素子２４ａ及び第二の圧電素子２４ｂのみならず、第一の圧電素子２４ａ及び第二の圧電素子２４ｂからＣＭＵ３２までの配線も含めて二次電池２側に設ける必要がなく、二次電池２を交換等する際にも、圧電素子や配線が支障となってしまうことがない。また、二次電池２の膨張収縮や温度変化によって圧電素子の接着が弱まって脱落してしまうことも抑制することができる。
なお、上記実施形態においては、第一の圧電素子２４ａ及び第二の圧電素子２４ｂは、セルケース５に膨張が生じていない状態において、対応する第一の側面５１、５２または第二の側面５３、５４と僅かに隙間を有して設けられているものとしたが、これに限るものではなく、側面と、電池収容ケース壁面または電池収容ケース区画板との間に挟み込まれるようにしても良い。この場合には、第一の圧電素子２４ａ及び第二の圧電素子２４ｂは、初期状態においても一定の検出値を出力することとなり、当該初期状態における検出値を控除して、第一の離間距離Ｗ１及び第二の離間距離Ｗ２を評価すれば良い。また、上記においては、第一の圧電素子２４ａの検出値と、第二の圧電素子２４ｂの検出値をそれぞれ評価する閾値を同じものとして扱ったが、これに限るものではない。セルケース５が膨張していない状態での第一の離間距離Ｗ１と第二の離間距離Ｗ２が異なる場合では両検出値における閾値を異なるものとしても良い。
また、上記実施形態では、第二の圧電素子２４ｂからの検出値が閾値以上であった場合のみ異常（内圧異常）と判定するものとしているが、これに限るものではない。さらに、例えば、上記閾値よりもさらに高い制限値を設け、第一の圧電素子２４ａから検出値が制限値以上であった場合には、第二の圧電素子２４ｂからの検出値いかんに係らず、異常と判定するものとしても良い。このようにすることで、何らかの原因により積層体４が極度に膨張した場合も異常として表示部４２により報知することができる。
また、電池システム１は、第一の圧電素子２４ａによる検出値が閾値以上となる回数をカウントする回数測定手段を備えるものとしても良い。そして、回数測定手段によってカウントされる回数が所定回数以上となった場合には、充放電に伴うセルケース５の膨張、収縮が繰り返されて、疲労限界に達したものとして、異常として表示部４２により報知するものとしても良い。
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。図１２から図１９は、本発明の第２の実施形態を示したものである。なお、この実施形態において、前述した実施形態で用いた部材と共通の部材には同一の符号を付して、その説明を省略する。
図１２及び図１３に示すように、この実施形態の電池システム６０において、組電池２０の電池収容ケース２２は、電池収容ケース２２の内部で、二次電池２同士を区画する区画板２３を有する。本実施形態でも二次電池２が２行２列に配列されているため、二次電池２を区画する区画板２３は、それぞれ二次電池２の積層方向Ｘと、積層方向Ｘに直交する方向Ｙとに沿って設けられ、中央で交差している。これにより、各二次電池２は、一方の第一の側面５１を電池収容ケース壁面２２ａに対向させるとともに、他方の第一の側面５２を電池収容ケース区画板壁面２３ａに対向させている。同様に、各二次電池２は、一方の第二の側面５３を電池収容ケース壁面２２ａに対向させているとともに、他方の第二の側面５４を電池収容ケース区画板壁面２３ａに対向させている。また、各側面と各電池収容ケース壁面２２ａ及び各電池収容ケース区画板壁面２３ａとの間には、少なくとも二次電池２のセルケース５が通常の充放電において、膨張して各電池収容ケース壁面２２ａ及び各電池収容ケース区画板壁面２３ａに接触しない程度の大きさで、隙間が形成されている。
本実施形態では、離間状態検出手段６５は、各二次電池２において、第一の側面５２及び第二の側面５３、５４と電池収容ケース区画板壁面２３ａとの離間距離を、それぞれ第一の離間距離Ｗ１及び第二の離間距離Ｗ２として検出可能となっている。
具体的には、離間状態検出手段６５は、上記隙間に検出光Ｌを投光する光源６６と、光源６６から各隙間に投光された検出光Ｌの光量を検出する第一の光量検出器６７及び第二の光量検出器６８とを有する。ここで、電池収容ケース区画板２３の互いに交差する位置、すなわち二次電池２の配列の略中心において、各二次電池２の高さ方向Ｚに略中央となる位置に光源６６が嵌め込まれている。
また、第一の光量検出器６７及び第二の光量検出器６８は、各二次電池２の第一の側面５２及び第二の側面５４のそれぞれと対応していて、光源６６が設けられた一辺側と反対側の他辺側となる電池収容ケース壁面２２ａに取り付けられている。このため、光源６６から発せられた検出光Ｌは、各二次電池２の第一の側面５２及び第二の側面５４の一辺側から他辺側に向かって、第一の側面５２及び第二の側面５４と、対向する電池収容ケース区画板壁面２３aとの間の隙間に照射され、第一の光量検出器６７及び第二の光量検出器６８で検出することが可能である。
そして、本実施形態では、図１４に示すように、圧電素子に代えて第一の光量検出器６７及び第二の光量検出器６８のそれぞれから、検出された光量が検出値としてＣＭＵ３２へ出力される。そして、検出値は、ＣＭＵ３２からＢＭＵ３３に出力され、図１５に示す判定手順で、各二次電池２の内圧異常が判定される。すなわち、図１５に示すように、まず、検出信号取得部３３ａは、組電池２０を構成する複数の二次電池２のＩＤと、対応する検出値を取得し、第一の光量検出器６７及び第二の光量検出器６８それぞれからの検出値と二次電池２のＩＤとを対応付けて離間距離評価部３３ｂへ出力する（ステップＳ１００）。
次に、離間距離評価部３３ｂは、各二次電池２について、第一の離間距離Ｗ１及び第二の離間距離Ｗ２を評価する。具体的には、同じ二次電池２のＩＤの第一の光量検出器６７及び第二の光量検出器６８の検出値が予め設定された閾値以下か否かを評価し、その評価結果を内圧異常判定部３３ｃへ出力する（ステップＳ１０１）。第一の光量検出器６７及び第二の光量検出器６８での検出光量は、セルケース５が膨張して各側面と電池収容ケース壁面２２ａ、または、電池収容ケース区画板壁面２３aとの離間距離が小さくなると、光源６６からの検出光Ｌが制限されることとなり、検出される光量が小さくなる。このため、検出された光量が閾値以下であるということは、セルケース５の対応する第一の側面５１または第二の側面５３が電池収容ケース区画板壁面２３aに向かって外側に凸状に変形したことを意味する。
そして、内圧異常判定部３３ｃは、まず、第一の側面５２と対応する第一の光量検出器６７に関する評価結果を参照し、当該第一の光量検出器６７での検出値が閾値以上か判定する（ステップＳ１０２）。そして、内圧異常判定部３３ｃは、その検出値が閾値より大きい場合（ＮＯ）、すなわち第一の離間距離Ｗ１が閾値と対応する所定値より大きい場合には、内圧は正常であるとして、ステップＳ１００へと移行させ、新たに受け付けた検出信号に基づいてステップＳ１００からの処理を再度実行させる。また、第一の光量検出器６７の検出値が閾値以上であった場合、すなわち第一の離間距離Ｗ１が閾値と対応する所定値以下であった場合には、次に第二の光量検出器６８に関する評価結果を参照し、第二の光量検出器６８の検出値が閾値以下か判定する（ステップＳ１０３）。そして、内圧異常判定部３３ｃは、その検出値が閾値より大きい場合（ＮＯ）、すなわち図１７及び図１６に示す二次電池２Ａのように、第二の離間距離Ｗ２が閾値と対応する所定値より大きい場合には、内圧は正常であるとしてステップＳ１００へと移行させ、新たに受け付けた検出信号に基づいてステップＳ１００からの処理を再度実行させる。また、図１８及び図１６に示す二次電池２Ｂのように、第二の光量検出器６８の検出値が閾値以下である場合、すなわち第一の離間距離Ｗ１とともに第二の離間距離Ｗ２も閾値と対応する所定値以下となる場合には、内圧異常と判定して、対応する二次電池２のＩＤを警告対象出力部３３ｄへ出力する（ステップＳ１０４）。
次に、警告対象出力部３３ｄは、入力された二次電池２のＩＤを、デジタル信号により制御装置４１へ出力する（ステップＳ１０５）。そして、制御装置４１は、受け付けたデジタル信号に基づいて、対応する二次電池２のＩＤを取得し、該ＩＤを表示部４２に表示させて、異常である二次電池２がどれであるかを使用者に認識させる。
以上のように、ＢＭＵ３３が第一の光量検出器６７及び第二の光量検出器６８で検出される第一の離間距離Ｗ１及び第二の離間距離Ｗ２に対して閾値を設定して監視して、内圧異常判定部３３ｃが、両者が閾値以上となった時に内圧異常と判定することで、第１の実施形態同様に、単なる充放電に伴うセルケース５の膨張を誤検知することなく、的確に内圧異常を検知することができる。
（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。図２０から図２３は、本発明の第３の実施形態を示したものである。なお、この実施形態において、前述した実施形態で用いた部材と共通の部材には同一の符号を付して、その説明を省略する。
図２０及び図２１に示すように、この実施形態の電池システム７０において、離間状態検出手段７１は、光源６６、光量検出器６７、６８とともに、各二次電池２の第一の側面５２及び第二の側面５４のそれぞれと電池収容ケース区画板壁面２３ａとの間に設けられた光透過部材７２をさらに備える。光透過部材７２は、弾性的に収縮可能な部材であるとともに、空隙７２ａが形成されている。本実施形態では、当該空隙７２ａは、貫通孔として、光源６６から第一の光量検出器６７及び第二の光量検出器６８のそれぞれまでの光路に沿うようにして、検出光Ｌを透過可能に両側に連通している。また、光透過部材７２は、各二次電池２の対応する第一の側面５２または第二の側面５４の略中央において、高さ方向Ｚ全体にわたって配設されている。このため、光源６６から発せられた検出光Ｌは、光透過部材７２の空隙７２ａを通過して第一の光量検出器６７または第二の光量検出器６８に照射され検出されることとなる。ここで、図２２及び図２３に示すように、セルケース５が膨張して電池収容ケース区画板壁面２３ａとの離間距離が狭まると、上記のとおり検出光Ｌの光路幅が狭まるとともに、光透過部材７２が弾性的に収縮して空隙７２ａの大きさが小さくなり、これによっても検出光Ｌが遮られることになる。このため、セルケース５と電池収容ケース区画板壁面２３aとの離間距離の変化をさらに感度良く検出することができ、これにより、より精度良く二次電池２のセルケース５の膨張の状態を把握し、より的確に内圧異常の有無を判定することができる。
（第４の実施形態）
次に、本発明の第４の実施形態について説明する。図２４から図２６は、本発明の第４の実施形態を示したものである。なお、この実施形態において、前述した実施形態で用いた部材と共通の部材には同一の符号を付して、その説明を省略する。
図２４に示すように、本実施形態の電池システム８０では、各二次電池２のセルケース５と、電池収容ケース壁面または電池収容ケース区画板との離間距離を検出する離間状態検出手段８１とともに、各二次電池２における漏液を検出する漏液検出手段８２を備える。
離間状態検出手段８１は、図２０に示す光源６６及び光量検出器６７、６８を備える点で、第３の実施形態の離間距離検出手段７１と同様の構成であるが、各二次電池２の第一の側面５２及び第二の側面５４のそれぞれと電池収容ケース区画板壁面２３ａとの間に設けられ、光源６６からの検出光Ｌを光量検出器６７、６８へ向かって透過させる光透過部材８３の構造が異なっている。
図２５及び図２６に示すように、本実施形態の光透過部材８３は、多層構造となっていて、厚さ方向に弾性変形可能な一対の弾性部８４と、一対の弾性部８４の間に挟み込まれた電極部８５とを有する。一対の弾性部８４は、例えば、スポンジなどの多孔質の板状の部材からなる。また、電極部８５は、導電材からなる一対の導電板８６、８７と、一対の導電板８６、８７の間に挟みこまれた絶縁材からなる絶縁板８８とを有する。このため、一対の導電板８６、８７は、絶縁板８８によって絶縁された状態に保たれている。また、一対の弾性部８４、並びに、電極部８５を構成する一対の導電板８６、８７及び絶縁板８８には、厚さ方向に貫通する空隙８３ａが多数形成されている。そして、当該光透過部材８３を、厚さ方向を光源６６から各光量検出器に向かう光路に沿うように、対応する側面と電池収容ケース区画板との間に設置することで、光源６６から発せられる検出光Ｌを空隙８３ａに通過させて光量検出器で検出することが可能となっている。
また、一対の導電板８６、８７は、それぞれ図２４に示す導電検出器８９に接続されており、これにより導電検出器８９では、一対の導電板８６、８７間に電流が流れているか否かを検出することができる。通常、一対の導電板８６、８７の間には絶縁板８８が介装されていることで両者の間に電流が流れることはないが、二次電池２の電解液が漏出し、空隙８３ａ内に流入すると、流入した電解液を介して一対の導電板８６、８７間に電流が流れ、導電検出器８９で検出されることとなる。すなわち、一対の導電板８６、８７及び絶縁板８８からなる電極部８５と、導電検出器８９とにより、対応する二次電池２の漏液を検出することが可能である漏液検出手段８２を構成している。このため、本実施形態の電池システム８０では、離間状態検出手段８１により、二次電池２の内圧異常を的確に判定できるとともに、漏液異常も判定することができる。
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
１ 電池システム
２ 二次電池
３ 電極板
３Ａ 正極板
３Ｂ 負極板
３ａ 正極タブ
３ｂ 負極タブ
４ 積層体
５ セルケース
６ 電極端子
６Ａ 正極端子
６Ｂ 負極端子
６a ネジ穴
７ セパレータ
２０ 組電池
２１ 電池モジュール
２２ 電池収容ケース
２２Ａ 電池収容部
２２Ｂ 基板収容部
２２ａ 電池収容ケース壁面
２３ 電池収容ケース区画板
２３ａ 電池収容ケース区画板壁面
２４ 離間状態検出手段
２４ａ 第一の圧電素子（離間状態検出手段）
２４ｂ 第二の圧電素子（離間状態検出手段）
２５ バスバー
２５ａ 貫通孔
２６ 固定用ボルト
２７ 温度計測端子
２８ 第一の電圧計測端子
２９ 第二の電圧計測端子
３０ ＢＭＳ
３２ ＣＭＵ
３３ ＢＭＵ
３３ａ 検出信号取得部
３３ｂ 離間距離評価部
３３ｃ 内圧異常判定部
３３ｄ 警告対象出力部
４０ 電力負荷
４１ 制御装置
４２ 表示部
５１、５２ 第一の側面
５３、５４ 第二の側面
５５ 上端面
５６ 角部
６０ 電池システム
６５ 離間状態検出手段
６６ 光源
６７ 第一の光量検出器
６８ 第二の光量検出器
７０ 電池システム
７１ 離間状態検出手段
７２ 光透過部材
７２ａ 空隙
８０ 電池システム
８１ 離間状態検出手段
８２ 漏液検出手段
８３ 光透過部材
８３ａ 空隙
８４ 弾性部
８５ 電極部
８６、８７ 導電板
８８ 絶縁板
８９ 導電検出器
１００ 上位システム

Claims (5)

  1. 略箱状の電池収容ケースと、
    複数の電極板が積層されて構成された積層体、及び該積層体を収容するセルケースと、を有し、該セルケースの前記積層体の積層方向に対向する第一の側面の少なくとも一方、及び、前記積層方向と直交する方向に対向する第二の側面の少なくとも一方を、前記電池収容ケース壁面、または、電池収容ケース区画板に対向させるようにしてそれぞれ該電池収容ケース内部に収容された単電池と、
    前記第一の側面と、該第一の側面に対向する電池収容ケース壁面または電池収容ケース区画板との第一の離間距離、及び、前記第二の側面と、該第二の側面に対向する電池収容ケース壁面または電池収容ケース区画板との第二の離間距離をそれぞれ検出する離間状態検出手段と、
    該離間状態検出手段による検出結果に基づいて、前記第一の離間距離と前記第二の離間距離との両方が小さくなった場合に、対応する前記単電池が内圧異常であると判定する制御部とを備えることを特徴とする電池システム。
  2. 請求項１に記載の電池システムにおいて、
    前記離間状態検出手段は、前記第一の側面及び前記第二の側面と、それぞれに対向する電池収容ケース壁面または電池収容ケース区画板との間に介装された圧電素子であることを特徴とする電池システム。
  3. 請求項２に記載の電池システムにおいて、
    前記圧電素子は、前記電池収容ケース壁面、または、電池収容ケース区画板に取り付けられていることを特徴とする電池システム。
  4. 請求項１に記載の電池システムにおいて、
    前記離間状態検出手段は、前記第一の側面及び前記第二の側面のそれぞれで、一辺側から他辺側へ向かって、対向する電池収容ケース壁面または電池収容ケース区画板との間に検出光を投光する光源と、
    前記第一の側面及び前記第二の側面のそれぞれの他辺側に設けられ、前記検出光の光量を検出する光量検出器と、を有することを特徴とする電池システム。
  5. 請求項４に記載の電池システムにおいて、
    前記離間状態検出手段は、前記光源と前記光量検出器との間で、対応する前記第一の側面または前記第二の側面と、対向する電池収容ケース壁面、または、電池収容ケース区画板との間に介装され、前記検出光を透過可能な空隙を有するとともに、弾性的に収縮可能な光透過部材を有することを特徴とする電池システム。
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