JP2014102914A

JP2014102914A - 検出装置

Info

Publication number: JP2014102914A
Application number: JP2012252615A
Authority: JP
Inventors: Hiroki Ichinose; 博樹一瀬
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 2012-11-16
Filing date: 2012-11-16
Publication date: 2014-06-05

Abstract

【課題】安全弁の作動を検出することができる検出装置を提供する。
【解決手段】検出装置Ｉは、ケース内圧が所定圧力を超えると作動する安全弁７が形成された二次電池を複数有する電池ユニットに設けられ、安全弁の作動を検出する検出装置であって、複数の二次電池に亘って、かつ、各二次電池の安全弁に対向して配索された配線（第１配線２１及び第２配線２２）及び抵抗Ｒからなる検出回路１１と、検出回路の抵抗値を検出する検出手段１４と、抵抗値に基づいて安全弁の作動を判定する判定手段１５とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は検出装置に関する。

近年、電気自動車やハイブリッド車等のモーターにより車両が駆動される電動車両が注目されている。これらの電動車両では、高電圧出力を得るために複数の二次電池が直列接続されてなる電池ユニットが搭載されている。二次電池としては、例えばリチウムイオン電池やニッケル水素電池等の高出力可能な二次電池が用いられている。

二次電池は、電解液が満たされたケース内に正極板及び負極板がセパレータを介して巻回されてなる発電要素が収容され、蓋で封止されている。蓋の外部には、蓋を貫通し、発電要素からの正極板に接続される正極と、発電要素からの負極板に接続される負極とが設けられていると共に安全弁が設けられている。この安全弁は、例えば正極と負極とが接触して短絡が生じることで電池内部で反応が生じてガスが発生することにより電池内部の圧力が上昇した場合にケース内部のガスを逃がして二次電池の破裂を抑制するためのものである。

例えば、特許文献１では、蓋部の中央に、ケースの内部圧力の上昇時にガスを排出することのできる相対的に薄い安全弁が形成されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１２−１６０４２５号公報

電池ユニットでは、このような安全弁が設けられた二次電池を複数で一つの電池モジュールとし、各モジュールに対してそれぞれ制御ユニットが設けられている。制御ユニットは、各二次電池の温度状態を検出して電池ユニット全体の制御装置である電池制御部に温度状態の情報を入力する。制御装置は、電池ユニットからの入出力電力を制御すると共に、制御ユニットから得た各二次電池の状態に基づいて各二次電池をコントロールしている。

この場合に、例えば内部圧力が上昇して安全弁が作動すると、制御ユニットが損傷を受ける可能性もある。制御ユニットが損傷を受けた場合には異常信号が制御装置に入力されるが、この電池制御部は、安全弁が作動したのか又は別の原因で異常信号が制御装置に入力されたのかを判定することができないことも考えられる。

そこで、本発明の課題は、上記従来技術の問題点を解決することにあり、安全弁の作動を検出することができる検出装置を提供しようとするものである。

本発明の検出装置は、ケース内圧が所定圧力を超えると作動する安全弁が形成された二次電池を複数有する電池ユニットに設けられ、前記安全弁の作動を検出する検出装置であって、複数の前記二次電池に亘って、かつ、各前記二次電池の前記安全弁に対向して配索された配線、及び前記配線に接続された抵抗からなる検出回路と、前記検出回路の抵抗値を検出する検出手段と、前記抵抗値に基づき、前記安全弁の作動を判定する判定手段とを備えることを特徴とする。このような簡易な検出回路と、この検出回路における抵抗値を検出する検出手段、及び判定手段を備えることで、安全弁の作動を検出することが可能である。

前記配線は、前記抵抗の両端にそれぞれ接続された第１配線及び第２配線であり、前記第１配線及び第２配線は、共に前記二次電池の前記安全弁に対向して配索されていることが好ましい。配線が、第１配線及び第２配線からなり、これらが共に二次電池の前記安全弁に対向して配索されていることで、安全弁作動をより確実に検出することができる。

前記第１配線及び第２配線は、互いにねじりあった状態であり、それぞれ絶縁膜で被覆されていることが好ましい。互いにねじりあった状態であることで安全弁作動をより確実に検出することができる。また、各配線がそれぞれ絶縁膜で被覆されていることで、安全弁作動時における第１配線及び第２配線間の短絡を防ぐことが可能である。

本発明の好ましい実施形態としては、前記判定手段が、検出された前記抵抗値が０又は無限大である場合に前記安全弁が作動したと判定することが挙げられる。

本発明の検出装置によれば、安全弁の作動を検出することができるという優れた効果を奏し得る。

電池ユニットと検出装置とを説明するための模式図。電池ユニットと検出回路とを説明するための模式的斜視図。安全弁作動時の電池ユニットと検出装置とを説明するための模式図。安全弁作動時の電池ユニットと検出装置とを説明するための模式図。

本発明の実施形態について、図１、図２を用いて説明する。

本実施形態の電池ユニット１は、電動車両である電気自動車に搭載されている。図１に示すように、電池ユニット１は、複数の二次電池２からなる電池モジュール１０を複数有する。本実施形態では、例として一つの電池モジュール１０は４つの二次電池２からなる。

図２に示すように、各二次電池２は、ケース３を有し、ケース３内部には、図示しないが電解液と発電要素である電極体とが収納されて蓋部４により封止されている。電極体は、例えば正極板と負極板とがセパレータを介して巻回されてなる。蓋部４には、この正極板に接続する正極部５と負極板に接続する負極部６とがその長手方向の両端部に設けられている。

蓋部４の長手方向の中央部には安全弁７が設けられて（形成されて）いる。安全弁７は、蓋部４において相対的に薄くなって設けられており、ケース３内部で例えば内部短絡が生じることでガスが発生し、ケース３内部の内圧が高まって所定圧力を超えると作動するように構成されている。即ち、ケース３内部でガスが発生し内圧が高まって所定圧力を超えると安全弁７が破損して中からガスが噴出する。各二次電池２は、このようにしてケース３が破裂しないように構成されている。

各二次電池２は、直列接続となるように、互いに隣接する二次電池２の正極部５と負極部６とがバスバー８により接続されている。

また、電池モジュール１０毎に各二次電池の近傍にセンシング基板が設けられ、このセンシング基板によりセルマネジネントユニット（ＣＭＵ）が構成されている。電池モジュール１０毎に設けられたＣＭＵは、各電池モジュール１０における二次電池２の状態（例えば二次電池の温度状態など）を検出し、この検出情報をバッテリーマネジメントユニット（ＢＭＵ）に入力する。ＢＭＵは、電池ユニット１の統合制御、例えば車両の要求電力に応じた電力の入出力制御や、これらのＣＭＵから入力された情報に基づいて各二次電池２が正常に作動するように各二次電池２の管理を行う。

ここで、電池ユニットには、安全弁７の作動を検出する検出装置Ｉが設けられている。検出装置Ｉは、検出回路１１と、検出回路１１の結果に基づいて安全弁７が作動したかどうかを検出する制御部１２とからなる。制御部１２は、検出回路１１の電源である電源部１３と、検出回路１１の抵抗値を検出する検出手段１４と検出手段１４により検出された抵抗値に基づいて安全弁７が作動したかどうかを判定する判定手段１５とから構成される。以下、検出装置Ｉについて詳細に説明する。

検出回路１１は、抵抗Ｒを有し、この抵抗Ｒと制御部１２とを接続する第１配線２１及び第２配線２２を備える。第１配線２１及び第２配線２２は、全ての二次電池２の安全弁７上に亘って配索されている。第１配線２１及び第２配線２２は、互いにねじれた状態（ツイスト状）であり、それぞれ金属線の周囲が絶縁膜で被覆されたものである。

検出手段１４は、検出回路１１の抵抗値、即ち検出回路１１の抵抗Ｒの抵抗値を検出する。例えば、抵抗Ｒに対して並列に設けられた抵抗測定部でもよいし、抵抗Ｒに印加される電圧と入力される電流を検出して抵抗を検出するものでもよい。検出された抵抗値を判定手段１５に入力する。

判定手段１５は、検出手段１４から入力された抵抗値に基づいて安全弁７が作動したかどうかを判定する。判定手段１５による判定は、以下のようにして行う。

初めに、電源部１３から検出回路１１に電流を流し、検出手段１４が検出回路１１における抵抗値を検出し、判定手段１５に入力する。判定手段１５は、検出された抵抗値に基づいて安全弁７の作動を判定する。

安全弁７が作動していない状態、即ち図１に示す状態であれば、検出された抵抗値は抵抗Ｒの抵抗値と同一もしくはほぼ同一の範囲内となる。従って、判定手段１５は、検出された抵抗値が所定の範囲内にある場合、即ち検出回路１１の抵抗値が抵抗Ｒの抵抗値と同一もしくはほぼ同一の範囲内にあれば、安全弁は作動していないと判定する。

安全弁７が作動した場合について、図３、図４を用いて説明する。

図３は、電池ユニット１のうち、一つの二次電池２Ａで内圧が高まり安全弁が作動して破損し内部からガスが吹き出した場合を示す。吹き出したガスは高温であるため、第１配線２１及び第２配線２２のうち、この作動した安全弁に対向した部分は溶融している（図中矢印で示す部分）。そして、第１配線２１と第２配線２２とが溶融するとこの部分で第１配線２１と第２配線２２とがショートすることになる。

このような場合、検出された抵抗値は抵抗Ｒの抵抗値と同一もしくはほぼ同一の範囲内とはならず、検出手段１４が検出する抵抗は無限大となる。

検出手段１４は、これを検出し、判定手段１５に検出結果を送付する。判定手段１５は、検出結果の抵抗値が無限大であることから、安全弁が作動したことと判定する。

また、図４は、電池ユニット１のうち、一つの二次電池２Ａで内圧が高まり安全弁が作動して破損し内部からガスが吹き出した場合を示す。この吹き出したガスは高温であるため、配線のうち、この作動した安全弁に対向した部分が断線している（図中矢印で示す部分）。安全弁が作動して内部から吹き出すガスの温度や状態については様々な場合が考えられ、図３に示すように配線が溶融する場合だけでなく、図４に示すように配線が断線する場合も考えられるのである。そして、図４に示す場合には第１配線２１と第２配線２２とが吹き出したガスにより断線しているため、検出回路１１には電流が流れない。

このような場合、検出された抵抗値は抵抗Ｒの抵抗値と同一もしくはほぼ同一の範囲内とはならず、検出手段１４が検出する抵抗は０となる。

従って、判定手段１５は、検出された抵抗値が抵抗Ｒの抵抗値と同一もしくはほぼ同一の範囲内にない場合には、安全弁７は作動したと判定する。

このように、本実施形態では、単純な検出回路１１を有する検出装置Ｉを設けることで、判定手段１５が検出回路１１の抵抗値に基づいて安全弁７の作動を直ちに検出することができる。従来は、ＣＭＵがそれぞれ各二次電池２の温度状態を検出してこれをＢＭＵに入力していたので、仮に安全弁７が作動してＣＭＵに異常が発生したとしても、異常の原因を判断することができなかった。これに対し、本実施形態では、上記の簡易な検出装置Ｉを設けるだけで、安全弁７の作動を直ちに検出することができる。

この場合に、さらに第１配線２１と第２配線２２とがツイスト状であり互いに近接していることから、ガスが噴出した際に両配線が同時に溶融する、もしくは同時に断線するので、上記検出を行いやすい。例えば、断線する場合には一方の配線のみが断線しても安全弁７の作動を検出することができるが、溶融の場合には一方の配線のみが溶融すると安全弁７の作動を検出することができない。従って、ツイスト状で互いに絡み合った状態であることが好ましい。また、この場合に、第１配線２１と第２配線２２のそれぞれ金属線の周囲が絶縁膜で被覆されたものであることから、安全弁７の非作動時における第１配線２１及び第２配線２２間の短絡を防ぐことができる。

本実施形態では、検出回路１１は電池ユニット１全体に一つのみ設けたが、これに限定されない。検出回路１１を各電池モジュール１０毎に設け、どの電池モジュール１０で安全弁７が作動したかを検出できるように構成してもよい。

本実施形態では、第１配線２１と第２配線２２とが共に安全弁７に対向して設けられた検出回路を示したが、これに限定されない。一方の配線のみが安全弁７に対向していても良い。この場合は、第１配線２１と第２配線２２とは互いに接触しないので、第１配線２１及び第２配線２２はそれぞれ絶縁膜で被覆されていなくても良い。ただ、このように一方の配線のみが安全弁７に対向している場合には溶融の場合に安全弁７の作動を検出することができないことも考えられるので、本実施形態のように第１配線２１と第２配線２２とが共に安全弁７に対向して設けられることが好ましい。

なお、第１配線２１及び第２配線２２は、それぞれ安全弁７上に固定されていてもよい。この場合、第１配線２１及び第２配線２２が互いに接触しない距離で固定されていれば、第１配線２１及び第２配線２２はそれぞれ絶縁膜で被覆されていなくても良い。ただし、上述したように、ガスが噴出した際に両配線が同時に溶融する、もしくは同時に断線するようにした方が、安全弁７の作動の検出を行いやすいので、両配線がそれぞれ安全弁７上に固定される場合であっても、第１配線２１と第２配線２２とは互いに近接して配置することが好ましい。

また、本実施形態では安全弁７は蓋部に設けられているが、安全弁７の位置は限定されない。安全弁７の位置に従って検出装置Ｉを設ければよい。

本実施形態では制御部１２はＢＭＵとは別に設けられているがこれに限定されない。ＢＭＵに設けられていても良い。また、電源部１３、検出手段１４や判定手段１５をそれぞれ制御部１２と別体として設けることも可能である。

１電池ユニット
２二次電池
３ケース
４蓋部
５正極部
６負極部
７安全弁
８バスバー
１０電池モジュール
１１検出回路
１２制御部
１３電源部
１４検出手段
１５判定手段
２１第１配線
２２第２配線
Ｉ検出装置
Ｒ抵抗

Claims

ケース内圧が所定圧力を超えると作動する安全弁が形成された二次電池を複数有する電池ユニットに設けられ、前記安全弁の作動を検出する検出装置であって、
複数の前記二次電池に亘って、かつ、各前記二次電池の前記安全弁に対向して配索された配線、及び前記配線に接続された抵抗からなる検出回路と、前記検出回路の抵抗値を検出する検出手段と、
前記抵抗値に基づき、前記安全弁の作動を判定する判定手段とを備えることを特徴とする検出装置。
前記配線は、前記抵抗の両端にそれぞれ接続された第１配線及び第２配線であり、
前記第１配線及び第２配線は、共に前記二次電池の前記安全弁に対向して配索されていることを特徴とする請求項１記載の検出装置。
前記第１配線及び第２配線は、互いにねじりあった状態であり、それぞれ絶縁膜で被覆されていることを特徴とする請求項２記載の検出装置。
前記判定手段は、検出された前記抵抗値が０又は無限大である場合に前記安全弁が作動したと判定することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の検出装置。