JP2015122279A - 二次電池システム - Google Patents

Abstract

【課題】電流遮断機構を備えた二次電池システムで、高電圧の発生を抑制することが可能な二次電池システムを提供する。【解決手段】二次電池システムは、密閉型電池２と、その密閉型電池２を制御する制御部３０００とを備え、密閉型電池２は、圧力型の第一電流遮断機構としての電流遮断機構１００と、第一電流遮断機構１００よりも低圧で作動する第二電流遮断機構１０００と、第二電流遮断機構１０００よりも高抵抗であり第二電流遮断機構１０００と並列に配置される高抵抗電流経路としての抵抗体１５０とを含み、制御部３０００は、第二電流遮断機構１０００が作動し、電流経路が抵抗体を通る経路に変わったことによる抵抗上昇を検知して発電要素への入力および／または出力を制御する。【選択図】図２

Description

この発明は二次電池システムに関し、より特定的には電流遮断機構を備えた二次電池システムに関するものである。

従来、電流遮断機構を有する二次電池は、たとえば特開２０１０−２１２０３４号公報（特許文献１）に開示されている。

特開２０１０−２１２０３４号公報

特許文献１では、圧力型電流遮断機構を有する密閉型電池を開示している。しかしながら電流遮断機構が作動したことを即検知することができないため、電池セル内に高電圧が発生することによる不具合が発生する可能性がある。

そこで、この発明では、上記の問題を解決するためになされたものであり、高電圧の発生を抑制することが可能な二次電池システムを提供することを目的とするものである。

この発明に従った二次電池システムは、密閉型電池と、その密閉型電池を制御する制御部とを備えた二次電池システムであって、密閉型電池は、圧力型の第一電流遮断機構と、第一電流遮断機構よりも低圧で作動する第二電流遮断機構と、第二電流遮断機構よりも高抵抗であり第二電流遮断機構と並列に配置される高抵抗電流経路とを含み、制御部は、第二電流遮断機構が作動し、電流経路が抵抗体を通る経路に変わったことによる抵抗上昇を検知して発電要素への入力および／または出力を制御する。

上記のように構成された二次電池システムでは完全に電流が遮断される前に内圧上昇を検知できるため、内圧上昇を検知した後に入出力を制限することでセル内に高電圧が発生することを抑制できる。

実施の形態１に従った二次電池システムで用いられる電池セルの斜視図である。 図１で示す電池セルの内部に設けられる電流遮断機構の断面図である。 図２で示す電池セルの通常時の電流経路を示す断面図である。 図２で示す電池セルの通常時の電流経路を示す模式図である。 図２で示す電池セルの内圧上昇時の電流経路を示す断面図である。 図２で示す電池セルの内圧上昇時の電流経路を示す模式図である。 図２で示す電池セルの内圧上昇時の遮断された電流経路を示す断面図である。 図２で示す電池セルの内圧上昇時の遮断された電流経路を示す模式図である。 実施の形態２に従った電池セルの内部に設けられる電流遮断機構の断面図である。 電池セルに設けられるセンサを示す図である。 電池システムの動作を示すフローチャートである。

以下、この発明の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、以下の実施の形態において、同一または相当する部分については同一の参照符号を付し、その説明については繰り返さない。

（実施の形態1）
図１は、実施の形態１に従った二次電池システムで用いられる電池セルの斜視図である。図１を参照して、二次電池システム１は、密閉型電池２と、その密閉型電池２を制御する制御部３０００とを有する。

密閉型電池２は、電池ケース３０と、電池ケース内で巻かれた発電要素３１とを有する。発電要素３１には集電体１０２が接続されており、電池ケース３０の外部には正極端子３２および負極端子３３が設けられている。正極端子３２および負極端子３３への電力の入力および出力を制御部３０００が制御する。

図２は、図１で示す電池セルの内部に設けられる電流遮断機構の断面図である。図２を参照して、密閉型電池２は、集電体１０２と、集電体１０２上に設けられる薄板導電体１１０１と、薄板導電体１１０１を取り囲む外周部材１１３５と、薄板導電体１１０１上に設けられる反転板１１２０と、反転板１１２０に接続される封口体タブ１０３３と、封口体タブ１０３３の中央開口に嵌まり合う接続端子１１３０と、封口体タブ１０３３を覆う絶縁板１０３２と、接続端子１１３０および絶縁板１０３２上に設けられる導電板１１０２と、導電板１１０２上に設けられる薄板導電体１０１と、薄板導電体１０１を取り囲む外周部材１３５と、薄板導電体１０１上に設けられる反転板１２０と、反転板１２０に接続される封口体タブ１３３と、封口体タブ１３３の中央開口に嵌まり合う接続端子１３０と、封口体タブ１３３を覆う絶縁板１３２と、絶縁板１３２に接続される封口板１４０と、封口板１４０と接続端子１３０との間に介在するガスケット１８０と、接続端子１３０の開口を封止する端子栓１３１とを有する。

集電体１０２および導電板１１０２は、電池ケース３０の内圧を検知する圧力検知面１２１，１１２１を有する。圧力検知面１２１，１１２１に隣接するよう円形の溝形状の破断部１０２ａ，１１０２ａが設けられている。集電体１０２と導電板１１０２とが抵抗体１５０により接続されている。抵抗体１５０の材質は特に限定されるものではないが、例えば金属皮膜抵抗、炭素皮膜抵抗、ソリッド抵抗、巻線抵抗、ホーロー抵抗、メタルクラッド抵抗、セメント抵抗、金属箔抵抗、金属板抵抗などを採用することができる。抵抗体１５０と集電体１０２および導電板１１０２との接続は特に制限されるものではないが、溶接、カシメ、ネジ止めなどを用いることが可能である。

密閉型電池２の上部が電流遮断機構１００を構成し、下部が抵抗上昇機構１０００を構成している。

図３は、図２で示す電池セルの通常時の電流経路を示す断面図である。図４は、図２で示す電池セルの通常時の電流経路を示す模式図である。図３および図４を参照して、通常時には、電流経路２０００は、集電体１０２、薄板導電体１１０１、反転板１１２０、封口体タブ１０３３、薄板導電体１０１、反転板１２０、封口体タブ１３３によって構成される。

図５は、図２で示す電池セルの内圧上昇時の電流経路を示す断面図である。図６は、図２で示す電池セルの内圧上昇時の電流経路を示す模式図である。図５および図６を参照して、内圧が上昇して反転板１１２０が作動した時には、電流経路２０００は、集電体１０２、抵抗体１５０、薄板導電体１０１、反転板１２０、封口体タブ１３３によって構成される。

図７は、図２で示す電池セルの内圧上昇時の遮断された電流経路を示す断面図である。図８は、図２で示す電池セルの内圧上昇時の遮断された電流経路を示す模式図である。図７および図８を参照して、図５および図６で示す状態から内圧がさらに上昇すれば、反転板１２０が作動する。その場合、電流経路が遮断される。

二次電池システム１は、密閉型電池２の内圧の上昇によって作動する反転板１２０，１１２０を含む電流遮断機構（ＣＩＤ：Current Interrupt Device）を備えた非水電解質二次電池であって、密閉型電池２の内圧の上昇によって抵抗上昇する抵抗上昇機構１０００を備え、抵抗上昇を検知して密閉型電池２への入出力を制限する制御部３０００とを有する。

抵抗上昇機構１０００の反転板１１２０の作動圧は、電流遮断機構１００の反転板１２０の作動圧よりも低い。６０個以上の密閉型電池２が直列に接続されていることが好ましい。電池内圧の上昇によって動作する抵抗体１５０は、内圧上昇によって電流を遮断する抵抗上昇機構１０００と並列に配置されている。

二次電池システム１は、密閉型電池２と、その密閉型電池２を制御する制御部３０００とを備え、密閉型電池２は、圧力型の第一電流遮断機構としての電流遮断機構１００と、電流遮断機構１００よりも発電要素３１側の電流経路側に設けられて電流遮断機構１００よりも低圧で作動する第二電流遮断機構としての抵抗上昇機構１０００と、抵抗上昇機構１０００よりも高抵抗であり抵抗上昇機構１０００と並列に配置される高抵抗電流経路としての抵抗体１５０とを含み、制御部３０００は、抵抗上昇機構１０００が作動したことによる抵抗上昇を検知して発電要素３１への入力および／または出力を制御する。

このように構成された二次電池システム１では、電流遮断機構１００が作動する前に抵抗上昇を検知することができるため、電流遮断時に高電圧部に発熱が生じることを防止できる。電流遮断機構１００より先に抵抗上昇機構１０００が作動するように構成している。直列接続数が多いほど高電圧になりやすく、６０個以上の密閉型電池２が直列に接続された場合であっても、密閉型電池２が高電圧になることを防止できる。

（実施の形態２）
図９は、実施の形態２に従った電池セルの内部に設けられる電流遮断機構の断面図である。図９を参照して、実施の形態２に従った密閉型電池２では、抵抗体１５０に絶縁性の被覆層１５１が設けられている点で、実施の形態１に従った密閉型電池２と異なる。被覆層１５１の材質は特に限定されるものではないが、ＰＥ（polyethylene），ＰＰ（polypropylene），ＰＥＴ（polyethylene terephthalate）,ＳｉＯ₂,Ａｌ₂Ｏ₃（アルミナ）などを用いることができる。

このように構成された密閉型電池２では、抵抗体１５０の表面を耐電解液性の絶縁体である被覆層１５１で被覆しているため、電解液による抵抗体１５０の腐食や、抵抗体１５０の成分の電解液中への溶出を抑制することが可能となる。

（実施の形態３）
図１０は、電池セルに設けられるセンサを示す図である。図１１は、電池システムの動作を示すフローチャートである。図１０および図１１を参照して、密閉型電池２の正極端子３２および負極端子３３に電圧センサ５０３を接続し、正極端子３２に電流センサ５０４を接続し、これらの電流および電圧値がＥＣＵ（Engine Control Unit）５０５に伝えられ、ＥＣＵ５０５が密閉型電池２内の抵抗値Ｒを計算することができる。ＥＣＵ５０５は、制御部３０００に含まれる。

図１１で示すように、まず、車両のエンジンがＯＮにされる（ステップＳ１）。ＥＣＵ５０５が、抵抗値Ｒが、Ｒ１＜Ｒ＜Ｒ２で示す関係式を満たすかどうかを判断する（ステップＳ２）。抵抗値Ｒが関係式を満たさない場合には（ステップＳ２においてＮＯ）、エンジン走行モードとされる（ステップＳ３）。

抵抗値Ｒが関係式を満たす場合には（ステップＳ２においてＹＥＳ）、ＨＶ(Hybrid Vehicle)またはＥＶ（Electric Vehicle）走行モードとされる（ステップＳ４）。

ＥＣＵ５０５が、抵抗値Ｒが、Ｒ１＜Ｒ＜Ｒ２で示す関係式を満たすかどうかを判断する（ステップＳ５）。抵抗値Ｒが関係式を満たさない場合には（ステップＳ５においてＮＯ）、エンジン走行モードとされる（ステップＳ６）。

抵抗値Ｒが関係式を満たす場合には（ステップＳ５においてＹＥＳ）、リターンとされる。

以上、この発明の実施の形態について説明したが、ここで示した実施の形態はさまざまに変形することが可能である。まず、密閉型電池２としては、リチウム二次電池だけでなく、電流遮断機構を有するさまさまな二次電池とすることができる。さらに、二次電池は、車載用、据置用、携帯用などの用途で用いることができる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

この発明は、電流遮断機構を備えた二次電池の分野において用いることができる。

１ 二次電池システム、２ 密閉型電池、３０ 電池ケース、３１ 発電要素、３２ 正極端子、３３ 負極端子、１００ 電流遮蔽機構、１０００ 抵抗上昇機構、２０００ 電流経路、３０００ 制御部。

Claims (1)

1. 密閉型電池と、その密閉型電池を制御する制御部とを備えた二次電池システムであって、
   前記密閉型電池は、圧力型の第一電流遮断機構と、
   前記第一電流遮断機構よりも低圧で作動する第二電流遮断機構と、
   前記第二電流遮断機構よりも高抵抗であり前記第二電流遮蔽機構と並列に配置される高抵抗電流経路とを含み、
   前記制御部は、前記第二電流遮断機構が作動したことによる抵抗上昇を検知して発電要素への入力および／または出力を制御する、二次電池システム。

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