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

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靖 土田
高田 登志広
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登志広 高田
博史 犬飼
Hiroshi Inukai
博史 犬飼
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Akira Kiyama
明 木山
敬士 徳永
Takashi Tokunaga
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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,Al23(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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