JP2015138623A - 蓄電モジュールの異常検出方法及び蓄電モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】マイグレーションによる蓄電装置間の短絡を予め検出できる蓄電モジュールの異常検出方法及び蓄電モジュールを提供する。
【解決手段】この蓄電モジュールの異常検出方法では、導電部材６ａを絶縁部材５ａで挟持してなる仕切部材４ａを蓄電装置２ａ，２ｂの筐体２３ａ，２３ｂ間に配置し、蓄電装置２ａの正極端子２１ａ（電極端子）と導電部材６ａとが導通しているか否かを検出している。これにより、蓄電装置２ａの正極端子２１ａから隣り合う蓄電装置２ｂの負極端子２２ｂ（電極端子）へ向けてマイグレーションが進行した際、マイグレーションが導電部材６ａに到達した時点でマイグレーションの異常を検出できる。したがって、隣り合う蓄電装置２ａ，２ｂの電極端子２１ａ，２２ｂ同士が短絡する前に、マイグレーションによる異常を検出でき、蓄電装置２ａ，２ｂ間の短絡を予知できる。
【選択図】図３

Description

本発明は、蓄電モジュールの異常検出方法及び蓄電モジュールに関する。

一般に、リチウムイオン二次電池等の蓄電装置においては、短絡による異常の発生が問題となることがある。例えば、蓄電装置内の電解液が漏洩して蓄電装置を制御する制御回路に付着することによって、制御回路に異常が発生する場合がある。これに対して、蓄電装置の制御回路における異常の発生を検出・防止する方法が提案されている（例えば特許文献１，２参照）。

特開２００２−２５１９８５号公報 特開２０１３−１２０７４７号公報

ところで、複数の蓄電装置同士が接続された蓄電モジュールでは、蓄電装置間の短絡が問題となる場合がある。具体的には、例えば蓄電装置の電極端子付近に水が付着すると、当該電極に含有される金属が、隣接する蓄電装置の電極端子間の電位差によって電極端子間を移動（マイグレーション）し、電極端子同士を電気的に接続してしまうことがある。この場合、制御回路での短絡とは別に蓄電装置間の短絡が生じるため、例えば上述した特許文献１，２に記載の方法を用いても、蓄電装置間の短絡を検出することは困難である。したがって、蓄電モジュールにおいては、マイグレーションの進行を未然に検出し、蓄電装置間の短絡を予知できる方法が望まれる。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、蓄電装置間の短絡を予知できる蓄電モジュールの異常検出方法及び蓄電モジュールを提供することを目的とする。

上記課題の解決のため、本発明に係る蓄電モジュールの異常検出方法は、複数の蓄電装置を直列に接続してなる蓄電モジュールの異常検出方法であって、導電部材を絶縁部材で挟持してなる仕切部材を蓄電装置の筐体間に配置し、蓄電装置の電極端子と導電部材とが導通しているか否かを検出し、電極端子と導電部材とが導通している場合に、蓄電モジュールにマイグレーションによる異常が発生していると判断することを特徴としている。

この蓄電モジュールの異常検出方法では、導電部材を絶縁部材で挟持してなる仕切部材を蓄電装置の筐体間に配置し、蓄電装置の電極端子と導電部材とが導通しているか否かを検出している。これにより、蓄電装置の電極端子から隣り合う蓄電装置の電極端子へ向けてマイグレーションが進行した際、マイグレーションが導電部材に到達した時点でマイグレーションの異常を検出できる。したがって、この蓄電モジュールの異常検出方法では、隣り合う蓄電装置の電極端子同士が短絡する前に、マイグレーションによる異常を検出でき、蓄電装置間の短絡を予知できる。

また、電極端子と導電部材との間の電圧又インピーダンスが所定の閾値を超えた場合に、電極端子と導電部材とが導通していると検出することが好ましい。この場合、電極端子と導電部材とが導通しているか否かを簡便かつ確実に検出できる。

また、電圧又インピーダンスを測定する期間には電圧又インピーダンスを測定する測定回路を閉回路とし、電圧又インピーダンスを測定しない期間には測定回路を開回路とすることが好ましい。これにより、電極端子と導電部材とが導通した場合でも蓄電装置から測定回路への自己放電を抑制できる。

また、本発明に係る蓄電モジュールは、複数の蓄電装置を直列に接続してなる蓄電モジュールであって、蓄電装置の筐体間に配置され、導電部材を絶縁部材で挟持してなる仕切部材と、蓄電装置の電極端子と導電部材とが導通しているか否かを検出する検出手段と、検出手段によって電極端子と導電部材とが導通していると検出された場合に、蓄電モジュールにマイグレーションによる異常が発生していると判断する判断手段と、を備えることを特徴としている。

この蓄電モジュールは、蓄電装置の筐体間に配置され、導電部材を絶縁部材で挟持してなる仕切部材と、蓄電装置の電極端子と導電部材とが導通しているか否かを検出する検出手段とを備えている。これにより、蓄電装置の電極端子から隣り合う蓄電装置の電極端子へ向けてマイグレーションが進行した際、マイグレーションが導電部材に到達した時点でマイグレーションの異常を検出できる。したがって、この蓄電モジュールでは、隣り合う蓄電装置の電極端子同士が短絡する前に、マイグレーションによる異常を検出でき、蓄電装置間の短絡を予知できる。

本発明によれば、蓄電装置間の短絡を予知できる。

本発明に係る蓄電モジュールの一実施形態を示す要部拡大平面図である。 図１に示した蓄電モジュールを構成する蓄電装置の内部構成を示す断面図である。 図１に示した蓄電モジュールにおける異常検出方法を示す模式図である。

以下、図面を参照しながら、本発明に係る蓄電モジュールの異常検出方法及び蓄電モジュールの好適な実施形態について詳細に説明する。

図１は、本発明に係る蓄電モジュールの一実施形態を示す要部拡大平面図である。同図に示すように、蓄電モジュール１は、複数の蓄電装置２を直列に接続して構成されている。具体的には、隣り合う蓄電装置２，２において、一方の蓄電装置２の正極端子２１（電極端子）と他方の蓄電装置２の負極端子２２（電極端子）とが、バスバー部材３により電気的に接続されている。蓄電装置２は、例えばリチウムイオン二次電池等の非水電解質二次電池である。バスバー部材３は、例えば銅等の金属で形成されている。

また、蓄電モジュール１は、蓄電装置２，２の筐体２３，２３間に仕切部材４を備えている。仕切部材４は、導電部材６を絶縁部材５，５で挟持して構成されている。絶縁部材５は、例えばポリプロピレンによって板状に形成されている。導電部材６は、例えばアルミニウムによって絶縁部材５と同程度の厚みの板状に形成されている。蓄電装置２，２の筐体２３，２３間に仕切部材４を配置することで、蓄電装置２，２の筐体２３，２３間の絶縁性が確保されている。

蓄電モジュール１では、例えば蓄電装置２と仕切部材４との配列方向の両端面のそれぞれに一対の拘束具を配置し、拘束具間を蓄電装置２及び仕切部材４の側方で連結部材によって連結する構成とすることができる。また、例えば連結部材のそれぞれにボルトを締結し、各拘束具によって蓄電装置２と仕切部材４とを挟み込むことで蓄電装置２と仕切部材４とに拘束圧を付加することができる。

図２は、図１に示した蓄電モジュール１を構成する蓄電装置２の内部構成を示す断面図である。同図に示すように、蓄電装置２は、例えば略直方体形状をなす中空の筐体２３と、筐体２３内に収容された電極組立体２４とを備えている。筐体２３は、例えばアルミニウム等の金属によって形成され、筐体２３の内部には、例えば非水系の電解液２５が充填されている。筐体２３の頂面には、正極端子２１と負極端子２２とが互いに離間して配置されている。正極端子２１は、絶縁リング２６を介して筐体２３の頂面に固定され、負極端子２２は、絶縁リング２７を介して筐体２３の頂面に固定されている。

電極組立体２４は、例えば正極（図示せず）と、負極２８と、正極と負極２８との間に配置された袋状のセパレータ（図示せず）とによって構成されている。電極組立体２４では、セパレータ内に正極が収容されており、この状態で正極と負極２８とがセパレータを介して交互に積層された状態となっている。

正極は、例えばアルミニウム箔からなる金属箔と、金属箔の両面に形成された正極活物質層とを有している。正極活物質層は、正極活物質とバインダとを含んで形成されている。正極活物質としては、例えば複合酸化物、金属リチウム、硫黄等が挙げられる。複合酸化物には、例えばマンガン、ニッケル、コバルト及びアルミニウムの少なくとも１つと、リチウムとが含まれる。また、正極の上縁部には、正極端子２１の位置に対応してタブ２９が形成されている。タブ２９は、正極の上縁部から上方に延び、導電性の接続部材３０を介して正極端子２１に接続されている。

一方、負極２８は、例えば銅箔からなる金属箔と、金属箔の両面に形成された負極活物質層とを有している。負極活物質層は、負極活物質とバインダとを含んで形成されている。負極活物質としては、例えば黒鉛、高配向性グラファイト、メソカーボンマイクロビーズ、ハードカーボン、ソフトカーボン等のカーボン、リチウム、ナトリウム等のアルカリ金属、金属化合物、ＳｉＯｘ（０．５≦ｘ≦１．５）等の金属酸化物、ホウ素添加炭素等が挙げられる。また、負極２８の上縁部には、負極端子２２の位置に対応してタブ３１が形成されている。タブ３１は、負極２８の上縁部から上方に延び、導電性の接続部材３２を介して負極端子２２に接続されている。

セパレータは、例えば袋状に形成され、内部に正極のみを収容している。セパレータの形成材料としては、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）等のポリオレフィン系樹脂からなる多孔質フィルム、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、メチルセルロース等からなる織布又は不織布等が例示される。なお、セパレータは、袋状に限られず、シート状のものを用いてもよい。

図３は、蓄電モジュール１における異常検出方法を示す模式図である。同図に示すように、蓄電モジュール１の異常検出を行う場合、例えば蓄電装置２の正極端子２１と導電部材６とが導通しているか否かを検出する検出部（検出手段）７と、検出部７の検出結果に基づいて蓄電モジュール１の異常の有無を判断する判断部（判断手段）８とを用いる。

検出部７は、例えば測定端子９，９と、測定端子９，９間に配置された電圧計１０及びスイッチ１１とから構成される電圧測定用のスイッチング回路となっている。なお、検出部７は、スイッチ１１を有さない閉回路であってもよい。一方の測定端子９は、例えば蓄電装置２ａの正極端子２１ａに接触している。他方の測定端子９は、蓄電装置２ａの筐体２３ａと、バスバー部材３によって正極端子２１ａに接続されている蓄電装置（図示せず）と反対側（図３の右方側）の蓄電装置２ｂの筐体２３ｂとの間に配置されている仕切部材４ａの導電部材６ａに接触している。

検出部７では、例えば電圧計１０が所定の時間間隔で正極端子２１ａと導電部材６ａとの間の電圧を順次測定することで、正極端子２１ａと導電部材６ａとが導通しているか否かを順次検出する。このとき、電圧計１０が電圧を測定している期間にはスイッチ１１がオンとなり、検出部７を構成する電圧測定回路が閉回路となる。一方、電圧計１０が電圧を測定していない期間にはスイッチ１１がオフとなり、検出部７を構成する電圧測定回路が開回路となる。検出部７は、検出結果を示す情報を判断部８に出力する。

本実施形態では、検出部７は、例えば正極端子２１ａと導電部材６ａとの間の電圧が所定の閾値を超えた場合に、正極端子２１ａと導電部材６ａとが導通していると検出する。つまり、蓄電モジュール１にマイグレーションが発生していない場合、又はマイグレーションが発生していても正極端子２１ａから導電部材６ａに到達していない場合には、正極端子２１ａと導電部材６ａとの導通は検出されない。一方、例えば正極端子２１ａから負極端子２２ｂへ向かってマイグレーションが進行し、マイグレーションが導電部材６ａに到達した場合には、正極端子２１ａと導電部材６ａとの導通が検出される。

判断部８は、検出部７が出力した検出結果を示す情報を順次取得する。そして、判断部８は、正極端子２１ａと導電部材６ａとが導通していないとの検出結果を取得した場合には、蓄電モジュール１にマイグレーションによる異常が発生していないと判断する。一方、判断部８は、正極端子２１ａと導電部材６ａとが導通しているとの検出結果を取得した場合には、蓄電モジュール１にマイグレーションによる異常が発生していると判断する。

以上説明したとおり、この蓄電モジュールの異常検出方法では、導電部材６ａを絶縁部材５ａで挟持してなる仕切部材４ａを蓄電装置２ａ，２ｂの筐体２３ａ，２３ｂ間に配置し、蓄電装置２ａの正極端子２１ａと導電部材６ａとが導通しているか否かを検出している。これにより、蓄電装置２ａの正極端子２１ａから蓄電装置２ｂの負極端子２２ｂへ向けてマイグレーションが進行した際、マイグレーションが導電部材６ａに到達した時点でマイグレーションの異常を検出できる。したがって、この蓄電モジュールの異常検出方法では、隣り合う蓄電装置２ａ，２ｂの電極端子２１ａ，２２ｂ同士が短絡する前に、マイグレーションによる異常を検出でき、蓄電装置２ａ，２ｂ間の短絡を予知できる。

また、この蓄電モジュールの異常検出方法では、正極端子２１ａと導電部材６ａとの間の電圧を測定することによって正極端子２１ａと導電部材６ａとが導通している否かを検出するため、導通の検出が簡便かつ確実に実行される。また、この蓄電モジュールの異常検出方法では、正極端子２１ａと導電部材６ａとの間の電圧を測定している期間にのみ電圧測定回路を閉回路とするため、正極端子２１ａと導電部材６ａとが導通した場合でも蓄電装置２ａから電圧測定回路への自己放電を抑制できる。

上述した実施形態では、蓄電装置２ａ，２ｂ間の１箇所に異常検出方法を適用したが、複数の蓄電装置２，２間に対して同様の異常検出方法を順次適用してもよい。この場合、例えば検出部７を複数の蓄電装置２，２間で移動させ、各蓄電装置２，２間において順次異常検出を行えばよい。また、複数の蓄電装置２，２間に対して同様の異常検出方法を並行して適用してもよい。この場合、例えば複数の蓄電装置２，２間に対応するように複数の検出部７を設けておき、各検出部７を用いて各蓄電装置２，２間において並行して異常検出を行えばよい。

また、上述した実施形態では、正極端子２１ａと導電部材６ａとが導通しているか否かを検出したが、負極端子２２と導電部材６とが導通しているか否かを検出してもよい。この場合でも、上記実施形態と同様に蓄電装置２，２間の短絡を予知できる。

また、上述した実施形態では、検出部７は正極端子２１ａと導電部材６ａとの間の電圧を測定することによって正極端子２１ａと導電部材６ｂとが導通している否かを検出したが、検出部は、例えば正極端子２１ａと導電部材６ａとの間のインピーダンスを測定するといったその他の方法によって、正極端子２１ａと導電部材６ａとが導通している否かを検出してもよい。この場合でも上記実施形態と同様に、正極端子２１ａと導電部材６ａとが導通している否かを簡便かつ確実に検出できる。

また、上述した実施形態では、蓄電モジュール１が検出部７と判断部８とを備えていたが、蓄電モジュールの外部に検出部７と判断部８とを設けてもよい。具体的には、例えば蓄電モジュールが搭載された自動車等の車両に検出部７と判断部８とを設けることによって、蓄電モジュールのマイグレーションによる異常の検出を行ってもよい。この場合でも上記実施形態と同様に、蓄電モジュールにおける蓄電装置間の短絡を予め検出できる。

１…蓄電モジュール、２，２ａ，２ｂ…蓄電装置、４，４ａ…仕切部材、５，５ａ…絶縁部材、６，６ａ…導電部材、７…検出部、８…判断部、２１，２１ａ…正極端子、２２，２２ｂ…負極端子、２３，２３ａ，２３ｂ…筐体。

Claims (4)

1. 複数の蓄電装置を直列に接続してなる蓄電モジュールの異常検出方法であって、
   導電部材を絶縁部材で挟持してなる仕切部材を前記蓄電装置の筐体間に配置し、
   前記蓄電装置の電極端子と前記導電部材とが導通しているか否かを検出し、
   前記電極端子と前記導電部材とが導通している場合に、前記蓄電モジュールにマイグレーションによる異常が発生していると判断することを特徴とする蓄電モジュールの異常検出方法。
2. 前記電極端子と前記導電部材との間の電圧又インピーダンスが所定の閾値を超えた場合に、前記電極端子と前記導電部材とが導通していると検出することを特徴とする請求項１に記載の蓄電モジュールの異常検出方法。
3. 前記電圧又前記インピーダンスを測定する期間には前記電圧又前記インピーダンスを測定する測定回路を閉回路とし、前記電圧又前記インピーダンスを測定しない期間には前記測定回路を開回路とすることを特徴とする請求項２に記載の蓄電モジュールの異常検出方法。
4. 複数の蓄電装置を直列に接続してなる蓄電モジュールであって、
   前記蓄電装置の筐体間に配置され、導電部材を絶縁部材で挟持してなる仕切部材と、
   前記蓄電装置の電極端子と前記導電部材とが導通しているか否かを検出する検出手段と、
   前記検出手段によって前記電極端子と前記導電部材とが導通していると検出された場合に、前記蓄電モジュールにマイグレーションによる異常が発生していると判断する判断手段と、を備えることを特徴とする蓄電モジュール。

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