JP2018125264A - 異常検出装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】より簡単で小型、または低コストの構成によって、物品における発熱等の異常に基づく変形を検出し、物品の異常による事故の発生を抑制できる技術を提供する。
【解決手段】例えばリチウムイオン電池Ｂの変形を測定することで該電池Ｂの異常を検出する異常検出装置１であって、水等の流体４を包含して密閉するとともに、電池Ｂの外表面の少なくとも一部に密接して配置され、可撓性を有する密閉容器３と、電池Ｂの変形に伴う密閉容器Ｂの内部の変化を測定する圧力センサ４と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、物品における発熱等の異常に基づく変形を検出する異常検出装置に関する。
近年、物品の発熱等の異常を検出する技術に対する要望が高まっている。例えば、携帯電話等に用いられているリチウムイオン電池は、高性能な電源として幅広く使用されているが、条件が揃うと発熱、発煙、発火等の事故を起こす可能性があり、安全性の向上が求められている。
これに関連して、リチウムイオン電池を監視する電池監視装置を備え、電池監視装置は、リチウムイオン電池の膨張状態を表す状態量を取得する状態量取得部と、状態量取得部が取得した状態量の時間変化を求める変化量演算部と、変化量演算部が求めた時間変化を監視して、予め得られた劣化を示す時間変化基準値と比較する監視部とを備える電池監視装置が公知である（例えば、特許文献１を参照）。しかし、この装置は規模が大きく、携帯電話等の小型の民生製品に適用することは困難であった。また、構成が複雑で装置コストが上昇する不都合が考えられた。
また、電池に接し、この電池の表面の形状変化を検出するセンサと、前記センサの出力を演算処理して前記電池の表面の形状変化の状態や前記電池の内部抵抗を測定して電池の状態を判定する判定回路と、を備える電池状態検出装置が公知である（例えば、特許文献２を参照）。しかし、この技術は、電池における可能な限り多くの面にセンサを配置する必要があり、コストが増大する虞があった。また、装置の消費電力が大きい、形状の微小な変化を検出することが困難といった不都合もあった。
特開２０１４−１２０３５５号公報 特開２０１６−１７７９４１号公報
本発明は、上記のような状況を鑑みて発明されたものであり、より簡単で小型、または低コストの構成によって、物品における発熱等の異常に基づく変形を検出し、物品の異常による事故の発生を抑制できる技術を提供することである。
上記課題を解決するための本発明は、物品の変形を測定することで該物品の異常を検出する異常検出装置であって、
所定の流体を包含して密閉するとともに、前記物品の外表面の少なくとも一部に密接して配置され、可撓性を有する密閉体と、
前記密閉体に包含される前記流体の前記物品の変形に伴う圧力変化を測定するセンサと、
を備えることを特徴とする。
すなわち、本発明では、物品の外表面の少なくとも一部に、流体を包含して密閉した可撓性を有する密閉体を密接させる。そして、物品の変形を密閉体に密閉された流体の圧力の変化に変換してセンサによって測定する。これによれば、密閉体の何れの部分にセンサ
が設けられていても、物品における密閉体と密接した部分の変形を測定できるので、物品における変形の測定領域の全てにセンサを配置する必要がなく、少数のセンサで、物品の広範囲における変形を精度よく測定することが可能となる。
また、本発明においては、前記センサは、前記密閉体の外表面に接して配置されてもよい。前記センサが前記密閉体の外表面に接して配置されるようにすれば、流体の圧力変化を外部に配置されたセンサによって測定することで、より容易に物品の変形を測定することが可能である。また、この場合には、センサを、密閉体に当接する他部材における該密閉体と当接する面に固定して配置することで、センサを密閉体に押し付けた状態で、密閉体内の流体の圧力変化を検出することができ、より確実に物品の変形を測定することが可能となる。
また、本発明においては、前記センサは、前記密閉体の内部に配置されるようにしてもよい。これによれば、物品の変形に伴う流体の圧力変化をセンサによって直接検出することが可能である。また、この場合は、密閉体を物品と他部材との間に挟んで配置させることで、物品が変形した際に、密閉体の内部圧力の変化をより顕著にすることができ、より容易により確実に物品の変形を検出することが可能となる。
また、本発明は、物品の変形を測定することで該物品の異常を検出する異常検出装置であって、
所定の流体及び前記物品を包含して密閉する密閉体と、
前記密閉体に包含され、前記物品の変形に伴う前記流体の圧力変化を測定するセンサと、
を備えることを特徴とするものであってもよい。
この場合は、変形の測定対象である物品と流体とを密閉体で包含する。また、センサは、物品及び流体とともに密閉体の内部に配置される。そして、物品の変形を密閉体の内部の流体の圧力変化に変換してセンサで検出する。これによれば、物品の何れの位置において変形が生じた場合であっても、少数のセンサによって当該変形を精度よく測定することが可能である。また、この場合には密閉体は必ずしも可撓性を有さなくてもよい。
また、本発明においては、前記物品の温度を測定する温度測定手段をさらに備えるようにしてもよい。ここで、何等かの異常により物品が変形する際には、温度の変化を伴う場合が多い。例えば、物品の内部において化学変化が生じたような場合である。これによれば、物品の異常に伴う変形に併せて物品の温度変化を測定することができ、この二つのパラメータに基づいてより精度よく、物品の異常を検出することが可能である。なお、この場合には、温度測定手段は温度センサであってもよく、当該温度センサは、圧力を測定するセンサのパッケージ内に併せて設けられてもよい。あるいは、別のパラメータから温度を推測する手段であってもよい。
また、本発明においては、前記センサは、前記流体の圧力変化における非周期成分に加え、所定周波数領域の周期成分を検出するようにしてもよい。これによれば、物品の非周期性の変形に加えて、物品の内部の発熱による沸騰などの異常も併せて検出することが可能である。
また、本発明においては、前記流体は難燃性物質からなるようにしてもよい。より具体的には、例えば難燃性シリコーン、難燃性液体（水等）を含んでいてもよい。また、前記流体は不活性ガス、炭酸ガス、窒素ガスのうちの少なくともいずれかを含んでいてもよい。これによれば、物品が異常に基づいて発火等した場合にも、当該発火が、流体に延焼してしまうことを抑制できる。
また、本発明においては、前記密閉体は難燃性物質により形成されるようにしてもよい。これによれば、物品が異常に基づいて発火等した場合にも、当該発火が密閉体に延焼してしまうことを抑制できる。この場合、密閉体は例えば、難燃性ＰＥＴフィルム、難燃性ＰＰＳフィルム、難燃性アラミドフィルムなどにより形成されていてもよい。
また、本発明においては、前記流体の熱伝導率は０．１W/(mK)以上としてもよい。そうすれば、物品の温度変化をより精度よく、センサに伝達することが可能となり、より精度よく、物品の温度変化を測定することが可能となる。前記流体としては、例えば、水（熱伝導率＝０．５W/(mK)以上）、シリコーンオイル（熱伝導率＝０．２W/(mK)以上）を流体として使用しても構わない。
また、本発明においては、前記密閉体の熱伝導率は０．１W/(mK)以上としてもよい。これによれば、物品の温度変化をさらに精度よく、センサに伝達することが可能となり、さらに精度よく、物品の温度変化を測定することが可能となる。
また、本発明においては、前記密閉体は引張り強度が５０N／mm2以上の素材により形成されるようにしてもよい。そうすれば、前記物品の変形をより確実に流体の圧力増加に変換することができ、物品の変形の検出精度を向上させることが可能である。
また、本発明においては、前記物品は、リチウムイオン電池としてもよい。そうすれば、リチウムイオン電池の発熱、発煙、発火等、モバイルデバイス等において生じる深刻な異常をより確実に検出し、事前対策に繋げることが可能となる。
また、本発明においては、前記物品は、リチウムイオン電池であり、
前記リチウムイオン電池の機能を制御する制御部をさらに備え、
前記センサによって所定値より高い圧力が測定された場合には、前記制御部が、前記リチウムイオン電池の充電機能を停止するようにしてもよい。
これによれば、リチウムイオン電池の異常が検出された場合には、その充電機能を停止し、過充電を最小限に抑制することで、さらなる発熱、発煙、発火の発生を抑制することが可能となる。
また、本発明においては、前記物品は、リチウムイオン電池であり、
前記リチウムイオン電池の機能を制御する制御部をさらに備え、
前記物品の所定値より高い温度が測定された場合には、前記制御部が、前記リチウムイオン電池の機能を停止するようにしてもよい。これによれば、リチウムイオン電池の熱暴走を最小限に抑制することが可能となる。
また、本発明においては、前記センサは、前記密閉体の外表面と、前記物品との相対移動が規制された他部材との間に挟まれて配置されてもよい。これによれば、前記センサは前記物体との相対移動が規制されるため、前記物品が変形した際に、前記密閉体の圧力変化をより確実に前記センサに作用することができる。その結果、より高い感度で前記物品の変形を測定することができる。
また、本発明においては、前記他部材は、電子部品を搭載した電気基板であり、前記センサは前記電気基板に実装されるようにしてもよい。そうすれば、前記センサが実装された電気基板を前記物品との相対移動が規制された状態で配置し、その際に、前記センサが前記密閉体の外表面に接して配置されるようにすることができる。その結果、前記物品と前記電気基板を備える機器の内部において、より容易に、異常検出装置を構成することが
可能であり、より高い感度で前記物品の変形を測定することが可能となる。
また、本発明においては、前記密閉体は、前記電気基板に実装された前記センサ以外の素子との干渉を緩和する凹部を有するようにしてもよい。そうすれば、密閉体が前記電気基板上の前記センサ以外の素子に密接することで、当該素子にストレスを与えてしまうことを抑制できる。
前記密閉体は、前記物品に密接する第１の部分と、前記物品には密接せず前記センサが配置される第２の部分とを有し、前記第２の部分の厚みは、前記第１の部分の厚みより厚くしてもよい。そうすれば、前記物品と前記密閉体を合わせた合計の厚みを薄くすることができ、本発明に係る異常検出装置を搭載した機器を薄型化することが可能となる。
また、本発明は、上記のいずれかの記載の異常検出装置を備える、モバイル装置であってもよい。これによれば、リチウムイオン電池等の物品の異常をより早期に検出することで、モバイル装置の安全性を向上させることが可能となる。
なお、上述した、課題を解決するための手段は適宜組み合わせて使用することが可能である。
本発明によれば、より簡単で小型、または低コストの構成によって、物品における発熱等の異常に基づく変形を検出し、物品の異常による事故の発生を抑制することが可能になる。
本発明の実施例１に係る異常検出装置の概略構成を示す断面図である。 本発明の実施例１に係る異常検出装置の斜視図である。 電池の圧力及び温度の正常時及び異常時における変化を示すグラフである。 本発明に係る電池異常検出ルーチンの制御内容を示すフローチャートである。 本発明に係る電池異常検出ルーチン２の制御内容を示すフローチャートである。 本発明に係る電池異常検出ルーチン３の制御内容を示すフローチャートである。 本発明の実施例１に係る異常検出装置の第２の態様の斜視図である。 本発明の実施例１に係る異常検出装置の第３の態様の斜視図である。 本発明の実施例１に係る異常検出装置をスマートフォンに収納した状態を示す分解斜視図である。 本発明の実施例１に係る異常検出装置の第４の態様の斜視図である。 本発明の実施例２に係る異常検出装置の斜視図である。 本発明の実施例２に係る異常検出装置の第２の態様を示す図である。 本発明の実施例３に係る異常検出装置の断面図である。
＜実施例１＞
以下、本願発明の実施例について図を参照しながら説明する。以下に示す実施例は、本願発明の一態様であり、本願発明の技術的範囲を限定するものではない。また、本実施例においては、異常を検出する対象物としての物品をリチウムイオン電池とした場合の例について説明する。
ここで、リチウムイオン電池の異常について説明する。リチウムイオン電池の特徴は、高い電圧が得られエネルギー密度が高く、１回の充電でモバイル装置等を長時間使用することが可能となる点である。また、ニッケル・カドニウム蓄電池のように、蓄電された電力を全部使い切らずに継ぎ足し充電を行うと見かけ上の電池容量が減少するメモリー効果がない点も、リチウムイオン電池の長所の一つである。
しかしながら、リチウムイオン電池には、充電時に電池の電圧が著しく上昇し、正極及び負極が極端に強い酸化・還元状態になる不都合がある。特に正極では過度に充電した場合には異常発熱が生じる等、不安定な状態になる場合がある。よって、リチウムイオン電池は単体で販売・使用されることは殆どなく、異常発熱や発火がないように安全装置が組み込まれた電池パックとして販売・使用される場合が多い。
しかしながら、リチウムイオン電池の安全装置には複雑で高度な技術が必要となるので、電池パック内の絶縁体がショートしやすい構造で出荷された等の過誤により、使用環境によって数百度という異常発熱や発火、発煙という事故が生じる危険性がある。また、電池パックの外側に加えられた衝撃により、電池パック内の電極の保護板が破壊または曲折される場合があり、その結果、電池パックの絶縁体が断裂しショートを起こし異常発熱する場合がある。本実施例は以上のような、リチウムイオン電池の異常を早期に検出し、異常発生による事故を抑制するための異常検出装置に関わる。
図１には、本実施例に係る異常検出装置１の概略図を示す。図１において、Ｂはリチウムイオン電池（以下、単に電池ともいう。）である。異常検出装置１は、水が充填された密閉容器３と、密閉容器３内に配置された圧力センサ２を有する。この水は圧力伝達用の流体である。また、密閉容器３は密閉体に相当する。そして、水と圧力センサ２を内部に包含する密閉容器３は、電池Ｂの底面に密着した状態で貼付されている。
ここで、電池Ｂは、上述したような原因により異常発熱した場合には、先ず膨張した後に発火・発煙という現象に推移していく。電池Ｂが異常発熱により膨張すると電池Ｂの底面が図１における密閉容器３を押し下げる。そうすると、密閉容器３内の内圧が上昇するので、圧力センサ２によってその圧力変化を測定する。なお、その際、仮に膨張により変形する場所が電池Ｂの底面の一部であったとしても、その変形は密閉容器３内の圧力を一様に上昇させるので、圧力センサ２は密閉容器３内のいずれの場所に配置されていても、電池Ｂの変形を検出することが可能である。なお、図中には省略されているが、圧力センサ２からの出力信号を密閉容器３の密閉状態を維持しつつ外部に送信する信号線が設けられていることは当然である。
図２には、本実施例における異常検出装置１のより具体的な斜視図を示す。図２（ａ）は電池Ｂと、異常検出装置１を別々に離した状態の図、図２（ｂ）は、異常検出装置１の密閉容器３を電池Ｂに密着させた状態の図である。本実施例において電池Ｂは、スマートフォン等のモバイル装置に収納することを前提に比較的偏平な直方体形状を有している。また、密閉容器３は電池Ｂとともにモバイル装置に収納可能なように、また、電池Ｂとの接触面積を出来る限り大きくするために、電池Ｂと同様の偏平な直方体形状を有している。
また、圧力センサ２は、密閉容器３の側面から信号線を出し易いように、密閉容器３の側面の内側に固定されている。なお、その際、圧力センサ２の検出部が密閉容器３の内側を向くように配置されている。この圧力センサ２については、密閉容器３の内部にて信号線と接続され、信号線のみが密閉容器３から外部に引き出されていてもよいし、例えば、圧力センサ２の出力端子と接続されたコネクタが密閉容器３外部に配置されており、外部からコネクタに信号線を接続することで、圧力センサ２の出力信号を取り出すようにして
もよい。
本実施例によれば、上述のように、電池Ｂの底面の何れの部分が変形したとしても、密閉容器３内の圧力が変化し、圧力センサ２によって電池Ｂの異常を検出することができる。従って、圧力センサ２の大きさや個数を低減させることが可能で、異常検出装置１全体のサイズやコストを低減することが可能である。また、この状態でモバイル装置に収納すれば、密閉容器３は緩衝材としての機能を兼ねることが可能で、モバイル装置に加えられた振動や衝撃を吸収することが可能である。
ここで、密閉容器３は可撓性があり且つ、電池Ｂの変形を内部圧力の変化に効率良く変換するために、引張り強度が５０N／mm2以上の延び難い材質が良い。例えば、アルミフィルムと樹脂フィルムを積層した素材で形成してもよい。その場合には、圧力センサ２の信号線には絶縁処理が必要になることは言うまでもない。
図３には、リチウムイオン電池の充電と放電を繰り返した場合の、圧力センサ２による測定圧力と、圧力センサ２と一緒にパッケージされた温度センサによる測定温度の変化の例を示したグラフである。図３に示すように、圧力センサ２による測定圧力は放電時には若干高く、充電時には若干低くなる。同様に、リチウムイオン電池の温度も放電時には若干高く、充電時には若干低くなる。そして、電池Ｂが正常な場合には、上記の圧力及び温度は平均的に徐々に高くなるものの、基本的には充放電に伴い上記の変化を繰り返す。しかしながら、電池Ｂに何等かの異常があった場合には、異常放電とともに圧力、温度は急上昇し、発煙・発火に至る。
よって、圧力センサ２の検出圧力が図３中の圧力閾値を超えた場合に、電池Ｂの異常と判定してもよい。これによれば、簡単な制御で、より確実に電池Ｂの異常判定が可能である。また、圧力センサ２で密閉容器３内の圧力を測定するとともに、温度センサ（不図示）によって電池Ｂの温度を測定し、圧力センサ２の測定圧力が図３中の圧力閾値を超え、且つ、温度センサの測定温度が図３中の温度閾値を超えた場合に異常と判定する等、温度と圧力を組み合わせた判定を行ってもよい。
これによれば、電池Ｂにおける異常放電以外の理由（例えば機械的な曲がりや異物の混入等）で圧力センサ２の検出圧力が上昇した場合には異常と判定しないようにできる。また、電池Ｂの何等かの異常をより早期に検出する場合には、圧力センサ２の検出圧力が図３中の圧力閾値を超えるか、または、温度センサの検出温度が図３中の温度閾値を超えた場合に、異常と判定してもよい。上記の２種類のデータの組合せ方は上記に限定されない。
図４には、本実施例において、圧力センサ２の検出圧力に基づいて電池Ｂの異常判定を行うプログラムである電池異常判定ルーチンのフローチャートを示す。本ルーチンは、異常検出装置１が搭載されるモバイル装置において、異常検出装置１の制御を行う制御部５０に備えられたメモリに格納されたプログラムであり、制御部５０に備えられたＣＰＵによって所定時間毎に実行される。
本ルーチンが実行されると、Ｓ１０１において圧力センサ２の出力信号が制御部５０に読み込まれ、密閉容器２内の圧力が測定される。Ｓ１０１の処理が終了するとＳ１０２に進む。
Ｓ１０２においては、測定された密閉容器２内の圧力が圧力閾値より高いか否かが判定される。ここで、圧力閾値とは、密閉容器２内の圧力がこれより高い場合には電池Ｂが異常と判定される閾値であり、予め実験的あるいは理論的に定められる。そして、密閉容器
２内の圧力が圧力閾値より高いと肯定判定された場合にはＳ１０３に進む。一方、密閉容器２内の圧力が圧力閾値以下であると否定判定された場合にはＳ１０４に進む。
Ｓ１０３においては、電池Ｂは異常と判定される。Ｓ１０３の処理が終了するとＳ１０５に進む。Ｓ１０５においては、電池Ｂに異常が発見されたことをユーザに通知する。この通知は、モバイル装置に表示されるものであってもいし、警告音によるものであってもよい。さらには、特定のアドレスにメールなどで通知しても構わない。Ｓ１０５の処理が終了するとＳ１０６に進む。Ｓ１０６においては、制御部５０によって、電池Ｂの充電機能が停止される。これにより、以降の電池Ｂへの充電が不可となり、変形の原因が排除される。一方、Ｓ１０４においては、電池は正常と判断される。Ｓ１０６またはＳ１０４の処理が終了すると一旦本ルーチンが終了する。
次に、図５には、本実施例において、圧力センサ２の測定圧力と温度センサの測定温度に基づいて電池Ｂの異常判定を行うプログラムである電池異常判定ルーチン２のフローチャートを示す。本ルーチンも、制御部５０のＣＰＵによって所定時間毎に実行される。以下、本ルーチンと、図４で説明した電池異常判定ルーチンとの相違点についてのみ説明する。
電池異常判定ルーチン２においては、Ｓ１０２で、密閉容器３内の圧力が圧力閾値より高いと判定された場合には、直ぐに電池は異常と判定するのでなく、さらに、Ｓ２０１において、圧力センサ２と一緒にパッケージされた温度測定手段としての温度センサによって密閉容器３内の温度が測定される。そして、Ｓ２０２において、密閉容器３内の温度が温度閾値より高いか否かが判定される。ここで、温度閾値とは、密閉容器２内の圧力が圧力閾値より高く、且つ密閉容器２内の温度がこれより高い場合には電池Ｂが異常と判定される温度の閾値であり、予め実験的あるいは理論的に定められる。密閉容器３内の温度が温度閾値より高いと肯定判定された場合には、Ｓ１０３に移行し、電池Ｂは異常と判定される。それ以降のＳ１０５、Ｓ１０６の処理は、電池異常判定ルーチンと同等であるので説明は省略する。
一方、Ｓ２０２において密閉容器３内の温度が温度閾値以下であると否定判定された場合には、密閉容器３内の圧力増加は、例えば機械的な理由によると判断され、Ｓ１０４に移行し、電池Ｂは正常と判定される。Ｓ１０４またはＳ１０６の処理が終了した場合には、本ルーチンを一旦終了する。
このように、電池異常判定ルーチン２が実行された場合には、密閉容器３内の圧力のみならず、温度も考慮の上、電池Ｂが異常な状態か否かを判定するので、より精度よく判定することができ、誤判定を抑制することが可能である。
次に、図６を用いて、電池異常判定ルーチン３について説明する。本ルーチンは、密閉容器３内の圧力が圧力閾値より高いと判定された場合には、さらに密閉容器３内の温度を測定し、測定された密閉容器３内の温度が温度閾値より高い場合と、そうでない場合で、電池Ｂの制御内容を変更するものである。以下、電池異常判定ルーチン２との相違点についてのみ説明する。本ルーチンにおいては、Ｓ２０２で密閉容器３内の温度が温度閾値以下であると否定判定された場合には、Ｓ１０５に進み、ユーザーに電池Ｂに過充電の虞がある旨の通知がされ、次にＳ１０６に進み、制御部５０によって電池Ｂの充電機能が停止される。
一方、Ｓ２０２で密閉容器３内の温度が温度閾値より高いと肯定判定された場合には、Ｓ３０１に進み、ユーザーに電池Ｂに熱暴走の虞がある旨の通知がされ、次にＳ３０２に進み、制御部によって電池Ｂの全機能が停止される。Ｓ１０６またはＳ３０２の処理が終
了すると一旦本ルーチンを終了する。
本ルーチンにおいては、密閉容器３内の圧力が圧力閾値より高く、温度は温度閾値以下である場合には、過充電の状態ではあるが熱暴走には至っていないと判断され、電池Ｂの充電機能のみが停止される。一方、密閉容器３内の圧力が圧力閾値より高く、且つ温度が温度閾値より高い場合には、熱暴走の虞があると判断され、電池Ｂの全機能が停止される。これにより、電池Ｂの異常の程度により、電池Ｂに施される処理の内容を変更することで、状況に応じた最適な制御を行うことが可能となる。
図７には、本実施例における異常検出装置１の他の態様について示す。この態様では、密閉容器３において電池Ｂに密着する直方体部分の厚みは、図２に示した場合よりも薄くなるように構成されている。そして、電池Ｂとは密着しない拡張部３ａが設けられ、この拡張部３ａの厚みは密閉容器３と電池Ｂを密着させた合計厚みと同等に設定されている。また、密閉容器３において電池Ｂに密着する直方体部分と拡張部３ａは内部で連通されており圧力は障害なく伝播可能となっている。そして圧力センサ２は、拡張部３ａの内部に設けられている。なお、この態様においても制御部５０が備えられているが、図７では制御部５０は省略されている。
このように構成することで、電池Ｂと密閉容器３の合計厚みを薄くすることができ、薄型のモバイル装置にも収納させることが可能となる。また、この態様においては、図８に示すように、拡張部３ａから、圧力センサ２の信号線としてのＦＰＣ５が外部に向けて引き出されるようにしてもよい。これによれば、ＦＰＣコネクタを接続するだけで圧力センサ２の信号を取得可能となり、モバイル装置等に組み込む場合にも組み立てが容易になる。なお、この態様において密閉容器３において電池Ｂと密接する部分は本発明における第１の部分に相当する。拡張部３ａは本発明における第２の部分に相当する。
次に、図９には、本実施例における電池Ｂ及び、異常検出装置１を、スマートフォン１０に収納した場合の構成の例を示す分解斜視図を示す。スマートフォン１０は、電池Ｂ、異常検出装置１及び、制御基板６の他、不図示のセンサ類、コネクタ類を搭載したキャビネット７を、リアカバー８と、表示装置を含むフロントカバー９との間に挟んだ構成で組み立てられる。なお、この例では制御部５０は制御基板６に含まれている。本実施例における異常検出装置１は、このような構成で、容易にスマートフォン１０の中に収納することが可能である。このように、本実施例における異常検出装置１をスマートフォン１０に適用することで、発熱・発煙・発火の危険性が高まっている現状と普及率の高まりから、より確実な安全性を要求されるスマートフォン用の電池において、速やかに電池Ｂの異常を検出し安全性を確保することが可能となる。
また、この例では、密閉容器３は、スマートフォン１０の内部で、電池Ｂとキャビネット７の壁面に挟まれた状態で配置される。従って、電池Ｂが変形した場合には、密閉容器３の電池Ｂと反対側の面の変形はキャビネット７の壁面で規制されるので、電池Ｂの変形をより確実に密閉容器３内の圧力変化に変換することが可能である。
次に、図１０には、本実施例に係る異常検出装置１を、ウォッチタイプ等のウェアラブル機器２０向けの電池Ｂに適用した例について示す。この例でも制御部５０が備えられているが図１０では制御部５０は省略されている。図１０において、電池Ｂは、ウォッチタイプの機器２０に収納可能なように湾曲した形状となっている。また、この場合においては、密閉容器３は電池Ｂの形状に合わせて湾曲させることが可能で、電池Ｂの形状に拘わらず、電池Ｂの底面に密着させ、広い接触面積を確保することが可能となっている。これにより、ウォッチタイプ等のウェアラブル機器２０においても、より精度よく、電池Ｂの変形による圧力変化を検出することが可能で、より精度よく、電池Ｂの異常を検出するこ
とが可能となる。
なお、本実施例においては、密閉容器３の材質としてアルミフィルムと樹脂フィルムを積層した素材から形成されることとしたが、密閉容器３の材質はこれに限られない。引張強度はより高いことが望ましいが、可撓性を有する樹脂フィルムのみにより形成されることとしてもよい。また、圧力センサ２と一緒にパッケージされた温度センサを備えており、密閉容器３の内部の温度を測定する場合には、密閉容器３の材質は熱伝導率が高いことが望ましいので、熱伝導率が０．１W/(mK)以上の材質で形成されるようにしてもよい。また、密閉容器３の材質は難燃性であることが望ましい。この観点からは、密閉容器３の材質は、例えば、難燃性ＰＥＴフィルム、難燃性ＰＰＳフィルム、難燃性アラミドフィルムなどであってもよい。
また、本実施例においては、密閉容器３内に充填された流体は水としたが、流体の材料はこれに限られない。圧力センサ２と一緒にパッケージされた温度センサを備えており、密閉容器３の内部の温度を測定する場合には、流体の熱伝導率が高いことが望ましいので、熱伝導率が０．１W/(mK)以上のものが使用されればよい。例としては、水（熱伝導率＝０．５W/(mK)以上）の他、シリコーンオイル（熱伝導率＝０．２W/(mK)以上）を挙げることができる。また、流体の材質も難燃性であることが望ましい。この観点からは、流体は、難燃性シリコーンや難燃性の液体を含んでいてもよい。また、不活性ガス、炭酸ガス、窒素ガスのうちの少なくともいずれかの気体を含んでいてもよい。
なお、上記の実施例において、圧力センサ２によって密閉容器３の内部の圧力を測定する際には、圧力の非周期成分に加えて、所定周波数領域の周期成分を検出することとしてもよい。電池Ｂの異常発生をより高感度で検出できる現象については、まだ明確になっていない事もあるが、密閉容器３の内部の圧力の非周期的な上昇を測定することに加えて、所定周波数領域の周期成分を検出することで、電池Ｂ内における気泡の発生や沸騰を検出することが可能となり、気泡の発生や沸騰を伴う異常発熱現象をより精度よく検出することが可能である。その際の周波数領域については、気泡の発生は沸騰の際に生じる音波や振動の周波数を予め実験的に確認の上、定めてもよい。
＜実施例２＞
次に、本発明における実施例２について説明する。本実施例においては、異常検出装置における圧力センサを、密閉容器の中に配置するのではなく、密閉容器の外部に配置した例について説明する。
図１１には、本実施例における異常検出装置１１についての斜視図を示す。図１１（ａ）は電池Ｂ、密閉容器１３、圧力センサ１２、制御基板１７について示す図である。図１１（ｂ）は、スマートフォン等のモバイル装置に収納される際の、電池Ｂ、密閉容器１３、圧力センサ１２、制御基板１７の配置について示す図である。本実施例においては、密閉容器１３は、電池Ｂの変形を圧力に変換する流体を内部に密閉した扁平な直方体形状を有する容器である。圧力センサ１２は制御基板１７に実装されている。なお、本実施例において制御部５０は制御基板１７に含まれている。
本実施例においては、図１１（ｂ）に示すように、密閉容器１３は電池Ｂと基板１７に挟まれた状態で配置されている。そして、電池Ｂに異常が生じて変形した際には、その変形に伴って密閉容器１３も変形しようとする。一方、密閉容器１３において、電池Ｂに密着している面と反対側の面は基板１７に密着しており変形が規制されているため、密閉容器１３内の圧力は電池Ｂの変形によって高い感度で変化する。そして、その圧力は外部に配置された圧力センサ１２に作用するので、圧力センサ１２によって密閉容器１３内の圧力の変化をより高い感度で測定することが可能となる。
本実施例においては、圧力センサ１２自体は、他の周辺部品と同様に制御基板１７に実装されるだけで良いので、実装が容易となり、密閉容器１３の内部と外部を電気的に接続させるための信号線やコネクタを省略することができる。また、このことにより密閉容器１３の密閉性を向上させることが可能となる。
次に、図１２には、本実施例において、密閉容器１３における制御基板１７側の面が、圧力センサ１２には充分に密接する一方、制御基板１７に実装された他の部品を逃げるように形成された態様について示す。
図１２（ａ）に示すように、この態様においては、密閉容器１３の制御基板１７側の面は、圧力センサ１２を除いて、制御基板１７の実装部品を逃げるような形状に形成されている。よって、モバイル装置に収納された場合に、図１２（ｂ）に示す様に、密閉容器１３と、圧力センサ１２以外の実装部品との間には隙間が存在するか、互いに軽く密着する程度となるように配置される。一方、密閉容器１３と圧力センサ１２とは、図１１に示した例と同様に強く密着するように配置される。
これによれば、モバイル装置に収納された状態及び、その後、電池Ｂに異常が発生して変形した場合にも、制御基板１７の実装部品にストレスが作用することを抑制できるとともに、電池Ｂの変形による圧力変化を圧力センサ１２によって精度よく測定することが可能となる。なお、この態様において密閉容器１３に形成された、制御基板１７の実装部品を逃げる形状は、本発明における凹部に相当する。
なお図１２においては、圧力センサ１２が密閉容器１３の外側に配置された例について記載したが、密閉容器１３の制御基板１７型の面を、制御基板１７上の実装部品を逃げるように形成するという態様は、圧力センサが密閉容器内に配置された場合にも適用可能である。
＜実施例３＞
次に、本発明における実施例３について説明する。本実施例においては、密閉容器の内部に、電池と圧力センサの両方が包含される例について説明する。
図１３には、本実施例における異常検出装置２１の横断面図を示す。図１３に示すように、本実施例においては、密閉容器２３の内部に流体２４の他、電池Ｂと、圧力センサ２２が包含されている。この例でも制御部５０が備えられているが図１３では制御部５０は省略されている。この構成によれば、電池Ｂに異常が発生して変形した場合に、密閉容器２３内の圧力が上昇し、この圧力上昇を圧力センサ２２によって検出することが可能である。その結果、密閉容器２３の内部だけで電池Ｂの異常を検出することが可能であり、例えば、密閉容器を電池Ｂと他の部材の間に挟むように配置する等の配慮が不要となり、異常検出装置の設計自由度を上げることが可能となる。
なお、本実施例における密閉容器２３の材質は、実施例1及び２と同等のものであって
もよいが、必ずしも可撓性を有する必要はない。よって、本実施例においては、密閉容器２３の材質についての自由度を高めることが可能である。
なお、上記の実施例においては、異常検出の対象としての物品をリチウムイオン電池とした例について説明したが、品質異常によって変形が生じる可能性のある対象であれば、どのような対象にも、本発明は適用可能である。例えば、リチウムイオン電池以外のバッテリーはもちろん、カセットコンロのボンベ、ガスライター、気圧性の缶詰、廃液ポリタンク、圧力なべ、炊飯器に対する異常検出に適用することが可能である。
また、上記の実施例で示した密閉容器及び圧力センサによる圧力測定は、体重計、体組成計、ペット等動物の健康管理、ペットの存否（いるいない）確認、自動車などのシートにおける搭乗者の状態判定、椅子や座布団による使用者の存否（いるいない）確認、椅子や座布団における体重測定、床マットによる入退室管理、重量計、楽器（打楽器）等に応用可能である。
１、１１、２１・・・異常検出装置
２、１２、２２・・・圧力センサ
３、１３、２３・・・密閉容器
４、２４・・・流体
５・・・ＦＰＣ
１０・・・スマートフォン
２０・・・ウェアラブル機器
５０・・・制御部

Claims (20)

  1. 物品の変形を測定することで該物品の異常を検出する異常検出装置であって、
    所定の流体を包含して密閉するとともに、前記物品の外表面の少なくとも一部に密接して配置され、可撓性を有する密閉体と、
    前記密閉体に包含される前記流体の前記物品の変形に伴う圧力変化を測定するセンサと、
    を備えることを特徴とする、異常検出装置。
  2. 前記センサは、前記密閉体の外表面に接して配置されることを特徴とする、請求項１に記載の異常検出装置。
  3. 前記センサは、前記密閉体の内部に配置されることを特徴とする、請求項１に記載の異常検出装置。
  4. 物品の変形を測定することで該物品の異常を検出する異常検出装置であって、
    所定の流体及び前記物品を包含して密閉する密閉体と、
    前記密閉体に包含され、前記物品の変形に伴う前記流体の圧力変化を測定するセンサと、
    を備えることを特徴とする、異常検出装置。
  5. 前記物品の温度を測定する温度測定手段をさらに備えることを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載の異常検出装置。
  6. 前記センサは、前記流体の圧力変化における非周期成分に加え、所定周波数領域の周期成分を検出することを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載の異常検出装置。
  7. 前記流体は難燃性物質からなることを特徴とする、請求項１から６のいずれか一項に記載の異常検出装置。
  8. 前記流体は不活性ガス、炭酸ガス、窒素ガスのうちの少なくともいずれかを含むことを特徴とする、請求項７に記載の異常検出装置。
  9. 前記密閉体は難燃性物質からなることを特徴とする、請求項１から８のいずれか一項に記載の異常検出装置。
  10. 前記流体の熱伝導率は０．１W/(mK)以上であることを特徴とする、請求項５に記載の異常検出装置。
  11. 前記密閉体の熱伝導率は０．１W/(mK)以上であることを特徴とする、請求項５または１０に記載の異常検出装置。
  12. 前記密閉体は引張強度が５０N／mm2以上の素材により形成されたことを特徴とする、請求項１から１０のいずれか一項に記載の異常検出装置。
  13. 前記物品は、リチウムイオン電池であることを特徴とする、請求項１から１２のいずれか一項に記載の異常検出装置。
  14. 前記物品は、リチウムイオン電池であり、
    前記リチウムイオン電池の機能を制御する制御部をさらに備え、
    前記センサによって所定値より高い圧力が測定された場合には、前記制御部が、前記リチウムイオン電池の充電機能を停止することを特徴とする、請求項１から１３のいずれか一項に記載の異常検出装置。
  15. 前記物品は、リチウムイオン電池であり、
    前記リチウムイオン電池の機能を制御する制御部をさらに備え、
    前記物品の所定値より高い温度が測定された場合には、前記制御部が、前記リチウムイオン電池の機能を停止することを特徴とする、請求項５に記載の異常検出装置。
  16. 前記センサは、前記密閉体の外表面と、前記物品との相対移動が規制された他部材との間に挟まれて配置されたことを特徴とする、請求項２に記載の異常検出装置。
  17. 前記他部材は、電子部品を搭載した電気基板であり、
    前記センサは前記電気基板に実装されたことを特徴とする、請求項１６に記載の異常検出装置。
  18. 前記密閉体は、前記電気基板に実装された前記センサ以外の素子との干渉を緩和する凹部を有することを特徴とする、請求項１７に記載の異常検出装置。
  19. 前記密閉体は、前記物品に密接する第１の部分と、前記物品には密接せず前記センサが配置される第２の部分を有し、前記第２の部分の厚みは、前記第１の部分の厚みより厚くしたことを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の異常検出装置。
  20. 請求項１から１５のいずれか一項に記載の異常検出装置を備える、モバイル装置。
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