JP2019002694A - Monitoring sensor and sealed secondary battery - Google Patents
Monitoring sensor and sealed secondary battery Download PDFInfo
- Publication number
- JP2019002694A JP2019002694A JP2017114954A JP2017114954A JP2019002694A JP 2019002694 A JP2019002694 A JP 2019002694A JP 2017114954 A JP2017114954 A JP 2017114954A JP 2017114954 A JP2017114954 A JP 2017114954A JP 2019002694 A JP2019002694 A JP 2019002694A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- polymer matrix
- matrix layer
- spring
- secondary battery
- spacer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
- H01M10/48—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B7/00—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques
- G01B7/16—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring the deformation in a solid, e.g. by resistance strain gauge
- G01B7/24—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring the deformation in a solid, e.g. by resistance strain gauge using change in magnetic properties
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F1/00—Details not covered by groups G06F3/00 - G06F13/00 and G06F21/00
- G06F1/26—Power supply means, e.g. regulation thereof
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F1/00—Details not covered by groups G06F3/00 - G06F13/00 and G06F21/00
- G06F1/26—Power supply means, e.g. regulation thereof
- G06F1/28—Supervision thereof, e.g. detecting power-supply failure by out of limits supervision
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
- H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
- H01M50/204—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
- Battery Mounting, Suspending (AREA)
- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
- Power Sources (AREA)
- Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
Abstract
Description
本開示は、監視対象物の状態変化を検出する監視センサ、及び監視センサが設けられた密閉型二次電池に関する。 The present disclosure relates to a monitoring sensor that detects a change in the state of a monitoring object and a sealed secondary battery provided with the monitoring sensor.
近年、リチウムイオン二次電池に代表される密閉型二次電池(以下、単に「二次電池」と呼ぶことがある)は、携帯電話やノートパソコンなどのモバイル機器だけでなく、電気自動車やハイブリッド車といった電動車両用の電源としても利用されている。二次電池を構成する単電池(セル)は、正極と負極をそれらの間にセパレータを介して捲回または積層してなる電極群と、その電極群を収容する外装体とを備える。一般には、外装体としてラミネートフィルムや金属缶が用いられ、その内部の密閉空間に電極群が電解液とともに収容される。 In recent years, sealed secondary batteries represented by lithium ion secondary batteries (hereinafter sometimes referred to simply as “secondary batteries”) are not only mobile devices such as mobile phones and laptop computers, but also electric vehicles and hybrids. It is also used as a power source for electric vehicles such as cars. A single battery (cell) that constitutes a secondary battery includes an electrode group in which a positive electrode and a negative electrode are wound or stacked with a separator interposed therebetween, and an outer package that houses the electrode group. In general, a laminate film or a metal can is used as an exterior body, and an electrode group is accommodated together with an electrolytic solution in an enclosed space.
二次電池は、上述した電動車両用の電源のように高電圧が必要とされる用途において、複数の単電池を含む電池モジュールまたは電池パックの形態で用いられる。電池モジュールでは、直列に接続された複数の単電池が筐体内に収容され、例えば4つの単電池が2並列2直列に、或いは4直列に接続される。また、電池パックでは、直列に接続された複数の電池モジュールに加えて、コントローラなどの諸般の機器が筐体内に収容される。電動車両用の電源に用いられる二次電池では、電池パックの筐体が車載に適した形状に形成されている。 The secondary battery is used in the form of a battery module or a battery pack including a plurality of single cells in an application where a high voltage is required, such as the power source for an electric vehicle described above. In the battery module, a plurality of single cells connected in series are accommodated in a housing, and, for example, four single cells are connected in two parallel two series or four series. In addition, in the battery pack, various devices such as a controller are accommodated in the casing in addition to the plurality of battery modules connected in series. In a secondary battery used as a power source for an electric vehicle, a battery pack housing is formed in a shape suitable for in-vehicle use.
かかる二次電池には、過充電などに起因して電解液が分解されると、その分解ガスによる内圧の上昇に伴って単電池が膨らみ、二次電池が変形するという問題がある。その場合、充電電流または放電電流が停止されないと発火を起こし、最悪の結果として二次電池の破裂に至る。したがって、二次電池の破裂を未然に防止するうえでは、充電電流や放電電流を適時に停止できるように、単電池の膨れによる二次電池の変形を高感度に検出することが重要になる。 Such a secondary battery has a problem that when the electrolytic solution is decomposed due to overcharge or the like, the single battery swells as the internal pressure increases due to the decomposition gas, and the secondary battery is deformed. In that case, if the charging current or discharging current is not stopped, it will ignite and the secondary battery will burst as the worst result. Therefore, in order to prevent the secondary battery from bursting, it is important to detect the deformation of the secondary battery due to the swelling of the single cell with high sensitivity so that the charging current and the discharging current can be stopped in a timely manner.
特許文献1には、電池と外装体との隙間に、ゴムスペーサ及び変位検知センサを備えた膨張検出手段が設けられ、監視対象物としての電池の変形を検出することが記載されている。しかし、スペーサとしてゴムを用いているので、ゴムの繰り返し変形によってゴムにヒステリシスロスが生じ、センサの安定性が悪化してしまう。
特許文献2には、隣り合う電池間に、もしくは電池と筐体との間に配置された磁性フィラーを含有する高分子マトリックス層と、高分子マトリックス層の変形に伴う外場の変化を検出する検出部と、を含んで構成された変形検出センサが開示されている。しかし、この構成では、スペーサがないので、高分子マトリックス層の物性依存になり、高分子マトリックス層の繰り返し変形によって高分子マトリックス層にヒステリシスロスが生じ、センサの安定性が悪化してしまう。
In
本開示は、このような事情に着目してなされたものであって、その目的は、検出の安定性を向上させた監視センサ、及び監視センサが取り付けられた密閉型二次電池を提供することである。 The present disclosure has been made paying attention to such circumstances, and an object thereof is to provide a monitoring sensor with improved detection stability and a sealed secondary battery having the monitoring sensor attached thereto. It is.
本開示は、上記目的を達成するために、次のような手段を講じている。 In order to achieve the above object, the present disclosure takes the following measures.
本開示の監視センサは、第1部材及び第2部材に挟まれ、監視対象物の状態変化に応じて変形する高分子マトリックス層と、前記高分子マトリックス層と共に前記第1部材及び第2部材に挟まれるスペーサと、前記高分子マトリックス層の変形に応じて生じる外場の変化を検出する検出部と、を備え、前記スペーサは、前記高分子マトリックス層の厚み方向に伸縮するバネである。 The monitoring sensor of the present disclosure is sandwiched between the first member and the second member, and is deformed in accordance with the state change of the monitoring object, and the first member and the second member together with the polymer matrix layer. The spacer includes a sandwiched spacer and a detection unit that detects a change in an external field that occurs according to deformation of the polymer matrix layer, and the spacer is a spring that expands and contracts in the thickness direction of the polymer matrix layer.
この構成によれば、監視対象物の状態変化(変形、変位、荷重変化、圧力変化)に応じて高分子マトリックス層が変形する際に、第1部材及び第2部材の間のスペーサとしてのバネが、高分子マトリックス層の厚み方向に高分子マトリックス層と共に伸縮する。バネは高分子マトリックス層に比べて高剛性及び高弾性である。よって、高分子マトリックス層の変形がバネの荷重−たわみ特性に従うことになり、ヒステリシスロス及びクリープが低減されるので、検出安定性を向上させることが可能となる。 According to this configuration, when the polymer matrix layer is deformed in accordance with the state change (deformation, displacement, load change, pressure change) of the monitored object, the spring as a spacer between the first member and the second member However, it expands and contracts with the polymer matrix layer in the thickness direction of the polymer matrix layer. The spring has higher rigidity and higher elasticity than the polymer matrix layer. Therefore, the deformation of the polymer matrix layer follows the load-deflection characteristic of the spring, and hysteresis loss and creep are reduced, so that detection stability can be improved.
以下、本開示の実施形態について説明する。 Hereinafter, embodiments of the present disclosure will be described.
<第1実施形態>
図1A、図1B及び図1Cに示す密閉型二次電池2には、監視対象物である二次電池2の状態変化を検出する監視センサ5が取り付けられている。監視センサ5が検出する状態変化には、変形、変位、荷重変化、及び圧力変化の少なくとも1つが含まれる。
<First Embodiment>
A
監視センサ5は、高分子マトリックス層3と、検出部4と、スペーサ6と、を有する。この二次電池2を構成する単電池は、密閉された外装体21の内部に電極群22が収容された構造を有する。本実施形態の電極群22は、正極23と負極24をそれらの間にセパレータ25を介して積層してなり、かかる積層体が電解液とともに外装体21に内包されている。正極23と負極24にはそれぞれリードが接続され、それらの端部が外装体21の外部に突出することにより電極端子が構成されている。
The
本実施形態の二次電池2は、外装体21としてアルミラミネート箔などのラミネートフィルムを用いたラミネート電池であり、具体的には容量1.44Ahのラミネート型リチウムイオン二次電池である。外装体21は、複数の壁部と、周囲の三辺に形成された溶着部29とを有し、全体として薄型の直方体形状に形成されている。X,Y及びZ方向は、それぞれ二次電池2の長さ方向,幅方向及び厚み方向に相当する。
The
図1A、図1B及び図1Cでは、単電池としての二次電池2を1つだけ示しているが、電動車両用の電源のように高電圧が必要とされる用途の二次電池2では、複数の単電池を含む電池モジュールの形態で用いられる。電池モジュールでは、複数の単電池が組電池を構成して筐体11内に収容される。一般に、車両に搭載される電池モジュールは、電池パックの形態で用いられる。電池パックでは、複数の電池モジュールが直列に接続され、それらがコントローラなどの諸般の機器とともに筐体内に収容される。電池パックの筐体11は、車載に適した形状に、例えば車両の床下形状に合わせた形状に形成される。二次電池2は、筐体11に収容されている。
In FIG. 1A, FIG. 1B, and FIG. 1C, only one
高分子マトリックス層3は、監視対象物の状態変化に応じて変形するように設置される。本実施形態では、二次電池2が監視対象物であり、高分子マトリックス層3が、二次電池2の外装体21に貼り付けられている。高分子マトリックス層3は、その高分子マトリックス層3の変形に応じて外場に変化を与える磁性フィラーを分散させて含有している。そして、検出部4は、その高分子マトリックス層3の変形に伴う外場の変化を検出する。本実施形態の高分子マトリックス層3は、二次電池2の膨れに応じた柔軟な変形が可能なエラストマー素材によりシート状に形成されている。二次電池2の膨れにより外装体21に変形を生じると、それに応じて高分子マトリックス層3が変形し、その高分子マトリックス層3の変形に伴う外場の変化が検出部4により検出され、それに基づいて二次電池2の変形を高感度に検出することができる。
The
本実施形態では、高分子マトリックス層3は、第1部材(筐体11)と、第2部材(二次電池2の外装体21)とに挟まれている。スペーサ6は、高分子マトリックス層3と共に第1部材(筐体11)及び第2部材(外装体21)に挟まれている。検出部4は、第1部材(筐体11)の外面に固定されているので、高分子マトリックス層3及び第2部材(外装体21)と位置関係が維持されている。本実施形態では、外力が作用していない自然状態における高分子マトリックス層3及びスペーサ6の厚みよりも、第1部材(筐体11)と第2部材(外装体21)との間の距離が狭く設定されており、これにより、高分子マトリックス層3及びスペーサ6は、外装体21と筐体11とにより圧縮された状態で挟まれているが、これに限定されない。例えば、第1部材と第2部材の隙間と、高分子マトリックス層3及びスペーサ6の厚みとを同寸法にし、高分子マトリックス層3及びスペーサ6圧縮されていない状態にしてもよい。
In the present embodiment, the
スペーサ6は、高分子マトリックス層3の厚み方向ADに伸縮するバネ6である。バネ6は、高分子マトリックス層3よりも高剛性及び高弾性である。本実施形態では、バネ6は、金属の皿バネであるが、これに限定されない。例えば、コイルバネ、円すいバネ、板バネ、ねじりバネ、ぜんまいバネが利用できる。バネ6の材質は、高分子マトリックス層3よりも高剛性及び高弾性であれば、金属に限定されない。例えば、セラミックや樹脂であってもよい。また、本実施形態では、バネ6は、中央に中空部を有する1つの皿バネであり、中空部に高分子マトリックス層3を配置している。この構成によれば、高分子マトリックス層3の周囲あらゆる方向からの力も支持して受けることができ、安定性の観点で好ましい。勿論、これに限定されず、例えば、複数の皿バネを高分子マトリックス層3の周囲に配置することも考えられる。皿バネだけではなく、板バネ等の他の種類のバネを複数配置することも考えられる。
The
種々のバネの中で、高分子マトリックス層3の厚み方向ADに対応する高さ寸法H1が、高さに直交する幅寸法W1よりも小さい偏平形状であるバネが好ましい。具体的には、皿バネ、板バネが挙げられる。厚み方向における寸法を抑制できるからである。また、荷重とたわみ特性が線形である線形バネが好ましいが、非線形バネであってもよい。
Among various springs, a spring having a flat shape in which the height dimension H1 corresponding to the thickness direction AD of the
また、外力が作用していない自然状態における高分子マトリックス層3の厚みの50%を超えて、高分子マトリックス層3を圧縮した場合には、磁気エラストマーの弾性率が高くなりすぎるため、感度が悪化する。したがって、バネ6の許容変形量が、外力が作用していない自然状態における高分子マトリックス層3の厚みの50%以下であることが好ましい。この構成によれば、バネの伸縮によるマトリックス層の変形が50%以下に抑えられることになり、マトリックス層による感度が得られなくなることを避け、安定性を確保できる。
In addition, when the
本実施形態では、高分子マトリックス層3が上記フィラーとしての磁性フィラーを含有し、検出部4が上記外場としての磁場の変化を検出する。この場合、高分子マトリックス層3は、エラストマー成分からなるマトリックスに磁性フィラーが分散してなる磁性エラストマー層であることが好ましい。
In this embodiment, the
磁性フィラーとしては、希土類系、鉄系、コバルト系、ニッケル系、酸化物系などが挙げられるが、より高い磁力が得られる希土類系が好ましい。磁性フィラーの形状は、特に限定されるものではなく、球状、扁平状、針状、柱状および不定形のいずれであってよい。磁性フィラーの平均粒径は、好ましくは0.02〜500μm、より好ましくは0.1〜400μm、更に好ましくは0.5〜300μmである。平均粒径が0.02μmより小さいと、磁性フィラーの磁気特性が低下する傾向にあり、平均粒径が500μmを超えると、磁性エラストマー層の機械的特性が低下して脆くなる傾向にある。 Examples of the magnetic filler include rare earth-based, iron-based, cobalt-based, nickel-based, and oxide-based materials, but a rare earth-based material that can obtain higher magnetic force is preferable. The shape of the magnetic filler is not particularly limited, and may be spherical, flat, needle-like, columnar, or indefinite. The average particle size of the magnetic filler is preferably 0.02 to 500 μm, more preferably 0.1 to 400 μm, and still more preferably 0.5 to 300 μm. When the average particle size is smaller than 0.02 μm, the magnetic properties of the magnetic filler tend to be lowered, and when the average particle size exceeds 500 μm, the mechanical properties of the magnetic elastomer layer tend to be lowered and become brittle.
磁性フィラーは、着磁後にエラストマー中に導入しても構わないが、エラストマーに導入した後に着磁することが好ましい。エラストマーに導入した後に着磁することで磁石の極性の制御が容易となり、磁場の検出が容易になる。 The magnetic filler may be introduced into the elastomer after magnetization, but is preferably magnetized after being introduced into the elastomer. Magnetization after introduction into the elastomer facilitates control of the polarity of the magnet and facilitates detection of the magnetic field.
エラストマー成分には、熱可塑性エラストマー、熱硬化性エラストマーまたはそれらの混合物を用いることができる。熱可塑性エラストマーとしては、例えばスチレン系熱可塑性エラストマー、ポリオレフィン系熱可塑性エラストマー、ポリウレタン系熱可塑性エラストマー、ポリエステル系熱可塑性エラストマー、ポリアミド系熱可塑性エラストマー、ポリブタジエン系熱可塑性エラストマー、ポリイソプレン系熱可塑性エラストマー、フッ素ゴム系熱可塑性エラストマー等を挙げることができる。また、熱硬化性エラストマーとしては、例えばポリイソプレンゴム、ポリブタジエンゴム、スチレン−ブタジエンゴム、ポリクロロプレンゴム、ニトリルゴム、エチレン−プロピレンゴム等のジエン系合成ゴム、エチレン−プロピレンゴム、ブチルゴム、アクリルゴム、ポリウレタンゴム、フッ素ゴム、シリコーンゴム、エピクロルヒドリンゴム等の非ジエン系合成ゴム、および天然ゴム等を挙げることができる。このうち好ましいのは熱硬化性エラストマーであり、これは電池の発熱や過負荷に伴う磁性エラストマーのへたりを抑制できるためである。更に好ましくは、ポリウレタンゴム(ポリウレタンエラストマーともいう)またはシリコーンゴム(シリコーンエラストマーともいう)である。 As the elastomer component, a thermoplastic elastomer, a thermosetting elastomer, or a mixture thereof can be used. Examples of the thermoplastic elastomer include styrene-based thermoplastic elastomer, polyolefin-based thermoplastic elastomer, polyurethane-based thermoplastic elastomer, polyester-based thermoplastic elastomer, polyamide-based thermoplastic elastomer, polybutadiene-based thermoplastic elastomer, polyisoprene-based thermoplastic elastomer, A fluororubber-based thermoplastic elastomer can be used. Examples of the thermosetting elastomer include polyisoprene rubber, polybutadiene rubber, styrene-butadiene rubber, polychloroprene rubber, nitrile rubber, ethylene-propylene rubber and other diene synthetic rubbers, ethylene-propylene rubber, butyl rubber, acrylic rubber, Non-diene synthetic rubbers such as polyurethane rubber, fluorine rubber, silicone rubber, epichlorohydrin rubber, and natural rubber can be mentioned. Among these, a thermosetting elastomer is preferable because it can suppress the sag of the magnetic elastomer accompanying heat generation and overload of the battery. More preferred is polyurethane rubber (also referred to as polyurethane elastomer) or silicone rubber (also referred to as silicone elastomer).
ポリウレタンエラストマーは、ポリオールとポリイソシアネートとを反応させることにより得られる。ポリウレタンエラストマーをエラストマー成分として用いる場合、活性水素含有化合物と磁性フィラーを混合し、ここにイソシアネート成分を混合させて混合液を得る。また、イソシアネート成分に磁性フィラーを混合し、活性水素含有化合物を混合させることで混合液を得ることも出来る。その混合液を離型処理したモールド内に注型し、その後硬化温度まで加熱して硬化することにより、磁性エラストマーを製造することができる。また、シリコーンエラストマーをエラストマー成分として用いる場合、シリコーンエラストマーの前駆体に磁性フィラーを入れて混合し、型内に入れ、その後加熱して硬化させることにより磁性エラストマーを製造することができる。なお、必要に応じて溶剤を添加してもよい。 The polyurethane elastomer is obtained by reacting a polyol and a polyisocyanate. When using a polyurethane elastomer as an elastomer component, an active hydrogen-containing compound and a magnetic filler are mixed, and an isocyanate component is mixed here to obtain a mixed solution. Moreover, a liquid mixture can also be obtained by mixing a magnetic filler with an isocyanate component and mixing an active hydrogen-containing compound. The mixed liquid is poured into a mold subjected to a release treatment, and then heated to a curing temperature and cured to produce a magnetic elastomer. When a silicone elastomer is used as an elastomer component, a magnetic elastomer can be produced by adding a magnetic filler to a silicone elastomer precursor, mixing it, putting it in a mold, and then heating and curing it. In addition, you may add a solvent as needed.
ポリウレタンエラストマーに使用できるイソシアネート成分としては、ポリウレタンの分野において公知の化合物を使用できる。例えば、2,4−トルエンジイソシアネート、2,6−トルエンジイソシアネート、2,2’−ジフェニルメタンジイソシアネート、2,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート、4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート、1,5−ナフタレンジイソシアネート、p−フェニレンジイソシアネート、m−フェニレンジイソシアネート、p−キシリレンジイソシアネート、m−キシリレンジイソシアネート等の芳香族ジイソシアネート、エチレンジイソシアネート、2,2,4−トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート、1,6−ヘキサメチレンジイソシアネート等の脂肪族ジイソシアネート、1,4−シクロヘキサンジイソシアネート、4,4’−ジシクロへキシルメタンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、ノルボルナンジイソシアネート等の脂環式ジイソシアネートを挙げることができる。これらは1種で用いても、2種以上を混合して用いてもよい。また、イソシアネート成分は、ウレタン変性、アロファネート変性、ビウレット変性、及びイソシアヌレート変性等の変性化したものであってもよい。好ましいイソシアネート成分は、2,4−トルエンジイソシアネート、2,6−トルエンジイソシアネート、4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート、より好ましくは2,4−トルエンジイソシアネート、2,6−トルエンジイソシアネートである。
As the isocyanate component that can be used in the polyurethane elastomer, compounds known in the field of polyurethane can be used. For example, 2,4-toluene diisocyanate, 2,6-toluene diisocyanate, 2,2′-diphenylmethane diisocyanate, 2,4′-diphenylmethane diisocyanate, 4,4′-diphenylmethane diisocyanate, 1,5-naphthalene diisocyanate, p-phenylene Aromatic diisocyanates such as diisocyanate, m-phenylene diisocyanate, p-xylylene diisocyanate, m-xylylene diisocyanate, aliphatic diisocyanates such as ethylene diisocyanate, 2,2,4-trimethylhexamethylene diisocyanate, 1,6-
活性水素含有化合物としては、ポリウレタンの技術分野において、通常用いられるものを用いることができる。例えば、ポリテトラメチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリエチレングリコール、プロピレンオキサイドとエチレンオキサイドの共重合体等に代表されるポリエーテルポリオール、ポリブチレンアジペート、ポリエチレンアジペート、3−メチル−1,5−ペンタンアジペートに代表されるポリエステルポリオール、ポリカプロラクトンポリオール、ポリカプロラクトングリコールのようなポリエステルグリコールとアルキレンカーボネートとの反応物などで例示されるポリエステルポリカーボネートポリオール、エチレンカーボネートを多価アルコールと反応させ、次いで得られた反応混合物を有機ジカルボン酸と反応させたポリエステルポリカーボネートポリオール、ポリヒドロキシル化合物とアリールカーボネートとのエステル交換反応により得られるポリカーボネートポリオール等の高分子量ポリオールを挙げることができる。これらは単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。 As the active hydrogen-containing compound, those usually used in the technical field of polyurethane can be used. For example, polytetramethylene glycol, polypropylene glycol, polyethylene glycol, polyether polyols typified by copolymers of propylene oxide and ethylene oxide, polybutylene adipates, polyethylene adipates, and 3-methyl-1,5-pentane adipates Polyester polyol such as polyester polyol such as polyester polyol, polycaprolactone polyol, reaction product of polyester glycol such as polycaprolactone glycol and alkylene carbonate, and ethylene carbonate are reacted with polyhydric alcohol. Polyester polycarbonate polyol reacted with organic dicarboxylic acid, polyhydroxyl compound and aryl carbonate It can be mentioned a high molecular weight polyol and polycarbonate polyols obtained by ester exchange reaction. These may be used alone or in combination of two or more.
活性水素含有化合物として上述した高分子量ポリオール成分の他に、エチレングリコール、1,2−プロピレングリコール、1,3−プロピレングリコール、1,4−ブタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、ネオペンチルグリコール、1,4−シクロヘキサンジメタノール、3−メチル−1,5−ペンタンジオール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、1,4−ビス(2−ヒドロキシエトキシ)ベンゼン、トリメチロールプロパン、グリセリン、1,2,6−ヘキサントリオール、ペンタエリスリトール、テトラメチロールシクロヘキサン、メチルグルコシド、ソルビトール、マンニトール、ズルシトール、スクロース、2,2,6,6−テトラキス(ヒドロキシメチル)シクロヘキサノール、及びトリエタノールアミン等の低分子量ポリオール成分、エチレンジアミン、トリレンジアミン、ジフェニルメタンジアミン、ジエチレントリアミン等の低分子量ポリアミン成分を用いてもよい。これらは1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。更に、4,4’−メチレンビス(o−クロロアニリン)(MOCA)、2,6−ジクロロ−p−フェニレンジアミン、4,4’−メチレンビス(2,3−ジクロロアニリン)、3,5−ビス(メチルチオ)−2,4−トルエンジアミン、3,5−ビス(メチルチオ)−2,6−トルエンジアミン、3,5−ジエチルトルエン−2,4−ジアミン、3,5−ジエチルトルエン−2,6−ジアミン、トリメチレングリコール−ジ−p−アミノベンゾエート、ポリテトラメチレンオキシド−ジ−p−アミノベンゾエート、1,2−ビス(2−アミノフェニルチオ)エタン、4,4’−ジアミノ−3,3’−ジエチル−5,5’−ジメチルジフェニルメタン、N,N’−ジ−sec−ブチル−4,4’−ジアミノジフェニルメタン、4,4’−ジアミノ−3,3’−ジエチルジフェニルメタン、4,4’−ジアミノ−3,3’−ジエチル−5,5’−ジメチルジフェニルメタン、4,4’−ジアミノ−3,3’−ジイソプロピル−5,5’−ジメチルジフェニルメタン、4,4’−ジアミノ−3,3’,5,5’−テトラエチルジフェニルメタン、4,4’−ジアミノ−3,3’,5,5’−テトライソプロピルジフェニルメタン、m−キシリレンジアミン、N,N’−ジ−sec−ブチル−p−フェニレンジアミン、m−フェニレンジアミン、及びp−キシリレンジアミン等に例示されるポリアミン類を混合することもできる。好ましい活性水素含有化合物は、ポリテトラメチレングリコール、ポリプロピレングリコール、プロピレンオキサイドとエチレンオキサイドの共重合体、3−メチル−1,5−ペンタンアジペート、より好ましくはポリプロピレングリコール、プロピレンオキサイドとエチレンオキサイドの共重合体である。 In addition to the high molecular weight polyol component described above as the active hydrogen-containing compound, ethylene glycol, 1,2-propylene glycol, 1,3-propylene glycol, 1,4-butanediol, 1,6-hexanediol, neopentyl glycol, 1,4-cyclohexanedimethanol, 3-methyl-1,5-pentanediol, diethylene glycol, triethylene glycol, 1,4-bis (2-hydroxyethoxy) benzene, trimethylolpropane, glycerin, 1,2,6- Hexanetriol, pentaerythritol, tetramethylolcyclohexane, methylglucoside, sorbitol, mannitol, dulcitol, sucrose, 2,2,6,6-tetrakis (hydroxymethyl) cyclohexanol, and triethanolamine Low molecular weight polyol component equal, ethylenediamine, tolylenediamine, diphenylmethane diamine, may be used low molecular weight polyamine component of diethylenetriamine. These may be used alone or in combination of two or more. Furthermore, 4,4′-methylenebis (o-chloroaniline) (MOCA), 2,6-dichloro-p-phenylenediamine, 4,4′-methylenebis (2,3-dichloroaniline), 3,5-bis ( Methylthio) -2,4-toluenediamine, 3,5-bis (methylthio) -2,6-toluenediamine, 3,5-diethyltoluene-2,4-diamine, 3,5-diethyltoluene-2,6- Diamine, trimethylene glycol-di-p-aminobenzoate, polytetramethylene oxide-di-p-aminobenzoate, 1,2-bis (2-aminophenylthio) ethane, 4,4'-diamino-3,3 ' -Diethyl-5,5'-dimethyldiphenylmethane, N, N'-di-sec-butyl-4,4'-diaminodiphenylmethane, 4,4'-diamy −3,3′-diethyldiphenylmethane, 4,4′-diamino-3,3′-diethyl-5,5′-dimethyldiphenylmethane, 4,4′-diamino-3,3′-diisopropyl-5,5′- Dimethyldiphenylmethane, 4,4′-diamino-3,3 ′, 5,5′-tetraethyldiphenylmethane, 4,4′-diamino-3,3 ′, 5,5′-tetraisopropyldiphenylmethane, m-xylylenediamine, Polyamines exemplified by N, N′-di-sec-butyl-p-phenylenediamine, m-phenylenediamine, p-xylylenediamine and the like can also be mixed. Preferred active hydrogen-containing compounds are polytetramethylene glycol, polypropylene glycol, a copolymer of propylene oxide and ethylene oxide, 3-methyl-1,5-pentane adipate, more preferably a copolymer of polypropylene glycol, propylene oxide and ethylene oxide. It is a coalescence.
イソシアネート成分と活性水素含有化合物の好ましい組み合わせとしては、イソシアネート成分として、2,4−トルエンジイソシアネート、2,6−トルエンジイソシアネート、および4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネートの1種または2種以上と、活性水素含有化合物として、ポリテトラメチレングリコール、ポリプロピレングリコール、プロピレンオキサイドとエチレンオキサイドの共重合体、および3−メチル−1,5−ペンタンアジペートの1種または2種以上との組み合わせである。より好ましくは、イソシアネート成分として、2,4−トルエンジイソシアネートおよび/または2,6−トルエンジイソシアネートと、活性水素含有化合物として、ポリプロピレングリコール、および/またはプロピレンオキサイドとエチレンオキサイドの共重合体との組み合わせである。 Preferred combinations of the isocyanate component and the active hydrogen-containing compound include, as the isocyanate component, one or more of 2,4-toluene diisocyanate, 2,6-toluene diisocyanate, and 4,4′-diphenylmethane diisocyanate, and active hydrogen. The containing compound is polytetramethylene glycol, polypropylene glycol, a copolymer of propylene oxide and ethylene oxide, and a combination of one or more of 3-methyl-1,5-pentaneadipate. More preferably, it is a combination of 2,4-toluene diisocyanate and / or 2,6-toluene diisocyanate as the isocyanate component and polypropylene glycol and / or a copolymer of propylene oxide and ethylene oxide as the active hydrogen-containing compound. is there.
高分子マトリックス層3は、分散したフィラーと気泡を含有する発泡体でもよい。発泡体としては、一般の樹脂フォームを用いることができるが、圧縮永久歪などの特性を考慮すると熱硬化性樹脂フォームを用いることが好ましい。熱硬化性樹脂フォームとしては、ポリウレタン樹脂フォーム、シリコーン樹脂フォームなどが挙げられ、このうちポリウレタン樹脂フォームが好適である。ポリウレタン樹脂フォームには、上掲したイソシアネート成分や活性水素含有化合物を使用できる。
The
磁性エラストマー中の磁性フィラーの量は、エラストマー成分100重量部に対して、好ましくは1〜450重量部、より好ましくは2〜400重量部である。これが1重量部より少ないと、磁場の変化を検出することが難しくなる傾向にあり、450重量部を超えると、磁性エラストマー自体が脆くなる場合がある。 The amount of the magnetic filler in the magnetic elastomer is preferably 1 to 450 parts by weight, more preferably 2 to 400 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the elastomer component. If it is less than 1 part by weight, it tends to be difficult to detect a change in the magnetic field, and if it exceeds 450 parts by weight, the magnetic elastomer itself may become brittle.
磁性フィラーの防錆などを目的として、高分子マトリックス層3の柔軟性を損なわない程度に、高分子マトリックス層3を封止する封止材を設けてもよい。封止材には、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂またはそれらの混合物を用いることができる。熱可塑性樹脂としては、例えばスチレン系熱可塑性エラストマー、ポリオレフィン系熱可塑性エラストマー、ポリウレタン系熱可塑性エラストマー、ポリエステル系熱可塑性エラストマー、ポリアミド系熱可塑性エラストマー、ポリブタジエン系熱可塑性エラストマー、ポリイソプレン系熱可塑性エラストマー、フッ素系熱可塑性エラストマー、エチレン・アクリル酸エチルコポリマー、エチレン・酢酸ビニルコポリマー、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、塩素化ポリエチレン、フッ素樹脂、ポリアミド、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリスチレン、ポリブタジエン等を挙げることができる。また、熱硬化性樹脂としては、例えばポリイソプレンゴム、ポリブタジエンゴム、スチレン・ブタジエンゴム、ポリクロロプレンゴム、アクリロニトリル・ブタジエンゴム等のジエン系合成ゴム、エチレン・プロピレンゴム、エチレン・プロピレン・ジエンゴム、ブチルゴム、アクリルゴム、ポリウレタンゴム、フッ素ゴム、シリコーンゴム、エピクロルヒドリンゴム等の非ジエン系ゴム、天然ゴム、ポリウレタン樹脂、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂等を挙げることができる。これらのフィルムは積層されていてもよく、また、アルミ箔などの金属箔や上記フィルム上に金属が蒸着された金属蒸着膜を含むフィルムであってもよい。
For the purpose of preventing rust of the magnetic filler, a sealing material for sealing the
高分子マトリックス層3は、その厚み方向にフィラーが偏在しているものでも構わない。例えば、高分子マトリックス層3が、フィラーが相対的に多い一方側の領域と、フィラーが相対的に少ない他方側の領域との二層からなる構造でもよい。フィラーを多く含有する一方側の領域では、高分子マトリックス層3の小さな変形に対する外場の変化が大きくなるため、低い内圧に対するセンサ感度を高められる。また、フィラーが相対的に少ない他方側の領域は比較的柔軟で動きやすく、この領域を貼り付けることにより、高分子マトリックス層3(特に一方側の領域)が変形しやすくなる。
The
一方側の領域でのフィラー偏在率は、好ましくは50を超え、より好ましくは60以上であり、更に好ましくは70以上である。この場合、他方側の領域でのフィラー偏在率は50未満となる。一方側の領域でのフィラー偏在率は最大で100であり、他方側の領域でのフィラー偏在率は最小で0である。したがって、フィラーを含むエラストマー層と、フィラーを含まないエラストマー層との積層体構造でも構わない。フィラーの偏在には、エラストマー成分にフィラーを導入した後、室温あるいは所定の温度で静置し、そのフィラーの重さにより自然沈降させる方法を使用でき、静置する温度や時間を変化させることでフィラー偏在率を調整できる。遠心力や磁力のような物理的な力を用いて、フィラーを偏在させてもよい。或いは、フィラーの含有量が異なる複数の層からなる積層体により高分子マトリックス層を構成しても構わない。 The filler uneven distribution ratio in the region on one side is preferably more than 50, more preferably 60 or more, and still more preferably 70 or more. In this case, the filler uneven distribution rate in the other region is less than 50. The filler uneven distribution rate in the region on one side is 100 at the maximum, and the filler uneven distribution rate in the region on the other side is 0 at the minimum. Therefore, a laminate structure of an elastomer layer containing a filler and an elastomer layer not containing a filler may be used. For the uneven distribution of the filler, after introducing the filler into the elastomer component, it can be allowed to stand at room temperature or at a predetermined temperature, and then spontaneously settled according to the weight of the filler, by changing the temperature and time of standing. The filler uneven distribution rate can be adjusted. The filler may be unevenly distributed using a physical force such as centrifugal force or magnetic force. Alternatively, the polymer matrix layer may be constituted by a laminate composed of a plurality of layers having different filler contents.
フィラー偏在率は、以下の方法により測定される。即ち、走査型電子顕微鏡−エネルギー分散型X線分析装置(SEM−EDS)を用いて、高分子マトリックス層の断面を100倍で観察する。その断面の厚み方向全体の領域と、その断面を厚み方向に二等分した2つの領域に対し、それぞれ元素分析によりフィラー固有の金属元素(本実施形態の磁性フィラーであれば例えばFe元素)の存在量を求める。この存在量について、厚み方向全体の領域に対する一方側の領域の比率を算出し、それを一方側の領域でのフィラー偏在率とする。他方側の領域でのフィラー偏在率も、これと同様である。 The filler uneven distribution rate is measured by the following method. That is, the cross section of the polymer matrix layer is observed at 100 times using a scanning electron microscope-energy dispersive X-ray analyzer (SEM-EDS). The area of the entire cross section in the thickness direction and the two areas obtained by dividing the cross section into two in the thickness direction are each subjected to elemental analysis of a metal element specific to the filler (for example, Fe element in the case of the magnetic filler of this embodiment). Find the abundance. For this abundance, the ratio of one area to the entire area in the thickness direction is calculated, and this is used as the filler uneven distribution rate in the one area. The filler uneven distribution rate in the other region is the same as this.
フィラーが相対的に少ない他方側の領域は、気泡を含有する発泡体で形成されている構造でも構わない。これにより、高分子マトリックス層3が更に変形しやすくなってセンサ感度が高められる。また、他方側の領域とともに一方側の領域が発泡体で形成されていてもよく、その場合の高分子マトリックス層3は全体が発泡体となる。このような厚み方向の少なくとも一部が発泡体である高分子マトリックス層は、複数の層(例えば、フィラーを含有する無発泡層と、フィラーを含有しない発泡層)からなる積層体により構成されていても構わない。
The other side region with relatively little filler may have a structure formed of a foam containing bubbles. Thereby, the
磁場の変化を検出する検出部4には、例えば、リードスイッチ、磁気抵抗素子、ホール素子、コイル、インダクタ、MI素子、フラックスゲートセンサなどを用いることができる。磁気抵抗素子としては、半導体化合物磁気抵抗素子、異方性磁気抵抗素子(AMR)、巨大磁気抵抗素子(GMR)、トンネル磁気抵抗素子(TMR)が挙げられる。このうち好ましいのはホール素子であり、これは広範囲にわたって高い感度を有し、検出部4として有用なためである。ホール素子には、例えば旭化成エレクトロニクス株式会社製EQ−430L、EQ−431L、EQ−432Lなどが使用できる。
For example, a reed switch, a magnetoresistive element, a Hall element, a coil, an inductor, an MI element, a fluxgate sensor, or the like can be used as the
本開示の監視センサの効果を具体的に示すために、下記実施例について下記の評価を行った。 In order to specifically show the effect of the monitoring sensor of the present disclosure, the following evaluation was performed on the following examples.
実施例1
図2に示すように、高分子マトリックス層3としての磁性シリコーン樹脂(φ5×0.7mm)と、バネ6としての皿バネ(外径φ10、内径φ6、自由高さ0.7mm)を、1.44Ahの単電池(90×30×4mm)に貼り付けた。これら部材と電池2を2枚のアルミ板7A,7B(110×90×2mm)で挟み込んだ。上側のアルミ板7Aには、検出部4としての磁気センサ(旭化成エレクトロニクス社製、EQ−430L)を、高分子マトリックス層3(磁性シリコーン樹脂)の中心から上方の位置にくるように設置した。検出部4(磁気センサ)には直接荷重が掛からないように避けながら、万能試験機において皿バネの自由高さの15%程度圧縮するまでアルミ板7A,7Bに荷重を印加した。その後、上下のアルミ板7A,7Bをボルト締めにより荷重を保持させた状態(高分子マトリックス層3及びバネ6が圧縮された状態)にし、万能試験機から取り外した。
Example 1
As shown in FIG. 2, a magnetic silicone resin (φ5 × 0.7 mm) as the
実施例1では、無圧縮時のバネと磁性シリコーン樹脂の厚み(高さ)が同一であるが、必ずしもそれに限定されない。例えば、磁性シリコーン樹脂の厚み(高さ)をバネの自由高さよりも高くして、より圧縮された状態にし、センサ特性を調整することも可能である。 In Example 1, the thickness (height) of the uncompressed spring and the magnetic silicone resin is the same, but not necessarily limited thereto. For example, it is possible to adjust the sensor characteristics by making the thickness (height) of the magnetic silicone resin higher than the free height of the spring to make it more compressed.
比較例1
バネ6の代わりに樹脂スペーサとした。高分子マトリックス層3としての磁性シリコーン樹脂(φ5×0.7mm)と、樹脂スペーサとしてのシリコーン樹脂(東レダウ社製SE1740)(φ16×0.7mmの中心にφ8×0.7mmの打ち抜き孔を形成した)とを、1.44Ahの単電池(90×30×4mm)に貼り付けた。実施例1と同様に、シリコーンスペーサを厚みの15%程度圧縮するまでアルミ板に荷重を印加した。下記センサ感度が実施例1とほぼ同様になるように、圧縮量を調整した。
Comparative Example 1
Resin spacers were used instead of the
比較例2
スペーサを設けずに、高分子マトリックス層3としての磁性シリコーン樹脂(φ5×0.7mm)のみを、1.44Ahの単電池(90×30×4mm)に貼り付けた。実施例1と同様に、シリコーンスペーサを厚みの15%程度圧縮するまでアルミ板に荷重を印加した。
Comparative Example 2
Without providing a spacer, only a magnetic silicone resin (φ5 × 0.7 mm) as the
(1)センサ感度
電池を内包したアルミ板をボルトで荷重保持したまま(圧縮状態を保ったまま)、25℃の恒温槽に入れ、120分静置後、電池体を1.44A(1C)の充電電流で4.3Vまで定電流充電し、4.3Vに到達後、0.07Aに電流値が減衰するまで定電圧充電を行った。その後、10分間の開回路状態を保持した後、1.44Aの電流で3.0Vまで定電流放電を行った。上記充放電の工程を5サイクル繰り返し、充放電における磁束密度変化を測定した。1サイクル目における磁束密度変化をセンサ感度とした。この変化量が大きいほど、センサとして感度性能に優れていることを示す。
(1) Sensor sensitivity The aluminum plate containing the battery is kept in a load with a bolt (maintained in a compressed state), placed in a constant temperature bath at 25 ° C., and allowed to stand for 120 minutes. A constant current charge to 4.3V was performed at a charging current of 1.5V, and after reaching 4.3V, a constant voltage charge was performed until the current value decreased to 0.07A. Then, after maintaining the open circuit state for 10 minutes, constant current discharge was performed to 3.0V with the electric current of 1.44A. The charge / discharge process was repeated 5 cycles, and the change in magnetic flux density during charge / discharge was measured. The change in magnetic flux density at the first cycle was defined as sensor sensitivity. The larger the amount of change, the better the sensitivity performance as a sensor.
(2)安定性
1サイクル目の充電開始時の磁束密度と、5サイクル目の満放電における磁束密度を比較し、変化率を算出した。この変化率が少ないほど、高分子マトリックス層3とスペーサがクリープ変形することなく、また、ヒステリシスロスが低減され、センサとしての安定性に優れていることを示す。
(2) Stability The rate of change was calculated by comparing the magnetic flux density at the start of charging in the first cycle with the magnetic flux density at full discharge in the fifth cycle. As the change rate is smaller, the
比較例1は、皿バネの代わりにシリコーンスペーサを設けた構成である。比較例2は、皿バネやシリコーンスペーサなどのスペーサを設けない構成である。比較例1は、充放電サイクルを繰り返すことで、実施例1に比べて磁束密度が初期からほぼ4.4%悪化した。これは、繰り返し試験によって、シリコーンスペーサに永久歪みが発生し、高分子マトリックス層の厚みが、充放電前と試験後で変化したことが原因と考えられる。
比較例2は、充放電サイクルを繰り返すことで、実施例1に比べて磁束密度が初期からほぼ8.9%悪化した。これは、繰り返し試験によって、高分子マトリックス層に永久歪みが発生し、高分子マトリックス層の厚みが、充放電前と試験後で変化したことが原因と考えられる。
これらに対して、実施例1の皿バネを設けた場合は、弾性変形量が塑性変形しない範囲内(バネの許容変形量内)であれば、充放電サイクルを重ねても同程度の変位を得ることができるため、安定性が向上したと考えられる。
Comparative Example 1 has a configuration in which a silicone spacer is provided instead of a disc spring. The comparative example 2 is a structure which does not provide spacers, such as a disk spring and a silicone spacer. In Comparative Example 1, by repeating the charge / discharge cycle, the magnetic flux density was deteriorated by about 4.4% compared to Example 1 from the initial stage. It is considered that this is because permanent deformation occurred in the silicone spacer by the repeated test, and the thickness of the polymer matrix layer changed before and after the charge / discharge.
In Comparative Example 2, the magnetic flux density deteriorated by approximately 8.9% from the initial stage by repeating the charge / discharge cycle as compared with Example 1. This is considered to be caused by permanent deformation in the polymer matrix layer due to the repeated test, and the thickness of the polymer matrix layer changing before and after the charge / discharge.
On the other hand, when the disc spring of Example 1 is provided, if the amount of elastic deformation is within the range where plastic deformation does not occur (within the allowable deformation amount of the spring), the same amount of displacement can be obtained even after repeated charge / discharge cycles. It can be obtained that the stability is improved.
以上、本実施形態の監視センサ5は、第1部材(筐体11)及び第2部材(外装体21)に挟まれ、監視対象物の状態変化に応じて変形する高分子マトリックス層3と、高分子マトリックス層3と共に第1部材(筐体11)及び第2部材(外装体21)に挟まれるスペーサ6と、高分子マトリックス層3の変形に応じて生じる外場の変化を検出する検出部4と、を備え、スペーサ6は、高分子マトリックス層3の厚み方向ADに伸縮するバネ6である。
As described above, the
この構成によれば、監視対象物の状態変化(変形、変位、荷重変化、圧力変化)に応じて高分子マトリックス層3が変形する際に、第1部材(筐体11)及び第2部材(外装体21)の間のスペーサとしてのバネ6が、高分子マトリックス層3の厚み方向ADに高分子マトリックス層3と共に伸縮する。バネ6は高分子マトリックス層3に比べて高剛性及び高弾性である。よって、高分子マトリックス層3の変形がバネの荷重−たわみ特性に従うことになり、ヒステリシスロス及びクリープが低減されるので、検出安定性を向上させることが可能となる。
According to this configuration, when the
本実施形態では、バネ6は、高分子マトリックス層3の厚み方向ADに対応する高さ寸法H1が、幅寸法W1よりも小さい偏平形状である。
In the present embodiment, the
この構成によれば、例えば、高分子マトリックス層3の厚み方向ADを軸方向とするコイルバネに比べて、厚み方向ADにおける寸法を抑制できるので、薄型化を追求するうえで好ましい。
According to this configuration, for example, the dimension in the thickness direction AD can be suppressed as compared with a coil spring having the thickness direction AD of the
本実施形態では、バネ6は、皿バネである。皿バネは、横幅に対して高さが小さい偏平形状であるので、薄型化に好適である。
In this embodiment, the
本実施形態では、バネ6の許容変形量が、外力が作用していない自然状態における高分子マトリックス層3の厚みの50%以下である。
In the present embodiment, the allowable deformation amount of the
この構成によれば、バネ6の伸縮による高分子マトリックス層3の変形が50%以下に抑えられることになり、高分子マトリックス層3による感度が得られなくなることを避け、安定性を確保できる。
According to this configuration, the deformation of the
本実施形態では、第2部材は、監視対象物である二次電池2を構成する部材(外装体21)である。
In the present embodiment, the second member is a member (exterior body 21) constituting the
この構成によれば、監視対象物に状態変化(変形、変位、荷重変化、圧力変化)が生じた際に、高分子マトリックス層3が変形するので、検出部4を通じて状態変化を検出することができる。勿論、この構成に限定されず、第1部材及び第2部材の少なくとも一方が、監視対象物を構成する部材に接触している、又は、第1部材及び第2部材の少なくとも一方が、監視対象物を構成する部材であればよい。
According to this configuration, when the state change (deformation, displacement, load change, pressure change) occurs in the monitoring object, the
本実施形態では、高分子マトリックス層3は、磁気フィラーを含有し、検出部4は、磁場の変化を検出する。この場合、第1部材及び第2部材は非磁性体であることが好ましい。
In this embodiment, the
本実施形態では、上記監視センサ5が取り付けられ、監視対象物が二次電池2を構成する部材(外装体21)に設定されている。この構成によれば、二次電池2の状態変化を適切に検出することができる。
In the present embodiment, the
上記の各実施形態で採用している構造を他の任意の実施形態に採用することは可能である。各部の具体的な構成は、上述した実施形態のみに限定されるものではなく、本開示の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。 The structure employed in each of the above embodiments can be employed in any other embodiment. The specific configuration of each unit is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present disclosure.
<他の実施形態>
第1実施形態では、第1部材である筐体11と、第2部材である電池2との間に、高分子マトリックス層3及びスペーサ6が挟まれていたが、これに限定されない。例えば、図1Dに示すように、高分子マトリックス層3と電池2との間に他の部材7を設けてもよい。この場合は、第1部材が筐体11となり、第2部材が部材7となる。第2部材である部材7は、監視対象物である二次電池2を構成する部材(外装体21)に接触していることになる。すなわち、第1部材及び第部2部材の少なくとも一方が、監視対象物を構成する部材に接触していればよい。
<Other embodiments>
In the first embodiment, the
また、図3に示すように、電池モジュール1は、筐体11と、筐体11の内部に収容される複数の単電池2と、を有する。高分子マトリックス層3及びスペーサ6は、第1の電池2と第2の電池2との間に挟まれている。この場合、第1の電池2及び第2の電池は、双方とも変形し得るので、第1部材であると共に第2部材であるともいえる。勿論、第1実施形態、図3及び図1Dの例に限定されず、電池モジュール1を構成する部材のうち監視対象物であれば、いずれの部材でもよい。電池内部に配置してもよい。すなわち、第1部材及び第2部材の少なくとも一方が、監視対象物を構成する部材であればよい。
As shown in FIG. 3, the
前述の実施形態では、二次電池セルがリチウムイオン二次電池である例を示したが、これに限られない。使用される二次電池セルは、リチウムイオン電池などの非水系電解液二次電池に限られず、ニッケル水素電池などの水系電解液二次電池であっても構わない。 In the above-described embodiment, an example in which the secondary battery cell is a lithium ion secondary battery has been described, but the present invention is not limited thereto. The secondary battery cell used is not limited to a non-aqueous electrolyte secondary battery such as a lithium ion battery, and may be an aqueous electrolyte secondary battery such as a nickel-hydrogen battery.
前述の実施形態では、高分子マトリックス層の変形に伴う磁場の変化を検出部により検出する例を示したが、他の外場の変化を検出する構成でもよい。例えば、高分子マトリックス層がフィラーとして金属粒子、カーボンブラック、カーボンナノチューブなどの導電性フィラーを含有し、検出部が外場としての電場の変化(抵抗および誘電率の変化)を検出する構成が考えられる。 In the above-described embodiment, the example in which the change in the magnetic field due to the deformation of the polymer matrix layer is detected by the detection unit has been described. However, another change in the external field may be detected. For example, the polymer matrix layer may contain conductive fillers such as metal particles, carbon black, and carbon nanotubes as fillers, and the detector may detect changes in the electric field (changes in resistance and dielectric constant) as external fields. It is done.
11…筐体(第1部材)
21…外装体(第2部材)
3…高分子マトリックス層
6…バネ(スペーサ)
11 ... Case (first member)
21 ... Exterior body (second member)
3 ...
Claims (7)
前記高分子マトリックス層と共に前記第1部材及び第2部材に挟まれるスペーサと、
前記高分子マトリックス層の変形に応じて生じる外場の変化を検出する検出部と、を備え、
前記スペーサは、前記高分子マトリックス層の厚み方向に伸縮するバネである、監視センサ。 A polymer matrix layer that is sandwiched between the first member and the second member and deforms in accordance with the state change of the monitoring object;
A spacer sandwiched between the first member and the second member together with the polymer matrix layer;
A detection unit that detects a change in the external field that occurs in response to deformation of the polymer matrix layer,
The monitoring sensor, wherein the spacer is a spring that expands and contracts in the thickness direction of the polymer matrix layer.
又は、
前記第1部材及び前記第2部材の少なくとも一方は、前記監視対象物を構成する部材である、請求項1〜4のいずれかに記載のセンサ。 At least one of the first member and the second member is in contact with a member constituting the monitoring object,
Or
The sensor according to any one of claims 1 to 4, wherein at least one of the first member and the second member is a member constituting the monitoring object.
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2017114954A JP2019002694A (en) | 2017-06-12 | 2017-06-12 | Monitoring sensor and sealed secondary battery |
PCT/JP2018/019472 WO2018230268A1 (en) | 2017-06-12 | 2018-05-21 | Monitoring sensor and sealed secondary battery |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2017114954A JP2019002694A (en) | 2017-06-12 | 2017-06-12 | Monitoring sensor and sealed secondary battery |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2019002694A true JP2019002694A (en) | 2019-01-10 |
Family
ID=64660459
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2017114954A Pending JP2019002694A (en) | 2017-06-12 | 2017-06-12 | Monitoring sensor and sealed secondary battery |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2019002694A (en) |
WO (1) | WO2018230268A1 (en) |
Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6443736A (en) * | 1987-08-12 | 1989-02-16 | Bridgestone Corp | Pressure sensitive sensor |
JPH0915066A (en) * | 1995-06-26 | 1997-01-17 | Shimadzu Corp | Load detector |
JP6200880B2 (en) * | 2014-07-08 | 2017-09-20 | 東洋ゴム工業株式会社 | Method for detecting deformation of sealed secondary battery and sealed secondary battery |
-
2017
- 2017-06-12 JP JP2017114954A patent/JP2019002694A/en active Pending
-
2018
- 2018-05-21 WO PCT/JP2018/019472 patent/WO2018230268A1/en active Application Filing
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2018230268A1 (en) | 2018-12-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6176632B2 (en) | Abnormality determination method for assembled battery and abnormality determination device for assembled battery | |
JP6200880B2 (en) | Method for detecting deformation of sealed secondary battery and sealed secondary battery | |
JP2017168422A (en) | Method and system of predicting remaining capacity of sealed-type secondary battery | |
JP6265847B2 (en) | Deformation detection sensor for sealed secondary battery, sealed secondary battery, and deformation detection method for sealed secondary battery | |
TWI628830B (en) | Manufacturing method of battery pack using used battery and battery pack | |
WO2018078912A1 (en) | Deformation detection sensor for sealed secondary battery and sealed secondary battery | |
JP2016031360A (en) | Hermetic secondary battery deformation detection sensor, hermetic secondary battery, and hermetic secondary battery deformation detection method | |
TW201836205A (en) | Method for charging non-aqueous secondary cell | |
JP6290727B2 (en) | Deformation detection sensor for sealed secondary battery, sealed secondary battery, and deformation detection method for sealed secondary battery | |
JP6310806B2 (en) | Sealed secondary battery deformation detection sensor and manufacturing method thereof, sealed secondary battery, and deformation detection method of sealed secondary battery | |
WO2018230268A1 (en) | Monitoring sensor and sealed secondary battery | |
JP2018137161A (en) | Monitoring sensor for sealed secondary battery, method of manufacturing monitoring sensor, and sealed secondary battery | |
JP2018137162A (en) | Monitoring sensor for sealed secondary battery, method of manufacturing monitoring sensor, and sealed secondary battery | |
JP2019219276A (en) | Secondary battery deformation detection sensor, airtight secondary battery, and correction data generation method | |
WO2018230269A1 (en) | Monitoring sensor and sealed secondary battery | |
WO2017158923A1 (en) | Sealed-type secondary battery remaining capacity prediction method, remaining capacity prediction system, battery internal information acquisition method, and battery control method | |
JP2018044909A (en) | Deformation detection sensor for sealing-type secondary battery | |
JP2019220348A (en) | Secondary battery deformation detection system, method, and program | |
JP6310805B2 (en) | Sealed secondary battery deformation detection sensor and manufacturing method thereof, sealed secondary battery, and deformation detection method of sealed secondary battery | |
JP2018044907A (en) | Deformation detection sensor for sealing-type secondary battery | |
JP2019100876A (en) | Monitoring sensor, sealing-type secondary battery, and method for manufacturing monitoring sensor | |
JP2019100877A (en) | Monitoring sensor, sealing-type secondary battery, and method for manufacturing monitoring sensor |