JP2019145453A - Battery pack - Google Patents

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Abstract

To provide a battery pack that can detect heat generated by overcharging of cells constituting the battery pack with a simple configuration at an earlier stage.SOLUTION: A battery pack 1 includes a plurality of single cells 2 arranged in the arrangement direction X, a resin sheet 4 disposed between the plurality of unit cells 2 and on at least one of the inside of the unit cells, a load sensor 6 disposed at any position in the arrangement direction X of the unit cell 2 and the resin sheet 4, and a restraining member 8 that restrains the arrayed unit cell 2, the resin sheet 4, and the load sensor 6 by applying a restraint load to the unit cell 2, the resin sheet 4, and the load sensor 6 in the compression direction along the arrangement direction X. The resin sheet 4 is configured to be melt when the unit cell 2 generates heat due to overcharging. The load sensor 6 is configured to be able to detect a change in the restraint load.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、複数の単電池が拘束されている組電池に関する。   The present invention relates to an assembled battery in which a plurality of single cells are constrained.

近年、電気自動車(EV)、ハイブリッド自動車(HV)、プラグインハイブリッド自動車(PHV)等の車両駆動用電源等として、リチウムイオン電池に代表される二次電池が用いられている。このような高出力が求められる用途の二次電池は、一般に、複数の単電池を電気的に接続した組電池の形態で使用される。組電池では、車両走行時の振動、衝撃等による単電池の位置ずれを防止したり、電池特性、電池寿命等を確保したりする目的で、単電池の電極面に対して直交する方向に拘束荷重を加えている。その結果、組電池では、単電池が発熱した場合に蓄熱しやすく、過充電時には過昇温状態に陥りやすい状態となり得る。そこで、過充電時の車両の安全性を高めるために、組電池を構成する単電池のそれぞれに、温度センサを設ける構成が提案されている(例えば特許文献1参照)。   2. Description of the Related Art In recent years, secondary batteries represented by lithium ion batteries have been used as power sources for driving vehicles such as electric vehicles (EV), hybrid vehicles (HV), and plug-in hybrid vehicles (PHV). Such secondary batteries for applications requiring high output are generally used in the form of assembled batteries in which a plurality of unit cells are electrically connected. In the assembled battery, the battery is restrained in the direction orthogonal to the electrode surface of the cell in order to prevent the displacement of the cell due to vibration, impact, etc. when driving the vehicle, and to ensure the battery characteristics, battery life, etc. A load is applied. As a result, the assembled battery can easily store heat when the unit cell generates heat, and can easily fall into an overheated state during overcharging. Therefore, in order to increase the safety of the vehicle during overcharge, a configuration in which a temperature sensor is provided for each of the cells constituting the assembled battery has been proposed (see, for example, Patent Document 1).

特開2015−072830号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2015-072830 特開2006−269345号公報JP 2006-269345 A

しかしながら、温度センサを単電池の各々に設けるとコストが嵩むという課題がある。その一方で、温度センサをいくつかの単電池ごとに設けると、温度センサが過充電により発熱した単電池から離れて設置される可能性が生じ、発熱を検知するタイミングが遅れるという問題がある。加えて、温度センサを発熱点となり得る電極面近く、例えば単電池の内部に設置することや単電池間に設置することは、実際の電池の使用に際して適切ではなく、また現実的ではない。したがって、温度センサは、電池ケースのうち単電池の配列に支障の無い位置、典型的には電池ケースの上面に設置されているが、当該設置位置は、発熱点から離れる上に、過充電時に電池ケースが膨れるとさらに感度が低下するという問題がある。   However, if a temperature sensor is provided in each cell, there is a problem that the cost increases. On the other hand, if a temperature sensor is provided for each of several unit cells, there is a possibility that the temperature sensor is installed away from the unit cell that has generated heat due to overcharging, and there is a problem that the timing for detecting heat generation is delayed. In addition, it is not appropriate or practical to use a temperature sensor near an electrode surface that can be a heating point, for example, inside a single cell or between single cells. Therefore, the temperature sensor is installed at a position in the battery case where there is no problem with the arrangement of the cells, typically on the upper surface of the battery case. When the battery case swells, there is a problem that sensitivity further decreases.

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、組電池を構成する単電池の過充電による発熱を、より早い段階で、かつ、簡単な構成によって検知することができる組電池を提供することである。   The present invention has been made in view of such a point, and an object of the present invention is to provide a set that can detect heat generation due to overcharging of the cells constituting the assembled battery at an earlier stage and with a simple configuration. It is to provide a battery.

ここに開示される組電池は、配列方向に配列された複数の単電池と、複数の上記単電池の間および前記単電池内部の少なくとも一方に配置された樹脂シートと、上記単電池および上記樹脂シートの配列方向のいずれかの位置に配置された荷重センサと、配列された上記単電池、上記樹脂シートおよび上記荷重センサに対し、上記配列方向に沿って圧縮する方向に拘束荷重を加えて拘束する拘束部材と、を備える。上記樹脂シートは、上記単電池が過充電により発熱したときに溶融するように構成されている。上記荷重センサは、上記拘束荷重の変化を検知可能に構成されている。   The assembled battery disclosed herein includes a plurality of unit cells arranged in an arrangement direction, a resin sheet disposed between the plurality of unit cells and at least one inside the unit cell, the unit cell and the resin. A restraint load is applied to the load sensor arranged at any position in the sheet arrangement direction, the unit cells, the resin sheet, and the load sensor arranged in the direction in which the sheet is compressed. A restraining member. The resin sheet is configured to melt when the unit cell generates heat due to overcharging. The load sensor is configured to be able to detect a change in the restraint load.

上記構成において、荷重センサは、組電池に加えられた拘束荷重を、例えば正常状態として検知している。そして、過充電時においては、各単電池間または電池内部に配置された樹脂シートのうち、過充電により発熱した単電池の発熱点近くにある樹脂シートが早い段階で溶融される。溶融された樹脂シートは、その形状を維持することができず、組電池に印加された拘束圧によって単電池間あるいはその積層から外部に押し出される。このことにより、組電池に印加された拘束圧にヌケ(圧力抜け)が生じる。荷重センサがかかる拘束圧のヌケを検知することで、組電池はいずれかの単電池が過充電により発熱していることを検知することができる。ここに開示される技術によると、組電池を構成する複数の単電池のいずれかに生じた発熱を、一つの荷重センサによって、早いタイミングで検知することが可能とされる。   In the above configuration, the load sensor detects a restraining load applied to the assembled battery as, for example, a normal state. At the time of overcharging, among the resin sheets arranged between the individual cells or inside the cells, the resin sheet near the heating point of the single cells that have generated heat due to overcharging is melted at an early stage. The molten resin sheet cannot maintain its shape, and is pushed out between the cells or from the stacked layers by the restraining pressure applied to the assembled battery. As a result, leakage (pressure loss) occurs in the restraint pressure applied to the assembled battery. The assembled battery can detect that any single cell is generating heat due to overcharging by detecting the leakage of the restraining pressure applied by the load sensor. According to the technology disclosed herein, it is possible to detect heat generated in any one of a plurality of single cells constituting an assembled battery at an early timing by one load sensor.

一実施形態に係る組電池の通常時の様子を模式的に示す正面図である。It is a front view which shows typically the mode at the time of the normal time of the assembled battery which concerns on one Embodiment. 一実施形態に係る組電池の過充電時の様子を模式的に示す正面図である。It is a front view which shows typically the mode at the time of the overcharge of the assembled battery which concerns on one Embodiment. 例1の組電池の充電時間と、電流量、荷重センサによる検知荷重および電池内部温度との関係をそれぞれ示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the charging time of the assembled battery of Example 1, current amount, the detection load by a load sensor, and battery internal temperature, respectively. 例3の組電池の充電時間と、電流量、荷重センサによる検知荷重および電池内部温度との関係をそれぞれ示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the charging time of the assembled battery of Example 3, the amount of electric current, the detection load by a load sensor, and battery internal temperature, respectively.

以下、本発明の好適な実施形態を説明する。なお、本明細書において特に言及している事項以外の事柄であって本発明の実施に必要な事柄は、当該分野における従来技術に基づく当業者の設計事項として把握され得る。本発明は、本明細書に開示されている内容と当該分野における技術常識とに基づいて実施することができる。なお、各図面は、模式的に描いており、必ずしも実物を反映しない。また、各図面は、一例を示すのみであり、各図面は、特に言及されない限りにおいて本発明を限定しない。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described. Note that matters other than matters specifically mentioned in the present specification and necessary for the implementation of the present invention can be grasped as design matters of those skilled in the art based on the prior art in this field. The present invention can be carried out based on the contents disclosed in this specification and common technical knowledge in the field. In addition, each drawing is drawn typically and does not necessarily reflect a real thing. Each drawing shows only an example, and each drawing does not limit the present invention unless otherwise specified.

図1は、本実施形態に係る組電池1の構造を模式的に示す正面図である。図1中のXは単電池2の配列方向を示し、X1は配列方向Xの第1方向を、X2は配列方向Xの第2方向を示す。図1に示すように、組電池1は、複数の単電池2を有する。複数の単電池2は、配列方向Xに沿って配列されており、そのうち二つの単電池2の間には樹脂シート4が一枚ずつ配置されている。また、配列された単電池2と樹脂シート4との第二方向X2の端部には、荷重センサ6が配置されている。これら単電池2、樹脂シート4および荷重センサ6は、拘束機構8によって拘束されている。本実施形態における組電池1では、樹脂シート4と荷重センサ6との組み合わせが、過充電による発熱検知機構として機能する。以下、各構成要素について説明する。   FIG. 1 is a front view schematically showing the structure of the assembled battery 1 according to the present embodiment. In FIG. 1, X indicates the arrangement direction of the cells 2, X <b> 1 indicates the first direction of the arrangement direction X, and X <b> 2 indicates the second direction of the arrangement direction X. As shown in FIG. 1, the assembled battery 1 has a plurality of single cells 2. The plurality of unit cells 2 are arranged along the arrangement direction X, and a resin sheet 4 is arranged between the two unit cells 2 one by one. In addition, a load sensor 6 is disposed at the end of the arranged cells 2 and the resin sheet 4 in the second direction X2. The unit cell 2, the resin sheet 4, and the load sensor 6 are restrained by a restraining mechanism 8. In the assembled battery 1 in the present embodiment, the combination of the resin sheet 4 and the load sensor 6 functions as a heat generation detection mechanism due to overcharging. Hereinafter, each component will be described.

拘束機構8は、一対のエンドプレート8a、8aと、複数の拘束バンド8b、8bと、を備えている。エンドプレート8a、8aは、配列方向Xにおいて、後述する単電池2、樹脂シート4および荷重センサ6を挟むように、これらの第一方向X1の端部と第二方向X2の端部とに配置されている。複数の拘束バンド8bは、一対のエンドプレート8a、8aに渡し架けるように配列方向Xに沿って延設されている。本実施形態において、拘束バンド8bの数は4つであるが、これに限定されない。本実施形態の拘束バンド8bは、電池ケースの寸法に比べて幅狭であるが、拘束バンド8bがエンドプレート8aの周縁に均等に備えられることで、エンドプレート8a、8a間には拘束圧が均質に印加される。   The restraining mechanism 8 includes a pair of end plates 8a and 8a and a plurality of restraining bands 8b and 8b. The end plates 8a and 8a are arranged at the end portions in the first direction X1 and the end portions in the second direction X2 so as to sandwich the cells 2, the resin sheet 4 and the load sensor 6 to be described later in the arrangement direction X. Has been. The plurality of restraining bands 8b are extended along the arrangement direction X so as to be bridged between the pair of end plates 8a, 8a. In the present embodiment, the number of the restraining bands 8b is four, but is not limited to this. Although the restraint band 8b of the present embodiment is narrower than the dimensions of the battery case, restraint pressure is provided between the end plates 8a and 8a by providing the restraint band 8b evenly on the periphery of the end plate 8a. Applied uniformly.

拘束バンド8bは、平面視が略コの字型の治具であり、図示しない固定具(例えば、ボルトナット式の締結具)によってエンドプレート8a、8aを係止する。拘束バンド8bは、単電池2、樹脂シート4および荷重センサ6の配列が、所定の拘束荷重で配列方向Xに圧縮された状態を維持するように、エンドプレート8a、8a間の距離を規制する。また、拘束バンド8bは、拘束荷重に対する反力によってエンドプレート8a、8aが引張方向に回復しないように、エンドプレート8a、8a間の距離を固定する。拘束機構8によって組電池1に加えられる拘束加重は、一例として、単電池2に対して配列方向Xに沿って約20〜2000kgf程度、典型的には約20〜1000kgfであってよい。拘束機構8によって組電池1に内在される圧縮応力としては、面圧(長側面に加わる平均の面圧)として、約0.2〜25kgf/cm、例えば0.2〜15kgf/cm程度であってよい。 The restraining band 8b is a substantially U-shaped jig in plan view, and locks the end plates 8a and 8a by a fixing tool (not shown) (for example, a bolt and nut type fastener). The restraint band 8b regulates the distance between the end plates 8a and 8a so that the arrangement of the cells 2, the resin sheet 4 and the load sensor 6 is maintained in a compressed state in the arrangement direction X with a predetermined restraint load. . Further, the restraining band 8b fixes the distance between the end plates 8a and 8a so that the end plates 8a and 8a do not recover in the pulling direction due to a reaction force against the restraining load. For example, the restraining load applied to the assembled battery 1 by the restraining mechanism 8 may be about 20 to 2000 kgf, typically about 20 to 1000 kgf, along the arrangement direction X with respect to the unit cells 2. The compressive stress inherent in the assembled battery 1 by constraining mechanism 8, as the surface pressure (mean of surface pressure applied to the long side), about 0.2~25kgf / cm 2, for example 0.2~15kgf / cm 2 of about It may be.

単電池2は、繰り返し充放電可能な二次電池であり、例えばリチウムイオン電池である。単電池2は、具体的には図示しないが、電池ケース内に、発電要素である積層型電極体と、非水電解液とが収容されて密閉されている。図1,2における単電池2内に示された点線は、電極体の存在をイメージしている。積層型電極体は、正極集電体の両面に多孔質な正極活物質層を備えた複数の正極板と、負極集電体の両面に多孔質な負極活物質層を備えた複数の負極板とが、それぞれセパレータを介して対向するように交互に重ねられている。1枚の正極板の一方の面の正極活物質層と、1枚の負極板の一方の面の負極活物質層とが、1枚のセパレータを介して重ね合わされることで1つの発電要素が構成される。そして、これらの要素が、順に複数積層されることで、積層型電極体が構成されている。   The unit cell 2 is a secondary battery that can be repeatedly charged and discharged, for example, a lithium ion battery. Although not specifically shown, the unit cell 2 is hermetically sealed in a battery case in which a laminated electrode body that is a power generation element and a nonaqueous electrolytic solution are accommodated. The dotted line shown in the cell 2 in FIGS. 1 and 2 imagines the presence of the electrode body. The laminated electrode body includes a plurality of positive electrode plates having a porous positive electrode active material layer on both sides of a positive electrode current collector, and a plurality of negative electrode plates having a porous negative electrode active material layer on both sides of the negative electrode current collector Are alternately stacked so as to face each other with a separator interposed therebetween. One positive electrode active material layer on one surface of one positive electrode plate and the negative electrode active material layer on one surface of one negative electrode plate are overlapped with each other through one separator, thereby generating one power generation element. Composed. And the laminated electrode body is comprised by laminating | stacking two or more of these elements in order.

非水電解液は、例えば電荷担体となるリチウム塩と非水溶媒とを含む。非水電解液は、積層型電極体のうちの正極活物質層、負極活物質層およびセパレータに含浸されている。また、非水電解液は、積層型電極体に含浸されたもの以外に、積層型電極体と電池ケースとの間の空間にも存在している。本実施形態における電池ケースは、SUS製の扁平角型の電池ケースである。複数の単電池2は、積層型電極体の積層方向が配列方向Xに一致するように配列されている。組電池1を構成する単電池2の数は制限されず、例えば2〜20個であってよく、3〜10個等であってよい。なお、単電池2は、積層型電極体に代えて、長尺の正極、負極およびセパレータが捲回されてなる捲回型電極体を備えていてもよい。あるいは、単電池2は、非水電解液およびセパレータの代わりに固体電解質層やゲル電解質を含む全固体電池であってもよいし、燃料電池やニッケル水素電池その他の二次電池であってもよい。   The non-aqueous electrolyte includes, for example, a lithium salt that serves as a charge carrier and a non-aqueous solvent. The non-aqueous electrolyte is impregnated in the positive electrode active material layer, the negative electrode active material layer, and the separator in the multilayer electrode body. Moreover, the non-aqueous electrolyte is also present in the space between the multilayer electrode body and the battery case, in addition to the one impregnated in the multilayer electrode body. The battery case in the present embodiment is a flat rectangular battery case made of SUS. The plurality of unit cells 2 are arranged such that the lamination direction of the laminated electrode body coincides with the arrangement direction X. The number of the single cells 2 constituting the assembled battery 1 is not limited, and may be 2 to 20, for example, 3 to 10 or the like. The unit cell 2 may include a wound electrode body in which a long positive electrode, a negative electrode, and a separator are wound instead of the stacked electrode body. Alternatively, the unit cell 2 may be an all-solid battery including a solid electrolyte layer or a gel electrolyte instead of the non-aqueous electrolyte and the separator, or may be a fuel cell, a nickel hydride battery, or another secondary battery. .

セパレータは、正極と負極との間を電気的に絶縁するとともに、正極と負極との間の電荷担体の移動を可能とする部材である。セパレータとしては、電気絶縁性を有し、電池内環境において化学的に安定な材料からなり、微細孔を備えるシート材料を好ましく用いることができる。このようなシート材料としては、例えば、微多孔性樹脂シート、織布、不織布等の形態のものが挙げられる。またセパレータの素材としては、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、ポリアミド、ポリイミド等のポリアミドイミド系樹脂、ポリ塩化ビニル(PVC)系樹脂、ポリエステル系樹脂、セルロース系樹脂等が挙げられる。セパレータの平均厚みは特に限定されない。セパレータ全体の平均厚みは、例えば、凡そ5μm以上、典型的には10μm以上、例えば15μm以上であってよく、凡そ40μm以下、典型的には30μm以下、例えば25μm以下とすることができる。   The separator is a member that electrically insulates between the positive electrode and the negative electrode and enables movement of charge carriers between the positive electrode and the negative electrode. As the separator, a sheet material that is electrically insulating and is made of a chemically stable material in the battery environment and provided with fine holes can be preferably used. Examples of such a sheet material include those in the form of a microporous resin sheet, a woven fabric, a non-woven fabric, and the like. The material of the separator includes polyolefin resins such as polyethylene (PE) and polypropylene (PP), polyamideimide resins such as polyamide and polyimide, polyvinyl chloride (PVC) resins, polyester resins, and cellulose resins. Can be mentioned. The average thickness of the separator is not particularly limited. The average thickness of the entire separator may be, for example, about 5 μm or more, typically 10 μm or more, for example, 15 μm or more, and may be about 40 μm or less, typically 30 μm or less, for example, 25 μm or less.

このセパレータは、所定の温度(典型的にはセパレータの融点T)に加熱されることで軟化または溶融し、正・負極間を絶縁しながら電荷担体の移動経路である細孔を閉塞するシャットダウン機能を備えたものであってよい。この場合、セパレータは、例えば、融点の調整が比較的容易なPP/PE/PPからなる三層シート構造を備えていてもよい。この三層シート構造のセパレータは、例えば真ん中のPEシート(シャットダウン樹脂シート)が両端のPPシートよりも低いシャットダウン温度(すなわちT)で溶融することで両端のPPシートの細孔を閉塞するように構成されていてもよい。このことにより、例えば正極または負極が所定の温度以上に自己発熱した場合にセパレータはシャットダウンし、正極および負極の短絡を防止しつつ、電荷担体の移動を阻止して正負極間の充放電反応の停止に寄与することができる。延いては、さらなる電極の自己発熱による過昇温を抑制することができる。シャットダウン樹脂シートの融点Tは、例えば、単電池2が過昇温に至らないような安全温度域に設定するとよい。本例では、後述の樹脂シートが存在することから、シャットダウン樹脂シートの融点Tは、例えば、凡そ140〜180℃とすることが例示される。 This separator is softened or melted by being heated to a predetermined temperature (typically, the melting point T S of the separator), and shuts down the pores, which are charge transfer paths, while insulating between the positive and negative electrodes. It may have a function. In this case, the separator may have, for example, a three-layer sheet structure made of PP / PE / PP whose adjustment of the melting point is relatively easy. The separator having the three-layer sheet structure is such that, for example, the middle PE sheet (shutdown resin sheet) is melted at a shutdown temperature (ie, T S ) lower than the PP sheets at both ends, thereby closing the pores of the PP sheets at both ends. It may be configured. As a result, for example, when the positive electrode or negative electrode self-heats to a predetermined temperature or higher, the separator shuts down, while preventing the short circuit between the positive electrode and the negative electrode, while preventing the charge carrier from moving, Can contribute to stopping. As a result, it is possible to suppress an excessive temperature increase due to further self-heating of the electrode. Melting point T S of the shutdown resin sheet, for example, may the unit cells 2 is set to a safe temperature range that does not lead to excessive temperature rise. In this example, since there is a resin sheet described below, the melting point T S of the shutdown resin sheet, for example, is exemplified be approximately 140 to 180 ° C..

樹脂シート4は、単電池2の長側面に当接するように、配列方向Xにおいて、単電池2と単電池2との間にそれぞれ配置されている。樹脂シート4は、通常の電池使用時には、単電池2の間のスペーサとして機能し、単電池2が過充電により発熱したときに溶融するように構成されている。樹脂シート4は、典型的には、所定の温度(典型的には樹脂シート4の融点T)に加熱されることで軟化または溶融する。樹脂シート4は、本実施形態における発熱検知機構の一部を構成する。樹脂シート4は、軟化または溶融することにより単電池2の発熱を検知するセンサ源であるといえる。樹脂シート4の素材としては、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、ポリアミド、ポリイミド等のポリアミドイミド系樹脂、ポリ塩化ビニル(PVC)系樹脂、ポリエステル系樹脂、セルロース系樹脂等が挙げられる。このような材料は、例えば、上述の公知のセパレータと共通の素材であり得る。ただし、樹脂シート4は、電池ケースの外部に配置される。したがって、樹脂シート4は、例えば常温(25℃)で後述する拘束圧によって圧縮されているときに所定の厚みを備える材料であることが好ましい。例えば、樹脂シート4は、電荷担体の移動を許容する細孔を備えていない形態であり得る。この点において、樹脂シート4は、上記セパレータとは異なる構成の部材とすることができる。樹脂シート4の平均厚みは、樹脂シート4の消失によって後述の荷重センサ6が荷重ヌケを検知できる程度であればよく、厳密には限定されない。樹脂シート4の平均厚みは、例えば、約5μm以上、典型的には10μm以上、例えば15μm以上であってよく、約40μm以下、典型的には30μm以下、例えば25μm以下とすることができる。 The resin sheet 4 is arranged between the unit cells 2 and the unit cells 2 in the arrangement direction X so as to contact the long side surfaces of the unit cells 2. The resin sheet 4 functions as a spacer between the single cells 2 when a normal battery is used, and is configured to melt when the single cells 2 generate heat due to overcharging. The resin sheet 4 is typically softened or melted by being heated to a predetermined temperature (typically, the melting point T F of the resin sheet 4). The resin sheet 4 constitutes a part of the heat generation detection mechanism in the present embodiment. It can be said that the resin sheet 4 is a sensor source that detects heat generation of the unit cell 2 by being softened or melted. Examples of the material of the resin sheet 4 include polyolefin resins such as polyethylene (PE) and polypropylene (PP), polyamideimide resins such as polyamide and polyimide, polyvinyl chloride (PVC) resins, polyester resins, and cellulose resins. Is mentioned. Such a material may be a material common to the above-described known separator, for example. However, the resin sheet 4 is disposed outside the battery case. Therefore, it is preferable that the resin sheet 4 is a material having a predetermined thickness when it is compressed by, for example, normal pressure (25 ° C.) by a restraining pressure described later. For example, the resin sheet 4 may be in a form that does not include pores that allow movement of charge carriers. In this respect, the resin sheet 4 can be a member having a configuration different from that of the separator. The average thickness of the resin sheet 4 is not particularly limited as long as the load sensor 6 described later can detect a load drop due to the disappearance of the resin sheet 4. The average thickness of the resin sheet 4 may be, for example, about 5 μm or more, typically 10 μm or more, for example, 15 μm or more, and may be about 40 μm or less, typically 30 μm or less, for example, 25 μm or less.

樹脂シート4の融点Tは、例えば、単電池2の電極体が過充電によって自己発熱し始めたと判断できる温度域に含まれるように設定される。樹脂シート4の融点Tは、例えば、樹脂シート4の素材や重合度等を調整することで制御することができる。例えば、樹脂シート4の融点Tは、組電池1が通常使用される環境温度に応じて、かかる環境温度範囲よりも高い温度に設定するとよい。例えば、組電池1を、ハイブリッド車や電気自動車等の車両の駆動用電源として使用する場合、車両のモータ付近の環境温度は一例として約90℃程度にまで高まり得る。したがって、樹脂シート4の融点Tは、一例として、かかる組電池使用環境における最大環境温度T(例えば90℃)よりも高いとよい。樹脂シート4の融点Tは、これに限定されるものではないが、微小短絡の拡大を抑制し、組電池1の安全性をより一層高めるために、上記単電池2内のセパレータの融点(シャットダウン温度)Tよりも低い温度に設定するとよい。樹脂シート4の融点Tは、例えば、T<T<Tを満たすとよい。一例として、樹脂シート4の融点Tは、凡そ90℃を超えて、140℃未満(例えば95℃以上135℃以下)とするとよい。 The melting point TF of the resin sheet 4 is set, for example, so as to be included in a temperature range in which it can be determined that the electrode body of the unit cell 2 starts to self-heat due to overcharging. The melting point TF of the resin sheet 4 can be controlled, for example, by adjusting the material, polymerization degree, and the like of the resin sheet 4. For example, the melting point TF of the resin sheet 4 may be set to a temperature higher than the environmental temperature range according to the environmental temperature at which the assembled battery 1 is normally used. For example, when the assembled battery 1 is used as a power source for driving a vehicle such as a hybrid vehicle or an electric vehicle, the environmental temperature in the vicinity of the motor of the vehicle can be increased to about 90 ° C. as an example. Therefore, as an example, the melting point T F of the resin sheet 4 may be higher than the maximum environmental temperature T M (for example, 90 ° C.) in the use environment of the assembled battery. The melting point TF of the resin sheet 4 is not limited to this, but in order to suppress the expansion of the micro short circuit and further enhance the safety of the assembled battery 1, the melting point ( may be set to a lower temperature than the shutdown temperature) T S. The melting point T F of the resin sheet 4 may satisfy, for example, T M <T F <T S. As an example, the melting point TF of the resin sheet 4 is preferably about 90 ° C. and lower than 140 ° C. (for example, 95 ° C. or more and 135 ° C. or less).

荷重センサ6は、拘束荷重の変化を検知可能に構成されている。荷重センサ6は、例えば圧力センサである。より好ましくは、荷重センサ6は、厚みが約0.05〜0.5mm(例えば0.1mm)程度のフィルム状の圧力分布測定用センサである。荷重センサ6は、複数の単電池2および樹脂シート4とともに、配列方向Xに沿って配列されている。複数の単電池2および樹脂シート4と荷重センサ6とは、互いに配列方向Xに沿って積層されてスタックを形成している。荷重センサ6は、一対のエンドプレート8a、8aの間のいずれかの位置に配置されている。一対のエンドプレート8a、8aの間であれば、荷重センサ6の位置は制限されない。換言すると、組電池1が内包する拘束加重の大きさあるいはその変化を感知できる限り、荷重センサ6の位置は制限されない。本実施形態において、荷重センサ6は、第二方向X2の端部に配置されるエンドプレート8aと単電池2との間に配置されている。   The load sensor 6 is configured to be able to detect a change in the restraint load. The load sensor 6 is a pressure sensor, for example. More preferably, the load sensor 6 is a film-shaped pressure distribution measurement sensor having a thickness of about 0.05 to 0.5 mm (for example, 0.1 mm). The load sensor 6 is arranged along the arrangement direction X together with the plurality of single cells 2 and the resin sheet 4. The plurality of single cells 2, the resin sheet 4, and the load sensor 6 are stacked together along the arrangement direction X to form a stack. The load sensor 6 is disposed at any position between the pair of end plates 8a and 8a. The position of the load sensor 6 is not limited as long as it is between the pair of end plates 8a, 8a. In other words, the position of the load sensor 6 is not limited as long as the magnitude of the restraining load contained in the assembled battery 1 or the change thereof can be sensed. In the present embodiment, the load sensor 6 is disposed between the end plate 8a disposed at the end portion in the second direction X2 and the unit cell 2.

以上の構成によると、組電池1は、通常の使用時には従来の組電池と同様に、複数の単電池による充電と放電とを繰り返し行うことができる。なお、例えば、組電池1を構成する単電池2のいずれかが、製品ばらつき等により一つだけ過充電状態に陥ったと仮定する。単電池2が過充電に陥ると、電極の表面の微小な突起等のムラがある箇所に電圧が集中し、正負極間に微小な短絡が生じて発熱を生じやすい。過充電による単電池2の自己発熱は、このような微小な短絡が起点となり、周囲のセパレータを溶融することで拡大してゆく。したがって、例えば図2に示すように、単電池2の電池ケースの上面に温度センサ9が設けられていたとしても、微小短絡に基く発熱が温度センサ9によって検知されるまでにはある程度長い時間を要する。つまり、微小短絡による発熱から、過充電の検知までに、大きなタイムラグ(発熱検知の遅延)が生じうる。このような発熱検知の遅延は、全ての単電池2に温度センサ9が設けられている組電池1においても見られるが、組電池1を構成するいずれか(典型的にはいずれか一つ)の単電池2のみに温度センサ9が備えられている場合により顕著となる。また、過充電状態にある電池は、電池ケースに膨れが生じている場合もある。膨れが生じた電池では、温度センサ9による発熱の検知がさらに遅延しうる。   According to the above configuration, the assembled battery 1 can be repeatedly charged and discharged by a plurality of single cells in the same manner as a conventional assembled battery during normal use. For example, it is assumed that any one of the single cells 2 constituting the assembled battery 1 has fallen into an overcharged state due to product variation or the like. When the unit cell 2 is overcharged, the voltage concentrates on the uneven surface such as minute protrusions on the surface of the electrode, and a minute short circuit occurs between the positive and negative electrodes, and heat is easily generated. The self-heating of the unit cell 2 due to overcharging starts from such a small short circuit and expands by melting the surrounding separator. Therefore, for example, as shown in FIG. 2, even if the temperature sensor 9 is provided on the upper surface of the battery case of the unit cell 2, a certain amount of time is required until the temperature sensor 9 detects heat generation based on the micro short circuit. Cost. In other words, a large time lag (delay of heat generation detection) can occur from the heat generation due to a short circuit to the detection of overcharge. Such a delay in detection of heat generation is also observed in the assembled battery 1 in which the temperature sensors 9 are provided in all the unit cells 2, but any one (typically any one) constituting the assembled battery 1. This is more noticeable when the temperature sensor 9 is provided only in the single battery 2. Moreover, the battery in an overcharged state may have a swollen battery case. In a battery in which swelling has occurred, detection of heat generation by the temperature sensor 9 can be further delayed.

これに対し、ここに開示される組電池1は、全ての単電池2の長側面に樹脂シート4が当接するように構成されている。また、組電池1には拘束荷重が加えられているため、単電池2と樹脂シート4とは密着している。したがって、組電池1のいずれか一つの単電池2が過充電となって微小短絡が発生したとき、この微小短絡に起因して生じた発熱は電池ケースのすぐ外側に位置する樹脂シート4に伝熱する。これにより、樹脂シート4は軟化または溶融し、塑性変形可能となる。また、組電池1にはエンドプレート8a、8a間に配列方向Xに沿って圧縮する方向に拘束荷重が印加されているため、軟化または溶融した樹脂シート4は単電池2によりスタックから周縁に押し出される。その結果、エンドプレート8a間の距離は、溶融した樹脂シート4の厚みに相当する寸法だけ減縮される。また、エンドプレート8a間の距離が縮まることにより、組電池1に内包された拘束荷重の一部は急激に開放される。荷重センサ6は、このようなエンドプレート8a、8a間の荷重の急激な変化を検知することができる。これにより、組電池1は、いずれかの単電池2が過充電により発熱したことを、早いタイミングで検知することができる。   On the other hand, the assembled battery 1 disclosed here is configured such that the resin sheet 4 contacts the long side surfaces of all the unit cells 2. In addition, since the restraint load is applied to the assembled battery 1, the unit cell 2 and the resin sheet 4 are in close contact with each other. Therefore, when any single cell 2 of the assembled battery 1 is overcharged and a micro short circuit occurs, the heat generated due to the micro short circuit is transmitted to the resin sheet 4 located just outside the battery case. heat. Thereby, the resin sheet 4 is softened or melted and can be plastically deformed. Further, since the restraint load is applied to the assembled battery 1 in the direction of compression along the arrangement direction X between the end plates 8a and 8a, the softened or melted resin sheet 4 is pushed out from the stack to the periphery by the single battery 2. It is. As a result, the distance between the end plates 8a is reduced by a dimension corresponding to the thickness of the molten resin sheet 4. Further, when the distance between the end plates 8a is shortened, a part of the restraining load contained in the assembled battery 1 is suddenly released. The load sensor 6 can detect such a rapid change in the load between the end plates 8a and 8a. Thereby, the assembled battery 1 can detect at an early timing that one of the single cells 2 generates heat due to overcharging.

なお、上記実施形態では、単電池2の間(すなわち電池ケースの外部)に設置された樹脂シート4の軟化・溶融に伴う拘束荷重のヌケを、荷重センサ6が検知していた。しかしながら、ここに開示される組電池1の構成はこれに限定されない。例えば、荷重センサ6は、単電池2の内部(すなわち電池ケースの内部)に設置されたセパレータのシャットダウン樹脂シートの軟化・溶融に伴う拘束荷重のヌケを、検知するように構成されていてもよい。上述のように、複数の単電池2は、電極体における正極、セパレータおよび負極の積層方向が配列方向Xに一致するように配列される。また、組電池1の拘束荷重は、単電池の電池特性が向上するよう、配列方向X(換言すると、積層方向)に沿って電極体を圧縮する方向に付与されている。したがって、セパレータのシャットダウン樹脂シートの軟化・溶融に伴う単電池2の配列方向Xの寸法(厚み)の減少を荷重センサ6が検知することでも、単電池2の発熱を早いタイミングで同様に検出することができる。   In the above-described embodiment, the load sensor 6 detects the missing of the restraint load accompanying the softening / melting of the resin sheet 4 installed between the single cells 2 (that is, outside the battery case). However, the configuration of the assembled battery 1 disclosed herein is not limited to this. For example, the load sensor 6 may be configured to detect the leakage of the restraint load accompanying the softening / melting of the shutdown resin sheet of the separator installed inside the unit cell 2 (that is, inside the battery case). . As described above, the plurality of single cells 2 are arranged such that the stacking direction of the positive electrode, the separator, and the negative electrode in the electrode body matches the arrangement direction X. Moreover, the restraint load of the assembled battery 1 is given in the direction which compresses an electrode body along the arrangement direction X (in other words, a lamination direction) so that the battery characteristic of a cell may improve. Therefore, even if the load sensor 6 detects a decrease in the dimension (thickness) of the unit cells 2 in the arrangement direction X due to the softening / melting of the shutdown resin sheet of the separator, the heat generation of the unit cells 2 is similarly detected at an early timing. be able to.

このようにセパレータがシャットダウン機能を備えている場合、上述の樹脂シート4に代えて、セパレータのシャットダウン樹脂シートを、荷重センサによる発熱検知に利用することができる。換言すると、セパレータのシャットダウン樹脂シートは、荷重センサ6との組み合わせによって、発熱検知機構を構成することができる。樹脂シート4とシャットダウン樹脂シートとは、いずれか一方を備えていてもよいし、両方を備えていてもよい。   When the separator has a shutdown function as described above, the shutdown resin sheet of the separator can be used for heat generation detection by the load sensor instead of the resin sheet 4 described above. In other words, the shutdown resin sheet of the separator can constitute a heat generation detection mechanism in combination with the load sensor 6. Either one or both of the resin sheet 4 and the shutdown resin sheet may be provided.

セパレータが樹脂シート4を備えずにシャットダウン樹脂シートを備える場合、このシャットダウン樹脂シートの融点は、上述の樹脂シート4についての融点と同様に、単電池2の電極体が過充電によって自己発熱し始めたと判断できる温度域に含まれるように設定するとよい。すなわち、シャットダウン樹脂シートの融点は、例えば95℃以上135℃以下の温度域に設定することができる。また、この場合のセパレータのシャットダウン樹脂シートの平均厚みは、厳密には制限されない。セパレータは電池ケース内に収容されていることや、微多孔質構造であり拘束荷重によって圧縮されていること等から、例えば、後述の荷重センサが検知可能な拘束加重のヌケを発生させ得る構成および厚みとするとよい。一例として、セパレータのシャットダウン樹脂シート(上記温度域で軟化・溶融する部分)の平均厚みは、凡そ5μm以上、典型的には6μm以上、例えば7μm以上であってよく、凡そ15μm以下、典型的には12μm以下、例えば10μm以下とすることができる。セパレータが例えば3層構造の場合、シャットダウン樹脂シートを挟む他の2枚の微多孔質シートは、より高い融点を有し、2枚の合計厚みがシャットダウン樹脂シートと同じかそれ以下となるように設定するとよい。一例として、他の微多孔質シートの厚みは、それぞれが独立して、凡そ2μm以上、典型的には3μm以上、例えば3.5μm以上であってよく、凡そ7μm以下、典型的には6μm以下、例えば5μm以下程度とすることができる。このようにシャットダウン樹脂シートの厚みを十分に厚くすることで、拘束荷重ヌケを検知しやすくなるために好ましい。   When the separator is provided with the shutdown resin sheet without including the resin sheet 4, the melting point of the shutdown resin sheet is similar to the melting point of the resin sheet 4 described above, and the electrode body of the unit cell 2 starts to self-heat due to overcharging. It should be set so that it is included in the temperature range where it can be determined that That is, the melting point of the shutdown resin sheet can be set to a temperature range of 95 ° C. or more and 135 ° C. or less, for example. Further, the average thickness of the shutdown resin sheet of the separator in this case is not strictly limited. Since the separator is housed in the battery case, is a microporous structure and is compressed by a restraint load, etc., for example, a configuration capable of generating a leakage of restraint load that can be detected by a load sensor described later and Thickness is good. As an example, the average thickness of the shutdown resin sheet of the separator (the portion that softens and melts in the above temperature range) may be about 5 μm or more, typically 6 μm or more, for example, 7 μm or more, typically about 15 μm or less, Can be 12 μm or less, for example, 10 μm or less. For example, when the separator has a three-layer structure, the other two microporous sheets sandwiching the shutdown resin sheet have a higher melting point so that the total thickness of the two sheets is equal to or less than that of the shutdown resin sheet. It is good to set. As an example, the thicknesses of the other microporous sheets are each independently about 2 μm or more, typically 3 μm or more, for example 3.5 μm or more, and about 7 μm or less, typically 6 μm or less. For example, it can be about 5 μm or less. Thus, it is preferable to make the thickness of the shutdown resin sheet sufficiently thick because it becomes easy to detect the restraint load leakage.

好適な一例において、荷重センサ6は、組電池1において拘束部材8によって電池スタックに付加される拘束荷重が、増加することで過充電を検知することができる。すなわち、過充電状態にある単電池2では、電池ケース内にて非水電解液の分解等に伴うガスが発生し、電池ケースに膨れが生じ得る。このことにより、電池スタックに付加される拘束荷重は増加し得る。荷重センサ6は、このような拘束荷重の増加から、過充電の開始を検知することができる。また、他の好適な一例において、荷重センサ6は、組電池1において拘束部材8によって電池スタックに付加される拘束荷重が、減少に転じることで単電池2の発熱を検知することができる。この現象は、拘束荷重が増加から減少に転じる場合を含んでよい。すなわち、組電池1において過充電が進行しているとき、他の圧力検知型安全機構が作動しなかったり、電池ケース内の圧力の増加よりも発熱が急激に進行したりする場合があり得る。このような場合は、上記のとおり、樹脂シート4(またはセパレータシャットダウン樹脂シート)が溶融されて、組電池1に内包された拘束荷重が抜けるため、荷重センサ6は、このような拘束荷重の減少から、発熱の開始を検知することができる。   In a preferred example, the load sensor 6 can detect overcharge when the restraint load applied to the battery stack by the restraining member 8 in the assembled battery 1 increases. That is, in the unit cell 2 in an overcharged state, gas accompanying decomposition of the non-aqueous electrolyte is generated in the battery case, and the battery case may swell. This can increase the restraining load applied to the battery stack. The load sensor 6 can detect the start of overcharge from such an increase in the restraint load. Moreover, in another suitable example, the load sensor 6 can detect the heat generation of the unit cell 2 when the restraint load applied to the battery stack by the restraint member 8 in the assembled battery 1 starts to decrease. This phenomenon may include the case where the restraint load turns from increasing to decreasing. That is, when overcharge is progressing in the assembled battery 1, other pressure detection type safety mechanisms may not operate, or heat generation may proceed more rapidly than the pressure in the battery case increases. In such a case, as described above, since the resin sheet 4 (or the separator shutdown resin sheet) is melted and the restraint load contained in the assembled battery 1 is released, the load sensor 6 reduces the restraint load. From this, the start of heat generation can be detected.

なお、組電池1が過充電を検知したとき、例えば、図示しない組電池の充放電制御装置は、当該組電池への充電を停止することができる。充放電制御装置の構成は特に制限されず、例えば、回路やプロセッサ等のハードウェアにより構成されていてもよいし、CPU(中央演算処理装置)がコンピュータプログラムを実行することにより機能的に実現されるように構成されていてもよい。このことにより、組電池1は、過充電に伴う発熱の発生から早いタイミングで、安全に、当該組電池1への充放電を停止することができる。   When the assembled battery 1 detects overcharge, for example, an unillustrated assembled battery charge / discharge control device can stop charging the assembled battery. The configuration of the charge / discharge control device is not particularly limited. For example, the charge / discharge control device may be configured by hardware such as a circuit or a processor, and is functionally realized by a CPU (Central Processing Unit) executing a computer program. You may be comprised so that. Thereby, the assembled battery 1 can stop charging / discharging to the assembled battery 1 safely at an early timing after generation of heat due to overcharge.

以下、具体的な実施例として、ここに開示される組電池を作製した。なお、本発明をかかる具体例に示すものに限定することを意図したものではない。
(実施例)
負極活物質粉末としてのカーボン粉末(C)と、バインダとしてのスチレンブタジエンゴム(SBR)と、増粘剤としてのカルボキシメチルセルロース(CMC)とを、C:SBR:CMC=98:1:1の質量比でイオン交換水と混練し、負極ペーストを調製した。このペーストを負極集電体としての銅箔の両面に塗布し、乾燥してプレス処理することにより負極活物質層を形成し、負極とした。
Hereinafter, the assembled battery disclosed here was produced as a specific example. It should be noted that the present invention is not intended to be limited to those shown in the specific examples.
(Example)
Carbon powder (C) as the negative electrode active material powder, styrene butadiene rubber (SBR) as the binder, and carboxymethyl cellulose (CMC) as the thickener, C: SBR: CMC = 98: 1: 1 mass A negative electrode paste was prepared by kneading with ion-exchanged water at a ratio. This paste was applied to both surfaces of a copper foil as a negative electrode current collector, dried and pressed to form a negative electrode active material layer, thereby forming a negative electrode.

正極活物質粉末としてのLiNi1/3Mn1/3Co1/3(LNMC)と、導電材としてのABと、バインダとしてのPVDFとを、LNMC:AB:PVDF=90:8:2の質量比でN−メチルピロリドン(NMP)と混合し、正極ペーストを調製した。このペーストを、正極集電体としてのアルミニウム箔の両面に塗布し、乾燥してプレス処理することにより正極活物質層を形成し、正極とした。 LiNi 1/3 Mn 1/3 Co 1/3 O 2 (LNMC) as a positive electrode active material powder, AB as a conductive material, and PVDF as a binder, LNMC: AB: PVDF = 90: 8: 2 A positive electrode paste was prepared by mixing with N-methylpyrrolidone (NMP) at a mass ratio of This paste was applied to both surfaces of an aluminum foil as a positive electrode current collector, dried and pressed to form a positive electrode active material layer, thereby forming a positive electrode.

用意した負極と正極とを所定の寸法に複数枚ずつ切り出し、微多孔質セパレータを介して重ね合わせ、非水電解液とともに扁平角型電池ケースに収容することで、リチウムイオン二次電池を作製した。なお、セパレータとしては、PP/PE/PPからなる三層構造の微多孔質シート(シャットダウン温度:160℃、シャットダウンPEシートの厚み:8μm、両端のPPシートの厚み:各4μm)を用いた。また、非水電解液としては、エチレンカーボネート(EC)とエチルメチルカーボネート(EMC)とジメチルカーボネート(DMC)とをEC:EMC:DMC=3:3:4の体積比で含む混合溶媒に、支持塩としてのLiPFを1mol/Lの濃度で溶解させたものを用いた。また、アルミニウム箔と銅箔は、集電部材を介して、電池ケースに備えられた外部正極端子と外部負極端子とにそれぞれ電気的に接続した。また、本例では、各電池ケースの発熱時の熱が引けにくい表面中央付近に熱電対を設置した。これにより、定格容量が20Ahで、発煙温度が190℃の評価用の単電池を15個用意した。セルの表面(パック中心)
特に熱引けの違いで温度上昇にバラツキあり
A plurality of the prepared negative electrodes and positive electrodes were cut out to a predetermined size, overlapped via a microporous separator, and accommodated in a flat rectangular battery case together with a non-aqueous electrolyte, thereby producing a lithium ion secondary battery. . As the separator, a three-layer microporous sheet (shutdown temperature: 160 ° C., shutdown PE sheet thickness: 8 μm, PP sheet thickness at both ends: 4 μm each) made of PP / PE / PP was used. In addition, as a non-aqueous electrolyte, a mixed solvent containing ethylene carbonate (EC), ethyl methyl carbonate (EMC), and dimethyl carbonate (DMC) in a volume ratio of EC: EMC: DMC = 3: 3: 4 is supported. of LiPF 6 as a salt were used as dissolved at a concentration of 1 mol / L. Further, the aluminum foil and the copper foil were electrically connected to the external positive terminal and the external negative terminal provided in the battery case, respectively, through a current collecting member. Further, in this example, a thermocouple was installed in the vicinity of the center of the surface where the heat at the time of heat generation of each battery case was difficult to draw. Thereby, 15 unit cells for evaluation having a rated capacity of 20 Ah and a smoke generation temperature of 190 ° C. were prepared. Cell surface (pack center)
In particular, there is variation in temperature rise due to heat shrinkage

次いで、発熱検知機構として、樹脂シートと、荷重センサとを用意した。本例では、用意した組電池を車両駆動用途として想定しており、この車両の組電池設置位置の環境温度の上限は、約90℃である。そこで、樹脂シートとしては、下記の表1に示すように、(1)融点が130℃のPE製シートと、(2)融点が85℃のPVC製シートと、(3)融点が180℃のPP製シートの3通り(厚みは8μm)を用意し、電池ケースの長側面に対応した形状に6枚ずつ切り出した。また、荷重センサとしては、電池ケースの長側面に対応した形状のタクタイルセンサシステム(フィルム式圧力分布測定装置)を用意した。そして、樹脂シート6枚と単電池5個とをそれぞれ互い違いに配列し、配列方向の一端にタクタイルセンサを重ねて電池スタックとし、この電池スタックを拘束機構で拘束することで例1〜3の組電池を構築した。なお、各単電池は直列に接続した。   Next, a resin sheet and a load sensor were prepared as a heat generation detection mechanism. In this example, the prepared assembled battery is assumed to be used for vehicle driving, and the upper limit of the environmental temperature at the assembled battery installation position of this vehicle is about 90 ° C. Therefore, as shown in Table 1 below, as the resin sheet, (1) a PE sheet having a melting point of 130 ° C., (2) a PVC sheet having a melting point of 85 ° C., and (3) a melting point of 180 ° C. Three types of PP sheets (thickness: 8 μm) were prepared, and six sheets were cut into shapes corresponding to the long side surfaces of the battery case. As a load sensor, a tactile sensor system (film pressure distribution measuring device) having a shape corresponding to the long side surface of the battery case was prepared. Then, six resin sheets and five unit cells are alternately arranged, a tactile sensor is stacked on one end in the arrangement direction to form a battery stack, and the battery stack is constrained by a restraining mechanism. A battery was built. Each unit cell was connected in series.

用意した組電池に対し、所定の初期充電処理を施した後、環境温度25℃の下、3C(60A)で定電流充電し、組電池に対して過充電を行った。そして、発熱検知機構がいずれかの単電池の発熱を検知した時点で、充放電制御装置が組電池への充電を停止するように構成した。そして、この発熱検知試験において、経過時間と電池温度および拘束荷重との関係を調べるとともに、発熱検知機構によって組電池の過充電を安全に停止できるかどうかを確認した。この発熱検知試験の結果を下記の表1に示した。また、例1および例3の組電池について得られた発熱検知試験の結果を図3および図4にそれぞれ示した。   The prepared assembled battery was subjected to a predetermined initial charging process, and then charged with a constant current at 3C (60 A) at an environmental temperature of 25 ° C. to overcharge the assembled battery. Then, when the heat generation detection mechanism detects the heat generation of any single cell, the charge / discharge control device is configured to stop charging the assembled battery. In the heat detection test, the relationship between the elapsed time, the battery temperature, and the restraint load was examined, and it was confirmed whether the overcharge of the assembled battery could be safely stopped by the heat detection mechanism. The results of this heat detection test are shown in Table 1 below. Moreover, the result of the heat_generation | fever detection test obtained about the assembled battery of Example 1 and Example 3 was shown in FIG. 3 and FIG. 4, respectively.

Figure 2019145453
Figure 2019145453

図3および表1に示されるように、例1の組電池では、過充電による単電池の発熱を、荷重センサによって検知して安全に過充電を停止することができた。具体的には、過充電に陥った単電池の温度が130℃(図3中のP1)となったときに単電池間に設置した樹脂シートが溶融し、組電池の拘束荷重にヌケが生じた。そしてこの荷重ヌケを組電池の荷重センサが検知するとともに、充放電制御装置が組電池への充電を停止した。その結果、電池温度は130℃を少し上回ったところで降温に転じ、そのまま室温まで冷却されて、組電池への過充電は安全に停止された。   As shown in FIG. 3 and Table 1, in the assembled battery of Example 1, the overheating could be safely stopped by detecting the heat generation of the unit cell due to the overcharging by the load sensor. Specifically, when the temperature of the unit cell that has been overcharged reaches 130 ° C. (P1 in FIG. 3), the resin sheet installed between the unit cells melts, and the binding load of the assembled battery is lost. It was. The load sensor of the assembled battery detected this load loss, and the charge / discharge control device stopped charging the assembled battery. As a result, when the battery temperature slightly exceeded 130 ° C., the temperature was lowered and the battery was cooled to room temperature as it was, and overcharging of the assembled battery was safely stopped.

これに対し、融点が85℃と低めの樹脂シートを用いた例2の組電池では、過充電に陥った単電池の温度が85℃となったときに単電池間に設置した樹脂シートが溶融し、荷重センサが組電池の拘束荷重のヌケを検知するとともに、充放電制御装置が組電池への充電を停止した。その結果、図3に示すグラフと似たような形状で、電池温度は85℃を少し上回ったところで降温に転じ、そのまま室温まで冷却されて、組電池への過充電は安全に停止された。しかしながら、本例では、組電池設置位置の環境温度の上限が約90℃であるため、発熱検知機構として融点が85℃の樹脂シートを用いると、通常の車両運転温度において組電池の環境温度が約90℃にまで昇温した際に樹脂シートが溶融してしまう。これにより、荷重センサは、通常使用環境における単電池の温度上昇を過充電による発熱として誤検知してしまう可能性がある。このことから、樹脂シートの融点は、当該組電池の通常使用における環境温度の上限よりも高い温度に設定する必要があることが確認できた。   On the other hand, in the assembled battery of Example 2 using a resin sheet having a low melting point of 85 ° C., the resin sheet installed between the single cells was melted when the temperature of the unit battery that was overcharged reached 85 ° C. In addition, the load sensor detected a missing load of the assembled battery, and the charge / discharge control device stopped charging the assembled battery. As a result, in a shape similar to the graph shown in FIG. 3, when the battery temperature slightly exceeded 85 ° C., the temperature was lowered and the battery was cooled to room temperature as it was, and overcharging to the assembled battery was safely stopped. However, in this example, since the upper limit of the environmental temperature at the assembled battery installation position is about 90 ° C., if a resin sheet having a melting point of 85 ° C. is used as the heat generation detection mechanism, the environmental temperature of the assembled battery at the normal vehicle operating temperature is When the temperature is raised to about 90 ° C., the resin sheet melts. Thereby, the load sensor may erroneously detect a temperature increase of the single cell in a normal use environment as heat generation due to overcharging. From this, it has confirmed that it was necessary to set melting | fusing point of a resin sheet to the temperature higher than the upper limit of the environmental temperature in the normal use of the said assembled battery.

一方で、融点が180℃と高い樹脂シートを用いた例3の組電池では、過充電に陥った単電池の温度が160℃(図4中のP1)となったときに、当該発熱部近くのセパレータのPE層が溶融してセパレータがシャットダウンした。そして、荷重センサは、このセパレータのシャットダウンによるセパレータの厚みの減少、換言すると電池の厚みの減少による拘束荷重のヌケを検知し、このことにより充放電制御装置が組電池への充電を停止した。しかしながら、このセパレータのシャットダウンである160℃との温度は、過充電状態にある電池温度としては高すぎであり、過充電により発熱した単電池はそのまま発熱し続け、一旦低下した拘束荷重も再び上昇することが確認された。そして単電池の温度が180℃(図4中のP2)に達したとき、単電池間に設置した樹脂シートが溶融し、この樹脂シートの溶融による拘束荷重の急激な減少が確認されたものの、電池温度と拘束荷重は上昇し続け、電池の発煙温度を超える過昇温状態(図4中のP3)となってしまうことが確認された。   On the other hand, in the assembled battery of Example 3 using a resin sheet having a high melting point of 180 ° C., when the temperature of the unit cell that was overcharged was 160 ° C. (P1 in FIG. 4), the vicinity of the heat generating portion. The PE layer of the separator was melted and the separator was shut down. The load sensor detects a decrease in the thickness of the separator due to the shutdown of the separator, in other words, a leakage of the restrained load due to a decrease in the thickness of the battery, and the charge / discharge control device stops charging the assembled battery. However, the temperature at 160 ° C., which is the shutdown of the separator, is too high for the battery temperature in the overcharged state, and the unit cell that has generated heat due to overcharging continues to generate heat, and the restrained load that once decreased increases again. Confirmed to do. And when the temperature of the unit cell reached 180 ° C. (P2 in FIG. 4), the resin sheet installed between the unit cells was melted, and it was confirmed that the restraining load suddenly decreased due to the melting of the resin sheet. It was confirmed that the battery temperature and the restraint load continued to rise, resulting in an excessive temperature rise state (P3 in FIG. 4) exceeding the smoke temperature of the battery.

このことから、タクタイルセンサ等の荷重センサは、単電池の間に設けた樹脂シートの溶融や、セパレータのシャットダウン樹脂シートの溶融に伴う拘束荷重のヌケを検知でき、複数の単電池についての発熱の有無を一つの荷重センサによって検知できることが確認できた。そしてこれらの樹脂シートやシャットダウン樹脂シートの融点を、単電池が過充電により発熱を開始したと判断できる温度領域に設定しておくこと、換言すると、過充電により発熱した単電池を安全に停止できる温度範囲に設定しておくことで、組電池を過昇温に至らせることなく、安全に充電を停止できることが確認できた。単電池が過充電により発熱を開始したと判断する温度領域は、例えば、90℃を超えて160℃未満(例えば95℃以上140℃以下)であるとよいといえる。   From this, a load sensor such as a tactile sensor can detect the melting of the resin sheet provided between the single cells and the leakage of the restraining load accompanying the melting of the shutdown shutdown resin sheet of the separator. It was confirmed that the presence or absence could be detected by one load sensor. The melting points of these resin sheets and shutdown resin sheets are set to a temperature range in which it can be determined that the unit cell has started to generate heat due to overcharge, in other words, the unit cell that has generated heat due to overcharge can be safely stopped. It was confirmed that by setting the temperature range, charging can be safely stopped without causing the assembled battery to overheat. It can be said that the temperature range in which it is determined that the unit cell starts to generate heat due to overcharging is, for example, more than 90 ° C. and less than 160 ° C. (for example, 95 ° C. or more and 140 ° C. or less).

以上、本発明を詳細に説明したが、上記実施形態および実施例は例示にすぎず、ここで開示される発明には上述の具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。例えば、具体的には図示していないが、図1における樹脂シート4は、配列された複数の単電池2および樹脂シート4の第一方向X1の端部と、第二方向X2の端部とにそれぞれ配置されていてもよい。換言すると、樹脂シート4は、エンドプレート8a、8aに隣接するように、あるいは、エンドプレート8a、8aと単電池2との間に配置されてもよい。これにより、スタックの両端部に配置される単電池が過充電に陥った場合の検出制度を高めることができる。また、複数の単電池2は、電気的に接続された状態で配列方向Xに配列されている。単電池2は、直列または並列に電気的に接続されていてもよい。複数の単電池2の間には、単電池2と、後述の樹脂シート4以外の部材(例えば、冷却板等)が介在していてもよい。   As mentioned above, although this invention was demonstrated in detail, the said embodiment and Example are only illustrations and what changed and changed the above-mentioned specific example is contained in the invention disclosed here. For example, although not specifically illustrated, the resin sheet 4 in FIG. 1 includes a plurality of arranged single cells 2 and an end portion in the first direction X1 of the resin sheet 4 and an end portion in the second direction X2. May be arranged respectively. In other words, the resin sheet 4 may be disposed adjacent to the end plates 8a and 8a or between the end plates 8a and 8a and the unit cell 2. Thereby, the detection system when the single battery arrange | positioned at the both ends of a stack falls into an overcharge can be improved. Further, the plurality of single cells 2 are arranged in the arrangement direction X in an electrically connected state. The unit cells 2 may be electrically connected in series or in parallel. Between the plurality of unit cells 2, a unit other than the unit cell 2 and a resin sheet 4 described later (for example, a cooling plate or the like) may be interposed.

1 組電池
2 単電池
4 樹脂シート
6 圧力センサ
8 拘束機構
1 assembled battery 2 single cell 4 resin sheet 6 pressure sensor 8 restraint mechanism

Claims (1)

配列方向に配列された複数の単電池と、
複数の前記単電池の間および前記単電池内部の少なくとも一方に配置された樹脂シートと、
前記単電池および前記樹脂シートの配列方向のいずれかの位置に配置された荷重センサと、
配列された前記単電池、前記樹脂シートおよび前記荷重センサに対し、前記配列方向に沿って圧縮する方向に拘束荷重を加えて拘束する拘束部材と、
を備え、
前記樹脂シートは、前記単電池が過充電により発熱したときに溶融するように構成されており、
前記荷重センサは、前記拘束荷重の変化を検知可能に構成されている、組電池。
A plurality of cells arranged in the arrangement direction;
A resin sheet disposed between at least one of the plurality of unit cells and inside the unit cell;
A load sensor disposed at any position in the arrangement direction of the unit cells and the resin sheet;
A restraint member that restrains the arrayed cells, the resin sheet, and the load sensor by applying a restraint load in a direction of compression along the array direction, and
With
The resin sheet is configured to melt when the unit cell generates heat due to overcharging,
The assembled battery is configured such that the load sensor can detect a change in the restraint load.
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2017204441A (en) * 2016-05-13 2017-11-16 トヨタ自動車株式会社 System for estimating charging rate of secondary battery

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014036006A (en) * 2012-08-10 2014-02-24 Nippon Soken Inc Lithium ion secondary battery
JP2017204441A (en) * 2016-05-13 2017-11-16 トヨタ自動車株式会社 System for estimating charging rate of secondary battery

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