JP4824842B2 - Battery module - Google Patents
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Description
本発明は、電池モジュールに関し、より具体的には、電池モジュールの安全性を向上させる技術に関する。 The present invention relates to a battery module, and more specifically to a technique for improving the safety of a battery module.
例えば、電気自動車やハイブリッド自動車の駆動用電源には、多数個の電池(例えば二次電池)が、直列または並列に、あるいは並列と直列とを組み合わせて接続された状態で使用されている。そして、1または複数個の電池を1単位として、それに充放電の制御回路や安全装置を付加して1つにまとめたものを電池パックもしくは電池モジュールと呼ぶ。電気自動車やハイブリッド自動車では、通常、複数個の電池モジュールを互いに電気的に接続して使用している。 For example, a large number of batteries (for example, secondary batteries) are used in a power source for driving an electric vehicle or a hybrid vehicle in a state where they are connected in series or in parallel, or a combination of parallel and series. A battery pack or a battery module is a battery pack or battery module in which one or a plurality of batteries are taken as one unit and a charge / discharge control circuit and a safety device are added to the unit. In an electric vehicle and a hybrid vehicle, a plurality of battery modules are usually used by being electrically connected to each other.
そのような電池モジュールに使用される高容量電池、特にリチウムイオン電池には、通常、防爆弁等の安全弁が備えられている。電池が異常な高温環境下に置かれた場合や過充電状態になった場合には電池内部で多量のガスが発生する。この際に、電池内圧が異常に上昇すると、ガスを外部に逃がすために安全弁が作動する。 High capacity batteries, particularly lithium ion batteries, used for such battery modules are usually provided with safety valves such as explosion-proof valves. When the battery is placed in an abnormally high temperature environment or overcharged, a large amount of gas is generated inside the battery. At this time, if the internal pressure of the battery rises abnormally, the safety valve is activated to release the gas to the outside.
安全弁が作動した電池は、それ以上の使用を中止するために、電流が遮断される。よって、安全弁の作動を検知する必要性が生じる。このため、例えば特許文献1では、安全弁の近傍に噴出ガスの温度を検知する温度センサを配置することが提案されている。特許文献2では、安全弁が作動すると同時に切断されるように、安全弁にワイヤを取り付け、そのワイヤの切断を検知して、安全弁の作動を検知することが提案されている。 The battery in which the safety valve has been activated is interrupted in order to stop further use. Therefore, it is necessary to detect the operation of the safety valve. For this reason, for example, Patent Document 1 proposes arranging a temperature sensor for detecting the temperature of the jet gas in the vicinity of the safety valve. In Patent Document 2, it is proposed that a wire is attached to the safety valve so that the safety valve is disconnected at the same time as it is operated, and the operation of the safety valve is detected by detecting the cutting of the wire.
ところが、安全弁の近傍に温度センサを配置する場合には、複数の電池のそれぞれに温度センサを設ける必要があり、コストが上昇するとともに、電池モジュールが大型化する。特に、電気自動車等の駆動用電源においては、電池の個数が100個以上に達する場合もある。そのような場合には、温度センサの数も大量になり、コストが大幅に上昇する。また、温度センサを制御回路等と接続するための配線も非常に長くなる。このため、配線へのノイズの混入による誤検知も増大する。 However, when a temperature sensor is arranged in the vicinity of the safety valve, it is necessary to provide a temperature sensor for each of the plurality of batteries, which increases costs and increases the size of the battery module. In particular, in a driving power source such as an electric vehicle, the number of batteries may reach 100 or more. In such a case, the number of temperature sensors becomes large, and the cost increases significantly. Also, the wiring for connecting the temperature sensor to the control circuit or the like is very long. For this reason, false detection due to noise mixed in the wiring also increases.
さらに、安全弁の作動の検知に温度センサを使用する方法には、検知に時間を要するという根本的な問題がある。安全弁の作動直後は噴出ガスの温度も低いために、安全弁の作動を検知するまでには時間を要する。その結果、電池に異常が発生したときに、迅速に電流を遮断することができないことも考えられる。 Furthermore, the method of using a temperature sensor for detecting the operation of the safety valve has a fundamental problem that it takes time for detection. Immediately after the operation of the safety valve, the temperature of the jet gas is low, so it takes time to detect the operation of the safety valve. As a result, it is conceivable that the current cannot be interrupted quickly when an abnormality occurs in the battery.
また、安全弁にワイヤを取り付けて、安全弁の作動を検知する方法では、電池の製造工程で個々の電池に煩雑な加工を行う必要があり、工数が増大する。その結果、電池の製造ラインを組み替える必要性も生じる。このため、コストはさらに増大する。また、この場合にも配線長が長くなることにより誤検知が増大することは、温度センサを設ける場合と同様である。 Further, in the method of attaching a wire to the safety valve and detecting the operation of the safety valve, it is necessary to perform complicated processing on each battery in the battery manufacturing process, which increases the number of steps. As a result, it is also necessary to rearrange the battery production line. This further increases the cost. Also in this case, the increase in false detection by increasing the wiring length is the same as in the case of providing a temperature sensor.
本発明は、電池モジュールを構成する電池の安全弁の作動を簡易かつ十分な精度で検知することを目的としている。 An object of this invention is to detect the operation | movement of the safety valve of the battery which comprises a battery module simply and with sufficient precision.
本発明の一局面は、互いに電気的に接続されるとともに、内圧が所定値以上になると内部ガスを外部に放出する安全弁をそれぞれ有する複数の電池と、
前記複数の電池の前記安全弁と対向する少なくとも1つの対向部材と、
前記対向部材と、前記複数の電池との間に配置され、前記安全弁の作動音を検出する少なくとも1つの音センサと、を具備する、電池モジュールに関する。
One aspect of the present invention is a plurality of batteries each having a safety valve that is electrically connected to each other and that discharges internal gas to the outside when the internal pressure becomes a predetermined value or more.
At least one facing member facing the safety valve of the plurality of batteries;
The present invention relates to a battery module that includes at least one sound sensor that is disposed between the opposing member and the plurality of batteries and detects an operation sound of the safety valve.
電池モジュールは、前記音センサの出力信号に基づいて、前記安全弁が作動したことを検知する弁作動検知部を具備する。前記音センサは、検出した音の大きさに応じた第1信号を出力する。前記弁作動検知部は、前記第1信号が基準値以上の音の大きさに対応するときに、前記安全弁が作動したものと判断する。 Cell module, based on the output signal of the sound sensor, the safety valve you provided a valve operating detector for detecting that it has operated. The sound sensor outputs a first signal corresponding to the detected sound volume. The valve operation detection unit determines that the safety valve has been operated when the first signal corresponds to a loudness greater than or equal to a reference value.
ここで、互いに電気的に接続された複数の電池は、電池集合体もしくはセル群とも称される。そして、電池集合体の少なくとも一部を覆う前記対向部材は、遮音部材として機能することが好ましい。音センサは、前記対向部材と電池集合体との間、すなわち対向部材の電池集合体側に配置される。安全弁は、例えば前記電池の内圧が所定値以上であると破断して、内部ガスを外部に放出する易破断部を含む弁機構を有する。前記音センサの出力信号に基づいて、前記安全弁(弁機構)が作動したことを検知する弁作動検知部は、所定の制御部(ECU等)に設けることができる。 Here, the plurality of batteries electrically connected to each other is also referred to as a battery assembly or a cell group. And it is preferable that the said opposing member which covers at least one part of a battery assembly functions as a sound insulation member. The sound sensor is disposed between the facing member and the battery assembly, that is, on the battery assembly side of the facing member. For example, the safety valve has a valve mechanism that includes an easily breakable portion that breaks when the internal pressure of the battery is equal to or higher than a predetermined value and discharges internal gas to the outside. A valve operation detection unit that detects that the safety valve (valve mechanism) is operated based on an output signal of the sound sensor can be provided in a predetermined control unit (ECU or the like).
本発明においては、複数の電池に対して、1つ、もしくは少数の音センサを設けるだけで、複数の電池の安全弁の作動を検知することができる。したがって、システムの複雑化及び大型化を招くことなく、十分な精度で安全弁の作動を検知することができる。 In the present invention, the operation of the safety valves of a plurality of batteries can be detected only by providing one or a small number of sound sensors for the plurality of batteries. Therefore, the operation of the safety valve can be detected with sufficient accuracy without causing the system to become complicated and large.
本発明の新規な特徴を添付の請求の範囲に記述するが、本発明は、構成及び内容の両方に関し、本発明の他の目的及び特徴と併せ、図面を照合した以下の詳細な説明によりさらによく理解されるであろう。 The novel features of the invention are set forth in the appended claims, and the invention will be further described by reference to the following detailed description in conjunction with the other objects and features of the invention, both in terms of construction and content. It will be well understood.
本発明の電池モジュールは、互いに電気的に接続されるとともに、内圧が所定値以上になると内部ガスを外部に放出する安全弁をそれぞれ有する複数の電池と、それらの電池の安全弁と間隔をあけて対向配置される少なくとも1つの対向部材と、その対向部材と電池との間に配置され、安全弁の作動音を検出する音センサと、を具備する。ここで、電池モジュールには、音センサの出力信号に基づいて、安全弁が作動したことを検知する弁作動検知部を具備させる。音センサは、検出した音の大きさに応じた第1信号を出力する。弁作動検知部は、第1信号が基準値以上の音の大きさに対応するときに、安全弁が作動したものと判断する。ただし、弁作動検知部は、音センサと連携して機能できる態様であれば、電池モジュールと一体に設置されていなくてもよく、電池モジュールが装着される負荷機器等、電池モジュールの外部に設けることもできる。 The battery module of the present invention is electrically connected to each other, and has a plurality of batteries each having a safety valve that discharges internal gas to the outside when the internal pressure becomes a predetermined value or more, and faces the safety valves of those batteries with a space therebetween. And at least one facing member disposed, and a sound sensor disposed between the facing member and the battery and detecting an operation sound of the safety valve. Here, the battery module, based on the output signal of the sound sensor, a safety valve Ru is provided with a valve operating detector for detecting that it has operated. The sound sensor outputs a first signal corresponding to the detected sound volume. The valve operation detection unit determines that the safety valve has been operated when the first signal corresponds to the loudness of the reference value or more. However, the valve operation detection unit may not be installed integrally with the battery module as long as it can function in cooperation with the sound sensor, and is provided outside the battery module, such as a load device to which the battery module is mounted. You can also.
安全弁は、電池内圧が異常に上昇したような場合に、電池内部のガスを外部に噴出するように作動する。したがって、安全弁が作動すると比較的に大きな音が発生する。よって、各電池の安全弁と対向する対向部材を、安全弁とは間隔をあけて配置するとともに、その対向部材と電池との間に音センサを配置することで、音センサにより安全弁の作動音を容易に検出することができる。よって、電池モジュールに少なくとも1つの音センサを設けるだけで、その音センサの出力信号に基づいて、複数の電池の中の少なくとも1つの電池の安全弁が作動したことを検知することが可能となる。 The safety valve operates to eject gas inside the battery to the outside when the battery internal pressure rises abnormally. Therefore, a relatively loud sound is generated when the safety valve is activated. Therefore, the opposing member that faces the safety valve of each battery is arranged at a distance from the safety valve, and the sound sensor is arranged between the opposing member and the battery, so that the operation sound of the safety valve can be easily achieved by the sound sensor Can be detected. Therefore, only by providing at least one sound sensor in the battery module, it is possible to detect that the safety valve of at least one battery among the plurality of batteries has been operated based on the output signal of the sound sensor.
ここで、音センサを、全ての電池の安全弁の比較的近傍の位置に配置し、その外側に対向部材を配置すれば、たとえ音センサの感度を低くしても、安全弁の作動音を容易に検出することができる。さらに、音センサの感度を低くすることで、外部の音が検出され難くなり、安全弁の作動を誤検知するのを防止することができる。よって、音センサと、対向部材の配置を適切なものとすることで、十分な精度で安全弁の作動を検知することが可能となる。このとき、音センサは、1つに限らず、各電池の安全弁と音センサとの距離が大きくなりすぎないように、2以上の音センサを使用することができる。 Here, if the sound sensor is arranged at a position relatively close to the safety valves of all the batteries, and the opposing member is arranged on the outside thereof, even if the sensitivity of the sound sensor is lowered, the operation sound of the safety valve can be easily obtained. Can be detected. Furthermore, by lowering the sensitivity of the sound sensor, it is difficult to detect external sounds, and it is possible to prevent erroneous detection of the operation of the safety valve. Therefore, it is possible to detect the operation of the safety valve with sufficient accuracy by appropriately arranging the sound sensor and the facing member. At this time, the number of sound sensors is not limited to one, and two or more sound sensors can be used so that the distance between the safety valve of each battery and the sound sensor does not become too large.
また、複数の電池の安全弁が全て同じ方向にガスを放出するのではなく、2以上の方向にガスを放出するように各電池が配置されているような場合には、その全ての方向に対向部材を配置するとともに、それらの対向部材と電池との間にそれぞれ音センサを配置すれば、全ての電池の安全弁の作動を十分な精度で検知するができる。 In addition, when the batteries are arranged so that the safety valves of a plurality of batteries do not release gas in the same direction but release gas in two or more directions, they face all the directions. When the members are arranged and the sound sensors are arranged between the facing members and the batteries, the operation of the safety valves of all the batteries can be detected with sufficient accuracy.
なお、複数の電池の安全弁のガスを放出する方向が2以下となるように各電池を配置するのが、音センサの数の増大を抑えるためには好ましい。これにより、コストの増大を抑えることができるとともに、配線長の増大も抑えることができる。したがって、ノイズの混入による誤検知を抑制して、高い精度で安全弁の作動を検知することができる。 In order to suppress an increase in the number of sound sensors, it is preferable to arrange each battery so that the direction in which the gas from the safety valve of the plurality of batteries is released is 2 or less. Thereby, an increase in cost can be suppressed and an increase in wiring length can also be suppressed. Therefore, it is possible to suppress the erroneous detection due to the mixing of noise and detect the operation of the safety valve with high accuracy.
ここで、対向部材は、外部の音を遮断するという観点からは、できるだけ高い遮音性を有する材料から形成するのが好ましい。これにより、検知精度が向上する。特に限定されないが、JIS−A1416に基づいて測定される500Hzの音成分の音響透過損失が、20〜40dBとなるように対向部材を形成することができる。 Here, the opposing member is preferably formed from a material having as high a sound insulating property as possible from the viewpoint of blocking external sound. Thereby, detection accuracy improves. Although it does not specifically limit, a counter member can be formed so that the sound transmission loss of the sound component of 500 Hz measured based on JIS-A1416 may be 20-40 dB.
以上のように、本発明は、少なくとも1つの音センサを使用するだけで、電池モジュールの全ての電池について、簡易かつ十分な精度で安全弁の作動を検知することができる。よって、システムの複雑化及び大型化を招くことなく、簡易かつ十分な精度で全ての電池の安全弁の作動を検知することができる。よって、コスト上昇を抑えることができる。さらに、安全弁が作動すると、その作動を、ほとんど間をおくことなく、直ちに検知することができる。よって、安全弁が作動したときに、電池の電流を遮断する等の必要な処置を迅速に行うことができる。 As described above, according to the present invention, the operation of the safety valve can be detected simply and with sufficient accuracy for all the batteries of the battery module by using only at least one sound sensor. Therefore, it is possible to detect the operation of the safety valves of all the batteries with simple and sufficient accuracy without causing the system to be complicated and large. Therefore, an increase in cost can be suppressed. Furthermore, when the safety valve is activated, the operation can be immediately detected with almost no interval. Therefore, when the safety valve is activated, necessary measures such as cutting off the battery current can be quickly performed.
なお、安全弁が、電池の発電要素を収容する金属製の電池ケース、ないしはその電池ケースの開口を封口する金属製の封口板に設けられた薄肉部(易破断部)を含む態様では、その薄肉部が金属であることにより、一般的に、安全弁の作動音は比較的大きくなる。したがって、そのような場合には、安全弁の作動を、より高い精度で検知することができる。 In an aspect in which the safety valve includes a thin battery part (easy breakable part) provided on a metal battery case that houses the power generation element of the battery or a metal sealing plate that seals the opening of the battery case, the safety valve Since the part is made of metal, generally, the operation sound of the safety valve becomes relatively loud. Therefore, in such a case, the operation of the safety valve can be detected with higher accuracy.
本発明の一形態においては、音センサは、検出した音の大きさに応じた第1信号を出力し、弁作動検知部は、第1信号が基準値以上の音の大きさに対応するときに、安全弁が作動したものと判断する。 In one form of this invention, a sound sensor outputs the 1st signal according to the detected sound volume, and a valve action detection part is when the 1st signal respond | corresponds to the sound volume more than a reference value. It is determined that the safety valve has been activated.
このような方法で安全弁の作動を検知することで、機構が複雑化するのを防止することができる。上記以外で安全弁の作動を検知する方法としては、例えば、安全弁の作動音をあらかじめ周波数解析し、その結果を記憶しておくことが考えられる。そして、電池モジュールの使用中に音センサで検出された音を周波数解析し、その結果が、上記記憶された結果と一致すれば、安全弁が作動したと判定することができる。そのような検知方法では、音センサで検出された音を周波数解析するための回路が必要となる。 By detecting the operation of the safety valve by such a method, it is possible to prevent the mechanism from becoming complicated. As a method for detecting the operation of the safety valve other than the above, for example, it is conceivable to frequency-analyze the operation sound of the safety valve in advance and store the result. The frequency of the sound detected by the sound sensor during use of the battery module is analyzed, and if the result matches the stored result, it can be determined that the safety valve has been activated. Such a detection method requires a circuit for frequency analysis of the sound detected by the sound sensor.
これに対して、音センサにより検出される音の大きさ(例えば音圧レベル)を基準値と比較することで安全弁の作動を検知する本形態では、高い処理能力を有する演算処理装置等を弁作動検知部に使用することなく、十分な精度で安全弁の作動を検知することができる。よって、コスト上昇を抑えることができる。また、処理に時間を要しないので、安全弁が作動したことを直ちに検知することができる。 On the other hand, in this embodiment in which the operation of the safety valve is detected by comparing the loudness (for example, sound pressure level) detected by the sound sensor with a reference value, an arithmetic processing unit or the like having a high processing capacity is provided as a valve. Without using the operation detector, the operation of the safety valve can be detected with sufficient accuracy. Therefore, an increase in cost can be suppressed. In addition, since processing does not take time, it can be immediately detected that the safety valve has been activated.
本発明の他の形態においては、電池モジュールの複数の電池の安全弁の少なくとも1つの作動音の周波数が、他の安全弁の作動音の周波数と異なっている。音センサは、第1信号とともに、検出した作動音の周波数に応じた第2信号を出力する。そして、弁作動検知部は、第1信号及び第2信号に基づいて、複数の電池のいずれの安全弁が作動したかを判別する。 In another embodiment of the present invention, the frequency of at least one operating sound of the safety valves of the plurality of batteries of the battery module is different from the frequency of the operating sounds of the other safety valves. The sound sensor outputs a second signal corresponding to the detected frequency of the operating sound together with the first signal. And a valve action detection part distinguishes which safety valve of a plurality of batteries acted based on the 1st signal and the 2nd signal.
例えば、複数の電池の安全弁の作動音の周波数を2種類にすれば、複数の電池を2つのグループに分けることができる。そして、音センサにより検出された作動音を周波数解析することで、どちらのグループの電池の安全弁が作動したのかを知ることができる。よって、安全弁が作動した電池を特定しやすくなる。さらに、例えば電池モジュールに含まれる全ての電池の安全弁の作動音の周波数を互いに異ならせれば、音センサにより検出された作動音を周波数解析することで、どの電池の安全弁が作動したのかを正確に知ることができる。なお、第1信号は、安全弁が作動した電池があるのか否かを判別するのに使用することができる。 For example, if the frequency of the operation sound of the safety valve of a plurality of batteries is set to two types, the plurality of batteries can be divided into two groups. Then, by analyzing the frequency of the operating sound detected by the sound sensor, it is possible to know which group of battery safety valves has been operated. Therefore, it becomes easy to specify the battery in which the safety valve is activated. Furthermore, for example, if the frequency of the operation sound of the safety valve of all the batteries included in the battery module is different from each other, the frequency of the operation sound detected by the sound sensor is analyzed to accurately determine which battery safety valve has been operated. I can know. The first signal can be used to determine whether or not there is a battery with a safety valve activated.
その結果、安全弁が作動した電池の電流だけを遮断することも可能となる。さらに、後でその電池を交換するときの作業を効率よく行うことができる。特に、電池モジュールの構造が、各電池の安全弁を外部から視認し難いような構造となっているような場合には、その効果が顕著となる。 As a result, it is possible to cut off only the current of the battery in which the safety valve is activated. Furthermore, the work for exchanging the battery later can be performed efficiently. In particular, when the structure of the battery module is such that it is difficult to visually recognize the safety valve of each battery from the outside, the effect becomes remarkable.
本発明のさらに他の形態においては、音センサは、複数の電池の安全弁のそれぞれからの距離が全て異なるように配設されている。そして、弁作動検知部は、上記第1信号に基づいて、安全弁が作動した電池を判別する。 In still another embodiment of the present invention, the sound sensors are arranged such that the distances from the safety valves of the plurality of batteries are all different. And a valve action detection part discriminate | determines the battery which the safety valve act | operated based on the said 1st signal.
上述したとおり、音センサにより検出された音が基準値以上の大きさであれば電池モジュールの少なくとも1つの電池の安全弁が作動したことが分かる。さらに、安全弁の作動音の大きさが常に一定であるような場合には、音センサの検出した作動音の大きさに基づいて、音センサと、安全弁との距離を知ることができる。よって、電池モジュールの複数の電池の中で、安全弁が作動した電池を判別することができ、上述の効果と同様の効果を達成することができる。 As described above, if the sound detected by the sound sensor is larger than the reference value, it can be understood that the safety valve of at least one battery in the battery module has been activated. Furthermore, when the magnitude of the operating sound of the safety valve is always constant, the distance between the sound sensor and the safety valve can be known based on the magnitude of the operating sound detected by the sound sensor. Therefore, the battery in which the safety valve is activated can be determined among the plurality of batteries of the battery module, and the same effect as described above can be achieved.
本発明のさらに他の形態においては、音センサは、所定距離をおいて配置される第1センサ及び第2センサを有する。そして、弁作動検知部は、第1センサ及び第2センサがそれぞれ出力する第1信号に基づいて、安全弁が作動した電池を判別する。 In still another embodiment of the present invention, the sound sensor has a first sensor and a second sensor arranged at a predetermined distance. And a valve action detection part discriminate | determines the battery which the safety valve act | operated based on the 1st signal which a 1st sensor and a 2nd sensor output, respectively.
例えば、各電池の安全弁が一列に並ぶように電池モジュールの複数の電池が配置されているような場合には、その並びの方向の異なった位置に第1センサ及び第2センサを配置する。これにより、安全弁が作動した電池の位置に応じて、第1センサ及び第2センサが検出する作動音の大きさの比が決まる。よって、安全弁の作動音の大きさが常に一定ではない場合にも、各センサが検出した作動音を比較することにより、安全弁が作動した電池を正確に特定することが可能となる。よって、上述の効果と同様の効果を達成することができる。 For example, when a plurality of batteries of the battery module are arranged so that the safety valves of the batteries are arranged in a line, the first sensor and the second sensor are arranged at different positions in the arrangement direction. Thereby, the ratio of the volume of the operation sound detected by the first sensor and the second sensor is determined according to the position of the battery where the safety valve is operated. Therefore, even when the operating sound of the safety valve is not always constant, it is possible to accurately specify the battery in which the safety valve is operated by comparing the operating sounds detected by the sensors. Therefore, the same effect as that described above can be achieved.
本発明の他の形態においては、複数の電池が2以上のグループに分けられるとともに、2以上のグループのそれぞれに対応して、音センサが少なくとも1つずつ配設される。そして、弁作動検知部は、グループ単位で安全弁の作動を検知する。 In another embodiment of the present invention, the plurality of batteries are divided into two or more groups, and at least one sound sensor is disposed corresponding to each of the two or more groups. The valve operation detection unit detects the operation of the safety valve in groups.
上述した通り、複数の電池の安全弁が2以上の方向にガスを放出するような態様では、音センサも複数個配設する必要性が生じる。そのような場合には、弁作動検知部が、グループ単位で安全弁の作動を検知するように構成する。これにより、例えば各グループを並列に接続しているような場合には、安全弁の作動が検知されたグループの電池の電流だけを遮断するような制御が可能となる。よって、安全弁の作動が検知されていないグループの電池からは、負荷機器への電力の供給が可能となり、例えば負荷機器が電気自動車であれば、所定の施設まで運転を継続させることも可能となる。 As described above, in a mode in which the safety valves of a plurality of batteries discharge gas in two or more directions, it is necessary to provide a plurality of sound sensors. In such a case, the valve operation detection unit is configured to detect the operation of the safety valve in units of groups. Thereby, for example, when each group is connected in parallel, it is possible to perform control such that only the battery current of the group in which the operation of the safety valve is detected is cut off. Therefore, it is possible to supply power to the load device from the battery of the group in which the operation of the safety valve is not detected. For example, if the load device is an electric vehicle, the operation can be continued to a predetermined facility. .
以下、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。
(実施形態1)
図1に、本発明の一実施形態に係る電池モジュールの概略構成をブロック図により示す。
電池モジュール10は、所定数(図示例では10個)の電池12から構成されるセル群14と、ECU(Electronic Control Unit:電子制御ユニット)16とを具備する。各電池12の安全弁42は、板状の対向部材18と対向している。対向部材18は遮音性の高い材料から形成するのが好ましい。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a battery module according to an embodiment of the present invention.
The
そして、各電池12の安全弁42の作動音を検出するために、所定数(図示例では1つ)の音センサ20が対向部材18と各電池12との間に配設されている。なお、音センサ20は、対向部材18と接触するように設けてもよいし、接触しないように設けてもよい。
In order to detect the operation sound of the
音センサ20には、静電型(コンデンサ)マイクロフォン、動電型マイクロフォン等を使用することができる。ECU16は、マイクロプロセッサ、またはCPU(Central Processing Unit:中央処理装置)、RAM(Random Access Memory:ランダム・アクセス・メモリ)及びROM(Read Only Memory:リードオンリーメモリ)等のメモリ、入出力装置及び通信モジュールを含む。そして、ECU16は、電池容量の算出、必要充放電量の決定、及び充放電のコントロール等の制御を行う。また、ECU16は、後で説明する弁作動検知部17を含む。音センサ20の出力信号は、弁作動検知部17に入力される。
As the
図2に、ECU及び対向部材18を取り外した状態の電池モジュールの外観を斜視図により示す。図3に、各電池12を積み重ねた状態で拘束する拘束部材の外観を斜視図により示す。電池12は、扁平角形であり、それらの厚み方向に積み重ねられることで、セル群14を構成している。セル群14の積層方向の外側には、それぞれ、一対のエンドプレート22が配置されている。
FIG. 2 is a perspective view showing the external appearance of the battery module with the ECU and the opposing
一対のエンドプレート22は、それぞれ、略長方形状であり、棒状の4本の拘束部材24により四隅が互いに連結されている。また、各エンドプレート22は、2つの長辺のそれぞれの中央位置で棒状の連結部材26により互いに連結されている。
Each of the pair of
拘束部材24の素材には、例えば、GF−PET(ガラス繊維強化ポリエチレンテレフタレート)やPC(ポリカーボネート)のような、軽量かつ高強度のエンジニアリングプラスチックを使用するのが好ましい。連結部材26には、例えば、アルマイト加工したアルミニウムを使用することができる。
For the material of the restraining
図3に示すように、拘束部材24には、軸方向に並ぶように、所定数(図示例では10個)のセル係合部24aが設けられている。各電池12は、それぞれ、4本の拘束部材24のセル係合部24aと四隅がそれぞれ係合することで、一対のエンドプレート22の間で、4本の拘束部材24により支持されている。
As shown in FIG. 3, the restraining
図4に、セル群の一部分を斜視図により示す。図4は、セル群14の中で隣り合う2つの電池12に着目したものである。
FIG. 4 is a perspective view showing a part of the cell group. FIG. 4 focuses on two
セル群14において、隣り合う2つの電池12の間には、冷却用の流体を導入するための隙間が設けられている。上記隙間には、電池12の膨張を抑制し、かつ流体流路を確保するために、波状部32を有する略長方形のスペーサ30が配置されている。波状部32の両面には、流体流路として、スペーサ30の短辺と平行で真っ直ぐな複数の溝が、スペーサ30の長辺と平行な方向に一定のピッチで設けられている。スペーサ30の各面の間で、複数の溝の位相は1/2ピッチだけずれている。スペーサ30の素材には、例えば、GF−PETやPCを使用することができる。
In the
電池12は、図示はしないが、正極、負極、およびこれらの間に介在させたセパレータ、並びに電解質で構成された発電要素を、金属製の電池ケース34に収納した二次電池である。このような二次電池としては、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池が挙げられる。ニッケル水素電池の場合、正極にオキシ水酸化ニッケル、負極に水素吸蔵合金、電解質に水酸化カリウム水溶液が用いられる。リチウムイオン電池の場合、正極にコバルト酸リチウム、負極に黒鉛などの炭素材料が用いられる。
Although not shown, the
より具体的には、電池12は、一端部に開口を有する、有底角型の電池ケース34と、その開口を封口する封口板36とを備えている。封口板36は、全体が金属(例えば、アルミニウム)から構成されており、その表面には、負極と接続された負極外部端子38及び注液口40が突設されている。電池ケース34は正極と接続されており、電池ケース34及び封口板36が正極外部端子として機能する。
More specifically, the
また、封口板36には、薄肉部を含む安全弁42が設けられている。その薄肉部は、封口板36に切り欠き状の溝を形成することで設けることができる。そのような安全弁42は、電池内圧が異常に上昇すると、薄肉部が比較的容易に破断して、電池ケース34の内部のガスを外部に放出する。そして、金属からなる薄肉部が破断するときに音を発生する。このように、図示例の電池12においては、安全弁42が金属部分を含んでいるので作動音が大きくなり、安全弁42の作動の検知精度が良好となる。
Further, the sealing
電池12の容量は、3〜100Ahとすることができる。電池12の容量がこのような範囲であれば、安全弁42の作動音がかなり大きくなるために、本発明を適用するのに好適である。より好適な電池12の容量の範囲は、5〜30Ahである。本発明は、そのような大型の二次電池に好適に適用することができる。
The capacity of the
図4に示すように、図示例のセル群14において、隣り合う2つの電池12は、安全弁42の設けられた封口板36が同じ向きとなるように配設されている。その結果、セル群14全体で、各電池12の安全弁42は同じ方向にガスを放出するように、一列に並んでいる。
As shown in FIG. 4, in the
さらに、隣り合う2つの電池12の一方の電池12(図4では、手前側の電池12)の負極外部端子38は、他方の電池12の正極外部端子(封口板36)と、導体からなる接続板44により接続されている。そして、他方の電池12の負極外部端子38は、さらに、図示はしないが、隣の電池12の正極外部端子(封口板36)と接続板44により接続されている。このようにして、セル群14の全ての電池12が直列に接続されている。
Furthermore, the negative
以上のように、全ての電池12の封口板36を同じ向きに配置することで、全ての電池12の安全弁42が同じ向きにガスを放出する。このため、1つの音センサで全ての電池の安全弁42の作動音を検出することが可能となる。
As described above, by disposing the sealing
なお、隣り合う電池12の封口板36が互いに反対側を向くように、各電池12を積み重ねることも可能である。この場合には、それぞれの方向に対向部材18を配置するとともに、各対向部材とセル群14との間に少なくとも1つずつ音センサを配置することで、全ての電池12の安全弁42の作動音を検出することができる。
It is possible to stack the
このとき、各電池12は、封口板36の向きが異なる2つのグループに分けられていると考えることができる。そして、そのような場合には、弁作動検知部17は、各グループ単位で安全弁42の作動を検知することができる。
At this time, it can be considered that the
セル群14において、電池12の積層方向の一端部の電池12は、負極外部端子38が他の電池モジュール10または図示しない負荷機器と接続され、他端部の電池12は、正極外部端子(封口板36等)が他の電池モジュール10または図示しない負荷機器と接続されている。
In the
図5に、図1の対向部材と対応する蓋板によりセル群の一端部を覆った状態を、斜視図により示す。蓋板46は、セル群14で各電池12の封口板36が並ぶ端部を覆っている。上記端部の反対側の端部は、別の蓋板48により覆われている。蓋板46は、図1の対向部材18と対応している。よって、蓋板46は、遮音性の高い材料から形成するのが好ましい。音センサ20は、例えば蓋板46の内側の面の中央部に取り付けることができる。
FIG. 5 is a perspective view showing a state in which one end portion of the cell group is covered with a cover plate corresponding to the facing member in FIG. The
次に、安全弁の作動検知について説明する。
ECU16の弁作動検知部17は、音センサ20の出力信号に基づいて、セル群14の少なくとも1つの電池12の安全弁42が作動したことを検知する。例えば、音センサ20として、検出した音の大きさに応じた信号を出力するセンサ(前述のコンデンサマイクロフォン等)を使用する。そして、弁作動検知部17は、音センサ20の出力信号から音センサ20が検出した音の大きさ(音圧レベル)Lpを求める。そして、その音の大きさLpを基準値LpRと比較する。
Next, the operation detection of the safety valve will be described.
The
このとき、音センサ20が検出した音の大きさLpが基準値LpRに達していると(Lp≧LpR)、弁作動検知部17は、セル群14の少なくとも1つの電池12の安全弁42が作動したものと判断する。このようにして、弁作動検知部17は、音センサ20の出力信号に基づいて、セル群14に属する少なくとも1つの電池12の安全弁42が作動したことを検知することができる。ここで、基準値LpRは、ECU16のメモリ(例えばROM)に格納しておくことができる。
At this time, when the volume Lp detected by the
蓋板46(対向部材18)は、例えば、JIS−A1416に基づいて測定したときの500Hzの音成分の音響透過損失が、20〜40dBであるような部材から形成することができる。 The cover plate 46 (opposing member 18) can be formed from a member whose acoustic transmission loss of a 500 Hz sound component is 20 to 40 dB when measured based on JIS-A1416, for example.
そのような材料としては、ガラス繊維や無機フィラーを含有させた樹脂等が考えられる。また、そのような樹脂は、絶縁性および耐熱性を有するとともに、高い遮音性を備えさせることができる。エンドプレート22および拘束部材24の素材もまた、外部からの音の回り込みを抑えるために、ガラス繊維や無機フィラーを含有させた樹脂等の遮音性の高い材料を使用することが好ましい。なお、蓋板46の厚みや密度を調節することで、所望の遮音性能を得ることができる。
As such a material, a glass fiber or a resin containing an inorganic filler can be considered. Moreover, such a resin has insulation and heat resistance, and can be provided with high sound insulation. It is preferable that the material of the
電池12の容量にもよるが、基準値LpRは、70〜100dBの音量に設定すればよい。より好ましくは、基準値LpRを80〜90dBの音量に設定することで、安全弁42の作動の検知精度を向上させることができる。
Although it depends on the capacity of the
ECU16は、弁作動検知部17がセル群14の少なくとも1つの電池12の安全弁42が作動したことを検知すると、当該セル群14の全ての電池12の電流を遮断するように制御する。これは、図2〜図5の電池モジュール10では、各電池12が直列に接続されているからである。加えて、電池モジュール10が例えば車載用の電池モジュールであれば、その旨を運転者に警告する処理(警告灯の点灯処理等)を行ってもよい。
When the valve
以上の構成により、電池モジュール10に少なくとも1つの音センサ20を設けるだけで、電池モジュール10に含まれる少なくとも1つの電池12の安全弁42が作動したことを検知することが可能となる。これにより、コストの上昇を抑えることができるとともに、配線が長大になることによる誤検知を防止することができる。
With the above configuration, it is possible to detect that the
なお、音センサ20が検出音の大きさ及び周波数成分に応じた信号を出力するとともに、弁作動検知部17が、音センサ20が検出する音の大きさと、音センサ20により検出される音の周波数成分とに基づいて、安全弁42の作動を検知してもよい。あるいは、音センサ20により検出される音の周波数成分だけに基づいて、安全弁42の作動を検知してもよい。
The
より具体的には、電池モジュール10で各電池12の安全弁42を作動させたときの音を、あらかじめ、高速フーリエ変換法や自己回帰型の最大エントロピー法等により周波数解析する。そして、その解析結果をECU16のメモリに格納する。
More specifically, the frequency of the sound when the
安全弁42の作動を検知するときには、音センサ20により検出された音の大きさが基準値LpR以上であるか否かと、検出された音の周波数成分が周波数解析基準値に所定程度以上当てはまるか否かを判定する。そして、検出された音の大きさが基準値LpR以上であり、かつ検出された音の周波数成分が周波数解析基準値に所定程度以上当てはまる場合に、安全弁42が作動したことを検知する。以上の構成により、安全弁42の作動の誤検知を抑制することが可能となる。または、簡易的に、音センサ20により検出された音を周波数解析した結果だけから安全弁42の作動を検知することもできる。
When detecting the operation of the
なお、本実施形態では、電池12を扁平角形であるとしたが、電池12の形状をその他の円筒型、或いは、角柱型等としても良い。その場合にも、複数の電池12の安全弁42の設けられた封口板36が同じ向きとなるように配設し、その結果、セル群14全体で、各電池12の安全弁42が同じ方向にガスを放出するように並ばせればよい。
In the present embodiment, the
(実施形態2)
次に、本発明の実施形態2を説明する。実施形態2は、実施形態1を改変したものであり、その電池モジュールの構成は、基本的には、図1〜図5により示したものと同一である。よって、図1〜図5を流用して説明する。
(Embodiment 2)
Next, Embodiment 2 of the present invention will be described. The second embodiment is a modification of the first embodiment, and the configuration of the battery module is basically the same as that shown in FIGS. Therefore, FIG. 1 to FIG.
実施形態2が実施形態1と異なるのは、セル群14の各電池12の安全弁42が、それぞれ、異なる周波数の作動音を発生することである。そして、ECU16のメモリに、セル群14の各電池12の安全弁42の作動音の周波数成分を記憶させる。弁作動検知部17は、音センサ20により検出された音が基準値LpRであるときに、その音を周波数解析し、その解析結果を上記記憶された周波数成分と比較する。
The second embodiment is different from the first embodiment in that the
そして、その解析結果が上記記憶された周波数成分のいずれかと一致すれば、その一致した電池の安全弁42が作動したと判定する。一方、その解析結果が上記記憶された周波数成分のいずれとも一致しない場合には、その音は外部の音と考えられるので、安全弁42が作動した電池12はないと判定する。これにより、各電池12の安全弁42の作動の誤検知を防止しつつ、検出音が、セル群14のいずれの電池12の安全弁42の作動音であるかを判別することが可能となる。
If the analysis result matches any of the stored frequency components, it is determined that the
その結果、例えば各電池12が並列に接続されているような場合には、その電池12の電流だけを遮断することも可能となる。さらに、後で安全弁42が作動した電池12を交換するときにも、その電池12が特定されていることから、作業を効率的に行うことができる。特に、電池モジュールの構造が、外部から各電池12の安全弁42を視認し難い構造である場合には、その効果は顕著となる。
As a result, for example, when each
(実施形態3)
次に、図6を参照して、本発明の実施形態3を説明する。実施形態3は、実施形態1を改変したものである。図1及び図5に示したように、実施形態1の電池モジュール10においては、セル群14における電池12の並びの方向の中央部に音センサ20が配置されている。これにより、音センサ20と、セル群14の端にある電池12の安全弁42とが離れすぎないようにしている。
(Embodiment 3)
Next, Embodiment 3 of the present invention will be described with reference to FIG. The third embodiment is a modification of the first embodiment. As shown in FIGS. 1 and 5, in the
これに対して、図6の電池モジュール10Aにおいては、セル群14における電池12の並びの方向の一方の端に音センサ20を配置している。このように、電池12の並びの方向の偏った位置に音センサ20を配置することで、音センサ20と、各電池12の安全弁42との距離が全て異なったものとなる。よって、電池12毎に、音センサ20により検出される安全弁42の作動音の大きさが異なる。このため、音センサ20により検出された作動音の大きさで、安全弁42が作動した電池12の位置を知ることができる。よって、安全弁42の作動した電池12を特定することができる。
On the other hand, in the
より具体的には、電池モジュール10Aで、セル群14の各電池12の安全弁42を作動させ、そのときに音センサ20により検出される音の大きさを全ての電池12についてあらかじめ計測しておく。そして、その結果をECU16のメモリに記憶させておき、音センサ20により実際に安全弁42の作動音が検出されたときに、その検出音の大きさと、メモリに記憶されたデータとを照合する。これにより、いずれの電池12で安全弁42が作動したのかを判別することができる。よって、実施形態2と同様の効果を達成することができる。このとき、基準値LpRは、音センサ20から最も遠い安全弁42の作動音をあらかじめ計測し、それをECU16のメモリに記憶させた値と等しくすることができる。
More specifically, in the
(実施形態4)
次に、図7を参照して、本発明の実施形態4を説明する。実施形態4は、実施形態1を改変したものである。図1及び図5に示したように、実施形態1の電池モジュール10においては、セル群14における電池12の並びの方向の中央部に1つの音センサ20だけが配置されている。
(Embodiment 4)
Next, Embodiment 4 of the present invention will be described with reference to FIG. The fourth embodiment is a modification of the first embodiment. As shown in FIGS. 1 and 5, in the
これに対して、図7の電池モジュール10Bにおいては、一対の音センサ20A及び20Bが、セル群14における電池12の並びの方向の両端に1つずつ配置されている。このように、複数の音センサ20A及び20Bを、所定距離をおいて配設することにより、安全弁42が作動した電池12の位置に応じて各音センサ20A及び20Bの検出音の大きさの比が決まる。よって、安全弁42が作動した電池12をより正確に特定することが可能となる。
On the other hand, in the
より具体的には、電池モジュール10Bで、セル群14の各電池12の安全弁42を作動させ、そのときに音センサ20A及び20Bにより検出される音の大きさの比を、全ての電池12についてあらかじめ算出しておく。そして、その結果をECU16のメモリに記憶させておく。
More specifically, in the
音センサ20A及び20Bにより実際に安全弁42の作動音が検出されたときに、各検出音と基準値LpRとを比較する。その結果、両方の音センサ20A及び20Bの検出音が基準値LpR以上であれば、セル群14の少なくとも1つの電池12の安全弁42が作動したと判定する。そして、各音センサ20A及び20Bの検出音の大きさの比を算出し、算出された比と、メモリに記憶されたデータとを照合する。これにより、いずれの電池12で安全弁42が作動したのかを判別することができる。また、算出された比と、メモリに記憶されたデータとが全く一致しない場合には、その音は外部の音と考えられるので、安全弁42が作動した電池12はないと判定することもできる。よって、実施形態2と同様の効果を達成することができる。
When the operation sound of the
このように、実施形態4では、複数の音センサ20A及び20Bの検出音の大きさの比に基づいて安全弁42が作動した電池12を特定するので、たとえ安全弁42の作動音の大きさが常に一定でなくとも安全弁42が作動した電池12を特定することができる。よって、正確に安全弁42が作動した電池12を判別することができる。
As described above, in the fourth embodiment, the
本発明の電池モジュールは、それに含まれる電池の安全弁の作動を簡易に検出することができる。これにより、メンテナンス等が容易となるので、電気自動車、ハイブリッド自動車用電源などの大容量かつ高出力用途として好適に用いられる。 The battery module of the present invention can easily detect the operation of the safety valve of the battery included therein. As a result, maintenance and the like are facilitated, and therefore, it is suitably used as a large-capacity and high-output application such as an electric vehicle or a hybrid vehicle power source.
本発明を現時点での好ましい実施態様に関して説明したが、そのような開示を限定的に解釈してはならない。種々の変形及び改変は、上記開示を読むことによって本発明に属する技術分野における当業者には間違いなく明らかになるであろう。したがって、添付の請求の範囲は、本発明の真の精神及び範囲から逸脱することなく、すべての変形及び改変を包含する、と解釈されるべきものである。 While this invention has been described in terms of the presently preferred embodiments, such disclosure should not be construed as limiting. Various changes and modifications will no doubt become apparent to those skilled in the art to which the present invention pertains after reading the above disclosure. Accordingly, the appended claims should be construed to include all variations and modifications without departing from the true spirit and scope of this invention.
10…電池モジュール、
12…電池、
14…セル群、
16…ECU、
17…弁作動検知部、
18…対向部材、
20、20A、20B…音センサ、
42…安全弁、
46…蓋板、
10 ... Battery module,
12 ... Battery,
14 ... cell group,
16 ... ECU,
17 ... Valve operation detection unit,
18. Opposing member,
20, 20A, 20B ... sound sensor,
42 ... Safety valve,
46 ... lid plate,
Claims (5)
前記複数の電池の前記安全弁と対向する少なくとも1つの対向部材と、
前記対向部材と、前記複数の電池との間に配置され、前記安全弁の作動音を検出する少なくとも1つの音センサと、
前記音センサの出力信号に基づいて、前記安全弁が作動したことを検知する弁作動検知部と、を具備し、
前記音センサは、検出した音の大きさに応じた第1信号を出力し、
前記弁作動検知部は、前記第1信号が基準値以上の音の大きさに対応するときに、前記安全弁が作動したものと判断する、電池モジュール。A plurality of batteries that are electrically connected to each other and each have a safety valve that discharges internal gas to the outside when the internal pressure becomes a predetermined value or more,
At least one facing member facing the safety valve of the plurality of batteries;
At least one sound sensor disposed between the opposing member and the plurality of batteries and detecting an operation sound of the safety valve;
Based on an output signal of the sound sensor, comprising a valve operation detection unit that detects that the safety valve has been operated ,
The sound sensor outputs a first signal corresponding to the detected sound volume,
The valve operation detection unit is a battery module that determines that the safety valve has been activated when the first signal corresponds to a loudness greater than or equal to a reference value .
前記音センサが、さらに、検出した音の周波数に応じた第2信号を出力し、
前記弁作動検知部は、前記第1信号及び第2信号に基づいて、前記安全弁が作動した電池を判別する、請求項1記載の電池モジュール。The frequency of at least one operating sound of the safety valve of the plurality of batteries is different from the frequency of operating sounds of the other safety valves;
The sound sensor further outputs a second signal corresponding to the detected sound frequency,
The valve actuation detection unit, based on the first and second signals, to determine the cell in which the safety valve is actuated, the battery module according to claim 1, wherein.
前記弁作動検知部は、前記第1信号に基づいて、前記安全弁が作動した電池を判別する、請求項1記載の電池モジュール。The sound sensors are arranged such that the distances from the safety valves of the plurality of batteries are all different from each other,
The valve actuation detection unit, based on the first signal, to determine the cell in which the safety valve is actuated, the battery module according to claim 1.
前記弁作動検知部は、前記第1センサ及び第2センサがそれぞれ出力する前記第1信号に基づいて、前記安全弁が作動した電池を判別する、請求項1記載の電池モジュール。The sound sensor has a first sensor and a second sensor arranged at a predetermined distance;
The valve actuation detection unit, wherein the first sensor and second sensor outputs respectively based on the first signal, to determine the cell in which the safety valve is actuated, the battery module according to claim 1.
前記2以上のグループのそれぞれと対応して、前記音センサが少なくとも1つずつ配設されており、
前記弁作動検知部は、前記グループ単位で前記安全弁の作動を検知する、請求項1〜4のいずれか1項に記載の電池モジュール。The plurality of batteries are divided into two or more groups,
Corresponding to each of the two or more groups, at least one of the sound sensors is disposed,
The battery module according to any one of claims 1 to 4 , wherein the valve operation detection unit detects the operation of the safety valve in the group unit.
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