JP4900454B2 - 電池装置 - Google Patents

Description

本発明は非水電解液型の二次電池本体を備えた電池装置に関する。

二次電池を充電する際には、電池電圧が過剰に高くならないように制御される。しかし、非水電解液を使用した電池、例えばリチウムイオン電池では、充電電圧を制御するだけでは、充電後に二次電池本体内の圧力が異常に上昇することがあるという問題が指摘されてきた。

その原因は、リチウムイオン電池を４．１Ｖ以上の充電状態として高温雰囲気に放置すると、正極表面で電解液が分解反応を起こし、それによってガスが発生するためであることが究明されている。このような条件は、例えばリチウムイオン電池を電源とした携帯電話を、充電状態のまま夏の車中に放置することにより成立することがある。

近年のリチウムイオン電池は、高電圧充電化が進み、しかも二次電池本体は耐圧が低いアルミニウムケースやアルミニウムラミネートフィルムを使用しているものがあるから、内圧上昇によって二次電池本体が膨らみ、最悪の場合には破裂や漏液に至るおそれもある。そこで、本発明は、過剰な内圧上昇を防止できる非水電解液型電池装置及び電池パックを提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明に係る電池装置は、非水電解液型の二次電池本体を備えて構成された電池装置において、前記二次電池本体内の圧力を検出する圧力検出手段を設け、この圧力検出手段により前記二次電池本体内の圧力が所定値以上に上昇したことを検出したときには、前記二次電池本体を放電させ、前記二次電池本体の電池電圧が前記非水電解液の分解電圧以下にまで低下したときに放電を止める構成とした。

本発明に係る電池装置は、前記二次電池本体及びこれを収容する電池ケースを備え、圧力検出手段は二次電池本体の表面に備えられ、二次電池本体が膨張することにより生じる圧力検出手段の圧縮によって、圧力検出手段が二次電池本体内の圧力を所定値以上に上昇したものと検出する構成とすることが好ましい。さらに、その二次電池本体の発電要素を収容する袋がラミネートフィルムであることが好ましい。

正極表面における電解液の分解反応は、電池温度が高くても電池電圧を電解液の分解電圧以下に低下させれば、抑えられることが判っている。従って、本発明によれば、圧力検出手段によって二次電池本体の内圧が上昇したことが検出されると、二次電池本体が放電されて電池電圧が非水電解液の分解電圧以下にされるから、電解液の分解反応が抑制されてガス発生が止まり、二次電池本体の内圧上昇が防止される。

本発明の一実施形態を示す電池パックの一部破断斜視図 その断面図 電池パック内の電気回路を示すブロック図

本発明に係る電池装置を携帯電話用の電池パックに適用した。その一実施形態について図面を参照して説明する。図１は本実施形態に係る電池パックの全体構造を分解して示すものである。これは、例えば扁平箱形をなす合成樹脂製の電池ケース１０の内部に二次電池本体２０を収容して蓋１１にて密閉した構造をなし、図示しない携帯電話に着脱自在に装着される。電池ケース１０の一方の面の端部には外部電極用窓１２から二次電池本体２０に設けた外部電極２６が覗いており、電池ケース１０が図示しない携帯電話機に装着されたときにその携帯電話機の内部回路と接続されて二次電池本体２０の充電及び放電が可能になる。

前記二次電池本体２０は、扁平な渦巻き状に巻回されている発電要素２１をプラスチックフィルム製の袋２２に収容し、その開口を密閉して製造されている。上記発電要素２１は、詳細には図示しないが、正負の両極板をセパレータを挟んで巻回して構成され、正極活物質を例えばリチウムコバルト酸化物とすると共に負極活物質をグラファイトとし、かつセパレータに含浸させた電解液としてエチレンカーボネイト、ジエチルカーボネイト及びジメチルカーボネイトを２：１：２の割合に混合した混合液に六弗化リン酸リチウムを添加したものを使用した周知の非水電解液型二次電池であるリチウムイオン電池を構成する。また、プラスチックフィルムは、アルミニウム箔をラミネートした耐圧性及び密閉性に優れたものを使用している。

この二次電池本体２０の端部からは正負一対のリード線（図示せず）が導出され、これが二次電池本体２０の端部に設けた制御回路基板２５に接続され、この制御回路基板２５に設けた安全回路等を介して外部電極２６に接続されている。

また、前記二次電池本体２０の外表面には、圧力検出手段に相当する感圧抵抗素子２７が固定されている。この感圧抵抗素子２７は、二次電池本体２０が電池ケース１０内に収容された状態で電池ケース１０の内面と二次電池本体２０の外面との間に挟まれ、二次電池本体２０が内圧上昇によって膨張すると電池ケース１０の内面に押し付けられて圧縮力を受ける。

上記制御回路基板２５に搭載された電気的構成は図３に示す通りである。二次電池本体２０の正極側のリードが外部電極２６の一方に接続され、負極側のリード線が常時はオン状態にされている制御用ＦＥＴ２８を介して他方の外部電極２６に接続されている。また、リード線間には放電抵抗２９及び放電用ＦＥＴ３０を順に連ねた放電回路３１が設けられ、その放電用ＦＥＴ３０は常時はオフ状態にあるが、これがオンすることにより二次電池本体２０を放電させることができる。そして、リード線間の電圧を供給した放電制御ＩＣ３２が設けられ、ここから感圧抵抗素子２７に電圧が印加されている。この放電制御ＩＣ３２は、常時は、放電用ＦＥＴ３０をオフ、制御用ＦＥＴ２８をオン状態としているが、感圧抵抗素子２７の抵抗値が所定値を下回ると各ＦＥＴ２８，３０を反転させ、そして二次電池本体２０のリード線間の電圧が例えば４．１Ｖにまで低下すると、各ＦＥＴ２８，３０を再び反転させて当初の状態に戻すように構成されている。

本実施形態の作用は次の通りである。携帯電話機が充電器にセットされているとき、制御ＦＥＴ２８はオン、放電用ＦＥＴ３０はオフされており、二次電池本体２０は充電器に接続された状態にある。二次電池本体２０が満充電に至ると、その電圧は４．２Ｖ程度に達するが、特に問題は生じない。ここで、万一、携帯電話機が例えば夏の車中に放置される等の高温雰囲気に晒されると、二次電池本体２０も異常な高温度となり、その結果、二次電池本体２０内の正極表面で電解液が分解反応を起こし、それによってガスが発生することがある。

すると、二次電池本体２０は密閉状態にあるから、内部圧力が高まり、二次電池本体２０は膨張傾向を呈する。すると、二次電池本体２０と電池ケース１０との間に挟まれている感圧抵抗素子２７が圧縮され、その抵抗値が低下するため、これが放電制御ＩＣ３２に検出されて放電制御ＩＣ３２は制御用ＦＥＴ２８をオフとし、かつ、放電用ＦＥＴ３０をオンとする。この結果、二次電池本体２０が充電器から切り離されると共に、放電回路３１によって放電が行われ、電池電圧は徐々に低下する。そして、電池電圧が電解液の分解電圧（この実施形態では例えば４．１Ｖ）以下に低下すると、放電制御ＩＣ３２は放電用ＦＥＴ３０をオフさせ、制御用ＦＥＴ３０をオンさせる。この結果、それ以上の電解液の分解が抑制され、内圧上昇が抑えられるから、電池パックが異常に膨張したり、甚だしくは破裂に至ったりすることを未然に防止することができる。

以上述べたように、本実施形態では二次電池本体２０の内圧が上昇すると、これを感圧抵抗素子２７が検知して電池電圧を電解液の分解電圧以下まで放電させるから、電池パックが異常に膨張したり、破裂したりすることを確実に防止することができるという効果を奏する。

本発明は上記記述及び図面によって説明した実施の形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施の形態も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。

上記実施形態では、二次電池本体２０を電池ケース１０内に保護回路等と共に収容して電池パックとして構成し、これを携帯電話機に着脱自在に装着する構成を例示したが、これに限られるものではない。例えば、二次電池本体を機器内に直接に組み込んだ組み込み構造の電池装置にも適用することができる。この場合には、機器の所要部分と二次電池本体との間に感圧抵抗素子その他の圧力検出手段を配置する構成とすればよい。

圧力検出手段としては、感圧抵抗素子に限らず、例えば機械的接点を備えた一般的なスイッチを配置し、二次電池本体のケーシングが膨張したときにそのスイッチ接点が閉じることをもって検出することができる。また、ピエゾ素子等を利用することもでき、要は、二次電池本体の圧力自体、或いはそれに基づくケーシングの変形等の他の物理量の変化を検出する構成であればよい。

１０・・・電池ケース
２０・・・二次電池本体
２５・・・制御回路基板
２７・・・感圧抵抗素子（圧力検出手段）
２８・・・制御用ＦＥＴ
２９・・・放電抵抗
３０・・・放電用ＦＥＴ
３１・・・放電回路
３２・・・放電制御ＩＣ

Claims (1)

1. 非水電解液型の二次電池本体を備えて構成された電池装置において、
   前記二次電池本体内の圧力を検出する圧力検出手段を設け、この圧力検出手段により前記二次電池本体内の圧力が所定値以上に上昇したことを検出したときには、前記二次電池本体を放電させ、前記二次電池本体の電池電圧が前記非水電解液の分解電圧以下にまで低下したときに放電を止めることを特徴とする電池装置。

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