JP5365079B2 - 検出装置および蓄電装置 - Google Patents

Description

本発明は、蓄電素子から排出されたガスを検出する検出装置と、この検出装置を備えた蓄電装置に関するものである。

従来の単電池（二次電池）では、過充電等によって、単電池の内部でガスが発生し、単電池の内圧が上昇することがある。

特許文献１に記載の二次電池では、単電池内における導通経路の一部に、電流を遮断するための遮断弁を設けている。そして、単電池の内圧が所定値に到達した場合には、遮断弁を変形させて単電池内での導通経路を遮断することにより、充電を禁止するようにしている。これにより、単電池の内圧が上昇するのを抑制するようにしている。

一方、単電池に安全弁を設け、安全弁を閉じ状態から開き状態に変化させることによって、単電池内で発生したガスを外部に排出させるようにしているものがある。ここで、特許文献２，３に記載の電池では、安全弁から排出されるガスによって導線を切断させることにより、ガスが排出されたことを検出するようにしている。また、特許文献４，５に記載の電池では、ガスの排出に応じて、電気素子の電気的な特性を変化させることにより、安全弁からガスが排出されたことを検出するようにしている。
特開平１０−３３４９４９号公報（段落００３１、図１） 特開２００５−３２２４７１号公報（段落００４９−００５０、図３） 特開平１１−１６２５２７号公報（段落００１９、図４） 特開２００７−２６５６５８号公報（段落００３１−００３４、図２−４） 特開２００５−１９７２７９号公報（段落００３７−００３９、図１，３）

特許文献１に記載の二次電池では、単電池の内圧の上昇を防止するための構造（遮断弁を含む構造）を、単電池の内部に設けているため、単電池の構造が複雑になってしまう。そして、単電池の構造が複雑になることで、単電池のコストが上昇したり、単電池が大型化したりしてしまう。しかも、単電池の内部に遮断弁を設けることにより、単電池内における抵抗が増加してしまい、単電池の出力が低下してしまう。

そこで、本発明の目的は、簡単な構成において、蓄電素子に設けられた弁からガスが排出されたことを検出することができる検出装置を提供することにある。なお、本発明は、特許文献２−５に記載の構成とは異なる構成によって、ガスの排出を検出するものである。

本発明は、複数の蓄電素子のそれぞれに設けられた弁から排出されるガスを検出するための検出装置であって、第１の導電部材と、ガスの排出に応じて変形し、第１の導電部材に対して接触状態及び非接触状態の間で変化する第２の導電部材と、各蓄電素子の弁と対向する位置に開口部を備えたプレートとを有する。ここで、開口部の側面で、第１及び第２の導電部材の両端がプレートに保持されており、かつ、この保持された箇所とは異なる開口部の側面と第１及び第２の導電部材との間にスペースが形成されている。そして、第１及び第２の導電部材は、接触状態及び非接触状態の間の変化に応じて出力を切り替える。

ここで、弁から排出されたガスの圧力によって、第２の導電部材を変形させて第１の導電部材に接触させることができる。すなわち、第１及び第２の導電部材が接触したときにのみ、導通状態となるため、ガスの発生を検出する際の消費電力を低減することができる。

第１及び第２の導電部材を、弁と対向する位置に配置することにより、弁から排出されたガスを、第１及び第２の導電部材に到達しやすくすることができ、ガスの排出を効率良く検出することができる。

ここで、第２の導電部材は、第１の導電部材の側に向かって凸となる状態と、第１の導電部材の側とは反対側に向かって凸となる状態との間で変形させることができる。すなわち、ガスの排出に応じて、第２の導電部材のうち少なくとも一部の形状を反転させることができる。これにより、第２の導電部材の形状を反転させるだけの簡単な構成において、ガスの排出を検出することができる。

複数の蓄電素子のそれぞれに第１及び第２の導電部材を設けることにより、複数の蓄電素子のうち、いずれの蓄電素子からガスが排出されたとしても、このガスの排出を検出することができる。ここで、複数の第１及び第２の導電部材を、プレートに設けているため、複数の第１及び第２の導電部材の取り扱いが容易となる。すなわち、第１及び第２の導電部材を備えたプレートを、複数の蓄電素子に対して配置するだけでよく、蓄電素子毎に、第１及び第２の導電部材を配置する場合に比べて、取り扱いが容易となる。

本発明の検出装置は、蓄電装置に備え付けることができる。具体的には、蓄電素子を収容するケースに対して、蓄電素子とともに、検出装置を配置することができる。ここで、ガスを排出させる弁は、蓄電素子に設けられた正極端子及び負極端子のうち、少なくとも一方の端子に設けることができる。

一方、上述した蓄電装置の蓄電装置の充放電を制御する場合において、本発明の検出装置によって蓄電素子の弁からガスが排出されている場合には、蓄電装置への充電を禁止することができる。これにより、蓄電装置への過充電が禁止され、蓄電素子からガスが発生するのを抑制することができる。

本発明によれば、ガスの排出に応じて、第１及び第２の導電部材を接触状態及び非接触状態の間で切り替えることにより、出力を切り替えるようにしている。これにより、出力の切り替わりに基づいて、弁からガスが排出されていることを検出することができる。しかも、本発明では、ガスの排出に応じて、第２の導電部材を変形させているだけであるため、簡単な構成において、ガスの排出を検出することができる。

以下、本発明の実施例について説明する。

本発明の実施例１である電池パック（蓄電装置）の構成について、図１を用いて説明する。ここで、図１は、本実施例の電池パックの構成を示す分解斜視図である。図１において、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸は、互いに直交する軸であり、Ｚ軸は重力方向を示す軸である。他の図面においても同様である。

本実施例の電池パックは、車両に搭載される。具体的には、電池パックは、車両のフロアパネルやフレームに固定される。この車両としては、ハイブリッド自動車や電気自動車がある。ハイブリッド自動車とは、電池パックの他に、車両の走行に用いられるエネルギを出力する、内燃機関や燃料電池といった他の動力源を備えた車である。また、電気自動車は、電池パックの出力だけを用いて走行する車である。本実施例の電池パックは、放電によって車両の走行に用いられるエネルギを出力したり、車両の制動時に発生する運動エネルギを回生電力として充電したりする。なお、車両の外部からの電力供給を受けて充電を行うこともできる。

本実施例の電池パック１は、電池モジュール１０と、パックケース２０とを有している。パックケース２０は、電池モジュール１０を収容するための空間を形成する収容部材２１と、収容部材２１の開口部２１ａを覆う蓋部材２２とを有している。蓋部材２２は、収容部材２１にネジ等の締結部材によって固定されたり、溶接によって固定されたりする。これにより、パックケース２０の内部は、密閉状態となる。

また、収容部材２１及び蓋部材２２は、熱伝導性や耐食性等に優れた材料、例えば、後述する熱交換媒体４の熱伝導率と同等又はこれよりも高い熱伝導率を有する材料で形成することができる。具体的には、収容部材２１及び蓋部材２２を、アルミニウムや鉄等といった金属で形成することができる。

ここで、パックケース２０の内部には、電池モジュール１０の他に、電池モジュール１０との間で熱交換を行うための液状の熱交換媒体４が収容されている。この熱交換媒体４は、後述するように、電池モジュール１０（単電池１１）の温度を調節するために用いられる。

熱交換媒体４は、絶縁性を有する液体であり、例えば、油や、フッ素系不活性液体を用いることができる。油としては、例えば、シリコンオイルを用いることができる。また、フッ素系不活性液体としては、例えば、フロリナート、Ｎｏｖｅｃ ＨＦＥ(hydrofluoroether)、Ｎｏｖｅｃ１２３０（スリーエム社製）を用いることができる。

なお、電池モジュール１０の表面に絶縁処理を施しておけば、熱交換媒体４として、絶縁性を有する液体を用いなくてもよい。例えば、電池モジュール１０の表面に、絶縁性を有する膜を形成しておくことができ、この場合には、水といった、絶縁性に優れていない熱交換媒体４を用いることができる。

ここで、電池モジュール１０（後述する単電池１１）は充放電によって発熱するが、単電池１１に熱交換媒体４を接触させることにより、単電池１１及び熱交換媒体４の間で熱交換が行われ、単電池１１の熱が熱交換媒体４に伝達される。熱を持った熱交換媒体４は、パックケース２０の内部で流動して、パックケース２０の内壁面に接触することにより、パックケース２０に熱を伝達することができる。そして、パックケース２０に伝達された熱は、大気中に放出される。これにより、電池モジュール１０（単電池１１）の放熱（冷却）を行うことができる。

また、単電池１１が過度に冷却された場合には、パックケース２０を温めれば、パックケース２０に伝達された熱が、熱交換媒体４を介して単電池１１に伝達され、単電池１１の温度低下を抑制することができる。このように、パックケース２０内に熱交換媒体４を収容しておくことにより、単電池１１及びパックケース２０の間における熱伝達を促進させることができる。また、パックケース２０内に、熱交換媒体４を強制的に流動させるためのファンを設けておけば、熱交換媒体４を介した熱伝達を効率良く行うことができる。

次に、電池モジュール１０の構成について説明する。

電池モジュール１０は、複数の単電池１１が電気的に直列に接続されたものである。複数の単電池１１は、パックケース２０の内部において、並列に配置されている。単電池１１としては、具体的には、蓄電素子としての二次電池を用いている。なお、二次電池の代わりに、蓄電素子としての電気二重層キャパシタ（コンデンサ）を用いることもできる。

各単電池１１は、両端側において、一対の支持プレート１２によって支持されている。これらの支持プレート１２は、ネジ等の締結部材（不図示）によって、パックケース２０（収容部材２１）に固定されている。なお、本実施例では、２つの支持プレート１２を用いているが、これらの支持プレート１２を一体として構成することもできる。また、支持プレート１２は、例えば、樹脂で形成することができる。

各単電池１１の両端には、正極端子１１ａ及び負極端子１１ｂが設けられている。各単電池１１の正極端子１１ａは、隣り合って配置された他の単電池１１の負極端子１１ｂとバスバー１３を介して電気的及び機械的に接続されている。同様に、各単電池１１の負極端子１１ｂは、隣り合って配置された他の単電池１１の正極端子１１ａとバスバー１３を介して電気的及び機械的に接続されている。すなわち、複数の単電池１１を、バスバー１３を介して電気的に直列に接続することにより、電池モジュール１０として所望の出力を得ることができる。

複数の単電池１１のうち特定の単電池１１には、正極用及び負極用の配線（不図示）が接続されており、これらの配線は、パックケース２０を貫通して、パックケース２０の外部に配置された電子機器に接続されている。電子機器としては、電力の供給を受けて動作するものであればよく、例えば、電池モジュール１０の出力（電圧値）を変換するためのＤＣ／ＤＣコンバータや、車両の走行に用いられるモータに電力を供給するためのインバータが挙げられる。

図２に示すように、単電池１１は、発電要素１１ｃと、発電要素１１ｃを収容する電池ケース１１ｄと、を有している。ここで、図２は、単電池１１の一部における内部構造を示す断面図である。なお、図２では、正極端子１１ａの周辺構造を示しているが、負極端子１１ｂの周辺構造についても同様である。

電池ケース１１ｄは、耐久性及び耐食性に優れた材料で形成することが好ましく、この材料として、具体的には、アルミ等の金属を用いることができる。また、電池ケース１１ｄの両端面には、正極端子１１ａが固定されている。ここで、正極端子１１ａ及び電池ケース１１ｄは、シール部材（不図示）を介して接続されており、単電池１１の内部を密閉状態としている。また、正極端子１１ａの一部には、安全弁１１ｅが設けられている。安全弁１１ｅの構成については、後述する。

発電要素１１ｃは、正極板、負極板及びセパレータで構成されており、公知の構成を適宜、適用することができる。本実施例では、正極板、セパレータ及び負極板を、この順序で積層し、この積層体を巻くことによって、発電要素１１ｃを構成している。そして、発電要素１１ｃの両端部には、正極端子１１ａ及び負極端子１１ｂが電気的及び機械的に接続されている。具体的には、正極端子１１ａは、発電要素１１ｃの正極板に接続され、負極端子１１ｂは、発電要素１１ｃの負極板に接続されている。

ここで、正極板としては、アルミニウム等の金属（合金を含む）で形成された集電板の表面に、活物質を含む正極層を形成したものを用いることができる。負極板としては、アルミニウム等の金属（合金を含む）で形成された集電板の表面に、活物質を含む負極層を形成したものを用いることができる。より具体的には、ニッケル水素電池では、正極層の活物質として、ニッケル酸化物を用い、負極層の活物質として、ＭｍＮｉ_{（５−ｘ−ｙ−ｚ）}Ａｌ_ｘＭｎ_ｙＣｏ_ｚ（Ｍｍ：ミッシュメタル）等の水素吸蔵合金を用いることができる。また、リチウムイオン電池では、正極層の活物質として、リチウム−遷移金属複合酸化物を用い、負極層の活物質として、カーボンを用いることができる。なお、正極層及び負極層には、活物質の他にも、導電剤等を含めることができる。

一方、安全弁１１ｅは、正極端子１１ａのうち、電池ケース１１ｄから突出した部分に形成されている。具体的には、図３に示すように、正極端子１１ａの外表面に、溝部（切り欠いたものを含む）を形成することによって、安全弁１１ｅを構成している。ここで、図３は、単電池１１を、図２の矢印Ｄ方向から見たときの図である。

正極端子１１ａに溝部（安全弁１１ｅ）を形成することにより、溝部が形成された部分において、正極端子１１ａの厚さが他の部分よりも薄くなる。ここで、過充電等によって、発電要素１１ｃからガスが発生すると、単電池１１の内圧が上昇する。そして、単電池１１の内圧が所定値、言い換えれば、安全弁１１ｅの作動圧に到達すると、安全弁１１ｅが閉じ状態から開き状態に変化する。すなわち、安全弁１１ｅが形成された部分は、単電池１１における他の部分よりも強度が低くなっているため、単電池１１の内圧が上昇することによって、安全弁１１ｅが変形することになる。

このように、安全弁１１ｅが開き状態に変化することにより、発電要素１１ｃから発生したガスを、単電池１１の外部に排出させることができる。上述した安全弁１１ｅは、閉じ状態から開き状態に不可逆的に変化する、いわゆる破壊型の弁である。安全弁１１ｅにおける溝部の大きさや深さといった寸法は、安全弁１１ｅを閉じ状態から開き状態に変化させるときの、単電池１１の内圧（設定値）に応じて、適宜設定すればよい。

本実施例では、安全弁１１ｅとして、破壊型の弁を用いているが、復帰型の弁を用いることもできる。復帰型の弁とは、単電池１１の内圧に応じて、開き状態及び閉じ状態の間で変化する弁であり、単電池１１の内圧が所定値以上であるときには、開き状態となり、単電池１１の内圧が所定値よりも低いときには、閉じ状態となる。復帰型の弁の構成としては、例えば、ガスの通過を許容する開口部を単電池１１に形成しておき、この開口部を開閉する蓋部材と、蓋部材を開口部に向けて付勢する付勢部材とを用いることができる。

本実施例では、安全弁１１ｅが、各単電池１１における正極端子１１ａ及び負極端子１１ｂに設けられている。なお、安全弁１１ｅは、単電池１１の両端に位置する端子１１ａ，１１ｂのうち、一方の端子にのみ設けることもできる。また、本実施例では、電池モジュール１０を構成するすべての単電池１１に対して、安全弁１１ｅを設けているが、これに限るものではなく、安全弁１１ｅを備えていない単電池１１が含まれていてもよい。具体的には、隣り合って配置される２つの単電池１１のうち、一方の単電池１１にのみ安全弁１１ｅを設けることができる。

次に、単電池１１から排出されたガスを検出するための検出機構（検出装置）について、図４から図７を用いて説明する。ここで、図４は、電池パック１内の一部の構成を示す概略図であり、Ｚ方向から見たときの図である。また、図５は、電池パック１内の一部の構成を示す概略図であり、Ｙ方向から見たときの図である。さらに、図６及び図７は、ガスの排出を検出するための構成を示す断面図である。

図４に示すように、各単電池１１における端子１１ａ，１１ｂと向かい合う位置には、単電池１１から排出されたガスを検出するための検出プレート３０が配置されている。ここで、単電池１１の端子１１ａ，１１ｂは、支持プレート１２を貫通しており、支持プレート１２及び検出プレート３０の間に形成されたスペースに、端子１１ａ，１１ｂが位置している。

検出プレート３０は、図４に示すように、単電池１１の端子１１ａ，１１ｂに対して所定の間隔を空けた状態で配置されており、パックケース２０又は支持プレート１２に固定することができる。また、検出プレート３０は、図５に示すように複数の開口部３１を有している。各開口部３１は、各単電池１１の端子１１ａ，１１ｂとＹ方向で向かい合う位置に設けられている。開口部３１には、ガス検出素子３２が配置されている。ガス検出素子３２には、第１及び第２の配線３３ａ，３３ｂが接続されている。これらの配線３３ａ，３３ｂは、後述するコントローラ（図９参照）に接続されている。

ガス検出素子３２は、図６に示すように、第１の導電部材３２ａ及び第２の導電部材３２ｂを有している。ここで、図６は、検出プレート３０の断面図であり、具体的には、図５のＡ−Ａ断面図である。第１及び第２の導電部材３２ａ，３２ｂは、導電性を有する材料によって形成されており、この材料としては、例えば、銅を用いることができる。第１の導電部材３２ａには、第１の配線３３ａが電気的及び機械的に接続されている。また、第２の導電部材３２ｂには、第２の配線３３ｂが電気的及び機械的に接続されている。

第２の導電部材３２ｂは、第１の導電部材３２ａの側とは反対側に向かって凸となる曲面部３２ｂ１を有している。すなわち、曲面部３２ｂ１は、単電池１１の端子１１ａ，１１ｂに向かって凸となる形状に形成されている。

図６に示す状態は、単電池１１からガスが排出されていない状態であり、第１の導電部材３２ａ及び第２の導電部材３２ｂは接触していない。すなわち、第１及び第２の導電部材３２ａ，３２ｂは、非導通状態となっており、ガス検出素子３２は、オフとなっている。

ここで、充放電等によって単電池１１の発電要素１１ｃからガスが発生し、単電池１１の内圧が上昇すると、安全弁１１ｅが閉じ状態から開き状態に変化する。これにより、発電要素１１ｃから発生したガスは、安全弁１１ｅを介して、単電池１１の外部に排出される。本実施例では、端子１１ａ，１１ｂに設けられた安全弁１１ｅと対向する位置に、ガス検出素子３２を配置している。これにより、安全弁１１ｅから排出されたガスは、ガス検出素子３２に接触する。

図７に示すように、安全弁１１ｅから排出されたガスは、ガス検出素子３２における第２の導電部材３２ｂに接触し、第２の導電部材３２ｂは、ガスの圧力によって変形する。ここで、安全弁１１ｅからガスが排出されていない状態では、図７（Ａ）に示すように、第２の導電部材３２ｂの曲面部３２ｂ１は、安全弁１１ｅが位置する方向に向かって凸となる形状を有している。一方、安全弁１１ｅからガスが排出されると、第２の導電部材３２ｂの曲面部３２ｂ１は、第１の導電部材３２ａの側に向かって凸となる形状となる。すなわち、曲面部３２ｂ１は、安全弁１１ｅからのガスの圧力を受けて反転する。

これにより、図７（Ｂ）に示すように、曲面部３２ｂ１は第１の導電部材３２ａに接触し、第１及び第２の導電部材３２ａ，３２ｂは、導通状態となる。すなわち、ガス検出素子３２は、オフからオンに切り替わる。

ここで、第２の導電部材３２ｂの厚さや、曲面部３２ｂ１の曲率は、適宜設定することができる。すなわち、安全弁１１ｅからガスが排出された際に、このガスの圧力を受けて曲面部３２ｂ１が反転できればよく、この点を考慮して第２の導電部材３２ｂの厚さや曲面部３２ｂ１の曲率を設定することができる。また、安全弁１１ｅの構成を適宜変更することにより、安全弁１１ｅから排出されるガスの圧力を調節することができる。

さらに、検出プレート３０と単電池１１の端子１１ａ，１１ｂとの間隔は、ガスの圧力を受けて曲面部３２ｂ１を反転させる点を考慮して適宜設定することができる。ここで、単電池１１の端子１１ａ，１１ｂから検出プレート３０を離しすぎると、安全弁１１ｅから排出されたガスによって曲面部３２ｂ１を変形させ難くなってしまうとともに、電池パック１が大型化してしまう。一方、検出プレート３０を、単電池１１の端子１１ａ，１１ｂに近づけすぎると、第２の導電部材３２ｂが端子１１ａ，１１ｂに接触してしまうおそれがある。そこで、上述した点を踏まえて、検出プレート３０を配置することが好ましい。

また、本実施例では、第２の導電部材３２ｂに曲面部３２ｂ１を設けているが、これに限るものではない。すなわち、安全弁１１ｅからのガスの圧力によって、第２の導電部材３２ｂのうち少なくとも一部の形状を反転させることができればよく、第２の導電部材３２ｂの形状は、適宜設定することができる。具体的には、第２の導電部材３２ｂを、図８に示すように構成することができる。図８に示す構成では、第２の導電部材３２ｂを曲げ形成することにより、複数の平坦面（傾斜面）で凸部３２ｂ２を形成している。

次に、本実施例の電池パック１を備えた車両における一部の回路構成について、図９を用いて説明する。

電池パック１（電池モジュール１０）は、システムリレー１０１ａ，１０１ｂを介してインバータ１０２に接続されており、システムリレー１０１ａ，１０１ｂがオンである場合に、インバータ１０２に対して所定の電力を供給する。ここで、電池パック１及びインバータ１０２の間に、ＤＣ／ＤＣコンバータを配置することもできる。これにより、電池パック１の電圧を昇圧した状態で、インバータ１０２に供給することができる。

インバータ１０２は、モータ１０３に電気的に接続されており、電池パック１からの出力を用いて、モータ１０３を駆動する。これにより、本実施例の車両は、走行モータ１０３の駆動力を用いて走行することができる。一方、車両の制動時に発生する運動エネルギを、モータ１０３を用いて回生電力に変換し、この電力を電池パック１に充電することができる。

コントローラ９０は、システムリレー１０１ａ，１０１ｂに対して制御信号を出力することにより、システムリレー１０１ａ，１０１ｂをオン及びオフの間で切り替える。また、コントローラ９０は、ガス検出素子３２の出力に基づいて、電池モジュール１０における単電池１１からガスが排出されているか否かを判別する。ここで、電池モジュール１０を構成する複数の単電池１１のうち、少なくとも１つの単電池１１からガスが排出された場合には、上述したように、ガス検出素子３２がオフからオンに切り替わる。コントローラ９０は、ガス検出素子３２のオフからオンへの切り替わりを受けて、単電池１１からガスが排出されていることを判別する。また、ガス検出素子３２がオフのままである場合には、コントローラ９０は、単電池１１からガスが排出されていないと判別する。

単電池１１からガスが排出されている場合には、コントローラ９０は、システムリレー１０１ａ，１０１ｂに対して制御信号を出力することにより、システムリレー１０１ａ，１０１ｂをオンからオフに切り換える。これにより、電池パック１及びインバータ１０２の間における電気的な接続は、遮断されることになる。具体的には、電池パック１の充電を禁止することができる。

本実施例によれば、パックケース２０内に、ガス検出素子３２を備えた検出プレート３０を配置するだけで、単電池１１からガスが排出されたか否かを検出することができる。ここで、特許文献１に記載の二次電池のように、単電池の内圧の上昇を防止するための構造を単電池内に設けた場合には、単電池がコストアップとなってしまう。しかも、上記構造によって、単電池の内部における抵抗が高くなってしまい、単電池の出力が低下してしまう。言い換えれば、単電池のエネルギ密度や出力密度が低下してしまう。

一方、本実施例では、単電池１１の構成を変更することなく、パックケース２０内に検出プレート３０を配置するだけであるため、単電池１１のコストアップを防止できるとともに、単電池１１の内部における抵抗が高くなってしまうこともない。

また、複数の単電池１１に対応して設けられるガス検出素子３２は、１つの検出プレート３０に設けられているため、ガスの排出を検出するための構造を単電池１１毎に設ける必要がない。すなわち、複数のガス検出素子３２を備えた検出プレート３０を用意しておき、この検出プレート３０をパックケース２０内に収容させるだけでよい。

さらに、本実施例では、単電池１１からのガスの排出に応じて、第２の導電部材３２ｂを変形させるだけであるため、簡単な構成においてガスの排出を検出することができる。

なお、本実施例では、検出プレート３０を貫通する開口部３１を形成しているが、検出プレート３０を貫通させなくてもよい。具体的には、検出プレート３０に凹部を形成しておき、この凹部の底面に第１の導電部材３２ａを配置するとともに、凹部内に第２の導電部材３２ｂを配置する。このような構成であっても、単電池１１からガスが排出されたことに応じて、第２の導電部材３２ｂを変形させることができ、ガスの排出を検出することができる。

また、本実施例では、パックケース２０の内部に、液体としての熱交換媒体４を収容しているが、これに限るものではない。すなわち、気体としての熱交換媒体を、パックケース２０内に収容させておくこともできる。例えば、パックケース２０内を空気で満たしておくこともできる。また、車両の室内に存在する空気を、吸気ダクトを介してパックケース２０内に供給することもできる。この場合には、電池モジュール１０との間で熱交換が行われた空気を、排気ダクトを介してパックケース２０の外部に排出させることになる。

さらに、本実施例では、単電池１１の端子１１ａ，１１ｂに安全弁１１ｅを設けているが、これに限るものではない。すなわち、安全弁１１ｅを設ける位置は適宜設定することができる。具体的には、電池ケース１１ｄの外周面に安全弁１１ｅを設けることができる。この場合には、安全弁１１ｅと対向する位置にガス検出素子３２を位置させればよい。

また、本実施例では、安全弁１１ｅと対向する位置にガス検出素子３２を配置しているが、安全弁１１ｅと対向する位置からずれた位置にガス検出素子３２を配置することもできる。この場合には、安全弁１１ｅから排出されたガスが、ガス検出素子３２とは異なる方向に向かうことになるが、パックケース２０の内圧が上昇することによって、第２の導電部材３２ｂの曲面部３２ｂ１を変形させることができる。特に、上述したように、検出プレート３０に凹部を形成し、この凹部内にガス検出素子３２を配置した構成では、ガスの排出に伴って上昇する圧力（パックケース２０の内圧）を、第２の導電部材３２に作用させやすくすることができる。これにより、安全弁１１ｅからガスが排出されたことを検出することができる。

また、本実施例の電池パック１において、単電池１１から排出されたガスをパックケース２０の外部に排出させるための弁を、パックケース２０に設けることができる。この弁としては、上述した安全弁１１ｅと同様に、破壊型の弁を用いたり、復帰型の弁を用いたりすることができる。これにより、パックケース２０の内圧が上昇しすぎてしまうのを抑制することができる。

次に、本発明の実施例２である電池パックについて、図１０及び図１１を用いて説明する。ここで、図１０は、本実施例におけるガス検出素子の構成を示す正面図である。また、図１１は、本実施例におけるガス検出素子の断面図であり、図７に対応した図である。なお、実施例１と同一の機能を有する部材については、同一符号を用いている。以下、実施例１と異なる点について、主に説明する。

実施例１におけるガス検出素子３２では、安全弁１１ｅからガスが排出されていない状態で、第１及び第２の導電部材３２ａ，３２ｂを非接触状態とし、安全弁１１ｅからガスが排出されたことに応じて、第１及び第２の導電部材３２ａ，３２ｂを接触状態としている。一方、本実施例では、安全弁１１ｅからガスが排出される前の状態において、第１及び第２の導電部材３２ａ，３２ｂを接触状態としておき、安全弁１１ｅからガスが排出されたときに、第１及び第２の導電部材３２ａ，３２ｂを非接触状態とすることものである。すなわち、ガス検出素子３２を、オンからオフに切り替えるようにすることで、ガスの排出を検出するようにしている。

本実施例において、検出プレート３０の開口部３１には、ガス検出素子３２が配置されている。ガス検出素子３２は、実施例１と同様に、平板状に形成された第１の導電部材３２ａと、曲面部３２ｂ１を備えた第２の導電部材３２ｂと、を有している。本実施例では、第１及び第２の導電部材３２ａ，３２ｂのうち、第１の導電部材３２ａが単電池１１の安全弁１１ｅの側に配置されている。そして、図１０に示すように、第２の導電部材３２ｂの幅（図１０の上下方向の長さ）は、第１の導電部材３２ａの幅よりも広くなっている。

本実施例では、安全弁１１ｅからガスが排出された際に、第２の導電部材３２ｂのうち、第１の導電部材３２ａと重ならない領域に対して、ガスが接触することになる。すなわち、本実施例では、安全弁１１ｅから排出されたガスを、開口部３１及び第１の導電部材３２ａの間に形成されたスペースを通過させて、第２の導電部材３２ｂに接触させている。そして、ガスの圧力によって、第２の導電部材３２ｂの曲面部３２ｂ１を変形させるようにしている。

ここで、安全弁１１ｅからガスが排出されていない状態において、第１及び第２の導電部材３２ａ，３２ｂは、図１１（Ａ）に示す状態となっている。一方、安全弁１１ｅからガスが排出されると、このガスの圧力が第２の導電部材３２ｂの曲面部３２ｂ１に作用することにより、曲面部３２ｂ１が変形する。すなわち、曲面部３２ｂ１は、第１の導電部材３２ａの側に向かって凸となる状態から、第１の導電部材３２ａの側とは反対側に向かって凸となる状態に反転する。これにより、ガス検出素子３２は、導通状態（オン）から非導通状態（オフ）に切り替わる。

本実施例においても、実施例１と同様の効果を得ることができる。すなわち、ガス検出素子３２を備えた検出プレート３０を、パックケース２０内に配置するだけで、安全弁１１ｅからのガスの排出を検出することができる。

なお、本実施例の構成では、単電池１１からガスが排出されるまでの間、ガス検出素子３２を導通状態としておかなければならない。一方、実施例１の構成では、第２の導電部材３２ｂが第１の導電部材３２ａに接触したときに電流が流れるようになっているため、ガスを検出する際の消費電力を低減することができる。

次に、本発明の実施例３である電池パックについて、図１２を用いて説明する。ここで、図１２は、本実施例におけるガス検出素子の構成を示す断面図であり、図７に対応する図である。なお、実施例１で説明した部材と同一の機能を有する部材については、同一符号を用いている。以下、実施例１と異なる点について、主に説明する。

本実施例では、第２の導電部材３２ｂの基端部が、検出プレート３０の開口部３１に固定されているとともに、第２の導電部材３２ｂの先端部３２ｂ３が、開口部３１に対して移動できるようになっている。また、第２の導電部材３２ｂは、実施例１と同様に、第１の導電部材３２ａよりも、単電池１１の端子１１ａ，１１ｂの側に配置されている。

ここで、安全弁１１ｅからガスが排出されていない状態において、第１及び第２の導電部材３２ａ，３２ｂは、図１２（Ａ）に示す状態となっている。一方、安全弁１１ｅからガスが排出されると、このガスの圧力が第２の導電部材３２ｂの先端部３２ｂ３に作用することにより、第２の導電部材３２ｂが変形して、先端部３２ｂ３は、第１の導電部材３２ａと接触する。これにより、ガス検出素子３２は、非導通状態（オフ）から導通状態（オン）に切り替わる。そして、ガス検出素子３２のオフからオンへの切り替わりを受けて、単電池１１からガスが排出されていることを検出することができる。

本実施例では、第１の導電部材３２ａとの接触面積を確保するために、第２の導電部材３２ｂの先端部３２ｂ３を曲げ形成している。本実施例においても、実施例１と同様の効果を得ることができる。すなわち、ガス検出素子３２を備えた検出プレート３０を、パックケース２０内に配置するだけで、安全弁１１ｅからのガスの排出を検出することができる。

なお、本実施例では、安全弁１１ｅから排出されるガスの圧力が低下すると、第２の導電部材３２ｂが元の状態、言い換えれば、ガスが排出される前の状態に戻ってしまうことがある。そこで、第２の導電部材３２ｂが元の状態に戻ってしまうのを阻止するために、図１３に示すように、開口部３１の壁面に突状のストッパ３１ａを設けることができる。

ストッパ３１ａは、傾斜面で構成されたガイド面３１ａ１と、第２の導電部材３２ｂの先端部３２ｂ３と当接して、先端部３２ｂ３の移動を阻止する保持面３１ａ２と、を有している。図１３に示す構成では、第２の導電部材３２ｂの先端部３２ｂ３が安全弁１１ｅから排出されたガスによって移動するとき、先端部３２ｂ３は、ストッパ３１ａのガイド面３１ａ１に沿って移動する。そして、先端部３２ｂ３は、保持面３１ａ２及び第１の導電部材３２ａの間に形成されたスペースに進入する。

これにより、第２の導電部材３２ｂの先端部３２ｂ３は、第１の導電部材３２ａに接触する。ここで、安全弁１１ｅから排出されるガスの量が低下しても、先端部３２ｂ３は、ストッパ３１ａの保持面３１ａ２によって、第１の導電部材３２ａに接触したままの状態に保持される。なお、第２の導電部材３２ｂの先端部３２ｂ３が第１の導電部材３２ａに接触したタイミングにおいて、実施例１で説明したように、電池パック１への充電を禁止させるようにすれば、第２の導電部材３２ｂが元の状態に戻ってもよい。この場合には、上述したストッパ３１ａを設けなくてもよい。

次に、本発明の実施例４である電池パックについて、図１４及び図１５を用いて説明する。ここで、図１４は、本実施例における単電池の外観斜視図であり、図１５は、本実施例におけるガス検出機構の一部の構成を示す図である。なお、実施例１で説明した部材と同一の機能を有する部材について、同一符号を用いている。以下、実施例１と異なる点について、主に説明する。

実施例１では、円筒型の単電池１１を用いているが、本実施例では、図１４に示すように、角形の単電池１１を用いている。単電池１１は、電池ケース１１ｄと、電池ケース１１ｄの内部に収容された発電要素１１ｃと、を有している。電池ケース１１ｄの上面には、発電要素１１ｃと接続された正極端子１１ａ及び負極端子１１ｂが設けられている。また、正極端子１１ａ及び負極端子１１ｂの間には、発電要素１１ｃから発生したガスを電池ケース１１ｄの外部に排出させるための安全弁１１ｅが設けられている。安全弁１１ｅとしては、破壊型又は復帰型の弁を用いることができる。

本実施例において、上述した単電池１１は、図１５に示すように、一方向に並んで配置される。そして、単電池１１の正極端子１１ａは、隣り合う他の単電池１１における負極端子１１ｂとバスバー１３を介して電気的及び機械的に接続されている。また、単電池１１の負極端子１１ｂは、隣り合う他の単電池１１における正極端子１１ａとバスバー１３を介して電気的及び機械的に接続されている。ここで、隣り合う単電池１１の間には、熱交換媒体４の通過を許容するスペースを形成するためのスペーサ４０が配置されている。

安全弁１１ｅの上部には、図１５に示すように、検出プレート３０が配置されている。検出プレート３０は、単電池１１の安全弁１１ｅと対向する位置において、開口部３１を有しており、開口部３１内にはガス検出素子３２が配置されている。ガス検出素子３２の構成としては、上述した実施例１〜３で説明した構成を用いることができる。そして、ガス検出素子３２（第１及び第２の導電部材３２ａ，３２ｂ）には、第１及び第２の配線３３ａ，３３ｂが接続されている。

図１４に示す構成の単電池１１を用いた場合であっても、ガス検出素子３２を備えた検出プレート３０を用いることにより、安全弁１１ｅから排出されるガスを検出することができる。また、正極端子１１ａ及び負極端子１１ｂの間に安全弁１１ｅを設け、正極端子１１ａ及び負極端子１１ｂの間に形成されたスペース（デッドスペース）に検出プレート３０を配置することにより、電池パック１の大型化を抑制することができる。

なお、本実施例では、正極端子１１ａ及び負極端子１１ｂの間に安全弁１１ｅを設けているが、電池ケース１１ｄのうち、いかなる位置に安全弁１１ｅを設けてもよい。この場合には、安全弁１１ｅと対向する位置に検出プレート３０を配置すればよい。

また、図１５に示す構成において、各単電池１１の安全弁１１ｅに対して、安全弁１１ｅから排出されるガスを電池パック１の外部に排出させるための排気ダクトを接続することができる。これにより、安全弁１１ｅから排出されるガスによって、電池パック１の内圧が過度に上昇してしまうのを抑制することができる。上述した構成では、排気ダクトの内部に、検出プレート３０を配置することができる。

本発明の実施例１である電池パックの外観斜視図である。 実施例１において、単電池の内部構造を示す断面図である。 実施例１において、図２の矢印Ｄ方向から単電池を見たときの図である。 実施例１において、ガスを検出する機構を示す上面図である。 実施例１において、ガスを検出する機構を示す側面図である。 実施例１における検出プレートの一部の構成を断面図である。 実施例１におけるガス検出素子の動作を説明する図（Ａ，Ｂ）である。 実施例１の変形例であるガス検出素子の構成を示す図である。 実施例１である電池パックを備えた車両における一部の回路構成を示す図である。 本発明の実施例２におけるガス検出素子の構成を示す図である。 実施例２におけるガス検出素子の動作を説明する図（Ａ，Ｂ）である。 本発明の実施例３におけるガス検出素子の動作を説明する図（Ａ，Ｂ）である。 実施例３の変形例であるガス検出素子の構成を示す図である。 本発明の実施例４における単電池の構成を示す外観斜視図である。 実施例４において、ガスを検出する機構を示す上面図である。

符号の説明

１：電池パック（蓄電装置） ４：熱交換媒体
１０：電池モジュール １１：単電池（蓄電素子）
１１ａ：正極端子 １１ｂ：負極端子
１１ｃ：発電要素 １１ｄ：電池ケース
１１ｅ：安全弁 １２：支持プレート
１３：バスバー ２０：パックケース
３０：検出プレート ３２：ガス検出素子
３２ａ：第１の導電部材 ３２ｂ：第２の導電部材
３２ｂ１：曲面部 ３３ａ，３３ｂ：配線
９０：コントローラ １０１ａ，１０１ｂ：システムリレー
１０２：インバータ １０３：モータ

Claims (6)

1. 複数の蓄電素子のそれぞれに設けられた弁から排出されるガスを検出するための検出装置であって、
   第１の導電部材と、
   前記ガスの排出に応じて変形し、前記第１の導電部材に対して接触状態及び非接触状態の間で変化する第２の導電部材と、
   前記各蓄電素子の前記弁と対向する位置に開口部を備えたプレートと、を有し、
   前記開口部の側面で、前記第１及び第２の導電部材の両端が前記プレートに保持されており、かつ、前記保持された箇所とは異なる前記開口部の側面と前記第１及び第２の導電部材との間にスペースが形成されており、
   前記第１及び第２の導電部材は、前記接触状態及び前記非接触状態の間の変化に応じて出力を切り替えることを特徴とする検出装置。
2. 前記第２の導電部材は、前記弁から排出されたガスの圧力を受けて変形することにより、前記第１の導電部材に接触することを特徴とする請求項１に記載の検出装置。
3. 前記第２の導電部材は、前記第１の導電部材の側に向かって凸となる状態と、前記第１の導電部材の側とは反対側に向かって凸となる状態との間で変形することを特徴とする請求項１又は２に記載の検出装置。
4. 請求項１から３のいずれか１つに記載の検出装置と、
   前記弁を備えた蓄電素子と、を有することを特徴とする蓄電装置。
5. 前記弁は、前記蓄電素子に設けられた正極端子及び負極端子のうち、少なくとも一方の端子に設けられていることを特徴とする請求項４に記載の蓄電装置。
6. 請求項４又は５に記載の蓄電装置と、
   前記蓄電装置の充放電を制御するコントローラと、を有し、
   前記コントローラは、前記検出装置によって前記弁からガスが排出されていると判別した場合には、前記蓄電装置への充電を禁止することを特徴とする制御装置。
   

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