(57)【要約】【課題】電池セルの異常（安全弁の開弁）を適切に検出することができる電池パックの異常検出装置を提供する。【解決手段】内圧の上昇により開弁する安全弁３５が設けられた複数の電池セル３０が電池ケース１３内に収容された電池パック１０における異常を検出する異常検出装置１００であって、電池ケース１３内に設けられ安全弁３５の開弁に伴って生じた光を集光する集光レンズ１１１と、集光レンズ１１１によって集光された光を伝送する光ファイバケーブル等の光導波路１１２と、を備える光伝送部材１１０と、光ファイバケーブル等の光導波路１１２の他端側に接続されて光ファイバケーブル等の光導波路１１２を介して伝送された光を検出する光検出手段１２０と、光検出手段１２０の検出結果に基づいて電池セル３０の異常を判定する異常判定手段１３１と、を備えている構成とする。【選択図】図５
2020140832.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内圧の上昇により開弁する安全弁が設けられた複数の電池セルが電池ケース内に収容された電池パックにおける異常を検出する異常検出装置であって、
前記電池ケース内に設けられ前記安全弁の開弁に伴って生じた光を集光する集光レンズと、該集光レンズによって集光された光を伝送する光ファイバケーブル等の光導波路と、を備える光伝送部材と、
前記光ファイバケーブル等の光導波路の他端側に接続されて当該光ファイバケーブル等の光導波路を介して伝送された光を検出する光検出手段と、
前記光検出手段の検出結果に基づいて前記電池セルの異常を判定する異常判定手段と、を備えている
ことを特徴とする電池パックの異常検出装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電池パックの異常検出装置であって、
前記集光レンズは、その光軸が複数の前記安全弁を結ぶ直線と平行するように、前記電池セルの上方に配置されている
ことを特徴とする電池パックの異常検出装置。
【請求項３】
請求項２に記載の電池パックの異常検出装置であって、
前記集光レンズが、前記安全弁を結ぶ直線上に配置されている
ことを特徴とする電池パックの異常検出装置。
【請求項４】
請求項１に記載の電池パックの異常検出装置であって、
前記集光レンズは、その光軸が複数の前記安全弁を結ぶ直線とは交差する向きとなるように、前記電池セルの上方に配置されている
ことを特徴とする電池パックの異常検出装置。
【請求項５】
請求項１から４の何れか一項に記載の電池パックの異常検出装置であって、
前記集光レンズが、広角レンズ又は魚眼レンズで構成されている
ことを特徴とする電池パックの異常検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両が備える電池パックの異常（特に、熱連鎖）を検出する電池パックの異常検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電動機（モータ）を動力源として備える電気自動車やハイブリッド車等の電動車両には、電動機に電力を供給するための電池パックが搭載されている。電池パックは、複数の電池セルと、これら複数の電池セルを収容するケースとを備えており、各電池セルはケース内で電気的に接続されている。
【０００３】
各電池セルの構造は様々あるが、例えば、正極板、負極板及びセパレータを含む発電要素を電解液と共に容器内に収容し、この容器を蓋部材によって密閉するようにしたものがある。このような電池セルにおいては、例えば、容器内に金属ごみ等の異物が混入していると、この異物によって内部短絡（ショート）が発生してしまう虞がある。
【０００４】
内部短絡が生じると、容器内の温度が上昇すると共にガスが発生し、容器内の圧力が上昇してしまうことがある。このため電池セルには、一般的に、容器内の圧力が所定値まで上昇すると開弁する安全弁が設けられ、圧力上昇による破裂を抑制している。
【０００５】
また、複数の電池セルが容器内に密封されている電池パックにおいては、内部短絡に伴い安全弁が開弁すると、その電池セルの熱の影響を受けて、隣接する正常な電池セルでも内圧が上昇して安全弁が開弁してしまうといった状況（いわゆる熱連鎖）に陥る虞がある。このため、電池パックにおいては各電池セルの異常（安全弁の開弁）を適切に検出し、早期に対処することが好ましい。
【０００６】
電池セルにおける安全弁の開弁（内部圧力の上昇）を検出するための技術は様々提案されている（例えば、特許文献１参照）。この特許文献１に記載の技術では、電池セルの容器（外装）の一部（例えば、安全弁）に薄肉部が設けられており、容器内の圧力上昇に伴い変形する薄肉部の変形を歪みセンサ等によって検知している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１４−１９２１０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１に記載のように安全弁（薄肉部）の変形を歪みセンサ等で検出することにより、内圧の上昇を検出することができ、さらには安全弁の開弁も検出することはできる。しかしながら、例えば、電池パック（電池セル）の構造によっては、安全弁に対して歪みセンサ等を設けることができない場合もあり、安全弁の開弁をより適切に検出できる技術の開発が望まれている。
【０００９】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、電池セルの異常（安全弁の開弁）を適切に検出することができる電池パックの異常検出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決する本発明の一つの態様は、内圧の上昇により開弁する安全弁が設けられた複数の電池セルが電池ケース内に収容された電池パックにおける異常を検出する異常検出装置であって、前記電池ケース内に設けられ前記安全弁の開弁に伴って生じた光を集光する集光レンズと、該集光レンズによって集光された光を伝送する光ファイバケーブル等の光導波路と、を備える光伝送部材と、前記光ファイバケーブル等の光導波路の他端側に接続されて当該光ファイバケーブル等の光導波路を介して伝送された光を検出する光検出手段と、前記光検出手段の検出結果に基づいて前記電池セルの異常を判定する異常判定手段と、を備えていることを特徴とする電池パックの異常検出装置にある。
【００１１】
ここで、前記集光レンズは、その光軸が複数の前記安全弁を結ぶ直線と平行するように、前記電池セルの上方に配置されていることが好ましい。さらに、前記集光レンズが、前記安全弁を結ぶ直線上に配置されていることが好ましい。
【００１２】
あるいは前記集光レンズは、その光軸が複数の前記安全弁を結ぶ直線とは交差する向きとなるように、前記電池セルの上方に配置されていることが好ましい。
【００１３】
また前記集光レンズが、広角レンズ又は魚眼レンズで構成されていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
以上のように本発明に係る電池パックの異常検出装置によれば、光伝送部材を介して伝送された光を光検出部が検出することで、安全弁の開弁を適切に判定することができる。つまり電池セルの熱暴走（熱連鎖）等の電池パックの異常を適切に検出することができる。したがって、電池パックの異常が発生した場合に、早期に対処することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】電池パックの使用態様の一例を示す図である。
【図２】電池パックの概略構成を示す斜視図である。
【図３】電池パックが備える電池モジュールの概略構成を示す斜視図である。
【図４】電池モジュールを構成する電池セルの外観を示す図である。
【図５】本発明に係る異常検出装置の概略構成を示す図である。
【図６】本発明に係る光伝送部材の配置の一例を説明する図である。
【図７】本発明に係る光伝送部材の配置の他の例を説明する図である。
【図８】本発明に係る光伝送部材の配置の他の例を説明する図である。
【図９】本発明に係る光伝送部材の配置の他の例を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
本発明に係る異常検出装置は、電動車両に搭載された電池パックに設けられて、電池パックの異常を検出する。具体的には、異常検出装置は、電池セルに設けられた安全弁の開弁を検出する。まずは異常検出装置が設けられる電池パックの構成について簡単に説明する。
【００１７】
図１に示す車両１は、例えば、電気自動車やハイブリッド車両等の電動車両であり、図示しないモータ（電動機）に電力を供給するための電池パック１０が搭載されている。
【００１８】
電池パック１０は、図２に示すように、パックトレイ１１及びパックカバー１２とで構成される電池ケース１３と、この電池ケース１３内に収容される電池モジュール２０と、を備えている。
【００１９】
電池ケース１３内には、図２及び図３に示すように、電池モジュール２０が複数収容されており、各電池モジュール２０は、近接して並設された複数の電池セル（二次電池）３０を備えている。これらの電池セル３０は、図示は省略するがバスバー等によって直列に接続されている。なお電池モジュール２０が備える電池セル３０の数は、特に限定されるものではない。
【００２０】
各電池セル３０は、例えば、リチウムイオン電池等の密閉型の二次電池であり、図４に示すように、容器３１と、容器３１を封止する蓋部材３２と、を備えている。容器３１の内部には、正極板、負極板及びセパレータを含む電極体（発電要素）が電解液と共に収容されている。また電極体は、公知の構造であるため、ここでの説明は省略する。
【００２１】
蓋部材３２には、容器３１内に収容された電極体の正極板又は負極板にそれぞれ接続される正極端子部材３３及び負極端子部材３４が設けられている。蓋部材３２にはさらに、これら正極端子部材３３及び負極端子部材３４間に安全弁３５が設けられている。
【００２２】
安全弁３５は、蓋部材３２の他の部分よりも相対的に脆弱に形成されており、例えば、容器３１内で内部短絡（ショート）が生じた際等に、容器３１の内圧が所定値に達すると開弁するように構成されている。これにより容器３１の内圧が上昇した場合でも、容器３１内のガスが開弁した安全弁３５から外部に噴出する。したがって、内圧の上昇による容器３１の破裂を抑制することができる。
【００２３】
そして、本実施形態に係る異常検出装置１００は、このような電池パック１０の異常として各電池セル３０の異常を検出する。具体的には、異常検出装置１００は、電池セル３０の異常として、蓋部材３２に設けられた安全弁３５の開弁を検出する。
【００２４】
本実施形態に係る異常検出装置１００は、図５に示すように、電池ケース１３内に設けられる集光レンズ１１１と、集光レンズ１１１に接続され集光レンズ１１１によって集光された光を伝送する光ファイバケーブル等の光導波路１１２と、を含む光伝送部材１１０と、光ファイバケーブル等の光導波路１１２を介して伝送された光を検出する光検出手段である光センサ１２０と、光センサ１２０の検出結果に基づいて各種の制御を行う制御部１３０とを備えている。
【００２５】
光伝送部材１１０は、電池ケース１３内に収容されている電池セル３０の何れかにおいて安全弁３５が開弁した際、開弁に伴って生じた光を集光して電池ケース１３の外側まで伝送する。
【００２６】
光伝送部材１１０は、電池ケース１３内に少なくとも一つ配置されていればよいが、本実施形態では、各電池モジュール２０に対して一つの光伝送部材１１０が配置されている。なお電池ケース１３内に配置する光伝送部材１１０の個数は特に限定されず、必要に応じて適宜決定されればよい。
【００２７】
集光レンズ１１１は、電池ケース１３内の所定位置に配置され、安全弁３５の開弁に伴って生じた光を集光する。この集光レンズ１１１の配置については詳しく後述する。集光レンズ１１１は、安全弁３５の開弁に伴って生じた光を光ファイバケーブル等の光導波路１１２によって伝送可能に集光できれば、その構成は特に限定されないが、広角レンズ又は魚眼レンズで構成されていることが好ましい。
【００２８】
光ファイバケーブル等の光導波路１１２は、その一端側が集光レンズ１１１に接続され、他端側は電池パック１０の外側まで延設されて光検出手段である光センサ１２０に接続されている。光センサ１２０は、例えば、フォトダイオード等を備え、光ファイバケーブル等の光導波路１１２を介して伝送された光を検出する。なお光センサ１２０は、光ファイバケーブル等の光導波路１１２を介して伝送された光を検出されるものであれば、その構成は特に限定されるものではない。
【００２９】
制御部１３０は、この光センサ１２０の検出結果に基づいて各種の制御を行う。制御部１３０は、ＣＰＵ、制御プログラムなどを格納・記憶するＲＯＭ、制御プログラムの作動領域としてのＲＡＭ、各種データを書き換え可能に保持するＥＥＰＲＯＭ、周辺回路等とのインターフェースをとるインターフェース部などを含んで構成されている。
【００３０】
この制御部１３０は、本実施形態では、異常判定手段１３１と、報知手段１３２と、を備えている。異常判定手段１３１は、光センサ１２０の検出結果に基づいて電池パック１０（電池セル３０）の異常の有無を判定する。具体的には、異常判定手段１３１は、光センサ１２０の検出結果に基づいて各電池セル３０の安全弁３５の開閉状態を判定し、何れかの安全弁３５が開弁していると判定した場合に、電池パック１０（電池セル３０）に異常があると判定する。
【００３１】
異常判定手段１３１による安全弁３５の開閉状態の判定方法は、特に限定されないが、例えば、光センサ１２０によって検出された光の強さが予め設定された閾値を超えた場合に、何れかの安全弁３５が開弁していると判定する。
【００３２】
ここで、複数の電池セル３０が収容された電池ケース１３は実質的に密封されており、外部から電池パック１０内に入り込む光の量は少ない。このため、電池パック１０内の電池セル３０で熱暴走が発生して安全弁３５が開弁した際、それに伴って生じる光を光伝送部材１１０によって適切に伝送し、光センサ１２０によって検出することができる。したがって、異常判定手段１３１は、光センサ１２０の検出結果に基づいて電池セル３０の異常（安全弁３５が開弁したか否か）を適切に判定することができる。
【００３３】
報知手段１３２は、異常判定手段１３１によって電池パック１０が備える電池セル３０の異常あり（安全弁３５が開弁した）と判定された場合に、そのことを運転者に対して報知（警告）する。報知手段１３２は、例えば、警告ランプ１４０を点灯・点滅させることで、電池パック１０の異常が発生したこと、すなわち電池パック１０が備える複数の電池セル３０で熱連鎖が発生している、或いは複数の電池セル３０で熱連鎖が発生する虞があることを、運転者に対して報知する。運転者に対する報知方法は、特に限定されず、例えば、スピーカーから警告音や音声を発するようにしてもよい。
【００３４】
このように、本実施形態に係る異常検出装置１００によれば、電池セル３０の安全弁３５が開弁した際、それにより生じる光に基づいて電池セル３０の異常（安全弁３５の開弁）を適切に判定することができる。したがって、車両１の乗員（運転者）は、電池パック１０（電池セル３０）の異常が発生した際に、早期に対処することができるようになる。
【００３５】
ところで、光伝送部材１１０を構成する集光レンズ１１１は、図５に示すように、並設された複数の電池セル３０の外側（並設方向の外側）に配置されている。そして集光レンズ１１１は、その光軸が複数の電池セル３０の安全弁３５を結ぶ直線Ｌ１と実質的に一致するように配置されている。つまり集光レンズ１１１は、複数の安全弁３５を結ぶ直線Ｌ１上に、この直線Ｌ１に沿った向きで配置されている。また集光レンズ１１１は、図６に示すように、電池セル３０の蓋部材３２よりも上方に設けられていることが好ましい。
【００３６】
集光レンズ１１１をこのような位置に配置することで、安全弁３５の開弁に伴って発生する光を、光伝送部材１１０によってより適切に伝送することができる。
【００３７】
なお、光伝送部材１１０を構成する集光レンズ１１１は、複数の電池セル３０の何れかにおいて安全弁３５が開弁した際、それに伴って生じる光を集光できるように電池パック１０内に配置されていれば、その配置は特に限定されるものではない。
【００３８】
例えば、集光レンズ１１１の光軸は、必ずしも安全弁３５を繋ぐ直線Ｌ１と一致していなくてもよい。集光レンズ１１１は、図７に示すように、その光軸が電池セル３０に対向する領域で直線Ｌ１と平行するように設けられていてもよい。また集光レンズ１１１は、図８（ａ）及び図８（ｂ）に示すように、その光軸が複数の安全弁３５を結ぶ直線Ｌ１とは交差する向きとなるように配置されていてもよい。すなわち集光レンズ１１１は、電池セル３０の上面視にて、その光軸が複数の安全弁３５を結ぶ直線Ｌ１とは交差する向きとなるように配置されていてもよい。
【００３９】
さらに集光レンズ１１１は、図９に示すように、電池セル３０の蓋部材３２に対向するように配置されていてもよい。すなわち集光レンズ１１１は、電池セル３０の側面視にて、その光軸が複数の安全弁３５を結ぶ直線Ｌ１とは交差する向きとなるように配置されていてもよい。
【００４０】
このような構成としても、安全弁３５の開弁に伴って発生する光を、光伝送部材１１０によって適切に伝送することができる。
【００４１】
また本発明では、集光レンズ１１１で集光した光を、電池ケース１３内に配策した光ファイバケーブル等の光導波路１１２によって伝送するようにしている。光ファイバケーブル等の光導波路１１２は、電池ケース１３内の比較的任意の位置に引き回すことができる。このため、集光レンズ１１１の配置に拘わらず、集光レンズ１１１で集光した光を光センサ１２０まで適切に伝送することができる。
【００４２】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、勿論、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではない。
【００４３】
例えば、上述の実施形態では、いわゆる缶型の電池セルを備えた電池パックを例示して、本発明を説明したが、本発明は、ラミネートシートで封止された、いわゆるラミネート型の電池セルを備えた電池パックにも適用することができるものである。
【００４４】
なお、ラミネート型の電池セルでは、例えば、熱暴走等により内部圧力が上昇すると、接合されているラミネートシートの一部が剥離し、剥離した部分からガスが放出される。つまり、ラミネート型の電池セルでは、接合されているラミネートシートの一部が安全弁として機能する。このように安全弁として機能する部分は、例えば、ラミネートシートの接合強度を調整することで、所望の位置に設定することができる。
【００４５】
そして本発明に係る異常検出装置は、ラミネート型の電池セルを備える電池パックに適用した場合にも、上述の実施形態と同様に、電池パックの異常（電池セルの異常）を適切に検出することができる。
【符号の説明】
【００４６】
１  車両
１０  電池パック
１１  パックトレイ
１２  パックカバー
１３  電池ケース
２０  電池モジュール
３０  電池セル
３１  容器
３２  蓋部材
３３  正極端子部材
３４  負極端子部材
３５  安全弁
１００  異常検出装置
１１０  光伝送部材
１１１  集光レンズ
１１２  光ファイバケーブル等の光導波路
１２０  光センサ
１３０  制御部
１３１  異常判定手段
１３２  報知手段
１４０  警告ランプ
【図１】
2020140832.tif 000003
【図２】
2020140832.tif 000004
【図３】
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【図４】
2020140832.tif 000006
【図５】
2020140832.tif 000007
【図６】
2020140832.tif 000008
【図７】
2020140832.tif 000009
【図８】
2020140832.tif 000010
【図９】
2020140832.tif 000011