(57)【要約】【課題】  誤作動のおそれなく，安全弁の開弁を確実に検知することのできる安全弁開弁検知装置と，バッテリシステムと，機器とを提供すること。【解決手段】  バッテリ５０の一列に配置された各電池セル５１の安全弁５２のすぐ真上を通過するように，発光部５３と受光部５４とを対向させて配置する。バッテリ制御部１５０は，発光部５３の発光期間内に受光部５４が受光している場合に，安全弁５２が閉じていると判断し，発光部５３の発光期間内に受光部５４が受光していない場合に，安全弁５２が開いていると判断する。また，バッテリ制御部１５０は，安全弁５２が開いていると判断した場合に，バッテリ５０に流れる電流を遮断する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
安全弁付電池の安全弁の開弁を検知する安全弁開弁検知装置において，
波動を出力する出力部と，
前記出力部の出力する波動を受ける受信部とを有し，
前記出力部と前記受信部とが配置されている位置が，
前記安全弁が閉じている場合に，前記出力部から前記受信部に至る波動の経路が遮られず，
前記安全弁が開いている場合に，前記出力部から前記受信部に至る波動の経路が前記安全弁により遮られる位置であることを特徴とする安全弁付検知装置。
【請求項２】
請求項１に記載の安全弁開弁検知装置において，
前記出力部が波動を出力している期間内に前記受信部が波動を受けている場合に，前記安全弁が閉じていると判断し，
前記出力部が波動を出力している期間内に前記受信部が波動を受けていない場合に，前記安全弁が開いていると判断する判断部と，
前記判断部が，前記安全弁が開いていると判断した場合に，前記安全弁付電池の電流経路を遮断し，
それ以外の場合に，前記安全弁付電池の電流経路を接続する電流遮断部とを有することを特徴とする安全弁開弁検知装置。
【請求項３】
請求項２に記載の安全弁開弁検知装置において，
前記判断部は，
前記出力部が波動を出力している期間内に前記受信部が波動を受けていない時間が，予め定めた時間以上にわたった場合に初めて，前記安全弁が開いていると判断することを特徴とする安全弁開弁検知装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３までのいずれかに記載の安全弁開弁検知装置において，
前記出力部が出力する波動が，赤外線と，可視光と，レーザ光と，超音波とを含む群のうちのいずれか一つであることを特徴とする安全弁開弁検知装置。
【請求項５】
安全弁を備える単電池と，
前記安全弁の開弁を検知する検知装置とを有するバッテリシステムにおいて，
波動を出力する出力部と，
前記出力部の出力する波動を受ける受信部とを有し，
前記出力部と前記受信部とが配置されている位置が，
前記安全弁が閉じている場合に，前記出力部から前記受信部に至る波動の経路が遮られず，
前記安全弁が開いている場合に，前記出力部から前記受信部に至る波動の経路が前記安全弁により遮られる位置であることを特徴とするバッテリシステム。
【請求項６】
請求項５に記載のバッテリシステムにおいて，
複数の前記単電池を有してそれぞれが安全弁を備えており，
前記出力部と前記受信部とが配置されている位置が，
前記安全弁がいずれも閉じている場合に，前記出力部から前記受信部に至る波動の経路が遮られず，
前記安全弁がいずれか一つでも開いている場合に，前記出力部から前記受信部に至る波動の経路がその開いている安全弁により遮られる位置であることを特徴とするバッテリシステム。
【請求項７】
請求項５または請求項６に記載のバッテリシステムにおいて，
前記出力部が波動を出力している期間内に前記受信部が波動を受けている場合に，前記安全弁が閉じていると判断し，
前記出力部が波動を出力している期間内に前記受信部が波動を受けていない場合に，前記安全弁が開いていると判断する判断部と，
前記判断部が，前記安全弁が開いていると判断した場合に，前記安全弁付電池の電流経路を遮断し，
それ以外の場合に，前記安全弁付電池の電流経路を接続する電流遮断部とを有することを特徴とするバッテリシステム。
【請求項８】
請求項７に記載のバッテリシステムにおいて，
前記判断部は，
前記出力部が波動を出力している期間内に前記受信部が波動を受けていない時間が，予め定めた時間以上にわたった場合に初めて，前記安全弁が開いていると判断することを特徴とするバッテリシステム。
【請求項９】
請求項５から請求項８までのいずれかに記載のバッテリシステムにおいて，
前記出力部が出力する波動が，赤外線と，可視光と，レーザ光と，超音波とを含む群のうちのいずれか一つであることを特徴とするバッテリシステム。
【請求項１０】
それぞれが安全弁を備える複数の単電池を接続した組電池と，
前記組電池から電力の供給を受けるモータと，
前記安全弁の開弁を検知する検知装置とを有する機器において，
前記出力部と前記受信部とが配置されている位置が，
前記安全弁がいずれも閉じている場合に，前記出力部から前記受信部に至る波動の経路が遮られず，
前記安全弁がいずれか一つでも開いている場合に，前記出力部から前記受信部に至る波動の経路がその開いている安全弁により遮られる位置であることを特徴とする機器。
【請求項１１】
請求項１０に記載の機器において，
前記出力部が波動を出力している期間内に前記受信部が波動を受けている場合に，前記安全弁が閉じていると判断し，
前記出力部が波動を出力している期間内に前記受信部が波動を受けていない場合に，前記安全弁が開いていると判断する判断部と，
前記判断部が，前記安全弁が開いていると判断した場合に，前記安全弁付電池の電流経路を遮断し，
それ以外の場合に，前記安全弁付電池の電流経路を接続する電流遮断部とを有することを特徴とする機器。
【請求項１２】
請求項１１に記載の機器において，
前記判断部は，
前記出力部が波動を出力している期間内に前記受信部が波動を受けていない時間が，予め定めた時間以上にわたった場合に初めて，前記安全弁が開いていると判断することを特徴とする機器。
【請求項１３】
請求項１０から請求項１２までのいずれかに記載の機器において，
前記出力部が出力する波動が，赤外線と，可視光と，レーザ光と，超音波とを含む群のうちのいずれか一つであることを特徴とする機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，安全弁開弁検知装置とそれを備えた電池及び機器に関する。さらに詳細には，安全弁の開弁状態を確実に検知する安全弁開弁検知装置とそれを備えたバッテリシステム及び機器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
二次電池は，充電を行うことにより再度放電を行うことができるものであり，家電製品や車両など，幅広く利用されている。特に，ハイブリッド車両や電気自動車などに搭載される二次電池においては，モータを駆動するために一般に組電池が用いられる。このような車両用の二次電池として，例えば，エネルギー密度の高いリチウムイオン二次電池が用いられることがある。
【０００３】
リチウムイオン二次電池では，電解液として有機溶媒を用いている。このため，電池が異常な状態で使用されたときに，電池温度の上昇やガスの発生が起こりうる。このガスの発生により，リチウムイオン二次電池の内圧が高くなりすぎることがある。リチウムイオン二次電池の内圧が一定値を超えた場合，安全弁を開弁して内部のガスを逃がす必要がある。電池の容器の一部が破損して，電解液等が漏れることを防止するためである。また，安全弁が開弁した場合には，密閉型電池に流れる電流を遮断する必要がある。リチウムイオン二次電池内部の異常な反応を抑制するためである。
【０００４】
この電流遮断のため，リチウムイオン二次電池には安全弁の開弁を検知する検知装置が設けられることが一般的である。このような検知装置として特許文献１には，安全弁破断部位に通電状態の導線を配置し，導線の破線により安全弁の開弁状態を検知する検知装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−３２２４７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし，特許文献１に記載の導線の破線により安全弁の開弁状態を検知する検知装置では，安全弁が開弁していないにもかかわらず安全弁が開弁したと誤って検知するおそれがあった。導線が安全弁の破断により破線する程度の太さであるため，外部からの振動等により，安全弁の開弁と関係なく破線することがあるからである。
【０００７】
本発明は，前記した従来の技術が有する問題点を解決するためになされたものである。すなわちその課題とするところは，誤作動のおそれなく，安全弁の開弁を確実に検知することのできる安全弁開弁検知装置と，バッテリシステムと，機器とを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この課題の解決を目的としてなされた本発明に係る安全弁付電池の安全弁の開弁を検知する安全弁開弁検知装置は，波動を出力する出力部と，出力部の出力する波動を受ける受信部とを有するものである。また，出力部と受信部とが配置されている位置が，安全弁が閉じている場合に，出力部から受信部に至る波動の経路が遮られず，安全弁が開いている場合に，出力部から受信部に至る波動の経路が安全弁により遮られる位置である。かかる安全弁開弁検知装置は，安全弁付電池の安全弁の開弁を確実に検知することができる。
【０００９】
上記に記載の安全弁開弁検知装置において，出力部が波動を出力している期間内に受信部が波動を受けている場合に，安全弁が閉じていると判断し，出力部が波動を出力している期間内に受信部が波動を受けていない場合に，安全弁が開いていると判断する判断部と，判断部が，安全弁が開いていると判断した場合に，安全弁付電池の電流経路を遮断し，それ以外の場合に，安全弁付電池の電流経路を接続する電流遮断部とを有するとなおよい。安全弁の開弁とともに，安全弁付電池に流れている電流を遮断することができるからである。
【００１０】
上記に記載の安全弁開弁検知装置において，判断部は，出力部が波動を出力している期間内に受信部が波動を受けていない時間が，予め定めた時間以上にわたった場合に初めて，安全弁が開いていると判断するとなおよい。安全弁の開弁をより確実に検知することができるからである。
【００１１】
上記に記載の安全弁開弁検知装置において，出力部が出力する波動が，赤外線と，可視光と，レーザ光と，超音波とを含む群のうちのいずれか一つであるとよい。安全弁の開弁をより確実に検知することができるからである。
【００１２】
また，本発明は，上記に記載の安全弁開弁検知装置を備えるバッテリシステム及び機器にも及ぶ。なお，ここでいう波動には，赤外線，可視光，レーザ光等の電磁波と，超音波とが含まれるものとする。また，ここでいう機器には，ハイブリッド車両，電気自動車等のその他の車両が含まれるものとする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば，誤作動のおそれなく，安全弁の開弁を確実に検知することのできる安全弁開弁検知装置と，バッテリシステムと，機器とが提供されている。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明に係るハイブリッド車両を説明するための斜視投影図である。
【図２】本発明のバッテリを説明するための斜視図である。
【図３】本発明のバッテリの制御及び回路を説明するための概略構成図である。
【図４】図２のＢＢ断面において安全弁が閉じている状態を説明する断面図である。
【図５】図２のＢＢ断面において安全弁が開いている状態を説明する断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下，本発明を具体化した最良の形態について，添付図面を参照しつつ詳細に説明する。本形態は，安全弁開弁検知装置と，それを備えるバッテリシステム及び機器について，本発明を具体化したものである。
【００１６】
１．車両
本形態の機器の一例であるハイブリッド車両１の概略構成を図１の斜視投影図に示す。ハイブリッド車両１は，車体２と，モータ３と，エンジン４と，インバータ５と，ケーブル７と，バッテリシステム１００とを有している。エンジン４及びモータ３は，ハイブリッド車両１を駆動させるためのものである。インバータ５は，バッテリシステム１００側の直流と，モータ３側の三相交流とを相互に変換するためのものである。バッテリシステム１００は，インバータ５を介してモータ３に電力を供給するためのものである。
【００１７】
２．バッテリシステム
ここで，本形態のバッテリシステム１００について図２により説明する。後述するように，バッテリシステム１００は，電池セルの安全弁の開弁を検知し，開弁を検知した場合にバッテリに流れる電流を遮断することができるものである。バッテリシステム１００は，バッテリ５０と，発光部５３と，受光部５４とを有している。バッテリ５０は，電池セル５１を直列に接続した組電池である。電池セル５１は，非水電解液型リチウムイオン二次電池の単電池である。そして各電池セル５１には，安全弁５２が一つ設けられている。発光部５３は，赤外線を発生させて出力する出力部である。受光部５４は，発光部５３の発する赤外線を受光するための受信部である。
【００１８】
電池セル５１は，リチウムイオンを吸蔵・放出可能な物質を正極活物質及び負極活物質として用いている。電池セル５１の正極は，アルミ箔等に正極活物質を塗布したものである。負極は，銅箔等に負極活物質を塗布したものである。
【００１９】
電池セル５１の正極活物質として，ニッケル酸リチウム（ＬｉＮｉＯ２），マンガン酸リチウム（ＬｉＭｎＯ２），コバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ２）等のリチウム複合酸化物などが用いられる。また，負極活物質として，非晶質炭素，難黒鉛化炭素，易黒鉛化炭素，黒鉛等の炭素系物質が用いられる。
【００２０】
また，電池セル５１の電解液は，非水有機溶媒に電解質を溶解させたものである。非水有機溶媒として例えば，プロピレンカーボネート（ＰＣ）やエチレンカーボネート（ＥＣ），ジメチルカーボネート（ＤＭＣ），メチルエチルカーボネート（ＭＥＣ）等のエステル系溶媒や，エステル系溶媒にγ−ブチラクトン（γ−ＢＬ），ジエトキシエタン（ＤＥＥ）等のエーテル系溶媒等を配合した有機液体溶媒が挙げられる。また，電解質である塩として，過塩素酸リチウム（ＬｉＣｌＯ４）やホウフッ化リチウム（ＬｉＢＦ４），六フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ６）などのリチウム塩を用いることができる。
【００２１】
図２に示す安全弁５２は，電池セル５１の内部の圧力が一定値を越えた場合に開弁するものである。この内圧の上昇は，電池セル５１が異常な状態で使用され，その内部で大量のガスが発生したときに起こるものである。この安全弁５２が開くと，内部のガスが電池セル５１の外部に排出される。このようにガスを排出するために，安全弁５２は，図２に示すように，電池セル５１の上部に設けられているのである。さらに，各安全弁５２は，バッテリ５０の上側の面に一列に並んで配置されている。次に述べるように，電池セル５１のうちのいずれかの安全弁５２が開いた場合に，発光部５３の照射する赤外線を遮るためである。
【００２２】
そして，発光部５３は，受光部５４と対向して配置されている。このため，発光部５３の発する赤外線は，途中に遮るものがないかぎり受光部５４に入射するようになっている。そして，発光部５３と受光部５４とを結ぶ線，すなわち赤外線の照射経路は，図２に示すように，一列に並んで配置されている安全弁５２のすぐ真上に，安全弁５２の配列方向に平行となるように位置している。すなわち，電池セル５１のうちのいずれかの安全弁５２が開いた場合に，発光部５３の照射する赤外線は遮蔽されるようになっている。
【００２３】
つまり，発光部５３が赤外線を照射していて受光部５４がその赤外線を受光している場合には，全ての安全弁５２は閉じたままの状態となっている。そして，発光部５３が赤外線を照射しているのに受光部５４が赤外線を受光していない場合には，いずれかの安全弁５２が開いた状態となっている。
【００２４】
図３に，本形態のバッテリシステム１００の回路及び信号の伝達経路を示す。バッテリシステム１００は，図２に示したバッテリ５０と，発光部５３と，受光部５４の他に，バッテリ制御部１５０と，リレー１５１とを有している。バッテリ制御部１５０は，バッテリシステム１００において次に示す制御を行う制御部である。バッテリ制御部１５０は，発光部５３に発光を指令するものである。また，受光部５４からの受光信号を受け取るものである。そして，発光部５３の発光期間内に受光部５４の受光信号から安全弁５２の開閉状態を判断するための判断部も兼ねている。さらに，バッテリ制御部１５０は，安全弁５２の開弁を検知したときにリレー１５１の操作を行うものである。この監視により，電池セル５１の内部の異常な反応を停止させることができるのである。よって，発光部５３と，受光部５４と，バッテリ制御部１５０とで，安全弁５２の開弁を検知する検知装置を構成している。また，リレー１５１は，安全弁５２の開弁時にバッテリ５０に流れる電流を遮断する電流遮断部である。
【００２５】
３．安全弁の開弁の検知方法
ここで，安全弁５２の開弁の検知方法について説明する。電池セル５１の内圧が通常の圧力，すなわち１気圧に近い圧力のときは，図４に示すように，安全弁５２は閉じたままである。このとき，ガスの異常な発生は生じていない。図４は，図２におけるＢＢ断面の一部を安全弁５２に着目して抜き出して描いた部分断面図である。図４中の矢印Ｃは発光部５３から照射される赤外線の向きを示している。図４において安全弁５２は閉じており，発光部５３の発する赤外線を遮るものはない。よって，赤外線が受光部５４に照射される状態となっている。なお，図４中の破断部５２ａは，電池セル５１の内圧が高くなったときに破断する箇所である。
【００２６】
この赤外線が受光部５４に照射されている間，受光部５４からバッテリ制御部１５０へ全ての安全弁５２が閉じていることを示す受光信号（以下，「ＯＫ信号」という）が伝達される。バッテリ制御部１５０がＯＫ信号を受信している期間内においては，リレー１５１はバッテリ５０の接続回路を接続した状態である。つまり，バッテリ５０は電流が流れている状態にある。
【００２７】
続いて，電池セル５１の内部の圧力が高くなった場合について説明する。前述したように，内圧の上昇は，電池セル５１の内部の温度が上昇して異常な反応が起こったときに生じうるものである。そして，電池セル５１の内部の圧力が一定値を超えたとき，図５に示すように，その電池セル５１の安全弁５２が開弁する。このとき，図４の安全弁５２の破断部５２ａが破断し，図５に示すように安全弁５２の弁５２ｂが電池セル５１の外部に向けて開く。破断部５２ａが破断した直後に，電池セル５１の内部から，より圧力の低い外部へ向けて，ガスが排出されるからである。すなわち，弁５２ｂはガスの噴出に伴って電池セル５１の外側に向けて変形するのである。
【００２８】
図５に示すように，弁５２ｂが電池セル５１の外部に向けて変形すると，弁５２ｂは赤外線を遮ることとなる（図中矢印Ｄ参照）。これに伴い，受光部５４は赤外線を検知しなくなる。このとき，発光部５３が赤外線を照射しているにもかかわらず，受光部５４が赤外線を受光していない状態となる。この状態は，各電池セル５１のうちのいずれか少なくとも一つの電池セル５１の安全弁５２が開弁したことを示している。また，複数の電池セル５１の安全弁５２が開弁している場合も同様である。このような場合に，受光部５４からバッテリ制御部１５０へのＯＫ信号が途絶える。
【００２９】
バッテリ制御部１５０は，発光部５３に発光指令を発するとともに，受光部５４からの受光状態の信号を受け取っている。そして，バッテリ制御部１５０は，発光部５３が発光している期間内にＯＫ信号を受信していない場合に，電池セル５１の安全弁５２が開弁していると判断する。前述したように，発光部５３の発光期間内に受光部５４が赤外線を受光していない場合には，いずれかの安全弁５２は開いた状態となっているはずだからである。なお，バッテリ制御部１５０は，発光部５３が発光している期間内にＯＫ信号を受信している場合には，全ての安全弁５２は閉じていると判断する。
【００３０】
この安全弁５２が開いたとしてもそのことにより，バッテリ５０を流れる電流が直ちに停止するわけではない。よって，バッテリ制御部１５０は，電池セル５１の安全弁５２の開弁を判断した後，図３に示したリレー１５１を操作する。そして，リレー１５１は，バッテリ５０の接続回路の一部を強制的に遮断する。これにより，バッテリ５０を流れる電流を遮断する。電池セル５１の内部における異常な化学反応を停止するためである。なお，バッテリ５０の電池セル５１のうち，いずれの電池セル５１の安全弁５２が開弁してもバッテリ５０の接続回路は遮断される。いずれの電池セル５１の安全弁５２が開弁してもバッテリ制御部１５０の動作は同様である。また，複数の電池セル５１の安全弁５２が開弁した場合も同様である。
【００３１】
このように，本形態のバッテリシステム１００は，赤外線を出力する発光部５３と，発光部５３の出力する波動を受ける受光部５４とを有するものである。そして，発光部５３と受光部５４とが配置されている位置は，安全弁５２が閉じている場合に，安全弁５２が発光部５３から受光部５４に至る赤外線の経路を遮らず，安全弁５２が開いている場合に，安全弁５２が発光部５３から受光部５４に至る赤外線の経路を遮るような位置である。
【００３２】
４．変形例
本形態では，安全弁の開弁を検知するための光源として赤外線を用いた。しかし，赤外線の代わりに可視光やレーザその他の光源を用いてもよい。また，超音波を用いることも可能である。信号を発信する発信部と，その信号を受信する受信部とがあれば，その他のものでも構わない。また，赤外線を鏡で反射させることにより，赤外線の照射経路を適宜変更してもよい。例えば，電池セル５１を２列に配置し，鏡で反射させることにより，一組の発光部５３と，受光部５４とで，安全弁５２の開弁を判断するようにすることもできる。また，発光部５３は常時発光しなくともよい。一定時間毎に発光し，安全弁５２の状態を監視するようにしても構わない。
【００３３】
また，安全弁５２でなく，万が一その他の異物が瞬間的に赤外線を遮った場合を考慮して，赤外線を遮られた期間が予め定めた一定時間以上にわたった場合に初めて，安全弁５２が開いたと判断するようにしてもよい。安全弁５２が開いた場合，図５に示したように，弁５２ｂは変形しており，その状態は継続するものであるからである。すなわち，発光部５３の発光期間内に受光部５４が受光しない状態が，一定時間持続した場合に，安全弁５２が開いたと判断するのである。そして，バッテリ５０の電流を遮断するようにしてもよい。これにより，誤検知を防止し，より信頼性の高い安全弁開弁検知装置及びバッテリ及び車両が実現される。
【００３４】
５．まとめ
以上，詳細に説明したように，本実施の形態に係るバッテリ５０は，全ての安全弁５２のちょうどすぐ真上を照射する光源を用いることにより，安全弁の開弁状態を検知できるようにした。これにより，安全弁の開弁の検知を確実に行い，バッテリの接続回路の電流の遮断を確実に行うことができるバッテリが実現されている。このため，本形態のバッテリ５０は，電池セル５１の内部において異常な反応が起きた場合に，その反応を停止することができる。また，安全弁５２が開弁していないのに誤って開弁したと検知し，バッテリ５０の電流を遮断してしまうことがない。また，電池セル５１毎に安全弁５２の開弁を検知する機構を設ける必要性はない。よって，コストに優れている。また，本形態の車両１についても同様の効果を奏する。
【００３５】
なお，本実施の形態は単なる例示にすぎず，本発明を何ら限定するものではない。したがって本発明は当然に，その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良，変形が可能である。例えば，本形態では組電池として用いた場合について説明したが，単電池について用いてもよい。また，本形態ではハイブリッド車両について説明したが，電気自動車その他のバッテリを用いる車両であれば同様の効果を奏するものである。さらに，車両以外のバッテリを搭載する機器にも適用可能である。つまり，ハンマードリルその他バッテリを搭載する危機であれば適用できる。
【００３６】
非水電解液型リチウムイオン二次電池を例に挙げて説明したが，安全弁を備えた電池であればその他の電池にも適用できる。バッテリ制御部１５０は，バッテリ５０の外部のその他の制御部に内蔵されていてもよい。また，バッテリ５０に流れる電流を遮断する電流遮断部は，リレー１５１に限らない。また，バッテリ５０の電池セル５１に，内部の温度を測定する温度測定部を設けてもよい。また，サービスプラグ等を設けてもよい。
【符号の説明】
【００３７】
１…ハイブリッド車両
２…車体
３…モータ
４…エンジン
５…インバータ
５０…バッテリ
５１…電池セル
５２…安全弁
５３…発光部
５４…受光部
１００…バッテリシステム
１５０…バッテリ制御部
１５１…リレー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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