(57)【要約】【課題】電池の性能を長く維持することが可能な二次電池を提供する。【解決手段】二次電池１は、外装部材２０６,２０７によって封止された内部に、正極板２０１と負極板２０３とセパレータ２０２を積層した積層電極体２０８と、電解液とを収納した二次電池本体２と、二次電池本体２の内部の内部圧力Ｐ１を検出する内部圧力センサ４と、二次電池本体２を外側から加圧する加圧装置６と、内部圧力センサ４が検出した内部圧力Ｐ１に基づいて、加圧装置６による加圧を調整する圧力調整部２０と、を備え、圧力調整部２０は、内部圧力Ｐ１が上昇した場合に、加圧装置６による加圧を増加させる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外装部材によって封止された内部に、正極板と負極板とセパレータを積層した積層電極体と、電解液とを収納した二次電池本体と、
前記二次電池本体の内部の内部圧力を検出する内部圧力検出手段と、
前記二次電池本体を外側から加圧する加圧手段と、
前記内部圧力検出手段が検出した前記内部圧力に基づいて、前記加圧手段による加圧を調整する圧力調整手段と、を備え、
前記圧力調整手段は、前記内部圧力が上昇した場合に、前記加圧手段による加圧を増加させることを特徴とする二次電池。
【請求項２】
請求項１に記載の二次電池であって、
前記圧力調整手段は、前記加圧手段によって前記二次電池本体に印加される外部圧力を検出する外部圧力検出手段を有し、前記外部圧力と前記内部圧力との差圧が所定値以上となるように、前記加圧手段による加圧を調整することを特徴とする二次電池。
【請求項３】
請求項２に記載の二次電池であって、
前記圧力調整手段は、前記外部圧力と前記内部圧力との前記差圧を算出して、前記差圧が前記所定値以上となるように前記加圧手段を制御する圧力制御手段をさらに有していることを特徴とする二次電池。
【請求項４】
請求項１〜３の何れかに記載の二次電池であって、
前記二次電池本体の内部に発生したガスを溜めるガス溜め部をさらに備え、
前記ガス溜め部は、前記ガスに対する通気性と、前記電解液に対する非浸透性とを有する通気部材を有し、
前記通気部材の内部には、前記ガスを受け入れることが可能な中空が形成されており、
前記ガス溜め部は、前記二次電池本体の内部において、前記外装部材を貼り合わせた封止部と前記積層電極体との間に配置されていることを特徴とする二次電池。
【請求項５】
請求項４記載の二次電池であって、
前記ガス溜め部は、前記二次電池本体の内部において、前記外装部材を最後に貼り合せる最終封止部と前記積層電極体との間に配置されていることを特徴とする二次電池。
【請求項６】
請求項１〜５の何れかに記載の二次電池であって、
前記二次電池本体のＳＯＣを算出するＳＯＣ算出手段と、
所定ＳＯＣにおける前記内部圧力の圧力閾値を記憶する記憶手段と、
前記二次電池本体の劣化の有無を判断する電池状態診断手段と、をさらに備え、
前記電池状態診断手段は、前記所定ＳＯＣの状態において、前記内部圧力検出手段によって検出された前記内部圧力が前記圧力閾値よりも高い場合に、前記二次電池本体が劣化したと判断することを特徴とする二次電池。
【請求項７】
請求項１に記載の二次電池であって、
前記圧力調整手段は、前記加圧手段によって前記二次電池本体に印加される外部圧力を検出する外部圧力検出手段を有し、
前記二次電池は、
前記二次電池本体のＳＯＣを算出するＳＯＣ算出手段と、
所定ＳＯＣにおける前記外部圧力の圧力閾値を記憶する記憶手段と、
前記二次電池本体の劣化の有無を判断する電池状態診断手段と、をさらに備え、
前記電池状態診断手段は、前記所定ＳＯＣの状態において、前記外部圧力検出手段によって検出された前記外部圧力が前記圧力閾値よりも高い場合に、前記二次電池本体が劣化したと判断することを特徴とする二次電池。
【請求項８】
請求項１〜５の何れかに記載の二次電池であって、
前記二次電池本体の内部の温度を検出する温度検出手段と、
所定温度における前記内部圧力の圧力閾値を記憶する記憶手段と、
前記二次電池本体の劣化の有無を判断する電池状態診断手段と、をさらに備え、
前記電池状態診断手段は、前記二次電池本体の内部が前記所定温度の状態において、前記内部圧力検出手段によって検出された前記内部圧力が前記圧力閾値よりも高い場合に、前記二次電池本体が劣化したと判断することを特徴とする二次電池。
【請求項９】
請求項１に記載の二次電池であって、
前記圧力調整手段は、前記加圧手段によって前記二次電池本体に印加される外部圧力を検出する外部圧力検出手段を有し、
前記二次電池は、
前記二次電池本体の内部の温度を検出する温度検出手段と、
所定温度における前記外部圧力の圧力閾値を記憶する記憶手段と、
前記二次電池本体の劣化の有無を判断する電池状態診断手段と、をさらに備え、
前記電池状態診断手段は、前記二次電池本体の内部の温度が前記所定温度の状態において、前記外部圧力検出手段によって検出された前記外部圧力が前記圧力閾値よりも高い場合に、前記二次電池本体が劣化したと判断することを特徴とする二次電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は二次電池に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ニッケル水素電池を収容する外側容器に加圧気体を充填して、一定の圧力でニッケル水素電池を加圧したニッケル水素電池の安全装置が知られている（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平６−５４４１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記の発明では、ニッケル水素電池内の内部圧力が上記の一定の圧力以上に上昇すると、ニッケル水素電池が膨張し、充放電に伴う膨張収縮時に電極板同士が離反しやすくなり、電池の性能（発電効率）が低下してしまう恐れがあった。
【０００５】
本発明が解決しようとする課題は、電池の性能を長く維持することが可能な二次電池を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、二次電池本体の内部圧力が上昇した場合に、二次電池本体への加圧を増加させることによって上記課題を解決する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、二次電池本体の膨張を抑制することで、電池の性能を長く維持することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、本発明の第１実施形態における二次電池の概要図である。
【図２】図２は、図１のII−II線に沿った二次電池本体の断面図である。
【図３】図３は、本発明の第１実施形態における加圧装置の一例を説明する概略断面図である（その１）。
【図４】図４は、本発明の第１実施形態における加圧装置の一例を説明する概略断面図である（その２）。
【図５】図５は、本発明の第１実施形態の作用を説明する二次電池本体の概略断面図である。
【図６】図６は、本発明の第２実施形態における二次電池の概要図である。
【図７】図７は、図６のVII−VII線に沿った概略断面図である。
【図８】図８は、本発明の第２実施形態における二次電池の変形例を示す概要図である。
【図９】図９は、図８のIX−IX線に沿った概略断面図である。
【図１０】図１０は、本発明の第３実施形態における二次電池が組み込まれる回路図の一例を示す図である。
【図１１】図１１は、本発明の第３実施形態における二次電池のＳＯＣと電圧値の関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１０】
<<第１実施形態>>
図１は本実施形態における二次電池の概要図、図２は図１のII−II線に沿った二次電池本体の断面図、図３及び図４は本実施形態における加圧装置の一例を説明する概略断面図、図５は本実施形態の作用を説明する二次電池本体の概略断面図である。なお、図３及び図４は、図１のIII−III線に沿った概略断面図に相当する。
【００１１】
本実施形態における二次電池１は、ハイブリッド自動車や電気自動車等に搭載される電池である。この二次電池１は、図１に示すように、二次電池本体２と、モジュール缶３と、内部圧力センサ４と、外部圧力センサ５と、加圧装置６と、コントローラ７と、を備えている。
【００１２】
二次電池本体２は、図２に示すように、３枚の正極板２０１と、５枚のセパレータ２０２と、３枚の負極板２０３と、正極タブ２０４と、負極タブ２０５（図２において不図示）と、上部外装部材２０６と、下部外装部材２０７と、特に図示しない電解液と、から構成されている。本実施形態では、このうち正極板２０１、セパレータ２０２、負極板２０３を、積層電極体２０８と称し、この積層電極体２０８と電解液を特に発電要素２０９と称する。このような二次電池本体２としては、例えば、リチウムイオン二次電池を挙げることができる。
【００１３】
積層電極体２０８の正極板２０１は、同図に示すように、正極タブ２０４まで延びている正極側集電体２０１ａと、この正極側集電体２０１ａの一部の両主面にそれぞれ形成された正極層２０１ｂ，２０１ｃと、を有している。
【００１４】
本実施形態における正極側集電体２０１ａは、アルミニウム箔で構成されている。なお、正極集電体２０１ａは、電気化学的に安定した金属箔で構成されていればよく、正極集電体２０１ａを、例えば、アルミニウム合金箔、表面処理を施した銅箔、又は、ニッケル箔等で構成してもよい。
【００１５】
正極層２０１ｂ，２０１ｃは、正極活物質と、アセチレンブラック等の導電助剤と、ポリフッ化ビニリデン（PVDF;PolyVinylidene DiFluoride）等のバインダと、N−メチルピロリドン（NMP; N-methylpyrrolidone）等のスラリー粘度調整溶媒と、を混合した正極スラリーを、正極側集電体２０１ａの一部の両主面に塗布し、乾燥及び圧延することにより形成されている。本実施形態では、正極活物質として、マンガン酸リチウム（ＬｉＭｎ２Ｏ４）を用いているが、特に限定されない。例えば、正極活物質として、ニッケル酸リチウム（ＬｉＮｉＯ２）、又は、コバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ２）等のリチウム複合酸化物や、カルコゲン（Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ）化物等を用いてもよい。
【００１６】
積層電極体２０８の負極板２０３は、負極タブ２０５（図１参照）まで延びている負極側集電体２０３ａと、この負極側集電体２０３ａの一部の両主面にそれぞれ形成された負極層２０３ｂ，２０３ｃと、を有している。
【００１７】
本実施形態における負極側集電体２０３ａは、銅箔で構成されている。なお、負極側集電体２０３ａは、電気的に安定した金属箔で構成されていればよく、負極側集電体２０１ａを、例えば、ニッケル箔、ステンレス箔、又は、鉄箔等で構成してもよい。
【００１８】
負極層２０３ｂ，２０３ｃは、上記の正極活物質のリチウムイオンを吸蔵及び放出する負極活物質と、アセチレンブラック等の導電助剤と、ポリフッ化ビニリデン等のバインダと、N−メチルピロリドン等のスラリー粘度調整溶媒と、を混合した負極スラリーを、負極側集電体２０３ａの一部の両主面に塗布し、乾燥及び圧延することにより形成されている。本実施形態では、負極活物質に、グラファイトを用いているが、特に限定されない。例えば、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、又は、Ｓｉ等を用いてもよい。
【００１９】
特に、負極活物質として非晶質炭素や難黒鉛化炭素を用いると、充放電時における電位の平坦特性に乏しく放電量に伴って出力電圧も低下するので、通信機器や事務機器の電源には不向きであるが、電気自動車の電源として用いる場合には、急激な出力低下がないので有利である。
【００２０】
ここで、本実施形態における二次電池本体２は、図１に示すように、外装部材２０６,２０７の一辺から正極タブ２０４と負極タブ２０５とが、並んで導出している。このため、図２では、積層電極体２０８の正極板２０１から正極タブ２０４に至る断面を図示し、負極板２０３から負極タブ２０５に至る断面の図示を省略しているが、負極板２０３及び負極タブ２０５も、図２に示す正極板２０１及び正極タブ２０４と実質的に同一の構造となっている。ただし、積層電極体２０８の端部から正極タブ２０４に至る間の正極板２０１（正極側集電体２０１ａ）、及び、積層電極体２０８の端部から負極タブ２０５に至る間の負極板２０３（負極側集電体２０３ａ）は、特に図示しないが、平面視において、互いに接触することがないように、半分以下に切り欠かれている。
【００２１】
積層電極体２０８のセパレータ２０２は、正極板２０１と負極板２０３との短絡を防止するもので、電解液を保持する機能を備えていてもよい。本実施形態におけるセパレータ２０２には、ポリエチレン（ＰＥ）等のポリオレフィンから構成される微多孔性膜で構成されている。このようなセパレータ２０２は、過電流が流れると、その発熱によって層の空孔が閉塞され電流を遮断する機能をも有する。
【００２２】
なお、本実施形態におけるセパレータ２０２は、ポリオレフィン等の単層膜のみに限定されず、ポリプロピレン膜をポリエチレン膜でサンドイッチした三層構造や、ポリオレフィン微多孔性膜と有機不織布等を積層したもので構成してもよい。このように、セパレータ２０２を複層化することで、過電流の防止機能、電解液保持機能及びセパレータ２０２の形状維持（剛性向上）機能等の諸機能を付与することができる。
【００２３】
以上の積層電極体２０８では、セパレータ２０２を介して正極板２０１と負極板２０３とが交互に積層されている。そして、３枚の正極板２０１は、正極側集電体２０１ａを介して、金属箔製の正極タブ２０４にそれぞれ接続されており、３枚の負極板２０３は、負極側集電体２０３ａを介して、同様に金属箔製の負極タブ２０５にそれぞれ接続されている。
【００２４】
なお、積層電極体２０８の正極板２０１、セパレータ２０２、及び、負極板２０３は、上記の枚数に何ら限定されない。例えば、１枚の正極板、２枚のセパレータ、１枚の負極板でも積層電極体を構成することができ、必要に応じて、正極板、セパレータ及び負極板の枚数を選択して構成することができる。
【００２５】
正極タブ２０４及び負極タブ２０５を構成する材料は、電気化学的に安定した金属材料であれば、特に限定されない。例えば、正極タブ２０４を、上述の正極側集電体２０１ａと同様に、アルミニウム箔、アルミニウム合金箔、銅箔、又は、ニッケル箔等で構成することができる。また、負極タブ２０５については、上述の負極側集電体２０３ａと同様に、銅箔、ニッケル箔、ステンレス箔、又は、鉄箔等で構成することができる。また、本実施形態では、電極板２０１,２０３の集電体２０１ａ,２０３ａを構成する金属箔自体を電極タブ２０４,２０５まで延長することにより、電極板２０１,２０３を電極タブ２０４,２０５に直接接続しているが、電極板２０１,２０３の集電体２０１ａ,２０３ａと、電極タブ２０４,２０５とを、集電体２０１ａ,２０３ａを構成する金属箔とは別の材料や部品により接続してもよい。
【００２６】
ここで、本実施形態では、正極タブ２０４及び負極タブ２０５の両方が、二次電池本体２（外装部材２０６,２０７）の同一の辺から導出するように配置されているが、正極タブ２０４及び負極タブ２０５の配置については、特に限定されない。例えば、正極タブ２０４と負極タブ２０５を、相互に対向する辺から導出させるように配置してもよい。
【００２７】
上述した積層電極体２０８は、図２に示すようなカップ状に成型された上部外装部材２０６と、平板状の下部外装部材２０７との間に収容されて、封止されている。本実施形態における上部外装部材２０６及び下部外装部材２０７は何れも、特に図示しないが、内側樹脂層、金属層、及び、外側樹脂層から成るラミネート材（ラミネートフィルム）で構成されている。
【００２８】
このラミネート材の内側樹脂層としては、例えば、ポリエチレン、変性ポリエチレン、ポリプロピレン、変性ポリプロピレン、又は、アイオノマー等の耐電解液性及び熱融着性に優れた樹脂フィルムで構成することができる。また、金属層については、例えば、アルミニウム等の金属箔で構成することができ、外側樹脂層については、例えば、ポリアミド系樹脂やポリエステル系樹脂等の電気絶縁性に優れた樹脂フィルムで構成することができる。
【００２９】
これらの外装部材２０６,２０７によって、電極タブ２０４,２０５の一部と積層電極体２０８を包み込み、当該外装部材２０６,２０７により形成される空間に、ＬｉＰＦ６／ＥＣ＋ＤＥＣ等の電解液を注入しながら、当該空間を真空状態とした後に、外装部材２０６，２０７の外周部分を熱プレスにより熱融着する。これにより、外装部材２０６,２０７の間に、電極タブ２０４,２０５の一部及び発電要素２０９が収容されて封止される。なお、上記の「ＬｉＰＦ６／ＥＣ＋ＤＥＣ」は、エチレンカーボネート（ＥＣ）とジエチルカーボネート（ＤＥＣ）との混合溶媒に対して、六フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ６）を溶解させたものである。また、以下において、「二次電池本体２の内部」とは、外装部材２０６,２０７によって封止され、電解液が充填された空間内を意味する。
【００３０】
なお、電解液は、ＬｉＰＦ６／ＥＣ＋ＤＥＣに限定されず、例えば、有機液体溶媒に過塩素酸リチウムやホウフッ化リチウム等のリチウム塩を溶質としたものであってもよい。この有機液体溶媒としては、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等のエステル系溶媒を挙げることができる。なお、有機液体溶媒はこれに限定されることなく、エステル系溶媒に、γ−ブチラクトン（γ−ＢＬ）やジエトシキエタン（ＤＥＥ）等のエーテル系溶媒その他を混合、調合した有機液体溶媒を用いることもできる。
【００３１】
モジュール缶３は、図１に示すように、複数の二次電池本体２で構成される電池モジュールを、内部の空間３１に収容する箱状の部材である。なお、図１においては、１つの二次電池本体２のみを図示し、他の二次電池本体については図示を省略している。また、本実施形態では、４つの二次電池本体２によって電池モジュールが構成されているが（図３参照）、電池モジュールを構成する二次電池本体２の数は、特に限定されない。
【００３２】
このモジュール缶３の空間３１は、加圧装置６と接続していること、及び、圧力センサ４,５の配線が導出されていること以外は密封されている。このようなモジュール缶３は、例えば、ステンレスで構成されているが、モジュール缶３の材料については特に限定されない。
【００３３】
内部圧力センサ４は、二次電池本体２の内部に収容されて、二次電池本体２の内部の内部圧力Ｐ１を検出する装置である。この内部圧力センサ４は、配線によってコントローラ７に接続されており、検出した内部圧力Ｐ１の信号をコントローラ７に出力する。
【００３４】
外部圧力センサ５は、モジュール缶３内に二次電池本体２と共に収容され、加圧装置６によって二次電池本体２に印加される外部圧力Ｐ２を検出する装置である。なお、この外部圧力センサ５は、二次電池本体２の内部には収容されておらず、二次電池本体２の外部であって、モジュール缶３の内部に配置されている。この外部圧力センサ５も、配線によってコントローラ７に接続されており、検出した外部圧力Ｐ２の信号をコントローラ７に出力する。
【００３５】
加圧装置６は、コントローラ７の指令に基づいて、二次電池本体２を加圧する装置である。このような加圧装置６としては、図３に示すように、加圧した流体をモジュール缶３の空間３１に送り込むコンプレッサ６１を挙げることができる。この場合には、モジュール缶３とコンプレッサ６１の間に流路６ａを設けて、両者を連通させる。なお、このような流体としては、例えば空気を挙げることができるが、特にこれに限定されない。
【００３６】
このように、コンプレッサ６１を用いてモジュール缶３の空間３１内の圧力を高めることで、二次電池本体２を全体的に均一に加圧することが可能となる。これにより、二次電池本体２において、正極板２０１、セパレータ２０２及び負極板２０３の間隔が不均一になることが抑制されるため、発電効率の低下を抑制することができると共に、局所的な応力が印加されることに伴う二次電池本体１（積層電極体２０８）の不均一な劣化を抑制することができる。
【００３７】
また、図４に示すように、加圧装置６を、モジュール缶３を介して、二次電池本体２を上下から押圧するように構成した押圧装置６２や、特に図示しないが、二次電池本体２を直接的に押圧する押圧装置で構成してもよい。なお、二次電池本体２を直接的に押圧する場合には、外装部材２０６,２０７を介して積層電極体２０８を押圧したり、外装部材２０６,２０７同士が貼り合わされた部分を押圧するようにしてもよい。また、このような押圧装置には、モータ等のアクチュエータを用いることができる。
【００３８】
コントローラ７は、圧力センサ４,５が検出した圧力の信号を取得して、検出された圧力に基づいて、加圧装置６を制御する装置である。このようなコントローラ７については、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）で構成することができる。
【００３９】
このコントローラ７は、外部圧力センサ５が検出した外部圧力Ｐ２と、内部圧力センサ４が検出した内部圧力Ｐ１との差圧Ｐ３（Ｐ３＝Ｐ２−Ｐ１）を算出し、この差圧Ｐ３が所定値Ｐ４（正の値）よりも低くなった場合に、差圧Ｐ３が所定値Ｐ４以上となるように（Ｐ３≧Ｐ４）、加圧装置６による二次電池本体２への加圧を増加させる。さらに、コントローラ７は、差圧Ｐ３が所定値Ｐ４よりも高くなった状態を維持させるように、加圧装置６による加圧を維持させる。
【００４０】
例えば、図５に示すように、充放電時や劣化による二次電池本体２の内部にガスＧが発生し、二次電池本体２の内部圧力Ｐ１が上昇した場合に、コントローラ７は、加圧装置６による加圧を増加させるように、加圧装置６に指令を出力する。
【００４１】
なお、本実施形態では、電池モジュールを構成する４つの二次電池本体２の中で、一つでも差圧Ｐ３が所定値Ｐ４以下に低くなると、コントローラ７が、加圧装置６に対して、二次電池本体２に印加する圧力を増加させる指令を出力し、より高い圧力で二次電池本体２を加圧させる。
【００４２】
例えば、差圧の所定値Ｐ４が１０００ｈＰａである場合において、４つの二次電池本体２における各差圧Ｐ３が、１０００ｈＰａ、１０００ｈＰａ、１０００ｈＰａ、９９０ｈＰａになると、コントローラ７は、９９０ｈＰａの差圧Ｐ３を１０００ｈＰａにするように、加圧装置６による加圧を１０ｈＰａ分高くさせる。
【００４３】
この際に、加圧装置６は、元々の差圧Ｐ３が１０００ｈＰａとなっている他の二次電池本体２も同時に加圧してしまうため、この二次電池本体２の差圧Ｐ３（元の１０００ｈＰａ）は、１０１０ｈＰａとなる。このように差圧Ｐ３が大きるなる分には、二次電池本体２の膨張が抑制されるという効果が維持される。つまり、本実施形態では、差圧Ｐ３を、所定値Ｐ４よりも高くさせるように二次電池本体２を加圧してもよい。例えば、上記の例において、差圧Ｐ３が１０２０ｈＰａや１０４０ｈＰａとなるように、加圧装置６に二次電池本体２を加圧させてもよい。
【００４４】
ここで、本実施形態では、外部圧力センサ５とコントローラ７が、加圧装置６による外部圧力を調整する圧力調整部２０を構成している。
【００４５】
次に、本実施形態における作用について説明する。
【００４６】
充放電や劣化により二次電池本体の内部にガスが発生して二次電池本体が膨張すると、充放電に伴う変化で二次電池本体内部の正極板、負極板及びセパレータが相互に離反しやすくなり、二次電池本体の性能（発電効率）が低下する恐れがある。
【００４７】
これに対して、本実施形態では、二次電池本体の内部圧力を検出して、当該内部圧力が上昇した場合に、加圧装置によって二次電池本体を外側から加圧するので、二次電池本体の膨張を抑制することができる。これにより、正極板、負極板及びセパレータが相互に離反してしまうことが抑制されるので、電池の性能を長く維持させることができる。
【００４８】
また、本実施形態では、加圧装置によって二次電池本体に印加される外部圧力と、二次電池本体の内部圧力との差圧が所定値以上となるように、加圧装置による加圧を調整している。つまり、本実施形態では、外部圧力が内部圧力よりも常に大きくなるように、二次電池本体を加圧しているため、二次電池本体の膨張が確実に抑制されている。このため、本実施形態では、電池の性能をより長く維持させることが可能となっている。
【００４９】
次に、第２実施形態について説明する。
【００５０】
<<第２実施形態>>
図６は本実施形態における二次電池の概要図、図７は図６のVII−VII線に沿った概略断面図、図８は本実施形態における二次電池の変形例を示す概要図、図９は図８のIX−IX線に沿った概略断面図である。
【００５１】
本実施形態における二次電池１ａは、図６及び図７に示すように、二次電池本体２の内部にガス溜め部材８を設けた点において、第１実施形態と相違するが、それ以外については第１実施形態と同様である。以下に、第１実施形態と相違する部分についてのみ説明し、第１実施形態と同一の部分については、同一の符号を付して説明を省略する。
【００５２】
ガス溜め部材８は、図７に示すように、内部に中空８ｂが形成されたステント８ａで構成されている。このステント８ａは、二次電池本体２の内部で発生したガスを通気させる一方で、二次電池本体２の電解液の浸透を防ぐことができるように形成されている。このようなステント８ａは、例えば、ポリプロピレンで構成することができる。
【００５３】
このガス溜め部材８は、図６及び図７に示すように、二次電池本体２の内部において、積層電極体２０８と、外装部材２０６，２０７の封止部２１０との間に配置されている。なお、この封止部２１０とは、外装部材２０６，２０７の外縁部分において互いに貼り合わされた部分であり、積層電極体２０８及び電解液を二次電池本体２の内部に封止している部分である。また、本実施形態では、この封止部２１０の中で、最後に封止される外装部材２０６，２０７の外縁部分（図６中の左側の一辺）を、「最終封止部２１０ａ」と称する。
【００５４】
本実施形態では、この最終封止部２１０ａと積層電極体２０８との間のみにガス溜め部材８が配置されているが、特に限定されない。例えば、図８及び図９に示すように、ガス溜め部材８を、最終封止部２１０ａと積層電極体２０８との間に配置することに加えて、最終封止部２０１ａ以外の封止部２１０と、積層電極体２０８との間にガス溜め部材８を配置させてもよい。
【００５５】
本実施形態では、仮に、二次電池本体の充放電や劣化によって、二次電池本体の内部にガスが発生しても、このガス溜め部材内部の空間に当該ガスが吸収される。これにより、二次電池本体の内部圧力の上昇を抑制して、二次電池本体の膨張を抑制することができるため、電池の性能を長く維持することができる。
【００５６】
また、本実施形態では、このガス溜め部材を封止部と積層電極体の間に配置させたので、積層電極体の上下の主面と外装部材との間にガスが侵入することが抑制されている。このため、加圧装置による加圧を積層電極体に効率よく印加することができ、電極板同士が離反することに伴う発電効率の低下を抑制することができる。
【００５７】
また、本実施形態では、最終封止部と積層電極体の間にガス溜め部材を配置しているので、外装部材同士の間の空間に電解液を注入した後に、二次電池本体の内部にガス溜め部材を簡単に配置させることができる。このため、二次電池本体内にガス溜め部材を設けたことに伴う二次電池の生産性の悪化を抑制することができる。
【００５８】
また、本実施形態においても第１実施形態と同様に、二次電池本体の内部の内部圧力を検出して、当該内部圧力が上昇した場合に、加圧装置による二次電池本体への加圧を増加させているので、二次電池本体の膨張を抑制することができ、電池の性能を長く維持させることができる。
【００５９】
また、本実施形態においても第１実施形態と同様に、加圧装置によって二次電池本体に印加される外部圧力と、二次電池本体の内部圧力との差圧が所定値以上となるように、加圧装置による加圧を調整しているので、二次電池本体の膨張を確実に抑制することができる。このため、電池の性能をより長く維持させることができる。
【００６０】
次に、第３実施形態について説明する。
【００６１】
<<第３実施形態>>
図１０は本実施形態における二次電池が組み込まれる回路図の一例を示す図、図１１は本実施形態における二次電池のＳＯＣと電圧値の関係を示すグラフである。
【００６２】
本実施形態における二次電池１ｂは、例えば、図１０に示す回路図のように、ハイブリッド自動車や電気自動車おいて、インバータを介してモータに接続されている。このような電気回路では、インバータが二次電池１ｂの直流電力を交流電力に変換し、モータを駆動させる。また、このような電気回路では、上記の自動車が制動した際に、回生エネルギーを吸収して二次電池を充電する。なお、同図では、二次電池本体２が２つしか図示されていないが、二次電池本体２の数については特に限定されない。
【００６３】
本実施形態における二次電池１ｂは、温度センサ９１と、電圧計９２と、メモリ９３と、を備えている点において、第１実施形態と相違しているが、それ以外については第１実施形態と同様である。以下に、第１実施形態と相違する部分についてのみ説明し、第１実施形態と同一の部分については、同一の符号を付して説明を省略する。
【００６４】
温度センサ９１は、二次電池本体１の内部に配置され、二次電池本体２の内部の温度を検出する。この温度センサ９１は、検出した温度の信号をコントローラ７に出力する。電圧計９２は、二次電池本体２と並列接続されて、二次電池本体２の電圧を検出する。この電圧計９２も、検出した電圧の信号をコントローラ７に出力する。
【００６５】
メモリ９３は、図１１に示すＳＯＣ（State Of Charge）と電圧との関係を記憶していると共に、二次電池本体２が所定ＳＯＣ（例えばＳＯＣ３０％、５０％及び９０％）のときの二次電池本体２の内部圧力の圧力閾値Ｐ５及び外部圧力の圧力閾値Ｐ６を記憶している。さらに、メモリ９３は、二次電池本体２の内部の温度が所定温度（例えば１０℃、１５℃、２０℃及び２５℃）のときの内部圧力の圧力閾値Ｐ７及び外部圧力の圧力閾値Ｐ８を記憶している。このメモリ９３は、コントローラ７と通信可能となっている。
【００６６】
本実施形態におけるコントローラ７は、メモリ９３が記憶している所定ＳＯＣのときの内部圧力の圧力閾値Ｐ５と、内部圧力センサ４が検出した内部圧力Ｐ１とに基づいて、二次電池本体２の劣化の有無を判断する。この点について、以下に詳細に説明する。
【００６７】
まず、コントローラ７は、メモリ９３にアクセスし、メモリ９３によって記憶された図１１に示すＳＯＣと電圧の関係から、電圧計９２が検出した電圧に基づいて二次電池本体２のＳＯＣを算出する。
【００６８】
算出したＳＯＣが所定ＳＯＣであった場合には、コントローラ７は、メモリ９３が記憶している所定ＳＯＣのときの内部圧力の圧力閾値Ｐ５と、内部圧力センサ４が検出している内部圧力Ｐ１とを比較する。コントローラ７は、内部圧力Ｐ１が圧力閾値Ｐ５よりも高くなっている場合に（Ｐ１＞Ｐ５）、二次電池本体２の内部でガスが発生しているため、二次電池本体２が劣化したと判断する。一方、コントローラ７は、内部圧力Ｐ１が圧力閾値Ｐ５以下に低くなっている場合に（Ｐ１≦Ｐ５）、二次電池本体２はガス発生により劣化していないと判断する。
【００６９】
また、本実施形態におけるコントローラ７は、メモリ９３が記憶している所定ＳＯＣのときの外部圧力の圧力閾値Ｐ６と、外部圧力センサ５が検出した外部圧力Ｐ２とに基づいた二次電池本体２の劣化の有無も判断する。この点について、以下に詳細に説明する。
【００７０】
まず、コントローラ７は、上記のように、電圧計９２が検出した二次電池本体２の電圧に基づいて、ＳＯＣを算出する。
【００７１】
次いで、算出したＳＯＣが所定ＳＯＣであった場合には、コントローラ７は、メモリ９３が記憶している所定ＳＯＣのときの外部圧力の圧力閾値Ｐ６と、外部圧力センサ５が検出している外部圧力Ｐ２とを比較する。コントローラ７は、外部圧力Ｐ２が圧力閾値Ｐ６よりも高くなっている場合に（Ｐ２＞Ｐ６）、外部圧力は内部圧力に応じて変化することから、二次電池本体２の内部でガスが発生しているため、二次電池本体２が劣化したと判断する。一方、コントローラ７は、外部圧力Ｐ２が圧力閾値Ｐ６以下に低くなっている場合に（Ｐ２≦Ｐ６）、二次電池本体２が劣化していないと判断する。
【００７２】
また、本実施形態におけるコントローラ７は、二次電池本体２の内部の温度が所定温度のときの内部圧力の圧力閾値Ｐ７と、内部圧力センサ４が検出した内部圧力Ｐ１とに基づいた二次電池本体２の劣化の有無も判断する。この点について、以下に詳細に説明する。
【００７３】
まず、コントローラ７は、温度センサ９１が検出した温度の信号を取得する。次いで、温度センサ９１が検出した温度が所定温度であった場合には、メモリ９３が記憶している所定温度のときの内部圧力の圧力閾値Ｐ７と、内部圧力センサ４が検出している内部圧力Ｐ１とを比較する。コントローラ７は、内部圧力Ｐ１が圧力閾値Ｐ７よりも高くなっている場合に（Ｐ１＞Ｐ７）、二次電池本体２の内部でガスが発生しているため、二次電池本体２が劣化したと判断する。一方、コントローラ７は、内部圧力Ｐ１が圧力閾値Ｐ７以下に低くなっている場合に（Ｐ１≦Ｐ７）、二次電池本体２が劣化していないと判断する。
【００７４】
また、本実施形態におけるコントローラ７は、上述した二次電池本体２の内部の温度が所定温度のときの外部圧力の圧力閾値Ｐ８と、外部圧力センサ５が検出した外部圧力Ｐ２とに基づいた二次電池本体２の劣化の有無も判断する。この点について、以下に詳細に説明する。
【００７５】
まず、コントローラ７は、温度センサ９１が検出した温度の信号を取得する。次いで、温度センサ９１が検出した温度が所定温度であった場合には、コントローラ７は、メモリ９３が記憶している所定温度のときの外部圧力の圧力閾値Ｐ８と、外部圧力センサ５が検出している外部圧力Ｐ２とを比較する。コントローラ７は、外部圧力Ｐ２が圧力閾値Ｐ８よりも高くなっている場合に（Ｐ２＞Ｐ８）、外部圧力は内部圧力に応じて変化することから、二次電池本体２の内部でガスが発生しているため、二次電池本体２が劣化したと判断する。一方、コントローラ７は、外部圧力Ｐ２が圧力閾値Ｐ８以下に低くなっている場合に（Ｐ２≦Ｐ８）、二次電池本体２が劣化していないと判断する。
【００７６】
コントローラ７は、二次電池本体２が劣化していると判断した場合には、アラーム等の警報を発生させる信号を出力する。例えば、本実施形態における二次電池１ｂが、自動車に搭載されている場合には、コントローラ７は、自動車に搭載されたスピーカに警報音を発生させる信号を出力する。或いは、コントローラ７は、自動車に搭載されたナビゲーションシステムに対して、電池が劣化していることを示す文字情報や図形をモニタに表示させる信号を出力する。
【００７７】
以上のように、本実施形態では、差圧を算出するための内部圧力センサ４や外部圧力センサ５を利用して、所定ＳＯＣや所定温度のときの内部圧力の圧力閾値と、内部圧力センサによって検出された内部圧力とを比較して二次電池本体の劣化を判断したり、所定ＳＯＣや所定温度のときの外部圧力の圧力閾値と、外部圧力センサによって検出された外部圧力とを比較して二次電池本体の劣化を判断している。つまり、本実施形態では、単に、圧力の増減に基づいて、二次電池本体の劣化の有無を判断しているのではなく、二次電池本体の状態と、各圧力センサによって検出された圧力とに基づいて、二次電池本体の劣化の有無を判断している。これにより、本実施形態では、当該判断を正確に実行することができる。
【００７８】
また、本実施形態では、二次電池本体の劣化の有無を判断することで、例えば、二次電池が搭載された自動車のドライバに、二次電池本体の劣化の状態をアナウンスすることができる。これにより、ドライバに、二次電池の交換時期等を知らせることができる。また、自動車の状況を管理しているサポートセンターに劣化状態の信号を送信することで、サポートセンター側から対応することも可能となる。
【００７９】
なお、本実施形態では、二次電池本体の状態と、内部圧力又は外部圧力とに基づいて、上記のように二次電池本体の劣化の有無を実行しているが、これに加えて、二次電池本体の内部に発生したガスの発生量を算出するように構成してもよい。具体的には、予め実験で求めた所定ＳＯＣで所定温度のときの内部圧力をメモリに記憶させておき、内部圧力センサによって検出した内部圧力との差分と電池内空間体積の積からガスの発生量を算出してもよい。
【００８０】
また、本実施形態においても第１実施形態と同様に、二次電池本体の内部の内部圧力を検出して、当該内部圧力が上昇した場合に、加圧装置による二次電池本体への加圧を増加させているので、二次電池本体の膨張を抑制することができ、電池の性能を長く維持させることができる。
【００８１】
また、本実施形態においても第１実施形態と同様に、加圧装置によって二次電池本体に印加される外部圧力と、二次電池本体の内部圧力との差圧が所定値以上となるように、加圧装置による加圧を調整しているので、二次電池本体の膨張を確実に抑制することができる。このため、電池の性能をより長く維持させることができる。
【００８２】
なお、本実施形態においても、第２実施形態と同様に、二次電池本体内にガス溜め部を設けてもよい。これにより、第２実施形態と同様に、電池の性能をより長く維持させることができる。
【００８３】
なお、以上に説明した第１〜第３実施形態における内部圧力センサ４が本発明の内部圧力検出手段の一例に相当し、第１〜第３実施形態における加圧装置６が本発明の加圧手段の一例に相当し、第１〜第３実施形態における圧力調整部２０が本発明の圧力調整手段の一例に相当し、第１〜第３実施形態における外部圧力センサ５が本発明の外部圧力検出手段の一例に相当し、第１〜第３実施形態におけるコントローラ７が本発明の圧力制御手段の一例に相当し、第２実施形態におけるガス溜め部材８が本発明のガス溜め部の一例に相当し、第２実施形態におけるステント８ａが本発明の通気部材の一例に相当し、第３実施形態における電圧計９２及びコントローラ７が本発明のＳＯＣ算出手段の一例に相当し、第３実施形態におけるコントローラ７が本発明の電池状態診断手段の一例に相当し、第３実施形態におけるメモリ９３が本発明の記憶手段の一例に相当し、第３実施形態における温度センサ９１が本発明の温度検出手段の一例に相当する。
【００８４】
また、以上に説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。
【符号の説明】
【００８５】
１…二次電池
２…二次電池本体
３…モジュール缶
４…内部圧力センサ
５…外部圧力センサ
６…加圧装置
７…コントローラ
８…ガス溜め部材
【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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【図６】
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【図７】
2013065515.tif 000009
【図８】
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【図９】
2013065515.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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