(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電槽に正極、セパレータおよび負極を積層した極群が収納され、前記正極から引き出された正極端子と前記負極から引き出された負極端子とを挿通した蓋によって前記電槽が密閉されてなる単位電池を、直、並列に複数個接続した二次電池装置において、前記単位電池に、温度検出部および圧力検出部を有し、前記各検出部は片面が粘着性を有した膜体に設けられ、かつ前記膜体に施された配線によって各検出部が接続されてなるセンサーを具備したことを特徴とする二次電池装置。
【請求項２】
請求項１記載の二次電池装置において、温度検出部は端子または電槽の側面の少なくとも一方に配置され、圧力検出部は蓋の安全弁上または電槽の側面の少なくとも一方に配置されていることを特徴とする二次電池装置。
【請求項３】
請求項２記載の二次電池装置において、温度検出部は膜体に熱電対またはサーミスタを設けることによって形成し、温度上昇による電圧または抵抗の変化を検出して充放電を停止させるように構成するとともに、圧力検出部は膜体の一部に強度を小さくした部分を設けることによって形成し、強度を小さくした部分が安全弁の開弁時の圧力または電槽の膨れによって切断されて充電を停止させるように構成したことを特徴とする二次電池装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はセンサーを備えた二次電池装置に関するもので、さらに詳しく言えば、電気自動車や据置用電源装置などに用いられる、高電圧、大電流を得るための二次電池装置にセンサーを備えることによって、その安全性、信頼性が高めることができる二次電池装置の構成に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電気自動車や据置用電源装置などに用いられる二次電池装置としては、従来より鉛蓄電池やアルカリ蓄電池が単位電池として用いられていたが、近年は小型化、軽量化が可能なリチウム電池を大容量化し、充放電を可能にした大容量リチウム二次電池が単位電池として用いられるようになってきており、この大容量リチウム二次電池を直、並列に複数個接続した二次電池装置が注目されている。
【０００３】
このような二次電池装置では、充放電時の発熱によって特性が低下したり、早期に寿命に至ることがあるため、各単位電池に温度検出部を設けて温度上昇時に充放電を停止させるといった、適切な対応ができるようにしている。
【０００４】
すなわち、上記温度検出部として熱電対またはサーミスタを用い、温度上昇時に、その電圧変化や抵抗変化を検出して充放電を停止させるようにしたものである。
【０００５】
また、上記した二次電池装置では、過充電時には、温度上昇とともに内圧上昇が認められることがあるため、各単位電池に安全弁を設けて内圧上昇時に安全弁が開弁できるようにしている。
【０００６】
すなわち、安全弁が内圧上昇によって開弁した場合には、それによって充電を停止させるようにしたものである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記した二次電池装置では、安全弁が内圧上昇によって開弁せずに電槽の膨れになった場合には充電が継続され、電槽の破裂が発生するといった安全上好ましくない問題が生じる可能性があった。
【０００８】
このような問題を解決するため、各単位電池に圧力センサーを取り付け、単位電池の内圧上昇を検出して充電を停止させるようにすることはできるが、圧力センサーは高価であるため、各単位電池に圧力センサーを取り付けると二次電池装置のコストが上昇するため、好ましくないという問題があった。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１記載の発明は、電槽に正極、セパレータおよび負極を積層した極群が収納され、前記正極から引き出された正極端子と前記負極から引き出された負極端子とを挿通した蓋によって前記電槽が密閉されてなる単位電池を、直、並列に複数個接続した二次電池装置において、前記単位電池に、温度検出部および圧力検出部を有し、前記各検出部は片面が粘着性を有した膜体に設けられ、かつ前記膜体に施された配線によって各検出部が接続されてなるセンサーを具備したことを特徴とするものであり、これにより温度上昇時または内圧上昇時に適切な対応が可能である。
【００１０】
また、請求項２記載の発明は、請求項１記載の二次電池装置において、温度検出部は端子または電槽の側面の少なくとも一方に配置され、圧力検出部は蓋の安全弁上または電槽の側面の少なくとも一方に配置されていることを特徴とするものであり、これにより、端子または電槽の側面の温度上昇を確実に検出することができるとともに、内圧上昇による安全弁や電槽の側面の変化を確実に検出することができる。
【００１１】
また、請求項３記載の発明は、請求項２記載の二次電池装置において、温度検出部は膜体に熱電対またはサーミスタを設けることによって形成し、温度上昇による電圧または抵抗の変化を検出して充放電を停止させるように構成するとともに、圧力検出部は膜体の一部に強度を小さくした部分を設けることによって形成し、強度を小さくした部分が安全弁の開弁時の圧力または電槽の膨れによって切断されて充電を停止させるように構成したことを特徴とするものであり、これにより、温度上昇時だけでなく、内圧上昇時に充電を確実に停止させることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明をその実施の形態に基づいて説明する。
【００１５】
本発明の実施の形態を説明するに先立ち、図１に示した、本発明の二次電池装置を構成する単位電池に取り付けられるセンサーの平面図、図２に示した、前記単位電池の斜視図について説明する。
【００１６】
図１に示したセンサー２０は、温度検出部１１Ａ，１１Ｂおよび圧力検出部１２Ａ，１２Ｂが、片面が粘着性を有したポリイミドシートからなる膜体１３に設けられたものであり、前記膜体１３に施された配線１４によって前記温度検出部１１Ａ，１１Ｂと圧力検出部１２Ａ，１２Ｂとが接続されたものである。
【００１７】
図２に示した単位電池１０は、正極、負極およびセパレータを積層した極群１が電槽２内に収納され、蓋３によって密閉されたものである。すなわち、正極は、正極活物質としてのコバルト酸リチウム、導電剤としてのアセチレンブラック、結着剤およびゲル電解質としてのポリエチレンオキサイドからなる混合物に、電解液としての６フッ化リン酸リチウムのプロピレンカーボネート溶液を混練した合剤を、寸法が３６１ｍｍ×１６７ｍｍのアルミニウム箔からなる集電体の両面に塗着したものであり、負極は、負極活物質としての炭素粉末とゲル電解質としてのポリエチレンオキサイドとからなる混合物に、電解液としての６フッ化リン酸リチウムのプロピレンカーボネート溶液を混練した合剤を、寸法が３６３ｍｍ×１６９ｍｍの銅箔からなる集電体の両面に塗着したものであり、セパレータは前記ポリエチレンオキサイドを層状にしたものであり、負極が最外部に位置するように、正極を３１枚、負極を３２枚積層したものである。なお、前記極群１の正極からは正極端子４が引き出され、負極からは負極端子５が引き出されている。
【００１８】
前記極群１は、幅が３８８ｍｍ、高さが１７５ｍｍ、奥行が１４．５ｍｍの寸法で、１ｍｍの厚さのアルミニウムからなる角形の電槽２内に収納され、蓋３をレーザー溶接することによって密閉されるとともに、蓋３の正極端子４および負極端子５の挿通部にはポリエチレンからなるパッキンを配して各端子の挿通部が密閉されている。なお、６は蓋３に設けた安全弁で、７は電槽２および蓋３の表面に形成した突起である。
【００１９】
図１に示したセンサー２０の、温度検出部１１Ａ，１１Ｂは膜体１３に熱電対またはサーミスタを設けることによって形成し、圧力検出部１２Ａ，１２Ｂは膜体１３に切り込みを入れて強度を小さくした部分を設けることによって形成し、前記温度検出部１１Ａを正極端子４または負極端子５の一方に配置するとともに、前記温度検出部１１Ｂを電槽２の側面に配置し、前記圧力検出部１２Ａを蓋３の安全弁６上に配置するとともに、圧力検出部１２Ｂを電槽２の側面に配置する。そして、温度上昇による熱電対の電圧の変化またはサーミスタの抵抗の変化を検出して充放電を停止させるようにするとともに、安全弁６の開弁時の圧力または電槽２の膨れによって前述した強度を小さくした部分が切断されて配線１４が切断され、充電を停止させるようにしている。なお、この強度を小さくした部分は、１ｋｇｆ以下の引張力で破断する程度の強度にし、破断時の配線１４の伸びを１ｍｍ以下にすれば、電槽２の変形の初期に充電を停止させることができるので、安全性の点で好ましい。
【００２０】
次に、上記した単位電池１０にセンサー２０を取り付けた試験用電池を恒温槽に入れて温度を２０℃、４０℃、６０℃のように上昇させたところ、センサー２０によって検出された電池温度の変化と恒温槽内の温度の変化との間で一定の相関性があることがわかった。
【００２１】
このことに基づいて、試験用電池を強制冷却せずに０．１Ｃで連続充電したところ、前記センサー２０によってその温度変化が２℃／分以上になったことを検出して充電を停止させるように設定すれば、試験用電池はほぼ完全充電できることがわかった。また、この試験用電池を０．０５Ｃで過放電し、前記センサー２０によってその温度変化が２℃／分以上になったことを検出して放電を停止させるように設定すれば、試験用電池は過放電によって悪影響を受けないことがわかった。また、前記試験用電池を強制冷却せずに、前記センサー２０の温度検出部１１Ａ，１１Ｂが動作しないようにしておいて０．１Ｃで連続充電したところ、充電末期に内圧が上昇して安全弁６が開弁すると同時にセンサー２０の配線１４が切断されて充電を停止できることがわかった。また、前記試験用電池を０．１Ｃ充電、１Ｃ放電の充放電サイクルに供し、前記センサー２０によってその温度変化が２℃／分以上になったことを検出して充電を停止させるように設定すれば、充放電サイクル寿命は１００サイクル以上になることがわかった。
【００２２】
次に、図３に示した、本発明の実施の形態に係るセンサーの平面図、図４に示した、本発明の実施の形態に係る二次電池装置の斜視図について説明する。
【００２３】
図３に示したセンサー２００は、膜体１３に複数の配線１４が施されてなるもので、単位電池の数だけの配線を切り取り、一端の温度検出部１１Ａ、圧力検出部１２Ａと温度検出部１１Ｂ、圧力検出部１２Ｂとの間を途中まで切り裂き、温度検出部１１Ａ、圧力検出部１２Ａと温度検出部１１Ｂ、圧力検出部１２Ｂとがほぼ直角になるように折り曲げている。
【００２４】
図４に示した二次電池装置１００は、前記単位電池１０を８個直列に接続し、隣接する単位電池１０間で電槽２の側面の突起７同士が接触して通風による冷却効果が高められるようにするとともに、枠体８によって一体にしているもので、前記センサー２００の、温度検出部１１Ａを各単位電池１０の正極端子４に、圧力検出部１２Ａを安全弁６上に配置し、温度検出部１１Ｂおよび圧力検出部１２Ｂを各単位電池１０の電槽２の側面に配置している。
【００２５】
上記した実施の形態では、温度検出部と圧力検出部の両方を備えたセンサーを、単位電池が大容量リチウム二次電池からなる二次電池装置に用いる場合について説明したが、単位電池の種類に応じて、温度検出部または圧力検出部の一方を有したセンサーを用いてもよく、温度検出部も端子または電槽の側面の一方のみに配置してもよく、圧力検出部も安全弁上または電槽の側面の一方のみに配置してもよい。
【００２６】
上記した如く、請求項１〜３記載の発明では、温度検出部、圧力検出部を膜体に設けてセンサーとしているから、このセンサーを具備した二次電池装置の低コスト化に寄与することができるとともに、温度上昇時、内圧上昇時のいずれの場合にも適切な対応が可能な二次電池装置を得るのに寄与することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の二次電池装置を構成する単位電池に取り付けられるセンサーの平面図である。
【図２】図１に示した単位電池の斜視図である。
【図３】本発明の実施の形態に係るセンサーの平面図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る二次電池装置の斜視図である。
【符号の説明】
１  極群
２  電槽
３  蓋
６  安全弁
１０  単位電池
１１Ａ，１１Ｂ  温度検出部
１２Ａ，１２Ｂ  圧力検出部
１３  膜体
１４  配線
２０  センサー
１００  二次電池装置
２００  センサー
【図１】
0004224730.tif 000002
【図２】
0004224730.tif 000003
【図３】
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【図４】
0004224730.tif 000005