(57)【要約】【課題】安価且つ簡易な構成で複数のセルのいずれかの防爆弁から放出される電解液ガスを検出し、迅速な対処が可能なバッテリモジュールを提供する。【解決手段】各々が防爆弁８を有する複数のセル７から構成されるバッテリモジュールにおいて、複数の防爆弁８のいずれかにより放出される電解液ガスを当該バッテリモジュールの外部に放出するための空間を形成する放出部４と、放出部４により形成された空間内に流入する電解液ガスを検出する検出部１２とを備える。【選択図】図１
2009043592.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
各々が防爆弁を有する複数のセルから構成されるバッテリモジュールにおいて、
複数の前記防爆弁のいずれかにより放出される電解液ガスを当該バッテリモジュールの外部に放出するための空間を形成する放出部と、
前記放出部により形成された空間内に流入する電解液ガスを検出するセンサーと、
を備えることを特徴とするバッテリモジュール。
【請求項２】
前記センサーは、
前記放出部により形成された空間内に設けられ、パターン間隔が所定の距離以下の平行な複数の導電線によるパターンを表面に形成したプリント基板と、
前記プリント基板に形成された複数の導電線が互いに導通したか否かに応じて電解液ガスの存在を判断する判断部と、
を有することを特徴とする請求項１記載のバッテリモジュール。
【請求項３】
前記センサーは、
前記放出部により形成された空間内に設けられた所定の径以下の導電線と、
前記導電線の抵抗値が所定の値以上である場合に電解液ガスが放出したと判断する判断部と、
を有することを特徴とする請求項１記載のバッテリモジュール。
【請求項４】
前記センサーは、においにより反応するにおいセンサーであることを特徴とする請求項１記載のバッテリモジュール。
【請求項５】
前記センサーにより電解液ガスが検出された場合に、前記複数のセルに対する充放電を停止する保護回路を備えることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載のバッテリモジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、各々が防爆弁を有する複数のセルからなり、いずれかの防爆弁により放出される電解液ガスを簡易な構成で容易に検出するバッテリモジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、各種電子機器の電源にバッテリ（二次電池）が利用されている。リチウム金属を活物質に用いた一次電池や、リチウムイオンを用いて充放電を行う二次電池などの密閉角形電池は、過大な電気負荷が加えられ、あるいは過度の熱負荷が加えられると、電池内部で短絡状態が発生してガスを発生し、電池内圧が異常上昇する。また電池が充電過剰になった場合にも、電解液の分解により電池内でガスが発生し、電池内圧が異常上昇する。
【０００３】
また、バッテリは、稼動中のシステム等に長時間装着される場合が多く、システム内部からの熱による高温の中に保存されることになる。その際、リチウムイオン内部の電解液が化学反応を起こすため酸化促進の要因となる。電解液の一部は、化学反応による酸化の過程でガス化され、バッテリ内部に僅かながら蓄積され始める。この状態が長期間に渡り継続されると、発生したガスの蓄積量でバッテリ内部圧が上昇する。通常、バッテリは、逆電圧、過電圧、過電流あるいは、これらに伴う絶縁破壊等でガスが発生し、電池内圧が異常に上昇した際に、バッテリの破裂を防ぐために内部のガスを外部に解放する防爆弁を備える。
【０００４】
通常、防爆弁が作動したバッテリは、もはや使用することはできず、継続して使用すると当該バッテリを電源とする電子機器に悪影響を及ぼすことも考えられる。したがって、防爆弁の作動した電池パック等については、早期に発見して交換する等の処置が行われる必要がある。
【０００５】
特許文献１には、容器内に封入される二次電池の液漏れを、容器を分解することなく確認することのできる構造の電池パックが記載されている。この電池パックは、二次電池を内部に封入する容器のラベル貼付面に透孔を設け、この透孔を塞ぐ位置または透孔を介して外部から視認可能な位置に、二次電池からの漏洩した電解液やその気化ガスに反応して変色する漏液検出シールを設けているので、容器を分解することなしに簡易に、しかも確実に二次電池の液漏れの有無を確認することができ、異常がない場合には、電池パックにダメージを与えることなしにその継続使用が可能となる。
【特許文献１】特開２０００−２６０４０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述した電池パックに用いられる漏液検出シールは、二次電池毎に必要となり、多数のセルを封入したバッテリモジュールに対しては、コストが増えるとともに、目視による確認も大変な作業となる。また、防爆弁が作動したバッテリに対して充放電を行わないようにするといった対処も、目視による確認後となるため、対処が遅れる可能性もある。
【０００７】
そこで、本発明は、安価且つ簡易な構成で複数のセルのいずれかの防爆弁から放出される電解液ガスを検出し、迅速な対処が可能なバッテリモジュールを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係るバッテリモジュールは、上記課題を解決するために、各々が防爆弁を有する複数のセルから構成されるバッテリモジュールにおいて、複数の前記防爆弁のいずれかにより放出される電解液ガスを当該バッテリモジュールの外部に放出するための空間を形成する放出部と、前記放出部により形成された空間内に流入する電解液ガスを検出するセンサーとを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係るバッテリモジュールによれば、安価且つ簡易な構成で複数のセルのいずれかの防爆弁から放出される電解液ガスを検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明のバッテリモジュールの実施の形態を、図面に基づいて詳細に説明する。
【実施例１】
【００１１】
図１は本発明の実施例１に係るバッテリモジュールの構造を示す分解斜視図である。このバッテリモジュールは、複数のセル７、押し板間固定具２、押し板３、放出部４、保護回路５、カバー６、モジュール固定部９、押し板１１、検出部１２で構成されている。
【００１２】
複数のセル７は、各々が防爆弁８を有し、互いに隙間１を空けて並べられている。また、この複数のセル７の各々は、電極端子１０を有し、電力を供給することが可能である。構造的には、この複数のセル７は、それぞれ押し板間固定具２に設けられた押し板３の溝に合わせて設置され、押し板３と押し板１１との間に挟まれて固定される。実際には、押し板１１を挟んでセル７の逆側に保護回路５が設けられ、外側から被せられたカバー６が押し板１１の有する穴と押し板間固定具２の有する穴とを用いてネジ止めする。
【００１３】
また、当該バッテリモジュールは、モジュール固定部９により任意の場所に固定される。
【００１４】
放出部４は、押し板１１と一体化して設けられ、複数のセル７の各々が有する複数の防爆弁８のいずれかにより放出される電解液ガスを当該バッテリモジュールの外部に放出するための空間を形成する。本実施例において、放出部４は、セル７側に対して凹状の形状を有することにより、複数の防爆弁８のいずれから放出された電解液ガスに対しても一箇所に集めるとともに、両脇に電解液ガスを外部に放出するための流路を有している。なお、放出部４は、防爆弁８のいずれかにより放出された電解液ガスが保護回路５側に流出するのを防止する役割も担う。電解液ガスに晒された保護回路５が短絡や劣化等の不具合を生ずるのを防止するためである。
【００１５】
検出部１２は、本発明のセンサーに対応し、放出部４により形成された空間内に流入する電解液ガスを検出する。したがって、検出部１２は、防爆弁８のいずれから流出された電解液ガスに対しても迅速に反応できるように、放出部４により形成された空間内（押し板１１に対してセル７側であり、放出部４が形成する凹部の中側）に設けられている。
【００１６】
本実施例において、検出部１２は、プリント基板２１と図示されない判断部とを有する。ここで、図２にプリント基板２１の詳細な構成図を示す。プリント基板２１は、放出部４により形成された空間内に設けられ、パターン間隔が所定の距離以下の平行な複数の導電線（２２ａ，２２ｂ）によるパターンを表面に形成している。導電線２２ａ，２２ｂは、例えば銅線である。また、所定の距離以下とは、例えば１ｍｍ以下であり、ある濃度以上の電解液ガスに晒された場合に、平行に配置された導電線が互いに短絡する程度の距離に設定する。ここで、導電線２２ａと導電線２２ｂとは、電解液ガスに晒された場合でも腐食して切断されることのないように、ある程度の太さの径を有するものとする。また、本実施例において、プリント基板２１は、導電線２２ａと２２ｂの２本のみを配置しているが、さらに複数の導電線を配置してもよい。
【００１７】
図示されない判断部は、例えば抵抗計であり、プリント基板２１に形成された複数の導電線（２２ａ，２２ｂ）が互いに導通したか否かに応じて電解液ガスの存在を判断する。したがって、この判断部は、導電線２２ａと導電線２２ｂとの間の抵抗値が所定の値よりも低くなった場合に、電解液ガスの存在によって、導電線間が短絡したと判断する。判断部のその後の動作については、例えば、警告音を発する、外部のディスプレイ等にガスを検出した旨を表示する等、色々考えられるが、本実施例において、判断部は、電解液ガスを検出した場合に、検出信号を保護回路５に出力するものとする。
【００１８】
なお、判断部は、プリント基板２１と同様に放出部４により形成された空間内に設置してもよいが、バッテリモジュール外に設置してもよく、また保護回路５に一緒に設置してもよい。
【００１９】
従来から電子機器等に用いられている電池パックに装備されている保護回路は、例えば、過充電時の充電の停止、過放電時の放電の停止、外部短絡等の大電流放電の停止等を行う。保護回路設置の理由として、リチウム系の電池は過充電による発熱や破裂の危険性があることが挙げられる。また、過放電により、回復できない電池セルの劣化が発生し、電池の機能を失ってしまうこともあり得る。
【００２０】
本実施例における保護回路５も、従来と同様に、複数のセル７の各々が有する電極端子１０に接続され、各セルの状態を監視し、必要に応じてセル７に対する充放電の制御を行う。さらに、保護回路５は、従来の機能に加え、検出部１２により電解液ガスが検出された場合に、複数のセル７に対する充放電を停止する。
【００２１】
次に、上述のように構成された本実施の形態のバッテリモジュールの作用を説明する。まず、複数のセル７の各々が有する防爆弁８は、セル７に対する逆電圧、過電圧、過電流あるいは、これらに伴う絶縁破壊等でガスが発生し、電池（セル７）内圧が異常に上昇した際に、バッテリの破裂を防ぐために内部のガスを外部に解放する。
【００２２】
複数の防爆弁８のいずれかによりセル７の外部に放出された電解液ガスは、一旦、放出部４が形成する空間内に流入し、放出部４の両脇にある流路からバッテリモジュール外部に放出される。その際、検出部１２の有するプリント基板２１は、放出部４の形成する空間内に設置されているため、電解液ガスに晒されることとなる。したがって、プリント基板２１の表面に形成された導電線２２ａと導電線２２ｂとは、パターン間隔が所定の距離（例えば１ｍｍ）以下であり非常に近いため、ある程度の濃度を有する電解液ガスの影響により短絡する。
【００２３】
図示されない判断部は、導電線２２ａと導電線２２ｂとに接続されており、両者間の抵抗値を監視している。したがって、導電線２２ａと導電線２２ｂとが短絡した場合、判断部は、導電線２２ａと導電線２２ｂとの間の抵抗値が所定の値よりも低くなるため、電解液ガスを検出したとして、検出信号を保護回路５に出力する。
【００２４】
なお、プリント基板２１が３本以上の導電線を有する場合には、判断部は、隣り合う導電線間の抵抗値をそれぞれ監視し、いずれか一箇所でも抵抗値が所定値以下に下がった場合には、電解液ガスを検出したとして、検出信号を保護回路５に出力する構成でもよい。また、判断部は、「一箇所」ではなく所定数以上の箇所の抵抗値が下がった場合に、電解液ガスを検出したと判断することもできる。例えば、プリント基板２１の表面に１０本の導電線がそれぞれ１ｍｍ以下のパターン間隔で平行に形成されているとする。この場合、判断部は、９箇所の隣り合う導電線間の抵抗値をそれぞれ監視することとなり、３箇所以上導電線間が導通した場合に、電解液ガスを検出したと判断する構成にすることもできる。
【００２５】
保護回路５は、通常、過充電時の充電の停止、過放電時の放電の停止、外部短絡等の大電流放電の停止等を行う。さらに、保護回路５は、判断部により検出信号を入力された場合に、複数のセル７に対する充放電を停止する。なお、検出部１２により検出された電解液ガスが、複数のセル７のいずれにより放出されたものかを特定するのは困難であるため、保護回路５は、複数のセル７の全てに対して充放電を停止する。
【００２６】
上述したように、本発明の実施例１に係るバッテリモジュールによれば、プリント基板２１の表面に形成された２本の平行な導電線パターンという簡易な構成の検出部１２により、複数のセル７のいずれかの防爆弁８から放出される電解液ガスを検出することができる。また、複数のセル７（複数の防爆弁８）に対して、センサーである検出部１２は１つでよいため、コストを抑えられるという利点がある。
【００２７】
さらに、保護回路５は、電解液ガスが検出された場合に、複数のセル７に対する充放電を停止するので、迅速な対処が可能になるとともに、目視等の人による作業と異なり電解液ガスの流出が見逃されることなく確実に対処することができる。
【実施例２】
【００２８】
本発明の実施例２に係るバッテリモジュールの構造は、図１に示す実施例１に係るバッテリモジュールの構造と同様である。実施例１のバッテリモジュールと異なる点は、検出部１２が有するプリント基板２１の表面に形成された導電線である。
【００２９】
図３は、本実施例におけるプリント基板２１の詳細な構成図である。プリント基板２１は、放出部４により形成された空間内に設けられ、所定の径以下の導電線２３によるパターンを表面に形成している。導電線２３は、例えば銅線である。また、所定の径以下とは、例えば１ｍｍ以下であり、ある濃度以上の電解液ガスに晒された場合に、腐食して切断される程度の径に設定する。また、本実施例において、プリント基板２１は、導電線２３のみを配置しているが、さらに複数の導電線を配置してもよい。また、プリント基板に形成された導電線ではなく、単に所定の径以下の導電線のみを、放出部４により形成された空間内に設けてもよい。
【００３０】
図示されない判断部は、例えば抵抗計であり、プリント基板２１に形成された導電線２３の抵抗値が所定の値以上である場合に電解液ガスが放出したと判断する。判断部のその後の動作については、例えば、警告音を発する、外部のディスプレイ等にガスを検出した旨を表示する等、色々考えられるが、本実施例において判断部は、実施例１と同様に、電解液ガスを検出した場合に検出信号を保護回路５に出力するものとする。
【００３１】
その他の構成は実施例１と同様であり、重複した説明を省略する。  
次に、上述のように構成された本実施の形態のバッテリモジュールの作用を説明する。複数の防爆弁８のいずれかによりセル７の外部に放出された電解液ガスが、放出部４が形成する空間内に流入して、放出部４の両脇にある流路からバッテリモジュール外部に放出されるまでは実施例１と同様である。その際、検出部１２の有するプリント基板２１は、放出部４の形成する空間内に設置されているため、電解液ガスに晒されることとなる。したがって、プリント基板２１の表面に形成された導電線２３は、所定の径（例えば１ｍｍ）以下であるため、ある程度の濃度を有する電解液ガスの影響により腐食して切断される。なお、プリント基板２１を用いることなく、導電線２３のみを放出部４の形成する空間内に設置した場合も同様である。
【００３２】
図示されない判断部は、導電線２３の両端に接続されており、導電線２３の抵抗値を監視している。したがって、導電線２３が切断された場合、判断部は、導電線２３の抵抗値が所定の値よりも高くなるため、電解液ガスを検出したとして、検出信号を保護回路５に出力する。
【００３３】
なお、プリント基板２１が複数の導電線を有する場合には、判断部は、各導電線の抵抗値を監視し、いずれか一箇所でも抵抗値が所定値以上に上がった場合には、電解液ガスを検出したとして、検出信号を保護回路５に出力する構成でもよい。また、判断部は、「一箇所」ではなく所定数以上の箇所の抵抗値が上がった場合に、電解液ガスを検出したと判断することもできる。
【００３４】
その他の作用は、実施例１と同様であり、重複した説明を省略する。
【００３５】
上述したように、本発明の実施例２に係るバッテリモジュールによれば、実施例１の効果に加え、プリント基板２１の表面に形成された１本の導電線パターンあるいは単に導電線２３のみという簡易な構成の検出部１２により、複数のセル７のいずれかの防爆弁８から放出される電解液ガスを検出することができる。
【実施例３】
【００３６】
本発明の実施例３に係るバッテリモジュールの構造は、図１に示す実施例１に係るバッテリモジュールの構造と同様である。実施例１のバッテリモジュールと異なる点は、検出部１２がにおいにより反応するにおいセンサーである点である。このにおいセンサーは、一般に使用されているものでよく、例えば水晶振動子式や半導体式のガスセンサである。
【００３７】
においセンサーである検出部１２は、電解液ガスを検出し、電解液ガスを検出した場合に検出信号を保護回路５に出力する。
【００３８】
その他の構成は実施例１と同様であり、重複した説明を省略する。  
次に、上述のように構成された本実施の形態のバッテリモジュールの作用を説明する。複数の防爆弁８のいずれかによりセル７の外部に放出された電解液ガスが、放出部４が形成する空間内に流入して、放出部４の両脇にある流路からバッテリモジュール外部に放出されるまでは実施例１と同様である。その際、においセンサーである検出部１２は、放出部４の形成する空間内に設置されているため、電解液ガスに晒されることとなる。したがって、検出部１２は、電解液ガスを検出し、検出信号を保護回路５に出力する。
【００３９】
その他の作用は、実施例１と同様であり、重複した説明を省略する。
【００４０】
上述したように、本発明の実施例３に係るバッテリモジュールによれば、実施例１の効果に加え、においセンサーである検出部１２により、複数のセル７のいずれかの防爆弁８から放出される電解液ガスを検出することができる。また、センサーの感度の設定が容易であるという利点を有する。
【００４１】
なお、検出部１２は、圧力センサーであるとすることもできる。複数の防爆弁８のいずれかによりセル７の外部に放出された電解液ガスが、放出部４が形成する空間内に流入した場合、圧力センサーである１２は、所定の圧力値以上の圧力を検出することにより、電解液ガスを検出したと判断して、検出信号を保護回路５に出力する。検出部１２に圧力センサーを用いた場合も、においセンサーを用いた場合と同様に、感度の設定が容易であるという利点を有する。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明は、各々が防爆弁を有する複数のセルから構成されるバッテリモジュールに適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の実施例１に係るバッテリモジュールの構成を示す分解斜視図である。
【図２】本発明の実施例１に係るバッテリモジュールの検出部に設けられたプリント基板の詳細な構成を示す図である。
【図３】本発明の実施例２に係るバッテリモジュールの検出部に設けられたプリント基板の詳細な構成を示す図である。
【符号の説明】
【００４４】
１      隙間
２      押し板間固定具
３      押し板
４      放出部
５      保護回路
６      カバー
７      セル
８      防爆弁
９      モジュール固定部
１０    電極端子
１１    押し板
１２    検出部
２１    プリント基板
２２ａ、２２ｂ  導電線パターン
２３    銅線
【図１】
2009043592.tif 000003
【図２】
2009043592.tif 000004
【図３】
2009043592.tif 000005