(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
ところで、二次電池の電池セルの電極には、使用に伴って被膜が形成されていき、使用期間が長くなるにつれて二次電池が膨張していく。二次電池の膨張量が多くなると、バスバーとの接触抵抗が増えるなど、二次電池の充放電を阻害するおそれがある。このため、電池モジュールにおいては、二次電池の膨張量が二次電池の充放電を阻害するまで増えたことを検出するセンサを設ける場合があるが、センサを設けると、部品点数の増加や、電池モジュールの大型化を招くおそれがある。
【0005】
本発明の目的は、二次電池の膨張を検出するための専用のセンサを用いることなく、二次電池の膨張を制御装置に検出させることができる電池モジュールを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上記課題を解決する電池モジュールは、電池セルを有するとともに、並設された複数の二次電池と、前記複数の二次電池の並設方向の両側から前記複数の二次電池を挟持する第1エンドプレート及び第2エンドプレートと、各エンドプレートに互いに近付く方向に荷重を加えている加圧部材と、前記第1エンドプレートと前記第1エンドプレートに隣り合う前記二次電池との間に設けられ、前記二次電池の膨張を弾性変形により吸収する弾性部材と、前記二次電池の状態を検出するとともに前記二次電池に固定された検出部と前記検出部によって検出した前記二次電池の状態を制御装置に伝送する検出線とを有するセンサと、を備えた電池モジュールであって、前記複数の二次電池は、第1二次電池と、前記弾性部材に対して前記第1二次電池よりも前記並設方向に離間した第2二次電池とを有し、前記検出部は、前記第1二次電池に固定され、前記検出線は、前記検出部から前記第2二次電池に向けて延び、前記第2二次電池には、前記検出線の二次電池の並設方向への移動を規制して前記二次電池の膨張に伴い前記検出線を断線させる断線部が設けられる。
【0007】
これによれば、二次電池が膨張すると、各二次電池が膨張し、隣り合う二次電池同士が互いに押し合う。この荷重は、弾性部材に加わり、弾性部材が弾性変形(収縮)する。弾性部材が弾性変形すると、各二次電池は第1エンドプレートに向けて移動するが、二次電池の移動量は、弾性部材に近いほど多く、第1二次電池の移動量は、第2二次電池に比べて多い。このため、二次電池が膨張すると、断線部によって検出線の移動が規制され、検出線にかかる張力が大きくなる。そして、断線部によって検出線が断線されると、制御装置は、二次電池の状態を取得できなくなるため、これにより、二次電池の状態を検出するセンサを利用して二次電池が膨張したことを検出することができる。すなわち、二次電池の膨張を検出する専用のセンサを用いることなく二次電池が膨張したことを検出することができる。
【0008】
上記電池モジュールについて、前記第2二次電池は、前記電池セルを保持する電池ホルダを有し、前記断線部は、前記電池ホルダが有することが好ましい。
これによれば、電池セルに断線部を設ける場合と比較して、断線部を設けやすい。
【0009】
上記電池モジュールについて、前記第1二次電池は、前記第1エンドプレートに隣り合って配置され、前記第2二次電池は、前記第2エンドプレートに隣り合って配置されていることが好ましい。
【0010】
これによれば、二次電池が膨張して、弾性部材が弾性変形したときに第1二次電池と第2二次電池の移動量の差が最も大きくなるため、検出線を断線させやすい。
上記電池モジュールについて、前記断線部は、前記検出線が挿通される孔を有し、前記検出線は、前記孔を挟んで弾性部材とは反対側に、前記検出線が前記孔を通ることを規制する規制部を有することが好ましい。
【0011】
これによれば、容易に検出線を断線させることができる。
上記課題を解決する電池モジュールは、電池セルを有するとともに、並設された複数の二次電池と、前記二次電池の並設方向の両側から前記複数の二次電池を挟持する第1エンドプレート及び第2エンドプレートと、各エンドプレートに互いに近付く方向に荷重を加えている加圧部材と、前記第1エンドプレートと前記第1エンドプレートに隣り合う前記二次電池との間に設けられ、前記二次電池の膨張を弾性変形により吸収する弾性部材と、前記二次電池の状態を検出するとともに前記二次電池に固定された検出部と前記検出部によって検出した前記二次電池の状態を制御装置に伝送する検出線とを有するセンサと、を備えた電池モジュールであって、前記検出線は、前記二次電池から前記第2エンドプレートに向けて延び、前記第2エンドプレートは、前記検出線の二次電池の並設方向への移動を規制して前記二次電池の膨張に伴い前記検出線を断線させる断線部を有する。
【0012】
これによれば、弾性部材が弾性変形すると、各二次電池が第1エンドプレートに向けて移動する。一方、第2エンドプレートは移動しないため、検出線に加わる張力が大きくなり、検出線が断線する。したがって、制御装置は二次電池の状態を検出するセンサを利用して、二次電池が膨張したことを検出することができる。
【発明の効果】
【0013】
本発明によれば、二次電池の膨張を検出するための専用のセンサを用いることなく、二次電池の膨張を制御装置に検出させることができる。
【発明を実施するための形態】
【0015】
以下、電池モジュールの一実施形態について説明する。
図1及び
図2に示すように、電池モジュール10は、並設された複数の二次電池16を有している。二次電池16は、電池セル11と、電池セル11を保持する電池ホルダ31,32を有している。
【0016】
各電池セル11はバスバー12によって接続されている。複数の二次電池16は、二次電池16の並設方向の両側に設けられた第1エンドプレート21と、第2エンドプレート22とによって挟持されている。
【0017】
第1エンドプレート21と、第1エンドプレート21に隣り合う二次電池16との間には、板状の弾性部材15が設けられている。弾性部材15は、ゴムや、樹脂系のスポンジなどの弾性変形可能な材料からなる。弾性部材15は、厚み方向と二次電池16の並設方向とが同一方向になるように設けられている。第2エンドプレート22には、第1エンドプレート21に向けてボルトBが挿通されており、ボルトBは第1エンドプレート21を挿通した位置でナットNに螺合されている。これにより、第1エンドプレート21及び第2エンドプレート22には互いに近付く方向に拘束加重が加えられている。したがって、ボルトB及びナットNが加圧部材として機能している。
【0018】
本実施形態において、第2エンドプレート22に隣り合う電池セル11とは異なる電池セル11は、第1電池ホルダ31に保持されており、第2エンドプレート22に隣り合う電池セル11は第2電池ホルダ32に保持されている。
【0019】
電池セル11は、ケース13の内部に電極組立体14を有している。電極組立体14は、正負の電極の間にセパレータを介在させたものである。
図3に示すように、第2電池ホルダ32は、矩形平板状の第1被覆壁33を有している。第1被覆壁33の長手方向両端には、第1被覆壁33の厚み方向に延びる矩形平板状の第2被覆壁34及び第3被覆壁35が設けられている。第1被覆壁33、第2被覆壁34及び第3被覆壁35に囲まれる領域は、電池セル11が収容される収容部Sとなる。
【0020】
また、第2被覆壁34と、第3被覆壁35との互いに対向する面には、U字状をなすとともに、各被覆壁34,35の短手方向に開口する端子収容部36がそれぞれ設けられている。端子収容部36の周囲からは、壁部37が立設している。
【0021】
また、端子収容部36には、四角柱状の柱部材38が連設されている。柱部材38は、第2被覆壁34と、第3被覆壁35との対向方向に端子収容部36と並んで設けられている。柱部材38の軸は、被覆壁34,35の短手方向に延びている。柱部材38には、ボルトBが挿通される挿通孔38aが柱部材38の軸方向に貫通して設けられている。
【0022】
壁部37と、柱部材38との間には溝部40が区画されている。また、壁部37には、溝部40に向けて突出する断線部としての板状の断線壁41が連設されている。断線壁41には、厚み方向に貫通する円形の孔42が設けられている。
【0023】
第2被覆壁34及び第3被覆壁35の長手方向第1端部34a,35aには、各被覆壁34,35と連設され、各被覆壁34,35の長手方向に延びる矩形平板状の突出壁43が設けられている。
【0024】
また、第2被覆壁34及び第3被覆壁35の長手方向第2端部34b,35bには、四角柱状の脚部44が設けられている。脚部44の軸は、被覆壁34,35の短手方向に延びている。脚部44には、ボルトBが挿通される挿通孔44aが脚部44の軸方向に貫通して設けられている。第1電池ホルダ31は、断線壁41を有さない点を除いて、第2電池ホルダ32と同様の構造を有しているため、同一部分に同一符号を付して説明を省略する。
【0025】
第1エンドプレート21及び第2エンドプレート22は、矩形平板状の基部51と、基部51の4箇所に設けられた挿通部52,53を有している。基部51の短手方向の一端からは基部51の短手方向に向けて2つの第1挿通部52が突出し、基部51の短手方向の他端からは基部51の短手方向に向けて2つの第2挿通部53が突出している。各挿通部52,53には、ボルトBが挿通されるボルト挿通孔54が厚み方向に貫通して設けられている。
【0026】
図4に示すように、複数の電池セル11のうち、一部の電池セル11には、電池セル11の温度を検出する温度センサ61(サーミスタ)が設けられている。また、各電池セル11には、電池セル11間の電圧を検出する電圧センサ71が設けられている。本実施形態では、センサとして温度センサ61と電圧センサ71を用いて、電池セル11の状態として、温度と電圧を検出している。
【0027】
温度センサ61は、二次電池16の並設方向の中央の電池セル11に隣り合う2つの電池セル11に検出部62が固定されており、検出部62からは検出線63が延びている。検出線63は、電池ホルダ31,32の溝部40を通って、第2エンドプレート22に向けて延びている。
【0028】
電圧センサ71は、検出部72(電圧検出端子)が、バスバー12や電池セル11の接続端子に固定され、検出部72からは検出線73が延びている。検出線73は、電池ホルダ31,32の溝部40を通って第2エンドプレート22に向けて延びている。
【0029】
そして、温度センサ61及び電圧センサ71の検出線63,73は、第2電池ホルダ32の断線壁41の孔42に挿通されている。各検出線63,73は、断線壁41を挿通した位置で、チューブ74によって結束されている。したがって、チューブ74は、孔42(断線壁41)を挟んで弾性部材15側とは反対側に設けられている。このチューブ74の直径は、断線壁41に設けられた孔42の直径よりも大きい。したがって、チューブ74は、検出線63,73が孔42を通ることを規制する規制部となる。そして、チューブ74によって結束された各検出線63,73は、制御装置81に接続されている。制御装置81は、センサによって検出される温度及び電圧を監視して、異常が生じた場合には電池セル11の充放電の遮断や、使用者への報知などを行う。各検出線63,73は、断線壁41の孔42に挿通されることで、第2電池ホルダ32に固定されている。各検出線63,73は、たわみなく第2電池ホルダ32に向けて延びており、チューブ74と断線壁41との間には若干の隙間が設けられている。
【0030】
本実施形態では、断線壁41が設けられた第2電池ホルダ32と、この第2電池ホルダ32に保持された電池セル11とから第2二次電池が構成されている。すなわち、第2エンドプレート22に隣り合う二次電池16が第2二次電池となる。また、第2二次電池とは異なる二次電池16のそれぞれが第1二次電池となる。なお、第2二次電池は、第1二次電池よりも弾性部材15から離間した二次電池16であり、各二次電池16のうち、第1エンドプレート21に隣り合う二次電池16を除く二次電池16が第2二次電池となり得る。また、第1二次電池は、第2二次電池よりも弾性部材15に近接した二次電池であり、第2エンドプレート22に隣り合う二次電池16を除く二次電池16が第1二次電池となり得る。
【0031】
次に、本実施形態の電池モジュール10の作用について説明する。
電池セル11は、充放電に伴い膨張、収縮を繰り返す。また、電池セル11の電極には、使用に伴って被膜が形成されていき、使用期間が長くなるにつれて電池セル11が膨張していく。
【0032】
電池セル11が膨張すると、隣り合う電池セル11同士は互いに押し合う。すると、各電池セル11には二次電池16の並設方向の両側に向けた力が作用する。本実施形態では、第1エンドプレート21と、二次電池16との間に弾性部材15が設けられているため、弾性部材15が二次電池16の並設方向(厚み方向)に弾性変形(収縮)する。これにより、電池セル11の膨張によって二次電池16への並設方向に加わる力は、弾性部材15によって吸収される。また、弾性部材15が弾性変形することで、各電池セル11は、第1エンドプレート21に向けて移動する。このとき、第1エンドプレート21に近い電池セル11ほど第1エンドプレート21に向けた移動量が多い。このため、各検出線63,73は、第1エンドプレート21に向けて引っ張られる。
【0033】
図5に示すように、各検出線63,73が第1エンドプレート21に向けて引っ張られると、チューブ74が断線壁41に当接する。これにより、検出線63,73の二次電池16の並設方向、すなわち、弾性部材15の収縮方向への移動が規制される。そして、弾性部材15が収縮していくことで、検出線63,73にかかる張力は大きくなり、弾性部材15の収縮幅(弾性部材15における二次電池16の並設方向への収縮量)が検出線63,73の伸び代を超えると、検出線63,73は断線する。第1エンドプレート21に隣り合う電池セル11と、第2エンドプレート22に隣り合う電池セル11との移動量の差が最も大きくなるため、第1エンドプレート21に隣り合う電池セル11に設けられた電圧センサ71の検出線73が最も断線しやすい。
【0034】
初期状態の弾性部材15(電池モジュール10の製造時での弾性部材15)からの収縮幅が、どの程度のときに検出線63,73を断線させるかは、検出線63,73の伸び代(チューブ74と断線壁41との間の隙間及び検出線63,73自体の耐久性)を調整することで変更することができる。すなわち、充放電への影響が許容できなくなる電池セル11の膨張量のときの弾性部材15の初期状態からの収縮幅を予め求めておき、検出線63,73の伸び代をこの収縮幅よりも短くしておくことで、電池セル11の充放電への影響が許容できなくなる前に検出線63,73が断線する。
【0035】
ところで、複数の電池セル11を第1エンドプレート21及び第2エンドプレート22によって加圧していると、電池セル11の膨張が規制され、電池セル11が膨張しにくい。本実施形態では、弾性部材15を設けることで、第1エンドプレート21及び第2エンドプレート22によって電池セル11を加圧していても、弾性部材15が弾性変形することで電池セル11が膨張しやすい。このため、電池セル11の膨張を検出しやすい。
【0036】
更に、第1エンドプレート21と電池セル11との間及び第2エンドプレート22と電池セル11との間の両方に弾性部材15を設けたり、弾性部材15をいずれの位置にも設けない場合、電池セル11が膨張すると、電池セル11は並設方向の両側に向けて移動する。本実施形態のように、第1エンドプレート21と電池セル11との間に弾性部材15を設けて、第2エンドプレート22と電池セル11との間に弾性部材15を設けないことで、電池セル11の移動方向を第1エンドプレート21側に制限することができ、検出線63,73を断線させやすい。
【0037】
したがって、上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
(1)弾性部材15の初期状態からの収縮幅が検出線63,73の伸び代を超えると、検出線63,73が断線する。検出線63,73が断線されると、センサから制御装置81への出力が途切れる。検出線63,73が接続された制御装置81は、電池セル11の状態を取得できなくなるため、電池セル11の膨張を検出することができる。すなわち、電池セル11の膨張を検出する専用のセンサを用いることなく、電池セル11の膨張を検出することができる。そして、制御装置81は、断線壁41による検出線63,73の断線に伴い電池セル11の充放電を停止したり、使用者に報知を行ったりする。
【0038】
(2)第1エンドプレート21に隣り合う電池セル11に電圧センサ71を設けて、第2エンドプレート22に隣り合う電池セル11を保持する第2電池ホルダ32に断線壁41を設けている。この場合、電池セル11の膨張に伴う電池セル11の移動量の差が大きく、検出線63,73が断線しやすい。
【0039】
(3)チューブ74の直径を孔42の直径よりも大きくすることで、検出線63,73の移動を規制している。このため、容易に検出線63,73を断線させることができる。
(4)第2電池ホルダ32に断線壁41を設けている。このため、電池セル11に断線部を設ける場合に比べて、断線壁41を設けやすい。
【0040】
なお、実施形態は以下のように変更してもよい。
○
図6に示すように、第2エンドプレート22に断線部を設けてもよい。第2エンドプレート22には、第1挿通部52から突出する断線部としての断線壁91が設けられている。断線壁91には、孔92が設けられている。各電池セル11に設けられた温度センサ61及び電圧センサ71の検出線63,73は、第2エンドプレート22に向けて延びている。そして、各検出線63,73は、結束バンド93によって結束されている。各検出線63,73を束ねる結束バンド93は、第2エンドプレート22の孔92に括り付けられている。そして、検出線63,73に設けられたチューブ74の直径よりも結束バンド93の内寸(内径)は短い。電池セル11が膨張して弾性部材15が収縮すると、各電池セル11が第1エンドプレート21に向けて移動する一方で、第2エンドプレート22は移動しない。このため、結束バンド93とチューブ74が当接することで検出線63,73の移動が規制され、検出線63,73が断線する。また、結束バンド93を用いず、孔92に検出線63,73を直接挿通してもよい。また、孔92が設けられる位置は、第1挿通部52などでもよい。
【0041】
○
図7に示すように、断線壁41の孔95に、孔95の貫通方向と交差する方向に開口する開口部96を設けてもよい。この場合、予めチューブ74で結束した検出線63,73を孔95に挿入することができる。また、孔95は四角形状など円形状以外でもよい。
【0042】
○断線部は、孔42によって検出線63,73の移動を規制する構成でなくてもよい。例えば、検出線63,73を電池セル11や電池ホルダ31,32に固定する固定具であってもよいし、検出線63,73を電池セル11や電池ホルダ31,32に接着する接着剤であってもよい。
【0043】
○電池セル11に断線部を設ける場合、電池モジュール10は電池ホルダ31,32を有していなくてもよい。
○断線壁41の孔42に複数の検出線63,73を挿通したが、孔42には1本の検出線63,73が挿通されていればよい。孔42に挿通された検出線63,73と、挿通されていない検出線63,73は、チューブ74によって結束される。そして、電池セル11が膨張したときには、孔42に挿通された検出線63,73が断線する。
【0044】
○チューブ74の直径を孔42よりも大きくすることで規制部としたが、これに限られない。例えば、孔42よりも直径の小さいチューブ74から、断線壁41に係止する係止突起などを突出させて、この係止突起によって検出線63,73の移動を規制してもよい。また、チューブ74を設けず、結束バンド93などを規制部として設けてもよい。
【0045】
○第1二次電池は、第2エンドプレート22と隣り合う電池セル11以外であれば、どの電池セル11でもよく、第2二次電池は、第1二次電池よりも弾性部材15から離間した位置に設けられていればどの電池セル11でもよい。
【0046】
○加圧部材は、第1エンドプレート21及び第2エンドプレート22に固定される金属バンドでもよい。
○各電池セル11にセンサを設けたが、センサは少なくとも1個の電池セル11に設けられていればよい。この場合、第1エンドプレート21に隣り合う電池セル11にセンサを設けて、第2エンドプレート22に隣り合う電池セル11又はこの電池セル11を保持する電池ホルダ31,32に断線部を設けることが好ましい。
【0047】
○二次電池16は、電池セル11のみから構成されていてもよい。