特開 2024-142807 電池ユニット

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024142807

(43)【公開日】2024-10-11

(54)【発明の名称】電池ユニット

(51)【国際特許分類】

   H01M 50/202 20210101AFI20241003BHJP

   G01B 7/24 20060101ALI20241003BHJP

   G01B 7/16 20060101ALI20241003BHJP

   H01M 10/48 20060101ALI20241003BHJP

   H01M 50/105 20210101ALN20241003BHJP

【ＦＩ】

H01M50/202 401D

G01B7/24

G01B7/16 R

H01M10/48 301

H01M50/202 501P

H01M50/105

【審査請求】未請求

【請求項の数】14

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023055144

(22)【出願日】2023-03-30

(71)【出願人】

【識別番号】000114215

【氏名又は名称】ミネベアミツミ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100107766

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠重

(74)【代理人】

【識別番号】100070150

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠彦

(72)【発明者】

【氏名】丹羽 真一

(72)【発明者】

【氏名】浅川 寿昭

(72)【発明者】

【氏名】北村 厚

【テーマコード（参考）】

2F063

5H011

5H030

5H040

【Ｆターム（参考）】

2F063AA25

2F063BA30

2F063EC03

2F063EC05

5H011AA13

5H011CC02

5H011CC06

5H030AA06

5H030AS08

5H030FF32

5H030FF51

5H040AA37

5H040AS07

5H040AT02

5H040AT06

5H040DD26

5H040LL01

5H040NN03

(57)【要約】

【課題】本開示は、電池の状態を精度よく検出することが可能な電池ユニットを実現する。
【解決手段】電池本体と、前記電池本体を覆い、かつ開口を有する外装と、前記電池本体と前記外装との間に、少なくとも前記開口を覆うように設けられるフィルム層と、前記フィルム層の前記開口からの露出面に貼り付けられ、前記フィルム層のひずみを検出するひずみゲージと、を含み、前記外装と前記フィルム層とは強度が異なる電池ユニット。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

電池本体と、
前記電池本体を覆い、かつ開口を有する外装と、
前記電池本体と前記外装との間に、少なくとも前記開口を覆うように設けられるフィルム層と、
前記フィルム層の前記開口からの露出面に貼り付けられ、前記フィルム層のひずみを検出するひずみゲージと、を含み、
前記外装と前記フィルム層とは強度が異なる、電池ユニット。

【請求項2】

少なくとも前記露出面において、前記フィルム層は、一部が折り重ねられた折り目構造を有する、請求項１に記載の電池ユニット。

【請求項3】

前記外装は積層フィルムであり、
前記積層フィルムの前記電池本体と接する層は他の層よりも熱収縮率が小さい、請求項１または２に記載の電池ユニット。

【請求項4】

電池本体と、
前記電池本体を覆うフィルム状の外装と、
前記外装の表面に貼り付けられ、前記外装のひずみを検出するひずみゲージと、を含み、
前記外装の前記ひずみゲージが貼り付けられた部分は、一部が折り重ねられた折り目構造を有する、電池ユニット。

【請求項5】

前記ひずみゲージは、
絶縁層と、
前記絶縁層の一方の面に直接、金属、合金、又は、金属の化合物から形成された機能層と、
前記機能層の一方の面に直接、Ｃｒ、ＣｒＮ、及びＣｒ_２Ｎを含む膜から形成された抵抗体と、を有し、
前記電池本体の状態を前記抵抗体の抵抗値の変化として検出し、
前記抵抗体は、α－Ｃｒを主成分とし、
前記機能層は、前記α－Ｃｒの結晶成長を促進させ、前記α－Ｃｒを主成分とする膜を成膜する機能を有する、
請求項１～４のいずれか一項に記載の電池ユニット。

【請求項6】

前記抵抗体は、α－Ｃｒを８０重量％以上含む、
請求項５に記載の電池ユニット。

【請求項7】

電池本体と、
前記電池本体を覆い、かつ開口を有する外装と、
前記電池本体と前記外装との間に、少なくとも前記開口を覆うように設けられるフィルム層と、
前記フィルム層の前記開口からの露出面に貼り付けられ、前記フィルム層のひずみを検出する検出部と、を含み、
前記外装と前記フィルム層とは強度が異なる、電池ユニット。

【請求項8】

電池本体と、
前記電池本体を覆うフィルム状の外装と、
前記外装の表面に貼り付けられ、前記外装のひずみを検出する検出部と、を含み、
前記外装の前記検出部が貼り付けられた部分は、一部が折り重ねられた折り目構造を有する、電池ユニット。

【請求項9】

前記検出部は、前記ひずみによって生じる磁気変化を検出する検出素子を有する、請求項７または８に記載の電池ユニット。

【請求項10】

前記検出素子は磁性体を含み、
前記検出素子は、前記ひずみによって前記磁性体に圧力が加わったときの前記磁性体の磁化の強さの変化を検出する検出素子である、請求項９に記載の電池ユニット。

【請求項11】

前記検出素子は、磁性膜で絶縁膜を挟んだ磁気トンネル接合の構造を含んでおり、
前記検出素子は、前記電池本体の膨張によって前記構造で発生する磁気変化を検出する検出素子である、請求項９に記載の電池ユニット。

【請求項12】

前記検出部は半導体式のひずみゲージである、請求項７または８に記載の電池ユニット。

【請求項13】

前記検出部は静電容量式の圧力センサである、請求項７または８に記載の電池ユニット。

【請求項14】

前記検出部は光ファイバ式のひずみゲージである、請求項７または８に記載の電池ユニット。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、電池ユニットに関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、電池と、電池の状態を検出するセンサと、を備える電池パックが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特許第７００８６１８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

電池の寿命が短くなると、電池が膨張して液漏れまたは発火を引き起こす可能性がある。そのため、電池の膨張を、より精度よく検出する技術が求められている。

【0005】

本開示は、電池の膨張を精度よく検出することが可能な電池ユニットを実現することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示の電池ユニットは、電池本体と、前記電池本体を覆い、かつ開口を有する外装と、前記電池本体と前記外装との間に、少なくとも前記開口を覆うように設けられるフィルム層と、前記フィルム層の前記開口からの露出面に貼り付けられ、前記フィルム層のひずみを検出するひずみゲージと、を含み、前記外装と前記フィルム層とは強度が異なる。

【発明の効果】

【0007】

本開示の電池ユニットによれば、電池の膨張を精度よく検出できる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】第１実施形態に係る電池ユニットを例示する図である。

【図2】第１実施形態に係る電池ユニットを例示する拡大断面図である。

【図3】第１実施形態に係る電池ユニットに搭載されるひずみゲージを例示する平面図である。

【図4】第１実施形態に係る電池ユニットに搭載されるひずみゲージを例示する断面図である。

【図5】第１実施形態に係る電池ユニットに搭載される回路基板について説明するブロック図である。

【図6】第２実施形態に係る電池ユニットを例示する図である。

【図7】第２実施形態に係る電池ユニットの他の一例を示す図である。

【図8】第３実施形態に係る電池ユニットを例示する図である。

【図9】第４実施形態に係る電池ユニットを例示する図である。

【図10】第５実施形態に係る電池ユニットを例示する図である。

【図11】第５実施形態に係る電池ユニットの他の一例を示す図である。

【図12】第５実施形態に係る電池ユニットの他の一例を示す図である。

【図13】第６実施形態に係るひずみゲージに含まれる検出素子の一例を示す平面図および断面図である。

【図14】第７実施形態に係るひずみゲージに含まれる検出素子の一例を示す斜視図、平面図、および断面図である。

【図15】第７実施形態に係るひずみゲージに含まれる検出素子の他の一例を示す斜視図、平面図、および断面図である。

【図16】第７実施形態に係るひずみゲージに含まれる検出素子の、更に他の一例を示す斜視図、平面図、および断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。

【0010】

≪第１実施形態≫
図１は、第１実施形態に係る電池ユニットの一例である電池ユニット１を示す図である。図２は、第１実施形態に係る電池ユニットの一例である電池ユニット１を示す拡大断面図である。具体的には、図２は、図１における外装３０が有する開口３０ｈ付近の拡大断面図である。電池ユニット１は、例えば、電気自動車のバッテリとして用いられる。電池ユニット１は、ひずみゲージ１０と、フィルム層２０と、外装３０と、電池本体４０と、を備える。また、電池ユニット１は、一対の電極７０を備える。

【0011】

なお、以下の各実施形態で角型の電池ユニットについて説明する場合、電極７０が露出している方を「上面」、上面の反対側の面を「下面」、その他の４面を「側面」と称する。

【0012】

電池ユニット１は、六面体状の角形の形状を有する。電池ユニット１における外装３０は、上面に開口３０ｈを有する。

【0013】

［ひずみゲージ１０］
ひずみゲージ１０は、電池本体４０の膨張（電池本体４０の膨張の有無および／または膨張の程度）によるひずみを検出する検出部の一例である。ひずみゲージ１０は、フィルム層２０に貼り付けられている。より具体的には、ひずみゲージ１０は、フィルム層２０のうち、外装３０の開口３０ｈから露出している部分（すなわち、露出面２０Ｓ）に貼り付けられる。ひずみゲージ１０は、電池本体４０の膨張によるフィルム層２０のひずみを検出することで、電池本体４０の膨張の有無および／または程度を検出する。

【0014】

なお、ひずみゲージ１０の形状および大きさは、露出面２０Ｓに収まる形状および大きさであれば、特に限定されない。また、本実施形態ではひずみゲージ１０はシングルゲージであるが、ひずみゲージ１０は２ゲージや４ゲージのひずみセンサであってもよい。

【0015】

［フィルム層２０］
フィルム層２０は、外装３０が有する開口３０ｈを少なくとも覆うように設けられる。フィルム層２０は、例えば、樹脂によって形成される。フィルム層２０を形成する樹脂としては、例えば、２軸延伸ナイロン、ＣＰＰ（無延伸ポリプロピレン）またはＰＥ（ポリエチレン）などのシーラントフィルム、ならびに、ナイロンやＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）などの単層膜または多層膜が挙げられる。

【0016】

［外装３０］
外装３０は、電池本体４０を覆って設けられる。外装３０は、電池ユニット１の一番外側の部材である。外装３０は、例えば、金属又は樹脂により形成される。外装３０は、上面に開口３０ｈを備える。

【0017】

電池ユニット１において、フィルム層２０の強度は、外装３０の強度と異なる。例えば、フィルム層２０の強度は、外装３０の強度より弱いことが好ましい。フィルム層２０の強度を外装３０の強度より弱くすることにより、電池本体４０からの内圧によるフィルム層２０の変形を大きくすることができる。このフィルム層２０の変形をひずみゲージ１０が検出することになるため、より微小な電池の膨張もひずみとして検出することが可能になる。したがって、本開示の電池ユニット１によれば、電池の膨張を精度よく検出できる。

【0018】

なお、フィルム層２０および外装３０の強度の具体的な値は、電池ユニット１の用途、形状、使用環境、および電池ユニット１の取り付け先などに応じて適宜定められる。

【0019】

［電池本体４０］
電池本体４０は、例えば、リチウムイオン電池等の２次電池の電池本体の部分である。電池本体４０は、例えば、図１に示すような角形の形状であってよい。電池本体４０は、内部に、正極、陰極、セパレータ及び電解液等を備える。

【0020】

［ひずみゲージ１０の詳細］
次に、ひずみゲージ１０についてより詳細に説明する。図３は、第１実施形態に係る電池ユニットの一例である電池ユニット１に搭載されるひずみゲージ１０の平面図である。図４は、第１実施形態に係る電池ユニットの一例である電池ユニット１に搭載されるひずみゲージ１０の断面図である。具体的には、図４は、図３のＡ－Ａ線に沿う断面を示す断面図である。図３及び図４を参照するに、ひずみゲージ１０は、基材１１と、抵抗体１２と、端子部１３とを有している。ひずみゲージ１０は、例えば、基材１１の下面１１ｂに接着剤を塗布してフィルム層２０の露出面２０Ｓに貼り付けることができる。

【0021】

なお、本実施の形態でひずみゲージ１０について説明する場合、便宜上、ひずみゲージ１０の基材１１の抵抗体１２が設けられている側を上側又は一方の側、抵抗体１２が設けられていない側を下側又は他方の側とする。又、各部位の抵抗体１２が設けられている側の面を一方の面又は上面、抵抗体１２が設けられていない側の面を他方の面又は下面とする。但し、ひずみゲージ１０は天地逆の状態で用いることができ、又は任意の角度で配置することができる。又、平面視とは対象物を基材１１の上面１１ａの法線方向から視ることを指し、平面形状とは対象物を基材１１の上面１１ａの法線方向から視た形状を指すものとする。

【0022】

基材１１は、抵抗体１２等を形成するためのベース層となる絶縁性の部材であり、可撓性を有する。基材１１の厚さは、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択できるが、例えば、５μｍ～５００μｍ程度とすることができる。特に、基材１１の厚さが５μｍ～２００μｍであると、抵抗体１２のひずみ感度誤差を少なくすることができる点で好ましい。

【0023】

基材１１は、例えば、ＰＩ（ポリイミド）樹脂、エポキシ樹脂、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）樹脂、ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）樹脂、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）樹脂、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）樹脂、ポリオレフィン樹脂等の絶縁樹脂フィルムから形成することができる。なお、フィルムとは、厚さが５００μｍ以下程度であり、可撓性を有する部材を指す。

【0024】

ここで、『絶縁樹脂フィルムから形成する』とは、基材１１が絶縁樹脂フィルム中にフィラーや不純物等を含有することを妨げるものではない。基材１１は、例えば、シリカやアルミナ等のフィラーを含有する絶縁樹脂フィルムから形成しても構わない。

【0025】

但し、基材１１が可撓性を有する必要がない場合には、基材１１に、ＳｉＯ_２、ＺｒＯ_２（ＹＳＺも含む）、Ｓｉ、Ｓｉ_２Ｎ_３、Ａｌ_２Ｏ_３（サファイヤも含む）、ＺｎＯ、ペロブスカイト系セラミックス（ＣａＴｉＯ_３、ＢａＴｉＯ_３）等の材料を用いても構わない。

【0026】

抵抗体１２は、基材１１上に所定のパターンで形成された薄膜であり、ひずみを受けて抵抗変化を生じる受感部である。抵抗体１２は、基材１１の上面１１ａに直接形成されてもよいし、基材１１の上面１１ａに他の層を介して形成されてもよい。なお、図３では、便宜上、抵抗体１２を梨地模様で示している。

【0027】

抵抗体１２は、例えば、Ｃｒ（クロム）を含む材料、Ｎｉ（ニッケル）を含む材料、又はＣｒとＮｉの両方を含む材料から形成することができる。すなわち、抵抗体１２は、ＣｒとＮｉの少なくとも一方を含む材料から形成することができる。Ｃｒを含む材料としては、例えば、Ｃｒ混相膜が挙げられる。Ｎｉを含む材料としては、例えば、Ｃｕ－Ｎｉ（銅ニッケル）が挙げられる。ＣｒとＮｉの両方を含む材料としては、例えば、Ｎｉ－Ｃｒ（ニッケルクロム）が挙げられる。

【0028】

ここで、Ｃｒ混相膜とは、Ｃｒ、ＣｒＮ、Ｃｒ_２Ｎ等が混相した膜である。Ｃｒ混相膜は、酸化クロム等の不可避不純物を含んでもよい。

【0029】

抵抗体１２の厚さは、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択できるが、例えば、０．０５μｍ～２μｍ程度とすることができる。特に、抵抗体１２の厚さが０．１μｍ以上であると、抵抗体１２を構成する結晶の結晶性（例えば、α－Ｃｒの結晶性）が向上する点で好ましい。又、抵抗体１２の厚さが１μｍ以下であると、抵抗体１２を構成する膜の内部応力に起因する膜のクラックや基材１１からの反りを低減できる点で更に好ましい。

【0030】

例えば、抵抗体１２がＣｒ混相膜である場合、安定な結晶相であるα－Ｃｒ（アルファクロム）を主成分とすることで、ゲージ特性の安定性を向上することができる。又、抵抗体１２がα－Ｃｒを主成分とすることで、ひずみゲージ１０のゲージ率を１０以上、かつゲージ率温度係数ＴＣＳ及び抵抗温度係数ＴＣＲを－１０００ｐｐｍ／℃～＋１０００ｐｐｍ／℃の範囲内とすることができる。ここで、主成分とは、対象物質が抵抗体を構成する全物質の５０質量％以上を占めることを意味するが、ゲージ特性を向上する観点から、抵抗体１２はα－Ｃｒを８０重量％以上含むことが好ましい。なお、α－Ｃｒは、ｂｃｃ構造（体心立方格子構造）のＣｒである。

【0031】

端子部１３は、抵抗体１２の両端部から延在しており、平面視において、抵抗体１２よりも拡幅して略矩形状に形成されている。端子部１３は、ひずみにより生じる抵抗体１２の抵抗値の変化を外部に出力するための一対の電極であり、例えば、外部接続用のフレキシブル基板やリード線等が接合される。

【0032】

抵抗体１２は、例えば、端子部１３の一方からジグザグに折り返しながら延在して他方の端子部１３に接続されている。端子部１３の上面を、端子部１３よりもはんだ付け性が良好な金属で被覆してもよい。なお、抵抗体１２と端子部１３とは便宜上別符号としているが、両者は同一工程において同一材料により一体に形成することができる。

【0033】

抵抗体１２を被覆し端子部１３を露出するように基材１１の上面１１ａにカバー層１５（絶縁樹脂層）を設けても構わない。カバー層１５を設けることで、抵抗体１２に機械的な損傷等が生じることを防止できる。又、カバー層１５を設けることで、抵抗体１２を湿気等から保護することができる。なお、カバー層１５は、端子部１３を除く部分の全体を覆うように設けてもよい。

【0034】

カバー層１５は、例えば、ＰＩ樹脂、エポキシ樹脂、ＰＥＥＫ樹脂、ＰＥＮ樹脂、ＰＥＴ樹脂、ＰＰＳ樹脂、複合樹脂（例えば、シリコーン樹脂、ポリオレフィン樹脂）等の絶縁樹脂から形成することができる。カバー層１５は、フィラーや顔料を含有しても構わない。カバー層１５の厚さは、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択できるが、例えば、２μｍ～３０μｍ程度とすることができる。

【0035】

電池ユニット１において、電池本体４０が膨張すると、それに対応してフィルム層２０が変形する。ひずみゲージ１０は、電池本体４０の膨張（電池本体４０の膨張の有無や膨張の程度）を、フィルム層２０を介して抵抗体１２の抵抗値の変化として検出し、一対の電極である端子部１３から出力することができる。

【0036】

なお、電池本体４０が膨張すると、ひずみゲージ１０の抵抗体１２が細く長くなり抵抗値が増える。又、電池本体４０が収縮すると、ひずみゲージ１０の抵抗体が太く短くなり抵抗値が減る。従って、ひずみゲージ１０の抵抗体の抵抗値の増減を監視することで、電池本体４０が膨張しているか収縮しているかを区別できる。

【0037】

ひずみゲージ１０を製造するためには、まず、基材１１を準備し、基材１１の上面１１ａに図３に示す平面形状の抵抗体１２及び端子部１３を形成する。抵抗体１２及び端子部１３の材料や厚さは、前述の通りである。抵抗体１２と端子部１３とは、同一材料により一体に形成することができる。

【0038】

抵抗体１２及び端子部１３は、例えば、抵抗体１２及び端子部１３を形成可能な原料をターゲットとしたマグネトロンスパッタ法により成膜し、フォトリソグラフィによってパターニングすることで形成できる。抵抗体１２及び端子部１３は、マグネトロンスパッタ法に代えて、反応性スパッタ法や蒸着法、アークイオンプレーティング法、パルスレーザー堆積法等を用いて成膜してもよい。

【0039】

ゲージ特性を安定化する観点から、抵抗体１２及び端子部１３を成膜する前に、下地層として、基材１１の上面１１ａに、例えば、コンベンショナルスパッタ法により膜厚が１ｎｍ～１００ｎｍ程度の機能層を真空成膜することが好ましい。なお、機能層は、機能層の上面全体に抵抗体１２及び端子部１３を形成後、フォトリソグラフィによって抵抗体１２及び端子部１３と共に図３に示す平面形状にパターニングされる。

【0040】

本願において、機能層とは、少なくとも上層である抵抗体１２の結晶成長を促進する機能を有する層を指す。機能層は、更に、基材１１に含まれる酸素や水分による抵抗体１２の酸化を防止する機能や、基材１１と抵抗体１２との密着性を向上する機能を備えていることが好ましい。機能層は、更に、他の機能を備えていてもよい。

【0041】

基材１１を構成する絶縁樹脂フィルムは酸素や水分を含むため、特に抵抗体１２がＣｒを含む場合、Ｃｒは自己酸化膜を形成するため、機能層が抵抗体１２の酸化を防止する機能を備えることは有効である。

【0042】

機能層の材料は、少なくとも上層である抵抗体１２の結晶成長を促進する機能を有する材料であれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択できるが、例えば、Ｃｒ（クロム）、Ｔｉ（チタン）、Ｖ（バナジウム）、Ｎｂ（ニオブ）、Ｔａ（タンタル）、Ｎｉ（ニッケル）、Ｙ（イットリウム）、Ｚｒ（ジルコニウム）、Ｈｆ（ハフニウム）、Ｓｉ（シリコン）、Ｃ（炭素）、Ｚｎ（亜鉛）、Ｃｕ（銅）、Ｂｉ（ビスマス）、Ｆｅ（鉄）、Ｍｏ（モリブデン）、Ｗ（タングステン）、Ｒｕ（ルテニウム）、Ｒｈ（ロジウム）、Ｒｅ（レニウム）、Ｏｓ（オスミウム）、Ｉｒ（イリジウム）、Ｐｔ（白金）、Ｐｄ（パラジウム）、Ａｇ（銀）、Ａｕ（金）、Ｃｏ（コバルト）、Ｍｎ（マンガン）、Ａｌ（アルミニウム）からなる群から選択される１種又は複数種の金属、この群の何れかの金属の合金、又は、この群の何れかの金属の化合物が挙げられる。

【0043】

上記の合金としては、例えば、ＦｅＣｒ、ＴｉＡｌ、ＦｅＮｉ、ＮｉＣｒ、ＣｒＣｕ等が挙げられる。又、上記の化合物としては、例えば、ＴｉＮ、ＴａＮ、Ｓｉ_３Ｎ_４、ＴｉＯ_２、Ｔａ_２Ｏ_５、ＳｉＯ_２等が挙げられる。

【0044】

機能層は、例えば、機能層を形成可能な原料をターゲットとし、チャンバ内にＡｒ（アルゴン）ガスを導入したコンベンショナルスパッタ法により真空成膜することができる。コンベンショナルスパッタ法を用いることにより、基材１１の上面１１ａをＡｒでエッチングしながら機能層が成膜されるため、機能層の成膜量を最小限にして密着性改善効果を得ることができる。

【0045】

但し、これは、機能層の成膜方法の一例であり、他の方法により機能層を成膜してもよい。例えば、機能層の成膜の前にＡｒ等を用いたプラズマ処理等により基材１１の上面１１ａを活性化することで密着性改善効果を獲得し、その後マグネトロンスパッタ法により機能層を真空成膜する方法を用いてもよい。

【0046】

機能層の材料と抵抗体１２及び端子部１３の材料との組み合わせは、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択できる。例えば、機能層としてＴｉを用い、抵抗体１２及び端子部１３としてα－Ｃｒ（アルファクロム）を主成分とするＣｒ混相膜を成膜することが可能である。

【0047】

この場合、例えば、Ｃｒ混相膜を形成可能な原料をターゲットとし、チャンバ内にＡｒガスを導入したマグネトロンスパッタ法により、抵抗体１２及び端子部１３を成膜することができる。或いは、純Ｃｒをターゲットとし、チャンバ内にＡｒガスと共に適量の窒素ガスを導入し、反応性スパッタ法により、抵抗体１２及び端子部１３を成膜してもよい。

【0048】

これらの方法では、Ｔｉからなる機能層がきっかけでＣｒ混相膜の成長面が規定され、安定な結晶構造であるα－Ｃｒを主成分とするＣｒ混相膜を成膜できる。又、機能層を構成するＴｉがＣｒ混相膜中に拡散することにより、ゲージ特性が向上する。例えば、ひずみゲージ１０のゲージ率を１０以上、かつゲージ率温度係数ＴＣＳ及び抵抗温度係数ＴＣＲを－１０００ｐｐｍ／℃～＋１０００ｐｐｍ／℃の範囲内とすることができる。なお、機能層がＴｉから形成されている場合、Ｃｒ混相膜にＴｉやＴｉＮ（窒化チタン）が含まれる場合がある。

【0049】

なお、抵抗体１２がＣｒ混相膜である場合、Ｔｉからなる機能層は、抵抗体１２の結晶成長を促進する機能、基材１１に含まれる酸素や水分による抵抗体１２の酸化を防止する機能、及び基材１１と抵抗体１２との密着性を向上する機能の全てを備えている。機能層として、Ｔｉに代えてＴａ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｆｅを用いた場合も同様である。

【0050】

このように、抵抗体１２の下層に機能層を設けることにより、抵抗体１２の結晶成長を促進することが可能となり、安定な結晶相からなる抵抗体１２を作製できる。その結果、ひずみゲージ１０において、ゲージ特性の安定性を向上することができる。又、機能層を構成する材料が抵抗体１２に拡散することにより、ひずみゲージ１０において、ゲージ特性を向上することができる。

【0051】

抵抗体１２及び端子部１３を形成後、必要に応じ、基材１１の上面１１ａに、抵抗体１２を被覆し端子部１３を露出するカバー層１５を設けることで、ひずみゲージ１０が完成する。カバー層１５は、例えば、基材１１の上面１１ａに、抵抗体１２を被覆し端子部１３を露出するように半硬化状態の熱硬化性の絶縁樹脂フィルムをラミネートし、加熱して硬化させて作製することができる。カバー層１５は、基材１１の上面１１ａに、抵抗体１２を被覆し端子部１３を露出するように液状又はペースト状の熱硬化性の絶縁樹脂を塗布し、加熱して硬化させて作製してもよい。

【0052】

［ひずみゲージ１０の配線および信号出力］
図５は、電池ユニット１のひずみゲージ１０の接続先の回路基板６０について説明するブロック図である。図５を参照するに、ひずみゲージ１０（より詳しくは、ひずみゲージ１０の端子部１３）は、回路基板６０に実装されたアナログフロントエンド部６１に接続され、アナログフロントエンド部６１の出力は、外部出力端子６２に接続されている。これにより、ひずみゲージ１０の検出した情報（電池本体４０の膨張の程度を示す情報）は、外部出力端子６２からデジタル信号として出力可能となる。

【0053】

なお、回路基板６０に他の機能を有する回路（電子部品等）が搭載されてもよい。他の機能を有する回路とは、例えば、電池本体４０の電圧監視回路、保護回路、電流検出回路等である。また、回路基板６０の取り付け先は特に限定されない。例えば、回路基板６０は、電池ユニット１の近傍に取り付けられる。なお、回路基板６０は、回路基板６０に含まれる回路の駆動に必要な電源を搭載していてもよいし、別途電源から電気を供給されていてもよい。

【0054】

ひずみゲージ１０の１対の端子部１３は、例えば、フレキシブル基板やリード線等を用いて、アナログフロントエンド部６１に接続されている。

【0055】

アナログフロントエンド部６１は、例えば、ブリッジ回路、増幅器、アナログ／デジタル変換回路（Ａ／Ｄ変換回路）、外部通信機能（例えば、Ｉ^２Ｃ等のシリアル通信機能）等を備えている。アナログフロントエンド部６１は、温度補償回路を備えていてもよい。アナログフロントエンド部６１は、ＩＣ化されていてもよいし、個別部品により構成されていてもよい。

【0056】

アナログフロントエンド部６１では、例えば、ひずみゲージ１０の１対の端子部１３は、ブリッジ回路に接続される。すなわち、ブリッジ回路の１辺が１対の端子部１３間の抵抗体１２で構成され、他の３辺が固定抵抗で構成される。これにより、ブリッジ回路の出力として、抵抗体１２の抵抗値に対応した電圧（アナログ信号）を得ることができる。

【0057】

ブリッジ回路から出力された電圧は、増幅器で増幅された後、Ａ／Ｄ変換回路によりデジタル信号に変換され、外部出力端子６２から出力可能とされる。アナログフロントエンド部６１が温度補償回路を備えている場合には、温度補償されたデジタル信号が外部出力端子６２から出力可能とされる。

【0058】

例えば、電池ユニット１において、電池本体４０の寿命の低下等に起因して電池本体４０が膨張し、液漏れ等を引き起こす場合がある。そこで、電池ユニット１では電池本体４０の膨張を、フィルム層２０を介してひずみゲージ１０で検出し、検出結果（電池本体４０の膨張の程度を示す情報）をアナログフロントエンド部６１からのデジタル信号として、外部出力端子６２から出力している。

【0059】

例えば、電池ユニット１の外部において、外部出力端子６２に充電回路を接続することが可能である。この場合、接続された充電回路は、アナログフロントエンド部６１からのデジタル信号に基づいて、充電電流を多くしたり少なくしたりすることができる。又、接続された充電回路は、電池本体４０の膨張の程度が許容値を超えていると判定した場合に、充電を停止して警告音を発したり『充電不能』等を表示したりすることができる。

【0060】

又、電池ユニット１の内部にＣＰＵ（Central Processing Unit）等を含む制御回路を設けることも可能である。制御回路は、例えば、回路基板６０に実装することができる。この場合、例えば、電池本体４０の正極側及び／又は負極側のラインに電流遮断スイッチを挿入すると共に、アナログフロントエンド部６１が出力するデジタル信号を制御回路に入力する。制御回路は、アナログフロントエンド部６１からのデジタル信号に基づいて、電池本体４０の膨張の程度が許容値を超えていると判定した場合には、電流遮断スイッチを遮断して電池ユニット１の動作を停止することができる。

【0061】

このように、電池ユニット１では、ひずみゲージ１０を設けたことで、電池本体４０の膨張の程度を抵抗体１２の抵抗値の変化として検出することができる。これにより、電池本体４０の膨張の程度に応じて充電電流の多少を制御したり、電池ユニット１の動作を停止したりすることができる。その結果、電池本体４０の膨張の程度が許容値を超えている場合に、無理に充電したり、使用を継続したりすることを防止可能となり、電池ユニット１の破損を回避すると共に電池ユニット１の安全性を向上できる。

【0062】

特に、抵抗体１２がＣｒ混相膜から形成されている場合は、抵抗体１２がＣｕ－ＮｉやＮｉ－Ｃｒから形成されている場合と比べ、電池本体４０の膨張に対する抵抗値の感度（同一の電池本体４０の膨張に対する抵抗体１２の抵抗値の変化量）が大幅に向上する。抵抗体１２がＣｒ混相膜から形成されている場合、電池本体４０の膨張に対する抵抗値の感度は、抵抗体１２がＣｕ－ＮｉやＮｉ－Ｃｒから形成されている場合と比べ、おおよそ５～１０倍程度となる。そのため、抵抗体１２をＣｒ混相膜から形成することで、電池本体４０の膨張を精度よく検出することが可能となる。

【0063】

又、電池本体４０の膨張に対する抵抗値の感度が高いことで、電池本体４０の膨張の程度により行う動作を分けることができる。例えば、電池本体４０の膨張が小であることを検出した場合には所定の動作を行い、電池本体４０の膨張が中であることを検出した場合には他の動作を行い、電池本体４０の膨張が大であることを検出した場合には更に他の動作を行うような制御の実現が可能となる。

【0064】

又、電池本体４０の膨張に対する抵抗値の感度が高いと、Ｓ／Ｎの高い信号を得ることができる。そのため、アナログフロントエンド部６１のＡ／Ｄ変換回路において平均化を行う回数を低減しても精度よく信号検出ができる。Ａ／Ｄ変換回路において平均化を行う回数を低減することで、１回のＡ／Ｄ変換に必要な時間を短縮できる。

【0065】

又、抵抗体１２がＣｒ混相膜から形成されている場合は、ひずみゲージ１０を小型化できるため、小型の電池ユニット１にも使用可能となる。又、ひずみゲージ１０を小型化できるため、配置する場所の選択の自由度を向上することが可能となる。

【0066】

≪第２実施形態≫
第１実施形態に係る電池ユニット１では、外装３０の開口３０ｈは電池ユニット１の上面に設けられていた。しかしながら、本開示に係る電池ユニットの外装の開口位置は、電池ユニットの上面に限られない。例えば、開口３０ｈは電池ユニット１の下面に設けられていてもよい。また、開口３０ｈは電池ユニット１の側面に設けられていてもよい。

【0067】

図６は、第２実施形態に係る電池ユニットの一例である電池ユニット２を示す図である。電池ユニット２は、ひずみゲージ１０と、フィルム層２０と、外装１３０と、電池本体４０と、を備える。電池ユニット２における外装１３０は、側面に開口１３０ｈを備える。ひずみゲージ１０は、フィルム層２０のうち、外装１３０の開口１３０ｈから露出している部分（すなわち、露出面）に貼り付けられる。

【0068】

このように、開口１３０ｈの位置が異なる以外は、ひずみゲージ１０、フィルム層２０、外装１３０、および電池本体４０の積層関係は、電池ユニット１と同様である。また、フィルム層２０と外装１３０の強度が異なる（望ましくは、フィルム層２０の方が、強度が小さい）ことも、電池ユニット１と同様である。以上の構成によれば、電池ユニット２は、電池ユニット１と同様に、電池本体４０の膨張を精度よく検出することができる。

【0069】

図７は、第２実施形態に係る電池ユニットの他の一例である電池ユニット３を示す図である。電池ユニット３は、電池ユニット２において開口１３０ｈが設けられた側面と異なる側面に、外装２３０の開口２３０ｈを備える。ひずみゲージ１０は、フィルム層２０のうち、外装２３０の開口２３０ｈから露出している部分（すなわち、露出面）に貼り付けられる。外装の開口位置が異なる以外は、電池ユニット３は電池ユニット１および２は同様である。以上の構成によれば、電池ユニット３は、電池ユニット１および２と同様に、電池本体４０の膨張を精度よく検出することができる。

【0070】

≪第３実施形態≫
第１～第２実施形態に係る電池ユニット１～３は角形の電池ユニットであった。しかしながら、本開示に係る電池ユニットの形状は角形に限られない。

【0071】

図８は、第３実施形態に係る電池ユニットの一例である電池ユニット４を示す図である。電池ユニット４は、ラミネート型（パウチ型とも称する）の電池ユニットである。電池ユニット４は、ひずみゲージ１０と、フィルム層２０と、外装３３０と、電池本体（不図示）と、を備える。また、電池ユニット４は、一対の電極３７２を備える。外装３３０のある一面は、開口３３０ｈを備える。ひずみゲージ１０は、フィルム層２０のうち、外装３３０の開口３３０ｈから露出している部分（すなわち、露出面）に貼り付けられる。以上の構成によれば、電池ユニット４は、電池ユニット１～３と同様に、電池本体４０の膨張を精度よく検出することができる。

【0072】

≪第４実施形態≫
第１～第３実施形態に係る電池ユニット（すなわち、角型の電池ユニットおよびラミネート型の電池ユニット）の外装は、２層以上から成ってもよい。

【0073】

図９は、第４実施形態に係る電池ユニットの一例である電池ユニット５を示す断面図である。電池ユニット５は、ひずみゲージ１０と、フィルム層２０と、外装４３０と、電池本体４０と、を備える。また、外装４３０は、開口４３０ｈを有する。外装４３０は例えば、電池本体４０に接している内側の層４３３と、外気に触れる外側の層４３２との２層構造から成る。更に言えば、内側の層４３３の熱収縮率は、外側の層５３４の熱収縮率よりも大きいことが望ましい。この条件を満たす材料の組み合わせの一例としては、内側の層４３３の材料が樹脂、外側の層５３４の材料が金属である場合が挙げられる。

【0074】

上述のように外装の内側（電池本体が存在する側）の層４３３を、外装の外側の層４３２よりも熱収縮率の大きい材料とし、以下の手順で電池ユニットを製造することで、電池の膨張をより精度よく検出することができる。

【0075】

まず始めに、電池本体４０（および電極７０）を外装４３０で覆って加熱することで、外装４３０を電池本体４０に圧着する。このとき、内側の層４３３の方が外側の層４３２よりも熱収縮率が大きいため、内側の層４３３が電池本体４０により密着することとなる。図９における黒塗りの矢印は、電池本体４０に対して外装４３０が密着することにより生じる圧力（以下、密着圧とも称する）を示す。

【0076】

このように製造された電池ユニット５の電池本体４０が膨張すると、外装４３０およびフィルム層２０に対する膨張圧が生じる。図９における白塗りの矢印は、電池本体４０が膨張したときの膨張圧の一例である。前述の通り、電池ユニット５の製造時に、外装４３０は電池本体４０に密着される。そのため、図９に示すように、密着圧は膨張圧に対する反発力となる。一方、開口４３０ｈには外装４３０が存在しないため、密着圧が生じない（または、生じても外装４３０が存在する箇所にくらべて、小さい）。したがって、開口４３０ｈでは、外装４３０の存在する箇所に比べ反発力が小さい。ゆえに、電池ユニット５において電池本体４０の膨張圧は開口４３０ｈに集中することとなる。

【0077】

さらに、開口４３０ｈに配されているフィルム層２０は外装４３０よりも強度が小さい（すなわち、よくひずむ）部材である。したがって、集中した膨張圧でフィルム層２０が図９に例示するようにひずみ、ひずみゲージ１０がこのひずみを検出することができる。以上の構成によれば、電池本体のより微細な膨張も検出することが可能となる。したがって、電池本体４０の膨張をより精度よく検出することができる。

【0078】

≪第５実施形態≫
本開示に係る電池ユニットのフィルム層および／または外装は、その一部が折り重ねられた折り目構造を有していてもよい。以下、第５実施形態に係る電池ユニットとして、フィルム層および／または外装が上記折り目構造を有する電池ユニットについて、いくつか例を挙げて説明する。

【0079】

図１０は、第５実施形態に係る電池ユニットの一例である電池ユニット６を示す拡大図である。電池ユニット６は、フィルム層２０に換えて、フィルム層１２０を備える。なお、図１０の例では電池ユニット２の外装１３０を例にとり説明しているが、電池ユニット６の図１０に示す以外の構成（例えば、電池ユニット６全体の形状、電池本体の大きさおよび形、外装およびフィルム層の材料等）は、前述した第１～第４実施形態のいずれの電池ユニットの構成と同様であってもよい。また、電池本体、フィルム層１２０、および外装１３０の積層関係ならびに強度の差異についても、第１～第４実施形態に係る電池ユニット１～５と同様である。

【0080】

フィルム層１２０は、ひずみゲージ１０が貼り付けられる部分に、一部が折り重ねられた折り目構造１２１を有する。例えば、電池ユニット６の製造時に、フィルム層１２０を折り畳んで折り目構造１２１を形成してから電池本体に密着させることで、図１０に示すような構成が可能となる。

【0081】

図１０に示す構成によれば、電池本体が膨張すると、開口１３０ｈのフィルム層１２０が他の部位に比べ大きくひずむ。さらに、電池ユニット６の場合、フィルム層１２０が折り目構造１２１を有しているため、この折り目が広がることで、フィルム層１２０のひずみがより大きくなる。したがって、ひずみゲージ１０で電池本体のより微細な膨張も検出することが可能となる。ゆえに、電池ユニット６の構成によれば、電池本体の膨張をより精度よく検出することができる。

【0082】

図１１は、第５実施形態に係る電池ユニットの他の一例である電池ユニット７を示す拡大図である。電池ユニット７は、外装３０に換えて、外装５３０を備える。外装５３０は、金属箔等で形成されるフィルム状の外装である。図示の通り、電池ユニット７はフィルム層を有していない。そして、電池ユニット７は、外装５３０のある一面の一部分において、外装の一部が折り重ねられた折り目構造５３１を有している。また、電池ユニット７において、ひずみゲージ１０は外装５３０のひずみを検出する。

【0083】

なお、電池ユニット７について、外装５３０の折り目構造５３１と、フィルム層を有していないこと以外の構成は、前述した各実施形態のいずれの電池ユニットの構成と同様であってもよい。

【0084】

図１１の例では、ひずみゲージ１０は、折り目構造５３１を有する外装５３０に直接貼り付けられる。外装５３０は、ひずみゲージ１０が貼り付けられる部分に、折り目構造５３１を有する。例えば、電池ユニット７の製造時に、外装５３０の一部の箔部分を冗長に構成し、皺が出来るように電池本体に圧着することで、図１１に示すような構成が可能となる。

【0085】

図１１に示す構成によれば、電池本体が膨張すると、外装５３０の折り目構造５３１の折り目が広がることで、折り目構造５３１のある部分が、外装５３０の他の部分よりもひずみがより大きくなる。したがって、この折り目構造５３１の箇所にひずみゲージ１０を配置しておくことで、電池本体の膨張により生じる、外装５３０のひずみを検出することができる。

【0086】

図１２は、第５実施形態に係る電池ユニットの他の一例である電池ユニット８を示す拡大図である。電池ユニット８は外装６３０を備える。外装６３０は、外装５３０と同様、金属箔等で構成されるフィルム状の外装である。また、電池ユニット８は、フィルム層２０に換えて、フィルム層２２０を備える。なお、電池ユニット８の図１２に示す以外の構成（例えば、電池ユニット８全体の形状、電池本体の大きさおよび形、外装およびフィルム層の材料等）は、前述した第１～第４実施形態のいずれの電池ユニットの構成と同様であってもよい。

【0087】

外装６３０は、開口６３０ｈを有する。電池ユニット８は、開口６３０ｈにフィルム層２２０を備える。フィルム層２２０と外装６３０の積層関係および強度の差異については、第１～第４実施形態に係る電池ユニット１～５と同様である。

【0088】

図１２に示すように、電池ユニット８においては、外装６３０の一部がフィルム層２２０の一部とともに織り込まれている。これにより、外装６３０は一部が折り重ねられた折り目構造６３１を有し、フィルム層２２０は一部が折り重ねられた折り目構造２２１を有する。

【0089】

図１２に示す構成によれば、電池本体が膨張すると、開口６３０ｈのフィルム層２２０が他の部位に比べ大きくひずむ。さらに、電池ユニット６の場合、外装６３０もフィルム層２２０も折り目構造を有しているため、これらの折り目が広がることで、ひずみゲージ１０の配置位置周辺のひずみがより大きくなる。したがって、ひずみゲージ１０で電池本体のより微細な膨張も検出することが可能となる。ゆえに、電池ユニット８の構成によれば、電池本体の膨張をより精度よく検出することができる。

【0090】

なお、上記の説明では、電池ユニットの形状として、角形とラミネート型について説明したが、電池ユニットは、例えば、円筒形の形状をしていてもよい。また、円筒形の電池ユニットの場合、外装の開口（すなわち、ひずみゲージ１０の貼付け場所）はいずれの面にあってもよいが、円筒の周面にあることがより望ましい。

【0091】

また、電池ユニット１～６および８において、外装の開口の位置（すなわち、ひずみゲージ１０の貼付け位置）は、図示の例に限定されない。同様に、電池ユニット７において、外装５３０の折り目構造５３１を設ける位置（すなわち、ひずみゲージ１０の貼付け位置）は、図示の例に限定されない。

【0092】

例えば、電池本体の膨張による膨張ひずみは、電池ユニットの各面の中央部分の方が各面の角部分よりも大きくなる。したがって、ひずみゲージ１０で電池本体の膨張による膨張ひずみを検出したい場合は、外装の開口（または外装５３０の折り目構造５３１）を、各電池ユニットの面の中央部分に設け、そこにひずみゲージ１０を配置することが望ましい。

【0093】

また例えば、電池本体の膨張により各面の中央部が膨張するとき、電池ユニットの各面の角部分には逆に圧縮ひずみが生じることがある。したがって、ひずみゲージ１０でこの圧縮ひずみを検出したい場合は、外装の開口（または外装５３０の折り目構造５３１）を、各電池ユニットの面の角部分の近傍に設け、そこにひずみゲージ１０を配置することが望ましい。

【0094】

〈第６実施形態〉
以上説明した実施形態およびその変形例では、本開示に係る検出部が、抵抗体を用いたひずみゲージである例について説明した。すなわち、前述の実施形態では、本開示に係る検出部が電気抵抗式の金属ひずみゲージである場合について説明した。しかしながら、本開示に係る検出部は金属ひずみゲージに限定されない。例えば、本開示に係る検出部は、当該ひずみゲージに含まれる検出素子によって、フィルム層または外装のひずみによって引き起こされる磁気変化を検出するひずみゲージであってもよい。

【0095】

具体的には、本開示に係る検出部は、ビラリ現象（後述）を利用した検出素子を含んだひずみゲージであってもよい。また、本開示に係る検出部は、磁気トンネル接合（後述）の構造を有する検出素子を含んだひずみゲージであってもよい。以下、第６実施形態では、ビラリ現象を利用した検出素子を含むひずみゲージについて説明する。また、第７実施形態では、磁気トンネル接合の構造を有する検出素子を含んだひずみゲージについて説明する。

【0096】

なお、本明細書の各実施形態では、同様の機能を有する部材には同様の名称および部材番号を付し、説明を繰り返さないこととする。また、図１３以降の各図面におけるｘ軸、ｙ軸、およびｚ軸の方向は、図１３で示したｘ軸、ｙ軸、およびｚ軸の方向と同一である。また、以降の説明では、ｚ軸の正方向を「上」、ｚ軸の負方向を「下」と称する。すなわち、以降の説明において「上側」とはｚ軸の正方向側であり、「上面」はｚ軸の正方向側にある面を示す。また、「下側」とはｚ軸の負方向側であり、「下面」とはｚ軸の負方向側にある面を示す。

【0097】

図１３は、第６実施形態に係るひずみゲージに含まれる検出素子３００の一例を示す図である。図１３の（ａ）は検出素子３００をｚ軸の正方向から負方向（すなわち、上面から下面側）に見下ろしたときの平面図である。一方、図１３の（ｂ）は、図１３の（ａ）に示す検出素子３００のα－α´直線での断面図を示している。なお、図１３の（ａ）および（ｂ）では、検出素子３００から延びる配線は図示していない。しかしながら、検出素子３００には、後述する駆動コイル３２０と電源とを接続する配線と、感知コイル３８０によって検出された電流を伝達するための配線が接続されていてもよい。

【0098】

図１３の（ａ）に示す通り、検出素子３００は、駆動コイル３２０と、感知コイル３８０と、ベース層３１０とを含む。ベース層３１０は駆動コイル３２０および感知コイル３８０の芯材となる層である。感知コイル３８０は、ベース層３１０（より厳密には、後述するベース金属３７０）の磁化の強さを検出するためのコイルである。駆動コイル３２０は、磁界を発生させるためのコイルである。検出素子３００は、ベース層３１０を芯材として、感知コイル３８０が内側、そして駆動コイル３２０が外側に巻かれた２重構造を有している。なお、駆動コイル３２０および感知コイル３８０の材料は、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｌ、およびＡｕ等の導電性金属、ならびに、これらの金属の合金であることが望ましい。また、駆動コイル３２０および感知コイル３８０の巻き数および断面積の大きさは、検出素子３００に要求されるひずみの検知感度に応じて適宜設計されてよい。

【0099】

後で詳述するが、ベース層３１０に応力が加わると、ベース層３１０に含まれるベース金属３７０（後述）の磁化の強さが変化する。検出素子３００は、感知コイル３８０でこの磁化の強さの変化を検出することによって、ベース層３１０にかかる応力の強さ（すなわち、ひずみ度合）を特定することができる。

【0100】

図１３の（ｂ）の断面図を参照して、検出素子３００の構成について更に説明する。なお、図１３の（ｂ）において、駆動コイル３２０、感知コイル３８０、および３つの絶縁層３４０、３５０、および３６０はそれぞれ、芯材であるベース金属３７０を取り囲むように形成されている。すなわち、図１３の（ｂ）において同じ部材番号を付した層は、ベース金属３７０を取り囲んで繋がっている。

【0101】

ベース金属３７０は、各種コイルおよび絶縁層の芯材となる部材である。ベース金属３７０は、例えば略平板状の金属板であってよい。ベース金属３７０は絶縁層３６０で取り囲むように被覆されている。ベース金属３７０は、例えば、センダスト等のＦｅ-Ｓｉ-Ａｌ系合金、および、パーマロイ等のＮｉ-Ｆｅ系合金等の軟磁性体材料で構成されることが望ましい。前述のベース層３１０は、図１３の（ｂ）に示す通り、このベース金属３７０と絶縁層３６０から成る。

【0102】

絶縁層３６０の外側には、絶縁層３６０を取り囲むように絶縁層３５０が形成される。そして、絶縁層３５０の外側には、更に絶縁層３４０が形成されている。絶縁層３５０は、感知コイル３８０を含む層であり、感知コイル３８０の間隙を絶縁材料で充填した層である。絶縁層３４０は、駆動コイル３２０を含む層であり、駆動コイル３２０の間隙を絶縁材料で充填した層である。絶縁層３４０、３５０、および３６０は、磁界に影響しないドライフィルムまたは感光性ポリイミド等のレジスト硬化物から成ることが望ましい。

【0103】

検出素子３００の一面は、図１３の（ｂ）に示すように、基材１１０に貼り付けられていてよい。基材１１０は、検出素子３００を固定する部材である。基材１１０は実施形態１にて説明した基材１１と同様の構成であってもよい。例えば、基材１１０は、プラスチックフィルム等で構成されるフレキシブル基板であってよい。また、基材１１０と前記各実施形態で述べた基材１１は同じものであってもよい。検出素子３００は基材１１０を介して、外装の開口部のフィルム層（ただし、電池ユニット７の場合は、外装）に貼り付けられる。なお、検出素子３００は、全体として平板または薄膜状の検出素子であってもよい。検出素子３００が平板または薄膜状である場合、検出素子３００を基材１１０により容易に貼り付けることができる。また、検出素子３００において基材１１０は必須の構成ではない。例えば、検出素子３００に基材１１０を設けず、検出素子３００の下面をフィルム層または外装に直接貼り付けて使用してもよい。

【0104】

本実施形態に係るフィルム層または外装は、基本的には前記各実施形態に係るフィルム層および外装と同様の構成および材料であってよい。しかしながら、本実施形態において、フィルム層および外装は、非磁性体から成ることがより望ましい。

【0105】

次に、検出素子３００を用いてひずみを検出する原理を概説する。検出素子３００は、磁性体であるベース金属３７０を含んでいる。電源から駆動コイル３２０に交流電流が供給されると、駆動コイル３２０はその周囲に交番磁界を生じさせる。これにより磁界が発生し、ベース金属３７０は磁化される。この状態で電池本体が膨張すると、外装およびフィルム層にひずみが生じる。ひずみは基材１１０を伝わり、ベース金属３７０に応力が加わる。なお、検出素子３００を、基材１１０を介さずにフィルム層または外装に貼り付けている場合は、フィルム層または外装からベース金属３７０（およびそれを被覆する絶縁層３４０～３６０）に直接応力が伝わる。

【0106】

ベース金属３７０に応力が加わると、その応力に応じてベース金属３７０の透磁率が変化する。したがって、ベース金属３７０の磁化の強さ（磁化の程度）が変化する。このように、磁性体に応力がかかると磁性体の透磁率および磁化の強さが変化する現象のことを「ビラリ現象」という。検出素子３００の構成によれば、ピックアップコイルである感知コイル３８０には、ベース金属３７０の磁化の強さに応じた交流電圧が誘起される。したがって、ビラリ現象の原理に基づけば、この交流電圧の値から、ベース金属３７０にかかる応力を算出することができる。そして、当該算出した応力から、フィルム層または外装のひずみ度合を特定することができる。なお、検出素子３００が図１３の（ａ）および（ｂ）に示す形状である場合、検出素子３００のグリッド方向は、図１３の（ａ）におけるα－α´方向に等しい。以上説明した原理に基づいて、検出素子３００は、フィルム層または外装のひずみを検出することができる。すなわち、検出素子３００は、ひずみゲージの検出素子として機能する。

【0107】

なお、駆動コイル３２０は、感知コイル３８０の外側、かつ当該感知コイル３８０が存在している領域全体に、できる限り均一に巻き付けられることが望ましい。これにより、ベース金属３７０の、感知コイル３８０が存在する領域全体に、より均一に交番磁界を加えることができる。これにより、ビラリ現象によるベース金属３７０の磁化の強さの変化をより精密に検出することができる。したがって、検出素子３００の性能が向上する。

【0108】

また、絶縁層３６０は、ベース金属３７０の全部ではなく一部に形成されていてもよい。例えば、ベース金属３７０のうち、感知コイル３８０および駆動コイル３２０を巻き付ける領域の部分を絶縁層３６０で覆い、絶縁層３６０の上から感知コイル３８０を含む絶縁層３５０で覆い、更に、絶縁層３５０の上から駆動コイル３２０を含む絶縁層３４０で覆うような構成であってもよい。

【0109】

また、ベース金属３７０が略平板状である場合、絶縁層３６０はベース金属３７０の、コイルを巻く方向のみ取り囲んで形成されていてもよい。すなわち、図１３の（ｂ）において、ベース金属３７０のｘ方向の両端部は絶縁層３６０で覆われていなくてもよい。

【0110】

本実施形態に係る電池ユニットにおいて、フィルム層および／または外装にひずみが生じると、ひずみゲージの基材１１０（または、検出素子３００自体）がひずむ。検出素子３００は、このひずみによって生じる磁性変化を、前述のビラリ現象の原理に基づき検出することができる。

【0111】

本実施形態に係る検出素子３００を含んだひずみゲージは、前述した各実施形態で示したあらゆる配置パターンで、フィルム層（または外装）に配置可能である。すなわち、本実施形態に係る検出素子３００を用いて、電気抵抗式のひずみゲージを用いたときと同様にフィルム層（または外装）のひずみを検出することができる。したがって、本実施形態に係る電池ユニットは、前述の各実施形態に係る電池ユニットと同様の効果を奏する。

【0112】

〈第７実施形態〉
図１４は、第７実施形態に係るひずみゲージに含まれる検出素子の一例である検出素子５００を示す図である。図１５は、第７実施形態に係る検出素子の他の一例である検出素子６００を示す図である。また、図１６は、第７実施形態に係る検出素子の更に他の一例である検出素子７００を示す図である。図１４～図１６の（ａ）はそれぞれ、検出素子５００、６００、および７００の斜視図である。図１４～図１６の（ｂ）はそれぞれ、検出素子５００、６００、および７００をｚ軸の正方向から負方向に見下ろしたときの平面図である。図１４～図１６の（ｃ）は、検出素子５００、６００、および７００の、ｚｘ平面に平行な面での断面図である。なお、図１４～図１６のいずれの図も、検出素子から延びる配線は図示していない。しかしながら、これらの検出素子５００、６００、および７００には、後述する上流電極５１０と電源とを接続する配線と、下流電極５２０と電源とを接続する配線とが接続されていてもよい。

【0113】

図１４～図１６の（ａ）に示す通り、検出素子５００、６００、および７００は、上流電極５１０と、下流電極５２０と、磁性膜５５０と、絶縁膜５４０と、を含む。絶縁膜５４０は、図示のように磁性膜５５０で挟まれている。この磁性膜５５０と絶縁膜５４０によって、磁気トンネル接合が形成される。すなわち、検出素子５００、６００、および７００は、磁気トンネル接合の構造に電極を接続した構造である。

【0114】

なお、検出素子５００、６００、および７００の下面は、第６実施形態に係る基材１１０と同様の基材に貼り付けられていてもよい。そして、検出素子５００は基材を介してフィルム層または外装に貼り付けられてよい。また、検出素子５００、６００、および７００は、全体として平板または薄膜状の検出素子であってもよい。検出素子５００、６００、および７００が平板または薄膜状である場合、検出素子５００、６００、および７００を基材（または、フィルム層もしくは外装）により容易に貼り付けることができる。また例えば、検出素子５００、６００、および７００の下面をフィルム層または外装に直接貼り付けて使用してもよい。

【0115】

磁性膜５５０は磁性ナノ薄膜である。絶縁膜５４０は絶縁体のナノ薄膜である。磁気トンネル接合の構造が形成可能であれば、磁性膜５５０と、絶縁膜５４０の材料は特に限定されない。例えば、磁性膜５５０としてコバルト鉄ボロン、または、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉなどの３ｄ遷移金属強磁性体及びそれらを含む合金等を用いることができる。また、絶縁膜５４０として、酸化シリコン、窒化シリコン、酸化アルミニウムや酸化マグネシウム等を用いることができる。

【0116】

上流電極５１０および下流電極５２０は、磁気トンネル接合の構造に対し電圧を印加するための電極である。図１４～図１６の例では、電流は上流電極５１０から下流電極５２０へと流れる。例えば図１４の（ｃ）の場合、上流電極５１０と下流電極５２０の間に電圧を印加すると、電子は上側（ｚ軸正方向側）の磁性膜５５０から、絶縁膜５４０を超えて下側（ｚ軸負方向側）の磁性膜５５０に流れ込む。これは「トンネル効果」と呼ばれている現象であり、電子が絶縁膜５４０を通過するときの電気抵抗は、「トンネル抵抗」と呼ばれている。なお、図１４～図１６の例では、電極の各部の接合部は、磁気トンネル接合の構造をショートパスする電流が流れない様に端部が処理された構造となっている。

【0117】

ところで、基材１１０等を介して検出素子５００にひずみがかかると、トンネル接合の構造において、磁気変化が起こる。より具体的には、上側と下側の磁性膜５５０の磁化方向がずれる。このように、上下の磁性膜５５０の磁化方向がずれると、磁化方向が平行な場合に比べて、トンネル抵抗が大きくなる（トンネル磁気抵抗効果）。したがって、前述の構成を備えた検出素子５００では、検出素子５００（より厳密には、磁気トンネル接合の部分）のひずみの大きさに応じて、電極間を流れる電流が小さくなる。すなわち、ひずみが大きくなるにつれ、電気抵抗が大きくなる。検出素子５００は、このように、印加した電圧に対する電流値に基づきひずみを検出することができる。したがって、検出素子５００をフィルム層または外装に貼り付けることによって、フィルム層または外装に生じるひずみを測定することができる。

【0118】

磁気トンネル接合の構造を有する検出素子は、図１４に示した例に限定されない。例えば、図１５および図１６に示すような検出素子６００および７００を採用することも可能である。図１５に示す検出素子６００も、図１６に示す検出素子７００も、上流電極５１０、下流電極５２０、磁性膜５５０、および絶縁膜５４０で構成されること、および、これらの構成によってひずみを検出する原理については、検出素子５００と同様である。また、検出素子６００および７００の基本的な動作についても、検出素子５００と同様である。なお、検出素子５００、６００、および７００のグリッド方向は、それぞれ図１４～図１６におけるｘ軸方向（ｘ軸の正方向およびｘ軸の負方向）に相当する。図１５に示す検出素子６００は図示の通り、上側の磁性膜５５０と下側の磁性膜５５０が、一部繋がった構造をしている。すなわち、磁性膜５５０の一部の領域においてのみ、磁気トンネル接合の構造が形成されており、当該構造においてトンネル磁気抵抗効果が生じる。一方、図１６に示す検出素子７００は、基板７１０を介して基材１１０に貼り付けられる。図１４～図１６に示すように、検出素子は前述の原理を超えない範囲であれば、要求されるサイズ、耐久性、および検出すべき応力の大きさ等に応じて、適宜その設計が変更されてよい。

【0119】

なお、本実施形態に係るフィルム層および外装は、基本的には前述の各実施形態に係るフィルム層および外装と同様の構成および材料であってよい。しかしながら、本実施形態において、フィルム層および外装は、非磁性体から成ることがより望ましい。例えば、本実施形態に係る外装は、非磁性ステンレスを材料として作製することができる。また、検出素子５００、６００、および７００は素子全体として、フィルム型などの略平板状の形状であってよい。これにより、フィルム層および外装に、検出素子５００を容易に貼り付けることができる。また、検出素子５００、６００、および７００は、駆動コイル等、磁気トンネル接合の構造部分に対して、微弱な磁界を印加するための構造を有していてもよい。磁気トンネル接合の構造部分に対して磁界を印加することにより、前述のトンネル磁気抵抗効果をより安定して測定することができるため、安定してひずみを検出することができる。

【0120】

また、検出素子５００、６００、および７００における「上流電極」および「下流電極」は便宜上の名称であり、電流の流れる方向は逆であってもよい。つまり、図１４～図１６で示した検出素子５００、６００、および７００において、下流電極５２０の方から、上流電極５１０の方へと電流が流れる設計であってもよい。

【0121】

本実施形態に係る電池ユニットにおいて、フィルム層および／または外装にひずみが生じると、ひずみゲージの基材（または、検出素子５００、６００、または７００自体）がひずむ。検出素子５００、６００、または７００は、このひずみによって生じる磁性変化を、前述のトンネル磁気抵抗効果の原理に基づき検出することができる。

【0122】

本実施形態に係る検出素子５００、６００、および７００を含んだひずみゲージは、前述した各実施形態で示したあらゆる配置パターンでフィルム層（または外装）に配置可能である。すなわち、本実施形態に係る検出素子５００、６００、および７００を用いて、電気抵抗式のひずみゲージを用いたときと同様にフィルム層（または外装）のひずみを検出することができる。したがって、本実施形態に係る電池ユニットは、前述の各実施形態に係る電池ユニットと同様の効果を奏する。

【0123】

〈第８実施形態〉
本開示に係る検出部は、半導体式のひずみゲージ、静電容量式の圧力センサ、または光ファイバ式のひずみゲージであってもよい。また、本開示に係る検出部は、機械式圧力センサ、振動式圧力センサ、または圧電式圧力センサであってもよい。以下、各種ひずみゲージ及び圧力センサの原理を説明する。

【0124】

（半導体式のひずみゲージ）
半導体式のひずみゲージは、半導体の圧抵抗効果を利用してひずみを検出するひずみゲージである。すなわち、半導体式のひずみゲージは、半導体をひずみの検出素子として用いるひずみゲージである。

【0125】

半導体に応力が印加されると、半導体の結晶格子にひずみが生じて半導体中のキャリアの数及び移動度が変化するため、結果として電気抵抗が変化することが知られている。半導体式のひずみゲージは、電気抵抗式の金属ひずみゲージと同様、フィルム層または外装に直接貼り付けて使用することができる。この場合、フィルム層または外装が伸縮すると、貼り付けられた半導体（より詳しくは、半導体の結晶格子）がひずみ電気抵抗が変化する。そのため、当該電気抵抗を測定することでフィルム層または外装のひずみ量を特定することができる。

【0126】

また、半導体式のひずみゲージは、ダイアフラム構造を備えたひずみセンサとして構成することもできる。この場合、ひずみセンサは例えば、非金属のダイアフラム（又は、金属ダイアフラム上に電気絶縁層を形成したもの）と、当該ダイアフラムの上に形成された半導体（例えば、シリコン薄膜の半導体）と、を有する。そして、この様にダイアフラムを含む構造において、ダイアフラムに印加された垂直応力によりダイアフラムがひずむと、半導体の電気抵抗が変化する。そのため、当該電気抵抗を測定することでダイアフラムのひずみ量（ひいては、フィルム層または外装のひずみ量）を特定することができる。

【0127】

（静電容量式の圧力センサ）
静電容量式の圧力センサは、ダイアフラムにかかる圧力を一対の電極の静電容量の変化として計測する圧力センサである。すなわち、静電容量式の圧力センサは、一対の電極を検出素子として用いる圧力センサである。静電容量式の圧力センサは例えば、可動電極としてのダイアフラムと、１つ以上の固定電極と、を備える。ダイアフラムは例えば不純物を含んだシリコン（すなわち、導体として機能するシリコン）等で形成される。

【0128】

ダイアフラムに圧力が印加されると、当該ダイアフラムが変位し、固定電極と可動電極との間の距離が変化する。電極間の静電容量は、電極間媒質の誘電率と電極の面積が一定ならば、電極間の距離に応じて定まることが知られている。したがって、静電容量を計測することで、ダイアフラムの変位量（すなわち、圧力の大きさ）を特定することができる。

【0129】

（光ファイバ式のひずみゲージ）
光ファイバ式のひずみゲージとは、ファイバ・ブラッグ・グレーティング（ＦＢＧ）が形成されている光ファイバを用いてひずみを検出するひずみゲージである。すなわち、光ファイバ式のひずみゲージは、光ファイバをひずみの検出素子として用いるひずみゲージである。ＦＢＧは光ファイバの他の部分とは異なる光の反射を起こす回折格子であり、この格子の一つ一つは一定間隔で形成されている。光ファイバがひずんで伸びると、ＦＢＧの格子間隔が広がるため、光ファイバに入射した光（例えば、レーザ光）の反射光の波長が変化する。また、光ファイバがひずんで縮むと、ＦＢＧの格子間隔は狭くなるため、ファイバに入射した光（例えば、レーザ光）の反射光の波長が変化する。

【0130】

このような特性を有する光ファイバをフィルム層または外装に貼り付けておき、光ファイバの反射光の波長スペクトルを計測することで、光ファイバのひずみ量（すなわち、フィルム層または外装のひずみ量）を特定することができる。なお、光ファイバ式のひずみゲージは、光ファイバ内で生じるブリルアン散乱光の周波数の変化から当該光ファイバのひずみ量を特定するひずみゲージであってもよい。

【0131】

（機械式圧力センサ）
機械式圧力センサは機械的構造物の変位量を計測することで、当該構造物にかかる圧力を特定するセンサである。機械式圧力センサは、例えば、ばね又は曲げた管を備えており、このばねの伸縮量又は曲げた管の伸縮量を計測する。これらの伸縮量（すなわち、変位量）は、ばね又は曲げた管にかかる圧力の大きさに応じて変化する。したがって、当該伸縮量を計測することで、ばね又は曲げた管にかかる圧力を特定することができる。なお、ばね又は曲げた管の形状や大きさは、機械式圧力センサの取り付け対象の大きさ及び形状に応じて適宜定められてよい。

【0132】

（振動式圧力センサ）
振動式圧力センサは、弾性梁の固有振動数が、当該弾性梁の軸に沿って生じる圧力（すなわち、軸力）によって変化するという現象を利用して圧力を検出するセンサである。振動式圧力センサは、電気抵抗式の金属ひずみゲージと同様、フィルム層または外装に直接貼り付けて使用することができる。また例えば、振動式圧力センサは、基板上に形成されたダイアフラムと、当該ダイアフラムの表面に形成された梁状の振動子と、で構成される圧力センサであってもよい。

【0133】

いずれの場合でも、フィルム層または外装がひずむと、その圧力は直接または間接的に振動子に伝わり、振動子に軸力が生じる。振動子の固有振動数は、軸力に応じて変化する。したがって、振動子の固有振動数を計測することで、電池の膨張により生じるフィルム層または外装に対する圧力の大きさを特定することができる。

【0134】

（圧電式圧力センサ）
圧電式圧力センサとは、圧電素子（ピエゾ素子とも称する）を含んでおり、この圧電素子の特性を用いて圧力を検出するセンサである。圧電素子は、力が加わり変形する（ひずむ）と、その力に応じた起電力を発生する特性を持っている。また、圧電素子は、電圧をかけると、その電圧に応じた力を発生させて伸縮する特性を持っている。

【0135】

圧電式圧力センサは、圧電素子の起電力を測定することで、圧電素子にかかった力（すなわち、圧電素子のひずみ量）を特定することができる。したがって、圧電式圧力センサをフィルム層または外装に貼り付けておくことで、フィルム層または外装のひずみ量を特定することができる。

【0136】

以上の説明の通り、電池ユニットにおいて、半導体式のひずみゲージ、静電容量式の圧力センサ、光ファイバ式のひずみゲージ、機械式圧力センサ、振動式圧力センサ、および圧電式圧力センサを用いた場合でも、前述の各実施形態に係る電池ユニットと同様の効果を得ることができる。

【0137】

以上、好ましい実施形態等について詳説した。しかしながら、本開示に係る電池ユニットは、上述した実施形態および変形例等に限定されない。例えば、上述した実施形態等に係る電池ユニットについて、特許請求の範囲に記載された範囲を逸脱することなく、種々の変形及び置換を加えることができる。

【符号の説明】

【0138】

１、２、３、４、５、６、７、８ 電池ユニット、１０ ひずみゲージ、１２ 抵抗体、２０、１２０、２２０ フィルム層、２０Ｓ 露出面、３０、１３０、２３０、３３０、４３０、５３０、６３０ 外装、３０ｈ、１３１ｈ、２３０ｈ、３３０ｈ、４３０ｈ、６３０ｈ 開口、４０ 電池本体、１２１、２２１、５３１、６３１ 折り目構造、４３２ 外側の層、４３３ 内側の層、５００、６００、７００ 検出素子、５４０ 絶縁膜、５５０ 磁性膜

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】