JP2012033328A - 電池劣化検出装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】この発明は、複数の二次電池を組み合わせた組電池の中で劣化している二次電池を特定でき、その二次電池の劣化を早期に検出できて、二次電池の劣化を検出するための装置によって組電池が大きくなることを防止することを目的とする。
【解決手段】この発明は、二次電池と、二次電池を覆う外装体と、複数の二次電池を互いに当接させた二次電池集合体と、二次電池集合体の周囲を覆うハウジングと、を備える電池劣化検出装置において、二次電池集合体は互いに当接する二次電池のうちの一つである第1二次電池と、それに隣接する第2二次電池を備え、第1二次電池と第2二次電池は夫々の外装体に第1検知電極と第2検知電極を有し、第1二次電池の第1検知電極と、第2二次電池の第2検知電極とが当接してハウジング内に収納され、第1検知電極と第2検知電極の当接状態が解除されることで二次電池の劣化を判定することを特徴とする。
【選択図】図1
【解決手段】この発明は、二次電池と、二次電池を覆う外装体と、複数の二次電池を互いに当接させた二次電池集合体と、二次電池集合体の周囲を覆うハウジングと、を備える電池劣化検出装置において、二次電池集合体は互いに当接する二次電池のうちの一つである第1二次電池と、それに隣接する第2二次電池を備え、第1二次電池と第2二次電池は夫々の外装体に第1検知電極と第2検知電極を有し、第1二次電池の第1検知電極と、第2二次電池の第2検知電極とが当接してハウジング内に収納され、第1検知電極と第2検知電極の当接状態が解除されることで二次電池の劣化を判定することを特徴とする。
【選択図】図1
Description
この発明は電池劣化検出装置に係り、特に、ハウジングで覆われた二次電池集合体内の二次電池の劣化を、二次電池の膨張によって検出する電池劣化検出装置に関する。
電気自動車やハイブリッド自動車では、図8に示すようなリチウム電池のような二次電池101が使用される。これら二次電池101は、電解液等の内容物102を外装体103により覆われて正電極104・負電極105を突出させており、劣化と共に、外装体102が膨張することがある(図9参照)。この膨張を引き起こす一因としては、充放電の際に熱ストレスを受けた内部電極の変形や、充放電の際に発生する不活性物質の堆積といった点が挙げられる。また、軽量化のために電池単体の外装体102を可能な限り薄くしていることも一因として考えられる。そして、二次電池の膨張が進行すると、電池内部の電解液の漏れが発生し、配線短絡、破裂といった事故につながる恐れがある。それ故に、二次電池の膨張(劣化)を検出するシステムは重要である。
そして、実際の二次電池の使用では、図8のような二次電池101の単体(セル)で使用することはなく、図10で示すようにいくつかの二次電池101の単体を1セットとして組み合わせた二次電池集合体である組電池106(スタック)とし、ハウジング107で覆った組電池106を複数個組み合わせて使用する。そのため、ある二次電池101の単体が劣化して膨張した場合、膨張(劣化)した二次電池101の単体そのものが分からない限り、組電池106ごと交換することとなり、まだ使用可能な二次電池101も含めて廃棄となる。このため、環境的にも経済的にも難がある。従って、組電池106内の多数の二次電池101の中から、どの二次電池101が膨張(劣化)しているのかを識別できる装置の実現が望まれている。
仮に、歪みゲージを用いた二次電池の膨張検出を考えた場合、二次電池の膨張の仕方によっては1個の歪みゲージでは検出できないため、二次電池1個に対して複数の歪みゲージを貼付する必要があり、複数の二次電池からなる組電池での使用を考えると現実的ではない。
そして、実際の二次電池の使用では、図8のような二次電池101の単体(セル)で使用することはなく、図10で示すようにいくつかの二次電池101の単体を1セットとして組み合わせた二次電池集合体である組電池106(スタック)とし、ハウジング107で覆った組電池106を複数個組み合わせて使用する。そのため、ある二次電池101の単体が劣化して膨張した場合、膨張(劣化)した二次電池101の単体そのものが分からない限り、組電池106ごと交換することとなり、まだ使用可能な二次電池101も含めて廃棄となる。このため、環境的にも経済的にも難がある。従って、組電池106内の多数の二次電池101の中から、どの二次電池101が膨張(劣化)しているのかを識別できる装置の実現が望まれている。
仮に、歪みゲージを用いた二次電池の膨張検出を考えた場合、二次電池の膨張の仕方によっては1個の歪みゲージでは検出できないため、二次電池1個に対して複数の歪みゲージを貼付する必要があり、複数の二次電池からなる組電池での使用を考えると現実的ではない。
二次電池の劣化を検出する装置の従来技術としては、特開2004−39512号公報に開示されるものがある。この公報では、各二次電池にその膨張を検出するレバー式電池外装体膨れ検知手段を設けたものが提案されている。この検知手段は、電池外装体の最も広い側面、いわば電池外装体の膨張が最も現れやすい面に沿って設けられており、電池外装体の所定量の膨張がある場合に、この検知手段によって個々の二次電池の劣化の判定を可能としている。
しかし、上記特許文献1の従来技術では、以下の問題を有する。
(1).二次電池の膨張が検出できるのは、電池外装体の最も広い側面の中央部が膨張した場合に限られる。電池外装体膨れ検知手段では検出できない箇所が膨張した場合は、二次電池の劣化が検出できない。
(2).箱形容器状の二次電池を複数並べて二次電池集合体の組電池(スタック)を作成する場合、組電池をできるだけ小さくまとめることが望まれる。この場合、特許文献1のように二次電池を覆う電池外装体の最も広い側面、いわば最も電池外装体の膨張が現れやすい面同士を隣接させるように組電池が形成されることが多い。特許文献1では、電池外装体が所定量だけ膨張した場合に二次電池が劣化していると判断するので、電池外装体が所定量だけ膨張し、その膨張を検出するための検出装置を設けるスペースが必要であり、このスペースを有する面を隣り合わせにして各二次電池を並べることとなり、そのスペース分だけ組電池が大きくなってしまう。
(1).二次電池の膨張が検出できるのは、電池外装体の最も広い側面の中央部が膨張した場合に限られる。電池外装体膨れ検知手段では検出できない箇所が膨張した場合は、二次電池の劣化が検出できない。
(2).箱形容器状の二次電池を複数並べて二次電池集合体の組電池(スタック)を作成する場合、組電池をできるだけ小さくまとめることが望まれる。この場合、特許文献1のように二次電池を覆う電池外装体の最も広い側面、いわば最も電池外装体の膨張が現れやすい面同士を隣接させるように組電池が形成されることが多い。特許文献1では、電池外装体が所定量だけ膨張した場合に二次電池が劣化していると判断するので、電池外装体が所定量だけ膨張し、その膨張を検出するための検出装置を設けるスペースが必要であり、このスペースを有する面を隣り合わせにして各二次電池を並べることとなり、そのスペース分だけ組電池が大きくなってしまう。
この発明は、複数の二次電池を組み合わせた二次電池集合体の組電池の中で劣化している二次電池を特定でき、その二次電池の劣化を早期に検出できて、二次電池の劣化を検出するための装置によって組電池が大きくなることを防止できる電池劣化検出装置を提供することを目的とする。
この発明は、二次電池と、前記二次電池を覆う外装体と、複数の前記二次電池を互いに当接させた二次電池集合体と、前記二次電池集合体の周囲を覆うハウジングと、を備える電池劣化検出装置において、前記二次電池集合体は互いに当接する前記二次電池のうちの一つである第1二次電池と、それに隣接する第2二次電池を備え、前記第1二次電池と前記第2二次電池は夫々の前記外装体に第1検知電極と第2検知電極を有し、前記第1二次電池の前記第1検知電極と、前記第2二次電池の前記第2検知電極とが当接して前記ハウジング内に収納され、前記第1検知電極と前記第2検知電極の当接状態が解除されることで前記二次電池の劣化を判定することを特徴とする。
この発明の電池劣化検出装置は、ハウジングで覆われた二次電池集合体(組電池)内の劣化した二次電池を特定できる。
この発明の電池劣化検出装置は、検知電極を有する面内の膨張であれば、二次電池の劣化を検出できる。
この発明の電池劣化検出装置は、二次電池がわずかに膨張した場合であっても、二次電池の膨張を検出できるので、早期に二次電池劣化を検出できる。
この発明の電池劣化検出装置は、二次電池の劣化検出のための装置によって組電池が大きくなってしまうことを抑制できる。
この発明の電池劣化検出装置は、検知電極を有する面内の膨張であれば、二次電池の劣化を検出できる。
この発明の電池劣化検出装置は、二次電池がわずかに膨張した場合であっても、二次電池の膨張を検出できるので、早期に二次電池劣化を検出できる。
この発明の電池劣化検出装置は、二次電池の劣化検出のための装置によって組電池が大きくなってしまうことを抑制できる。
以下、図面に基づいて、この発明の実施例を説明する。
図1〜図7は、この発明の実施例を示すものである。図1において、1は二次電池である。二次電池1は、電解液等の内容物2を直方体形状の外装体3により覆われて、正電極4・負電極5を突出させている。二次電池1は、隣接する2つの二次電池1の各外装体3の一側当接面3Aと他側当接面3Bとが対向するように、複数の二次電池1−1〜1−Nの外装体3−1〜3−Nを互いに当接させて二次電池集合体である組電池6に形成され、組電池6の周囲をハウジング7で覆っている(図2参照)。
複数の二次電池1を組み合わせた組電池6の中で劣化している二次電池1を検出するための電池劣化検出装置8は、図1に示すように、二次電池1の外装体3に検知電極9を有している。二次電池1は、検知電極9として、直方体形状の外装体3の一側当接面3Aの角部に設けた一側検知電極9Aと、外装体3の他側当接面3Bの角部に設けた他側検知電極9Bとを有している。
図2に示すように、組電池6は、互いに当接する複数の二次電池1−1〜1−Nのうちの一つである例えば二次電池1−1と、この二次電池1−1に隣接する別の二次電池1である例えば二次電池1−2と備え、複数の二次電池1−1〜1−Nの外装体3−1〜3−Nを互いに当接させて組電池6を形成する際に、複数の二次電池1−1〜1−Nのうちの一つである例えば二次電池1−1の一側検知電極9−1Aと、この二次電池1−1に隣接する別の二次電池1−2の他側検知電極9−2Bとが当接して、ハウジング7内に収納される。組電池6の全ての二次電池1−1〜1−Nは、各々の隣接する二次電池同士で相互に一側検知電極と他側検知電極とを当接している。
複数の二次電池1を組み合わせた組電池6の中で劣化している二次電池1を検出するための電池劣化検出装置8は、図1に示すように、二次電池1の外装体3に検知電極9を有している。二次電池1は、検知電極9として、直方体形状の外装体3の一側当接面3Aの角部に設けた一側検知電極9Aと、外装体3の他側当接面3Bの角部に設けた他側検知電極9Bとを有している。
図2に示すように、組電池6は、互いに当接する複数の二次電池1−1〜1−Nのうちの一つである例えば二次電池1−1と、この二次電池1−1に隣接する別の二次電池1である例えば二次電池1−2と備え、複数の二次電池1−1〜1−Nの外装体3−1〜3−Nを互いに当接させて組電池6を形成する際に、複数の二次電池1−1〜1−Nのうちの一つである例えば二次電池1−1の一側検知電極9−1Aと、この二次電池1−1に隣接する別の二次電池1−2の他側検知電極9−2Bとが当接して、ハウジング7内に収納される。組電池6の全ての二次電池1−1〜1−Nは、各々の隣接する二次電池同士で相互に一側検知電極と他側検知電極とを当接している。
前記組電池6のハウジング7内の両端に配置されていない各二次電池1−2〜1−(N−1)には、一側検知電極9A、他側検知電極9Bが夫々4つずつ設けられており、隣接する二次電池同士で各々の4つの一側検知電極9A、他側検知電極9Bの導通状態を検出して二次電池1の劣化を判定する。
一方、組電池6のハウジング7内の両端に配置された二次電池1は、当接する二次電池1の検知電極9が存在する側に検知電極9を備えている。具体的には、図4において、二次電池1−1は二次電池1−2の他側検知電極9−2Bが存在する側に一側検知電極9−1Aを備え、二次電池1−Nは二次電池1−(N−1)の一側検知電極9−(N−1)Aが存在する側に他側検知電極9−NBを備えている。
つまり、図2において、当接された複数の二次電池1−1〜1−Nのうち、当接方向一端の二次電池1−1は一側検知電極9−1Aだけを有し、当接方向他端の二次電池1−Nは他側検知電極9−NBだけを有している。
電池劣化検出装置8は、二次電池1−1を第1二次電池、二次電池1−2を第2二次電池とし、一側検知電極9Aを第1検知電極、他側検知電極9Bを第2検知電極とすると、第1二次電池の第1検知電極と第2二次電池の第2検知電極とが当接して組電池6のハウジング7内に収納された第1二次電池の第1検知電極と第2二次電池の第2検知電極の当接状態が解除(絶縁状態)されることで、二次電池の劣化を判定する。
一方、組電池6のハウジング7内の両端に配置された二次電池1は、当接する二次電池1の検知電極9が存在する側に検知電極9を備えている。具体的には、図4において、二次電池1−1は二次電池1−2の他側検知電極9−2Bが存在する側に一側検知電極9−1Aを備え、二次電池1−Nは二次電池1−(N−1)の一側検知電極9−(N−1)Aが存在する側に他側検知電極9−NBを備えている。
つまり、図2において、当接された複数の二次電池1−1〜1−Nのうち、当接方向一端の二次電池1−1は一側検知電極9−1Aだけを有し、当接方向他端の二次電池1−Nは他側検知電極9−NBだけを有している。
電池劣化検出装置8は、二次電池1−1を第1二次電池、二次電池1−2を第2二次電池とし、一側検知電極9Aを第1検知電極、他側検知電極9Bを第2検知電極とすると、第1二次電池の第1検知電極と第2二次電池の第2検知電極とが当接して組電池6のハウジング7内に収納された第1二次電池の第1検知電極と第2二次電池の第2検知電極の当接状態が解除(絶縁状態)されることで、二次電池の劣化を判定する。
ここで、検知電極9を設ける位置について説明する。隣り合う2つの二次電池1同士が当接する直方体形状の各外装体3の一側当接面3A・他側当接面3Bは、二次電池1の劣化による膨張が最も顕著に現れる最も広い面である。各側検知電極9A、9Bは夫々、図1に示すように、この最も広い面である一側当接面3A・他側当接面3Bの四隅(角部)に設けられている。各側検知電極9A、9Bを四隅に設けた理由は、一般に直方体の角部は剛性が高く、二次電池1の劣化による膨張の影響を受け難い場所であるためである。
二次電池1は、膨張すると一側当接面3A、他側当接面3Bの中央部が四隅(角部)に対して突出されるので、隣接する二次電池1同士の一側当接面3Aと他側当接面3Bとの四隅(角部)が離間し、各側検知電極9A、9Bは絶縁状態になる(図3参照)。これより早期に、且つ的確に二次電池1の膨張を検出できる。
各側検知電極9A・9Bは、二次電池1が組電池6のハウジング7内に収納された時に、隣接する2つの二次電池1の各側検知電極9A・9B同士の接触不良等が無いように、ハウジング7ヘの二次電池1の取り付け誤差や各二次電池1の製作時の各側検知電極9A・9Bの取り付け誤差等を事前に考慮して、配設する各側検知電極9A・9Bの大きさや位置を決定しておく。
つまり、前記二次電池1−1を第1二次電池、前記二次電池1−2を第2二次電池とし、外装体3の一側当接面3Aを第1面、外装体3の他側当接面3Bを第2面とし、前記一側検知電極9Aを第1検知電極、前記他側検知電極9Bを第2検知電極とすると、第1検知電極と第2検知電極は、互いに当接する前記第1二次電池の第1面と前記第2二次電池の第2面の夫々の面を構成する辺に沿うように設けられている。
また、第1検知電極は、前記第1面を構成する辺のうち互いに交わる少なくとも2辺に沿うように設けられ、前記第2検知電極は、前記第2面を構成する辺のうち互いに交わる少なくとも2辺に沿うように設けられている。
二次電池1は、膨張すると一側当接面3A、他側当接面3Bの中央部が四隅(角部)に対して突出されるので、隣接する二次電池1同士の一側当接面3Aと他側当接面3Bとの四隅(角部)が離間し、各側検知電極9A、9Bは絶縁状態になる(図3参照)。これより早期に、且つ的確に二次電池1の膨張を検出できる。
各側検知電極9A・9Bは、二次電池1が組電池6のハウジング7内に収納された時に、隣接する2つの二次電池1の各側検知電極9A・9B同士の接触不良等が無いように、ハウジング7ヘの二次電池1の取り付け誤差や各二次電池1の製作時の各側検知電極9A・9Bの取り付け誤差等を事前に考慮して、配設する各側検知電極9A・9Bの大きさや位置を決定しておく。
つまり、前記二次電池1−1を第1二次電池、前記二次電池1−2を第2二次電池とし、外装体3の一側当接面3Aを第1面、外装体3の他側当接面3Bを第2面とし、前記一側検知電極9Aを第1検知電極、前記他側検知電極9Bを第2検知電極とすると、第1検知電極と第2検知電極は、互いに当接する前記第1二次電池の第1面と前記第2二次電池の第2面の夫々の面を構成する辺に沿うように設けられている。
また、第1検知電極は、前記第1面を構成する辺のうち互いに交わる少なくとも2辺に沿うように設けられ、前記第2検知電極は、前記第2面を構成する辺のうち互いに交わる少なくとも2辺に沿うように設けられている。
通常時の組電池6は、図2に示すように、隣り合う二次電池1に膨張が見られないため、各側検知電極9A・9Bが全て導通状態にある。しかし、図3に示すように、例えば二次電池1−3が膨張すると、外装体3−3の中央部が盛り上がるため、二次電池1−3の端部においては隣り合う二次電池1−2・二次電池1−4との間に間隙が生じる。
すると、これまで導通状態であった二次電池1−2の一側検知電極9−2Aと二次電池1−3の他側検知電極9−3Bとが絶縁状態となり、また、これまで導通状態であった二次電池1−3の一側検知電極9−3Aと二次電池1−4の他側検知電極9−4Bとが絶縁状態となる。よって、各側検知電極9A・9Bの導通状態をチェックすることで、二次電池1の膨張(劣化)を検知することができる。
なお、図3では、説明の都合上、二次電池1−3の膨張によってその他の二次電池1−1・1−2、1−4〜1−Nの位置が大きく変化しているが、実際は各二次電池1−1〜1−Nは、振動等によって自由にハウジング7内を動くことが無いよう配置されている。
すると、これまで導通状態であった二次電池1−2の一側検知電極9−2Aと二次電池1−3の他側検知電極9−3Bとが絶縁状態となり、また、これまで導通状態であった二次電池1−3の一側検知電極9−3Aと二次電池1−4の他側検知電極9−4Bとが絶縁状態となる。よって、各側検知電極9A・9Bの導通状態をチェックすることで、二次電池1の膨張(劣化)を検知することができる。
なお、図3では、説明の都合上、二次電池1−3の膨張によってその他の二次電池1−1・1−2、1−4〜1−Nの位置が大きく変化しているが、実際は各二次電池1−1〜1−Nは、振動等によって自由にハウジング7内を動くことが無いよう配置されている。
前記電池劣化検出装置8は、図4に示すように、組電池6に形成された二次電池1−1〜1−Nは各一側検知電極9−1A〜9−(N−1)Aを切替スイッチ10に接続し、各他側検知電極9−2B〜9−NBを接地GNDに接続している。
切替スイッチ10は、制御手段11の切替駆動回路12に接続されている。切替スイッチ10は、制御手段11の切替駆動回路12からの制御信号を受けて一側検知電極9−1A〜9−(N−1)Aを順次に切り替え、一側検知電極9−1A〜9−(N−1)A・他側検知電極9−2B〜9−NBを組み合わせた導通チェック対象のチャンネルCh(1)〜Ch(N−1)の導通状態をチェックする。
切替スイッチ10の端子aと接地GNDの端子bとは、劣化検出回路13に接続している。劣化検出回路13は、図5に示すように、コンパレータ14とフォトカプラ15とNOT1回路16とNOT2回路17とを有している。なお、Vccはバッテリ電圧、R1〜R6は抵抗、VR1は可変抵抗である。
劣化検出回路13は、通常時(図2参照)には、一側検知電極9−1A〜9−(N−1)A・他側検知電極9−2B〜9−NBが全て導通状態であるため、コンパレータ14の一方の入力端子に入力するC1点の電位はLowであり、コンパレータ14の他方の入力端子に入力する基準電圧Vrefよりも電位が低い。それ故に、コンパレータ14の出力はLowとなる。従って、C2点の電位はLowである。
そして、NOT1回路16を通った後のC3点の電位は、Highとなる。フォトカプラ15の入力側のC3点の電位がHighの場合、フォトカプラ15には電流が流れないため、フォトカプラ15の出力側のC4点の電位はHighとなる。そして、NOT2回路17を通った後の端子cの出力VoはLowとなる。
切替スイッチ10は、制御手段11の切替駆動回路12に接続されている。切替スイッチ10は、制御手段11の切替駆動回路12からの制御信号を受けて一側検知電極9−1A〜9−(N−1)Aを順次に切り替え、一側検知電極9−1A〜9−(N−1)A・他側検知電極9−2B〜9−NBを組み合わせた導通チェック対象のチャンネルCh(1)〜Ch(N−1)の導通状態をチェックする。
切替スイッチ10の端子aと接地GNDの端子bとは、劣化検出回路13に接続している。劣化検出回路13は、図5に示すように、コンパレータ14とフォトカプラ15とNOT1回路16とNOT2回路17とを有している。なお、Vccはバッテリ電圧、R1〜R6は抵抗、VR1は可変抵抗である。
劣化検出回路13は、通常時(図2参照)には、一側検知電極9−1A〜9−(N−1)A・他側検知電極9−2B〜9−NBが全て導通状態であるため、コンパレータ14の一方の入力端子に入力するC1点の電位はLowであり、コンパレータ14の他方の入力端子に入力する基準電圧Vrefよりも電位が低い。それ故に、コンパレータ14の出力はLowとなる。従って、C2点の電位はLowである。
そして、NOT1回路16を通った後のC3点の電位は、Highとなる。フォトカプラ15の入力側のC3点の電位がHighの場合、フォトカプラ15には電流が流れないため、フォトカプラ15の出力側のC4点の電位はHighとなる。そして、NOT2回路17を通った後の端子cの出力VoはLowとなる。
一方、劣化検出回路12は、例えば二次電池1−3の膨張時(図3参照)には、二次電池1−2の一側検知電極9−2A・二次電池1−3の他側検知電極9−3B(チャンネルCh(2))は導通状態から絶縁状態へと変化し、二次電池1−3の他側検知電極9−3A・二次電池1−4の一他側検知電極9−4B(チャンネルCh(3))は導通状態から絶縁状態へと変化する。チャンネルCh(2)及びチャンネルCh(3)が絶縁状態になると、C1点の電位はHighとなり、コンパレータ14の基準電圧Vrefよりも電位が高くなる。それ故に、コンパレータ14の出力はHighとなり、C2点の電位もHighとなる。
そして、NOT1回路16を通った後のC3点の電位はLowとなる。C3点がLowの場合、フォトカプラ15に電流が流れるため、C4点はLowとなる。そして、NOT2回路17を通った後の端子cの出力VoはHighとなる。
つまり、劣化検出回路13は、
・通常時のVo出力:Low
・膨張時のVo出力:High
となる。
前記劣化検出回路13の端子cは、制御手段11の劣化判定回路18に接続している。制御回路11の劣化判定回路18は、チャンネルCh(2)及びチャンネルCh(3)が絶縁状態になり、劣化検出回路13の端子cの出力VoがHighになると、組電池6のハウジング7内に収納された隣り合う一方の二次電池1−3の一側検知電極9−3Aとこの二次電極1−3に隣接する二次電極1−4の他側検知電極9−4Bとの当接状態が解除されたことを検出し、二次電極1−3の他側検知電極9−3Bとこの二次電極1−3に隣接する二次電極1−2の一側検知電極9−2Aとの当接状態が解除されたことを検出したことで、二次電池1−3が劣化していると判定する。
そして、NOT1回路16を通った後のC3点の電位はLowとなる。C3点がLowの場合、フォトカプラ15に電流が流れるため、C4点はLowとなる。そして、NOT2回路17を通った後の端子cの出力VoはHighとなる。
つまり、劣化検出回路13は、
・通常時のVo出力:Low
・膨張時のVo出力:High
となる。
前記劣化検出回路13の端子cは、制御手段11の劣化判定回路18に接続している。制御回路11の劣化判定回路18は、チャンネルCh(2)及びチャンネルCh(3)が絶縁状態になり、劣化検出回路13の端子cの出力VoがHighになると、組電池6のハウジング7内に収納された隣り合う一方の二次電池1−3の一側検知電極9−3Aとこの二次電極1−3に隣接する二次電極1−4の他側検知電極9−4Bとの当接状態が解除されたことを検出し、二次電極1−3の他側検知電極9−3Bとこの二次電極1−3に隣接する二次電極1−2の一側検知電極9−2Aとの当接状態が解除されたことを検出したことで、二次電池1−3が劣化していると判定する。
次に、図6に示すN個の二次電池1から成る組電池6に関して、電池劣化検出装置8による膨張(劣化)検出を説明する。
図6において、電池劣化検出装置8の検出が開始されると(A01)、制御手段11の切替駆動回路12から制御信号を受けた切替スイッチ10が導通チェック対象のチャンネルCh(1)〜チャンネルCh(N−1)を順次切り替えていく(A02)。そして、図5の劣化検出回路13により全てのチャンネルCh(1)〜チャンネルCh(N−1)の導通状態を検出する(A03)。チャンネルCh(1)〜チャンネルCh(N−1)の導通状態の検出結果は、劣化検出回路13により出力Vo1〜VoN−1として出力される。
その後、劣化検出回路13の出力Vo1〜VoN−1の状態High/Lowを制御手段11の劣化判定回路18により判定する。劣化判定回路18では、チャンネルCh(1)の出力Vo1のみがHighであれば(A04:YES)、二次電池1−1の膨張(劣化)検出と判定し(A05)、警告を発する(A06)。また、チャンネルCh(N−1)の出力VoN−1のみがHighであれば(A09:YES)、二次電池1−Nの膨張(劣化)検出と判定し(A10)、警告を発する(A06)。
さらに、チャンネルCh(i)の出力Voi及びチャンネルCh(i+1)の出力Voi+1の両方がHighであれば(A07:YES)、二次電池i+1の膨張(劣化)検出と判定し(A08)、警告を発する(A06)。例えば、チャンネルCh(2)の出力Vo2及びチャンネルCh(3)の出力Vo3の両方がHighであれば、二次電池3の膨張(劣化)検出と判定し、警告を発する。
全てのチャンネルCh(1)〜チャンネルCh(N−1)の出力VoがLowの場合(A04:NO、A07:NO、A09:NO)は、組電池6を形成する二次電池1−1〜二次電池1−Nに膨張は見られないため、切替スイッチ10の切替(A02)へ戻り、再度、各チャンネルCh(1)〜チャンネルCh(N−1)の導通状態を検出し(A03)、判定ループ(A04)〜(A10)を繰り返す。膨張(劣化)と判定された場合(A04:YES、A07:YES、A09:YES)には、劣化を警告する(A06)。
この電池劣化検出装置8は、劣化している二次電池1を特定するにあたり、一つのチャンネルChの導通結果からは判断は行わず、必ず、隣り合うもう一方のチャンネルChの導通結果もみて、劣化している二次電池1を特定する。例えば、二次電池1−1の劣化を判断する場合はチャンネルCh(1)とチャンネルCh(2)の導通結果から判断し、二次電池1−3の劣化を判断する場合はチャンネルCh(2)とチャンネルCh(3)の導通結果から判断する。
そのため、電池劣化検出装置8は、組電池6内に存在しているすべての二次電池1のチャンネルCh(1)〜チャンネルCh(N−1)の導通状態を全て検出(A03)し、ステップ(A04)、(A07)、(A09)にて各二次電池1−1〜1−Nが劣化しているか否かを判定する。
図6において、電池劣化検出装置8の検出が開始されると(A01)、制御手段11の切替駆動回路12から制御信号を受けた切替スイッチ10が導通チェック対象のチャンネルCh(1)〜チャンネルCh(N−1)を順次切り替えていく(A02)。そして、図5の劣化検出回路13により全てのチャンネルCh(1)〜チャンネルCh(N−1)の導通状態を検出する(A03)。チャンネルCh(1)〜チャンネルCh(N−1)の導通状態の検出結果は、劣化検出回路13により出力Vo1〜VoN−1として出力される。
その後、劣化検出回路13の出力Vo1〜VoN−1の状態High/Lowを制御手段11の劣化判定回路18により判定する。劣化判定回路18では、チャンネルCh(1)の出力Vo1のみがHighであれば(A04:YES)、二次電池1−1の膨張(劣化)検出と判定し(A05)、警告を発する(A06)。また、チャンネルCh(N−1)の出力VoN−1のみがHighであれば(A09:YES)、二次電池1−Nの膨張(劣化)検出と判定し(A10)、警告を発する(A06)。
さらに、チャンネルCh(i)の出力Voi及びチャンネルCh(i+1)の出力Voi+1の両方がHighであれば(A07:YES)、二次電池i+1の膨張(劣化)検出と判定し(A08)、警告を発する(A06)。例えば、チャンネルCh(2)の出力Vo2及びチャンネルCh(3)の出力Vo3の両方がHighであれば、二次電池3の膨張(劣化)検出と判定し、警告を発する。
全てのチャンネルCh(1)〜チャンネルCh(N−1)の出力VoがLowの場合(A04:NO、A07:NO、A09:NO)は、組電池6を形成する二次電池1−1〜二次電池1−Nに膨張は見られないため、切替スイッチ10の切替(A02)へ戻り、再度、各チャンネルCh(1)〜チャンネルCh(N−1)の導通状態を検出し(A03)、判定ループ(A04)〜(A10)を繰り返す。膨張(劣化)と判定された場合(A04:YES、A07:YES、A09:YES)には、劣化を警告する(A06)。
この電池劣化検出装置8は、劣化している二次電池1を特定するにあたり、一つのチャンネルChの導通結果からは判断は行わず、必ず、隣り合うもう一方のチャンネルChの導通結果もみて、劣化している二次電池1を特定する。例えば、二次電池1−1の劣化を判断する場合はチャンネルCh(1)とチャンネルCh(2)の導通結果から判断し、二次電池1−3の劣化を判断する場合はチャンネルCh(2)とチャンネルCh(3)の導通結果から判断する。
そのため、電池劣化検出装置8は、組電池6内に存在しているすべての二次電池1のチャンネルCh(1)〜チャンネルCh(N−1)の導通状態を全て検出(A03)し、ステップ(A04)、(A07)、(A09)にて各二次電池1−1〜1−Nが劣化しているか否かを判定する。
このように、電池劣化検出装置8は、例えば、図3に示すように、組電池6のハウジング7内に収納された二次電池1−2の一側検知電極9−2Aとこの二次電池1−2に隣接する二次電池1−3の他側検知電極9−3Bとの当接状態が解除(絶縁状態)され、二次電池1−3の一側検知電極9−3Aとこの二次電池1−3に隣接する二次電池1−4の他側検知電極9−4Bとの当接状態が解除(絶縁状態)されることで、二次電池1の劣化を判定する。
これにより、この電池劣化検出装置8は、ハウジング7で覆われた二次電池集合体である組電池6内の劣化した二次電池1を特定でき、一側検知電極9A・他側検知電極9Bを有する外装体3の一側当接面3A・他側当接面3B内の膨張であれば、二次電池1の劣化を検出できる。また、この電池劣化検出装置8は、二次電池1がわずかに膨張した場合であっても、二次電池1の膨張を検出できるので、早期に二次電池劣化を検出できる。さらに、この電池劣化検出装置8は、外装体3の一側当接面3A・他側当接面3Bに一側検知電極9A・他側検知電極9Bを備えているため、二次電池1の劣化検出のための装置によって組電池6が大きくなってしまうことを抑制できる。
さらに、この電池劣化検出装置8の一側検知電極9Aと他側検知電極9Bとは、互いに当接する例えば二次電池1−1の一側当接面3Aと二次電池1−2の他側当接面3Bとの、夫々の面を構成する辺に沿うように設けられている。
これにより、この電池劣化検出装置8は、二次電池1が膨張しやすい一側当接面3A・他側当接面3Bの中央より遠ざけて各側検知電極9A・9Bを配置することで、早期に二次電池1の膨張を検出できる。また、この電池劣化検出装置8は、各側検知電極9A・9Bを配置した直方体形状の外装体3の一側当接面3A・他側当接面3Bの端部(角部)は剛性が高く、二次電池1の膨張の影響を受け難いため、二次電池1の劣化をより正確に検出できる。
さらにまた、この電池劣化検出装置8の一側検知電極9Aは、一側当接面3Aを構成する辺のうち互いに交わる少なくとも2辺に沿うように設けられ、他側検知電極9Bは、他側当接面3Bを構成する辺のうち互いに交わる少なくとも2辺に沿うように設けられている。
これにより、この電池劣化検出装置8は、当接する一側当接面3A・他側当接面3Bの角部に一側検知電極9A・他側検知電極9Bを設置するので、より二次電池1の膨張の影響を受けずに、早期に二次電池1の膨張を検出できる。また、この電池劣化検出装置8は、外装体3の一側当接面3A・他側当接面3Bの角部は剛性が高く、二次電池1の膨張の影響を受け難いため、二次電池1の劣化をより正確に検出できる。
これにより、この電池劣化検出装置8は、ハウジング7で覆われた二次電池集合体である組電池6内の劣化した二次電池1を特定でき、一側検知電極9A・他側検知電極9Bを有する外装体3の一側当接面3A・他側当接面3B内の膨張であれば、二次電池1の劣化を検出できる。また、この電池劣化検出装置8は、二次電池1がわずかに膨張した場合であっても、二次電池1の膨張を検出できるので、早期に二次電池劣化を検出できる。さらに、この電池劣化検出装置8は、外装体3の一側当接面3A・他側当接面3Bに一側検知電極9A・他側検知電極9Bを備えているため、二次電池1の劣化検出のための装置によって組電池6が大きくなってしまうことを抑制できる。
さらに、この電池劣化検出装置8の一側検知電極9Aと他側検知電極9Bとは、互いに当接する例えば二次電池1−1の一側当接面3Aと二次電池1−2の他側当接面3Bとの、夫々の面を構成する辺に沿うように設けられている。
これにより、この電池劣化検出装置8は、二次電池1が膨張しやすい一側当接面3A・他側当接面3Bの中央より遠ざけて各側検知電極9A・9Bを配置することで、早期に二次電池1の膨張を検出できる。また、この電池劣化検出装置8は、各側検知電極9A・9Bを配置した直方体形状の外装体3の一側当接面3A・他側当接面3Bの端部(角部)は剛性が高く、二次電池1の膨張の影響を受け難いため、二次電池1の劣化をより正確に検出できる。
さらにまた、この電池劣化検出装置8の一側検知電極9Aは、一側当接面3Aを構成する辺のうち互いに交わる少なくとも2辺に沿うように設けられ、他側検知電極9Bは、他側当接面3Bを構成する辺のうち互いに交わる少なくとも2辺に沿うように設けられている。
これにより、この電池劣化検出装置8は、当接する一側当接面3A・他側当接面3Bの角部に一側検知電極9A・他側検知電極9Bを設置するので、より二次電池1の膨張の影響を受けずに、早期に二次電池1の膨張を検出できる。また、この電池劣化検出装置8は、外装体3の一側当接面3A・他側当接面3Bの角部は剛性が高く、二次電池1の膨張の影響を受け難いため、二次電池1の劣化をより正確に検出できる。
この電池劣化検出装置8は、一側検知電極9A・他側検知電極9Bが二次電池1の膨張が顕著に現れる最も広い面の一側当接面3A・他側当接面3Bに設けられつつも、一側当接面3A・他側当接面3Bの中央よりも比較的剛性が高く、二次電池1の膨張の影響が現れ難い四隅(角部)に設けられていることにより、各二次電池1を当接させてハウジング7内に収納できる。
一側検知電極9A・他側検知電極9Bを設ける箇所は、隣り合う2つの二次電池1が当接する一側当接面3A・他側当接面3Bの端部、つまりその面を構成する4辺のいずれかの辺に沿うように配置してもよい。ここで辺に沿うとは、一側当接面3A・他側当接面3Bの中央よりも辺に近接させることを指し、当然ながら辺に接することも含む。この場合、この実施例のもの(角部)よりも剛性がやや低い箇所に一側検知電極9A・他側検知電極9Bが配置されることで、二次電池1の劣化による膨張の影響は受けやすくはなるが、この実施例とほぼ同様の効果を得ることができる。
一側検知電極9A・他側検知電極9Bは、一つの二次電池1に配設されている4つの一側検知電極9Aを直列回路で連結し、同様に4つの他側検知電極9Bを一側検知電極9Aとは別の直列回路で連結する構成としても良い。この構造とすることで、4組の接しあう一側検知電極9A、他側検知電極9Bの導通状態をそれぞれチェックすることなく二次電池1の劣化を判定でき、二次電池1の劣化判定を、より簡便に行うことができる。
一側検知電極9A・他側検知電極9Bを設ける箇所は、隣り合う2つの二次電池1が当接する一側当接面3A・他側当接面3Bの端部、つまりその面を構成する4辺のいずれかの辺に沿うように配置してもよい。ここで辺に沿うとは、一側当接面3A・他側当接面3Bの中央よりも辺に近接させることを指し、当然ながら辺に接することも含む。この場合、この実施例のもの(角部)よりも剛性がやや低い箇所に一側検知電極9A・他側検知電極9Bが配置されることで、二次電池1の劣化による膨張の影響は受けやすくはなるが、この実施例とほぼ同様の効果を得ることができる。
一側検知電極9A・他側検知電極9Bは、一つの二次電池1に配設されている4つの一側検知電極9Aを直列回路で連結し、同様に4つの他側検知電極9Bを一側検知電極9Aとは別の直列回路で連結する構成としても良い。この構造とすることで、4組の接しあう一側検知電極9A、他側検知電極9Bの導通状態をそれぞれチェックすることなく二次電池1の劣化を判定でき、二次電池1の劣化判定を、より簡便に行うことができる。
図7は、電池劣化検出装置8の変形例を示すものである。図7に示す電池劣化検出装置8は、一側検知電極9A、他側検知電極9Bに代えて、二次電池1の膨張により生じる間隙の検出に、LED(発光ダイオード)19とPD(フォトダイオード)20を組み合わせた光検知方式としたものである。
電池劣化検出装置8は、組電池6の互いに当接する複数の二次電池1−1〜1−Nのうちの一つである例えば二次電池1−1の直方体形状の外装体3−1の一側当接面3−1Aと、この二次電池1−1に隣接する別の二次電池1である二次電池1−2の外装体3−2の他側当接面3−2Bとの対向する角部に、夫々LED19−1〜19(N−1)とPD20−1〜20−(N−1)とを配置している。PD20−1〜20−(N−1)の出力は、制御手段の切替駆動回路で駆動される切替スイッチにより全てのチャンネルCh(1)〜チャンネルCh(N−1)を順次切り替えて劣化検出回路に入力して受光量の大小を検出し、制御手段の劣化判定回路により二次電池1−1〜1−Nの膨張(劣化)を検出する。
変形例の電池劣化検出装置8は、間隙量が僅かの場合には、LED19から照射される光がPD20へ到達する量もわずかであるが、間隙量が大きくなると共に、PD20の受光量も大きくなる。従って、PD20の受光量に閾値を設けておき、その閾値を超えた場合、つまり、ある間隙量を超えた場合に二次電池1の劣化と判定する。ただし、ある程度まで間隙量が大きくなると、PD20は受光量は飽和状態になることは予測される。
これにより、この変形例の電池劣化検出装置8は、前述実施例の検知電極方式と比較して、構造およびシステムは若干複雑になるが、間隙量も含めて監視することができる。
電池劣化検出装置8は、組電池6の互いに当接する複数の二次電池1−1〜1−Nのうちの一つである例えば二次電池1−1の直方体形状の外装体3−1の一側当接面3−1Aと、この二次電池1−1に隣接する別の二次電池1である二次電池1−2の外装体3−2の他側当接面3−2Bとの対向する角部に、夫々LED19−1〜19(N−1)とPD20−1〜20−(N−1)とを配置している。PD20−1〜20−(N−1)の出力は、制御手段の切替駆動回路で駆動される切替スイッチにより全てのチャンネルCh(1)〜チャンネルCh(N−1)を順次切り替えて劣化検出回路に入力して受光量の大小を検出し、制御手段の劣化判定回路により二次電池1−1〜1−Nの膨張(劣化)を検出する。
変形例の電池劣化検出装置8は、間隙量が僅かの場合には、LED19から照射される光がPD20へ到達する量もわずかであるが、間隙量が大きくなると共に、PD20の受光量も大きくなる。従って、PD20の受光量に閾値を設けておき、その閾値を超えた場合、つまり、ある間隙量を超えた場合に二次電池1の劣化と判定する。ただし、ある程度まで間隙量が大きくなると、PD20は受光量は飽和状態になることは予測される。
これにより、この変形例の電池劣化検出装置8は、前述実施例の検知電極方式と比較して、構造およびシステムは若干複雑になるが、間隙量も含めて監視することができる。
この発明は、二次電池の膨張により劣化を検出することで、複数の二次電池のうちの特定の二次電池の劣化を特定できるものであり、二次電池に限らず、複数の当接して配置された部品であって、劣化により膨張する部品の検出に応用することができる。
1 二次電池
3 外装体
3A 一側当接面
3B 他側当接面
6 組電池
7 ハウジング
8 電池劣化検出装置
9A 一側検知電極
9B 他側検知電極
10 切替スイッチ
11 制御手段
12 切替駆動回路
13 劣化検出回路
18 劣化判定回路
3 外装体
3A 一側当接面
3B 他側当接面
6 組電池
7 ハウジング
8 電池劣化検出装置
9A 一側検知電極
9B 他側検知電極
10 切替スイッチ
11 制御手段
12 切替駆動回路
13 劣化検出回路
18 劣化判定回路
Claims (3)
- 二次電池と、前記二次電池を覆う外装体と、複数の前記二次電池を互いに当接させた二次電池集合体と、前記二次電池集合体の周囲を覆うハウジングと、を備える電池劣化検出装置において、
前記二次電池集合体は互いに当接する前記二次電池のうちの一つである第1二次電池と、それに隣接する第2二次電池を備え、
前記第1二次電池と前記第2二次電池は夫々の前記外装体に第1検知電極と第2検知電極を有し、
前記第1二次電池の前記第1検知電極と、前記第2二次電池の前記第2検知電極とが当接して前記ハウジング内に収納され、
前記第1検知電極と前記第2検知電極の当接状態が解除されることで前記二次電池の劣化を判定することを特徴とする電池劣化検出装置。 - 前記第1検知電極と前記第2検知電極は、互いに当接する前記第1二次電池の第1面と前記第2二次電池の第2面の夫々の面を構成する辺に沿うように設けられていることを特徴とする請求項1に記載の電池劣化検出装置。
- 前記第1検知電極は、前記第1面を構成する辺のうち互いに交わる少なくとも2辺に沿うように設けられ、
前記第2検知電極は、前記第2面を構成する辺のうち互いに交わる少なくとも2辺に沿うように設けられていることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の電池劣化検出装置。
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2010170461A JP2012033328A (ja) | 2010-07-29 | 2010-07-29 | 電池劣化検出装置 |
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JP2010170461A JP2012033328A (ja) | 2010-07-29 | 2010-07-29 | 電池劣化検出装置 |
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2015115219A (ja) * | 2013-12-12 | 2015-06-22 | 株式会社東芝 | 電池パック、電池パックセルの膨らみ検知システム、蓄電装置及び自動車 |
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WO2016163470A1 (ja) * | 2015-04-09 | 2016-10-13 | オリンパス株式会社 | 医療機器 |
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2010
- 2010-07-29 JP JP2010170461A patent/JP2012033328A/ja active Pending
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