JP2014149949A - Battery pack - Google Patents

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Yuji Yamazaki
裕司 山崎
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To inhibit dew condensation from occurring in a battery.SOLUTION: A battery pack 1 includes: an exhaust air duct 13; a suction part 11; and a battery cell 12 installed near the suction part 11. The battery cell 12 includes: a battery having an exterior metal case 31 provided with a gas exhaust valve 32; a conducting wire 24 which has a metal wire 241 sandwiched by an insulation film 242 and is connected with the exterior metal case 31; an electromotive force detection part 22 which detects electromotive force generated by electric potential difference between the exterior metal case 31 and the conducting wire 24; and a control part 23 which controls the operation of the exhaust air duct 13 on the basis of a detection result of the electromotive force detection part 22 so that air is blown to the gas exhaust valve 32.

Description

本発明は、電池パックに関する。   The present invention relates to a battery pack.

近年、電池セルを格納した電池パックが用いられている。電池パックを用いる機器は、様々な環境下において利用される。例えば電池パックは、機器と共に多湿環境下において使用される。このとき電池パックでは、熱を発するため、周囲との温度差によって結露が発生する場合がある。   In recent years, battery packs that store battery cells have been used. Devices using battery packs are used in various environments. For example, a battery pack is used with a device in a humid environment. At this time, since the battery pack generates heat, dew condensation may occur due to a temperature difference from the surroundings.

特許文献１には、冷媒の気化熱と空気の両方で全ての電池セルを効率よく、温度差を少なくして冷却する車両用の電源装置について開示されている。   Patent Document 1 discloses a power supply device for a vehicle that efficiently cools all battery cells with both the heat of vaporization of refrigerant and air, and reduces the temperature difference.

特開２０１０−０４０４２０号公報JP 2010-040420 A

結露水により電極端子のショートが発生するのを防止するため、結露を抑制したいという要望がある。また、電池セルの安全弁において結露が発生した場合、腐食によって作動圧が低下する恐れがあることからも、結露の発生の抑制が望まれている。結露の発生を検知するために、電気的湿度センサを用いることが考えられるが、センサ自体が結露に弱いという問題がある。また乾湿計などのセンサを用いることが考えられるが、風速に制限があるなど、安定するまでに時間がかかる。また通常の湿度センサを用いる場合、２本の電池ケース以外の２本の金属線の抵抗差から計測値を算出するため、１本でも壊れた場合に計測不能になってしまう場合がある。   There is a desire to suppress dew condensation in order to prevent the electrode terminals from being short-circuited by dew condensation water. In addition, when condensation occurs in the safety valve of the battery cell, there is a possibility that the operating pressure may be reduced due to corrosion. Therefore, suppression of the occurrence of condensation is desired. In order to detect the occurrence of condensation, it is conceivable to use an electrical humidity sensor, but there is a problem that the sensor itself is vulnerable to condensation. Although it is conceivable to use a sensor such as a moisture meter, it takes time to stabilize, for example, the wind speed is limited. In addition, when a normal humidity sensor is used, the measurement value is calculated from the resistance difference between the two metal wires other than the two battery cases. Therefore, if even one of the wires is broken, measurement may become impossible.

本発明にかかる電池パックは、排気ダクトと、吸気部と、前記吸気部の近傍に設置された電池セルと、を有する電池パックであって、前記電池セルは、ガス排出弁が設けられた外装金属ケースを有する電池と、絶縁フィルムで挟まれた金属線を有し、前記外装金属ケースと接続する導線と、前記外装金属ケースと前記導線との電位差により発生する起電力を検出する起電力検出部と、前記起電力検出部による検出結果に基づいて、前記ガス排出弁に送風されるよう前記排気ダクトの動作を制御する制御部と、を備える。
これにより、安全弁に生じる結露を精度良く検知し、結露を抑制することができる。 A battery pack according to the present invention is a battery pack having an exhaust duct, an air intake part, and a battery cell installed in the vicinity of the air intake part, and the battery cell is an exterior provided with a gas exhaust valve. A battery having a metal case, a metal wire sandwiched between insulating films, a conductive wire connected to the exterior metal case, and an electromotive force detection for detecting an electromotive force generated by a potential difference between the exterior metal case and the conductive wire And a control unit that controls the operation of the exhaust duct so as to be blown to the gas discharge valve based on the detection result by the electromotive force detection unit.
Thereby, the dew condensation which arises in a safety valve can be detected accurately, and dew condensation can be controlled.

電池に生じる結露を抑制することができる。   Condensation generated in the battery can be suppressed.

実施の形態１にかかる電池パックの構成を示す図である。1 is a diagram illustrating a configuration of a battery pack according to a first embodiment. 実施の形態１にかかる電池パックの外観を示す図である。1 is an external view of a battery pack according to a first embodiment. 実施の形態１にかかる電池セルの構成を示す図である。1 is a diagram illustrating a configuration of a battery cell according to a first embodiment. 実施の形態１にかかる非Ａｌ線を示す図である。It is a figure which shows the non-Al wire concerning Embodiment 1. FIG. 実施の形態１にかかる非Ａｌ線の断面図である。3 is a cross-sectional view of a non-Al wire according to the first embodiment. FIG. 実施の形態１にかかる電池パックの動作フローチャートである。3 is an operation flowchart of the battery pack according to the first embodiment. 実施の形態１にかかる方法と湿度計を用いる方法の比較実験結果を示す図である。It is a figure which shows the comparison experiment result of the method concerning Embodiment 1, and the method using a hygrometer.

実施の形態１
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１は、実施の形態１にかかる電池パックの構成を示す図である。電池パック１は、吸気部１１と、電池セル１２と、排気ダクト１３を備える。図２は、電池パック１の外観を示す図である。図２において、矢印は吸気の方向を表している。 Embodiment 1
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of the battery pack according to the first embodiment. The battery pack 1 includes an intake portion 11, battery cells 12, and an exhaust duct 13. FIG. 2 is a diagram showing an external appearance of the battery pack 1. In FIG. 2, the arrow indicates the direction of intake.

吸気部１１は、電池パック１に設けられた吸気口である。   The intake portion 11 is an intake port provided in the battery pack 1.

電池セル１２は、電池２１と、起電力検出部２２と、制御部２３と、非Ａｌ線２４を有する。電池セル１２は、電池パック１において、吸気部１１の近傍に設置する。図３は、電池セル１２の構成を示す図である。   The battery cell 12 includes a battery 21, an electromotive force detection unit 22, a control unit 23, and a non-Al wire 24. The battery cell 12 is installed in the vicinity of the intake portion 11 in the battery pack 1. FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration of the battery cell 12.

電池２１は、外装金属ケース３１と、ガス排出弁３２と、正極３３と、負極３４と、電解液３５を有する。   The battery 21 includes an exterior metal case 31, a gas exhaust valve 32, a positive electrode 33, a negative electrode 34, and an electrolytic solution 35.

外装金属ケース３１は、電池２１の外装部であり、アルミニウムにより構成された外装Ａｌ缶である。外装金属ケース３１は、非Ａｌ線２４を介して、起電力検出部２２に接続されている。   The exterior metal case 31 is an exterior part of the battery 21 and is an exterior Al can made of aluminum. The exterior metal case 31 is connected to the electromotive force detection unit 22 via the non-Al wire 24.

ガス排出弁３２は、外装金属ケース３１上に設けられた安全弁であり、外装金属ケース３１の一部である。ガス排出弁３２は、化学反応により電池２１にガスが発生する場合に、外装金属ケース３１の内部から、外部にガスを排出する。ガス排出弁３２は、非アルミの導線（非Ａｌ線）２４を介して、起電力検出部２２と接続している。なおガス排出弁３２は、電池セル１２が電池パック１に収められた状態のときに、排気ダクト１３と対向している。   The gas discharge valve 32 is a safety valve provided on the exterior metal case 31 and is a part of the exterior metal case 31. The gas discharge valve 32 discharges gas from the inside of the exterior metal case 31 to the outside when gas is generated in the battery 21 by a chemical reaction. The gas discharge valve 32 is connected to the electromotive force detection unit 22 via a non-aluminum conducting wire (non-Al wire) 24. The gas discharge valve 32 faces the exhaust duct 13 when the battery cell 12 is in the battery pack 1.

正極３３は、端子が外装金属ケース３１の外側に露出するよう設けられている。正極３３は、外装金属ケース３１の内部において、電解液３５に接している。例えば、正極３３は、イオンになりにくい物質により構成されている。   The positive electrode 33 is provided such that the terminal is exposed to the outside of the outer metal case 31. The positive electrode 33 is in contact with the electrolytic solution 35 inside the outer metal case 31. For example, the positive electrode 33 is made of a material that does not easily become ions.

負極３４は、端子が外装金属ケース３１の外側に露出するよう設けられている。負極３４は、外装金属ケース３１の内部において、電解液３５に接している。例えば、負極３４は、イオンになりやすい物質により構成されている。正極３３と、負極３４は、電池２１の両極である。   The negative electrode 34 is provided such that the terminal is exposed to the outside of the outer metal case 31. The negative electrode 34 is in contact with the electrolytic solution 35 inside the outer metal case 31. For example, the negative electrode 34 is made of a material that easily becomes an ion. The positive electrode 33 and the negative electrode 34 are both electrodes of the battery 21.

電解液３５は、外装金属ケース３１内に挿入されている電解質水溶液である。典型的には、電解液３５は、負極３４の物質をイオン化させることにより電力を発生させる。   The electrolytic solution 35 is an aqueous electrolyte solution inserted into the exterior metal case 31. Typically, the electrolytic solution 35 generates electric power by ionizing the material of the negative electrode 34.

起電力検出部２２は、外装金属ケース３１と非Ａｌ線２４の電位差による起電力を検出する電位差測定手段である。起電力検出部２２は、外装金属ケース３１を電気的な基準とし、外装金属ケース３１と非Ａｌ線２４との間に発生する起電力を計測する。起電力検出部２２は、電位差の検出結果を、制御部２３に出力する。   The electromotive force detection unit 22 is a potential difference measuring unit that detects an electromotive force due to a potential difference between the exterior metal case 31 and the non-Al wire 24. The electromotive force detection unit 22 measures the electromotive force generated between the exterior metal case 31 and the non-Al wire 24 using the exterior metal case 31 as an electrical reference. The electromotive force detection unit 22 outputs the detection result of the potential difference to the control unit 23.

制御部２３は、起電力検出部２２により検出された起電力の値に基づいて、電池パック１の動作を制御する。例えば、制御部２３は、外装金属ケース３１と非Ａｌ線２４の電位差が所定の値より高ければ、結露が発生しているものと推定として、排気ダクト１３への送風を行うよう制御する。また制御部２３は、外装金属ケース３１と非Ａｌ線２４の電位差が０であれば、結露が発生していないものと推定して、排気ダクト１３への送風を停止するよう制御する。   The control unit 23 controls the operation of the battery pack 1 based on the value of the electromotive force detected by the electromotive force detection unit 22. For example, if the potential difference between the outer metal case 31 and the non-Al wire 24 is higher than a predetermined value, the control unit 23 estimates that condensation has occurred and controls to blow air to the exhaust duct 13. Further, if the potential difference between the outer metal case 31 and the non-Al wire 24 is 0, the control unit 23 estimates that condensation has not occurred and controls to stop the air blowing to the exhaust duct 13.

非Ａｌ線２４は、アルミニウムとの間に起電力を発生し、金属自体に耐腐食性がある導線である。典型的には非Ａｌ線２４は、イオン化傾向が小さい貴金属である。例えば非Ａｌ線には、ニッケル、鉛、銅、白金、銀、金のいずれかを用いるのが望ましい。より具体的には、非Ａｌ線２４は、金属線２４１が絶縁フィルム２４２に挟まれた構造とする。図４は、非Ａｌ線２４を示す図である。また図５は、図４に示した非Ａｌ線２４の点線部における断面図である。非Ａｌ線２４は、ガス排出弁３２と起電力検出部２２を接続する。また非Ａｌ線２４は、外装金属ケース３１のガス排出弁３２以外の箇所と、起電力検出部２２を接続する。   The non-Al wire 24 is a conductive wire that generates an electromotive force with aluminum and has corrosion resistance on the metal itself. Typically, the non-Al wire 24 is a noble metal with a low ionization tendency. For example, it is desirable to use any of nickel, lead, copper, platinum, silver, and gold for non-Al wires. More specifically, the non-Al wire 24 has a structure in which a metal wire 241 is sandwiched between insulating films 242. FIG. 4 is a diagram showing the non-Al wire 24. FIG. 5 is a cross-sectional view taken along a dotted line portion of the non-Al wire 24 shown in FIG. The non-Al wire 24 connects the gas discharge valve 32 and the electromotive force detection unit 22. Further, the non-Al wire 24 connects the electromotive force detection unit 22 to a portion other than the gas discharge valve 32 of the exterior metal case 31.

排気ダクト１３は、制御部２３からの制御に基づいて動作する。排気ダクト１３は、ガス排出弁３２と対向する状態である。   The exhaust duct 13 operates based on control from the control unit 23. The exhaust duct 13 is in a state of facing the gas discharge valve 32.

次に、電池パック１の動作について説明する。図６は電池パック１において、結露の発生を推定し、結露を除去するためのフローチャートである。   Next, the operation of the battery pack 1 will be described. FIG. 6 is a flowchart for estimating the occurrence of condensation in the battery pack 1 and removing the condensation.

電池パック１は、動作を開始する（ステップＳ１１）。このとき、排気ダクト１３への送風は行われていないものとする。   The battery pack 1 starts operation (step S11). At this time, it is assumed that air is not blown to the exhaust duct 13.

起電力検出部２２は、外装金属ケース３１と非Ａｌ線２４の電位差を検出する（ステップＳ１２）。起電力検出部２２で検出された電位差が、あらかじめ定めた所定の値Ｘより大きければ（ステップＳ１２でＹｅｓ）、結露が発生していると判定し、ステップＳ１３に進む。起電力検出部２２で検出された電位差が所定の値Ｘ以下であれば（ステップＳ１２でＮｏ）、結露が発生していないと判定し、ステップＳ１２の処理を繰り返し行う。なお、起電力検出部２２による起電力の検出処理は、１秒ごとに行う。   The electromotive force detection unit 22 detects a potential difference between the outer metal case 31 and the non-Al wire 24 (step S12). If the potential difference detected by the electromotive force detection unit 22 is greater than a predetermined value X determined in advance (Yes in step S12), it is determined that condensation has occurred, and the process proceeds to step S13. If the potential difference detected by the electromotive force detection unit 22 is equal to or less than the predetermined value X (No in step S12), it is determined that no condensation has occurred, and the process in step S12 is repeated. The electromotive force detection process by the electromotive force detection unit 22 is performed every second.

制御部２３は、排気ダクト１３への送風を行うよう制御する（ステップＳ１３）。例えば、制御部２３は制御信号を、排気ダクト１３に出力する。排気ダクト１３は、制御信号に基づいて排気を行う。すなわち制御部２３は、結露が発生していると判定した場合に、ガス排出弁３２に対向する排気ダクト１３を通じて送風を行うように、電池パック１の動作を制御する。その後ステップＳ１４に進む。   The control unit 23 controls to blow air to the exhaust duct 13 (step S13). For example, the control unit 23 outputs a control signal to the exhaust duct 13. The exhaust duct 13 exhausts based on the control signal. That is, the control unit 23 controls the operation of the battery pack 1 so as to blow air through the exhaust duct 13 facing the gas discharge valve 32 when it is determined that condensation has occurred. Thereafter, the process proceeds to step S14.

起電力検出部２２は、外装金属ケース３１と非Ａｌ線２４の電位差を検出する（ステップＳ１４）。起電力検出部２２で検出された電位差が０であれば（ステップＳ１４でＹｅｓ）、結露が発生していないと判定し、ステップＳ１５に進む。起電力検出部２２で検出された電位差が０でなければ（ステップＳ１４でＮｏ）、結露が発生した状態が継続していると判定し、ステップＳ１３に戻り、送風状態を継続する。なお、起電力検出部２２による起電力の検出処理は、１秒ごとに行う。   The electromotive force detection unit 22 detects a potential difference between the exterior metal case 31 and the non-Al wire 24 (step S14). If the potential difference detected by the electromotive force detection unit 22 is 0 (Yes in Step S14), it is determined that no condensation has occurred, and the process proceeds to Step S15. If the potential difference detected by the electromotive force detection unit 22 is not 0 (No in step S14), it is determined that the state in which condensation has occurred is continued, the process returns to step S13, and the blowing state is continued. The electromotive force detection process by the electromotive force detection unit 22 is performed every second.

制御部２３は、排気ダクト１３への送風を停止するよう制御する（ステップＳ１５）。例えば、制御部２３は制御信号を、排気ダクト１３に出力する。排気ダクト１３は、制御信号に基づいて排気を停止させる。すなわち制御部２３は、結露が解消されたと判定した場合に、排気ダクト１３を通じた送風を停止するように、電池パック１の動作を制御する。その後、ステップＳ１２に戻り処理を繰り返す。   The control unit 23 controls to stop the air blowing to the exhaust duct 13 (step S15). For example, the control unit 23 outputs a control signal to the exhaust duct 13. The exhaust duct 13 stops exhaust based on the control signal. That is, the control unit 23 controls the operation of the battery pack 1 so as to stop the air blowing through the exhaust duct 13 when it is determined that the condensation has been eliminated. Then, it returns to step S12 and repeats a process.

図７は、電池モジュールの車両比較実験において、非Ａｌ線２４としてニッケル、銅、白金を用いた場合の所定の電位差Ｘ[Ｖ]と、湿度センサを用いた場合の、ガス排出弁３２の腐食量及び作動圧を示す図である。また図７には、比較として、湿度センサをガス排出弁３２に取り付けた場合の結果を示している。   FIG. 7 shows a predetermined potential difference X [V] when nickel, copper, or platinum is used as the non-Al wire 24 in the vehicle comparison experiment of the battery module, and corrosion of the gas discharge valve 32 when a humidity sensor is used. It is a figure which shows quantity and an operating pressure. In addition, FIG. 7 shows a result when a humidity sensor is attached to the gas discharge valve 32 for comparison.

図７によると、外装金属ケース３１と非Ａｌ線２４の電位差に基づいて結露を検知し防止する方法では、非Ａｌ線２４としてニッケル、銅、白金のいずれを用いても、湿度センサを用いて結露を検出する場合に比べて、ガス排出弁３２の刻印部の腐食量が小さい。   According to FIG. 7, in the method for detecting and preventing dew condensation based on the potential difference between the exterior metal case 31 and the non-Al wire 24, any of nickel, copper, and platinum can be used as the non-Al wire 24 using a humidity sensor. Compared with the case where dew condensation is detected, the amount of corrosion at the stamped portion of the gas discharge valve 32 is small.

さらに外装金属ケース３１と非Ａｌ線２４の電位差に基づいて結露を検知する方法では、ニッケル、銅、白金のいずれを用いても、湿度センサを用いて結露を検出して防止する場合に比べて、ガス排出弁３２の作動圧の値が大きい。具体的には、非Ａｌ線２４としてニッケルを用いる場合には作動圧は１．０７[ＭＰａ]、銅を用いる場合には作動圧は１．０９[ＭＰａ]、白金を用いる場合には作動圧は１．０８[ＭＰａ]である。これに対し、湿度センサを用いた場合には、ガス排出弁３２の作動圧は０．９２[ＭＰａ]である。   Furthermore, in the method of detecting dew condensation based on the potential difference between the exterior metal case 31 and the non-Al wire 24, any of nickel, copper, and platinum is used as compared with the case of detecting and preventing dew condensation using a humidity sensor. The value of the operating pressure of the gas discharge valve 32 is large. Specifically, the operating pressure is 1.07 [MPa] when nickel is used as the non-Al wire 24, the operating pressure is 1.09 [MPa] when copper is used, and the operating pressure when platinum is used. Is 1.08 [MPa]. On the other hand, when the humidity sensor is used, the operating pressure of the gas exhaust valve 32 is 0.92 [MPa].

したがって、外装金属ケース３１と非Ａｌ線２４の電位差に基づいて結露を検知する方法では、湿度センサを用いて結露を検出して防止する場合に比べ、作動圧の低下量を抑制できる。   Therefore, in the method of detecting condensation based on the potential difference between the exterior metal case 31 and the non-Al wire 24, the amount of decrease in the operating pressure can be suppressed as compared with the case where condensation is detected and prevented using a humidity sensor.

これにより、安全弁に生じる結露を精度良く測定することができ、電池に生じる結露を抑制することができる。より具体的には、電池の外装金属ケースと、非Ａｌ線の間で生じた電位差を検出することにより、結露に弱い通常の湿度センサを用いずに、ガス排出弁における結露の発生を推定することができる。ここで、ガス排出弁を起電力計測の一端としているため、ガス排出弁に発生している結露を正しく検出することができる。さらに、結露が発生していると推定される場合に、排気ダクトを動作させ送風を行うことで、ガス排出弁に発生している結露を効率良く解消することができる。なお、電池セルを電池パックの吸気部の近くに配置することにより、結露の発生を抑制することができる。   Thereby, the condensation which arises in a safety valve can be measured with a sufficient precision, and the condensation which arises in a battery can be suppressed. More specifically, by detecting the potential difference generated between the battery outer metal case and the non-Al wire, the occurrence of condensation in the gas discharge valve is estimated without using a normal humidity sensor that is vulnerable to condensation. be able to. Here, since the gas discharge valve is used as one end of the electromotive force measurement, dew condensation occurring in the gas discharge valve can be correctly detected. Furthermore, when it is estimated that dew condensation has occurred, the dew condensation occurring on the gas discharge valve can be efficiently eliminated by operating the exhaust duct and blowing air. In addition, by arranging the battery cell near the intake portion of the battery pack, it is possible to suppress the occurrence of condensation.

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えばステップＳ１２において、起電力検出部２２が検出した起電力が所定の値Ｘ以下である場合に、ステップＳ１２の処理を繰り返すものとしたが、処理を終了することとしてもよい。ステップＳ１４において、電位差が０の場合に結露が解消されたと判定するものとして説明したが、所定の値より小さい場合に結露が解消されたと判定するものとしても良い。   Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be changed as appropriate without departing from the spirit of the present invention. For example, in step S12, when the electromotive force detected by the electromotive force detection unit 22 is equal to or less than the predetermined value X, the process of step S12 is repeated, but the process may be terminated. Although it has been described in step S14 that it is determined that condensation has been eliminated when the potential difference is 0, it may be determined that condensation has been eliminated when the potential difference is smaller than a predetermined value.

１ 電池パック
１１ 吸気部
１２ 電池セル
１３ 排気ダクト
２１ 電池
２２ 起電力検出部
２３ 制御部
２４ 非Ａｌ線
３１ 外装金属ケース
３２ ガス排出弁
３３ 正極
３４ 負極
３５ 電解液
２４１ 金属線
２４２ 絶縁フィルム DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Battery pack 11 Intake part 12 Battery cell 13 Exhaust duct 21 Battery 22 Electromotive force detection part 23 Control part 24 Non-Al wire 31 Exterior metal case 32 Gas exhaust valve 33 Positive electrode 34 Negative electrode 35 Electrolytic solution 241 Metal wire 242 Insulating film

Claims (1)

排気ダクトと、
吸気部と、
前記吸気部の近傍に設置された電池セルと、を有する電池パックであって、
前記電池セルは、
ガス排出弁が設けられた外装金属ケースを有する電池と、
絶縁フィルムで挟まれた金属線を有し、前記外装金属ケースと接続する導線と、
前記外装金属ケースと前記導線との電位差により発生する起電力を検出する起電力検出部と、
前記起電力検出部による検出結果に基づいて、前記ガス排出弁に送風されるよう前記排気ダクトの動作を制御する制御部と、を備える
電池パック。 An exhaust duct,
An intake section;
A battery pack installed in the vicinity of the intake portion,
The battery cell is
A battery having an exterior metal case provided with a gas discharge valve;
A conductive wire having a metal wire sandwiched between insulating films and connected to the exterior metal case;
An electromotive force detection unit for detecting an electromotive force generated by a potential difference between the outer metal case and the conductive wire;
And a control unit that controls the operation of the exhaust duct so as to be blown to the gas exhaust valve based on a detection result by the electromotive force detection unit.
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