JP5046018B2 - 組電池及び組電池制御システム - Google Patents

Description

本発明は、組電池と当該組電池の制御システムに関する。

リチウムイオン電池、ニッケル水素電池その他の二次電池あるいはキャパシタ等の蓄電素子を単電池とし、該単電池を複数直列接続して成る組電池は高出力が得られる電源として、車両搭載用電源、或いはパソコンおよび携帯端末の電源として重要性が高まっている。特に、軽量で高エネルギー密度が得られるリチウムイオン電池を単電池として複数直列に接続した組電池は、車両搭載用高出力電源として好ましく用いられるものとして期待されている。

この種の複数の単電池から構成された組電池においては、過充電、過放電等により単電池内にて異常発熱が生じることが想定される。このような単電池の発熱を監視すべく、従来技術として、温度センサを用いて各単電池の温度管理を行い、異常な温度上昇時に組電池の入出力を遮断する制御システムが提案されている。

例えば、特許文献１には、平行導電線の間に熱可溶性部材を介在させた感熱体を、複数の素電池（単電池）に共通して這設し、異常な温度上昇により熱可溶部材が溶融すると平行導電線が短絡することにより、熱異常を検知するようにしたパック電池（組電池）が開示されている。
特開２００５−３４６９４３号公報

しかしながら、上記特許文献１の異常検知手段では、複数の単電池を一つの感熱体で共通して管理し、当該感知線の短絡による信号のON／OFFのみによって組電池の異常を検知しているため、どの単電池にて熱異常が発生したかを正確に特定することは困難であった。そのため、熱異常の単電池を正確に特定するには、異常を検知した組電池を回収・分解して各単電池を個別詳細に解析する必要があり、かかる分解、解析等の作業が大変煩わしかった。なお、熱異常が発生した単電池を特定するには、各単電池に対して温度センサを個別に設ければよいとも思われるが、各単電池のそれぞれに温度センサを配置しようとすると、多数のセンサが必要となり、組電池の構成が複雑化するとともにそれに費やすコストも膨大なものとなってしまう。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、その主な目的は、簡単な構成によって熱異常が発生した単電池を検知し得る組電池制御システムと当該システムを構成する組電池を提供することである。

本発明によって提供される組電池制御システムは、金属製の容器を備えた複数の単電池が直列接続されてなる組電池と、当該組電池と電気的に接続される制御装置とを備える組電池制御システムである。さらには、組電池の中から熱異常が発生した単電池を検知するシステムである。

本発明の組電池制御システムは、上記直列接続された各単電池に跨って配線され、当該単電池容器の各々に取り付けられた金属線と、上記単電池容器の各々と上記金属線との間に介在し、当該単電池容器と金属線とを絶縁している絶縁部材とを備える。上記金属線は、電気的に上記制御装置と接続している。ここで、上記組電池を構成する単電池において熱異常が発生すると、当該熱による前記絶縁部材の溶融又は収縮に伴って上記金属線と上記熱異常の単電池容器とが接触するように構成されている。そして、上記制御装置は、上記接触によって上記金属線に加わった電圧を測定し、当該電圧の測定値に基づいて上記熱異常が発生した単電池を検知するように構成されている。

なお、本明細書において「単電池」とは、組電池を構成するために相互に直列接続され得る個々の蓄電素子を指す用語であり、特に限定しない限り種々の組成の電池、キャパシタ（物理電池）を包含する。リチウムイオン電池を構成する蓄電素子は、ここでいう「単電池」に包含される典型例であり、そのような単電池を複数備えて成るリチウムイオン電池モジュール（電池パック）は、ここで開示される「組電池」の典型例である。また、このような「組電池」と、制御用として組電池に接続される各種の電子部品から構成された制御装置等を含めたものを本明細書において「組電池制御システム」という。

かかる構成の組電池制御システムによれば、直列接続された各単電池に跨って（即ち、該直列順には限定されない所定の順序で一の単電池から他の一の単電池へと順々に）金属線を配線するという簡単な構成によって、例えば過熱などといった熱異常が発生した単電池を正確に特定することができる。そのため、個々の単電池にそれぞれ独立した感知器（例えば温度センサ）を設置しなくてもよく、組電池制御システムを簡素化することができる。その結果、かかる組電池制御システムを構築するための組電池自体のコストも低減することができる。

従って、本発明は上記目的を実現する組電池を提供する。即ち、本発明の組電池制御システムを構築するための組電池は、金属製の容器を備えた複数の単電池が直列接続されて構成されており、当該直列接続された各単電池に跨って（即ち、該直列順には限定されない所定の順序で一の単電池から他の一の単電池へと順々に）配線され、当該単電池容器の各々に取り付けられた金属線（即ち上記制御装置と電気的に接続し得る金属線）と、上記単電池容器の各々と上記金属線との間に介在し、当該単電池容器と金属線とを絶縁している絶縁部材とを備える。ここで上記単電池の何れかにおいて熱異常が発生すると、当該熱による上記絶縁部材の溶融又は収縮に伴って上記金属線と熱異常を来した単電池容器とが接触するように構成されていることを特徴とする。

ここで開示される組電池制御システムのある好適な一態様において、上記金属線は、上記単電池が直列接続された順序で単電池容器の各々に取り付けられている。かかる構成によれば、上記単電池の接続順に従って金属線を配線するだけでよく、金属線の配線作業が簡易となる。

ここで開示される組電池制御システムのある好適な一態様において、上記制御装置は、上記熱異常の単電池を検知すると、上記組電池の通電を停止する制御を行うように構成されている。かかる構成によれば、電池異常時に組電池の充放電制御を迅速に停止し得る安全性に優れた電池パックを提供することができる。

また、ここで開示される組電池制御システム及び当該システムを構築するための組電池のある好適な一態様において、上記絶縁部材は軟化点が１２０℃以下である熱可塑性樹脂で構成される。そして、好ましくは上記絶縁部材は、上記単電池容器及び／又は金属線を被覆する被覆材である。

このような低温で軟化する（延いては比較的低温域で可溶化する）樹脂材料を用いることにより、異常な過熱時の単電池容器と金属線との接触を迅速且つ確実に行うことができる。また、単電池容器の被覆材として使用することにより、正常時には絶縁部材を感電防止用の外装材として利用することができる。或いはまた、金属線の被覆材として使用すると、金属線が外部に露出しないので当該金属線の保護を図れるというメリットがある。

ここで開示される組電池制御システム及び当該システムを構築するための組電池のある好適な一態様において、上記金属線は、上記絶縁部材を介して上記単電池容器と接触する方向に付勢された状態で取り付けられている。

かかる付勢力によって、絶縁部材の溶融又は収縮時に、金属線と単電池容器とを確実に接触させることができる。

なお、上記金属線は、上記単電池容器の外面に這うように（即ち引き伸ばして張りわたすように）取り付けられていることが好ましい。

このように適当なテンションを加えて金属線を単電池容器に這わせることにより、絶縁部材を介して当該金属線を単電池容器に密着させるとともに、上記接触する方向への付勢力を容易に得ることができる。また、かかるテンションによって、当該金属線を単電池容器に安定して固定することができ、当該金属線を固定するために他の固定部材を用いることが不要となる。

ここで開示される組電池制御システムのある好適な一態様において、上記制御装置は、上記熱異常の単電池の位置情報を記憶する記憶部を備える。更に好ましくは、当該熱異常の単電池の位置情報を表示する表示部を備える。

位置情報を記憶部に格納することにより、異常な組電池を回収・修理する際に、作業者は、記憶部に格納された位置情報を読み出し、対象とする組電池の中から熱異常を来した単電池を容易に特定することができる。このため、例えば組電池の修理作業を効率よく行うことができる。また、位置情報を表示部に表示させることにより、当該位置を作業者が視覚的に瞬時に確認（把握）することができる。

以下、図面を参照しながら、本発明による実施の形態を説明する。以下の図面においては、同じ作用を奏する部材・部位には同じ符号を付して説明している。なお、本発明は以下の実施形態に限定されない。また、各図における寸法関係（長さ、幅、厚さ等）は実際の寸法関係を反映するものではない。

図１を参照しながら本実施形態の組電池制御システム１００の構成について説明する。図１は組電池制御システム１００の構成を模式的に示す外観斜視図である。

本実施形態に係る組電池制御システム１００は、組電池１０を構成する単電池２０の熱異常（例えば、不良単電池の存在や充電装置の故障による誤作動に起因する発熱）を監視すべく、各単電池の管理を行い、異常な温度上昇時に組電池の入出力を遮断する制御を行う。組電池制御システム１００は、大まかに言うと、組電池１０と、金属線６０と、絶縁部材７０と、制御装置３０とから構成されている。

組電池１０は、複数の単電池２０が電気的に直列接続されて構成されている。この実施形態では、３Ｖの単電池６個を直列接続し、総電圧１８Ｖの組電池１０を構築している。具体的には、各単電池２０は、それぞれの長手方向の両端に設けられた正極側端子５０および負極側端子５２が交互に配置されるように一つずつ反転させて配置されており、隣接する単電池２０間において一方の正極側端子５０と他方の負極側端子５２とが導電性接続具５４（例えばバスバー）を介して電気的に接続される。このように隣接する単電池２０間を直列に接続することにより、所望する総電圧（ここでは１８Ｖ）の組電池１０が構築される。この実施形態では、左端（電流流路の上流側）に配置された単電池２０の負極５２を接地して基準点（０Ｖ）とし、右側（電流流路の下流側）に配置された各単電池２０を経て、順次３Ｖ，６Ｖ，９Ｖ，１２Ｖ，１５Ｖ，１８Ｖの電圧が加わるように構築されている。

各単電池２０を構成する容器４０は金属製の容器である。かかる容器４０には、後述する電極体が電解液と共に収容されている。容器４０の形状は、電極体を収容し得る形状であればよく、この実施形態では、熱伝導性が良好なアルミニウム製の円筒型容器を使用している。また、この実施形態では、単電池容器４０は、正極側端子５０と接続されており、当該正極側端子５０を介して電極体の正極と電気的に接続されている。これにより、単電池容器４０は、正極側端子５０とともに正極端子を構成している。なお、単電池容器４０と負極側端子５２との間には、図示しない絶縁性樹脂（ガスケット）が介在しており、これにより両者の絶縁性が確保されている。

金属線６０は、複数の単電池２０に跨って配線されている。この実施形態では、金属線６０は、線状の金属材料（この実施形態では鋼）で構成されており、各単電池２０の配列方向（左右方向）に沿って配線されている。また、金属線６０は、単電池容器４０の各々に取り付けられている。図示した例では、金属線６０は、単電池容器４０の各々に接続順（直列接続された順番。この例では左端（上流側）に配置された単電池２０から右側（下流側）に配置された単電池の順番）で順次取り付けられている。なお、金属線６０の配線（各電池への取り付け順）は電池の直列順と一致させなくてもよく、取り付けられた順序が明確に把握されておればよい。この実施形態では、金属線６０をＳ字状に蛇行させて各単電池容器４０にほぼ１／２巻回ずつ巻き付けている。なお、金属線６０を各単電池の接続順に従って配線することにより、金属線６０の配線作業が簡易となる。

また、金属線６０と単電池容器４０の各々との間には、絶縁部材７０が介在している。絶縁部材７０は、熱によって溶融する（固体が液状となる）又は収縮する絶縁材料からなり、この実施形態では、軟化点が１２０℃以下（特に好ましくは１００℃以下）である熱可塑性樹脂（例えばエチレン酢酸ビニル共重合体や炭化水素系樹脂）で構成されている。
その他の好適な熱可塑性樹脂としては、例えば、酢酸セルロース、ポリエチレン、ポリプロピレン、ＡＢＳ、ポリカーボネート、ポリアセタール、不飽和ポリエステル樹脂、ポリスルホン樹脂などが挙げられる。

絶縁部材７０は、金属線６０と単電池容器４０との間を隔離して絶縁するように配置されていればよく、この実施形態では、単電池容器４０を被覆する被覆部材である。図２は、絶縁部材７０で被覆された単電池容器４０と金属線６０との位置関係を示している。図２に示すように、金属線６０と各単電池容器４０との間は、単電池容器４０を被覆する絶縁部材７０によって隔離されて絶縁されている。

また、絶縁部材７０は、単電池に熱異常が発生（例えば単電池が発熱）すると当該発熱（例えば１２０℃を超える温度上昇）によって溶融するように構成されている。そして、当該絶縁部材７０の溶融に伴って、金属線６０と熱異常の単電池容器４０とが接触するように構成されている。例えば、図３には、中央に配置された単電池２０が発熱し、当該単電池２０を被覆する絶縁部材７０の一部（図では下側）が溶融した例を示している。この例では、絶縁部材７０の溶融に伴って単電池容器４０の一部（図では下側）が外部に露出し、当該露出部分において単電池容器４０と金属線６０とが面接触している（符号「９０」参照）。

かかる接触（発熱した単電池容器との接触）によって、金属線６０は当該発熱した単電池容器４０と電気的に接続され、当該金属線６０の電位が変化する。この例では、金属線６０は、正極端子として機能する単電池容器４０と接触するため、電位は「０」から増加する。また、このとき、金属線６０には当該発熱した単電池よりも上流側（図では左側）に配置された各単電池２０にて累積された電圧が加わるため、当該電位の変化量は、発熱した単電池２０の接続順序によって相違する。

さらに、金属線６０は、図１に示すように、金属線６０は電気的に制御装置３０と接続している。制御装置３０は、組電池１０を構成する各単電池２０の熱異常（例えば、不良単電池の存在や充電装置の故障による誤作動に起因する発熱）を監視して、異常な温度上昇時に組電池の入出力を遮断する制御を行う。具体的には、制御装置３０は、上記接触によって金属線６０に加わった電圧を測定し、当該電圧の測定値に基づいて熱異常が発生した単電池を検知するように構成されている。また、制御装置３０は、熱異常の単電池を検知すると、組電池の通電を停止する制御を行うように構成されている。

この実施形態では、制御装置１０は、測定部３２と、検知部３４と、停止部３６とを備える。測定部３２は、金属線６０の電位の変化（すなわち金属線６０に加わった電圧）を測定する制御を行う。検知部３４は、測定部３２で測定した電圧の測定値に基づいて、熱異常が発生した単電池を検知する制御を実行する。そして、停止部３６は、検知部３２が熱異常の単電池を検知した場合に、組電池１０の通電を停止する制御を実行する。なお、制御装置３０は、図示しない演算部（例えばＣＰＵ）と、図示しない記憶部（例えばフラッシュメモリ）を包含する。そして、測定部３２、検知部３４、停止部３６は、それぞれ記憶部に格納されたプログラムに従い、上述した各制御を実行する。

次に、熱異常発生時における組電池制御システム１００の動作（特に制御装置３０による制御）について説明する。

単電池２０の何れかにおいて熱異常（例えば単電池の過熱）が発生すると、当該発熱した単電池容器４０を被覆する絶縁部材７０が熱（例えば１２０℃を超える温度上昇）によって溶融し、当該溶融に伴って発熱した単電池容器４０と金属線６０とが接触する。かかる接触によって金属線６０の電位が変化する。

制御装置３０の測定部３２は、まず、金属線６０の電位の変化（ここでは「０」からの増加）を受けて、かかる電位の変化量（すなわち金属線６０に印加された電圧）を測定する。測定手段としては、既に公知である種々の電圧測定手段を好適に使用することができる。

次に、制御装置１０の検知部３４は、測定部３２で測定した電圧の測定結果と、記憶部に予め格納されている各種データ（例えば、単電池１個当たりの電圧や、組電池１０を構成する各単電池２０の配列データ）とに基づいて、組電池１０の中から発熱した単電池２０を特定する。具体的には、検知部３２は、電圧の測定値を、単電池１個当たりの電圧で割り算（電圧の測定値／一個当たりの電圧）し、当該演算結果から何番目の単電池が発熱したのかを特定する。この実施形態では、図１に示すように、３Ｖの単電池６個を直列接続して組電池を構築しているので、電圧の測定結果が例えば１２Ｖの場合、検知部３４は、左端から４番目に接続された単電池２０を発熱した単電池として特定する。

その後、制御装置１０の停止部３６は、検知部３４による発熱した単電池２０の検知を受けて、組電池１０に対する通電（例えば充放電）を停止する。通電の停止は、組電池１０の入出力を遮断して実行してもよく、或いは、別途電流遮断機構（例えば電流遮断回路）を設け、かかる電流遮断機構を作動させて実行してもよい。

かかる構成の組電池制御システム１００によれば、直列接続された各単電池２０に跨って金属線６０を配線するという簡単な構成（例えば直列接続された各単電池２０に跨って当該直列接続順に金属線６０を配線する構成）によって、例えば過熱などといった熱異常が発生した単電池２０を正確に特定することができる。そのため、個々の単電池２０にそれぞれ独立した感知器（例えば温度センサ）を設置しなくてもよく、組電池制御システム１００を簡素化することができる。その結果、かかる組電池制御システム１００を構築するための組電池１０自体のコストを低減することができる。

加えて、単電池が発熱すると、それに応じて組電池１０の通電（例えば充放電）が停止されるので、電池異常時に組電池の充放電制御を迅速に停止し得る安全性に優れた電池パックを提供することができる。

なお、上記検知部３４による演算処理は、経年変化による単電池の放電特性の変化（例えば電圧の低下）を考慮して適宜補正しながら実行してもよい。或いは、各単電池の接続順に対応して累積された電圧の予想値を予め数列（３Ｖ（１個目）、６Ｖ（２個目）、９Ｖ（３個目）・・・等）として記憶部に格納しておき、かかる予想値と測定値とを照らし合わせて発熱した単電池として特定してもよい。

また、制御装置３０は、このようにして特定された発熱した単電池の位置を記憶部に記憶することができる。記憶部は、上述した制御用プログラムを格納する記憶部以外でもよく、コンピュータで読み出し可能な記録媒体（例えば、光記録媒体、磁気記録媒体、光磁気記録媒体、フラッシュメモリなど）であればよい。かかる構成によれば、異常が生じた組電池を回収して修理する際に、作業者は、記憶部（記録媒体）に格納された位置情報を読み出して発熱した単電池を容易に把握することができ、修理作業を効率よく行うことができる。

あるいは、制御装置３０は、このようにして特定された発熱した単電池の位置を表示部に表示させることができる。表示部は、例えば組電池制御システムの外部に設置された画像表示ディスプレイである。かかる構成によれば、発熱した単電池の位置を作業者が視覚的に瞬時に確認（把握）することができる。なお、組電池１０と制御装置３０とは別体として構成されているため、組電池で異常が発生した場合には、金属線を取り外して当該異常が発生した組電池を交換するだけでよい。

なお、絶縁部材７０は、この実施形態のように、単電池容器全体を被覆するように構成してもよく、或いは、単電池容器の一部を選択的に被覆するように構成してもよい。なお、単電池容器全体を被覆することにより、正常時には絶縁部材７０を感電防止用の外装材として利用することができる。絶縁部材７０の厚みは、当該絶縁部材７０の溶融時に金属線６０と単電池容器４０とが確実に接触し得る程度の厚みであればよい。

絶縁部材７０の材料としては、熱によって溶融する絶縁性材料であればよく、さらに好適には、軟化点が１２０℃以下（特には１００℃以下）である熱可塑性樹脂である。このような低温で軟化する（延いては可溶化する）樹脂材料を用いることにより、異常な過熱時の単電池容器と金属線との接触を迅速且つ確実に行うことができる。この実施形態では、単電池の異常温度を８０℃〜１２０℃とし、かかる温度範囲に軟化点（融点）を持つエチレン酢酸ビニル共重合体や種々の炭化水素系樹脂を好適に使用している。なお、絶縁部材７０の材料は、組電池の使用条件等（例えば検知対象となる単電池の異常温度など）に応じて適宜変更可能である。

絶縁部材７０は、熱によって溶融する材料に限らず、熱によって収縮する材料で構成してもよい。この場合、熱によって絶縁部材７０が熱収縮することにより、当該絶縁部材７０で被覆された単電池容器４０の一部を露出させ、当該露出させた単電池容器４０の一部と金属線６０とを接触させることができる。

金属線６０は、単電池で生じた異常熱を感知し易い箇所に取り付けられていることが好ましい。例えば、金属線６０を単電池容器の長手方向の中央付近に好適に取り付けることができる。さらに、金属線６０は、単電池容器４０と接触する方向に付勢された状態で取り付けられていることが好ましい。かかる付勢力は、図１に示したように、適当なテンションを加えながら金属線６０を単電池容器４０の外面に這わせること（ピンと引き伸ばした状態で張りわたすこと）により、容易に得ることができる。

上記構成によれば、金属線６０を単電池容器４０と接触する方向に付勢することにより、熱異常の際に金属線６０と単電池容器４０とを迅速且つ確実に接触させることができる。また、適当なテンションを加えることによって金属線６０を単電池容器４０に密着させることができ、金属線６０を単電池容器４０にしっかりと固定することができる。そのため、金属線を固定するための固定部材が不要となる。

なお、金属線６０は、這設時のテンションや電圧の負荷によって容易に切断されない程度の厚み（断面形状が円形の場合は直径）であればよい。また、金属線の断面形状は円形に限らず他の形状（例えば矩形）であってもよい。

金属線の材料としては、良好な導電性を有し且つ適当な弾性を持つ金属材料であることが好ましい。例えば、鋼線（例えばピアノ線）を好適に使用することができる。当該鋼の弾性を利用することにより、適当なテンションを維持した状態で単電池容器４０の外面に這わせることができ、金属線６０と単電池容器４０との密着性が向上する。

この実施形態では、単電池容器４０が正極端子である場合を示したが、これに限らず、単電池容器４０が負極端子であってもよい。或いは、単電池容器が電極端子でない場合でも、単電池容器と当該容器内に収容された電解液とが直接接触している（例えば容器内壁と電解液とが絶縁フィルムを介さずに接触している）のであれば、当該容器と接触した金属線の電位は変化する。したがって、金属線を介して発熱した単電池を検知可能である。

次に、図４及び図５を参照しながら、本実施形態に係る組電池制御システムの改変例１および改変例２について説明する。

図４に示した改変例１の組電池制御システム２００では、絶縁部材７０が、単電池容器４０の一部を被覆している点において、本実施形態に係る組電池制御システム１００とは異なる。即ち、組電池制御システム２００では、感電防止等のため単電池容器全体の外面を熱に融け難い素材７２（例えばポリプロピレン、ポリエチレン、その他のポリオレフィン系樹脂など）で覆い、その一部を切り欠いて単電池容器４０の一部を露出させている。そして、かかる露出部分４４に絶縁部材７０を介して金属線６０を配線している。

また、図５に示した改変例２の組電池制御システム３００では、金属線６０が絶縁部材７０で被覆されている点において、本実施形態に係る組電池制御システム１００とは異なる。絶縁部材７０で覆われた金属線６０を用いた場合でも、熱異常時に溶融して金属線６０と単電池容器４０とが接触するのであれば、本実施形態に係る組電池制御システム１００とほぼ同じ作用・効果を得ることができる。加えて、金属線６０が外部に露出しないので当該金属線の保護を図れるというメリットもある。この例の変更例として、金属線６０に加えて単電池容器４０の表面についても同じ材質（例えば１００℃以下に軟化点のある炭化水素系樹脂）の絶縁部材７０で被覆してもよい。

なお、本発明に係る組電池制御システムは、特に、多数の単電池を直列接続した組電池１０を備えた高出力な組電池制御システム４００において好適に採用し得る。即ち、図６に示すように、５０個以上の単電池２０を備えた組電池制御システム４００であっても、１つの金属線６０を配線するだけで組電池１０全体の熱異常を検知することができ、個々の単電池２０にそれぞれ独立した感知器（例えば５０個以上の温度センサ）を設置した場合と比較して、組電池制御システム４００を大幅に簡素化することができる。しかも、熱異常が生じた単電池を具体的に特定できるため、５０個以上もの単電池を個別詳細に解析する必要もない。

以下、本実施形態に係る単電池２０の構成および材料などについて詳述する。単電池２０の構成は、典型的な組電池を構成する単電池と同じものであればよく、ニッケル水素電池、電気二重層キャパシタ等が本発明の実施に好適な電池の構成として挙げられる。特に本発明の実施に好適な電池の構成はリチウムイオン二次電池である。リチウムイオン二次電池は高エネルギー密度で高出力を実現できる電池であるため、高性能な電源、特に車両搭載用電源を構築することができる。

また、上述したように単電池２０は正極および負極を備える電極体と、該電極体および電解質を収容する単電池容器４０とを備える。容器４０内に収容される電極体の構成について説明する。

本実施形態に係る電極体は、通常のリチウムイオン電池の電極体と同様、シート状正極（以下「正極シート」という。）とシート状負極（以下「負極シート」という。）を計２枚のシート状セパレータ（以下「セパレータシート」という。）と共に積層し、さらに当該正極シートと負極シートとをややずらしつつ捲回した捲回電極体である。

かかる捲回電極体の捲回方向に対する横方向において、上記のとおりにややずらしつつ捲回された結果として、正極シートおよび負極シートの端の一部がそれぞれ捲回コア部分（即ち正極シートの正極活物質層形成部分と負極シートの負極活物質層形成部分とセパレータシートとが密に捲回された部分）から外方にはみ出ている。かかる正極側はみ出し部分（即ち正極活物質層の非形成部分）には、正極側集電板が付設されており、正極側端子５０および単電池容器４０に電気的に接続される。なお、負極側はみ出し部分（即ち負極活物質層の非形成部分）は、負極側集電板を介して負極側端子５２に電気的に接続される。

なお、かかる捲回電極体を構成する材料および部材自体は、従来のリチウムイオン電池の電極体と同様でよく、特に制限はない。例えば、正極シートは長尺状の正極集電体の上にリチウムイオン電池用正極活物質層が付与されて形成され得る。正極集電体にはアルミニウム箔（本実施形態）その他の正極に適する金属箔が好適に使用される。正極活物質は従来からリチウムイオン電池に用いられる物質の一種または二種以上を特に限定することなく使用することができる。好適例として、ＬｉＭｎ_２Ｏ_４、ＬｉＣｏＯ_２、ＬｉＮｉＯ_２等が挙げられる。

一方、負極シートは長尺状の負極集電体の上にリチウムイオン電池用負極活物質層が付与されて形成され得る。負極集電体には銅箔（本実施形態）その他の負極に適する金属箔が好適に使用される。負極活物質は従来からリチウムイオン電池に用いられる物質の一種または二種以上を特に限定することなく使用することができる。好適例として、グラファイトカーボン、アモルファスカーボン等の炭素系材料、リチウム含有遷移金属酸化物や遷移金属窒化物等が挙げられる。

また、正負極シート間に使用される好適なセパレータシートとしては多孔質ポリオレフィン系樹脂で構成されたものが挙げられる。なお、電解質として固体電解質若しくはゲル状電解質を使用する場合には、セパレータが不要な場合（即ちこの場合には電解質自体がセパレータとして機能し得る。）があり得る。

容器４０内に捲回電極体と共に収容される電解質として、例えばＬｉＰＦ_６等のリチウム塩を挙げることができる。適当量（例えば濃度１Ｍ）のＬｉＰＦ_６等のリチウム塩をジエチルカーボネートとエチレンカーボネートとの混合溶媒（例えば質量比１：１）のような非水電解液に溶解して電解液として使用することができる。

捲回電極体を上記電解液とともに容器４０に収容し、ガスケットを介して封止することにより本実施形態の単電池２０は構築される。そして、単電池２０を所定の方向に配列し、当該単電池２０を直列接続して組電池１０を構築する。その後、かかる組電池１０を構成する各単電池容器の外面に這うように金属線６０を取り付け、当該金属線６０を制御装置３０の所定箇所に接続することにより、組電池制御システム１００が構築される。

なお、本発明の組電池制御システムは、特に自動車等の車両に搭載されるモーター（電動機）用電源としての組電池の制御に好適である。従って、図７に示すように、本発明によって上記のように説明した構成の組電池制御システム１００を備える車両１（典型的には自動車、特にハイブリッド自動車、電気自動車、燃料電池自動車のような電動機を備える自動車）を提供することができる。

以上、本発明を好適な実施形態により説明してきたが、こうした記述は限定事項ではなく、勿論、種々の改変が可能である。

組電池制御システム１００の構成を模式的に示す外観斜視図である。 金属線６０と単電池容器４０と絶縁部材７０との位置関係を示す模式である図である。 金属線６０と単電池容器４０と溶融した絶縁部材７０との位置関係を示す断面模式図である。 改変例１に係る組電池制御システム２００の構成を模式的に示す外観斜視図である。 改変例２に係る組電池制御システム３００の構成を模式的に示す外観斜視図である。 組電池制御システム４００の構成を模式的に示す外観斜視図である。 組電池制御システム１００を備えた車両１（自動車）を模式的に示す側面図である。

符号の説明

１ 車両
１０ 組電池
２０ 単電池
３０ 制御装置
３２ 演算部
３４ 記憶部
４０ 単電池容器
４４ 容器の露出部分
５０ 正極側端子
５２ 負極側端子
５４ 導電性接続具
６０ 金属線
７０ 絶縁部材
１００、２００、３００、４００ 組電池制御システム

Claims (13)

1. 金属製の容器を備えた複数の単電池が直列接続されてなる組電池と、当該組電池と電気的に接続される制御装置とを備える組電池制御システムであって、
   前記直列接続された各単電池に跨って配線され、当該単電池容器の各々に取り付けられた金属線と、
   前記単電池容器の各々と前記金属線との間に介在し、当該単電池容器と金属線とを絶縁している絶縁部材とを備え、
   前記金属線は電気的に前記制御装置と接続しており、
   ここで、前記単電池の何れかにおいて熱異常が発生すると、当該熱による前記絶縁部材の溶融又は収縮に伴って前記金属線と前記熱異常の単電池容器とが接触するように構成されており、
   前記制御装置は、前記接触によって前記金属線に加わった電圧を測定し、当該電圧の測定値に基づいて前記熱異常が発生した単電池を検知するように構成されている、組電池制御システム。
2. 前記金属線は、前記単電池が直列接続された順序で単電池容器の各々に取り付けられている、請求項１に記載の組電池制御システム。
3. 前記制御装置は、前記熱異常の単電池を検知すると、前記組電池の通電を停止する制御を行うように構成されている、請求項１または２に記載の組電池制御システム。
4. 前記絶縁部材は、軟化点が１２０℃以下である熱可塑性樹脂で構成され、前記単電池容器を被覆する、請求項１〜３の何れか一つに記載の組電池制御システム。
5. 前記絶縁部材は、軟化点が１２０℃以下である熱可塑性樹脂で構成され、前記金属線を被覆する、請求項１〜４の何れか一つに記載の組電池制御システム。
6. 前記金属線は、前記単電池容器と接触する方向に付勢された状態で取り付けられている、請求項１〜５の何れか一つに記載の組電池制御システム。
7. 前記金属線は、前記単電池容器の外面に這うように取り付けられている、請求項１〜６の何れか一つに記載の組電池制御システム。
8. 前記制御装置は、熱異常の単電池の位置情報を格納する記憶部を備える、請求項１〜７の何れか一つに記載の組電池制御システム。
9. 請求項１に記載の組電池制御システムを構築するための組電池であって、
   当該組電池は金属製の容器を備えた複数の単電池が直列接続されて構成されており、
   前記直列接続された各単電池に跨って配線され、当該単電池容器の各々に取り付けられた金属線と、
   前記単電池容器の各々と前記金属線との間に介在し、当該単電池容器と金属線とを絶縁している絶縁部材とを備え、
   ここで、前記単電池の何れかにおいて熱異常が発生すると、当該熱による前記絶縁部材の溶融又は収縮に伴って前記金属線と前記熱異常の単電池容器とが接触するように構成されている、組電池。
10. 前記絶縁部材は、軟化点が１２０℃以下である熱可塑性樹脂で構成され、前記単電池容器を被覆する、請求項９に記載の組電池。
11. 前記絶縁部材は、軟化点が１２０℃以下である熱可塑性樹脂で構成され、前記金属線を被覆する、請求項９または１０に記載の組電池。
12. 前記金属線は、前記単電池容器と接触する方向に付勢された状態で取り付けられている、請求項９〜１１の何れか一つに記載の組電池。
13. 請求項１〜８の何れか一つに記載の組電池制御システムを備える車両。

Images