JP6407646B2 - Assembled battery - Google Patents
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Description
本発明の実施形態は、組電池に関する。 Embodiments described herein relate generally to an assembled battery.
近年二酸化炭素排出量の削減や、ガソリンのような化石燃料の枯渇の懸念などから、エネルギー源として二次電池を使用した自動車が実用化されて来ている。この二次電池としては、高出力、高エネルギー密度、小型軽量化、低価格などが求められるほか、安全性、耐久性の改善も必要不可欠である。 In recent years, automobiles using a secondary battery as an energy source have been put into practical use due to the reduction of carbon dioxide emissions and the fear of exhaustion of fossil fuels such as gasoline. The secondary battery is required to have high output, high energy density, small size, light weight, low price, etc., and improvement in safety and durability is indispensable.
高エネルギー密度の自動車用二次電池としては、リチウムイオン二次電池が知られている。この高エネルギー密度リチウムイオン二次電池は、セパレータを介して積層した正極および負極を巻回した電極組立体を、有機電解液に含浸し電池缶に封入したものが典型的である。 Lithium ion secondary batteries are known as high energy density secondary batteries for automobiles. This high energy density lithium ion secondary battery is typically one in which an electrode assembly in which a positive electrode and a negative electrode wound with a separator are wound is impregnated with an organic electrolyte and sealed in a battery can.
二次電池は、外部からの力による損傷（圧壊）によって外装缶が変形し、外装缶内で正極の活物質と負極の活物質とが短絡する可能性がある。この場合、外装缶内で活物質が熱分解して電池温度が上昇する可能性があるという課題がある。そこで、外力が二次電池に加えられた場合に正極の活物質と負極の活物質とが短絡する前に正極もしくは正極に電気的に接続され活物質が付与されていない部分と負極もしくは負極に電気的に接続され活物質が付与されていない部分とを短絡させる二次電池がある。しかし、リチウムイオン二次電池が複数組み合わされた組電池では、全ての二次電池に外力が加えられない可能性がある。この為、組電池内の全ての二次電池の正極と負極とを短絡させることができない可能性があるという課題がある。 In the secondary battery, the outer can may be deformed by external damage (crushing), and the positive electrode active material and the negative electrode active material may be short-circuited in the outer can. In this case, there is a problem that the active material may be thermally decomposed in the outer can and the battery temperature may increase. Therefore, when an external force is applied to the secondary battery, before the active material of the positive electrode and the active material of the negative electrode are short-circuited, the positive electrode or the positive electrode is electrically connected to the non-active material portion and the negative electrode or the negative electrode. There is a secondary battery that short-circuits a portion that is electrically connected and not provided with an active material. However, in an assembled battery in which a plurality of lithium ion secondary batteries are combined, there is a possibility that no external force is applied to all the secondary batteries. For this reason, there exists a subject that the positive electrode and negative electrode of all the secondary batteries in an assembled battery may be unable to be short-circuited.
上記の課題を解決するために、安全性の高い組電池を提供する。 In order to solve the above problems, a highly safe assembled battery is provided.
一実施形態に係る組電池は、複数の二次電池と、外力を検出する外力検出部と、前記外力検出部での検出結果に基づいて制御を行う制御部と、を具備し、前記各二次電池は、正極及び負極が重ねられて捲回された電極群と、前記電極群の正極に接続された正極端子と、 前記電極群の負極に接続された負極端子と、前記正極端子と前記負極端子とを短絡させることが可能なスイッチと、をそれぞれ具備し、前記制御部は、前記外力検出部により外力が検出された場合、全ての前記二次電池において、前記スイッチによって前記正極端子と前記負極端子とを短絡させる。 An assembled battery according to an embodiment includes a plurality of secondary batteries, an external force detection unit that detects an external force, and a control unit that performs control based on a detection result of the external force detection unit. the following cell, the wound was electrode group positive and negative electrodes are overlapped, and the positive terminal connected to the positive electrode of the electrode group, and the negative terminal connected to the negative electrode of the electrode group, and the positive terminal wherein A switch capable of short-circuiting a negative electrode terminal, and when the external force is detected by the external force detection unit, the control unit is connected to the positive electrode terminal by the switch in all the secondary batteries. The negative electrode terminal is short-circuited.
以下、図面を参照しながら説明する。
図１は、一実施形態に係る組電池１の例を示す。
組電池１は、複数の二次電池１０と、外力検出部４０と、加速度検出部５０とを備える。例えば、組電池１は、二次電池１０Ａ、二次電池１０Ｂ、二次電池１０Ｃ、二次電池１０Ｄ、二次電池１０Ｅ、二次電池１０Ｆ、二次電池１０Ｇ、二次電池１０Ｈ、及び二次電池１０Ｉを有する二次電池群１ａを備える。
Hereinafter, description will be given with reference to the drawings.
FIG. 1 shows an example of an assembled battery 1 according to an embodiment.
The assembled battery 1 includes a plurality of
外力検出部４０は、組電池１に対して加えられた圧力を検出する。外力検出部４０は、検出結果に基づいて外力検出信号を各二次電池１０に送信する。外力検出部４０は、例えば、複数枚の金属板を有する圧力センサ、またはひずみゲージなどにより抵抗値を検出する。外力検出部４０は、検出した抵抗値を外力検出信号として各二次電池１０に送信する。
The external force detection unit 40 detects the pressure applied to the assembled battery 1. The external force detection unit 40 transmits an external force detection signal to each
加速度検出部５０は、組電池１の加速度を検出する。加速度検出部５０は、検出結果に基づいて加速度検出信号を各二次電池１０に送信する。加速度検出部５０は、例えば、静電容量検出方式、ピエゾ抵抗方式、または熱検知方式などの加速度センサにより加速度を検出する。加速度検出部５０は、検出した加速度の値を加速度検出信号として各二次電池１０に送信する。
The acceleration detection unit 50 detects the acceleration of the assembled battery 1. The acceleration detection unit 50 transmits an acceleration detection signal to each
図２は、二次電池群１ａの例を示す。
例えば、二次電池群１ａは、並列または直列で接続された複数の二次電池１０を有する。図２の例によると、二次電池１０Ａ、二次電池１０Ｂ、二次電池１０Ｃ、二次電池１０Ｆ、二次電池１０Ｅ、二次電池１０Ｄ、二次電池１０Ｇ、二次電池１０Ｈ、二次電池１０Ｉの順に複数の二次電池１０が直列に接続されている。この場合、二次電池１０Ａの正極端子が二次電池群１ａの正極として機能し、二次電池１０Ｉの負極端子が二次電池群１ａの負極として機能する。
FIG. 2 shows an example of the
For example, the
なお、二次電池１０は、図２の例によると、三行三列で並べられて積まれている。これにより、二次電池群１ａは、６個の平面を有する六面体となっている。
Note that the
図３は、図１及び図２に示された二次電池１０の例を示す。
FIG. 3 shows an example of the
本例の二次電池１０は、外装缶１９、スイッチ１１、外装缶内に収納される電極群１３、正極端子１４、負極端子１５、正極短絡リード２１、負極短絡リード２２、スペーサ２３、キャップ２４、正極リード２８、負極リード２９、正極集電タブ３０、負極集電タブ３１、及び制御部３５を備える。また、スイッチ１１は、駆動体３２、締結機構３３、及び加熱部３４を備える。また、電解質が電極群１３に保持されている。なお、電解質は、例えば、非水電解質である。
The
スイッチ１１は、正極端子１４と負極端子１５との間に設けられたスイッチである。スイッチ１１は、制御部３５の制御に応じて正極端子１４と負極端子１５とを短絡させる。
The
電極群１３は、正極と負極がその間にセパレータを介して偏平形状に捲回されたものである。正極は、例えば金属箔からなる帯状の正極集電体と、正極集電体の長辺に平行な一端部からなる正極集電タブ３０と、少なくとも正極集電タブ３０の部分を除いて正極集電体に形成された正極材料層（正極活物質含有層）とを含む。一方、負極は、例えば金属箔からなる帯状の負極集電体と、負極集電体の長辺に平行な一端部からなる負極集電タブ３１と、少なくとも負極集電タブ３１の部分を除いて負極集電体に形成された負極材料層（負極活物質含有層）とを含む。
The
このような正極、セパレータ、及び負極は、正極集電タブ３０が電極群１３の捲回軸方向にセパレータから突出し、かつ負極集電タブ３１がこれとは反対方向にセパレータから突出するよう、正極及び負極の位置をずらして捲回されている。このような捲回により、電極群１３は、一方の端面から渦巻状に捲回された正極集電タブ３０が突出し、かつ他方の端面から渦巻状に捲回された負極集電タブ３１が突出する状態になる。
Such a positive electrode, a separator, and a negative electrode are formed so that the positive electrode current collecting
正極端子１４は、内部の正極リード２８を介して正極集電タブ３０に電気的に接続されている。また、負極端子１５は、内部の負極リード２９を介して負極集電タブ３１に電気的に接続されている。
The
キャップ２４は、外装缶１９の上面を覆うプレートである。キャップ２４は、正極端子１４を通過させる穴と、負極端子１５を通過させる穴と、を備える。キャップ２４は、穴に設置される絶縁部材であるスペーサ２３を介して正極端子１４及び負極端子１５を固定する。また、キャップ２４は、図示されない絶縁物質などを介して正極短絡リード２１、負極短絡リード２２、駆動体３２、及び締結機構３３などを固定する。
The
正極リード２８及び負極リード２９は、それぞれ、帯状の導電板からなる。正極リード２８が正極集電タブ３０に電気的に接続され、また、負極リード２９が負極集電タブ３１に電気的に接続されている。正極端子１４及び負極端子１５は、それぞれ、絶縁部材であるスペーサ２３を介してキャップ２４に固定されている。正極リード２８の先端は、正極端子１４に電気的に接続され、負極リード２９の先端は負極端子１５に電気的に接続されている。
The
スイッチ１１は、上記したように、駆動体３２、締結機構３３、及び加熱部３４を備える。また、正極短絡リード２１及び負極短絡リード２２は、キャップ２４側から正極短絡リード２１、空間、負極短絡リード２２の順で設けられている。正極短絡リード２１と負極短絡リード２２との間には、互いに接触しないように所定間隔の空間が設けられている。
As described above, the
駆動体３２は、外部からの圧力に応じて応力を生じる弾性体である。駆動体３２は、圧縮されると、駆動体３２が圧縮された方向と逆方向に応力を生じる。駆動体３２は、たとえば、板バネ、コイルバネなどである。 The driving body 32 is an elastic body that generates a stress in accordance with an external pressure. When the driving body 32 is compressed, a stress is generated in a direction opposite to the direction in which the driving body 32 is compressed. The drive body 32 is a leaf | plate spring, a coil spring, etc., for example.
駆動体３２は、圧縮された状態で正極短絡リード２１とキャップ２４の上面との間に設置される。そのため、駆動体３２は、正極短絡リード２１に上方向の応力を印加し続けている。即ち、駆動体３２は、正極短絡リード２１に対して、負極短絡リード２２と正極短絡リード２１とを接触させる方向に応力を印加し続けている。
The driving body 32 is installed between the positive electrode short-
締結機構３３は、駆動体３２が印加する応力に抗って正極短絡リード２１を上方向に移動することを防止している。たとえば、締結機構３３は、キャップ２４と正極短絡リード２１を機械的に締結する。締結機構３３により、正極短絡リード２１と負極短絡リード２２とは、所定の間隔を維持することができる。
The fastening mechanism 33 prevents the positive electrode short-
締結機構３３は、正極短絡リード２１を固定するために必要な強度を有し、かつ二次電池１０が生じる電力によって加熱される加熱部３４の熱で融解して切断される物質で形成される。締結機構３３を構成する物質は、たとえば、ポリフェニルサルファイド（ＰＰＳ）などである。
The fastening mechanism 33 is formed of a material that has a strength necessary for fixing the positive electrode short-
加熱部３４は、二次電池１０が生じる電力をジュール熱に変換する。加熱部３４は、発生されたジュール熱を締結機構３３に加える。実施形態において、加熱部３４は、キャップ２４の上面と正極短絡リード２１との間にある締結機構３３の領域３３ａにジュール熱を加える。たとえば、加熱部３４は、ニクロム線などである。たとえば、加熱部３４は、締結機構３３の領域３３ａに巻き付けられる。
The
制御部３５は、上述した外力検出部４０から送信された外力検出信号に基づいて加熱部３４に電圧を印加する。制御部３５は、外力検出部４０から送信された外力検出信号に基づいて組電池１に外力が加えられたか否か判断する。制御部３５は、組電池１に外力が加えられたと判断した場合、加熱部３４に電圧を印加する。
The
例えば、制御部３５は、外力検出部４０から外力検出信号として送信された抵抗値が予め設定された閾値以上である場合、組電池１に外力が加えられたと判断する。即ち、制御部３５は、予め設定された閾値以上の抵抗値が外力検出部４０で検出された場合、組電池１に外力が加えられたと判断する。
For example, the
加熱部３４は、電圧が印加された場合、締結機構３３の領域３３ａにジュール熱を加える。この結果、加熱部３４は、締結機構３３の領域３３ａを融解することができる。
When a voltage is applied, the
加熱部３４が締結機構３３の領域３３ａを融解させた場合、締結機構３３は、領域３３ａにおいて切断される。締結機構３３が切断されると、駆動体３２は、自身の応力によって、正極短絡リード２１を上方向に押し上げる。駆動体３２が正極短絡リード２１を押し上げると、正極短絡リード２１は、負極短絡リード２２と接触し、電気的に負極短絡リード２２と接続される。これにより、スイッチ１１がＯＮになる。即ち、制御部３５は、組電池１に外力が加えられたと判断した場合、スイッチ１１をＯＮし、二次電池１０の正極と負極とを短絡させる。
When the
負極短絡リード２２と正極短絡リード２１とが電気的に接続されると、正極短絡リード２１、正極端子１４、正極リード２８、正極集電タブ３０、電極群１３、負極集電タブ３１、負極リード２９、負極端子１５、及び負極短絡リード２２からなる閉回路が形成される。これにより、外装缶１９内で正極の活物質と負極の活物質とが短絡することを防ぐことができる。
When the negative electrode short-
以下、上記の二次電池の正極、負極、セパレータ、及び非水電解質について説明する。 Hereinafter, the positive electrode, the negative electrode, the separator, and the nonaqueous electrolyte of the secondary battery will be described.
（１）正極
正極は、例えば、正極活物質を含むスラリーをアルミニウム箔もしくはアルミニウム合金箔からなる集電体に塗着することにより作製される。正極活物質としては、特に限定されるものではないが、リチウムを吸蔵放出できる酸化物や硫化物、ポリマーなどが使用できる。好ましい活物質としては、高い正極電位が得られるリチウムマンガン複合酸化物、リチウムニッケル複合酸化物、リチウムコバルト複合酸化物、リチウム燐酸鉄等が挙げられる。
(1) Positive electrode A positive electrode is produced by applying the slurry containing a positive electrode active material to the electrical power collector which consists of aluminum foil or aluminum alloy foil, for example. Although it does not specifically limit as a positive electrode active material, The oxide, sulfide, polymer, etc. which can occlude / release lithium can be used. Preferable active materials include lithium manganese composite oxide, lithium nickel composite oxide, lithium cobalt composite oxide, lithium iron phosphate, and the like that can obtain a high positive electrode potential.
（２）負極
負極は、負極活物質を含むスラリーをアルミニウム箔もしくはアルミニウム合金箔からなる集電体に塗着することにより作製される。負極活物質としては、特に限定されるものではないが、リチウムを吸蔵放出できる金属酸化物、金属硫化物、金属窒化物、合金等が使用でき、好ましくは、リチウムイオンの吸蔵放出電位が金属リチウム電位に対して０．４Ｖ以上貴となる物質である。このようなリチウムイオン吸蔵放出電位を有する負極活物質は、アルミニウムもしくはアルミニウム合金とリチウムとの合金反応を抑えられることから、負極集電体および負極関連構成部材へのアルミニウムもしくはアルミニウム合金の使用を可能とする。たとえば、チタン酸化物、チタン酸リチウムのようなリチウムチタン複合酸化物、タングステン酸化物、アモルファススズ酸化物、スズ珪素酸化物、酸化珪素などがあり、中でもリチウムチタン複合酸化物が好ましい。
(2) Negative electrode The negative electrode is produced by applying a slurry containing a negative electrode active material to a current collector made of an aluminum foil or an aluminum alloy foil. The negative electrode active material is not particularly limited, and metal oxides, metal sulfides, metal nitrides, alloys, and the like that can occlude and release lithium can be used. Preferably, the lithium ion occlusion and release potential is metal lithium. It is a substance that becomes noble 0.4V or more with respect to potential. Since the negative electrode active material having such a lithium ion storage / release potential can suppress the alloy reaction between aluminum or an aluminum alloy and lithium, it is possible to use aluminum or an aluminum alloy for a negative electrode current collector and a negative electrode related component. And For example, there are titanium oxide, lithium titanium composite oxide such as lithium titanate, tungsten oxide, amorphous tin oxide, tin silicon oxide, silicon oxide, etc. Among them, lithium titanium composite oxide is preferable.
（３）セパレータ
セパレータは、絶縁性を有するものであれば特に限定されないが、ポリオレフィン、セルロース、ポリエチレンテレフタレート、及びビニロンのようなポリマーで作られた多孔質フィルム又は不織布を用いることができる。セパレータの材料は１種類であってもよく、或いは、２種類以上を組合せて用いてもよい。
(3) Separator The separator is not particularly limited as long as it has insulating properties, but a porous film or a nonwoven fabric made of a polymer such as polyolefin, cellulose, polyethylene terephthalate, and vinylon can be used. One type of separator material may be used, or two or more types may be used in combination.
（４）非水電解質
電解液は、非水溶媒に電解質（例えば、リチウム塩）を溶解させることにより調製された非水電解液が用いられる。非水溶媒としては、例えば、エチレンカーボネート（ＥＣ）、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、ブチレンカーボネート（ＢＣ）、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）、エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）、γ−ブチロラクトン（γ−ＢＬ）、スルホラン、アセトニトリル、１，２−ジメトキシエタン、１，３−ジメトキシプロパン、ジメチルエーテル、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）、２−メチルテトラヒドロフラン等を挙げることができる。非水溶媒は、単独で使用しても、２種以上混合して使用してもよい。電解質としては、例えば、過塩素酸リチウム（ＬｉＣｌＯ4）、六フッ過リン酸リチウム（ＬｉＰＦ6）、四フッ化ホウ酸リチウム（ＬｉＢＦ4）、六フッ化砒素リチウム（ＬｉＡｓＦ6）、トリフルオロメタスルホン酸リチウム（ＬｉＣＦ3ＳＯ3）等のリチウム塩を挙げることができる。電解質は単独で使用しても、２種以上混合して使用してもよい。電解質の非水溶媒に対する溶解量は、０．２ｍｏｌ／Ｌ〜３ｍｏｌ／Ｌとすることが望ましい。
(4) Nonaqueous electrolyte As the electrolytic solution, a nonaqueous electrolytic solution prepared by dissolving an electrolyte (for example, a lithium salt) in a nonaqueous solvent is used. Examples of the non-aqueous solvent include ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), butylene carbonate (BC), dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), ethyl methyl carbonate (EMC), γ-butyrolactone (γ -BL), sulfolane, acetonitrile, 1,2-dimethoxyethane, 1,3-dimethoxypropane, dimethyl ether, tetrahydrofuran (THF), 2-methyltetrahydrofuran and the like. Nonaqueous solvents may be used alone or in combination of two or more. Examples of the electrolyte include lithium perchlorate (LiClO4), lithium hexafluorophosphate (LiPF6), lithium tetrafluoroborate (LiBF4), lithium arsenic hexafluoride (LiAsF6), lithium trifluorometasulfonate ( Lithium salts such as LiCF3SO3) can be mentioned. The electrolyte may be used alone or in combination of two or more. The amount of electrolyte dissolved in the non-aqueous solvent is desirably 0.2 mol / L to 3 mol / L.
図４は、外力検出部４０の一例を示す。図４は、複数枚の金属板を有する圧力センサを備えた外力検出部４０の例を示す。 FIG. 4 shows an example of the external force detection unit 40. FIG. 4 shows an example of the external force detection unit 40 including a pressure sensor having a plurality of metal plates.
図４の例によると、外力検出部４０は、絶縁体４０Ａ、第１の金属板４０Ｂ、第２の金属板４０Ｃ、スペーサ４０Ｄ、及び抵抗値検出部４０Ｅを備える。絶縁体４０Ａ、第１の金属板４０Ｂ、及び第２の金属板４０Ｃは、六面体として構成されている二次電池群１ａのいずれかの面に設置される。
According to the example of FIG. 4, the external force detection unit 40 includes an
絶縁体４０Ａ、第１の金属板４０Ｂ、及び第２の金属板４０Ｃは、内側（二次電池群１ａに接する側）から絶縁体４０Ａ、第２の金属板４０Ｃ、第１の金属板４０Ｂ、絶縁体４０Ａの順で重ねられて設置されている。
The
絶縁体４０Ａは、電気抵抗の大きい絶縁体である。絶縁体４０Ａは、第１の金属板４０Ｂ、及び第２の金属板４０Ｃが二次電池１０の外装缶１９または組電池１の外装などに接触しないように設けられている。第１の金属板４０Ｂ、及び第２の金属板４０Ｃは、それぞれ導電性の金属である。
The
また、第１の金属板４０Ｂと第２の金属板４０Ｃとの間にスペーサ４０Ｄが設置されている。スペーサ４０Ｄは、第１の金属板４０Ｂと第２の金属板４０Ｃとが互いに接触しないように第１の金属板４０Ｂと第２の金属板４０Ｃとの間に所定間隔の空間を作る為の部材である。スペーサ４０Ｄは、電気抵抗の大きい絶縁体であることが望ましい。
Further, a
第１の金属板４０Ｂと第２の金属板４０Ｃとは、組電池１に外力が加えられていない場合、互いに接触しないように設けられている。また、組電池１に外力が加えられた場合、第１の金属板４０Ｂ及び／または第２の金属板４０Ｃが変形し、第１の金属板４０Ｂと第２の金属板４０Ｃとが接触する。
The first metal plate 40B and the
抵抗値検出部４０Ｅは、第１の金属板４０Ｂと第２の金属板４０Ｃとの間の抵抗値を検出する。抵抗値検出部４０Ｅは、検出した抵抗値を二次電池群１ａ内の各二次電池１０の制御部３５に送信する。
The resistance
例えば、第１の金属板４０Ｂと第２の金属板４０Ｃとが接触していない場合、第１の金属板４０Ｂと第２の金属板４０Ｃとの間に空間及び電気抵抗の大きいスペーサ４０Ｄが設置されている為、第１の金属板４０Ｂと第２の金属板４０Ｃとの間の抵抗値が大きい。これに対して、第１の金属板４０Ｂと第２の金属板４０Ｃとが接触している場合、第１の金属板４０Ｂ及び第２の金属板４０Ｃが導電性の金属である為、第１の金属板４０Ｂと第２の金属板４０Ｃとの間の抵抗値が小さくなる。
For example, when the first metal plate 40B and the
制御部３５は、上記のように第１の金属板４０Ｂと第２の金属板４０Ｃとの間の抵抗値の変化を認識することにより、組電池１に外力が加えられたか否かを判断する。即ち、制御部３５では、第１の金属板４０Ｂと第２の金属板４０Ｃとが接触していない場合の抵抗値と、第１の金属板４０Ｂと第２の金属板４０Ｃとが接触している場合の抵抗値との間の値が閾値として設定されている。制御部３５は、抵抗値検出部４０Ｅから出力された抵抗値が閾値以下であるか否かに基づいて、第１の金属板４０Ｂと第２の金属板４０Ｃとが接触しているか否か判断することができる。これにより、制御部３５は、複数の二次電池１０を有する組電池１に外力が加えられたことを検知することができる。
The
なお、絶縁体４０Ａ、第１の金属板４０Ｂ、及び第２の金属板４０Ｃは、六面体として構成されている二次電池群１ａの全ての面、または複数の面に設置されていてもよい。この場合、第１の金属板４０Ｂと第２の金属板４０Ｃとのセット毎に抵抗値検出部４０Ｅが設置される。
Note that the
また、抵抗値検出部４０Ｅは、複数の第１の金属板４０Ｂと第２の金属板４０Ｃとのセットの抵抗値の検出値を時分割で制御部３５に送信する構成であってもよい。この場合１つの抵抗値検出部４０Ｅで複数の第１の金属板４０Ｂと第２の金属板４０Ｃとのセットの抵抗値を制御部３５に送信することができる。
The resistance
図５は、外力検出部４０の他の例を示す。図５は、ひずみゲージを有する圧力センサを備えた外力検出部４０の例を示す。 FIG. 5 shows another example of the external force detector 40. FIG. 5 shows an example of the external force detector 40 including a pressure sensor having a strain gauge.
図５の例によると、外力検出部４０は、ひずみゲージ４０Ｆを備える。ひずみゲージ４０Ｆは、変形した場合に抵抗値が変化する素材により形成されたモジュールである。例えば、金属材料は、金属固有の抵抗値を有する。この抵抗値は、金属材料の変形（伸びまたは縮み）により変化する。外力検出部４０は、ひずみゲージ４０Ｆの抵抗値の変化を検出することにより、外力を検出することができる。ひずみゲージ４０Ｆは、六面体として構成されている二次電池群１ａのいずれかの面に設置される。
According to the example of FIG. 5, the external force detection unit 40 includes a
抵抗値検出部４０Ｅは、ひずみゲージ４０Ｆの抵抗値を検出する。抵抗値検出部４０Ｅは、検出した抵抗値を二次電池群１ａ内の各二次電池１０の制御部３５に送信する。
The resistance
例えば、ひずみゲージ４０Ｆが変形して伸びる場合、ひずみゲージ４０Ｆが変形していない場合に比べてひずみゲージ４０Ｆの抵抗値が大きくなる。また、ひずみゲージ４０Ｆが変形して縮む場合、ひずみゲージ４０Ｆが変形していない場合に比べてひずみゲージ４０Ｆの抵抗値が小さくなる。
For example, when the
制御部３５は、上記のようにひずみゲージ４０Ｆの抵抗値の変化を認識することにより、組電池１に外力が加えられたか否かを判断する。即ち、制御部３５では、ひずみゲージ４０Ｆが変形していない場合の抵抗値と、ひずみゲージ４０Ｆが変形している場合の抵抗値との間の値が閾値として設定されている。制御部３５は、抵抗値検出部４０Ｅから出力された抵抗値が閾値の範囲外であるか否かに基づいて、ひずみゲージ４０Ｆが変形しているか否か判断することができる。これにより、制御部３５は、複数の二次電池１０を有する組電池１に外力が加えられたことを検知することができる。
The
なお、ひずみゲージ４０Ｆは、六面体として構成されている二次電池群１ａの全ての面、または複数の面に設置されていてもよい。また、１つの面に複数のひずみゲージ４０Ｆが設けられていてもよい。この場合、ひずみゲージ４０Ｆ毎に抵抗値検出部４０Ｅが設置される。
In addition, the
また、抵抗値検出部４０Ｅは、複数のひずみゲージ４０Ｆの抵抗値の検出値を時分割で制御部３５に送信する構成であってもよい。この場合１つの抵抗値検出部４０Ｅで複数のひずみゲージ４０Ｆの抵抗値を制御部３５に送信することができる。
Moreover, the structure which transmits the detected value of the resistance value of the some
上記したように、組電池１は、複数の二次電池１０と、複数の二次電池により構成された二次電池群１ａに加えられた外力を検出する外力検出部４０を備える。また、各二次電池１０は、それぞれの正極と負極とを短絡させるスイッチ１１と、スイッチを制御する制御部３５とを備える。外力検出部４０は、外力検出信号を各制御部３５に逐次送信する。制御部３５は、外力検出信号に基づいて二次電池群１ａに外力が加えられたか否か判断する。制御部３５は、二次電池群１ａに外力が加えられたと判断した場合、二次電池１０のスイッチ１１をＯＮし、二次電池１０の正極と負極とを短絡させる。
As described above, the assembled battery 1 includes the plurality of
これにより、組電池１は、二次電池群１ａに外力が加えられた場合に、直接外力が加えられていない二次電池１０の正極と負極とを短絡させることができる。この結果、安全性の高い組電池を提供することができる。
Thereby, the assembled battery 1 can short-circuit the positive electrode and the negative electrode of the
なお、上記した実施形態では、制御部３５は、外力検出部４０から外力検出信号として送信された抵抗値が予め設定された閾値を超えた場合、二次電池１０の正極と負極とを短絡させる構成であると説明したが、この構成に限定されない。この構成によると、制御部３５は、例えば、圧壊ではなく、一時的な衝撃が組電池１に加えられた場合に組電池１内の全ての二次電池１０の正極と負極とを短絡させてしまう可能性がある。そこで、制御部３５は、一定時間以上外力が組電池１に加えられたことを認識した場合に二次電池１０の正極と負極とを短絡させる構成であってもよい。
In the above-described embodiment, the
図６は、外力検出部４０から出力された抵抗値の例を示す。図６Ａは、一時的な衝撃が組電池１に加えられた場合に外力検出部４０から出力された抵抗値の例を示す。図６Ｂは、組電池１が圧壊する外力が組電池１に加えられた場合に外力検出部４０から出力された抵抗値の例を示す。 FIG. 6 shows an example of the resistance value output from the external force detection unit 40. FIG. 6A shows an example of the resistance value output from the external force detection unit 40 when a temporary impact is applied to the assembled battery 1. FIG. 6B shows an example of the resistance value output from the external force detection unit 40 when an external force that collapses the assembled battery 1 is applied to the assembled battery 1.
図６Ａに示されるように、一時的な衝撃が組電池１に加えられた場合、閾値以上の抵抗値が検出される時間ｔ１が短い。これは、外力により変形した圧力センサが元に戻る為である。このような場合、組電池１内の各二次電池１０が正常に動作する為、制御部３５は、二次電池１０の正極と負極とを短絡させない。
As shown in FIG. 6A, when a temporary impact is applied to the assembled battery 1, the time t <b> 1 for detecting a resistance value equal to or higher than the threshold is short. This is because the pressure sensor deformed by the external force returns. In such a case, since each
また、図６Ｂに示されるように、組電池１が圧壊する外力が組電池１に加えられた場合、値が検出される時間ｔ２がｔ１に比べて長い。これは、外力により変形した圧力センサが元に戻らずに変形したままの状態になる為である。このような場合、外装缶１９内で正極の活物質と負極の活物質とが短絡する可能性がある為、制御部３５は、二次電池１０の正極と負極とを短絡させる。
Further, as shown in FIG. 6B, when an external force that collapses the assembled battery 1 is applied to the assembled battery 1, the time t2 during which the value is detected is longer than t1. This is because the pressure sensor deformed by the external force remains in a deformed state without returning to its original state. In such a case, there is a possibility that the active material of the positive electrode and the active material of the negative electrode are short-circuited in the
具体的には、制御部３５は、外力検出部４０により閾値以上の抵抗値が検出された時間をカウントする。制御部３５は、カウントした時間があらかじめ設定された時間（閾値）以上である場合、組電池１が圧壊する外力が組電池１に加えられたと判断する。この場合、制御部３５は、スイッチ１１をＯＮし、二次電池１０の正極と負極とを短絡させる。 即ち、制御部３５は、予め設定された閾値以上の抵抗値が予め設定された時間以上外力検出部４０で検出され続けた場合、スイッチ１１をＯＮし、二次電池１０の正極と負極とを短絡させる。
Specifically, the
これにより、組電池１は、一時的な衝撃が加えられた場合に二次電池１０の正極と負極とを短絡させず、且つ、組電池１が圧壊する外力が組電池１に加えられた場合に二次電池１０の正極と負極とを短絡させることができる。この結果、安全性と利便性の高い組電池を提供することができる。
Thereby, the assembled battery 1 does not short-circuit the positive electrode and the negative electrode of the
また、制御部３５は、加速度検出部５０から出力された加速度検出信号に基づいて、組電池１が圧壊する外力が組電池１に加えられたか否か判断する構成であってもよい。
Further, the
例えば、制御部３５は、外力検出部４０から外力検出信号として送信された抵抗値が予め設定された閾値以上であり、且つ加速度検出部５０から加速度検出信号として送信された加速度が予め設定された閾値以上である場合、組電池１が圧壊する外力が組電池１に加えられたと判断する。即ち、制御部３５は、組電池１の速度が大きく変化し、且つ組電池１に対して外力が加えられたことを認識した場合、組電池１が圧壊する外力が組電池１に加えられたと判断する。この場合、制御部３５は、スイッチ１１をＯＮし、二次電池１０の正極と負極とを短絡させる。
For example, in the
これにより、組電池１は、組電池１が静止している状態で外力が加えられた場合に二次電池１０の正極と負極とを短絡させず、且つ、組電池１の速度の変化が大きい状態で外力が加えられた場合に二次電池１０の正極と負極とを短絡させることができる。この結果、安全性と利便性の高い組電池を提供することができる。
Thereby, the assembled battery 1 does not short-circuit the positive electrode and the negative electrode of the
なお、上記の実施形態では、各二次電池１０が制御部３５を備える構成であると説明したが、この構成に限定されない。組電池１が１つの制御部３５を備え、この制御部３５が各二次電池１０のスイッチ１１を制御する構成であってもよい。
In the above embodiment, each
また、上記の実施形態では、スイッチ１１は、駆動体３２の動作を制限する締結機構３３を加熱部３４が溶断することにより駆動体３２を動作させて正極短絡リード２１と負極短絡リード２２とを短絡させる構成であると説明したが、この構成に限定されない。スイッチ１１は、制御部３５の制御に応じて正極短絡リード２１と負極短絡リード２２とを短絡させる構成であれば如何なるものであってもよい。
Further, in the above embodiment, the
なお、上記の実施形態では、外力検出部４０は、第１の金属板４０Ｂと第２の金属板４０Ｃとの間の抵抗値を検出する抵抗値検出部４０Ｅを備えると説明したが、この構成に限定されない。抵抗値検出部４０Ｅの機能を二次電池群１ａ内の各二次電池１０の制御部３５が備える構成であってもよい。また、この場合、抵抗値検出部４０Ｅは、省略されてもよい。抵抗値検出部４０Ｅの機能を二次電池群１ａ内の各二次電池１０の制御部３５が備える場合、制御部３５は、第１の金属板４０Ｂと第２の金属板４０Ｃとに接続される。制御部３５は、第１の金属板４０Ｂと第２の金属板４０Ｃとの間の抵抗値を逐次検出する。
In the above embodiment, the external force detection unit 40 has been described as including the resistance
さらに、制御部３５は、第１の金属板４０Ｂと第２の金属板４０Ｃとの間の抵抗値の変化を認識することにより、組電池１に外力が加えられたか否かを判断する。制御部３５は、第１の金属板４０Ｂと第２の金属板４０Ｃとの間の抵抗値が閾値以下であるか否かに基づいて、第１の金属板４０Ｂと第２の金属板４０Ｃとが接触しているか否か判断する。これにより、制御部３５は、複数の二次電池１０を有する組電池１に外力が加えられたことを検知する。
Further, the
制御部３５は、第１の金属板４０Ｂと第２の金属板４０Ｃとの間の抵抗値が閾値以下であると判断した場合、組電池１に外力が加えられたことを検知する。制御部３５は、第１の金属板４０Ｂと第２の金属板４０Ｃとの間の抵抗値が閾値以下であると判断した場合、すなわち、組電池１に外力が加えられたことを検知した場合、加熱部３４に電圧を印加する。これにより、制御部３５は、組電池１に外力が加えられた場合に加熱部３４により締結機構３３の領域３３ａにジュール熱を加えさせることができる。これにより、締結機構３３の領域３３ａを融解され、締結機構３３が領域３３ａにおいて切断される。この結果、駆動体３２は、自身の応力によって、正極短絡リード２１を上方向に押し上げられ、正極短絡リード２１と負極短絡リード２２とが接触して短絡する。即ち、スイッチ１１がＯＮになる。
When it is determined that the resistance value between the first metal plate 40B and the
このような構成によっても、組電池１は、組電池１が静止している状態で外力が加えられた場合に二次電池１０の正極と負極とを短絡させず、且つ、組電池１の速度の変化が大きい状態で外力が加えられた場合に二次電池１０の正極と負極とを短絡させることができる。この結果、安全性と利便性の高い組電池を提供することができる。
Even in such a configuration, the assembled battery 1 does not short-circuit the positive electrode and the negative electrode of the
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
以下、本出願の出願当初の特許請求の範囲に記載された事項を付記する。
（付記項１）
複数の二次電池と、
外力を検出する外力検出部と、
を具備し、
前記各二次電池は、
正極及び負極が重ねられて捲回された電極群と、
前記電極群の正極に接続された正極端子と、
前記電極群の負極に接続された負極端子と、
前記外力検出部により外力が検出された場合、前記正極端子と前記負極端子とを短絡させるスイッチと、
をそれぞれ具備する、組電池。
（付記項２）
前記外力検出部は、前記複数の二次電池が組み合わされた二次電池群に対して加えられた外力を検出する付記項１に記載の組電池。
（付記項３）
前記外力検出部は、
前記二次電池群が有する面に設置され、間に空間が設けられた複数の金属板と、
前記複数の金属板間の抵抗値を検出する抵抗値検出部と、
を具備し、
前記スイッチは、前記抵抗値検出部により検出された抵抗値が予め設定された閾値以下である場合、前記正極端子と前記負極端子とを短絡させる、
付記項２に記載の組電池。
（付記項４）
前記スイッチは、前記抵抗値検出部により前記閾値以下の抵抗値が検出された時間が予め設定された閾値以上である場合に前記正極端子と前記負極端子とを短絡させる付記項３に記載の組電池。
（付記項５）
前記組電池の加速度を検出する加速度検出部をさらに具備し、
前記スイッチは、前記抵抗値検出部により前記閾値以下の抵抗値が検出され、且つ前記加速度検出部により予め設定された閾値以上の加速度が検出された場合に前記正極端子と前記負極端子とを短絡させる付記項３に記載の組電池。
（付記項６）
前記外力検出部は、
前記二次電池群が有する面に設置されたひずみゲージと、
前記ひずみゲージの抵抗値を検出する抵抗値検出部と、
を具備し、
前記スイッチは、前記抵抗値検出部により検出された抵抗値が予め設定された閾値範囲外である場合、前記正極端子と前記負極端子とを短絡させる、
付記項２に記載の組電池。
（付記項７）
前記スイッチは、前記抵抗値検出部により前記閾値範囲外の抵抗値が検出された時間が予め設定された閾値以上である場合に前記正極端子と前記負極端子とを短絡させる付記項６に記載の組電池。
（付記項８）
前記組電池の加速度を検出する加速度検出部をさらに具備し、
前記スイッチは、前記抵抗値検出部により前記閾値範囲外の抵抗値が検出され、且つ前記加速度検出部により予め設定された閾値以上の加速度が検出された場合に前記正極端子と前記負極端子とを短絡させる付記項６に記載の組電池。
Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.
The matters described in the claims at the beginning of the filing of the present application will be added.
(Additional item 1)
A plurality of secondary batteries;
An external force detector for detecting external force;
Comprising
Each of the secondary batteries is
An electrode group in which a positive electrode and a negative electrode are stacked and wound;
A positive terminal connected to the positive electrode of the electrode group;
A negative electrode terminal connected to the negative electrode of the electrode group;
When an external force is detected by the external force detector, a switch that short-circuits the positive terminal and the negative terminal,
Each of the battery packs.
(Appendix 2)
The assembled battery according to claim 1, wherein the external force detection unit detects an external force applied to a secondary battery group in which the plurality of secondary batteries are combined.
(Additional Item 3)
The external force detector is
A plurality of metal plates installed on the surface of the secondary battery group, with a space provided between them;
A resistance value detection unit for detecting a resistance value between the plurality of metal plates;
Comprising
The switch short-circuits the positive electrode terminal and the negative electrode terminal when the resistance value detected by the resistance value detection unit is equal to or less than a preset threshold value;
The assembled battery according to Additional Item 2.
(Appendix 4)
The group according to claim 3, wherein the switch short-circuits the positive electrode terminal and the negative electrode terminal when a time when a resistance value equal to or less than the threshold is detected by the resistance value detection unit is equal to or greater than a preset threshold. battery.
(Appendix 5)
An acceleration detector for detecting the acceleration of the battery pack;
The switch short-circuits the positive electrode terminal and the negative electrode terminal when a resistance value equal to or lower than the threshold value is detected by the resistance value detection unit and an acceleration equal to or higher than a preset threshold value is detected by the acceleration detection unit. The assembled battery according to Supplementary Item 3.
(Appendix 6)
The external force detector is
A strain gauge installed on the surface of the secondary battery group;
A resistance value detection unit for detecting a resistance value of the strain gauge;
Comprising
When the resistance value detected by the resistance value detection unit is outside a preset threshold range, the switch short-circuits the positive terminal and the negative terminal.
The assembled battery according to Additional Item 2.
(Appendix 7)
The switch according to
(Appendix 8)
An acceleration detector for detecting the acceleration of the battery pack;
The switch connects the positive electrode terminal and the negative electrode terminal when a resistance value outside the threshold range is detected by the resistance value detection unit and an acceleration equal to or higher than a preset threshold value is detected by the acceleration detection unit. The assembled battery according to
１…組電池、１ａ…二次電池群、１０…二次電池、１１…スイッチ、１３…電極群、１４…正極端子、１５…負極端子、１９…外装缶、２１…正極短絡リード、２２…負極短絡リード、２３…スペーサ、２４…キャップ、２８…正極リード、２９…負極リード、３０…正極集電タブ、３１…負極集電タブ、３２…駆動体、３３…締結機構、３４…加熱部、３５…制御部、４０…外力検出部、４０Ａ…絶縁体、４０Ｂ…第１の金属板、４０Ｃ…第２の金属板、４０Ｄ…スペーサ、４０Ｅ…抵抗値検出部、４０Ｆ…ひずみゲージ、５０…加速度検出部。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Assembly battery, 1a ... Secondary battery group, 10 ... Secondary battery, 11 ... Switch, 13 ... Electrode group, 14 ... Positive electrode terminal, 15 ... Negative electrode terminal, 19 ... Exterior can, 21 ... Positive electrode short circuit lead, 22 ... Negative electrode short-circuit lead, 23 ... Spacer, 24 ... Cap, 28 ... Positive electrode lead, 29 ... Negative electrode lead, 30 ... Positive electrode current collecting tab, 31 ... Negative electrode current collecting tab, 32 ... Driver, 33 ... Fastening mechanism, 34 ... Heating part , 35 ... control unit, 40 ... external force detection unit, 40A ... insulator, 40B ... first metal plate, 40C ... second metal plate, 40D ... spacer, 40E ... resistance value detection unit, 40F ... strain gauge, 50 ... Acceleration detector.
Claims (8)
外力を検出する外力検出部と、
前記外力検出部での検出結果に基づいて制御を行う制御部と、
を具備し、
前記各二次電池は、
正極及び負極が重ねられて捲回された電極群と、
前記電極群の正極に接続された正極端子と、
前記電極群の負極に接続された負極端子と、
前記正極端子と前記負極端子とを短絡させることが可能なスイッチと、
をそれぞれ具備し、
前記制御部は、前記外力検出部により外力が検出された場合、全ての前記二次電池において、前記スイッチによって前記正極端子と前記負極端子とを短絡させる、組電池。 A plurality of secondary batteries;
An external force detector for detecting external force;
A control unit that performs control based on a detection result in the external force detection unit;
Comprising
Each of the secondary batteries is
An electrode group in which a positive electrode and a negative electrode are stacked and wound;
A positive terminal connected to the positive electrode of the electrode group;
A negative electrode terminal connected to the negative electrode of the electrode group;
A switch capable of short-circuiting the said negative terminal and said positive terminal,
Each with
When the external force is detected by the external force detection unit, the control unit short-circuits the positive electrode terminal and the negative electrode terminal by the switch in all the secondary batteries.
前記二次電池群が有する面に設置され、間に空間が設けられた複数の金属板と、
前記複数の金属板間の抵抗値を検出する抵抗値検出部と、
を具備し、
前記制御部は、前記抵抗値検出部により検出された抵抗値が予め設定された閾値以下である場合、全ての前記二次電池において、前記スイッチによって前記正極端子と前記負極端子とを短絡させる、
請求項２に記載の組電池。 The external force detector is
A plurality of metal plates installed on the surface of the secondary battery group, with a space provided between them;
A resistance value detection unit for detecting a resistance value between the plurality of metal plates;
Comprising
The control unit , when the resistance value detected by the resistance value detection unit is equal to or less than a preset threshold value, in all the secondary batteries, the positive electrode terminal and the negative electrode terminal are short-circuited by the switch ,
The assembled battery according to claim 2.
前記制御部は、前記抵抗値検出部により前記閾値以下の抵抗値が検出され、且つ前記加速度検出部により予め設定された閾値以上の加速度が検出された場合に、全ての前記二次電池において、前記スイッチによって前記正極端子と前記負極端子とを短絡させる請求項３に記載の組電池。 An acceleration detector for detecting the acceleration of the battery pack;
In the secondary battery, when the resistance value detection unit detects a resistance value equal to or lower than the threshold value and the acceleration detection unit detects acceleration equal to or higher than a preset threshold value, the control unit The assembled battery according to claim 3, wherein the positive electrode terminal and the negative electrode terminal are short-circuited by the switch .
前記二次電池群が有する面に設置されたひずみゲージと、
前記ひずみゲージの抵抗値を検出する抵抗値検出部と、
を具備し、
前記制御部は、前記抵抗値検出部により検出された抵抗値が予め設定された閾値範囲外である場合、全ての前記二次電池において、前記スイッチによって前記正極端子と前記負極端子とを短絡させる、
請求項２に記載の組電池。 The external force detector is
A strain gauge installed on the surface of the secondary battery group;
A resistance value detection unit for detecting a resistance value of the strain gauge;
Comprising
The control unit , when the resistance value detected by the resistance value detection unit is outside a preset threshold range, causes the positive electrode terminal and the negative electrode terminal to be short-circuited by the switch in all the secondary batteries. ,
The assembled battery according to claim 2.
前記制御部は、前記抵抗値検出部により前記閾値範囲外の抵抗値が検出され、且つ前記加速度検出部により予め設定された閾値以上の加速度が検出された場合に、全ての前記二次電池において、前記スイッチによって前記正極端子と前記負極端子とを短絡させる請求項６に記載の組電池。 An acceleration detector for detecting the acceleration of the battery pack;
When the resistance value detection unit detects a resistance value outside the threshold range, and the acceleration detection unit detects an acceleration equal to or higher than a preset threshold value , all the secondary batteries have the control unit. The assembled battery according to claim 6, wherein the positive electrode terminal and the negative electrode terminal are short-circuited by the switch .
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