专利名称：电池系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种具备电池组的电池系统。
背景技术：
二次电池中代表性地具有卷绕型和层叠型两种，任一种都具有电极板(正极板和负极板)夹着作为绝缘体的隔板层叠而成的结构(以下称为层叠电极体)。卷绕型的二次电池是一个片状的正极板和一个片状的负极板夹着隔板进行层叠后，使其形成圆形而收纳在电池容器内的结构。另外，层叠型的二次电池是多个片状的正极板和多个片状的负极板分别夹着隔板而顺次层叠后，不使其形成圆形而收纳在电池容器内的结构。另外，构成电池容器的部件是具有开口的容器主体和塞住该开口的盖，将层叠电极体收纳于容器主体的内部后，由盖塞住该开口，从而密封电池容器。
上述二次电池能够反复进行充放电，但是若反复进行充放电，则电池容器有时会因内部的电极板的膨胀或电解液的分解等而膨胀。电池容器的膨胀可能成为二次电池产生故障的预兆，所以需要适时地检测该膨胀，防止二次电池产生故障。
因此，人们开发有以下的电池系统等:在二次电池的表面具备按钮开关或变形检测器等特别的器具，根据它们被相邻的二次电池等压迫这一情况来检知该膨胀(参照专利文献I和2)。
专利文献1:日本特开平6 - 52901号公报
专利文献2:国际公开第2002/099922号发明内容
但是，专利文献1、2中记载这样的、将用于检测电池容器的膨胀的按钮开关或变形检测器等特别的器具新设置于电池容器内需要专用电路等，所以将成为复杂的结构，并且招致成本增加。
本发明是鉴于上述问题而作出的，其目的在于提供一种不会招致成本增加且结构简单，能够容易检知构成电池组的二次电池的电池容器的膨胀的电池系统。
为了解决上述问题，本发明的第I方式的电池系统具有:第I 二次电池，其中，与第I电极端子和第2电极端子连接的层叠电极体收纳在第I电池槽中，且所述第I电极端子和所述第I电池槽经由第I导电路径电连接；第2 二次电池，其中，与第3电极端子和第4电极端子连接的层叠电极体收纳在第2电池槽中，且所述第3电极端子和所述第2电池槽经由第2导电路径电连接；第I电池槽电压传感器，计测所述第I电池槽的第I电压；第2电池槽电压传感器，计测所述第2电池槽的第2电压；以及控制装置，与所述第I电池槽电压传感器以及第2电池槽电压传感器计测到的所述第I电压以及第2电压对应的信息被输入该控制装置，所述控制装置在所述第I电压上升且所述第2电压与所述第I电压上升大致同时地下降的情况下，基于所述信息将膨胀检测信息激活。
根据上述结构，使用与分别配置于第I电池槽和第2电池槽的第I电池槽电压传感器和第2电池槽电压传感器所计测的电压对应的信息，控制装置通过将膨胀检测信息激活而能够容易识别电池槽的膨胀等导致的电池槽彼此接触等，所以不需要在电池槽上设置按钮开关或变形检测器等特别器具。
根据本发明，能够提供一种电池系统，不会招致成本增加且结构简单，容易检知构成电池组的二次电池的电池容器的膨胀。
图1是表示本发明的实施方式的电池系统的结构的框图。
图2是本发明的实施方式的电池系统中使用的二次电池的剖切图。
图3是表示本发明的实施方式的电池系统的各二次电池的排列的图。
图4A是表示排列的多个二次电池中相邻的两个二次电池的电池槽接触后的电气回路的不意图。
图4B是排列的多个二次电池中相邻的两个二次电池的电池槽接触后的电气回路。
图5是表示排列的多个二次电池中相邻的三个二次电池的电池槽全部接触后的电气回路的不意图。
具体实施方式
以下，参照
本发明的电池系统的一实施方式。图1是表示本实施方式的电池系统100的结构的框图。
本实施方式的电池系统100具备上位控制装置1、显示装置2、电力负载3以及电池模块4。电池模块4由电池组5和BMS (Battery Management System:电池管理系统)6构成。电池模块4形成为模块的形式，从而能够容易从电池系统100的外部进行更换。另外，上位控制装置1、显示装置2和电力负载3预先组装在电池系统100中。另外，在此有时也将上位控制装置I和BMS6 —并简称为控制装置。
本发明的电池系统100例如可以是将车轮连接于作为电力负载3的电动机的叉车等工业车辆、电车、或电动汽车等移动体、以及将螺旋桨或推进器连接于作为电力负载3的电动机的飞机或船等移动体。另外，电池系统100例如也可以是家庭用的电力储存系统、与风车、太阳光这种自然能发电相组合的系统联动平滑化蓄电系统等的定置用的系统。即、电池系统100是利用构成电池组的多个二次电池的电力充放电的系统。
电池模块4内的电池组5对电池系统100的电力负载3供给电力，由串联连接的二次电池7A 7D构成的臂(第I臂)和由串联连接的二次电池7E 7H构成的臂(第2臂)并列连接。
在构成电池组5的多个二次电池7A 7H，用于计测各二次电池的容器温度(电池槽温度)的温度传感器8A 8H和用于计测各二次电池的端子间电压(二次电池的正极端子和负极端子之间的电压)的电池电压传感器9A 9H与各个二次电池分别一一对应地配置。另外，在各臂，每个臂分别配置有一个对应的电流传感器10 — I和10 — 2，能够计测流经各臂的电流。
另外，在电池系统100中，电池容器是由铝等导电性的金属构成的电池槽。作为收纳层叠电极体的电池容器有塑料制成的或金属制成的等，但是电池槽的情况下，有时与上述层叠电极体一起被密封在电池槽内的电解液和电池槽的内壁反应而出现电池槽的变质或电池性能的降低。例如，使用了由铝系材料制造成的电池槽的锂离子二次电池的情况下，为了避免电池槽IlA IlH的内壁和被封入该电池槽的电解液反应而产生上述不良情况，与各个二次电池7A 7H对应地配置将设于各个二次电池7A 7H的后述的正极端子和与各个正极端子对应的电池槽IlA IlH电连接的大电阻(大约IkQ以上)的上拉电阻12A 12H。由这些上拉电阻形成导电路径，所以电池槽的电压与正极端子为大致相同的电压。并且，为了确认上拉电阻12A 12H的上述连接，计测各二次电池的电池槽电压(二次电池的负极端子和电池槽之间的电压)的电池槽电压传感器13A 13H与各个二次电池分别——对应地配置。
尽管未图示，但同样地，例如，使用了由铁系材料(包括铁的合金)制造成的电池槽的锂离子二次电池的情况下，将设于各个二次电池的负极端子和与各个负极端子对应的电池槽电连接的大电阻(大约IkQ以上)的下拉电阻与各个二次电池对应地配置。由这些下拉电阻形成导电路径，所以电池槽的电压与负极端子为大致相同的电压。并且，为了确认下拉电阻的上述连接,计测各二次电池的电池槽电压(二次电池的正极端子和电池槽之间的电压)的电池槽电压传感器与各个二次电池分别 对应地配置。
另外，电池槽电压传感器可以是所谓的电压计，也可以是表示槽电压为基准电压以上或以下的比较器等。
另外，由于电池容器为电池槽，所以为了防止层叠电极体与电池槽的内壁之间的电接触，在层叠电极体与电池槽的内壁之间配置塑料制的绝缘片等。
由该各种传感器计测且输出的计测信息(与电池槽温度、各臂的电流值、各二次电池的端子间电压的值(端子间电压值)和电池槽电压的值(电池槽电压值)对应的信息)被输入 BMS6。
具体地，与构成第I臂的各二次电池7A 7D分别对应地配置的温度传感器8A 8D、电池电压传感器9A 9D、电池槽电压传感器13A 13D以及与第I臂对应地配置的电流传感器10 -1所计测的各个计测信息经由总线输入给与第I臂对应并配置在BMS6内的CMU14 -1。同样地、与构成第2臂的各二次电池7E 7H分别对应地配置的温度传感器8E 8H、电池电压传感器9E 9H、电池槽电压传感器13E 13H以及与第2臂对应地配置的电流传感器10 - 2所计测的各个计测信息经由总线输入给与第2臂对应并配置在BMS6内的 CMU14 - 2。
并且，输入CMU14 — I和14 一 2的上述计测信息被适时从这些CMU输出并输入给BMU150
在输入了上述计测信息的BMU15中，将与上述计测信息对应的信息以及使用这些计测信息在BMU15内运算所得到的各二次电池的充电率(SOC)的相关信息、膨胀检测信息(后述)等相关信息适时地向上位控制装置I发送。
上位控制装置I根据用户或操作员的指示(例如用户对加速踏板的踏入量)而控制电力负载3，并且接收从BMS6发送的上述相关信息，并控制显示装置2而使显示装置2适当显示该相关信息。另外，上位控制装置I在判断为上述相关信息为异常值的情况下，使内置于显示装置2的异常灯点亮等，并且使内置于显示装置2的蜂鸣器等音响装置等动作而鸣响警报，通过光和声来刺激视觉和听觉，促进用户等的注意。
显示装置2例如是具备上述音响装置的液晶面板等监视器，基于来自上位控制装置I的控制来进行构成电池组5的多个各二次电池7A 7H的上述相关信息的显示等。
电力负载3例如是与电动汽车的车轮连接的电动机或逆变器等电力转换器。电力负载3也可以是驱动刮水器等的电动机。
另外，在此，电池组5的结构是串联连接四个二次电池而形成一个臂，共计两个臂并联连接的结构。但是，与各臂连接的二次电池的个数、以及臂的个数只要是二次电池至少两个以上的结构，则任何设计皆可。这是因为，如后面所述，本电池系统100中为了进行电池槽的膨胀检测，使用了电池槽的二次电池需要至少两个以上。
接着，使用图2概括说明二次电池7A 7H的单体的结构。该各二次电池都是相同的结构，因而二次电池仅标注符号“7”,省略A H。同样地,与各二次电池7A 7H对应地配置的温度传感器8A 8H、电池电压传感器9A 9H、电池槽电压传感器13A 13H、上拉电阻12A 12H、以及各二次电池7A 7H的电池槽IlA IlH都在各二次电池中分别使用相同的结构。因此，图2中，电池槽和上拉电阻也分别仅标注符号“11”、“12”，省略A H来表示。
二次电池7是具备电极板(正极板和负极板)夹着作为多孔质绝缘体的隔板层叠而成的层叠电极体的二次电池，在此，以使用了在相互垂直的XYZ轴上具有边且为尺寸HX尺寸LX尺寸W的方形的电池槽的层叠型锂离子二次电池为例进行表示(其中，H > 0、L>0、W > O)。
在此，方形的电池槽11由铝系材料(例如A3000系等)形成。在电池槽11的一面(相当于盖)上，正极端子17和负极端子18分别以向电池槽11的内部贯通的状态配置。其中，以正极端子17和负极端子18不与电池槽11电接触的方式，在正极端子17和负极端子18与电池槽11之间配置有绝缘体16。另外，在电池槽11的该一面上设置有在一定值以上的压力下自我破坏的安全阀22，以防备电池槽11内部产生气体而导致电池槽11的内部的压力(内压)上升的情况。另外，在正极端子17与电池槽11之间连接有上拉电阻12，电池槽11的电压与正极端子17的电压大致相同。
在电池槽11的内部收纳有例如以高锰酸锂(L IMn2O 4)为活性物质的正极板20和例如以碳为活性物质的负极板21夹着隔板19而依次层叠成的层叠电极体。以该层叠电极体不接触电池槽11的壁面的方式在该层叠电极体与电池槽11之间配置绝缘片(未图示)。
规定量的电解液(未图示)也被注入电池槽11的内部。正极板20在电池槽11内部与正极端子17连接，负极板21在电池槽11内部与负极端子18连接。
另外，电池槽11在将层叠电极体和电解液收纳于内部的状态被密闭和密封。
接着，图3中表示构成一个臂的多个二次电池的排列结构。在此，代表性地表示排列构成第I臂的二次电池7A 7D所得到的结构。是从图2所示的形成有二次电池7的电极端子(正极端子17和负极端子18)的一面观察所得到的XY平面上的配置。另外，图3中，图不省略各二次电池的上拉电阻12、温度传感器8A 8D、电池电压传感器9A 9D和电池槽电压传感器13A 13D。
电池槽11膨胀了的情况下，其变形程度最大的是沿着图2那样配置的二次电池7的XZ平面的电池槽11的一面(电池槽11的各面中具有最宽面积的面、即尺寸LX尺寸H的面)的中央附近，所以以该一面在相邻的二次电池间分别相对的方式，相互隔开宽度t而进行排列配置(其中，t > O)。
并且，二次电池7A 7D以成为串联连接的方式，其各个电极端子由母线23适当地物理连接。母线23通过螺丝(未图示)固定于电极端子，所以各二次电池7A 7D通过母线23固定于上述被配置的相对位置，并收纳在容器24中。容器24的内壁的尺寸大致为尺寸LX (尺寸4W +尺寸3t) X尺寸H。
如上所述，各二次电池7A 7D通过母线23固定彼此相对的位置，但是若电池槽11内部产生气体等而使内压上升等，则上述中央附近膨胀、变形而接触相邻配置的二次电池的电池槽11。本发明的电池系统的电池槽的膨胀的检测利用该接触来进行。
因此，以在成为安全阀22被破坏的内压之前电池槽11的宽度W能够通过膨胀而变形为宽度(w + 2t)的方式适当设计宽度t的尺寸。
下面对电池系统100的电池槽11的膨胀的检测进行详细描述。图4是说明以下情况的图:图3那样配置在容器24内的二次电池7A 7D中，二次电池7A的电池槽IIA的内压上升等，由此电池槽IlA膨胀而接触相邻的二次电池7B的电池槽11B。二次电池7A中，在膨胀了的情况下，沿XZ平面的电池槽IIA的一个面能够以接触二次电池7B的电池槽IIB的方式膨胀，但是另一个面被容器24的内壁阻止膨胀。即、图4是相邻的两个二次电池7的电池槽11接触时的代表性说明图(关于三个二次电池7的电池槽11接触的情况后述)。
如图4A所示，若电池槽IlA膨胀而与电池槽IlB接触，则这两个电池槽之间产生导电路径。若将该导电路径用电气回路表示，则为以下结构:如图4B所示，在二次电池7A的正极端子和负极端子之间上拉电阻12A和上拉电阻12B串联连接且二次电池7B的正极端子与二次电池7A的负极端子连接。
因此，设上述接触之前由电池槽电压传感器13A计测的电压值为\、该接触之前由电池槽电压传感器13B计测的电压值为Vb、上拉电阻12A的电阻值为Ra、上拉电阻12B的电阻值为Rb、该接触后由电池槽电压传感器13A计测的电压值为Va '、该接触之前由电池槽电压传感器13B计测的电压值为Vb'，则V/与Vb'分别由以下的(I)式和(2)式表示。
式I
权利要求
1.一种电池系统，其特征在于，具有: 第I二次电池，与第I电极端子和第2电极端子连接的层叠电极体收纳于第I电池槽中，且所述第I电极端子和所述第I电池槽经由第I导电路径电连接； 第2 二次电池，与第3电极端子和第4电极端子连接的层叠电极体收纳于第2电池槽中，且所述第3电极端子和所述第2电池槽经由第2导电路径电连接； 第I电池槽电压传感器，计测所述第I电池槽的第I电压； 第2电池槽电压传感器，计测所述第2电池槽的第2电压；以及控制装置，与所述第I电池槽电压传感器以及第2电池槽电压传感器所计测的所述第I电压以及第2电压对应的信息被输入给该控制装置， 所述控制装置在所述第I电压上升且所述第2电压与所述第I电压的上升大致同时地下降的情况下基于所述信息将膨胀检测信息激活。
2.如权利要求1所述的电池系统，其特征在于， 所述第I电极端子以及第3电极端子为正极端子， 所述第2电极端子以及第4电极端子为负极端子， 所述第I导电路径以及第2导电路径由上拉电阻形成。
3.如权利要求1所述的电池系统，其特征在于， 所述第I电极端子以及第3电极端子为负极端子， 所述第2电极端子以及第4电极端子为正极端子， 所述第I导电路径以及第2导电路径由下拉电阻形成。
4.如权利要求1、2或3所述的电池系统，其特征在于，还具有: 第I温度传感器，计测所述第I电池槽的第I温度，并向所述控制装置输出与所述第I温度对应的信息；以及 第2温度传感器，计测所述第2电池槽的第2温度，并向所述控制装置输出与所述第2温度对应的信息， 所述控制装置判定为配置有输出了与所述第I温度和所述第2温度中的较高温度对应的信息的第I或第2温度传感器的第I或第2电池槽发生了膨胀。
5.如权利要求4所述的电池系统，其特征在于， 还具有显示装置， 所述控制装置在所述膨胀检测信息被激活的情况下使所述显示装置进行异常显示。
全文摘要
本发明提供一种电池系统，具有二次电池(7A)，与正极端子和负极端子连接的层叠电极体收纳在电池槽(11A)中，且正极端子和电池槽(11A)电连接；二次电池(7B)，与正极端子和负极端子连接的层叠电极体收纳在电池槽(11B)中，且正极端子和电池槽(11B)电连接；计测电池槽(11A)的第1电压的电池槽电压传感器(9A)、计测电池槽(11B)的第2电压的电池槽电压传感器(9B)、和被输入与电池槽电压传感器(9A、9B)所计测的第1以及第2电压对应的信息的BMU(15)，BMU(15)在第1电压上升且第2电压与第1电压上升大致同时地下降的情况下基于上述信息使膨胀检测信息激活。由此，能够不会招致成本增加且以简单的结构检知收容二次电池的电池槽有没有膨胀。
文档编号G01R31/36GK103140982SQ20118004661
公开日2013年6月5日 申请日期2011年8月1日 优先权日2010年9月30日
发明者平村泰章, 竹山泰 申请人:三菱重工业株式会社