JP2012146447A - 電池異常検出システム及び電池異常検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】振動によって発生する電池のたわみを検出することが可能な電池異常検出システム及び電池異常検出方法の提供。
【解決手段】各電池１０には、電池１０のたわみを検出する検出手段として、ラミネートフィルムの両端部付近に端部加速度センサａ、ｃが設置されている。また、ラミネートフィルムの両端間の中央部付近に中央部加速度センサｂが設置されている。これらの加速度センサａ、ｂ、ｃから得られた加速度情報が、時間ステップ毎にＣＰＵ２０に取り込まれて、端部加速度センサａ、ｃと中央部加速度センサｂとの加速度差から電池１０のたわみが演算される。演算した電池１０のたわみ量が所定のたわみ量よりも大きい場合にランプ３０が点灯する。また、加速度差と電池１０の中央部のたわみとの関係を予め把握しておけば、たわみを演算することなく加速度差に基づいて電池１０のたわみが所定量に達したか否かを判断することも可能である。
【選択図】図１

Description

本発明は、発電要素を外装フィルムで被覆して密閉した電池を搭載した電池搭載機器に関するものである。

発電要素を外装フィルムで密閉した電池（所謂、ラミネートセル）は、所望の出力を確保するために、複数集合した電池集合体（組電池）として利用される。この電池は、薄く、表面積が大きいことから、放熱性に優れている。また、電池集合体がコンパクトであることから、例えば、電池を複数多段に積層して積層方向に隣合う電池の電極タブ同士を積層接続した電池積層集合体（組電池）として、電気自動車用やハイブリッド電気自動車の二次電池として採用されつつある。

電気自動車用やハイブリッド電気自動車の二次電池には、高出力・高容量の電池積層集合体が必要となることから、将来的に電池はさらに大型化する傾向にある。電池が大型化（大出力・大容量化）するほど、電池の発熱が激しくなるため、例えば、特許文献１に開示されているような電池積層集合体を冷却することが可能な電池搭載機器が必要となる。

図６に示すように、特許文献１に記載の電池搭載機器５０には、複数個の電池６０を上下方向に積層した電池積層集合体が搭載されている。電池６０は、発電要素としての扁平形状の積層電極６１を、一対の外装フィルムとしてのラミネートフィルム６２、６３の中央部に配置し、これらラミネートフィルム６２、６３によって積層電極６１の両面を挟むようにして覆い、ラミネートフィルム６２、６３の周縁部を熱溶着により接合し、これらラミネートフィルム６２、６３間に積層電極６１と共に電解液を密閉したものである。

積層電極６１は、複数枚の正極板及び負極板をそれぞれセパレータを介在させつつ順次積層したものであり、各正極板が正極リードを介して正極タブ（電極タブ）６４に接続される一方で各負極板が負極リードを介して負極タブ（電極タブ）６５に接続され、これら正極タブ６４及び負極タブ６５がラミネートフィルム６２、６３の周縁部から外部に引き出されて露出している。

各電池６０は、上下方向に互いに隙間Ｓを確保した状態で、ラミネートフィルム６２、６３の長手方向の両端で支持されて積層されている。この隙間Ｓに冷却風を送風することによって各電池６０が効率良く冷却される。

上述した電池６０は、上下方向に互いに隙間Ｓを確保した状態で、ラミネートフィルム６２、６３の長手方向の両端で支持されて積層されているため、ラミネートフィルムの長手方向の長さが短い低出力・低容量の電池や上下方向に互いに密着した電池よりも、電池６０に加わる振動によって電池６０にたわみが発生しやすいという問題ある。

電池６０の積層電極６１は、ある程度の可撓性を有しているものの、電池６０に過剰なたわみが発生した際には、積層電極６１がショートしたり、局部的な発熱により電池が熱暴走したりする危険性が想定される。ところが、特許文献１に記載の電池搭載機器５０には、電池６０のたわみの発生等による異常を検出する手段が備わっていない。

そこで、特許文献２に示されているように、電池本体又は電池利用機器に加速センサを設け、加速センサの信号を処理することにより機器の異常を予測診断することが提案されている。
しかし、特許文献２では、加速センサは、電池利用機器の落下、衝突などの機械的衝撃を感知するにすぎず、電池自体のたわみを検出することはできなかった。

特開２００６−７９９８７号公報 特開平１１−４０２０５号公報

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、発電要素を外装フィルムで被覆して密閉した電池を搭載した電池搭載機器において、電池搭載機器に加わる振動によって発生する電池のたわみを検出することが可能な電池異常検出システム及び電池異常検出方法を提供することを目的とする。

以下、上記課題を解決するのに適した各手段につき、必要に応じて作用効果等を付記しつつ説明する。

（１）本発明の電池異常検出システムは、発電要素を一対の外装フィルムによって挟むようにして覆い、両該外装フィルムの周縁部を接合することにより両該外装フィルム間に該発電要素を密閉し、該発電要素からの電流を送受する電極タブを該外装フィルムの密閉部から外部に引き出してなり、該外装フィルムの両端が電池搭載機器に設けられた拘束具で支持された電池の異常を検出する電池異常検出システムにおいて、前記電池搭載機器に加わる振動によって発生する前記電池のたわみを検出する検出手段を備えることを特徴とする。

このような構成によると、検出手段を用いて電池搭載機器に加わる振動によって発生する電池のたわみを検出することができる。したがって、この検出結果を活用することにより、電池に過剰なたわみが発生した際に、電池に繋がる回路を遮断したり、電池を動力供給源とした装置の操業を停止したりすることができる。

（２）前記（１）で述べた本発明の電池異常検出システムにおいて、好ましくは、前記検出手段は、前記外装フィルムの前記両端のうちの少なくとも一方の端部付近に設置された端部加速度センサと、該外装フィルムの該両端間の中央部付近に設置された中央部加速度センサと、該端部加速度センサと該中央部加速度センサとの加速度差に基づいて該電池のたわみが所定量に達したと判断する判断手段と、を備えることを特徴とする。

たわみとは、棒状の部材が外力などの作用によって湾曲した時、荷重を受ける前の部材の軸線と直角方向の変位量である。両端で支持された棒状の部材が長さ方向の中心軸に対して軸対称な曲げ剛性と自重を有する場合、静的には、自重によって部材の中央部で最も大きなたわみが発生する。また、動的には、部材の両端にたわみ方向から加速度が作用すると加速度とは逆向きに部材に慣性力が作用して部材の中央部で最も大きなたわみが発生する。

本発明の電池異常検出システムによりたわみが検出される電池は、拘束具によって電池の両端で支持されており、且つ両端間の曲げ剛性は電池の長手方向にほぼ一律となっている。したがって、上述の棒状の部材と同様に、電池搭載機器に加わる振動によって電池の両端にたわみ方向から加速度が作用すると電池の中央部付近で最も大きなたわみが発生する。

本発明の構成によると、たわみが発生しない外装フィルムの端部付近に端部加速度センサを設置すると共に、最も大きなたわみが発生すると考えられる外装フィルムの両端間の中央部付近に中央部加速度センサを設置している。そして、端部加速度センサと中央部加速度センサとの加速度差に基づいて電池のたわみが所定量に達したと判断している。例えば、この所定量は、電池に不具合が発生することがないと予想される最大のたわみ量に設定するとよい。本発明の構成によって、たわみが所定量に達したと判断できる理由は以下のとおりである。

電池搭載機器の使用環境を勘案すると、電池搭載機器に衝撃的な振動（衝突など、瞬時に大きな加速度が加わる振動）が作用する場合に、電池のたわみが最も大きくなるものと考えられる。電池搭載機器に衝撃的な振動が加わると、まずは、電池の外装フィルム両端部に加速度が加わり外装フィルム両端部が変位し始める。一方、外装フィルム中央部には加速度とは逆向きに慣性力が作用して外装フィルム中央部の変位を阻害する。この衝撃的な振動が加わった直後が、端部加速度センサと中央部加速度センサとの加速度差が最大となり、外装フィルム中央部のたわみが最大となる場合が多い。

したがって、電池搭載機器に衝撃的な振動が作用する場合には、端部加速度センサと中央部加速度センサとの加速度差が最大となるときに、外装フィルム中央部のたわみとも最大となっていると推定することができる。よって、この加速度差と外装フィルム中央部のたわみとの関係を実験や解析により把握しておけば、加速度差に基づいて電池のたわみが所定量に達したか否かを判断することが可能となる。

（３）前記（２）で述べた本発明の電池異常検出システムにおいて、好ましくは、前記判断手段は、前記端部加速度センサと前記中央部加速度センサとの前記加速度差を時間で２回積分することによって前記電池のたわみを演算する演算手段を備えることを特徴とする。

加速度を時間で１回積分すると速度が求まり２回積分すると変位が求まる。よって、端部加速度センサにより検出した加速度を時間で２回積分すると外装フィルム端部の変位が求まる。また、中央部加速度センサにより検出した加速度を時間で２回積分すると外装フィルム中央部の変位が求まる。外装フィルム中央部の変位と外装フィルム両端部の平均変位（外装フィルム両端部同士を結ぶ線の中央の変位）との差が外装フィルム中央部のたわみである。すなわち、端部加速度センサと中央部加速度センサとの加速度差を時間で２回積分することによって外装フィルム中央部のたわみを求めることができる。

本発明の演算手段によると、端部加速度センサと中央部加速度センサとの加速度差を時間で２回積分することによって電池のたわみを演算するため、電池搭載機器に作用する様々な波形の振動に対して、電池のたわみの量を随時正確に把握することができる。

（４）前記（１）で述べた本発明の電池異常検出システムにおいて、好ましくは、前記検出手段は、前記外装フィルムの前記両端のうちの一端付近に設置され該外装フィルムの面方向と平行にレーザを発振するレーザ発振器と、該外装フィルムの該両端のうちの他端付近に設置され該レーザを受信するレーザ受信器と、前記電池にたわみが発生したときに該レーザが該電池のたわみ部分で遮られたことを該レーザ受信器で検知して該電池のたわみが所定量に達したと判断する判断手段と、を備えることを特徴とする。

このような構成によると、電池にたわみが発生したときにレーザが電池のたわみ部分で遮られたことをレーザ受信器で検知して電池のたわみが所定量に達したと判断する。すなわち、レーザと外装フィルムの面との間隔をこの所定量に等しい間隔とすることによって、電池のたわみが所定量に達したか否かを正確に判断することが可能となる。

（５）前記（１）で述べた本発明の電池異常検出システムにおいて、好ましくは、前記検出手段は、前記電池のたわみ方向に一定の間隔を隔てて該外装フィルムの面方向と平行に配設された導線と、該導線に電気を通電させる通電部と、前記電池にたわみが発生したときに該導線が該電池のたわみ部分で切断されて電気の通電が遮断されたことを検知して該電池のたわみが所定量に達したと判断する判断手段と、を備えることを特徴とする。

このような構成によると、電池にたわみが発生したときに導線が電池のたわみ部分で切断されて電気の通電が遮断されたことを検知して電池のたわみが所定量に達したと判断する。すなわち、導線と外装フィルムの面との間隔をこの所定量に等しい間隔とすることによって、電池のたわみが所定量に達したか否かを正確に判断することが可能となる。

（６）本発明の電池異常検出システムにおいて、好ましくは、前記検出手段は、前記判断手段によって前記電池のたわみが所定量に達したと判断したときに該判断結果を前記電池搭載機器の使用者に伝達する伝達手段を備えることを特徴とする。

このような構成によると、電池のたわみが所定量に達したか否かを電池搭載機器の使用者が伝達手段によって把握することができる。この伝達手段としては、例えば、ランプの点灯、モニターへの表示、ブザーを鳴らす等の様々な伝達方法を用いることができる。したがって、使用者が伝達手段により電池のたわみが所定量に達したことを認識した際に、電池に繋がる回路を遮断したり、電池を動力供給源とした装置の操業を停止したりすることを速やかに実施することができる。

（７）本発明の電池異常検出システムにおいて、好ましくは、さらに、前記判断手段によって前記電池のたわみが所定量に達したと判断したときに該電池に繋がる回路を自動的に遮断する遮断手段を備えることを特徴とする。

このような構成によると、電池のたわみが所定量に達したと判断したときに遮断手段により電池に繋がる回路が自動的に遮断される。したがって、本発明の遮断手段によれば、電池に繋がる回路を手動で遮断する場合のような遮断忘れ等のエラーが発生することはなく、電池に過剰なたわみが発生した際に、電池に繋がる回路を確実に遮断することができる。

（８）本発明の電池異常検出方法は、発電要素を一対の外装フィルムによって挟むようにして覆い、両該外装フィルムの周縁部を接合することにより両該外装フィルム間に該発電要素を密閉し、該発電要素からの電流を送受する電極タブを該外装フィルムの密閉部から外部に引き出してなり、該外装フィルムの両端が電池搭載機器に設けられた拘束具で支持された電池の異常を検出する電池異常検出方法であって、前記電池搭載機器に加わる振動によって発生する前記電池のたわみを検出する検出工程を備えることを特徴とする。

このような構成によると、検出工程により電池搭載機器に加わる振動によって発生する電池のたわみを検出することができる。したがって、この検出結果を活用することにより、電池に過剰なたわみが発生した際に、電池に繋がる回路を遮断したり、電池を動力供給源とした装置の操業を停止したりすることができる。

本発明によれば、発電要素を外装フィルムで被覆して密閉した電池を搭載した電池搭載機器において、電池搭載機器に加わる振動によって発生する電池のたわみを検出することが可能な電池異常検出システム及び電池異常検出方法を提供することができる。

第１実施形態の電池異常検出システムを備える電池搭載機器を模式的に説明する側面図である。 第１実施形態の電池異常検出システムを備える電池を模式的に説明する説明図であって、（ａ）は上面図、（ｂ）は側面図を示している。 図２（ａ）におけるＡ−Ａ線で切断した断面図である。 第１実施形態の電池異常検出システムを備える電池に設置された加速度センサの動きを模式的に説明する説明図である。 第２実施形態の電池異常検出システムを備える電池搭載機器を模式的に説明する側面図である。 従来の電池搭載機器を模式的に説明する斜視図である。

以下、本発明の電池異常検出システム及び電池異常検出方法の実施形態について図面を参照しつつ詳しく説明する。

＜第１実施形態＞
図１に本実施形態の電池異常検出システムを備える電池搭載機器を模式的に説明する側面図を示す。また、図２に本実施形態の電池異常検出システムを備える電池を模式的に説明する説明図を示す。ここで、図２（ａ）は電池の上面図、図２（ｂ）は電池の側面図を示している。また、図３に図２（ａ）におけるＡ−Ａ線で切断した断面図を示す。ここで、図３は本実施形態の電池の正極側の断面のみを示しているが、負極側も正極側と略同様の構造となっている。

図１に示すように、電池搭載機器１は、複数個の電池１０と、各電池１０を各電池１０の長手方向の両端で拘束する拘束具２、３と、各電池１０に設置された加速度センサａ、ｂ、ｃと、加速度センサａ、ｂ、ｃから得られた加速度情報を処理するＣＰＵ２０（判断手段、演算手段）と、ＣＰＵ２０の指令により点灯するランプ３０（伝達手段）とを備えている。なお、加速度センサａ、ｂ、ｃ、ＣＰＵ２０、及びランプ３０は、本発明の検出手段に含まれる。

図１に示すように、各電池１０は、複数多段に積層されて各電池１０の電極タブ１４、１５同士が図略の配線により直列又は並列接続されていることにより電池積層集合体を形成している。電池１０の積層方向は図１に示すように上下方向とするのが主流であるが、水平方向に積層されることもある。この電池積層集合体は、例えば図略のケース内に納められ、配線としての図略のバスバーを介して図略の入出力端子に接続されることで、組電池となるものである。なお、組電池としては、本実施形態のように１つの電池積層集合体を備えるものに限らず、複数の電池積層集合体を配線で直列または並列または直並列に接続したものも含まれる。

図２及び３に示すように、電池１０は、発電要素としての扁平形状の積層電極１１を、一対の外装フィルムとしてのラミネートフィルム１２、１３の中央部に配置し、これらラミネートフィルム１２、１３によって積層電極１１の両面を挟むようにして覆い、ラミネートフィルム１２、１３の周縁部を熱溶着により接合することにより密閉部Ｂを形成し、これらラミネートフィルム１２、１３間に積層電極１１と共に電解液を密閉したものである。

積層電極１１は、複数枚の正極板１１ａ及び負極板１１ｂをそれぞれセパレータ１１ｃを介在させつつ順次積層したものであり、各正極板１１ａが正極リード１１ｄを介して正極タブ（電極タブ）１４に接続される一方で各負極板１１ｂが図略の負極リードを介して負極タブ（電極タブ）１５に接続され、これら正極タブ１４及び負極タブ１５がラミネートフィルム１２、１３の密閉部Ｂから外部に引き出されて露出している。正極タブ１４及び負極タブ１５は、Ａｌ，Ｃｕ，Ｎｉ，Ｆｅなどの金属箔によって形成することができるが、本実施形態においては、正極タブ１４をＡｌ、負極タブ１５をＮｉメッキしたＣｕ（ＮｉとＣｕの貼り合わせ材）によって形成している。

正極タブ１４及び負極タブ１５の基端部には、熱可塑性の樹脂シート１６が巻き付けられている。この樹脂シート１６がラミネートフィルム１２、１３の熱溶着時に軟化することによって、正極タブ１４及び負極タブ１５における密閉部Ｂのシール性を確保している。

各電池１０は、上下方向に互いに隙間Ｓを確保した状態で、ラミネートフィルム１２、１３の長手方向の両端で拘束具２、３により支持されて積層されている。この隙間Ｓに冷却風を送風することによって各電池１０が効率良く冷却される。この隙間Ｓは、２〜５ｍｍ程度である。

そして、本実施形態の各電池１０には、電池１０のたわみを検出する検出手段として、ラミネートフィルム１２の正極側の端部付近の正極タブ１４上に端部加速度センサａが設置されている。また、ラミネートフィルム１２の両端間の中央部付近に中央部加速度センサｂが設置されている。また、ラミネートフィルム１２の負極側の端部付近の負極タブ１５上に端部加速度センサｃが設置されている。

これらの加速度センサａ、ｂ、ｃから得られた加速度情報が、時間ステップ毎にＣＰＵ２０に取り込まれて、ＣＰＵ２０に備わる演算手段により、電池１０のたわみ（ラミネートフィルム１２の中央部のたわみ）が演算される。そして、ＣＰＵ２０に備わる判断手段により、演算した電池１０のたわみ量がＣＰＵ２０に記憶した所定のたわみ量よりも大きい場合には、ＣＰＵ２０がランプ３０に点灯（警告表示）の指令を出す。電池搭載機器１の使用者は、ランプ３０の点灯によって、電池１０のたわみが所定量に達したことを把握することができる。なお、ＣＰＵ２０に記憶させる所定のたわみ量は、電池１０に不具合が発生することがないと予想される最大のたわみ量としている。

加速度センサは、一般に、機械式、光学式、半導体式の３種類に分類できるが、どの方式においても加速による錘の位置変化を捉えることが基本原理となっている。この３種類の中で、機械式及び光学式は小型化に限界があるため、本実施形態で用いる加速度センサａ、ｂ、ｃとしては、小型の半導体式加速度センサを用いる。なお、半導体式加速度センサは、電池１０の温度上昇６０℃程度に対して、十分な耐熱性を有している。

半導体式加速度センサは、静電容量型、ピエゾ抵抗型、ガス温度分布型の３種類に分類でき、厚さ３ｍｍ程度の薄型、厚さ１ｍｍ程度の超薄型のものもある。半導体式加速度センサは、小型薄型であることから近年の多様な装置に採用されており、家庭用ゲーム機のリモコンや携帯機器にも搭載されている。本実施形態で用いる加速度センサａ、ｂ、ｃは、間隔２〜５ｍｍの隙間Ｓに納まる必要があることから、厚さ１ｍｍ程度の超薄型の半導体式加速度センサを用いる。加速度センサａ、ｂ、ｃは、３軸方向の加速度を検出可能であるが、ＣＰＵ２０には、上下方向（ｚ方向）の加速度情報のみを取り込めばよい。

また、本実施形態で用いる加速度センサａ、ｂ、ｃの加速度検出能力は、電池搭載機器１が設置される場所や、電池搭載機器１の使用環境や、電池１０の耐震性能や、電池１０の積層方向を勘案した上で設計者が適宜設定できる。電池１０は、上下方向の振動によってたわむことから、例えば、電池搭載機器１が車両に設置される場合には、段差乗り上げなどの軽衝撃で電池搭載機器１に上下方向に数Ｇ〜数１０Ｇ（１Ｇ=９．８０６６５ｍ／ｓ^２）の加速度が作用する。また、自動車部品振動試験方法（JIS D 1601）においては、振動機能試験及び振動耐久試験を行う際の振動加速度の上限を５０Ｇとしている。したがって、電池搭載機器１が車両に設置される場合には、加速度センサａ、ｂ、ｃの加速度検出能力を５０Ｇとするのがよい。

図４に本実施形態の電池異常検出システムを備える電池１０に設置された加速度センサａ、ｂ、ｃの動きを模式的に説明する説明図を示す。図４は、電池搭載機器１に下方から上方に向かって衝撃的な振動による加速度が作用したときの加速度センサａ、ｂ、ｃの動きを模式的に示したものである。なお、図４に示す加速度センサａ、ｂ、ｃの動きは一例であって、加速度センサａ、ｂ、ｃが常に図４に示すように動くわけではない。

図４において、符号ｔ_０〜ｔ_５は加速度情報を取り込む時間ステップ、符号α_０〜α_５は端部加速度センサａの加速度、符号β_０〜β_５は中央部加速度センサｂの加速度、符号γ_０〜γ_５は端部加速度センサｃの加速度を示している。また、符号ｚ_０〜ｚ_５は端部加速度センサａ、ｃの基準線（図中の一点鎖線）からの変位、符号δ_０〜δ_５は中央部加速度センサｂのたわみを示している。なお、加速度センサａ、ｂ、ｃの加速度α、β、γは、重力加速度Ｇを除いた振動のみの作用による加速度を示している。また、加速度α、β、γの大きさ及び作用方向を図中の矢印の長さ及び方向により模式的に示している。

時間ステップｔ_０において、加速度センサａ、ｂ、ｃに加速度が加わっておらず、加速度センサａ、ｂ、ｃは、基準線（図中の一点鎖線）上で静止している。その後時間ステップｔ_１までの間に、電池搭載機器１に下方から上方に向かって衝撃的な振動による加速度が作用すると、まずは、端部加速度センサａ、ｃに加速度が加わり、端部加速度センサａ、ｃが変位し始める。一方、中央部加速度センサｂは、電池１０に働く慣性力によって端部加速度センサａ、ｃよりも遅れて変位し始める。

時間ステップｔ_１において、端部加速度センサａ、ｃの加速度が最大となり加速度がそれぞれα_１、γ_１となる。一方、中央部加速度センサｂの加速度は、α_１及びγ_１よりもかなり小さいβ_１となる。このとき、端部加速度センサａ、ｃの変位はｚ_１となっており、中央部加速度センサｂのたわみはδ_１となっている。

時間ステップｔ_２において、端部加速度センサａ、ｃの加速度が徐々に弱まり、加速度がそれぞれα_２、γ_２となる。一方、中央部加速度センサｂの加速度は、電池１に働く慣性力によって、α_２及びγ_２よりも大きいβ_２となる。このとき、端部加速度センサａ、ｃの変位はｚ_１よりも大きいｚ_２となっており、中央部加速度センサｂのたわみはδ_１よりも小さいδ_２となっている。

時間ステップｔ_３において、端部加速度センサａ、ｃの振動の作用による加速度α_３、γ_３はゼロとなり、端部加速度センサａ、ｃには、重力加速度Ｇのみが加わっている。一方、中央部加速度センサｂの加速度は、電池１に働く慣性力によって、β_２よりも小さいβ_３となっている。このとき、端部加速度センサａ、ｃは、最も上方まで変位して、変位がｚ_３となっており、中央部加速度センサｂのたわみはδ_２よりも小さいδ_３となっている。

時間ステップｔ_４において、端部加速度センサａ、ｃは、引き続き重力加速度Ｇによって落下している。一方、中央部加速度センサｂの加速度は、電池１０のたわみが弾性的に復元する復元力によって、下方にβ_４となっている。このとき、電池１０は上方に向けてたわみ、中央部加速度センサｂのたわみは上方にδ_４となっている。

時間ステップｔ_５において、加速度センサａ、ｂ、ｃは、重力加速度Ｇによって落下しており、中央部加速度センサｂのたわみδ_５はゼロとなっている。その後、加速度センサａ、ｂ、ｃは、基準線（図中の一点鎖線）まで落下する。

以上で述べた、加速度センサａ、ｂ、ｃの動きでは、電池搭載機器１に下方から上方に向かって衝撃的な振動が加わった直後の時間ステップｔ_１において、端部加速度センサａ、ｃと中央部加速度センサｂとの加速度差｛（α_１＋γ_１）／２−β_１｝が最大となっており、また、中央部加速度センサｂのたわみδ_１が最大となっている。

本実施形態においては、加速度センサａ、ｂ、ｃから得られた加速度α、β、γを時間ステップｔ毎にＣＰＵ２０に取り込む。そして、ＣＰＵ２０に備わる演算手段により、端部加速度センサａ、ｃと中央部加速度センサｂとの加速度差｛（α＋γ）／２−β｝を時間で２回積分して、中央部加速度センサｂのたわみδを演算する。こうして電池１０のたわみを時間ステップｔ毎に検出することができる。

なお、端部加速度センサａ、ｃの平均加速度（α＋γ）／２は、端部加速度センサａと端部加速度センサｃとを結んだ線（図４の点線）の中央における加速度である。ここで、図４に示すように、電池１０が回転することなく上下方向にのみ動く場合には、端部加速度センサａ、ｃの加速度α、γが互いに等しい値となるため、加速度α、γを平均化する必要はなく、加速度差（α−β）又は（γ−β）を時間で２回積分して、中央部加速度センサｂのたわみδを演算することができる。しかし、電池１０が一端を回転中心として回転する場合には、加速度αとγとが異なる値となるため、中央部加速度センサｂのたわみδを演算するためには、平均加速度（α＋γ）／２を用いる必要がある。

このような本実施形態の構成によると、加速度センサａ、ｂ、ｃと、ＣＰＵ２０（判断手段、演算手段）と、ランプ３０（伝達手段）とからなる検出手段を用いて電池搭載機器１に加わる振動によって発生する電池１０のたわみを随時検出することができる。また、電池１０のたわみが所定量に達したか否かを電池搭載機器１の使用者がランプ３０によって把握することができる。したがって、使用者がランプ３０により電池１０のたわみが所定量に達したことを認識した際に、電池１０に繋がる回路を遮断したり、電池１０を動力供給源とした装置の操業を停止したりすることを速やかに実施することができる。

また、本実施形態の演算手段によると、端部加速度センサａ、ｃと中央部加速度センサｂとの加速度差を時間で２回積分することによって電池１０のたわみを演算するため、電池搭載機器１に作用する様々な波形の振動に対して、電池１０のたわみの量を随時正確に把握することができる。

＜第２実施形態＞
図５に本実施形態の電池異常検出システムを備える電池搭載機器を模式的に説明する側面図を示す。第１実施形態においては、加速度センサａ、ｂ、ｃを用いて電池１０のたわみを検出しているのに対して、本実施形態においては、レーザＬを用いて電池１０のたわみを検出している点で異なる。電池１０の構造及び電池１０による電池積層集合体の構造については、第１実施形態と同様であるため説明を省略する。

本実施形態の電池搭載機器５には、各電池１０のたわみを検出する検出手段として、正極側の拘束具６に取り付けられレーザＬを発振する複数個のレーザ発振器ｄと、負極側の拘束具７に取り付けられレーザＬを受信する複数個のレーザ受信器ｅと、ＣＰＵ２０（判断手段）と、ランプ３０（伝達手段）とを備えている。

レーザ発振器ｄ及びレーザ受信器ｅは、複数多段に積層された各電池１０の最上部、最下部及び層間に一対ずつ配置されており、層間の一対のレーザ発振器ｄ及びレーザ受信器ｅにおいては、レーザ発振器ｄから発振するレーザＬは、電池１０間の隙間Ｓを通り抜けて、レーザ受信器ｅによって受信される。レーザＬは、ラミネートフィルム１２、１３の面方向と平行に且つラミネートフィルム１２、１３の面と一定の間隔を隔てて発振される。この一定の間隔を、電池１０に不具合が発生することがないと予想される最大のたわみ量とするとよい。

各レーザ受信器ｅがレーザＬを受信している情報が随時ＣＰＵ２０に取り込まれている。そして、電池１０にたわみが発生したときにレーザＬが電池１０のたわみ部分で遮られると、ＣＰＵ２０に備わる判断手段により、電池１０のたわみが所定量に達したことを判断して、ＣＰＵ２０がランプ３０に点灯の指令を出す。電池搭載機器１の使用者は、ランプ３０の点灯によって、電池１０のたわみが所定量に達したことを把握することができる。

なお、各電池１０の層間のレーザＬは、このレーザＬよりも下側の電池１０が上方にたわんだときのたわみ検出と、このレーザＬよりも上側の電池１０が下方にたわんだときのたわみ検出との両方を行う。よって、電池１０間の隙間Ｓが小さい場合には、レーザＬと、ラミネートフィルム１２、１３の面との間隔を上述の最大のたわみ量まで確保できない。この場合、各電池１０の層間のレーザＬは、電池１０のたわみが小さい段階で電池１０のたわみ部分で遮られるため、各電池１０の層間のレーザＬを、電池１０のたわみの進行を検出する補助的な手段として活用することができる。

このような本実施形態の構成によると、電池１０にたわみが発生したときにレーザＬが電池１０のたわみ部分で遮られたことをレーザ受信器ｅで検知して電池１０のたわみが所定量に達したと判断する。すなわち、レーザＬとラミネートフィルム１２、１３の面との間隔をこの所定量に等しい間隔とすることによって、電池１０のたわみが所定量に達したか否かを正確に判断することが可能となる。

＜その他の実施形態＞
なお、本発明の電池異常検出システム及び電池異常検出方法は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、当業者が行い得る変更、改良等を施した種々の形態にて実施することができることは言うまでもない。

例えば、第1実施形態においては、正極側と負極側の２箇所に加速度センサａ、ｃを設置している。しかし、電池１０が一端を回転中心として回転する可能性がなく、正極側と負極側との加速度が互いに等しい値となる場合には、正極側又は負極側のいずれか１箇所に加速度センサを設置して、１個の端部加速度センサと１個の中央部加速度センサとにより電池１０のたわみを検出してもよい。さらに、正極タブ１４及び負極タブ１５が電池１０の片側にのみ設けられる場合には、タブが設けられる側及び／又はその反対側に加速度センサを設けてもよい。

また、第１実施形態においては、積層された全ての電池１０に加速度センサａ、ｂ、ｃを設置したが、これに限らず、積層された複数個の電池１０のうちの１個又は２個以上に加速度センサａ、ｂ、ｃを設置してもよい。積層された複数個の電池１０のうちの１個に加速度センサａ、ｂ、ｃを設置する場合には、最もたわみが発生しやすいと考えられる最上部又は最下部の電池１０に加速度センサａ、ｂ、ｃを設置するのがよい。

また、第１実施形態においては、端部加速度センサａ、ｃと中央部加速度センサｂとの加速度差を時間で２回積分することによって電池１０のたわみを演算しているが、たわみを演算することなく、端部加速度センサａ、ｃと中央部加速度センサｂとの加速度差に基づいて電池１０のたわみを予測してもよい。この場合、加速度差とラミネートフィルム１２の中央部のたわみとの関係を実験や解析により把握しておけば、加速度差に基づいて電池１０のたわみが所定量に達したか否かを判断することが可能となる。

なお、電池１０の曲げ剛性が大きい場合には、電池搭載機器１の通常の使用環境において、電池１０がほとんどたわむことなく、端部加速度センサａ、ｃと中央部加速度センサｂとに加速度差が発生しにくい場合が考えられる。このような場合には、端部加速度センサａ、ｃと中央部加速度センサｂとに僅かな加速度差が検出されたときに、電池１０に異常が発生したと判断することもできる。

また、第２実施形態においては、各電池１０の層間のレーザＬは、このレーザＬの上側及び下側の両電池１０のたわみ検出を行っている。しかし、電池１０間の隙間Ｓが大きい場合には、各電池１０の層間に上下に２本のレーザＬを配置して、上側のレーザＬでこのレーザＬよりも上側の電池１０のたわみ検出を行い、下側のレーザＬでこのレーザＬよりも下側の電池１０のたわみ検出を行ってもよい。

また、第２実施形態においては、積層された各電池１０の最上部、最下部及び層間に一対ずつレーザ発振器ｄ及びレーザ受信器ｅを配置しているが、層間にレーザ発振器ｄ及びレーザ受信器ｅを配置せずに、積層された各電池１０の最上部及び／又は最下部のみにレーザ発振器ｄ及びレーザ受信器ｅを配置してもよい。

また、第２実施形態においては、検出手段としてレーザＬを用いているが、レーザＬの代わりにレーザＬの位置に導線を配置して、電池１０にたわみが発生したときに導線が電池１０のたわみ部分で切断されて電気の通電が遮断されたことを検知して電池１０のたわみが所定量に達したと判断する構成とすることもできる。

また、第１及び第２実施形態において、伝達手段としてランプ３０を用いて警告表示を行っているが、ランプ３０の代わりに伝達手段としてブザー等の警告音を用いることもできる。

また、第１及び第２実施形態においては、電池１０のたわみが所定量に達したことを認識した使用者が、電池１０に繋がる回路を手動で遮断することを想定している。しかし、電池１０に繋がる回路を自動的に遮断する遮断手段を備える構成とすることもできる。この場合、例えば、電池１０のたわみが所定量に達したと判断したＣＰＵ２０が、電池１０に繋がる回路に設けられたスイッチ（遮断手段）に回路遮断の指令を出せばよい。

また、第１及び第２実施形態において、複数多段に積層された各電池１０は、上下方向に互いに隙間Ｓを確保した電池積層集合体とされているが、各電池１０が上下方向に互いに密着して積層された電池積層集合体に本発明の検出手段を適用してもよい。

１ … 電池搭載機器 ２、３ … 拘束具
５ … 電池搭載機器 ６、７ … 拘束具
１０ … 電池 １１ … 積層電極（発電要素）
１２、１３ … ラミネートフィルム（外装フィルム）
１４ … 正極タブ（電極タブ） １５ … 負極タブ（電極タブ）
２０ … ＣＰＵ（判断手段、演算手段）
３０ … ランプ（伝達手段）
Ｂ … 密閉部 Ｌ … レーザ
ａ、ｃ … 端部加速度センサ ｂ … 中央部加速度センサ
ｄ … レーザ発振器 ｅ … レーザ受信器
ｔ_１、ｔ_２、ｔ_３、ｔ_４、ｔ_５ … 時間ステップ
ｚ_１、ｚ_２、ｚ_３、ｚ_４、ｚ_５ … 変位
α_１、α_２、α_３、α_４、α_５ … 加速度
β_１、β_２、β_３、β_４、β_５ … 加速度
γ_１、γ_２、γ_３、γ_４、γ_５ … 加速度
δ_１、δ_２、δ_３、δ_４、δ_５ … たわみ

Claims (8)

1. 発電要素を一対の外装フィルムによって挟むようにして覆い、両該外装フィルムの周縁部を接合することにより両該外装フィルム間に該発電要素を密閉し、該発電要素からの電流を送受する電極タブを該外装フィルムの密閉部から外部に引き出してなり、該外装フィルムの両端が電池搭載機器に設けられた拘束具で支持された電池の異常を検出する電池異常検出システムにおいて、
   前記電池搭載機器に加わる振動によって発生する前記電池のたわみを検出する検出手段を備えることを特徴とする電池異常検出システム。
2. 前記検出手段は、前記外装フィルムの前記両端のうちの少なくとも一方の端部付近に設置された端部加速度センサと、該外装フィルムの該両端間の中央部付近に設置された中央部加速度センサと、該端部加速度センサと該中央部加速度センサとの加速度差に基づいて該電池のたわみが所定量に達したと判断する判断手段と、を備えることを特徴とする請求項１に記載の電池異常検出システム。
3. 前記判断手段は、前記端部加速度センサと前記中央部加速度センサとの前記加速度差を時間で２回積分することによって前記電池のたわみを演算する演算手段を備えることを特徴とする請求項２に記載の電池異常検出システム。
4. 前記検出手段は、前記外装フィルムの前記両端のうちの一端付近に設置され該外装フィルムの面方向と平行にレーザを発振するレーザ発振器と、該外装フィルムの該両端のうちの他端付近に設置され該レーザを受信するレーザ受信器と、前記電池にたわみが発生したときに該レーザが該電池のたわみ部分で遮られたことを該レーザ受信器で検知して該電池のたわみが所定量に達したと判断する判断手段と、を備えることを特徴とする請求項１に記載の電池異常検出システム。
5. 前記検出手段は、前記電池のたわみ方向に一定の間隔を隔てて該外装フィルムの面方向と平行に配設された導線と、該導線に電気を通電させる通電部と、前記電池にたわみが発生したときに該導線が該電池のたわみ部分で切断されて電気の通電が遮断されたことを検知して該電池のたわみが所定量に達したと判断する判断手段と、を備えることを特徴とする請求項１に記載の電池異常検出システム。
6. 前記検出手段は、前記判断手段によって前記電池のたわみが所定量に達したと判断したときに該判断結果を前記電池搭載機器の使用者に伝達する伝達手段を備えることを特徴とする請求項１〜５のうちのいずれか一つに記載の電池異常検出システム。
7. さらに、前記判断手段によって前記電池のたわみが所定量に達したと判断したときに該電池に繋がる回路を自動的に遮断する遮断手段を備えることを特徴とする請求項１〜６のうちのいずれか一つに記載の電池異常検出システム。
8. 発電要素を一対の外装フィルムによって挟むようにして覆い、両該外装フィルムの周縁部を接合することにより両該外装フィルム間に該発電要素を密閉し、該発電要素からの電流を送受する電極タブを該外装フィルムの密閉部から外部に引き出してなり、該外装フィルムの両端が電池搭載機器に設けられた拘束具で支持された電池の異常を検出する電池異常検出方法であって、
   前記電池搭載機器に加わる振動によって発生する前記電池のたわみを検出する検出工程を備えることを特徴とする電池異常検出方法。

Images