WO2019208156A1 - 電源装置と電源装置の排出弁の開弁検出方法 - Google Patents

電源装置と電源装置の排出弁の開弁検出方法 Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to a power supply device in which a rechargeable battery is arranged in a case, and in particular, a power supply device including a discharge valve that opens when the internal pressure of the battery rises to an abnormal pressure, and opening the discharge valve of the power supply device.
  • the present invention relates to a detection method for detection.
  • the power supply device with a built-in battery in the case is provided with a discharge valve in the battery to prevent harmful effects such as battery rupture.
  • the discharge valve detects the internal pressure of the battery and opens the valve.
  • the discharge valve is opened when the internal pressure of the battery becomes higher than the set pressure, and the internal high pressure gas is ejected to prevent the internal pressure from increasing.
  • the internal pressure of the battery rises when the battery is used in an abnormal state.
  • An abnormal state of the battery in which the discharge valve is opened is caused by, for example, an excessive charge / discharge current flowing or a positive / negative electrode short-circuited inside. Since the discharge valve opens in an abnormal use state, it is important to promptly detect the opened state.
  • a power supply device has been developed that determines the opening of the discharge valve by detecting the temperature. (See Patent Document 1)
  • the device that detects the opening of the discharge valve by detecting the temperature detects the battery temperature and the ambient temperature to make a determination. Since the temperature of the battery rises while the discharge valve is open, the valve opening can be detected based on the battery temperature or the ambient temperature. However, the temperature of the battery fluctuates due to external conditions such as the ambient temperature, and also changes depending on the magnitude of the current that charges and discharges the battery, so that it is difficult to reliably and quickly detect the battery temperature. Furthermore, the device that determines the opening of the discharge valve based on the temperature makes it difficult to detect the opening of the discharge valve quickly and reliably because noise induced by the temperature sensor hinders accurate detection of the temperature. is doing.
  • the present invention has been developed for the purpose of eliminating the above-mentioned adverse effects, and an important object of the present invention is to provide a power supply device that can accurately and quickly detect the opening of a discharge valve by detecting temperature. And a method for detecting the opening of the discharge valve.
  • the power supply device of the present invention includes a battery 1 having a discharge valve that opens when the internal pressure becomes higher than a set pressure, a case 3 that houses the battery 1, a temperature sensor 5 that detects the temperature in the case 3, And a detection circuit 7 for detecting the opening of the discharge valve at the detected temperature detected by the temperature sensor 5, the detected temperature rise gradient ( ⁇ T / ⁇ t) is higher than the rise gradient set value, and the detected temperature rises
  • the detection circuit 7 detects that the high temperature time (t1) from the timing when the gradient ( ⁇ T / ⁇ t) exceeds the rising gradient set value to the timing when the detected temperature falls below the reference temperature is longer than the high temperature time set value. Detects the opening of the discharge valve.
  • the power supply device of the present invention includes a plurality of temperature sensors 5 in the case 3, and the detection circuit 7 can detect the opening of the discharge valve from the detected temperature of each temperature sensor 5. At least one of the plurality of temperature sensors 5 can be disposed in the exhaust gas path in the case 3. In addition, at least one of the plurality of temperature sensors can be directly or indirectly thermally coupled to the battery 1 to detect the battery temperature.
  • the detection circuit 7 rises from the timing when the rising gradient ( ⁇ T / ⁇ t) of the detected temperature becomes higher than the set gradient to the timing when the rising gradient ( ⁇ T / ⁇ t) falls below the set gradient. It is possible to detect the opening of the discharge valve by detecting that the time (t2) exceeds the rising time set value.
  • the temperature sensor 5 can be used in combination with the temperature sensor 5 that detects the battery temperature.
  • the method for detecting the opening of the discharge valve of the power supply apparatus includes a battery 1 having a discharge valve that opens when the internal pressure becomes higher than a set pressure, a case 3 housing the battery 1,
  • a method for detecting the opening of a discharge valve of a power supply apparatus including a temperature sensor 5 for detecting temperature, wherein the temperature sensor 5 detects a rising gradient ( ⁇ T / ⁇ t) of a detected temperature and detects the rising gradient Detects the high temperature time (t1) from when the value exceeds the ascending gradient set value until it falls below the reference temperature, and the ascending gradient ( ⁇ T / ⁇ t) is greater than the preset ascending gradient set value, It is determined that the discharge valve is opened in a state where t1) is longer than the high temperature time set value.
  • the temperature at a plurality of measurement points is detected by the plurality of temperature sensors 5 arranged in the case 3, and the detected temperature of any one of the temperature sensors 5 is increased.
  • the gradient ( ⁇ T / ⁇ t) and the high temperature time (t1) exceed the set values, it can be determined that the discharge valve is opened.
  • the rising gradient ( ⁇ T / ⁇ t) falls below the setting gradient from the timing when the rising gradient ( ⁇ T / ⁇ t) of the detected temperature becomes higher than the setting gradient. It can be determined that the discharge valve has been opened by detecting that the rise time (t2) exceeds the rise time set value.
  • the temperature sensor 5 can be used in combination with the temperature sensor 5.
  • the power supply device and the method for detecting the opening of the discharge valve of the power supply device according to the present invention are characterized in that the opening of the discharge valve can be detected accurately and quickly by detecting the temperature.
  • the rising gradient ( ⁇ T / ⁇ t) of the detected temperature of the temperature sensor in addition to the rising gradient ( ⁇ T / ⁇ t) of the detected temperature of the temperature sensor, the rising gradient ( ⁇ T / ⁇ t) of the detected temperature exceeds the rising gradient set value. Since the high temperature time (t1) until the detected temperature falls below the reference temperature is also detected, it is also detected that this high temperature time (t1) exceeds the high temperature time set value, and the valve opening of the discharge valve is detected.
  • the temperature sensor can detect the battery temperature in the case with a simple circuit configuration, but cannot completely eliminate the influence of noise induced in the temperature sensor.
  • the noise of the temperature sensor is induced through a power supply line from a power supply circuit such as a switching power supply, and is further induced as radiation noise from various switching circuits. Since the detection voltage of the temperature sensor fluctuates depending on both the detection temperature and noise, voltage fluctuation due to noise causes a detection temperature error. The complete removal of the noise is extremely difficult, and the error in the detected temperature due to the noise prevents accurate detection of the opening of the discharge valve.
  • the power supply device and valve opening detection method of the present invention can accurately detect the opening of the discharge valve even when the detected temperature fluctuates due to noise. This is because the power supply device and the valve opening detection method described above detect the opening of the discharge valve in both the temperature increase gradient ( ⁇ T / ⁇ t) and the high temperature time (t1) until the temperature decreases.
  • the exhaust valve is opened and hot exhaust gas is ejected from the battery, the temperature inside the case rises rapidly, and after the temperature rises, it takes time to drop to the reference temperature. The time to decrease is considerably longer than the period of noise.
  • the ascending gradient ( ⁇ T / ⁇ t) is compared with the ascending gradient setting value, and the high temperature time (t1) until the temperature drops to the reference temperature is compared with the high temperature time setting value, both exceeding the setting value.
  • the power supply device of the present invention is most suitable for a large-capacity power supply in which a large number of batteries are incorporated in a case, for example, a backup power supply, etc. Used in various applications.
  • the power supply apparatus 100 shown in the schematic diagrams of FIGS. 1 and 2 has a plurality of batteries 1 built in a case 3 as battery units 2.
  • the case 3 includes a battery unit 2, a circuit board 4, and a temperature sensor 5 connected to the circuit board 4.
  • the battery unit 2 has a plurality of rechargeable batteries 1 connected in series or in parallel via a metal lead plate (not shown) and connected in a block shape.
  • Battery 1 is a cylindrical battery or a square battery.
  • the battery 1 contains an electrode and an electrolyte in a sealed metal case.
  • the opening of the outer can that closes the bottom is hermetically fixed by a sealing plate.
  • the outer can is manufactured by pressing a metal plate.
  • the sealing plate is crimped to the periphery of the opening of the outer can through a packing and fixed in an airtight manner.
  • the battery 1 is provided with a discharge valve in order to prevent it from being damaged when the internal pressure of the metal case having a sealed structure rises.
  • the discharge valve is provided on the sealing plate or on the bottom surface of the outer can.
  • the discharge valve opens when the internal pressure becomes higher than a set pressure, for example, 1.5 MPa, and prevents destruction of the metal case due to an increase in internal pressure.
  • the discharge valve is opened in an abnormal state. Therefore, when the discharge valve is opened, the temperature of the battery 1 is very high. For this reason, the gas and electrolyte solution (spout) which are ejected from the exhaust valve which opens are abnormally high temperature exhaust gas.
  • the exhaust gas has an abnormally high temperature.
  • the lithium ion battery is filled with a non-aqueous electrolyte solution, this may become a combustion gas discharged at a high temperature, and may become an abnormally high temperature.
  • the exhaust valve opens in an abnormal use state, and thus the exhaust gas has an abnormally high temperature.
  • Case 3 is made of metal or plastic and has a sealed structure or a closed structure that is not sealed, but is provided with a discharge port (not shown) that discharges exhaust gas discharged from the battery 1 to the outside.
  • the case 3 having the discharge port discharges the exhaust gas ejected from the battery 1 to the outside through the discharge port.
  • the case 3 having a sealed structure or a closed structure may not necessarily be provided with a specific discharge port, but may have a structure in which a gap is partially provided and exhaust gas is discharged to the outside through this gap.
  • the entire shape of the case 3 is a rectangular box shape, and the battery unit 2 and the circuit board 4 are arranged inside.
  • the power supply device of FIG. 1 three battery units 2 are arranged in the case 3, but the power supply device of the present invention does not specify the number and connection state of the batteries 1 stored in the case 3.
  • the circuit board 4 is connected to a temperature sensor 5 via a lead wire 6.
  • the temperature sensor 5 detects the temperature of a specific part in the case 3 and detects that the discharge valve of the battery 1 is opened. It is important for the power supply device incorporating a plurality of batteries 1 in the case 3 to accurately detect that the battery 1 has been opened, regardless of whether the discharge valve of any battery 1 is opened.
  • the power supply apparatus 100 of FIGS. 1 and 2 arranges a plurality of temperature sensors 5 in the case 3 and detects the opening of the discharge valve at the detection temperature of all the temperature sensors 5.
  • 1 and 2 includes a temperature sensor 5A for detecting the battery temperature and a temperature sensor 5B for detecting the temperature of the exhaust gas ejected from the exhaust valve that opens.
  • the temperature sensor 5 ⁇ / b> A for detecting the battery temperature is disposed by being directly or indirectly thermally coupled to the battery 1 constituting the battery unit 2.
  • the battery unit 2 in which the batteries 1 are connected in series or in parallel with a metal lead plate is arranged so that the temperature sensor 5A is thermally coupled to the lead plate, and is thermally coupled to the battery 1 via the lead plate. It can also be arranged. Since the lead plate is connected to the plurality of batteries 1, the temperature sensor 5A thermally coupled to the battery 1 via the lead plate can quickly detect the temperatures of the plurality of batteries 1 connected to the lead plate.
  • the temperature sensor 5 ⁇ / b> A can also be arranged by being thermally coupled to the surface of the battery case.
  • a plurality of temperature sensors 5 ⁇ / b> A for detecting battery temperature are arranged on the upper and lower surfaces of the battery unit 2.
  • Each temperature sensor 5A detects the temperature of the battery 1 that is thermally coupled.
  • the power supply apparatus 100 shown in the figure has a smaller number of temperature sensors 5A than the number of batteries 1, and detects the temperature of a specific battery 1.
  • the power supply device 100 is designed so that each battery 1 is charged / discharged with the same current and the temperature difference is reduced, so that the temperature of a specific battery 1 is detected without detecting all battery temperatures. . Since the power supply device 100 detects the battery temperature in order to protect the battery 1, for example, the temperature of the battery 1 having a large temperature change is detected and charged and discharged while protecting the battery 1. However, the power supply device can detect the temperature by thermally coupling the temperature sensors 5A to all the batteries 1.
  • the temperature sensor 5B for detecting the temperature of the exhaust gas is disposed between the battery units 2 or between the battery unit 2 and the inner surface of the case 3 and in the exhaust gas passage exhausted from the battery 1.
  • a temperature sensor 5 ⁇ / b> B that detects the temperature of exhaust gas is disposed between the battery unit 2 and the case 3.
  • the temperature sensor 5B detects the temperature of the exhaust gas flowing along the inner surface of the case 3 and detects the opening of the exhaust valve.
  • the exhaust gas temperature sensor 5 ⁇ / b> B can be used in combination with the temperature sensor 5 ⁇ / b> A for detecting the temperature of the battery 1 by being thermally coupled to the battery 1.
  • the circuit board 4 is mounted with a detection circuit 7 connected to the temperature sensor 5 through the lead wire 6 to detect the opening of the discharge valve, and a protection circuit 8 connected to the battery 1 to control charging / discharging of the battery 1. is doing.
  • the detection circuit 7 detects the battery temperature in the case 3 and the temperature of the gas passage to detect the opening of the discharge valve. When the discharge valve is opened, hot exhaust gas is ejected into the case 3. Therefore, detection of the discharge valve can be determined by detecting the temperature in the case 3.
  • the temperature in the case 3 varies even under conditions other than the opening of the discharge valve. For example, the temperature in the case 3 varies depending on the ambient temperature of the case 3 and the current value for charging and discharging the battery 1.
  • the temperature in the case 3 increases as the ambient temperature increases or the current for charging / discharging the battery 1 increases.
  • the temperature in case 3 increases as the discharge valve opens, and also increases due to the ambient temperature and charge / discharge current. Therefore, the temperature in case 3 is compared with the set value to determine whether the discharge valve is open. Then, it cannot be detected accurately. This is because even in a state where the discharge valve is not opened, the ambient temperature is high, and the temperature in the case 3 increases as the charge / discharge current increases.
  • the power supply device compares the detected temperature of the temperature sensor 5 with a set value in order to eliminate the disadvantage that the temperature rise due to the ambient temperature or the charge / discharge current makes it difficult to accurately determine the opening of the discharge valve.
  • the opening of the discharge valve is determined by comparing the gradient at which the detected temperature rises, that is, the temperature rise gradient ( ⁇ T / ⁇ t), with a preset rise gradient set value.
  • the temperature detected by the temperature sensor 5 rises when the discharge valve is opened, but also rises due to noise induced by the temperature sensor 5, so that the discharge valve is determined to open based only on the rising gradient ( ⁇ T / ⁇ t). Then, malfunction due to noise occurs.
  • the power supply device has a rising gradient ( ⁇ T / ⁇ t) of the detected temperature exceeding the rising gradient setting value. Furthermore, the time from when the ascending gradient ( ⁇ T / ⁇ t) exceeds the ascending gradient set value until it falls below a preset reference temperature, that is, the high temperature time (t1) during which the temperature is increased by opening the discharge valve ) In comparison with the high temperature time set value, the discharge valve is opened only when the rising gradient ( ⁇ T / ⁇ t) is larger than the rising gradient set value and the high temperature time (t1) is longer than the high temperature time set value. Judge as a valve.
  • the detection circuit 7 that detects the opening of the discharge valve by both the temperature rising gradient ( ⁇ T / ⁇ t) and the high temperature time (t1) stores the rising gradient set value and the high temperature time set value in the memory.
  • the ascending slope set value, the high temperature time set value, and the reference temperature are measured by detecting the temperature detected by the temperature sensor 5 by forcibly causing one battery 1 in the case 3 to thermally run away and opening the discharge valve.
  • the noise induced in the temperature sensor 5 is measured and set to a value that can accurately determine whether the discharge valve is open without being affected by the noise.
  • FIG. 3 shows a state in which the temperature detected by the temperature sensor 5 changes when the discharge valve is opened.
  • FIG. 4 shows a state in which the detected temperature changes due to noise induced in the temperature sensor 5 when the discharge valve is not opened.
  • the horizontal axis represents the time axis
  • the vertical axis represents the detected temperature of the temperature sensor 5.
  • the temperature sensor 5 an element such as a thermistor whose electric resistance changes is used, and the detection circuit 7 detects the temperature by converting the electric resistance of the temperature sensor 5 into a voltage. 3 and 4, the temperature detected by the temperature sensor 5 fluctuates up and down due to noise. In these figures, the temperature is detected and plotted at a predetermined detection cycle.
  • the detection cycle is set to, for example, 100 msec to 500 msec so that a temperature change can be detected quickly. Further, in order to increase the temperature detection accuracy, the detection circuit 7 detects the temperature in a cycle shorter than the set cycle, for example, a sampling cycle of 5 msec to 10 msec, and averages a plurality of detected temperatures detected in the sampling cycle. Temperature change in the set cycle.
  • the detected temperature of the temperature sensor 5 in which noise is induced changes up and down, the detected temperature rises with the discharge valve opened, and the detected temperature also rises due to noise.
  • the detection circuit 7 sets an ascending gradient setting value, a high temperature time setting value, and a reference temperature.
  • the rising gradient set value is set to 1 ° C./sec, for example, in order to reliably detect a temperature increase due to the opening of the discharge valve.
  • the high temperature time set value and the reference temperature are set in consideration of the state from when the discharge valve is opened until the temperature decreases, for example, the high temperature time set value is 20 seconds, and the reference temperature is increased by a gradient ( ⁇ T / ⁇ t).
  • the ascending slope setting value and the high temperature time setting value are too small, they are easily affected by noise, and if they are too large, it is impossible to accurately detect the opening of the discharge valve.
  • the gradient in which the discharge valve opens and the temperature rises and falls depend on the internal volume of the case 3, the type and size of the battery 1, the number and arrangement of the batteries 1, and the location where the temperature sensor 5 is arranged. Therefore, the rising gradient set value, the high temperature time set value, and the reference temperature are set to values that reliably detect the valve opening by opening the discharge valve.
  • the detection circuit 7 can store the temperature rising gradient in a time zone shorter than 1 sec or longer than 1 sec without necessarily setting the rising gradient set value for 1 sec. For example, the detection circuit 7 that stores the rising gradient set value for 2 seconds compares the rising gradient ( ⁇ T / ⁇ t) for 2 seconds with the rising gradient set value to determine whether the discharge valve is open.
  • the detection circuit 7 increases from the timing when the rising gradient ( ⁇ T / ⁇ t) of the detected temperature becomes higher than the set gradient.
  • the rise time (t2) until the gradient ( ⁇ T / ⁇ t) falls below the set gradient is compared with the rise time set value, and it is also detected that the rise time set value is exceeded, and the valve opening is determined. By doing so, the opening of the discharge valve can be determined more accurately.
  • the rising time set value is set to 1 sec to 2 sec, for example.
  • the rise time setting value also changes depending on the internal volume of the case 3, the type and size of the battery 1, the number and arrangement of the batteries 1, and the location where the temperature sensor 5 is arranged. It is set to a value that can reliably determine the opening of the discharge valve.
  • FIG. 2 includes a plurality of temperature sensors 5.
  • the detected temperature rising gradient ( ⁇ T / ⁇ t) detected by any one of the temperature sensors 5 is larger than the rising gradient set value, and the high temperature time (t 1) is longer than the high temperature time set value. Furthermore, it can be determined that the discharge valve has been opened in a state where the rise time (t2) is longer than the rise time set value, and the opening of the discharge valve can be determined quickly and accurately.
  • the power supply device including the plurality of temperature sensors 5 determines the opening of the discharge valve by providing each temperature sensor 5 with an ascending gradient set value, a high temperature time set value, and an ascending time set value separately. You can also.
  • the present invention is effectively used for a power supply device in which a plurality of batteries having discharge valves are arranged in a case.

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Abstract

温度を検出して排出弁の開弁を確実に検出する。　内圧が設定圧力よりも高くなると開弁する排出弁を有する電池をケースに収納しており、ケース内の温度を検出する温度センサと、温度センサの検出温度で排出弁の開弁を検出する検出回路を備え、検出回路は温度センサで検出する検出温度の上昇勾配（ΔＴ／Δｔ）が上昇勾配設定値よりも高くて、検出温度の上昇勾配（ΔＴ／Δｔ）が上昇勾配設定値を越えるタイミングから、検出温度が基準温度以下に低下するタイミングまでの高温時間（ｔ１）が高温時間設定値よりも長いことを検出して排出弁の開弁を検出する。

Description

電源装置と電源装置の排出弁の開弁検出方法
　本発明は、充電できる電池をケースに配置している電源装置に関し、とくに電池の内圧が異常な圧力に上昇すると開弁する排出弁を備える電源装置と、この電源装置の排出弁の開弁を検出する検出方法に関する。
　ケースに電池を内蔵する電源装置は、電池の破裂等の弊害を防止するために電池に排出弁を設けている。排出弁は、電池の内圧を検出して開弁する。排出弁は、電池の内圧が設定圧よりも高くなると開弁し、内部の高圧ガスを噴出して内圧の上昇を防止する。電池の内圧は、電池が異常な状態で使用されて上昇する。排出弁が開弁する電池の異常な状態は、たとえば、過大な充放電電流が流れ、あるいは正負の電極が内部でショートする等が原因で発生する。排出弁は異常な使用状態で開弁するので、開弁した状態を速やかに検出することが大切である。温度を検出して排出弁の開弁を判定する電源装置は開発されている。（特許文献１参照）
特開２０１０－０５５９５７号公報
　温度を検出して排出弁の開弁を検出する装置は、電池温度や周囲温度を検出して判定している。電池は排出弁が開弁する状態で温度が上昇するので、電池温度や周囲温度で開弁を検出できる。しかしながら、電池の温度は、周囲温度などの外的条件で変動し、さらに電池を充放電する電流の大きさでも変化するので、確実にしかも速やかに検出するのが難しい。さらに、温度で排出弁の開弁を判定する装置は、温度センサに誘導されるノイズが温度の正確な検出を阻害するので、このことによっても排出弁の開弁の速やかで確実な検出を難しくしている。
　本発明は従来の以上の弊害を解消することを目的として開発されたもので、本発明の大切な目的は、温度を検出して排出弁の開弁を正確に、しかも速やかに検出できる電源装置と排出弁の開弁を検出する方法とを提供することにある。
　本発明の電源装置は、内圧が設定圧力よりも高くなると開弁する排出弁を有する電池１と、電池１を収納しているケース３と、ケース３内の温度を検出する温度センサ５と、温度センサ５で検出される検出温度で排出弁の開弁を検出する検出回路７とを備え、検出温度の上昇勾配（ΔＴ／Δｔ）が上昇勾配設定値よりも高く、かつ、検出温度の上昇勾配（ΔＴ／Δｔ）が上昇勾配設定値を越えるタイミングから、検出温度が基準温度以下に低下するタイミングまでの高温時間（ｔ１）が高温時間設定値よりも長いことを検出して、検出回路７が排出弁の開弁を検出する。
　本発明の電源装置は、ケース３内に複数の温度センサ５を備えて、検出回路７が、各々の温度センサ５の検出温度から排出弁の開弁を検出することができる。複数の温度センサ５の少なくとも一つは、ケース３内の排出ガスの経路に配設することができる。また、複数の温度センサの少なくとも一つは、電池１に直接的あるいは間接的に熱結合して配設して電池温度を検出することができる。
　本発明の電源装置は、検出回路７が、検出温度の上昇勾配（ΔＴ／Δｔ）が設定勾配よりも高くなるタイミングから、上昇勾配（ΔＴ／Δｔ）が設定勾配以下に低下するタイミングまでの上昇時間（ｔ２）が上昇時間設定値を越えることを検出して排出弁の開弁を検出することができる。
　本発明の電源装置は、温度センサ５が、電池温度を検出する温度センサ５を併用することができる。
　本発明の電源装置の排出弁の開弁検出方法は、内圧が設定圧力よりも高くなると開弁する排出弁を有する電池１と、この電池１を収納しているケース３と、ケース１内の温度を検出する温度センサ５とを備える電源装置の排出弁の開弁を検出する方法であって、温度センサ５で検出される検出温度の上昇勾配（ΔＴ／Δｔ）を検出すると共に、上昇勾配が上昇勾配設定値を越えてから基準温度以下に低下するまでの高温時間（ｔ１）を検出し、上昇勾配（ΔＴ／Δｔ）が予め設定している上昇勾配設定値よりも大きく、高温時間（ｔ１）が高温時間設定値よりも長い状態で排出弁が開弁したと判定する。
　本発明の電源装置の排出弁の開弁検出方法は、ケース３内に配置している複数の温度センサ５で複数の測定点の温度を検出し、何れかの温度センサ５の検出温度の上昇勾配（ΔＴ／Δｔ）と高温時間（ｔ１）とが設定値を越えることを検出すると、排出弁が開弁したと判定することができる。
　本発明の電源装置の排出弁の開弁検出方法は、検出温度の上昇勾配（ΔＴ／Δｔ）が設定勾配よりも高くなるタイミングから、上昇勾配（ΔＴ／Δｔ）が設定勾配以下に低下するタイミングまでの上昇時間（ｔ２）が上昇時間設定値を越えることを検出して排出弁が開弁したと判定することができる。
　本発明の排出弁の開弁検出方法は、温度センサ５に、電池温度を検出する温度センサ５を併用することができる。
　本発明の電源装置と電源装置の排出弁の開弁検出方法は、温度を検出して排出弁の開弁を正確に、しかも速やかに検出できる特徴がある。とくに、以上の電源装置と開弁検出方法は、温度センサの検出温度の上昇勾配（ΔＴ／Δｔ）に加えて、検出温度の上昇勾配（ΔＴ／Δｔ）が上昇勾配設定値を越えてから、検出温度が基準温度以下に低下するまでの高温時間（ｔ１）も検出して、この高温時間（ｔ１）が高温時間設定値を越えることをも検出して排出弁の開弁を検出するので、温度センサに誘導されるノイズの影響を無視して、正確に排出弁の開弁を検出できる特徴がある。温度センサは、ケース内の電池温度などを簡単な回路構成で検出できるが、温度センサに誘導されるノイズの影響を皆無にできない。温度センサのノイズは、スイッチング電源などの電源回路から電源ラインを介して誘導され、さらに種々のスイッチング回路からの放射ノイズとして誘導される。温度センサは検出温度とノイズの両方で検出電圧が変動するので、ノイズによる電圧変動は検出温度の誤差の原因となる。ノイズの完全な除去は極めて難しく、ノイズによる検出温度の誤差は、排出弁の開弁を正確に検出するのを阻止する。
　本発明の電源装置と開弁検出方法は、ノイズで検出温度が変動する状態にあっても、正確に排出弁の開弁を検出できる。それは、以上の電源装置と開弁検出方法が、温度の上昇勾配（ΔＴ／Δｔ）と、温度が低下するまでの高温時間（ｔ１）の両方で排出弁の開弁を検出するからである。排出弁が開弁して電池から高温の排出ガスが噴出されると、ケース内の温度は急激に上昇し、さらに、温度が上昇した後、基準温度に低下するまでに時間がかかり、温度が低下するまでの時間が、ノイズの周期に比較して相当に長くなる。このため、上昇勾配（ΔＴ／Δｔ）を上昇勾配設定値に比較し、さらに温度が基準温度に低下するまでの高温時間（ｔ１）を高温時間設定値に比較して、両方が設定値を越えることを検出することで、短周期で変動するノイズによる誤動作を解消して排出弁の開弁を確実に検出する。
本発明の一実施形態にかかる電源装置の概略斜視図である。 本発明の一実施形態にかかる電源装置の概略構成図である。 排出弁の開弁時における温度センサの検出温度が変化する状態を示すグラフである。 排出弁が開弁しない状態で温度センサに誘導されるノイズによって検出温度が変化する状態を示すグラフである。
　以下、図面に基づいて本発明を詳細に説明する。なお、以下の説明では、必要に応じて特定の方向や位置を示す用語（例えば、「上」、「下」、及びそれらの用語を含む別の用語）を用いるが、それらの用語の使用は図面を参照した発明の理解を容易にするためであって、それらの用語の意味によって本発明の技術的範囲が制限されるものではない。また、複数の図面に表れる同一符号の部分は同一もしくは同等の部分又は部材を示す。
　さらに以下に示す実施形態は、本発明の技術思想を具体化するための電源装置と電源装置の排出弁の開弁検出方法を例示するものであって、本発明を以下に限定するものではない。また、以下に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、特定的な記載がない限り、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、例示することを意図したものである。また、一の実施の形態、実施例において説明する内容は、他の実施の形態、実施例にも適用可能である。また、図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため、誇張していることがある。
　本発明の電源装置は、多数の電池をケースに内蔵している大容量の電源、たとえばバックアップ電源等に最適であるが、自転車や車両の走行モータに電力を供給する車両用の電源装置など他の種々の用途に使用される。
　図１及び図２の概略図に示す電源装置１００は、複数の電池１を電池ユニット２としてケース３に内蔵している。ケース３は、電池ユニット２と回路基板４と、回路基板４に接続している温度センサ５とを内蔵している。電池ユニット２は、充電できる複数の電池１を金属板のリード板（図示せず）を介して直列や並列に接続してブロック状に連結している。
　電池１は円筒形電池や角形電池である。電池１は密閉構造の金属ケースに電極と電解液を収納している。金属ケースは、底を閉塞している外装缶の開口部を封口板で気密に固定している。外装缶は金属板をプレス加工して製作される。封口板はパッキンを介して外装缶の開口部周縁にカシメ加工して気密に固定される。
　電池１は、図示しないが、密閉構造の金属ケースの内圧が上昇したときに破損するのを防止するために、排出弁を設けている。排出弁は封口板に、あるいは外装缶の底面に設けられる。排出弁は、内圧が設定圧力、たとえば１．５ＭＰａよりも高くなると開弁して、内圧上昇による金属ケースの破壊を防止する。排出弁は、異常な状態で開弁される。したがって、排出弁が開弁する状態では、電池１の温度も非常に高くなっている。このため、開弁する排出弁から噴出されるガスや電解液（噴出物）は異常な高温の排出ガスとなる。とくに、電池１をリチウムイオン電池とする電池装置は、排出ガスが異常な高温となる。さらに、リチウムイオン電池は、非水系の電解液を充填していることから、これが高温で排出される燃焼ガスとなって、さらに異常な高温となることがある。リチウムイオン電池に限らず、他の充電できる電池にあっても、排出弁は異常な使用状態で開弁するので、排出ガスは異常な高温となる。
　ケース３は金属製又はプラスチック製で、密閉構造とし、あるいは閉鎖されるが密閉されない構造として、電池１から排出される排出ガスを外部に排出する排出口（図示せず）を設けている。排出口のあるケース３は、電池１から噴出される排出ガスを排出口から外部に排出する。ただ、密閉構造や閉鎖構造のケース３は、必ずしも特定の排出口を設けることなく、部分的に隙間を設けて、この隙間から排出ガスを外部に排出する構造とすることもできる。
　図１の電源装置１００は、ケース３の全体形状を四角形の箱形として、内部に電池ユニット２と回路基板４を配置している。図１の電源装置は、ケース３に３組の電池ユニット２を配置しているが、本発明の電源装置は、ケース３に収納する電池１の個数と接続状態を特定しない。
　回路基板４は、リード線６を介して温度センサ５を接続している。温度センサ５はケース３内の特定部位の温度を検出して、電池１の排出弁が開弁したことを検出する。ケース３に複数の電池１を内蔵する電源装置は、いずれの電池１の排出弁が開弁しても、開弁したことを正確に検出することが大切である。図１と図２の電源装置１００は、ケース３内に複数の温度センサ５を配置して、全ての温度センサ５の検出温度で排出弁の開弁を検出する。図１と図２の電源装置は、電池温度を検出する温度センサ５Ａと、開弁する排出弁から噴出される排出ガスの温度を検出する温度センサ５Ｂとを設けている。
　電池温度を検出する温度センサ５Ａは、電池ユニット２を構成する電池１に、直接的あるいは間接的に熱結合して配設される。金属板のリード板で電池１を直列や並列に接続している電池ユニット２は、温度センサ５Ａをリード板に熱結合するように配置して、リード板を介して電池１に熱結合するように配置することもできる。リード板は複数の電池１に接続されるので、リード板を介して電池１に熱結合している温度センサ５Ａは、リード板を接続している複数の電池１の温度を速やかに検出できる。ただ、温度センサ５Ａは、電池ケースの表面に熱結合して配置することもできる。図の電源装置１００は、電池ユニット２の上面と下面に、電池温度を検出する複数の温度センサ５Ａを配置している。各々の温度センサ５Ａは、熱結合している電池１の温度を検出する。図の電源装置１００は、電池１の個数よりも温度センサ５Ａの数が少なく、特定の電池１の温度を検出する。電源装置１００は、各々の電池１を同じ電流で充放電して、温度差が少なくなるように設計されるので、全ての電池温度を検出することなく、特定の電池１の温度が検出される。電源装置１００は、電池１を保護するために電池温度を検出しているので、例えば、温度変化の大きい電池１の温度を検出して電池１を保護しながら充放電させる。ただ、電源装置は、全ての電池１に温度センサ５Ａを熱結合して温度を検出することもできる。
　排出ガスの温度を検出する温度センサ５Ｂは、電池ユニット２の間や電池ユニット２とケース３内面との間であって、電池１から排出される排出ガスの通路に配置される。図１と図２の電源装置１００は、排出ガスの温度を検出する温度センサ５Ｂを、電池ユニット２とケース３との間に配置している。この温度センサ５Ｂは、ケース３の内面に沿って流れる排出ガスの温度を検出して、排出弁の開弁を検出する。排出ガスの温度センサ５Ｂは、電池１に熱結合して配置することで、電池１の温度を検出する温度センサ５Ａにも併用できる。
　回路基板４は、リード線６を介して温度センサ５に連結されて排出弁の開弁を検出する検出回路７と、電池１に接続されて電池１の充放電をコントロールする保護回路８を実装している。検出回路７は、ケース３内の電池温度やガス通路の温度を検出して排出弁の開弁を検出する。排出弁が開弁されると高温の排出ガスがケース３内に噴出される。したがって、ケース３内の温度を検出して排出弁の検出を判定できる。しかしながら、ケース３内の温度は、排出弁の開弁以外の条件でも変動し、たとえばケース３の周囲温度や電池１を充放電する電流値で変動する。このため、排出弁が開弁しない状態においても、周囲温度が高くなり、あるいは電池１を充放電する電流が大きくなると、ケース３内の温度は高くなる。ケース３内の温度が、排出弁が開弁して高くなり、また周囲温度や充放電の電流によっても高くなるので、ケース３内の温度を設定値に比較して排出弁の開弁を判定すると、正確に検出できなくなる。排出弁が開弁しない状態であっても、周囲温度が高く、充放電の電流が大きくなるとケース３内の温度が高くなるからである。
　周囲温度や充放電の電流で温度が上昇することが、排出弁の開弁の正確な判定を難しくする欠点を解消するために、電源装置は、温度センサ５の検出温度を設定値に比較するのに代わって、検出温度が上昇する勾配、すなわち温度の上昇勾配（ΔＴ／Δｔ）を予め設定している上昇勾配設定値に比較して排出弁の開弁を判定する。ただ、温度センサ５の検出温度は、排出弁が開弁すると上昇するが、温度センサ５に誘導されるノイズによっても上昇するので、上昇勾配（ΔＴ／Δｔ）のみで排出弁の開弁を判定すると、ノイズによる誤動作が発生する。電源装置は、ノイズによる温度センサ５の検出温度の変動と、排出弁の開弁による検出温度の変動を識別するために、検出温度の上昇勾配（ΔＴ／Δｔ）が上昇勾配設定値を越え、さらに上昇勾配（ΔＴ／Δｔ）が上昇勾配設定値を越えてから予め設定している基準温度以下に低下するまでの時間、すなわち排出弁が開弁して温度が上昇している高温時間（ｔ１）を、高温時間設定値に比較し、上昇勾配（ΔＴ／Δｔ）が上昇勾配設定値よりも大きく、さらに、高温時間（ｔ１）が高温時間設定値よりも長い状態に限って排出弁が開弁と判定する。
　温度の上昇勾配（ΔＴ／Δｔ）と高温時間（ｔ１）の両方で排出弁の開弁を検出する検出回路７は、上昇勾配設定値と、高温時間設定値とをメモリに記憶している。上昇勾配設定値と、高温時間設定値と、基準温度は、ケース３内のひとつの電池１を強制的に熱暴走させて排出弁を開弁し、温度センサ５の検出温度を測定し、さらに温度センサ５に誘導されるノイズを測定して、ノイズに影響されることなく排出弁の開弁を正確に判定できる値に設定される。
　図３は、排出弁の開弁時における温度センサ５の検出温度が変化する状態を示している。また、図４は、排出弁が開弁しない状態で温度センサ５に誘導されるノイズによって検出温度が変化する状態を示している。これらの図は、横軸を時間軸、縦軸を温度センサ５の検出温度としている。温度センサ５は、サーミスタなどの温度で電気抵抗が変化する素子が使用され、検出回路７は、温度センサ５の電気抵抗を電圧に変換して温度を検出する。図３と図４において、温度センサ５の検出温度はノイズで上下に変動している。これらの図は、所定の検出周期で温度を検出してプロットしている。検出周期は、温度変化を速やかに検出できるように、例えば１００ｍｓｅｃ～５００ｍｓｅｃに設定される。さらに、検出回路７は、温度検出精度を高くするために、設定周期よりも短い周期、たとえば、５ｍｓｅｃ～１０ｍｓｅｃのサンプリング周期で温度を検出し、サンプリング周期で検出する複数回の検出温度を平均して設定周期における温度変化を演算している。
　図３に示すように、ノイズが誘導された温度センサ５の検出温度は上下に変化し、排出弁が開弁する状態で検出温度が上昇し、またノイズによっても検出温度は上昇する。ノイズの影響を無視して、排出弁の開弁を正確に検出するために、検出回路７は、上昇勾配設定値と、高温時間設定値と、基準温度を設定する。上昇勾配設定値は、排出弁の開弁による温度上昇を確実に検出するために、たとえば１℃／ｓｅｃに設定される。高温時間設定値と基準温度は、排出弁が開弁してから温度が低下するまで状態を考慮して、たとえば、高温時間設定値を２０ｓｅｃ、基準温度を上昇勾配（ΔＴ／Δｔ）が上昇勾配設定値を越えたときの検出温度に設定する。上昇勾配設定値と高温時間設定値は、小さすぎるとノイズの影響を受けやすく、反対に大きすぎると排出弁の開弁を正確に検出できなくなる。また、排出弁が開弁して温度が上昇する勾配と低下する状態は、ケース３の内容積、電池１の型式や大きさ、電池１の個数や配置、さらに温度センサ５の配置場所などによって変化するので、上昇勾配設定値と高温時間設定値と基準温度は、排出弁を開弁して確実に開弁を検出する値に設定される。
　検出回路７は、必ずしも１ｓｅｃ間における上昇勾配設定値を設定することなく、１ｓｅｃよりも短く、あるいは１ｓｅｃ以上の時間帯における温度の上昇勾配を記憶することができる。たとえば、２ｓｅｃ間の上昇勾配設定値を記憶する検出回路７は、２ｓｅｃ間における上昇勾配（ΔＴ／Δｔ）を上昇勾配設定値に比較して排出弁の開弁を判定する。
　さらに、検出回路７は、上昇勾配（ΔＴ／Δｔ）と、高温時間（ｔ１）と、基準温度に加えて、検出温度の上昇勾配（ΔＴ／Δｔ）が設定勾配よりも高くなるタイミングから、上昇勾配（ΔＴ／Δｔ）が設定勾配以下に低下するタイミングまでの上昇時間（ｔ２）を上昇時間設定値に比較して、上昇時間設定値を越えることをも検出して排出弁の開弁を判定することで、より正確に排出弁の開弁を判定できる。上昇時間設定値は、たとえば１ｓｅｃ～２ｓｅｃに設定する。ただ、上昇時間設定値も、ケース３の内容積、電池１の型式や大きさ、電池１の個数や配置、さらに温度センサ５の配置場所などによって変化するので、ノイズの影響を受けることなく、排出弁の開弁を確実に判定できる値に設定される。
　図１と図２の電源装置１００は、複数の温度センサ５を備えている。この電源装置１００は、何れかの温度センサ５で検出する検出温度の上昇勾配（ΔＴ／Δｔ）が上昇勾配設定値よりも大きく、高温時間（ｔ１）が高温時間設定値よりも長い状態で、さらに上昇時間（ｔ２）が上昇時間設定値よりも長い状態で排出弁が開弁したと判定して、排出弁の開弁を速やかに、しかも正確に判定できる。さらに、複数の温度センサ５を備える電源装置は、各々の温度センサ５に別々に上昇勾配設定値と、高温時間設定値と、上昇時間設定値とを設けて、排出弁の開弁を判定することもできる。
　本発明は、排出弁を備える複数の電池をケースに配置している電源装置に有効に利用される。
１００…電源装置
１…電池
２…電池ユニット
３…ケース
４…回路基板
５、５Ａ、５Ｂ…温度センサ
６…リード線
７…検出回路
８…保護回路
 

Claims (10)

  1. 　内圧が設定圧力よりも高くなると開弁する排出弁を有する電池と、
    　前記電池を収納しているケースと、
    　前記ケース内の温度を検出する温度センサと、
    　前記温度センサで検出される検出温度で前記排出弁の開弁を検出する検出回路と、
    を備え、
    　前記検出温度の上昇勾配（ΔＴ／Δｔ）が上昇勾配設定値よりも高く、かつ、前記検出温度の上昇勾配（ΔＴ／Δｔ）が上昇勾配設定値を越えるタイミングから、前記検出温度が基準温度以下に低下するタイミングまでの高温時間（ｔ１）が、高温時間設定値よりも長いことを検出して、前記検出回路が前記排出弁の開弁を検出することを特徴とする電源装置。
  2. 　前記ケース内に複数の前記温度センサを備え、
    　前記検出回路が、各々の前記温度センサの検出温度から前記排出弁の開弁を検出することを特徴とする請求項１に記載される電源装置。
  3. 　複数の前記温度センサの少なくとも一つは、前記ケース内の排出ガスの経路に配設されることを特徴とする請求項２に記載される電源装置。
  4. 　複数の前記温度センサの少なくとも一つは、前記電池に直接的あるいは間接的に熱結合して配設されることを特徴とする請求項２に記載される電源装置。
  5. 　前記検出回路が、前記検出温度の上昇勾配（ΔＴ／Δｔ）が設定勾配よりも高くなるタイミングから、上昇勾配（ΔＴ／Δｔ）が設定勾配以下に低下するタイミングまでの上昇時間（ｔ２）が、上昇時間設定値を越えることを検出して前記排出弁の開弁を検出することを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載される電源装置。
  6. 　前記温度センサが、電池温度を検出する温度センサを併用してなることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載される電源装置。
  7. 　内圧が設定圧力よりも高くなると開弁する排出弁を有する電池と、
    　前記電池を収納しているケースと、
    　前記ケース内の温度を検出する温度センサと、
    を備える電源装置の排出弁の開弁検出方法であって、
    　前記温度センサで検出される検出温度の上昇勾配（ΔＴ／Δｔ）を検出すると共に、上昇勾配が上昇勾配設定値を越えてから基準温度以下に低下するまでの高温時間（ｔ１）を検出し、上昇勾配（ΔＴ／Δｔ）が予め設定している上昇勾配設定値よりも大きく、高温時間（ｔ１）が高温時間設定値よりも長い状態で前記排出弁が開弁したと判定することを特徴とする電源装置の排出弁の開弁検出方法。
  8. 　前記ケース内に複数の前記温度センサを配置し、前記温度センサで複数の測定点の温度を検出し、
    　何れかの温度センサの検出温度の前記上昇勾配（ΔＴ／Δｔ）と前記高温時間（ｔ１）とが設定値を越えることを検出すると、前記排出弁が開弁したと判定することを特徴とする請求項７に記載される電源装置の排出弁の開弁検出方法。
  9. 　検出温度の上昇勾配（ΔＴ／Δｔ）が設定勾配よりも高くなるタイミングから、上昇勾配（ΔＴ／Δｔ）が設定勾配以下に低下するタイミングまでの上昇時間（ｔ２）が上昇時間設定値を越えることを検出して前記排出弁が開弁したと判定することを特徴とする請求項７又は８に記載される電源装置の排出弁の開弁検出方法。
  10. 　前記温度センサに、電池温度を検出する温度センサを併用することを特徴とする請求項７ないし９のいずれかに記載される電源装置の排出弁の開弁検出方法。
     
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