JP7525462B2 - 電池モジュール - Google Patents

Description

本発明は、電池モジュールに関する。

特開２０１２－１９０６００号公報には、複数の単電池を備える電池モジュールが開示されている。同公報で開示された電池モジュールでは、該電池モジュールに含まれる各単電池にセンサが取り付けられている。センサによって検知された情報から、電池モジュールに含まれる各単電池の状態を把握することができる。

また、特開２０１６－１００２３７号公報および国際公開第２０１９／０３９１２０号に開示される電池モジュールは、該電池モジュールに含まれる複数の単電池を所定の方向に拘束する拘束部材を備えることが記載されている。これらの公報では、拘束部材にセンサを取り付けることが開示されている。センサは、拘束部材の劣化や、電池モジュールに含まれた単電池の異常を検知できる、とされている。

特開２０１２－１９０６００号公報 特開２０１６－１００２３７号公報 国際公開第２０１９／０３９１２０号

ところで、本発明者は、複数の単電池を備える電池モジュールにおいて、該電池モジュールの充電によって異常な膨らみ方をした単電池を検出したい、と考えている。

ここで開示される電池モジュールは、対向する一対の側面に幅広面をそれぞれ有し、上記幅広面を対向させて順に並べた複数の単電池と、上記複数の単電池が並べられた方向において、上記複数の単電池の両端を拘束する拘束部材と、上記複数の単電池が並べられた方向において、隣接する２つの単電池に架渡され、当該２つの単電池を相互に電気的に接続するバスバーと、上記バスバーに、上記複数の単電池が並べられた方向に沿って取り付けられた第１張力センサと、を備える。

かかる構成の電池モジュールでは、複数の単電池が並べられた方向に沿って、バスバーに第１張力センサが取り付けられていることによって、該電池モジュールの充電による、各単電池が膨らむ度合いを把握することができる。各単電池の膨張度合いを把握することで、電池モジュールの充電による膨らみ方が異常な単電池を検出することができる。

ここで開示される電池モジュールの好適な一態様では、上記第１張力センサと上記バスバーとの間には、絶縁部材が設けられている。かかる構成によると、バスバーと、第１張力センサにおける回路との間を絶縁することができ、バスバーの伸びを高い精度で検出することができる。また、電池モジュールの充放電によって高温になりうるところ、第１張力センサをかかる高温から保護することができる。

また、ここで開示される電池モジュールの好適な他の一態様では、上記第１張力センサは、歪ゲージである。かかる構成によると、歪ゲージで取得された歪量に基づいて、各単電池の異常な膨らみを検出することができる。

また、ここで開示される電池モジュールの好適な他の一態様では、上記拘束部材は、上記複数の単電池が並べられた方向において両端から上記複数の単電池を挟み込む一対のエンドプレートと、上記一対のエンドプレートを連結するバインドバーと、を備えている。上記バインドバーに、上記複数の単電池が並べられた方向に沿って取り付けられた第２張力センサを備える。バインドバーに第２張力センサを取り付けることによって、電池モジュール全体における異常な膨らみを検出することができる。このため、異常な膨らみ方をした単電池の存在を検出することができる。

図１は、電池モジュール１００の斜視図である。 図２は、第１張力センサ４０の一例を示す斜視図である。 図３は、制御装置の制御の一例を説明するフロー図である。

以下、ここで開示される電池モジュールの一実施形態を説明する。ここで説明される実施形態は、当然ながら特に本発明を限定することを意図したものではない。ここで開示される技術は、特に言及されない限りにおいて、ここで説明される実施形態に限定されない。各図面は模式的に描かれており、必ずしも実物を反映していない。また、同一の作用を奏する部材・部位には、適宜に同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、数値範囲を示す「Ａ～Ｂ」などの表記は、特に言及されない限りにおいて「Ａ以上Ｂ以下」を意味するとともに、「Ａを上回り、かつ、Ｂを下回る」の意味をも包含する。

本明細書において「二次電池」とは、電解質を介して一対の電極（正極と負極）の間で電荷担体が移動することによって充放電反応が生じる蓄電デバイス一般をいう。かかる二次電池は、リチウムイオン二次電池、ニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池等のいわゆる蓄電池の他に、電気二重層キャパシタ等のキャパシタなども包含する。以下では、上述した二次電池のうち、リチウムイオン二次電池を対象とした場合の実施形態について説明する。

〈電池モジュール１００〉
図１は、電池モジュール１００の斜視図である。図１に示されているように、電池モジュール１００は、複数の単電池１０と、拘束部材２０と、バスバー３０と、第１張力センサ４０と、を備えている。

〈単電池１０〉
単電池１０は、例えば、いずれも扁平な角型であり、同一形状を有している。この実施形態では、単電池１０は、矩形状の底面１０ａと、底面１０ａの長辺から延びた幅広面１０ｂと、底面１０ａの長辺から延びた幅狭面１０ｃと、底面１０ａに対向する上端面１０ｄと、を有している。対向する一対の側面に幅広面をそれぞれ有している。図１において、矢印Ｘは幅広面１０ｂの幅方向を示している。図１において、矢印Ｙは単電池１０の高さ方向を示している。単電池１０は、例えば、リチウムイオン二次電池である。

単電池１０は、例えば、発電要素たる電極体（図示なし）と、電池ケースを有している。電極体は、例えば、正極と、負極と、正極と負極とを絶縁するセパレータと、を備えている。電池ケースは、例えば、電極体を収容する筐体である。この実施形態では、電池ケースの上端面１０ｄには、正極端子１４および負極端子１５が取り付けられている。なお、上記電極体としては、この種のリチウムイオン二次電池に使用されるものが特に制限なく採用されうる。かかる電極体の構成は、ここで開示される技術を特徴づけるものではないため、ここでの詳細な説明を省略する。

図１に示されているように、複数の単電池１０は、幅広面１０ｂを対向させて順に並べられている。図１では、複数の単電池１０が並べられた方向を矢印Ｚで示している。以下、複数の単電池１０が並べられた方向を「複数の単電池１０の配列方向Ｚ」あるいは「配列方向Ｚ」とも称する。配列方向Ｚにおいて、隣接する２つの単電池１０は、一方の単電池１０の正極端子１４と、他方の単電池の負極端子１５とが隣り合うように配列されている。

〈拘束部材２０〉
拘束部材２０は、一対のエンドプレート２２と、バインドバー２４と、を備えている。一対のエンドプレート２２は、平板形状であり、同一形状を有している。エンドプレート２２は、複数の単電池１０の配列方向Ｚの両端にそれぞれ配置されている。エンドプレート２２は、配列方向Ｚの両端から複数の単電池１０を挟み込んでいる。バインドバー２４は、棒状あるいは平板状の、一対のエンドプレート２２を連結する部材である。一対のエンドプレート２２とバインドバー２４とは、例えば締結部材（ボルト等）で相互に締結されうる。この実施形態では、一対のエンドプレート２２の間に配置された複数の単電池１０は、バインドバー２４を介して定寸で拘束されている。

〈バスバー３０〉
バスバー３０は、図１に示されているように、配列方向Ｚにおいて、隣接する２つの単電池１０に架渡され、当該２つの単電池１０を相互に電気的に接続する部材である。この実施形態では、バスバー３０は、平板状である。バスバー３０は、例えば、隣接する２つの単電池のうちの一方の単電池の正極端子１４と、他方の単電池の負極端子１５とに架渡されている。バスバー３０は、例えば、銅または銅合金で構成されているとよいが、アルミニウムまたはアルミニウム合金で構成されていてもよい。バスバー３０の断面積は、例えば、７０ｍｍ^２以下であるとよく、６０ｍｍ^２以下であることが好ましく、５０ｍｍ^２以下であることがより好ましい。バスバー３０の隣接端子間抵抗は、１ｍΩ以下であることが好ましい。

ところで、電池モジュールを充放電すると、該電池モジュールを構成する複数の単電池が膨張収縮する。かかる膨張収縮によって単電池が劣化するところ、その劣化度合いは、各単電池によって異なる。本発明者は、電池モジュールを構成する複数の単電池のなかで、電池モジュールを充電したときに異常な膨らみ方をする単電池を検出したい、と考え、バスバーに張力センサを取り付けることを検討した。

〈第１張力センサ４０〉
第１張力センサ４０は、例えば、配列方向Ｚに沿った各単電池１０の膨張を検知するセンサである。第１張力センサ４０は、図１に示されているように、バスバー３０に、配列方向Ｚに沿って取り付けられている。ここで、第１張力センサ４０に関して「配列方向Ｚに沿って取り付けられる」とは、例えば、第１張力センサ４０が配列方向Ｚにおけるバスバー３０の張力変化を検出できるように取り付けられることをいう。第１張力センサ４０とバスバー３０との間には、絶縁部材が設けられることが好ましい。第１張力センサ４０が金属線や金属箔等の抵抗体からなるセンサである場合、第１張力センサ４０とバスバー３０との間に別途絶縁部材を配置するとよい。あるいは、例えば市販されている歪ゲージのように、抵抗体（例えば、後述のセンサ本体）と絶縁部材とを備える張力センサを使用してもよい。絶縁部材は、例えば、柔らかく、耐熱性を有する樹脂材料からなることが好ましい。かかる樹脂材料としては、例えば、ポリイミド樹脂、フッ素樹脂等が挙げられる。

図２は、第１張力センサ４０の一例を示す斜視図である。第１張力センサ４０は、図２に示されているように、センサ本体４１、リード線４２、絶縁部材４３、およびカバー部材４４を備えている。センサ本体４１は、この実施形態では、第１張力センサ４０における張力を検出するための回路を構成している。センサ本体４１は、例えば、複数回折り曲げられた金属線、あるいは金属箔からなる。センサ本体４１は、図２に示されているように、絶縁部材４３とカバー部材４４との間に挟み込まれる。リード線４２は、図２に示されているように、センサ本体４１から延びた部材である。リード線４２は、例えば、センサ本体４１と、後述する制御装置の取得部とを接続する部材である。絶縁部材４３は、この実施形態では、センサ本体４１と、測定対象となるバスバー３０と、の間に配置される部材である。カバー部材４４は、例えば、絶縁部材４３上に配置されたセンサ本体４１を保護する部材である。カバー部材４４は、例えば、上述の樹脂材料で構成されている。

この実施形態では、第１張力センサ４０は、歪ゲージである。かかる歪ゲージとしては、市販されている歪ゲージであって、この種の用途で使用される歪ゲージを特に制限なく採用することができる。

図１に示された実施形態では、第１張力センサ４０は、配列方向Ｚにリード線４２が沿うように、バスバー３０に取り付けられている。また、第１張力センサ４０は、電池モジュール１００に含まれるすべてのバスバー３０に取り付けられている。

〈第２張力センサ５０〉
この実施形態では、電池モジュール１００は、第２張力センサ５０を備えている。第２張力センサ５０は、図１に示されているように、バインドバー２４に、配列方向Ｚに沿って取り付けられている。ここで、第２張力センサ５０に関して「配列方向Ｚに沿って取り付けられる」とは、例えば、第２張力センサ５０が配列方向Ｚにおけるバインドバー２４の張力変化を検出できるように取り付けられることをいう。第２張力センサ５０とバインドバー２４との間には、上記のような絶縁部材が設けられることが好ましい。第２張力センサ５０は、第１張力センサ４０として使用されるものと同じであってもよい。この実施形態では、第２張力センサ５０として歪ゲージを用いる。このとき、歪ゲージ（第２張力センサ５０）は、配列方向Ｚに該歪ゲージのリード線が沿うように、バインドバー２４に取り付けられる。

第１張力センサ４０および第２張力センサ５０は、例えば、図示されない制御装置に接続されている。かかる制御装置は、例えば、予め定められたプログラムに沿って駆動するコンピュータによって具現化されうる。制御装置の各機能は、例えば、制御装置を構成する各コンピュータの演算装置（プロセッサ、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＭＰＵ（Micro-processing unit）とも称される）や記憶装置（メモリーやハードディスクなど）等のハードウェアと、ソフトウエアとの協働によって処理される。例えば、制御装置の各構成および処理は、コンピュータによって具現化されるデータを予め定められた形式で記憶するデータベース、データ構造、予め定められたプログラムに従って所定の演算処理を行う処理モジュール等として、または、それらの一部として具現化されうる。

この実施形態では、制御装置は、機能ブロックとして、検知部と、取得部と、記憶部と、判定部と、通知部と、を備えている。

―検知部－
検知部は、この実施形態では、第１検知部と、第２検知部と、を備えている。第１検知部は、例えば、各バスバー３０に取り付けられた各第１張力センサ４０からの情報を検知するように構成されている。各第１張力センサ４０からの情報は、例えば、該第１張力センサ４０で計測された抵抗値である。第１検知部は、例えば、電池モジュール１００のｎ回目の充電直後（ｎは２以上の整数。以下同じ。）における各第１張力センサ４０の抵抗値を検知する。第２検知部は、例えば、バインドバー２４に取り付けられた第２張力センサ５０からの情報を検知するように構成されている。第２張力センサ５０からの情報は、例えば、該第２張力センサ５０で計測された抵抗値である。第２検知部は、例えば、電池モジュール１００のｎ回目の充電直後における第２張力センサ５０の抵抗値を検知する。

―取得部－
取得部は、この実施形態では、第１取得部と、第２取得部と、を備えている。第１取得部は、例えば、電池モジュール１００の初回充電直後からｎ回目の充電直後までの、第１張力センサ４０の抵抗増加量ΔＲ_Ａｎ（以下、単に「抵抗増加量ΔＲ_Ａｎ」とも称する）を取得する。抵抗増加量ΔＲ_Ａｎは、例えば、下記式（１）：
ΔＲ_Ａｎ＝Ｒ_Ａｎ－Ｒ_Ａ１ （１）
により規定されうる。上記式（１）中、Ｒ_Ａｎは、電池モジュール１００のｎ回目の充電直後における第１張力センサ４０の抵抗値である。また、Ｒ_Ａ１は、電池モジュール１００の初回充電直後における第１張力センサ４０の抵抗値である。

この実施形態では、第１取得部は、電池モジュール１００の初回充電直後からｎ回目の充電直後における各バスバー３０の伸び量ΔＷ_Ａｎ（以下、単に「伸び量ΔＷ_Ａｎ」とも称する）を取得する。伸び量ΔＷ_Ａｎは、例えば、下記式（２）：
ΔＷ_Ａｎ＝Ｗ_Ａｎ－Ｗ_Ａ１ （２）
により規定されうる。上記式（２）中、Ｗ_Ａｎは、電池モジュール１００のｎ回目の充電直後の、配列方向Ｚにおけるバスバー３０の長さである。また、Ｗ_Ａ１は、電池モジュール１００の初回充電開始直後におけるバスバー３０の長さである。なお、この実施形態では、第１取得部は、抵抗増加量ΔＲ_Ａｎに基づいて、伸び量ΔＷ_Ａｎを取得する。例えば、予め抵抗値と伸び量の実測値から得られた検量線を用いて、電池モジュール１００の使用時の抵抗値から、バスバー３０の伸び量を計算することができる。また、例えば、電池モジュール１００の抵抗値は温度により変化しうる。そのため、特に限定するものではないが、予め、温度別の検量線を用意しておくとよい。張力センサ４０の近くに温度センサ（熱電対等）を配置しておき、かかる温度別の検量線を用いてバスバー３０の伸び量を計算すると、検出精度を高めることができるため、好ましい。

第２取得部は、例えば、電池モジュール１００の初回充電直後からｎ回目の充電直後までの、第２張力センサ５０の抵抗増加量ΔＲ_Ｂｎ（以下、単に「抵抗増加量ΔＲ_Ｂｎ」とも称する）を取得する。抵抗増加量ΔＲ_Ｂｎは、例えば、下記式（３）：
ΔＲ_Ｂｎ＝Ｒ_Ｂｎ－Ｒ_Ｂ１ （３）
により規定されうる。上記式（３）中、Ｒ_Ｂｎは、電池モジュール１００のｎ回目の充電直後における第２張力センサ５０の抵抗値である。また、Ｒ_Ｂ１は、電池モジュール１００の初回充電直後における第２張力センサ５０の抵抗値である。

この実施形態では、第２取得部は、電池モジュール１００のｎ回目の充電直後におけるバインドバー２４の伸び量ΔＷ_Ｂｎ（以下、単に「伸び量ΔＷ_Ｂｎ」とも称する）を取得する。伸び量ΔＷ_Ｂｎは、例えば、下記式（４）：
ΔＷ_Ｂｎ＝Ｗ_Ｂｎ－Ｗ_Ｂ１ （４）
により規定されうる。上記式（４）中、Ｗ_Ｂｎは、電池モジュール１００のｎ回目の充電直後の、配列方向Ｚにおけるバインドバー２４の長さである。また、Ｗ_Ｂ１は、電池モジュール１００の初回充電直後におけるバインドバー２４の長さである。なお、この実施形態では、第２取得部は、抵抗増加量ΔＲ_Ｂｎに基づいて、伸び量ΔＷ_Ｂｎを取得する。

―記憶部－
記憶部は、この実施形態では、第１記憶部と、第２記憶部と、第３記憶部と、を備えている。第１記憶部は、この実施形態では、バスバー３０に関して、予め定められた伸び量ΔＷ_Ａｐを記憶している。この実施形態では、予め定められた伸び量ΔＷ_Ａｐを、「単電池１０の膨らみ方が異常である」と判定する基準値とすることができる。予め定められた伸び量ΔＷ_Ａｐは、例えば、下記式（５）：
ΔＷ_Ａｐ＝（Ｗ_Ａ１－Ｗ_Ａ０）×ｊ （５）
により規定されうる。上記式（５）中、Ｗ_Ａ０は、電池モジュール１００の初回充電開始前におけるバスバー３０の長さである。また、ｊは、１．０～１．１の実数である。

第２記憶部は、この実施形態では、バインドバー２４に関して、予め定められた伸び量ΔＷ_Ｂｐを記憶している。この実施形態では、予め定められた伸び量ΔＷ_Ｂｐを、「電池モジュール１００に膨らみ方が異常な単電池１０が存在する」と判定する基準値とすることができる。予め定められた伸び量ΔＷ_Ｂｐは、例えば、下記式（６）：
ΔＷ_Ｂｐ＝（Ｗ_Ｂ１－Ｗ_Ｂ０）×ｋ （６）
により規定されうる。上記式（６）中、Ｗ_Ｂ０は、電池モジュール１００の初回充電開始前におけるバインドバー２４の長さである。また、ｋは、１．０～１．１の実数である。

第３記憶部は、この実施形態では、検知部および取得部で取得された情報を一時的に記憶する。

―判定部－
判定部は、この実施形態では、電池モジュール１００の充電による単電池１０の膨らみ方が異常であるか、否かを判定する。例えば、判定部は、第１記憶部に記憶された予め定められた伸び量ΔＷ_Ａｐと、第１取得部で取得された各単電池１０の伸び量ΔＷ_Ａｎと、を比較する。また、判定部は、第２記憶部に記憶された予め定められた伸び量ΔＷ_Ｂｐと、第２取得部で取得されたバインドバーの伸び量ΔＷ_Ｂｎと、を比較する。この実施形態では、判定部は、かかる比較に基づいて上記判定を行う。

―通知部－
通知部は、この実施形態では、電池モジュール１００において充放電時に異常な膨らみ方をする単電池１０があることを通知する。通知部は、例えば、判定部と、表示手段と、接続されている。例えば、判定部が電池モジュール１００の充電による単電池１０の膨らみ方を「異常である」と判定したときに、当該単電池１０を検出する信号を表示手段（ディスプレイ等）に通知する。例えば、予め電池モジュール１００に含まれる複数の単電池１０の各々をナンバリングしておくとよい。この場合、表示手段は、膨らみ方が「異常である」と判定された単電池１０に付された番号を表示することができる。

以下、電池モジュール１００の充電によって異常な膨らみ方をした単電池１０を検出する手順の一例を説明する。図３は、制御装置の制御の一例を説明するフロー図である。図３に示された実施形態では、ステップＳ１において、取得部が、各バスバー３０の伸び量ΔＷ_Ａｎおよびバインドバー２４の伸び量ΔＷ_Ｂｎを取得する。このステップでは、例えば、予め、取得部は、電池モジュール１００の初回充電開始直後に、各第１張力センサ４０で測定された抵抗値Ｒ_Ａ１と、第２張力センサ５０で測定された抵抗値Ｒ_Ｂ１と、を取得しておく。取得部は、電池モジュール１００のｎ回目の充電直後に、各第１張力センサ４０で測定された抵抗値Ｒ_Ａｎと、第２張力センサ５０で測定された抵抗値Ｒ_Ｂｎと、を取得する。次いで、取得部は、抵抗値Ｒ_Ａｎと、抵抗値Ｒ_Ｂｎと、に基づいて、各バスバー３０の抵抗増加量ΔＲ_Ａｎおよびバインドバー２４の抵抗増加量ΔＲ_Ｂｎを取得し、各バスバー３０の伸び量ΔＷ_Ａｎおよびバインドバー２４の伸び量ΔＷ_Ｂｎを取得することができる。

次いで、ステップＳ２において、判定部は、各バスバー３０の伸び量ΔＷ_Ａｎおよびバインドバー２４の伸び量ΔＷ_Ｂｎが、それぞれ、予め定められた伸び量ΔＷ_Ａｐおよび予め定められた伸び量ΔＷ_Ｂｐ以下であるかを比較する。かかる比較によって、各バスバー３０の伸び量ΔＷ_Ａｎおよびバインドバー２４の伸び量ΔＷ_Ｂｎが、いずれも、予め定められた伸び量ΔＷ_Ａｐまたは予め定められた伸び量ΔＷ_Ｂｐ以下であると判定された場合は（Ｙｅｓ）、電池モジュール１００の充電による膨らみ方が異常な単電池１０はない、と判断される（終了）。その後、電池モジュール１００の充放電は継続されてもよい。

一方、各バスバー３０の伸び量ΔＷ_Ａｎおよびバインドバー２４の伸び量ΔＷ_Ｂｎのなかで、１つでも予め定められた値よりも大きいと判定されるものがあった場合は（Ｎｏ）、制御装置は、電池モジュール１００の充電による膨らみ方が異常である単電池１０を検出する。この実施形態では、伸び量ΔＷ_Ａｎが予め定められた伸び量ΔＷ_Ａｐよりも大きいと判定されたバスバー３０を検出することによって、上記のような単電池１０を検出する。例えば、ステップＳ３において、判定部は、電池モジュール１００における端のバスバー３０の伸び量ΔＷ_Ａｎと、予め定められた伸び量ΔＷ_Ａｐと、を比較する。ここで、伸び量ΔＷ_Ａｎが予め定められた値よりも大きいと判断された場合は（Ｙｅｓ）、電池モジュール１００の充電による膨らみ方が異常である単電池１０として、端の単電池１０が検出される（ステップＳ４）。なお、上記「端のバスバー３０」とは、例えば、エンドプレート２２に最も近いバスバー３０をいい、図１中のバスバー３０１およびバスバー３０５が例示される。また、上記「端の単電池１０」とは、エンドプレート２２に隣接する単電池１０をいい、図１中の単電池１０１および単電池１０６が例示される。

一方、端のバスバー３０の伸び量ΔＷ_Ａｎが予め定められた値よりも大きいと判断されなかった場合は（Ｎｏ）、ステップＳ５において、判定部は、電池モジュール１００における連続する２つのバスバー３０の伸び量ΔＷ_Ａｎと、予め定められた伸び量ΔＷ_Ａｐと、を比較する。ここで、「連続する２つのバスバー３０」とは、例えば、連続する３つの単電池１０（例えば、図１中の単電池１０１～１０３）に架渡された２つのバスバー３０をいい、図１中のバスバー３０１およびバスバー３０２が例示される。連続する２つのバスバー３０（例えば、図１中のバスバー３０１およびバスバー３０２）の伸び量ΔＷ_Ａｎが、予め定められた伸び量ΔＷ_Ａｐよりも大きい、と判断された場合は（Ｙｅｓ）、電池モジュール１００の充電による膨らみ方が異常である単電池１０として、連続する２つのバスバー３０が架渡された単電池１０（例えば、図１中の単電池１０２）が検出される（ステップＳ６）。

ステップＳ５において、連続する２つのバスバー３０の伸び量ΔＷ_Ａｎが、予め定められた伸び量ΔＷ_Ａｐよりも大きい、と判断されなかった場合（Ｎｏ）、例えば、ステップＳ４において電池モジュール１００の充電による膨らみ方が異常である単電池１０が既に検出されていることがある。一方、ステップＳ４における検出がなかった場合、この実施形態では、第１張力センサ４０または第２張力センサ５０に異常（例えば、張力センサの誤作動等）を調査する（ステップＳ７）。特に限定するものではないが、例えば、両端のバスバー３０以外で1つだけ、あるいは連続しないバスバー３０の伸び量に異常がある場合、張力センサの異常が疑われる。また、例えば、全バスバー３０の伸び量の合計が、バインドバー２４の伸び量と著しく異なる場合、張力センサの異常が疑われる。

この実施形態では、ステップＳ４およびステップＳ６のいずれか一方において、異常な膨らみ方をした単電池１０が検出された場合、通知部によって当該単電池１０の所在が表示手段に表示される。上記検出後、電池モジュール１００の使用を停止する（終了）。また、例えば、ステップＳ７において張力センサに異常が発見された場合、電池モジュール１００の使用を停止する（終了）。

以下、ここで開示される技術に関する一試験例について、説明する。ただし、ここで開示される技術を下記試験例に示すものに限定することを意図したものではない。なお、下記試験例における符号に関して、図１中の符号を参照されたい。

＜単電池の作製＞
電池モジュールを構成する単電池として、単電池Ａと単電池Ｂとを用意した。
－単電池Ａ－
正極活物質としてのＬｉＮｉ_１／３Ｃｏ_１／３Ｍｎ_１／３Ｏ_２と、導電材としてのアセチレンブラック（ＡＢ）と、バインダとしてのポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）とを、正極活物質：ＡＢ：ＰＶＤＦ＝９４：３：３の質量比でＮ－メチルピロリドン（ＮＭＰ）中でプラネタリミキサを用いて混合し、正極活物質層形成用スラリーを調製した。このスラリーを厚み１５μｍのアルミニウム箔の両面に塗布し、乾燥した。その後、これをプレスすることにより正極シートを作製した。また、負極活物質としての天然黒鉛（Ｃ）と、バインダとしてのスチレンブタジエンラバー（ＳＢＲ）と、増粘剤としてのカルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）とを、Ｃ：ＳＢＲ：ＣＭＣ＝９８：１：１の質量比においてイオン交換水中で混合して、負極活物質層形成用スラリーを調製した。このスラリーを、厚み１０μｍの銅箔の両面に塗布し、乾燥した。その後、これをプレスすることにより負極シートを作製した。また、２枚のセパレータシート（厚さ２０μｍのＰＰ／ＰＥ／ＰＰの三層構造の多孔質ポリオレフィンシートに耐熱層を形成させたセパレータシート）を用意した。

作製した正極シートと負極シートと用意した２枚のセパレータシートとを重ね合わせ、捲回して捲回電極体を作製した。作製した捲回電極体の正極シートと負極シートにそれぞれ電極端子を溶接して取り付けた。これを、注液口を有する電池ケースに収容した。続いて、電池ケースの注液口から非水電解液を注入し、当該注液口を気密に封止した。非水電解液としては、エチレンカーボネートとジメチルカーボネートとエチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）とを３０：４０：３０の体積比で含む混合溶媒に、支持塩としてのＬｉＰＦ_６を１．２Ｍの濃度で溶解させたものを用いた。

そして、所定の条件の下、初期充電およびエージング処理を行った。このようにして、単電池Ａを作製した。

－単電池Ｂ－
負極活物質としての人造黒鉛および酸化シリコンと、バインダとしてのスチレンブタジエンラバー（ＳＢＲ）と、増粘剤としてのカルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）とを、人造黒鉛：酸化シリコン：ＳＢＲ：ＣＭＣ＝９５：３：１：１の質量比においてイオン交換水中で混合して、負極活物質層形成用スラリーを調製した。このスラリーを、上記銅箔の両面に塗布し、乾燥した。その後、これをプレスすることにより負極シートを作製した。それ以外は単電池Ａと同じ材料および手順を用いて、単電池Ｂを作製した。なお、上述した単電池Ｂの負極シートは、単電池Ａの負極シートよりも充電時に膨張しやすくなるように構成されている。そのため、単電池Ｂは、単電池Ａよりも充電時に膨張しやすい。

なお、単電池Ａ，Ｂは、いずれも、幅が１４８ｍｍであり、高さが９１ｍｍであり、厚みが２６．５ｍｍである、一対の対向する幅広面を有する角形リチウムイオン二次電池であった。単電池Ａ，Ｂの電池容量は、５０Ａｈであった。

＜電池モジュールの作製＞
－サンプル１－
６個の単電池Ａと、一対のエンドプレートおよびバインドバーを有する拘束部材と、５個の板状バスバーＰ（銅製）と、６個の歪ゲージと、を用意した。６個の単電池Ａを、幅広面を対向させて順に並べた。単電池Ａが並べられた方向において、両端をエンドプレートで挟み込み、バインドバーを取り付けて拘束した。次いで、上記方向において、隣接する２つの単電池にバスバーＰを架渡した。具体的には、図１中の符号３０１～３０５の位置にバスバーＰを取り付けた。そして、各バスバーＰ、およびバインドバーに、上記方向に沿って歪ゲージを取り付けた。このようにして、本例の電池モジュールを作製した。なお、バスバーＰの断面積は、２０ｍｍ^２（幅２０ｍｍ×厚み１ｍｍ）であった。また、歪ゲージは、ゲージ回路（センサ本体）をポリイミドフィルムで挟み込んだ歪ゲージ（共和電業社製の「箔歪みゲージＫＦＲＢ」）を使用した。

－サンプル２－
５個の単電池Ａと、１個の単電池Ｂと、を用意した。図１中の符号１０１の位置に単電池Ｂを配置し、符号１０２～１０６の位置に単電池Ａを配置した。それ以外はサンプル１と同様の部材および手順を用いて、本例の電池モジュールを作製した。

－サンプル３－
５個の単電池Ａと、１個の単電池Ｂと、を用意した。図１中の符号１０２の位置に単電池Ｂを配置し、符号１０１，１０３～１０６の位置に単電池Ａを配置した。それ以外はサンプル１と同様の部材および手順を用いて、本例の電池モジュールを作製した。

－サンプル４－
４個の単電池Ａと、２個の単電池Ｂと、を用意した。図１中の符号１０１，１０２の位置に単電池Ｂを配置し、符号１０３～１０６の位置に単電池Ａを配置した。それ以外はサンプル１と同様の部材および手順を用いて、本例の電池モジュールを作製した。

－サンプル５－
バスバーＰに替えて板状バスバーＱ（銅製）を使用したこと以外はサンプル１と同様の部材および手順を用いて、本例の電池モジュールを作製した。なお、バスバーＱの断面積は、６０ｍｍ^２（幅２０ｍｍ×厚み３ｍｍ）であった。

－サンプル６－
バスバーＰに替えて上記バスバーＱを使用したこと以外はサンプル２と同様の部材および手順を用いて、本例の電池モジュールを作製した。

－サンプル７－
バスバーＰに替えて上記バスバーＱを使用したこと以外はサンプル３と同様の部材および手順を用いて、本例の電池モジュールを作製した。

－サンプル８－
バスバーＰに替えて上記バスバーＱを使用したこと以外はサンプル４と同様の部材および手順を用いて、本例の電池モジュールを作製した。

＜電池モジュールの充電＞
各電池モジュールのＳＯＣを０％に調整して、２５℃の温度環境下に置いた。次いで、各電池モジュールに対して、５０Ａの電流値で、２．５Ｖから４．２Ｖの間の充放電を１サイクルとする充放電を行った。充電から放電への切り替え時、および、放電から充電への切り替え時に、１時間の休止を設けた。かかる充放電を５００サイクル行い、満充電状態で停止した。

＜バスバーおよびバインドバーの伸び量の測定＞
上記停止後、歪ゲージで検出された抵抗値に基づいて、各バスバーまたはバインドバーの伸び量を測定した。また、上記伸び量と、バスバーまたはバインドバーの弾性係数を用いて、張力を測定した。結果を表１の該当欄に示す。なお、表１に記載の数値に関して、サンプル２～４における伸び量（ｍｍ）および張力（ｋＮ）は、サンプル２～４の測定結果からサンプル１の測定結果を減じた値（伸び量の増加分）である。また、サンプル６～８における伸び量（ｍｍ）および張力（ｋＮ）は、サンプル６～８の測定結果からサンプル５の測定結果を減じた値（伸び量の増加分）である。このため、サンプル１，４の測定結果は「－」（不記載）としている。また、本試験例では、サンプル２～４のバスバー伸び量に関して、サンプル１との差分が０．１０ｍｍを超えた場合に、「サンプル１よりも大きい」と評価した。サンプル２～４のバスバー張力に関して、サンプル１との差分が１０ｋＮを超えた場合に、「サンプル１よりも大きい」と評価した。サンプル２～４のバインドバー伸び量に関して、サンプル１との差分が０．１ｍｍを超えた場合に、「サンプル１よりも大きい」と評価した。また、サンプル６～８のバスバー伸び量に関して、サンプル５との差分が０．０２ｍｍを超えた場合に、「サンプル５よりも大きい」と評価した。サンプル６～８のバスバー張力に関して、サンプル５との差分が５ｋＮを超えた場合に、「サンプル５よりも大きい」と評価した。サンプル６～８のバインドバー伸び量に関して、サンプル５との差分が０．１ｍｍを超えた場合に、「サンプル５よりも大きい」と評価した。

表１に示されているように、単電池Ｂを図１中の符号１０１の位置に配置したサンプル２，６では、バスバー３０１の伸び量がサンプル１またはサンプル５よりも大きくなった。このため、図１中の符号１０１の位置にある単電池１０の膨らみ方が異常であると判断することができる。また、単電池Ｂを図１中の符号１０２の位置に配置したサンプル３，７では、バスバー３０１の伸び量およびバスバー３０２の伸び量が、サンプル１またはサンプル５よりも大きくなった。このため、図１中の符号１０２の位置にある単電池１０の膨らみ方が異常であると判断することができる。また、単電池Ｂを図１中の符号１０１および１０２の位置に配置したサンプル４，８では、バスバー３０１の伸び量およびバスバー３０２の伸び量が、サンプル１またはサンプル５よりも大きくなった。さらに、バスバー３０１の伸び量が、バスバー３０２の伸び量よりも大きくなった。このため、図１中の符号１０１および符号１０２の位置にある単電池１０の膨らみ方が異常であると判断することができる。

また、表１に示されているように、バスバー伸び量の結果とバスバー張力の結果とは、相関していた。このことから、バスバーの伸び量だけでなく、バスバーの張力の測定によっても異常な膨らみ方をした単電池を検出できることがわかった。

バインドバーの伸び量に関して、サンプル１およびサンプル２～４と、サンプル５およびサンプル６～８と、を比較すると、単電池Ｂの存在によって、バインドバーの伸び量が増加することがわかった。さらに、単電池Ｂの数が増えると（サンプル４，８）、バインドバーの伸び量の増加度合いがより大きくなることがわかった。

また、サンプル１～４の結果、およびサンプル５～８の結果から、バスバーの断面積が異なっても、バスバーの伸び量、バスバーの張力、およびバインドバーの伸び量のいずれにも同様の傾向が確認された。このことから、バスバーの断面積によらず、ここで開示される技術の効果を実現できることがわかった。ただし、バスバーの断面積が大きくなると、単電池の膨張がバスバーの伸び量を反映しにくくなり、バスバーは変形しにくくなりうる。一方で、かかる変形しにくさによって単電池の端子構造に歪みが生じて変形し、電気的な接続や単電池の気密性が低下するリスクが高まりうる。そのため、単電池の膨張を反映する効果と、バスバーの変形抑制効果と、端子構造の変形抑制効果とのバランスを考慮しつつ、バスバーの断面積を適宜設定するとよい。

図１に示されているように、ここで開示される電池モジュール１００は、対向する一対の側面に幅広面１０ｂをそれぞれ有し、幅広面１０ｂを対向させて順に並べた複数の単電池１０と、複数の単電池１０が並べられた方向Ｚにおいて、複数の単電池１０の両端を拘束する拘束部材２０と、複数の単電池１０が並べられた方向Ｚにおいて、隣接する２つの単電池１０に架渡され、当該２つの単電池１０を相互に電気的に接続するバスバー３０と、バスバー３０に、複数の単電池１０が並べられた方向Ｚに沿って取り付けられた第１張力センサ４０と、を備えている。電池モジュール１００では、複数の単電池１０が並べられた方向Ｚに沿って、バスバー３０に第１張力センサ４０が取り付けられていることによって、電池モジュール１００の充電による、各単電池１０が膨らむ度合いを把握することができる。各単電池１０の膨張度合いを把握することで、電池モジュール１００の充電による膨らみ方が異常な単電池１０を検出することができる。

また、第１張力センサ４０のセンサ本体４１とバスバー３０との間には、絶縁部材４３が設けられている。図１，２に示された実施形態では、第１張力センサ４０は、センサ本体４１と絶縁部材４３とを備えており、該絶縁部材４３を介して、センサ本体４１がバスバー３０上に取り付けられている。この実施形態では、単電池１０を直列接続している。直列接続される単電池１０の数または単電池１０の配置部位によっては、バスバー３０と第１張力センサ４０の回路（センサ本体４１）との間に、数百ボルトもの電圧がかかりうる（電位差が生じうる）。絶縁部材４３を備えた第１張力センサ４０を使用することによって、バスバー３０と、該第１張力センサ４０における回路（センサ本体４１）との間を絶縁することができ、バスバー３０の伸びを高い精度で検出することができる。また、電池モジュール１００の充放電によって高温になりうるところ、センサ本体４１をかかる高温から保護することができる。

また、この実施形態では、第１張力センサ４０は、歪ゲージである。第１張力センサ４０として歪ゲージを使用することによって、該歪ゲージで取得された歪量に基づいて、各単電池１０の異常な膨らみを検出することができる。

また、拘束部材２０は、複数の単電池１０が並べられた方向Ｚにおいて両端から複数の単電池１０を挟み込む一対のエンドプレート２２と、一対のエンドプレート２２を連結するバインドバー２４と、を備えている。バインドバー２４に、複数の単電池１０が並べられた方向Ｚに沿って取り付けられた第２張力センサ５０を備える。バインドバー２４に第２張力センサ５０を取り付けることによって、電池モジュール１００全体における異常な膨らみを検出することができるため、異常な膨らみ方をした単電池１０の存在を検出することができる。

以上、ここで開示される電池モジュールについて、種々説明した。特に言及されない限りにおいて、ここで挙げられた実施形態は、ここで開示される技術を限定しない。また、ここで開示される電池モジュールは、種々変更でき、特段の問題が生じない限りにおいて、各構成要素やここで言及された各処理は適宜に省略され、または、適宜に組み合わされうる。

例えば、上記実施形態では拘束部材２０のバインドバー２４に第２張力センサ５０を取り付けているが、これに限定されない。ここで開示される技術では、第２張力センサ５０の取り付けを省略して、第１張力センサ４０の取り付けのみとしてもよい。

１０ 単電池
１４ 正極端子
１５ 負極端子
２０ 拘束部材
２２ エンドプレート
２４ バインドバー
３０ バスバー
４０ 第１張力センサ
５０ 第２張力センサ
１００ 電池モジュール

Claims (3)

1. 対向する一対の側面に幅広面をそれぞれ有し、前記幅広面を対向させて順に並べた複数の単電池と、
   前記複数の単電池が並べられた方向において、前記複数の単電池の両端を拘束する拘束部材と、
   前記複数の単電池が並べられた方向において、隣接する２つの単電池に架渡され、当該２つの単電池を相互に電気的に接続するバスバーと、
   前記バスバーに、前記複数の単電池が並べられた方向に沿って取り付けられた第１張力センサと、
   を備えており、
   前記拘束部材は、前記複数の単電池が並べられた方向において両端から前記複数の単電池を挟み込む一対のエンドプレートと、
   前記一対のエンドプレートを連結するバインドバーと、
   を備えており、
   前記バインドバーに、前記複数の単電池が並べられた方向に沿って取り付けられた第２張力センサを備える、電池モジュール。
2. 前記第１張力センサと前記バスバーとの間には、絶縁部材が設けられている、請求項１に記載の電池モジュール。
3. 前記第１張力センサは、歪ゲージである、請求項１または２に記載の電池モジュール。

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