JP-2026076765-A - 硫化水素検出装置

Abstract

【課題】金属の腐食を利用した硫化水素検出装置であって、腐食した金属の粒子が飛散することを抑止することが可能な硫化水素検出装置を提供する。 【解決手段】硫化水素検出装置は、硫化水素と反応して腐食する金属で形成されたパターンを有する基板を備える。パターンは、基板の表面上に露出した金属が腐食することにより硫化水素を検知する検知部を含む。検知部は、硫化水素のガスを通し且つ腐食した金属から生じる粒子を通さないように形成されたフィルタで覆われている。 【選択図】図１

Inventors

• 藤原 麻衣

Assignees

• トヨタ自動車株式会社

Dates

Publication Date

20260512

Application Date

20241024

Claims (5)

1. 硫化物系電解質を有する電池セルを格納する電池パックに適用される硫化水素検出装置であって、 硫化水素と反応して腐食する金属で形成されたパターンを有する基板を備え、 前記パターンは、前記基板の表面上に露出した前記金属が腐食することにより硫化水素を検知する検知部を含み、 前記検知部は、硫化水素のガスを通し且つ腐食した前記金属から生じる粒子を通さないように形成されたフィルタで覆われている 硫化水素検出装置。
2. 請求項１に記載の硫化水素検出装置であって、 前記フィルタは、前記検知部を覆うカバー部と、前記基板の表面に接着し前記カバー部が覆う空間を封止する封止部と、を有し、 前記カバー部は、前記封止部の端部から前記空間の内側に向かって傾斜して延びる面と、前記検知部と対向し前記基板の表面に平行な面と、を有する 硫化水素検出装置。
3. 請求項１に記載の硫化水素検出装置であって、 前記基板は、前記フィルタによって覆われた空間内に凹部を有する 硫化水素検出装置。
4. 請求項３に記載の硫化水素検出装置であって、 前記凹部は傾斜面を有する 硫化水素検出装置。
5. 請求項１から４のいずれか１項に記載の硫化水素検出装置であって、 監視回路をさらに備え、 前記パターンは、第１ノードと第２ノードとの間に電気的に接続されており、 前記監視回路は、前記第１ノードと前記第２ノードとの間の電圧の変化に基づいて、前記電池セルから硫化水素が発生しているか否かを判定する 硫化水素検出装置。

Description

本開示は、硫化物系電解質を有する電池セルを格納する電池パックに適用される硫化水素検出装置に関する。 電池パックを構成する次世代の電池セルとして全固体電池が注目されている。全固体電池は、電解質が液体である従来の電池と比べて、高い安全性や長寿命などの利点がある。特に硫化物系電解質を用いた全固体電池は、大容量高出力であり、車両のバッテリに利用することが期待されている。 一方で、全固体電池の電池セルとして硫化物系電解質を有する電池セルを構成する場合、故障により硫化水素ガスが発生するおそれがある。硫化水素ガスは有毒であり、また周辺の金属部品を腐食させてしまう。このため、硫化物系電解質を有する電池セルを格納する電池パックにおいて硫化水素の発生を適切に検出するための技術が求められている。 特許文献１には、電池セルに硫化水素との化学反応により電気抵抗が変化する抵抗変化材料を含む抵抗変化部材を設け、抵抗変化部材の端子間の検出値に基づいて、電池セルにおける硫化水素の発生の有無を判定する検出システムが開示されている。その他、本技術分野の技術レベルを示す文献として以下の特許文献２がある。 特開２０１７－１９９６６７号公報 第１実施形態に係る硫化水素検出装置の構成を示す模式図である。監視回路が実行する処理の処理フローを示すフローチャートである。基板の検知部を覆うフィルタの機能について説明するための模式図である。第１実施形態に係る硫化水素検出装置の第１変形例の一例を示す模式図である。第１実施形態に係る硫化水素検出装置の第２変形例の一例を示す模式図である。第２実施形態に係る硫化水素検出装置の構成を示す模式図である。 以下、添付図面を参照して、本開示の実施形態を説明する。なお、各図において同一又は相当する構成には同一符号を付してその説明を簡略化し又は省略する。 １ 第１実施形態 １．１ 構成 図１は、第１実施形態に係る硫化水素検出装置１０の構成を示す模式図である。図１中の（Ａ）は、第１実施形態に係る硫化水素検出装置１０の全体の構成を示している。図１中の（Ｂ）は、（Ａ）に示される切断線Ａ－Ａ’に対する断面図を示している。 硫化水素検出装置１０は、硫化物系電解質を有する電池セルを格納する電池パックに適用され、硫化水素の発生を検出する。硫化水素検出装置１０は、電池セルとともに電池パック内に格納される。硫化物系電解質を有する電池セルは、典型的には、固体の硫化物系電解質を用いた全固体電池である。電池セルの形態は特に限定されない。例えば電池セルの形態は、ラミネート型であってもよいし、角型であってもよい。硫化物系電解質を用いた全固体電池は、大容量高出力であり、車両のバッテリに適している。従って硫化水素検出装置１０が適用される電池パックは、特に車両に搭載されるバッテリであってもよい。 硫化水素検出装置１０は、監視回路１００と、基板２００と、を備えている。基板２００は、金属で形成されたパターン２２０を有するプリント基板（PCB: Printed Circuit Board）である。基板２００は、特にフレキシブルプリント基板（FPC: Flexible Printed Circuit）であってもよい。 監視回路１００と基板２００は、それぞれ、コネクタ１１０、２１０を介して外部の機器と接続する。図１に示すように、監視回路１００と基板２００は、ケーブル３００によって接続している。ケーブル３００と基板２００のパターン２２０は、第１ノード４０１と第２ノード４０２とを電気的に接続する配線（以下、単に配線とも呼ぶ）を形成する。配線は、１本の電流経路となっている。 監視回路１００は、第１ノード４０１と第２ノード４０２との間の電圧を監視する。監視回路１００において、第１ノード４０１は、抵抗１２０を介して電圧Ｖｃｃ（例えば、５Ｖ）の電源に接続し、第２ノード４０２は、基準電位（例えば、０Ｖ）のグランドＧＮＤに接続している。監視回路１００は、監視処理部１３０を含んでいる。監視処理部１３０は、電圧を監視する処理を実行するコンピュータである。特に監視処理部１３０は、マイクロコントローラであってもよい。監視処理部１３０は、抵抗１２０と第１ノード４０１の間の電位が入力されるように配置される。例えば、監視処理部１３０がマイクロコントローラであるとき、マイクロコントローラの入力ポートが抵抗１２０と第１ノード４０１の間に接続される。抵抗１２０は、監視処理部１３０に対するプルアップ抵抗となる。例えば、抵抗１２０の抵抗値は１０ｋΩ程度である。監視回路１００は、分圧回路を構成しており、監視処理部１３０は、第１ノード４０１と第２ノード４０２との間の電圧を検出することができる。 なお図１に示す監視回路１００の構成は一例であり、監視回路１００は、その他の構成を採用することも可能である。例えば、抵抗１２０の両端間の電圧を測定することによっても、第１ノード４０１と第２ノード４０２との間の電圧を間接的に検出することができる。すなわち、第１ノード４０１と第２ノード４０２との間の電圧を監視することは、抵抗１２０の両端間の電圧を監視することを含む。従って、監視処理部１３０は、抵抗１２０の両端間の電圧を測定するように配置されていてもよい。また例えば、監視回路１００は、監視処理部１３０に対するプルダウン抵抗を有するように構成することも可能である。すなわち、第１ノード４０１は、電源に直接接続し、第２ノード４０２は、抵抗を介してグランドＧＮＤに接続していてもよい。そして、監視処理部１３０は、第１ノード４０１と第２ノード４０２との間の電圧を検出するように配置されていてもよい。例えば、マイクロコントローラの入力ポートが抵抗と第２ノード４０２との間に接続される。 監視処理部１３０は、１又は複数のプロセッサ１３１（以下、単にプロセッサ１３１と呼ぶ）と１又は複数の記憶装置１３２（以下、単に記憶装置１３２と呼ぶ）を含んでいる。プロセッサ１３１は、各種処理を実行する。プロセッサ１３１は、例えば、汎用プロセッサ、特定用途プロセッサ、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）、集積回路、従来型の回路、及びこれらの１又は複数の組み合わせで構成される。プロセッサ１３１をprocessing circuitryと呼ぶこともできる。記憶装置１３２は、プロセッサ１３１による処理の実行に必要な各種情報を格納する。記憶装置１３２は、例えば、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＳＳＤ（Solid State Drive）、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）、等の記録媒体で構成される。記憶装置１３２は、プロセッサ１３１で実行可能なコンピュータプログラムを格納している。コンピュータプログラムは、プロセッサ１３１に実行させる処理を記述する複数のインストラクションコードで構成されている。コンピュータプログラムは、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録される。コンピュータプログラムを実行するプロセッサ１３１と記憶装置１３２との協働により監視処理部１３０の機能が実現される。 基板２００のパターン２２０を形成する金属は、硫化水素と反応して腐食する金属が用いられる。例えば、銅や銀が金属として用いられる。さらにパターン２２０は、硫化水素を検知する検知部５００を含んでいる。第１実施形態では、検知部５００は、パターン２２０の一部の金属が基板２００の表面上に露出することにより形成される。すなわち、検知部５００は、パターン２２０の金属露出部となっている。これは、パターン２２０の一部に表面保護（例；カバーレイ、ソルダーレジスト）や表面処理（例；フラックス、金メッキ）を行わないように基板２００を構成することで実現することができる。第１実施形態に係る硫化水素検出装置１０は、検知部５００によって、次のように硫化水素の発生を検出することができる。 正常時、すなわち、電池セルから硫化水素が発生していないとき、第１ノード４０１と第２ノード４０２との間は、単に抵抗を有さない電流経路となる。従って、監視処理部１３０は、グランドＧＮＤの基準電位を検出値として取得する。異常時、すなわち、電池セルから硫化水素が発生したとき、検知部５００の金属は、発生した硫化水素と反応して腐食する。腐食により金属が硫化物となると、検知部５００の抵抗値が上昇する。さらに、金属は腐食の進行に伴って放射状に移動していく傾向がある。また腐食した金属は、振動や衝撃が加わることによっても移動する。例えば、車両の振動が加わることで、腐食した金属が移動する。このようにして腐食が進行すると、検知部５００の金属は、徐々に消失して断面積が小さくなっていく。これにより、検知部５００の抵抗値はさらに上昇する。そして、最終的に検知部５００の金属は断線することになる。 検知部５００の抵抗値が上昇する過程では、監視処理部１３０は、検知部５００の抵抗値による分圧を検出値として取得する。つまり、検知部５００の抵抗値が上昇するにつれて、監視処理部１３０の検出値は、基準電位から上昇していく。そして、最終的に検知部５００の金属が断線すると、監視処理部１３０には、電源の電圧Ｖｃｃがそのまま入力されることになる。すなわち、監視処理部１３０は、電圧Ｖｃｃを検出値として取得する。 このように電池セルから硫化水素が発生すると、検知部５００の検知状態は、第１ノード４０１と第２ノード４０２との間の電圧として現れる。すなわち、電池セルから硫化水素が発生したとき、監視処理部１３０の検出値は、基準電位からＶｃｃまで変化する。従って監視処理部１３０は、検出値（第１ノード４０１と第２ノード４０２との間の電圧）の変化に基づいて、電池セルから硫化水素が発生しているか否かを判定することができる。例えば、監視処理部１３０は、検出値の初期値からの変動量がしきい値よりも大きくなったことを受けて、電池セルから硫化水素が発生していると判定する。あるいは、監視処理部１３０は、検出値の変動量を計算せずに検出値をそのまま利用し、検出値がしきい値よりも大きくなったことを受けて、電池セルから硫化水素が発生していると判定してもよい。 図２は、監視回路１００（より詳しくは、監視処理部１３０）が実行する処理の処理フローを示すフローチャートである。図２に示す処理フローは、所定の処理周期ごとに繰り返し実行される。 まずステップＳ１１０で、監視回路１００は、検出値を取得する。次にステップＳ１２０で、監視回路１００は、検出値の初期値からの変動量を計算する。上述した硫化水素検出装置１０では、検出値の初期値は基準電位であり、初期値からの変動量は、検出値と基準電位の差分である。特に基準電位を０Ｖとするとき、初期値からの変動量は検出値と一致する。次にステップＳ１３０で、監視回路１００は、計算された変動量がしきい値よりも大きいか否かを判定する。変動量がしきい値以下である場合（ステップＳ１３０；Ｎｏ）、監視回路１００は、硫化水素は発生していないとして今回の処理を終了する。変動量がしきい値よりも大きい場合（ステップＳ１３０；Ｙｅｓ）、監視回路１００は、電池セルから硫化水素が発生していると判定する（ステップＳ１４０）。監視回路１００は、さらに硫化水素が発生していることを表示や音によりユーザ（例；車両のドライバ）に警告する処理を実行してもよい。 図２に示す処理フローは一例であり、監視回路１００は、その他の処理フローにより電池セルから硫化水素が発生していると判定することもできる。例えば、上述したように、監視回路１００は、検出値の変動量を計算せ