JP2003031207A

JP2003031207A - 電池用安全装置及びそれを備えた電池

Info

Publication number: JP2003031207A
Application number: JP2001196329A
Authority: JP
Inventors: Isaji Sasaki; 勲司佐々木; Toshikatsu Miyake; 利勝三宅
Original assignee: Alps Electric Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 2001-05-11
Filing date: 2001-06-28
Publication date: 2003-01-31

Abstract

(57)【要約】【課題】圧力感応部材の変位により一旦導通状態が遮
断された後は、導電部材が破断された状態を維持して導
通が復活されるのを防止するようにした電池用安全装置
及びそれを備えた電池を提供する。【解決手段】電池内部の発電要素１１の一方の電極１
１ａに接続される第１のリード３と、電池の外部接続電
極である正極端子１２又は負極端子１３に接続される第
２のリード４と、第１，第２のリード３，４と連結され
て第１のリード３を第２のリード４に導通させる導電部
材５と、発電要素１１の内圧の上昇に伴って変位する圧
力感応部材８と、圧力感応部材８の変位に応じて作動し
発電要素１１の内圧が所定の値に達したときに導電部材
５を破断して第１，第２のリード３，４間の導通状態を
遮断する破断手段８ｂとを備え、破断手段８ｂによって
破断された導電部材５の破断部５ｄを押し広げるばね部
材６を設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電池内部の発電要
素の内圧上昇によって作動する電池用安全装置及びそれ
を備えた電池に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、携帯電話、ノートパソコン、ビデ
オカメラ等の小型の携帯用電子機器がめざましく普及し
ており、このような機器には充電により再使用の可能な
リチウムイオン二次電池等の非水系の蓄電池が多く用い
られている。

【０００３】ところで、電池は、一般に密閉構造である
場合、何らかの原因で電池の発電要素の内圧が上昇する
と、電池自体が比較的急速に破損して、その機能を失っ
たりあるいは周辺の機器にまで破損を与えてしまったり
することがある。

【０００４】例えば、上述のような蓄電池は、充電器の
異常等で過剰充電されると、蓄電池内に収容されている
発電要素内部の化学変化により、発電要素の温度が上昇
するとともに内圧が上昇して発電要素に封入されている
電解液が漏洩される等の不具合が発生する。

【０００５】そこで、かかる問題についての対策とし
て、発電要素の内圧が所定の値に達したときに電流を遮
断するように構成された電池用安全装置が従来より提案
されている。

【０００６】図１５及び図１６は、このような電池用安
全装置の従来技術を説明するためのものであり、図１５
に示すように、この電池用安全装置は、蓄電池内部の発
電要素の一方の電極に接続されたリード２１と、蓄電池
の正極端子に接続されたリード２２と、これらリード２
１，２２を接続する導電部材２３とを備え、この導電部
材２３にはステンレス製の平板からなる圧力感応部材２
４が所定間隔をもって対向配置されている。

【０００７】そして、この電池用安全装置は発電要素と
ともに蓄電池内に収容されて使用され、図１６に示すよ
うに、発電要素の内圧の上昇時に、この内圧により圧力
感応部材２４が上方（矢印Ｙ方向）に膨出変形して変位
し、その突部２４ａが導電部材２３を押圧して、発電要
素の内圧が所定の値に達したときに圧力感応部材２４が
突部２４ａで導電部材２３を破断し充電電流を遮断する
ようになっている。これにより、発電要素内部の異常反
応の進行を停止させ発電要素の急速な温度上昇や発電要
素の内圧の上昇を防ぐことができる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の電池用安全装置にあっては、発電要素の内圧の
上昇により導電部材２３が破断されて正極側の導通経路
が遮断されるが、その後の発電要素の放熱による温度低
下等の要因で発電要素の内圧が降下すると、上方に膨出
変形していた圧力感応部材２４が元の状態に復帰して、
導電部材２３の破断部２３ａが噛合しリード２１，２２
間が再度導通状態となる場合がある。このように再導通
されると、本来過剰充電等で発電要素が不良状態となっ
ているにもかかわらず電池ユーザがまだ使えるものと勘
違いして使用を続けることがある。すると、温度が上昇
して発電要素の内圧が上昇するという現象が繰り返され
ることとなり、ひいては発電要素自体の密封性が損なわ
れて電解液が漏れ出してしまうという課題があった。

【０００９】本発明は、このような従来技術の事情に鑑
みてなされたもので、その目的は、圧力感応部材の変位
により一旦導通状態が遮断された後は、導電部材が破断
された状態を維持して導通が復活されるのを防止するよ
うにした電池用安全装置及びそれを備えた電池を提供す
ることある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の電池用安全装置は、電池内部の発電要素の
一方の電極に接続される第１のリードと、前記電池の外
部接続電極に接続される第２のリードと、これら第１，
第２のリードと連結されて前記第１のリードを前記第２
のリードに導通させる導電部材と、前記発電要素の内圧
の上昇に伴って変位する圧力感応部材と、この圧力感応
部材の変位に応じて作動し前記発電要素の内圧が所定の
値に達したときに前記導電部材を破断して前記第１，第
２のリード間の導通状態を遮断する破断手段とを備え、
この破断手段によって破断された前記導電部材の破断部
を押し広げるばね部材が設けられていることを最も主要
な特徴としている。

【００１１】また、上記構成において、前記ばね部材の
付勢力の方向を前記破断手段の作動方向と交叉させた。

【００１２】また、上記構成において、前記第１，第２
のリードの少なくとも一方に、その一部を延設させて前
記ばね部材が係止される係止部を形成した。

【００１３】また、上記構成において、前記第１，第２
のリードの少なくとも一方に、前記導電部材と接続され
る接続部が設けられた弾性変形可能な切り起こし片を一
体に形成し、この切り起こし片を前記係止部とした。

【００１４】また、上記構成において、前記切り起こし
片に容易変形部を形成した。

【００１５】また、上記構成において、前記切り起こし
片の一部を細幅に形成し、この部分を前記容易変形部と
した。

【００１６】また、前記ばね部材を捩じりコイルばねで
構成し、この捩じりコイルばねの一方の自由端を前記切
り起こし片に係止した。

【００１７】さらに、前記切り起こし片が形成される前
記第１，第２のリードに幅細部分を設け、この幅細部分
の一側に起立壁を切り起こし形成し、他側に前記切り起
こし片を設けた。

【００１８】また、本発明の電池は、前述のような電池
用安全装置を備えたことを特徴としている。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の電池用安全装置の
一実施形態を図１乃至図１４に基づいて説明する。

【００２０】この電池用安全装置１は、図１〜図３に示
すように、矩形状の基板２とこの基板２の底面に固定さ
れた取付板７との間に圧力感応部材８が介設され、基板
２に取り付けられた第１，第２のリード３，４が導電部
材５により連結されて、基板２の上面に装着されたばね
部材６の自由端の一方６ｂが第１のリード３に係止され
た構造となっており、取付板７と圧力感応部材８との間
に発電要素１１が嵌挿されるようになっている。

【００２１】上記発電要素１１は公知のもので、シート
状の正極材と負極材との間に電解液を染み込ませたセパ
レータを挟み込み、これら正・負両極材およびセパレー
タを渦巻状に巻回して形成した巻回体を密封してなる構
造であって、後述するように、正極材及び負極材からは
それぞれリボン状の電極１１ａ，１１ｂが取り出されて
いる。

【００２２】次に、この電池用安全装置１を構成する各
部材の具体的構成について順次説明する。

【００２３】基板２は、絶縁合成樹脂材を成形してなる
もので、図４〜図６に示すように、上面に凹部２ａが、
また下面には凹部２ｂがそれぞれ形成されて、切欠部２
ｃがこれら凹部２ａ，２ｂを連通するように設けられて
おり、凹部２ｂの内壁面には取付板７を係止固定するた
めの係止溝２ｄが基板２の短手方向に延びるように形成
されている。

【００２４】第１，第２のリード３，４は、ともに導電
金属製の板材からなるもので、基板２にインサート成形
によって支持されており、第１のリード３の一端部側と
第２のリード４の他端部側とが切欠部２ｃ内にそれぞれ
位置している。そして、第１のリード３は一端部側が残
部に比較して幅細に形成されており、この幅細部分には
一側に起立壁３ａが形成されているとともに、他側に接
続部３ｂが設けられた切り起こし片からなる係止部３ｃ
が一体的に形成されて、起立壁３ａが基板２に埋め込ま
れた状態となっている。

【００２５】この第１のリード３は、これを加工する段
階での切り出し工程にて、図７に示すように、連設部３
ｄが形成されるとともに、スリット３ｅ，３ｆが設けら
れることによって、第１のリード３の一端部に接続部３
ｂが設けられた延設部３ｇが形成される。そして、この
連設部３ｄと延設部３ｇとがそれぞれ折り曲げ線３ｈ，
３ｉに沿って上方（図７において紙面の裏側から表側）
に向けて曲げ起こされて、連設部３ｄが起立壁３ａとさ
れるとともに、延設部３ｇが図１２に示されるような係
止部３ｃとされる。これにより、係止部３ｃはスリット
３ｅに対応する最も幅細の部分Ｐが容易変形部とされこ
れを支点として矢印Ｘ方向に弾性変形可能とされてい
る。

【００２６】導電部材５は、図８に示すように、セラミ
ック等の絶縁材で成形された基板の上面に導電層５ａを
塗布形成してなるもので、中央部には一対の切欠部５ｂ
が設けられている。

【００２７】そして、図９〜図１１に示すように、この
導電部材５は、その両端部が第１のリード３の接続部３
ｂ及び第２のリード４の他端部とそれぞれ半田付けによ
り連結されて基板２の切欠部２ｃ内に保持されており、
第１，第２のリード３，４が導電層５ａを介して導通し
た状態となっている。

【００２８】ばね部材６は、金属製の線ばね材を曲折加
工してなる捩じりコイルばねで構成され、図９，図１０
及び図１２に示すように、中央の巻回部６ａと、この巻
回部６ａから延出された一対の自由端６ｂ，６ｃとを有
している。

【００２９】そして、このばね部材６は、基板２の凹部
２ａ内に収容されて第１のリード３の起立壁３ａと係止
部３ｃとの間に介装され、係止部３ｃに一方の自由端６
ｂを係止させ、他方の自由端６ｃを基板２の起立壁３ａ
が埋設された部分に弾接させて、第１のリード３の係止
部３ｃを矢印Ｘ方向に付勢している。

【００３０】取付板７は、ステンレス等からなる矩形状
の金属平板の一側部を他側部側に引き戻すように折り返
すことによって形成され、図１〜図３に示すように、上
板部７ａ及び下板部７ｂと、これら上・下両板部７ａ，
７ｂを連結する連結部７ｃとを一連に有している。

【００３１】そして、この取付板７は、上板部７ａの両
端部を基板２の係止溝２ｄに係止することによって基板
２の底面に固定されている。

【００３２】圧力感応部材８は、取付板７同様、矩形状
の金属平板からなるもので、図１〜図３に示すように、
その一側部に段状に折り曲げ形成された保持部８ａを有
し、この保持部８ａには破断手段としての突部８ｂが上
方に向けて突出形成されている。

【００３３】そして、この圧力感応部材８は、基板２の
底面と取付板７の上板部７ａとの間に保持部８ａを介在
させることによって、取付板７との当接端Ｑを支点とし
てばね部材６の付勢方向（矢印Ｘ方向）と交叉する上方
向（矢印Ｙ方向）に回動可能に保持されており、突部８
ｂが導電部材５の中央部と接触させた状態となってい
る。

【００３４】本実施形態に係る電池用安全装置は上記し
たように構成されており、次にその動作について説明す
る。

【００３５】この電池用安全装置１は、取付板７と圧力
感応部材８との間に前述した発電要素１１が嵌挿された
状態で発電要素１１とともに蓄電池内部に収容され、図
１３に示すように、第１のリード３の他端部および第２
のリード４の一端部が、発電要素１１の正極材から取り
出された電極１１ａおよび蓄電池の外部接続電極である
正極端子１２とそれぞれ接続され、発電要素１１の負極
材から取り出された電極１１ｂが蓄電池の外部接続電極
である負極端子１３と接続された状態で使用される。

【００３６】そして、蓄電池の正極端子１２および負極
端子１３を充電器に接続して充電を行う際に過剰電流の
発生等の要因で発電要素１１の内圧が上昇し始めると、
膨出変形する発電要素１１に押し上げられて圧力感応部
材８が図３に示す当接端Ｑを支点として上方向（矢印Ｙ
方向）に回動変位し、これによって導電部材５の中央部
が突部８ｂにより押圧されて、発電要素１１の内圧が所
定の値に達したときに突部８ｂが導電部材５を破断し充
電電流を遮断する。

【００３７】このとき、第１のリード３の係止部３ｃ
は、ばね部材６の一方の自由端６ｂが係止されて矢印Ｘ
方向に付勢されているので、この付勢力によって図１２
に示す部分Ｐを支点として矢印Ｘ方向に弾性変形され、
図１４に示すように、第１のリード３の接続部３ｂに連
結された導電部材５の半体５ｃがこの係止部３ｃと一体
的に回動し、破断された導電部材５の破断部５ｄが矢印
Ｘ方向にさらに押し広げられる。

【００３８】このようにして導電部材５が破断されて正
極側の導通経路が遮断されると、発電要素１１の内圧が
降下して発電要素１１が収縮し、上方向に押し上げられ
ていた圧力感応部材８が元の状態に復帰するが、係止部
３ｃにはばね部材６の付勢力が付与されて導電部材５の
破断部５ｄが押し広げられた状態が維持されるので、圧
力感応部材８が元の状態に復帰した場合においても導電
部材５の破断部５ｄが噛合するのが阻止される。

【００３９】しかして、この電池用安全装置１にあって
は、導電部材５の破断部５ｄが噛合することがないた
め、第１，第２のリード３，４間が再度導通状態となる
ことがなく、発電要素１１の内圧が再上昇するのを確実
に防止して、発電要素１１の内圧の上昇下降の繰り返し
に起因する発電要素１１内部の電解液の漏れ出しを回避
することができる。

【００４０】また、ばね部材６の付勢力の方向（矢印Ｘ
方向）を突部８ｂの作動方向（矢印Ｙ方向）と交叉させ
たので、導電部材５の破断部５ｄが噛合して発電要素１
１の内圧が再上昇するのを一層確実に防止することがで
き、また、突部８ｂの作動方向に導電部材５の破断によ
る逃げスペースをより大きくとる必要がないため、電池
用安全装置１の寸法を小さくしてその偏平化・コンパク
ト化を図ることができる。

【００４１】尚、この実施形態では、接続部３ｂが設け
られた係止部３ｃを第１のリード３に形成した場合につ
いて説明したが、これら接続部３ｂおよび係止部３ｃは
基板２の切欠部２ｃ内に位置する第２のリード４の他端
部側に形成することも可能であり、双方の場合ともに接
続部３ｂおよび係止部３ｃを切り起こし片で第１，第２
のリード３，４と一体的に形成することによって部品点
数の増加を抑制することができるとともに、係止部３ｃ
を容易に弾性変形可能とすることができるので、ばね部
材６の付勢力によって導電部材５の破断部５ｄを確実に
押し広げることができる。

【００４２】その場合、第１，第２のリード３，４に幅
細部分を設け、図４に示したように、この幅細部分に接
続部３ｂ及び係止部３ｃと起立壁とを形成することで、
第１，第２のリード３，４の幅寸法内に接続部３ｂ及び
係止部３ｃを納めることができるため、電池用安全装置
１の小型化を促進することができるとともに、起立壁に
より導通路幅を広く確保することができることから、導
通抵抗の上昇を抑制することができる。

【００４３】また、基板２の切欠部２ｃ内において接続
部３ｂ及び係止部３ｃを第１，第２のリード３，４に各
々設け、基板２の凹部２ａ内には図示していないがばね
部材６をもう１つ収容して、２つのうちの一方のばね部
材６で第１のリード３の係止部３ｃをもう一方のばね部
材６で第２のリード４の係止部３ｃをそれぞれ異なる方
向に付勢するようにすると、破断部５ｄをより大きく押
し広げることができ第１，第２のリード３，４間が再度
導通状態になるのを一層確実に防止することができる。

【００４４】また、この実施形態では、第１のリード３
を発電要素１１の正極材から取り出された電極１１ａと
接続し、第２のリード４を蓄電池の正極端子１２と接続
する場合について説明したが、第１のリード３を発電要
素１１の負極材から取り出された電極１１ｂと接続し、
発電要素１１の正極材から取り出された電極１１ａを蓄
電池の正極端子１２に接続することによって、第２のリ
ード４を蓄電池の負極端子１３と接続するように構成し
てもよく、この場合においても導電部材５の破断部５ｄ
の再噛合を阻止し、発電要素１１内部の電解液の漏れ出
しを回避することができる。

【００４５】また、この実施形態では、電池用安全装置
１を蓄電池に搭載する場合で説明したが、本発明はこれ
に限定されるものではなく、この電池用安全装置１は密
閉構造型の電池全般に適用することが可能であり、その
場合、電池の発電要素の内圧上昇に起因する電解液の漏
洩等による周辺機器の破損を確実に防止することができ
る。

【００４６】

【発明の効果】本発明は、以上説明したような形態で実
施され、以下に記載されるような効果を奏する。

【００４７】本発明の電池用安全装置は、破断手段によ
って第１，第２のリード間を導通させる導電部材が破断
されたときに、その破断部を押し広げるばね部材が設け
られているので、発電要素の内圧が降下した場合におい
ても前記導電部材の破断部の噛合を阻止し、前記発電要
素の内圧が再上昇するのを確実に防止して、前記発電要
素の内圧の上昇下降の繰り返しに起因する前記発電要素
内部の電解液の漏れ出しを無くすことができる。

【００４８】また、前記ばね部材の付勢力の方向を前記
破断手段の作動方向と交叉させたので、前記発電要素の
内圧が再上昇するのを一層確実に防止することができ、
同時に前記破断手段の作動方向に電池用安全装置の寸法
を小さくして電池用安全装置の偏平化・コンパクト化を
図ることができる。

【００４９】また、前記第１，第２のリードの少なくと
も一方に、その一部を延設させて前記ばね部材が係止さ
れる係止部を形成したので、前記係止部を前記第１，第
２のリードの一方と別体構成とすることによる部品点数
の増大を防ぐことができる。

【００５０】また、前記第１，第２のリードの少なくと
も一方に、前記導電部材と接続される接続部が設けられ
た弾性変形可能な切り起こし片を一体に形成し、この切
り起こし片を前記係止部としたので、前記係止部を容易
に弾性変形可能とすることができることから、前記ばね
部材の付勢力によって前記導電部材の破断部を確実に押
し広げることができる。

【００５１】また、前記切り起こし片に容易変形部を形
成したので、前記ばね部材で前記切り起こし片を円滑に
弾性変形させて、前記導電部材の破断部を確実に押し広
げることができる。

【００５２】また、前記切り起こし片の一部を細幅に形
成し、この部分を前記容易変形部としたので、前記容易
変形部を前記切り起こし片に簡単に形成することができ
る。

【００５３】また、前記ばね部材を捩じりコイルばねで
構成し、この捩じりコイルばねの一方の自由端を前記係
止部に係止したので、その係止作業の簡素化を図り生産
性を向上させることができる。

【００５４】また、前記切り起こし片が形成される前記
第１，第２のリードに幅細部分を設け、この幅細部分の
一側に起立壁を切り起こし形成し、他側に前記切り起こ
し片を設けたので、導通抵抗の上昇を抑制し電池用安全
装置の小型化を促進することができる。

【００５５】さらに、こうした本発明の電池用安全装置
は電池に備えられることにより、信頼性の高い電池を提
供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の電池用安全装置の平面図である。

【図２】該電池用安全装置の正面図である。

【図３】図２の３−３線に沿う断面図である。

【図４】該電池用安全装置に備わる基板の平面図であ
る。

【図５】該基板の背面図である。

【図６】該基板の底面図である。

【図７】該電池用安全装置に備わる第１のリードの製造
方法を示す説明図である。

【図８】該電池用安全装置に備わる導電部材の平面図で
ある。

【図９】該導電部材が基板に取り付けられた状態の平面
図である。

【図１０】その背面図である。

【図１１】その底面図である。

【図１２】該電池用安全装置の係止部近傍の要部拡大斜
視図である。

【図１３】該電池用安全装置を備えた蓄電池の回路図で
ある。

【図１４】該電池用安全装置の動作を示す説明図であ
る。

【図１５】従来の電池用安全装置の断面図である。

【図１６】従来の電池用安全装置の動作を示す断面図で
ある。

【符号の説明】

１電池用安全装置２基板２ａ凹部２ｂ凹部２ｃ切欠部２ｄ係止溝３第１のリード３ａ起立壁３ｂ接続部３ｃ係止部３ｄ連設部３ｅスリット３ｆスリット３ｇ延設部３ｈ折り曲げ線３ｉ折り曲げ線４第２のリード５導電部材５ａ導電層５ｂ切欠部５ｃ半体５ｄ破断部６ばね部材６ａ巻回部６ｂ自由端（一方）６ｃ自由端（他方）７取付板７ａ上板部７ｂ下板部７ｃ連結部８圧力感応部材８ａ保持部８ｂ突部１１発電要素１１ａ電極（正極側）１１ｂ電極（負極側）１２正極端子１３負極端子

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電池内部の発電要素の一方の電極に接続
される第１のリードと、前記電池の外部接続電極に接続
される第２のリードと、これら第１，第２のリードと連
結されて前記第１のリードを前記第２のリードに導通さ
せる導電部材と、前記発電要素の内圧の上昇に伴って変
位する圧力感応部材と、この圧力感応部材の変位に応じ
て作動し前記発電要素の内圧が所定の値に達したときに
前記導電部材を破断して前記第１，第２のリード間の導
通状態を遮断する破断手段とを備え、この破断手段によ
って破断された前記導電部材の破断部を押し広げるばね
部材が設けられていることを特徴とする電池用安全装
置。
【請求項２】前記ばね部材の付勢力の方向を前記破断
手段の作動方向と交叉させたことを特徴とする請求項１
に記載の電池用安全装置。
【請求項３】前記第１，第２のリードの少なくとも一
方にはその一部が延設されて前記ばね部材が係止される
係止部が形成されていることを特徴とする請求項１又は
２に記載の電池用安全装置。
【請求項４】前記第１，第２のリードの少なくとも一
方には、前記導電部材と接続される接続部が設けられた
弾性変形可能な切り起こし片が一体に形成されており、
この切り起こし片が前記係止部とされていることを特徴
とする請求項３に記載の電池用安全装置。
【請求項５】前記切り起こし片には容易変形部が形成
されていることを特徴とする請求項４に記載の電池用安
全装置。
【請求項６】前記切り起こし片の一部を細幅に形成
し、この部分を前記容易変形部としたことを特徴とする
請求項５に記載の電池用安全装置。
【請求項７】前記ばね部材は捩じりコイルばねで構成
され、この捩じりコイルばねの一方の自由端が前記切り
起こし片に係止されていることを特徴とする請求項６に
記載の電池用安全装置。
【請求項８】前記切り起こし片が形成される前記第
１，第２のリードは幅細部分を有し、この幅細部分の一
側に起立壁が切り起こし形成され、他側に前記切り起こ
し片が設けられていることを特徴とする請求項４，５，
６又は７に記載の電池用安全装置。
【請求項９】請求項１乃至８のいずれかに記載の電池
用安全装置を備えたことを特徴とする電池。