JP2011210390A - Battery and battery module - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、発熱が生じたときに電流を遮断する機能を備えた電池及び電池モジュールに関する。 The present invention relates to a battery and a battery module having a function of interrupting current when heat is generated.
充放電が可能な二次電池は、様々な機器の電源に利用されており、特に、自動車産業においては、環境問題や省エネルギーの観点から注目の高いハイブリッドカーや電気自動車のバッテリとしての需要が急速に高まっている。
二次電池は、内部短絡や過充電(或いは過放電)などが生じた場合に、発熱することがある。そのため、発熱を抑制する機能を有する二次電池の開発が行われている。
Rechargeable rechargeable batteries are used as power sources for various devices. In the automotive industry in particular, there is a rapid demand for hybrid cars and electric vehicles that are attracting attention from the viewpoint of environmental issues and energy conservation. Is growing.
The secondary battery may generate heat when an internal short circuit or overcharge (or overdischarge) occurs. For this reason, secondary batteries having a function of suppressing heat generation have been developed.
例えば、特許文献1には、巻芯に巻き回した蓄電素子を円筒状の外装缶に収容し、外装缶の開口部に防爆弁を設置するとともに防爆弁と蓄電素子とをリード線で接続し、内圧の上昇によって防爆弁が変形すると、ストリッパーによってリード線が防爆弁から剥離(あるいはリード線が破断)して電流を遮断する防爆型密閉電池が記載されている。
For example, in
また、特許文献2には、電極板と端子とを連結するリードの途中にヒューズを設け、内部短絡が発生すると、ヒューズが溶断して内部短絡が発生した電極板を電池から切り離す角型リチウム二次電池が記載されている。 Further, in Patent Document 2, a fuse is provided in the middle of a lead connecting an electrode plate and a terminal, and when an internal short circuit occurs, the rectangular lithium secondary battery that disconnects the electrode plate from which the internal short circuit has occurred by fusing the fuse is disconnected. A secondary battery is described.
また、引用文献3には、積層電極群の負極側から延出するリードと負極端子との間にSn合金膜を介設し、過大電流が流れたときにリードと負極端子との間で発生するジュール発熱によってSn合金膜が溶融してリードと負極端子との接続を解除する角型非水電解質二次電池が記載されている。 In Cited Document 3, an Sn alloy film is interposed between the lead extending from the negative electrode side of the laminated electrode group and the negative electrode terminal, and is generated between the lead and the negative electrode terminal when an excessive current flows. A prismatic non-aqueous electrolyte secondary battery is disclosed in which the Sn alloy film is melted by Joule heat generation to release the connection between the lead and the negative electrode terminal.
しかし、特許文献1に記載の技術は、内圧に抵抗し易い円筒状のケースを用いることを前提としており、例えば、ケースの形状を角型にした場合には、内圧によってケース自体が変形し易くなるため、設定した条件で防爆弁を作動させることが困難であった。また、ケースの変形を抑えるために、ケースの板厚を大きくしたり、変形を拘束する部品を追加したりすると、電池の大型化や重量の増加を招くという問題がある。
However, the technique described in
さらに、特許文献1に記載の技術では、電解液の化学反応による内部圧力の上昇をトリガとして防爆弁が作動するので、電池の性能が最適となるように電解液の組成を設定すると、電流を遮断するのに最適なタイミング(温度)で防爆弁が作動する内圧となるように電解液の組成を設定することが困難であった。そのため、防爆弁の作動が遅れる傾向があった。また、外部からケースを破って異物が侵入して内部短絡が生じた場合に、破れた部分から内圧が開放されるため、発熱が生じても防爆弁が作動しないおそれがあった。
Furthermore, in the technique described in
また、特許文献2,3に記載の技術のように、リードの途中にヒューズを設けると、ヒューズが抵抗体となるため、電池の内部抵抗が大きくなってしまう。また、内部抵抗を小さくするためにヒューズを大型化すると、電池自体も大型化してしまい、レイアウト性の悪化を招くおそれがある。また、ヒューズが溶断するほどの大電流が流れる時点では、電池内部では短絡や温度上昇が著しく進行した状態であり、発熱を早期に回避することが困難であった。 In addition, when a fuse is provided in the middle of the lead as in the techniques described in Patent Documents 2 and 3, the fuse becomes a resistor, which increases the internal resistance of the battery. Further, if the fuse is enlarged in order to reduce the internal resistance, the battery itself is also enlarged, and there is a possibility that the layout property is deteriorated. In addition, at the point of time when a large amount of current flows to blow the fuse, the short circuit and the temperature increase have progressed remarkably inside the battery, making it difficult to avoid heat generation at an early stage.
本発明は、これらの問題に鑑みて成されたものであり、発熱が生じたときに、電池の内圧やヒューズを使用することなく、電流を遮断することができる電池及び電池モジュールを提供することを課題とする。 The present invention has been made in view of these problems, and provides a battery and a battery module capable of interrupting current without using an internal pressure or a fuse of the battery when heat is generated. Is an issue.
本発明は、蓄電素子と、前記蓄電素子を収容するケースと、前記ケースに設けられた端子と、前記端子と前記蓄電素子とを連結するリードと、前記端子と前記リードとの電気的接続を解除する接続解除手段と、を備える電池であって、前記端子は、前記接続解除手段を収容する中空部を有し、前記リードは、前記中空部を横断するように設置され、前記接続解除手段は、前記リードに向かって移動して前記リードを切断する切断手段と、前記切断手段に対して前記リードと反対側に配置され前記中空部内の温度が所定温度以上になったときに前記切断手段を前記リードに向かって押圧する押圧手段と、を有することを特徴とする。 The present invention provides a power storage element, a case for housing the power storage element, a terminal provided in the case, a lead for connecting the terminal and the power storage element, and an electrical connection between the terminal and the lead. A connection release means for releasing the battery, wherein the terminal has a hollow portion that accommodates the connection release means, and the lead is disposed so as to cross the hollow portion, and the connection release means Cutting means for moving toward the lead to cut the lead, and the cutting means when the temperature in the hollow portion is arranged on the opposite side of the lead with respect to the cutting means and the temperature in the hollow portion is equal to or higher than a predetermined temperature. And pressing means for pressing toward the lead.
かかる構成によれば、端子に形成された中空部の内部に接続解除手段が収容されており、当該接続解除手段は、中空部内の温度が所定温度以上になったときに作動するので、ケースの内圧の上昇に依存することなく、電流を遮断することができる。そのため、例えば内圧の上昇によってケースが変形してしまった場合でも、電池の温度が所定温度以上になったときに接続解除手段を確実に作動させて、発熱を防止することができる。また、リードや端子にヒューズを設ける必要がないので、電池の内部抵抗の増大を抑制することができる。 According to such a configuration, the connection release means is accommodated in the hollow portion formed in the terminal, and the connection release means operates when the temperature in the hollow portion becomes equal to or higher than the predetermined temperature. The current can be cut off without depending on the increase in internal pressure. For this reason, for example, even when the case is deformed due to an increase in internal pressure, it is possible to prevent the heat generation by reliably operating the connection release means when the temperature of the battery exceeds a predetermined temperature. Moreover, since it is not necessary to provide a fuse in a lead | read | reed and a terminal, the increase in the internal resistance of a battery can be suppressed.
また、前記リードのうち前記切断手段が当接する部分の周辺は、前記リードよりも剛性の高い支持部材によって支持されており、前記支持部材は、前記切断手段が挿通する孔部を有しているのが好ましい。 The periphery of the portion of the lead where the cutting means abuts is supported by a support member having rigidity higher than that of the lead, and the support member has a hole through which the cutting means is inserted. Is preferred.
かかる構成によれば、リードよりも剛性の高い支持部材に、当該リードが支持されているので、切断部材がリードに当接したときに、リードが撓みにくくなり、リードに力が加わり易くなる。そのため、切断部材によるリードの切断が容易になる。また、支持部材は、切断部材の挿通を許容する孔部を有しているので、リードを確実に切断することができる。 According to such a configuration, since the lead is supported by the support member having higher rigidity than the lead, when the cutting member comes into contact with the lead, the lead is difficult to bend and force is easily applied to the lead. As a result, the lead can be easily cut by the cutting member. Further, since the support member has a hole that allows the cutting member to be inserted, the lead can be reliably cut.
また、前記中空部のうち前記押圧手段を収容する部分には、前記蓄電素子の温度上昇を抑制する温度上昇抑制剤が充填されており、前記端子には、前記切断手段が前記リードに向かって移動したときに、前記切断手段を挟んで前記押圧手段側の空間と前記リード側の空間とを連通する連通路が設けられているのが好ましい。
Further, a portion of the hollow portion that accommodates the pressing unit is filled with a temperature increase inhibitor that suppresses a temperature increase of the power storage element, and the cutting unit is directed toward the lead in the terminal. It is preferable that a communication path that connects the space on the pressing means side and the space on the lead side with the cutting means interposed therebetween is provided.
かかる構成によれば、接続解除手段が作動して、切断手段がリードに向かって移動したときに、前記切断手段を挟んで前記押圧手段側の空間と前記リード側の空間とが、連通路を介して連通した状態となり、押圧手段側の空間に充填されていた温度上昇抑制剤が、リード側の空間に流れ込む。リード側に流れ込んだ温度上昇抑制剤は、ケース内部に流れ込み、ケース内部の発熱が抑制されることとなる。
According to such a configuration, when the connection releasing means is activated and the cutting means moves toward the lead, the space on the pressing means side and the space on the lead side sandwich the cutting means, Thus, the temperature rise inhibitor filled in the space on the pressing means side flows into the space on the lead side. The temperature rise inhibitor flowing into the lead side flows into the case, and heat generation inside the case is suppressed.
また、本発明に係る電池モジュールは、前記した電池を並列に複数接続して形成したことを特徴とする。 The battery module according to the present invention is formed by connecting a plurality of the above-described batteries in parallel.
複数の電池を並列に接続したときに、そのうちのひとつの電池に内部短絡などが生じて、その電池の電位が低下した場合に、電位が低下した電池に他の電池から電流が流入し、電位が低下した電池の端子が発熱することがあるが、前記した接続解除手段を備える電池を複数並列に接続して電池モジュールを構成すれば、電位が低下した電池のリードを確実に切断して、電位が低下した電池を並列回路から切り離し、発熱を抑制することができる。 When multiple batteries are connected in parallel, if one of the batteries has an internal short circuit and the potential of the battery drops, current flows from the other battery into the battery with the lowered potential. However, if the battery module is configured by connecting a plurality of batteries having the above-described connection release means in parallel, the lead of the battery having a lowered potential can be reliably cut, A battery with a lowered potential can be disconnected from the parallel circuit to suppress heat generation.
本発明によれば、発熱が生じたときに、電池の内圧やヒューズを使用することなく、電流を遮断することができる電池及び電池モジュールを提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, when heat_generation | fever arises, the battery and battery module which can interrupt | block an electric current, without using the internal pressure of a battery and a fuse can be provided.
本発明の第1実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。説明において、同一の要素には同一の番号を付し、重複する説明は省略する。 A first embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the description, the same elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
≪二次電池の構成≫
図1に示すように、第1実施形態に係る二次電池1は、リチウムイオン型の二次電池であり、その外形は角型、つまり、薄板状を呈している。このような二次電池1は、例えば、その厚さ方向(左右方向)において複数並列に配列され、例えば、300〜500V程度の高圧バッテリを構成し、この高圧バッテリは、例えば、電気自動車やハイブリッド車の蓄電池として使用される。
≪Configuration of secondary battery≫
As shown in FIG. 1, the
図1〜図3に示すように、二次電池1は、巻回体10と、巻回体10を覆う絶縁フィルム31と、巻回体10を収容するケース40と、ケース40内に注入された電解液と、を備えている。なお、各図において電解液は省略している。
As shown in FIGS. 1 to 3, the
<巻回体>
蓄電素子たる巻回体10は、負極シート11(第1電極シート)と、正極シート12(第2電極シート)と、負極シート11と正極シート12とを電気的に絶縁する2枚のセパレータ21、22と、を備えている。詳細には、図3(a),(b)に示すように、巻回体10は、セパレータ21、負極シート11、セパレータ22、正極シート12の順で積層され、負極シート11と正極シート12とが前後方向(面方向)でずれたものを、負極シート11が正極シート12よりも外側になるように巻回した後、若干にて押し潰して変形させ、輪切り断面視において扁平としたものである。このような巻回体10の左右方向における厚さは、例えば19mm程度である。
なお、図3(b)の符号19は、芯材であり、巻回体10の作製後に引き抜かれる。
<Wound body>
The
In addition, the code |
よって、巻回体10は、軸方向(前後方向)の中央に、巻回体10の輪切り断面方向において、外側から中心に向かって、セパレータ21、負極シート11、セパレータ22、正極シート12、セパレータ21、負極シート11、…の順で積層した本体13を有している(図3(a)参照)。
そして、巻回体10は、軸方向において、本体13の前側に負極タブ14(第1集電タブ)を有しており、本体13の後側に正極タブ15(第2集電タブ)を有している。
Therefore, the
The
<巻回体−負極シート>
負極シート11は、導電性を有する負極集電箔11aと、負極集電箔11aの両面にそれぞれ形成された負極活物質層11b、11bと、を備えている(図3(a)参照)。
負極集電箔11aは、矩形を呈し、例えば銅箔(例えば厚さ10μm)から構成される。
<Wound body-negative electrode sheet>
The
The negative electrode
負極活物質層11bは、負極における電池反応を生じさせるための負極活物質を主成分とする層であり、負極活性物質とバインダ(接着剤)との混合物を、負極集電箔11aに塗布し、塗布後にプレス加工することで形成される。例えば、塗工幅は120mm、プレス後の負極シート11の厚さは100μm、負極シート11の電極密度は1.5g/cm3とされる。
The negative electrode
なお、負極シート11は、その前辺側(一辺側)に負極活物質層11bが形成されてなく、負極集電箔11aが帯状で露出した未塗工部11c(未塗布部)を有している(例えば未塗工幅10mm)。そして、巻回された後、軸方向(前後方向)において前方に延出する渦巻状の未塗工部11cを、厚さ方向(左右方向)において溶接等よって密着させることで、前記した負極タブ14が形成されている。
The
負極活物質としては、例えば、リチウムイオン(LI+)を吸蔵/放出する炭素材料や、リチウム(Li)と金属化合物を形成する合金を使用できる。
炭素材料としては、例えば、天然黒鉛、人口黒鉛(例えば粒径22μm)、活性炭、低温炭素体(有機前駆体)を、不活性ガス雰囲気中で熱処理した炭素等を使用できる。低温炭素体(有機前駆体)としては、例えば、ピッチ、メソフェーズピッチ等の易黒鉛性炭素前駆体や、フェノール樹脂、キシレン樹脂、PPS(PolyPhenylene Sulfide)、セルロース等の難黒鉛化性炭素前駆体を使用できる。
バインダとしては、例えば、PVDF(PolyVinylidene DiFluoride)を使用できる。
As the negative electrode active material, for example, a carbon material that occludes / releases lithium ions (LI + ) or an alloy that forms a metal compound with lithium (Li) can be used.
As the carbon material, for example, natural graphite, artificial graphite (for example, particle size 22 μm), activated carbon, carbon obtained by heat-treating a low-temperature carbon body (organic precursor) in an inert gas atmosphere, or the like can be used. Examples of low-temperature carbon bodies (organic precursors) include graphitizable carbon precursors such as pitch and mesophase pitch, and non-graphitizable carbon precursors such as phenol resin, xylene resin, PPS (PolyPhenylene Sulfide), and cellulose. Can be used.
For example, PVDF (PolyVinylidene DiFluoride) can be used as the binder.
<巻回体−正極シート>
正極シート12は、導電性を有する正極集電箔12aと、正極集電箔12aの両面にそれぞれ形成された正極活物質層12b、12bと、を備えている(図3(a)参照)。
正極集電箔12aは、矩形を呈し、例えばアルミニウム箔(例えば厚さ12μm)から構成される。
<Wound body-positive electrode sheet>
The
The positive electrode
正極活物質層12bは、正極における電池反応を生じさせるための正極活性物質を主成分とする層であり、正極活物質と導電性フィラーとバインダ(接着剤)との混合物を、正極集電箔12aに塗布しプレス加工することで形成される。例えば、塗工幅は120mm、プレス後の正極シート12の厚さは100μm、正極シート12の電極密度は3.85g/cm3とされる。
The positive electrode
なお、正極シート12は、その後辺側(一辺側)に正極活物質層12bが形成されてなく、正極集電箔12aが帯状で露出した未塗工部12c(未塗布部)を有している(例えば未塗工幅10mm)。そして、巻回された後、軸方向(前後方向)において後方に延出する渦巻状の未塗工部12cを、厚さ方向(左右方向)において溶接等よって密着させることで、前記した正極タブ15が形成されている。
The
正極活物質としては、例えば、平均粒径d50=12μmである粉末状のリチウム酸化物(LiNi0.33Mn0.33Co0.33O2)を使用できる。
導電性フィラーとしては、例えば、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、VGCF(Vapor Grown Carbon Fiber:気相成長炭素繊維)を使用できる。
バインダとしては、例えば、PVDF(PolyVinylidene DiFluoride)を使用できる。
As the positive electrode active material, for example, powdery lithium oxide (LiNi 0.33 Mn 0.33 Co 0.33 O 2 ) having an average particle diameter d50 = 12 μm can be used.
As the conductive filler, for example, acetylene black, ketjen black, or VGCF (Vapor Grown Carbon Fiber) can be used.
For example, PVDF (PolyVinylidene DiFluoride) can be used as the binder.
<巻回体−セパレータ>
セパレータ21、22は、負極シート11と正極シート12とを電気的に絶縁するためのシート(例えば厚さ25μm)であると共に、ケース40内に注入される電解液が含浸されるように多孔質である。
このようなセパレータ21、22としては、例えば、ポリオレフィン系(ポリエチレン、ポリプロピレン等)の繊維で構成された不織布を使用できる。
<Wound body-Separator>
The
As
<絶縁フィルム>
絶縁フィルム31は、巻回体10とケース40とを電気的に絶縁するためのフィルムであり、巻回体10の外表面を覆っている。このような絶縁フィルム31は、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレンから形成される。
<Insulating film>
The insulating
<電解液>
電解液は、電池反応により負極シート11、正極シート12で生成したイオン(リチウムイオン等)を輸送するための液体であり、溶媒に電解質を溶解させることで調製される。
<Electrolyte>
The electrolytic solution is a liquid for transporting ions (such as lithium ions) generated in the
溶媒のうちの非水溶媒としては、例えば、エチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート(PC)、ブチレンカーボネート(BC)、ジメチルカーボネート(DMC)、ジエチルカーボネート(DEC)、エチルメチルカーボネート(EMC)、γ−ブチロラクトン(γ−BL)、スルホラン、アセトニトリル、1,2−ジメトキシエタン、1,3−ジメトキシプロパン、ジメチルエーテル、テトラヒドロフラン(THF)、2−メチルテトラヒドロフラン等を使用できる。
なお、このような非水溶媒は、単独で使用しても、2種以上混合して使用してもよい。
Among the non-aqueous solvents, for example, ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), butylene carbonate (BC), dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), ethyl methyl carbonate (EMC), γ -Butyrolactone (γ-BL), sulfolane, acetonitrile, 1,2-dimethoxyethane, 1,3-dimethoxypropane, dimethyl ether, tetrahydrofuran (THF), 2-methyltetrahydrofuran and the like can be used.
Such non-aqueous solvents may be used alone or in combination of two or more.
電解質としては、例えば、過塩素酸リチウム(LiClO4)、六フッ化リン酸リチウム(LiPF6)、四フッ化ホウ素リチウム(LiBF4)、六フッ化砒素リチウム(LiAsF6)、トリフルオロメタンスルホン酸リチウム(LiCF3SO3)、ビストリフルオロメチルスルホニルイミドリチウム[LiN(CF3SO3)2]等のリチウム塩を使用できる。
なお、電解質の非水溶媒に対する溶解量は、通常は0.2mol/L〜2mol/L程度であることが好ましい。
Examples of the electrolyte include lithium perchlorate (LiClO 4 ), lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ), lithium tetrafluoroborate (LiBF 4 ), lithium hexafluoroarsenide (LiAsF 6 ), and trifluoromethanesulfonic acid. Lithium salts such as lithium (LiCF 3 SO 3 ) and bistrifluoromethylsulfonylimide lithium [LiN (CF 3 SO 3 ) 2 ] can be used.
The amount of electrolyte dissolved in the non-aqueous solvent is usually preferably about 0.2 mol / L to 2 mol / L.
また、LiTFSI(リチウム塩)など種々のイオン性液体を混合してもよい。
さらに、電解液がゲル状で保持されるように、電解質としてゲル電解質を使用してもよい。ゲル電解質としては、例えば、ポリエチレンオキサイド、ポリプロピレンオキサイド、ビニリデンフロライド、ヘキサフルオロプロピレンの誘導体や共重合体を使用できる。
Moreover, you may mix various ionic liquids, such as LiTFSI (lithium salt).
Furthermore, a gel electrolyte may be used as the electrolyte so that the electrolytic solution is held in a gel form. Examples of gel electrolytes that can be used include polyethylene oxide, polypropylene oxide, vinylidene fluoride, hexafluoropropylene derivatives and copolymers.
<ケース>
ケース40は、絶縁フィルム31で覆われた巻回体10を収容する容器であり、ケース本体41と、蓋42とを備えている。
<Case>
The
ケース本体41は、上方が開口し、左右方向に薄い箱体であって、アルミニウム合金、SUS(ステンレス)、樹脂等から形成される。特に、アルミニウム合金製であって、インパクト成型や、トランスファープレス加工によって、作製されたものであることが好ましい。このようなケース本体41は、例えば、肉厚0.8mm、左右方向の厚さ40mm、上下方向の高さ120mm、前後方向の幅160mm、で形成される。
The
蓋42は、所定厚さ(例えば2mm)を有し、ケース本体41の開口を塞ぐものである。なお、蓋42とケース本体41とは、例えば、レーザー溶接によって接合される。
The
また、蓋42には、マイナス端子51と、プラス端子52とが取り付けられている。マイナス端子51及びプラス端子52は、銅、ニッケル、アルミニウム、SUS(ステンレス)の等の金属や、これらの合金から形成される。
Further, a
そして、マイナス端子51は、リード47を介して、巻回体10の前記した負極タブ14と電気的に接続されている。リード47は、例えば、厚さ0.3mmの銅合金板で形成される。なお、リード47と負極タブ14又はマイナス端子51とは、例えば超音波溶接によって接続される。
The
一方、プラス端子52は、リード48を介して、巻回体10の正極タブ15と電気的に接続されている。リード48は、例えば、厚さ0.5mmのアルミニウム合金板で形成される。なお、リード48と正極タブ15又はプラス端子52とは、例えば超音波溶接によって接続される。
On the other hand, the
リード47、リード48は、輪切り断面視において、略L字形で導電性を有する板状片である。
The
さらに、蓋42の適所には、電解液を注入するための注入孔45が形成されている。注入孔45には、着脱自在に栓(図示しない)が設けられている。また、注入孔45には、ケース40の内部の電解液が発熱して膨張した場合に、その圧力を逃がすための防爆弁(図示しない)が設けられている。防爆弁は、ケース40の内部が所定圧力以上になったときに開弁する公知の安全弁を用いることができる。
Further, an
つぎに、図4乃至図7を参照して、マイナス端子51、接続解除装置6及び支持部材7の構造について説明する。
Next, the structures of the
<端子>
第1実施形態のマイナス端子51は、後記する接続解除装置6を収容する機能を有している。マイナス端子51は、蓋42に固定される基部53と、基部53の上面から突出する突出部54と、基部53及び突出部54の内部に形成された中空部55と、を主に備えている。
<Terminal>
The
基部53は、平面視長方形状に形成された平板状の部材である。基部53の側面には、その全周に亘って、蓋42と嵌合する凹溝53aが形成されている。また、基部53の前後方向の側面の下端縁には、後記する支持部材7を係止するための係止片53bが突出形成されている(図4(b)参照)。係止片53bの上面は、基部53から離れるほど高くなるように傾斜している。
The
基部53の底面53cには、中空部55が開口している。リード47は、この開口部55aを左右方向に横断するように設置されている。これにより、中空部55の開口部55aに対してリード47が臨んだ状態(露出した状態)となっている。なお、リード47の幅寸方は、中空部55の直径よりも小さい。
A
図4(a)に示すように、基部53の底面53cに沿って配置されたリード47のうち、開口部55aを挟んで先端側の部分47a(以下、「先端部47a」という場合がある。)は、基部53の底面53cに超音波溶接で固定されている。また、リード47のうち、開口部55aを挟んで巻回体10側の部分47b(以下、「基端部47b」という場合がある。)には、絶縁フィルム49が貼り付けられており、基部53の底面53cに対して絶縁されている。
As shown in FIG. 4A, among the
突出部54は、外部機器から延びる配線などが接続される部分であり、円柱状に形成されている。突出部54の外周面には、例えばねじ溝(図示省略)などが形成されている。
The protruding
中空部55は、後記する接続解除装置6を収容する部分であり、断面視で円形状に形成されている。中空部55には、接続解除装置6を構成する切断部材61と押圧部材62とが収容されている。中空部55は、上端部が閉塞されており、下端部が基部53の底面53cに開口している。
The
中空部55の内周面のうち下寄り(開口部55a寄り)の部分には、上下方向に沿って連通路55bが凹設されている。連通路55bは、切断部材61が下方に移動したときに、押圧部材62側の空間とリード47側の空間とを連通する通路である。第1実施形態では、連通路55bは、基部53に相当する高さ範囲に亘って、周方向に等間隔で4つ形成されている(図5参照)。
A
<接続解除装置6>
接続解除装置(接続解除手段)6は、マイナス端子51とリード47との電気的接続を解除する装置であり、リード47を切断する切断部材(切断手段)61と、切断部材61をリード47に向かって押圧する押圧部材(押圧手段)62と、を有している。
<
The connection release device (connection release means) 6 is a device for releasing the electrical connection between the
切断部材61は、中空部55の内周面と摺接するピストン部63と、リード47に当接して切断する切断部64と、を有している。
ピストン部63は、中空部55の内径と略同径に形成された円盤状の部材であり、中空部55を仕切っている。ピストン部63の外周面には環状溝63aが凹設されており、この環状溝63aにはストッパ63bが設置されている(図6参照)。ストッパ63bは、平面視でC字状を呈する部材であり、形状記憶合金で構成されている。ストッパ63bは、通常温度(所定温度未満)では中空部55の内周面に強く当接してピストン部63の移動を制限しており、所定温度以上になったときに縮径してピストン部63の移動を許容する。ピストン部63の高さ寸法は、連通路55bの長さ寸法よりも小さい。
切断部64は、図4(a)に示すように、断面視で三角形状を呈しており、先端部が尖っている。切断部64の基端部(上端部)は、ピストン部63の底面に固定されている。
The cutting
The
As shown in FIG. 4A, the cutting
押圧部材62は、中空部55の内部(より詳しくは、中空部55のうち、切断部材61よりも上側の部分)の温度が、所定温度以上になったときに膨張して、切断部材61を押圧してリード47側に移動させる機能を有している。第1実施形態の押圧部材62は、所定温度で反応を開始してガスの発生やガスの膨張により体積膨張を生じる固体、液体又はガス等で構成されている。押圧部材62が膨張を開始する温度は、例えば100℃から200℃の範囲内で適宜に設定されている。また、押圧部材62の原料としては、例えば、炭酸水素ナトリウム等の炭酸塩やアゾジカルボンアミド等の有機系発泡剤を用いることができる。
The pressing
なお、押圧部材62は、前記した注入孔45(図1参照)に設置した防爆弁が作動する内圧にケース40の内圧が達する温度よりも低い温度で、体積膨張を開始するように設計されている。これにより、ケース40の内圧が開放されるよりも早期に電流を遮断することができる。
The pressing
さらに、押圧部材62は、ケース40の内部の温度上昇を抑制するための温度上昇抑制剤として、例えばアルゴン、窒素、二酸化炭素などの不活性ガスを発生するように構成されている。つまり、第1実施形態の押圧部材62は、温度上昇抑制剤を兼ねている。
なお、温度上昇抑制剤を発生する物質を押圧部材62とは別体に構成し、押圧部材62と一緒に中空部55に設置してもよい。
Further, the pressing
The substance that generates the temperature rise inhibitor may be configured separately from the pressing
<支持部材>
支持部材7は、図4及び図7に示すように、切断部材61によってリード47を切断し易いようにリード47を支持する部材である。支持部材7は、例えば合成樹脂などの絶縁性のある材料で構成されている。支持部材7は、平板状の支持部71と、支持部71の前後方向の両縁に立設された係止部72,72と、支持部71の略中央に形成された孔部73と、を備えている。
<Supporting member>
As shown in FIGS. 4 and 7, the
支持部71は、平面視長方形状に形成されており、マイナス端子51の基部53の底面53cに対向して配置されている。支持部71と基部53の底面53cとの間には、リード47が挟持されている。支持部71は、例えばリード47よりも厚さ寸法を大きくしたり、リード47よりも硬質な材料で形成することによって、リード47よりも剛性が高くなるように形成されている。
The
係止部72は、マイナス端子51の基部53に設けられた係止片53bに係止する部分である。係止部72は、支持部71の前後方向の両縁から立ち上がる壁部72aと、壁部72aの先端から内向きに延出する延出部72bと、から構成されている。延出部72bの下面は、壁部72aから離れるほど低くなるように傾斜している。これにより、係止部72の下面が、逆向きに傾斜した係止片53bの上面に引っ掛かるので、支持部材7がマイナス端子51の基部53から外れ難くなる。
The locking
孔部73は、リード47を切断した切断部材61の切断部64の挿通を許容するための貫通孔である。孔部73は、切断部64に対応した位置に形成されている。孔部73の長さ寸法は、中空部55の直径よりも大きく形成されている。
The
なお、支持部材7は、マイナス端子51の底面53cにリード47の先端部47aを超音波溶接するとともに、リード47の基端部47bに絶縁フィルム49を貼り付けた後に、リード47の下側からマイナス端子51の係止片53bに取り付けられる。
The
<二次電池の動作>
次に、図8を参照して、第1実施形態に係る二次電池1の動作について説明する。
<Operation of secondary battery>
Next, the operation of the
通常の通電状態では、図8(a)に示すように、接続解除装置6の切断部材61は、ピストン部63の環状溝63aに設置されたストッパ63bが中空部55の内周面に強く当接することにより、中空部55の開口部55aから上方に離間した位置に固定されている。また、接続解除装置6の押圧部材62は、切断部材61よりも上側の空間(より詳しくは、切断部材61に対してリード47と反対側の空間)に封入されている。
そして、リード47は、中空部55の開口部55aを横断するように配置されており、下側から支持部材7によって支持されている。
リード47の先端部47aは、マイナス端子51の底面53cに接続しており、巻回体10に対して充放電可能になっている。
In a normal energized state, as shown in FIG. 8A, the cutting
The
The leading
二次電池1が過充電になったり内部短絡が生じたりして、ケース40の内部が発熱した場合には、この発熱によってマイナス端子51が熱せられ、ひいてはマイナス端子51の中空部55の内部も熱せられることになる。そして、中空部55の温度が所定温度に達すると、押圧部材62の反応が始まってガスが発生する。また、形状記憶合金で形成されたストッパ63bが縮径し、切断部材61がスライド可能になる。
When the
そうすると、図8(b)に示すように、切断部材61がガスに押圧されてリード47に向かって移動し、鋭利に形成された切断部64の先端部がリード47を切断する。リード47の基端部47bは、絶縁フィルム49によってマイナス端子51と絶縁されているので、中空部55に対面する部分でリード47が切断されることにより、巻回体10とマイナス端子51との電気的な接続が解除される。これにより、二次電池1への電流の流入が停止し、発熱が停止する。
Then, as shown in FIG. 8B, the cutting
また、切断部材61が連通路55bの上端部よりも下方に移動すると、連通路55bを介して、切断部材61の上側の空間と下側の空間が連通した状態となる。これにより、押圧部材62から発生したガスに含まれる不活性ガスなどの温度上昇抑制剤が、連通路55bを通ってケース40の内部に流れ込む。その結果、巻回体10や電解液の温度上昇が防止されることとなる。
Further, when the cutting
<二次電池の作用効果>
第1実施形態に係る二次電池1は、以上のように構成されるものであり、これにより、以下に説明するような作用効果を奏する。
つまり、第1実施形態に係る二次電池1は、マイナス端子51に形成された中空部55に接続解除装置6が設置されており、接続解除装置6は、中空部55内の温度が所定温度以上になったときに切断部材61が移動してリード47を切断するように構成されているので、ケース40の内部の圧力に依存することなく、マイナス端子51とリード47との接続を解除することができる。そのため、ケース40の形状を角型にした場合でも、補強の必要がなく、ケースの小型化、軽量化を図ることができる。
<Effects of secondary battery>
The
That is, in the
また、中空部55は、マイナス端子51の内部に形成されているため、変形などが生じ難いので、圧力のばらつきが少なく、切断部材61を確実に移動させることができる。また、マイナス端子51が中空構造となるため、マイナス端子51を軽量化することができる。また、マイナス端子51の内部に接続解除装置6が設置されるので、ケース40の巻回体10の設置スペースが犠牲になることがない。
Further, since the
また、押圧部材62の組成(つまり、押圧部材62の反応開始温度)を、電解液の組成と無関係に設計することができるので、二次電池1の充放電性能を最適化しつつ、接続解除装置6の作動条件を最適化することが容易になる。これにより、接続解除装置6の作動が遅れることを防止することができる。
Further, since the composition of the pressing member 62 (that is, the reaction start temperature of the pressing member 62) can be designed regardless of the composition of the electrolytic solution, the connection release device is optimized while optimizing the charge / discharge performance of the
また、外部からケース40を破って異物が進入して内部短絡が生じた場合でも、ケース40の内部の温度が所定温度以上になった段階で、押圧部材62がガスを発生して切断部材61を押圧し、リード47を切断するので、ケース40の内圧が上昇しなくても発熱を停止することができる。また、リード47にヒューズなどを設ける必要がないので、二次電池1の内部抵抗が増加することがない。
Further, even when the
また、第1実施形態に係る二次電池1は、リード47よりも剛性の高い支持部材7を備えており、支持部材7は、切断部材61が通過する孔部73を有しているので、リード47の変形を抑制して、切断部材61によってリード47を確実に切断することができる。
In addition, the
次に、図9を参照して、第2実施形態に係る二次電池1Aについて説明する。
以下の説明においては、第1実施形態と異なる点を中心に説明し、第1実施形態で説明した構成要素と同一の構成要素については、同一の符号を付して重複する説明を省略する。第2実施形態に係る二次電池1Aは、押圧部材65が形状記憶合金で構成されている点が、第1実施形態に係る二次電池1と主に異なっている。
Next, a
In the following description, differences from the first embodiment will be mainly described, and the same components as those described in the first embodiment will be denoted by the same reference numerals, and redundant description will be omitted. The
図9(a)に示すように、第2実施形態の押圧部材65は、つるまきばねのような形状に形成された形状記憶合金製の金属部材によって構成されている。押圧部材65の下端側は、切断部材61に固定されており、押圧部材65の上端側は、底板部66に固定されている。押圧部材65は、通常の温度(例えば65℃未満)では、つるまきばねを圧縮したような形状(図9(a)参照)を呈しており、所定温度以上(例えば85℃以上)になったときに、つるまきばねを伸ばしたような形状(図9(b)参照)に変形するようになっている。
As shown to Fig.9 (a), the
第2実施形態の中空部55の下端側の開口部55aの周囲には、段部55cが形成されている。段部55cは、切断部材61の移動(突出)を規制するストッパとしての機能を有している。また、中空部55の上端側には開口部55dが形成されており、この開口部55dから接続解除装置6を中空部55に設置したあとに、開口部55dに底板部66を全周溶接することによって閉塞されている。
A
二次電池1Aは、中空部55の内部の温度が所定温度以上になったときに、図9(b)に示すように、押圧部材65が伸張し、この押圧部材65に押された切断部材61がリード47に向かって移動する。これにより、切断部材61の切断部64がリード47に当接し、リード47が切断される。その結果、巻回体10とマイナス端子51とが電気的に切断され、二次電池1の充電(又は放電)が停止し、発熱が停止する。
In the
このような二次電池1Aによれば、第1実施形態に係る二次電池1と略同様の作用効果を奏するとともに、押圧部材65が、形状記憶合金で構成されているので、動作の設計(作動温度の設計)が第1実施形態に比較して簡便かつ確実である。
According to the
次に、図10を参照して、第3実施形態に係る二次電池1Bについて説明する。
以下の説明においては、第1実施形態と異なる点を中心に説明し、第1実施形態で説明した構成要素と同一の構成要素については、同一の符号を付して重複する説明を省略する。第3実施形態に係る二次電池1Bは、マイナス端子51の基部57が大型化しているとともに、基部57の突出部54とずれた位置に中空部55が形成されている点が、前記した第1実施形態と主に異なっている。
Next, a
In the following description, differences from the first embodiment will be mainly described, and the same components as those described in the first embodiment will be denoted by the same reference numerals, and redundant description will be omitted. In the
図10に示すように、マイナス端子51の基部57は、突出部54に対して一方側が張り出している。そして、基部57のうち、この張り出した部分57aに、接続解除装置6を収容する中空部55が形成されている。
また、基部57の寸法にあわせて支持部材7も大型に形成されており、中空部55に対応する位置に、孔部73が形成されている。
As shown in FIG. 10, the
Further, the
このような構成によれば、前記した第1実施形態に係る二次電池1の作用効果の他に、次のような作用効果を奏する。
すなわち、第3実施形態に係る二次電池1Bによれば、接続解除装置6を収容する中空部55が、バスバーなどの外部接続部材(図示せず)を取り付ける突出部54と別の位置に設けられているので、突出部54に外部接続部材をねじなどで取り付ける際に、突出部54の剛性を確保することができるとともに、中空部55に軸力が加わらないため、マイナス端子51の周囲の気密性を確保することができる。また、接続解除装置6の寸法の自由度が向上する。
According to such a configuration, the following operational effects can be obtained in addition to the operational effects of the
That is, according to the
なお、第3実施形態では、ガスを発生して切断部材61を押圧するタイプの押圧部材62を用いて説明したが、これに替えて、第2実施形態で説明した形状記憶合金を用いて切断部材61を押圧するタイプの押圧部材65を用いてもよい。
In addition, in 3rd Embodiment, although it demonstrated using the
次に、支持部材7の変形例について、図11を参照して詳細に説明する。
以下の説明においては、第1実施形態と異なる点を中心に説明し、第1実施形態で説明した構成要素と同一の構成要素については、同一の符号を付して重複する説明を省略する。変形例に係る支持部材7Aは、絶縁部75と、切り欠き部76と、を備えている点が、前記した第1実施形態と異なっている。
Next, a modified example of the
In the following description, differences from the first embodiment will be mainly described, and the same components as those described in the first embodiment will be denoted by the same reference numerals, and redundant description will be omitted. The
図11に示すように、絶縁部75は、支持部材7Aの係止部72から延出する薄板状(フィルム状)の部分であり、前記した絶縁フィルム49の代替手段となるものである。絶縁部75は、係止部72との接続部75aを内向き(上向き)に折り曲げることで、リード47の基端部47bの上に配置される。
また、切り欠き部76は、リード47をマイナス端子51に超音波溶接する部分に対応する位置に形成されている。切り欠き部76には、リード47の先端部47aが露出している。
As shown in FIG. 11, the insulating
The
このような変形例に係る支持部材7Aによれば、リード47を支持部材7Aに取り付けた後に、リード47をマイナス端子51に取り付けることができる。
具体的には、まず、リード47を支持部材7Aに取り付け、絶縁部75を折り曲げてリード47の基端部47bの上に配置する。つぎに、リード47が取り付けられた支持部材7Aの係止部72を、マイナス端子51の係止片53bに係止する。これにより、リード47の基端部47bとマイナス端子51の底面53cとの間に絶縁部75が配置され、両者が絶縁される。そして、切り欠き部76から露出するリード47の先端部47aを、超音波溶接機(図示せず)を用いてマイナス端子51の底面53cに溶接する。このようにすれば、二次電池1の組み立て順序の自由度を確保することができ、生産性が向上する。
According to the
Specifically, first, the
つぎに、図12を参照して、第1実施形態に係る二次電池1を複数並列に接続して形成した電池モジュール100について説明する。以下の説明においては、第1実施形態で説明した構成要素と同一の構成要素については、同一の符号を付して重複する説明を省略する。
Next, with reference to FIG. 12, a
図12(a)に示すように、電池モジュール100は、3つの二次電池1(以下、図12の左側から順に「二次電池1L,1M,1R」という。)を並列に接続したものである。電池モジュール100のマイナス側は、配線8を介して外部負荷M(例えばハイブリッド自動車のアシストモータなど)に接続されている。また、電池モジュール100のプラス側は、配線9を介して外部負荷Mに接続されている。
As shown in FIG. 12A, the
ここで、何らかの衝撃により、中央の二次電池1Mに例えば釘などの金属片Kが突き刺さった場合、内部短絡が生じて、二次電池1Mの電位が低下する。そうすると、電位の高い他の二次電池1L,1Rから、電位の低い二次電池1Mに電流Iが流入し、マイナス端子51付近が発熱し、マイナス端子51の温度が上昇する。
Here, when a metal piece K such as a nail is pierced into the central
このとき、マイナス端子51には接続解除装置6が設置されているので、マイナス端子51の温度が所定温度以上になったときに、接続解除装置6が作動して、二次電池1Mのリード47(図4参照)が切断される。これにより、図12(b)に破線で示すように、二次電池1Mは、並列回路から切り離され、電流Iの流入が停止し、温度上昇が停止する。
At this time, since the
このように、第1実施形態に係る二次電池1(1L,1M,1R)を複数並列に接続して電池モジュール100を構成すれば、電位が低下した二次電池1Mのリード47(図8(b)参照)を確実に切断して、電位が低下した二次電池1Mを並列回路から切り離し、発熱を抑制することができる。
Thus, if the
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、発明の主旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。 As mentioned above, although embodiment of this invention was described in detail with reference to drawings, this invention is not limited to this, In the range which does not deviate from the main point of invention, it can change suitably.
例えば、第1実施形態では、ケース40の形状を角型にしたが、本発明はこれに限定されるものではなく、ケース40の形状を自由に設定することができる。
For example, in the first embodiment, the
また、第1実施形態では、マイナス端子51に中空部55を設けたが、プラス端子52に中空部55を形成して接続解除装置6を設置し、プラス側のリード48を切断することによって、電流を遮断するように構成してもよい。
In the first embodiment, the
また、電池モジュール100の説明において、第1実施形態に係る二次電池1を複数並列に接続することとしたが、第2実施形態に係る二次電池1Aや第3実施形態に係る二次電池1Bを用いてもよい。
In the description of the
1 二次電池(電池)
10 巻回体(蓄電素子)
40 ケース
47 リード
49 絶縁フィルム
51 マイナス端子
55 中空部
55b 連通路
6 接続解除装置(接続解除手段)
61 切断部材(切断手段)
62 押圧部材(押圧手段)
7 支持部材
73 孔部
1 Secondary battery (battery)
10 Winding body (electric storage element)
40
61 Cutting member (cutting means)
62 Pressing member (pressing means)
7 Supporting
Claims (4)
前記端子は、前記接続解除手段を収容する中空部を有し、
前記リードは、前記中空部を横断するように設置され、
前記接続解除手段は、前記リードに向かって移動して前記リードを切断する切断手段と、前記切断手段に対して前記リードと反対側に配置され前記中空部内の温度が所定温度以上になったときに前記切断手段を前記リードに向かって押圧する押圧手段と、を有することを特徴とする電池。 An electrical storage element, a case that houses the electrical storage element, a terminal provided in the case, a lead that connects the terminal and the electrical storage element, and a connection release that releases an electrical connection between the terminal and the lead A battery comprising means,
The terminal has a hollow portion for accommodating the connection release means,
The lead is installed so as to cross the hollow portion,
The connection release means moves toward the lead and cuts the lead, and is disposed on the opposite side of the lead with respect to the cutting means, and the temperature in the hollow portion is equal to or higher than a predetermined temperature. And a pressing means for pressing the cutting means toward the lead.
前記支持部材は、前記切断手段が挿通する孔部を有していることを特徴とする請求項1に記載の電池。 The periphery of the portion of the lead where the cutting means abuts is supported by a support member having higher rigidity than the lead,
The battery according to claim 1, wherein the support member has a hole through which the cutting means is inserted.
前記端子には、前記切断手段が前記リードに向かって移動したときに、前記切断手段を挟んで前記押圧手段側の空間と前記リード側の空間とを連通する連通路が設けられていることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の電池。 A portion of the hollow portion that accommodates the pressing means is filled with a temperature increase inhibitor that suppresses a temperature increase of the power storage element,
The terminal is provided with a communication path that communicates the space on the pressing means side and the space on the lead side with the cutting means sandwiched when the cutting means moves toward the lead. The battery according to claim 1, wherein the battery is a battery.
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