JP2016048630A - 組電池 - Google Patents

Abstract

【課題】電流遮断機構が作動し外部端子と電池要素とを接続する通電経路が遮断された二次電池に高電圧が印加された場合であっても、当該通電経路が再導通することを防止することができる組電池を提供する。【解決手段】組電池は、単電池１０を複数配置し、隣接する単電池１０の正極端子と負極端子をバスバ１３Ａ，１３Ｂにより電気的に接続したものであって、単電池１０は、収容ケース５０と、電池要素１５と、正極端子１１と負極端子１２とを接続する接続部材６０と、を備え、接続部材６０は、導電部材６１，６２と第１絶縁部材６３とを含み、第１絶縁部材６３は、通電経路７０を電流が流れる状態において接続部材６０に電流が流れないように設けられ、電流遮断機構３１は、作動した際に通電経路７０の遮断部に挿入される第２絶縁部材３７を有し、第１絶縁部材６３の耐電圧は、第２絶縁部材３７の耐電圧よりも小さい。【選択図】図６

Description

本発明は、複数の単電池が接続されることにより構成される組電池に関する。

従来の二次電池が開示された文献として、たとえば特開２０１４−２９０１号公報（特許文献１）が挙げられる。特許文献１に開示の二次電池にあっては、筐体内に収容された電池要素と外部端子（正極端子または負極端子）とを直列的に接続する通電経路を遮断する電流遮断機構が作動した際に、通電板の一部が絶縁部材によって分離されることにより、通電経路が遮断される。この際、分離された通電経路の一部と、通電経路の残りの部分との間に絶縁部材が介在することにより、通電経路が再接続されることが防止される。

特開２０１４−２９０１号公報

しかしながら、特許文献１に開示の二次電池にあっては、電流遮断機構が作動後に分離された通電経路の一部と通電経路の残りの部分との間に絶縁部材が介在しても、二次電池に高電圧が印加された場合には、絶縁部材が絶縁破壊される。これにより、絶縁破壊された絶縁部材を介して、分離された通電経路の一部と、通電経路の残りの部分とが導通してしまう。

本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、電流遮断機構が作動し外部端子と電池要素とを接続する通電経路が遮断された二次電池に高電圧が印加された場合であっても、当該通電経路が再導通することを防止することができる組電池を提供することにある。

この組電池は、正極端子、負極端子および電流遮断機構を含む単電池を複数配置し、隣接する単電池のうち一方の単電池の正極端子と他方の単電池の負極端子をバスバーにより電気的に接続したものである。上記組電池にあっては、単電池は、収容ケースと、収容ケース内に収容された電池要素と、正極端子と負極端子とを接続する接続部材と、を備え、接続部材は、導電部材と第１絶縁部材とを含み、正極端子、電池要素および負極端子により通電経路を形成し、第１絶縁部材は、通電経路を電流が流れる通常の動作時において接続部材に電流が流れないように設けられ、電流遮断機構は、通電経路に配置され、電流遮断機構が作動した際に通電経路の遮断部に挿入される第２絶縁部材を有し、第１絶縁部材の耐電圧は、第２絶縁部材の耐電圧よりも小さい。

このように構成することにより、電流遮断機構が作動した後状態において単電池に高電圧が印加された場合には、通電経路の遮断部に挿入される第２絶縁部材よりも接続部材に含まれる第１絶縁部材が優先的に静電破壊される。これにより、接続部材側に電流が流れることとなり、電流遮断機構側に電流が流れることを防止することができる。この結果、第２絶縁部材が静電破壊されて通電経路が再導通することを防止することができる。

本発明によれば、電流遮断機構が作動し外部端子と電池要素とを接続する通電経路が遮断された二次電池に高電圧が印加された場合であっても、当該通電経路が再導通することを防止することができる組電池を提供することができる。

実施の形態１に係る組電池の平面図である。 図１に示す組電池に具備される単電池の概略断面図である。 図２に示す組電池に具備される接続部材の一部に用いられる絶縁部材の一例を示す概略断面図である。 図２に示す二次電池の通常時における電気の流れを示す概略断面図である。 図２に示す二次電池の電流遮断機構が作動した状態を示す概略断面図である。 図５に示す電流遮断機構が作動した二次電池に高電圧が印加された際における電気の流れを示す概略断面図である。 実施の形態２に係る組電池に具備される二次電池の概略断面図である。 実施の形態３に係る組電池に具備される二次電池の概略断面図である。

以下、本発明の実施の形態について、図を参照して詳細に説明する。なお、以下に示す実施の形態においては、同一のまたは共通する部分について図中同一の符号を付し、その説明は繰り返さない。

（実施の形態１）
図１は、本実施の形態に係る組電池の平面図である。図１を参照して、本実施の形態に係る組電池について説明する。本実施の形態に係る組電池１は、車両に搭載され、ガソリンエンジンやディーゼルエンジン等の内燃機関とともにハイブリッド自動車の動力源とされている。

図１に示すように、組電池１は、外部端子としての正極端子１１および負極端子１２を有する複数の単電池１０と、これら複数の単電池１０を互いに接続する複数のバスバー１３Ａ，１３Ｂとを備える。各々の単電池１０内において正極端子１１と負極端子１２とは、接続部材６０によって接続されている。

各々の単電池１０は、互いに距離を隔てて配列されている。各々の単電池１０の最も面積が大きい側面が互いに対向するように複数の単電池１０が配列されている。隣接する２つの単電池１０のうち一方の単電池１０の正極端子１１と他方の単電池１０の負極端子１２とが対向するように複数の単電池１０が配列されている。

図中上方においてバスバー１３Ａは、隣接する２つの単電池１０のうち一方の単電池１０（右側に位置する単電池）の正極端子１１と他方の単電池１０（左側に位置する単電池）の負極端子１２とを接続している。図中下方においてバスバー１３Ｂは、隣接する２つの単電池１０のうち一方の単電池１０（右側に位置する単電池）の正極端子１１と他方の単電池１０（左側に位置する単電池）の負極端子１２とを接続している。これにより、複数の単電池１０が直列に接続されている。なお、本実施の形態においては、７つの単電池１０が直列に接続されることにより組電池１が形成される場合を例示しているが、単電池１０の数は特に限定されない。

図２は、図１に示す組電池に具備される単電池の概略断面図である。図２を参照して、単電池１０の構成について説明する。

単電池１０は、リチウム二次電池等の二次電池によって構成されている。単電池１０は、正極端子１１と、負極端子１２と、電流遮断機構３１と、収容ケース５０と、電池要素（電極体）１５と、接続部材６０と、通電経路７０とを含む。正極端子１１および負極端子１２は、後述する収容ケース５０の封口体５１から収容ケース５０の外側に突出するように設けられている。また、正極端子１１および負極端子１２は、絶縁体（不図示）等により収容ケース５０と絶縁されている。

収容ケース５０は、有底角筒状の収容部５２と、収容部５２の開口を密閉する封口体５１とを含む。収容ケース５０は、内部に電池要素１５を収容している。収容ケース５０の材料としては、アルミニウム合金等の金属部材を採用することができる。

電池要素１５は、正極芯体、負極芯体およびセパレータ（いずれも図示せず）を有する。正極芯体および負極芯体は、セパレータを介して巻回される。電池要素１５の両端には、正極芯体露出部１６および負極芯体露出部１７がそれぞれ設けられる。

通電経路７０は、正極端子１１、電池要素１５および負極端子１２を電気的に接続することにより形成される。通電経路７０は、第１通電経路３０および第２通電経路４０を含む。第１通電経路３０は、正極端子１１と正極芯体露出部１６とを電気的に接続することにより形成される。第１通電経路３０には、電流遮断機構３１が設けられている。第２通電経路４０は、負極端子１２と負極芯体露出部１７とを電気的に接続することにより形成される。

電流遮断機構３１は、接続金属板３４と、変形金属板３３と、第２絶縁部材としての絶縁体３７（図５参照）を有する。接続金属板３４は、第１通電経路３０の一部を構成する集電体３６を介して正極芯体露出部１６に接続されている。変形金属板３３は、第１通電経路３０の一部を構成する導電性部材３５を介して正極端子１１に電気的に接続されている。導電性部材３５としては、たとえばリベット部材を採用することができる。導電性部材３５は、ガスケット部材等によって封口体５１と絶縁されている。

変形金属板３３は、接続金属板３４の脆弱部（不図示）に接続されている。変形金属板３３は、所定の圧力が負荷された場合に接続金属板３４から離れるように設けられている。変形金属板３３としては、たとえば導電性金属ダイアフラムを採用することができる。絶縁体３７は、変形金属板３３が変形して接続金属板３４から離間した際に変形金属板３３と接続金属板３４との間形成される隙間に挿入可能に設けられている。絶縁体３７としては、たとえばポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）樹脂等の樹脂部材を採用することができる。

電流遮断機構３１は、上記のように電流遮断機構３１が作動後に変形金属板３３と接続金属板３４とに絶縁部材が挟持される構成を有していれば特に限定されず、たとえば、特開２０１４−２９０１号公報に記載の電流遮断機構が本実施の形態に係る単電池１０に用いられてもよい。

接続部材６０は、第１導電部材６１、第２導電部材６２および第１絶縁部材としての絶縁部材６３を含む。第１導電部材６１は、板状形状を有する。第１導電部材６１は、溶着、かしめ固定、ボルト締結等によって正極端子１１の先端側に固定されている。

第２導電部材６２は、板状形状を有する。第２導電部材６２は、溶着、かしめ固定、またはボルト締結等によって負極端子１２の先端側に固定されている。絶縁部材６３は、第１導電部材６１と第２導電部材６２との間に配置される。絶縁部材６３の詳細な構成については、図３を用いて後述する。

図３は、図２に示す組電池に具備される接続部材の一部に用いられる絶縁部材の一例を示す概略断面図である。図３を参照して、接続部材６０の一部に用いられる絶縁部材６３の一例について説明する。

図３に示すように、絶縁部材６３は、基板６４、導電層６５、および絶縁層６６を含む。基板６４は、板状形状を有する。基板６４としては、ガラス基板、セラミック基板等の絶縁性基板が用いられる。

第１導電部材６１および第２導電部材６２が並ぶ方向における基板６４の両端には、一対の導電層６５が設けられている。一対の導電層６５は、基板６４の主表面６４ａ，６４ｂの一部（中央部）が露出するように設けられている。絶縁層６６は、一対の導電層６５から露出する基板６４の主表面６４ａを覆うように設けられている。

絶縁部材６３は、通電経路７０に通常に電流が流れる際に絶縁破壊されないように設けられる。このため、絶縁部材６３の耐電圧は、５０Ｖ以上であることが好ましい。

また、絶縁部材６３は、電流遮断機構３１の作動後に単電池１０に高電圧電流が印加された場合に、電流遮断機構３１に含まれる絶縁体３７よりも優先的に絶縁破壊されるように設けられている。すなわち、絶縁部材６３の耐電圧は、電流遮断機構３１に含まれる絶縁体３７の耐電圧よりも小さくなっている。このため、絶縁部材６３の耐電圧は２００Ｖ程度以下であることが好ましい。

このような５０Ｖ以上２００Ｖ以下の範囲内とする耐電圧は、絶縁層６６の膜厚ｈを適宜調整することにより得ることができる。絶縁層６６の材料としては、たとえばポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）樹脂等の樹脂部材を採用することができる。

絶縁層６６上には、保護膜（不図示）が形成されていてもよい。また、導電層６５の周囲には、めっき層が設けられてもよい。第１導電部材６１および第２導電部材６２が並ぶ方向における絶縁部材６３の両端は、溶着等により、第１導電部材６１および第２導電部材６２に固定される。

図４は、図２に示す二次電池の通常時における電気の流れを示す概略断面図である。図５は、図２に示す二次電池の電流遮断機構が作動した状態を示す概略断面図である。図６は、図５に示す電流遮断機構が作動した二次電池に高電圧が印加された際における電気の流れを示す概略断面図である。図４から図６を参照して、単電池１０の各状態について説明する。

図４に示すように、単電池１０の通常の状態（電流遮断機構３１が作動していない状態）においては、正極端子１１に接続されたバスバー１３Ａから流れてきた電流は、絶縁部材６３の絶縁機能により接続部材６０側には流れず、図中矢印に示すように、通電経路７０を流れる。具体的には、当該電流は、正極端子１１、第１通電経路３０、電池要素１５、第２通電経路４０、負極端子１２、および負極端子１２に接続されたバスバー１３Ｂをこの順で流れる。

図５に示すように、収容ケース５０内の内圧が上昇して電流遮断機構３１の作動圧を超えた場合には、変形金属板３３が接続金属板３４から離れるように変形することで通電経路７０が遮断される。この際、変形後の変形金属板３３が接続金属板３４に接触して通電経路７０が再導通しないように、変形金属板３３と接続金属板３４との間の隙間に絶縁体３７が挿入される。

図６に示すように、電流遮断機構３１の作動後に単電池１０に高電圧が印加された場合には、絶縁部材６３の耐電圧が絶縁体３７の耐電圧よりも小さいことから、絶縁部材６３が絶縁体３７よりも優先的に絶縁破壊される。これにより、正極端子１１に接続されたバスバー１３Ａから流れてきた電流は、図中矢印に示すように、正極端子１１、接続部材６０、負極端子１２および負極端子１２に接続されたバスバー１３Ｂをこの順で流れる。これにより、作動した電流遮断機構３１側に電流が流れることを防止できる。この結果、絶縁体３７が絶縁破壊され通電経路７０が再導通することを防止することができる。

以上のように本実施の形態に係る組電池１にあっては、電流遮断機構３１が作動した後状態において単電池１０に高電圧が印加された場合には、通電経路７０の遮断部に挿入される絶縁体３７よりも接続部材６０に含まれる絶縁部材６３が優先的に絶縁破壊される。これにより、接続部材６０側を電流が流れることとなり、電流遮断機構３１側に電流が流れることを防止することができる。この結果、絶縁体３７が静電破壊されて、遮断された通電経路７０が再導通することを防止することができる。

（実施の形態２）
図７は、本実施の形態に係る組電池に具備される二次電池の概略断面図である。図７を参照して、本実施の形態に係る組電池について説明する。

図７に示すように本実施の形態に係る組電池は、実施の形態１に係る組電池１と比較した場合に、単電池１０Ａの構成が相違する。その他の構成については、ほぼ同様である。単電池１０Ａは、実施の形態１に係る単電池１０と比較した場合に、接続部材６０Ａがケース５０内に収容されている点が相違する。その他の構成については、ほぼ同様である。

単電池１０Ａにあっては、接続部材６０Ａは、収容ケース５０内に収容された状態で正極端子１１および負極端子１２を接続する。これに伴って、正極端子１１および負極端子１２は、封口体５１を貫通するように設けられる。なお、正極端子１１および負極端子１２は、ガスケット部材（不図示）等によって封口体５１と絶縁されている。

第１導電部材６１の一端側（図中左側）は、収容ケース５０内に位置する正極端子１１の端部側に接続されている。第１導電部材６１の他端側（図中右側）は、絶縁部材６３に溶接されている。

第２導電部材６２の一端側（図中左側）は、絶縁部材６３に溶接されている。第２導電部材６２の他端側（図中右側）は、収容ケース５０内に位置する負極端子１２の端部側に接続されている。

この場合には、第１通電経路３０は、第１導電性部材６１を介して正極端子１１と正極芯体露出部１６とを電気的に接続することにより形成される。第２通電経路４０は、第２導電性部材６２を介して負極端子１２と負極体露出部１７とを電気的に接続することにより形成される。

このような構成を有する場合であっても、電流遮断機構３１が作動した後状態で高電圧が単電池１０Ａに印加された場合には、接続部材６０Ａの絶縁部材６３が、通電経路７０の遮断部に挿入された絶縁体よりも優先的に静電破壊される。この結果、本実施の形態に係る組電池にあっても、実施の形態１に係る組電池１とほぼ同様の効果が得られる。

（実施の形態３）
図８は、本実施の形態に係る組電池に具備される二次電池の概略断面図である。図８を参照して、本実施の形態に係る組電池について説明する。

図８に示すように、本実施の形態に係る組電池は、実施の形態１に係る組電池と比較した場合に、単電池１０Ｂの構成が相違する。その他の構成については、ほぼ同様である。単電池１０Ｂは、実施の形態に係る単電池１０と比較した場合に、接続部材６０Ｂの導電部材として収容ケース５０が用いられている点が相違する。その他の構成については、ほぼ同様である。

単電池１０Ｂは、電流遮断機構が作動した後状態において高圧電流が印加された場合に、正極端子１１および負極端子１２が、絶縁部材６３ａ，６３ｂと収容ケース５０を介して電気的に接続されるように構成されている。この場合において、正極端子１１および負極端子１２は、封口体５１を貫通するように設けられている。また、正極端子１１の周囲および負極端子１２の周囲には絶縁部材６３ａおよび絶縁部材６３ｂが配置される。絶縁部材６３ａ，６３ｂは環状形状を有する。正極端子１１および負極端子１２は、絶縁部材６３ａおよび絶縁部材６３ｂによって通常時には、収容ケース５０の封口体５１から絶縁される。なお、絶縁部材６３ａ，６３ｂは、実施の形態１に係る絶縁部材６３と比較した場合に、基板の形状が環状形状である点において相違し、その他の構成はほぼ同様である。

このような構成を有する場合であっても、電流遮断機構３１が作動した後状態で高電圧が単電池１０Ｂに印加された場合には、接続部材６０Ｂの絶縁部材６３ａ，６３ｂが、通電経路７０の遮断部に挿入された絶縁体よりも優先的に静電破壊される。これにより、電流は、バスバー１３Ａ、正極端子１１、絶縁破壊された絶縁部材６３ａ、収容ケース５０、絶縁破壊された絶縁部材６３ｂ、負極端子１２およびバスバー１３Ｂを順に流れることとなり、電流遮断機構３１側に電流が流れることを防止することができる。この結果、電流遮断機構の絶縁体が静電破壊されて、遮断された通電経路７０が再導通することを防止することができる。

上述した実施の形態１から３においては、第１絶縁部材としての絶縁部材６３，６３ａ，６３ｂが、絶縁性基板６３上に絶縁層６６が設けられることにより構成される場合を例示して説明したが、これに限定されず、絶縁体３７よりも耐電圧の小さい絶縁性を有する樹脂部材単体、あるいは、セラミック単体によって構成されていてもよい。

上述した実施の形態１から３においては、電流遮断機構３１が正極端子と電池要素とを接続する部分の通電経路に設けられる場合を例示して説明したが、これに限定されず、負極端子と電池要素とを接続する部分の通電経路に設けられていてもよい。また、電流遮断機構は、正極端子と電池要素とを接続する部分の通電経路と、負極端子と電池要素とを接続する部分の通電経路との両方に設けられていてもよい。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

１ 組電池、１０，１０Ａ，１０Ｂ 単電池、１１ 正極端子、１２ 負極端子、１３Ａ，１３Ｂ バスバー、１５ 電池要素、１６ 正極芯体露出部、１７ 負極芯体露出部、３０ 第１通電経路、３１ 電流遮断機構、３３ 変形金属板、３４ 接続金属板、３６ 集電体、３７ 絶縁体、４０ 第２通電経路、５０ 収容ケース、５１ 封口体、５２ 収容部、６０，６０Ａ，６０Ｂ 接続部材、６１ 第１導電部材、６２ 第２導電部材、６３，６３ａ，６３ｂ 絶縁部材、６４ 基板、６４ａ，６４ｂ 主表面、６５ 導電層、６６ 絶縁層、７０ 通電経路。

Claims (1)

1. 正極端子、負極端子および電流遮断機構を含む単電池を複数配置し、隣接する前記単電池のうち一方の前記単電池の前記正極端子と他方の前記単電池の前記負極端子をバスバーにより電気的に接続した組電池であって、
   前記単電池は、
   収容ケースと、
   前記収容ケース内に収容された電池要素と、
   前記正極端子と前記負極端子とを接続する接続部材と、を備え、
   前記接続部材は、導電部材と第１絶縁部材とを含み、
   前記正極端子、前記電池要素および前記負極端子により通電経路を形成し、
   前記第１絶縁部材は、前記電流遮断機構が作動せず前記通電経路を電流が流れる状態において前記接続部材に電流が流れないように設けられ、
   前記電流遮断機構は、前記通電経路に配置され、前記電流遮断機構が作動した際に前記通電経路の遮断部に挿入される第２絶縁部材を有し、
   前記第１絶縁部材の耐電圧は、前記第２絶縁部材の耐電圧よりも小さい、組電池。

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