JP2016164850A - Power storage element and mobile unit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、容器に収容された、電極体及び電極体に接続された集電体を備える蓄電素子に関する。 The present invention relates to an electricity storage device including an electrode body and a current collector connected to the electrode body housed in a container.
近年、リチウムイオン二次電池などの蓄電素子を動力源に用いた電気自動車(EV)、プラグインハイブリッド電気自動車(PHEV)、ハイブリッド電気自動車(HEV)などの開発が進められている。そして、このような蓄電素子は、一般的に、正極及び負極を有する電極体と、電極体を収容する容器とを備えている。 In recent years, development of an electric vehicle (EV), a plug-in hybrid electric vehicle (PHEV), a hybrid electric vehicle (HEV), and the like using a power storage element such as a lithium ion secondary battery as a power source has been promoted. Such an electricity storage element generally includes an electrode body having a positive electrode and a negative electrode, and a container for housing the electrode body.
また、リチウムイオン二次電池などの蓄電素子では、例えば過充電されることに起因して、容器内の電解液の一部が気化し、これにより容器の内圧が上昇する場合がある。 In addition, in a power storage element such as a lithium ion secondary battery, for example, due to overcharging, a part of the electrolytic solution in the container is vaporized, which may increase the internal pressure of the container.
特許文献1に開示された蓄電池用安全装置では、外装ケースの内圧の上昇時に、圧力感応手段が反転する。これにより、電極要素と正極端子とを接続する充放電用リードが切断される。その結果、その後の内圧の上昇が防がれる。また、この充放電用リードは、ガラス等である脆性基材と脆性基材に印刷された導電体とで構成されており、これにより、充放電用リードの容易な切断を可能としている。
In the storage battery safety device disclosed in
上記従来の技術のように、充放電用リードの基材としてガラス等の脆性基材を採用した場合、充放電用リードの切断の容易化または確実化が図られる一方で、振動または衝撃等に対する耐性についての問題が生じ得る。 When a brittle base material such as glass is used as the base material for the charge / discharge lead as in the above conventional technique, the charge / discharge lead can be easily or reliably cut, but against vibration or impact. Problems with resistance can arise.
そのため、例えば自動車に搭載される蓄電素子のような、激しい振動または強い衝撃が与えられ得る環境に置かれる蓄電素子については、上記従来の技術における蓄電池用安全装置は適しているとは言えない。 For this reason, for example, a storage battery safety device according to the above-described conventional technology is not suitable for a storage element placed in an environment where intense vibration or strong impact can be applied, such as a storage element mounted on an automobile.
また、容器の内圧によって反転する部材(反転部材)によって切断される導電部材の基材として、機械的な強度の高い材料を採用した場合、例えば反転部材の肉厚を増加させることなどによって、反転部材の反転により生じる力を増加させる必要がある。しかし、この場合、反転部材が反転しにくくなるという問題が生じる。 Also, when a material with high mechanical strength is used as the base material of the conductive member that is cut by the member that reverses due to the internal pressure of the container (reversing member), for example, by increasing the thickness of the reversing member It is necessary to increase the force generated by the reversal of the member. However, in this case, there arises a problem that the reversing member is not easily reversed.
さらに、反転部材の反転の際に生じる力を直接的に利用して導電部材を切断する構造においては、内圧の上昇速度または上昇量の違いなどによって、反転動作にばらつきが生じるため、導電部材の切断のタイミングまたは成否にもばらつきが生じやすい。 Further, in the structure in which the conductive member is cut by directly using the force generated when the reversing member is reversed, the reversing operation varies depending on the rising speed or amount of the internal pressure. Variations are likely to occur in cutting timing or success or failure.
本発明は、上記従来の課題を考慮し、容器と容器に収容された電極体とを備える蓄電素子であって、安全性の高い蓄電素子、及び、当該蓄電素子を備える移動体を提供することを目的とする。 In consideration of the above-described conventional problems, the present invention provides a power storage element including a container and an electrode body accommodated in the container, and provides a highly safe power storage element and a mobile body including the power storage element. With the goal.
上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る蓄電素子は、電極端子と、電極体と、前記電極体に接続された集電体と、前記電極体及び前記集電体を収容する容器とを備える蓄電素子であって、前記集電体及び前記電極端子を電気的に接続する導電部材と、前記導電部材と対向する位置に配置され、前記導電部材の方向に突出した突起を有する突起部材と、前記突起部材、及び、所定の条件において体積を増加させることで前記突起部材を前記導電部材の方向に移動させる物質を収容する筐体とを備える。 In order to achieve the above object, a power storage element according to one embodiment of the present invention houses an electrode terminal, an electrode body, a current collector connected to the electrode body, the electrode body, and the current collector. A power storage element including a container, the conductive member electrically connecting the current collector and the electrode terminal, and a protrusion disposed in a position facing the conductive member and projecting in the direction of the conductive member A protrusion member; and a housing that houses the protrusion member and a substance that moves the protrusion member in the direction of the conductive member by increasing the volume under a predetermined condition.
この構成によれば、集電体と電極端子とを電気的に接続する導電部材に対向する位置に、導電部材に向けた突起を有する突起部材が配置される。突起部材は、筐体に収容され、筐体内の物質が所定の条件において体積を増加させることで、導電部材の方向に移動される。これにより、突起部材の突起は、例えば筐体の孔から突出して導電部材を押すことができ、その結果、導電部材が破断される。 According to this configuration, the protruding member having the protrusion directed toward the conductive member is disposed at a position facing the conductive member that electrically connects the current collector and the electrode terminal. The protruding member is accommodated in the casing, and the substance in the casing is moved in the direction of the conductive member by increasing the volume under a predetermined condition. Thereby, the protrusion of the protruding member can protrude from, for example, a hole of the housing and push the conductive member, and as a result, the conductive member is broken.
つまり、例えば化学反応によって体積が増加する物質(ガス発生剤など)の体積の膨張を利用して、電極体と電極端子との間の導通を機械的に切断することができる。そのため、導電部材の強度が比較的に大きな場合であっても、導電部材の破断が可能である。また、例えば容器の内圧の上昇量または上昇速度等に依存しない一定した力で導電部材を破断することができる。 That is, for example, the electrical connection between the electrode body and the electrode terminal can be mechanically disconnected by utilizing the expansion of the volume of a substance (such as a gas generating agent) whose volume is increased by a chemical reaction. Therefore, even when the strength of the conductive member is relatively large, the conductive member can be broken. Further, for example, the conductive member can be broken with a constant force that does not depend on the amount of increase or the rate of increase of the internal pressure of the container.
従って、本態様に係る蓄電素子によれば、通常の使用時における導電部材の信頼性の維持または向上と、非常時における導通の機械的な切断とが可能となる。 Therefore, according to the electricity storage device according to this aspect, it is possible to maintain or improve the reliability of the conductive member during normal use and to mechanically cut off the continuity in an emergency.
このように、本態様に係る蓄電素子は、容器と容器に収容された電極体とを備える蓄電素子であって、安全性の高い蓄電素子である。 Thus, the power storage device according to this aspect is a power storage device including a container and an electrode body accommodated in the container, and is a highly safe power storage device.
また、本発明の一態様に係る蓄電素子において、前記筐体はさらに、発熱部を有し、前記物質は、前記発熱部が発熱した場合に前記体積を増加させるとしてもよい。 In the power storage element according to one embodiment of the present invention, the housing may further include a heat generating portion, and the substance may increase the volume when the heat generating portion generates heat.
この構成によれば、筐体に収容された物質の体積を増加させるための要素(発熱部)を、例えばニクロム線のコイルなどの簡易な構成で実現することができる。 According to this structure, the element (heat generating part) for increasing the volume of the substance accommodated in the housing can be realized with a simple structure such as a nichrome coil.
また、本発明の一態様に係る蓄電素子は、さらに、前記容器の内圧を受けることで変位する変位部と、前記変位部が変位することで、前記発熱部に電流を供給するスイッチ部とを備えるとしてもよい。 The power storage device according to one embodiment of the present invention further includes a displacement portion that is displaced by receiving an internal pressure of the container, and a switch portion that supplies current to the heat generating portion by the displacement portion being displaced. It may be provided.
この構成によれば、例えば過充電に起因して容器の内圧が上昇した場合に、変位部が変位することでスイッチ部によって発熱部に電流が供給され、その結果、突起部材(突起)による導電部材の破断が行われる。 According to this configuration, for example, when the internal pressure of the container rises due to overcharge, the displacement part is displaced, so that a current is supplied to the heat generating part by the switch part. The member is broken.
つまり、蓄電素子が、自身の状態の変化を検知して導電部材の破断を実行することができる。また、内圧の上昇は、スイッチ部の動作に利用するだけであるため、例えば、変位部を、内圧の上昇に反応しやすい形状及びサイズ等に設けることができる。これにより、例えば、容器の内圧の上昇時における導電部材の破断を確実に行わせることができる。 That is, the power storage element can detect the change in its own state and execute the breaking of the conductive member. Further, since the increase in the internal pressure is only used for the operation of the switch part, for example, the displacement part can be provided in a shape and size that easily reacts to the increase in the internal pressure. Thereby, for example, the conductive member can be reliably broken when the internal pressure of the container increases.
また、本発明の一態様に係る蓄電素子において、前記スイッチ部は、所定の間隔をあけて配置された2つの接点部であって、いずれか一方が前記発熱部と接続された2つの接点部を有し、前記スイッチ部は、容器の内圧を受けて変位した前記変位部が前記2つの接点部に接触した状態となることで、前記電極体と前記電極端子との間を流れる電流の一部を、前記発熱部に供給するとしてもよい。 Further, in the power storage device according to one aspect of the present invention, the switch unit is two contact units arranged at a predetermined interval, and one of the two contact units is connected to the heat generating unit. The switch part is a state in which the displacement part displaced by the internal pressure of the container comes into contact with the two contact parts, so that one of the currents flowing between the electrode body and the electrode terminal is Part may be supplied to the heat generating part.
この構成によれば、容器の内圧を受けて変位した変位部が、2つの接点を導通させる部材として機能する。つまり、変位部が、スイッチ部をオンの状態にすることができる。また、スイッチ部は、蓄電素子内を流れる電流の一部を発熱部に供給するため、蓄電素子は、例えば自身に蓄積された電力を用いて、電極体と電極端子との間の導通を機械的に切断することができる。 According to this structure, the displacement part which received the internal pressure of the container and was displaced functions as a member which conducts two contact points. That is, the displacement unit can turn on the switch unit. In addition, since the switch unit supplies a part of the current flowing in the power storage element to the heat generating unit, the power storage element mechanically connects the electrode body and the electrode terminal using, for example, power stored in itself. Can be cut.
また、本発明の一態様に係る蓄電素子において、前記スイッチ部は、所定の間隔をあけて配置され、前記発熱部と電気的に接続された2つの接点部を有し、前記スイッチ部は、容器の内圧を受けて変位した前記変位部によって、前記2つの接点部が前記導電部材に接触した状態となることで、前記導電部材を流れる電流の一部を、前記発熱部に供給するとしてもよい。 Further, in the energy storage device according to one embodiment of the present invention, the switch unit includes two contact portions that are arranged at a predetermined interval and are electrically connected to the heat generating unit, and the switch unit includes: Even if a part of the current flowing through the conductive member is supplied to the heat generating portion by the displacement portion displaced by receiving the internal pressure of the container, the two contact portions are in contact with the conductive member. Good.
この構成によれば、内圧を受けて変位した変位部が、導電部材と2つの接点とを導通させる部材として機能する。つまり、内圧を受けて変位した変位部が、スイッチ部をオンの状態にすることができる。また、スイッチ部は、蓄電素子内を流れる電流の一部を発熱部に供給するため、蓄電素子は、例えば自身に蓄積された電力を用いて、電極体と電極端子との間の導通を機械的に切断することができる。 According to this structure, the displacement part which received the internal pressure and was displaced functions as a member which conducts an electroconductive member and two contact points. That is, the displacement part displaced by the internal pressure can turn on the switch part. In addition, since the switch unit supplies a part of the current flowing in the power storage element to the heat generating unit, the power storage element mechanically connects the electrode body and the electrode terminal using, for example, power stored in itself. Can be cut.
また、本発明の一態様に係る蓄電素子において、さらに、前記導電部材の、前記突起に押される部分と、前記集電体または前記電極端子との電気的な接続部分との間において、前記突起とは反対側から前記導電部材に当接する当接部を備えるとしてもよい。 Further, in the energy storage device according to one embodiment of the present invention, the protrusion is further provided between a portion of the conductive member that is pressed by the protrusion and an electrical connection portion of the current collector or the electrode terminal. It is good also as providing the contact part contact | abutted to the said electrically-conductive member from the opposite side.
この構成によれば、導電部材の、突起部材とは反対側に、導電部材に当接する当接部が配置される。この当接部の位置は、導電部材の導通方向において、突起部材の突起に押される部分の側方にあたる位置である。 According to this configuration, the contact portion that contacts the conductive member is disposed on the side of the conductive member opposite to the protruding member. The position of the contact portion is a position corresponding to the side of the portion pressed by the protrusion of the protrusion member in the conduction direction of the conductive member.
つまり、導電部材の一部に突起部材の突起からの負荷がかけられ、かつ、当該一部の側方の部分は当接部と当接することで位置規制される。 That is, a load from the protrusion of the protrusion member is applied to a part of the conductive member, and the position of the side part of the part is restricted by contacting the contact part.
これにより、突起部材の突起と当接部とで、導電部材を効率よく破断(せん断破壊)することができる。そのため、突起部材が移動した場合における導電部材の破断(導通の機械的な切断)の確実化が図られる。 Accordingly, the conductive member can be efficiently broken (shear broken) by the protrusion and the contact portion of the protrusion member. Therefore, it is possible to ensure the breaking of the conductive member (mechanical cutting of conduction) when the protruding member moves.
また、本発明の一態様に係る蓄電素子において、前記導電部材は、前記集電体との電気的な接続部分と、前記電極端子との電気的な接続部分との間の一部に、脆弱部を有するとしてもよい。 Further, in the energy storage device according to one embodiment of the present invention, the conductive member is weak in a part between an electrical connection portion with the current collector and an electrical connection portion with the electrode terminal. It may have a part.
この構成によれば、導電部材の一部に、脆弱部が設けられ、これにより、突起部材が移動した場合における導電部材の破断がより確実化される。 According to this structure, a weak part is provided in a part of electrically-conductive member, and, thereby, the fracture | rupture of the electrically-conductive member when a protrusion member moves is ensured more.
また、導電部材の破断される位置を脆弱部の位置に限定することが可能となり、これより、例えば、導電部材が突起で押された場合に、予期せぬ位置で導電部材に亀裂が生じ、これにより導電部材の破断が失敗する等の不具合の発生が抑制される。 In addition, it becomes possible to limit the position where the conductive member is broken to the position of the fragile portion.From this, for example, when the conductive member is pushed by a protrusion, the conductive member cracks at an unexpected position, Thereby, generation | occurrence | production of malfunctions, such as failure of a fracture | rupture of an electrically-conductive member, is suppressed.
また、本発明の一態様に係る移動体は、上記いずれかの態様に係る蓄電素子と、エアバッグとを備え、前記物質は、前記エアバッグが作動した場合に体積を増加させる。 A moving body according to one embodiment of the present invention includes the power storage element according to any one of the above embodiments and an airbag, and the substance increases the volume when the airbag is activated.
この構成によれば、エアバッグと連動させて、蓄電素子が備える導電部材を破断させることが可能となる。これにより、衝突事故などのエアバッグが作動するような事象が移動体で生じた場合に、蓄電素子の異常発熱などの問題の発生を未然に防止することが可能となる。 According to this configuration, the conductive member included in the power storage element can be broken in conjunction with the airbag. Accordingly, when an event such as a collision accident that causes the airbag to operate occurs in the moving body, it is possible to prevent occurrence of problems such as abnormal heat generation of the power storage element.
本発明によれば、容器と容器に収容された電極体とを備える蓄電素子であって、安全性の高い蓄電素子、及び、当該蓄電素子を備える移動体を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it is an electrical storage element provided with a container and the electrode body accommodated in the container, Comprising: A highly safe electrical storage element and a mobile body provided with the said electrical storage element can be provided.
以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態における蓄電素子について説明する。なお、各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示したものではない。 Hereinafter, a power storage device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. Each figure is a schematic diagram and is not necessarily illustrated exactly.
また、以下で説明する実施の形態及びその変形例のそれぞれは、本発明の一具体例を示すものである。以下の実施の形態及びその変形例で示される形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、製造工程の順序などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態に及びその変形例おける構成要素のうち、最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。 In addition, each of the embodiments and modifications thereof described below shows a specific example of the present invention. The shapes, materials, constituent elements, arrangement positions and connecting forms of constituent elements, order of manufacturing steps, and the like shown in the following embodiments and modifications thereof are merely examples, and are not intended to limit the present invention. In addition, among the constituent elements in the following embodiments and modifications thereof, constituent elements that are not described in the independent claims indicating the highest concept are described as optional constituent elements.
さらに、以下の説明及び図面中において、蓄電素子の電極体の巻回軸方向をX軸方向と定義する。つまり、X軸方向は、集電体もしくは電極端子の並び方向、または、容器の短側面の対向方向として定義できる。また、蓄電素子の上下方向をZ軸方向と定義する。つまり、Z軸方向は、集電体の脚が延びる方向、または、容器の短側面の長手方向として定義できる。また、X軸方向及びZ軸方向と交差する方向をY軸方向と定義する。つまり、Y軸方向は、容器の長側面の対向方向、容器の短側面の短手方向、または、容器の厚さ方向として定義できる。 Furthermore, in the following description and drawings, the winding axis direction of the electrode body of the electricity storage element is defined as the X-axis direction. That is, the X-axis direction can be defined as the direction in which the current collectors or electrode terminals are arranged or the direction in which the short side surface of the container faces. Further, the vertical direction of the power storage element is defined as the Z-axis direction. That is, the Z-axis direction can be defined as the direction in which the legs of the current collector extend or the longitudinal direction of the short side surface of the container. A direction intersecting with the X-axis direction and the Z-axis direction is defined as a Y-axis direction. That is, the Y-axis direction can be defined as the opposing direction of the long side of the container, the short direction of the short side of the container, or the thickness direction of the container.
まず、図1及び図2を用いて、実施の形態における蓄電素子10の全般的な説明を行う。
First, with reference to FIGS. 1 and 2, a general description of the
図1は、実施の形態における蓄電素子10の外観を示す斜視図である。図2は、実施の形態における蓄電素子10の容器100の本体120を分離して蓄電素子10が備える各構成要素を示す斜視図である。
FIG. 1 is a perspective view showing an external appearance of a
蓄電素子10は、電気を充電し、また、電気を放電することのできる二次電池であり、より具体的には、リチウムイオン二次電池などの非水電解質二次電池である。
The
蓄電素子10は、例えば、電気自動車(EV)、プラグインハイブリッド電気自動車(PHEV)、またはハイブリッド電気自動車(HEV)などに搭載される。
The
なお、蓄電素子10は、非水電解質二次電池には限定されず、非水電解質二次電池以外の二次電池であってもよいし、キャパシタであってもよい。
In addition, the
これらの図に示すように、蓄電素子10は、容器100と、正極端子200と、負極端子400と、上部絶縁部材250及び450とを備えている。また、容器100の内部空間S1には、正極集電体500と、負極集電体600と、電極体700とが収容されている。
As shown in these drawings, the
また、蓄電素子10の容器100の内部には電解液(非水電解質)などの液体が封入されているが、当該液体の図示は省略する。なお、容器100に封入される電解液としては、蓄電素子10の性能を損なうものでなければその種類に特に制限はなく様々なものを選択することができる。
In addition, a liquid such as an electrolytic solution (non-aqueous electrolyte) is sealed inside the
容器100は、矩形筒状で底を備える本体120と、本体120の開口を閉塞する板状部材である蓋体110とで構成されている。また、容器100は、電極体700等を内部に収容後、蓋体110と本体120とが溶接等されることにより、内部を密封することができるものとなっている。なお、蓋体110及び本体120を形成する材料の種類は、特に限定されないが、例えばステンレス鋼、アルミニウム、アルミニウム合金など溶接可能な金属であるのが好ましい。
The
電極体700は、正極と負極とセパレータとを備え、電気を蓄えることができる部材である。正極は、アルミニウムまたはアルミニウム合金などからなる長尺帯状の金属箔である正極基材層上に正極活物質層が形成されたものである。また、負極は、銅や銅合金などからなる長尺帯状の金属箔である負極基材層上に負極活物質層が形成されたものである。また、セパレータは、樹脂からなる微多孔性のシートである。
The
正極活物質層に用いられる正極活物質、または負極活物質層に用いられる負極活物質としては、リチウムイオンを吸蔵放出可能な正極活物質または負極活物質であれば、適宜公知の材料を使用できる。 As the positive electrode active material used for the positive electrode active material layer or the negative electrode active material layer used for the negative electrode active material layer, any known material can be used as long as it is a positive electrode active material or negative electrode active material capable of occluding and releasing lithium ions. .
そして、電極体700は、正極と負極との間にセパレータが挟み込まれるように層状に配置されたものが巻芯(図示せず)に巻き回されて形成されている。つまり、本実施の形態では、電極体700は、巻回型の電極体である。なお、図2では、電極体700の形状としては長円形状を示したが、円形状または楕円形状でもよい。また、電極体700の形状は巻回型に限らず、平板状極板を積層した形状でもよい。
The
なお、電極体700は、正極側の端部である正極接続部701と負極側の端部である負極接続部702とを有している。正極接続部701は、正極の活物質層非形成部が積層されて束ねられた、電極体700の正極側の端部であり、負極接続部702は、負極の活物質層非形成部が積層されて束ねられた、電極体700の負極側の端部である。
The
なお、正極の活物質層非形成部とは、正極のうち正極活物質が塗工されず正極基材層が露出した部分であり、負極の活物質層非形成部とは、負極のうち負極活物質が塗工されず負極基材層が露出した部分である。 The positive electrode active material layer non-forming portion is a portion of the positive electrode where the positive electrode active material is not coated and the positive electrode base material layer is exposed, and the negative electrode active material layer non-forming portion is a negative electrode of the negative electrode. The active material is not applied and the negative electrode base material layer is exposed.
また、正極端子200は、上部絶縁部材250を介して蓋体110に取り付けられている。負極端子400は、上部絶縁部材450を介して蓋体110に取り付けられている。
Further, the
上部絶縁部材250及び450は、電極端子と容器100との間に配置され、電極端子と容器100とを絶縁する絶縁部材である。具体的には、上部絶縁部材250は、正極端子200と容器100の蓋体110との間に配置され、上部絶縁部材450は、負極端子400と蓋体110との間に配置されている。上部絶縁部材250及び450は、例えば、ポリフェニレンサルファイド(PPS)やポリプロピレン(PP)などの樹脂で形成されている。
The upper insulating
本実施の形態における上部絶縁部材250は、第一絶縁部材260と第二絶縁部材270とで構成されている。第一絶縁部材260と第二絶縁部材270との間には、破断または溶断可能な導電部材が配置されており、この導電部材を含む、蓄電素子10における導通路を断つ機構(安全機構)が正極端子200の下方に配置されている。本実施の形態における安全機構の詳細については、図3〜図8を用いて後述する。
The upper insulating
正極集電体500は、電極体700の正極と容器100の本体120の側壁との間に配置され、正極端子200と電極体700の正極とに電気的に接続される導電性と剛性とを備えた部材である。なお、正極集電体500は、電極体700の正極基材層と同様、アルミニウムまたはアルミニウム合金などで形成されている。
The positive electrode
負極集電体600は、電極体700の負極と容器100の本体120の側壁との間に配置され、負極端子400と電極体700の負極とに電気的に接続される導電性と剛性とを備えた部材である。なお、負極集電体600は、電極体700の負極基材層と同様、銅または銅合金などで形成されている。
The negative electrode
なお、蓋体110を挟んで上部絶縁部材250及び450それぞれの反対側には下部絶縁部材が配置されており、これにより、正極集電体500及び負極集電体600と、容器100とは電気的に絶縁されている。
A lower insulating member is disposed on the opposite side of the upper insulating
次に、実施の形態における蓄電素子10の特徴である、安全機構及びその周辺の構造について図3〜図8を用いて説明する。なお、本実施の形態では、正極側に安全機構が配置されているため、以下では、正極端子200の周辺の構造についてのみ説明する。負極端子400の周辺の構造については、従来と同じ構造が採用されてもよく、また、以下で説明される、正極端子200の周辺と同じ構造が採用されてもよい。
Next, a safety mechanism and its surrounding structure, which are features of the
図3は、実施の形態における蓄電素子10の正極端子200の周辺の構造を示す断面図である。具体的には、図3では、図2に示された蓄電素子10におけるIII−III断面が図示されており、電極体700の図示は省略されている。
FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a structure around the
図4は、実施の形態における蓄電素子10の正極端子200の周辺の構造を示す分解斜視図である。
FIG. 4 is an exploded perspective view showing a structure around the
図5は、実施の形態における導電部材300の外観を示す斜視図であり、図6は、実施の形態における安全機構180の構成概要を示す断面図である。
FIG. 5 is a perspective view showing an external appearance of the
なお、図6では、図3に示される断面と同じ位置の断面の一部を拡大した図が示されている。また、安全装置800については、動作原理の説明のために簡易的に図示されており、動作のための電流が流れる導通路は点線で図示されている。これら図6についての捕捉事項は、後述する図7及び図8、ならびに、本実施の形態の変形例に係る安全機構181を示す図9〜図11についても適用される。
FIG. 6 shows an enlarged view of a part of the cross section at the same position as the cross section shown in FIG. Further, the
本実施の形態における蓄電素子10は、蓄電素子10の導通路を断つ機構である安全機構180を備える。安全機構180は、導電部材300と安全装置800とを含む。
The
具体的には、図3及び図4に示すように、蓄電素子10において、正極集電体500と正極端子200とは、導電部材300及び放電用端子290を介して電気的に接続されている。
Specifically, as shown in FIGS. 3 and 4, in the
導電部材300に対向する位置には、安全装置800が配置されている。安全装置800は、安全装置800の下方に配置された変位部281が変位することで、突起821を突出させるように動作し、これにより導電部材300が破断される。その結果、正極集電体500と正極端子200との間の導通が断たれ、例えば、過充電の状態に陥った蓄電素子10への充電が停止される。
A
このように動作する安全機構180及びその周辺の構造を、以下に詳細に説明する。
The
本実施の形態の蓄電素子10では、蓋体110の上部に、第一絶縁部材260及び第二絶縁部材270で構成される上部絶縁部材250が配置され、第二絶縁部材270の上面に正極端子200が配置される。
In the
蓋体110には、固定部116が突設されており、固定部116が、第一絶縁部材260の貫通孔264を貫通した状態でかしめられる。これにより、第一絶縁部材260が蓋体110に固定される。なお、図4では、固定部116は、かしめられた後の状態が図示されている。
A fixing
また、第一絶縁部材260には、複数の突出部261が設けられており、複数の突出部261のそれぞれが、第二絶縁部材270の貫通孔271及び正極端子200の貫通孔201を貫通した状態で熱かしめされる。これにより、第二絶縁部材270が第一絶縁部材260に固定される。なお、図4では、複数の突出部261のそれぞれは熱かしめが行われた後の状態が図示されている。
The first insulating
第一絶縁部材260にはさらに、安全装置800が配置される空間を形成する、破断用開口263が設けられている。
The first insulating
また、第一絶縁部材260と第二絶縁部材270との間には、放電用端子290及び導電部材300が配置されている。
Further, between the first insulating
放電用端子290は、正極集電体500と電気的に接続され、かつ、少なくとも一部が容器100の外部に配置された部材である。放電用端子290は、導電部材300が破断等されることで、電極体700と正極端子200との間の導通が断たれた場合に、電極体700に蓄積された電力を放電するために用いられる端子である。放電用端子290を覆う上部絶縁部材250には、外部から放電用端子290にアクセス可能なように、放電用開口265が設けられている。
The
つまり、非常用の電極端子として用いられる放電用端子290が、正極集電体500と導電部材300との電気的な接続の役割を担うため、例えば、蓄電素子10の構造を複雑化させずに、過充電状態の解消を図る仕組みを備えさせることができる。
That is, since the
また、放電用端子290は、電極体700の正極基材層と同様、アルミニウムまたはアルミニウム合金などで形成された部材であり、導電部材300と接続される第一接続部291と、正極集電体500と接続される第二接続部292とを有する。
Similarly to the positive electrode base material layer of the
第一接続部291と、導電部材300における導通方向(本実施の形態では導電部材300の長手方向と同じ)の両端部のうちの一方の端部である第一端部301とは接合され、これにより、放電用端子290と導電部材300とは、機械的及び電気的に接続される。
The
また、第二接続部292は、第一絶縁部材260に設けられた貫通孔(図示せず)、蓋体110に設けられた貫通孔113、及び、正極集電体500の端子接続部510に設けられた貫通孔511を貫通し、この状態でかしめられる。これにより、正極集電体500と放電用端子290とは、機械的及び電気的に接続される。なお、図4では、第二接続部292は、かしめられた後の状態が図示されている。
The
また、端子接続部510と蓋体110との間には、図3に示すように下部絶縁部材255が配置されており、これにより正極集電体500と蓋体110(容器100)とは電気的に絶縁される。
Further, as shown in FIG. 3, a lower insulating
正極集電体500は、端子接続部510から電極体700の方向に延設された一対の脚部520を有しており、一対の脚部520と、電極体700の正極接続部701(図2参照)とは超音波溶接等によって接合される。これにより、正極集電体500と電極体700とは機械的及び電気的に接続される。
The positive electrode
導電部材300の導通方向の両端部のうちの、第一端部301とは反対側の端部である第二端部302は、第二絶縁部材270に設けられた導通用開口272を介して、正極端子200と接合される。これにより、導電部材300と正極端子200とは機械的及び電気的に接続される。
Of the both ends in the conduction direction of the
なお、放電用端子290と導電部材300との接合の手法、及び、導電部材300と正極端子200との接合の手法としては、レーザー溶接、スポット溶接、クリンチ接合等の各種の手法を採用し得る。
Note that various methods such as laser welding, spot welding, and clinch bonding may be employed as a method for joining the
本実施の形態では、上記構造により、正極集電体500と正極端子200との導通路が形成され、その導通路の一部が導電部材300によって形成されている。
In the present embodiment, a conductive path between the positive electrode
具体的には、導電部材300は、正極集電体500及び正極端子200を電気的に接続する部材であり、容器100の外部に配置されている。
Specifically, the
導電部材300は、アルミニウムまたはアルミニウム合金などの金属で構成されており、全体として所定の強度を有し、かつ、一部に脆弱部305を有している。
The
具体的には、導電部材300は、正極集電体500との電気的な接続部分(本実施の形態では第一端部301)と、正極端子200との電気的な接続部分(本実施の形態では第二端部302)との間の一部に、他の部分より断面積の小さな脆弱部305を有する。
Specifically, the
より詳細には、図5に示すように、導電部材300は板状であり、脆弱部305の厚みは、他の部分の厚みより小さい。つまり、金属製の導電部材300の一部を薄くすることで、機械的に弱い部分である脆弱部305が設けられている。
More specifically, as shown in FIG. 5, the
また、本実施の形態では、脆弱部305は、例えば図3及び図5に示されるように、導電部材300における、安全装置800とは反対側の面である上面300aに溝305aが設けられることで形成されている。
In the present embodiment, the
つまり、導電部材300における導通方向に交差する方向に延びる溝305aを、導電部材300の上面300aに形成することで、線状の脆弱部305が導電部材300に設けられている。
That is, by forming the
このように、導電部材300に設けられた溝305aによって脆弱部305を形成することで、例えば、導電部材300が分断される位置を制御することができる。そのため、例えば、安全装置800が作動した場合に、予期せぬ位置で導電部材300に亀裂が生じ、これにより導電部材300の破断が失敗する等の不具合の発生が抑制される。
In this way, by forming the weakened
また、本実施の形態では、脆弱部305の位置において、導電部材300の幅(導通方向及び厚み方向に直交する方向の長さ)も他の部分よりも狭められており、このことによっても、脆弱部305の断面積が他の部分よりも小さくされている。
In the present embodiment, the width of the conductive member 300 (the length in the direction orthogonal to the conduction direction and the thickness direction) is also narrower than the other portions at the position of the
なお、本実施の形態における脆弱部305は、導電部材300によって形成される導通路(第一端部301と第二端部302との間)の一部に設けられた、導通方向に直交する断面の面積が最も小さい部分である、ということもできる。
In addition, the
本実施の形態における蓄電素子10では、図6に示すように、導電部材300に対向する位置に、所定の条件下において導電部材300を破断する安全装置800が備えられている。
In
安全装置800は、導電部材300と対向する位置に配置された突起部材820と、突起部材820を収容する筐体810とを有する。突起部材820は、導電部材300の方向に突出した突起821を有する。
The
より具体的には、筐体810は、突起部材820、及び、所定の条件において体積を増加させることで突起部材820を導電部材300の方向に移動させる物質(本実施の形態では、ガス発生剤850)収容する部材である。また、本実施の形態における筐体810は、突起821を貫通させる突起孔811を有する。本実施の形態では、当該所定の条件は、例えば閾値以上の熱がガス発生剤850に与えられた場合、である。
More specifically, the
また、本実施の形態では、筐体810はさらに、発熱部830を有し、ガス発生剤850は、発熱部830が発熱した場合に体積を増加させる。
In the present embodiment, the
なお、発熱部830は、例えばニクロム線で形成されたコイルによって実現され、発熱部830への通電が行われることで、熱(ジュール熱)が生じ、この熱によってガス発生剤850に化学反応を起させて体積を増加させる。
The
より詳細には、発熱部830が発熱することで着火剤(図示せず)を燃焼させ、これによりガス発生剤850が着火し、その結果、炭酸ガス等のガスが発生する。
More specifically, an igniting agent (not shown) is combusted by the
なお、ガス発生剤850の種類は特定の種類には限定されず、例えば自動車のエアバッグに用いられる各種のガス発生剤850の中から適宜選択して用いることができる。
In addition, the kind of
また、筐体810及び突起部材820の素材としては、例えば表面に樹脂コーティング等の絶縁処理がなされた金属、または、耐熱性の高い樹脂など、各種の素材の中から、強度及び耐熱性を考慮して選択される。
In addition, as materials of the
また、図6では、筐体810に収容されたガス発生剤850を、ドットを付した領域で模式的に表しているが、ガス発生剤850は、例えばペレットまたは粉体等の状態で、筐体810に収容される。
In FIG. 6, the
本実施の形態では、発熱部830に電流を流すための仕組みとして、容器100の内圧を受けて変位する変位部281と、変位部281が変位することで発熱部830に電流を供給するスイッチ部833とが蓄電素子10に備えられている。
In the present embodiment, as a mechanism for flowing an electric current to the
変位部281は、容器100の内圧を受けて変形する反転部280の一部として蓄電素子10に備えられている。反転部280は、容器100の内部に向けて凸状に形成されており、容器100の内圧が上昇した場合に、容器100の外部に向けて凸状になるように変形する。こにより、変位部281は、スイッチ部833の方向に変位する。
The
本実施の形態では、反転部280は、容器100とは別体の部品として作製され、容器100に設けられた孔を塞ぐように配置されている。具体的には、反転部280は、蓋体110に設けられた取付孔114を塞ぐように配置されている。
In the present embodiment, the reversing
反転部280は、例えばステンレス鋼、アルミニウム、アルミニウム合金等の弾性及び導電性を有する材料を、図3及び図4に示すように全体として、容器100の内部に向けて凸状(容器100の表面に対して凹状)になるように成形することで作製される。
As shown in FIGS. 3 and 4, the reversing
また、反転部280の周縁と、取付孔114の周縁とが例えばレーザー溶接によって接合され、これにより、反転部280の位置における容器100の気密性が保たれる。
Moreover, the periphery of the
つまり、反転部280は、蓄電素子10において、容器100の一部を構成し、容器100の内部空間S1と、容器100の外部との圧力差を受ける部材(容器100の一部分)である。
That is, the reversing
そのため、例えば蓄電素子10(電極体700)に対する過充電に起因して、電解液の一部が気化し、これにより容器100の内圧が上昇した場合、反転部280は、容器100の外部に向けて反転するように変形する。
Therefore, for example, when a part of the electrolytic solution is vaporized due to overcharging of the power storage element 10 (electrode body 700), and thereby the internal pressure of the
つまり、反転部280の中央部分を形成する変位部281は、容器100の内圧を受けることでスイッチ部833の方向に移動し、スイッチ部833を構成する2つの接点部に接触する。
That is, the
本実施の形態におけるスイッチ部833は、図6に示すように、所定の間隔をあけて配置された2つの接点部831a及び832aを有する。接点部831aは、導電部材300と接続された第一導通部831の端部であり、接点部832aは、導電部材300と接続された第二導通部832の端部である。
As shown in FIG. 6, the
第一導通部831及び第二導通部832のそれぞれは、筐体810に配置され、かつ、一端が導電部材300に接続されたリード線またはリード板等である。また、第二導通部832の途中に発熱部830が配置されており、接点部832aは発熱部830と接続されている。
Each of the
また、通常時において、第一導通部831と第二導通部832とは、図6に示すように、電気的に接続されておらず、電流は流れない。
Moreover, in normal time, as shown in FIG. 6, the 1st conduction | electrical_connection
しかし、変位部281が、スイッチ部833を構成する2つの接点部831a及び832aに接触した状態となることで、第一導通部831と第二導通部832とが電気的に接続される。これにより、発熱部830に電流が供給され、その結果、安全装置800が作動し、導電部材300が破断される。具体的には、本実施の形態における安全機構180は、図7及び図8に示すように動作し、これにより、電極体700と正極端子200との間の導通が機械的に切断される。
However, when the
図7は、実施の形態における安全機構180の動作例を示す第1の図であり、図8は、実施の形態における安全機構180の動作例を示す第2の図である。
FIG. 7 is a first diagram illustrating an operation example of the
例えば電極体700が過充電の状態に陥ることで、容器100の内圧(内部空間S1の圧力)が上昇した場合、図7に示すように、反転部280の変位部281は、容器100の内圧を受けて、安全装置800の筐体810の方向に変位する。
For example, when the internal pressure of the container 100 (pressure in the internal space S1) rises due to the
その結果、変位部281は、2つの接点部831a及び832aに接触し、これにより、2つの接点部831a及び832aは、導電性を有する変位部281によって電気的に接続される。
As a result, the
つまり、スイッチ部833は、容器100の内圧を受けて変位した変位部281が、2つの接点部831a及び832aに接触した状態となることで、電極体700と正極端子200との間を流れる電流の一部を、発熱部830に供給する。
In other words, the
より詳細には、接点部831a及び832aが変位部281によって電気的に接続されることで、発熱部830は、導電部材300と並列に接続される。そのため、電極体700と正極端子200との間を流れる電流の一部が発熱部830に供給され、発熱部830は発熱する。
More specifically, the
その結果、ガス発生剤850が化学反応を起してガスが発生(ガス発生剤850の体積が増加)する。本実施の形態では、筐体810の内部において、筐体810の内面と、突起部材820とによって、ガス発生剤850の収容空間が他から隔離されている。また、突起部材820は、上下方向(Z軸方向)の移動が可能な状態で筐体810に保持されている。
As a result, the
そのため、ガス発生剤850が化学反応を起すことで発生したガスの圧力により、突起部材820は、導電部材300の方向に移動する。その結果、突起孔811から露出した突起821が導電部材300の一部を押圧し、これにより導電部材300が破断される。
Therefore, the protruding
具体的には、本実施の形態では、導電部材300は脆弱部305を有し、脆弱部305は、導電部材300において、突起821に押される部分、つまり、突起821が衝突する部分の側方に設けられている。
Specifically, in the present embodiment, the
そのため、導電部材300は、脆弱部305において破断が生じ、図8に示すように、第二端部302を含む部分(電極端子側の部分)、及び、第一端部301を含む部分(集電体側の部分)の2つに分断される。
Therefore, the
なお、通常時において、突起821と導電部材300とは離されて配置されているため、突起821は、加速を開始した後に導電部材300に接触(衝突)するため、導電部材300に対し、局部的に衝撃を与えることができる。このことは、導電部材300の破断の確実化にとって有利である。また、突起821と導電部材300とが離れて配置されていることで、例えば、通常時において蓄電素子10に振動が加えられた場合に、突起821と導電部材300との干渉が抑制される。
Note that, since the
また、本実施の形態では、導電部材300の上面300aに設けられた溝305aによって脆弱部305が形成されており、導電部材300は、上面300aの反対側から突起821によって押し上げられる。
In the present embodiment, the weakened
そのため、導電部材300は、溝305aの幅(上面300aにおける、溝305aの延設方向に直交する方向の幅)を広げるように変形する。これにより、溝305aの底の部分(肉厚が薄くされた部分)の破断が効率よく実行される。すなわち、脆弱部305における破断がより確実化される。
Therefore, the
さらに、本実施の形態では、導電部材300の幅が、脆弱部305の位置において狭く形成されている。そのため、脆弱部305に応力が集中しやすく、このことによっても、脆弱部305における破断がより確実化される。
Further, in the present embodiment, the width of the
なお、安全装置800の筐体810及び突起821は、導電部材300が破断した後においても、破断後の2つの部分(電極端子側の部分、集電体側の部分)に接触した状態を維持する場合がある(例えば図8参照)。しかし、筐体810及び突起821が、少なくとも導電部材300と接触する部分において電気的な絶縁性を有することで、導電部材300の破断後に、安全装置800を介した電極体700と正極端子200との間の導通は生じない。
Note that the
また、脆弱部305は、本実施の形態では、断面積が小さな部分であるため、大電流が流れた場合において、導電部材300において最も溶断しやすい部分として機能する。
Further, since the weakened
例えば蓄電素子10を搭載した自動車の衝突事故などの外的な要因によって、蓄電素子10において外部短絡が生じた場合を想定する。この場合、容器100の内外の差圧が、変位部281を変位させるほどには増加しないことが考えられる。
For example, a case is assumed in which an external short circuit occurs in the
しかし、脆弱部305は、金属製の導電部材300における断面積の小さな部分であり、大電流が流れることで高熱となり、その結果、導電部材300は、脆弱部305の位置で溶断する。これにより、蓄電素子10における電流の流れが停止され、蓄電素子10の更なる温度上昇を抑制することができる。
However, the
このように、本実施の形態における、導電部材300及び安全装置800を含む安全機構180は、例えば、過充電に起因する内圧の上昇、及び、外部短絡に起因する大電流の発生、という互いに異なる2つの事象に対応する安全対策のための機構として機能することができる。
As described above, the
また、本実施の形態では、導電部材300は、突起821によって押される方向に配置された第二絶縁部材270によって、当該方向への移動が規制されている。
Further, in the present embodiment, the movement of the
具体的には、例えば図3に示すように、第二絶縁部材270は、当接部275と押さえ部276とを有している。
Specifically, for example, as illustrated in FIG. 3, the second insulating
当接部275は、突起821とは反対側から導電部材300に当接する部分である。本実施の形態では、平面視(Z軸プラスの方向から見た場合)において、導電部材300の脆弱部305を挟んで、突起821によって押される部分とは反対側に、当接部275が配置される。
The
つまり、脆弱部305は、導電部材300において、突起821に押される部分と当接部275が当接する部分との間に位置する。また、導電部材300の、集電体側の部分は、押さえ部276によって押さえられている。
That is, the
従って、ガス発生剤850により生じるガスの圧力によって突起821が導電部材300の方向に移動(突出)した場合、突起821と当接部275とで、導電部材300を効率よくせん断することができる。
Therefore, when the
より詳細には、導電部材300は、脆弱部305を中心として一方の側に反転部280からの負荷がかけられ、かつ、他方の側が当接部275によって位置規制される。
More specifically, the
その結果、導電部材300の方向に突出した突起821による脆弱部305の破断(せん断破壊)がより確実に行われる。そのため、例えば、突起821のストローク(突起821の最大変位量)が比較的に小さい場合であっても、突起821による導電部材300の破断が可能となる。つまり、安全装置800の小型化が可能となり、このことは、蓄電素子10の小型化にとって有利である。
As a result, the
このように、本実施の形態における蓄電素子10は、正極集電体500及び正極端子200を電気的に接続する導電部材300と、導電部材300と対向する位置に配置され、導電部材300の方向に突出した突起821を有する突起部材820とを備える。蓄電素子10はさらに、突起部材820及びガス発生剤850を収容し、かつ、突起821を貫通させる突起孔811を有する筐体810を備える。
As described above, the
ガス発生剤850は、所定の条件において体積を増加させることで突起部材820を導電部材300の方向に移動させる物質の一例である。
The
上記構造を有する蓄電素子10において、ガス発生剤850の体積が増加することで、突起821が導電部材300の方向に移動し、導電部材300の一部を突起821によって押すことができる。
In the
つまり、蓄電素子10が備える安全装置800の筐体810内において発生させたガスの圧力を利用して、突起821を導電部材300に押し当てることができる。そのため、例えば、容器100の内圧の大きさ等に依存しない所定の力で、導電部材300を破断することができる。
That is, the
従って、例えば、導電部材300の全体を、例えばアルミニウム等の金属で構成することで、導電部材300に、振動または衝撃等に対する耐性を持たせ、かつ、安全装置800による導電部材300の破断を可能とすることができる。
Therefore, for example, the entire
また、本実施の形態において、導電部材300は、容器100の外部に配置されるため、安全機構180を、容器100の内部容量を実質的に消費しない態様で蓄電素子10に配置することができる。また、導電部材300が破断または溶断することで金属片またはスパッタ等の異物が発生した場合であっても、その異物が、例えば電極体700の内部に侵入することがない。つまり、金属製の導電部材300が分断されることで発生する異物によって生じ得る、蓄電素子10における内部短絡の発生が抑制される。
In the present embodiment, since
さらに、導電部材300は、上部絶縁部材250によって覆われている。そのため、例えば複数の蓄電素子10を並べて蓄電モジュールを構成した場合において、1つの蓄電素子10の導電部材300が分断された場合であっても、当該分断によって発生する異物が、他の蓄電素子10及び他の構成要素等に悪影響を及ぼさない。
Further, the
また、蓄電素子10は、発熱する発熱部830を備えており、発熱部830の発熱を利用して、ガス発生剤850に化学反応(ガスの発生)を起させている。この発熱部830は、例えばニクロム線で形成されたコイル等の、簡素な仕組みで実現することができる。
In addition, the
さらに、蓄電素子10には、容器100の内圧を受けることで変位する変位部281と、変位部281が変位することで、発熱部830に電流を供給するスイッチ部833とが備えられている。
Furthermore, the
これにより、例えば過充電に起因して容器100の内圧が上昇した場合に、安全機構180の、発熱部830の発熱及びそれ以降の動作(ガス圧による突起821の移動、移動した突起821による導電部材300の破断)を、自動で起させることができる。
Thereby, for example, when the internal pressure of the
また、容器100の内圧そのものは、変位部281の移動のために利用されるだけであるため、容器100の内圧が、例えば、金属製の導電部材300を破断可能な程度まで大きくなる前に、突起821によって導電部材300を破断させることができる。
Further, since the internal pressure itself of the
そのため、例えば容器100に安全弁(図示せず)が備えられている場合に、安全弁が開放する前に、上昇した内圧を利用して安全装置800を作動させて導電部材300を破断し、これにより、内圧の上昇を停止させることも可能である。つまり、過充電等に起因した安全弁の開放(外部へのガスの放出)の可能性を低減させることができる。
Therefore, for example, when the
また、発熱部830には、スイッチ部833を構成する2つの接点部831a及び832aに接触する変位部281介して、電極体700と正極端子200との間を流れる電流の一部が供給される。
In addition, a part of the current flowing between the
つまり、本実施の形態の蓄電素子10では、例えば電極体700に蓄積された電力を用いてガス発生剤850の着火を行うことができるため、非常時における安全装置800の作動が、より確実化される。また、導電部材300の破断により発熱部830への電流の供給も停止されるため、発熱部830の発熱も停止される。なお、発熱部830は、発熱した場合に例えばその熱によって破壊(例えば溶断)されてもよい。
That is, in the
以上説明したように、本実施の形態における蓄電素子10は、容器100と容器100に収容された電極体700とを備える蓄電素子10であって、安全性の高い蓄電素子10である。
As described above, the
なお、蓄電素子10は、図3〜図8に示す安全機構180とは異なる態様の安全機構を有してもよい。そこで、以下に、実施の形態における安全機構180に関する変形例を、上記実施の形態との差分を中心に説明する。
In addition, the
(変形例)
図9は、実施の形態の変形例における安全機構181の構成概要を示す断面図である。図10は、実施の形態の変形例における安全機構181の動作例を示す第1の図であり、図11は、実施の形態の変形例における安全機構181の動作例を示す第2の図である。
(Modification)
FIG. 9 is a cross-sectional view showing a configuration outline of a
図9〜図11に示す安全機構181は、上記実施の形態における安全機構180と比較すると、安全装置860の発熱部830への電流供給のための仕組みが異なっている。
The
具体的には、本変形例における蓄電素子10は、安全機構181を備え、安全機構181は、導電部材300、及び、変位部281の変位に伴って移動する安全装置860を有する。
Specifically, the
安全装置860は、導電部材300と対向する位置に配置された突起部材820と、突起部材820、及び、所定の条件において体積を増加させることで突起部材820を導電部材300の方向に移動させる物質を収容した筐体870を有する。
The
突起部材820は、導電部材300の方向に突出した突起821を有し、筐体870は、突起821を貫通させる突起孔871を有する。なお、本変形例において、筐体870に収容された、所定の条件において体積を増加させる物質は、上記実施の形態と同じく、ガス発生剤850である。
The
本変形例における安全機構181では、安全装置860の、導電部材300の側にスイッチ部833が配置されている点に特徴を有する。スイッチ部833は、所定の間隔をあけて配置された2つの接点部831b及び832bを有する。
The
2つの接点部831b及び832bは、第一導通部831及び第二導通部832それぞれの、導電部材300の側の端部である。また、図9に示すように、第一導通部831及び第二導通部832の間に発熱部830が配置されている。つまり、2つの接点部831b及び832bは発熱部830に接続されている。
The two
また、図9に示すように、通常時において、スイッチ部833を構成する2つの接点部831b及び832bは、導電部材300から離れた位置に存在するため、発熱部830には電流は流れない。
Further, as shown in FIG. 9, since the two
しかし、例えば過充電に起因して、容器100の内圧が上昇し、これにより、変位部281が導電部材300の方向に変位した場合、この変位に伴ってスイッチ部833が導電部材300の方向に移動する。その結果、図10に示すように、スイッチ部833と導電部材300とが接触する。
However, for example, when the internal pressure of the
つまり、2つの接点部831b及び832bが、導電部材300と接続され、これにより、発熱部830は、導電部材300と並列に接続される。その結果、電極体700と正極端子200との間を流れる電流の一部が発熱部830に供給される。
That is, the two
発熱部830は、上述のように、ニクロム線により形成されたコイル等であり、電流が流されることで発熱し、その結果、ガス発生剤850が化学反応を起こし、ガスが発生する。
As described above, the
筐体870内でガスが発生した場合、図11に示すように、ガスの圧力により、突起部材820が導電部材300の方向に移動し、突起孔871を貫通した状態の突起821が、導電部材300に押し当てられる。その結果、導電部材300が破断する。
When gas is generated in the
このように、本変形例における安全機構181では、容器100の内圧を受けることで変位する変位部281によって、2つの接点部831b及び832bが導電部材300に接触した状態となる。
As described above, in the
これにより、スイッチ部833は、導電部材300を流れる電流の一部を発熱部830に供給することができる。その結果、安全装置860が作動し、導電部材300が破断される。また、導電部材300の破断により発熱部830への電流の供給も停止されるため、発熱部830の発熱も停止される。なお、発熱部830は、発熱した場合に例えばその熱によって破壊(例えば溶断)されてもよい。
Thereby, the
以上説明したように、本変形例における安全機構181は、上記実施の形態における安全機構180と同じく、蓄電素子10において例えば過充電等の問題が生じた場合に、電極体700と正極端子200との間の導通を機械的に断つことができる。従って、本変形例における安全機構181は、蓄電素子10に備えられることにより、蓄電素子10の安全性を向上させることができる。
As described above, the
(他の実施の形態)
以上、本発明における蓄電素子について、実施の形態及びその変形例に基づいて説明した。しかしながら、本発明は、実施の形態及びその変形例に限定されるものではない。本発明の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を実施の形態またはその変形例に施したものも、あるいは、上記説明された複数の構成要素を組み合わせて構築される形態も、本発明の範囲内に含まれる。
(Other embodiments)
In the above, the electrical storage element in this invention was demonstrated based on embodiment and its modification. However, the present invention is not limited to the embodiment and its modifications. Without departing from the spirit of the present invention, various modifications conceived by those skilled in the art may be applied to the embodiment or its modifications, or a structure constructed by combining a plurality of the above-described constituent elements may be applied to the present invention. It is included in the range.
例えば、ガス発生剤850は、発熱部830の発熱以外の条件で、体積を増加させてもよい。ガス発生剤850は、例えば、蓄電素子10が異常発熱した場合に、その熱によって、直接的にまたは着火剤を介して着火してもよい。
For example, the volume of the
また、発熱部830が発熱するための電流は、電極体700と正極端子200との間を流れる電流の一部でなくてもよい。発熱部830は、例えば、蓄電素子10の充電及び放電に関与しない電流の供給を外部機器から受けることで発熱してもよい。
Further, the current for generating heat by the
この場合、安全装置800または860は、外部機器からの電流の供給をトリガとして作動を開始する。つまり、安全装置800または860の作動開始のトリガは、変位部281が変位すること以外であってもよい。例えば、蓄電素子10を搭載した移動体の一例である自動車が備えるエアバッグと連動して、安全装置800または860を作動させてもよい。つまり、エアバッグが作動する場合、安全装置800または860が有する物質(例えばガス発生剤850)の体積を増加させてもよい。このような仕組みは、例えば、エアバッグの作動を検知する検知部と、検知部から出力される、エアバッグが作動したこと、または、作動することを示す信号に応じて当該物質を加熱する発熱部830等によって実現されてもよい。また、この検知部は、エアバッグの作動そのものを検知するのではなく、自動車の衝突を検知してもよい。つまり、検知部は、例えば、所定の大きさの衝撃を検知した場合に、エアバッグを作動させるとともに、発熱部を発熱させることで、安全装置800または860を作動させてもよい。
In this case, the
このように、エアバッグと連動させて、蓄電素子10が有する安全装置800または860を作動させることで、例えば、衝突事故などのエアバッグが作動するような事象が生じた場合に、蓄電素子10の異常発熱などの問題の発生を未然に防止することができる。なお、このような移動体としては、一般的な乗用車の他に、トラック、バスまたは二輪自動車などが例示される。
As described above, when the
また、筐体810または870に収容される、所定の条件において体積を増加させる物質は、互いに異なる種類の複数の物質で構成されていてもよい。
In addition, the substance that increases the volume under a predetermined condition and is accommodated in the
例えば、混合されることで体積を増加させる2種類の物質を、衝撃によって破壊される隔壁で分離した状態で筐体810または870に収容する。これにより、例えば、蓄電素子10を搭載した自動車が衝突した場合に、この衝突による衝撃によって当該隔壁が破壊され、これら2種類の物質が混合される。
For example, two kinds of substances that increase in volume by being mixed are accommodated in the
その結果、2種類の物質の総体積が増加し、これにより、突起821が導電部材300の方向に移動する。このような構成によっても、非常時における導電部材300の破断は可能である。なお、この場合、筐体810または870に収容された物質の体積(2種類の物質の総体積)が増加する所定の条件は、例えば、閾値以上の加速度で筐体810または870が移動した場合、と表現できる。
As a result, the total volume of the two types of substances increases, and thereby the
また、反転部280は、容器100の内部に向けて凸状に形成されていなくてもよく、また、容器100の内圧が上昇した場合に、容器100の外部に向けて凸状になるように変形しなくてもよい。
Moreover, the
反転部280は、例えば、容器100の内面または外面に対して実質的にフラットに形成されていてもよい。つまり、反転部280の一部である変位部281が、容器100の内圧を受けて変位するように反転部280が形成されていれば、容器100の内圧の上昇時において、変位部281が変位してスイッチ部833に接触することは可能である。つまり、変位部281を介して発熱部830に電流を供給することは可能である。
The
また、反転部280の素材としてステンレス鋼、アルミニウム、アルミニウム合金等を例示したが、反転部280は容器100とは別体であるため、各種の素材の中から、強度、変位部281の変位のしやすさ等に着目して反転部280に適切な素材を選択すればよい。
Moreover, although stainless steel, aluminum, an aluminum alloy, etc. were illustrated as a material of the
例えば、反転部280自体が絶縁性を有する素材で形成されている場合であっても、変位部281に導電性の部材を配置することで、変位部281がスイッチ部833に接触することによる安全装置800の作動は可能である。
For example, even when the reversing
また、反転部280は、容器100とは別体である必要はなく、例えば、容器100の一部を加工することで容器100に設けられてもよい。
Moreover, the
例えば、金属製の蓋体110を形成する際のプレス加工により、蓋体110としての形状を整えるとともに、その一部に、反転部280に相当する部分を形成してもよい。これにより、例えば、蓄電素子10の部品点数の増加が抑制される。また、例えば、容器100における反転部280の周辺に、気密性についての問題が生じない。
For example, the shape of the
また、導電部材300に対して、突起821とは反対側から当接する当接部275が配置されていなくてもよい。この場合であっても、ガス圧を利用することで比較的に大きな力を発生する安全装置800または860によって、導電部材300を破断することは可能である。
In addition, the
また、導電部材300の形状は、図5に示される形状に限定されない。例えば、導電部材300は脆弱部305を有しなくてもよい。
Further, the shape of the
この場合であっても、例えば、平面視における、当接部275と、導電部材300の突起821に押される部分との間の距離を小さくすることで、導電部材300に生じるせん断応力を狭い範囲に集中させ、これにより、導電部材300の確実な破断が可能となる。
Even in this case, for example, by reducing the distance between the
つまり、簡単に言うと、導電部材300に対して、導電部材300に接触する突起821と、当接部275とを、はさみが有する2つの刃のように機能させることで、導電部材300を切断することができる。
That is, in short, the
また、上記実施の形態では、正極集電体500と正極端子200との間の導通路は、放電用端子290及び導電部材300によって形成されているが、放電用端子290は、当該導通路の一部を形成しなくてもよい。つまり、導電部材300と正極集電体500とが直接的に接続されていてもよい。
In the above embodiment, the conduction path between the positive electrode
また、当該導通路の一部が、放電用端子290及び導電部材300以外の部材によって形成されてもよい。例えば、導電部材300と正極端子200との間に別の金属部材が接続されていてもよい。
A part of the conduction path may be formed by a member other than the
本発明は、容器と容器に収容された電極体とを備える蓄電素子であって、安全性の高い蓄電素子を提供することができる。従って、本発明における蓄電素子は、大電流を長時間必要とする自動車等に搭載される蓄電素子等として有用である。 The present invention can provide a power storage element having a container and an electrode body housed in the container, and having a high safety. Therefore, the power storage element of the present invention is useful as a power storage element mounted on an automobile or the like that requires a large current for a long time.
10 蓄電素子
100 容器
110 蓋体
113、201、264、271、511 貫通孔
114 取付孔
116 固定部
120 本体
180、181 安全機構
200 正極端子
250、450 上部絶縁部材
255 下部絶縁部材
260 第一絶縁部材
261 突出部
263 破断用開口
265 放電用開口
270 第二絶縁部材
272 導通用開口
275 当接部
276 押さえ部
280 反転部
281 変位部
290 放電用端子
291 第一接続部
292 第二接続部
300 導電部材
300a 上面
301 第一端部
302 第二端部
305 脆弱部
305a 溝
400 負極端子
500 正極集電体
510 端子接続部
520 脚部
600 負極集電体
700 電極体
701 正極接続部
702 負極接続部
800、860 安全装置
810、870 筐体
811、871 突起孔
820 突起部材
821 突起
830 発熱部
831 第一導通部
831a、831b、832a、832b 接点部
832 第二導通部
833 スイッチ部
850 ガス発生剤
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記集電体及び前記電極端子を電気的に接続する導電部材と、
前記導電部材と対向する位置に配置され、前記導電部材の方向に突出した突起を有する突起部材と、
前記突起部材、及び、所定の条件において体積を増加させることで前記突起部材を前記導電部材の方向に移動させる物質を収容する筐体と
を備える蓄電素子。 An electrical storage element comprising an electrode terminal, an electrode body, a current collector connected to the electrode body, and a container for housing the electrode body and the current collector,
A conductive member for electrically connecting the current collector and the electrode terminal;
A protruding member disposed at a position facing the conductive member and having a protrusion protruding in the direction of the conductive member;
An energy storage device comprising: the protruding member; and a housing that houses a substance that moves the protruding member in the direction of the conductive member by increasing the volume under a predetermined condition.
請求項1記載の蓄電素子。 The power storage device according to claim 1, wherein the housing further includes a heat generating portion, and the substance increases the volume when the heat generating portion generates heat.
前記変位部が変位することで、前記発熱部に電流を供給するスイッチ部とを備える
請求項2記載の蓄電素子。 Furthermore, a displacement part that is displaced by receiving the internal pressure of the container,
The power storage device according to claim 2, further comprising: a switch unit that supplies current to the heat generating unit when the displacement unit is displaced.
前記スイッチ部は、容器の内圧を受けて変位した前記変位部が前記2つの接点部に接触した状態となることで、前記電極体と前記電極端子との間を流れる電流の一部を、前記発熱部に供給する
請求項3記載の蓄電素子。 The switch part is two contact parts arranged at a predetermined interval, one of which has two contact parts connected to the heat generating part,
The switch part is in a state in which the displacement part displaced by receiving the internal pressure of the container is in contact with the two contact parts, and a part of the current flowing between the electrode body and the electrode terminal is The power storage device according to claim 3, wherein the power storage device is supplied to the heat generating portion.
前記スイッチ部は、容器の内圧を受けて変位した前記変位部によって、前記2つの接点部が前記導電部材に接触した状態となることで、前記導電部材を流れる電流の一部を、前記発熱部に供給する
請求項3記載の蓄電素子。 The switch part is arranged with a predetermined interval, and has two contact parts electrically connected to the heat generating part,
The switch part is in a state in which the two contact parts are in contact with the conductive member due to the displacement part displaced by the internal pressure of the container, so that a part of the current flowing through the conductive member is changed to the heat generating part. The power storage device according to claim 3, wherein the power storage device is supplied to the power storage device.
請求項1〜5のいずれか1項に記載の蓄電素子。 Further, a contact of the conductive member that contacts the conductive member from a side opposite to the protrusion between a portion pressed by the protrusion and an electrical connection portion of the current collector or the electrode terminal. The electrical storage element of any one of Claims 1-5 provided with a part.
請求項1〜6のいずれか1項に記載の蓄電素子。 The conductive member has a fragile portion in a part between an electrical connection portion with the current collector and an electrical connection portion with the electrode terminal. The electrical storage element as described in.
エアバッグとを備え、
前記物質は、前記エアバッグが作動する場合に体積を増加させる
移動体。 The electricity storage device according to any one of claims 1 to 7,
With an airbag,
The substance increases the volume when the airbag is activated.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2015045010A JP2016164850A (en) | 2015-03-06 | 2015-03-06 | Power storage element and mobile unit |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN107732094A (en) * | 2017-11-16 | 2018-02-23 | 北京国能电池科技有限公司 | Over-charging of battery safety guard and lithium ion battery |
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2015
- 2015-03-06 JP JP2015045010A patent/JP2016164850A/en active Pending
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