JP2018067521A - 蓄電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】蓄電素子の過度な電圧上昇を抑制する蓄電装置を提供する。
【解決手段】蓄電装置は、それぞれが第一端子部及び前記第一端子部とは異なる極性の第二端子部を有し且つ互いに直列に接続される第一の蓄電素子及び第二の蓄電素子と、前記第一の蓄電素子の前記第一端子部と前記第二の蓄電素子の前記第二端子部との間に配置される放電デバイスとを備え、前記放電デバイスは、前記第一端子部と前記第二端子部とを互いに絶縁し、昇温することによって前記第一端子部及び前記第二端子部を導通する。
【選択図】図４

Description

本開示は、複数の蓄電素子を備える蓄電装置に関する。

リチウムイオン二次電池等の複数の蓄電素子を備える蓄電装置（蓄電モジュールとも呼ばれる）がある。例えば、特許文献１には、互いに直列に接続された複数の角型電池を蓄電素子として備える電池モジュールが開示されている。この電池モジュールでは、隣り合う角型電池の間に電気的な絶縁性を有するセパレータが設けられている。セパレータには、切欠部が形成されている。この切欠部を介して、隣り合う角型電池の一方の正の電極端子と、他方の負の電極端子とが、直接当接するように構成されている。

特開２０１１−２３１８１号公報

特許文献１に記載される電池モジュールは、複数の電池が直列に接続されているため、高出力である。このため、電池に異常が発生した場合に、電池の電圧値が過度に上昇することを抑えることが必要である。

本開示は、上述のような問題を解決するためになされたものであり、電池等の蓄電素子の過度な電圧上昇を抑制する蓄電装置を提供する。

本開示の一態様に係る蓄電装置は、それぞれが第一端子部及び前記第一端子部とは異なる極性の第二端子部を有し且つ互いに直列に接続される第一の蓄電素子及び第二の蓄電素子と、前記第一の蓄電素子の前記第一端子部と前記第二の蓄電素子の前記第二端子部との間に配置される放電デバイスとを備え、前記放電デバイスは、前記第一端子部と前記第二端子部とを互いに絶縁し、昇温することによって前記第一端子部及び前記第二端子部を導通する。

本開示に係る蓄電装置によれば、蓄電素子の過度な電圧上昇を抑制することが可能になる。

図１は、実施の形態に係る蓄電装置が備える蓄電素子の外観を模式的に示す斜視図である。 図２は、図１の蓄電素子の分解斜視図である。 図３は、実施の形態に係る蓄電装置を概略的に示す斜視図である。 図４は、図３の蓄電ユニット内に配列された蓄電素子の一例の側面図を示す図である。 図５は、図４における第一蓄電素子と第二蓄電素子との間の絶縁部材及び放電デバイスを拡大して模式的に示す側面図である。 図６は、放電デバイスの作動時の図４の蓄電ユニットを示す側面図である。

まず、本開示の一態様に係る蓄電素子は、それぞれが第一端子部及び前記第一端子部とは異なる極性の第二端子部を有し且つ互いに直列に接続される第一の蓄電素子及び第二の蓄電素子と、前記第一の蓄電素子の前記第一端子部と前記第二の蓄電素子の前記第二端子部との間に配置される放電デバイスとを備え、前記放電デバイスは、前記第一端子部と前記第二端子部とを互いに絶縁し、昇温することによって前記第一端子部及び前記第二端子部を導通する。

前記放電デバイスは、昇温することによって溶融する導電体と、前記導電体を前記第一端子部及び前記第二端子部の少なくとも一方から絶縁する絶縁体とを有し、前記導電体は、溶融することによって、前記第一端子部と前記第二端子部とを導通してもよい。
前記絶縁体は、前記導電体と前記第一端子部及び前記第二端子部の少なくとも一方とを結ぶ通路を有してもよい。
前記導電体は、異種金属が積層されて形成されてもよい。
前記異種金属は、ニッケル及びアルミニウムであってもよい。
前記導電体は、低融点金属又は低融点合金であってもよい。
前記放電デバイスは、前記第一端子部と前記第二端子部とを選択的に接続するスイッチであってもよい。
前記第一の蓄電素子及び前記第二の蓄電素子はそれぞれ、容器を備え、前記第一端子部及び前記第二端子部は、前記容器を形成し、前記第一の蓄電素子及び前記第二の蓄電素子は、互いに前記第一端子部及び前記第二端子部を隣接させて配置されてもよい。

次いで、以下において、図面を参照しつつ、本開示の実施の形態に係る蓄電装置について説明する。なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも本開示の好ましい一具体例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、並びに構成要素の配置位置及び接続形態等は、一例であり、本開示を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態に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。

また、添付の図面における各図は、模式的な図であり、必ずしも厳密に図示されたものでない。さらに、各図において、同一又は同様な構成要素については同じ符号を付している。また、以下の実施の形態の説明において、略平行、略直交のような「略」を伴った表現が、用いられる場合がある。例えば、略平行とは、完全に平行であることを意味するだけでなく、実質的に平行である、すなわち、例えば数％程度の差異を含むことも意味する。他の「略」を伴った表現についても同様である。

［実施の形態］
まず、実施の形態に係る蓄電装置１００が備える蓄電素子１０１の構成を説明する。図１は、実施の形態に係る蓄電装置１００が備える蓄電素子１０１の外観を模式的に示す斜視図である。図２は、図１の蓄電素子１０１の分解斜視図である。図１及び図２を参照すると、蓄電素子１０１は、扁平な直方体状の外形を有している。蓄電素子１０１は、充放電可能な二次電池である。例えば、蓄電素子１０１は、リチウムイオン二次電池等の非水電解質二次電池である。しかしながら、蓄電素子１０１は、非水電解質二次電池に限定されず、非水電解質二次電池以外の二次電池であってもよく、使用者が充電をしなくても蓄えられている電気を使用できる一次電池であってもよく、キャパシタであってもよい。

蓄電素子１０１は、扁平な直方体状の容器１０と、容器１０の中に収容される電極体２０とを備えている。容器１０は、矩形筒状の第一容器部１１と、有底矩形筒状の第二容器部１２及び第三容器部１３とを備えている。第二容器部１２及び第三容器部１３はそれぞれ、第一容器部１１の軸方向の端部１１ａ及び１１ｂの細長な矩形状の開口を塞ぐように構成されている。

第一容器部１１は、いかなる材料で構成されてもよく、剛性を有しても有さなくてもよい。第一容器部１１は、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリイミド、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）などの樹脂等の電気的な絶縁性を有する材料で構成されてもよい。第一容器部１１は、金属等の導電性を有する材料で構成されてもよい。この場合、第一容器部１１と第二容器部１２及び第三容器部１３との間に、電気的な絶縁材が設けられていてもよい。また、第一容器部１１の全てが、電気的な絶縁性を有する材料又は導電性を有する材料で構成されなくてもよい。例えば、第一容器部１１は、金属等の導電性を有する材料を樹脂等でコーティングした材料で構成されてもよい。具体的には、例えば、アルミニウム等の金属層をＰＥ又はＰＰ等の樹脂層で挟んだ多層構造のパウチ（ラミネート）が、第一容器部１１の構成材として挙げられる。

第二容器部１２は、矩形筒状の周壁１２１と、周壁１２１の軸方向の一方の端部の開口を塞ぎ且つ底部を構成する矩形板状の端壁１２２とを有している。第三容器部１３は、矩形筒状の周壁１３１と、周壁１３１の軸方向の一方の端部の開口を塞ぎ且つ底部を構成する矩形板状の端壁１３２とを有している。本実施の形態では、周壁１２１及び１３１はそれぞれ、端壁１２２及び１３２と別個の部材を形成するが、端壁１２２及び１３２と一体的に形成され、連続する１つの部材を形成してもよい。端壁１２２及び１３２はそれぞれ、周壁１２１及び１３１の端部の開口内に嵌め込まれるように構成されるが、端部の上に被せられるように構成されてもよい。第二容器部１２及び第三容器部１３はそれぞれ、周壁１２１及び１３１が端部１１ａ及び１１ｂの近傍で第一容器部１１の外周全体を外側から覆うように、第一容器部１１に組み付けられる。

本実施の形態では、第二容器部１２及び第三容器部１３は、導電性を有し、蓄電素子１０１の電極端子を兼ねる。具体的には、第二容器部１２は、蓄電素子１０１の正極端子を兼ね、第一端子部の一例を構成する（以下、第二容器部１２を第一端子部とも呼ぶ）。第三容器部１３は、蓄電素子１０１の負極端子を兼ね、第二端子部の一例を構成する（以下、第三容器部１３を第二端子部とも呼ぶ）。第二容器部１２及び第三容器部１３は、導電性を有する材料で構成され、例えば、ステンレス鋼、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金、ニッケルメッキ鉄等の金属で構成される。

ここで、第一容器部１１を構成する矩形枠状の４つの壁部１１ｃ、１１ｄ、１１ｅ及び１１ｆのうちの対向する壁部１１ｃ及び１１ｄを長壁部と呼び、対向する壁部１１ｅ及び１１ｆを短壁部と呼ぶ。同様に、第二容器部１２の周壁１２１を構成する矩形枠状の４つの壁部１２１ａ、１２１ｂ、１２１ｃ及び１２１ｄのうちの対向する壁部１２１ａ及び１２１ｂを長壁部と呼び、対向する壁部１２１ｃ及び１２１ｄを短壁部と呼ぶ。第三容器部１３の周壁１３１を構成する矩形枠状の４つの壁部１３１ａ、１３１ｂ、１３１ｃ及び１３１ｄのうちの対向する壁部１３１ａ及び１３１ｂを長壁部と呼び、対向する壁部１３１ｃ及び１３１ｄを短壁部と呼ぶ。第一容器部１１、周壁１２１及び周壁１３１それぞれを第二容器部１２から第三容器部１３に向かって見たとき、長壁部１１ｃ及び１１ｄは、短壁部１１ｅ及び１１ｆよりも長く、長壁部１２１ａ及び１２１ｂは、短壁部１２１ｃ及び１２１ｄよりも長く、長壁部１３１ａ及び１３１ｂは、短壁部１３１ｃ及び１３１ｄよりも長い。さらに、第一容器部１１、第二容器部１２及び第三容器部１３を互いに組み付けたとき、長壁部１１ｃ、１２１ａ及び１３１ａが同じ向きで配置され、長壁部１１ｄ、１２１ｂ及び１３１ｂが同じ向きで配置され、短壁部１１ｅ、１２１ｃ及び１３１ｃが同じ向きで配置され、短壁部１１ｆ、１２１ｄ及び１３１ｄが同じ向きで配置される。

電極体２０は、電気を蓄積可能な蓄電要素である。電極体２０は、正極側の極板である正極板と、負極側の極板である負極板と、正極板及び負極板の間に介在するシート状のセパレータとを備える。本実施の形態では、電極体２０は、複数の正極板、複数の負極板及び複数のセパレータが多重に積層される積層型電極体である。本実施の形態では、電極体２０は、扁平な直方体状の外形を有しているが、電極体２０の形状はいかなる形状であってもよい。

正極板は、アルミニウム、アルミニウム合金等の金属からなる集電箔である矩形状の正極基材と、正極基材上に形成された正極活物質層とを含む。負極板は、銅、銅合金等の金属からなる集電箔である矩形状の負極基材と、負極基材上に形成された負極活物質層とを含む。正極活物質層及び負極活物質層それぞれを構成する正極活物質及び負極活物質には、リチウムイオンの吸蔵放出が可能である適宜公知の材料が使用可能である。セパレータは、樹脂等の電気的な絶縁性を有する材料からなる微多孔性のシートである。

電極体２０において、正極板は、正極板、負極板及びセパレータの積層方向Ａと垂直な方向の電極体２０の一方の端部２０ａで、負極板よりも突出し、正極板の突出する部分は、正極活物質層非形成部２１を形成する。正極活物質層非形成部２１では、正極基材に正極活物質層が形成されず、帯状に露出した正極基材のみが積層している。負極板は、積層方向Ａと垂直な方向の電極体２０の他方の端部２０ｂで、正極板よりも突出し、負極板の突出する部分は、負極活物質層非形成部２２を形成する。負極活物質層非形成部２２では、負極基材に負極活物質層が形成されず、帯状に露出した負極基材のみが積層している。

電極体２０は、正極活物質層非形成部２１を端部１１ａ側とし、負極活物質層非形成部２２を端部１１ｂ側とし、積層方向Ａを長壁部１１ｃ及び１１ｄと垂直にして、第一容器部１１内に収容される。正極活物質層非形成部２１は、第一容器部１１に組み付けられた第二容器部１２の周壁１２１によって囲まれる。正極活物質層非形成部２１は、周壁１２１と直接的又は間接的に接続され、それにより、周壁１２１と電気的に接続される。負極活物質層非形成部２２は、第一容器部１１に組み付けられた第三容器部１３の周壁１３１によって囲まれる。負極活物質層非形成部２２は、周壁１３１と直接的又は間接的に接続され、それにより、周壁１３１と電気的に接続される。これにより、周壁１２１及び１３１はそれぞれ、電極体２０の正極板及び負極板と電気的に接続され、蓄電素子１０１の正極端子及び負極端子を構成する。

次いで、蓄電素子１０１を備える蓄電装置１００について、図３及び図４を参照しつつ説明する。図３は、実施の形態に係る蓄電装置１００を概略的に示す斜視図である。図４は、図３の蓄電ユニット１０２内に配列された蓄電素子１０１の一例の側面図を示す図である。図３に示されるように、蓄電装置１００は、複数の蓄電素子１０１を備える。図３では、蓄電装置１００の外装の外形を一点鎖線で示し、蓄電装置１００内に収容されている蓄電素子１０１を実線で示している。

蓄電装置１００は、蓄電モジュールとも呼ばれる。蓄電装置１００は、複数の蓄電素子１０１を備える装置である。蓄電装置１００は、並べて配置された複数の蓄電ユニット１０２、具体的には、図３では４つの蓄電ユニット１０２を備える。なお、図３では、蓄電ユニット１０２の外装の外形は、破線で示されている。各蓄電ユニット１０２は、例えば、図３に示すように一列に配列され且つ互いに電気的に接続された複数の蓄電素子１０１
によって、構成される。なお、図３では、蓄電ユニット１０２は、４つの蓄電素子１０１を備える。各蓄電ユニット１０２において、複数の蓄電素子１０１は、互いに直列又は並列に接続される。

各蓄電ユニット１０２では、複数の蓄電素子１０１は、正極端子を構成する第二容器部１２の周壁１２１と、負極端子を構成する第三容器部１３の周壁１３１とを、互いに接触させて並べられることによって、互いに電気的に接続される。これにより、蓄電素子１０１の電極端子間を接続するバスバー等の電気的な接続部材が不要である。また、複数の蓄電ユニット１０２は、互いに直列に接続されても並列に接続されてもよい。

上述の構成によって、複数の蓄電素子１０１が、１つの蓄電ユニット１０２として使用され、蓄電ユニット１０２の数量及び配列が適宜選択されることによって、蓄電装置１００に必要な電気容量、蓄電装置１００に設定される種々の形状及び寸法等への対応が可能である。複数の蓄電素子１０１を備え且つ高出力である蓄電装置１００は、電気自動車（ＥＶ）、ハイブリッド自動車（ＨＥＶ）、プラグインハイブリッド自動車（ＰＨＥＶ）、無人搬送車（ＡＧＶ）等の車両用電源として車両に搭載することもできる。

また、図４に、蓄電装置１００の蓄電ユニット１０２内の４つの蓄電素子１０１の配列の一例が示されている。以下、４つの蓄電素子１０１をそれぞれ、第一蓄電素子１０１ａ、第二蓄電素子１０１ｂ、第三蓄電素子１０１ｃ及び第四蓄電素子１０１ｄと呼ぶ。第一蓄電素子１０１ａ、第二蓄電素子１０１ｂ、第三蓄電素子１０１ｃ及び第四蓄電素子１０１ｄは、この順で一例に配列されている。第一蓄電素子１０１ａ、第二蓄電素子１０１ｂ、第三蓄電素子１０１ｃ及び第四蓄電素子１０１ｄは、互いの第二容器部１２の周壁１２１の長壁部１２１ａ又は１２１ｂと第三容器部１３の周壁１３１の長壁部１３１ａ又は１３１ｂとを隣り合わせて配置されている。第一蓄電素子１０１ａ及び第二蓄電素子１０１ｂが直列に接続され、第二蓄電素子１０１ｂ及び第三蓄電素子１０１ｃが直列に接続され、第三蓄電素子１０１ｃ及び第四蓄電素子１０１ｄが直列に接続されている。隣接して配置されるが直列に接続されない周壁１２１及び１３１は、互いに電気的に絶縁される。

具体的には、第一蓄電素子１０１ａの負極端子である周壁１３１と、第二蓄電素子１０１ｂの正極端子である周壁１２１とが直列に接続され、第一蓄電素子１０１ａの正極端子である周壁１２１と、第二蓄電素子１０１ｂの負極端子である周壁１３１とが電気的に絶縁されている。より具体的には、第一蓄電素子１０１ａの周壁１３１の長壁部１３１ｂと第二蓄電素子１０１ｂの周壁１２１の長壁部１２１ａとが直接接触し、第一蓄電素子１０１ａの周壁１２１の長壁部１２１ｂと第二蓄電素子１０１ｂの周壁１３１の長壁部１３１ａとがこれらの間に絶縁部材３０及び放電デバイス４０を挟んで隣接している。

また、第三蓄電素子１０１ｃの負極端子である周壁１３１と、第四蓄電素子１０１ｄの正極端子である周壁１２１とが直列に接続され、第三蓄電素子１０１ｃの正極端子である周壁１２１と、第四蓄電素子１０１ｄの負極端子である周壁１３１とが電気的に絶縁されている。より具体的には、第三蓄電素子１０１ｃの周壁１３１の長壁部１３１ｂと第四蓄電素子１０１ｄの周壁１２１の長壁部１２１ａとが直接接触し、第三蓄電素子１０１ｃの周壁１２１の長壁部１２１ｂと第四蓄電素子１０１ｄの周壁１３１の長壁部１３１ａとがこれらの間に絶縁部材３０及び放電デバイス４０を挟んで隣接している。

また、第二蓄電素子１０１ｂの周壁１２１の長壁部１２１ｂと第三蓄電素子１０１ｃの周壁１３１の長壁部１３１ａとがこれらの間に絶縁部材３０を挟んで隣接している。さらに、第二蓄電素子１０１ｂの周壁１３１の長壁部１３１ｂと第三蓄電素子１０１ｃの周壁１２１の長壁部１２１ａとが直接接触している。

第一蓄電素子１０１ａ、第二蓄電素子１０１ｂ、第三蓄電素子１０１ｃ及び第四蓄電素子１０１ｄは、周壁同士を密着させるために、その一列の並び方向である方向Ｂの押圧力を受けた状態で互いに固定されてもよく、押圧力を受けずに互いに固定されてもよい。

絶縁部材３０は、電気的な絶縁性を有する材料で構成された部材であり、例えば、シート状又は板状の形状を有している。絶縁部材３０の構成材料として、樹脂、セラミック、及び樹脂とセラミックの複合体等が挙げられる。絶縁部材３０は、第二蓄電素子１０１ｂの長壁部１２１ｂと第三蓄電素子１０１ｃの長壁部１３１ａとの間の全体に配置される。

また、絶縁部材３０及びシート状又は板状の放電デバイス４０はそれぞれ、第一蓄電素子１０１ａの長壁部１２１ｂと第二蓄電素子１０１ｂの長壁部１３１ａとの間の領域の一部及び当該領域の他部に配置される。さらに、絶縁部材３０及び放電デバイス４０は、長壁部１２１ｂ及び１３１ａに沿って方向Ｂと垂直な方向に並んで配置される。本実施の形態では、放電デバイス４０が、絶縁部材３０の外方に配置されるが、これに限定されない。なお、外方とは、第一容器部１１から周壁１２１又は１３１へ向かう方向である。

また、絶縁部材３０及びシート状の放電デバイス４０はそれぞれ、第三蓄電素子１０１ｃの長壁部１２１ｂと第四蓄電素子１０１ｄの長壁部１３１ａとの間の領域の一部及び当該領域の他部に配置される。さらに、絶縁部材３０及び放電デバイス４０は、長壁部１２１ｂ及び１３１ａに沿って方向Ｂと垂直な方向に並んで配置される。本実施の形態では、放電デバイス４０が、絶縁部材３０の外方に配置されるが、これに限定されない。

図５を参照すると、放電デバイス４０が拡大して示されている。なお、図５は、図４における第一蓄電素子１０１ａと第二蓄電素子１０１ｂとの間の絶縁部材３０及び放電デバイス４０を拡大して模式的に示す側面図である。放電デバイス４０は、絶縁部材３０と同様に、シート状又は板状の形状を有している。放電デバイス４０は、３つの層を形成する構成部材によって形成されている。具体的には、放電デバイス４０は、シート状又は板状の第一絶縁体４１と、シート状又は板状の導電体４２と、シート状又は板状の第二絶縁体４３とを備えている。導電体４２は、第一絶縁体４１及び第二絶縁体４３によって狭まれている。第一絶縁体４１、導電体４２及び第二絶縁体４３は、周壁１２１の長壁部１２１ｂから周壁１３１の長壁部１３１ａに向かって、この順で並ぶ。

第一絶縁体４１及び第二絶縁体４３は、電気的な絶縁性を有する材料で構成され、絶縁部材３０に関して上述で例示した材料で構成されてもよい。第一絶縁体４１及び第二絶縁体４３にはそれぞれ、長壁部１２１ｂから長壁部１３１ａに向かってこれらを貫通する複数の貫通孔が形成されている。第一絶縁体４１の複数の貫通孔は、周壁１２１の長壁部１２１ｂと導電体４２とを結ぶ複数の第一通路４１ａを形成する。第二絶縁体４３の複数の貫通孔は、導電体４２と周壁１３１の長壁部１３１ａとを結ぶ複数の第二通路４３ａを形成する。第一通路４１ａ及び第二通路４３ａの構成は、貫通孔に限定されず、第一絶縁体４１及び第二絶縁体４３の周縁などを部分的に切り欠いて形成される切り欠き等であってもよい。

導電体４２は、導電性を有する材料で構成されている。導電体４２は、昇温することによって溶融し、第一通路４１ａ及び第二通路４３ａに流入して、周壁１２１の長壁部１２１ｂと周壁１３１の長壁部１３１ａとに接触することによって、長壁部１２１ｂ及び１３１ｂを電気的に接続する。具体的には、導電体４２は、電流が印加されることによって、溶融する構成を有している。導電体４２は、異種金属が積層された構成を有し、電流が印加されることによって、異種金属同士が化学反応を起こし、発熱する。そして、発生した熱によって、導電体４２が溶融する。上述のように作用する材料の一例として、ナノフォイル（登録商標）が挙げられる。ナノフォイル（登録商標）は、ニッケル（Ｎｉ）及びアルミニウム（Ａｌ）のナノレイヤーが交互に積層された構造を有している。ナノフォイル（登録商標）では、電流が印加されることによって、ニッケル及びアルミニウムが化学反応し、合金ＮｉＡｌを生成する。この化学反応時の発熱により、ナノフォイル（登録商標）は、１５００℃程度にまで昇温し、溶融する。

このような放電デバイス４０は、導電体４２の非溶融時、第一蓄電素子１０１ａの周壁１２１と第二蓄電素子１０１ｂの周壁１３１とを電気的に絶縁し、導電体４２の溶融時、第一蓄電素子１０１ａの周壁１２１と第二蓄電素子１０１ｂの周壁１３１とを導通する。なお、放電デバイス４０の溶融時、絶縁部材３０が、第一蓄電素子１０１ａの周壁１２１と第二蓄電素子１０１ｂの周壁１３１との間隔を保持する。

また、導電体４２は、スイッチ５１を含む電気回路５０によって、第二蓄電素子１０１ｂの周壁１３１と電気的に接続されている。スイッチ５１は、導電体４２と周壁１３１との間の電気的な導通及び導通遮断を選択に実施する。よって、スイッチ５１がＯＮ状態にされると、導電体４２と第二蓄電素子１０１ｂの負極端子である周壁１３１とが導通し、導電体４２にパルスが流れる。これにより、導電体４２に化学反応が発生し溶融する。

また、第三蓄電素子１０１ｃと第四蓄電素子１０１ｄとの間の絶縁部材３０及び放電デバイス４０の構成も、第一蓄電素子１０１ａと第二蓄電素子１０１ｂとの間の絶縁部材３０及び放電デバイス４０の構成と同様である。なお、第三蓄電素子１０１ｃと第四蓄電素子１０１ｄとの間の放電デバイス４０は、電気回路５０によって、第四蓄電素子１０１ｄの周壁１３１と電気的に接続されている。

上述のような蓄電装置１００において、蓄電素子１０１に過度な電圧の上昇、昇温等の異常が発生した場合、蓄電装置１００が備える制御部６０が、電圧計、温度センサ等の検知結果から当該異常の発生を判定し、電気回路５０のスイッチ５１をＯＮ状態にする。なお、蓄電素子１０１の平常時、スイッチ５１はＯＦＦ状態とされている。また、制御部６０は、マイクロコンピュータを中心とする回路、又はマイクロコンピュータを有しない回路等によって構成されてもよい。制御部６０は、蓄電装置１００とは別の装置等に設けられてもよい。

スイッチ５１がＯＮ状態とされた結果、図６に示すように、第一蓄電素子１０１ａ及び第二蓄電素子１０１ｂについて、第一蓄電素子１０１ａの周壁１２１と第二蓄電素子１０１ｂの周壁１３１とが、放電デバイス４０を介して導通する、つまり短絡する。これにより、図６において矢印Ｃで示されるように、第一蓄電素子１０１ａの周壁１２１（正極端子）、第二蓄電素子１０１ｂの周壁１３１（負極端子）、第二蓄電素子１０１ｂの周壁１２１（正極端子）及び第一蓄電素子１０１ａの周壁１３１（負極端子）を順次流れる循環電流が形成される。よって、異常のある第一蓄電素子１０１ａ又は第二蓄電素子１０１ｂから放電され、第一蓄電素子１０１ａ及び第二蓄電素子１０１ｂにおいて、電位が平均化される。なお、図６は、放電デバイス４０の作動時の図４の蓄電ユニット１０２を示す側面図である。

第三蓄電素子１０１ｃ及び第四蓄電素子１０１ｄについても、第一蓄電素子１０１ａ及び第二蓄電素子１０１ｂの場合と同様である。具体的には、第三蓄電素子１０１ｃの周壁１２１と第四蓄電素子１０１ｄの周壁１３１とが、放電デバイス４０を介して導通する。これにより、第三蓄電素子１０１ｃの周壁１２１（正極端子）、第四蓄電素子１０１ｄの周壁１３１（負極端子）、第四蓄電素子１０１ｄの周壁１２１（正極端子）及び第三蓄電素子１０１ｃの周壁１３１（負極端子）を順次流れる循環電流が形成される。よって、異常のある第三蓄電素子１０１ｃ又は第四蓄電素子１０１ｄから放電され、第三蓄電素子１０１ｃ及び第四蓄電素子１０１ｄにおいて、電位が平均化される。

制御部６０は、放電デバイス４０による第一蓄電素子１０１ａの周壁１２１と第二蓄電素子１０１ｂの周壁１３１との間の導通である第一の導通と、第三蓄電素子１０１ｃの周壁１２１と第四蓄電素子１０１ｄの周壁１３１との間の導通である第二の導通とを、一緒に実施してもよく、個別に実施してもよい。例えば、制御部６０は、第一蓄電素子１０１ａ、第二蓄電素子１０１ｂ、第三蓄電素子１０１ｃ及び第四蓄電素子１０１ｄのいずれかで異常が発生したことを判定すると、第一の導通及び第二の導通を共に実施してもよい。又は、制御部６０は、第一蓄電素子１０１ａ又は第二蓄電素子１０１ｂで異常が発生したことを判定すると、第一の導通のみを実施し、第三蓄電素子１０１ｃ又は第四蓄電素子１０１ｄで異常が発生したことを判定すると、第二の導通のみを実施してもよい。

上述したように、本実施の形態に係る蓄電装置１００は、それぞれが第一端子部としての周壁１２１及び第一端子部とは異なる極性の第二端子部としての周壁１３１を有し且つ互いに直列に接続される第一蓄電素子１０１ａ及び第二蓄電素子１０１ｂと、第一蓄電素子１０１ａの周壁１２１と第二蓄電素子１０１ｂの周壁１３１との間に配置される放電デバイス４０とを備える。放電デバイス４０は、周壁１２１と周壁１３１とを互いに絶縁し、昇温することによって周壁１２１及び周壁１３１を導通する。

上述の構成において、放電デバイス４０は、蓄電素子１０１ａ及び／又は１０１ｂの過度な電圧上昇を抑制する場合に昇温され、それにより、第一蓄電素子１０１ａの周壁１２１と第二蓄電素子１０１ｂの周壁１３１とを導通する。周壁１２１及び１３１の間で直列に接続されることによって、蓄電素子１０１ａ及び１０１ｂは、短絡し、異常がある蓄電素子１０１ａ及び／又は１０１ｂが放電する。これにより、蓄電素子１０１ａ及び１０１ｂの電位が平均化し、過電圧による蓄電素子１０１ａ及び１０１ｂの破損等の発生が抑えられる。

実施の形態に係る蓄電装置１００において、放電デバイス４０は、昇温することによって溶融する導電体４２と、導電体４２を第一蓄電素子１０１ａの周壁１２１及び第二蓄電素子１０１ｂの周壁１３１の少なくとも一方から絶縁する第一絶縁体４１及び／又は第二絶縁体４３とを有する。そして、導電体４２は、溶融することによって、第一蓄電素子１０１ａの周壁１２１と第二蓄電素子１０１ｂの周壁１３１とを導通する。上述の構成において、第一絶縁体４１及び／又は第二絶縁体４３によって第一蓄電素子１０１ａの周壁１２１及び第二蓄電素子１０１ｂの周壁１３１の少なくとも一方から絶縁されている導電体４２は、昇温されて溶融し、当該周壁１２１及び当該周壁１３１を導通する。放電デバイス４０は、導電体４２と、第一絶縁体４１及び／又は第二絶縁体４３とによる簡易な構成で形成されることができる。

実施の形態に係る蓄電装置１００において、第一絶縁体４１及び第二絶縁体４３はそれぞれ、導電体４２と第一蓄電素子１０１ａの周壁１２１及び第二蓄電素子１０１ｂの周壁１３１の少なくとも一方とを結ぶ通路４１ａ及び４３ａを有する。上述の構成において、昇温により溶融した導電体４２は、第一絶縁体４１及び／又は第二絶縁体４３の通路４１ａ及び／又は４３ａを通ることによって、第一絶縁体４１及び／又は第二絶縁体４３を越えて周壁１２１及び／又は１３１に達する。よって、導電体４２の溶融時、導電体４２と、周壁１２１及び１３１の少なくとも一方との電気的な接続を容易に達成することができる。

実施の形態に係る蓄電装置１００において、導電体４２は、異種金属が積層されて形成される。例えば、異種金属は、ニッケル及びアルミニウムであってよい。上述の構成において、蓄電素子１０１ａ及び／又は１０１ｂの過度な電圧上昇を抑制する場合、導電体４２に電流を流すことによって、蓄電素子１０１ａ及び１０１ｂを短絡させることが可能である。具体的には、導電体４２に電流を流したとき、ニッケル及びアルミニウムは化学反応を起こし合金化する。この化学反応は、１５００℃程度の熱が発生する発熱反応であり、発生熱によりニッケル及びアルミニウムの合金が溶融する。

実施の形態に係る蓄電装置１００において、第一蓄電素子１０１ａ及び第二蓄電素子１０１ｂはそれぞれ、容器１０を備え、第一端子部及び第二端子部としての周壁１２１及び１３１は、容器１０を形成する。そして、第一蓄電素子１０１ａ及び第二蓄電素子１０１ｂは、互いに周壁１２１及び１３１を隣接させて配置される。上述の構成において、第一の蓄電素子１０１ａ及び第二の蓄電素子１０１ｂを隣接して配置するだけで互いに電気的に接続することが可能である。蓄電素子１０１ａ及び１０１ｂの接続構造の簡易化が可能である。

［その他の変形例］
以上、本開示の実施の形態に係る蓄電装置について説明したが、本開示は、上記実施の形態に限定されるものではない。つまり、今回開示された実施の形態は全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上述した説明ではなくて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及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

実施の形態に係る蓄電装置１００では、放電デバイス４０の導電体４２にナノフォイル（登録商標）が適用されていたが、これに限定されない。導電体４２は、低融点金属又は低融点合金であってもよい。上述の構成において、蓄電素子１０１に異常が発生し蓄電素子１０１が昇温する場合、導電体４２が溶融し、導電体４２の両隣の蓄電素子を短絡させることができる。これにより、異常の発生に起因する蓄電素子１０１の過度な電圧上昇が抑えられる。例えば、低融点金属を、鉛（融点３２７．５℃）以下の融点の金属とすることができ、低融点合金を、すず（融点２３０℃）以下の融点の合金とすることができる。

実施の形態に係る蓄電装置１００の放電デバイス４０では、導電体４２の両側に第一絶縁体４１及び第二絶縁体４３が設けられていたが、これに限定されない。導電体４２の片側に第一絶縁体４１又は第二絶縁体４３が設けられるだけでもよい。この場合、例えば、導電体４２は、第一蓄電素子１０１ａの周壁１２１及び第二蓄電素子１０１ｂの周壁１３１の一方と接触し、他方とは、第一絶縁体４１又は第二絶縁体４３によって電気的に絶縁される。よって、第一蓄電素子１０１ａの周壁１２１及び第二蓄電素子１０１ｂの周壁１３１が、放電デバイス４０によって電気的に絶縁される。

実施の形態に係る蓄電装置１００において、放電デバイス４０は、第一蓄電素子１０１ａの周壁１２１と第二蓄電素子１０１ｂの周壁１３１とを選択的に接続するスイッチであってもよい。上述の構成において、第一蓄電素子１０１ａの周壁１２１と第二蓄電素子１０１ｂの周壁１３１とを電気的に接続する回路が設けられ、この回路にスイッチが配置される。スイッチによる簡易な構成によって、蓄電素子１０１の短絡の制御が可能である。

実施の形態に係る蓄電装置１００の蓄電素子１０１では、容器１０は、第一容器部１１の両側に第二容器部１２及び第三容器部１３を備えていたが、これに限定されない。容器１０は、第一容器部１１の片側にのみ第二容器部１２又は第三容器部１３を備えてもよい。この場合、第一容器部１１が電極体２０と電気的に接続され、電極端子を構成してもよい。

実施の形態に係る蓄電装置１００の蓄電素子１０１では、容器１０の第二容器部１２及び第三容器部１３はそれぞれ、全体が導電性を有する材料で構成されていたが、これに限定されず、一部が導電性を有さない材料で構成されてもよい。

実施の形態に係る蓄電装置１００の蓄電素子１０１は、容器１０の一部である第二容器部１２及び第三容器部１３を電極端子として備えていたが、これに限定されない。蓄電素子は、その電極端子と他の蓄電素子の電極端子とを接触させることによって、当該他の蓄電素子と電気的に接続されるように構成されるだけでよい。

実施の形態に係る蓄電装置１００の蓄電素子１０１では、電極体２０は、帯状の正極活物質層非形成部２１及び負極活物質層非形成部２２を備える構成であったが、これに限定されない。電極体は、正極板及び負極板それぞれの縁から突出する突出片である正極タブ及び負極タブを有し、正極タブの束及び負極タブの束がそれぞれ、正極活物質層非形成部及び負極活物質層非形成部を構成し、容器１０の周壁等と接続されてもよい。

実施の形態に係る蓄電装置１００の蓄電素子１０１では、電極体２０の正極活物質層非形成部２１及び負極活物質層非形成部２２は、容器１０に直接接続されていたが、これに限定されない。正極活物質層非形成部２１及び負極活物質層非形成部２２と、容器１０との電気的な接続は、いかなる方法で実現されてもよく、例えば、正極活物質層非形成部２１及び負極活物質層非形成部２２は、導電部材を介して容器１０に接続されてもよい。

実施の形態に係る蓄電装置１００の蓄電素子１０１では、電極体２０は、積層型電極体であったが、これに限定されない。例えば、電極体は、シート状の正極板、シート状の負極板及びシート状のセパレータが巻回軸を中心に多重に巻回されることによって形成される巻回型の電極体であってもよい。又は、電極体は、重ねられた一組又は二組以上の正極板、負極板及びセパレータを複数回ジクサグに折り曲げて形成されるＺ型の電極体であってもよい。
実施の形態に係る蓄電装置１００の蓄電素子１０１は、容器１０内に１つの電極体２０を備えていたが、２つ以上の電極体を備えてもよい。

また、実施の形態及び変形例に含まれる構成要素を任意に組み合わせて構築される形態も、本開示の範囲内に含まれる。

本開示は、リチウムイオン二次電池などの蓄電素子を含む蓄電装置等に適用できる。

１０ 容器
４０ 放電デバイス
４１ 第一絶縁体
４１ａ，４３ａ 通路
４２ 導電体
４３ 第二絶縁体
１００ 蓄電装置
１０１ 蓄電素子
１０１ａ 第一蓄電素子
１０１ｂ 第二蓄電素子
１２１ 周壁（第一端子部）
１３１ 周壁（第二端子部）

Claims (8)

1. それぞれが第一端子部及び前記第一端子部とは異なる極性の第二端子部を有し且つ互いに直列に接続される第一の蓄電素子及び第二の蓄電素子と、
   前記第一の蓄電素子の前記第一端子部と前記第二の蓄電素子の前記第二端子部との間に配置される放電デバイスとを備え、
   前記放電デバイスは、前記第一端子部と前記第二端子部とを互いに絶縁し、昇温することによって前記第一端子部及び前記第二端子部を導通する
   蓄電装置。
2. 前記放電デバイスは、昇温することによって溶融する導電体と、前記導電体を前記第一端子部及び前記第二端子部の少なくとも一方から絶縁する絶縁体とを有し、
   前記導電体は、溶融することによって、前記第一端子部と前記第二端子部とを導通する
   請求項１に記載の蓄電装置。
3. 前記絶縁体は、前記導電体と前記第一端子部及び前記第二端子部の少なくとも一方とを結ぶ通路を有する
   請求項２に記載の蓄電装置。
4. 前記導電体は、異種金属が積層されて形成される
   請求項２または３に記載の蓄電装置。
5. 前記異種金属は、ニッケル及びアルミニウムである
   請求項４に記載の蓄電装置。
6. 前記導電体は、低融点金属又は低融点合金である
   請求項２または３に記載の蓄電装置。
7. 前記放電デバイスは、前記第一端子部と前記第二端子部とを選択的に接続するスイッチである
   請求項１に記載の蓄電装置。
8. 前記第一の蓄電素子及び前記第二の蓄電素子はそれぞれ、容器を備え、
   前記第一端子部及び前記第二端子部は、前記容器を形成し、
   前記第一の蓄電素子及び前記第二の蓄電素子は、互いに前記第一端子部及び前記第二端子部を隣接させて配置される
   請求項１〜７のいずれか一項に記載の蓄電装置。

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