JP3570788B2

JP3570788B2 - 圧力遮断センサ

Info

Publication number: JP3570788B2
Application number: JP19488695A
Authority: JP
Inventors: 忠満畦間
Original assignee: Alps Electric Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 1995-07-31
Filing date: 1995-07-31
Publication date: 2004-09-29
Anticipated expiration: 2015-07-31
Also published as: JPH0945190A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、二次電池のごとき再充電により再生可能な蓄電池などの安全性を確保するために用いられる圧力遮断センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の蓄電池に充電が完了しても更に充電を行ったり、規定された電流よりも大きな電流で充電を行う、あるいは過放電を行うと、蓄電池に異常が生じて蓄電池内に気体が発生し、蓄電池内の圧力や温度が上昇し、蓄電池の膨張、更には亀裂による電解液の滲み出しにより、蓄電池が組み込まれた機器に悪影響を与えることがある。また、これまでに至らなくとも、このような状態のままで蓄電池の使用を継続すると、前述した蓄電池の膨張が進行し、亀裂や破裂が生じる可能性があり、異常が生じた蓄電池は速やかに使用を止める必要がある。
そこで、従来より、この種の蓄電池には安全対策が施されており、蓄電池内の圧力の上昇により開き、蓄電池内の気体を排気する安全弁を蓄電池に設けるタイプや、その温度上昇を検知して蓄電池が接続する電気回路に電流を流さなくする手段を蓄電池外に設けたタイプなどがある。
【０００３】
例えば、実開平４−２４２６２号公報の技術を図４に示してある。
図４（ａ），（ｂ）は従来の圧力遮断センサの概略を示し、（ａ）は破断前の状態、（ｂ）は破断後の状態を示す説明図である。
【０００４】
図４に示すように、従来の圧力遮断センサは、電池内圧の上昇に伴って変形する金属性の安全弁４３と、この安全弁４３に設けた中央突起部４３ａに接続されたリード４５と、安全弁４３の変形に伴って安全弁４３から剥離又は破断を行うリードストリッパ板４６と、安全弁４３とリードストリッパ板４６を絶縁する絶縁板４７を具備している。安全弁４３は外缶４１に絶縁性のガスケット４２を介して、正極端子を兼ねる電池蓋４４とともにかしめられて閉塞して固定される。絶縁板４７は一体化して設けられた額部４７ｃを有し、その額部４７ｃによって絶縁板４７は安全弁４３の下に取り付けられる。リードストリッパ板４６は、その額部４７ｃに設けられた溝に嵌め込むことによって絶縁板４７の真ぐ下に隣接して取り付けられる。
中央突起部４３ａは絶縁板４７とリードストリッパ板４６に連通した穴４７ａ及び４６ａに挿通され、その先端部にリード４５が接続される。リードストリッパ板４６とそれを固定する額部４７ｃの間には、部分的に額部４７ｃがえぐられて隙間４７ｄが設けられている。この隙間４７ｄと連通するように絶縁板４７に穴４７ｂが設けられている。
【０００５】
このような従来の圧力遮断センサは、発電要素の異常な化学変化により、発電部の圧力が上昇すると、気体は、主に図４（ｂ）内の矢印で示すように、隙間４７ｄ及び穴４７ｂを通って流れ、圧力が安全弁４３に伝えられ安全弁４３は図４（ｂ）に示すように持ち上げられるとともに、リードストリッパ板４６によって剥離又は破断される。そして、さらに圧力が増してそれが所定の圧力に達すると、安全弁４３の肉薄部４３ｂが破れ、気体が電池蓋４４の穴４４ａを通して外に開放される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来の装置では、蓄電池に安全弁を設けるために蓄電池内に施す配管などを考慮せねばならず、蓄電池を小型に設計する上での制約となったり、また、前記蓄電池内の温度の上昇を検知するタイプでは、時間の経過にしたがって温度が低下した場合、再び電気回路に電流が流れて蓄電池が再使用される可能性があった。
第１に、安全弁４３の変形に伴ってリードストリッパ板４６を安全弁４３から剥離又は破断を行い、かつ安全弁４３の中央突起部４３ａに接続されたリード４５を破断して電流を遮断している。しかしながら、安全弁４３の表面積が大きなも能登なって小型化の障害となっていた。
第２に、安全弁４３の中央突起部４３ａとリード４５はスポット溶接で接続されているので、その剥離強度にバラツキがあり、設定された圧力で装置が動作しない虞れがあった。
第３に、ゆっくりと剥離されたり、剥離するときに圧力の微動があると、接触抵抗が増大してスパークが発生し、安全上問題となる場合があった。
【０００７】
本発明の第１の目的は、電流を遮断するときの圧力を安定させることができ、また、電池内の電解液等から隔離された密閉領域で遮断が行われて、スパークの発生もほとんどなくなって安全性を高めることができ、部品点数を削減してかつ組立性が良くて小型化でき、また、破断部材との接続部がなくて装置の信頼性を高くすることができ、さらに、圧力遮断センサをユニット化して、蓄電池の組立性を向上することが可能となる圧力遮断センサを提供することにある。
【０００８】
本発明の第２の目的は、さらに部品点数を削減してかつ組立性が良く、また、装置の信頼性を一層高くすることができる圧力遮断センサを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記第１の目的は、内部に空間を有する気密のケースと、該ケースにはケースと共に前記内部空間を気密に保持すると共に、外部の圧力に応じて内方に撓む可動部材と、前記内部空間内に設けられた第１の接点部と、該第１の接点部と係脱自在に設けられた第２の接点部と、前記第１の接点部と前記第２の接点部のどちらか一方はスライド移動自在に前記ケースに設けられていて、前記スライド移動自在の接点部をスライド移動させて前記他方の接点部から離反する方向へ引張るコイル部を有する付勢部材とを備え、前記第１の接点部と前記第２の接点部を前記付勢部材により圧接させながら係合させておき、外部圧力によって前記可動部材を内方に撓ませると、前記可動部材により前記第１の接点部もしくは前記第２の接点部を押し下げて前記第２の接点部もしくは前記第１の接点部との係合を解除すると共に、前記コイル部により前記スライド移動自在の接点部をスライド移動させて前記他方の接点部から離反させるようにした第１の手段により達成される。
【００１０】
前記第１の目的は、第１の手段おいて、前記第１の接点部と前記第２の接点部とを直交させて係合させた第２の手段により達成される。
【００１１】
前記第２の目的は、第１の手段において、前記第１の接点部もしくは前記第２の接点部と前記付勢部材とを一体に形成した第３の手段により達成される。
【００１２】
前記第２の目的は、第３の手段において、前記第１の接点部もしくは前記第２の接点部と、前記付勢部材と、前記ケースから外部に導出する導出端子とを一体に形成した第４の手段により達成される。
前記第１の目的は、第１の手段において、前記第１の接点部と前記第２の接点部の係合位置から離れた位置にストッパを設け、前記係合を解除されてスライド動作する前記第１の接点部もしくは前記第２の接点部は、前記ストッパに当接するまで前記コイル部の引張力でスライドさせて前記第１の接点部と前記第２の接点部を離反させる第５の手段により達成される。
【００１３】
【作用】
前記第１，２，５の手段にあっては、外部圧力(例えば蓄電池の内圧）の上昇に応じて第１の接点部と第２の接点部との接触を確実にかつ一瞬に解除できるので、電流を遮断するときの圧力を安定させることができ、また、スパークの発生もほとんどなくなって安全性を高めることができる。さらに、従来のリードストリッパ板のような破断部材が必要なく、部品点数を削減してかつ組立性が良くて小型化でき、また、破断部材との接続部がないので、装置の信頼性を高くすることができる。さらに、圧力遮断センサをユニット化しているので、蓄電池の組立性が向上する。
【００１４】
前記第３，４の手段にあっては、さらに部品点数を削減してかつ組立性が良く、また、接点部と端子との接続部もないので、装置の信頼性を一層高くすることができる。
【００１５】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
図１（ａ），（ｂ），（ｃ）は本発明の実施例に係る圧力遮断センサの縦断面図、平面図、およびＡ−Ａ線断面図、図２は図１（ａ）に対応し、導電路が遮断された状態の断面図、図３は本発明の実施例に係る圧力遮断センサをリチウムイオン２次電池に使用した状態の概略を示す説明図である。
【００１６】
これらの図において、１は圧力遮断センサで、圧力遮断センサ１は、下ケース２と上ケース３とをパッキン４を介して組立て、内部に気密な空間が構成されている。
下ケース２は例えばＰＰＳ樹脂製で、図１（ａ）〜（ｃ）に示すように、全体的に棒状でありかつ断面が略Ｕ字状でかつ上面が平面状に形成されており、上面が開放され、後述する接点部が収納された接点収納凹部２ａと、この接点収納凹部２ａから隔壁２ｂを介して形成されたコイル部収納凹部２ｃと、両端に形成された、端子の接着剤を施す凹部２ｄ，２ｅと、凹部２ｄと接点収納凹部２ａとの間に形成された隔壁２ｆと、凹部２ｅとコイル部収納凹部２ｃとの間に形成された隔壁２ｇと、凹部２ｄ，２ｅの底面にそれぞれ穿設された端子挿通用孔２ｈ，２ｈと、平面状の側面２ｉ，２ｉとから構成されている。この端子挿通用孔２ｈ，２ｈには、後述する端子が挿入されて接着剤５を充填されて密封固定されている。
【００１７】
６は第１の接点部材で、第１の接点部材６はＳＵＳの板材からなり、接点収納凹部２ａに配設された第１の接点部６ａと、凹部２ｄの端子挿通用孔２ｈから外部に導出される端子部６ｂと、第１の接点部６ａと端子部６ｂとの接続部で隔壁２ｆと後述するパッキン４の挟持突起部とに挟持された保持部６ｃとから構成されている。
第１の接点部６ａと保持部６ｃは長尺板状で、第１の接点部６ａの基部付近で接点収納凹部２ａの底面に接触するように屈曲され、さらに第１の接点部６ａの先端部は斜め上方に延設されて先端部付近で図１（ａ）に示すように接点収納凹部２ａの底面とほぼ平行に屈曲されている。第１の接点部６ａと保持部６ｃとに比べて端子部６ｂの幅は細く、例えば、厚み程度とされている。また、第１の接点部６ａの先端部には長孔状の係合孔６ｄが穿設され、この係合孔６ｄに第２の接点部材７の第２の接点部６ｂが係合されている。
この第２の接点部材７はＳＵＳの線材を屈曲して形成されており、一端部で下方に直角に屈曲されかつさらに直角に屈曲形成され、第１の接点部６ａの係合孔６ｄに係脱される第２の接点部７ａと、第２の接点部７ａから連続し隔壁２ｂと後述する保護板との隙間にスライド自在に配設されたスライド部７ｂと、スライド部７ｂに一端を連続されコイル部収納凹部２ｃに収納されたコイル部７ｃと、コイル部７ｃの他端から延設され隔壁２ｇを越えて下方に屈曲され凹部２ｅの端子挿通用孔２ｈに挿入されて外部に導出された導出端子部７ｄとから構成されている。このように第１の接点部６ａと第２の接点部７ａとを直交させて係合させてある。
【００１８】
上ケース３はＳＵＳなどの材料からなり、図１（ａ）ないし（ｃ）に示すように、長尺状の上面板部３ａと、上面板部３ａの各側辺部から下方に屈曲形成された側板部３ｂ，３ｂ…と、側板部３ｂ，３ｂから更に下方に断面円弧状に屈曲形成された固定片部３ｃ，３ｃ…とにからなっている。
この上面板部３ａで接点収納凹部２ａに対向した位置には、開口部３ｄが穿設され、また、各側板部３ｂの固定片部３ｃ，３ｃ…の下端は下ケース２の下面側にまわされるようにしてかしめられて下ケース２と上ケース３が一体化されている。
【００１９】
また、上述したように、下ケース２と上ケース３との間には、パッキン４が介在されて、パッキン４を圧縮させしながら下ケース２の各接点収納凹部２ａ、コイル部収納凹部２ｃ、及び凹部２ｄ，２ｅを上方から覆うようにしての被せられており、各接点収納凹部２ａ、コイル部収納凹部２ｃ、及び凹部２ｄ，２ｅは外部と遮断された気密な空間とされている。
このパッキン４はブチルゴム材料等の弾性材からなり絶縁性を有し、下ケース２の上面を覆う上面部４ａと、上面部４ａの各側辺部から下方に延設された側板部４ｂ，４ｂ…と、下ケース２の各接点収納凹部２ａの第１の接点部６ａに対応した位置でかつ上ケース３の開口部３ｄに対向する位置に肉厚に形成された接点押下部４ｃと、第１の接点部材６の保持部６ｃを下ケース３の隔壁２ｆとともに挟持固定する挟持突起部４ｄと、上面部４ａの裏面に配設されてコイル部収納凹部２ｃ及び隔壁２ｂを覆い隔壁２ｂ上に第２の接点部材７のスライド用の隙間を確保するようにした保護板４ｅとからなっている。
また、パッキン４の上面部４ａは接点押下部４ｃ及び挟持突起部４ｄに比べて薄肉に形成されて外部圧力の変化により接点押下部４ｃが可動しやすいようになっている。この際、上面部４ａ全面に外部圧力が掛っても保護板４ｅで上面部４ａの一部を受け、第２の接点部材７のスライドの障害とならないようになっている。
パッキン４は下ケース２の上面周縁と上ケース３とで圧縮して挾み込まれるだけでなく、パッキン４の各側板部４ｂ，４ｂは、図１（ａ），（ｂ）に示すように、下ケース２の各側面２ｉと上ケース３の各側板部３ｂとで圧縮して挾み込まれている。そして、下ケース２の側面２ｉの上縁部分で特に強く圧縮されている。したがって、パッキン４の周縁部は、パッキン４自体の弾性によって下ケース２及び上ケース３に密着され、これによって下ケース２とパッキン４と上ケース３で囲まれた内部を確実に密閉できる。
【００２０】
なお、上述した説明では、第２の接点部７ａとコイル部７ｃを１本の線材から一体形成し、さらに第１の接点部及び前記第２の接点部と各端子部も一体に形成してあるが、本発明はこれに限られるものでなく、別体のものを半田等で接続してもよい。
【００２１】
このような圧力遮断センサ１は、リチウムイオン２次電池やニッケル水素２次電池など蓄電池９の内部に組み込まれて使用される。
図３はリチウムイオン２次電池を例にして蓄電池９の概略を示したもので、２３は上端部が開口されている有底の内部中空の円筒体であり外部負極となる。また、２５ａは導電性を有する外部正極部で一般的にはステンレスで形成されている。２５ｂは電池内部での正極となる正極蓋であり、アルミニウムで形成されていて、前記外部正極部２５ａと導通されている。円筒体２３と正極蓋２５ｂとの間には全周にわたってガスケット２４が設けられており、円筒体２３の頂部に設けたカシメ部２３ｂを全周にわたってカシメつけることによって、正極蓋２５ｂの円筒体２３への保持、円筒体２３と正極蓋２５ｂの絶縁性を確保、蓄電池内の密閉性の確保、さらには、ステンレス製である外部正極部２５ａと後述する電解液２９との遮蔽を行っている。
【００２２】
そしてこの円筒体２３の内部には内部電極として酸化リチウムコバルトからなる正極２６、カーボンからなる負極２７、正極と負極のショートを防止するセパレータ２８、圧力遮断センサ（圧力保護装置）１が組み込まれており、圧力遮断センサ１は配線部材２１ａにより正極蓋２５ａと接続されており、また配線部材２１ｂにより正極２６と接続している。また、負極２７はセパレータ２８を挟んで正極２６と対向するように設けられているとともに、円筒体２３と接続している。さらに、この円筒体２３の内部は電解液２９で満たされている。
【００２３】
次に、前記実施例を前記リチウムイオン２次電池に使用したときの動作について説明する。
充電中、圧力遮断センサ１において電流は、正極蓋２５ｂから順次、配線部材２１ａ、第１の接点部材６、第２の接点部材７、配線部材２１ｂと流れ、正極２６に導出される。すなわち電流は、図１（ａ）に示すように、第１の接点部材６の第１の接点部６ａと第２の接点部材７の第２の接点部７ａとが係合していることにより、第１の接点部材６と第２の接点部材７との間で電流が流れる。
このとき充電が完了しても電流を流し続けて更に過充電が行われたり、規定された電流よりも大きな電流で充電が行われる、あるいは過放電が行われると、蓄電池に異常が生じて蓄電池内の圧力や温度が上昇する。
蓄電池内の圧力が上昇すると、外部圧力として圧力遮断センサ１に伝える。すると、図２に示すように、この外部圧力がパッキン４の接点押下部４ｃをその内方（図１（ａ）の下方）へ撓ませて変形させ、パッキン４の接点押下部４ｃの内面が第１の接点部材６の第１の接点部６ａを図１（ａ）の下方に押す。更に蓄電池内の圧力が上昇し、その圧力が一定の圧力に達したとき、つまり、さらに第１の接点部材６の第１の接点部６ａが押し下げられると、第１の接点部材６の係合孔６ｄに係合されていた第２の接点部７ａが外れて、第２の接点部７ａはそのコイル部７ｃの引張力によって図１（ａ）の右方向（離反する方向）へスライドさせられ、図２に示すように第２の接点部７ａは隔壁２ｂに当接するまで移動する。
このように、第２の接点部７ａが外れるときはコイル部７ｃの引張力によって一瞬にして両者は離反させられ、かつ第２の接点部７ａが一旦外れると、外部圧力が弱まって接点押下部４ｃが図２の上方に移動して第１の接点部６ａが自らの弾性力により図１（ａ）に示す位置に戻っても、第２の接点部７ａは図２の位置のままであり、再び第１の接点部６ａと第２の接点部７ａが導通状態とならない。
【００２４】
この動作により、第１の接点部６ａと第２の接点部７ａとの間の導通が断たれることによって、圧力遮断センサ１は正極蓋２５ｂと正極２６間に流れる電流を遮断し、これ以上の充電を止めさせるとともに、このリチウムイオン２次電池が蓄電池として機能できない状態にする。
【００２５】
このように構成された前記実施例にあっては、内部に空間を有する気密のケース２，３と、該ケース２，３にはケース２，３と共に内部空間を気密に保持すると共に、外部の圧力に応じて内方に撓むパッキン４と、内部空間内に設けられた第１の接点部６ａと、該第１の接点部６ａと係脱自在に設けられた第２の接点部７ａと、第１の接点部６ａと第２の接点部７ａの少なくとも一方の接点部を離反する方向へ引張るコイル部７ｃとを備え、第１の接点部６ａと第２の接点部７ａをコイル部７ｃにより圧接させながら係合させておき、外部圧力によって接点押下部４ｃを内方に撓ませると、接点押下部４ｃにより第１の接点部６ａを押し下げて第２の接点部７ａとの係合を解除すると共に、コイル部７ｃにより第１の接点部６ａと第２の接点部７ａとを離反させるようにし、あるいは更に第１の接点部６ａと第２の接点部７ａとを直交させて係合させたため、外部圧力（例えば蓄電池の内圧）の上昇に応じて第１の接点部６ａと第２の接点部７ａとの接触を確実にかつ一瞬に解除できるので、電流を遮断するときの圧力を安定させることができ、また、スパークの発生もほとんどなくなって安全性を高めることができ、さらに、従来のリードストリッパ板のような破断部材が必要なく、部品点数を削減してかつ組立性が良くて小型化でき、また、破断部材との接続部がないので、装置の信頼性を高くすることができる。また、遮断機構が密閉領域内で達成され、従来のように電解液と触れているところでの遮断でないため、ガス、電解液と直接触れないので、信頼性も高くなっている。さらに、圧力遮断センサ１をユニット化しているので、蓄電池の組立性が向上する。なお、一度異常が生じた蓄電池は再度使用することができなく安全である。
【００２６】
また、前記実施例にあっては、第２の接点部７ａ（もしくは第１の接点部６ａ）とコイル部７ｃとを一体に形成し、あるいは更にケース２から外部に導出する端子部６ｂ，７ｄも第１の接点部６ａと第２の接点部７ａにそれぞれ一体に形成したため、さらに部品点数を削減してかつ組立性が良く、また、接点部と端子との接続部もないので、装置の信頼性を一層高くすることができる。
【００２７】
【発明の効果】
請求項１，２記載の発明によれば、コイル部によりスライド移動自在の接点部をスライド移動させて他方の接点部から離反させるようにしたので、接点部の係合を解除する構成を薄型化でき、装置全体の薄型化ができ、また、外部圧力(例えば蓄電池の内圧）の上昇に応じて第１の接点部と第２の接点部との接触を確実にかつ一瞬に解除できるので、電流を遮断するときの圧力を安定させることができ、また、スパークの発生もほとんどなくなって遮断も電池内部から隔離された密閉領域で行われるため、安全性を高めることができ、さらに、従来のリードストリッパ板のような破断部材が必要なく、部品点数を削減してかつ組立性が良くて小型化でき、また、破断部材との接続部がないので、装置の信頼性を高くすることができる。さらに、圧力遮断センサをユニット化しているので、蓄電池の組立性が向上する。さらにまた、一度異常が生じた蓄電池は再度使用することができなく安全である。
【００２８】
請求項３，４記載の発明によれば、さらに部品点数を削減してかつ組立性が良く、また、接点部と端子との接続部もないので、装置の信頼性を一層高くすることができる。
請求項５記載の発明によれば、係合が解除されてスライド移動された第１の接点部もしくは第２の接点部を離反した位置に確実に維持でき、再び第１の接点部と第２の接点部同士が導通状態になるのを確実に防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ），（ｂ），（ｃ）は本発明の実施例に係る圧力遮断センサの縦断面図、上ケース及びパッキンを透過して示す平面図、およびＡ−Ａ線断面図である。
【図２】図１（ａ）に対応し、導電路が遮断された状態の断面図である。
【図３】本発明の実施例に係る圧力遮断センサをリチウムイオン２次電池に使用した状態の概略を示す説明図である。
【図４】（ａ），（ｂ）は従来の圧力遮断センサの概略を示す説明図である。
【符号の説明】
１圧力遮断センサ
２下ケース
３上ケース
４パッキン
４ｃ接点押下部
６ａ第１の接点部
６ｂ，７ｄ端子部
７ａ第２の接点部
７ｃコイル部

Claims

内部に空間を有する気密のケースと、
該ケースにはケースと共に前記内部空間を気密に保持すると共に、外部の圧力に応じて内方に撓む可動部材と、
前記内部空間内に設けられた第１の接点部と、
該第１の接点部と係脱自在に設けられた第２の接点部と、
前記第１の接点部と前記第２の接点部のどちらか一方はスライド移動自在に前記ケースに設けられていて、前記スライド移動自在の接点部をスライド移動させて前記他方の接点部から離反する方向へ引張るコイル部を有する付勢部材とを備え、
前記第１の接点部と前記第２の接点部を前記付勢部材により圧接させながら係合させておき、外部圧力によって前記可動部材を内方に撓ませると、前記可動部材により前記第１の接点部もしくは前記第２の接点部を押し下げて前記第２の接点部もしくは前記第１の接点部との係合を解除すると共に、前記コイル部により前記スライド移動自在の接点部をスライド移動させて前記他方の接点部から離反させるようにしたことを特徴とする圧力遮断センサ。
請求項１記載おいて、前記第１の接点部と前記第２の接点部とを直交させて係合させたことを特徴とする圧力遮断センサ。
請求項１記載において、前記第１の接点部もしくは前記第２の接点部と前記付勢部材とを一体に形成したことを特徴とする圧力遮断センサ。
請求項３記載において、前記第１の接点部もしくは前記第２の接点部と、前記付勢部材と、前記ケースから外部に導出する導出端子とを一体に形成したことを特徴とする圧力遮断センサ。
請求項１記載において、前記第１の接点部と前記第２の接点部の係合位置から離れた位置にストッパを設け、
前記係合を解除されてスライド動作する前記第１の接点部もしくは前記第２の接点部は、前記ストッパに当接するまで前記コイル部の引張力でスライドさせて前記第１の接点部と前記第２の接点部を離反させることを特徴とする圧力遮断センサ。