JP5765062B2 - 電池、電源装置、電池駆動システム及び電池の膨張を検知する方法 - Google Patents

Description

本発明は、例えばリチウムイオン電池のような二次電池その他の電池及びそれを用いた電源装置、電池駆動システム、電池の膨張を検知する方法に関する。

従来、二次電池は、一次電池の置きかえ用途はもとより、携帯電話、ＩＴ機器などの電子機器の電源として広く普及している。とりわけ、リチウムイオン電池に代表される非水電解質二次電池は、高エネルギー密度であることから、電気自動車などの産業用大型電気機器に応用しようとする動きも強まっている。

一方で、二次電池は、過充放電や高温環境下の使用に起因して、電池内部の電解質の分解や電極の膨張等が生じやすいという問題を有しており、かかる問題に対応するための各種技術が提案されている。

例えば、図１４に示す電源装置９０は、主面９１ａに、押しボタンスイッチ９３ａを有する検知回路９３が個別に設けられた複数のリチウムイオン単電池９１を、ケース９２内に収納した構成を有する（例えば特許文献１の図１等を参照）。

従来の電源装置９０の動作は以下のようなものである。ケース９２内において、リチウムイオン単電池９１同士はあらかじめ所定間隔を開けて配置されているため、リチウムイオン単電池９１が膨張した場合、主面９１ａの膨張に伴い押しボタンスイッチ９３が隣接する単電池９１の主面９１ａに接触して押圧される。これにより検知回路９３が動作し、単電池９１の膨張を検知する。

又、図１５に示す電源装置１００は、図示しない電極及びセパレータ等の発電要素を封入フィルム１０４の内部に封止するとともに正極端子１０２及び負極端子１０３がそれぞれ接続された発電要素１０１と、封止フィルム１０４の外縁部分と電源装置１００の容器の外壁に相当する周辺基板１０７との間に位置する検知用電極１０５及び１０６からなる検知回路１０８とを備えている（例えば特許文献２の図１、図９等を参照）。

電源装置１００において、封入フィルム１０４は通常は外形が平板の形状を保持したまま、その主面が周辺基板１０７に密接している。又、検知用電極１０５は封入フィルム１０４に接着されており、検知用電極１０６は周辺基板１０７と接着されており、通常時においては封入フィルム１０４と周辺基板１０７とに挟まれた状態で両電極は互いに重なり合って密着している。

発電要素１０１が膨張した場合は、図１６に示すように、封入フィルム１０４の縁部が周辺基板１０７の主面１０７ａから持ち上がるように変形する。このとき、封入フィルム１０４の縁部に位置する検知用電極１０５と１０６とは剥離するために検知回路１０８に断線が生じる。この断線を電気的に検知することで発電要素１０１の膨張を検知するようにしている。

国際公開第０２／０９９９２２号 特開２００８−２５１４３７号公報

しかしながら、上記従来の技術においては、以下のような問題があった。

図１４に示す電源装置９０においては、検知回路９３は隣接する単電池９１の間に１つしか設けられていないため、押しボタンスイッチ９３ａが押圧される原因が、当該押圧された押しボタンスイッチ９３ａを含む検知回路９３を有する単電池９１の膨張によるものなのか、これと隣接する単電池９１の膨張によるものかを直ちに特定することはできない。さらに、膨張した単電池９１に圧接されて検知回路９３が破損する恐れもある。

一方、図１５に示す電源装置１００は、検知回路１０８を発電要素１０１と周辺基板１０７との間、すなわち電池筐体の内部に作り込んでしまっているため、検知回路１０８を含めた電池全体の構成及び製造工程が複雑になってしまう。更には、電池完成後に検知回路１０８に不具合が見いだされた場合は、電池自体を作り直さなければならない。

このように、従来の技術においては、電池の膨張の的確な検知を担保することの困難や、膨張を検知するための構成が複雑である、という課題があった。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、簡易な構成で電池の膨張を的確に検知することが可能な電池及びそれを用いた電源装置、電池駆動システム、電池の膨張を検知する方法を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明の第１の側面は、発電要素と、
前記発電要素を収納する導電性の電池容器と、
前記電池容器の表面の所定位置に固定された、前記電池容器と絶縁し且つ前記発電要素と電気的に接続する正極の電極部及び負極の電極部と、
前記電池容器の表面と前記正極の電極部又は前記負極の電極部と当接する導電性部材とを備えた電池である。

又、本発明の第２の側面は、前記電池容器は開口を有する容器本体及び前記開口を封止する蓋部を有し、
前記電極部は前記蓋部の表面に、絶縁部材を介して固定されており、
前記絶縁部材は前記導電性部材の周囲に形成されている、本発明の第１の側面の電池である。

又、本発明の第３の側面は、前記正極の電極部及び負極の電極部は、
前記蓋部に固定された固定部材と、前記固定部材に接続された板状の端子部材とをそれぞれ有し、
前記導電性部材は、
前記端子部材の主面と前記蓋部の表面との間に位置するとともに、前記蓋部の重心に対して前記固定部材の固定位置より遠い位置にて前記端子部材と当接している、本発明の第２の側面の電池である。

又、本発明の第４の側面は、前記固定部材は、前記端子部材の重心に対して前記蓋部の重心寄りの位置にて前記端子部材と接続されている、本発明の第３の側面の電池である。

又、本発明の第５の側面は、前記導電性部材を複数有する、本発明の第１から第４のいずれかの側面の電池である。

又、本発明の第６の側面は、前記導電性部材を複数有し、前記複数の前記導電性部材は、前記固定部材の固定位置から前記蓋部の縁に向かうように配列されている、本発明の第３又は第４の側面の電池である。

又、本発明の第７の側面は、前記複数の前記導電性部材は、長方形、長円形又は楕円形の平面形状を有し、
前記長方形の長辺又は前記長円形若しくは前記楕円形の長軸の向きは、前記固定部材の固定位置から前記蓋部の縁に向かう方向に沿っている、本発明の第６の側面の電池である。

又、本発明の第８の側面は、前記導電性部材は弾性材料により形成されている、本発明の第１の側面の電池である。

又、本発明の第９の側面は、前記導電性部材は前記正極の電極部と当接している、本発明の第１の側面の電池である。

又、本発明の第１０の側面は、本発明の第１から第９の側面の電池と、前記電池の前記正極の電極部又は前記負極の電極部のうち、前記導電性部材と当接しているいずれか一方と前記電池の前記電池容器との間の電位若しくは電位の変化、又は抵抗値若しくは抵抗値の変化を検知する検知部とを備えた、電源装置である。

又、本発明の第１１の側面は、本発明の第１から第９の側面の電池と、
前記電池と脱着可能であって前記電池から電力の供給を受けて動作する駆動装置とを備えた電池駆動システムであって、
前記駆動装置は、
前記電池の前記正極の電極部又は前記負極の電極部のうち、前記導電性部材と当接しているいずれか一方と前記電池の前記電池容器との間の電位若しくは電位の変化、又は抵抗値若しくは抵抗値の変化を検知する検知部を有する、電池駆動システムである。

又、本発明の第１２の側面は、本発明の第１から第９の側面の電池の膨張を検知する方法であって、
前記電池の前記正極の電極部又は前記負極の電極部のうち、前記導電性部材と当接しているいずれか一方と前記電池の前記電池容器との間の電位若しくは電位の変化、又は抵抗値若しくは抵抗値の変化を検知する工程を備え、
前記検知の工程による検知結果に基づき、前記電池の膨張を検知する方法である。

以上のような本発明によれば、簡易な構成で電池の膨張を的確に検知することが可能となる効果を有する。

本発明の実施の形態１に係る非水電解質二次電池の構成を示す分解斜視図 （ａ）本発明の実施の形態１に係る非水電解質二次電池の全体の構成を示す斜視図（ｂ）本発明の実施の形態１に係る非水電解質二次電池の構成を示す要部平面図 本発明の実施の形態１に係る非水電解質二次電池の構成を示す要部断面図 （ａ）本発明の実施の形態１に係る非水電解質二次電池の動作を説明するためのブロック図（ｂ）本発明の実施の形態２に係る非水電解質二次電池の動作を説明するためのブロック図 （ａ）本発明の各実施の形態に係る非水電解質二次電池の使用状態を説明するための図（ｂ）本発明の各実施の形態に係る非水電解質二次電池の使用状態を説明するための図 （ａ）本発明の各実施の形態に係る非水電解質二次電池の使用状態を説明するための正面図（ｂ）本発明の各実施の形態に係る非水電解質二次電池の使用状態を説明するための正面図 （ａ）本発明の実施の形態１に係る非水電解質二次電池の状態を説明するための要部断面図（ｂ）本発明の実施の形態１に係る非水電解質二次電池の状態を説明するための要部断面図 （ａ）本発明の実施の形態１に係る非水電解質二次電池の他の構成例の要部平面図（ｂ）本発明の実施の形態１に係る非水電解質二次電池の他の構成例の要部平面図（ｃ）本発明の実施の形態１に係る非水電解質二次電池の他の構成例の要部平面図 （ａ）本発明の実施の形態２に係る非水電解質二次電池の構成例を示す要部平面図（ｂ）本発明の実施の形態２に係る非水電解質二次電池の他の構成例の要部平面図（ｃ）本発明の実施の形態２に係る非水電解質二次電池の他の構成例の要部平面図 本発明の実施の形態２に係る非水電解質二次電池の状態を説明するための要部断面図 （ａ）本発明の各実施の形態に係る非水電解質二次電池の他の構成例を示す要部断面図（ｂ）本発明の各実施の形態に係る非水電解質二次電池の他の構成例を説明するための要部平面図（ｃ）本発明の各実施の形態に係る非水電解質二次電池の他の構成例を説明するための要部断面図（ｄ）本発明の各実施の形態に係る非水電解質二次電池の他の構成例を説明するための要部断面図 （ａ）本発明の非水電解質二次電池の他の構成例の要部平面図（ｂ）本発明の非水電解質二次電池の他の構成例の要部平面図 （ａ）本発明の実施の形態３に係る電源装置の構成を示すブロック図（ｂ）本発明の実施の形態４に係る電池駆動システムの構成を示すブロック図 従来の技術による電源装置の構成を示す図 従来の技術による電源装置の構成を示す図 従来の技術による電源装置の動作を説明するための図

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る非水電解質二次電池１の構成を示す分解斜視図であり、図２（ａ）は全体の構成を示す斜視図である。

図１に示すように、本実施の形態１の非水電解質二次電池１は、開口１０ｘを有する容器本体１０内に、長円筒形の巻回型の発電要素１１を収納し、開口１０ｘを蓋部２０で塞いで密閉した構成を有する。

発電要素１１は、帯状の電極である正極と負極をセパレータを介して長円筒形に巻回した構成を有する。正極は、その表面に正極活物質を担持させた帯状のアルミニウム製金属箔であり、負極は、その表面に負極活物質を担持させた帯状の銅製金属箔である。

巻回された状態において、正極及び負極は巻回軸の両端の異なる方向に位置ずれしており、その結果、正極及び負極の端部は発電要素１１の両端にそれぞれ位置する。更に、各電極の端部は活物質が担持されておらず、基材である金属箔が露出している。そのため、発電要素１１の両端部には、正極の金属箔１１ａ及び負極の金属箔１１ａ´が巻回された巻き束状のままはみ出している。

上記発電要素１１の両端部にそれぞれはみ出した金属箔１１ａ、１１ａ´には正極側の集電接続体１２及び負極側の集電接続体１２´がそれぞれ接続されている。正極側の集電接続体１２はアルミニウム又はアルミニウム合金等製の導電性の金属板であり、負極側の集電接続体１２´は、アルミニウム又はアルミニウム合金製もしくは銅又は銅合金の導電性の金属板である。

集電接続体１２の一端は、発電要素１１の表面と平行な平板を形成し、その表面には貫通孔１２ａが形成されている。又、他端は発電要素１１の側面に向かって屈曲した二股の平板を形成し、発電要素１１の側面に露出した巻回状態の金属箔１１ａと共に挟持板１４に挟まれて超音波溶接等により接続、固定されている。負極側の集電接続体１２´も同様の構成を有する。

次に、容器本体１０と蓋部２０は、アルミニウム又はステンレス鋼等の導電性の金属製の部材である。容器本体１０は、図２（ａ）に示すように、一対の主面１０ａ、一対の側面１０ｂ、及び開口１０ｘと対向する底面１０ｃから構成された金属容器であり、発電要素１１の各電極の配列に沿った向きを長辺とする長方形を底面とした角柱状の形状を有する。又、蓋部２０は、容器本体１０の開口１０ｘの形状に対応した方形の形状を有する。蓋部２０は、発電要素１１を収納した状態で容器本体１０の開口１０ｘに嵌め込まれて、レーザ溶接等により周縁部が封止されることで、容器本体１０を密閉して電池容器を構成する。このとき容器本体１０と蓋部２０は電気的にも接続される。

次に、蓋部２０近傍の構成を説明する。ただし、以下の説明においては、正極側の構成を中心として述べるが、同様の構成を有する負極側（符号省略）についても同様である。

蓋部２０には、両端に端子引出用の貫通孔が開口されている。なお、図１においては、正極側の貫通孔２０ａのみを示し、負極側の貫通孔は後述する部品の陰に隠れるため図示されない。

蓋部２０と発電要素１１の集電接続体１２との間には絶縁封止材１３が位置している。絶縁封止材１３は合成樹脂等の絶縁性及び一定の弾性を備えた合成樹脂製の部材であり、その表面には蓋部２０の貫通孔２０ａ及び集電接続体１２の貫通孔１２ａと同心円をなす貫通孔１３ａが形成されている。

更に、蓋部２０の短辺側の端部近傍と重なるように絶縁封止材２１が位置している。絶縁封止材２１は絶縁封止材１３と同様の性質を有する合成樹脂製の部材であり、その表面には蓋部２０の貫通孔２０ａと同心円をなす貫通孔２１ｂが形成されている。

又、絶縁封止材２１の、蓋部２０と対向する側には筒部２１ｃが形成されており、貫通孔２１ｂは筒部２１ｃ内を延伸している。筒部２１ｃは貫通孔２０ａ及び１３ａに対応した外形を有し、これら各貫通孔に嵌り込むようになっている。

更に、絶縁封止材２１の主面上には凹部２１ａが形成されている。これは後述する接続部材３２の位置を固定する役割を果たす。

又、凹部２１ａと絶縁封止材２１の外縁部との間には、貫通孔２１ｄが形成されている。

更に、絶縁封止材２１には、凹部２１ａに嵌り込むように接続部材３２が、貫通孔２１ｂを貫くように固定部材３１が、そして貫通孔２１ｄに埋め込まれるように導電性部材３３がそれぞれ設けられている。そしてこれら各部材を蔽うように、端子部材３０が配置されている。

固定部材３１は、アルミニウム、銅又はそれらの合金等の導電性の金属製部品であり、端子部材３０と発電要素１１の集電接続体１２とを電気的に接続するとともに、蓋部２０と発電要素１１とを機械的に結合するための部材である。

接続部材３２は、鉄やステンレス鋼、クロムモリブデン鋼等の鋼、その他の強度の高い導電性の金属製部品であり、非水電解質二次電池１の端子部材３０と外部負荷とを電気的に接続するための部材である。接続部材３２は、表面にネジが切られたボルト部３２ａとボルト部３２ａの一端に設けられた周り止め部３２ｂとから構成される。周り止め部３２ｂは、絶縁封止材２１の凹部２１ａに対応した方形の形状を有し、凹部２１ａに嵌り込むことで、ボルト部３２ａの回転軸周りの回転を規制し、接続部材３２が空回りするのを防ぐ役割を果たす。

導電性部材３３は、カーボンを含有した合成樹脂製の円柱状の部材であり、端子部材３０と蓋部２０とを電気的に接続する役割を果たす。

端子部材３０は貫通孔２１ｂと同心円状の貫通孔３０ｂ及び接続部材３２が貫通するための貫通孔３０ａが設けられた、アルミニウム又はアルミニウム合金、その他の導電性の金属製の板状の部材である。

以下の説明において、端子部材３０、固定部材３１、接続部材３２及び導電性部材３３から構成される要素を図２（ａ）に示すように電極部２３と称する。

次に、図２（ｂ）及び図３を参照して、本実施の形態１による非水電解質二次電池１の、電極部２３周辺の構成をさらに詳細に説明する。ただし、図２（ｂ）は非水電解質二次電池１の要部平面図、図３は、図２（ｂ）のＡ−Ａ直線による要部断面図である。

図２（ｂ）に示すように、蓋部２０の重心２２、電極部２３の固定部材３１、接続部材３２のボルト部３２ａ、及び導電性部材３３の中心は、蓋部２０の長辺と平行な一直線上に配列されている。固定部材３１は、端子部材３０の重心に対し、蓋部２０の重心２２寄りにシフトした位置に配置されている。又、導電性部材３３は、固定部材３１より蓋部２０の縁寄りに位置している。

又、図３に示すように、蓋部２０の貫通孔２０ａ及び絶縁封止材１３の貫通孔１３ａには、絶縁封止材２１の筒部２１ｃが貫通しており、筒部２１ｃの端面は、絶縁封止材１３の主面とともに集電接続体１２の主面に接している。そして、固定部材３１は、端子部材３０の貫通孔３０ｂ、絶縁封止材２１の貫通孔２１ｂ及び集電接続体１２の貫通孔１２ａを貫通した状態で、端子部材３０上に露出する一端がかしめられ、かしめ端３１ａとして整形される。

かしめ端３１ａ及び固定部材３１の他端３１ｂの外径はそれぞれ各貫通孔より大きいため、端子部材３０、絶縁封止材２１、蓋部２０、絶縁封止材１３及び集電接続体１２はかしめ端３１ａ及び他端３１ｂにより挟まれることで互いに圧着され、一体的に固定される。又、集電接続体１２及び端子部材３０は固定部材３１により接続されることで電気的にも接続される。なお、固定部材３１の側面は絶縁封止材２１の筒部２１ｃによって蔽われているため、蓋部２０と固定部材３１との間は直接的には絶縁状態が確保されている。

これにより、発電要素１１にて発生した電力が電極部２３を通して容器本体１０の外に取り出される。具体的には、図示しない外部機器の配線の圧着端子をボルト部３２ａに装着し、ボルト部３２ａのネジに対応したナットの締付けにより当該圧着端子を端子部材３０に固定することにより電気的接続を完成する。

次に、絶縁封止材２１内に位置する導電性部材３３は、図３に示すように、その全長が絶縁封止材１３の厚みにほぼ等しい。したがって、固定部材３１の圧着により端子部材３０及び蓋部２０が絶縁封止材２１を挟んで圧接されると、導電性部材３３も同様に圧接され、その両端面がそれぞれ端子部材３０及び蓋部２０の表面に当接する。これにより固定部材３１と蓋部２０とが電気的に接続される。更に、蓋部２０により封止された容器本体１０も導電性を有するため、蓋部２０及び容器本体１０は電極部２３と等電位で保たれることになる。

以上の構成において、集電接続体１２、１２´等を含めた発電要素１１は本発明の発電要素に相当し、容器本体１０は本発明の容器本体に相当する。又、電極部２３は本発明の電極部に相当し、導電性部材３３は本発明の導電性部材に相当する。又、蓋部２０は本発明の蓋部に相当し、絶縁封止材２１は本発明の絶縁部材に相当し、蓋部２０と容器本体１０との組合せが、本発明の電池容器に相当する。

更に、固定部材２０は本発明の固定部材に相当し、端子部材３０は本発明の端子部材に相当する。

以上の構成を有する、本発明の実施の形態１による非水電解質二次電池１の作用効果を説明するとともに、これにより、本発明の電池の膨張を検知する方法の一実施の形態を、さらに図４（ａ）も参照して説明する。

図４（ａ）は、非水電解質二次電池１及び非水電解質二次電池１の電圧変化を検知する検知部５０の構成を模式的に示すブロック図である。図４（ａ）に示すように、検知部５０は、非水電解質二次電池１の、正極側の電極部２３及び容器本体１０に接続された電圧計５１と、電圧計５１の測定結果を元に二値信号を外部へ出力する判定器５２とを備える。

先に図２（ｂ）及び図３を参照して説明したように、電極部２３と容器本体１０とは、絶縁封止材２１内に埋め込まれた導電性部材３３、及び蓋部２０を介することにより電気的に接続されている。したがって、非水電解質二次電池１が正常動作している状態においては、電極部２３と容器本体１０は、ともに電極部２３の正極側の電位であり、電圧計５１により計測される電位差は０である。

次に、非水電解質二次電池１が、過充放電又は高温その他の異常環境下におかれた場合の動作を説明する。非水電解質二次電池１は、電気自動車等の大出力を必要とする場合には、複数個を電気的に直列接続とし、図５（ａ）に示すように、主面１０ａ同士を対向させるか、又は図５（ｂ）に示すように、側面１０ｂ同士を対向させて、縦列に配列した状態で使用される。このとき、配列された複数の非水電解質二次電池１は、側面が枠部材４０によって数百Ｋｇの荷重で締結されることで全体の形状が保持された、一体の組電池として使用される。

図６（ａ）に示すように、通常動作時においては、非水電解質二次電池１は外形直方体状の形状を保持しているが、図５（ａ）（ｂ）のそれぞれに示す組電池において、過充放電等によって各非水電解質二次電池１が膨張、変形した場合、その変形の方向は、枠部材４０及び隣接する他の二次電池により規制される。すなわち、枠部材４０により締め付けられる両側面１０ｂ、及び非水電解質二次電池１同士が隣接することで互いに密接した状態で対向する主面１０ａはほとんど変形することがない。

したがって、図６（ｂ）に示すように、各非水電解質二次電池１における変形は、他の部材や隣接する電池による拘束を受けない蓋部２０及び底面１０ｃに対して集中することになる。特に蓋部２０は重心２２が持ち上がるように膨張し、その両端は重心２２に向かって仰角をなすように傾斜する。

このとき、蓋部２０上に位置する電極部２３は、固定部材３１により容器本体１０の内部で発電要素１１の集電接続体１２と結合されており、かつ、固定部材３１の電極部２３における位置は、蓋部２０の重心２２寄りにシフトしている。このため、電極部２３は、蓋部２０の変形に応じて、端子部材３０寄りの部分が持ち上がるように傾斜する。

ここで図７（ａ）に、図６（ｂ）に示す変形状態の要部断面図を示す。図７（ａ）に示すように、蓋部２０が変形した状態において、固定部材３１が支点となり、蓋部２０の重心２２に向かって応力が加わることで、絶縁封止材２１及び端子部材３０は一体的に重心２２に対して傾斜する。絶縁封止材２１の、蓋部２０の重心２２寄りの部分は圧縮され歪む一方、固定部材３１を挟んだ反対側の部分はさほど変形せず持ち上げられるため、当該部分は逆向きに傾斜する蓋部２０と剥離し、その結果、隙間Ｃが生じる。

このとき、絶縁封止材２１に埋め込まれている導電性部材３３は、端子部材３０との当接状態は維持されるが、絶縁封止材２１の蓋部２０との剥離に伴い蓋部２０との当接状態は解除される。これにより、蓋部２０及び容器本体１０と電極部２３との電気的接続は遮断されることとなる。

再び図４（ａ）を参照して説明する。上述した導電性部材３３と蓋部２０の当接状態の解除によって、電極部２３と容器本体１０との間に電位差が生じる。電圧計５１がこの電位差を計測し、計測値は判定器５２へ出力される。判定器５２は、入力された計測値に応じて通常動作時と異なる値の二値信号を外部へ出力する。二値信号は「通常」「通常ではない」にそれぞれ対応するため、判定器５２の出力から、非水電解質二次電池１に膨張に起因する変形が生じたことを判断することができる。なお、電圧計５１は測定した電位をそのまま出力するものとしてもよいし、連続的に測定を行い、あらかじめ定めた電位差が生じた際に差分のみを出力するようにしてもよい。

このように、本発明の実施の形態１の非水電解質二次電池１によれば、通常時には電極部２３と蓋部２０とを等電位に保ち、蓋部２０の変形に伴い電極部２３と蓋部２０との間に電位差を生じさせる導電性部材３３を備えたことにより、簡易な構成で電池の変形を検知することができる。特に、導電性部材３３は、非水電解質二次電池１の筐体部分をなす蓋部２０の外側に設けられる、電気回路の構成要素としては極めて短距離の配線として、発電要素１１を含む電池の内部要素とは独立した構成とすることができるため、電池全体の構成及び製造工程が簡略化される。又、検知部５０は非水電解質二次電池１と独立して外部に設けたことで、電池自体の構成を簡略化して、電池の確実な検知を担保することができる。

なお、上記の説明においては、導電性部材３３は、接続部材３２と端子部材３０の短辺側の縁部との間に設けるものとしたが、図８（ａ）に示すように、固定部材３１と接続部材３２との間に設けるようにしてもよいし、図８（ｂ）に示すように、接続部材３２と蓋部２０の長辺側の縁部との間に設けるようにしてもよい。

これは以下の理由による。図７（ａ）に示したように、電極部２３を構成する端子部材３０及び絶縁封止材２１は固定部材３１の位置を支点に蓋部２０の重心に向かって傾斜するため、間隙Ｃは、その高さ（蓋部２０と絶縁封止材２１との距離）が固定部材３１から遠ざかるにつれて大きくなる、くさび型の形状を有する。したがって、導電性部材３３は、図８（ｃ）に示す間隙Ｃが生じる、図中網がけにて示す領域Ｒ内の位置、すなわち、蓋部２０の重心２２に対して、固定部材３１の位置よりも遠ざかった位置であれば、任意の位置に設けてよい。

又、間隙Ｃの高さは固定部材３１の位置に応じて変化するため、非水電解質二次電池１の作成においては、固定部材３１に対する導電性部材３３の位置を適宜変更することで、蓋部２０を含めた容器本体１０の変形の程度に応じて検知部５０の検知精度を調整できる。これにより、非水電解質二次電池１の用途、形状等に応じて、導電性部材３３の最適な位置決めを行うことができる。

特に、非水電解質二次電池１を図５（ａ）（ｂ）に示すような組電池として電気自動車等に用いる場合、長期間の使用によって電極部２３の各部にゆるみが生じるなどの、容器本体１０の膨張とは異なる原因により導電性部材３３と蓋部２０が剥離する可能性がある。上記のように導電性部材３３の位置決めを最適化することにより、このような他の要因を排除して、容器本体１０の膨張に起因する変形を的確に検知することができる。

ただし、間隙Ｃが最も大きくなるのは固定部材３１から最も遠い位置であるから、検知精度を高めるには、導電性部材３３を端子部材３０の縁部により近づけることが望ましい。

なお、図７（ａ）において、電極部２３及び蓋部２０近傍の変形の度合いは、説明のために誇張して示したが、蓋部２０と導電性部材３３との当接状態が解消されるのに十分な変形であれば、本発明の効果は得られるものである。又、図７（ａ）においては、蓋部２０と導電性部材３３との当接状態が解消されるように、導電性部材３３は絶縁封止材２１と一体となって変形するものとした。しかし電極部２３の変形は様々な形態をとりうる。

例えば、図７（ｂ）に示すように、導電性部材３３が蓋部２０との当接状態を維持し一体となったまま、導電性部材３３の側面が絶縁封止材２１の貫通孔２１ｄから剥離する場合もある。このときは端子部材３０と導電性部材３３との当接状態が解消されることにより蓋部２０及び容器本体１０と電極部２３との電気的接続は遮断される。

要するに、電極部２３の変形により、導電性部材３３と蓋部２０又は端子部材３０の少なくとも一方との当接状態が解消されれば、本発明の効果は得られるものである。

（実施の形態２）
本発明の実施の形態２による非水電解質二次電池について、図４（ｂ）、図９（ａ）〜（ｃ）及び図１０を参照して説明を行う。ただし実施の形態１と共通の構成は同一符号を付し、詳細な説明は省略し、相違点を中心に説明する。

本発明の実施の形態２による非水電解質二次電池２は、図９（ａ）の要部平面図に示すように、複数で一組の導電性部材を備えたことを特徴とする。導電性部材は、固定部材３１に近いものから縦列配置された４つの導電性部材３３ａ、３３ｂ、３３ｃ、３３ｄから構成され、互いに独立して蓋部２０及び端子部材３０と接続している。なお、導電性部材３３ａ〜３３ｄについて、個々の形状及び材質は実施の形態１の導電性部材３３と同一である。

次に、図１０は、蓋部２０が、実施の形態１の図７（ａ）と同様に容器本体１０の膨張により変形した場合の状態を示す、図９（ａ）のＡ−Ａ直線による要部断面図である。図１０に示すように、蓋部２０の変形により、固定部材３１が支点となり、絶縁封止材２１及び端子部材３０は一体的に重心２２に向かって傾斜して蓋部２０から剥離し、実施の形態１の場合と同様に、くさび型の隙間Ｃが形成される。

間隙Ｃの高さは固定部材３１から遠ざかるにつれて大きくなるため、導電性部材３３ａ〜３３ｄは、固定部材３１から遠い位置にあるものから順番に蓋部２０との当接状態が解除されることになる。図１０においては、固定部材３１から最も遠い位置にある導電性部材３３ｄ及びその次に遠い位置にある導電性部材３３ｃが絶縁封止材２１とともに蓋部２０から剥離し、固定部材３１から比較的近い位置にある導電性部材３３ａ及び３３ｂは蓋部２０との当接状態を維持している。

次に、図４（ｂ）は、本実施の形態２による非水電解質二次電池２及びその検知部６０の構成を模式的に示すブロック図である。図４（ｂ）に示すように、検知部６０は、非水電解質二次電池２の、正極側の電極部２３及び容器本体１０に接続された抵抗計６１と、後述する所定の抵抗値及び抵抗値と対応づけられた情報をあらかじめ記憶したメモリ６２と、抵抗計６１の測定結果及びメモリ６２内の抵抗値を参照して報知信号を生成し、外部へ出力する判定器６３とを備える。なお、検知部６０は本発明の検知部に相当し、メモリ６２及び判定器６３は本発明の情報生成部に相当する。

以下、動作を説明する。抵抗計６１は、導電性部材３３ａ〜３３ｄの合成抵抗値を含めた電極部２３−容器本体１０間の抵抗値を計測し判定器６３に出力する。判定器６３は、計測された抵抗値を取得すると、メモリ６２を参照して計測された抵抗値に最も近い抵抗値を選択し、その選択された抵抗値に対応づけられた情報を読み出して、報知信号として外部へ出力する。

メモリ６２内には、導電性部材３３ａ〜３３ｄの組合せの全てに対応した合成抵抗値を含めた電極部２３−容器本体１０間の各抵抗値及び各抵抗値に対応した情報が記憶されている。非水電解質二次電池２の通常動作時においては、導電性部材３３ａ〜３３ｄの全合成抵抗値を含めた抵抗値、及びこの抵抗値に対応した、電池が正常状態にあることを示す情報がメモリ６２から読み出される。

一方、非水電解質二次電池２が膨張し、図１０に示す状態においては、抵抗計６１は、導電性部材３３ａ及び３３ｄの合成抵抗値を含めた電極部２３−容器本体１０間の抵抗値を計測し判定器６３に出力する。判定器６３は、通常動作時と同様に抵抗値を取得すると、メモリ６２を参照して計測値に最も近い抵抗値を選択し、その選択された抵抗値に対応づけられた情報を読み出し報知信号として出力する。このとき、メモリ６２内の情報として非水電解質二次電池２に異常がある（膨張、変形が生じている）ことを示す内容をあらかじめ設定しておく。なお、抵抗計６１は測定した抵抗値をそのまま出力するものとしてもよいし、連続的に測定を行い、あらかじめ定めた差分が生じた際にその差分のみを出力するようにしてもよい。

導電性部材３３ａ〜３３ｄの組合せの全てに対応して、非水電解質二次電池２の異常の大小を割り当てた情報を設定することにより、検知部６０は、非水電解質二次電池２の膨張、変形の程度に応じた内容の報知情報を外部に出力することができる。通常は、合成抵抗値が大きくなるほど蓋部２０の変形の度合いが大きいと推定されるため、報知情報は抵抗値の大きさに比例して異常の重大さが大きくなるような内容に定めるのが望ましい。

このように、本発明の実施の形態２の非水電解質二次電池２によれば、複数の導電性部材３３ａ〜３３ｄを備え、導電性部材の抵抗値を考慮した検知を行う検知部６０を用いたことにより、簡易な構成で電池の膨張を検知することができる。特に、実施の形態１並びに従来技術においては、電池の膨張について、有るか無いかの二値的な判断がなされていたのに対し、本実施の形態においては、膨張の程度まで判断することができ、電池をより精密に診断することが可能となる。

なお、上記の説明においては、導電性部材は、４つの導電性部材３３ａ〜３３ｄから構成されるものとしたが、２個以上であれば任意の個数でよい。又、導電性部材３３ａ〜３３ｄは、蓋部２０の長辺に平行な一直線上に配列されるものとしたが、図９（ｂ）に示すように配列は曲線であってもよい。又、千鳥配置されていてもよい。要するに、隙間Ｃが大きくなる向き、すなわち固定部材３１の固定位置から蓋部２０の縁に向かうような向きに導電性部材が配列されていればよく、配列の具体的な態様に限定されるものではない。ただし、配列が上記向きに従うものではない場合であってもよい。この場合は導電性部材の冗長性を確保して、二値判断に基づく検知の精度を高められるという効果が得られる。

又、上記の説明においては、導電性部材は４つの導電性部材３３ａ〜３３ｄから構成されるものとしたが、単一の導電性部材によって構成してもよい。

図９（ｃ）は、長円状の平面形状を有する導電性部材３４を用いた構成例である。導電性部材３４は、端子部材３０及び蓋部２０とそれぞれ当接する端面の形状が長円状となっているため、蓋部２０が変形した場合、固定部材３１により近い側の端部３４ａが当接状態を保持したまま固定部材３１からより遠い側の端部３４ｂの当接状態が解除される。すなわち、蓋部２０の変形に応じて、導電性部材３４は、蓋部２０との当接部分の面積が変化することになる。この面積の変化を検知部６０が抵抗値の変化として検知することにより、電池の膨張の有無及びその程度を検知することが出来る。

なお、導電性部材３４の平面形状は、長円状の他、楕円状、長方形状等であってもよい。要するに、これら図形の長辺、長軸等が、隙間Ｃが大きくなる向き、すなわち固定部材３１の固定位置から蓋部２０の外縁に向かうような方向に沿っていればよい。

又、上記の説明においては、検知部６０は図９（ａ）〜（ｃ）に示す構成の非水電解質二次電池２と組み合わせて用いるものとしたが、実施の形態１の非水電解質二次電池１と組み合わせてもよい。この場合は抵抗値の変化に基づく二値的な判断がなされることになる。

以上説明したように、本発明の各実施の形態の非水電解質二次電池によれば、簡易な構成で電池の膨張を検知することができる。

しかしながら、本発明は上記の各実施の形態に限定されるものではない。導電性部材３３は絶縁封止材２１に設けた貫通孔２１ｄ内に埋め込まれるように位置しているとしたが、図１１（ａ）（ｂ）に示すように、導電性部材３３は貫通孔２１ｄの外径より小さな寸法を有し、その結果、貫通孔２１ｄとの間に隙間ｃ´が形成された構成としてもよい。又、導電性部材３３の周囲の全てが絶縁封止材２１に囲まれている必要はなく、一部が開放された構成であってもよい。要するに、本発明の導電性部材はその周囲の全部又は一部に弾性部材が形成されていればよく、その形成の具体的な態様によって限定されるものではない。

又、導電性部材３３は、固定部材３１の圧着によって蓋部２０及び端子部材３０と当接状態にあるとしたが、圧着前において導電性部材３３の高さと絶縁封止材２１の厚みとが同一である必要はない。図１１（ｃ）に示すように、圧着されていない状態における導電性部材３３の高さｈ１は絶縁封止材２１の厚みｔより大きい構成としてもよい。この場合、圧着によって絶縁封止材２１が変形されることで導電性部材３３の高さｈ１と絶縁封止材２１の厚みｔが一致し、導電性部材３３の当接状態が形成される。この構成は、特に導電性部材３３の弾性が絶縁封止材２１より大きいか同等である場合に好適である。

又、導電性部材３３はカーボン含有の合成樹脂であるとしたが、導電性を有する材料であれば、金属材料その他の材料製であってもよい。特に金属材料のような、絶縁封止材２１よりも弾性が小さい材質を導電性部材３３に用いた場合は、図１１（ｄ）に示すように、圧着されていない状態における導電性部材３３の高さｈ２が絶縁封止材２１の厚みｔより小さい構成が好適となる。要するに、本発明の導電性部材は電池の完成状態において電極部及び電池容器の表面が当接状態にあればよく、電池の完成前の個別の構成要素の寸法等によって限定されるものではない。

上述した図１１（ａ）〜（ｄ）に示す構成例は、蓋部２０に変形が生じた場合における導電性部材３３と蓋部２０との剥離しやすさを高める効果を有する。

さらに、導電性部材３３の周囲には絶縁封止材２１が形成されている構成としたが、導電性部材３３の全部又は一部を省略して、導電性部材３３と蓋部２０及び端子部材３０とが絶縁封止材２１を介さずに当接状態にある構成としてもよい。ただし、本発明の絶縁部材を周囲に設けることは、外部からの水分の進入により蓋部２０と電極部２３とが、蓋部２０が変形しているにもかかわらず短絡してしまう等の不具合を防ぐ効果があり、より好ましい形態である。

更に、導電性部材３３は、その両端が平面であり、図３等に示すように、固定部材３１の圧着によって蓋部２０及び端子部材３０のそれぞれの主面と面接触することにより当接状態にあるものとしたが、導電性部材の端面形状は、平面の他、曲面であってもよい。点接触でも線接触でもよい。

要するに、本発明の当接とは、導電性部材が、蓋部その他の電池容器の表面と電極部をなす端子部材との間に電気回路を形成できる程度に接触されている状態を意味し、接触時の各部材の形状やその具体的な方法によって限定されるものではない。例えば、蓋部２０の膨張に起因した変形によって剥離することができるのであれば、導電性部材３３と蓋部２０との間に導電性の接着剤、粘着剤等を介していてもよい。又、固定部材３１による圧着は蓋部２０寄りのかしめ端３１ａを整形することによるものとしたが、溶接、ボルト−ナットの締付けによる固定その他任意の周知技術を用いてもよい。

又、上記の各実施の形態においては、導電性部材３３は非水電解質二次電池の正極側に設けられるものとしたが、検知部５０又は６０が電位の変化又は抵抗値の変化を検出する基準電位を有していれば、負極側に設ける構成としてもよい。

又、検知部５０及び６０は、判定器５２，並びにメモリ６２及び判定器５３をそれぞれ備えた構成としたが、本発明の検知部は、電圧計６１、抵抗計６１のみをそれぞれ備えた構成としてもよい。この場合、図示しない外部回路により、又は利用者が直接測定値を観察することにより、より簡易な構成にて非水電解質二次電池の変形を検知することができる。

さらに、上記の各実施の形態においては、電極部２３は蓋部２０に設けるものとして説明を行ったが、これは図５（ａ）（ｂ）に示すように非水電解質二次電池を複数配列し締結して用いたためであり、単体で使用する場合等は容器本体１０側に設けてもよい。本発明の電極部は、電池容器の膨張に起因した変形が生じるところであれば電池容器の表面上の任意の箇所に設けるようにしてもよく、電池容器の具体的な構成によって限定されるものではない。又、蓋部２０と容器本体１０とは角柱状の形状で構成されるとしたが、本発明の電池容器は円柱形その他任意の形状であってよい。さらに、端子部材３０は図１等に示すように長方形の形状としたが、円形その他任意の形状であってもよい。

さらに、上記の各実施の形態においては、図２（ｂ）等に示すように、蓋部２０の重心２２、固定部材３１、接続部材３２、及び導電性部材３３は、一直線上に配列されているものとしたが、端子部材３０上における固定部材３１の位置は、蓋部２０の重心に近づけるほうが、端子部材３０の蓋部２０に対する変形を大きくし、電極部２３と蓋部２０とを剥離させ易くなるため、好ましい。図１２（ａ）に示すのは、端子部材３０の角に固定部材３１を位置させた構成例である。この場合、導電性部材３３の配置を、端子部材３０の重心３５を間に挟んで端子部材３０の対角とすることで、感度を高めることができる。

又、図１２（ｂ）に示すように、電極部２３上における接続部材３２、固定部材３１及び導電性部材３３の配置を入れ替えて、固定部材３１を蓋部２０の外縁側にシフトさせた構成としてもよい。少なくとも固定部材３１の位置を、端子部材３０の重心３５からシフトさせ、かつ導電性部材３３を離隔した位置に配置できればよい。

又、本発明の電池はリチウムイオン二次電池その他の非水電解質二次電池に限定されるものではなく、電池容器に膨張、変形が生ずる恐れがあるものであれば、水系電解質その他の電解質を用いた二次電池であってもよいし、一次電池であってもよい。要するに、本発明の電池はその具体的な起電方法によって限定されるものではない。

要するに、本発明の要旨を逸脱しない範囲内であれば、以上説明したものを含め、上記各実施の形態に種々の変更を加えてもよい。

（実施の形態３）
本発明の実施の形態３は、本発明の非水電解質二次電池を備えた電源装置である。

図１３（ａ）は、本実施の形態３による電源装置７０の構成を示すブロック図である。図１３(ａ)に示すように、電源装置７０は、例えば本実施の形態１又は２の非水電解質二次電池として実現され、図示しない通信機器、電気自動車その他の外部負荷に電力を供給する電池部７１と、電池部７１の外部負荷への放電又は外部からの電池部７１に対する充電を制御するバッテリーコントローラ７２とを備える。又、バッテリーコントローラ７２は例えば本実施の形態１又は２の検知部として実現される検知部７２ａを内蔵している。

このような構成を備えたことにより、検知部７２ａによって過充電等に起因する電池部７１の膨張を検知し、バッテリーコントローラ７２はこの検知結果に基づき、電池部７１への充放電の開始、停止又は停止解除等の各種制御を実行することができる。これにより、外部負荷の接続に伴う放電時又は充電時における不具合に未然に対応することが可能となる。なお、検知部７２ａが実施の形態２の検知部６０であるとした構成は、本発明のある側面として、前記検知部は、前記抵抗値又は前記抵抗値の変化を検知するものであり、検知した前記抵抗値又は前記抵抗値の変化毎に異なる内容の、前記電池の状態を示す情報を生成する情報生成部を有する電源装置の一実施形態としてもよい。

なお、上記の構成において、電源装置７０は本発明の電源装置に相当し、電池部７１は本発明の電池、検知部７２ａは本発明の検知部に相当する。

（実施の形態４）
本発明の実施の形態４は、本発明の非水電解質二次電池と、これにより動作する外部負荷としての駆動装置とから構成される電池駆動システムである。

図１３（ｂ）は、本実施の形態４による電池駆動システム８０の構成を示すブロック図である。図１３（ｂ）に示すように、電池駆動システム８０は、例えば本実施の形態１又は２の非水電解質二次電池として実現される電池部８１と、電池部８１を内蔵し、これより電力の供給を受けて動作する負荷としての駆動装置８２とを備える。駆動装置８２としては、電気自動車、携帯通信装置その他直流電源にて動作する任意の機械類を用いることができる。又、駆動装置８２に対して、電池部８１は脱着可能となっている。

駆動装置８２は、例えば本実施の形態１又は２の検知部として実現される検知部８２ａを内蔵しており、電池８１が電池駆動システム８０に組み込まれると、電池８１及び検知部８２ａは、図４（ａ）（ｂ）に示すような、電池８１の電極部分及び電池容器部分に電気的に接続された回路を形成する。

このような構成を備えたことにより、検知部８２ａによって過充電等に起因する電池部８１の膨張を検知し、駆動装置８２はこの検知結果に基づき、電池部８１からの電力供給の開始、停止又は停止解除等の各種制御を実行することができる。これにより、電池部８１の使用時における不具合に未然に対応することが可能となる。

なお、検知部８２ａが実施の形態２の検知部６０であるとした構成は、本発明のある側面として、前記駆動装置の前記検知部は、前記抵抗値又は前記抵抗値の変化を検知するものであり、検知した前記抵抗値又は前記抵抗値の変化毎に異なる内容の、前記電池の状態を示す情報を生成する情報生成部を更に有する電池駆動システムの一実施形態としてもよい。

なお、上記の構成において、電池駆動システム８０は本発明の電池駆動システムに相当し、駆動装置８２は本発明の駆動装置、電池部８１は本発明の電池、検知部８２ａは本発明の検知部にそれぞれ相当する。

以上のような本発明は、簡易な構成で電池の膨張を的確に検知することが可能な効果を有し、例えば電気自動車用にスタックして使用されるリチウムイオン二次電池その他二次電池等において有用である。

１、２ 非水電解質二次電池
１０ 電池容器
１０ａ 主面
１０ｂ 側面
１０ｃ 底面
１０ｘ 開口
１１ 発電要素
１１ａ、１１ａ´ 金属箔
１２、１２´ 集電接続体
１２ａ、１３ａ、２０ａ、２１ｂ、２１ｄ、３０ａ、３０ｂ 貫通孔
１３、２１ 絶縁封止材
２１ａ 凹部
１４ 挟持板
２０ 蓋部
２１ｃ 筒部
２２、３５ 重心
２３ 電極部
３０ 端子部材
３１ 固定部材
３１ａ かしめ端
３１ｂ 他端
３２ 接続部材
３２ａ ボルト部
３２ｂ 周り止め部
３３、３３ａ、３３ｂ、３３ｃ、３３ｄ、３４ 導電性部材
３４ａ、３４ｂ 端部
４０ 枠部材
５０、６０、７２ａ，８２ａ 検知部
５１ 電圧計
５２、６３ 判定器
６１ 抵抗計
６２ メモリ
７０ 電源装置
７１、８１ 電池部
７２ バッテリーコントローラ
８０ 電池駆動システム
８２ 駆動装置

Claims (12)

1. 発電要素と、
   前記発電要素を収納する導電性の電池容器と、
   前記電池容器の表面の所定位置に固定された、前記電池容器と絶縁し且つ前記発電要素と電気的に接続する正極の電極部及び負極の電極部と、
   前記電池容器の表面と前記正極の電極部又は前記負極の電極部と当接する導電性部材とを備えた電池。
2. 前記電池容器は開口を有する容器本体及び前記開口を封止する蓋部を有し、
   前記電極部は前記蓋部の表面に、絶縁部材を介して固定されており、
   前記絶縁部材は前記導電性部材の周囲に形成されている、請求項１に記載の電池。
3. 前記正極の電極部及び負極の電極部は、
   前記蓋部に固定された固定部材と、前記固定部材に接続された板状の端子部材とをそれぞれ有し、
   前記導電性部材は、
   前記端子部材の主面と前記蓋部の表面との間に位置するとともに、前記蓋部の重心に対して前記固定部材の固定位置より遠い位置にて前記端子部材と当接している、請求項２に記載の電池。
4. 前記固定部材は、前記端子部材の重心に対して前記蓋部の重心寄りの位置にて前記端子部材と接続されている、請求項３に記載の電池。
5. 前記導電性部材を複数有する、請求項１から４のいずれかに記載の電池。
6. 前記導電性部材を複数有し、
   前記複数の前記導電性部材は、前記固定部材の固定位置から前記蓋部の縁に向かうように配列されている、請求項３又は４に記載の電池。
7. 前記複数の前記導電性部材は、長方形、長円形又は楕円形の平面形状を有し、
   前記長方形の長辺又は前記長円形若しくは前記楕円形の長軸の向きは、前記固定部材の固定位置から前記蓋部の縁に向かう方向に沿っている、請求項６に記載の電池。
8. 前記導電性部材は弾性材料により形成されている、請求項１に記載の電池。
9. 前記導電性部材は前記正極の電極部と当接している、請求項１に記載の電池。
10. 請求項１から９のいずれかに記載の電池と、
    前記電池の前記正極の電極部又は前記負極の電極部のうち、前記導電性部材と当接しているいずれか一方と前記電池の前記電池容器との間の電位若しくは電位の変化、又は抵抗値若しくは抵抗値の変化を検知する検知部とを備えた、電源装置。
11. 請求項１から９のいずれかに記載の電池と、
    前記電池と脱着可能であって前記電池から電力の供給を受けて動作する駆動装置とを備えた電池駆動システムであって、
    前記駆動装置は、
    前記電池の前記正極の電極部又は前記負極の電極部のうち、前記導電性部材と当接しているいずれか一方と前記電池の前記電池容器との間の電位若しくは電位の変化、又は抵抗値若しくは抵抗値の変化を検知する検知部を有する、電池駆動システム。
12. 請求項１から９のいずれかに記載の電池の膨張を検知する方法であって、
    前記電池の前記正極の電極部又は前記負極の電極部のうち、前記導電性部材と当接しているいずれか一方と前記電池の前記電池容器との間の電位若しくは電位の変化、又は抵抗値若しくは抵抗値の変化を検知する工程を備え、
    前記検知の工程による検知結果に基づき、前記電池の膨張を検知する方法。

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