JP5806262B2 - 電流遮断装置及びそれを用いた蓄電装置 - Google Patents

Description

本明細書は電流遮断装置及びそれを用いた蓄電装置に関する技術を開示する。

リチウムイオン電池、ニッケル水素電池、その他の二次電池（蓄電池）等の蓄電装置は、車両搭載用電源、あるいはパソコンおよび携帯端末の電源として重要性が高まっている。特に、リチウムイオン電池は、車両搭載用の高出力電源として用いることが期待されている。リチウムイオン電池は、軽量でありながら高いエネルギー密度が得られる。二次電池の典型的な構造として、ケース内に電極組立体及び電解質が収容されており、そのケースを密閉した密閉構造の電池（密閉型電池）が挙げられる。

上記の電池を充電するときに、電池に不具合が生じていたり、充電装置が誤作動したりする場合に、電池に通常以上の電流が流れることがある。その結果、電池が、過充電状態になることがある。電池に過充電状態等の異常が生じた場合、密閉されたケース内でガスが発生することがある。ケース内部の圧力（内圧）が上昇し、ガスの圧力によって電池（ケース）が膨らんだり、ケースが破損したりすることが起こり得る。このような不具合の対策として、電流遮断装置を備えた電池が提案されている。電流遮断装置は、密閉されたケースの内圧が所定内圧まで上昇すると、ケースに収容された電極組立体と、ケースの外に露出している電極端子との間の通電経路を遮断し電池の安全性を確保する（例えば、特許文献１、２、３、４参照）。

図１２、図１３を参照し、従来の電流遮断装置について説明する。電流遮断装置５０は、密閉型の二次電池のケースに取り付けられている。図１２に示すように、電流遮断装置５０は、封口蓋体５２、反転板５３及びリード取付板５４を備えている。封口蓋体５２は、導電性を有しており、外部端子５１に接続されている。反転板５３は、導電性を有しており、封口蓋体５２の内側に配置されている。リード取付板５４は、導電性を有しており、反転板５３の内側に配置されている。リード取付板５４は、金属製であり、反転板５３の中央部分（接点部分）５６と固着している。リード取付板５４には通気孔５５が形成されており、電池の内圧が反転板５３に作用するようになっている。矢印５７は、電池が通常状態のときの通電経路を示している。電池が通常状態のときは、電流は、リード取付板５４、反転板５３及び封口蓋体５２を経由して、外部端子５１に直列に通じる。なお、リード取付板５４の外周を、支持部材５８が支持している。支持部材５８は、絶縁性の材料で形成されている。

電池が過充電等の状態になると、密閉されたケースの内部でガスが発生し、ケースの内圧が上昇する。このとき、図１３に示すように、ケースの内圧が、リード取付板５４の通気孔５５を通じて反転板５３に作用する。反転板５３の中央部分（接点部分）５６の固着部が破断し、反転板５３が上方に反転する。通電経路５７が破断され、電流が遮断される。

特開平６−２１５７４６号公報 特開平７−２５４４０１号公報 特開平９−１２９２１４号公報 特開平１０−２３３１９９号公報

上記した従来の電流遮断装置では、リード取付板５４と反転板５３との接点部５６が、電解液雰囲気中に存在する。そのため、接点部５６が電解液や周囲の環境により劣化し、電流遮断装置の信頼性が低下することが起こり得る。本出願人は、上記課題を解決するための技術を２０１２年４月１２日に出願された日本国特許出願第２０１２−０９０９９２号及び２０１２年４月１２日に出願された日本国特許出願第２０１２−０９０６３０号において提供した。すなわち、これらの特許出願は、電流遮断装置の接点部の劣化により信頼性が低下することを防止することができる技術を提供している。また、これらの特許出願は、本件の特許出願の時点で未公開である。なお、その技術の詳細については、本明細書の実施例にて詳しく説明する。

本明細書は、日本国特許出願第２０１２−０９０９９２号及び日本国特許出願第２０１２−０９０６３０号の技術をさらに改良した技術を提供することを目的とする。具体的には、ケースの内圧が所定レベルを超えて上昇した際に通電経路を遮断する動作の確実性をより一層高める技術を提供する。

（基本構造及び技術的特徴）
本明細書で開示する電流遮断装置は、以下の基本構造及び技術的特徴を備えている。（１）電流遮断装置の内部が、ケース内の雰囲気（電流遮断装置の外部）からシールされている。（２）ケースの内圧が上昇すると、電流遮断装置の内部と電流遮断装置の外部との圧力差によって変形板が反転する。（３）上記したように、電流遮断装置の内部は、ケース内の雰囲気からシールされている。そのため、通電経路が破断したときにアークが発生しても、水素ガスが発生しているケース内に影響を及ぼさない。蓄電装置の安全性を高くすることができる。（４）変形板は、ケース内の圧力を受圧する面とは反対側の面に外気の圧力を受けている。
（解決するための手段）
本明細書が開示する電流遮断装置は、蓄電装置に使用される電流遮断装置である。その電流遮断装置は、正極及び負極を備える電極組立体と正負いずれかの電極端子とを電気的に接続する。その電流遮断装置は、電極組立体を収容する密閉された蓄電装置のケースの内圧が所定レベルを超えて上昇した際に電極組立体と電極端子との直列な通電経路を遮断する。その電流遮断装置は、内圧が所定レベルを超えて上昇した際に変形する変形板を備えている。その電流遮断装置は、電極組立体、及び電極端子と電気的に接続された状態で通電経路を構成する接点板及び通電板を備えている。通電板は、変形板と接点板に挟まれるように配置されている。通電板は、接点板と接触する第１接点部を含んでいる。接点板は、第１接点部と接触する第２接点部を含んでいる。変形板は、接点板とは反対側の面が、内圧と同じ圧力に保持されている第１空間に面している。変形板は、接点板に対向している面が、ケースの外側の圧力に保持されている第２空間に面している。変形板には、第１接点部もしくは第２接点部に接触する当接部が形成されている。その電流遮断装置は、内圧が所定レベルを超えて上昇した際に、当接部が接点板側へ移動するように変形板が変形することにより、第１接点部及び第２接点部のうち、少なくとも第２接点部が通電板と分離可能である。

上記の電流遮断装置では、変形板により、通電板と接点板との接点部が、電解液が存在する雰囲気から遮断される。そのため、接点部が、電解液や周囲の環境の影響を受けて劣化することを防止することができる。また、通電経路が破断したときにアーク（火花）が発生しても、水素ガスが発生しているケース内に影響を及ぼさない。さらに、上記電流遮断装置では、変形板は、外周の固定部にのみ接触している。そのため、変形板は、従来技術のように溶接強度の影響を受けることがなく、内部圧力によって安定して作動する。

また、上記の電流遮断装置では、変形板に対して接点板側に位置する空間である第２空間が外気と連通している。このため、例えば、ケース内の空間と第２空間との間の気密性が低下する等して、ケース内の空間から第２空間へとガスが流入した場合等にも、第２空間の圧力が上昇することを抑制することができる。その結果、第２空間の圧力を一定に保ち易く、過充電等によりケース内の空間の圧力が上昇した際に第１空間と第２空間の圧力差を生じさせ易い。これにより、過充電等の場合に、第１空間と第２空間の圧力差が不足することによって電流遮断装置が作動し難くなることを抑制することができる。

本明細書が開示する電流遮断装置は、接点部の劣化を抑制することができ、かつ、電流遮断装置が作動し難くなることを抑制することができる。

実施例１の蓄電装置１００の全体の構成を示す断面図である。 実施例１の電流遮断装置２（通常時の状態）の部分拡大断面図である。 実施例１の電流遮断装置２（通電遮断後の状態）の部分拡大断面図である。 実施例１の電流遮断装置２を示す部分拡大断面図である。 実施例１の電流遮断装置２を示す平面図である。 実施例２の電流遮断装置２０３（通常時の状態）の部分拡大断面図である。 実施例２の電流遮断装置２０３（通電遮断後の状態）の部分拡大断面図である。 実施例３の電流遮断装置２０５を示す部分拡大断面図である。 実施例４の電流遮断装置２０６を示す部分拡大断面図である。 実施例５の電流遮断装置２０７を示す部分拡大断面図である。 実施例６の電流遮断装置２０８を示す部分拡大断面図である。 従来の電流遮断装置（通常時の状態）を示す断面図である。 従来の電流遮断装置（通電遮断後の状態）を示す断面図である。

以下、本明細書で開示する実施例の技術的特徴の幾つかを記す。なお、以下に記す事項は、各々単独で技術的な有用性を有している。

（特徴１） 本明細書が開示する電流遮断装置は、典型的には、蓄電装置のケースの壁に形成された開口部に取り付けられる。その電流遮断装置は、一方が開口部を通じてケースの外側に露出しているとともに他方が電流遮断装置の筐体の一部を構成しており、接点板と導通している導電性の蓋体を備えていてもよい。蓋体は、その一方から他方まで貫通する連通孔が設けられていてもよい。第２空間は、連通孔を通じてケースの外側の圧力に保持されている。

上記の電流遮断装置では、蓋体に設けられた連通孔によって、第２空間がケースの外側の圧力に保持される。これにより、過充電等の場合に、第１空間と第２空間の圧力差が不足することによって電流遮断装置が作動し難くなることを抑制することができる。

（特徴２） 本明細書が開示する電流遮断装置では、蓄電装置のケースの外側に露出している蓋体の一方に、外部の装置へ電力を供給する導電部材を接続する接続部を有していてもよい。導電部材とは、典型的には電源ケーブルである。

接続部は、電極端子に相当する。つまり、上記の電流遮断装置では、電流遮断装置と電極端子とが一体となっている。このため、電流遮断装置と電極端子との間に別途配線等を設ける必要が無い。これにより、通電経路の電気抵抗を低減することができる。

（特徴３） 本明細書が開示する電流遮断装置では、接続部は、蓋体の連通孔の内面に形成されたメネジを有していてもよい。メネジは、上記した導電部材を固定するために設けられる。

上記の電流遮断装置では、蓋体の一方に開口している連通孔にメネジが形成されている。このメネジに例えばボルトを係合させることができる。ボルトの頭と蓋体の一方との間で、外部の装置へ電力を供給するケーブル（導電部材）を挟んで固定することができる。すなわち、上記の電流遮断装置では、第２空間とケースの壁の外側の空間とを連通させている蓋体の連通孔を利用して外部の装置を接続することができる。従って、導電部材を接続する為の取付け穴等を別途設ける必要が無い。これにより、電流遮断装置の製造コストを低減することができる。

（特徴４） 本明細書が開示する電流遮断装置では、蓄電装置のケースの外側に露出している蓋体の一方の側面にはオネジが形成されていてもよい。その電流遮断装置は、オネジと係合する固定部材を有していてもよい。その電流遮断装置は、オネジと係合する固定部材と、蓋体のケースの内側に位置する部位とでケースの壁を挟み込んでケースに固定されてもよい。

上記の電流遮断装置では、蓋体の外側に露出している部位にオネジが形成されている。このため、オネジに固定部材のメネジを係合させることによって、電流遮断装置をケースに取り付けることができる。これにより、上記の電流遮断装置では、蓋体をケースの外側の空間に露出させることにより第２空間と外気を連通させつつ、電流遮断装置をケースに取り付けることができる。

（特徴５） 本明細書が開示する電流遮断装置では、変形板の中央部は、接点板の側に向けて突出する絶縁性の突起が設けられ、突起に当接部を有していてもよい。

上記の電流遮断装置では、通電経路の破断後は、絶縁性の突起により通電板と接点板との再接触を防止することができる。

（特徴６） 本明細書が開示する電流遮断装置は、変形板と通電板との間に配置される当接部材、及び絶縁性を有するキャップを有していてもよい。絶縁性の突起が、当接部材及びキャップによって構成されていてもよい。当接部材は、変形板の通電板側の面の中央部に配置されていてもよい。キャップは、当接部材を覆っているキャップ部と、キャップ部の位置を、変形板と通電板とを結ぶ方向に直交する平面内において規制しているガイド部とを有していてもよい。

上記の電流遮断装置では、当接部材が変形板の中央部に位置し、かつ、絶縁性を有するキャップが当接部材を覆っている。また、キャップは、変形板上での当接部材の位置を規制している。これにより、簡単な構成によって変形板の中央部に絶縁性の突起を設けることができる。

以下、本明細書で開示する電流遮断装置及び蓄電装置の実施例について説明する。なお、本明細書で開示する蓄電装置では、電流遮断装置以外の構成は様々なものを使用することができる。また、以下に説明する蓄電装置は、例えば車両に搭載され、モータに電力を供給することができる。

蓄電装置の一例として、密閉型の二次電池、密閉型のキャパシタ等が挙げられる。二次電池の一例として、比較的高容量で大電流の充放電が行われる種類の電池、例えば、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池、鉛蓄電池等の二次電池が挙げられる。なお、以下の説明では、リチウムイオン電池について説明する。二次電池の電極組立体の一例として、セパレータを介して対向する電極対（正極電極及び負極電極）を有するセルが複数積層された積層タイプの電極組立体、セパレータを介して対向する電極対を有するシート状のセルが渦巻状に加工された捲回型の電極組立体が挙げられる。なお、以下の説明では、正極端子と負極端子の双方がケースの一方向に露出している蓄電装置について説明する。しかしながら、本明細書で開示する技術は、円筒型の電池のように、ケースが一方の極性（例えば負極）の端子として機能し、他方の極性（例えば正極）の端子がケースから絶縁された状態でケースに固定されているタイプの蓄電装置等にも適用することができる。

図１に示すように、蓄電装置１００は、ケース１と、電極組立体６０と、負極端子１９と、正極端子１１９と、電流遮断装置２を備えている。ケース１は、矩形箱状の本体部分６２と、本体部分６２を閉塞する矩形平板状の蓋部分６３を備えている。本体部分６２及び蓋部分６３は、金属製（例えば、ステンレス、アルミニウム）である。以下の説明では、本体部分６２及び蓋部分６３を、単にケース１と称することがある。ケース１の内部の空間２５には、正極電極及び負極電極を備える電極組立体６０が収容されている。ケース１と電極組立体６０は、絶縁シート６１によって絶縁されている。正極タブ６５が、正極電極に固定されている。負極タブ６７が、負極電極に固定されている。

負極端子１９及び正極端子１１９が、ケース１（蓋部分６３）に固定されている。図示は省略するが、負極端子１９とケース１、及び正極端子１１９とケース１との間は、絶縁シート等により絶縁されている。負極端子１９は、電流遮断装置２、負極リード６８を介して、負極タブ６７（負極電極）に電気的に接続している。電流遮断装置２の詳細は後述する。なお、電流遮断装置２と負極リード６８は、導電性を有する接続部材１３によって接続されている。正極端子１１９は、正極リード６４を介して正極タブ６５（正極電極）に電気的に接続している。負極リード６８及び正極リード６４は、ケース１（蓋部分６３）に取り付けられている絶縁シート６６によって、ケース１と絶縁されている。なお、本実施例の蓄電装置１００では、負極端子１９と電流遮断装置２とが一体化された構成となっている（後に詳しく説明する）。

電極組立体６０は、液状の電解液に浸漬されている。電解液は、溶媒中に、リチウム塩を含む支持塩を含有している。溶媒としては、例えばＦＥＣ（フルオロエチカーボネート）が使用できる。支持塩としては、例えば、ＬｉＰＦ６（六フッ化リン酸リチウム）が使用できる。電解質には、芳香族系のモノマー添加剤が含まれている。電極組立体６０に過電圧が加わると、電解質に含まれるモノマー添加剤が重合し、水素ガスが発生する。この水素ガスの発生によって、ケース１の内部空間２５の圧力が上昇する。

図２及び図３を参照し、電流遮断装置２について説明する。なお、図２、３では、正極電極及び負極電極を備える電極組立体６０（図１を参照）の図示を省略している。電極組立体６０は、図２、３の下方に配置されている。電流遮断装置２は、電極組立体６０と負極端子１９とを電気的に接続する。電流遮断装置２は、電極組立体６０が収容されているケース１の内部とケース１の外部とのガスの流通を阻止する。電流遮断装置２は、ケース１内の内圧が所定レベルを超えて上昇したときに、電極組立体６０と負極端子１９との直列な通電経路を遮断する。

上記した「所定レベルの内圧」とは、蓄電装置１００が過充電（過電圧）状態や過昇温状態（活物質の熱暴走温度）となったときのケース１内の内圧を意味する。「所定レベルの内圧」は、蓄電装置１００の容量、出力電圧等の条件により設定される。

電流遮断装置２は、蓄電装置１００のケース１内部に配置されており、ケース１の内部（電流遮断装置２の外部）のガスが電流遮断装置２の内部空間９８（後に詳しく説明する）に流通しないようにシールされている。なお、電流遮断装置２をケース１に取付けるための構成については、後に詳述する。電流遮断装置２の構造を、蓄電装置１００のケース１の内部（図２の下方）からケース１の外側（図２の上方）に向けて順に説明する。電流遮断装置２は、受圧部２２を有する変形板３と、通電板４と、接点板５を備えている。変形板３は、変形可能であり、ガスの流通を阻止する。変形板３の受圧部２２は、ケース１内の内圧を受けるようになっている。通電板４は、電極組立体６０と電気的に接続されている。通電板４は導電性の金属で作られており、その略中央に、溝（破断溝１６）が環状に設けられている。破断溝１６で囲まれた部分を第１接点部６と称する。接点板５も導電性の金属で作られており、その一部が第１接点部６と接触している。接点板５において第１接点部６と接触している部位を第２接点部２３と称する。変形板３は、電流遮断装置２の外側部分に配置され、電流遮断装置２の外面を形成している。通電板４、接点板５は、夫々変形板３の内側に配置されている。

電流遮断装置２では、通電板４に設けられている第１接点部６の第２接点部２３と接触する側の反対側（図２の下方）が、変形板３と接触可能である。通電板４に設けられた破断溝１６は、第１接点部６が所定の荷重を受けたときに溝に沿って通電板４が破断するようになっている。破断溝１６にて通電板４が破断することにより、第１接点部６は、通電板４から分離する。電流遮断装置２では、変形板３によって、通電板４と接点板５との接点部６、２３が、電解液が存在する雰囲気から遮断されている。そのため、接点部６、２３は、電解液や周囲の環境によって劣化することが防止される。また、通電経路が破断したときにアーク（火花）が発生しても、水素ガスが発生している蓄電装置１００のケース１内に影響を及ぼさない。

変形板３は、薄板で形成されている。具体的には、変形板３は、金属性のダイアフラムである。変形板３の外周部は、絶縁性の支持部材１１によって固定されている。変形板３の外周部と、通電板４の外周部とは、溶接によって接合されている。これにより、変形板３の外周部が気密に保たれている。但し、変形板３の外周部は、シール部材等の他の手段によって気密に保たれていてもよい。変形板３の中央部には、接点板５の側に向けて突出する絶縁性の突起１２が設けられている。突起１２の形状は、例えば筒状である。

変形板３の中央部は受圧部２２となっている。受圧部２２の図２下側の面は、ケース１の内部の空間２５に面している。受圧部２２の図２上側の面は、電流遮断装置２の内部空間９８に面している。換言すると、受圧部２２の図２下側の面は、ケース１の内部の空間２５の圧力を受けている。受圧部２２の図２上側の面は、電流遮断装置２の内部空間９８の圧力を受けている。

ケース１の内圧が所定レベルを超えて上昇すると、変形板３がケース１の内圧の上昇によってケース１の外方（上方）に向けて変形する。具体的には、突起１２の当接部２４が第１接点部６側に移動して接触し、通電板４及び接点板５の接点部６、２３に衝撃を与える。その結果、通電板４が破断溝１６にて破断し、第１接点部６及び第２接点部２３が、通電板４から分離する。変形板３は、ケース１の内圧の上昇によってケース１の外方に向けて変形するときに、変形板３の外周部の支持点を超えて変形し、反転する。電流遮断装置２を組み立てるとき、又はケース１の内圧が通常（所定レベル以下）のときは、変形板３は、ケース１の内方（下方）に凸の状態を保っている。変形板３が反転することにより、変形板３が変形するときの変位量（ストローク）を十分に確保することができる。なお、変形板３は、ケース１内の圧力が所定レベル以上に上昇した際にいわゆる飛び移り座屈を起こして変形する。なお、飛び移り座屈（snap buckling）とは、全体が湾曲して中央が一方側に突出するように両端あるいは周囲が支持されている板材に対して湾曲突出方向から荷重を加えていくと、荷重が閾値荷重を超えたところで板材の湾曲方向が他方側に一気に反転するように不連続な変形を生じ、荷重を除去しても反転した形状が元に戻らない現象をいう。電流遮断装置２の場合、ケース１の内圧が上昇し、変形板３が飛び移り座屈を生じて一旦変形すると、ケース１の内圧が下がっても変形板３の変形は元に戻らない。ケース１の内圧が下がっても変形板３の突起１２は、接点部６、２３を通電板４から離間させたままの状態を保つ。

通電板４の中央部１５は、通電板４の他の部分と比較して、厚みが薄い。具体的には、通電板４の変形板３側の中央に、窪みが設けられている。変形板３の突起１２の当接部２４は、通電板４の薄い部分（中央部１５）に接する。すなわち、当接部２４は、通電板４の第１接点部６に接する。通電板４には、破断溝１６が設けられている。破断溝１６は、当接部２４が当接する部分の周囲に設けられている。そのため、当接部２４が第１接点部６に接したときに、その衝撃によって、通電板４が破断されやすい。破断溝１６は、平面視したときに、当接部２４の外周よりも外側に設けられている。なお、破断溝１６は、連続していてもよいし、不連続であってもよい。すなわち、破断溝１６は、当接部２４の周りを一巡していてもよいし、当接部２４の周りに部分的に設けられていてもよい。また、破断溝１６は、図２に示す形状に限定されるものではなく、通電板４の厚みを局所的に薄くする形状であればよい。通電板４には連通孔３０が設けられている。

接点板５は、導電性の平板状の薄板で形成されている。接点板５の一例として、導電性を有する金属のダイアフラムが挙げられる。接点板５の外周部は、絶縁性の支持部材１１で固定されている。接点板５の中央部は、通電板４と接する第２接点部２３を構成している。接点部６、２３は、単に、通電板４の中央部と接点板５の中央部が接触した状態であってもよい。あるいは、接点部６、２３は、通電板４の中央部と接点板５の中央部を溶接等で固着することにより接触していてもよい。絶縁部材１７が、接点板５の外周部と通電板４の外周部との間に設けられている。そのため、接点板５の外周部と通電板４の外周部は、電気的に絶縁されている。接点板５には連通孔３１が設けられている。

蓋体４０は、接点板５の上側に配置されている。蓋体４０は、導電性を有する材料で形成されている。蓋体４０を形成する材料として例えば金属が使用できる。蓋体４０は、本体部４１と、筒部４２とを有している。本体部４１は、円板形状である。筒部４２は円筒形状であり、本体部４１の上面の中央部から上向きに延出している。蓋体４０の本体部４１の外周部は、絶縁性の支持部材１１で支持されている。本体部４１の外周部は、接点板５と接触しており、接点板５と電気的に導通している。蓋体４０の内面（接点板５側の面）に、上方（接点板５から離れる側）に窪んでいる凹部１８が設けられている。具体的には、蓋体４０の中央部が、蓋体４０の外周部（接点板５と接触している部分）よりも上方に窪んでいる。変形板３の突起１２が通電板４に接触すると、接点板５が上方に変形する。凹部１８は、接点板５を上方に変形させるための空間を確保するために設けられている。

ケース１の上側の壁（具体的には、ケース１の蓋部分６３）には、負極端子１９が配置される位置において、貫通孔９５が形成されている。筒部４２は、貫通孔９５からケース１の外側に露出している、蓋体４０は、本体部４１の下側の面から筒部４２の上端部まで貫通する連通孔３２を有している。

蓋体４０の外周部と、通電板４の外周部との間には、絶縁性のシール部材１４が設けられている。シール部材１４は、上述の絶縁部材１７よりも電流遮断装置２の外部側に位置している。シール部材１４は、蓋体４０と通電板４との間をシールし、かつ蓋体４０と通電板４との間の空間と支持部材１１との間をシールする。そのため、電解液が第１接点部６及び第２接点部２３に接触することを確実に防ぐことができる。

なお、蓋体４０は、電流遮断装置２をケース１に取付けるための構成（具体的にはオネジ４６等）を有している（後に詳述する）。また、蓋体４０の筒部４２の上端部には、図４に示すように、電流遮断装置２に外部の装置（例えば、他の蓄電装置やモータ等）を接続する為の接続部４５が形成されている（後に詳述する）。つまり、本実施例の蓄電装置１００では、筒部４２の上端部に接続部４５が形成されることにより、筒部４２の上端部が負極端子１９となっている。

支持部材１１は、絶縁性を有しており、例えば樹脂で成形されている。支持部材１１を平面視するとリング状である。支持部材１１の断面は略Ｕ字状である。この略Ｕ字状の部分に、変形板３の外周部（詳しくは、外周部の端部、及び外周部の下面）、シール部材１４、通電板４の外周部、絶縁部材１７、シール部材１４及び蓋体４０の外周部（詳しくは、外周部の端部、及び外周部の上面）が位置している。また、略Ｕ字状の部分によって、変形板３、シール部材１４、通電板４、絶縁部材１７、シール部材１４、接点板５及び蓋体４０が、一体的に保持されている。支持部材１１の外面は、金属製のカシメ部材２０で被覆されている。カシメ部材２０によって、上記部材の保持が確実に行われる。また、カシメ部材２０によって、電流遮断装置２の内部が密封されている。

本実施例の電流遮断装置２では、変形板３、通電板４、接点板５、蓋体４０が、一体的に保持されることにより、電流遮断装置２の筐体９６が形成されている。変形板３と蓋体４０はそれぞれ、この筐体９６の一部を構成している。上述した電流遮断装置２の内部空間９８は、この筐体９６の内部の空間である。また、内部空間９８は、詳しくは、変形板３と通電板４との間の空間２６、通電板４と接点板５との間の空間２７、接点板５と蓋体４０との間の空間２８とを有する。通電経路が遮断される箇所（すなわち、接点部６、２３は）は、内部空間９８に位置している。

前述したように、通電板４には連通孔３０が設けられている。これにより、通電板４の下側に位置する空間２６と、通電板４の上側に位置する空間２７とが連通している。また、接点板５に連通孔３１が設けられている。これにより、接点板５の下側に位置する空間２７と上側に位置する空間２８とが連通している。従って、電流遮断装置２の内部空間９８が一続きの空間となっている。また、蓋体４０には連通孔３２が設けられている。これにより、電流遮断装置２の内部空間９８が、ケース１の外側の空間２９と連通している。その結果、内部空間９８がケース１の外側の空間２９の圧力に保持されている。

通電経路について説明する。上述したように、通電板４の接続部材１３が、ケース１の内部に配置された電極組立体６０（図１を参照）と電気的に接続されている。通電板４の中央部に、接点板５と接触する第１接点部６が設けられている。また、接点板５の中央部に、通電板４と接触する第２接点部２３が設けられている。さらに、接点板５の外周部が、蓋体４０の本体部４１と電気的に接続されている。上述したように、蓋体４０の筒部４２の上端部が負極端子１９となっている。これにより、電極組立体６０から負極端子１９に至る直列な通電経路が形成されている。

例えば蓄電装置１００が過充電されると、密閉されたケース１の内部でガスが発生し、ケース１の内圧が上昇する。この場合、図３に示すように、ケース１の内圧が変形板３に作用し、変形板３が上方に変形（反転）する。上述のように、変形板３は、いわゆる飛び移り座屈を起こして変形する。変形板３が上方に変形すると、突起１２が通電板４に衝突し、通電板４が破断溝１６を起点として破断される。通電板４の第１接点部６と接点板５の第２接点部２３とが、通電板４から分離される。接点板５は、反転状態、あるいは、通電板４と接合される前の状態となる。その結果、負極端子１９と電極組立体６０との間の通電経路が破断され、電流が遮断される。すなわち、負極端子１９と電極組立体６０との導通が遮断される。換言すると、蓄電装置１００の電流の流れが遮断される。

通電経路が破断した後は、突起１２によって、通電板４と接点板５が再接触することが防止される。なお、変形板３は、外周部が支持部材１１に固定されている以外に、他の部品と接触していない。そのため、変形板３は、ケース１の内部圧力によって安定して作動する。また、変形板３に設けられた突起１２が通電板４に衝突するときに、通電板４に衝撃力が加わる。この衝撃力により、接点部６、２３の破断荷重がばらついていても、接点部６を確実に破断することができる。

本実施例の電流遮断装置２では、電流遮断装置２の内部空間９８がケース１の外側の空間２９（すなわち、外気）と連通している。このため、内部空間９８は、ケース１の外側の圧力に保持されている。その結果、電流遮断装置２の内部空間９８の圧力を一定に保ち易い。詳しくは、例えば、ケース１内の空間２５と、電流遮断装置２の内部空間９８との間の気密性が低下する等して、ケース１内の空間２５から内部空間９８へとガスが流入した場合等にも、そのガスをケース１の外側の空間２９に逃がすことができる。このため、過充電等によりケース１内の空間２５の圧力が上昇した際にケース１内の空間２５と電流遮断装置２の内部空間９８との圧力差を生じさせ易い。これにより、過充電等の場合に、ケース１内の空間２５と電流遮断装置２の内部空間９８との圧力差が不足することによって電流遮断装置２が作動不良となることを抑制することができる。

本実施例の電流遮断装置２では、変形板３は、ケース１内の圧力が所定レベル以上に上昇した際にいわゆる飛び移り座屈を起こして変形するように構成されている。すなわち、変形板３は、ケース１内の圧力が所定レベル未満の状態では通常の状態を保つとともに、ケース１内の圧力が所定レベル以上に上昇したときに急激に変形する。このため、突起１２が通電板４に衝突する際の衝撃を増加させることができる。

次に、図４、図５を用いて、蓋体４０の接続部４５について説明する。図５は、接続部４５を上方からみた平面図である。蓋体４０の筒部４２の上端部には、取付け面４８が形成されている。蓋体４０の連通孔３２は、取付け面４８において開口する開口部６９を有している。連通孔３２の内側の面には、メネジ４７が形成されている。なお、図では、メネジのネジ山は図示を省略してある。取付け面４８とメネジ４７とは、接続部４５を形成している。接続部４５には、外部の装置（例えば、他の蓄電装置やモータ等）へ電力を供給する導電部材（ケーブルやバスバなど）を接続することができる。蓋体４０に接続部４５が設けられていることにより、蓋体４０の筒部４２の上端部が負極端子１９となっている。換言すると、電流遮断装置２と負極端子１９とが一体に構成されている。

接続部４５には、例えば、以下の方法によって導電部材を接続することができる。まず、ケーブル等の導電部材を取付け面４８に配置する。次に、例えばボルトのネジ部を蓋体４０の連通孔３２に形成されたメネジ４７に係合させる。そして、ボルトの頭と上記の取付け面４８との間で導電部材を挟む。これにより、導電部材を固定することができる。

本実施例の電流遮断装置２は、負極端子１９と一体になっている。このため、電流遮断装置２と負極端子１９との間に別途配線等を設ける必要がない。これにより、通電経路を短縮することができる。それゆえ、通電経路の電気抵抗を低減することができる。

本実施例の電流遮断装置２では、変形板３の上側の空間と、ケース１の外側の空間とを連通させている蓋体４０の連通孔３２を利用して外部の装置に電力を供給するケーブル（導電部材）を接続することができる。従って、外部の装置からのケーブルを接続する為の取付け穴等を別途設ける必要が無い。これにより、電流遮断装置２の製造コストを低減することができる。

次に、図４〜図５を用いて、電流遮断装置２をケース１に取り付ける為の構成について説明する。前述したように、蓋体４０の筒部４２の側面にはオネジ４６が形成されている（図４、図５）。蓋体４０の筒部４２は、ケース１の貫通孔９５の内側に位置している。電流遮断装置２は、固定部材３４によって蓄電装置のケース１に固定される。固定部材３４には、オネジ４６と係合するメネジ４９が形成されている。固定部材３４として、いわゆるナットを使用することができる。固定部材３４は、メネジ４９とオネジ４６とが係合した状態でケース１の壁の外側に位置している。ケース１の壁は、ケース１の内側に位置する蓋体４０の本体部４１と、ケース１の外側に位置する固定部材３４とによって挟まれている。これにより、電流遮断装置２がケース１に固定される。

ケース１の貫通孔９５と筒部４２の側面との間、及びケース１の壁の上面と固定部材３４との間は、絶縁性を有するスリーブ３３によって絶縁されている。ケース１の壁の下面と本体部４１の上面との間は支持部材１１によって絶縁されている。ケース１の貫通孔９５は、シール部材１０によって気密に閉じられている。

以下に、電流遮断装置２をケース１に取り付ける方法の一例を説明する。まず、蓋体４０のオネジ４６と固定部材３４のメネジ４９とが係合し、本体部４１がケース１の壁の上側に位置し、かつ、固定部材３４がケース１の壁の上側に位置する状態とする。次に、固定部材３４を蓋体４０に対して回転させることにより、オネジ４６、メネジ４９を締める。ケース１の壁が本体部４１と固定部材３４とに挟まれることにより、電流遮断装置２がケース１に取り付けられる。

本実施例の電流遮断装置２では、蓋体４０の筒部４２には、オネジ４６が形成されている。このため、オネジ４６に固定部材３４のメネジ４９を係合させることによって、電流遮断装置２をケース１に取り付けることができる。これにより、蓋体４０をケースの外側の空間２９に露出させることにより電流遮断装置２の内部空間９８と外気とを連通させつつ、電流遮断装置２をケース１に取り付けることができる。

実施例２の蓄電装置１００は、実施例１の蓄電装置１００の電流遮断装置２を、電流遮断装置２０３に変更したものである（図６、図７）。実施例１の電流遮断装置２は接点板５及び通電板４を備えていた。これに対して、実施例２の電流遮断装置２０３は、接点板９２及び通電板３６を備えている。通電板４には破断溝１６が設けられていた。これに対して、通電板３６には貫通孔３７が設けられている。貫通孔３７は、通電板３６の中央部に設けられている。突起１２は、貫通孔３７を通過することができる。接点板９２の第２接点部９３は、貫通孔３７の周囲に設けられている。すなわち、電流遮断装置２０３を平面視すると、第２接点部９３が、貫通孔３７の外側に設けられている。

本実施例の蓄電装置１００では、通電板３６に貫通孔３７が設けられている。このため、変形板３が変形すると、突起１２は貫通孔３７を通過して接点板９２に直接衝突する（図７）。突起１２が接点板９２に衝突することによって、通電板３６の第１接点部３８と接点板９２の第２接点部９３とが分離する。突起１２が接点板９２に直接衝突するので、通電板３６の第１接点部３８と、接点板９２の第２接点部９３とを、一層容易に破断することができる。

実施例３の蓄電装置１００は、実施例１の蓄電装置１００の電流遮断装置２を電流遮断装置２０５に変更したものである（図８）。電流遮断装置２０５は、実施例１の電流遮断装置２に対して、絶縁性の突起１２の（詳しくは、実施例１の突起１２に相当する構成の）構造が異なる。電流遮断装置２０５では、絶縁性の突起１２が当接部材７５及びキャップ７４によって構成されている。当接部材７５及びキャップ７４は、変形板３と通電板４との間に配置されている。当接部材７５は、変形板３の上側の面の中央部に配置されている。当接部材７５は、例えば円筒形状であり、変形板３に対して垂直となるように配置されている。当接部材７５を形成する材料として、例えば、金属が使用できる。キャップ７４は、絶縁性を有する材料で形成されている。キャップ７４は、キャップ部７６と、ガイド部７７とを有する。キャップ部７６は、下側が開口した容器形状であり、当接部材７５の上面及び側面を覆っている。ガイド部７７は、キャップ部７６の周囲に位置するつば状の部分である。ガイド部７７の内周縁部は、キャップ部７６の変形板３側の端部に接続されている。ガイド部７７の外周縁部は、通電板４における、空間２６の外周部に位置する部分に当接している。このため、キャップ部７６は、変形板３上での位置が規制されている。これにより、キャップ部７６に覆われている当接部材７５の位置が変形板３上において規制されている。換言すると、キャップ部７６は、ガイド部７７によって、変形板３と通電板４とを結ぶ方向（図８の上下方向）に直交する平面内（図８の任意の位置における水平な平面内）での位置が規制されている。これにより、キャップ部７６に覆われている当接部材の、変形板３と通電板４とを結ぶ方向に直交する平面内での位置が規制されている。

実施例３の蓄電装置１００では、変形板３上での当接部材７５の位置が、キャップ７４によって規制される。このため、当接部材７５を、溶接等により変形板３に固定する必要が無い。これにより、簡単な構成によって変形板３の中央部に絶縁性の突起１２を設けることができる。なお、キャップ７４は他の方法によって位置が規制されていてもよい。例えば、キャップ７４のガイド８３の外周縁部が、変形板３と通電板４との間に挟まれて固定されていてもよい。

実施例４の蓄電装置１００は、実施例１の蓄電装置１００の電流遮断装置２を電流遮断装置２０６変更したものである（図９）。電流遮断装置２０６は、実施例１の電流遮断装置２に対して、絶縁性の突起１２の構造が異なる。実施例４の電流遮断装置２０６では、突起１２が、変形板７９とキャップ８１によって形成されている。変形板７９の中央部の上側の面には凸部８０が形成されている。凸部８０は変形板７９の中央部が、上側に向かって湾曲していることにより形成されている。変形板７９に凸部８０を形成する方法として、例えばプレス加工が使用できる。キャップ８１は、絶縁性を有する材料で形成されている。キャップ８１は、凸部８０の上面及び側面を覆っている。キャップ８１と凸部８０とは、例えば圧入によって固定されている。

本実施例の蓄電装置１００では、絶縁性の突起１２は、変形板７９に形成されている凸部８０にキャップ８１を固定することにより構成される。従って、実施例３と異なり、当接部材７５を備える必要が無い。このため、比較的少ない数の構成部品によって突起１２を形成することができる。

実施例５の蓄電装置１００は、実施例１の蓄電装置１００の電流遮断装置２を電流遮断装置２０７変更したものである（図１０）。実施例５の電流遮断装置２０７は、実施例１の電流遮断装置２に対して、絶縁性の突起１２の構造が異なる。本実施例の電流遮断装置２０７では、突起１２は、当接部材８５と、ガイド８３とによって構成されている。当接部材８５は、絶縁性を有する樹脂で形成されている。ガイド８３は、円板形状である。ガイド８３を形成する材料として例えば金属が使用できる。ガイド８３の中央部は、当接部材８５の内部にインサート加工されている。詳しくは、ガイド８３の中央部には、開口部８４が設けられている。当接部材８５は、開口部８４が設けられている位置において、ガイド８３の中央部の上面と下面とにまたがって位置している。

ガイド８３の外周縁部は、実施例３のガイド部７７と同様に、通電板４における、空間２６の外周部に位置する部分に当接している。これにより、ガイド８３の変形板３上での位置が規制されている。その結果、当接部材８５の位置が変形板３上において規制されている。

本実施例の蓄電装置１００では、プレス加工等によって変形板３に凸部を形成することなく、変形板３に絶縁性の突起１２を設けることができる。

実施例６の蓄電装置１００は、実施例１の蓄電装置１００の電流遮断装置２を電流遮断装置２０８に変更したものである（図１１）。実施例６の蓄電装置１００の電流遮断装置２０８は、実施例１の電流遮断装置２に対して、絶縁性の突起１２の構造が異なる。電流遮断装置２０８では、突起１２が当接部材８７及びキャップ８８によって構成されている。当接部材８７及びキャップ８８は、変形板３と通電板４との間に配置されている。当接部材８７は、変形板３の上側の面の中央部に配置されている。当接部材８７は、例えば円筒形状であり、変形板３に対して垂直となるように配置されている。当接部材８７を形成する材料として、例えば、金属が使用できる。実施例６の当接部材８７は、実施例３の当接部材７５と異なり、変形板３の上面に固定されている。当接部材８７を変形板３の上面に固定する方法として、例えば溶接が使用できる。キャップ８８は、絶縁性を有する材料で形成されている。キャップ８８は、下側が開口した容器形状であり、当接部材８７の上面及び側面を覆っている。キャップ８８は当接部材８７に固定されている。キャップ８８を当接部材８７に固定する方法として、例えば圧入が使用できる。

実施例６の蓄電装置１００では、変形板３に凸形状を形成する為のプレス加工等を行うことなく絶縁性の突起１２を形成することができる。

上記の実施例では、絶縁性の変形板３の中央部に絶縁性の突起１２を設けていた。これにより、通電経路が破断された後において、接点板５と通電板４とが電気的に絶縁された状態を維持していた。しかしながら、上記の実施例では、他の方法によって、接点板５と通電板４とが電気的に絶縁された状態を維持してもよい。例えば、通電板４の外周部と変形板３の外周部とを溶接する代わりに、通電板４の外周部と変形板３の外周部との間を絶縁部材によって絶縁しつつ、支持部材１１によって保持してもよい。なお、この場合の通電板４と変形板３との間隔は、電流遮断装置が作動した後において、変形板３と通電板４との間に車両負荷（電圧）が加わった場合に、絶縁破壊が発生しない程度の間隔である。通電板４と変形板３を上記のように保持する場合には、変形板３及び突起１２は、金属等の導電性の材料で形成してもよい。変形板３の中央部に絶縁性の突起１２を設けることに代えて、変形板３全体を絶縁性の材料で形成してもよい。あるいは、突起１２の接点板５及び通電板４に接触する部分だけを絶縁性の材料で形成してもよい。あるいは、突起１２に絶縁コーティングを行ってもよい。

重要なことは、ケース１の内圧が上昇して変形板３が上方に変形したときに接点部６、２３に衝撃が加わり接点部６、２３が通電板４から分離されること、及び、通電経路が破断された後に接点板５と通電板４とが電気的に絶縁された状態が維持されることである。

上記の実施例では、いずれも、変形板３は、ケース１内の圧力が上昇した際にいわゆる飛び移り座屈を起こして変形するように構成されていた。しかしながら、ケース１内の圧力が上昇した際に、変形板３が他の態様で変形してもよい。例えば、変形板３は、ケース１内の圧力に応じて徐々に変形してもよい。

上記の実施例では、変形板３の外周部、通電板４の外周部、蓋体４０の外周部が、一体的に保持されることにより、電流遮断装置２の筐体９６が形成されていた。しかしながら、電流遮断装置２は、他の態様の筐体９６を有していてもよい。具体的には、例えば容器状の筐体９６等を有していてもよい。また、筐体９６は、電流遮断装置２に属する構成でなくてもよい。例えば、蓄電装置１００のケース等が、筐体９６の一部又は全部を構成していてもよい。

上記の実施例では、電流遮断装置２、２０３、２０５、２０６、２０７、２０８は、負極と負極端子１９とを接続する通電経路に配置されていた。しかしながら、これらの電流遮断装置は、正極と正極端子１１９とを接続する通電経路に配置されていてもよい。

上記の実施例では、電流遮断装置２が、負極端子１９の下方に配置されていた。しかしながら、電流遮断装置２が配置される位置はいずれの位置であってもよい。すなわち、電流遮断装置２は、電極組立体６０と負極端子１９との通電経路上、あるいは、電極組立体６０と正極端子１１９との通電経路上に配置されていればよい。

上記の実施例では、接点板５が負極端子１９と導通し、通電板４が電極組立体６０と導通していた。しかしながら、接点板５が電極組立体６０と導通し、通電板４が負極端子１９（または、正極端子１１９）と導通していてもよい。

上記の実施例では、変形板３の受圧部２２の下側の面は、ケース１内の空間２５に面していた。しかしながら、受圧部２２の下側の面は、空間２５と同じ圧力に保持されている他の空間に面していてもよい。

上記の実施例において、ケース１の空間２５は、「第１空間」の一例であり、電流遮断装置２の内部空間９８は、「第２空間」の一例である。また、負極端子１９及び正極端子１１９は、請求項における「電極端子」の一例である。また、蓋体４０の筒部４２の図２上側の端部は、請求項における蓋体の「一方」の一例であり、本体部４１の図２下側の端部は、蓋体の「他方」の一例である。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項に記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数の目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

１ ケース
２、２０３、２０５、２０６、２０７、２０８ 電流遮断装置
３、７９ 変形板
３、９２ 接点板
３ 変形板
４、３６ 通電板
５ 接点板
６ 第１接点部
１１ 支持部材
１２ 突起
１９ 負極端子
２３ 第２接点部
２４ 当接部
２５、２６、２７、２８、２９ 空間
３２ 連通孔
３４ 固定部材
４０ 蓋体
４１ 本体部
４２ 筒部
４５ 接続部
４６ オネジ
４７、４９ メネジ
４８ 取付け面
６０ 電極組立体
７４ キャップ
７５ 当接部材
７６ キャップ部
７７ ガイド部
９０ 蓄電装置
９８ 内部空間
１１９ 正極端子

Claims (8)

1. 蓄電装置に使用される電流遮断装置であり、正極及び負極を備える電極組立体と正負いずれかの電極端子とを電気的に接続し、電極組立体を収容する密閉されたケースの内圧が所定レベルを超えて上昇した際に電極組立体と電極端子との直列な通電経路を遮断する電流遮断装置であって、
   内圧が所定レベルを超えて上昇した際に変形する変形板と、
   電極組立体、及び電極端子と電気的に接続された状態で通電経路を構成する接点板及び通電板を備え、
   通電板は、変形板と接点板に挟まれるように配置されており、
   通電板は、接点板と接触する第１接点部を含み、
   接点板は、第１接点部と接触する第２接点部を含み、
   ケースの内部に第１空間が形成されており、
   変形板と通電板の間に第２空間が形成されており、
   ケースの外側と第２空間が連通部によって連通しており、
   変形板は、
   接点板とは反対側の面が、内圧と同じ圧力に保持されている第１空間に面しているとともに、接点板に対向している面が、連通部を通じてケースの外側の圧力に保持されている第２空間に面しており、
   かつ第１接点部もしくは第２接点部に接触する当接部が形成されており、
   内圧が所定レベルを超えて上昇した際に、当接部が接点板側へ移動するように変形板が変形することにより、第１接点部及び第２接点部のうち、少なくとも第２接点部が通電板と分離可能な電流遮断装置。
2. 電流遮断装置は、さらに、
   一方がケースに設けられた開口部を通じてケースの外側に露出しているとともに他方が電流遮断装置の筐体の一部を構成し、かつ接点板と導通している導電性の蓋体を備えており、
   蓋体には、一方から他方まで貫通する連通孔が設けられており、
   第２空間は、連通孔を通じてケースの外側の圧力に保持されている、請求項１に記載の電流遮断装置。
3. ケースの外側に露出している蓋体の一方は、電極組立体から外部の装置へ電力を供給する導電部材を接続する接続部を有する、請求項２に記載の電流遮断装置。
4. 接続部は、蓋体の連通孔の内面に形成されており、導電部材を固定するためのメネジを有している、請求項３に記載の電流遮断装置。
5. ケースの外側に露出している蓋体の一方の側面にはオネジが形成されており、
   電流遮断装置は、オネジと係合する固定部材と、蓋体のケースの内側に位置する部位とでケースの壁を挟み込んでケースに固定される、請求項２〜４のいずれか一項に記載の電流遮断装置。
6. 変形板の中央部は、接点板の側に向けて突出する絶縁性の突起が設けられ、突起に当接部を有する、請求項１〜５のいずれか一項に記載の電流遮断装置。
7. 電流遮断装置は、さらに、
   変形板と通電板との間に配置される当接部材、及び絶縁性を有するキャップを有しており、
   絶縁性の突起が、当接部材及びキャップによって構成されており、
   当接部材は、
   変形板の通電板側の面の中央部に配置されており、
   キャップは、
   当接部材を覆っているキャップ部と、キャップ部の位置を、変形板と通電板とを結ぶ方向に直交する平面内において規制しているガイド部とを有する、請求項６に記載の電流遮断装置。
8. 請求項１〜７のいずれか一項に記載の電流遮断装置を備える蓄電装置。

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