JP6077937B2 - 電流遮断装置及び蓄電装置 - Google Patents

Description

本発明は、電流遮断装置及びそれを用いた蓄電装置に関する。詳しくは、過充電などによりケース内圧が上昇した際に電流を遮断する電流遮断装置とそれを備えた蓄電装置に関する。

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液が収容されており、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。このような不具合に対策するために、電流遮断装置を備えた蓄電装置（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異常に上昇すると、電流を遮断し蓄電装置の安全性を確保する。電流遮断装置の例が、特許文献１−６に開示されている。

特開平０９−２８９０１０号公報 特開平１０−２４１６５４号公報 特開平０９−０３６９９９号公報 特開平０９−１３４７１５号公報 特開平１１−２２４６５８号公報 特開２００３−３３１８２２号公報

上記した従来の電流遮断装置は、いずれも、蓄電池のケース内圧の上昇によって、電極組立体と外部端子との間の通電経路を遮断する。発明者らは、従来の技術とは異なる機構で通電経路を遮断する電流遮断装置を考案した（特願２０１２−０９０９９２号、及び、ＰＣＴ／ＪＰ２０１３／０６０９６８、本願出願時は未公開）。その技術は、ケース内圧上昇時に切断する通電経路の部位を電界液から隔離する板材（後述する変形板）を有するとともに、その板材がケース内圧上昇に伴って通電遮断部位を遮断する構造を有している。なお、その構造の詳細は発明の実施形態にて詳しく説明する。

本明細書は、発明者らが考案した上記の電流遮断装置にさらに改良を加えたものであり、その目的は、ケース内圧上昇により通電経路が遮断された後に通電経路が再導通することを従来よりも確実に防止することにある。

本明細書が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。電流遮断装置の内部空間が、蓄電装置のケース内空間から隔離されており、電流遮断装置の内部は、ケース内圧の影響を受けない。電流遮断装置の内部と外部（蓄電装置のケース内空間）とを隔離する隔壁の一部が、ケース内圧（即ち電流遮断装置の内外圧力差）が所定レベルを超えて上昇したときに変形する変形板で構成されている。電流遮断装置内では通電経路の一部が露出しているが、蓄電装置のケース内部とは隔離されているため、通電経路でアークが発生しても、ケース内部のガスには影響しない。また、ケース内部に電解液が充填されていても、電流遮断装置の内部空間はケース内部空間とは隔離されているため、露出した通電経路に電解液が浸らず、通電経路が劣化しない。

電流遮断装置は、また、通電経路を構成する２枚の導電板、即ち、通電板と接点板を備えている。通電板には、前述の所定レベルの内圧により所定の荷重が加わると破断してケース内圧の受圧方向に移動する破断部が設けられている。接点板は、通電板と対向配置されている。また、接点板は、破断部と接触して導通している。電極組立体と外部端子の間の通電経路は、電極組立体から順に通電板と接点板を通り、外部端子に至る。あるいは、通電経路は、電極組立体から順に、接点板と前記通電板を通り、外部端子に至る。

変形板は、一方の面がケース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、他方の面がケースの内部空間とは隔離された第２空間にて通電板と対向しており、かつ、通電板に対して、接点板とは反対側に配置されている。上述の「受圧方向」とは、変形板がケース内圧を受ける方向であり、変形板から通電板へ向かう方向である。変形板は、ケース内圧が所定レベルを超えて上昇したときに通電板側に変形して破断部に所定の荷重を与えて破断させる。そして、変形板と接点板は、筒状の支持部材の内側に固定されている。

本明細書が開示する電流遮断装置では、さらに、接点板を平面視したときの面積が変形板を平面視したときの面積よりも小さい。それゆえ、接点板の板面を貫通する面外変形に関する曲げ剛性を小さくすることができる。より具体的には、接点板の板面を貫通する面外方向の曲げ剛性を、変形板の板面を貫通する面外方向の曲げ剛性よりも小さくすることができる。変形板が変形して破断部を破断させたのち、変形板がさらに破断部を接点板とともに受圧方向に押し動かし、通電板の残部から離間させる。上記の関係を満たすことで、破断部を破断させた後に接点板が変形板を押し返す力を小さくすることができる。それゆえ、破断後の破断部が通電板の残部に近づくことが防止される。その結果、破断後の破断部あるいは接点板が通電板と再導通することが防止される。以下では、「板面を貫通する面外方向」を単純に「面外方向」と表記する。

また、接点板の面外方向の曲げ剛性が低いということは、変形板が破断部に衝突した直後に、破断部とともに接点板を押圧するが、その際にも接点板は変位し易く、破断部の破断をより一層確実にする。

なお、接点板の面積を変形板の面積よりも小さくする具体的な構造の一例は、接点板に孔又は切欠を設けることである。変形板と接点板が電流遮断装置の筒状の筐体内面に支持されている場合は、変形板と接点板の外形形状が同じとなるので、接点板に孔あるいは切欠を設ければ、接点板の面積は変形板の面積よりも小さくなる。

接点板に孔又は切欠を設けると、接点板と変形板の積層方向からみたときに接点板の形状が中心に対して点対称とならない場合があり得る。しかし、変形板の変形に伴って接点板の中心（破断部と接している箇所）がスムースに面外方向に変形するためには、接点板は、積層方向からみたときにその中心に対して点対称であることが好ましい。

また、変形板は、第１空間側に凸なすり鉢状の形状に形成されているとともに、ケースの内圧が所定レベルを超えて上昇すると、第２空間側に凸なすり鉢状の形状に飛び移り座屈を起こして変形すると同時に前記破断部に衝突して前記破断部を破断させるものであることが好ましい。ここで、変形板が「すり鉢状」とは、変形板の中心を通る断面がすり鉢状であることを意味する。

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、荷重が所定の大きさを超えたところで板材の湾曲方向が一方側から他方側に一気に反転するように瞬間的な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。飛び移り座屈を生じせしめる形状が、上記したすり鉢状の形状である。

変形板が飛び移り座屈を起こして変形する場合、一旦飛び移り座屈を生じて破断部を破断させた後は、ケースの内圧が低下しても変形板の形状は元には戻らない。それゆえ、ケースの内圧が低下しても破断部が元の位置に近づいて通電板の残部と接して再導通を引き起こす可能性が低減できる。

破断部をより確実に破断させるために、変形板の中央部に、破断部に向けて突出するパンチング突部を設けるとよい。この場合、ケース内圧が所定レベル以下のときには（外圧と同じレベルのときには）、パンチング突部の頭頂面と破断部の間に隙間が設けられるように変形板を配置するとよい。そして、ケースの内圧が所定レベルを超えて上昇したときに、変形板は通電板に向けて変形してパンチング突部が破断部と衝突して破断させるように、変形板と通電板を配置するとよい。さらに、変形板が飛び移り座屈を生じるようになっているとよい。そのような構成は、飛び移り座屈時の急激な変形によるパンチング突部の移動速度が加わり、破断部に強い衝突を与えて確実に破断させることができる。

一方、通電板の破断部を破断し易くするため、破断部を囲むように破断溝又はパーフォレイション（ミシン目）を設けるとよい。溝やパーフォレイションは他の部位よりも強度が低くなり、破断部が破断し易くなる。

パンチング突部を備える変形板と破断部を備える通電板との関係は、次のごとく変化する。ケース内圧が所定レベル未満のときに、パンチング突部と破断部との間に隙間が設けられている第１状態から、ケース内圧が所定レベルを超えて上昇した時に、変形板のパンチング突部が、通電板に向けて移動し、破断部と接点板に衝撃を加えるとともに破断部と接点板を通電板から離反させる第２状態へ、さらに、接点板が通電板側に移動する力と、変形板が接点板を通電板から離反させる力とが釣り合っている第３状態へ移行する。そして、第３状態のときには、接点板が、通電板と導通しないように通電板から離反した状態を保つ。なお、本明細書は、上記した電流遮断装置を備える新規な蓄電装置も提供する。

本明細書が開示する技術の詳細とさらなる改良は次の実施例にて詳しく説明する。

本明細書が開示する発明によれば、ケース内圧上昇により通電経路が遮断された後に通電経路が再導通することを従来よりも確実に防止することができる。

蓄電装置の縦断面図を示す。 第１実施例の電流遮断装置について、通常時の状態を示す。 第１実施例の電流遮断装置について、通電経路が破断された状態を示す。 第１実施例における接点板の平面図を示す。 第２実施例の電流遮断装置について、通常時の状態を示す。 第２実施例の電流遮断装置について、通電経路が破断された状態を示す。 第２実施例における接点板の平面図を示す。 第３実施例の電流遮断装置について、通常時の状態を示す。 第３実施例の電流遮断装置について、通電経路が破断された直後の状態を示す。 第３実施例の電流遮断装置について、通電経路が破断されて所定時間が経過した後の状態を示す。

以下、本明細書で開示する電流遮断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、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、正極外部端子と負極外部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。

（第１実施例）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、負極外部端子１９と、正極外部端子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。正極集電タブ６５が、正極電極に固定されている。負極集電タブ６７が、負極電極に固定されている。

負極外部端子１９及び正極外部端子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、負極外部端子１９とケース１、及び正極外部端子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。負極外部端子１９は、電流遮断装置２、負極リード６８を介して、負極集電タブ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。正極外部端子１１９は、正極リード６４を介して正極集電タブ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。

図２Ａ及び図２Ｂを参照し、第１実施例の電流遮断装置２について説明する。なお、図２Ａ、２Ｂ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２Ａ、２Ｂ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と負極外部端子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と負極外部端子１９の間の通電経路を遮断する。なお、図２Ａ、２Ｂでは、負極外部端子１９とケース１との間に介在している絶縁シート６６の図示を省略している。

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）状態になったり、蓄電装置１００が過昇温状態（活物質の熱暴走温度）になったときのケース１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って定められる。なお、蓄電装置１００では、電流遮断装置２は、負極外部端子１９の下方に配置される。しかしながら、電流遮断装置２を配置する位置は、負極外部端子１９の下方に限定されるものではない。電流遮断装置２は、電極組立体６０と負極外部端子１９との直列な通電経路上に配置されていればよい。

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の内部に流通しないようにシールされている（密封されている）。電流遮断装置２の外側空間（空間９１）は、ケース内空間であるから、その圧力はケースの内圧と同じである。電流遮断装置２は密封されているので、その内部空間（空間９２）にはケース１の内圧が影響しない。従って、ケース１の内圧上昇に伴って電流遮断装置２の内外で圧力差が大きくなり、内圧が所定レベルを超えると、その圧力差によって通電経路が遮断される。

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２Ａの下方）からケース１の外側（図２Ａの上方）に向けて順に説明する。電流遮断装置２は、変形板３と、通電板４と、接点板５を備えている。図２Ａ、図２Ｂは断面図であるが、変形板３と接点板５は円板状であり、図中の座標系のXＹ面内でどの方向から見ても同じである。

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は、その一方の面が空間９１（即ち、ケース内部空間）に面しており、他方の面が空間９２（即ち、電流遮断装置２の内部空間）に面している。変形板３は、その外周がシール部材１４を介して筒状の筐体１１に固定されている。変形板３は、空間９１と空間９２を隔離する隔壁の一部を構成する。前述したように、空間９２は空間９１（ケース内圧に保持されている空間）の圧力の影響を受けないので、ケース内圧が上昇すると、変形板３の両側で圧力差が生じる。変形板３はその圧力差によって変形する。

変形板３は、図２Ａに示すように、空間９１の側に向かって突出するすり鉢状（空間９１側に凸なすり鉢状）であり、その中央に、通電板４に対向するようにパンチング突部１２が設けられている。より詳しくは、パンチング突部１２は、通電板４の一部である破断部６（後述）に対向するように設けられている。パンチング突部１２は絶縁性の材質で作られている。パンチング突部１２の形状は、例えば筒状である。

変形板３の図中上方に通電板４が位置している。別言すれば、通電板４は、変形板３に対向するように配置されている。通電板４も、金属板状であり、その周縁が筐体１１に固定されている。通電板４は導電性を有し、同じく導電性の接続部材１３、負極リード６８（図１参照）、負極集電タブ６７（図１参照）を介して、電極組立体６０と電気的に接続されている。接続部材１３は、通電板４と一体であってもよい。通電板４は、変形板３、及び接点板５と重なる（積層される）円形部を有する。通電板４の中央部１５（前述の円形部に含まれる部分）は、通電板４の他の部分と比較して、厚みが薄い。その中央部１５に、破断部６が設けられている。破断部６を囲むように破断溝１６が形成されている。逆に言えば、破断溝１６によって破断部６とそれ以外の領域が画定される。破断溝１６は、他の部位よりも脆弱に作られており、破断部６が衝撃を受けると破断溝１６に沿って破断部６が破断する。

通電板４を挟んで変形板３とは反対側に接点板５が配置されている。別言すれば、変形板３が、通電板４に対して、接点板５とは反対側に配置されている。このように、変形板３、通電板４、及び、接点板５は、この順に積層して配置されている。変形板３と通電板４と接点板５が積層している方向が、請求項における「積層方向」に対応する。接点板５も金属円板であり、その周縁を筐体１１が支持している。接点板５の周縁において通電板４との間にはシール部材１７が配置されており、接点板５と通電板４は、周縁では絶縁されている。接点板５は、中央が通電板４に向かって突出するすり鉢状であり、その中央で通電板４の破断部６と接合されており、破断部６を通じて通電板４と導通している。逆にいえば、接点板５と通電板４は破断部６以外では導通していない。なお、接点板５の平面形状については後述する。

通電板４は、板状であり、後述する導電性の封口蓋７を通じて負極外部端子１９と電気的に接続している。結局、負極外部端子１９は、封口蓋７、接点板５、通電板４、接続端子部材、負極リード６８（図１参照）、及び、負極集電タブ６７（図１参照）を介して、電極組立体６０と導通している。即ち、上記の経路が通電経路に相当する。図２Ａにおいて符号２１が示す太線が通電経路を表している。詳しくは後述するが、破断部６が破断し、接点板５と通電板４の間の電気的接続が遮断されると、負極外部端子１９と電極組立体６０の間の通電経路が遮断される。なお、通電経路は、電極組立体６０から順に通電板４、接点板５を通って負極外部端子１９に至る経路であってもよいし、逆に、電極組立体６０から順に、接点板５、通電板４を通って負極外部端子１９に至る経路であってもよい。

筒状の筐体１１の上端は、封口蓋７で封止されている。封口蓋７の外周部が、絶縁性の筐体１１で支持されている。前述したように、封口蓋７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。封口蓋７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、封口蓋７の中央部が、封口蓋７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のパンチング突部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の上方への変形を許容するための空間である。

変形板３、通電板４、接点板５、及び、封口蓋７は、いずれも筒状の筐体１１に固定されている。筐体１１は、絶縁性を有しており、例えば樹脂モールドで成形されている。筐体１１を平面視するとリング状である。ここで、平面視とは、図中の座標系におけるＺ軸方向の視点に相当する。筒状の筐体１１の両端にはその内周に小さなフランジが設けられており、変形板３、通電板４、接点板５、及び、封口蓋７は、そのフランジの間に配置される。筐体１１の両端内周のフランジは、筐体１１を外側から覆うカシメ部材２０によって筐体１１の筒状の軸方向に圧縮力を受ける。その軸方向の圧縮力により、変形板３、通電板４、接点板５、及び、封口蓋７が保持される。

筐体１１、封口蓋７、変形板３によって、電流遮断装置２の内部空間９２は、ケース内空間９１から隔離されている。それゆえ、ケース内空間９１が電界液で充填されていても、通電板４と接点板５は電解液に浸らずに済む。通電板４と接点板５を電解液から保護することで、それらの劣化を抑制する。

電流遮断装置２の動作について説明する。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。符号９１が示す空間の圧力が上昇する。符号９２が示す空間、即ち、電流遮断装置２の内部空間はケース内圧の影響を受けないので、変形板３の両側で圧力差が生じる。中央が空間９１の側に凸なすり鉢状の変形板３は、空間９１の側の圧力（即ちケース内圧）が所定レベルを超えると、飛び移り座屈を生じ、空間９２の側に突出するように変形する。別言すれば、変形板３は、中央が空間９１の側に凸なすり鉢状から、中央が空間９２の側に凸なすり鉢状に変形する。変形板３と通電板４は、変形板３の初期形状においてパンチング突部１２の頭頂面２４と破断部６の間に隙間が存在する位置関係に配置される。また、変形板３と通電板４は、変形板３が変形したときにはパンチング突部１２が通電板４を貫通する位置関係に配置される。

飛び移り座屈による形状変化は瞬時に生じるため、パンチング突部１２が破断部６に向かって高速に移動する。そして、パンチング突部１２が破断部６に衝突すると、変形板３の両側の圧力差に衝撃力が加わり、圧力差と衝撃力の両者で破断部６が通電板４から破断し、通電板４から離間する。なお、破断部６の破断は、破断溝１６を起点に生じる。破断部６が破断し、破断部６と接点板５が通電板４の残部から離間することによって、接点板５と通電板４の導通が遮断される。即ち、負極外部端子１９と電極組立体６０の間の通電経路が遮断される。

上記の動作を別言すると、次の通りである。即ち、破断部６は、所定レベルのケース内圧により所定の荷重が加わると破断してケース内圧の受圧方向に移動する。ここで、所定の荷重は、変形板６のパンチング突部１２によってもたらされる。また、「受圧方向」とは、ケース内圧が変形板６を押圧する方向であり、また、この方向は、変形板６のパンチング突部１２が変形板６の変形により移動する方向に相当する。

図２Ｂに示すように、飛び移り座屈した後の変形板３の形状では、パンチング突部１２の頭頂面は通電板４を通過し、変形板の反対側に突き出る。飛び移り座屈による変形が一旦生じると、変形を生ぜしめた荷重が消失しても、元の形状には戻らない。それゆえ、破断部６と接点板５は、パンチング突部１２に押し出されるようにして通電板４の残部から離間した状態に保たれる。接点板５あるいは破断部６が再び通電板４の残部と接触することが防止される。

上記の電流遮断装置２では、ケース内圧が所定レベルを超えると変形板が飛び移り座屈を生じて変形する。飛び移り座屈の変形は瞬時に生じるものであり、電流遮断装置２では、変形板３の両面の圧力差に変形板３の変形時の勢いが加わって破断部を破断させる。それゆえ、ケース内圧が漸増するような場合であっても特定の一定の内圧レベル（上述した所定のレベル）で電流経路を確実に破断することができる。

また、電流遮断装置２では、その内部空間にて通電板４と接点板５の接合箇所が露出している。他方、変形板３は、通電経路を遮断するメカニズムの一部品として機能するとともに、蓄電装置のケース内部の空間と電流遮断装置２の内部空間との隔壁の一部を構成する。従って、ケース内部が電解液で満たされていても、通電板４と接点板５の接合箇所が電解液に触れることがない。

接点板５の平面形状とその利点について説明する。図３に接点板５の平面図を示す。図３は、筐体１１とカシメ部材２０の断面も示してある。筐体１１とカシメ部材２０は円筒状であるため、図３では、筐体１１とカシメ部材２０はリング状の断面として表れる。なお、符号１１ａは、筐体１１の内側面を示している。

接点板５の外形状も円形である。接点板５の外形状は、図３では、符号１１ａが示す円で表される。また、接点板５は、その周囲が筐体１１に固定されている。接点板５には、４個の孔ＨＬが設けられている。４個の孔ＨＬは、接点板５の周方向に等間隔に設けられており、その結果、図３の平面視において、接点板５の形状は、外形円形の中心ＣＬに対して点対称である。

接点板５と変形板３は、同じ特性、同じ厚みの金属板で作られており、また、両者は同じ筒状の筐体１１の内側に固定されており外形状が同じであるが、変形板３は孔や切欠を有さず、接点板５は孔ＨＬを有する。別言すれば、接点板５の面積は、孔ＨＬの面積分だけ、変形板３の面積よりも小さい。接点板５は、４個の孔ＨＬを有することにより、その面外方向の変形の曲げ剛性が変形板３の面外方向への曲げ剛性よりも低くなっている。接点板５は、平面視したときの面積が変形板３の面積よりも小さく、面外変形に対する曲げ剛性が変形板３の曲げ剛性よりも低い。それゆえ、図２Ｂに示すように、変形板３が変形して破断部６が破断した後、変形板３を元の形状の方向、即ち通電板４に向けて押し戻す力が小さい。このことは、一旦遮断した通電経路が再導通する可能性が小さいことを意味する。

また、接点板５の面外方向の曲げ剛性が変形板３よりも低いということは、変形板３が破断部６に衝突した直後に、破断部６とともに接点板５を押し上げるが、その際にも接点板５は変位し易く、破断部６の破断をより一層確実にする。

また、孔を有する接点板５の平面形状が中心ＣＬに対して点対称であるため、パンチング突部１２の移動に伴って接点板５が面外方向に変形する場合、その中心部が、接点板５の面に直交する方向にまっすぐに変形し易い。

（第２実施例）次に、図４Ａ、図４Ｂ、及び、図５を参照して第２実施例の電流遮断装置を説明する。蓄電装置２００を説明する。蓄電装置２００は、蓄電装置１００の変形例であり、第３実施例の電流遮断装置２０２の構造が蓄電装置１００の電流遮断装置２と相違する。蓄電装置１００と同じ部材には、蓄電装置１００と同じ参照番号を付すことにより、説明を省略することがある。図４Ａは通電経路の破断前の状態を示し、図４Ｂは通電経路の破断後の状態を示している。図５は、接点板１０５の平面図を示す。なお、以下の実施例では、蓄電装置の全体の図示を省略し、電流遮断装置の周囲の構造だけを図示することがある。図４Ａにおいても、符号２１が示す太線が通電経路を表している。通電経路は、図２Ａに示した第１実施例の場合と同じである。

電流遮断装置２０２では、変形板２５が、円弧状の波形部を有する薄板で構成されている。だたし、変形板２５の中央部は平板状である。波形部は、中央部と外周部の間に設けられている。

通電板４の破断部６が破断した後は、移動した破断部６と、通電板４の残部との距離が大きいことが好ましい。変形板が平板状の場合、通電板４と破断部６との距離を大きくするためには、変形板が変形する前（ケース１の内圧が通常のとき）に、変形板が電極組立体６０側に大きく突出していることが必要である。しかしながら、電流遮断装置を取り付けるスペースが小さいと、変形板を電極組立体６０側に大きく突出させることができない。そのため、変形板が飛び移り座屈による変形を生じたときに、変形板の中央部の変位量（ストローク）が大きくならない。今、通電板４と破断後の破断部６との距離を大きくすることができれば、電流遮断装置の信頼性（通電経路を再導通させないこと）を向上させることができる。

電流遮断装置２０２では、変形板２５に波形部が設けられている。そのため、変形板２５が変位する方向（図４Ａ、４Ｂの図中の座標系におけるＺ軸方向）において、電流遮断装置２０２を取り付けるスペースが小さくても、変形板２５の変位量を十分に確保することができる。すなわち、変形板２５が変位する方向において、変形板２５の変形量を増大させることができ、変形板２５のストロークを大きくすることができる。なお、波形部が設けられている変形板２５の場合、変形板２５は、飛び移り座屈を生じる構造であることが望ましいが、飛び移り座屈による変形ではなく、ケース内圧の上昇に伴って徐々に変形する構造であってもよい。変形板２５が飛び移り座屈を起こさない構造の場合、接点板５が飛び移り座屈による変形を生じる構造であることが好ましい。

図５に、接点板１０５の平面図を示す。図５にも、図３と同様に、筐体１１とカシメ部材２０の断面も示してある。筐体１１とカシメ部材２０は円筒状である。符号１１ａは、筐体１１の内面を示している。

接点板１０５は、４箇所の切欠ＨＣを有する。４箇所の切欠ＨＣは、接点板１０５の中心ＣＬに対して点対称の位置に設けられている。従って接点板１０５の外形状は、図５の平面視でみたときに十字形である。接点板１０５の面積も、４箇所の切欠ＨＣの面積分だけ、変形板２５の面積よりも小さい。接点板１０５のこの形状も、第１実施例の接点板５と同様の利点を有する。

（第３実施例）図６Ａ、６Ｂ、６Ｃを参照し、蓄電装置３００について説明する。蓄電装置３００は、蓄電装置１００の変形例であり、第３実施例の電流遮断装置３０２の構造が蓄電装置１００の電流遮断装置２と相違する。蓄電装置１００と同じ部材には、蓄電装置１００と同じ参照番号を付すことにより、説明を省略することがある。図６Ａは通電経路の破断前の状態を示し、図６Ｂは通電経路の破断直後の状態を示し、図６Ｃは通電経路が破断してから所定時間が経過した状態を示している。

電流遮断装置３０２を構成する部品の形態は、電流遮断装置２と同一である。電流遮断装置３０２では、変形板３と接点板５の材料・寸法等が、図６Ａ、６Ｂ、６Ｃの順に動作するように調整されている。図６Ａに示すように、ケース１の内圧が所定レベル未満のときは、電極組立体６０（図１を参照）から負極外部端子１９に至る直列な通電経路が形成されている。このとき、変形板３の通電板４側の端面（パンチング突部１２の頭頂面２４と通電板４と対向する面）と、通電板４との間には、隙間が存在する（第１状態）。

図６Ｂに示すように、ケース１の内部でガスが発生しケース１の内圧が所定レベルを超えると、変形板３は、中央がケース内部空間（空間９１）に向かって突出するすり鉢形状から、通電板４に向かって突出するすり鉢形状に変形する。このときの変形は飛び移り座屈によるものであり瞬間的に生じる。すると、変形の際にパンチング突部１２が通電板４の破断部６に衝突する。衝突の衝撃により、破断部６が破断溝１６を起点に破断する。飛び移り座屈による変形の結果、パンチング突部１２の頭頂面２４は、通電板４を貫通して反対方向に突出する。すると、接点板５が、通電板４の破断部６とともに通電板４から離反する（第２状態）。その結果、電極組立体６０（図１を参照）から負極外部端子１９に至る通電経路が遮断される。

図６Ｃに示すように、通電板４が破断して所定時間が経過すると、接点板５と通電板４の距離が、第２状態のときよりも短くなる（第３状態）。パンチング突部１２から接点板５に加えられた衝撃がなくなり、接点板５に復元力が生じるからである。接点板５は、接点板５が通電板４側に移動する力と、変形板３が飛び移り座屈後の形状を維持する力とが釣り合った位置で停止する。なお、接点板５の平面形状は、図３あるいは図５に示した形状であり、孔あるいは切欠が設けられており、その面積は変形板３の面積よりも小さい。それゆえ、接点板５の面外変形の曲げ剛性、即ち、復元力が、変形板３の曲げ剛性よりも小さい。つまり、第２状態と第３状態における破断部６の位置の差は小さく、破断後の破断部６が通電板４に再導通することがより確実に防止される。

電流遮断装置３０２では、第３状態のときに接点板５と通電板４の隙間が１ｍｍ以上になるように、接点板５に設ける孔あるいは切欠の大きさが調整されている。接点板５と通電板４の隙間が１ｍｍ以上であれば、接点板５と通電板４の間が再導通しない。すなわち、通電経路が遮断した状態を維持することができ、電極組立体６０と負極外部端子１９が再導通することを確実に防止することができる。

電流遮断装置３０２が備える特徴は、上述した全ての実施例に適用することができる。すなわち、上述した全ての実施例において、通電経路が遮断されてから所定時間が経過した後に、接点板５が通電板４と導通しない位置で、接点板５が通電板４側に移動する力と変形板３が反転する力とが釣り合うように調整してもよい。

実施例で説明した技術に関する留意点を述べる。実施例では、負極の外部端子と電極組立体（電池本体）の間に電流遮断装置が挿入されていた。電流遮断装置は、正極の外部端子と電極組立体の間に挿入されていてもよい。

通電板は、所定の荷重が加わると破断部が破断するように作られている。ここでの「所定の荷重」（所定の大きさの荷重）は、電流を遮断させたいときのケース内圧（内圧閾値）に応じて設定される。例えば、所定の荷重は、内圧閾値に変形板の面積を乗じた荷重に定められる。変形板は飛び移り座屈により瞬間的に変形し、破断部が受ける荷重は、内圧閾値に変形板の面積を乗じた荷重に、パンチング突部が破断部に衝突する衝撃の荷重が加わる。それゆえ、「所定の荷重」の大きさを、内圧閾値に変形板の面積を乗じた荷重に定めた場合、変形板の飛び移り座屈による変形で破断部は確実に破断する。通電板は、所定の大きさの荷重が加わると破断部が破断するように作られるが、ここでの「所定の荷重」は、電流遮断装置を作動させたいケース内圧の所定レベルに応じて定められる。

実施例の筐体１１が、「筒状の支持部材」の一例に相当する。実施例の通電板では、溝により破断部が画定されていた。溝に代えてパーフォレイション（ミシン目、あるいは、一定間隔で設けられた細孔の列）で破断部を画定してもよい。溝の大きさ／深さ、あるいはパーフォレイションの形状は、破断部に所定の閾値の荷重が加わったときに破断するように定められる。

実施例では変形板の一方の面はケース内部空間（図中の空間９１）に面していた。この場合、ケース内部空間が「ケース内圧と同じ圧力に保持されている第１空間」に相当する。また、ケース内部空間に対して密閉された電流遮断装置２の内部空間（図中の空間９２）が「ケースの内部空間とは隔離された第２空間」に相当する。変形板は、一方の面が空間９１に面しており、他方の面が空間９２に面している。別言すれば、変形板は、電流遮断装置２の内部空間と、ケース内部空間を隔てる隔壁の一部を構成している。なお、ケース内部に電解液が充填されている場合、変形板の劣化を防止するために、ケース内部空間側に暴露している変形板をシリコンシート等で覆っていてもよい。シリコンシートは柔軟であるため、ケース内圧に応じて変形する。即ち、変形板とシリコンシートの間の空間は、ケース内圧と同じ圧力に保持された空間に相当する。従ってシリコンシート等によって変形板を覆う場合、シリコンシートと変形板の間の空間が、「ケース内圧と同じ圧力に保持されている第１空間」に相当する。

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。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、出願時請求項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、２０２、３０２：電流遮断装置／３、２５：変形板／４：通電板／５、１０５：接点板／６：破断部／７：封口蓋／１１：筐体／１２：パンチング突部／１３：接続部材／１４、１７：シール部材／１５：中央部／１６：破断溝／１８：凹部／１９：負極外部端子／２０：カシメ部材／２４：頭頂面／６０：電極組立体／９１：ケース内圧と同じ圧力に保持された空間／９２：ケース内部とは隔離された空間でありケース内圧の影響を受けない空間／１００、２００、３００：蓄電装置／１１９：正極外部端子

Claims (10)

1. 電極組立体と、正極又は負極の外部端子とを電気的に接続するとともに、前記電極組立体を収容するケースの内圧が所定レベルを超えて上昇したときに前記電極組立体と前記外部端子との通電経路を遮断する電流遮断装置であり、
   前記電流遮断装置は、
   前記所定レベルの内圧により所定の荷重が加わると破断して前記内圧の受圧方向に移動する破断部が設けられている通電板と、
   前記通電板と対向配置されており、前記破断部と接触して導通された接点板と、
   前記内圧が所定レベルを超えて上昇したときに変形する変形板と、
   を備えており、
   前記通電経路は、前記電極組立体から順に前記通電板、前記接点板を通る、もしくは、前記電極組立体から順に、前記接点板、前記通電板を通り、
   前記変形板は、一方の面が前記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、他方の面が前記ケースの内部空間とは隔離された第２空間にて前記通電板と対向しており、かつ、前記通電板に対して、前記接点板とは反対側に配置され、前記内圧が所定レベルを超えて上昇したときに前記通電板側に変形して前記破断部に所定の荷重を与えて破断させるものであり、
   前記破断部の破断後は前記接点板が前記破断部とともに前記通電板の残部から離間して前記通電経路が遮断され、
   前記変形板と前記接点板は、筒状の支持部材の内側に固定されており、前記接点板の板面を貫通する面外方向への曲げ剛性が、前記変形板の板面を貫通する面外方向への曲げ剛性よりも低いことを特徴とする電流遮断装置。
2. 前記接点板を平面視したときの面積が前記変形板を平面視したときの面積よりも小さい請求項１に記載の電流遮断装置。
3. 前記接点板に孔又は切欠が設けられている請求項１又は２に記載の電流遮断装置。
4. 前記接点板と前記変形板と前記通電板の積層方向からみたときに、前記接点板は、前記接点板の中心に対して点対称の形状であることを特徴とする請求項３に記載の電流遮断装置。
5. 前記変形板は、前記第１空間側に凸なすり鉢状に形成されているとともに、前記内圧が所定レベルを超えて上昇すると、前記第２空間側に凸なすり鉢状に飛び移り座屈を起こして変形すると同時に前記破断部に衝突して前記破断部を破断させる、請求項１から４のいずれか１項に記載の電流遮断装置。
6. 前記破断部は、前記通電板の中央部に設けられている請求項５に記載の電流遮断装置。
7. 前記変形板の中央部には、前記破断部に向けて突出するパンチング突部が設けられている請求項１から６のいずれか１項に記載の電流遮断装置。
8. 前記破断部を囲むように破断溝あるいパーフォレイションが設けられている請求項１から７のいずれか１項に記載の電流遮断装置。
9. 前記内圧が所定レベル未満のときに、前記パンチング突部と前記破断部との間に隙間が設けられている第１状態から、
   前記内圧が所定レベルを超えて上昇した時に、前記変形板の前記パンチング突部が、前記通電板に向けて移動し、前記破断部と前記接点板に衝撃を加えるとともに前記破断部と接点板を前記通電板から離反させる第２状態へ、さらに、
   前記接点板が前記通電板側に移動する力と、前記変形板が前記接点板を前記通電板から離反させる力とが釣り合っている第３状態へ移行可能であり、
   前記第３状態のときに、前記接点板が、前記通電板と導通しないように前記通電板から離反している請求項７に記載の電流遮断装置。
10. 請求項１から９のいずれか１項に記載の電流遮断装置を備える蓄電装置。

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