JPH08293301A

JPH08293301A - 二次電池の安全装置

Info

Publication number: JPH08293301A
Application number: JP7096796A
Authority: JP
Inventors: Toshizo Kameishi; 敏造亀石
Original assignee: Wako Electronics Co Ltd
Current assignee: Wako Electronics Co Ltd
Priority date: 1995-04-21
Filing date: 1995-04-21
Publication date: 1996-11-05

Abstract

(57)【要約】【目的】破壊せずとも、安全性を保つための動作が行
われるか否かを確認することが可能な二次電池の安全装
置を提供する。【構成】安全装置１は、電池ケースに取り付けられ
る。この電池ケース内にガスが発生し、この電池ケース
内の圧力が上昇すると、この圧力によって、アルミ箔５
と移動片８が押し上げられ、この圧力が移動片８を介し
て皿バネ９に伝えられる。この圧力によって、皿バネ９
が反転し、この皿バネ９の両端が第１及び第２端子７，
１２から離間すると、通電経路が切断され、電流の流れ
が遮断される。これにより、ガスの発生が抑止されて、
圧力の上昇が停止する。電池ケース内の圧力が更に上昇
し続けた場合は、アルミ箔５が破れて、電池ケース内の
ガスが外部に放出される。これにより、電池ケースの爆
発が回避される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、過充電、短絡などに
よって、電池ケース内の圧力が上昇し、この電池ケース
が爆発するのを防止する二次電池の安全装置に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】近年、ビデオカメラ、ヘッドホンステレ
オ、携帯電話機等の普及に伴い、電源となる二次電池の
重負荷特性の改善や、エネルギーの高密度化という要求
が強まって来ている。この要求を満たす二次電池とし
て、従来より利用されているニッケルカドニウム電池を
挙げることができるが、最近ではリチウム電池が注目さ
れ、このリチウム電池の開発及び利用が活発化してい
る。

【０００３】この種の二次電池は、一般に密封形構造で
ある。このため、過充電、短絡等によって、発電要素か
らガスが発生すると、電池ケース内の圧力が上昇し、電
池性能の劣化を招く。さらには、電池ケースの爆発に至
ることがあり、周囲の機器を損傷させたり、周囲の人に
危害を与える。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このような二次電池の
内部の圧力上昇を阻止するために、各種の安全装置が提
案されている。例えば電池ケースの壁の一部分を薄くし
たものがある。このものにおいては、圧力が上昇する
と、この壁の薄い部分が破れて、ガスが排気され、圧力
が低下する。あるいは、圧力上昇によって、発電要素か
ら電極に至る通電経路を遮断するというものもある（特
開平２−２８８０６３号公報、特開平５−３４３０４３
号公報、特開平５−３４７１５４号公報等）。

【０００５】しかしながら、これらの安全装置のいずれ
においても、圧力上昇によって、電池ケースの壁、ある
いは通電経路を破壊している。このため、これらの破壊
が行われる実際の圧力を知るには、安全装置を破壊する
しかない。したがって、安全装置の検査を行う場合、全
製品について検査（全数検査）を行えば、全てを破壊す
ることとなるので、サンプル的な検査を行うしかなく、
全面的な信頼性得ることができなかった。

【０００６】そこで、この発明の課題は、破壊せずと
も、安全性を保つための動作が行われるか否かを確認す
ることが可能な二次電池の安全装置を提供することにあ
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、この発明においては、発電要素を気密封止する電池
ケースに取り付けられ、この電池ケースの内側から外側
に通じる孔を被って封止し、表面が該孔を通じて電池ケ
ースの内側に臨む封止シートと、封止シートの裏面に配
置され、この封止シートを通じて電池ケースの内圧を受
け反転する皿バネと、皿バネの表面が封止シートの側に
脹らんでいるときには、両者が皿バネに共に接触し、こ
の皿バネが反転して、この皿バネの裏面が脹らんでいる
ときには、少なくとも一方が皿バネから離間する一対の
端子とを備えている。

【０００８】

【作用】この発明では、電池ケース内の圧力が封止シー
トを介して皿バネに伝えられる。このため、過充電又は
短絡状態となって、電池ケース内の圧力が許容圧力を越
えたときには、皿バネが反転し、これに伴い、一対の端
子の少なくとも一方が皿バネから離間して、これらの端
子間が切離される。このため、皿バネと各端子を通電経
路に挿入しておけば、電池ケース内の圧力が許容圧力を
越えたときに、電流を遮断して、過充電又は短絡状態を
抑止することができる。

【０００９】さらに、電池ケース内の圧力が上昇し続け
た場合は、封止シートが破れて、電池ケース内のガスが
放出されるので、爆発を逃れることができる。

【００１０】

【実施例】以下、この発明の実施例を添付図面を参照し
て説明する。

【００１１】図１及び図２は、この発明の安全装置の一
実施例を示している。図１は、外観を示し、図２は、内
部構造を示している。

【００１２】この安全装置１の外装は、金属製の筐体２
及び蓋３からなり、両者が抵抗溶接によって接合されて
いる。筐体２の底には、圧力孔２ａと端子導出孔２ｂが
形成され、また蓋３には、排気孔３ａと端子導出孔３ｂ
が形成されている。

【００１３】筐体２の底には、ゴムパッキン４が敷か
れ、このゴムパッキン４の上に、アルミ箔５とベース６
が順次載せられる。第１端子７は、ベース６の凸部６ａ
を貫通し、このベース６と一体化されている。また、こ
の第１端子７の上側は、直角に折れ曲がり、ベース６の
上面に密接している。

【００１４】ベース６の凸部６ａは、ゴムパッキン４及
び筐体２を介して該筐体２の下方に突出しており、第１
端子７も、この凸部６ａと共に該筐体２の下方に突出し
ている。

【００１５】ベース６の配置用孔６ｂには、移動片８が
配置され、この移動片８の上に皿バネ９が載せられてい
る。この皿バネ９は、図３に示すように略楕円形であ
り、この皿バネ９の表面がアルミ箔５の側に脹らんでい
る。

【００１６】さらに、ベース６及び皿バネ９の上には、
絶縁板１１が載せられる。この絶縁板１１の左側には、
第２端子１２が貫通し、この第２端子１２が蓋３を介し
て上方に突出している。この第２端子１２に、絶縁リン
グ１３と導電リング１４を嵌め入れ、この第２端子１２
の上端を潰して、絶縁リング１３と導電リング１４を固
定している。

【００１７】図２の状態では、皿バネ９の両端が第１端
子７と第２端子１２に接触しており、第１端子７→皿バ
ネ９→第２端子１２という通電経路が形成される。

【００１８】この実施例の安全装置１は、図４及び図５
に示すような二次電池２１に組み込まれる。この二次電
池２１において、図２の蓋３が該二次電池２１の蓋の役
目を果たしている。この二次電池２１の電池ケース２３
の上側内周には、絶縁環状パッキン２４が配置され、更
に絶縁環状パッキン２４の内側には、蓋３が配置されて
いる。電池ケース２３の上側周縁は、カシメ加工されて
おり、蓋３の周縁を挟み込んで封止し、この蓋３を固定
している。このような構造によって、発電要素２６が電
池ケース２３の内側に気密封止される。

【００１９】安全装置１の筐体２の第１端子７は、ワイ
ヤー２７を介して発電要素２６の一方の電極に接続され
ている。したがって、発電要素２６の一方の電極は、ワ
イヤー２７→第１端子７→皿バネ９→第２端子１２とい
う通電経路を経て外部に接続される。この発電要素２６
の他方の電極は、電池ケース２３に接続されている。

【００２０】このような構成の二次電池２１において、
過充電又は短絡等を原因として、過電流が流れると、発
電要素２６からガスが発生して、電池ケース２３内の圧
力が上昇する。この電池ケース２３内の圧力によって、
アルミ箔５が押し上げられ、これに伴って移動片８も押
し上げられ、この圧力が移動片８を介して皿バネ９に伝
えられる。この電池ケース２３内の圧力が一定のレベル
に達すると、この圧力によって、図６に示すように皿バ
ネ９が反転し、この皿バネ９の裏面が脹らむ。この状態
では、皿バネ９の両端が第１及び第２端子７，１２から
離間するので、先の通電経路が切断され、電流の流れが
遮断される。これにより、ガスの発生が抑止されて、圧
力の上昇が停止する。

【００２１】こうして電流の流れを遮断したにもかかわ
らず、電池ケース２３内の圧力が更に上昇し続けた場合
は、図７に示すようにアルミ箔５が破れる。この結果、
電池ケース２３内のガスは、アルミ箔５に開いた孔を通
じて上方に流れ、更に移動片８の中央の孔→皿バネ９の
周囲の空間→蓋３の排気孔３ａという経路を経て外部に
放出される。これにより、電池ケース２３の爆発が回避
される。

【００２２】したがって、この二次電池２１において
は、皿バネ９の反転による通電経路の切断、アルミ箔５
の破れによるガスの放出という二重の作用によって、こ
の二次電池２１の防爆を行っている。

【００２３】さて、安全装置１の検査は、この安全装置
１を二次電池２１に組み込む以前であって、この安全装
置１が図２に示すように単体であるときに、次の様な手
順で行う。

【００２４】まず、第１及び第２端子７，１２が導通し
ているか否かを検査する。導通していなければ、不良品
である。

【００２５】次に、安全装置１の筐体２の圧力孔２ａか
ら空気圧を加え、この空気圧によって、皿バネ９を反転
させ、この皿バネ９の裏面を脹らませる。このときに、
第１及び第２端子７，１２が未だに導通していれば、不
良品である。

【００２６】この後、先の空気圧を取り除いてから、蓋
３の排気孔３ａを通じて皿バネ９の裏面を押下し、この
皿バネ９を再び反転させ、この皿バネ９の表面を脹らま
せる。これにより、第１及び第２端子７，１２が再び導
通すれば、この安全装置１は、良品である。

【００２７】ただし、この検査に際しては、皿バネ９が
反転するまで、空気圧を上昇させるが、アルミ箔５が破
れない程度に、この空気圧を抑制する必要がある。ま
た、蓋３の排気孔３ａを通じて皿バネ９の裏面を押下す
るには、適宜の細い棒を使用すれば良い。

【００２８】なお、この実施例では、アルミ箔を例示し
ているが、他の各種金属箔、合成樹脂性の薄いシート等
を適用しても構わない。また、ゴムパッキン４の代り
に、合成樹脂製のパッキン、あるいは接着剤用の合成樹
脂を適宜に塗布しても良い。

【００２９】図８は、この発明の安全装置の他の実施例
を示している。ここでは、第１端子３２は、棒状部分３
２ａと板状部分３２ｂからなり、棒状部分３２ａの上端
を板状部分３２ｂの孔に通し、この棒状部分３２ａの上
端を潰して、両者を連結している。また、筐体３３の下
側周縁をカシメ加工しており、これにより下側周縁と筐
体３３の天井面間に、筐体３３内の各部品を挟み込んで
固定している。筐体３３の下側周縁には、ゴムパッキン
３８とスペーサ３１が配置され、これらのゴムパッキン
３８とスペーサ３１によって、気密性を確保している。

【００３０】筐体３３と蓋３４は、第２端子３５、及び
抵抗溶接によって連結されている。この第２端子３５
は、筐体３３と蓋３４を貫通している。この第２端子３
５に絶縁リング３６と導電リング３７を嵌め入れて、こ
の第２端子３５の上端を潰し、これにより絶縁リング３
６と導電リング３７を固定するとともに、筐体３３と蓋
３４を連結している。

【００３１】図９は、この発明の安全装置の別の実施例
を示している。この安全装置は、筐体４１の内側にゴム
パッキン４２、アルミ箔４３、ベース４４を順次重ね、
ベース４４の孔に、移動片４５と皿バネ４６を配置し
て、絶縁板４７を重ね、更に蓋４８を被せて、筐体４１
と蓋４８を接合してなる。

【００３２】絶縁体４７の凸部４７ａは、蓋４８の孔４
８ａに嵌合している。これにより、筐体４１が位置決め
される。また、第１及び第２端子５１、５２は、第８図
の装置のものと同様の構造を有する。

【００３３】図１０は、この発明の安全装置の更に他の
実施例を示している。この装置は、筐体６１の内側にゴ
ムパッキン６２、アルミ箔６３、ＰＴＣ板６４、導電板
６５、ベース６６を順次重ね、ベース６６の孔に、皿バ
ネ６７を配置して、絶縁板６８を重ね、更に蓋６９を被
せて、筐体６１と蓋６９を接合してなる。

【００３４】第１端子７１は、ＰＴＣ板６４に接合され
ている。このＰＴＣ板６４は、常温では低い抵抗である
が、予め定められた温度を越えると、抵抗が急激に増大
するという特性を持つ正特性サーミスタであり、安全性
の向上のために設けられている。

【００３５】導電板６５は、その中央を適宜に切り込ま
れることにより形成された接触子６５ａを有している。
この接触子６５ａは、上方向に起こされており、皿バネ
６７に接触している。第１端子７１は、ＰＴＣ板６４→
導電板６５→接触子６５ａ→皿バネ６７という通電経路
を経て第２端子７２に接続されている。

【００３６】この装置を取り付けた二次電池において
は、過電流が流れると、まず上記通電経路のＰＴＣ板６
４が発熱して、このＰＴＣ板６４の温度が上昇し、この
ＰＴＣ板６４の抵抗が極めて大きくなる。これにより、
過電流が抑制されて、電流が小さくなり、過充電や短絡
状態が回避される。

【００３７】この過電流の抑制にもかかわらず、電池ケ
ース内の圧力が上昇すると、この圧力によって、アルミ
箔６３が押し上げられ、これに伴い導電板６５の接触子
６５ａも押し上げられて、この圧力が皿バネ６７に伝え
られる。これにより、皿バネ６７が反転すると、この皿
バネ６７が第２端子７２から離れるので、上記通電経路
が遮断される。この結果、電池ケース内のガスの発生が
抑制されて、圧力の上昇が阻止される。

【００３８】こうして通電経路を遮断したにもかかわら
ず、圧力が上昇し続けると、アルミ箔６３が破れて、電
池ケース内のガスが外部に放出される。これにより、電
池ケースの爆発が回避される。

【００３９】したがって、この装置は、ＰＴＣ板６４に
よる過電流の抑制、皿バネ６７の反転による通電経路の
遮断、アルミ箔６３の破壊によるガスの放出という三重
の作用によって、電池の防爆を行っている。

【００４０】なお、この発明は、上記各実施例に限定さ
れるものでなく、様々に変形することが可能である。例
えば、筐体の形状を円筒形として、ベースや皿バネ等の
内部の各部品を円形にしても構わない。また、第１及び
第２端子の形状や配置を適宜に変更することが可能であ
り、皿バネが反転したときには、この皿バネが第１及び
第２端子の少なくとも一方から離間すれば良い。さら
に、抵抗溶接やカシメ加工を例示しているが、超音波溶
接、レーザ溶接、ネジの螺合、樹脂モールド等を適用し
ても良く、これらの加工方法を適宜に組合せ、各箇所の
接続、固定、封止等を行っても構わない。要するに、こ
の発明は、加工方法の選択や適用によって、限定される
ものではない。

【００４１】

【効果】以上説明したように、この発明の安全装置によ
れば、過充電又は短絡状態となって、電池ケース内の圧
力が許容圧力を越えたときには、皿バネが反転して、通
電経路が切断されるので、過充電又は短絡状態を抑止す
ることができる。

【００４２】さらに、電池ケース内の圧力が上昇し続け
た場合は、封止シートが破れて、電池ケース内のガスが
放出されるので、爆発を避けることができる。

【００４３】また、皿バネの反転動作は、事前に検査す
ることができ、このため全製品について作動検査を行う
ことができることとなり、信頼性も向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の安全装置の一実施例を示す斜視図

【図２】図１の安全装置を示す断面図

【図３】図１の安全装置における皿バネを示す斜視図

【図４】図１の安全装置を適用した二次電池を示す斜視
図

【図５】図４の二次電池を示す断面図

【図６】図１の安全装置の動作を示す断面図

【図７】図１の安全装置の動作を示す断面図

【図８】この発明の安全装置の他の実施例を示す斜視図

【図９】この発明の安全装置の別の実施例を示す断面図

【図１０】この発明の安全装置の更に他の実施例を示す
断面図

【符号の説明】

１安全装置２、３３、４１、６１筐体３、３４、４８、６９蓋４、４２、６２ゴムパッキン５、４３、６３アルミ箔６、４４、６６ベース７、３２、５１、７１第１端子８、４５移動片９、４６、６７皿バネ１１、４７、６８絶縁板１２、３５、５２、７２第２端子１３、３６絶縁リング１４、３７導電リング２１二次電池２２内蓋２３電池ケース２４絶縁環状パッキン２５外蓋２６発電要素３１スペーサ６４ＰＴＣ板

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】発電要素を気密封止する電池ケースに取
り付けられ、この電池ケースの内側から外側に通じる孔
を被って封止し、表面が該孔を通じて電池ケースの内側
に臨む封止シートと、封止シートの裏面に配置され、この封止シートを通じて
電池ケースの内圧を受け反転する皿バネと、皿バネの表面が封止シートの側に脹らんでいるときに
は、両者が皿バネに共に接触し、この皿バネが反転し
て、この皿バネの裏面が脹らんでいるときには、少なく
とも一方が皿バネから離間する一対の端子とを備える二
次電池の安全装置。
【請求項２】皿バネの裏面の側には、この皿バネを媒
体を通じて電池ケースの外側から押圧するための経路を
設けた請求項１に記載の二次電池の安全装置。
【請求項３】正特性サーミスタを更に備え、この正特性サーミスタを皿バネ及び一対の端子と共に発
電要素の電極に通じる通電経路に介在させた請求項１及
び２のいずれかに記載の二次電池の安全装置。