KR101718391B1 - 전류 차단 장치 및 그것을 구비한 축전 장치 - Google Patents

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가부시키가이샤 도요다 지도숏키
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Abstract

전류 차단 장치는, 단자와 전기적으로 접속되는 제1 통전판과, 제1 통전판과 대향하여 배치되어, 전극 조립체와 전기적으로 접속되는 제2 통전판을 구비하고 있다. 제1 통전판의 중앙부와 제2 통전판의 중앙부는 제1 용접부에 의해 접합되어 있다. 제2 통전판은, 케이스 내의 내압이 설정 압력을 초과할 때에 파단하여 단자와 전극 조립체의 사이를 흐르는 전류를 차단한다. 제1 용접부는, 단자와 전극 조립체의 사이를 흐르는 전류가 설정 전류를 초과할 때에 용단(溶斷)하여, 단자와 전극 조립체의 사이를 흐르는 전류를 차단하는 퓨즈 기능을 갖고 있다.

Description

전류 차단 장치 및 그것을 구비한 축전 장치{CURRENT CUTOFF DEVICE AND POWER STORAGE DEVICE PROVIDED WITH SAME}
본 출원은, 2014년 2월 26일에 출원된 일본국특허출원 제2014-035810호에 기초하는 우선권을 주장한다. 그 출원의 모든 내용은 이 명세서 중에 참조에 의해 원용된다. 본 명세서는, 전류 차단 장치 및 그것을 구비한 축전 장치에 관한 것이다.
축전 장치에는, 과충전 등이 발생했을 때에, 통전을 차단하는 전류 차단 장치가 설치되는 경우가 있다. 이 종류의 전류 차단 장치는, 통상, 전극 조립체와 단자를 접속하는 통전 경로상에 설치되어 있다. 과충전 등에 의해 케이스 내의 내압이 설정 압력을 초과하면, 전류 차단 장치가 작동하여, 통전 경로를 차단한다. 이에 따라, 통전 경로를 흐르는 전류가 차단된다.
또한, 축전 장치에는, 과대한 전류가 흘렀을 때에, 통전을 차단하는 퓨즈(fuse)가 구비되는 경우가 있다(예를 들면, 일본공개특허공보 평9-17146호). 이 축전 장치에서는, 축전 장치에 과대한 전류가 흐르면, 퓨즈가 발열하여 용단(溶斷;fused)하고, 통전 경로를 차단한다. 이에 따라, 축전 장치에 과대한 전류가 계속 흐르는 것을 방지한다.
축전 장치에 과충전 등이 발생하는 경우와, 과대한 전류가 흐르는 경우는 상이한 경우가 있을 수 있다. 이 때문에, 축전 장치의 안전성을 높이기 위해서는, 축전 장치에 전류 차단 장치와 퓨즈 기능의 양자(兩者)를 구비하는 것이 바람직하다. 그러나, 일본공개특허공보 평9-17146호의 축전 장치와 같이 전류 차단 장치와 퓨즈 기능의 양자를 구비하면, 그만큼 구조가 복잡해진다는 문제가 있다. 본 명세서는, 간단하고 용이한 구조이면서, 전류 차단 장치와 퓨즈 기능의 양자를 갖출 수 있는 기술을 제공한다.
본 명세서가 개시하는 전류 차단 장치는, 케이스에 형성되는 단자와, 케이스에 수용되는 전극 조립체를 접속하는 통전 경로상에 설치되어, 케이스 내의 내압이 설정 압력을 초과할 때에 단자와 전극 조립체의 사이를 흐르는 전류를 차단한다. 이 전류 차단 장치는, 단자와 전기적으로 접속되는 제1 통전판과, 제1 통전판과 대향하여 배치되어, 전극 조립체와 전기적으로 접속되는 제2 통전판을 구비하고 있다. 제1 통전판의 중앙부와 제2 통전판의 중앙부는 제1 용접부에 의해 접합되어 있다. 제2 통전판은, 케이스 내의 내압이 설정 압력을 초과할 때에 파단하여 단자와 전극 조립체의 사이를 흐르는 전류를 차단한다. 제1 용접부는, 단자와 전극 조립체의 사이를 흐르는 전류가 설정 전류를 초과할 때에 용단하여 단자와 전극 조립체의 사이를 흐르는 전류를 차단하는 퓨즈 기능을 갖고 있다.
상기의 전류 차단 장치에서는, 제1 통전판과 제2 통전판이 용접되고, 제1 통전판과 제2 통전판에 의해 통전 경로의 일부가 구성된다. 그리고, 과충전 등에 의해 케이스 내의 압력이 설정 압력을 초과할 때는, 제2 통전판이 파단하여 통전 경로를 차단한다. 한편, 축전 장치에 과대한 전류가 흐를 때는, 제1 통전판과 제2 통전판의 용접부(즉, 제1 용접부)가 용단하여 통전 경로를 차단한다. 즉, 제1 용접부가 퓨즈 기능을 갖는다. 제1 통전판과 제2 통전판의 용접부를 퓨즈로서 이용하기 때문에, 구조가 복잡해지는 것을 억제할 수 있다.
도 1은 축전 장치의 단면도이다.
도 2는 단자와 전극이 통전하고 있을 때의 전류 차단 장치를 나타내는 도면이다.
도 3은 케이스 내의 내압이 상승하여 단자와 전극의 사이의 통전이 차단되었을 때의 전류 차단 장치를 나타내는 도면이다.
도 4는 축전 장치에 과대한 전류가 흘러 단자와 전극의 사이의 통전이 차단되었을 때의 전류 차단 장치를 나타내는 도면이다.
도 5는 용접부를 확대하여 나타내는 평면도이다.
도 6은 전류 차단 장치의 다른 예를 나타내는 도면이다.
도 7은 용접부의 다른 예를 나타내는 확대 단면도이다.
도 8은 파단판의 홈부를 확대하여 나타내는 도면이다.
(발명을 실시하기 위한 형태)
이하, 본 명세서에서 개시하는 실시예의 기술적 특징의 몇 가지를 기재한다. 또한, 이하에 기재하는 사항은, 각각 단독으로 기술적인 유용성을 갖고 있다.
(특징 1) 본 명세서에 개시하는 전류 차단 장치에서는, 제1 통전판의 외주부는 제2 용접부에 의해 단자와 접합되어 있어도 좋다. 이 경우, 제2 용접부도, 단자와 전극 조립체의 사이를 흐르는 전류가 설정 전류를 초과할 때에 용단하여 단자와 전극 조립체의 사이를 흐르는 전류를 차단하는 퓨즈 기능을 갖고 있어도 좋다. 이러한 구성에 의하면, 복수 개소에 퓨즈 기능을 구비함으로써, 과대한 전류가 흐를 때에, 보다 확실하게 전류를 차단할 수 있다. 또한, 복수 개소에 퓨즈 기능을 형성해도, 용접부를 이용하기 때문에, 구조가 복잡해지는 것을 억제할 수 있다.
(특징 2) 본 명세서에 개시하는 전류 차단 장치에서는, 제1 통전판은, 제2 통전판으로부터 이간하는 방향으로 탄성 지지되어 있어도 좋다. 그리고, 제1 용접부가 용단, 또는 제2 통전판이 파단하면, 제1 통전판은 제2 통전판으로부터 이간하는 방향으로 이동해도 좋다. 이러한 구성에 의하면, 통전이 차단된 후에 재도통해 버리는 것을 보다 억제할 수 있다.
(특징 3) 본 명세서에 개시하는 전류 차단 장치에서는, 제1 용접부의 용접 면적은, 단자와 전극 조립체의 사이를 흐르는 전류가 설정 전류를 초과할 때에 용단하도록 조정되어 있어도 좋다. 이러한 구성에 의하면, 제1 용접부의 용접 면적을 조정하는 것만으로 퓨즈 기능을 실현할 수 있기 때문에, 매우 간단하고 용이한 구조로 할 수 있다.
(특징 4) 본 명세서에 개시하는 전류 차단 장치에서는, 케이스 내에는 전극 조립체 및 전해액이 수용되는 내부 공간이 형성되어 있어도 좋다. 그리고, 제1 용접부가, 내부 공간으로부터 격리되어 있어도 좋다. 이러한 구성에 의하면, 제1 용접부가 용단해도, 그 열이 전해액에 전달되기 어려워진다. 그 결과, 전해액의 온도 상승을 억제할 수 있다.
실시예
이하, 실시예의 축전 장치(100)에 대해서 설명한다. 축전 장치(100)는, 2차 전지의 일종인 리튬 이온 2차 전지이다. 도 1에 나타내는 바와 같이, 축전 장치(100)는, 케이스(4)와, 전극 조립체(2)와, 부극 단자(30) 및 정극 단자(10)와, 전류 차단 장치(70)를 구비하고 있다. 케이스(4)는, 금속제로서, 대략 직방체 형상으로 형성되어 있다. 케이스(4)의 내부에는, 전극 조립체(2)와 전류 차단 장치(70)가 수용되어 있다. 또한, 케이스(4)의 내부는, 전해액이 주입되어 있다. 케이스(4)의 상면(4a)에 부극 단자(30)와 정극 단자(10)가 부착되어 있다. 즉, 케이스(4)의 상면(4a)에는, 관통구멍(4b, 4c)이 형성되어 있다. 부극 단자(30)는 관통구멍(4b)에 부착되어 있고, 정극 단자(10)는 관통구멍(4c)에 부착되어 있다. 관통구멍(4b)에는, 절연성의 제1 시일 부재(first sealing member;42)가 배치되어 있다. 관통구멍(4c)에는, 절연성의 제2 시일 부재(22)가 배치되어 있다. 또한, 케이스(4)의 형상에 제한은 없으며, 예를 들면, 원통 형상, 직방체 형상, 혹은, 필름으로 형성된 시트 형상이라도 좋다.
부극 단자(30)는, 외부 너트(36)와, 내부 너트(32)와, 볼트(34)를 구비하고 있다. 외부 너트(36)는, 부극 단자(30)와 부극 배선(도시 생략)의 결선(wire connection)에 이용된다. 내부 너트(32)는, 제1 시일 부재(42)에 부착되어 있다. 내부 너트(32)의 일부는, 관통구멍(4b)을 통과하고 있다. 볼트(34)는, 내부 너트(32)에 체결되어 있다. 볼트(34)와 케이스(4)의 사이에는, 제3 시일 부재(40)가 개재하고 있다. 부극 단자(30)는, 시일 부재(40, 42)에 의해 케이스(4)로부터 절연되어(insulated) 있다. 내부 너트(32)는, 전류 차단 장치(70) 및 접속 단자(72)를 통하여 부극 리드(44)에 전기적으로 접속되어 있다. 부극 리드(44)는, 제1 시일 부재(42)에 의해 케이스(4)로부터 절연되어 있다. 부극 단자(30)는, 전류 차단 장치(70), 접속 단자(72) 및 부극 리드(44)를 통하여, 전극 조립체(2)의 부극 전극과 통전하고 있다. 전류 차단 장치(70)에 대해서는 후술한다.
정극 단자(10)는, 외부 너트(16)와, 내부 너트(12)와, 볼트(14)를 구비하고 있다. 외부 너트(16)는, 정극 단자(10)와 정극 배선(도시 생략)의 결선에 이용된다. 내부 너트(12)는, 제2 시일 부재(22)에 부착되어 있다. 내부 너트(12)의 일부는, 관통구멍(4c)을 통과하고 있다. 볼트(14)는, 내부 너트(12)에 체결되어 있다. 볼트(14)와 케이스(4)의 사이에는, 제4 시일 부재(20)가 개재하고 있다. 정극 단자(10)는, 시일 부재(20, 22)에 의해 케이스(4)로부터 절연되어 있다. 내부 너트(12)에는, 정극 리드(24)가 고정되어 있다. 내부 너트(12)와 정극 리드(24)는, 전기적으로 접속되어 있다. 정극 리드(24)는, 제2 시일 부재(22)에 의해 케이스(4)로부터 절연되어 있다. 정극 단자(10)는, 정극 리드(24)를 통하여, 전극 조립체(2)의 정극 전극과 통전하고 있다.
(전극 조립체)
전극 조립체(2)는, 정극 전극과, 부극 전극과, 정극 전극과 부극 전극의 사이에 개재하고 있는 세퍼레이터(saparater)를 구비하고 있다. 정극 전극, 부극 전극 및 세퍼레이터의 도시는 생략한다. 부극 전극은, 부극 집전체와, 부극 집전체상에 형성되어 있는 부극 활물질층을 갖는다. 부극 전극은, 그 단부에 부극 집전 탭(46)을 갖는다. 부극 집전 탭(46)에는, 부극 활물질층이 도포되어 있지 않다. 정극 전극은, 정극 집전체와, 정극 집전체상에 형성되어 있는 정극 활물질층을 갖는다. 정극 전극은, 그 단부에 정극 집전 탭(26)을 갖는다. 정극 집전 탭(26)에는, 정극 활물질층이 도포되어 있지 않다. 또한, 활물질층에 포함되는 재료(활물질, 바인더, 도전 조제 등)에는 특별히 제한이 없어, 공지의 축전 장치 등의 전극에 이용되는 재료를 이용할 수 있다.
여기에서, 정극 집전체에는, 예를 들면, 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 티탄(Ti), 스테인리스강 또는 그들의 복합 재료 혹은 합금을 이용할 수 있다. 특히, 알루미늄 또는 알루미늄을 포함하는 복합 재료 혹은 합금인 것이 바람직하다. 또한, 정극 활물질에는, 리튬 이온이 침입 및 탈리 가능한 재료이면 좋고, Li2MnO3, Li(NiCoMn)0.33O2, Li(NiMn)0.5O2, LiMn2O4, LiMnO2, LiNiO2, LiCoO2, LiNi0.8Co0.15Al0.05O2, Li2MnO2, LiMn2O4 등을 사용할 수 있다. 또한, 정극 활물질로서 리튬, 나트륨 등의 알칼리 금속, 혹은, 황 등을 이용할 수도 있다. 이들은 1종 단독으로 사용해도 좋고, 2종 이상을 병용하여 이용해도 좋다. 정극 활물질은, 필요에 따라서 도전재, 결착제 등과 함께 정극 집전체에 도포된다.
한편, 부극 집전체로서는, 알루미늄, 니켈, 구리(Cu) 등, 또는 그들의 복합 재료 혹은 합금 등을 사용할 수 있다. 특히, 구리 또는 구리를 포함하는 복합 재료 혹은 합금인 것이 바람직하다. 또한, 부극 활물질로서는, 리튬 이온이 삽입 및 탈리 가능한 재료를 이용할 수 있다. 리튬(Li), 나트륨(Na) 등의 알칼리 금속, 알칼리 금속을 포함하는 천이 금속 산화물, 천연 흑연, 메소카본 마이크로비즈(mesocarbon microbeads), 고배향성 그래파이트(highly-oriented graphite), 하드 카본, 소프트 카본 등의 탄소 재료, 실리콘 단체 또는 실리콘 함유 합금 또는 실리콘 함유 산화물을 사용할 수 있다. 부극 활물질은, 필요에 따라서 도전재, 결착제 등과 함께 부극 집전체에 도포된다.
또한, 세퍼레이터는, 절연성을 갖는 다공질을 이용할 수 있다. 세퍼레이터로서는, 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP) 등의 폴리올레핀계 수지로 이루어지는 다공질 필름, 혹은, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 메틸셀룰로오스 등으로 이루어지는 직포 또는 부직포를 사용할 수 있다.
또한, 전해액은, 비수계의 용매에 지지염(전해질)을 용해시킨 비수 전해액인 것이 바람직하다. 비수계의 용매로서, 에틸렌카보네이트(EC), 프로필렌카보네이트(PC), 디메틸카보네이트(DMC), 디에틸카보네이트(DEC), 에틸메틸카보네이트(EMC) 등의 쇄상 에스테르를 포함하고 있는 용매, 아세트산 에틸, 프로피온산 메틸 등의 용매, 또는 이들의 혼합액을 사용할 수 있다. 또한, 지지염(전해질)으로서, 예를 들면, LiPF6, LiBF4, LiAsF6 등을 사용할 수 있다.
(전류 차단 장치)
도 2∼5를 참조하여, 전류 차단 장치(70)에 대해서 설명한다. 전류 차단 장치(70)는, 부극 단자(30)와 부극 집전 탭(부극 전극; 46)의 사이에 접속되어 있다. 또한, 전류 차단 장치(70)는, 정극 전극과 정극 단자(10)의 통전 경로상에 배치해도 좋고, 부극 전극과 부극 단자(30)의 통전 경로상, 혹은 쌍방에 배치해도 좋다. 또한, 도 2∼4에서는, 부극 단자(30)와 케이스(4)의 사이에 개재하고 있는 시일 부재(42)의 도시를 생략하고 있다.
도 2에 나타내는 바와 같이 전류 차단 장치(70)는, 금속제의 파단판(88)과, 금속제의 반전판(90)과, 절연성을 갖는 지지 부재(92)를 구비하고 있다. 지지 부재(92)는, 열가소성 수지(예를 들면, PPS 등)에 의해 형성되어 있다. 지지 부재(92)는, 통 형상으로 형성되어 있고, 그 내측에는, 내부 너트(32)의 하단부 및 반전판(90)을 수용하는 공간이 형성되어 있다. 지지 부재(92)의 상단부는, 내부 너트(32)의 하단부의 상면과 걸어맞추고 있다. 지지 부재(92)의 하면에는, 열 코킹용 보스(thermal caulking boss;92a)가 형성되어 있다. 열 코킹용 보스(92a)는, 파단판(88)의 관통구멍(88d)에 삽입되어, 관통구멍(88d)에 고정되어 있다. 즉, 열 코킹용 보스(92a)는, 파단판(88)의 관통구멍(88d)에 삽입된 상태로 열을 더해져, 관통구멍(88d)의 형상을 따라 변형된다. 이에 따라, 지지 부재(92)의 하면에 파단판(88)이 고정된다. 지지 부재(92)가 파단판(88)에 고정된 상태에서는, 지지 부재(92)의 내측에 내부 너트(32)의 하단부 및 반전판(90)이 수용된다. 이에 따라, 지지 부재(92)는 반전판(90)과 파단판(88)을 적층된 상태로 지지하고, 또한, 전류 차단 장치(70)가 내부 너트(32)에 고정된다. 또한, 파단판(88)과 내부 너트(32)의 하단부의 사이에는 시일 부재(89)가 배치되어 있다. 시일 부재(89)는, 단면 원형의 링 형상의 부재(ring-shaped member)이다. 시일 부재(89)는, 내부 너트(32)의 하단부 및 파단판(88)에 접촉하여, 양자의 사이를 시일하고 있다.
파단판(88)은, 원 형상의 판재로서, 지지 부재(92)의 하방에 배치되어 있다. 파단판(88)의 외주부의 일부에 접속 단자(72)가 접속되어 있다. 파단판(88)의 하면의 중앙에는 홈부(88a)가 형성되어 있다. 홈부(88a)는, 저면에서 보면 원 형상으로 형성되어 있다. 또한, 도 2에 나타내는 바와 같이, 홈부(88a)의 단면 형상은 상방으로 볼록해지는 삼각 형상을 하고 있다. 홈부(88a)가 형성됨으로써, 홈부(88a)가 형성된 위치에 있어서의 파단판(88)의 기계적 강도는, 홈부(88a) 이외의 위치에 있어서의 파단판(88)의 기계적 강도보다 낮추어져 있다. 파단판(88)은, 홈부(88a)에 의해, 홈부(88a)로 둘러싸인 중앙부(88b)와, 홈부(88a)의 외주측에 위치하는 외주부(88c)로 구분되어 있다. 중앙부(88b)의 판두께는 얇고, 외주부(88c)의 판두께는 두껍게 되어 있다.
반전판(90)은, 원 형상의 판재로서, 파단판(88)의 상방에 배치되어 있다. 반전판(90)의 중앙부는, 도 2에 나타내는 상태에서는 하방으로 볼록해지고, 또한, 파단판(88)의 중앙부(88b)에 고정되어 있다. 구체적으로는, 반전판(90)의 중앙부는, 파단판(88)의 중앙부(88b)에 용접에 의해 접합되어 있다. 반전판(90)과 파단판(88)의 용접부의 면적(용접 면적)은, 당해 용접부를 흐르는 전류가 설정값을 초과했을 때에, 당해 용접부가 용단하도록 설정되어 있다. 구체적으로는, 도 5에 나타내는 바와 같이, 반전판(90)의 중앙부와, 파단판(88)의 중앙부(88b)는, 복수의 용접점(91)에 있어서 용접되어 있다. 용접점(91)은, 레이저광이 조사된 위치를 나타내고 있으며, 도 5의 세로 방향 및 가로 방향으로 간격을 띄워 배치되어 있다. 각 용접점(91)에 있어서, 반전판(90)과 파단판(88)이 접합되어 있다. 따라서, 용접점(91)의 수(레이저 용접하는 점의 수)를 조정함으로써, 반전판(90)과 파단판(88)의 용접 면적을 조정할 수 있다. 반전판(90)과 파단판(88)의 용접 면적이 변화하면, 용접부의 저항이 변화한다. 즉, 용접 면적이 커지면 저항이 낮아지고, 용접 면적이 작아지면 저항이 높아진다. 용접부의 저항이 변화하면, 당해 용접부에 전류가 흐를 때의 줄열(Joule heat)도 변화한다. 따라서, 반전판(90)과 파단판(88)의 용접 면적을 조정함으로써(즉, 용접점(91)의 수를 조정하는 것), 용접부를 흐르는 전류가 설정값을 초과했을 때에, 당해 용접부를 용단시킬 수 있다.
또한, 반전판(90)의 외주부는, 내부 너트(32)의 하단부에 용접에 의해 접합되어 있다. 반전판(90)과 내부 너트(32)의 용접부는, 반전판(90)의 외주부의 전체 둘레에 걸쳐 형성되어 있다. 전술한 점에서 분명한 바와 같이, 부극 단자(30)는, 반전판(90), 파단판(88), 접속 단자(72) 및 부극 리드(44)를 통하여 전극 조립체(2)에 접속되어 있다. 반전판(90)의 상면과 내부 너트(32)의 하면의 사이에는 공간(98)이 형성되고, 공간(98)은 케이스(4) 내의 공간으로부터 시일되어 있다. 반전판(90)과 파단판(88)의 사이에는, 절연 부재(82)가 배치되어 있다. 절연 부재(82)는, 링 형상의 부재로서, 반전판(90)의 외주부와 파단판(88)의 외주부에 접촉하여, 양자를 절연하고 있다. 반전판(90)과 파단판(88)의 사이의 공간(96)은, 도시하지 않는 위치에 있어서 케이스(4) 내의 공간과 연통하고 있다. 따라서, 반전판(90)의 하면에는, 케이스(4) 내의 공간의 압력이 작용하고, 반전판(90)의 상면에는, 케이스(4) 내의 공간으로부터 격리된 공간(98)의 압력이 작용한다. 공간(98)은 케이스(4) 내의 공간으로부터 격리되어 있기 때문에, 케이스(4) 내의 공간의 압력이 높아지면, 반전판(90)의 상면과 하면에 작용하는 압력은 상위(相違)하게 된다.
또한, 반전판(90)은, 반전판(90)으로부터 이간하는 방향으로 탄성 지지된 상태로, 절연 부재(82)와 내부 너트(32)에 끼워지지되어 있다. 이 때문에, 파단판(88)이 홈부(88a)에서 파단하고, 혹은, 반전판(90)과 파단판(88)의 용접부가 용단하면, 반전판(90)이 파단판(88)으로부터 이간하는 방향으로 이동하도록 되어 있다.
전술한 축전 장치(100)에 있어서는, 도 2에 나타내는 상태에서는, 부극 단자(30)와 부극 집전 탭(46; 부극 전극)이 통전하고 있고, 정극 단자(10)와 정극 집전 탭(26; 정극 전극)이 통전하고 있다. 그 때문에, 부극 단자(30)와 정극 단자(10)의 사이가 통전하고 있다. 케이스(4) 내의 내압이 상승하여 미리 설정된 소정값(설정 압력)을 초과하면, 도 3에 나타내는 바와 같이, 파단판(88)이 홈부(88a)에서 파단하고, 파단판(88)의 외주부(88c)와 반전판(90; 내부 너트(32))의 사이의 통전 경로가 차단된다. 즉, 케이스(4) 내의 내압이 상승하면, 반전판(90)의 하면에 작용하는 압력이 상승한다(도 2의 상태). 공간(98)은 케이스(4) 내의 공간으로부터 격리되어 있기 때문에, 반전판(90)의 상면에 작용하는 압력(즉, 공간(98)의 압력)은, 케이스(4) 내의 공간의 압력 상승의 영향을 받기 어렵다. 이 때문에, 케이스(4) 내의 내압이 소정값을 초과하면, 반전판(90)이 반전하여, 하방으로 볼록한 상태로부터 상방으로 볼록한 상태로 변화한다. 그러면, 파단판(88)이 홈부(88a)에서 파단하고, 반전판(90) 및, 파단판(88)의 중앙부가 상방으로 변위한다(도 3의 상태). 이에 따라, 파단판(88)과 반전판(90)을 접속하는 통전 경로가 차단되어, 전극 조립체(2)와 부극 단자(30)의 사이의 통전이 차단된다. 또한, 반전판(90)은, 파단판(88)으로부터 이간하는 방향으로 탄성 지지되어 있기 때문에, 파단판(88)이 파단하면, 그 탄성 지지력에 의해 파단판(88)으로부터 이간하는 방향으로 이동한다. 이 때문에, 반전판(90)은, 그 탄성 지지력에 의해 파단판(88)으로부터 상방으로 이간한 위치에 유지되어, 전극 조립체(2)와 부극 단자(30)의 사이의 통전이 차단된 상태를 유지할 수 있다.
또한, 본 실시예의 축전 장치(100)에 있어서는, 전극 조립체(2)와 부극 단자(30)의 사이를 흐르는 전류가 설정값을 초과하면, 반전판(90)과 파단판(88)의 용접부가 용단한다. 반전판(90)은, 파단판(88)으로부터 이간하는 방향으로 탄성 지지되어 있기 때문에, 반전판(90)과 파단판(88)의 용접부가 용단하면, 도 4에 나타내는 바와 같이, 반전판(90)이 상방으로 이동하여 파단판(88)으로부터 이간한다. 이에 따라, 전극 조립체(2)와 부극 단자(30)를 접속하는 통전 경로가 차단된다.
전술한 점에서 분명한 바와 같이, 본 실시예의 축전 장치(100)에서는, 반전판(90)과 파단판(88)의 용접부의 용접 면적을 조정함으로써, 반전판(90)과 파단판(88)의 용접부에 퓨즈 기능을 부여한다. 퓨즈 기능을 갖는 부품을 특별히 준비할 필요는 없고, 용접부의 용접 면적을 조정하는 것만으로 좋기 때문에, 매우 간단하고 용이한 구성으로 축전 장치(100)에 퓨즈 기능을 부여할 수 있다.
마지막으로, 전술한 실시예와 특허 청구의 범위의 기재의 대응 관계를 설명한다. 반전판(90)이 「제1 통전판」의 일 예이며, 파단판(88)이 「제2 통전판」의 일 예이다.
이상, 본 명세서에 개시된 기술의 일 구체예를 상세하게 설명했지만, 이는 예시에 지나지 않으며, 특허 청구의 범위를 한정하는 것이 아니다. 특허 청구의 범위에 기재된 기술에는, 이상으로 예시한 구체예를 여러 가지로 변형, 변경한 것이 포함된다.
예를 들면, 전술한 실시예에서는, 반전판(90)과 파단판(88)의 용접부에 퓨즈 기능을 부여했지만, 본 명세서에 개시된 기술은 이러한 예에 한정되지 않는다. 예를 들면, 반전판(90)과 내부 너트(32)의 용접부에 퓨즈 기능을 추가로 부여해도 좋다. 이 경우에 있어서도, 반전판(90)과 내부 너트(32)의 용접부의 용접 면적을 조정함으로써, 전극 조립체(2)와 부극 단자(30)의 사이를 흐르는 전류가 설정값을 초과했을 때에 용단하여, 전극 조립체(2)와 부극 단자(30)의 사이의 통전 경로를 차단할 수 있다.
또한, 전술한 실시예에서는, 반전판(90)이 파단판(88)으로부터 이간하는 방향으로 탄성 지지되어 있었지만, 본 명세서에 개시된 기술은 이러한 예에 한정되지 않고, 반전판(90)이 파단판(88)으로부터 이간하는 방향으로 탄성 지지되어 있지 않아도 좋다. 이 경우는, 반전판(90)과 파단판(88)의 용접부가 용단하면, 이 용접부에 구멍이 형성되어, 이에 따라 통전을 차단하도록 해도 좋다.
또한, 전술한 실시예에서는, 전류 차단 장치(70)는, 파단판(88)과 반전판(90)의 2매의 판재를 구비하고 있었지만, 전류 차단 장치의 구성은 이러한 구성에 한정되지 않는다. 예를 들면, 도 6에 나타내는 바와 같이, 제1 반전판(84)과 파단판(188)과 제2 반전판(190)의 3매의 판재에 의해 전류 차단 장치(170)가 구성되어 있어도 좋다. 즉, 전류 차단 장치(170)에서는, 지지 부재(192)가, 제1 반전판(84)과 파단판(188)과 제2 반전판(190)에 대하여 외측으로부터 끼워 넣어지고, 제1 반전판(84)과 파단판(188)과 제2 반전판(190)이 대향하듯이 적층한 상태로 지지하고 있다. 지지 부재(192)의 외주면에는, 금속제의 판재(78)가 부착되어 있다. 구체적으로는, 지지 부재(192)가 제1 반전판(84), 파단판(188), 제2 반전판(190) 및 내부 너트(32)의 하단부를 상하로부터 사이에 끼운 상태로, 판재(78)가 지지 부재(192)의 외주면에 코킹되어 있다. 지지 부재(192) 및 판재(78)의 외주면에는, 둘레방향의 일부에 있어서 개구(93)가 형성되어 있다. 개구(93)는 케이스(4) 내의 공간과 연통하고 있고, 그 개구(93) 내에는 접속 단자(72)가 배치되어 있다. 이에 따라, 파단판(188)과 부극 리드(44)가 접속 단자(72)를 통하여 접속되어 있다.
제1 반전판(84)은, 원 형상의 판재로서, 파단판(188)의 하방에 배치되어 있다. 제1 반전판(84)의 외주연의 하면은, 전체 둘레에 걸쳐 지지 부재(192)에 지지되어 있다. 제1 반전판(84)의 외주연의 상면에는 절연 부재(80)가 배치되어 있다. 절연 부재(80)는, 링 형상의 부재로서, 제1 반전판(84)과 파단판(188)을 절연하고 있다. 또한, 제1 반전판(84)의 상면에는 돌출부(86)가 형성되고, 돌출부(86)는 제1 반전판(84)의 중앙에 위치하고 있다. 돌출부(86)는, 파단판(188)을 향하여 상방으로 돌출되어 있다. 또한, 제1 반전판(84)의 하면에는 케이스(4) 내의 공간의 압력이 작용하고, 제1 반전판(84)의 상면에는, 제1 반전판(84)과 파단판(188)의 사이의 공간(94)의 압력이 작용한다. 공간(94)과 케이스(4) 내의 공간은 시일되고 있기 때문에, 케이스(4) 내의 공간의 압력이 높아지면, 제1 반전판(84)의 상면과 하면에 작용하는 압력은 상위하게 된다.
파단판(188)은, 원 형상의 판재로서, 제1 반전판(84)과 제2 반전판(190)의 사이에 배치되어 있다. 파단판(188)의 외주부의 일부에 접속 단자(72)가 접속되어 있다. 파단판(188)의 하면의 중앙에는, 기계적 강도가 낮추어진 홈부(188a)가 형성되어 있다. 제2 반전판(190)은, 원 형상의 판재로서, 파단판(188)의 상방에 배치되어 있다. 제2 반전판(190)의 중앙부는, 파단판(188)의 중앙부(188b)에 용접되어 있다. 전술한 실시예와 동일하게, 제2 반전판(190)과 파단판(188)의 용접부의 면적(용접 면적)은, 당해 용접부를 흐르는 전류가 설정값을 초과했을 때에, 당해 용접부가 용단하도록 설정되어 있다.
전술한 전류 차단 장치(170)에 있어서도, 케이스(4) 내의 내압이 상승하여 미리 설정된 소정값(설정 압력)을 초과하면, 제1 반전판(84)의 하면에 작용하는 압력이 상승한다. 공간(94)은 케이스(4) 내의 공간으로부터 격리되어 있기 때문에, 케이스(4) 내의 내압이 소정값을 초과하면, 제1 반전판(84)이 반전하여, 하방으로 볼록한 상태로부터 상방으로 볼록한 상태로 변화한다. 그러면, 제1 반전판(84)의 돌출부(86)가 파단판(188)의 중앙부(188b)에 충돌하여, 파단판(188)이 홈부(188a)에서 파단한다. 이에 따라, 파단판(188)과 제2 반전판(190)을 접속하는 통전 경로가 차단된다.
또한, 전극 조립체(2)와 부극 단자(30)의 사이를 흐르는 전류가 설정값을 초과하면, 제2 반전판(190)과 파단판(188)의 용접부가 용단한다. 이에 따라, 파단판(188)과 제2 반전판(190)을 접속하는 통전 경로가 차단된다. 또한, 공간(94, 96, 98)은 케이스(4) 내의 공간으로부터 격리되어 있다. 이 때문에, 제2 반전판(190)과 파단판(188)의 용접부는, 케이스(4) 내의 공간으로부터 격리된 공간 내에 배치되어 있다. 따라서, 용단부의 열이 케이스(4) 내의 전해액에 전해지는 것이 억제되어, 전해액이 고온이 되는 것을 억제할 수 있다.
또한, 전술한 실시예에서는, 반전판(90)과 파단판(88)의 용접부의 용접 면적을 조정함으로써 퓨즈 기능을 부여했지만, 본 명세서에 개시된 기술은 이러한 예에 한정되지 않는다. 예를 들면, 반전판(90)과 파단판(88)을 금속층(194)을 통하여 용접에 의해 접합하여, 금속층(194)만이 용단하도록 해도 좋다. 즉, 금속층(194)을 반전판(90) 및 파단판(88)보다도 융점이 낮은 금속(예를 들면, 땜납 등)으로 형성한다. 그리고, 반전판(90)과 파단판(88)의 사이에 설정값을 초과하는 전류가 흐르면, 금속층(194)이 용융하여, 반전판(90)과 파단판(88)이 이간하도록 해도 좋다. 이러한 구성에 의해서도, 반전판(90)과 파단판(88)의 용접부에 퓨즈 기능을 부여할 수 있다.
혹은, 도 8에 나타내는 바와 같이, 파단판(88)에 형성하는 홈부(88a)의 두께 d와 폭 w를 조정함으로써 홈부(88a)의 저항을 조절하고, 홈부(88a)에 퓨즈 기능을 부여해도 좋다. 즉, 용접부의 저항을 조정하지 않아도, 홈부(88a)의 형상을 조정함으로써 저항을 조정할 수 있어, 이 부분에 퓨즈 기능을 부여할 수 있다.
본 명세서 또는 도면에 설명한 기술 요소는, 단독으로 혹은 각종의 조합에 의해 기술적 유용성을 발휘하는 것이며, 출원시의 청구항에 기재된 조합에 한정되는 것이 아니다. 또한, 본 명세서 또는 도면에 예시한 기술은 복수의 목적을 동시에 달성할 수 있는 것이며, 그 중의 1개의 목적을 달성하는 것 자체로 기술적 유용성을 갖는 것이다.

Claims (6)

  1. 케이스에 형성되는 단자와 상기 케이스에 수용되는 전극 조립체를 접속하는 통전 경로상에 설치되어, 상기 케이스 내의 내압이 설정 압력을 초과할 때에 상기 단자와 상기 전극 조립체의 사이를 흐르는 전류를 차단하는 전류 차단 장치로서,
    상기 단자와 전기적으로 접속되는 제1 통전판과,
    상기 제1 통전판과 대향하여 배치되어, 상기 전극 조립체와 전기적으로 접속되는 제2 통전판을 구비하고 있고,
    상기 제1 통전판의 중앙부와 상기 제2 통전판의 중앙부는 제1 용접부에 의해 접합되어 있고,
    상기 제2 통전판은, 상기 제1 용접부의 외주측에 취약부를 갖고 있고,
    상기 제2 통전판에서는, 상기 취약부에 있어서의 기계적 강도가, 상기 취약부 이외의 위치에 있어서의 기계적 강도보다도 낮게 되어 있고,
    상기 제2 통전판은, 상기 케이스 내의 내압이 설정 압력을 초과할 때에 상기 취약부에서 파단하여 상기 단자와 상기 전극 조립체의 사이를 흐르는 전류를 차단하고,
    상기 제1 용접부는, 상기 단자와 상기 전극 조립체의 사이를 흐르는 전류가 설정 전류를 초과할 때에 용단(溶斷)하여 상기 단자와 상기 전극 조립체의 사이를 흐르는 전류를 차단하는 퓨즈 기능을 갖고 있는 전류 차단 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 통전판의 외주부는 제2 용접부에 의해 상기 단자와 접합되어 있고,
    상기 제2 용접부도, 상기 단자와 상기 전극 조립체의 사이를 흐르는 전류가 상기 설정 전류를 초과할 때에 용단하여 상기 단자와 상기 전극 조립체의 사이를 흐르는 전류를 차단하는 퓨즈 기능을 갖고 있는 전류 차단 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 통전판은, 상기 제2 통전판으로부터 이간하는 방향으로 탄성 지지되어 있고,
    상기 제1 용접부가 용단, 또는 상기 제2 통전판이 파단하면, 상기 제1 통전판은 상기 제2 통전판으로부터 이간하는 방향으로 이동하는 전류 차단 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 용접부의 용접 면적은, 상기 단자와 상기 전극 조립체의 사이를 흐르는 전류가 설정 전류를 초과할 때에 용단하도록 조정되어 있는 전류 차단 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 케이스 내에는 상기 전극 조립체 및 전해액이 수용되는 내부 공간이 형성되어 있고,
    상기 제1 용접부가, 상기 내부 공간으로부터 격리되어 있는 전류 차단 장치.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 기재된 전류 차단 장치를 구비하는 축전 장치.
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