JP2017199633A - 蓄電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】短絡機構の作動圧力のばらつきを抑制する。【解決手段】蓄電装置１００は、正極電極及び負極電極を備える電極組立体３と、端子取付面を備えており、電極組立体３と電解液とを収納可能なケース１と、端子取付面に設けられ、電極組立体３の正極電極と電気的に接続される正極電極端子５と、端子取付面に設けられ、電極組立体３の負極電極と電気的に接続される負極電極端子７と、端子取付面に設けられ、ケース１の内部空間の圧力が所定値を超えると、正極電極端子５と負極電極端子７とを短絡させる短絡機構１０と、を備えている。短絡機構１０は、正極電極端子５と負極電極端子７の一方の電極端子と電気的に接続され、他方の電極端子と絶縁される変形板２０と、他方の電極端子と電気的に接続される短絡板３０と、を備えている。端子取付面を端子取付面に直交する方向に沿って見ると、他方の電極端子は一方の電極端子と短絡機構１０との間に配置されている。【選択図】図１

Description

本明細書に開示する技術は、蓄電装置に関する。

蓄電装置には、過充電等が発生したときに、正極電極と負極電極との間を短絡させる機構が設けられることがある。例えば、特許文献１に開示される蓄電装置は、ケースの端子取付面に設けられた正極電極端子と負極電極端子との間に短絡機構が設けられている。短絡機構は、互いに対向して配置される変形板と短絡板とを備えている。変形板はケースの端子取付面に設けられ、正極電極端子と電気的に接続されており、負極電極端子と絶縁されている。また、短絡板は変形板の上部に設けられ、負極端子と電気的に接続されている。過充電等によってケースの内部空間の圧力が所定値を超えると、変形板が変形し、短絡板に接触する。すると、負極電極端子と正極電極端子との間が短絡される。

特開２０１３−２３５８１４号公報

特許文献１の短絡機構は、正極電極端子と負極電極端子との間であって、ケースの端子取付面の中心部に設けられている。ケースの内部空間の圧力が上昇すると、ケースが変形し、ケースの端子取付面が変形することがある。このとき、端子取付面は、その中心部に近くなるほど大きく変形することとなる。このため、短絡機構がケースの端子取付面の中心部に近い位置に設けられていると、端子取付面の変形によって短絡機構の変形板が影響を受け易くなる。端子取付面の変形が変形板に影響すると、短絡機構の作動圧力（すなわち、変形板が変形する際のケースの内部空間の圧力）が変化する虞がある。本明細書は、短絡機構の作動圧力のばらつきを抑制する技術を開示する。

本明細書に開示する蓄電装置は、正極電極及び負極電極を備える電極組立体と、端子取付面を備えており、電極組立体と電解液とを収納可能なケースと、端子取付面に設けられ、電極組立体の正極電極と電気的に接続される正極電極端子と、端子取付面に設けられ、電極組立体の負極電極と電気的に接続される負極電極端子と、端子取付面に設けられ、ケースの内部空間の圧力が所定値を超えると、正極電極端子と負極電極端子とを短絡させる短絡機構と、を備えている。短絡機構は、正極電極端子と負極電極端子の一方の電極端子と電気的に接続され、他方の電極端子と絶縁される変形板と、他方の電極端子と電気的に接続される短絡板と、を備えている。変形板は、短絡板に対して凸状となる第１状態と、短絡板に対して凹状となる第２状態とに変形可能である。ケースの内部空間の圧力が所定値を超えると、変形板は第１状態から第２状態となり、変形板が短絡板と接触する。端子取付面を当該端子取付面に直交する方向に沿って見ると、正極電極端子と短絡機構との間に負極電極端子が配置されている、又は、負極電極端子と短絡機構との間に正極電極端子が配置されている。

上記の蓄電装置では、正極電極端子と短絡機構との間に負極電極端子が、あるいは、負極電極端子と短絡機構との間に正極電極端が配置されている。すなわち、短絡機構は、正極電極端子と負極電極端子の間ではなく、正極電極端子又は負極電極端子よりケースの側面に近い位置に配置される。このため、仮にケースの内部空間の圧力が上昇して短絡機構の作動圧力に到達する前に端子取付面が変形したとしても、短絡機構は、端子取付面の変形量が小さい領域に配置されている。このため、端子取付面の変形の影響が抑えられ、変形板の作動圧力が変化し難くなる。したがって、短絡機構の作動圧力にばらつきが生じることを抑制することができる。

実施例に係る蓄電装置の断面図。 実施例に係る短絡機構について、通常時の状態を示す図。 実施例に係る短絡機構について、短絡した状態を示す図。 実施例に係る短絡機構の構成を示す平面図。

以下に説明する実施例の主要な特徴を列記しておく。なお、以下に記載する技術要素は、それぞれ独立した技術要素であって、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。

（特徴１）本明細書が開示する蓄電装置では、変形板は、ケースの端子取付面に支持されていてもよい。そして、端子取付面を当該端子取付面に直交する方向に沿って見ると、他方の電極端子は、一方の電極端子と前記短絡機構との間に配置されていてもよい。このような構成によると、他方の電極端子と短絡機構との距離を短くできるため、これらの電気的接続を容易に行うことができる。

（特徴２）本明細書が開示する蓄電装置では、端子取付面を当該端子取付面に直交する方向に沿って見ると、（１）端子取付面は、長辺と短辺を有する矩形状をしていてもよい。（２）短絡機構と他方の電極端子と一方の電極端子は長辺が伸びる方向に沿って配置されていてもよい。（３）短絡機構と他方の電極端子は、長辺の中心よりも一方の側に配置されていてもよい。（４）一方の電極端子は、端子取付面の長辺の中心よりも他方の側に配置されていてもよい。このような構成によると、短絡機構は端子取付面の長辺の中央より一方の側に近い位置に配置される。このため、短絡機構は、ケースの端子取付面の変形量の小さい領域に配置されることになり、短絡機構の作動圧力にばらつきが生じることを好適に抑制することができる。

（特徴３）本明細書が開示する蓄電装置では、端子取付面を当該端子取付面に直交する方向に沿って見ると、短絡機構は、短辺の中心よりも長辺の一方に近い位置に配置されていてもよい。このような構成によると、短絡機構は、端子取付面の短辺の中央より長辺に近い位置に配置される。このため、短絡機構は、ケースの端子取付面の変形量のより小さい領域に配置され、短絡機構の作動圧力にばらつきが生じることを好適に抑制することができる。

（特徴４）本明細書が開示する蓄電装置では、変形板は、０．７ｗｔ％以上かつ１．３ｗｔ％以下の鉄を含むアルミニウム合金により形成されていてもよい。このような構成によると、変形板を成形する際に生じる残留応力を低減することができる。このため、蓄電装置を長期間使用しても、短絡機構の誤作動を生じ難くすることができる。

以下、図面を参照して実施例に係る蓄電装置１００について説明する。図１に示すように、蓄電装置１００は、ケース１と、ケース１に収容された電極組立体３と、ケース１に固定された正極電極端子５と負極電極端子７を備えている。電極組立体３と正極電極端子５とは電気的に接続されており、電極組立体３と負極電極端子７とは電気的に接続されている。また、蓄電装置１００は、ケース１に固定された短絡機構１０を備えている。ケース１の内部は、電解液が注入されており、電極組立体３は、電解液に浸漬している。

ケース１は、金属製であり、略直方体形状の箱型部材である。ケース１は、本体１１１と、本体１１１に固定された蓋部１１２とを備えている。蓋部１１２は、本体１１１の上部を覆っている。蓋部１１２は、平面視したときにｘ方向の寸法がｙ方向の寸法より大きい略矩形となっている。蓋部１１２には、取付孔８１、８２が形成されている。正極電極端子５は、取付孔８１を介してケース１の内外に通じており、負極電極端子７は、取付孔８２を介してケース１の内外に通じている。すなわち、蓋部１１２には、正極電極端子５と負極電極端子７が取り付けられている。蓋部１１２は、正極電極端子５と電気的に接続されている。蓋部１１２と負極電極端子７との間には、絶縁部材６１が配置されている。絶縁部材６１は、蓋部１１２と負極電極端子７とを絶縁している。なお、蓋部１１２は、請求項の「端子取付面」の一例である。

電極組立体３は、正極電極と、負極電極と、正極電極と負極電極との間に配置されたセパレータとを備えている。電極組立体３は、正極電極、負極電極及びセパレータからなる積層体が複数積層されて構成されている。複数の正極電極のそれぞれ及び複数の負極電極のそれぞれは、集電部材と、集電部材上に形成されている活物質層とを備えている。集電部材としては、正極電極に用いられるものは、例えばアルミ箔であり、負極電極に用いられるものは、例えば銅箔である。また、電極組立体３は、正極電極毎に設けられた正極集電タブ５１と、負極電極毎に設けられた負極集電タブ５２を備えている。正極集電タブ５１は、正極電極の上端部に形成されている。負極集電タブ５２は、負極電極の上端部に形成されている。正極集電タブ５１及び負極集電タブ５２は、電極組立体３の上方に突出している。複数の正極集電タブ５１は、１つに纏められて正極リード５３に固定されている。複数の負極集電タブ５２は、１つに纏められて負極リード５４に固定されている。

正極リード５３は、正極集電タブ５１と正極電極端子５とに接続されている。正極リード５３を介して、正極集電タブ５１と正極電極端子５とが電気的に接続されている。負極リード５４は、負極集電タブ５２と負極電極端子７とに接続されている。負極リード５４を介して、負極集電タブ５２と負極電極端子７とが電気的に接続されている。

正極電極端子５は、取付孔８１を介して蓋部１１２に取り付けられている。正極電極端子５は、蓋部１１２の短軸方向（ｙ方向）に平行な辺（図１の右側の奥行方向に伸びる辺）の近傍に配置されている。すなわち、正極電極端子５は、蓋部１１２の長軸（ｘ方向）の中心より短軸方向（ｙ方向）に平行な辺（図１のｘ方向（＋）側の奥行方向に伸びる辺）に近い位置に配置されている。負極電極端子７は、取付孔８２を介して蓋部１１２に取り付けられている。負極電極端子７は、蓋部１１２の短軸方向（ｙ方向）に平行な辺であって、正極電極端子５が配置されている側とは反対側の辺（図１の左側の奥行方向に伸びる辺）の近傍に配置されている。すなわち、負極電極端子７は、蓋部１１２の長軸（ｘ方向）の中心より短軸方向（ｙ方向）に平行な辺（図１のｘ方向（−）側の奥行方向に伸びる辺）に近い位置に配置されている。

図２を参照して短絡機構１０について説明する。図２に示すように、短絡機構１０は、ケース１の蓋部１１２に設けられている。短絡機構１０は、負極電極端子７より蓋部１１２の短軸方向（ｙ方向）に平行な辺に近い位置（すなわち、図１の負極電極端子７よりｘ方向（−）側）に配置されている。短絡機構１０は、変形板２０及び短絡板３０を備えている。変形板２０は、板厚が一定の板材から形成されており、平面視すると円形となる導電性のダイアフラムである。変形板２０は、ケース１の蓋部１１２に支持され、溶接等によって固定されている。変形板２０の板厚は、蓋部１１２の板厚より小さくされており、短絡板３０の板厚より小さくされている。変形板２０は、ケース１内の圧力が所定値より低い状態では下方に凸状（短絡板３０に向かって凹状）となっている。変形板２０の外周部は、ケース１の蓋部１１２に接合されている。このため、変形板２０の下面には、ケース１内の圧力が作用する。一方、変形板２０の上面には、大気圧が作用する。変形板２０は、蓋部１１２と電気的に接続されている。上述したように、蓋部１１２は、正極電極端子５と電気的に接続されており、負極電極端子７と絶縁されている。このため、変形板２０は、正極電極端子５と電気的に接続されており、負極電極端子７とは絶縁されている。

変形板２０には、例えば、アルミニウムやアルミニウム合金を用いることができる。アルミニウム合金は、例えば、アルミニウム合金Ａ１０５０やアルミニウム合金Ａ３００３等を用いることができ、特に０．７ｗｔ％以上かつ１．３ｗｔ％以下の鉄（Ｆｅ）を含有するアルミニウム合金を用いることが好ましい。上記の鉄含有アルミニウム合金は、塑性加工による残留応力の生成が抑制され、その結果、長期間が経過しても引張り強度が低下し難く、残留応力の経時変化も小さいという特徴を有している。このため、上記の鉄含有アルミニウム合金を用いて変形板２０を成形すると、変形板２０の成形後に熱処理を行わなくても、残留応力（すなわち、引張り強度）の経時変化を低く抑えることができる。このため、蓄電装置１００を長期間使用しても、変形板２０の変形の圧力が低下し難く、短絡機構１０が誤作動を起こし難くなる。なお、変形板２０は、ケース１の蓋部１１２と一体成形してもよい。変形板２０と蓋部１１２とを一体成形すると、製造時の加工工程を減らすことができ、蓄電装置１００をより容易に製造することができる。

短絡板３０は、金属製の部材であり、導電性を有している。短絡板３０は、平面視において略矩形状に形成されており、変形板２０の上方に配置されている。短絡板３０の板厚は、変形板２０の板厚より大きくされている。短絡板３０は、負極電極端子７と電気的に接続されている。短絡板３０とケース１の蓋部１１２との間には、絶縁部材６１，６２が配置されている。短絡板３０は、絶縁部材６１，６２によって蓋部１１２上に支持されている。絶縁部材６１は、負極電極端子７と蓋部１１２とを絶縁すると共に、短絡板３０の一端と蓋部１１２とを絶縁している。絶縁部材６２は、短絡板３０の他端と蓋部１１２とを絶縁している。このため、短絡板３０は蓋部１１２と絶縁されている。すなわち、短絡板３０は正極電極端子５と絶縁されている。なお、本実施例では、変形板２０が正極電極端子５に接続され、短絡板３０が負極電極端子７に接続されているが、このような構成に限定されない。例えば、変形板が負極電極端子７に接続され、短絡板が正極電極端子５に接続されていてもよい。具体的には、変形板は導電性を有する金属を用いて形成され、正極電極端子５と絶縁され、負極電極端子７と電気的に接続される。また、短絡板は、例えば、アルミニウムやアルミニウム合金を用いて形成され、正極電極端子５と電気的に接続され、負極電極端子７と絶縁される。また、本実施例では、変形板２０と電気的に接続される正極電極端子５と、短絡機構１０との間に、短絡板３０と電気的に接続される負極電極端子７が配置されているが、このような構成に限定されない。例えば、短絡板と電気的に接続される負極電極端子と、短絡機構との間に、変形板と電気的に接続される正極電極端子５が配置されていてもよい。

図２及び図３を参照して、短絡機構１０によって、正極電極端子５と負極電極端子７との間が短絡される構成について具体的に説明する。図２に示すように、ケース１内の圧力が所定値以下のとき、変形板２０は下方に凸の状態になっている。すなわち、変形板２０は、短絡板３０に向かって凹状の第１状態となっている。上述したように、変形板２０は正極電極端子５と電気的に接続されており、負極電極端子７と絶縁されている。このため、正極電極端子５と負極電極端子７との間には、短絡機構１０を介した通電経路は形成されていない。ケース１内の圧力が上昇すると、変形板２０の下面に作用する圧力が上昇する。一方、変形板２０の上面には大気圧が作用する。このため、ケース１内の圧力が上昇して所定値に達すると、図３に示すように、変形板２０は反転して、上方に凸の状態に変化する。すなわち、変形板２０は、短絡板３０に向かって凸状の第２状態となる。このとき、変形板２０の上面が、短絡板３０に接触する。変形板２０は正極電極端子５と電気的に接続されている。一方、短絡板３０は負極電極端子７と電気的に接続されている。このため、変形板２０と短絡板３０とが接触すると、正極電極端子５と負極電極端子７との間には、変形板２０及び短絡板３０を介した通電経路が形成される。すなわち、正極電極端子５と負極電極端子７との間が短絡した状態となる。これによって、電極組立体３に流れる電流を小さくすることができる。

図１及び図４を参照して、蓋部１１２上における短絡機構１０の配置について説明する。図１に示すように、蓋部１１２の長軸方向（ｘ方向）には、短絡機構１０、負極電極端子７、正極電極端子５がこの順で配置されている。上述したように、短絡機構１０と負極電極端子７は、蓋部１１２の長軸（ｘ方向）の中央より一方の側（図１の左側）に配置されている。短絡機構１０は、負極電極端子７よりも、蓋部１１２の短軸と平行な辺（図１のｘ方向（−）側の奥行方向に伸びる辺）の近くに配置されている。また、図４に示すように、短絡機構１０の変形板２０は、蓋部１１２の短軸（ｙ方向）の中央より一方の側（図４の上側（ｙ方向（＋）側））に配置されている。すなわち、変形板２０は、蓋部１１２の短軸方向の中心よりも、蓋部１１２の長軸と平行な辺の近傍に配置されている。したがって、変形板２０は、蓋部１１２の長軸と平行な辺の近傍に配置されると共に、短軸と平行な辺の近傍に配置されている。すなわち、変形板２０は、蓋部１１２の角部の近傍に配置されている。なお、本実施例において、変形板２０はｙ方向（＋）側（図４の上側）に配置されているが、ｙ方向（−）側（図４の下側）に配置されていてもよい。なお、蓋部１１２の長軸と平行な辺は、請求項の「長辺」の一例であり、蓋部１１２の短軸方向と平行な辺は、請求項の「短辺」の一例である。

ケース１の内部空間の圧力が上昇すると、ケース１内の圧力が上昇する。このため、ケース内の圧力が上昇する過程で、ケース１が内側から外側に向かって突出する方向に変形することがある。このとき、ケース１を構成する各面は、その面の中心部に近いほど変形量が大きくなる。したがって、蓋部１１２においても、長軸（ｘ方向）の中心、かつ、短軸（ｙ方向）の中心が最も変形量が大きくなり、蓋部１１２の各辺に近づくほど変形量は小さくなっていく。上述したように、変形板２０は、蓋部１１２に固定されている。変形板２０を蓋部１１２の変形量が大きい領域に設けると、蓋部１１２が変形した際に変形板２０の支持状態が変化し、変形板２０の作動圧力（変形板２０が変形を開始する圧力）が変化する虞がある。変形板２０の作動圧力が変化すると、ケース１の内部空間の圧力が所定値に達する前に変形板２０が変形したり、当該圧力が所定値を超えても変形板２０が変形しなかったりする可能性が生じる。本実施例の変形板２０は、蓋部１１２の変形量が比較的に小さい領域に配置されている。このため、ケース１の内部空間の圧力が上昇してケース１が変形しても、蓋部１１２の変形板２０の周辺の領域は変形し難い。したがって、変形板２０の作動圧力の変化を抑制することができる。このようにして、短絡機構１０が作動するケース１内の圧力にばらつきが生じることを抑制することができ、短絡機構１０が誤作動を起こしたり、作動しなかったりすることを回避することができる。

なお、本実施例では、短絡機構１０の構成要素のうち、変形板２０のみが蓋部１１２の長軸方向に平行な辺の近傍に配置されているが、このような構成に限定されない。例えば、短絡板についても変形板２０ともに蓋部１１２の長軸方向に平行な辺の近傍に配置してもよい。上述したように、短絡機構１０は、変形板２０を短絡板３０に接触させることによって、正極電極端子５と負極電極端子７との間を短絡する。このため、短絡板は、変形板２０が変形したときに接触できるように配置されていればよく、作動時に変形板２０と接触できる限り、短絡板の大きさや形状は限定されるものではない。

以上、本明細書に開示の技術の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、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、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。

１ ケース
３ 電極組立体
５ 正極電極端子
７ 負極電極端子
１０ 短絡機構
２０ 変形板
３０ 短絡板
６１，６２ 絶縁部材
１００ 蓄電装置
１１２ 蓋部

Claims (5)

1. 正極電極及び負極電極を備える電極組立体と、
   端子取付面を備えており、前記電極組立体と電解液とを収納可能なケースと、
   前記端子取付面に設けられ、前記電極組立体の前記正極電極と電気的に接続される正極電極端子と、
   前記端子取付面に設けられ、前記電極組立体の前記負極電極と電気的に接続される負極電極端子と、
   前記端子取付面に設けられ、前記ケースの内部空間の圧力が所定値を超えると、前記正極電極端子と前記負極電極端子とを短絡させる短絡機構と、を備えており、
   前記短絡機構は、前記正極電極端子と前記負極電極端子の一方の電極端子と電気的に接続され、他方の電極端子と絶縁される変形板と、前記他方の電極端子と電気的に接続される短絡板と、を備えており、
   前記変形板は、前記短絡板に対して凸状となる第１状態と、前記短絡板に対して凹状となる第２状態とに変形可能であり、
   前記ケースの内部空間の圧力が前記所定値を超えると、前記変形板は前記第１状態から前記第２状態となり、前記変形板が前記短絡板と接触し、
   前記端子取付面を当該端子取付面に直交する方向に沿って見ると、前記正極電極端子と前記短絡機構との間に前記負極電極端子が配置されている、又は、前記負極電極端子と前記短絡機構との間に前記正極電極端子が配置されている、蓄電装置。
2. 前記変形板は、前記ケースの前記端子取付面に支持されており、
   前記端子取付面を当該端子取付面に直交する方向に沿って見ると、前記他方の電極端子は、前記一方の電極端子と前記短絡機構との間に配置されている、請求項１に記載の蓄電装置。
3. 前記端子取付面を当該端子取付面に直交する方向に沿って見ると、（１）前記端子取付面は、長辺と短辺を有する矩形状をしており、（２）前記短絡機構と前記他方の電極端子と前記一方の電極端子は前記長辺が伸びる方向に沿って配置されており、（３）前記短絡機構と前記他方の電極端子は、前記長辺の中心よりも一方の側に配置されており、（４）前記一方の電極端子は、前記長辺の中心よりも他方の側に配置されている、請求項２に記載の蓄電装置。
4. 前記端子取付面を当該端子取付面に直交する方向に沿って見ると、前記短絡機構は、前記短辺の中心よりも前記長辺に近い位置に配置されている、請求項３に記載の蓄電装置。
5. 前記変形板は、０．７ｗｔ％以上かつ１．３ｗｔ％以下の鉄を含むアルミニウム合金により形成されている、請求項１〜４のいずれか一項に記載の蓄電装置。
   
   

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