(57)【要約】【課題】単電池内の異常な内圧上昇に応じて内部エネルギーを低下させる仕組みを持つ組電池を提供する。【解決手段】  単セル１０は、直方体の金属容器１がなす所定の主面に設けられた正極端子２および負極端子を有しており、他の主面にはその主面の重心を含む領域と対向してはんだ接合される導電性抵抗部材４を備える。金属容器１の四角筒部分を構成する比較的面積が大きい主面のうちの１面には、導電性であり、かつアルミよりも電気抵抗率が高い材料（たとえばステンレスなど。）から構成される板状部材である導電性抵抗部材４がはんだにて接合されている。【選択図】  図１
2011060651.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に形成された互いに絶縁された正極端子と負極端子とのうちいずれか一方の端子と
同電位であるよう構成された導電性を有する気密の容器を具備する単セルを複数個各々を
相対位置を固定して離間して配置し、所定の単セルの前記正極端子と他の単セルの前記負
極端子とを電気的に直列に接続して構成された二次電池の組電池であって、
前記容器を構成する部材よりも抵抗の高い導電性の導電性抵抗部材が、前記所定の単セ
ルと前記他の単セルとの間に配置されており、
前記所定の単セルと、前記他の単セルと、前記導電性抵抗部材とは、前記所定の単セル
の前記容器が膨らんだ際に、前記導電性抵抗部材を介して他の前記単セルと電気的に接続
され、前記所定の単セルが短絡するよう設置されていることを特徴とする組電池装置。
【請求項２】
前記導電性抵抗部材は、前記所定のセルを構成する前記容器の表面に、電気的に接続さ
れるよう接合されていること、を特徴とする請求項１記載の組電池装置。
【請求項３】
前記導電性抵抗部材は、前記容器を構成する複数の主面のうち最も面積が大きい主面に
、前記主面がなす形状の重心を含む領域に対向配置され、電気的に接続されるよう接合さ
れていること、を特徴とする請求項１記載の組電池装置。
【請求項４】
前記導電性抵抗部材は、前記所定のセルとは離間した位置に配置され、前記所定のセル
とは別の導電性部材により電気的に接続されており、前記所定のセルとは絶縁されていて
前記所定のセルの膨張に応じて揺動するリード板と接続されており、
導電性抵抗部材を介して他の単セルと電気的に接続される際に、前記リード板を介して
接続されることを特徴とする組電池装置。
【請求項５】
車軸に取り付けられる車輪と、前記車軸を回転駆動するモーターと、前記モーターを駆
動する電力を供給する請求項１乃至３いずれかに記載の組電池と、を具備することを特徴
とする車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、異常な内圧上昇に応じて内部エネルギーを低下させることにより安全性を向
上した組電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、産業の発展に伴い、産業分野への電池の用途が拡大している。例えばリチウムイ
オン二次電池に代表される非水電解質電池は、従来小型民生機器用途が中心であったが、
近年、無停電電源用、電力貯蔵用、HEV用等の中型、大型用途に拡大する検討が加速して
いる。例えば自動車の走行用エネルギー源となる組電池は、電池容量が１００Ah以上とい
う高容量、高出力の組電池である。
【０００３】
民生機器用の小型電池ではＰＴＣ素子など、温度の上昇に応じて抵抗値が上昇する素子
を設置することにより過充電を防止し安全を確保する技術が周知であるが、ＰＴＣ素子は
抵抗値が大きいことから、高出力特性を重視する電気自動車などの用途においては採用し
にくい。
【０００４】
一般に容器には、熱暴走した電池の破裂を防ぐために、容器の内圧の上昇を感知して解
放するガスベンドが設けられるが、ガスベンドから放出されたガスは、危機や人体に影響
を及ぼすものである可能性がある。
排出されたガスを適切に処理する外部装置が必要になるので、みだりに解放させる設計
とすることはできず、ガスベンドは高耐圧に設計されるが、高耐圧なガスベンドを得るた
めには容器そのものも重厚なものとなり、小型化や軽量化を図ることが困難である。
【０００５】
特許文献１には、電池内圧の上昇に伴って変形する部品としてダイヤフラム弁を用いて
正極端子と負極端子を短絡する構成が開示されている。
【０００６】
特許文献２には、圧力を検出し電極間を短絡する構成が示され、圧力検出器に連動して
正負極間を短絡させる構成図が記載されている。
【０００７】
特許文献３には、温度上昇を検知して回路を短絡させる素子を設けた電池が記載されて
いる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平０７−２０１３７２号公報
【特許文献２】特開平１１−１９１４３６号公報
【特許文献３】特開２００１−２８３８２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１ないし３の電池に代表される従来の電池においては、異常膨張時の変形を防
止するための電流遮断機構は、その構造が複雑であるものが多く、組み上げが困難である
。また、電流遮断機構を設けることにより、電池を小型化できなかったり、単位体積あた
りの発電量が小さくなるという課題がある。
また、温度によって過充電を感知する方法では、充電効率の高い電池においては検知が
間に合わない問題点がある。
上記課題を解決するために、本願発明は、簡素な構成で熱暴走の発生を抑止できる電池
を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
これらの課題を解決するために本発明は、表面に形成された互いに絶縁された正極端子
と負極端子とのうちいずれか一方の端子と同電位であるよう構成された導電性を有する気
密の容器を具備する単セルを複数個各々を相対位置を固定して離間して配置し、所定の単
セルの前記正極端子と他の単セルの前記負極端子とを電気的に直列に接続して構成された
二次電池の組電池であって、前記容器を構成する部材よりも抵抗の高い導電性の導電性抵
抗部材が、前記所定の単セルと前記他の単セルとの間に配置されており、前記所定の単セ
ルと、前記他の単セルと、前記導電性抵抗部材とは、前記所定の単セルの前記容器が膨ら
んだ際に、前記導電性部材を介して他の前記単セルと電気的に接続され、前記所定の単セ
ルが短絡するよう設置されている組電池装置を提供する。
【００１１】
このとき、導電性抵抗部材は、単セルの容器表面に電気的かつ機械的に接合されている
ことが好ましい。
また、導電性抵抗部材は、単セル容器主表面の重心を含む領域に対向して接合されてい
ることが好ましい。
このとき、導電性抵抗部材は、前記所定のセルとは離間した位置に配置され、前記所定
のセルとは別の導電性部材により電気的に接続されており、前記所定のセルとは絶縁され
ていて前記所定のセルの膨張に応じて揺動するリード板と接続されており、導電性抵抗部
材を介して他の単セルと電気的に接続される際に、前記リード板を介して接続されること
が好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の組電池装置によれば、熱暴走に至りにくい構造を簡素な構成で提供可能とする
。
本発明の車両によれば、運行に支障が生じにくい電力供給源による運行を可能とする。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１の実施形態の組電池装置に用いられる単セルの模式斜視図。
【図２】本発明の第１の実施形態の組電池装置の模式上面図。
【図３】本発明の第２の実施形態の組電池装置の模式断面図。
【図４】本発明の車両の実施形態を示す模式図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
＜単セル＞
図１に、第１の実施形態の組電池において組み合わされる単セルの外観の模式図を示す
。
単セル１０は、直方体の金属容器１がなす所定の主面に設けられた正極端子２および負
極端子を有しており、他の主面にはその主面の重心を含む領域と対向してはんだ接合され
る導電性抵抗部材４を備える。
【００１５】
金属容器１はアルミ板を絞り成形して得た断面長方形の有底の四角筒の内部に電極部材
と電解液が充填されている。四角筒の開口を正極端子２と負極端子３が所定の主面に離間
して配置されたアルミ板により液密に閉じるよう溶接されて形成される。
【００１６】
内蔵した電極部材と正極端子２あるいは負極端子３とは各々独立して電気的に接続され
ている。正極端子２はアルミ板の開口に絶縁構造を介して開口を塞ぐように設けられた端
子である。負極端子３はアルミ板の主面内の一部をプレス加工して突起させたものである
。したがって、負極端子３と金属容器１とは同電位である。
【００１７】
金属容器１の四角筒部分を構成する４主面は折り曲げ領域を介して比較的面積が大きい
主面と比較的面積が小さい主面とが互い違いに隣接している。比較的面積が大きい主面の
うちの１面には導電性であり、かつアルミよりも電気抵抗率が高い材料（酸化しにくい金
属が好ましい。たとえばステンレスなど。）から構成される板状部材である導電性抵抗部
材４がはんだにて接合されている。導電性抵抗部材４と金属容器１とは、電気的に接続さ
れており、導電性抵抗部材４は単セル１０の表面の一部を形成している。
【００１８】
単セル１０内部で過充電状態が発生すると、内容物からガスが発生し、金属容器１内部
の内圧が上昇する。内圧の上昇により導電性抵抗部材４が接合された主面が外側に向けて
押し出されるため、単セル１０は膨らむ。
膨らんだ際に金属容器１が突出する変位量、すなわち突出量は、他の面に比して、導電
性抵抗部材４が接合された面が一番多いことが好ましい。さらにその面の形状によって定
まる重心部分がもっとも突出量の多い部分となるから、その重心部分を含む領域に対向さ
せて導電性抵抗部材を溶接すれば、導電性抵抗部材がもっとも突出した位置に配置される
ということになる。
単セル１０の内部エネルギーは、膨張による導電性抵抗部材４の塑性変形により幾分か
消費される。
【００１９】
＜組電池＞
図２に、第１の実施形態の組電池装置の模式上面図を示す。
組電池１００は、複数の単セル１０と、単セル１０の相対位置を固定するとともに一体
的に保持する筐体２０と、単セル１０を電気的に直列に接続する複数のリード板３０と、
により構成される。
【００２０】
筐体２０は、絶縁材料で形成される有底の箱体である。箱体の底面を含む内壁面には、
単セル１０の幅よりもわずかに広い幅の溝が３面に亘り連続的に形成されている。溝に沿
うように単セル１０を挿入することにより、単セル１０は筐体２０内に固定的に配置され
る。この溝は、所定間隔をもって複数設けられており、その各々に個別に単セル１０が挿
入されている。単セル１０は溝による位置規制により相対位置を維持され、一体的に保持
される。溝には必要に応じて接着剤が充填され、単セル１０を筐体２０に固定する。
図２において、単セル１０は導電性抵抗部材が接合された面を同方向に向け、正極端子
２および負極端子３が仮想的な同一平面内に含まれるように配列される。
なお、筐体は絶縁性でセルを一体的に保持する機能を有していればよく、形状が箱体で
ある必要はない。たとえば棒や枠や板、それらの組み合わせで実現してもよい。
【００２１】
リード板３０は、アルミの長方形の板状部材である。１片のアルミ板の両端を用いて、
隣あう単セルのうち片方の単セルの正極端子と、他方の単セルの負極端子とを、連結する
。リード板３０の端部領域には正極端子２や負極端子３が挿入可能な開口が設けられてお
り、これら端子を挿入した後でかしめることで機械的に連結される。連結部分は必要に応
じてレーザ溶接が行われる。
【００２２】
外部接続端子棒２１は表面にねじ溝が切られている丸棒である。筐体２０の対向する辺
に１本ずつ一部を突出した状態で埋設、すなわちインサート成形されている。すべての単
セル１０がリード板３０によって電気的に直列に接続された際、両端に正極端子と負極端
子が残る。この残された端子と外部接続端子棒２１とをリード板３０によって連結する。
外部接続端子棒はリード板３０の開口に挿通され、ナット２２と筐体２０とにより挟持さ
れる。
【００２３】
筐体２０内に配列された複数の単セル１０のうち所定の単セルに関してみると、導電性
抵抗部材４を挟んだ方向に隣接する単セル１０が存在しないものが存在しうる。この場合
、所定の単セル１０は筐体２０の内壁と対向するが、対応する内壁には変形リード板３１
の一端が導電性抵抗部材４と対向して設置することが好ましい。変形リード板３１の他端
は、他のリード板３０が配設される仮想平面内と同一平面内に収まるよう折り曲げられて
おり、折り曲げられた部分の中途部において隣接セルのない所定の単セル１０の正極に接
続され、さらに端部において所定の単セルに反対側で隣接する他の単セル１０の負極に接
続されている。
【００２４】
導電性抵抗部材４を挟んだ方向に隣接する単セル１０が存在していても、導電性抵抗部
材４が接合されていない側の主平面と隣接する単セルがない場合もある。
所定の単セル１０が筐体２０の内壁に対向する主面に導電性抵抗部材４を有しない場合
、他のセルと同等の条件で過充電が解除されるよう、この相対する内壁に導電性抵抗部材
５を設置することが望ましい。
本実施形態においては、導電性抵抗部材５は、所定の単セル１０の正極端子２と外部接
続端子棒２１とを連結するリード板３０の中途部分と溶接されており、溶接スポット２３
が形成されている。
【００２５】
＜過充電時の作用効果＞
いくつかある単セルは個々の充電能力に微少な差があり、動作時点でのある瞬間にお
いて比較すれば、実際の充電量に差があることが想定される。単セル同士は電気的に直列
に接続されており、各単セルには同一電流値による充放電が行われるが電池内部の等価回
路にはキャパシタンスが見えたり、充電許容量に差があったりして、使用中の組電池をみ
たとき、個々のセルの充電量や充電可能容量は、かならずしも同じではない。
充電量、すなわちＳＯＣ（State of Charge）が同じでないときに同じ量の電荷を充電
しようとすると、満充電に近かった単セルから過充電状態が生じる。過充電状態が始まる
と電池容器内部で異常な化学反応をおこし、ガスを発生させる。
ガスの発生は微量であれば電解液中に溶解したりして見えないが、発生し続けてしまっ
た場合は、高熱を伴いつつ電池容器内の内圧を極端に上昇させてしまい、電池容器を膨張
させる。
【００２６】
図１において電池容器を構成する金属容器２が膨張するとき、金属容器２の側面に接合
された導電性抵抗部材４に引っ張り応力が発生する。応力が加わり続けると金属容器２の
膨張とともに導電性抵抗部材４が塑性変形する。この塑性変形において、膨張しようとす
るエネルギーを消費させる作用がある。
【００２７】
拘束された表面よりも膨張しやすい反対面においてはより膨張が顕著である。平時に比
して膨張したときの金属容器外表面の突出量が隣接する単セル１０との離間距離以上とな
ると、隣接する単セル１０と膨張した単セル１０とが接触する。なおこのとき隣接する単
セルも膨張している場合があるので、膨張量は単セルの離間距離以下である場合もある。
直列接続された組電池の金属容器２同士は導電性抵抗部材４を介して離間配置されてい
る。したがって、膨張した単セルは導電性抵抗部材４を介して接触すると同時に、電気的
に接続される。
【００２８】
導電性抵抗部材４は金属容器２と電気的に接続されている。金属容器２は負極端子３と
電気的に接続されている。負極端子３は隣接する単セルの正極端子２と電気的に接続され
ている。したがって、膨張した単セルの負極端子２は、膨張した金属容器２と隣接する単
セルの金属容器を介して短絡する。
短絡した単セル１０は、内部に貯留したエネルギーを導電性抵抗部材４におけるジュー
ル熱の発生によって消費する。短絡による電荷の供給停止とともに、ジュール熱を発生さ
せるためのエネルギー消費によって電池内部の過剰な化学反応が鎮静化し、膨張状態が収
集し、熱暴走が回避される。
【００２９】
上記した実施形態の組電池によれば、単セル自体には特殊な構造を内蔵することなく、
部材の単純な組み合わせによって過充電状態の単セルを短絡状態とし過充電状態を脱する
ことを可能としているので、簡素な構成で安全な組電池を提供することを可能としている
。
【００３０】
＜第２の実施形態＞
導電性抵抗部材を介して短絡状態を生成するために、第１の実施形態においては、導電
性抵抗部材を単セル間に配置して構成していたが、この構成では導電性抵抗部材を金属容
器２に接合する工程において、工程品質の維持が困難な場合がある。また、セル間に部材
とその接合構造を介挿するため、組電池全体でみたときに大型化する場合がある。第１実
施形態の組電池と置換可能な組電池で、導電性抵抗部材を単セルの間に配置しない形態を
説明する。
【００３１】
図３に、第２の実施形態の組電池装置の模式断面図を示す。
組電池装置２００は、複数の単セル１１と、単セル１１の相対位置を固定するとともに
一体的に保持する筐体４０と、単セル１１を電気的に直列に接続する複数のリード板５０
と、により構成される。
【００３２】
単セル１１は、図１に示される第１実施形態の単セル１０から導電性抵抗部材４とその
接合部材を削除したものである。すなわち、周知の角筒型といわれる直方体のセルである
。単セル１１は、正極端子２および負極端子３が比較的狭い面積の一主面に隣接して設置
される。  隣接する単セル１１とは、正極端子２及び負極端子３が仮想的な同一平面内に
含まれるように配列される。負極端子３と金属容器１とは同電位となるよう電気的に接続
されている。
筐体４０は、絶縁材料で形成される有底の箱体である。箱体の底面を含む内壁面には、
単セル１１の幅よりもわずかに広い幅の溝が３面に亘り連続的に形成されている。溝に沿
うように単セル１１を挿入することにより、単セル１１は筐体４０内に固定的に配置され
る。
リード板５０は、アルミの長方形の板状部材である。１片のアルミ板の両端を用いて、
隣あう単セルのうち片方の単セルの正極端子と、他方の単セルの負極端子とを、連結する
。リード板５０の端部領域には正極端子２や負極端子３が挿入可能な開口が設けられてお
り、これら端子を挿入した後でかしめることで機械的に連結される。
外部接続端子棒４１は表面にねじ溝が切られている丸棒である。筐体４０の対向する辺
に１本ずつ一部を突出した状態で設けられている。外部接続端子棒２１と単セル１１とは
をリード板５０によって電気的に連結される。外部接続端子棒はリード板３０の開口に挿
通され、ナット４２と筐体４０とにより挟持される。
【００３３】
筐体４０の特徴的構造について説明する。
筐体４０の容器構造内部の底面には、単セル１１が嵌装される溝が形成されているが、
この溝のすぐ脇からは、溝に嵌装された単セル１１の主面に沿うように、舌片６１が形成
されている。舌片６１は単セル１１同士の隙間に設置されている。舌片６１の自由端は単
セル１１の主面の重心と対向する領域を越えた位置まで延びている。この溝の舌片６１を
挟んだ反対側には開口が形成され、短絡用リード板６２が圧入されている。舌片６１と短
絡用リード板とは一端が底面に固定されており他端は自由端となっている。したがって、
単セル１１の膨張に応じて自由端が変位して隣接する単セルと接触し電気的に接続される
作用を有する。
またこの溝の底の一部が開口しており、バネ性を有する端子である導電性弾性部材６３
が挿入されている。導電性弾性部材６３は、溝に嵌装された単セル１１に押圧力が加えら
れるように設置されており、接着しなくても電気的接続が得られるので組立を容易にする
とともに、振動が加えられたとしても電気的接続が保たれる構造となっている。
【００３４】
短絡用リード板６２と導電性弾性部材６３の一端は、筐体４０に設けられた開口から外
部表面に露出するよう設置されている。
導電性抵抗部材６４は、筐体４０の外表面において、短絡用リード板６２と導電性弾性
部材６３とに電気的に接続するよう設置されている。
短絡用リード板６２と導電性弾性部材６３と導電性抵抗部材６４とは、ひとつの溝（単
セル）に対して一組設けられている。
【００３５】
筐体４０内に配列された複数の単セル１１のうち所定の単セルに関してみると、舌片６
１を挟んだ方向に隣接する単セル１１が存在しないものが存在しうる。この場合、筐体４
０の対応する内側面には変形リード板の一端が舌片６１と対向して設置することが好まし
い。変形リード板の他端は、他のリード板５０が配設される仮想平面内と同一平面内に収
まるよう折り曲げられており、折り曲げられた部分の中途部において隣接セルのない所定
の単セルの正極に接続され、さらに端部において所定の単セルに隣接する単セル１１の負
極に接続されている。
【００３６】
＜過充電時の作用効果＞
過充電状態になって所定の単セル１１が膨張すると、所定の単セルの主面によって舌片
６１の自由端が押されて変位し、短絡用リード板６２を隣接する単セル１１もしくは変形
リード板５１に接触させ、電気的に接続させる。
所定の単セル１１の正極は隣接する単セル１１の負極端子３に接続されており、短絡用
リード板６２は導電性抵抗部材６４および導電性弾性部材６３を介して所定の単セル１１
の負極に接続されているので、所定の単セル１１は短絡する。
この短絡により導電性抵抗部材６４においてジュール熱が生じ過度に充電された電気エ
ネルギーが消費されるので、過充電状態が解除され、所定の単セルが元の形状に戻る。
【００３７】
第２の実施形態に示す構造では、導電性抵抗部材を単セルとは独立した場所に配置する
ことで、単セルの製造工程や性能と独立して設計・製造することができる。
また導電性抵抗部材が筐体外部にあるので、導電性抵抗部材の両端の電圧を計測するこ
とが容易になる。導電性抵抗部材の電気抵抗は設計時にわかっているので、導電性抵抗部
材の両端の電圧の測定値から、セルの負極電圧の変動がモニタ出来る。単セルの膨らみが
発生する前の段階で緩やかな放電制御を電気的に行うことができるので、第１の実施形態
における基本的作用効果とあわせて、より安定した制御に貢献できる。
【００３８】
なお、第２の実施形態において舌片を筐体の底面から連続的に突設形成した筐体の一部
分として説明したが、短絡用リード板の単セルに近いほうの主面を絶縁すれば足りるから
、短絡用リード板の片方の主面を絶縁性の塗膜で覆う構成とすれば、舌片を代えるに足り
る。薄肉の長大形状をモールディングで形成する必要がなくなるので生産性が向上する。
また、短絡用リードは必ずしも底面から延設される必要はなく、固定端は側面でも上面
でも構わない。単セルの主面の変位に応じて揺動させることができる従動部分と、固定端
を導電性抵抗部材と電気的に接続されている固定部分とがあれば足りる。
【００３９】
＜本発明の組電池を搭載した車両＞
図４に示す車両は、本発明の組電池装置４００と、組電池装置４００の動作を制御する
電池管理基板３００と、インバータを含み複数の二次電池セルから供給された電圧を変換
し、出力電流・電圧のレベル制御及び位相制御等を行なう電圧変換及びドライブ制御部５
００と、電圧変換及びドライブ制御部５００の出力が駆動電力として供給されるモータ６
００と、を備えている。モータ６００の回転は、例えば差動ギアユニットを介して、駆動
輪ＷＲ、ＷＬに伝達される。
電池管理基板３００は、組電池パック組電池４００および電装用電池７００から給電さ
れている。電装用電池７００は例えば定格１２Ｖの鉛蓄電池である。モータ６００の回転
は、図示しないキャビンに乗車した人間の操作に応じて、例えば差動ギアユニットなどの
伝達機構を介して、駆動輪ＷＲ、ＷＬに伝達される。
上記したように構成される本願発明の組電池装置をエネルギー源として利用する電動車
両は、万が一に過充電状態が生じたとしても、安全に過充電状態が解除されるので電池も
車両も破壊されることはなく、電動車両の利点を享受しながら、安全に利用を続けること
ができる。
【符号の説明】
【００４０】
１…金属容器、２…正極端子、３…負極端子、４，５，６４…導電性抵抗部材、
１０，１１…単セル、２０，４０…筐体、２１，４１…外部接続端子棒、
２３…溶接スポット、３０，５０…リード板、３１，５１…変形リード板、
６１…舌片、６２…短絡用リード板、６３…導電性弾性部材
【図１】
2011060651.tif 000003
【図２】
2011060651.tif 000004
【図３】
2011060651.tif 000005
【図４】
2011060651.tif 000006