(57)【要約】【課題】電池システムにおいて、電池内部で破損または剥離が起っても、正極集電体と負極集電体との間での通電が可能になるようにする。【解決手段】電池システム５０は、正極集電体９と負極集電体１０と、を有する全固体電池本体８と、全固体電池本体８の断線を検知する断線検知部１４と、断線検知部１４が断線を検知したときに、短絡トリガーを生成する短絡トリガー生成部１３と、短絡トリガーが生成されたときに、正極集電体９と負極集電体１０とを短絡させる短絡機構１２と、を備える。【選択図】図２
2019106309.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極集電体と、負極集電体と、前記正極集電体と前記負極集電体との間に配置された固体電解質と、を有する全固体電池本体と、
前記全固体電池本体の断線を検知する断線検知部と、
前記断線検知部が前記断線を検知したときに、短絡トリガーを生成する短絡トリガー生成部と、
前記短絡トリガーが生成されたときに、前記正極集電体と前記負極集電体とを短絡させる短絡機構と、
を備える電池システム。
【請求項２】
前記全固体電池本体を収容するセルケーシングをさらに備え、
前記短絡機構は、前記セルケーシングの内部に設けられている、
請求項１に記載の電池システム。
【請求項３】
前記断線検知部は、
前記断線を検知したとき、断線検知信号を発生し、
前記短絡トリガー生成部は、
前記断線検知信号に基づいて発熱する発熱体を備え、
前記短絡機構は、
前記発熱体の発熱による温度上昇を前記短絡トリガーとして、前記正極集電体と前記負極集電体とを導通させる短絡路を形成する、
請求項１または２に記載の電池システム。
【請求項４】
前記短絡機構は、
前記正極集電体および前記負極集電体にそれぞれ連通する連通路と、
前記連通路の一部において、前記正極集電体および前記負極集電体と導通しないように配置され、前記発熱体の発熱による温度上昇によって溶融する導電体と、
を備え、
溶融した前記導電体が前記連通路内を移動して、前記正極集電体および前記負極集電体に接触することによって、前記導電体を経由した前記短絡路が形成される、
請求項３に記載の電池システム。
【請求項５】
前記連通路および前記導電体が２以上設けられており、
前記導電体のそれぞれが溶融したとき、前記連通路のそれぞれの配置姿勢に応じて、少なくとも１つの前記導電体の自重による移動によって、前記短絡路が形成される、
請求項４に記載の電池システム。
【請求項６】
前記短絡機構は、
前記短絡トリガーが生成されないとき、前記正極集電体および前記負極集電体の一方と導通し、前記正極集電体および前記負極集電体の他方と導通しないように設けられた導電体を備え、
前記発熱体の発熱による温度上昇によって前記導電体が可逆的な熱変形を起こすことにより、前記導電体を経由する前記短絡路が形成される、
請求項３に記載の電池システム。
【請求項７】
正極集電体と、負極集電体と、前記正極集電体と前記負極集電体との間に配置された固体電解質と、を有する全固体電池本体と、
前記全固体電池本体を収容するセルケーシングと、
前記セルケーシングに収容され、前記全固体電池本体が断線したことが検知されたときに印加される短絡トリガーによって、前記正極集電体と前記負極集電体とを短絡させる短絡機構と、
を備える、電池セル。
【請求項８】
前記短絡機構は、
前記短絡トリガーによって発生する温度上昇によって、前記正極集電体と前記負極集電体とを導通させる短絡路を形成する、
請求項７に記載の電池セル。
【請求項９】
前記短絡機構は、
前記正極集電体および前記負極集電体にそれぞれ連通する連通路と、
前記連通路の一部において、前記正極集電体および前記負極集電体と導通しないように配置され、前記温度上昇によって溶融する導電体と、
を備え、
溶融した前記導電体が前記連通路内を移動して、前記正極集電体および前記負極集電体に接触することによって、前記導電体を経由した前記短絡路が形成される、
請求項８に記載の電池セル。
【請求項１０】
前記短絡機構は、
前記短絡トリガーが生成されないとき、前記正極集電体および前記負極集電体の一方と導通し、前記正極集電体および前記負極集電体の他方と導通しないように設けられた導電体を備え、
前記温度上昇によって前記導電体が可逆的な熱変形を起こすことにより、前記導電体を経由する前記短絡路が形成される、
請求項８に記載の電池セル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電池システムおよび電池セルに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、固体電解質層を正極層（正極集電体）と負極層（負極集電体）とで挟んで構成された全固体電池が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１には、全固体電池において積層方向の拘束力による面圧がばらつくことによって内部抵抗のムラが生じることが記載されている。特許文献１では、単電池の面圧のバラツキを緩和するため、固体電解質層として、硫化物系ガラス体を含むガラス領域と、硫化物系結晶体を含む結晶領域とが、分布するように構成された全固体電池が記載されている。
特許文献１には、面圧のバラツキを緩和することで面圧の局所集中を緩和できるため、全固体電池の電池性能の低下および耐久性の低下を抑制できることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−１５４９００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１に記載の技術では、電池内部で一旦破損または剥離が起こると、正極集電体と負極集電体との間での通電が不可能になる、という問題がある。
【０００５】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、電池内部で破損または剥離が起っても、正極集電体と負極集電体との間での通電が可能な電池システムおよび電池セルを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用している。
本発明の第１態様の電池システムは、正極集電体と、負極集電体と、前記正極集電体と前記負極集電体との間に配置された固体電解質と、を有する全固体電池本体と、前記全固体電池本体の断線を検知する断線検知部と、前記断線検知部が前記断線を検知したときに、短絡トリガーを生成する短絡トリガー生成部と、前記短絡トリガーが生成されたときに、前記正極集電体と前記負極集電体とを短絡させる短絡機構と、を備える。
【０００７】
第１態様の電池システムによれば、断線検知部によって全固体電池本体の断線の検知が可能である。断線検知部によって断線が検知されると、短絡トリガー生成部によって短絡トリガーが生成される。短絡トリガーが生成されると、短絡機構によって、正極集電体と負極集電体とが短絡させられる。このため、全固体電池本体が断線しても、正極集電体と負極集電体との間での通電が可能である。
【０００８】
また、上記電池システムにおいては、前記全固体電池本体を収容するセルケーシングをさらに備え、前記短絡機構は、前記セルケーシングの内部に設けられていてもよい。
【０００９】
この電池システムによれば、セルケーシングの内部に短絡機構が設けられるため、短絡機構がセルケーシングを単位とする組立体である電池セルに一体化されている。このため、複数の電池セルを用いたより大きな組立体の製造、より大きな組立体における電池セルの交換などが容易となる。
【００１０】
また、上記電池システムにおいては、前記断線検知部は、前記断線を検知したとき、断線検知信号を発生し、前記短絡トリガー生成部は、前記断線検知信号に基づいて発熱する発熱体を備え、前記短絡機構は、前記発熱体の発熱による温度上昇を前記短絡トリガーとして、前記正極集電体と前記負極集電体とを導通させる短絡路を形成してもよい。
【００１１】
この電池システムによれば、断線検知部が断線を検知して断線検知信号を発生したとき、発熱体の発熱による温度上昇を短絡トリガーとして、正極集電体と負極集電体とを導通させる短絡路が形成される。発熱体の発熱によって短絡が発生するようにするため、複雑な制御が不要となり、短絡機構の構成が簡素化される。さらに迅速かつ確実な短絡動作が実現できる。
【００１２】
また、上記電池システムにおいては、前記短絡機構は、前記正極集電体および前記負極集電体にそれぞれ連通する連通路と、前記連通路の一部において、前記正極集電体および前記負極集電体と導通しないように配置され、前記発熱体の発熱による温度上昇によって溶融する導電体と、を備え、溶融した前記導電体が前記連通路内を移動して、前記正極集電体および前記負極集電体に接触することによって、前記導電体を経由した前記短絡路が形成されてもよい。
【００１３】
この電池システムによれば、発熱体の発熱による温度上昇を短絡トリガーとして導電体が溶融される。溶融された導電体は連通路を移動することによって正極集電体および負極集電体に接触する。これにより導電体を経由した短絡路が形成される。このため、導電体が放熱して固化すると、導電体による恒久的な短絡路が形成される。
【００１４】
また、上記電池システムにおいては、前記連通路および前記導電体が２以上設けられており、前記導電体のそれぞれが溶融したとき、前記連通路のそれぞれの配置姿勢に応じて、少なくとも１つの前記導電体の自重による移動によって、前記短絡路が形成されてもよい。
【００１５】
この電池システムによれば、発熱体の発熱による温度上昇を短絡トリガーとして導電体が溶融されると、２以上設けられた連通路の各配置姿勢に応じて、各導電体がそれぞれの自重により移動する。このため、連通路の形状が互いに異なる形状とされることによって、電池システムの１つの配置姿勢に対して、連通路および連通路に沿って流れる導電体の流路の姿勢が２以上のパターンを有する。このため、電池システムの配置姿勢に応じていずれかの導電体の流路を通じて短絡されるように２以上の連通路を形成しておくことによって、電池システムの影響を受けることなく、少なくとも１つの短絡路が形成されるようにすることができる。
【００１６】
また、上記電池システムにおいては、前記短絡機構は、前記短絡トリガーが生成されないとき、前記正極集電体および前記負極集電体の一方と導通し、前記正極集電体および前記負極集電体の他方と導通しないように設けられた導電体を備え、前記発熱体の発熱による温度上昇によって前記導電体が可逆的な熱変形を起こすことにより、前記導電体を経由する前記短絡路が形成されてもよい。
【００１７】
この電池システムによれば、発熱体の発熱による温度上昇を短絡トリガーとして導電体が可逆的な熱変形を起こすことにより、導電体を経由する短絡路が形成される。このため、発熱体の温度が、導電体の融点より低い温度であっても短絡路が形成される。この結果、短絡路が迅速に形成される。
【００１８】
本発明の第２態様の電池セルは、正極集電体と、負極集電体と、前記正極集電体と前記負極集電体との間に配置された固体電解質と、を有する全固体電池本体と、前記全固体電池本体を収容するセルケーシングと、前記セルケーシングに収容され、前記全固体電池本体が断線したことが検知されたときに印加される短絡トリガーによって、前記正極集電体と前記負極集電体とを短絡させる短絡機構と、を備える。
【００１９】
第２態様の電池セルによれば、全固体電池本体が断線したことが検知されたときに印加される短絡トリガーによって、短絡機構が正極集電体と負極集電体とが短絡させられる。このため、全固体電池本体が断線しても、正極集電体と負極集電体との間での通電が可能である。
【００２０】
また、上記電池セルにおいては、前記短絡機構は、前記短絡トリガーによって発生する温度上昇によって、前記正極集電体と前記負極集電体とを導通させる短絡路を形成してもよい。
【００２１】
この電池セルによれば、短絡トリガーによって発生する温度上昇によって、短絡機構が、正極集電体と負極集電体とを導通させる短絡路を形成する。このため、短絡機構に対して複雑な制御が不要となり、短絡機構の構成が簡素化される。さらに迅速かつ確実な短絡動作が実現できる。
【００２２】
また、上記電池セルにおいては、前記短絡機構は、前記正極集電体および前記負極集電体にそれぞれ連通する連通路と、前記連通路の一部において、前記正極集電体および前記負極集電体と導通しないように配置され、前記温度上昇によって溶融する導電体と、を備え、溶融した前記導電体が前記連通路内を移動して、前記正極集電体および前記負極集電体に接触することによって、前記導電体を経由した前記短絡路が形成されてもよい。
【００２３】
この電池セルによれば、短絡トリガーによって発生する温度上昇により導電体が溶融される。溶融された導電体は連通路を移動することによって正極集電体および負極集電体に接触する。これにより導電体を経由した短絡路が形成される。このため、導電体が放熱して固化すると、導電体による恒久的な短絡路が形成される。
【００２４】
また、上記電池セルにおいては、前記短絡機構は、前記短絡トリガーが生成されないとき、前記正極集電体および前記負極集電体の一方と導通し、前記正極集電体および前記負極集電体の他方と導通しないように設けられた導電体を備え、前記温度上昇によって前記導電体が可逆的な熱変形を起こすことにより、前記導電体を経由する前記短絡路が形成されてもよい。
【００２５】
この電池セルによれば、短絡トリガーによって発生する温度上昇により導電体が可逆的な熱変形を起こすことにより、導電体を経由する短絡路が形成される。このため、導電体の融点より低い温度であっても短絡路が形成される。この結果、短絡路が迅速に形成される。
【発明の効果】
【００２６】
本発明の電池システムおよび電池セルによれば、電池内部で破損または剥離が起っても、正極集電体と負極集電体との間での通電が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の第１の実施形態の電池システムの構成例を示す模式的なシステム構成図である。
【図２】本発明の第１の実施形態の電池システムおよび電池セルの一例を示す模式的な断面図である。
【図３】本発明の第１の実施形態の電池システムおよび電池セルの一例を示す模式的な断面図である。
【図４】本発明の第１の実施形態の電池セルにおける短絡機構の一例を示す模式的な断面図である。
【図５】本発明の第１の実施形態の電池セルの動作説明図である。
【図６】本発明の第１の実施形態の電池セルの動作説明図である。
【図７】本発明の第１の実施形態の電池セルの動作説明図である。
【図８】本発明の第２の実施形態の電池システムおよび電池セルの一例を示す模式的な断面図である。
【図９】本発明の第２の実施形態の電池セルの一例の主要部を示す模式的な断面図である。
【図１０】本発明の第２の実施形態の電池セルの動作説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下では、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。すべての図面において、実施形態が異なる場合であっても、同一または相当する部材には同一の符号を付し、共通する説明は省略する。
【００２９】
［第１の実施形態］
本発明の第１の実施形態の電池システムおよび電池セルについて説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態の電池システムの構成例を示す模式的なシステム構成図である。図２は、本発明の第１の実施形態の電池システムおよび電池セルの一例を示す模式的な断面図である。図３は、本発明の第１の実施形態の電池システムおよび電池セルの一例を示す模式的な断面図である。図４は、本発明の第１の実施形態の電池セルにおける短絡機構の一例を示す模式的な断面図である。
なお、各図面は、模式図のため形状や寸法は誇張されている（以下の図面も同じ）。
【００３０】
図１に、全固体電池によって構成される二次電池１の一例が模式的に示されている。二次電池１は、端子Ｔ１、Ｔ２を介して充放電が可能である。
二次電池１における全固体電池の個数および配線形態は特に限定されない。二次電池１は、例えば、電池モジュール、電池ユニットなどの構成単位を含んでいてもよい。各構成単位における全固体電池の個数および配線形態は、例えば、定格電圧仕様、電池容量仕様などの必要に応じて適宜選択される。
例えば、二次電池１は、単位電池として電池セル３を備える。図１には、一例として、電池セル３が２以上直列に接続された場合の例が示されている。
二次電池１は、複数の電池セル３が並列配列を含んで構成されてもよい。二次電池１が、電池モジュール、電池ユニットなどの構成単位に分けられている場合、例えば、電池モジュールは、各電池セル３の電圧および温度を測定するＣＭＵ（Cell Monitoring Unit）を備えている。例えば、電池ユニットは、複数の電池モジュールが接続されて構成される。電池ユニットは、電池モジュールのＣＭＵから通知される各電池セル３の電圧および温度に基づいて、電池ユニットの管理を行うＢＭＵ（Battery Management Unit）を備えている。
【００３１】
二次電池１は、図１では図示が省略された本実施形態の電池システムを含んでいる。
図２、３に示すように、本実施形態の電池システム５０は、電池セル３、断線検知部１４、および短絡トリガー生成部１３を備える。
【００３２】
電池セル３は、全固体電池本体８、正極集電体９、負極集電体１０、セルケーシング１１、および短絡機構１２を備える。
全固体電池本体８は、正極層５、固体電解質層６、および負極層７が積層された単電池を１以上備える。図２には電池セル３の一例である電池セル３Ａが示されている。
電池セル３Ａでは、全固体電池本体８は、Ｎ個（Ｎは２以上の整数）の単電池８Ａ、…、８Ｎが直列に積層されている。単電池８Ａ、…、８Ｎの構成はそれぞれ同一である。
図３には電池セル３の一例である電池セル３Ｂが示されている。
電池セル３Ｂでは、全固体電池本体８が単電池８Ａのみで構成されている。
【００３３】
以下では簡単のため、特に断らない限り、電池セル３が電池セル３Ｂの場合の例で説明する。電池セル３Ｂに関する説明は、単電池の個数の相違に対応する相違を除いて、電池セル３Ａにも同様に適用される。
単電池８Ａの固体電解質層６を構成する固体電解質の種類は、特に限定されない。例えば、固体電解質層６を構成する固体電解質の例としては、酸化物系固体電解質、硫化物系固体電解質などが挙げられる。特に酸化物系固体電解質は、約８００℃までの熱安定性に優れるため、固体電解質層６に用いる固体電解質としてより好ましい。
正極層５は、固体電解質層６と同様の固体電解質に正極活物質が混合されて構成される。正極活物質の種類は特に限定されない。例えば、正極層５に含まれる正極活物質としては、リチウム、ナトリウム、カルシウム、銀などのカチオンを吸蔵放出可能な無機材料、塩素イオン、フッ素イオンなどのアニオンを吸蔵放出可能な無機材料などが用いられてもよい。
負極層７は、固体電解質層６と同様の固体電解質に負極活物質が混合されて構成される。負極活物質の種類は特に限定されない。例えば、負極層７に含まれる負極活物質としては、正極材料に示したイオン種を吸蔵放出可能な無機材料、もしくは正極材料に示したイオン種からなる金属もしくは当該金属の合金などが用いられてもよい。
【００３４】
正極集電体９は、全固体電池本体８における積層方向の端部の正極層５に電気的に接続された導体からなる。正極集電体９には、配線に用いる正極端子９ａが設けられている。
図２、３に示すように、電池セル３Ａ、３Ｂの場合には、正極集電体９は、単電池８Ａの正極層５の表面を覆うように積層されている。
負極集電体１０は、全固体電池本体８における積層方向の端部の負極層７に電気的に接続された導体からなる。負極集電体１０には、配線に用いる負極端子１０ａが設けられている。
図３に示すように、電池セル３Ｂの場合には、負極集電体１０は、単電池８Ａの負極層７の表面を覆うように積層されている。図２に示すように、電池セル３Ａの場合には、負極集電体１０は、単電池８Ｎの負極層７の表面を覆うように積層されている。
【００３５】
図３に示すように、正極集電体９、全固体電池本体８、および負極集電体１０からなる積層体の側方には、短絡機構１２が設けられている。短絡機構１２の構成については後述する。
セルケーシング１１は、電池セル３Ｂの外周部を覆う外装部材である。セルケーシング１１の内部には、正極集電体９、全固体電池本体８、負極集電体１０、および短絡機構１２Ａ、１２Ｂが収容されている。
ただし、セルケーシング１１において、正極集電体９、負極集電体１０に対向する部位には、少なくとも正極端子９ａ、負極端子１０ａがそれぞれ外部に露出できるように、開口部１１ａ、１１ｂが形成されている。
セルケーシング１１は、後述する短絡トリガー生成部１３の加熱に耐える耐熱性を有する材料で構成される。セルケーシング１１において少なくとも正極集電体９および負極集電体１０と当接する部位には、電気絶縁材料が用いられる。
【００３６】
短絡機構１２は、後述する短絡トリガーが生成されたときに、正極集電体９と負極集電体１０とを短絡させる装置部分である。
短絡機構１２は、電池セル３Ｂ中に１以上設けられている。図３に示す例では、短絡機構１２として、全固体電池本体８を挟んで互いに対向するように、２つの短絡機構１２Ａ、１２Ｂが設けられている。短絡機構１２は、図示しない紙面手前側および紙面奥側などにも短絡機構１２Ａ、１２Ｂと同様の構成で設けられていてもよい。
なお、短絡機構１２が複数設けられる場合には、全固体電池本体８を挟んで互いに対向するように設けられることは必ずしも必要ではない。例えば、短絡機構１２は、全固体電池本体８の外周において円周を３等分する３箇所に設けられていてもよい。
本実施形態では、短絡機構１２Ａ、１２Ｂの構成は、互いに面対称の形状を有する以外は、互いに同一である。以下では、短絡機構１２Ａの例で説明する。
【００３７】
図４に模式的に示すように、短絡機構１２Ａは、正極集電体９の延出部９ｂ、突出部９ｃと、負極集電体１０の延出部１０ｂ、突出部１０ｃと、電気絶縁体１５と、低融点金属１６Ａ、１６Ｂ（導電体）と、を備える。短絡機構１２Ａは、さらに、図示されない紙面手前側および紙面奥側には、二点鎖線で示す範囲に、電気絶縁体からなる壁体部２０Ａ、２０Ｂを備える。
【００３８】
延出部９ｂは、正極集電体９の側部から全固体電池本体８の側方（図示右側）に延びるように構成された板状部からなる。延出方向における延出部９ｂの先端部は、セルケーシング１１の側壁部１１ｃの内周面に当接している。
突出部９ｃは、延出部９ｂから正極層５の側面５ａに沿って突出する壁状に設けられている。突出部９ｃは、正極層５の層厚に等しい高さを有する。突出部９ｃと、セルケーシング１１の側壁部１１とは、互いに離間している。
延出部９ｂ、突出部９ｃは、正極集電体９と同材料で構成されていてもよい。ただし、延出部９ｂ、突出部９ｃは、導電性を有していれば、正極集電体９とは異なる材料で構成されてもよい。
【００３９】
延出部１０ｂは、負極集電体１０の側部から全固体電池本体８の側方（図示右側）に延びるように構成された板状部からなる。延出方向における延出部９ｂの先端部は、セルケーシング１１の側壁部１１ｃの内周面に当接している。
突出部１０ｃは、延出部１０ｂの先端部からセルケーシング１１の側壁部１１ｃの内面に沿って突出する壁状に設けられている。突出部１０ｃは、負極層７の層厚に等しい高さを有する。突出部１０ｃと、負極層７の側面７ａとは、互いに離間している。
延出部１０ｂ、突出部１０ｃは、負極集電体１０と同材料で構成されていてもよい。ただし、延出部１０ｂ、突出部１０ｃは、導電性を有していれば、負極集電体１０とは異なる材料で構成されてもよい。
【００４０】
電気絶縁体１５は、延出部９ｂおよび突出部９ｃと、延出部１０ｂおよび突出部１０ｃとの間の空間を、二分するために設けられた仕切部材である。本実施形態では、突出部９ｃ、１０ｃに平行な二側面と、延出部９ｂ、１０ｂに平行な二側面とを有する四角柱状に形成されている。
電気絶縁体１５は、突出部９ｃ、１０ｃの各先端部の間で各先端部によって挟持され、かつ、延出部９ｂ、１０ｂに対しては離間している形状に形成されている。
このため、電気絶縁体１５に対する図示右上には、電気絶縁体１５の右側面および上面と、突出部９ｃの右側面と、突出部９ｃの下面と、側壁部１１ｃに内面と、突出部１０ｃの先端面と、によって囲まれたＬ字状の空間である第１連通路１７Ａ（連通路）が形成されている。
電気絶縁体１５に対する図示左下には、電気絶縁体１５の下面および左側面と、突出部９ｃの先端面と、固体電解質層６の側面６ａと、負極層７の７ａと、延出部１０ｂの上面と、突出部１０ｃの左側面と、によって囲まれたＬ字状の空間である第２連通路１７Ｂ（連通路）が形成されている。
【００４１】
延出部９ｂ、突出部９ｃ、延出部１０ｂ、突出部１０ｃ、および電気絶縁体１５における図示奥行き方向の厚さはいずれも等しい。
壁体部２０Ａは紙面手前側から、延出部９ｂ、突出部９ｃ、延出部１０ｂ、突出部１０ｃ、および電気絶縁体１５の紙面手前側の端部とそれぞれ接続されている。
壁体部２０Ｂは紙面奥側から、延出部９ｂ、突出部９ｃ、延出部１０ｂ、突出部１０ｃ、および電気絶縁体１５の紙面奥側の端部とそれぞれ接続されている。
これにより、第１連通路１７Ａ、第２連通路１７Ｂは、壁体部２０Ａおよび壁体部２０Ｂによって、紙面奥行き方向に挟まれた閉空間を構成している。
【００４２】
第１連通路１７Ａの内部には、固体の低融点金属１６Ａが配置されている。
低融点金属１６Ａは、正極集電体９と負極集電体１０とを短絡させないように、突出部９ｃおよび突出部９ｃと、突出部１０ｃと、の少なくとも一方と離間するように配置されている。本実施形態では、一例として、低融点金属１６Ａは、第１連通路１７Ａにおいて、延出部９ｂ、突出部９ｃ、側壁部１１ｃ、および電気絶縁体１５で囲まれた直方体状（図示では矩形状）の領域に配置されている。このため、側壁部１１ｃと、側壁部１１ｃに対向する電気絶縁体１５の側面（図示右側の側面）と、に挟まれ、突出部１０ｃの図示上方に形成された直方体状（図示では矩形状）の空間は、絶縁空間Ｉａになっている。
低融点金属１６Ａに用いられる金属材料は、二次電池１の使用時の温度で溶融せず、正極集電体９、電気絶縁体１５、セルケーシング１１、および壁体部２０Ａ、２０Ｂの耐熱温度未満で溶融する金属材料であれば特に限定されない。例えば、低融点金属１６Ａに好適な金属材料の例としては、スズ、亜鉛、インジウム、ガリウム、ビスマスなどの金属単体、またはスズ、亜鉛、インジウム、ガリウム、ビスマスの群から選ばれた１以上の金属を含む合金が挙げられる。
【００４３】
第２連通路１７Ｂの内部には、固体の低融点金属１６Ｂが配置されている。
低融点金属１６Ｂは、正極集電体９と負極集電体１０とを短絡させないように、延出部１０ｂおよび突出部１０ｃと、突出部９ｃと、の少なくとも一方と離間するように配置されている。本実施形態では、一例として、低融点金属１６Ｂは、第２連通路１７Ｂにおいて、延出部１０ｂ、突出部１０ｃ、電気絶縁体１５、および負極層７で囲まれた直方体状（図示では矩形状）の領域に配置されている。このため、固体電解質層６と、固体電解質層６に対向する電気絶縁体１５の側面（図示左側の側面）と、に挟まれ、突出部９ｃの図示下方に形成された直方体状（図示では矩形状）の空間は、絶縁空間Ｉｂになっている。
低融点金属１６Ｂに用いられる金属材料は、低融点金属１６Ａと同様な金属材料が用いられる。
【００４４】
断線検知部１４は、全固体電池本体８の断線を検知する装置部分である。ここで、「断線」とは、正極集電体９と負極集電体１０との間で、全固体電池本体８の通電が異常となり、不通もしくは不通に近い状態を言う。このような通電異常は、正極集電体９、全固体電池本体８、および負極集電体１０の積層構造（全固体電池本体８の内部の積層構造も含む）における層界面の破損、剥離などによって発生する可能性がある。
図３に示す例では、断線検知部１４は、電池セル３Ｂの外部に設けられている。断線検知部１４は、配線１４ａを介して全固体電池本体８の正極集電体９と、配線１４ｂを介して全固体電池本体８の負極集電体１０と、それぞれ電気的に接続されている。
断線検知部１４の構成は、全固体電池本体８の断線に関連する異常状態の有無を検知できれば特に限定されない。例えば、断線に関連して発生する異常現象としては、充放電異常、内部抵抗異常、温度異常などが挙げられる。
例えば、断線検知部１４は、異常検知の物理量として、正極集電体９および負極集電体１０間の電圧、電流、抵抗の値を検出してもよい。例えば、断線検知部１４は、異常検知の物理量として、正極集電体９、全固体電池本体８、および負極集電体１０の少なくとも１つの温度を検出してもよい。
断線検知部１４は、断線の有無または程度と関連付けられて予め設定された閾値に基づいて、断線を検知する。
断線検知部１４は、断線を検知すると、後述する短絡トリガー生成部１３に断線検知信号を送出する。
【００４５】
断線検知部１４は、断線を検知する適宜の電気回路によって構成される。例えば、断線検知部１４は、図３に示す例のように電池セル３の外部に設けられていてもよい。例えば、断線検知部１４は、電池セル３Ｂにおけるセルケーシング１１の内部に設けられていてもよい。
断線検知部１４が、電池セル３の外部に設けられている場合、電池モジュールの内部に設けられていてもよいし、電池ユニットにおいて電池モジュール以外の部分に設けられていてもよい。
断線検知部１４が、電池セル３の外部に設けられている場合、断線検知部１４は、ＣＭＵまたはＢＭＵの一部として設けられていてもよい。
断線検知部１４の動作に必要な電源は、断線検知部１４に内蔵されていてもよいし、二次電池１において検知対象の電池セル３Ｂ以外の蓄電済みの電池セル３Ｂが用いられてもよい。
断線検知部１４の個数は、二次電池１内のすべての電池セル３Ｂの断線を検知できれば特に限定されない。例えば、断線検知部１４は、二次電池１における電池セル３Ｂの個数をｎ（ただし、ｎは２以上の整数）として、１以上ｎ以下設けられていてもよい。
【００４６】
短絡トリガー生成部１３は、断線検知部１４が全固体電池本体８の断線を検知したときに、短絡トリガーを生成する装置部分である。このため、短絡トリガー生成部１３は、図示略の配線によって断線検知部１４と通信可能に接続されている。短絡トリガー生成部１３は、断線検知部１４の断線検知信号を受信することによって、短絡トリガーを生成する。
短絡トリガーとしては、短絡機構１２Ａ、１２Ｂのうち少なくとも一方の短絡動作を引き起こすことができれば特に限定されない。例えば、短絡トリガーは、短絡機構１２の構成に応じて、力学的、電気的、熱的なエネルギー形態をとることが可能である。
本実施形態の短絡トリガーとしては、低融点金属１６Ａ、１６Ｂを溶融させる温度上昇を引き起こす熱エネルギーが用いられている。
短絡トリガー生成部１３は、セルケーシング１１を挟んで短絡機構１２Ａと対向する短絡トリガー生成部１３Ａと、セルケーシング１１を挟んで短絡機構１２Ｂと対向する短絡トリガー生成部１３Ｂと、を備える。短絡トリガー生成部１３Ａ、１３Ｂは、配置位置の相違を除いて互いに同一である。
以下では、特に断らない限り、図４に示す短絡トリガー生成部１３Ａの場合の例で説明する。
【００４７】
短絡トリガー生成部１３Ａは、発熱体１３ａ、電源１８、およびスイッチ１９を備える。発熱体１３ａ、電源１８、およびスイッチ１９は、配線１３ｂを経由して回路を形成している。
本実施形態では、短絡トリガーは、低融点金属１６Ａ、１６Ｂがそれぞれ溶融し、それぞれ第１連通路１７Ａ、第２連通路１７Ｂの内部で移動が完了するまでの間、生成される。
例えば、短絡トリガー生成部１３は、予め実験などによって求められた低融点金属１６Ａ、１６Ｂの溶融物の形成および移動に要する時間（以下、短絡完了時間と称する）だけ短絡トリガーを生成してもよい。
例えば、断線検知部１４が正極集電体９および負極集電体１０の抵抗値を測定している場合には、断線検知部１４によって正極集電体９および負極集電体１０の間の短絡の検知も行える。この場合、断線検知部１４が短絡を検知したら、短絡トリガーを終了させる制御信号（短絡トリガー終了信号）を短絡トリガー生成部１３に送出するようにしてもよい。短絡トリガー生成部１３は、断線検知部１４から短絡トリガー終了信号を受信したら短絡トリガーの生成を終了する。
【００４８】
発熱体１３ａの種類は、電力供給によって、短絡機構１２の内部の低融点金属１６Ａ、１６Ｂを溶融する熱エネルギーを発生できれば、特に限定されない。例えば、発熱体１３ａとしては、ジュール発熱を用いたヒータ、熱電素子などが用いられてもよい。
【００４９】
電源１８は、発熱体１３ａを発熱させる電力を発熱体１３ａに供給できれば特に限定されない。図４では、模式図のため、電源１８として、直流電源の記号が用いられているが、電源１８は直流電源には限定されない。例えば、電源１８としては、断線検知部１４の動作に用いられる電源が共通使用されてもよい。
電源１８の容量は、短絡トリガー生成部１３Ａにおいて、短絡完了時間の間、低融点金属１６Ａ、１６Ｂを溶融させるために必要な電力を印加できればよい。このため、電源１８は、必要な電力が放電可能に充電されたコンデンサが用いられてもよい。この場合、コンデンサの放電が終了すると、自動的に短絡トリガーの生成も終了する。
【００５０】
スイッチ１９は、電源１８からの電力を短絡トリガー生成部１３Ａに供給するため配線４上に設けられている。スイッチ１９は、図示略の配線によって断線検知部１４と通信可能に接続されている。スイッチ１９は、図示略の配線を経由して断線検知部１４から断線検知信号を受信するまではオフ状態である。スイッチ１９は、図示略の配線を経由して断線検知部１４から断線検知信号を受信するとオン状態に切り替えられる。
電源１８がコンデンサのように自動的に放電が終了する構成を有しない場合、スイッチ１９は、短絡完了時間経過後に、自動的にオフ状態に復帰するか、または図示略のスイッチング制御部によってオフ状態に制御されるように構成される。
例えば、スイッチ１９のオフ状態の切り替えは、断線検知信号を基準とするディレイ信号などによって制御されてもよい。
例えば、断線検知部１４が短絡を検知できるようになっている場合、スイッチ１９は、断線検知部１４からの短絡トリガー終了信号によって、オフ状態に切り替えられてもよい。
【００５１】
以上、短絡トリガー生成部１３Ａに、電源１８、スイッチ１９が設けられている場合の例で説明した。この場合、電源１８およびスイッチ１９は、各電池セル３Ｂの短絡トリガー生成部１３Ａ、１３Ｂのそれぞれに１つずつ設けられている。
ただし、電源１８は、二次電池１内のすべての短絡トリガー生成部１３にそれぞれ独立に電力を供給する１つの装置で構成されてもよい。
さらに、短絡トリガー生成部１３Ａ、１３Ｂは、断線検知部１４によって断線が検知された場合に、同一タイミングで、短絡トリガーを生成できればよい。このため、電源１８、スイッチ１９は、短絡トリガー生成部１３Ａ、１３Ｂの各発熱体１３ａの両方に一括して電力を供給できるように、各電池セル３Ｂに一つずつ設けられていてもよい。
【００５２】
次に電池システム５０の動作について説明する。
図５、６、７は、本発明の第１の実施形態の電池セルの動作説明図である。
【００５３】
図４に示すように、電池セル３Ｂでは、断線検知部１４によって断線が検知されず、短絡トリガーが生成されないうちは、正極集電体９および負極集電体１０との間に、絶縁空間Ｉａ、Ｉｂが形成されている。すなわち、正極集電体９および負極集電体１０は短絡されていない。このため、電池セル３Ｂでは、正常に充放電が行われる。
このような正常動作の間、断線検知部１４は、断線を検知するための動作を行っている。
断線検知部１４が断線を検知すると、断線検知部１４から短絡トリガー生成部１３のスイッチ１９に断線検知信号が送出される。スイッチ１９は断線検知信号を受信すると、図５に示すように、オフ状態からオン状態に切り替えられる。これにより、発熱体１３ａが発熱する。
発熱体１３ａに発生した熱エネルギーは、セルケーシング１１を経由して短絡機構１２に伝播する。これにより、短絡機構１２が加熱されて温度上昇する。
【００５４】
図５に示すように、第１連通路１７Ａ、１７Ｂ内の低融点金属１６Ａ、１６Ｂが融点に達するまで加熱されると、液体状の低融点金属１６Ａ’、１６Ｂ’がそれぞれ形成される。
低融点金属１６Ａ’、１６Ｂ’は、自重によって、それぞれ第１連通路１７Ａ、１７Ｂ内で移動する。例えば、図５に示すように、正極集電体９および負極集電体１０が上下方向に向いて配置されている場合、低融点金属１６Ｂ’は、溶融してもほとんど移動しない。この場合、溶融前と同様の絶縁空間Ｉｂが形成されているため、第２連通路１７Ｂには短絡路は形成されない。
しかし、低融点金属１６Ａ’は、自重によって、電気絶縁体１５と側壁部１１ｃとの間の隙間に移動して、突出部１０ｃ上に滞留する。電気絶縁体１５と側壁部１１ｃとの間の隙間に入りきらなかった低融点金属１６Ａ’は、電気絶縁体１５の上方で、延出部９ｂと平行に拡がる。これにより、短絡トリガーの生成が終了されるまでに、低融点金属１６Ａ’は、突出部９ｃと突出部１０ｃにそれぞれ当接した状態で、電気絶縁体１５に沿うＬ字状の領域に分布する。
この場合、延出部９ｂの表面に沿う絶縁空間Ｉａ’’が形成されている。しかし、第１連通路１７Ａに面する突出部９ｃ、１０ｃとの間が、導電体である低融点金属１６Ａ’を経由して短絡される。
この場合、延出部９ｂ、低融点金属１６Ａ’、突出部１０ｃ、および延出部１０ｂは、正極集電体９および負極集電体１０の間の短絡路を構成している。
【００５５】
この後、例えば、短絡完了時間が経過したり、短絡トリガー生成部１３が短絡終了信号を受信したりするなどして、短絡トリガーの生成が終了される。本実施形態の場合には、発熱体１３ａによる加熱が終了する。このため、低融点金属１６Ａ’、１６Ｂ’は、放熱が進み、融点未満になると固化し始める。図５に示す例の場合、低融点金属１６Ａ’が固化することによって、正極集電体９および負極集電体１０の恒久的な短絡路が形成される。
【００５６】
以上、電池セル３Ｂの配置の一例に基づいて、電池システム５０の動作が説明された。しかし、本実施形態の電池システム５０は、電池セル３Ｂが種々の姿勢で配置されていても、低融点金属１６Ａ、１６Ｂの少なくとも一方によって、短絡路が形成される。
例えば、図６に示すように、電池セル３Ｂが図５の状態から図示時計回りに約４５度回転された場合、低融点金属１６Ａ、１６Ｂが溶融されると、低融点金属１６Ａ、１６Ｂは第１連通路１７Ａ、第２連通路１７Ｂ内で低融点金属１６Ａ’’、１６Ｂ’’のように移動する。低融点金属１６Ａ’’、１６Ｂ’’の図示上方には、それぞれ台形状の絶縁空間Ｉａ’’、Ｉｂ’’が形成される。
絶縁空間Ｉｂ’’は、低融点金属１６Ｂ’’と突出部９ｃとの間を遮るように形成されているため、低融点金属１６Ｂ’’は、短絡路を形成していない。しかし、絶縁空間Ｉａ’’は、突出部９ｃ全体と延出部９ｂの一部（図示上方）とに面して形成されているため、突出部１０ｃと延出部９ｂの一部（図示下方）とは、低融点金属１６Ａ’’を経由して短絡されている。
この場合、延出部９ｂ、低融点金属１６Ａ’’、突出部１０ｃ、および延出部１０ｂは、正極集電体９および負極集電体１０の間の短絡路を構成している。
【００５７】
例えば、図７に示すように、電池セル３Ｂが図５の状態から図示反時計回りに約１２０度回転された場合、低融点金属１６Ａ、１６Ｂが溶融されると、低融点金属１６Ａ、１６Ｂは第１連通路１７Ａ、第２連通路１７Ｂ内で低融点金属１６Ａ’’’、１６Ｂ’’’のように移動する。低融点金属１６Ａ’’’、１６Ｂ’’’の図示上方には、それぞれ台形状の絶縁空間Ｉａ’’’、Ｉｂ’’’が形成される。
絶縁空間Ｉａ’’’は、低融点金属１６Ａ’’’と突出部１０ｃとの間を遮るように形成されているため、低融点金属１６Ａ’’’は、短絡路を形成していない。しかし、絶縁空間Ｉｂ’’’は、突出部１０ｃ全体と延出部１０ｂの一部（図示上方）とに面して形成されているため、突出部９ｃと延出部１０ｂの一部（図示下方）とは、低融点金属１６Ｂ’’’を経由して短絡されている。
この場合、延出部１０ｂ、低融点金属１６Ｂ’’’、および突出部９ｃは、正極集電体９および負極集電体１０の間の短絡路を構成している。
【００５８】
特に図示しないが、電池セル３Ｂの姿勢によっては、低融点金属１６Ａ、１６Ｂの両方の溶融物を経由した短絡路が形成される場合もある。
以上は、短絡機構１２Ａにおける動作を説明したが、短絡機構１２Ｂは、上述と、位置関係が対称的になる以外は、同様にして短絡路が形成される。
さらに、紙面手前側、紙面奥側などの他の部位にも短絡機構１２が設けられる場合、電池セル３Ｂの姿勢がさらに複雑に変化しても確実に短絡路が形成されるようにすることが可能となる。
【００５９】
以上説明したように、電池セル３Ｂにおいて正極集電体９および負極集電体１０の間に短絡路が形成されることにより、電池内部で破損または剥離が起こるなどして電池セル３Ｂが断線していても、正極集電体９および負極集電体１０の導通が保たれる。
このため、図１に示すように、電池セル３が直列接続された構成を含む二次電池１において、断線する電池セル３が発生したとしても、端子Ｔ１、Ｔ２の間の通電が可能となる。この場合、端子Ｔ１、Ｔ２の間の電圧降下は生じるが、充放電が停止されることはない。このため、二次電池１を用いる装置システムの動作がただちに終了することはない。
これに対して、二次電池の各電池セルに本実施形態の電池システム５０が設けられていない場合には、電池セルの断線によって、二次電池の端子間の電路が遮断されて充放電がただちに終了してしまう。このため、二次電池を用いる装置システムの動作も終了してしまう。
【００６０】
［第２の実施形態］
本発明の第２の実施形態の電池システムおよび電池セルについて説明する。
図８は、本発明の第２の実施形態の電池システムおよび電池セルの一例を示す模式的な断面図である。図９は、本発明の第２の実施形態の電池セルの一例の主要部を示す模式的な断面図である。図１０は、本発明の第２の実施形態の電池セルの動作説明図である。
【００６１】
図１に、全固体電池によって構成される二次電池２１の一例が模式的に示されている。二次電池２１は、上記第１の実施形態における二次電池１の電池セル３に代えて、電池セル２３を備える。二次電池２１は、図１では図示が省略された本実施形態の電池システムを含んでいる。
以下、上記第１の実施形態と異なる点を中心に説明する。
【００６２】
図８に示すように、本実施形態の電池システム６０は、上記第１の実施形態における断線検知部１４、電池セル３Ｂに代えて断線検知部３４、電池セル２３を備え、短絡トリガー生成部１３が削除されて構成されている。
【００６３】
断線検知部３４は、上記第１の実施形態における断線検知部１４と同様、全固体電池本体８の断線を検知する装置部分である。断線検知部３４は、断線検知部１４と同様、断線に関連して発生する異常現象を検知して、断線検知信号を後述する熱電素子３３に送出する。
断線検知部３４の動作に必要な電源は、断線検知部３４に内蔵されていてもよいし、二次電池２１において検知対象の電池セル２３以外の蓄電済みの電池セル２３が用いられてもよい。
【００６４】
電池セル２３は、上記第１の実施形態の電池セル３Ｂの正極集電体９、負極集電体１０、断線検知部１４、および短絡機構１２Ａ、１２Ｂに代えて、それぞれ、正極集電体２９、負極集電体３０、および短絡機構２２Ａ、２２Ｂを備える。図８では図示が省略されているが、電池システム６０は、短絡機構２２Ａ、２２Ｂの内部に、さらに熱電素子３３（図９参照、短絡トリガー生成部）を備える。
【００６５】
正極集電体２９および負極集電体３０は、上記第１の実施形態における正極集電体９および負極集電体１０と同様、全固体電池本体８の正極層５および負極層７に電気的に接続された導体からなる。
【００６６】
本実施形態では、短絡機構２２Ａ、２２Ｂの構成は、互いに面対称の形状を有する以外は、互いに同一である。以下では、短絡機構２２Ａの例で説明する。
図５に模式的に示すように、短絡機構２２Ａは、負極集電体３０の突出部３０ａと、正極集電体２９の延出部２９ａ、突出部２９ｂ、および熱変形部２９ｃと、電気絶縁体３５と、を備える。
【００６７】
突出部３０ａは、負極集電体３０が側面７ａに沿って屈曲するように突出された壁状部からなる。突出部３０ａは、負極層７の層厚に等しい高さを有する。突出部３０ａと、セルケーシング１１の側壁部１１ｃとは互いに離間している。
【００６８】
延出部２９ａは、正極集電体２９の側部からが全固体電池本体８の側方（図示右側）に延びるように構成された板状部からなる。延出方向における延出部２９ａの先端部は、セルケーシング１１の側壁部１１ｃの内周面との間に隙間が形成される位置に形成されている。
突出部２９ｂは、延出部２９ａの先端部から、全固体電池本体８の層厚方向に延びる壁状に設けられている。正極層５および固体電解質層６と突出部２９ｂとの間には、電気絶縁体３５が配置されている。電気絶縁体３５は側面５ａ、６ａに、突出部２９ｂは電気絶縁体３５に、それぞれ固定されている。
突出部２９ｂは、延出部２９ａを介して正極集電体２９と電気的に接続できれば、正極集電体２９と異なる導電材料で形成されてもよいし、正極集電体２９と同材料で形成されてもよい。
【００６９】
熱変形部２９ｃは、突出部２９ｂの突出方向の先端部から図示下方に延びている。
熱変形部２９ｃは、突出部２９ｂを介して正極集電体２９と電気的に接続できれば、突出部２９ｂと異なる導電材料で形成されてもよいし、突出部２９ｂと同材料で形成されてもよい。
ただし、熱変形部２９ｃは、第１の温度範囲で突出部３０ａと導通可能に接触し、第２の温度範囲で突出部３０ａから離間して非導通となるような、可逆的な熱変形を起こす材料で形成されている。第１の温度範囲は第２の温度範囲より高温であってもよいし、第２の温度範囲より低温であってもよい。
本実施形態では、図１０に示すように、熱変形部２９ｃは、温度変化によって熱変形部２９ｃの先端部２９ｄが突出部３０ａに当接する曲げ変形を起こすように形成されている。
このような熱変形を生じさせるため、本実施形態では、熱変形部２９ｃは、熱膨張率が異なる複数の材料が積層された材料が用いられる。特に、熱変形部２９ｃは、バイメタル材料によって構成されることがより好ましい。この場合、突出部３０ａと接離する先端部２９ｄは、導電性が良好な金属材料で形成されることがより好ましい。
【００７０】
熱電素子３３は、断線検知部３４が全固体電池本体８の断線を検知したときに、熱変形部２９ｃが突出部３０ａと接触する形状に熱変形するための熱エネルギーの供給（発熱）または熱エネルギーの吸収（急熱）を行う装置部分である。熱電素子３３の発熱または吸熱は、短絡トリガーを構成している。
熱電素子３３は、図示略の配線によって電源と接続されている。熱電素子３３に用いる電源は、断線検知部３４の動作に用いる電源と同じであってもよい。
さらに熱電素子３３は、断線検知部３４と通信可能に接続されている。熱電素子３３は、断線検知部３４の断線検知信号を受信することによって、短絡トリガーを生成する。熱電素子３３による短絡トリガーは、電池セル２３の充放電動作が停止されるまで継続して生成される。
例えば、熱電素子３３としては、ペルティエ効果、トムソン効果などを利用した熱電変換素子が使用可能である。このような熱電素子３３は、電流が供給されると短時間で温度変化が生じるため、熱変形部２９ｃの迅速な熱変形が可能となる。
【００７１】
例えば、本実施形態の電池システム６０では、一例として、熱電素子３３の発熱を利用する構成が用いられている。このため、本実施形態では、熱変形部２９ｃとして、板厚方向（図９の左右方向）において突出部３０ａと対向する方から順に熱膨張係数が大きくなるように複数の金属が積層されたバイメタル材料を用いられている。この場合、熱電素子３３は、熱変形部２９ｃに対しては発熱体として作用する。
このような構成では、熱電素子３３からの熱エネルギーによって熱変形部２９ｃが温度上昇すると、図１０に示すように、バイメタル材料の熱変形によって、先端部２９ｄが突出部３０ａに近づくように屈曲もしくは湾曲する。熱変形量が所定値を超えると、先端部２９ｄは、突出部３０ａと当接する。
【００７２】
例えば、熱電素子３３の吸熱を利用する構成が用いられる場合には、吸熱によって熱変形部２９ｃが熱変形部２９ｃを構成するバイメタル材料として、突出部３０ａと対向する方から順に熱膨張係数が小さくなるように複数の金属が積層されたバイメタル材料が用いられる。
【００７３】
熱電素子３３の設置位置は、熱電素子３３の発熱または吸熱によって、熱変形部２９ｃの温度を変更することができ、先端部２９ｄと突出部３０ａとの接触の支障とならない位置であれば、特に限定されない。熱移動の効率の観点からは、熱電素子３３は、図９、１０に示すように、熱変形部２９ｃに直接的に接触していることがより好ましい。図９、１０では、一例として、熱電素子３３が突出部３０ａとの対向面と反対側の熱変形部２９ｃの表面に設置されている。
【００７４】
次に電池システム６０の動作について、短絡機構２２Ａにおける動作を中心として説明する。特に断らない限り、短絡機構２２Ｂでも同様な動作が行われる。
図９に示すように、電池セル２３では、断線検知部３４（図８参照）によって断線が検知されず、熱電素子３３による短絡トリガーが生成されないうちは、先端部２９ｄと突出部３０ａとは互いに離間している。このため、正極集電体２９および負極集電体３０は短絡されていない。この結果、電池セル２３では、正常に充放電が行われる。
このような正常動作の間、断線検知部３４は、断線を検知するための動作を行う。
断線検知部３４が断線を検知すると、断線検知部１４から熱電素子３３に断線検知信号が送出される。熱電素子３３は、断線検知信号を受信すると短絡トリガーを生成する。例えば、本実施形態では、熱電素子３３が発熱する。
熱電素子３３で発生した熱エネルギーは、短絡機構２２Ａの熱変形部２９ｃに伝播する。これにより、熱変形部２９ｃが加熱されて温度上昇する。
【００７５】
加熱されると熱変形部２９ｃは熱変形する。熱変形部２９ｃの温度が所定温度になると、図１０に示すように、熱変形部２９ｃの先端部２９ｄが突出部３０ａに当接する。熱電素子３３は、図示略の電源から電力の供給を受けることによって、電池セル２３の充放電動作が終了するまで、上述の所定温度以上の温度を保つ。
突出部３０ａ、熱変形部２９ｃ、突出部２９ｂ、および延出部２９ａはそれぞれ導体であるため、先端部２９ｄと突出部３０ａとの接触によって、正極集電体２９および負極集電体３０を短絡させる短絡路が形成される。
【００７６】
このように、本実施形態において、延出部２９ａ、突出部２９ｂ、および熱変形部２９ｃは、短絡トリガーが生成されないときに、正極集電体２９と導通し、負極集電体１０と導通しないように設けられた導電体を構成している。この導電体は、熱電素子３３の発熱による温度上昇によって、熱変形部２９ｃが可逆的な熱変形を起こすことにより、延出部２９ａ、突出部２９ｂ、熱変形部２９ｃ、および突出部３０ａからなる短絡路を形成している。
【００７７】
以上説明したように、電池セル２３において正極集電体２９および負極集電体３０の間に短絡路が形成されることにより、電池内部で破損または剥離が起こるなどして電池セル３Ｂが断線していても、正極集電体２９および負極集電体３０の導通が保たれる。
このため、図１に示すように、電池セル２３が直列接続された構成を含む二次電池２１において、断線する電池セル２３が発生したとしても、端子Ｔ１、Ｔ２の間の通電が可能となる。この場合、端子Ｔ１、Ｔ２の間の電圧降下は生じるが、充放電が停止されることはない。このため、二次電池２１を用いる装置システムの動作がただちに終了することはない。
これに対して、二次電池の各電池セルに本実施形態の電池システム６０が設けられていない場合には、電池セルの断線によって、二次電池の端子間の電路が遮断されて充放電がただちに終了してしまう。このため、二次電池を用いる装置システムの動作も終了してしまう。
【００７８】
以上、本発明の実施の形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
なお、上記第１の実施形態では短絡機構１２に温度上昇によって溶融する導電体として、低融点金属１６Ａ、１６Ｂが用いられる例で説明した。しかし、温度上昇によって溶融する導電体は、低融点金属には限定されない。例えば、温度上昇によって溶融する非金属材料の内部に導電体が分散された導電性材料が用いられてもよい。この場合、例えば、非金属材料として熱可塑性樹脂などが使用可能である。このような構成によれば、低融点金属を用いる場合に比べて短絡トリガーによる温度上昇量をより低減することができる。
【００７９】
上記第２の実施形態では、短絡トリガー生成部として、熱電素子３３が用いられる場合の例で説明した。しかし、熱電素子３３の発熱を利用して短絡路を形成する場合、熱電素子３３に代えて、適宜の発熱体を用いることが可能である。例えば、熱電素子３３に代えて、上記第１の実施形態における発熱体１３ａが用いられてもよい。
【００８０】
上記第２の実施形態では、短絡トリガー生成部が短絡機構の内部に設けられた場合の例で説明した。しかし、第２の実施形態でも、熱変形部２９ｃを所定温度以上に加熱できれば、第１の実施形態と同様、短絡トリガー生成部は短絡機構の外部に設けられていてもよい。例えば、上記第２の実施形態において、熱電素子３３に代えて、上記第１の実施形態の短絡トリガー生成部１３が用いられてもよい。
【００８１】
上記第２の実施形態では、熱変形部２９ｃがバイメタル材料で構成される場合の例で説明した。しかし、熱変形部２９ｃの構成はこれには限定されない。例えば、熱変形部２９ｃとしては、形状記憶合金が用いられてもよい。また、熱変形部２９ｃは、湾曲変形する構成には限定されず、一定方向に伸縮変形する構成でもよい。
【００８２】
上記第２の実施形態では、短絡トリガーが生成されないとき、熱変形する導電体が正極集電体２９に導通された場合の例で説明した。しかし、熱変形する導電体は、短絡トリガーが生成されないとき、負極集電体３０に導通されていてもよい。
【符号の説明】
【００８３】
１、２１  二次電池
３、３Ａ、３Ｂ、２３  電池セル
５  正極層
６  固体電解質層
７  負極層
８  全固体電池本体
８Ａ、８Ｎ  単電池
９、２９  正極集電体
９ｂ、１０ｂ，２０ａ  延出部
９ｃ、１０ｃ、２９ｂ、３０ａ  突出部
１０、３０  負極集電体
１１  セルケーシング
１１ｃ  側壁部
１２、１２Ａ、１２Ｂ、２２Ａ、２２Ｂ  短絡機構
１３、１３Ａ、１３Ｂ  短絡トリガー生成部
１３ａ  発熱体
１４、３４  断線検知部
１５、３５  電気絶縁体
１６Ａ、１６Ａ’、１６Ａ’’、１６Ａ’’’、１６Ｂ、１６Ｂ’、１６Ｂ’’、１６Ｂ’’’  低融点金属（導電体）
１７Ａ  第１連通路（連通路）
１７Ｂ  第２連通路（連通路）
１８  電源
１９  スイッチ
２０Ａ、２０Ｂ  壁体部
２９ｃ  熱変形部
２９ｄ  先端部
３３  熱電素子（短絡トリガー生成部、発熱体）
５０、６０  電池システム
Ｉａ、Ｉａ’’、Ｉａ’’’、Ｉｂ、Ｉｂ’’、  Ｉｂ’’’  絶縁空間
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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