(57)【要約】【課題】バッテリを構成する電池セルそれ自体に自己診断機能とバイパス回路生成機能を具備させる。【解決手段】電池セル１は、ケース本体２と蓋体３とからなる導電性の電池ケース内に極板部６が収容され、極板部６は、負極用集電体７によってケース本体２の底部２ｂに接続されている。極板部６は、また、絶縁体４を介して蓋体３に設けらた正極端子５に対して正極集電体８によって接続されている。正極端子５及び負極用集電体７は、電池セル１の極板部６が異常発熱したときに溶融するインジウム（In）によって構成されている。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極端子と負極端子を備えた複数の電池セルを接続することにより構成されたバッテリにおいて、故障した電池セルを除いた他の電池セルでバッテリとして機能するように、故障した電池セルをバイパスする回路を生成するバッテリの電池セルバイパス構造であって、
電気エネルギを蓄積した極板部と、
該極板部を絶縁状態で収容する導電性の電池ケースと、
該電池ケースに設けられて、隣接する電池セルと接続するための正極及び負極の接続端子と、
前記正極又は前記負極の接続端子と前記電池ケースとの間に設けられた絶縁体と、
前記極板部と前記正極及び負極の接続端子とを導通させる正極用及び負極用の導体とを有し、
前記絶縁体を介して前記電池ケースに設けられた前記正極又は前記負極の接続端子と、前記正極用及び／又は負極用の導体が、前記極板部の異常発熱によって溶融する導電性材料で作られ、
前記正極又は負極の接続端子が溶融することにより、該正極又は負極の接続端子と前記電池ケースとが導通状態になることを特徴とするバッテリの電池セルバイパス構造。
【請求項２】
前記極板部の異常発熱によって溶融する導電性材料から作られた前記正極又は前記負極の接続端子が、その回りを前記絶縁体で包囲した状態で前記電池ケースを貫通して配設されている、請求項１に記載のバッテリの電池セルバイパス構造。
【請求項３】
前記極板部の異常発熱により、前記正極用及び／又は負極用の導体が先行して溶融し、次いで、
前記極板部の異常発熱によって溶融する導電性材料で作られた前記正極又は前記負極の接続端子が溶融する、請求項１又は２に記載のバッテリの電池セルバイパス構造。
【請求項４】
前記導電性材料が、前記極板部の異常発熱によって溶融する融点を備えた金属から選択されている、請求項１〜３のいずれか一項に記載のバッテリの電池セルバイパス構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バッテリの電池セルバイパス構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気エネルギ源としてバッテリが多用されている。例えば、自動車にあっては、それまでガソリンなどの燃料に依存したエンジンを駆動源としていたが、近時の環境問題からエンジンとモータとを併用するハイブリッド自動車や、専らモータに依存した電気自動車が注目されている。
【０００３】
特許文献１は、複数の電池セルを直列又は並列に接続したバッテリに関し、その一部の電池セルが故障したときにバッテリ全体が使用不能になる事態を回避する発明を提案している。すなわち、特許文献１は、バッテリを構成する複数の電池セルのいずれかが故障して発熱して温度監視機構が異常と判断すると充電や放電を停止することからバッテリ全体が使用不能になってしまうという問題を解消する発明を提案している。
【０００４】
具体的には、特許文献１に開示の発明は、バッテリを構成する各電池セル毎にスイッチ付きバイパス回路を設け、異常と判断した電池セルのバイパス回路のスイッチをオンして、当該電池セル無しでバッテリが動作し続けるように構成されている。
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−１３３３１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１のように、温度監視機構や各電池セル毎にスイッチ付きバイパス回路を、別途、バッテリに設けることは、バッテリの構造を複雑にするだけでなく、温度監視機構及びスイッチ機構などが故障してしまう可能性を含む。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、バッテリを構成する電池セルそれ自体が自己診断機能とバイパス回路生成機能を備えたバッテリの電池セルバイパス構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
かかる技術的課題は、本発明によれば、
正極端子と負極端子を備えた複数の電池セルを接続することにより構成されたバッテリにおいて、故障した電池セルを除いた他の電池セルでバッテリとして機能するように、故障した電池セルをバイパスする回路を生成するバッテリの電池セルバイパス構造であって、
電気エネルギを蓄積した極板部と、
該極板部を絶縁状態で収容する導電性の電池ケースと、
該電池ケースに設けられて、隣接する電池セルと接続するための正極及び負極の接続端子と、
前記正極又は前記負極の接続端子と前記電池ケースとの間に設けられた絶縁体と、
前記極板部と前記正極及び負極の接続端子とを導通させる正極用及び負極用の導体とを有し、
前記絶縁体を介して前記電池ケースに設けられた前記正極又は前記負極の接続端子と、前記正極用及び／又は負極用の導体が、前記極板部の異常発熱によって溶融する導電性材料で作られ、
前記正極又は負極の接続端子が溶融することにより、該正極又は負極の接続端子と前記電池ケースとが導通状態になることを特徴とするバッテリの電池セルバイパス構造を提供することによって達成される。
【０００９】
すなわち、正極及び負極の接続端子とを導通させる正極用及び負極用の導体の少なくとも一方の導体を、極板部の異常発熱によって溶融させて、この導体の機能を消失させることで、当該電池セルの電池としての機能を消失させることができる。また、絶縁体を介して前記電池ケースに設けられた前記正極又は前記負極の接続端子を極板部の異常発熱によって溶融させて当該正極又は負極の接続端子と導電性の電池ケースとを導通状態にすることで、当該正極又は負極の接続端子と導電性の電池ケースとの間の絶縁体の機能を事実上消失させ、当該電池セルを他の電池セルに対して単なる導体に変化させることができ、これにより異常発熱した電池セルをバイパスするバイパス回路を自動的に生成することができる。
【００１０】
したがって、本発明によれば、バッテリを構成する電池セルそれ自体が自己診断機能とバイパス回路生成機能を備えたバッテリの電池セルバイパス構造を提供することができる。
【００１１】
本発明の好ましい実施の形態では、前記極板部の異常発熱によって溶融する導電性材料から作られた前記正極又は前記負極の接続端子が、その回りを前記絶縁体で包囲した状態で前記電池ケースを貫通して配設されている。典型的な電池セル構造は、正極の接続端子が電池ケースの端から突出した正極端子で構成され、この正極端子は絶縁体を介して電池ケースに支持されているが、この正極端子を、極板部が異常発熱したときに溶融する材料で構成するのが好ましい。
【００１２】
バッテリの適用例としてハイブリッドカーや電気自動車に適用する場合、一般的には、直列に接続した数多くの電池セルでバッテリが構成されるが、このような場合には、前記極板部の異常発熱により、前記正極用及び／又は負極用の導体が先行して溶融し、次いで、前記極板部の異常発熱によって溶融する導電性材料で作られた前記正極又は前記負極の接続端子が溶融するように構成することで故障した電池セルが原因でバッテリがショートするのを回避することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下に、添付の図面に基づいて本発明の好ましい実施例を説明する。
【００１４】
図１、図２は、実施例の電池セルの構造を説明するための図であり、この電池セルを例えば１００個というように数多くの電池セルを直列に接続することにより自動車に搭載可能な充放電可能なバッテリが構成される。図１、図２を参照して、電池セル１は、電池ケースとしての導電性材料で構成されたケース本体２を有し、ケース本体２は一端が閉塞され、他端が開放された有底筒状の形状を有し、このケース本体２の開口２ａは蓋体３によって密封されている。
【００１５】
蓋体３は、ケース本体２と共に導電体から作られており、ケース本体２に対して電気的に導通した状態でケース本体２に固定される。蓋体３には、その中心部に絶縁体４を介して正極端子５が配設されている。具体的には、正極端子５は、蓋体３の中心部を貫通して設けられ、この正極端子５の回りを包囲して絶縁体４が配設され、この絶縁体４によって正極端子５と蓋体３とが電気的に絶縁されている。
【００１６】
電池セル１は、正極及び負極を構成する活物質を表面に付着した金属箔をセパレータを介して互いに重ね合わせ、これをロール状に巻回することにより形成された極板部６を備え、この電気エネルギを蓄積する非水系二次電池の極板部６は、蓋体３によって密封されたケース本体２の内部に絶縁状態で収容され、そして、極板部６は負極用の導体である負極用集電体７（銅、ニッケル、ステンレス鋼などの金属箔）によってケース本体２の底部２ｂに接続され、また、正極用の導体である正極集電体８によって正極端子５に接続されている。
【００１７】
極板部６の正極集電体８及び正極端子５は比較的低融点の金属材料から選択される。具体的には、この実施例では、正極集電体８及び正極端子５が共にインジウム（In）から作られている。ちなみに、インジウムの融点は約１５７℃である。本発明で好ましく採用可能な低融点金属を例示すれば次の通りである。(1)Sn-Pb-Bi合金（融点約９６℃）、(2)In-Sn合金（融点約１１７℃）、(3)Pb-Bi合金（融点約１２５℃）、(4)Sn-Bi合金（融点約１３８℃）。
【００１８】
正極用集電体８は、従来と同様に、極板部６の正極金属箔と正極端子５との間に配設される。また、上述した負極用集電体７は、極板部６の負極金属箔とケース本体２の底部２ｂ（負極端子）との間に配設される。
【００１９】
上述した電池セル１は、図３に示すように直列に接続されてバッテリが構成される。なお、図３では、３個の電池セル１が図示されているが、実際は１００個を越える大量の電池セル１を直列に接続することにより、自動車に搭載するためのバッテリが構成される。
【００２０】
電池セル１が新品の場合、例えば内部抵抗が１０mΩであると仮定し、典型的には電池セル１を使い続けることにより極板部６に酸化還元被膜が形成され、この酸化還元被膜による内部抵抗の上昇する経年劣化などの故障により内部抵抗が１０倍に増大した（１０mΩ）とすると、バッテリに例えば１５０Ａの電流が１０秒間流れたとすると、新品の電池セル１が発生するジュール熱（Ｉ２×Ｒ）は、次の数値となる。
新品の電池セル１のジュール熱＝(150A)2×(0.01Ω)×10(s)
＝2,250(J)
【００２１】
これに対して故障した電池セル１が発生するジュール熱（Ｊ）は次の数値となる。
故障した電池セル１のジュール熱＝(150A)2×(0.1Ω)×10(s)
＝22,500(J)
【００２２】
電池セル１が発生する熱量によって電池セル１がどの程度温度上昇するかを求めてみると、極板部６の比熱が0.823J/gkであり、電池セル１の重量が200gであるとすると次の通りである。
新品の電池セル１の上昇温度＝2,250(J)÷0.823(J/gk)÷200(g)
＝13.7k
【００２３】
故障した電池セル１の上昇温度＝22,500(J)÷0.823(J/gk)÷200(g)
＝137k
【００２４】
ここに、電池セル１の初期温度が２５℃であるとすると、バッテリに１５０Ａの大電流が１０秒間流れた場合には、電池セル１が新品のときには電池セル１は38.７℃であるのに対して、故障した電池セル１は162℃になる。
【００２５】
如上の説明から理解できるように、故障により内部抵抗が大きくなった電池セル１は、極板部６が発生する熱によって電池セル１の内部の温度が上昇し、次いで、その熱が外部に拡散する。したがって、バッテリに大電流が流れて、故障した電池セル１の温度が大きく上昇したときには、当該電池セル１の内部に配設されている正極用集電体８が先行して溶融し（図４の（ロ））、極板部６と正極端子５との電気的な接続が切断される。次いで、電池セル１の内部の熱が外部に伝わって正極端子５が溶融すると（図４の（ハ））、溶融した正極端子５の一部が絶縁体４を乗り越えて導電性材料からなる蓋体３と導通状態となる（図５）。
【００２６】
この実施例では、正極用集電体８が正極端子５よりも時間的に先行して溶融するのに、電池セル１の熱の伝達メカニズムつまり内部で発生した熱が外部まで拡散して正極端子５が溶融し始める時間的な遅れのメカニズムを使ってショートの発生を防止するようにしているが、これに代えて、正極集電体８を正極端子５よりも相対的に低い温度で溶融する金属で作るようにしてもよい。すなわち、正極集電体８の材料として、正極端子５の材料の融点よりも低い材料を選択するようにしてもよい。
【００２７】
如上のように実施例の電池セル１によれば、故障により発熱現象が現れて正極用集電体８が断線し、次いで、正極端子５が溶融して、導電性材料からなる蓋体３と導通状態になったときには、当該電池セル１の導電性の蓋体３及びケース本体２によって、内部の極板部６をバイパスする導電回路が形成され、バッテリは、当該電池セル１が無い状態で動作し続けることになる。
【００２８】
したがって、バッテリを構成する全ての電池セル１がその内部構造によって自己診断機能及びバイパス回路生成機能を持つことになり、従来のように各電池セル毎に温度監視機構やバイパス回路を設ける必要が無くなるため、バッテリの構造を簡素化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】実施例のバッテリを構成する電池セルの分解斜視図である。
【図２】実施例のバッテリを構成する電池セルの縦断面図である。
【図３】実施例のバッテリの構成する直列に接続した数多くの電池セル群の一部を示す説明図である。
【図４】実施例のバッテリを構成する電池セルのうち劣化した電池セルの構造に発生する現象を時間の経過に従って説明するための図であり、（イ）は電池セルが正常の状態を示し、（ロ）は正極用集電体が溶融した状態を示し、（ハ）は正極端子が溶融した状態を示す。
【図５】劣化して正極用集電体及び正極端子が溶融した電池セルの電子の流れを説明するための図である。
【符号の説明】
【００３０】
１    電池セル
２    導電性のケース本体
３    導電性の蓋体
４    絶縁体
５    正極端子
６    極板部
７    負極用集電体
８    正極用集電体
【図１】
2008034183.tif 000003
【図２】
2008034183.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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