(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
容器に備えられており容器内の圧力が予め設定した圧力よりも高くなったら破断して開状態となる、樹脂板の内部に線材を封入して構成した安全弁であって、
前記線材は電流を流すと溶断する溶断性金属であり、前記線材の両端を外部に露出しつつ、前記線材の他の部分を前記樹脂板の内部に封入してなり、
前記線材に電流を流すと、前記線材が溶断するとともに、前記樹脂板のうち前記線材の近傍の部分が溶断し、前記線材を配置していた部分が破断して開状態となることを特徴とする安全弁。
【請求項２】
二次電池の容器に備えられており容器内の圧力が予め設定した圧力よりも高くなったら破断して開状態となる、樹脂板の内部に線材を封入して構成した安全弁であって、
前記線材は電流を流すと溶断する溶断性金属であり、前記線材の両端を外部に露出しつつ、前記線材の他の部分を前記樹脂板の内部に封入してなり、
前記線材に電流を流すと、前記線材が溶断するとともに、前記樹脂板のうち前記線材の近傍の部分が溶断し、前記線材を配置していた部分が破断して開状態となることを特徴とする安全弁。
【請求項３】
請求項１または請求項２において、前記樹脂板の内部に封入された線材は、環状または螺旋状または蛇行状に配線されていることを特徴とする安全弁。
【請求項４】
請求項１または請求項２または請求項３において、前記樹脂板には、容器の内部圧力により前記樹脂板を破断しやすくするスリット溝が形成されていることを特徴とする安全弁。
【請求項５】
二次電池の容器に備えられており、樹脂板の内部に線材を封入して構成しており、前記線材は電流を流すと溶断する溶断性金属であり、前記線材の両端を外部に露出しつつ、前記線材の他の部分を前記樹脂板の内部に封入してなり、前記線材に電流を流すと、前記線材が溶断するとともに、前記樹脂板のうち前記線材の近傍の部分が溶断し、前記線材を配置していた部分が破断して開状態となる安全弁と、
前記容器の内部圧力を上昇させる原因となる異常を検出する異常検出手段と、
前記異常検出手段により異常検出がされたら、前記線材の両端から線材に電流を流す電流供給手段とを有することを特徴とする安全弁システム。
【請求項６】
請求項５において、前記異常検出手段は、前記二次電池の端子間電圧または容器温度または発生磁界または容器歪みを基に、異常を検出することを特徴とする安全弁システム。
【請求項７】
請求項５または請求項６において、前記二次電池は非水電解質二次電池であることを特徴とする安全弁システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は安全弁及び安全弁システムに関し、例えばリチウム二次電池の容器に備える安全弁として用いて有用なものである。
【０００２】
【従来の技術】
リチウム二次電池は、高エネルギー密度電池として開発され普及している。このリチウム二次電池は、電子機器向けの小型で小容量のものにとどまらず、工場や病院などの非常電源設備や電力貯蔵用として、あるいは電気自動車の動力用として、大型で大容量のものが開発されている。
【０００３】
図９は大型の箱型のリチウム二次電池１０を示すものである。図９において、１は容器、２は正極、３は負極、４はセパレータ、５は正極端子、６は負極端子、７は安全弁である。このリチウム二次電池１０では、容器１内に有機材料の電解液（図示省略）が充填されている。
【０００４】
このようなリチウム二次電池１０は、図１０に示すように、複数（本例では４個）のリチウム二次電池１０をフレーム２０に収納し、複数のリチウム二次電池１０を直・並列接続してモジュール電池として使用されることが多い。
【０００５】
また、リチウム二次電池１０に対して充放電をする充放電制御回路では、リチウム二次電池１０の短絡故障を検出しており、短絡故障が発生した場合には、充放電を停止するようにしている。
【０００６】
このようなリチウム二次電池１０では、短絡が発生すると短絡部分が発熱し、その熱によって電解液が分解されてガス化し、電池内部の圧力が急激に上昇する。このように内部圧力が高くなると電池が爆発したり、電池の爆発により電解液が周囲に飛散したり周辺機器を損傷させる恐れがある。そこで、電極板等を密閉収容する容器１内の圧力が上昇し、この圧力が所定以上になると、安全弁７が破断して開状態となり、ガスを外部に放出して圧力開放を行うようにしている。これにより電池爆発という最悪の事態に至ることを回避している。なお、電解液を加熱してガスを発生させ電池内部圧力を上昇させる原因となる電池異常としては、内部短絡，外部短絡，過電流入力，過昇温等がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来の安全弁７は、電池内部の圧力が所定圧力を越え、内部圧力と外部圧力との差が所定値を越えることにより、機械的に破断して開状態となるものである。このため短絡等が発生して熱暴走に進展し実際に内部圧力が急上昇してからでないと、安全弁７が開状態とはならない。
【０００８】
しかし、電池保護の観点からは、電池材料の熱暴走が始まった極力早い時期に安全弁を作動させる事が望ましい。しかし、安全弁は機械的破断により開となるものであるため、内部圧が低い状態でも開となるように、強度設定をすることはできない。なぜならば、安全弁の作動圧力を過度に下げると、通常の充放電による電池内圧の変化だけでも、安全弁が作動（開放）することとなり実用的でないからである。
【０００９】
本発明は、上記従来技術に鑑み、容器の内部圧力を上昇させる原因となる異常が発生したら、内部圧力が実際に異常上昇する前に、直ちに開状態となる安全弁を提供することを目的とする。この安全弁は、リチウム二次電池などの非水電解質二次電池の安全弁のみならず、異常発生時に内部圧力が上昇する各種の容器に備える安全弁として適用することができるものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する本発明の安全弁の構成は、容器に備えられており容器内の圧力が予め設定した圧力よりも高くなったら破断して開状態となる、樹脂板の内部に線材を封入して構成した安全弁であって、
前記線材は電流を流すと溶断する溶断性金属であり、前記線材の両端を外部に露出しつつ、前記線材の他の部分を前記樹脂板の内部に封入してなり、
前記線材に電流を流すと、前記線材が溶断するとともに、前記樹脂板のうち前記線材の近傍の部分が溶断し、前記線材を配置していた部分が破断して開状態となることを特徴とする。
【００１１】
また本発明の安全弁の構成は、二次電池の容器に備えられており容器内の圧力が予め設定した圧力よりも高くなったら破断して開状態となる、樹脂板の内部に線材を封入して構成した安全弁であって、
前記線材は電流を流すと溶断する溶断性金属であり、前記線材の両端を外部に露出しつつ、前記線材の他の部分を前記樹脂板の内部に封入してなり、
前記線材に電流を流すと、前記線材が溶断するとともに、前記樹脂板のうち前記線材の近傍の部分が溶断し、前記線材を配置していた部分が破断して開状態となることを特徴とする。
【００１２】
また本発明の安全弁の構成は、前記樹脂板の内部に封入された線材は、環状または螺旋状または蛇行状に配線されていることを特徴とする。
【００１３】
また本発明の安全弁の構成は、前記樹脂板には、容器の内部圧力により前記樹脂板を破断しやすくするスリット溝が形成されていることを特徴とする。
【００１４】
また本発明の安全弁システムの構成は、二次電池の容器に備えられており、樹脂板の内部に線材を封入して構成しており、前記線材は電流を流すと溶断する溶断性金属であり、前記線材の両端を外部に露出しつつ、前記線材の他の部分を前記樹脂板の内部に封入してなり、前記線材に電流を流すと、前記線材が溶断するとともに、前記樹脂板のうち前記線材の近傍の部分が溶断し、前記線材を配置していた部分が破断して開状態となる安全弁と、
前記容器の内部圧力を上昇させる原因となる異常を検出する異常検出手段と、
前記異常検出手段により異常検出がされたら、前記線材の両端から線材に電流を流す電流供給手段とを有することを特徴とする。
【００１５】
また本発明の安全弁システムの構成は、前記異常検出手段は、前記二次電池の端子間電圧または容器温度または発生磁界または容器歪みを基に、異常を検出することを特徴とする安全弁システム。
【００１６】
また本発明の安全弁システムの構成は、前記二次電池は非水電解質二次電池であることを特徴とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。
【００１８】
図１は本発明の第１の実施の形態にかかる安全弁３０を示す平面図、図２は図１のII−II断面図、図３は図１のIII −III 断面図である。これらの図に示すように、この安全弁３０は、樹脂板３１の内部に、溶断性金属でなる線材３２を封入して構成されている。線材３２は、環状に配置されており、その両方の端部３２ａ，３２ｂは、樹脂板３１の外部に露出している。
【００１９】
なお、樹脂板３１の材料としては、例えばポリエチレン，ポリプロピレン等のポリオレフィン類を採用することができる。また溶断性金属である線材３２の材料としては、例えばヒューズ材料や純錫，純鉛等の低融点金属や比較的細い銅線，アルミ線等を採用することができる。このような材料を用いているため、線材３２に電流を流すと、線材３２が溶断するとともに、樹脂板３１のうち線材３２の近傍の部分が溶断し、線材３２を配置していた部分が破断して、安全弁３０が開状態となる。
【００２０】
このような安全弁３０は、図４に示すように、例えばリチウム二次電池に適用する場合には、容器１の上蓋１ａの内側に配置される。この場合、安全弁３０の線材３２には、電線４０が接続されており、内部短絡等が発生した場合には、電線４０を介して線材３２に電流が供給され、安全弁３０が開状態となる。
【００２１】
図５は本発明の第２の実施の形態にかかる安全弁３０Ａを示している。この安全弁３０Ａでは、樹脂板３１の表面側に、環状のスリット溝３３を形成している。このため、この安全弁３０Ａでは、線材３２に電流が流れない場合であっても、容器の内部圧力が高くなった場合に、スリット溝３３の部分が機械的に破断して、安全弁３０Ａが開状態となることができる。他の部分の構成は、図１に示す第１の実施の形態と同様である。
【００２２】
図６は本発明の第３の実施の形態にかかる安全弁３０Ｂを示している。この安全弁３０Ｂでは、樹脂板３１に封入する線材３２を、螺旋状に配置している。また、図７は本発明の第４の実施の形態にかかる安全弁３０Ｃを示している。この安全弁３０Ｃでは、樹脂板３１に封入する線材３２を、蛇行状に配置している。他の部分の構成は、図１に示す第１の実施の形態と同様である。
【００２３】
次に、図８を参照して、本発明の第５の実施の形態にかかる安全弁システムについて説明する。同図に示すようにリチウム二次電池１０の容器１の上蓋１ａには、安全弁３０が備えられている。このリチウム二次電池１０の正極端子５，負極端子７は、電線５１を介して充放電制御回路５０に接続されており、リチウム二次電池１０に対しては充放電制御回路５０により充電や放電がなされるようになっている。電圧検出回路５２は正負の端子５，７間の電圧を検出しており、検出電圧信号αを充放電制御回路５０に送っている。
【００２４】
充放電制御回路５０では、検出電圧信号αから、リチウム二次電池１０の電圧や電圧変化率を監視している。一方、リチウム二次電池１０に内部短絡が発生すると、電池内部電圧が急減する。このため、リチウム二次電池１０の電圧や電圧変化率を監視している充放電制御回路５０では、内部短絡が発生したことを検出することができる。このように、内部短絡が発生したことを検出したら、充放電制御回路５０は、充放電動作を停止する。
【００２５】
上述した充放電制御回路５０及び電圧検出回路５２は従来から存在するものであり、両回路５０，５２は、リチウム二次電池１０の短絡等を監視する異常検出手段としても機能している。
【００２６】
更に本実施の形態では、電流供給回路５５も備えている。この電流供給回路５５は、電線４０を介して安全弁３０の線材３２に接続されている。この電流供給回路５５は、充放電制御回路５０が内部短絡を検出したら、直ちに安全弁３０の線材３２に電流を流す。このため、内部短絡が発生すると直ちに線材３２が溶断して安全弁３０が開状態となる。
【００２７】
このため内部短絡が発生しても、リチウム二次電池１０の内部圧力が極めて大きくなって爆発直前に至る前に、即ち、従来の機械的な安全弁が開放する圧力になる前に、安全弁３０が開状態になり、内部のガスや電解液を外部放出することができる。このため、内部短絡が生じてもリチウム二次電池１０の異常な温度上昇を抑制することができる。このことは単電池の安全性を高めるだけでなく、他の健全な電池への熱による影響を緩和することができるため、蓄電システム全体の安全性向上にも寄与する。特に、複数のリチウム二次電池１０を用いた蓄電システムにおいて、有効な安全システムである。
【００２８】
なお、図８において、安全弁３０の代わりに、図５〜図７に示す安全弁３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃを用いることもできる。
【００２９】
また図８の実施例では、電圧検出回路５２により電圧を検出することにより異常を検出しているが、容器１の内部圧力や、容器１の温度や、短絡電流に起因する磁界や、容器１の歪みや、供給電流を、センサにより検出することにより、異常を検出するようにしてもよい。そして、容器１の内部圧力を上昇させる原因（内部短絡，外部短絡，過大電流，過昇温）となる各種の異常を検出したら、電圧検出回路５２は充放電を停止すると共に、電流供給回路５５により安全弁３０の線材３２に電流を流して安全弁３０を開状態にすることができる。
【００３０】
なお上述した安全弁３０，３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃは、、リチウム二次電池などの非水電解質二次電池の容器の他に、電解コンデンサ，鉛電池，ニッケル−水素電池等の水系電解液電池の容器に備える安全弁としても適用することができる。
【００３１】
【発明の効果】
以上、実施の形態と共に具体的に説明したように、本発明の安全弁では、二次電池などの容器に備えられており容器内の圧力が予め設定した圧力よりも高くなったら破断して開状態となる安全弁であって、電流を流すと溶断する溶断性金属でなる線材の両端を外部に露出しつつ、前記線材の他の部分を樹脂板の内部に封入してなる構成とした。
この場合、前記樹脂板の内部に封入された線材は、環状または螺旋状または蛇行状に配線したり、
前記樹脂板には、容器の内部圧力により前記樹脂板を破断しやすくするスリット溝が形成されている構成とした。
【００３２】
このような構成にしたため、線材に電流を流すことにより、安全弁を開状態とすることができ、容器の内部圧力が危険圧力になる前に圧力開放をすることができ、安全性が高まる。
【００３３】
また本発明の安全弁システムでは、二次電池の容器に備えられており、電流を流すと溶断する溶断性金属でなる線材の両端を外部に露出しつつ、前記線材の他の部分を樹脂板の内部に封入してなる安全弁と、前記容器の内部圧力を上昇させる原因となる異常を検出する異常検出手段と、前記異常検出手段により異常検出がされたら、前記線材の両端から線材に電流を流す電流供給手段とを有する構成とした。
この場合、前記異常検出手段は、前記二次電池の端子間電圧または容器内部圧力または容器温度または発生磁界または容器歪みを基に、異常を検出するようにした。また前記二次電池は非水電解質二次電池である構成とした。
【００３４】
このような構成にしたため、内部短絡，外部短絡，過電流入力などの異常発生時に、従来の安全弁に比べて速く電池を開放系にすることができ、電解質を速やかに電池外に放出することが可能となり、異常な温度上昇を抑制することができ、二次電池の安全性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態にかかる安全弁を示す平面図。
【図２】図１のII−II断面図。
【図３】図１のIII −III 断面図。
【図４】本発明の第１の実施の形態にかかる安全弁を、リチウム二次電池に備えた状態で示す断面図。
【図５】本発明の第２の実施の形態にかかる安全弁を示す断面図。
【図６】本発明の第３の実施の形態にかかる安全弁を示す平面図。
【図７】本発明の第４の実施の形態にかかる安全弁を示す平面図。
【図８】本発明の第５の実施の形態にかかる安全弁システムを示す構成図。
【図９】リチウム二次電池を示す破断斜視図。
【図１０】モジュール電池を示す斜視図。
【符号の説明】
１  容器
７  安全弁
１０  リチウム二次電池
３０，３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ  安全弁
３１  樹脂板
３２  線材
３２ａ，３２ｂ  端部
３３  スリット溝
４０  電線
５０  充放電制御回路
５１  電線
５２  電圧検出回路
５５  電流供給回路
【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】
0004647832.tif 000009
【図９】
0004647832.tif 000010
【図１０】
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