(57)【要約】【課題】  簡単な構成において、蓄電体に対する過充電等を抑制することができる蓄電装置を提供する。【解決手段】  蓄電体（３）と、蓄電体（３５）に接触するとともに、蓄電体の充放電に用いられる配線（３８）が接続された導電性部材（３７）とを有し、導電性部材が、温度に応じて熱変形することにより、蓄電体（３５）との接触面積を変化させる。【選択図】  図３
2009016235.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
蓄電体と、
前記蓄電体に接触するとともに、前記蓄電体の充放電に用いられる配線が接続された導電性部材とを有しており、
前記導電性部材は、温度に応じて熱変形することにより、前記蓄電体との接触面積を変化させることを特徴とする蓄電装置。
【請求項２】
前記導電性部材の一部は、該導電性部材の温度の上昇に応じて前記蓄電体から離れる方向に変形するとともに、該導電性部材の温度の低下に応じて前記蓄電体に接触する方向に変形することを特徴とする請求項１に記載の蓄電装置。
【請求項３】
前記蓄電体は、正極体及び負極体が電解質層を挟んで積層された構成を有しており、
前記導電性部材は、前記蓄電体の積層方向における両端面のうち少なくとも一方の端面に接触していることを特徴とする請求項１又は２に記載の蓄電装置。
【請求項４】
前記導電性部材における前記配線との接続部分が前記蓄電体に対して固定されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の蓄電装置。
【請求項５】
前記蓄電体及び前記導電性部材における接触面のうち、少なくとも一方の接触面に、導電性材料が塗布されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載の蓄電装置。
【請求項６】
前記導電性部材は、バイメタル又は形状記憶合金で形成されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか１つに記載の蓄電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高温時において蓄電体に流れる電流を制限することのできる蓄電装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、二次電池は、電気自動車（ＥＶ）、ハイブリッド自動車（ＨＥＶ）、燃料電池車（ＦＣＶ）のバッテリとして用いられている。ここで、二次電池では、過充電等の際に、電池内部の化学変化によってガスが発生するおそれがある。そこで、このような二次電池の異常状態を回避するための制御回路を設けているものがある。
【特許文献１】特開２００４−２３５０６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上述した制御回路では、回路構成が複雑となり、コストがかかりすぎてしまうといった問題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明である蓄電装置は、蓄電体と、蓄電体に接触するとともに、蓄電体の充放電に用いられる配線が接続された導電性部材とを有しており、導電性部材は、温度に応じて熱変形することにより、蓄電体との接触面積を変化させることを特徴とする。
【０００５】
ここで、導電性部材の一部を、導電性部材の温度の上昇に応じて蓄電体から離れる方向に変形させるとともに、導電性部材の温度の低下に応じて蓄電体に接触する方向に変形させることができる。また、蓄電体として、正極体及び負極体が電解質層を挟んで積層された構成とすることができ、導電性部材を、蓄電体の積層方向における両端面のうち少なくとも一方の端面に接触させることができる。
【０００６】
一方、導電性部材における配線との接続部分を、蓄電体に対して固定させることができる。また、蓄電体及び導電性部材における接触面のうち、少なくとも一方の接触面に、導電性材料（例えば、導電性グリス）を塗布することができる。さらに、導電性部材としては、バイメタル又は形状記憶合金を用いることができる。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、蓄電体の充放電に用いられる配線が接続された導電性部材を温度に応じて熱変形させて、蓄電体との接触面積を変化させることにより、蓄電体に対する過充電等を抑制することができる。すなわち、導電性部材及び蓄電体の接触面積を減少させれば、蓄電体に対する充電電流を抑制でき、過充電を抑制することができる。
【０００８】
しかも、本発明では、導電性部材が温度に応じて熱変形するため、導電性部材を設けるだけの簡単な構成において、上述した効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の実施例について説明する。
【実施例１】
【００１０】
本発明の実施例１である蓄電装置としての電池パックについて、図１から図３を用いて説明する。ここで、図１は、本実施例の電池パックの構成を示す概略図であり、図２は、電池パックに含まれる積層電池の一部の構成を示す外観斜視図である。また、図３は、本実施例における積層電池の構成を示す側面図であり、積層電池が通常状態にあるときの側面図（Ａ）と、積層電池が高温状態にあるときの側面図（Ｂ）とを示す。
【００１１】
図１に示すように、本実施例の電池パック１は、ケース２と、ケース２の内部に収容された積層電池（蓄電体）３及び熱交換媒体４とを有している。ここで、電池パック１は、車両本体５に搭載されている。車両本体５としては、フロアパネルや車両のフレーム等がある。
【００１２】
ケース２は、耐久性及び耐食性に優れた材料で形成することが好ましく、この材料として、具体的には、アルミ等の金属を用いることができる。ここで、ケース２の放熱性を向上させるために、ケース２の外表面（熱交換媒体４と接触する面とは反対側の面）に対して、冷却用の気体（空気等）を供給することができる。この気体の供給は、ファン等を用いて行うことができる。また、ケース２における放熱性を向上させるために、ケース２の外表面に突条の放熱フィンを設けることもできる。
【００１３】
一方、ケース２の内部に収容される熱交換媒体４とは、積層電池３との熱交換によって、積層電池３の冷却に用いられる気体や液体である。
【００１４】
熱交換媒体４は、積層電池３の外表面やケース２の内壁面に接触している。ここで、充放電等によって積層電池３の温度が上昇した場合には、積層電池３の外表面に接触する熱交換媒体４と積層電池３との間で熱交換が行われることにより、積層電池３の温度上昇が抑制される。積層電池３との熱交換によって熱を持った熱交換媒体４は、ケース２の内部を循環してケース２の内壁面と接触することで、ケース２に熱を伝達する。ここで、熱交換媒体４は、温度差に応じて自然対流させてもよいし、ケース２の内部に設けた撹拌部材を用いて強制的に流動させてもよい。ケース２に伝達された熱は、大気中に放出されたり、車両本体５に伝達されたりする。
【００１５】
熱交換媒体４として気体を用いる場合には、具体的には、空気や窒素ガスといったドライガスを用いることができる。また、熱交換媒体４として液体を用いる場合には、具体的には、絶縁性の油や不活性液体を用いることができる。ここで、絶縁性の油としては、シリコンオイル等が用いられる。また、不活性液体（絶縁性を有する液体）としては、フッ素系不活性液体である、フロリナート（登録商標）、Ｎｏｖｅｃ  ＨＦＥ(hydrofluoroether)、Ｎｏｖｅｃ１２３０（スリーエム社製）等を用いることができる。
【００１６】
次に、図２を用いて、積層電池３の具体的な構成について説明する。
【００１７】
積層電池３は、固体電解質層３４を介して複数のバイポーラ電極（電極体）３０を積層した構成となっている。言い換えれば、積層電池３は、複数の単電池を積層した組電池である。ここで、単電池とは、固体電解質層３４と、この固体電解質層３４に対して積層方向（図２の上下方向）の両側に配置された電極層３２，３３とで構成される発電要素である。
【００１８】
なお、積層される単電池の数は、適宜設定することができる。また、本実施例では、二次電池としての単電池を用いた場合について説明するが、電気二重層キャパシタ（コンデンサ）を用いた場合にも本発明を適用することができる。
【００１９】
集電体３１のうち、一方の面には正極層（電極層）３２が形成され、他方の面には負極層（電極層）３３が形成されている。この電極層３２，３３及び集電体３１によって、バイポーラ電極３０が構成される。電極層３２，３３は、インクジェット方式等を用いることにより、集電体３１の表面に形成することができる。
【００２０】
ここで、積層電池３の積層方向における両端に位置する集電体３１には、一方の面にのみ電極層（正極層又は負極層）が形成されている。また、他方の面には、積層電池３で発生した電流を取り出すための電極タブ（後述する負極タブ３５及び正極タブ３６）が電気的及び機械的に接続されている。
【００２１】
各電極層３２，３３には、正極及び負極に応じた活物質が含まれている。また、各電極層３２，３３には、必要に応じて、導電剤、バインダ、イオン伝導性を高めるための無機固体電解質、高分子ゲル電解質、高分子固体電解質、添加剤などが含まれる。
【００２２】
例えば、ニッケル−水素電池では、正極層３２の活物質として、ニッケル酸化物を用い、負極層３３の活物質として、ＭｍＮｉ（５−ｘ−ｙ−ｚ）ＡｌｘＭｎｙＣｏｚ（Ｍｍ：ミッシュメタル）等の水素吸蔵合金を用いることができる。また、リチウムイオン電池では、正極層３２の活物質として、リチウム−遷移金属複合酸化物を用い、負極層３３の活物質として、カーボンを用いることができる。また、導電剤として、アセチレンブラック、カーボンブラック、グラファイト、炭素繊維、カーボンナノチューブを用いることができる。
【００２３】
なお、本実施例では、バイポーラ電極３０を用いた場合について説明したが、これに限るものではない。例えば、集電体の両面に正極層を形成した電極体（正極体）と、集電体の両面に負極層を形成した電極体（負極体）とを用いることもできる。この場合には、正極層を備えた電極体と、負極層を備えた電極体とが、固体電解質層を介して交互に配置（積層）されることになる。
【００２４】
また、集電体３１は、例えば、アルミニウム箔で形成したり、複数の金属（合金）で形成したりすることができる。また、金属（アルミニウムを除く）の表面にアルミニウムを被覆させたものを集電体３１として用いることもできる。
【００２５】
なお、集電体３１として、複数の金属泊を貼り合わせた、いわゆる複合集電体を用いることもできる。この複合集電体を用いる場合においては、正極用集電体の材料としてアルミニウム等を用い、負極用集電体の材料としてニッケルや銅等を用いることができる。また、複合集電体としては、正極用集電体及び負極用集電体を直接接触させたものを用いたり、正極用集電体及び負極用集電体の間に導電性を有する層を設けたものを用いたりすることができる。
【００２６】
固体電解質層３４には、複数の粒子からなる粒子群と、この粒子群を結着させるための結着剤とが含まれている。ここで、固体電解質層３４としては、無機固体電解質や高分子固体電解質を用いることができる。
【００２７】
無機固体電解質としては、例えば、Ｌｉの窒化物、ハロゲン化物、酸素酸塩、硫化リン化合物を用いることができる。より具体的には、Ｌｉ３Ｎ、ＬｉＩ、Ｌｉ３Ｎ−ＬｉＩ−ＬｉＯＨ、ＬｉＳｉＯ４、ＬｉＳｉＯ４−ＬｉＩ−ＬｉＯＨ、Ｌｉ３ＰＯ４−Ｌｉ４ＳｉＯ４、Ｌｉ２ＳｉＳ３、Ｌｉ２Ｏ−Ｂ２Ｏ３、Ｌｉ２Ｏ２−ＳｉＯ２、Ｌｉ２Ｓ−ＧｅＳ４、Ｌｉ２Ｓ−Ｐ２Ｓ５、ＬｉＩ−Ｌｉ２Ｓ−Ｐ２Ｓ５を用いることができる。
【００２８】
また、高分子固体電解質としては、例えば、上記の電解質と電解質の解離を行う高分子とから構成された物質、高分子にイオン解離基を持たせた物質を用いることができる。電解質の解離を行う高分子としては、例えば、ポリエチレンオキサイド誘導体および、この誘導体を含むポリマー、ポリプロピレンオキサイド誘導体および、この誘導体を含むポリマー、リン酸エステルポリマーを用いることができる。なお、無機固体電解質及び高分子固体電解質を併用することもできる。
【００２９】
また、本実施例では、固体電解質層３４を用いた場合について説明したが、これに限るものではなく、ゲル状又は液状の電解質層を用いることもできる。例えば、セパレータとしての不織布に電解液を含ませたものを用いることができる。この場合には、液状の電解質等が積層電池３の外部に漏れてしまうのを防止するために、シール材を用いる必要がある。具体的には、積層方向において互いに隣り合う集電体３１の間に、シール材を配置することができる。
【００３０】
図３において、積層電池３の積層方向における両端には、積層電池３で発生した電流を取り出すための負極タブ３５及び正極タブ３６が設けられている。負極タブ３５及び正極タブ３６は、上述したように、積層電池３の積層方向における両端に位置する集電体３１に接続されている。
【００３１】
なお、図３において、負極タブ３５及び正極タブ３６の間には、上述した発電要素としての単電池３ａが複数積層されている。また、負極タブ３５及び正極タブ３６は、バイメタル３７や配線３８，３９を介して車両に搭載された電子機器（例えば、車両の走行に用いられるモータ）に接続されている。
【００３２】
また、負極タブ３５の一方の面（単電池１ａと接触する面とは反対側の面）には、バイメタル（導電性部材）３７が設けられている。バイメタル３７は、互いに熱特性（熱膨張率）の異なる第１の金属板３７ａ及び第２の金属板３７ｂを貼り合わせたものである。ここで、第２の金属板３７ｂは、負極タブ３５と向かい合って配置されており、負極タブ３５の表面と接触するようになっている。また、第１の金属板３７ａは、第２の金属板３７ｂに対して負極タブ３５の側とは反対側に位置している。
【００３３】
バイメタル３７の一端には、配線３８が電気的及び機械的に接続されており、このバイメタル３７の一端は、ボルト等を用いた締結機構又は溶接等によって負極タブ３５に固定されている。なお、配線３９は、正極タブ３６の一端に電気的及び機械的に接続されている。
【００３４】
バイメタル３７を構成する第１の金属板３７ａとしては、インバー（３６重量％のニッケル及び６４重量％の鉄の合金）を用いることができ、第２の金属板３７ｂとしては、アルミニウム又は鉛を用いることができる。
【００３５】
なお、第１及び第２の金属板３７ａ，３７ｂの材料としては、これに限るものではない。すなわち、バイメタル３７としては、後述するように、所定温度において変形可能なものであればよく、第２の金属板３７ｂの熱膨張率が第１の金属板３７ａの熱膨張率よりも大きいものであればよい。ここで、所定温度とは、積層電池３が過充電等によって異常状態（例えば、ガスが発生する状態）に到達する前の温度であって、予め設定された温度である。
【００３６】
また、本実施例では、負極タブ３５及び正極タブ３６を用いているが、これらを省略することもできる。すなわち、積層電池３のうち積層方向の一端に位置する負極側の集電体３１にバイメタル３７を接触させ、積層電池３のうち積層方向の他端に位置する正極側の集電体３１に配線３９を接続してもよい。
【００３７】
次に、バイメタル３７の動作について、図３を用いて説明する。
【００３８】
図３（Ａ）では、積層電池３が高温状態ではない通常状態にあるときの側面図を示している。図３（Ａ）に示す状態において、バイメタル３７（第２の金属板３７ｂ）は、負極タブ３５の略全面に接触している。なお、バイメタル３７又は負極タブ３５の表面形状に関する寸法誤差等によっては、バイメタル３７の一部が負極タブ３５に接触しないこともありうるが、このような場合もバイメタル３７が負極タブ３５の略全面に接触しているものとする。
【００３９】
図３（Ａ）に示す状態では、積層電池３の全体（積層方向と直交する面の全体）を流れる電流がバイメタル３７の全体にも流れることになる。そして、配線３８，３９を介して積層電池３への充放電が行われる。
【００４０】
ここで、過充電等によって積層電池３の温度が上昇すると、積層電池３に接触するバイメタル３７の温度も上昇することになる。この場合において、バイメタル３７は、温度上昇に伴って図３（Ｂ）の矢印Ａ１で示す方向に変形し、バイメタル３７の一部が負極タブ３５の表面から離れる。すなわち、バイメタル３７は、配線３８と接続された一端部が負極タブ３５に固定されているため、熱変形によって他端側の部分が負極タブ３５の表面から離れることになる。
【００４１】
図３（Ｂ）に示す状態では、バイメタル３７及び負極タブ３５の接触面積が、図３（Ａ）に示す状態に比べて小さくなり、バイメタル３７及び負極タブ３５の間における電気抵抗が増加する。これにより、積層電池３に流れる電流量を抑制でき、積層電池３への過充電を抑制することができる。ここで、図３（Ｂ）に示す状態におけるバイメタル３７及び負極タブ３５の接触面積によっては、積層電池３に対する充電電流を遮断することができる。また、バイメタル３７の温度（言い換えれば、変形量）によって、バイメタル３７及び負極タブ３５の接触面積が変化することになる。
【００４２】
上述したように、積層電池３の過充電を抑制することで、積層電池３の温度上昇を抑制でき、温度上昇に伴う積層電池３の異常反応（ガスの発生等）を防止することができる。
【００４３】
一方、図３（Ｂ）に示す状態において積層電池３の過充電を抑制し続ければ、積層電池３の温度が低下し、バイメタル３７の温度も低下することになる。この温度低下に伴い、バイメタル３７は、図３（Ｂ）の矢印Ａ２で示す方向に変形することにより、負極タブ３５の表面に接触して図３（Ａ）に示す状態に戻る。
【００４４】
ここで、バイメタル３７及び負極タブ３５における接触面のうち、少なくとも一方の接触面に導電性を有する材料（例えば、導電性グリス）を塗布しておくことができる。この場合には、バイメタル３７が図３（Ａ）及び図３（Ｂ）に示す状態の間で動作しても、バイメタル３７及び負極タブ３５の接触部分において略一定の接触抵抗（導通）を維持することができる。
【００４５】
本実施例によれば、積層電池３の温度に応じてバイメタル３７を変形させるだけの簡単な構成において、積層電池３の過充電を抑制することができる。これにより、積層電池３の過充電に伴う異常状態を回避するための制御回路（センサを含む）を省略することも可能となり、コストダウンを図ることができる。
【００４６】
なお、本実施例では、バイメタル３７を用いた場合について説明したが、これに限るものではない。すなわち、温度に応じて、負極タブ３５の全面に接触する状態と、負極タブ３５の一部から離れた状態との間で変形することができ、導電性を有するものであればいかなるものでもよい。
【００４７】
例えば、バイメタル３７の代わりに、形状記憶合金を用いることができる。形状記憶合金としては、例えば、ニッケル−チタン合金、銅−亜鉛−アルミニウム合金がある。形状記憶合金の材料については、上述したバイメタル３７の材料を選択する場合と同様な方法で選択することができる。
【００４８】
また、本実施例では、負極タブ３５にバイメタル３７を接触させているが、これに限るものではない。すなわち、負極タブ３５及び正極タブ３６のうち少なくとも一方にバイメタル３７を接触させるものであればよい。この場合において、積層電池３の出力を外部に取り出すための配線は、バイメタル３７に接続されることになる。
【００４９】
さらに、本実施例では、バイメタル３７のうち、配線３８が接続された端部を負極タブ３５に固定しているが、これに限るものではない。すなわち、バイメタル３７の一部の領域（任意の領域）を負極タブ３５に固定させておけばよい。
【００５０】
具体的には、バイメタル３７の中心部分を負極タブ３５に固定してもよいし、バイポーラ３７のうち配線３８が接続された端部とは反対側の端部を負極タブ３５に固定してもよい。このようにバイメタル３７の一部を負極タブ３５に固定させておけば、バイメタル３７の他の領域を熱変形によって、負極タブ３５に接触させたり、離したりすることができる。
【００５１】
ここで、本実施例のように、バイメタル３７のうち配線３８が接続された端部を負極タブ３５に固定しておけば、バイメタル３７が温度（熱）によって変形しても、配線３８の位置が変化することはない。
【００５２】
一方、本実施例では、複数の単電池３ａを積層した構成の積層電池３について説明したが、他の構成の電池であっても本発明を適用することができる。例えば、正極及び負極を電解質を介して巻回した円筒型電池についても、本発明を適用することができる。ここで、正極、負極及び電解質が、円筒型電池における発電要素となる。
【００５３】
この場合には、円筒型電池の長手方向における一端（両端でもよい）に設けられた導電板にバイメタルを接触させ、バイメタルを熱変形させて導電板との接触面積を減少させることにより、充電電流を制限することができる。これにより、過充電を抑制することができる。ここで、上記導電板は、円筒型電池の発電要素に接続され、円筒型電池を充放電させる際に電流が通過する部材である。そして、発電要素及び導電板が、本発明における蓄電体に相当する。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の実施例１である電池パックの概略構成を示す図である。
【図２】実施例１における積層電池の一部の構成を示す外観斜視図である。
【図３】通常状態における積層電池の構成を示す側面図（Ａ）及び高温状態における積層電池の構成を示す側面図（Ｂ）である。
【符号の説明】
【００５５】
１：電池パック（蓄電装置）
２：ケース
３：積層電池（蓄電体）
４：熱交換媒体
３０：バイポーラ電極
３１：集電体
３４：固体電解質層
３５：負極タブ
３６：正極タブ
３７：バイメタル（導電性部材）
３８，３９：配線
【図１】
2009016235.tif 000003
【図２】
2009016235.tif 000004
【図３】
2009016235.tif 000005