JP2018142525A - 蓄電素子及び蓄電素子の制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、蓄電素子の内部圧力上昇時にその圧力を検知し、容易に充放電を停止できる蓄電素子を提供することを課題とする。【解決手段】本発明の一態様に係る蓄電素子は、ケースと、上記ケース内に収容される電極体と、上記電極体の正負極に接続され、上記ケースの外に露出する１対の電極端子とを備え、上記ケース内において、正極及び負極から絶縁して配設され、上記ケース内の圧力を検知する圧力センサと、上記圧力センサに接続され、上記ケースの外に露出するセンサ端子とをさらに備える。【選択図】図１

Description

本発明は、蓄電素子及び蓄電素子の制御方法に関する。

例えばリチウムイオン電池等の蓄電素子が多様な用途に用いられている。蓄電素子は、過充電や過放電により、内部に気泡が発生してケース内の圧力が上昇し、ケースが破損して電解液が漏出するおそれや、最悪の場合には爆発するおそれがある。

そこで、ケース内の圧力上昇時に充放電電流を遮断する電流遮断デバイス（ＣＩＤ：Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｉｎｔｅｒｒｕｐｔ Ｄｅｖｉｃｅ）を組み込んだ蓄電素子が提供されている。一般的に、電流遮断デバイスは、ケースの内部に圧力上昇により電路が遮断される圧力スイッチを配設し、電極体の正負極と外部電極端子とを上記圧力スイッチを介して電気的に接続することによって、内部圧力が上昇した場合に蓄電素子の充放電を停止するよう構成される。

例えば特開平９−４５３６１号公報は、正極及び負極をセパレータを介して巻回してなる巻回型電極体の中心部（巻芯の内部）の従来はデッドスペースとされていた空間内に圧力スイッチを配設することを提案している。

特開平９−４５３６１号公報

従来の蓄電素子では、外部電極端子と電極対の正極または負極の少なくとも一方との間に圧力スイッチを接続するので、充放電の電流が全てこの圧力スイッチを流れる。このため、圧力スイッチには、電気抵抗が小さく、かつ蓄電素子内部の圧力上昇時に確実に電流を遮断できることが要求される。また、従来のＣＩＤでは、その動作は不可逆であり、作動後は外部電極端子を介して通電することができないため、電池を容易に放電することができないという問題があった。

特に近年、蓄電素子のエネルギー密度の向上が求められており、出力が比較的大きく、かつ蓄電素子内部の圧力上昇時に容易に充放電を停止することが必要となっている。

上記現状に鑑みて、本発明は、蓄電素子の内部圧力上昇時にその圧力を検知し、容易に充放電を停止できる蓄電素子及び蓄電素子の制御方法を提供することを課題とする。

本発明の一態様に係る蓄電素子は、ケースと、上記ケース内に収容される電極体と、上記電極体の正負極に接続され、上記ケースの外に露出する１対の電極端子とを備え、上記ケース内において、正極及び負極から絶縁して配設され、上記ケース内の圧力を検知する圧力センサと、上記圧力センサに接続され、上記ケースの外に露出するセンサ端子とをさらに備える。

また、本発明の別の態様に係る蓄電素子の制御方法は、電極体を収容するケース内に、上記電極体の正極及び負極から絶縁され、上記ケース内の圧力を検知する圧力センサ、並びに上記圧力センサに接続され、上記ケースの外に延出するセンサ端子を設けることと、上記センサ端子を介して上記圧力センサによってケース内の内圧上昇を検知することとを備える。

本発明の蓄電素子及び蓄電素子の制御方法は、内部圧力上昇時にその圧力を検知し、容易に充放電を停止できる。

本発明の一実施形態の蓄電素子を示す模式図である。 図１の蓄電素子を備える蓄電システムの模式図である。 本発明の図１とは異なる実施形態の蓄電素子を示す模式図である。

本発明の一態様は、ケースと、上記ケース内に収容される電極体と、上記電極体の正負極に接続され、上記ケースの外に露出する１対の電極端子とを備え、上記ケース内において、正極及び負極から絶縁して配設され、上記ケース内の圧力を検知する圧力センサと、上記圧力センサに接続され、上記ケースの外に露出するセンサ端子とをさらに備える蓄電素子である。

当該蓄電素子は、上記正極及び負極から絶縁して配設され、上記ケース内の圧力を検知する圧力センサと、上記圧力センサに接続され、上記ケースの外に露出するセンサ端子とを備えるため、ケース内の圧力によってセンサ端子の電位が変化する。このため、当該蓄電素子は、上記センサ端子とケース又は電極端子との間の電位差を監視することで比較的容易にケース内の圧力上昇を検知することができる。特に、当該蓄電素子は、正負の電極端子を通る電路の外部に配設されるセンサ端子を用いて圧力上昇を検出するので、圧力検知後も正負の電極端子を介しての放電が可能である。

上記圧力センサが機械式圧力スイッチであるとよい。このように、上記圧力センサが機械式圧力スイッチであることによって、圧力センサが電力を消費せず、ケース内の圧力上昇を容易に検知する回路の構成が簡単となる。また、機械式圧力スイッチである場合、電池内で圧力センサが腐食されて誤作動を起こしにくいため好ましい。

上記機械式圧力スイッチの上記センサ端子と反対側に接続される内部導体をさらに備え、上記内部導体の電解液と接触している表面の少なくとも一部が、アルミニウム、鉄、ステンレス鋼又は炭素であるとよい。また、電池内で腐食されにくいため、アルミニウム、ステンレス鋼又は炭素がより好ましい。このように、当該蓄電素子は、上記機械式圧力スイッチの上記センサ端子と反対側に接続される内部導体をさらに備え、上記内部導体の電解液に接する表面の少なくとも一部が、アルミニウム、鉄又は炭素であることによって、内部導体と負極との電位差が比較的大きくなるので、内部圧力の上昇をより確実に検知することができる。

上記機械式圧力スイッチの上記センサ端子と反対側に接続される内部導体をさらに備え、上記内部導体の電解液に接する表面の少なくとも一部が、銅又はニッケルであってもよい。また、電池内で腐食されにくいため、ニッケルがより好ましい。このように、上記機械式圧力スイッチの上記センサ端子と反対側に接続される内部導体をさらに備え、上記内部導体の電解液に接する表面の少なくとも一部が、銅又はニッケルであることによって、内部導体と正極との電位差が比較的大きくなるので、内部圧力の上昇をより確実に検知することができる。

検知圧力が異なる複数の上記圧力センサを備えるとよい。このように、検知圧力が異なる複数の上記圧力センサを備えることによって、圧力を段階的に検知することが可能となり、電池内の圧力をより正確に把握することができる。

また、本発明の別の態様は、電極体を収容するケース内に、上記電極体の正極及び負極から絶縁され、上記ケース内の圧力を検知する圧力センサ、並びに上記圧力センサに接続され、上記ケースの外に延出するセンサ端子を設けることと、上記センサ端子を介して上記圧力センサによってケース内の内圧上昇を検知することとを備える蓄電素子の制御方法である。

当該蓄電素子の制御方法は、上記圧力センサ及びセンサ端子を設け、上記センサ端子を介して上記圧力センサによってケース内の内圧上昇を検知するので、内圧上昇を比較的確実に検知できるので、適切に充放電を停止できる。

上記圧力センサが機械式圧力スイッチであり、上記センサ端子と、上記１対の電極端子及びケースのいずれかとの間の電位差によりケース内の圧力を検知するとよい。このように、上記圧力センサが機械式圧力スイッチであり、上記センサ端子と、上記１対の電極端子及びケースのいずれかとの間の電位差によりケース内の圧力を検知することによって、検出回路の構成が比較的簡素となり、かつ比較的正確にケース内の圧力上昇を検知して容易に充放電を停止することができる。

当該蓄電素子の制御方法は、上記圧力センサがケース内の圧力上昇を検知したとき、上記正極及び負極間の電位差を低減することをさらに備えるとよい。このように、上記圧力センサがケース内の圧力上昇を検知したとき、上記正極及び負極間の電位差を低減することをさらに備えることによって、上記圧力センサがケース内の圧力上昇を検知したときに、上記正極及び負極間の電位差を低減するので、ケース内のさらなる圧力上昇を防止し、容易に安定化することができる。

以下、適宜図面を参照しつつ、本発明の実施の形態を詳説する。

［第一実施形態］
図１に、本発明の第一実施形態に係る蓄電素子１を示す。当該蓄電素子１は、ケース２と、このケース２内に収容される電極体３と、この電極体３の正負極に接続され、上記ケース２の外に露出する１対の電極端子（正極端子４及び負極端子５）と、ケース２内において、正極及び負極から絶縁して配設され、ケース２内の圧力を検知する圧力センサ６と、この圧力センサ６に接続され、ケース２の外に露出するセンサ端子７と、圧力センサ６のセンサ端子７と反対側に接続され、ケース２の内部に配置される内部導体８とを備える。また、ケース２の内部には、電解液が封入される。

＜ケース＞
ケース２は、電解液を封止し、内部に収容する各構成要素を保護する。このケース２の材質としては、例えば金属、樹脂等を用いることができる。

（電解液）
ケース２に封入される電解液としては、蓄電素子に通常用いられる公知の電解液が使用でき、例えばエチレンカーボネート（ＥＣ）、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、ブチレンカーボネート（ＢＣ）等の環状カーボネート、又はジエチルカーボネート（ＤＥＣ）、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）等の鎖状カーボネートを含有する溶媒に、リチウムヘキサフルオロホスフェート（ＬｉＰＦ_６）等を溶解した溶液を用いることができる。

＜電極体＞
電極体３は、正極板９及び負極板１０と、正極板９及び負極板１０間に介在するセパレータ１１とを有する。換言すると、電極体３は、正極板９と負極板１０とをセパレータ１１を介して積層して形成される。

この電極体３は、複数の正極板９と複数の負極板１０とをセパレータ１１を介して交互に積層した積層タイプであってもよく、長尺シート状の正極板９、負極板１０及び２枚のセパレータの積層体を巻き取った巻回タイプであってもよい。

（正極板）
正極板９は、導電性を有する箔状乃至シート状の正極集電体と、この正極集電体の両面に積層される正極活物質層とを有する。より詳しくは、正極板９は、正極集電体の両面に正極活物質層が積層される電極部と、この電極部から突出し、当該蓄電素子１の正極端子４に電気的に接続される接続部とを有する。

正極板９の正極集電体の材質としては、アルミニウム、銅、鉄、ニッケル等の金属又はそれらの合金が用いられる。これらの中でも、導電性の高さとコストとのバランスからアルミニウム、アルミニウム合金、銅及び銅合金が好ましく、アルミニウム及びアルミニウム合金がより好ましい。また、正極集電体の形状としては、箔、蒸着膜等が挙げられ、コストの面から箔が好ましい。つまり、正極集電体としてはアルミニウム箔が好ましい。なお、アルミニウム又はアルミニウム合金としては、ＪＩＳ−Ｈ４０００（２０１４）に規定されるＡ１０８５Ｐ、Ａ３００３Ｐ等が例示できる。

正極板９の正極活物質層は、正極活物質を含むいわゆる合材から形成される多孔性の層である。また、正極活物質層を形成する合材は、必要に応じて導電剤、結着剤（バインダ）、増粘剤、フィラー等の任意成分を含む。

上記正極活物質としては、例えばＬｉ_ｘＭＯ_ｙ（Ｍは少なくとも一種の遷移金属を表す）で表される複合酸化物（Ｌｉ_ｘＣｏＯ_２、Ｌｉ_ｘＮｉＯ_２、Ｌｉ_ｘＭｎ_２Ｏ_４、Ｌｉ_ｘＭｎＯ_３、Ｌｉ_ｘＮｉ_αＣｏ_{（１−α）}Ｏ_２、Ｌｉ_ｘＮｉ_αＭｎ_βＣｏ_{（１−α−β）}Ｏ_２、Ｌｉ_ｘＮｉ_αＭｎ_{（２−α）}Ｏ_４等）、Ｌｉ_ｗＭｅ_ｘ（ＸＯ_ｙ）_ｚ（Ｍｅは少なくとも一種の遷移金属を表し、Ｘは例えばＰ、Ｓｉ、Ｂ、Ｖ等を表す）で表されるポリアニオン化合物（ＬｉＦｅＰＯ_４、ＬｉＭｎＰＯ_４、ＬｉＮｉＰＯ_４、ＬｉＣｏＰＯ_４、Ｌｉ_３Ｖ_２（ＰＯ_４）_３、Ｌｉ_２ＭｎＳｉＯ_４、Ｌｉ_２ＣｏＰＯ_４Ｆ等）が挙げられる。これらの化合物中の元素又はポリアニオンは他の元素又はアニオン種で一部が置換されていてもよい。正極活物質層においては、これら化合物の一種を単独で用いてもよく、二種以上を混合して用いてもよい。また、正極活物質の結晶構造は、層状構造又はスピネル構造であることが好ましい。

＜負極板＞
負極板１０は、導電性を有する箔状乃至シート状の負極集電体と、この負極集電体の両面に積層される多孔性の負極活物質層とを有する。より詳しくは、負極板１０は、負極集電体の両面に負極活物質層が積層される電極部と、この電極部から突出し、当該蓄電素子１の負極端子５に電気的に接続される接続部とを有する。

負極板１０の負極集電体の材質としては、銅又は銅合金が好ましい。また、正極集電体の形状としては、箔が好ましい。つまり、負極板１０の負極集電体としては銅箔が好ましい。負極集電体として用いられる銅箔としては、例えば圧延銅箔、電解銅箔等が例示される。

負極活物質層は、負極活物質を含むいわゆる合材から形成される。また、負極活物質層を形成する合材は、必要に応じて導電剤、結着剤（バインダ）、増粘剤、フィラー等の任意成分を含む多孔性の層である。導電剤、結着剤、増粘剤、フィラー等の任意成分は、正極活物質層と同様のものを用いることができる。

負極活物質としては、リチウムイオンを吸蔵及び放出することができる材質が好適に用いられる。具体的な負極活物質としては、例えばリチウム、リチウム合金等の金属；金属酸化物；ポリリン酸化合物；黒鉛、非晶質炭素（易黒鉛化炭素又は難黒鉛化性炭素）等の炭素材料などが挙げられる。

上記負極活物質の中でも、正極板９と負極板１０との単位対向面積当たりの放電容量を好適な範囲とする観点から、Ｓｉ、Ｓｉ酸化物、Ｓｎ、Ｓｎ酸化物又はこれらの組み合わせを用いることが好ましく、Ｓｉ酸化物を用いることが特に好ましい。なお、ＳｉとＳｎとは、酸化物にした際に、黒鉛の３倍程度の放電容量を持つことができる。

＜セパレータ＞
セパレータ１１は、電解液が浸潤するシート状乃至フィルム状の材料から形成される。セパレータ１１を形成する材料としては、例えば織布、不織布等を用いることもできるが、典型的には多孔性を有するシート状乃至フィルム状の樹脂が用いられる。このセパレータ１１は、正極板９と負極板１０とを隔離すると共に、正極板９と負極板１０との間に電解液を保持する。

このセパレータ１１の主成分としては、例えばポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、エチレン−酢酸ビニル共重合体、エチレン−メチルアクリレート共重合体、エチレン−エチルアクリレート共重合体、塩素化ポリエチレン等のポリオレフィン誘導体、エチレン−プロピレン共重合体等のポリオレフィン、ポリエチレンテレフタレートや共重合ポリエステル等のポリエステルなどを採用することができる。中でも、セパレータ１１の主成分としては、耐電解液性、耐久性及び溶着性に優れるポリエチレン及びポリプロピレンが好適に用いられる。

また、セパレータ１１は、両面又は片面（好ましくは正極板９に対向する面）に耐熱層を有することが好ましい。これにより、セパレータ１１の熱による破損を防止して、正極板９と負極板１０との短絡をより確実に防止することができる。

セパレータ１１の耐熱層は、多数の無機粒子と、この無機粒子間を接続するバインダとを含む構成とすることができる。

無機粒子の主成分としては、例えばアルミナ、シリカ、ジルコニア、チタニア、マグネシア、セリア、イットリア、酸化亜鉛、酸化鉄等の酸化物、窒化ケイ素、窒化チタン、窒化ホウ素等の窒化物、シリコンカーバイド、炭酸カルシウム、硫酸アルミニウム、水酸化アルミニウム、チタン酸カリウム、タルク、カオリンクレイ、カオリナイト、ハロイサイト、パイロフィライト、モンモリロナイト、セリサイト、マイカ、アメサイト、ベントナイト、アスベスト、ゼオライト、ケイ酸カルシウム、ケイ酸マグネシウムなどが挙げられる。中でも、耐熱層の無機粒子の主成分としては、アルミナ、シリカ及びチタニアが特に好ましい。

＜圧力センサ＞
圧力センサ６としては、機械式圧力スイッチを用いることができる。圧力センサ６として用いる機械式圧力スイッチは、ノーマルオープンタイプのスイッチであってもよく、ノーマルクローズタイプのスイッチであってもよい。圧力センサ６は、当該蓄電素子１の出力電流を通す必要がないので、電気抵抗による損失が小さく、比較的小型のものを用いることができる。圧力センサで検知する圧力は、蓄電素子の外装体が破損する圧力よりも低いことが好ましい。また、蓄電素子に圧力によって開放する放圧弁が備わっている場合は、圧力センサで検知する圧力は放圧弁が作動する圧力よりも低いことが好ましい。これにより、正常ではない取り扱いをされた際等に蓄電素子内部の圧力が上昇し、外装体が破損又は放圧弁が作動する前に、圧力の上昇を検知することができる。

圧力センサ６を配設する位置としては、ケース２内の圧力を検知できる位置であればよいが、空間効率の観点からは、電極体３が巻回タイプである場合には電極体３に巻回軸方向に隣接する位置とすることが好ましい。また、当該蓄電素子がケース２と電極体３との間にスペーサー等の他の構成要素を有する場合、空間効率の観点からは、ケース２と電極体３との間に他の構成要素がない位置に圧力センサ６を配設することが好ましい。また、電極体３が袋状に形成したセパレータ１１の中に正極板９又は負極板１０を配置したものである場合、ケース２内でも比較的圧力が上昇しやすいセパレータ１１の開口に隣接して圧力センサ６を配設することが、内圧上昇を比較的早く検知できる点で好ましい。

ノーマルクローズタイプの機械式圧力スイッチとしては、従来の蓄電素子の電流遮断デバイス（ＣＩＤ：Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｉｎｔｅｒｒｕｐｔ Ｄｅｖｉｃｅ）として用いられるものと同様の機構を有するものを用いることができる。具体的例として、圧力センサ６は、ケース２内に配設されるセンサケースと、このセンサケース内に配設される導電体とを有し、センサケースがケース２の内部圧力の上昇によって導電体に向かって膨出するよう構成され、導電体がケース２の内部圧力の上昇によって膨出したセンサケースによって断線されるよう構成されるものとすることができる。このようなノーマルクローズタイプの機械式圧力スイッチは、内部圧力上昇の検知が比較的確実であるという利点を有する。

また、ノーマルオープンタイプの機械式圧力スイッチの具体例としては、ケース２内に配設される導電性のセンサケースと、このセンサケース内にセンサケースと隔離して配設される内部接点とを有し、センサケースがケース２の内部圧力の上昇によって内部接点に向かって膨出することでセンサケースと内部接点とが導通するものとすることができる。このようなノーマルオープンタイプの機械式圧力スイッチは、内部圧力が上昇する前の平常時に電流を生じないため、無駄な電力を消費（放電）しないという利点を有する。

＜センサ端子＞
センサ端子７は、機械式圧力スイッチからなる圧力センサ６の一方の端子に接続され、圧力センサ６の状態を電気的に確認できるようケース２の外に露出する。つまり、このセンサ端子７を介して当該蓄電素子の外部から圧力センサ６によってケース２の内圧上昇を検知することができる。圧力センサ６の状態を確認する方式にもよるが、センサ端子７は、電極反応を生じないよう電解液と接触しないように配設されることが好ましい。

＜内部導体＞
内部導体８は、機械式圧力スイッチからなる圧力センサ６の他方の端子に接続され、圧力センサ６の状態に応じてセンサ端子７と導通又は非導通となる。また、内部導体８は、ケース２の内部に一定の電位を有するよう配設される。具体的には、内部導体８は、電極反応を生じる材質で形成され、電解液に接触し、正極板９及び負極板１０から絶縁して配設されることが好ましい。

内部導体８の形状としては特に限定されないが、棒状乃至板状とすることでケース２と電極体３との間に比較的容易に配設することができる。また、内部導体８は、その電位が安定するよう一定の面積を有することが好ましいが、内部導体８の面積は、正極板９及び負極板１０の面積と比して格段に小さくてもよい。

内部導体８と負極板１０との間に電位差を生じさせる場合、内部導体８の電解液に接する表面の少なくとも一部が、アルミニウム、鉄又は炭素であることが好ましい。つまり、内部導体８電解液に接する表面の少なくとも一部をアルミニウム乃至アルミニウム合金、鉄乃至鋼、又は炭素材料から形成することで、内部導体８ひいては圧力センサ６の導通時のセンサ端子７と負極板１０との間に比較的大きい電位差を生じさせることができ、当該蓄電素子１の内部圧力の上昇をより確実に検知することができる。

一方、内部導体８と正極板９との間に電位差を生じさせる場合、内部導体８の電解液に接する表面の少なくとも一部が、銅又はニッケルであることが好ましい。つまり、内部導体８を銅乃至銅合金、又はニッケル乃至ニッケル合金から形成することで、内部導体８ひいては圧力センサ６の導通時のセンサ端子７と正極板９との間に比較的大きい電位差を生じさせることができ、当該蓄電素子１の内部圧力の上昇をより確実に検知することができる。

＜利点＞
当該蓄電素子１は、ケース２内の圧力を検知する圧力センサ６を備えるため、ケース２内の圧力上昇を容易に検知して確実に充放電を停止することができる。より具体的には、当該蓄電素子１は、圧力センサ６の状態（機械式圧力スイッチのオンオフ）に応じてセンサ端子７とケース２、正極端子４及び負極端子５との間の電位差が変化するため、いずれかの電位差の変動を監視することで比較的容易かつ確実にケース２内の圧力上昇を検知して、充放電を停止することができる。特に、当該蓄電素子は、正極端子４及び負極端子５を通る電路の外部に配設されるセンサ端子７を用いてケース２内の圧力上昇を検出するので、正極端子４及び負極端子５を使用して放電することができ、停止後の取り扱いを容易化できる。

［蓄電システム］
図２に、当該蓄電素子１を用いる蓄電システムを示す。この蓄電システムは、当該蓄電素子１と、この蓄電素子１のセンサ端子７と正極端子４との間の電位差を検出する電圧検出器２１とを備える。また、この蓄電システムは、蓄電素子１の正極端子４及び負極端子５と外部回路（電源又は負荷）との間に配設される遮断機２２と、正極端子４及び負極端子５間を接続する電路に配設される降圧回路２３と、電圧検出器２１の検出信号に基づいて遮断機２２及び降圧回路２３を制御するコントローラ２４とをさらに備える。

＜電圧検出器＞
電圧検出器２１としては、例えばセンサ端子７と正極端子４との間の電位差（電圧）の測定値をアナログ信号又はディジタル信号として出力するものや、センサ端子７及び正極端子４間の電位差と予め設定される閾値との大小関係に応じて出力がオンオフされるもの（コンパレータ）等を用いることができる。

＜遮断機＞
遮断機２２は、蓄電素子１の正極端子４及び負極端子５と外部の電源（充電時）又は負荷（放電時）との間の電路を遮断するものである。この遮断機２２としては、蓄電素子１の最大電流を遮断できるものが採用される。

＜降圧回路＞
降圧回路２３は、電極体３の正極及び負極間の電位差を低減するための回路である。この降圧回路２３としては、例えば正極端子４及び負極端子５を電気抵抗を介して短絡させる回路、正極端子４及び負極端子５をそれぞれ接地する回路等を用いることができる。また、この降圧回路２３は、平常時に電極体３の正極及び負極間の電位差の不必要な低下を防止するために、正極端子４及び負極端子５から切り離すためのスイッチを含む。

降圧回路は、例えば、蓄電素子に接続される短絡素子であって、前記蓄電素子の正極側に電気的に接続される第一電気伝導体と、前記蓄電素子の負極側に電気的に接続される第二電気伝導体と、前記第一電気伝導体と前記第二電気伝導体との間に配置される絶縁体と、前記絶縁体と第一電気伝導体及び前記第二電気伝導体の少なくとも一方との間に配置される低融点合金層と、を有する溶融層と、前記第一電気伝導体及び前記第二電気伝導体のうちの少なくとも一方の外側に配置され、前記所定温度近傍において膨張する熱膨張部材と、前記熱膨張部材、前記第一電気伝導体、前記第二電気伝導体、及び前記溶融層を合わせた体積の膨張を抑制する膨張抑制部材とを備え、前記溶融層は、所定温度以上において、前記低融点合金層の一部又は全部が融解することにより、前記第一電気伝導体と前記第二電気伝導体とを短絡させるものである。短絡した際の抵抗は、その目的によって様々に設定することができ、例えば、急激な圧力上昇時には短絡抵抗を小さくして速やかに降圧したり、緩やかな圧力上昇時には短絡抵抗を大きくして徐々に降圧したりすることができる。

＜コントローラ＞
コントローラ２４は、電圧検出器２１の検出信号を監視することにより、ケース内の圧力を検知、より詳しくはケース２内の圧力の大きな上昇の有無を検知する。また、コントローラ２４は、ケース２内の圧力の大きな上昇を検知した場合、遮断機２２により蓄電素子１の入出力電流（受電電流又は放電電流）を遮断し、降圧回路２３により電極体３の正極及び負極間の電位差を低減する。

図２の蓄電システムは、電圧検出器２１によりケース２内の圧力上昇を検知したとき、遮断機２２により蓄電素子１の充放電を停止し、降圧回路２３により電極体３の正極及び負極間の電位差を低減するので、蓄電素子１の運転を容易に停止することができる。

［蓄電素子の制御方法］
本発明の別の実施形態に係る蓄電素子の制御方法は、図１の蓄電素子１及び図２の蓄電システムにより行うことができる。また、当該蓄電素子の制御方法は、図２のコントローラ２４等を用いず、オペレータがマニュアル操作によって行ってもよい。

当該蓄電素子の制御方法は、電極体３を収容するケース２内に、電極体３の正極及び負極から絶縁され、ケース２内の圧力を検知する圧力センサ６、並びに圧力センサ６に接続され、ケース２の外に延出するセンサ端子７を設けることと、圧力センサ６がケース２内の圧力上昇を検知したとき、電極体３の正極及び負極間の電位差を低減することとを備える。

当該蓄電素子の制御方法では、圧力センサ６として機械式圧力スイッチを用い、センサ端子７と、正極端子４、負極端子５又はケース２との間の電位差によりケース内の圧力を検知することが好ましい。

［第二実施形態］
図３に、本発明の第二実施形態に係る蓄電素子１ａを示す。当該蓄電素子１ａは、ケース２と、このケース２内に収容される電極体３と、この電極体３の正負極に接続され、上記ケース２の外に露出する１対の電極端子（正極端子４及び負極端子５）と、ケース２内において、正極及び負極から絶縁して配設され、ケース２内の圧力を検知する２つの圧力センサ６ａ，６ｂと、この圧力センサ６ａ，６ｂに接続され、ケース２の外に露出する２つのセンサ端子７と、圧力センサ６ａ，６ｂのセンサ端子７と反対側に接続され、ケース２の内部に配置される２つの内部導体８とを備える。また、ケース２の内部には、電解液が封入される。

図３の蓄電素子１ａにおけるケース２、電極体３、電極端子４，５、センサ端子７及び内部導体８の構成は、図１の蓄電素子１におけるケース２、電極体３、電極端子４，５、センサ端子７及び内部導体８の構成と同様とすることができる。このため、図３の蓄電素子１ａに関して図１の蓄電素子１と同じ構成要素には同じ符号を付して重複する説明を省略する。

＜圧力センサ＞
図３の蓄電素子１ａにおける圧力センサ６ａ，６ｂの構成としては、図１の蓄電素子１における圧力センサ６の構成と同様とすることができるが、圧力センサ６ａ，６ｂは、互いに検出圧力が異なるよう構成される。

当該蓄電素子１ａは、圧力センサ６ａ，６ｂによって、ケース２内の圧力上昇を二段階に分けて検知することができるので、例えば比較的軽度の圧力上昇を検知した場合には、警報表示をしたり入出力電流を制限したりして充放電を継続し、より大きな圧力上昇を検知した場合に充放電を停止する等の運用が可能となる。これにより、当該蓄電素子１ａは、前触れなく突然充放電が停止することを防止できるので、より多様な用途に用いることができる。

［その他の実施形態］
上記実施形態は、本発明の構成を限定するものではない。従って、上記実施形態は、本明細書の記載及び技術常識に基づいて上記実施形態各部の構成要素の省略、置換又は追加が可能であり、それらは全て本発明の範囲に属するものと解釈されるべきである。

当該蓄電素子において、圧力センサは、例えば圧電素子等の半導体センサでもよい。

また、当該蓄電素子において、圧力センサの構成等によっては、内部導体は設けなくてもよい。

また、当該蓄電素子は、圧力センサの１対の出力端子に接続され、ケースの外に露出する１対のセンサ端子を備えてもよい。

また、当該蓄電素子は、３つ以上の圧力センサを備えてもよい。

当該蓄電素子を用いる蓄電システムにおいて、電圧検出器は、センサ端子と負極端子との間の電位差を検出するよう配設されてもよく、センサ端子とケースとの間の電位差を検出するよう配設されてもよい。

また、実施の形態及び変形例を任意に組み合わせて構築される形態も、本開示の範囲内に含まれる。また、本開示は、上述のような蓄電素子だけでなく、１つ以上の蓄電素子を備える蓄電装置も含み得る。例えば、蓄電装置は、複数の蓄電素子を備える装置として実現することができる。蓄電装置は、並べて配置された複数の蓄電ユニットを備え、各蓄電ユニットは、例えば一列に並べられ且つ互いに電気的に接続された複数の蓄電素子によって、構成される。上述の構成によって、複数の蓄電素子が、１ユニットとして使用され、蓄電装置に必要な電気容量、蓄電装置の形状及び寸法等に対応して、蓄電ユニットの数量及び配列が選択され得る。複数の蓄電素子を備え且つ高出力である蓄電装置は、電気自動車（ＥＶ）、ハイブリッド自動車（ＨＥＶ）、プラグインハイブリッド自動車（ＰＨＥＶ）、無人搬送車（ＡＧＶ）等の車両用電源として搭載することもできる。

当該蓄電素子及び当該蓄電素子の制御方法は、多様な機器の蓄電素子に適用することができる。

１，１ａ 蓄電素子
２ ケース
３ 電極体
４ 正極端子
５ 負極端子
６，６ａ，６ｂ 圧力センサ
７ センサ端子
８ 内部導体
９ 正極板
１０ 負極板
１１ セパレータ
２１ 電圧検出器
２２ 遮断機
２３ 降圧回路
２４ コントローラ

Claims (8)

1. ケースと、
   上記ケース内に収容される電極体と、
   上記電極体の正負極に接続され、上記ケースの外に露出する１対の電極端子と
   を備え、
   上記ケース内において、正極及び負極から絶縁して配設され、上記ケース内の圧力を検知する圧力センサと、
   上記圧力センサに接続され、上記ケースの外に露出するセンサ端子と
   をさらに備える蓄電素子。
2. 上記圧力センサが機械式圧力スイッチである請求項１の蓄電素子。
3. 上記機械式圧力スイッチの上記センサ端子と反対側に接続される内部導体をさらに備え、
   上記内部導体の電解液と接触している表面の少なくとも一部が、アルミニウム、鉄、ステンレス鋼又は炭素である請求項２の蓄電素子。
4. 上記機械式圧力スイッチの上記センサ端子と反対側に接続される内部導体をさらに備え、
   上記内部導体の電解液と接触している表面の少なくとも一部が、銅又はニッケルである請求項２の蓄電素子。
5. 検知圧力が異なる複数の上記圧力センサを備える請求項１から請求項４のいずれかの蓄電素子。
6. 電極体を収容するケース内に、上記電極体の正極及び負極から絶縁され、上記ケース内の圧力を検知する圧力センサ、並びに
   上記圧力センサに接続され、上記ケースの外に延出するセンサ端子
   を設けることと、
   上記センサ端子を介して上記圧力センサによってケース内の内圧上昇を検知することと
   を備える蓄電素子の制御方法。
7. 上記圧力センサが機械式圧力スイッチであり、
   上記センサ端子と、上記１対の電極端子及びケースのいずれかとの間の電位差によりケース内の圧力を検知する請求項６の蓄電素子の制御方法。
8. 上記圧力センサがケース内の圧力上昇を検知したとき、上記正極及び負極間の電位差を低減することをさらに備える請求項６又は請求項７の蓄電素子の制御方法。

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