電池短絡素子、電池短絡システム、電池、および電池システム
【課題】異常により電池内部の温度が過度に上昇したり、電池の内部圧力が過度に上昇したりした場合に、正極と負極とを確実に短絡させて安定的に放電させることよって電池を安全化することのできる電池短絡素子を提供することを目的とする。
【解決手段】第一電極１３１と第二電極１３２とを有する電池１００に接続される電池短絡素子１０であって、第一電極側に電気的に接続される第一電気伝導体１５と、第二電極側に電気的に接続される第二電気伝導体１６と、第一電気伝導体と第二電気伝導体との間に配置される絶縁体２２と、第一電気伝導体と第二電気伝導体との間に配置される低融点合金層２１と、を有する短絡層２０とを備え、短絡層２０は、所定温度以上において、少なくとも低融点合金層の一部または全部が融解することにより、第一電気伝導体１５と第二電気伝導体１６とを短絡させる。
【解決手段】第一電極１３１と第二電極１３２とを有する電池１００に接続される電池短絡素子１０であって、第一電極側に電気的に接続される第一電気伝導体１５と、第二電極側に電気的に接続される第二電気伝導体１６と、第一電気伝導体と第二電気伝導体との間に配置される絶縁体２２と、第一電気伝導体と第二電気伝導体との間に配置される低融点合金層２１と、を有する短絡層２０とを備え、短絡層２０は、所定温度以上において、少なくとも低融点合金層の一部または全部が融解することにより、第一電気伝導体１５と第二電気伝導体１６とを短絡させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電池に異常な温度上昇が起こった場合に、正極端子と負極端子とを短絡させることにより電池のエネルギーを放出させ、電池を安全化することができる電池短絡素子、並びに電池短絡素子を利用した電池および電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電気自動車用や電力貯蔵用の電池として、エネルギー密度が高く、かつ安全性の高いリチウムイオン電池が求められている。
【０００３】
このような、高いエネルギー密度を有するリチウムイオン電池は、過充電や内部短絡などの異常時には、電池内部の温度が過度に上昇したり、電池の内圧が著しく上昇し、電池ケースが変形したりする場合がある。このような場合には速やかに電池を安全化するため、電池を短絡させることによりエネルギーを放出させる方法が考えられる。
【０００４】
特許文献１では、板状の正極端子と、板状の負極端子と、正極端子と負極端子とに挟み込まれて接続される絶縁層とからなる短絡機構を電池に設けている。この絶縁層は、所定温度以上において溶融することにより正極端子と負極端子とを導通させる機能を有する。これにより短絡機構は、電池に異常が発生して所定温度以上となった場合に、電池の正極と負極とを短絡させ、電池を安全化することができる。
【０００５】
また、特許文献２では、正極端子である蓋板と負極端子との間の絶縁を行う絶縁部材として温度上昇により抵抗値が減少するＮＴＣ素子を利用することにより、電池の温度が上昇した場合に絶縁部材の抵抗が減少して正負極間を短絡させる。さらに、特許文献２では、バイメタルを利用することにより電池の温度が上昇した場合に正極端子と負極端子とを短絡させるスイッチが開示されている。
【０００６】
また、特許文献３では、負極と電気的に接続されている筐体（電池缶）と正極に電気的に接続されている電池蓋とのそれぞれに低融点合金が配置されている電池が開示されている。この電池では、電池に異常が発生して所定温度を超えた場合に低融点合金が融解し、筐体と電池蓋とを電気的に接続することにより短絡させている。
【０００７】
また、特許文献４では、負極端子の周囲に正極に電気的に接続されている低融点合金を配置した電池が開示されている。この電池では、電池に異常が発生して所定温度を超えた場合に低融点合金が融解することにより負極端子と接触し、正極と負極とを電気的に接続することにより短絡させている。
【０００８】
以上の特許文献１〜４のように、電池の異常によって過度な熱が発生した場合に、短絡機構（低融点合金を含む）において正極端子と負極端子とを接続して短絡させることにより、安全にエネルギーを電池から放出させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００８−１３０４５８号公報
【特許文献２】特開２００５−０４４６２６号公報
【特許文献３】特開２００６−２２８５２０号公報
【特許文献４】特開２００９−７６２７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
電池の異常時には、電池を速やかに安全化するために大電流で放電し、電池のエネルギーを外部に放出することが必要であるが、特許文献１〜４のような技術では、以下の観点から難しい。
【００１１】
特許文献１のような技術では、板状の正極端子と板状の負極端子とにより絶縁層を挟み込んだ構造であるため、振動などの衝撃を与えられた場合に絶縁層が外れて予期せぬ短絡が起こることは否定できず、耐振動性や耐衝撃性の点で問題がある。また、この短絡機構は、正極端子および負極端子に外部から付勢力を与えられることを前提としており、絶縁層が溶融しても外部からの付勢力のために絶縁層の融解物が介在し、抵抗値が低減しにくい構成となっている。このため、この構成では、確実に短絡させて放電させることが難しい。また、特許文献１のような技術では短絡機構（短絡素子）の短絡時の抵抗値の安定性および再現性の問題があるため、電池の異常時に緊急的に放電させることは難しい。
【００１２】
また、特許文献２のＮＴＣ素子を利用する技術では、通常使用時も微小電流が流れ続けるため電池システムとしての自己放電量が大きくなりこのましくない。
【００１３】
同じく特許文献２のバイメタルスイッチを利用する技術では、バイメタルスイッチにより正極端子と負極端子とを短絡させるため、短絡する箇所が構造的に一点となる。しかし、バイメタルスイッチでは、上述のように短絡する箇所が構造的に一点となるため大電流を流すことが難しく、短絡性能を確保することが困難である。バイメタルスイッチの短絡する箇所の面積を大きくし電池の安全化を図ろうとすると、バイメタルスイッチを大きくする必要があり、生産コストが増加してしまうといった問題がある。さらに、バイメタルスイッチの場合には、元々接触していない部分が、温度上昇があってスイッチ部分が変形し接触する事により短絡する。つまり、耐振動性や耐衝撃性が求められる用途においては、安定した絶縁性能を得ることは難しく、短絡素子の信頼性にも問題があると考えられる。
【００１４】
また、特許文献３および特許文献４のような技術では、正極と負極とを短絡させる部位が小さい。つまり、正極と負極とが短絡された場合の、短絡経路における抵抗が十分に小さくない。このため、短絡箇所から大電流で放電を行うことは難しく、大電流を流そうとすると短絡箇所の部位を大きくする必要があり好ましくない。
【００１５】
そこで、本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、電池に異常が発生して電池内部の温度が過度に上昇した場合に、正極端子と負極端子とを確実に短絡させて安定的に放電させることのできる電池短絡素子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】
【００１６】
上記目的を達成するために、本発明の一形態に係る電池短絡素子は、第一電極と第二電極とを有する電池に接続される電池短絡素子であって、前記第一電極側に電気的に接続される第一電気伝導体と、前記第二電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低融点合金層と、を有する短絡層と、を備え、前記短絡層は、所定温度未満において前記第一電気伝導体と前記第二電気伝導体とを絶縁し、所定温度以上において、少なくとも前記低融点合金層の一部また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。
【００１７】
これによれば、短絡層が、電流を導通させることが可能な低融点合金層と、電流を導通させない絶縁体とにより構成されており、低融点合金層が所定温度以上において一部または全部が融解することにより、第一電気伝導体と第二電気伝導体とを直接的または間接的に短絡させる。つまり、低融点合金層が融解し、融解した低融点合金が絶縁体に予め設けられる開口または絶縁体が変形することにより生じる隙間に入り込むことにより、第一電気伝導体と第二電気伝導体とを導通状態とさせる。
【００１８】
このため、短絡領域において第一電気伝導体と第二電気伝導体とを低融点合金層が融解することにより電気的に接続することができる。また、第一電気伝導体と第二電気伝導体とは箔状部材または板状部材からなるため、短絡領域を容易に大きくすることができる。これにより、第一電気伝導体と第二電気伝導体との電気的に接続される箇所を多くすることができ、より多くの電流を流すことができる。したがって、正極端子と負極端子とを確実に短絡させて安定的に放電させることができる。また、短絡領域の調整が容易であるため、短絡時の短絡素子の抵抗を制御することが可能となる。さらに、一旦短絡が始まると、短絡点から発生するジュール熱により短絡面積が逐次的に拡大していくため、確実かつ安定した短絡性能を得ることができる。
【００１９】
また、好ましくは、前記絶縁体は、開口が形成されており、前記短絡層は、前記低融点合金層が融解して前記絶縁体の前記開口に流入することにより、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。
【００２０】
これによれば、絶縁体には開口が形成されており、低融点合金層が融解して絶縁体の開口に流入することにより、第一電気伝導体と第二電気伝導体とを短絡させる。このため、第一電気伝導体と第二電気伝導体との電気的に接続される部分を多くすることができ、より多くの電流を流すことができる。したがって、正極端子と負極端子とを確実に短絡させて安定的に放電させることができる。
【００２１】
また、前記短絡層は、前記低融点合金層が融解し、かつ、前記絶縁体の一部または全部が変形することにより、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こともできる。
【００２２】
これによれば、絶縁体の一部または全部が変形することにより、絶縁体に融解した低融点合金層が流入する隙間（開口）が生じる。このため、短絡層は、所定温度以上となった場合に、第一電気伝導体と第二電気伝導体とを効率よく短絡させることができる。これにより、第一電気伝導体と第二電気伝導体との電気的に接続される部分を多くすることができ、より多くの電流を流すことができる。したがって、正極端子と負極端子とを確実に短絡させて安定的に放電させることができる。
【００２３】
また、好ましくは、前記短絡層は、前記絶縁体と前記低融点合金層とが積層されることにより成る。
【００２４】
また、前記短絡層は、前記低融点合金層が前記絶縁体によりコーティングされることにより成ってもよい。
【００２５】
また、好ましくは、前記第一電気伝導体と前記第二電気伝導体とは、箔状部材または板状部材から成る。
【００２６】
また、前記第一電気伝導体と前記第二電気伝導体とは、前記短絡層を介して積層された状態で巻回されることにより形成されてもよい。
【００２７】
また、好ましくは、前記第一電気伝導体と前記第二電気伝導体とは、前記短絡層を介して積層された状態で蛇腹状に折りたたまれることにより形成される。
【００２８】
また、好ましくは、前記第一電気伝導体と前記第二電気伝導体とは、円筒形状の部材から成り、前記第一電気伝導体および前記第二電気伝導体の一方が他方の内側に重なりあって配置される。
【００２９】
また、好ましくは、前記第一電気伝導体と前記第二電気伝導体との内で内側に配置される円筒形状の部材は、板状の金属部材が円筒形状の部材の中心軸を囲うように丸められることにより形成される。
【００３０】
また、前記短絡層は、前記低融点合金層が、前記短絡領域の内の一部である第一短絡領域に配置され、融点が第一温度である第一低融点合金層と、前記短絡領域の内の前記第一短絡領域とは異なる領域である第二短絡領域に配置され、融点が前記第一温度とは異なる第二温度である第二低融点合金層と、から成ってもよい。
【００３１】
これによれば、低融点合金層は、融点が異なる２種類の低融点合金が短絡領域を分割した領域に配置される。つまり、第一温度において融解する第一低融点合金層と、第二温度において融解する第二低融点合金層とが、短絡領域において並んで配置される。このため、温度に応じて第一電気伝導体と第二電気伝導体とが短絡する面積を調整することができる。つまり、温度に応じて第一電気伝導体と第二電気伝導体とが短絡することにより流れる電流の量を段階的に調整することができる。これにより、温度が高い場合には素早く大きな電流を流すことにより安定的に放電させ、温度が低い場合には最低限短絡させて小さい電流を流すことにより必要以上に放電しないように放電量を抑えることができる。
【００３２】
また、本発明の一形態にかかる電池短絡システムは、上記に記載の電池短絡素子と、前記電池の異常を判断する異常判断部と、前記短絡層の温度を上昇させる加熱部と、前記電池が異常であると前記異常判断部により判断された場合に、前記加熱部に加熱を行わせる加熱指示部と、を備える。
【００３３】
これによれば、異常判断部により電池が異常であると判断された場合に、加熱指示回路は、加熱部に短絡層を加熱させる。このように、異常時における電池の温度上昇にかかる熱を利用すること無く、加熱部に加熱させることにより短絡層の温度を上昇させるため、短絡層を配置する位置を電池近傍とする必要がない。このため、短絡層を配置する位置を、電池近傍ではない位置などに自由に設定できる。このように短絡層の位置を自由に設定できるため、外部からの熱の影響が少ない環境に短絡層を配置することができる。
【００３４】
また、加熱部による発熱を利用して低融点金属を融解させるため、例えば、外部からの熱の影響を受け難い程度の高い融点である低融点金属を採用して、採用した低融点金属の融点よりも高い温度に加熱することにより任意のタイミングで短絡層の低融点金属を融解させて正極と負極とを短絡させることができる。
【００３５】
これにより、外部からの熱による影響により、電池の異常を誤検知して、電池に異常が生じていない場合であっても、電池の正極と負極とを短絡させることを防ぐことができる。
【００３６】
また、前記異常判断部は、前記電池の温度を検出する温度検出部を有し、前記温度検出部により検出された前記電池の温度が異常温度以上になった場合に前記電池が異常であると判断してもよい。
【００３７】
また、前記異常判断部は、前記電池の温度を検出する温度検出部と、前記電池の単位時間あたりの温度の変化度を検出する温度変化検出部とを有し、前記温度検出部により検出された前記電池の温度が異常温度以上になり、かつ、前記温度変化検出部により検出された前記電池の単位時間あたりの温度の変化度が所定の変化度以上になった場合に、前記電池が異常であると判断してもよい。
【００３８】
また、前記異常判断部は、前記電池の筐体の変形量を検出する変形量検出部を有し、前記変形量検出部により検出された前記電池の変形量が所定の変形量以上になった場合に前記電池が異常であると判断してもよい。
【００３９】
また、前記異常判断部は、前記電池の筐体の変形量を検出する変形量検出部と、単位時間あたりの前記電池の筐体の変形量である変形速度を検出する変形速度検出部とを有し、前記変形量検出部により検出された前記電池の筐体の変形量が所定の変形量以上になり、かつ、前記変形速度検出部により検出された前記電池の変形速度が所定の変形速度以上になった場合に前記電池が異常であると判断してもよい。
【００４０】
また、本発明は、このような電池短絡素子または電池短絡システムとして実現できるだけでなく、電池短絡素子または電池短絡システムを第一電極側と第二電極側とに配置した電池として実現することもできる。さらに、本発明は、複数の電池が接続されて成る電池モジュールと、電池モジュールの第一電極側と第二電極側とを接続する電池短絡素子または電池短絡システムとから成る電池システムとして実現することもできる。
【発明の効果】
【００４１】
本発明に係る電池短絡素子によれば、電池に異常が発生して電池内部の温度が過度に上昇した場合にのみ、正極端子と負極端子とを確実に短絡させて安定的に放電させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の実施の形態１に係る電池短絡素子を含む電池の概観を模式的に示す斜視図である。
【図２】筐体の壁部の一部を省略して電池の内部を模式的に示す斜視図である。
【図３】電池短絡素子の構成を示す斜視図である。
【図４Ａ】巻回構造とする前の過程における電池短絡素子の構成を示す図である。
【図４Ｂ】巻回構造とする前の過程における積層された短絡素子部材の各構成要素の断面図である。
【図４Ｃ】絶縁体フィルムの外観図である。
【図４Ｄ】巻回構造の電池短絡素子の外観図である。
【図４Ｅ】正極接続部材または負極接続部材の長手方向に直交する面における巻回構造の短絡素子部材の断面図である。
【図５】実施の形態１の変形例（１）に係る巻回構造とする前の過程における積層された短絡素子部材の各構成要素の断面図である。
【図６】実施の形態１の変形例（２）に係る４種類の異なる融点の低融点合金により構成される低融点合金層を有する短絡層の一例を示す断面図である。
【図７】実施の形態１の変形例（２）に係る４種類の異なる融点の低融点合金により構成される低融点合金層を有する短絡層の一例を示す断面図である。
【図８】実施の形態１の変形例（３）に係る電池短絡素子の構成を示す斜視図である。
【図９Ａ】実施の形態１の変形例（５）に係る積層構造の短絡素子部材の外観図である。
【図９Ｂ】実施の形態１の変形例（５）に係る正極接続部材または負極接続部材の長手方向に沿っておりかつ短手方向に直交する面における積層構造の短絡素子部材の断面図である。
【図１０Ａ】実施の形態１の変形例（５）に係る折りたたみ構造の短絡素子部材の外観図である。
【図１０Ｂ】実施の形態１の変形例（５）に係る正極接続部材または負極接続部材の長手方向に直交する面における折りたたみ構造の短絡素子部材の断面図である。
【図１１Ａ】実施の形態１の変形例（６）に係る円筒状の金属部材を正極接続部材および負極接続部材として採用した電池短絡素子の外観図である。
【図１１Ｂ】実施の形態１の変形例（６）に係る電池短絡素子の円筒の中心軸に垂直な面における断面図である。
【図１１Ｃ】実施の形態１の変形例（６）に係る電池短絡素子の円筒の中心軸に沿う面における断面図である。
【図１２Ａ】実施の形態１の変形例（６）に係る他の電池短絡素子の円筒の中心軸に垂直な面における断面図である。
【図１２Ｂ】実施の形態１の変形例（６）に係る他の電池短絡素子の円筒の中心軸に垂直な面における断面図である。
【図１３】本発明の実施の形態２に係る電池短絡システムを含む電池の外観を模式的に示す斜視図である。
【図１４】（ａ）は短絡作動部の円柱の中心軸に垂直な面における断面図であり、（ｂ）は短絡作動部の中心軸に沿う面における断面図である。
【図１５】電池短絡システムの機能ブロック図である。
【図１６】実施の形態２の変形例（１）に係る電池短絡システムの機能ブロック図である。
【図１７】実施の形態２の変形例（２）に係る電池短絡システムの機能ブロック図である。
【図１８】実施の形態２の変形例（３）に係る電池短絡システムの機能ブロック図である。
【図１９】実施の形態２の変形例（４）に係る短絡作動部の中心軸に沿う面における断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００４３】
本願発明の実施の形態における電池短絡素子について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施の形態は、本願発明に係る電池短絡素子の一例を示したものに過ぎない。したがって本願発明は、以下の実施の形態を参考に請求の範囲の文言によって範囲が画定されるものであり、以下の実施の形態のみに限定されるものではない。
【００４４】
（実施の形態１）
図１は、電池短絡素子を含む電池の概観を模式的に示す斜視図である。図２は、筐体の壁部の一部を省略して電池の内部を模式的に示す斜視図である。
【００４５】
これらの図に示すように、電池１００は、電気を充電し、また、電気を放電することのできる蓄電池であり、より具体的には、非水電解液電池（例えばリチウムイオン電池）等である。電池１００は、発電要素１０１と、筐体１０２と、電極端子１０３である第一電極としての正極端子１３１および第二電極としての負極端子１３２と、集電部材１０４である正極集電部材１４１および負極集電部材１４２と、電池短絡素子１０とを備えている。
【００４６】
電池短絡素子１０は、図３に示すように、正極接続部材１１と、負極接続部材１２と、短絡素子部材１３とにより構成される。図３は、電池短絡素子１０の構成を示す斜視図である。
【００４７】
正極接続部材１１は、電池１００の正極端子１３１と短絡素子部材１３とを接続する板状の金属部材である。つまり、正極接続部材１１は、正極端子１３１から短絡素子部材１３まで伸びる長方形状の板状部材である。負極接続部材１２は、電池１００の負極端子１３２と短絡素子部材１３とを接続する板状の金属部材である。つまり、負極接続部材１２は、負極端子１３２から短絡素子部材１３まで延びる長方形状の板状部材である。正極接続部材１１および負極接続部材１２は、金属部材であり、本実施の形態では熱伝導性が高く、電気伝導性にも優れるアルミニウムから成る。
【００４８】
以下、図４Ａ、図４Ｂ、図４Ｃおよび図４Ｄを用いて電池短絡素子１０について説明する。図４Ａは、巻回構造とする前の過程における電池短絡素子の構成を示す図である。図４Ｂは、巻回構造とする前の過程における積層された各構成要素の断面図である。図４Ｃは、絶縁体フィルムの外観図である。図４Ｄは、巻回構造の電池短絡素子の外観図である。図４Ｅは、正極接続部材または負極接続部材の長手方向に直交する面における巻回構造の短絡素子部材１３の断面図である。
【００４９】
短絡素子部材１３は、図４Ａに示すように、短絡層２０と、第一電気伝導体１５と、第二電気伝導体１６とから成る。第一電気伝導体１５および第二電気伝導体１６は、長方形の箔状の金属部材であり、本実施の形態ではアルミニウムから成る。第一電気伝導体１５の１辺の全てにおいて、正極接続部材１１が接続されており、第一電気伝導体１５は正極接続部材１１により正極端子１３１に電気的に接続される。第二電気伝導体１６の１辺の全てにおいて、負極接続部材１２が接続されており、第二電気伝導体１６は負極接続部材１２により負極端子１３２に電気的に接続される。
【００５０】
なお、正極接続部材１１が第一電気伝導体１５に接続される箇所は第一電気伝導体１５の１辺の全てでなくとも電気的に接続されていればよく、当該１辺の一部であってもよい。これと同様に、負極接続部材１２についても、第二電気伝導体１６に接続される箇所は第二電気伝導体１６の１辺の全てでなくとも電気的に接続されていればよく、当該１辺の一部であってもよい。
【００５１】
短絡素子部材１３は、積層された状態では図４Ｂに示すように、１層目の短絡層２０と、第一電気伝導体１５と、２層目の短絡層２０と、第二電気伝導体１６とが順に積層されている。短絡層２０はまた、低融点合金層２１と絶縁体フィルム２２とを有し、１枚の絶縁体フィルム２２が２層の低融点合金層２１により挟まれて積層された状態となっている。つまり、短絡層２０は、３層構造となっている。なお、図４Ａでは、短絡層２０として１層として図示しており、詳細な構成は省略している。
【００５２】
低融点合金層２１は、融点が７０〜２５０℃の合金が好ましく、さらに言えば、７０から１５０℃の合金がこのましい。例えば、すず（Ｓｎ）または鉛（Ｐｂ）を含む低融点はんだである。なお、低融点合金層２１に使用される合金としては、１５０℃以上のものであってもよく、例えば融点が２００℃の合金であっても効果がある。また、低融点合金層２１は、低融点合金にフラックス剤を混合させておく、または、低融点合金層２１が接触する層（以下、「接触層」とする。）である絶縁体フィルム２２、または、第一電気伝導体１５および第二電気伝導体１６に予め塗布しておくことが好ましい。このように、フラックス剤を使用することにより、低融点合金層２１と、接触層との濡れ性が向上し、容易に接触層の表面に低融点合金層２１を層状に塗布することができる。なお、フラックス剤としては、例えば有機酸、アミン類、ハロゲン化物等の少なくとも一種を活性剤として含有するロジンベースのフラックス剤を利用することができる。
【００５３】
絶縁体フィルム２２は、薄膜状の絶縁体であり複数の開口ｈが形成される。絶縁体フィルム２２は、融点が１５０℃以上の材質が好ましく、例えばシリコンゴムやテフロン（登録商標）樹脂などである。絶縁体フィルム２２はまた、低融点合金層２１の合金に対して濡れ性があるシリコンゴムが好ましい。なお、絶縁体フィルム２２の融点は低融点金属層２１の融点よりも高いことが好ましい。例えば、絶縁体フィルム２２の材質が低融点合金層２１と同様の融点である７０〜２５０℃の場合は、その融点未満の温度で変形（特に収縮）することにより、不要な短絡を起こすことになり、好ましくない。絶縁体フィルム２２は、第一電気伝導体１５と第二電気伝導体１６との絶縁を実質的に為している部材であるため、短絡を意図する温度未満の場合には両者を確実に絶縁し、短絡を意図する温度以上となった場合に両者を確実に短絡させることが好ましい。つまり、絶縁体フィルム２２は、第一電気伝導体１５と第二電気伝導体１６とを確実に絶縁した状態で、より薄く開口ｈの面積の割合が大きいことが好ましい。開口ｈの面積の割合を大きくするためには、開口ｈの数を増やすことと、一つの開口ｈの大きさを大きくすることが考えられる。なお、ここでは絶縁体フィルム２２として開口ｈを有する絶縁性シートを示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、絶縁性かつ多孔性を有するものであればよく、絶縁性材料から構成されたネットやメッシュ多孔体（つまり網状の材料）などを用いることができる。
【００５４】
短絡層２０は、図４Ａに示すように、２つ折りの状態で２つ折りの間に第一電気伝導体１５の全体が挟まれる。このように第一電気伝導体１５を短絡層２０で挟み込んだものの外側に第二電気伝導体１６を配置することにより、第一電気伝導体１５と第二電気伝導体１６とが短絡層２０を介して積層された状態としている。短絡層２０は、上述したように、絶縁体フィルム２２を低融点合金層２１で挟みこんだ３層構造の層である。このため、短絡層２０を介して第一電気伝導体１５と第二電気伝導体１６とを積層することにより、第一電気伝導体１５と第二電気伝導体１６とは短絡層２０の絶縁体フィルム２２により絶縁されていることになる。なお、短絡層２０として絶縁体フィルム２２の両面に予め低融点合金層２１を備えた構成を図４Ａで説明しているが、これに限るものではなく、低融点合金層２１は、第一電気伝導体１５または第二電気伝導体１６に備えた状態で積層される形態であってもよい。また、本発明においては、第一電気伝導体１５と第二電気伝導体１６とにクリップなどにより付勢力をかけることで、低融点金属が融解時により安定した短絡状態を得ることができる。
【００５５】
そして、第一電気伝導体１５と第二電気伝導体１６とが短絡層２０を介して積層された状態で、短絡素子部材１３は、正極接続部材１１および負極接続部材１２を中心に、かつ、短絡層２０が外側に、なるように１巻き以上巻き込むように巻回されることにより形成される。
【００５６】
また、短絡層２０は、短絡素子部材１３として構成される際に、第一電気伝導体１５と第二電気伝導体１６との間であって、第一電気伝導体１５と第二電気伝導体１６とが重なり合う領域（以下、「短絡領域」とする。）に少なくとも配置される。このように短絡層２０を配置することにより、短絡素子部材１３内部において第一電気伝導体１５と第二電気伝導体１６とは絶縁体フィルム２２により電気的に絶縁された状態となる。
【００５７】
そして、短絡層２０は、所定温度（本実施の形態では７０〜１５０℃のいずれかであって、低融点合金層２１の融点）以上になると、低融点合金層２１が融解し、絶縁体フィルム２２の開口ｈに流入することにより、第一電気伝導体１５と第二電気伝導体１６とを短絡させる。このとき、短絡素子部材１３の抵抗値（Ω）は、短絡前に比べて９桁以上低下する。つまり、短絡素子部材１３は、通常時は電池の自己放電を小さくするために実質的に絶縁状態であることが必要であり、このましくは１ＭΩ以上の高抵抗であることが必要である。一方、短絡素子部材１３は、短絡状態においては、電池を急速に放電させ電池内のエネルギーを放出させることが必要であるため、低抵抗で端子間を短絡させることが必要である。この短絡時の抵抗は１０〜１００ｍΩ程度であることがのぞましい。このように、短絡前後の短絡素子の抵抗変化を９桁以上とすることにより、通常時の自己放電を小さくでき、かつ、短絡時の電池の放電を急速に行うことができる。
【００５８】
本実施の携帯における短絡素子部材１３によれば、短絡層２０が、電流を導通させることが可能な低融点合金層２１と、電流を導通させない絶縁体フィルム２２とにより構成されており、少なくとも低融点合金層２１が所定温度以上において一部または全部が融解することにより、第一電気伝導体１５と第二電気伝導体１６とを直接的に短絡させる。つまり、低融点合金層２１が融解し、融解した低融点合金が絶縁体フィルム２２に予め設けられる開口ｈに入り込むことにより、第一電気伝導体１５と第二電気伝導体１６とを導通状態とさせる。
【００５９】
このため、短絡領域の複数箇所において第一電気伝導体１５と第二電気伝導体１６とを低融点合金層２１が融解することにより電気的に接続することができる。また、第一電気伝導体１５と第二電気伝導体１６とは箔状部材から成るため、短絡領域を容易に大きくすることができる。これにより、第一電気伝導体１５と第二電気伝導体１６との電気的に接続される箇所を多くすることができ、より多くの電流を流すことができる。したがって、正極端子１３１と負極端子１３２とを確実に短絡させて安定的に放電させることができる。また、短絡領域の面積の調整が容易であるため、短絡時の短絡素子の抵抗を制御することが可能となる。さらに、一旦短絡が始まると、短絡点から発生するジュール熱により短絡面積が逐次的に拡大していくため、確実かつ安定した短絡性能を得ることができる。
【００６０】
また、本実施の形態における短絡素子部材１３は、短絡層２０に第一電気伝導体１５が挟まれた状態で、第二電気伝導体１６と積層されて、巻回されて成るこのため、短絡素子部材１３の巻回構造の中心側部分が外側に広がろうとする復元力によって、短絡素子部材１３の外側の部分と中心側の部分とが近づこうとする。つまり、第一電気伝導体１５と、第二電気伝導体１６との間には、互いに近づくような付勢力が働いている。このような状態で、絶縁体フィルムが変形すると、さらに確実に第一電気伝導体１５と第二電気伝導体１６とを短絡させることができる。また、短絡素子部材１３を巻回構造とすることにより、後述する積層構造や折りたたみ構造の短絡素子部材よりも耐震性および耐衝撃性が優れたものすることができる。
【００６１】
また、本実施の形態における短絡素子部材１３は、正極接続部材１１および負極接続部材１２を中心にして、第一電気伝導体１５、第二電気伝導体１６、および短絡層２０を巻き込んだ巻回構造としている。このように、電池１００からの熱を伝導する正極接続部材１１および負極接続部材１２を短絡素子部材１３の中心に配置することにより、短絡素子部材１３における正極接続部材１１および負極接続部材１２からの放熱を防ぐことができる。このため、電池１００から異常な熱が発生した場合に、短絡素子部材１３に伝わった熱が放熱されることを軽減でき、確実に短絡層２０に伝えることができる。これにより、より確実に短絡素子部材１３の内部において、電池１００において異常が発生したことを検知して、第一電気伝導体１５と第二電気伝導体１６とを短絡させることができる。
【００６２】
本実施の形態における短絡素子部材１３は、長方形状の第一電気伝導体１５と第二電気伝導体１６との間に、同じく長方形状の低融点合金層２１および絶縁体フィルム２２を配置することにより、第一電気伝導体１５と第二電気伝導体１６とを絶縁している。このため、第一電気伝導体１５、第二電気伝導体１６、および短絡層２０の面積（つまり、接触する面積）を調整することにより、絶縁状態における抵抗値と、短絡状態を想定した抵抗値とを容易に調整することができる。このため、電池１００の容量の大きさに応じて、最適な抵抗値をもつ短絡素子部材１３を製造することが容易となる。
【００６３】
このように、本実施の形態における電池短絡素子１０は、所定温度以上になると、第一電気伝導体１５と第二電気伝導体１６とを確実に短絡させることができるため、電池１００が過充電時などに異常な温度になった場合に、充電電流を逃がしつつ、電池のエネルギーを安全に放出させることができる。
【００６４】
（実施の形態１の変形例）
（１）
上記実施の形態１では、短絡層２０は、１層の絶縁体フィルム２２を２層の低融点合金層２１が挟み込むように積層された３層構造であるが、これに限らない。例えば、図５に示すように、低融点合金層２１を絶縁体コーティング２２Ａにより包み込むようにコーティングすることにより、短絡層２０ａを構成してもよい。つまり、上記実施の形態の短絡層２０とは逆に、短絡層２０ａは、低融点合金層２１の表面に絶縁体としての絶縁体コーティング２２Ａにより挟みこんだ状態となる。なお、この場合の絶縁体コーティング２２Ａは、絶縁塗布剤、蝋材、熱収縮フィルム、電気絶縁性の塗料などの材料を採用することが考えられる。
【００６５】
より具体的には、絶縁体塗布剤の一例としては、エポキシ系、ウレタン系、シリコン系、アクリル系、またはテフロン（登録商標）系の樹脂がある。この場合に、短絡層２０ａは所定温度以上になると、低融点合金層２１が融解することにより低融点合金層２１にコーティングされている絶縁体コーティング２２Ａ（絶縁体塗布剤）が断裂および崩壊し、第一電気伝導体１５と第二電気伝導体１６とを低融点合金層２１が電気的に接続することにより短絡させる。
【００６６】
蝋材の一例としては、パラフィン系ワックスがある。この場合に、短絡層２０ａは所定温度以上になると、低融点合金層２１が融解し、さらに絶縁体コーティング２２Ａ（ろう材）が、低融点合金層２１が融解した後または同時に融解することにより生じた隙間から溶融した合金がしみ出すことにより第一電気伝導体１５と第二電気伝導体１６とを低融点合金層２１が電気的に接続することにより短絡させる。
【００６７】
熱収縮フィルムの一例としては、ポリスチレン系またはポリエステル系のフィルムがある。この場合に、短絡層２０ａは所定温度以上になると、絶縁体コーティング２２Ａ（熱収縮フィルム）が熱収縮することにより、絶縁体コーティング２２Ａに隙間が生じる。同時に、短絡層２０ａにおいては、低融点合金層２１が融解していることから、絶縁体コーティング２２Ａに生じた隙間に融解した低融点合金層２１が流入し、第一電気伝導体１５と第二電気伝導体１６とを低融点合金層２１が電気的に接続することにより短絡させる。
【００６８】
電気絶縁性の塗料の場合には、短絡層２０ａは、絶縁体塗布剤の場合と同様に作用して、第一電気伝導体１５と第二電気伝導体１６とを短絡させる。
【００６９】
変形例（１）の短絡素子部材１３によれば、絶縁体コーティング２２Ａの一部または全部が変形することにより、絶縁体コーティング２２Ａに融解した低融点合金層２１が流入可能な隙間が絶縁体コーティング２２Ａに生じる。このため、短絡層は、所定温度以上となった場合に、第一電気伝導体１５と第二電気伝導体１６とを効率よく短絡させることができる。これにより、第一電気伝導体１５と第二電気伝導体１６との電気的に接続される箇所を多くすることができ、より多くの電流を流すことができる。したがって、正極端子と負極端子とを確実に短絡させて安定的に放電させることができる。また、変形例（１）のような絶縁体コーティング２２Ａにより低融点合金層２１をコーティングして短絡層２０ａを構成する場合、上記実施の形態の短絡層２０よりも安価に製造可能である。
【００７０】
（２）
上記実施の形態１では、短絡層２０は、低融点合金層２１が１種類の合金により成るが、複数種類の合金により構成してもよい。例えば、図６は、４種類の異なる融点の低融点合金により構成される低融点合金層２１Ａを有する短絡層２０ｂの一例を示す断面図である。図６に示すように、低融点合金層２１Ａは、第一低融点合金層２１ａ、第二低融点合金層２１ｂ、第三低融点合金層２１ｃおよび第四低融点合金層２１ｄの４種類の異なる融点を有する低融点合金から成る。ここで、第一低融点合金層２１ａの低融点合金の融点は第一温度であり、第二低融点合金層２１ｂの低融点合金の融点は第二温度であり、第三低融点合金層２１ｃの低融点合金の融点は第三温度であり、第四低融点合金層２１ｄの低融点合金の融点は第四温度である。そして、第二温度は第一温度より大きく、第三温度は第二温度より大きく、第四温度は第三温度より大きい関係にある。また、もちろん図７に示すように、図６に示す低融点合金層２１Ａを絶縁体コーティング２２Ａによりコーティングした形態のものであってもよい。
【００７１】
これによれば、低融点合金層２１Ａは、融点が異なる４種類の低融点合金が短絡領域を分割した領域に配置される。つまり、第一温度において融解する第一低融点合金層２１ａと、第二温度において融解する第二低融点合金層２１ｂと、第三温度において融解する第三低融点合金層２１ｃと、第四温度において融解する第四低融点合金層２１ｄとが、短絡領域において並んで配置される。このため、温度に応じて第一電気伝導体と第二電気伝導体とが短絡する面積を段階的に調整することができる。つまり、温度が高温になる程、第一電気伝導体１５と第二電気伝導体１６とが短絡層２０ｂにより短絡される面積が段階的に増加するため、第一電気伝導体１５と第二電気伝導体１６とが短絡することにより流れる電流の量を段階的に増加させることができる。これにより、温度上昇が大きい場合には素早く大きな電流を流すことにより安定的に放電させ、温度上昇が小さい場合には最低限短絡させて小さい電流を流すことにより必要以上に放電しないように放電量を抑えることができる。
【００７２】
（３）
上記実施の形態１では、特に言及していないが、短絡素子部材１３は、図８のように負極側に配置されるように構成してもよい。つまり、第二電気伝導体１６と負極端子１３２との第二距離は、第一電気伝導体１５と正極端子１３１との第一距離よりも短い。なお、この場合の第一距離は、第一電気伝導体１５と正極端子１３１とを電気的（または熱的）に接続する物質における距離であり、本実施の形態では正極接続部材１１の長さである。このことは、第二距離についても同じことが言え、第二距離は、第二電気伝導体１６と負極端子１３２とを電気的（または熱的）に接続する物質における距離であり、本実施の形態では負極接続部材１２の長さである。電池１００において、負極端子１３２は正極端子１３１よりも熱伝導性の大きい銅で構成されることが多い。このような場合には特に、電池１００において発生した熱は負極端子から効率良く伝わるため、短絡素子部材１３を正極端子より負極端子に近づけて配置することにより、正極接続部材１１または負極接続部材１２において放出される熱による温度低下の影響がほとんどなくなる。このため、短絡素子部材１３は、より早く、正確に電池１００において異常な熱が発生していることを検知して、電池１００の正極端子と負極端子とを短絡させることができる。
【００７３】
また、第二電気伝導体１６と負極端子１３２との距離を第一電気伝導体１５と正極端子１３１との距離よりも近づける事に限定されない。例えば、負極端子１３２に接続される第二電気伝導体１６を素早く高温にするために、負極接続部材１２の熱伝導性を高めてもよい。具体的には、負極接続部材１２の素材を銅にすることにより、負極接続部材１２の熱伝導率を正極接続部材１１の熱伝導率よりも大きくするような構成としてもよい。なお、この場合には、電池１００に生じた熱を第二電気伝導体１６へ伝えて、第二電気伝導体１６の温度を上げることにより、短絡層２０が所定温度以上にすることが目的である。このため、第二電気伝導体１６と負極端子１３２とを接続する負極接続部材１２には、第二電気伝導体１６以外の部分への熱の放出を避けるために断熱処理または遮熱処理を行うこともできる。
【００７４】
（４）
上記実施の形態１では、特に言及していないが、短絡素子部材１３は、その外側が樹脂部材（ラミネートなどの類を含む）で覆われて構成されてもよい。このように、短絡素子部材１３が構成されることにより、短絡素子部材１３は、外側に配置される短絡層２０の辺を留めなくともよい。つまり、短絡素子部材１３の外側に樹脂部材をかぶせることにより、短絡素子部材１３の中心から働く復元力を利用して抑えつけることが容易にできる。また、短絡素子部材１３の全体を覆うため第一電気伝導体１５と第二電気伝導体１６とが予期せずに短絡することを確実に防ぐことができる。
【００７５】
（５）
上記実施の形態１では、短絡素子部材１３は、第一電気伝導体１５と、第二電気伝導体１６と、短絡層２０とが積層されて巻きつけられて巻回構造を形成しているが巻回構造に限定されない。
【００７６】
例えば、図９Ａおよび図９Ｂに示すように、複数の（３枚の）第一電気伝導体１５と、複数の（３枚の）第二電気伝導体１６とを複数の短絡層２０を介して交互に積層させた短絡素子部材１３ａとしてもよい。なお、図９Ａは、積層構造の短絡素子部材１３ａの外観図であり、図９Ｂは、正極接続部材または負極接続部材の長手方向に沿っておりかつ短手方向に直交する面における積層構造の短絡素子部材１３ａの断面図である。なお、この場合に、積層される複数の第一電気伝導体１５は、正極側接続部分４１により導通された状態とされ、正極側接続部分４１が正極接続部材１１と接続される。これにより、複数の第一電気伝導体１５は、正極端子１３１と接続される。同様にして、積層される複数の第二電気伝導体１６は、負極側接続部分４２により導通された状態とされ、負極側接続部分４２が負極接続部材１２と接続される。これにより、複数の第二電気伝導体１６は、負極端子１３２と接続される。なお、正極側接続部分４１および負極側接続部分４２は、金属部材であり、第一電気伝導体１５および第二電気伝導体１６と同様の材料から成る。
【００７７】
また、例えば、図１０Ａおよび図１０Ｂに示すように、１枚の箔状の第一電気伝導体１５と、１枚の箔状の第二電気伝導体１６とを１層の短絡層２０を介して積層し、積層した状態で蛇腹状に折りたたむことにより、挟込部分を形成してもよい。なお、図１０Ａは、折りたたみ構造の短絡素子部材１３ｂの外観図であり、図１０Ｂは、正極接続部材または負極接続部材の長手方向に直交する面における折りたたみ構造の短絡素子部材１３ｂの断面図である。なお、この場合に、第一電気伝導体１５の１辺には正極接続部材１１が接続され、第二電気伝導体１６の１辺には負極接続部材１２が接続される。
【００７８】
図９Ａおよび図９Ｂ、または、図１０Ａおよび図１０Ｂのように、短絡素子部材を構成するようにしても、箔状部材および薄膜状部材を積層させて短絡素子部材を構成しているため、短絡層２０が所定温度以上となって低融点合金層２１が融解した場合に、第一電気伝導体１５と第二電気伝導体１６とが接触する面積を大きくすることができ確実に短絡させることができる。また、上記実施形態と同様に、第一電気伝導体１５が、短絡層２０を介して第二電気伝導体１６によって挟みこまれる。このため、短絡層２０（特に絶縁体フィルム２２）が振動などの衝撃によって外れることを防ぐことができる。このため、意図しない条件において第一電気伝導体１５と第二電気伝導体１６とが短絡することを防ぐことができる。
【００７９】
（６）
上記実施の形態１の電池短絡素子１０は、正極接続部材１１および負極接続部材１２が板状の金属部材であるが、板状に限らずに、図１１Ａ、図１１Ｂおよび図１１Ｃに示すように円筒形状の金属部材であっても良い。図１１Ａは、円筒形状の金属部材を正極接続部材１１ａおよび負極接続部材１２ａとして採用した電池短絡素子１０ｃの外観図である。図１１Ｂは、電池短絡素子１０ｃの円筒の中心軸に垂直な面における断面図である。図１１Ｃは、電池短絡素子１０ｃの円筒の中心軸に沿う面における断面図である。
【００８０】
これらの図に示すように、正極接続部材１１ａおよび負極接続部材１２ａは、円筒状の金属部材であり、正極接続部材１１ａの内側に負極接続部材１２ａが配置される。正極接続部材１１ａと負極接続部材１２ａとの間には、両者の円筒形状に沿うように層状に低融点合金層２１Ｂおよび絶縁体層２２Ｂが積層される。なお、図１１Ｂおよび図１１Ｃでは、低融点合金層２１Ｂの内側に絶縁体層２２Ｂが積層されているが、絶縁体層２２Ｂの内側に低融点合金層２１Ｂが積層される形態であってもよい。また、同様に、正極接続部材１１ａの内側に負極接続部材１２ａが配置されているが、負極接続部材１２ａの内側に正極接続部材１１ａが配置されていてもよい。つまり、短絡層２０ｄとしての低融点合金層２１Ｂおよび絶縁体層２２Ｂは、正極接続部材１１ａと負極接続部材１２ａとの間に積層され、かつ、短絡層２０ｄが両者に接触した状態で構成されていればよい。
【００８１】
このように、正極接続部材１１ａおよび負極接続部材１２ａを円筒形状の金属部材により構成することにより、低融点合金層２１Ｂが融解した場合であっても、融解した低融点合金が流れ出すことを防ぐことができる。このため、電池１００に異常が生じた際に、確実に正極接続部材１１ａと負極接続部材１２ａとを短絡させることができる。
【００８２】
また、図１１Ｂに示すように、正極接続部材１１ａの内側に配置される負極接続部材１２ａは、断面形状が連続した円形であるが、これに限らずに、例えば、図１２Ａに示す電池短絡素子１０ｄとして、内側に配置される負極接続部材１２ｂが板状の金属部材を円筒形状の部材の中心軸を囲うように丸められることにより形成されるように構成してもよい。また、絶縁体層２２Ｂの代わりに板状の絶縁体層２２Ｃを円筒形状の部材の中心軸を囲うように丸めることにより形成してもよい。この場合、絶縁体層２２Ｃは、上記低融点合金層２１Ｂとの組み合わせによる短絡層２０ｅを形成する。なお、上記負極接続部材１２ｂおよび絶縁体層２２Ｃ以外の電池短絡素子１０ｄを構成する構成要素である、正極接続部材１１ａおよび低融点合金層２１Ｂについては、上記の電池短絡素子１０ｃの構成要素と同様の構成である。
【００８３】
さらに、図１２Ｂに示すように、図１２Ａに示す電池短絡素子１０ｄにおいて、正極接続部材１１ａの内側に配置される負極接続部材１２ｂおよび絶縁体層２２Ｃの代わりに、板状の部材を丸めてその一部が重なった状態の円筒形状の負極接続部材１２ｃおよび絶縁体層２２Ｄを採用した電池短絡素子１０ｅとしてもよい。この場合、絶縁体層２２Ｄは、上記低融点金属層２１Ｂとの組み合わせによる短絡層２０ｆを形成する。なお、上記負極接続部材１２ｃおよび絶縁体層２２Ｄ以外の電池短絡素子１０ｄを構成する構成要素である、正極接続部材１１ａおよび低融点合金層２１Ｂについては、上記の電池短絡素子１０ｃの構成要素と同様の構成である。
【００８４】
また、板状の部材を丸めて円筒形状にする部材は、少なくとも最も内側に配置される部材（変形例（６）では負極接続部材）であればよい。さらに、図１２Ａおよび図１２Ｂに示すような電池短絡素子１０ｄ、１０ｅのような形態が採用される場合に、最も外側に配置される部材（変形例（６）では正極接続部材）は、その軸断面が連続した円形状である必要がある。また、正極接続部材１１ａの内側に配置されるすべての部材が板状の部材を丸めることにより円筒形状の部材を構成するような形態としてもよい。また、正極接続部材１１ａの内側に配置される部材について、その複数が板状の部材を丸めることにより円筒形状の部材を構成する形態が採用される場合には、最も内側に配置される部材から連続して隣り合う部材の複数全てが板状の部材を丸めることにより円筒形状の部材を構成する必要がある。すなわち、板状の部材を丸めることにより形成された円筒部材が、軸断面が連続した円形状である円筒部材によって挟まれるような構成は取らない。また、図１２Ａおよび図１２Ｂに示す、電池短絡素子１０ｄ、１０ｅは、正極接続部材１１ａの内側に負極接続部材１２ｂ、１２ｃが配置されているが、正極接続部材と負極接続部材との正負極の接続先を入れ替えて正極接続部材と負極接続部材との役割を逆にしてもよい。
【００８５】
このように、電池短絡素子１０ｄ、１０ｅは、内側に配置される部材が板状の部材を丸めることにより円筒形状の部材を形成しているため、内側から外側に配置される円筒形状の部材に対して復元力による圧力をかけることができる。つまり、内側に配置される円筒形状の部材の外径は、外側に配置される円筒形状の部材の内径よりも少し大きい状態で挿入されることにより形成される。これにより、正極接続部材と負極接続部材との間の短絡層に圧力を掛けることができ、電池に異常が発生して低融点金属層が融解した場合にスムーズに電池を短絡させることができる。
【００８６】
（７）
上記実施の形態１の電池短絡素子１０は、所定温度として７０〜２５０℃で低融点合金層２１が融解して第一電気伝導体１５と第二電気伝導体１６とが短絡しているが、例えば、電池に使用するセパレータのシャットダウン温度以下であることが好ましい。これにより、電池１００が電池セパレータによりシャットダウンする以前に電池短絡素子１０が短絡することにより電池１００を放電させることができる。このため、より安全に電池１００のエネルギーを放出させることができる。
【００８７】
また、上記全ての形態の電池短絡素子１０（本発明の請求項１〜１０）では、電池短絡素子自体が熱を感知して作動することが必要であるため、電池の近傍に配置することがのぞましく、また電池内の温度に応じて温度上昇が生じやすい電極端子近傍への設置がのぞましい。
【００８８】
また、本発明においては、第一電気伝導体と第二電気伝導体とに付勢力をかけることにより、低融点金属が融解時により安定した短絡状態を得ることができる。
【００８９】
上記実施の形態の電池短絡素子１０では、特に言及していないが、さらに、短絡素子部材１３の表面に外部の空気への放熱を促す伝熱フィンを設けてもよい。これにより、短絡素子部材１３に伝導してきた熱を放熱することができるため、電池１００が過熱することを防止することができる。なお、この構成は、正極接続部材１１または負極接続部材１２とは離れた位置に設けることが好ましい。なぜなら、正極接続部材１１または負極接続部材１２の近くに伝熱フィンを設けると、電池１００に異常が発生したときに生じる熱を短絡層２０に伝えることができず、電池短絡素子１０を迅速に作動させることが困難に成るからである。その一方で、伝熱フィンを正極接続部材１１もしくは負極接続部材１２とは離れた位置に設ける、または、正極接続部材１１および負極接続部材１２を短絡素子部材１３の中心に配置することにより、電池１００の異常による発熱を効率よく放熱することができる。
【００９０】
（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２について説明する。図１３は、本発明の実施の形態２に係る電池短絡システムを含む電池の外観を模式的に示す斜視図である。
【００９１】
図１３に示すように、電池２００は、図１に示された実施の形態１における電池短絡素子１０に代えて、電池短絡システム１１０を備える。電池２００の、電池短絡システム１１０以外の構成は、実施の形態１における電池１００の構成と同様であるので説明を省略する。
【００９２】
電池短絡システム１１０は、円柱形の短絡作動部１２０と、異常判断回路１２１と、正極端子１３１に接続される正極リード線１１ｂおよび負極端子に接続される負極リード線１２ｂとから成る。
【００９３】
図１４（ａ）は短絡作動部１２０の円柱の中心軸に垂直な面における断面図であり、図１４（ｂ）は短絡作動部１２０の中心軸に沿う面における断面図である。図１５は、電池短絡システムの機能ブロック図である。
【００９４】
短絡作動部１２０は、短絡素子部材１１３と、ヒータ３０と、断熱部材４０と、加熱指示回路３１と、加熱温度センサ３２とにより構成される。
【００９５】
短絡素子部材１１３は、正極端子１３１に正極リード線１１ｂにより電気的に接続される第一電気伝導体１５と、負極端子１３２に負極リード線１２ｂにより電気的に接続される第二電気伝導体１６と、第一電気伝導体１５と第二電気伝導体１６とに挟み込まれる短絡層２０とから構成される。つまり、正極リード線１１ｂ、負極リード線１２ｂおよび短絡素子部材１１３は、組み合わされることにより実施の形態１の電池短絡素子１０と同様に機能する。なお、第一電気伝導体１５、第二電気伝導体１６、および短絡層２０は、実施の形態１において説明した同様の文言および符号のものと材料および機能が同一であるので詳細な説明は省略する。また、短絡層２０の代わりに実施の形態１の変形例（１）で説明した短絡層２０ａを採用してもよい。
【００９６】
ヒータ３０は、短絡素子部材１１３を囲う円筒形状であり、例えばコイル状に繰り返し巻回した電熱線により構成される。ヒータ３０は、電流が流されることによりジュール熱を発生し、流される電流が大きいほど多くの熱を発生する。
【００９７】
断熱部材４０は、ヒータ３０の外表面の外側に配置される円筒形の部材であり、外部の熱を遮断する。断熱部材４０は、外部からの熱が短絡素子部材１１３に影響することを防ぐ。具体的には、断熱部材４０は、外部からの熱により短絡素子部材１１３が短絡することを防ぐ。
【００９８】
加熱指示回路３１は、異常判断回路１２１より電池に異常があることを示す信号を受信した場合に、加熱温度センサ３２が検出した検出値に基づいて、ヒータ３０の加熱量の制御を行う。
【００９９】
加熱温度センサ３２は、短絡素子部材１１３の温度を検出する温度センサであり、例えばサーミスタから成る。加熱温度センサ３２は、ヒータ３０の内部であって短絡素子部材１１３に接触した状態で配置され、短絡素子部材１１３の温度を検出する。
【０１００】
異常判断回路１２１は、異常判断部として機能し、電池に異常があると判断した場合に、その旨を知らせる信号を加熱指示回路３１に送信する。異常判断回路１２１は、電池温度センサ１２２を有し、電池温度センサ１２２により検出された電池の温度が異常温度以上になった場合に電池２００が異常であると判断する。なお、ここでいう「異常温度」は、予め出荷時に電池２００に対応して設定される温度であり、電池２００に異常が発生したと推定される温度である。
【０１０１】
電池温度センサ１２２は、電池２００の温度を検出する温度センサであり、例えばサーミスタから成る。電池温度センサ１２２は、電池２００の筐体１０２の外側に接触した状態で配置され、電池２００の筐体１０２の温度を検出する。なお、電池温度センサ１２２の配置される位置は、上述に限らずに、筐体１０２の内部であってもよい。
【０１０２】
加熱指示回路３１は、加熱指示テーブル３１ａを有しており、ヒータ３０が所定の温度になるように加熱温度センサ３２が検出する温度に基づいて、フィードバック制御する。
【０１０３】
これによれば、異常判断回路１２１により電池が異常であると判断された場合に、加熱指示回路３１は、ヒータ３０に通電を開始し、ヒータ３０に短絡層２０を加熱させる。このように、異常時における電池２００の温度上昇にかかる熱を利用すること無く、ヒータ３０に加熱させることにより短絡層２０の温度を上昇させるため、短絡層２０を配置する位置を電池２００と接触する位置に配置する必要がない。このため、短絡層２０を配置する位置を、電池２００に接触しない位置などに自由に設定できる。このように短絡層２０の位置を自由に設定できるため、外部からの熱の影響が少ない環境に短絡層２０を配置することができる。
【０１０４】
また、ヒータ３０による発熱を利用して低融点合金２１を融解させるため、例えば、外部からの熱の影響を受け難い程度の高い融点である低融点合金を採用して、採用した低融点金属の融点よりも高い温度に加熱することにより任意のタイミングで短絡層２０の低融点金属２１を融解させて正極と負極とを短絡させることができる。
【０１０５】
これにより、外部からの熱による影響により、電池の異常を誤検知して、電池に異常が生じていない場合であっても、電池の正極と負極とを短絡させることを防ぐことができる。
【０１０６】
（実施の形態２の変形例）
（１）
上記実施の形態２における電池短絡システム１１０では、異常判断回路１２１は電池温度センサ１２２を有しており、電池の温度を検出することにより電池の異常を判断しているが、これに限らない。
【０１０７】
例えば、図１６に示す電池短絡システム１１０ａの異常判断回路１２１ａのように、異常判断回路１２１ａが、電池温度センサ１２２ａの他にさらに、温度変化検出部１２３ａを有する構成であってもよい。なお、電池短絡システム１１０ａは、異常判断回路１２１ａ以外のヒータ３０、加熱指示回路３１、加熱テーブル３１ａ、加熱温度センサ３２および短絡素子部材１１３は、上記実施の形態２の電池短絡システム１１０と同様であるため説明を省略する。また、電池温度センサ１２２ａについても、上記実施の形態２の電池短絡システム１１０の電池温度センサ１２２と同様であるため説明を省略する。
【０１０８】
温度変化検出部１２３ａは、電池２００の単位時間あたりの温度の変化度を検出する。具体的には、温度変化検出部１２３ａは電池温度センサ１２２ａにより検出された温度を所定時間毎に取得することにより、温度の変化速度を検出する。
【０１０９】
異常判断回路１２１ａは、電池温度センサ１２２ａにより検出された電池２００の温度が異常温度以上になり、かつ、電池２００の単位時間あたりの温度の変化度が所定の変化度（つまり温度上昇速度）以上になった場合に電池２００が異常であると判断する。
【０１１０】
このように、異常判断回路１２１ａは、電池２００の温度が異常温度に達したことだけでなく、電池２００の温度上昇速度に達したか否かについても、電池２００の異常の判断材料としているため、例えば外気温度が影響することによる温度上昇を電池２００の異常と判断するような電池２００の異常の誤検知を低減させることができる。このため、電池２００に異常がない場合に、短絡素子部材１１３を短絡させることを防ぐことができ無駄に電池２００がエネルギーを放出することを防ぐことができる。
【０１１１】
（２）
また、例えば、図１７に示す電池短絡システム１１０ｂの異常判断回路１２１ｂのように、実施の形態２の異常判断回路１２１の電池温度センサ１２２の代わりに電池２００の筐体１０２の変形量を検出する変形量検出部としてのひずみゲージ１２２ｂを利用してもよい。なお、電池短絡システム１１０ｂは、異常判断回路１２１ｂ以外のヒータ３０、加熱指示回路３１、加熱テーブル３１ａ、加熱温度センサ３２および短絡素子部材１１３は、上記実施の形態２の電池短絡システム１１０と同様であるため説明を省略する。これは、電池２００に異常が生じる場合には、電池２００の筐体１０２内部の圧力が上昇し筐体１０２が膨張することがあることに基づいている。
【０１１２】
これにより、実施の形態２の電池短絡システム１１０と同等の効果を得ることができる。なお、変形量検出部は、ひずみゲージ１２２ｂに限らずに、例えば、筐体１０２の内部の発電要素１０１、集電体１０４などから筐体１０２に対して加えられる圧力を検出する感圧センサ筐体１０２の内側に設けることにより実現（電池２００の筐体１０２の変形量を検出）してもよい。
【０１１３】
（３）
また、例えば、図１８に示す電池短絡システム１１０ｃの異常判断回路１２１ｃのように、異常判断回路１２１ｃが、ひずみゲージ１２２ｂの他にさらに、変形速度検出部１２３ｃを有する構成であってもよい。なお、電池短絡システム１１０ｃは、異常判断回路１２１ｃ以外のヒータ３０、加熱指示回路３１、加熱テーブル３１ａ、加熱温度センサ３２および短絡素子部材１１３は、上記実施の形態２の電池短絡システム１１０と同様であるため説明を省略する。また、ひずみゲージ１２２ｃについても、上記実施の形態２の変形例（２）の電池短絡システム１１０ｂのひずみゲージ１２２ｃと同様であるため説明を省略する。
【０１１４】
変形速度検出部１２３ｃは、単位時間あたりの電池２００の筐体１０２の変形量である変形速度を検出する。具体的には、変形速度検出部１２３ｃは、ひずみゲージ１２２ｃにより検出された筐体１０２の変形量を所定時間毎に取得することにより、単位時間あたりの電池２００の筐体１０２の変形量である変形速度を検出する。
【０１１５】
異常判断回路１２１ｃは、ひずみゲージ１２２ｃにより検出された電池２００の筐体１０２の変形量が所定の変形量以上になり、かつ、変形速度検出部１２３ｃにより検出された電池２００の変形速度が所定の変形速度以上になった場合に電池２００が異常であると判断する。
【０１１６】
このように、異常判断回路１２１ｃは、電池２００の筐体１０２の変形量が所定の変形量に達したことだけでなく、電池２００の変形速度に達したか否かについても、電池２００の異常の判断材料としているため、例えば外気温度が影響することによる変形量の増加を電池２００の異常と判断するような電池２００の異常の誤検知を低減させることができる。このため、電池２００に異常がない場合に、短絡素子部材１１３を短絡させることを防ぐことができ無駄に電池２００がエネルギーを放出することを防ぐことができる。
【０１１７】
（４）
上記実施の形態２の短絡作動部１２０内部の短絡素子部材１１３を構成する短絡層２０は、１種類の低融点合金層２１から成るが、この短絡層２０を採用することに限らない。例えば、実施の形態１の変形例（２）で説明したような、種類の異なる融点を有する複数種類の低融点合金を有する、短絡層２０ｂまたは短絡層２０ｃを採用してもよい。図１９は、短絡層２０ｃを採用した場合の短絡作動部１２０ａを示す図である。ここでは、短絡層２０ｂを採用する場合の図は省略する。
【０１１８】
短絡作動部１２０ａ内部の短絡層２０ｃに融点の異なる複数の低融点金属を使用すると、例えば、異常判断回路１２１に段階的に電池の異常を判断させて、加熱指示回路３１がヒータ３０の温度を異常の度合に応じて段階的に制御することにより、短絡素子部材１１３の短絡層２０ｃによって短絡される第一電気伝導体１５と第二電気伝導体１６とが電気的に接続される領域を段階的に増加させることができる。つまり、電池２００の温度に応じて第一電気伝導体１５と第二電気伝導体１６とが短絡することにより流れる電流の量を段階的に調整することができる。これにより、温度上昇速度が大きい場合には素早く大きな電流を流すことにより安定的に放電させ、温度上昇速度が小さい場合には最低限短絡させて小さい電流を流すことにより必要以上に放電しないように放電量を抑えることができる。
【０１１９】
（５）
上記実施の形態２の電池温度センサ１２２としては、サーミスタを採用しているが、これに限らずに、例えば、融点の異なる複数の低融点金属が採用されている短絡層２０ｂまたは短絡層２０ｃを採用した電池短絡素子を採用してもよい。
【０１２０】
（他の実施の形態）
（１）
上記実施の形態の電池短絡素子１０では、第一電気伝導体１５および第二電気伝導体１６はアルミニウムから成るが、これに限らずに、熱伝導性が高いものであればよい。例えば、第一電気伝導体１５および第二電気伝導体１６の少なくともどちらか一方が、アルミニウム、ニッケル、鉄、銅、ステンレス、および他の金属材料の中から選択できる。また、同様に、正極接続部材１１および負極接続部材１２はアルミニウムから成るが、これに限らずに、熱伝導性が高いものであればよい。例えば、正極接続部材１１および負極接続部材１２の少なくともどちらか一方が、アルミニウム、ニッケル、鉄、銅、ステンレス、および他の金属材料の中から選択できるいずれかであればよい。
【０１２１】
（２）
上記実施の形態の電池短絡素子１０は、一つの電池１００の負極端子１３２と正極端子１３１とを短絡させるものであるが、一つの電池１００に限らずに、複数の電池を組み合わせたものに対して適用してもよい。例えば、電池短絡素子１０は、複数の電池が直列に接続された電池システムに対して適用してもよいし、複数の電池が並列に接続された電池システムに対してそのすべての電池もしくは複数の電池間に短絡素子を用いることによって適用してもよいし、複数の電池が直並列に接続された電池システムに対して適用してもよい。
【０１２２】
（３）
上記実施の形態の電池１００では、負極端子１３２と正極端子１３１とを一つの電池短絡素子１０により短絡可能な状態に接続しているが、これに限らずに、負極端子１３２と筐体１０２との間と、正極端子１３１と筐体１０２との間とをそれぞれ一つずつの電池短絡素子１０により短絡可能な状態に接続してもよい。筐体１０２は、電気導電性のある例えば金属部材により構成されている。このため、上記のような構成としても、電池１００に異常な熱が生じた場合に、負極端子１３２と筐体１０２とが短絡し、かつ、正極端子１３１と筐体１０２とが短絡することにより、負極端子１３２と正極端子１３１とを短絡させることができる。また、このように、２つの電池短絡素子１０により負極端子１３２と正極端子１３１とを短絡可能な状態に接続することで、何らかの異常により一方の電池短絡素子１０が短絡してしまっても、正常な状態の電池１００を短絡して放電することを防ぐことができる。
【０１２３】
（４）
上記実施の形態の電池短絡素子１０では、特に言及していないが、さらに、例えば短絡素子部材１３の表面に一定温度以上になったら色が変化するサーモテープを貼ってもよい。このように、電池短絡素子１０を構成することにより、サーモテープの色の変化を、電池１００に異常が発生して電池短絡素子１０が作動したか否かを判定するための指標に利用することができる。
【０１２４】
（５）
上記実施の形態の電池短絡素子１０では、第一電気伝導体１５は正極端子１３１と正極接続部材１１を介して接続され、第二電気伝導体１６は負極端子１３２と負極接続部材１２を介して接続されているが、これに限らずに、第一電気伝導体１５が負極端子１３２と接続され、第二電気伝導体１６が正極端子１３１と接続されるようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１２５】
本発明は、電池に異常が発生し、電池内部の温度が過度に上昇したり、電池の内圧が過度に上昇したりした場合にのみ、正極端子と負極端子とを確実に短絡させ電池を安全化することができる電池短絡素子、電池、および電池システム等として利用することができる。
【符号の説明】
【０１２６】
１０、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ 電池短絡素子
１１、１１ａ 正極接続部材
１１ｂ 正極リード線
１２、１２ａ 負極接続部材
１２ｂ 負極リード線
１３、１３ａ、１３ｂ、１１３ 短絡素子部材
１５ 第一電気伝導体
１６ 第二電気伝導体
２０、２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ 短絡層
２１、２１Ａ、２１Ｂ 低融点合金層
２１ａ 第一低融点合金層
２１ｂ 第二低融点合金層
２１ｃ 第三低融点合金層
２１ｄ 第四低融点合金層
２２ 絶縁体フィルム
２２Ａ 絶縁体コーティング
２２Ｂ 絶縁体層
３０ ヒータ
３１ 加熱指示回路
３１ａ 加熱指示テーブル
３２ 加熱温度センサ
４０ 断熱部材
４１ 正極側接続部分
４２ 負極側接続部分
１００、２００ 電池
１０１ 発電要素
１０２ 筐体
１０３ 電極端子
１０４ 集電部材
１３１ 正極端子
１３２ 負極端子
１４１ 正極集電部材
１４２ 負極集電部材
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電池に異常な温度上昇が起こった場合に、正極端子と負極端子とを短絡させることにより電池のエネルギーを放出させ、電池を安全化することができる電池短絡素子、並びに電池短絡素子を利用した電池および電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電気自動車用や電力貯蔵用の電池として、エネルギー密度が高く、かつ安全性の高いリチウムイオン電池が求められている。
【０００３】
このような、高いエネルギー密度を有するリチウムイオン電池は、過充電や内部短絡などの異常時には、電池内部の温度が過度に上昇したり、電池の内圧が著しく上昇し、電池ケースが変形したりする場合がある。このような場合には速やかに電池を安全化するため、電池を短絡させることによりエネルギーを放出させる方法が考えられる。
【０００４】
特許文献１では、板状の正極端子と、板状の負極端子と、正極端子と負極端子とに挟み込まれて接続される絶縁層とからなる短絡機構を電池に設けている。この絶縁層は、所定温度以上において溶融することにより正極端子と負極端子とを導通させる機能を有する。これにより短絡機構は、電池に異常が発生して所定温度以上となった場合に、電池の正極と負極とを短絡させ、電池を安全化することができる。
【０００５】
また、特許文献２では、正極端子である蓋板と負極端子との間の絶縁を行う絶縁部材として温度上昇により抵抗値が減少するＮＴＣ素子を利用することにより、電池の温度が上昇した場合に絶縁部材の抵抗が減少して正負極間を短絡させる。さらに、特許文献２では、バイメタルを利用することにより電池の温度が上昇した場合に正極端子と負極端子とを短絡させるスイッチが開示されている。
【０００６】
また、特許文献３では、負極と電気的に接続されている筐体（電池缶）と正極に電気的に接続されている電池蓋とのそれぞれに低融点合金が配置されている電池が開示されている。この電池では、電池に異常が発生して所定温度を超えた場合に低融点合金が融解し、筐体と電池蓋とを電気的に接続することにより短絡させている。
【０００７】
また、特許文献４では、負極端子の周囲に正極に電気的に接続されている低融点合金を配置した電池が開示されている。この電池では、電池に異常が発生して所定温度を超えた場合に低融点合金が融解することにより負極端子と接触し、正極と負極とを電気的に接続することにより短絡させている。
【０００８】
以上の特許文献１〜４のように、電池の異常によって過度な熱が発生した場合に、短絡機構（低融点合金を含む）において正極端子と負極端子とを接続して短絡させることにより、安全にエネルギーを電池から放出させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００８−１３０４５８号公報
【特許文献２】特開２００５−０４４６２６号公報
【特許文献３】特開２００６−２２８５２０号公報
【特許文献４】特開２００９−７６２７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
電池の異常時には、電池を速やかに安全化するために大電流で放電し、電池のエネルギーを外部に放出することが必要であるが、特許文献１〜４のような技術では、以下の観点から難しい。
【００１１】
特許文献１のような技術では、板状の正極端子と板状の負極端子とにより絶縁層を挟み込んだ構造であるため、振動などの衝撃を与えられた場合に絶縁層が外れて予期せぬ短絡が起こることは否定できず、耐振動性や耐衝撃性の点で問題がある。また、この短絡機構は、正極端子および負極端子に外部から付勢力を与えられることを前提としており、絶縁層が溶融しても外部からの付勢力のために絶縁層の融解物が介在し、抵抗値が低減しにくい構成となっている。このため、この構成では、確実に短絡させて放電させることが難しい。また、特許文献１のような技術では短絡機構（短絡素子）の短絡時の抵抗値の安定性および再現性の問題があるため、電池の異常時に緊急的に放電させることは難しい。
【００１２】
また、特許文献２のＮＴＣ素子を利用する技術では、通常使用時も微小電流が流れ続けるため電池システムとしての自己放電量が大きくなりこのましくない。
【００１３】
同じく特許文献２のバイメタルスイッチを利用する技術では、バイメタルスイッチにより正極端子と負極端子とを短絡させるため、短絡する箇所が構造的に一点となる。しかし、バイメタルスイッチでは、上述のように短絡する箇所が構造的に一点となるため大電流を流すことが難しく、短絡性能を確保することが困難である。バイメタルスイッチの短絡する箇所の面積を大きくし電池の安全化を図ろうとすると、バイメタルスイッチを大きくする必要があり、生産コストが増加してしまうといった問題がある。さらに、バイメタルスイッチの場合には、元々接触していない部分が、温度上昇があってスイッチ部分が変形し接触する事により短絡する。つまり、耐振動性や耐衝撃性が求められる用途においては、安定した絶縁性能を得ることは難しく、短絡素子の信頼性にも問題があると考えられる。
【００１４】
また、特許文献３および特許文献４のような技術では、正極と負極とを短絡させる部位が小さい。つまり、正極と負極とが短絡された場合の、短絡経路における抵抗が十分に小さくない。このため、短絡箇所から大電流で放電を行うことは難しく、大電流を流そうとすると短絡箇所の部位を大きくする必要があり好ましくない。
【００１５】
そこで、本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、電池に異常が発生して電池内部の温度が過度に上昇した場合に、正極端子と負極端子とを確実に短絡させて安定的に放電させることのできる電池短絡素子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】
【００１６】
上記目的を達成するために、本発明の一形態に係る電池短絡素子は、第一電極と第二電極とを有する電池に接続される電池短絡素子であって、前記第一電極側に電気的に接続される第一電気伝導体と、前記第二電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低融点合金層と、を有する短絡層と、を備え、前記短絡層は、所定温度未満において前記第一電気伝導体と前記第二電気伝導体とを絶縁し、所定温度以上において、少なくとも前記低融点合金層の一部また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。
【００１７】
これによれば、短絡層が、電流を導通させることが可能な低融点合金層と、電流を導通させない絶縁体とにより構成されており、低融点合金層が所定温度以上において一部または全部が融解することにより、第一電気伝導体と第二電気伝導体とを直接的または間接的に短絡させる。つまり、低融点合金層が融解し、融解した低融点合金が絶縁体に予め設けられる開口または絶縁体が変形することにより生じる隙間に入り込むことにより、第一電気伝導体と第二電気伝導体とを導通状態とさせる。
【００１８】
このため、短絡領域において第一電気伝導体と第二電気伝導体とを低融点合金層が融解することにより電気的に接続することができる。また、第一電気伝導体と第二電気伝導体とは箔状部材または板状部材からなるため、短絡領域を容易に大きくすることができる。これにより、第一電気伝導体と第二電気伝導体との電気的に接続される箇所を多くすることができ、より多くの電流を流すことができる。したがって、正極端子と負極端子とを確実に短絡させて安定的に放電させることができる。また、短絡領域の調整が容易であるため、短絡時の短絡素子の抵抗を制御することが可能となる。さらに、一旦短絡が始まると、短絡点から発生するジュール熱により短絡面積が逐次的に拡大していくため、確実かつ安定した短絡性能を得ることができる。
【００１９】
また、好ましくは、前記絶縁体は、開口が形成されており、前記短絡層は、前記低融点合金層が融解して前記絶縁体の前記開口に流入することにより、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。
【００２０】
これによれば、絶縁体には開口が形成されており、低融点合金層が融解して絶縁体の開口に流入することにより、第一電気伝導体と第二電気伝導体とを短絡させる。このため、第一電気伝導体と第二電気伝導体との電気的に接続される部分を多くすることができ、より多くの電流を流すことができる。したがって、正極端子と負極端子とを確実に短絡させて安定的に放電させることができる。
【００２１】
また、前記短絡層は、前記低融点合金層が融解し、かつ、前記絶縁体の一部または全部が変形することにより、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こともできる。
【００２２】
これによれば、絶縁体の一部または全部が変形することにより、絶縁体に融解した低融点合金層が流入する隙間（開口）が生じる。このため、短絡層は、所定温度以上となった場合に、第一電気伝導体と第二電気伝導体とを効率よく短絡させることができる。これにより、第一電気伝導体と第二電気伝導体との電気的に接続される部分を多くすることができ、より多くの電流を流すことができる。したがって、正極端子と負極端子とを確実に短絡させて安定的に放電させることができる。
【００２３】
また、好ましくは、前記短絡層は、前記絶縁体と前記低融点合金層とが積層されることにより成る。
【００２４】
また、前記短絡層は、前記低融点合金層が前記絶縁体によりコーティングされることにより成ってもよい。
【００２５】
また、好ましくは、前記第一電気伝導体と前記第二電気伝導体とは、箔状部材または板状部材から成る。
【００２６】
また、前記第一電気伝導体と前記第二電気伝導体とは、前記短絡層を介して積層された状態で巻回されることにより形成されてもよい。
【００２７】
また、好ましくは、前記第一電気伝導体と前記第二電気伝導体とは、前記短絡層を介して積層された状態で蛇腹状に折りたたまれることにより形成される。
【００２８】
また、好ましくは、前記第一電気伝導体と前記第二電気伝導体とは、円筒形状の部材から成り、前記第一電気伝導体および前記第二電気伝導体の一方が他方の内側に重なりあって配置される。
【００２９】
また、好ましくは、前記第一電気伝導体と前記第二電気伝導体との内で内側に配置される円筒形状の部材は、板状の金属部材が円筒形状の部材の中心軸を囲うように丸められることにより形成される。
【００３０】
また、前記短絡層は、前記低融点合金層が、前記短絡領域の内の一部である第一短絡領域に配置され、融点が第一温度である第一低融点合金層と、前記短絡領域の内の前記第一短絡領域とは異なる領域である第二短絡領域に配置され、融点が前記第一温度とは異なる第二温度である第二低融点合金層と、から成ってもよい。
【００３１】
これによれば、低融点合金層は、融点が異なる２種類の低融点合金が短絡領域を分割した領域に配置される。つまり、第一温度において融解する第一低融点合金層と、第二温度において融解する第二低融点合金層とが、短絡領域において並んで配置される。このため、温度に応じて第一電気伝導体と第二電気伝導体とが短絡する面積を調整することができる。つまり、温度に応じて第一電気伝導体と第二電気伝導体とが短絡することにより流れる電流の量を段階的に調整することができる。これにより、温度が高い場合には素早く大きな電流を流すことにより安定的に放電させ、温度が低い場合には最低限短絡させて小さい電流を流すことにより必要以上に放電しないように放電量を抑えることができる。
【００３２】
また、本発明の一形態にかかる電池短絡システムは、上記に記載の電池短絡素子と、前記電池の異常を判断する異常判断部と、前記短絡層の温度を上昇させる加熱部と、前記電池が異常であると前記異常判断部により判断された場合に、前記加熱部に加熱を行わせる加熱指示部と、を備える。
【００３３】
これによれば、異常判断部により電池が異常であると判断された場合に、加熱指示回路は、加熱部に短絡層を加熱させる。このように、異常時における電池の温度上昇にかかる熱を利用すること無く、加熱部に加熱させることにより短絡層の温度を上昇させるため、短絡層を配置する位置を電池近傍とする必要がない。このため、短絡層を配置する位置を、電池近傍ではない位置などに自由に設定できる。このように短絡層の位置を自由に設定できるため、外部からの熱の影響が少ない環境に短絡層を配置することができる。
【００３４】
また、加熱部による発熱を利用して低融点金属を融解させるため、例えば、外部からの熱の影響を受け難い程度の高い融点である低融点金属を採用して、採用した低融点金属の融点よりも高い温度に加熱することにより任意のタイミングで短絡層の低融点金属を融解させて正極と負極とを短絡させることができる。
【００３５】
これにより、外部からの熱による影響により、電池の異常を誤検知して、電池に異常が生じていない場合であっても、電池の正極と負極とを短絡させることを防ぐことができる。
【００３６】
また、前記異常判断部は、前記電池の温度を検出する温度検出部を有し、前記温度検出部により検出された前記電池の温度が異常温度以上になった場合に前記電池が異常であると判断してもよい。
【００３７】
また、前記異常判断部は、前記電池の温度を検出する温度検出部と、前記電池の単位時間あたりの温度の変化度を検出する温度変化検出部とを有し、前記温度検出部により検出された前記電池の温度が異常温度以上になり、かつ、前記温度変化検出部により検出された前記電池の単位時間あたりの温度の変化度が所定の変化度以上になった場合に、前記電池が異常であると判断してもよい。
【００３８】
また、前記異常判断部は、前記電池の筐体の変形量を検出する変形量検出部を有し、前記変形量検出部により検出された前記電池の変形量が所定の変形量以上になった場合に前記電池が異常であると判断してもよい。
【００３９】
また、前記異常判断部は、前記電池の筐体の変形量を検出する変形量検出部と、単位時間あたりの前記電池の筐体の変形量である変形速度を検出する変形速度検出部とを有し、前記変形量検出部により検出された前記電池の筐体の変形量が所定の変形量以上になり、かつ、前記変形速度検出部により検出された前記電池の変形速度が所定の変形速度以上になった場合に前記電池が異常であると判断してもよい。
【００４０】
また、本発明は、このような電池短絡素子または電池短絡システムとして実現できるだけでなく、電池短絡素子または電池短絡システムを第一電極側と第二電極側とに配置した電池として実現することもできる。さらに、本発明は、複数の電池が接続されて成る電池モジュールと、電池モジュールの第一電極側と第二電極側とを接続する電池短絡素子または電池短絡システムとから成る電池システムとして実現することもできる。
【発明の効果】
【００４１】
本発明に係る電池短絡素子によれば、電池に異常が発生して電池内部の温度が過度に上昇した場合にのみ、正極端子と負極端子とを確実に短絡させて安定的に放電させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の実施の形態１に係る電池短絡素子を含む電池の概観を模式的に示す斜視図である。
【図２】筐体の壁部の一部を省略して電池の内部を模式的に示す斜視図である。
【図３】電池短絡素子の構成を示す斜視図である。
【図４Ａ】巻回構造とする前の過程における電池短絡素子の構成を示す図である。
【図４Ｂ】巻回構造とする前の過程における積層された短絡素子部材の各構成要素の断面図である。
【図４Ｃ】絶縁体フィルムの外観図である。
【図４Ｄ】巻回構造の電池短絡素子の外観図である。
【図４Ｅ】正極接続部材または負極接続部材の長手方向に直交する面における巻回構造の短絡素子部材の断面図である。
【図５】実施の形態１の変形例（１）に係る巻回構造とする前の過程における積層された短絡素子部材の各構成要素の断面図である。
【図６】実施の形態１の変形例（２）に係る４種類の異なる融点の低融点合金により構成される低融点合金層を有する短絡層の一例を示す断面図である。
【図７】実施の形態１の変形例（２）に係る４種類の異なる融点の低融点合金により構成される低融点合金層を有する短絡層の一例を示す断面図である。
【図８】実施の形態１の変形例（３）に係る電池短絡素子の構成を示す斜視図である。
【図９Ａ】実施の形態１の変形例（５）に係る積層構造の短絡素子部材の外観図である。
【図９Ｂ】実施の形態１の変形例（５）に係る正極接続部材または負極接続部材の長手方向に沿っておりかつ短手方向に直交する面における積層構造の短絡素子部材の断面図である。
【図１０Ａ】実施の形態１の変形例（５）に係る折りたたみ構造の短絡素子部材の外観図である。
【図１０Ｂ】実施の形態１の変形例（５）に係る正極接続部材または負極接続部材の長手方向に直交する面における折りたたみ構造の短絡素子部材の断面図である。
【図１１Ａ】実施の形態１の変形例（６）に係る円筒状の金属部材を正極接続部材および負極接続部材として採用した電池短絡素子の外観図である。
【図１１Ｂ】実施の形態１の変形例（６）に係る電池短絡素子の円筒の中心軸に垂直な面における断面図である。
【図１１Ｃ】実施の形態１の変形例（６）に係る電池短絡素子の円筒の中心軸に沿う面における断面図である。
【図１２Ａ】実施の形態１の変形例（６）に係る他の電池短絡素子の円筒の中心軸に垂直な面における断面図である。
【図１２Ｂ】実施の形態１の変形例（６）に係る他の電池短絡素子の円筒の中心軸に垂直な面における断面図である。
【図１３】本発明の実施の形態２に係る電池短絡システムを含む電池の外観を模式的に示す斜視図である。
【図１４】（ａ）は短絡作動部の円柱の中心軸に垂直な面における断面図であり、（ｂ）は短絡作動部の中心軸に沿う面における断面図である。
【図１５】電池短絡システムの機能ブロック図である。
【図１６】実施の形態２の変形例（１）に係る電池短絡システムの機能ブロック図である。
【図１７】実施の形態２の変形例（２）に係る電池短絡システムの機能ブロック図である。
【図１８】実施の形態２の変形例（３）に係る電池短絡システムの機能ブロック図である。
【図１９】実施の形態２の変形例（４）に係る短絡作動部の中心軸に沿う面における断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００４３】
本願発明の実施の形態における電池短絡素子について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施の形態は、本願発明に係る電池短絡素子の一例を示したものに過ぎない。したがって本願発明は、以下の実施の形態を参考に請求の範囲の文言によって範囲が画定されるものであり、以下の実施の形態のみに限定されるものではない。
【００４４】
（実施の形態１）
図１は、電池短絡素子を含む電池の概観を模式的に示す斜視図である。図２は、筐体の壁部の一部を省略して電池の内部を模式的に示す斜視図である。
【００４５】
これらの図に示すように、電池１００は、電気を充電し、また、電気を放電することのできる蓄電池であり、より具体的には、非水電解液電池（例えばリチウムイオン電池）等である。電池１００は、発電要素１０１と、筐体１０２と、電極端子１０３である第一電極としての正極端子１３１および第二電極としての負極端子１３２と、集電部材１０４である正極集電部材１４１および負極集電部材１４２と、電池短絡素子１０とを備えている。
【００４６】
電池短絡素子１０は、図３に示すように、正極接続部材１１と、負極接続部材１２と、短絡素子部材１３とにより構成される。図３は、電池短絡素子１０の構成を示す斜視図である。
【００４７】
正極接続部材１１は、電池１００の正極端子１３１と短絡素子部材１３とを接続する板状の金属部材である。つまり、正極接続部材１１は、正極端子１３１から短絡素子部材１３まで伸びる長方形状の板状部材である。負極接続部材１２は、電池１００の負極端子１３２と短絡素子部材１３とを接続する板状の金属部材である。つまり、負極接続部材１２は、負極端子１３２から短絡素子部材１３まで延びる長方形状の板状部材である。正極接続部材１１および負極接続部材１２は、金属部材であり、本実施の形態では熱伝導性が高く、電気伝導性にも優れるアルミニウムから成る。
【００４８】
以下、図４Ａ、図４Ｂ、図４Ｃおよび図４Ｄを用いて電池短絡素子１０について説明する。図４Ａは、巻回構造とする前の過程における電池短絡素子の構成を示す図である。図４Ｂは、巻回構造とする前の過程における積層された各構成要素の断面図である。図４Ｃは、絶縁体フィルムの外観図である。図４Ｄは、巻回構造の電池短絡素子の外観図である。図４Ｅは、正極接続部材または負極接続部材の長手方向に直交する面における巻回構造の短絡素子部材１３の断面図である。
【００４９】
短絡素子部材１３は、図４Ａに示すように、短絡層２０と、第一電気伝導体１５と、第二電気伝導体１６とから成る。第一電気伝導体１５および第二電気伝導体１６は、長方形の箔状の金属部材であり、本実施の形態ではアルミニウムから成る。第一電気伝導体１５の１辺の全てにおいて、正極接続部材１１が接続されており、第一電気伝導体１５は正極接続部材１１により正極端子１３１に電気的に接続される。第二電気伝導体１６の１辺の全てにおいて、負極接続部材１２が接続されており、第二電気伝導体１６は負極接続部材１２により負極端子１３２に電気的に接続される。
【００５０】
なお、正極接続部材１１が第一電気伝導体１５に接続される箇所は第一電気伝導体１５の１辺の全てでなくとも電気的に接続されていればよく、当該１辺の一部であってもよい。これと同様に、負極接続部材１２についても、第二電気伝導体１６に接続される箇所は第二電気伝導体１６の１辺の全てでなくとも電気的に接続されていればよく、当該１辺の一部であってもよい。
【００５１】
短絡素子部材１３は、積層された状態では図４Ｂに示すように、１層目の短絡層２０と、第一電気伝導体１５と、２層目の短絡層２０と、第二電気伝導体１６とが順に積層されている。短絡層２０はまた、低融点合金層２１と絶縁体フィルム２２とを有し、１枚の絶縁体フィルム２２が２層の低融点合金層２１により挟まれて積層された状態となっている。つまり、短絡層２０は、３層構造となっている。なお、図４Ａでは、短絡層２０として１層として図示しており、詳細な構成は省略している。
【００５２】
低融点合金層２１は、融点が７０〜２５０℃の合金が好ましく、さらに言えば、７０から１５０℃の合金がこのましい。例えば、すず（Ｓｎ）または鉛（Ｐｂ）を含む低融点はんだである。なお、低融点合金層２１に使用される合金としては、１５０℃以上のものであってもよく、例えば融点が２００℃の合金であっても効果がある。また、低融点合金層２１は、低融点合金にフラックス剤を混合させておく、または、低融点合金層２１が接触する層（以下、「接触層」とする。）である絶縁体フィルム２２、または、第一電気伝導体１５および第二電気伝導体１６に予め塗布しておくことが好ましい。このように、フラックス剤を使用することにより、低融点合金層２１と、接触層との濡れ性が向上し、容易に接触層の表面に低融点合金層２１を層状に塗布することができる。なお、フラックス剤としては、例えば有機酸、アミン類、ハロゲン化物等の少なくとも一種を活性剤として含有するロジンベースのフラックス剤を利用することができる。
【００５３】
絶縁体フィルム２２は、薄膜状の絶縁体であり複数の開口ｈが形成される。絶縁体フィルム２２は、融点が１５０℃以上の材質が好ましく、例えばシリコンゴムやテフロン（登録商標）樹脂などである。絶縁体フィルム２２はまた、低融点合金層２１の合金に対して濡れ性があるシリコンゴムが好ましい。なお、絶縁体フィルム２２の融点は低融点金属層２１の融点よりも高いことが好ましい。例えば、絶縁体フィルム２２の材質が低融点合金層２１と同様の融点である７０〜２５０℃の場合は、その融点未満の温度で変形（特に収縮）することにより、不要な短絡を起こすことになり、好ましくない。絶縁体フィルム２２は、第一電気伝導体１５と第二電気伝導体１６との絶縁を実質的に為している部材であるため、短絡を意図する温度未満の場合には両者を確実に絶縁し、短絡を意図する温度以上となった場合に両者を確実に短絡させることが好ましい。つまり、絶縁体フィルム２２は、第一電気伝導体１５と第二電気伝導体１６とを確実に絶縁した状態で、より薄く開口ｈの面積の割合が大きいことが好ましい。開口ｈの面積の割合を大きくするためには、開口ｈの数を増やすことと、一つの開口ｈの大きさを大きくすることが考えられる。なお、ここでは絶縁体フィルム２２として開口ｈを有する絶縁性シートを示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、絶縁性かつ多孔性を有するものであればよく、絶縁性材料から構成されたネットやメッシュ多孔体（つまり網状の材料）などを用いることができる。
【００５４】
短絡層２０は、図４Ａに示すように、２つ折りの状態で２つ折りの間に第一電気伝導体１５の全体が挟まれる。このように第一電気伝導体１５を短絡層２０で挟み込んだものの外側に第二電気伝導体１６を配置することにより、第一電気伝導体１５と第二電気伝導体１６とが短絡層２０を介して積層された状態としている。短絡層２０は、上述したように、絶縁体フィルム２２を低融点合金層２１で挟みこんだ３層構造の層である。このため、短絡層２０を介して第一電気伝導体１５と第二電気伝導体１６とを積層することにより、第一電気伝導体１５と第二電気伝導体１６とは短絡層２０の絶縁体フィルム２２により絶縁されていることになる。なお、短絡層２０として絶縁体フィルム２２の両面に予め低融点合金層２１を備えた構成を図４Ａで説明しているが、これに限るものではなく、低融点合金層２１は、第一電気伝導体１５または第二電気伝導体１６に備えた状態で積層される形態であってもよい。また、本発明においては、第一電気伝導体１５と第二電気伝導体１６とにクリップなどにより付勢力をかけることで、低融点金属が融解時により安定した短絡状態を得ることができる。
【００５５】
そして、第一電気伝導体１５と第二電気伝導体１６とが短絡層２０を介して積層された状態で、短絡素子部材１３は、正極接続部材１１および負極接続部材１２を中心に、かつ、短絡層２０が外側に、なるように１巻き以上巻き込むように巻回されることにより形成される。
【００５６】
また、短絡層２０は、短絡素子部材１３として構成される際に、第一電気伝導体１５と第二電気伝導体１６との間であって、第一電気伝導体１５と第二電気伝導体１６とが重なり合う領域（以下、「短絡領域」とする。）に少なくとも配置される。このように短絡層２０を配置することにより、短絡素子部材１３内部において第一電気伝導体１５と第二電気伝導体１６とは絶縁体フィルム２２により電気的に絶縁された状態となる。
【００５７】
そして、短絡層２０は、所定温度（本実施の形態では７０〜１５０℃のいずれかであって、低融点合金層２１の融点）以上になると、低融点合金層２１が融解し、絶縁体フィルム２２の開口ｈに流入することにより、第一電気伝導体１５と第二電気伝導体１６とを短絡させる。このとき、短絡素子部材１３の抵抗値（Ω）は、短絡前に比べて９桁以上低下する。つまり、短絡素子部材１３は、通常時は電池の自己放電を小さくするために実質的に絶縁状態であることが必要であり、このましくは１ＭΩ以上の高抵抗であることが必要である。一方、短絡素子部材１３は、短絡状態においては、電池を急速に放電させ電池内のエネルギーを放出させることが必要であるため、低抵抗で端子間を短絡させることが必要である。この短絡時の抵抗は１０〜１００ｍΩ程度であることがのぞましい。このように、短絡前後の短絡素子の抵抗変化を９桁以上とすることにより、通常時の自己放電を小さくでき、かつ、短絡時の電池の放電を急速に行うことができる。
【００５８】
本実施の携帯における短絡素子部材１３によれば、短絡層２０が、電流を導通させることが可能な低融点合金層２１と、電流を導通させない絶縁体フィルム２２とにより構成されており、少なくとも低融点合金層２１が所定温度以上において一部または全部が融解することにより、第一電気伝導体１５と第二電気伝導体１６とを直接的に短絡させる。つまり、低融点合金層２１が融解し、融解した低融点合金が絶縁体フィルム２２に予め設けられる開口ｈに入り込むことにより、第一電気伝導体１５と第二電気伝導体１６とを導通状態とさせる。
【００５９】
このため、短絡領域の複数箇所において第一電気伝導体１５と第二電気伝導体１６とを低融点合金層２１が融解することにより電気的に接続することができる。また、第一電気伝導体１５と第二電気伝導体１６とは箔状部材から成るため、短絡領域を容易に大きくすることができる。これにより、第一電気伝導体１５と第二電気伝導体１６との電気的に接続される箇所を多くすることができ、より多くの電流を流すことができる。したがって、正極端子１３１と負極端子１３２とを確実に短絡させて安定的に放電させることができる。また、短絡領域の面積の調整が容易であるため、短絡時の短絡素子の抵抗を制御することが可能となる。さらに、一旦短絡が始まると、短絡点から発生するジュール熱により短絡面積が逐次的に拡大していくため、確実かつ安定した短絡性能を得ることができる。
【００６０】
また、本実施の形態における短絡素子部材１３は、短絡層２０に第一電気伝導体１５が挟まれた状態で、第二電気伝導体１６と積層されて、巻回されて成るこのため、短絡素子部材１３の巻回構造の中心側部分が外側に広がろうとする復元力によって、短絡素子部材１３の外側の部分と中心側の部分とが近づこうとする。つまり、第一電気伝導体１５と、第二電気伝導体１６との間には、互いに近づくような付勢力が働いている。このような状態で、絶縁体フィルムが変形すると、さらに確実に第一電気伝導体１５と第二電気伝導体１６とを短絡させることができる。また、短絡素子部材１３を巻回構造とすることにより、後述する積層構造や折りたたみ構造の短絡素子部材よりも耐震性および耐衝撃性が優れたものすることができる。
【００６１】
また、本実施の形態における短絡素子部材１３は、正極接続部材１１および負極接続部材１２を中心にして、第一電気伝導体１５、第二電気伝導体１６、および短絡層２０を巻き込んだ巻回構造としている。このように、電池１００からの熱を伝導する正極接続部材１１および負極接続部材１２を短絡素子部材１３の中心に配置することにより、短絡素子部材１３における正極接続部材１１および負極接続部材１２からの放熱を防ぐことができる。このため、電池１００から異常な熱が発生した場合に、短絡素子部材１３に伝わった熱が放熱されることを軽減でき、確実に短絡層２０に伝えることができる。これにより、より確実に短絡素子部材１３の内部において、電池１００において異常が発生したことを検知して、第一電気伝導体１５と第二電気伝導体１６とを短絡させることができる。
【００６２】
本実施の形態における短絡素子部材１３は、長方形状の第一電気伝導体１５と第二電気伝導体１６との間に、同じく長方形状の低融点合金層２１および絶縁体フィルム２２を配置することにより、第一電気伝導体１５と第二電気伝導体１６とを絶縁している。このため、第一電気伝導体１５、第二電気伝導体１６、および短絡層２０の面積（つまり、接触する面積）を調整することにより、絶縁状態における抵抗値と、短絡状態を想定した抵抗値とを容易に調整することができる。このため、電池１００の容量の大きさに応じて、最適な抵抗値をもつ短絡素子部材１３を製造することが容易となる。
【００６３】
このように、本実施の形態における電池短絡素子１０は、所定温度以上になると、第一電気伝導体１５と第二電気伝導体１６とを確実に短絡させることができるため、電池１００が過充電時などに異常な温度になった場合に、充電電流を逃がしつつ、電池のエネルギーを安全に放出させることができる。
【００６４】
（実施の形態１の変形例）
（１）
上記実施の形態１では、短絡層２０は、１層の絶縁体フィルム２２を２層の低融点合金層２１が挟み込むように積層された３層構造であるが、これに限らない。例えば、図５に示すように、低融点合金層２１を絶縁体コーティング２２Ａにより包み込むようにコーティングすることにより、短絡層２０ａを構成してもよい。つまり、上記実施の形態の短絡層２０とは逆に、短絡層２０ａは、低融点合金層２１の表面に絶縁体としての絶縁体コーティング２２Ａにより挟みこんだ状態となる。なお、この場合の絶縁体コーティング２２Ａは、絶縁塗布剤、蝋材、熱収縮フィルム、電気絶縁性の塗料などの材料を採用することが考えられる。
【００６５】
より具体的には、絶縁体塗布剤の一例としては、エポキシ系、ウレタン系、シリコン系、アクリル系、またはテフロン（登録商標）系の樹脂がある。この場合に、短絡層２０ａは所定温度以上になると、低融点合金層２１が融解することにより低融点合金層２１にコーティングされている絶縁体コーティング２２Ａ（絶縁体塗布剤）が断裂および崩壊し、第一電気伝導体１５と第二電気伝導体１６とを低融点合金層２１が電気的に接続することにより短絡させる。
【００６６】
蝋材の一例としては、パラフィン系ワックスがある。この場合に、短絡層２０ａは所定温度以上になると、低融点合金層２１が融解し、さらに絶縁体コーティング２２Ａ（ろう材）が、低融点合金層２１が融解した後または同時に融解することにより生じた隙間から溶融した合金がしみ出すことにより第一電気伝導体１５と第二電気伝導体１６とを低融点合金層２１が電気的に接続することにより短絡させる。
【００６７】
熱収縮フィルムの一例としては、ポリスチレン系またはポリエステル系のフィルムがある。この場合に、短絡層２０ａは所定温度以上になると、絶縁体コーティング２２Ａ（熱収縮フィルム）が熱収縮することにより、絶縁体コーティング２２Ａに隙間が生じる。同時に、短絡層２０ａにおいては、低融点合金層２１が融解していることから、絶縁体コーティング２２Ａに生じた隙間に融解した低融点合金層２１が流入し、第一電気伝導体１５と第二電気伝導体１６とを低融点合金層２１が電気的に接続することにより短絡させる。
【００６８】
電気絶縁性の塗料の場合には、短絡層２０ａは、絶縁体塗布剤の場合と同様に作用して、第一電気伝導体１５と第二電気伝導体１６とを短絡させる。
【００６９】
変形例（１）の短絡素子部材１３によれば、絶縁体コーティング２２Ａの一部または全部が変形することにより、絶縁体コーティング２２Ａに融解した低融点合金層２１が流入可能な隙間が絶縁体コーティング２２Ａに生じる。このため、短絡層は、所定温度以上となった場合に、第一電気伝導体１５と第二電気伝導体１６とを効率よく短絡させることができる。これにより、第一電気伝導体１５と第二電気伝導体１６との電気的に接続される箇所を多くすることができ、より多くの電流を流すことができる。したがって、正極端子と負極端子とを確実に短絡させて安定的に放電させることができる。また、変形例（１）のような絶縁体コーティング２２Ａにより低融点合金層２１をコーティングして短絡層２０ａを構成する場合、上記実施の形態の短絡層２０よりも安価に製造可能である。
【００７０】
（２）
上記実施の形態１では、短絡層２０は、低融点合金層２１が１種類の合金により成るが、複数種類の合金により構成してもよい。例えば、図６は、４種類の異なる融点の低融点合金により構成される低融点合金層２１Ａを有する短絡層２０ｂの一例を示す断面図である。図６に示すように、低融点合金層２１Ａは、第一低融点合金層２１ａ、第二低融点合金層２１ｂ、第三低融点合金層２１ｃおよび第四低融点合金層２１ｄの４種類の異なる融点を有する低融点合金から成る。ここで、第一低融点合金層２１ａの低融点合金の融点は第一温度であり、第二低融点合金層２１ｂの低融点合金の融点は第二温度であり、第三低融点合金層２１ｃの低融点合金の融点は第三温度であり、第四低融点合金層２１ｄの低融点合金の融点は第四温度である。そして、第二温度は第一温度より大きく、第三温度は第二温度より大きく、第四温度は第三温度より大きい関係にある。また、もちろん図７に示すように、図６に示す低融点合金層２１Ａを絶縁体コーティング２２Ａによりコーティングした形態のものであってもよい。
【００７１】
これによれば、低融点合金層２１Ａは、融点が異なる４種類の低融点合金が短絡領域を分割した領域に配置される。つまり、第一温度において融解する第一低融点合金層２１ａと、第二温度において融解する第二低融点合金層２１ｂと、第三温度において融解する第三低融点合金層２１ｃと、第四温度において融解する第四低融点合金層２１ｄとが、短絡領域において並んで配置される。このため、温度に応じて第一電気伝導体と第二電気伝導体とが短絡する面積を段階的に調整することができる。つまり、温度が高温になる程、第一電気伝導体１５と第二電気伝導体１６とが短絡層２０ｂにより短絡される面積が段階的に増加するため、第一電気伝導体１５と第二電気伝導体１６とが短絡することにより流れる電流の量を段階的に増加させることができる。これにより、温度上昇が大きい場合には素早く大きな電流を流すことにより安定的に放電させ、温度上昇が小さい場合には最低限短絡させて小さい電流を流すことにより必要以上に放電しないように放電量を抑えることができる。
【００７２】
（３）
上記実施の形態１では、特に言及していないが、短絡素子部材１３は、図８のように負極側に配置されるように構成してもよい。つまり、第二電気伝導体１６と負極端子１３２との第二距離は、第一電気伝導体１５と正極端子１３１との第一距離よりも短い。なお、この場合の第一距離は、第一電気伝導体１５と正極端子１３１とを電気的（または熱的）に接続する物質における距離であり、本実施の形態では正極接続部材１１の長さである。このことは、第二距離についても同じことが言え、第二距離は、第二電気伝導体１６と負極端子１３２とを電気的（または熱的）に接続する物質における距離であり、本実施の形態では負極接続部材１２の長さである。電池１００において、負極端子１３２は正極端子１３１よりも熱伝導性の大きい銅で構成されることが多い。このような場合には特に、電池１００において発生した熱は負極端子から効率良く伝わるため、短絡素子部材１３を正極端子より負極端子に近づけて配置することにより、正極接続部材１１または負極接続部材１２において放出される熱による温度低下の影響がほとんどなくなる。このため、短絡素子部材１３は、より早く、正確に電池１００において異常な熱が発生していることを検知して、電池１００の正極端子と負極端子とを短絡させることができる。
【００７３】
また、第二電気伝導体１６と負極端子１３２との距離を第一電気伝導体１５と正極端子１３１との距離よりも近づける事に限定されない。例えば、負極端子１３２に接続される第二電気伝導体１６を素早く高温にするために、負極接続部材１２の熱伝導性を高めてもよい。具体的には、負極接続部材１２の素材を銅にすることにより、負極接続部材１２の熱伝導率を正極接続部材１１の熱伝導率よりも大きくするような構成としてもよい。なお、この場合には、電池１００に生じた熱を第二電気伝導体１６へ伝えて、第二電気伝導体１６の温度を上げることにより、短絡層２０が所定温度以上にすることが目的である。このため、第二電気伝導体１６と負極端子１３２とを接続する負極接続部材１２には、第二電気伝導体１６以外の部分への熱の放出を避けるために断熱処理または遮熱処理を行うこともできる。
【００７４】
（４）
上記実施の形態１では、特に言及していないが、短絡素子部材１３は、その外側が樹脂部材（ラミネートなどの類を含む）で覆われて構成されてもよい。このように、短絡素子部材１３が構成されることにより、短絡素子部材１３は、外側に配置される短絡層２０の辺を留めなくともよい。つまり、短絡素子部材１３の外側に樹脂部材をかぶせることにより、短絡素子部材１３の中心から働く復元力を利用して抑えつけることが容易にできる。また、短絡素子部材１３の全体を覆うため第一電気伝導体１５と第二電気伝導体１６とが予期せずに短絡することを確実に防ぐことができる。
【００７５】
（５）
上記実施の形態１では、短絡素子部材１３は、第一電気伝導体１５と、第二電気伝導体１６と、短絡層２０とが積層されて巻きつけられて巻回構造を形成しているが巻回構造に限定されない。
【００７６】
例えば、図９Ａおよび図９Ｂに示すように、複数の（３枚の）第一電気伝導体１５と、複数の（３枚の）第二電気伝導体１６とを複数の短絡層２０を介して交互に積層させた短絡素子部材１３ａとしてもよい。なお、図９Ａは、積層構造の短絡素子部材１３ａの外観図であり、図９Ｂは、正極接続部材または負極接続部材の長手方向に沿っておりかつ短手方向に直交する面における積層構造の短絡素子部材１３ａの断面図である。なお、この場合に、積層される複数の第一電気伝導体１５は、正極側接続部分４１により導通された状態とされ、正極側接続部分４１が正極接続部材１１と接続される。これにより、複数の第一電気伝導体１５は、正極端子１３１と接続される。同様にして、積層される複数の第二電気伝導体１６は、負極側接続部分４２により導通された状態とされ、負極側接続部分４２が負極接続部材１２と接続される。これにより、複数の第二電気伝導体１６は、負極端子１３２と接続される。なお、正極側接続部分４１および負極側接続部分４２は、金属部材であり、第一電気伝導体１５および第二電気伝導体１６と同様の材料から成る。
【００７７】
また、例えば、図１０Ａおよび図１０Ｂに示すように、１枚の箔状の第一電気伝導体１５と、１枚の箔状の第二電気伝導体１６とを１層の短絡層２０を介して積層し、積層した状態で蛇腹状に折りたたむことにより、挟込部分を形成してもよい。なお、図１０Ａは、折りたたみ構造の短絡素子部材１３ｂの外観図であり、図１０Ｂは、正極接続部材または負極接続部材の長手方向に直交する面における折りたたみ構造の短絡素子部材１３ｂの断面図である。なお、この場合に、第一電気伝導体１５の１辺には正極接続部材１１が接続され、第二電気伝導体１６の１辺には負極接続部材１２が接続される。
【００７８】
図９Ａおよび図９Ｂ、または、図１０Ａおよび図１０Ｂのように、短絡素子部材を構成するようにしても、箔状部材および薄膜状部材を積層させて短絡素子部材を構成しているため、短絡層２０が所定温度以上となって低融点合金層２１が融解した場合に、第一電気伝導体１５と第二電気伝導体１６とが接触する面積を大きくすることができ確実に短絡させることができる。また、上記実施形態と同様に、第一電気伝導体１５が、短絡層２０を介して第二電気伝導体１６によって挟みこまれる。このため、短絡層２０（特に絶縁体フィルム２２）が振動などの衝撃によって外れることを防ぐことができる。このため、意図しない条件において第一電気伝導体１５と第二電気伝導体１６とが短絡することを防ぐことができる。
【００７９】
（６）
上記実施の形態１の電池短絡素子１０は、正極接続部材１１および負極接続部材１２が板状の金属部材であるが、板状に限らずに、図１１Ａ、図１１Ｂおよび図１１Ｃに示すように円筒形状の金属部材であっても良い。図１１Ａは、円筒形状の金属部材を正極接続部材１１ａおよび負極接続部材１２ａとして採用した電池短絡素子１０ｃの外観図である。図１１Ｂは、電池短絡素子１０ｃの円筒の中心軸に垂直な面における断面図である。図１１Ｃは、電池短絡素子１０ｃの円筒の中心軸に沿う面における断面図である。
【００８０】
これらの図に示すように、正極接続部材１１ａおよび負極接続部材１２ａは、円筒状の金属部材であり、正極接続部材１１ａの内側に負極接続部材１２ａが配置される。正極接続部材１１ａと負極接続部材１２ａとの間には、両者の円筒形状に沿うように層状に低融点合金層２１Ｂおよび絶縁体層２２Ｂが積層される。なお、図１１Ｂおよび図１１Ｃでは、低融点合金層２１Ｂの内側に絶縁体層２２Ｂが積層されているが、絶縁体層２２Ｂの内側に低融点合金層２１Ｂが積層される形態であってもよい。また、同様に、正極接続部材１１ａの内側に負極接続部材１２ａが配置されているが、負極接続部材１２ａの内側に正極接続部材１１ａが配置されていてもよい。つまり、短絡層２０ｄとしての低融点合金層２１Ｂおよび絶縁体層２２Ｂは、正極接続部材１１ａと負極接続部材１２ａとの間に積層され、かつ、短絡層２０ｄが両者に接触した状態で構成されていればよい。
【００８１】
このように、正極接続部材１１ａおよび負極接続部材１２ａを円筒形状の金属部材により構成することにより、低融点合金層２１Ｂが融解した場合であっても、融解した低融点合金が流れ出すことを防ぐことができる。このため、電池１００に異常が生じた際に、確実に正極接続部材１１ａと負極接続部材１２ａとを短絡させることができる。
【００８２】
また、図１１Ｂに示すように、正極接続部材１１ａの内側に配置される負極接続部材１２ａは、断面形状が連続した円形であるが、これに限らずに、例えば、図１２Ａに示す電池短絡素子１０ｄとして、内側に配置される負極接続部材１２ｂが板状の金属部材を円筒形状の部材の中心軸を囲うように丸められることにより形成されるように構成してもよい。また、絶縁体層２２Ｂの代わりに板状の絶縁体層２２Ｃを円筒形状の部材の中心軸を囲うように丸めることにより形成してもよい。この場合、絶縁体層２２Ｃは、上記低融点合金層２１Ｂとの組み合わせによる短絡層２０ｅを形成する。なお、上記負極接続部材１２ｂおよび絶縁体層２２Ｃ以外の電池短絡素子１０ｄを構成する構成要素である、正極接続部材１１ａおよび低融点合金層２１Ｂについては、上記の電池短絡素子１０ｃの構成要素と同様の構成である。
【００８３】
さらに、図１２Ｂに示すように、図１２Ａに示す電池短絡素子１０ｄにおいて、正極接続部材１１ａの内側に配置される負極接続部材１２ｂおよび絶縁体層２２Ｃの代わりに、板状の部材を丸めてその一部が重なった状態の円筒形状の負極接続部材１２ｃおよび絶縁体層２２Ｄを採用した電池短絡素子１０ｅとしてもよい。この場合、絶縁体層２２Ｄは、上記低融点金属層２１Ｂとの組み合わせによる短絡層２０ｆを形成する。なお、上記負極接続部材１２ｃおよび絶縁体層２２Ｄ以外の電池短絡素子１０ｄを構成する構成要素である、正極接続部材１１ａおよび低融点合金層２１Ｂについては、上記の電池短絡素子１０ｃの構成要素と同様の構成である。
【００８４】
また、板状の部材を丸めて円筒形状にする部材は、少なくとも最も内側に配置される部材（変形例（６）では負極接続部材）であればよい。さらに、図１２Ａおよび図１２Ｂに示すような電池短絡素子１０ｄ、１０ｅのような形態が採用される場合に、最も外側に配置される部材（変形例（６）では正極接続部材）は、その軸断面が連続した円形状である必要がある。また、正極接続部材１１ａの内側に配置されるすべての部材が板状の部材を丸めることにより円筒形状の部材を構成するような形態としてもよい。また、正極接続部材１１ａの内側に配置される部材について、その複数が板状の部材を丸めることにより円筒形状の部材を構成する形態が採用される場合には、最も内側に配置される部材から連続して隣り合う部材の複数全てが板状の部材を丸めることにより円筒形状の部材を構成する必要がある。すなわち、板状の部材を丸めることにより形成された円筒部材が、軸断面が連続した円形状である円筒部材によって挟まれるような構成は取らない。また、図１２Ａおよび図１２Ｂに示す、電池短絡素子１０ｄ、１０ｅは、正極接続部材１１ａの内側に負極接続部材１２ｂ、１２ｃが配置されているが、正極接続部材と負極接続部材との正負極の接続先を入れ替えて正極接続部材と負極接続部材との役割を逆にしてもよい。
【００８５】
このように、電池短絡素子１０ｄ、１０ｅは、内側に配置される部材が板状の部材を丸めることにより円筒形状の部材を形成しているため、内側から外側に配置される円筒形状の部材に対して復元力による圧力をかけることができる。つまり、内側に配置される円筒形状の部材の外径は、外側に配置される円筒形状の部材の内径よりも少し大きい状態で挿入されることにより形成される。これにより、正極接続部材と負極接続部材との間の短絡層に圧力を掛けることができ、電池に異常が発生して低融点金属層が融解した場合にスムーズに電池を短絡させることができる。
【００８６】
（７）
上記実施の形態１の電池短絡素子１０は、所定温度として７０〜２５０℃で低融点合金層２１が融解して第一電気伝導体１５と第二電気伝導体１６とが短絡しているが、例えば、電池に使用するセパレータのシャットダウン温度以下であることが好ましい。これにより、電池１００が電池セパレータによりシャットダウンする以前に電池短絡素子１０が短絡することにより電池１００を放電させることができる。このため、より安全に電池１００のエネルギーを放出させることができる。
【００８７】
また、上記全ての形態の電池短絡素子１０（本発明の請求項１〜１０）では、電池短絡素子自体が熱を感知して作動することが必要であるため、電池の近傍に配置することがのぞましく、また電池内の温度に応じて温度上昇が生じやすい電極端子近傍への設置がのぞましい。
【００８８】
また、本発明においては、第一電気伝導体と第二電気伝導体とに付勢力をかけることにより、低融点金属が融解時により安定した短絡状態を得ることができる。
【００８９】
上記実施の形態の電池短絡素子１０では、特に言及していないが、さらに、短絡素子部材１３の表面に外部の空気への放熱を促す伝熱フィンを設けてもよい。これにより、短絡素子部材１３に伝導してきた熱を放熱することができるため、電池１００が過熱することを防止することができる。なお、この構成は、正極接続部材１１または負極接続部材１２とは離れた位置に設けることが好ましい。なぜなら、正極接続部材１１または負極接続部材１２の近くに伝熱フィンを設けると、電池１００に異常が発生したときに生じる熱を短絡層２０に伝えることができず、電池短絡素子１０を迅速に作動させることが困難に成るからである。その一方で、伝熱フィンを正極接続部材１１もしくは負極接続部材１２とは離れた位置に設ける、または、正極接続部材１１および負極接続部材１２を短絡素子部材１３の中心に配置することにより、電池１００の異常による発熱を効率よく放熱することができる。
【００９０】
（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２について説明する。図１３は、本発明の実施の形態２に係る電池短絡システムを含む電池の外観を模式的に示す斜視図である。
【００９１】
図１３に示すように、電池２００は、図１に示された実施の形態１における電池短絡素子１０に代えて、電池短絡システム１１０を備える。電池２００の、電池短絡システム１１０以外の構成は、実施の形態１における電池１００の構成と同様であるので説明を省略する。
【００９２】
電池短絡システム１１０は、円柱形の短絡作動部１２０と、異常判断回路１２１と、正極端子１３１に接続される正極リード線１１ｂおよび負極端子に接続される負極リード線１２ｂとから成る。
【００９３】
図１４（ａ）は短絡作動部１２０の円柱の中心軸に垂直な面における断面図であり、図１４（ｂ）は短絡作動部１２０の中心軸に沿う面における断面図である。図１５は、電池短絡システムの機能ブロック図である。
【００９４】
短絡作動部１２０は、短絡素子部材１１３と、ヒータ３０と、断熱部材４０と、加熱指示回路３１と、加熱温度センサ３２とにより構成される。
【００９５】
短絡素子部材１１３は、正極端子１３１に正極リード線１１ｂにより電気的に接続される第一電気伝導体１５と、負極端子１３２に負極リード線１２ｂにより電気的に接続される第二電気伝導体１６と、第一電気伝導体１５と第二電気伝導体１６とに挟み込まれる短絡層２０とから構成される。つまり、正極リード線１１ｂ、負極リード線１２ｂおよび短絡素子部材１１３は、組み合わされることにより実施の形態１の電池短絡素子１０と同様に機能する。なお、第一電気伝導体１５、第二電気伝導体１６、および短絡層２０は、実施の形態１において説明した同様の文言および符号のものと材料および機能が同一であるので詳細な説明は省略する。また、短絡層２０の代わりに実施の形態１の変形例（１）で説明した短絡層２０ａを採用してもよい。
【００９６】
ヒータ３０は、短絡素子部材１１３を囲う円筒形状であり、例えばコイル状に繰り返し巻回した電熱線により構成される。ヒータ３０は、電流が流されることによりジュール熱を発生し、流される電流が大きいほど多くの熱を発生する。
【００９７】
断熱部材４０は、ヒータ３０の外表面の外側に配置される円筒形の部材であり、外部の熱を遮断する。断熱部材４０は、外部からの熱が短絡素子部材１１３に影響することを防ぐ。具体的には、断熱部材４０は、外部からの熱により短絡素子部材１１３が短絡することを防ぐ。
【００９８】
加熱指示回路３１は、異常判断回路１２１より電池に異常があることを示す信号を受信した場合に、加熱温度センサ３２が検出した検出値に基づいて、ヒータ３０の加熱量の制御を行う。
【００９９】
加熱温度センサ３２は、短絡素子部材１１３の温度を検出する温度センサであり、例えばサーミスタから成る。加熱温度センサ３２は、ヒータ３０の内部であって短絡素子部材１１３に接触した状態で配置され、短絡素子部材１１３の温度を検出する。
【０１００】
異常判断回路１２１は、異常判断部として機能し、電池に異常があると判断した場合に、その旨を知らせる信号を加熱指示回路３１に送信する。異常判断回路１２１は、電池温度センサ１２２を有し、電池温度センサ１２２により検出された電池の温度が異常温度以上になった場合に電池２００が異常であると判断する。なお、ここでいう「異常温度」は、予め出荷時に電池２００に対応して設定される温度であり、電池２００に異常が発生したと推定される温度である。
【０１０１】
電池温度センサ１２２は、電池２００の温度を検出する温度センサであり、例えばサーミスタから成る。電池温度センサ１２２は、電池２００の筐体１０２の外側に接触した状態で配置され、電池２００の筐体１０２の温度を検出する。なお、電池温度センサ１２２の配置される位置は、上述に限らずに、筐体１０２の内部であってもよい。
【０１０２】
加熱指示回路３１は、加熱指示テーブル３１ａを有しており、ヒータ３０が所定の温度になるように加熱温度センサ３２が検出する温度に基づいて、フィードバック制御する。
【０１０３】
これによれば、異常判断回路１２１により電池が異常であると判断された場合に、加熱指示回路３１は、ヒータ３０に通電を開始し、ヒータ３０に短絡層２０を加熱させる。このように、異常時における電池２００の温度上昇にかかる熱を利用すること無く、ヒータ３０に加熱させることにより短絡層２０の温度を上昇させるため、短絡層２０を配置する位置を電池２００と接触する位置に配置する必要がない。このため、短絡層２０を配置する位置を、電池２００に接触しない位置などに自由に設定できる。このように短絡層２０の位置を自由に設定できるため、外部からの熱の影響が少ない環境に短絡層２０を配置することができる。
【０１０４】
また、ヒータ３０による発熱を利用して低融点合金２１を融解させるため、例えば、外部からの熱の影響を受け難い程度の高い融点である低融点合金を採用して、採用した低融点金属の融点よりも高い温度に加熱することにより任意のタイミングで短絡層２０の低融点金属２１を融解させて正極と負極とを短絡させることができる。
【０１０５】
これにより、外部からの熱による影響により、電池の異常を誤検知して、電池に異常が生じていない場合であっても、電池の正極と負極とを短絡させることを防ぐことができる。
【０１０６】
（実施の形態２の変形例）
（１）
上記実施の形態２における電池短絡システム１１０では、異常判断回路１２１は電池温度センサ１２２を有しており、電池の温度を検出することにより電池の異常を判断しているが、これに限らない。
【０１０７】
例えば、図１６に示す電池短絡システム１１０ａの異常判断回路１２１ａのように、異常判断回路１２１ａが、電池温度センサ１２２ａの他にさらに、温度変化検出部１２３ａを有する構成であってもよい。なお、電池短絡システム１１０ａは、異常判断回路１２１ａ以外のヒータ３０、加熱指示回路３１、加熱テーブル３１ａ、加熱温度センサ３２および短絡素子部材１１３は、上記実施の形態２の電池短絡システム１１０と同様であるため説明を省略する。また、電池温度センサ１２２ａについても、上記実施の形態２の電池短絡システム１１０の電池温度センサ１２２と同様であるため説明を省略する。
【０１０８】
温度変化検出部１２３ａは、電池２００の単位時間あたりの温度の変化度を検出する。具体的には、温度変化検出部１２３ａは電池温度センサ１２２ａにより検出された温度を所定時間毎に取得することにより、温度の変化速度を検出する。
【０１０９】
異常判断回路１２１ａは、電池温度センサ１２２ａにより検出された電池２００の温度が異常温度以上になり、かつ、電池２００の単位時間あたりの温度の変化度が所定の変化度（つまり温度上昇速度）以上になった場合に電池２００が異常であると判断する。
【０１１０】
このように、異常判断回路１２１ａは、電池２００の温度が異常温度に達したことだけでなく、電池２００の温度上昇速度に達したか否かについても、電池２００の異常の判断材料としているため、例えば外気温度が影響することによる温度上昇を電池２００の異常と判断するような電池２００の異常の誤検知を低減させることができる。このため、電池２００に異常がない場合に、短絡素子部材１１３を短絡させることを防ぐことができ無駄に電池２００がエネルギーを放出することを防ぐことができる。
【０１１１】
（２）
また、例えば、図１７に示す電池短絡システム１１０ｂの異常判断回路１２１ｂのように、実施の形態２の異常判断回路１２１の電池温度センサ１２２の代わりに電池２００の筐体１０２の変形量を検出する変形量検出部としてのひずみゲージ１２２ｂを利用してもよい。なお、電池短絡システム１１０ｂは、異常判断回路１２１ｂ以外のヒータ３０、加熱指示回路３１、加熱テーブル３１ａ、加熱温度センサ３２および短絡素子部材１１３は、上記実施の形態２の電池短絡システム１１０と同様であるため説明を省略する。これは、電池２００に異常が生じる場合には、電池２００の筐体１０２内部の圧力が上昇し筐体１０２が膨張することがあることに基づいている。
【０１１２】
これにより、実施の形態２の電池短絡システム１１０と同等の効果を得ることができる。なお、変形量検出部は、ひずみゲージ１２２ｂに限らずに、例えば、筐体１０２の内部の発電要素１０１、集電体１０４などから筐体１０２に対して加えられる圧力を検出する感圧センサ筐体１０２の内側に設けることにより実現（電池２００の筐体１０２の変形量を検出）してもよい。
【０１１３】
（３）
また、例えば、図１８に示す電池短絡システム１１０ｃの異常判断回路１２１ｃのように、異常判断回路１２１ｃが、ひずみゲージ１２２ｂの他にさらに、変形速度検出部１２３ｃを有する構成であってもよい。なお、電池短絡システム１１０ｃは、異常判断回路１２１ｃ以外のヒータ３０、加熱指示回路３１、加熱テーブル３１ａ、加熱温度センサ３２および短絡素子部材１１３は、上記実施の形態２の電池短絡システム１１０と同様であるため説明を省略する。また、ひずみゲージ１２２ｃについても、上記実施の形態２の変形例（２）の電池短絡システム１１０ｂのひずみゲージ１２２ｃと同様であるため説明を省略する。
【０１１４】
変形速度検出部１２３ｃは、単位時間あたりの電池２００の筐体１０２の変形量である変形速度を検出する。具体的には、変形速度検出部１２３ｃは、ひずみゲージ１２２ｃにより検出された筐体１０２の変形量を所定時間毎に取得することにより、単位時間あたりの電池２００の筐体１０２の変形量である変形速度を検出する。
【０１１５】
異常判断回路１２１ｃは、ひずみゲージ１２２ｃにより検出された電池２００の筐体１０２の変形量が所定の変形量以上になり、かつ、変形速度検出部１２３ｃにより検出された電池２００の変形速度が所定の変形速度以上になった場合に電池２００が異常であると判断する。
【０１１６】
このように、異常判断回路１２１ｃは、電池２００の筐体１０２の変形量が所定の変形量に達したことだけでなく、電池２００の変形速度に達したか否かについても、電池２００の異常の判断材料としているため、例えば外気温度が影響することによる変形量の増加を電池２００の異常と判断するような電池２００の異常の誤検知を低減させることができる。このため、電池２００に異常がない場合に、短絡素子部材１１３を短絡させることを防ぐことができ無駄に電池２００がエネルギーを放出することを防ぐことができる。
【０１１７】
（４）
上記実施の形態２の短絡作動部１２０内部の短絡素子部材１１３を構成する短絡層２０は、１種類の低融点合金層２１から成るが、この短絡層２０を採用することに限らない。例えば、実施の形態１の変形例（２）で説明したような、種類の異なる融点を有する複数種類の低融点合金を有する、短絡層２０ｂまたは短絡層２０ｃを採用してもよい。図１９は、短絡層２０ｃを採用した場合の短絡作動部１２０ａを示す図である。ここでは、短絡層２０ｂを採用する場合の図は省略する。
【０１１８】
短絡作動部１２０ａ内部の短絡層２０ｃに融点の異なる複数の低融点金属を使用すると、例えば、異常判断回路１２１に段階的に電池の異常を判断させて、加熱指示回路３１がヒータ３０の温度を異常の度合に応じて段階的に制御することにより、短絡素子部材１１３の短絡層２０ｃによって短絡される第一電気伝導体１５と第二電気伝導体１６とが電気的に接続される領域を段階的に増加させることができる。つまり、電池２００の温度に応じて第一電気伝導体１５と第二電気伝導体１６とが短絡することにより流れる電流の量を段階的に調整することができる。これにより、温度上昇速度が大きい場合には素早く大きな電流を流すことにより安定的に放電させ、温度上昇速度が小さい場合には最低限短絡させて小さい電流を流すことにより必要以上に放電しないように放電量を抑えることができる。
【０１１９】
（５）
上記実施の形態２の電池温度センサ１２２としては、サーミスタを採用しているが、これに限らずに、例えば、融点の異なる複数の低融点金属が採用されている短絡層２０ｂまたは短絡層２０ｃを採用した電池短絡素子を採用してもよい。
【０１２０】
（他の実施の形態）
（１）
上記実施の形態の電池短絡素子１０では、第一電気伝導体１５および第二電気伝導体１６はアルミニウムから成るが、これに限らずに、熱伝導性が高いものであればよい。例えば、第一電気伝導体１５および第二電気伝導体１６の少なくともどちらか一方が、アルミニウム、ニッケル、鉄、銅、ステンレス、および他の金属材料の中から選択できる。また、同様に、正極接続部材１１および負極接続部材１２はアルミニウムから成るが、これに限らずに、熱伝導性が高いものであればよい。例えば、正極接続部材１１および負極接続部材１２の少なくともどちらか一方が、アルミニウム、ニッケル、鉄、銅、ステンレス、および他の金属材料の中から選択できるいずれかであればよい。
【０１２１】
（２）
上記実施の形態の電池短絡素子１０は、一つの電池１００の負極端子１３２と正極端子１３１とを短絡させるものであるが、一つの電池１００に限らずに、複数の電池を組み合わせたものに対して適用してもよい。例えば、電池短絡素子１０は、複数の電池が直列に接続された電池システムに対して適用してもよいし、複数の電池が並列に接続された電池システムに対してそのすべての電池もしくは複数の電池間に短絡素子を用いることによって適用してもよいし、複数の電池が直並列に接続された電池システムに対して適用してもよい。
【０１２２】
（３）
上記実施の形態の電池１００では、負極端子１３２と正極端子１３１とを一つの電池短絡素子１０により短絡可能な状態に接続しているが、これに限らずに、負極端子１３２と筐体１０２との間と、正極端子１３１と筐体１０２との間とをそれぞれ一つずつの電池短絡素子１０により短絡可能な状態に接続してもよい。筐体１０２は、電気導電性のある例えば金属部材により構成されている。このため、上記のような構成としても、電池１００に異常な熱が生じた場合に、負極端子１３２と筐体１０２とが短絡し、かつ、正極端子１３１と筐体１０２とが短絡することにより、負極端子１３２と正極端子１３１とを短絡させることができる。また、このように、２つの電池短絡素子１０により負極端子１３２と正極端子１３１とを短絡可能な状態に接続することで、何らかの異常により一方の電池短絡素子１０が短絡してしまっても、正常な状態の電池１００を短絡して放電することを防ぐことができる。
【０１２３】
（４）
上記実施の形態の電池短絡素子１０では、特に言及していないが、さらに、例えば短絡素子部材１３の表面に一定温度以上になったら色が変化するサーモテープを貼ってもよい。このように、電池短絡素子１０を構成することにより、サーモテープの色の変化を、電池１００に異常が発生して電池短絡素子１０が作動したか否かを判定するための指標に利用することができる。
【０１２４】
（５）
上記実施の形態の電池短絡素子１０では、第一電気伝導体１５は正極端子１３１と正極接続部材１１を介して接続され、第二電気伝導体１６は負極端子１３２と負極接続部材１２を介して接続されているが、これに限らずに、第一電気伝導体１５が負極端子１３２と接続され、第二電気伝導体１６が正極端子１３１と接続されるようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１２５】
本発明は、電池に異常が発生し、電池内部の温度が過度に上昇したり、電池の内圧が過度に上昇したりした場合にのみ、正極端子と負極端子とを確実に短絡させ電池を安全化することができる電池短絡素子、電池、および電池システム等として利用することができる。
【符号の説明】
【０１２６】
１０、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ 電池短絡素子
１１、１１ａ 正極接続部材
１１ｂ 正極リード線
１２、１２ａ 負極接続部材
１２ｂ 負極リード線
１３、１３ａ、１３ｂ、１１３ 短絡素子部材
１５ 第一電気伝導体
１６ 第二電気伝導体
２０、２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ 短絡層
２１、２１Ａ、２１Ｂ 低融点合金層
２１ａ 第一低融点合金層
２１ｂ 第二低融点合金層
２１ｃ 第三低融点合金層
２１ｄ 第四低融点合金層
２２ 絶縁体フィルム
２２Ａ 絶縁体コーティング
２２Ｂ 絶縁体層
３０ ヒータ
３１ 加熱指示回路
３１ａ 加熱指示テーブル
３２ 加熱温度センサ
４０ 断熱部材
４１ 正極側接続部分
４２ 負極側接続部分
１００、２００ 電池
１０１ 発電要素
１０２ 筐体
１０３ 電極端子
１０４ 集電部材
１３１ 正極端子
１３２ 負極端子
１４１ 正極集電部材
１４２ 負極集電部材
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一電極と第二電極とを有する電池に接続される電池短絡素子であって、
前記第一電極側に電気的に接続される第一電気伝導体と、
前記第二電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低融点合金層と、を有する短絡層と、
を備え、
前記短絡層は、所定温度未満において前記第一電気伝導体と前記第二電気伝導体とを絶縁し、所定温度以上において、少なくとも前記低融点合金層の一部また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
電池短絡素子。
【請求項２】
前記絶縁体は、開口が形成されており、
前記短絡層は、前記低融点合金層が融解して前記絶縁体の前記開口に流入することにより、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
請求項１に記載の電池短絡素子。
【請求項３】
前記短絡層は、前記低融点合金層が融解し、かつ、前記絶縁体の一部または全部が変形することにより、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
請求項１に記載の電池短絡素子。
【請求項４】
前記短絡層は、前記絶縁体と前記低融点合金層とが積層されることにより成る
請求項１から３のいずれか１項に記載の電池短絡素子。
【請求項５】
前記短絡層は、前記低融点合金層が前記絶縁体によりコーティングされることにより成る
請求項１から３のいずれか１項に記載の電池短絡素子。
【請求項６】
前記第一電気伝導体と前記第二電気伝導体とは、箔状部材または板状部材から成る
請求項１から５のいずれか１項に記載の電池短絡素子。
【請求項７】
前記第一電気伝導体と前記第二電気伝導体とは、前記短絡層を介して積層された状態で巻回されることにより形成される
請求項６に記載の電池短絡素子。
【請求項８】
前記第一電気伝導体と前記第二電気伝導体とは、前記短絡層を介して積層された状態で蛇腹状に折りたたまれることにより形成される
請求項６に記載の電池短絡素子。
【請求項９】
前記第一電気伝導体と前記第二電気伝導体とは、円筒形状の部材から成り、前記第一電気伝導体および前記第二電気伝導体の一方が他方の内側に重なりあって配置される
請求項１から５のいずれか１項に記載の電池短絡素子。
【請求項１０】
前記第一電気伝導体と前記第二電気伝導体との内で内側に配置される円筒形状の部材は、板状の金属部材が円筒形状の部材の中心軸を囲うように丸められることにより形成される
請求項９に記載の電池短絡素子。
【請求項１１】
前記短絡層は、前記低融点合金層が、前記短絡領域の内の一部である第一短絡領域に配置され、融点が第一温度である第一低融点合金層と、前記短絡領域の内の前記第一短絡領域とは異なる領域である第二短絡領域に配置され、融点が前記第一温度とは異なる第二温度である第二低融点合金層と、から成る
請求項１から１０のいずれか１項に記載の電池短絡素子。
【請求項１２】
請求項１から１１のいずれか１項に記載の電池短絡素子と、
前記電池の異常を判断する異常判断部と、
前記短絡層の温度を上昇させる加熱部と、
前記電池が異常であると前記異常判断部により判断された場合に、前記加熱部に加熱を行わせる加熱指示部と、
を備える電池短絡システム。
【請求項１３】
前記異常判断部は、
前記電池の温度を検出する温度検出部を有し、
前記温度検出部により検出された前記電池の温度が異常温度以上になった場合に前記電池が異常であると判断する
請求項１２に記載の電池短絡システム。
【請求項１４】
前記異常判断部は、
前記電池の温度を検出する温度検出部と、
前記電池の単位時間あたりの温度の変化度を検出する温度変化検出部と
を有し、
前記温度検出部により検出された前記電池の温度が異常温度以上になり、かつ、前記温度変化検出部により検出された前記電池の単位時間あたりの温度の変化度が所定の変化度以上になった場合に、前記電池が異常であると判断する
請求項１２に記載の電池短絡システム。
【請求項１５】
前記異常判断部は、
前記電池の筐体の変形量を検出する変形量検出部を有し、
前記変形量検出部により検出された前記電池の変形量が所定の変形量以上になった場合に前記電池が異常であると判断する
請求項１２に記載の電池短絡システム。
【請求項１６】
前記異常判断部は、
前記電池の筐体の変形量を検出する変形量検出部と、
単位時間あたりの前記電池の筐体の変形量である変形速度を検出する変形速度検出部と
を有し、
前記変形量検出部により検出された前記電池の筐体の変形量が所定の変形量以上になり、かつ、前記変形速度検出部により検出された前記電池の変形速度が所定の変形速度以上になった場合に前記電池が異常であると判断する
請求項１２に記載の電池短絡システム。
【請求項１７】
第一電極と、
第二電極と、
請求項１から１１のいずれか１項に記載の電池短絡素子と、
を備える電池。
【請求項１８】
第一電極と、
第二電極と、
請求項１２から１６のいずれか１項に記載の電池短絡システムと、
を備える電池。
【請求項１９】
複数の電池が直列および並列の少なくとも一方により接続されて成る電池群と、
請求項１から１１のいずれか１項に記載の電池短絡素子と、
を備える電池システム。
【請求項２０】
複数の電池が直列および並列の少なくとも一方により接続されて成る電池群と、
請求項１２から１６のいずれか１項に記載の電池短絡システムと、
を備える電池システム。
【請求項１】
第一電極と第二電極とを有する電池に接続される電池短絡素子であって、
前記第一電極側に電気的に接続される第一電気伝導体と、
前記第二電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低融点合金層と、を有する短絡層と、
を備え、
前記短絡層は、所定温度未満において前記第一電気伝導体と前記第二電気伝導体とを絶縁し、所定温度以上において、少なくとも前記低融点合金層の一部また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
電池短絡素子。
【請求項２】
前記絶縁体は、開口が形成されており、
前記短絡層は、前記低融点合金層が融解して前記絶縁体の前記開口に流入することにより、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
請求項１に記載の電池短絡素子。
【請求項３】
前記短絡層は、前記低融点合金層が融解し、かつ、前記絶縁体の一部または全部が変形することにより、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
請求項１に記載の電池短絡素子。
【請求項４】
前記短絡層は、前記絶縁体と前記低融点合金層とが積層されることにより成る
請求項１から３のいずれか１項に記載の電池短絡素子。
【請求項５】
前記短絡層は、前記低融点合金層が前記絶縁体によりコーティングされることにより成る
請求項１から３のいずれか１項に記載の電池短絡素子。
【請求項６】
前記第一電気伝導体と前記第二電気伝導体とは、箔状部材または板状部材から成る
請求項１から５のいずれか１項に記載の電池短絡素子。
【請求項７】
前記第一電気伝導体と前記第二電気伝導体とは、前記短絡層を介して積層された状態で巻回されることにより形成される
請求項６に記載の電池短絡素子。
【請求項８】
前記第一電気伝導体と前記第二電気伝導体とは、前記短絡層を介して積層された状態で蛇腹状に折りたたまれることにより形成される
請求項６に記載の電池短絡素子。
【請求項９】
前記第一電気伝導体と前記第二電気伝導体とは、円筒形状の部材から成り、前記第一電気伝導体および前記第二電気伝導体の一方が他方の内側に重なりあって配置される
請求項１から５のいずれか１項に記載の電池短絡素子。
【請求項１０】
前記第一電気伝導体と前記第二電気伝導体との内で内側に配置される円筒形状の部材は、板状の金属部材が円筒形状の部材の中心軸を囲うように丸められることにより形成される
請求項９に記載の電池短絡素子。
【請求項１１】
前記短絡層は、前記低融点合金層が、前記短絡領域の内の一部である第一短絡領域に配置され、融点が第一温度である第一低融点合金層と、前記短絡領域の内の前記第一短絡領域とは異なる領域である第二短絡領域に配置され、融点が前記第一温度とは異なる第二温度である第二低融点合金層と、から成る
請求項１から１０のいずれか１項に記載の電池短絡素子。
【請求項１２】
請求項１から１１のいずれか１項に記載の電池短絡素子と、
前記電池の異常を判断する異常判断部と、
前記短絡層の温度を上昇させる加熱部と、
前記電池が異常であると前記異常判断部により判断された場合に、前記加熱部に加熱を行わせる加熱指示部と、
を備える電池短絡システム。
【請求項１３】
前記異常判断部は、
前記電池の温度を検出する温度検出部を有し、
前記温度検出部により検出された前記電池の温度が異常温度以上になった場合に前記電池が異常であると判断する
請求項１２に記載の電池短絡システム。
【請求項１４】
前記異常判断部は、
前記電池の温度を検出する温度検出部と、
前記電池の単位時間あたりの温度の変化度を検出する温度変化検出部と
を有し、
前記温度検出部により検出された前記電池の温度が異常温度以上になり、かつ、前記温度変化検出部により検出された前記電池の単位時間あたりの温度の変化度が所定の変化度以上になった場合に、前記電池が異常であると判断する
請求項１２に記載の電池短絡システム。
【請求項１５】
前記異常判断部は、
前記電池の筐体の変形量を検出する変形量検出部を有し、
前記変形量検出部により検出された前記電池の変形量が所定の変形量以上になった場合に前記電池が異常であると判断する
請求項１２に記載の電池短絡システム。
【請求項１６】
前記異常判断部は、
前記電池の筐体の変形量を検出する変形量検出部と、
単位時間あたりの前記電池の筐体の変形量である変形速度を検出する変形速度検出部と
を有し、
前記変形量検出部により検出された前記電池の筐体の変形量が所定の変形量以上になり、かつ、前記変形速度検出部により検出された前記電池の変形速度が所定の変形速度以上になった場合に前記電池が異常であると判断する
請求項１２に記載の電池短絡システム。
【請求項１７】
第一電極と、
第二電極と、
請求項１から１１のいずれか１項に記載の電池短絡素子と、
を備える電池。
【請求項１８】
第一電極と、
第二電極と、
請求項１２から１６のいずれか１項に記載の電池短絡システムと、
を備える電池。
【請求項１９】
複数の電池が直列および並列の少なくとも一方により接続されて成る電池群と、
請求項１から１１のいずれか１項に記載の電池短絡素子と、
を備える電池システム。
【請求項２０】
複数の電池が直列および並列の少なくとも一方により接続されて成る電池群と、
請求項１２から１６のいずれか１項に記載の電池短絡システムと、
を備える電池システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図４Ｃ】
【図４Ｄ】
【図４Ｅ】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９Ａ】
【図９Ｂ】
【図１０Ａ】
【図１０Ｂ】
【図１１Ａ】
【図１１Ｂ】
【図１１Ｃ】
【図１２Ａ】
【図１２Ｂ】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２】
【図３】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図４Ｃ】
【図４Ｄ】
【図４Ｅ】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９Ａ】
【図９Ｂ】
【図１０Ａ】
【図１０Ｂ】
【図１１Ａ】
【図１１Ｂ】
【図１１Ｃ】
【図１２Ａ】
【図１２Ｂ】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【公開番号】特開２０１３−９８１３２（Ｐ２０１３−９８１３２Ａ）
【公開日】平成２５年５月２０日（２０１３．５．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２４２５７５（Ｐ２０１１−２４２５７５）
【出願日】平成２３年１１月４日（２０１１．１１．４）
【出願人】（５０７１５１５２６）株式会社ＧＳユアサ (375)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月２０日（２０１３．５．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月４日（２０１１．１１．４）
【出願人】（５０７１５１５２６）株式会社ＧＳユアサ (375)
【Ｆターム（参考）】
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