特許 6293237 バッテリー安全バルブの作動構造

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6293237

(24)【登録日】2018年2月23日

(45)【発行日】2018年3月14日

(54)【発明の名称】バッテリー安全バルブの作動構造

(51)【国際特許分類】

   H01M 2/34 20060101AFI20180305BHJP

   H01M 2/12 20060101ALI20180305BHJP

   H01M 2/04 20060101ALI20180305BHJP

   H01M 2/26 20060101ALI20180305BHJP

【ＦＩ】

   H01M2/34 A

   H01M2/12 101

   H01M2/04 A

   H01M2/26 A

【請求項の数】20

【外国語出願】

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2016-214573(P2016-214573)

(22)【出願日】2016年11月1日

(65)【公開番号】特開2017-117777(P2017-117777A)

(43)【公開日】2017年6月29日

【審査請求日】2016年11月9日

(31)【優先権主張番号】104143882

(32)【優先日】2015年12月25日

(33)【優先権主張国】TW

(73)【特許権者】

【識別番号】390023582

【氏名又は名称】財團法人工業技術研究院

【氏名又は名称原語表記】ＩＮＤＵＳＴＲＩＡＬ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＲＥＳＥＡＲＣＨ ＩＮＳＴＩＴＵＴＥ

(74)【代理人】

【識別番号】110000154

【氏名又は名称】特許業務法人はるか国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】シェン−ファ イェ

【審査官】 渡部 朋也

(56)【参考文献】

【文献】 特表２０１６−５３７７８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−１２４２１４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−０８６１４０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｍ ２／３４

Ｈ０１Ｍ ２／０４

Ｈ０１Ｍ ２／１２

Ｈ０１Ｍ ２／２６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

バッテリー上に設けられるように適合するバッテリー安全バルブの作動構造であって：
前記バッテリーの筐体上に設けられて第１表面と第２表面を有し、前記第１表面と前記第２表面は互いに反対を向き、かつ、前記バッテリーの正端子と負端子が貫通する、端部板；
前記端部板の前記第１表面上に設けられる安全バルブ；
前記第２表面上に設けられ、かつ、前記正端子から前記安全バルブに対応する前記第２表面上の第１位置まで延在する正端子導電板；
前記第２表面上に設けられ、かつ、前記負端子から前記安全バルブに対応する前記第２表面上の前記第１位置まで延在する負端子導電板；
前記第２表面上に設けられて、その第２位置が前記安全バルブの前記第１位置に対応する大気開放板；及び、
前記大気開放板と前記安全バルブとの間に設けられ、かつ、前記安全バルブによって通常条件下では一定の位置に制限される、作動板、を有し、
回転シャフトが前記作動板と前記大気開放板との間に設けられ、かつ、
前記バッテリーの内圧が前記安全バルブの破壊圧力を超えるとき、前記作動板は、回転して前記正端子と前記負端子にそれぞれ接触することで前記正端子と前記負端子との間に電気的接続路が生成されるように解放される、
バッテリー安全バルブの作動構造。

【請求項2】

前記端部板の前記第１表面が、前記第２表面へ向かって凹型であって前記安全バルブを設けるように構成される担持部を有し、
前記担持部は第１貫通穴を有し、かつ、
前記安全バルブの直径は前記第１貫通穴の直径よりも長い、
請求項１に記載のバッテリー安全バルブの作動構造。

【請求項3】

絶縁層が前記端部板の前記第２表面上に設けられ、かつ、
前記絶縁層は、前記正端子導電板と前記端部板とを隔離し、かつ、前記負端子導電板と前記端部板とを隔離する、
請求項１又は２に記載のバッテリー安全バルブの作動構造。

【請求項4】

前記絶縁層が、大気開放板を固定する基部と第２貫通穴を有し、
前記大気開放板は、前記大気開放板を固定する基部内において固定されて設けられ、かつ、
前記第２貫通穴は、前記大気開放板と前記安全バルブとの間に設けられる、
請求項３に記載のバッテリー安全バルブの作動構造。

【請求項5】

前記端部板が、大気開放板を固定する基部と第１貫通穴を有し、
前記大気開放板を固定する基部は、前記端部板の前記第２表面上に設けられ、
前記大気開放板は、前記大気開放板を固定する基部内において固定されて設けられ、かつ、
前記第１貫通穴は、前記大気開放板と前記安全バルブとの間に設けられる、
請求項１乃至３のうちいずれか一項に記載のバッテリー安全バルブの作動構造。

【請求項6】

前記安全バルブが、第３表面と該第３表面とは反対を向く第４表面を有し、
位置限定構造は、前記安全バルブの前記第４表面上に設けられ、かつ、
前記端部板は第１貫通穴を有し、
前記位置限定構造は、前記第１貫通穴を貫通して前記第２表面にまで延在して前記作動板を固定し、それにより、前記作動板は、前記通常条件下では前記一定の位置に制限される、
請求項１乃至５のうちいずれか一項に記載のバッテリー安全バルブの作動構造。

【請求項7】

少なくとも１つの圧力破壊溝が、前記第３表面上又は前記第４表面上に設けられ、かつ、前記安全バルブを破壊させることを可能にする、
請求項６に記載のバッテリー安全バルブの作動構造。

【請求項8】

前記大気開放板の表面が、前記大気開放板を貫通する複数の開口部を有し、かつ、
前記回転シャフトは、前記大気開放板の中心に設けられる、
請求項１に記載のバッテリー安全バルブの作動構造。

【請求項9】

前記作動板の２つの端部はそれぞれ、第１磁性要素と第２磁性要素を有し、かつ、
前記第１磁性要素と前記第２磁性要素は、透磁性材料又は磁化材料から作られる、
請求項１乃至８のうちいずれか一項に記載のバッテリー安全バルブの作動構造。

【請求項10】

前記安全バルブが対応する前記第２表面上の位置まで延在する前記正端子導電板の端部が、第１磁性物質を有し、
前記安全バルブが対応する前記第２表面上の位置まで延在する前記負端子導電板の端部は、第２磁性物質を有し、
前記回転シャフトに対して前記作動板の２つの端部を回転させるように駆動させるように、前記第１磁性物質と前記第１磁性要素は磁力によって互いに引きつけあい、かつ、前記第２磁性物質と前記第２磁性要素は磁力によって互いに引きつけあう、
請求項９に記載のバッテリー安全バルブの作動構造。

【請求項11】

前記第１磁性物質と前記第２磁性物質は、透磁性材料又は磁化材料から作られる、
請求項１０に記載のバッテリー安全バルブの作動構造。

【請求項12】

ばねが、前記回転シャフトに対して回転させるように前記作動板を駆動させるため、前記作動板と前記大気開放板との間に設けられる、
請求項１乃至１１のうちいずれか一項に記載のバッテリー安全バルブの作動構造。

【請求項13】

前記ばねが、渦巻きらせん状ばね又は圧縮ばねで、
前記ばねの一の端部は前記作動板上で固定され、かつ、
前記ばねの他の端部は前記大気開放板上で固定される、
請求項１２に記載のバッテリー安全バルブの作動構造。

【請求項14】

前記安全バルブと前記作動板との間に設けられる空気圧バルブをさらに有する、請求項１に記載のバッテリー安全バルブの作動構造。

【請求項15】

前記空気圧バルブが、接続シート、バーストディスク、及び外部部材を有し、
前記接続シートは、前記安全バルブと前記バーストディスクとの間に設けられ、かつ、前記端部板上で固定され、
前記バーストディスクの中心は前記外部部材と結合し、
前記バーストディスクの周辺は、前記端部板の前記第１貫通穴を封止し、
位置限定構造は、前記作動板を固定するように前記外部部材の底部に設けられ、それにより、前記作動板は、前記通常条件下では前記一定の位置に制限される、
請求項１４に記載のバッテリー安全バルブの作動構造。

【請求項16】

前記バーストディスクが第５表面と第６表面を有し、
前記第５表面と前記第６表面は互いに反対を向き、かつ、
少なくとも１つの圧力破壊溝が、前記第５表面上又は前記第６表面上に設けられ、かつ、前記バーストディスクを破壊させることを可能にする、
請求項１５に記載のバッテリー安全バルブの作動構造。

【請求項17】

前記外部部材は、圧力感受性シートで、かつ、応力を検知するときに変形する、
請求項１５に記載のバッテリー安全バルブの作動構造。

【請求項18】

前記作動板の２つの端部はそれぞれ、第１磁性要素と第２磁性要素を有し、かつ、
前記第１磁性要素と前記第２磁性要素は、透磁性材料又は磁化材料から作られる、
請求項１５に記載のバッテリー安全バルブの作動構造。

【請求項19】

前記安全バルブが対応する前記第２表面上の位置まで延在する前記正端子導電板の端部が、第１磁性物質を有し、
前記安全バルブが対応する前記第２表面上の位置まで延在する前記負端子導電板の端部が、第２磁性物質を有し、
前記回転シャフトに対して前記作動板の２つの端部を回転させるように駆動させるように、前記第１磁性物質と前記第１磁性要素は磁力によって互いに引きつけあい、かつ、前記第２磁性物質と前記第２磁性要素は磁力によって互いに引きつけあう、
請求項１８に記載のバッテリー安全バルブの作動構造。

【請求項20】

ばねが、前記回転シャフトに対して回転させるように前記作動板を駆動させるため、前記作動板と前記大気開放板との間に設けられる、
請求項１５に記載のバッテリー安全バルブの作動構造。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示の技術分野は、バッテリー安全バルブの作動構造に関する。

【背景技術】

【0002】

バッテリーが不適切に用いられる−たとえば過充電−とき、当該バッテリーの内部物質は、過剰な電圧に起因する分解反応によって気体を発生させる。バッテリーの構造が封止構造であるため、バッテリーの内圧は発生した気体によって増大する。バッテリーの温度もまた、分解反応又は抵抗によるエネルギー消費という現象によって増大する。従って、安全バルブは、内圧が増大する前に圧力を開放するように、バッテリー内に供される。安全バルブは一種の応力作動構造である。既知の技術は、安全バルブの圧力制御にのみ依拠してバッテリーの設計を改良している。

【0003】

「再充電可能バッテリー」と題された特許文献１は、電極集合体、電極集合体を含むケース、及び、キャップ集合体を有する再充電可能バッテリーを開示した。電極集合体は、第１電極、第２電極、及び、第１電極と第２電極との間に存在するセパレータを有する。キャップ集合体はケースに結合される。キャップ集合体は、第１電極へ電気的に接続されるタブ、及び、第２電極へ電気的に接続される変形可能板を有する。変形可能板はまた、圧力増大に起因して開く切込み部をも有する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】米国特許第８２３６４３９Ｂ２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本開示は、バッテリー安全バルブの作動構造に関する。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示の実施形態によると、バッテリー安全バルブの作動構造は、バッテリー上に設けられるように適合する。前記バッテリー安全バルブの作動構造は、端部板、安全バルブ、正端子導電板、負端子導電板、大気開放板、及び作動板を有する。前記端部板は、当該バッテリーの筐体上に設けられ、かつ、第１表面と第２表面を有する。前記第１表面と前記第２表面は互いに反対を向いている。当該バッテリーの正端子と負端子は前記端部板を貫通する。前記安全バルブは、前記端部板の第１表面上に設けられる。前記正端子は、前記第２表面上に設けられ、かつ、前記正端子から、前記安全バルブに対応する第１位置まで延在する。前記負端子導電板は、前記第２表面上に設けられ、かつ、前記負端子から、前記安全バルブに対応する第１位置まで延在する。前記大気開放板は前記第２表面上に設けられる。前記大気開放板の第２位置は前記安全バルブの第１位置に対応する。前記作動板は、前記大気開放板と前記安全バルブとの間に設けられ、かつ、前記安全バルブによって通常条件下で一定の位置に制限される。回転シャフトは前記作動板と前記大気開放板との間に設けられる。当該バッテリーの内圧が前記安全バブルの破壊圧力を超えるとき、前記作動板は、前記正端子と前記負端子とを回転させ、かつ、前記正端子及び前記負端子とそれぞれ接触するように解放され、その結果、前記正端子と前記負端子との間に電気接続路が形成される。

【0007】

上記の記載は、以下に供される添付図面を適切に参照しながら本願で供される詳細な説明を丁寧に読むことでより良く理解される。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】典型的な実施形態による、バッテリー安全バルブの作動構造を有するバッテリー本体の概略図である。

【図2】図１に示されたバッテリーの本体の分解図である。

【図3A】典型的な実施形態による、バッテリー安全バルブの作動構造の上面図である。

【図3B】典型的な実施形態による、バッテリー安全バルブの作動構造の底面図である。

【図3C】典型的な実施形態による、バッテリー安全バルブの作動構造の分解図である。

【図4A】作動構造、正端子導電板、及び負端子導電板の構成を表す概略図である。

【図4B】作動構造、正端子導電板、及び負端子導電板の構成を表す概略図である。

【図4C】作動構造、正端子導電板、及び負端子導電板の構成を表す概略図である。

【図4D】作動構造、正端子導電板、及び負端子導電板の構成を表す概略図である。

【図5】典型的な実施形態による、バッテリー安全バルブの作動構造の概略図である。

【図6A】空気圧バルブの素子の一部の構成を表す概略図である。

【図6B】空気圧バルブの素子の一部の構成を表す概略図である。

【図7】バッテリーが短絡を有するときの放電と温度の関係を表すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以降では、典型的な実施形態が、当業者によって容易に理解されるように、添付図面を参照しながら詳細に説明される。本発明の基本概念は、本願で説明される典型的な実施形態に限定されることなく様々な形態で実施されてよい。周知の部材についての説明は簡明を期すために省略される。全体を通して、同様の参照番号は同様の構成要素を表す。

【0010】

典型的な実施形態では、バッテリー安全バルブの作動構造は、バッテリー内での内圧が大きくなりすぎるのを防止するため、バッテリー上に設けられるように適合する。バッテリーの内圧が、筐体の耐え得る破壊圧力を超えるとき、そのバッテリーは、強度が最も弱い地点から大量の可燃性気体を激増させて放出する。可燃性気体の濃度とバッテリーの温度が燃焼可能な状況に到達する場合、火花が、可燃性気体に点火することによって炎を起こし、かつ、人々の安全性に影響を及ぼす恐れがある。従って、本開示での安全バルブの設計においては、可燃性気体は、燃焼の可能性を減少させるように安全バルブを破壊することによって解放される。それに加えて、バッテリーが危険な状況にあるとき、短絡素子による正端子と負端子との間での短絡は即時に放電し得て、その結果、バッテリーはもはや電力が完全に満たされた状態にならず、バッテリーの安全性は増大する。この理由のため、本開示は、応力作動機構によって安全バルブを破壊する作動構造を供し、かつ、正端子と負端子との間を短絡するので、バッテリーのエネルギーは減少して、安全目標に到達する。

【0011】

それに加えて、バッテリーの安全機構においては、正端子と負端子との間での短絡が生じて放電が起こるとき、インピーダンスの加熱によるバッテリー温度の増大は、化学反応による圧力の増大よりも長い時間を必要とするので、短絡によるバッテリー温度の増大は、安全性の制御による制限の範囲内で制御され得る。

【実施例1】

【0012】

図１と図２を参照してください。図１は、典型的な実施形態によるバッテリー安全バルブ１０８の作動構造を有するバッテリー１００の本体の概略図である。図２は、バッテリー１００の本体の分解図である。バッテリー１００は、正端子１０１、負端子１０２、端部板１１０、筐体１２０、及び、筐体１２０内に設けられて端部板１１０によって封止されるバッテリー極性巻部１０５を有する。バッテリー極性巻部１０５は、正板、負板（図中には示されていない）、及び、正板と負板との間に存在するセパレータ（たとえば絶縁膜で、図中には示されていない）を巻くことによって作られる。バッテリー極性巻部１０５の２つの端部はそれぞれ、正導体１０６と負導体１０７である。バッテリー極性巻部１０５は、正極と負極に分割される活性物質を有する。正板と負板との間のセパレータは、通過する電子と鉛イオンの流れを遮断することで、電位差を生成するように、電流の蓄電と放電を制御してよい。バッテリー１００は封止構造を有する。バッテリー１００が不適切に用いられる−たとえば過充電又は穴をあける−とき、バッテリー極性巻部１０５は、筐体１２０を満たす熱と可燃性気体を生成し、その後内圧を生じさせる恐れがある。バッテリー１００の内圧が、筐体１２０の耐える破壊圧力を超える場合、安全バルブ１０３が壊れることで、過圧は開放され、かつ、筐体１２０の爆発は防止される。

【0013】

バッテリー１００の筐体１２０と端部板１１０の材料は金属等である。端部板１１０の２つの側部はそれぞれ、第１案内ハンドル１１１と第２案内ハンドル１１２を備えるように設けられる。１第１案内ハンドル１１１の一の端部と第２案内ハンドル１１２の一の端部は、バッテリー１００の筐体１２０まで延在し、かつ、バッテリー極性巻部１０５の正導体１０６と負導体１０７にそれぞれ結合される。第１案内ハンドル１１１の他の端部は、正端子導電板１２１（図３Ｂ参照）と正端子１０１に結合される。第２案内ハンドル１１２の他の端部は、負端子導電板１２２（図３Ｂ参照）と負端子１０２に結合される。従って、バッテリー極性巻部１０５の正導体１０６と負導体１０７はそれぞれ、正端子１０１と負端子１０２に結合する。

【0014】

図３Ａ〜図３Ｃを参照してください。図３Ａは、典型的な実施形態によるバッテリー安全バルブ１０８の作動構造の上面図である。図３Ｂは、典型的な実施形態による、バッテリー安全バルブ１０８の作動構造の底面図である。図３Ｃは、典型的な実施形態による、バッテリー安全バルブの作動構造の分解図である。本開示の実施形態では、バッテリー安全バルブ１０８の作動構造は、端部板１１０、端部板１１０の第１表面Ｓ１上に設けられる安全バルブ１０３、端部板１１０の第２表面Ｓ２上に設けられる正端子導電板１２１、負端子導電板１２２、大気開放板１２３、作動板１２４、及び絶縁層１２５を有する。

【0015】

図３Ａに示されているように、端部板１１０はたとえば長い形状の棒で、かつ、端部板１１０がバッテリー１００と組み合わせられるとき、それに対応してバッテリー１００の正端子１０１と負端子１０２は、正端子の穴１０１’と負端子の穴１０２’をそれぞれ通り抜ける。このとき正端子の穴１０１’と負端子の穴１０２’はそれぞれ、端部板１１０の長手側部間の２つの反対に位置する側部付近に存在する。端部板１１０は第１表面Ｓ１と第２表面Ｓ２を有する。第１表面Ｓ１と第２表面Ｓ２は互いに反対方向を向く。安全バルブ１０３は、端部板１１０の第１表面Ｓ１の中心に設けられる。具体的には、図３Ｃを参照していただくと、端部板１１０の第１表面Ｓ１は、第２表面Ｓ２へ向かって凹型であって安全バルブ１０３を設けて固定するように構成される担持部１１５を有する。それに加えて、担持部１１５は第１貫通穴１１３を有し、かつ、安全バルブ１０３の直径は第１貫通穴１１３の直径よりも大きい。図３Ｂを参照していただくと、正端子電導板１２１と負端子電導板１２２はたとえば、長い棒の形状で、かつ、端部板１１０の第２表面Ｓ２上に設けられる。正端子電導板１２１と負端子電導板１２２は、端部板１１０の長手側部に沿って延在する。正端子電導板１２１は、正端子１０１から、安全バルブ１０３に対応する第２表面Ｓ２上の位置まで延在する。負端子電導板１２２は、負端子１０２から、安全バルブ１０３に対応する第２表面Ｓ２上の位置まで延在する。正端子導電板１２１の材料はアルミニウムであり、かつ、負端子導電板１２２の材料は銅である。しかし本開示の技術的範囲は上記に限定されない。

【0016】

本開示の一の実施形態では、大気開放板１２３の表面は該大気開放板１２３を貫通する複数の開口部を有し、開口部１２８の数とサイズには制限が存在せず、かつ、回転シャフト１３０は大気開放板１２３の中心に設けられる。それに加えて、大気開放板１２３と安全バルブ１０３は互いに反対を向き、かつ、安全バルブ１０３は、端部板１１０上でレーザーはんだによってはんだ付けされて固定される。安全バルブ１０３は、第３表面Ｓ３、及び、第３表面Ｓ３とは反対を向く第４表面Ｓ４を有する。第３表面Ｓ３上又は第４表面Ｓ４上には少なくとも１つの破壊溝Ｇ−たとえばＶ字形状の溝の組−が存在することで、安全バルブ１０３は、圧力変化の結果壊れる。圧力破壊溝Ｇは他の周囲の板よりも薄い。従ってバッテリー１００の内部気体が、大気開放板１２３の開口部１２８を介してバッテリー１００の外部へ漏出するときに、安全バルブ１０３は、破壊又は変形−たとえば薄い圧力破壊溝Ｇから外側へ膨張−することで、過重圧力を緩和する。

【0017】

図３Ｂを参照していただくと、端部板１１０の材料はたとえばアルミニウムのような金属であるとき、絶縁層１２５−たとえばポリエステルシート−が端部板１１０の第２表面Ｓ２上に設けられる。絶縁層１２５は、正端子導電板１２１と端部板１１０とを隔離するだけではなく、負端子導電板１２２と端部板１１０とをも隔離する。従って絶縁層１２５は、正端子導電板１２１と負端子導電板１２２が、端部板１１０と接触して短絡を生じさせることを防止する。それに加えて、絶縁層１２５は、大気開放板を固定する基部１２６と第２貫通穴１２７を有する。安全バルブ１０３と対向する大気開放板１２３は、大気開放板を固定する基部１２６内で固定されて設けられる。第２貫通穴１２７は、大気開放板１２３と安全バルブ１０３との間に設けられる。他の実施形態では、端部板１１０の材料が非伝導性であるとき、端部板１１０の第２表面Ｓ２上に絶縁層１２５を設ける必要はなく、かつ、大気開放板を固定する基部１２６は、非伝導性端部板１１０の第２表面Ｓ２上に直接設けられてよい。

【0018】

図３Ｃを参照していただくと、位置限定構造１０４が安全バルブ１０３の第４表面Ｓ４上に設けられ、かつ、位置限定構造１０４は、第１貫通穴１１３を貫通して第２表面Ｓ２にまで延在する。さらに作動板１２４は、大気開放板１２３と安全バルブ１０３との間に設けられ、かつ、通常条件下で安全バルブ１０３によって一定の位置に制限される。具体的には、回転シャフト１３０は大気開放板１２３と作動板１２４との間に設けられる。回転シャフト１３０は大気開放板１２３上又は作動板１２４上で固定されてよく、かつ、大気開放板１２３と作動板１２４は回転シャフト１３０を介して互いにピン接合する。そのため作動板１２４は、大気開放板１２３に対して回転することができる。しかも大気開放板１２３の位置は安全バルブ１０３とは反対側で、かつ、絶縁層１２５の第２貫通穴１２７は端部板１１０の第１貫通穴と接続する。大気開放板１２３の材料はセラミックス又は銅と同様の材料である。作動板１２４の材料は銅又はアルミニウムである。

【0019】

図３Ｃ、図４Ａ〜図４Ｄを同時に参照してください。図４Ａ〜図４Ｄは、作動板１２４、正端子導電板１２１、及び負端子導電板１２２の構成を表す概略図である。一の実施形態では、安全バルブ１０３の位置限定構造１０４−たとえば２つのチップ−は作動板１２４を固定するように構成されているため、作動板１２４は、通常条件下では回転することなく一定の位置に制限される。図４Ａと図４Ｂに示されているように、作動板１２４、正端子導電板１２１、及び負端子導電板１２２の材料は、たとえば銅又はアルミニウムのような導電性であり、かつ、作動板１２４は位置限定構造１０４によって制限されている。そのため、作動板１２４は、安全バルブ１０３が対応する第２表面Ｓ２上の位置にまで延在する正端子導電板１２１及び負端子導電板１２２とは接触も導通もしない。さらに図４Ｃと図４Ｄを参照していただくと、安全バルブ１０３が破壊又は変形するとき、位置限定構造１０４は作動板１２４を解放して自由にする。作動板１２４の２つの端部は、磁力又は弾性力によって駆動され、かつ、自由に回転する。作動板１２４の２つの端部は、正端子導電板１２１及び負端子導電板１２２とそれぞれ接触することで、正端子１０１と負端子１０２との間に電気的接続路を形成する（図３Ａをご参照ください）。

【0020】

図４Ｃに示されているように、安全バルブ１０３に対応する第２表面Ｓ２上に位置まで延在する正端子導電板１２１の端部は、第１磁性物質１３１を有し、かつ、安全バルブ１０３に対応する第２表面Ｓ２上に位置まで延在する負端子導電板１２２の端部は、第２磁性物質１３２を有する。第１磁性物質１３１と第２磁性物質１３２は、透磁性材料又は磁化材料−ＮｄＦｅＢのような永久磁石（たとえばＮ３８ＵＨ、Ｎ４０ＵＨ、Ｎ３５ＥＨ、Ｎ３８ＥＨ、Ｎ３０ＡＨ、又はＮ３３ＡＨ）−で作られる。それに加えて、作動板１２４の２つの端部はそれぞれ、第１磁性要素１３３と第２磁性要素１３４を有する。第１磁性要素１３３と第２磁性要素１３４は、透磁性材料又は磁化材料−ＮｄＦｅＢのような永久磁石（たとえばＮ３８ＵＨ、Ｎ４０ＵＨ、Ｎ３５ＥＨ、Ｎ３８ＥＨ、Ｎ３０ＡＨ、又はＮ３３ＡＨ）−で作られる。一の実施形態では、上述のＮｄＦｅＢ永久磁石の最大磁気エネルギー積（ＢＨ_ｍａｘ）は２２０ＫＪ／ｍ^３〜３３０ＫＪ／ｍ^３の範囲を有し、かつ、上述のＮｄＦｅＢ永久磁石の最大許容可能な動作温度は５００℃−これはバッテリー極性巻部１０５の許容可能動作温度（１２０℃）を超える−を超えている。そのため磁石は高温環境による影響を受けない。

【0021】

作動板１２４が解放されるとき、回転シャフト１３０に対して回転させるように作動板１２４の端部を駆動するように、第１磁性物質１３１と第１磁性要素１３３は磁力によって互いに引きつけあい、かつ、第２磁性物質１３２と第２磁性要素１３４は別な磁力によって互いに引きつけあう。よって、それぞれ正端子導電板１２１と負端子導電板１２２により接近する作動板１２４の２つの端部には、より強い磁気駆動力が存在する。そのため抵抗は小さくなり得る。

【0022】

しかも図４Ｄに示されているように、磁力による駆動に加えて、作動板１２４は弾性力によって駆動されてよい。本開示の実施形態では、ばね１２９は作動板１２４と大気開放板１２３との間に設けられる。ばね１２９は、渦巻きらせん状ばね又は圧縮ばねであってよい。ばね１２９の一の端部は作動板１２４上に固定されてよい。ばね１２９の他の端部は大気開放板１２３上に固定されてよい。作動板１２４が通常条件下で一定の位置で制限されているとき、ばね１２９は弾性力を蓄える。作動板１２４が解放されるとき、ばね１２９は、蓄えられた弾性力を解放することで、回転シャフト１３０に対して回転するように作動板１２９を駆動し、かつ、作動板１２４の２つの端部は、正端子導電板１２１及び負端子導電板１２２とそれぞれ接触する。

【0023】

上述したように、本開示では、バッテリー安全バルブ１０８の作動構造は、バッテリーの全エネルギーを減少させることで安全性目標に到達するように、応力作動機構によって正端子導電板１２１及び負端子導電板１２２と接触して短絡するように作動板１２４を駆動する。

【0024】

それに加えて、上述の実施形態では、バッテリー安全バルブ１０８の作動構造は、端部板１１０の第２表面Ｓ２に沿って、バッテリー１００内部で内向きに設定される。しかし他の実施形態では、バッテリー安全バルブ１０８の作動構造は、端部板１１０の第２表面Ｓ１に沿って、バッテリー１００内部で内向きに設定される。動作機構は上述の実施形態において説明したものと同一であるため、ここでは繰り返して説明しない。

【実施例2】

【0025】

図５、図６Ａ、及び図６Ｂをご参照ください。図５は、典型的な実施形態による、バッテリー安全バルブ２０８の作動構造の概略図である。図６Ａと図６Ｂは、空気圧バルブ２００の素子の一部の構成を表す概略図である。本開示の実施形態では、バッテリー安全バルブ２０８の作動構造は、端部板１１０、端部板１１０の第１表面Ｓ１上に設けられる安全バルブ２０１、端部板１１０の第２表面Ｓ２上に設けられる正端子導電板１２１、負端子導電板１２２、大気開放板１２３、作動板１２４、及び絶縁層１２５を有する。端部板１１０、正端子導電板１２１、負端子導電板１２２、大気開放板１２３、作動板１２４、及び絶縁層１２５は実施例１で既に説明しているので、ここでは繰り返して説明しない。

【0026】

バッテリー安全バルブ２０８の作動構造は、安全バルブ２０１と作動板１２４との間に設けられる空気圧バルブ２００をさらに有する。詳細には、空気圧バルブ２００は、安全バルブ２０１の第４表面Ｓ４上に設けられる接続シート２０２、バーストディスク２０３、及び外部部材２０４を有する。接続シート２０２は、安全バルブ２０１とバーストディスク２０３との間に存在し、かつ、端部板１１０の第１表面Ｓ１上で固定されている。（図６Ａに示されているように）バーストディスク２０３の中心部は外部部材２０４と結合し、バーストディスク２０３の周辺部は、端部板１１０の第１貫通穴１１３を封止することで、空気圧バルブ２００の応力作動機構を構成する。具体的には、バーストディスク２０３の中心部には開口部が存在し、かつ、外部部材２０４はバーストディスク２０３の開口部内に設けられることで、開口部を封止して互いに結合する。図示をわかりやすくするため、端部板１１０と絶縁層１２５を示さずに、図６Ａは、端部板１１０の第１貫通穴１１３内に設けられるバーストディスク２０３と外部部材２０４のみ示し、かつ、図６Ｂは、外部部材２０４、作動板１２４、正端子導電板１２１、及び負端子導電板１２２のみ示している。

【0027】

本開示の実施形態では、外部部材２０４の底部に位置限定構造２０５が存在する。位置限定構造２０５は、第１貫通穴１１３を貫通して第２表面Ｓ２まで延在し、かつ、作動板１２４を固定する。よって作動板１２４は、安全バルブ１０３によって通常条件下では一定の位置で制限されている。

【0028】

加えてバーストディスク２０３は第５表面Ｓ５と第６表面Ｓ６を有する。第５表面Ｓ５と第６表面Ｓ６は互いに反対を向いている。第５表面Ｓ５又は第６表面Ｓ６上には少なくとも１つの圧力破壊溝Ｇ１−たとえばＶ字形状溝の組−が存在する。安全バルブ２０１の第３表面Ｓ３又は第４表面Ｓ４上には少なくとも１つの１つの圧力破壊溝Ｇ２−たとえばＶ字形状溝の組−が存在する。２つの圧力破壊溝Ｇ１とＧ２は他の周囲の板よりも薄い。従ってバッテリー１００の内部気体が、大気開放板１２３の開口部１２８を介してバッテリー１００の外部へ漏出するときに、安全バルブ２０１とバーストディスク２０３は、破壊又は変形−たとえば薄い圧力破壊溝Ｇ１とＧ２から外側へ膨張−することで、過重圧力を緩和する。さらにバーストディスク２０３の中心に設けられた外部部材２０４は、圧力感受性シートであってよく、応力を検知するときに変形してよい。詳細には、外部部材２０４がバッテリー１００の内部気体の外向きの空気圧を検知するとき、外部部材２０４は変形して、作動板１２４を回転させるように位置限定構造２０５を解放する。その結果、正端子導電板１２１と負端子導電板１２２は互いに接触するので、バッテリー１００の安全性を改善するように放電が実現される。

【0029】

本開示の実施形態では、応力作動機構の二重バルブ（安全バルブと空気圧バルブ）及び位置限定構造２０５と安全バルブ２０１とを分離する設計を利用することによって、安全バルブ２０１が外部からの力によって使えなくなる又は壊れたときに、空気圧バルブ２００が使えなくなった安全バルブ２０１の代わりになり得る。従ってバッテリー安全バルブ２０８の作動構造は、二重保護の機能を実現する。よって空気圧バルブ２００が、バッテリー１００の内部気体によって実際の破壊又は変形するときにのみ、空気圧バルブ２００は、作動板１２４を解放して、安全性を向上させる。

【0030】

本開示の上述の実施形態では、安全バルブ（又は空気圧バルブ）を破壊することでバッテリー１００の内圧が高くなりすぎるのを防止することによって、バッテリー安全バルブの作動構造は正端子と負端子との間で短絡を生成する。その結果バッテリーは、危険な状態にあるときに即時に放電するので、そのバッテリーの全エネルギーはもはや十分に満たされなくなることで、安全性が向上する。

【0031】

図７を参照してください。図７は、バッテリーが短絡を有するときの放電と温度の関係を表すグラフである。バッテリー中で短絡を引き起こす放電を模擬する実験では、そのバッテリーの正端子と負端子は外部回路に結合される。外部回路のインピーダンスは５ｍΩ未満で、かつ、通過する電流を供する板の断面積は約３ｍｍ^２と仮定する。続いてバッテリーは、最大エネルギー（たとえば４．２Ｖ）を有するまで充電され、かつ、スイッチは外部回路を短絡するように開放される。そのとき、バッテリーは瞬時に放電する（最大電流は８００Ａに到達し得る）ので、そのバッテリー内部の温度、又は、そのバッテリーの正端子と負端子の温度は、インピーダンスの加熱によって上昇する。バッテリーの中心及び正端子と負端子で温度計によって測定された温度によると、短絡によって上昇した温度は、約８０℃に到達し、かつ、依然として安全規制の許容可能な範囲内で制御されている。約３００秒後、バッテリーは、温度が約５０℃にまで減少するまで冷却段階に入り始める。

【0032】

よって正端子導電板と負端子導電板の線インピーダンスが低く、かつ、導電性領域が電流を流すのに十分な大きさである限り、バッテリー極性巻部によって生成される熱と、短絡によって生成される熱の合計は、そのバッテリーの温度が、そのバッテリー極性巻部のセパレータの融点（約１２０℃）を上回れるほど大きくない。そのためバッテリーは安全な状態を維持できる。

【0033】

開示された実施形態に対する様々な修正型及び変化型があり得ることは当業者には自明である。明細書及び実施例は単なる例に過ぎず、本開示の真の技術的範囲は「特許請求の範囲」及びその均等物によって示唆されることが意図されている。

【符号の説明】

【0034】

１００ バッテリー、１０１ 正端子、１０１’ 正端子の穴、１０２ 負端子、１０２’ 負端子の穴、１０３，２０１ 安全バルブ、１０４，２０５ 位置限定構造、１０５ バッテリー極性巻部、１０６ 正導体、１０７ 負導体、１０８ バッテリー安全バルブ、１１０ 端部板、１１１ 第１案内ハンドル、１１２ 第２案内ハンドル、１１３ 第１貫通穴、１１５ 担持部、１２０ 筐体、１２１ 正端子導電板、１２２ 負端子導電板、１２３ 大気開放板、１２４ 作動板、１２５ 絶縁層、１２６ 大気開放板を固定する基部、１２７ 第２貫通穴、１２８ 開口部、１２９ ばね、１３０ 回転シャフト、１３１ 第１磁性物質、１３２ 第２磁性物質、１３３ 第１磁性要素、１３４ 第２磁性要素、２００ 空気圧バルブ、２０２ 接続シート、２０３ バーストディスク、２０４ 外部部材。

【図1】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【図3C】

【図4A】

【図4B】

【図4C】

【図4D】

【図5】

【図6A】

【図6B】

【図7】