JP2003346920A

JP2003346920A - 電池の過熱検出装置及びそれを含むバッテリパック

Info

Publication number: JP2003346920A
Application number: JP2002157021A
Authority: JP
Inventors: Tetsuya Kimura; 哲也木村
Original assignee: SOLECTRON JAPAN KK
Current assignee: SOLECTRON JAPAN KK
Priority date: 2002-05-30
Filing date: 2002-05-30
Publication date: 2003-12-05

Abstract

(57)【要約】【課題】複数の電池を含むバッテリパックにおいて、
全ての電池の表面温度を簡易に監視できるようにする。【解決手段】温度変化に応じて物性を変え、複数の電
池３ａ〜３ｄの配置エリアに亘る熱センサ１であって、
全ての電池３ａ〜３ｄに隣接するように配置されている
熱センサ１と、該熱センサ１の物性変化に応じて電池の
過熱を検出する過熱検出部２とを含む電池の過熱検出装
置を提供する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電池の過熱検出装
置及びそれを含むバッテリパックに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年の電気機器、特に、携帯用オーディ
オ、携帯電話、ノート型パーソナルコンピュータ、ビデ
オレコーダー、デジタルカメラ等の携帯機器において、
その動力源である電池には小型化・軽量化と共に安全性
が求められている。電池の安全性が問題となる現象とし
て、過充電、過放電等が挙げられるが、これらの現象は
電池の温度上昇を伴う。例えば、充放電可能な二次電池
において電池内部の故障によりエネルギーの内部消費が
発生したとき、その故障状態のまま充電、放電を繰り返
すと、その故障度合いが助長され、更にエネルギー消費
が拡大する。結果として、電池は異常発熱を起こす。

【０００３】このような電池の故障に起因する事故を防
ぐためには、電池の温度上昇を検出し、電池動作を遮断
することが、最も簡便かつ汎用的な手段である。このた
め、安全装置として、電池の発熱を検出する過熱検出装
置を、電池に設けることが必要とされる。しかしなが
ら、電池に安全装置をつけると、電池全体あるいは電池
を使用する機器全体の重量や大きさが増大し、その利便
性は低下していく。このため、安全装置である電池の過
熱検出装置は、小型で軽量のものが要求される。

【０００４】ここで、多くの場合、携帯機器には二次電
池を内蔵したバッテリパックが使用される。内蔵されて
いる二次電池の表面温度を監視する際、物理的制約が許
すのであれば、二次電池に接するように、サーミスタ、
温度フューズ、サーモスタット等の熱監視素子をバッテ
リパックに設け、二次電池の温度を監視することができ
る。しかし、従来、電池のレイアウト等、物理的制約に
より全ての内蔵電池の温度を即座に監視する事は困難
で、多くの場合、熱監視装置が接触している電池の温度
で、パッテリパックが内蔵する全ての電池の温度を代表
させてきた。このため、電池故障が発生し、電池が発熱
を起こした場合、熱監視素子が接している電池に対して
は即座に検出可能であるが、熱監視素子が接していない
電池に対しては検出が遅れてしまうという問題がある。

【０００５】バッテリパックにおける過熱検出装置の従
来技術の一例を、添付図面を参照して説明する。図７
は、バッテリパックにおける従来の過熱検出装置を表す
概念図である。図７において、バッテリパック２１は電
池単体３ａ〜３ｄ及び制御基板２を内蔵している。制御
基板２には温度フューズ、サーミスタ等の温度監視素子
２２が接続されている。温度監視素子２２は４個のうち
の一つの電池である電池３ｄにのみ接して設けられてい
る。例えば、電池３ｄが故障、発熱したとき、この発熱
情報は、温度監視素子２２により即座に検出可能で、放
電を停止する等、制御基板２により適切に処置すること
ができる。しかし、電池単体３ａ〜３ｃが故障、発熱し
たとき、これらの電池単体は温度監視素子２２に接して
いないため、この発熱情報の検出には時間がかかり、そ
の間に、電池単体の故障による被害が大きくなるおそれ
がある。

【０００６】また、特開２００２−１００４１１号公報
に開示されるように、バッテリパックに内蔵される電池
の各々に温度ヒューズ等の熱監視素子を設けることで、
バッテリパックに内蔵される全ての電池の異常発熱を検
出することも可能である。しかしながら、この場合も、
熱監視素子が接触している場所の温度で、電池全体の温
度を代表させているに過ぎず、必ずしも正確に電池の温
度を監視しているとは言えない状態であった。しかも、
多くの熱監視素子を設けることにより、バッテリパック
の重量や体積は増加し、また、バッテリパックの製造工
程が煩雑になるため、製造コストが割高となる。以上の
ように、小型、軽量であり、低コストで製造可能であっ
て、かつ、バッテリパックに内蔵される全ての電池の温
度を正確に監視する熱監視装置が望まれていた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、小型、軽量
であり、低コストで製造可能であって、かつ、複数の電
池のいずれの異常発熱をも確実に検出することが可能な
過熱検出装置及び該過熱検出装置を備えるバッテリパッ
クを提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明者等は、上記課題
を解決するために、以下に述べる過熱検出装置及び該過
熱検出装置を備えるバッテリパックを創出した。すなわ
ち、本発明に係る電池の過熱検出装置は、温度変化に応
じて物性を変え、複数の電池の配置エリアに亘る熱セン
サであって、全ての電池に隣接するように配置されてい
る熱センサと、該熱センサの物性変化に応じて電池の過
熱を検出する過熱検出部とを含む。好ましくは、前記熱
センサは、所定温度で溶断する特性を持つ導体線を含
み、前記導体線は各電池の複数箇所に隣接して配線され
ていることが好ましい。あるいは、前記熱センサが、所
定温度で溶解するシート状の感熱樹脂を、２枚のシート
状の導体の間にはさんだ構造を含んでもよい。また、前
記過熱検出部が、過熱を検出した際に、前記電池の充放
電を停止させる手段を含むとさらに好適である。また、
本発明は、別の側面において、前記過熱検出装置を備え
るバッテリパックである。また、さらに別の側面におい
て、バッテリパックを含む電気機器であって、温度変化
に応じて物性を変え、複数の電池の配置エリアに亘る熱
センサであって、全ての電池に隣接するように配置され
ている熱センサをバッテリパックに含み、該熱センサの
物性変化に応じて電池の過熱を検出する過熱検出部を電
気機器である。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下に、本発明に係る過熱検出装
置の１例を、添付図面を参照しながら説明する。図１は
本発明に係る過熱検出装置の概念図である。図２は本発
明に係る熱センサの図１Ａ線における模式的な断面図で
ある。図３は本発明に係る過熱検出装置における電気回
路の模式図である。図１に示すように、過熱検出装置
は、シート状の熱センサ１と過熱検出部である制御基板
２を主要な要素として含む。電池３ａ〜３ｄは、電気機
器に使用されるバッテリパック等に内蔵されるものであ
る。熱センサ１は、複数の電池３ａ〜３ｄの配置エリア
に亘って配置され、内部にワイヤ状の熱監視導体４を備
えている。該熱監視導体４は所定温度で溶断する特性を
持った導体からなり、電池単体３ａ〜３ｄのそれぞれの
複数箇所に隣接するように配線されている。ここで、図
２に示すように、熱センサ１内の熱監視導体４は、絶縁
体５により覆われている。また、熱監視導体４は、制御
基板２に組み込まれている制御ＩＣ６に接続される。図
３に示すように、電池３、熱監視導体４、制御ＩＣ６、
スイッチ素子７、抵抗８等が該過熱検出装置の回路をな
す。制御ＩＣ６は電気３を電源とし、入力電圧に応じ
て、スイッチ素子７を開閉することで、電池３ａ〜３ｄ
からの電池機器への電源の供給を制御する。

【００１０】次に、上記の本発明に係る過熱検出装置を
用いて、電池の異常発熱を検出する方法について、添付
図面を参照しながら説明する。図３に示すように、通常
状態では熱監視導体４はつながっているので、制御ＩＣ
６には、熱監視導体４における電圧降下に対応する電圧
がかかる。この時、スイッチ素子７は閉じた状態であ
り、電池の充放電は正常に行われる。ここで、図４に示
すように、電池単体３ｄ’が何らかの要因で異常発熱
し、発熱の温度が一定以上に達すると、熱監視導体４
は、電池３ｄ’と隣接している発熱感知部位４’におい
て溶断する。この時、熱監視導体４が切断するため、制
御ＩＣ６には、電池３の起電力に対応する電圧がかか
る。この電圧変化に応じて、制御ＩＣ６はスイッチ素子
７を開き、電位の充放電を停止させる。以上のように、
本発明に係る過熱検出装置により、電池３ａ〜３ｄのい
ずれの電池が異常発熱した場合をも、それを確実に検知
して、電池の充放電を停止することができる。

【００１１】ここで、図５は電池と熱センサの位置関係
を示す概念図である。図５において、熱センサ１は全て
の電池に隣接して設けられている。図５（ａ）におい
て、熱センサ１は電池単体３ａ、３ｂそれぞれに一方向
からのみ隣接している。この態様により、電池の過熱は
十分に検出できる。図５（ｂ）において、熱センサ１は
電池単体３ａ、３ｂそれぞれに複数の方向から隣接して
いる。このように、電池単体３ａ、３ｂを包み込むよう
に熱センサ１を折り曲げることで、熱センサ１が電池単
体３ａ、３ｂに複数の方向から隣接し、熱センサ１は電
池単体３ａ、３ｂの異常発熱をよりすばやく検出可能に
なる。

【００１２】また、熱監視導体４は、温度の変化に合わ
せてその物性を変化させる導体あるいは半導体であれば
何でもよく、特に限定されるものではないが、好適例と
して以下のものが挙げられる。熱監視導体４は、所定温
度で溶断する特性を持つと好ましい。すなわち、熱監視
導体４は、亜鉛、錫、あるいは、半田等、これらを主成
分とする合金であると好適である。これらは、安価で、
屈曲にも対応でき、低い融点のものを製造可能である。
また、熱監視導体４は、温度に応じて抵抗値が変化する
特性を持つものでもよい。すなわち、熱監視導体は、Ｎ
ＴＣ、ＰＴＣ、ＣＴＲ等のサーミスタ等、マンガン、コ
バルトなどの酸化物を組み合わせて作った半導体である
と好適である。この場合、制御ＩＣ６には、該半導体に
おける電圧降下に対応する電圧がかかり、制御ＩＣ６
は、この電圧に応じて電池の温度を算出し、電池の充放
電を制御する。一般的に、電池の表面温度は８５〜９５
℃で異常とするのが好ましく、特に限定されるものでは
ないが、熱監視導体４は、この温度付近での物性変化が
顕著であると好適である。すなわち、約８５〜９５℃で
溶断する導体あるいは約８５〜９５℃での単位温度あた
りの抵抗値変化量が大きい半導体であると好適である。
また、絶縁体５は、特に限定されるものではないが、安
価で加工しやすく、屈曲可能であるという点で、紙やポ
リ塩化ビニリデンが好適である。

【００１３】なお、電池の異常発熱を検出する上で、熱
監視導体は１本の導体線で十分であるが、２本以上の導
体線を組み合わせて同様の効果を得ることもできる。つ
まり、複数の動体線をもって電池の配置エリアを覆い、
かつ、各電池が少なくとも１本の導体線と隣接するよう
に、導体線を配線することで、いずれの電池の発熱をも
確実に検出することができる。特に、各々の電池に１本
ずつの導体線を配線することで、電池の異常発熱を検出
すると同時に、どの電池が異常発熱を起こしたのか特定
することも可能である。

【００１４】次に、本発明に係る過熱検出装置の別の１
例を、添付図面を参照しながら説明する。図６は本発明
に係る過熱検出装置の別の態様を示す概念図である。図
６に示すように、過熱検出装置は、シート状の熱センサ
１１と過熱検出部である制御基板１２を主要な要素とし
て含む。電池３ａ〜３ｄは、電気機器に使用されるバッ
テリパック等に内蔵されるものである。熱センサ１１
は、電池単体３ａ〜３ｄの全てに隣接するように配置さ
れている。熱センサ１１は、所定温度で溶解するシート
状の感熱樹脂１３を、２枚のシート状の熱監視導体１４
ａ、１４ｂの間にはさんだ構造を有し、絶縁体１５によ
り覆われている。このような熱監視導体１４ａ、１４ｂ
はそれぞれ制御基板１２に接続される。通常状態におい
て、熱センサ内の熱監視導体１４ａ、１４ｂは不導体で
ある感熱樹脂１３により隔てられているので、熱監視導
体１４ａ、１４ｂ間に電気は流れていない。しかしなが
ら、何らかの要因で、電池３ａ〜３ｄのいずれかが異常
発熱し、それにより感熱樹脂１３が所定の温度に達する
と、感熱樹脂１３は溶解し、熱監視導体１４ａ、１４ｂ
は接触し、熱監視導体１４ａ、１４ｂ間で通電状態にな
る。制御基板１２はこの通電状態を熱監視導体１４ａ、
１４ｂ間の電位差の変化として捉えることで、異常発熱
を検出することができる。電池の異常発熱を検出した際
には、制御基板１２に組み込まれている制御ＩＣ（図示
しない）はスイッチ素子（図示しない）を開き、電池の
充放電を止める。なお、特に限定されるものではない
が、所定温度で溶解する感熱樹脂１３は、ポリプロピレ
ンといった熱可塑性樹脂が好ましく、約８５〜９５℃で
溶解する特性をもつと、さらに好ましい。ポリプロピレ
ンは流動性が良い事から薄肉成形が可能で本装置の薄型
化が可能となる。

【００１５】以下に、本発明を適用できる対象の範囲
や、本発明に係る過熱検出装置の構成等の好ましい例を
挙げるが、これらは、決して限定する目的で挙げるので
はない。本発明に係る過熱検出装置は、電気機器に使用
するバッテリパックに適用すると好適である。この時、
検出手段は必ずしもバッテリパックに組み込む必要はな
く、該バッテリパックを使用する電気機器に組み込んで
もよい。ここで、該電気機器は、携帯用オーディオ、携
帯電話、ノート型パーソナルコンピュータ、ビデオレコ
ーダー、デジタルカメラ等の携帯機器であると好適であ
る。また、該バッテリパックが内蔵する電池は、ニッケ
ル−カドミウム電池、ニッケル水素電池、リチウムイオ
ン電池、リチウムポリマー電池等の二次電池であると好
適である。

【００１６】なお、制御ＩＣへの電源を、バッテリパッ
クに内蔵される電池から供給する例を上に挙げたが、バ
ッテリパックを使用する電気機器に内蔵電池がある場合
等、バッテリパックに内蔵される電池以外に電源の供給
手段が存在する場合、その電源を制御ＩＣの電源として
用いることもできる。また、過熱検出装置の電気回路
は、熱監視導体の種類や導体線の本数、スイッチ素子、
あるいは制御ＩＣへの電気の供給方法等に応じて、任意
の電気回路を用いることができる。

【００１７】

【発明の効果】上記したところから明らかなように、本
発明は、複数の電池のいずれの異常発熱をも確実に検出
することが可能な過熱検出装置及び該過熱検出装置を備
えるバッテリパックを提供する。これにより、より正確
に電池の状態を検出し、電池の故障による被害を最少化
することができる。ひいては、本発明に係る過熱検出装
置は、電池及び電池を必要とする電気機器の安全性を向
上させる。また、本発明に係る過熱検出装置及び該過熱
検出装置を備えるバッテリパックは、従来のものと比べ
て、構成要素が少ないため、製造に要するコストを低く
押さえることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る過熱検出装置を表す概念図であ
る。

【図２】本発明に係る熱監視部の断面図である。

【図３】本発明に係る過熱検出装置における電気回路の
模式図である。

【図４】電池が異常発熱したときの、本発明に係る過熱
検出装置の挙動を表す概念図である。

【図５】本発明にかかる過熱検出装置の熱センサと電池
の位置関係を示す概念図である。

【図６】本発明に係る過熱検出装置の別の態様を示す概
念図である。

【図７】バッテリパックにおける従来の過熱検出装置を
表す概念図である。

【符号の説明】

１熱センサ２制御基板３電池３ａ〜３ｄ電池単体３ｄ’ 故障電池単体４、４ａ、４ｂ熱監視導体４’ 故障感知部位５絶縁体６制御ＩＣ７スイッチ素子８抵抗１１熱センサ１２制御基板１３感熱樹脂１４ａ、１４ｂ熱監視導体１５絶縁体２１バッテリパック２２温度監視素子

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】温度変化に応じて物性を変え、複数の電
池の配置エリアに亘る熱センサであって、全ての電池に
隣接するように配置されている熱センサと、該熱センサの物性変化に応じて電池の過熱を検出する過
熱検出部とを含む電池の過熱検出装置。
【請求項２】前記熱センサが所定温度で溶断する特性
を持つ導体線を含む請求項１に記載の電池の過熱検出装
置。
【請求項３】前記導体線が各電池の複数箇所に隣接し
て配線されている請求項２に記載の電池の過熱検出装
置。
【請求項４】前記熱センサが、所定温度で溶解するシ
ート状の感熱樹脂を、２枚のシート状の導体の間にはさ
んだ構造を含む、請求項１に記載の電池の過熱検出装
置。
【請求項５】前記過熱検出部が、過熱を検出した際
に、前記電池の充放電を停止させる手段を含む請求項１
ないし４のいずれかに記載の電池の過熱検出装置。
【請求項６】請求項１ないし５のいずれかに記載の電
池の過熱検出装置を備えたバッテリパック。
【請求項７】バッテリパックを含む電気機器であっ
て、温度変化に応じて物性を変え、複数の電池の配置エリア
に亘る熱センサであって、全ての電池に隣接するように
配置されている熱センサをバッテリパックに含み、該熱センサの物性変化に応じて電池の過熱を検出する過
熱検出部を電気機器の本体に含む電気機器。