JP2004179073A - Protective element for secondary battery, and secondary battery - Google Patents

Protective element for secondary battery, and secondary battery Download PDF

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JP2004179073A
JP2004179073A JP2002346232A JP2002346232A JP2004179073A JP 2004179073 A JP2004179073 A JP 2004179073A JP 2002346232 A JP2002346232 A JP 2002346232A JP 2002346232 A JP2002346232 A JP 2002346232A JP 2004179073 A JP2004179073 A JP 2004179073A
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Japan
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terminal
charging
temperature
secondary battery
side terminal
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JP2002346232A
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Suuro Kobayashi
崇朗 小林
Kenji Kawaguchi
健司 川口
Hideki Kishi
秀樹 岸
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Sanyo Electric Co Ltd
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Sanyo Electric Co Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a protective element for a secondary battery, and a secondary battery with a temperature element built in, wherein a current is broken when overcharged and unnecessary breaking of the current is not caused when discharged. <P>SOLUTION: In the protective element 30, a conductive plate 31 and a conductive plate 32 consisting of a nickel plate are joined to the temperature element 33, and these are fixed by a resin mold 34. A negative pole terminal of an elementary battery and a terminal board 26 for discharging are conducted through the conductive plate 31. Power is supplied to an external load from the elementary battery via the conductive plate 31 not via the temperature element 33 when discharging. The negative pole terminal and a terminal board 27 for charging are connected through the temperature element 33 and the conductive plates 31, 32, and power is supplied via the temperature element 33 when charging. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、PTC、バイメタルや温度ヒューズ等の温度素子が内蔵されている二次電池に関する。
【0002】
【従来の技術】
パソコンやデジタルカメラ等の電源として、リチウムイオン電池に代表される二次電池が広く用いられている。この二次電池は、充電可能な発電素体と外部端子とを備え、外部から発電素体に充電したり発電素体から外部に放電する際には、この外部端子を介して行うようになっている。
【0003】
リチウムイオン電池の場合、過充電されると電池内が異常に高温となって破裂や発火する可能性があるため、一般に、高温になったときに電流を遮断する感温タイプの温度素子(温度ヒューズやPTC等)が、発電素体と外部端子との間に介挿されている。例えば、特許文献1には、保護素子が内蔵されたパック電池が記載されている。
【0004】
温度ヒューズは、設定温度よりも高温になると溶断されて電流経路を遮断し、PTCも温度が高くなると、電気抵抗が急激に大きくなるので実質的に電流経路を遮断する。
従って、このような温度素子をリチウムイオン電池に内蔵させることによって、過充電に伴って電池が破裂したり発火したりするのが防止される。
【0005】
【特許文献1】
特開2000−243362号公報
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のように温度素子を備えた二次電池において、放電時における放電電流が本来許容される範囲内にあるにもかかわらず、電池内が高温になるのに伴って温度素子が作動して電流経路が遮断されてしまうことがある。例えば、図5に示されるグラフでは、リチウムイオン電池を連続放電するのに伴って電池温度が徐々に上昇しているが、負荷電流が一時的に大きくなる等により電池温度が90℃程度の高温になると、温度素子が作動して放電が停止してしまうことがある。一般に、負荷変動等により負荷電流が一時的に大きくなる場合は、図5の破線で示すように、負荷が軽減された後は電池の端子電圧が回復し、負荷に供給する電力が残されているが、温度上昇時に上記温度素子が作動してしまうとその時点で負荷との接続が遮断されて電力が供給できなくなってしまう問題がある。
【0007】
特に、パソコンやデジタルカメラ等のように頻繁に高負荷で放電する場合には、電池内が高温になりやすく、また温度素子の自己発熱も大きいので、このような問題が生じやすい。
本発明は、このような課題に鑑み、温度素子が内蔵された二次電池において、過充電時には電流が遮断され、且つ放電時に不必要な電流遮断が発生しないようにすることを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は、充電可能な発電素子と、当該発電素子に対して充電する充電用外部端子及び放電する放電用外部端子を備える二次電池に内蔵される保護素子において、発電素子と接続される発電素子側端子部と、充電用外部端子に接続される充電側端子部と、放電用外部端子に接続される放電側端子部と、発電素子側端子と充電側端子との間に介在され、第1温度では導電状態に保ち、第1温度よりも高温の第2温度で電流遮断する電流遮断部と、導電材料からなり発電素子側端子及び放電側端子の間を連結する導電部とを設けることとした。
【0009】
上記本発明の保護素子が内蔵された二次電池において、電流遮断部は、発電素子側端子と充電側端子との間を、第1温度では導電状態に保ち、より高温の第2温度では電流遮断する。従って、通常の充電時には、外部から充電用外部端子、温度素子部を経由して素電池に充電し、電池内が高温になる過充電時には素電池への充電を停止することができる。よって、過充電によって電池が破裂したり発火したりするのが防止される。
【0010】
一方、放電時においては、素電池から、電流遮断部を経由することなく、導通部、放電用外部端子を経由して外部へ放電される。
ここで、導通部が導電材料で形成されているため、放電時に保護素子での電力ロスは少なく、保護素子が放電電流によって自己発熱することはほとんどない。従って、放電時には、電池内温度が上昇しても電流遮断部が作動しにくいので、従来の保護素子のように放電時に不必要に電流遮断されることがない。
【0011】
また、上記本発明の保護素子は、発電素子と接続される発電素子側端子部と、充電用外部端子に接続される充電側端子部と、放電用外部端子に接続される放電側端子部とを備えているため、他の部材は用いなくても、この保護素子を介して、素電池と、充電用外部端子及び放電用外部端子との接続を容易に行うことができる。
【0012】
上記保護素子において、導電部と発電素子側端子部と放電側端子部とを、一導電板によって形成し、電流遮断素子及び導電材を、樹脂などで固着した構成とすることによって、構成を簡素にし且つスリムな形状にすることができる。また、保護素子を容易に作製することもできる。
上記保護素子を備えた二次電池において、充電用外部端子及び放電用外部端子を、発電素子に装着されたホルダー上に設け、保護素子を、ホルダーと発電素子との間に収納すれば、電池全体をコンパクトにすることができ、電池の組み立ても容易にできる。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
図1は、リチウム二次電池1の分解斜視図である。この二次電池1は、角形密閉式であって、素電池10、端子ホルダー20、保護素子30等から構成されている。この二次電池1は、複数個を直列または並列に接続されて外装ケースに収納し、携帯用パソコンに組み込まれて、CPUを含む演算部や表示部を駆動する電力を供給すると共に、当該パソコンに組み込まれている充電器を通して充電される。尚、本発明の二次電池1は、パソコン以外にも、デジタルカメラ等の機器にも使用でき、1個または複数個を使用することができる。
【0014】
(素電池10の構成)
素電池10は、有底角筒形の外装缶11の内部に、渦巻電極体(不図示)が収納され、外装缶11の開口部が封口蓋12で封口されて構成されている。
封口蓋12は、長方形状であって、その周縁に沿ってリブ13が形成されており、リブ13の内側には保護素子30を収納するスペースとなる凹部13aが形成されている。
【0015】
外装缶11、封口蓋12は、アルミニウムやアルミニウム合金板をプレス加工で成形することによって製作される。
外装缶11の開口縁と、封口蓋12のリブ13とは、レーザー溶接で気密にシールされている。
封口蓋12には、その中央部に負極端子14が取り付けられ、その横に安全弁15が装着されている。
【0016】
負極端子14は、絶縁パッキンを介して封口蓋12に固定されている。それによって、負極端子14は封口蓋12から絶縁され且つ封口蓋12は気密シールされている。
安全弁15は、封口蓋12に形成された孔を薄膜で気密に閉塞して構成され、電池の内圧が設定圧力よりも高くなると、薄膜が破損して電池内のガスが外部に放出される。
【0017】
素電池10のサイズ及び電池容量は、例えば、高さ50mm、幅34mm、厚み10mm、1700mAhである。
(端子ホルダー20及び端子板の構成)
端子ホルダー20は、素電池10の封口蓋12上に装着され、外部接続用端子である端子板26,27を保持している。
【0018】
この端子ホルダー20は、封口蓋12と同等サイズの板状部材であって、絶縁材料(具体的には、ポリカーボネート等のプラスチック)で形成されている。そして端子ホルダー20の上面に、端子板26,27が装着されている。端子板26は放電用の端子板、端子板27は充電用の端子板である。
端子板26,27は、導電性金属板からなり、幅方向に並んで配置されている。そして、各端子板26、27は端子ホルダー20の長手方向に伸びている。
【0019】
図2は、端子板26、27が装着された端子ホルダー20を下面側(裏面側)から見た図である。
端子ホルダー20の下面側(裏面側)には、外周部に沿って下方に突出するリブ22が設けられている。そして、リブ22の内側には、保護素子30を収納するスペースとなる凹部22aが形成されている。
【0020】
また、端子ホルダー20の中央部には窓23が開設され、端子ホルダー20の端部寄りには窓24,25が開設されている。
なお、窓23は、後述する保護素子30のリード端子部35を負極端子14に接続するためのものである。また、窓24,25は、保護素子30のリード端子部36,37を端子板26,27に接続するためのものであって、上記端子板26,27の裏面が、この窓24,25に臨んでいる。
【0021】
このように端子板26,27が装着された端子ホルダー20は、インサート成型技術を用いることによって能率よく製造することができる。
(保護素子30の構成及び接続)
保護素子30の外観は、図2に示すように、樹脂モールド部34の一方側から、素電池10の負極端子14と接続されるリード端子部35が延出し、樹脂モールド部34の他方側から、放電用端子板26に接続されるリード端子部36、及び充電用端子板27に接続されるリード端子部37が並んで延出している。なお、リード端子部36,37どうしの間隔は、窓24,25の間隔に合わせて設定されている。
【0022】
この保護素子30の内部構造は、図3に示すとおりであって、導電性金属板材(例えばNi板)からなる導電板31及び導電板32が、温度素子33に接合され、これらが樹脂モールド部34によって固定されて構成されている。
より具体的には、導電板31には、樹脂モールド部34内に分岐部31aが形成されており、当該分岐部31aが温度素子33の一端子に接続され、導電板32が温度素子33の他端子に接続されている。
【0023】
そして、温度素子33は樹脂モールド部34の内部に埋め込まれているが、導電板31は、樹脂モールド部34を貫通し、その両端部が樹脂モールド部34から外に延出して上記リード端子部35,36を形成している。また、導電板32は、樹脂モールド部34から外に延出して上記リード端子部37を形成している。
【0024】
温度素子33は、通常の充電電流が流れている状態で、一定温度(例えば90℃程度)になったときに、電流を遮断する機能を持つものであって、復帰式、非復帰式のいずれでもよい。非復帰式のものとしては温度ヒューズ、復帰式のものとしてはPTCあるいはバイメタルを用いることができる。
温度ヒューズの場合は、高温度になると溶断されて電流を遮断し、バイメタルの場合も、高温度になると接点が離れて電流を遮断する。PTCの場合は高温になると電気抵抗が急激に大きくなって、実質的に電流を遮断する。
【0025】
図3に示すように、保護素子30においては、これら導電板31,32と温度素子33とが、ほぼ一平面上に配置されているので、全体がスリムな形状となっている。
上記構成の保護素子30は、導電板31,32、温度素子33を互いに接合し、モールド用の樹脂でインサート成型して樹脂モールド部34を形成することによって、容易に作製できる。
【0026】
上記構成の保護素子30は、図1示すように、素電池10と端子ホルダー20との間の収納スペースに収納され、図2に示されるように、リード端子部36,37は、端子ホルダー20の下側から、窓24,25を通って端子板26,27に接続されている。また、リード端子部35は素電池10の負極端子14に接続されている。
【0027】
図4は、二次電池1内部における電気的接続形態を示す図である。
素電池10の負極端子14と放電用端子板26とは、導電板31によって導通されている。一方、負極端子14と充電用端子板27とは、温度素子33及び導電板31,32を介して接続されている。
(電池1の組み立て)
端子ホルダー20裏側の収納スペースに保護素子30を仮固定し、窓24,25を通して、リード端子部36,37を端子板26,27にスポット溶接する。
【0028】
そして、保護素子30が装着された端子ホルダー20を、封口蓋12上に載置し、窓23からスポット溶接用の電極棒を挿入して、リード端子部35を負極端子14にスポット溶接する。
そして、図1に示すように、粘着フィルム28で端子ホルダー20を素電池10に固定することによって電池1が作製される。
【0029】
なお、上記溶接の順序は逆にして、リード端子部35を負極端子14に溶接してからリード端子部36,37を端子板26,27に溶接してもよい。
また、接着剤で温度素子33を封口蓋12の表面に接着してもよい。
また、端子ホルダー20と素電池10とを、熱収縮フィルム等のフィルムで固定してもよい。
【0030】
(二次電池1の動作及び効果)
二次電池1に対する充放電はパソコン本体から行う。
二次電池1を充電する時には、充電用端子板27及び外装缶11に、充電器の負極及び正極を接続し、充電器から素電池10に充電する。
充電時には、温度素子33を経由して電力が供給されるが、通常の充電時においては、比較的小さい電流(例えば1.5A程度)で充電するので、電池内はあまり高温にならない。過充電時には電池内が高温となる。一方、一定温度(90℃程度)に達すると温度素子33が作動するので、素電池10への充電は停止される。
【0031】
二次電池1から放電する時には、放電用端子板26及び外装缶11に外部負荷(パソコン本体の演算部や表示部)の負極及び正極を接続し、素電池10から外部負荷に放電する。このとき、素電池10から、温度素子33を経由することなく、導電板31を経由して外部負荷に電力が供給される。
図5は、リチウム二次電池を放電した時に、温度、電流、端子電圧の変化を示す一例である。
【0032】
放電時には、充電時よりも大きい電流で放電することが多く、二次電池1から長時間放電を行うと、図5に示すように二次電池1内の温度が上昇する。また、演算部が高負荷で運転されるときなどは、二次電池1から大電流(例えば7A程度)で放電される場合もある。
ここで、従来の一般的なイオン電池のように、放電時に温度素子を介して放電したとすれば、電池が高温になると共に、高電流放電時には温度素子の自己発熱も伴って、上記一定温度に到達する前に電流遮断されてしまう。これに対して、本実施形態にかかる二次電池1においては、温度素子33を介することなく、導電性の良好な導電板31を介して放電がなされるので、放電電流によって保護素子30が自己発熱することがない。従って、放電時に電池1内の温度が上記一定温度に到達しても電流経路は遮断されない。
【0033】
よって、二次電池1においては、過充電時には電流経路が遮断され、且つ放電時における不必要な電流遮断の発生は回避される。
更に、二次電池1においては、以下のように、構造上及び製造上の効果を奏する。
保護素子30は、全体がスリムであるため、上記端子ホルダー20裏面と封口蓋12との間の収納スペースに収納される。従って、二次電池1の全体形状をコンパクトにできる。
【0034】
更に、保護素子30は、端子ホルダー20の端子板26、27の近傍に装着されるので、リード端子部36,37の長さも短くて済み、リード端子部36,37と端子板26、27とを接続するのも簡単である。
また、保護素子30には、導電板31,温度素子33が組み込まれており、樹脂モールド部34で固定されているので、素電池10と端子ホルダー20との間に装着し、保護素子30における3つのリード端子部35,36,37を、負極端子14及び端子板26,27に溶接するだけで、電池1内における電気接続が完了する。
【0035】
すなわち、図4に示すように、負極端子14と端子板26とを導通させると共に、温度素子33を介して負極端子14と端子板27とを接続するには、プリント基板などを用いて配線したり、導線を引き回したりする方法も考えられるが、本実施形態のように保護素子30を用いる方が、容易に電池を組み立てることができる。
【0036】
(変形例など)
上記実施の形態では、素電池10が角形であるが、円筒形の場合も同様に実施することができる。
上記実施の形態では、素電池10の負極端子14と負極の外部端子板26,27との間に保護素子30を介挿する例を示したが、素電池の正極端子と正極の外部端子板側との間に保護素子を介挿しても同様に実施することができる。
【0037】
上記実施の形態では、素電池10がリチウムイオン電池である場合を例にとって説明したが、必ずしもリチウムイオン電池でなくてもよく、ニッケル水素電池等の充放電可能な二次電池である場合にも本発明は適用できる。
なお、保護素子30において、リード端子部35とリード端子部37との間に、温度素子33よりも高温で作動する温度素子を介挿させた場合にも、同様に、放電時に不必要な電流遮断の発生を回避することができるが、上記実施形態のようにリード端子部35とリード端子部37との間を導電材料だけで接続する方が放電時における電力ロスを低減できる点で好ましい。
【0038】
【発明の効果】
本発明は、充電可能な発電素子と、当該発電素子に対して充電する充電用外部端子及び放電する放電用外部端子を備える二次電池に内蔵される保護素子において、発電素子と接続される発電素子側端子部と、充電用外部端子に接続される充電側端子部と、放電用外部端子に接続される放電側端子部と、発電素子側端子と充電側端子との間に介在され、第1温度では導電状態に保ち、第1温度よりも高温の第2温度で電流遮断する電流遮断部と、導電材料からなり発電素子側端子及び放電側端子の間を連結する導電部とを設けることによって、過充電時には電流が遮断され、且つ放電時に不必要な電流遮断が発生しない。また、この保護素子を介して、素電池と、充電用外部端子及び放電用外部端子との接続を容易に行うことができる。
【0039】
上記保護素子において、導電部と発電素子側端子部と放電側端子部とを、一導電板によって形成し、電流遮断素子及び導電材を樹脂などで固着すれば、、構成を簡素に且つスリムな形状にすることができ、保護素子を容易に作製することができる。
また、上記保護素子を備えた二次電池において、充電用外部端子及び放電用外部端子を、発電素子に装着されたホルダー上に設け、保護素子を、ホルダーと発電素子との間に収納すれば、電池全体をコンパクトにすることができ、電池の組み立ても容易にできる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施の形態にかかるリチウム二次電池の分解斜視図である。
【図2】上記リチウム二次電池に用いる端子ホルダーを下面側から見た図である。
【図3】上記リチウム二次電池に用いる保護素子の内部構造を示す図である。
【図4】上記二次電池の内部における電気的接続形態を示す図である。
【図5】リチウム二次電池の放電時における温度、電流、端子電圧の変化を示す図である。
【符号の説明】
1 リチウム二次電池
10 素電池
11 外装缶
12 封口蓋
14 負極端子
20 端子ホルダー
22,23 端子板
23,24,25 窓
26 放電用端子板
27 充電用端子板
30 保護素子
31,32 導電板
33 温度素子
34 樹脂モールド部
35,36,37 リード端子部
[0001]
The present invention relates to a secondary battery having a built-in temperature element such as a PTC, a bimetal, and a thermal fuse.
[0002]
[Prior art]
A secondary battery represented by a lithium ion battery is widely used as a power source for personal computers, digital cameras, and the like. The secondary battery includes a rechargeable power generating element and an external terminal. When the power generating element is charged from the outside or discharged from the power generating element to the outside, the operation is performed through the external terminal. ing.
[0003]
In the case of a lithium-ion battery, if it is overcharged, the temperature inside the battery becomes abnormally high and may rupture or ignite. Therefore, in general, a temperature-sensitive temperature element (temperature A fuse, a PTC, or the like) is inserted between the power generating element and the external terminal. For example, Patent Literature 1 describes a battery pack having a built-in protection element.
[0004]
When the temperature becomes higher than a set temperature, the thermal fuse is blown and cuts off the current path. When the temperature of the PTC also becomes high, the electric resistance sharply increases, so that the current path is substantially cut off.
Therefore, by incorporating such a temperature element in the lithium ion battery, the battery is prevented from being ruptured or ignited due to overcharging.
[0005]
[Patent Document 1]
JP 2000-243362 A
[Problems to be solved by the invention]
However, in the secondary battery including the temperature element as described above, the temperature element operates as the temperature inside the battery becomes high even though the discharge current at the time of discharging is within the originally allowable range. Current path may be interrupted. For example, in the graph shown in FIG. 5, although the battery temperature gradually rises as the lithium ion battery is continuously discharged, the battery temperature becomes as high as about 90 ° C. due to a temporary increase in load current. In such a case, the temperature element may operate to stop the discharge. In general, when the load current temporarily increases due to a load fluctuation or the like, as shown by the broken line in FIG. 5, after the load is reduced, the terminal voltage of the battery is restored, and the power supplied to the load remains. However, there is a problem in that if the temperature element operates when the temperature rises, the connection with the load is cut off at that point and power cannot be supplied.
[0007]
In particular, when the battery is frequently discharged under a high load, such as a personal computer or a digital camera, such a problem is likely to occur because the temperature inside the battery is likely to be high and the self-heating of the temperature element is large.
The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a secondary battery having a built-in temperature element, in which current is interrupted at the time of overcharging and unnecessary current interruption is not caused at the time of discharging.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention provides a chargeable power generation element, a protection element incorporated in a secondary battery including a charging external terminal for charging the power generation element and a discharge external terminal for discharging. A power generating element side terminal connected to the power generating element, a charging side terminal connected to the charging external terminal, a discharging side terminal connected to the discharging external terminal, a power generating element side terminal and a charging side terminal. Between the power generation element side terminal and the discharge side terminal, which is made of a conductive material, and is kept in a conductive state at the first temperature and cuts off the current at a second temperature higher than the first temperature. And a conductive portion to be provided.
[0009]
In the secondary battery incorporating the protection element of the present invention, the current interrupting unit keeps the conductive state between the power generating element side terminal and the charging side terminal at the first temperature and the current at the higher second temperature. Cut off. Therefore, at the time of normal charging, the unit cell can be charged from the outside via the external terminal for charging and the temperature element unit, and at the time of overcharging when the temperature inside the battery becomes high, the charging of the unit cell can be stopped. Therefore, the battery is prevented from being ruptured or ignited by overcharging.
[0010]
On the other hand, at the time of discharging, the unit cell is discharged to the outside via the conducting portion and the external discharging terminal without passing through the current interrupting portion.
Here, since the conductive portion is formed of a conductive material, power loss in the protection element during discharge is small, and the protection element hardly generates heat by the discharge current. Therefore, at the time of discharging, even if the temperature inside the battery rises, the current interrupting unit is hard to operate, so that the current is not unnecessarily interrupted at the time of discharging unlike the conventional protection element.
[0011]
Further, the protection element of the present invention includes a power-generating element-side terminal connected to the power-generating element, a charging-side terminal connected to the external terminal for charging, and a discharge-side terminal connected to the external terminal for discharging. Therefore, the unit cell can be easily connected to the external charging terminal and the external discharging terminal via this protective element without using other members.
[0012]
In the above protection element, the conductive part, the power generating element side terminal part, and the discharge side terminal part are formed by one conductive plate, and the current interrupting element and the conductive material are fixed with a resin or the like, thereby simplifying the configuration. And a slim shape. Further, the protection element can be easily manufactured.
In the secondary battery provided with the protection element, if the charging external terminal and the discharging external terminal are provided on a holder attached to the power generation element, and the protection element is housed between the holder and the power generation element, the battery The whole can be made compact and the battery can be easily assembled.
[0013]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is an exploded perspective view of the lithium secondary battery 1. The secondary battery 1 is a rectangular sealed type and includes a unit cell 10, a terminal holder 20, a protection element 30, and the like. A plurality of the secondary batteries 1 are connected in series or in parallel and housed in an outer case, are incorporated in a portable personal computer, supply power for driving an arithmetic unit and a display unit including a CPU, and It is charged through a built-in charger. In addition, the secondary battery 1 of the present invention can be used not only for a personal computer but also for a device such as a digital camera, and one or more rechargeable batteries can be used.
[0014]
(Configuration of Cell 10)
The unit cell 10 is configured such that a spirally wound electrode body (not shown) is accommodated inside a bottomed rectangular cylindrical outer can 11, and an opening of the outer can 11 is sealed with a sealing lid 12.
The sealing lid 12 has a rectangular shape, and a rib 13 is formed along a peripheral edge thereof. Inside the rib 13, a concave portion 13a serving as a space for accommodating the protection element 30 is formed.
[0015]
The exterior can 11 and the sealing lid 12 are manufactured by pressing an aluminum or aluminum alloy plate by pressing.
The opening edge of the outer can 11 and the rib 13 of the sealing lid 12 are hermetically sealed by laser welding.
A negative electrode terminal 14 is attached to the center of the sealing lid 12, and a safety valve 15 is mounted beside the negative electrode terminal 14.
[0016]
The negative electrode terminal 14 is fixed to the sealing lid 12 via an insulating packing. Thereby, the negative electrode terminal 14 is insulated from the sealing lid 12 and the sealing lid 12 is hermetically sealed.
The safety valve 15 is configured by hermetically closing a hole formed in the sealing lid 12 with a thin film. When the internal pressure of the battery becomes higher than a set pressure, the thin film is broken and gas in the battery is released to the outside.
[0017]
The size and the battery capacity of the unit cell 10 are, for example, 50 mm in height, 34 mm in width, 10 mm in thickness, and 1700 mAh.
(Configuration of terminal holder 20 and terminal plate)
The terminal holder 20 is mounted on the sealing lid 12 of the unit cell 10 and holds terminal plates 26 and 27 as external connection terminals.
[0018]
The terminal holder 20 is a plate-like member having the same size as the sealing lid 12, and is formed of an insulating material (specifically, plastic such as polycarbonate). The terminal plates 26 and 27 are mounted on the upper surface of the terminal holder 20. The terminal plate 26 is a terminal plate for discharging, and the terminal plate 27 is a terminal plate for charging.
The terminal plates 26 and 27 are made of a conductive metal plate, and are arranged side by side in the width direction. The terminal plates 26 and 27 extend in the longitudinal direction of the terminal holder 20.
[0019]
FIG. 2 is a diagram of the terminal holder 20 on which the terminal plates 26 and 27 are mounted as viewed from the lower surface side (back surface side).
On the lower surface side (rear surface side) of the terminal holder 20, a rib 22 protruding downward along the outer peripheral portion is provided. A concave portion 22 a serving as a space for accommodating the protection element 30 is formed inside the rib 22.
[0020]
Further, a window 23 is opened in the center of the terminal holder 20, and windows 24 and 25 are opened near the end of the terminal holder 20.
The window 23 is for connecting a lead terminal 35 of the protection element 30 described later to the negative terminal 14. The windows 24 and 25 are for connecting the lead terminals 36 and 37 of the protection element 30 to the terminal plates 26 and 27, and the back surfaces of the terminal plates 26 and 27 are connected to the windows 24 and 25. I'm coming.
[0021]
The terminal holder 20 on which the terminal plates 26 and 27 are mounted can be efficiently manufactured by using the insert molding technique.
(Configuration and connection of protection element 30)
As shown in FIG. 2, the appearance of the protection element 30 is such that a lead terminal portion 35 connected to the negative electrode terminal 14 of the unit cell 10 extends from one side of the resin mold portion 34 and extends from the other side of the resin mold portion 34. A lead terminal portion 36 connected to the discharging terminal plate 26 and a lead terminal portion 37 connected to the charging terminal plate 27 extend side by side. The interval between the lead terminals 36 and 37 is set in accordance with the interval between the windows 24 and 25.
[0022]
The internal structure of the protection element 30 is as shown in FIG. 3, in which a conductive plate 31 and a conductive plate 32 made of a conductive metal plate (for example, a Ni plate) are joined to a temperature element 33, and these are joined to a resin mold section. 34 and is fixed.
More specifically, the conductive plate 31 has a branch portion 31 a formed in a resin mold portion 34. The branch portion 31 a is connected to one terminal of the temperature element 33, and the conductive plate 32 is connected to the temperature element 33. Connected to other terminals.
[0023]
The temperature element 33 is embedded in the resin mold part 34, but the conductive plate 31 penetrates the resin mold part 34, and both ends thereof extend out from the resin mold part 34 to form the lead terminal part. 35 and 36 are formed. The conductive plate 32 extends out of the resin mold part 34 to form the lead terminal part 37.
[0024]
The temperature element 33 has a function of interrupting the current when the temperature reaches a certain temperature (for example, about 90 ° C.) in a state where the normal charging current is flowing. May be. As the non-return type, a thermal fuse can be used, and as the return type, PTC or bimetal can be used.
In the case of a thermal fuse, when the temperature becomes high, the fuse is blown and the current is cut off. In the case of a bimetal, the contact is separated and the current is cut off when the temperature becomes high. In the case of PTC, when the temperature becomes high, the electric resistance increases rapidly, and the current is substantially cut off.
[0025]
As shown in FIG. 3, in the protection element 30, since the conductive plates 31 and 32 and the temperature element 33 are arranged on substantially one plane, the whole has a slim shape.
The protection element 30 having the above-described configuration can be easily manufactured by joining the conductive plates 31 and 32 and the temperature element 33 to each other, and insert-molding with a molding resin to form the resin mold portion 34.
[0026]
As shown in FIG. 1, the protection element 30 having the above configuration is stored in a storage space between the unit cell 10 and the terminal holder 20, and as shown in FIG. Are connected to terminal plates 26 and 27 through windows 24 and 25 from below. The lead terminal 35 is connected to the negative terminal 14 of the unit cell 10.
[0027]
FIG. 4 is a diagram showing an electrical connection form inside the secondary battery 1.
The negative electrode terminal 14 of the unit cell 10 and the discharge terminal plate 26 are electrically connected by the conductive plate 31. On the other hand, the negative electrode terminal 14 and the charging terminal plate 27 are connected via the temperature element 33 and the conductive plates 31 and 32.
(Assembly of battery 1)
The protection element 30 is temporarily fixed to the storage space on the back side of the terminal holder 20, and the lead terminal portions 36 and 37 are spot-welded to the terminal plates 26 and 27 through the windows 24 and 25.
[0028]
Then, the terminal holder 20 to which the protection element 30 is mounted is placed on the sealing lid 12, an electrode rod for spot welding is inserted from the window 23, and the lead terminal 35 is spot-welded to the negative electrode terminal 14.
Then, as shown in FIG. 1, the battery 1 is manufactured by fixing the terminal holder 20 to the unit cell 10 with the adhesive film 28.
[0029]
The order of the welding may be reversed, and the lead terminal portions 35 and 37 may be welded to the negative electrode terminal 14 and then the lead terminal portions 36 and 37 may be welded to the terminal plates 26 and 27.
Further, the temperature element 33 may be bonded to the surface of the sealing lid 12 with an adhesive.
Further, the terminal holder 20 and the unit cell 10 may be fixed by a film such as a heat shrink film.
[0030]
(Operation and Effect of Secondary Battery 1)
The charging and discharging of the secondary battery 1 is performed from the personal computer body.
When charging the secondary battery 1, the negative electrode and the positive electrode of the charger are connected to the charging terminal plate 27 and the outer can 11, and the unit cell 10 is charged from the charger.
At the time of charging, power is supplied via the temperature element 33, but at the time of normal charging, the battery is charged with a relatively small current (for example, about 1.5 A), so that the temperature inside the battery does not become very high. During overcharge, the temperature inside the battery becomes high. On the other hand, when the temperature reaches a certain temperature (about 90 ° C.), the temperature element 33 operates, so that charging of the unit cell 10 is stopped.
[0031]
When discharging from the secondary battery 1, the negative electrode and the positive electrode of an external load (an operation unit and a display unit of the personal computer) are connected to the discharge terminal plate 26 and the outer can 11, and the unit cell 10 discharges to the external load. At this time, electric power is supplied from the unit cell 10 to the external load via the conductive plate 31 without passing through the temperature element 33.
FIG. 5 is an example showing changes in temperature, current, and terminal voltage when a lithium secondary battery is discharged.
[0032]
At the time of discharging, the battery is often discharged with a larger current than at the time of charging. When discharging from the secondary battery 1 for a long time, the temperature inside the secondary battery 1 rises as shown in FIG. Further, when the arithmetic unit is operated under a high load, the secondary battery 1 may be discharged with a large current (for example, about 7 A).
Here, if the battery is discharged via the temperature element at the time of discharge as in a conventional general ion battery, the temperature of the battery becomes high, and the self-heating of the temperature element is accompanied by the self-heating of the temperature element at the time of high current discharge. The current is interrupted before reaching. On the other hand, in the secondary battery 1 according to the present embodiment, since the discharge is performed via the conductive plate 31 having good conductivity without passing through the temperature element 33, the protection element 30 is self-discharged by the discharge current. Does not generate heat. Therefore, even when the temperature inside the battery 1 reaches the above-mentioned constant temperature during discharging, the current path is not interrupted.
[0033]
Therefore, in the secondary battery 1, the current path is interrupted at the time of overcharging, and unnecessary current interruption at the time of discharging is avoided.
Furthermore, the secondary battery 1 has the following structural and manufacturing effects.
Since the protection element 30 is slim as a whole, it is stored in a storage space between the back surface of the terminal holder 20 and the sealing lid 12. Therefore, the overall shape of the secondary battery 1 can be made compact.
[0034]
Further, since the protection element 30 is mounted near the terminal plates 26 and 27 of the terminal holder 20, the length of the lead terminal portions 36 and 37 can be reduced, and the lead terminal portions 36 and 37 and the terminal plates 26 and 27 It is also easy to connect.
In addition, since the conductive element 31 and the temperature element 33 are incorporated in the protection element 30 and are fixed by the resin mold part 34, the protection element 30 is mounted between the unit cell 10 and the terminal holder 20, and the protection element 30 The electric connection in the battery 1 is completed only by welding the three lead terminal portions 35, 36, 37 to the negative electrode terminal 14 and the terminal plates 26, 27.
[0035]
That is, as shown in FIG. 4, in order to electrically connect the negative electrode terminal 14 and the terminal plate 26 and connect the negative electrode terminal 14 and the terminal plate 27 via the temperature element 33, wiring is performed using a printed board or the like. Although it is conceivable to use a method of arranging a lead wire or the like, a battery can be easily assembled by using the protective element 30 as in the present embodiment.
[0036]
(Modifications, etc.)
In the above embodiment, the unit cell 10 is rectangular, but the same can be applied to a cylindrical unit.
In the above-described embodiment, an example is shown in which the protection element 30 is interposed between the negative electrode terminal 14 of the unit cell 10 and the external terminal plates 26 and 27 of the negative electrode. The same can be achieved by interposing a protection element between the side.
[0037]
In the above embodiment, the case where the unit cell 10 is a lithium ion battery has been described as an example. However, the unit cell 10 is not necessarily a lithium ion battery, and may be a chargeable / dischargeable secondary battery such as a nickel metal hydride battery. The present invention is applicable.
In the case where a temperature element that operates at a higher temperature than the temperature element 33 is interposed between the lead terminal section 35 and the lead terminal section 37 in the protection element 30, similarly, unnecessary current during discharge can be obtained. Although the occurrence of interruption can be avoided, it is preferable to connect only the conductive material between the lead terminal portion 35 and the lead terminal portion 37 as in the above-described embodiment, since the power loss during discharging can be reduced.
[0038]
【The invention's effect】
The present invention relates to a power generation element connected to a power generation element, and a protection element built in a secondary battery including a chargeable power generation element, a charging external terminal for charging the power generation element, and a discharge external terminal for discharging. An element-side terminal portion, a charging-side terminal portion connected to a charging external terminal, a discharging-side terminal portion connected to a discharging external terminal, and a power-generating element-side terminal and a charging-side terminal interposed therebetween. A current interrupting portion that maintains a conductive state at one temperature and interrupts current at a second temperature higher than the first temperature, and a conductive portion that is made of a conductive material and connects between the power generation element side terminal and the discharge side terminal is provided. Thus, the current is interrupted at the time of overcharging, and unnecessary current interruption is not generated at the time of discharging. In addition, the unit cell can be easily connected to the external charging terminal and the external discharging terminal via the protection element.
[0039]
In the above protection element, if the conductive part, the power generation element side terminal part, and the discharge side terminal part are formed by one conductive plate, and the current interrupting element and the conductive material are fixed with resin or the like, the configuration is simplified and slim. The protection element can be easily manufactured.
Further, in a secondary battery provided with the protection element, the charging external terminal and the discharging external terminal are provided on a holder attached to the power generation element, and the protection element is housed between the holder and the power generation element. The whole battery can be made compact and the battery can be easily assembled.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an exploded perspective view of a lithium secondary battery according to an embodiment.
FIG. 2 is a view of a terminal holder used for the lithium secondary battery as viewed from a lower surface side.
FIG. 3 is a diagram showing an internal structure of a protection element used for the lithium secondary battery.
FIG. 4 is a diagram showing an electrical connection mode inside the secondary battery.
FIG. 5 is a diagram showing changes in temperature, current, and terminal voltage when discharging a lithium secondary battery.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Lithium secondary battery 10 Unit cell 11 Outer can 12 Sealing lid 14 Negative terminal 20 Terminal holder 22, 23 Terminal plate 23, 24, 25 Window 26 Discharge terminal plate 27 Charging terminal plate 30 Protective element 31, 32 Conductive plate 33 Temperature element 34 Resin molded parts 35, 36, 37 Lead terminal part

Claims (4)

充電可能な発電素子と、当該発電素子に対して充電する充電用外部端子及び放電する放電用外部端子を備える二次電池に内蔵される保護素子であって、
前記発電素子との接続される発電素子側端子部と、
前記充電用外部端子に接続される充電側端子部と、
前記放電用外部端子に接続される放電側端子部と、
前記発電素子側端子と充電側端子との間に介在され、第1温度では導電状態に保ち、第1温度よりも高温の第2温度で電流遮断する電流遮断部と、
導電材料からなり前記発電素子側端子及び放電側端子の間を連結する導電部とを備えることを特徴とする保護素子。
A chargeable power generating element, a protection element built in a secondary battery including a charging external terminal for charging the power generating element and a discharging external terminal for discharging,
A power generation element side terminal portion connected to the power generation element,
A charging-side terminal connected to the external terminal for charging;
A discharge-side terminal connected to the discharge external terminal;
A current interrupting unit interposed between the power generating element side terminal and the charging side terminal, maintaining a conductive state at a first temperature, and interrupting a current at a second temperature higher than the first temperature;
A protection element comprising: a conductive part made of a conductive material and connecting between the power generation element side terminal and the discharge side terminal.
前記導電部と前記発電素子側端子部と前記放電側端子部とは、一つの導電板によって形成され、
前記電流遮断部及び導電板は、
互いに固着されていることを特徴とする請求項1記載の保護素子。
The conductive portion, the power generating element side terminal portion and the discharge side terminal portion are formed by one conductive plate,
The current interrupting portion and the conductive plate,
The protection element according to claim 1, wherein the protection element is fixed to each other.
請求項1記載の保護素子が内蔵され、
前記発電素子側端子が接続された発電素子と、
前記充電側端子が接続された充電用外部端子と、
前記放電側端子が接続された放電用外部端子とを備える二次電池。
The protection element according to claim 1 is built in,
A power generation element to which the power generation element side terminal is connected,
An external terminal for charging to which the charging side terminal is connected,
A secondary battery comprising: a discharge external terminal to which the discharge side terminal is connected.
前記充電用外部端子及び放電用外部端子は、
前記発電素子に装着されたホルダーによって保持され、
前記保護素子は、
前記ホルダーと発電素子との間に収納されていることを特徴とする請求項3記載の二次電池。
The charging external terminal and the discharging external terminal,
Held by a holder attached to the power generating element,
The protection element,
The secondary battery according to claim 3, wherein the secondary battery is housed between the holder and the power generation element.
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