JP2004228044A

JP2004228044A - パック電池

Info

Publication number: JP2004228044A
Application number: JP2003017875A
Authority: JP
Inventors: Daiki Teraoka; 大樹寺岡; Mikitaka Tamai; 幹隆玉井
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2003-01-27
Filing date: 2003-01-27
Publication date: 2004-08-12

Abstract

【課題】組み立て工程を簡単にして製造コストを低減し、保護素子を定位置にしっかりと固定する。
【解決手段】パック電池は、素電池３と、この素電池３に電気接続している出力端子６を固定している端子基板５と、素電池３と出力端子６との間に電気接続している保護素子１とを備える。保護素子１は、対向して配設される両面を端子面７としている。保護素子１は、第１の端子面７Ａにのみ端子リード２を連結して、第２の端子面７Ｂは端子リードを接続することなく、直接に端子基板５に固定している。第１の端子面７Ａに連結している端子リード２の一端を素電池３の電極に連結している。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、保護素子を内蔵するパック電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
パック電池は、電池を保護するために保護素子を内蔵している。保護素子は、ＰＴＣ、ブレーカ、ヒューズ等で、電池の温度が設定温度よりも高くなり、あるいは電池に過電流が流れると電流を遮断して保護する。さらに、パック電池は、出力端子を定位置に固定するための端子基板を内蔵している。端子基板は、パック電池に固定されて、出力端子を定位置に配置する。保護素子は、素電池と出力端子との間に接続されて電池を保護する。
【０００３】
保護素子を内蔵する従来のパック電池は、特許文献１に記載される。このパック電池は、図１に示すように、保護素子１の両面に一対の端子リード２を連結している。一方の端子リード２は素電池３の電極に、他方の端子リード２は回路基板４に接続される。この構造のパック電池は、保護素子１の両端に接続している端子リード２を素電池３と回路基板４に連結するので、組み立てに手間がかかって製造コストが高くなる。また、保護素子１が一対の端子リード２を介して素電池３と回路基板４に連結されるので、保護素子１を位置ずれしないように、定位置に固定できない欠点もある。端子リード２が変形して保護素子１の位置がずれるからである。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−８６０８号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
保護素子をチップ型とし、これを回路基板に半田付けして固定して、回路基板の定位置に固定できる。しかしながら、この構造では、回路基板を一対の接続リードで素電池に接続する必要がある。回路基板を素電池の正負の電極に電気接続する必要があるからである。このため、回路基板を素電池に連結するために、すくなくとも２本の接続リードを連結する必要があるので、この構造も組み立てに手間がかかって製造コストが高くなる。また、保護素子をチップ型にするために形状に制約を受ける。たとえば、チップ型とするために小型にすれば、保護素子の最大電流容量が小さくなったり、あるいはＰＴＣの場合は内部抵抗が大きくなるなどの弊害が発生する。
【０００６】
本発明は、このような欠点を解決することを目的に開発されたものである。本発明の重要な目的は、組み立て工程を簡単にして製造コストを低減しながら、保護素子を定位置にしっかりと固定でき、さらに保護素子の形状の制約が少なく、保護素子を理想的な特性にできるパック電池を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明のパック電池は、素電池３と、この素電池３に電気接続している出力端子６を固定している端子基板５と、素電池３と出力端子６との間に電気接続している保護素子１とを備える。保護素子１は、対向して配設される両面を端子面７としている。保護素子１は、第１の端子面７Ａにのみ端子リード２を連結して、第２の端子面７Ｂは端子リードを接続することなく、直接に端子基板５に固定している。第１の端子面７Ａに連結している端子リード２は、一端を素電池３の電極に連結している。
【０００８】
本発明の請求項２のパック電池は、端子基板５を素電池３の電極端面３Ａに対向して配設して、端子基板５の素電池３との対向面に保護素子１を固定している。本発明の請求項３のパック電池は、端子リード２を折り返して、一端を保護素子１に、他端を素電池３の電極に接続している。さらに、本発明の請求項４のパック電池は、素電池３に端子基板５を連結している電池のコアパック８を、端子基板５を素電池３に連結する樹脂成形部９にインサートして固定している。
【０００９】
【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。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想を具体化するためのパック電池を例示するものであって、本発明はパック電池を以下のものに特定しない。
【００１０】
さらに、この明細書は、特許請求の範囲を理解しやすいように、実施例に示される部材に対応する番号を、「特許請求の範囲の欄」、および「課題を解決するための手段の欄」に示される部材に付記している。ただ、特許請求の範囲に示される部材を、実施例の部材に特定するものでは決してない。
【００１１】
図２〜図４の断面図に示すパック電池は、素電池３と、この素電池３に電気接続してなる出力端子６を固定している端子基板５と、素電池３と出力端子６との間に接続している保護素子１とを備える。図のパック電池は、素電池３に端子基板５を連結して電池のコアパック８とし、これを樹脂成形部９にインサートし、あるいはケース１０に収納している。電池のコアパック８は、保護素子１と端子リード２を介して端子基板５を素電池３に連結している。端子基板５は、出力端子６と保護素子１を表面に固定している。保護素子１は素電池３と出力端子６とに間に接続されて、電池に流れる電流をコントロールする。
【００１２】
素電池３はリチウムイオン二次電池である。図のパック電池は、素電池３を薄型電池のリチウムイオン二次電池としている。ただし、本発明のパック電池は、素電池をリチウムイオン二次電池に特定しない。素電池には、ニッケル−水素電池、ニッケル−カドミウム電池等の充電して使用できる全ての電池とすることができる。また、素電池は薄型電池に特定されない。素電池は、円筒型電池や角型電池とすることもできる。図２と図３のパック電池は、ひとつの素電池３を内蔵するが、パック電池は、図４に示すように２個の素電池３を内蔵し、あるいは図示しないが、３個以上の素電池を内蔵することもできる。
【００１３】
図２ないし図４のパック電池は、素電池３の電極端面３Ａに対向して端子基板５を配設している。端子基板５は電極端面３Ａに対向し、かつ電極端面３Ａと平行な面内に位置している。端子基板は、図示しないが、電極端面に直交する姿勢で電極端面と対向する位置に配置することもできる。図のパック電池は、端子基板５を細長い形状としている。この端子基板５は、その幅を電極端面３Ａの幅にほぼ等しく、あるいは電極端面３Ａの幅よりも狭く、あるいは電極端面３Ａの幅よりもわずかに広くする。図の端子基板５は長方形であるが、細長い形状であって、両端部分を湾曲させる形状とすることもできる。細長い端子基板５は、電極端面３Ａの長手方向に長くなる姿勢で配置される。図２と図３のパック電池は、端子基板５が電極端面３Ａから突出しないように、その長さを電極端面３Ａの長さにほぼ等しくしている。ただし、端子基板は、電極端面よりも短くすることもできる。図４のパック電池は、２個の薄型電池を細長い電極端面３Ａが直線状になるように、同一平面に横に並べているので、端子基板５の全長を１個の素電池３の電極端面３Ａよりも長く、２個の素電池３の電極端面３Ａの全長よりも短くしている。ただし、本発明のパック電池は、端子基板を電極端面から多少突出させることもできるのは言うまでもない。
【００１４】
図の端子基板５は、素電池３と対向する内面側に保護素子１を固定して、その反対側の面である表面側に出力端子６を固定している。出力端子６は金属板で、端子基板５の表面に固定される。出力端子６は、保護素子１を介して素電池３に電気接続される。いいかえると、保護素子１が素電池３と出力端子６との間に接続されて、電池に過電流が流れ、あるいは設定温度よりも高温になるときに電流を遮断する。保護素子１は、正負の出力端子のいずれか片方に接続される。ただ、正負の両方の出力端子に保護素子を接続することもできる。図５は端子基板５の平面図を示している。この図の端子基板５は、正負の出力端子と識別端子からなる３つの出力端子６を表面に固定している。ただ、端子基板は、正負の出力端子のみを固定し、あるいは信号端子や温度端子等を含む４つ以上の端子を設けることもできる。
【００１５】
図の端子基板５は、保護素子１のみを固定しているが、電池の保護回路を実現する電子回路を実現する電子部品を実装することもできる。この電子回路は、電池の過電流を電流検出回路で検出し、あるいは電池の温度を温度センサーで検出し、あるいはまた、電池の残容量を電流の積算値や電池電圧で検出し、電流検出回路、温度センサー、残容量演算回路での電流を制御する回路で実現される。
【００１６】
端子基板５の内面に固定している保護素子１は、電池を過電流や異常な温度上昇から保護する素子であって、ＰＴＣ、ブレーカ、ヒューズ、サーミスタ等である。保護素子１は、対向して配設される両面を端子面７としている。ＰＴＣは、温度と電流を検出して電池に流れる電流を制御する。ブレーカとヒューズは、過電流を検出して電池の電流を遮断する。サーミスタは、検出した温度を端子基板に実装された電池の保護回路に出力する。保護回路は、サーミスタが異常な温度を検出すると電流を制御して電池を保護する。保護素子１は、ケースの両面に金属板を固定して、両面を金属板の端子面７としている。ケースはプラスチック製で、一対の金属板をインサートして固定し、あるいは接着して固定し、あるいはまた嵌着して互いに絶縁状態で固定している。ただ、保護素子は、必ずしもケースを必要としない。たとえば、ＰＴＣである保護素子は、導電樹脂層の両面に金属板を貼り合わせた構造として、これらの金属板を端子面とすることができる。
【００１７】
図６と図７と図８の底面図に示す保護素子１は、第１の端子面７Ａにのみ端子リード２を連結している。保護素子１の第２の端子面７Ｂは、端子リード２を接続することなく、直接に端子基板５に固定される。保護素子１は、第２の端子面７Ｂを半田付けして端子基板５に固定される。保護素子１の第２の端子面７Ｂを半田付けして端子基板５に固定する工程で、第１の端子面７Ａに端子リード２を半田付けして固定する。保護素子１と端子基板５、及び保護素子１と端子リード２は、リフロー半田して接続される。
【００１８】
保護素子１は、ケースを細長い形状としている。細長いケースが、細長い端子基板５と平行な姿勢となるように、保護素子１を端子基板５に固定している。図２のパック電池は、図６に示す端子基板５の底面図のように、細長い保護素子１と平行な姿勢として端子リード２を保護素子１に連結している。この端子リード２は、途中をＵ曲して一端部分を素電池３の電極に連結している。端子リード２は抵抗スポット溶接し、あるいはレーザー溶接して素電池３の電極に連結される。図３のパック電池は、図７に示す端子基板５の底面図のように、細長い保護素子１に対して直交する姿勢となるように端子リード２を第１の端子面７Ａに連結している。この端子リード２も途中をＵ曲して一端部分を素電池３の電極に連結している。この端子リード２も抵抗スポット溶接し、あるいはレーザー溶接して素電池３の電極に連結される。
【００１９】
図４のパック電池は、図８に示す端子基板５の底面図に示すように、保護素子１の第１の端子面７Ａにふたつの端子リード２を連結している。保護素子１を介して２個の素電池３を並列に接続するためである。ふたつの端子リード２は、一方を保護素子１に直交する姿勢とし、他方を保護素子１と平行な姿勢として、保護素子１の第１の端子面７Ａに連結している。さらに、両方の端子リード２を第１の端子面７Ａの両端部分に連結している。図４のパック電池は、第１の端子面７Ａに接続しているふたつの端子リード２を介して、２個の素電池３を並列に接続している。図９はこのパック電池の回路図を示している。この回路図のパック電池は、２個の素電池３を並列に接続して、並列接続された素電池３の一方の電極を、保護素子１を介して出力端子６に連結している。このパック電池は、ふたつの端子リード２を、両方の素電池３の凸部電極に連結して、端子リード２と第１の端子面７Ａを介して、ふたつの素電池３の凸部電極側を互いに並列に接続している。さらに、ふたつの素電池３の凸部電極側でない電極、すなわち平面電極に接続リード１１を連結して、接続リード１１を端子基板５に連結している。
【００２０】
図４のパック電池は、複数の素電池３を並列に接続しているが、本発明のパック電池は、複数の素電池を直列に接続することもできる。このパック電池は、図示しないが、保護素子の第１の端子面に連結している一方の端子リードを一方の素電池の凸部電極に、他方の端子リードを他方の素電池の平面電極に接続する。
【００２１】
図２と図３に示すパック電池は、端子基板５を、保護素子１と接続リード１１を介して素電池３に連結している。図２のパック電池は、素電池３と端子基板５と保護素子１とを連結してなる電池のコアパック８を、端子基板５を素電池３に連結する樹脂成形部９にインサートして固定している。樹脂成形部９は、端子基板５を埋設するように成形されて、端子基板５をインサートして固定している。樹脂成形部９は、端子基板５と電極端面３Ａとの間に溶融樹脂を注入して成形される。このパック電池は、電池のコアパック８を金型（図示せず）の成形室に仮り止めし、成形室に溶融樹脂を注入して、端子基板５と保護素子１と素電池３の一部を樹脂成形部９にインサートして製作される。
【００２２】
図３と図４のパック電池は、電池のコアパック８をケース１０に収納している。ただし、図２に示す電池のコアパックをケースに収納してパック電池とすることができ、また、図３と図４に示す電池のコアパックを樹脂成形部にインサートして製作することもできる。
【００２３】
図２のパック電池は、以下の工程で製作される。
（１）端子基板５に保護素子１をリフロー半田して固定すると共に、この工程で端子リード２を第１の端子面７Ａにリフロー半田して連結し、さらに端子基板５に接続リード１１を半田付けして連結する。
（２）保護素子１の端子リード２の先端を素電池３の電極に抵抗スポット溶接して連結する。このとき、端子リード２を直線状とする。
（３）保護素子１の端子リード２をＵ曲して端子基板５を電極端面３Ａと対向する位置に配置させる。
（４）端子基板５に連結している接続リード１１と素電池３の電極に連結しているリード１２とを抵抗スポット溶接等の方法で連結する。
（５）以上の工程で端子基板５を素電池３に連結してコアパック８とし、コアパック８を金型に仮り止めして樹脂成形部９を成形する。
【００２４】
図３のパック電池は、以下の工程で製作される。
（１）図２のパック電池と同じように、端子基板５に保護素子１をリフロー半田して固定すると共に、この工程で端子リード２を保護素子１の第１の端子面７Ａにリフロー半田して連結し、さらに端子基板５に接続リード１１を半田付けして連結する。
（２）保護素子１の端子リード２と接続リード１１の先端を素電池３の電極に抵抗スポット溶接して連結する。このとき、端子リード２と接続リード１１を直線状とする。
（３）保護素子１の端子リード２と接続リード１１をＵ曲して端子基板５を電極端面３Ａと対向する位置に配置させる。
（４）以上の工程で端子基板５を素電池３に連結してコアパック８とし、コアパック８をケース１０に収納してケース１０の開口部を閉塞する。
【００２５】
図４のパック電池は、以下の工程で製作される。
（１）端子基板５に保護素子１をリフロー半田して固定すると共に、ふたつの端子リード２を保護素子１の第１の端子面７Ａにリフロー半田して連結し、さらに端子基板５に接続リード１１を半田付けして連結する。この工程において、図８に示すように、一方の端子リード２を第１の端子面７Ａと直交する姿勢とし、他方の端子リード２を第１の端子面７Ａと平行な姿勢で連結する。
（２）保護素子１の端子面７に直交する姿勢で連結している端子リード２の先端を、一方の素電池３の電極に抵抗スポット溶接して連結する。連結される端子リード２は直線状とする。
（３）素電池３に連結している端子リード２をＵ曲して、端子基板５を電極端面３Ａと対向する位置に配置させる。
（４）端子面７に平行に連結している端子リード２を別の素電池３の電極に抵抗スポット溶接等の方法で連結する。その後、端子基板５に連結している接続リード１１を素電池３の電極に連結する。
（５）以上の工程で端子基板５を素電池３に連結してコアパック８とし、コアパック８をケース１０に収納してケース１０の開口部を閉塞する。
【００２６】
【発明の効果】
本発明のパック電池は、組み立て工程を簡単にして、製造コストを低減しながら、保護素子を定位置にしっかりと固定できる特長がある。それは、本発明のパック電池が、保護素子の一方の端子面を、リードを介することなく端子基板に固定すると共に、他の端子面に端子リードを連結して、これを素電池に連結しているからである。この構造のパック電池は、保護素子の両面に端子リードを連結する必要がなく、保護素子を端子基板に直接に連結して端子基板に連結する。この構造は、保護素子と端子基板を広い面積で直接に連結できるので、極めて低抵抗な状態でしっかりと連結できる。また、対向する面を端子面として、その間にＰＴＣ素子等を配置できるので、チップ型のように形状の制約が少なく、保護素子を大きな面積にできる特長もある。このように、保護素子を大きな面積とする構造は、保護素子の最大電流容量を大きくでき、また、保護素子がＰＴＣ素子である場合は内部抵抗を小さくして理想的な特性が実現できる。さらに、端子リードを接続する端子面を広くできるので、端子リードを接続する向きを適宜に変更することが可能であり、また、複数の端子リードを取り出すこともできるので、パック電池に最適な状態でリード端子を配設できる特長もある。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のパック電池の一例を示す斜視図
【図２】本発明の一実施例にかかるパック電池の断面図
【図３】本発明の他の実施例にかかるパック電池の断面図
【図４】本発明の他の実施例にかかるパック電池の断面図
【図５】図２に示すパック電池の端子基板の平面図
【図６】図２に示すパック電池の端子基板を示す底面図
【図７】図３に示すパック電池の端子基板を示す底面図
【図８】図４に示すパック電池の端子基板を示す底面図
【図９】図４に示すパック電池の回路図
【符号の説明】
１…保護素子
２…端子リード
３…素電池３Ａ…電極端面
４…回路基板
５…端子基板
６…出力端子
７…端子面７Ａ…第１の端子面７Ｂ…第２の端子面
８…コアパック
９…樹脂成形部
１０…ケース
１１…接続リード
１２…リード

Claims

素電池（３）と、この素電池（３）に電気接続してなる出力端子（６）を固定している端子基板（５）と、素電池（３）と出力端子（６）との間に電気接続している保護素子（１）とを備えるパック電池であって、
保護素子（１）は、対向して配設される両面を端子面（７）として、第１の端子面（７Ａ）にのみ端子リード（２）を連結して、第２の端子面（７Ｂ）は端子リード（２）を接続することなく、直接に端子基板（５）に固定しており、第１の端子面（７Ａ）に連結している端子リード（２）の一端を素電池（３）の電極に連結してなるパック電池。
端子基板（５）を素電池（３）の電極端面（３Ａ）に対向して配設しており、端子基板（５）の素電池（３）との対向面に保護素子（１）を固定している請求項１に記載されるパック電池。
端子リード（２）を折り返して、一端を保護素子（１）に、他端を素電池（３）の電極に接続している請求項１に記載されるパック電池。
素電池（３）に端子基板（５）を連結している電池のコアパック（８）を、端子基板（５）を素電池（３）に連結する樹脂成形部（９）にインサートして固定している請求項１に記載されるパック電池。