JP2005166375A - パック電池 - Google Patents

Abstract

【課題】
複数の感熱素子を備えたパック電池における製造作業を簡素化し、低コストなパック電池を提供する。
【解決手段】
サーミスタ３１ａ、３１ｂがラミネート材３２ａと３２ｂで覆われる。被覆材部分３２の中において、サーミスタ３１ａと３１ｂの第１電極同士が共通電極として接続され、この共通端子からリード線３４が被覆材外部へ延出する３４ｂをＧＲＯＵＮＤ端子とする。また、サーミスタ３１ａと３１ｂの第２電極から独立したリード線が被覆材３２の外部へ延出する３３ｂと３５ｂを温度情報出力端子とする。つまり、電池２の外装缶への装着は感熱素子ユニット３の１つのみ、制御基板１への装着は３本のリード線部分３３ｂ、３４ｂ、３５ｂのみとなる。
【選択図】 図３

Description

本発明は、サーミスタ等の感熱素子を備えたパック電池に関する。

ノートＰＣ等の携帯型電子機器には、繰り返し充放電可能な二次電池を素電池として内蔵するパック電池がその電源として利用されている。パック電池には、素電池の他に、携帯型電子機器と素電池との間で電力流通制御が行われる制御回路を形成している制御基板、さらには電池温度の感知用感熱素子として複数個（例えば２個）のサーミスタが内蔵されている。複数個のサーミスタは素電池の外装缶に熱接触するように別々に配されており、各サーミスタは２本のリード線で制御基板に接続されている。そして、一方のサーミスタによる素電池の温度情報は、制御回路に入力され、これを受けた制御回路は電池に対する過充電・過放電の防止を図る。もう一方のサーミスタによる電池の温度情報は、ＰＣなどの機器に出力される（例えば、特許文献１、２）。

このように、温度情報の出力先の数に応じたサーミスタを備えるのは、１個のサーミスタから複数の出力先に温度情報を出力することがその特性上困難なためである。
特開２００２−２６０６０８号公報 特開２００１−２６６９５７号公報

しかしながら、上記従来技術では各サーミスタのリード線を制御基板に個別に接続するため、計４本のリード線の接続作業が必要になる。一般に、Ｎ個の感熱素子を制御基板に接続しようとする場合には、少なくとも２Ｎ本のリード線を制御基板の導電ランドにハンダ付けする必要があり、その分、作業工数が増大する。
また近年のように、パック電池自体が縮小化・軽量化の傾向にあると感熱素子の設置スペースの縮小化が要求され、設置自体の難化に繋がることとなる。

加えて、Ｎ個の感熱素子はディスクリートな部品であるので、それらを電池の外装缶にシリコーン樹脂で取り付ける場合には、シリコーン樹脂使用量を均一化させることが困難であり、そのため熱感知性能の面でばらつきを生じる原因ともなる。

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであって、複数の感熱素子を備えたパック電池において製造作業を簡素化し、低コストなパック電池を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は以下の構成を採る。
Ｎ個の感熱素子を別々にパック電池内に配するのではなく、Ｎ個の感熱素子をラミネートなどの被覆材を用いて一体的に覆う。ただし、当該被覆材部分内において、各感熱素子の第１の電極同士を共通電極として互いに接続する。
そして、この共通端子からリード線が被覆材外部へ延出されており、さらに各感熱素子の第２の電極から、独立したＮ本のリード線も被覆材外部に延出されており、これら計（Ｎ＋１）本のリード線を制御基板に接続し、当該被覆材部分を電池に熱接触するように配する。

このパック電池によれば、製造する時に、感熱素子を取り付ける工程において、素電池と電池装着対象機器との間における電力流通を制御する制御基板等との接続に係る工数が、上述した従来技術と比べて（Ｎ−１）回分少なくなるので、作業面ひいてはコスト面で優位性を有する。
上記パック電池において、各感熱素子における共通電極からの第１のリードの延出部を制御基板を介してＧＲＯＵＮＤ接続する構成とすると、制御基板へ装着するリード線の数が低減されるので、回路の簡略化にも繋がる。

なお、本発明においては、Ｎ個の感熱素子が被覆材によって一体化されたもの（以下、「感熱素子ユニット」という）をあらかじめ作成しておく必要があるが、上記のように、手作業による細かな接続の回数を減らすことができるため、パック電池の製造工程全体としても簡略化に効果がある。
これらのことから、本発明に関するパック電池では、従来と同様に複数のサーミスタなどの感熱素子から別々にデータ出力をするので、電池対象機器が少なくとも１個の感熱素子からの温度情報を取得することができるとともに、製造時間やコスト面での優位性を有するものとなる。

さらに上記パック電池によれば、Ｎ個の感熱素子が１つの感熱素子ユニットに含まれているので、Ｎ個の感熱素子からのばらつきが無くなる。

（パック電池１０の全体構成）
以下では、図１を用いて、本発明の一適用例であるパック電池の全体構成について説明する。

まず、パック電池１０は、ＰＣ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ）用のものであって、制御基板１と３個の素電池２ａ、２ｂ、２ｃで構成された電池２とが、上側ケース１００ａと下側ケース１００ｂとで形成される内部空間に収納された構成を有している。
制御基板１には、両主表面に配線パターン（不図示）が形成されており、感熱素子ユニット３を含む複数の電子部品が、この配線パターンにおける所定箇所の導電ランドに各々ハンダ付けにより実装されている。なお、感熱素子ユニット３のリード線延出部は、導電ランド２１０ａ、２１０ｂ、２１０ｃに接続されている。また、制御基板１の片側の主表面に、外部接続コネクタ５が装着されており、外部接続コネクタ５の一面が下側ケース１００ｂの側面に開けられた窓部から外側に露出するようになっている。

上記外部コネクタ５には、ＰＣ本体へ電力を出力する端子５ａ、ＰＣ本体への通信端子５ｂ、ＰＣ本体が電池２の温度を読みとる端子５ｃ、パック電池１０のＧＲＯＵＮＤ端子５ｄが装備されている。そして、感熱素子ユニット３は電池２の外装缶の主表面に熱接触するように配設された状態で載置されている。
Ｎ＝２個の場合の例として、サーミスタ３１ａ、３１ｂを有する感熱素子ユニット３は、その温度検知機能部分となるサーミスタ３１ａ、３１ｂが素電池２ｃに近接配置となるように、かつシリコーン６を介して素電池２ｃに熱接触するように配されており、素電池２ｃで生じた熱が伝達されるようになっている。素電池２ａ、２ｂ、２ｃは角形の外観形状を有しており、その配置の関係から便宜上、それぞれ図１に示すように直列に接続されている。図１においては、説明の便宜上、感熱素子ユニット３は誇張して描かれている。
（感熱素子ユニット３の構成及び装着作業）
感熱素子ユニット３の構成については、図３を用いて、また感熱素子ユニットの装着作業については図４、図５も併用して説明する。

この感熱素子ユニット３は、２個のサーミスタ３１ａ、３１ｂと３つのリード３３、３４、３５（それぞれ図３における斜線部分）、そしてそれらを覆う被覆材によって構成されている。被覆材としては、ラミネート材３２ａ、３２ｂを用いている。
サーミスタ３１ａはその一面がリード線３３の基端部３３ａと接合され、その反対面がリード線３４の基端部３４ａと接合されている。同様に、サーミスタ３１ｂの一面がリード線３４の基端部３４ｂと接合し、その反対面がリード線３５の基端部３５ａと接合している。リード線３４はサーミスタ３１ａと３１ｂの一方の電極に共通に接続された共通端子とされている。２個のサーミスタ３１ａ、３１ｂと３本のリード線３３、３４、３５の基端部分は、ラミネート材３２ａと３２ｂで挟み込むようにして一体的に覆われている。

なお、ラミネート材３２ａと３２ｂにはそれぞれスリット３０１ａ、３０２ａと３０１ｂ、３０２ｂを有している。
次に、図４、図５を用いて感熱素子ユニット３の装着作業について説明する。
図４に示すように、接合されたサーミスタ３１ａの一面３００１ａ（斜線部分）とサーミスタ３１ｂの一面３００１ｂ（斜線部分）、もしくはそれらの反対の面が、電池２の温度感知部分である。つまり、これら２つの面３００１ａ、３００１ｂ、もしくはその反対の面が電池２の外装缶と平行になるように、感熱素子ユニット３は電池２に熱接触するように配される。

なお、制御基板１をケース１００ｂに装着する前に、被覆材部分３２からの延出部３３ｂ、３４ｂ、３５ｂを制御基板１の導電ランド２１０ａ、２１０ｃ、２１０ｂにそれぞれハンダ付けする必要がある。そして、制御基板１をケース１００ｂに装着した後にシリコーンで感熱素子ユニット３と電池２を熱接触させる。
（パック電池１０の回路構成）
不図示の配線パターンについては、図２のブロック回路図に基づいて各電子部品関連の接続がなされるように施されている。

まず、感熱素子ユニット３に備えられているサーミスタ３１ａの温度情報を出力する端子は、パック電池１０の機能を主にコントロールするためのメインのＩＣ（以下、「ＭＣＵ」という。）１２に導電ランド２１０ａを介して接続されている。また、サーミスタ３１ｂの温度情報を出力する端子は、導電ランド２１０ｂを介して制御基板１からＰＣ本体がパック電池１０内の電池２の温度を読みとるための出力端子５ｃに接続されている。共通端子３４は、導電ランド２１０ｃを介して感熱素子ユニット３のＧＲＯＵＮＤ端子として出力端子５ｄに接続されている。

他にも、パック電池の設定値や電池の残容量などのデータを格納し、ＭＣＵ１２により制御されている素子１３や、様々な保護素子が装備された保護回路２００や、パック電池内の回路を流れる電流値を読みとるための抵抗２２が設置されている。ＭＣＵ１２もＰＣ本体との双方向の通信用出力端子５ｂを介して、電池の温度情報の出力も受け取りながら、パック電池全体を適切にコントロールしている。また、保護回路２００は、電池２の両端電圧を検出して過電圧・過放電を監視したり、抵抗２２の両端の値を検出して過電流を監視する素子１４や、設定温度を超える温度上昇により温度ヒューズを自ら溶接する電界効果トランジスタ（以下、「ＦＥＴ」と呼ぶ）１５、温度または電流で溶断する保護素子１６、そして充放電をコントロールするＦＥＴ１７で構成されている。こうした各素子を装備していることにより、保護回路２００は、サーミスタ３１ａからの出力信号で電池温度を知ることができるので、電池２の温度が設定温度よりも高くなった場合に、電池２の電流を遮断したり、電池２が過充電・過放電状態になる前に、ＰＣと電池２での電力流通を遮断する指示信号、さらには外部端子のショート等により過電流が流れた場合にも、ＰＣと電池２での電力流通を遮断する指示信号をＦＥＴ１７に出力する。同時に、サーミスタ３１ｂからの出力信号でＰＣ本体にも電池の温度情報が伝えられ、その情報を基にしてＰＣ本体やＰＣユーザーによるデータ把握・管理に役立てられている。
（パック電池の優位性）
上記のように、感熱素子ユニット３においては、サーミスタ３１ａと３１ｂの共通端子がＧＲＯＵＮＤ接続されていることにより、被覆材部分３２からの延出部の数が１本（一般的には（Ｎ−１）本）減少しているので、制御基板１に形成されている配線パターンにおける導電ランドへのハンダ付け作業量を低減することができる。同様に、感熱素子ユニット３を電池２ｃにシリコーン６で熱接触するように配設させることによって、シリコーン６によってサーミスタ３１ａ、３１ｂの２個を熱接触するように配設させる場合と比べて作業量の低減にも繋がると共に、電池２における最適かつ同一箇所の温度を測定することができ、２個のサーミスタ３１ａ、３１ｂによる温度検知のばらつきを低減させることができるという利点もある。

そして、感熱素子ユニット３を、１箇所のみのシリコーン使用で電池２の外装缶に熱接触するように配設可能である。そのため、従来のように２個のサーミスタ３１ａ、３１ｂを取り付ける場合と比較して、シリコーン６の不均一性による温度検知のばらつきを低減させることができるという利点もある。
また、ラミネート材３２ａ、３２ｂのスリット３０１ａ、３０２ａと３０１ｂ、３０２ｂにより被覆材部分３２にスリット３０１と３０２が形成されるので、リード線３３、３４、３５における可動部３３ｃ、３４ｃ、３５ｃが形成される。その結果、制御基板１に感熱素子ユニット３の出力部３３ｂ、３４ｂ、３５ｂを導電ランドに接合するときに、接合可能な範囲が大きく拡大されるという効果を奏する。

これらのことから、パック電池１０において、感熱素子ユニット３は２個のサーミスタによる温度情報の精度の向上に寄与し、同じ温度情報数を出力しつつ、製造工程でのコストの優位性を有することとなる。
なお、上記ではＮ＝２個の場合での説明だが、１つのパック電池１０内における温度計測点数が多いほど、つまりサーミスタの数Ｎが多いほど、ＧＲＯＵＮＤ端子の共通化により感熱素子ユニット３からの出力端子に用いるリード線の数を減少させることができるために、上記内容について効果が増大する。
（その他の事項）
なお、本発明において、感熱素子としてサーミスタ以外でもＰＴＣ、ＮＴＣ、ブレーカ、ヒューズなどもパック電池１０の構造に適用でき、またその数も２個だけではなく様々な数でも適用できる。また、電池の種類としてはリチウムイオン電池以外にニッケルカドミウム蓄電池などでも適用可能であるし、その電池の数も３個に限定されず、例えば２個でも、４個以上でもパック電池１０の構造に適用できる。さらに、素電池の接続についても直列に限定されずにパック電池１０に適用できる。

本発明は、パック電池内における回路の簡略化や製造コストの削減に繋げつつも、縮小・軽量化されているパック電池において、複数の感熱素子によるデータを有することで、二次電池の正確な温度表示、かつ二次電池使用機器への適切な電力流通に大変有効となるものである。

本発明のパック電池の一例を示す斜視図 パック電池の構成要素による概略回路図 感熱素子ユニットの構成図 感熱素子の熱検知部拡大図 感熱素子ユニットの一例を示す斜視図

符号の説明

１：制御基板
２：電池
３：感熱素子ユニット
５：外部コネクタ
５ａ：電力供給出力端子
５ｂ：データ出力端子
５ｃ：温度情報出力端子
５ｄ：ＧＲＯＵＮＤ端子
１２：パック電池のメインＩＣ
１３：容量等のデータ格納素子
１５：電界効果トランジスタ
３２：被覆材
３３、３４、３５：リード線

Claims (5)

1. 素電池と、当該素電池と電池装着対象機器との間における電力流通を制御する制御基板と、当該素電池に対し熱接触するように配されたＮ個（Ｎは２以上の整数）の感熱素子を有するパック電池であって、
   前記Ｎ個の感熱素子は、被覆材によって一体的に覆われており、
   且つ前記被覆材の中において、前記各感熱素子の第１の電極同士が共通電極として互いに接続されているとともに、この共通電極から第１のリード線が前記被覆材の外部へ延出されており、
   さらに前記各感熱素子の第２の電極から、独立したＮ本の第２のリード線が前記被覆材の外部に延出されており、
   前記第１のリード線及び第２のリード線の延出部分が前記制御基板に接続されている
   ことを特徴とするパック電池。
2. 前記感熱素子は、サーミスタである
   ことを特徴とする請求項１に記載のパック電池。
3. 前記被覆材は、ラミネート材である
   ことを特徴とする請求項１に記載のパック電池。
4. 前記電池装着対象機器に装着された状態で、前記第１のリード線の延出部が、前記制御基板を介してＧＲＯＵＮＤ接続されている
   ことを特徴とする請求項１に記載のパック電池。
5. 前記電池装着対象機器と接続するための外部端子を有しており、
   前記外部端子に前記Ｎ個の感熱素子の少なくとも１個が接続されている
   ことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のパック電池。

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