JP2005317454A - Battery pack - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ケースに二次電池と温度センサを内蔵するパック電池に関する。 The present invention relates to a battery pack in which a secondary battery and a temperature sensor are built in a case.
二次電池の温度を検出する温度センサを内蔵するパック電池は、電池温度で充放電電流をコントロールして二次電池を保護しながら使用できる。このパック電池は、温度センサで電池温度を正確に検出することが大切である。このため、温度センサは、二次電池に接触させ、あるいは近接して配設される。 A battery pack incorporating a temperature sensor for detecting the temperature of the secondary battery can be used while protecting the secondary battery by controlling the charge / discharge current according to the battery temperature. It is important for this battery pack to accurately detect the battery temperature with a temperature sensor. For this reason, the temperature sensor is disposed in contact with or close to the secondary battery.
温度センサを簡単な構造で二次電池に固定するパック電池は、温度センサをテープで二次電池の表面に固定している。このパック電池は、温度センサを固定するのに手間がかかる。また、温度センサを固定する位置がずれやすい欠点もある。多量生産されるパック電池は、簡単な方法で決められた位置に温度センサを固定することが要求される。とくに、温度センサが電池温度を速やかに検出することと、二次電池と温度センサとの熱抵抗を均一にすることが特に大切である。温度センサの温度検出が遅れると、二次電池の温度が急激に上昇するときに、二次電池を温度上昇から安全に保護できなくなる。また、熱抵抗を一定にできないで、多量生産されるパック電池にばらつきがあると、全てのパック電池において、二次電池を規定の温度範囲で正常に充放電できなくなる。熱抵抗が大きくなるパック電池は、温度センサの信号で同じように充放電を制御しても、電池温度が高くなって熱障害を受けやすくなる。反対に熱抵抗の小さいパック電池は、二次電池の充放電の制限が強くなって、充放電できる状態で充放電電流を制限する欠点がある。 In a battery pack in which the temperature sensor is fixed to the secondary battery with a simple structure, the temperature sensor is fixed to the surface of the secondary battery with a tape. This battery pack takes time and effort to fix the temperature sensor. In addition, there is a drawback that the position where the temperature sensor is fixed is easily displaced. Battery packs produced in large quantities are required to fix a temperature sensor at a position determined by a simple method. In particular, it is particularly important that the temperature sensor quickly detects the battery temperature and that the thermal resistance between the secondary battery and the temperature sensor is uniform. If the temperature detection of the temperature sensor is delayed, the secondary battery cannot be safely protected from the temperature rise when the temperature of the secondary battery rises rapidly. In addition, if there is variation in pack batteries produced in large quantities without making the thermal resistance constant, in all pack batteries, secondary batteries cannot be charged / discharged normally within a specified temperature range. Even if the battery pack with increased thermal resistance controls charge / discharge in the same manner with a signal from the temperature sensor, the battery temperature becomes higher and it is more susceptible to thermal failure. On the other hand, the battery pack having a low thermal resistance has a drawback that the charge / discharge current of the secondary battery becomes stronger and the charge / discharge current is limited in a state where the charge / discharge can be performed.
本願出願人は、この欠点を解決するために、図1に示すパック電池を開発した(特許文献1参照)。
このパック電池は、温度センサ23を定位置に配置するために、プラスチックケース21にコ字状のリブ25を一体的に成形して設けている。コ字状のリブ25は、二次電池22と対向する側を開口して、内側を収納部26として、ここに温度センサ23を配置している。さらに、収納部26には、熱結合材28としてシリコン樹脂を充填し、シリコン樹脂でもって、二次電池22と温度センサ23との熱抵抗を小さくしている。
In this battery pack, a U-shaped
この構造のパック電池は、フレキシブル基板27に温度センサ23を固定している。このフレキシブル基板27は、二次電池22の表面に配置されて、先端部を折曲し、折曲端に固定している温度センサ23をリブ25の収納部26に配置している。この構造によると、温度センサを高い精度で位置決めして、二次電池と温度センサとの相対位置を一定にするのが難しい。このため、二次電池と温度センサとの熱抵抗を高い精度で一定にしながら多量生産することができない。フレキシブル基板の折曲端が変形し、あるいはフレキシブル基板の固定位置がずれる等が原因で温度センサの位置がずれ、温度センサと二次電池との熱抵抗が変化して不均一になるからである。
In the battery pack having this structure, the
本発明は、さらに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、簡単かつ容易に、しかも二次電池と温度センサとの熱抵抗を高い精度で一定に保持しながら、能率よく安価に多量生産できるパック電池を提供することにある。 The present invention has been developed for the purpose of solving such drawbacks. An important object of the present invention is to provide a battery pack that can be mass-produced efficiently and inexpensively while keeping the thermal resistance between the secondary battery and the temperature sensor constant with high accuracy.
本発明のパック電池は、二次電池2と、この二次電池2に熱結合されて電池温度を検出する温度センサ3と、この温度センサ3と二次電池2を収納するケース1とを備える。ケース1は、回路基板4と二次電池2との間に位置するように、一対のリブ5を一体的に成形して設けており、一対のリブ5の間に温度センサ3の収納部6を設けて、この収納部6に回路基板4に固定している温度センサ3を配置している。さらに、一対のリブ5とケース本体10との間に、回路基板4を配置する嵌着部7を設けて、この嵌着部7に回路基板4を配置して、リブ5とケース本体10でもって回路基板4を定位置に配置している。さらにまた、収納部6には熱結合材8を充填して、この熱結合材8でもって温度センサ3と二次電池2とを熱結合している。
The battery pack according to the present invention includes a
本発明のパック電池は、二次電池2を薄型電池として、薄型電池の外周面に対向して回路基板4を配置することができる。さらに、本発明のパック電池は、ケース1に、一体的に成形されてなる周壁11を設けることができる。このパック電池は、周壁11とリブ5との間に嵌着部7を設けて、回路基板4を周壁11の内側に周壁11と平行な姿勢で配置することができる。さらに、本発明のパック電池は、回路基板4に出力端子9を固定し、この出力端子9を外部に表出させる端子窓13をケース本体10に設けることができる。さらにまた、本発明のパック電池は、熱結合材8を、充填材を含み、あるいは充填材を含まないシリコン系樹脂とすることができる。
In the battery pack of the present invention, the
本発明のパック電池は、簡単かつ容易に、しかも二次電池と温度センサとの熱抵抗を高い精度で一定に保持しながら、能率よく安価に多量生産できる特長がある。それは、本発明のパック電池が、回路基板と二次電池との間に位置するように、一対のリブをケースに一体的に成形して設けており、一対のリブの間に設けた収納部に温度センサを配置すると共に、一対のリブとケース本体との間に設けた嵌着部に回路基板を配置し、さらに、収納部に熱結合材を充填して温度センサと二次電池とを熱結合しているからである。この構造のパック電池は、リブとケース本体でもって、二次電池と回路基板とをケースの定位置に配置するので、簡単かつ容易に、しかも高い精度で二次電池と回路基板との間隔を一定に保持しながら、温度センサと二次電池とを熱結合できる。したがって、多量生産されるパック電池の二次電池と温度センサの間の熱抵抗のばらつきを極減しながら、安価に多量生産できる。 The battery pack of the present invention has a feature that it can be mass-produced efficiently and inexpensively while keeping the thermal resistance between the secondary battery and the temperature sensor constant with high accuracy. The battery pack of the present invention is provided with a pair of ribs formed integrally with the case so that the battery pack of the present invention is located between the circuit board and the secondary battery, and a storage portion provided between the pair of ribs. In addition, the circuit board is disposed in the fitting portion provided between the pair of ribs and the case body, and the temperature sensor and the secondary battery are filled with a thermal coupling material in the housing portion. This is because they are thermally coupled. The battery pack with this structure has the rib and case body so that the secondary battery and the circuit board are arranged at the fixed positions of the case. Therefore, the distance between the secondary battery and the circuit board can be easily and easily adjusted with high accuracy. The temperature sensor and the secondary battery can be thermally coupled while being kept constant. Therefore, mass production can be performed at low cost while minimizing variation in thermal resistance between the secondary battery and the temperature sensor of the battery pack that is mass-produced.
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。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. However, the examples shown below exemplify a battery pack for embodying the technical idea of the present invention, and the present invention does not specify the battery pack as follows.
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」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。 Further, in this specification, in order to facilitate understanding of the scope of claims, numbers corresponding to the members shown in the examples are indicated in the “claims” and “means for solving problems” sections. It is added to the members. However, the members shown in the claims are not limited to the members in the embodiments.
図2ないし図10に示すパック電池は、二次電池2と、この二次電池2に熱結合されて電池温度を検出する温度センサ3と、この温度センサ3と二次電池2を収納するケース1と、このケース1の定位置に配置されて温度センサ3を二次電池2に熱結合させる回路基板4とを備える。
The battery pack shown in FIGS. 2 to 10 includes a
二次電池2は、薄型電池のリチウムイオン二次電池である。ただ、二次電池は、必ずしも薄型電池とする必要はなく、角型電池や円筒型電池とすることもできる。さらに、二次電池2をリチウムイオン二次電池に特定せず、ニッケル水素電池やニッケルカドミウム電池とすることもできる。図のパック電池は、ケース1にひとつの二次電池2を収納しているが、ケースに複数の二次電池を収納することもできる。
The
温度センサ3は、二次電池2に接近して熱結合する状態で配置される。温度センサ3はサーミスタである。ただ、温度センサには、電池温度で電気抵抗が変化する全ての素子、たとえばPTCやバリスタ、あるいはトランジスタ等も使用できる。
The
ケース1はプラスチックを成形して製作される。図2と図8に示すケース1は、外形の全体形状を四角形の箱形としている。このケース1は、二次電池2と回路基板4を定位置に収納するために、上ケース1Aと下ケース1Bを別々にプラスチックで成形して、周壁11を連結している。上ケース1Aと下ケース1Bは、表面プレート12の周囲に周壁11を一体的に成形している形状にプラスチックを成形して製作される。図の上ケース1Aと下ケース1Bは、外形を四角形とする表面プレート12の周囲に周壁11を一体的に成形して設けている。上ケース1Aと下ケース1Bは、周壁11の接触縁を連結して、互いに連結される。周壁11の接触縁は、超音波溶着して連結され、あるいは接着して連結される。図のパック電池は、外形を四角形とする薄型電池を収納するので、表面プレート12の外形も四角形としている。
The
ケース1は、二次電池2と回路基板4を定位置に配置するために、内部に突出してリブ5を一体的に成形して設けている。図のパック電池は、一方のケース1にリブ5を一体的に成形して設けている。図においては下ケース1Bにリブ5を一体的に成形して設けている。リブ5は、表面プレート12から内部に突出して設けられる。一対のリブ5は、その間に温度センサ3を収納するので、二次電池2と回路基板4との間に設けられる。図のケース1は、互いに平行に一対のリブ5を設けて、その間に収納部6を設けている。一対のリブ5は、互いに対向する内面を平行面として、所定の幅の収納部6を設ける。この収納部6は、充填される熱結合材8を、リブ5に対してスリップしない状態で充填できる。とくに、多量の充填材を混合してリブ5に対する接着力が低下している熱結合材8を、リブ5に対して移動しない状態で収納部6に充填できる。また、経時的に熱結合材8のリブ5に対する接着力が低下しても、収納部6の定位置に熱結合材8を充填できる。
In order to arrange the
二次電池2と回路基板4との間に配設されるリブ5は、一方の側縁を二次電池2の表面に当接させ、他方の側縁を回路基板4の表面に当接させて、二次電池2と回路基板4を一定の間隔としてケース1に収納する。したがって、リブ5は、二次電池2と回路基板4との間にあって、回路基板4から二次電池2の方向を向く姿勢で配置される。図のリブ5は、回路基板4と二次電池2の表面に直交する姿勢をしている。図示しないが、リブは、回路基板や二次電池の表面に対して傾斜する姿勢で設けることもできる。
The
リブ5は、二次電池2をケース1の定位置に配置し、さらに、回路基板4もケース1の定位置に配置し、さらにまた、二次電池2と回路基板4との間隔を一定にする。回路基板4をケース1の定位置に配置するために、リブ5とケース本体10との間に、回路基板4を配置する嵌着部7を設けている。図のケース1は、表面プレート12と周壁11からなるケース本体10に、表面プレート12から内部に突出する形状のリブ5を一体的に成形して設けている。リブ5とケース本体10との間に設けている隙間である嵌着部7は、その幅を、回路基板4の厚さにほぼ等しくしている。この幅の嵌着部7は、回路基板4を案内して、リブ5とケース本体10で定位置に配置する。図の下ケース1Bは、ケース本体10の周壁11とリブ5との間に嵌着部7を設けているので、嵌着部7に案内される回路基板4は、周壁11とリブ5とに挟着される状態で、定位置に配置される。
The
図6と図7に示すケース1は、下ケース1Bの表面プレート12をリブ5の内側で突出させて、リブ5の間に突出部14を設けている。この形状のケース1は、突出部14で収納部6が浅くなる。したがって、リブ5の間にできる収納部6の容積が小さくなって、熱結合材8の充填量が少なくなる。また、突出部14がリブ5を内側で連結して補強するので、リブ5を強靭な構造にできる。このため、リブ5を薄く成形することもできる。
In the
図4ないし図7に示すリブ5は、上端を上ケース1Aの表面プレート12の内面に接近する高さとしている。このリブ5は、回路基板4と二次電池2をしっかりと保持できる。ただ、リブは、必ずしも上ケースの表面プレート内面まで高くする必要はなく、嵌着部に案内している回路基板を移動しないように定位置に保持でき、かつ、二次電池を定位置に保持できる高さにできる。したがって、リブの高さは、たとえば、回路基板の幅の1/3以上、好ましくは1/2以上であり、かつ二次電池の回路基板の幅方向の寸法の1/3以上、好ましくは1/2以上を保持できる幅とする。
The
図3と図10に示すパック電池は、二次電池2の一方の側部とケース1の周壁11との間にリブ5を設けている。さらに、このパック電池は、側部の中央部分に一対のリブ5を設けている。図9に示すパック電池は、二次電池2の凸部電極2Aを設けている端部とケース1の周壁11との間に設けている。このパック電池は、凸部電極2Aから離れた平面部2Bと周壁11との間に一対のリブ5を設けている。
The battery pack shown in FIGS. 3 and 10 has a
回路基板4は、ガラスエポキシ基板やフェノール基板等の硬質のプリント基板で、表面に温度センサ3をリフロー半田して固定している。回路基板4は、リブ5とケース1の周壁11との間の嵌着部7にはめ込まれて、二次電池2と側部と対向する姿勢でケース1の定位置に配置されている。温度センサ3は、二次電池2との対向面に固定されて、リブ5の収納部6に配設されている。図3と図9のパック電池は、回路基板4の表面に電子部品15を固定している。この電子部品15は、二次電池2の保護回路を実現する保護ICや、この保護ICにスイッチングされるFETやトランジスタ等の半導体スイッチング素子である。保護回路を実装するパック電池の回路図を図11に示す。この図のパック電池は、保護IC16で二次電池2の過充電や過放電を検出し、二次電池2が過充電したり過放電しないように、半導体スイッチング素子17をオンオフに切り換える。したがって、二次電池2を保護しながら充放電できる。
The
電子部品15を固定している回路基板4は、図3と図9に示すように、電子部品15を二次電池2との対向面に固定する。このパック電池は、二次電池2と回路基板4との間にリブ5を設けてできるスペースを有効に利用して電子部品15を配置できる。さらに、回路基板4は、パック電池の出力端子9を固定している。出力端子9は、周壁11との対向面に固定される。ケース1は、出力端子9を外部に表出させるために端子窓13を周壁11に設けている。このパック電池は、出力端子9を固定している回路基板4の裏面をリブ5で支持する。したがって、パック電池が電気機器に装着されて、電気機器の接続端子が出力端子9を押圧しても、回路基板4の位置がずれることがない。回路基板4を裏面からリブ5が支持するからである。とくに、図3と図9に示すパック電池のように、回路基板4の出力端子9を設けている部分の裏面にリブ5を配置する構造は、接続端子で押圧される回路基板4をしっかりと位置ずれしないように支持できる。
The
図11の回路図に示すパック電池は、温度センサ3を出力端子9に接続している。この温度センサ3は、検出する温度信号を、パック電池を装着する電気機器に出力端子9を介して出力する。電気機器は温度信号で電池温度を検出し、電池温度が設定温度よりも高くなると、パック電池の充放電の電流を制限し、あるいは充放電の電流を遮断して充放電を停止させる。このように、温度センサ3を出力端子9に接続して、温度信号をパック電池を装着する電気機器に出力する回路構成は、パック電池の保護IC16の回路構成を簡単にできる。このため、保護IC16の消費電力を少なくして、保護IC16による二次電池2の消耗を少なくできる。ただ、温度センサを保護ICに接続して、保護ICで二次電池を保護するように、半導体スイッチング素子を制御することもできる。また、図示しないが、出力端子に接続する温度センサと、保護ICに接続する温度センサを回路基板に固定し、両方の温度センサを収納部に配置することもできる。複数の温度センサを備えるパック電池は、複数の温度センサをリブの間に設けているひとつの収納部に配置し、あるいはケースに複数対のリブを設けて複数の収納部を設け、各々の収納部に温度センサを配置することができる。
The battery pack shown in the circuit diagram of FIG. 11 has the
回路基板4を介して収納部6に配置される温度センサ3は、熱結合材8で二次電池2に小さい熱抵抗で熱結合される。熱結合材8は充填材を含み、あるいは充填材を含まないシリコン系樹脂等の合成樹脂である。熱結合材8に混合される充填材には、シリコン系樹脂等の合成樹脂よりも熱伝導率の大きいものを使用する。たとえば、この充填材として、シリカやアルミナ等の無機粉末を使用する。とくに、シリカやアルミナは、金属粉と違って絶縁性にも優れているので、熱結合材に充填される充填材として最適である。このように、熱伝導率の高い充填材を含む熱結合材は、熱抵抗を小さくしながら二次電池と温度センサとを熱結合できるので、正確かつ速やかに電池温度を温度センサで検出できる特長がある。熱結合材8は、未硬化な状態ではペースト状をしている。ペースト状の熱結合材8が、温度センサ3を配置している収納部6に充填される。収納部6に充填された熱結合材8は、温度センサ3と二次電池2との隙間に充填されて硬化する。硬化した熱結合材8は、二次電池2と温度センサ3とを小さい熱抵抗で熱結合する。
The
以上のパック電池は、以下の工程で組み立てられる。
(1) 回路基板4の定位置に、温度センサ3と電子部品15を配置し、リフロー半田してこれ等の部品を回路基板4に固定する。回路基板4には、リード18もリフロー半田して連結する。
(2) リード18の先端を二次電池2に接続して、リード18を介して回路基板4を二次電池2に連結する。リード18は、スポット溶接等の方法で二次電池2に接続される。
(3) リード18で互いに連結している二次電池2と回路基板4とを、下ケース1Bの定位置に配置する。回路基板4は、リブ5と周壁11との間に設けている嵌着部7に入れて定位置に配置し、二次電池2は、リード18と周壁11との間に入れて定位置に配置する。回路基板4をリブ5と周壁11との間の嵌着部7に入れて定位置に配置すると、回路基板4の表面に固定している温度センサ3は、下ケース1Bに一体的に成形されているリブ5の間の収納部6に配置される。この過程で、回路基板4と二次電池2と温度センサ3は、ケース1の定位置に配置される。回路基板4に固定している出力端子9は、周壁11に設けている端子窓13の内面に配置される。
(4) リブ5の間の収納部6に、ペースト状をしている未硬化の熱結合材8を充填して、熱結合材8を硬化させる。
(5) 下ケース1Bに上ケース1Aを連結する。下ケース1Bと上ケース1Aは周壁11の端縁を超音波溶着して連結する。
(6) 互いに連結している下ケース1Bと上ケース1Aの表面に、ラベルを付着し、あるいは印刷して文字や記号を表記する。
The above battery pack is assembled in the following steps.
(1) The
(2) The tip of the
(3) The
(4) The
(5) Connect the
(6) A label is attached or printed on the surface of the
1…ケース 1A…上ケース 1B…下ケース
2…二次電池 2A…凸部電極 2B…平面部
3…温度センサ
4…回路基板
5…リブ
6…収納部
7…嵌着部
8…熱結合材
9…出力端子
10…ケース本体
11…周壁
12…表面プレート
13…端子窓
14…突出部
15…電子部品
16…保護IC
17…半導体スイッチング素子
18…リード
21…プラスチックケース
22…二次電池
23…温度センサ
25…リブ
26…収納部
27…フレキシブル基板
28…熱結合材
DESCRIPTION OF
DESCRIPTION OF
Claims (5)
ケース(1)は、回路基板(4)と二次電池(2)との間に位置するように、一対のリブ(5)を一体的に成形して設けて一対のリブ(5)の間に温度センサ(3)の収納部(6)を設けて、この収納部(6)に回路基板(4)に固定している温度センサ(3)を配置しており、さらに一対のリブ(5)とケース本体(10)との間に、回路基板(4)を配置する嵌着部(7)を設けて、この嵌着部(7)に回路基板(4)を配置して、リブ(5)とケース本体(10)でもって回路基板(4)を定位置に配置しており、さらにまた、収納部(6)には熱結合材(8)を充填して、この熱結合材(8)でもって温度センサ(3)と二次電池(2)とを熱結合しているパック電池。 A secondary battery (2), a temperature sensor (3) that is thermally coupled to the secondary battery (2) to detect the battery temperature, and a case for housing the temperature sensor (3) and the secondary battery (2) ( 1)
The case (1) is formed by integrally forming a pair of ribs (5) so as to be positioned between the circuit board (4) and the secondary battery (2). Is provided with a storage portion (6) for the temperature sensor (3), a temperature sensor (3) fixed to the circuit board (4) is disposed in the storage portion (6), and a pair of ribs (5 ) And the case body (10), a fitting part (7) for arranging the circuit board (4) is provided, and the circuit board (4) is arranged on the fitting part (7), and the rib ( 5) and the case body (10), the circuit board (4) is placed in a fixed position, and the storage part (6) is filled with a thermal bonding material (8), and this thermal bonding material ( 8) A battery pack in which the temperature sensor (3) and the secondary battery (2) are thermally coupled.
The battery pack according to claim 1, wherein the thermal bonding material (8) is a silicon-based resin containing a filler or not containing a filler.
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