JP2008269855A - 電池パック及びそれを用いた電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】 加熱電力の省力化及び加熱の効率化、更には電池の特性劣化を低減して寿命を長くするようにした電池パックを提供する。
【解決手段】 電池３１の外周面を覆って設けられ、この電池の対向する主表面において開閉自在に構成された断熱部材３６と、この電池を加熱する加熱手段３３とを含み、この電池の温度ｔに応じた外部制御信号ｃ及びｈにそれぞれ応じて、断熱部材３６の開閉制御及び加熱手段３３の加熱制御をなすよう構成する。このように、電池の加熱及び断熱素材を用いた保温機能により、低温下において、電池温度を一定範囲内に保持することができ、よって安定な動作が期待できる。また、開閉式の断熱シートを、電池の両主表面上に設けることにより、電池の温度上昇を小さくすることができ、自己放電による容量の低減を抑制できる。
【選択図】 図１

Description

本発明は電池パック及びそれを用いた電子機器に関し、特に携帯用電子機器である携帯端末に用いて好適な電池パック及びそれを用いた電子機器に関するものである。

携帯電話機やＰＤＡ（Personal Digital Assistants ）などの携帯用の電子機器では、低温から高温まで広範囲の温度の環境下において使用される。これら携帯用の電子機器では、その電源部に電池（例えば、リチウムイオン２次電池）が用いられているが、このような電池では、−１０℃程度の低温下では、電解液の粘度が増加して不活性になるために、電池は、その内部抵抗が高い状態となり、高負荷時に取出せる電力が、常温時の半分以下となる現象が発生する。

この現象を改善するためには、電池を加熱して常温に近づける必要がある。しかしながら、低温下では、電池を加熱しても電池表面から内部の熱が放熱され易い状態であり、加熱効率が著しく悪化して消費電力の増大を招く。

ここで、特許文献１を参照すると、低温環境下における電池の特性劣化を防止すべく、半導体熱素子を用いて電池を加熱する技術が開示されており、図７にその概略ブロック図を示す。図７において、電池パック１０の電池１１により、携帯情報端末１７の図示せぬ内部回路へ電源ｅが供給されるようになっている。電池１１の温度を検出するために、サーミスタ１２が設けられ、このサーミスタ１２の温度検出信号ｔが温度制御回路１５へ供給されている。

この温度制御回路１５は、この温度検出信号ｔに応じてスイッチ１６のオンオフ制御を行って、半導体熱交換素子１３に対する電力供給のオンオフにより、電池１１の温度制御を行うようになっている。なお、１４は、電池１１の過充放電を抑制するための電池保護回路である。

この方法では、上述したように、低温下では、電池を加熱しても、電池表面から内部の熱が放熱されてしまい、加熱効率が低下し、また電源浪費の問題もある。そこで、特許文献２を参照すると、電気自動車などにおいて、低温の使用環境に必要とされる電池に対する優れた保温機能を損うことなく、高温の使用環境においては、電池収容部の内部及び電池の高温化を容易に抑制可能とした構造が開示されている。

すなわち、電池を収容する電池ボックスを断熱材により構成して保温機能を持たせると共に、高温時には、この保温機能を解除するために、この電池ボックスに開閉式蓋を設けるようにした構造となっている。

特開２００４−０４７１３３号公報 特開２００４−３２７２２３号公報

上述の特許文献２の構造では、断熱材の電池ボックスの上部の面に、開閉式蓋を設けて、高温時には、この蓋を開放にしておき、保温機能を抑制するものであるが、電池ボックスの上面のみの一部に開閉式蓋を設けるものであるために、少なくとも他の５面は、依然として断熱材で覆われていることになり、やはり高温時における良好な対策とはなり得ないものである。

本発明の目的は、加熱電力の省力化及び加熱の効率化、更には電池の特性劣化を低減して寿命を長くするようにした電池パック及びそれを用いた電子機器を提供することである。

本発明による電池パックは、電池外周を覆って設けられこの電池の対向する主表面において開閉自在に構成された断熱部材と、前記電池を加熱する加熱手段とを含み、前記電池の温度に応じた外部制御信号に応じて前記断熱部材の開閉制御及び前記加熱手段の加熱制御をなすようにしたことを特徴とする。

本発明による電子機器は、上記の電池パックを用いたことを特徴とし、更に、前記電池の温度に応じて、前記外部制御信号を生成する制御手段を有することを特徴とする。

そして、前記制御手段は、前記電池の温度が第一の温度より低いときに、前記加熱手段の加熱を開始し、前記電池の温度が前記第一の温度より高い第二の温度以上になったときに、前記加熱手段の加熱を停止し、前記電池の温度が前記第二の温度より高い第三の温度以上になったときに、前記断熱部材を開状態とするように、前記外部制御信号を生成することを特徴とする。

また、前記制御手段は、前記断熱部材が開状態の場合において、前記電池の温度が前記第二の温度より低くなったときに、前記断熱部材を閉状態とするように、前記外部制御信号を生成することを特徴とする。

本発明によれば、電池の加熱及び断熱素材を用いた保温機能により、低温下において、電池温度を一定範囲内に保持することができ、よって安定な動作が期待できるという効果がある。また、電池を断熱素材で保温することにより、電池からの放熱を防止でき、加熱効率の向上と加熱電力の低減が可能になるという効果がある。

更に、開閉式の断熱シートを、電池の両主表面上に設けることにより、電池の温度上昇を小さくすることができ、自己放電による容量の低減を抑制できるという効果がある。更に、電池の温度変化が小さくなるので、電池の特性劣化を防ぎ、電池寿命が長くなるという効果がある。

以下に、図面を用いて本発明の実施の形態について説明する。図１は本発明の実施の形態による電池パック３０の例を示すブロック図であり、図２は図１の電池パック３０の正面透視図、図３は図２のＡ方向の透視図、図４は図２のＢ方向の透視図である。図１〜図４において、同等部分は全て同じ符号により示されている。

電池３１は、断熱シート３６によりその全ての面である６面が全て囲まれている。これによって、電池の放熱を抑えると共に、マイクロモータ３５などの小型駆動機構により断熱シート３６を開閉制御して温度上昇を防ぐようにして、電池３１の温度を一定温度範囲内に保持することで、加熱電力の省電力化と加熱の効率化、更には電池の特性劣化を低減し寿命を長くしている。

特に、断熱シート３６は電池３１の６面に設けられ、電池３１の２つの主表面上の断熱シート３６の各々を、固定断熱シート３６ｂと可動断熱シート３６ａとにより夫々に構成しておき、高温下では、可動断熱シート３６ａを可動制御して開放状態として、保温機能を大幅に抑制できるようにしている。

電池３１は、例えばリチウムイオン２次電池であり、所定の電池起電力ｅを発生して電池出力電極２１から出力する。サーミスタ３２は温度の上昇／下降に対応して抵抗値が減少／増加するＮＴＣ（Negative Temperature Coefficient）サーミスタであり、電池３１及びその周囲温度を検出して温度検出信号ｔを、温度検出電極２３から出力する。このサーミスタの検出温度範囲は、例えば、−５０℃〜＋３００℃とする。

加熱素子３３は、加熱入力電極２２から加熱電力ｈが供給されたときに発熱して電池３１を加熱する。この加熱素子３３は、例えば、半導体熱交換素子を用いて構成することができる。電池保護回路３４は、電池３１の充電時及び放電時における電流を制限することによって電池３１を保護する。例えば、電池３１が１セルのリチウムイオン２次電池の場合、起電力ｅが２．５Ｖ以下になると、電池保護回路３４がオフ状態となって放電が止まり、過放電が防止される。

充電時には、通常４．２Ｖまで充電されるが、４．４Ｖ以上になると、電池保護回路３４がオフ状態となって充電が止まり、過充電が停止される。また、通常２Ｃ放電まで安定して行われるが、４Ｃ放電以上になると危険であるために、電池保護回路３４がオフ状態となって放電が止まり、過電流が防止されることになる。

断熱シート３６は、例えば、発泡スチロールであり、電池３１の６つの面に密着するよう装着されており、電池３１の保温を行う機能を有している。この断熱シート３６は、前述した如く、電池３１の、互いに対向する上下の２つの主面（面積が最大の面を意味する）上において、それぞれに、可動部３６ａと固定部３６ｂとにより構成されており、開閉制御電極２５から入力される開閉制御信号ｃに応じて、マイクロモータ３５により、可動部３６ａが図中の矢印ａ方向にスライドする構造になっている。

電池パック３０では、図２，３に示す如く、加熱素子３３は電池３１を包囲するように装着されている。加熱素子３３には、電極３３ａ，３３ｂが設けられており、電極３３ａ，３３ｂがスペーサ３３ｃを介して固定されている。また、図４に示す如く、電池パック３０の左側面には、加熱入力電極２２、温度検出電極２３、電池出力電極２１、ＧＮＤ（グランド）電極２４及び開閉制御信号電極２５が設けられている。

図５は、図１〜図４に示した電池パック３０を内蔵した電子機器の要部の電気的構成を示すブロック図であり、図１〜図４と同等部分は同一符号により示されている。この電子機器の例としては、ＰＤＡのような携帯情報端末４０であり、スイッチ４１，４２と、温度制御回路５０とを備えている。スイッチ４１，４２は、例えばｐチャネルやｎチャネルなどのＭＯＳトランジスタからなるＦＥＴ（電界効果型トランジスタ）により構成されて、温度制御回路５０によりオンオフ制御されるようになっている。

なお、スイッチ４１がオン状態のとき、マイクロモータ３５は断熱シート３６を開状態とし、オフ状態のとき、断熱シート３６を閉状態とするようになっているものとする。温度制御回路５０は、電池３１の温度を温度検出信号ｔに基づいて所定値に保持するために、加熱用電力ｈを電池３１の起電力ｅからスイッチ４２を介して加熱素子３３に供給し、開閉制御信号ｃを電池３１の起電力ｅからスイッチ４１を介してマイクロモータ３５へ供給するものである。

次に、この電池パック３０及び携帯情報端末４０の動作について説明する。図６に、本発明における動作の概略を示す。図６中の温度１とは、使用する電池３１の温度特性より決まる、充電温度範囲の上限とし、例えば４０℃とする。温度２とは、使用する電池３１の温度特性より決まる、最も効率よく充電可能な温度とし、例えば、２５℃とする。温度３とは、使用する電池３１の温度特性より決まる、充電温度範囲の下限とし、例えば０℃とする。なお、上記の温度は本実施例で用いるリチウムイオン電池を例にして定めた温度である。

サーミスタ３２からの温度検出信号ｔに基づき、温度１以上の高い温度になったときには、断熱シート３６が開放され、温度２以上の高い温度になったたときには、電池３１の加熱が停止され、更に温度２より低い温度になったときには、断熱シート３６が閉鎖される。そして、温度３より低い温度になったときには、加熱素子３３による電池３１の加熱が開始されることになる。

図５を参照すると、この携帯情報端末４０では、電池パック３０のサーミスタ３２から出力される温度検出信号ｔが温度制御回路５０で基準値と比較される。この温度検出信号ｔより、温度３より低い温度が検出されると、スイッチ４２がオン状態となり、加熱用電力ｈが加熱素子３３に供給され、電池３１が加熱される。

温度２以上の高い温度が検出されると、スイッチ４２がオフ状態となり、加熱用電力ｈの供給が停止され、加熱素子３３による電池３１の加熱が停止される。また、温度２より低い温度が検出されると、スイッチ４１が逆電圧電源に接続され、マイクロモータ３５へ開閉制御信号ｃが入力されて断熱シート３６が閉鎖される。温度１以上の高い温度が検出されると、スイッチ４１が電池起電力側に接続され、マイクロモータ３５に開閉制御信号ｃが入力されて断熱シート３６が開放され、放熱しやすい状態となる。

なお、スイッチ４１は温度制御回路により、断熱シート３６を開閉するのに十分な時間のみオン状態となるものとする。上記の動作を繰り返すことにより、電池３１の温度が一定温度範囲内に保持され、低温下における特性が改善され、加熱用電力の低減と、加熱の効率化を図ることが可能となる。

以上の構成とすることにより、電池の加熱、断熱素材を用いた保温機能により、低温下において、電池温度を一定範囲内に保持でき、安定して動作する。電池の外周面を全て断熱素材で覆って保温することにより、電池からの放熱を防止でき、加熱効率の向上と加熱電力の低減ができる。

また、開閉式の断熱シートによる放熱機構により、電池の温度上昇を小さくすることができ、自己放電による容量の低減を抑制することができる。この場合における放熱効果をより一層高めるために、立方体状の電池３１の少なくとも対向する２つの主表面を覆っている断熱シートを、開閉自在に構成することとしている。更に、電池の温度変化を小さくすることにより、電池の特性劣化を防ぎ、電池の寿命を長くすることができる。

上記の実施の形態においては、断熱シートを開閉制御するために、マイクロモータを用いているが、これに限定されることなく、小型のアクチュエータ素子を用いることができることは明白である。

本発明の実施の形態による電池パックの概略図である。 図１の電池パックの正面透視図である。 図２のＡ方向透視図である。 図２のＢ方向透視図である。 図１の電池パックを用いた電子機器の概略図である。 本発明の実施の形態り動作原理を説明する図である。 従来技術を示す図である。

符号の説明

２１ 電池出力電極
２２ 加熱入力電極
２３ 温度検出電極
２４ ＧＮＤ電極
２５ 開閉制御信号電極
３０ 電池パック
３１ 電池
３２ サーミスタ
３３ 加熱素子
３３ａ，３３ｂ 電池電極
３３ｃ スペーサ
３４ 電池保護回路
３５ マイクロモータ
３６ 断熱シート
３６ａ 断熱シート（可動）
３６ｂ 断熱シート（固定）
４０ 携帯情報端末
４１，４２ スイッチ
５０ 温度制御回路

Claims (5)

1. 電池外周を覆って設けられこの電池の対向する主表面において開閉自在に構成された断熱部材と、前記電池を加熱する加熱手段とを含み、前記電池の温度に応じた外部制御信号に応じて前記断熱部材の開閉制御及び前記加熱手段の加熱制御をなすようにしたことを特徴とする電池パック。
2. 請求項１記載の電池パックを有することを特徴する電子機器。
3. 前記電池の温度に応じて、前記外部制御信号を生成する制御手段を、更に有することを特徴とする請求項２記載の電子機器。
4. 前記制御手段は、前記電池の温度が第一の温度より低いときに、前記加熱手段の加熱を開始し、前記電池の温度が前記第一の温度より高い第二の温度以上になったときに、前記加熱手段の加熱を停止し、前記電池の温度が前記第二の温度より高い第三の温度以上になったときに、前記断熱部材を開状態とするように、前記外部制御信号を生成することを特徴とする請求項１記載の電子機器。
5. 前記制御手段は、前記断熱部材が開状態の場合において、前記電池の温度が前記第二の温度より低くなったときに、前記断熱部材を閉状態とするように、前記外部制御信号を生成することを特徴とする請求項４記載の電子機器。

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