JP2010205700A - 電池ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】コイン型電池を素電池とする電池ユニットにおいて、ＰＴＣ素子の良好な検出感度を確保し、結果として信頼性に優れた電池ユニットを得る。
【解決手段】本発明にかかる電池ユニットは、コイン型電池１と、コイン型電池１の正負極に電気的に導通されたリード線２・２と、リード線２・２の遊端部に装着された外部機器との接続用のコネクタ３とを含む。リード線２・２とコイン型電池１の間には、保護回路とＰＴＣユニット２０とを設ける。ＰＴＣユニット２０は、コイン型電池１の外表面温度が所定温度を超えると電流を遮断するＰＴＣ素子２３と、ＰＴＣ素子２３とコイン型電池１とを接続する第１リード体２４と、ＰＴＣ素子２３と保護回路とを接続する第２リード体２５とからなる。ＰＴＣユニット２０の第１リード体２４は、コイン型電池１の正負極のいずれか一方に溶接固定してある。
【選択図】図１

Description

本発明は、素電池としてのコイン型電池と、コイン型電池の正負極に電気的に導通されたリード線と、リード線の遊端部に装着された外部機器との接続用のコネクタとを含む電池ユニットに関する。

電池ユニットの公知例としては、例えば特許文献１を挙げることができる。そこでは、コネクタに接続される各リード線が、コイン型電池の電池容器を構成する外装缶および封口缶にそれぞれ接続されている。

この種のコイン型電池においては、近年、重負荷特性の向上等が進められており、例えば特許文献２に示すように、電池容器内に収容する発電要素としての電極体を、正極と負極とをセパレータを介して上下方向に複数段に積層して構成したものがある。これによれば、正極と負極との対極面積（反応面積）を大きくして放電容量を大きくすることができるので、重負荷への対応が可能となる。

特開２００６−０７９９７２号公報（図１） 特開２００５−３１０５７７号公報（図１）

しかし、例えば、特許文献２に記載のコイン型二次電池では、正極と負極との対極面積が大きくなった分だけ、過充電等の場合にコイン型二次電池が高温となり易く、電池容器内でガスが多量に発生して電池内圧が過剰に上昇し、コイン型二次電池の破損等が生じるおそれがある。

以上のような不具合は、特にコイン型二次電池を電池ユニットの素電池として適用した場合に顕著となる。すなわち、二次電池を採用した場合には、充電・過放電に対する安全対策が必須となり、本発明者等は、放電電流や充電電流を制限する保護回路に加えて、電池温度が上昇したときに電流を遮断するＰＴＣ（Ｐｏｓｉｔｉｖｅ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）ユニットを電池ユニット内に組み込むことを予定している。しかし、これら保護回路やＰＴＣユニット等を、コイン型二次電池と共にコンパクトに集約配置してユニット化することは容易でなく、特に、良好な検出感度を以てＰＴＣ素子を作動させることは困難であった。

本発明は、以上のような問題点を解決するためになされたものであり、コイン型電池を素電池とする電池ユニットにおいて、ＰＴＣ素子の良好な検出感度を確保し、結果として信頼性に優れた電池ユニットを得ることを目的とする。

本発明は、素電池としてのコイン型電池１と、該コイン型電池１の正負極に電気的に導通されたリード線２・２と、該リード線２・２の遊端部に装着された外部機器との接続用のコネクタ３とを含む電池ユニットを対象とする。前記リード線２・２とコイン型電池１の間には、保護回路とＰＴＣユニット２０とを設ける。ＰＴＣユニット２０は、コイン型電池１の外表面温度が所定温度を超えると電流を遮断するＰＴＣ素子２３と、ＰＴＣ素子２３とコイン型電池１とを接続する第１リード体２４と、ＰＴＣ素子２３と前記保護回路とを接続する第２リード体２５とからなる。そして、ＰＴＣユニット２０の第１リード体２４を、電池端子としてコイン型電池１の正負極のいずれか一方に溶接固定したことを特徴とする。保護回路とは、放電電流や充電電流を制限する回路を意味する。コイン型電池１には、一次電池と二次電池とが含まれる。

具体的には、コイン型電池１の電池容器４内に、発電要素としての電極体５が収容されており、電極体５の下面は、電池容器４を構成して正負極となる底壁６の内面に接しており、第１リード体２４は、前記底壁６の外面に溶接固定されており、ＰＴＣ素子２３が、前記底壁６を挟んで電極体５と対峙する位置に設けられている形態を採ることができる。

前記ＰＴＣ素子２３の上面に短片状の第１リード体２４が装着され、ＰＴＣ素子２３の下面に長片状の第２リード体２５が装着されており、ＰＴＣ素子２３から張り出して、コイン型電池１の底壁６と対峙する第２リード体２５の水平部２５ａが、絶縁体２６で被覆されている形態を採ることができる。中空筒状の絶縁体２６を採用することが好ましい。

保護回路を有する基板１９が、コイン型電池１の側面に離間配置されており、基板１９は、コイン型電池１の上壁９の外面に溶接固定された電極端子２１と、第２リード体２５の遊端部に支持されており、電極端子２１の上面、基板１９の外表面および第２リード体２５の下面が、一枚物の絶縁シート２７で覆われている形態を採ることができる。

本発明に係る電池ユニットにおいては、ＰＴＣユニット２０の第１リード体２４を、電池端子としてコイン型電池１の正負極のいずれか一方に溶接固定した。これによれば、コイン型電池１の外表面の温度変化を、第１リード体２４を介してＰＴＣ素子２３に迅速且つ確実に伝えることができるので、別体の電池端子等を介してＰＴＣユニット２０を接続する形態に比べて、格段に優れた検出感度を以てＰＴＣ素子２３を作動させることができる。このことは、コイン型電池１が異状な昇温状態に至ったときに、ＰＴＣ素子２３が速やかに作動してコイン型電池１に流れる電流を遮断できることを意味し、したがってコイン型電池１の破損等を確実に防止して、電池ユニットの信頼性の向上に貢献できる。

ＰＴＣユニット２０のＰＴＣ素子２３を電池容器４の底壁６を挟んで電極体５と対峙する位置に設けていると、これら電極体５とＰＴＣ素子２３との間隔距離を最短化して、よりダイレクトに電極体５の温度上昇をＰＴＣ素子２３に伝えることができる。このことはＰＴＣ素子２３をより優れた検出感度を以て作動させることができることを意味し、したがって電池ユニットの信頼性の向上に貢献できる。

ＰＴＣ素子２３から張り出して、コイン型電池１の底壁６と対峙する第２リード体２５の水平部２５ａが絶縁体２６で被覆されていると、簡単な構成で以て、第２リード体２５がコイン型電池１の底壁６に接触することに由来する短絡の発生を確実に防止できる。これによれば、コイン型電池１側の絶縁処理等は不要となるため、電池ユニットの低コスト化に貢献できる。

前記電極端子２１の上面、前記基板１９の外表面および第２リード体２５の下面が、一枚物の絶縁シート２７で覆われていると、他物が電極端子２１等に接触することに由来する短絡の発生等を確実に防ぐことができる。加えて、各部品を別個の絶縁シート等で覆う場合に比べて、電池ユニットの製造コストの増加を抑えることができるので、電池ユニットをより低コストに提供することができる。

本発明に係る電池ユニットの平面図である。 図１のＡ−Ａ線断面図である。 電池ユニットの組み立て前の状態を示す分解斜視図である。

図１ないし図３に、本発明に係る電池ユニットの実施形態を示す。電池ユニットは、図１および図３に示すように、素電池としてのコイン型電池（以下、単に電池と記す。）１と、該電池１の正負極に電気的に導通される一対のリード線２・２と、これらリード線２・２の遊端部に装着される外部機器との接続用のコネクタ３とを含む。ここで言う外部機器とは、携帯機器や充電器等を意味する。

電池１は、図２に示すように、その電池容器４内に、発電要素としての電極体５および非水電解液が収容される。電池容器４は、底壁６の周縁から周側壁７を上向きに曲げた扁平丸皿形状の外装缶８と、上壁９の周縁から周側壁１０を下向きに曲げた扁平丸皿形状の封口缶１１とからなり、これら外装缶８と封口缶１１との間は、ガスケット１２を介してカシメ封口される。封口缶１１の周側壁１０の下部は、内外二重のはぜ折りに加工してある。外装缶８および封口缶１１はステンレス鋼等からなり、ガスケット１２は合成樹脂製の絶縁材からなる。電池１は、全高寸法が３．５ｍｍ、外径寸法が２０ｍｍである。

電極体５は、略円形の正極１４と略円形の負極１５とをセパレータ１６を介して上下方向に交互に複数段に積層することで構成される。正極１４は、コバルト酸リチウム等の正極活物質および導電性の正極集電体を有する。負極１５は、黒鉛等の負極活物質および導電性の負極集電体を有する。セパレータ１６は、絶縁性に優れたポリエチレン製の微多孔性薄膜であり、リチウムイオンが透過可能である。各正極１４は、導電性の正極リード等を介して封口缶１１に接続され、これにて各正極１４を封口缶１１に導通させることができる。各負極１５どうしは導電性の負極リード等を介して外装缶８に接続され、これにて各負極１５を外装缶８に導通させることができる。

図１に示すように、リード線２・２と電池１との間には、保護回路を構成するチップ部品１８等を含む基板１９と、ＰＴＣユニット２０とが設けられている。各リード線２の基端側は、図１および図３に示すように、半田付け等で基板１９に接続してある。基板１９は、チップ部品１８が搭載された盤面が電池１に指向するような状態姿勢で、電池１の側方位置に離間配置されている。基板１９は、電池１の封口缶１１の上壁９の上面（外面）に溶接固定された電極端子２１と、後述するＰＴＣユニット２０の第２リード体２５の遊端部に支持されている。

ＰＴＣユニット２０は、外装缶８の底壁６の外面に配されている。ＰＴＣユニット２０は、電池１の外表面温度（外装缶８の底壁６の温度）が所定温度を超えると電流を遮断するＰＴＣ素子２３と、該ＰＴＣ素子２３と電池１とを接続する電池端子として短片状の第１リード体２４と、ＰＴＣ素子２３と保護回路とを接続する長片状の第２リード体２５とで構成される。

第１および第２リード体２４・２５は、ニッケルまたはステンレス鋼等からなり、ＰＴＣ素子２３を上下方向から挟むように配置される。第１リード体２４は、その一端側がＰＴＣ素子２３の上面に装着されるとともに、他端側が外装缶８の底壁６の下面（外面）に抵抗溶接法等により直接溶接固定してあり、これにて、第１リード体２４を介してＰＴＣ素子２３は外装缶８に確りと固定される。第２リード体２５は、ＰＴＣ素子２３から横方向に伸びる水平部２５ａと、水平部２５ａの先端から上向きに伸びる垂直部２５ｂとからなるＬ字状のプレス成形品であり、ＰＴＣ素子２３から張り出して、電池１の外装缶８の底壁６と対峙している。第２リード体２５の水平部２５ａの一端側が、ＰＴＣ素子２３の下面に装着されるとともに、垂直部２５ｂの遊端が基板１９に半田付け等で接続固定されている。第１および第２リード体２４・２５の厚さ寸法は、０．１〜０．２ｍｍに設定されている。

ＰＴＣユニット２０を電池１に接続固定した状態においては、ＰＴＣ素子２３は、外装缶８の底壁６を挟んで電極体５の最下段の負極１５と対峙する位置にある。第２リード体２５と外装缶８の底壁６との短絡を防ぐため、水平部２５ａの底壁６と対峙する部分には、円筒状の絶縁体２６が装着されており、該絶縁体２６により水平部２５ａは被覆されている。

符号２７は、一枚物の絶縁シートを示す。この絶縁シート２７により、電極端子２１の上面、基板１９の外表面および第２リード体２５の下面が覆われている。

以上のような構成からなる電池ユニットによれば、コネクタ３を外部機器に接続したときには、該外部機器に、リード線２・２、保護回路およびＰＴＣ素子２３を介して電池１が接続される。そして、通常の使用状態においては、保護回路によって電池１に流れる電流が所定電流値以下に制限される。一方、過充電等で電池温度が異状上昇したときには、その熱がＰＴＣユニット２０の第１リード体２４を介してＰＴＣ素子２３に伝わり、ＰＴＣ素子２３の抵抗値が急増して、電池１に流れる電流が遮断される。これにて、電池温度の異状上昇で電池１内にガスが多量に発生して電池内圧が過剰に上昇し、結果として電池１が破損等することを効果的に防止できる。したがって、信頼性に優れた電池ユニットを得ることができる。

ＰＴＣ素子２３を電池容器４の底壁６を挟んで電極体５と対峙する位置に設けていると、これら電極体５とＰＴＣ素子２３との間隔距離を最短化して、よりダイレクトに電極体５の温度上昇をＰＴＣ素子２３に伝えることができる。このことはＰＴＣ素子２３をより優れた検出感度を以て作動させることができることを意味し、したがって電池ユニットの信頼性の向上に貢献できる。

前記説明では、ＰＴＣユニット２０の第１リード体２４を電池１の外装缶８の底壁６に溶接したが、封口缶１０の上壁９の上面に溶接してもよい。その場合、外装缶８の底壁６と保護回路とが電極端子２１で接続される。前記説明では、両リード線２・２を基板１９に接続したが、一方のリード線２を電池１に直接接続してもよい。各正極１４を外装缶８に導通させ、各負極１５を封口缶１１に導通させてもよい。コイン型電池１の側面と基板１９との間に紫外線硬化性樹脂（ＵＶ樹脂）等を介在させて、基板１９を電池１の側面に固定するようにしてもよい。コイン型電池１には、一次電池と二次電池とが含まれる。

１ コイン型電池
２ リード線
３ コネクタ
４ 電池容器
５ 電極体
２０ ＰＴＣユニット
２１ 電極端子
２３ ＰＴＣ素子
２４ 第１リード体
２５ 第２リード体
２６ 絶縁体
２７ 絶縁シート

Claims (4)

1. 素電池としてのコイン型電池と、該コイン型電池の正負極に電気的に導通されたリード線と、該リード線の遊端部に装着された外部機器との接続用のコネクタとを含む電池ユニットであって、
   前記リード線と前記コイン型電池の間には、保護回路とＰＴＣユニットとが設けられており、
   前記ＰＴＣユニットは、前記コイン型電池の外表面温度が所定温度を超えると電流を遮断するＰＴＣ素子と、該ＰＴＣ素子と前記コイン型電池とを接続する第１リード体と、前記ＰＴＣ素子と前記保護回路とを接続する第２リード体とからなり、
   前記ＰＴＣユニットの第１リード体が、電池端子として前記コイン型電池の正負極のいずれか一方に溶接固定されていることを特徴とする電池ユニット。
2. 前記コイン型電池の電池容器内に、発電要素としての電極体が収容されており、該電極体の下面は、前記電池容器の一部を構成して正負極のいずれかとなる底壁の内面に接しており、
   前記第１リード体は、前記底壁の外面に溶接固定されており、
   前記ＰＴＣ素子が、前記底壁を挟んで前記電極体と対峙する位置に設けられている請求項１記載の電池ユニット。
3. 前記ＰＴＣ素子の上面に短片状の前記第１リード体が装着され、前記ＰＴＣ素子の下面に長片状の前記第２リード体が装着されており、
   前記ＰＴＣ素子から張り出して、前記コイン型電池の底壁と対峙する前記第２リード体の水平部が、絶縁体で被覆されている請求項２記載の電池ユニット。
4. 前記保護回路を有する基板が、前記コイン型電池の側面に離間配置されており、
   前記基板は、前記コイン型電池の上壁の外面に溶接固定された電極端子と、前記第２リード体の遊端部に支持されており、
   前記電極端子の上面、前記基板の外表面および前記第２リード体の下面が、一枚物の絶縁シートで覆われている請求項１、２又は３記載の電池ユニット。

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