JP2010257647A - 電池パック - Google Patents

Abstract

【課題】二次電池に短絡電流を流すことなく、かつコストの増大を低減しつつ、二次電池の膨張を異常として検出することができる電池パックを提供する。
【解決手段】二次電池３と、二次電池を収容する樹脂ケース１０と、樹脂ケースの内壁面に沿って配設された第１電極６ａと、二次電池の外壁面における第１電極と対向する位置に、第１電極と離間して配設された第２電極６ｂと、二次電池の温度を検出するサーミスタ４と、サーミスタの抵抗値を検出する抵抗値検出部と、抵抗値検出部によって検出される抵抗値が第１判定値Ｒｘを下回る場合、異常が発生したと判定する判定部とを備え、第１電極はサーミスタの一方の端子に接続され、第２電極はサーミスタの他方の端子に接続されるようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、二次電池を内包する電池パックに関する。

近年、携帯型パーソナルコンピュータや携帯電話機、デジタルカメラ等、電池パックによって駆動される携帯型の電池駆動機器が広く用いられ、このような機器に用いられる電池パックの高容量化が進んでいる。そして、このような電池パックに用いられる高容量の二次電池は、過充電になると膨張する。また、このような二次電池は、充放電が繰り返された場合にも、パッケージ内部でガスが発生して累積的に膨張することがある。そして、二次電池が過度に膨張すると、特性劣化や故障を招いたり、安全性が低下したりする。

そこで、二次電池と外部端子との間にヒューズを設け、二次電池を外装ケースに収納し、二次電池が脹れると外装ケースに接触して二次電池の短絡回路を形成する接触子を備え、二次電池が脹れた場合に短絡電流を流してヒューズを溶断させることで、二次電池を保護する技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。

また、二次電池の外周に導線を巻き付け、二次電池が膨張した場合に導線が断線するようにしておき、導線の断線を検出することで、二次電池の膨張を検出する技術が知られている（例えば、特許文献２参照。）。

特開平１０−２１４６１２号公報 特開２００８−１９２４３２号公報

しかしながら、特許文献１に記載の技術では、二次電池が膨張した場合に一時的であっても二次電池に短絡電流を流すことになるため、安全性の観点から好ましくない。また、接触子と外装ケースとが不十分な状態で接触すると、ヒューズの溶断に至らない状態で二次電池の短絡電流が流れ続け、接触子と外装ケースとの接触部分で発熱するおそれもあるという、不都合があった。

他方、特許文献２に記載の技術では、二次電池の膨張を検出するために、導線の断線を検出する断線検出回路を備える必要があるため、コストが増大するという、不都合があった。

本発明の目的は、二次電池に短絡電流を流すことなく、かつコストの増大を低減しつつ、二次電池の膨張を異常として検出することができる電池パックを提供することである。

本発明に係る電池パックは、二次電池と、前記二次電池を収容する外殻と、前記外殻の内壁面に沿って配設された第１電極と、前記二次電池の外壁面における前記第１電極と対向する位置に、前記第１電極と離間して配設された第２電極と、前記二次電池の温度を検出するサーミスタと、前記サーミスタの抵抗値を検出する抵抗値検出部と、前記抵抗値検出部によって検出される抵抗値が予め設定された第１判定値を下回る場合、異常が発生したと判定する判定部とを備え、前記第１電極は前記サーミスタの一方の端子に接続され、前記第２電極は前記サーミスタの他方の端子に接続されている。

この構成によれば、サーミスタによって二次電池の温度が検出され、抵抗値検出部によってサーミスタの抵抗値が検出され、抵抗値検出部によって検出される抵抗値が予め設定された第１判定値を下回る場合、判定部によって異常が発生したと判定される。サーミスタは温度が上昇するほど抵抗値が減少するので、サーミスタの抵抗値が低下して第１判定値を下回る場合とは、すなわち二次電池の温度が上昇した場合であるから、判定部は二次電池が高温になった異常を検出することができる。

さらに、二次電池を収容する外殻の内壁面に沿って第１電極が配設され、当該二次電池の外壁面における第１電極と対向する位置に、第１電極と離間して第２電極が配設されている。そのため、二次電池が膨張すると、二次電池の外壁面が膨らんで第２電極が突出し、第１電極と接触する。そうすると、第１電極はサーミスタの一方の端子に接続され、第２電極はサーミスタの他方の端子に接続されているから、サーミスタが第１及び第２電極によって短絡される。そうすると、サーミスタの見かけ上の抵抗値が低下し、第１判定値を下回る結果、判定部によって異常が発生したと判定される。このようにして判定部は、二次電池の膨張を異常として検出することができる。

この場合、二次電池に短絡電流を流すことがない。また、二次電池の温度を検出するために用いられるサーミスタ、及び抵抗値検出部を用いて二次電池の膨張を検出することができるので、コストの増大を低減しつつ、二次電池の膨張を異常として検出することができる。

また、前記二次電池は、扁平な略箱状であり、前記第２電極は、前記二次電池における最大面積を有する壁面に配設されていることが好ましい。

扁平な略箱状の二次電池は、最大面積を有する壁面の膨張による突出量が、他の壁面と比べて大きい。従って、第２電極を、当該最大面積を有する壁面に設けることで、第２電極の突出量が増大し、膨張により第１電極と第２電極とが接触し易くなる結果、判定部による二次電池の膨張の検出感度が向上する。

また、前記最大面積を有する壁面は、略長方形であり、前記第２電極は、前記最大面積を有する壁面の長手方向に延びる帯状の形状を有し、当該壁面に沿って、かつ長手方向と垂直な方向における略中央に配設され、前記第１電極は、帯状の形状を有し、前記第２電極と対向して同じ方向に延びるように配設されていることが好ましい。

サーミスタには、部品高さがあるために、サーミスタがスペーサとなって、サーミスタ付近では第１電極と第２電極とが接触しにくくなる。また、膨張時における二次電池の突出量は、最大面積を有する壁面の中央付近で最も大きく、中央付近から離れるほど、膨張による突出量が小さくなる。

従って、サーミスタを、最大面積を有する壁面の長手方向に延びる帯状の形状を有する第１電極及び第２電極が延びる方向において、膨張時の突出量が大きい中央付近から離して配置した方が、膨張により第１電極と第２電極とが接触し易くなる結果、判定部による二次電池の膨張の検出感度が向上することになる。また、第１電極及び第２電極を、最大面積を有する壁面に沿って、かつ長手方向と垂直な方向における略中央に配設することにより、サーミスタの部品高さの影響を受けない方向での膨張時の突出量が大きい位置に第１電極及び第２電極が配置されるので、判定部による二次電池の膨張の検出感度が向上する。

また、前記第２電極は、前記最大面積を有する壁面の長手方向における略中央部が、当該第２電極の長手方向の両端より内側に位置するように配設され、前記サーミスタは、前記最大面積を有する壁面の長手方向における略中央から離れた位置に配設されていることが好ましい。

この構成によれば、最大面積を有する壁面の長手方向における略中央部が、当該第２電極の長手方向の両端より内側に位置するように当該第２電極が配置されるので、膨張時の突出量が大きい略中央部とその両側を含む位置に第１電極及び第２電極が配置される結果、二次電池の膨張により第１電極と第２電極とを接触し易くすることが容易である。

また、前記サーミスタは、前記最大面積を有する壁面の長手方向において、当該壁面の端部から当該長手方向の長さの１／４〜１／３の範囲内に、配設されていることが好ましい。

サーミスタを二次電池の端部付近に配設すると、サーミスタで検出される温度が二次電池全体の温度を反映しなくなるおそれがある。従って、二次電池全体の温度を検出する観点からは、サーミスタは、二次電池の中央付近に配設されていた方が好ましい。しかしながら、サーミスタが二次電池の中央付近に配設されると、二次電池の膨張により第１電極と第２電極とが接触し難くなる結果、判定部による二次電池の膨張の検出感度が低下する。

そこで、サーミスタを、最大面積を有する壁面の長手方向において、当該壁面の端部から当該長手方向の長さの１／４〜１／３の範囲内に配設することで、サーミスタで検出される温度が二次電池全体の温度を反映しなくなるおそれを低減しつつ、二次電池の膨張の検出感度を確保することが容易となる。

また、前記判定部は、前記抵抗値検出部によって検出された抵抗値が、前記第１判定値に満たず、かつ前記第１判定値より小さい値に設定された第２判定値を超える値となった場合、前記二次電池の温度に異常が発生したと判定し、前記抵抗値検出部によって検出された抵抗値が、前記第１判定値を超える値から、前記第１判定値に満たず且つ前記第２判定値を超える高温抵抗値範囲を経ることなく、前記第２判定値に満たない値に変化した場合、前記二次電池が膨張する異常が発生したと判定することが好ましい。

二次電池の温度が上昇するときは、温度は徐々に上昇してサーミスタの抵抗値が徐々に減少するので、抵抗値が第１判定値を超える値から瞬間的に第２判定値に満たない値に変化することはない。一方、二次電池が膨張して第１電極と第２電極とが接触したときは、接触した瞬間にサーミスタの抵抗値が第２判定値に満たない値に変化する。

そこで、判定部は、サーミスタの抵抗値が、第１判定値に満たず、かつ第１判定値より小さい値に設定された第２判定値を超える値となった場合、二次電池の温度に異常が発生したと判定し、サーミスタの抵抗値が、第１判定値を超える値から、第１判定値に満たず且つ第２判定値を超える高温抵抗値範囲を経ることなく、第２判定値に満たない値に変化した場合、二次電池が膨張する異常が発生したと判定することで、二次電池が高温になったのか、二次電池が膨張したのかを判別することができる。

また、前記判定部は、さらに、前記抵抗値検出部によって検出された抵抗値が、前記第１判定値を超える値から、前記高温抵抗値範囲を経て前記第２判定値に満たない値に変化した場合、前記二次電池の温度に異常が発生したと判定することが好ましい。

抵抗値検出部によって検出されたサーミスタの抵抗値が、第１判定値を超える値から、高温抵抗値範囲を経て第２判定値に満たない値に変化した場合、抵抗値が徐々に減少していることになるから、二次電池が膨張して第１電極と第２電極とが接触したときのように瞬間的にサーミスタの抵抗値が減少するのとは抵抗値の変化の仕方が異なり、二次電池の温度が上昇していると考えられる。従って、判定部は、サーミスタの抵抗値が第１判定値を超える値から第２判定値に満たない値に変化した場合であっても、高温抵抗値範囲を経て変化した場合には、二次電池の温度に異常が発生したと判定することができる。

また、前記二次電池の充電電流を遮断するスイッチング素子と、前記判定部によって異常が発生したと判定された場合、前記スイッチング素子によって、前記二次電池の充電電流を遮断させる制御部とをさらに備えることが好ましい。

この構成によれば、判定部によって異常が発生したと判定された場合、スイッチング素子によって、少なくとも二次電池の充電電流が遮断されるので、二次電池の安全性が向上する。

また、前記二次電池の充電方向の電流のみを遮断する第１スイッチング素子と、前記第１スイッチング素子と直列接続され、前記二次電池の放電方向の電流のみを遮断する第２スイッチング素子とをさらに備え、前記制御部は、前記判定部が前記二次電池の温度に異常が発生したと判定した場合、前記第１及び第２スイッチング素子をオフさせ、前記判定部が前記二次電池が膨張する異常が発生したと判定した場合、前記第１スイッチング素子をオフ、前記第２スイッチング素子をオンさせることが好ましい。

この構成によれば、判定部が二次電池の温度に異常が発生したと判定した場合、制御部によって、第１及び第２スイッチング素子がオフされて、二次電池の充放電が禁止される。これにより、二次電池の主要な発熱要因が排除されるので、二次電池がこれ以上発熱するおそれを低減することができる。

一方、判定部によって、二次電池が膨張する異常が発生したと判定された場合、制御部によって、第１スイッチング素子がオフ、第２スイッチング素子がオンされて、二次電池の放電は可能な状態のまま、充電が禁止される。二次電池が膨張する主要な原因は、過充電であるので、判定部によって二次電池が膨張する異常が発生したと判定された場合、過充電が生じている可能性が高い。従って、二次電池が膨張する異常が生じた場合、二次電池を放電させて、異常状態の二次電池に蓄えられているエネルギーを減少させることが望ましい。そこで、制御部は、判定部によって二次電池が膨張する異常が生じたと判定された場合、二次電池の充電を禁止してこれ以上二次電池が膨張することを防止しつつ、二次電池の放電は可能とすることで、二次電池の安全性を向上することが可能となる。

このような構成の電池パックは、サーミスタによって二次電池の温度が検出され、抵抗値検出部によってサーミスタの抵抗値が検出され、抵抗値検出部によって検出される抵抗値が予め設定された第１判定値を下回る場合、判定部によって異常が発生したと判定される。サーミスタは温度が上昇するほど抵抗値が減少するので、サーミスタの抵抗値が低下して第１判定値を下回る場合とは、すなわち二次電池の温度が上昇した場合であるから、判定部は二次電池が高温になった異常を検出することができる。

さらに、二次電池を収容する外殻の内壁面に沿って第１電極が配設され、当該二次電池の外壁面における第１電極と対向する位置に、第１電極と離間して第２電極が配設されている。そのため、二次電池が膨張すると、二次電池の外壁面が膨らんで第２電極が突出し、第１電極と接触する。そうすると、第１電極はサーミスタの一方の端子に接続され、第２電極はサーミスタの他方の端子に接続されているから、サーミスタが第１及び第２電極によって短絡される。そうすると、サーミスタの見かけ上の抵抗値が低下し、第１判定値を下回る結果、判定部によって異常が発生したと判定される。このようにして判定部は、二次電池の膨張を異常として検出することができる。

この場合、二次電池に短絡電流を流すことがない。また、二次電池の温度を検出するために用いられるサーミスタ、及び抵抗値検出部を用いて二次電池の膨張を検出することができるので、コストの増大を低減しつつ、二次電池の膨張を異常として検出することができる。

本発明の一実施形態に係る電池パックの構造の一例を示す説明図である。図１（ａ）は正面図、図１（ｂ）は図１（ａ）におけるＸ−Ｘ断面を示す断面図、図１（ｃ）は図１（ａ）におけるＹ−Ｙ断面を示す断面図である。 図１に示す電池パックの電気的な構成の一例を示す回路図である。 図２に示す電池パックの動作の一例を示すフローチャートである。 図２に示す電池パックの動作の一例を示すフローチャートである。 図１（ｂ）の中央付近の拡大図であり、図５（ａ）は二次電池３が膨張していないとき、図５（ｂ）は二次電池３が膨張したときを示している。 二次電池が膨張したときの等価的な回路を示す回路図である。 図２に示す電池パックの変形例を示す回路図である。

以下、本発明に係る実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において同一の符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、その説明を省略する。図１は、本発明の一実施形態に係る電池パックの構造の一例を示す説明図である。

図１（ａ）は正面図、図１（ｂ）は図１（ａ）におけるＸ−Ｘ断面を示す断面図、図１（ｃ）は図１（ａ）におけるＹ−Ｙ断面を示す断面図である。

図１に示す電池パック１は、略箱状の樹脂ケース１０（外殻）に、扁平な略箱状の二次電池３（セル）と、回路基板２とが収容されて構成されている。また、回路基板２には、外部と接続するための接続端子２１，２２が取り付けられている。接続端子２１，２２は、樹脂ケース１０に設けられた開口部から、外部に露出するようになっている。

接続端子２１，２２は、二次電池３を充電するための充電装置を接続したり、二次電池３からの放電電流により駆動される携帯電話機やデジタルカメラ、携帯型パーソナルコンピュータ等の電池駆動機器を接続したりするための接続端子である。

図１（ａ）は、電池パック１を、略長方形の最大面積を有する面から見て樹脂ケース１０を取り除いた状態を示している。そして、図１（ａ）、図１（ｂ）に示すように、二次電池３の最大面積を有する外壁面と、樹脂ケース１０の内壁面との間に、第１電極６ａと第２電極６ｂとが間隔を有し、対向して同じ方向に延びるように帯状に配設されている。

第２電極６ｂは、図１（ａ）、図１（ｃ）に示すように、二次電池３の最大面積を有する壁面の長手方向に延びる帯状の形状を有し、当該壁面に沿って、かつ当該壁面の長手方向と垂直な方向における略中央に配設されている。

また、第２電極６ｂは、二次電池３の最大面積を有する壁面の長手方向における略中央の中心点Ｏが、第２電極６ｂの長手方向の両端より内側に位置するように配設されている。そして、サーミスタ４の一方の端子が、第２電極６ｂの一方の端部と接続されて、中心点Ｏから離れた位置に配設されている。

具体的には、サーミスタ４の中心が、二次電池３の最大面積を有する壁面の長手方向において、当該壁面の端部から当該長手方向の長さＬの１／４〜１／３の範囲内となるように配設されている。また、第２電極６ｂの他方の端部は、回路基板２に接続されている。

一方、サーミスタ４の一方の端子には、第１電極６ａの一方端が接続されている。そして、第１電極６ａは、樹脂ケース１０の内壁面に沿うように回路基板２の方向に折り曲げられて、第１電極６ａの他端が回路基板２に接続されている。

第１電極６ａ、及び第２電極６ｂは、例えばフレキシブル基板５ａ，５ｂ上に形成された銅箔パターンによって、構成されている。このように第１電極６ａ、及び第２電極６ｂとして用いられる銅箔パターンの表面は、酸化を防止するためにメッキ加工されていることが望ましい。

これにより、二次電池３が膨張すると、第２電極６ｂが突出して第１電極６ａに接触し、サーミスタ４が短絡されるようになっている。

二次電池３は、例えばリチウムイオン二次電池やニッケル水素二次電池等の二次電池である。二次電池３は、いわゆる角形電池で、例えば扁平な略箱状の金属製のケースに、電極板、電解液、セパレータ等が積層されて収容されている。

図２は、図１に示す電池パック１の電気的な構成の一例を示す回路図である。図２に示す電池パック１は、回路基板２、二次電池３、サーミスタ４、第１電極６ａ、及び第２電極６ｂを備えて構成されている。

回路基板２は、接続端子２１，２２、ＡＤコンバータ２３，２４、制御部２５、抵抗ＲＡ、スイッチング素子Ｑ１（第１スイッチング素子），及びスイッチング素子Ｑ２（第２スイッチング素子）を備えている。

そして、接続端子２１が、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の直列回路を介して二次電池３の正極に接続され、二次電池３の負極に接続端子２２が接続されて、二次電池３の充放電経路が形成されている。

スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２は、例えばＦＥＴ（Field Effect Transistor）等のスイッチング素子である。スイッチング素子Ｑ１は、寄生ダイオードのアノードが二次電池３側になる方向にされており、スイッチング素子Ｑ２は、寄生ダイオードのアノードが接続端子２１側になる方向にされている。これにより、スイッチング素子Ｑ１は、二次電池３の充電方向の電流のみを遮断可能にされており、スイッチング素子Ｑ２は、二次電池３の放電方向の電流のみを遮断可能にされている。

また、二次電池３の正極は、抵抗ＲＡ、第２電極６ｂ、サーミスタ４、及び第１電極６ａをこの順に介して二次電池３の負極と接続されている。そして、抵抗ＲＡと第２電極６ｂとの接続点が、ＡＤコンバータ２３に接続されている。

ＡＤコンバータ２３は、二次電池３の端子電圧Ｖｂが、抵抗ＲＡの抵抗値Ｒａとサーミスタ４の抵抗値Ｒｔとで分圧されて得られた分圧電圧Ｖｃを検出し、デジタル値に変換して制御部２５へ出力するようになっている。

ＡＤコンバータ２４は、二次電池３の端子電圧Ｖｂを検出し、デジタル値に変換して制御部２５へ出力する。

サーミスタ４は、いわゆるＮＴＣ（negative temperature coefficient）素子である。そして、サーミスタ４は、図１に示すように二次電池３の壁面に取り付けられることで、二次電池３の温度ｔを検出するようになっている。具体的には、サーミスタ４は、二次電池３の温度ｔが上昇するほど抵抗値Ｒｔが減少する。

制御部２５は、例えば所定の演算処理を実行するＣＰＵ（Central Processing Unit）と、所定の制御プログラムが記憶されたＲＯＭ（Read Only Memory）と、データを一時的に記憶するＲＡＭ（Random Access Memory）と、Ｉ／Ｏポートと、これらの周辺回路等とを備えて構成されている。そして、制御部２５は、ＲＯＭに記憶された制御プログラムを実行することにより、抵抗値検出部２５１、判定部２５２、及び充放電制御部２５３（制御部）として機能する。

なお、例えば、ＡＤコンバータ２３，２４と、制御部２５とが１チップに集積されていてもよい。

抵抗値検出部２５１は、ＡＤコンバータ２３によって検出された分圧電圧Ｖｃ、ＡＤコンバータ２４によって検出された端子電圧Ｖｂ、及び予め設定された抵抗ＲＡの抵抗値Ｒａに基づいて、サーミスタ４の抵抗値Ｒｔを算出する。

具体的には、分圧電圧Ｖｃ、端子電圧Ｖｂ、抵抗値Ｒａ、及び抵抗値Ｒｔの関係は、下記の式（１）で表され、式（１）から式（２）が得られる。

Ｖｃ＝Ｖｂ×｛Ｒｔ／（Ｒａ＋Ｒｔ）｝ ・・・（１）
Ｒｔ＝（Ｒａ×Ｖｃ）／（Ｖｂ−Ｖｃ） ・・・（２）
そして、抵抗値検出部２５１は、分圧電圧Ｖｃ、端子電圧Ｖｂ、及び抵抗値Ｒａに基づいて、式（２）を用いてサーミスタ４の抵抗値Ｒｔを算出する。

判定部２５２は、抵抗値検出部２５１によって検出されたサーミスタ４の抵抗値Ｒｔが、第１判定値Ｒｘに満たず、かつ第１判定値Ｒｘより小さい値に設定された第２判定値Ｒｙを超える値となった場合、二次電池３の温度ｔが異常な高温になったと判定する。

また、判定部２５２は、抵抗値検出部２５１によって検出された抵抗値Ｒｔが、第１判定値Ｒｘを超える値から、第１判定値Ｒｘに満たず且つ第２判定値を超える高温抵抗値範囲を経ることなく、第２判定値Ｒｙに満たない値に変化した場合、二次電池３が膨張する異常が発生したと判定する。

さらに、判定部２５２は、抵抗値検出部２５１によって検出された抵抗値Ｒｔが、第１判定値Ｒｘを超える値から、前記高温抵抗値範囲を経て第２判定値Ｒｙに満たない値に変化した場合、二次電池３の温度ｔが異常な高温になったと判定する。

第１判定値Ｒｘとしては、二次電池３を正常に使用できる温度ｔの上限値として、例えば６０℃に対応するサーミスタ４の抵抗値Ｒｔが予め設定されている。すなわち、抵抗値Ｒｔが第１判定値Ｒｘを下回ると、二次電池３の温度ｔが異常に高温になっていることになる。

第２判定値Ｒｙとしては、例えば、第１電極６ａと第２電極６ｂとが接触した場合に得られる接触抵抗について、バラツキ等を考慮した最大値、例えば１００Ω程度の抵抗値が設定されている。この場合、抵抗値Ｒｔが第２判定値Ｒｙを下回ると、第１電極６ａと第２電極６ｂとが接触したか、あるいは二次電池３の温度ｔが１２５℃を超える高温になっていることになる。

充放電制御部２５３は、判定部２５２によって二次電池３の温度ｔに異常が発生したと判定された場合、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２をオフさせて、二次電池３の充放電を禁止する。

また、充放電制御部２５３は、判定部２５２によって二次電池３が膨張する異常が発生したと判定した場合、スイッチング素子Ｑ１をオフ、スイッチング素子Ｑ２をオンさせることで、二次電池３が放電可能な状態に維持したまま、二次電池３の充電を禁止する。

なお、例えば図７に示すように、予め設定された一定の基準電圧Ｖｒｅｆを抵抗ＲＡとサーミスタ４との直列回路に印加する基準電圧源２６を備えるようにしてもよい。基準電圧源２６としては、例えば二次電池３の端子電圧から基準電圧Ｖｒｅｆを生成する定電圧ダイオードやシャントレギュレータ等の定電圧回路を用いることができる。基準電圧源２６は、制御部２５の内部、例えばＢＭＵ（バッテリマネージメントユニット）内部に設けられていてもよい。

抵抗ＲＡとサーミスタ４との直列回路に一定の基準電圧Ｖｒｅｆを供給するようにすれば、サーミスタ４の抵抗値Ｒｔは、下記の式（３）によって得られる。

Ｒｔ＝（Ｒａ×Ｖｃ）／（Ｖｒｅｆ−Ｖｃ） ・・・（３）
この場合、抵抗値Ｒａと分圧電圧Ｖｃとは固定値であるから、二次電池３の端子電圧Ｖｂに関わらず、分圧電圧Ｖｃから抵抗値Ｒｔが得られることとなる。そうすると、分圧電圧Ｖｃと抵抗値Ｒｔとは１対１で対応するから、分圧電圧Ｖｃを、そのまま抵抗値Ｒｔを表す値として用いることができる。

従って、図７に示す抵抗値検出部２５１ａは、ＡＤコンバータ２３によって検出された分圧電圧Ｖｃを示すデータを、そのまま抵抗値Ｒｔを表すデータとして取得することで、抵抗値Ｒｔを検出するようにしてもよい。

また、分圧電圧Ｖｃと抵抗値Ｒｔとが１対１で対応すれば、予め分圧電圧Ｖｃで表されるサーミスタ４の抵抗値と、温度や膨張異常との対応関係を示すルックアップテーブル（ＬＵＴ）をＲＯＭ等に記憶しておくことができる。

この場合、例えば分圧電圧Ｖｃで表されるサーミスタ４の抵抗値が第１判定値Ｒｘを下回る範囲の分圧電圧Ｖｃを、異常発生を示す情報と対応させるようにＬＵＴを構成しておく。そして、判定部２５２ａは、このＬＵＴを参照して分圧電圧Ｖｃと対応付けられた情報が、異常発生を示す場合に、異常が発生したと判定するようにしてもよい。

また、分圧電圧Ｖｃを、温度の異常や膨張による異常にそれぞれ対応付けるように、ＬＵＴを構成し、判定部２５２ａは、このＬＵＴを参照して分圧電圧Ｖｃと対応付けられた情報に応じて、温度の異常発生、及び膨張による異常の発生を判定するようにしてもよい。

また、分圧電圧Ｖｃをサーミスタ４の温度と対応付けるようにＬＵＴを構成し、判定部２５２ａは、このＬＵＴを参照して分圧電圧Ｖｃと対応付けられた温度を、二次電池３の温度ｔとして取得するようにしてもよい。そして、判定部２５２ａは、このようにして得られた温度ｔに基づいて、温度異常や膨張による異常を判定するようにしてもよい。

あるいは、ＬＵＴは、正常な領域においては分圧電圧Ｖｃと温度とが対応付けられ、異常な領域では異常内容を示す情報と分圧電圧Ｖｃとが対応付けられていてもよい。

次に、上述のように構成された電池パック１の動作について説明する。図３、図４は、図２に示す電池パック１の動作の一例を示すフローチャートである。まず、ＡＤコンバータ２４によって二次電池３の端子電圧Ｖｂが検出され（ステップＳ１）、ＡＤコンバータ２３によって分圧電圧Ｖｃが検出される（ステップＳ２）。

次に、抵抗値検出部２５１によって、ＡＤコンバータ２３，２４で検出された端子電圧Ｖｂと分圧電圧Ｖｃとに基づいて、式（２）を用いてサーミスタ４の抵抗値Ｒｔが算出される（ステップＳ３）。

次に、判定部２５２によって、抵抗値Ｒｔと第１判定値Ｒｘとが比較され（ステップＳ４）、抵抗値Ｒｔが第１判定値Ｒｘ以上であれば（ステップＳ４でＮＯ）、二次電池３の温度ｔが正常範囲の上限（例えば６０℃）を超えておらず、また第１電極６ａと第２電極６ｂとの接触（二次電池３の膨張）も生じていないと考えられるから、再びステップＳ１〜Ｓ３を繰り返してサーミスタ４の抵抗値Ｒｔを監視する。

一方、抵抗値Ｒｔが第１判定値Ｒｘに満たなければ（ステップＳ４でＹＥＳ）、二次電池３の温度ｔが正常範囲の上限（例えば６０℃）を超えているか、または二次電池３の膨張が生じているおそれがある。そこで、二次電池３が高温になっているのか膨張が生じているのかを判別するべくステップＳ５へ移行する。

ステップＳ５において、判定部２５２は、以下の原理に基づいて、二次電池３が高温になっているのか膨張が生じているのかを判別する。すなわち、二次電池３の温度が上昇する際は、温度は徐々に上昇してサーミスタ４の抵抗値Ｒｔが徐々に減少するので、抵抗値Ｒｔが第１判定値Ｒｘ以上の値から瞬間的に第２判定値Ｒｙ以下の値に変化することはない。

図５は、図１（ｂ）の中央付近の拡大図であり、図５（ａ）は二次電池３が膨張していないとき、図５（ｂ）は二次電池３が膨張したときを示している。二次電池３が膨張していないときは、図５（ａ）に示すように、第１電極６ａと第２電極６ｂとは離間しており、図２に示す回路図の状態になっている。

ここで、二次電池３が膨張すると、図５（ｂ）に示すように、第２電極６ｂが突出して第１電極６ａと接触し、図６に示すように、第１電極６ａと第２電極６ｂとの接触抵抗ＲＳがサーミスタ４と並列接続される。この場合、接触抵抗ＲＳの抵抗値Ｒｓは、例えば１０Ω程度の、１００Ωに満たない低抵抗となる。そうすると、抵抗値検出部２５１からみた見かけ上のサーミスタ４の抵抗値Ｒｔは、第２判定値Ｒｙ以下になる。

そこで、ステップＳ５において、判定部２５２によって、抵抗値Ｒｔと第２判定値Ｒｙとが比較され（ステップＳ５）、抵抗値Ｒｔが第２判定値Ｒｙを超えていれば（ステップＳ５でＹＥＳ）、抵抗値Ｒｔが第１判定値Ｒｘ以上の値から、第１判定値Ｒｘに満たず、かつ第２判定値Ｒｙを超える高温抵抗値範囲に変化したことを意味するから、二次電池３が高温異常になったものと判断されて、ステップＳ７へ移行する。

一方、抵抗値Ｒｔが第２判定値Ｒｙ以下であれば（ステップＳ５でＮＯ）、抵抗値Ｒｔが第１判定値Ｒｘ以上の値から上記高温抵抗値範囲を経ることなく瞬間的に第２判定値Ｒｙ以下に変化したことになるから、抵抗値Ｒｔの変化は二次電池３の温度ｔに応じて生じたものではなく、第１電極６ａと第２電極６ｂとの接触、すなわち二次電池３の膨張に伴い生じたものであると考えられる。

そこで、抵抗値Ｒｔが第２判定値Ｒｙ以下のとき（ステップＳ５でＮＯ）、判定部２５２によって、二次電池３が膨張する異常が生じたものと判定されて、充放電制御部２５３によって、スイッチング素子Ｑ１がオフ、スイッチング素子Ｑ２がオンされる（ステップＳ６）。この結果、スイッチング素子Ｑ１によって、二次電池３の充電が禁止される一方、スイッチング素子Ｑ２はオンしたままであるから、二次電池３の放電は可能にされる。

ここで、二次電池３が膨張する主な要因は、過充電である。従って、二次電池３が膨張する異常が生じた場合、二次電池３を放電させて、異常状態の二次電池３に蓄えられているエネルギーを減少させることが望ましい。そこで、充放電制御部２５３は、判定部２５２によって、二次電池３が膨張する異常が生じたものと判定された場合、二次電池３の充電を禁止してこれ以上二次電池３が膨張することを防止しつつ、二次電池３の放電は可能とする。

なお、充放電制御部２５３は、判定部２５２によって二次電池３が膨張する異常が生じたものと判定された場合、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２を共にオフして二次電池３の充放電を禁止するようにしてもよい。

ところで、二次電池３は、最大面積を有する壁面の膨張による突出量が、他の壁面と比べて最も大きい。従って、第２電極６ｂを、当該最大面積を有する壁面に設けることで、第２電極６ｂの突出量が増大する結果、膨張により第１電極６ａと第２電極６ｂとが接触し易くなる結果、判定部２５２による二次電池３の膨張の検出感度が向上する。

また、図５（ｂ）に示すように、サーミスタ４の部品高さがあるために、サーミスタ４付近では、第１電極６ａと第２電極６ｂとが接触しにくくなる。また、膨張時における二次電池３の突出量は、中心点Ｏ付近で最も大きく、中心点Ｏから離れるほど、膨張による突出量が小さくなる。

従って、サーミスタ４を、第１電極６ａ及び第２電極６ｂが延びる方向において膨張時の突出量が大きい中心点Ｏから離して配置した方が、膨張により第１電極６ａと第２電極６ｂとが接触し易くなる結果、判定部２５２による二次電池３の膨張の検出感度が向上することになる。

そこで、当該最大面積を有する壁面が略長方形である場合、第２電極６ｂを、当該最大面積を有する壁面の長手方向に延びる帯状の形状とし、当該壁面に沿って、かつ長手方向と垂直な方向における略中央に配設することにより、サーミスタ４を中心点Ｏから離して配設することが容易となる。

また、中心点Ｏが、第２電極６ｂの長手方向の両端より内側に位置するように配設されているので、膨張時の突出量が大きい中心点Ｏとその両側を含む位置に第１電極及び第２電極が配置される結果、二次電池３の膨張により第１電極６ａと第２電極６ｂとを接触し易くすることが容易である。

ところで、サーミスタ４を二次電池３の端部付近に配設すると、サーミスタ４で検出される温度が二次電池３全体の温度を反映しなくなるおそれがある。従って、二次電池３全体の温度ｔを検出する観点からは、サーミスタ４は、中心点Ｏに近い位置に配設されていた方が、好ましい。しかしながら、サーミスタ４が中心点Ｏに近い位置に配設されると、二次電池３の膨張により第１電極６ａと第２電極６ｂとが接触し難くなる結果、判定部２５２による二次電池３の膨張の検出感度が低下する。

そこで、サーミスタ４を、最大面積を有する壁面の長手方向において、当該壁面の端部から当該長手方向の長さの１／４〜１／３の範囲内に配設することで、サーミスタ４で検出される温度が二次電池３全体の温度を反映しなくなるおそれを低減しつつ、二次電池３の膨張の検出感度を確保することが容易となる。

一方、二次電池３が高温異常になったものと判断された場合（ステップＳ５でＹＥＳ）、充放電制御部２５３によって、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２が共にオフされて二次電池３の充放電が禁止される（ステップＳ７）。

二次電池３が高温になった場合、放電電流や充電電流が過大であったために、一時的に高温異常になっている場合がある。このような場合は、二次電池３の充放電を禁止することで温度ｔが低下すれば、再び二次電池３を使用することが可能である。

そこで、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２が共にオフされた後も、ＡＤコンバータ２４によって二次電池３の端子電圧Ｖｂが検出され（ステップＳ１１）、ＡＤコンバータ２３によって分圧電圧Ｖｃが検出され（ステップＳ１２）、さらに抵抗値検出部２５１によってＡＤコンバータ２３，２４で検出された端子電圧Ｖｂと分圧電圧Ｖｃとに基づいて、式（２）を用いてサーミスタ４の抵抗値Ｒｔが算出されて（ステップＳ１３）、抵抗値Ｒｔの変化が監視される。

次に、判定部２５２によって、抵抗値Ｒｔが、第１判定値Ｒｘに満たず、且つ第２判定値Ｒｙを超える高温抵抗値範囲であるか否かが確認される（ステップＳ１４）。そして、抵抗値Ｒｔが高温抵抗値範囲内であれば（ステップＳ１４でＹＥＳ）、再びステップＳ１１〜Ｓ１４を繰り返して、抵抗値Ｒｔの監視を継続する。

一方、抵抗値Ｒｔが高温抵抗値範囲外であれば（ステップＳ１４でＮＯ）、判定部２５２によって、抵抗値Ｒｔと第１判定値Ｒｘとが比較される（ステップＳ１５でＹＥＳ）。そして、抵抗値Ｒｔが第１判定値Ｒｘを超えていれば（ステップＳ１５でＹＥＳ）、二次電池３の温度ｔが低下して異常状態を脱したと考えられるから、充放電制御部２５３によってスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２が共にオンされて（ステップＳ１６）、再びステップＳ１へ移行し、二次電池３が使用可能にされる。

一方、抵抗値Ｒｔが第１判定値Ｒｘを超えていなければ（ステップＳ１５でＮＯ）、抵抗値Ｒｔが第２判定値Ｒｙ以下になったことを意味する。この場合、二次電池３が例えば非常な高温（例えば１２５℃以上）になって劣化しているおそれがあるので、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２を共にオフしたまま処理を終了する。

以上、ステップＳ１〜Ｓ１６の処理によれば、二次電池３の温度を検出するために用いられるサーミスタ４、及びＡＤコンバータ２３，２４を用いて、二次電池３の膨張を検出することができるので、二次電池３に短絡電流を流すことなく、かつコストの増大を低減しつつ、二次電池３の膨張を異常として検出することができる。

なお、判定部２５２は、必ずしも温度異常と膨張異常とを判別する必要はなく、例えば抵抗値Ｒｔが第１判定値Ｒｘを下回る場合（ステップＳ４でＹＥＳ）、温度異常及び膨張異常のうち少なくとも一つが発生しているものとして、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２を共にオフするようにしてもよい。

また、充電方向の電流のみを遮断可能なスイッチング素子Ｑ１と、放電方向の電流のみを遮断可能なスイッチング素子Ｑ２とを備える例に限られず、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の代わりに充放電電流を遮断するスイッチング素子を備え、充放電制御部２５３は、判定部２５２によって何らかの異常が発生したと判定された場合にこのスイッチング素子をオフするようにしてもよい。

また、制御部２５をＣＰＵやＲＯＭ等を用いて構成する例を示したが、例えば、制御部２５、及びＡＤコンバータ２３，２４を用いる代わりに、コンパレータや論理回路等を用いて抵抗値検出部２５１、判定部２５２、及び充放電制御部２５３を構成するようにしてもよい。

また、判定部２５２によって異常が発生したと判定された場合、異常の発生を報知するための報知部として、例えばＬＥＤ（Light Emitting Diode）を備えたり、例えば異常発生を外部に通知する通信回路を備えたりしてもよい。また、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２を備えない構成としてもよい。

本発明は、携帯型パーソナルコンピュータやデジタルカメラ、携帯電話機等の電子機器、電気自動車やハイブリッドカー等の車両、等の電池搭載装置の電源として用いられる電池パックに好適に利用することができる。

１ 電池パック
２ 回路基板
３ 二次電池
４ サーミスタ
５ａ，５ｂ フレキシブル基板
６ａ 第１電極
６ｂ 第２電極
１０ 樹脂ケース
２１，２２ 接続端子
２３，２４ ＡＤコンバータ
２５ 制御部
２５１ 抵抗値検出部
２５２ 判定部
２５３ 充放電制御部
Ｏ 中心点
Ｑ１，Ｑ２ スイッチング素子
ＲＡ 抵抗
ＲＳ 接触抵抗
Ｒｘ 第１判定値
Ｒｙ 第２判定値
Ｖｂ 端子電圧
Ｖｃ 分圧電圧

Claims (9)

1. 二次電池と、
   前記二次電池を収容する外殻と、
   前記外殻の内壁面に沿って配設された第１電極と、
   前記二次電池の外壁面における前記第１電極と対向する位置に、前記第１電極と離間して配設された第２電極と、
   前記二次電池の温度を検出するサーミスタと、
   前記サーミスタの抵抗値を検出する抵抗値検出部と、
   前記抵抗値検出部によって検出される抵抗値が予め設定された第１判定値を下回る場合、異常が発生したと判定する判定部とを備え、
   前記第１電極は前記サーミスタの一方の端子に接続され、前記第２電極は前記サーミスタの他方の端子に接続されていること
   を特徴とする電池パック。
2. 前記二次電池は、扁平な略箱状であり、
   前記第２電極は、前記二次電池における最大面積を有する壁面に配設されていること
   を特徴とする請求項１記載の電池パック。
3. 前記最大面積を有する壁面は、略長方形であり、
   前記第２電極は、前記最大面積を有する壁面の長手方向に延びる帯状の形状を有し、当該壁面に沿って、かつ長手方向と垂直な方向における略中央に配設され、
   前記第１電極は、帯状の形状を有し、前記第２電極と対向して同じ方向に延びるように配設されていること
   を特徴とする請求項２記載の電池パック。
4. 前記第２電極は、前記最大面積を有する壁面の長手方向における略中央部が、当該第２電極の長手方向の両端より内側に位置するように配設され、
   前記サーミスタは、前記最大面積を有する壁面の長手方向における略中央から離れた位置に配設されていること
   を特徴とする請求項３記載の電池パック。
5. 前記サーミスタは、前記最大面積を有する壁面の長手方向において、当該壁面の端部から当該長手方向の長さの１／４〜１／３の範囲内に、配設されていること
   を特徴とする請求項４記載の電池パック。
6. 前記判定部は、
   前記抵抗値検出部によって検出された抵抗値が、前記第１判定値に満たず、かつ前記第１判定値より小さい値に設定された第２判定値を超える値となった場合、前記二次電池の温度に異常が発生したと判定し、
   前記抵抗値検出部によって検出された抵抗値が、前記第１判定値を超える値から、前記第１判定値に満たず且つ前記第２判定値を超える高温抵抗値範囲を経ることなく、前記第２判定値に満たない値に変化した場合、前記二次電池が膨張する異常が発生したと判定すること
   を特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の電池パック。
7. 前記判定部は、さらに、
   前記抵抗値検出部によって検出された抵抗値が、前記第１判定値を超える値から、前記高温抵抗値範囲を経て前記第２判定値に満たない値に変化した場合、前記二次電池の温度に異常が発生したと判定すること
   を特徴とする請求項６記載の電池パック。
8. 前記二次電池の充電電流を遮断するスイッチング素子と、
   前記判定部によって異常が発生したと判定された場合、前記スイッチング素子によって、前記二次電池の充電電流を遮断させる制御部とをさらに備えること
   を特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の電池パック。
9. 前記二次電池の充電方向の電流のみを遮断する第１スイッチング素子と、
   前記第１スイッチング素子と直列接続され、前記二次電池の放電方向の電流のみを遮断する第２スイッチング素子とをさらに備え、
   前記制御部は、
   前記判定部が前記二次電池の温度に異常が発生したと判定した場合、前記第１及び第２スイッチング素子をオフさせ、
   前記判定部が前記二次電池が膨張する異常が発生したと判定した場合、前記第１スイッチング素子をオフ、前記第２スイッチング素子をオンさせること
   を特徴とする請求項６又は７記載の電池パック。

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