JP2010287318A

JP2010287318A - パック電池

Info

Publication number: JP2010287318A
Application number: JP2009137990A
Authority: JP
Inventors: Daia Ishihara; 大阿石原; Shinichi Itagaki; 真一板垣
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2009-06-09
Filing date: 2009-06-09
Publication date: 2010-12-24

Abstract

【課題】定常時における回路のグランドと外装ケースとの間の絶縁を確保しながら、静電気による素電池、回路基板および配線などの破壊が効果的に抑制されるパック電池を提供する。
【解決手段】パック電池１は、複数の素電池から構成された電池コアセット５０と、これに電気的に接続された回路が構成された回路基板２０と、外装ケースの一部を構成する第２ケース部材１２とを備える。第２ケース部材１２は、外表面全体が金属材料（例えば、Ａｌ合金）からなり、内部空間に電池コアセット５０、回路基板２０を収納する。そして、パック電池１では、回路基板２０におけるグランド（配線Ｌ_６）と、第２ケース部材１２における外表面（金属材料で構成された部分）とが、サージ抑制素子としてのバリスタ２０６を介して接続されている。
【選択図】図３

Description

本発明は、パック電池に関し、特に、静電気耐性の向上を図るための構造に関する。

近年、パック電池は、携帯電話機やノートブック型パーソナルコンピュータ（以下では、「ノートＰＣ」と記載する。）、さらには、電動アシスト自転車、ハイブリッド自動車や電気自動車などに用いられている。従来技術に係るパック電池の構成について、図８を用い説明する。
図８に示すように、パック電池は、１または複数の素電池が組み合わされてなる電池コア９５０を備える。電池コア９５０の正極側には、配線Ｌ_９１が接続され、配線Ｌ_９１は、スイッチング部９２０５の一端に接続されている。スイッチング部９２０５の他端は、配線Ｌ_９２を介して外部コネクタ９２１の端子９２１ａに接続されている。電池コア９５０の負極側は、配線Ｌ_９３，Ｌ_９４および電流検出部９２０４を介して、外部コネクタ９２１の端子９２１ｂに接続されている。なお、スイッチング部９２０５および電流検出部９２０４は、回路基板９２０に実装されている。

回路基板９２０には、Ａ／Ｄ変換部９２０１、制御・演算部９２０２および通信処理部９２０３が形成されており、通信処理部９２０３は、外部コネクタ９２１における端子９２１ｃ，９２１ｄに接続されている。また、Ａ／Ｄ変換部９２０１には、電池コア９５０に対して隣接配置された温度検出部９２３からの温度データ、および電池コア９５０の正極側から配線Ｌ_９５により、電池電圧に関するデータの入力を受けることができるようになっている。

電池コア９５０や回路基板９２０などは、外装ケース９１２の内方空間に収納され、外部コネクタ９２１の一部が外装ケース９１２の窓部から外部に露出している。
ところで、図８に示すように、パック電池では、静電気（ＥＳＤ：ＥｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃＤｉｓｃｈａｒｇｅ）により外装ケース９１２および回路基板９２０が帯電してしまうことがある。例えば、冬場などに人がパック電池に触れたりすることにより、外装ケース９１２に正または負の電荷が帯電し、回路基板９２０には、これと反対の極性の電荷が帯電する。そして、静電気により外装ケース９１２および回路基板９２０に帯電した電荷により、互いの間で放電が発生し、これにより回路基板９２０に実装された電子部品などが破損してしまうことがある。

静電気によるパック電池の破損を防ぐために、例えば、外装ケースの外表面の少なくとも一部を金属材料で構成しておき、この金属部分と回路のグランドとを直接接続しておくという構成が提案されている（例えば、特許文献１）。このような構成とすることで、静電気を原因とする、回路基板と外装ケースの間での放電を防止することができる。

特開２００７−３２３９０９号公報

しかしながら、上記特許文献１で提案されている構成では、外装ケースの金属部分が接地電位であり、パック電池を機器に装着した際に機器の一部との間で外部短絡を生じることが考えられる。また、上記特許文献１で提案されているパック電池を、機器に装着せずに保管しておく際などには、同様の理由から自己放電が促進されてしまうことが考えられる。このように、上記特許文献１で提案されている構成を用いてパック電池を実現するのは、安全性の確保および自己放電の抑制などの観点から問題を有する。

本発明は、上記問題の解決を図るべくなされたものであって、定常時における回路のグランドと外装ケースとの間の絶縁を確保しながら、静電気による素電池、回路基板および配線などの破壊が効果的に抑制されるパック電池を提供することを目的とする。

本発明は、上記目的の達成を図るために、次の構成を採用することとした。
本発明に係るパック電池は、１または複数の素電池と、これに電気的に接続された回路が形成された回路基板と、外装ケースとを備える。外装ケースは、少なくとも外表面の一部が金属材料で構成され、内部空間に素電池、および回路基板を収納する。そして、本発明に係るパック電池では、回路基板におけるグランドと、外装ケースにおける金属部分とが、サージ抑制素子を介して接続されていることを特徴とする。

本発明に係るパック電池では、外装ケースにおける金属部分と回路基板の回路におけるグランドとの間が、サージ抑制素子を介した状態で接続されている。よって、本発明に係るパック電池では、外装ケースと回路との間の電位差が低いときにはサージ抑制素子が絶縁体として機能し、両間の電位差がある閾値を超えると、サージ抑制素子が導通状態となる。このため、本発明に係るパック電池では、定常状態においては、回路基板に形成された回路と外装ケースとの間の絶縁が確保され、静電気により閾値電圧を超えた場合に、静電気が外装ケースに逃げる。

従って、本発明に係るパック電池では、定常時における回路のグランドと外装ケースとの間の絶縁が確保されているとともに、静電気による素電池、回路基板および配線などの破壊が効果的に抑制される。
なお、本発明に係るパック電池では、上記サージ抑制素子として、バリスタ、コンデンサおよびツェナーダイオードの中から選択される一種を採用することができる。

実施の形態に係るパック電池１の外観構成を示す模式斜視図である。パック電池１の内部構成を示す模式展開斜視図である。パック電池１における回路構成を示すブロック回路図である。パック電池１におけるバリスタ２０６の構成を示す等価回路図である。パック電池１を装着機器５００に装着した状態を示すブロック図である。変形例１に係るサージ抑制素子２４６の構成を示す回路図である。変形例２に係るサージ抑制素子２５６の構成を示す回路図である。従来技術に係るパック電池の回路構成を示すブロック回路図である。

以下では、本発明を実施するための形態について、一例を示して説明する。なお、以下の説明で用いる実施の形態は、本発明の構成および作用・効果を分かりやすく説明するために用いる一例であって、本発明は、その本質的部分以外に以下の形態に何ら限定を受けるものではない。
［実施の形態］
１．パック電池１の外観構成
実施の形態１に係るパック電池１の外観構成について、図１を用い説明する。図１（ａ）と図１（ｂ）とは、パック電池１のオモテ面と裏面とをそれぞれ示す。

図１（ａ）に示すように、パック電池１における外装ケース１０は、第１ケース部材１１と第２ケース部材１２が、互いの開口縁同士を突き合わせた状態で接合され構成されている。第１ケース部材１１は、主要部分を含め全体が樹脂材料から構成されているのに対して、第２ケース部材１２は、主要部分が金属材料（例えば、アルミニウム合金）から構成されている。第２ケース部材１２の主要部分が金属材料から構成されているのは、パック電池を機器に装着した際に、外部に露出することになる第２ケース部材１２の主要部分が機器における周辺部分と同じ材質であるように考慮し、意匠性の向上を図るためである。

また、第２ケース部材１２の主要部分を金属材料から構成するのは、サイズの大型化を招くことなくパック電池の重量低減を図り、且つ、剛性を確保するためでもある。
第１ケース部材１１および第２ケース部材１２から構成される外装ケース１０の内部には、複数の素電池が収納されており（図１では、図示を省略）、外部コネクタ２１を通じて、装着機器との間で電力の入出力ができるようになっている。

また、パック電池１における第２ケース部材１２には、その側面部分に２つの窓部１２ａ，１２ｂが開設されており、当該窓部１２ａ，１２ｂからは、それぞれラッチ爪３１ａ，３１ｂが突出している。ラッチ爪３１ａ，３１ｂは、各々の先端が鉤状をしており、スライドされることにより、パック電池１と機器との間でロック／アンロックに供される。
図１（ｂ）に示すように、第２ケース部材１２の主面部分には、長円状の凹部１２ｃが形成されており、当該凹部１２ｃにノブ４０が配置されている。ノブ４０は、外装ケース１０の内部において、ラッチ機構に連結されており、ユーザがノブ４０をスライド操作することにより、これに連動してラッチ爪３１ａ，３１ｂがノブ４０のスライド方向と平行にスライドする。

２．パック電池１の内部構成
パック電池１の内部構成について、図２を用い説明する。図２は、パック電池１の内部構成を説明するために、その主要な部品を展開した状態で示す模式展開斜視図である。
図２に示すように、第１ケース部材１１と第２ケース部材１２とで構成される内部空間には、２つの電池コア５１，５２の他に、これらと外部コネクタ２１との間の電力流通路中に介挿された回路基板２０、およびラッチ３１とスライダ３２などが収納されている。パック電池１では、電池コア５１と電池コア５２との組み合わせを以って電池コアセット５０が構成されている。電池コア５１，５２は、その各々が複数の素電池を組み合わせて構成されており、互いの間に間隔をあけて配置されている。そして、電池コア５１と電池コア５２との間の間隔には、回路基板２０、ラッチ３１およびスライダ３２が配置されている。

回路基板２０には、外部コネクタ２１とともに、複数の電子部品が実装されている（図示を省略）。そして、回路基板２０は、枠状をした基板ホルダ２２により保持されている。
ノブ４０は、その突部４０ａが第２ケース部材１２に設けられた孔１２ｅを挿通し、スライダ３２の連結孔３２ｃに連結されている。スライダ３２は、ラッチ３１に掛止されており、ラッチ３１に設けられたラッチ爪３１ａ，３１ｂの各先端が第２ケース部材１２の窓部１２ａ，１２ｂの各々から突出する。スライダ３２には、第２ケース部材１２との間にスプリング３３が挿入されている。

３．パック電池１の回路構成
パック電池１の回路構成について、図３および図４を用い説明する。
図３に示すように、本実施の形態に係るパック電池１は、上記のように、２つの電池コア５１，５２を以って構成された電池コアセット５０を備える。電池コアセット５０の正極側には、配線Ｌ１が接続され、配線Ｌ_１は、スイッチング部２０５の一端に接続されている。スイッチング部２０５の他端は、配線Ｌ_２を介して外部コネクタ２１の端子２１ａに接続されている。電池コアセット５０の負極側は、配線Ｌ_３，Ｌ_４および電流検出部２０４を介して、外部コネクタ２１の端子２１ｂに接続されている。なお、スイッチング部２０５および電流検出部２０４は、回路基板２０に実装されている。

回路基板２０には、Ａ／Ｄ変換部２０１、制御・演算部２０２および通信処理部２０３が形成されており、通信処理部２０３は、外部コネクタ２１における端子２１ｃ，２１ｄに接続されている。また、Ａ／Ｄ変換部２０１には、電池コアセット５０に対して隣接配置された温度検出部２３からの温度データ、および電池コア５０の正極側から配線Ｌ_５により、電池電圧に関するデータの入力を受けることができるようになっている。

電池コアセット５０や回路基板２０などは、外装ケース１０（図３では、第２ケース部材１２だけを図示。）の内方空間に収納され、外部コネクタ２１の一部が外装ケース１２の窓部から外部に露出している。
また、パック電池１においては、回路基板２０における回路のグランドと、金属材料から構成された第２ケース部材１２との間が、配線Ｌ_６，Ｌ_７およびバリスタ２０６を介した状態で接続されている。バリスタ２０６は、図４の等価回路で示すように、２−ツェナーダイオード２０６１と容量成分２０６２とが並列接続されてなる。

バリスタ２０６は、印加電圧が一定以下であれば電流を通さないが、一定電圧（バリスタ電圧）を超えると、急に抵抗値が低下し、大電流を通すようになる。バリスタ電圧は、採用する製品によって種々であるが、本実施の形態では、例えば、２８[Ｖ]とした。また、ピーク電流については、１０[Ａ]のものを用いた。なお、バリスタ２０６の選定においては、静電気よりも低いバリスタ電圧のものであれば十分に効果を奏することができる。

４．パック電池１の優位性
パック電池１の優位性について、図５を用い説明する。図５は、パック電池１を装着機器５００に装着した状態を示すブロック図である。
図５に示すように、パック電池１は、外部コネクタ２１を装着機器５００の外部コネクタ５２１に対して接続することにより、装着機器５００に装着される。装着機器５００では、外部コネクタ５２１における各端子５２１ａ〜５２１ｄが制御・電源手段５０１に接続され、制御・電源手段５０１から負荷５０２に電力が供給される。

ここで、ユーザがパック電池１を装着機器５００に装着する際には、パック電池１の外装ケース１０（図５では、第２ケース部材１２だけを図示。）を把持して外部コネクタ２１を装着機器５００の外部コネクタ５２１に挿入するが、この際に、静電気（ＥＳＤ：ＥｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃＤｉｓｃｈａｒｇｅ）により外装ケース１０および回路基板２０が帯電してしまうことがある。具体的には、外装ケース１０に正または負の電荷が帯電し、回路基板２０には、これと反対の極性の電荷が帯電する。

本実施の形態に係るパック電池１では、回路基板２０における回路のグランドである配線Ｌ_４（図３を参照。）と、外装ケース１０における第２ケース部材１２との間がバリスタ２０６を介した状態で、配線Ｌ_６，Ｌ_７により接続されている。バリスタ２０６は、定常時には配線Ｌ_６と配線Ｌ_７との間を絶縁状態としているが、上記のように、静電気により閾値以上の電圧が印加されると、導通状態となる。即ち、パック電池１においては、バリスタ２０６がサージ抑制素子として機能する。このため、パック電池１では、静電気の影響により回路基板２０に帯電した電荷が、金属材料からなる第２ケース部材１２へと逃げて行く。

例えば、本実施の形態に係るパック電池１では、気中ＥＳＤが±２５[ｋＶ]でも回路基板２０の回路などに誤作動を生じない。
また、上記のように、バリスタ２０６は、静電気の影響を受けず、回路基板２０における回路のグランドと第２ケース部材１２との間の電圧が低い場合には、電気抵抗が高く、絶縁状態を維持している。このため、パック電池１では、装着機器５００などとの間での短絡や、自己放電の促進などといった問題を生じ難い。

［変形例１］
変形例１に係るサージ抑制素子２４６について、図６を用い説明する。
図６に示すように、本変形例では、サージ抑制素子２４６として、コンデンサ２４６１を採用する。コンデンサ２４６１からなるサージ抑制素子２４６を、上記バリスタ２０６の代わりに用いた場合にも、コンデンサ２４６１がサージ電圧を抑制する。このため、本変形例の場合においても、上記実施の形態に係るパック電池１と同様の効果を得ることができる。本変形例に係るサージ抑制素子２４６のコンデンサ２４６１としては、例えば、５０［Ｖ］耐圧、容量１０［ｐＦ］のＣＨ特性を有するものを採用することができる。

例えば、本変形例に係るサージ抑制素子２４６を用いる場合には、気中ＥＳＤが±１５［ｋＶ］でも回路基板２０の回路などに誤動作を生じない。
［変形例２］
変形例２に係るサージ抑制素子２５６について、図７を用いて説明する。
図７に示すように、本変形例では、サージ抑制素子２５６として、ツェナーダイオード２５６１を採用する。ツェナーダイオード２５６１からなるサージ抑制素子２５６を、上記バリスタ２０６あるいはサージ抑制素子２４６（コンデンサ２４６１）の代わりに用いた場合にも、ツェナーダイオード２５６１がサージ電圧を抑制する。このため、本変形例の場合においても、上記実施の形態に係るパック電池１と同様の効果を得ることができる。

なお、ツェナーダイオード２５６１としては、ツェナー電圧が１８［Ｖ］のローノイズ用のものを採用することができる。
［その他の事項］
上記実施の形態では、サージ抑制素子としてバリスタ２０６を採用し、変形例１，２では、それぞれコンデンサ２４６１，ツェナーダイオード２５６１を採用したが、それ以外にも、例えば、電流ヒューズ、シリコン・サージ防護素子、ガス避雷管などを採用することもできる。ただし、電流ヒューズを採用する場合には、一度短絡が発生すると、ヒューズが溶断する。このため、溶断後は、静電気対策としての機能を失う。

また、図１および図２に示すパック電池１の外観形状については、一例を示すものであって、これ以外の種々の形態を採用することも可能である。また、上記実施の形態では、第２ケース部材１２が金属材料から構成され、第１ケース部材１１が樹脂材料から構成されるものとしたが、第１ケース部材１１についても金属材料から構成されることとしてもよい。また、用いる金属材料に関しても、アルミニウム合金以外にも、種々の金属材料、例えば、マグネシウム合金やチタン合金、あるいは、ニッケル鋼板にメッキを施したもの等を用いることもできる。

また、第２ケース部材１２については、外面の全てを金属材料からなる構成とせず、一部が金属材料から構成されることとしてもよい。この場合には、金属材料から構成された部分に対して、サージ抑制素子の一端を接続するようにすればよい。

本発明は、外装ケースに静電気が印加された場合にも、正常動作が確保されるパック電池を実現するのに有効である。

１．パック電池
１０．外装ケース
１１．第１ケース部材
１２．第２ケース部材
２０．回路基板
２１．外部コネクタ
２２．基板ホルダ
２３．温度検出部
３１．ラッチ
３２．スライダ
３３．スプリング
５０．電池コアセット
５１，５２．電池コア
２０１．Ａ／Ｄ変換部
２０２．制御・演算部
２０３．通信処理部
２０４．電流検出部
２０５．スイッチング部
２０６．バリスタ
２４６，２５６．サージ抑制素子
５００．装着機器
５０１．制御・電源手段
５０２．負荷
５２１．外部コネクタ
２０６１．２−ツェナーダイオード
２０６２．容量成分
２４６１．コンデンサ
２５６１．ツェナーダイオード

Claims

１または複数の素電池と、
前記１または複数の素電池に電気的に接続された回路が形成された回路基板と、
外表面の少なくとも一部が金属材料で構成され、内部空間に前記１または複数の素電池と、前記回路基板とを収納する外装ケースと、
を備え、
前記回路基板の前記回路におけるグランドと、前記外装ケースにおける金属材料から構成された部分とが、サージ抑制素子を介して接続されている
ことを特徴とするパック電池。
前記サージ抑制素子は、バリスタ、コンデンサおよびツェナーダイオードの中から選択される一種である
ことを特徴とする請求項１に記載のパック電池。
前記外装ケースは、ともに浅皿状をした第１ケース部材と第２ケース部材とが、互いの開口縁同士を突き合わせた状態で接合された構成を有しており、
前記第１ケース部材は、少なくとも外表面部分が樹脂材料から構成され、前記第２ケース部材は、少なくとも外表面部分が金属材料から構成されており、
前記サージ抑制素子の一端は、前記第２ケース部材における前記外表面部分に対して接続されている
ことを特徴とする請求項１または２に記載のパック電池。