JP2014229474A - 保護回路を有する二次電池パック - Google Patents

Abstract

【課題】部品点数の増加を伴うことなく、外部出力端子での発熱を放熱させる効率を向上させて通電に伴う温度上昇を抑制し、大電流による急速充電を容易とする。【解決手段】二次電池１の正極及び負極のセル端子３、４と外部出力端子２６の間に保護回路が挿入され、セル端子４と保護回路の間に温度保護素子７が挿入された二次電池パック。保護回路基板１９には、保護回路が実装され、外部出力端子が配置されてその背面側に第１及び第２基板端子３０、３１が設けられている。第１基板端子はセル端子の一方と接続され、第２基板端子は温度保護素子を介してセル端子の他方と接続されている。第１、第２基板端子の少なくとも一方は、厚さが０．６ｍｍ〜１．０ｍｍの範囲のＣｕまたはＣｕ合金からなるＣｕ系金属により構成され、外部出力端子の平面領域の少なくとも一部に対応する領域に配置される。【選択図】図１

Description

本発明は、保護回路を有する二次電池パックに関し、特に、大電流による急速充電を容易とするようにインピーダンスが低減された二次電池パックに関する。

二次電池パックは、内蔵された二次電池の正負極に接続された外部出力端子を介して、外部機器との間で充放電が可能な状態で提供される。また、過充電、過放電、過大電流、異常な温度上昇等の異常状態から二次電池を保護するために、異常状態が発生したときには充放電を停止する制御を行う保護回路を有する。保護回路は、外部出力端子と二次電池との間に介在させた充放電制御スイッチを有し、そのオン・オフを制御するように構成される。すなわち、保護回路は、過充電、過放電等が検出されたときに、充放電制御スイッチをオフにして充放電路を遮断する制御を行う。

図６は、そのような保護回路を有する二次電池パックの従来例を示す。この電池パックは、二次電池１と、保護回路２から構成される。二次電池１の正極セル端子３及び負極セル端子４と、外部出力端子である正極出力端子５及び負極出力端子６の間に保護回路２が挿入されている。負極セル端子４と負極出力端子６とを結ぶ負極側の充放電路中には、温度保護素子７と、保護回路２の一部である充放電制御スイッチ８が挿入されている。温度保護素子７は、二次電池１の発熱による昇温に応じた抵抗値の変化により、充放電路を流れる電流を制限し、あるいは遮断するために用いられる。

充放電制御スイッチ８は、ＭＯＳＦＥＴからなる放電制御ＦＥＴ９ａ、及び充電制御ＦＥＴ１０ａを直列に接続して構成されている。放電制御ＦＥＴ９ａは、ドレイン・ソース間に存在する寄生ダイオード９ｂが、正極出力端子５から二次電池１の方向に流れる充電電流に対して順方向となるように接続されている。充電制御ＦＥＴ１０ａは、寄生ダイオード１０ｂが、放電電流に対して順方向となるように接続されている。

保護回路２は、電圧監視部を構成する保護ＩＣ１１を備え、その電源端子ＶＤＤに、二次電池１から、抵抗Ｒ１を介して電源電圧が供給される。基準電位端子ＶＳＳは、充放電制御スイッチ８の二次電池１の側に接続されている。また、過電流検出端子Ｖ−は、抵抗Ｒ２を介して、充放電制御スイッチ８の負極出力端子６の側に接続されている。

放電制御ＦＥＴ９ａおよび充電制御ＦＥＴ１０ａのそれぞれのゲートには、保護ＩＣ１１からの制御信号ＤＯおよびＣＯがそれぞれ供給される。通常の充電および放電動作では、制御信号ＤＯおよびＣＯがハイレベルとされ、放電制御ＦＥＴ９ａおよび充電制御ＦＥＴ１０ａがＯＮ状態に制御される。

保護ＩＣ１１は、基準電位端子ＶＳＳと過電流検出端子Ｖ−の間の電圧を検出し、検出された電圧から、等価的に充放電路に流れる電流を検出する。すなわち、放電制御ＦＥＴ９ａおよび充電制御ＦＥＴ１０ａのオン抵抗によって生じる電圧降下に基づいて等価的に電流を検出する。規定値以上の電流（すなわち、過電流）が流れた場合に、放電制御ＦＥＴ９ａまたは充電制御ＦＥＴ１０ａをオフさせて電流を遮断する。

以上のような構成の二次電池パックに対して、二次電池の急速充電を容易とする改良が望まれている。特に、携帯電話などの高機能化に伴って、リチウム二次電池にはより高容量が求められているため、従来と同程度の電流値による充電では、充電に要する時間が実用的な範囲を超えて長くなる。これを克服するためには、より大きな電流値での充電を可能として、充電に要する時間を短縮化しなければならない。大電流での充電を可能とするためには、二次電池パックのインピーダンスを低減することが必要である。二次電池パックのインピーダンス低減のために低抵抗化を図る対象としては、保護回路２、温度保護素子７、及び配線材が考えられる。

例えば保護回路２の抵抗を低減するためには、充放電制御スイッチ８のオン抵抗を低減する必要がある。そのために、ＦＥＴ９ａ、１０ａからなるスイッチ回路を２組、並列に接続して用いる構成が考えられた。但し、保護回路２では充放電制御スイッチ８のオン抵抗によって生じる電圧降下に基づいて過電流を検出するので、オン抵抗の低減により過大電流の検出レベルが高くなること、また、コスト、実装面積の増大を考慮すると、並列接続するスイッチ回路は２組が限度である。また、温度保護素子７としては、従来、ＰＴＣ素子が用いられていたが、ＰＴＣ素子の抵抗値は約０．００５Ωであるため、ＰＴＣ素子に代えて、バイメタルとＰＴＣ素子を組み合わせて構成されたブレーカー（約２．５ｍΩ）を用いることで、低抵抗化が図られている。

ブレーカーは、上下方向で対向する一対のリード端子間に、ＰＴＣ素子及びバイメタルを重畳し介在させて構成される。温度に応じたバイメタルの変形により、リード端子間の導通は、リード端子どうしが直接接触した極めて低抵抗の導通状態と、ＰＴＣ素子を介した高抵抗の実質的な遮断状態の間で切り替わる。ブレーカーを用いることにより、抵抗値の温度依存性がなく、温度によって抵抗値が変動するＰＴＣ素子と比べて低抵抗を実現できる。大電流で充電する急速充電においては、セルの発熱が大きくなるため、発熱による抵抗増大がないブレーカーは、低抵抗化に有利な素子である。

更に、二次電池１、保護回路２、及び温度保護素子７間を接続する配線材の低抵抗化を図る改良技術が、例えば特許文献１に開示されている。すなわち、配線材として、溶接層と基層とがクラッドされた２層構造のクラッド材を用いる。溶接層は、抵抗溶接の容易さを確保するための層であり、Ｎｉ、Ｎｉ合金またはＦｅ合金からなる。基層は低抵抗層であり、Ｃｕ又は耐熱Ｃｕ合金からなる。電池の電極と電池パックの外部端子間にこの配線材を用い、抵抗溶接により溶接層が電極へ固着接続される。これにより、純ニッケルを使用した従来のリード材料に比べて、電気抵抗を約半分に低減することができる、とされている。

特開平１１−２９７３００号公報

上述の従来例のように、２組のＦＥＴを並列接続し、温度保護素子としてブレーカーを用い、あるいは特許文献１のように、溶接層とＣｕ又は耐熱Ｃｕ合金からなる基層のクラッド構造により配線材を低抵抗化することにより、二次電池パックのインピーダンス低減に相応の効果が得られる。しかし、そのようにしてインピーダンスを低減させた二次電池パックで大電流を流した場合、次のような問題を解決する必要があることが判った。

すなわち、二次電池パックとセット機器の間での充放電は、セット機器の接点と二次電池パックの外部出力端子の当接を介して行われる。充放電に伴う外部出力端子は、その接触抵抗が1点あたり概ね２０ｍΩと大きい。そのため、特に急速充電のような大電流が流れる用途の機器においては、接点部分での発熱を効果的に放熱することが、重要な課題となる。これについて、図７に示す二次電池パックの要部断面図を参照して説明する。同図は、二次電池１に対する保護回路２の装着部分の構造を概念的に示すものである。なお、図７において、図６に示した要素と同じ要素には同一の参照符号を付して、説明を省略する。

二次電池１では、外装缶１２の内部に素電池を構成する要素が内蔵され、外装缶１２の上部は上部絶縁板１３により封止されている。素電池から延在する正極リードタブ１４及び負極リードタブ１５が、上部絶縁板１３を貫通している。正極リードタブ１４の上端は外装缶１２に溶接され、外装缶１２の周縁部上面の正極セル端子３と導通している。負極リードタブ１５の上端は、内部リード１６を介して絶縁体１７の上面の負極セル端子４と導通している。外装缶１２の上部にはキャップフレーム１８が装着されて、保護回路２（図５参照）を実装した保護回路基板１９を覆っている。

保護回路基板１９の下面には、正極基板端子２０及び負極基板端子２１が設けられている。正極基板端子２０は、第１タブ２２により正極セル端子３と接続され、負極基板端子２１は、第２、第３タブ２３、２４により温度保護素子７と接続されている。温度保護素子７と負極セル端子４の間は、第４タブ２５により接続されている。第１タブ２２は１８０度の角度で屈曲され、上側の屈曲片が正極基板端子２０に、下側の屈曲片が正極セル端子３に溶接されている。同様に、第２タブ２３も１８０度の角度で屈曲され、上側の屈曲片が負極基板端子２１に、下側の屈曲片が第３タブ２４に溶接されている。Ｗは溶接ポイントを示す。なお、図示は省略したが、第３タブ２４の下部には絶縁テープが付設されて、外装缶１２との導通が防止されている。キャップフレーム１８の上端面には、保護回路基板１９に取り付けられた外部出力端子２６（図５の正、負極出力端子５、６を含む）が露出している。

この二次電池パックをセット機器に装着するときには、機器側の接点２７と外部出力端子２６を接触させる。充放電の際に大電流が流れると、外部出力端子２６と接点２７の接触部分での発熱が過大になり易い。二次電池パックのインピーダンスを低減しても、この発熱による影響を抑制することなしには、大電流を流す使用に供することが困難である。

この問題を解決するための従来の対策の一例を、図８に示す。（ａ）は正面図、（ｂ）は背面図である。図８に示す二次電池パックでは、図７に示した保護回路基板１９に相当する要素が、保護回路基板１９ａとコネクタ１９ｂから構成される。すなわち、保護回路基板１９ａから外部出力端子（図７の参照番号２６）の部分を含むコネクタ１９ｂが、フレキシブル基板２８を用いて分離されている。これにより、コネクタ１９ｂの裏面に、金属製の放熱プレート２９を貼付して、放熱性を向上させている。この放熱プレート２９を用いることにより、外部出力端子での発熱による温度上昇は抑制されるが、フレキシブル基板２８の配線によりインピーダンスが増大する。また、部品点数が増加してコストの上昇を招く。

一方、温度保護素子７でも、大電流を流したときに発熱の問題が発生する。すなわち、図７の構成において、正、負極セル端子３、４、第１、第２基板端子２０、２２、及び第１〜第４タブ２２〜２５には、従来、導電性及び耐腐食性等を考慮してＮｉが用いられている。しかし、温度保護素子７に大電流が流れたときに、自己発熱が多大な量となるが、Ｎｉ配線の熱伝導率は十分に大きくないため、Ｎｉ配線からは十分に放熱されず、十分な電流を流せない状態で溶断してしまう恐れがあった。

以上のことを考慮して、本発明は、部品点数の増加を伴うことなく、外部出力端子での発熱を放熱させる効率を向上させて通電に伴う温度上昇を抑制し、大電流による急速充電を容易とした二次電池パックを提供することを目的とする。

また、本発明は、保護回路基板及び二次電池と温度保護素子との間の配線材を通じて、温度保護素子からの発熱が効果的に放熱されるように構成された二次電池パックを提供することを目的とする。

本発明の二次電池パックは、正極及び負極のセル端子を有する二次電池と、前記二次電池に対する外部からの充放電を行うための一対の外部出力端子と、前記セル端子と前記外部出力端子の間の充放電路中に挿入された保護回路と、前記セル端子と前記保護回路の間に挿入された温度保護素子と、前記保護回路が実装され、前記外部出力端子が配置されてその背面側に第１及び第２基板端子が設けられた保護回路基板とを備える。前記保護回路は、前記充放電路に直列に挿入された充放電制御スイッチと、前記充放電路を流れる電流を検出する電流検出部を有し、前記電流検出部の検出出力に基づき前記充放電制御スイッチのオン・オフを制御するように構成され、前記第１基板端子は前記セル端子の一方と接続され、前記第２基板端子は前記温度保護素子を介して前記セル端子の他方と接続されている。

上記課題を解決するために、本発明の二次電池パックは、前記第１及び第２基板端子の少なくとも一方は、厚さが０．６ｍｍ〜１．０ｍｍの範囲のＣｕまたはＣｕ合金からなるＣｕ系金属部材により構成され、前記外部出力端子の平面領域の少なくとも一部に対応する領域に配置されていることを特徴とする。

上記構成の二次電池パックによれば、Ｃｕ系金属部材により形成された第１基板端子が外部出力端子の平面領域に対応させて配置されていることにより、外部出力端子での発熱が第１基板端子から効果的に放熱される。これにより、部品点数の増加を伴うことなく、外部出力端子での発熱を放熱させる効率を向上させて通電に伴う温度上昇を抑制して、大電流による急速充電を容易にすることができる。また、第１基板端子の厚さを０．６ｍｍ〜１．０ｍｍの範囲に設定することにより、配線材との抵抗溶接に際して、第１基板端子を保護回路基板へ接合しているはんだ層の溶解を回避可能である。

本発明の実施の形態の二次電池パックにおける二次電池に対する保護回路基板の装着部を概念的に示す要部断面図 同二次電池パックの製造工程における保護回路基板の部分を示す平面図 同二次電池パックの製造工程における二次電池の部分を示す平面図 同二次電池パックの製造工程における保護回路基板と二次電池の接続部を示す平面図 同二次電池パックの正極基板端子による放熱効果に基づく昇温特性の変化を示す図 同二次電池パックの製造工程の一部である溶接の工程を示す断面図 同二次電池パックの温度保護素子に対する配線材による放熱効果に基づく昇温特性の変化を示す図 従来例の二次電池パックの回路構成例を示すブロック図 同二次電池パックを構成する保護回路基板の装着部を概念的に示す要部断面図 他の従来例の二次電池パックの構成を概念的に示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は背面図

本発明の二次電池パックは、上記構成を基本として、以下のような態様をとることができる。

すなわち、前記Ｃｕ系金属部材は、Ｓｎメッキが施されている。それにより、酸化され易いＣｕ系金属の酸化を防止することができる。

また、前記Ｃｕ系金属部材は、６９．３ｎΩｍ未満の電気抵抗率を有する。好ましくは、前記Ｃｕ系金属部材は、１．６８〜６３．９ｎΩｍの範囲の電気抵抗率を有する。それにより、十分な放熱効果を得るとともに、シリーズ溶接の適用が容易となる。

また、前記第２基板端子と前記温度保護素子の間、及び前記温度保護素子と前記セル端子の間を接続する配線材として、ＣｕまたはＣｕ合金からなるＣｕ系金属の層とＮｉ層とからなるＣｕ−Ｎｉクラッド材が用いられている。それにより、温度保護素子の通電による発熱を効果的に放熱することができる。

また、前記Ｃｕ−Ｎｉクラッド材は、前記セル端子及び前記基板端子に対して前記Ｃｕ系金属層側を当接させて抵抗溶接により接合されている。この構成により、良好な放熱性とシリーズ溶接への適合性を兼ねることができる。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。

＜実施の形態＞
本発明の一実施の形態における二次電池パックについて、図１を参照して説明する。図１は、二次電池１に対する保護回路基板１９の装着部分の構造を概念的に示す要部断面図である。この保護回路基板１９の装着部分の構造は、基本的には図７に示した従来例と同様である。従って、図７に示した要素と同じ要素には同一の参照符号を付して、説明を省略する。また、二次電池パックの回路構成は、図６に示した従来例と同様である。

本実施の形態における二次電池パックの第１の特徴は、図７に示した従来例におけるＮｉを用いた正極基板端子２０に代えて、ＣｕまたはＣｕ合金からなるＣｕ系金属ブロックにより構成され、放熱部材として機能する正極基板端子３０を用いたことである。正極基板端子３０は、外部出力端子２６の平面領域に対応する位置に配置され、半田（図示せず）により保護回路基板１９に接合されている。

正極基板端子３０が、外部出力端子２６の平面領域に対応させて配置されていることにより、外部出力端子２６の接点部での発熱が、正極基板端子３０のＣｕ系金属ブロックに効率的に伝達され、Ｃｕ系金属ブロックから効率的に放熱される。これにより、部品点数の増加を伴うことなく、放熱効率を向上させて、通電に伴う外部出力端子２６での昇温を実用上十分に抑制することが可能である。

図１の構成では、正極基板端子３０の大きさは、外部出力端子２６の全てを含む領域に亘っているが、放熱効果を確保するためには、正極基板端子３０は、その平面領域が、外部出力端子２６の平面領域の少なくとも一部に対応するように配置されればよい。但し、正極基板端子３０は、通常、外部出力端子２６のうちの正極出力端子に対応させて設けられるが、本実施の形態の効果を十分に得るためには、負極出力端子も含む範囲に亘って設けられることが好ましい。

なお、本実施の形態は、正極基板端子３０を通して放熱効果を得る構成に限られるわけではない。すなわち、図１のように、正極基板端子３０が外部出力端子２６の平面領域に対応させて配置された構成に限られるわけではない。これに代えて、外部出力端子２６の平面領域に対応させて負極基板端子３１を配置して、負極基板端子３１を介して放熱する構成であっても、相応の効果を得ることが可能である。

Ｃｕ系金属ブロックの厚さは、０．６ｍｍ〜１．０ｍｍの範囲に設定される。この厚さの範囲は、正極基板端子３０に対して第１タブ３２を抵抗溶接する際に、Ｃｕ系金属ブロックの固定用のはんだが、抵抗溶接の発熱により溶解することを回避するための設定である。また、正極基板端子３０のＣｕ系金属ブロックには、酸化防止のためのＳｎメッキが施されている。正極基板端子３０と正極セル端子３の間を接続する第１タブ３２としては、ＣｕまたはＣｕ合金からなるＣｕ系金属の層とＮｉ層とからなるＣｕ−Ｎｉクラッド材が用いられる。

本実施の形態の第２の特徴は、負極基板端子３１と温度保護素子７の間を接続する第２、第３タブ３３、３４、更に、温度保護素子７と負極セル端子４の間を接続する第４タブ３５が、第１タブ３２と同様のＣｕ−Ｎｉクラッド材により形成されていることである。なお、負極基板端子３１は、正極基板端子３０と同様のＣｕ系金属ブロックにより形成されている。

以上のように、配線材であるタブとしてＣｕ−Ｎｉクラッド材を用いれば、Ｃｕ系金属層が低抵抗であることにより、従来のＮｉ配線材と比べて、配線抵抗を低減させて急速充電を容易にすることができる。また、Ｃｕ系金属層のみでタブを形成した場合と比べて、後述のように、配線材の溶接に伴う問題の発生を回避することが可能である。

上記構成において、正極基板端子３０及び正極セル端子３に対する第１タブ３２の接合、負極基板端子３１及び第３タブ３４に対する第２タブ３３の接合、更に、負極セル端子４に対する第４タブ３５の接合は、抵抗溶接によって行う。抵抗溶接は、作業が簡単で、溶接装置も簡素であるため、製造コストの低減に有利だからである。また、図１に溶接ポイントＷで示すように、抵抗溶接としてはシリーズ溶接を採用する。これに伴い、本実施の形態においては、正、負極基板端子３０、３２、及び第１〜第４タブ３２〜３５の材質を、後述のようにシリーズ溶接に好適であるように選択する。

抵抗溶接により二次電池１の上端部へ保護回路基板１９を装着する工程は、例えば、図２Ａ〜図２Ｃ（工程の一部を示す）に示すように行う。図２Ａは、保護回路基板１９を、図１の状態から上下反転させた状態を示す平面図である。図２Ｂは、二次電池１の平面図である。図２Ｃは、二次電池１と保護回路基板１９が相互に接続された状態を示す平面図である。

先ず、図２Ａに示すように、温度保護素子７に第３タブ３４及び第４タブ３５を接続し、更に、第２タブ３３の一端部を第３タブ３４の一端部に溶接する。次に、上下反転した状態の保護回路基板１９の上端面（図１における下端面に相当）と、温度保護素子７を整列させて配置し、第２タブ３３の他端部を負極基板端子３１上に配置して溶接する。また、第１タブ３２の一端部を正極基板端子３０上に配置して溶接する。図２Ｂに示すように、二次電池１の上端面には、正極セル端子３及び負極セル端子４が配置されている。

この二次電池１の上端面と保護回路基板１９の上端面を、図２Ｃに示すように整列させて、第１タブ３２の他端部を正極セル端子３上に配置し、第４タブ３５を負極セル端子４上に配置して、各々溶接する。次に、第１タブ３２及び第２タブ３３を、中央部で１８０度屈曲させる（一点鎖線で示すように）ことにより、図１に示したように、保護回路基板１９が外装缶１２の上部に装着された状態とする。その後、図示しないが、キャップフレーム１８と外装缶１２との間の空間に一体成形樹脂を注入することによりキャップフレーム１８と外装缶１２を一体化し、二次電池１が完成する。

上述のとおり、本実施の形態によれば、良好な放熱効率を得るために、正極基板端子３０をＣｕ系金属ブロックにより構成する。また、その厚さを０．６ｍｍ〜１．０ｍｍの範囲に設定する。このように構成する理由について、以下に説明する。

従来のＮｉを用いた正極基板端子２０と比べて、Ｃｕ系金属を用いた正極基板端子３０は、導電率、熱伝導率が高くなる。すなわち、Ｎｉの熱伝導率（３００Ｋ）は９０．９Ｗ／（ｍ・Ｋ）であるのに対して、例えば黄銅（Ｃ２６８０、Ｃｕ−Ｐｂ−Ｆｅ−Ｚｎ合金）の熱伝導率は１１７ｗ／（ｍ・Ｋ）である。従って、Ｎｉを用いた場合と比べて十分に高い放熱効果を得ることができる。

この放熱効果について実証するために、大電流を流したときの第１タブ３２の表面温度の変化を測定した。測定は、本実施の形態の実施例、及び従来例について行い、実施例及び従来例の正極基板端子及び第１タブを、次のとおりに設定した。
[従来例]
正極基板端子２０：Ｎｉブロック（厚さ０．４ｍｍ）
第１タブ２２：Ｎｉ材（厚さ０．１ｍｍ）
[実施例]
正極基板端子３０：Ｃｕ系金属ブロック（純Ｃｕを使用：厚さ０．４ｍｍ）
第１タブ３２：Ｃｕ−Ｎｉクラッド材（厚さ０．１ｍｍ）
常温２５℃下で正極基板端子を通して３Ａの電流を流し、通電時間に対するタブの表面温度の変化を測定した結果を図３に示す。図３に示されるとおり、タブ材表面の到達温度は、各々下記のとおりである。

従来例：４５．５℃（Δ２０．５℃）
実施例：３７．５℃（Δ１２．５℃）
このように、実施例の構成によれば、約８℃の温度抑制が可能であり、したがって、Ｃｕ系金属ブロックを用いることにより、接点部付近の温度上昇を抑制する効果が大きいことが判る。

但し、高い導電率のため、第１タブ３２を接合する際の抵抗溶接に大きなエネルギーが必要であり、発熱が大きくなる。そのため、正極基板端子３０を保護回路基板１９に固定している半田が溶ける問題が発生する。この問題を解決するためには、Ｃｕ系金属ブロックの厚さを、十分に厚くすることが有効であることが判った。

実用的には、従来のＮｉを用いた正極基板端子２０の場合の０．４ｍｍ以下に対して、本実施の形態では、Ｃｕ系金属ブロックの厚さを０．６ｍｍ〜１．０ｍｍに設定する。これにより、抵抗溶接を適切に行い、しかもＣｕ系金属ブロックを固定している半田の発熱による溶解を回避することが可能であることを確認した。また、Ｃｕ系金属ブロックの厚さが１．０ｍｍ以下であれば、半田実装部品の高さを電池パック内部に格納可能な範囲内に収めることが可能である。

正極基板端子３０を構成するＣｕ系金属ブロックとしては、導電率、熱伝導率が、放熱及び抵抗溶接に適切な範囲にあるどのようなＣｕ及びＣｕ合金であっても用いることができる。通常のＣｕ系金属であれば、熱伝導率は、望ましい放電効果を得ることが可能な範囲にある。

一方、導電率については、以下に説明するとおり、抵抗溶接の観点から、適切な範囲の材質を用いることが望ましい。一般的な抵抗溶接としては、２種類の方法、すなわち、シリーズ溶接とダイレクト溶接がある。上記構成の二次電池パックの場合、正、負極セル端子３、４、及び正、負極基板端子３０、３１に対する第１、第２、第４タブ３２、３３、３５の溶接には、シリーズ溶接を用いる。

正極基板端子３０に対する第１タブ３２の接合を例として、抵抗溶接の様子を図４に示す。正極基板端子３０は、はんだ３６により保護回路基板１９に接合されている。この抵抗溶接は、一対の溶接棒３７を用いたシリーズ溶接により行う。この構成の場合、ダイレクト溶接は不適切だからである。すなわち、ダイレクト溶接の場合は、正極基板端子３０の下面と第１タブ３２の上面に対して、対向する方向に電極棒３７を押し当てて通電する必要があるが、図４に示されるとおり、正極基板端子３０の下面に電極棒３７を押し当てることはできない。

シリーズ溶接に際しては、図４に矢印で示すように、正極基板端子３０を流れる有効電流Ｉｅにより、正極基板端子３０と第１タブ３２の間に溶接ポイントＷが形成される。溶接ポイントＷが形成されるべき箇所では、適度な発熱が必要である。正極基板端子３０の導電率が高すぎると、そのために必要な溶接エネルギーが過大になる。その結果、第１タブ３２に対する溶接棒３７の当接点での発熱も大きくなり、溶接棒３７の食付き（貼り付き）が発生する。

正極基板端子３０としては、導電率１００％の純銅を用いた場合でも溶接は可能である。従って、６９．３ｎΩｍ未満の電気抵抗率を有するＣｕ系金属を用いて、Ｎｉを用いた電極と比べて急速充電のための低抵抗化を図ることができる。また、シリーズ溶接の適用および放熱効果を考慮すると、電気抵抗率が１．６８〜６３．９ｎΩｍの範囲内のＣｕ系金属を用いることが好ましい。１．６８ｎΩｍは純銅の電気抵抗率、６３．９ｎΩｍは黄銅の電気抵抗率に相当する。さらに、シリーズ溶接に際して、溶接棒の食付きが障害となって量産に不都合となることを回避するためには、電気抵抗率は、６３．９ｎΩｍ程度であることが望ましい。導電率を適当に下げることにより、溶接エネルギーが少なくても溶接可能であり、溶接棒の食付きも容易に回避可能となる。

好適なＣｕ系金属ブロックの例として、下記のような合金を挙げることができる。
（１）黄銅（Ｃ２６８０、Ｃｕ−Ｐｂ−Ｆｅ−Ｚｎ合金）
導電率：約２７％、熱伝導率：１１７ｗ／ｍ・ｋ
（２）青銅系の合金（ＭＦ２０２、Ｃｕ−Ｓｎ−Ｎｉ−Ｐ合金）
導電率：約３２％、熱伝導率：１５５ｗ／ｍ・ｋ
従来例のＮｉブロックは、純Ｎｉ：９９．９％以上、導電率：約２２％、熱伝導率：９０．９ｗ／ｍ・ｋであるのに比べると、これらの材料は、溶接性を確保しつつ、熱伝導もよく、コスト低減可能であることが判る。

また、Ｃｕ系金属ブロックは酸化され易いので、酸化防止のためのメッキを施すことが望ましく、メッキ材としてＳｎメッキとＮｉメッキを検討した。その結果、Ｎｉメッキは融点が高く、シリーズ溶接手法を用いる場合の抵抗溶接程度のエネルギーでは、溶接ポイントＷにおけるＮｉ層を飛散させることができないので、融点の低いＳｎメッキが最適であることが判った。

上述のとおり、第１〜第４タブ３２〜３５としては、Ｃｕ−Ｎｉクラッド材を用いることにより低抵抗として、大電流に適合させる。Ｃｕ−Ｎｉクラッド材としては、例えば、Ｃｕ層（あるいはＣｕ合金層）とＮｉ層の厚さの比率Ｃｕ：Ｎｉ＝３：１程度で、クラッド材全体の厚さｔ＝０．１ｍｍ程度のものを用いることにより、良好な特性を得ることができる。

Ｃｕ−Ｎｉクラッド材のタブは、正、負極セル端子３、４、及び正、負極基板端子３０、３１に対して、Ｃｕ系金属の層を当接させて抵抗溶接されている。その理由は、以下に説明するように、溶接工程でのＣｕ材の焼けの発生等を回避するためである。

すなわち、シリーズ溶接においては、図４に矢印で示した正極基板端子３０を流れる有効電流Ｉｅだけでなく、溶接に寄与しない無効電流Ｉｎが第１タブ３２のＣｕ−Ｎｉクラッド材を流れる。正極基板端子３０にＮｉ層を当接させた場合は、電極棒３７がＣｕ層に当接し、無効電流Ｉｎは大きなものとなるため、電極棒３７とＣｕ層の間での発熱によりＣｕ層に焼けが発生したり、不要溶接部が形成されて、Ｃｕ層が電極棒３７に付着して剥離する事態が発生する。これに対して、Ｃｕ系金属の層を正極基板端子３０に当接させ、従って電極棒３７がＮｉ層に当接する配置とすることにより、表層の無効電流Ｉｎが抑制されて、電極棒３７の接合を低減させることが可能となる。

次に、本実施の形態の第２の特徴による効果について説明する。第２の特徴によれば、負極基板端子３１と温度保護素子７の間を接続する第２タブ３３及び第３タブ３４、更に、温度保護素子７と負極セル端子４の間を接続する第４タブ３５が、Ｃｕ−Ｎｉクラッド材により形成される。これにより、温度保護素子７の発熱を効果的に放熱することができる。

この効果を実証するための実験の結果について、図５を参照して説明する。図５において、横軸は温度保護素子７として用いられたブレーカーを流れる電流、縦軸は、各電流値の場合の最高到達温度である。実験は、配線材としてＣｕ−Ｎｉクラッド材を用いた場合と、従来のＮｉを用いた場合とについて行った。各場合について、ブレーカー、タブ、及び保護回路２中のＦＥＴ９ａ、１０ａ（図６参照）における温度を測定した。図５から、Ｃｕ−Ｎｉクラッド材の配線材を用いた場合は、Ｎｉの配線材を用いた場合と比べて各部における昇温が低減されていることが判る。

本発明の二次電池パックは、部品点数の増加を伴うことなく、外部出力端子での発熱を放熱させる効率を向上させて通電に伴う温度上昇を抑制し、大電流による急速充電が容易であるため、携帯電話のような急速充電可能であることを要求される機器に用いる電池パックとして有用である。

１ 二次電池
２ 保護回路
３ 正極セル端子
４ 負極セル端子
５ 正極出力端子
６ 負極出力端子
７ 温度保護素子
８ 充放電制御スイッチ
９ａ 放電制御ＦＥＴ
９ｂ 寄生ダイオード
１０ａ 充電制御ＦＥＴ
１０ｂ 寄生ダイオード
１１ 保護ＩＣ
１２ 外装缶
１３ 上部絶縁板
１４ 正極リードタブ
１５ 負極リードタブ
１６ 内部リード
１７ 絶縁体
１８ キャップフレーム
１９ 保護回路基板
２０、３０ 正極基板端子
２１、３１ 負極基板端子
２２〜２５ 第１〜第４タブ
２６ 外部出力端子
２７ 機器側の接点
２８ フレキシブル基板
２９ 放熱プレート
３２〜３５ 第１〜第４タブ
３６ はんだ
３７ 溶接棒
Ｗ 溶接ポイント

Claims (6)

1. 正極及び負極のセル端子を有する二次電池と、
   前記二次電池に対する外部からの充放電を行うための一対の外部出力端子と、
   前記セル端子と前記外部出力端子の間の充放電路中に挿入された保護回路と、
   前記セル端子と前記保護回路の間に挿入された温度保護素子と、
   前記保護回路が実装され、前記外部出力端子が配置されてその背面側に第１及び第２基板端子が設けられた保護回路基板とを備え、
   前記保護回路は、前記充放電路に直列に挿入された充放電制御スイッチと、前記充放電路を流れる電流を検出する電流検出部を有し、前記電流検出部の検出出力に基づき前記充放電制御スイッチのオン・オフを制御するように構成され、
   前記第１基板端子は前記セル端子の一方と接続され、前記第２基板端子は前記温度保護素子を介して前記セル端子の他方と接続されている二次電池パックにおいて、
   前記第１及び第２基板端子の少なくとも一方は、厚さが０．６ｍｍ〜１．０ｍｍの範囲のＣｕまたはＣｕ合金からなるＣｕ系金属部材により構成され、前記外部出力端子の平面領域の少なくとも一部に対応する領域に配置されていることを特徴とする二次電池パック。
2. 前記Ｃｕ系金属部材は、Ｓｎメッキが施されている請求項１に記載の二次電池パック。
3. 前記Ｃｕ系金属部材は、６９．３ｎΩｍ未満の電気抵抗率を有する請求項１または２に記載の二次電池パック。
4. 前記Ｃｕ系金属部材は、１．６８〜６３．９ｎΩｍの範囲の電気抵抗率を有する請求項３に記載の二次電池パック。
5. 前記第２基板端子と前記温度保護素子の間、及び前記温度保護素子と前記セル端子の間を接続する配線材として、ＣｕまたはＣｕ合金からなるＣｕ系金属の層とＮｉ層とからなるＣｕ−Ｎｉクラッド材が用いられている請求項１〜４のいずれか１項に記載の二次電池パック。
6. 前記Ｃｕ−Ｎｉクラッド材は、前記セル端子及び前記基板端子に対して前記Ｃｕ系金属層側を当接させて抵抗溶接により接合されている請求項５に記載の二次電池パック。

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