JP2016162717A - 電池パック - Google Patents

Abstract

【課題】回路部品の発熱により回路基板の温度が上昇した場合でも、温度センサが素電池の温度を正確に測定できる電池パックを提供する。【解決手段】電池パック１００は、少なくとも、素電池１０１と、素電池に隣接して配置された回路基板１０２と、回路基板１０２に載置された回路部品１０６と、回路基板１０２から分離して配置された温度センサ１０３と、素電池１０１と温度センサ１０３を接続して素電池１０１の温度を温度センサ１０３に伝達する熱伝導材１０４と、温度センサ１０３が測定した素電池１０１の温度を回路基板１０２に電気信号として伝達するためのリード線１０５を備える。【選択図】図１Ａ

Description

本発明は、二次電池と回路基板とを備えた電池パックに関する。

二次電池は充電又は放電される過程で過充電又は過放電が発生し得る。過充電又は過放電は電解液の分解によるガスの発生や発熱を誘発して電池性能の劣化又は電池の損傷などを招く。したがって、二次電池は過充電又は過放電を防止するための保護回路を備えた電池パックとして用いられるのが一般的である。保護回路は二次電池の過充電又は過放電を感知した場合、二次電池の充電又は放電を遮断する。

また、電池パックでは二次電池の発熱による熱暴走を防止するために、二次電池の発熱を検知し、二次電池の温度が所定温度を超える場合、保護回路が二次電池の電流の流れを遮断する。そのため、電池パックにおける安全性を確保するためには、二次電池の温度を正確に測定する必要がある。

そこで、二次電池の熱を正確に測定して、電池パックの安全性を向上させる手段として、特許文献１に開示された電池パックがある。

ところで、電池パックは、携帯電話、スマートフォン、携帯型コンピューター（例えばタブレット端末、ノート型パソコン等）、電子書籍端末などの携帯型情報端末用の電源として、広範囲に利用されている。このような用途に用いられる電池パックに対しては、電池容量の増大化の要望が日増しに高まっている。しかしながら、電池容量を増大すると、充電時間が長くなり、電池パックに対するユーザの使い勝手が低下する。

充電時間を短縮化する手法として、大きな充電電流で充電する、いわゆる「急速充電」が検討されている。ところが、充電電流を大きくすると、電池パックに内蔵されている保護回路の発熱量が大きくなってしまう。

特開２０１２−２８３２４号公報

上記の特許文献１の電池パックでは、保護素子等の保護回路は回路基板上に形成される。先に述べたように、急速充電に伴って充電電流が大きくなると、保護回路の発熱量が大きくなる。その結果、保護回路からの熱が回路基板に伝わり、回路基板の温度が上昇してしまう。

上記の特許文献１の電池パックでは、リードプレートを介して二次電池の温度を測定する温度センサは、保護素子等と同じく回路基板上に形成される。急速充電に伴い回路基板の温度が上昇すると、温度センサにもその熱が伝わるので、温度センサによる温度測定値は、回路基板の温度にも影響されてしまう。

すなわち、特許文献１のように温度センサが回路基板上に配されている電池パックにて急速充電を行うと、大電流に基づく保護回路からの発熱により、温度センサが二次電池の温度を正確に測定することができない。その結果、特許文献１では急速充電時の電池パックにおける安全性を確保できないという問題点があった。

本発明は、急速充電時に保護回路から発熱した場合でも、二次電池の温度を正確に測定できる温度センサを備えた電池パックを提供することを目的とする。

本発明の電池パックは、素電池と、前記素電池に隣接して配置された回路基板と、前記素電池の温度を測定する温度センサとを備えた電池パックであって、前記温度センサは、前記回路基板から分離して配置されるとともに、電導材を介して前記回路基板と電気的に接続されており、前記温度センサは、熱伝導材により前記素電池に接続されていることを特徴とする。

本発明によれば、温度センサは、回路基板から分離して配置され、熱伝導材で素電池と接続される。温度センサと回路基板はリード線を介して電気的に接続され、温度センサが熱伝導材を介して測定した素電池の温度は、リード線を介して回路基板へ電気信号として送られる。

本発明によれば、急速充電時に保護回路から熱が発生して回路基板の温度が上昇しても、回路基板の温度がセンサに影響を及ぼさないように、センサが保護回路の熱から保護されている。その結果、急速充電を行った場合でも、温度センサにて二次電池の温度を正確に測定でき、電池パックの安全性を向上させることができる。

図１Ａは、本発明の実施形態にかかる素電池と回路基板の接続状態を正面方向から見た平面図である。 図１Ｂは、本発明の実施形態にかかる素電池と回路基板の接続状態を裏面方向から見た平面図である。 図１Ｃは、本発明の実施形態にかかる素電池と回路基板の接続状態を裏面方向から見た斜視図である。 図２Ａは、本発明の実施形態にかかる素電池と回路基板にカバーとフレームを取り付けた状態を正面方向から見た斜視図である。 図２Ｂは、本発明の実施形態にかかる素電池と回路基板にカバーとフレームを取り付けた状態を裏面方向から見た斜視図である。 図３Ａは、本発明の実施形態にかかる電池パックを正面方向から見た斜視図である。 図３Ｂは、本発明の実施形態にかかる電池パックを裏面方向から見た斜視図である。 図４は、本発明の実施形態にかかる電池パックを裏面方向から見た分解斜視図である。

以下に、本発明を好適な実施形態を示しながら詳細に説明する。但し、本発明は以下の実施形態に限定されないことはいうまでもない。以下の説明において参照する各図は、説明の便宜上、本発明の実施形態を構成する部材のうち、本発明を説明するために必要な主要部材のみを簡略化して示したものである。従って、本発明は以下の各図に示されていない任意の部材を備え得る。また、以下の各図では、実際の部材の寸法および各部材の寸法比率等は忠実に表されていない。

図１Ａは、本発明の実施形態にかかる素電池と回路基板の接続状態を正面から見た平面図、図１Ｂは、本発明の実施形態にかかる素電池と回路基板の接続状態を裏面から見た平面図、図１Ｃは、本発明の実施形態にかかる素電池と回路基板の接続状態を裏面方向から見た斜視図である。

図１Ａ、図１Ｂ、図１Ｃに示されているように、本発明の電池パック１００に用いられる素電池１０１は、厚さ方向（図１Ａ、図１Ｂの上下方向）寸法が、厚さ方向に直交する２方向の寸法に比べて小さな扁平形状（薄板形状）を有している。素電池１０１は、充放電が可能な二次電池である。二次電池の種類は特に制限はないが、例えばリチウムイオン二次電池を用いることができる。

本発明の素電池１０１は、広く知られた二次電池と同様であるが、以下に簡単に説明する。

素電池１０１は、電池ケースに発電要素及び電解液（いずれも図示せず）が封入され、電池ケースの開口の周縁と封口板の周囲の端縁とが、例えばレーザ光を用いたシーム溶接によって液密に封止されている。発電要素は、シート状の正極集電体の片面又は両面に正極活物質を含む正極合剤層が塗布形成された正極と、シート状の負極集電体の片面又は両面に負極活物質を含む負極合剤層が塗布形成された負極とが、セパレータを介して巻回又は積層されてなる扁平状の電極体である。

電池ケースは、例えば、アルミニウム又はその合金などからなる金属製の板材を深絞り加工することで形成することができる。封口板は、例えば、アルミニウム合金などからなる金属板をプレス加工して形成することができる。電池ケースの開口の周縁と封口板の周囲の端縁とは、例えばレーザ光を用いたシーム溶接によって液密に封止されている。

素電池１０１の封口板の長手方向の略中央位置に、負極端子が設けられている。負極端子は封口板を貫通し、電池ケース内に収納された発電要素の負極集電体と電気的に接続されている。負極端子と封口板との間には、両者を絶縁するための絶縁パッキンが介在している。一方、負極端子からわずかに離れた封口板上の位置に正極端子が設けられている。正極端子は、封口板、電池ケース、及び、素電池１０１内の発電要素の正極集電体と電気的に接続されている。

次に、本発明の特徴を以下に詳細に説明する。

図１Ａ、図１Ｂ及び図１Ｃに示したように、本発明の電池パック１００では、素電池１０１の封口板に対向し且つ隣り合うようにして、回路基板１０２が配置される。回路基板１０２の正面には、保護回路（安全回路）を構成するＦＥＴ素子等の電子部品を含む回路部品１０６が載置されている。回路基板１０２には、保護回路に加えて、充電回路が更に形成されていてもよい。

コネクタ付きフレキシブル基板１０７は回路基板１０２に接続されている。コネクタ付きフレキシブル基板１０７は、電池パック１００が装着される携帯型情報端末などの電子機器に電気的に接続される。コネクタ付きフレキシブル基板１０７を介して、電池パック１００に対して充放電電流の入出力が行われる。但し、コネクタ付きフレキシブル基板１０７に限定されることは無く、コネクタを回路基板１０２に載置してもよい。

温度センサ１０３は、熱伝導材１０４に貼り付けられて、素電池１０１の封口板に対向し且つ回路基板１０２に隣り合うように配置されている。熱伝導材１０４の一端は、図１Ｂ及び図１Ｃに示されたように素電池１０１に接続されていて、素電池１０１の熱は熱伝導材１０４を介して温度センサ１０３に伝達される。熱伝導材１０４の材料としては、熱伝導率が０．５Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることが好ましい。例えば、アルミを薄板状にしたものを用いることができる。

温度センサ１０３は回路基板１０２からは分離して配置されるので、例えば急速充電時に回路基板１０２に搭載された回路部品１０６が発熱して、回路基板１０２の温度が上昇しても、回路基板１０２の温度が温度センサ１０３に影響することは無い。すなわち、温度センサ１０３は回路基板１０２の温度に影響されることなく、素電池１０１の温度を正確に測定することができる。

温度センサ１０３が熱伝導材１０４を介して測定した素電池１０１の温度は、電導材を介して回路基板１０２へ電気信号として送られる。本実施の形態では、電導材としてリード線１０５を用いている。

図１Ｃに示したように、素電池１０１の封口板に設けられた負極端子は、負極タブ１１０を介してブレーカー１１１の一方に接続される。ブレーカー１１１の他方の端子は、ブレーカータブ１０９を介して、回路基板１０２の裏面の負極入力端子１１４（図４参照）に接続される。封口板に設けられた正極端子は、正極タブ１０８を介して、回路基板１０２の裏面の正極入力端子１１３（図４参照）に接続される。なお、図４は、本発明の実施形態にかかる電池パック１００を裏面方向から見た分解斜視図である。

ブレーカータブ１０９及び正極タブ１０８は、短冊形状を有する導電性の薄板を略Ｌ字状に折り曲げて形成することができる。ブレーカータブ１０９、正極タブ１０８及び負極タブ１１０の材料としては、制限はないが、例えばニッケル、ニッケルとアルミニウムとのクラッド材などの金属材料を用いることができる。

回路基板１０２の正面に回路部品１０６が載置され、回路基板１０２の裏面にブレーカータブ１０９及び正極タブ１０８が接続されているが、回路基板１０２の裏面には、放熱コンタクト１１２も形成されている。放熱コンタクト１１２は、回路基板１０２に形成された配線とは絶縁されており、無電位である。コンタクト１１２の材料は、制限はないが、良好な熱伝導性を有することが好ましく、例えば銅、アルミニウム等の金属材料を用いることが好ましい。

放熱コンタクト１１２の形状、厚さ、寸法等は任意である。保護回路１０６で発生する熱は放熱コンタクト１１２を介して電池パック１００外に伝導される。

図２Ａは、本発明の実施形態にかかる素電池１０１と回路基板１０２にトップカバー１２０とベースフレーム１２１を取り付けた状態を正面方向から見た斜視図である。図２Ｂは、本発明の実施形態にかかる素電池１０１と回路基板１０２にトップカバー１２０とベースフレーム１２１を取り付けた状態を裏面方向から見た斜視図である。

図２Ａ及び図２Ｂに示したように、素電池１０１、回路基板１０２、温度センサ１０３等は、ベースフレーム１２１とトップカバー１２０によって収納される。この際、温度センサ１０３が貼り付けられた熱伝導材１０４は両面テープ１３０でベースフレーム１２１に固定される。

回路基板１０２の放熱コンタクト１１２を形成した面（裏面）は、ベースフレーム１２１に対向する。ベースフレーム１２１には、ベースフレーム１２１を貫通する穴である開口が形成されている。開口内には放熱コンタクト１１２が露出している。

素電池１０１及び回路基板１０２は、両面粘着テープを用いてベースフレーム１２１に固定してもよいし、接着剤等を用いてもよい。トップカバー１２０は、例えば両面粘着テープを用いて素電池１０に固定してもよいし、接着剤等を用いてもよい。あるいはスナップフィット方式で固定してもよい。

ベースフレーム１２１、トップカバー１２０は、例えばポリカーボネート、ポリアミド、ポリエチレンテレフタレート、ポリプロピレンなどの絶縁性を有する樹脂材料を射出成形することで形成することができる。

最後に、ラベル１２２を装着すれば、図３Ａ、図３Ｂの斜視図に示されているような、素電池１０１、回路基板１０２、温度センサ１０３等を収納した本発明の電池パック１００が得られる。

なお、回路基板１０２の発熱に影響を受けない手段として、温度センサ１０３を素電池１０１の近傍に実装する方法もある。しかし、この場合、電池パック１００自体の厚みを増大させるため、薄型の電池パックが実現できない。

本発明は、電池パックの薄型化を維持したまま、素電池の温度が上昇した場合でも電池パックの安全性を向上させることができるという、従来にない顕著な効果を有する。

本発明の利用分野は特に制限はないが、大容量且つ急速充電が要求される電池パックとして広範囲に利用することができる。特に、携帯電話、携帯型コンピューター（例えばタブレット端末、ノート型パソコン等）、電子書籍端末などの携帯型情報端末に使用される電池パックとして好ましく利用することができる。

１００ 電池パック
１０１ 素電池
１０２ 回路基板
１０３ 温度センサ
１０４ 熱伝導材
１０５ リード線
１０６ 回路部品
１０７ コネクタ付きフレキシブル基板
１０８ 正極タブ
１０９ ブレーカータブ
１１０ 負極タブ
１１１ ブレーカー
１１２ 放熱コンタクト
１１３ 正極入力端子
１１４ 負極入力端子
１２０ トップカバー
１２１ ベースフレーム
１２２ ラベル
１３０、１３１ 両面テープ

Claims (4)

1. 素電池と、
   前記素電池に隣接して配置された回路基板と、
   前記素電池の温度を測定する温度センサとを備えた電池パックであって、
   前記温度センサは、前記回路基板から分離して配置されるとともに、電導材を介して前記回路基板と電気的に接続されており、
   前記温度センサは、熱伝導材により前記素電池に接続されていることを特徴とする電池パック。
2. 前記熱伝導材は、熱伝導率が０．５Ｗ／ｍ・Ｋ以上である請求項１に記載の電池パック。
3. 前記熱伝導材は、薄板状のアルミである請求項２に記載の電池パック。
4. 前記電導材は、リード線である請求項１に記載の電池パック。

Images