JP3634657B2 - 保護素子を備えるパック電池 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電池が異常な高温になるのを防止する保護素子を内蔵しているパック電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電池は、過大な電流が流れるとき、あるいは、過充電される等の異常な状態で使用されるとき、高温になることがある。電池が異常な高温になるのを防止するために、パック電池には保護素子を内蔵させている。保護素子は、電池に密着して内蔵される。保護素子は、バイメタル、ＰＴＣ、温度ヒューズ、サーミスタ等を内蔵している。バイメタル、ＰＴＣ、温度ヒューズを内蔵する保護素子は、電池温度が設定温度よりも高くなると、バイメタルやＰＴＣやヒューズが電池に加熱される。加熱されたバイメタルは、接点を離して電流を遮断する。ＰＴＣは、急激に抵抗が大きくなって、電流をほとんど流れなくする。温度ヒューズは、溶断して電流を遮断する。サーミスタは、電池温度が高くなったことを検出して、この信号を出力する。サーミスタの信号は、電流を遮断するトランジスタやＦＥＴを制御して電流を遮断する。
【０００３】
保護素子を内蔵する従来のパック電池を図１に示す。この図のパック電池は、円筒電池１１の境界にできる谷間に保護素子１を配設している。保護素子１の斜視図を図２に示してる。この図の保護素子１は、円筒電池１１の表面に密着する山形の凸条１２をケース３に設けている。ケース３の凸条１２は、円筒電池１１の表面に、広い面積で接触できるように、円筒電池１１の表面に近似する曲率半径で湾曲させている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
図１のパック電池は、図３の断面図に示すように、保護素子１を内蔵するために外装ケース４を厚くする必要がある。電池の表面よりも高く突出している保護素子１を内蔵させるために、外装ケース４を厚くするからである。この欠点は、保護素子１を電池の表面から突出しない大きさとして解消できる。しかしながら、保護素子１を電池の谷間に収納して、表面から突出しない大きさとすることは実際には難しい。このため、保護素子１がパック電池全体を厚くする欠点がある。
【０００５】
この欠点は、たとえば携帯電話のように、できるかぎり薄いパック電池が要求される用途に極めて大きな障害となる。全体を薄くするパック電池は、図４の断面図に示すように、両面を平面状とする角形電池１３を内蔵する。電池を薄い形状にするほど、電池の間にできる谷間も狭くなる。このため、ここに保護素子１を配設すると、外装ケース４が厚くなって、薄い角形電池１３を使用するにもかかわらず、パック電池を薄くできなくなる。
【０００６】
さらに、電池の谷間に保護素子を配設して、外装ケースをできる限り薄くしようとすると、外装ケースを介して保護素子が電池に強く押圧される。保護素子を電池に強く押圧するパック電池は、金属外装缶に内蔵される電池のように、十分な強度のある電池を内蔵する場合には、大きな弊害とならない。しかしながら、非常に薄くて軽量化できるポリマー電池のように、金属外装缶を備えない電池においては、保護素子が電池の表面を局部的に強く押圧することは、決して好ましい状態ではない。それは、保護素子の押圧力が、電池に内蔵される電極体の局部に無理な圧力をかけて、内部ショート等の弊害の原因となるからである。
【０００７】
本発明は、従来のパック電池が有するこのような欠点を解決することを目的に開発されたもので、本発明の重要な目的は、パック電池を薄くできると共に、保護素子を電池の表面に接近して、しかも保護素子が電池の電極体に無理な圧力を作用させるのを少なくできる保護素子を備えるパック電池を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１のパック電池は、素電池２の表面に、電池が異常な高温で使用されるのを防止する保護素子１を側部に配設している。素電池２は、両側面を湾曲面とする角型電池である。保護素子１は、素電池２の湾曲している側面に接触されるケース３と、ケース３に内蔵されて、電池温度で電池に流れる電流を制御し、あるいは電池に流れる電流を制御する信号を出力する感熱部７とを備える。さらに、保護素子１のケース３は、角型電池の側面に沿って長手方向に延長されてなる細長い形状に形成されると共に、電池の側面に接触する接触面に、湾曲している側面を嵌入できる縦溝６を設けている。保護素子１は、ケース３の縦溝６に素電池２の側面を入れて、保護素子１のケース３を素電池２の側面に接触させるようにしている。
【００１１】
本発明の請求項２のパック電池は、保護素子１のケース３の縦溝６を、素電池２の側面に沿うＵ溝とし、あるいは素電池２の側面を挿入できるＶ溝、あるいは底面に平面部のあるＶ溝のいずれかの形状としている。
【００１２】
本発明の請求項３のパック電池は、素電池２としてポリマー二次電池を内蔵している。
【００１３】
本発明の請求項４のパック電池は、保護素子１の感熱部７を、電池温度が設定温度になると電流を遮断するバイメタル１０、ＰＴＣまたは温度ヒューズ８とし、請求項５のパック電池は、保護素子１の感熱部７を、電池温度で抵抗が変化する温度センサーとしている。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想を具体化するための保護素子を備えるパック電池を例示するものであって、本発明は保護素子を備えるパック電池を以下のものに特定しない。
【００１５】
さらに、この明細書は、特許請求の範囲を理解しやすいように、実施例に示される部材に対応する番号を、「特許請求の範囲の欄」、および「課題を解決するための手段の欄」に示される部材に付記している。ただ、特許請求の範囲に示される部材を、実施例の部材に特定するものでは決してない。
【００１６】
図５の断面図に示すパック電池は、素電池２の側面に密着するように保護素子１を固定している。保護素子１は、テープを介して素電池２に固定され、あるいは、接着して素電池２の側面に接触して固定される。素電池２と保護素子１は、図の鎖線で示すように、外装ケース４に入れられ、あるいは、熱収縮チューブで被覆される。
【００１７】
素電池２はリチウムポリマー電池であって、両側面を湾曲面とする角型電池である。素電池２は、正極板と負極板とをセパレータを介して積層している電極体の表面を、プラスチックフィルムからなる外装フィルムで気密に密閉している。外装フィルムは、素電池２の平面部でラップされてラップ部を気密に密着して筒状としている。筒状の外装フィルムは、両端部分を電極体から突出させて突出部分を気密に溶着して、一方の溶着部分には、電極体に接続しているリード板５を気密に吸着している。
【００１８】
素電池２は、両面を平面状として、両側面を図５に示すように湾曲面とするリチウムイオン二次電池も使用できる。リチウムイオン二次電池は、アルミニウム、アルミニウム合金、表面をメッキした鉄製の外装缶に、電極体を入れて封口板で気密に密閉したものである。
【００１９】
図５に示すパック電池は、ひとつの素電池２を内蔵している。パック電池は、複数の素電池２を内蔵することもできる。複数の素電池２を内蔵するパック電池は、図６に示すように、複数の素電池２を同一平面上に並べて横に平行に配列して、保護素子１をパック電池の側部に配設する。
【００２０】
保護素子１は、ケース３に感熱部を内蔵している。ケース３はプラスチックで成形している。ただ、ケースは金属板をプレス成形して製作することもできる。ケース３は、図７の平面図に示すように、素電池２の長手方向に沿って延長されてなる細長い形状で、図８に示すように、素電池２の側面に接触する接触面に縦溝６を設けている。ケース３は、図５の断面図に示すように、縦溝６に素電池２の側部を入れて素電池２に接触させる。図５と図８に示す保護素子１は、ケース３の縦溝６の形状を、素電池２の側面に沿う湾曲面、いいかえると、素電池２の側面の湾曲面にほぼ等しい曲率半径で湾曲させている。この構造の保護素子１は、接触面をより広い面積で素電池２の側面に接触できる。広い面積で素電池２に接触する保護素子１は、電池の熱を効率よく伝導して、高感度に電池の温度を検出できる。
【００２１】
だた、ケース３の接触面は、図９と図１０に示すように、素電池２の側部を挿入できるＶ溝、または底面に平面部のあるＶ溝とすることもできる。図９に示す保護素子１は、図１１の断面図に示すように、素電池２の側面に２列で接触して接近する。さらに、Ｖ溝の底面を平面とする保護素子１は、図１２に示すように、素電池２の側面に３列で接触して接近する。
【００２２】
保護素子１は感熱部を内蔵している。感熱部は、ケース３を介して電池に加熱される。感熱部は、電池の温度を検出して、電池に流れる電流を制御する。図１３に示す保護素子１は、感熱部７として温度ヒューズ８を内蔵している。温度ヒューズ８は、保護素子１のケース３に互いに絶縁状態で固定されるリード板９に、スポット溶接して固定される。温度ヒューズ８は、電池に加熱されて溶断される。温度ヒューズ８は、電池温度が設定温度まで上昇すると溶断して、電池に流れる電流を遮断する。
【００２３】
図１４の断面図に示す保護素子１は、感熱部７としてバイメタル１０を内蔵している。バイメタル１０はケース３を介して電池に加熱されて変形する。バイメタル１０は、電池の温度が設定温度まで上昇すると、熱で変形されて接点をオフに切り換えて、電池に流れる電流を遮断する。図示しないが、保護素子は、温度ヒューズやバイメタルに代わって、感熱部としてＰＴＣを使用することもできる。ＰＴＣは、電池に加熱されて、電池温度が設定温度になると電気抵抗が急激に大きくなって電池にほとんど電流が流れないように制御する。
【００２４】
温度ヒューズ、ＰＴＣ、バイメタル等の感熱部は、電池と直列に制御されて、電池に流れる電流を制御する。感熱部には、サーミスタも使用できる。サーミスタは、電池の温度で抵抗が変化する。ただ、サーミスタは直接に電池の電流を制御しない。サーミスタは電池の温度を検出する信号を出力し、この信号で電池と直列に接続しているトランジスタやＦＥＴを制御して、電池に流れる電流を制御する。
【００２５】
【発明の効果】
本発明の保護素子を備えるパック電池は、パック電池を薄くできると共に、保護素子を電池の表面に接近させて配設できる特長がある。それは、本発明の保護素子を備えるパック電池が、保護素子のケースを、電池の長手方向に沿って延長して細長い形状に形成すると共に、電池と接触する接触面に縦溝を設けており、この縦溝に電池の表面を入れてケースを電池の表面に接触させているからである。この構造の保護素子は、ケースに設けられた縦溝に電池の表面を入れる状態で配設できるので、電池の表面に接近して配設できると共に、広い表面積で電池に接触できる特長がある。したがって、本発明の保護素子を備えるパック電池は、保護素子を電池の表面に接近して配設してパック電池を薄くできると共に、広い接触面積で電池に接触する保護素子の感熱部で電池温度を正確に検出できる特長がある。
【００２６】
さらに、本発明の保護素子を備えるパック電池は、パック電池を薄くできることに加えて、保護素子が電池の電極体に無理な圧力を作用させるのを極減できる特長がある。それは、本発明の保護素子を備えるパック電池が、内蔵する素電池を、両側面を湾曲面とする角型電池としており、この角型電池の湾曲する側面を保護素子のケースの縦溝に嵌入して、ケースを素電池の側面に接触させているからである。側面に配設される保護素子は、従来のようにパック電池を厚くすることなく、薄い角型電池を理想の状態で内蔵してパック電池を薄くできる。さらに、角型電池は、平面状の両面に比べて、湾曲する両側面の方が押圧力に対して強い性質があるので、この部分に保護素子を配設することによって、電池の電極体に無理な圧力を作用させるのを極減できる特長が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の保護素子を内蔵するパック電池の内部を示す平面図
【図２】図１に示すパック電池に内蔵される保護素子の斜視図
【図３】図１に示すパック電池の断面図
【図４】従来の保護素子を内蔵するパック電池の他の一例を示す断面図
【図５】本発明の実施例の保護素子を備えるパック電池の断面図
【図６】本発明の他の実施例の保護素子を備えるパック電池の断面斜視図
【図７】図５に示すパック電池の平面図
【図８】図５に示すパック電池に内蔵される保護素子の斜視図
【図９】本発明の他の実施例の保護素子の斜視図
【図１０】本発明の他の実施例の保護素子の斜視図
【図１１】図９に示す保護素子を内蔵するパック電池の断面図
【図１２】図１０に示す保護素子を内蔵するパック電池の断面図
【図１３】温度ヒューズを内蔵する保護素子の内部構造を示す平面図
【図１４】バイメタルを内蔵する保護素子の内部構造を示す断面図
【符号の説明】
１…保護素子
２…素電池
３…ケース
４…外装ケース
５…リード板
６…縦溝
７…感熱部
８…温度ヒューズ
９…リード板
１０…バイメタル
１１…円筒電池
１２…凸条
１３…角型電池

Claims (5)

1. 素電池（２）の表面に、電池が異常な高温で使用されるのを防止する保護素子（１）を側部に配設しているパック電池であって、素電池（２）は、両側面を湾曲面とする角型電池で、保護素子（１）は、素電池（２）の湾曲している側面に接触されるケース（３）と、ケース（３）に内蔵されて、電池温度で電池に流れる電流を制御し、あるいは電池に流れる電流を制御する信号を出力する感熱部（７）とを備え、保護素子（１）のケース（３）は、角型電池の側面に沿って長手方向に延長されてなる細長い形状に形成されると共に、電池の側面に接触する接触面に、湾曲している側面を嵌入できる縦溝（６）を設けており、縦溝（６）に素電池（２）の側面を入れて、保護素子（１）のケース（３）を素電池（２）の側面に接触させるように構成してなることを特徴とする保護素子を備えるパック電池。
2. 縦溝（６）が素電池（２）の側面に沿うＵ溝、あるいは素電池（２）の側面を挿入できるＶ溝または底面に平面部のあるＶ溝のいずれかである請求項１に記載される保護素子を備えるパック電池。
3. 素電池（２）がポリマー二次電池である請求項１に記載される保護素子を備えるパック電池。
4. 感熱部（７）が、電池温度が設定温度になると電流を遮断するバイメタル（１０）、ＰＴＣまたは温度ヒューズ（８）を備える請求項１に記載される保護素子を備えるパック電池。
5. 感熱部（７）が、電池温度で抵抗が変化する温度センサーである請求項１に記載される保護素子を備えるパック電池。

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