JP3819703B2 - Battery protection part and battery pack having protection part - Google Patents

Battery protection part and battery pack having protection part Download PDF

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は二次電池を過充電から防止する保護部品と、この保護部品を備えるパック電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
二次電池は、過充電されると性能が著しく低下する。過充電を防止するために、充電回路は、充電している電池の電圧が設定電圧まで上昇すると充電を停止する回路を備える。充電回路が故障し、あるいは雑音等の影響で正常に動作しないときに、電池が過充電されるのを防止するために、パック電池には保護部品を内蔵させている。さらに、保護部品を内蔵するパック電池は、保護部品で充電を制御して充電することにより、充電回路を簡単な回路にできる。電圧を検出して充電を停止する回路を省略できるからである。
【０００３】
図１は保護部品２２を内蔵するパック電池の回路図である。この図の保護部品２２は、電池２１と並列に接続している発熱素子２３と、この発熱素子２３に熱結合されると共に、電池２１と出力端子２５との間に接続している感熱遮断素子２４とを備える。発熱素子２３は、図２に示す電圧−電流特性を示し、設定電圧よりも高い状態で電気抵抗が小さくなって電流が増加する定電圧特性を有する素子である。発熱素子２３は、電池電圧が設定電圧よりも高くなると電流が増加して発熱し、熱結合している感熱遮断素子２４を加熱する。感熱遮断素子２４は、ＰＴＣで設定温度よりも高温になると、電気抵抗が急激に増加して電池に流れる電流を制限する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
図１に示す保護部品２２は、二次電池２１の過充電を保護できる。しかしながら、この構造を実現する保護部品は、発熱素子とＰＴＣを内蔵し、かつ、発熱素子とＰＴＣとを熱結合して独特の配列で配設する必要があって、製造コストが高くなり、また大きくなる欠点がある。また、発熱素子と感熱遮断素子を理想的な状態で熱結合するのも難しい。熱結合が充分でないと、発熱素子の発熱で感熱遮断素子を有効に加熱できなくなって、感熱遮断素子の抵抗増加に時間遅れが発生し、あるいは、定温で正常に動作しなくなる欠点もある。
【０００５】
本発明は、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ある。本発明の重要な目的は、極めてシンプルな構造で、発熱素子と感熱遮断素子とを理想的な状態に配列でき、さらに、安価に多量生産してコンパクトにできる保護部品とこの保護部品を内蔵するパック電池を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の電池の保護部品は、電池に接続されて電池電圧が設定電圧よりも高くなると発熱する発熱素子３と、この発熱素子３に熱結合されると共に、出力端子５と電池との間に接続されて、設定温度よりも高温になると電気抵抗が大きくなって電池に流れる電流を制限する感熱遮断素子４とを備える。保護部品２は、充電される電池の電圧が設定電圧よりも高くなると、発熱素子３に流れる電流が大きくなって発熱素子３が発熱し、発熱した発熱素子３が感熱遮断素子４を加熱して電池に流れる電流を制限している。感熱遮断素子４は、設定温度よりも高くなると電気抵抗が大きくなるシート状の感熱層４Ａと、この感熱層４Ａの両面に電気接続して積層している第１電極層４Ｂ及び第２電極層４Ｃとを備える。第１電極層４Ｂの表面には、絶縁層６を介して発熱素子３を配設している。感熱遮断素子４が、導電性を有する中間層４Ａｃの両面に第１感熱層４Ａａと第２感熱層４Ａｂとを積層してなる感熱層４Ａを有し、中間層４Ａｃを介して第１感熱層４Ａａと第２感熱層４Ａｂを直列に接続し、発熱素子３の一端が、感熱遮断素子４に設けられたスルーホール１０を介して第１感熱層４Ａａをバイパスして中間層４Ａｃに電気接続される。
また、感熱層４Ａの両面に第１電極層４Ｂと第２電極層４Ｃを積層してなる感熱遮断素子４を、互いに直列に接続してなる第１感熱遮断素子４ａと第２感熱遮断素子４ｂに分割し、発熱素子３の一端が、感熱遮断素子４に設けられたスルーホール１０を介して第２感熱遮断素子４ｂに電気接続される。
【０００７】
本発明のパック電池は、出力端子５と電池との間に、電池の過充電を保護する保護部品２を接続している。この保護部品２には、請求項１に記載される保護部品２を使用している。
【０００８】
保護部品は、絶縁層６の表面に導電パターン層７を積層して、この導電パターン層７に発熱素子３を接続することができる。さらに、保護部品は、感熱遮断素子４をＰＴＣ素子とすることができる。
【０００９】
保護部品は、全体の形状を細長くして、両端部に電池の＋−の電極に接続される一対の電極接続リード８を接続することができる。さらに、保護部品は、電池の＋−の電極に接続される２本の電極接続リード８と、感熱遮断素子４に接続している出力接続リード９とを備える構造として、出力接続リード９を感熱遮断素子４を接続している電極接続リード８と同じ側の端部に接続することができる。
【００１０】
さらに、保護部品は、絶縁層６の表面に、発熱素子３と出力接続リード９を接続する導電パターン層７を設けて、この導電パターン層７に発熱素子３と出力接続リード９を接続することができる。
【００１４】
さらに、本発明のパック電池は、保護部品２を、角型電池の凸部電極１Ｂに隣接して肩部に配設し、あるいは、電池の底部に配設することができる。さらに、本発明のパック電池は、保護部品２の感熱遮断素子４を、電池の熱で加熱されるように電池に接近して配設することもできる。
【００１５】
【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部品２とパック電池を例示するものであって、本発明は保護部品２とパック電池を以下のものに特定しない。
【００１６】
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。
【００１７】
図３に示すパック電池は、二次電池１に保護部品２を接続している。保護部品２は、発熱素子３と感熱遮断素子４とを備え、発熱素子３を二次電池１と並列に接続して、感熱遮断素子４を出力端子５と二次電池１との間に接続している。
【００１８】
発熱素子３は、図２に示すように、電池に並列に接続されて電池電圧が設定電圧よりも高くなると、発熱する特性を示すものが全て使用できる。最も簡単な発熱素子は、定電圧ダイオード３Ａである。ただ、定電圧ダイオード３Ａのみでは、図２に示す理想的な電圧−電流特性を実現するのが難しい。好ましい発熱素子は、図３に示すように、定電圧ダイオード３Ａとスイッチング素子３Ｂを組み合わせた回路、あるいは、さらに複雑な回路でより理想に近い定電圧特性のものである。なお、スイッチング素子３Ｂと並列にダイオードを接続し、当該ダイオードを利用して、二次電池１の逆充電時にダイオードが発熱するようにして、これを感熱遮断素子４に熱結合するようにしてもよい。スイッチング素子３ＢとしてＭＯＳＦＥＴを使用すれば、当該ＦＥＴの寄生ダイオードが上記ダイオードの代わりとなる。また、スイッチング素子３Ｂと直列に抵抗素子を接続し、当該抵抗素子の熱も感熱遮断素子４に伝えるようにしてもよい。
【００１９】
発熱素子３は、充電される電池の電圧が設定電圧よりも高くなると電気抵抗が低下して、両端の電圧を一定に保持する。したがって、電池電圧が設定電圧よりも高くなると、充電電流をバイパスして電池に電流を流さないように制御する。この状態で発熱素子３に流れる電流は、ジュール熱で発熱素子３を加熱する。
【００２０】
感熱遮断素子４は、発熱素子３に熱結合して配設されて、発熱素子３の発熱で加熱される。感熱遮断素子４は、設定温度よりも高温に加熱されると、電気抵抗が急激に増加する素子であって、たとえば、ＰＴＣが使用できる。ただし、感熱遮断素子４には、設定温度よりも高く加熱されると電気抵抗が増加する全ての素子が使用できる。感熱遮断素子４は、出力端子５と二次電池１との間に接続されている。したがって、感熱遮断素子４が設定温度よりも高温になると、電気抵抗が大きくなって二次電池１に流れる電流を制限する。
【００２１】
したがって、図３の保護部品２は、充電される電池の電圧が設定電圧よりも高くなると、発熱素子３に流れる電流が大きくなって発熱素子３が発熱し、発熱した発熱素子３が感熱遮断素子４を加熱して二次電池１に流れる電流を制限する。
【００２２】
保護部品２の断面構造を図４に示す。この保護部品２の感熱遮断素子４は、設定温度よりも高くなると電気抵抗が大きくなるシート状の感熱層４Ａと、この感熱層４Ａの両面に電気接続して積層している第１電極層４Ｂ及び第２電極層４Ｃとを備える。感熱遮断素子４の第１電極層４Ｂの表面に、絶縁層６を介して発熱素子３を配設している。
【００２３】
図５は図４に示す保護部品２の平面図であり、図６は図４に示す保護部品２を構成している各々の層の平面図である。これ等の図に示す保護部品２は、下から順番に第２電極層４Ｃ、感熱層４Ａ、第１電極層４Ｂ、絶縁層６、導電パターン層７を積層している。導電パターン層７は絶縁層６の表面に積層され、この導電パターン層７に発熱素子３を接続している。さらに、図の保護部品２は、全体の形状を細長い形状として、その両端部に電池の＋−の電極に接続する一対の電極接続リード８を接続している。一対の電極接続リード８は、一方を第２電極層４Ｃに接続して、他方を導電パターン層７に接続している。この保護部品２は、２本の電極接続リード８と出力接続リード９からなる３端子のリードを備えており、出力接続リード９を感熱遮断素子４の第１電極層４Ｂに接続している。出力接続リード９は、感熱遮断素子４を接続している電極接続リード８、図において右側に突出している電極接続リード８と同じ側の端部に接続している。この構造の保護部品２は、電極接続リード８と出力接続リード９が電池を短絡させる故障を有効に防止できる。電池の＋−の電極に接続されるリードを、両端に配設しているからである。
【００２４】
図の絶縁層６は、その表面に、発熱素子３と出力接続リード９を接続するために、両端部と中間部とに絶縁して３つの導電パターン層７を設けている。図において、左端と中間の導電パターン層７に発熱素子３を接続し、右端の導体パターン７に出力接続リード９を接続している。
【００２５】
発熱素子３に接続している中間の導電パターン層７は、第１電極層４Ｂを絶縁状態で貫通するスルーホール１０で第２電極層４Ｃに接続される。出力接続リード９を接続している右端の導電パターン層７は、第２電極層４Ｃまで延長されて第２電極層４Ｃを絶縁状態で貫通しているスルーホール１０でもって第１電極層４Ｂに接続される。
【００２６】
この構造の保護部品２は、以下のようにして製造される。
(1) 感熱層４Ａを２枚の金属箔で挟み、金属箔を感熱層４Ａに接着する。金属箔は、熱圧着して接着したり、あるいは銀ペースト等の導電性接着剤を使用して接着する。感熱層４Ａにはポリスイッチを使用する。ただし、感熱層４Ａは、ポリスイッチに限らず、セラミック系のＰＴＣも使用できる。
(2) 感熱層４Ａに接着した金属箔を、図６の平面図に示すように、エッチングして一部を除去する。第１電極層４Ｂとなる金属箔は、発熱素子３に接続している導電パターン層７に接続されるスルーホール１０を絶縁するように、リング状に除去する。第２電極層４Ｃとなる金属箔は、出力接続リード９を接続している導電パターン層７に接続しているスルーホール１０を絶縁するようにリング状に除去する。
(3) ３つの導電パターン層７を設けた絶縁層６を第１電極層４Ｂに接着する。絶縁層６は絶縁性の接着材を使用して接着し、あるいは熱圧着して接着する。３つの導電パターン層７は、絶縁層６を第１電極層４Ｂに接着した後にエッチングして設けることもできる。
(4) 導電パターン層７と絶縁層６と第１電極層４Ｂと感熱層４Ａと第２電極層４Ｃを貫通してスルーホール１０を設ける。スルーホール１０は、中間の導電パターン層７と右端の導電パターン層７を貫通して設ける。
(5) スルーホール１０の内面に金属メッキをして、スルーホール１０の内面に導電膜を設ける。
(6) 最後に、左端と中間の導電パターン層７に発熱素子３を固定し、さらに、両端の導電パターン層７と第２電極層４Ｃにリードを固定する。発熱素子３とリードは、ハンダ付けして固定する。リードには、ニッケル板を使用する。ただ、リードにはアルミニウム板も使用できる。また、鉄や銅等の金属プレートの表面を、ニッケル、銀、金メッキした金属板も使用できる。発熱素子やリードのハンダ付け位置を正確にするために、第２電極層である金属箔や、絶縁層の表面に、ハンダ付けしない部分にレジストやシルク印刷で絶縁皮膜を設けることもできる。また、第２電極層の下面に、さらに銅箔基板を貼り付けることもできる。さらに、図において右側に突出させている電極接続リード８と出力接続リード９とを絶縁するために、この間に絶縁物を配設することもできる。
【００２７】
以上の方法で製造された保護部品２は、図７に示すように二次電池１に接続してパック電池として組み立てられる。このパック電池は、二次電池１の底部の肩部に保護部品２を配設している。保護部品２は、一方の電極接続リード８を缶底１Ａに、他方の電極接続リード８を凸部電極１Ｂにスポット溶接等の方法で接続している。出力接続リード９は、パック電池の−側の出力端子（図示せず）に接続される。図のパック電池は、たとえば、ニッケルとアルミニウムのクラッド材１１を介して、一方の電極接続リード８を缶底１Ａに接続している。この構造はアルミニウム缶に電極接続リード８を接続するのに適している。凸部電極１Ｂに接続する電極接続リード８と二次電池１との間には、絶縁シート１２を配設している。
【００２８】
図８に示すパック電池は、二次電池１の凸部電極１Ｂに隣接して、その肩部に保護部品２を配設している。ここに配設する保護部品２は、図９に示すように、図４に示す保護部品２とは、発熱素子３の接続方向を逆向きにしている。その他は、図４の保護部品２と同じ構造としている。このパック電池は、保護部品２の一方の電極接続リード８を二次電池１の凸部電極１Ｂに、他方の電極接続リード８をクラッド材１１を介して外装缶にスポット溶接等の方法で接続している。出力接続リード９は、パック電池の＋側の出力端子（図示せず）に接続される。このパック電池の回路図を図１０に示す。
【００２９】
以上の構造の保護部品２は、発熱素子３の方向を変更する以外は同じ構造として、二次電池１の凸部電極１Ｂ側と缶底１Ａ側のいずれにも理想的な配置で固定できる。図７と図８のパック電池は、アルミニウム缶のリチウムイオン二次電池であって、凸部電極１Ｂを−極とする電池に保護部品２を接続するのに適している。
【００３０】
図１１と図１２は、凸部電極１Ｂを＋極とする鉄缶であるリチウムイオン二次電池を内蔵するパック電池の配置を示す。図１１のパック電池は、保護部品２を凸部電極１Ｂ側の肩部に配設している。図１２のパック電池は、保護部品２を缶底１Ａ側に配設している。図１１のパック電池に内蔵される保護部品２は、図４に示す保護部品２と同じ構造のもので、図１２のパック電池に内蔵される保護部品２は、図９に示す保護部品２と同じ構造のものである。これ等のパック電池も、発熱素子３の接続方向を逆にして、凸部電極１Ｂ側と缶底１Ａ側に理想的な状態で配設できる保護部品２となる。図１１のパック電池の回路図を図１３に示し、図１２のパック電池の回路図を図１４に示している。
【００３１】
さらに、図１５は、保護部品２を上下反転して、すなわち、発熱素子３を二次電池１と対向する面に配設して、二次電池１に固定するパック電池を示す。この図のパック電池に内蔵される保護部品２を図１６と図１７に示す。これらの図の保護部品２は、図４に示す保護部品２と同じように、下から順番に第２電極層４Ｃ、感熱層４Ａ、第１電極層４Ｂ、絶縁層６、導電パターン層７を積層している。これ等の積層構造は、図４の保護部品２と同じである。ただ、この保護部品２は、図４の保護部品２とは、導電パターン層７の形状と、スルーホール１０の位置と、出力接続リード９を接続する位置と方向とが異なっている。
【００３２】
導電パターン層７は、図１８に示すように、ふたつに分割して、分割された導電パターン層７に発熱素子３を接続している。スルーホール１０は、図において左側の導電パターン層７である片方の導電パターン層７を第１電極層４Ｂに接続している。図１７の保護部品２は、スルーホール１０を第２電極層４Ｃまで延長しているが、第２電極層４Ｃには電気接続していない。出力接続リード９は、図において細長い第２電極層４Ｃの左端部から突出するように接続している。この保護部品２は、図１９の回路図に示すように、感熱遮断素子４を電池の＋側に接続しているので、出力接続リード９を＋側の電極接続リード８を突出させる側である左端に接続している。出力接続リード９が電極接続リード８に接触しても、電池を短絡させないようにするためである。
【００３３】
さらに、図２０に示すパック電池は、感熱遮断素子４の中間を発熱素子３に接続している。このパック電池は、発熱素子３が感熱遮断素子４を介して二次電池１に接続され、また感熱遮断素子４を介して出力端子５に接続される。この構造のパック電池は、二次電池１と発熱素子３との間に接続された感熱遮断素子４によって、万一発熱素子３が故障してショートしても、電池にショート電流が流れるのを防止できる。このため、保護部品２が二次電池１をより安全に保護して、パック電池の信頼性をさらに高くできる。
【００３４】
このパック電池に内蔵される保護部品２の積層構造を図２１に、平面図を図２２に示し、さらに、保護部品２を構成している各々の層の平面図を図２３に示す。この保護部品２の感熱遮断素子４は、導電性を有する中間層４Ａｃの両面に第１感熱層４Ａａと第２感熱層４Ａｂとを積層してなる感熱層４Ａを有し、中間層４Ａｃを介して第１感熱層４Ａａと第２感熱層４Ａｂを直列に接続している。したがって、この保護部品２は、下から順番に第２電極層４Ｃ、第２感熱層４Ａｂ、中間層４Ａｃ、第１感熱層４Ａａ、第１電極層４Ｂ、絶縁層６、導電パターン層７を積層する構造としている。中間層４Ａｃは、第１電極層４Ｂと第２電極層４Ｃと同じように金属箔や導電ペーストで製作できる。導電パターン層７は、図４ないし図６の保護部品２と同じ形状で、絶縁層６の表面に積層されている。この導電パターン層７に発熱素子３を接続している。
【００３５】
さらに、発熱素子３に接続される中間の導電パターン層７は、第１電極層４Ｂと第２電極層４Ｃを絶縁状態で貫通するスルーホール１０で中間層４Ａｃに接続される。出力接続リード９を接続している右端の導電パターン層７は、中間層４Ａｃから第２電極層４Ｃまで絶縁状態で貫通するように延長しているスルーホール１０でもって第１電極層４Ｂに接続される。
【００３６】
この保護部品２を内蔵するパック電池の配置を図２４に示す。図に示すように、この保護部品２は、二次電池１に接続してパック電池として組み立てられる。このパック電池は、二次電池１の凸部電極１Ｂに隣接して肩部に保護部品２を配設している。保護部品２は、一方の電極接続リード８を凸部電極１Ｂに、他方の電極接続リード８を外装缶にスポット溶接等の方法で接続している。出力接続リード９は、パック電池の＋側の出力端子（図示せず）に接続される。
【００３７】
さらに、図２０に示す回路図のパック電池は、図２５に示す構造の保護部品２を内蔵させることもできる。この保護部品２は、感熱層４Ａの両面に第１電極層４Ｂと第２電極層４Ｃを積層してなる感熱遮断素子４を、互いに直列に接続してなる第１感熱遮断素子４ａと第２感熱遮断素子４ｂに分割している。図２６は、この保護部品２の平面図であり、図２７は、この保護部品２を構成している各々の層の平面図である。この図に示す保護部品２は、図４の保護部品２と同じように、下から順番に第２電極層４Ｃ、感熱層４Ａ、第１電極層４Ｂ、絶縁層６、導電パターン層７を積層している。感熱遮断素子４を、第１感熱遮断素子４ａと第２感熱遮断素子４ｂに分割するために、感熱層４Ａと第２電極層４Ｃを同じ位置で分割している。
【００３８】
保護部品２には２つのスルーホール１０を設けている。一方のスルーホール１０は、発熱素子３に接続している中間の導電パターン層７を、第１感熱遮断素子４ａの第１電極層４Ｂに接続する。このスルーホール１０は、第１感熱遮断素子４ａの第２電極層４Ｃを絶縁状態で貫通している。他方のスルーホール１０は、出力接続リード９を接続する導電パターン層７を第１感熱遮断素子４ａの第２電極層４Ｃに接続している。このスルーホール１０は、第１電極層４Ｂを絶縁状態で貫通している。さらに、第２感熱遮断素子４ｂの第２電極層４Ｃに、電極接続リード８を接続している。
【００３９】
この構造の保護部品２は、導電パターン層７に発熱素子３を接続し、図２４に示すように二次電池１に接続される。
【００４０】
【発明の効果】
本発明の保護部品とパック電池は、極めてシンプルな構造で、発熱素子と感熱遮断素子とを理想的な状態に配列できると共に、安価に多量生産してコンパクトにできる特長がある。それは、本発明の保護部品が、熱遮断素子を、シート状の感熱層の両面に第１電極層と第２電極層を積層した構造としており、第１電極層の表面に、絶縁層を介して発熱素子を配設しているからである。本発明の保護部品は、発熱素子と感熱遮断素子とを確実に熱結合できるので、発熱素子の発熱で感熱遮断素子を有効に加熱して正常に動作させることができる。さらに、本発明の保護部品は、極めて簡単かつシンプルな構造として、発熱素子と感熱遮断素子とを理想的に配列するので、全体をコンパクトにできると共に、製造コストを低減して、安価に多量生産できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の保護部品を内蔵するパック電池の回路図
【図２】発熱素子の電圧−電流特性を示すグラフ
【図３】本発明の実施例１のパック電池の回路図
【図４】図３に示すパック電池の保護部品の断面図
【図５】図４に示す保護部品の平面図
【図６】図４に示す保護部品を構成している各層の平面図
【図７】本発明の実施例１のパック電池の概略断面図
【図８】本発明の実施例２のパック電池の概略断面図
【図９】図８に示すパック電池の保護部品の断面図
【図１０】図８に示すパック電池の回路図
【図１１】本発明の実施例３のパック電池の概略断面図
【図１２】本発明の実施例４のパック電池の概略断面図
【図１３】図１１に示すパック電池の回路図
【図１４】図１２に示すパック電池の回路図
【図１５】本発明の実施例５のパック電池の概略断面図
【図１６】図１５に示すパック電池の保護部品の一例を示す断面図
【図１７】図１５に示すパック電池の保護部品の他の一例を示す断面図
【図１８】図１５に示すパック電池の保護部品の導電パターン層を示す平面図
【図１９】図１５に示すパック電池の回路図
【図２０】本発明の他の実施例のパック電池の回路図
【図２１】本発明の実施例６のパック電池の保護部品の断面図
【図２２】図２１に示す保護部品の平面図
【図２３】図２１に示す保護部品を構成している各層の平面図
【図２４】本発明の実施例６のパック電池の概略断面図
【図２５】本発明の実施例７のパック電池の保護部品の断面図
【図２６】図２５に示す保護部品の平面図
【図２７】図２５に示す保護部品を構成している各層の平面図
【符号の説明】
１…二次電池 １Ａ…缶底 １Ｂ…凸部電極
２…保護部品
３…発熱素子 ３Ａ…定電圧ダイオード
３Ｂ…スイッチング素子
４…感熱遮断素子
４Ａ…感熱層 ４Ａａ…第１感熱層 ４Ａｂ…第２感熱層
４Ａｃ…中間層
４Ｂ…第１電極層 ４Ｃ…第２電極層
４ａ…第１感熱遮断素子 ４ｂ…第２感熱遮断素子
５…出力端子
６…絶縁層
７…導電パターン層
８…電極接続リード
９…出力接続リード
１０…スルーホール
１１…クラッド材
１２…絶縁シート
２１…電池
２２…保護部品
２３…発熱素子
２４…感熱遮断素子
２５…出力端子[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a protective component that prevents a secondary battery from being overcharged, and a battery pack including the protective component.
[0002]
[Prior art]
When the secondary battery is overcharged, the performance is significantly reduced. In order to prevent overcharging, the charging circuit includes a circuit that stops charging when the voltage of the battery being charged rises to a set voltage. In order to prevent the battery from being overcharged when the charging circuit fails or does not operate normally due to the influence of noise or the like, a protection component is incorporated in the battery pack. Furthermore, the battery pack with a built-in protective component can be made a simple circuit by charging by controlling charging with the protective component. This is because the circuit for detecting the voltage and stopping charging can be omitted.
[0003]
FIG. 1 is a circuit diagram of a battery pack incorporating a protective component 22. The protective component 22 in this figure includes a heat generating element 23 connected in parallel with the battery 21, and a heat sensitive shut-off element connected to the heat generating element 23 and connected between the battery 21 and the output terminal 25. 24. The heat generating element 23 is an element having the voltage-current characteristic shown in FIG. 2 and having a constant voltage characteristic in which the electric resistance decreases and the current increases in a state higher than the set voltage. When the battery voltage becomes higher than the set voltage, the heat generating element 23 generates a current and generates heat, and heats the heat-sensitive shut-off element 24 that is thermally coupled. When the thermal shut-off element 24 becomes higher than the set temperature by PTC, the electric resistance rapidly increases and limits the current flowing through the battery.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
The protective component 22 shown in FIG. 1 can protect the overcharge of the secondary battery 21. However, the protective component that realizes this structure has a built-in heating element and a PTC, and it is necessary to thermally couple the heating element and the PTC to be arranged in a unique arrangement, which increases the manufacturing cost. There is a drawback that becomes larger. In addition, it is difficult to thermally couple the heat generating element and the thermal shut-off element in an ideal state. If the thermal coupling is not sufficient, the heat-sensitive shut-off element cannot be effectively heated due to the heat generated by the heat-generating element, and there is a disadvantage that a time delay occurs in the resistance increase of the heat-sensitive shut-off element, or it does not operate normally at a constant temperature.
[0005]
The present invention has been developed for the purpose of solving such drawbacks. An important object of the present invention is an extremely simple structure, in which a heating element and a thermal shutdown element can be arranged in an ideal state, and a protective component that can be mass-produced at low cost and made compact, and this protective component is incorporated. It is to provide a battery pack.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The battery protection component of the present invention is connected to the battery and generates heat when the battery voltage becomes higher than the set voltage, and is thermally coupled to the heat generating element 3 and between the output terminal 5 and the battery. A thermal shut-off element 4 is connected to limit the current flowing through the battery when the temperature is higher than the set temperature. When the voltage of the battery to be charged becomes higher than the set voltage, the protective component 2 increases the current flowing through the heat generating element 3 to generate heat, and the generated heat generating element 3 heats the thermal shutdown element 4. The current flowing through the battery is limited. The thermal shut-off element 4 includes a sheet-like thermal layer 4A whose electrical resistance increases when the temperature is higher than a set temperature, and a first electrode layer 4B and a second electrode layer that are electrically connected and laminated on both sides of the thermal layer 4A. 4C. The heating element 3 is disposed on the surface of the first electrode layer 4B with an insulating layer 6 interposed therebetween. The thermal shut-off element 4 has a thermal layer 4A formed by laminating a first thermal layer 4Aa and a second thermal layer 4Ab on both surfaces of the conductive intermediate layer 4Ac, and the first thermal layer through the intermediate layer 4Ac. 4Aa and the second heat sensitive layer 4Ab are connected in series, and one end of the heat generating element 3 is electrically connected to the intermediate layer 4Ac by bypassing the first heat sensitive layer 4Aa through the through hole 10 provided in the heat sensitive shut-off element 4. The
Further, a first thermal cutoff element 4a and a second thermal cutoff element 4b, in which a thermal shutdown element 4 formed by laminating the first electrode layer 4B and the second electrode layer 4C on both surfaces of the thermal layer 4A, are connected in series with each other. And one end of the heating element 3 is electrically connected to the second thermal cutoff element 4b through a through hole 10 provided in the thermal cutoff element 4.
[0007]
In the battery pack of the present invention, a protective component 2 that protects overcharge of the battery is connected between the output terminal 5 and the battery. The protective component 2 described in claim 1 is used as the protective component 2.
[0008]
In the protective component, the conductive pattern layer 7 is laminated on the surface of the insulating layer 6, and the heat generating element 3 can be connected to the conductive pattern layer 7. Further, the protective component can make the thermal shut-off element 4 a PTC element.
[0009]
The protective component can be elongated in overall shape, and a pair of electrode connection leads 8 connected to the + and-electrodes of the battery can be connected to both ends. Furthermore, the protective component has a structure including two electrode connection leads 8 connected to the + and-electrodes of the battery and an output connection lead 9 connected to the thermal shut-off element 4. It can be connected to the end on the same side as the electrode connection lead 8 to which the blocking element 4 is connected.
[0010]
Further, the protective component is provided with a conductive pattern layer 7 for connecting the heating element 3 and the output connection lead 9 on the surface of the insulating layer 6, and the heating element 3 and the output connection lead 9 are connected to the conductive pattern layer 7. Can do.
[0014]
Furthermore, in the battery pack of the present invention, the protective component 2 can be disposed on the shoulder adjacent to the convex electrode 1B of the square battery, or can be disposed on the bottom of the battery. Furthermore, in the battery pack of the present invention, the thermal shut-off element 4 of the protective component 2 can be disposed close to the battery so as to be heated by the battery heat.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. However, the following examples illustrate the protective component 2 and the battery pack for embodying the technical idea of the present invention, and the present invention does not specify the protective component 2 and the battery pack as follows. .
[0016]
Further, in this specification, in order to facilitate understanding of the scope of claims, the numbers corresponding to the members shown in the examples are referred to as “the scope of claims” and “the means for solving the problems”. It is added to the member shown by. However, the members shown in the claims are not limited to the members in the embodiments.
[0017]
In the battery pack shown in FIG. 3, the protection component 2 is connected to the secondary battery 1. The protective component 2 includes a heating element 3 and a thermal shutdown element 4, the heating element 3 is connected in parallel with the secondary battery 1, and the thermal shutdown element 4 is connected between the output terminal 5 and the secondary battery 1. is doing.
[0018]
As shown in FIG. 2, all of the heat generating elements 3 exhibiting characteristics of generating heat when connected in parallel to the battery and the battery voltage becomes higher than the set voltage can be used. The simplest heating element is a constant voltage diode 3A. However, it is difficult to realize the ideal voltage-current characteristics shown in FIG. 2 with only the constant voltage diode 3A. As shown in FIG. 3, a preferred heating element is a circuit combining a constant voltage diode 3A and a switching element 3B, or a more complex circuit having a constant voltage characteristic that is closer to ideal. Note that a diode is connected in parallel with the switching element 3B, and the diode is used to generate heat when the secondary battery 1 is reversely charged, and this is thermally coupled to the thermal shutdown element 4. Good. If a MOSFET is used as the switching element 3B, a parasitic diode of the FET is substituted for the diode. Alternatively, a resistance element may be connected in series with the switching element 3B so that the heat of the resistance element is also transmitted to the thermal shutdown element 4.
[0019]
When the voltage of the battery to be charged becomes higher than the set voltage, the heat generating element 3 decreases its electrical resistance and keeps the voltage at both ends constant. Therefore, when the battery voltage becomes higher than the set voltage, the charging current is bypassed and control is performed so that no current flows through the battery. In this state, the current flowing through the heating element 3 heats the heating element 3 with Joule heat.
[0020]
The thermal shut-off element 4 is disposed in thermal coupling with the heating element 3 and is heated by the heat generated by the heating element 3. The thermal shut-off element 4 is an element whose electric resistance increases rapidly when heated to a temperature higher than a set temperature. For example, PTC can be used. However, all elements whose electrical resistance increases when heated to a temperature higher than the set temperature can be used as the thermal cutoff element 4. The thermal shutdown element 4 is connected between the output terminal 5 and the secondary battery 1. Therefore, when the thermal shut-off element 4 becomes higher than the set temperature, the electric resistance increases and the current flowing through the secondary battery 1 is limited.
[0021]
Therefore, in the protection component 2 of FIG. 3, when the voltage of the battery to be charged becomes higher than the set voltage, the current flowing through the heating element 3 increases and the heating element 3 generates heat, and the generated heating element 3 becomes the thermal shutdown element. 4 is heated to limit the current flowing through the secondary battery 1.
[0022]
A cross-sectional structure of the protective component 2 is shown in FIG. The thermal shutdown element 4 of the protective component 2 includes a sheet-like thermal layer 4A whose electrical resistance increases when the temperature is higher than a set temperature, and a first electrode layer 4B that is electrically connected and laminated on both surfaces of the thermal layer 4A. And the second electrode layer 4C. The heating element 3 is disposed on the surface of the first electrode layer 4 </ b> B of the thermal shutdown element 4 via the insulating layer 6.
[0023]
5 is a plan view of the protective component 2 shown in FIG. 4, and FIG. 6 is a plan view of each layer constituting the protective component 2 shown in FIG. In the protective component 2 shown in these drawings, the second electrode layer 4C, the heat-sensitive layer 4A, the first electrode layer 4B, the insulating layer 6, and the conductive pattern layer 7 are laminated in order from the bottom. The conductive pattern layer 7 is laminated on the surface of the insulating layer 6, and the heating element 3 is connected to the conductive pattern layer 7. Further, the protective component 2 shown in the figure has an elongated shape as a whole, and a pair of electrode connection leads 8 connected to the + and-electrodes of the battery are connected to both ends thereof. One of the pair of electrode connection leads 8 is connected to the second electrode layer 4 </ b> C and the other is connected to the conductive pattern layer 7. The protective component 2 includes a three-terminal lead including two electrode connection leads 8 and an output connection lead 9, and connects the output connection lead 9 to the first electrode layer 4 </ b> B of the thermal shutdown element 4. The output connection lead 9 is connected to the electrode connection lead 8 to which the thermal shut-off element 4 is connected, and to the end portion on the same side as the electrode connection lead 8 protruding to the right side in the figure. The protective component 2 having this structure can effectively prevent a failure in which the electrode connection lead 8 and the output connection lead 9 short-circuit the battery. This is because leads connected to the + and-electrodes of the battery are arranged at both ends.
[0024]
The insulating layer 6 shown in the drawing is provided with three conductive pattern layers 7 on the surface thereof so as to insulate the both end portions and the intermediate portion in order to connect the heating element 3 and the output connection lead 9. In the figure, the heat generating element 3 is connected to the conductive pattern layer 7 at the left end and the middle, and the output connection lead 9 is connected to the conductor pattern 7 at the right end.
[0025]
The intermediate conductive pattern layer 7 connected to the heat generating element 3 is connected to the second electrode layer 4C through a through hole 10 penetrating the first electrode layer 4B in an insulated state. The conductive pattern layer 7 on the right end connecting the output connection lead 9 is extended to the second electrode layer 4C, and is passed through the second electrode layer 4C in an insulated state to the first electrode layer 4B through the through hole 10. Connected.
[0026]
The protective component 2 having this structure is manufactured as follows.
(1) The heat-sensitive layer 4A is sandwiched between two metal foils, and the metal foil is bonded to the heat-sensitive layer 4A. The metal foil is bonded by thermocompression bonding or using a conductive adhesive such as silver paste. A polyswitch is used for the heat sensitive layer 4A. However, the thermal layer 4A is not limited to a polyswitch, and ceramic PTC can also be used.
(2) As shown in the plan view of FIG. 6, a part of the metal foil adhered to the heat sensitive layer 4A is etched away. The metal foil to be the first electrode layer 4B is removed in a ring shape so as to insulate the through hole 10 connected to the conductive pattern layer 7 connected to the heating element 3. The metal foil to be the second electrode layer 4C is removed in a ring shape so as to insulate the through hole 10 connected to the conductive pattern layer 7 to which the output connection lead 9 is connected.
(3) The insulating layer 6 provided with the three conductive pattern layers 7 is bonded to the first electrode layer 4B. The insulating layer 6 is bonded using an insulating adhesive material or bonded by thermocompression bonding. The three conductive pattern layers 7 can also be provided by etching after bonding the insulating layer 6 to the first electrode layer 4B.
(4) The through hole 10 is provided through the conductive pattern layer 7, the insulating layer 6, the first electrode layer 4B, the heat sensitive layer 4A, and the second electrode layer 4C. The through hole 10 is provided through the middle conductive pattern layer 7 and the rightmost conductive pattern layer 7.
(5) Metal plating is performed on the inner surface of the through hole 10, and a conductive film is provided on the inner surface of the through hole 10.
(6) Finally, the heat generating element 3 is fixed to the conductive pattern layer 7 between the left end and the middle, and the leads are fixed to the conductive pattern layer 7 and the second electrode layer 4C at both ends. The heating element 3 and the lead are fixed by soldering. A nickel plate is used for the lead. However, an aluminum plate can also be used for the lead. Moreover, the metal plate which plated the surface of metal plates, such as iron and copper, nickel, silver, and gold | metal | money can also be used. In order to make the soldering positions of the heat generating elements and leads accurate, an insulating film can be provided on the surface of the metal foil as the second electrode layer or on the insulating layer by resist or silk printing on a portion not to be soldered. Moreover, a copper foil substrate can also be attached to the lower surface of the second electrode layer. Further, in order to insulate the electrode connection lead 8 and the output connection lead 9 that protrude to the right side in the drawing, an insulator can be disposed between them.
[0027]
The protection component 2 manufactured by the above method is connected to the secondary battery 1 and assembled as a battery pack as shown in FIG. In this battery pack, a protective component 2 is disposed on the shoulder at the bottom of the secondary battery 1. In the protective component 2, one electrode connection lead 8 is connected to the can bottom 1A and the other electrode connection lead 8 is connected to the convex electrode 1B by a method such as spot welding. The output connection lead 9 is connected to a negative output terminal (not shown) of the battery pack. In the illustrated battery pack, for example, one electrode connection lead 8 is connected to the can bottom 1A via a clad material 11 of nickel and aluminum. This structure is suitable for connecting the electrode connection lead 8 to an aluminum can. An insulating sheet 12 is disposed between the electrode connection lead 8 connected to the convex electrode 1B and the secondary battery 1.
[0028]
In the battery pack shown in FIG. 8, the protective component 2 is disposed on the shoulder adjacent to the convex electrode 1 </ b> B of the secondary battery 1. As shown in FIG. 9, the protective component 2 disposed here is opposite to the protective component 2 shown in FIG. 4 in the connection direction of the heating element 3. The other structure is the same as that of the protective component 2 in FIG. In this battery pack, one electrode connection lead 8 of the protective component 2 is connected to the convex electrode 1B of the secondary battery 1 and the other electrode connection lead 8 is connected to the outer can via a clad material 11 by a method such as spot welding. is doing. The output connection lead 9 is connected to an output terminal (not shown) on the + side of the battery pack. A circuit diagram of this battery pack is shown in FIG.
[0029]
The protective component 2 having the above structure can be fixed in an ideal arrangement on either the convex electrode 1B side or the can bottom 1A side of the secondary battery 1 with the same structure except that the direction of the heating element 3 is changed. The battery pack of FIGS. 7 and 8 is an aluminum can lithium ion secondary battery, and is suitable for connecting the protective component 2 to a battery having the convex electrode 1B as the negative electrode.
[0030]
11 and 12 show the arrangement of a battery pack containing a lithium ion secondary battery, which is an iron can having the convex electrode 1B as a positive electrode. In the battery pack of FIG. 11, the protective component 2 is disposed on the shoulder on the convex electrode 1B side. In the battery pack of FIG. 12, the protective component 2 is disposed on the can bottom 1A side. The protective component 2 built in the battery pack of FIG. 11 has the same structure as the protective component 2 shown in FIG. 4, and the protective component 2 built in the battery pack of FIG. 12 is the same as the protective component 2 shown in FIG. It has the same structure. These battery packs also serve as a protective component 2 that can be disposed in an ideal state on the convex electrode 1B side and the can bottom 1A side with the connecting direction of the heating elements 3 reversed. A circuit diagram of the battery pack of FIG. 11 is shown in FIG. 13, and a circuit diagram of the battery pack of FIG. 12 is shown in FIG.
[0031]
Further, FIG. 15 shows a battery pack in which the protective component 2 is turned upside down, that is, the heating element 3 is disposed on the surface facing the secondary battery 1 and fixed to the secondary battery 1. The protection component 2 built in the battery pack of this figure is shown in FIGS. In the same manner as the protective component 2 shown in FIG. 4, the protective component 2 in these figures includes the second electrode layer 4C, the heat-sensitive layer 4A, the first electrode layer 4B, the insulating layer 6, and the conductive pattern layer 7 in order from the bottom. Laminated. These laminated structures are the same as those of the protective component 2 in FIG. However, the protective component 2 is different from the protective component 2 of FIG. 4 in the shape of the conductive pattern layer 7, the position of the through hole 10, and the position and direction of connecting the output connection lead 9.
[0032]
As shown in FIG. 18, the conductive pattern layer 7 is divided into two parts, and the heating element 3 is connected to the divided conductive pattern layer 7. The through hole 10 connects one conductive pattern layer 7 which is the left conductive pattern layer 7 in the drawing to the first electrode layer 4B. The protective component 2 in FIG. 17 extends the through hole 10 to the second electrode layer 4C, but is not electrically connected to the second electrode layer 4C. The output connection lead 9 is connected so as to protrude from the left end portion of the elongated second electrode layer 4C in the drawing. As shown in the circuit diagram of FIG. 19, the protection component 2 is connected to the positive side of the battery, so that the output connection lead 9 protrudes from the positive electrode connection lead 8. Connected to the left end. This is to prevent the battery from being short-circuited even if the output connection lead 9 contacts the electrode connection lead 8.
[0033]
Further, in the battery pack shown in FIG. 20, the middle of the thermal shut-off element 4 is connected to the heating element 3. In this battery pack, the heating element 3 is connected to the secondary battery 1 via the thermal shut-off element 4, and is connected to the output terminal 5 via the thermal shut-off element 4. In the battery pack having this structure, even if the heat generating element 3 fails and is short-circuited by the thermal shut-off element 4 connected between the secondary battery 1 and the heat generating element 3, a short current flows through the battery. Can be prevented. For this reason, the protection component 2 can protect the secondary battery 1 more safely, and can further improve the reliability of the battery pack.
[0034]
The laminated structure of the protective component 2 incorporated in this battery pack is shown in FIG. 21, a plan view is shown in FIG. 22, and a plan view of each layer constituting the protective component 2 is shown in FIG. The thermal shutdown element 4 of the protective component 2 has a thermal layer 4A in which a first thermal layer 4Aa and a second thermal layer 4Ab are laminated on both surfaces of a conductive intermediate layer 4Ac, and the intermediate layer 4Ac is interposed therebetween. The first heat sensitive layer 4Aa and the second heat sensitive layer 4Ab are connected in series. Accordingly, the protective component 2 includes the second electrode layer 4C, the second heat sensitive layer 4Ab, the intermediate layer 4Ac, the first heat sensitive layer 4Aa, the first electrode layer 4B, the insulating layer 6, and the conductive pattern layer 7 in order from the bottom. It has a structure to do. The intermediate layer 4Ac can be made of a metal foil or a conductive paste in the same manner as the first electrode layer 4B and the second electrode layer 4C. The conductive pattern layer 7 is laminated on the surface of the insulating layer 6 in the same shape as the protective component 2 of FIGS. 4 to 6. The heating element 3 is connected to the conductive pattern layer 7.
[0035]
Further, the intermediate conductive pattern layer 7 connected to the heat generating element 3 is connected to the intermediate layer 4Ac through a through hole 10 penetrating the first electrode layer 4B and the second electrode layer 4C in an insulated state. The conductive pattern layer 7 at the right end connecting the output connection lead 9 is connected to the first electrode layer 4B through the through hole 10 extending so as to penetrate from the intermediate layer 4Ac to the second electrode layer 4C in an insulated state. Is done.
[0036]
The arrangement of the battery pack incorporating this protective component 2 is shown in FIG. As shown in the figure, the protective component 2 is connected to the secondary battery 1 and assembled as a battery pack. In this battery pack, the protective component 2 is disposed on the shoulder adjacent to the convex electrode 1 </ b> B of the secondary battery 1. In the protective component 2, one electrode connection lead 8 is connected to the convex electrode 1B and the other electrode connection lead 8 is connected to the outer can by a method such as spot welding. The output connection lead 9 is connected to an output terminal (not shown) on the + side of the battery pack.
[0037]
Furthermore, the battery pack of the circuit diagram shown in FIG. 20 can also incorporate the protective component 2 having the structure shown in FIG. The protective component 2 includes a first thermal cutoff element 4a formed by laminating a first electrode layer 4B and a second electrode layer 4C on both sides of the thermal layer 4A, and a second thermal cutoff element 4a and a second thermal cutoff element 4a connected in series. It is divided into the thermal shut-off element 4b. FIG. 26 is a plan view of the protection component 2, and FIG. 27 is a plan view of each layer constituting the protection component 2. The protective component 2 shown in this figure is formed by laminating the second electrode layer 4C, the heat sensitive layer 4A, the first electrode layer 4B, the insulating layer 6 and the conductive pattern layer 7 in order from the bottom in the same manner as the protective component 2 of FIG. is doing. In order to divide the thermal cutoff element 4 into the first thermal cutoff element 4a and the second thermal cutoff element 4b, the thermal layer 4A and the second electrode layer 4C are divided at the same position.
[0038]
The protective component 2 is provided with two through holes 10. One through hole 10 connects the intermediate conductive pattern layer 7 connected to the heat generating element 3 to the first electrode layer 4B of the first thermal shut-off element 4a. This through hole 10 penetrates through the second electrode layer 4C of the first thermal shutdown element 4a in an insulated state. The other through hole 10 connects the conductive pattern layer 7 that connects the output connection lead 9 to the second electrode layer 4C of the first thermal shutdown element 4a. The through hole 10 penetrates the first electrode layer 4B in an insulated state. Furthermore, the electrode connection lead 8 is connected to the second electrode layer 4C of the second thermal shutdown element 4b.
[0039]
The protective component 2 having this structure connects the heat generating element 3 to the conductive pattern layer 7 and is connected to the secondary battery 1 as shown in FIG.
[0040]
【The invention's effect】
The protection component and the battery pack according to the present invention have an extremely simple structure, and can arrange the heating element and the thermal shut-off element in an ideal state, and can be mass-produced at a low cost for compactness. That is, the protective component of the present invention has a structure in which a heat blocking element is formed by laminating a first electrode layer and a second electrode layer on both sides of a sheet-like heat-sensitive layer, and an insulating layer is interposed on the surface of the first electrode layer. This is because a heating element is provided. The protective component of the present invention can reliably heat-couple the heat generating element and the thermal shut-off element, so that the heat-sensitive shut-off element can be effectively heated by the heat generated by the heat generating element to operate normally. In addition, the protective component of the present invention has an extremely simple and simple structure and ideally arranges the heat generating elements and the thermal shut-off elements, so that the whole can be made compact and the manufacturing cost can be reduced, and the mass production can be made at low cost. it can.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a circuit diagram of a battery pack incorporating a conventional protective component. FIG. 2 is a graph showing voltage-current characteristics of a heating element. FIG. 3 is a circuit diagram of a battery pack according to a first embodiment of the present invention. 3 is a cross-sectional view of the protective part of the battery pack shown in FIG. 3. FIG. 5 is a plan view of the protective part shown in FIG. 4. FIG. 6 is a plan view of each layer constituting the protective part shown in FIG. FIG. 8 is a schematic cross-sectional view of the battery pack of Example 1 of the present invention. FIG. 8 is a schematic cross-sectional view of the battery pack of Example 2 of the present invention. FIG. 11 is a schematic cross-sectional view of the battery pack of Example 3 of the present invention. FIG. 12 is a schematic cross-sectional view of the battery pack of Example 4 of the present invention. FIG. 14 is a circuit diagram of the battery pack shown in FIG. 12. FIG. 15 is a battery pack of Example 5 of the present invention. FIG. 16 is a cross-sectional view showing an example of a protection component for the battery pack shown in FIG. 15. FIG. 17 is a cross-sectional view showing another example of the protection component for the battery pack shown in FIG. FIG. 19 is a circuit diagram of the battery pack shown in FIG. 15. FIG. 20 is a circuit diagram of the battery pack according to another embodiment of the present invention. FIG. 22 is a cross-sectional view of a protective part of a battery pack according to Example 6 of the invention. FIG. 22 is a plan view of the protective part shown in FIG. FIG. 25 is a schematic cross-sectional view of a battery pack according to a sixth embodiment of the present invention. FIG. 25 is a cross-sectional view of a protective battery pack according to a seventh embodiment of the present invention. FIG. 25 is a plan view of each layer constituting the protective component shown in FIG.
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Secondary battery 1A ... Can bottom 1B ... Convex part electrode 2 ... Protection component 3 ... Heating element 3A ... Constant voltage diode 3B ... Switching element 4 ... Thermal shutdown element 4A ... Thermal layer 4Aa ... First thermal layer 4Ab ... Second Thermal layer 4Ac ... intermediate layer 4B ... first electrode layer 4C ... second electrode layer 4a ... first thermal shutdown element 4b ... second thermal shutdown element 5 ... output terminal 6 ... insulating layer 7 ... conductive pattern layer 8 ... electrode connection lead DESCRIPTION OF SYMBOLS 9 ... Output connection lead 10 ... Through-hole 11 ... Cladding material 12 ... Insulating sheet 21 ... Battery 22 ... Protection component 23 ... Heating element 24 ... Thermal shutdown element 25 ... Output terminal

Claims (17)

電池に接続されて電池電圧が設定電圧よりも高くなると発熱する発熱素子(3)と、この発熱素子(3)に熱結合されると共に、出力端子(5)と電池との間に接続されて、設定温度よりも高温になると電気抵抗が大きくなって電池に流れる電流を制限する感熱遮断素子(4)とを備え、充電される電池の電圧が設定電圧よりも高くなると、発熱素子(3)に流れる電流が大きくなって発熱素子(3)が発熱し、発熱した発熱素子(3)が感熱遮断素子(4)を加熱して電池に流れる電流を制限するようにしてなる電池の保護部品において、
感熱遮断素子(4)が、設定温度よりも高くなると電気抵抗が大きくなるシート状の感熱層(4A)と、この感熱層(4A)の両面に電気接続して積層している第１電極層(4B)及び第２電極層(4C)とを備え、第１電極層(4B)の表面に絶縁層(6)を介して発熱素子(3)を配設してなり、感熱遮断素子 (4) が、導電性を有する中間層 (4Ac) の両面に第１感熱層 (4Aa) と第２感熱層 (4Ab) とを積層してなる感熱層 (4A) を有し、中間層 (4Ac) を介して第１感熱層 (4Aa) と第２感熱層 (4Ab) を直列に接続し、発熱素子 (3) の一端が、感熱遮断素子 (4) に設けられたスルーホール (10) を介して第１感熱層 (4Aa) をバイパスして中間層 (4Ac) に電気接続されることを特徴とする電池の保護部品。When connected to the battery and the battery voltage becomes higher than the set voltage, the heat generating element (3) generates heat and is thermally coupled to the heat generating element (3) and connected between the output terminal (5) and the battery. A thermal shut-off element (4) that restricts the current flowing to the battery when the temperature rises above the set temperature, and when the voltage of the battery to be charged becomes higher than the set voltage, the heating element (3) In the battery protection component, the heating element (3) generates heat and the heating element (3) heats the thermal shut-off element (4) to limit the current flowing to the battery. ,
A sheet-like heat-sensitive layer (4A) whose electric resistance increases when the heat-sensitive cutoff element (4) becomes higher than a set temperature, and a first electrode layer laminated in electrical connection on both sides of the heat-sensitive layer (4A) (4B) and the second electrode layer and a (4C), Ri Na in the first electrode layer a heating element through an insulating layer (6) on the surface of the (4B) (3) disposed, thermal cut-off device ( 4), the first heat-sensitive layer on both sides of the intermediate layer (4Ac) having conductivity (4Aa) and the second heat-sensitive layer (4Ab) and the heat-sensitive layer formed by laminating a has (4A), the intermediate layer (4Ac the first heat-sensitive layer (4Aa) and the second heat-sensitive layer (4Ab) connected in series via a), one end of the heating element (3) is a through hole (10) provided in the heat sensitive cut-off device (4) battery protection component, characterized in Rukoto is electrically connected to the intermediate layer (4Ac) first by bypassing the heat-sensitive layer (4Aa) through. 電池に接続されて電池電圧が設定電圧よりも高くなると発熱する発熱素子 (3) と、この発熱素子 (3) に熱結合されると共に、出力端子 (5) と電池との間に接続されて、設定温度よりも高温になると電気抵抗が大きくなって電池に流れる電流を制限する感熱遮断素子 (4) とを備え、充電される電池の電圧が設定電圧よりも高くなると、発熱素子 (3) に流れる電流が大きくなって発熱素子 (3) が発熱し、発熱した発熱素子 (3) が感熱遮断素子 (4) を加熱して電池に流れる電流を制限するようにしてなる電池の保護部品において、
感熱遮断素子 (4) が、設定温度よりも高くなると電気抵抗が大きくなるシート状の感熱層 (4A) と、この感熱層 (4A) の両面に電気接続して積層している第１電極層 (4B) 及び第２電極層 (4C) とを備え、第１電極層 (4B) の表面に絶縁層 (6) を介して発熱素子 (3) を配設してなり、感熱層 (4A) の両面に第１電極層 (4B) と第２電極層 (4C) を積層してなる感熱遮断素子 (4) を、互いに直列に接続してなる第１感熱遮断素子 (4a) と第２感熱遮断素子 (4b) に分割し、発熱素子 (3) の一端が、感熱遮断素子 (4) に設けられたスルーホール (10) を介して第２感熱遮断素子 (4b) に電気接続されることを特徴とする電池の保護部品。 When connected to the battery and the battery voltage becomes higher than the set voltage, the heat generating element (3) generates heat and is thermally coupled to the heat generating element (3) and connected between the output terminal (5) and the battery. A thermal shut-off element (4) that restricts the current flowing to the battery when the temperature rises above the set temperature, and when the voltage of the battery to be charged becomes higher than the set voltage, the heating element (3) and exotherm heating element (3) with current is increased flow, in protecting part of a battery heating heater elements (3) is so as to limit the current flowing through the battery by heating the heat sensitive cut-off device (4) ,
A sheet-like heat-sensitive layer (4A) whose electric resistance increases when the heat-sensitive cutoff element (4) becomes higher than a set temperature, and a first electrode layer laminated in electrical connection on both sides of the heat-sensitive layer (4A) (4B) and the second electrode layer (4C) , the heating element (3) is disposed on the surface of the first electrode layer (4B) via the insulating layer (6) , and the heat sensitive layer (4A) the first electrode layer (4B) and the second electrode layer thermal cut-off device (4) obtained by laminating (4C), the first heat sensitive cut-off device formed by connecting in series with each other and (4a) second heat-sensitive on both sides of divided into shut-off element (4b), one end of the heating element (3) is to be electrically connected to the second heat sensitive cut-off device through a through hole (10) provided in the heat sensitive cut-off device (4) (4b) Battery protection parts characterized by 絶縁層(6)の表面に導電パターン層(7)を積層しており、この導電パターン層(7)に発熱素子(3)を接続している請求項１または２に記載される電池の保護部品。The battery protection device according to claim 1 or 2 , wherein a conductive pattern layer (7) is laminated on the surface of the insulating layer (6), and a heating element (3) is connected to the conductive pattern layer (7). parts. 感熱遮断素子(4)がＰＴＣ素子である請求項１または２に記載される電池の保護部品。The battery protection part according to claim 1 or 2 , wherein the thermal shut-off element (4) is a PTC element. 全体の形状が細長くて両端部に電池の＋−の電極に接続される一対の電極接続リード(8)を接続している請求項１または２に記載される電池の保護部品。The battery protection component according to claim 1 or 2 , wherein the overall shape is elongated and a pair of electrode connection leads (8) connected to the + and-electrodes of the battery are connected to both ends. 電池の＋−の電極に接続される２本の電極接続リード(8)と、感熱遮断素子(4)に接続している出力接続リード(9)とを備え、出力接続リード(9)を感熱遮断素子(4)を接続している電極接続リード(8)と同じ側の端部に接続している請求項５に記載される電池の保護部品。It has two electrode connection leads (8) connected to the + and-electrodes of the battery and an output connection lead (9) connected to the thermal shut-off element (4), and the output connection lead (9) is heat sensitive. 6. The battery protection component according to claim 5 , wherein the battery protection component is connected to an end on the same side as the electrode connection lead (8) to which the blocking element (4) is connected. 絶縁層(6)の表面に、発熱素子(3)と出力接続リード(9)を接続する導電パターン層(7)を設けており、この導電パターン層(7)に発熱素子(3)と出力接続リード(9)を接続している請求項１または２に記載される電池の保護部品。A conductive pattern layer (7) that connects the heating element (3) and the output connection lead (9) is provided on the surface of the insulating layer (6), and the heating element (3) and the output are connected to the conductive pattern layer (7). The battery protection component according to claim 1 or 2 , wherein the connection lead (9) is connected. 出力端子(5)と電池との間に、電池の過充電を保護する保護部品(2)を接続しており、この保護部品(2)が、電池に接続されて電池電圧が設定電圧よりも高い状態で電気抵抗が小さくなる定電圧特性を有する発熱素子(3)と、この発熱素子(3)に熱結合されると共に、出力端子(5)と電池との間に接続されて、設定温度よりも高温になると電気抵抗が大きくなって電池に流れる電流を制限する感熱遮断素子(4)とを備え、充電される電池の電圧が設定電圧よりも高くなると、発熱素子(3)に流れる電流が大きくなって発熱素子(3)が発熱し、発熱した発熱素子(3)が感熱遮断素子(4)を加熱して電池に流れる電流を制限するようにしてなるパック電池において、
保護部品(2)の感熱遮断素子(4)が、設定温度よりも高くなると電気抵抗が大きくなるシート状の感熱層(4A)と、この感熱層(4A)の両面に電気接続して積層している第１電極層(4B)及び第２電極層(4C)とを備え、第１電極層(4B)の表面に絶縁層(6)を介して発熱素子(3)を配設してなり、感熱遮断素子 (4) が、導電性を有する中間層 (4Ac) の両面に第１感熱層 (4Aa) と第２感熱層 (4Ab) とを積層してなる感熱層 (4A) を有し、中間層 (4Ac) を介して第１感熱層 (4Aa) と第２感熱層 (4Ab) を直列に接続し、発熱素子 (3) の一端が、感熱遮断素子 (4) に設けられたスルーホール (10) を介して第１感熱層 (4Aa) をバイパスして中間層 (4Ac) に電気接続されることを特徴とする保護部品を有するパック電池。A protective component (2) that protects the battery from overcharging is connected between the output terminal (5) and the battery.This protective component (2) is connected to the battery and the battery voltage is higher than the set voltage. A heating element (3) having a constant voltage characteristic in which the electrical resistance becomes low in a high state, and is thermally coupled to the heating element (3) and connected between the output terminal (5) and the battery to set a set temperature. And a thermal shut-off element (4) that limits the current flowing to the battery when the temperature is higher than that, and the current flowing to the heating element (3) when the voltage of the charged battery is higher than the set voltage In the battery pack, the heating element (3) generates heat and the generated heating element (3) heats the thermal shut-off element (4) to limit the current flowing to the battery.
When the thermal shutdown element (4) of the protective component (2) becomes higher than the set temperature, the sheet-like thermal layer (4A) increases in electrical resistance and is electrically connected to both sides of this thermal layer (4A). The first electrode layer (4B) and the second electrode layer (4C) are provided, and the heating element (3) is disposed on the surface of the first electrode layer (4B) via the insulating layer (6). Thus, the thermal shut-off element (4) has a thermal layer (4A) formed by laminating a first thermal layer (4Aa) and a second thermal layer (4Ab) on both sides of a conductive intermediate layer (4Ac). The first heat sensitive layer (4Aa) and the second heat sensitive layer (4Ab) are connected in series via the intermediate layer (4Ac), and one end of the heating element (3 ) is provided in the heat sensitive shut-off element (4) . battery pack having a protection component, characterized in Rukoto are through holes first heat-sensitive layer through the (10) (4Aa) intermediate layer, bypassing the (4Ac) to the electrical connection. 出力端子 (5) と電池との間に、電池の過充電を保護する保護部品 (2) を接続しており、この保護部品 (2) が、電池に接続されて電池電圧が設定電圧よりも高い状態で電気抵抗が小さくなる定電圧特性を有する発熱素子 (3) と、この発熱素子 (3) に熱結合されると共に、出力端子 (5) と電池との間に接続されて、設定温度よりも高温になると電気抵抗が大きくなって電池に流れる電流を制限する感熱遮断素子 (4) とを備え、充電される電池の電圧が設定電圧よりも高くなると、発熱素子 (3) に流れる電流が大きくなって発熱素子 (3) が発熱し、発熱した発熱素子 (3) が感熱遮断素子 (4) を加熱して電池に流れる電流を制限するようにしてなるパック電池において、
保護部品 (2) の感熱遮断素子 (4) が、設定温度よりも高くなると電気抵抗が大きくなるシート状の感熱層 (4A) と、この感熱層 (4A) の両面に電気接続して積層している第１電極層 (4B) 及び第２電極層 (4C) とを備え、第１電極層 (4B) の表面に絶縁層 (6) を介して発熱素子 (3) を配設してなり、感熱層 (4A) の両面に第１電極層 (4B) と第２電極層 (4C) を積層してなる感熱遮断素子 (4) を、互いに直列に接続してなる第１感熱遮断素子 (4a) と第２感熱遮断素子 (4b) に分割し、発熱素子 (3) の一端が、感熱遮断素子 (4) に設けられたスルーホール (10) を介して第２感熱遮断素子 (4b) に電気接続されることを特徴とする保護部品を有するパック電池。 Between the output terminal (5) and batteries, connects the protection components (2) to protect the overcharge of the battery, the protection part (2) is than connected to the battery voltage is a set voltage to the battery A heating element (3) having a constant voltage characteristic in which the electrical resistance becomes low in a high state, and is thermally coupled to the heating element (3) and connected between the output terminal (5) and the battery to set a set temperature. And a thermal shut-off element (4) that limits the current flowing to the battery when the temperature is higher than that, and the current flowing to the heating element (3) when the voltage of the charged battery is higher than the set voltage in a battery pack is heating element (3) to generate heat increases, the heat generation and heat generating element (3) is so as to limit the current flowing through the battery by heating the heat sensitive cut-off device (4),
When the thermal shutdown element (4 ) of the protective component (2) becomes higher than the set temperature, the sheet-like thermal layer (4A) increases in electrical resistance and is electrically connected to both sides of this thermal layer (4A). The first electrode layer (4B) and the second electrode layer (4C) are provided, and the heating element (3) is disposed on the surface of the first electrode layer (4B) via the insulating layer (6). the first thermal cut-off device which the first electrode layers on both sides of (4B) and the second electrode layer thermal cut-off device formed by laminating a (4C) (4), constituted by connecting in series with each other of the heat-sensitive layer (4A) ( 4a) and is divided into second thermal cut-off device (4b), one end of the heating element (3) is a second heat sensitive cut-off device through a through hole (10) provided in the heat sensitive cut-off device (4) (4b) A battery pack having a protective component that is electrically connected to the battery pack. 保護部品(2)が、絶縁層(6)の表面に導電パターン層(7)を積層しており、この導電パターン層(7)に発熱素子(3)を接続している請求項８または９に記載される保護部品を有するパック電池。Protection component (2) is, the surface has been laminated conductive pattern layer (7) in the insulating layer (6), according to claim 8 or 9, which connects the heating element (3) on the conductive pattern layer (7) A battery pack having the protective component described in 1. 保護部品(2)の感熱遮断素子(4)がＰＴＣ素子である請求項８または９に記載される保護部品を有するパック電池。The battery pack having a protective component according to claim 8 or 9 , wherein the thermal shutdown element (4) of the protective component (2) is a PTC element. 保護部品(2)の全体の形状が細長くて両端部に電池の＋−の電極に接続している一対の電極接続リード(8)を接続している請求項８または９に記載される保護部品を有するパック電池。The protective component according to claim 8 or 9 , wherein the entire shape of the protective component (2) is elongated and a pair of electrode connection leads (8) connected to the positive and negative electrodes of the battery are connected to both ends. Pack battery having. 保護部品(2)が、電池の＋−の電極に接続している２本の電極接続リード(8)と、感熱遮断素子(4)に接続している出力接続リード(9)とを備え、出力接続リード(9)を感熱遮断素子(4)を接続している電極接続リード(8)と同じ側の端部に接続している請求項１２に記載される保護部品を有するパック電池。The protective component (2) comprises two electrode connection leads (8) connected to the + and-electrodes of the battery, and an output connection lead (9) connected to the thermal shutdown element (4). The battery pack having a protective component according to claim 12 , wherein the output connection lead (9) is connected to an end portion on the same side as the electrode connection lead (8) connecting the thermal shut-off element (4). 保護部品(2)が、絶縁層(6)の表面に発熱素子(3)と出力接続リード(9)を接続する導電パターン層(7)を設けており、この導電パターン層(7)に発熱素子(3)と出力接続リード(9)を接続している請求項８または９に記載される保護部品を有するパック電池。The protective component (2) is provided with a conductive pattern layer (7) connecting the heating element (3) and the output connection lead (9) on the surface of the insulating layer (6), and this conductive pattern layer (7) generates heat. The battery pack having the protective component according to claim 8 or 9 , wherein the element (3) and the output connection lead (9) are connected. 保護部品(2)を、角型電池の凸部電極(1B)に隣接して肩部に配設している請求項８または９に記載される保護部品を有するパック電池。The battery pack having the protective component according to claim 8 or 9 , wherein the protective component (2) is disposed on the shoulder adjacent to the convex electrode (1B) of the square battery. 保護部品(2)を、電池の底部に配設している請求項８または９に記載される保護部品を有するパック電池。The battery pack having the protective component according to claim 8 or 9 , wherein the protective component (2) is disposed at the bottom of the battery. 保護部品(2)の感熱遮断素子(4)を、電池の熱で加熱されるように電池に接近して配設している請求項８または９に記載される保護部品を有するパック電池。The battery pack having a protective component according to claim 8 or 9 , wherein the thermal shut-off element (4) of the protective component (2) is disposed close to the battery so as to be heated by the heat of the battery.
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