JP3934522B2 - バッテリ装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の電池が直列に接続されている電池パック等のバッテリ装置に係り、特に、電池が異常発熱しても支障をきたさないように配慮したバッテリ装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
この種のバッテリ装置においては、従来、電池が異常発熱した場合の安全対策として、熱応動スイッチを付設する技術が知られている(例えば、特許文献1参照)。すなわち、異常発熱した電池に電流を流し続けると液漏れや爆発を起こす危険性が高まるので、直列に接続されている電池と電池の間に熱応動スイッチを介設しておき、電池パック内の温度が異常と判定される高温に達すると、熱応動スイッチがオン状態からオフ状態へ切り替わって各電池への通電が遮断されるようになっている。
【0003】
ここで、熱応動スイッチは、熱膨張係数の異なる金属板を複数枚接合してなるバイメタル片等の熱応動素子を備え、このバイメタル片を片持ち梁状にハウジングに取り付けると共に、バイメタル片の自由端部に固設された可動接点をハウジングに固設された固定接点と接離可能に対向させたものである。この熱応動スイッチは、所定温度以下のときにはバイメタル片によって可動接点が固定接点に押し付けられているのでスイッチオン状態に保たれているが、所定温度を超えるとバイメタル片が反転するため可動接点が固定接点から離れてスイッチオフ状態に切り替わるようになっており、異常発熱を検知して発熱を抑えるサーマルプロテクタとして好適である。
【0004】
【特許文献1】
特許2636615号公報(第4−5頁、図2)
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、直列に接続された複数の電池のサーマルプロテクタとして熱応動スイッチを付設した従来のバッテリ装置では、1個の電池の異常発熱を熱応動スイッチが検知すると各電池への通電が遮断されてしまうため、その段階で電源としての機能を停止してしまう。つまり、1個の電池だけに不具合が発生して残りのすべての電池が正常であっても、このバッテリ装置を電源とする機器本体が使用できなくなってしまうので、使い勝手が悪いという問題があった。また、異常発熱した電池への通電を遮断しても温度が急激に低下するわけではないので、安全対策上、冷却ファンやアラーム等を作動させねばならぬ場合もあるが、従来のバッテリ装置では熱応動スイッチから保護機能回路等の外部回路へ指令信号を出力する構成になっていないため、電池が異常発熱した際の安全対策を向上させる機構が複雑化しやすいという問題があった。
【0006】
本発明は、このような従来技術の実情に鑑みてなされたもので、その目的は、一部の電池が異常発熱しても使用可能であって安全対策向上も図りやすいバッテリ装置を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上述した目的を達成するため、本発明のバッテリ装置では、直列に接続された複数の電池にそれぞれ、当該電池を経由しない導電路として使用可能な予備経路と、許容温度を超えたときに当該電池への通電を遮断して前記予備経路を導電路となす切替手段とを付設し、前記切替手段が、当該電池に接続された第1の固定接点と、前記予備経路に接続された第2の固定接点と、熱膨張係数の異なる金属板を複数枚接合してなり前記第1および第2の固定接点の間で自由端部が変位可能な熱応動素子と、この熱応動素子の自由端部に位置して前記第1および第2の固定接点のいずれか一方に接触する可動接点部とを備え、許容温度以下のときには前記熱応動素子が前記可動接点部を前記第1の固定接点に接触させ、許容温度を超えると前記熱応動素子が反転して前記可動接点部を前記第2の固定接点に接触させた。
【0008】
このように構成されるバッテリ装置において、いずれかの電池が異常発熱すると、その電池に付設された切替手段によって当該電池への通電が遮断されると共に、当該電池に付設された予備経路に通電されるので、この予備経路を当該電池を迂回するバイパス経路としておけば、異常発熱した電池を迂回して他の電池への通電を継続することができる。つまり、隣接する一方の電池の予備経路を他方の電池の切替手段と接続しておくことにより、任意の電池が異常発熱してもその電池を迂回するバイパス経路が確保されることになるので、電源機能の停止が回避できる。また、予備経路を保護機能回路等の外部回路と接続しておけば、電池の異常発熱情報を外部回路へ自動通報(出力)することができるため、冷却ファンやアラーム等を作動させるという安全対策の向上が容易に図れる。
【0010】
このように構成すると、正常な電池に対しては可動接点部と第1の固定接点との導通により通電がなされるが、その電池が異常発熱すると、熱応動素子の反転動作に伴って可動接点部が第1の固定接点から離れて第2の固定接点に接触するので、異常発熱した電池への通電を遮断して新たに予備経路を導電路となす切替動作が確実に行える。なお、可動接点部として、熱応動素子の自由端部に固設されて第1の固定接点側へ突出する部位と第2の固定接点側へ突出する部位とを有する接点部材を用いれば、各固定接点に接離する可動接点を別々に設ける必要がなくなるので一層好ましい。
【0011】
【発明の実施の形態】
発明の実施の形態について図面を参照して説明すると、図1は本発明の実施形態例に係る熱応動スイッチのノーマル状態を示す断面図、図2は該熱応動スイッチのバイメタル片が反転した状態を示す断面図、図3は該熱応動スイッチの外観図、図4は該熱応動スイッチの上ケースを取り除いた平面図、図5は該熱応動スイッチを組み込んだバッテリ装置の要部説明図である。
【0012】
図5に示すバッテリ装置は、複数個の電池1を直列に接続したもので、各電池1には熱応動スイッチ2および導体板11〜13が取り付けられている。この熱応動スイッチ2は、下ケース4および上ケース5を組み合わせてなる合成樹脂製のハウジング3と、下ケース4の成形時に一体化された良導電性の金属板6,7と、上ケース5の成形時に一体化された良導電性の金属板8と、熱膨張係数の異なる2枚の金属板を積層接合してなるバイメタル片(中間層として良導電性の銅板を挟んだトリメタル片を含む)9と、このバイメタル片9の自由端部にかしめ固定された良導電性の可動接点部材10とによって概略構成されている。なお、金属板6〜8は例えば黄銅やリン青銅等からなり、可動接点部材10は例えば銅・ニッケル合金や銀酸化錫等からなる。また、バイメタル片9の中央部には、反転動作を確実に行わせるためのドーム状反転部9aが形成されている。
【0013】
金属板6は、下ケース4の内底面に露出するコモン接点6aと、下ケース4の外方へ突出するコモン端子6bと、下ケース4に埋設された傾斜部6cとを有する。同様に金属板7は、下ケース4の内底面に露出する第1の固定接点7aと、下ケース4の外方へ突出する第1の端子7bと、下ケース4に埋設された傾斜部7cとを有する。金属板8は、上ケース5の天井面に露出する第2の固定接点8aと、上ケース5の外方へ突出する第2の端子8bと、上ケース5に埋設された図示せぬ傾斜部とを有する。バイメタル片9の固定端部はスポット溶接等によってコモン接点6aに固定されており、バイメタル片9の自由端部は対向する第1の固定接点7aと第2の固定接点8aとの間で変位可能(揺動可能)である。可動接点部材10は第1の固定接点7a側へ突出する部位が該固定接点7aと接離可能であり、第2の固定接点8a側へ突出する部位が該固定接点8aと接離可能である。
【0014】
ところで、図3に示すように、コモン端子6bと第1の端子7bとはハウジング3(下ケース4)から互いに逆向きに導出されており、第2の端子8bは、コモン端子6bと第1の端子7bの導出方向と交差する方向(本実施形態例では直交方向)にハウジング3(上ケース5)から導出されている。これにより、3つの端子6b,7b,8bがハウジング3から全て異なる向きに導出されることになり、導体板11〜13に接続する場合の作業性が向上すると共に、熱応動スイッチ2を電池等の発熱体や基板(図示せず)等に取り付ける際の取付面積(専有面積)を小さくすることができる。
【0015】
また、バイメタル片9の固定端部に導通接続するコモン端子6bと第1および第2の端子7b,8bのいずれかの端子(本実施形態例では第1の端子7b)とがハウジング3から互いに逆向きに延出されていることから、端子6bと端子7bとをインサート成形によりハウジング3(下ケース4)と一体化する場合、同じフープ材からなる金属材料にて2つの端子6b,7bを加工することができ、生産性に優れたものとなる。
【0016】
また、第2の端子8bには、図3に示すような曲げ加工が施されており、コモン端子6bと第1および第2の端子7b,8bの3つの端子の下面が同一平面上に位置するように構成されており、これにより、熱応動スイッチ2を基板等に表面実装して使用することも可能となっている。
【0017】
各電池1に取り付けられた熱応動スイッチ2と導体板11〜13との接続関係は、図5に示すように、第1の端子7bが導体板11に接続され、コモン端子6bが導体板12に接続され、第2の端子8bが導体板13に接続されている。また、導体板11は当該電池1の負極に接続され、導体板12は当該電池1に隣接する一方の電池1の正極に接続され、導体板13は当該電池1に隣接する他方の電池1から延びる別の導体板12に接続されている。
【0018】
そして、バイメタル片9が所定温度以下のノーマル状態(通常の使用状態)では、図1に示すように可動接点部材10が第1の固定接点7aに当接しているため、バイメタル片9を介してコモン端子6bと第1の端子7bとが導通されており、それゆえ導体板12,11間が閉成されて導体板12,13間は開放されている。しかるに、所定温度を超えた高温時には、図2に示すようにバイメタル片9が反転するため、可動接点部材10が第1の固定接点7aから離れて第2の固定接点8aに当接する。つまり、コモン端子6bと第1の端子7bとの導通が遮断されて、コモン端子6bと第2の端子8bとがバイメタル片9を介して導通された状態となるので、導体板12,11間は開放されて導体板12,13間が閉成される。
【0019】
各電池1に取り付けられた熱応動スイッチ2が上述したように動作することから、本実施形態例に係るバッテリ装置は、いずれか1個の電池1が異常発熱すると、その電池1への通電が遮断されて、その電池1に付設された導体板13がバイパス経路として機能するようになっている。すなわち、図5において、図示中央の電池を1a、電池1aの右隣の電池を1b、電池1aの左隣の電池を1cとすると、これら3個の電池1a〜1cに異常がなければ、各電池の負極には付設されている導体板12,11を経由して電流が流れ込み、各電池の正極から隣接する電池の導体板12へと電流が送り出されていく。しかるに、例えば図示中央の電池1aが異常発熱し、この電池1aに取り付けられた熱応動スイッチ2のバイメタル片9が反転すると、上述したように可動接点部材10が第1の固定接点7aから離れて第2の固定接点8aに当接するため、電池1aに付設されている導体板12,11間が開放されて導体板12,13間が閉成され、図5に示すハッチング部分が導電路となる。これにより、電池1bの正極から電池1a用の導体板12へ流れ込む電流が、電池1a用の導体板11ではなく導体板13へ向かうことになるので、電池1aは負極に電流が流れ込まなくなって通電が遮断され、かつ、電池1a用の導体板12,13を経由して電池1c用の導体板12に電流が送り出されるため、電池1bと電池1cとが電池1aを迂回して短絡された状態となる。
【0020】
このように本実施形態例に係るバッテリ装置は、任意の電池1が異常発熱しても、その電池1を迂回するバイパス経路が確保されて、電源機能が停止しない構成になっているため、安全性を確保しつつ使い勝手を格段に向上させることができる。なお、各電池1に付設した予備経路としての導体板13を保護機能回路等の外部回路と接続しておけば、電池1の異常発熱情報を外部回路へ自動通報(出力)することができるため、安全対策の向上が容易に図れる。
【0021】
また、本実施形態例においては、熱応動スイッチ2が、バイメタル片9の一端側を可動接点部材10を保持する自由端部となし、バイメタル片9の他端側をコモン端子6bと常時導通された固定端部となしているので、簡素な構成でありながら、温度変化に応じた可動接点部材10と各固定接点7a,8aとの接離動作や、それに伴う導電路の切り替えを確実に行わせることができる。しかも、第1の固定接点7aと第2の固定接点8aとが対向しており、バイメタル片9の自由端部にかしめ固定した可動接点部材10を各固定接点7a,8aに接離させることができるので、バイパス経路用の固定接点8aに接離させる専用の可動接点部材を設ける必要もない。そのため、バッテリ装置の使い勝手や安全対策の向上を安価に実現することができる。
【0022】
なお、2つの固定接点7a,8aがシフト(位置ずれ)して対向状態にある場合には、確実にオン/オフ動作をさせるために、第1および第2の固定接点7a,8aにそれぞれ対応させて可動接点部材を個別に2個設けてもよい。また、コモン接点6aと第1および第2の固定接点7a,8aは、それぞれコモン端子6bと第1および第2の端子7b,8bを構成する金属板6〜8と一体に形成しているが、必要に応じて、各端子6b,7b,8bと別部材からなる接点6a,7a,8aをそれぞれ金属板6〜8に固着してもよい。
【0023】
図6は本発明の他の実施形態例に係る熱応動スイッチのノーマル状態を示す断面図、図7は該熱応動スイッチのバイメタル片が反転した状態を示す断面図であり、図1,2と対応する部分には同一符号を付してある。
【0024】
図6,7に示す熱応動スイッチでは、バイメタル片9の中央部を下ケース4の突起部4aと上ケース5の突起部5aとで挟持して、バイメタル片9の両端部が揺動可能(変位可能)となっており、これら両端部にそれぞれ可動接点部材10と可動接点部材15がかしめ固定してあると共に、金属板6と常時導通された良導電性の金属板16が上ケース5に一体化されている。この金属板16は、上ケース5の天井面に露出するコモン接点16aと、上ケース5の外方へ突出するコモン端子16bと、上ケース5に埋設された傾斜部16cとを有し、可動接点部材15がコモン接点16aとコモン接点6aとに接離可能であり、図示はしていないがコモン端子16bはコモン端子6bと接続されている。
【0025】
そして、バイメタル片9が所定温度以下のノーマル状態(通常の使用状態)では、図6に示すように可動接点部材10が第1の固定接点7aに当接して可動接点部材15がコモン接点6aに当接しているため、バイメタル片9を介してコモン端子6bと第1の端子7bとが導通されている。しかるに、所定温度を超えた高温時には、図7に示すようにバイメタル片9が反転するため、可動接点部材10が第1の固定接点7aから離れて第2の固定接点8aに当接すると共に、可動接点部材15がコモン接点6aから離れてコモン接点16aに当接する。ここで、コモン接点6a,16aはコモン端子6b,16bを介して常時導通されているので、可動接点部材15はいずれのコモン接点6a,16aに当接しても電気的には等価であり、それゆえ、可動接点部材10を第1の固定接点7aから離間させて第2の固定接点8aに接触させることによって、前記実施形態例と同様の切替動作を行わせることができる。
【0026】
なお、上記各実施形態例において、いずれかの電池が異常発熱してバイメタル片9が反転した後に、当該電池の温度が低下しても、バイメタル片9がノーマル状態へ復帰しないように構成してもよい。これにより、異常のあった電池を確実にバイパスモードに維持でき、安全対策の向上をより一層図ることができる。
【0027】
【発明の効果】
本発明は、以上説明したような形態で実施され、以下に記載されるような効果を奏する。
【0028】
いずれかの電池が異常発熱すると、その電池に付設された熱応動スイッチ等の切替手段によって当該電池への通電が遮断されると共に、当該電池に付設された予備経路に通電されるようにしたバッテリ装置なので、この予備経路を当該電池を迂回するバイパス経路としておけば、異常発熱した電池を迂回して他の電池への通電を継続することができ、電源機能の停止が回避できる。また、予備経路を保護機能回路等の外部回路と接続しておけば、電池の異常発熱情報を外部回路へ自動通報(出力)することができるため、安全対策の向上が容易に図れる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態例に係る熱応動スイッチのノーマル状態を示す断面図である。
【図2】図1に示すバイメタル片が反転した状態を示す断面図である。
【図3】図1,2に示す熱応動スイッチの外観図である。
【図4】図1〜図3に示す熱応動スイッチの上ケースを取り除いた平面図である。
【図5】図1〜図4に示す熱応動スイッチを組み込んだバッテリ装置の要部説明図である。
【図6】本発明の他の実施形態例に係る熱応動スイッチのノーマル状態を示す断面図である。
【図7】図6に示すバイメタル片が反転した状態を示す断面図である。
【符号の説明】
1(1a,1b,1c) 電池
2 熱応動スイッチ
3 ハウジング
4 下ケース
5 上ケース
6〜8,16 金属板
6a,16a コモン接点
6b,16b コモン端子
7a 第1の固定接点
7b 第1の端子
8a 第2の固定接点
8b 第2の端子
9 バイメタル片(熱応動素子)
10,15 可動接点部材
11〜13 導体板
Claims (4)
- 直列に接続された複数の電池にそれぞれ、当該電池を経由しない導電路として使用可能な予備経路と、許容温度を超えたときに当該電池への通電を遮断して前記予備経路を導電路となす切替手段とを付設し、
前記切替手段が、当該電池に接続された第1の固定接点と、前記予備経路に接続された第2の固定接点と、熱膨張係数の異なる金属板を複数枚接合してなり前記第1および第2の固定接点の間で自由端部が変位可能な熱応動素子と、この熱応動素子の自由端部に位置して前記第1および第2の固定接点のいずれか一方に接触する可動接点部とを備え、
許容温度以下のときには前記熱応動素子が前記可動接点部を前記第1の固定接点に接触させ、許容温度を超えると前記熱応動素子が反転して前記可動接点部を前記第2の固定接点に接触させることを特徴とするバッテリ装置。 - 請求項1の記載において、隣接する一方の電池の前記予備経路を他方の電池の前記切替手段に接続したことを特徴とするバッテリ装置。
- 請求項1の記載において、前記予備経路を外部回路に接続したことを特徴とするバッテリ装置。
- 請求項1の記載において、前記可動接点部として、前記熱応動素子の自由端部に固設されて前記第1の固定接点側へ突出する部位と前記第2の固定接点側へ突出する部位とを有する接点部材を用いたことを特徴とするバッテリ装置。
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