JP4042950B2

JP4042950B2 - Battery pack

Info

Publication number: JP4042950B2
Application number: JP2001178214A
Authority: JP
Inventors: 和久永瀬
Original assignee: NEC Tokin Corp
Current assignee: Tokin Corp
Priority date: 2001-06-13
Filing date: 2001-06-13
Publication date: 2008-02-06
Anticipated expiration: 2021-06-13
Also published as: JP2002373631A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電池パックに関するものであり、とくに防水性に優れた電池パックに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
携帯電話を始めとした携帯型の電子機器が広く利用されている。これらの機器に用いられるリチウムイオン電池、ポリマーリチウム電池は、電池単体で用いられることは少なく、電池の端子が短絡された場合のように過大な電流が流れた際に通電を遮断する安全装置等とともに合成樹脂製の筺体に収納した電池パックとし携帯電話等の電子機器に装着している。
【０００３】
電池パックでは、筺体構造に防水性を付与するために、筺体を構成する複数の部材の嵌合部に弾性を有するガスケットを装着し、電池パック内部への水の浸入を防止することが行われている。このために、筺体を構成する複数の部材には、ガスケットの装着用の空間を設けることが必要であるとともに、組立時に組立工数の増大等の問題があった。また、ガスケットの弾性力が劣化すると、防水性能が低下するという問題点もあった。
更には、携帯電話の電池パックでは、携帯電話の構造体の一部を構成するために、一般に複雑な形状となることが多く、電池パックの筺体の嵌合部の形状も複雑なものとなり、嵌合面に確実な防水性能を得ることは困難があった。
【０００４】
そこで、電池パックにおいて、反応性ホットメルト樹脂を筐体内部に充填して、電池の筐体への固定と筐体の接着を行った電池パックが特開２０００−２４３３６４において提案されており、電池パック内部に充填した合成樹脂によって防水性能を付与している。
図４は、従来の電池パックを説明する図である。
図４（Ａ）に示すように、電池パック１は、電池２とともに、電池保護手段、充放電制御手段等の回路部品３が装着されており、回路部品３は、過電流、熱暴走等の防止のために、電池２の電池缶の壁面に直接設けた電極端子、あるいは電池缶の壁面に絶縁体を介して形成した電極端子４はＰＴＣ５を介して回路部品３と接続されている。また、回路部品３には電池使用機器あるいは充電装置等との接続用の導電接続端子６が設けられている。回路部品３は、充填された合成樹脂７によって被覆されている。
ところが、電池への電流の供給、あるいは電池からの出力を遮断するための保護素子として用いられているＰＴＣ（正温度特性サーミスタ）には、一般に２枚の導電性金属板の間に導電性ポリマー組成物の成形体を装着したものが用いられている。
【０００５】
導電性ポリマーを用いたＰＴＣは、常温ではポリマー中に分散された導電性の粒子が無数の導電性パスを形成し、低い抵抗値を示している。この状態から徐々に温度を上昇させると、導電性粒子よリポリマーの熱膨張率が大きいため導電性パスが次第に切断されて緩やかなＰＴＣ特性を示す。そして、８０℃を過ぎたあたりから急激なＰＴＣ効果が見られる。さらに温度上昇するとポリマーの軟化あるいは溶融による数１０％にも及ぶ体積変化が導電性パスを次々と切断し、ＰＴＣの抵抗値を数桁上昇させる。
ＰＴＣには、それぞれの素子毎に最大定格が定められているが、最大定格を超えてトリップ動作をさせた場合や１００℃程度の高温度で圧力が加わった場合には変形を生じ、温度が低下しても特性が変化し、初期の特性を発揮することができなくなるという問題点があった。
【０００６】
電池パックの製造の際に加熱した合成樹脂を充填して合成樹脂によってＰＴＣを封止する際にも、加熱した合成樹脂によってＰＴＣの温度が高温に曝されると同様の問題が生じるおそれがあった。
そこで、図４（Ａ）に示すように、ＰＴＣ４は合成樹脂で封止することはできず、図４（Ｂ）に示すようにＰＴＣ４の部分を絶縁性部材８で覆うことが必要であった。このため、電池パックの防水性能等は不充分なものとなっていた。
【０００７】
一方、ＰＴＣの耐熱性、耐衝撃性を向上させるために、ＰＴＣの表面をポリエチレンナフタレート樹脂で被覆することが、特開平５−１０９５０３号公報において提案されている。しかしながら、このように単に耐熱性の大きな合成樹脂によって被覆する方法では、ＰＴＣが温度上昇によって膨張することが困難となるので、ＰＴＣの電流遮断動作が阻害され、定格電流において正確に電流遮断動作をすることができないという問題点があった。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、筐体内部に合成樹脂を充填した電池パックにおいて、電池の保護素子として用いられているＰＴＣ素子が、充填した合成樹脂によって特性の悪化等を生じることがなく、安全性に優れた電池パックを提供することを課題とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の課題は、電池と共に電池を保護する導電性ポリマーを用いたＰＴＣ素子を有する電池パックにおいて、電池パック内の少なくとも一部に合成樹脂が充填されており、ＰＴＣの少なくとも導電接続リードを除いた部分と充填された合成樹脂との間には、耐熱性スポンジゴムが配置された電池パックによって解決することができる。
耐熱性ゴムが、引張伸度が２００％以上のものであること前記の電池パックである。
耐熱性ゴムが、クロロプレンゴム、エチレンプロピレンゴム、シリコーンゴム、シリコーン変性エチレンプロピレンゴムからなる群から選ばれる１種である前記の電池パックである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明は、ＰＴＣを内部に設け、ＰＴＣを合成樹脂で封止した電池パックにおいて、合成樹脂による封止時にＰＴＣの特性を劣化させることがなく、また過大な電流が通電された場合にはＰＴＣが所定の遮断電流で動作をする電池パックを提供するものである。
【００１１】
以下に図面を参照して本発明を説明する。
図１は、本発明の電池パックを説明する図であり、一部を透視した斜視図である。
本発明の電池パック１には、電池２とともに、電池保護手段、充放電制御手段等の回路部品３が装着されている。過電流、熱暴走等の防止のために、電池２の電池缶の壁面に直接設けた電極端子、あるいは電池缶の壁面に絶縁体を介して形成した電極端子４がＰＴＣ５を介して回路部品３と接続されている。
【００１２】
また、回路部品３には電池使用機器あるいは充電装置等との接続用の導電接続端子６が設けられている。ＰＴＣ４は、２枚の導電性金属板の間に導電性ポリマー組成物の成形体を装着したものが用いられており、ＰＴＣの少なくとも導電接続用のリード部分を除いた部分には耐熱性ゴムシート９が載置されている。
また、電池の電極端子部、回路部品３、およびＰＴＣ４上に載置した耐熱性ゴムシート９は、回路部品３に設けた導電接続端子６を除いて充填された合成樹脂７によって被覆されている。
【００１３】
図２は、本発明の電池パックの合成樹脂を充填する前の電池を説明する図である。
図２（Ａ）は、図１の電池パックに装着した電池および回路部品を説明する図である。電池２には、電池保護手段、充放電制御手段等の回路部品３が装着されており、電池２の一方の電極端子４はＰＴＣ５を介して回路部品３と接続されている。ＰＴＣ５には、耐熱性ゴムシート９が載置されている。
図２（Ｂ）は、ＰＴＣ５が、回路部品３と同一の面に設けられた例である。ＰＴＣは、回路部品３に比べて厚みが小さいので、回路部品３と同一の面に設けた場合にもＰＴＣ５によって電池パックの厚みが大きくなることはない。また、図２（Ａ）のようにＰＴＣを配置していた方向の大きさを小さくすることが可能となる。
【００１４】
図３は、本発明のＰＴＣを説明する図である。図３（Ａ）は、平面図を示し、図３（Ｂ）は、図３（Ａ）においてＡ−Ａ’線で切断した断面図を示す。
ＰＴＣ４の導電接続リード１０の一端は、電池の電極端子４に接続されており、ＰＴＣ４の素子部１１を中心に導電接続リード１０の一部を含めて、耐熱性ゴムシート９で被覆されている。
耐熱性ゴムシート９は、素子部１１を被覆するものであれば良いが、充填される加熱溶融した合成樹脂による熱的な衝撃を減少させるためには、素子部１１とともに導電接続リードの全体を被覆するものが好ましい。
また、耐熱性ゴムシート９としては、厚みが大きなものが熱的な特性が良好なものとなるので、電池パックの大きさを考慮して大きなものを用いることが好ましい。
【００１５】
耐熱性ゴムシートとしては、加熱溶融した合成樹脂を充填する際に変質、あるいは劣化しないものであれば各種の耐熱性ゴムシートを用いることができるが、具体的には、クロロプレンゴム、エチレンプロピレンゴム、シリコーンゴム、シリコーン変性エチレンプロピレンゴムからなる群から選ばれる１種を挙げることができる。
これらのゴムシートのなかでもクッション性を有するスポンジシートが好ましい。
具体的には、ＰＴＣの熱膨張によって破断することがない引張伸度（ＥＢ）が２００％以上のものが好ましい。
【００１６】
【実施例】
以下に実施例、比較例を示し、本発明を説明する。
実施例、比較例
ＰＴＣ（レイケム社製ポリスイッチＬＲ４−１９０）を、厚さ０．５ｍｍのゴムスポンジ（イノアック製Ｃ−４３０５）によって覆った状態で、ポリアミド樹脂（ヘンケル社製マクロメルト６７９０Ｓ）を充填して試料１を作製した。また、ゴムスポンジで被覆しない点を除いて、同様にポリアミド樹脂で充填した試料２を作製した。
さらに、ポリアミド樹脂、およびゴムスポンジのいずれも使用しない試料３を作製した。
それぞれ、４．２Ａの電流を通電して、電流が遮断されるまでの時間を測定し、その結果を表１に示す。
【００１７】
【表１】

【００１８】
以上のように、ＰＴＣを合成樹脂で直接充填したものは、電流が遮断されるまで２８秒間を要したが、ゴムスポンジで被覆した状態で、合成樹脂を充填したものは、９秒間であり、合成樹脂を充填していないものと同等の時間で電流を遮断することができた。
【００１９】
【発明の効果】
本発明の電池パックは、電池の過電流保護に用いられるＰＴＣを耐熱性ゴムによって覆ったので、電池パックに合成樹脂を充填して、回路部品等を封止する際に、ＰＴＣが充填される加熱溶融された合成樹脂によって熱的な影響を受けず、また電池使用中にＰＴＣの熱的な膨張を制限することはないので、ＰＴＣが定格電流によって動作することができる。
さらに、ＰＴＣを充填される合成樹脂の外に配置する等の必要がないので、ＰＴＣの配置位置の自由度を高めることができ、電池あるいは電池使用機器の形状、大きさに応じて任意に設計することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の電池パックを説明する図である。
【図２】図２は、本発明の電池パックの合成樹脂を充填する前の組立体を説明する図である。
【図３】図３は、ＰＴＣを説明する図である。
【図４】図４は、従来の電池パックを説明する図である。
【符号の説明】
１…電池パック、２…電池、３…回路部品、４…電極端子、５…ＰＴＣ、６…導電接続端子、７…合成樹脂、８…絶縁性部材、９…耐熱性ゴムシート、１０…導電接続リード、１１…素子部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a battery pack, and particularly relates to a battery pack excellent in waterproofness.
[0002]
[Prior art]
Portable electronic devices such as mobile phones are widely used. Lithium ion batteries and polymer lithium batteries used in these devices are rarely used alone, and safety devices that cut off current when excessive current flows, such as when the battery terminals are short-circuited, etc. At the same time, the battery pack is housed in a synthetic resin housing and is mounted on an electronic device such as a mobile phone.
[0003]
In the battery pack, in order to provide waterproofness to the casing structure, an elastic gasket is attached to a fitting portion of a plurality of members constituting the casing to prevent water from entering the battery pack. ing. For this reason, it is necessary to provide a space for mounting a gasket on the plurality of members constituting the casing, and there are problems such as an increase in the number of assembly steps during assembly. Further, when the elastic force of the gasket is deteriorated, there is a problem that the waterproof performance is lowered.
Furthermore, in order to constitute a part of the structure of the mobile phone, the battery pack of the mobile phone generally has a complicated shape, and the shape of the fitting portion of the battery pack housing is also complicated. It was difficult to obtain a reliable waterproof performance on the mating surface.
[0004]
Therefore, in the battery pack, a battery pack in which a reactive hot melt resin is filled in the casing, and the battery is fixed to the casing and bonded to the casing is proposed in Japanese Patent Laid-Open No. 2000-243364. Waterproofing performance is given by the synthetic resin filled in the pack.
FIG. 4 is a diagram for explaining a conventional battery pack.
As shown in FIG. 4 (A), the battery pack 1 is equipped with circuit parts 3 such as battery protection means and charge / discharge control means together with the battery 2, and the circuit parts 3 have overcurrent, thermal runaway, etc. For prevention, an electrode terminal provided directly on the wall surface of the battery can of the battery 2 or an electrode terminal 4 formed on the wall surface of the battery can via an insulator is connected to the circuit component 3 via the PTC 5. In addition, the circuit component 3 is provided with a conductive connection terminal 6 for connection to a battery using device or a charging device. The circuit component 3 is covered with a filled synthetic resin 7.
However, a PTC (positive temperature characteristic thermistor) used as a protective element for supplying current to the battery or shutting off the output from the battery is generally a conductive polymer composition between two conductive metal plates. The one with the molded body is used.
[0005]
In a PTC using a conductive polymer, conductive particles dispersed in the polymer form an infinite number of conductive paths at a normal temperature and show a low resistance value. When the temperature is gradually increased from this state, the conductive path is gradually cut because the thermal expansion coefficient of the repolymer is larger than that of the conductive particles, and a gentle PTC characteristic is exhibited. And the abrupt PTC effect is seen from around 80 degreeC. When the temperature rises further, a volume change of several tens of percent due to softening or melting of the polymer cuts the conductive path one after another, increasing the PTC resistance by several orders of magnitude.
The PTC has a maximum rating for each element. However, when a trip operation is performed exceeding the maximum rating or when pressure is applied at a high temperature of about 100 ° C., the PTC is deformed and the temperature is changed. There is a problem in that the characteristics change even if it is lowered and the initial characteristics cannot be exhibited.
[0006]
When filling a heated synthetic resin during the manufacture of a battery pack and sealing the PTC with the synthetic resin, the same problem may occur if the temperature of the PTC is exposed to a high temperature by the heated synthetic resin. It was.
Therefore, as shown in FIG. 4A, the PTC 4 cannot be sealed with a synthetic resin, and it is necessary to cover the portion of the PTC 4 with the insulating member 8 as shown in FIG. 4B. . For this reason, the waterproof performance of the battery pack has been insufficient.
[0007]
On the other hand, in order to improve the heat resistance and impact resistance of PTC, it has been proposed in JP-A-5-109503 to coat the surface of PTC with a polyethylene naphthalate resin. However, such a method of simply covering with a heat-resistant synthetic resin makes it difficult for the PTC to expand due to a temperature rise, so that the current blocking operation of the PTC is hindered, and the current blocking operation is accurately performed at the rated current. There was a problem that could not be done.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
In the battery pack in which the casing is filled with a synthetic resin, the PTC element used as a battery protection element has excellent safety without causing deterioration of characteristics due to the filled synthetic resin. It is an object to provide a battery pack.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
An object of the present invention is to provide a battery pack having a PTC element using a conductive polymer that protects the battery together with the battery, wherein at least a part of the battery pack is filled with a synthetic resin, and at least the conductive connection lead of the PTC is excluded. This can be solved by a battery pack in which a heat-resistant sponge rubber is disposed between the portion and the filled synthetic resin.
The battery pack as described above, wherein the heat-resistant rubber has a tensile elongation of 200% or more.
In the battery pack, the heat-resistant rubber is one selected from the group consisting of chloroprene rubber, ethylene propylene rubber, silicone rubber, and silicone-modified ethylene propylene rubber.
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
In the battery pack in which the PTC is provided inside and sealed with the synthetic resin, the PTC characteristics are not deteriorated when sealed with the synthetic resin. Provides a battery pack that operates with a predetermined breaking current.
[0011]
The present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a diagram illustrating a battery pack according to the present invention, and is a perspective view of a part thereof.
The battery pack 1 of the present invention is equipped with a battery 2 and circuit components 3 such as battery protection means and charge / discharge control means. In order to prevent overcurrent, thermal runaway, etc., an electrode terminal provided directly on the wall surface of the battery can of the battery 2 or an electrode terminal 4 formed on the wall surface of the battery can via an insulator is connected to the circuit component 3 via the PTC 5. Connected with.
[0012]
In addition, the circuit component 3 is provided with a conductive connection terminal 6 for connection to a battery using device or a charging device. A PTC 4 is used in which a molded body of a conductive polymer composition is mounted between two conductive metal plates. A heat-resistant rubber sheet 9 is provided at a portion of the PTC except at least a lead portion for conductive connection. It is placed.
Further, the heat resistant rubber sheet 9 placed on the electrode terminal portion of the battery, the circuit component 3, and the PTC 4 is covered with a synthetic resin 7 filled except for the conductive connection terminal 6 provided on the circuit component 3. .
[0013]
FIG. 2 is a diagram illustrating the battery before filling the synthetic resin of the battery pack of the present invention.
FIG. 2A is a diagram for explaining a battery and circuit components attached to the battery pack of FIG. The battery 2 is equipped with circuit components 3 such as battery protection means and charge / discharge control means, and one electrode terminal 4 of the battery 2 is connected to the circuit component 3 via a PTC 5. A heat resistant rubber sheet 9 is placed on the PTC 5.
FIG. 2B shows an example in which the PTC 5 is provided on the same surface as the circuit component 3. Since the PTC has a smaller thickness than the circuit component 3, the PTC 5 does not increase the thickness of the battery pack even when the PTC is provided on the same surface as the circuit component 3. Further, it is possible to reduce the size in the direction in which the PTC is arranged as shown in FIG.
[0014]
FIG. 3 is a diagram for explaining the PTC of the present invention. 3A is a plan view, and FIG. 3B is a cross-sectional view taken along line AA ′ in FIG. 3A.
One end of the conductive connection lead 10 of the PTC 4 is connected to the electrode terminal 4 of the battery and is covered with a heat resistant rubber sheet 9 including a part of the conductive connection lead 10 around the element portion 11 of the PTC 4. .
The heat-resistant rubber sheet 9 only needs to cover the element portion 11, but in order to reduce the thermal shock caused by the heat-melted synthetic resin to be filled, the entire conductive connection lead is formed together with the element portion 11. What is coated is preferred.
Further, as the heat resistant rubber sheet 9, it is preferable to use a large heat-resistant rubber sheet 9 in consideration of the size of the battery pack, since a thick one has good thermal characteristics.
[0015]
As the heat-resistant rubber sheet, various heat-resistant rubber sheets can be used as long as they do not change or deteriorate when filled with a heat-melted synthetic resin. Specifically, chloroprene rubber, ethylene propylene rubber , One type selected from the group consisting of silicone rubber and silicone-modified ethylene propylene rubber.
Among these rubber sheets, a sponge sheet having cushioning properties is preferable.
Specifically, a material having a tensile elongation (EB) of 200% or more that does not break due to thermal expansion of PTC is preferable.
[0016]
【Example】
The present invention will be described below with reference to examples and comparative examples.
Example, Comparative Example PTC (Polyswitch LR4-190 manufactured by Raychem) was covered with a 0.5 mm thick rubber sponge (C-4305 manufactured by INOAC), and a polyamide resin (Macromelt 6790S manufactured by Henkel) was covered. Sample 1 was prepared by filling. Similarly, Sample 2 filled with a polyamide resin was prepared except that it was not covered with a rubber sponge.
Furthermore, Sample 3 in which neither polyamide resin nor rubber sponge was used was prepared.
Each time a current of 4.2 A was applied and the time until the current was cut off was measured, and the results are shown in Table 1.
[0017]
[Table 1]

[0018]
As described above, the PTC directly filled with the synthetic resin required 28 seconds until the current was cut off, but the one filled with the synthetic resin in the state covered with the rubber sponge was 9 seconds, The current could be cut off in the same amount of time as that without the synthetic resin.
[0019]
【The invention's effect】
In the battery pack of the present invention, the PTC used for overcurrent protection of the battery is covered with heat-resistant rubber. Therefore, when the battery pack is filled with synthetic resin and circuit components are sealed, the PTC is filled. The PTC can operate with a rated current because it is not thermally affected by the heat-melted synthetic resin and does not limit the thermal expansion of the PTC during battery use.
Furthermore, since there is no need to place the PTC outside of the synthetic resin, the degree of freedom of the PTC placement position can be increased, and it can be designed arbitrarily according to the shape and size of the battery or battery-using equipment. It becomes possible to do.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram illustrating a battery pack according to the present invention.
FIG. 2 is a diagram illustrating an assembly before filling a synthetic resin of a battery pack of the present invention.
FIG. 3 is a diagram illustrating a PTC.
FIG. 4 is a diagram illustrating a conventional battery pack.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Battery pack, 2 ... Battery, 3 ... Circuit component, 4 ... Electrode terminal, 5 ... PTC, 6 ... Conductive connection terminal, 7 ... Synthetic resin, 8 ... Insulating member, 9 ... Heat resistant rubber sheet, 10 ... Conductive Connection lead, 11 ... element part

Claims

In a battery pack having a PTC element using a conductive polymer that protects the battery together with the battery, at least a part of the battery pack is filled with a synthetic resin and filled with at least a portion of the PTC excluding the conductive connection lead. A battery pack, characterized in that a heat-resistant sponge rubber is disposed between the synthetic resin.