JP4641744B2 - パック電池、パック電池に用いる感熱体及び感熱体 - Google Patents
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Description
パック電池は、直列または並列に電気接続された複数の素電池、特に二次電池を主として構成されるが、素電池の種類や使用条件等によって、素電池を管理する必要が生じることがある。このためパック電池は、場合によっては前記素電池に加え、温度ヒューズ、温度センサや保護回路を電気的に接続した状態で、これをプラスチックケースや樹脂フィルム等の絶縁素材で被覆して構成される。
温度ヒューズや温度センサは、素電池の温度管理を行うためのものであって、異常温度上昇時における安全機構動作を目的として、パック電池のメイン回路における外部入力経路や外部出力経路を遮断するように配設される。これについては例えば特許文献1において、複数の二次電池を薄板テープ状の熱伝導体で共通に熱結合させ、当該熱伝導体の一部領域に温度センサ(サーミスタ素子)を設け、電池の温度管理を行う技術が開示されている。
例えば特許文献1の技術では、各素電池を熱導電体で熱結合させ、これを温度センサで間接的に熱管理する構成であるため、センサが設けられる位置から遠ざかるにつれて、その素電池の温度管理にずれが生じやすくなる。
本発明は以上の課題に鑑みて為されたものであって、その目的は、比較的低コストでありながら、複数の素電池の温度管理を従来に比べて確実に行い、良好に安全機構を作動させることの可能なパック電池を提供することにある。
また、本発明のパック電池に用いる感熱体は、電気的に接続された複数の素電池を内蔵するパック電池に用いる感熱体であって、長手方向の全域が感熱域とされ、当該感熱域の任意の部位での異常温度検知を電気信号として取得することのできる長尺状の感熱体であり、前記素電池の2個以上に跨ってその周面に這設され、該感熱体は、前記パック電池の前記素電池と出入力端子との間の電流路中に挿入された遮断回路に対し、電気信号を制御信号として入力し、前記感熱体の感熱域の任意の部位において、素電池が異常温度に達したときに、当該異常温度検知にかかる電気信号を、前記電流路を遮断する遮断回路が、受けるようにし、相互に接近する方向に付勢された複数本の同じ方向に延在する導電線の間に熱可溶性部材を介在させて各導電線を離間させた構造を有し、素電池が異常温度に達すると、前記熱可溶性部材の溶融に伴って、導電線同士が近接接触し、当該感熱体が前記近接接触を導電線同士の短絡として検知する構成であることを特徴とする。
また、本発明の感熱体は、長手方向の全域が感熱域とされ、当該感熱域の任意の部位での異常温度検知を電気信号として取得することのできる長尺状の感熱体であって、前記感熱体は、相互に接近する方向に付勢された複数本の同じ方向に延在する導電線の間に熱可溶性部材を介在させて各導電線を離間させた構造を有し、異常温度に達すると、前記熱可溶性部材の溶融に伴って導電線同士が近接接触することを特徴とする。
具体的には前記導電線は、第一の金属線と第二の金属線とからなり、前記感熱体は、前記第一の金属線を被覆するように熱可溶性部材が配設され、且つ、前記第二の金属線が当該熱可溶性部材の表面に螺旋状に巻回されることで構成できる。
また、本発明の感熱体は、長手方向の全域が感熱域とされ、当該感熱域の任意の部位での異常温度検知を電気信号として取得することのできる長尺状の感熱体であって、前記感熱体は、相互に接近する方向に付勢された複数本の導電線の間に熱可溶性部材を介在させて各導電線を離間させた構造を有し、異常温度に達すると、前記熱可溶性部材の溶融に伴って導電線同士が近接接触し、前記導電線は、第一の金属線と第二の金属線とからなり、前記感熱体は、前記第一の金属線を被覆するように熱可溶性部材が配設され、且つ、前記第二の金属線が当該熱可溶性部材の表面に螺旋状に巻回されてなることを特徴とする。
なお、前記可溶性部材としてはポリエチレン或いはPETを用い、前記一定温度は90±10℃に設定することが可能である。
また本発明では、感熱体は少なくとも二個以上の素電池に共通して設けられるため、従来の温度素子を各素電池に対して個別に設ける必要がない。このため本発明のパック電池によれば、比較的安価にこれを実現することができるとともに、当該感熱体を設ける際に、不必要に接続回路が複雑化することも防げる。この利点は、感熱体を共有させる素電池の数に比例して大きくなる。
1-1.パック電池の構成
図1は、本実施の形態1のパック電池1の構成を示す図である。図中、Aはテープ6と素電池2との間の感熱体5を直接示すためのテープ切り欠き領域である。
当該パック電池1は、合計6個の素電池2(2a〜2f)、保護回路基板3、接続部材4、入出力線7a、7b、コネクタ8等から構成される。
本実施の形態1のパック電池1は、感熱体5が配されている点に主な特徴を有するものである。
各素電池の内部には所定の発電要素が収納されているとともに、発電要素の正極板が正極端子(2aでは手前側端部)、負極板が外装缶底部(2aでは奥側端部)にそれぞれ接続されている。
図1に示す素電池2(2a〜2f)は、隣接セル毎に前後逆向きに併設されており、且つ、隣接セルと接続部材4a〜4eで接続されている。
ここで、パック電池1の特徴は、素電池2(2a〜2f)の異常温度上昇時における安全機構として、感熱体5および遮断回路300等が設けられていることにある。
当図に示すように感熱体5は、素電池2(2a〜2f)の異常温度検知線として作動するものであって、全体として並行に配された金属線(A線)50、金属線(B線)51の間に可溶体52を介在させ、前記金属線50、51を離間させて構成される。
金属線50、51としては、例えば直径0.5mm程度の単線を用いる。ここでは金属線50を直線、金属線51を螺旋状にしている。これらの金属線50、51は、両者とも直線状のまま用いてもよいが、両方を螺旋状にしてそれぞれ縒り線の形態としてもよく、その形態に限定されない。材料としては、ともに導電性に優れる銅線などを用いるのが望ましい。
感熱体5における可溶体52は、金属線50を芯体とし、例えばインサート成形により形成することができる。或いは先に線状の可溶体52を形成しておき、長手方向に沿って径方向に切れ込みを入れ、後から当該切れ込み部分に金属線50を挿入して構成することもできる。可溶体52のサイズ例としては、直径1.2mm(金属線50の直径を含む)である。また、可溶体52はこれ以外のサイズに設定してもよいが、素電池2(2a〜2f)との密着性を得るために細く、且つ、金属線50、51との絶縁距離が小さいサイズであることが、当該感熱体5の良好な作動を得るために望ましい。
なお、当図では構造の説明上、感熱体5の内部構造が見えるように模式的に描いているが、実際は感熱体5の全体にわたり可溶体52および金属線51が配設されている。
以上の構成を持つ感熱体5は、全体としてワイヤー状に形成され、図1に示すように、各素電池2(2a〜2f)の外周面にわたり共通して巻回するように配される。感熱体5の巻回数は1回巻き以上であればよい。このとき、感熱体5の全体が各素電池2(2a〜2f)に対して接触し、且つ適度なテンションを保つように巻回する必要がある。
1-2.遮断回路300について
図4は、感熱体5、素電池2(2a〜2f)に接続された遮断回路300の構成を模式的に示す回路図である。遮断回路300は、フリップフロップ素子301、分圧抵抗R1、Pチャネル型FET素子Q1〜Q4等より構成される。当該遮断回路300は、各素電池2(2a〜2f)(ここではV1〜Vnとして表記)とパック電池の電流路として外部入力経路および外部出力経路となる外部出入力線7a、7bとの間に挿入して接続され、感熱体5の導通状態が変化したときに当該外部出入力経路を遮断するものである。
さらに外部出入力線7a、7bには、コネクタ側との間において図4に示すように、ゲートの向きは同じでソース・ドレインの向きを互いに対称的にして、電流制御するためのFET素子Q1、Q2が配される。当該FET素子Q1、Q2には、通常は各ゲートに負極性が掛かるので、素電池或いは外部供給電力を通すようにON状態となる。
当該フリップフロップ素子301は、感熱体5からの入力信号に基づき、High/Lowいずれかのデジタル信号を出力するために利用される。図4の例では、通常は接地電位に保たれているが、感熱体5が作動すれば正極性電位となる。
以上の構成を持つ本実施の形態1のパック電池1によれば、通常は感熱体5の金属線50、51が絶縁状態にあるため、感熱体5からのデジタル信号は入力されず、遮断回路300のフリップフロップ素子301は接地電位に保たれている。このとき、FET素子Q3、Q4はOFF状態であり、反対にFET素子Q1、Q2はON状態にそれぞれ保持されている。したがって、素電池2(2a〜2f)の入出力線7a、7bは外部と通電状態にあり、素電池2(2a〜2f)に対して普通に充電あるいは放電がなされる。
1-4.感熱体のバリエーションについて
本発明で用いられる感熱体は、上記図2に示したワイヤー状の構成に限定するものではなく、以下に示すように、これ以外の形態で2個以上の素電池に共通して這設できる程度に長尺状に形成されていればよい。
図5(a)は、縒り線状に形成されたA線とB線が互いに近接且つ可溶体で絶縁した状態で、当該可溶体中に両線を保持されてなる感熱体の構成を示す。
このような感熱体をグラステープで素電池に押圧接触させておいても、電池の異常温度発生時に可溶体が溶け、A線とB線を短絡させることが可能である。特に、A線とB線を縒る際に締まり勝手にテンションを掛けた状態で可溶体を成形しておくと、可溶体の溶解時にはより確実に短絡させることができると思われる。また、A線とB線に掛けるテンションの強度が十分であれば、押圧手段としての上記テープを設けなくても短絡を検知することが可能であると思われる。
図5(c)は、帯状のA部材およびB部材を、同様に帯状の可溶体を挟むように配した構成を示す。このような構成を持つ感熱体は、A部材またはB部材のいずれかの表面を素電池に接触させた状態で、実施の形態1と同様に、テープにより押圧して保持させることができる。当該構成によれば、接触面積が確保されるので、より素電池に対する熱結合性を高めることが可能である。さらに、テープの厚みを薄くすることによって、ワイヤー状の可溶体に比べ、パック電池に対してよりスリムに配設することが可能である。このため、この形態の感熱体を利用すれば、パック電池の薄型化に貢献できる。
この他にも、フリップフロップ素子301を用いる構成では、当該回路が感熱体の通電状態の変化を検知できればよいので、感熱体を熱可溶性の導電線(例えばBi-Pb-Sn-Cd系合金や、低融点はんだ等の材料が利用可能)で作製してもよい。このような導電線を可溶体に用いる場合には、当該導電線を素電池に対して熱結合するように這設し、且つ、当該導電線の両端を遮断回路300のフリップフロップ素子に接続する。そして、通常時には当該導電線に対して通電を行い、これを基準状態とし、素電池の異常温度上昇により当該導電線が溶融切断されて通電状態が遮断され、この状態変化をフリップフロップ素子が検出する構成とする。この場合、フリップフロップ素子に対して接続されるFET素子Q3、Q4は、感熱体からの通電が遮断されたときにONする構成として設定しておく。
上記実施の形態では、素電池にニッケル水素蓄電池を用いる構成例を示したが、素電池にはこれ以外の種類、例えばニッケルカドミウム蓄電池や、リチウムイオン二次電池でもよい。
また、素電池としては二次電池に限定されず、一次電池を用いるようにしてもよい。
さらに、素電池の形状も円筒型に限定されず、角形等、他の形状のものに適用してもよい。
なお、感熱体5を上記のように巻回せず、素電池2(2a〜2f)の少なくとも2個以上に対して熱結合するように接触して這設させるだけでもある程度の効果は得られるが、より本発明の効果を高めるには、上記実施の形態のように、素電池2(2a〜2f)に巻回して、熱結合による接触領域を広く確保することが望ましい。
2 素電池
3 保護回路基板
4 接続部材
5 感熱体
6 グラステープ
7a、7b 外部出入力線
7c、7d リード線
8 コネクタ
50 金属線(A線)
51 金属線(B線)
52 可溶体
300 遮断回路
Claims (7)
- 電気的に接続された複数の素電池を内蔵するパック電池であって、
長手方向の全域が感熱域とされ、当該感熱域の任意の部位での異常温度検知を電気信号として取得することのできる長尺状の感熱体が、前記素電池の2個以上に跨ってその周面に這設され、
前記素電池と出入力端子との間の電流路中に挿入された遮断回路に対し、前記感熱体から取得される電気信号を制御信号として入力されており、
前記感熱体の感熱域の任意の部位において、素電池が異常温度に達したときに、当該異常温度検知にかかる電気信号を前記感熱体より受けた遮断回路が前記電流路を遮断する構成であり、
前記感熱体は、
相互に接近する方向に付勢された複数本の同じ方向に延在する導電線の間に熱可溶性部材を介在させて各導電線を離間させた構造を有し、
素電池が異常温度に達すると、前記熱可溶性部材の溶融に伴って導電線同士が近接接触し、当該感熱体が前記近接接触を導電線同士の短絡として検知する構成であることを特徴とするパック電池。 - 電気的に接続された複数の素電池を内蔵するパック電池に用いる感熱体であって、
長手方向の全域が感熱域とされ、当該感熱域の任意の部位での異常温度検知を電気信号として取得することのできる長尺状の感熱体であり、前記素電池の2個以上に跨ってその周面に這設され、
該感熱体は、
前記パック電池の前記素電池と出入力端子との間の電流路中に挿入された遮断回路に対し、電気信号を制御信号として入力し、
前記感熱体の感熱域の任意の部位において、素電池が異常温度に達したときに、
当該異常温度検知にかかる電気信号を、前記電流路を遮断する遮断回路が、受けるようにし
相互に接近する方向に付勢された複数本の同じ方向に延在する導電線の間に熱可溶性部材を介在させて各導電線を離間させた構造を有し、
素電池が異常温度に達すると、前記熱可溶性部材の溶融に伴って、導電線同士が近接接触し、当該感熱体が前記近接接触を導電線同士の短絡として検知する構成であることを特徴とするパック電池に用いる感熱体。 - 長手方向の全域が感熱域とされ、当該感熱域の任意の部位での異常温度検知を電気信号として取得することのできる長尺状の感熱体であって、
前記感熱体は、
相互に接近する方向に付勢された複数本の同じ方向に延在する導電線の間に熱可溶性部材を介在させて各導電線を離間させた構造を有し、
異常温度に達すると、前記熱可溶性部材の溶融に伴って導電線同士が近接接触することを特徴とする感熱体。 - 電気的に接続された複数の素電池を内蔵するパック電池であって、
長手方向の全域が感熱域とされ、当該感熱域の任意の部位での異常温度検知を電気信号として取得することのできる長尺状の感熱体が、前記素電池の2個以上に跨ってその周面に這設され、
前記素電池と出入力端子との間の電流路中に挿入された遮断回路に対し、前記感熱体から取得される電気信号を制御信号として入力されており、
前記感熱体の感熱域の任意の部位において、素電池が異常温度に達したときに、当該異常温度検知にかかる電気信号を前記感熱体より受けた遮断回路が前記電流路を遮断する構成であり、
前記感熱体は、
相互に接近する方向に付勢された複数本の導電線の間に熱可溶性部材を介在させて各導電線を離間させた構造を有し、
素電池が異常温度に達すると、前記熱可溶性部材の溶融に伴って導電線同士が近接接触し、当該感熱体が前記近接接触を導電線同士の短絡として検知する構成であり、
前記導電線は、第一の金属線と第二の金属線とからなり、
前記感熱体は、前記第一の金属線を被覆するように熱可溶性部材が配設され、且つ、前記第二の金属線が当該熱可溶性部材の表面に螺旋状に巻回されてなる
ことを特徴とするパック電池。 - 前記熱可溶性部材は、90±10℃の範囲で溶解するポリエチレン或いはPETであることを特徴とする請求項1または4に記載のパック電池。
- 電気的に接続された複数の素電池を内蔵するパック電池に用いる感熱体であって、
長手方向の全域が感熱域とされ、当該感熱域の任意の部位での異常温度検知を電気信号として取得することのできる長尺状の感熱体であり、前記素電池の2個以上に跨ってその周面に這設され、
該感熱体は、
前記パック電池の前記素電池と出入力端子との間の電流路中に挿入された遮断回路に対し、電気信号を制御信号として入力し、
前記感熱体の感熱域の任意の部位において、素電池が異常温度に達したときに、
当該異常温度検知にかかる電気信号を、前記電流路を遮断する遮断回路が、受けるようにし
相互に接近する方向に付勢された複数本の導電線の間に熱可溶性部材を介在させて各導電線を離間させた構造を有し、
素電池が異常温度に達すると、前記熱可溶性部材の溶融に伴って、導電線同士が近接接触し、当該感熱体が前記近接接触を導電線同士の短絡として検知する構成であり、
前記導電線は、第一の金属線と第二の金属線とからなり、
前記感熱体は、前記第一の金属線を被覆するように熱可溶性部材が配設され、且つ、前記第二の金属線が当該熱可溶性部材の表面に螺旋状に巻回されてなる
ことを特徴とするパック電池に用いる感熱体。 - 長手方向の全域が感熱域とされ、当該感熱域の任意の部位での異常温度検知を電気信号として取得することのできる長尺状の感熱体であって、
前記感熱体は、
相互に接近する方向に付勢された複数本の導電線の間に熱可溶性部材を介在させて各導電線を離間させた構造を有し、
異常温度に達すると、前記熱可溶性部材の溶融に伴って導電線同士が近接接触し、
前記導電線は、第一の金属線と第二の金属線とからなり、
前記感熱体は、前記第一の金属線を被覆するように熱可溶性部材が配設され、且つ、前記第二の金属線が当該熱可溶性部材の表面に螺旋状に巻回されてなる
ことを特徴とする感熱体。
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