JP4761742B2 - パック電池 - Google Patents
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Description
本発明は、このような問題を解決しようとなされたものであって、高い信頼性を確保しながら、高品質および低コストを実現し得る構成のパック電池を提供することを目的とする。
(1)本発明に係るパック電池は、互いの間が電気接続されてなる複数の素電池を有するものであって、複数の素電池は、感熱制御機能を備える第1素電池と、感熱制御機能を備えない第2素電池との2種類の組み合わせをもって構成されていることを特徴とする。
そして、前記第1素電池は、正負両極板を有する電極体が外装体および蓋体で構成される内部空間に収納されるとともに、該内部空間に感熱素子が内蔵され構成されている。
(4)上記(3)のパック電池において、第1素電池は、密集配置状態の中で、内側の箇所に配されていることを特徴とする。
(6)上記(5)のパック電池において、第1素電池は、密集配置状態の中で、外側の箇所に配されていることを特徴とする。
従って、本発明に係るパック電池は、高い信頼性を確保しながら、高品質および低コストを実現し得る。
※上記(5)のパック電池のように、第1素電池を、密集配置される複数の素電池の中で、他の箇所に比べて温度上昇の度合いが小さい箇所、例えば、外側の箇所に配しておけば、第1素電池の感熱制御機能の発揮を遅らせることができる。このような構成を採用することで、パック電池は、高出力なハイパフォーマンス型のものとなる。
(実施の形態1)
本実施の形態に係るパック電池1について、図1〜図3を用いて説明する。
パック電池1の全体構成について、図1を用い説明する。
図1に示すように、パック電池1は、上側ケース11と下側ケース12とで構成される内部空間に電池群10と、この電池群10に接続される保護回路基板13が収納されている。保護回路基板13における一方の主面(図1におけるX方向手前側の主面)には、外部接続端子14が装着されており、その一部が下側ケース12の外方に露出されている。また、保護回路基板13の主面には、図1では図示を省略しているが、電力の入出力を制御するための制御ICやFET素子などのスイッチング素子、さらには電流計測用の抵抗素子などが実装されている。
Li電池101〜110は、図1のY方向およびZ方向において、2層の俵積みの状態に配されており、互いの間のスペースはほとんどない密集状態となっている。10本のLi電池101〜110の内、Li電池101、102、105、106、109、110は、図1のX方向手前側に負極端子が位置するように配され、Li電池103、104、107、108は、X方向奥側に負極端子が位置するように配されている。
パック電池1の構成要素中でも本実施の形態における特徴部分である電池群10の構成について、図2を用いて説明する。
図2に示すように、本実施の形態に係るパック電池1に内蔵されている電池群10は、5つの並列ユニット10a〜10eが直列接続され構成されている。各並列ユニット10a〜10eは、各々Li電池101とLi電池102、Li電池103とLi電池104、Li電池105とLi電池106、Li電池107とLi電池108、Li電池109とLi電池110とが並列接続されて構成されている。具体的には、Li電池101とLi電池102とはリード152、160、161、162によって並列接続されて並列ユニット10aを構成しており、他の並列ユニット10b〜10eについても同様の構成となっている。そして、リード162、155、165、158が隣り合う並列ユニット10a〜10eを直列に接続する機能も兼ねて設けられている。
PTCサーミスタ素子内蔵タイプのLi電池101、102から構成される並列ユニット10aは、図1に示すように、密集配置された電極群10の中でY方向における外側に配されている。即ち、パック電池1を外部機器に装着した際に、並列ユニット10aは、他の並列ユニット10b〜10eに比べて電池温度の上昇の度合いが大きい箇所に配されていることになる。
上述のように、本実施の形態に係るパック電池1では、並列ユニット10aを構成する2本のLi電池101、102がPTCサーミスタ素子内蔵タイプのものであり、その他のLi電池103〜110がPTCサーミスタ素子を備えないタイプのものである。図3を用い、タイプ別にその内部構造を説明する。図3では、Li電池101、103の封口蓋1011およびその周辺部分だけを図示している。
一方、図3(b)に示すように、Li電池103は、PTCサーミスタ素子1012を内蔵しない点で、上記Li電池101と相違している。即ち、図3(a)に示すLi電池101では封口蓋1010の外部構成板1011とラプチャディスク1013との間にPTCサーミスタ素子1012が介挿されていたのに対して、Li電池103では、外部構成板1011とラプチャディスク1013とが直に接触した構成の封口蓋1030を有する。このような構造の違いより、Li電池103には、PTCサーミスタ素子などの感熱制御素子が付加されておらず、感熱制御機能を有していない。
4.パック電池1が有する優位性
以上のような構成を有している本実施の形態に係るパック電池1では、次のような優位性を有する。
(1) 本実施の形態に係るパック電池1では、備える10本のLi電池101〜110の内、並列ユニット10aを構成するLi電池101とLi電池102とがPTCサーミスタ素子1012を内蔵し、他の並列ユニット10b〜10eを構成するLi電池103〜110はPTC制御機能を備えない。このようにPTC制御機能の有無によって異なる2種類のLi電池の組み合わせをもって電池群10を構成しているので、上記従来のパック電池のように備える全ての電池にPTC制御機能をもたせている場合に比べて、PTC制御機能をもたせていないLi電池を採用した分だけ、部品のコスト低減を図ることが可能である。また、パック電池1では、電池群10を構成する一部のLi電池101、102にPTC制御機能をもたせているので、電池群10の外部、例えば保護回路基板13などに非常に高価で大きな素子である温度ヒューズなどを別途採用することが不要となり、コスト面およびスペース効率の面などから優位性を有する。
(2) パック電池1では、直列接続される5つの並列ユニット10a〜10eの内の一の並列ユニット10aにおいて、これを構成するLi電池101、102をともにPTCサーミスタ素子1012を有する構成のものとしている。このため、外部短絡などの発生によりパック電池1内に過電流が流れた場合にも、確実にLi電池101、102のPTCサーミスタ素子1012が機能し、電流の遮断が実施される。よって、電池の品質面でのレベルアップが図られた現在においては、電池間における性能バラツキが小さく、各並列ユニット10a〜10eを構成するLi電池101〜110において、同じように電池反応を生じる。このため、パック電池1では、5つある並列ユニット10a〜10eの内、1つの並列ユニット10aを構成するLi電池101、102にだけPTC制御機能をもたせたものを適用すればよく、全ての構成電池にPTC制御機能を有するものを採用する上記従来のパック電池と同様に、品質面および安全面における優位性を有する。
(3) パック電池1では、図1に示すように、10本のLi電池101〜110が密集配置されることで電池群10が構成されているが、PTCサーミスタ素子1012を内蔵するLi電池101、102がその外側の箇所に配されている。このため、PTCサーミスタ素子1012を内蔵するLi電池101、102は、電池群10を構成するLi電池101〜110の中でも温度上昇の度合いが最も小さくなる。よって、パック電池1では、Li電池101、102に内蔵されるPTCサーミスタ素子1012が少しの温度上昇ではトリップせず、高出力型(ハイパフォーマンス型)の特性を有するものである。
(実施の形態2)
次に、実施の形態2に係るパック電池について、上記実施の形態1に係るパック電池1との相違点を中心に図4を用いて説明する。
本実施の形態に係るパック電池では、上記実施の形態1に係るパック電池1が有する優位性の内の(1)、(2)と同様の優位性を有する。
(実施の形態3)
本実施の形態に係るパック電池が上記実施の形態1、2に係るパック電池と相違するのは、電池群30が5本のLi電池301〜305を直列接続して構成されたところにある。即ち、上記実施の形態1、2に係るパック電池では、2並5直の形態で10本のLi電池101〜110が接続された電池群10、20を有していたが、本実施の形態に係るパック電池では、上述のようにリード351〜356によって5直の形態で5本のLi電池301〜305が接続された形態を有し電池群30が構成されている。
なお、5本のLi電池301〜305の内、一番外側の箇所に配されるLi電池301をPTCサーミスタ素子内蔵タイプとすれば、上記実施の形態1に係るパック電池1と同様にハイパフォーマンスタイプとすることができる。
(変形例)
上記実施の形態1〜3に係る各パック電池では、PTC制御機能をLi電池に付加するのに、図3(a)に示すようなPTCサーミスタ素子1012内蔵タイプを一例としたが、本変形例は、PTCサーミスタ素子の装着箇所に関するものである。
図6(b)に示すように、PTCサーミスタ素子4018は、ベース板4019、素子本体部4020、キャップ4021が順に積層され接合された状態で構成されている。
(その他の事項)
上記実施の形態1〜3および変形例で採用した構成については、便宜上用いた一例に過ぎず、本発明の特徴部分以外の構成については、適宜の変更が可能である。例えば、上記実施の形態1〜3および変形例では、円筒形Li電池を装備する構成としたが、角型の非水系電池や、アルカリ電池、ボタン型の電池等を採用することも可能である。
また、上記実施の形態1〜3および変形例では、感熱制御機能を有する素子としてPTCサーミスタ素子を採用したが、PTCサーミスタ素子以外にもバイメタル素子、NTC(Negative Temperature Coefficient)サーミスタ素子などを採用することも可能である。
10、20、30.電池群
11、12.ケース
13.保護回路基板
14.外部接続端子
101、102、301、401.Li電池(PTCサーミスタ素子内蔵)
103〜110、302〜305.Li電池(PTC制御機能なし)
151〜166、351〜356.リード
1012、4018.PTCサーミスタ素子
Claims (8)
- 互いの間が電気接続されてなる複数の素電池を有するパック電池であって、
前記複数の素電池は、感熱制御機能を備える第1素電池と、感熱制御機能を備えない第2素電池との2種類の組み合わせをもって構成され、
前記第1素電池は、正負両極板を有する電極体が外装体および蓋体で構成される内部空間に収納されるとともに、該内部空間に感熱素子が内蔵され構成されており、
前記複数の素電池は、2以上の素電池が並列接続されて1つのユニットを構成し、当該ユニットが複数直列接続された形態を有し、
前記複数のユニットの内の少なくとも1つのユニットは、全ての素電池が前記第1素電池により構成されている
ことを特徴とするパック電池。 - 前記複数の素電池は、密集した状態で配置されている
ことを特徴とする請求項1に記載のパック電池。 - 前記第1素電池は、前記密集配置状態の中で、他の箇所に比べて温度上昇の度合いが大きい箇所に配されている
ことを特徴とする請求項2に記載のパック電池。 - 前記第1素電池は、前記密集配置における内側の箇所に配されている
ことを特徴とする請求項3に記載のパック電池。 - 前記第1素電池は、前記密集配置状態の中で、他の箇所に比べて温度上昇の度合いが小さい箇所に配されている
ことを特徴とする請求項2に記載のパック電池。 - 前記第1素電池は、前記密集配置における外側の箇所に配されている
ことを特徴とする請求項5に記載のパック電池。 - 前記感熱素子は、バイメタル素子、PTCサーミスタ素子、NTCサーミスタ素子の何れかである
ことを特徴とする請求項1に記載のパック電池。 - 前記素電池には、非水系二次電池が用いられている
ことを特徴とする請求項1から7の何れかに記載のパック電池。
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