JP5234731B2 - 電池パック - Google Patents
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Description
本発明は電池パックに関するもので、特に、充放電容量の大きなリチウムイオン電池等が保護回路基板や保護素子と共に、ケースに収容された電池パックに関するものである。
充放電容量の大きなリチウムイオン電池は、保護回路基板や保護素子と共にケースに収容されて、電池パックとして使用されることが多い。図２は、従来の電池パック構造の一例を示す図である。電池１の側面には、過電流や過熱状態の際に電流を遮断するためのＰＴＣ素子２、充放電を制御するための、充放電端子３ａを備えた保護回路基板３が配置される。電池１の負極１ｂとＰＴＣ素子２は端子間がタブ４１で接続され、更に、充放電端子３ａを備えた保護回路基板３と電池１の正極１ａがタブ４２で電気的に接続されている。ＰＴＣ素子２と保護回路基板３もタブ４で接続されている構造となっている。また、電池１の側面には絶縁紙７が配置され部材同士の短絡を防いでいる。全体をケース０で覆うことで電池パックを構成している。
電池パックは、落下等の外部衝撃により過大な力が加わった場合には、電池パック内に納められている電池や保護回路基板の破損により使用できなくなる。従来の電池パックでは、落下等の外部衝撃への耐性を高めるために、電池パック内に発泡ポリウレタン樹脂などの緩衝性部材９を配置し、衝撃を緩和する構造が提案されている（特許文献１）。
上記の緩衝性材料等を配置して耐衝撃性を高めた電池パックでも、規定以上の過度の外部衝撃が加わった場合には、その衝撃力を緩衝性部材により緩和しきれず、電池や保護回路基板が破損することを完全防止するのは不可能である。電池が破損すれば、充放電が正常になされなくなり、保護回路基板が破損すれば、充放電を制御するような通常の保護回路は働かなくなる。規定以上の外部衝撃を受ける等で破損した電池パックは、当然ながら通常に使用できるものではない。
本発明の技術的課題は、電池パックに過度の外部衝撃が加わった場合には、電池パックが使用されないように、電池パックの充放電機能を停止させる保護機能を備える電池パックを提供することにある。
本発明によれば、充放電可能な電池と、前記電池の正極と負極間に配置された保護回路基板およびＰＴＣ素子と、第一の接点部を有する正極タブと、前記第一の接点部と接離可能な第二の接点部を有する負極タブと、を含み、前記第一の接点部と前記第二の接点部とが接触した状態に保持された前記正極タブと前記負極タブによって前記保護回路基板と前記ＰＴＣ素子が電気的に接続され、落下を含む外部衝撃により前記第一の接点部と前記第二の接点部とが互いに離れることによって前記保護回路基板と前記ＰＴＣ素子との電気的な接続を遮断し、前記電池の充放電を停止する構造を特徴とする電池パックが得られる。
さらに、本発明によれば、前記電池パックにおいて、前記保護回路基板が充電端子を備えていることを特徴とする電池パックが得られる。さらに、本発明によれば、前記電池パックにおいて、前記第一の接点部と前記第二の接点部とが接触した状態の保持を磁石の吸着力にて行うことを特徴とする電池パックが得られる。
本発明により、落下等の過度の外部衝撃が加わった場合、電池と保護回路基板の接続が遮断され、電池パックの充放電機能が停止される。すなわち、過度の外部衝撃が加わって電池パックの破損の恐れがあるような場合には、電池パックが使用できないように、電池パックの充放電機能を停止させる保護機能を持つ電池パックを提供することが出来る。
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の構造を示す説明図で、図１（ａ）は通常使用状態での構造、図１（ｂ）は製造時や衝撃などにより接点が遮断された状態での構造を示している。図１に示すように、製造初期状態では、電池１の負極１ｂとＰＴＣ素子２はタブ４１で接続されている。電池１の正極１ａと充放電端子３ａを備えた保護回路基板３は、タブ４２で接続されている。ＰＴＣ素子２と保護回路基板３は、片端に接点部５１、接点部５２を有する負極タブ４３、正極タブ４４と接続されている。タブは電気的な接続に用いられるので、タブの材質としては導電性の高い金属材料を用いれば良い。但し、負極タブ４３の材質は、後述の磁石６に吸着させるので、ニッケルなどの磁性体を用いる。
負極タブ４３と正極タブ４４の片端に設けられた接点部５１と接点部５２は各々対向する向きに配置する。接点部５１、５２の表面材質としては、長期間放置しても接触抵抗の劣化が起こりにくい、金とすることが好ましい。
負極タブ４３と電池１の間にスペーサ８を設け、初期状態において接点部５１と接点部５２の間および負極タブ４３と電池１の間に、クリアランスができるようにする。
電池１の側面には磁石６が負極タブ４３を吸着できる位置に配置される。磁石６の材質としてはフェライト磁石や希土類磁石等を用いることができる。
電池１の側面には絶縁紙７が配置され、部材同士が短絡することを防いでいる。さらに、全体をケース０で覆うことにより、電池パックが構成される。
通常使用状態では、図１（ａ）に示すように、負極タブ４３の片端に位置する接点部５１は、対向する接点部５２に押し付けられ接触するため、負極タブ４３と正極タブ４４が導通している。そのとき、負極タブ４３は磁石６に吸着した状態であり、負極タブ４３と磁石６の吸着力によりその状態が保持されている。接点部５２の押し付ける力は、スペーサ８および磁石６の高さで調整することができる。この状態で、電池１の負極１ｂと保護回路基板３間は導通状態となっており、電池パックは充放電が可能な状態である。
電池パックに、落下等の外部衝撃が加わった時には、磁石６に吸着されている負極タブ４３に衝撃力が加わる。この衝撃力が、磁石６による吸着力を上回ると、負極タブ４３の保持が外れ、負極タブ４３はそのばね性により初期の状態（図１（ｂ））に戻り、電池１の負極と保護回路基板３間の導通が遮断され、電池パックの充放電が不可能な状態となる。
本発明では、磁石６と負極タブ４３の吸着力を調整することで、導通を遮断する衝撃力を変えることができる。落下による衝撃の加速度をａ（ｍ／ｓ2）、タブの重量ｍ（ｋｇ）とすると、タブに加わる衝撃力は概算としてｍ×ａ（Ｎ）となる。したがって、吸着力をこの値に設計しておけば、この衝撃が加わったとき、磁石６による負極タブ４３の保持が外れ、導通を遮断することができる。
例えば、長さ５０ｍｍ、幅５０ｍｍ、厚さ５ｍｍの電池を使用して、ネオジム磁石の寸法を長さ５ｍｍ、幅５ｍｍ、厚さ５ｍｍとし試作した電池パックを用いた場合は、２ｍの高さから落下試験を行った結果、負極タブ４３は磁石６から外れた状態となり、電池１の負極と保護回路基板３間の導通が遮断され、電池パックは充放電できない状態となった。
また、通常使用時にこの接点を閉じた状態で保持する手段としては、規定以上の衝撃が加わった場合に保持が外れる機構であれば良く、例えば、重りとバネを利用した開放機構や、回転カムとバネを利用したノック機構、接着剤や接着テープで接着力を調整したものであっても良い。但し、構造が単純で、吸着力の調整も容易に出来ることから上記説明の磁石を使用する構成が好ましい。
本発明は、電池パックにおいて、落下等の外部衝撃が加わると、電池の機能を停止させる構造になっているため、過度の衝撃を受けた電池パックが誤って使用されることを防止することができる。
０ ケース
１ 電池
１ａ 正極
１ｂ 負極
２ ＰＴＣ素子
３ 保護回路基板
３ａ 充放電端子
４、４１、４２ タブ
４３ 負極タブ
４４ 正極タブ
５１、５２ 接点部
６ 磁石
７ 絶縁紙
８ スペーサ
９ 緩衝性部材
１ 電池
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４、４１、４２ タブ
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４４ 正極タブ
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６ 磁石
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９ 緩衝性部材
Claims (3)
- 充放電可能な電池と、前記電池の正極と負極間に配置された保護回路基板およびＰＴＣ素子と、第一の接点部を有する正極タブと、前記第一の接点部と接離可能な第二の接点部を有する負極タブと、を含み、前記第一の接点部と前記第二の接点部とが接触した状態に保持された前記正極タブと前記負極タブによって前記保護回路基板と前記ＰＴＣ素子が電気的に接続され、落下を含む外部衝撃により前記第一の接点部と前記第二の接点部とが互いに離れることによって前記保護回路基板と前記ＰＴＣ素子との電気的な接続を遮断し、前記電池の充放電を停止することを特徴とする電池パック。
- 前記保護回路基板が充電端子を備えていることを特徴とする請求項１に記載の電池パック。
- 前記第一の接点部と前記第二の接点部とが接触した状態の保持を磁石の吸着力にて行うことを特徴とする請求項１または２に記載の電池パック。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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