WO2014122960A1

WO2014122960A1 - 保護回路を有する二次電池パック

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Publication number: WO2014122960A1
Application number: PCT/JP2014/050813
Authority: WO
Inventors: 三浦和俊; 山田良太; 福田泰祐
Original assignee: Hitachi Maxell Ltd
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Priority date: 2013-02-08
Filing date: 2014-01-17
Publication date: 2014-08-14
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Abstract

二次電池(1)と、二次電池のセル電極端子(3, 4)と外部出力端子(5, 6)の間の充放電路中に配置された保護回路(2)とを備えた二次電池パック。保護回路は、充放電路に直列に挿入された充放電制御スイッチ(8)と、充放電路を流れる電流を検出する電流検出部を有し、電流検出部の検出値が過電流域に達したときに、充放電制御スイッチをオフに制御する。保護回路が実装された保護回路基板が、二次電池のセル電極端子と対向して装着される。二次電池のセル電極端子の各々と、保護回路基板の回路端子の間を接続する配線材(15,16,17)として、Ｎｉ層とＣｕ層またはＣｕ合金層からなるＣｕ－Ｎｉクラッド材が用いられ、配線材は、セル電極端子及び回路端子に対してＣｕ層側を当接させて溶接されている。電池の電極と保護回路基板との間の配線材として、低抵抗化のためにＣｕ－Ｎｉクラッド材を用いた場合の、抵抗溶接に伴うＣｕ材の焼けの発生が解消される。

Description

保護回路を有する二次電池パック

　本発明は、二次電池に保護回路が接続された二次電池パックに関し、特に、高電流による急速充電を容易とするためにインピーダンスが低減された二次電池パックに関する。

　電池パックは、内蔵された二次電池の正負極に接続された外部出力端子から外部へ通電可能な状態で提供される。また、過充電、過放電、過大電流、異常な温度上昇等の異常状態から二次電池を保護するために、異常状態が発生したときには充放電を停止する制御を行う保護機能を有する。すなわち、外部出力端子と二次電池との間に充放電制御スイッチを介在させて、保護回路により充放電制御スイッチを制御する。保護回路は、過充電、過放電等が検出されたときに、充放電制御スイッチをオフにして充放電路を遮断する制御を行い、二次電池を保護する。

　図１１は、そのような保護機能を有する二次電池パックの従来例を示す。この電池パックは、二次電池１と、保護回路２から構成される。保護回路２は、二次電池１のセル正極端子３及びセル負極端子４に接続され、正極出力端子５及び負極出力端子６を介して、二次電池１から外部負荷への放電、あるいは外部からの二次電池１に対する充電が行われる。

　セル負極端子４と負極出力端子６とを結ぶ負極側の充放電路中には、ＰＴＣ素子７と、充放電制御スイッチ８が挿入されている。ＰＴＣ素子７は温度保護素子として用いられ、二次電池１の発熱による昇温に応じた抵抗値の変化により、充放電路を流れる電流を制限し、あるいは遮断する。

　充放電制御スイッチ８は、並列接続された２つのスイッチ回路８ａ、８ｂにより構成されている。スイッチ回路８ａ、８ｂは各々、ＭＯＳＦＥＴからなる放電制御ＦＥＴ９ａ、及び充電制御ＦＥＴ１０ａを直列に接続して構成されている。放電制御ＦＥＴ９ａは、ドレイン・ソース間に存在する寄生ダイオード９ｂが、正極出力端子５から二次電池１の方向に流れる充電電流に対して順方向となるように接続されている。充電制御ＦＥＴ１０ａは、寄生ダイオード１０ｂが、放電電流に対して順方向となるように接続されている。

　保護ＩＣ１１により構成された電圧監視部では、二次電池１から、抵抗Ｒ１、キャパシタＣを介して、電源電圧が電源端子ＶＤＤに供給される。基準電位端子ＶＳＳは、充放電制御スイッチ８の二次電池１の側に接続されている。また、過電流検出端子Ｖ－は、抵抗Ｒ２を介して、充放電制御スイッチ８の負極出力端子６の側に接続されている。

　放電制御ＦＥＴ９ａおよび充電制御ＦＥＴ１０ａのそれぞれのゲートには、保護ＩＣ１１からの制御信号ＤＯおよびＣＯがそれぞれ供給される。通常の充電および放電動作では、制御信号ＤＯおよびＣＯがハイレベルとされ、放電制御ＦＥＴ９ａおよび充電制御ＦＥＴ１０ａがＯＮ状態に制御される。

　保護ＩＣ１１は、基準電位端子ＶＳＳと過電流検出端子Ｖ－の間の電圧を検出し、検出された電圧から、等価的に充放電路に流れる電流を検出する。すなわち、放電制御ＦＥＴ９ａおよび充電制御ＦＥＴ１０ａのオン抵抗によって生じる電圧降下に基づいて等価的に電流を検出する。規定の電流値以上の電流（すなわち、過電流）が流れた場合に、放電制御ＦＥＴ９ａまたは充電制御ＦＥＴ１０ａをＯＦＦさせて電流を遮断する。

　以上のような構成の二次電池パックに対して、二次電池の急速充電を容易とする改良が望まれている。その理由の一つは、携帯電話などの高機能化に伴って、特に、リチウム二次電池にはより高容量が求められていることである。高容量化に伴い、従来と同程度の電流値による充電では、充電に要する時間が実用的な範囲を超えて長くなる。これを回避するためには、より大きな電流値での充電を可能として、充電に要する時間を短縮化すること、すなわち急速充電を可能とすることが求められる。大電流での充電を可能とするためには、二次電池パックのインピーダンスを低減することが必要である。二次電池パックの低インピーダンス化の改良対象としては、保護回路２、ＰＴＣ素子７（温度保護素子）、配線材の固有抵抗が挙げられる。

　図１１のように、２つのスイッチ回路８ａ、８ｂを並列接続して充放電制御スイッチ８を構成することは、保護回路２の抵抗を低減するための方策の一つである。すなわち、充放電制御スイッチ８は、基本的には１個のスイッチ回路で構成することができる。これに対して、２つのスイッチ回路８ａ、８ｂを並列接続することにより、充放電制御スイッチ８のオン抵抗を低減することができる。

　しかし、このように構成された充放電制御スイッチ８を通して電流が流れた場合、各々の放電制御ＦＥＴ９ａおよび充電制御ＦＥＴ１０ａのオン抵抗によって生じる電圧降下は少なくなる。従って、充放電路に流れる電流として等価的に検出される値は小さくなり、過大電流として検出できる電流レベルが高くならざるを得ない。すなわち、保護ＩＣの過大電流検出値の一般的な最小値は０．０５Ｖであるため、充放電制御スイッチ８のオン抵抗を、例えば０．００３Ωまで低減させた場合、過大電流として検出できる電流値が０．０５Ｖ÷０．００３Ω＝１６．６Ａとなってしまう。

　そのため、一般的なモバイル機器に用いるリチウムイオン電池の容量帯域（２Ａｈ～３Ａｈ）においては、５．５倍～８．３倍の電流が流れた場合でなければ過大電流保護動作が働かないこととなり、安全性の低下が懸念される。従って、放電制御ＦＥＴ９ａおよび充電制御ＦＥＴ１０ａの抵抗値は８ｍΩ～１０ｍΩ程度（１Ｃ容量値の約３倍の保護電流値設定）にする事が望ましい。従って、コスト、実装面積からの観点も含めて、並列接続するＭＯＳＦＥＴは、２個に留める事が望ましい。

　また、ＰＴＣ素子７の抵抗値は約０．００５Ωであるため、ＰＴＣ素子に代えてブレーカー（約２．５ｍΩ）を用いることで、当該素子部分の低抵抗化が可能であることが一般的に知られている。従って、二次電池パックのインピーダンスを更に低減するためには、二次電池と保護回路、二次電池とブレーカー、及びブレーカーと保護回路を接続する配線材の低抵抗化を図ることが、残された課題として挙げられる。従来は、溶接性の観点から、配線材に純Ｎｉが用いられている。これに対し、Ｃｕ材を用いて配線材の低インピーダンス化を図ることが知られている。しかし、Ｃｕ材を用いる場合、導電率が従来のＮｉに比べて向上するため、溶接による接続が困難である。

　そこで、特許文献１に開示された技術では、電極に溶接接続するためのＮｉ、Ｎｉ合金またはＦｅ合金からなる溶接層と、Ｃｕ又は耐熱Ｃｕ合金からなる基層とがクラッドされた２層構造の電池用リード材料（配線材）を用いる。この電池用リード材料が、電池の電極と電池パックの外部端子間に配置され、抵抗溶接により溶接層が電極へ固着接続されている。これにより、純ニッケルを使用した従来のリード材料に比べて、電気抵抗を約半分に低減することができ、かつ耐食性・溶接性にもすぐれている、とされている。

　また、特許文献２には、電池の正負極の端子と保護回路基板とを配線材によりそれぞれ接続した電池パックが開示されている。配線材としては、電池の端子に対して接合性を有するアルミニウム板と、保護回路基板に対して接合性を有するニッケル板とを貼り合わせた異種金属のクラッド板を用いることが記載されている。これにより、保護回路基板を電池の同一側面に配置された短い配線材で接続できるので、配線材の長さを短縮でき、電池パックのコスト低減、及び製造工程の簡素化を図ることができる、と記載されている。さらに、異種金属のクラッドとして金属板の一方をアルミニウムや銅のような低抵抗の金属から構成すれば、配線材のインピーダンスを下げることが可能になる、と記載されている。

特開平１１－２９７３００号公報特開２００２－２８９１６０号公報

　二次電池、保護回路、及びブレーカーを相互に接続するクラッド材としては、低抵抗の観点から、Ｎｉ層と、Ｃｕ層またはＣｕ合金層とからなるＣｕ－Ｎｉクラッド材を用いることが望ましい。これに関し、特許文献１には、Ｃｕ－Ｎｉクラッド材を用い、溶接に適したＮｉ層を電池の電極と保護回路の電極に対して溶接させた構造が開示されている。

　ところが、Ｃｕ－Ｎｉクラッド材を用い、溶接に適したＮｉ層を電極に当接させて抵抗溶接を行う実験を行った結果、抵抗溶接のシリーズ溶接ではＣｕ材が焼ける事や、Ｃｕ材に亀裂が生じて、配線材としての機能が劣化することが判った。また、特許文献１には、電池の電極と保護回路基板との接続形態に関する記載はない。

　一方、特許文献２には、電池の電極と保護回路基板との接続のための配線材として、異種金属のクラッド板を用いることが開示されている。すなわち、電池の電極に対して接合性を有する第１の金属板と、保護回路基板の端子に対して接合性を有する第２の金属板を貼り合わせたクラッド板を用いる。また、Ｃｕを用いたクラッド材として、第１の金属板としてＣｕを用い、第２の金属板としてＡｌを用いることが開示されている。

　しかし、特許文献２では、電池の電極に対して接合性を有する第１の金属板と、保護回路基板の端子に対して接合性を有する第２の金属板を貼り合わせたクラッド板を用いるため、電池の電極と保護回路基板の端子には各々異なる金属層が溶接される。従って、Ｃｕを用いたクラッド材の場合、溶接部の一方では、Ｃｕ材が表面になり、シリーズ溶接によって焼けや亀裂が生じる問題が発生する。

　また、特許文献２に実施の形態として具体的に記載された配線材は、Ａｌ－Ｎｉクラッド材である。このため、Ｃｕ－Ｎｉクラッド材を用いた場合の、Ｃｕ層に発生する焼けや亀裂の問題に対する課題認識、および解決策に関する記載はない。

　従って、本発明は、電池の電極と保護回路基板との間の配線材としてＣｕ－Ｎｉクラッド材を用いて低抵抗化を図り、それに伴うＣｕ材が焼ける問題を解消した二次電池パックを提供することを目的とする。

　本発明の二次電池パックは基本構成として、二次電池と、前記二次電池の一対のセル電極端子と外部出力端子との間の充放電路中に配置された保護回路とを備え、前記保護回路は、前記充放電路に直列に挿入された充放電制御スイッチと、前記充放電路を流れる電流を検出する電流検出部を有し、前記電流検出部の検出値が過電流域に達したときに、前記充放電制御スイッチをオフに制御するように構成され、前記保護回路が実装された保護回路基板が、前記二次電池の前記セル電極端子と対向して装着されている。

　上記課題を解決するために、本発明の二次電池パックは、前記二次電池の前記一対のセル電極端子の各々と、前記保護回路基板の回路端子の間を接続する配線材として、Ｎｉ層と、Ｃｕ層またはＣｕ合金層とからなるＣｕ－Ｎｉクラッド材が用いられ、前記配線材は、前記セル電極端子及び前記回路端子に対してＣｕ層側を当接させて抵抗溶接により接合されていることを特徴とする。

　上記構成の二次電池パックによれば、配線材にＣｕ－Ｎｉクラッド材を用いることで、二次電池パックの配線部の抵抗を低減させることができる。しかも、配線材は、セル電極端子及び回路端子に対してＣｕ層側を当接させて抵抗溶接により接合されているので、Ｃｕ材が焼ける問題の発生が回避されている。従って、抵抗溶接による接続部の接合強度を劣化させることなく、二次電池パックの配線部の抵抗をより低減させることが可能である。この結果、二次電池に保護回路が接続された構成の二次電池パックに対する、高電流での急速充電の容易性を向上させることができる。

図１は、本発明の一実施の形態における二次電池パックの回路構成を示すブロック図図２は、同二次電池パックの要素であるブレーカの構成を示す断面図図３は、同二次電池パックの外観を示す斜視図図４は、二次電池１に対する保護回路基板２８の装着部を概念的に示す要部断面図図５は、二次電池１のセル正極端子３と保護回路基板２８の接続部を、図４における右側面から見て拡大して示した部分断面図図６は、二次電池１のセル負極端子４とブレーカー１２の接続部を、図４における正面から見て拡大して示した部分断面図図７は、ブレーカー１２と保護回路基板２８の接続部を、図４における左側面から見て拡大して示した部分断面図図８は、正極端子３と配線材１５をシリーズ溶接する場合の作用を示す断面図図９は、リード端子１９と配線材１６をダイレクト溶接する場合の作用を示す断面図図１０は、Ｎｉ層１５ｂをセル正負極端子３に当接させてシリーズ溶接を行った場合の問題点を示す断面図図１１は、従来例の二次電池パックを示すブロック図

　本発明の二次電池パックは、上記構成を基本として、以下のような態様をとることができる。

　すなわち、前記回路端子と前記セル電極端子との間を接続する前記配線材は、前記Ｎｉ層を内側にしてＵ字状に１８０度の角度で屈曲されて、上側及び下側の屈曲片を形成し、上側の屈曲片及び下側の屈曲片が各々、前記回路端子及び前記セル電極端子に対してＣｕ層を対向させている構成とすることができる。

　以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。

　＜実施の形態＞
　図１は、本発明の一実施の形態における二次電池パックの回路構成を示すブロック図である。図１１に示した従来例と同様の構成要素については同一の参照符号を付して、説明の繰り返しを簡略化する。

　この二次電池パックは、例えば、リチウムイオン電池等の二次電池１を内蔵している。二次電池１には保護回路２が接続され、保護回路２の正極（外部）出力端子５及び負極（外部）出力端子６を介して、外部の負荷への放電、あるいは外部からの充電が行われる。

　二次電池１のセル負極端子４と、負極出力端子６の間の負極側の充放電路中には、ブレーカー１２と、２つの並列接続されたスイッチ回路８ａ、８ｂからなる充放電制御スイッチ８が、直列に接続されている。ブレーカー１２は、バイメタルとＰＴＣ素子を組み合わせた構成を有し、その具体的な構造及び動作については後述するが、図１１に示した従来例におけるＰＴＣ素子７に代えて用いられている。

　図１には、二次電池１のセル正極端子３と保護回路２の回路端子１３を接続する配線材１５、二次電池１のセル負極端子４とブレーカー１２を接続する配線材１６、及びブレーカー１２と保護回路２の回路端子１４を接続する配線材１７が示されている。本実施の形態では、配線材１５、配線材１６、及び配線材１７として、Ｎｉ層と、Ｃｕ層またはＣｕ合金層とからなるＣｕ－Ｎｉクラッド材（片側のみにＮｉ層を有する）が用いられる。

　本実施の形態の特徴は、セル正負極端子３、４、及び回路端子１３、１４に対して、抵抗溶接により、配線材１５～１７のＣｕ－Ｎｉクラッド材のＣｕ層側が接合されていることである。この構成の詳細及び効果については、後述する。

　ブレーカー１２は、図２に断面図で示す構造を有する。すなわち、枠体１８にリード端子１９、２０が支持され、それらの間に、ＰＴＣ素子２１及びバイメタル２２が配置されている。枠体１８の外部に突出したリード端子１９、２０の外端部が、図１に示したように充放電路中に接続される。

　枠体１８内で、リード端子１９の内端部は底部に配置され、リード端子２０の内端部は上部に配置されて上下方向に対向する。枠体１８内のリード端子２０の端部には屈曲部２３が形成され、その先端に端子突起２４が設けられている。両内端部間に配置されたＰＴＣ素子２１及びバイメタル２２の作用により、リード端子１９、２０間の導通形態が温度に応じて変化する。第１導通状態は、端子突起２４がリード端子１９に当接することにより、リード端子１９、２０間が直接導通した状態である。この状態は、常温下でバイメタル２２が、図示されるように上方に凸となるように湾曲していることによって形成される。

　一方、温度が上昇したときには、湾曲の程度が小さく（曲率が小さく）なり、リード端子２０の屈曲部２３が上方に反り返って端部が上方に変位する。それにより、端子突起２４はリード端子１９から離間して、端子突起２４を介した電流経路は遮断される。そのため、リード端子１９、２０間は、ＰＴＣ素子２１及びバイメタル２２を介して間接的に導通した第２導通状態となる。この状態では、極めて高抵抗であり、実質的に電流は遮断されるが、若干の電流は流れる。

　以上のとおり、第１導通状態では、リード端子１９、２０間の直接導通によって電流が流れるので、ブレーカー１２は極めて低抵抗の状態である。ブレーカー１２は機械的接点構造の為、バイメタルが反転するまでの温度帯においては抵抗変動がない。つまり、抵抗値の温度依存性がなく、温度によって抵抗値が変動するＰＴＣ素子７と比べて安定した低抵抗を実現できる。大電流で充電する急速充電においては、セルの発熱が増すため、充電時のセルの発熱による抵抗変化をうけないブレーカーは、低抵抗化に有利な素子である。

　但し、本発明は、ブレーカー１２ではなく、例えば温度ヒューズ等の他の温度保護素子を用いた場合に適用しても、相応の効果を得ることが可能である。なお、温度保護素子とは、二次電池１の発熱による昇温に応じて、充放電路を流れる電流を制限する機能を持つ素子を意味する。

　また、並列接続された２つのスイッチ回路８ａ、８ｂからなる充放電制御スイッチ８を採用することも必須ではない。すなわち、単一の放電制御ＦＥＴ９ａと充電制御ＦＥＴ１０ａの直列回路によって充放電制御スイッチ８を構成した場合に本発明を適用しても、相応の効果が得られる。

　次に、本実施の形態の二次電池パックにおける配線材１５～１７の適用構造の例について、図３～図７を参照して説明する。図３は、本実施の形態の二次電池パックの外観を示す斜視図である。

　図３に示すように、二次電池１の上部にはキャップフレーム２５が装着されている。その内部の上部には保護回路基板が装着されているが、表装材に覆われているため図３には表れない。保護回路基板には、保護ＩＣ１１等を含む保護回路２が実装されている。キャップフレーム２５の上端面から、外部接続用の出力端子２６が露出している。出力端子２６は、保護回路基板に取り付けられており、図１の正極出力端子５及び負極出力端子６を含む。

　図４は、二次電池１に対する保護回路基板の装着部を概念的に示す要部断面図であり、図３の状態から表装材を除去した二次電池パックの断面構造が示される。二次電池１は、例えばアルミニウム又はアルミニウム合金で形成された外装缶２７の内部に素電池を内蔵して構成されている。外装缶２７の内部の構成は一般的なものであるため、図示を省略する。外装缶２７の上面部に配置されたセル正極端子３及びセル負極端子４は各々、素電池の正極及び負極と導通している。セル正極端子３はクラッド板で構成されていてもよい。

　キャップフレーム２５は外装缶２７の上部に装着されて、外装缶２７の上面との間に空間を形成している。この空間の上部に位置するように、保護回路基板２８が装着されている。図示しないが、保護回路基板２８には保護回路２が実装されている。保護回路基板２８の下面に設けられた回路端子１３は、配線材１５によりセル正極端子３と接続されている。同様に設けられた回路端子１４は、ブレーカー１２を介在させて、配線材１６、１７によりセル負極端子４と接続されている。

　図５～図７は、配線材１５～１７による接続部を拡大して示した部分断面図である。図５は図４の右側面から見た図であり、二次電池１のセル正極端子３と保護回路２の回路端子１３の接続部を示す。図６は図４の正面から見た図であり、二次電池１のセル負極端子４とブレーカー１２のリード端子２０の接続部を示す。図７は図４の左側面から見た図であり、保護回路２の回路端子１４とブレーカー１２のリード端子１９の接続部を示す。但し、図４は見易いように概念的に示したので、図５～図７の各部の寸法とは対応していない。

　この構成における二次電池１、ブレーカー１２、及び保護回路基板２８の間は、配線材１５～１７との溶接により、以下のとおりに接続されている。すなわち、図５に示すように、配線材１５の一端部と保護回路基板２８の回路端子１３、及び配線材１５の他端部と二次電池１のセル正極端子３が、溶接により接合されている。配線材１５は、Ｃｕ層１５ａとＮｉ層１５ｂからなるクラッド材であり、Ｎｉ層１５ｂを内側にしてＵ字状に、すなわち１８０度の角度で屈曲されている。従って、配線材１５は上側及び下側の屈曲片を形成し、上側の屈曲片ではＣｕ層１５ａが上方に向き、下側の屈曲片ではＣｕ層１５ａが下方に向く。これにより配線材１５は、セル正極端子３及び回路端子１３の双方に対してＣｕ層１５ａを対向させて溶接されている。

　また、図６に示すように、配線材１６の一端部とブレーカー１２のリード端子２０、及び配線材１６の他端部と二次電池１のセル負極端子４が、溶接により接合されている。配線材１６も、Ｃｕ層１６ａとＮｉ層１６ｂからなるクラッド材であり、Ｃｕ層１６ａを下側にすることにより、セル負極端子４に対してＣｕ層１６ａを対向させて抵抗溶接されている。一方、リード端子２０に対してもＣｕ層１６ａを対向させているが、後述するように、リード端子２０に対してはＮｉ層１６ｂを対向させた構成であってもよい。

　さらに、図７に示すように、配線材１７の一端部と保護回路基板２８の回路端子１４、及び配線材１７の他端部とブレーカー１２のリード端子１９が、溶接により接合されている。配線材１７も、Ｃｕ層１７ａとＮｉ層１７ｂからなるクラッド材であり、Ｎｉ層１７ｂを内側にしてＵ字状に、すなわち１８０度の角度で屈曲されている。これにより、回路端子１４に対してＣｕ層１７ａが対向した状態で溶接されている。リード端子１９に対してもＣｕ層１６ａを対向させているが、リード端子２０の場合と同様、Ｎｉ層１６ｂを対向させた構成であってもよい。

　以上のように、セル正負極端子３、４、及び回路端子１３、１４に対して、配線材１５～１７がＣｕ層１５ａ～１７ａを対向させて抵抗溶接されている。これにより、従来の抵抗溶接技術を用いた接合を適用しても、Ｃｕ材が焼けることや、Ｃｕ材に亀裂が生じることを回避することが可能となった。従って、溶接による接続部の特性を劣化させることなく、二次電池パックの配線部の抵抗をより低減させることができる。その結果、二次電池に保護回路が接続された構成の二次電池パックに対する、高電流での急速充電の容易性を向上させることができる。

　このような効果が得られる理由について、以下に説明する。抵抗溶接においては一般的に、２種類の方法、すなわち、シリーズ溶接とダイレクト溶接が用いられる。上記構成の二次電池パックの場合、セル正負極端子３、４、及び回路端子１３、１４に対する配線材１５～１７の溶接には、後述する理由により、シリーズ溶接を用いる。一方、ブレーカー１２のリード端子１９、２０に対する配線材１６、１７の溶接には、ダイレクト溶接を用いることができる。

　シリーズ溶接に伴う作用を、セル正極端子３と配線材１５の場合を例として図８に示す。また、ダイレクト溶接に伴う作用を、リード端子１９と配線材１６の場合を例として図９に示す。シリーズ溶接では、図８に示すように、セル正負極端子３に当接させた配線材１５の上部の同一平面上に、２本の電極棒２９を押し当てて通電する。これに対して、ダイレクト溶接では、図９に示すように、リード端子１９の下面と配線材１６の上面に対して、対向する方向に電極棒２９を押し当てて通電する。

　但し、図９から判るように、ダイレクト溶接の適用には、電極棒２９で溶接対象部材を挟める状態であることが必要である。従って、ブレーカー１２のリード端子１９、２０に対する配線材の接合には、ダイレクト溶接を用いる適用することが可能である。これに対して、セル正負極端子３、４、及び回路端子１３、１４に対する配線材の接合の場合は、電極棒２９で挟む事が不可能な構造であるため、シリーズ溶接を用いざるを得ない。

　シリーズ溶接を行う際には、図８に示すように、セル正負極端子３内を流れる有効電流Ｉｅにより、セル正負極端子３と配線材１５の間に溶接ポイント３０が形成される。同時に、Ｎｉ層１５ｂ及びＣｕ層１５ａ内を流れる無効電流Ｉｎ、Ｉｃも発生するが、これらは溶接に寄与しない。このように、本来溶接したいポイントとは違う場所に流れる無効電流Ｉｎ、Ｉｃによって、金属の焼けが発生する。但し、Ｎｉ層１５ｂが上部に配置されているため、表層の無効電流は抑制されて、焼け等の影響は少ない。

　シリーズ溶接に伴う問題点を説明するために、本実施の形態とは異なり、Ｎｉ層１５ｂをセル正負極端子３に当接させてシリーズ溶接を行った場合の作用を、図１０に示す。この場合、電極棒２９が当接するＣｕ層１５ａを流れる無効電流Ｉｃは、Ｃｕの低抵抗に起因して大きなものとなる。そのため、電極棒２９とＣｕ層１５ａの間でも発熱し、Ｃｕ層１５ａに対する電極棒２９の不要溶接部３２が形成される場合がある。この状態で電極棒２９を無理に引き離すと、Ｃｕ層１５ａの一部が電極棒２９に付着して剥離する事態が発生する。その結果、Ｃｕ層１５ａが肉薄となり、結果的に割れが発生することとなる。

　これに対して、本実施の形態の場合は図８に示したように、Ｃｕ層１５ａをセル正極端子３に当接させるので、電極棒２９がＮｉ層１５ｂに当接する配置となる。これにより表層の無効電流が抑制されて、電極棒２９に対するＮｉ層１５ｂの接合は、実質的に回避可能である。さらに、Ｎｉ層はＣｕ層より硬いため、電極棒が接合されたとしても、Ｎｉの一部が電極棒に付着して簡単に剥離されることはない。

　一方、ダイレクト溶接の場合は、図９に示すように、上下の電極棒２９間に流れる電流は溶接ポイント３１の接合に有効に作用し、その溶接原理上、無効電流は無視できる。このため、焼け・割れを考慮する必要はない。従って、図９にはＣｕ層１５ａをリード端子１９に当接させた構造を示したが、Ｎｉ層１５ｂを当接させて抵抗溶接を行っても問題はない。

　配線材１５～１７のＣｕ－Ｎｉクラッド材としては、例えば、Ｃｕ層（あるいはＣｕ合金層）とＮｉ層の厚さの比率Ｃｕ：Ｎｉ＝３：１とし、クラッド材全体の厚さｔ＝０．１ｍｍに設定したものを用いることにより、良好な特性を得ることができる。

　この構成における二次電池１、ブレーカー１２及び保護回路基板２８の間の接続工程は、一例として、次のように行うことができる。配線材１５、１７は、当初は平坦な状態で、Ｎｉ層１５ｂ、１７ｂを上に向けて配置して用い、後の工程でＵ字状に屈曲させる。先ず、配線材１７の一端部のＣｕ層１７ａ若しくはＮｉ層１７ｂをブレーカー１２のリード端子１９に当接させて、ダイレクト溶接により接合する。また、配線材１６の一端部のＣｕ層１６ａ若しくはＮｉ層１６ａをブレーカー１２のリード端子２０に当接させて、ダイレクト溶接により接合する。

　次に、保護回路基板２８を、図４に示した状態に対して上下反転した姿勢に載置する。そして、その上端に位置した回路端子１３の上面に、配線材１５の一端部のＣｕ層１５ａを当接させて、シリーズ溶接により接合する。同様に、上端に位置した回路端子１４の上面に、配線材１７の他端部のＣｕ層１７ａを当接させて、シリーズ溶接により接合する。

　次に、上述のように上下反転した状態の保護回路基板２８の上端面（図４における下端面）と、二次電池１の上端面を整列させる。これにより、保護回路基板２８の回路端子１３、１４と、二次電池１のセル正極端子３及びセル負極端子４が、同一平面上に整列した状態になる。

　この状態で、配線材１５の他端部のＣｕ層１５ａを二次電池１のセル正極端子３に当接させ、配線材１６の他端部のＣｕ層１６ａをセル負極端子４に当接させて、各々シリーズ溶接により接合する。その後、配線材１５、１７を、図５、図７に示したように中央部で１８０度屈曲させることにより、図４に示したように、保護回路基板２８が外装缶２７の上部に装着された状態とする。この状態を保持することで、装着が完了する。

　その後、キャップフレーム２５と外装缶２７との間の空間には、一体成形樹脂を注入することによりキャップフレーム２５と外装缶２７を一体化し、二次電池１が完成する。

　なお、保護回路等を外装缶に一体化させて電池パックを形成するためには、他の構成を採用することもできる。例えば、キャップフレーム自体を一体成形樹脂で形成する構成や、インナーフレームに保護回路等を搭載してキャップフレームでカバーして二次電池を形成する構成等を用いてもよい。

　本発明の二次電池パックは、配線材にＣｕ－Ｎｉクラッド材を用いることで、二次電池パックのインピーダンスを低減させ、しかも、溶接に伴う問題の発生を回避することが可能であり、携帯電話のような急速充電可能であることを要求される機器に用いる電池パックとして有用である。

１　二次電池
２　保護回路
３　セル正極端子
４　セル負極端子
５　正極出力端子
６　負極出力端子
７、２１　ＰＴＣ素子
８　充放電制御スイッチ
８ａ、８ｂ　スイッチ回路
９ａ　放電制御ＦＥＴ
９ｂ、１０ｂ　寄生ダイオード
１０ａ　充電制御ＦＥＴ
１１　保護ＩＣ
１２　ブレーカー
１３、１４　回路端子
１５～１７　配線材
１８　枠体
１９、２０　リード端子
２２　バイメタル
２３　屈曲部
２４　端子突起
２５　キャップフレーム
２６　出力端子
２７　外装缶
２８　保護回路基板
２９　電極棒
３０、３１　溶接ポイント
３２　不要溶接部

Claims

　二次電池と、前記二次電池の一対のセル電極端子と外部出力端子との間の充放電路中に配置された保護回路とを備え、
　前記保護回路は、前記充放電路に直列に挿入された充放電制御スイッチと、前記充放電路を流れる電流を検出する電流検出部を有し、前記電流検出部の検出値が過電流域に達したときに、前記充放電制御スイッチをオフに制御するように構成され、
　前記保護回路が実装された保護回路基板が、前記二次電池の前記セル電極端子と対向して装着された二次電池パックにおいて、
　前記二次電池の前記一対のセル電極端子の各々と、前記保護回路基板の回路端子の間を接続する配線材として、Ｎｉ層と、Ｃｕ層またはＣｕ合金層とからなるＣｕ－Ｎｉクラッド材が用いられ、
　前記配線材は、前記セル電極端子及び前記回路端子に対してＣｕ層側を当接させて抵抗溶接により接合されていることを特徴とする二次電池パック。
　前記回路端子と前記セル電極端子との間を接続する前記配線材は、前記Ｎｉ層を内側にしてＵ字状に１８０度の角度で屈曲されて、上側及び下側の屈曲片を形成し、上側の屈曲片及び下側の屈曲片が各々、前記回路端子及び前記セル電極端子に対してＣｕ層を対向させている請求項１に記載の二次電池パック。