JP2003346917A - パック電池 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】異常発生時においても、内部回路の保護が確実
に図られるパック電池を提供する。 【解決手段】回路基板４０は、横長の矩形状を有してお
り、その一方の主表面上における長手方向に、ＩＣ４
１、電流検出抵抗４２、ＰＴＣ４３の順で配置されてい
る。この内、回路基板４０中における受動素子である電
流検出抵抗４２と感熱素子であるＰＴＣ４３とは、熱的
に接触状態となる間隔で配置されており、その間の隙間
に熱伝導性に優れるシリコーン樹脂層４４が形成されて
いる。ＩＣ４１と電流検出抵抗４２とは、並列に接続さ
れ、電流検出抵抗４２とＰＴＣ４３とは、直列に接続さ
れている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、パック電池に関
し、特に、出力短絡などの異常発生時においても、素電
池を含む内部回路を確実に保護するための技術に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】パック電池は、１または２以上の素電池
が種々の素子と組み合わされた状態で、ケース内に収納
されたものである。このようなパック電池は、携帯機器
の普及に伴い、一般にも広く用いられるようになってき
ている。パック電池の構成について、図６を一例として
説明する。

【０００３】図６に示すように、パック電池は、ケース
１３０の内部に、１２本の素電池１１０と、回路基板１
４０とが収納された構成を有している。このパック電池
では、６本の素電池１１０が直列に接続されて１群を形
成し、この群と群とが並列に接続された、いわゆる６直
２並型の構成をとっている。一方、回路基板１４０上に
は、素電池１１０と外部回路との間の流通電力量を積算
するＩＣ素子１４１、素電池１１０に対して入出力する
電流量の検出を行うための電流検出抵抗素子１４２、こ
の電流検出抵抗素子１４２をジュール熱による破壊から
保護するためのショットキーダイオード素子１４３など
が実装されている。

【０００４】また、ケース１３０内には、出力短絡など
が生じた際の過大電流から素電池１１０を保護するため
のブレーカ素子１５０やＰＴＣ（Positive Temperature
Coefficient）素子１６０などが収納されている。これ
らのブレーカ素子１５０およびＰＴＣ素子１６０は、１
群をなす６本の素電池１１０に対して各１個ずつ、それ
ぞれの群における素電池１１０に近接する箇所に設けら
れており、自己発熱および素電池１１０からの熱によっ
て作動するようになっている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
パック電池には、大電力化が求められており、内蔵する
素電池１１０の耐久性向上や、素電池１１０および回路
基板１４０上の回路などを含む内部回路の低抵抗化とい
った改良が進んでいる。しかしながら、上記のような構
造のパック電池では、出力短絡などの異常発生時におい
て、確実に内部回路の保護を図ることができない。これ
は、耐久性が向上された素電池１１０での発熱が小さく
なり、異常発生時において、素電池１１０の発熱に比べ
て、回路基板１４０上における電流検出抵抗素子１４２
などの受動素子の発熱が相対的に大きくなったためであ
る。つまり、耐久性が向上した素電池１１０を備えるパ
ック電池では、ブレーカ素子１５０やＰＴＣ素子１６０
などの感熱素子を素電池１１０の温度変化に応じて機能
させても、出力短絡などの異常発生時において、回路基
板１４０上の内部回路などが先に破壊されてしまう場合
がある。

【０００６】本発明は、このような課題を解決するため
になされたものであって、出力短絡などの異常発生時に
おいても、内部回路の保護が確実に図られるパック電池
を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明のパック電池は、１または２以上の素電池か
らなる電力供給源と、この電力供給源からの電力の供給
路中に挿入されてなる受動素子と、この受動素子と熱的
に接触されてなる感熱素子とを備えることを特徴とす
る。

【０００８】このパック電池では、感熱素子が受動素子
と熱的に接触しているので、受動素子で生じた熱が素早
く感熱素子に伝達され、受動素子の温度変化を高い感度
で検出される。従って、本発明のパック電池では、出力
短絡などの異常発生時において、受動素子を含む内部回
路の保護が確実に図られる。

【０００９】上記パック電池において、具体的な受動素
子としては、素電池に対して入出力する電流量を検出す
るために設けられている抵抗素子があげられる。これ
は、上記パック電池において、電流検出用の抵抗素子が
電力の供給路中に直列に接続されており、異常発生時に
最も発熱が大きいためである。また、上記パック電池に
おいて、具体的な感熱素子としては、抵抗素子などの受
動素子の温度変化に応じて端子間の電気的な開閉動作を
行うブレーカ素子や、受動素子の温度変化に応じて端子
間の電気抵抗の増減動作を行うＰＴＣ素子などが上げら
れる。

【００１０】上記パック電池における受動素子と感熱素
子とは、間に間隙をおいて配置されていても良いし、間
隙なく配置されていても良いが、間に間隙をおいて配置
の場合には、その間隙にシリコーン樹脂を充填しておけ
ば、受動素子と感熱素子との間の熱伝達性が向上される
ので、望ましい。

【００１１】

【発明の実施の形態】発明の実施の形態に係るパック電
池１について、図１および図２を用いて説明する。図１
は、パック電池１の斜視図であり、図２は、その回路図
である。 （パック電池１の全体構成）図１に示すように、パック
電池１は、１２本のニッケル水素（以下、「Ｎｉ−Ｍ
Ｈ」という）電池１０と回路基板４０、感熱素子として
の２つのブレーカ素子５０などが上側カバー２０と下側
カバー３０とにより形成される内部空間に収納された構
成を有する。

【００１２】なお、図１では、内部の構成を分かりやす
くするために、上側カバー２０をはずした状態でパック
電池１を示している。Ｎｉ−ＭＨ電池１０は、単三型
（φ１４．２ｍｍ×ｈ５０．０ｍｍ）の外形寸法を有す
るものである。そして、１２本のＮｉ−ＭＨ電池は、６
本ずつの２群に分けられており、それぞれの群におい
て、６本が直列に接続されており、お互いの群が並列に
接続された構成、所謂、６直２並型の構成を採ってい
る。

【００１３】回路基板４０は、下側カバー３０の一辺と
これに沿ったＮｉ−ＭＨ電池１０との隙間に配置されて
いる。回路基板４０の構成については、後述する。ま
た、図１では示していないが、回路基板４０には、外部
回路との接続のための外部接続部６０（図２に示す）が
接続されている。ブレーカ素子５０は、バイメタルを内
蔵し、Ｎｉ−ＭＨ電池１０の温度が設定温度よりも高く
なった時点で端子間を開状態とし、通電電流を遮断し、
Ｎｉ−ＭＨ電池１０の保護を図る、所謂、感熱素子とし
ての機能を有するものである。このブレーカ素子５０
は、Ｎｉ−ＭＨ電池１０の各群に対して１個ずつの計２
個が、Ｎｉ−ＭＨ電池１０とＮｉ−ＭＨ電池１０との谷
間部分に設けられている。これにより、ブレーカ素子５
０には、Ｎｉ−ＭＨ電池１０で生じた熱が素早く伝達さ
れるようになっている。 （パック電池１の内部回路の構成）次に、パック電池１
の回路について、図２の回路図を用いて説明する。

【００１４】図２に示すように、パック電池１は、Ｎｉ
−ＭＨ電池１０、回路基板４０、外部接続部６０の３つ
の主な部分から構成されている。Ｎｉ−ＭＨ電池１０
は、上述のとおり、６本ずつの２群に分けられており、
６直２並型に構成されている。Ｎｉ−ＭＨ電池１０の各
群には、ブレーカ素子５０が１個ずつ直列に接続されて
いる。

【００１５】回路基板４０には、受動素子としてのＩＣ
素子４１および電流検出抵抗素子４２と、感熱素子とし
てのＰＴＣ素子４３などが実装されている。回路基板４
０は、Ｎｉ−ＭＨ電池１０の負極と接続されている。Ｐ
ＴＣ素子４３は、上記ブレーカ素子５０と同様に、感熱
素子として機能するものであって、自己発熱あるいは環
境温度の変化に応じて、内部抵抗が増減する素子であ
る。このＰＴＣ素子４３の抵抗値は、常温状態で低い。
ＰＴＣ素子４３の構造については、一般に広く用いられ
ている公知のものであるので、ここでの詳しい説明は省
略する。

【００１６】なお、電流検出抵抗素子４２は、出力短絡
などが生じた場合にパック電池１の内部で最も温度上昇
の激しい部分となる。回路基板４０内において、電流検
出抵抗素子４２とＰＴＣ素子４３とは、直列に接続され
ている。電流検出抵抗素子４２のもう一方の端子は、Ｎ
ｉ−ＭＨ電池１０の負極に接続されている。

【００１７】また、ＰＴＣ素子４３のもう一方の端子
は、外部接続部６０の負極外部端子６１に接続されてい
る。ＩＣ素子４１は、電流検出抵抗素子４２で検出され
る電流量を積算するために設けられているものであっ
て、電流検出抵抗素子４２と並列に接続されている。ま
た、ＩＣ素子４１は、外部接続部６０の信号出力端子６
２とも接続されている。

【００１８】ＩＣ素子４１で算出された積算値は、信号
出力端子６２を介して、接続機器に出力される。積算値
の入力を受けた接続機器では、この値を基にパック電池
１の残存容量の推定が可能となる。なお、外部接続部６
０の正極外部端子６３には、Ｎｉ−ＭＨ電池１０の正極
が直接接続されている。 （回路基板４０上における素子の配置）上記回路基板４
０上における素子配置について、図３を用いて説明す
る。図３（ａ）では、回路基板４０の手前側が下側カバ
ー３０の側であり、向こう側がＮｉ−ＭＨ電池１０側と
なる。

【００１９】図３（ａ）に示すように、回路基板４０
は、横長の矩形状を有しており、その一方の主表面上の
長手方向にＩＣ素子４１、電流検出抵抗素子４２、ＰＴ
Ｃ素子４３が順に配置されている。この内、電流検出抵
抗素子４２とＰＴＣ素子４３とは、熱伝導性に優れるシ
リコーン樹脂層４４で全体が覆われている。つまり、電
流検出抵抗素子４２とＰＴＣ素子４３との間には、シリ
コーン樹脂層４４が形成された状態となっている。シリ
コーン樹脂層４４は、耐熱性に優れ、且つ熱伝導性、熱
伝達性も比較的優れているので、電流検出抵抗素子４２
で生じた熱は、シリコーン樹脂層４４を通って、素早く
ＰＴＣ素子４３に伝達される。

【００２０】Ｎｉ−ＭＨ電池１０の負極からのリード線
４０１は、回路基板４０内でリード線４０２とリード線
４０３とに分岐されている。その内の一方のリード線４
０２は、電流検出抵抗素子４２に接続されており、もう
一方のリード線４０３は、ＩＣ素子４１に接続されてい
る。電流検出抵抗素子４２のもう一方の端子は、リード
線４０４およびリード線４０５により、それぞれＩＣ素
子４１のもう一方の端子およびＰＴＣ素子４３に接続さ
れている。この配線により、ＩＣ素子４１と電流検出抵
抗素子４２とは、並列に接続され、電流検出抵抗素子４
２とＰＴＣ素子４３とは、直列に接続されることにな
る。

【００２１】ＰＴＣ素子４３のもう一方の端子には、リ
ード線４０６が接続されており、その先に外部接続部６
０の負極外部端子６１（図３では、不図示）が接続され
ている。そして、ＩＣ素子４１のもう一つの端子には、
リード線４０７が接続されており、外部接続部６０の信
号出力端子６２（図３では、不図示）に接続されてい
る。

【００２２】電流検出抵抗素子４２とＰＴＣ素子４３と
の詳細な配置関係について、図３（ｂ）を用いて説明す
る。図３（ｂ）に示すように、電流検出抵抗素子４２と
ＰＴＣ素子４３とは、回路基板４０上において、間に間
隔をおいて近接して配置されており、隙間を含む両素子
全体がシリコーン樹脂層４４で覆われている。

【００２３】このシリコーン樹脂層４４は、熱硬化型の
シリコーン樹脂を用いて形成しても良いし、紫外線硬化
型のシリコーン樹脂を用いて形成しても良いが、熱伝導
性に優れるものを用いることが必要である。ただし、熱
硬化型のシリコーン樹脂を用いてシリコーン樹脂層４４
を形成する場合には、ＰＴＣ素子４３の素子本体を破壊
しない温度で硬化するものを選択することが必要であ
る。

【００２４】ＰＴＣ素子４３は、電流検出抵抗素子４２
に近接して配置されるとともに、その間にシリコーン樹
脂層４４が形成されているので、電流検出抵抗４２で生
じた熱を素早く、且つ高い感度で検出することができ
る。よって、パック電池１では、出力短絡などの異常発
生時において、ＰＴＣ素子４３が電流検出抵抗素子４２
の温度変化を高い感度で検出し、確実に内部回路の保護
が図られる。

【００２５】上記パック電池１に用いたＰＴＣ素子４３
が有する温度−抵抗の特性について、図４を用いて説明
する。図４は、ＰＴＣ素子４３における温度−抵抗値の
関係を示す特性図である。図４に示すように、高抵抗型
ＰＴＣ素子は、全温度域でＰＴＣ素子４３よりも高い抵
抗値を有するとともに、比較的低い温度である６０℃あ
たりから抵抗値が急激に増加している。このようなＰＴ
Ｃ素子は、大電力放電化が進む前のパック電池で用いら
れていたものであり、所謂、高抵抗型と呼ばれるもので
ある。

【００２６】高抵抗型ＰＴＣ素子は、上述の特性を有し
ていることから、温度に対する反応性に優れる反面、全
温度域で高抵抗であり、大電力放電化が求められるパッ
ク電池には不向きである。それに対して、図４に示すよ
うに、パック電池１に内蔵するＰＴＣ素子４３は、全温
度域で上記高抵抗型ＰＴＣ素子よりも低い抵抗値を有す
るとともに、比較的高い温度である１０５℃あたりから
急激に抵抗値が大きくなるという特性を有する。このよ
うな特性を有するＰＴＣ素子４３は、所謂、低抵抗型と
呼ばれるものであり、１０５℃以下の温度域で低い抵抗
値を有するので、大電力放電化が求められるパック電池
に適するものである。

【００２７】しかし、その反面、ＰＴＣ素子４３は、６
０〜１０５℃の間の温度域において、上記高抵抗型ＰＴ
Ｃ素子よりも温度に対する反応性という点で劣ってい
る。以上のような特性を有するＰＴＣ素子４３ではある
が、本実施の形態では、上記図３に示すようにＰＴＣ素
子４３を電流検出抵抗素子４２に近接させて配置し、且
つその隙間にシリコーン樹脂層４４を形成しているの
で、高抵抗型ＰＴＣ素子に対して劣る温度変化に対する
感度という面を補うことができる。

【００２８】従って、パック電池１は、出力短絡などの
異常発生時においても、受動素子を含む内部回路の保護
が確実に図られるといった優位性を有する。さらに、パ
ック電池１では、上記図６の従来のパック電池において
２つ備えていたＰＴＣ素子を１つにすることができると
ともに、ショットキーダイオード素子を備えなくても良
いので、コストの面からも優れる。これは、回路基板４
０内の電流検出抵抗素子４２と外部接続部６０との間に
ＰＴＣ素子４３を実装することにより実現されるもので
ある。

【００２９】なお、上記実施の形態では、ＰＴＣ素子４
３と電流検出抵抗素子４２とを、間に隙間を空けて回路
基板４０上に配置したが、隙間がないように配置しても
かまわない。また、上記パック電池１では、電流検出抵
抗素子４２に近接させてＰＴＣ素子４３を配置したが、
電流検出抵抗素子４２に熱的に接触させるのは、ブレー
カ素子５０であってもよい。この場合にも、上述と同様
の効果を得ることができる。

【００３０】また、上記パック電池１では、電流検出抵
抗素子４２とＰＴＣ素子４３との間にシリコーン樹脂層
４４を形成して電流検出抵抗素子４２とＰＴＣ素子４３
との間における熱伝達性をより良好なものとしたが、シ
リコーン樹脂層４４を形成しない場合にも、ＰＴＣ素子
４３が受動素子（電流検出抵抗素子４２など）の生じる
熱に対して上記図６に示す従来のパック電池よりも優れ
た反応性を示すことは言うまでもない。

【００３１】また、上記実施の形態では、素電池として
Ｎｉ−ＭＨ電池１０を１２本備えるパック電池を一例と
したが、素電池の種類、員数、構成形態は、これに限定
されるものではない。ただし、素電池としてリチウムイ
オン電池やリチウムポリマー電池などを備え、電流遮断
素子を備えるようなパック電池では、上記課題を生じな
い。これは、上記リチウムイオン電池やリチウムポリマ
ー電池は、過充電・過放電などに対して非常に弱いの
で、一般的に、これらの素電池を内蔵するパック電池で
は、素電池を含む内部回路を保護するために、ＦＥＴ素
子などの電流遮断素子が内蔵されているためである。

【００３２】従って、上記構成により最も効果が得られ
るのは、素電池にＮｉ−ＭＨ電池やＮｉ−Ｃｄ電池など
を備え、ＦＥＴなどの電流遮断素子を内蔵していないも
のの場合である。さらに、パック電池１では、Ｎｉ−Ｍ
Ｈ電池１０に近接してＰＴＣ素子４３を配していない
が、最近のＮｉ−ＭＨ電池などは技術改良により、非常
に高い耐久性を有するに至っており、Ｎｉ−ＭＨ電池が
破壊されるという事態を実際上生じることがない。つま
り、パック電池１では、電流検出抵抗素子４２の温度変
化を検出し、Ｎｉ−ＭＨ電池１０が破壊されるよりも前
の状態で、実質的に内部回路が開状態となり、Ｎｉ−Ｍ
Ｈ電池１０も保護される。 （変形例）変形例に係るパック電池について、図５を用
いて説明する。図５では、上記実施の形態に係るパック
電池１との相違点である、回路基板４０上における電流
検出抵抗素子４２とＰＴＣ素子４３との配置を示してい
る。他の部分については、上記パック電池１と同一の構
成であるので、ここでの説明は省略する。

【００３３】また、電流検出抵抗素子４２およびＰＴＣ
素子４３の機能自体は、上記実施の形態と変わらないの
で、符号についても同一のものを用いている。図５に示
すように、本変形例に係るパック電池におけるＰＴＣ素
子４３は、上記パック電池１のように回路基板４０上に
電流検出抵抗素子４２と平面的に並んで配置されている
のではなく、電流検出抵抗素子４２上に積層されてい
る。

【００３４】ＰＴＣ素子４３は、シリコーン樹脂層４４
によって電流検出抵抗素子４２に取り付けら、電流検出
抵抗素子４２と熱的に接触した状態にある。このように
実装されたＰＴＣ素子４３は、電流検出抵抗素子４２と
の対向面積が大きく、電流検出抵抗素子４２で生じた熱
がより素早く伝達されるので、電流検出抵抗素子４２の
温度変化を感度良く検出することができる。

【００３５】従って、このパック電池では、出力短絡な
どの異常発生時において、内部回路の保護が上記パック
電池１にも増して確実に図られる。なお、本変形例につ
いても、上記実施の形態と同様に、本質的な部分である
感熱素子（ＰＴＣ素子４３）と受動素子（電流検出抵抗
素子４２）との配置関係以外の部分については、上記に
限定されるものではない。

【００３６】

【発明の効果】以上で説明してきたように、本発明のパ
ック電池では、感熱素子（ＰＴＣ素子など）が受動素子
（電流検出抵抗素子など）と熱的に接触しているので、
受動素子で生じた熱が素早く感熱素子に伝達され、受動
素子の温度変化を感熱素子が高い感度で検出する。

【００３７】従って、本発明のパック電池では、出力短
絡などの異常発生時において、内部回路の保護が確実に
図られる。特に、本発明は、耐久性に優れた素電池を備
えるパック電池において有効である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係るパック電池１の展開
斜視図である。

【図２】パック電池１の回路図である。

【図３】パック電池１における回路基板４０の斜視図お
よび断面図である。

【図４】ＰＴＣ素子の特性図である。

【図５】変形例に係る回路基板４０の断面図である。

【図６】従来のパック電池の内部構成を示す平面図であ
る。

【符号の説明】

１． パック電池 １０． ニッケル水素電池 ２０． 上側カバー ３０． 下側カバー ４０． 回路基板 ４１． ＩＣ素子 ４２． 電流検出抵抗素子 ４３． ＰＴＣ素子 ４４． シリコーン樹脂層 ５０． ブレーカ素子 ６０． 外部接続端子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5H022 AA19 CC09 CC12 KK01 5H030 AA06 AS06 BB01 BB21 5H040 AA40 AS12 DD07 DD10 DD15

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 １または２以上の素電池からなる電力供
   給源と、前記電力供給源からの電力の供給路中に挿入さ
   れてなる受動素子と、前記受動素子と熱的に接触されて
   なる感熱素子とを備えることを特徴とするパック電池。
2. 【請求項２】 前記受動素子は、前記素電池に対して入
   出力する電流量を検出するために設けられている抵抗素
   子であることを特徴とする請求項１に記載のパック電
   池。
3. 【請求項３】 前記感熱素子は、前記受動素子の温度変
   化に応じて端子間の電気的な開閉動作をするブレーカ素
   子、および前記受動素子の温度変化に応じて端子間の電
   気抵抗の増減動作をするＰＴＣ素子の少なくとも一方の
   素子であることを特徴とする請求項１に記載のパック電
   池。
4. 【請求項４】 前記受動素子と感熱素子とは、間に間隙
   をおいて配置されており、前記間隙にシリコーン樹脂が
   充填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。