JP2005346943A - Battery pack - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、素電池の異常温度上昇時にパック電池の入出力を遮断する技術に関する。 The present invention relates to a technology for shutting off input / output of a battery pack when an abnormal temperature rise of the battery cell occurs.
携帯電話機、携帯情報端末（ＰＤＡ）、また電動工具、電気自動車などの電源として、パック電池が広く用いられている。
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。
Pack batteries are widely used as power sources for mobile phones, personal digital assistants (PDAs), electric tools, electric vehicles, and the like.
The battery pack mainly includes a plurality of unit cells electrically connected in series or in parallel, particularly a secondary cell. However, it may be necessary to manage the unit cell depending on the type of the unit cell, usage conditions, and the like. Therefore, in some cases, the battery pack is configured by covering the unit cell with an insulating material such as a plastic case or a resin film in a state where a temperature fuse, a temperature sensor and a protection circuit are electrically connected. .
保護回路は、例えばリチウムイオン電池等の過充電・過放電を防止するための電圧管理等の目的で用いられる。
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。
The protection circuit is used for the purpose of voltage management for preventing overcharge / overdischarge of, for example, a lithium ion battery.
Thermal fuses and temperature sensors are used to manage the temperature of unit cells, and are designed to shut off the external input path and external output path in the main circuit of the battery pack for the purpose of operating safety mechanisms when abnormal temperatures rise. It is arranged. In this regard, for example, in
なお温度ヒューズの種類としては、いわゆるＰＴＣ素子（Ｐｏｓｉｔｉｖｅ ＴｅｍｐｅｒａｔｕｒｅＣｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）やＮＴＣ素子（Ｎｅｇａｔｉｖｅ ＴｅｍｐｅｒａｔｕｒｅＣｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）、サーミスタ素子の他、特許文献２に開示されているように、容器内に温度ペレットとリード線、電極線を配した構成を持ち、温度上昇に伴い温度ペレットが昇華することで、リード線と電極線の通電が解かれるようにする技術が考案されている。
しかしながら従来のパック電池においては、これに含まれる各素電池について、良好な温度管理がなされているとは言い難い現状にある。
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。
However, in the conventional battery pack, it is difficult to say that good temperature management is performed for each unit cell included therein.
For example, in the technology of
このような温度管理の不備を改善するためには、各素電池のそれぞれに対して、特許文献２に示す温度ヒューズやＰＴＣ素子を熱結合させて、個別管理することが考えられるが、素電池の数に比例して素子が必要となるのでコストの問題も生じるほか、回路構成もその分複雑になる。
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。
In order to improve such deficiencies in temperature management, it is conceivable to individually manage each unit cell by thermally coupling the temperature fuse and the PTC element shown in
The present invention has been made in view of the above problems, and its purpose is to perform temperature management of a plurality of unit cells more reliably than in the past while being relatively low cost, and to provide a satisfactory safety mechanism. The object is to provide a battery pack that can be operated.
上記課題を解決するために、本発明は、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であって、長手方向の略全域が感熱域とされ、当該感熱域の任意の部位での感熱結果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、当該感熱結果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とした。 In order to solve the above-described problems, the present invention is a battery pack including a plurality of electrically connected unit cells, wherein a substantially entire region in the longitudinal direction is a heat sensitive region, and an arbitrary portion of the heat sensitive region is used. A long heat-sensitive body capable of acquiring the heat-sensitive result as an electric signal is provided on the peripheral surface across two or more of the unit cells, and the current between the unit cells and the input / output terminal When an electric signal acquired from the heat sensitive body is input as a control signal to the interruption circuit inserted in the road, and the unit cell reaches an abnormal temperature in any part of the heat sensitive area of the heat sensitive body In addition, a circuit that receives an electric signal related to the heat sensitive result from the heat sensitive body blocks the current path.
また本発明は、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並行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とすることもできる。
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。
According to the present invention, the thermosensitive body has a structure in which each conductive wire is separated by interposing a heat-soluble member between a plurality of parallel conductive wires biased in directions approaching each other. When the temperature reaches an abnormal temperature, the conductive wires come into close contact with each other as the heat-soluble member melts, and the heat sensitive body detects the close contact as a short circuit between the conductive wires.
Specifically, the conductive wire comprises a first metal wire and a second metal wire, and the heat sensitive body is provided with a heat-soluble member so as to cover the first metal wire, and The second metal wire can be configured by being spirally wound around the surface of the heat-soluble member.
さらに前記感熱体は、熱可溶性の導電部材を備えており、素電池が異常温度に達すると導電部材が溶融切断し、当該切断が感熱体の両端において検知される構成とすることができる。
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。
Further, the heat sensitive body includes a heat-soluble conductive member. When the unit cell reaches an abnormal temperature, the conductive member is melted and cut, and the cut is detected at both ends of the heat sensitive body.
The soluble member may be polyethylene or PET, and the constant temperature may be set to 90 ± 10 ° C.
さらに前記遮断回路は、フリップフロップ回路と、複数のＦＥＴ素子を備えて構成されており、感熱体の通電状態の反転をデジタル信号としてフリップフロップ回路が検出すると、当該回路が各ＦＥＴ素子のＯＮ/ＯＦＦを切り替えることで、前記入力線および出力線の少なくともいずれかの導通遮断を行う構成とすることもできる。 Further, the cutoff circuit is configured to include a flip-flop circuit and a plurality of FET elements. When the flip-flop circuit detects the inversion of the energization state of the heat sensitive body as a digital signal, the circuit detects the ON / OFF of each FET element. By switching OFF, it is also possible to adopt a configuration in which conduction interruption of at least one of the input line and the output line is performed.
本発明では、パック電池に含まれる複数の素電池に対し、少なくとも２個以上の素電池にわたって熱結合するように、共通して感熱体を這設（具体的には巻回など）するように配される。したがって、感熱体が熱結合するように這設された各素電池のいずれが異常温度に達しても、バラツキ無く検知できる構成となっている。このため本発明では、感熱体と熱結合して配された素電池に関しては、特許文献１のように温度管理の程度にずれを生じるおそれが無く、良好な温度管理のもとに安全機構を作動できることとなる。
In the present invention, a plurality of unit cells included in the battery pack are commonly provided with a heat sensitive body (specifically, wound) so as to be thermally coupled across at least two unit cells. Arranged. Therefore, even if any of the unit cells installed so that the heat sensitive body is thermally coupled reaches an abnormal temperature, it can be detected without variation. For this reason, in the present invention, there is no risk of deviation in the degree of temperature management as in
なお、パック電池内の全ての素電池の温度管理を良好に行うためには、上記理由から、パック内の全ての素電池に共通して熱結合するように感熱体を設けることが望ましい。
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。
In order to satisfactorily control the temperature of all the unit cells in the battery pack, it is desirable to provide a heat sensitive body so as to be thermally coupled to all the unit cells in the pack for the above reasons.
In the present invention, since the heat sensitive body is provided in common to at least two unit cells, it is not necessary to provide a conventional temperature element for each unit cell individually. For this reason, according to the battery pack of the present invention, this can be realized relatively inexpensively, and the connection circuit can be prevented from becoming unnecessarily complicated when the heat sensitive body is provided. This advantage increases in proportion to the number of unit cells sharing the heat sensitive body.
このような感熱体は、具体的には一方の金属線と、これを被覆するようにポリエチレン或いはＰＥＴ等からなる可溶性樹脂を設け、当該樹脂を巻回するように他方の金属線を配するだけで構成することが可能である。したがって、上記のようにパック電池のコストを低減できる他、感熱体自体も安価で製造することが可能なメリットもある。 Specifically, such a heat sensitive body is provided with one metal wire and a soluble resin made of polyethylene or PET so as to cover it, and only the other metal wire is arranged so as to wind the resin. Can be configured. Therefore, the cost of the battery pack can be reduced as described above, and the heat sensitive body itself can be manufactured at a low cost.
１.実施の形態１
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。
1.
1-1. Configuration of Pack Battery FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of the
The
なお、素電池２および保護回路基板３は、実際にはＰＰ、ＰＥ、ＰＥＴフィルムや熱収縮フィルムでパックされているが、ここでは内部構成を示すため当該フィルムを不図示としている。
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。
The
The
素電池２（２ａ〜２ｆ）は、公知のＪＩＳ規格におけるＣセル（単二型電池）のサイズで構成された円筒型アルカリ二次電池（ニッケル−水素電池、公称容量３０００ｍＡｈ、１.２Ｖ、パック出力７.２Ｖ）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。
The unit cell 2 (2a to 2f) is a cylindrical alkaline secondary battery (nickel-hydrogen battery, nominal capacity 3000 mAh, 1.2 V, pack) configured in the size of a C cell (single-type battery) in a known JIS standard. The output is 7.2V).
Each unit cell contains a predetermined power generation element, the positive electrode plate of the power generation element is at the positive terminal (front end in 2a), and the negative electrode plate is at the bottom of the outer can (at the rear end in 2a) Each is connected.
発電要素の構成例としては、芯体に水酸化ニッケルを活物質として充填されてなる正極板、ポリプロピレン不織布からなるセパレータ、芯体に水素吸蔵合金を活物質として充填してなる負極板を帯状に形成して順次重ね、これを巻回してなる巻回体に対し、電解液を含浸させたものが挙げられる。
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。
Examples of the configuration of the power generation element include a positive electrode plate in which the core body is filled with nickel hydroxide as an active material, a separator made of polypropylene nonwoven fabric, and a negative electrode plate in which the core body is filled with a hydrogen storage alloy as an active material. One obtained by impregnating an electrolytic solution with respect to a wound body that is formed, sequentially stacked, and wound thereon.
The unit cells 2 (2a to 2f) shown in FIG. 1 are provided side by side in the reverse direction for each adjacent cell, and are connected to the adjacent cells by
このうち、素電池２ａの負極および２ｆの正極には、それぞれリード線７ｃ、７ｄが接続されている。そして、当該リード線７ｃ、７ｄは保護回路基板３の遮断回路３００を介して、パック電池１の外部入力経路および外部出力経路を兼ねる外部出入力線７ａ、７ｂと接続されている。当該外部出入力線７ａ、７ｂの先端には、外部機器側と接続するための入出力端子であるコネクタ８が取着されている。
Among these,
保護回路基板３は、公知の無機フィラーおよび樹脂組成物を含むコンポジット材料で構成された基板を有する。当該基板上には、素電池２（２ａ〜２ｆ）の通電状態、電圧・電流の各値を監視する所定の回路素子等の他、感熱体５の通電状態に基づき作動する遮断回路３００が備えられている。
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。
The
Here, the feature of the
図２は、感熱体５と素電池（当図では２ａの外周部分を示す）の部分拡大図である。
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。
FIG. 2 is a partially enlarged view of the heat
As shown in the figure, the heat
As the
可溶体５２は、通常は固体を維持しているが、所定の高温時に可溶性を呈する材料で構成されている。ここでは、電池の一般的な異常温度を９０±１０℃とし、この温度域で可溶性を有する材料として、ポリエチレン或いはＰＥＴ等の樹脂を使用している。また、可溶体５２としては昇華性の温度ペレットを用いることもできる。この構成によって、感熱体５の感熱域は、その長さ方向のほぼ全域にわたる。
The
なお、素電池２（２ａ〜２ｆ）として二次電池を使用する場合には、通常の駆動でも大電流放電時には６０℃付近にまで温度上昇することがあるので、駆動時の正常な温度上昇を考慮して、これより高い温度範囲を異常温度として感熱体５が検知できるように設定しておく必要がある。
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。
In addition, when a secondary battery is used as the unit cell 2 (2a to 2f), the temperature may rise to around 60 ° C. even during normal driving during large current discharge. Considering this, it is necessary to set a temperature range higher than this so that the
The
図２に示す具体例においては、金属線５１は可溶体５２の表面に対して適度な巻き付け強度で螺旋状に巻回されている。このとき金属線５１の端部を延伸方向に付勢しておくことが望ましい。金属線５０、５１は、可溶体５２が介設されていることで、通常は絶縁状態に保たれる。
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。
In the specific example shown in FIG. 2, the
In the drawing, the structure is schematically illustrated so that the internal structure of the heat
この金属線５０、５１の端部は、保護回路基板３に設けられた後述の遮断回路３００に接続されている。当図の例では、金属線５０、５１のそれぞれ一端のみを遮断回路３００に接続するものとしているが、各金属線５０、５１の両端を接続するようにしてもよい。
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。
The ends of the
The heat
このように各素電池２（２ａ〜２ｆ）に対して配設された感熱体５は、これを被覆し、且つ素電池２（２ａ〜２ｆ）に対して押圧するように、テープ６（ここでは強度及び耐性に優れるグラステープを用いている）で素電池２（２ａ〜２ｆ）表面に貼着され、熱結合される。
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。
Thus, the heat
1-2. Breaking Circuit 300 FIG. 4 is a circuit diagram schematically showing the configuration of the breaking circuit 300 connected to the
回路３００の具体的な構成としては、各素電池２（２ａ〜２ｆ）（ここではＶ１〜Ｖｎとして表記）に対し、感熱体（ＴｈｅｒｍｏｓｅｎｓｉｔｉｖｅＤｅｖｉｃｅ）を分圧抵抗Ｒ１とともに並列接続することができる。
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。
As a specific configuration of the circuit 300, a thermosensitive device can be connected in parallel with the voltage dividing resistor R1 to each unit cell 2 (2a to 2f) (in this case, expressed as V1 to Vn).
Further, as shown in FIG. 4, the external I /
一方、感熱体５と分圧抵抗Ｒ１の間には、例えば既存の制御用ＩＣ等からなるフリップフロップ回路（素子）が接続され、感熱体５の導通状態を示す信号が入力されるようになっている。
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。
On the other hand, a flip-flop circuit (element) made of, for example, an existing control IC is connected between the heat
The flip-flop element 301 is used to output either a High / Low digital signal based on an input signal from the
フリップフロップ素子３０１の出力側には、前記Ｑ１、Ｑ２と同様に、ＦＥＴ素子Ｑ３、Ｑ４がゲートの向きを揃えつつ、且つ対称的に外部端子の正極と負極の間に接続される。ＦＥＴ素子Ｑ３、Ｑ４は、通常はＯＦＦ状態に保たれているが、フリップフロップ素子３０１からのデジタル出力があったときにＯＮ状態になるように設定されている。通常は、ＦＥＴ素子Ｑ１、Ｑ２がＯＮ状態となり、かつ感熱体５では金属線５０、５２が絶縁状態にあるので、感熱体５からフリップフロップ素子３０１への入力信号はない。
On the output side of the flip-flop element 301, as in the case of Q1 and Q2, FET elements Q3 and Q4 are symmetrically connected between the positive electrode and the negative electrode of the external terminal while aligning the directions of the gates. The FET elements Q3 and Q4 are normally kept in an OFF state, but are set to be in an ON state when there is a digital output from the flip-flop element 301. Usually, since the FET elements Q1 and Q2 are in the ON state and the
なおＦＥＴ素子Ｑ１とＱ３、およびＦＥＴ素子Ｑ２とＱ４は、それぞれ充電時、放電時の導通処理に関し、充電制御スイッチ或いは放電制御スイッチのセットとして作動するものである。したがって、当該遮断回路３００を充電時或いは放電時のいずれかのみで作動させるためには、ＦＥＴ素子Ｑ１とＱ３、或いはＦＥＴ素子Ｑ２とＱ４のいずれかのセットのみを配設するようにしてもよい。 The FET elements Q1 and Q3 and the FET elements Q2 and Q4 operate as a set of a charge control switch or a discharge control switch with respect to a conduction process during charging and discharging, respectively. Therefore, in order to operate the interruption circuit 300 only at the time of charging or discharging, only one set of the FET elements Q1 and Q3 or the FET elements Q2 and Q4 may be provided. .
１-３.本発明の効果について
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。
1-3. Effects of the Invention According to the
そして、素電池２（２ａ〜２ｆ）の少なくともいずれかに故障が発生し、その温度に異常上昇が生じたときは、図３に示すように、感熱体５は当該異常温度の発生した素電池２（２ａ〜２ｆ）に対し、熱結合するように巻回された任意の部分で溶融する。このように可溶体５が溶解して状態変化を起こせば、金属線５０、５１はテープ６からの押圧力により近接接触し、短絡して導通状態が反転する。ここで、金属線５０、５１自体が互いに短絡する方向に十分に付勢されているときは、テープ６が必須でなくても短絡させることが可能である。
When a failure occurs in at least one of the unit cells 2 (2a to 2f) and an abnormal increase in the temperature occurs, as shown in FIG. 3, the
このように短絡が生じると、図４における感熱体５の両端が通電状態となり、フリップフロップ素子３０１にその旨を伝える信号が入力される。フリップフロップ素子３０１はこの入力信号をデジタル化し、これに接続されたＦＥＴ素子Ｑ３、Ｑ４へ出力する。これによりＦＥＴ素子Ｑ３、Ｑ４がＯＮ状態となるとともに、ＦＥＴ素子Ｑ１、Ｑ２がＯＦＦ状態となる。したがって、パック電池１が放電時のときはその外部への出力がＱ３により遮断され、またパック電池１が充電時のときはその入力がＱ４により遮断され、安全機構が作動することになる。
When a short circuit occurs in this way, both ends of the heat
本実施の形態１ではこのような検知作動を行うことにより、各素電池の配設位置に関係なく、各素電池２（２ａ〜２ｆ）に個別に感熱素子を配した場合と同等の高精度で、各素電池の異常温度上昇を検知することができる。当該異常が発生したときはそれ以上の通電（本実施形態では充電/放電の両方）が遮断されるので、ユーザーに速やかに後処理を行うよう促す。 In the first embodiment, by performing such a detection operation, high accuracy equivalent to the case where a thermal element is individually arranged in each unit cell 2 (2a to 2f) regardless of the arrangement position of each unit cell. Thus, an abnormal temperature rise of each unit cell can be detected. When the abnormality occurs, further energization (both charging / discharging in this embodiment) is interrupted, and the user is prompted to perform post-processing promptly.
このように感熱体５は、これが素電池に対して熱結合するように配設されていれば、当該素電池の配置位置に関係なく、すべての素電池に対して同じ精度でその異常温度上昇を検知することが可能な特徴を有する。したがって、従来のように局所的に感熱素子を設ける技術や、伝熱体を介して検温する構成に比べ、飛躍的に良好な作動が期待できるものである。
As described above, if the heat
なお、感熱体５の作動にかかる溶解樹脂量は極微量であるため、パック電池の内部に広く拡散したり、当該パック外に漏れ出すなどの問題を生じる恐れは小さい。
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。
In addition, since the amount of dissolved resin required for the operation of the heat
1-4. Variations of Thermal Sensitive Body The thermal body used in the present invention is not limited to the wire-shaped configuration shown in FIG. 2, but as shown below, two or more in other forms are used. What is necessary is just to be formed in elongate shape to such an extent that it can be commonly installed in a unit cell.
図５は、感熱体のその他の構成例について、具体的なバリエーションを示す部分拡大図である。
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。
FIG. 5 is a partially enlarged view showing specific variations of other configuration examples of the heat sensitive body.
FIG. 5A shows a configuration of a heat sensitive body in which the A line and the B line formed in a twisted line shape are close to each other and insulated by a fusible body, and both lines are held in the fusible body.
Even when such a heat sensitive body is pressed against the unit cell with the glass tape, the fusible body melts when the abnormal temperature of the battery is generated, and the A line and the B line can be short-circuited. In particular, if the fusible body is molded in a state in which it is tightly tightened when the A line and the B line are rolled, it is considered that the short circuit can be more reliably short-circuited when the fusible body is melted. Further, if the tension applied to the A line and the B line is sufficiently strong, it is possible to detect a short circuit without providing the tape as the pressing means.
図５（ｂ）は、直線上のＡ線と、これに対して配した螺旋状のＢ線を可溶体で絶縁された状態で、ともに当該可溶体で被覆してなる感熱体の構成を示す。このような構成によっても、作動時には実施の形態１とほぼ同様の効果が奏される。また、この例ではＢ線が外部に露出しないので、通常は可溶体により保護されるという効果もある。
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。
FIG.5 (b) shows the structure of the heat sensitive body which coat | covers the A line on a straight line, and the helical B line | wire arranged with respect to this in the state insulated with the soluble body together. . Even with such a configuration, substantially the same effects as those of the first embodiment can be obtained during operation. Further, in this example, since the B line is not exposed to the outside, there is an effect that it is usually protected by a soluble material.
FIG.5 (c) shows the structure which has arrange | positioned the strip | belt-shaped A member and B member so that a strip | belt-shaped soluble body may be pinched | interposed similarly. The heat-sensitive body having such a configuration can be held by being pressed with a tape as in the first embodiment, with the surface of either the A member or the B member being in contact with the unit cell. According to this configuration, since the contact area is ensured, it is possible to further improve the thermal coupling to the unit cell. Furthermore, by reducing the thickness of the tape, it is possible to arrange it more slimly with respect to the battery pack as compared to a wire-like soluble body. For this reason, if the heat sensitive body of this form is utilized, it can contribute to thickness reduction of a battery pack.
また、可溶体の帯の幅を広げることで検知可能な面積を増大できるため、より高い検知精度を期待することができる。
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。
Moreover, since the area which can be detected can be increased by widening the width | variety of a soluble body belt | band | zone, a higher detection precision can be anticipated.
In addition to this, in the configuration using the flip-flop element 301, it is sufficient that the circuit can detect a change in the energization state of the heat sensitive body. Alternatively, a material such as a low melting point solder can be used). When such a conductive wire is used for the fusible body, the conductive wire is installed so as to be thermally coupled to the unit cell, and both ends of the conductive wire are connected to the flip-flop element of the cutoff circuit 300. . In normal times, the conductive wire is energized, and this is used as a reference state, and the conductive wire is melted and cut by the abnormal temperature rise of the unit cell, and the energized state is cut off, and this change in state is detected by the flip-flop element. The configuration is as follows. In this case, the FET elements Q3 and Q4 connected to the flip-flop element are set so as to be turned on when the energization from the heat sensitive body is interrupted.
２.その他の事項
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。
2. Other matters In the above embodiment, a configuration example in which a nickel hydride storage battery is used as the unit cell has been shown, but the unit cell may be of other types, such as a nickel cadmium storage battery or a lithium ion secondary battery.
The unit cell is not limited to a secondary battery, and a primary battery may be used.
本発明のパック電池において、素電池に二次電池を用いる場合には、充放電時のいずれにおいても電池の異常温度上昇に対応することが望ましいので、遮断回路はできれば入出力線の双方ともに対して（すなわち図４に示す回路構成例のように）も受けるのが望ましいが、当該遮断回路は当該パック電池の出力線（放電用）および入力線（充電用）の少なくともいずれかに設ければよい。 In the battery pack of the present invention, when a secondary battery is used as a unit cell, it is desirable to cope with an abnormal temperature rise of the battery at any time of charging / discharging. (Ie, as in the circuit configuration example shown in FIG. 4). However, if the interrupting circuit is provided on at least one of the output line (for discharging) and the input line (for charging) of the battery pack, Good.
一方、本発明のパック電池の素電池に一次電池を用いる場合は、当然ながら充電は行われないので、遮断回路はパック電池の出力線に挿入して設ければよい。
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。
On the other hand, when a primary battery is used as the unit cell of the battery pack of the present invention, it is natural that charging is not performed. Therefore, the interruption circuit may be provided by being inserted into the output line of the battery pack.
Furthermore, the shape of the unit cell is not limited to the cylindrical shape, and may be applied to other shapes such as a square shape.
Although the heat
また、上記感熱体は、電池異常温度上昇時に可溶体が溶けることで２本の金属線が短絡する例を示したが、当該短絡をフリップフロップ素子３０１で検出してデジタル信号を出力する構成では、短絡状態がそれ以上に持続する必要はない。したがって、いったん感熱体が短絡を発生し、これをフリップフロップ素子が検知したのちは、再び２本の金属線が例えば弾性力により離間してもよい。
Moreover, although the said heat sensitive body showed the example which two metal wires short-circuit by melt | dissolving a soluble body at the time of battery abnormal temperature rise, in the structure which detects the said short circuit with the flip-flop element 301 and outputs a digital signal. The short circuit condition does not need to last any longer. Therefore, once the heat-sensitive body has short-circuited and this is detected by the flip-flop element, the two metal wires may again be separated by, for example, elastic force.
本発明のパック電池は、携帯電話機や携帯情報端末（ＰＤＡ）、また電動工具の電源として利用可能であるが、特に電池異常温度上昇により使用機器が熱損失するのを効果的に防止するために利用することが可能である。 The battery pack of the present invention can be used as a power source for a mobile phone, a personal digital assistant (PDA), and an electric tool. In particular, in order to effectively prevent heat loss of used equipment due to abnormal battery temperature rise. It is possible to use.
１ パック電池
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
DESCRIPTION OF
51 Metal wire (B wire)
52 Soluble body 300 Cutoff circuit
Claims (5)
長手方向の略全域が感熱域とされ、当該感熱域の任意の部位での感熱結果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、当該感熱結果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ることを特徴とするパック電池。 A battery pack incorporating a plurality of electrically connected unit cells,
A substantially entire region in the longitudinal direction is a heat sensitive region, and a long heat sensitive body capable of acquiring a heat sensitive result at an arbitrary portion of the heat sensitive region as an electric signal is formed across two or more of the unit cells. Erected on the circumference,
An electrical signal acquired from the heat sensitive body is input as a control signal to the interruption circuit inserted in the current path between the unit cell and the input / output terminal,
When a unit cell reaches an abnormal temperature at any part of the heat sensitive region of the heat sensitive body, a circuit that receives an electrical signal related to the heat sensitive result from the heat sensitive body is configured to interrupt the current path. Pack battery characterized by.
相互に接近する方向に付勢された複数本の並行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請求項１に記載のパック電池。 The heat sensitive body is:
It has a structure in which each conductive wire is separated by interposing a heat-soluble member between a plurality of parallel conductive wires biased in directions approaching each other,
When the unit cell reaches an abnormal temperature, the conductive wires come into close contact with each other as the heat-soluble member melts, and the heat sensitive body detects the close contact as a short circuit between the conductive wires. The battery pack according to claim 1.
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
ことを特徴とする請求項２に記載のパック電池。 The conductive wire consists of a first metal wire and a second metal wire,
The heat-sensitive body has a heat-soluble member disposed so as to cover the first metal wire, and the second metal wire is spirally wound around the surface of the heat-soluble member. The battery pack according to claim 2, wherein the battery pack is a battery pack.
素電池が異常温度に達すると導電部材が溶融切断し、当該切断が感熱体の両端において検知される構成であることを特徴とする請求項１に記載のパック電池。 The heat sensitive body includes a heat-soluble conductive member,
The battery pack according to claim 1, wherein when the unit cell reaches an abnormal temperature, the conductive member is melted and cut, and the cut is detected at both ends of the heat sensitive body.
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