JP3576767B2 - パック電池とこのパック電池に内蔵されるptc素子 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、PTC素子を内蔵するパック電池の改良に関し、とくに、複数本の素電池を横に平行に並べて配設して、素電池と直列にPTC素子を接続しているパック電池とこのパック電池に内蔵されるPTC素子に関する。
【0002】
【従来の技術】
PTC素子は、保護素子としてパック電池に内蔵される。素電池と直列に接続されたPTC素子は、素電池に過大な電流が流れ、あるいは、電池の温度が上昇したときに電気抵抗が急激に増大して、電池電流を遮断、ないしは、ほとんど0にして電池を保護する。
【0003】
PTC素子を素電池と直列に接続しているパック電池は、たとえば、特開平9−63553号公報に記載される。この公報に記載されるパック電池は、図1に示すように、直線上に配設されている2本の素電池1の間にPTC素子Pを接続している。PTC素子Pは、上面を一方の素電池1の端部電極1Aに、下面を他方の素電池1の端部電極1Aに接続している。この構造は、素電池を直線上に配設するパック電池にPTC素子を内蔵させるのに適している。ただ、素電池を横に平行に配設するパック電池には、PTC素子を好ましい状態で接続できない。
【0004】
素電池を平行に配設して、PTC素子を内蔵するパック電池は、実開平2−69440号公報と、実開平6−38157号公報に記載される。前者の公報に記載されるパック電池の分解斜視図を図2に示す。後者の公報に記載されるパック電池に内蔵されるPTC素子と、PTC素子を内蔵するパック電池を図3と図4に示す。
【0005】
図2に示すパック電池は、方形状のPTC層2の下面と上面に、第一電極3と第二電極4を接続しているPTC素子Pを内蔵している。第一電極3と第二電極4は、PTC層2の両側に突出して、素電池1の端部電極1Aに接続される。この構造のパック電池は、平行に配設される素電池1の隣接する端部電極1Aの中間にPTC層2を配設している。
【0006】
図3に示すPTC素子Pは、PTC層2が素電池の太さにほぼ等しい外形の円盤状で、素電池の凸部電極を挿入できる形状としている。この形状のPTC層2は、凸部電極の周囲に配設できる。PTC層2の下面には、皿状の第一電極3を接続している。第一電極3は、凸部電極を挿入するために、中央を凸に成形して、PTC層2の中心孔2Aに挿入している。PTC層2の上面には、PTC層2に沿う半球状部分に、リードを突出させる第二電極4を接続している。第一電極3は凸部電極に接続され、第二電極4は、図4に示すように、隣接して配設される素電池1の端部電極1Aに接続される。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
図2と図3に示すPTC素子Pは、複数本の素電池1を平行に配設するパック電池に内蔵するのに好都合である。とくに、図3に示すPTC素子Pは、素電池の凸部電極の周囲に配設できるので、素電池からほとんど突出しないで配設できる特長がある。
【0008】
ただ、これ等の公報に記載されるパック電池は、PTC層の面積に制約を受けて大きくするのが難しい。図2に示すPTC素子Pは、PTC層2を大きくすると、第一電極3と第二電極4を素電池1の端部電極1Aに接続できなくなる。このPTC素子Pは、隣接して配設される素電池1の端部電極1Aの間隔よりも広くできない。
【0009】
さらに、図3と図4に示すPTC素子Pは、PTC層2の外形を、素電池1の太さよりも大きくでなきい。大きくすると、素電池1からはみ出して、パック電池を局部的に大きくするからである。さらに、この形状のPTC層2は、中心孔2Bも開口しているので、実質的に使用できる面積が小さくなる欠点がある。
【0010】
PTC素子は、素電池と直列に接続して使用されるので、通常の状態では、内部抵抗を小さくすることが大切である。PTC素子は、PTC層の内部抵抗と、負荷電流の自乗の積に比例した電力を消費するからである。さらに、大電流の用途に使用されるパック電池は、PTC素子の電流も大きくなる。PTC素子は、PTC層の面積を大きくして、大電流に耐えるように設計できる。内部抵抗を小さくして、大電流を大きくするためには、PTC素子のPTC層を大きな面積とすることが大切であるが、従来のパック電池は、このことを実現することが難しい欠点があった。
【0011】
本発明は、この欠点を解決することを目的に開発されたもので、本発明の重要な目的は、PTC層の面積を大きくして、PTC層の内部抵抗を小さくし、大きな電流負荷に安心して使用できるパック電池とこのパック電池に内蔵されるPTC素子を提供することにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項1のパック電池は、横に並べて平行に配設されている複数本の素電池1と、素電池1を過大な電流から保護するPTC素子Pを備える。PTC素子Pは、PTC層2の両面に、第一電極3と第二電極4を接続している。PTC素子Pは、端部電極1Aを同一平面に配設しているふたつの素電池1の端部電極1Aに、第一電極3と第二電極4を接続して、素電池1と直列に接続される。
【0013】
PTC層2の外形は、第一電極3と第二電極4を接続しているふたつの素電池1の端面のほぼ全体を含む形状に成形されている。さらに、PTC層2は、素電池1の端部電極1Aに位置して、貫通孔2Bを開口している。
【0014】
PTC層2の両面に接続される第一電極3と第二電極4は、PTC層2の外形にほぼ等しい外形に形成され、第一電極3と第二電極4は、PTC層2の貫通孔2Bに位置する部分を素電池1の端部電極1Aに接続している。
【0015】
本発明の請求項5のPTC素子は、PTC層2の両面に接続している第一電極3と第二電極4を、横に並べて平行に配設される複数本の素電池1の端部電極1Aに接続して、素電池1を過大電流から保護する。
【0016】
PTC層2の外形は、第一電極3と第二電極4を接続するふたつの素電池1の端面のほぼ全体を含む形状に成形されている。さらに、PTC層は、素電池1の端部電極1Aに位置して、貫通孔2Bを開口している。
【0017】
PTC層2の両面に接続される第一電極3と第二電極4は、PTC層2の外形にほぼ等しい外形に形成され、第一電極3と第二電極4は、PTC層2の貫通孔2Bに位置する部分を素電池1の端部電極1Aに接続している。
【0018】
本発明の請求項2のパック電池と、請求項6のPTC素子は、PTC層2の上面に接続している第二電極4に、PTC層2の貫通孔2Bに挿入する凸部4Aを設けている。第二電極4は、凸部4Aを素電池1の端部電極1Aに接続している。なお、本明細書において、上下方向は図面に基づいて決定するものとする。
【0019】
本発明の請求項3のパック電池と、請求項7のPTC素子は、PTC層2の下面に接続している第一電極3を、PTC層2の貫通孔2Bに位置する部分を下面から突出させて、凸部3Aを設け、この凸部3Aを、素電池1の端部電極1Aに接続している。
【0020】
本発明の請求項4のパック電池は、内蔵する素電池1を円筒電池とし、PTC層2と第一電極3と第二電極4の外形を、長方形のコーナー部を、円筒電池に沿って面取りした形状としている。
【0021】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想を具体化するためのパック電池とこのパック電池に内蔵されるPTC素子を例示するものであって、本発明はパック電池とPTC素子を下記のものに特定しない。
【0022】
さらに、この明細書は、特許請求の範囲を理解しやすいように、実施例に示される部材に対応する番号を、「特許請求の範囲の欄」、および「課題を解決するための手段の欄」に示される部材に付記している。ただ、特許請求の範囲に示される部材を、実施例の部材に特定するものでは決してない。
【0023】
図5と図6に示すパック電池は、ケーシング5に、2本の素電池1と、この素電池1を過電流から保護するPTC素子Pを内蔵している。素電池1は、ニッケル−カドミウム電池、ニッケル−水素電池、リチウムイオン二次電池等の充電できる電池である。ニッケル−カドミウム電池またはニッケル−水素電池を内蔵するパック電池は、大電流で充電して放電できる特長がある。パック電池に内蔵されるPTC素子Pは、素電池1に過大な電流が流れ、あるいは、素電池1の温度が上昇すると急激に電気抵抗が増大して、素電池1に流れる電流を遮断、ないしは極減する特性を有する。
【0024】
ケーシング5は、プラスチックの成形品、あるいは、熱収縮チューブで、素電池1とPTC素子Pをカバーしている。図のケーシング5は、素電池1の端部電極1Aを外部に表出させる電極窓5Aを開口している。ただ、本発明のパック電池は、端部電極をケーシングの電極窓から外部に表出させるのではなく、端部電極に接続したリード線を、ケーシングに固定している外部電極に接続する構造とすることもできる。
【0025】
2本の素電池1は、横に並べて平行に配設されている。図のパック電池は、2本の素電池1を平行に並べているが、本発明のパック電池は、3本以上の素電池を内蔵させることもできる。2本の素電池1は、端部電極1Aを同一ないしほぼ平面に配設して並べている。
【0026】
PTC素子Pは、図7の分解斜視図に示すように、PTC層2の下面に第一電極3を、上面に第二電極4を配設している。第一電極3と第二電極4は、PTC層2の上下面に、電気的に接続される状態で接着されている。第一電極3とPTC層2と第二電極4は、図8の断面図に示すように、3層の積層状態で密着される。
【0027】
PTC層2は、図6の平面図と図7の分解斜視図に示すように、その外形を、長方形のコーナー部を、円筒電池に沿って面取りした形状として、隣接する2本の素電池1の端面のほぼ全体を含む形状に成形している。図のPTC層2は、その外形を、素電池1である円筒電池の外形よりもわずかに小さくしている。PTC層は、図示しないが、その外形を、円筒電池の外形よりも多少大きくすることもできる。ただ、PTC層が素電池から大きく突出すると、ケーシングに収納するのに都合が悪くなる。このため、PTC層は素電池の外形からほとんど突出しない大きさとする。
【0028】
図のパック電池は、円筒電池を内蔵している。パック電池は円筒電池でなくて、角型電池を内蔵するものもある。角型電池を内蔵するパック電池は、図9に示すように、PTC素子Pを角型電池の外形に沿う長方形状として、素電池1の端面を含む形状とする。
【0029】
PTC層2は、素電池1の端部電極1Aに位置して貫通孔2Bを開口している。貫通孔2Bは、第一電極3と第二電極4を、素電池1の端部電極1Aに接続するために設けられるので、第一電極3と第二電極4を端部電極1Aに電気接続できる大きさに開口される。図のPTC層2は、貫通孔2Bの大きさを、素電池1の凸部電極1bと同じ外形としている。ただ、貫通孔は、必ずしも、凸部電極と同じ大きさとする必要はない。凸部電極よりも大きく、あるいは小さくすることもできる。貫通孔を小さくすると、PTC層の面積を大きくできる。ただ、小さい貫通孔は、第一電極と第二電極を端部電極に広い面積で接続するのが難しくなる。反対に、貫通孔を大きくすると、PTC層の面積は小さくなるが、第一電極と第二電極を広い面積で端部電極に接続できる。
【0030】
第一電極3と第二電極4は、スポット溶接して、素電池1の端部電極1Aに接続される。したがって、貫通孔2Bは、ここに溶接電極を挿入して第一電極3と第二電極4を端部電極1Aに接続できる大きさに開口される。さらに、PTC層2の両面に接続される第一電極3と第二電極4は、溶接電極を挿入できるように、PTC層2の貫通孔2Bに対向する位置に、それぞれ貫通孔3B、4Bを設けている。これ等の貫通孔3B、4Bは、PTC層2の貫通孔2Bとほぼ等しい大きさに開口されている。
【0031】
図7の第一電極3と第二電極4は薄い金属板で、PTC層2と同じ外形に裁断している。第一電極3は、PTC層2の貫通孔2Bに位置する部分を下面から突出させて凸部3Aとし、この凸部3Aを素電池1の端部電極1Aに接続している。凸部3Aは、貫通孔2Bよりも多少小さい外形に成形されている。
【0032】
第二電極4は、PTC層2の貫通孔2Bに挿入される凸部4Aを成形している。この凸部4Aは、PTC層2を貫通して下面から突出させるために、第一電極3の凸部よりも高く突出させている。第一電極3と第二電極4は、図5に示すように、凸部3A、4Aの底面を、正確に同一平面としている。この構造の第一電極3と第二電極4は、2本の素電池1の端部電極1Aである平面電極1aと、凸部電極1bを正確に同一平面として、これ等に接続できる。
【0033】
ただ、本発明のパック電池は、第一電極と第二電極の凸部を、必ずしも正確に同一平面に配設する必要はない。たとえば、第一電極を平面状とし、あるいは、図8において上方に突出させてPTC層の貫通孔に挿入する形状とすることもできる。PTC層の貫通孔に挿入する凸部は、素電池の凸部電極を挿入できる大きさとして、ここに凸部電極を入れた状態で接続する。
【0034】
以上の図に示すように、PTC層2と同じ外形とする第一電極3と第二電極4は、PTC層2との接触面積を大きくできる特長がある。第一電極3と第二電極4は、必ずしもPTC層2の外形に等しくする必要はない。たとえば、図示しないが、第一電極と第二電極の外形をPTC層よりも多少小さく、あるいは大きくすることもできる。
【0035】
以上の構造のパック電池は、下記のようにして組み立てられる。
▲1▼ PTC素子Pは、あらかじめ、PTC層2の下面に第一電極3を、上面に第二電極4を接続して連結している。
▲2▼ 平行に並べた素電池1の上に、第一電極3と第二電極4を連結しているPTC素子Pを載せる。PTC素子Pは、その外周を2本の素電池1の外周に合わせて上に載せる。
▲3▼ PTC層2の貫通孔2Bに溶接電極を挿入して、第一電極3と第二電極4の凸部3A、4Aを、素電池1の端部電極1Aにスポット溶接して連結する。
▲4▼ PTC層2を接続した素電池1を、ケーシング5でカバーしてパック電池とする。
【0036】
【発明の効果】
本発明のパック電池とこのパック電池に内蔵されるPTC素子は、PTC素子の第一電極と第二電極を、素電池の端部電極に接続しやすい構造とし、さらに、PTC素子が素電池から外部に大きく突出することなく、両面に電極を接続しているPTC層の面積を大きくできる特長がある。それは、本発明のパック電池とPTC素子が、PTC層と第一電極と第二電極を独特の構造としているからである。PTC層は、第一電極と第二電極を接続するふたつの素電池の端面のほぼ全体を含む形状に成形され、かつ、素電池の端部電極に位置して、貫通孔を開口している。第一電極と第二電極は、PTC層に設けられた貫通孔の部分で素電池の端部電極に接続される。この構造で、第一電極と第二電極を端部電極に接続して、PTC層を複数の電池の端面に配設するパック電池は、PTC層を極めて大きな面積にして、内部抵抗を著しく小さくできる。このため、素電池を正常な状態で使用するとき、PTC層の電流損失を極めて小さくして、素電池の電力を有効に負荷に供給できる。また、PTC層の面積を大きくできるので、PTC層に大電流を流すことができる。このため、本発明のパック電池とこのパック電池に内蔵されるPTC素子は、大電流の負荷に安心して、安全に使用できる特長も実現される。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来のパック電池の断面図
【図2】従来の他のパック電池の分解斜視図
【図3】さらに従来の他のパック電池に内蔵されるPTC素子の斜視図
【図4】図3のPTC素子を内蔵するパック電池の平面図
【図5】本発明の実施例のパック電池の断面図
【図6】図5に示すパック電池の平面図
【図7】図5に示すパック電池に内蔵されるPTC素子の分解斜視図
【図8】図5に示すパック電池に内蔵されるPTC素子の断面図
【図9】本発明の他の実施例のパック電池の分解斜視図
【符号の説明】
1…素電池 1A…端部電極
1a…平面電極 1b…凸部電極
2…PTC層 2A…中心孔 2B…貫通孔
3…第一電極 3A…凸部 3B…貫通孔
4…第二電極 4A…凸部 4B…貫通孔
5…ケーシング 5A…電極窓
P…PTC素子
Claims (7)
- 横に並べて平行に配設されている複数本の素電池(1)と、端部電極(1A)を同一ないしほぼ平面に配設しているふたつの素電池(1)の端部電極(1A)に、PTC層(2)の両面に接続されてなる第一電極(3)と第二電極(4)を接続して、素電池(1)と直列に接続されて、素電池(1)を過大電流から保護するPTC素子(P)とを備えるパック電池において、
PTC層(2)の外形が、第一電極(3)と第二電極(4)を接続するふたつの素電池(1)の端面のほぼ全体を含む形状に成形されると共に、素電池(1)の端部電極(1A)に位置して貫通孔(2B)が開口されており、
PTC層(2)の両面に接続される第一電極(3)と第二電極(4)は、PTC層(2)の外形にほぼ等しい外形に形成され、
第一電極(3)と第二電極(4)は、PTC層(2)の貫通孔(2B)に位置する部分を素電池(1)の端部電極(1A)に接続してなることを特徴とするパック電池。 - PTC層(2)の上面に接続してなる第二電極(4)が、PTC層(2)の貫通孔(2B)に挿入される凸部(4A)を有し、凸部(4A)を素電池(1)の端部電極(1A)に接続してなる請求項1に記載されるパック電池。
- PTC層(2)の下面に接続してなる第一電極(3)が、PTC層(2)の貫通孔(2B)に位置する部分を下面から突出させて、凸部(3A)を素電池(1)の端部電極(1A)に接続してなる請求項1に記載されるパック電池。
- 素電池(1)が円筒電池で、PTC層(2)と第一電極(3)と第二電極(4)の外形が、長方形のコーナー部を円筒電池に沿って面取りした形状である請求項1に記載されるパック電池。
- PTC層(2)の両面に接続している第一電極(3)と第二電極(4)を、横に並べて平行に配設される複数本の素電池(1)の端部電極(1A)に接続して、素電池(1)を過大電流から保護するPTC素子において、
PTC層(2)の外形が、第一電極(3)と第二電極(4)を接続するふたつの素電池(1)の端面のほぼ全体を含む形状に成形されると共に、素電池(1)の端部電極(1A)に位置して貫通孔(2B)が開口されており、
PTC層(2)の両面に接続される第一電極(3)と第二電極(4)は、PTC層(2)の外形にほぼ等しい外形に形成され、
第一電極(3)と第二電極(4)が、PTC層(2)の貫通孔(2B)に位置する部分を素電池(1)の端部電極(1A)に接続するように構成されてなることを特徴とするパック電池に内蔵されるPTC素子。 - PTC層(2)の上面に接続してなる第二電極(4)が、PTC層(2)の貫通孔(2B)に挿入される凸部(4A)を有し、凸部(4A)を素電池(1)の端部電極(1A)に接続するように構成されてなる請求項5に記載されるパック電池に内蔵されるPTC素子。
- PTC層(2)の下面に接続してなる第一電極(3)が、PTC層(2)の貫通孔(2B)に位置する部分を下面から突出させて、凸部(3A)を素電池(1)の端部電極(1A)に接続するように構成されてなる請求項5に記載されるパック電池に内蔵されるPTC素子。
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