(57)【要約】 【課題】  膨張と異常温度を、少ない工数と部材で、且つ簡易構成の検出手段で検知するリチウムイオン電池パックを提供する。【解決手段】  リチウムイオン電池を積層した組電池１１０を用いた電池パック内に、温度感知機能を有し、且つ、包装部材が膨張した場合に破断する導電体を用いた異常検出手段５を組電池の中央部表面に沿うように設け、異常検出手段５の出力は保護回路内の異常検出回路９に接続する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のラミネート外装型のリチウムイオン電池を積層した組電池を有する電池パックにおいて、少なくとも一個の前記リチウムイオン電池の側面中央部に設けた固定箇所に固定し、側面中央部から中央部の表面に沿って設けられ、保護回路基板内の異常検出回路に接続された、絶縁フィルムで被覆され一箇所で接続された二種類の金属シートからなる温度検知機能を有する一個の異常検出手段を有することを特徴とするリチウムイオン電池パック。
【請求項２】
前記二種類の金属シートが、正脚にニッケル及びクロムを主とした合金を、負脚にニッケルを主とした合金を使用した組み合わせであることを特徴とする請求項１記載のリチウムイオン電池パック。
【請求項３】
前記二種類の金属シートが、正脚に銅を、負脚にニッケルを主とした合金を使用した組み合わせであることを特徴とする請求項１記載のリチウムイオン電池パック。
【請求項４】
前記二種類の金属シートは、厚さは８μｍ以下、幅は各々２ｍｍ以下、測定ポイントで二種類の金属は接続し、それ以外ではそれらの金属は間隔を有し、絶縁フィルムでコーティングされていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のリチウムイオン電池パック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、包装部材にラミネートフィルムを使用したリチウムイオン電池を直列接続、および／または並列接続した組電池を用いたリチウムイオン電池パックに関する。
【背景技術】
【０００２】
リチウムイオン電池は高エネルギー密度を有する代表的な二次電池であり、携帯電話やノートパソコン、ビデオカメラなどの携帯機器の駆動用電源として用いられることが知られている。
【０００３】
リチウムイオン電池は、正極活物質としてリチウム化合物、負極活物質として炭素系材料、電解液にはリチウム塩を溶解した有機溶媒が用いられる。この有機系電解液は、４．２Ｖを大きく超える電圧領域に至った際、酸化分解によりガスが発生し、電池内圧が上昇することで電池に膨れが生じたり、電池素子が発熱してリチウムイオン電池の劣化を加速する場合がある。
【０００４】
これを防止するため、リチウムイオン電池パックは保護回路基板を備え、充放電保護回路等を含んだ保護回路基板等の内部部品によって、過充電や過放電、温度などを監視し、異常が検出された場合にはリチウムイオン電池パックと外部機器との通電が遮断される機能を備えている。
【０００５】
ここで、リチウムイオン電池は、正極シートと負極シートを積層して形成されていることから薄型化が可能であり、更に、多直列接続、あるいは多並列接続して使用することで、電動アシスト自電車や無停電電源装置等の大容量仕様に対応することが出来る。また、複数個の電池を使用する場合、外装体は金属ケースよりも軽い素材であるラミネートフィルムを使用した方が軽量化に有利である。
【０００６】
しかしながら、ラミネートフィルム外装体を使用したリチウムイオン電池は、金属ケースと比較して、ガスが発生した場合の電池の膨れ方が顕著であり、電池が過充電状態に陥った場合、電解液の酸化分解ガスが発生し、電池内圧が上昇することで電池に膨れが生じる場合がある。
【０００７】
そこで、特許文献１では、電極端子の一部を露出させて電池素子を包装部材で密封した一つの電池に対して、膨れの検出手段である導電体を電池の外装部材の外面に２箇所以上で固定し、電池が膨れた場合に導電体が破断することで、電池の膨れを検出する手段を備えた電池パックが提案されている。
【０００８】
また、例えば特許文献２では、外装が角型金属ケースで保護回路基板を備えた電池パックにおいて、電池が高温に陥った際に保護回路基板と電池の間に熱伝導シートを密着させることで電池素子の温度を感知し、温度異常時に保護回路基板の内部部品によって、電池パックと外部機器との通電が遮断される機能を備えた電池パックが提案されている。
【０００９】
さらに、特許文献３では外装に角型金属ケースを使用したリチウムイオン電池を直列接続、および並列接続した二次電池装置に、温度検出部と膨張の際に破断する圧力検出部が一体となったセンサーを各単位電池に設置することで、電池の温度上昇と膨張を検出する手段を備えた二次電池装置が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００８−１９２４３２号公報
【特許文献２】特開２００７−１２４７７５号公報
【特許文献３】特開平１１−１６２５２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、特許文献１、２においてリチウムイオン電池を直列接続、および／または並列接続し積層した組電池を用いた電池パックに温度感知機能と膨張検出機能を備えようとする場合、電池素子の温度を保護回路基板に伝える熱伝導シートと膨れの検出手段である導電体がそれぞれ必要となる。また、特許文献３においてはリチウムイオン電池の温度上昇と膨張を感知する手段として、温度検出部と圧力検出部が一体となったセンサーを用いているが、その設置方法は各単位電池に対してセンサーを備えるため、積層する電池数が増えるほど導電体の必要点数も増え、膨張検出結果の出力を保護回路基板の端子に接続する工数も多く要するという問題がある。
【００１２】
そこで本発明の課題は、少ない工数と部材で、且つ簡易構成の温度感知機能と膨張検出機能とを兼ね備えたリチウムイオン電池パックを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記の課題を解決するために、本発明のリチウムイオン電池パックは、複数のラミネート外装型のリチウムイオン電池を積層した組電池を有する電池パックにおいて、少なくとも一個の前記リチウムイオン電池の側面中央部に設けた固定箇所に固定し、側面中央部から中央部の表面に沿って設けられ、保護回路基板内の異常検出回路に接続された、絶縁フィルムで被覆され一箇所で接続された二種類の金属シートからなる温度検知機能を有する一個の異常検出手段を有することを特徴とする。
【００１４】
また、前記二種類の金属シートは、正脚にニッケル及びクロムを主とした合金を、負脚にニッケルを主とした合金を使用した組み合わせであってもよいし、前記二種類の金属シートが、正脚に銅を、負脚にニッケルを主とした合金を使用した組み合わせであってもよく、  前記二種類の金属シートは、厚さは８μｍ以下、幅は各々２ｍｍ以下、測定ポイントで二種類の金属が接続し、それ以外ではそれらの金属は間隔を有し、絶縁フィルムでコーティングされていることが望ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、温度感知機能を有し、且つ、包装部材が膨張した場合に破断する一個の異常検出手段を、ラミネートフィルムを梱包材に使用した組電池の平面に接するように固定することで、少ない工数と部材で、且つ簡易構成の組電池の温度感知機能と膨張検出機能とを兼ね備えたリチウムイオン電池パックの提供が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施の形態および実施例１を説明する、リチウムイオン電池パックの異常検出手段を組電池に取り付けた正面図である。
【図２】本発明の実施例１に係る、異常検出手段とリチウムイオン電池の通常状態を示した平面図である。
【図３】本発明の実施例１に係る、異常検出手段とリチウムイオン電池が膨張した場合を示した平面図である。
【図４】本発明のリチウムイオン電池パックの電気的接続を示す図である。
【図５】本発明の実施例２に係る、リチウムイオン電池パックの異常検出手段を組電池に取り付けた正面図である。
【図６】本発明の実施例３に係る、リチウムイオン電池パックの異常検出手段を組電池に取り付けた正面図である。
【図７】ラミネート外装型のリチウムイオン電池を示す図であり、図７（ａ）は平面図、図７（ｂ）は正面図、図７（ｃ）は側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図７において、リチウムイオン電池の出力である正極端子２１、負極端子２２が引き出された電池素子３は、ラミネートフィルム包装材４で被覆されている。正極端子２１は、アルミニウム箔やニッケル箔、ステンレス箔などの金属箔、負極端子２２は銅箔やニッケル箔、ステンレス箔などの金属箔で構成されている。なお、ラミネートフィルム包装材４は、軽量化、加工性、形状の自由度からアルミラミネートフィルムを用いるのが好ましい。このリチウムイオン電池１０１が過充電状態に陥った場合、電解液のガスが発生し、電池内圧が上昇することで電池に膨れが生じたり、電池素子が発熱してリチウムイオン電池の劣化を加速する場合がある。
【００１８】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。図１において、リチウムイオン電池１１１、１１２、１１３で構成される組電池１１０には異常検出手段５が側面中央部にあるラミネートフィルムの両端の固定箇所８に、変性シリコーン樹脂等から成る接着剤により固定されており、この異常検出手段５は、図２に示すように導電体６と、これをコーティングする絶縁フィルム７を備えている。導電体６は二種類のシート状の金属で構成され、正脚にクロメル等のニッケル及びクロムを主とした合金を、負脚にアルメル等のニッケルを主とした合金を組み合わせたり、あるいは正脚に銅を、負脚にコンスタンタン等の銅およびニッケルを主とした合金の組み合わせを用い、厚さは３〜８μｍ、幅は各々１〜２ｍｍであり、測定ポイントで二種類の金属は接触し、それ以外ではそれらの金属間隔は１ｍｍ以下であることが望ましい。なお、厚さ、及び幅は屈曲に耐えうる強度や設置の際の作業性上、上記範囲で用いることが好ましい。この導電体６は、ある基準点の温度と測定点温度との間に差が生じた場合に、基準点と測定点との間に生じる電圧差を温度に換算することで、温度感知をすることができるという特性を有している。ここで、ラミネートフィルムを用いたリチウムイオン電池の厚さは５〜６ｍｍと薄い場合には、電池間の熱の伝わりが良いため、温度測定ポイントは一つの電池のラミネートフィルム平面上に一箇所設定すれば良い。なお、導電体６の材質は温度検知機能を備えたものであればこれに限らないが、厚さと幅に関しては上記よりも大きい値とすると、電池が膨張した場合に導電体が破断しない可能性があるため、作業性を損なわない範囲であれば厚さは薄く、幅は狭い方が好ましく、さらに導電体６における測定ポイント以外では二種類の金属間隔は、各金属が接触しない距離であれば小型化のために短距離の方が良い。一方、絶縁フィルム７は導電体６を錆等から防止し、さらに導電体６の二種類の金属をコーティングすることで絶縁保護することを目的として備えられ、材質はポリエステルフィルムやポリイミドフィルム等を用い、厚さは１０μｍ以下とするのが良い。なお、絶縁フィルム７の材質は、絶縁性を有していれば良く、これに限らないが、フィルムの中でも電気絶縁性に優れ、且つ、柔軟性を持つことから加工や取扱が容易であるという利点から上記を使用するのが好ましい。また、電池が発熱した場合の熱の感度を良くするために、作業性を損なわない範囲であれば厚さは薄い方が良い。
【００１９】
異常検出手段５の両端は異常検出回路９の端子に接続され、異常検出回路９では導電体６の温度感知機能により電池の温度を監視し、温度が例えば６０度以上の高温になった場合に異常と判断する。さらに、導電体は電池の膨張状態を導電体の抵抗値を読み取ることで導通状態を監視しており、図２のように組電池１１０が通常の厚さの場合には、導電体６は導通を維持し、その抵抗値はゼロを示す。しかし、リチウムイオン電池１１１、１１２、１１３のいずれか、若しくは全数が膨れて組電池１１０の全体が膨張した場合には、図３のように導電体６は破断し、その抵抗値が無限大となることから、電池の膨張の有無を判断する。
【００２０】
図４において、組電池１１０と保護回路基板１０からなる電池パック１００の電気的接続を示す。組電池１１０の電池出力２は保護回路基板１０に接続されており、さらに保護回路基板１０と外部機器は外部出力端子１１で接続されている。保護回路基板１０は電池出力２から出力される組電池の電圧を監視し、電池が過充電や過放電状態に陥った場合に保護回路内で異常と判断し、内部部品によって外部機器と組電池の通電を遮断するはたらきをしている。なお、異常検出回路９は保護回路基板１０の一部として保護回路基板１０内に設置されており、組電池１１０の温度異常と膨張の有無を監視し、その監視結果によって異常と判断された場合は、保護回路内の内部部品によって外部機器と組電池の通電を遮断する。
【実施例】
【００２１】
（実施例１）
実施例１について図１〜３を参照して説明する。図１に示すように縦１７０ｍｍ、横８０ｍｍ、高さ４ｍｍのリチウムイオン電池１１１、１１２、１１３、３個を積層して構成される縦１７０ｍｍ、横８０ｍｍ、高さ１２ｍｍの組電池１１０の中央部を横断する方向に一周するように周回長さ１８４ｍｍの異常検出手段５を取り付けた。異常検出手段５は図２に示すように、厚さ３μｍ、幅各々１ｍｍの正脚にクロメル、負脚にアルメルを組み合わせ測定ポイントで接触し、それ以外ではそれらの金属間隔は１ｍｍとした導電体６をポリエステルフィルムからなる絶縁フィルム７でコーティングしたもので、リチウムイオン電池の側面中央部でラミネートフィルムの両端の固定箇所８に、変性シリコーン樹脂から成る接着剤により６箇所固定した。このリチウムイオン電池パックに対し過充電試験を行い、組電池１１０が膨れて周回長さが２０４ｍｍとなったところで導電体６が図３に示すように破断したことを確認した。なお、この過充電試験において温度感知機能による異常検出回路は動作しないようにして行った。
【００２２】
（実施例２）
実施例２について図５を参照して説明する。組電池、及び異常検出手段５の材質と構造は実施例１と同様のものを用い、組電池１１０の中央部を横断する方向に一周するように周回長さ５０８ｍｍの異常検出手段５を取り付けた。異常検出手段５は、図５に示すように、リチウムイオン電池１１１、１１２、１１３をそれぞれ一周するように取り付け、変性シリコーン樹脂から成る接着剤により６箇所固定した。このリチウムイオン電池パックに対し温度検知機能をはずして過充電試験を行い、組電池１１０が膨れて周回長さが５２８ｍｍとなったところで導電体６が図３に示すように破断したことを確認した。なお、実施例２の場合、膨れた電池に接する導電体６が破断することより、組電池の中でもどの電池が膨らんだかを履歴に残る為、不具合解析等の優良な情報を得ることが可能である。
【００２３】
（実施例３）
実施例３について図６を参照して説明する。組電池、及び異常検出手段５の材質と構造は実施例１と同様のものを用い、組電池１１０の中央部を横断する方向に一周する様に周回長さ３４０ｍｍの異常検出手段５を取り付けた。異常検出手段５は図６に示すように、リチウムイオン電池１１１、１１２、１１３の各層の両面に接するように交互に取り付けられることを特徴とし、変性シリコーン樹脂から成る接着剤により５箇所固定した。このリチウムイオン電池パックに対し温度検知機能をはずして過充電試験を行い、組電池１１０が膨れて周回長さが３６０ｍｍとなったところで導電体６が図３に示すように破断したことを確認した。なお、実施例３の場合も、膨れた電池に接する導電体６が破断することより、組電池の中でもどの電池が膨らんだかを履歴に残る為、不具合解析等の優良な情報を得ることが可能である。
【００２４】
本発明では、外装体に金属缶ケースよりも膨張が顕著なラミネートフィルムを用いたリチウムイオン電池に関することにより、リチウムイオン電池１１１、１１２、１１３のいずれかが膨張すれば相乗効果で導電体６が引張られる為、異常検出手段５は１点のみ備えるだけでよい。また、厚さも薄いことから電池間の熱の伝わりが良ため、温度の検出ポイントも組電池１１０のうち、一つの電池のラミネートフィルム平面上に一箇所設定すればよい。なお、本発明の異常検出手段、及び導電体の設置方法は上記の実施例に限定されるものではない。また、本実施例では三つのリチウムイオン電池で構成された組電池について説明したが、より多数のリチウムイオン電池で構成される組電池に用いてもよい。
【符号の説明】
【００２５】
１００    電池パック
１０１、１１１、１１２、１１３    リチウムイオン電池
１１０    組電池
２    電池出力
２１    正極端子
２２    負極端子
３    電池素子
４    ラミネートフィルム包装材
５    異常検出手段
６    導電体
７    絶縁フィルム
８    固定箇所
９    異常検出回路
１０    保護回路基板
１１    外部出力端子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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