(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電池要素（３）をフィルム外装体（２）の内部に収納している薄型電池（１）と、この薄型電池（１）の温度を検出する温度保護素子（８）と、この温度保護素子（８）を固定しているプリント基板（７）とを備えるパック電池であって、
薄型電池（１）がフィルム外装体（２）でもって端部に突出凹部（４）を設けており、この突出凹部（４）は、薄型電池（１）のひとつのフラット面（１Ａ）から突出している底面部（５）と、薄型電池（１）の両側面から突出している隔壁部（６）からなり、この突出凹部（４）内に底面部（５）と平行な姿勢でプリント基板（７）を配設すると共に、このプリント基板（７）には底面部（５）と対向する面に温度保護素子（８）を固定していることを特徴とするパック電池は。
【請求項２】
薄型電池（１）が、電池要素（３）の両面に積層している２枚のフィルム外装体（２）を電池要素（３）の両側で積層して、積層部を接着しており、フィルム外装体（２）の積層接着部（２Ａ）を電池要素（３）に沿って折曲して隔壁部（６）とし、この隔壁部（６）を電池要素（３）から突出させて突出凹部（４）の隔壁部（６）としている請求項１に記載されるパック電池。
【請求項３】
温度保護素子（８）と底面部（５）との間に絶縁シート（１０）を配設している請求項１に記載されるパック電池。
【請求項４】
温度保護素子（８）が、ＰＴＣ、ヒューズ、サーミスタ、ブレーカのいずれかである請求項１に記載されるパック電池。
【請求項５】
温度保護素子（８）が、リフロー半田してプリント基板（７）に固定されている請求項１に記載されるパック電池。
【請求項６】
薄型電池（１）がリチウムポリマー二次電池である請求項１に記載されるパック電池。
【請求項７】
薄型電池（１）がリチウムイオン二次電池である請求項１に記載されるパック電池。
【請求項８】
プリント基板（７）に薄型電池（１）の保護回路（９）を実装している請求項１に記載されるパック電池。
【請求項９】
保護回路（９）が薄型電池（１）の過充電、過放電、過電流のいずれかを防止する回路を備える請求項８に記載されるパック電池。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フィルム外装体の薄型電池を内蔵するパック電池に関し、とくに、薄型電池の端部に、電池の異常な温度上昇を検出して、電池を過充電や過放電から保護するための温度保護素子を内蔵するパック電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
フィルム外装体の薄型電池を内蔵するパック電池は、全体を薄くして軽量にできる。このパック電池に内蔵される薄型電池は、フィルム外装体に電池要素を内蔵して製作される。電池要素は、正極と負極の間に電解質層を設けている。電池要素を密閉するフィルム外装体は、ラミネートフィルムであるフィルム外装体を電池要素の両面に積層し、電池要素の外周で積層して、積層部を熱溶着して密閉構造とされる。フィルム外装体は、内蔵する電池要素を完全に密閉する。
【０００３】
この構造の薄型電池を内蔵するパック電池は、薄型電池の異常な温度上昇を検出して、電池を過充電や過放電から保護するために、温度保護素子を内蔵させる必要がある。本出願人等は、最初に、図１に示す構造で薄型電池１と温度保護素子８を内蔵するパック電池を開発した。このパック電池は、薄型電池１の端部にフィルム外装体２を突出させて突出凹部４を設け、ここに絶縁シート１０を介して保護回路９を実装するプリント基板７を配設している。さらに、温度保護素子８であるＰＴＣを、突出凹部４の外側に配設している。このパック電池は、図２の断面図に示すように、突出凹部４の内側にプリント基板７を配設して、突出凹部４の外側に温度保護素子８を配設している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
以上の構造のパック電池は、フィルム外装体２の突出凹部４の内側にプリント基板７を配置して、その外側に温度保護素子８を配置しているので、薄型電池１の熱が有効に温度保護素子８に伝導されない。薄型電池１の熱は図２の矢印で示すように、両面から放熱され、フィルム外装体２の突出凹部４を介して温度保護素子８に伝導される。さらに、ここに配設している温度保護素子８は、片面をフィルム外装体２の突出凹部４に接近させているが、他の表面を外部に表出させているので、この面からの放熱が大きく、薄型電池１からの熱伝導効率が悪くなる。このため、薄型電池の異常な温度上昇を速やかに温度保護素子で検出できない欠点もあった。さらに、温度保護素子を突出凹部の外側に配置するので、パック電池に収納する状態で温度保護素子が突出して、外形をフラットにするのが難しくなった。温度保護素子が突出しないように、フィルム外装体の突出部を無理に内側に折曲すると、折曲部が損傷されやすくなる弊害もあった。
【０００５】
さらに、温度保護素子をプリント基板とは別に固定するので、これを定位置に配置して固定するのにも手間がかかり、また固定する状態においても、プリント基板に固定するようには確実に固定できない。温度保護素子の固定位置がずれてフィルム外装体から離れると、さらに薄型電池からの熱伝導が悪くなって、温度を正確に検出できなくなる欠点があった。
【０００６】
本発明は、このような欠点を解決することを目的に開発されたものである。本発明の重要な目的は、温度保護素子とプリント基板の両方を理想的な位置に配置できると共に、薄型電池から温度保護素子への熱伝導を向上して、温度保護素子でもって薄型電池の温度を速やかに正確に検出できるパック電池を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明のパック電池は、電池要素３をフィルム外装体２の内部に収納している薄型電池１と、この薄型電池１の温度を検出して薄型電池１が異常な温度に上昇するのを阻止する温度保護素子８と、この温度保護素子８を固定しているプリント基板７とを備える。薄型電池１は、フィルム外装体２でもって端部に突出凹部４を設けている。この突出凹部４は、薄型電池１のひとつのフラット面１Ａから突出している底面部５と、薄型電池１の両側面から突出している隔壁部６からなる。この突出凹部４内に底面部５と平行な姿勢でプリント基板７を配設すると共に、このプリント基板７には底面部５と対向する面に温度保護素子８を固定している。
【０００８】
薄型電池１は、電池要素３の両面に積層している２枚のフィルム外装体２を電池要素３の両側で積層して積層部を接着し、フィルム外装体２の積層接着部２Ａを電池要素３に沿って折曲して隔壁部６とし、この隔壁部６を電池要素３から突出させて突出凹部４の隔壁部６とすることができる。
【０００９】
温度保護素子８と底面部５との間には、絶縁シート１０を配設することができる。温度保護素子８は、ＰＴＣ、ヒューズ、サーミスタ、ブレーカのいずれかとすることができる。温度保護素子８は、リフロー半田してプリント基板７に固定できる。薄型電池１は、リチウムポリマー二次電池、または、リチウムイオン二次電池とすることできる。プリント基板７には、薄型電池１の保護回路９を実装することができる。この保護回路９は、薄型電池１の過充電、過放電、過電流のいずれかを防止する回路を備えることができる。
【００１０】
【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を例示するものであって、本発明はパック電池を以下のものに特定しない。
【００１１】
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。
【００１２】
図３の断面図に示すパック電池は、フィルム外装体２の薄型電池１と、この薄型電池１の保護回路９及び温度保護素子８を固定しているプリント基板７をケー１２に内蔵している。
【００１３】
薄型電池１は、フィルム外装体２に電池要素３を内蔵している。電池要素３は、正極と負極と電解質層を有し、この電池要素３を、図４に示すように、フィルム外装体２で気密に密閉している。図４のフィルム外装体２は、電池要素３の下縁で折り返し、電池要素３の両側と上端で積層し、積層部を接着して、電池要素３を密閉チャンバーに内蔵させている。図の薄型電池１は、電池要素３の両側と上縁に積層接着部２Ａがあって、内部を気密に密閉している。
【００１４】
図５の薄型電池１は、図において下側に位置するフィルム外装体２を平面状とし、電池要素３の上側に積層しているフィルム外装体２を、矢印Ａで示すように、電池要素３の周囲に沿って下方に曲げて、下側の平面状のフィルム外装体２に積層し、積層部を接着して積層接着部２Ａとしている。フィルム外装体２はラミネートフィルムで、積層部を熱溶着して接着している。ラミネートフィルムは、内部を気密に密着して積層部を熱溶着できるように、たとえば、アルミニウム箔の両面に、ポリプロピレンフィルムをラミネートしたフィルムである。
【００１５】
薄型電池１は、図３と図６に示すように、フィルム外装体２でもって端部に突出凹部４を設けている。フィルム外装体２の突出凹部４は、薄型電池１のひとつのフラット面１Ａから突出している底面部５と、薄型電池１の両側面から突出としている隔壁部６からなる。突出凹部４の底面部５と隔壁部６は、フィルム外装体２の積層接着部２Ａである。この形状の突出凹部４を設けるために、電池要素３の両側に位置する積層接着部２Ａは、図５の矢印Ｂで示すように、電池要素３の両側で電池要素３の側面に沿って上方に折り曲げて隔壁部６としている。隔壁部６は、上端縁で内側に折り返してその高さを電池要素３の厚さにほぼ等しくしている。さらに、この隔壁部６は、図６に示すように、電池要素３の端部から突出させて突出凹部４の隔壁部６を形成している。
【００１６】
突出凹部４の内部には、プリント基板７を配設している。このプリント基板７は、底面部５と平行な姿勢で突出凹部４に配設される。さらに、このプリント基板７は、突出凹部４の底面部５と対向する面に温度保護素子８を固定している。温度保護素子８は、リフロー半田してプリント基板７に固定している。ここにある温度保護素子８は、プリント基板７と底面部５との間に配設されて、図７の矢印で示すように、突出凹部４の底面部５と電池要素３の端面の両方から加熱されて、プリント基板７で放熱が防止される。このため、電池要素３の熱を極めて有効に温度保護素子８に伝えることができる。
【００１７】
温度保護素子８はＰＴＣである。ＰＴＣは、薄型電池１と直列に接続される。このＰＴＣは、電池の温度が設定温度よりも高くなると電気抵抗が急激に高くなって、電池に流れる電流を実質的に遮断する程度に小さくする。ただ、温度保護素子８には、ヒューズやサーミスタやブレーカ等も使用できる。ヒューズも電池と直列に接続されて、電池温度が設定温度よりも高くなると、電池に流れる電流を遮断する。サーミスタは、電池の温度を抵抗値の変化として検出し、電池の温度が設定温度よりも高くなると、プリント基板に実装している保護回路でもって電池の電流を遮断する。また、ブレーカの場合は、電池の温度が設定温度よりも高くなると、内装されているバイメタルが反転し、電池に流れる電流を遮断する。
【００１８】
プリント基板７は、底面部５との対向面に温度保護素子８に加えて、薄型電池１の過充電や過放電、また過電流を防止する保護回路９を実装している。保護回路９は、電池が満充電になると充電を阻止する回路が動作して充電を停止し、電池が完全に放電されると放電を阻止する回路が動作して放電を停止し、また、外部端子がショートしたときには、過電流が流れることを阻止する回路が動作するようになっている。
【００１９】
プリント基板７は、薄型電池１の積層接着部２Ａから突出させているリード板１３を介して薄型電池１に接続している。さらに、プリント基板７には、リード線１４を接続しており、このリード線１４をパック電池のケース１２の外部に引き出して、先端にコネクター１５を連結している。図示しないが、パック電池は、プリント基板に出力端子を固定して、この出力端子をケースに設けた電極窓から外部に表出させることもできる。
【００２０】
突出凹部４は、内面に絶縁シート１０を敷いて、その上にプリント基板７を配設している。絶縁シート１０は、熱伝導性に優れた金属箔を絶縁材で被覆したものが適している。この絶縁シート１０は、突出凹部４の底面部５の熱を効率よく温度保護素子８に伝えることができる。
【００２１】
図６のパック電池は、突出凹部４にプリント基板７を配設し、薄型電池１とプリント基板７をカバーするように固定テープ１１を付着している。固定テープ１１は、プリント基板７を突出凹部４の定位置に確実に固定する。この状態でケース１２に入れてパック電池として組み立てられる。
【００２２】
ケース１２に収納される薄型電池１は、リチウムポリマー二次電池、または、リチウムイオン二次電池である。リチウムポリマー二次電池は、電解質に固体、または常温ゲル状のものが使用される。リチウムポリマー二次電池は、正極と負極に以下の組合せを使用する。
正極……マンガン酸リチウム    負極……グラファイト系炭素
正極……酸化バナジウム        負極……リチウム合金
【００２３】
リチウムイオン二次電池は、ＬｉＰＦ６等の溶質と、溶媒からなる電解液が使用され、正極と負極に以下のものを使用する。
正極……コバルト酸リチウム    負極……グラファイト系炭素
正極……コバルト酸リチウム    負極……コークス系炭素
正極……ニッケル酸リチウム    負極……グラファイト系炭素
正極……マンガン酸リチウム    負極……グラファイト系炭素
正極……コバルト酸リチウム    負極……錫アモーファス酸化物
【００２４】
【発明の効果】
本発明のパック電池は、温度保護素子とプリント基板の両方を理想的な位置に配置できると共に、薄型電池から温度保護素子への熱伝導を向上して、温度保護素子でもって薄型電池の温度を速やかに正確に検出できる特長がある。それは、本発明のパック電池が、薄型電池のフィルム外装体で端部に設けた突出凹部を、薄型電池のひとつのフラット面から突出する底面部と、薄型電池の両側面から突出する隔壁部で構成し、この突出凹部内に底面部と平行な姿勢でプリント基板を配設すると共に、このプリント基板の底面部と対向する面に温度保護素子を固定しているからである。この構造のパック電池は、温度保護素子が、突出凹部の底面部と電池要素の端面の両方から加熱されると共に、プリント基板で放熱が防止されるので、電池要素の熱を極めて有効に温度保護素子に伝えて、薄型電池の温度を温度保護素子で速やかに正確に検出できる。
【００２５】
さらに、本発明のパック電池は、温度保護素子を突出凹部の内側に配置するので、温度保護素子とプリント基板の両方を省スペースに配置できると共に、薄型電池のフラット面から薄温度保護素子が突出しないフラットな外形を実現して外観を良くできる特長がある。温度保護素子が薄型電池のフラット面から外側に突出しないパック電池は、フィルム外装体の突出部を損傷することなく、不良品の発生率を極減できる特長もある。
【００２６】
さらに、本発明のパック電池は、温度保護素子を固定したプリント基板を突出凹部の内側に配置することによって、温度保護素子を定位置に配置できるので、簡単かつ正確に温度保護素子を所定の位置に配置できると共に、温度保護素子の固定にかかる手間を極減して、能率よく多量生産できる特長もある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本出願人等が先に開発したパック電池の分解斜視図
【図２】図１に示すパック電池の断面図
【図３】本発明の実施例のパック電池の断面図
【図４】図３に示すパック電池に内蔵される薄型電池の製造工程を示す平面図
【図５】図３に示すパック電池に内蔵される薄型電池の製造工程を示す断面図
【図６】図３に示すパック電池の分解斜視図
【図７】図３に示すパック電池の拡大断面図
【符号の説明】
１…薄型電池            １Ａ…フラット面
２…フィルム外装体      ２Ａ…積層接着部
３…電池要素
４…突出凹部
５…底面部
６…隔壁部
７…プリント基板
８…温度保護素子
９…保護回路
１０…絶縁シート
１１…固定テープ
１２…ケース
１３…リード板
１４…リード線
１５…コネクター
【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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