(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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。
【請求項２】
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。
【請求項３】
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。
【請求項４】
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。
【請求項５】
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。
【請求項６】
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。
【請求項７】
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。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【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
【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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【図８】
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【図９】
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