(57)【要約】【課題】所定の動作温度において抵抗値が急峻に増大する温度ヒューズ素子を提供する。【解決手段】対向する一対の電極２，３と、一対の電極２，３間に充填され、接着性樹脂５と、弾性変形が可能な樹脂粒子６と、導電性粒子７とを含有する接着剤層４とを備え、導電性粒子７は、球状粒子が６０質量％以上配合されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向する一対の電極と、
該一対の電極間に充填され、接着性樹脂と、弾性変形が可能な樹脂粒子と、導電性粒子とを含有する接着剤層とを備え、
上記導電性粒子は、球状粒子が６０質量％以上配合されているポリマー温度ヒューズ素子。
【請求項２】
上記導電性粒子は、上記球状粒子と、非球状粒子とが混合されて成り、上記球状粒子が６０質量％以上９０質量％以下混合されている請求項１に記載のポリマー温度ヒューズ素子。
【請求項３】
上記球状粒子は、ニッケル粒子又はカーボン粒子である請求項１又は請求項２に記載のポリマー温度ヒューズ素子。
【請求項４】
上記導電性粒子は、上記球状粒子と、非球状粒子とが混合されて成り、
上記球状粒子はニッケル粒子であり、上記非球状粒子はカルボニルニッケル粒子である請求項１又は請求項２記載のポリマー温度ヒューズ素子。
【請求項５】
バッテリセル表面に貼着される支持体と、
上記支持体の上記バッテリセルへの貼着面と反対側の一面に形成された導電パターンと、
上記支持体の導電パターン上に設けられ、上記バッテリセルの温度に応じて上記導電パターンの抵抗値を可変するポリマー温度ヒューズ素子と、
上記導電パターンと接続され、上記ポリマー温度ヒューズ素子による上記導電パターンの抵抗の変化を測定する測定器とを備え、
上記ポリマー温度ヒューズ素子は、上記導電パターンに設けられた間隙に充填され、接着性樹脂と、弾性変形が可能な樹脂粒子と、導電性粒子とを含有する接着剤層と、上記接着剤層を介して上記導電パターン間を跨って設けられる電極とを備え、
上記導電性粒子は、球状粒子が６０質量％以上混合されている温度センサー。
【請求項６】
上記ポリマー温度ヒューズ素子が上記支持体上に所定の間隔で複数形成されている請求項５記載の温度センサー。
【請求項７】
上記導電性粒子は、上記球状粒子と、非球状粒子とが混合されて成り、上記球状粒子が６０質量％以上９０質量％以下混合されている請求項５記載の温度センサー。
【請求項８】
バッテリセルと、
上記バッテリセルが収納された外筐体と、
上記複数のバッテリセルの温度を監視する温度センサーとを備え、
上記温度センサーは、バッテリセル表面に貼着される支持体と、上記支持体の上記バッテリセルへの貼着面と反対側の一面に形成された導電パターンと、上記支持体の導電パターン上に設けられ、上記バッテリセルの温度に応じて上記導電パターンの抵抗値を可変するポリマー温度ヒューズ素子と、上記導電パターンと接続され、上記ポリマー温度ヒューズ素子による上記導電パターンの抵抗の変化を測定する測定器とを備え、上記ポリマー温度ヒューズ素子は、上記導電パターンに設けられた間隙に充填され、接着性樹脂と、弾性変形が可能な樹脂粒子と、導電性粒子とを含有する接着剤層と、上記接着剤層を介して上記導電パターン間を跨って設けられる電極とを備え、上記導電性粒子は、球状粒子が６０質量％以上混合されているバッテリパック。
【請求項９】
上記ポリマー温度ヒューズ素子は、上記支持体上に所定の間隔で複数形成され、一の上記バッテリセル上又は複数の上記バッテリセルに跨って貼着される請求項８記載のバッテリパック。
【請求項１０】
上記導電性粒子は、上記球状粒子と、非球状粒子とが混合されて成り、上記球状粒子が６０質量％以上９０質量％以下混合されている請求項８記載のバッテリパック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、温度上昇に伴う電気抵抗値の上昇に応じて電流を遮断又は制限し、電気機器を過熱から保護するポリマー温度ヒューズ素子、このポリマー温度ヒューズ素子を用いた温度センサー、及びバッテリパックに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、携帯電話やモバイルパソコン等の電子機器に用いる二次電池として、リチウムイオン二次電池がある。リチウムイオン二次電池は、バッテリセルが外筐体内に内蔵されるとともに、バッテリパック内の温度を計測するＰＴＣサーミスタ等の温度センサーが内蔵されたものがある。温度センサーは、電気抵抗値の変化からバッテリセル表面の温度を計測し、過充電や過放電等によるバッテリセルの異常発熱を検知すると、回路を遮断して充放電を停止させバッテリパックや電子機器の破損を防ぐ。
【０００３】
この温度センサーに用いられるポリマー温度ヒューズ素子は、一般に、相対向する一対の電極間に接着剤樹脂層が形成されている。接着剤樹脂層は、接着性樹脂中に、弾性変形可能な弾性樹脂粒子が圧縮されて含有されるとともに、弾性樹脂粒子よりもはるかに小さい導電性粒子が分散されている。
【０００４】
そして、ポリマー温度ヒューズ素子が所定の温度に上昇すると、接着性樹脂がいわゆるガラス転移温度で軟化することを利用し、圧縮変形されていた弾性樹脂粒子が復元することで、導通方向に接着性樹脂が膨張し、接着性樹脂内に分散された導電性粒子間の距離が増大することで、非可逆的に電気抵抗が増大する特性を有している。したがって、温度センサーは、ポリマー温度ヒューズ素子の抵抗値をモニタすることで、バッテリセルの異常発熱を検知することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−２２９１１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来のポリマー温度ヒューズ素子においては、接着剤樹脂層に導電性を持たせるために、導電性粒子としてニッケルやカーボンの粉末を分散させている。このとき、非動作時の電気抵抗値をなるべく小さくすることを目的として、導電性粒子どうしの接触面積が大きくなるように比表面積の大きな、例えばカルボニルニッケル粉末のように表面の凹凸が多い微粒子がよいとされ、従来から使用されている。
【０００７】
しかし、このような比表面積の大きな導電性粒子を使用した場合、ポリマー温度ヒューズ素子は、非動作時における初期抵抗は小さくなる反面、動作温度において抵抗値が増大する際には、導電性粒子間の接触が斉一的に途切れ難く、動作温度に達しても電気抵抗値が急峻には上昇せず、図１５に示すように、バッテリセル温度の上昇とともに徐々に増大する特性を示す。
【０００８】
このため、従来のポリマー温度ヒューズ素子は、バッテリセルの異常発熱が生じ直ちに電気回路を遮断することが必要な場合にも、所定の動作温度で抵抗値が急激に増大せず、動作タイミングの遅れが生じるおそれがあった。また、複数個のポリマー温度ヒューズ素子を直列に接続して、その系列内で温度異常の有無を検知する場合には、異常有りと判断するための閾値を設定することが難しい場合があった。
【０００９】
そこで、本発明は、所定の動作温度において、抵抗値が急峻に増大する特性を有するポリマー温度ヒューズ素子、このポリマー温度ヒューズ素子を用いた温度センサー、及びバッテリパックを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述した課題を解決するために、本発明に係るポリマー温度ヒューズ素子は、対向する一対の電極と、該一対の電極間に充填され、接着性樹脂と、弾性変形が可能な樹脂粒子と、導電性粒子とを含有する接着剤層とを備え、上記導電性粒子は、球状粒子が６０質量％以上配合されている。
【００１１】
また、本発明に係る温度センサーは、バッテリセル表面に貼着される支持体と、上記支持体の上記バッテリセルへの貼着面と反対側の一面に形成された導電パターンと、上記支持体の導電パターン上に設けられ、上記バッテリセルの温度に応じて上記導電パターンの抵抗値を可変するポリマー温度ヒューズ素子と、上記導電パターンと接続され、上記ポリマー温度ヒューズ素子による上記導電パターンの抵抗の変化を測定する測定器とを備え、上記ポリマー温度ヒューズ素子は、上記導電パターンに設けられた間隙に充填され、接着性樹脂と、弾性変形が可能な樹脂粒子と、導電性粒子とを含有する接着剤層と、上記接着剤層を介して上記導電パターン間を跨って設けられる電極とを備え、上記導電性粒子は、球状粒子が６０質量％以上混合されている。
【００１２】
また、本発明に係るバッテリパックは、バッテリセルと、上記バッテリセルが収納された外筐体と、上記複数のバッテリセルの温度を監視する温度センサーとを備え、上記温度センサーは、バッテリセル表面に貼着される支持体と、上記支持体の上記バッテリセルへの貼着面と反対側の一面に形成された導電パターンと、上記支持体の導電パターン上に設けられ、上記バッテリセルの温度に応じて上記導電パターンの抵抗値を可変するポリマー温度ヒューズ素子と、上記導電パターンと接続され、上記ポリマー温度ヒューズ素子による上記導電パターンの抵抗の変化を測定する測定器とを備え、上記ポリマー温度ヒューズ素子は、上記導電パターンに設けられた間隙に充填され、接着性樹脂と、弾性変形が可能な樹脂粒子と、導電性粒子とを含有する接着剤層と、上記接着剤層を介して上記導電パターン間を跨って設けられる電極とを備え、上記導電性粒子は、球状粒子が６０質量％以上混合されている。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、球状の導電性粒子を６０質量％以上配合しているためポリマー温度ヒューズ素子の動作開始温度において極めて大きな抵抗値の変化を発生させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明が適用されたポリマー温度ヒューズ素子を示す断面図である。
【図２】球状ニッケル粒子が導通パスに含まれる確率を示すグラフである。
【図３】球状ニッケル粒子の配合割合を５０％以下としたポリマー温度ヒューズ素子１の温度−抵抗特性の測定結果を示すグラフである。
【図４】球状ニッケル粒子の配合割合を６０％以上としたポリマー温度ヒューズ素子１の温度−抵抗特性の測定結果を示すグラフである。
【図５】本発明が適用された温度センサーを示す平面図である。
【図６】本発明が適用された温度センサーを示す断面図である。
【図７】ポリマー温度ヒューズ素子が一つのバッテリセルに対して一つ設けられた温度センサーを用いたバッテリパックを示す断面図である。
【図８】ポリマー温度ヒューズ素子が一つのバッテリセルに対して一つ設けられた温度センサーを用いたバッテリパックを示す断面図である。
【図９】長手方向に連続する側面にまたがって温度センサーが貼着された円筒形状のバッテリセルを示す斜視図である。
【図１０】ポリマー温度ヒューズ素子が複数のバッテリセルに対して一つ設けられた温度センサーを用いたバッテリパックを示す断面図である。
【図１１】ポリマー温度ヒューズ素子が複数のバッテリセルに対して一つ設けられた温度センサーを用いたバッテリパックを示す断面図である。
【図１２】パック筐体内に容量の異なるバッテリセルが混在し、バッテリ容量に応じた位置にポリマー温度ヒューズ素子が貼着されたバッテリパックを示す断面図である。
【図１３】一の支持基板に略コ字状の導電パターンを形成した温度センサーを用いたバッテリパックを示す断面図である。
【図１４】円筒形状のバッテリセルに温度センサーが貼着されたバッテリパックを示す側面図である。
【図１５】従来のポリマー温度ヒューズ素子の温度−抵抗特性の測定結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明が適用されたポリマー温度ヒューズ素子、このポリマー温度ヒューズ素子を用いた温度センサー、及びバッテリパックについて、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１６】
図１に、本発明が適用されたポリマー温度ヒューズ素子１の断面図を示す。ポリマー温度ヒューズ素子１は、相対向する上下一対の金属箔電極２，３と、この金属箔電極２，３間に充填された接着剤樹脂層４とからなる。
【００１７】
金属箔電極２，３は、例えば厚さ約５０μｍ、幅約２ｍｍの銅箔を使用することができる。
【００１８】
接着剤樹脂層４は、接着性樹脂５に弾性変形が可能な球状の樹脂粒子６と、電気伝導を担う導電性粒子７とが分散されて充填されている。
【００１９】
接着性樹脂５は、例えばエポキシ系の２液混合硬化型、室温での硬化時間４８時間又は８０℃加熱時の硬化時間３時間、ガラス転移温度が約８０℃のものを使用することができる。なお、接着性樹脂５は、ガラス転移温度が約８０℃のものに限定されず、ポリマー温度ヒューズ素子１の動作温度に応じてガラス転移温度が決まる。
【００２０】
球状の弾性樹脂粒子６は、弾性変形により厚み方向に圧縮された状態で接着剤樹脂層４に固着されている。また、弾性樹脂粒子６は、直径が約５０μｍのものを使用した。この弾性樹脂粒子６には、主材となる接着性樹脂５のガラス転移温度以上のガラス転移温度を有する、硬質プラスチックの球状粒子を使用したが、ガラス転移温度が室温以下であるようなゴム状の材料、例えばシリコーンゴムの粒子を代用として用いてもかまわない。
【００２１】
導電性粒子７は、弾性変形した状態の樹脂粒子６の１／６以下と十分に小さな粒子径のものを使用している。導電性粒子７としては、平均直径が約７μｍであるカルボニルニッケル粒子に、平均直径が約７μｍである球状ニッケル粒子を６０質量％以上の割合で配合したものを用いた。そして導電性粒子７は、接着剤樹脂層４を構成するエポキシ系樹脂に対して約２５０質量％混合させた。なお、導電性粒子７は、球状粒子として、粒子間の接触により十分な導通が得られるような材料であれば、例えばカーボンの微粒子等を用いてもよい。また、導電性粒子７は、球状粒子と非球状粒子の各粒子径が同程度のものが好ましい。
【００２２】
このようなポリマー温度ヒューズ素子１は、以下のようにして製造される。先ず、接着性樹脂５となるエポキシ系樹脂（ＥＰＯ−ＴＥＫ  ３０１−２  ２液硬化  キュア８０℃×３時間  Ｔｇ＝８０℃  米国ＥＰＯ−ＴＥＫ製）に、弾性樹脂粒子６を構成する硬質プラスチックの球状粒子（積水化学  ミクロパール系大粒子スペーサ  直径φ５０μm）と、カルボニルニッケル粒子（ＣＮｉ１２３  ５０％粒径６μm  福田金属箔粉工業製）及び球状ニッケル粒子（ＮｉＳ−１０  ５０％粒径７．３５μm  福田金属箔粉工業製）を所定割合で配合した導電性粒子７とを混合させたものを、銅箔で作成した金属箔電極２の一面に塗布する。次いで、その上から対向する金属箔電極３を２ｍｍほど重ねて貼り付けて、押さえ板をあてた状態で約３キログラム重の圧力をかけた状態で、約８０℃のオーブン中に約４８時間保持することでエポキシ系樹脂を硬化させた。
【００２３】
以下、金属箔電極２，３間に形成される導通パスにおける球状ニッケル粒子が含まれる確率について説明する。当該確率は、以下の式によって求める。また、計算結果を図２に示す。
【００２４】
【数１】
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【００２５】
ここで、球状ニッケル粒子と非球状のカルボニルニッケル粒子とが配合されてなる導電性粒子７は、カルボニルニッケル粒子とカルボニルニッケル粒子、球状ニッケル粒子とカルボニルニッケル粒子、球状ニッケル粒子と球状ニッケル粒子の３通りの組合せで粒子同士の接触が起こる。このうち、カルボニルニッケル粒子同士が接触する場合は、上述したように、弾性樹脂粒子６を含有する接着剤樹脂層４の伸びにより粒子間の距離が延びても粒子同士が直ちには離間せず、抵抗値が急峻には増大しない。一方、カルボニルニッケル粒子と球状ニッケル粒子が接触する場合、及び球状ニッケル粒子同士が接触する場合は、弾性樹脂粒子６を含有する接着剤樹脂層４の伸びにより粒子間の距離が延びると粒子同士が斉一的に離間し、抵抗値を急峻に増大させることができる。
【００２６】
図２は、金属箔電極２，３間に形成される導通パスにおける球状ニッケル粒子が含まれる確率を、それぞれの粒子同士の接触数毎に、球状ニッケル粒子の配合割合によって計算したものである。球状ニッケル粒子６の粒径と導通パスの長さから、粒子同士の接触数は５以上と考えられるので、弾性樹脂粒子６を含有する接着剤樹脂層４の伸びにより粒子間の距離が延びると斉一的に離間し、抵抗値を急峻に増大させることができるのは、球状ニッケル粒子の接触が９９％以上の確率で導通パスに存在するときと考えられる。
【００２７】
弾性変形した状態の弾性樹脂粒子６によって決まる導通パスの長さに対する導電性粒子７の直径が小さくなり、導電性粒子どうしの接触数が多いほど、球状ニッケル粒子が導通パスに含まれる確率が高くなる。ここで、球状ニッケル粒子が９９％以上の確率で導通パスに含まれるのは、球状ニッケル粒子の配合比率が６０質量％の場合には、接触数が５以上のときである。したがって、球状ニッケル粒子の直径は、最大でも導通パスの長さ、すなわち弾性変形した状態の樹脂粒子６の１／６以下の粒子径が好ましいことがわかる。
【００２８】
また、導電性粒子７は、球状ニッケル粒子の配合割合が１００％になった場合には、粒子同士の接触が過度に解消されやすくなり、接着性樹脂５のガラス転移温度よりも低い温度でも抵抗値の上昇が起きてしまう。したがって、導電性粒子７は、球状ニッケル粒子の配合割合が６０質量％以上９０質量％以下であることが好ましい。
【実験例】
【００２９】
次いで、上述したように製造したポリマー温度ヒューズ素子１の、温度による電気抵抗の変化を測定した結果を図３及び図４に示す。測定は、カルボニルニッケル粒子及び球状ニッケル粒子を混合してなる導電性粒子７の、球状ニッケル粒子の配合割合を、０％、３０％、５０％、６０％、８０％、９０％、１００％として製造した各ポリマー温度ヒューズ素子１について行った。
【００３０】
図３は、本発明に対する比較例となる球状ニッケル粒子の配合割合を５０％以下としたポリマー温度ヒューズ素子の測定結果を示し、図４は、本発明の実施例となる球状ニッケル粒子の配合割合を６０％以上としたポリマー温度ヒューズ素子１の測定結果を示す。図３、図４の横軸は、ポリマー温度ヒューズ素子１の周囲の温度であり、縦軸はその温度における電気抵抗の値を示している。
【００３１】
各ポリマー温度ヒューズ素子１を均一に加熱するために、温度を測定する熱電対素子を各ポリマー温度ヒューズ素子１に接触させ、なおかつシリコンオイルバス中に浸した状態で加熱を行った。電気抵抗の測定には、端子の接触抵抗及び導線の電気抵抗の影響を避けるために、４線式の電気抵抗測定装置を使用した。
【００３２】
図３及び図４より明らかなように、球状ニッケル粒子の配合割合が０％〜５０％までのポリマー温度ヒューズ素子では、表面の凹凸が大きいカルボニルニッケル粒子の影響により、動作開始温度である８０℃前後で抵抗値が徐々に増大していくことがわかる。一方、球状ニッケル粒子の配合割合が６０％以上のポリマー温度ヒューズ素子１では、動作温度である８０℃未満までは電気抵抗の増大量はせいぜい室温時の１０倍以下であり、８０℃付近から極めて急激な電気抵抗値の増大が起きることがわかった。
【００３３】
これは、導電性粒子である球状ニッケル粒子の配合割合が多くなったことで、カルボニルニッケル粒子の表面にある細かな凹凸どうしの接触数が減少し、代わりに球状ニッケル粒子表面どうし、又はカルボニルニッケル粒子表面の凹凸と球状ニッケル粒子表面の球面が接触する割合が大多数を占めることになったことで、エポキシ系樹脂の伸びによる粒子間距離の増大に伴う、導電性粒子どうしの接触の解消が斉一的に発生したことが原因と考えられる。
【００３４】
また、図３及び図４から明らかなように、球状ニッケル粒子の配合割合を６０％以上とした場合でも、５０％以下とした場合に比して、非動作時の電気抵抗値が特に増大することもなかった。
【００３５】
次いで、本発明の実施例によるポリマー温度ヒューズ素子を、３個直列に接続した多点温度センサー１０に適用した実施例を図５及び図６に示す。
【００３６】
本発明に係る温度センサー１０は、バッテリパック１１内に収納されたバッテリセル１２の表面に貼着されることにより、複数のバッテリセル１２の表面温度を同時に監視するものである。図５及び図６に示すように、温度センサー１０は、長尺状の支持基板１４と、支持基板１４の一面に形成された導電パターン１５と、導電パターン１５上に実装された複数のポリマー温度ヒューズ素子１とを備える。
【００３７】
支持基板１４は、例えば可撓性を有するポリイミドフィルムが用いられる。支持基板１４は、一面に銅箔が貼着され、エッチングにより所定の導電パターン１５が形成されている。温度センサー１０は、支持基板１４が可撓性を有することにより、バッテリパック１１内に配設する際に、配置の自由度を確保できる。
【００３８】
導電パターン１５は、複数のポリマー温度ヒューズ素子１を直列接続するための配線層を構成するとともに、一部が上述した金属箔電極２を構成するものであり、複数のポリマー温度ヒューズ素子１が所定間隔で実装されている。導電パターン１５は、ポリマー温度ヒューズ素子１の実装間隔毎にギャップ部１６が設けられている。すなわち、導電パターン１５は、ギャップ部１６によって断線され、上記ポリマー温度ヒューズ素子１がギャップ部１６上に実装されることによってギャップ部１６間の導通が図られている。
【００３９】
ギャップ部１６上に実装されるポリマー温度ヒューズ素子１は、接着剤樹脂層４が導電パターン１５を跨るようにギャップ部１６に充填されるとともに、金属箔電極３が、接着剤樹脂層４上に貼着されることにより同様に導電パターン１５を跨るようにギャップ部１６上に設けられて形成される。
【００４０】
ポリマー温度ヒューズ素子１は、支持基板１４がバッテリセル１２の表面に両面テープや接着剤等によって接着されることにより、バッテリセル１２の温度が伝達される。また、ポリマー温度ヒューズ素子１は、上述したように、接着剤樹脂層４が略８０℃以上で高抵抗状態にトリップする。これにより、ポリマー温度ヒューズ素子１は、低温状態においてはギャップ部１６の導通を図ることにより導電パターン１５を低抵抗状態とし、バッテリセル１２に異常発熱が起こり略８０℃以上となると、導電パターン１５を高抵抗状態とする。
【００４１】
温度センサー１０は、導電パターン１５の両端に端子部１５ａが形成され、この両端子部１５ａに接続された図示しないリード線を介して図示しない抵抗測定器と接続される。これにより導電パターン１５は、ポリマー温度ヒューズ素子１の抵抗を測定することによりバッテリセル１２の表面温度を監視する回路を構成する。そして、温度センサー１０が組み込まれているバッテリパック１１は、常時、導電パターン１５の抵抗値をモニタし、導電パターン１５が高抵抗状態となった場合、バッテリセル１２に異常発熱が起こったものとして、電子機器側への電力供給を制御し、あるいはバッテリから電力が供給される充放電回路を遮断する。
【００４２】
なお、温度センサー１０は、ポリマー温度ヒューズ素子１が、バッテリパック１１内に収納されるバッテリセル１２への貼着位置に応じた間隔で実装されている。例えば、ポリマー温度ヒューズ素子１は、一のバッテリセル１２に対して一つ設けられ、複数のバッテリセル１２の配置間隔に応じた間隔で設けられている。図７に温度センサー１０が設けられたバッテリパック１１の断面図を示す。図７に示すように、バッテリパック１１は、パック筐体２０内に３つ連続して配置されたバッテリセル１２が互いに隣接して収納されている。なお、バッテリセル１２は、電池素子が円筒缶内に収納されたもの、ラミネートフィルムでパッキングされ略矩形板状に成型されたものなど、その形態は問わない。また、温度センサー１０は、バッテリセル１２の側面や上面、底面など何れの場所に貼付してもよい。温度センサー１０は、導電パターン１５の両端に設けられた端子部１５ａが図示しない抵抗測定器へ接続され、常時抵抗値がモニタされている。
【００４３】
本実施例により形成された温度センサー１０の各ポリマー温度ヒューズ素子１ａ，１ｂ，１ｃの非動作時の電気抵抗値は平均すると約２Ωであり、多点温度センサー１０の端子間電気抵抗値は６Ωであった。この温度センサー１０について、ポリマー温度ヒューズ素子１ａのみの一部を加熱した場合と、ポリマー温度ヒューズ素子１ａからポリマー温度ヒューズ素子１ｃまでの全ての素子を加熱した場合を比較すると、いずれの場合にも動作温度である約８２℃で電気抵抗値が１メガΩ以上まで増大した。つまり、多点温度センサー１０の一部分で過熱を検知しても、多点温度センサー１０全体が過熱された場合とほぼ同じタイミングで異常を検知できることを示している。これは、本発明の効果により、ポリマー温度ヒューズの動作開始温度における、電気抵抗値の立ち上がり特性が著しく改善したことによるものである。
【００４４】
また、この温度センサー１０を用いることにより、バッテリセル１２毎に温度センサーを設けることなく、一つの温度センサー１０によってバッテリセル１２の温度を監視することができるため、バッテリパックの大型化、部品点数や組立工数の増加を防止することができる。
【００４５】
なお、この温度センサー１０は、図８に示すように、パック筐体２０の上下にバッテリセル１２が３つずつ連続して配置されたバッテリパック１１に用いてもよい。この場合、温度センサー１０は、パック筐体２０の上段に連続して配置されたバッテリセル１２ａ〜１２ｃと下段に連続して配置されたバッテリセル１２ｄ〜１２ｆに１つずつ用意されている。各温度センサー１０は、導電パターン１５に３つのポリマー温度ヒューズ素子１が形成されている。温度センサー１０は、各ポリマー温度ヒューズ素子１が各バッテリセル１２の側面１３の略中央に位置するように、支持基板１４がバッテリセル１２に両面テープや接着剤によって貼着される。すなわち、温度センサー１０は、パック筐体２０の上下２段に各連続配置されている各バッテリセル１２への貼着位置に応じた間隔で、ポリマー温度ヒューズ素子１が設けられる。
【００４６】
上段側に配設された温度センサー１０と下段側に配設された温度センサー１０とは、各一端がジャンパー２１によって接続されている。ジャンパー２１は、導線あるいは導電パターンが形成されたプリント基板等であり、上段側に配設された温度センサー１０と下段側に配設された温度センサー１０の各導電パターン１５を接続する。また、上段側に配設された温度センサー１０と下段側に配設された温度センサー１０の各導電パターン１５の他端には端子部１５ａが形成され、図示しないリード線を介して抵抗測定器に接続されている。これにより、上段側に配設された温度センサー１０と下段側に配設された温度センサー１０の各ポリマー温度ヒューズ素子１は、直列に接続され、パック筐体２０内に収納された各バッテリセル１２の表面温度を同時に監視し、いずれか一つに異常発熱が発生した場合、バッテリパック１１の充放電回路を遮断する。
【００４７】
また、温度センサー１０は、ポリマー温度ヒューズ素子１が複数のバッテリセル１２に対して一つ設けられ、複数のバッテリセル１２間の境界位置に応じた所定間隔で形成するようにしてもよい。図９に示すように、バッテリパック１１は、パック筐体２０内に円筒形状のバッテリセル１２が長手方向に連続して収納される場合、温度センサー１０が、長手方向に連続する２つのバッテリセル１２の各側面１３に跨って貼着される。温度センサー１０は、各ポリマー温度ヒューズ素子１が長手方向に連続する２つのバッテリセル１２に跨るようにして貼着される。
【００４８】
かかる温度センサー１０は、導電パターン１５の両端に端子部１５ａが形成され、図示しないリード線を介して抵抗測定器に接続されている。そして、温度センサー１０は、各ポリマー温度ヒューズ素子１が長手方向に連続する２つのバッテリセル１２の表面温度を同時に監視し、いずれか一方に異常発熱が発生した場合、導電パターン１５が高抵抗状態にトリップする。したがって、バッテリパック１１は、導電パターン１５の抵抗をモニタすることにより、一つのバッテリセル１２に異常発熱が発生した場合に、充放電回路を遮断することができる。
【００４９】
このように、ポリマー温度ヒューズ素子１を複数のバッテリセル１２に対して一つの割合で設け、複数のバッテリセル１２の境界位置に応じた間隔で形成することにより、バッテリセル１２の数に対するポリマー温度ヒューズ素子１の数を削減することができ、温度センサー１０の収納スペースを抑えることによる小型化、部品点数や組立工数の削減を図ることができる。
【００５０】
また、図１０に示すように、バッテリパック１１は、パック筐体２０内に矩形板状の６つのバッテリセル１２が上下２段に３つずつ収納される場合、温度センサー１０が上段のバッテリセル１２と下段のバッテリセル１２の略面一に連続する各側面１３に跨るように貼着される。温度センサー１０は、各ポリマー温度ヒューズ素子１が上下に隣接する２つのバッテリセル１２に跨るようにして貼着される。また、ポリマー温度ヒューズ素子１は、上段及び下段の各バッテリセル１２の側面１３の略中央に貼着される。図１０に示す例では、３つのバッテリセル１２が上下に収納され、温度センサー１０に形成された３つのポリマー温度ヒューズ素子１が、それぞれ上下２つのバッテリセル１２に跨るようにして貼着される。
【００５１】
かかる温度センサー１０は、導電パターン１５の両端に端子部１５ａが形成され、図示しないリード線を介して抵抗測定器に接続されている。そして、温度センサー１０は、各ポリマー温度ヒューズ素子１が上段及び下段のバッテリセル１２の表面温度を同時に監視し、上下いずれか一方に異常発熱が発生した場合、導電パターン１５が高抵抗状態にトリップする。したがって、バッテリパック１１は、導電パターン１５の抵抗をモニタすることにより、一つのバッテリセル１２に異常発熱が発生した場合に、充放電回路を遮断することができる。
【００５２】
同様に、温度センサー１０は、図１１に示すように、ポリマー温度ヒューズ素子１を矩形板状の４つのバッテリセル１２の略面一に連続する各側面１３に跨るように貼着してもよい。また、温度センサー１０は、図１２に示すように、パック筐体２０内に容量が異なる矩形板状のバッテリセル１２が混在するような場合には、大容量バッテリセル１２Ｌには一つのバッテリセル１２Ｌに対して一つのポリマー温度ヒューズ素子１を貼着し、小容量バッテリセル１２Ｓには複数のバッテリセル１２Ｓに対して一つのポリマー温度ヒューズ素子１を貼着するようにしてもよい。
【００５３】
また、本発明に係る温度センサーは、一方側及び他方側に配された２つの温度センサー１０の各導電パターン１５をジャンパー２１で接続する他にも、図１３に示すように、上段側及び下段側にそれぞれ連続配置された各バッテリセル１２に貼着する複数のポリマー温度ヒューズ素子１を一の支持基板１４上に設けてもよい。図１３に示す温度センサー３０は、略コ字状の導電パターン３１が形成され、導電パターン３１には、上段側及び下段側の各バッテリセル１２へのポリマー温度ヒューズ素子１の貼着位置に応じてギャップ部１６が形成されている。そして、温度センサー３０は、温度センサー１０と同様に、当該ギャップ部１６に接着剤樹脂層４が形成されるとともに金属箔電極３が配設される。また、導電パターン３１は、両端部に端子部３１ａが形成され、図示しないリード線を介して抵抗測定器に接続されている。
【００５４】
これにより、温度センサー３０は、導電パターン３１上に設けられた複数のポリマー温度ヒューズ素子１が直列接続されるため、パック筐体２０内に収納された各バッテリセル１２の表面温度を同時に監視し、いずれか一つに異常発熱が発生した場合、バッテリパック１１の充放電回路を遮断することができる。
【００５５】
このように、温度センサー３０は、一の支持基板１４上に、複数連続して配置され、互いに隣接する一方側及び他方側の各複数のバッテリセル１２への貼着位置に応じた略コ字状の導電パターン３１を形成することにより、ジャンパーを設ける必要が無く、部品点数の削減、組立工数の削減を図ることができる。なお、かかる温度センサー３０においても、一つのバッテリセル１２に対して一つのポリマー温度ヒューズ素子１を配置しても良く、また、複数のバッテリセル１２に跨るように一つのポリマー温度ヒューズ素子１を配置するようにしてもよい。
【００５６】
また、本発明に係るバッテリパックは、ポリマー温度ヒューズ素子１をバッテリセル１２の側面１３に貼着する他、図１４に示すように、円筒形状を有するバッテリセル１２が隣接することにより設けられた間隙３４に貼着してもよい。図１４に示すバッテリパック３２は、円筒形状を有するバッテリセル１２が隣接して収納されることにより、各バッテリセル１２間に間隙３４が形成される。バッテリパック３２は、この間隙３４に温度センサー１０を配設するため、デッドスペースを有効に活用することができ、パック筐体の大型化を招くことがない。また、複数のバッテリセル１２をラミネートパックする場合にも、ポリマー温度ヒューズ素子１がバッテリセル１２の外壁とラミネートフィルムとの間に挟持されることがなく、接着剤樹脂層４の熱膨張が阻害されることもない。
【００５７】
また、バッテリパック３２においても、ポリマー温度ヒューズ素子１を一つのバッテリセル１２に対して一つ設けてもよく、また、図９に示すように、ポリマー温度ヒューズ素子１を複数のバッテリセル１２に対して一つ設け、一つのポリマー温度ヒューズ素子１を長手方向に連続する複数のバッテリセル１２に跨るように貼着してもよい。この場合も、温度センサー１０は、長手方向と直交する方向に隣接するバッテリセル１２間に形成される間隙３４に貼着される。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
本発明に係る温度センサーは、導電パターン１５に抵抗測定器を接続して抵抗値を測定する以外にも、導電パターン１５に電流計や電圧計を接続して電流値や電圧値を測定することにより、バッテリセル１２の異常発熱をモニタしてもよい。
【符号の説明】
【００５９】
１  ポリマー温度ヒューズ素子、２，３  金属箔電極、４  接着剤樹脂層、５  接着性樹脂、６  樹脂粒子、７  導電性粒子、１０  温度センサー、１１  バッテリパック、１２  バッテリセル、１４  支持基板、１５  導電パターン、１６  ギャップ部、２０  パック筐体
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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