(57)【要約】      （修正有）【課題】パック電池に内蔵される二次電池の種別を識別可能であって、かつ電池の保護機能を備える安価で省スペース化が実現可能なパック電池を提供する。【解決手段】パック電池は、充電可能な二次電池４と、二次電池４の異常が検出されると二次電池４の通電量を抑制する保護部品５を内蔵し、二次電池４を外部接続機器と電気的に接続するための複数の端子群が外部に表出するように固定する保護素子３とを備える。保護素子３は、二次電池４の第１の極に接続され、外部に表出する第１の出力端子６と、二次電池４の第２の極に接続され、外部に表出する第２の出力端子６と、二次電池４の種別を判別するための判別素子１７と接続され、外部に表出する第３の出力端子６とを備える。第３の出力端子６を介して判別素子１７を検出することによって、二次電池４の種別が判別可能となる。【選択図】  図１２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の極と第２の極を備える充電可能な二次電池（４）と、前記二次電池（４）の異常が検出されたとき前記二次電池（４）を保護するための安全部品（２０）を備える保護素子（３）とを備えるパック電池であって、前記保護素子（３）は、
前記二次電池（４）の第１の極に接続され、外部に表出する第１の出力端子（６）と、
前記二次電池（４）の第２の極に接続され、外部に表出する第２の出力端子（６）と、
前記二次電池（４）の種別を判別するための判別素子（１７）と接続され、外部に表出する第３の出力端子（６）と、
を備えてなり、
前記保護素子（３）は前記出力端子（６）を外部に表出させるとともに、外部表出面と反対面を前記安全部品（２０）および判別素子（１７）と接続してなることを特徴とするパック電池。
【請求項２】
請求項１に記載のパック電池であって、前記判別素子（１７）は前記第２の出力端子（６）と、第３の出力端子（６）との間で、端子の外部表出面と反対面で電気的接続状態で端子に直接固定されていることを特徴とするパック電池。
【請求項３】
請求項１または２に記載のパック電池であって、前記判別素子（１７）は抵抗器であることを特徴とするパック電池。
【請求項４】
請求項１から３のいずれかに記載のパック電池であって、前記第３の出力端子（６）は、前記二次電池（４）の異常を検出する異常検出端子として機能することを特徴とするパック電池。
【請求項５】
請求項１から４のいずれかに記載のパック電池であって、前記保護素子（３）は前記出力端子（６）を樹脂でモールドして一体に形成していることを特徴とするパック電池。
【請求項６】
請求項１から５のいずれかに記載のパック電池であって、前記二次電池（４）と、前記保護素子（３）とが樹脂でモールドされて一体に形成されていることを特徴とするパック電池。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、二次電池を内蔵するパック電池に関し、特に二次電池の種別を検出可能な改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
パック電池は、繰り返し充放電が可能なニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池等の二次電池を内蔵する。パック電池を利用する携帯機器等の電気機器は様々な種類が存在するため、内蔵する二次電池の種類も多岐にわたる。特に二次電池の定格電圧は接続する電気機器等に応じて決定されるため、電気機器に応じた適切な二次電池を内蔵するパック電池を接続する必要がある。このため、電気機器側で接続したパック電池の種別を検出可能なように信号端子を備えるパック電池が開発されている（特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特許第３０８５５３９号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
一方、パック電池を利用する携帯機器等は、使用時の環境によって過電流が流れることがある。過電流が流れると障害が生じる等の問題があるため、過電流を防止するための電子回路で構成された過電流保護部を構成し、パック電池内に設けることがある。しかしながら、このような保護回路を形成すると、回路構成のための電子部品や基板などが必要となり、製造工程が増えると共にコストも高くなるという問題がある。またこのような保護回路をパック電池内に内蔵する必要があるため、パック電池が大型化するという問題もあった。
【０００５】
本発明は、このような問題点を解決するためになされたものである。本発明の主な目的は、内蔵される二次電池の種別を識別可能であって、かつ電池の保護機能を備える安価で省スペース化が実現可能なパック電池を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の請求項１に係るパック電池は、第１の極と第２の極を備える充電可能な二次電池４と、前記二次電池４の異常が検出されたとき前記二次電池４を保護するための安全部品２０を備える保護素子３とを備えるパック電池であって、前記保護素子３は、前記二次電池４の第１の極に接続され、外部に表出する第１の出力端子６と、前記二次電池４の第２の極に接続され、外部に表出する第２の出力端子６と、前記二次電池４の種別を判別するための判別素子１７と接続され、外部に表出する第３の出力端子６とを備えてなり、前記保護素子３は前記出力端子６を外部に表出させるとともに、外部表出面と反対面を前記安全部品２０および判別素子１７と接続してなることを特徴とする。
【０００７】
また、本発明の請求項２に係るパック電池は、請求項１に記載のパック電池であって、前記判別素子１７は前記第２の出力端子６と、第３の出力端子６との間で、端子の外部表出面と反対面で電気的接続状態で端子に直接固定されていることを特徴とする。
【０００８】
さらに、本発明の請求項３に係るパック電池は、請求項１または２に記載のパック電池であって、前記判別素子１７は抵抗器であることを特徴とする。
【０００９】
さらにまた、本発明の請求項４に係るパック電池は、請求項１から３のいずれかに記載のパック電池であって、前記第３の出力端子６は、前記二次電池４の異常を検出する異常検出端子として機能することを特徴とする。
【００１０】
さらにまた、本発明の請求項５に係るパック電池は、請求項１から４のいずれかに記載のパック電池であって、前記保護素子３は前記出力端子６を樹脂でモールドして一体に形成していることを特徴とする。
【００１１】
さらにまた、本発明の請求項６に係るパック電池は、請求項１から５のいずれかに記載のパック電池であって、前記二次電池４と、前記保護素子３とが樹脂でモールドされて一体に形成されていることを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施の形態は、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、本発明のパック電池を以下のものに特定するものではない。さらに、本明細書は、特許請求の範囲を理解し易いように、実施の形態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、実施の形態の部材に特定するものでは決してない。なお各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。さらに、本発明を構成する各要素は、複数の要素を同一の部材で構成して一の部材で複数の要素を兼用する態様としてもよい。
【００１３】
図１および図２に、本発明の一実施の形態に係るパック電池の斜視図を示す。これらの図に示すパック電池は、二次電池４を構成する素電池７と、この素電池７に連結している保護素子３と、保護素子３を収納している外装ケース１とを備える。図１および図２のパック電池は、電気機器の装着部（図示せず）に、位置ずれなくセットするための位置決凹凸部２を外装ケース１の隅部に設けている。図の例では、位置決凹凸部２を、外装ケース１の出力端子６を設けている先端面の両側に設けている。位置決凹凸部２を備えるパック電池は、位置決凹凸部２を電気機器の装着部に嵌着して定位置にセットできるので、電気機器に位置ずれなくセットできる。ただ、本発明の実施の形態に係るパック電池は、必ずしも外装ケースに位置決凹凸部を設ける必要はない。電気機器の電池装着部にパック電池を嵌入して、定位置に装着できるからである。
【００１４】
これらの図に示すパック電池は、樹脂成形部を外装ケースとすることもできるし、別に成形しているプラスチックケースを外装ケースとすることもできる。樹脂成形部を外装ケースとするパック電池は、樹脂成形部を成形する工程で、素電池７と保護素子３を連結している電池のコアパックを、樹脂成形部にインサートして固定する。プラスチックケースからなる外装ケースのパック電池は、保護素子３を素電池７に連結して電池のコアパックとし、これを外装ケースに収納して組み立てられる。
【００１５】
［保護素子３］
保護素子３の斜視図を図３に、分解斜視図を図４に、平面図を図５、縦断面図を図６、底面図を図７に、また保護素子３を素電池７に固定した状態を示す縦断面図を図８に、それぞれ示す。これらの図に示す保護素子３は、出力端子６を備えるカバー部１５と、二次電池４を保護するための保護部品５と、異常検出時に接点を切り替えるための接点切換部１２と、異常時に通電量を制限する保護部品５と、ベース部１６とを備える。この保護素子３は、カバー部１５とベース部１６を組み合わせて構成され、カバー部１５とベース部１６の間に接点切換部１２や保護部品５等の安全部品２０を配置している。カバー部１５とベース部１６はネジ止めやフック等で係合、あるいは溶着や接着等で接合される。また、カバー部１５とベース部１６を樹脂で一体に接合したり、保護素子３そのものを別部材とせず樹脂等でモールドして一体成型することもできる。
【００１６】
保護素子３は、二次電池４を構成する素電池７に電気接続される。パック電池は、二次電池４の一部ないし全体を樹脂成形部にインサートするようにして固定すると共に、出力端子６を外部に表出させる状態で保護素子３を樹脂成形部にインサートして固定している。保護素子３は、カバー部１５およびベース部１６の一部あるいは全体を絶縁材として絶縁ケーシングを構成する。パック電池は、この保護素子３のカバー部１５の表面に出力端子６を固定して、保護素子３を介して出力端子６を樹脂成形部にインサートして固定している。
【００１７】
カバー部１５は、出力端子６を構成する第１の出力端子６Ａと、第２の出力端子６Ｂと、第３の出力端子６Ｃとが、略同一平面で略同一形状として外部に表出するように、これらの端子を隣接して配置する。カバー部１５は各端子を一体に成型した樹脂で構成される。保護素子３はカバー部１５とベース部１６を樹脂でモールドして一体に形成することもできる。このように保護素子３は、保護部品を内蔵する絶縁ケーシングの表面に二次電池の出力端子が露出するように一体に成型されている。
【００１８】
カバー部１５とベース部１６の接合面の空間には、二次電池４を異常状態から保護する保護部品５が配置される。保護部品５は、二次電池４と出力端子６の間に接続されて、異常発生時に二次電池４の出力を遮断し、過電流を防止する。特に保護部品５は、出力端子６と直接接続する、あるいは接近する位置に配置するため、保護素子３に内蔵できる。このため別途保護回路を設ける必要がなく、回路基板や電子部品等が不要で、またこれらを配置するためのスペースをさらにパック電池内に設ける必要もなく、小型化、低コスト化に寄与する。
【００１９】
さらに保護素子３は、二次電池の種別を判別するための判別素子１７を、出力端子６の裏面に直接固定している。すなわち、出力端子６の表面を外部に表出させて電気機器との接続端子とする一方で、裏面を判別素子との接続用として、直接判別素子を半田付けやスポット溶接等で固定している。このように出力端子６の両面を利用することで、保護素子３のスペースを効率利用してコンパクト化を図ることができる。さらに判別素子と出力端子６との配線を最短として、配線や基板を省略して低コスト化、省スペース化にも貢献する。以下、各部材の詳細を説明する。
【００２０】
［出力端子６］
保護素子３は、図１に示すようにカバー部１５の表面に出力端子６を固定している。出力端子６は、外装ケース１から外部に表出されて、電気機器の電源端子（図示せず）に接続される。出力端子６は、正負の電源端子に接続される第１の出力端子６Ａと第２の出力端子６Ｂと、信号端子である第３の出力端子６Ｃとを備える。これらの出力端子６は、それぞれほぼ同じ大きさで外部に矩形状に表出し、隣接してカバー部１５に配置されるようにカバー部１５と樹脂で一体に成型されている。なお図３および図４においては、左から一直線に第１の出力端子６Ａ、第３の出力端子６Ｃ、第２の出力端子６Ｂの順に端子を配置しているが、この配置に限られないことはいうまでもない。各端子の配置を入れ替えたり、縦、横、斜め、三角状等、端子の配置状態は適宜採択できる。
【００２１】
［信号端子］
信号端子である第３の出力端子６Ｃは、パック電池の種別を識別する識別用端子として機能する。従来、パック電池の出力端子６は、二次電池４の正負の電源端子に接続される第１および第２の出力端子６を備えていた。これに加えて、信号検出用の端子を備えるパック電池は、例えば図９に示すように、負極用出力端子６とショートされていた。これに対して本発明の実施の形態では、図１０に示すように信号端子に判別素子１７を接続している。
【００２２】
判別素子１７は、パック電池の二次電池４の特性や種別に応じて設定される。例えば、二次電池４の容量に応じた抵抗値となるように判別素子１７を設定することで、パック電池に接続される電気機器はパック電池の電池容量を判別できる。これによって、電気機器は正しいパック電池が装着されているかどうかを判別できるので、複数種類のパック電池が存在してもユーザが正しいパック電池を選択して装着していることを確認できる。もしパック電池の種別が異なると判別された場合、例えば定格電圧が合致しないパック電池が接続されているときは、エラー情報を表示させてパック電池からの電力供給を受け付けないようにしたり、接続されたパック電池が誤っている旨を表示部１９等に表示させてユーザに告知できる。
【００２３】
また電気機器がパック電池を充電するための充電装置であれば、第３の出力端子６Ｃによって抵抗値を検出して電池容量を判別でき、最適な充電を行うことが可能となる。具体的には、定電流充電時の電流値が７６０ｍＡである電池の場合、判別素子１７の抵抗値を７５ｋΩ、８２０ｍＡの場合８５ｋΩ等に設定する。このように、パック電池と接続された電気機器が、信号端子の電圧、電流等を検出することにより、判別素子１７に設定された二次電池４の特性に関する情報を取得できる。
【００２４】
また、判別素子１７に基づいてパック電池の真贋を判別することもできる。例えば、パック電池の端子電圧が等しいが推奨される正規のパック電池でない電池、言い換えると判別素子１７を有しないパック電池を電気機器に接続した場合、第３の出力端子６Ｃで電圧を検出することにより、正規のパック電池でないと判別できるので、電気器側でエラーメッセージを表示させる等の真贋判定を行うことが可能となる。特に、正規の規格品でない海賊版等、品質の悪い電池を接続すると供給電力の不安定化等の問題が生じ得るので、正規の電池であることを確実に判別してこのような問題を回避し、電池パックの信頼性を向上させることができる。
【００２５】
判別素子１７は、チップ抵抗等の抵抗器やコンデンサ、ＩＣチップ等が利用できる。例えば図１１の例では、判別素子１７として抵抗器Ｒ２とコンデンサＣ２を、第２の出力端子６Ｂと第３の出力端子６Ｃとの間に並列接続している。図４に示すように、これらの素子は端子の裏面側で、端子間をブリッジするように導通状態で固定できる。これによって最短距離の接続を配線無しで行うことができ、部品点数を減らして省スペース、低コストに電池判別が実現できる。
【００２６】
あるいは本発明の他の実施の形態において、ＩＣチップ等を使用すれば、信号端子を介してデータ通信等をパック電池と電気機器との間で行う等により、更に高度な判別を行うことが可能となる。
【００２７】
信号端子である第３の出力端子６Ｃはさらに、パック電池の種別を識別する機能に加えて、二次電池４の異常を検出する異常検出端子として機能させることもできる。パック電池の異常検出時に電圧値や電流値が変化するように設定することで、電気機器側に異常の発生を告知することができる。このように信号端子を電池の識別と電池の異常の検出に兼用することで、端子数を減らして電池の小型化、組立工程の簡素化や部品点数の低減による低コスト化等を図ることができる。
【００２８】
［接点切換部１２］
図４に示す接点切換部１２は、ブレーカである。ブレーカは、カバー部１５とベース部１６との間に配置される安全部品２０を構成し、可動接点１２Ｂとを備える。可動接点１２Ｂは、弾性変形できる導電性の金属板で、一端を第２の出力端子６Ｂと第３の出力端子６に固定して、先端には接点金属１２Ａを固定している。可動接点１２Ｂは、ベース部１６に固定しているリード片８の固定接点１４に先端の接点金属１２Ａを接触させてオン状態となり、リード片８から離れてオフに切り換えられる。可動接点１２Ｂは、例えば温度変形金属で構成して単独で温度により変形する他、別部材の温度変形金属により温度でオンオフに切り換えられる。温度変形金属は、熱膨張率が異なる複数の金属を積層したバイメタルやトリメタルである。バイメタルは、膨張係数の異なる２種の金属薄板を貼り合わせて構成される。温度が変化したとき、両金属板の膨張の差によって曲率が変化する、すなわち板が湾曲する。例えばインバーと青銅との組合せがよく用いられ、中間の膨張率をもつ第３の金属を間に挟んで湾曲の変化を円滑にすることもできる。温度変形金属は、温度が上昇すると変形して、オン位置にある可動接点１２Ｂをオフ位置に切り換える。
【００２９】
このブレーカは、温度変形金属が電池温度を検出して可動接点１２Ｂをオンオフに切り換える。ただ、図示しないが、ブレーカは温度変形金属に電池の電流が流れる構造とし、あるいは電池と直列に加熱抵抗を接続して、加熱抵抗で温度変形金属を加熱する構造として、過電流を検出して電流を遮断することもできる。また、可動接点を温度変形金属とすることもできる。このブレーカは、可動接点が温度変形金属に併用されるので、内部構造を簡単にできる。
【００３０】
図４の接点切換部１２はブレーカを使用しているが、保護部品５としてＰＴＣ、ヒューズ、電子回路で構成される保護回路と代用あるいはこれらと組み合わせて利用することもできる。
【００３１】
［保護部品５］
保護素子３は、電池が異常な状態になると電流を遮断して電池を安全に保護する保護部品５を備えている。保護部品５は、抵抗器や過熱過電流防止素子、すなわち温度上昇や電流増加を検出して電流量を制限するＰＴＣ素子、ヒューズ、電子回路で構成される保護回路等が利用できる。ＰＴＣ（Ｐｏｓｉｔｉｖｅ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）素子は、電気抵抗率の正温度特性を持った複合材料であり、温度上昇に伴って抵抗値が大きくなる特性を備え、温度を検出して電流を実質的に遮断する。ＰＴＣは、温度が設定温度よりも高くなると、電気抵抗が飛躍的に大きくなって電流を実質的に遮断する部品を、ベース部１６に内蔵している。ヒューズは、過電流を検出して電流を遮断する。ヒューズは、過電流で溶断される保護部品をベース部１６に内蔵する。電子回路の保護回路は、電池の過電流や温度を検出し、あるいは過充電や過放電を検出して充放電電流を制御する。電子回路で構成される保護回路は、このことを実現する電子部品をベース部１６に内蔵する。あるいは保護部品５に代わって、温度や過電流を検出して電流を遮断するブレーカを利用することもできる。上述したブレーカ等の接点切換部１２も、温度上昇や電流増加等を検出するので、接点切換部１２と保護部品５を組み合わせて、異常検出と電池・回路等の保護を図ることができる。後述する図１２および図１３の例では、温度上昇を検出する保護部品５と接点切換部１２を組み合わせて、異常時の接続状態を接点切換部１２で切り換えると共に、過熱化電流防止素子で異常電流を限流している。よってバイメタルとＰＴＣ素子が機能する温度をほぼ等しくしている。
【００３２】
さらにこの例では、第３の出力端子６Ｃが電圧を検出して異常を判定しているが、電圧に代わって電流を検出するよう構成することもできる。さらにまた、上記の例においては、第１の出力端子６Ａを二次電池４の正極、第２の出力端子６Ｂを負極に接続する例を説明したが、正極と負極を入れ替えて回路を構成しても、同様の効果を得ることができる。
【００３３】
以上の構成により、判別素子１７をパック電池の判別と異常検出に併用できるので、部品点数を減らして安価に構成することができる。さらに接点切換部についても、バイメタルを使用して２接点を切り換える簡素な構成によって実現している。このように、上記実施の形態では、複数の電子回路で構成される複雑な過電流保護部を使用せずとも、簡易な構成で異常検出および過電流保護を実現し、必要なコストを低減している。しかも、異常時にブレーカのように電流を完全に遮断するのでなく、一部の電流を維持することによって異常時動作を行うことができ、電気機器側に直ちに異常発生を伝え、瞬断によるデータ飛び等を回避し得る。加えて、異常状態が解除されると通常動作に自動的に復帰する復帰動作も実現される。
【００３４】
図８に示す保護素子３は、カバー部１５の表面に出力端子６を固定して、出力端子６を定位置に固定するための端子ホルダーに保護素子３を併用している。出力端子６は、第１の出力端子６Ａを素電池７に連結し、第３の出力端子６Ｃを判別素子１７を介して第２の出力端子６Ｂと接続し、第２の出力端子６Ｂをベース部１６上に配設している安全部品２０を介して素電池７に連結している。出力端子６は、プラスチック製のカバー部１５にインサートして固定している。ただし、出力端子６は接着、ピンやネジでの固定、あるいは嵌着等の手段でカバー部１５に固定することもできる。
【００３５】
さらに、図の保護素子３は、樹脂成形部を成形するときに、電池のコアパックを金型の成形室の正確な位置に仮り止めするための嵌着部５Ａをベース部１６に設けている。図のベース部１６は、底部の両側に複数の嵌着部５Ａを設けている。嵌着部５Ａは、ベース部１６の底面に設けた凹部である。凹部の嵌着部５Ａは、金型の仮り止めピンを嵌入して、保護素子３を正確な位置に仮り止めする。
【００３６】
図８に示す保護素子３は、素電池７に連結するために、一対のリード片８をカバー部１５およびベース部１６に連結している。一対のリード片８は、素電池７の正負の電極に連結されて、保護素子３を素電池７に連結する。リード片８は、カバー部１５から外部に突出して引き出されている。一方のリード片８は、第１の出力端子６Ａを構成する金属板と一体に接続している。他方のリード片８は、ベース部１６上に配設される安全部品２０を介して第２の出力端子６Ｂに接続される。リード片８は、素電池７の凸部電極７Ａと平面電極７Ｂに固定されて、保護素子３を素電池７に連結する。リード片８は、抵抗溶接やレーザー溶接等の方法で溶接して素電池７の電極に固定される。一対のリード片８を介して素電池７に保護素子３を連結して、電池のコアパックが製作される。リード片８を介して、出力端子６を固定している保護素子３を素電池７を連結しているパック電池は、回路基板を使用することなく、保護素子３と出力端子６を素電池７に連結できる。したがって、図８のパック電池は、回路基板を介することなく保護素子３を外装ケース１である樹脂成形部にインサートして固定している。ただ本発明のパック電池は、保護部品５を回路基板に固定し、この回路基板を介して素電池に連結することもできる。また、出力端子を端子ホルダーに固定して、外装ケースの定位置に固定することもできる。
【００３７】
図１２および図１３に、本発明の一実施の形態に係るパック電池の回路図を示す。これらの図に示すパック電池は、二次電池４と、二次電池４の異常放電等を検出、防止するための保護素子３とを備える。保護素子３は、保護部品５と、接点切換部１２と、判別素子１７を備える。第１の出力端子６Ａには、二次電池４の正極が接続される。また二次電池４の負極には、保護部品５と接点切換部１２の一端が接続されている。保護部品５の他端は、判別素子１７の一端と、第２の出力端子６Ｂに接続される。さらに判別素子１７の他端は、第３の出力端子６Ｃに接続されている。
【００３８】
さらに、接点切換部１２は一端を固定しつつ、他端を異常検出時に切り換え可能な切換端として構成されている。図１２および図１３の例では、接点切換部１２の固定端（図１２におけるＣ点）を二次電池４の負極側と保護部品５との間に接続している。一方、切換端は保護部品５の他端、図１２においてＡ点、または判別素子１７と第３の出力端子６Ｃとの間、図１３においてＢ点のいずれかを切り換え可能としている。この接点切換部１２は、異常が検出されない非異常時もしくは正常時においては非異常位置であるＡ点、異常検出時においては異常位置であるＢ点に、切換端を切り換えて接続する。その結果、正常時においては図１２の回路は等価的に図１４の回路で、異常時においては図１３の回路は等価的に図１５の回路でそれぞれ表現することができる。
【００３９】
［非異常時］
非異常時もしくは正常時においては、接点切換部１２によってＣ点とＡ点が接続されるため、保護部品５が短絡された状態となり、保護部品５には殆ど通電されない。その結果、図１４の等価回路で示すように第１の出力端子６Ａと、第２の出力端子６Ｂは二次電池４の正極および負極とそれぞれ接続された状態となるので、パック電池に接続された電気機器に二次電池４から電力が供給される。また第３の出力端子６Ｃは、判別素子１７を介して二次電池４の負極と接続された状態となる。このため、第３の出力端子６Ｃには所定の電圧が生じる。図１２で示すように、電気機器には第１の出力端子６Ａと第３の出力端子６Ｃとの間に分圧抵抗Ｒ１が接続されているため、第３の出力端子６Ｃには分圧抵抗Ｒ１と判別素子１７で二次電池４の端子電圧を分圧された電圧値が検出される。
【００４０】
［異常時］
さらにこの構成では、判別素子１７をパック電池の検出のみに使用するのでなく、異常時の検出にも利用している。異常時においては、接点切換部１２によって切換端がＡ点からＢ点に切り換えられる。その結果、Ｃ点とＢ点が接続されて、回路構成が図１４の等価回路から図１５の等価回路に変更される。この場合、第３の出力端子６Ｃは二次電池４の負極と接続されるため、電圧が発生せず０Ｖとなる。よって電気機器は、第３の出力端子６Ｃの電圧が、分圧抵抗Ｒ１と判別素子１７との分圧値から０Ｖに降下することを検出して、パック電池の異常を検出することができる。また一方で第２の出力端子６Ｂは保護部品５を介して二次電池４の負極と接続されるため、流れる電流値が減少される。
【００４１】
［異常時動作］
このとき電気機器は、所定の異常時動作に移行することができる。図１４および図１５に示すパック電池を装着した電気機器の回路構成例において、電気機器は第３の出力端子６Ｃを監視する制御部１８と、制御部１８で制御される表示部１９とを備える。制御部１８と表示部１９は、第１の出力端子６Ａおよび第２の出力端子６Ｂを介してパック電池の二次電池４から電力供給を受ける。制御部１８は、図１４のように第３の出力端子６Ｃの電圧が分圧抵抗Ｒ１と判別素子１７との分圧値であるとき、正常と判別する。一方、図１５のように第３の出力端子６Ｃの電圧が０Ｖに降下すると、制御部１８はパック電池を異常と判別し、所定の異常時動作に移行するよう命令する。異常時動作は、パック電池の異常が生じたことをユーザに警告する、作業中のデータを一時退避あるいは保存する、低消費電力モードに移行する、予備電池に切り換える、等の動作が採用される。例えば、電気機器が携帯電話の場合、制御部１８が異常を検出すると、動作を中断すると共に異常が生じた旨の警告メッセージや待ち受け画面を表示部１９に表示させたり、データの一時保存を行う。
【００４２】
異常時動作のための電力は、保護部品５を介して二次電池４から供給される。保護部品５によって供給電流量は限流されるので、異常時動作は通常よりも少ない消費電力で実行可能な動作とする。あるいは、電気機器が他の電力供給源を有している場合は、二次電池４に代わって、あるいは二次電池４に加えて他の電力供給源を利用することもできる。例えば、電気機器に内蔵されるバックアップ用の予備電池や、パック電池の正常時にパック電池から充電しておき、異常時に放電するコンデンサ等が利用できる。
【００４３】
このように、上記のパック電池によって、内蔵する二次電池の種別を判別できるので、複数種類のパック電池を電気機器側で正確に判別して、異なる種類のパック電池の装着を警告したり、仕様に合致しない電池を排除したり、パック電池に応じた最適な充電を行うといった、パック電池に応じた最適な利用が可能となる。これによって、例えばパック電池の形状を接続する電気機器に応じて専用の形状に変更する必要がなく、また他のパック電池と偶然形状が合致して接続されてしまう事態を回避でき、パック電池の誤接続を有効に防止できる。特に、電池判別用の判別素子を、出力端子の表出面と反対側に直付けする構成は、最も簡素化した回路を構成でき、配線も不要で構成部品も最小となり、小型化、低コスト化に貢献する。さらにパック電池の端子部分に異常電流防止機構を内蔵させる場合においては、信号端子を二次電池の種別判別のみならず、電池の異常検出にも利用することで、さらに端子数を減らして電池の小型化に寄与する。
【００４４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のパック電池によれば、内蔵される二次電池の種別を外部機器が識別可能であって、さらに電池の保護機能を備えるパック電池を安価かつコンパクトに実現することができる。特に本発明のパック電池は、保護部品を内蔵する端子部に信号端子を備え、この信号端子に二次電池の種別を判別する判別素子を接続しているからである。これによって、電気機器側で複数種類のパック電池を正確に判別して、接続されるパック電池に応じた最適な利用が可能となる。さらに判別素子を二次電池の種別判別と電池の異常検出に併用することも可能で、構成を単純にして端子部の小型化を図り、パック電池全体の小型化、軽量化にも寄与し得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係るパック電池の端子部分を示す斜視図である。
【図２】本発明の一実施の形態に係るパック電池の分解斜視図である。
【図３】本発明の一実施の形態に係るパック電池用端子部を示す斜視図である。
【図４】図３のパック電池用端子部の分解斜視図である。
【図５】図３のパック電池用端子部の平面図である。
【図６】図３のパック電池用端子部の縦断面図である。
【図７】図３のパック電池用端子部の底面図である。
【図８】図３のパック電池用端子部を素電池に装着した状態を示す縦断面図である。
【図９】従来のパック電池の出力端子の配線状態を示す回路図である。
【図１０】本発明の一実施の形態に係るパック電池の出力端子の配線状態を示す回路図である。
【図１１】本発明の一実施の形態に係るパック電池の出力端子の配線状態を示す回路図である。
【図１２】本発明の一実施の形態に係るパック電池の、非異常検出時における回路図である。
【図１３】本発明の一実施の形態に係るパック電池の、異常検出時における回路図である。
【図１４】図１２のパック電池と電気機器を示す等価的な回路図である。
【図１５】図１３のパック電池と電気機器を示す等価的な回路図である。
【符号の説明】
１・・・外装ケース
２・・・位置決凹凸部
３・・・保護素子
４・・・二次電池
５・・・保護部品
６・・・出力端子            ６Ａ・・・第１の出力端子
６Ｂ・・・第２の出力端子      ６Ｃ・・・第３の出力端子
７・・・素電池    ７Ａ・・・凸部電極    ７Ｂ・・・平面電極
８・・・リード片
１２・・・接点切換部
１２Ａ・・・接点金属                １２Ｂ・・・可動接点
１４・・・固定接点
１５・・・カバー部
１６・・・ベース部
１７・・・判別素子
１８・・・制御部
１９・・・表示部
２０・・・安全部品
Ｒ１・・・分圧抵抗
Ｒ２・・・抵抗器
Ｃ２・・・コンデンサ
Ａ・・・接点
Ｂ・・・接点
Ｃ・・・固定端
【図１】
2004327252.tif 000003
【図２】
2004327252.tif 000004
【図３】
2004327252.tif 000005
【図４】
2004327252.tif 000006
【図５】
2004327252.tif 000007
【図６】
2004327252.tif 000008
【図７】
2004327252.tif 000009
【図８】
2004327252.tif 000010
【図９】
2004327252.tif 000011
【図１０】
2004327252.tif 000012
【図１１】
2004327252.tif 000013
【図１２】
2004327252.tif 000014
【図１３】
2004327252.tif 000015
【図１４】
2004327252.tif 000016
【図１５】
2004327252.tif 000017
【手続補正書】
【提出日】平成16年7月12日(2004.7.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】第１の極と第２の極を備える充電可能な二次電池(4)と、前記二次電池(4)の異常が検出されたとき前記二次電池(4)を保護するための安全部品(20)を備える保護素子(3)とを備えるパック電池であって、前記保護素子(3)は、
前記二次電池(4)の第１の極に接続され、外部に表出する第１の出力端子(6A)と、
前記二次電池(4)の第２の極に接続され、外部に表出する第２の出力端子(6B)と、
前記二次電池(4)の種別を判別するための判別素子(17)と接続され、外部に表出する第３の出力端子(6C)と、
を備えてなり、
前記保護素子(3)は前記出力端子(6)を外部に表出させるとともに、外部表出面と反対面を前記安全部品(20)および判別素子(17)と接続してなることを特徴とするパック電池。
【請求項２】請求項１に記載のパック電池であって、前記判別素子(17)は前記第２の出力端子(6B)と、第３の出力端子(6C)との間で、端子の外部表出面と反対面で電気的接続状態で端子に直接固定されていることを特徴とするパック電池。
【請求項３】請求項１または２に記載のパック電池であって、前記判別素子(17)は抵抗器であることを特徴とするパック電池。
【請求項４】請求項１から３のいずれかに記載のパック電池であって、前記第３の出力端子(6C)は、前記二次電池(4)の異常を検出する異常検出端子として機能することを特徴とするパック電池。
【請求項５】請求項１から４のいずれかに記載のパック電池であって、前記保護素子(3)は前記出力端子(6)を樹脂でモールドして一体に形成していることを特徴とするパック電池。
【請求項６】請求項１から５のいずれかに記載のパック電池であって、前記二次電池(4)と、前記保護素子(3)とが樹脂でモールドされて一体に形成されていることを特徴とするパック電池。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、二次電池を内蔵するパック電池に関し、特に二次電池の種別を検出可能な改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
パック電池は、繰り返し充放電が可能なニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池等の二次電池を内蔵する。パック電池を利用する携帯機器等の電気機器は様々な種類が存在するため、内蔵する二次電池の種類も多岐にわたる。特に二次電池の定格電圧は接続する電気機器等に応じて決定されるため、電気機器に応じた適切な二次電池を内蔵するパック電池を接続する必要がある。このため、電気機器側で接続したパック電池の種別を検出可能なように信号端子を備えるパック電池が開発されている（特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特許第３０８５５３９号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
一方、パック電池を利用する携帯機器等は、使用時の環境によって過電流が流れることがある。過電流が流れると障害が生じる等の問題があるため、過電流を防止するための電子回路で構成された過電流保護部を構成し、パック電池内に設けることがある。しかしながら、このような保護回路を形成すると、回路構成のための電子部品や基板などが必要となり、製造工程が増えると共にコストも高くなるという問題がある。またこのような保護回路をパック電池内に内蔵する必要があるため、パック電池が大型化するという問題もあった。
【０００５】
本発明は、このような問題点を解決するためになされたものである。本発明の主な目的は、内蔵される二次電池の種別を識別可能であって、かつ電池の保護機能を備える安価で省スペース化が実現可能なパック電池を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の請求項１に係るパック電池は、第１の極と第２の極を備える充電可能な二次電池４と、前記二次電池４の異常が検出されたとき前記二次電池４を保護するための安全部品２０を備える保護素子３とを備えるパック電池であって、前記保護素子３は、前記二次電池４の第１の極に接続され、外部に表出する第１の出力端子６Ａと、前記二次電池４の第２の極に接続され、外部に表出する第２の出力端子６Ｂと、前記二次電池４の種別を判別するための判別素子１７と接続され、外部に表出する第３の出力端子６Ｃとを備えてなり、前記保護素子３は前記出力端子６を外部に表出させるとともに、外部表出面と反対面を前記安全部品２０および判別素子１７と接続してなることを特徴とする。
【０００７】
また、本発明の請求項２に係るパック電池は、請求項１に記載のパック電池であって、前記判別素子１７は前記第２の出力端子６Ｂと、第３の出力端子６Ｃとの間で、端子の外部表出面と反対面で電気的接続状態で端子に直接固定されていることを特徴とする。
【０００８】
さらに、本発明の請求項３に係るパック電池は、請求項１または２に記載のパック電池であって、前記判別素子１７は抵抗器であることを特徴とする。
【０００９】
さらにまた、本発明の請求項４に係るパック電池は、請求項１から３のいずれかに記載のパック電池であって、前記第３の出力端子６Ｃは、前記二次電池４の異常を検出する異常検出端子として機能することを特徴とする。
【００１０】
さらにまた、本発明の請求項５に係るパック電池は、請求項１から４のいずれかに記載のパック電池であって、前記保護素子３は前記出力端子６を樹脂でモールドして一体に形成していることを特徴とする。
【００１１】
さらにまた、本発明の請求項６に係るパック電池は、請求項１から５のいずれかに記載のパック電池であって、前記二次電池４と、前記保護素子３とが樹脂でモールドされて一体に形成されていることを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施の形態は、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、本発明のパック電池を以下のものに特定するものではない。さらに、本明細書は、特許請求の範囲を理解し易いように、実施の形態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、実施の形態の部材に特定するものでは決してない。なお各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。さらに、本発明を構成する各要素は、複数の要素を同一の部材で構成して一の部材で複数の要素を兼用する態様としてもよい。
【００１３】
図１および図２に、本発明の一実施の形態に係るパック電池の斜視図を示す。これらの図に示すパック電池は、二次電池４を構成する素電池７と、この素電池７に連結している保護素子３と、保護素子３を収納している外装ケース１とを備える。図１および図２のパック電池は、電気機器の装着部（図示せず）に、位置ずれなくセットするための位置決凹凸部２を外装ケース１の隅部に設けている。図の例では、位置決凹凸部２を、外装ケース１の出力端子６を設けている先端面の両側に設けている。位置決凹凸部２を備えるパック電池は、位置決凹凸部２を電気機器の装着部に嵌着して定位置にセットできるので、電気機器に位置ずれなくセットできる。ただ、本発明の実施の形態に係るパック電池は、必ずしも外装ケースに位置決凹凸部を設ける必要はない。電気機器の電池装着部にパック電池を嵌入して、定位置に装着できるからである。
【００１４】
これらの図に示すパック電池は、樹脂成形部を外装ケースとすることもできるし、別に成形しているプラスチックケースを外装ケースとすることもできる。樹脂成形部を外装ケースとするパック電池は、樹脂成形部を成形する工程で、素電池７と保護素子３を連結している電池のコアパックを、樹脂成形部にインサートして固定する。プラスチックケースからなる外装ケースのパック電池は、保護素子３を素電池７に連結して電池のコアパックとし、これを外装ケースに収納して組み立てられる。
【００１５】
［保護素子３］
保護素子３の斜視図を図３に、分解斜視図を図４に、平面図を図５、縦断面図を図６、底面図を図７に、また保護素子３を素電池７に固定した状態を示す縦断面図を図８に、それぞれ示す。これらの図に示す保護素子３は、出力端子６を備えるカバー部１５と、二次電池４を保護するための保護部品５と、異常検出時に接点を切り替えるための接点切換部１２と、異常時に通電量を制限する保護部品５と、ベース部１６とを備える。この保護素子３は、カバー部１５とベース部１６を組み合わせて構成され、カバー部１５とベース部１６の間に接点切換部１２や保護部品５等の安全部品２０を配置している。カバー部１５とベース部１６はネジ止めやフック等で係合、あるいは溶着や接着等で接合される。また、カバー部１５とベース部１６を樹脂で一体に接合したり、保護素子３そのものを別部材とせず樹脂等でモールドして一体成型することもできる。
【００１６】
保護素子３は、二次電池４を構成する素電池７に電気接続される。パック電池は、二次電池４の一部ないし全体を樹脂成形部にインサートするようにして固定すると共に、出力端子６を外部に表出させる状態で保護素子３を樹脂成形部にインサートして固定している。保護素子３は、カバー部１５およびベース部１６の一部あるいは全体を絶縁材として絶縁ケーシングを構成する。パック電池は、この保護素子３のカバー部１５の表面に出力端子６を固定して、保護素子３を介して出力端子６を樹脂成形部にインサートして固定している。
【００１７】
カバー部１５は、出力端子６を構成する第１の出力端子６Ａと、第２の出力端子６Ｂと、第３の出力端子６Ｃとが、略同一平面で略同一形状として外部に表出するように、これらの端子を隣接して配置する。カバー部１５は各端子を一体に成型した樹脂で構成される。保護素子３はカバー部１５とベース部１６を樹脂でモールドして一体に形成することもできる。このように保護素子３は、保護部品を内蔵する絶縁ケーシングの表面に二次電池の出力端子が露出するように一体に成型されている。
【００１８】
カバー部１５とベース部１６の接合面の空間には、二次電池４を異常状態から保護する保護部品５が配置される。保護部品５は、二次電池４と出力端子６の間に接続されて、異常発生時に二次電池４の出力を遮断し、過電流を防止する。特に保護部品５は、出力端子６と直接接続する、あるいは接近する位置に配置するため、保護素子３に内蔵できる。このため別途保護回路を設ける必要がなく、回路基板や電子部品等が不要で、またこれらを配置するためのスペースをさらにパック電池内に設ける必要もなく、小型化、低コスト化に寄与する。
【００１９】
さらに保護素子３は、二次電池の種別を判別するための判別素子１７を、出力端子６の裏面に直接固定している。すなわち、出力端子６の表面を外部に表出させて電気機器との接続端子とする一方で、裏面を判別素子との接続用として、直接判別素子を半田付けやスポット溶接等で固定している。このように出力端子６の両面を利用することで、保護素子３のスペースを効率利用してコンパクト化を図ることができる。さらに判別素子と出力端子６との配線を最短として、配線や基板を省略して低コスト化、省スペース化にも貢献する。以下、各部材の詳細を説明する。
【００２０】
［出力端子６］
保護素子３は、図１に示すようにカバー部１５の表面に出力端子６を固定している。出力端子６は、外装ケース１から外部に表出されて、電気機器の電源端子（図示せず）に接続される。出力端子６は、正負の電源端子に接続される第１の出力端子６Ａと第２の出力端子６Ｂと、信号端子である第３の出力端子６Ｃとを備える。これらの出力端子６は、それぞれほぼ同じ大きさで外部に矩形状に表出し、隣接してカバー部１５に配置されるようにカバー部１５と樹脂で一体に成型されている。なお図３および図４においては、左から一直線に第１の出力端子６Ａ、第３の出力端子６Ｃ、第２の出力端子６Ｂの順に端子を配置しているが、この配置に限られないことはいうまでもない。各端子の配置を入れ替えたり、縦、横、斜め、三角状等、端子の配置状態は適宜採択できる。
【００２１】
［信号端子］
信号端子である第３の出力端子６Ｃは、パック電池の種別を識別する識別用端子として機能する。従来、パック電池の出力端子６は、二次電池４の正負の電源端子に接続される第１および第２の出力端子６を備えていた。これに加えて、信号検出用の端子を備えるパック電池は、例えば図９に示すように、負極用出力端子６とショートされていた。これに対して本発明の実施の形態では、図１０に示すように信号端子に判別素子１７を接続している。
【００２２】
判別素子１７は、パック電池の二次電池４の特性や種別に応じて設定される。例えば、二次電池４の容量に応じた抵抗値となるように判別素子１７を設定することで、パック電池に接続される電気機器はパック電池の電池容量を判別できる。これによって、電気機器は正しいパック電池が装着されているかどうかを判別できるので、複数種類のパック電池が存在してもユーザが正しいパック電池を選択して装着していることを確認できる。もしパック電池の種別が異なると判別された場合、例えば定格電圧が合致しないパック電池が接続されているときは、エラー情報を表示させてパック電池からの電力供給を受け付けないようにしたり、接続されたパック電池が誤っている旨を表示部１９等に表示させてユーザに告知できる。
【００２３】
また電気機器がパック電池を充電するための充電装置であれば、第３の出力端子６Ｃによって抵抗値を検出して電池容量を判別でき、最適な充電を行うことが可能となる。具体的には、定電流充電時の電流値が７６０ｍＡである電池の場合、判別素子１７の抵抗値を７５ｋΩ、８２０ｍＡの場合８５ｋΩ等に設定する。このように、パック電池と接続された電気機器が、信号端子の電圧、電流等を検出することにより、判別素子１７に設定された二次電池４の特性に関する情報を取得できる。
【００２４】
また、判別素子１７に基づいてパック電池の真贋を判別することもできる。例えば、パック電池の端子電圧が等しいが推奨される正規のパック電池でない電池、言い換えると判別素子１７を有しないパック電池を電気機器に接続した場合、第３の出力端子６Ｃで電圧を検出することにより、正規のパック電池でないと判別できるので、電気器側でエラーメッセージを表示させる等の真贋判定を行うことが可能となる。特に、正規の規格品でない海賊版等、品質の悪い電池を接続すると供給電力の不安定化等の問題が生じ得るので、正規の電池であることを確実に判別してこのような問題を回避し、電池パックの信頼性を向上させることができる。
【００２５】
判別素子１７は、チップ抵抗等の抵抗器やコンデンサ、ＩＣチップ等が利用できる。例えば図１１の例では、判別素子１７として抵抗器Ｒ２とコンデンサＣ２を、第２の出力端子６Ｂと第３の出力端子６Ｃとの間に並列接続している。図４に示すように、これらの素子は端子の裏面側で、端子間をブリッジするように導通状態で固定できる。これによって最短距離の接続を配線無しで行うことができ、部品点数を減らして省スペース、低コストに電池判別が実現できる。
【００２６】
あるいは本発明の他の実施の形態において、ＩＣチップ等を使用すれば、信号端子を介してデータ通信等をパック電池と電気機器との間で行う等により、更に高度な判別を行うことが可能となる。
【００２７】
信号端子である第３の出力端子６Ｃはさらに、パック電池の種別を識別する機能に加えて、二次電池４の異常を検出する異常検出端子として機能させることもできる。パック電池の異常検出時に電圧値や電流値が変化するように設定することで、電気機器側に異常の発生を告知することができる。このように信号端子を電池の識別と電池の異常の検出に兼用することで、端子数を減らして電池の小型化、組立工程の簡素化や部品点数の低減による低コスト化等を図ることができる。
【００２８】
［接点切換部１２］
図４に示す接点切換部１２は、ブレーカである。ブレーカは、カバー部１５とベース部１６との間に配置される安全部品２０を構成し、可動接点１２Ｂとを備える。可動接点１２Ｂは、弾性変形できる導電性の金属板で、一端を第２の出力端子６Ｂと第３の出力端子６に固定して、先端には接点金属１２Ａを固定している。可動接点１２Ｂは、ベース部１６に固定しているリード片８の固定接点１４に先端の接点金属１２Ａを接触させてオン状態となり、リード片８から離れてオフに切り換えられる。可動接点１２Ｂは、例えば温度変形金属で構成して単独で温度により変形する他、別部材の温度変形金属により温度でオンオフに切り換えられる。温度変形金属は、熱膨張率が異なる複数の金属を積層したバイメタルやトリメタルである。バイメタルは、膨張係数の異なる２種の金属薄板を貼り合わせて構成される。温度が変化したとき、両金属板の膨張の差によって曲率が変化する、すなわち板が湾曲する。例えばインバーと青銅との組合せがよく用いられ、中間の膨張率をもつ第３の金属を間に挟んで湾曲の変化を円滑にすることもできる。温度変形金属は、温度が上昇すると変形して、オン位置にある可動接点１２Ｂをオフ位置に切り換える。
【００２９】
このブレーカは、温度変形金属が電池温度を検出して可動接点１２Ｂをオンオフに切り換える。ただ、図示しないが、ブレーカは温度変形金属に電池の電流が流れる構造とし、あるいは電池と直列に加熱抵抗を接続して、加熱抵抗で温度変形金属を加熱する構造として、過電流を検出して電流を遮断することもできる。また、可動接点を温度変形金属とすることもできる。このブレーカは、可動接点が温度変形金属に併用されるので、内部構造を簡単にできる。
【００３０】
図４の接点切換部１２はブレーカを使用しているが、保護部品５としてＰＴＣ、ヒューズ、電子回路で構成される保護回路と代用あるいはこれらと組み合わせて利用することもできる。
【００３１】
［保護部品５］
保護素子３は、電池が異常な状態になると電流を遮断して電池を安全に保護する保護部品５を備えている。保護部品５は、抵抗器や過熱過電流防止素子、すなわち温度上昇や電流増加を検出して電流量を制限するＰＴＣ素子、ヒューズ、電子回路で構成される保護回路等が利用できる。ＰＴＣ（Positive Temperature Coefficient）素子は、電気抵抗率の正温度特性を持った複合材料であり、温度上昇に伴って抵抗値が大きくなる特性を備え、温度を検出して電流を実質的に遮断する。ＰＴＣは、温度が設定温度よりも高くなると、電気抵抗が飛躍的に大きくなって電流を実質的に遮断する部品を、ベース部１６に内蔵している。ヒューズは、過電流を検出して電流を遮断する。ヒューズは、過電流で溶断される保護部品をベース部１６に内蔵する。電子回路の保護回路は、電池の過電流や温度を検出し、あるいは過充電や過放電を検出して充放電電流を制御する。電子回路で構成される保護回路は、このことを実現する電子部品をベース部１６に内蔵する。あるいは保護部品５に代わって、温度や過電流を検出して電流を遮断するブレーカを利用することもできる。上述したブレーカ等の接点切換部１２も、温度上昇や電流増加等を検出するので、接点切換部１２と保護部品５を組み合わせて、異常検出と電池・回路等の保護を図ることができる。後述する図１２および図１３の例では、温度上昇を検出する保護部品５と接点切換部１２を組み合わせて、異常時の接続状態を接点切換部１２で切り換えると共に、過熱化電流防止素子で異常電流を限流している。よってバイメタルとＰＴＣ素子が機能する温度をほぼ等しくしている。
【００３２】
さらにこの例では、第３の出力端子６Ｃが電圧を検出して異常を判定しているが、電圧に代わって電流を検出するよう構成することもできる。さらにまた、上記の例においては、第１の出力端子６Ａを二次電池４の正極、第２の出力端子６Ｂを負極に接続する例を説明したが、正極と負極を入れ替えて回路を構成しても、同様の効果を得ることができる。
【００３３】
以上の構成により、判別素子１７をパック電池の判別と異常検出に併用できるので、部品点数を減らして安価に構成することができる。さらに接点切換部についても、バイメタルを使用して２接点を切り換える簡素な構成によって実現している。このように、上記実施の形態では、複数の電子回路で構成される複雑な過電流保護部を使用せずとも、簡易な構成で異常検出および過電流保護を実現し、必要なコストを低減している。しかも、異常時にブレーカのように電流を完全に遮断するのでなく、一部の電流を維持することによって異常時動作を行うことができ、電気機器側に直ちに異常発生を伝え、瞬断によるデータ飛び等を回避し得る。加えて、異常状態が解除されると通常動作に自動的に復帰する復帰動作も実現される。
【００３４】
図８に示す保護素子３は、カバー部１５の表面に出力端子６を固定して、出力端子６を定位置に固定するための端子ホルダーに保護素子３を併用している。出力端子６は、第１の出力端子６Ａを素電池７に連結し、第３の出力端子６Ｃを判別素子１７を介して第２の出力端子６Ｂと接続し、第２の出力端子６Ｂをベース部１６上に配設している安全部品２０を介して素電池７に連結している。出力端子６は、プラスチック製のカバー部１５にインサートして固定している。ただし、出力端子６は接着、ピンやネジでの固定、あるいは嵌着等の手段でカバー部１５に固定することもできる。
【００３５】
さらに、図の保護素子３は、樹脂成形部を成形するときに、電池のコアパックを金型の成形室の正確な位置に仮り止めするための嵌着部５Ａをベース部１６に設けている。図のベース部１６は、底部の両側に複数の嵌着部５Ａを設けている。嵌着部５Ａは、ベース部１６の底面に設けた凹部である。凹部の嵌着部５Ａは、金型の仮り止めピンを嵌入して、保護素子３を正確な位置に仮り止めする。
【００３６】
図８に示す保護素子３は、素電池７に連結するために、一対のリード片８をカバー部１５およびベース部１６に連結している。一対のリード片８は、素電池７の正負の電極に連結されて、保護素子３を素電池７に連結する。リード片８は、カバー部１５から外部に突出して引き出されている。一方のリード片８は、第１の出力端子６Ａを構成する金属板と一体に接続している。他方のリード片８は、ベース部１６上に配設される安全部品２０を介して第２の出力端子６Ｂに接続される。リード片８は、素電池７の凸部電極７Ａと平面電極７Ｂに固定されて、保護素子３を素電池７に連結する。リード片８は、抵抗溶接やレーザー溶接等の方法で溶接して素電池７の電極に固定される。一対のリード片８を介して素電池７に保護素子３を連結して、電池のコアパックが製作される。リード片８を介して、出力端子６を固定している保護素子３を素電池７を連結しているパック電池は、回路基板を使用することなく、保護素子３と出力端子６を素電池７に連結できる。したがって、図８のパック電池は、回路基板を介することなく保護素子３を外装ケース１である樹脂成形部にインサートして固定している。ただ本発明のパック電池は、保護部品５を回路基板に固定し、この回路基板を介して素電池に連結することもできる。また、出力端子を端子ホルダーに固定して、外装ケースの定位置に固定することもできる。
【００３７】
図１２および図１３に、本発明の一実施の形態に係るパック電池の回路図を示す。これらの図に示すパック電池は、二次電池４と、二次電池４の異常放電等を検出、防止するための保護素子３とを備える。保護素子３は、保護部品５と、接点切換部１２と、判別素子１７を備える。第１の出力端子６Ａには、二次電池４の正極が接続される。また二次電池４の負極には、保護部品５と接点切換部１２の一端が接続されている。保護部品５の他端は、判別素子１７の一端と、第２の出力端子６Ｂに接続される。さらに判別素子１７の他端は、第３の出力端子６Ｃに接続されている。
【００３８】
さらに、接点切換部１２は一端を固定しつつ、他端を異常検出時に切り換え可能な切換端として構成されている。図１２および図１３の例では、接点切換部１２の固定端（図１２におけるＣ点）を第２の出力端子６Ｂと保護部品５との間に接続している。一方、切換端は保護部品５の他端と二次電池４の負極側との間、図１２においてＡ点、または判別素子１７と第３の出力端子６Ｃとの間、図１３においてＢ点のいずれかを切り換え可能としている。この接点切換部１２は、異常が検出されない非異常時もしくは正常時においては非異常位置であるＡ点、異常検出時においては異常位置であるＢ点に、切換端を切り換えて接続する。その結果、正常時においては図１２の回路は等価的に図１４の回路で、異常時においては図１３の回路は等価的に図１５の回路でそれぞれ表現することができる。各等価回路において、接点切換部１２によりバイパスされた部材は各々破線で示している。
【００３９】
［非異常時］
非異常時もしくは正常時においては、接点切換部１２によってＣ点とＡ点が接続されるため、保護部品５が短絡された状態となり、保護部品５には殆ど通電されない。その結果、図１４の等価回路で示すように第１の出力端子６Ａと、第２の出力端子６Ｂは二次電池４の正極および負極とそれぞれ接続された状態となるので、パック電池に接続された電気機器に二次電池４から電力が供給される。また第３の出力端子６Ｃは、判別素子１７を介して二次電池４の負極と接続された状態となる。このため、第３の出力端子６Ｃには所定の電圧が生じる。図１２で示すように、電気機器には第１の出力端子６Ａと第３の出力端子６Ｃとの間に分圧抵抗Ｒ１が接続されているため、第３の出力端子６Ｃには分圧抵抗Ｒ１と判別素子１７で二次電池４の端子電圧を分圧された電圧値が検出される。
【００４０】
［異常時］
さらにこの構成では、判別素子１７をパック電池の検出のみに使用するのでなく、異常時の検出にも利用している。異常時においては、接点切換部１２によって切換端がＡ点からＢ点に切り換えられる。その結果、Ｃ点とＢ点が接続されて、回路構成が図１４の等価回路から図１５の等価回路に変更される。この場合、第３の出力端子６Ｃは保護部品５を介して二次電池４の負極と接続され、第２の出力端子６Ｂと同電位となってこの間では電圧が発生せず０Ｖとなる。よって電気機器は、第３の出力端子６Ｃと第２の出力端子６Ｂとの間の電圧が、分圧抵抗Ｒ１と判別素子１７との分圧値から０Ｖに降下することを検出して、パック電池の異常を検出することができる。また一方で第２の出力端子６Ｂは保護部品５を介して二次電池４の負極と接続されるため、流れる電流値が減少される。
【００４１】
［異常時動作］
このとき電気機器は、所定の異常時動作に移行することができる。図１４および図１５に示すパック電池を装着した電気機器の回路構成例において、電気機器は第３の出力端子６Ｃを監視する制御部１８と、制御部１８で制御される表示部１９とを備える。制御部１８と表示部１９は、第１の出力端子６Ａおよび第２の出力端子６Ｂを介してパック電池の二次電池４から電力供給を受ける。制御部１８は、図１４のように第３の出力端子６Ｃの電圧が分圧抵抗Ｒ１と判別素子１７との分圧値であるとき、正常と判別する。一方、図１５のように第３の出力端子６Ｃと第２の出力端子６Ｂとの間の電圧が０Ｖに降下すると、制御部１８はパック電池を異常と判別し、所定の異常時動作に移行するよう命令する。異常時動作は、パック電池の異常が生じたことをユーザに警告する、作業中のデータを一時退避あるいは保存する、低消費電力モードに移行する、予備電池に切り換える、等の動作が採用される。例えば、電気機器が携帯電話の場合、制御部１８が異常を検出すると、動作を中断すると共に異常が生じた旨の警告メッセージや待ち受け画面を表示部１９に表示させたり、データの一時保存を行う。
【００４２】
異常時動作のための電力は、保護部品５を介して二次電池４から供給される。保護部品５によって供給電流量は限流されるので、異常時動作は通常よりも少ない消費電力で実行可能な動作とする。あるいは、電気機器が他の電力供給源を有している場合は、二次電池４に代わって、あるいは二次電池４に加えて他の電力供給源を利用することもできる。例えば、電気機器に内蔵されるバックアップ用の予備電池や、パック電池の正常時にパック電池から充電しておき、異常時に放電するコンデンサ等が利用できる。
【００４３】
このように、上記のパック電池によって、内蔵する二次電池の種別を判別できるので、複数種類のパック電池を電気機器側で正確に判別して、異なる種類のパック電池の装着を警告したり、仕様に合致しない電池を排除したり、パック電池に応じた最適な充電を行うといった、パック電池に応じた最適な利用が可能となる。これによって、例えばパック電池の形状を接続する電気機器に応じて専用の形状に変更する必要がなく、また他のパック電池と偶然形状が合致して接続されてしまう事態を回避でき、パック電池の誤接続を有効に防止できる。特に、電池判別用の判別素子を、出力端子の表出面と反対側に直付けする構成は、最も簡素化した回路を構成でき、配線も不要で構成部品も最小となり、小型化、低コスト化に貢献する。さらにパック電池の端子部分に異常電流防止機構を内蔵させる場合においては、信号端子を二次電池の種別判別のみならず、電池の異常検出にも利用することで、さらに端子数を減らして電池の小型化に寄与する。
【００４４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のパック電池によれば、内蔵される二次電池の種別を外部機器が識別可能であって、さらに電池の保護機能を備えるパック電池を安価かつコンパクトに実現することができる。特に本発明のパック電池は、保護部品を内蔵する端子部に信号端子を備え、この信号端子に二次電池の種別を判別する判別素子を接続しているからである。これによって、電気機器側で複数種類のパック電池を正確に判別して、接続されるパック電池に応じた最適な利用が可能となる。さらに判別素子を二次電池の種別判別と電池の異常検出に併用することも可能で、構成を単純にして端子部の小型化を図り、パック電池全体の小型化、軽量化にも寄与し得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係るパック電池の端子部分を示す斜視図である。
【図２】本発明の一実施の形態に係るパック電池の分解斜視図である。
【図３】本発明の一実施の形態に係るパック電池用端子部を示す斜視図である。
【図４】図３のパック電池用端子部の分解斜視図である。
【図５】図３のパック電池用端子部の平面図である。
【図６】図３のパック電池用端子部の縦断面図である。
【図７】図３のパック電池用端子部の底面図である。
【図８】図３のパック電池用端子部を素電池に装着した状態を示す縦断面図である。
【図９】従来のパック電池の出力端子の配線状態を示す回路図である。
【図１０】本発明の一実施の形態に係るパック電池の出力端子の配線状態を示す回路図である。
【図１１】本発明の一実施の形態に係るパック電池の出力端子の配線状態を示す回路図である。
【図１２】本発明の一実施の形態に係るパック電池の、非異常検出時における回路図である。
【図１３】本発明の一実施の形態に係るパック電池の、異常検出時における回路図である。
【図１４】図１２のパック電池と電気機器を示す等価的な回路図である。
【図１５】図１３のパック電池と電気機器を示す等価的な回路図である。
【符号の説明】
１・・・外装ケース
２・・・位置決凹凸部
３・・・保護素子
４・・・二次電池
５・・・保護部品
６・・・出力端子            ６Ａ・・・第１の出力端子
６Ｂ・・・第２の出力端子      ６Ｃ・・・第３の出力端子
７・・・素電池    ７Ａ・・・凸部電極    ７Ｂ・・・平面電極
８・・・リード片
１２・・・接点切換部
１２Ａ・・・接点金属          １２Ｂ・・・可動接点
１４・・・固定接点
１５・・・カバー部
１６・・・ベース部
１７・・・判別素子
１８・・・制御部
１９・・・表示部
２０・・・安全部品
Ｒ１・・・分圧抵抗
Ｒ２・・・抵抗器
Ｃ２・・・コンデンサ
Ａ・・・接点
Ｂ・・・接点
Ｃ・・・固定端


【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【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】
2004327252.tif 000025
【図９】
2004327252.tif 000026
【図１０】
2004327252.tif 000027
【図１１】
2004327252.tif 000028
【図１２】
2004327252.tif 000029
【図１３】
2004327252.tif 000030
【図１４】
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【図１５】
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