(57)【要約】【課題】夫々の充電池に温度センサを取り付けて表面温度を検知し、また周囲の温度変化に影響を受けずに精度良く充電池の表面温度を検知する充電池用温度センサ、及び製造方法を提供する。【解決手段】充電池の太さに略等しい外径と充電池のプラス電極の突出部よりも大きい内径を有するドーナツ状金属板の内側から延びる細幅金属板の端部と感熱素子の一電極を電気的に接続し、感熱素子の他端電極に引出用金属板を接続する工程と、ドーナツ状金属板上に同一形状のドーナツ状絶縁基板を重ね、細幅金属板を折り返して感熱素子の他端電極に接続された引出用金属板をドーナツ状絶縁基板の外側方向に引き出す工程と、ドーナツ状絶縁基板と略同一形状で感熱素子の位置する部分に窓部を形成した保護絶縁板をドーナツ状絶縁基板に重なるように積層固定する工程とからなる充電池用温度センサの製造方法と、前記製造方法によって完成する充電池用温度センサ。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
充電池の太さに略等しい外径を有し、前記充電池のプラス電極の突出部に嵌合するドーナツ状絶縁基板に前記充電池の表面温度を検知する感熱素子を配置したことを特徴とする充電池用温度センサ。
【請求項２】
前記ドーナツ状絶縁基板が、前記ドーナツ状絶縁基板の一面に配置され前記感熱素子の一端と接続される同一形状のドーナツ状金属板と、前記ドーナツ状基板の他面側に配置された前記感熱素子の他端と接続され前記充電池の陰極に接続される端子とを備えたことを特徴とする請求項１に記載の充電池用温度センサ。
【請求項３】
前記感熱素子を保護するために前記感熱素子の位置する部分に窓部を設けた少なくとも前記感熱素子の厚み以上の保護絶縁板を、前記ドーナツ状絶縁基板に重ね合わせて配置したことを特徴とする請求項１，２に記載の充電池用温度センサ。
【請求項４】
充電池の太さに略等しい外径と充電池のプラス電極の突出部よりも大きい内径を有するドーナツ状金属板の内側から延びる細幅金属板の端部と感熱素子の一電極を電気的に接続し、前記感熱素子の他端電極に引出用金属板を接続する工程と、前記ドーナツ状金属板上に同一形状のドーナツ状絶縁基板を重ね、前記細幅金属板を折り返して前記感熱素子の他端電極に接続された引出用金属板を前記ドーナツ状絶縁基板の外側方向に引き出す工程と、前記ドーナツ状絶縁基板と略同一形状で前記感熱素子の位置する部分に窓部を形成した保護絶縁板を前記ドーナツ状絶縁基板に重なるように積層固定する工程とからなる充電池用温度センサの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、ハンドドリルなどの電動工具やノートパソコンなどの充電池パックに使用される充電池の表面温度を検知するための充電池用温度センサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ハンドドリルなどの電動工具やノートパソコンなどの充電池パックに使用される充電池としては、ニカド電池、ニッケル・水素電池、リチウムイオン電池などがある。これらの充電池パックは、充電することによって繰り返し使用できるが、充電時の電流の流しすぎによる過充電によって電池寿命が短くなったり、発煙、破裂の事故原因となりうることがあった。これを防ぐために充電池の場合は、充電終了時に発熱する特性を利用し、充電を制御させる方法がある。この方法は、充電池の表面温度を温度センサで検知し、時間あたりの温度上昇を演算回路で演算し、充電を制御するといったものである。図１３（ａ），（ｂ）は、従来の温度センサの装着例を示したものである。図１３（ａ），（ｂ）において、Ｓ１０は、特開平８−５４２９２号公報によって開示された温度センサであり、Ｂは直列に充電池ｂを接続させた充電池パック、Ｔは粘着テープである。温度センサＳ１０の感熱部Ｓｅは、粘着テープＴによって充電池ｂの側面へ貼着され、充電池ｂの表面温度を検知している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の温度センサＳ１０は、ひとつの充電池ｂに温度センサＳ１０が粘着テープＴによって貼着されおり、ひとつの充電池ｂの温度を検知するものであって、個々の充電池ｂの温度を検知しているものではない。したがって、充電容量にばらつきがある充電池パックＢの場合には、温度センサＳ１０が取り付けられていない充電池ｂが満充電であっても、温度センサＳ１０が取り付けられている充電池ｂが満充電に到達していないことがありうる。したがって、充電池パックＢの充電は、温度センサＳ１０が温度センサＳ１０を取り付けられている充電池ｂの充電終了に相当する温度上昇を検知するまで継続されてしまう。よって、温度センサＳ１０が取り付けられていない充電池ｂは、満充電の状態であるが、依然として充電が継続され、ついには異常加熱を起こし、充電池パックＢの寿命を縮めてしまう。
【０００４】
また、充電池ｂの内部抵抗などの充電池特性にばらつきがある場合、急速充電時に特定の充電池ｂが異常発熱し、周囲の保護材が加熱、発煙する危険があった。
【０００５】
この問題を解消するために温度センサＳ１０を個々の充電池ｂに粘着テープＴにより貼着させて表面温度を検知させる方法が考えられるが、温度センサの取り付け位置や接触状態のばらつきによる表面温度の検知ばらつきや、取り付け作業が面倒であるなどの問題があった。
【０００６】
また、従来の温度センサＳ１０は、充電池ｂの表面に直接取り付けるため、周囲の温度変化の影響を受け、また取り付け場所が曲面であるため、温度センサを密着して取り付けられないために、精度の良い温度を検知することができなく、充電池パックＢの充電終了を誤って検知することもあった。
【０００７】
本発明の充電池用温度センサは、上記課題を解消するためになされたもので、充電池パックを構成するそれぞれの充電池に温度センサを取り付けて個々の表面温度を検知し、また、周囲の温度変化に影響を受けずに精度良く充電池の表面温度を検知する充電池用温度センサ、およびその製造方法を提供することにある。
【０００８】
【発明を解決するための手段】
上記課題を解消するためになされた請求項１の発明は、充電池の太さに略等しい外径を有し、前記充電池のプラス電極の突出部に嵌合するドーナツ状絶縁基板に前記充電池の表面温度を検知する感熱素子を配置したことを特徴とする充電池用温度センサに存する。
【０００９】
上記課題を解消するためになされた請求項２の発明は、前記ドーナツ状絶縁基板が、前記ドーナツ状絶縁基板の一面に配置され前記感熱素子の一端と接続される同一形状のドーナツ状金属板と、前記ドーナツ状基板の他面側に配置された前記感熱素子の他端と接続され前記充電池の陰極に接続される端子とを備えたことを特徴とする請求項１に記載の充電池用温度センサに存する。
【００１０】
上記課題を解消するためになされた請求項３の発明は、前記感熱素子を保護するために前記感熱素子の位置する部分に窓部を設けた少なくとも前記感熱素子の厚み以上の保護絶縁板を、前記ドーナツ状絶縁基板に重ね合わせて配置したことを特徴とする請求項１，２に記載の充電池用温度センサに存する。
【００１１】
上記課題を解消するためになされた請求項４の発明は、充電池の太さに略等しい外径と充電池のプラス電極の突出部よりも大きい内径を有するドーナツ状金属板の内側から延びる細幅金属板の端部と感熱素子の一電極を電気的に接続し、前記感熱素子の他端電極に引出用金属板を接続する工程と、前記ドーナツ状金属板上に同一形状のドーナツ状絶縁基板を重ね、前記細幅金属板を折り返して前記感熱素子の他端電極に接続された引出用金属板を前記ドーナツ状絶縁基板の外側方向に引き出す工程と、前記ドーナツ状絶縁基板と略同一形状で前記感熱素子の位置する部分に窓部を形成した保護絶縁板を前記ドーナツ状絶縁基板に重なるように積層固定する工程とからなる充電池用温度センサの製造方法に存する。
【００１２】
【実施例】
図１は、本発明の一実施例を示す充電池用温度センサの斜視図であり、図２は、図１におけるＸ−Ｘ’によって切断される充電池用温度センサの取り付け断面図である。
【００１３】
図１、および図２において、Ｓ１は充電池用温度センサ、ｂは充電池である。充電池用温度センサＳ１は、充電池ｂの太さに略等しい外径と充電池のプラス電極の突出部ｂ１よりも大きい内径を有するドーナツ状金属板１２ａと、ドーナツ状金属板１２ａの内側から延びる細幅金属板１２ｃと、感熱素子１６と、引出用金属板１２ｂと、ドーナツ状絶縁基板１３と、保護絶縁板１４，１５とから構成されている。感熱素子１６は、ドーナツ状金属板１２ａの孔１２ｉと、ドーナツ状絶縁基板１３と、保護絶縁板１４，１５のそれぞれの嵌合孔１３ｂ，１４ｂ，１５ｂを充電池ｂのプラス電極の突出部ｂ１へ嵌合することによって、凹部ｂ２へ配置される構造である。また、引出用金属板１２ｂは、充電池ｂのマイナス電極ｂ３へ電気的に接続されている。
【００１４】
感熱素子１６は、負の温度係数を有するチップサーミスタからなる。このチップサーミスタは、マンガン、コバルト、ニッケルなどの遷移金属酸化物の混合焼結体であり、チップ端部に電極１６ａ、１６ｂを形成したものである。また感熱素子１６は、これに限定されるものではなく、薄膜サーミスタやビードサーミスタ、その他の感熱素子でも良い。
【００１５】
ドーナツ状金属板１２ａとドーナツ状金属板１２ａから延びる細幅金属板１２ｃ、及び引出用金属板１２ｂは、本実施例においては、板厚０．１５ｍｍのニッケル板を用いた。
【００１６】
ドーナツ状絶縁基板１３と、保護絶縁板１４，１５は、絶縁紙を用いた。しかしドーナツ状絶縁基板１３、及び保護絶縁板１４，１５は、これに限定されるものではなく、ガラスエポキシ基板や紙フェノール基板、不織布など電気絶縁性、耐熱性、断熱性を有するものであれば何でもよい。ドーナツ状絶縁基板１３、及び保護絶縁板１４，１５は、断熱性を有する材料であれば、周囲の温度変化から感熱素子１６を熱絶縁できる。したがって、充電池用温度センサＳ１は、上記のドーナツ状絶縁基板、保護絶縁板を使用することにより、周囲の温度変化の影響を受けずに、充電池ｂの表面温度を精度よく検知できるものである。
【００１７】
次に、本実施例の充電池用温度センサＳ１を構成するの部品形状、及び組み立て方法を図３乃至８を参照して説明する。図３において、Ａは、金属フレームであり、材料となるニッケル板を化学エッチング、或いはプレスなどの手段によって形成される。この金属フレームＡは、帯状部ａ１にスプロケット用孔ａ２が一定間隔で形成され、この帯状部ａ１から延在して充電池ｂの太さと略同一外径で、プラス電極の突出部ｂ１の直径よりも大きな孔１２ｉを有するドーナツ状金属板１２ａが形成されている。そしてドーナツ状金属板１２ａの内側からは、細幅金属板１２ｃと引出用金属板１２ｂが延びている。また、ドーナツ状金属板１２ａと引出用金属板１２ｂの間には、後に切断される縊れ部１２ｈが形成されている。細幅金属板１２ｃは、熱絶縁を良好にするための縊れ部１２ｇと、感熱素子１６の電極ａと電気的に接続するための接続部１２ｅとで構成されている。また、引出用金属板１２ｂは、絶縁を良好にするための縊れ部１２ｆと、感熱素子１６の電極１６ｂと電気的に接続するための接続部１２ｄとで構成されている。帯状部ａ１とドーナツ状金属板１２ａとの間には、後に切断される縊れ部ａ３が形成されている。
【００１８】
まずはじめに、接続部１２ｅ，１２ｄ上には、それぞれ導電性ペーストが塗布され、感熱素子１６の電極１６ａ，１６ｂが、接続部１２ｅ，１２ｄへ導電性ペーストによってそれぞれ電気的に接続される（図４）。なお、接続部１２ｅ，１２ｄと感熱素子１６の電極１６ａ，１６ｂとの電気的接続は、導電性ペースト以外にも、はんだ付けやワイヤボンディングなどの方法を用いてもよい。
【００１９】
次に縊れ部１２ｈを切断し、縊れ部１２ｇを基点にして折り曲げられる（図５）。次にドーナツ状絶縁基板１２ａと帯状部ａ１は、縊れ部ａ３で切断される。次に図６に示すように、切溝部１３ａを設けたドーナツ状絶縁基板１３を細幅金属板１２ｃの縊れ部１２ｇまで挿入配置させる。そしてドーナツ状金属板１２ａとドーナツ状絶縁基板１３とを接着剤によって貼着固定させる。なお、ドーナツ状絶縁基板１３は、ドーナツ状金属板１２ａの外径と略同一であり、充電池ｂのプラス電極の突出部ｂ１と略同一径を有する嵌合孔１３ｂが設けられている。
【００２０】
次に図７に示すように、ドーナツ状絶縁基板１３上には、引出用金属板１２ｂ、及び感熱素子１６を露出させるような窓部１４ａを設けた保護絶縁板１４を配置させ、ドーナツ状絶縁基板１３と保護絶縁板１４とを接着剤によって貼着固定させる。なお、嵌合孔１４ｂは、ドーナツ状絶縁基板１３に設けられた嵌合孔１３ｂと同一形状のものが設けられている。
【００２１】
最後に図８に示すように、保護絶縁板１４上には、充電池ｂの凹部ｂ２を埋める形状で、感熱素子１６を露出させる窓部１５ａを設けた保護絶縁板１５を配置させ、保護絶縁板１４と保護絶縁板１５とを接着剤によって貼着固定され、充電池用温度センサＳ１が完成する。
【００２２】
上述した本発明の充電池用温度センサＳ１は、その構造故に、それぞれの充電池ｂへ容易に取り付けをすることができる。充電池用温度センサＳ１は、それぞれの充電池ｂの表面温度を検出し、充電終了に相当する温度変化を検知すれば充電を遮断するシステムの温度センサとして使われる。
【００２３】
なお、図９（ａ），（ｂ）に示すように、接続部１２ｅ，１２ｄは、感熱素子１６の電極１６ａ，１６ｂを載置する部分をハーフエッチングによって凹部１２ｊ，１２ｋを形成した形状でもよい。感熱素子１６の電極１６ａ，１６ｂと接続部１２ｅ，１２ｄ及び凹部１２ｊ，１２ｋとの接合は、前述と同様に、導電性ペーストやはんだ付けなどの方法で、電気的に接続される。凹部１２ｊ，１２ｋのおかげで、感熱素子１６は、精度よく位置決めができ、接続部１２ｅ，１２ｄとの接合強度が向上する。
【００２４】
また、図１０（ａ），（ｂ）に示すように、接続部１２ｅ，１２ｄは、感熱素子１６が薄膜サーミスタの場合においても、凹部１２ｊ，１２ｋへエレメントが形成された絶縁基板１６ｃを接着剤で固定させ、電極１６ａ，１６ｂと接続部１２ｅ，１２ｄとをワイヤボンディングの方法で、電気的に接続することができる。
【００２５】
また、図１１（ａ），（ｂ）に示すように、接続部１２ｅ，１２ｄは、切欠き部１２ｍ，１２ｎを設けた形状でもよい。感熱素子１６の電極１６ａ，１６ｂと接続部１２ｄ，１２ｅとの電気的接続は、前述の方法と同じである。切欠き部１２ｍ，１２ｎのおかげで、感熱素子１６は、精度よく位置決めでき、接続部１２ｅ，１２ｄとの接合強度が向上する。
【００２６】
【発明の効果】
本発明の充電池用温度センサは、充電池ひとつひとつの温度を検知するので、それぞれの充電池の充電容量にばらつきがある場合でも、充電が終了した充電池の温度上昇により、充電を停止することができ、充電池パックＢの寿命を縮めてしまうことを防ぐことができる。
【００２７】
本発明の充電池用温度センサは、ドーナツ状絶縁基板と保護絶縁板によって周囲の温度変化を感熱素子へ伝達させることを防ぐので、充電池の表面温度を精度よく検知できる。
【００２８】
本発明の充電池用温度センサは、充電池のプラス電極の突出部を利用し、嵌合孔によって感熱素子の取り付け位置が決まるため、取り付け位置のばらつきによる充電池の表面温度の検知ばらつきがなく精度の良い温度検知ができる。
【００２９】
本発明の充電池用温度センサは、充電池のプラス電極の突出部を利用し、嵌合孔によって感熱素子の測温位置が決まるため、複数の充電池に取り付けても、取り付けが面倒ではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の一実施例を示す充電池用温度センサの斜視図である。
【図２】図２は、図１におけるＸ−Ｘ’で切断される充電池用温度センサの取り付け断面図である。
【図３】図３は、本実施例の充電池用温度センサを構成するの部品形状、及び組み立て方法を説明する説明図である。
【図４】図４は、本実施例の充電池用温度センサを構成するの部品形状、及び組み立て方法を説明する説明図である。
【図５】図５は、本実施例の充電池用温度センサを構成するの部品形状、及び組み立て方法を説明する説明図である。
【図６】図６は、本実施例の充電池用温度センサを構成するの部品形状、及び組み立て方法を説明する説明図である。
【図７】図７は、本実施例の充電池用温度センサを構成するの部品形状、及び組み立て方法を説明する説明図である。
【図８】図８は、本実施例の充電池用温度センサを構成するの部品形状、及び組み立て方法を説明する説明図である。
【図９】図９（ａ），（ｂ）は、本実施例の充電池用温度センサを構成する接続部の他の形状である。
【図１０】図１０（ａ），（ｂ）は、本実施例の充電池用温度センサを構成する接続部の他の形状である。
【図１１】図１１（ａ），（ｂ）は、本実施例の充電池用温度センサを構成する接続部の他の形状である。
【図１２】図１２（ａ），（ｂ）は、従来の温度センサの装着例を示したものである。
【符号の説明】
ｂ  充電池
１２ａ  ドーナツ状金属板
１２ｂ  引出用金属板
１２ｃ  細幅金属板
１３  ドーナツ状絶縁基板
１４  保護絶縁板
１５  保護絶縁板
１６  感熱素子
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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