(57)【要約】【課題】温度センサーの配線を簡単かつ容易に、しかも安価に多量生産できる構造としながら、温度センサーを好ましい状態で電池と熱結合させる。【解決手段】バッテリパックは、充電できる電池１と、この電池１の近傍に配設されて電池温度を検出する温度センサー３と、この温度センサー３を固定しており、かつ温度センサー３に接続している電池１の保護回路を実装している回路基板２とを備える。回路基板２は、電池１の表面に向かって突出する突出部７を電池１との対向縁に設けており、あるいは、電池１の表面と対向する側縁に温度センサー３を固定できる間隔を離して一対の切り離し部８を設けて、その間に熱伝導遮断部９を設けており、この突出部７あるいは熱伝導遮断部９に温度センサー３を固定している。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
充電できる電池（１）と、この電池（１）の近傍に配設されて電池温度を検出する温度センサー（３）と、この温度センサー（３）を固定しており、かつ温度センサー（３）に接続している電池（１）の保護回路を実装している回路基板（２）とを備えるバッテリパックであって、回路基板（２）が、電池（１）の表面に向かって突出する突出部（７）を電池（１）との対向縁に設けており、この突出部（７）に温度センサー（３）を固定してなるバッテリパック。
【請求項２】
充電できる電池（１）と、この電池（１）の近傍に配設されて電池温度を検出する温度センサー（３）と、この温度センサー（３）を固定しており、かつ温度センサー（３）に接続している電池（１）の保護回路を実装している回路基板（２）とを備えるバッテリパックであって、回路基板（２）が、電池（１）の表面と対向する側縁に、温度センサー（３）を固定できる間隔を離して一対の切り離し部（８）を設けてその間に熱伝導遮断部（９）を設けており、この熱伝導遮断部（９）に温度センサー（３）を固定してなるバッテリパック。
【請求項３】
熱伝導遮断部（９）を電池表面に向かって突出してなる突出部（７）としている請求項２に記載されるバッテリパック。
【請求項４】
回路基板（２）がプリント基板で、温度センサー（３）に接続している金属箔の導電パターン（６）を表面に固定しており、温度センサー（３）に接続している導電パターン（６）の幅を、回路基板（２）に設けている他の導電パターン（６’）よりも狭くして、導電パターン（６）の熱伝導を少なくしている請求項１または２に記載されるバッテリパック。
【請求項５】
回路基板（２）の突出部（７）又は熱伝導遮断部（９）が電池表面の湾曲部に傾斜する姿勢で接近し、電池（１）と対向する面に温度センサー（３）を固定している請求項１または２に記載されるバッテリパック。
【請求項６】
温度センサー（３）が熱伝導結合材（１０）で電池表面に熱結合されてなる請求項１または２に記載されるバッテリパック。
【請求項７】
回路基板（２）に固定している温度センサー（３）がチップタイプの温度センサーである請求項１または２に記載されるバッテリパック。
【請求項８】
回路基板（２）の表面であって温度センサー（３）を固定している部分の近傍に断熱材（１１）を固定している請求項１または２に記載されるバッテリパック。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電池の温度を検出する温度センサーを内蔵するバッテリパックに関する。
【０００２】
【従来の技術】
電池温度を検出する温度センサーを内蔵するバッテリパックは、電池温度を管理しながら充放電を制御する。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して、電池が異常な高温になるのを防止できる。このため、バッテリパックを安全に、しかも電池を保護しながら使用できる。
【０００３】
この構造のバッテリパックは、温度センサーが速やか電池温度を検出することが大切である。温度センサーの検出時間の遅れは、電池を異常に高温にする弊害となる。電池温度が上昇しても、そのことを直ちに検出できないからである。温度センサーの時間遅れを少なくするために、従来のバッテリパックは、リード線タイプの温度センサーの本体部を、シリコン系の接着剤で電池の表面に固定している。
【０００４】
この構造のバッテリパックは、製造に手間がかかる欠点がある。それは、組み立てる工程において、電池の表面に固定している温度センサーの２本のリードに、各々リード線を半田付けして接続し、さらにこの２本のリード線を保護回路を実装している回路基板に半田付けして接続する必要があるからである。温度センサーは、熱的には電池に結合する必要がある。しかしながら、電気的には回路基板に実装される保護回路に接続する必要がある。このことから配線工程を簡単にするためには、温度センサーを回路基板に実装する必要がある。このことを実現するバッテリパックとして、回路基板に温度センサーを固定する構造が開発されている（特許文献１参照）。このバッテリパックは、図１の断面図に示すように、回路基板２であるプリント基板に温度センサー３を固定している。この回路基板２は電池１の表面に接近され、電池側の表面に温度センサー３を固定している。このバッテリパックは、回路基板２と電池１をケース５の定位置に嵌着して配設して、温度センサー３を電池１の表面に接近させる。
【０００５】
【特許文献１】
特開平７−１２２２４９号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
この構造のバッテリパックは、温度センサーで速やかに電池温度を検出するのが難しい。それは、電池で加熱される温度センサーがプリント基板やこれに連結しているケースや他の部品で冷却されるからである。電池の熱は温度センサーを加熱するが、この熱は温度センサーからプリント基板に伝導する。すなわち、電池の熱は温度センサーの加熱には有効に利用されず、温度センサーとプリント基板の両方の加熱に利用される。このため、電池温度が設定温度になっても温度センサーの温度は設定温度まで上昇せず、プリント基板の温度が上昇した後に、電池温度が設定温度になったことを検出する。したがって、温度センサーを電池温度と同じように上昇させることが難しく、温度センサーが電池温度を検出するのに時間遅れが発生して電池温度を理想的な状態でコントロールできない欠点がある。
【０００７】
本発明は、従来のバッテリパックの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、温度センサーの配線を簡単かつ容易に、しかも安価に多量生産できる構造としながら、温度センサーを好ましい状態で電池と熱結合できるバッテリパックを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明のバッテリパックは、充電できる電池１と、この電池１の近傍に配設されて電池温度を検出する温度センサー３と、この温度センサー３を固定しており、かつ温度センサー３に接続している電池１の保護回路を実装している回路基板２とを備える。回路基板２は、電池１の表面に向かって突出する突出部７を電池１との対向縁に設けており、この突出部７に温度センサー３を固定している。
【０００９】
さらに、本発明の請求項２のバッテリパックは、充電できる電池１と、この電池１の近傍に配設されて電池温度を検出する温度センサー３と、この温度センサー３を固定しており、かつ温度センサー３に接続している電池１の保護回路を実装している回路基板２とを備える。回路基板２は、電池１の表面と対向する側縁に、温度センサー３を固定できる間隔を離して一対の切り離し部８を設けて、その間に熱伝導遮断部９を設けており、この熱伝導遮断部９に温度センサー３を固定している。
【００１０】
熱伝導遮断部９は、電池表面に向かって突出させて、突出部７することができる。回路基板２はプリント基板として、温度センサー３に接続している金属箔の導電パターン６を表面に固定することができる。この回路基板２は、温度センサー３に接続している導電パターン６の幅を、回路基板２に設けている他の導電パターン６’よりも狭くして、導電パターン６の熱伝導を少なくすることができる。
【００１１】
回路基板２の突出部７又は熱伝導遮断部９は、電池表面の湾曲部に傾斜する姿勢で接近させて、電池１と対向する面に温度センサー３を固定することができる。温度センサー３は、熱伝導結合材１０で電池表面に熱結合することができる。回路基板２に固定している温度センサー３は、チップタイプの温度センサーとすることができる。さらに、回路基板２は、その表面であって温度センサー３を固定している部分の近傍に断熱材１１を固定することができる。
【００１２】
【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バッテリパックを例示するものであって、本発明はバッテリパックを以下のものに特定しない。バッテリパックは特許請求の範囲の記載に基づいて種々の変更を加えることができる。
【００１３】
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。
【００１４】
図２ないし図６に示すバッテリパックは、充電できる電池１と、この電池１の近傍に配設されて電池温度を検出する温度センサー３と、この温度センサー３を固定している回路基板２と、回路基板２と電池１とを連結してなる電池１のコアパック４を収納しているケース５とを備える。
【００１５】
電池１は、薄型電池のリチウムイオン二次電池である。ただ、電池１は、薄型電池のみでなく、円筒電池とすることもできる。また、リチウムイオン二次電池以外の二次電池、たとえばニッケル−水素電池やニッケル−カドミウム電池等の充電できる全ての電池とすることができる。図のバッテリパックは、２本の薄型電池を水平に横に平行に並べてケース５に収納しているが、ケースには１本又は３本以上の電池を並べて収納することもできる。図の薄型電池は、両側面を湾曲面としており、この湾曲面に温度センサー３を接近して配設している。円筒電池も表面を曲面とするので、温度センサーを曲面に接近するように配設することができる。
【００１６】
温度センサー３は、電池１の近傍に配設されて、電池温度を検出する素子である。温度センサー３には、サーミスタ、バリスタ、ＰＴＣ等の電池温度を電気的に検出できる素子が使用できる。温度センサー３は、回路基板２に固定されて、電池１に接近して配設される。
【００１７】
回路基板２は、電池１の保護回路を実装するプリント基板で、表面に設けている金属箔の導電パターンで温度センサー３を保護回路に接続している。導電パターンは、銅箔等の金属箔である。温度センサー３は、回路基板２であるプリント基板の表面に固定している導電パターンを介して保護回路に電気接続される。導電パターンは、温度センサー３の熱を伝導させて放熱する。図４の回路基板２は、温度センサー３に接続している金属箔の導電パターン６の幅を、回路基板２に設けている他の導電パターン６’よりも狭くしている。この構造は、導電パターン６が温度センサー３の熱を伝導して放熱するのを少なくできる。
【００１８】
回路基板２に実装される保護回路は、電池温度が設定温度よりも高くなると電池１に流れる電流を遮断する。この保護回路は、図示しないが、電池１に流れる電流を遮断する設定温度を記憶しているメモリと、このメモリに記憶している設定温度を、温度センサー３から入力される電池１の検出温度に比較する比較回路と、比較回路の出力でオンオフに切り換えられるスイッチング回路を備える。電池温度が設定温度よりも高くなると、このことが温度センサー３で検出され、検出された電池温度を比較回路が設定温度に比較し、電池温度が設定温度よりも高いとスイッチング回路をオンからオフに切り換えて電池１に流れる電流を遮断する。また、保護回路は、電池１の過充電や過放電を防止する回路に併用することもできる。この保護回路は電池１の過充電と過放電を検出して、スイッチング回路をオンからオフに切り換える。
【００１９】
図５の回路基板２は、電池１の表面に向かって突出する突出部７を電池１との対向縁に設けて、この突出部７に温度センサー３を固定している。図６の回路基板２は、電池１の表面と対向する側縁に、温度センサー３を固定できる間隔を離して一対の切り離し部８を設けてその間に熱伝導遮断部９を設け、熱伝導遮断部９に温度センサー３を固定している。図３の回路基板２は、熱伝導遮断部９を電池表面に向かって突出させる突出部７としている。
【００２０】
図３の回路基板２は、一対の切り離し部８の間に熱伝導遮断部９を設けてこれを突出部７としているので、温度センサー３を電池表面に接近させながら、回路基板２の放熱を少なくできるので理想的な環境に温度センサー３を配置できる。図３と図４に示すように、温度センサー３を突出部７に設けている回路基板２は回路基板２と電池１との相対位置が多少ずれても、突出部７を電池表面に接近できる特長がある。電池との対向側縁を直線状とする回路基板は、側縁を電池に対して完全に平行に配設しないかぎり、側縁の全体を電池の表面に接近できない。この回路基板は、仮に側縁が電池表面に対して傾斜する姿勢になると、回路基板の一端部が電池表面に接触して他端部は電池表面から離れてしまう。電池から離れる他端部に温度センサーが配設されると、温度センサーは電池表面に接近しなくなる。これに対して、図３や図４に示すように、突出部７を設けている回路基板２は、電池１と対向する側縁が電池表面と完全に平行とならずに、多少ずれても突出部７を電池表面に接近できる。このため、回路基板２と電池１との位置が多少ずれても、突出部７を電池表面に接近して温度センサー３を理想的な位置に配設できる。
【００２１】
突出部７や熱伝導遮断部９は、電池１から温度センサー３に伝導される熱が回路基板２を伝わって周囲に伝導して逃げるのを制限して、電池１の熱で温度センサー３を速やかに加温する。図１に示す従来のバッテリパックは、回路基板２の内部に温度センサー３を固定しているので、電池１から温度センサー３に伝導される熱は、回路基板２を伝わって温度センサー３の全周に逃げる。すなわち、回路基板２が温度センサー３の放熱体となって、温度センサー３の温度上昇を遅らせる。本発明のバッテリパックは、回路基板２による温度センサー３の放熱を少なくするために、回路基板２に突出部７又は熱伝導遮断部９を設けて、ここに温度センサー３を固定している。突出部７や熱伝導遮断部９に固定される温度センサー３は、回路基板２を伝わって全周に熱が伝導されることはない。突出部７や熱伝導遮断部９は、先端縁と両側縁を回路基板２から切り離しているので、この方向には熱が伝導して放熱されない。突出部７や熱伝導遮断部９は、回路基板２に連結している連結部の方向にのみ熱を伝導する。したがって、従来のように全周に熱を伝導する回路基板２に比較すると、突出部７や熱伝導遮断部９は、回路基板２を伝わって伝導する熱を著しく少なくできる。このため、電池１から温度センサー３に伝導される熱は、回路基板２による放熱量が著しく少なくなって、温度センサー３を速やかに加熱する。
【００２２】
突出部７や熱伝導遮断部９は、その幅が温度センサー３を放熱する熱量を特定するパラメーターのひとつとなる。したがって、突出部７と熱伝導遮断部９は、温度センサー３の放熱量を少なくするために、その幅をできるかぎり狭く、すなわち温度センサー３を固定できる最小幅とする。突出部７の突出量と、熱伝導遮断部９の長さ、すなわち両側に設けている切り離し部８の深さも、温度センサー３を放熱する熱量を特定する。したがって、突出部７の突出量は突出部７に温度センサー３を固定でき、切り離し部８の深さは熱伝導遮断部９に温度センサー３を固定できる深さであって、できる限り大きくする。ただ、突出部７の突出量が大きすぎたり、または切り離し部８が深すぎて熱伝導遮断部９が長すぎると、突出部７や熱伝導遮断部９が細長くなって破損しやすくなるので、破損しない程度とする。
【００２３】
回路基板２の突出部７や熱伝導遮断部９は、図２に示すように、電池表面の湾曲部の表面に対して傾斜する姿勢で接近するように配設される。図の回路基板２は、薄型電池である電池１のひとつの表面と、回路基板２の片面をほぼ同一平面とする位置に配設している。この位置に配設される回路基板２は、電池１と対向する面に、チップタイプの温度センサーを固定して、温度センサー３を電池表面に接近させている。チップタイプの温度センサーは、全体を著しく小さくできるので、突出部７と熱伝導結合材１０を小さくして、回路基板２による放熱を少なくできる。このため、回路基板２に固定しながら電池温度を速やかに検出できる特長がある。ただ、本発明のバッテリパックは、温度センサーを必ずしもチップタイプとする必要はなく、リード線タイプのものを電池表面に接近するように回路基板に固定することもできる。薄型電池は、表面の中央部分がわずかに突出するように湾曲しているので、表面から突出しないように回路基板２を配設している。この位置に回路基板２を配設している電池のコアパック４は、回路基板２が薄型電池の表面から突出することがなく、薄いケース５に電池１と回路基板２を収納できる。
【００２４】
図示しないが、回路基板は、円筒電池表面の湾曲面に傾斜する姿勢で接近して、電池と対向する面に温度センサーを配設して、温度センサーで円筒電池の温度を検出することもできる。
【００２５】
図２の温度センサー３は、熱伝導結合材１０で電池表面に熱結合させている。熱伝導結合材１０はシリコン樹脂等の接着剤で、電池１と温度センサー３とに接着されて、電池１の熱を温度センサー３に伝導させる。熱伝導結合材１０は、電池１の表面に広い面積で接着することによって、より速やかに電池１の熱を温度センサー３に伝導できる。さらに、熱伝導結合材は、図示しないが、電池の表面を温度センサーにのみ接着して、理想的に電池の熱を温度センサーに伝導できる。ただ、熱伝導結合材は、温度センサーのみでなく、回路基板の突出部や熱伝導遮断部にも接着することができる。図の熱伝導結合材１０は、電池１の表面を温度センサー３のみでなく、回路基板２の突出部７や熱伝導遮断部９にも接着している。この構造は、電池１の熱が温度センサー３だけでなく突出部７又は熱伝導遮断部９にも伝導される。しかしながら、突出部７や熱伝導遮断部９は、先端縁と両側縁を回路基板２から切り離しており、回路基板２に連結している連結部の方向にしか熱が伝導されないので、回路基板２への熱伝導が抑制されて突出部７や熱伝導遮断部９の温度が上昇する。このように、温度が上昇する突出部７や熱伝導遮断部９は、温度センサー３が冷却されるのを有効に防止し、電池１の熱を有効に温度センサー３に伝導できる。したがって、温度センサー３の検出温度を速やかに電池温度に近づけることができる。
【００２６】
回路基板２は、図３、図５及び図６に示すように、表面が空気で冷却されるのを阻止するために、回路基板２の表面であって温度センサー３を固定している部分の近傍に断熱材１１を固定して、表面からの放熱をより少なくできる。
【００２７】
回路基板２はリード板１２を介して電池１の正負の電極に連結される。図３、図５及び図６の回路基板２は、両端部分にリード板１２を連結し、このリード板１２の他端を電池１の正負の電極に固定し、リード板１２を介して電池１に連結している。これらの図に示すバッテリパックは、ケース５の両側に電池１の両端である正負の電極が位置するようにケース５に収納しているので、回路基板２の両端部分に連結しているリード板１２を電池１の両端に溶着等の方法で連結している。さらに、このリード板１２は、ふたつの電池１の正負の電極を並列に接続して、電池１を連結している。この構造は、回路基板２と電池１とを一体的に連結してコアパック４とし、これをケース５に入れて能率よく組み立てできる。
【００２８】
回路基板２と電池１とを連結して製作されるコアパック４は、ケース５に収納される。ケース５は、図２に示すように、第１ケース５Ａと第２ケース５Ｂからなる。コアパック４は、第１ケース５Ａに収納され、この第１ケース５Ａに第２ケース５Ｂを連結して、第１ケース５Ａの開口部を第２ケース５Ｂで閉塞する。第２ケース５Ｂは、溶着しあるいは接着して、あるいはまた外れないように嵌着して連結される。第１ケース５Ａは、コアパック４を嵌入できる箱形にプラスチックを成形している。第１ケース５Ａは、回路基板２に固定している出力端子１３を外部に外部に表出させる端子窓１４を開口している。
【００２９】
【発明の効果】
本発明のバッテリパックは、温度センサーの配線を簡単かつ容易にして、安価に多量生産できる構造としながら、温度センサーを理想的な状態で電池に熱結合して、電池温度を速やかに検出できる特長がある。それは、本発明のバッテリパックが、温度センサーを回路基板に固定して電池の近傍に配設することに加えて、この回路基板に、電池表面に向かって突出する突出部を設け、あるいは電池と対向する側縁に一対の切り離し部を設けてその間に熱伝導遮断部を設け、突出部や熱伝導遮断部に温度センサーを固定しているからである。ここに固定している温度センサーは、電池から伝えられる熱を温度センサーの全周に伝導させることなく、回路基板に連結している一方にのみ伝導させる。このため、回路基板の熱伝導で温度センサーが冷却される割合が極減し、電池の熱が有効に温度センサーに伝導される。したがって、温度センサーは電池温度を速やかに検出して、電池が異常な高温になるのを確実に防止できる特長を実現する。また、温度センサーを回路基板に固定しながら、これを電池に対して理想的な位置に配設するので、従来のようにリード線タイプの温度センサーを電池の表面に接着し、この温度センサーのリードにリード線を接続してこれを保護回路を実装している回路基板に連結する必要がなく、能率よく安価に多量生産できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のバッテリパックの断面図
【図２】本発明の一実施例にかかるバッテリパックの断面図
【図３】図２に示すバッテリパックの内部構造を示す一部拡大平面図
【図４】図３に示すバッテリパックに内蔵される回路基板の拡大背面斜視図
【図５】本発明の他の実施例にかかるバッテリパックの内部構造を示す一部拡大平面図
【図６】本発明の他の実施例にかかるバッテリパックの内部構造を示す一部拡大平面図
【符号の説明】
１…電池
２…回路基板
３…温度センサー
４…コアパック
５…ケース              ５Ａ…第１ケース          ５Ｂ…第２ケース
６…導電パターン        ６’…他の導電パターン
７…突出部
８…切り離し部
９…熱伝導遮断部
１０…熱伝導結合材
１１…断熱材
１２…リード板
１３…出力端子
１４…端子窓
【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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