(57)【要約】【課題】温度素子が内蔵された二次電池において、過充電時には電流が遮断され、且つ放電時に不必要な電流遮断が発生しないようにする。【解決手段】保護素子３０は、Ｎｉ板からなる導電板３１及び導電板３２が、温度素子３３に接合され、これらが樹脂モールド部３４によって固定されて構成されている。素電池の負極端子と放電用端子板２６とは、導電板３１によって導通されており、放電時には、素電池から、温度素子３３を経由することなく、導電板３１を経由して外部負荷に電力が供給される。負極端子と充電用端子板２７とは、温度素子３３及び導電板３１，３２を介して接続され、充電時には、温度素子３３を経由して電力が供給される。【選択図】        図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
充電可能な発電素子と、当該発電素子に対して充電する充電用外部端子及び放電する放電用外部端子を備える二次電池に内蔵される保護素子であって、
前記発電素子との接続される発電素子側端子部と、
前記充電用外部端子に接続される充電側端子部と、
前記放電用外部端子に接続される放電側端子部と、
前記発電素子側端子と充電側端子との間に介在され、第１温度では導電状態に保ち、第１温度よりも高温の第２温度で電流遮断する電流遮断部と、
導電材料からなり前記発電素子側端子及び放電側端子の間を連結する導電部とを備えることを特徴とする保護素子。
【請求項２】
前記導電部と前記発電素子側端子部と前記放電側端子部とは、一つの導電板によって形成され、
前記電流遮断部及び導電板は、
互いに固着されていることを特徴とする請求項１記載の保護素子。
【請求項３】
請求項１記載の保護素子が内蔵され、
前記発電素子側端子が接続された発電素子と、
前記充電側端子が接続された充電用外部端子と、
前記放電側端子が接続された放電用外部端子とを備える二次電池。
【請求項４】
前記充電用外部端子及び放電用外部端子は、
前記発電素子に装着されたホルダーによって保持され、
前記保護素子は、
前記ホルダーと発電素子との間に収納されていることを特徴とする請求項３記載の二次電池。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ＰＴＣ、バイメタルや温度ヒューズ等の温度素子が内蔵されている二次電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
パソコンやデジタルカメラ等の電源として、リチウムイオン電池に代表される二次電池が広く用いられている。この二次電池は、充電可能な発電素体と外部端子とを備え、外部から発電素体に充電したり発電素体から外部に放電する際には、この外部端子を介して行うようになっている。
【０００３】
リチウムイオン電池の場合、過充電されると電池内が異常に高温となって破裂や発火する可能性があるため、一般に、高温になったときに電流を遮断する感温タイプの温度素子（温度ヒューズやＰＴＣ等）が、発電素体と外部端子との間に介挿されている。例えば、特許文献１には、保護素子が内蔵されたパック電池が記載されている。
【０００４】
温度ヒューズは、設定温度よりも高温になると溶断されて電流経路を遮断し、ＰＴＣも温度が高くなると、電気抵抗が急激に大きくなるので実質的に電流経路を遮断する。
従って、このような温度素子をリチウムイオン電池に内蔵させることによって、過充電に伴って電池が破裂したり発火したりするのが防止される。
【０００５】
【特許文献１】
特開２０００−２４３３６２号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のように温度素子を備えた二次電池において、放電時における放電電流が本来許容される範囲内にあるにもかかわらず、電池内が高温になるのに伴って温度素子が作動して電流経路が遮断されてしまうことがある。例えば、図５に示されるグラフでは、リチウムイオン電池を連続放電するのに伴って電池温度が徐々に上昇しているが、負荷電流が一時的に大きくなる等により電池温度が９０℃程度の高温になると、温度素子が作動して放電が停止してしまうことがある。一般に、負荷変動等により負荷電流が一時的に大きくなる場合は、図５の破線で示すように、負荷が軽減された後は電池の端子電圧が回復し、負荷に供給する電力が残されているが、温度上昇時に上記温度素子が作動してしまうとその時点で負荷との接続が遮断されて電力が供給できなくなってしまう問題がある。
【０００７】
特に、パソコンやデジタルカメラ等のように頻繁に高負荷で放電する場合には、電池内が高温になりやすく、また温度素子の自己発熱も大きいので、このような問題が生じやすい。
本発明は、このような課題に鑑み、温度素子が内蔵された二次電池において、過充電時には電流が遮断され、且つ放電時に不必要な電流遮断が発生しないようにすることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は、充電可能な発電素子と、当該発電素子に対して充電する充電用外部端子及び放電する放電用外部端子を備える二次電池に内蔵される保護素子において、発電素子と接続される発電素子側端子部と、充電用外部端子に接続される充電側端子部と、放電用外部端子に接続される放電側端子部と、発電素子側端子と充電側端子との間に介在され、第１温度では導電状態に保ち、第１温度よりも高温の第２温度で電流遮断する電流遮断部と、導電材料からなり発電素子側端子及び放電側端子の間を連結する導電部とを設けることとした。
【０００９】
上記本発明の保護素子が内蔵された二次電池において、電流遮断部は、発電素子側端子と充電側端子との間を、第１温度では導電状態に保ち、より高温の第２温度では電流遮断する。従って、通常の充電時には、外部から充電用外部端子、温度素子部を経由して素電池に充電し、電池内が高温になる過充電時には素電池への充電を停止することができる。よって、過充電によって電池が破裂したり発火したりするのが防止される。
【００１０】
一方、放電時においては、素電池から、電流遮断部を経由することなく、導通部、放電用外部端子を経由して外部へ放電される。
ここで、導通部が導電材料で形成されているため、放電時に保護素子での電力ロスは少なく、保護素子が放電電流によって自己発熱することはほとんどない。従って、放電時には、電池内温度が上昇しても電流遮断部が作動しにくいので、従来の保護素子のように放電時に不必要に電流遮断されることがない。
【００１１】
また、上記本発明の保護素子は、発電素子と接続される発電素子側端子部と、充電用外部端子に接続される充電側端子部と、放電用外部端子に接続される放電側端子部とを備えているため、他の部材は用いなくても、この保護素子を介して、素電池と、充電用外部端子及び放電用外部端子との接続を容易に行うことができる。
【００１２】
上記保護素子において、導電部と発電素子側端子部と放電側端子部とを、一導電板によって形成し、電流遮断素子及び導電材を、樹脂などで固着した構成とすることによって、構成を簡素にし且つスリムな形状にすることができる。また、保護素子を容易に作製することもできる。
上記保護素子を備えた二次電池において、充電用外部端子及び放電用外部端子を、発電素子に装着されたホルダー上に設け、保護素子を、ホルダーと発電素子との間に収納すれば、電池全体をコンパクトにすることができ、電池の組み立ても容易にできる。
【００１３】
【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。
図１は、リチウム二次電池１の分解斜視図である。この二次電池１は、角形密閉式であって、素電池１０、端子ホルダー２０、保護素子３０等から構成されている。この二次電池１は、複数個を直列または並列に接続されて外装ケースに収納し、携帯用パソコンに組み込まれて、ＣＰＵを含む演算部や表示部を駆動する電力を供給すると共に、当該パソコンに組み込まれている充電器を通して充電される。尚、本発明の二次電池１は、パソコン以外にも、デジタルカメラ等の機器にも使用でき、１個または複数個を使用することができる。
【００１４】
（素電池１０の構成）
素電池１０は、有底角筒形の外装缶１１の内部に、渦巻電極体（不図示）が収納され、外装缶１１の開口部が封口蓋１２で封口されて構成されている。
封口蓋１２は、長方形状であって、その周縁に沿ってリブ１３が形成されており、リブ１３の内側には保護素子３０を収納するスペースとなる凹部１３ａが形成されている。
【００１５】
外装缶１１、封口蓋１２は、アルミニウムやアルミニウム合金板をプレス加工で成形することによって製作される。
外装缶１１の開口縁と、封口蓋１２のリブ１３とは、レーザー溶接で気密にシールされている。
封口蓋１２には、その中央部に負極端子１４が取り付けられ、その横に安全弁１５が装着されている。
【００１６】
負極端子１４は、絶縁パッキンを介して封口蓋１２に固定されている。それによって、負極端子１４は封口蓋１２から絶縁され且つ封口蓋１２は気密シールされている。
安全弁１５は、封口蓋１２に形成された孔を薄膜で気密に閉塞して構成され、電池の内圧が設定圧力よりも高くなると、薄膜が破損して電池内のガスが外部に放出される。
【００１７】
素電池１０のサイズ及び電池容量は、例えば、高さ５０ｍｍ、幅３４ｍｍ、厚み１０ｍｍ、１７００ｍＡｈである。
（端子ホルダー２０及び端子板の構成）
端子ホルダー２０は、素電池１０の封口蓋１２上に装着され、外部接続用端子である端子板２６，２７を保持している。
【００１８】
この端子ホルダー２０は、封口蓋１２と同等サイズの板状部材であって、絶縁材料（具体的には、ポリカーボネート等のプラスチック）で形成されている。そして端子ホルダー２０の上面に、端子板２６，２７が装着されている。端子板２６は放電用の端子板、端子板２７は充電用の端子板である。
端子板２６，２７は、導電性金属板からなり、幅方向に並んで配置されている。そして、各端子板２６、２７は端子ホルダー２０の長手方向に伸びている。
【００１９】
図２は、端子板２６、２７が装着された端子ホルダー２０を下面側（裏面側）から見た図である。
端子ホルダー２０の下面側（裏面側）には、外周部に沿って下方に突出するリブ２２が設けられている。そして、リブ２２の内側には、保護素子３０を収納するスペースとなる凹部２２ａが形成されている。
【００２０】
また、端子ホルダー２０の中央部には窓２３が開設され、端子ホルダー２０の端部寄りには窓２４，２５が開設されている。
なお、窓２３は、後述する保護素子３０のリード端子部３５を負極端子１４に接続するためのものである。また、窓２４，２５は、保護素子３０のリード端子部３６，３７を端子板２６，２７に接続するためのものであって、上記端子板２６，２７の裏面が、この窓２４，２５に臨んでいる。
【００２１】
このように端子板２６，２７が装着された端子ホルダー２０は、インサート成型技術を用いることによって能率よく製造することができる。
（保護素子３０の構成及び接続）
保護素子３０の外観は、図２に示すように、樹脂モールド部３４の一方側から、素電池１０の負極端子１４と接続されるリード端子部３５が延出し、樹脂モールド部３４の他方側から、放電用端子板２６に接続されるリード端子部３６、及び充電用端子板２７に接続されるリード端子部３７が並んで延出している。なお、リード端子部３６，３７どうしの間隔は、窓２４，２５の間隔に合わせて設定されている。
【００２２】
この保護素子３０の内部構造は、図３に示すとおりであって、導電性金属板材（例えばＮｉ板）からなる導電板３１及び導電板３２が、温度素子３３に接合され、これらが樹脂モールド部３４によって固定されて構成されている。
より具体的には、導電板３１には、樹脂モールド部３４内に分岐部３１ａが形成されており、当該分岐部３１ａが温度素子３３の一端子に接続され、導電板３２が温度素子３３の他端子に接続されている。
【００２３】
そして、温度素子３３は樹脂モールド部３４の内部に埋め込まれているが、導電板３１は、樹脂モールド部３４を貫通し、その両端部が樹脂モールド部３４から外に延出して上記リード端子部３５，３６を形成している。また、導電板３２は、樹脂モールド部３４から外に延出して上記リード端子部３７を形成している。
【００２４】
温度素子３３は、通常の充電電流が流れている状態で、一定温度（例えば９０℃程度）になったときに、電流を遮断する機能を持つものであって、復帰式、非復帰式のいずれでもよい。非復帰式のものとしては温度ヒューズ、復帰式のものとしてはＰＴＣあるいはバイメタルを用いることができる。
温度ヒューズの場合は、高温度になると溶断されて電流を遮断し、バイメタルの場合も、高温度になると接点が離れて電流を遮断する。ＰＴＣの場合は高温になると電気抵抗が急激に大きくなって、実質的に電流を遮断する。
【００２５】
図３に示すように、保護素子３０においては、これら導電板３１，３２と温度素子３３とが、ほぼ一平面上に配置されているので、全体がスリムな形状となっている。
上記構成の保護素子３０は、導電板３１，３２、温度素子３３を互いに接合し、モールド用の樹脂でインサート成型して樹脂モールド部３４を形成することによって、容易に作製できる。
【００２６】
上記構成の保護素子３０は、図１示すように、素電池１０と端子ホルダー２０との間の収納スペースに収納され、図２に示されるように、リード端子部３６，３７は、端子ホルダー２０の下側から、窓２４，２５を通って端子板２６，２７に接続されている。また、リード端子部３５は素電池１０の負極端子１４に接続されている。
【００２７】
図４は、二次電池１内部における電気的接続形態を示す図である。
素電池１０の負極端子１４と放電用端子板２６とは、導電板３１によって導通されている。一方、負極端子１４と充電用端子板２７とは、温度素子３３及び導電板３１，３２を介して接続されている。
（電池１の組み立て）
端子ホルダー２０裏側の収納スペースに保護素子３０を仮固定し、窓２４，２５を通して、リード端子部３６，３７を端子板２６，２７にスポット溶接する。
【００２８】
そして、保護素子３０が装着された端子ホルダー２０を、封口蓋１２上に載置し、窓２３からスポット溶接用の電極棒を挿入して、リード端子部３５を負極端子１４にスポット溶接する。
そして、図１に示すように、粘着フィルム２８で端子ホルダー２０を素電池１０に固定することによって電池１が作製される。
【００２９】
なお、上記溶接の順序は逆にして、リード端子部３５を負極端子１４に溶接してからリード端子部３６，３７を端子板２６，２７に溶接してもよい。
また、接着剤で温度素子３３を封口蓋１２の表面に接着してもよい。
また、端子ホルダー２０と素電池１０とを、熱収縮フィルム等のフィルムで固定してもよい。
【００３０】
（二次電池１の動作及び効果）
二次電池１に対する充放電はパソコン本体から行う。
二次電池１を充電する時には、充電用端子板２７及び外装缶１１に、充電器の負極及び正極を接続し、充電器から素電池１０に充電する。
充電時には、温度素子３３を経由して電力が供給されるが、通常の充電時においては、比較的小さい電流（例えば１．５Ａ程度）で充電するので、電池内はあまり高温にならない。過充電時には電池内が高温となる。一方、一定温度（９０℃程度）に達すると温度素子３３が作動するので、素電池１０への充電は停止される。
【００３１】
二次電池１から放電する時には、放電用端子板２６及び外装缶１１に外部負荷（パソコン本体の演算部や表示部）の負極及び正極を接続し、素電池１０から外部負荷に放電する。このとき、素電池１０から、温度素子３３を経由することなく、導電板３１を経由して外部負荷に電力が供給される。
図５は、リチウム二次電池を放電した時に、温度、電流、端子電圧の変化を示す一例である。
【００３２】
放電時には、充電時よりも大きい電流で放電することが多く、二次電池１から長時間放電を行うと、図５に示すように二次電池１内の温度が上昇する。また、演算部が高負荷で運転されるときなどは、二次電池１から大電流（例えば７Ａ程度）で放電される場合もある。
ここで、従来の一般的なイオン電池のように、放電時に温度素子を介して放電したとすれば、電池が高温になると共に、高電流放電時には温度素子の自己発熱も伴って、上記一定温度に到達する前に電流遮断されてしまう。これに対して、本実施形態にかかる二次電池１においては、温度素子３３を介することなく、導電性の良好な導電板３１を介して放電がなされるので、放電電流によって保護素子３０が自己発熱することがない。従って、放電時に電池１内の温度が上記一定温度に到達しても電流経路は遮断されない。
【００３３】
よって、二次電池１においては、過充電時には電流経路が遮断され、且つ放電時における不必要な電流遮断の発生は回避される。
更に、二次電池１においては、以下のように、構造上及び製造上の効果を奏する。
保護素子３０は、全体がスリムであるため、上記端子ホルダー２０裏面と封口蓋１２との間の収納スペースに収納される。従って、二次電池１の全体形状をコンパクトにできる。
【００３４】
更に、保護素子３０は、端子ホルダー２０の端子板２６、２７の近傍に装着されるので、リード端子部３６，３７の長さも短くて済み、リード端子部３６，３７と端子板２６、２７とを接続するのも簡単である。
また、保護素子３０には、導電板３１，温度素子３３が組み込まれており、樹脂モールド部３４で固定されているので、素電池１０と端子ホルダー２０との間に装着し、保護素子３０における３つのリード端子部３５，３６，３７を、負極端子１４及び端子板２６，２７に溶接するだけで、電池１内における電気接続が完了する。
【００３５】
すなわち、図４に示すように、負極端子１４と端子板２６とを導通させると共に、温度素子３３を介して負極端子１４と端子板２７とを接続するには、プリント基板などを用いて配線したり、導線を引き回したりする方法も考えられるが、本実施形態のように保護素子３０を用いる方が、容易に電池を組み立てることができる。
【００３６】
（変形例など）
上記実施の形態では、素電池１０が角形であるが、円筒形の場合も同様に実施することができる。
上記実施の形態では、素電池１０の負極端子１４と負極の外部端子板２６，２７との間に保護素子３０を介挿する例を示したが、素電池の正極端子と正極の外部端子板側との間に保護素子を介挿しても同様に実施することができる。
【００３７】
上記実施の形態では、素電池１０がリチウムイオン電池である場合を例にとって説明したが、必ずしもリチウムイオン電池でなくてもよく、ニッケル水素電池等の充放電可能な二次電池である場合にも本発明は適用できる。
なお、保護素子３０において、リード端子部３５とリード端子部３７との間に、温度素子３３よりも高温で作動する温度素子を介挿させた場合にも、同様に、放電時に不必要な電流遮断の発生を回避することができるが、上記実施形態のようにリード端子部３５とリード端子部３７との間を導電材料だけで接続する方が放電時における電力ロスを低減できる点で好ましい。
【００３８】
【発明の効果】
本発明は、充電可能な発電素子と、当該発電素子に対して充電する充電用外部端子及び放電する放電用外部端子を備える二次電池に内蔵される保護素子において、発電素子と接続される発電素子側端子部と、充電用外部端子に接続される充電側端子部と、放電用外部端子に接続される放電側端子部と、発電素子側端子と充電側端子との間に介在され、第１温度では導電状態に保ち、第１温度よりも高温の第２温度で電流遮断する電流遮断部と、導電材料からなり発電素子側端子及び放電側端子の間を連結する導電部とを設けることによって、過充電時には電流が遮断され、且つ放電時に不必要な電流遮断が発生しない。また、この保護素子を介して、素電池と、充電用外部端子及び放電用外部端子との接続を容易に行うことができる。
【００３９】
上記保護素子において、導電部と発電素子側端子部と放電側端子部とを、一導電板によって形成し、電流遮断素子及び導電材を樹脂などで固着すれば、、構成を簡素に且つスリムな形状にすることができ、保護素子を容易に作製することができる。
また、上記保護素子を備えた二次電池において、充電用外部端子及び放電用外部端子を、発電素子に装着されたホルダー上に設け、保護素子を、ホルダーと発電素子との間に収納すれば、電池全体をコンパクトにすることができ、電池の組み立ても容易にできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態にかかるリチウム二次電池の分解斜視図である。
【図２】上記リチウム二次電池に用いる端子ホルダーを下面側から見た図である。
【図３】上記リチウム二次電池に用いる保護素子の内部構造を示す図である。
【図４】上記二次電池の内部における電気的接続形態を示す図である。
【図５】リチウム二次電池の放電時における温度、電流、端子電圧の変化を示す図である。
【符号の説明】
１    リチウム二次電池
１０    素電池
１１    外装缶
１２    封口蓋
１４    負極端子
２０    端子ホルダー
２２，２３  端子板
２３，２４，２５    窓
２６    放電用端子板
２７    充電用端子板
３０    保護素子
３１，３２    導電板
３３    温度素子
３４    樹脂モールド部
３５，３６，３７  リード端子部
【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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