(57)【要約】      （修正有）【課題】四角形半殻体に形成された本体ケース内に極板群を収容して電池保護手段を設けた角形電池を提供する。【解決手段】四角形半殻体に形成された本体ケース１１の端部に形成された段差部１１６の外面上に電池保護手段１００を構成する。電池保護手段１００は、ＰＴＣ素子１３３や温度ヒューズを単独もしくは組み合わせて構成してもよいが、更に過充電や過放電から電池を保護する電池保護回路を構成した保護回路基板１５０を組み合わせると、より有効な電池保護機能を構成することができる。【選択図】  図９
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
四角形半殻体に形成された本体ケース内に、正極板と負極板とがセパレータを介して扁平に巻回され、巻き終わり端に正極リードおよび負極リードが巻回方向に群体から突出するように形成された極板群が収容された角形電池であって、
前記本体ケースに凹部の深さを一辺側で部分的に浅くした段差部が形成され、この段差部の外面上に、前記極板群の正極リード及び／又は負極リードに接続して電池保護手段が配設されてなることを特徴とする角形電池。
【請求項２】
電池保護手段は、復帰式電流規制素子又は復帰式電流遮断素子又は非復帰式電流遮断素子である請求項１に記載の角形電池。
【請求項３】
電池保護手段は、過充電、過放電及び過電流それぞれの状態検出により充放電回路を遮断する電池保護回路を構成した保護回路基板である請求項１に記載の角形電池。
【請求項４】
電池保護手段は、復帰式電流規制素子又は復帰式電流遮断素子又は非復帰式電流遮断素子と保護回路基板とを組み合わせたセーフティユニットである請求項１に記載の角形電池。
【請求項５】
電池保護手段は、復帰式電流規制素子又は復帰式電流遮断素子と非復帰式電流遮断素子と保護回路基板とを組み合わせたセーフティユニットである請求項１に記載の角形電池。
【請求項６】
復帰式電流規制素子又は復帰式電流遮断素子又は非復帰式電流遮断素子を収容した金属ケースが段差部の外面上に絶縁物を介して配設され、前記金属ケースが正極又は負極の外部接続端子に形成されてなる請求項２に記載の角形電池。
【請求項７】
保護回路基板に正極及び／又は負極の外部接続端子とする導体ランドが形成されてなる請求項３〜５いずれか一項に記載の角形電池。
【請求項８】
電池保護手段は、段差部の外面と内面との間に貫通する接続部材を段差部に締結することにより段差部の外面上に固定されてなる請求項１〜７いずれか一項に記載の角形電池。
【請求項９】
復帰式電流規制素子は、所定の動作温度以上に温度上昇したとき抵抗値が急増するＰＴＣ素子である請求項２，４，５，６いずれか一項に記載の角形電池。
【請求項１０】
復帰式電流遮断素子は、所定の動作温度以上に温度上昇したとき変形により回路を開くバイメタルである請求項２，４，５，６いずれか一項に記載の角形電池。
【請求項１１】
非復帰式電流遮断素子は、所定の動作温度以上に温度上昇したとき溶断して回路を開く温度ヒューズである請求項２，４，５，６いずれか一項に記載に角形電池。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半殻体に形成された本体ケースの開口部が蓋板によって封口された電池ケース内に発電要素を収容した扁平形状の角形電池に関し、特に、電池を電気的及び熱的な阻害要因から保護する電池保護手段を設けた角形電池に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
携帯電子機器の小型化あるいは薄型化、更には高機能化の進展は著しく、それに伴ってその電源となる電池に小型、薄型で高容量化が要求されている。小型で高容量化を可能にする電池としてリチウム系電池が有効であり、中でも扁平な角形のリチウムイオン二次電池は機器の薄型化に好適であり、繰り返し使用ができる二次電池として携帯電話機などの携帯電子機器への適用が増加している。
【０００３】
前記リチウム系電池はエネルギー密度が高く、電解液として可燃性の有機溶媒を用いているため、安全性への配慮が重要となる。何らかの原因によって異常が生じたときにも人体や機器に損傷を与えないように安全性を確保する必要がある。例えば、電池の正極、負極間が何らかの原因によって短絡した場合、エネルギー密度の高い電池では過大な短絡電流が流れ、内部抵抗によってジュール熱が発生して電池は温度上昇する。電池が高温になると正極板活物質と電解液との反応や電解液の気化、分解などが生じて電池内部のガス圧が急上昇し、電池は破裂や発火に至る恐れがある。電池が高温状態に陥る原因は上記外部短絡だけでなく、二次電池を過充電した場合や、電池やそれを装填した携帯電子機器を暖房機の傍らに置いたり、炎天下に駐車した車内に放置した場合なども該当する。
【０００４】
リチウム系電池では、電池が異常状態に陥ることを防止すると共に、異常状態に陥った場合にも危険な状態にならないようにする機能が設けられる。電池自体の機能として、極板の活物質や電解液が過剰な反応を起こしにくいように工夫され、セパレータとして用いられるポリオレフィン系微多孔膜は異常な高温になると軟化して細孔が塞がれることによるシャットダウン機能が備わっている。また、異常に温度上昇したときに入出力回路を遮断する温度ヒューズや異常内圧を外部に放出する安全弁が設けられ、円筒形のリチウム電池では、封口部に入出力回路と直列に接続したＰＴＣ（Ｐｏｓｉｔｉｖｅ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  Ｃｏｅｆｆｃｉｅｎｔ）素子を配設して、外部短絡による過大電流を規制する保護機能が設けられている。
【０００５】
電池内に前記温度ヒューズやＰＴＣ素子を設けることができない小型の電池や角形の電池では、外付けの回路部品としてＰＴＣ素子や温度ヒューズが配線接続され、更に二次電池では過充電や過放電から二次電池を保護する電池保護回路を構成した回路基板が設けられ、これらの構成要素は二次電池と共にパックケース内に収容して電池パックの形態に構成される。例えば、二次電池の封口板上に電池保護回路を構成した回路基板を配して電池及び回路基板をケースに収容した構成（特許文献１参照）や、電池の側面に温度ヒューズ等の保護素子を収容したケースを密着配置し、この電池及びケースを外装ケースに収容した構成（特許文献２参照）などが知られている。
【０００６】
また、従来の角形電池の電池ケースは、深絞り加工によって有底角筒形状に形成された電池缶と、その開口端を閉じる封口板とによって構成されるが、更なる電池の薄型化を達成するためには、前記電池缶をより狭い幅の角筒に深絞りする必要がある。しかし、加工方向の深さに対して開口面積が小さくなるほどに加工が困難となり、深絞り加工による電池缶の薄型化には限度がある。また、幅が狭く深い筒状に形成された電池缶に極板群を挿入することも、薄型化して開口面積が小さくなるほどに困難になる。
【０００７】
従って、薄型化に限度がある角形電池の更なる薄型化を図るためには、電池ケースの構造を変える必要があり、半殻体に形成された本体ケースと、この本体ケースの開口部を閉じる平板もしくは半殻体に形成された蓋板とによって電池ケースを形成した電池が開発されている。
【０００８】
例えば、図１３に示すように、上カップ１内に極板群３を収容し、その開口部を下カップ２によって封口した角形電池が知られている（特許文献３参照）。この電池ケース構造では、浅い絞り加工によって発電要素を収容する凹部を形成することができるので、電池ケースの製造は容易である。
【０００９】
【特許文献１】
特開２００２−２３１２０１号公報（第３〜５頁、図４）
【００１０】
【特許文献２】
特開２０００−２５１９４５号公報（第３〜５頁、図５）
【００１１】
【特許文献３】
特開２００１−２５０５１７号公報（第２〜４頁、図１）
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
上述した半殻体の本体ケースの開口部を蓋板によって封止する構造の電池ケースを用いた電池、特にリチウムイオン二次電池のようにエネルギー密度の高い二次電池に構成した場合においても、従来の二次電池と同様にＰＴＣ素子や電池保護回路等の電池保護手段を設けることが要求されている。
【００１３】
しかし、半殻体の本体ケースの開口部を蓋板によって封止する構造の電池ケースでは、厚さが３．０ｍｍ以下になるまでに薄型化されることがあるため、電池保護手段を設けるスペースを確保することが困難であり、従来技術と同様に電池と電池保護手段とを外装ケースに収容した電池パックの形態に構成することになり、電池が小型化、薄型化された効果が損なわれることになる。
【００１４】
本発明は上記課題に鑑みて創案されたもので、その目的とするところは、半殻体ケースを蓋板で閉じる構造の電池ケースに電池を電気的及び熱的な阻害要因から保護する電池保護手段を配設し、電池パックに構成することなく電池自体に電池保護手段を設けることを可能にした角形電池を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明は、四角形半殻体に形成された本体ケース内に、正極板と負極板とがセパレータを介して扁平に巻回され、巻き終わり端に正極リードおよび負極リードが巻回方向に群体から突出するように形成された極板群が収容された角形電池であって、前記本体ケースに凹部の深さを一辺側で部分的に浅くした段差部が形成され、この段差部の外面上に、前記極板群の正極リード及び／又は負極リードに接続して電池保護手段が配設されてなることを特徴とする。
【００１６】
上記構成によれば、電池保護手段は本体ケースに形成された段差部の外面上に配設されるので、薄型化を指向する角形電池の厚さを増加させることなく電池自体に電池保護手段を設けることができる。また、段差部に形成した接続用の穴から本体ケース内に電池保護手段と極板群とを電気的接続するための接続部材を貫通させることが容易であり、本体ケース内に収容された極板群は群体から突出する正極リード及び負極リードが段差部の内面上に位置するので、正極リード及び／又は負極リードを前記接続部材を通じて電池保護手段に容易に接続することができる。
【００１７】
上記構成において、電池保護手段は、復帰式電流規制素子又は復帰式電流遮断素子又は非復帰式電流遮断素子により構成すると、短絡や過熱に曝されたとき入出力回路の電流を規制又は遮断するので、電池を短絡や過熱から保護することができる。復帰式電流規制素子及び復帰式電流遮断素子では、短絡や過熱の状態が解消されたとき電流規制又は電流遮断の状態から元の状態に復帰させることができるので、電池の再使用が可能である。
【００１８】
また、電池保護手段は、過充電、過放電及び過電流それぞれの状態検出により充放電回路を遮断する電池保護回路を構成した保護回路基板により構成することにより、角形電池を二次電池に構成した場合に有効な手段となる。
【００１９】
また、電池保護手段は、復帰式電流規制素子又は復帰式電流遮断素子又は非復帰式電流遮断素子と保護回路基板とを組み合わせたセーフティユニットとして構成すると、電池に加わることが予想される種々の電気的及び熱的な阻害要因を複数段階で阻止することができ、特に二次電池の電池保護の機能を充実させることができる。
【００２０】
また、電池保護手段は、復帰式電流規制素子又は復帰式電流遮断素子と非復帰式電流遮断素子と保護回路基板とを組み合わせたセーフティユニットとして構成すると、互いに機能が補われて電池に加わることが予想される種々の電気的及び熱的な阻害要因を複数段階で阻止することができ、特に二次電池の電池保護の機能をより充実させることができる。
【００２１】
また、復帰式電流規制素子又は復帰式電流遮断素子又は非復帰式電流遮断素子を収容した金属ケースが段差部の外面上に絶縁物を介して配設され、前記金属ケースを正極又は負極の外部接続端子に形成することにより、段差部の外面上に電池保護手段を設けると同時に外部接続端子を構成することができる。
【００２２】
また、保護回路基板を配設した場合には、基板に正極及び／又は負極の外部接続端子とする導体ランドを形成することにより、段差部の外面上に電池保護手段を設けると同時に外部接続端子を構成することができる。
【００２３】
また、電池保護手段は、段差部の外面と内面との間に貫通する接続部材を段差部に締結することにより固定されるように構成することによって、電池保護手段の固定に別途の固定手段を用いることなく簡易な構造に構成することができる。
【００２４】
また、上記復帰式電流規制素子は、所定の動作温度以上に温度上昇したとき抵抗値が急増するＰＴＣ素子が好適であり、これを入出力回路と直列に配することにより、平常状態では微小な抵抗値により入出力電流に対する損失は僅少であり、外部短絡により過大電流が流れて温度上昇したり外部加熱されたときには、所定温度を越えると抵抗値を急増させて電流を急減させて電池が破壊されることを防止することができる。
【００２５】
また、上記復帰式電流遮断素子は、所定の動作温度以上に温度上昇したとき変形により回路を開くバイメタルとして構成すると、外部短絡により過大電流が流れて温度上昇したり外部加熱されたときには、変形に伴う接点開放により電流遮断するので、電池が破壊されることを防止することができ、短絡や過熱の阻害要因が排除されたときには電流遮断状態から復帰して電池を再使用できる状態に戻すことができる。
【００２６】
また、上記非復帰式電流遮断素子は、所定の動作温度以上に温度上昇したとき溶断して回路を開く温度ヒューズとして構成すると、外部短絡により過大電流が流れて温度上昇したり外部加熱されたときには溶断して電流遮断するので、電池が破裂するような状態までに陥ることが防止できる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について説明し、本発明の理解に供する。尚、以下に示す実施形態は本発明を具体化した一例であって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
【００２８】
図１は、第１の実施形態に係る角形電池の外観形状を示すもので、リチウムイオン二次電池として構成されたものである。この角形電池は、図２に示す電池本体２０と、それを被覆する外装体３０とによって構成されている。
【００２９】
電池本体２０は、図３に各構成要素に分解して示すように、半殻体に形成された本体ケース１１と、その開放部を閉じる蓋板１２とにより電池ケース１０が構成されており、本体ケース１１の凹部１５内に極板群１４を収容し、本体ケース１１に形成されたフランジ部１３に蓋板１２の周囲を溶接して本体ケース１１の開口部を蓋体１２で封止するように構成されている。
【００３０】
前記本体ケース１１は、金属板材、ここではステンレス鋼あるいは冷間圧延鋼板等の鉄系板材をプレス加工して一端側に絞り深さを小さくした段差部１６を設けて凹部１５を形成すると共に、凹部１５の周囲にフランジ部１３を設けて形成されている。前記段差部１６は正極及び負極の外部接続端子を形成すると共に、電池保護手段を配設する部位で、ここでは段差部１６に形成された端子孔１７に下ガスケット１８で本体ケース２と絶縁すると共に気密性を確保してリベット１９によりＰＴＣユニット２６を段差部１６の外面上に固定している。
【００３１】
前記ＰＴＣユニット２６は、図４に示すように、ＰＴＣ導電性ポリマ３３ａの両面に上電極３３ｂと下電極３３ｃとを接合したＰＴＣ素子（復帰式電流規制素子）３３をＰＴＣホルダ３４内に収容し、上ガスケット３５によって段差部１６と絶縁してワッシャ３７を介して前記リベット１９を締結することにより段差部１６上に固定され、前記ＰＴＣホルダ３４の開口部にホルダプレート３６を溶接したものである。ホルダプレート３６は、ここでは正極外部接続端子を構成する。尚、ＰＴＣ素子３３は、過電流や過熱により温度上昇して素子温度が所定温度に達すると急激に抵抗値が上昇するデバイスであり、平常時は僅少な抵抗値で通電回路の電力損失は低く抑えられ、所定温度に達したときには抵抗値が１０の４乗から６乗にも急上昇するので、外部短絡が生じたときに温度上昇して短絡電流を抑え、電池を外部短絡から保護する。
【００３２】
前記本体ケース１１の凹部１５内には、正極板４７と負極板４８とをセパレータ４９を介して扁平に巻回された極板群１４が収容される。極板群１４は、図５に示すように、最外周が負極板４８となるように巻回され、その巻回方向は、段差部１６からその対向辺に向く方向であり、巻き終わり端が段差部１６側になるようにして、正極板４７及び負極板４８それぞれの巻き終わり端から正極リード２１、負極リード２２が引き出される。正極リード２１は、正極板４７の巻き終わり端からの延長部を、段差部１６上に取り付けられたリベット１９の延長線上となる位置にリードとして適切な幅で、極板群１４を凹部１５内に収納したときに先端部がリベット１９上に位置する長さになるように切断加工して形成される。また、負極リード２２は、負極板４８の巻き終わり端からの延長部を、段差部１６上のリベット１９等の部材が存在しない任意位置の延長線上となる位置にリードとして適切な幅で、極板群１４を凹部１５内に収納したときに先端部が段差部１６上に位置する長さになるように切断加工して形成される。
【００３３】
上記構成になる極板群１４は、図６に示すように、本体ケース１１の凹部１６内に正極リード２１及び負極リード２２が引き出された側を前記段差部１６側にすると共に、巻き終わり端が外方になるようにして収納する。極板群１４を凹部１５内に収納すると、正極リード２１の先端部は前記リベット１９上に位置し、負極リード２２の先端部分は段差部１６上に位置するので、リードを引き回すことなく、正極リード２１はリベット１９に、負極リード２２は段差部１６にそれぞれ接合することができる。
【００３４】
極板群１４が収容された本体ケース１１の開口部は、フランジ部１３上に蓋板１２を載置し、フランジ部１３と蓋板１２とをそれぞれの外縁端が一致するように位置決めして、蓋板１２の周辺部とフランジ部１３との間を溶接することにより封口される。
【００３５】
蓋板１２は本体ケース１１に用いる金属板材の厚さより薄い金属板材が適用され、図３に示すように中央部に浅い窪み２３を形成して、極板群４の膨張、あるいは内圧の上昇により電池ケース５０に膨らみが生じたとき、膨らみを窪み２３の形成深さ内で吸収して、角形電池としての全体厚さに変化が生じないようにしている。
【００３６】
封止された凹部１５内には、段差部１６に形成された電解液注入口２８から所定量の電解液が注入され、注入完了後に電解液注入口２８には封栓２９が挿入され、段差部１６に封栓２９を溶接することにより凹部１５内は密封される。
【００３７】
上記のように形成された電池本体２０には、図７に示すように、樹脂成形によって形成された樹脂カバー２５が被せられ、樹脂フィルム３８を巻着することにより、図１に示した角形電池に形成される。前記樹脂カバー２５には、段差部１６の外面上に固定されたＰＴＣユニット２６のホルダプレート３６上に開口する正極端子窓３１と、本体ケース１１底面の段差部１６が形成されていない部位上に開口する負極端子窓３２とが形成され、正極端子窓３１及び負極端子窓３２の部分には、前記樹脂フィルム３８が巻着されないように切り欠きが形成されているので、正極端子窓３１から正極外部接続端子となるホルダプレート３６が外部露出し、負極端子窓３２から負極外部接続端子となる本体ケース１１が外部露出するので、外部接続の用に供することができる。
【００３８】
上記構成になる角形電池は、図８に回路図として示すように、極板群１４を構成する正極板はＰＴＣ素子３３を介して正極外部接続端子（＋）に接続され、負極板は負極外部接続端子（−）に接続された状態となる。正極外部接続端子（＋）と負極外部接続端子（−）との間が外部短絡状態になったとき、ＰＴＣ素子３３には過大な短絡電流が流れて温度上昇し、その温度が設定温度以上になると抵抗値が急増するトリップ状態になるので、短絡電流が規制されて当該角形電池が外部短絡によって損傷を受けることが防止される。
【００３９】
外部短絡は、正極外部接続端子（＋）と負極外部接続端子（−）との間が金属物によって短絡されるような状態だけでなく、正極外部接続端子（＋）と負極外部接続端子（−）との間に接続された当該角形電池を電池電源とする機器、あるいは当該角形電池を充電する充電器に故障が生じた場合にも短絡状態となることがあり、そのような場合にも当該角形電池の損傷が及ぶことが防止される。また、ＰＴＣ素子３３は、短絡電流のような過電流による発熱だけでなく、周囲温度の影響を受けて温度上昇すると抵抗値が増加するので、当該角形電池が温度上昇した状態で使用されることが防止できる。例えば、真夏の炎天下に駐車したクルマの車内に当該角形電池又はそれが装着された機器が放置されていたような場合に、電池温度は８０℃を超えるまでになることがある。このようなときにＰＴＣ素子３３はトリップ状態となって抵抗値が増加しているために当該角形電池の使用は不可となり、異常温度状態で使用されることが防止される。ＰＴＣ素子３３は温度が下がると抵抗値は低い状態に戻るので、正常な使用可能状態に復帰する。
【００４０】
以上説明した第１の実施形態に係る角形電池は、電池保護手段としてＰＴＣ素子３３を適用した例を示したが、ＰＴＣ素子３３に代えてバイメタル（復帰式電流遮断素子）や温度ヒューズ（非復帰式電流遮断素子）を適用することもできる。前記バイメタルは、周知のように温度上昇により変形して電流回路の接点を開くように構成されたもので、短絡電流が流れたときには過大な電流により温度上昇するので、自ら電流回路を開いて短絡された回路を開いて短絡により当該角形電池に損傷が及ぶことを防止することができる。また、周囲温度の上昇時にも電流回路を開くので、高温状態で当該角形電池が使用されることがないように使用不可にすることができる。バイメタルは温度が低下すると電流回路を閉じて使用可能状態に復帰させることができる。また、前記温度ヒューズは、所定の設定温度以上に温度上昇したとき溶断して電流回路を遮断するので、短絡や高温状態から当該角形電池を保護することができるが、温度ヒューズが溶断すると電流回路を開いた状態は復帰しないので、温度ヒューズの動作時には当該角形電池の再使用はできない。従って、温度ヒューズは最終的な電池保護手段となるように設定される。
【００４１】
また、ＰＴＣ素子３３又はバイメタルと温度ヒューズを組み合わせて二重に保護機能を形成することができる。例えば、図８（ｂ）に示すように、トリップ温度を８０℃に設定したＰＴＣ素子３３と、溶断温度を１００℃に設定した温度ヒューズ５５とを組み合わせることにより、ＰＴＣ素子３３が正常に機能しないような状態に陥った場合でも、温度ヒューズ５５が溶断し、電池が高温状態から破裂状態に陥ることが防止できる。
【００４２】
次に、第２の実施形態に係る角形電池について説明する。第２の実施形態に係る角形電池は、図９に示すように、本体ケース１１１に形成された段差部１１６の外面上に、ＰＴＣ素子１３３と電池保護回路及び温度ヒューズ１４０が実装された保護回路基板１５０とを備えた電池保護手段１００を設けて構成されている。
【００４３】
前記電池保護手段１００は、図１０に示すように、段差部１１６に取り付けられる。段差部１１６に形成された端子穴１１７に段差部１１６の内面側から下ガスケット１１８の筒状部を通し、筒状部にリベット１１９の軸部を通して段差部１１６の内面側に下ガスケット１１８及びリベット１１９が配され、段差部１１６の外面側には上ガスケット１３５、ＰＴＣホルダ１３４、ＰＴＣ素子１３３、ワッシャ１３７の順に積み重ね配置され、リベット１１９を締結することにより、図１１に示すように、段差部１１６にＰＴＣ素子１３３が取り付けられる。更に、ＰＴＣホルダ１３４に基板ブラケット１３９が溶接により接合され、基板ブラケット１３９上に保護回路基板１５０が取り付けられる。
【００４４】
保護回路基板１５０は、下面に温度ヒューズ１４０やＩＣ部品等の電子部品が実装され、上面に正極導体ランド１４７及び負極導体ランド１４８が形成されている。保護回路基板１５０はその両面に回路パターンが形成され、両面の回路パターンの要部はスルーホールによって接続される。前記正極導体ランド１４７及び負極導体ランドは回路パターンの一部として形成され、正極導体ランド１４７及び負極導体ランド１４８と接続ランド１４９を除く表面は絶縁及び防湿のための樹脂モールド処理が施される。また、正極導体ランド１４７及び負極導体ランド１４８の表面は、機器との接続性を向上させるために金メッキ処理、あるいは金属薄板を接合することができる。
【００４５】
保護回路基板１５０の前記接続ランド１４９にはリード板１４６の一端が半田付けもしくは溶接により接合され、リード板１４６の他端は本体ケース１１１に接合され、負極電位となる本体ケース１１１と保護回路基板１５０の負極電位部位との電気的接続がなされる。
【００４６】
上記電池保護手段１００が取り付けられた本体ケース１１１には、第１の実施形態の場合と同様に形成された極板群１１４が収容され、極板群１１４から引き出された正極リード１２１はリベット１１９に接合される。また、図示しない負極リードは段差部１１６の内面に接合される。
【００４７】
極板群１１４が収容された本体ケース１１１のフランジ部１１３には蓋板１１２の周辺部が溶接され、本体ケース１１１の開口部が封止される。蓋板１１２で封止された本体ケース１１１内には電解液注入口１２８から所定量の電解液が注入され、電解液注入後に電解液注入口１２８は封栓１２９で閉じられ、本体ケース１１１内は密閉され、図９に示した電池本体１２０に形成される。
【００４８】
上記電池本体１２０には、図示省略するが、第１の実施形態に示した構成と同様に樹脂カバー及び樹脂フィルムにより外装体が取り付けられ、角形電池に形成される。
【００４９】
第２の実施形態に係る角形電池は、段差部１１６上に電池保護手段１００が設けられていることにより、図１２に回路図として示すように、保護回路基板１５０上に構成された電池保護回路と、温度ヒューズ１４０と、ＰＴＣ素子１３３とにより、３重に電池保護が設けられた角形電池に構成される。
【００５０】
前記電池保護回路は、制御部１６０によって電池電圧を検出して予め設定された放電終止停止電圧以下となったとき、第１のスイッチング素子１６１を導通状態から遮断状態に制御し、放電回路を遮断して過放電から電池を保護する。第１のスイッチング素子１６１は寄生ダイオードを備えたＦＥＴで構成することにより、遮断状態にあっても充電方向の電流経路は形成されるので充電は可能で、充電によって電池電圧が前記放電終止電圧より高い所定電圧以上になると、制御部１６０は第１のスイッチング素子１６１を遮断状態から導通状態になるように制御するので、通常の充電が行われて過放電からの回復がなされる。また、制御部１６０は電池電圧が予め設定された充電禁止電圧以上になったとき、第２のスイッチング素子１６２を導通状態から遮断状態に制御し、充電回路を遮断して過充電から電池を保護する。第２のスイッチング素子１６２は寄生ダイオードを備えたＦＥＴで構成することにより、遮断状態にあっても放電方向の電流経路は形成されるので放電は可能で、放電によって電池電圧が前記充電禁止電圧より低い所定電圧以下になると、制御部１６０は第２のスイッチング素子１６２を遮断状態から導通状態に制御するので、通常に放電ができる状態になる。
【００５１】
また、制御部１６０は第１のスイッチング素子１６１の両端電圧の検出により短絡等による過電流状態を検出し、過電流状態が検出されたときには第１のスイッチング素子１６１を導通状態から遮断状態に制御し、電池を過電流から保護する。電池保護回路の故障等の原因によって過電流を阻止する回路遮断制御が正常になされなかったとき、ＰＴＣ素子３３は過電流により温度上昇して、その温度が設定されたトリップ温度以上になると抵抗値を急増させるので電流量が規制され、電池は短絡等による過電流から二重に保護される。また、ＰＴＣ素子１３３は周囲温度の影響を受けて温度上昇すると抵抗値が増加するので、当該角形電池が温度上昇した状態で使用されることが防止できる。例えば、真夏の炎天下に駐車したクルマの車内や暖房機等の傍らに当該角形電池又はそれが装着された機器が放置されていたような場合に、電池温度は８０℃を超えるまでになることがある。このようなときにＰＴＣ素子１３３はトリップ状態となって抵抗値が増加しているために当該角形電池の使用は不可となり、異常温度状態で使用されることが防止される。ＰＴＣ素子１３３は温度が下がると抵抗値は低い状態に戻るので、正常な使用可能状態に復帰する。
【００５２】
当該角形電池が装着された機器の故障等の原因によって高電圧が印加されたり、逆充電がなされたような場合に、ＰＴＣ素子１３３が絶縁破壊され、それによる電流規制の作用が働かなかったときには、電池温度の上昇により破裂等に至る恐れがある。このようにＰＴＣ素子１３３が正常に機能しなかった場合には、温度ヒューズ１４０が溶断して危険状態への移行が阻止される。
【００５３】
例えば、ＰＴＣ素子１３３のトリップ温度を８０℃に設定し、温度ヒューズ１４０の溶断温度を１００℃に設定しておくと、短絡や周囲温度の上昇により８０℃を超える状態になると、ＰＴＣ素子１３３はトリップ状態になって短絡電流を規制し、高温状態での当該角形電池の使用を停止させることができる。このＰＴＣ素子１３３が正常に機能しなかったときには温度上昇が進行し、温度が１００℃を超えると温度ヒューズ１４０が溶断して、当該角形電池を使用不可状態にする。温度ヒューズ１４０が溶断するような高温環境下に曝されたような場合には、電解液や極板活物質が熱により変質し、正常に充放電反応が得られないことが想定されるので、当該角形電池を使用不可状態にしても破裂等の危険な状態に至るのを防止することを優先する。
【００５４】
以上第１及び第２の各実施形態として説明した角形電池は、電池保護手段としてＰＴＣ素子３３、１３３、温度ヒューズ１４０、バイメタル、電池保護回路をそれぞれ単独で適用してもよいが、動作温度が異なる複数の電池保護手段を組み合わせると、電池保護の作用がより有効に発揮される。例えば、第１の実施形態の構成におけるＰＴＣ素子３３に加えて、ＰＴＣ素子３３のトリップ温度より高い溶断温度に設定した温度ヒューズ１４０を組み合わせると、二重の電池保護機能が形成される。
【００５５】
ＰＴＣ素子３３、１３３、温度ヒューズ１４０、バイメタルは過充電や過放電に対しては無力なので、電池保護回路と組み合わせると過充電や過放電から電池を保護する機能を備えて二重の電池保護機能が形成される。例えば、ＰＴＣ素子１３３と保護回路基板１５０との組み合わせにより、過充電や過放電からの保護機能に加えて短絡等の過電流に対する二重の保護機能が形成されると共に、高温環境に対応する保護機能が形成される。更に、第２の実施形態に示したように、温度ヒューズ１４０を組み合わせると、３重の保護機能を備えた角形電池に構成することができる。
【００５６】
【発明の効果】
以上の説明の通り本発明によれば、本体ケースに形成された段差部に電池保護手段を構成することができるので、薄型化を指向する角形電池の厚さを増加させることなく電池自体に電池保護手段を設けることができる。また、段差部に形成した接続用の穴から本体ケース内に電池保護手段と極板群とを電気的接続するための接続部材を貫通させることが容易であり、本体ケース内に収容された極板群は群体から突出する正極リード及び負極リードが段差部の内面上に位置するので、正極リード及び／又は負極リードを前記接続部材を通じて電池保護手段に容易に接続することができる。電池保護手段は、過充電、過放電及び過電流それぞれの状態検出により充放電回路を遮断する電池保護回路を構成した保護回路基板により構成することにより、角形電池を二次電池に構成した場合に有効な手段となる。  また、電池保護手段は、復帰式電流規制素子又は復帰式電流遮断素子又は非復帰式電流遮断素子と保護回路基板とを組み合わせたセーフティユニットとして構成すると、電池に加わることが予想される種々の電気的及び熱的な阻害要因を複数段階で阻止することができ、二次電池の電池保護の目的を充実させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態に係る角形電池の外観形状を示す斜視図。
【図２】同上角形電池を構成する電池本体の外観形状を示す斜視図。
【図３】同上電池本体の構成を示す分解斜視図。
【図４】ＰＴＣユニットの構成を示す断面図。
【図５】リードの引き出し構造を示す斜視図。
【図６】本体ケース内への極板群の収納状態を示す平面図。
【図７】電池本体に対する外装体の形成を示す斜視図。
【図８】第１の実施形態に係る角形電池の構成を示す回路図。
【図９】第２の実施形態に係る角形電池を構成する電池本体の外観を示す斜視図。
【図１０】同上電池本体の電池保護手段取り付け構造を示す分解斜視図。
【図１１】電池保護手段の取り付け構造を示す断面図。
【図１２】第２の実施形態に係る角形電池の電気的構成を示す回路図。
【図１３】従来技術に係る角形電池の構成を示す分解斜視図。
【符号の説明】
１０  電池ケース
１１、１１１  本体ケース
１２、１１２  蓋板
１３、１１３  フランジ部
１４、１１４  極板群
１５  凹部
１６、１１６  段差部
１９、１１９  リベット
２１、１２１  正極リード
２２  負極リード
２６  ＰＴＣユニット
３３，１３３  ＰＴＣ素子（復帰式電流規制素子）
５５，１４０  温度ヒューズ
１００  電池保護手段
１４７  正極導体ランド
１４８  負極導体ランド
１５０  保護回路基板
【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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