(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
二次電池(2)と、この二次電池(2)に熱結合されて電池温度を検出する温度センサ(3)と、この温度センサ(3)と二次電池(2)を収納するケース(1)とを備え、
ケース(1)は、回路基板(4)と二次電池(2)との間に位置するように、一対のリブ(5)を一体的に成形して設けて、リブ(5)の一方の側縁を二次電池(2)の表面に当接させ、リブ(5)の他方の側縁を回路基板(4)の表面に当接させて、一対のリブ(5)の間に温度センサ(3)の収納部(6)を設けて、この収納部(6)に回路基板(4)に固定している温度センサ(3)を配置しており、さらに一対のリブ(5)とケース本体(10)との間に、回路基板(4)
を配置する嵌着部(7)を設けて、この嵌着部(7)に回路基板(4)を配置して、リブ(5)とケース本体(10)でもって回路基板(4)を定位置に配置しており、さらにまた、収納部(6)には一対のリブ(5)の内面に接触して熱結合材(8)を充填して、この熱結合材(8)でもって温度センサ(3)と二次電池(2)とを熱結合しているパック電池。    
【請求項２】
二次電池(2)が薄型電池で、薄型電池の外周面に対向して回路基板(4)を配置している請求項１に記載されるパック電池。
【請求項３】
ケース(1)が一体的に成形されてなる周壁(11)を備え、この周壁(11)とリブ(5)との間に嵌着部(7)を設けて、回路基板(4)を周壁(11)の内側に周壁(11)と平行な姿勢で配置している請求項１に記載されるパック電池。
【請求項４】
回路基板(4)に出力端子(9)を固定すると共に、この出力端子(9)を外部に表出させる端子窓(13)をケース本体(10)に設けている請求項１に記載されるパック電池。
【請求項５】
熱結合材(8)が、充填材を含み、あるいは充填材を含まないシリコン系樹脂である請求項１に記載されるパック電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ケースに二次電池と温度センサを内蔵するパック電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
二次電池の温度を検出する温度センサを内蔵するパック電池は、電池温度で充放電電流をコントロールして二次電池を保護しながら使用できる。このパック電池は、温度センサで電池温度を正確に検出することが大切である。このため、温度センサは、二次電池に接触させ、あるいは近接して配設される。
【０００３】
温度センサを簡単な構造で二次電池に固定するパック電池は、温度センサをテープで二次電池の表面に固定している。このパック電池は、温度センサを固定するのに手間がかかる。また、温度センサを固定する位置がずれやすい欠点もある。多量生産されるパック電池は、簡単な方法で決められた位置に温度センサを固定することが要求される。とくに、温度センサが電池温度を速やかに検出することと、二次電池と温度センサとの熱抵抗を均一にすることが特に大切である。温度センサの温度検出が遅れると、二次電池の温度が急激に上昇するときに、二次電池を温度上昇から安全に保護できなくなる。また、熱抵抗を一定にできないで、多量生産されるパック電池にばらつきがあると、全てのパック電池において、二次電池を規定の温度範囲で正常に充放電できなくなる。熱抵抗が大きくなるパック電池は、温度センサの信号で同じように充放電を制御しても、電池温度が高くなって熱障害を受けやすくなる。反対に熱抵抗の小さいパック電池は、二次電池の充放電の制限が強くなって、充放電できる状態で充放電電流を制限する欠点がある。
【０００４】
本願出願人は、この欠点を解決するために、図１に示すパック電池を開発した（特許文献１参照）。
【特許文献１】実開平７−２９７４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このパック電池は、温度センサ２３を定位置に配置するために、プラスチックケース２１にコ字状のリブ２５を一体的に成形して設けている。コ字状のリブ２５は、二次電池２２と対向する側を開口して、内側を収納部２６として、ここに温度センサ２３を配置している。さらに、収納部２６には、熱結合材２８としてシリコン樹脂を充填し、シリコン樹脂でもって、二次電池２２と温度センサ２３との熱抵抗を小さくしている。
【０００６】
この構造のパック電池は、フレキシブル基板２７に温度センサ２３を固定している。このフレキシブル基板２７は、二次電池２２の表面に配置されて、先端部を折曲し、折曲端に固定している温度センサ２３をリブ２５の収納部２６に配置している。この構造によると、温度センサを高い精度で位置決めして、二次電池と温度センサとの相対位置を一定にするのが難しい。このため、二次電池と温度センサとの熱抵抗を高い精度で一定にしながら多量生産することができない。フレキシブル基板の折曲端が変形し、あるいはフレキシブル基板の固定位置がずれる等が原因で温度センサの位置がずれ、温度センサと二次電池との熱抵抗が変化して不均一になるからである。
【０００７】
本発明は、さらに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、簡単かつ容易に、しかも二次電池と温度センサとの熱抵抗を高い精度で一定に保持しながら、能率よく安価に多量生産できるパック電池を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のパック電池は、二次電池２と、この二次電池２に熱結合されて電池温度を検出する温度センサ３と、この温度センサ３と二次電池２を収納するケース１とを備える。ケース１は、回路基板４と二次電池２との間に位置するように、一対のリブ５を一体的に成形して設けており、リブ５の一方の側縁を二次電池２の表面に当接させ、リブ５の他方の側縁を回路基板４の表面に当接させて、一対のリブ５の間に温度センサ３の収納部６を設けて、この収納部６に回路基板４に固定している温度センサ３を配置している。さらに、一対のリブ５とケース本体１０との間に、回路基板４を配置する嵌着部７を設けて、この嵌着部７に回路基板４を配置して、リブ５とケース本体１０でもって回路基板４を定位置に配置している。さらにまた、収納部６には一対のリブ５の内面に接触して熱結合材８を充填して、この熱結合材８でもって温度センサ３と二次電池２とを熱結合している。
【０００９】
本発明のパック電池は、二次電池２を薄型電池として、薄型電池の外周面に対向して回路基板４を配置することができる。さらに、本発明のパック電池は、ケース１に、一体的に成形されてなる周壁１１を設けることができる。このパック電池は、周壁１１とリブ５との間に嵌着部７を設けて、回路基板４を周壁１１の内側に周壁１１と平行な姿勢で配置することができる。さらに、本発明のパック電池は、回路基板４に出力端子９を固定し、この出力端子９を外部に表出させる端子窓１３をケース本体１０に設けることができる。さらにまた、本発明のパック電池は、熱結合材８を、充填材を含み、あるいは充填材を含まないシリコン系樹脂とすることができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明のパック電池は、簡単かつ容易に、しかも二次電池と温度センサとの熱抵抗を高い精度で一定に保持しながら、能率よく安価に多量生産できる特長がある。それは、本発明のパック電池が、回路基板と二次電池との間に位置するように、一対のリブをケースに一体的に成形して設けており、一対のリブの間に設けた収納部に温度センサを配置すると共に、一対のリブとケース本体との間に設けた嵌着部に回路基板を配置し、さらに、収納部に熱結合材を充填して温度センサと二次電池とを熱結合しているからである。この構造のパック電池は、リブとケース本体でもって、二次電池と回路基板とをケースの定位置に配置するので、簡単かつ容易に、しかも高い精度で二次電池と回路基板との間隔を一定に保持しながら、温度センサと二次電池とを熱結合できる。したがって、多量生産されるパック電池の二次電池と温度センサの間の熱抵抗のばらつきを極減しながら、安価に多量生産できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
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パック電池を例示するものであって、本発明はパック電池を以下のものに特定しない。
【００１２】
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」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。
【００１３】
図２ないし図１０に示すパック電池は、二次電池２と、この二次電池２に熱結合されて電池温度を検出する温度センサ３と、この温度センサ３と二次電池２を収納するケース１と、このケース１の定位置に配置されて温度センサ３を二次電池２に熱結合させる回路基板４とを備える。
【００１４】
二次電池２は、薄型電池のリチウムイオン二次電池である。ただ、二次電池は、必ずしも薄型電池とする必要はなく、角型電池や円筒型電池とすることもできる。さらに、二次電池２をリチウムイオン二次電池に特定せず、ニッケル水素電池やニッケルカドミウム電池とすることもできる。図のパック電池は、ケース１にひとつの二次電池２を収納しているが、ケースに複数の二次電池を収納することもできる。
【００１５】
温度センサ３は、二次電池２に接近して熱結合する状態で配置される。温度センサ３はサーミスタである。ただ、温度センサには、電池温度で電気抵抗が変化する全ての素子、たとえばＰＴＣやバリスタ、あるいはトランジスタ等も使用できる。
【００１６】
ケース１はプラスチックを成形して製作される。図２と図８に示すケース１は、外形の全体形状を四角形の箱形としている。このケース１は、二次電池２と回路基板４を定位置に収納するために、上ケース１Ａと下ケース１Ｂを別々にプラスチックで成形して、周壁１１を連結している。上ケース１Ａと下ケース１Ｂは、表面プレート１２の周囲に周壁１１を一体的に成形している形状にプラスチックを成形して製作される。図の上ケース１Ａと下ケース１Ｂは、外形を四角形とする表面プレート１２の周囲に周壁１１を一体的に成形して設けている。上ケース１Ａと下ケース１Ｂは、周壁１１の接触縁を連結して、互いに連結される。周壁１１の接触縁は、超音波溶着して連結され、あるいは接着して連結される。図のパック電池は、外形を四角形とする薄型電池を収納するので、表面プレート１２の外形も四角形としている。
【００１７】
ケース１は、二次電池２と回路基板４を定位置に配置するために、内部に突出してリブ５を一体的に成形して設けている。図のパック電池は、一方のケース１にリブ５を一体的に成形して設けている。図においては下ケース１Ｂにリブ５を一体的に成形して設けている。リブ５は、表面プレート１２から内部に突出して設けられる。一対のリブ５は、その間に温度センサ３を収納するので、二次電池２と回路基板４との間に設けられる。図のケース１は、互いに平行に一対のリブ５を設けて、その間に収納部６を設けている。一対のリブ５は、互いに対向する内面を平行面として、所定の幅の収納部６を設ける。この収納部６は、充填される熱結合材８を、リブ５に対してスリップしない状態で充填できる。とくに、多量の充填材を混合してリブ５に対する接着力が低下している熱結合材８を、リブ５に対して移動しない状態で収納部６に充填できる。また、経時的に熱結合材８のリブ５に対する接着力が低下しても、収納部６の定位置に熱結合材８を充填できる。
【００１８】
二次電池２と回路基板４との間に配設されるリブ５は、一方の側縁を二次電池２の表面に当接させ、他方の側縁を回路基板４の表面に当接させて、二次電池２と回路基板４を一定の間隔としてケース１に収納する。したがって、リブ５は、二次電池２と回路基板４との間にあって、回路基板４から二次電池２の方向を向く姿勢で配置される。図のリブ５は、回路基板４と二次電池２の表面に直交する姿勢をしている。図示しないが、リブは、回路基板や二次電池の表面に対して傾斜する姿勢で設けることもできる。
【００１９】
リブ５は、二次電池２をケース１の定位置に配置し、さらに、回路基板４もケース１の定位置に配置し、さらにまた、二次電池２と回路基板４との間隔を一定にする。回路基板４をケース１の定位置に配置するために、リブ５とケース本体１０との間に、回路基板４を配置する嵌着部７を設けている。図のケース１は、表面プレート１２と周壁１１からなるケース本体１０に、表面プレート１２から内部に突出する形状のリブ５を一体的に成形して設けている。リブ５とケース本体１０との間に設けている隙間である嵌着部７は、その幅を、回路基板４の厚さにほぼ等しくしている。この幅の嵌着部７は、回路基板４を案内して、リブ５とケース本体１０で定位置に配置する。図の下ケース１Ｂは、ケース本体１０の周壁１１とリブ５との間に嵌着部７を設けているので、嵌着部７に案内される回路基板４は、周壁１１とリブ５とに挟着される状態で、定位置に配置される。
【００２０】
図６と図７に示すケース１は、下ケース１Ｂの表面プレート１２をリブ５の内側で突出させて、リブ５の間に突出部１４を設けている。この形状のケース１は、突出部１４で収納部６が浅くなる。したがって、リブ５の間にできる収納部６の容積が小さくなって、熱結合材８の充填量が少なくなる。また、突出部１４がリブ５を内側で連結して補強するので、リブ５を強靭な構造にできる。このため、リブ５を薄く成形することもできる。
【００２１】
図４ないし図７に示すリブ５は、上端を上ケース１Ａの表面プレート１２の内面に接近する高さとしている。このリブ５は、回路基板４と二次電池２をしっかりと保持できる。ただ、リブは、必ずしも上ケースの表面プレート内面まで高くする必要はなく、嵌着部に案内している回路基板を移動しないように定位置に保持でき、かつ、二次電池を定位置に保持できる高さにできる。したがって、リブの高さは、たとえば、回路基板の幅の１／３以上、好ましくは１／２以上であり、かつ二次電池の回路基板の幅方向の寸法の１／３以上、好ましくは１／２以上を保持できる幅とする。
【００２２】
図３と図１０に示すパック電池は、二次電池２の一方の側部とケース１の周壁１１との間にリブ５を設けている。さらに、このパック電池は、側部の中央部分に一対のリブ５を設けている。図９に示すパック電池は、二次電池２の凸部電極２Ａを設けている端部とケース１の周壁１１との間に設けている。このパック電池は、凸部電極２Ａから離れた平面部２Ｂと周壁１１との間に一対のリブ５を設けている。
【００２３】
回路基板４は、ガラスエポキシ基板やフェノール基板等の硬質のプリント基板で、表面に温度センサ３をリフロー半田して固定している。回路基板４は、リブ５とケース１の周壁１１との間の嵌着部７にはめ込まれて、二次電池２と側部と対向する姿勢でケース１の定位置に配置されている。温度センサ３は、二次電池２との対向面に固定されて、リブ５の収納部６に配設されている。図３と図９のパック電池は、回路基板４の表面に電子部品１５を固定している。この電子部品１５は、二次電池２の保護回路を実現する保護ＩＣや、この保護ＩＣにスイッチングされるＦＥＴやトランジスタ等の半導体スイッチング素子である。保護回路を実装するパック電池の回路図を図１１に示す。この図のパック電池は、保護ＩＣ１６で二次電池２の過充電や過放電を検出し、二次電池２が過充電したり過放電しないように、半導体スイッチング素子１７をオンオフに切り換える。したがって、二次電池２を保護しながら充放電できる。
【００２４】
電子部品１５を固定している回路基板４は、図３と図９に示すように、電子部品１５を二次電池２との対向面に固定する。このパック電池は、二次電池２と回路基板４との間にリブ５を設けてできるスペースを有効に利用して電子部品１５を配置できる。さらに、回路基板４は、パック電池の出力端子９を固定している。出力端子９は、周壁１１との対向面に固定される。ケース１は、出力端子９を外部に表出させるために端子窓１３を周壁１１に設けている。このパック電池は、出力端子９を固定している回路基板４の裏面をリブ５で支持する。したがって、パック電池が電気機器に装着されて、電気機器の接続端子が出力端子９を押圧しても、回路基板４の位置がずれることがない。回路基板４を裏面からリブ５が支持するからである。とくに、図３と図９に示すパック電池のように、回路基板４の出力端子９を設けている部分の裏面にリブ５を配置する構造は、接続端子で押圧される回路基板４をしっかりと位置ずれしないように支持できる。
【００２５】
図１１の回路図に示すパック電池は、温度センサ３を出力端子９に接続している。この温度センサ３は、検出する温度信号を、パック電池を装着する電気機器に出力端子９を介して出力する。電気機器は温度信号で電池温度を検出し、電池温度が設定温度よりも高くなると、パック電池の充放電の電流を制限し、あるいは充放電の電流を遮断して充放電を停止させる。このように、温度センサ３を出力端子９に接続して、温度信号をパック電池を装着する電気機器に出力する回路構成は、パック電池の保護ＩＣ１６の回路構成を簡単にできる。このため、保護ＩＣ１６の消費電力を少なくして、保護ＩＣ１６による二次電池２の消耗を少なくできる。ただ、温度センサを保護ＩＣに接続して、保護ＩＣで二次電池を保護するように、半導体スイッチング素子を制御することもできる。また、図示しないが、出力端子に接続する温度センサと、保護ＩＣに接続する温度センサを回路基板に固定し、両方の温度センサを収納部に配置することもできる。複数の温度センサを備えるパック電池は、複数の温度センサをリブの間に設けているひとつの収納部に配置し、あるいはケースに複数対のリブを設けて複数の収納部を設け、各々の収納部に温度センサを配置することができる。
【００２６】
回路基板４を介して収納部６に配置される温度センサ３は、熱結合材８で二次電池２に小さい熱抵抗で熱結合される。熱結合材８は充填材を含み、あるいは充填材を含まないシリコン系樹脂等の合成樹脂である。熱結合材８に混合される充填材には、シリコン系樹脂等の合成樹脂よりも熱伝導率の大きいものを使用する。たとえば、この充填材として、シリカやアルミナ等の無機粉末を使用する。とくに、シリカやアルミナは、金属粉と違って絶縁性にも優れているので、熱結合材に充填される充填材として最適である。このように、熱伝導率の高い充填材を含む熱結合材は、熱抵抗を小さくしながら二次電池と温度センサとを熱結合できるので、正確かつ速やかに電池温度を温度センサで検出できる特長がある。熱結合材８は、未硬化な状態ではペースト状をしている。ペースト状の熱結合材８が、温度センサ３を配置している収納部６に充填される。収納部６に充填された熱結合材８は、温度センサ３と二次電池２との隙間に充填されて硬化する。硬化した熱結合材８は、二次電池２と温度センサ３とを小さい熱抵抗で熱結合する。
【００２７】
以上のパック電池は、以下の工程で組み立てられる。
(1)  回路基板４の定位置に、温度センサ３と電子部品１５を配置し、リフロー半田してこれ等の部品を回路基板４に固定する。回路基板４には、リード１８もリフロー半田して連結する。
(2)  リード１８の先端を二次電池２に接続して、リード１８を介して回路基板４を二次電池２に連結する。リード１８は、スポット溶接等の方法で二次電池２に接続される。
(3)  リード１８で互いに連結している二次電池２と回路基板４とを、下ケース１Ｂの定位置に配置する。回路基板４は、リブ５と周壁１１との間に設けている嵌着部７に入れて定位置に配置し、二次電池２は、リード１８と周壁１１との間に入れて定位置に配置する。回路基板４をリブ５と周壁１１との間の嵌着部７に入れて定位置に配置すると、回路基板４の表面に固定している温度センサ３は、下ケース１Ｂに一体的に成形されているリブ５の間の収納部６に配置される。この過程で、回路基板４と二次電池２と温度センサ３は、ケース１の定位置に配置される。回路基板４に固定している出力端子９は、周壁１１に設けている端子窓１３の内面に配置される。
(4)  リブ５の間の収納部６に、ペースト状をしている未硬化の熱結合材８を充填して、熱結合材８を硬化させる。
(5)  下ケース１Ｂに上ケース１Ａを連結する。下ケース１Ｂと上ケース１Ａは周壁１１の端縁を超音波溶着して連結する。
(6)  互いに連結している下ケース１Ｂと上ケース１Ａの表面に、ラベルを付着し、あるいは印刷して文字や記号を表記する。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】従来のパック電池の内部構造を示す斜視図である。
【図２】本発明の一実施例にかかるパック電池の斜視図である
【図３】図２に示すパック電池の水平断面図である。
【図４】図３に示すパック電池のＡ−Ａ線断面図である。
【図５】図４に示すパック電池のＢ−Ｂ線断面図である。
【図６】本発明の他の実施例にかかるパック電池の垂直横線断面図である。
【図７】図６に示すパック電池のＢ−Ｂ線断面図である。
【図８】本発明の他の実施例にかかるパック電池の斜視図である。
【図９】図８に示すパック電池の水平断面図である。
【図１０】本発明の他の実施例にかかるパック電池の水平断面図である。
【図１１】本発明の一実施例にかかるパック電池の回路図である。
【符号の説明】
【００２９】
１…ケース              １Ａ…上ケース        １Ｂ…下ケース
２…二次電池            ２Ａ…凸部電極        ２Ｂ…平面部
３…温度センサ
４…回路基板
５…リブ
６…収納部
７…嵌着部
８…熱結合材
９…出力端子
１０…ケース本体
１１…周壁
１２…表面プレート
１３…端子窓
１４…突出部
１５…電子部品
１６…保護ＩＣ
１７…半導体スイッチング素子
１８…リード
２１…プラスチックケース
２２…二次電池
２３…温度センサ
２５…リブ
２６…収納部
２７…フレキシブル基板
２８…熱結合材
【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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