(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
１または２以上の素電池からなる電力供給源と、前記電力供給源から外部回路への電力の供給路中に直列に挿入されてなる受動素子と、前記受動素子と熱的に接触されてなる感熱素子とを備え、
前記受動素子は、前記素電池に対して入出力する電流量を検出するために設けられている抵抗素子であり、
前記感熱素子は、前記受動素子の温度変化に応じて端子間の電気的な開閉動作をするブレーカ素子、および前記受動素子の温度変化に応じて端子間の電気抵抗の増減動作をするＰＴＣ素子の少なくとも一方の素子である
ことを特徴とするパック電池。
【請求項２】
前記受動素子と感熱素子とは、間に間隙をおいて配置されており、前記間隙にシリコーン樹脂が充填されている  ことを特徴とする請求項１に記載のパック電池。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、パック電池に関し、特に、出力短絡などの異常発生時においても、素電池を含む内部回路を確実に保護するための技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
パック電池は、１または２以上の素電池が種々の素子と組み合わされた状態で、ケース内に収納されたものである。このようなパック電池は、携帯機器の普及に伴い、一般にも広く用いられるようになってきている。
パック電池の構成について、図６を一例として説明する。
【０００３】
図６に示すように、パック電池は、ケース１３０の内部に、１２本の素電池１１０と、回路基板１４０とが収納された構成を有している。
このパック電池では、６本の素電池１１０が直列に接続されて１群を形成し、この群と群とが並列に接続された、いわゆる６直２並型の構成をとっている。
一方、回路基板１４０上には、素電池１１０と外部回路との間の流通電力量を積算するＩＣ素子１４１、素電池１１０に対して入出力する電流量の検出を行うための電流検出抵抗素子１４２、この電流検出抵抗素子１４２をジュール熱による破壊から保護するためのショットキーダイオード素子１４３などが実装されている。
【０００４】
また、ケース１３０内には、出力短絡などが生じた際の過大電流から素電池１１０を保護するためのブレーカ素子１５０やＰＴＣ（Positive Temperature Coefficient）素子１６０などが収納されている。これらのブレーカ素子１５０およびＰＴＣ素子１６０は、１群をなす６本の素電池１１０に対して各１個ずつ、それぞれの群における素電池１１０に近接する箇所に設けられており、自己発熱および素電池１１０からの熱によって作動するようになっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このようなパック電池には、大電力化が求められており、内蔵する素電池１１０の耐久性向上や、素電池１１０および回路基板１４０上の回路などを含む内部回路の低抵抗化といった改良が進んでいる。
しかしながら、上記のような構造のパック電池では、出力短絡などの異常発生時において、確実に内部回路の保護を図ることができない。これは、耐久性が向上された素電池１１０での発熱が小さくなり、異常発生時において、素電池１１０の発熱に比べて、回路基板１４０上における電流検出抵抗素子１４２などの受動素子の発熱が相対的に大きくなったためである。つまり、耐久性が向上した素電池１１０を備えるパック電池では、ブレーカ素子１５０やＰＴＣ素子１６０などの感熱素子を素電池１１０の温度変化に応じて機能させても、出力短絡などの異常発生時において、回路基板１４０上の内部回路などが先に破壊されてしまう場合がある。
【０００６】
本発明は、このような課題を解決するためになされたものであって、出力短絡などの異常発生時においても、内部回路の保護が確実に図られるパック電池を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明のパック電池は、１または２以上の素電池からなる電力供給源と、この電力供給源から外部回路への電力の供給路中に直列に挿入されてなる受動素子と、この受動素子と熱的に接触されてなる感熱素子とを備えることを特徴とする。
【０００８】
このパック電池では、感熱素子が受動素子と熱的に接触しているので、受動素子で生じた熱が素早く感熱素子に伝達され、受動素子の温度変化を高い感度で検出される。
従って、本発明のパック電池では、出力短絡などの異常発生時において、受動素子を含む内部回路の保護が確実に図られる。
【０００９】
上記パック電池において、具体的な受動素子としては、素電池に対して入出力する電流量を検出するために設けられている抵抗素子があげられる。これは、上記パック電池において、電流検出用の抵抗素子が電力の供給路中に直列に接続されており、異常発生時に最も発熱が大きいためである。
また、上記パック電池において、具体的な感熱素子としては、抵抗素子などの受動素子の温度変化に応じて端子間の電気的な開閉動作を行うブレーカ素子や、受動素子の温度変化に応じて端子間の電気抵抗の増減動作を行うＰＴＣ素子などが上げられる。
【００１０】
上記パック電池における受動素子と感熱素子とは、間に間隙をおいて配置されていても良いし、間隙なく配置されていても良いが、間に間隙をおいて配置の場合には、その間隙にシリコーン樹脂を充填しておけば、受動素子と感熱素子との間の熱伝達性が向上されるので、望ましい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
発明の実施の形態に係るパック電池１について、図１および図２を用いて説明する。図１は、パック電池１の斜視図であり、図２は、その回路図である。
（パック電池１の全体構成）
図１に示すように、パック電池１は、１２本のニッケル水素（以下、「Ｎｉ−ＭＨ」という）電池１０と回路基板４０、感熱素子としての２つのブレーカ素子５０などが上側カバー２０と下側カバー３０とにより形成される内部空間に収納された構成を有する。
【００１２】
なお、図１では、内部の構成を分かりやすくするために、上側カバー２０をはずした状態でパック電池１を示している。
Ｎｉ−ＭＨ電池１０は、単三型（φ１４．２ｍｍ×ｈ５０．０ｍｍ）の外形寸法を有するものである。そして、１２本のＮｉ−ＭＨ電池は、６本ずつの２群に分けられており、それぞれの群において、６本が直列に接続されており、お互いの群が並列に接続された構成、所謂、６直２並型の構成を採っている。
【００１３】
回路基板４０は、下側カバー３０の一辺とこれに沿ったＮｉ−ＭＨ電池１０との隙間に配置されている。回路基板４０の構成については、後述する。
また、図１では示していないが、回路基板４０には、外部回路との接続のための外部接続部６０（図２に示す）が接続されている。
ブレーカ素子５０は、バイメタルを内蔵し、Ｎｉ−ＭＨ電池１０の温度が設定温度よりも高くなった時点で端子間を開状態とし、通電電流を遮断し、Ｎｉ−ＭＨ電池１０の保護を図る、所謂、感熱素子としての機能を有するものである。このブレーカ素子５０は、Ｎｉ−ＭＨ電池１０の各群に対して１個ずつの計２個が、Ｎｉ−ＭＨ電池１０とＮｉ−ＭＨ電池１０との谷間部分に設けられている。これにより、ブレーカ素子５０には、Ｎｉ−ＭＨ電池１０で生じた熱が素早く伝達されるようになっている。
（パック電池１の内部回路の構成）
次に、パック電池１の回路について、図２の回路図を用いて説明する。
【００１４】
図２に示すように、パック電池１は、Ｎｉ−ＭＨ電池１０、回路基板４０、外部接続部６０の３つの主な部分から構成されている。
Ｎｉ−ＭＨ電池１０は、上述のとおり、６本ずつの２群に分けられており、６直２並型に構成されている。Ｎｉ−ＭＨ電池１０の各群には、ブレーカ素子５０が１個ずつ直列に接続されている。
【００１５】
回路基板４０には、受動素子としてのＩＣ素子４１および電流検出抵抗素子４２と、感熱素子としてのＰＴＣ素子４３などが実装されている。回路基板４０は、Ｎｉ−ＭＨ電池１０の負極と接続されている。
ＰＴＣ素子４３は、上記ブレーカ素子５０と同様に、感熱素子として機能するものであって、自己発熱あるいは環境温度の変化に応じて、内部抵抗が増減する素子である。このＰＴＣ素子４３の抵抗値は、常温状態で低い。ＰＴＣ素子４３の構造については、一般に広く用いられている公知のものであるので、ここでの詳しい説明は省略する。
【００１６】
なお、電流検出抵抗素子４２は、出力短絡などが生じた場合にパック電池１の内部で最も温度上昇の激しい部分となる。
回路基板４０内において、電流検出抵抗素子４２とＰＴＣ素子４３とは、直列に接続されている。電流検出抵抗素子４２のもう一方の端子は、Ｎｉ−ＭＨ電池１０の負極に接続されている。
【００１７】
また、ＰＴＣ素子４３のもう一方の端子は、外部接続部６０の負極外部端子６１に接続されている。
ＩＣ素子４１は、電流検出抵抗素子４２で検出される電流量を積算するために設けられているものであって、電流検出抵抗素子４２と並列に接続されている。また、ＩＣ素子４１は、外部接続部６０の信号出力端子６２とも接続されている。
【００１８】
ＩＣ素子４１で算出された積算値は、信号出力端子６２を介して、接続機器に出力される。積算値の入力を受けた接続機器では、この値を基にパック電池１の残存容量の推定が可能となる。
なお、外部接続部６０の正極外部端子６３には、Ｎｉ−ＭＨ電池１０の正極が直接接続されている。
（回路基板４０上における素子の配置）
上記回路基板４０上における素子配置について、図３を用いて説明する。図３（ａ）では、回路基板４０の手前側が下側カバー３０の側であり、向こう側がＮｉ−ＭＨ電池１０側となる。
【００１９】
図３（ａ）に示すように、回路基板４０は、横長の矩形状を有しており、その一方の主表面上の長手方向にＩＣ素子４１、電流検出抵抗素子４２、ＰＴＣ素子４３が順に配置されている。この内、電流検出抵抗素子４２とＰＴＣ素子４３とは、熱伝導性に優れるシリコーン樹脂層４４で全体が覆われている。つまり、電流検出抵抗素子４２とＰＴＣ素子４３との間には、シリコーン樹脂層４４が形成された状態となっている。シリコーン樹脂層４４は、耐熱性に優れ、且つ熱伝導性、熱伝達性も比較的優れているので、電流検出抵抗素子４２で生じた熱は、シリコーン樹脂層４４を通って、素早くＰＴＣ素子４３に伝達される。
【００２０】
Ｎｉ−ＭＨ電池１０の負極からのリード線４０１は、回路基板４０内でリード線４０２とリード線４０３とに分岐されている。その内の一方のリード線４０２は、電流検出抵抗素子４２に接続されており、もう一方のリード線４０３は、ＩＣ素子４１に接続されている。
電流検出抵抗素子４２のもう一方の端子は、リード線４０４およびリード線４０５により、それぞれＩＣ素子４１のもう一方の端子およびＰＴＣ素子４３に接続されている。この配線により、ＩＣ素子４１と電流検出抵抗素子４２とは、並列に接続され、電流検出抵抗素子４２とＰＴＣ素子４３とは、直列に接続されることになる。
【００２１】
ＰＴＣ素子４３のもう一方の端子には、リード線４０６が接続されており、その先に外部接続部６０の負極外部端子６１（図３では、不図示）が接続されている。そして、ＩＣ素子４１のもう一つの端子には、リード線４０７が接続されており、外部接続部６０の信号出力端子６２（図３では、不図示）に接続されている。
【００２２】
電流検出抵抗素子４２とＰＴＣ素子４３との詳細な配置関係について、図３（ｂ）を用いて説明する。
図３（ｂ）に示すように、電流検出抵抗素子４２とＰＴＣ素子４３とは、回路基板４０上において、間に間隔をおいて近接して配置されており、隙間を含む両素子全体がシリコーン樹脂層４４で覆われている。
【００２３】
このシリコーン樹脂層４４は、熱硬化型のシリコーン樹脂を用いて形成しても良いし、紫外線硬化型のシリコーン樹脂を用いて形成しても良いが、熱伝導性に優れるものを用いることが必要である。ただし、熱硬化型のシリコーン樹脂を用いてシリコーン樹脂層４４を形成する場合には、ＰＴＣ素子４３の素子本体を破壊しない温度で硬化するものを選択することが必要である。
【００２４】
ＰＴＣ素子４３は、電流検出抵抗素子４２に近接して配置されるとともに、その間にシリコーン樹脂層４４が形成されているので、電流検出抵抗４２で生じた熱を素早く、且つ高い感度で検出することができる。よって、パック電池１では、出力短絡などの異常発生時において、ＰＴＣ素子４３が電流検出抵抗素子４２の温度変化を高い感度で検出し、確実に内部回路の保護が図られる。
【００２５】
上記パック電池１に用いたＰＴＣ素子４３が有する温度−抵抗の特性について、図４を用いて説明する。図４は、ＰＴＣ素子４３における温度−抵抗値の関係を示す特性図である。
図４に示すように、高抵抗型ＰＴＣ素子は、全温度域でＰＴＣ素子４３よりも高い抵抗値を有するとともに、比較的低い温度である６０℃あたりから抵抗値が急激に増加している。このようなＰＴＣ素子は、大電力放電化が進む前のパック電池で用いられていたものであり、所謂、高抵抗型と呼ばれるものである。
【００２６】
高抵抗型ＰＴＣ素子は、上述の特性を有していることから、温度に対する反応性に優れる反面、全温度域で高抵抗であり、大電力放電化が求められるパック電池には不向きである。
それに対して、図４に示すように、パック電池１に内蔵するＰＴＣ素子４３は、全温度域で上記高抵抗型ＰＴＣ素子よりも低い抵抗値を有するとともに、比較的高い温度である１０５℃あたりから急激に抵抗値が大きくなるという特性を有する。このような特性を有するＰＴＣ素子４３は、所謂、低抵抗型と呼ばれるものであり、１０５℃以下の温度域で低い抵抗値を有するので、大電力放電化が求められるパック電池に適するものである。
【００２７】
しかし、その反面、ＰＴＣ素子４３は、６０〜１０５℃の間の温度域において、上記高抵抗型ＰＴＣ素子よりも温度に対する反応性という点で劣っている。
以上のような特性を有するＰＴＣ素子４３ではあるが、本実施の形態では、上記図３に示すようにＰＴＣ素子４３を電流検出抵抗素子４２に近接させて配置し、且つその隙間にシリコーン樹脂層４４を形成しているので、高抵抗型ＰＴＣ素子に対して劣る温度変化に対する感度という面を補うことができる。
【００２８】
従って、パック電池１は、出力短絡などの異常発生時においても、受動素子を含む内部回路の保護が確実に図られるといった優位性を有する。
さらに、パック電池１では、上記図６の従来のパック電池において２つ備えていたＰＴＣ素子を１つにすることができるとともに、ショットキーダイオード素子を備えなくても良いので、コストの面からも優れる。これは、回路基板４０内の電流検出抵抗素子４２と外部接続部６０との間にＰＴＣ素子４３を実装することにより実現されるものである。
【００２９】
なお、上記実施の形態では、ＰＴＣ素子４３と電流検出抵抗素子４２とを、間に隙間を空けて回路基板４０上に配置したが、隙間がないように配置してもかまわない。
また、上記パック電池１では、電流検出抵抗素子４２に近接させてＰＴＣ素子４３を配置したが、電流検出抵抗素子４２に熱的に接触させるのは、ブレーカ素子５０であってもよい。この場合にも、上述と同様の効果を得ることができる。
【００３０】
また、上記パック電池１では、電流検出抵抗素子４２とＰＴＣ素子４３との間にシリコーン樹脂層４４を形成して電流検出抵抗素子４２とＰＴＣ素子４３との間における熱伝達性をより良好なものとしたが、シリコーン樹脂層４４を形成しない場合にも、ＰＴＣ素子４３が受動素子（電流検出抵抗素子４２など）の生じる熱に対して上記図６に示す従来のパック電池よりも優れた反応性を示すことは言うまでもない。
【００３１】
また、上記実施の形態では、素電池としてＮｉ−ＭＨ電池１０を１２本備えるパック電池を一例としたが、素電池の種類、員数、構成形態は、これに限定されるものではない。ただし、素電池としてリチウムイオン電池やリチウムポリマー電池などを備え、電流遮断素子を備えるようなパック電池では、上記課題を生じない。これは、上記リチウムイオン電池やリチウムポリマー電池は、過充電・過放電などに対して非常に弱いので、一般的に、これらの素電池を内蔵するパック電池では、素電池を含む内部回路を保護するために、ＦＥＴ素子などの電流遮断素子が内蔵されているためである。
【００３２】
従って、上記構成により最も効果が得られるのは、素電池にＮｉ−ＭＨ電池やＮｉ−Ｃｄ電池などを備え、ＦＥＴなどの電流遮断素子を内蔵していないものの場合である。
さらに、パック電池１では、Ｎｉ−ＭＨ電池１０に近接してＰＴＣ素子４３を配していないが、最近のＮｉ−ＭＨ電池などは技術改良により、非常に高い耐久性を有するに至っており、Ｎｉ−ＭＨ電池が破壊されるという事態を実際上生じることがない。つまり、パック電池１では、電流検出抵抗素子４２の温度変化を検出し、Ｎｉ−ＭＨ電池１０が破壊されるよりも前の状態で、実質的に内部回路が開状態となり、Ｎｉ−ＭＨ電池１０も保護される。
（変形例）
変形例に係るパック電池について、図５を用いて説明する。図５では、上記実施の形態に係るパック電池１との相違点である、回路基板４０上における電流検出抵抗素子４２とＰＴＣ素子４３との配置を示している。他の部分については、上記パック電池１と同一の構成であるので、ここでの説明は省略する。
【００３３】
また、電流検出抵抗素子４２およびＰＴＣ素子４３の機能自体は、上記実施の形態と変わらないので、符号についても同一のものを用いている。
図５に示すように、本変形例に係るパック電池におけるＰＴＣ素子４３は、上記パック電池１のように回路基板４０上に電流検出抵抗素子４２と平面的に並んで配置されているのではなく、電流検出抵抗素子４２上に積層されている。
【００３４】
ＰＴＣ素子４３は、シリコーン樹脂層４４によって電流検出抵抗素子４２に取り付けら、電流検出抵抗素子４２と熱的に接触した状態にある。
このように実装されたＰＴＣ素子４３は、電流検出抵抗素子４２との対向面積が大きく、電流検出抵抗素子４２で生じた熱がより素早く伝達されるので、電流検出抵抗素子４２の温度変化を感度良く検出することができる。
【００３５】
従って、このパック電池では、出力短絡などの異常発生時において、内部回路の保護が上記パック電池１にも増して確実に図られる。
なお、本変形例についても、上記実施の形態と同様に、本質的な部分である感熱素子（ＰＴＣ素子４３）と受動素子（電流検出抵抗素子４２）との配置関係以外の部分については、上記に限定されるものではない。
【００３６】
【発明の効果】
以上で説明してきたように、本発明のパック電池では、感熱素子（ＰＴＣ素子など）が受動素子（電流検出抵抗素子など）と熱的に接触しているので、受動素子で生じた熱が素早く感熱素子に伝達され、受動素子の温度変化を感熱素子が高い感度で検出する。
【００３７】
従って、本発明のパック電池では、出力短絡などの異常発生時において、内部回路の保護が確実に図られる。特に、本発明は、耐久性に優れた素電池を備えるパック電池において有効である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係るパック電池１の展開斜視図である。
【図２】パック電池１の回路図である。
【図３】パック電池１における回路基板４０の斜視図および断面図である。
【図４】ＰＴＣ素子の特性図である。
【図５】変形例に係る回路基板４０の断面図である。
【図６】従来のパック電池の内部構成を示す平面図である。
【符号の説明】
１．  パック電池
１０．  ニッケル水素電池
２０．  上側カバー
３０．  下側カバー
４０．  回路基板
４１．  ＩＣ素子
４２．  電流検出抵抗素子
４３．  ＰＴＣ素子
４４．  シリコーン樹脂層
５０．  ブレーカ素子
６０．  外部接続端子
【図１】
0004107881.tif 000002
【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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