JP4979422B2 - 電流制限部材及び該電流制限部材を備える電池パック - Google Patents

Description

本発明は、複数の電気回路の電流を制限する電流制限部材、並びに該電流制限部材と、ビデオカメラ、ノートブックパーソナルコンピュータ，ＰＤＡ（パーソナルデジタルアシスタント）等のモバイルコンピュータ、携帯電話機、及びＭＰ３プレイヤー等の携帯電気機器の電源として利用される充放電可能な非水電解質二次電池等の電池とを備える電池パックに関する。

近年、急速に普及しているビデオカメラ，モバイルコンピュータ，携帯電話機等の携帯電気機器の電源としては、充放電可能な直方体状の非水電解質二次電池が主として用いられている。

例えばリチウムイオン二次電池等の非水電解質二次電池は、正極及び負極をセパレータを介して巻回した電極群、並びに非水電解質を、アルミニウム又はアルミニウム合金製のケースに収容してなる。この電池の一側面には、過充電及び過放電を防止するために電池電圧及び電流を制御する保護回路を備える保護回路基板が配されており、これらを合成樹脂製のケースに収容した状態の電池パックとして携帯電気機器に装着する。保護回路基板と電池との間は接続用のリードにより電気的に接続されている。

図５は、ＰＤＡ等の電源として用いられる本発明の前提となる電池パックの電池コア２１を示す一部破断平面図である。
電池コア２１においては、電池２２と電池２３とが並列に接続されている。
電池２２，２３は直方体状であり、その内部に正極及び負極をセパレータを介して巻回した発電要素を含む、例えばリチウムイオン二次電池等の非水電解質二次電池であり、発電要素をアルミニウム又はアルミニウム合金製のケースに収納してなる。電池２２，２３それぞれの一側面には、負極端子２２ａ，２３ａが設けられている。負極端子２２ａ，２３ａが設けられた部分以外の電池２２，２３の全体が正極（端子）とされる。
正面視で、電池２３の負極端子２３ａが設けられている前記一側面が電池２２の負極端子２２ａが設けられている前記一側面より後退している状態で、すなわち、電池２２，２３の並設方向と交叉する方向に段差を付けた状態で、電池２２と電池２３とが接続されている。

電池２２，２３の各一側面には絶縁テープ２４が貼着されている。絶縁テープ２４には負極端子２２ａ，２３ａに対応させて該負極端子２２ａ，２３ａを突出させるための突出穴が設けられており、この突出穴から負極端子２２ａ，２３ａが突出している。
負極端子２２ａ、２３ａは、リード２７，２８を介し保護素子としてのＰＴＣ素子２５，２６の電極と接続されている。ＰＴＣ素子２５，２６は、短絡電流等の過大電流が流れたとき、及び電池２２，２３の温度が上昇したときに、充放電回路の電流を制限する感熱素子である。

ＰＴＣ素子２６の裏面に設けられた他方の電極は、リード２９の一端部と接続されている。リード２９は外側に凸状に湾曲し、他端部がリード３０と接続されている。
リード３０の他端部には、電池２２の前記一側面に配される保護回路基板３４の電極と接続するための基板接続部３０ａが設けられている。リード３０は、前記段差に沿って折り曲げられており、折り曲げ部分の保護素子２６側の平坦部において、ＰＴＣ素子２５の裏面に設けられた他方の電極に接続されたリード３１と接続されている。
前記リード２７とリード３０の基板接続部３０ａ側との間には、短絡を防止するために絶縁テープ３２が介在されている。リード２８と、リード２９のリード３０接続側部分，及びリード３０との間には絶縁テープ３３が介在されている。
保護回路基板３４には、電池２２，２３の過充電及び過放電等を防止するための保護回路が実装されている。保護回路基板３４の他方の電極は、リード３５の電極接続部３５ａと接続されており、リード３５の他端部は、電池２２の他の側面と接続されている。

特許文献１には、積み重ねられた複数の二次電池を一方の短側面で中間リードによって接続し、他方の短側面にバイメタルを介して正極リード及び負極リードを接続することにより、複数の二次電池を直並列に接続した電池パックの発明が開示されている。
特開２００４−２７３２２１号公報

図５の電池コア２１及び特許文献１の電池パックにおいては、上述したように、各電池の端子にＰＴＣ素子を接続し、ＰＴＣ素子を接続するために多数のリードを要し、複雑な配線を要していた。
図５の電池コア２１においては、ＰＴＣ素子２６を負極端子２３ａより電池２２側に配することにした場合、段差部に沿った狭い範囲内で、ＰＴＣ素子２６の前記他方の電極と接続されたリードと、ＰＴＣ素子２５の前記他方の電極と接続されたリードと、保護回路基板に接続するためのリードとを接続しなければならず、接続が困難になる。従って、ＰＴＣ素子２６を負極端子２３ａに対して電池２２と反対側に配し、リードを迂回させており、リード及び絶縁テープの数が多くなり、部材の配置が複雑であった。
また、それに伴い溶接箇所も多くなっていた。

本発明は、斯かる事情に鑑みてなされたものであり、電気要素に過大電流が流れた場合、又は電気要素の温度が上昇した場合に、電気要素の電流を制限する保護素子同士をＬ字状又はＴ字状の共通リードで接続し、該共通リードの直線状の基部からの延出部が、電池電圧及び電流を制御する電気保護回路に接続されるように構成することにより、リードの数及びリード間に介在させる絶縁テープの枚数を削減することができ、組立工数を削減することができる電流制限部材を提供することを目的とする。

また、本発明は、延出部の電気保護回路との接続側に、切り欠き又は穴を設けることにより、抵抗溶接により延出部を、電気保護回路を実装した保護回路基板の電極と接続するときに、延出部の面方向に無効電流が流れるのが抑制される電流制限部材を提供することを目的とする。

また、本発明は、２個の並設した電池の隣接する側面に沿って、電流制限部材の共通リードを配し、電流制限部材の延出部が電気保護回路と接続されるように構成することにより、リードの数及びリード間に介在させる絶縁テープの枚数を削減することができ、組立工数も削減することができ、溶接部分も減じるのでより信頼性が向上する電池パックを提供することを目的とする。

そして、本発明は、２個の電池を段差を付けて並設してある場合につき、電流制限部材の共通リードを電池の段差部分に沿わせて配置することにより、段差部分でリード同士を接続する必要がなく、リードを迂回させて配置する必要がなく、配線が簡単になる電池パックを提供することを目的とする。

第１発明に係る電流制限部材は、電気要素に過大電流が流れた場合、又は該電気要素の温度が上昇した場合に、該電気要素の電流を制限する保護素子同士をＬ字状又はＴ字状の共通リードで接続し、該共通リードの直線状の基部からの延出部が、電気保護回路に接続されるように構成されていることを特徴とする。

本発明においては、複数の保護素子を予め共通リードで接続しているので、各保護素子を各別に電気回路に配した後、各保護素子をリードで接続する場合と比較して、リードの数及びリード間に介在させる絶縁テープの枚数を削減することができ、組立工数を削減することができる。

第２発明に係る電流制限部材は、第１発明において、前記延出部の電気保護回路との接続側には、切り欠き又は穴が設けられていることを特徴とする。

本発明においては、延出部の電気保護回路との接続側に切り欠き又は穴が設けられているので、延出部を電気保護回路と接続するため、電気保護回路を実装した保護回路基板の電極と抵抗溶接する場合で、切り欠き又は穴の両側に溶接電極を当て、通電するときに、延出部の面方向に無効電流が流れるのが抑制される。

第３発明に係る電池パックは、直方体状をなし、並設された２個の電池と、第１又は第２発明の電流制限部材と、電気保護回路を実装した保護回路基板とを備え、前記電流制限部材の共通リードは、両電池の隣接する側面に沿って配され、前記延出部が前記電気保護回路と接続されていることを特徴とする。

本発明においては、２個の電池の電流を各別に制限する保護素子を予め共通リードで接続して一体化しているので、２個の保護素子を各電池の正極端子又は負極端子と直列に接続した状態で、両電池の隣接する側面に沿わせて共通リードを配置すればよく、リードの数を削減することができ、これに伴い、リード間に介在させる絶縁テープの枚数も削減することができる。
また、両保護素子が共通リードの延出部により電気保護回路とも接続されているので、さらに部材を削減することができる。従って、コストダウンが図られる。
そして、部材が削減されるので、組立工数も削減することができる。
さらに、溶接箇所が少なくなるので、信頼性が向上する。

第４発明に係る電池パックは、第３発明において、２個の電池は、並設方向と交叉する方向に段差を付けて並設されていることを特徴とする。

本発明においては、２個の電池を段差を付けて並設する電池パックにつき、各保護素子を各電池の正極端子又は負極端子と直列に接続した状態で、保護素子を接続する共通リードを２個の電池の段差部分に沿わせて配置すればよく、段差部分でリード同士を接続する必要がなく、リードを迂回させて配置する必要がなく、配線が簡単になる。
そして、２個の保護素子を段差部分を挟み、隣り合って配置することができるので、コンパクト化が図られる。

第１発明の電流制限部材によれば、電気要素に過大電流が流れた場合、又は該電気要素の温度が上昇した場合に、該電気要素の電流を制限する保護素子同士をＬ字状又はＴ字状の共通リードで接続し、該共通リードの直線状の基部からの延出部が、電気保護回路に接続されるように構成しているので、各保護素子を各別に電気回路に配した後、各保護素子をリードで接続する場合と比較して、リードの数及びリード間に介在させる絶縁テープの枚数を削減することができ、組立工数を削減することができる。

第２発明の電流制限部材によれば、延出部の電気保護回路との接続側に、切り欠き又は穴を設けているので、抵抗溶接により延出部を、電気保護回路を実装した保護回路基板の電極と接続するときに、延出部の面方向に無効電流が流れるのが抑制されている。

第３発明の電池パックによれば、電流制限部材の共通リードを、２個の並設した電池の隣接する側面に沿って配し、延出部が電気保護回路と接続されるように構成されているので、リードの数及びリード間に介在させる絶縁テープの枚数を削減することができ、組立工数も削減することができる。従って、コストダウンが図られる。
そして、溶接箇所も減じるので信頼性が向上する。

第４発明の電池パックによれば、２個の電池を段差を付けて並設してある場合につき、電流制限部材の共通リードを電池の段差部分に沿わせて配置するように構成されているので、段差部分でリード同士を接続する必要がなく、リードを迂回させて配置する必要がないため、配線が簡単になる。

以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づき具体的に説明する。
実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１に係る電池パックの電池コア１を示す一部破断斜視図、図２は電池コア１を示す一部破断平面図、図３は電流制限部材４を示す斜視図である。

電池コア１は、ＰＤＡ等の電源として用いられるものであり、電気要素としての電池２と電池３とが並列に接続されている。
電池２，３は直方体状であり、その内部に、銅集電体に負極合剤を塗布してなる負極、及びアルミニウム集電体に正極合剤を塗布してなる正極がセパレータを介して巻回された扁平巻状の電極群（図示せず）と、非水電解液（図示せず）とを含む非水電解質二次電池、具体的には例えばリチウムイオン二次電池等の二次電池であり、発電要素をアルミニウム又はアルミニウム合金製のケースに収納してなる。
電池２，３それぞれの一側面には、負極端子２ａ，３ａが設けられている。負極端子２ａ，３ａが設けられた部分以外の電池２，３の全体が正極（端子）とされる。
正面視で、電池３の負極端子３ａが設けられている前記一側面（以下、負極突設面と称す）が電池２の負極端子２ａが設けられている負極突設面より後退している状態で、すなわち、電池２，３の並設方向と交叉する方向に段差を付けた状態で、電池２と電池３とが接続されている。

電池２，３の各負極突設面には絶縁テープ５が貼着されている。絶縁テープ５には負極端子２ａ，３ａに対応させて端子貫通穴５ａ，５ａが設けられており、この端子貫通穴５ａ，５ａから負極端子２ａ，３ａが突出している。
電池２の平面の端部の電池３側には、絶縁テープ８が貼着されている。

図３に示すように、電流制限部材４においては、ＰＴＣ素子４１の表面に設けられた電極と、ＰＴＣ素子４２の裏面に設けられた電極とがＬ字状の共通リード４３により接続されている。ＰＴＣ素子４１の裏面に設けられた他方の電極はリード４４と接続されており、ＰＴＣ素子４２の表面に設けられた他方の電極はリード４５と接続されている。
ＰＴＣ素子４１，４２は、短絡電流等の過大電流が流れたとき、及び電池２２，２３の温度が上昇したときに、充放電回路の電流を制限する感熱素子である。
共通リード４３のＬ字状の底辺部（共通リード４３の直線状の基部からの延出部）は、後述する保護回路基板６の電極と接続される基板接続部４３ａとされ、端部側に切り欠き４３ｂが設けられている。

図１及び図２に示すように、電池コア１においては、負極端子２ａとリード４４とを接続してＰＴＣ素子４１を電池２の負極突設面に密着させ、共通リード４３を段差部分に沿って密着させ、ＰＴＣ素子４２を電池３の負極突設面に密着させて、リード４５を負極端子３ａと接続している。

保護回路基板６の基板６１の表面には、外部へ電力を取り出し、また逆に充電のために外部から電力を取り込むための正負極の外部出力端子６３，６３，６３が金メッキにより設けられている。
基板６１の裏面には、電池２，３の過充電及び過放電等を防止するための保護回路６２が実装されている。
そして、基板６１の一端部に設けられた電極と前記基板接続部４３ａとが抵抗溶接（スポット溶接）により接続されている。上述したように、基板接続部４３ａには切り欠き４３ｂが設けられているので、抵抗溶接時に溶接電極を切り欠き４３ｂの両側に当て、通電するときに、基板接続部４３ａの面方向に無効電流が流れるのが抑制されている。なお、同様の効果を得るために、切り欠き４３ｂの代わりに穴を設けることにしてもよい。
さらに、基板６１の他端部に設けられた他方の電極と、リード７の電極接続部７ａとが接続されている。このリード７の他端部は電池２の他側面と接続されている。
これにより、電池２の負極突設面に対向して保護回路基板６が配される。

以上のように構成された電池コア１は、接続された電池２，３を嵌め入れることができるような形状を有し、一面が開口した合成樹脂製のケース（図示せず）に収納される。そして、電池２，３の平面の外周部を覆い、該外周部以外の電池２，３の平面部分を露出させるような枠状の形状を有する蓋（図示せず）を被せられ、ラベル（図示せず）により該平面部分及び電池２，３の側面を覆うことで電池パックが構成される。

本実施の形態に係る電池コア１においては、ＰＴＣ素子４１，４２間を予め共通リード４３で接続しているので、ＰＴＣ素子４１，４２を電池２，３の負極端子２ａ，３ａと直列に接続した状態で、電池２，３の段差部分に沿わせて配置すればよく、図５に示す従来の段差部分を有する電池コア２１のように、リードを迂回させたりしてリードの配置が複雑になることがなく、ＰＴＣ素子４１，４２を負極端子２ａ，３ａ間で段差部分を挟み、隣り合わせて配置することができる。

すなわち、電池コア２１においては、ＰＴＣ素子２５，２６及び保護回路基板３４を接続するのにリード２９，３０,３１と３本のリードが必要であり、絶縁テープ３２，３３が必要であったが、本実施の形態においては、ＰＴＣ素子４１，４２及び保護回路基板６を接続するためのリードは共通リード４３と一本ですみ、その長さは短いので、省スペース化が可能となり、電池コアの高エネルギー密度化につながる。また、リード間に介在させる絶縁テープは不要である。
従って、部材点数及び組立工数を削減してコストダウンが図られる。
また、溶接箇所が少なくなるので、信頼性が向上する。

なお、前記実施の形態においては、段差がある状態で、電池３を電池２に接続した場合につき説明しているがこれに限定されるものではなく、電池２及び電池３の負極突設面を揃えた状態で電池２と電池３とを接続し、この負極突設面に、電流制限部材４を配することにしてもよい。

実施の形態２．
図４は本発明の実施の形態２に係る電池パックの電流制限部材１４を示す斜視図である。図中、図３と同一部分は同一符号を付してある。

電流制限部材１４においては、ＰＴＣ素子４１の表面に設けられた電極と、ＰＴＣ素子４２の裏面に設けられた電極とがＴ字状の共通リード４６により接続されている。ＰＴＣ素子４１の裏面に設けられた他方の電極はリード４４と接続されており、ＰＴＣ素子４２の表面に設けられた他方の電極はリード４５と接続されている。
共通リード４６のＴ字状の突出部（共通リード４６の直線状の基部からの延出部）は、保護回路基板の電極と接続される基板接続部４６ａとされ、端部側に切り欠き４６ｂが設けられている。

この電流制限部材１４は、実施の形態１と電池コア１と同様の２個の並設した電池に配される。
すなわち、電池２の負極端子２ａとリード４４とを接続してＰＴＣ素子４１を電池２の負極突設面に密着させ、共通リード４６を段差部分に沿って密着させ、ＰＴＣ素子４２を電池３の負極突設面に密着させて、リード４５を電池３の負極端子３ａと接続する。電池２及び電池３の各負極突設面が並設方向と交叉する方向に揃っている場合も同様に接続する。

そして、保護回路基板６の一端部に設けられた電極と前記基板接続部４６ａとが溶接により接続される。上述したように、基板接続部４６ａには切り欠き４６ｂが設けられているので、溶接時に基板接続部４６ａの面方向に無効電流が流れるのが抑制されている。なお、同様の効果を得るために、切り欠き４６ｂの代わりに穴を設けることにしてもよい。
さらに、保護回路基板６に設けられた他方の電極と、電池２の他側面とが接続されて、電池２の負極突設面に対向して保護回路基板６が配され、電池コアが構成されることになる。

本実施の形態に係る電池コアにおいては、ＰＴＣ素子４１，４２間を予め共通リード４６で接続しているので、ＰＴＣ素子４１，４２を電池２，電池３の各負極端子と直列に接続した状態で、電池２，電池３の段差部分に沿わせて配置すればよく、リードの配置が簡単になる。すなわち、この電池コアにおいては、ＰＴＣ素子４１，４２及び保護回路基板を接続するためのリードは共通リード４６のみであり、その長さは短いので、電池コアの高エネルギー密度化が図られる。また、リード間に介在させる絶縁テープは不要である。
従って、部材点数及び組立工数を削減してコストダウンが図られる。
また、溶接箇所が少なくなるので、信頼性が向上する。

なお、前記実施の形態１及び２においては、保護素子としてＰＴＣ素子４１，４２を用いた場合につき説明しているがこれに限定されるものではなく、温度ヒューズ及びバイメタルスイッチを用いることにしてもよい。
また、前記実施の形態１及び２においては、電流制限部材４又は１４がＰＴＣ素子を２個有する場合につき説明しているがこれに限定されるものではない。
そして、前記実施の形態１及び２においては、電池２，３が非水電解質二次電池である場合につき説明しているがこれに限定されるものではなく、ニッケル・水素二次電池及びニッケル・カドミウム二次電池等の他の電池であってもよい。

さらに、前記実施の形態１及び２においては、電池２及び３を並列に接続した場合につき説明しているがこれに限定されるものではなく、直列に接続するものであってもよい。
また、本発明に係る電流制限部材が配置される電気要素は電池に限定されるものではない。

本発明の実施の形態１に係る電池パックの電池コアを示す一部破断斜視図である。 電池コアを示す一部破断平面図である。 電流制限部材を示す斜視図である。 本発明の実施の形態２に係る電池パックの電流制限部材を示す斜視図である。 ＰＤＡ等の電源として用いられる本発明の前提となる電池パックの電池コアを示す一部破断平面図である。

符号の説明

１ 電池コア
２、３ 電池
２ａ、３ａ 負極端子
４、１４ 電流制限部材
４１、４２ ＰＴＣ素子
４３、４６ 共通リード
４３ａ、４６ａ 基板接続部
４３ｂ、４６ｂ 切り欠き
４４、４５ リード
５、８ 絶縁テープ
６ 保護回路基板
６１ 基板
６２ 保護回路
６３ 外部出力端子
７ リード
７ａ 電極接続部

Claims (4)

1. 電気要素に過大電流が流れた場合、又は該電気要素の温度が上昇した場合に、該電気要素の電流を制限する保護素子同士をＬ字状又はＴ字状の共通リードで接続し、
   該共通リードの直線状の基部からの延出部が、電気保護回路に接続されるように構成されていることを特徴とする電流制限部材。
2. 前記延出部の電気保護回路との接続側には、切り欠き又は穴が設けられている請求項１に記載の電流制限部材。
3. 直方体状をなし、並設された２個の電池と、
   請求項１又は２に記載の電流制限部材と、
   電気保護回路を実装した保護回路基板と
   を備え、
   前記電流制限部材の共通リードは、両電池の隣接する側面に沿って配され、前記延出部が前記電気保護回路と接続されていることを特徴とする電池パック。
4. ２個の電池は、並設方向と交叉する方向に段差を付けて並設されている請求項３に記載の電池パック。

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