JP4329489B2 - 二次電池および電池パック - Google Patents

Description

この発明は、二次電池および電池パックに関し、特に、携帯電話機やデジタルカメラなどの電子機器に使用して好適な二次電池および電池パックに関する。

携帯用の電子機器の電源として二次電池が用いられている。例えば、低電圧の電源を使用する電子機器には、ニッカド電池やニッケル水素電池などの二次電池パックが用いられ、これら電子機器に比べ高電圧の電源を使用する電子機器には、リチウムイオン電池などの二次電池パックが用いられる。

リチウムイオン電池など出力電圧が高い二次電池の電池パックを使用する電子機器は、通常、何種類かの電源電圧を必要とするために、電子機器内に複数の電圧変換器を設け、電圧変換器によって必要とする複数の電圧を発生させている。例えば、電圧変換の制御により複数電圧のマルチ出力を行う回路、装置に関しては、下記の特許文献１から特許文献８に記載されている。

特開平３−９３４６１号公報

特開平３−４０７５７号公報

特開２００１−９５２３８号公報

特開平２−２６１０５３号公報

特開平３−４５１６０号公報

特開２００２−２９１２４４号公報

特開平１１−１６８８７６号公報

特開平９−９３９１４号公報

リチウムイオン電池の出力電圧は、約３．０Ｖ〜４．２Ｖと高く、汎用の一次電池の出力電圧１．０Ｖ〜１．５Ｖよりかなり高く使用しにくい。そこで、この問題点を解決するために、出力電圧を変換する電圧変換器を内蔵したバッテリーパックが特許文献９に記載されている。この電池パックによれば、二次電池と出力電圧が異なった一次電池とで互換性を持たせることができる。

特開平１１−１８５８２４号公報

また、特許文献１０には、出力電圧に応じて複数の二次電池の接続を切り替えて電源を機器に供給する構造のバッテリーユニットが記載されている。このバッテリーユニットによれば、二次電池を複数個の乾電池の代用とした場合においても、二次電池の放電容量を十分確保することができる。

特開２００１−１７８００６号公報

また、特許文献１１には、二次電池と降圧型電圧変換器等の電圧変換器とを組み合わせ、出力電圧が一定となるよう制御する構成の二次電池パックが記載されている。この二次電池パックは、さらに、二次電池の過充電、過放電を検出して充電、放電を制限する保護回路部を備えている。この二次電池パックによれば、電池パックの用途を広くすると共に、負荷機器の電源部を簡単にし、更に電圧降下による損失を少なくすることができる。

特開平７−７８６４号公報

また、特許文献１２には、電池パック内に二次電池、充放電電流を制御する半導体スイッチ、熱保護素子とを備え、熱保護素子と半導体スイッチとが熱的に結合された構造の電池パックが記載されている。この電池パックによれば、発熱に対する安全性の確保をコンパクト化して行うことができる。

特開平１１−１３５０９０号公報

特許文献１３には、電池本体と電気的接続した基板との間に樹脂が充填成形され、基板上あるいは樹脂充填空間に熱感応素子が内装された構造を有する電池及び電池パックが記載されている。この電池及び電池パックによれば、電池保護機能や安全機能、温度検出による充電制御機能を備えた構成とすることができる。

特開２００３−８６１５９号公報

しかしながら、従来の二次電池および二次電池を内蔵した電池パックは、出力端子が２端子であり、出力電圧として電池電圧か、特許文献９や１０に記載のような変換された単一の定電圧を出力する構成であった。したがって、電子機器本体にて電圧変換器にて必要とされる電圧を作る必要があった。

そこで、電池パック内に電圧変換器を内蔵して必要とされる電圧を作ることが考えられる。図３４は、電圧変換器を備えた電池パックの回路ブロックの一例であり、図３５は、電圧変換器を備えた電池パックの内部配置の一例である。

電池パック１０１のケース１０２内に、二次電池１０３と電圧変換器ブロック１０７とを収納している。また、電池パック１０１には、電池パック１０１の外部と内部とを電気的に接続可能な外部端子として、外部端子Ｔ１０１〜Ｔ１０３を設けている。外部端子Ｔ１０１は、電池プラス端子であり、外部端子Ｔ１０２は、電圧変換器プラス端子であり、外部端子Ｔ１０３は、電池マイナス端子である。

電圧変換器ブロック１０７は、電圧変換器１０８がマウントされた基板１０９で構成している。基板１０９に隣接して二次電池１０３が配置されている。電圧変換器ブロック１０７は、二次電池１０３のプラス端子１０４およびマイナス端子１０６と電気的に接続される。また、電圧変換器ブロック１０７は、外部端子Ｔ１０１〜Ｔ１０３と電気的に接続される。なお、図３５に示す構成では、外部端子Ｔ１０１〜Ｔ１０３が図３４に示す電圧変換器ブロック１０７の接続部をそれぞれ兼用している。

電池パック１０１は、基板１０９に配置されている電圧変換器１０８によって、外部端子Ｔ１０１とＴ１０３間と、外部端子Ｔ１０２とＴ１０３間とで異なる電圧値の電源を出力できる。また、図示しない保護回路を基板１０９に配置すれば、二次電池１０３の充放電を安全に行うことができる。保護回路の機能としては、過充電保護、過放電保護および過電流保護の３種類がある。

以上のことから、電池パック内に電圧変換器を設けることで、二次電池の出力電圧および二次電池の出力電圧と異なる電圧を電池パックから出力することができ、電圧変換に関連する回路を電子機器側が持たずに済み、電源回路に関する電子機器側の負担を軽減することができる。

しかしながら、従来の電池パックは、発熱やショートなどを防止する安全面の向上や、ノイズ削減などの性能面の向上までを積極的に考慮したものではなかった。

したがって、この発明の目的は、複数の出力電圧を出力することによって、電子機器本体が電圧変換器を持つことを不要とでき、さらに、外部にノイズ、熱などの影響が及ばないようにすることができる二次電池および電池パックを提供することにある。

上述した課題を達成するために、この発明は、外装ケース内に発電素子が収容された二次電池において、
外装ケースの内部に１以上の電圧変換器が配置され、
電圧変換器が外装フィルムで包まれており、外装フィルムの内部と外部とを電気的に接続する配線部における外装フィルムの開口部が封止され、
外装フィルムと集電体との間に熱伝導率が高いスペーサが設けられた二次電池である。

この発明は、外装ケースと、
外装ケース内に収容された発電素子と、
外装ケースの内部に１以上配置された電圧変換器と
を備え、
電圧変換器が外装フィルムで包まれており、外装フィルムの内部と外部とを電気的に接続する配線部における外装フィルムの開口部が封止され、
外装フィルムと集電体との間に熱伝導率が高いスペーサが設けられた
二次電池が内蔵されている電池パックである。

この発明に依れば、二次電池の内部に電圧変換器を有するため、電圧変換器で変換された電圧を放電できる。したがって、電池電圧とそれ以外の電圧のような、複数の出力電圧を発生し、電子機器へ供給することができる。また、電圧変換器で変換された電圧を充電できる。したがって、許容充電電圧以外の電圧でも充電用電圧に変換して充電することができる。

この発明では、二次電池の内部に電圧変換器を有するため、電子機器が複数の電圧変換器を持つ必要がなくなり、電子機器のコストを低下させることができる。また、出力電圧値等を標準化することによって、異なる電子機器例えば携帯電話等の携帯電子機器に使用できる電池パックを実現できる。ユーザは、電子機器を買い換えた時に、電池パックを購入する必要がない。

この発明では、二次電池の外装ケースの内部または封止部に電圧変換器を内蔵しているため、電圧変換器から発生する電磁波ノイズや熱が外装ケースにより吸収される。したがって、外部への影響を低減することができる。また、二次電池の外装ケースの内部または封止部に電圧変換器を内蔵しているため、密閉性が高く、二次電池（電池パック）の外部からの液体の侵入などによる電圧変換器の故障を防ぐことができる。

以下、この発明の実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の実施形態の全図においては、同一または対応する部分には同一の符号を付す。図１は、この発明の第１の実施形態による電池パックの一例の外観を示す。電池パック１の外側は、プラスチック等の材料からなる比較的固いケース２で構成されている。図１に示す例では、ケース２を上側ケースと下側ケースとで構成している。ケース２の材料がプラスチックである場合、例えば、上側ケースと下側ケースは、超音波溶接により接合される。

ケース２の表面には、外部端子Ｔ１〜Ｔ３が設けられている。電池パック１は、これら外部端子によって充放電が可能とされている。外部端子Ｔ１は、電池パック１の電池プラス端子であり、外部端子Ｔ２は、電池パック１の電圧変換器プラス端子であり、外部端子Ｔ３は、電池パック１の電池マイナス端子である。

図２は、電池パック１の内部構造を示す。上側ケースには、外部端子用の穴として開口部が設けられている。ケース２内には、二次電池３が収納されている。二次電池３は、リチウムイオン電池、リチウムポリマー電池、ニッケル水素電池、ニッカド電池、リチウム金属電池などである。また、二次電池３は、今後、開発される種類の二次電池でもよい。

二次電池３は、端子Ｔ４〜Ｔ６の３つの端子を有する。端子Ｔ４は、二次電池３の電池プラス端子であり、端子Ｔ５は、二次電池３の電圧変換器プラス端子であり、端子Ｔ６は、二次電池３の電池マイナス端子である。端子Ｔ４とＴ６間と、端子Ｔ５とＴ６間では、異なる電圧が出力される。

これら二次電池３の３つの端子は、開口部により、電池パック１の外部から直接電気的に接続可能とされている。したがって、この電池パック１では、二次電池３の端子がそのまま電池ケース１の外部端子となる。すなわち、端子Ｔ４〜Ｔ６がそれぞれ、外部端子Ｔ１〜Ｔ３に対応する。勿論、これら二次電池３の端子と電池パック１の外部端子とをそれぞれ別個に設け、電気配線によって、端子Ｔ４と外部端子Ｔ１、端子Ｔ５と外部端子Ｔ２、端子Ｔ６と外部端子Ｔ３とをそれぞれ電気的に接続する形態としてもよい。

ここで、電池パック１の内部構成について説明する。図３は、電池パック１の回路ブロックを示し、図４は、電池パック１の内部接続の概念を示す。

上述したように、電池パック１のケース２内には、二次電池３が内蔵されている。また、電池パック１には、二次電池３の３つの端子Ｔ４〜Ｔ６とそれぞれ接続された、電池パック１の外部と内部とを電気的に接続する外部端子Ｔ１〜Ｔ３が設けられている。

図３に示すように、二次電池３の内部には、電圧変換器ブロック７が内蔵されている。電圧変換器ブロック７は、電圧変換器８を基板９上にマウントした構成とされている。

電圧変換器８は、入力電圧と異なる値の安定化した出力電圧を生成する回路である。電圧変換器８としては、種々の構成のものを使用できる。すなわち、コンデンサとスイッチ素子を用いたチャージポンプ方式、ダイオードとインダクタとコンデンサとスイッチ素子を用いたステップアップコンバータ（ステップダウンコンバータ）、またはトランスとスイッチ素子を用いたスイッチングレギュレータを使用できる。さらに、圧電トランスを用いた圧電インバータ、またはバイポーラトランジスタ素子を用いたシリーズレギュレータを電圧変換器８として使用しても良い。チャージポンプ方式の電圧変換器、スイッチングレギュレータとして、４ｍｍ角程度の非常に小型のものが開発されており、二次電池３内に保護回路と共に電圧変換器８を内蔵するのは比較的容易である。

電圧変換器８としては、充電用電圧変換器と放電用電圧変換器の２種類がある。電圧変換器８は、第１のプラス端子、第２のプラス端子およびマイナス端子の３端子で構成されており、電圧変換器８が充電用電圧変換器である場合には、第１のプラス端子が出力端子となり、第２のプラス端子が入力端子となる。電圧変換器８が放電用電圧変換器である場合には、第１のプラス端子が入力端子となり、第２のプラス端子が出力端子となる。

したがって、充電用電圧変換器の場合、第２のプラス端子を介して外部端子Ｔ２から入力した電圧を二次電池３の許容充電電圧に変換して、第１のプラス端子から二次電池３に出力する。放電用電圧変換器は、第１のプラス端子を介して二次電池３の正電極から入力した電圧を所定の設定電圧に変換して、第２のプラス端子から外部端子Ｔ２に出力する。

図５は、電池パック１の内部配置の一例を示す。電圧変換器８と基板９は、外装フィルム１０で包まれている。電圧変換器８の各端子は、電池パック１の外部端子Ｔ１〜Ｔ３にそれぞれ接続されている。なお、二次電池３は、外装ケースに発電素子部が収納された構成とされており、外装ケース上部（図５中の封止部）において、二次電池３の端子部が封止されている。

図６は、電圧変換器ブロック７の構成の一例であり、図７はその断面を示す。ランドＬ１〜Ｌ３は、基板９上に設けられた接合用ランドである。金属板１１〜１３は、外装フィルム１０で包まれた電圧変換器ブロック７の内部と外部とを電気的に接続する配線手段である。これら金属板は、板状の金属に限らず、他の構造や他の導電体材料で構成してもよい。

基板９の上に電圧変換器８がマウントされている。ランドＬ１は、基板９上の電気配線によって電圧変換器８の第１のプラス端子と電気的に接続されている。ランドＬ２は、基板９上の電気配線によって電圧変換器８の第２のプラス端子と電気的に接続されている。ランドＬ３は、基板９上の電気配線によって電圧変換器８のマイナス端子と電気的に接続されている。

金属板１１の一端がランドＬ１と接合されており、他端が二次電池３の正電極と電気的に接続される。金属板１２の一端がランドＬ２と接合されており、他端が二次電池３の端子Ｔ５と電気的に接続される。金属板１３の一端がランドＬ３と接合されており、他端が二次電池３の負電極と電気的に接続される。これら金属板と接合用ランドとの接合は、それぞれ半田付け、電気抵抗溶接、超音波溶接などによってなされる。

外装フィルム１０は、電圧変換器ブロック７を金属箔などからなる外装フィルム材料で挟んだサンドイッチ構造を有している。図７に示すように、電圧変換器ブロック７の上部と下部は、この外装フィルム材料で完全に密閉された状態とされており、電圧変換器ブロック７の内部に二次電池３の電解質が流入しない構造とされている。外装フィルム１０は、金属箔などからなる薄い金属ラミネートの他、金属ケースなどで構成してもよい。

外装フィルム１０は、金属板１１〜１３を挿入するための開口部を有する。この開口部の金属板１１〜１３は、それぞれ上下両面から外装フィルム１０を構成する外装フィルム材料で挟まれており、封止されている。この挿入部分の封止部は、金属板１１〜１３をそれぞれ、例えば、数ｍｍ以上の長さのプラスチック板と薄い金属板などの外装フィルム材料で挟む構成とされている。これにより、封止部での電圧変換器ブロック７への電解質の流入の防止と、金属板１１〜１３のそれぞれと外装フィルム１０とのショートの防止とを実現できる。

すなわち、電圧変換器８と金属板１１〜１３は、外装フィルム１０の開口部を介してそれぞれ二次電池３の正電極、二次電池３の端子Ｔ５、二次電池３の負電極と接続されており、外装フィルム１０の開口部において、それぞれプラスチックなどの絶縁体で挟まれている。このプラスチックなどの絶縁体によって、二次電池３の電解質が電圧変換器ブロック７の内部に侵入することを防止し、外装フィルム１０と金属板１１〜１３との絶縁を保つ。これにより、二次電池３の電解質が電圧変換器８に付着することを防止している。

具体的には、外装フィルム１０は、１枚の薄い金属板と２枚の薄いプラスチック板を貼り合わせた複合板（ラミネート）で構成される。プラスチック板は、例えば薄いフィルムであり、材質は、ポリエステル、ポリプロピレン、ポリイミド、ポリアミドなどである。金属板は、例えばアルミニウムである。外装フィルム１０の全体の厚さは、例えば、約０．０１ｍｍ〜約１．０ｍｍの範囲である。外装フィルム１０の全体の厚さは、約０．１ｍｍの厚さが好ましい。

外装フィルム１０は、例えば、角形電池の場合、電圧変換器８と基板９とを挟み込む形で２枚の角形の外装フィルム材料を重ね、その外装フィルム材料の四隅周囲を加熱と加圧により溶着し、封止することで電圧変換器ブロック７を密閉する。外装フィルム１０は、１枚の角形の外装フィルム材料で電圧変換器８と基板９とを挟み込む形で折り重ね、折り重ね箇所以外の三隅周囲を溶着することで封止して電圧変換器ブロック７を密閉してもよい。外装フィルム１０は、金属板１１〜１３を挟んだ状態でプラスチックなどの絶縁体を加熱、加圧することにより、金属板１１〜１３の挿入部分の封止部を隙間無く溶着される。

ここで、二次電池３の内部構成について説明する。図８は、二次電池３の詳細な構成の一例を示し、図９は、その断面の一例を示す。図８および図９に示すように、二次電池３の内部の中央に電圧変換器ブロック７が配置されている。電圧変換器ブロック７の厚さは、例えば、約０．５ｍｍ〜１０．０ｍｍの範囲である。具体的には、約１．０ｍｍである。

二次電池３の正極１５は、金属板などからなる正極集電体と、当該正極集電体の例えば上下両面に塗布された電極膜とで構成される。電極材料は、リチウム、コバルト、マンガン、ニッケル、カドミウム、黒鉛グラファイトなどの電池起電力を発生させる物質を含む。電極膜の厚さは、例えば、約５μｍ〜１ｍｍの範囲である。具体的には、約５０μｍである。

二次電池３の負極１６は、金属板などからなる負極集電体と、当該負極集電体の例えば上下両面に塗布された電極膜とで構成される。電極材料は、電池起電力を発生させる物質を含む。

図８に示すように、正極集電体の端部に設けられた接合部１９および負極集電体の端部に設けられた接合部２０の部分は、金属板１１、金属板１３をそれぞれ溶接するため、電極膜が塗布されていない。

電圧変換器８には、二次電池３の正極１５と負極１６とが接続されている。図８に示す例では、金属板１１は、Ｔ字形の構成とされており、二次電池３の正極１５と電圧変換器８と二次電池３の端子Ｔ４の３箇所を電気的に接続している。すなわち、金属板１１の一端を二次電池３の外装ケース１４から突出して二次電池３の外部端子である端子Ｔ４とし、他端を接合部１９と接合することで、二次電池３の正極１５と端子Ｔ４とを電気的に接続するとともに、接合部１９と端子Ｔ４との間を基板９のランドＬ１と接合することで、電圧変換器８の第１のプラス端子と金属板１１とを電気的に接続している。

また、金属板１３は、Ｔ字形の構成とされており、二次電池３の負極１６と電圧変換器８と二次電池３の端子Ｔ６の３箇所を電気的に接続している。すなわち、金属板１３の一端を二次電池３の外装ケース１４から突出して二次電池３の外部端子である端子Ｔ６とし、他端を接合部２０と接合することで二次電池３の負極１６と端子Ｔ６とを電気的に接続するとともに、接合部２０と端子Ｔ６との間を基板９のランドＬ３と接合することで、電圧変換器８のマイナス端子と金属板１３とを電気的に接続している。

また、電圧変換器８の第２のプラス端子には、金属板１２が電気的に接続され、二次電池３の外部端子である端子Ｔ５と電気的に接続されている。すなわち、金属板１２の一端を二次電池３の外装ケース１４から突出して端子Ｔ５とし、他端を基板９のランドＬ２と接合することで、電圧変換器８の第２のプラス端子と二次電池３の端子Ｔ５とを電気的に接続している。これら金属板１１と接合部１９、金属板１３と接合部２０の接合は、それぞれ、電気抵抗溶接、超音波溶接などによってなされる。

上述したように、二次電池３の電圧変換器ブロック７は、外装フィルム１０で包まれた構成をしており、電圧変換器８の上部と下部には、外装フィルム材料が配置される。すなわち、電圧変換器８は、金属製のケースまたは金属ラミネートなどで構成される外装フィルム１０で包まれている。

図９に示すように、電圧変換器ブロック７の上部と下部には、絶縁板１７が配置されており、電圧変換器ブロック７と電池正極である正極１５、電圧変換器ブロック７と電池負極である負極１６との間をそれぞれ電気的に絶縁している。絶縁板１７は、例えば薄いプラスチックフィルムで構成される。プラスチックフィルムの材質は、具体的には、ポリプロピレン、ポリエステル、ポリエチレン、ポリイミド、ポリアミドなどである。絶縁板１７は、プラスチックフィルムに限らず、繊維状の不織布などで構成してもよい。

また、電池正極である正極１５の上下両側には、セパレータ１８が配置されている。セパレータ１８は、例えば、無数の小さな穴が開いた薄い多孔質プラスチックフィルムである。セパレータ１８の厚さは、例えば、約５μｍ〜１ｍｍの範囲である。具体的には、約２０μｍである。セパレータ１８は、二次電池３の正極１５と負極１６との間を電気的に絶縁すると共に、起電力を有するイオン化物質（分子）が正極１５と負極１６との間を自由に移動できるような構成とされている。

図９に示す断面は簡略化してあって、二次電池３の正極１５と負極１６は、それぞれほぼ１周しかされていないが、エネルギー密度を上げるため、実際は、二次電池３の正極１５と負極１６をそれぞれ約３回以上巻くことが好ましい。

図１０は、二次電池３の断面の別の例を示す。捲回電極２４は、例えば、セパレータ−二次電池正極−セパレータ−二次電池負極の４層といった電極の積層構造を１本の線で表現したものである。したがって、図１０に示す二次電池３は、正極１５と負極１６とが、それぞれ約４回巻かれた構成とされている。このように、実際の二次電池３においては、電池正極である正極１５と電池負極である負極１６とをそれぞれ数回以上周回した構造とすることで、エネルギー密度を上げている。なお、捲回電極２４以外の構成は、図９で説明したものと同様であり、ここでは一部図示および説明を省略する。

二次電池３の外装ケース１４は、金属板または薄い複合板（ラミネート）で構成される。外装ケース１４が複合板の場合には、複合板の厚さは、例えば、約５０μｍ〜０．３ｍｍの範囲である。具体的には、約１．０ｍｍである。複合板は、例えば、第１の薄いプラスチック板と薄い金属板と第２の薄いプラスチック板とを順に貼り合わせたものである。第１および第２の薄いプラスチック板の材質は、ポリエステル、ポリイミド、ポリアミド、ポリエチレンなどである。薄い金属板の材質は、アルミニウム、銅、ニッケルなどである。

より具体的に、外装ケース１４を薄い金属ラミネートで構成する場合には、例えば、金属ラミネートとして２枚のプラスチックフィルムの間に１枚の金属フィルムが貼り合わされたものを用いる。プラスチックフィルムの材質は、ポリプロピレン、ポリエステル、ポリエチレン、ポリイミド、ポリアミドなどである。例えば、リチウムイオンポリマ電池の封止部の正極・負極の金属板は、一般的にポリプロピレンの板で挟まれている。

外装ケース１４が金属板の場合には、金属板の厚さは、例えば、約０．２ｍｍ〜１．０ｍｍの範囲である。具体的には、約０．３ｍｍである。金属板は、鉄、鉄合金、アルミニウム、ニッケルなどである。例えば、一般的な角形電池であれば鉄合金が使用され、ポリマー電池ならばアルミニウムが使用される。

上述したように、二次電池３の正極１５と二次電池３の負極１６は、金属板などからなる集電体と電極膜とで構成されている。したがって、電圧変換器ブロック７は、金属板などからなる数枚以上の集電体に巻かれていることになる。電圧変換器ブロック７から発生する電磁波ノイズは、これら集電体で吸収される。また、電圧変換器ブロック７から発生する発熱による高温は、これら集電体に伝わり、二次電池３の外装ケース１４に放熱される。

つまり、電圧変換器８は、金属板や金属フィルムなどから構成される二次電池３の外装ケース１４と電極集電体に囲まれている。電圧変換器８は、通常、１０ｋＨｚ〜２ＭＨｚ程度の高周波数で、スイッチ素子をオン・オフ制御することにより、電圧を変換して出力している。このため、電圧変換器８からは、電磁波ノイズが発生する。この電圧変換器８から発生する電磁波ノイズは、外装ケース１４と集電体で減衰する。したがって、二次電池３の外部に漏れる電磁波ノイズは減少する。

また、電圧変換器８のエネルギー変換効率が７０％〜９５％程度だとすると、二次電池３の放電エネルギーの約５％〜３０％の熱が発生する。この発熱は、二次電池３の外装ケース１４と電極集電体に伝わるため、効率的に放熱される。したがって、電圧変換器８の温度上昇が抑えられる。

ここでは、二次電池３の正極１５と二次電池３の負極１６とを捲回した構造を示したが、ポリマー電池などにおいては、積み重ねや折り曲げなどによって二次電池正極と二次電池負極とを構成することも可能である。

図８に示すように、二次電池３の外部端子、すなわち端子Ｔ４〜Ｔ６が設けられる外装ケース１４の上部に位置する金属板１１〜１３の部分には、絶縁板２１〜２３がそれぞれ配置されている。絶縁板２１〜２３は、それぞれ金属板１１〜１３と密着していて、二次電池３の外部からの水分の侵入と、二次電池３の内部からの電解質の流出とを防止する。絶縁板２１〜２３の材質は、ポリエチレン、ポリエステルなどの加熱により軟化し変形するプラスチック材料である。

この二次電池３の外部端子が設けられる外装ケース１４の上部の金属板１１〜１３のそれぞれの部分は、外装ケース−絶縁板−金属板−絶縁板−外装ケースというように、金属板１１〜１３をそれぞれ絶縁板２１〜２３で挟み、さらに、外装ケース１４を挟んだ状態で接合し、加熱および加圧などにより貼り合わせされている。これにより、二次電池３の外部端子が設けられる上部を封止し、二次電池３の内部と外部とを遮断するとともに、金属板１１〜１３のそれぞれと外装ケース１４とを電気的に絶縁する。

図１１は、二次電池３の断面のさらに別の例を示す。図１１に示す二次電池３は、図９に示したものと比較して、電圧変換器ブロック７とその上下の絶縁板１７との間にそれぞれスペーサ２５が配置されている。すなわち、スペーサ２５は、外装フィルム１０と集電体との間に設けられている。

スペーサ２５は、電圧変換器ブロック７と二次電池３の正極１５および二次電池３の負極１６との間の距離を離す働きを有する。さらに、スペーサ２５は、電圧変換器ブロック７の凹凸を吸収し、二次電池３の正極１５と二次電池３の負極１６を破ったり傷めたりしないようにする働きを有する。

スペーサ２５の厚さは、例えば、約０．１ｍｍ〜１０．０ｍｍの範囲であり、約０．５ｍｍとすることが好ましい。また、スペーサ２５は、電気抵抗および熱伝導率が高いことが好ましい。スペーサ２５は、シリコン樹脂などを材質とするゲル状の板、接着剤、不織布などである。通常、熱伝導性のシリコーン接着剤には、小さなアルミニウム粉が含まれており、熱伝導性の接着剤には、細かな金属粉を含有させることが好ましい。

例えば、東レ・シリコーン・ダウコーニング株式会社製の放熱用各種シリコーンをスペーサ２５として使用することができる。表１は、この放熱用各種シリコーンの分類とその特徴を示す。これら放熱用シリコーンは、通常のシリコーン熱伝導率を改良し、「熱放散性」を向上させたものであり、熱伝導率が高いという特徴がある。これら放熱用シリコーンは、パワートランジスタやサーミスタなどの熱源と、基板ないしは放熱板との間隔に設置することで、電子機器の熱放散を大きく向上させ、これら機器の軽薄短小化を可能にする。放熱用シリコーンは、ゴムタイプ、ゲルタイプ、オイルコンパウンドタイプの３種類がある。

スペーサ２５として、具体的には、２液加熱硬化型放熱用シリコーンゲル（ＳＥ４４４５ＣＶ Ａ／Ｂ）を使用すると好適である。このシリコーンゲルの熱伝導率は、１．２６ｗ／ｍ・ｋであり優れている。また、このシリコーンゲルは、電気絶縁性に優れている、弾性に富んでいるため各種クリアランスに対応できるなどの特徴を有する。このシリコーンゲルを型に流し込んで長時間加熱して硬化し、板形状のゲルシートを製作する。製作した硬化物のゲルシートは、密着性、追随性、粘着性に優れた難燃タイプである。このゲルシートをスペーサ２５として使用する。

また、例えば、東レ・シリコーン・ダウコーニング株式会社製の速乾・非腐食性シリコーン接着剤（ＳＥ９１８４ ＷＨＩＴＥ ＲＴＶ）をスペーサ２５として使用することができる。この接着剤は、１成分形室温硬化型シリコーン接着剤である。熱伝導率は、０．８４Ｗ／ｍ・Ｋと高く、体積抵抗率は、１．０×１０¹⁵Ω・ｃｍであり、放熱性にも優れているなどの特徴を有する。

また、例えば、ＧＥ東芝シリコーン株式会社製の難燃性・半流動性一般工業用接着シール材（ＴＳＥ３８４３−Ｗ）をスペーサ２５として使用することができる。このシール材は、１成分オキシム型の液状シリコーンゴムである。このシール材は、チューブまたはカートリッジから押し出すだけで常温で硬化し、ゴム状弾性体となる。したがって、塗布後に乾燥させることで固体化する。熱伝導率は、０．８Ｗ／ｍ・Ｋと高く、体積抵抗率は、２．０×１０¹⁵Ω・ｃｍであり、放熱性にも優れているなどの特徴を有する。

また、例えば、株式会社ジェルテック製のラムダゲル（λＧＥＬ）をスペーサ２５として使用することができる。このラムダゲルは、ゲル状なので凹凸部品の隙間を埋め密着する。また、接触面に空気層が形成されず、電気絶縁性を有している。熱伝導率は、１．８Ｗ／ｍ・ｋと高く、体積抵抗率は、３．４×１０¹²Ω・ｃｍであり、放熱性にも優れているなどの特徴を有する。

また、スペーサ２５として使用する不織布の材質としては、例えば、ガラス、黒鉛、ポリエステルやポリエチレン等のプラスチック材料などがある。

スペーサ２５は、これらシリコン樹脂などを材質とする材料を金属ラミネートで包んだものでもよい。金属ラミネートで包むことにより、シリコン樹脂などを材質とする材料が二次電池３の電解質に溶解することを防止できる。なお、スペーサ２５以外の構成は、図９で説明したものと同様であり、ここでは説明を省略する。

ここでは、電圧変換器ブロック７の上下にスペーサ２５を設けたが、電圧変換器８を包み込むようにスペーサ２５に使用される材料を電圧変換器８と外装フィルム１０との間に配置してもよい。すなわち電圧変換器８の上下に、電気抵抗値の高い例えば板状の絶縁体を配置してもよい。絶縁体は、熱伝導性のゲル状板が好ましい。さらに、絶縁体は、熱伝導率が高く、電気抵抗値が大きいことが望ましい。絶縁体を配置していることで、電圧変換器８の内部の電磁トランスの磁界変化による電圧変換器８近傍の磁界変化により、外装ケース１４と電極集電体に電磁誘導で無効電流が流れ、熱損失が発生することを防止する。この絶縁体を設けることで、電圧変換器８の変換効率の低下を防止できる。

図１２は、電池パック１の一例の回路構成を示す。図１２は、電圧変換器８が放電用電圧変換器である場合の回路である。二次電池３の正極と外部端子Ｔ１が接続され、その負極と外部端子Ｔ３が接続される。外部端子Ｔ１およびＴ３間には、二次電池３の電池電圧が直接出力される。例えば二次電池３の電池電圧は、２．５Ｖ〜４．３Ｖが適正状態の電圧値、すなわち、過放電および過充電の何れでもない状態の電圧値と設定されている。

電圧変換器８の一方の電源端子が二次電池３の正極と接続され、その他方の電源端子が二次電池３の負極と接続される。電圧変換器８の出力端子が外部端子Ｔ２として導出される。外部端子Ｔ２およびＴ３間には、電圧変換器８によって定電圧制御され、電池電圧と異なる値の出力電圧が取り出される。

図１３は、電池パック１の別の例の回路構成を示す。図１３は、電圧変換器８が充電用電圧変換器である場合の回路である。二次電池３の正極と外部端子Ｔ１が接続され、その負極と外部端子Ｔ３が接続される。外部端子Ｔ１およびＴ３間には、二次電池３の電池電圧が直接出力される。例えば二次電池３の電池電圧は、２．５Ｖ〜４．３Ｖが適正状態の電圧値、すなわち、過放電および過充電の何れでもない状態の電圧値と設定されている。

電圧変換器８の一方の電源端子が二次電池３の正極と接続され、その他方の電源端子が二次電池３の負極と接続される。電圧変換器８の入力端子が外部端子Ｔ２として導出される。外部端子Ｔ２およびＴ３間の電圧は、電圧変換器８によって充電に適した電圧に定電圧制御され、二次電池３に出力される。

以上説明したように、この発明の第１の実施形態による電池パック１および二次電池３によれば、以下のような効果を有する。

電圧変換器８を二次電池３の内部に備え、二次電池３の正極１５と接続された端子Ｔ４と、電圧変換器８の出力端子と接続された端子Ｔ５と、二次電池３の負極１６と接続された端子Ｔ６とを備えているので、異なる複数の電源電圧を出力することができる。すなわち、電圧変換器８を内蔵しているため、電圧変換器８が放電用電圧の変換を行う機能を有する場合には、端子Ｔ４から出力される電池電圧以外に、電池電圧と異なる電圧をプラス端子Ｔ５から出力することができる。

また、電圧変換器８が充電用電圧の変換を行う機能を有する場合には、端子Ｔ５から許容充電電圧以外の電圧が入力された場合でも、許容充電電圧に変換して充電することができる。

電圧変換器ブロック７を外装フィルム１０で包み、電圧変換器ブロック７と外部とを接続する金属板１１〜１３の開口部を封止し、外装フィルム１０内を密閉構造としていることにより、電圧変換器ブロック７を外装ケース１４内に内蔵しても、電圧変換器ブロック７内、つまり外装フィルム１０内への二次電池３の電解質の流入を防ぐことができる。また、外部からの水分が電圧変換器ブロック７、つまり外装フィルム１０内に侵入することを防ぐことができる。よって、電池パック１や二次電池３の外部から水・ジュース・醤油が付着した場合などでも、電圧変換器８、つまり外装フィルム１０内の機器が故障しない。したがって、電圧変換器８、つまり外装フィルム１０内の機器を安全に動作させることができる。

電圧変換器ブロック７を外装ケース１４の内部中央に配置することで、電圧変換器８から発生する電磁波ノイズを外装ケース１４および集電体などの外装ケース１４内の内容物により吸収させることができる。これにより、外部に放射される電磁波ノイズを小さくすることができる。このため、電子機器本体＋電池パック１による電磁波ノイズＥＭＩ（Electro-Magnetic Interference）試験を合格し易い。同様に、電圧変換器８から発生する熱を外装ケース１４および集電体などの外装ケース１４内の内容物により吸収させることができる。これにより、電圧変換器８による温度上昇を抑えることができる。

例えば、電子機器内に電圧変換器を配置する場合には、アナログ回路の周辺に電磁波ノイズ防止用のシールド板を設けたり、電圧変換器にアルミニウム製などのヒートシンクを取り付けたりする必要があったが、この実施形態での電圧変換器８は、このようなシールド板や専用の放熱器を必要としないため、コストを削減することができる。また、アナログ回路を設置する場所の自由度を高めることができる。

さらに、電圧変換器ブロック７を包む外装フィルム１０を金属板とプラスチック板の複合板で構成し、金属板１１〜１３をプラスチック板が接する向きで挟む構成とすることで、金属板１１〜１３と外装フィルム１０とのショートを防ぐとともに、電圧変換器８から発生する電磁波ノイズおよび熱を外装フィルム１０により吸収させることができる。これにより、外部に放射される電磁波ノイズおよび熱をさらに小さくすることができる。

また、外装ケース１４の内部に配置した電圧変換器ブロック７の上下にスペーサ２５を設けた場合には、電圧変換器ブロック７から正極１５および負極１６を離すことができるとともに、これら正極１５や負極１６などが電圧変換器ブロック７によって傷つくことを防止することができる。また、電圧変換器ブロック７の電磁波ノイズおよび熱をスペーサ２５に吸収させることができる。これにより、外部に放射される電磁波ノイズおよび熱をさらに小さくすることができる。

また、電圧変換器８を包み込むようにスペーサ２５に使用される材料を電圧変換器８と外装フィルム１０との隙間に配置した場合には、電圧変換器８および外装フィルム１０を保護することができるとともに、電圧変換器８の電磁波ノイズおよび熱を配置した材料および外装フィルム１０に吸収させることができる。これにより、外部に放射される電磁波ノイズおよび熱をさらに小さくすることができる。

また、電池パック２の材料がプラスチックであり、上側ケースと下側ケースとを超音波溶接により接合するような場合でも、電圧変換器８は、二次電池３の内部に配置されており電極材料に巻かれているため、超音波振動による損傷を受けにくい。すなわち、電圧変換器８の超音波振動による故障を防ぐことができる。

また、この発明の第１の実施形態による電池パック１を使用する電子機器においては、電源電圧の変換を行う回路を備えなくてもよくなり、電子機器の開発や製造などにかかるコストを低減することができる。また、電圧変換器８による電磁波ノイズ、発熱などの影響がほとんどないため、これら影響に対する対策の負担が軽くなるという効果を有する。例えば、デジタルカメラでは、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）画像データのアナログ処理部のノイズを低減できるため、画像の品質を向上することができる。

また、電池パック１を使用する電子機器では、複数の電源電圧を電池パック１から得られるので、使い勝手が向上する。例えば、デジタルスチルカメラの内部には、通常以下に示す２個の電源電圧が存在しているため、デジタルスチルカメラ内部に１個の電圧変換器を有していた。

電圧１：２．９Ｖ〜４．２Ｖ：ストロボ用電源
電圧２：３Ｖ：マイコン電源、ＣＣＤ用電源

第１の実施形態による電池パック１をデジタルスチルカメラの電源に使用することで、デジタルスチルカメラ内部に配置されていた電圧変換器を省略することができる。

次に、この発明の第２の実施形態について説明する。なお、以下に説明する実施形態は、上述した第１の実施形態による電池パック１に内蔵される二次電池３の構成を変えたものであり、第１の実施形態で説明したものと同一の符号を付した構成要素および電池断面の構成については説明を省略する。また、第２〜第４の実施形態による電池パックでは、回路構成についても第１の実施形態と同様であるため、説明を省略する。

図１４は、第２の実施形態による電圧変換器ブロックの構成の一例を示し、図１５はその断面を示す。電圧変換器ブロック７ａは、上述した図６および図７に示す第１の実施形態での電圧変換器ブロック７と比較して、外装フィルム１０への金属板１１〜１３の挿入部の両面に絶縁板２８〜３０をそれぞれ配置している。

すなわち、図１５に示すように、金属板１１を絶縁板２８で挟み、さらにその外側を外装フィルム１０を構成する外装フィルム材料で挟む構造としている。また、金属板１３を絶縁板３０で挟み、さらにその外側を外装フィルム１０を構成する外装フィルム材料で挟む構造としている。図１５では図示していないが、金属板１２についても絶縁板２９で挟み、さらにその外側を外装フィルム１０を構成する外装フィルム材料で挟む構造とされている。

このように、外装フィルム１０への金属板１１〜１３の挿入部は、それぞれ外装フィルム１０と絶縁板２８〜３０で挟まれ、封止されている。絶縁板２８〜３０の材質は、ポリエステル、ポリイミド、ポリアミド、ポリエチレンなどのプラスチック材料である。

絶縁板２８〜３０は、電圧変換器ブロック７ａを完全に封止するためと、金属箔などからなる外装フィルム１０と二次電池３０の電極に接続された金属板１１〜１３とのそれぞれの間を完全に絶縁するために設けられている。

図１６は、第２の実施形態による二次電池の詳細な構成の一例を示す。二次電池３ａは、電圧変換器ブロック７ａを内蔵したものである。すなわち、二次電池３ａは、上述した図８に示す第１の実施形態での二次電池３と比較して、外装フィルム１０への金属板１１〜１３の各挿入部分において、金属板１１〜１３の各両面に絶縁板２８〜３０をそれぞれ配置している。金属板１１〜１３は、絶縁板２８〜３０によって、外装フィルム１０と完全に絶縁されている。

これら絶縁板は、実際にリチウムイオンポリマ電池の上部、すなわち、正極電極金属板と負極電極金属板の封止部に用いられているものと同じ仕組みで構成されている。

金属板１２の上下両面は、金属板１２を挟むように絶縁板２９が電圧変換器ブロック７ａの挿入部と二次電池３ａの上部の封止部との２箇所にまたがって設けられている。すなわち、外装フィルム１０の金属板１２の封止部と外装ケース１０の金属板１２の封止部は、絶縁板２９によって封止されている。したがって、電圧変換器ブロック７ａの入力端子または外部端子である金属板１２は、二次電池３ａの電解質から完全に絶縁されている。

以上説明したように、この発明の第２の実施形態によれば、上述した第１の実施形態での効果に加え、さらに以下のような効果を有する。

第２の実施形態による二次電池３ａおよび二次電池３ａを備えた電池パックによれば、絶縁板２８〜３０をそれぞれ金属板１１〜１３の上下に挟む状態で外装フィルム１０の封止部に設けているため、外装フィルム１０内の電圧変換器ブロック７ａの密閉性を極めて良くすることができる。よって、水分や非水液体が電圧変換器ブロック７ａの内部に侵入することを、より防止することができる。

また、絶縁板２８〜３０は、緩衝性を有しているため、外装フィルム１０に圧力が加わっても外装フィルム１０が破れにくいという効果を有する。

次に、この発明の第３の実施形態について説明する。図１７は、第３の実施形態による二次電池の詳細な構成の一例を示す。二次電池３ｂは、上述した図１６に示す第２の実施形態での二次電池３ａと比較して、電圧変換器ブロック７ｂからの全ての金属板、すなわち金属板３１〜３３の各挿入部分が外装ケース１４ｂの上部にある封止部側に配置されていて、電圧変換器ブロック７ｂを包む外装フィルム１０ｂの封止部と二次電池３ｂの外装ケース１４ｂの封止部とが一体化された構造となっている。

ランドＬ４〜Ｌ６は、基板９ｂの上側、すなわち封止部側に設けられた接続用ランドである。金属板３１〜３３は、外装フィルム１０ｂで包まれた電圧変換器ブロック７ｂの内部と外部とを電気的に接続する配線手段である。これら金属板は、板状の金属に限らず、他の構造や他の導電体材料で構成してもよい。

基板９ｂ上に電圧変換器８がマウントされている。ランドＬ４は、基板９ｂ上の電気配線によって電圧変換器８の第１のプラス端子と電気的に接続されている。ランドＬ５は、基板９ｂ上の電気配線によって電圧変換器８の第２のプラス端子と電気的に接続されている。ランドＬ６は、基板９ｂ上の電気配線によって電圧変換器８のマイナス端子と電気的に接続されている。

図１７に示すように、第３の実施形態では、正極集電体の接合部１９、負極集電体の接合部２０には、それぞれ金属板３１、金属板３２が溶接される。この溶接は、電気抵抗溶接、超音波溶接によってなされる。

電圧変換器８には、二次電池３ｂの正極１５と負極１６とが接続されている。図１７に示す例では、金属板３１は、長方形とＬ字形とを組み合わせたような構成とされており、二次電池３ｂの正極１５と電圧変換器８と二次電池３ｂの端子Ｔ４の３箇所を電気的に接続している。電池正極の金属板３１は、長方形の一端を二次電池３ｂの外装ケース１４ｂから突出して二次電池３ｂの外部端子である端子Ｔ４とし、長方形の他端を接合部１９と接合することで、二次電池３ｂの正極１５と端子Ｔ４とを電気的に接続するとともに、接合部１９と端子Ｔ４との間を、長方形に接合されたＬ字板によって、外装ケース１４ｂの封止部側から基板９ｂのランドＬ４と接合することで、電圧変換器８の第１のプラス端子と金属板３１とを電気的に接続している。

また、金属板３３は、長方形とＬ字形を組み合わせたような構成とされており、二次電池３ｂの負極１６と電圧変換器８と二次電池３ｂの端子Ｔ６の３箇所を電気的に接続している。電池負極の金属板３３は、長方形の一端を二次電池３ｂの外装ケース１４ｂから突出して二次電池３ｂの外部端子である端子Ｔ６とし、長方形の他端を接合部２０と接合することで、二次電池３ｂの負極１６と端子Ｔ６とを電気的に接続するとともに、接合部２０と端子Ｔ６との間を、長方形に接合されたＬ字板によって、外装ケース１４ｂの封止部側から基板９ｂのランドＬ６と接合することで、電圧変換器８のマイナス端子と金属板３３とを電気的に接続している。

また、電圧変換器８の第２のプラス端子には、金属板３２が電気的に接続され、二次電池３ｂの外部端子である端子Ｔ５と電気的に接続されている。すなわち、金属板３２の一端を二次電池３ｂの外装ケース１４ｂから突出して端子Ｔ５とし、他端を基板９ｂのランドＬ５と接合することで、電圧変換器８の第２のプラス端子と二次電池３ｂの端子Ｔ５とを電気的に接続している。なお、これら金属板と接合用ランドとの接合は、それぞれ半田付け、電気抵抗溶接、超音波溶接などによってなされる。

図１７に示すように、二次電池３ｂでは、正電極と接続する金属板３１、負電極と接続する金属板３３、および端子Ｔ５と接続する金属板３２は、すべて基板９ｂ、すなわち電圧変換器ブロック７ｂの上部（外装ケース１４ｂの封止部側）から引き出している。

金属板３１および３３は、それぞれ一体化されていて、予め切断して形成される。または、金属板３１および３３は、それぞれ３つの長方形の金属板を溶接し、繋ぎ合わせて形成してもよい。さらには、金属板３１および３３は、それぞれ２つの長方形の金属板を溶接し、繋ぎ合わせた後、横方向の１つの長方形をＬ字形に折り曲げて形成してもよい。金属板３１、金属板３３を溶接により繋ぎ合わせ、その接合部に凹凸が形成されても、絶縁板３４による封止部に凹凸が位置するため、外装ケース１４ｂおよび外装フィルム１０ｂの密閉性には問題がない。

電圧変換器８と基板９ｂは、外装フィルム１０ｂで包まれている。外装フィルム１０ｂは、電圧変換器ブロック７ｂを金属箔などからなる外装フィルム材料で挟んだサンドイッチ構造を有している。電圧変換器ブロック７ｂの上部と下部は、この外装フィルム材料で完全に密閉された状態とされており、電圧変換器ブロック７ｂの内部に二次電池３ｂの電解質が流入しない構造とされている。外装フィルム１０ｂは、金属箔などの薄い金属ラミネートの他、金属ケースなどで構成してもよい。

外装フィルム１０ｂは、金属板３１〜３３を挿入するための開口部を有する。この開口部の金属板３１〜３３は、それぞれ上下両面から外装フィルム１０ｂを構成する外装フィルム材料で挟まれており、封止されている。

外装フィルム１０ｂの上端の封止部から外装ケース１４ｂの上端の封止部にかけての金属板３１〜３３の上下部には、それぞれの金属板を挟むように、絶縁板３４が設けられている。電圧変換器ブロック７ｂの上部の外装フィルム１０ｂの封止部と二次電池３ｂの外装ケース１４ｂの封止部とが絶縁板３４により封止されている。絶縁板３４の材質は、上述した第２の実施形態における絶縁板２８〜３０と同じものである。これにより、外装フィルム１０ｂの封止部での電圧変換器ブロック７ｂへの電解質の流入の防止と、金属板３１〜３３のそれぞれと外装フィルム１０ｂとのショートの防止とを実現できる。また、外装ケース１４ｂの封止部での外部への電解質の流出の防止と、外部からの液体や気体の侵入の防止とを実現できる。なお、外装フィルム１０ｂ、外装ケース１４ｂの形成および詳細な構造については、それぞれ上述した第１の実施形態での外装フィルム１０、外装ケース１４と同様であるため、ここでは説明を省略する。

以上説明したように、この発明の第３の実施形態によれば、上述した第１および第２の実施形態での効果に加え、さらに以下のような効果を有する。

第３の実施形態による二次電池３ｂおよび二次電池３ｂを備える電池パックによれば、外装ケース１４ｂと外装フィルム１０ｂの封止部とが一体化されているため、加熱と加圧等による封止工程を１回で済ませることができる。

一般的に、外装ラミネート構造の場合、このような金属板の封止部は、外部の液体や気体が侵入し易い。これは、金属板が曲がったときに金属板の上下において、絶縁板と金属板との間が乖離し、小さな隙間が発生するからである。しかしながら、二次電池３ｂは、電圧変換器ブロック７ｂの上部の封止部の距離が長いため、密閉性が高く、外部の液体や気体が二次電池３ｂの内部および電圧変換器ブロック７ｂの内部に侵入しにくいという効果を有する。また、電圧変換器ブロック７ｂの上部方向には、二次電池３ｂの電解質が存在しないため、電圧変換器ブロック７ｂの内部は密閉性が高く、二次電池３ｂの電解質が電圧変換器ブロック７ｂの内部に流入することを防ぐことができる。

次に、この発明の第４の実施形態について説明する。図１８は、第４の実施形態による二次電池の詳細な構成の一例を示す。二次電池３ｃは、上述した図１７に示す第３の実施形態での二次電池３ｂと比較して、電池の正極１５、負極１６が、それぞれ電圧変換器ブロック７ｃを介してから二次電池３６の外部端子である端子Ｔ４、Ｔ６に接続された構造とされている。すなわち、二次電池３ｃの発電素子による電池電圧を出力する正極と負極の配線が外装フィルム１０ｃを介して外装ケース１４ｃの封止部側から端子Ｔ４、Ｔ６にそれぞれ接続されている。

ランドＬ７〜Ｌ１１は、基板９ｃ上に設けられた接合用ランドである。ランドＬ９〜Ｌ１１は、基板９ｃの上側、すなわち封止部側に設けられている。金属板３５〜３９は、電圧変換器ブロック７ｃの内部と外部とを電気的に接続する配線手段である。これら金属板は、板状の金属に限らず、他の構造や他の導電体材料で構成してもよい。

基板９ｃ上に電圧変換器８がマウントされている。電圧変換器８の第１のプラス端子は、基板９ｃ上の電気配線によってランドＬ７およびＬ１０と電気的に接続されている。電圧変換器８のマイナス端子は、基板９上の電気配線によってランドＬ８およびＬ１１と電気的に接続されている。電圧変換器８の第２のプラス端子は、基板９ｃ上の電気配線によってランドＬ１０と電気的に接続されている。

図１８に示すように、第４の実施形態では、正極集電体の接合部１９、負極集電体の接合部２０の部分には、それぞれ金属板３５、金属板３６が溶接される。この溶接は、電気抵抗溶接、超音波溶接によってなされる。

電圧変換器８には、二次電池３ｃの正極１５と負極１６とが接続されている。すなわち、金属板３５の一端がランドＬ７と接合されており、他端が接合部１９を介して二次電池３ｃの正極１５と電気的に接続されている。金属板３６の一端がランドＬ８と接合されており、他端が接合部２０を介して二次電池３の負極１６と電気的に接続されている。

また、金属板３７の一端をランドＬ９と接合し、他端を二次電池３ｃの外装ケース１４ｃから突出して端子Ｔ４とすることで、端子Ｔ４とランドＬ９とを電気的に接続している。金属板３８の一端をランドＬ１０と接合し、他端を二次電池３ｃの外装ケース１４ｃから突出して端子Ｔ５とすることで、端子Ｔ５とランドＬ１０とを電気的に接続している。金属板３９の一端をランドＬ１１と接合し、他端を二次電池３ｃの外装ケース１４ｃから突出して端子Ｔ６とすることで、端子Ｔ６とランドＬ１１とを電気的に接続される。これら金属板と接合用ランドとの接合は、それぞれ半田付け、電気抵抗溶接、超音波溶接などによってなされる。

図１８に示すように、電圧変換器ブロック７ｃと二次電池３ｃの正極１５、負極１６との接続は、それぞれ金属板３５、金属板３６によってランドＬ７、ランドＬ１１の横部、すなわち電圧変換器ブロック７ｃの横側でなされている。また、二次電池３ｃの正極１５、負極１６は、それぞれ電圧変換器ブロック７ｃを介して、二次電池３ｃの外部端子である端子Ｔ４、端子Ｔ６に電気的に接続されている。

電圧変換器８と基板９ｃは、外装フィルム１０ｃで包まれている。外装フィルム１０ｃは、電圧変換器ブロック７ｃを金属箔などからなる外装フィルム材料で挟んだサンドイッチ構造を有している。電圧変換器ブロック７ｃの上部と下部は、この外装フィルム材料で完全に密閉された状態とされており、電圧変換器ブロック７ｃの内部に二次電池３ｃの電解質が流入しない構造とされている。外装フィルム１０ｃは、金属箔などの薄い金属ラミネートの他、金属ケースなどで構成してもよい。

外装フィルム１０ｃは、金属板３５〜３９を挿入するための開口部を有する。この開口部の金属板３５〜３９は、それぞれ上下両面から外装フィルム１０ｃを構成する外装フィルム材料で挟まれており、封止されている。外装フィルム１０ｃの金属板３５および３６の上下両面には、それぞれの金属板を挟むように、絶縁板４０および４１が設けられている。

また、二次電池３ｃの外部端子として用いる全ての金属板の挿入部分が上部の外装ケース１４ｃの封止部側に配置されている。電圧変換器ブロック７ｃの上部の外装フィルム１０ｃの封止部と二次電池３ｃの外装ケース１４ｃの封止部とが絶縁板４２により封止されている。絶縁板４２は、上述した第３の実施形態での絶縁板３４に相当する。二次電池３ｃは、例えば、予め全ての金属板と絶縁板を接合しておいた電圧変換器ブロック７ｃを二次電池３ｃの集電体の上に配置し、電圧変換器ブロック７ｃの金属板と二次電池３ｃの集電体とを接合すればよい。最後に、二次電池３ｃの上部の絶縁板４２を加熱と加圧することで、外装フィルム１０ｃと外装ケース１４ｃを封止する。

絶縁板４０〜４２によって、外装フィルム１０ｃの封止部での電圧変換器ブロック７ｃへの電解質の流入の防止と、金属板３５〜３９のそれぞれと外装フィルム１０ｃとのショートの防止とを実現できる。また、外装ケース１４ｃの封止部での外部への電解質の流出の防止と、外部からの液体や気体の侵入の防止とを実現できる。なお、外装フィルム１０ｃ、外装ケース１４ｃの形成および詳細な構造については、それぞれ上述した第１の実施形態での外装フィルム１０、外装ケース１４と同様であるため、ここでは説明を省略する。

以上説明したように、この発明の第４の実施形態よれば、上述した第１〜第３の実施形態での効果に加え、さらに以下のような効果を有する。

第４の実施形態による二次電池３ｃおよび二次電池３ｃを備える電池パックによれば、二次電池３ｃの正極１５と端子Ｔ４および二次電池３ｃの負極１６と端子Ｔ６とを、それぞれ電圧変換器ブロック７ｃを介して電気的に接続しているため、二次電池３ｃの外部端子である端子Ｔ４〜Ｔ６を纏めて近くに配置することができる。また、比較的構造が単純であるため、二次電池３ｃの最終の組み立て工程が簡素化できる。

上述した第１から第４の実施形態では、電圧変換器ブロックを包む外装フィルムの中に電圧変換器８を配置した。以下に説明する実施形態は、電圧変換器ブロックを包む外装フィルムの中に電圧変換器８と他の機器を配置するものである。

以下、この発明の第５の実施形態について説明する。図１９は、第５の実施形態による二次電池の回路ブロックの一例の構成を示す。二次電池３ｄは、内部に電圧変換器ブロック７ｄと二次電池３ｄを保護する保護回路４３とを有する。保護回路４３は、過充電保護機能および過放電保護機能を有する。二次電池３ｄの正極１５は、保護回路４３を介して、電圧変換器ブロック７ｄと二次電池３ｄの外部端子である端子Ｔ４に接続されている。二次電池３ｄの負極１６は、保護回路４３と電圧変換器ブロック７ｄを介して、二次電池３ｄの外部端子である端子Ｔ６に接続されている。また、電圧変換器ブロック７ｄと二次電池３ｄの外部端子である端子Ｔ５とが接続されている。

図２０は、二次電池３ｄの詳細な構成の一例を示す。二次電池３ｄは、上述した図１８に示す第４の実施形態での二次電池３ｃと比較して、外装フィルム１０ｄ内に電圧変換器８と保護回路４３を内蔵した構成とされている。なお、電圧変換器８と保護回路４３は、基板９ｄ上に載置されている。電圧変換器８、保護回路４３および基板９ｄは、外装フィルム１０ｄで包まれている。なお、外装フィルム１０ｄおよび外装ケース１４ｄは、それぞれ上述した第４の実施形態での外装フィルム１０ｃ、外装フィルム１４ｃと同様な構成なのでここでは説明を省略する。

二次電池３ｄの金属板などからなる集電体と保護回路４３とが基板９ｄ上の電気配線によって電気的に接続されている。保護回路４３と電圧変換器８とが基板９ｄ上の電気配線によって電気的に接続されている。電圧変換器８と二次電池３ｄの外部端子とが基板９ｄ上の電気配線によって電気的に接続されている。他の接続の詳細は、第４の実施形態を参照のこと。

ここで、第５の実施形態による電池パックの詳細な回路構成について説明する。図２１は、二次電池３ｄを備えた電池パックの回路構成の一例を示す。外部端子Ｔ１〜Ｔ３、二次電池３ｄおよび電圧変換器８を除く機器が保護回路４３である。二次電池３ｄの正極と外部端子Ｔ１が接続され、その負極と外部端子Ｔ３が放電電流用スイッチ４５および充電電流用スイッチ４６を介して接続される。外部端子Ｔ１およびＴ２間には、二次電池３ｄの電池電圧が直接出力される。例えば二次電池３ｄの電池電圧は、２．５Ｖ〜４．３Ｖが適正状態の電圧値、すなわち、過放電および過充電の何れでもない状態の電圧値と設定されている。

スイッチ４５および４６は、例えばＮチャンネル型のＦＥＴにより構成され、スイッチ４５および４６と並列に寄生ダイオード４７および４８が接続される。スイッチ４５および４６が保護制御回路４４からの放電制御信号４９および充電制御信号５０によってそれぞれ制御される。

保護制御回路４４は、一般的な回路構成であり、保護制御回路４４によってスイッチ４５および４６が制御され、過充電保護、過放電保護および過電流保護がなされる。電池電圧が設定電圧範囲内の通常状態であれば、放電制御信号４９および充電制御信号５０が共に"1"（論理的なレベルを意味する）となり、スイッチ４５および４６がオン状態とされる。したがって、二次電池３ｄから負荷への放電と、充電器から二次電池３ｄへの充電が自由に行える。

電池電圧が設定電圧範囲より低いと、放電制御信号４９が"0"（論理的なレベルを意味する）となり、スイッチ４５がオフとされ、放電電流が流れることを禁止する。その後充電器を接続すると、ダイオード４７を介して充電がなされる。

設定電圧範囲より電池電圧が高いと、充電制御信号５０が"0"となり、スイッチ４６がオフとされ、充電が禁止される。負荷への放電は、ダイオード４８を介して行われる。

さらに、外部端子Ｔ１およびＴ３間が短絡されると、過大放電電流が流れ、ＦＥＴが破壊される可能性があるので、放電電流が所定の電流値に達すると、放電制御信号４９が"0"となり、スイッチ４５がオフとされ、放電電流が流れることを禁止する。

以上説明したように、この発明の第５の実施形態によれば、上述した第１〜第４の実施形態での効果に加え、さらに以下のような効果を有する。

第５の実施形態による二次電池３ｄおよび二次電池３ｄを備える電池パックによれば、基板９ｄ上に配置された電圧変換器８と保護回路４３の配線が短いため、配線抵抗による電圧降下を極めて小さくすることができる。このため、充電電流が大きい場合においても、正確な定格充電電圧で充電することができる。したがって、二次電池３ｄは、定格充電電圧になっている時間が長いため、充電時間を短縮することができる。これは、充電電圧が高い方が、より大きな充電電流が流れるため、時間あたりの充電量が増大するためである。

一般的に、保護回路４３のスイッチング素子には、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）が用いられる。ＦＥＴは、大電流が流れると高温になり、抵抗が増大する特性を有する。第５の実施形態による二次電池３ｄおよび電池パックでは、ＦＥＴの発熱が効率的に、二次電池３ｄの内部に放熱されるため、ＦＥＴの温度上昇が小さく、抵抗の増大が小さい。このため、二次電池３ｄの大電流放電時において、ＦＥＴ抵抗による電圧降下が小さいため、外部端子電圧がより高くなる。よって、負荷となる電子機器側に取り出せるエネルギー量が大きくなる。これは、本体の持続時間の増大に繋がる。また、ＦＥＴの温度上昇が小さいため、より小型のＦＥＴを使用することが可能になる。これは、コストダウンになる。

次に、この発明の第６の実施形態について説明する。図２２は、第６の実施形態による二次電池の回路ブロックの一例の構成を示す。二次電池３ｅは、内部に電圧変換器ブロック７ｅと温度保護素子５１とを有する。二次電池３ｅの正極１５は、温度保護素子５１を介して、電圧変換器ブロック７ｅと二次電池３ｅの外部端子である端子Ｔ４とに接続されている。二次電池３ｅの負極１６は、電圧変換器ブロック７ｅと、二次電池３ｅの外部端子である端子Ｔ６に接続されている。また、電圧変換器ブロック７ｅと二次電池３ｅの外部端子である端子Ｔ５とが接続されている。

図２３は、二次電池３ｅの詳細な構成の一例を示す。二次電池３ｅは、上述した図１８に示す第４の実施形態での二次電池３ｃと比較して、外装フィルム１０ｅ内に電圧変換器８と温度保護素子５１を内蔵した構成とされている。電圧変換器８は、基板９ｅ上に載置されている。金属板３５は、温度保護素子５１を介してランドＬ７と二次電池３ｅの正極１５とを接続している。電圧変換器８、温度保護素子５１および基板９ｅは、外装フィルム１０ｅで包まれている。なお、外装フィルム１０ｅおよび外装ケース１４ｅは、それぞれ上述した第４の実施形態での外装フィルム１０ｃ、外装フィルム１４ｃと同様な構成なのでここでは説明を省略する。また、他の接続の詳細は、第４の実施形態を参照のこと。

ここで、第６の実施形態による電池パックの詳細な回路構成について説明する。図２４は、二次電池３ｅを備えた電池パックの回路構成の一例を示す。二次電池３ｅの正極と外部端子Ｔ１が温度保護素子５１を介して接続され、その負極と外部端子Ｔ３が接続される。外部端子Ｔ１およびＴ２間には、二次電池３ｅの電池電圧が直接出力される。例えば二次電池３ｅの電池電圧は、２．５Ｖ〜４．３Ｖが適正状態の電圧値、すなわち、過放電および過充電の何れでもない状態の電圧値と設定されている。

電圧変換器８の一方の電源端子が温度保護素子５１を介した二次電池３ｅの正極と接続され、その他方の電源端子が二次電池３の負極と接続される。

温度保護素子５１は、二次電池３ｅと電圧変換器ブロック７ｅの両方の温度異常を検出し、保護する働きを有する。二次電池３ｅが外部から物理的な損傷を受けるなどして、二次電池３ｅが異常状態となり、温度が上昇した場合、温度保護素子５１は溶断し、放電電流と充電電流を遮断する。また、電圧変換器ブロック７ｅが故障して内部で短絡などの異常が発生し、異常発熱した場合、温度保護素子５１は溶断する。

温度保護素子５１として、温度ヒューズ、正特性サーミスタ（ＰＴＣ）、サーモスタットなどを適用することができる。温度ヒューズは、棒形状の低融点金属で構成されており、この低融点金属が高温時に溶断する。低融点金属の周囲には、フラックスが付着している。二次電池用の温度ヒューズの溶断温度は、約９０℃、約１００℃、約１３０℃などである。

正特性サーミスタ（ＰＴＣ）は、グラファイト、金属粉などの導体と樹脂とが混ざった構成をしており、温度が高温になると樹脂が膨張し、導体の接合密度が低くなり抵抗値が増大するものである。例えば、正特性サーミスタ（ＰＴＣ）の温度が２３℃からトリップ温度以上の１３０℃になると、抵抗値が２０ｍΩから２０Ωと約１０００倍以上になる。正特性サーミスタ（ＰＴＣ）の抵抗値が上昇するトリップ温度は、約１００℃〜約１３０℃である。

以上説明したように、この発明の第６の実施形態によれば、上述した第１〜第４の実施形態での効果に加え、さらに以下のような効果を有する。

第６の実施形態による二次電池３ｅおよび二次電池３ｅを備える電池パックによれば、温度保護素子５１を備えているため、二次電池３ｅの安全性が向上する。また、温度保護素子５１は、外装フィルム１０ｅに包まれているため、温度保護素子５１に二次電池３ｅの電解質等が付着して故障することを防止することができる。

次に、この発明の第７の実施形態について説明する。図２５は、第７の実施形態による二次電池の回路ブロックの一例の構成を示す。二次電池３ｆは、内部に電圧変換器ブロック７ｆと二次電池３ｆを保護する保護回路４３、および温度保護素子５１とを有する。二次電池３ｆの正極１５は、温度保護素子５１と保護回路４３を介して、電圧変換器ブロック７ｆと二次電池３ｆの外部端子である端子Ｔ４に接続されている。二次電池３ｆの負極１６は、保護回路４３と電圧変換器ブロック７ｆを介して、二次電池３ｆの外部端子である端子Ｔ６に接続されている。また、電圧変換器ブロック７ｆと二次電池３ｆの外部端子である端子Ｔ５とが接続されている。

図２６は、二次電池３ｆの詳細な構成の一例を示す。二次電池３ｆは、上述した図１８に示す第４の実施形態での二次電池３ｃと比較して、外装フィルム１０ｆ内に電圧変換器８と保護回路４３と温度保護素子５１とを内蔵した構成とされている。すなわち、上述した第５の実施形態と第６の実施形態とを組み合わせた構成とされている。なお、電圧変換器８と保護回路４３は、基板９ｆ上に載置されている。金属板３５は、温度保護素子５１を介してランドＬ７と二次電池３ｆの正極１５とを接続している。

電圧変換器８、保護回路４３、基板９ｆおよび温度保護素子５１は、外装フィルム１０ｆで包まれている。なお、電圧変換器ブロック７ｆ、外装フィルム１０ｆおよび外装ケース１４ｆは、それぞれ上述した第５の実施形態での電圧変換器ブロック７ｄ、外装フィルム１０ｄ、外装フィルム１４ｄと同様な構成なのでここでは説明を省略する。

二次電池３ｆの金属板などからなる集電体と保護回路４３とが基板９ｆ上の電気配線によって電気的に接続されている。なお、正極側は、温度保護素子５１を介して接続されている。保護回路４３と電圧変換器８とが基板９ｆ上の電気配線によって電気的に接続されている。電圧変換器８と二次電池３ｆの外部端子とが基板９ｆ上の電気配線によって電気的に接続されている。他の接続の詳細は、第５の実施形態を参照のこと。

図２７は、二次電池３ｆを備えた電池パックの一例の回路構成を示す。図２７に示す回路は、図２１に示した回路と図２４に示した回路を組み合わせたものであり、ここでは、詳しい回路構成の説明を省略する。

以上説明したように、この発明の第７の実施形態によれば、上述した第５の実施形態と第６の実施形態を組み合わせているため、上述した第１〜第６の実施形態での効果を有する。

上述した第１〜第７の実施形態では、二次電池の外装ケースの内部に電圧変換器等の電子機器を配置した。以下に説明する実施形態は、二次電池の外装ケースの封止部に電圧変換器等の電子機器を配置するものである。

まず、この発明の第８の実施形態について説明する。図２８は、第８の実施形態による二次電池の一例の構成を示す。図２８Ａは、二次電池３ｇの横面図を示す。図２８Ａに示す左側の大きな凸形状は、二次電池３ｇの充電と放電の機能を有する発電素子部５２である。上述した第１〜第７の実施形態では、電圧変換器８を発電素子部５２内に配置していたが第８の実施形態では、二次電池３ｇのテラス部（第１の実施形態における図５に示すところの封止部）５３に配置している。テラス部５３は、二次電池３ｇの外装ケースにおいて、加熱、加圧などによって封止された端部のテラス状の部分をいう。

テラス部５３の電圧変換器８を配置した部分が凸状に膨らんでいる。テラス部５３に電圧変換器８を配置することで、電圧変換器８は、二次電池３ｇの外部と二次電池３ｇの電解質から完全に封止された構造とされている。

図２８Ｂは、二次電池３ｇの上面図を示す。電圧変換器８は、二次電池３ｇのプラス電極およびマイナス電極、二次電池３ｇの端子Ｔ４、端子Ｔ５およびＴ６に接続されている。なお、回路の詳細については、上述した第１の実施形態で図１２および図１３を参照して説明したのでここでは省略する。

以上説明したように、この発明の第８の実施形態によれば、電圧変換器８を二次電池３ｇのテラス部５３に備え、二次電池３ｇの正電極と接続された端子Ｔ４と、電圧変換器８の出力端子と接続された端子Ｔ５と、二次電池３の負電極と接続された端子Ｔ６とを備えているので、異なる複数の電源電圧を出力することができる。すなわち、電圧変換器８を内蔵しているため、電圧変換器８が放電用電圧の変換を行う機能を有する場合には、端子Ｔ４から出力される電池電圧以外に、電池電圧と異なる電圧を端子Ｔ５から出力することができる。

また、電圧変換器８が充電用電圧の変換を行う機能を有する場合には、端子Ｔ５から許容充電電圧以外の電圧が入力された場合でも、許容充電電圧に変換して充電することができる。

電圧変換器８をテラス部５３に配置することで、二次電池３ｇの外部や二次電池３ｇの電解質から電圧変換器８、つまりテラス部５３内を完全に封止することができ、例えば、誤って外部からかけられたジュースや水などが電圧変換器８、つまりテラス部５３内に付着することを防止できる。したがって、電圧変換器８、つまりテラス部５３内の機器は、故障し難く安全に動作させることができる。

電圧変換器８をテラス部５３に配置することで、電圧変換器８から発生する電磁波ノイズを二次電池３ｇの外装ケースにより吸収させることができる。これにより、外部に放射される電磁波ノイズを小さくすることができる。これにより、電子機器本体＋電池パックによる電磁波ノイズＥＭＩ試験を合格し易い。同様に、電圧変換器８から発生する熱を二次電池３ｇの外装ケースにより吸収させることができる。これにより、電圧変換器８による温度上昇を抑えることができる。

例えば、電子機器内に電圧変換器を配置する場合には、アナログ回路の周辺に電磁波ノイズ防止用のシールド板を設けたり、電圧変換器にアルミニウム製などのヒートシンクを取り付けたりする必要があったが、この実施形態での電圧変換器８は、このようなシールド板や専用の放熱器を必要としないため、コストを削減することができる。また、アナログ回路を設置する場所の自由度を高めることができる。

また、この発明の第８の実施形態による電池パックを使用する電子機器においては、電源電圧の変換を行う回路を備えなくてもよくなり、電子機器の開発や製造などにかかるコストを低減することができる。また、電圧変換器８による電磁波ノイズ、発熱などの影響がほとんどないため、これら影響に対する対策の負担が軽くなるという効果を有する。例えば、デジタルカメラでは、ＣＣＤ画像データのアナログ処理部のノイズを低減できるため、画像の品質を向上することができる。例えば、第８の実施形態による電池パックをデジタルスチルカメラの電源に使用することで、デジタルスチルカメラ内部に配置されていた電圧変換器を省略することができる。

次に、この発明の第９の実施形態について説明する。図２９は、第９の実施形態による二次電池の一例の構成を示す。図２９Ａは、二次電池３ｈの横面図を示す。上述した第５の実施形態では、電圧変換器８と保護回路４３を発電素子部５２内に配置していたが第９の実施形態では、二次電池３ｈのテラス部（封止部）５３に配置している。

テラス部５３の電圧変換器８と保護回路４３を配置した部分が凸状に膨らんでいる。テラス部５３に電圧変換器８および保護回路４３を配置することで、電圧変換器８と保護回路４３は、二次電池３ｈの外部と二次電池３ｈの電解質から完全に封止された構造とされている。

図２９Ｂは、二次電池３ｈの上面図を示す。電圧変換器８は、二次電池３ｈのプラス電極およびマイナス電極、二次電池３ｈの端子Ｔ４およびＴ５に接続されている。保護回路４３は、二次電池３ｈのプラス電極およびマイナス電極、二次電池３ｈの端子Ｔ６に接続されている。なお、回路の詳細については、上述した第５の実施形態で図２１を参照して説明したのでここでは省略する。

以上説明したように、この発明の第９の実施形態によれば、上述した第８の実施形態での効果に加え、さらに以下のような効果を有する。

第９の実施形態による二次電池３ｈおよび二次電池３ｈを備える電池パックによれば、テラス部５３に配置された電圧変換器８と保護回路４３の配線が短いため、配線抵抗による電圧降下を極めて小さくすることができる。このため、充電電流が大きい場合においても、正確な定格充電電圧で充電することができる。したがって、二次電池３ｈは、定格充電電圧になっている時間が長いため、充電時間を短縮することができる。これは、充電電圧が高い方が、より大きな充電電流が流れるため、時間あたりの充電量が増大するためである。

一般的に、保護回路４３のスイッチング素子には、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）が用いられる。第９の実施形態による二次電池３ｈおよび電池パックでは、ＦＥＴの発熱が効率的に、二次電池３ｈの外装ケースに放熱されるため、ＦＥＴの温度上昇が小さく、抵抗の増大が小さい。このため、二次電池３ｈの大電流放電時において、ＦＥＴ抵抗による電圧降下が小さいため、外部端子電圧がより高くなる。よって、負荷となる電子機器側に取り出せるエネルギー量が大きくなる。これは、本体の持続時間の増大に繋がる。また、ＦＥＴの温度上昇が小さいため、より小型のＦＥＴを使用することが可能になる。これは、コストダウンになる。

次に、この発明の第１０の実施形態について説明する。図３０は、第１０の実施形態による二次電池の一例の構成を示す。図３０Ａは、二次電池３ｉの横面図を示す。上述した第７の実施形態では、電圧変換器８と保護回路４３と温度保護素子５１とを発電素子部５２内に配置していたが第１０の実施形態では、二次電池３ｉのテラス部（封止部）５３に配置している。

テラス部５３の電圧変換器８、保護回路４３および温度保護素子５１を配置した部分が凸状に膨らんでいる。テラス部５３に電圧変換器８、保護回路４３および温度保護素子５１とを配置することで、電圧変換器８、保護回路４３および温度保護素子５１は、二次電池３ｉの外部と二次電池３ｉの電解質から完全に封止された構造とされている。

図３０Ｂは、二次電池３ｉの上面図を示す。電圧変換器８は、二次電池３ｉのプラス電極およびマイナス電極、二次電池３ｉの端子Ｔ４およびＴ５に接続されている。保護回路４３は、二次電池３ｉのプラス電極およびマイナス電極、二次電池３ｉの端子Ｔ６に接続されている。温度保護素子５１は、二次電池３ｉのプラス電極と端子Ｔ５と電圧変換器８に接続されている。なお、回路の詳細については、上述した第７の実施形態で図２７を参照して説明したのでここでは省略する。

二次電池３ｉの温度が例えば約９２℃に上昇し、温度保護素子５１が溶断した場合、二次電池３ｉの発電素子部５２のプラス部が切り離される。その後、二次電池３ｉは、外部に対する放電、外部からの充電ができなくなる。

以上説明したように、この発明の第１０の実施形態によれば、上述した第８および第９の実施形態での効果に加え、さらに以下のような効果を有する。

第１０の実施形態による二次電池３ｉおよび二次電池３ｉを備える電池パックによれば、温度保護素子５１を備えているため、二次電池３ｉの安全性が向上する。また、温度保護素子５１は、二次電池３ｉの外径ケースに包まれているため、温度保護素子５１に二次電池３ｉの電解質等が付着して故障することを防止することができる。

この発明は、上述したこの発明の実施形態に限定されるものでは無く、この発明の要旨を逸脱しない範囲内で様々な変形や応用が可能である。例えば、電池パックに内蔵する電圧変換器の個数は、１個に限らず、２個以上であっても良い。また、１個の電圧変換器であっても、複数の互いに相違する電圧を出力（放電用電圧変換器の場合）／入力（充電用電圧変換器の場合）する構成の電圧変換器を使用しても良い。

また、携帯電話内部には、下記に示すような５個の電源電圧が存在しているため、二次電池の出力電圧の他に、４個の電圧変換器を有していた。

電圧１：２．９Ｖ〜４．２Ｖ：アンテナ電波発生器用電源
電圧２：３．０Ｖ：マイコン電源
電源３：５．０Ｖ：デジタルカメラＣＣＤ素子用電源・スピーカ駆動用電源
電源４：１５Ｖ：液晶ディスプレイ用電源１
電源５：−１０Ｖ：液晶ディスプレイ用電源２

例えば、二次電池の内部に４個の電圧変換器を有し、５個の電源電圧を出力する構成とすることにより、携帯電話内部の電圧変換機器を省略することができる。携帯電話の電池パックにこの発明を適用すれば、携帯電話本体と電圧変換器８との距離が長くなるため、携帯電話本体内部の回路が電気ノイズを受け難いという効果を有する。また、電池パックの電源電圧や形状などを標準化すれば、異なる型式の携帯電話でも互換性を持たすことができ、電池パックを接続することができる。このように互換性を有する場合には、例えば、新しい携帯電話が発売されたときに、ユーザは、携帯電話本体だけを購入すればよく、二次電池および電池パックを購入する必要がなくなる。携帯電話には、電圧変換器を内蔵する必要がないので、本体のコストが安く済む。

また、上述した第１の実施形態で説明したスペーサ２５と同じ材質の絶縁体を、他の実施形態の保護回路４３や温度保護素子５１の上下に配置してもよい。これにより、保護回路４３や温度保護素子５１の放熱や保護を行うことができる。また、二次電池の外装ケース内やテラス部には、電圧変換器８、保護回路４３、温度保護素子５１以外の機器を配置することも可能である。

また、回路構成については、各実施形態において説明したものに限定されるものではない。図３１に示す回路は、図１２に示す回路と比較して、電源制御器５４と電圧変換器電源スイッチ５５とを追加したものである。

二次電池３の正極と外部端子Ｔ１が接続され、その負極と外部端子Ｔ３が接続される。外部端子Ｔ１およびＴ３間には、二次電池３の電池電圧が直接出力される。例えば二次電池３の電池電圧は、２．５Ｖ〜４．３Ｖが適正状態の電圧値、すなわち、過放電および過充電の何れでもない状態の電圧値と設定されている。

電圧変換器１１の一方の電源端子が電圧変換器電源スイッチ５５を介して二次電池３の正極と接続され、その他方の電源端子が二次電池３の負極と接続される。電圧変換器８の出力端子が外部端子Ｔ２として導出される。外部端子Ｔ２およびＴ３間には、電圧変換器８によって定電圧制御され、電池電圧と異なる値の出力電圧が取り出される。電源スイッチ５５は、具体的には、半導体スイッチ、リレー接点等で構成される。

さらに、電圧変換器電源スイッチ５５を制御する電源制御信号５６を発生する電源制御器５４が設けられている。電源制御器５４は、外部端子Ｔ１およびＴ３間に現れる電池電圧が設定電圧範囲内（２．５Ｖ〜４．３Ｖ）の通常時では、電源スイッチ５５をオンにし、設定電圧範囲外（２．４９Ｖ以下、または４．３１Ｖ以上）のときに、電源スイッチ５５をオフに切り替える。

したがって、図３１に示す回路構成で電池パックを構成することで、二次電池３の電圧が所定値よりも低い場合には、放電を停止し、二次電池３の劣化を防ぐことができる。二次電池３の電圧が異常に高いなど所定値より高い場合には、充電を停止し、電源制御器５４など機器の故障を防止することができる。また、電源スイッチ５５を設けることにより、電池の残放電容量が小さいときの電圧変換器８による消費電流を低減することができる。よって、電池の残放電容量が小さいときの残放電容量を抑制する効果がある。

図３２は、図３１に示す回路と比較して、二次電池３の保護回路を追加したものである。二次電池３の正極と外部端子Ｔ１が接続され、その負極と外部端子Ｔ３８が放電電流用スイッチ４５および充電電流用スイッチ４６を介して接続される。外部端子Ｔ１およびＴ２間には、二次電池３の電池電圧が直接出力される。例えば二次電池３の電池電圧は、２．５Ｖ〜４．３Ｖが適正状態の電圧値、すなわち、過放電および過充電の何れでもない状態の電圧値と設定されている。

スイッチ４５および４６は、例えばＮチャンネル型のＦＥＴにより構成され、スイッチ４５および４６と並列に寄生ダイオード４７および４８が接続される。スイッチ４５および４６が保護制御回路４４からの放電制御信号４９および充電制御信号５０によってそれぞれ制御される。

保護制御回路４４は、一般的な回路構成であり、保護制御回路４４によってスイッチ４５および４６が制御され、過充電保護、過放電保護および過電流保護がなされる。電池電圧が設定電圧範囲内の通常状態であれば、放電制御信号４９および充電制御信号５０が共に"1"（論理的なレベルを意味する）となり、スイッチ４５および４６がオン状態とされる。したがって、二次電池３から負荷への放電と、充電器から二次電池３への充電が自由に行える。

電池電圧が設定電圧範囲より低いと、放電制御信号４９が"0"（論理的なレベルを意味する）となり、スイッチ４５がオフとされ、放電電流が流れることを禁止する。その後充電器を接続すると、ダイオード４７を介して充電がなされる。

設定電圧範囲より電池電圧が高いと、充電制御信号５０が"0"となり、スイッチ４６がオフとされ、充電が禁止される。負荷への放電は、ダイオード４８を介して行われる。

さらに、外部端子Ｔ１およびＴ３間が短絡されると、過大放電電流が流れ、ＦＥＴが破壊される可能性があるので、放電電流が所定の電流値に達すると、放電制御信号４９が"0"となり、スイッチ４５がオフとされ、放電電流が流れることを禁止する。

電圧変換器８の一方の電源端子が電圧変換器電源スイッチ５５を介して二次電池３の正極と接続され、その他方の電源端子がスイッチ４５および４６を介して二次電池３の負極と接続される。電圧変換器８の出力端子が外部端子Ｔ２として導出される。外部端子Ｔ２およびＴ３間には、電圧変換器８によって定電圧制御され、電池電圧と異なる値の出力電圧が取り出される。電源スイッチ５５は、具体的には、半導体スイッチ、リレー接点等で構成される。

さらに、電圧変換器電源スイッチ５５を制御する電源制御信号５６を発生する電源制御器５４が設けられている。電源制御器５４は、外部端子Ｔ１およびＴ３間に現れる電池電圧が設定電圧範囲内（２．５Ｖ〜４．３Ｖ）の通常時では、電源スイッチ５５をオンにし、設定電圧範囲外（２．４９Ｖ以下、または４．３１Ｖ以上）のときに、電源スイッチ５５をオフに切り替える。電源スイッチ５５を設けることにより、電池の残放電容量が小さいときの電圧変換器８による消費電流を低減することができる。よって、電池の残放電容量が小さいときの残放電容量を抑制する効果がある。

図３３は、図３２に示す回路と比較して、電源制御器５４に論理積演算機能を備えさせたものである。参照符号５７で示す論理積演算器（例えばＡＮＤゲート）が設けられ、論理積演算器５７によって電圧変換器電源スイッチ５５を制御する電源制御信号５６を発生する構成とされている。

論理積演算器５７に対して保護制御回路４４から出力される放電制御信号４９および充電制御信号５０が供給される。上述したように、通常動作時には、これらの制御信号が共に"1"であり、スイッチ１２および１３が共にオンとされる。保護機能が働く時には、何れか一方の制御信号が"0"となる。したがって、論理積演算器５７は、放電制御信号４９および充電制御信号５０が共に"1"である場合に、電源スイッチ１９をオンとする"1"の電源制御信号５６を発生する。

なお、放電電流用スイッチ４５および充電電流用スイッチ４６は、二次電池３ｆの正極側に接続され、ＰチャンネルＦＥＴが使用される場合がある。その場合には、通常動作時に放電制御信号４９および充電制御信号５０が共に"0"とされ、保護機能が働く場合には、一方の制御信号が"1"とされる。したがって、電圧変換器電源スイッチをオンとする制御信号は、ＮＯＲゲートによって放電制御信号４９および充電制御信号５０が共に"0"の場合にのみ生成される。電圧変換器電源スイッチ５５を設けることにより、電池の残放電容量が小さいときの電圧変換器の消費電流を低減することができる。

この発明の第１の実施形態による電池パックの一例の外観を示す略線図である。 第１の実施形態による電池パックの内部構造を示す略線図である。 第１の実施形態による電池パックの回路ブロックを示す略線図である。 第１の実施形態による電池パックの内部接続の概念を示す略線図である。 第１の実施形態による電池パックの内部配置の一例を示す略線図である。 第１の実施形態による電圧変換器ブロックの構成の一例を示す略線図である。 第１の実施形態による電圧変換器ブロックの断面を示す略線図である。 第１の実施形態による二次電池の詳細な構成の一例を示す略線図である。 二次電池の断面の一例を示す略線図である。 二次電池の断面の別の例を示す略線図である。 二次電池の断面のさらに別の例を示す略線図である。 第１の実施形態による電池パックの一例の回路構成を示す略線図である。 第１の実施形態による電池パックの別の例の回路構成を示す略線図である。 第２の実施形態による電圧変換器ブロックの構成の一例を示す略線図である。 第２の実施形態による電圧変換器ブロックの断面を示す略線図である。 第２の実施形態による二次電池の詳細な構成の一例を示す略線図である。 第３の実施形態による二次電池の詳細な構成の一例を示す略線図である。 第４の実施形態による二次電池の詳細な構成の一例を示す略線図である。 第５の実施形態による二次電池の回路ブロックの一例の構成を示す略線図である。 第５の実施形態による二次電池の詳細な構成の一例を示す略線図である。 第５の実施形態による二次電池を備えた電池パックの回路構成の一例を示す略線図である。 第６の実施形態による二次電池の回路ブロックの一例の構成を示す略線図である。 第６の実施形態による二次電池の詳細な構成の一例を示す略線図である。 第６の実施形態による二次電池を備えた電池パックの回路構成の一例を示す略線図である。 第７の実施形態による二次電池の回路ブロックの一例の構成を示す略線図である。 第７の実施形態による二次電池の詳細な構成の一例を示す略線図である。 第７の実施形態による二次電池３ｆを備えた電池パックの回路構成の一例を示す略線図である。 第８の実施形態による二次電池の一例の構成を示す略線図である。 第９の実施形態による二次電池の一例の構成を示す略線図である。 第１０の実施形態による二次電池の一例の構成を示す略線図である。 この発明の電池パックに適用可能な回路構成の応用例を示す略線図である。 この発明の電池パックに適用可能な回路構成の別の応用例を示す略線図である。 この発明の電池パックに適用可能な回路構成のさらに別の応用例を示す略線図である。 電圧変換器を備えた電池パックの回路ブロックの一例を示す略線図である。 電圧変換器を備えた電池パックの内部配置の一例を示す略線図である。

符号の説明

１ 電池パック
３，３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ，３ｅ，３ｆ，３ｇ，３ｈ，３ｉ 二次電池
７，７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ，７ｅ，７ｆ 電圧変換器ブロック
８ 電圧変換器
９，９ｂ，９ｃ，９ｄ，９ｅ，９ｆ 基板
１０，１０ｂ，１０ｃ，１０ｅ，１０ｆ 外装フィルム
１５ 正極
１６ 負極
２５ スペーサ
４３ 保護回路
５１ 温度保護素子
５３ テラス部（封止部）
Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３ 外部端子
Ｔ４，Ｔ５，Ｔ６ 端子

Claims (14)

1. 外装ケース内に発電素子が収容された二次電池において、
   上記外装ケースの内部に１以上の電圧変換器が配置され、
   上記電圧変換器が外装フィルムで包まれており、上記外装フィルムの内部と外部とを電気的に接続する配線部における外装フィルムの開口部が封止され、
   上記外装フィルムと集電体との間に熱伝導率が高いスペーサが設けられた二次電池。
2. 請求項１において、
   上記二次電池が、
   上記集電体と、
   該集電体の少なくとも一方の面に形成された電極膜とで構成される正極および負極と
   を備える二次電池。
3. 請求項１において、
   上記電圧変換器と上記外装フィルムとの間に熱伝導率が高い絶縁体が設けられている二次電池。
4. 請求項１において、
   上記外装フィルムが金属板とプラスチック板の複合板で構成されている二次電池。
5. 請求項１において、
   上記外装フィルムの内部と外部とを電気的に接続する配線が絶縁体により上記外装フィルムと絶縁されている二次電池。
6. 請求項３において、
   上記外装フィルムの封止部と上記外装ケースの封止部とが同じ絶縁体によって封止されている二次電池。
7. 請求項６において、
   上記外装フィルムの内部と外部とを電気的に接続する配線が全て上記外装ケースの封止部側に設けられている二次電池。
8. 請求項１において、
   上記発電素子による電池電圧を出力する配線が上記外装フィルムを介して上記外装ケースの封止部側から上記外部端子に接続されている二次電池。
9. 請求項１において、
   上記外装フィルムの内部に、さらに保護回路が配置された二次電池。
10. 請求項１において、
    上記保護回路と上記外装フィルムとの間に熱伝導率が高い絶縁体が設けられている二次電池。
11. 請求項１において、
    上記外装フィルムの内部に、さらに温度保護素子が配置された二次電池。
12. 請求項１において、
    上記温度保護素子と上記外装フィルムとの間に熱伝導率が高い絶縁体が設けられている二次電池。
13. 外装ケースと、
    上記外装ケース内に収容された発電素子と、
    上記外装ケースの内部に１以上配置された電圧変換器と
    を備え、
    上記電圧変換器が外装フィルムで包まれており、上記外装フィルムの内部と外部とを電気的に接続する配線部における外装フィルムの開口部が封止され、
    上記外装フィルムと集電体との間に熱伝導率が高いスペーサが設けられた
    二次電池が内蔵されている電池パック。
14. 請求項１３において、
    上記二次電池が、
    上記集電体と、
    該集電体の少なくとも一方の面に形成された電極膜とで構成される正極および負極と
    を備える二次電池が内蔵されている電池パック。

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