JPH07111883B2 - 高出力電池パツク - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は高出力電池パックに関し，より詳細には、温
度上昇に伴って比較的狭い温度域で電気抵抗が急増する
性質〔PTC特性（positive temperature coefficien
t）〕を有する抵抗素子、即ち、PTC素子を備えた高出力
電池パックに関する。

〔従来の技術〕

電池を含む回路において、回路の配線の短絡又は回路構
成素子の破壊による短絡等によつて、回路に組込まれた
電池から過剰な電流が流れ、電池の急激な消耗および回
路の致命的破壊を招き、特に高出力電池である場合、大
電流が流れて電池自体が発熱して爆発するなどの危険が
ある。したがつて、高出力電池などの電池には、保護素
子としてPTC素子が設けられている。このPTC素子は、回
路が短絡などしたときジュール熱に基づく自己発熱によ
り抵抗値が増大して過電流を所定の電流以下に制限し他
方その短絡が取除かれたとき回路が復帰するものであ
る。

このPTC特性を有する物質として、種々の物質が開発さ
れており、例えば、BaTiO₃に１価または３価の金属酸化
物を添加したセラミック系のもの、ポリエチレンなどの
重合体に導電性物質が分散されたポリマー系のものなど
がある。

従来、PTC素子１は、第３図に示すように、主にPTC組成
物２と、これを挟持する金属電極板３と、電極板３に接
続されたリード（端子）４とからなる。このPTC素子の
製造法は、例えば、PTC組成物をまず調製し、このPTC組
成物の成形体をフィルムの上下にニッケル箔の電極を熱
圧着して積層体を形成し、この積層体を所定の寸法に切
断し、電極表面にリード板をスポット溶接、半田付けな
どで溶接することを含む。

電子機器、自動カメラなどに組込まれる高出力電池パッ
クは、従来、第４図Ａの回路図に示すように電気的直列
に接続された２個のリチウム電池10の間にPTC素子１が
設けられ、第４図Ｂに示すようにPTC素子のリード４
が、各々のリチウム電池の電極11にスポット溶接または
レーザー溶接によつて接続されている。高出力電池パッ
クは、第４図Ｂに示す電池10およびPTC素子１がプラス
チック製ジャケット12に直接に収納され、第６図に示す
ように組立てられて構成されている。ジャケット12は、
電池およびPTC素子をぴったりと収納するように成形さ
れており、第６図に示すようにジャケット本体13とジャ
ケットの蓋14とからなつて収納後に接着剤で接合される
か、電池などの収納後に第５図に示すように２分割され
たジャケット12が一体化され接着剤で接合される。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、電池とPTC素子とがジャケットに密に接
触されていても、その高出力電池パックの輸送中に、ま
たは組込まれた電子機器や電子カメラの使用中に振動、
衝撃および雰囲気の熱などにより、密に接触した間隔が
広がり、また電池とリードとの溶接部で破談やひび発生
が起こる恐れがある。このような現象は、電子機器等の
信頼性を著しく低下させる。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明者らは上記問題点を解決すべく種々の検討した結
果、高出力電池パックのジャケット内面に絶縁性弾性支
持体を配設すれば、この発明の目的達成に有効であるこ
とを見出し、この発明を完成するに至った。

すなわち、この発明による高出力電池パックは、高出力
電池と、その電池と電気的に直列接続されたPTC素子
と、電池およびPTC素子を収納するジャケットとからな
る電池パックであつて、ジャケット内面に電池およびPT
C素子の絶縁性弾性支持体を設けて電池端子とPTC素子端
子との間の接続を確保することを特徴とするものであ
る。

以下、この発明を、より詳細に説明する。

高出力電池 この発明の高出力電池パックは、高出力電池と、PTC素
子と、ジャケットとから主に構成されている。

この発明における電池は、化学的エネルギーを電気エネ
ルギーに変換する直流電圧源であり、一次電池もしくは
二次電池である。そのようなものとして、マンガン乾電
池、水銀電池、アルカリ・マンガン電池、銀電池、塩化
銀電池、空気湿電池、リチウム電池、鉛蓄電池、アルカ
リ蓄電池などがある。この発明において好ましい態様に
おける電池は、その電池に回路を保護する素子を備える
ことから、高出力のものである。例えば、自動カメラに
内蔵するリチウム電池などの高出力電池がある。PTC素
子を保護素子として備える電池では、この素子が、電池
端子の一方、または両方に第４図に示すように直列に設
けられる。

PTC組成物 この発明において用いられるPTC素子は、通常、２以上
の電極と、その電極と電気的に接合されたPTC組成物と
からなるものである。このPTC組成物は、例えば、BaTiO
₃に１価または３価の金属酸化物を添加したもの、重合
体と導電性粒子との混合物などがある。

この発明に於いて用いることのできる重合体として、ポ
リエチレン、ポリエチレンオキシド、ｔ−４−ポリブタ
ジエン、ポリエチレンアクリレート、エチレン−エチル
アクリレート共重合体、エチレン−アクリル酸共重合
体、ポリエステル、ポリアミド、ポリエーテル、ポリカ
プロラクタム、フッ素化エチレン−プロピレン共重合
体、塩素化ポリエチレン、クロロスルホン化エチレン、
エチレン−酢酸ビニル共重合体、ポリプロピレン、ポリ
スチレン、スチレン−アクリロニトリル共重合体、ポリ
塩化ビニル、ポリカーボネート、ポリアセタール、ポリ
アルキレンオキシド、ポリフェニレンオキシド、ポリス
ルホン、フッ素樹脂、およびこれ等のうちから選ばれた
少なくとも２種のブレンドポリマー等がある。この発明
のおいて、重合体の種類、組成比などは、所望の性能、
用途などに応じて適宜選択することができる。

また、重合体に分散される導電性粒子としては、カーボ
ンブラック、グラファイト、炭素粉、スズ、銀、金、銅
などの導電性物質の粒子、銀や銅メッキされたセラミッ
ク粒子などを用いることができる。PTC組成物の調製に
際して、上記の重合体、導電性粒子以外に、必要に応じ
て種々の添加剤を混合することができる。そのような添
加剤として、例えば、アンチモン化合物、リン化合物、
塩素化合物、臭素化化合物などの難燃剤、酸化防止剤、
安定剤、熱伝導性粒子などがある。

この発明においてPTC組成物は、その原材料、重合体、
導電性粒子、その他添加剤を所定の割合いで配合・混練
して調製される。

PTC素子 この発明のPTC素子は、上述のPTC組成物と、それと接触
する２以上の電極とからなる。ここで用いることのでき
る電極材料の種類としては、通常の電極として用いるこ
とのできる金属であり、その様なものとして、例えば、
ニッケル、コバルト、アルミニウム、クロム、スズ、
銅、銀、鉄（ステンレス鋼などの鉄合金を含む）、亜
鉛、金、鉛、白金などがある。電極の形状、寸法などは
PTC素子の用途などに応じて適宜選択することが望まし
い。この発明において電極材料として、圧延金属箔の
他、焼鈍処理した金属がよい。ここで焼鈍は、金属を所
定の温度に加熱跡、徐冷して行われる。加熱速度、加熱
温度、加熱時間、加熱雰囲気、冷却速度、冷却雰囲気な
どの焼鈍条件は、熱処理対象物である金属の材質などに
よつて適宜選択する。

次いで、この発明においてPTC組成物と電極とを接合す
る方法の一例を説明する。得られたPTC組成物を、例え
ば、フィルム状に成形し金属電極をフィルムの上下に熱
圧着して積層体を形成し、また、導電性接着剤を用いて
電極板とPTC組成物とを接合して積層体を形成し、この
積層体を所定の寸法に切断し、電極表面にリード線をス
ポット溶接、半田付けなどで接続してPTC素子を製造す
ることができる。

ジャケット この高出力電池パックにおけるジャケットは、通常の電
気機具の材料として用いられているポリ塩化ビニル、ポ
リオレフィン、ポリカーボネートなどのプラスチックな
どを成形して製造することができる。ジャケットの形
状、寸法、材質などは電池、PTC素子、および電池用途
などに応じて適宜変更・選択して決めることが望まし
い。

絶縁性弾性支持体 この発明における特徴の一つは、ジャケット内面に電池
およびPTC素子の絶縁性弾性支持体が設けられているこ
とである。この絶縁性弾性支持体は、電池およびPTC素
子がジャケット内部で変動および移動することを防止
し、即ち電池およびPTC素子を固定し、外部からの衝撃
を吸収する機能を果すものである。絶縁性弾性支持体を
設けるジャケットの位置、その寸法、形状などは、上記
の機能を果たすように適宜選択することが好ましい。

第１図および第２図に高出力電池パックに絶縁性弾性支
持体を設けた態様例を示す。これらの例では、高出力電
池10およびPTC素子（図示せず）を内臓するジャケット1
2の底部、および蓋の内側に各々絶縁性弾性支持体８が
設けられる。

この発明はこれらの例に限定されず、種々の変形例が可
能である。例えば、絶縁性弾性支持体をジャケットの側
内面に設けて電池本体を固定し、PTC素子が設けられる
ジャケットの底部または上部に空洞を設けることがで
き、また、ジャケットの内全面に絶縁性弾性支持体の層
を設けることができる。

絶縁性弾性支持体の材料として、天然ゴム、イソプレン
ゴム、ブタジエンゴム、スチレン−ブタジエンゴム、ク
ロロプレンゴム、アクリロニトリル−ブタジエンゴム、
ブチルゴム、ハロゲン化ブチルゴム、エチレン−プロピ
レンゴム、エチレン−プロピレン−ジエチレンゴム、ア
クリルゴム、エチレン−アクリルゴム、塩素化ポリエチ
レンゴム、エピクロルヒドリンゴム、ウレタンゴム、シ
リコン系ゴム、およびフッ素系ゴムから選ばれた少なく
とも一種の物質からなるものがある。その絶縁性弾性支
持体には、添加剤として、例えばアンチモン化合物、リ
ン化合物、塩素化合物および臭素化合物などの難燃剤も
しくは耐燃剤、酸化防止剤、安定剤、粘着付与剤などを
加えることができる。

〔作 用〕

上記に述べた技術的構成を有するこの発明では、絶縁性
弾性支持体が電池およびPTC素子を固定し、外部からの
衝撃があつた場合でもジャケット内臓の電池とPTC素子
は変動しない。また、電池およびPTC素子が変動しない
ために電池とPTC素子との間の電気的機械的接続が損な
われない。外部からの衝撃があつた場合その衝撃を絶縁
性弾性支持体が吸収し、内部の電池およびPTC素子を、
またその接続を保護する。さらに弾性支持体が絶縁性を
有するためにジャケット内部の短絡の危険性を低減す
る。

〔実施例〕

この発明を例を示して具体的に説明する。

実施例１ 第６図に示すような形状のジャケット13（30×15×50）
の蓋内側にシリコンゴム（直径４×1mm）でコーティン
グし、次いで架橋硬化した。このジャケットに第４図Ｂ
に示すようにPTC素子が接続された２個のリチウム電池
を挿入して蓋を接着した。得られた高出力電池パックを
1.5mの高さから電池の長手方向に15回落下させ、ついで
20Hzの振動を電池の長手方向から2mmの振幅で１時間振
動させて耐振耐衝撃試験をした。その結果、50個の電池
に対して全て以上が無かった。

比較例１ 実施例１と同様に高出力電池パックを調製し、耐振耐衝
撃試験をした。その結果、50個中、３個が電池電極とPT
C素子端子との接続が破断し、PTC素子の電極と端子との
溶接に不良が生じた。

〔発明の効果〕

この発明の高出力電池パックによつて、次の効果を得る
ことができる。

絶縁性弾性支持体が電池およびPTC素子を固定し、外部
からの衝撃があつた場合でもジャケット内臓の電池とPT
C素子は変動させない。従って、電池およびPTC素子が変
動しないために電池電極とPTC素子端子との間、およびP
TC素子電極とその端子との間の電気的機械的接続が損な
われない。その為に高出力電池パックの信頼性がより高
めることができる。外部からの衝撃があつた場合その衝
撃を絶縁性弾性支持体が吸収し、より内部の電池および
PTC素子を、またその接続を保護することができる。さ
らに弾性支持体が絶縁性を有するためにジャケット内部
の短絡の危険性を低減することができる。ジャケット自
体が電池などに道に接触させる必要がないためにジャケ
ットの製作費用を低くすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明による高出力電池パックの実施例を示
す透視斜視図であり、第２図はこの発明による別の実施
例を示す透視斜視図であり、第３図はPTC素子の斜視図
であり、第４図はPTC素子が接続した電池と示す説明図
であり、第５図はジャケットの分解斜視図であり、第６
図は高出力電池パックの組立てを示す斜視図である。 １……PTC素子、２……PTC組成物、３……電極、４……
端子、８……絶縁性弾性支持体、10……電池、11……電
池の電極、12……ジャケット、13……ジャケット本体、
14……蓋

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】高出力電池と、その電池と電気的に直列接
   続されたPTC素子と、電池およびPTC素子を収納するジャ
   ケットとからなる電池パックであつて、ジャケット内面
   に電池およびPTC素子の絶縁性弾性支持体を設けて電池
   端子とPTC素子端子との間の接続を確保することを特徴
   とする高出力電池パック。
2. 【請求項２】電池が高出力一次電池である、特許請求の
   範囲第１項記載の電池パック。
3. 【請求項３】高出力一次電池がリチウム電池である、特
   許請求の範囲第１項記載の電池パック。
4. 【請求項４】絶縁性弾性支持体が、天然ゴム、イソプレ
   ンゴム、ブタジエンゴム、スチレン−ブタジエンゴム、
   クロロプレンゴム、アクリロニトリル−ブタジエンゴ
   ム、ブチルゴム、ハロゲン化ブチルゴム、エチレン−プ
   ロピレンゴム、エチレン−プロピレン−ジエンゴム、ア
   クリルゴム、エチレン−アクリルゴム、塩素化ポリエチ
   レンゴム、エピクロルヒドリンゴム、ウレタンゴム、シ
   リコン系ゴム、およびフッ素系ゴムから選ばれた少なく
   とも一種の物質からなる、特許請求の範囲第１項乃至第
   ３項のいずれかに記載の電池パック。