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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-12-05
(45)【発行日】2022-12-13
(54)【発明の名称】電池パック
(51)【国際特許分類】
H01M 10/48 20060101AFI20221206BHJP
G01B 7/16 20060101ALI20221206BHJP
H01M 50/204 20210101ALI20221206BHJP
H01M 50/284 20210101ALI20221206BHJP
H01M 50/296 20210101ALI20221206BHJP
【ＦＩ】
H01M10/48 301
G01B7/16 R
H01M50/204 401D
H01M50/284
H01M50/296
【請求項の数】
11
(21)【出願番号】P 2021155551
(22)【出願日】2021-09-24
(62)【分割の表示】P 2018239997の分割
【原出願日】2018-12-21
(65)【公開番号】P2022008536
(43)【公開日】2022-01-13
【審査請求日】2021-11-04
(31)【優先権主張番号】P 2018159658
(32)【優先日】2018-08-28
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(73)【特許権者】
【識別番号】000114215
【氏名又は名称】ミネベアミツミ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100107766
【弁理士】
【氏名又は名称】伊東 忠重
(74)【代理人】
【識別番号】100070150
【弁理士】
【氏名又は名称】伊東 忠彦
(72)【発明者】
【氏名】浅川 寿昭
(72)【発明者】
【氏名】足立 重之
(72)【発明者】
【氏名】美齊津 英司
(72)【発明者】
【氏名】北村 厚
【審査官】清水 祐樹
(56)【参考文献】
【文献】国際公開第２０１６／１４３４００（ＷＯ，Ａ１）
【文献】国際公開第２０１７／０９４３６８（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２０１５－０３１６３３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表昭６２－５０２６６５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１２－１６８０６４（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１８／０６１４１６（ＷＯ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０１Ｍ １０／４２ － １０／４８
Ｈ０１Ｍ ５０／２０ － ５０／２９８
Ｈ０２Ｊ ７／００ － ７／１２
Ｈ０２Ｊ ７／３４ － ７／３６
Ｇ０１Ｂ ７／１６
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
電池と、前記電池の状態を検出するセンサと、を備え、
前記センサは、
絶縁層と、
前記絶縁層の一方の側に長手方向を第１方向に向けて並置された互いに電気的に接続されていない複数の第１抵抗部、及び前記絶縁層の他方の側に長手方向を前記第１方向と交差する第２方向に向けて並置された互いに電気的に接続されていない複数の第２抵抗部、を含む抵抗体と、
前記絶縁層の一方の側において、各々の前記第１抵抗部を挟んで前記第１方向の両側に配置され、各々の前記第１抵抗部の両端部に接続された１対の第１電極と、
前記絶縁層の他方の側において、各々の前記第２抵抗部を挟んで前記第２方向の両側に配置され、各々の前記第２抵抗部の両端部に接続された１対の第２電極と、を有し、
前記第１抵抗部及び前記第２抵抗部は、α－Ｃｒを主成分とするＣｒ混相膜から形成され、
前記電池の状態を前記抵抗体の抵抗値の変化として検出する電池パック。
【請求項2】
電池と、前記電池の状態を検出するセンサと、を備え、
前記センサは、
絶縁層と、
前記絶縁層の一方の側に長手方向を第１方向に向けて並置された互いに電気的に接続されていない複数の第１抵抗部、及び前記絶縁層の他方の側に長手方向を前記第１方向と交差する第２方向に向けて並置された互いに電気的に接続されていない複数の第２抵抗部、を含む抵抗体と、を有し、
各々の前記第１抵抗部と各々の前記第２抵抗部とは、平面視で１点のみで交差し、
前記第１抵抗部及び前記第２抵抗部は、α－Ｃｒを主成分とするＣｒ混相膜から形成され、
前記電池の状態を前記抵抗体の抵抗値の変化として検出する電池パック。
【請求項3】
各々の前記第１抵抗部及び各々の前記第２抵抗部は、ジグザグのパターンである請求項１又は２に記載の電池パック。
【請求項4】
任意の前記第１抵抗部と任意の前記第２抵抗部とが平面視で交差する点における前記電池の状態を、該第１抵抗部の抵抗値の変化及び該第２抵抗部の抵抗値の変化として出力する請求項１乃至３の何れか一項に記載の電池パック。
【請求項5】
前記電池を収容する筐体を有し、前記センサは、前記筐体に貼り付けられている請求項１乃至４の何れか一項に記載の電池パック。
【請求項6】
前記センサは、前記筐体の上面及び／又は下面の中央部に貼り付けられている請求項５に記載の電池パック。
【請求項7】
前記センサは、前記筐体の上面及び／又は下面の端部に貼り付けられている請求項５又は６に記載の電池パック。
【請求項8】
前記センサは、前記筐体の上面及び／又は下面の角部に貼り付けられている請求項５乃至７の何れか一項に記載の電池パック。
【請求項9】
前記筐体は、外部出力端子を封止する封止部を備え、
前記センサは、前記封止部に貼り付けられている請求項５に記載の電池パック。
【請求項10】
電子部品が実装された回路基板、及び前記電池を収容する筐体を有し、前記センサは、前記回路基板に貼り付けられ、前記電子部品と共に気密封止されている請求項１乃至４の何れか一項に記載の電池パック。
【請求項11】
前記電池の温度情報を取得する温度センサを有する請求項１乃至１０の何れか一項に記載の電池パック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、電池パックに関する。
【背景技術】
【0002】
モバイル機器等に用いられる電池パックにおいて、電池パック内の電池の寿命の低下等に起因して電池が膨張し、液漏れ等を引き起こす場合がある。そこで、電池パックにおいて、電池の膨張を検出することは重要であり、電池の膨張を検出する様々な装置が提案されている。
【0003】
一例として、リチウム２次電池の内側空間に配置したひずみゲージにより内部圧力を検出し、検出した内部圧力を表示器に表示する装置が挙げられる。この装置では、表示された内部圧力を監視することにより、リチウム２次電池が正常であるか異常であるかを判定することができる（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】特開２００２－２８９２６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、従来提案されていた装置では、電池の膨張を精度よく検出することが困難であった。又、電池の膨張以外にも電池の様々な状態（例えば、電池の収縮等）を精度よく検出するニーズが存在する。
【0006】
本発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、電池の状態を精度よく検出することが可能な電池パックを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本電池パックは、電池と、前記電池の状態を検出するセンサと、を備え、前記センサは、絶縁層と、前記絶縁層の一方の側に長手方向を第１方向に向けて並置された互いに電気的に接続されていない複数の第１抵抗部、及び前記絶縁層の他方の側に長手方向を前記第１方向と交差する第２方向に向けて並置された互いに電気的に接続されていない複数の第２抵抗部、を含む抵抗体と、前記絶縁層の一方の側において、各々の前記第１抵抗部を挟んで前記第１方向の両側に配置され、各々の前記第１抵抗部の両端部に接続された１対の第１電極と、前記絶縁層の他方の側において、各々の前記第２抵抗部を挟んで前記第２方向の両側に配置され、各々の前記第２抵抗部の両端部に接続された１対の第２電極と、を有し、前記第１抵抗部及び前記第２抵抗部は、α－Ｃｒを主成分とするＣｒ混相膜から形成され、前記電池の状態を前記抵抗体の抵抗値の変化として検出する。
【発明の効果】
【0008】
開示の技術によれば、電池の状態を精度よく検出することが可能な電池パックを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【図1】第１の実施の形態に係る電池パックを例示する分解斜視図である。
【図2】第１の実施の形態に係る電池パックに搭載されるひずみゲージを例示する平面図である。
【図3】第１の実施の形態に係る電池パックに搭載されるひずみゲージを例示する断面図である。
【図4】第１の実施の形態に係る電池パックに搭載される回路基板について説明するブロック図である。
【図5】第２の実施の形態に係る電池パックを例示する分解斜視図（その１）である。
【図6】第２の実施の形態に係る電池パックに搭載される回路基板について説明するブロック図である。
【図7】第２の実施の形態に係る電池パックを例示する分解斜視図（その２）である。
【図8】第２の実施の形態の変形例に係る電池パックに搭載されるセンサを例示する平面図である。
【図9】第２の実施の形態の変形例に係る電池パックに搭載されるセンサを例示する断面図である。
【図10】第３の実施の形態に係る電池パックに搭載されるセンサを例示する平面図である。
【図11】第３の実施の形態に係る電池パックに搭載されるセンサを例示する断面図である。
【図12】第３の実施の形態の変形例に係る電池パックに搭載されるセンサを例示する平面図である。
【図13】第４の実施の形態に係る電池パックに搭載されるセンサを例示する平面図である。
【図14】第４の実施の形態に係る電池パックに搭載されるセンサを例示する断面図である。
【図15】第５の実施の形態に係る電池パックを例示する斜視図である。
【図16】第６の実施の形態に係る電池パックを例示する模式図である。
【図17】第６の実施の形態に係る電池パックを例示するブロック図である。
【図18】電池の膨張時に電池パックの短手方向に発生するひずみのシミュレーション結果である。
【図19】電池の膨張時に電池パックの長手方向に発生するひずみのシミュレーション結果である。
【図20】電池の膨張時に電池パックの斜め４５度方向に発生するひずみのシミュレーション結果である。
【発明を実施するための形態】
【0010】
以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。
【0011】
なお、以下の各実施の形態や変形例では、主に電地の膨張を検出する例を示すが、これには限定されず、各実施の形態や変形例に係るひずみゲージやセンサは、電池の様々な状態を検出することができる。電池の様々な状態とは、電池の膨張以外には、例えば、電池の収縮、凸部や凹部の有無、形状分布、温度等が挙げられる。
【0012】
〈第１の実施の形態〉
図１は、第１の実施の形態に係る電池パックを例示する分解斜視図である。図１を参照するに、電池パック１は、筐体２と、複数の電池３と、回路基板４と、外部出力端子５と、ひずみゲージ６とを有している。電池パック１は、パーソナルコンピュータやスマートフォン等の各種電子機器や携帯端末等に広く用いることができる。
図１は、第１の実施の形態に係る電池パックを例示する分解斜視図である。図１を参照するに、電池パック１は、筐体２と、複数の電池３と、回路基板４と、外部出力端子５と、ひずみゲージ６とを有している。電池パック１は、パーソナルコンピュータやスマートフォン等の各種電子機器や携帯端末等に広く用いることができる。
【0013】
筐体２は、電池３、回路基板４、及び外部出力端子５を収容する部材であり、例えば樹脂により形成された下部材２Ａと上部材２Ｂとを有している。電池３は、例えば、リチウムイオン電池等の２次電池であり、適宜並列及び／又は直列に接続されて下部材２Ａ上に複数個配列されている。なお、図１では６個の電池３を図示しているが、電池３の個数は必要に応じて適宜決定することができる。
【0014】
回路基板４は、外部出力端子５や図示しない電子部品等を実装するための基板であり、下部材２Ａ上に固定されている。外部出力端子５は、電池パック１と外部の装置等とを接続するためのコネクタであり、回路基板４に実装されている。外部出力端子５には、電池３の電圧を出力する端子や、ひずみゲージ６の検出結果を出力する端子や、電池３の充電に用いる端子等を適宜含めることができる。
【0015】
ひずみゲージ６は、電池３の膨張（電池３の膨張の有無や膨張の程度）を検出するセンサであり、例えば、上部材２Ｂの内面に貼り付けられている。但し、ひずみゲージ６は、電池３の膨張の程度を検出するのに適した任意の位置に配置することができる。ひずみゲージ６を下部材２Ａや上部材２Ｂに埋め込むことも可能である。
【0016】
なお、図１は分解斜視図であるが、下部材２Ａ上に、電池３、回路基板４、及び外部出力端子５を収容するように上部材２Ｂを固定することで、電池パック１が完成する。上部材２Ｂには、外部出力端子５の一部を筐体２の外部に露出させる切り欠き部２Ｃが設けられている。
【0017】
電池パック１において、電池３の電圧は、外部出力端子５から出力可能である。又、電池３は、外部出力端子５を介して外部の充電装置により充電可能である。又、ひずみゲージ６の検出した情報（電池３の膨張の程度を示す情報）は、外部出力端子５から出力可能である。
【0018】
図２は、第１の実施の形態に係る電池パックに搭載されるひずみゲージを例示する平面図である。図３は、第１の実施の形態に係る電池パックに搭載されるひずみゲージを例示する断面図であり、図２のＡ－Ａ線に沿う断面を示している。図２及び図３を参照するに、ひずみゲージ６は、基材１０と、抵抗体３０と、端子部４１とを有している。ひずみゲージ６は、例えば、基材１０の下面１０ｂに接着剤を塗布して筐体２の上部材２Ｂの内面に貼り付けることができる。
【0019】
なお、本実施の形態では、便宜上、ひずみゲージ６において、基材１０の抵抗体３０が設けられている側を上側又は一方の側、抵抗体３０が設けられていない側を下側又は他方の側とする。又、各部位の抵抗体３０が設けられている側の面を一方の面又は上面、抵抗体３０が設けられていない側の面を他方の面又は下面とする。但し、ひずみゲージ６は天地逆の状態で用いることができ、又は任意の角度で配置することができる。又、平面視とは対象物を基材１０の上面１０ａの法線方向から視ることを指し、平面形状とは対象物を基材１０の上面１０ａの法線方向から視た形状を指すものとする。
【0020】
基材１０は、抵抗体３０等を形成するためのベース層となる絶縁性の部材であり、可撓性を有する。基材１０の厚さは、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択できるが、例えば、５μｍ～５００μｍ程度とすることができる。特に、基材１０の厚さが５μｍ～２００μｍであると、抵抗体３０のひずみ感度誤差を少なくすることができる点で好ましい。
【0021】
基材１０は、例えば、ＰＩ（ポリイミド）樹脂、エポキシ樹脂、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）樹脂、ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）樹脂、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）樹脂、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）樹脂、ポリオレフィン樹脂等の絶縁樹脂フィルムから形成することができる。なお、フィルムとは、厚さが５００μｍ以下程度であり、可撓性を有する部材を指す。
【0022】
ここで、『絶縁樹脂フィルムから形成する』とは、基材１０が絶縁樹脂フィルム中にフィラーや不純物等を含有することを妨げるものではない。基材１０は、例えば、シリカやアルミナ等のフィラーを含有する絶縁樹脂フィルムから形成しても構わない。
【0023】
但し、基材１０が可撓性を有する必要がない場合には、基材１０に、ＳｉＯ２、ＺｒＯ２（ＹＳＺも含む）、Ｓｉ、Ｓｉ２Ｎ３、Ａｌ２Ｏ３（サファイヤも含む）、ＺｎＯ、ペロブスカイト系セラミックス（ＣａＴｉＯ３、ＢａＴｉＯ３）等の材料を用いても構わない。
【0024】
抵抗体３０は、基材１０上に所定のパターンで形成された薄膜であり、ひずみを受けて抵抗変化を生じる受感部である。抵抗体３０は、基材１０の上面１０ａに直接形成されてもよいし、基材１０の上面１０ａに他の層を介して形成されてもよい。なお、図２では、便宜上、抵抗体３０を梨地模様で示している。
【0025】
抵抗体３０は、例えば、Ｃｒ（クロム）を含む材料、Ｎｉ（ニッケル）を含む材料、又はＣｒとＮｉの両方を含む材料から形成することができる。すなわち、抵抗体３０は、ＣｒとＮｉの少なくとも一方を含む材料から形成することができる。Ｃｒを含む材料としては、例えば、Ｃｒ混相膜が挙げられる。Ｎｉを含む材料としては、例えば、Ｃｕ－Ｎｉ（銅ニッケル）が挙げられる。ＣｒとＮｉの両方を含む材料としては、例えば、Ｎｉ－Ｃｒ（ニッケルクロム）が挙げられる。
【0026】
ここで、Ｃｒ混相膜とは、Ｃｒ、ＣｒＮ、Ｃｒ２Ｎ等が混相した膜である。Ｃｒ混相膜は、酸化クロム等の不可避不純物を含んでもよい。
【0027】
抵抗体３０の厚さは、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択できるが、例えば、０．０５μｍ～２μｍ程度とすることができる。特に、抵抗体３０の厚さが０．１μｍ以上であると、抵抗体３０を構成する結晶の結晶性（例えば、α－Ｃｒの結晶性）が向上する点で好ましい。又、抵抗体３０の厚さが１μｍ以下であると、抵抗体３０を構成する膜の内部応力に起因する膜のクラックや基材１０からの反りを低減できる点で更に好ましい。
【0028】
例えば、抵抗体３０がＣｒ混相膜である場合、安定な結晶相であるα－Ｃｒ（アルファクロム）を主成分とすることで、ゲージ特性の安定性を向上することができる。又、抵抗体３０がα－Ｃｒを主成分とすることで、ひずみゲージ６のゲージ率を１０以上、かつゲージ率温度係数ＴＣＳ及び抵抗温度係数ＴＣＲを－１０００ｐｐｍ／℃～＋１０００ｐｐｍ／℃の範囲内とすることができる。ここで、主成分とは、対象物質が抵抗体を構成する全物質の５０質量％以上を占めることを意味するが、ゲージ特性を向上する観点から、抵抗体３０はα－Ｃｒを８０重量％以上含むことが好ましい。なお、α－Ｃｒは、ｂｃｃ構造（体心立方格子構造）のＣｒである。
【0029】
端子部４１は、抵抗体３０の両端部から延在しており、平面視において、抵抗体３０よりも拡幅して略矩形状に形成されている。端子部４１は、ひずみにより生じる抵抗体３０の抵抗値の変化を外部に出力するための一対の電極であり、例えば、外部接続用のフレキシブル基板やリード線等が接合される。
【0030】
抵抗体３０は、例えば、端子部４１の一方からジグザグに折り返しながら延在して他方の端子部４１に接続されている。端子部４１の上面を、端子部４１よりもはんだ付け性が良好な金属で被覆してもよい。なお、抵抗体３０と端子部４１とは便宜上別符号としているが、両者は同一工程において同一材料により一体に形成することができる。
【0031】
抵抗体３０を被覆し端子部４１を露出するように基材１０の上面１０ａにカバー層６０（絶縁樹脂層）を設けても構わない。カバー層６０を設けることで、抵抗体３０に機械的な損傷等が生じることを防止できる。又、カバー層６０を設けることで、抵抗体３０を湿気等から保護することができる。なお、カバー層６０は、端子部４１を除く部分の全体を覆うように設けてもよい。
【0032】
カバー層６０は、例えば、ＰＩ樹脂、エポキシ樹脂、ＰＥＥＫ樹脂、ＰＥＮ樹脂、ＰＥＴ樹脂、ＰＰＳ樹脂、複合樹脂（例えば、シリコーン樹脂、ポリオレフィン樹脂）等の絶縁樹脂から形成することができる。カバー層６０は、フィラーや顔料を含有しても構わない。カバー層６０の厚さは、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択できるが、例えば、２μｍ～３０μｍ程度とすることができる。
【0033】
電池パック１において、電池３が膨張すると、それに対応して下部材２Ａや上部材２Ｂが変形する。ひずみゲージ６は、電池３の膨張（電池３の膨張の有無や膨張の程度）を抵抗体３０の抵抗値の変化として検出し、一対の電極である端子部４１から出力することができる。
【0034】
なお、電池３が膨張すると、ひずみゲージ６の抵抗体３０が細く長くなり抵抗値が増える。又、電池３が収縮すると、ひずみゲージ６の抵抗体が太く短くなり抵抗値が減る。従って、ひずみゲージ６の抵抗体の抵抗値の増減を監視することで、電池３が膨張しているか収縮しているかを区別できる。
【0035】
ひずみゲージ６を製造するためには、まず、基材１０を準備し、基材１０の上面１０ａに図２に示す平面形状の抵抗体３０及び端子部４１を形成する。抵抗体３０及び端子部４１の材料や厚さは、前述の通りである。抵抗体３０と端子部４１とは、同一材料により一体に形成することができる。
【0036】
抵抗体３０及び端子部４１は、例えば、抵抗体３０及び端子部４１を形成可能な原料をターゲットとしたマグネトロンスパッタ法により成膜し、フォトリソグラフィによってパターニングすることで形成できる。抵抗体３０及び端子部４１は、マグネトロンスパッタ法に代えて、反応性スパッタ法や蒸着法、アークイオンプレーティング法、パルスレーザー堆積法等を用いて成膜してもよい。
【0037】
ゲージ特性を安定化する観点から、抵抗体３０及び端子部４１を成膜する前に、下地層として、基材１０の上面１０ａに、例えば、コンベンショナルスパッタ法により膜厚が１ｎｍ～１００ｎｍ程度の機能層を真空成膜することが好ましい。なお、機能層は、機能層の上面全体に抵抗体３０及び端子部４１を形成後、フォトリソグラフィによって抵抗体３０及び端子部４１と共に図２に示す平面形状にパターニングされる。
【0038】
本願において、機能層とは、少なくとも上層である抵抗体３０の結晶成長を促進する機能を有する層を指す。機能層は、更に、基材１０に含まれる酸素や水分による抵抗体３０の酸化を防止する機能や、基材１０と抵抗体３０との密着性を向上する機能を備えていることが好ましい。機能層は、更に、他の機能を備えていてもよい。
【0039】
基材１０を構成する絶縁樹脂フィルムは酸素や水分を含むため、特に抵抗体３０がＣｒを含む場合、Ｃｒは自己酸化膜を形成するため、機能層が抵抗体３０の酸化を防止する機能を備えることは有効である。
【0040】
機能層の材料は、少なくとも上層である抵抗体３０の結晶成長を促進する機能を有する材料であれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択できるが、例えば、Ｃｒ（クロム）、Ｔｉ（チタン）、Ｖ（バナジウム）、Ｎｂ（ニオブ）、Ｔａ（タンタル）、Ｎｉ（ニッケル）、Ｙ（イットリウム）、Ｚｒ（ジルコニウム）、Ｈｆ（ハフニウム）、Ｓｉ（シリコン）、Ｃ（炭素）、Ｚｎ（亜鉛）、Ｃｕ（銅）、Ｂｉ（ビスマス）、Ｆｅ（鉄）、Ｍｏ（モリブデン）、Ｗ（タングステン）、Ｒｕ（ルテニウム）、Ｒｈ（ロジウム）、Ｒｅ（レニウム）、Ｏｓ（オスミウム）、Ｉｒ（イリジウム）、Ｐｔ（白金）、Ｐｄ（パラジウム）、Ａｇ（銀）、Ａｕ（金）、Ｃｏ（コバルト）、Ｍｎ（マンガン）、Ａｌ（アルミニウム）からなる群から選択される１種又は複数種の金属、この群の何れかの金属の合金、又は、この群の何れかの金属の化合物が挙げられる。
【0041】
上記の合金としては、例えば、ＦｅＣｒ、ＴｉＡｌ、ＦｅＮｉ、ＮｉＣｒ、ＣｒＣｕ等が挙げられる。又、上記の化合物としては、例えば、ＴｉＮ、ＴａＮ、Ｓｉ３Ｎ４、ＴｉＯ２、Ｔａ２Ｏ５、ＳｉＯ２等が挙げられる。
【0042】
機能層は、例えば、機能層を形成可能な原料をターゲットとし、チャンバ内にＡｒ（アルゴン）ガスを導入したコンベンショナルスパッタ法により真空成膜することができる。コンベンショナルスパッタ法を用いることにより、基材１０の上面１０ａをＡｒでエッチングしながら機能層が成膜されるため、機能層の成膜量を最小限にして密着性改善効果を得ることができる。
【0043】
但し、これは、機能層の成膜方法の一例であり、他の方法により機能層を成膜してもよい。例えば、機能層の成膜の前にＡｒ等を用いたプラズマ処理等により基材１０の上面１０ａを活性化することで密着性改善効果を獲得し、その後マグネトロンスパッタ法により機能層を真空成膜する方法を用いてもよい。
【0044】
機能層の材料と抵抗体３０及び端子部４１の材料との組み合わせは、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択できる。例えば、機能層としてＴｉを用い、抵抗体３０及び端子部４１としてα－Ｃｒ（アルファクロム）を主成分とするＣｒ混相膜を成膜することが可能である。
【0045】
この場合、例えば、Ｃｒ混相膜を形成可能な原料をターゲットとし、チャンバ内にＡｒガスを導入したマグネトロンスパッタ法により、抵抗体３０及び端子部４１を成膜することができる。或いは、純Ｃｒをターゲットとし、チャンバ内にＡｒガスと共に適量の窒素ガスを導入し、反応性スパッタ法により、抵抗体３０及び端子部４１を成膜してもよい。
【0046】
これらの方法では、Ｔｉからなる機能層がきっかけでＣｒ混相膜の成長面が規定され、安定な結晶構造であるα－Ｃｒを主成分とするＣｒ混相膜を成膜できる。又、機能層を構成するＴｉがＣｒ混相膜中に拡散することにより、ゲージ特性が向上する。例えば、ひずみゲージ６のゲージ率を１０以上、かつゲージ率温度係数ＴＣＳ及び抵抗温度係数ＴＣＲを－１０００ｐｐｍ／℃～＋１０００ｐｐｍ／℃の範囲内とすることができる。なお、機能層がＴｉから形成されている場合、Ｃｒ混相膜にＴｉやＴｉＮ（窒化チタン）が含まれる場合がある。
【0047】
なお、抵抗体３０がＣｒ混相膜である場合、Ｔｉからなる機能層は、抵抗体３０の結晶成長を促進する機能、基材１０に含まれる酸素や水分による抵抗体３０の酸化を防止する機能、及び基材１０と抵抗体３０との密着性を向上する機能の全てを備えている。機能層として、Ｔｉに代えてＴａ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｆｅを用いた場合も同様である。
【0048】
このように、抵抗体３０の下層に機能層を設けることにより、抵抗体３０の結晶成長を促進することが可能となり、安定な結晶相からなる抵抗体３０を作製できる。その結果、ひずみゲージ６において、ゲージ特性の安定性を向上することができる。又、機能層を構成する材料が抵抗体３０に拡散することにより、ひずみゲージ６において、ゲージ特性を向上することができる。
【0049】
抵抗体３０及び端子部４１を形成後、必要に応じ、基材１０の上面１０ａに、抵抗体３０を被覆し端子部４１を露出するカバー層６０を設けることで、ひずみゲージ６が完成する。カバー層６０は、例えば、基材１０の上面１０ａに、抵抗体３０を被覆し端子部４１を露出するように半硬化状態の熱硬化性の絶縁樹脂フィルムをラミネートし、加熱して硬化させて作製することができる。カバー層６０は、基材１０の上面１０ａに、抵抗体３０を被覆し端子部４１を露出するように液状又はペースト状の熱硬化性の絶縁樹脂を塗布し、加熱して硬化させて作製してもよい。
【0050】
図４は、第１の実施の形態に係る電池パックに搭載される回路基板について説明するブロック図である。図４を参照するに、ひずみゲージ６は、回路基板４に実装されたアナログフロントエンド部７に接続され、アナログフロントエンド部７の出力が外部出力端子５に接続されている。これにより、ひずみゲージ６の検出した情報（電池３の膨張の程度を示す情報）は、外部出力端子５からデジタル信号として出力可能となる。
【0051】
なお、回路基板４に他の機能を有する回路（電子部品等）が搭載されてもよい。他の機能を有する回路とは、例えば、電池３の電圧監視回路、保護回路、電流検出回路等である。
【0052】
ひずみゲージ６の１対の端子部４１は、例えば、フレキシブル基板やリード線等を用いて、アナログフロントエンド部７に接続されている。
【0053】
アナログフロントエンド部７は、例えば、ブリッジ回路、増幅器、アナログ／デジタル変換回路（Ａ／Ｄ変換回路）、外部通信機能（例えば、Ｉ２Ｃ等のシリアル通信機能）等を備えている。アナログフロントエンド部７は、温度補償回路を備えていてもよい。アナログフロントエンド部７は、ＩＣ化されていてもよいし、個別部品により構成されていてもよい。
【0054】
アナログフロントエンド部７では、例えば、ひずみゲージ６の１対の端子部４１は、ブリッジ回路に接続される。すなわち、ブリッジ回路の１辺が１対の端子部４１間の抵抗体３０で構成され、他の３辺が固定抵抗で構成される。これにより、ブリッジ回路の出力として、抵抗体３０の抵抗値に対応した電圧（アナログ信号）を得ることができる。
【0055】
ブリッジ回路から出力された電圧は、増幅器で増幅された後、Ａ／Ｄ変換回路によりデジタル信号に変換され、外部出力端子５から出力可能とされる。アナログフロントエンド部７が温度補償回路を備えている場合には、温度補償されたデジタル信号が外部出力端子５から出力可能とされる。
【0056】
例えば、電池パック１において、電池３の寿命の低下等に起因して電池３が膨張し、液漏れ等を引き起こす場合がある。そこで、電池パック１では電池３の膨張をひずみゲージ６で検出し、検出結果（電池３の膨張の程度を示す情報）をアナログフロントエンド部７からのデジタル信号として、外部出力端子５から出力している。
【0057】
例えば、電池パック１の外部において、外部出力端子５に充電回路を接続することが可能である。この場合、接続された充電回路は、アナログフロントエンド部７からのデジタル信号に基づいて、充電電流を多くしたり少なくしたりすることができる。又、接続された充電回路は、電池３の膨張の程度が許容値を超えていると判定した場合に、充電を停止して警告音を発したり『充電不能』等を表示したりすることができる。
【0058】
又、電池パック１の内部にＣＰＵ（Central Processing Unit）等を含む制御回路を設けることも可能である。制御回路は、例えば、回路基板４に実装することができる。この場合、例えば、電池３の正極側及び／又は負極側のラインに電流遮断スイッチを挿入すると共に、アナログフロントエンド部７が出力するデジタル信号を制御回路に入力する。制御回路は、アナログフロントエンド部７からのデジタル信号に基づいて、電池３の膨張の程度が許容値を超えていると判定した場合には、電流遮断スイッチを遮断して電池パック１の動作を停止することができる。
【0059】
このように、電池パック１では、ひずみゲージ６を設けたことで、電池３の膨張の程度を抵抗体３０の抵抗値の変化として検出することができる。これにより、電池３の膨張の程度に応じて充電電流の多少を制御したり、電池パック１の動作を停止したりすることができる。その結果、電池３の膨張の程度が許容値を超えている場合に、無理に充電したり、使用を継続したりすることを防止可能となり、電池パック１の破損を回避すると共に電池パック１の安全性を向上できる。
【0060】
特に、抵抗体３０がＣｒ混相膜から形成されている場合は、抵抗体３０がＣｕ－ＮｉやＮｉ－Ｃｒから形成されている場合と比べ、電池３の膨張に対する抵抗値の感度（同一の電池３の膨張に対する抵抗体３０の抵抗値の変化量）が大幅に向上する。抵抗体３０がＣｒ混相膜から形成されている場合、電池３の膨張に対する抵抗値の感度は、抵抗体３０がＣｕ－ＮｉやＮｉ－Ｃｒから形成されている場合と比べ、おおよそ５～１０倍程度となる。そのため、抵抗体３０をＣｒ混相膜から形成することで、電池３の膨張を精度よく検出することが可能となる。
【0061】
又、電池３の膨張に対する抵抗値の感度が高いことで、電池３の膨張の程度により行う動作を分けることができる。例えば、電池３の膨張が小であることを検出した場合には所定の動作を行い、電池３の膨張が中であることを検出した場合には他の動作を行い、電池３の膨張が大であることを検出した場合には更に他の動作を行うような制御の実現が可能となる。
【0062】
又、電池３の膨張に対する抵抗値の感度が高いと、Ｓ／Ｎの高い信号を得ることができる。そのため、アナログフロントエンド部７のＡ／Ｄ変換回路において平均化を行う回数を低減しても精度よく信号検出ができる。Ａ／Ｄ変換回路において平均化を行う回数を低減することで、１回のＡ／Ｄ変換に必要な時間を短縮できる。
【0063】
又、抵抗体３０がＣｒ混相膜から形成されている場合は、ひずみゲージ６を小型化できるため、小型の電池パック１にも使用可能となる。又、ひずみゲージ６を小型化できるため、配置する場所の選択の自由度を向上することが可能となる。
【0064】
〈第２の実施の形態〉
第２の実施の形態では、電池パックに複数のひずみゲージを搭載する例を示す。なお、第２の実施の形態において、既に説明した実施の形態と同一構成部についての説明は省略する場合がある。
第２の実施の形態では、電池パックに複数のひずみゲージを搭載する例を示す。なお、第２の実施の形態において、既に説明した実施の形態と同一構成部についての説明は省略する場合がある。
【0065】
【0066】
電池パック１Ａでは、各々の電池３に対してひずみゲージ６が割り当てられている。例えば、図５に示すように、各々の電池３の表面に、ひずみゲージ６を１つずつ貼り付けることができる。但し、各々の電池３に対して複数のひずみゲージ６を貼り付けてもよい。又、各々のひずみゲージ６が各々の電池３に対応する位置にくるように、各々のひずみゲージ６を上部材２Ｂの内面に貼り付けてもよいし、下部材２Ａや上部材２Ｂに埋め込んでもよい。
【0067】
図６は、第２の実施の形態に係る電池パックに搭載される回路基板について説明するブロック図である。図６を参照するに、各々のひずみゲージ６は、回路基板４に実装されたアナログフロントエンド部７Ａに接続され、アナログフロントエンド部７Ａの出力が外部出力端子５に接続されている。これにより、各々のひずみゲージ６の検出した情報（各々の電池３の膨張の程度を示す情報）は、外部出力端子５から出力可能となる。
【0068】
アナログフロントエンド部７Ａは、例えば、入力信号選択スイッチが追加された点がアナログフロントエンド部７と相違する。各々のひずみゲージ６の１対の端子部４１は、アナログフロントエンド部７Ａの入力信号選択スイッチに接続され、入力信号選択スイッチにより何れか１つのひずみゲージ６の１対の端子部４１が選択される。入力信号選択スイッチで選択された１対の端子部４１は、ブリッジ回路に接続される。
【0069】
すなわち、ブリッジ回路の１辺が入力信号選択スイッチで選択された１対の端子部４１間の抵抗体３０で構成され、他の３辺が固定抵抗で構成される。これにより、ブリッジ回路の出力として、入力信号選択スイッチで選択された１対の端子部４１間の抵抗体３０の抵抗値に対応した電圧（アナログ信号）を得ることができる。
【0070】
ブリッジ回路から出力された電圧は、増幅器で増幅された後、Ａ／Ｄ変換回路によりデジタル信号に変換され、外部出力端子５から出力可能とされる。アナログフロントエンド部７が温度補償回路を備えている場合には、温度補償されたデジタル信号が外部出力端子５から出力可能とされる。
【0071】
アナログフロントエンド部７Ａは、制御部８に接続されており、アナログフロントエンド部７Ａの入力信号選択スイッチは、制御部８から制御可能である。制御部８の指令により、アナログフロントエンド部７Ａの入力信号選択スイッチを高速で切り替えることで、全てのひずみゲージ６の１対の端子部４１間の抵抗体３０の抵抗値に対応するデジタル信号を極短時間で外部出力端子５から出力することができる。
【0072】
制御部８は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、メインメモリ等を含む構成とすることができる。この場合、制御部８の各種機能は、ＲＯＭ等に記録されたプログラムがメインメモリに読み出されてＣＰＵにより実行されることによって実現できる。但し、制御部８の一部又は全部は、ハードウェアのみにより実現されてもよい。又、制御部８は、物理的に複数の装置等により構成されてもよい。
【0073】
なお、制御部８に、第１の実施の形態で例示した、電流遮断スイッチを遮断して電池パックの動作を停止する機能等を盛り込んでも構わない。
【0074】
このように、電池パック１Ａでは、各々の電池３にひずみゲージ６を割り当てたことで、各々の電池３の膨張の程度を抵抗体３０の抵抗値の変化として個別に検出することができる。すなわち、より精度の高い電池の膨張検出が可能となる。
【0075】
なお、図７に示す電池パック１Ｂのように、各々の電池３の何れか一方の端部に、ひずみゲージ６を１つずつ貼り付けてもよい。図７の場合には、電池パック１Ｂの限られた内側空間を占有することなく、電池３の僅かな部分を有効利用した省スペースでの検出が可能となり、電池パック１Ｂの小型化及び軽量化が可能となる。
【0076】
前述のように、抵抗体３０がＣｒ混相膜から形成されている場合は、抵抗体３０がＣｕ－ＮｉやＮｉ－Ｃｒから形成されている場合と比べ、電池３の膨張に対する抵抗値の感度（同一の電池３の膨張に対する抵抗体３０の抵抗値の変化量）が大幅に向上する。そのため、抵抗体３０をＣｒ混相膜から形成する場合には、電池パック１Ｂの更なる小型化及び軽量化が可能となる。
【0077】
〈第２の実施の形態の変形例〉
第２の実施の形態の変形例では、第２の実施の形態とは構造の異なるセンサの例を示す。なお、第２の実施の形態の変形例において、既に説明した実施の形態と同一構成部についての説明は省略する場合がある。
第２の実施の形態の変形例では、第２の実施の形態とは構造の異なるセンサの例を示す。なお、第２の実施の形態の変形例において、既に説明した実施の形態と同一構成部についての説明は省略する場合がある。
【0078】
図８は、第２の実施の形態の変形例に係る電池パックに搭載されるセンサを例示する平面図である。図９は、第２の実施の形態の変形例に係る電池パックに搭載されるセンサを例示する断面図であり、図８のＢ－Ｂ線に沿う断面を示している。
【0079】
図８及び図９を参照するに、センサ６Ａは、各々の電池３に対して割り当てられた個別センサ５０（ひずみゲージ）の集合体である。従って、センサ６Ａは、電池３の個数分の個別センサ５０を有している。但し、センサ６Ａは、電池３の個数分よりも多い個別センサ５０を有し、各々の電池３に対して複数の個別センサ５０を割り当ててもよい。
【0080】
個別センサ５０は、各々の個別センサ５０に共通の基材１０と、各々の個別センサ５０毎に設けられた抵抗体３０及び端子部４１とを有している。各々の個別センサ５０は、同一の基材１０の一方の側に配列されている。
【0081】
各々の個別センサ５０の抵抗体３０を被覆し端子部４１を露出するように基材１０の上面１０ａに第１の実地の形態で説明したカバー層６０を設けても構わない。カバー層６０を設けることで、各々の個別センサ５０の抵抗体３０に機械的な損傷等が生じることを防止できる。又、カバー層６０を設けることで、各々の個別センサ５０の抵抗体３０を湿気等から保護することができる。なお、カバー層６０は、端子部４１を除く部分の全体を覆うように設けてもよい。
【0082】
センサ６Ａは、例えば、各々の個別センサ５０が各々の電池３に対応する位置にくるように、縦横に配列された電池３の表面に貼り付けてもよいし、上部材２Ｂの内面に貼り付けてもよいし、下部材２Ａや上部材２Ｂに埋め込んでもよい。
【0083】
このように、単体のひずみゲージ６を複数個用いる形態に代えて、ひずみゲージ６に対応する個別センサ５０が複数個配列されたセンサ６Ａを用いても構わない。
【0084】
〈第３の実施の形態〉
第３の実施の形態では、第１及び第２の実施の形態とは構造の異なるセンサの例を示す。なお、第３の実施の形態において、既に説明した実施の形態と同一構成部についての説明は省略する場合がある。
第３の実施の形態では、第１及び第２の実施の形態とは構造の異なるセンサの例を示す。なお、第３の実施の形態において、既に説明した実施の形態と同一構成部についての説明は省略する場合がある。
【0085】
図１０は、第３の実施の形態に係る電池パックに搭載されるセンサを例示する平面図である。図１１は、第３の実施の形態に係る電池パックに搭載されるセンサを例示する断面図であり、図１０のＣ－Ｃ線に沿う断面を示している。
【0086】
【0087】
抵抗体３０Ｂは、基材１０を介して積層された複数の抵抗部３１Ｂ及び３２Ｂを含んでいる。すなわち、抵抗体３０Ｂは、複数の抵抗部３１Ｂ及び３２Ｂの総称であり、抵抗部３１Ｂ及び３２Ｂを特に区別する必要がない場合には抵抗体３０Ｂと称する。なお、図１０では、便宜上、抵抗部３１Ｂ及び３２Ｂを梨地模様で示している。
【0088】
複数の抵抗部３１Ｂは、基材１０の上面１０ａに、長手方向をＸ方向に向けて所定間隔でＹ方向に並置された薄膜である。複数の抵抗部３２Ｂは、基材１０の下面１０ｂに、長手方向をＹ方向に向けて所定間隔でＸ方向に並置された薄膜である。但し、複数の抵抗部３１Ｂと複数の抵抗部３２Ｂとは平面視で直交している必要はなく、交差していればよい。
【0089】
抵抗体３０Ｂの幅は、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択できるが、例えば、０．１μｍ～１０００μｍ（１ｍｍ）程度とすることができる。隣接する抵抗体３０Ｂのピッチは、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択できるが、例えば、１ｍｍ～１００ｍｍ程度とすることができる。なお、図１０及び図１１では、抵抗部３１Ｂを１０本、抵抗部３２Ｂを８本図示しているが、抵抗部３１Ｂ及び３２Ｂの本数は必要に応じて適宜変更することができる。抵抗体３０Ｂの材料、厚さ、製造方法等は、抵抗体３０と同様とすることができる。
【0090】
端子部４１Ｂは、基材１０の上面１０ａにおいて、各々の抵抗部３１Ｂの両端部から延在しており、平面視において、抵抗部３１Ｂよりも拡幅して略矩形状に形成されている。端子部４１Ｂは、電池３の膨張により生じる抵抗部３１Ｂの抵抗値の変化を外部に出力するための１対の電極であり、例えば、外部接続用のフレキシブル基板やリード線等が接合される。端子部４１Ｂの上面を、端子部４１Ｂよりもはんだ付け性が良好な金属で被覆してもよい。なお、抵抗部３１Ｂと端子部４１Ｂとは便宜上別符号としているが、両者は同一工程において同一材料により一体に形成することができる。
【0091】
端子部４２Ｂは、基材１０の下面１０ｂにおいて、各々の抵抗部３２Ｂの両端部から延在しており、平面視において、抵抗部３２Ｂよりも拡幅して略矩形状に形成されている。端子部４２Ｂは、電池３の膨張により生じる抵抗部３２Ｂの抵抗値の変化を外部に出力するための１対の電極であり、例えば、外部接続用のフレキシブル基板やリード線等が接合される。端子部４２Ｂの上面を、端子部４２Ｂよりもはんだ付け性が良好な金属で被覆してもよい。なお、抵抗部３２Ｂと端子部４２Ｂとは便宜上別符号としているが、両者は同一工程において同一材料により一体に形成することができる。
【0092】
なお、基材１０を貫通する貫通配線（スルーホール）を設け、端子部４１Ｂ及び４２Ｂを基材１０の上面１０ａ側又は下面１０ｂ側に集約してもよい。
【0093】
抵抗部３１Ｂを被覆し端子部４１Ｂを露出するように基材１０の上面１０ａに第１の実地の形態で説明したカバー層６０を設けても構わない。又、抵抗部３２Ｂを被覆し端子部４２Ｂを露出するように基材１０の下面１０ｂに第１の実地の形態で説明したカバー層６０を設けても構わない。カバー層６０を設けることで、抵抗部３１Ｂ及び３２Ｂに機械的な損傷等が生じることを防止できる。又、カバー層６０を設けることで、抵抗部３１Ｂ及び３２Ｂを湿気等から保護することができる。なお、カバー層６０は、端子部４１Ｂ及び４２Ｂを除く部分の全体を覆うように設けてもよい。
【0094】
センサ６Ｂの全ての端子部４１Ｂ及び４２Ｂは、例えば、図６に示すアナログフロントエンド部７Ａの入力信号選択スイッチに接続され、第２の実施の形態と同様に動作する。すなわち、制御部８の指令により、アナログフロントエンド部７Ａの入力信号選択スイッチを高速で切り替えることで、センサ６Ｂの全ての端子部４１Ｂ及び４２Ｂの抵抗値に対応するデジタル信号を極短時間で外部出力端子５から出力することができる。
【0095】
外部出力端子５から出力するデジタル信号は、電池３の膨張の程度を示す情報と共に、電池３の膨張した位置を示す情報を含んでいる。そのため、外部出力端子５に接続された装置等は、例えば、図１０の最下部に位置する抵抗部３１Ｂの抵抗値と、左から２番目に位置する抵抗部３２Ｂの抵抗値が変化した場合には、図１０に示すＥ部が膨張したことを検出できる。
【0096】
又、外部出力端子５に接続された装置等は、最下部に位置する抵抗部３１Ｂの抵抗値の変化の大小と、左から２番目に位置する抵抗部３２Ｂの抵抗値の変化の大小とに基づいて、図１０に示すＥ部における膨張の程度を検出できる。
【0097】
又、外部出力端子５に接続された装置等は、複数の抵抗部３１Ｂの抵抗値や複数の抵抗部３２Ｂの抵抗値が変化した場合には、電池３が複数の位置で膨張したことを検出できる。
【0098】
なお、電池３の膨張の程度が小さい場合等には、抵抗部３１Ｂ及び抵抗部３２Ｂのうち、電池３に近い方の抵抗部のみが押圧され、電池３から遠い方の抵抗部は押圧されない場合がある。この場合には、電池３に近い方の抵抗部の１対の電極間の抵抗値のみが電池３の膨張に応じて連続的に変化するが、この場合も、外部出力端子５に接続された装置等は、電池３に近い方の抵抗部の抵抗値の変化の大小に基づいて、電池３の膨張の程度を検出できる。
【0099】
つまり、電池３の膨張により抵抗部３１Ｂ及び／又は抵抗部３２Ｂが押圧されると、押圧された抵抗部（抵抗部３１Ｂ及び／又は抵抗部３２Ｂ）の１対の電極間の抵抗値が押圧力の大きさに応じて連続的に変化する。そして、外部出力端子５に接続された装置等は、抵抗部３１Ｂと抵抗部３２Ｂの一方が押圧されたか両方が押圧されたかにかかわらず、押圧された抵抗部の抵抗値の変化の大小に基づいて、押圧力の大きさ（すなわち、電池３の膨張）を検出することができる。
【0100】
センサ６Ｂは、例えば、縦横に配列された電池３の表面に貼り付けてもよいし、上部材２Ｂの内面に貼り付けてもよいし、下部材２Ａや上部材２Ｂに埋め込んでもよい。
【0101】
このように、第３の実地の形態では、長手方向を第１方向に向けて並置された複数の抵抗部３１Ｂと、長手方向を第１方向と交差する第２方向に向けて並置された複数の抵抗部３２Ｂとを含む抵抗体３０Ｂを有するセンサ６Ｂを用いている。
【0102】
これにより、電池３が膨張する位置と膨張の程度とを含む３次元情報を精度よく取得することができる。すなわち、電池パック全体の応力情報が得られ、応力集中している箇所を詳細に把握できるので、電池３の膨張を精度よく検出することが可能となる。抵抗部３１Ｂ及び３２ＢがＣｒ混相膜から形成されていると特に好ましい点は、第１の実施の形態と同様である。
【0103】
〈第３の実施の形態の変形例〉
第３の実施の形態の変形例では、センサの抵抗体をジグザグパターンにする例を示す。なお、第３の実施の形態の変形例において、既に説明した実施の形態と同一構成部についての説明は省略する場合がある。
第３の実施の形態の変形例では、センサの抵抗体をジグザグパターンにする例を示す。なお、第３の実施の形態の変形例において、既に説明した実施の形態と同一構成部についての説明は省略する場合がある。
【0104】
図１２は、第３の実施の形態の変形例に係る電池パックに搭載されるセンサを例示する平面図であり、図１０に対応する平面を示している。図１２を参照するに、センサ６Ｃは、抵抗体３０Ｂが抵抗体３０Ｃに置換された点が、センサ６Ｂ（図１０及び図１１参照）と相違する。
【0105】
抵抗体３０Ｃは、抵抗部３１Ｃ及び３２Ｃを含んでいる。抵抗部３１Ｃは、１対の端子部４１Ｂの間に形成されたジグザグのパターンである。又、抵抗部３２Ｃは、１対の端子部４２Ｂの間に形成されたジグザグのパターンである。抵抗体３０Ｃの材料、厚さ、製造方法等は、抵抗体３０と同様とすることができる。
【0106】
このように、抵抗部３１Ｃ及び３２Ｃをジグザグパターンにすることで、直線状のパターンにした場合と比べて、１対の端子部４１Ｂ間の抵抗値及び１対の端子部４２Ｂ間の抵抗値を高くできる。その結果、電池３が膨張して抵抗部３１Ｃ及び３２Ｃが押圧された際の１対の端子部４１Ｂ間の抵抗値の変化量及び１対の端子部４２Ｂ間の抵抗値の変化量が大きくなり、電池３が膨張する位置と膨張の程度とを含む３次元情報を更に精度よく取得することができる。
【0107】
又、１対の端子部４１Ｂ間の抵抗値及び１対の端子部４２Ｂ間の抵抗値を高くできるため、センサ６Ｃを低消費電力化することが可能である。
【0108】
〈第４の実施の形態〉
第４の実施の形態では、第１～第３の実施の形態とは構造の異なるセンサの例を示す。なお、第４の実施の形態において、既に説明した実施の形態と同一構成部についての説明は省略する場合がある。
第４の実施の形態では、第１～第３の実施の形態とは構造の異なるセンサの例を示す。なお、第４の実施の形態において、既に説明した実施の形態と同一構成部についての説明は省略する場合がある。
【0109】
図１３は、第４の実施の形態に係る電池パックに搭載されるセンサを例示する平面図である。図１４は、第４の実施の形態に係る電池パックに搭載されるセンサを例示する断面図であり、図１３のＤ－Ｄ線に沿う断面を示している。
【0110】
図１３及び図１４を参照するに、センサ６Ｄは、同一の基材１０上に形成された、ひずみゲージ６と、温度センサである温度検出部６Ｔとを備えている。ひずみゲージ６と温度検出部６Ｔとは、互いに独立して配置されており、電気的に接続されていない。
【0111】
【0112】
温度検出部６Ｔは、基材１０上に形成された、金属層３０Ｄと、金属層４３と、電極４０Ｄとを有している。
【0113】
金属層３０Ｄは、基材１０上にベタ状に形成された薄膜である。金属層３０Ｄは、基材１０の上面１０ａに直接形成されてもよいし、基材１０の上面１０ａに他の層を介して形成されてもよい。金属層３０Ｄの材料や厚さは、例えば、抵抗体３０と同様とすることができる。
【0114】
金属層４３は、金属層３０Ｄ上に積層されたベタ状の薄膜である。金属層４３の材料は、金属層３０Ｄと異なる材料であれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択できる。金属層４３の材料としては、例えば、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ等、又は、これら何れかの金属の合金、これら何れかの金属の化合物、或いは、これら何れかの金属、合金、化合物を適宜積層した積層膜が挙げられる。金属層４３の厚さは、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択できるが、例えば、０．０１μｍ～３０μｍ程度とすることができる。
【0115】
金属層３０Ｄと金属層４３とは異なる材料により形成されているため、熱電対として機能することができる。金属層３０Ｄ及び４３をベタ状の薄膜とすることにより、ひずみの影響を低減して精度のよい温度検出が可能となる。
【0116】
電極４０Ｄは、端子部４１Ｄ上に金属層４２Ｄが積層された積層構造とすることができる。端子部４１Ｄは、金属層３０Ｄの両端部から延在しており、平面視において、略矩形状に形成されている。金属層４２Ｄの一方は、金属層４３の一端部から延在しており、平面視において、端子部４１Ｄの一方上に略矩形状に形成されている。金属層４２Ｄの他方は、端子部４１Ｄの他方上に略矩形状に形成されているが、金属層４３とは電気的に接続されていない。
【0117】
電極４０Ｄは、ひずみゲージ６の周辺温度の変化に応じて金属層３０Ｄと金属層４３との間に生じる電位差（熱起電力）を外部に出力するための一対の電極であり、例えば、外部接続用のリード線等が接合される。
【0118】
金属層３０Ｄ及び４３を被覆し電極４０Ｄを露出するように基材１０の上面１０ａに防湿層６５を設けても構わない。防湿層６５を設けることで、金属層３０Ｄ及び４３に対する湿気の影響を低減して精度のよい温度検出が可能となる。なお、防湿層６５は、電極４０Ｄを除くより広い領域を覆うように設けてもよい。
【0119】
防湿層６５の材料は、金属層３０Ｄ及び４３に対する湿気の影響を低減できる材料であれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択できるが、例えば、高密度ポリエチレン、ポリ塩化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリプロピレン、ブチルゴム等が挙げられる。防湿層６５の厚さは、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択できるが、例えば、２μｍ～３０μｍ程度とすることができる。
【0120】
なお、抵抗体３０、端子部４１、金属層３０Ｄ、及び端子部４１Ｄは便宜上別符号としているが、これらは同一工程において同一材料により一体に形成することができる。又、金属層４２Ｄ及び金属層４３は便宜上別符号としているが、これらは同一工程において同一材料により一体に形成することができる。
【0121】
【0122】
これにより、電池３の変形（膨張や収縮）に加え、電池３の温度情報を取得することができる。電池３の温度情報を外部出力端子５から出力して外部で監視することで、電池パック１の熱暴走等の回避が可能となる。
【0123】
【0124】
なお、以上は、ひずみゲージ６と温度検出部６Ｔとを同一の基材１０上に形成する例を示したが、温度検出部６Ｔはひずみゲージ６とは別の基材上に設けても構わない。又、温度検出部６Ｔに代えて、汎用の温度センサ（熱電対、サーミスタ等）を用いてもよい。
【0125】
〈第５の実施の形態〉
第５の実施の形態では、電池パックの筐体の外側にひずみゲージを貼る例を示す。なお、第５の実施の形態において、既に説明した実施の形態と同一構成部についての説明は省略する場合がある。
第５の実施の形態では、電池パックの筐体の外側にひずみゲージを貼る例を示す。なお、第５の実施の形態において、既に説明した実施の形態と同一構成部についての説明は省略する場合がある。
【0126】
図１５は、第５の実施の形態に係る電池パックを例示する斜視図である。図１５を参照するに、電池パック１Ｃは、ＣＰＵ等が実装された回路基板４や電池３（図示せず）を収容する筐体２を有しており、筐体２の端部には、外部出力端子５を樹脂や低温ガラス等により封止した封止部９が設けられている。
【0127】
封止部９は、電池３が膨張すると僅かに変形する。そこで、封止部９の表面にひずみゲージ６を貼り付けることで、電池３の膨張を検出可能である。前述のように、抵抗体３０がＣｒ混相膜から形成されている場合は、抵抗体３０がＣｕ－ＮｉやＮｉ－Ｃｒから形成されている場合と比べ、電池３の膨張に対する抵抗値の感度（同一の電池３の膨張に対する抵抗体３０の抵抗値の変化量）が大幅に向上する。そのため、抵抗体３０をＣｒ混相膜から形成することで、封止部９のような変形の少ない部分にひずみゲージ６を貼り付けた場合であっても、電池３の膨張を精度よく検出することが可能となる。
【0128】
例えば、薄型の物、厚みや大きさに制限のある物、額縁状のグリップセンサのような物に用いることができる。
【0129】
【0130】
〈第６の実施の形態〉
第６の実施の形態では、ひずみゲージを封止する例を示す。なお、第６の実施の形態において、既に説明した実施の形態と同一構成部についての説明は省略する場合がある。
第６の実施の形態では、ひずみゲージを封止する例を示す。なお、第６の実施の形態において、既に説明した実施の形態と同一構成部についての説明は省略する場合がある。
【0131】
【0132】
【0133】
電池パック１Ｄでは、ひずみゲージ６は、回路基板４に貼り付けられ、回路基板４に実装された外部出力端子５及びアナログフロントエンド部７と共に、樹脂や低温ガラス等からなる封止部９Ｄにより気密封止されている。回路基板４に電池３の電圧監視回路、保護回路、電流検出回路等が実装されている場合には、これらの回路も含めて、封止部９Ｄにより気密封止することができる。
【0134】
ひずみゲージ６の抵抗体３０は、耐熱性に優れたＣｒ混相膜から形成されていることが好ましい。ひずみゲージ６の抵抗体３０がＣｒ混相膜から形成されている場合、ひずみゲージ６は樹脂や低温ガラス等による封止が可能な耐熱性を備えており、ひずみゲージ６を樹脂や低温ガラス等からなる封止部９Ｄにより気密封止することにより、堅牢性を向上することができる。
【0135】
【0136】
〈シミュレーション〉
有限要素法解析ソフトを用い、電池が膨張したときに、電池パックの筐体の短手方向に発生するひずみ、長手方向に発生するひずみ、及び斜め４５度方向に発生するひずみのシミュレーションを行った。
有限要素法解析ソフトを用い、電池が膨張したときに、電池パックの筐体の短手方向に発生するひずみ、長手方向に発生するひずみ、及び斜め４５度方向に発生するひずみのシミュレーションを行った。
【0137】
結果を図１８、図１９、及び図２０に示す。図１８は、電池の膨張時に電池パックの短手方向に発生するひずみのシミュレーション結果である。図１９は、電池の膨張時に電池パックの長手方向に発生するひずみのシミュレーション結果である。図２０は、電池の膨張時に電池パックの斜め４５度方向に発生するひずみのシミュレーション結果である。
【0138】
図１８～図２０に示すように、シート型や箱型の電池パックにおいて、電池パックの筐体内に配置された電池の内部にガスが発生すると、電池が膨張し、電池パックの筐体の上面及び／又は下面の中央部が最も盛り上がる。そして、筐体の盛り上がった部分の近傍に引張（膨張）ひずみが発生する。
【0139】
電池パックの筐体の上面及び／又は下面の中央部では、最大で＋５００μεの引張ひずみが発生する。そこで、電池パックの筐体の上面及び／又は下面の中央部にひずみゲージ６を貼り付けることで、より確実に、かつ早期に電池パックの異常を発見することが可能となる。
【0140】
本明細書において、筐体の上面の中央部は、上面の面積を長手方向に２分する直線と短手方向に２分する直線の交点を中心として、上面の短手方向の長さの１０％の長さを半径とする円を描いたとき、円の内側となる領域、と定義する。筐体の下面の中央部についても同様の定義である。
【0141】
又、電池パックの筐体の上面の中央部にひずみゲージを貼り付けるとは、ひずみゲージの全体が、上記の円の内側に存在すること、と定義する。電池パックの筐体の下面の中央部にひずみゲージを貼り付ける場合についても同様の定義である。
【0142】
又、電池パックの筐体の上面及び／又は下面の端部では、最大で－５００μεの圧縮ひずみが発生する。そこで、電池パックの筐体の上面及び／又は下面の端部にひずみゲージ６を貼り付けることで、より確実に、かつ早期に電池パックの異常を発見することが可能となる。
【0143】
本明細書において、筐体の上面の端部とは、筐体の上面と各側面との境界となる辺から上面側に延伸した、上面の短手方向の長さの１０％の幅を有する環状の領域、及び上面と各側面との境界となる辺から各側面側に延伸した、上面の短手方向の長さの１０％の幅を有する環状の領域、と定義する。筐体の下面の端部についても同様の定義である。
【0144】
又、筐体の上面の端部にひずみゲージを貼り付けるとは、ひずみゲージの全体が、上記の上面側に延伸した環状の領域、各側面側に延伸した環状の領域の少なくとも一方の内側に存在すること、と定義する。電池パックの筐体の下面の端部にひずみゲージを貼り付ける場合についても同様の定義である。
【0145】
又、図２０の場合には、電池パックの筐体の上面及び／又は下面の角部で、大きな圧縮ひずみが発生する。そこで、電池パックの筐体の上面及び／又は下面の角部にひずみゲージ６を貼り付けることで、より確実に、かつ早期に電池パックの異常を発見することが可能となる。この場合には、ひずみゲージ６の抵抗体３０の長手方向を、ひずみ方向（電池パックの斜め４５度方向）に合わせるように貼り付けることが好ましい。
【0146】
本明細書において、筐体の上面の角部とは、筐体の上面の各頂点を中心として、上面の短手方向の長さの１０％の長さを半径とする扇形を描いたとき、扇形の内側となる領域、と定義する。筐体の下面の角部についても同様の定義である。
【0147】
又、筐体の上面の角部にひずみゲージを貼り付けるとは、ひずみゲージの全体が、上記の扇状の領域の少なくとも一つの内側に存在すること、と定義する。電池パックの筐体の下面の角部にひずみゲージを貼り付ける場合についても同様の定義である。
【0148】
なお、電池パックの筐体の上面及び／又は下面の中央部、端部、角部の何れか２つ以上にひずみゲージ６を貼り付けてもよい。又、電池パックの筐体の上面及び／又は下面の中央部、端部、角部の何れの場合も、ひずみゲージ６に代えて、図８及び図９に示すセンサ６Ａ、図１０及び図１１に示すセンサ６Ｂ、図１２に示すセンサ６Ｃ、図１３に示すセンサ６Ｄを用いてもよい。この場合も上記と同様の効果を奏する。
【0149】
以上、好ましい実施の形態等について詳説したが、上述した実施の形態等に制限されることはなく、特許請求の範囲に記載された範囲を逸脱することなく、上述した実施の形態等に種々の変形及び置換を加えることができる。
【0150】
例えば、ひずみゲージは図２等に示す形態には限定されない。例えば、基材の一方の側に直線状に形成された複数の抵抗部を有し、各々の抵抗部が同一面上で交差して互いに導通しているひずみゲージを用いてもよい。より具体的には、基材の一方の側に直線状に形成された２つの抵抗部を有し、各々の抵抗部が同一面上で直交して互いに導通しているひずみゲージを用いることができる。又、基材の一方の側に直線状に形成された３つ以上の抵抗部を有し、各々の抵抗部が同一面上で互いのなす角が４５度になるように交差して互いに導通しているひずみゲージを用いることができる。これにより、複数方向のひずみを選択的に測定することができる。
【0151】
又、センサ６Ｂでは、絶縁層である基材１０の上面１０ａに抵抗部３１Ｂを設け、下面１０ｂに抵抗部３２Ｂを設ける例を示したが、絶縁層の一方の側に抵抗部３１Ｂを設け、他方の側に抵抗部３２Ｂを設ける構造であれば、これには限定されない。例えば、基材１０の上面１０ａに抵抗部３１Ｂを設け、基材１０の上面１０ａに抵抗部３１Ｂを被覆する絶縁層を設け、絶縁層上に抵抗部３２Ｂを設けてもよい。又、抵抗部３１Ｂを設けた第１基材と、抵抗部３２Ｂを設けた第２基材を作製し、抵抗部３１Ｂと抵抗部３２Ｂを内側に向けて、絶縁層を挟んで抵抗部３１Ｂを設けた第１基材と抵抗部３２Ｂを設けた第２基材を貼り合わせてもよい。又、抵抗部３１Ｂを設けた第１基材と、抵抗部３２Ｂを設けた第２基材を作製し、抵抗部３１Ｂを設けた第１基材と抵抗部３２Ｂを設けた第２基材を同一方向に積層してもよい。センサ６Ｃについても同様である。
【符号の説明】
【0152】
１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ 電池パック、２ 筐体、２Ａ 下部材、２Ｂ 上部材、２Ｃ 切り欠き部、３ 電池、４ 回路基板、５ 外部出力端子、６ ひずみゲージ、６Ａ、６Ｂ、６Ｃ、６Ｄ センサ、６Ｔ 温度検出部、７、７Ａ アナログフロントエンド部、８ 制御部、９、９Ｄ 封止部、１０ 基材、１０ａ 基材の上面、１０ｂ 基材の下面、３０、３０Ｂ、３０Ｃ 抵抗体、３０Ｄ、４２Ｄ、４３ 金属層、３１Ｂ、３１Ｃ、３２Ｂ、３２Ｃ 抵抗部、４１、４１Ｂ、４２Ｂ、４１Ｄ 端子部、５０ 個別センサ、６０ カバー層、６５ 防湿層
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
