JP2012190685A

JP2012190685A - 電池パック

Info

Publication number: JP2012190685A
Application number: JP2011054061A
Authority: JP
Inventors: Yoshiaki Nishijima; 良明西島
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2011-03-11
Filing date: 2011-03-11
Publication date: 2012-10-04

Abstract

【課題】電池パックの外装ケースの薄肉化によって、直接外装ケースの表面に対して鉛直方向からの荷重が繰り返しかかった場合には、外装ケースの表面が強度不足により、劣化しひび割れるという課題が生じた。
【解決手段】本発明の電池パック２１は、２主面と４側面からなる電池を収納する外装ケース１と、一の前記主面に貼り付けられるシート部１９と、一の前記主面に貼り付けられるシート部１９を覆い、少なくとも外装ケースの対向する２側面を介して、他の主面に貼り付けられるテープ２０とを備えていることを特徴とする。
ここで、一の前記主面を露出するように電子機器２２の電池パック装着部２３に配置されることを特徴とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、携帯電話やパソコンなどの小型電子機器の電源に用いられる電池パックに関し、外部からの衝撃に対して、機械的に保護する電池パックに関するものである。

近年、繰り返し充電して使用が可能な二次電池をパッケージングしてなる電池パックが広く普及している。電池パックはノートブック型パーソナルコンピュータや携帯電話、ＰＤＡ、その他各種電子機器の主電源またはバックアップ電源等として広く用いられている。

現在の代表的な電池パックは、厚みのある平面視が四角形板状の角型電池を素電池とし、素電池に保護回路基板を電気的に接続し、これを合成樹脂からなる外装ケースの内部に収納したのち、外装体を内部封止した構成を持つ。

この外装ケースは、外部からの衝撃に対して、素電池を保護するために設けられている。とくに、電池パックが電子機器の電池装着部に配置され、電池パック表面が電子機器に露出する場合は、露出している外装ケースの強度向上が必要である。したがって、外装ケースの素材は、一定の強度を有するポリカーボネート、ABS樹脂等が用いられている。しかし、近年の電子機器の小型化や、軽量化のニーズに伴い、それに装着される電池パックの外装ケースの薄肉化が求められる傾向にある。

特開２００８−１９２４４７

電池パックの外装ケースの薄肉化によって、直接外装ケースの表面に対して鉛直方向からの荷重が繰り返しかかった場合には、外装ケースの表面が強度不足により、劣化しひび割れるという課題が生じた。
そこで、外装ケースの表面で、鉛直方向の荷重が繰り返しかかる部分に機械的強度を向上させる目的で、金属板を配置することが考えられる。しかし、外装ケース表面に金属板を配置する構成では、金属板端部には、一般的にエッジが生じるため、電池パック表面が電子機器に露出する場合においては安全性に欠け、さらに金属板を新たな部品として追加するには、コストがかかるという課題がある。

また、金属板ではなく、ポリカーボネート材料のシートを外装ケースの表面に貼り付けた場合では、荷重がかかった際にシートの粘着層が外装ケースの表面を滑るため、外装ケース表面とシートとが一体化されず、外装ケースの表面における強度向上にならないという課題がある。本発明は、このような問題点を解決するために成されたものであり、機械的強度を向上させた電池パックを提供することを目的とする。

本発明の電池パック２１は、２主面と４側面からなる電池を収納する外装ケース１と、一の前記主面に貼り付けられるシート部１９と、一の前記主面に貼り付けられるシート部１９を覆い、少なくとも外装ケースの対向する２側面を介して、他の主面に貼り付けられるテープ２０とを備えていることを特徴とする。

ここで、一の前記主面を露出するように電子機器２２の電池パック装着部２３に配置されることを特徴とする。

本発明に係る電池パックでは、２主面と４側面からなる電池を収納する外装ケースと、
一の前記主面に貼り付けられるシート部と、一の前記主面に貼り付けられるシート部を覆い、少なくとも外装ケースの対向する２側面を介して、他の主面に貼り付けられるテープとを備え、ることで、外装ケースの主面の厚肉化をしても機械的強度を向上させ、かつテープによりシート部と外装ケースとのズレを防止し、シート部と外装ケースとを一体化さることで、外部からの力に対して、外装ケースの主面の変形や、ひび割れ、クラックの発生を低減することができる。

電池パックが、一の前記主面を露出するように電子機器の電池パック装着部に配置される場合でも、上述と同様の効果がある。

本発明の実施の形態における電池パックの斜視図。図１に示す電池パックを上下反転させた斜視図である。図１に示す電池パックの分解斜視図である。図２に示す電池パックの分解斜視図である。図１に示すＡ−Ａ線の断面図である。図５に示す領域Ｅ１の拡大図である。（ａ）は、第二ケース１Ｂの主面にテープを貼り付けられる工程における側面図である。（ｂ）は、外装ケースの側壁にテープを貼り付けられる工程における側面図である。（ｃ）は、外装ケースにテープが貼り付けられた状態を示す側面図である。従来例における電池パックの斜視図である。図８に示すＢ−Ｂ線の断面図である。図９に示す領域Ｅ２の断面図である。電池パックが電子機器の電池パック収納部に配置された状態を示す斜視図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施の形態は、本発明の技術思想を具体化するための電池パックを例示するものであって、本発明は電池パックを以下のものに特定しない。また特許請求の範囲に示される部材を、実施の形態の部材に特定するものでは決してない。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。さらに以下の説明において、本発明と従来例における同一の名称、符号については同一もしくは同質の部材を示しており、詳細説明を適宜省略する。さらに、本発明を構成する各要素は、複数の要素を同一の部材で構成して一の部材で複数の要素を兼用する態様としてもよいし、逆に一の部材の機能を複数の部材で分担して実現することもできる。

図１と図２に本発明の一実施の形態に係る電池パック２１の斜視図を、図３と図４に分解斜視図を、図５と図６は、電池パックの断面図をそれぞれ示す。図７は、外装ケース１にテープ２０を貼り付ける工程において、その貼付け方法を示した側面図である。図８は、従来例における電池パックの斜視図であり、図９、図１０は、従来例における電池パックの断面図である。図１１は、電池パックが電子機器の電池パック収納部に配置された状態を示す図である。また、図1におけるＸ方向を電池パックの幅方向とし、Ｚ方向を電池パックの奥行き長さ方向、Ｙ方向を電池パックの厚み方向とした。

これらの図（特に、図３）に示す本実施例の電池パックは、角型電池２からなる電池コア１３と、この角型電池２を収納する外装ケース１とを備える。図の電池パックは、角型電池２に回路基板１０を連結して電池コア１３とし、電池コア１３の状態で外装ケース１に収納している。

角型電池２は、厚さが幅よりも薄く、外周の形状を略四角形とする二次電池である。換言するなら、厚みのある平面視四角形の板状である。角型電池２は、図３、図４に示すように、電池の厚さが幅よりも薄い角形の電池であって、互いに対向する両面に位置する第１の平坦面２Ａおよび第２の平坦面２Ｂと、第１の平坦面２Ａおよび第２の平坦面２Ｂを連結する面であって端子群を配置する端子面２Ｃと、端子面２Ｃと対向する端面２Ｄと、端子面２Ｃおよび端面２Ｄを連結する第１の側面２Ｅおよび第２の側面２Ｆとの６面を有する。

ただし、本明細書において、角型電池の第１の側面および第２の側面とは、角型電池の両側に位置する面であって、第１の平坦面、第２の平坦面、端子面及び端面に対して平行な方向から見たときに見える面を意味するものとする。したがって、第１の側面および第２の側面は、必ずしもひとつ平面とする必要はなく、湾曲面とすることも、部分的に曲面を有する面とすることも、あるいは複数の平面を組み合わせた面とすることもできる。

角型電池２は、リチウムイオン電池、又はポリマー電池である。ポリマー電池はリチウムポリマー電池である。ただ、本発明は、角型電池２をリチウムイオン電池やポリマー電池に特定しない。角型電池は、これ等の電池以外の電池、たとえばニッケル水素電池やニッケルカドミウム電池とすることもできる。なお、角型の電池２に代わって、円筒型の電池であってもよい。

外装ケース１は、全体をプラスチックで一体的に成形して製作される。プラスチックは、ガラス繊維やカーボン繊維等の繊維を埋設して補強しているプラスチック、たとえばＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイト）が適している。ＰＰＳは、極めて優れた強度を有する。また、ＰＰＳは、繊維で補強して衝撃強度も向上できる。さらに、ＰＰＳは、難燃性に優れているので、例えば、外装ケースの材質にＰＰＳを使用した場合、板厚を０．４ｍｍまで薄くしても、ＵＬ規格等で定められている難燃性に関する基準を満たすことができる。したがって、ＰＰＳは、難燃性を保ちながら、外装ケースを薄くすることができ、その分、電池パックの小型化を図ることができる。ただし、外装ケースのプラスチックは、ポリカーボネート等のプラスチックも使用できるので、プラスチックをＰＰＳには特定しない。

角型電池２は、電池コア１３の状態に組み立てて外装ケース１に収納される。電池コア１３は、回路基板１０とリード板１６、１７とを介して角型電池２に連結している。図の電池パックは、２個の角型電池２を同一面に平行に並べて外装ケース１に収納している。隣接する角型電池２はリード板１６、１７で並列に接続している。角型電池２を接続するリード板１６、１７は、回路基板１０に接続している。この電池パックは、複数の角型電池２を並列に接続するが、本発明の電池パックは、複数の角型電池を並列又は直列に接続して外装ケースに収納することができる。

さらに、図の電池コア１３は、保護素子１５を介して回路基板１０に接続している。保護素子１５は、角型電池２に過電流が流れると電流を遮断し、あるいは角型電池２が異常な温度に加熱されると電流を遮断する素子であって、ヒューズやＰＴＣ等である。電池パックは、保護素子１５を角型電池２の外周面に対向して、図３、図４において、保護素子１５を角型電池２の端面２Ｄに配設している。さらに、保護素子１５は、隣接する角型電池２の境界部分に配置される。保護素子１５は、端面２Ｄから突出して配置される。保護素子１５は、両端部に接続リード１８を接続しており、これらの接続リード１８は、リード板１６を介して薄型電池２と回路基板１０とにそれぞれ接続している。保護素子１５の一方の接続リード１８は、リード板１６Ｃを介して、角型電池２の端面２Ｄに接続されるリード板１６Ｂに接続している。保護素子１５の他方の接続リード１８は、リード板１６Ａを介して回路基板１０に接続している。

回路基板１０は、表面に出力端子９を固定している。出力端子９は、外装ケース１に設けた電極窓１４から外部に表出される。また、回路基板１０は電池の保護回路（図示せず）を実装している。保護回路は、角型電池２の過電流を保護する回路、あるいは角型電池２の過充電や過放電を防止する回路である。

電池コア１３は、回路基板１０の両端を、リード板１６、１７を介して角型電池２の正負の電極に連結している。回路基板１０は、リード板１６、１７を介して角型電池２から離して連結している。回路基板１０は、第１ケース１Ａの定位置に嵌着構造で連結される。第１ケース１Ａは、第１表面プレート１ａの内面を、回路基板１０を嵌着して定位置に配置する形状に成形している。ただ、電池パックは、基板ホルダーを介して回路基板を定位置に保持することもできる。この電池パックは、基板ホルダーを介して回路基板を第１ケース１Ａの定位置に嵌着構造で連結する。

図の第１ケース１Ａは、第１表面プレート１ａの内面に内壁５を設けている。この第１ケース１Ａは、角型電池２と回路基板１０との間に内壁５を配置する。薄型電池２と回路基板１０との間に配設される内壁５は、外側に複数の補強リブ６を設けて、回路基板１０を定位置に嵌着構造で配置する。薄型電池２と回路基板１０の境界にある内壁５は、角型電池２と回路基板１０を連結するリード板１６、１７を通過させるスリット５Ａを設けている。この構造は、内壁５で角型電池２と回路基板１０とを絶縁して定位置に配置する。

外装ケース１は、厚みのある平面視四角形の板状であり、角型電池２の第１の平坦面２Ａ（図３において角型電池２の下面）をカバーする第１表面プレート１ａを有する第１ケース１Ａと、第２の平坦面２Ｂをカバーする第２表面プレート１ｂを有する第２ケース１Ｂとからなる。本発明では、２主面と４側面からなる外装ケースとしたが、主面及び側面とは、必ずしもひとつの平面とする必要はなく、湾曲面や、部分的に曲面、凹部、凸部を有する面とすることも、あるいは複数の平面を組み合わせた面とすることもできる。
第１ケース１Ａと第２ケース１Ｂは、全体を前述のプラスチックで一体的に成形している。第１ケース１Ａと第２ケース１Ｂは、外形を同じ形状として外周縁を連結して、内部に角型電池２の電池コア１３を収納している。さらに、第１表面プレート１ａと第２表面プレート１ｂは、その外形を電池コア１３の外形よりも大きくしている。外装ケース１は、この図において対向する両側の外周部７と、回路基板１０を配設する外周部７の幅を広くしている。幅の広い外周部７の内面に、電池コア１３の保護素子１５を配設している。図示しないが、本発明の電池パックは、第１表面プレートと第２表面プレートの全周に沿って外周部の幅を広くすることもできる。

第１ケース１Ａは、第１表面プレート１ａに角型電池２の第１の平坦面２Ａを外部に表出させる開口部４を設けている。図３と図４の電池パックは、２個の角型電池２からなる電池コア１３を収納するので、第１表面プレート１ａに各々の角型電池２の第１の平坦面２Ａを外部に表出するふたつの開口部４を設けている。この構造によると、ふたつの開口部４の間を連結できるので、第１ケース１Ａの強度を向上できる。ただし、本発明の電池パックは、第１表面プレートにひとつの開口部を設けて、この開口部から複数の角型電池を外部に表出させることもできる。開口部４は、角型電池２の第１の平坦面２Ａを外部に表出させて、角型電池２の平坦面の膨れを開口部から外部に突出させる。角型電池２は、平坦面の外周部分の膨れは小さく、中央部が膨れやすい。したがって、開口部４は、第１の平坦面２Ａの外周部分を除く部分を外部に表出させる大きさ、たとえば、第１の平坦面２Ａの外周部分を除く、平坦面全面積の６０％ないし９５％を外部に表出する大きさに開口される。また、第一ケース１Ａに設けられた電極窓１４と対向する外壁８の両端に係止リブ８Ｒが設けられている。この係止リブ８Ｒは、図示はしないが、電子機器の電池パック収納部側壁に設けられた凹部に係止し、電子機器に取り付けられた電池パックを位置固定している。

第１表面プレート１ａは、開口部４を設けることで強度が低下する。開口部４で強度の低下した第１表面プレート１ａは、外周部７に設けた補強リブ６で補強される。したがって、第１表面プレート１ａは、外周に沿って外壁８を設け、さらにこの外壁８と外周部７の内面に連結するように、補強リブ６を一体的に成形して設けている。補強リブ６は、電池コア１３の収納の邪魔にならないように、電池コア１３の外側に配設される。図３に示す第１表面プレート１ａは、電池コア１３の両側の外周部７の内面に複数の補強リブ６を設けている。図３の実施例は、各々５列の補強リブ６を一体的に成形して設けている。電池コア１３の上側の外周部７と下側の外周部７にも５列の補強リブ６を一体的に成形して設けている。さらに、第１表面プレート１ａは、補強リブ６よりも内側であって、電池コア１３の外側に内壁５を設けている。この第１ケース１Ａは、内壁５の内側に電池コア１３を嵌着して、電池コア１３を定位置に配置できる。また、内壁５でもって、電池コア１３を第１ケース１Ａの定位置に位置ずれしないように配置できる。

図３の第１ケース１Ａは、内壁５に保護素子１５を収納する凹部５Ｂを設けて、この凹部５Ｂに電池コア１３の保護素子１５を配設している。この構造は、保護素子１５を内壁５で保護しながら、電池コア１３をケース内の定位置にしっかりと配置できる。

第２ケース１Ｂは、外周に沿って外壁８を設けている。第２ケース１Ｂの外壁８が第１ケース１Ａの外壁８に超音波溶着などの方法で連結されて、第１ケース１Ａと第２ケース１Ｂの内部に電池コア１３が収納される。図４に示す第２ケース１Ｂは、回路基板１０を収納する外周部７の外側縁に設けている外壁８を高くしている。第１ケース１Ａは、回路基板１０を収納する外周部７の外側縁を除く部分の外壁８を高くしている。

外装ケース１に電池コア１３を入れた状態で、ラベル等の絶縁材料からなる外装ラベル３を付着して、第１表面プレート１ａの開口部４を閉塞する。外装ラベル３は、角型電池２の第１の平坦面２Ａと第１表面プレート１ａに接着される。外装ラベル３は、可撓性のあるプラスチックシートやラベルからなる絶縁シートである。この外装ラベル３は、接着材を介して角型電池２と外装ケース１に接着され、あるいは粘着層を介して接着される。この外装ラベル３には、機種名、定格出力等の表示が記載される。

図１１に示すように、電池パック２１が電子機器２２の外壁に凹設して設けられた電池パック収納部２３に配置された際、外装ケース１の第二ケース１Ｂの主面が電子機器２２の外壁と同一面となるように連結される。この外装ケース１の第二ケース１Ｂの主面が電子機器２２の外壁と同一面となることで、第二ケース１Ｂの主面に対して、外部からの衝撃や荷重（外力）が、頻繁に掛かる。そのため、外装ケース１の第二ケース１Ｂの裏面側には角型電池２が位置するので、外力により変形が発生しにくい傾向があるが、第二ケース１Ｂの主面と側壁の連結部付近には第二ケース１Ｂの裏面側に角型電池２が位置しないので、変形が生じることがある。そこで従来例において、第二ケース１Ｂの主面において、図８、図９、図１０に示す従来例の電池パックでは、変形部（変形領域）Ｈの発生を防止する目的で第二ケース１Ｂの主面を覆うように、平面視四角形状のシート部１９を第二ケース１Ｂの主面に配置されている。

しかし、シート部１９はシート部１９の粘着層によってのみ第二ケース１Ｂの主面に固定されているため、力Ｆの負荷によってシート部１９と第二ケース１Ｂの主面とに貼りずれが生じ、主面と一体化されず、力Ｆを側壁に伝達することができず、力Ｆが分散されずに主面のみにかかることとなる。そのため、依然として変形部Ｈが第二ケースの主面と側壁の連結部付近に生じることとなる。なお、外部からの衝撃や荷重を力Ｆとして、図１０に図示した。

そこで、本発明の実施例においては、シート部１９を第二ケース１Ｂの主面と強固に固定することで、シート部１９と主面との一体化を行い、外装ケースの強度向上を図る。

図５に示すように、シート部１９は、第二ケース１Bの主面にのみ貼り付けられている。実施例においては第二ケース１Bと接する４側面には貼り付けられていない。したがって、シート部１９は、主面と側面との直交部分での浮き上がりを防止することができる。しかし、シート部１９を第二ケース１Bの主面と、隣接する4側面のうちいずれかの側面にかかるように貼り付けられても構わない。しかし、その際は、主面と側面との直交部分における浮き上がりが生じ、意匠性に欠けることとなる。

シート部１９は、図６に示すように、第二ケース１Ｂの主面を外部負荷から保護する基材層１９ａと、第二ケース１Ｂの主面に貼り付けられる粘着層１９ｂの２層からなる。実施例では、このシート部１９の基材をポリカーボネート材料としているが、ポリカーボネート材料以外のプラスチック材料も使用することができる。シート部１９の強度と寸法とを考慮した結果、シート部１９の厚みは、約０．１８mmが最適と考えられる。ただし、シート部１９の厚みはこの数値に限定されるものではない。

シート部１９は、第二ケース１Ｂの主面の外縁よりクリアランスとして、０．５ｍｍが設けられて貼り付けられている。このクリアランスによって、シート部１９が第二ケース１Ｂの主面より貼りズレが生じることを防止することができる。実施例では、クリアランスを０．５ｍｍとしたが、この数値に限定されるものではない。

テープ２０は、図７に示すように、シート部１９の上面から、シート部１９を覆うように貼り付けられる。テープ２０は、少なくとも電池パックの対向する２側面を介して、他の主面に貼り付けられる。そのため、テープ２０の幅方向は、外装ケース１の幅方向よりも大きく、実施例では、外装ケースの幅方向寸法が６６ｍｍであり、テープ２０の幅方向寸法が１０６ｍｍである。したがって、テープ２０は、第二ケース１Bの主面に貼り付けられたシート部１９の幅方向の全体を覆うように貼り付けられると、電池パックの対向する２側面から、互いに２０ｍｍの長さで突出することとなる。第二ケース１Bの主面の両端から２０ｍｍ突出したテープ２０が、図７に示すように、第二ケース１Bの主面の対向する両端を基点として折り曲げられ、さらに第一ケースの主面における対向する両端を基点として折り曲げられ、第一ケースの主面上に貼り付けられた外装ラベル３を覆うように貼り付けられる。

実施例では、第一ケース１Ａの主面に貼り付けられるテープ２０の幅方向の長さは、第一ケース１Ａの主面の両端から１３．７５ｍｍであるが、この数値に限定する必要は無く、テープ２０が第一ケースの主面に貼り付けられた際に、容易に剥れない程度の接着面積であればよい。外装ラベル３には、機種名、定格出力等の表示が記あるので、これを一部覆うテープ２０は、透明材料であることが望ましい。

また、テープ２０の奥行き長さは、７４.０ｍｍであり、外装ケースの奥行き長さが７５.０ｍｍである。したがって、テープ２０は、第一ケース１Ａ及び第二ケース１Ｂの主面に対して貼り付けられる際、クリアランスとして主面の上下両端よりそれぞれ０．５ｍｍずつクリアランスを取って貼り付けられる。ただし、クリアランスを０．５ｍｍとしたが、この数値に限定されるものではない。このように、テープ２０の奥行き長さは、シート部１９の奥行き長さと同一となり、シート部１９の奥行き長さ方向の全体を、テープ２０が覆うことになる。但し、シート部１９の奥行き長さ方向の一部を、テープ２０が覆うことにしても良い。

したがって本発明は、図１０における従来例と比較し、シート部１９がテープ２０によって第二ケース１Bの主面に強固に固定される。そのため、図６に示す力Fが第二ケース１Bの主面にかかった場合において、シート部１９と外装ケース１とが一体化されるため、外装ケース１の変形や、ひび割れ等を防止、低減することができる。

荷重試験として、図６及び図１０に記載されるように、第二ケース１Bに対し力Fが繰り返し加えられ、第二ケース１Bやシート部１９の変形、ひび割れ、クラックが発生するまでの荷重回数を測定した。その結果として、図６の実施例においては、図１０の従来例よりも2〜3倍の荷重回数によって第二ケース１Bやシート部１９の変形、ひび割れ、クラックが発生することが解った。なお、力Fは応力が集中する第二ケース１Bの主面の端縁にかけることとした。

１…外装ケース１Ａ…第１ケース１ａ…第１表面プレート
１Ｂ…第２ケース１ｂ…第２表面プレート
２…角型電池２Ａ…第１の平坦面２Ｂ…第２の平坦面
２Ｃ…端子面２Ｄ…端面
２Ｅ…第１の側面２Ｆ…第２の側面
３…外装ラベル
４…開口部
５…内壁５Ａ…スリット５Ｂ…凹部
６…補強リブ
７…外周部
８…外壁
９…出力端子
１０…回路基板
１３…電池コア
１４…電極窓
１５…保護素子
１６…リード板１６Ａ…リード板１６Ｂ…リード板
１６Ｃ…リード板
１７…リード板
１８…接続リード
１９…シート部１９ａ…基材層１９ｂ…粘着層
２０…テープ
２１…電池パック
２２…電子機器
２３…電池パック装着部

Claims

２主面と４側面からなる電池を収納する外装ケース（１）と、
一の前記主面に貼り付けられるシート部（１９）と、
一の前記主面に貼り付けられるシート部（１９）の覆い、少なくとも外装ケース（１）の対向する２側面を介して、他の主面に貼り付けられるテープ（２０）を備えていることを特徴とする電池パック。
一の前記主面を露出するように電子機器（２２）の電池パック装着部（２３）に配置されることを特徴とする請求項１に記載の電池パック。