CN1596482A - 电池组 - Google Patents

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Abstract

本发明揭示一种电池组，内装有二次电池(1、31、41)及电池电路的外壳(10、20、35、40)由形成半壳体的上壳体(7、21、42)及下壳体(8、22、43)构成，上壳体(7、21、42)及下壳体(8、22、43)的各自底面由薄膜体(7b、8b、32、34、42b、43b)形成，与形成侧面的树脂成形体(7a、8a、32、34、42c、43c)进行一体成形。

Description

电池组
技术领域
本发明涉及适合作为超小型化及薄型化发展的便携电子设备的电池电源，力图实现体积小、重量轻及厚度薄的电池组。
背景技术
移动电话及便携式计算机等便携信息设备或便携音响设备等，为了提高其便携性，则对其体积小、重量轻、厚度薄的要求不断提高。毫不夸张地说，实现这些要求的关键在于电池电源装置，特别是对于采用二次电池的电源装置的重量轻及厚度薄的要求越来越高。
构成便携设备的电池电源装置的二次电池可以采用镍一镉蓄电池、镍一氢蓄电池及锂离子二次电池，但其中的锂离子二次电池的体积能量密度及重量能量密度大，最适合作为便携电子设备的电池电源。但是，除了能量密度非常高之外，还由于电解液中使用可燃性的有机溶剂，因此必须确保在电池处于某种异常状态时的安全性。异常状态可以考虑有由电气的、机械的、热的等各种因素引起的。异常状态例如是过充电或短路、压碎、过热等，对于锂离子二次电池设置有保护电池防止短路或过热的PTC(Positive Thermal Coefficient，正温度系数)文件、保护电池防止过充电或过放电等的电池保护电路等保护功能、或将异常内压向外部洩放以防止电池破裂的气体排放阀等安全功能。安全功能设置在电池本身，而构成保护功能的电池保护电路及PTC与电池一起装在电池组外壳内，构成电池组形态。
图8以分解图形式表示采用扁平矩形锂离子二次电池的电池组的构成例子，它是这样构成的，在由上壳体51及下壳体52构成的电池组外壳内，装有形成扁平矩形形状的锂离子二次电池60、构成电池保护电路的电路基板61及PTC62，从下壳体52的侧面所设置的外部连接端54，能够进行充放电。
便携电子设备为了提高其便携性，迫切要求实现薄型化，对于作为电源的电池组，薄型化的要求越来越高。但是，电池的薄型化将牺牲电池容量，而且电池结构上也有限度。
由于电池本身薄型化有一个限度，因此作为电池组要力图实现薄型化，就变成要力图使电池组外壳的实现薄型化，但对于树脂成形产品的外壳，能够成形的最低厚度为0.25mm左右，若以最低厚度进行树脂成形，由于成形性降低、表面性能状态恶化等，因此不能维持成形质量，批量性差。另外，外壳的厚度减小等，将使外壳强度降低，为了得到保护电池及其他构成要素的强度，厚度减薄有一定限度。
本发明的目的在于提供一种能够实现薄型化的电池组，它是将树脂成形中达到成为成形限度的厚度的一面用薄膜代替，通过这样将电池组外壳的厚度减薄到达最低限度。
发明内容
为了达到上述目的，本发明是将平面状配置的1个或多个二次电池装在扁平形状近似长方体的外壳内，并使与前述二次电池连接的外部连接端露出在外面的电池组，其中，前述外壳的至少一表面侧的主面的任意范围由薄膜体形成，其他部位由树脂成形体形成，使外部连接端从前述外部连接端从树脂成形体的形成部位露出在外面的任意的侧面露出在外面。
任意范围是至少与二次电池接触的区域。
根据上述构成，内装有二次电池的外壳，由于至少一表面侧的主面的任意范围由薄膜体形成，因此能够将电池组的厚度减薄达到电池与薄膜体的厚度，能够实现在用树脂成形体形成整个外壳时不可能达到的厚度，得到的电池组适合作为对薄型化要求高的便携电子设备的电池电源。
另外，在以往的采用由树脂成形制成的外壳的方法中，由于薄壁部分的成形性差，因此导致批量性差，而通过采用薄膜体，能够提高批量性。再有，对于以往的由树脂成形制成的外壳，主面部分必须满足材料成形性及机械强度的两方面要求，而通过采用薄膜体，能够选择主要看重机械强度的材料。
另外，除了上述任意范围以外的区域及侧面是由树脂成形体构成，树脂成形体要考虑到与薄膜体的接合性、强度及成形性，进行材料选择。
另外，为了达到上述目的，本发明是在利用树脂成形形成的近似四边形半壳体的上下一对外壳使相互开口边缘接合而成的壳体中装入1个或多个二次电池及电池电路，并使外部连接端从任意的侧面露出在外面的电池组，其中，前述上下一对外壳的至少一个半壳体的构成底面的部位的任意范围由薄膜体形成，其他部位由树脂成形体形成。
根据上述构成，由装有二次电池及电池电路的外壳，由于其上下某一个或两个底面由薄膜体形成，因此能够将电池组的厚度减薄达到电池与薄膜体的厚度，能够实现在用树脂成形体形成整个外壳时不可能达到的厚度，得到的电池组适合作为对薄型化要求高的便携电子设备的电池电源。
在上述构成中，薄膜体的边缘部分是插入树脂成形体进行成形，通过这样薄膜体与树脂成形体形成一体，能够形成既薄、而机械强度又高的外壳。
另外，在用多个二次电池构成电池组时，为了填入排到的相邻二次电池之间产生的空隙，将树脂成形体在薄膜体上成形，通过这样在薄膜体下不形成空间，成为多个二次电池与薄膜体上成形的树脂成形体形成一体的状态，能够限定二次电池的安装位置，作为电池组能够大幅度提高强度。
另外，薄膜体由成为其外表面侧的表面与硬质膜接合的复合薄膜形成，通过这样能够抑制薄膜体部位的伤痕，提高表面性能状态及美观。
另外，薄膜体在成为其内表面侧的表面形成粘结层，通过这样与二次电池的平整面粘结，能够固定位置，同时能够防止因按压力而使薄膜变形。
另外，薄膜体采用将玻璃纤维或碳纤维等作为芯材，并用环氧树脂等将它加以强化的增加塑料薄膜，通过这样能够提高外壳的强度。
另外，在外壳的任意侧面形成气体排出孔，通过这样在从二次电池所设置的气体排气口洩放异常内压时，将放出的气体排出到外面，不会使外壳产生膨胀。在外壳的大表面用薄膜体形成时，由于容易产生膨胀，因此将气体排出到外面的排出孔是重要的条件。
另外，电池电路是设置电路基板而构成，前述电路基板配置在二次电池的短侧面，将二次电池与电路基板形成一体，通过这样容易进行将二次电池及电路基板装入外壳内的作业。
另外，电池电路是设置电路基板而构成，前述电路基板设置在外壳上，通过这样将电路基板固定在外壳上，可靠保持电路基板，并在电路基板上形成外部连接端，容易使该外部连接端从外壳侧面形成的开口处露出在外面。
附图说明
图1所示为第1实施形态有关的电池组构成的分解立体图。
图2为同上构成的外壳剖视图。
图3为第2实施形态有关的电池组的剖视图。
图4为第3实施形态有关的电池组的剖视图。
图5为第4实施形态有关的电池组的剖视图。
图6所示为第4实施形态有关的电池组的组装过程中工序的剖视图。
图7所示的第4实施形态有关的电池组的其他组装过程中工序的剖视图。
图8所示为以往技术有关的电池组构成的分解立体图。
实施发明用的最佳形态
下面参照附图，说明本发明的实施形态，供理解本发明之用。另外，以下所示的实施形态是将本发明具体化的一个例子，不是用来限定本发明的技术范围的。
图1所示为第1实施形态有关的电池组的构成，它是将扁平矩形的锂离子二次电池(以下称为二次电池)1及构成保护该二次电池1以防止过充电及过放电等的电池保护电路的电路基板2等的电池电路构成构体、装在装形成半壳体的上壳体7与下壳体8接合而成的外壳10内而构成。该电池组为了适应采用该电池组的便携电子设备的薄型化要求，力图实现薄型化。
为了使电池组实现薄型化，比较有效的方法是使二次电池1实现薄型化，但为了得到所需要的电池容量，二次电池1的薄型化有一定限度。这里，是将形成半壳体的上壳体7及下壳体8的底面利用薄膜体来形成，通过这样力图实现外壳10的薄型化。
图2为上壳体7及下壳体8的剖视图，形成半壳体的上壳体7的底面是利用薄膜体76形成，外周侧面部分是利用树脂成形体7a形成，前述薄膜体76在树脂成形体7a进行树脂成形时与树脂成形体7a形成一体，整体上形成将底面采用薄膜体7b的半壳体。下壳体8也同样构成，底面是利用薄膜体8b形成，外周侧面部分是利用树脂成形体8a形成，前述薄膜体8b在树脂成形体8a进行树脂成形时与树脂成形体8a形成一体，整体上形成将底面采用薄膜体8b的半壳体。这里，上壳体7及下壳体8都将它们的整个底面用薄膜体7b及8b形成，但不一定必须在下壳体8的整个底面设置，也可以将与二次电池1对面的部位采用薄膜体7b及8b，在底面的电路基板2的设置位置，利用树脂成形形成基板保持用肋条等。
上述薄膜体7b及8b最好采用PET薄膜，其厚度若为50pm以上即可适用，但若考虑到确保外壳10的强度或树脂成形时的受热影响，则最好采用100～300pm的厚度。另外，作为薄膜体7b及8b，也可以采用PCC(聚碳酸酯)或PMMA(甲基丙希酸合成树脂)。在要提高强度时，也可采用将玻璃纤维或碳纤维作为心材、用球氧树脂等将它加以强化的增加塑料薄膜。
另外，薄膜体7b及8b可以采用在PET薄膜的外表面一侧形成硬质覆盖PET层的复合薄膜，以力图抑制发生擦痕，提高表面性能状态及美观。另外，在薄膜体7b及8b的内表面一侧预先形成粘结层，通过这样与二次电池的平坦表面进行粘结，将二次电池1的位置固定，同时在对薄膜面加上按压力时，不会产生变形，可以消除是薄膜外壳的脆弱感。
另外，作为树脂成形体7a及8a的成形材料，最好采用PC、PP(聚丙烯)或PA(聚酰胺)，但不限定于此。
形成上述构成的上壳体7及下壳体8，是将薄膜体7b及8b放入成形金属模内，然后将树脂成形，通过这样薄膜体7b及8b与树脂成形体7a及8a形成一体。采用该上壳体7及下壳体8的电池组是如下所述进行组装的。
在图1中，将负极引线板5的一端与构成二次电池1的负极端的电池壳1b的底部进行焊接，将正极引线板4的一端与二次电池1的正极端1a进行焊接，负极引线板5的另一端焊接在电路基板2的规定位置，正极引线板4利用绝缘纸6将与电池壳16之间进行绝缘，正极引线板4的另一端与PTC元件3的一电极进行焊接，而PTC元件3的另一电极焊接在电路基板2的规定位置。由于利用该布线连接，使二次电池1与电路基板2形成一体，因此将它装入下壳体8内。在电路基板2上形成外部连接端11，若将二次电池1及电路基板2装入下壳体8内，则变成从下壳体8的树脂成形体8a上形成的端子窗口8c由外面看得见外部连接端11。
如图2所示，在上壳体7及下壳体8的侧壁部分利用树脂成形体7a及8a形成台阶，形成互相嵌入的嵌入部分12及13。在如上所述将二次电池1及电路基板2装入下壳体8内之后，若将上壳体7盖在下壳体8之上，使相互的嵌入部分12及13嵌入，以上下方向加上超声波接合，完成电池组。另外，在前述嵌入部分12及13处，一方形成凸条12a，另一方形成凹槽13a，嵌入时将凸条12a嵌入凹槽13a中，在加上超声波振动时，使得在两者之间进行超声波接合，通过这样抑制对上壳体7及下壳体8的薄膜体7b及8b与树脂成形体7a及8b之间的接合界面产生的影响。另外，也可以在侧壁部分采用棘爪嵌入将树脂成形体接合的结构，来代替在上壳体7及下壳体8的构成侧壁部分的树脂成形体7a及8a设置嵌入部分12及13，并利用超声波振动进行接合的结构。
上述电池组设置了保护二次电池1防止短路、过充电或过放电等的保护功能，但即使这样，在由于意外情况而在二次电池1内发生气体，使电池内压异常上升时，由于二次电池1设置的安全阀动作，将气体向二次电池1的外面放出，因此能够防止二次电池1破裂。由于将外壳10上形成的端子窗口8c与外部输出端11之间的间隙作为气体排出孔，从二次电池1放出的气体就从这里向外部排出，因此不会在外壳10内充满气体而产生膨胀。在外壳的很大平面是用薄膜体形成时，虽然容易产生膨胀，但通过将气体向外部排出，就能防止因此膨胀而产生的变形。气体排出孔也可以在上壳体7及下壳体8的嵌入部分12及13的凸条12a及凹槽13a的一部分设置缺口来形成。
以上说明的电池组是适用于使用1个二次电池1的较低功能耗的便携电子设备，例如移动电话或数码相机等的电池组，但在适用于像笔记本个人电脑那样较大功耗的便携电子设备时，可以构成为将多个二次电池1进行串联及/或并联连接的电池组。
图3所示为将多个二次电池1进行串并联连接的第2实施形态有关的电池组构成的剖视图，这里是将6个扁平矩形的锂离子二次电池1在平面上按3×2进行排列，将它们进行串前联的电气连接，与前述电池组相同，与电池电路一起装入外壳20内，这样构成电池组。
在二次电池1的剖面形状是如图所示的扁圆形时，若并排配置，则在相邻的二次电池1之间产生空隙。为了嵌入该空隙部分，在上壳体21的树脂成形时，在薄膜体7b上形成填入用树脂成形体7c，在下壳体22的树脂成形时，在薄膜体8b上形成填入用树脂成形体8c。
利用上述结构，在将多个二次电池1装入用薄膜体7b及8b形成半壳体底面的外壳20内时，薄膜体7b及8b的面积虽然增大，但由于薄膜体7b及8b与二次电池1形成一体，因此能够抑制强度降低，在对覆盖薄膜体7b及8b的空隙上的部分加上按压力时，也不产生变形。仅这样通过树脂成形形成大的面积，而且形成与薄膜体7b及8b相同程度的厚度，这虽然是极其困难的，但如本结构那样，通过使薄膜体7b及8b与树脂成形体7b及8b一体成形，则能够达到外壳10的薄型化的要求。
图4所示为第3实施形态有关的电池组构成的剖视图，是将多个圆筒形二次电池41并排配置，并与未图示的电路基板一起装入外壳40内，这样构成电池组。
在图4中，在二次电池41是圆筒形电池时，由于在相邻的电池之间的上下部分产生空隙，因此在上壳体42的树脂成形时，在薄膜体42b上形成为了嵌入空隙中用的填入用树脂成形体42c，在下壳体树脂成形时，在薄膜体43b上形成为了嵌入空隙中用的填入用树脂成形体43C。通过形成前述填入用树脂成形42c及43c，则即使薄膜体42b及43b的面积增大，但由于二镒电池41与薄膜体42b及43b形成一样化，因此能够抑制强度降低。另外，对覆盖空隙部分的薄膜体42b及43b加上按压力时，也不产生变形。
图5所示为第4实施形态有关的电池组构成的剖视图，是将扁平矩形的二次电池31与未图示的电路基板一起，装入外壳35内，这样形成电池组，是外壳35的形成方法具有特点。
图6所示的状态是，在预先成形的树脂成形体33的内侧预先配置扁平矩形的二次电池31、以及形成保护该二次电池31防止过充电及过放电等的电池保护电路及外部连接端的电路基板等电池电路构成构件(未图示)。另外，树脂成形体33具有预先例如与4个侧面对应分解成4个部分的结构，在内侧配置二次电池31及电池电路构件之后，形成一体。另外，在树脂成形体33上设置端子窗口(未图示)，以便在外部观察外部连接端。该状态也可以首先将二次电池31及电池电路构成构件形成一体之后，在其侧面部分利用树脂浇注等方法，形成树脂成形体33。这样，在树脂成形体33的内侧配置二次电池31及电池电路构成构件的状态下，若从扁平表面的上下使薄膜体32与34面对面，再利用例如激光焊接或超声波焊接等方法，使树脂成形体33与薄膜体32及34形成一体，则完成图5所示的电池组。激光焊接由于能够确实将焊接部位进行焊接，因此焊接强度的管理容易，而且焊接的痕迹不容易散乱。另外，若在薄膜体32及34的与二次电池31接触一侧的表面形成粘结剂层，则二次电池31与薄膜体32及34形成一体，能够更提高作为电池组的强度。
在上述说明中，最后是将上下两个薄膜体32及34与树脂成形体33形成一体，但也可以将树脂成形体33与任一个薄膜体，例如薄膜体34一体成形，再在该树脂成形体33的内侧配置电池电路构成构件及二次电池31的状态下，将另一个薄膜体32与树脂成形体33形成一体，这样构成图5所示的电池组。
图7所示为将二次电池31与电池电路构成构件(未图示)形成一体，再从扁平表面的上下使薄膜体32与34面对面配置的状态。在该状态下，若对侧壁部分利用树脂浇注等方法形成树脂成形体34，则将薄膜体32及34与树脂成形体33形成一体，完成图5所示的电池组。
工业上的实用性
根据本发明，由于形成扁平形状的外壳的底面是利用薄膜体形成，因此能够实现外壳的薄型化，能够构成薄型的电池组，所以能够提供适应便携电子设备薄型化要求的电池组。

Claims (14)

1、一种电池组，将平面状配置的1个或多个二次电池(1、31、41)装在扁平形状近似长方体的外壳(7、8、22、22、42、43)内，并使与所述二电池(1、31、41)连接的外部连接端(11)露出在外面，其特征在于，
所述外壳(7、8、21、22、42、43)的至少一表面侧的主面的任意范围由薄膜体(7b、8b、32、34、42b)形成、其他部位由树脂成形体(7a、8a、33、42c、43c)形成，所述外部连接端(11)从树脂成形体(7a、8a、33、42c、43c)的形成部位露出在外面。
2、一种电池组，在利用树脂成形形成的近似四边形半壳体的上下一对外壳(7、8、21、22、42、43)使相互开口部分相对并用相互开口边缘接合而成的壳体中装入1个或多个二次电池(1、31、41)及电池电路，并使外部连接端从任意的侧面露出在外面，其特征在于，
所述上下一对外壳(7、8、22、22、42、43)的至少一个半壳体的构成底面的部位的任意范围由薄膜体(7b、8b、32、34、42b、43b)形成、其他部位由树脂成形体(7a、8a、32、34、42c、43c)形成。
3、如权利要求1或2所述的电池组，其特征在于，
薄膜体(7b、8b、32、34、42b、43b)的边缘部分插入树脂成形体(7a、8a、32、34、42c、43c)进行成形。
4、如权利要求1或2所述的电池组，其特征在于，
为了填入将多个二次电池(1、31、41)排列而在相邻的二次电池(1、31、41)之间产生的空隙，将树脂成形体(7a、8a、32、34、42c、43c)在薄膜体(7b、8b、32、34、42b、43b)上形成。
5、如权利要求1或2所述的电池组，其特征在于，
薄膜体(7b、8b、32、34、42b、43b)由成为其外表面侧的表面与硬质膜接合的复合薄膜形成。
6、如权利要求1或2所述的电池组，其特征在于，
薄膜体(7b、8b、32、34、42b、43b)在成为其内表面侧的表面形成粘结层。
7、如权利要求1或2所述的电池组，其特征在于，
薄膜体(7b、8b、32、34、42b、43b)是树脂中配置心材的增强塑料薄膜。
8、如权利要求1或2所述的电池组，其特征在于，
在外壳(10、20、35、40)的树脂成形体(7a、8a、32、34、42c、43c)上形成气体排出孔。
9、如权利要求1所述的电池组，其特征在于，
电池电路是设置电路基板(2)而构成，所述电路基板(2)配置在二次电池(1、31、41)的短侧面。
10、如权利要求2所述的电池组，其特征在于，
电池电路是设置电路基板(2)而构成，所述电路基板(2)配置在二次电池(1、31、41)的短侧面。
11、如权利要求9或10所述的电池组，其特征在于，
在电路基板(2)上形成外部连接端(11)，使所述外部连接端(11)从在外壳(1、31、41)的侧面上形成的开口处露出在外面。
12、如权利要求1所述的电池组，其特征在于，
电池电路是设置电路基板(2)而构成，所述电路基板(2)设置在外壳(1、31、41)上。
13、如权利要求2所述的电池组，其特征在于，
电池电路是设置电路基板(2)而构成，所述电路基板(2)设置在外壳(1、31、41)上。
14、如权利要求12或13所述的电池组，其特征在于，
在电路基板(2)上形成外部连接端(11)，使所述外部连接端(11)从在外壳(1、31、41)的侧面上形成的开口处露出在外面。
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