JP2003282039A - 電池パック - Google Patents

電池パック

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JP2003282039A
JP2003282039A JP2002081241A JP2002081241A JP2003282039A JP 2003282039 A JP2003282039 A JP 2003282039A JP 2002081241 A JP2002081241 A JP 2002081241A JP 2002081241 A JP2002081241 A JP 2002081241A JP 2003282039 A JP2003282039 A JP 2003282039A
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battery pack
resin molded
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JP2002081241A
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Inventor
Katsumi Takatsu
克巳 高津
Takeshi Ishimaru
毅 石丸
Tomoshi Kataoka
智志 片岡
Koichi Toriyama
幸一 鳥山
Yasuhiro Ogawa
泰弘 小川
Original Assignee
Matsushita Electric Ind Co Ltd
松下電器産業株式会社
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Publication date
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Abstract

(57)【要約】 【課題】 二次電池に回路基板を樹脂モールドにより一
体化した電池パックを提供する。 【解決手段】 二次電池2の封口板23上に回路基板3
を配して、二次電池2と回路基板3とをその間に樹脂を
充填成形して樹脂モールド体11を形成して両者を一体
化する。樹脂モールド体11及び回路基板3上には上部
樹脂成形体97を接着し、電池缶22の底部には下部樹
脂成形体98を接着し、二次電池2の胴部に巻着シート
13に巻着させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、電池保護回路や外
部接続端子等を構成した回路基板や端子板等を樹脂によ
り二次電池と一体に固定した電池パックに関するもので
ある。
【0002】
【従来の技術】携帯電話機やPDAなどの携帯電子機器
の小型化あるいは薄型化、更には高機能化の進展は著し
く、それに対応してその電源となる電池に小型、薄型で
高容量化が要求されている。小型で高容量化を可能にす
る電池としてリチウムイオン二次電池が有効であり、中
でも扁平な角形のものは機器の薄型化に好適であり、繰
り返し使用ができる二次電池として携帯電子機器への適
用が増加している。
【0003】前記リチウムイオン二次電池はエネルギー
密度が高く、電解液として可燃性の有機溶媒を用いてい
るため、安全性への配慮が重要となる。何らかの原因に
よって異常が生じたときにも人体や機器に損傷を与えな
いように安全性を確保する必要がある。例えば、電池の
正極端子と負極端子との間が何らかの原因によって短絡
した場合、エネルギー密度の高い電池では過大な短絡電
流が流れ、内部抵抗によってジュール熱が発生して電池
は温度上昇する。電池が高温になると正極板活物質と電
解液との反応や電解液の気化、分解などが生じて電池内
部のガス圧が急上昇し、電池は破裂や発火に至る恐れが
ある。電池が高温状態に陥る原因は上記外部短絡だけで
なく、二次電池を過充電した場合や、電池を装填した携
帯電子機器を暖房機の傍らに置いたり、炎天下に駐車し
た車内に放置した場合なども該当する。
【0004】電池が異常な状態に陥る原因は、電気的、
機械的、熱的など種々の要因が考えられ、リチウムイオ
ン二次電池をはじめとする非水電解質二次電池では、電
池が異常状態に陥ることを防止すると共に、異常状態に
陥った場合にも危険な状態にならないようにする機能が
設けられる。電池自体の機能として、極板の活物質や電
解液が過剰な反応を起こしにくいように工夫され、セパ
レータとして用いられるポリオレフィン系微多孔膜は異
常な高温になると軟化して細孔が塞がれることによるシ
ャットダウン機能が備わっている。また、円筒形のリチ
ウムイオン二次電池では、封口部に入出力回路と直列に
接続したPTC(Positive Thermal
Coeffcient)素子を配設して、外部短絡によ
る過大電流を制限する保護機能が設けられている。電池
内に前記PTC素子が設けられていない電池では、外付
けの回路部品としてPTC素子や温度ヒューズが配線接
続され、更に過充電や過放電等から電池を保護する電池
保護回路を設けるのが必須要件となっており、これらの
構成要素を二次電池と共にパックケース内に収容して電
池パックの形態に構成されるのが一般的である。
【0005】しかし、パックケースを形成するための樹
脂成形金型は、その製作費用が高く、開発期間も長くな
るので、頻繁に新機種が投入される携帯電子機器などの
電池パックとして対応させることが困難である。また、
前述のように携帯電子機器の小型化、薄型化に対応でき
る電池パックを構成するには、樹脂成形により成形でき
る肉厚に限度があり、樹脂成形によるパックケースを外
装ケースとした電池パックでは薄型化に限界がある。
【0006】また、電池パックは、それを分解して間違
った使用や興味本位で使用されることを防ぐために、分
解し難いように構成することや、分解したことが分かる
ように構成することが安全確保上で重要である。また、
携帯電子機器に適用されることを考慮すると、落下等に
よる衝撃や振動に耐え得る堅牢な構造や電子回路部位の
耐湿性が要求される。このような分解し難く堅牢且つ耐
湿性を有する構造を実現すべく、電池保護回路等を構成
した回路基板と電池とを樹脂モールドにより一体化する
ことが構想されている。
【0007】上記樹脂モールドによる電池パックは、特
開2000−315483号公報に開示されたものが知
られており、電池と回路基板とを接続部材により接続し
たものを金型内に配置し、回路基板を樹脂封止して電池
上又はパックケース(電池蓋体)に固定する構成、ある
いは回路基板と電池とを樹脂封止する構成が開示されて
いる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】樹脂充填により二次電
池に回路基板を一体化するとき、二次電池や電子部品な
どに熱的及び機械的影響を与えないように、充填樹脂の
溶融温度や金型温度は低く、成形圧力も小さい状態で樹
脂の充填成形ができるようにする必要がある。例えば、
充填する樹脂としてホットメルトを用いると、一般に樹
脂成形として用いる樹脂の温度や金型温度は低く、成形
圧力も小さく、樹脂の充填成形に好適なものとなる。
【0009】しかしながら、ホットメルトは固化した後
の硬度が低く、それを外部露出する外装面にすると傷が
付きやすく汚れが付着しやすい状態になって外装材とし
ては好ましくないものとなる。二次電池と回路基板とを
一体化するための樹脂としては好適なものであるが、外
装材としては硬度が比較的高く、外観のよいものが望ま
しいものとなる。
【0010】本発明が目的とするところは、樹脂充填に
より二次電池に回路基板を一体化するとき、電池パック
の外部に露出する任意部位を外装材として適した樹脂材
料の成形体で被覆した電池パックを提供することにあ
る。
【0011】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本願第1発明に係る電池パックは、二次電池と、少な
くとも外部接続端子が形成された基板とが、電気的に接
続されると共に充填成形された樹脂の固着により一体化
され、その要部が、少なくとも前記外部接続端子を外部
露出させる開口部を形成した樹脂成形体で被覆されてな
ることを特徴とするもので、二次電池と基板とを一体化
するための樹脂は、二次電池や電子部品等に悪影響を及
ぼさないように比較的低い温度で充填成形できるものを
用いるので、それを外部露出する部位にも適用すると硬
度や外観上は相応しいものとならない。そこで、外装と
なる部位を樹脂成形体で被覆すると、樹脂モールドを用
いた電池パックにおいても最適の外装を得ることができ
る。
【0012】また、本願第2発明に係る電池パックは、
発電要素を収容した有底筒状の電池缶の開口部を封口板
で封口した二次電池の封口板上に、少なくとも外部接続
端子が形成された基板が前記外部接続端子が外面側とな
るように接続され、充填成形された樹脂モールド体によ
り一体化された中間完成品が、少なくとも前記外部接続
端子を外部露出させる開口部が形成された上部樹脂成形
体が基板及び樹脂モールド体を被覆して接合され、前記
電池缶の底面に下部樹脂成形体が接合され、前記上部樹
脂成形体及び下部樹脂成形体の側周面と電池缶の側周面
とを被覆してシートが巻着されてなることを特徴とする
もので、樹脂モールドによって二次電池と基板とを一体
化した後、樹脂モールド部分及び電池缶の底面を樹脂成
形体で被覆するので、樹脂モールドに用いる樹脂と異な
る外装に適した樹脂の成形体を用いることができる。
【0013】上記構成において、上部樹脂成形体及び下
部樹脂成形体は、二次電池の側面を通る連結片により連
結することにより、上下の成形体が連結され、連結片上
に巻着シートが巻着されて強度が向上する。
【0014】また、上部樹脂成形体及び下部樹脂成形
体、連結片は、連結片がそれに設けられたヒンジ部分で
直角に折り曲げられた状態に樹脂成形することにより、
上部樹脂成形体及び下部樹脂成形体、連結片を一体に樹
脂成形することができ、構成部材の管理や組立が容易と
なる。
【0015】
【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して本発明
の実施形態について説明し、本発明の理解に供する。
尚、以下に示す実施形態は本発明を具体化した一例であ
って、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
【0016】本実施形態は、扁平角形のリチウムイオン
二次電池に、外部接続端子及び電池保護回路等を構成し
た回路基板を樹脂の充填成形により一体化して、携帯電
話機に適用する電池パックに構成した例を示すものであ
る。携帯電話機に適用する電池パックは、小型、軽量、
薄型に加えて高機能化に対応する高エネルギー密度、携
帯機器として避けられない落下等による衝撃に耐え得る
機械的強度、分解され難い構造、短絡や過充電、高温等
から二次電池を保護する安全機能など備えることが要求
されており、以下に示す電池パックは、これらの要件を
満たすように構成されている。
【0017】図1は、本実施形態に係る電池パック1の
外観を示すもので、一方端面に正極端子及び負極端子、
温度検出端子からなる外部接続端子6を外部露出させ、
後述するテスト端子30上に水没シール9を貼着し、扁
平な非対称形状に構成されている。以下、主要な構成要
素の詳細を説明すると共に、製造手順について説明す
る。
【0018】図2(a)(b)は、電池パック1に適用
する二次電池2の構成を示すもので、扁平角形のリチウ
ムイオン二次電池として構成されている。この二次電池
2は、横断面形状が長円形の有底筒状に形成されたアル
ミニウム製の電池缶22内に発電要素を収容し、その開
口端は封口板23がレーザー溶接されることによって封
口されている。電池缶22に接合して電池正極となる封
口板23には、その中央に上ガスケット24a、下ガス
ケット24bで絶縁して電池負極となるリベット25が
取り付けられている。前記封口板23の一部は薄板を貼
り合わせたクラッド板に形成され、クラッド板形成部分
に放出口20aを形成して安全弁20が設けられてい
る。この安全弁20は、温度上昇等の原因により電池缶
22内にガスが発生して内圧が異常上昇したときに薄板
部分が破断して放出口20aから異常内圧を外部放出
し、電池缶22が破裂することを防止する。また、封口
板23に設けられた封栓27は、電池缶22内に電解液
を注入する開口部を閉じるもので、電解液の注入後に封
口板23に形成された開口部に圧入され、封口板23に
溶接される。また、封口板23の両側には、ハトメ状の
係合部材26が溶接接合されている。
【0019】この二次電池2の封口板23には、図3
(a)(b)に示すように、安全弁20の放出口20a
を覆って多孔質体で形成された樹脂シート40を接着さ
せ、封栓27上には絶縁紙21を接着させる。また、リ
ベット25に温度ヒュ−ズ10の一方接続片10aが溶
接される。温度ヒューズ10の上面には断熱シート16
が貼着され、後述する樹脂の充填成形時に温度ヒューズ
10が溶断することを防止している。温度ヒューズ10
の他方接続片10bは前記絶縁紙21上に配置され、後
述する負極リード板5の一端にスポット溶接により接合
される。また、温度ヒューズ10と封口板23との間に
は熱伝導性の接着剤が塗布され、二次電池2の熱が温度
ヒューズ10に伝熱しやすくしている。
【0020】温度ヒューズ10が取り付けられた二次電
池2には、図4に示すように、正極リード板4及び負極
リード板5により回路基板3が取り付けられる。回路基
板3は二次電池2を過充電や過放電、過電流から保護す
る保護回路を構成したもので、外面側となる一方面に前
記外部接続端子6やテスト端子30が形成され、他方面
には集積回路部品をはじめとする電子部品31が実装さ
れ、両側に二次電池2に接続するための正極半田付けラ
ンド32、負極半田付けランド33が形成されており、
前記正極半田付けランド32には正極リード板4の一端
が半田付けされ、負極半田付けランド33には負極リー
ド板5の一端が半田付けされる。正極リード板4の他端
は封口板23の板面に、負極リード板5の他端は前記温
度ヒューズ10の他方接続片10b上に、それぞれスポ
ット溶接される。この接続状態では、回路基板3は封口
板23の板面に対して直交する方向になっているので、
図4(b)に示すように、正極及び負極の各リード板
4、5を折り曲げ、回路基板3の板面と封口板23の板
面との間に間隙を設け、並行になる状態に整形する。こ
のように二次電池2に回路基板3を接続して、図11
(a)に示すような樹脂充填対象物7が形成される。
【0021】上記樹脂充填対象物7の二次電池2と回路
基板3との間の間隙に樹脂を充填成形して二次電池2と
回路基板3とを一体化する。図5に示すように構成され
た樹脂モールド金型35の下型36内に樹脂充填対象物
7を収容し、下型36上を上型37で閉じ、上型37に
設けられたゲート44から溶融させた樹脂を射出し、図
6に示すように、二次電池2と回路基板3との間の間隙
に樹脂を充填成形して樹脂モールド体11を形成する。
二次電池2と回路基板3との間に注入された樹脂は、回
路基板3に実装された電子部品31や正極及び負極の各
リード板4、5の周囲にも回り込んで回路基板3に固着
し、二次電池2の封口板23上に接合された係合部材2
6のアンダーカット部分にも回り込んで封口板23に固
着する。尚、下型36の樹脂充填対象物7の活電部分
(例えば、外部接続端子6)に接する部位にはアルマイ
ト処理などの絶縁処理が施され、金型による二次電池2
の短絡を防止している。
【0022】充填された樹脂を固化させた後、樹脂モー
ルド金型35から取り出すと、図6及び図11(b)に
示すような中間完成品8として下型36から取り出すこ
とができる。この中間完成品8の周囲に外装被覆を施す
ことによって電池パック1に形成することができる。外
装被覆は、上部樹脂成形体97及び下部樹脂成形体98
による上下被覆と巻着シート13の胴部への貼着によっ
て施される。
【0023】前記上部樹脂成形体97は、図8に示すよ
うに、樹脂成形により回路基板3上に形成された3つの
外部接続端子6に対応する3つの接続端子窓103及び
テスト端子30に対応するテスト端子窓104を形成し
て、封口板23上に形成された樹脂モールド体11及び
回路基板3に被さるように形成され、図7に示すよう
に、接続端子窓103から外部接続端子6、テスト端子
窓104からテスト端子30を外部露出させ、樹脂モー
ルド体11及び回路基板3上に被せて接着される。ま
た、下部樹脂成形体98は、図8に示すように、樹脂成
形により電池缶22の底部に嵌まり合う浅い凹部105
を形成した板状に形成され、図7に示すように、電池缶
22の底面に接着される。前記上部樹脂成形体97及び
下部樹脂成形体98には、それぞれ電池缶22の側面と
面一となる段差部38が形成されており、この段差部3
8を位置決め線として図11(c)に示すように巻着シ
ート13を二次電池2の胴部に巻着してもよいが、前述
したように、非対称形状の電池パック1に形成するため
に、二次電池2の短側面に一対の連結片99を電池缶2
2に接着する。連結片99は、図10に示すように、横
断面形状が長円形の電池缶22の円弧側面の一方側90
度部位を被覆する外形が直角の断面に形成されるように
樹脂成形される。この連結片99は、別体として図示し
ているが、上部樹脂成形体97又は下部樹脂成形体98
と一体に樹脂成形することができる。
【0024】図9に示すように、上部樹脂成形体97と
下部樹脂成形体98とを途中にヒンジ部102で直角に
折り曲げた状態の連結片100で連結した一体構造に樹
脂成形することができる。図示状態に樹脂成形されたも
のは、中間完成品8への取付け時に、まず、上部樹脂成
形体97を回路基板3上に被せた後、ヒンジ部102か
ら連結片100を直線に延ばすと、下部樹脂成形体98
は電池缶22の底面に装着することができ、同時に連結
片100は電池缶22の側面に沿うようになる。このよ
うな一体成形構造とすることにより、上部樹脂成形体9
7と下部樹脂成形体98とが連結片100で連結され、
連結片100上に巻着シート13が巻着されるので、外
装被覆の強度を向上させることができる。
【0025】図11(c)に示すように、二次電池2の
胴部に巻着シート13を巻着した後、テスト端子30を
用いて動作状態が検査され、検査合格品にはテスト端子
30周囲の凹部内に水没シール9が貼着され、図1に示
したような電池パック1に形成される。
【0026】このように形成された電池パック1は、扁
平な一方面の両肩部分が二次電池2の両側面の円弧が表
面に現れる円弧コーナーに形成され、他方面の両肩部分
が連結成形部19によって角形コーナーに形成されるの
で、外部接続端子6が非対称位置に形成されていること
と相まって機器への逆装填が防止できる。また、円弧コ
ーナーは機器ケースの角部のアール形状に対応し、無駄
な空間が形成されることなく機器への収納が可能とな
る。また、電池パック1の厚さは、二次電池2の周面に
巻着シート13を巻着しただけなので、二次電池2の厚
さから僅少の厚さ増加となり、電池パック1の薄型化が
図られている。
【0027】
【発明の効果】以上の説明の通り本発明によれば、二次
電池と回路基板とを樹脂モールドにより一体化した後、
外部接続端子の形成側は樹脂成形された外装体によって
被覆されるので、樹脂モールドに用いる樹脂の硬度が低
いものであっても、外装は所要の硬度を有する樹脂で形
成することができる。従って、外装は傷や汚れがつきに
くく、内部構成は樹脂モールドによる強度を得て、しか
も二次電池の形状寸法を最小限に拡大させた小型化、薄
型化された電池パックに構成することができ、小型の携
帯電子機器に適した電池電源として落下等の衝撃に耐え
得る堅牢性を備え、分解されて間違った使用に用いられ
ることを防止する構造を備えた電池パックを提供するこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施形態に係る電池パックの外観を示す斜視
図。
【図2】実施形態に係る二次電池の構成を示す(a)は
平面図、(b)は断面図
【図3】二次電池上への部材配置を示す(a)は平面
図、(b)は断面図。
【図4】回路基板の二次電池への取付け状態を示す斜視
図。
【図5】樹脂モールド金型の構成を示す斜視図。
【図6】樹脂モールド体を形成した状態を示す断面図。
【図7】上部及び下部の各樹脂成形体を取り付けた状態
を示す断面図。
【図8】上部及び下部の各樹脂成形体、連結片の構成を
示す斜視図。
【図9】上部及び下部の各樹脂成形体、連結片を一体化
した構成を示す斜視図。
【図10】連結片の二次電池への取付状態を示す断面
図。
【図11】各製造段階における形態を示す斜視図。
【符号の説明】
1 電池パック 2 二次電池 3 回路基板 11 樹脂モールド体 13 巻着シート 97 上部樹脂成形体 98 下部樹脂成形体 99、100 連結片
フロントページの続き (72)発明者 片岡 智志 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 鳥山 幸一 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 小川 泰弘 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Fターム(参考) 5H040 AA00 AA06 AT02 AT04 AY04 AY06 AY10 DD15 JJ01

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 二次電池と、少なくとも外部接続端子が
    形成された基板とが、電気的に接続されると共に充填成
    形された樹脂の固着により一体化され、その要部が、少
    なくとも前記外部接続端子を外部露出させる開口部を形
    成した樹脂成形体で被覆されてなることを特徴とする電
    池パック。
  2. 【請求項2】 発電要素を収容した有底筒状の電池缶の
    開口部を封口板で封口した二次電池の封口板上に、少な
    くとも外部接続端子が形成された基板が前記外部接続端
    子が外面側となるように接続され、充填成形された樹脂
    モールド体により一体化された中間完成品が、少なくと
    も前記外部接続端子を外部露出させる開口部が形成され
    た上部樹脂成形体が基板及び樹脂モールド体を被覆して
    接合され、前記電池缶の底面に下部樹脂成形体が接合さ
    れ、前記上部樹脂成形体及び下部樹脂成形体の側周面と
    電池缶の側周面とを被覆してシートが巻着されてなるこ
    とを特徴とする電池パック。
  3. 【請求項3】 上部樹脂成形体及び下部樹脂成形体は、
    二次電池の側面を通る連結片により連結されてなる請求
    項2に記載の電池パック。
  4. 【請求項4】 上部樹脂成形体及び下部樹脂成形体、連
    結片は、連結片がそれに設けられたヒンジ部分で直角に
    折り曲げられた状態に樹脂成形されてなる請求項3に記
    載の電池パック。
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