JP2004022480A - Battery pack - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、薄型形成された電池の特徴を活かして構成され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は、高機能化と共に小型化、薄型化の進展が著しく、それに適用する電池に小型、薄型にして高エネルギー密度であることが要求され、これに対応する電池として扁平角形のリチウムイオン二次電池の需要が増加している。携帯電子機器の最近の傾向は、小型化よりむしろ薄型化の方向にあり、ポケットやバッグに入れやすく、使いやすさを損なうことがないため、薄型化を競う商品も見受けられる。
【0003】
機器の薄型化を達成するためには、その電源である電池により薄型化が要求されるが、現在実用化されている電池ケースの製造方法では薄型化に限度がある。電池ケースは絞り加工や扱き加工によって形成されるので、加工方向の深さに対して開口面積が小さくなるほどに加工が困難になり、極板群を電池ケース内に挿入することも困難になる。現状の扁平角形電池の更なる薄型化を図るためには、電池ケースの構造を根本的に変える必要があり、電池ケースを半殻体に形成し、極板群を収容して後、平板もしくは半殻体の蓋体により電池ケースを閉じる電池構造が開発されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
このような薄型化された電池を用いて電池パックを構成するとき、電池の薄さを損なわないようにしなければ、電池が薄型化されていることが活かされない。本願発明者らは半殻体の電池ケースに発電要素を収容して薄型化した電池を開発すると共に、電池パックに構成することを考慮した構造を創案した。
【0005】
本発明が目的とするところは、薄型化された電池構造の特徴を活かして体積増加を僅少に抑えて構成された電池パックを提供することにある。
【0006】
【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発明に係る電池パックは、端部に深さを減少させた段差部を設けて形成された凹部の開口周囲にフランジを設けて半殻体に形成された電池ケースの前記凹部内に極板群を収容し、前記段差部に極板群に接続して正極端子及び負極端子が形成され、前記フランジに周辺部を重ね合わせて配設された蓋板とフランジとの間を接合して形成された電池に対し、電池の短側面及び段差部上を覆って枠体が配設され、枠体に形成された開口部から外部接続端子を外部露出させてなることを特徴とするものである。
【0007】
上記構成によれば、電池の短側面及び段差部を覆って枠体が配設されるので、電池ケースに蓋体を接合するためのフランジ部分の下に枠体が収容され、段差部と枠体との間の空間に電池パックの構成部材を収容して電池からの体積増加を僅少にして電池パックが構成される。
【0008】
上記構成において、電池パックの外部接続端子の構成は、電池ケースを金属により形成し、電池ケースに極板群の正極板又は負極板を接続し、電池ケースの一部を開口部から外部露出させて正極又は負極の外部接続端子を形成することができる。
【0009】
また、段差部の外面上に正極端子又は負極端子に接続して熱感応素子を配設すると短絡や高温状態から電池を保護する機能を設けることができ、このとき、外部接続端子は、熱感応素子の電極板を開口部から外部露出させて外部接続の用に供することができる。
【0010】
また、段差部の外面上に正極端子及び負極端子に接続して回路基板を配設し、回路基板に過充電や過放電から電池を保護する保護回路等の電池回路を構成すると、電池の保護及び安全を確保することができ、このとき、外部接続端子は、回路基板上に形成されたランド又はランドに接合された金属板を開口部から外部露出させて外部接続の用に供することができる。
【0011】
また、外部接続端子は、所要部位に接合された端子部材を開口部から外部露出させるように構成すると、任意位置に外部接続端子を設けることができる。
【0012】
また、電池及び枠体を巻回して絶縁シートを貼着することにより、体積増加を抑えて外観の向上を図ることができ、絶縁シートには品番、注意書き等の印刷を施すことができる。
【0013】
【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。
【0014】
図1は、本実施形態に係る電池パック20の外観を示すもので、後述する扁平角形電池の二次電池1を枠体25及び絶縁シート27によって被覆し、枠体25に形成された正極端子開口部31から正極外部接続端子を外部露出させ、負極端子開口部32から負極外部接続端子を外部露出させている。
【0015】
図2は、上記電池パック20に適用する電池1の構成を示すもので、リチウムイオン二次電池として形成されている。この電池2は、図2に各構成要素に分解して示すように、半殻体に形成された電池ケース2内に極板群4を収容し、電池ケース2の開放部を蓋体3で封止するように構成されている。
【0016】
図2に示すように、電池ケース2は、金属板をプレス加工して端部に段差部6を設けた凹部5を形成すると共に、凹部5の周囲にフランジ状に溶接代8を設けて形成される。前記段差部6に形成された端子孔7に外ガスケット11及び内ガスケット12で電池ケース2と絶縁すると共に気密性を確保して正極端子とするリベット10が締結固定される。また、段差部6には電解液の注入口14が形成されている。
【0017】
前記電池ケース2の凹部5内には、正極板と負極板とをセパレータを介して巻回した極板群4が収容される。極板群4の正極板から引き出された正極リード15は前記リベット10に接合され、負極板から引き出された負極リード16は段差部6上に接合され、電池ケース2を負極端子としている。極板群4は、図8に示すように、正極板と負極板とをセパレータを介して長手方向に巻回し、正極リード15を正極板の終端部(巻端)から引き出し、負極リード16を負極板の終端部(巻端)から引き出して極板群4aとして構成することもでき、正極リード15のリベット10への接合、負極リード16の段差部6への接合が容易で、接続の確実性を向上させることができる。これらの極板群4、4aを収容した電池ケース2の開放部上には蓋板3が被せられ、蓋板3の周辺部と前記溶接代8との間がシーム溶接されることにより、電池ケースの凹部5は蓋板3によって封止される。封止された凹部5内には、前記注入口14から所定量の電解液が注入され、注入完了後に電解液注入口14には封栓13が挿入され、段差部に封栓13を溶接することにより凹部5内は密封される。
【0018】
上記製造手順により製造された電池1は、図1に示すように段差部6上に形成されたリベット10を正極外部接続端子とし、段差部6の外面を負極外部接続端子として外部接続の用に供することができる。正極及び負極の外部接続端子が段差部6上に形成されていることにより、外部接続端子に接続したリードを電池1の厚さ内で処理することができる。また、外部接続端子に接触接続させる場合にも電池1の厚さ内に接触構造を構成することができる。従って、薄型に構成した電池1の特質を損なうことなく機器に装着することができる。
【0019】
本実施形態に係る電池パック20に適用する場合には、電池1のリベット10の締結時にPTC素子(熱感応素子)33を段差部6の外面上に装着する。図4は、PTC素子33の装着例を示すもので、PTCユニット26として段差部6上に装着する。下ガスケット11と上ガスケット35とにより段差部6と絶縁してリベット10を締結することによりPTCホルダ34とPTC素子33とが段差部6の外面上に固定され、PTCホルダ34の開口部はホルダプレート36を溶接して閉じられる。
【0020】
本実施形態の構成においては、リベット10には極板群4から引き出された正極リード15が溶接接続されるので、リベット10からワッシャ37を通じてPTC素子33の上電極板33b、導電性ポリマ33a、下電極板33c、PTCホルダ34、ホルダプレート36に正極回路が形成される。
【0021】
図5に示すように、PTCユニット26を装着した電池1には、外形寸法が蓋板3と同一になるように樹脂成形により形成された枠体25が電池1の短側面及び段差部6を覆って被せられる。即ち、蓋板3の外周縁と枠体25の外周縁とを一致させることによって、体積増加を最小限にして電池パックに構成することができる。電池1上に枠体25が被せられると、前記ホルダプレート36は正極外部接続端子として枠体25に形成された正極端子開口部31から外部露出して正極外部接続の用に供することができる。また、負極外部接続端子は電池ケース2の段差部6を形成しない一端部を負極端子開口部32から外部露出させ、負極外部接続の用に供することができる。
【0022】
前記枠体25の材質としては、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂などのポリオレフィン系樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリアリレート樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂などの熱可塑性樹脂を挙げることができ、これらを単独又はブレンドした樹脂あるいは変性した樹脂を用いることができ、ガラス繊維、タルク、シリカなどの充填材を添加して用いることもできる。
【0023】
電池1に枠体25を被せた状態では、負極となる電池ケース2及び蓋板3が外部に露出して絶縁上好ましくなく、各構成部材の間に隙間が存在して外観上好ましくないので、枠体25及び電池1の周面に絶縁シート27を巻着させると、図1に示すような電池パック20に構成することができる。絶縁シート27の表面には品番、注意書き等を印刷することができ、この電池パック20の使用の便に供することができる。この絶縁シート27の材質としては特に限定されるものでないが、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、四フッ化エチレン・六フッ化プロピレン共重合体(FEP)、四フッ化エチレン・パーフルオロアルコキシエチレン共重合体(PFA)などのフッ素系樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリイミド樹脂などの耐熱性のある基材と天然ゴム、イソブチルゴム、スチレンブタジエンゴム、アクリル系などの糊剤とからなるものや、ポリエチレンテレフタレート樹脂やポリエチレン樹脂などの熱収縮性のあるもので、その厚さは20μm〜60μmのものが好ましい。
【0024】
上記構成では、外部接続端子はPTCユニット26及び電池ケース2の一部を外部露出させているが、それぞれに端子部材を溶接して、その表面を外部露出させて外部接続端子とすることもできる。また、図6に示すように、L字状に形成された正極端子部材38及び負極端子部材39をそれぞれPTCユニット26及び電池ケース2に一端を溶接し、図7に示すように、枠体25aの側面に形成された正極端子開口部31a及び負極端子開口部32aから外部露出させると、短側面に正極外部接続端子及び負極外部接続端子を設けた電池パック25aに構成することができる。
【0025】
上記構成において、PTC素子33が正極回路に直列に接続されていることにより、短絡による電池温度の上昇を防止することができる。PTC素子33は負の温度特性を有する抵抗素子で、平常温度状態では僅少な抵抗値を示しているため電池パック20、20aとしての性能に影響を与えないが、正極外部接続端子と負極外部接続端子との間が何らかの障害によって短絡した場合、大きな短絡電流によって自己発熱して抵抗値を急増させ、過大な短絡電流を抑えて電池1が発熱に至ることを防止する。また、この電池パック20、20aが装填された機器が高温環境に曝されたときにもPTC素子33は抵抗値を急増させるので電池パック20、20aの動作は停止され、高温状態での使用により電池1が破裂や発火に至ることを防止することができる。
【0026】
電池1の段差部6上に形成されるスペースには、上記PTCユニット26の他、電池1を過充電や過放電、過電流から保護する電池回路を構成した回路基板を配設することもできる。この回路基板上に形成した導体パターンを端子用ランドに形成することにより、それを枠体25の開口部から外部露出させると、外部接続端子の用に供することができる。
【0027】
【発明の効果】
以上の説明の通り本発明によれば、半殻体に形成された電池ケースに発電要素を収容して周囲のフランジ部分で蓋板をシーム溶接することにより薄型化された電池を用いて電池パックを構成するとき、電池に形成された段差部分に熱感応素子や外部接続端子等を収容し、段差部分を覆ってフランジ部分の下に枠体を配設するので、電池の体積からの増加を抑えて電池パックに構成することができる。従って、薄型化が要求される機器に対応する薄型の電池パックを提供することが可能となる。
【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形状を示す斜視図。
【図2】同上電池パックに適用する電池の外観を示す斜視図。
【図3】同上電池の構成を示す分解斜視図。
【図4】PTCユニットの構成を示す断面図。
【図5】電池パックの構成要素を示す分解斜視図。
【図6】端子部材により外部接続端子位置を変更した構造を示す斜視図。
【図7】同上構造を用いた電池パックの外観を示す斜視図。
【図8】極板群の別態様を用いた電池の分解斜視図。
【符号の説明】
1 電池
2 電池ケース
3 蓋板
4、4a 極板群
5 凹部
6 段差部
8 溶接代
20、20a 電池パック
25 枠体
27 絶縁シート
31 正極端子開口部
32 負極端子開口部
33 PTC素子(熱感応素子)[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a battery pack configured by utilizing the characteristics of a thinly formed battery.
[0002]
[Prior art]
Mobile electronic devices, such as mobile phones and PDAs, have been significantly reduced in size and thickness as well as becoming more sophisticated. Batteries applied to them have been required to be smaller, thinner and have higher energy densities. As a result, the demand for flat-shaped lithium ion secondary batteries is increasing. The recent trend of portable electronic devices is to reduce the thickness rather than reduce the size, and it is easy to put them in pockets and bags, and it does not impair ease of use.
[0003]
In order to achieve the reduction in the thickness of the device, it is required to reduce the thickness of the battery, which is the power source of the device. Since the battery case is formed by drawing or handling, the smaller the opening area with respect to the depth in the processing direction, the more difficult the processing becomes, and the more difficult it is to insert the electrode plate group into the battery case. In order to further reduce the thickness of the current flat prismatic battery, it is necessary to fundamentally change the structure of the battery case.The battery case is formed in a half-shell, and after the electrode group is housed, the flat plate or A battery structure in which a battery case is closed by a half-shell lid has been developed.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
When a battery pack is formed using such a thin battery, the thin battery cannot be utilized unless the thin battery is not damaged. The inventors of the present application have developed a thin battery in which a power generation element is housed in a half-shell battery case, and have devised a structure in consideration of forming a battery pack.
[0005]
It is an object of the present invention to provide a battery pack configured to minimize the increase in volume by utilizing the characteristics of a thin battery structure.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
A battery pack according to the present invention for achieving the above object has a battery case formed in a half-shell by providing a flange around an opening of a recess formed by providing a step portion having a reduced depth at an end. The electrode plate group is accommodated in the concave portion, the positive electrode terminal and the negative electrode terminal are formed by being connected to the electrode plate group at the stepped portion, and the lid plate and the flange are arranged such that the peripheral portion is overlapped with the flange. A frame is provided to cover the short side surface and the step portion of the battery with respect to the battery formed by bonding between the two, and the external connection terminal is externally exposed from an opening formed in the frame. It is characterized by the following.
[0007]
According to the above configuration, since the frame is disposed so as to cover the short side surface and the step portion of the battery, the frame is accommodated under the flange portion for joining the lid to the battery case, and the step portion and the frame are provided. The components of the battery pack are housed in the space between the body and the battery pack, so that the increase in volume from the battery is small.
[0008]
In the above configuration, the configuration of the external connection terminal of the battery pack is such that a battery case is formed of metal, a positive electrode plate or a negative electrode plate of an electrode plate group is connected to the battery case, and a part of the battery case is externally exposed from the opening. Thus, a positive or negative external connection terminal can be formed.
[0009]
If a thermosensitive element is connected to the positive or negative terminal on the outer surface of the step, a function to protect the battery from a short circuit or a high temperature condition can be provided. The electrode plate of the element can be exposed to the outside from the opening and used for external connection.
[0010]
In addition, when a circuit board is arranged on the outer surface of the step portion by connecting to the positive terminal and the negative terminal, and a battery circuit such as a protection circuit for protecting the battery from overcharging or overdischarging is formed on the circuit board, the protection of the battery is improved. In this case, the external connection terminal can be used for external connection by externally exposing the land formed on the circuit board or the metal plate bonded to the land from the opening. .
[0011]
In addition, when the external connection terminal is configured to externally expose the terminal member joined to the required portion from the opening, the external connection terminal can be provided at an arbitrary position.
[0012]
In addition, by winding the battery and the frame body and attaching the insulating sheet, it is possible to suppress an increase in volume and improve the appearance, and to print the product number, precautionary notes, and the like on the insulating sheet.
[0013]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings to facilitate understanding of the present invention. The embodiment described below is an example embodying the present invention, and does not limit the technical scope of the present invention.
[0014]
FIG. 1 shows an external view of a
[0015]
FIG. 2 shows a configuration of the
[0016]
As shown in FIG. 2, the
[0017]
An electrode group 4 in which a positive electrode plate and a negative electrode plate are wound via a separator is accommodated in the
[0018]
The
[0019]
When applied to the
[0020]
In the configuration of the present embodiment, since the
[0021]
As shown in FIG. 5, the
[0022]
Examples of the material of the
[0023]
When the
[0024]
In the above configuration, the external connection terminal exposes a part of the
[0025]
In the above configuration, since the
[0026]
In the space formed on the
[0027]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, a battery pack using a battery thinned by accommodating a power generation element in a battery case formed in a half-shell and seam-welding a lid plate at a peripheral flange portion is provided. When configuring the battery, heat-sensitive elements, external connection terminals, etc. are accommodated in steps formed in the battery, and a frame is arranged under the flange to cover the steps, so that the volume of the battery is increased. It is possible to configure the battery pack while suppressing it. Therefore, it is possible to provide a thin battery pack corresponding to a device required to be thin.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an exemplary perspective view showing the external shape of a battery pack according to an embodiment.
FIG. 2 is a perspective view showing the appearance of a battery applied to the battery pack.
FIG. 3 is an exploded perspective view showing a configuration of the battery.
FIG. 4 is a sectional view showing a configuration of a PTC unit.
FIG. 5 is an exploded perspective view showing components of the battery pack.
FIG. 6 is a perspective view showing a structure in which an external connection terminal position is changed by a terminal member.
FIG. 7 is a perspective view showing the appearance of a battery pack using the above structure.
FIG. 8 is an exploded perspective view of a battery using another embodiment of the electrode plate group.
[Explanation of symbols]
REFERENCE SIGNS
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