JP2004247198A - パック電池 - Google Patents

Abstract

【課題】直列に接続しているふたつの薄型電池と回路基板を理想的な配置で連結して、回路基板をしっかりと薄型電池に連結する。
【解決手段】パック電池は、一方の薄型電池１の凸部電極端面３と他方の薄型電池１の底側端面４とが同一端面に位置するようにふたつの薄型電池１を積層して、凸部電極端面３と底側端面４が位置する第１の端面５に対向して回路基板７を配置し、回路基板７の中間に短い中間リード８を接続して凸部電極２と底側端面４とに接続して薄型電池１を直列に電気接続し、回路基板７の両端部分に一対の端部リード９を接続して薄型電池１の正負の電極に連結している。
【選択図】 図７

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、２個の薄型電池を内蔵するパック電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ケースに薄型電池を内蔵するパック電池は、たとえば特許文献１の公報に記載される。このパック電池は、薄型電池の電極端面に回路基板を配置して、回路基板と薄型電池を一対のリードで連結している。この構造のパック電池は、ケースにひとつの薄型電池を収納しているので、２本のリードで薄型電池を回路基板に接続できる。このように、電極端面に回路基板を配置する構造で、ふたつの薄型電池を積層してケースに収納することができる。ふたつの電池は、並列あるいは直列に接続される。電池を並列に接続してケースに収納するパック電池は、薄型電池を同じ方向に向けて、すなわち薄型電池の凸部電極端面が同一面となるように積層し、積層している薄型電池の凸部電極と底側端面の電極をそれぞれリードで接続できる。電池を直列に接続するパック電池は、ふたつの薄型電池を同じ方向に向けて積層すると、直列に接続するリードが長くなる。この欠点は、ふたつの薄型電池を逆向きに向けて積層して解消できる。逆向きの薄型電池は、ひとつの薄型電池の凸部電極端面と他方の薄型電池の底側端面を同一面に位置させるので、短いリードで直列接続できる。さらに、電池を直列に接続するリードとは反対側の電極端面に回路基板を配置し、電池の凸部電極と底側端面の電極とをリードで接続して、短いリードで回路基板と電池を接続できる。したがって、直列に接続するこの構造のパック電池は、もっとも短いリードで電池を直列に接続し、さらに薄型電池を回路基板に接続できる。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−８６０８号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、以上の構造では、回路基板を薄型電池にしっかりと連結するのが難しく、また、各々の薄型電池の電圧を独立して検出するためには、薄型電池を直列に連結している反対側のリードを回路基板に接続する必要があり、電圧検出用のリードが長くなる欠点がある。本発明は、さらにこの欠点を解決することを目的に開発されたもので、本発明は、回路基板と薄型電池とを理想的な配置で連結して、回路基板をしっかりと薄型電池に連結でき、さらに直列に接続している薄型電池の正負の電極に接続している一対の端部リードの短絡を確実に阻止しながら回路基板に連結できるパック電池を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明のパック電池は、ふたつの薄型電池１を積層している。薄型電池１は、凸部電極端面３に凸部電極２を設けており、凸部電極端面３と反対側の電極端面である底側端面４を凸部電極２と異なる極性の電極としている。ふたつの薄型電池１は、一方の薄型電池１の凸部電極端面３と他方の薄型電池１の底側端面４とが同一端面に位置するように積層している。さらに、パック電池は、ひとつの薄型電池１の凸部電極端面３と他方の薄型電池１の底側端面４とが位置する第１の端面５に対向して回路基板７を配置している。回路基板７と対向する第１の端面５に位置する凸部電極端面３と底側端面４に中間リード８を接続し、この中間リード８でふたつの薄型電池１を互いに直列に電気接続し、さらにこの中間リード８を回路基板７の中間部分に接続している。また、回路基板７の両端部分には一対の端部リード９を接続して、中間リード８と端部リード９は回路基板７の片方の側縁で折曲している。一対の端部リード９は、一方をひとつの薄型電池１の凸部電極２に、他方を他方の薄型電池１の凸部電極２と反対側の電極に接続しており、中間リード８と端部リード９とでふたつの薄型電池１に回路基板７を連結している。
【０００６】
パック電池は、一対の端部リード９を、保護素子１０を介して薄型電池１の電極に接続することができる。
【０００７】
さらに、パック電池は、一対の端部リード９の端部を、第１の端面５の反対側にある第２の端面６に位置している薄型電池１の凸部電極２と底側端面４とに接続できる。さらに、パック電池は、薄型電池１の間に絶縁材１１を配設し、この絶縁材１１を、第２の端面６から突出させて、第２の端面６の凸部電極端面３と底側端面４とに接続している一対の端部リード９の間に配置して、絶縁材１１で端部リード９を確実に絶縁できる。
【０００８】
パック電池は、薄型電池１をケース１２に収納し、ケース１２の内面であって絶縁材１１と対向する位置に凹部１３を設けて、絶縁材１１でより確実に一対の端部リード９を絶縁できる。さらに、ケース１２の内面に設けている凹部１３の両側に、薄型電池１の凸部電極端面３と底側端面４に向かって突出する突出部１４を設け、この突出部１４と電極端面との間に端部リード９を配設して、さらに確実に一対の端部リード９を絶縁できる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想を具体化するためのパック電池を例示するものであって、本発明はパック電池を以下のものに特定しない。
【００１０】
さらに、この明細書は、特許請求の範囲を理解しやすいように、実施例に示される部材に対応する番号を、「特許請求の範囲の欄」、および「課題を解決するための手段の欄」に示される部材に付記している。ただ、特許請求の範囲に示される部材を、実施例の部材に特定するものでは決してない。
【００１１】
図１ないし図６に示すパック電池は、ふたつの薄型電池１を積層して、これに回路基板７を連結している電池コア１５をケース１２に収納している。電池コア１５を、図６ないし図１２に示している。電池コア１５は、凸部電極端面３に凸部電極２を設けており、この凸部電極端面３と反対側の電極端面である底側端面４を凸部電極２と異なる極性の電極とする薄型電池１を積層している。薄型電池１は、正負の電極と電解液を外装缶に入れ、この外装缶の開口部を、凸部電極２のある封口板で閉塞して製作される。外装缶は、金属板をプレス加工して製作される。封口板はレーザー溶接して、あるいはカシメられて外装缶に気密に固定される。この薄型電池１は、凸部電極２と外装缶とを正負の異なる電極としている。凸部電極を負極とする薄型電池は、外装缶を正極とし、凸部電極を正極とする薄型電池は、外装缶を負極とする。薄型電池１はリチウムイオン電池である。ただし、薄型電池は、ニッケル−水素電池やニッケル−カドミウム電池、ポリマー電池等のように、充電できるすべての二次電池とすることができる。
【００１２】
ふたつの薄型電池１は、図７の斜視図と図８の断面図に示すように、一方の薄型電池１の凸部電極端面３と他方の薄型電池１の底側端面４とが同一平面に位置する姿勢で積層される。積層されたふたつの薄型電池１は、図８の断面図に示すように、凸部電極２と底側端面４とに中間リード８を連結するので、凸部電極２の先端面と底側端面４とをほぼ同一面とするようにして積層される。ただ、凸部電極端面の平面部と底側端面とを同一平面とするように積層して、中間リードを連結することもできる。金属板である中間リードを曲げて凸部電極と底側端面とに連結できるからである。
【００１３】
電池コア１５は、ひとつの薄型電池１の凸部電極端面３と、他方の薄型電池１の底側端面４とが位置する第１の端面５（図８において薄型電池１の左側の端面）に対向して回路基板７を配置している。回路基板７は、第１の端面５の外形にほぼ等しい外形としている。この回路基板７は、第１の端面５に対向して、第１の端面５と平行な姿勢で配設されて、薄型電池１から外部に突出しない。回路基板は、第１の端面の外形よりも小さくすることもできる。小さい回路基板も薄型電池の外側に突出しないからである。ただし、回路基板を第１の端面よりもわずかに大きくすることもできる。
【００１４】
回路基板７は、電池の保護回路を実現する電子部品２５と、出力端子１６とを固定している。図の電池コア１５は、出力端子１６を端子ホルダー１７に固定して、回路基板７に連結している。回路基板７に実装される保護回路は、図１３の回路図に示すように、パック電池の出力端子１６と薄型電池１との間に接続される。この回路図のパック電池は、保護回路１８と保護素子１０の両方を備えており、保護素子１０を各々の薄型電池１と直列に接続している。パック電池は、保護素子１０を介して薄型電池１を回路基板７に接続している。保護素子１０は電池に過電流が流れ、あるいは電池温度が設定温度よりも高くなると電流を遮断する素子である。図の回路図のパック電池は、保護素子１０をＰＴＣとしている。ただし、保護素子には、ＰＴＣに代わって、ブレーカやヒューズ等も使用できる。このパック電池は、保護素子１０と保護回路１８の両方で二重に電池を保護する。パック電池は、必ずしも保護回路と保護素子の両方を備える必要はない。保護回路と保護素子のいずれかひとつの保護回路を設けることもできる。さらに、薄型電池をニッケル−水素電池やニッケル−カドミウム電池とするパック電池は、保護回路と保護素子の両方を省略することもできる。
【００１５】
回路基板７は、中間リード８と一対の端部リード９を介して薄型電池１に連結される。中間リード８は、回路基板７の中間、好ましくはほぼ中央部分に連結される。一対の端部リード９は、回路基板７の両端部分に連結される。中間リード８と端部リード９は金属板で製作される。中間リード８と端部リード９の金属板は、ニッケル板、あるいは表面をニッケルメッキした金属板である。金属板である中間リード８と端部リード９は、スポット溶接して確実に薄型電池１の電極と回路基板７に連結される。中間リード８と端部リード９をスポット溶接して連結する回路基板７は、スポット溶接する部分に、金属プレートを半田付け等の方法で固定している。中間リード８と端部リード９は半田付けして回路基板７に連結することもできる。この回路基板７は、金属プレートを固定することなく、回路基板７の表面に設けている導電部に、中間リード８と端部リード９を直接に半田付けして固定できる。中間リード８と端部リード９は、薄型電池１の電極にはスポット溶接のみでなく、レーザー溶接あるいは超音波溶接して連結することもできる。
【００１６】
中間リード８は、図７と図８に示すように、回路基板７と対向する第１の端面５に位置する凸部電極２と底側端面４とに接続されて、ふたつの薄型電池１を互いに直列に電気接続する。中間リード８は、第１の端面５の中央部分を横方向に横断して、凸部電極２と底側端面４とに連結され、さらに、第１の端面５と対向して配置している回路基板７の中間部分に接続される。回路基板７は第１の端面５と平行に配設されるので、中間リード８は、図８の断面図に示すように、回路基板７の片方の側縁でＵ曲されて、その先端部分を回路基板７に連結している。中間リード８は、第１の端面５においてふたつの薄型電池１に連結され、さらに第１の端面５に対向して配設している回路基板７の中間部分に連結するので、最短距離で薄型電池１を回路基板７に連結する。この中間リード８は、ふたつの薄型電池１を互いに直列に電気接続すると共に、回路基板７を薄型電池１に連結する部材にも併用される。さらに、中間リード８は、各々の薄型電池１の電圧を測定する電圧検出用のリードとしても使用される。回路基板７に連結された中間リード８は保護回路に接続されており、中間リード８を介して各々の薄型電池１の電圧が検出される。このように、各々の薄型電池１の電圧を独立して検出できるパック電池は、各々の薄型電池１を理想的に制御できる。
【００１７】
一対の端部リード９は、回路基板７の両端部分に接続される。一対の端部リード９と中間リード８は、回路基板７の片方の側縁で折曲されている。この電池コア１５は、図７に示すように、回路基板７を第１の端面５と直角な姿勢として、中間リード８と端部リード９を回路基板７と薄型電池１に連結した後、中間リード８と端部リード９を折曲して、回路基板７を第１の端面５と平行な姿勢とする。この電池コア１５は、中間リード８と端部リード９の一端を回路基板７に接続した後、中間リード８と端部リード９を薄型電池１に連結できる。また、中間リード８と端部リード９を薄型電池１に連結した後、回路基板７に連結することもできる。
【００１８】
図の電池コア１５は、一対の端部リード９の端部を、第１の端面５の反対側にある第２の端面６に位置している薄型電池１の凸部電極２と底側端面４とに接続している。端部リード９は、保護素子１０を介して薄型電池１の電極に接続している。図の電池コア１５は、一方の端部リード９に接続している保護素子１０をひとつの薄型電池１の凸部電極端面３の平面部に配置して、他方の端部リード９に接続している保護素子１０を薄型電池１の側面に配置している。このように、凸部電極端面３の平面部に保護素子１０を配置する構造は、図９に示すように、凸部電極２の側部のスペースを有効に利用して保護素子１０を省スペースに配設できるので、パック電池の外形を小さくできる特長がある。この構造のパック電池は、保護素子１０に、電池温度を検出して電流を遮断する素子を使用する。このパック電池は、各々の保護素子１０で、各々の薄型電池１の温度を検出して電流を遮断するので、いずれの薄型電池１の温度が異常に高くなっても、保護素子１０で電池の電流を遮断できる。ただし、本発明のパック電池は、両方の保護素子を薄型電池の底側端面に配置し、あるいは薄型電池の側面に配置することもできる。
【００１９】
第２の端面６に一対の端部リード９を連結しているパック電池は、図８と図１４の断面図に示すように、第２の端面６で端部リード９が互いに接近する。そして、互いに接近する一対の端部リード９を確実に絶縁するために、図のパック電池は、積層している薄型電池１の間に絶縁材１１を配設している。絶縁材１１は、第２の端面６から突出して、第２の端面６の凸部電極２と底側端面４とに接続している一対の端部リード９の間に配置している。さらに、図１４のパック電池は、ケース１２の内面であって絶縁材１１と対向する位置に凹部１３を設けて、凹部１３の両側に、薄型電池１の凸部電極端面３と底側端面４に向かって突出する突出部１４を設けて、ケース１２の突出部１４と電極端面との間に端部リード９を配設している。この構造のパック電池は、仮に端部リード９が薄型電池１の底側端面４から外れても、他の端部リード９や底側端面４に接触してショートすることがない。外れた端部リード９が絶縁材１１を越えて隣に移動するのを阻止できるからである。図５と図１４のケース１２は、内面の突出部１４と対向する外側に、パック電池を装着している機器から取り出すための取出凹部１９と、パック電池を機器に装着するために機器に設けている嵌合用爪（図示せず）を案内する嵌合用凹部２０とを設けている。このケース１２は、外側に設けている取出凹部１９と嵌合用凹部２０を利用して、内側に突出部１４を設けることができる。
【００２０】
以上のパック電池は、以下のようにして製造される。
（１） 第１の端面５に凸部電極２を配置している薄型電池１の凸部電極端面３に絶縁材２１を接着する。絶縁材２１は、凸部電極２を外部に表出させる貫通孔を設けている。したがって、凸部電極端面３に絶縁材２１を接着する状態で、凸部電極２は外部に表出している。
（２） 薄型電池１の電極にクラッド材をスポット溶接して固定する。クラッド材は、中間リード８と端部リード９をスポット溶接するための金属板であるから、中間リード８と端部リード９をスポット溶接して連結する部分に固定される。中間リードと端部リードを電極に直接にスポット溶接できる薄型電池は、クラッド材を固定する必要はない。
（３） ふたつの薄型電池１を、絶縁材１１を介在して接着して積層する。絶縁材１１は、第２の端面６から突出するように薄型電池１の間に配設される。薄型電池１は、絶縁材１１の表面に設けている粘着層を介して接着される。さらに、絶縁材１１の表面に両面接着テープを付着して薄型電池１を接着することもできる。互いに接着して連結している薄型電池１は、その後の工程を簡単にできる。
（３） 図７に示すように、積層している薄型電池１の両側に絶縁材２２を接着する。この絶縁材２２は、図に示すように、第１の端面５の両端部分を被覆する長さを有し、第１の端面５の両端部分を被覆する。
（４） 図１５に示すように、回路基板７に中間リード８と一対の端部リード９をスポット溶接して連結する。中間リード８と端部リード９は、半田付けして回路基板７に連結することもできる。中間リード８と端部リード９は、回路基板７の片側で折曲されるので、片側から外側に突出する姿勢で、回路基板７に連結される。図の回路基板７は下方に突出するように、中間リード８と端部リード９を連結している。端部リード９は、あらかじめ端部に保護素子１０を連結している。各部にストレスがかからないように注意して、中間リード８と端部リード９を、回路基板７の片側で直角に折曲する。
（５） 中間リード８の端部を第１の端面５の凸部電極２と底側端面４とにスポット溶接してふたつの薄型電池１を直列に連結する。さらに、一対の端部リード９を、第１の端面５の両端で薄型電池１の隅部に沿うように折曲し、さらに第２の端面６の両側で薄型電池１の隅部に沿うように折曲して、各々の端部を第２の端面６の凸部電極２と底側端面４に連結する。
（６） 第１の端面５と回路基板７との間に絶縁材２３を配設し、この絶縁材２３を挟むように、中間リード８と端部リード９を折曲して、回路基板７を第１の端面５と平行な姿勢とする。
（７） 図１０と図１１のハッチングで示すように、電池コア１５の側面に、端部リード９の一部あるいは全部を被覆するように絶縁材２４を接着する。
（８） 以上にようにして製作された電池コア１５を、ケース１２に収納してケース１２を閉塞する。ケース１２は第１ケース１２Ａと第２ケース１２Ｂからなり、第１ケース１２Ａと第２ケース１２Ｂの周壁を超音波溶着し、あるいは接着し、あるいは嵌着して連結する。
【００２１】
【発明の効果】
本発明のパック電池は、回路基板と薄型電池とを理想的な配置で連結して、回路基板をしっかりと薄型電池に連結できる特長がある。それは、本発明のパック電池が、一方の薄型電池の凸部電極端面と他方の薄型電池の底側端面とを同一平面に位置するようにふたつの薄型電池を積層して、凸部電極端面と底側端面とが位置している第１の端面に対向して回路基板を配置し、この回路基板の中間に接続している中間リードを、回路基板と対向する第１の端面の凸部電極と底側端面に接続してふたつの薄型電池を直列に電気接続して回路基板に連結し、さらに、回路基板の両端部分に一対の端部リードを接続して、中間リードと端部リードを回路基板の片方の側縁で折曲して、一対の端部リードをひとつの薄型電池の凸部電極と他方の薄型電池の凸部電極と反対側の電極に接続しているからである。この構造のパック電池は、短い中間リードでふたつの薄型電池を直列に電気接続して、しかも薄型電池を回路基板に最短距離で連結できる。このため、中間リードでもって、ふたつの薄型電池を極めて低抵抗な状態で直列に電気接続しながらしっかりと回路基板に連結できる。
【００２２】
また、本発明のパック電池は、中間リードで薄型電池に連結している回路基板の両端に一対の端部リードを接続しており、端部リードを薄型電池に連結しているので、薄型電池の正負の電極に接続している一対の端部リードの短絡を確実に阻止して回路基板に連結できる特長もある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例にかかるパック電池の正面図
【図２】図１に示すパック電池の右側面図
【図３】図１に示すパック電池の左側面図
【図４】図１に示すパック電池の平面図
【図５】図１に示すパック電池の底面図
【図６】図１に示すパック電池の分解斜視図
【図７】図６に示す電池コアを反転して回路基板を展開した状態を示す斜視図
【図８】電池コアの断面図であって図１２のＡ−Ａ線断面に相当する図
【図９】電池コアの正面図
【図１０】図９に示す電池コアの右側面図
【図１１】図９に示す電池コアの左側面図
【図１２】図９に示す電池コアの平面図
【図１３】本発明の一実施例にかかるパック電池の回路図
【図１４】図１に示すパック電池のＡ−Ａ線断面図及び一部拡大断面図
【図１５】中間リードと端部リードを回路基板に連結した状態を示す平面図
【符号の説明】
１…薄型電池
２…凸部電極
３…凸部電極端面
４…底側端面
５…第１の端面
６…第２の端面
７…回路基板
８…中間リード
９…端部リード
１０…保護素子
１１…絶縁材
１２…ケース １２Ａ…第１ケース １２Ｂ…第２ケース
１３…凹部
１４…突出部
１５…電池コア
１６…出力端子
１７…端子ホルダー
１８…保護回路
１９…取出凹部
２０…嵌合用凹部
２１…絶縁材
２２…絶縁材
２３…絶縁材
２４…絶縁材
２５…電子部品

Claims (6)

1. 凸部電極端面（３）に凸部電極（２）を設けており、凸部電極端面（３）と反対側の電極端面である底側端面（４）を凸部電極（２）と異なる極性の電極としているふたつの薄型電池（１）を、一方の薄型電池（１）の凸部電極端面（３）と他方の薄型電池（１）の底側端面（４）とが同一端面に位置するように積層しており、
   ひとつの薄型電池（１）の凸部電極端面（３）と他方の薄型電池（１）の底側端面（４）とが位置する第１の端面（５）に対向して回路基板（７）を配置すると共に、この回路基板（７）と対向する第１の端面（５）に位置する凸部電極端面（３）と底側端面（４）とに中間リード（８）を接続して、中間リード（８）でふたつの薄型電池（１）を互いに直列に電気接続しており、
   この中間リード（８）を回路基板（７）の中間部分に接続して、回路基板（７）の両端部分に一対の端部リード（９）を接続して、中間リード（８）と端部リード（９）は回路基板（７）の片方の側縁で折曲しており、
   一対の端部リード（９）は一方をひとつの薄型電池（１）の凸部電極（２）に、他方を他方の薄型電池（１）の凸部電極（２）と反対側の電極に接続しており、
   中間リード（８）と端部リード（９）とでふたつの薄型電池（１）に回路基板（７）を連結しているパック電池。
2. 一対の端部リード（９）を、保護素子（１０）を介して薄型電池（１）の電極に接続している請求項１に記載されるパック電池。
3. 一対の端部リード（９）の端部を、第１の端面（５）の反対側にある第２の端面（６）に位置している薄型電池（１）の凸部電極（２）と底側端面（４）とに接続している請求項１に記載されるパック電池。
4. 薄型電池（１）の間に絶縁材（１１）を配設しており、この絶縁材（１１）を、第２の端面（６）から突出させて、第２の端面（６）の凸部電極端面（３）と底側端面（４）とに接続している一対の端部リード（９）の間に配置している請求項３に記載されるパック電池。
5. 薄型電池（１）をケース（１２）に収納しており、ケース（１２）の内面であって絶縁材（１１）と対向する位置に凹部（１３）を設けている請求項４に記載されるパック電池。
6. ケース（１２）の内面に設けている凹部（１３）の両側に、薄型電池（１）の凸部電極端面（３）と底側端面（４）に向かって突出する突出部（１４）を設けており、この突出部（１４）と電極端面との間に端部リード（９）を配設している請求項５に記載されるパック電池。

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