JP2005123128A

JP2005123128A - 電池パック

Info

Publication number: JP2005123128A
Application number: JP2003359370A
Authority: JP
Inventors: Takeru Suzuki; 長鈴木; Noriyoshi Nanba; 憲良南波; Satoru Maruyama; 哲丸山
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2003-10-20
Filing date: 2003-10-20
Publication date: 2005-05-12

Abstract

【課題】本発明は、主に携帯用電子機器の補助電池として用いられる携帯型の電池パックに関し、携帯性に優れ、長時間駆動でき、耐衝撃性に優れた電池パックを提供することを目的とする。
【解決手段】電池パック１は、電池（不図示）をそれぞれ内蔵する電池内蔵部５ａ、５ｂ、５ｃを有する熱可塑性エラストマーで形成された電池ケース３を有している。電池ケース３は、電池内蔵部５ａと電池内蔵部５ｂとの間に設けられた電池仕切部７ａと、電池内蔵部５ｂと電池内蔵部５ｃとの間に設けられた電池仕切部７ｂとで折り曲げ可能に形成されている。電池ケース３側面には、電池ケース３内部に内蔵された保護回路（不図示）に接続された電源ケーブル１１を通す取り出し口（不図示）が形成されている。前記電源ケーブル１１端部には、電子機器に前記電池の電力を供給する電源端子９が備えられている。
【選択図】図１

Description

本発明は、主に携帯用電子機器の補助電池として用いられる携帯型の電池パックに関する。

リチウムイオン２次電池は、１９９０年に発表されて以来、携帯電話機、デジタルビデオカメラ、デジタルスチルカメラ等の携帯用電子機器の電源供給用素子として広く利用されている。通常、リチウムイオン２次電池や電気二重層キャパシタ等の電気化学素子単体（以下、素電池という）は、保護回路、電子機器との接続用端子、及びその他の種々の部材と共に、熱可塑性高分子材料で形成された電池ケース内部に内蔵され、これらが一体となった電池パックとして用いられている。
特許第３４１０９６０号公報

しかしながら、電池パックを用いて電子機器を長時間駆動させるには大容量の素電池を複数用いる必要があるため、電池パックが大型化してしまい携帯性、可搬性が低下してしまうという問題が生じる。さらに、電池パックが大型になると、自動車内や列車内、あるいは航空機内のように比較的狭い作業空間では電池パックの設置場所の確保が困難になり作業性が低下してしまうという問題が生じる。さらにまた、設置場所から電池パックが落下して、素電池が破損してしまうという問題が生じる。

本発明の目的は、携帯性に優れ、長時間駆動でき、耐衝撃性に優れた電池パックを提供することにある。

上記目的は、電池と、熱可塑性エラストマーで形成されて前記電池を収納する電池ケースとを有することを特徴とする電池パックによって達成される。

上記本発明の電池パックであって、前記熱可塑性エラストマーが、スチレン系熱可塑性エラストマー、オレフィン系熱可塑性エラストマー、ウレタン系熱可塑性エラストマー、ポリエステル系熱可塑性エラストマー、ポリアミド系熱可塑性エラストマーのうちのいずれか一であることを特徴とする。

上記本発明の電池パックであって、前記電池ケースは、前記電池をそれぞれ内蔵する複数の電池内蔵部と、前記電池内蔵部間に設けられた折り曲げ可能な電池仕切部とを有することを特徴とする。

上記本発明の電池パックであって、前記電池ケースは、前記電池の電力を供給する電源ケーブルを通す取り出し口を有することを特徴とする。また、上記本発明の電池パックであって、前記電池ケースは、前記電源ケーブルの端部に備えられ、電子機器に前記電池の電力を供給する電源端子を有することを特徴とする。

本発明によれば、携帯性に優れ、長時間駆動でき、耐衝撃性に優れた電池パックを実現できる。

本発明の一実施の形態による電池パックについて図１乃至図３を用いて説明する。まず、本実施の形態による電池パック１の概略構成について図１及び図２を用いて説明する。図１は、電池パック１の外観斜視図である。図１（ａ）は、電池パック１の電池ケース３を広げた状態の斜視図であり、図１（ｂ）は、電池パック１の電池ケース３を折り曲げた状態の斜視図である。図１（ａ）に示すように、電池パック１は電池ケース３を有している。電池ケース３は、スチレン系熱可塑性エラストマーを射出成形し、中空の電池内蔵部５ａ、５ｂ、５ｃが形成された薄い平板状のケース部材３ａ、３ｂを有している。スチレン系熱可塑性エラストマーとして、例えばラバロン（三菱化学（株）登録商標）が用いられている。ケース部材３ａ、３ｂ同士は、電池内蔵部５ａ、５ｂ、５ｃの中空部を対面させて重ね合わせ、ケース部材３ａ、３ｂ周囲の接触部を溶着して固定されている。こうして形成された電池ケース３は、長さｌ１が１３５ｍｍ、幅ｗ１が８７ｍｍ、厚さｔ１が６ｍｍに形成されている。

電池内蔵部５ａ、５ｂ、５ｃには、素電池（不図示）が内蔵されている。電池ケース３の電池内蔵部５ａ、５ｂ、５ｃ間には、薄い長方形状の電池仕切部７ａ、７ｂが配置されている。電池ケース３を形成しているラバロンはゴム状で屈曲性を有しているので、図１（ｂ）に示すように、電池パック１は電池仕切部７ａ、７ｂを曲げることでＳ字状に折り畳むことができる。また、電池ケース３側面には、電池ケース３内部に備えられた保護回路（不図示）から延出して携帯用電子機器の電源供給端子や外部充電器の電流出力端子に接続される電源端子９を端部に備えた電源ケーブル１１の取り出し口（不図示）が設けられている。

図２は、電池ケース３のケース部材３ｂを取り外して見た電池パック１の内部構造を示している。ケース部材３ａには、素電池１３ａ、１３ｂ、１３ｃを内蔵する３つの電池内蔵部５ａ、５ｂ、５ｃが所定間隔に形成されている。電池内蔵部５ａ、５ｂ、５ｃは直方体形状の凹状に形成されている。電池内蔵部５ａ、５ｂ、５ｃ短辺の長さは素電池１３ａ、１３ｂ、１３ｃの長さｌ２とほぼ同じ長さに形成されている。また、ケース部材３ａの深さは、素電池１３ａ、１３ｂ、１３ｃの厚さの約１／２に形成されており、ケース部材３ａ上にケース部材３ｂを重ね合わせると（図１参照）、電池内蔵部５ａ、５ｂ、５ｃに素電池１３ａ、１３ｂ、１３ｃを内蔵できる。

ケース部材３ａに電池内蔵部５ａ、５ｂ、５ｃが形成されることで、ケース部材３ａ周囲の頂部と同一平面内に含まれる電池仕切部７ａ、７ｂが電池内蔵部５ａ、５ｂ、５ｃ間に形成される。電池仕切部７ａは電池内蔵部５ａ、５ｂ間に形成され、電池仕切部７ｂは電池内蔵部５ｂ、５ｃ間に形成されている。電池仕切部７ａ、７ｂは、ケース部材３ａ周囲の頂部と同一平面内に含まれているので、ケース部材３ａ上にケース部材３ｂを重ね合わせると、ケース部材３ａの電池仕切部７ａ、７ｂとケース部材３ｂの電池仕切部（不図示）とは全面で接触する。
電池内蔵部５ａ周囲のケース部材３ａ側面の一部には、電源ケーブル１１の取り出し口１４が形成されている。

素電池１３ａ、１３ｂ、１３ｃは、長さｌ２が３５ｍｍ、幅ｗ２が６２ｍｍ、厚さが４ｍｍの薄板形状を有している。素電池１３ａ、１３ｂ、１３ｃの正極（不図示）は、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）を６重量％、ＬｉＮｉ_１／３Ｍｎ_１／３Ｃｏ_１／３Ｏ_２を９０重量％、及びグラファイトを４重量％にして混合した組成物をＮ−メチル−２−ピロリドンでペースト化し、アルミニウム箔集電体にドクターブレード法で塗布して乾燥して形成されている。また、素電池１３ａ、１３ｂ、１３ｃの負極（不図示）は、ＰＶＤＦを１０重量％、及びＭＣＭＢ（メソカーボンマイクロビーズ）を９０重量％にして混合した組成物をＮ−メチル−２−ピロリドンでペースト化し、銅箔集電体にドクターブレード法で塗布して乾燥して形成されている。

こうして形成された正極（正極集電体も含む）と負極（負極集電体も含む）とは、厚さが２５μｍのポリオレフィン製のセパレータ（不図示）を介して対面して積層されている。正極、負極、及びセパレータは、エチレン−メタクリル酸共重合体の接着剤を塗布して固定されている。正極集電体にはアルミニウム製のプラス端子部１７ａ（１７ｂ、１７ｃ）が溶接され、負極集電体にはニッケル製のマイナス端子部１９ａ（１９ｂ、１９ｃ）が溶接されている。素電池１３ａの外装体１５ａ内部に正極、負極、及びセパレータ、並びにプラス端子部１７ａ及びマイナス端子部１９ａの一部が内蔵され、所定量の電解液を注入した注入口をヒートシールして素電池１３ａの外装体１５ａが密閉されている。素電池１３ｂ（１３ｃ）も外装体１５ｂ（１５ｃ）内部に正極、負極、及びセパレータ、並びにプラス端子部１７ｂ（１７ｃ）及びマイナス端子部１９ｂ（１９ｃ）の一部が内蔵されて密閉されている。電解液は、濃度が１ｍｏｌ／ｌのＬｉＰＦ_６の電解質と、エチレンカーボネートとジエチルカーボネートとを混合（混合比は体積で１：１）した溶媒とが用いられている。また、外装体１５ａ、１５ｂ、１５ｃは、アルミラミネート材料で形成されている。アルミラミネート材料は、厚さが１２μｍのＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）と、厚さが４０μｍのＡｌ（アルミニウム）と、厚さが５０μｍのＰＰ（ポリプロピレン）の積層構造を有している。こうして形成された素電池１３ａ、１３ｂ、１３ｃの公称容量は６００ｍＡｈである。

過充電／過放電を防止する保護回路２７は電池内蔵部５ａ内であって、取り出し口１４を備えた電池ケース３側面近傍に配置されている。保護回路２７には、過充電／過放電等を制御するＩＣ（ＩｎｔｅｇｒａｔｅｄＣｉｒｃｕｉｔ）２９及びその他の回路素子群３１が実装されている。保護回路２７内の出力側プラス端子部及び出力側マイナス端子部（共に不図示）には電源ケーブル１１が接続されている。電源ケーブル１１は取り出し口１４を通って電池ケース３外部に引き回されている。電源ケーブル１１端部には携帯用電子機器の電源供給端子や外部充電器の電流出力端子に接続される電源端子９が備えられている。

保護回路２７及び素電池１３ａ、１３ｂ、１３ｃは、ＦＰＣ（ＦｌｅｘｉｂｌｅＰｒｉｎｔｅｄＣｉｒｃｕｉｔ）１２上にパターニングされた配線パターン（不図示）を介して電気的に接続されている。保護回路２７の入力側プラス端子部２２ａは素電池１３ａのプラス端子部１７ａに接続されている。素電池１３ａのマイナス端子部１９ａは素電池１３ｂのプラス端子部１７ｂに接続され、素電池１３ｂのマイナス端子部１９ｂは素電池１３ｃのプラス端子部１７ｃに接続されている。素電池１３ｃのマイナス端子部１９ｃは保護回路２７の入力側マイナス端子部２２ｂに接続されている。保護回路２７及び素電池１３ａ、１３ｂ、１３ｃの各端子部はＦＰＣ１２に半田付けされて接続されている。

ＦＰＣ１２は電池仕切部７ａ、７ｂ上を引き回されているので、ケース部材３ａ、３ｂを重ね合わせると、ケース部材３ａの電池仕切部７ａ、７ｂとケース部材３ｂの電池仕切部７ａ、７ｂとの間に挟まれる。しかし、ＦＰＣ１２の厚さは数十μｍと非常に薄いので、ＦＰＣ１２に影響されずにケース部材３ａ、３ｂを重ね合わせることができ、電池パック３の密閉性は十分に確保される。また、ＦＰＣ１２は屈曲性を有しているので、電池仕切部７ａ、７ｂと共に折れ曲がることができ、電池パック１を折り畳むことができる。

図３は、素電池１３ａ、１３ｂ、１３ｃと保護回路２７との等価回路を示している。図３に示すように、保護回路２７には、直列接続された素電池１３ａ、１３ｂ、１３ｃが接続されている。例えば、各素電池１３ａ、１３ｂ、１３ｃの電圧は約３．６Ｖであるので、保護回路２７の出力側プラス端子部２０ａと出力側マイナス端子部２０ｂとの端子間電圧は約１０．８Ｖになり、当該出力電圧が電源端子９から出力される。なお、出力側マイナス端子部２０ｂを不図示の基準電位端子に接続すれば、基準電位に対して１０．８Ｖの電圧が電源端子９から出力される。

次に、本実施の形態による電池パック１の製造方法について、図２及び図４を用いて説明する。図４は、電池パック１の製造方法のフローチャートを示している。
図４に示すように、本実施の形態による電池パック１の製造方法は、ＦＰＣ１２に素電池１３ａ、１３ｂ、１３ｃ及び保護回路２７を接続し（ステップＳ１）、次に、素電池１３ａ、１３ｂ、１３ｃ及び保護回路２７に両面テープ３３、３４を貼付し（ステップＳ２）、次に、素電池１３ａ、１３ｂ、１３ｃをケース部材３ａの電池内蔵部５ａ、５ｂ、５ｃに配置してケース部材３ｂを重ね合わせ（ステップＳ３）、次に、ケース部材３ａ、３ｂ側面周囲を溶着して固定させ、電池ケース３を形成する（ステップＳ４）ようになっている。

接続工程（図４のステップＳ１）では、図２に示すように、素電池１３ａ、１３ｂ、１３ｃのプラス端子部１７ａ、１７ｂ、１７ｃ及びマイナス端子部１９ａ、１９ｂ、１９ｃをＦＰＣ１２上に形成された所定の端子部（不図示）に半田付けでそれぞれ接続する。同様に、保護回路２７の入力側プラス端子部２２ａ及び入力側マイナス端子部２２ｂをＦＰＣ１２上に形成された所定の端子部に半田付けでそれぞれ接続する。ＦＰＣ１２上にパターニングされた配線パターン（不図示）により、直列接続された素電池１３ａ、１３ｂ、１３ｃが保護回路２７に接続される。

次に、貼付工程（図４のステップＳ２）では、図２に示すように、素電池１３ａ、１３ｂ、１３ｃの表裏面及び保護回路２７の部品実装面の裏面に両面テープ３３、３４が貼付される。素電池１３ａ、１３ｂ、１３ｃのそれぞれの表裏面に長方形状の両面テープ３３を貼付する。次いで、保護回路２７のほぼ中央部に正方形状の両面テープ３４を貼付する。両面テープ３３、３４により、素電池１３ａ、１３ｂ、１３ｃ及び保護回路２７は電池ケース３に貼り付けられて固定される。

次に、組立工程（図４のステップＳ３）では、図２に示すように、予めラバロンを射出成形して電池内蔵部５ａ、５ｂ、５ｃ及び電池仕切部７ａ、７ｂを形成したケース部材３ａを用意する。次いで、ケース部材３ａの電池内蔵部５ａ内に素電池１３ａ及び保護回路２７を配置し、電池内蔵部５ｂ、５ｃ内に素電池１３ｂ、１３ｃを配置する。次いで、素電池１３ａ、１３ｂ、１３ｃ裏面に貼付した両面テープ３３及び保護回路２７の部品実装面の裏面に貼付した両面テープ３４でケース部材３ａに素電池１３ａ、１３ｂ、１３ｃ及び保護回路２７を固定する。次いで、電源ケーブル１１を取り出し口１４に配置して、電源端子９と電源ケーブル１１の一部をケース部材３ａ外部に配置する。次に、素電池１３ａ、１３ｂ、１３ｃ及び保護回路２７を固定したケース部材３ａに、ラバロンで形成されたケース部材３ａとほぼ同形状のケース部材３ｂを重ね合わせ（図１参照）、素電池１３ａ、１３ｂ、１３ｃ表面に貼付した両面テープ３３でケース部材３ｂに素電池１３ａ、１３ｂ、１３ｃを固定する。

次に、封止工程（図４のステップＳ４）では、ケース部材３ａ、３ｂ側面に超音波振動を与えて摩擦熱を発生させ、ケース部材３ａ、３ｂ側面を溶融することにより固着させ、ケース部材３ａ、３ｂを密閉し、電池ケース３を形成する。以上の工程を経て、電池パック１の製造が終了する。

このように本実施の形態によれば、複雑な機構を有することなく電池パック１は電池ケース３の電池仕切部７ａ、７ｂで折り曲げることができるので、折り畳んで小さくすれば、電池パック１の携帯性が向上する。また、電池ケース３を広げて電池パック１を使用すれば、放熱面積が広くなるので発熱による素電池１３ａ、１３ｂ、１３ｃの劣化が抑制され、電池パック１は長時間の駆動が可能になる。

また、電池ケース３は耐衝撃性に優れたラバロンで形成されているので、電池パック１を机に落としたり、机にぶつけたりした場合に、机から受ける衝撃力を電池ケース３が吸収するので、素電池１３ａ、１３ｂ、１３ｃへの当該衝撃力を十分に抑制することができる。これにより、素電池１３ａ、１３ｂ、１３ｃの機械的な破損を防止することができる。

本発明は、上記実施の形態に限らず種々の変形が可能である。
上記実施の形態では、素電池１３ａ、１３ｂ、１３ｃ及び保護回路２７の接続にＦＰＣ１２を用いているが、本発明はこれに限られない。例えば、ＦＰＣ１２に代えて、フッ素樹脂被覆導線や樹脂に金属粉末を混合した導電性高分子リード線を用いてもよい。フッ素樹脂被覆導線や導電性高分子リード線が１ｍｍ程度の直径を有していても、電池仕切部７ａ、７ｂの一部に中空部を設けて配線すれば、フッ素樹脂被覆導線や導電性高分子リード線に影響されずにケース部材３ａ、３ｂを重ね合わせることができ、電池ケース３の密閉性を十分に確保することができる。また、フッ素樹脂被覆導線や導電性高分子リード線は屈曲性を有しているので、電池パック１を折り曲げることができ、同様の効果を奏する。

また、上記実施の形態では、３つの電池内蔵部５ａ、５ｂ、５ｃを有する電池ケース３について説明したが、本発明はこれに限られない。例えば、１つの電池内蔵部を有する電池ケース３であってもよい。この場合、電池ケース３には１個の素電池が内蔵される。また、２つ又は４つ以上の電池内蔵部を有する電池ケース３であってもよい。この場合、電池ケース３には２個又は４個以上の素電池が内蔵される。

また、上記実施の形態では、熱可塑性エラストマーとしてスチレン系熱可塑性エラストマーを用いたが、本発明はこれに限られない。スチレン系熱可塑性エラストマーに代えて、例えば、オレフィン系熱可塑性エラストマー（三井化学株式会社製、ミラストマー（商標））を用いることもできる。また、例えば、ウレタン系熱可塑性エラストマー（ディーアイシーバイエルポリマー株式会社製、バンテックス（商標））や、ポリエステル系熱可塑性エラストマー（デュポン株式会社製、ハイトレル（商標））、あるいは、ポリアミド系熱可塑性エラストマー（宇部興産株式会社製、ＰＡＥ（商標））を用いることもできる。

また、上記実施の形態では、電気化学デバイスとしてリチウムイオン２次電池を用いたが、本発明はこれに限られない。リチウムイオン２次電池以外の電気化学デバイスとして、例えば、電気二重層キャパシタに対しても、本発明を好適に用いることができる。

本発明の一実施の形態による電池パック１の概略構成を示す斜視図である。図１（ａ）は、電池パック１の電池ケース３を広げた状態の斜視図であり、図１（ｂ）は、電池パック１の電池ケース３を折り曲げた状態の斜視図である。本発明の一実施の形態による電池パック１の内部構造を示す図である。本発明の一実施の形態による電池パック１の素電池１３ａ、１３ｂ、１３ｃと保護回路２７との等価回路を示す図である。本発明の一実施の形態による電池パック１の製造方法のフローチャートを示す図である。

符号の説明

１電池パック
３電池ケース
３ａ、３ｂケース部材
５ａ、５ｂ、５ｃ電池内蔵部
７ａ、７ｂ電池仕切部
９電源端子
１１電源ケーブル
１２ＦＰＣ
１３ａ、１３ｂ、１３ｃ素電池
１５ａ、１５ｂ、１５ｃ外装体
１７ａ、１７ｂ、１７ｃプラス端子部
１９ａ、１９ｂ、１９ｃマイナス端子部
２０ａ出力側プラス端子部
２０ｂ出力側マイナス端子部
２２ａ入力側プラス端子部
２２ｂ入力側マイナス端子部
２７保護回路
２９ＩＣ
３１回路素子群
３３、３４両面テープ

Claims

電池と、
熱可塑性エラストマーで形成されて前記電池を収納する電池ケースと
を有することを特徴とする電池パック。
請求項１記載の電池パックであって、
前記熱可塑性エラストマーが、スチレン系熱可塑性エラストマー、オレフィン系熱可塑性エラストマー、ウレタン系熱可塑性エラストマー、ポリエステル系熱可塑性エラストマー、ポリアミド系熱可塑性エラストマーのうちのいずれか一であることを特徴とする電池パック。
請求項１又は２に記載の電池パックであって、
前記電池ケースは、前記電池をそれぞれ内蔵する複数の電池内蔵部と、前記電池内蔵部間に設けられた折り曲げ可能な電池仕切部とを有すること
を特徴とする電池パック。
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の電池パックであって、
前記電池ケースは、前記電池の電力を供給する電源ケーブルを通す取り出し口を有すること
を特徴とする電池パック。
請求項４記載の電池パックであって、
前記電池ケースは、前記電源ケーブルの端部に備えられ、電子機器に前記電池の電力を供給する電源端子を有すること
を特徴とする電池パック。