JP2006127846A

JP2006127846A - 電池パック

Info

Publication number: JP2006127846A
Application number: JP2004312581A
Authority: JP
Inventors: Shinji Ota; 晋志大田; Katsuyuki Shirasawa; 勝行白澤; Toshio Yamashita; 寿雄山下藤; Takeshi Ishimaru; 毅石丸
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2004-10-27
Filing date: 2004-10-27
Publication date: 2006-05-18
Anticipated expiration: 2024-10-27
Also published as: CN1914749A; CN2831447Y; JP4778699B2; CN100492717C

Abstract

【課題】コンパクトで、接続抵抗が小さく、信頼性が高く、生産性の高い電池パックを提供する。
【解決手段】電池１と、充放電安全回路を有し電池１の一端面３上に配置される回路基板５と、外部接続端子７を装着され回路基板５を内部に収容する端部ケース６とを備えた電池パック１０であって、電池ケース２の一端面３の両端部と回路基板５の両端部に、相互に重なり合う立ち上がり部１１ａ、１３ａを有する結合ブラケット１１、１３を固着し、端部ケース６の両端部に幅方向に略横断する結合軸体１４を装着し、結合軸体１４と結合ブラケット１１、１３の立ち上がり部１１ａ、１３ａを溶接して固着した。
【選択図】図１

Description

本発明は、電池の一端に充放電保護回路を有する回路基板を配置し、この回路基板を収容した端部ケースを電池と一体結合してなる電池パックに関するものである。

電池と充放電保護回路を有する回路基板とを組み合わせて一体化した電池パックにおいては、コンパクトな構成であること、接続抵抗が小さくかつ接続部の信頼性が高いこと、製造工程の生産性が高いことなどが要請される。

従来の電池パックは、ケース内に電池と保護素子や回路基板を収容配置した構成とされている。具体的には、端子窓を有するケース内に電池を収容し、電池とケースとの間に設けたスペースに保護素子や回路基板を配置し、電池と回路基板を接続するリード板を端子窓に対向する位置に配置して外部端子としたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

また、電池の一端面外周に凸条を形成して内側に凹部を設け、下部に電池一端面の凹部に嵌合する嵌着凸部を有する端子ホルダーを設け、端子ホルダーには保護素子を内蔵させるとともに上面に端子板を固定し、端子ホルダーを電池に粘着テープや熱収縮フィルムなどで連結し、その後端子板と電池ケースに引き出し用のリード板を溶着した後、ケースに収納し、あるいは熱収縮チューブ等で被覆して電池パックとしたものが知られている（例えば、特許文献２参照）。

また、従来、回路基板をホルダーにて電池に仮保持した状態でリード板にて電池と回路基板を機械的及び電気的に連結していたのに対して、電池の封口板に連結凸部を設け、この連結凸部を回路基板に連結し、連結凸部にて電池と回路基板を機械的及び電気的に連結したものが知られている（例えば、特許文献３参照）。

また、電池の一部又は全体をインサート成形することで、外部接続端子を外部に表出するとともに保護素子を内蔵固定した樹脂成形部を電池の一端部に一体成形したものも知られている（例えば、特許文献４参照）。
特許第３２４４４００号明細書特開２０００−２４３３６２号公報特開２００２−２９８８０９号公報特開２００４−９５３２９号公報

ところが、特許文献１の構成では、ケースと電池の間に保護素子や回路基板を配置するスペースを設けているので、ケースの外形が大きくなり、また回路基板や保護素子が動くと振動により故障する恐れがあるが、回路基板や保護素子を動かないように電池やケースに固定するのが困難で、高い信頼性を確保できないという問題があり、またリード板で接続しているので接続抵抗が大きくなるという問題がある。

また、特許文献２では、保護素子が端子ホルダーを介して電池に固定的に装着されているが、この電池とホルダーの組立体にリード板を溶着してケースに収納して電池パックを構成しており、外形が大きくなるとともに、接続抵抗が大きくなり、組立工数も多くなって高い生産性を確保するのが困難であるという問題がある。

また、特許文献３では、電池の封口板に連結凸部を有する特殊な封口板を用いて回路基板を固定することで、リード板を用いない接続構成にて接続抵抗を小さくでき、また組立工数を低減できる構成となっているが、これら回路基板及び電池をケース内に収納して電池パックとする構成であり、その分外形が大きくなるという問題がある。

また、特許文献４では、電池と保護素子及び出力端子をインサート成形することで、保護素子及び出力端子を樹脂成形部に固定しているので、部品点数を少なくかつコンパクトに構成できるが、インサート成形は設備コストがかかり、かつ高い寸法精度や生産性を確保するのが困難であるという問題がある。

本発明は、上記従来の問題点に鑑み、コンパクトで、接続抵抗が小さく、信頼性が高く、生産性の高い電池パックを提供することにある。

本発明の電池パックは、電池と、充放電安全回路を有し電池の一端面上に配置される回路基板と、外部接続端子を装着され回路基板を内部に収容する端部ケースとを備えた電池パックであって、電池ケースの一端面の両端部と回路基板の両端部に、相互に重なり合う立ち上がり部を有する結合ブラケットを固着し、端部ケースの両端部に幅方向に略横断する結合軸体を装着し、結合軸体と結合ブラケットの立ち上がり部を固着したものである。

この構成によると、電池の一端に端部ケースを固着した構成であるため、コンパクトな構成とすることができ、また電池と端部ケース内の回路基板と外部接続端子との間の接続経路を短かくできて接続抵抗を小さくでき、また電池ケースと回路基板の両端部に結合ブラケットを固着し、これら結合ブラケットと端部ケースの結合軸体を固着するだけで電池と回路基板と端部ケースを一体的に結合固定でき、高い信頼性と生産性を両立した電池パックを実現することができる。

また、電池の一端面と回路基板に固着された結合ブラケットはともに両側に立ち上がり部を有する略Ｕ字状で、結合軸体は両側の立ち上がり部の間に挿入配置され、端部ケースの両端部の両側に開口された作業開口を通して結合ブラケットの立ち上がり部と結合軸体とを溶接した構成とすると、両端の２箇所でスポット溶接することにより、電池と回路基板と端部ケースがそれらの両端部両側の４個所で固着されるので、生産性良く高い信頼性を持って強固に一体結合することができる。本発明における溶接方法としては、スポット溶接、アーク溶接、レーザー溶接などの方法を用いることができるが、安価で作業性の良いスポット溶接が好ましい。

また、電池は、電池ケースが一方の極性の電極端子であり、一端面に電池ケースと異なる極性の電極端子を有し、結合ブラケットにて電池ケースと回路基板を電気的に接続した構成とすると、結合ブラケットが回路基板と端部ケースの機械的な一体結合手段として機能すると同時に電池の一方の極性を回路基板に電気的に接続する手段として機能し、接続用リード板が不要となって部品コスト及び接続作業コストを低減でき、また接続経路が短く接続抵抗を小さくすることができる。

また、電池の一端面の電極端子に安全保護素子の一端を接続し、安全保護素子の他端を回路基板に接続すると、温度ヒューズやＰＴＣなどの安全保護素子を電極端子の側部の空間を利用して電池の一端面に当接又は近接配置して電極端子と回路基板の間に介装することができ、電池の異常温度上昇時に電流を遮断することができ、コンパクトな構成にて安全性を向上することができる。

また、安全保護素子の他端と回路基板に、相互に重なり合う立ち上がり部を有する接続ブラケットを固着し、端部ケースに開口された作業孔を通して接続ブラケットの立ち上がり部を溶接すると、回路基板と安全保護素子を接続ブラケットを介することで端部ケースの作業孔を通した溶接にて生産性良く接続することができる。

また、端部ケースに装着された外部接続端子が、接続相手の接続端子を挿脱して接続・遮断するものであると、電池配置空間に電池パックを収納して設置するようにした携帯電子機器などにおいて、平面状の外部接続端子に相手方の電極端子を当接させるようにしたものに比して、電源供給の安定性が格段に向上し、振動や衝撃を受けるような環境下においても信頼性の高い電源供給を実現でき、かつこの種の外部接続端子であっても端部ケースに容易かつコンパクトに装着することができる。

本発明の電池パックによれば、電池の一端に端部ケースを固着した構成であるため、コンパクトな構成とすることができ、また電池と端部ケース内の回路基板と外部接続端子との間の接続経路を短かくできて接続抵抗を小さくでき、また電池ケースと回路基板の両端部に結合ブラケットを固着し、これら結合ブラケットと端部ケースの結合軸体を固着するだけで電池と回路基板と端部ケースを一体的に結合固定でき、高い信頼性と生産性を両立した電池パックを実現することができる。

以下、本発明の電池パックの一実施形態について、図１〜図５を参照して説明する。

図１において、１は横断面形状が扁平な長方形、若しくは隅丸長方形ないし長円形の角形の電池である。電池１はリチウムイオン電池から成り、電池ケース２の内部に発電要素としての極板群と電解液が収容されている。極板群は、帯状の正極板と負極板の間にセパレータを介装した状態で巻回することで多層に積層して構成されている。正極板はアルミニウム箔から成る芯材に正極合剤を塗着・乾燥して構成され、負極板は銅箔から成る芯材に負極合剤を塗着・乾燥して構成され、セパレータは微多孔性ポリプロピレンフィルムなどにて構成されている。

電池ケース２の一端面３の中央部には電極端子４が突出して配設されている。電極端子４は電池ケース２の一端面３を絶縁状態で密封貫通し、電池１の負極の電極端子を構成している。電池１の正極の電極端子は電池ケース２にて構成されている。

５は、電池ケース２の一端面３上に配置される回路基板であり、充放電安全回路が設けられている。６は、回路基板５を内部に収容した状態で電池ケース２の一端面３上に固定される端部ケースである。端部ケース６には、３つの外部接続端子７が内蔵された状態で装着されている。これら外部接続端子７は、接続相手の接続端子を挿脱して接続・遮断するものであり、端部ケース６の一端側に適当間隔おきにかつ一側角部の上面と側面にわたって開口された３つの接続窓８に臨むように配設されている。また、各外部接続端子７は一対の接続脚７ａが下方に突出形成され、回路基板５にはこれら接続脚７ａを挿入貫通させて半田付けする接続穴９が設けられている。３つの外部接続端子７の内、２つは正極と負極の外部接続端子、残りの１つは識別抵抗検出用の接続端子である。

電池パック１０は、主として、以上の電池１と回路基板５と端部ケース６を相互に一体固定することで構成されている。そのために、電池ケース２の一端面３の両端部には、図１、図２に示すように、両側に立ち上がり部１１ａを有する略Ｕ字状の結合ブラケット１１が溶接にて一体固着され、また回路基板５の両端部にも両側に立ち上がり部１３ａを有する略Ｕ字状の結合ブラケット１３が一体固着されている。結合ブラケット１３の立ち上がり部１３ａは、結合ブラケット１１の立ち上がり部１１ａの上部内側に重なり合うように形成・配設されている。そして、端部ケース６の両端部には、幅方向に略横断する結合軸体１４が装着されている。結合軸体１４は、図４（ａ）及び図５に示すように、その両端面が結合ブラケット１３の立ち上がり部１３ａの内面に当接する長さを有し、端部ケース６に少なくとも上下方向に移動しないように圧入係合させて装着されている。また、端部ケース６の結合軸体１４の両端延長部位には溶接を行うための作業開口１５が形成されている。かくして、両側の作業開口１５から溶接電極を挿入して結合ブラケット１１の立ち上がり部１１ａに当接させ、押圧して溶接電流を流すことによって、結合ブラケット１１、１３と結合軸体１４が一体結合され、電池１と回路基板５と端部ケース６を相互に一体固定される。

この電池パック１０における電気的接続は、正極の電池ケース２が結合ブラケット１１、１３を介して回路基板５に接続されている。負極の電極端子４は、温度ヒューズやＰＴＣ素子などの安全保護素子１６を介して回路基板５に接続されている。詳細には、電極端子４に安全保護素子１６の一端の接続片１６ａが溶接にて接続され、安全保護素子１６の他端の接続片１６ｂに一側に立ち上がり部１７ａを有する接続ブラケット１７が溶接にて固着され、図４（ｂ）及び図５（ｂ）に示すように、回路基板５に立ち上がり部１７ａの内面に重なり合う立ち上がり部１８ａを有する接続ブラケット１８が溶接にて固着され、これら接続ブラケット１７、１８の立ち上がり部１７ａ、１８ａが、この立ち上がり部１７ａ、１８ａに対応位置して端部ケース６に幅方向に貫通して形成されている作業孔１９を通して溶接されている。こうして、負極の電極端子４が安全保護素子１６と接続ブラケット１７、１８を介して回路基板５に接続されている。

図１において、電池ケース２の一端面３上には、結合ブラケット１１、１１間にわたって第１の絶縁板２０が配置され、その下面に設けられた粘着剤にて接着固定されている。第１の絶縁板２０には、中央部に電極端子４が挿通される貫通開口２１が形成され、安全保護素子１６の素子部に対応する位置には電池ケース２の一端面３に素子部を臨ませる伝熱用開口２２が形成され、他端の接続片１６ｂに対応する他端部上面にはこれを固定する粘着剤２３が設けられている。伝熱用開口２２には、図２（ｂ）に示すように、電池１の熱が効果的に素子部に伝達されるようにシリコン２４が充填されている。安全保護素子１６の上面には、第２の絶縁板２５が配置され、下面に設けられた粘着剤にて安全保護素子１６に接着され、安全保護素子１６と回路基板５の間の絶縁が確保されている。

次に、以上の構成の電池パック１０の組立工程を説明する。まず、図２（ａ）に示すように、電池１の一端面３の両端部に結合ブラケット１１を溶接にて一体固着し、一端面３上に第１の絶縁板２０を配置して接着する。次に、図２（ｂ）に示すように、第１の絶縁板２０の伝熱用開口２２にシリコン２４を充填し、他端の接続片１６ｂに接続ブラケット１７を溶接した安全保護素子１６を第１の絶縁板２０上に配置し、一端の接続片１６ａを電極端子４に溶接する。次に、図２（ｃ）に示すように、安全保護素子１６上に第２の絶縁板２５を配置して接着する。

一方、図１に示すように、回路基板５の両端部に結合ブラケット１３を溶接するとともに、中間部の所定位置に接続ブラケット１８を溶接する。また、端部ケース６に対して、その両端部の内部に結合軸体１４を圧入して装着するとともに、外部接続端子７を接続窓８に臨む所定位置に装着する。次いで、回路基板５を端部ケース６の下端開口から挿入配置し、接続穴９から突出した外部接続端子７の接続脚７ａの端部を接続穴９の周囲に形成された電極に半田付けする。

次に、図３（ａ）に示すように、回路基板５を収容配置した端部ケース６を、結合ブラケット１１の立ち上がり部１１ａ及び接続ブラケット１７の立ち上がり部１７ａを端部ケース６内の所要部位に挿入させながら電池１の一端面３上に被せ、矢印ａ、ｂのように、端部ケース６の両端の作業開口１５から、溶接電極を挿入して結合ブラケット１１の立ち上がり部１１ａに当接させ、押圧して溶接電流を流して結合ブラケット１１、１３と結合軸体１４を溶接し（図４（ａ）参照）、また、矢印ｃのように、端部ケース６に形成されている作業孔１９を通して接続ブラケット１７、１８の立ち上がり部１７ａ、１８ａを溶接する（図４（ｂ）参照）。また、電池１の他端面１ｂに電池パック１０を着脱する際に爪を引っ掛けるためのネイルフック２６を接着する。

次に、図３（ｂ）に示すように、合成樹脂シートの裏面に粘着剤を塗着した外装ラベル２７を、電池１の周側面、端部ケース６の下部周囲及びネイルフック２６の周囲に巻き付けて接着する。また、外装ラベル２７の上縁からは、端部ケース６の上部に形成されている作業開口１５及び作業孔１９に対応する位置に封止片２７ａ、２７ｂが延出されており、これら封止片２７ａ、２７ｂを端部ケース６の表面に沿って貼り付けることで作業開口１５及び作業孔１９を隠蔽する。かくして、図３（ｃ）に示すように、電池パック１０が完成する。

以上の本実施形態の電池パック１０によれば、電池１の一端に端部ケース６を固着した構成であり、電池１及び回路基板５の全体をケース内に収容したものでないため、コンパクトな構成とすることができる。また、電池ケース２と回路基板５の両端部に結合ブラケット１１、１３を固着し、これら結合ブラケット１１、１３と端部ケース６に装着した結合軸体１４を溶接にて固着するだけで、電池１と回路基板５と端部ケース６を一体的に結合固定でき、高い信頼性と生産性を両立した電池パック１０を実現することができる。

特に本実施形態では、結合ブラケット１１、１３がともに両側に立ち上がり部１１ａ、１３ａを有する略Ｕ字状で、結合軸体１４が両側の立ち上がり部１１ａ、１３ａの間に挿入配置され、端部ケース６の両端部の両側に開口された作業開口１５を通して結合ブラケット１１、１３の立ち上がり部１１ａ、１３ａと結合軸体１４とを溶接しているので、両端の２箇所で溶接することにより、電池１と回路基板５と端部ケース６がそれらの両端部両側の４個所で固着されるので、生産性良く高い信頼性を持って強固に一体結合することができる。

また、電池１は、電池ケース２が正極の電極端子であり、一端面３に負極の電極端子４を有しているものであるため、結合ブラケット１１、１３にて電池ケース２と回路基板５を結合することで、結合ブラケット１１、１３が回路基板５と端部ケース６の機械的な一体結合手段として機能すると同時に電池１の正極を回路基板５に電気的に接続する手段としても機能する。従って、接続用リード板が不要となって部品コスト及び接続作業コストを低減でき、また接続経路が短く接続抵抗を小さくすることができる。

また、電池１の一端面３の電極端子４に安全保護素子１６の一端を接続し、安全保護素子１６の他端を回路基板５に接続しているので、温度ヒューズやＰＴＣなどの安全保護素子１６を電極端子４の側部の空間を利用して電池１の一端面３に当接又は近接配置して電極端子４と回路基板５の間に介装することができ、電池１の異常温度上昇時に電流を遮断することができ、コンパクトな構成にて安全性を向上することができる。

また、安全保護素子１６の他端と回路基板５に、相互に重なり合う立ち上がり部１７ａ、１８ａを有する接続ブラケット１７、１８を固着し、端部ケース６に開口された作業孔１９を通して接続ブラケット１７、１８の立ち上がり部１７ａ、１８ａを溶接しているので、回路基板５と安全保護素子１６を接続ブラケット１７、１８を介することで溶接にて生産性良く接続することができる。なお、安全保護素子１６を設けずに、電極端子４と回路基板５を接続ブラケットを介して接続するようにしても良い。

また、端部ケース６に装着された外部接続端子７は、接続相手の接続端子を挿脱して接続・遮断するものであるので、電池配置空間に電池パック１０を収納して設置するようにした携帯電子機器などにおいて、振動や衝撃を受けるような使用条件下においても信頼性の高い電源供給を実現でき、かつこの種の外部接続端子７であっても端部ケース６に容易かつコンパクトに装着することができる。

本発明の電池パックは、電池の一端に端部ケースを固着したのでコンパクトな構成とすることができ、また電池と端部ケース内の回路基板と外部接続端子との間の接続経路を短かくできて接続抵抗を小さくでき、また電池ケースと回路基板の両端部に固着した結合ブラケットと端部ケースの結合軸体を固着するだけで電池と回路基板と端部ケースを一体的に結合固定でき、高い信頼性と生産性を両立した電池パックを実現することができ、携帯電子機器用などの小型の電池パックに有用である。

本発明の一実施形態における電池パックの要部の分解斜視図。同実施形態の電池パックの組立工程を示す斜視図。同実施形態の電池パックの組立工程を示す斜視図。同実施形態の電池パックの要部構成を示し、（ａ）は図１のＡ−Ａ矢視位置での断面図、（ｂ）は図１のＢ−Ｂ矢視位置での断面図。同実施形態の電池パックの要部構成を示し、（ａ）は図１のＣ矢方向から見た部分破断斜視図、（ｂ）は図１のＤ矢方向から見た部分破断斜視図、（ｃ）は図１のＥ矢方向から見た部分破断斜視図。

符号の説明

１電池
２電池ケース
３一端面
４電極端子
５回路基板
６端部ケース
７外部接続端子
１0 電池パック
１１、１３結合ブラケット
１１ａ、１３ａ立ち上がり部
１４結合軸体
１５作業開口
１６安全保護素子
１７、１８接続ブラケット
１７ａ、１８ａ立ち上がり部
１９作業孔

Claims

電池と、充放電安全回路を有し電池の一端面上に配置される回路基板と、外部接続端子を装着され回路基板を内部に収容する端部ケースとを備えた電池パックであって、電池ケースの一端面の両端部と回路基板の両端部に、相互に重なり合う立ち上がり部を有する結合ブラケットを固着し、端部ケースの両端部に幅方向に略横断する結合軸体を装着し、結合軸体と結合ブラケットの立ち上がり部を固着したことを特徴とする電池パック。
電池の一端面と回路基板に固着された結合ブラケットはともに両側に立ち上がり部を有する略Ｕ字状で、結合軸体は両側の立ち上がり部の間に挿入配置され、端部ケースの両端部の両側に開口された作業開口を通して結合ブラケットの立ち上がり部と結合軸体とを溶接したことを特徴とする請求項１記載の電池パック。
電池は、電池ケースが一方の極性の電極端子であり、一端面に電池ケースと異なる極性の電極端子を有し、結合ブラケットにて電池ケースと回路基板を電気的に接続したことを特徴とする請求項１又は２記載の電池パック。
電池の一端面の電極端子に安全保護素子の一端を接続し、安全保護素子の他端を回路基板に接続したことを特徴とする請求項３記載の電池パック。
安全保護素子の他端と回路基板に、相互に重なり合う立ち上がり部を有する接続ブラケットを固着し、端部ケースに開口された作業孔を通して接続ブラケットの立ち上がり部を溶接したことを特徴とする請求項４記載の電池パック。
端部ケースに装着された外部接続端子は、接続相手の接続端子を挿脱して接続・遮断するものであることを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の電池パック。