JP2008140730A - パック電池 - Google Patents

Abstract

【課題】外部応力や衝撃が加わっても安定した形態を保持でき、良好な電池性能の発揮が可能なパック電池を提供する。
【解決手段】第一ケース10には複数対の突片101R、101Lと一対の突片101R、101Lの間に押さえ体102を形成し、第二ケース11には第一平板1111及び第二平板1112とを挿入スペース1110をおいて形成する。そして嵌合工程ではオペレータにより突片101R、101Lを挿入スペース1110に押下して挿入し、係合部1010R、1010Lを係合孔111R、111Lに係合させる。係合後は第一平板1111に当接又は近接配置した押さえ体102により、第一平板1111の屈曲変形を抑制して、係合孔111R、111Lから係合部1010R、1010Lが脱落するのを防止する。
【選択図】図4

Description

本発明はパック電池に関し、特に、電池ケースの結合構造の改良技術に関する。

ラップトップ型パーソナルコンピュータ（ノートPC）、PDAやこれに接続される種々の付帯機器の主電源として、パック電池が広く利用されている。
一般的なパック電池は、複数の素電池を直列または並列、あるいは直並列に組み合わせて接続し、これに保護回路基板等が接続される。これを2分割された樹脂ケースに収納し、当該樹脂ケース同士を互いに結合して作製される。素電池には高出力・高エネルギー密度の観点から、円筒型のリチウムイオン電池などが用いられる。

パック電池の製造工程においては、前記内部封止方法として、従来は樹脂ケース同士を超音波溶着または接着剤を用いて接合する方法が採られているが、最近では例えば図7に示すように、第一のケースに係合部、第二のケースに係合孔又は係合凹部を持つ第一平板と平滑な第二平板をそれぞれ形成し、その組み合わせによる嵌め合い方式で結合する方法が広く用いられている。この嵌め合い方式によれば、製造時にオペレータが突片を押下して、係合部を係合孔又は係合凹部に係合させるだけで樹脂ケース同士を結合できるので（図7（a）〜（c））、超音波溶着装置や接着剤を用いなくてもパック電池を製造することができ、迅速且つ低コストに製造を行える利点がある。
特開2002-124233号公報 特開2004-273371号公報 特開2004-319314号公報

しかしながら、上記嵌め合い方式を採用した構成のパック電池では、各樹脂ケース同士が溶着や接着により接合されていないため、製造中または製造後のパック電池の取り扱いに際し、捩り方向等へ相当の外部応力や衝撃を加えた場合、係合孔又は係合凹部が形成された樹脂部材（図7では第一平板）が変形して係合部と係合孔又は係合凹部との係合が解かれ、各樹脂ケースが離間するおそれがある（図7（d））。

このような場合、離間した隙間から素電池や保護回路基板が落下し、素電池のショート等の問題を生じたり、逆にパック電池内部に夾雑物が混入する等、別の問題が生じうる。これに対して樹脂部材をより強固にするため、部材厚みを厚くしたり、機械的強度の高い材料を使用することも考えられるが、高エネルギー密度及びコストの観点から現実的な対策とは言い難い。

以上のように、当該課題については未だ解決すべき余地があり、早急に解決すべきものである。
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであって、外部応力や衝撃が加わっても安定した形態を保持でき、良好な電池性能の発揮が可能なパック電池を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明は、第一ケースと第二ケースとを組み合わせ、その中に素電池を収納したパック電池であって、第一ケースには第一係合部を有する突片が、第二ケースには相対向する第一平板と第二平板とが突設され、第一平板には、前記相対向する第一及び第二平板間に前記突片が挿入されたとき、前記第一係合部と係合する第二係合部が設けられ、前記第一及び第二係合部が係合状態にあるとき、第一平板を押さえる押さえ体を第一ケース及び第二ケースの少なくともいずれかに備える構成とした。

ここで前記第一及び第二係合部は、凹凸形状の組み合わせにより係合する構成とすることもできる。
さらに前記第一ケースには、前記突片が所定間隔をおいて複数にわたり形成され、前記押さえ体が、前記所定間隔に対応する前記第一平板に当接又は近接して設けられた構成とすることもできる。

さらに前記押さえ体には、前記第一平板と接する先端部分に湾曲部を設けることもできる。

上記構成を有する本発明のパック電池によれば、製造工程時において第一ケースの第一係合部の突片が第二ケースの第一及び第二平板間に挿入され、第二係合部と係合された後は、第二平板が突片と押さえ体との間で、その両面から挟設される。このときの工程は、オペレータ等が外部より第一ケースに押圧力を加えて行われるため、前記突片の挿入に際して適度に第二平板が厚み方向に屈曲するので、第一及び第二の係合部の係合動作が妨げられることはない。

一方、いったん第一及び第二の係合部が係合した後は、パック電池使用時等に第一及び第二ケースに対して外部応力が加わったとしても、押さえ体が第二平板表面に当接してこれを押さえるので、第二平板の大きな屈曲変形は当該当接領域を中心に抑制される。
その結果、第二平板が多少の屈曲変形を生じても、前記押さえ体による押圧効果により、第一及び第二の係合部の係合が解かれるほどの大きな第二平板の変形は回避される。よって、第一ケースと第二ケース同士の離間は従来に比べて効果的に防止され、第一及び第二のケースの間隙から素電池が漏れ出たり、逆に夾雑物が外部からパック電池内に混入する等の問題発生を回避でき、良好な電池性能を持つパック電池を提供することができる。

以下では、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参酌しながら説明する。
なお、以下で示す具体例は、本発明の構成およびその構成から奏される作用・効果を分かりやすく説明するために用いる一例であって、本発明は、特徴とする構成以外の部分について、以下の例示に何ら限定を受けるものではない。
[実施の形態1]
＜パック電池1の構成＞
図1(a)は本発明の一適用例であるパック電池1の組図である。図1（b）はパック電池1の完成図である。図2(a)（b）はパック電池1のxz断面図である。図2（a）は突片本体、図2（b）は押さえ体102についての断面図を示している。

まず図1(a)に示すように、パック電池1は、第一ケース10と第二ケース11によって形成される内部空間に、二次電池ユニット5が保護回路基板3とともに収納されている。
二次電池ユニット5は、合計6本の円筒型リチウムイオン電池（以下では、単に「素電池」と記載する。）5a〜5fからなる。当該二次電池ユニット5では、素電池5a〜5fを2本ずつ並列してなる素電池組5A〜5Cが所定の配列（ここでは3直2並列）で配されている。

6本の素電池5a〜5fには、各電圧を検知するためにリード板31〜34及び不図示のリード線等が配線され、保護回路基板3に接続されている。
保護回路基板3は、MPU（マイクロプロセッサ）などからなる主制御部と、外部の接続機器から供給される電力を昇降圧して各素電池5a〜5fの充電に供する充電用昇降圧電源と、各素電池5a〜5fの電圧を検出するための電池電圧検出部と、機器側接続用のコネクタ4等を備えてなる。当該保護回路基板3には、図1に示すように側面に複数の切り欠きが形成され、前記リード板31〜34が折り曲げられて係合されるようになっている。コネクタ4は外部に露出され、第一ケース10及び第二ケース11の受け部41、42において挟設される。

第一ケース10は、短冊状の主面を持つ樹脂成形品（PC・ABS成型品）であり、その上主面16に定格電流・定格電圧等を表示する被覆ラベル6が貼着されている。また下主面17の紙面奥側における周縁には、第二ケース11との嵌合手段で一対の突片101R、101Lが複数対にわたり突設されている。
なお、第一ケース10には、当図では突片101R、101Lは紙面奥側にのみ設けられ、紙面手前側には矩形状の爪部（不図示）が設けられているが、第一ケース10の周縁全体にわたり突設してもよい。

一方、第二ケース11も第一ケース10と同様に樹脂成型品であって、上部が開口された直方体状の容体として形成されており、図2（b）のように開口部12に第一ケース10が嵌合されてパック電池1が完成される。第二ケース11の内部底面18には、各素電池5a〜5fを収納するためのリブ状ホルダー部15a、15bが設けられ、各素電池5a〜5fを振動防止して良好に収納できるようになっている。第二ケース11の内部底面18の周囲には、当該底面18に垂直に突設された第一平板1111及び第二平板1112が形成されている。底面の下主面19には、保護回路基板3に接続されたバッテリー残量表示用のLEDインジケータ190が配設されている。

＜突片と第一及び第二平板周辺の構成について＞
本実施の形態1におけるパック電池1では、以下に示す構成により、嵌め合い方式で第一ケース10及び第二ケース11を結合する場合において、従来構成に比べて結合強度を向上させている。
図3は、突片101R、101L及び第一平板1111、第二平板1112の各構成を示す部分拡大図である。ここでは便宜上、隣接する一対の突片101R、101Lとこれに対応する係合孔111R、111L付近の周辺構成を図示しているが、突片101R、101L及び第一平板1111及び第二平板1112は、いずれもy方向に沿って連続的に配設されている。

突片101R、101Lは、所定の間隙G’（突片間隙）をおいて第一ケース10の表面からそれぞれz方向に突設された板状体として形成され、その突片本体1013R、1013Lの各先端1011R、1011L付近の側面に、カエシ部1012R、1012Lを持つクサビ型断面形状の爪である係合部1010R、1010Lが形成されてなる。間隙G’の中間からx方向線上に距離Hをおいた位置には、第一平板1111の誘い込み用にR処理された湾曲部1020を先端に持つ押さえ体102が配設される。当該押さえ体102は、係合部1010R、1010Lが係合孔111R、111Lに係合した後、当該係合状態において前記係合部1010R、1010Lが係合孔111R、111Lから脱落するのを防止するように、第一平板1111を押さえる目的で配されるものである。押さえ体102と一対の突片101R、101Lとの間の間隙は、第一平板1111の先端が当接するリブ当接領域Xとなっている。

第一平板1111及び第二平板1112は、一定間隙（挿入スペース）1110をおいて相対向されつつ、z方向に突設されている。
第一平板1111の側面には、爪状の前記係合部1010R、1010Lと対応する矩形状の係合孔111R、111Lが、所定の間隙G（係合孔間隙）をおいて設けられている。挿入スペース1110のx方向は、突片101R、101Lが挿入できる幅に設定されている。

突片101R、101L及び第一平板1111、第二平板1112は、ここではそれぞれ第一ケース10及び第二ケース11と一体的に樹脂成形されているが、別部材として構成してもよい。
次に、上記突片101R、101L及び第一平板1111、第二平板1112を用いたパック電池製造時の内部封止工程を説明する。
図5は、図4のC-C’断面方向から見た嵌め合い工程時の様子を示す部分拡大図である。図4は、図5のA-A’断面又はB-B’断面方向から見た嵌め合い工程時の様子を示す図である。このうち図5(a)、（b）、（d）の各時点はそれぞれ図4（a）、（b）、（d）の各時点に対応する。図4（c）、（d）は、それぞれ図5（c）のA-A’断面方向、B-B’断面方向から見た様子を示す。

まず当該工程の当初において、オペレータは第二ケース11に、所定の配線とともに二次電池ユニット5及び保護回路基板3を収納する。そして第一ケース10と第二ケース11とを対向させ、突片101R、101Lの各先端1011R、1011Lを挿入スペース1110に突き合わせる（図4（a））。そしてオペレータは、突片101R、101Lを挿入スペース1110に挿入させるべく、第一ケース10を逆z方向に押下する。これにより、係合部1010R、1010Lが第二平板1112の平滑面にガイドされながら挿入スペース1110内に挿入されるとともに、係合部1010R、1010Lと当接する第一平板1111の領域がx方向に隆起して曲げられる（図4（b））。

その後、オペレータが第一ケース10を押下し続けると、係合部1010R、1010Lがさらに挿入スペース1110へ挿入され、当該係合部1010R、1010Lの真上付近で当接する第一平板1111の領域がx方向へ隆起する（図4（c））。一方、このとき、突片間隙G’に対応する第一平板1111の部分は、押さえ体102の誘い込み形状を持つ先端部1020にガイドされ、押さえ体102と各突片101R、101Lとの間に挿入される。そして第一平板1111の先端が第一ケース10の当接領域Xに当接すると、突片間隙G’に対応する第一平板1111部分は、押さえ体102により押さえられ、当該押さえ体102と各突片101R、101Lとの間で形態保持される（図4（d））。

オペレータがさらに第一ケース10を押下し続けると、係合部1010R、1010Lは第一平板1111の係合孔111R、111Lに嵌合され、カエシ部1012R、1012Lの作用によりロックされる。このロック後、第一平板1111の形状は平滑状態に戻る。
このような過程を経てロックされた突片101R、101L及び係合孔111R、111Lは、従来に比べて容易に外れることがない。すなわち従来の嵌め合い方式の構成によれば、突片の係合部が挿入スペースに挿入され、係合部が係合孔に係合されると（図7（a）〜（c））、係合壁は係合部の挿入に伴ってx方向に隆起し、その後再び平坦状態に戻る（図7（d））。ここで突片は、係合壁側と係合部において係合されてはいるが、当該リブの撓み具合によっては（例えば強く第二ケース側プレートが捩られる場合等）係合爪が係合孔から脱落し、第一ケース及び第二ケースが互いに離間するおそれがある。この場合、二次電池ユニットがパック電池に露出したり、逆に外部より夾雑物が混入し、ショート・漏電等の問題を生じうる。

これに対して本実施の形態1では、係合部1010R、1010Lが係合孔111R、111Lに係合された後、第一平板1111はその両主面から突片101R、101Lと押さえ体102との間（図1では一対の突片本体と押さえ体との間）で挟設される。このとき第一平板1111の先端付近は突片101R、101Lと押さえ体102の双方からホールドされた構成となるため、たとえz軸を回転中心として、第二ケース11を第一ケース10に対してxy平面方向に捩っても、押さえ体102により第一平板1111が押さえられ、係合部1010R、1010Lは容易に係合孔111R、111Lから脱落することはなく、強固な結合構造を維持することができる。

[実施の形態2について]
本発明の実施の形態2について、実施の形態1との差異を説明する。パック電池の全体構成は実施の形態1と同様であるが、第一及び第二平板周辺の構成が異なっている。
図6は、本発明の実施の形態2の第一及び第二平板周辺の構成を示す部分拡大図である。
図6に示される構成では、第二ケース115の表面に所定のパターン形状を持つ側壁1113を設け、当該側壁1113の一部を厚み方向に二分割し、挿入スペース1110Sを挟んで第二平板1112及び第一平板1111が配設された構成を持つ。第一平板1111の側底部1111bは、第二ケース115表面と離間されている。そして第一平板1111と一定間隔Iをおいて、第二ケース115表面に押さえ体102が配設されている。Iの値は、係合状態にある第一平板1111の撓みを効果的に防止できる値に調節される。一方、突片対120を構成する突片101R、101Lは基本的に実施の形態1と同様であるが、第一ケース10側に押さえ体102は設けられていない。

このような構成を持つ本実施の形態2においても、実施の形態1と同様の効果が奏される。すなわち、第一突出部120の突片101R、101Lは図6のように挿入スペース1110Sから挿入され、各係合部1010R、1010Lが係合孔111R、111Lにて係合される。係合直前において第一平板1111は側底部1111bに設けられたスリットにより、オペレータの押圧力で第二ケース115表面に沿って良好に撓むことができるが、いったん各係合部1010R、1010Lが係合孔111R、111Lに係合され、オペレータの押圧力が無くなった後は、第一平板1111に近接配置された押さえ体102による制限を受け、第一平板1111は大きく撓むことができない。この効果により、実施の形態2は実施の形態1と同様に係合後の脱落を効果的に防止することが可能となっている。

[その他の事項]
上記各実施の形態では、素電池として円筒型リチウムイオン電池を用いる構成を例示したが、本発明は当然ながらこれに限定するものではなく、角形リチウムイオン電池等の他の形状の電池の他、ニッケル水素二次電池、ニッケルカドミウム二次電池、ポリマー電池等、他の種類の電池を用いることもできる。

なお、本発明ではリブの側面に係合孔を設けず、係合部と係合可能な形状の係合凹部を設ける構成としてもよい。
また、上記各実施の形態では突片に爪状の係合部を設ける例を示したが、本発明はこれに限定するものではなく、係合壁の側面に爪状係合部を設けてもよい。この場合、突片には係合壁の前記爪状係合部と係合する係合孔若しくは係合凹部を設ける構成とする。

さらに、第一ケース又は第二ケースのみに爪状係合部を設ける構成に限定するものではなく、第一ケース及び第二ケースのそれぞれに爪状係合部或いは係合壁及び平滑壁を相互に設け、これによってケース同士を結合する構成としてもよい。
さらに、爪状係合部の形状は、半円形、円柱形、多角柱形等の突出形状とし、係合孔の形状をこれに対応する形状に形成してもよい。

また、押さえ体は、第一ケース及び第二ケースの両方に設けてもよい。但し、この場合は各ケースに配された押さえ体同士が干渉しないように、その長さ・大きさ・配置位置等を調節しておくべき点に留意する。

本発明は、例えば業務用・家庭用のラップトップ型パーソナルコンピュータ、若しくは携帯電話機のバッテリーとして利用することができる。

実施の形態1に係るパック電池1の構造を示す展開斜視図及び完成図である。 実施の形態1に係るパック電池1の断面図である。 突片101R、101L及び第一平板1111、第二平板1112の各構成を示す部分拡大図である。 図5のA-A’断面又はB-B’断面方向から見た嵌め合い工程時の第一及び第二ケースの状態を示す図である。 図4のC-C’断面方向から見た嵌め合い工程時の第一及び第二ケースの状態を示す部分拡大図である。 本発明の実施の形態2の第一及び第二平板周辺の構成を示す部分拡大図である。 従来の係合前後の第一及び第二ケースの状態を説明するための模式断面図である。

符号の説明

G 係合孔間隙
G’ 突片間隙
C リブ当接領域
1 パック電池
3 保護回路基板
4 コネクタ
5 二次電池ユニット
10 第一ケース
11、115 第二ケース
12 開口部
15a、15b ホルダー
101R、101L 突片
102 押さえ体
111R、111L 係合孔
1010R、1010L 係合部
1011R、1011L 先端
1012R、1012L カエシ部
1013R、1013L 突片本体
1020 湾曲部
1110 挿入スペース
1111 第一平板
1112 第二平板

Claims (4)

1. 第一ケースと第二ケースとを組み合わせ、その中に素電池を収納したパック電池であって、
   第一ケースには第一係合部を有する突片が、第二ケースには相対向する第一平板と第二平板とが突設され、
   第一平板には、前記相対向する第一及び第二平板間に前記突片が挿入されたとき、第一係合部と係合する第二係合部が設けられ、
   第一及び第二係合部が係合状態にあるとき、第一平板を押さえる押さえ体を第一ケース及び第二ケースの少なくともいずれかに備える
   ことを特徴とするパック電池。
2. 前記第一係合部及び第二係合部は、互いに凹凸により係合する形状である
   ことを特徴とする請求項1に記載のパック電池。
3. 前記第一ケースには、前記突片が所定間隔をおいて複数にわたり形成され、
   前記押さえ体は、前記係合状態において、前記所定間隔に対応する前記第一平板部分に当接又は近接するように設けられている
   ことを特徴とする請求項1または2に記載のパック電池。
4. 前記押さえ体には、前記第一平板と接する先端部分に湾曲部が設けられている
   ことを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のパック電池。

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