JP2008192447A

JP2008192447A - パック電池

Info

Publication number: JP2008192447A
Application number: JP2007025357A
Authority: JP
Inventors: Terumasa Kinugawa; 輝将衣川; Yasuhiro Ono; 尉浩大野; Hideyo Morita; 秀世森田
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2007-02-05
Filing date: 2007-02-05
Publication date: 2008-08-21
Anticipated expiration: 2027-02-05
Also published as: JP5183074B2

Abstract

【課題】ケースの表面に開口部を設けながら、十分な強度を実現する。
【解決手段】パック電池は、薄型電池２からなる電池コア１３を外装ケース１に収納している。外装ケース１は、薄型電池２の第１の平坦面側をカバーする第１表面プレート１ａを有する第１ケース１Ａと、第２の平坦面側をカバーする第２表面プレート１ｂを有する第２ケース１Ｂとからなる。第１表面プレート１ａと第２表面プレート１ｂは、電池コア１３の外形よりも大きく成形している。第１ケース１Ａは、第１表面プレート１ａに薄型電池２の第１の平坦面２Ａを表出させる開口部４を有すると共に、第１表面プレート１ａの外周部７に外壁８と補強リブ６を一体的に成形して設けている。第２ケース１Ｂは、第２表面プレート１ｂの外周縁を第１ケース１Ａに連結している。さらに、第１ケース１Ａの開口部４を閉塞する外装シート３を付着している。
【選択図】図４

Description

本発明は、薄型電池を外装ケースに収納しているパック電池に関する。

薄型電池のパック電池は、種々の携帯用の電気機器に装着されて便利に使用される。とくに、携帯電話やＰＤＡ等のように、全体を薄くする必要がある電気機器に最適な形状である。薄いパック電池は、種々の電気機器に装着できることから、いかに薄くできるかの研究がなされている。現在、極めて薄い薄型電池としてポリマー電池が開発されている。また、薄型電池として、金属製の外装缶からなるリチウムイオン二次電池が開発されている。現在開発されているリチウムイオン二次電池からなる薄型電池は、すでに相当に薄く製作されている。さらに、これらの薄型電池は、充電容量を減少させることなく、より薄くするための研究も行われている。

これらの薄型電池は、全体を薄くしながら容量を大きくするために、電池の厚さを薄くして幅を広くし、互いに対向する両面に位置する平坦面の面積を広くする形状としている。この形状の薄型電池は、充放電のサイクル回数が進むほど、内圧の上昇に伴う電池の膨れ、とくに平坦面における膨れが大きくなるという問題点がある。このような薄型電池の膨れは、電池のエネルギー密度を高くするほど大きくなる。このため、薄型電池を収納してなるパック電池は、充放電のサイクルを経過するにつれて、薄型電池が内圧上昇して膨らんで、パック電池全体が膨らむことがある。困ったことに、パック電池を携帯機器本体に装着する状態で、薄型電池が大きく膨れてパック電池全体が膨らむと、パック電池を本体機器から取り出しできなくなる不具合が生じることがある。この弊害は、薄型電池を収納するケースの内部に、薄型電池の膨れを吸収する隙間を設けて解決できる。ただ、ケースの内部にこのような隙間を設けると、パック電池全体の厚さが厚くなってしまう。

このような問題点を解決するパック電池として、ケースの表面に開口部を備えるパック電池が開発されている。（特許文献１参照）
この公報に記載されるパック電池を図１の分解斜視図に示す。このパック電池は、薄型電池９２と、この薄型電池９２を収納する外装ケース９１とを備える。薄型電池９２は、電池の厚さが幅よりも薄い角形で、互いに対向する両面に位置する第１の平坦面９２Ａおよび第２の平坦面９２Ｂとを有している。外装ケース９１は、下ケース９１Ａと上ケース９１Ｂとからなり、薄型電池９２の第１の平坦面９２Ａと第２の平坦面９２Ｂを表出させる開口部９４を、外装ケース９１の最大面積をもつ二つの面（図において底面および上面）の中央部にそれぞれ開口して設けている。図のパック電池は、薄型電池９２を、下ケース９１と下ケース９とからなる外装ケース９１に収納した後、下ケース９１Ｂと上ケース９１Ａの外側から被覆用絶縁材９３で被覆している。
特開２００４−２２２３４号公報

図１のパック電池は、外装ケースの中央部に開口部を設けているので、薄型電池が膨れた際の逃げしろの役目をこの開口部が果たし、充放電のサイクルを経過して薄型電池が膨れた場合でも、開口部で薄型電池の膨れを吸収して、パック電池の厚みの増加を抑えることができる。ただ、この構造のパック電池は、電気機器の内部に装着することが要求される。それは、十分な強度を有する状態で薄型電池をケースに収納する構造にできないからである。とくに、このパック電池は、ケースの表面に開口部を設けているので、開口部を設けたケースの強度が低下して十分な強度にできない欠点がある。十分な強度を実現できないパック電池は、電気機器に内蔵する必要があり、また製造してユーザーに至るまでの間に損傷を受けやすく、またユーザーが電気機器から取り出した状態でも損傷を受けやすい欠点がある。

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ある。本発明の主な目的は、ケース表面に設けた開口部で電池の膨れを吸収できる構造としながら、十分な強度を実現できる薄型電池を内蔵するパック電池を安価に提供することにある。

本発明のパック電池は、前述の目的を達成するために以下の構成を備える。
パック電池は、電池の厚さが幅よりも薄い角形の薄型電池２であって、互いに対向する両面に第１の平坦面２Ａと第２の平坦面２Ｂを有する薄型電池２からなる電池コア１３と、この電池コア１３を収納する外装ケース１とを備える。外装ケース１はプラスチック製であって、薄型電池２の第１の平坦面側をカバーする第１表面プレート１ａを有する第１ケース１Ａと、第２の平坦面側をカバーする第２表面プレート１ｂを有する第２ケース１Ｂとからなる。第１表面プレート１ａと第２表面プレート１ｂは、電池コア１３の外形よりも大きく成形している。第１ケース１Ａは、第１表面プレート１ａに薄型電池２の第１の平坦面２Ａを外部に表出させる開口部４を有すると共に、第１表面プレート１ａの外周に沿って外壁８を有し、さらに、第１表面プレート１ａの外周部７の内面とこの外壁８に連結して補強リブ６を一体的に成形して設けている。第２ケース１Ｂは、第２表面プレート１ｂの外周縁を第１ケース１Ａの外壁８に連結している。さらに、パック電池は、第１ケース１Ａの開口部４を閉塞するように、外装シート３を付着している。

本発明の請求項２のパック電池は、請求項１の構成に加えて、第２ケース１Ｂが、第２表面プレート１ｂの外周に沿う外壁８を有し、この外壁８を第１ケース１Ａの外壁８に連結している。

本発明の請求項３のパック電池は、請求項１の構成に加えて、第１表面プレート１ａの内面に、電池コア１３の外側と対向する内壁５を一体的に成形して設けている。

本発明の請求項４のパック電池は、請求項３の構成に加えて、電池コア１３が薄型電池２の外周面に保護素子１５を固定しており、第１ケース１Ａの内壁５がこの保護素子１５を収納する凹部５Ｂを有する。

本発明の請求項５のパック電池は、請求項１の構成に加えて、薄型電池２にリード板１６、１７を介して回路基板１０を連結して電池コア１３としている。

本発明の請求項６のパック電池は、請求項３と請求項５の構成に加えて、第１ケース１Ａが電池コア１３のリード板１６、１７を通過させるスリット５Ａを内壁５に設けている。

本発明のパック電池は、ケースの表面に開口部を設ける構造としながら十分な強度を実現できる特徴がある。この独特の特徴は、本発明のパック電池が、薄型電池からなる電池コアをプラスチック製の外装ケースに収納する構造とし、外装ケースを、第１表面カバー部のある第１ケースと、第２表面プレートのある第２ケースとで構成して、第１表面プレートと第２表面プレートを電池コアの外形よりも大きく成形しており、さらに第１表面プレートには薄型電池の平坦面を外部に表出させる開口部を設けて、第１表面プレートの外周に沿って外壁を設けると共に、第１表面プレートの外周部の内面とこの外壁に連結するように補強リブを設けており、開口部を設けることで強度が低下する第１表面プレートの外周部を、この補強リブでもって補強する独特の構造で実現する。

とくに、本発明のパック電池は、開口部のある第１表面プレートの外周部に外壁と補強リブを一体的に成形して設けてなることを特徴とする。第１表面プレートの外周部と外壁に一体的に成形されてなる補強リブは、開口部によって強度が低下する第１表面プレートをその外側で補強する。したがって、第１ケースの表面プレートに大きな開口部を設ける構造としながら、第１表面プレートの外周部に設けた補強リブでもって第１ケースをその外周部で補強する。このため、本発明のパック電池は、第１表面プレートに開口部を設ける構造としながら強靱な構造にできる。優れた強度を実現する本発明のパック電池は、図１に示すパック電池のように、必ずしも電気機器のケースに内蔵する必要がなく、たとえば第２ケースの表面プレートを電気機器の外部に表出させる状態で装着できる。また、製造されたパック電池がユーザーに送られるまでに損傷されることがなく、またユーザーが電気機器から外す状態においても、パック電池が損傷されることがない。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施の形態は、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。また特許請求の範囲に示される部材を、実施の形態の部材に特定するものでは決してない。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。さらに以下の説明において、同一の名称、符号については同一もしくは同質の部材を示しており、詳細説明を適宜省略する。さらに、本発明を構成する各要素は、複数の要素を同一の部材で構成して一の部材で複数の要素を兼用する態様としてもよいし、逆に一の部材の機能を複数の部材で分担して実現することもできる。

図２と図３に本発明の一実施の形態に係るパック電池の斜視図を、図４と図５に分解斜視図を、図６に第１ケースの斜視図をそれぞれ示す。

これらの図に示すパック電池は、薄型電池２からなる電池コア１３と、この薄型電池２を収納する外装ケース１とを備える。図のパック電池は、薄型電池２に回路基板１０を連結して電池コア１３とし、電池コア１３の状態で外装ケース１に収納している。

薄型電池２は、厚さが幅よりも薄く、外周の形状を略四角形とする二次電池である。薄型電池２は、図７に示すように、電池の厚さが幅よりも薄い角形の電池であって、互いに対向する両面に位置する第１の平坦面２Ａおよび第２の平坦面２Ｂと、第１の平坦面２Ａおよび第２の平坦面２Ｂを連結する面であって端子群を配置する端子面２Ｃと、端子面２Ｃと対向する端面２Ｄと、端子面２Ｃおよび端面２Ｄを連結する第１の側面２Ｅおよび第２の側面２Ｆとの６面を有する。

ただし、本明細書において、薄型電池の第１の側面および第２の側面とは、薄型電池の両側に位置する面であって、第１の平坦面、第２の平坦面、端子面及び端面に対して平行な方向から見たときに見える面を意味するものとする。したがって、第１の側面および第２の側面は、必ずしもひとつ平面とする必要はなく、湾曲面とすることも、部分的に曲面を有する面とすることも、あるいは複数の平面を組み合わせた面とすることもできる。

薄型電池２は、リチウムイオン電池、又はポリマー電池である。ポリマー電池はリチウムポリマー電池である。ただ、本発明は、薄型電池２をリチウムイオン電池やポリマー電池に特定しない。薄型電池は、これ等の電池以外の電池、たとえばニッケル水素電池やニッケルカドミウム電池とすることもできる。

外装ケース１は、全体をプラスチックで一体的に成形して製作される。プラスチックは、ガラス繊維やカーボン繊維等の繊維を埋設して補強しているプラスチック、たとえばＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイト）が適している。ＰＰＳは、極めて優れた強度を有する。また、ＰＰＳは、繊維で補強して衝撃強度も向上できる。さらに、ＰＰＳは、難燃性に優れているので、例えば、外装ケースの材質にＰＰＳを使用した場合、板厚を０．４ｍｍまで薄くしても、ＵＬ規格等で定められている難燃性に関する基準を満たすことができる。したがって、ＰＰＳは、難燃性を保ちながら、外装ケースを薄くすることができ、その分、パック電池の小型化を図ることができる。ただし、外装ケースのプラスチックは、ポリカーボネート等のプラスチックも使用できるので、プラスチックをＰＰＳには特定しない。

薄型電池２は、電池コア１３の状態に組み立てて外装ケース１に収納される。電池コア１３は、回路基板１０をリード板１６、１７を介して薄型電池２に連結している。図のパック電池は、２個の薄型電池２を同一面に平行に並べて外装ケース１に収納している。隣接する薄型電池２はリード板１６、１７で並列に接続している。薄型電池２を接続するリード板１６、１７は、回路基板１０に接続している。このパック電池は、複数の薄型電池２を並列に接続するが、本発明のパック電池は、複数の薄型電池を並列又は直列に接続して外装ケースに収納することができる。

さらに、図の電池コア１３は、保護素子１５を介して回路基板１０に接続している。保護素子１５は、薄型電池２に過電流が流れると電流を遮断し、あるいは薄型電池２が異常な温度に加熱されると電流を遮断する素子であって、ヒューズやＰＴＣ等である。パック電池は、保護素子１５を薄型電池２の外周面に対向して、図４と図５において、保護素子１５を薄型電池２の端面２Ｄに配設している。さらに、保護素子１５は、隣接する薄型電池２の境界部分に配置される。保護素子１５は、端面２Ｄから突出して配置される。保護素子１５は、両端部に接続リード１８を接続しており、これらの接続リード１８をリード板１６を介して薄型電池２と回路基板１０とにそれぞれ接続している。保護素子１５の一方の接続リード１８は、リード板１６Ｃを介して、薄型電池２の端面２Ｄに接続されるリード板１６Ｂに接続している。保護素子１５の他方の接続リード１８は、リード板１６Ａを介して回路基板１０に接続している。

回路基板１０は、表面に出力端子９を固定している。出力端子９は、外装ケース１に設けた電極窓１４から外部に表出される。また、回路基板１０は電池の保護回路（図示せず）を実装している。保護回路は、薄型電池２の過電流を保護する回路、あるいは薄型電池２の過充電や過放電を防止する回路である。

電池コア１３は、回路基板１０の両端を、リード板１６、１７を介して薄型電池２の正負の電極に連結している。回路基板１０は、リード板１６、１７を介して薄型電池２から離して連結している。回路基板１０は、第１ケース１Ａの定位置に嵌着構造で連結される。図４と図６に示す第１ケース１Ａは、第１表面プレート１ａの内面を、回路基板１０を嵌着して定位置に配置する形状に成形している。ただ、パック電池は、基板ホルダーを介して回路基板を定位置に保持することもできる。このパック電池は、基板ホルダーを介して回路基板を第１ケース１Ａの定位置に嵌着構造で連結する。

図の第１ケース１Ａは、第１表面プレート１ａの内面に内壁５を設けている。この第１ケース１Ａは、薄型電池２と回路基板１０との間に内壁５を配置する。薄型電池２と回路基板１０との間に配設される内壁５は、外側に複数の補強リブ６を設けて、回路基板１０を定位置に嵌着構造で配置する。薄型電池２と回路基板１０の境界にある内壁５は、薄型電池２と回路基板１０を連結するリード板１６、１７を通過させるスリット５Ａを設けている。この構造は、内壁５で薄型電池２と回路基板１０とを絶縁して定位置に配置する。

外装ケース１は、薄型電池２の第１の平坦面２Ａ（図４において薄型電池２の下面）をカバーする第１表面プレート１ａを有する第１ケース１Ａと、第２の平坦面２Ｂをカバーする第２表面プレート１ｂを有する第２ケース１Ｂとからなる。第１ケース１Ａと第２ケース１Ｂは、全体を前述のプラスチックで一体的に成形している。第１ケース１Ａと第２ケース１Ｂは、外形を同じ形状として外周縁を連結して、内部に薄型電池２の電池コア１３を収納している。さらに、第１表面プレート１ａと第２表面プレート１ｂは、その外形を電池コア１３の外形よりも大きくしている。図６の外装ケース１は、この図において対向する両側の外周部７と、回路基板１０を配設する外周部７の幅を広くしている。幅の広い外周部７の内面に、電池コア１３の保護素子１５を配設している。図示しないが、本発明のパック電池は、第１表面プレートと第２表面プレートの全周に沿って外周部の幅を広くすることもできる。

第１ケース１Ａは、第１表面プレート１ａに薄型電池２の第１の平坦面２Ａを外部に表出させる開口部４を設けている。図４と図５のパック電池は、２個の薄型電池２からなる電池コア１３を収納するので、第１表面プレート１ａに各々の薄型電池２の第１の平坦面２Ａを外部に表出するふたつの開口部４を設けている。この構造によると、ふたつの開口部４の間を連結できるので、第１ケース１Ａの強度を向上できる。ただし、本発明のパック電池は、第１表面プレートにひとつの開口部を設けて、この開口部から複数の薄型電池を外部に表出させることもできる。開口部４は、薄型電池２の第１の平坦面２Ａを外部に表出させて、薄型電池２の平坦面の膨れを開口部から外部に突出させる。薄型電池２は、平坦面の外周部分の膨れは小さく、中央部が膨れやすい。したがって、開口部４は、第１の平坦面２Ａの外周部分を除く部分を外部に表出させる大きさ、たとえば、第１の平坦面２Ａの外周部分を除く、平坦面全面積の６０％ないし９５％を外部に表出する大きさに開口される。

第１表面プレート１ａは、開口部４を設けることで強度が低下する。開口部４で強度の低下した第１表面プレート１ａは、外周部７に設けた補強リブ６で補強される。したがって、第１表面プレート１ａは、外周に沿って外壁８を設け、さらにこの外壁８と外周部７の内面に連結するように、補強リブ６を一体的に成形して設けている。補強リブ６は、電池コア１３の収納の邪魔にならないように、電池コア１３の外側に配設される。図６に示す第１表面プレート１ａは、電池コア１３の両側の外周部７の内面に複数の補強リブ６を設けている。図の実施例は、各々５列の補強リブ６を一体的に成形して設けている。電池コア１３の上側の外周部７と下側の外周部７にも５列の補強リブ６を一体的に成形して設けている。さらに、図６に示す第１表面プレート１ａは、補強リブ６よりも内側であって、電池コア１３の外側に内壁５を設けている。この第１ケース１Ａは、内壁５の内側に電池コア１３を嵌着して、電池コア１３を定位置に配置できる。また、内壁５でもって、電池コア１３を第１ケース１Ａの定位置に位置ずれしないように配置できる。

図６の第１ケース１Ａは、内壁５に保護素子１５を収納する凹部５Ｂを設けて、この凹部５Ｂに電池コア１３の保護素子１５を配設している。この構造は、保護素子１５を内壁５で保護しながら、電池コア１３をケース内の定位置にしっかりと配置できる。

第２ケース１Ｂは、外周に沿って外壁８を設けている。第２ケース１Ｂの外壁８が第１ケース１Ａの外壁８に超音波溶着などの方法で連結されて、第１ケース１Ａと第２ケース１Ｂの内部に電池コア１３が収納される。図５に示す第２ケース１Ｂは、回路基板１０を収納する外周部７の外側縁に設けている外壁８を高くしている。第１ケース１Ａは、回路基板１０を収納する外周部７の外側縁を除く部分の外壁８を高くしている。

外装ケース１に電池コア１３を入れた状態で、ラベル等の絶縁シートからなる外装シート３を付着して、第１表面プレート１ａの開口部４を閉塞する。外装シート３は、薄型電池２の第１の平坦面２Ａと第１表面プレート１ａに接着される。外装シート３は、可撓性のあるプラスチックシートやラベルからなる絶縁シートである。この外装シート３は、接着材を介して薄型電池２と外装ケース１に接着され、あるいは粘着層を介して接着される。

従来のパック電池を示す分解斜視図である。本発明の一実施例にかかるパック電池の斜視図である。図２に示すパック電池を上下反転した斜視図である。図２に示すパック電池の分解斜視図である。図３に示すパック電池の分解斜視図である。第１ケースの拡大斜視図である。電池コアの分解斜視図である。

符号の説明

１…外装ケース１Ａ…第１ケース１ａ…第１表面プレート
１Ｂ…第２ケース１ｂ…第２表面プレート
２…薄型電池２Ａ…第１の平坦面２Ｂ…第２の平坦面
２Ｃ…端子面２Ｄ…端面
２Ｅ…第１の側面２Ｆ…第２の側面
３…外装シート
４…開口部
５…内壁５Ａ…スリット５Ｂ…凹部
６…補強リブ
７…外周部
８…外壁
９…出力端子
１０…回路基板
１３…電池コア
１４…電極窓
１５…保護素子
１６…リード板１６Ａ…リード板１６Ｂ…リード板
１６Ｃ…リード板
１７…リード板
１８…接続リード
９１…外装ケース９１Ａ…下ケース
９１Ｂ…上ケース
９２…薄型電池９２Ａ…第１の平坦面９２Ｂ…第２の平坦面
９３…絶縁シート
９４…開口部

Claims

電池の厚さが幅よりも薄い角形の薄型電池であって、互いに対向する両面に第１の平坦面と第２の平坦面を有する薄型電池からなる電池コアと、この電池コアを収納する外装ケースとを備えるパック電池であって、前記外装ケースはプラスチック製であって、前記薄型電池の第１の平坦面側をカバーする第１表面プレートを有する第１ケースと、第２の平坦面側をカバーする第２表面プレートを有する第２ケースとからなり、第１表面プレートと第２表面プレートは電池コアの外形よりも大きく成形されており、
前記第１ケースは、第１表面プレートに薄型電池の平坦面を外部に表出させる開口部を有すると共に、第１表面プレートの外周に沿って外壁を有し、さらに、第１表面プレートの外周部の内面とこの外壁に連結して補強リブを一体的に成形して設けており、
前記第２ケースは、第２表面プレートの外周縁を第１ケースの外壁に連結しており、さらに第１ケースの開口部を閉塞するように、外装シートを付着してなるパック電池。
請求項１に記載のパック電池であって、
第２ケースが、第２表面プレートの外周に沿う外壁を有し、この外壁が第１ケースの外壁に連結されてなることを特徴とするパック電池。
請求項１に記載のパック電池であって、
第１表面プレートの内面に、電池コアの外側と対向する内壁を一体的に成形して設けていることを特徴とするパック電池。
請求項３に記載のパック電池であって、
電池コアが薄型電池の外周面に保護素子を固定しており、第１ケースの内壁がこの保護素子を収納する凹部を有することを特徴とするパック電池。
請求項１に記載のパック電池であって、
薄型電池にリード板を介して回路基板を連結して電池コアとしていることを特徴とするパック電池。
請求項３と請求項５に記載のパック電池であって、
第１ケースが電池コアのリード板を通過させるスリットを内壁に設けていることを特徴とするパック電池。