JP2009187742A - 電池パック - Google Patents

Abstract

【課題】回路基板や保護素子などが配置される電池制御部における電気部品を集約配置して電池パックの小形化を図る。
【解決手段】素電池１を構成する封口板７の外面に、回路基板１６、および保護素子１７を含む電池制御部２を設ける。封口板７の上方に配置した回路基板１６に、基板の前後縁のいずれか一方で開口する切欠からなる空所２６を形成する。回路基板１６を保護素子１７の前後いずれか一側から組み付けて、保護素子１７を空所２６内に収容する。以て、電池制御部２における回路基板１６と保護素子１７とを交差配置して、そのいずれか一方を他方の厚み範囲に収め、電池制御部２の上下寸法を小さくする。
【選択図】図１

Description

本発明は、素電池に保護素子および回路基板等が組み込んである電池パックに関する。

素電池に保護素子および回路基板等が組み込んである電池パックは、例えば特許文献１に公知である。そこでは、封口板の上面一側に保護素子を配置し、保護素子の上面上方に隙間を介して絶縁基板を配置している。絶縁基板の下面左右には負極リードと正極リードとが固定してあり、絶縁基板を上下に反転した状態で、負極リードを封口板の負極突起に、正極リードを保護素子にそれぞれ溶接する。この後、両リードを横臥Ｕ字状に折り曲げて絶縁基板を封口板と平行に保持し、その状態のままで保護素子および絶縁基板を樹脂封止している。樹脂封止の過程では、絶縁基板の上面に設けられる複数個の出力端子が成形樹脂層の外面に露出される。

特許文献２の電池パックでは、蓋合わせ状に接合される上下ケースと、これら両ケースの内部を上下に区分する仕切り枠と、仕切り枠の上下に配置される２個の素電池などで電池パックを構成している。そこでは、２個の素電池の間に保護素子を配置することにより、電池パックの長手方向寸法が大きくなるのを防いでいる。なお、出力端子を備えた配線基板は仕切り枠の外端面に配置してある。

特開２００７−３２３９４９号公報（段落番号００１５、図２参照） 特開２００６−４０６２３号公報（段落番号００１７、図４Ｂ参照）

特許文献１の電池パックでは素電池の上面に保護素子を配置し、さらに保護素子の上面上方に隙間を介して絶縁基板を配置している。このように保護素子、隙間、絶縁基板が上下に重さなる部品配置をとると、樹脂封止部の上下寸法が大きくなるのを避けられず、その分だけ電池パックの上下寸法が大きくなってしまい、電池パックの小形化要求に充分に応えることができない。また、素電池に組み込まれる保護素子や回路基板などの電気部品の小形化とを図って電池パックを小形化するとしても、克服困難な技術的限界があり、電池パックを小形化することに限界がある。さらに、絶縁基板を裏返した状態で、負極リードと正極リードを封口板の負極突起と保護素子に溶接し、両リードをＵ字状に折り曲げて絶縁基板を反転するので、一連の組立作業に多くの手間が掛かるのを避けられない。

特許文献２の電池パックによれば、２個の素電池の間に保護素子を配置した分だけ電池パックの長手方向寸法を小さくできる。しかし、２個の素電池の間に保護素子を配置するので、その分だけ全体の厚み寸法が大きくなるのを避けられず、同様に電池パックの小形化要求に充分に応えることができない。

本発明の目的は、回路基板や保護素子などが配置される電池制御部における電気部品を集約配置することにより小形化した電池パックを提供することにある。本発明の目的は、電池制御部における電気部品を集約配置しながら、電池制御部の組立をより少ない手間で簡便に行なうことができ、その分だけ組立に要するコストを削減できる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、素電池１を構成する封口板７の外面に、回路基板１６、および保護素子１７を含む電池制御部２が設けてある。封口板７の上方に配置した回路基板１６には、基板の前後縁のいずれか一方で開口する切欠からなる空所２６が形成してある。回路基板１６を保護素子１７の前後いずれか一側から組み付けて、保護素子１７を空所２６内に収容する。以て、電池制御部２における回路基板１６と保護素子１７とを交差配置して、そのいずれか一方が他方の厚み範囲に収めてあることを特徴とする。

回路基板１６の上下厚み寸法は、保護素子１７の上下厚み寸法よりも僅かに小さく設定する。

保護素子１７の上面に固定したリード体２７と、素電池１に固定した接続リード３２のそれぞれを、回路基板１６の上面に設けた正負の接続端子２３・２４の上面に接合し溶接する。

保護素子１７の上下に、素電池１および回路基板１６に接続されるリード体２７・２８を、保護素子１７の周囲一側から同じ向きに連出する。両リード体２７・２８のうち、保護素子１７の下面側のリード体２８を、封口板７に設けた負極端子１０と接続し、上面側のリード体２７を回路基板１６の上面に設けた負極接続端子２３に接続する。回路基板１６の上面に設けた正極接続端子２４に、一端が封口板７に接続してある接続リード３２の他端を接続する。

本発明においては、回路基板１６の前後縁のいずれかに切欠からなる空所２６を形成しておき、回路基板１６を保護素子１７の前後いずれか一側から組み付けて保護素子１７を空所２６内に収容することにより、回路基板１６と保護素子１７とを交差させて、そのいずれか一方が他方の厚み範囲に収まるようにした。したがって、本発明の電池パックによれば、回路基板１６と保護素子１７とを、両者の占有空間が上下に重なるのを避けながら集約配置して、電池制御部２の上下寸法を小さくでき、その分だけ電池パックを小形化できる。また、空所２６を切欠で形成し、回路基板１６を保護素子１７の前後いずれか一側から組み付けられるようにするので、例えば、回路基板１６の中央部分に空所２６が開口してある場合に比べて、回路基板１６の組み付け作業を簡便かつ迅速に行なえる。

回路基板１６の上下厚み寸法を保護素子の上下厚み寸法よりも僅かに小さく設定すると、保護素子１７の上下に予めリード体２７・２８が固定してある場合であっても、回路基板１６の保護素子１７に対する組み付け作業を、リード体２７・２８に邪魔されることもなく円滑に行なうことができ、電池制御部２の一連の組立作業をさらに簡便に行なうことができる。回路基板１６を組み付ける過程で、リード体２７・２８が回路基板１６の上下面に引っ掛かることがなく、さらに回路基板１６を組み付けた状態において、リード体２７・２８が回路基板１６の上下面に接当干渉することもない。

保護素子１７の上面に固定したリード体２７と、素電池１に固定した接続リード３２のそれぞれを、回路基板１６の上面に設けた正負の接続端子２３・２４の上面に接合し溶接すると、リード体２７および接続リード３２の溶接を、回路基板１６の上方の開放された空間の側から、溶接状況を確認しながら行なうことができるので、リード体２７および接続リード３２の溶接作業を的確にしかも迅速に行なえる。

保護素子１７の上下に設けた両リード体２７・２８のうち、保護素子１７の下面側のリード体２８を、封口板７に設けた負極端子１０と接続し、上面側のリード体２７を回路基板１６の上面に設けた負極接続端子２３に接続したうえで、一端が封口板７に接続してある接続リード３２の他端を、回路基板１６の上面に設けた正極接続端子２４に接続すると、一連の接続作業をさらに少ない手間で的確に行なって組立を終了でき、全体として電池制御部２の組立に要するコストを削減できる。

図１ないし図７に本発明に係る電池パックの実施例を示す。図１および図４に示すように、電池パックは素電池１と、素電池１の封口板７の外面に設けられる電池制御部２と、素電池１の底面に装着される底カバー３と、組立工程の終段で素電池１の周面に貼り付けられるラベル４などで構成する。なお、この実施例における前後および左右は、図４に示す方位矢印に従うこととする。

素電池１は、上面が開口する外装缶６と、外装缶６に収容される電極体および非水電解液と、外装缶６の開口を塞ぐ封口板７とで、充放電が可能なリチウムイオン電池等の二次電池として構成してある。外装缶６は、上下高さ寸法および左右幅寸法に比べて前後厚み寸法が小さい扁平筒状に形成してあり、アルミニウムまたはその合金に深絞り加工を施して形成してある。電極体は、ＬｉＣｏＯ₂ を正極活物質とする正極シートと、黒鉛を負極活物質とする負極シートとを合成樹脂製のセパレータを挟んで渦巻状に巻回したのち、全体を扁平に押し潰して形成してある。

封口板７は、アルミニウム合金等の板材を打ち抜いて形成してあり、レーザによって外装缶６の開口周縁に溶接される。封口板７の左右方向の中央には、絶縁パッキング９を介して負極端子１０が貫通状に取り付けてある。負極端子１０は素電池１内の電極体の負極に接続してあり、外装缶６および封口板７は、素電池１内の電極体の正極に導通してある。図４に向かって封口板７の板面左側には、電池内圧が異常上昇したときに開裂して電池内圧を解放する開裂ベント１２が形成され、板面右側には、外装缶６の内部に非水電解液を注入するための注液穴１３が形成してある。注液穴１３は、レーザ加工で封口板７に固定される封止栓１４で塞いである。封口板７の上面に露出する封止栓１４の上端の頭部１４ａ（図４参照）は、上層がニッケルで下層がアルミニウムのクラッド材で形成してある。

電池制御部２は、回路基板１６と、素電池１に過大な電流が流れるのを防ぐ保護素子１７と、後述する配線用のリード体と、これらの外面を覆う外装カバー１８などで構成する。回路基板１６は、絶縁基板１６ａと、その下面に実装した充放電制御用のＩＣなどの電子部品を樹脂封止したモールド部２０と、端子を絶縁基板１６ａの上面一側に設けた端子枠２１に固定し、あるいは、端子を直接金属メッキまたは金属板の取り付けにより回路基板上に形成した外部接続端子２２と、端子枠２１の両側に設けられる負極接続端子２３、および正極接続端子２４などで構成してある。

電池制御部２の上下寸法を小さくするために、図４に向かって負極接続端子２３より左方の絶縁基板１６ａの板面に、保護素子１７を収容する空所２６が形成してある。空所２６は絶縁基板１６ａの前縁で開口するコ字状の切欠として形成してあり、その左右幅および前後寸法は、保護素子１７の左右幅および前後幅より大きく設定してある。絶縁基板１６ａの厚み寸法は、保護素子１７の上下厚み寸法よりも小さい。具体的には、保護素子１７の上下厚み寸法を０．６ｍとするとき、絶縁基板１６ａの上下厚み寸法を０．５ｍｍとした。保護素子１７は薄い直方体状に形成されており、その上下面にはニッケル板で形成したリード体２７・２８が、保護素子１７の周囲から横側方へ同じ向きに連出してある。

外装カバー１８は、左右に長い長円状の上壁１８ａと、上壁１８ａの周縁から下向きに伸びる周囲壁１８ｂとを一体に備えたキャップ状のプラスチック成形品からなり、その上壁１８ａから周側壁１８ｂの後面上部にかけて、外部接続端子２２を露出させるための端子窓３０が開口してある。外装カバー１８の周囲壁１８ｂの前後中央部には、装着壁１８ｃが下向きに膨出形成してある。この装着壁１８ｃを外装缶６の周面に接着ないしレーザ溶接することにより、外装カバー１８を外装缶６に固定できる。

次に電池パックの組立手順を説明する。まず、図５に示すように素電池１の封口板７の上面に絶縁性のプラスチック板材からなる絶縁板３１を接着固定し、保護素子１７の下側のリード体２８の遊端を負極端子１０の上面にスポット溶接して、保護素子１７を素電池１に電気的に接続する。この接続状態において、保護素子１７およびリード体２８と封口板７とは、絶縁板３１で絶縁されている（図２参照）。次に、封止栓１４の頭部１４ａに正極側のニッケル板製の接続リード３２をスポット溶接したのち、その溶接部分の上面と、先の絶縁板３１の上面の側端寄りのそれぞれに、絶縁性プラスチック材からなるスペーサ３３・３４を接着固定する。この状態で、回路基板１６を保護素子１７の後側から組み付けて、図６に示すように保護素子１７を空所２６に収容し、回路基板１６の両側下面を左右のスペーサ３３・３４で支持する。これにより、回路基板１６と保護素子１７を交差配置して、回路基板１６が保護素子１７の厚み範囲に収まるようにした。

上記のように回路基板１６を組み付けることにより、保護素子１７の上面側のリード体２７の遊端が回路基板１６の負極接続端子２３と正対する。次に、図６に示すように正極側の接続リード３２を横臥Ｕ字状に折り曲げて、その遊端を正極接続端子２４と正対させる。この状態で、上面側のリード体２７の遊端を負極接続端子２３にハンダ付して、保護素子１７と回路基板１６を電気的に接続する。同様に、接続リード３２を正極接続端子２４にハンダ付して、回路基板１６と素電池１とを電気的に接続する。素電池１の底に底カバー３を両面テープを介して接着し、さらに端子窓３０が外部接続端子２２に臨む状態で外装カバー１８を素電池１に被せ付け、その装着壁１８ｃを外装缶６に接着固定する（図３参照）。最後にラベル４を素電池１の周面に貼り付けて、外装缶６および外装カバー１８の周側壁６ｂを覆う（図７参照）。

以上のように構成した電池パックによれば、電池制御部２における回路基板１６と保護素子１７を交差配置することにより、保護素子１７の上下厚み寸法の範囲内に回路基板１６を配置できる。したがって、保護素子と回路基板を上下に重ねた状態で配置した従来のこの種の電池パックに比べて、電池制御部２の上下寸法を小さくして、その分だけ電池パックを小形化できる。また、電池パックの前後方向の厚み寸法が大きくなることもなく、電池パックの全体を小形化できる。また、保護素子１７の後方から回路基板１６を差し込んで、回路基板１６の空所２６に保護素子１７を収容し、回路基板１６の上面において上側のリード体２７と正極側の接続リード３２をハンダ付けできるので、組立作業をより少ない手間で簡便に行なうことができる。

上記の実施例では、回路基板１６や保護素子１７の外面を外装カバー１８で覆うようにしたが、その必要はなく、外装カバー１８に換えて樹脂モールドによって回路基板１６や保護素子１７を封止することができる。また、回路基板１６の厚み寸法を保護素子１７の厚み寸法より大きく設定して、保護素子１７を回路基板１６の厚み範囲に収めるようにすることができる。その場合には、上下のリード体２７・２８を階段状に折り曲げて、リード体２７・２８が回路基板１６と接触するのを回避するとよい。

空所２６は絶縁基板１６ａの後縁で開口する切欠で形成することができ、必要があれば絶縁基板１６ａの隅部分に空所２６を形成してもよい。また、空所２６の形状はコ字状である必要はなく、台形状や半円状に変更することができる。上記の実施例とは正負を逆転した状態で回路基板１６および保護素子１７を接続してもよい。その場合には、保護素子１７の下側のリード体２８を封止栓１４の頭部１４ａに接続し、一端が負極端子１０に接続してある接続リードを回路基板１６に接続する。

本発明に係る電池パックの縦断正面図である。 電池パックの要部の縦断正面図である。 図２のＡ−Ａ線断面図である。 電池パックの分解斜視図である。 電池パックの組立状態を説明するための斜視図である。 電池パックの組立状態を説明するための斜視図である。 電池パックの正面図である。

符号の説明

１ 素電池
２ 電池制御部
６ 外装缶
７ 封口板
１６ 回路基板
１７ 保護素子
２６ 空所

Claims (4)

1. 素電池を構成する封口板の外面に、回路基板、および保護素子を含む電池制御部が設けてある電池パックであって、
   前記封口板の上方に配置した前記回路基板には、基板の前後縁のいずれか一方で開口する切欠からなる空所が形成されており、
   前記回路基板を前記保護素子の前後いずれか一側から組み付けて、前記保護素子が前記空所内に収容されており、
   電池制御部における前記回路基板と前記保護素子とを交差配置して、そのいずれか一方が他方の厚み範囲に収めてあることを特徴とする電池パック。
2. 前記回路基板の上下厚み寸法が、前記保護素子の上下厚み寸法よりも僅かに小さく設定してある請求項１記載の電池パック。
3. 前記保護素子の上面に固定したリード体と、前記素電池に固定した接続リードのそれぞれが、前記回路基板の上面に設けた正負の接続端子の上面に接合され溶接してある請求項１または２記載の電池パック。
4. 前記保護素子の上下に、前記素電池および前記回路基板に接続されるリード体が、前記保護素子の周囲一側から同じ向きに連出されており、
   前記リード体のうち、前記保護素子の下面側の前記リード体が、前記封口板に設けた負極端子と接続され、上面側の前記リード体が前記回路基板の上面に設けた負極接続端子に接続されており、
   前記回路基板の上面に設けた正極接続端子に、一端が封口板に接続してある接続リードの他端が接続してある請求項３記載の電池パック。

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