JP2009252373A - Battery pack - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電池パックに関する。さらに詳しくは、本発明は主に、電池パックの構造の改良に関する。 The present invention relates to a battery pack. More specifically, the present invention mainly relates to an improvement in the structure of a battery pack.
リチウムイオン二次電池やニッケル水素電池などの二次電池は、一般に、電池の充放電を制御する充放電安全回路を含む回路基板と一体化された電池パックとして市場に流通している。電池パックには、小型、薄型かつ軽量であること、電子機器などの外部端子との接続抵抗が小さく、接続の信頼性が高いことなどが要求されている。特に、携帯用小型電子機器の需要が増大し、これらの更なる小型化および多機能化が進む現状では、電池容量を低下させることなく、電池パックを小型化することが急務になっている。ここで、携帯用小型電子機器としては、たとえば、携帯電話、パーソナルコンピュータ、携帯情報端末、デジタルスチルカメラなどが挙げられる。 Secondary batteries such as lithium ion secondary batteries and nickel metal hydride batteries are generally distributed in the market as battery packs integrated with a circuit board including a charge / discharge safety circuit for controlling charge / discharge of the battery. Battery packs are required to be small, thin, and lightweight, have low connection resistance with external terminals such as electronic devices, and have high connection reliability. In particular, in the present situation where demand for portable small electronic devices is increased and these further miniaturization and multi-function are progressing, it is an urgent need to miniaturize the battery pack without reducing the battery capacity. Here, examples of the portable small electronic device include a mobile phone, a personal computer, a portable information terminal, and a digital still camera.
電池パックは、通常、二次電池と多数の部品とから構成されている。前記部品は、寸法が数mm程度またはそれ以下の小さな部品である。したがって、単に電池パックの寸法を小さくするだけでは、電池容量が低下するとともに、多数の部品が微小化することにより、高い寸法精度が要求され、組み立て工程が一層複雑になる。 A battery pack is usually composed of a secondary battery and a large number of parts. The component is a small component having a dimension of about several millimeters or less. Therefore, simply reducing the size of the battery pack decreases the battery capacity and reduces the number of parts, thereby requiring high dimensional accuracy and further complicating the assembly process.
従来から、電池パックとしては、たとえば、二次電池と回路基板とを樹脂モールドにより一体化した電池パックが知られている(たとえば、特許文献1参照)。特許文献1と同様の構成を有し、さらに簡略化が進んだ電池パックとしては、たとえば、図8に示す電池パック50が挙げられる。図8は、電池パック50の構成を簡略化して示す分解斜視図である。電池パック50は、電池51、負極リード板52、正極リード板53、回路基板54、第2絶縁紙55、樹脂モールド体56、端部ケース57およびラベル58を含む。
Conventionally, as a battery pack, for example, a battery pack in which a secondary battery and a circuit board are integrated by a resin mold is known (see, for example, Patent Document 1). An example of a battery pack having the same configuration as that of
電池51は、図示しない発電要素と、発電要素を収容する電池缶とを含み、その一端面51aに電極端子60が設けられ、Ni板61、第1絶縁紙62およびリベット63が装着されている。電池缶は正極の電極端子として機能する。電極端子60は、負極リード板52に接続される。Ni板61を介して、一端面51aと正極リード板53とが接続される。第1絶縁紙62は、一端面51aと負極リード板52との導通を防止する。リベット63は、図示しない封口板と電池缶の開口とを接合し、電池缶を封口する。
The
負極リード52と第2絶縁紙55との間には、図示しない安全保護素子が配置される。回路基板54の負極リード板52および正極リード板53を臨む面とは反対側の面には、図示しない電子部品が搭載され、また図示しない外部接続端子およびテスト端子が配置される。負極リード板52、正極リード板53、回路基板54および第2絶縁紙55は一体化され、半田付けなどにより電池51の一端面51aに接合される。その後、回路基板54の電子部品が搭載された面が鉛直方向上方を向くように、負極リード板52および正極リード板53が折り曲げられる。この状態で合成樹脂を用いたモールド成形が行われ、52から55の部品を内包する樹脂モールド体56が形成される。樹脂モールド体56の鉛直方向上面には、図示しないが、外部接続端子およびテスト端子が露出している。
A safety protection element (not shown) is disposed between the
さらに、樹脂モールド体56の鉛直方向上面に端部ケース57が装着される。端部ケース57の装着は、モールド成形により行われることが多い。端部ケース57には、テスト端子用窓57aおよび外部接続用窓57bが形成され、それぞれテスト端子および外部接続端子が露出している。テスト端子による動作確認後、テスト端子用窓57aにはラベル58が装着され、テスト端子は絶縁される。
Further, an
電池パック50は、モールド成形を利用する電池パックとしては、部品数を極限まで低減化することに成功している。しかしながら、複数の負極リード板52および正極リード板53を介して電池51の電極端子60および電池缶を接続する点、2度のモールド成形を必要とする点、電池パック50の機械的強度、特に捩れ強度の点などにおいて、さらなる改良の余地が残されている。
The battery pack 50 has succeeded in reducing the number of parts to the limit as a battery pack using molding. However, the
また、たとえば、電池と、回路基板と、端部ケースと、ねじとを含む電池パックが提案されている(たとえば、特許文献2参照)。ここで、電池は、発電要素と、発電要素を収容しかつ一方の極性の電極端子になる電池缶と、電池缶の一端面に設けられる他方の極性の電極端子とを含む。回路基板は、電池の充放電を制御する充放電安全回路を含み、電池の一端面上に配置される。端部ケースは外部接続端子を含み、さらにその内部に回路基板を収容する。ねじは、頭部が端部ケースの両端部に係合するとともに端部ケースの両端部を貫通し、その先端部が電池の一端面の両端部にねじ込み固定されている。 Moreover, for example, a battery pack including a battery, a circuit board, an end case, and a screw has been proposed (see, for example, Patent Document 2). Here, the battery includes a power generation element, a battery can that accommodates the power generation element and serves as an electrode terminal of one polarity, and an electrode terminal of the other polarity provided on one end surface of the battery can. The circuit board includes a charge / discharge safety circuit that controls charge / discharge of the battery, and is disposed on one end surface of the battery. The end case includes external connection terminals and further accommodates a circuit board therein. The head of the screw engages with both ends of the end case and penetrates both ends of the end case, and the tip thereof is screwed and fixed to both ends of one end face of the battery.
特許文献2の電池パックによれば、ねじを用いて電池と端部ケースとを接合することにより、構造のコンパクト化を達成している。また、電池パックの信頼性および生産性を向上させている。しかしながら、特許文献2の電池パックにおいては、ねじは、電池と端部ケースとを接合するためだけに用いられている。このことは、電極リード板として機能する複数の接続部ブラケットが電池パックの部品として用いられていることから明らかである。すなわち、特許文献2には、ねじをリード部材として用いる構成は記載されていない。また、特許文献2の電池パックには、部品数の低減化という点でさらなる改良の余地が残されている。
本発明者は、従来技術の課題に鑑み、先に、電池と端部ケースとが接合ピンにより接合された電池パックを発明し、先に特許出願した(特願2007−48448号)。しかしながら、この電池パックにおいても、電池の正極に対応するリード部材および電池の負極に対応するリード部材が接合ピンとは別に設けられている。すなわち、この特許出願にも、接合ピンを、電池の電極端子と外部接続端子とを導通させるリード部材として用いる技術思想が開示されていないことは明白である。 The present inventor first invented a battery pack in which a battery and an end case are joined by a joining pin in view of the problems of the prior art, and previously filed a patent application (Japanese Patent Application No. 2007-48448). However, also in this battery pack, a lead member corresponding to the positive electrode of the battery and a lead member corresponding to the negative electrode of the battery are provided separately from the joining pins. That is, it is apparent that this patent application does not disclose the technical idea of using the joining pin as a lead member for conducting the battery electrode terminal and the external connection terminal.
本発明の目的は、部品の低減化、小型化、軽量化などが可能な簡易な構造を有し、生産性が良好であり、しかも、外部機器の端子との接続抵抗が小さく、接続の信頼性が高い電池パックを提供することである。 An object of the present invention is to have a simple structure capable of reducing the size, size, and weight of components, having good productivity, and having low connection resistance with a terminal of an external device, and reliable connection. It is to provide a battery pack with high performance.
本発明者は、上記課題を解決するために鋭意研究を重ねた結果、電池と端部ケースとをねじで接合する構成において、ねじを介して電池の電極端子と外部接続端子とを導通させる場合には、部品数の低減化ひいては構造のコンパクト化および生産性の向上を図り得ることを見出した。さらに、電池と端部ケースとをねじで接合すると共に、端部ケースを一体成形品とすることにより、電池パックの機械的強度が向上し、特に電池パックの捩れ強度が顕著に向上することを見出した。本発明者は、これらの知見に基づいて本発明を完成するに至った。 As a result of intensive research in order to solve the above problems, the present inventor conducted the connection between the battery electrode terminal and the external connection terminal via the screw in the configuration in which the battery and the end case are joined by the screw. The present inventors have found that the number of parts can be reduced, and the structure can be made compact and the productivity can be improved. Furthermore, by joining the battery and the end case with screws and making the end case as an integrally molded product, the mechanical strength of the battery pack is improved, and in particular, the torsional strength of the battery pack is significantly improved. I found it. The present inventor has completed the present invention based on these findings.
すなわち本発明は、
凹部が形成されかつ第1の電極端子が設けられた端面、および第1の電極端子とは極性の異なる第2の電極端子を有する電池と、
挿通孔および外部機器の端子と点接触する外部接続端子を含む端部ケースであって、挿通孔は端部ケースを厚み方向に貫通しかつ凹部に連通するように形成され、外部接続端子は第1の電極端子と導通する第1の外部接続端子および第2の電極端子と導通する第2の外部接続端子を含む端部ケースと、
挿通孔および凹部に装着および固定されて電池と端部ケースとを接合し、かつ第2の電極端子と第2の外部接続端子とを導通させる接合ピンとを含む電池パックに係る。
That is, the present invention
A battery having an end surface in which a recess is formed and the first electrode terminal is provided, and a second electrode terminal having a polarity different from that of the first electrode terminal;
An end case including an insertion hole and an external connection terminal that makes point contact with a terminal of an external device, the insertion hole is formed to penetrate the end case in the thickness direction and communicate with the recess, and the external connection terminal An end case including a first external connection terminal electrically connected to one electrode terminal and a second external connection terminal electrically connected to the second electrode terminal;
The present invention relates to a battery pack that includes a joining pin that is mounted and fixed in an insertion hole and a recess to join the battery and the end case and to connect the second electrode terminal and the second external connection terminal.
端部ケースは、合成樹脂による一体成形品であることが好ましい。
端部ケースは、さらに回路基板、テスト接続端子および安全保護素子よりなる群から選ばれる少なくとも1つを含むことが好ましい。
電池は二次電池であることが好ましい。
電池はリチウムイオン二次電池であることがさらに好ましい。
The end case is preferably an integrally molded product made of synthetic resin.
It is preferable that the end case further includes at least one selected from the group consisting of a circuit board, a test connection terminal, and a safety protection element.
The battery is preferably a secondary battery.
More preferably, the battery is a lithium ion secondary battery.
接合ピンは、端部ケース側の端部が端部ケースに係合していることが好ましい。
本発明の別形態の電池パックでは、第1の電極端子が接合ピンを介して第1の外部接続端子と導通している。
It is preferable that the end portion on the end case side engages with the end case.
In the battery pack according to another aspect of the present invention, the first electrode terminal is electrically connected to the first external connection terminal via the joining pin.
本発明の電池パックは、さらに、電池と端部ケースとの接合ピンによる接合体の表面に形成される樹脂層と、樹脂層の表面に貼り付けられる外装体とを含むことが好ましい。
樹脂層は、電池と端部ケースとの接合ピンによる接合体を金型に装填し、インサート成形を行うことにより形成されることが好ましい。
外装体は、接着剤または超音波溶着により樹脂層表面に貼り付けられることが好ましい。
The battery pack of the present invention preferably further includes a resin layer formed on the surface of the joined body by the joining pins of the battery and the end case, and an exterior body attached to the surface of the resin layer.
The resin layer is preferably formed by inserting a joined body of joining pins of the battery and the end case into a mold and performing insert molding.
It is preferable that an exterior body is affixed on the resin layer surface by an adhesive agent or ultrasonic welding.
本発明の電池パックは、電池と、外部接続端子を含む端部ケースとが接合ピンにより接合されるという非常にコンパクトな構造を有する。しかも、接合ピンが電池の電極端子と外部接続端子とを導通させるリード部材としての機能を併せ持つ。このような構成に基づいて、本発明では、部品数の低減化、電池パックの剛性向上、電池パックの小型化、薄型化および軽量化、生産性の向上などを達成できる。
また、本発明の電池パックでは、電池自体は小型化されていないので、電池容量の低下は起こらない。端部ケース構造によっては、端部ケースをさらに小型化しかつ電池を大型化できるので、電池容量を増加させることも可能である。
The battery pack of the present invention has a very compact structure in which a battery and an end case including an external connection terminal are joined by a joining pin. In addition, the joining pin also has a function as a lead member for conducting the battery electrode terminal and the external connection terminal. Based on such a configuration, the present invention can achieve a reduction in the number of components, an improvement in battery pack rigidity, a reduction in the size, thickness and weight of the battery pack, and an improvement in productivity.
Further, in the battery pack of the present invention, the battery itself is not miniaturized, so that the battery capacity does not decrease. Depending on the end case structure, the end case can be further reduced in size and the battery can be increased in size, so that the battery capacity can be increased.
本発明の電池パックでは、リード部材として機能する接合ピンを用いて、電池と端部ケースとを接合することを特徴とする。このような構成を採用することにより、種々の利点が得られる。たとえば、電池パックの構造が簡略化され、非常にコンパクトになる。また、従来の電池パックで用いられている複数の電極リード板などの部品を省略できるので、外部の電気電子機器との接続距離を短縮できる。これにより、電気電子機器の端子との接続抵抗が一層小さくなり、接続の信頼性がより向上する。 The battery pack of the present invention is characterized in that the battery and the end case are joined using a joining pin that functions as a lead member. By adopting such a configuration, various advantages can be obtained. For example, the structure of the battery pack is simplified and becomes very compact. In addition, since a plurality of parts such as a plurality of electrode lead plates used in the conventional battery pack can be omitted, the connection distance with an external electric / electronic device can be shortened. Thereby, connection resistance with the terminal of an electrical / electronic device becomes still smaller, and the reliability of connection improves more.
電極リード板のほかにも、電極リード板と電池缶とを接続する金属板、絶縁紙などの絶縁部品、リベットなどの省略が可能になり、たとえば、部品の低減化率は50%にも達する。また、電極リード板を接続する半田付け工程、電極リード板を折り曲げる折り曲げ工程、部分的な絶縁工程などの省略が可能になる。したがって、生産工程の簡略化、不良品率および製造コストの低下などが達成され、生産性が顕著に向上する。 In addition to the electrode lead plate, it is possible to omit metal plates that connect the electrode lead plate and the battery can, insulating parts such as insulating paper, rivets, etc. For example, the reduction rate of parts reaches 50%. . Further, it is possible to omit a soldering process for connecting the electrode lead plates, a bending process for bending the electrode lead boards, a partial insulating process, and the like. Therefore, the production process is simplified, the defective product rate and the manufacturing cost are reduced, and the productivity is remarkably improved.
また、端部ケースと電池とを接合ピンにより接合すると共に、端部ケースを一体成形品とすることにより、電池パックの機械的強度が向上し、従来の電池パックよりも耐用性が増す。特に、電池パックの捩れ強度が顕著に向上するので、本発明の電池パックは、携帯用電子機器など落下の危険性がある電子機器の電源として有用である。さらに、電池と端部ケースとを接合ピンで接合するという構成により、形状自由度が増し、電子電気機器の仕様変更などにも比較的容易に対応できる。 Further, by joining the end case and the battery with a joining pin and making the end case an integrally molded product, the mechanical strength of the battery pack is improved and the durability is increased as compared with the conventional battery pack. In particular, since the torsional strength of the battery pack is remarkably improved, the battery pack of the present invention is useful as a power source for electronic devices having a risk of dropping such as portable electronic devices. Further, the configuration in which the battery and the end case are joined with the joining pin increases the degree of freedom in shape, and can relatively easily cope with changes in the specifications of the electronic and electrical equipment.
なお、本明細書において、本発明の電池パックの外部接続端子は、外部機器の端子と点接触する。点接触とは、両方の端子の先端部分が接触していること、または、一方の端子の表面部分と一方の端子の先端部分が接触していることを意味する。点接触では、両方の端子の接触部分は、たとえば、スポット溶接などにより固定される。これに対し、面接触とは、外部接続端子の表面の一部または全面と外部機器の端子の表面の一部または全面とが接触していることを意味する。また、外部機器とは、本発明の電池パックから電力の供給を受ける機器、主に電気機器および電子機器である。 In the present specification, the external connection terminal of the battery pack of the present invention is in point contact with the terminal of the external device. Point contact means that the tip portions of both terminals are in contact, or the surface portion of one terminal and the tip portion of one terminal are in contact. In the point contact, the contact portions of both terminals are fixed by spot welding, for example. On the other hand, the surface contact means that a part or the entire surface of the external connection terminal is in contact with a part or the entire surface of the terminal of the external device. The external device is a device that receives power supply from the battery pack of the present invention, mainly an electric device and an electronic device.
図1は、本発明の実施形態の1つである電池パック1の構成を簡略化して示す分解斜視図である。図2は、図1に示す電池パック1の外観を示す斜視図である。図3は、図1に示す電池パック1の上面図である。図4は、図1に示す電池パック1の側面図である。図5は、図1に示す電池パック1に含まれる電池10の一端部10aの構成を簡略化して示す縦断面図である。なお、図5においては、防爆弁30の図示を省略する。図1に示す電池パック1は扁平型の形状を有し、電池10、端部ケース11、接合ピン12および絶縁ラベル13を含む。
FIG. 1 is an exploded perspective view showing a simplified configuration of a
電池10は、好ましくは二次電池であり、さらに好ましくはリチウムイオン二次電池である。電池10は、たとえば図1および図5に示す構造を有し、断面が長円形状の扁平型電池である。図5(a)は、電池10の一端部10aおよびその近傍部分の構成を簡略化して示す縦断面図である。図5(b)は、一方の凹部18およびその近傍部分の構成を拡大して示す縦断面図である。図5(c)は、電極端子19およびその近傍部分の構成を拡大して示す縦断面図である。電池10は、電池缶15、封口板16および外装体17を含む。
The
電池缶15は、断面形状が長円である有底筒状の容器状部材であり、図示しない発電要素を収容する。また、電池缶15は、一方の端部に、発電要素を収容するための開口を有する。この開口は、発電要素の収容後に封口板16により封口される。電池缶15には、たとえば、アルミニウム製のものを使用できる。また、電池缶15が後述する電極端子19とは極性の異なる電極端子になるように、電池缶15の内部でリード線が配線される。すなわち、電池缶15は、第2の電極端子になる。本実施の形態では、電池缶15は正極端子である。
The battery can 15 is a bottomed cylindrical container-like member having an oval cross-sectional shape, and houses a power generation element (not shown). Further, the battery can 15 has an opening for accommodating the power generation element at one end. This opening is sealed by the sealing
発電要素は、電極群および電解液を含む。電極群は、正極、負極およびセパレータを含み、セパレータを介して正極と負極とを配置して捲回または積層することにより作製される。正極は、正極活物質層および正極集電体を含む。電池10がたとえばリチウムイオン二次電池である場合、正極活物質層は、たとえば、リチウムニッケル複合酸化物、リチウムコバルト複合酸化物、リチウムマンガン複合酸化物などの正極活物質、炭素材料などの導電剤およびポリエチレン、ポリプロピレン、フッ素樹脂などの結着剤を含有する。正極集電体には、たとえば、アルミニウム箔、アルミニウム合金箔、ステンレス鋼箔などを使用できる。
The power generation element includes an electrode group and an electrolytic solution. The electrode group includes a positive electrode, a negative electrode, and a separator, and is produced by winding or laminating the positive electrode and the negative electrode with the separator interposed therebetween. The positive electrode includes a positive electrode active material layer and a positive electrode current collector. When the
また、負極は、負極活物質層と負極集電体とを含む。電池10がたとえばリチウムイオン二次電池である場合、負極活物質層は、たとえば、黒鉛、カーボンブラックなどの負極活物質、スチレン−ブタジエンゴム粒子、フッ素樹脂などの結着剤およびカルボキシメチルセルロースなどの増粘剤を含有する。或いは、珪素、珪素合金、珪素酸化物、錫、錫合金、錫酸化物などの負極活物質を負極集電体に蒸着することにより負極活物質層を形成してもよい。負極集電体には、たとえば、銅箔、銅合金箔、ステンレス鋼箔などを使用できる。
The negative electrode includes a negative electrode active material layer and a negative electrode current collector. When the
セパレータには、たとえば、樹脂製多孔質膜を使用できる。セパレータ用の樹脂としては、たとえば、ポリエチレン、ポリプロピレンなどポリオレフィンが挙げられる。
また、電池10がたとえばリチウムイオン二次電池である場合、電解液には、たとえば、リチウム塩および各種非水溶媒を含有する非水電解質を使用できる。電解液は、電池缶15を封口板16により封口した後に、封口板16に形成されている注液孔20aから電池缶15内に注液される。
なお、正極、負極、セパレータおよび電解液は前記したものに限定されず、リチウムイオン二次電池の分野で常用されるものを使用できる。
For the separator, for example, a resin porous membrane can be used. Examples of the resin for the separator include polyolefins such as polyethylene and polypropylene.
Moreover, when the
In addition, a positive electrode, a negative electrode, a separator, and electrolyte solution are not limited to what was mentioned above, What is normally used in the field | area of a lithium ion secondary battery can be used.
なお、本実施の形態では、電池缶15には断面形状が長円状である有底円筒型のものを使用するがそれに限定されず、たとえば、断面形状が長方形または隅丸長方形である有底容器である電池缶を使用してもよい。 In the present embodiment, the battery can 15 has a bottomed cylindrical shape having an oval cross-sectional shape, but is not limited thereto. For example, the battery can 15 has a bottomed cross-sectional shape of a rectangle or a rounded rectangle. You may use the battery can which is a container.
封口板16は、電池缶15の開口を封口するための金属製板状部材であり、長手方向の両端部において電池缶15と導通するように、電池缶15に装着される。封口板16の電池缶15への装着は、たとえば、封口板16および電池缶15としてアルミニウム製のものを用い、これらをレーザ溶接することにより行われる。封口板16の表面が、電池10の一端面10aになる。また、封口板16には、凹部18、電極端子形成用孔19a、注液孔20aおよび防爆弁30が形成されている。
The sealing
凹部18は、封口板16の長手方向における両端部に1つずつ形成されている。凹部18は、断面形状が円形であることが好ましい。凹部18の内径および深さは、電池パック1の設計寸法、接合ピン12の寸法および材質などに応じて適宜選択されるが、電池パック1の剛性向上などを考慮すると、内径を0.5〜2.7mm、深さを1.0〜3.0mmの範囲から適宜選択するのが好ましい。凹部18には、後記するように端部ケース11に形成されている挿通孔28を介して接合ピン12の先端部が装着され、凹部18の内面に接触するように固着される。これにより、接合ピン12と封口板16とは、導通可能に接続される。
One
電極端子形成用孔19aは、封口板16の長手方向のほぼ中央部において、封口板16を厚み方向に貫通するように形成され、径の大きな上部孔と、上部孔に連通する径の小さな下部孔とからなる。上部孔および下部孔は軸線が一致するように形成されるのが好ましい。電極端子形成用孔19aには、絶縁部材であるガスケット21を介して電極端子19が装着されている。電極端子19の一部は封口板16の表面(一端面10a)から外方に突出している。また、電極端子19は、電極端子形成用孔19aの周囲に設けられている端子22に導通可能に接続されている。電極端子19は、たとえば、レーザ溶接などにより電極端子形成用孔19aに装着される。電極端子19は、第1の電極端子になる。
The electrode
ガスケット21は、電極端子形成用孔19aの内部空間に対応する中空円形の形状を有する樹脂製部材である。端子22は、電池缶15に接続される電極とは対極の極性を有する電極と、図示しないリード線により導通可能に接続されている。本実施の形態では、端子22は、負極端子である。絶縁部材23は、電極端子形成用孔19aの周囲であって、かつ封口板16と端子22との間に設けられ、これらを絶縁している。絶縁部材23は、たとえば、合成樹脂などの絶縁材料により作製される。
The
注液孔20aは、封口板16の長手方向における一方の凹部18と電極端子形成用孔19aとの間において、封口板16を厚み方向に貫通するように形成されている。注液孔20aは、前記したように電池缶15内に電解液を注液するために形成されている。電解液注液後、注液孔20aは封栓20により塞がれる。封栓20は、たとえば、溶接などにより封口板16に固定される。
防爆弁30は、過充電、内部短絡などにより電池10内部で発熱が起こり、内圧が高まって電池10が破裂するのを防止するために設けられている。電池10の内圧が必要以上に高まると防爆弁30が開放され、開放された部分から電池10の内容物が電池10の外部に排出されることにより、電池10の破裂が防止される。
The
The explosion-
電池缶15の周囲に貼着される外装体17には、たとえば、各種合成樹脂フィルムを使用でき、たとえばポリエチレンテレフタレート製フィルムが好ましい。外装体17を電池缶15に貼着した時の、外装体17の外周面には任意の印刷、意匠などを施しても良い。外装体17を電池缶15の周面に貼着するには、たとえば、接着剤または粘着剤を利用する方法、超音波溶着を利用する方法などを採用できる。
粘着剤を利用する方法では、たとえば、外装体17の電池缶15に接する面に粘着剤を塗布し、これを電池缶15に巻き付けて接着剤を硬化させることにより、外装体17が電池缶15の周囲に貼着される。
For example, various synthetic resin films can be used for the
In the method using the pressure-sensitive adhesive, for example, the pressure-sensitive adhesive is applied to the surface of the
また、超音波溶着を利用すると、たとえば、生産効率のさらなる向上を図ることができる。超音波溶着を利用する方法は、たとえば、インサート成形工程と、超音波溶着工程とを含む。
インサート成形工程では、電池10と端部ケース11との接合ピン12による接合体にインサート成形を施し、該接合体の表面に樹脂層を被覆する。樹脂層は、該接合体のほぼ全面、好ましくは電池缶15部分のほぼ全表面に形成される。樹脂層を構成する合成樹脂としては、外装体17に用いられる合成樹脂に対して溶着性の良いものを適宜選択するのがよい。
Further, when ultrasonic welding is used, for example, the production efficiency can be further improved. The method using ultrasonic welding includes, for example, an insert molding process and an ultrasonic welding process.
In the insert molding step, insert molding is performed on the joined body of the
超音波溶着工程では、外装体11を筒状に成形し、これに樹脂層が被覆された接合体を挿入する。このとき、外装体11の幅方向の長さを、封口板16に垂直な方向における電池缶15の長さにほぼ一致するように調整する。また、筒状の外装体11の内周長さが接合体の外周長さとほぼ一致するように調整する。筒状の外装体11に樹脂層が被覆された接合体を挿入した状態で、超音波を印加し、超音波溶着を行う。これにより、外装体11が電池10の電池缶15の周囲に効率よくかつ強固に貼着される。
In the ultrasonic welding process, the
端部ケース11は、電池10とほぼ同じ断面形状を有するほぼ板状または直方体状の一体成形品である。端部ケース11には、導通孔25、挿通孔28、外部接続窓31およびテスト端子用窓32が形成され、その内部に外部接続端子26、テスト接続端子27、図示しない回路基板および安全保護素子29といった部品を含んでいる。
The
導通孔25は、端部ケース11の長手方向のほぼ中央部において、端部ケース11を厚み方向に貫通するように形成されている。本実施の形態では、導通孔25を鉛直方向上方から見た時の、導通孔25の形状はほぼ真円であるが、それに限定されず、長円でもよい。導通孔25には、図示しない金属製の導通棒が装着され、端部ケース11の電池10との接合面に装着される安全保護素子29と図示しない回路基板表面に設けられる配線回路とを導通させる。本実施の形態では、電極端子19と安全保護素子29とが導通可能に接続され、回路基板表面の配線回路は外部接続端子26に接続されているので、第1の電極端子である電極端子19と外部接続端子26に含まれる第1の外部接続端子とが導通する。
The
なお、導通孔25は、接合ピン12を装着する挿通孔としても使用可能である。その場合、接合ピン12を電極19と接触するように固定すれば、接合ピン12を介して電極19と外部接続端子26(第1の外部接続端子)とを導通させることが可能になる。この構成については、図6および図7でさらに具体的に説明する。
The
挿通孔28は、端部ケース11の長手方向両端部における電池10の凹部18に対応する位置に、端部ケース11を厚み方向に貫通して凹部18と連通するように形成される。挿通孔28と凹部18は、好ましくは、断面形状がほぼ等しい直径を有する円形であり、かつその軸線が凹部18の軸線に一致するように形成される。挿通孔28とそれに連通する凹部18は、接合ピン装着孔を形成する。接合ピン装着孔には、接合ピン12が装着され、後記する方法で固定される。
The insertion holes 28 are formed at positions corresponding to the
挿通孔28の内面は、たとえば合成樹脂などの絶縁性材料により形成される。これにより、接合ピン12と、端部ケース11中に含まれる各部品との絶縁が容易になる。また、挿通孔28の内面は、金属材料により形成されてもよい。これにより、接合ピン12を挿通孔28内により一層強固に固定できる。接合ピン12の固定方法について述べる際に、この構成の詳細を説明する。
The inner surface of the
外部接続窓31は、端部ケース11の電池10との接合面とは反対側の表面において、一方の挿通孔28の近傍に、3連の方形状に形成される。外部接続窓31は、外部接続端子26の一部を、端部ケース11表面に露出させるために設けられる。なお、本実施の形態では外部接続窓31は方形状としたが、これに限定されず、任意の形状に形成できる。
The
外部接続端子26は、電池10の電極端子19と導通するように設けられる金属製部品である。3連の外部接続窓31から露出する3個の外部接続端子26は別個に絶縁され、1または2個が第1の外部接続端子であり、残りが第2の外部接続端子である。第1の外部接続端子は、第1の電極端子である電極端子19に接続されている。また、第2の外部接続端子は、第2の電極端子である電池缶15に接続されている。第1の外部接続端子と電極端子19とは、前記のようにして接続される。また、第2の外部接続端子と電池缶15とは、後記するように接合ピン12および回路基板表面に設けられる配線回路を介して接続される。これにより、電極端子19または電池缶15と外部機器の対応する端子とが電気的に接続される。
The
テスト用端子窓32は、端部ケース11の電池10との接合面とは反対側の表面において、他方の挿通孔28の近傍に、角が丸くなった方形状に形成される。テスト用端子窓32の形状は方形状に限定されず、任意の形状にすることができる。テスト用端子窓32は、テスト接続端子27の一部を、端部ケース11表面に露出させるために設けられる。これにより、電池パック1の組み立て後にテスト接続端子27を用いて導通テストを行い、電池パック1が正常に作動することを確認できる。テスト用端子窓32は、導通テスト終了後に、絶縁ラベル13を装着して封止される。
テスト接続端子27は、外部接続端子26と同様にして、電池10の電極端子19または電池缶15に電気的に接続される金属部品である。
The
The
回路基板は、電池10の充放電を制御する充放電安全回路を搭載する。また、回路基板の表面には、導通棒と第1の外部接続端子とを導通させるための配線回路が形成されている。これにより、電極端子19と第1の外部接続端子とが導通可能に接続される。また、回路基板の表面には、接合ピン12と第2の外部接続端子とを導通させる配線回路が形成されている。これにより、電池缶15と第2の外部接続端子とが導通可能に接続される。
The circuit board is equipped with a charge / discharge safety circuit that controls charge / discharge of the
安全保護素子29は、電池10の過充電、内部短絡などに伴う発熱などを検知し、電極端子19と外部接続端子26との接続を遮断する。安全保護素子29は、たとえば、端部ケース11または回路基板の電池10との対向面に配置され、電極端子19と電気的に接続されるように設けられている。安全保護素子29は、たとえば、接着剤、溶接などにより固定される。なお、端部ケース11の電池10との接合面に、安全保護素子29の形状に対応する凹部を形成し、その凹部に安全保護素子29を装着し、固定してもよい。安全保護素子29には、たとえば、温度ヒューズ、PTC素子、ブレーカなどを使用できる。
The
端部ケース11は、たとえば、部品搭載工程および成形工程を含む方法により、一体成形品として作製される。部品搭載工程では、回路基板の所定位置に、外部接続端子26、テスト接続端子27、安全保護素子29などの各部品を搭載し、部品搭載体を作製する。成形工程では、部品搭載工程で得られる部品搭載体を所定の金型に装填し、合成樹脂を用いてモールド成形またはインサート成形を行う。また、端部ケース11は、各部品を金型内の所定箇所に装填し、合成樹脂を用いるインサート成形を行うことによっても作製できる。
The
これにより、合成樹脂中に各部品が存在する端部ケース11が得られる。端部ケース11の電池10との接合面において、安全保護素子29の一部が電極端子17と接触する位置で露出するものの、他の部分は合成樹脂で被覆されている。したがって、電池10の一端部10a表面(封口板16表面)と、端部ケース11内部に収容される各部品とが確実に絶縁される。このように、各部品の接続箇所以外の隙間を合成樹脂で埋めることにより、微細な絶縁部品および絶縁部品を配置する工程を省略できる。それとともに、端部ケース11ひいては電池パック1の剛性(機械的強度)を向上させることができる。
Thereby, the
接合ピン12は、端部ケース11の挿通孔28とそれに連通する電池10の凹部18とによって形成される接合ピン装着孔に装着され、固定されている。接合ピン12の端部ケース11側の端部は、端部ケース11の電池10と接合する面とは反対側の表面で係合し、該表面に露出している。これにより、電池10と端部ケース11とが接合される。
The joining
それとともに、接合ピン12は、凹部18の内面すなわち封口板16を介して電池缶15と導通する。また、接合ピン12は、回路基板表面に形成されかつ第2の外部接続端子と導通可能な配線回路と接触している。このような構成により、電池缶15、接合ピン12、回路基板表面の配線回路および第2の外部接続端子がこの順番で導通する。その結果、第2の電極端子である電池缶15と第2の外部接続端子とが導通し、電池缶15と外部機器の対応する端子との電気的な接続が可能になる。すなわち、接合ピン12は、電池10と端部ケース11とを接合する機能と、リード部材としての機能を併せ持つ。
At the same time, the joining
接合ピン12は、頭部と、頭部に続いて形成されかつ頭部よりも径が小さい軸体部とを含むものが好ましい。接合ピン12は、ねじ、ビスなどであってもよい。接合ピン12の長さおよび径は、電池パック1の設計寸法(特に接合ピン装着孔の深さおよび内径)、接合ピン12の材質、端部ケース11の機械的強度などに応じて適宜選択できる。要するに、凹部18内面と確実に接触でき、かつ電池パック1の使用期間全般において電池10と端部ケース11とを確実に接合できる長さおよび径を選択すればよい。その一例を示せば、長さは1.5〜5.0mm程度、径は0.8〜3.0mm程度である。また、接合ピン12の材質としては、たとえば、鉄、ステンレス鋼、鋳鉄、軟鉄などが挙げられる。
The joining
接合ピン12の接合ピン装着孔への固定方法としては、たとえば、接着法、はんだ法、抵抗溶接法、超音波溶着法などが挙げられる。
接着法によれば、まず、電池10と端部ケース11とを重ね合わせる。このとき、電池10の凹部18と、端部ケース11の挿通孔28とが連通して接合ピン装着孔が形成されるように調整する。次いで、接合ピン装着孔から凹部18内に、液状の導電性接着剤を注入する。導電性接着剤には、たとえば、一般的な接着剤にカーボンブラック、黒鉛などの導電剤を添加したものを使用できる。一般的な接着剤としては、シアノアクリレート樹脂を主成分とする瞬間接着剤が好ましいが、これ以外の接着剤も使用可能である。導電性接着剤の注入量は、接合ピン12を装着した時に、凹部18から溢れ出ない量にするのが好ましい。
Examples of a method for fixing the joining
According to the bonding method, first, the
次に、接合ピン装着孔に接合ピン12を装着する。凹部18の内部に位置する接合ピン12の先端部表面と、凹部18内面との間には導電性接着剤が介在するので、接合ピン12と電池ケース15との導通が確保される。この導電性接着剤を固化させることにより、接合ピン12が接合ピン装着孔内に固定され、電池10と端部ケース11とが接合される。
はんだ法によれば、液状の導電性接着剤に代えて溶融状態にあるはんだを用いる以外は、接着法と同様にして、接合ピン12を接合ピン装着孔内に固定できる。導電性接着剤やはんだを用いると、接合ピン12と凹部18との寸法誤差を吸収できるという利点が得られる。
Next, the joining
According to the soldering method, the joining
抵抗溶接法によれば、まず、接着法と同様にして電池ケース10と端部ケース11とを重ね合わせ、接合ピン装着孔を形成し、接合ピン装着孔に接合ピン12を装着する。この状態で、接合ピン12の頭部(端部ケース11側の端部)に一方の溶接電極を当接させ、接合ピン12の先端部に他方の溶接電極を当接させる。接合ピン12の先端部への溶接電極の当接は、たとえば、電池10に図示しない作業口を形成し、この作業口から溶接電極を凹部18内部に導入することにより行われる。次に、溶接電極間に電流を流すと、接合ピン12の先端部表面および凹部18内面が溶接される。その結果、接合ピン12が固定され、接合ピン12と電池ケース15との導通が確保される。なお、電流を流す際に、凹部18内部にはんだを存在させても良い。これにより、接合ピン12が一層堅固に固定される。
According to the resistance welding method, first, the
抵抗溶接法において、挿通孔28の内面が金属からなるように構成すれば、挿通孔28内面の金属も溶融し、接合ピン12の軸体部分側面に溶着する。これにより、接合ピン12がより一層堅固に固定される。挿通孔28内面を金属で構成するには、たとえば、挿通孔28に相当する形状および寸法を有する金属パイプを一体成形の際に所定の位置に配置し、端部ケース11を作製すればよい。また、端部ケース11を作製した後に、挿通孔28の内面のみに金属めっきを施しても良い。
In the resistance welding method, if the inner surface of the
超音波溶着法によれば、まず、接着法と同様にして電池ケース10と端部ケース11とを重ね合わせ、接合ピン装着孔を形成し、接合ピン装着孔に接合ピン12を装着する。この接合ピン12に対して、加圧下に超音波を印加すると、接合ピン12の先端部表面および凹部18内面が溶融して溶接される。これにより、接合ピン12が固定され、接合ピン12と電池ケース15との導通が確保される。なお、超音波を印加する際に、凹部18内部にはんだを存在させても良い。これにより、接合ピン12が一層堅固に固定される。
According to the ultrasonic welding method, first, the
超音波溶着法においても、抵抗溶接法と同様に、挿通孔28の内面を金属で構成することが好ましい。加圧下での超音波印加により挿通孔28内面の金属が溶融し、接合ピン12の軸体部分側面に溶着する。これにより、接合ピン12がより一層堅固に固定される。
Also in the ultrasonic welding method, it is preferable that the inner surface of the
絶縁ラベル13は、テスト用端子窓32に対応する形状を有するように形成される樹脂シートまたは樹脂フィルムであり、導通テスト後のテスト用端子窓32を封止する。封止は、たとえば、接着剤を介して絶縁ラベル13をテスト用端子窓32の表面に貼着することにより行われる。
The insulating
図6は本発明の別の実施形態である電池パック2の構成を簡略化して示す分解斜視図である。図6(a)は、電池35にネイルフック37を装着する前の状態を示す斜視図である。図6(b)は、電池35にネイルフック37を装着した後の状態を示す斜視図である。図6(c)は、電池パック2の構成を簡略化して示す分解斜視図である。
電池パック2は電池パック1に類似し、対応する部分については同一の参照符号を付して説明を省略する。電池パック2は、電池35と端部ケース38とが3本の接合ピン12により接合されていることを特徴とする。
FIG. 6 is an exploded perspective view showing a simplified configuration of a
The
電池35は、その一端面35a(図示しない封口板の表面)に3つの凹部18が形成される以外は、電池10と同様の構成を有している。3つの凹部18のうち2つの凹部18は、電池10と同様に、封口板の長手方向における両端部に形成されている。残りの1つの凹部18は、電極端子36の表面に形成されている。電極端子36の表面に形成される凹部18に装着されかつ固定される接合ピン12は、第1の電極端子である電極端子36と第1の外部接続端子とを導通させるリード部材として機能する。
The
端部ケース38は、成形体39と、回路基板40と、図示しないテスト端子とを含み、これらはモールド成形、インサート成形などにより一体成形されている。
成形体39には、電池35の一端面35aにおける凹部18の形成位置に対応するように、長手方向の両端部およびほぼ中央部に、3つの挿通孔28が形成されている。挿通孔28は成形体39を厚み方向に貫通し、凹部18に連通するように形成されている。挿通孔28の断面形状は、凹部18にほぼ等しい直径を有する円形であることが好ましく、その軸線が凹部18の軸線に一致することがさらに好ましい。
The
In the molded
回路基板40には、図示しないが、電池パック2の充放電を制御する充放電安全回路、端部ケース38の中央部に装着される1本の接合ピン12と第1の外部接続端子とを導通させる配線回路、端部ケース38の両端部に装着される2本の接合ピン12と第2の外部接続端子とを導通させる配線回路などが搭載されている。また、回路基板40には、電池35の一端面35aにおける凹部18および成形体39における挿通孔28の形成位置に対応するように、長手方向の両端部およびほぼ中央部に、3つの挿通孔41が形成されている。挿通孔41は回路基板40を厚み方向に貫通し、凹部18および挿通孔28に連通するように形成されている。挿通孔41の断面形状は、凹部18にほぼ等しい直径を有する円形であることが好ましく、その軸線が凹部18および挿通孔28の軸線と一致することがさらに好ましい。凹部18および挿通孔28、41は、接合ピン装着孔を形成する。
Although not shown, the
テスト端子は、端部ケース38内において、回路基板40表面の配線回路に接続されている。また、テスト端子の一部は、端部ケース38の電池35との接合面とは反対側の表面に形成されるテスト端子窓32から露出する。
端部ケース38は、たとえば、回路基板40およびを金型内に装填し、モールド成形またはインサート成形を行うことにより一体成形することにより作製できる。なお、金型は、端部ケース38の挿通孔28、外部端子接続窓31、テスト端子窓32などが形成されるように、それに対応する形状に形成されている。
The test terminal is connected to the wiring circuit on the surface of the
The
接合ピン12は、3つの接合ピン装着孔に装着され、固定される。これにより、電池35と端部ケース38とが接合される。本実施の形態では、接合ピンとしてビスを使用している。また、3つの接合ピン12のうち、端部ケース38の長手方向両端部に装着される接合ピン12は、一方が電池35の凹部18を介して電池35の図示しない電池ケース(第2の電極端子)に接続され、他方が回路基板40表面の配線回路を介して第2の外部接続端子に接続され、リード部材として機能する。もう1つの接合ピン12は、端部ケース38の長手方向中央部に装着され、電池35の電極端子36に形成される凹部18に固定される。これにより、この接合ピン12は、第1の電極端子である電極端子36と第1の外部接続端子とを導通させるリード部材として機能する。
The joining
このように、電池パック2は、接合ピン12が正極端子および負極端子と外部接続端子とを導通させるリード部材として機能するよう構成している。これにより、電池パック2の構造がより簡略化され、部品数のさらなる低減が可能になり、電池パック2の構造強度も向上する。
Thus, the
図7は本発明の別の実施形態である電池パック3の構成を簡略化して示す分解斜視図である。図7(a)は、電池35にネイルフック37を装着する前の状態を示す斜視図である。図7(b)は、電池35にネイルフック37を装着した後の状態を示す斜視図である。図7(c)は、電池パック3の構成を簡略化して示す分解斜視図である。
電池パック3は、電池パック2に類似し、対応する部分については同一の参照符号を付して説明を省略する。電池パック3は、端部ケース38に代えて端部ケース45を有する以外は、電池パック2と同様の構成を有している。
FIG. 7 is an exploded perspective view showing a simplified configuration of a battery pack 3 according to another embodiment of the present invention. FIG. 7A is a perspective view showing a state before the
The battery pack 3 is similar to the
端部ケース45は、成形体39、回路基板40および安全保護素子46を含み、これらは一体成形されている。安全保護素子46は、回路基板40の電池35の一端面35aに対向する面において、回路基板40の長手方向中央部から一方の端部にかけて取り付けられている。安全保護素子46は、その長手方向中央部に配置される安全保護素子本体と、その両側に設けられる取付け部材とを含む。取付け部材は安全保護素子46を回路基板40に装着するために設けられ、主に金属により作製される。
The
安全保護素子46の一方の取付け部材には、厚み方向に貫通する挿通孔47が形成される。挿通孔47は、電池35の電極端子36に形成された凹部18の形成位置に対応する位置に形成され、該凹部18および挿通孔28、41に連通する。挿通孔47の断面形状は、凹部18にほぼ等しい直径を有する円形であることが好ましく、その軸線が凹部18および挿通孔28、41の軸線と一致することがさらに好ましい。凹部18および挿通孔28、41、47は、接合ピン装着孔を形成する。この接合ピン装着孔には接合ピン12が装着され、固定される。
One attachment member of the
これにより、安全保護素子46を設けても、元々使用している接合ピン12により安全保護素子46を回路基板40に固定できるので、部品数の増加を最低限に止めることが可能になる。
As a result, even if the
本発明の電池パックは、各種電気電子機器の電源として好適に使用できる。特に、携帯電話、パーソナルコンピュータ、携帯情報端末、デジタルスチルカメラなどの携帯用電子機器、携帯用電動工具などの電源として有用である。 The battery pack of the present invention can be suitably used as a power source for various electric and electronic devices. In particular, it is useful as a power source for portable electronic devices such as mobile phones, personal computers, portable information terminals, digital still cameras, and portable power tools.
1,2,3 電池パック
10,35 電池
11,38,45 端部ケース
12 接合ピン
15 電池缶
16 封口板
17 外装体
18 凹部
19,36 電極端子
20 封栓
21 ガスケット
22 端子
23 絶縁部材
26 外部接続端子
27 テスト端子
28,41,47 挿通孔
29 安全保護素子
30 防爆弁
31 外部接続窓
32 テスト端子窓
37 ネイルフック
39 モールド成形体
40 回路基板
46 安全保護素子
1, 2, 3
Claims (10)
挿通孔および外部機器の端子と点接触する外部接続端子を含む端部ケースであって、挿通孔は端部ケースを厚み方向に貫通しかつ凹部に連通するように形成され、外部接続端子は第1の電極端子と導通する第1の外部接続端子および第2の電極端子と導通する第2の外部接続端子を含む端部ケースと、
挿通孔および凹部に装着および固定されて電池と端部ケースとを接合し、かつ第2の電極端子と第2の外部接続端子とを導通させる接合ピンとを含む電池パック。 A battery having an end surface in which a recess is formed and the first electrode terminal is provided, and a second electrode terminal having a polarity different from that of the first electrode terminal;
An end case including an insertion hole and an external connection terminal that makes point contact with a terminal of an external device, the insertion hole is formed to penetrate the end case in the thickness direction and communicate with the recess, and the external connection terminal An end case including a first external connection terminal electrically connected to one electrode terminal and a second external connection terminal electrically connected to the second electrode terminal;
A battery pack including a joining pin that is attached and fixed to the insertion hole and the recess to join the battery and the end case and to electrically connect the second electrode terminal and the second external connection terminal.
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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- 2008-04-01 JP JP2008095234A patent/JP2009252373A/en active Pending
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