JP2010232028A

JP2010232028A - パック電池

Info

Publication number: JP2010232028A
Application number: JP2009078608A
Authority: JP
Inventors: Masaya Hata; 真也秦
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2009-03-27
Filing date: 2009-03-27
Publication date: 2010-10-14

Abstract

【課題】比較的低コストで、外装ケース内部での電池スペーサーが発生させる異音を良好に防止することの可能なパック電池を提供する。
【解決手段】
パック電池１を、外装ケース２及びカバー４の間にコアパック３を収納して構成する。コアパック３では、隣接する素電池３１ａ〜３１ｆの間に湾曲スペーサー３０を延伸して介設する。パック電池１の内部において、湾曲スペーサー３０が復元力により隣接する素電池３１ａ〜３１ｆに接触して押圧される。この結果、湾曲スペーサー３０は摩擦力により素電池３１ａ〜３１ｆの周面に固定されるので、パック電池１の内部で移動して異音を発生するのが防止される。
【選択図】図５

Description

本発明は、複数の素電池を内包するパック電池に関し、特に外装ケース内部における電池スペーサー周辺での異音の発生を防止する技術に関する。

近年、繰り返し充電して使用が可能な二次電池をパッケージングしてなるパック電池が広く普及している。パック電池はノートブック型パーソナルコンピュータや携帯電話、ＰＤＡ、その他各種電子機器の主電源またはバックアップ電源等として広く用いられている。
図７は、従来のパック電池の構成例を示す組図である。当図に示されるパック電池１ｘは、円筒型のリチウムイオン電池である素電池３１ａ〜３１ｆをリード板３５、３６等を用いて所定の配列で接続し、保護回路基板３２とともに樹脂製の外装ケース２に収納し、カバー４で内部封止して構成される。パック電池１ｘの手前には、給電対象機器と電気的に接続するためのコネクター３３が配される。カバー４は、ここではカバー本体４０の表面に外装ラベル４１を貼着して構成される。

互いの周面で隣接する素電池同士の間（３１ａと３１ｄ、３１ｂと３１ｅ、３１ｃと３１ｆとの各間）には、各素電池３１ａ〜３１ｆ同士の絶縁性を確保する目的と素電池３１ａ〜３１ｆの位置決めを図る目的で、図７や特許文献１に示すように、薄片状の電池スペーサー（ホルダー）３０ｘが介設される。この電池スペーサー３０ｘは樹脂で構成され、素電池３１ａ〜３１ｆの周面にフィットして介設される。このため異電位部の近辺に絶縁紙等を配設するよりも絶縁効果が高いので、現在では広く用いられている。

特開２００８−１４０６２９号公報

しかしながら、従来のパック電池１ｘでは、構成部品の精度や加工精度の限界等により、電池スペーサー３０ｘと素電池３１ａ〜３１ｆとの間に若干（０．５ｍｍ以内程度）の間隙が生じたり、電池スペーサー３０ｘによる素電池３１ａ〜３１ｆの位置決め効果が甘くなることがある。この場合、パック電池１ｘを装着した電子機器をユーザーが携帯し、電子機器を振動または傾斜等させると、パック電池１ｘの内部で電池スペーサー３０ｘが前記素電池同士の間を長手方向に沿って往復移動し、リード板３５、３６等の表面と衝突して異音を発生する問題がある。

この電池スペーサー３０ｘの移動や異音の発生を防止する対策としては、電池スペーサー３０ｘと所定の素電池３１ａ〜３１ｆをテープや接着剤で固定する方法等が挙げられる。しかしながら、そのための部材を別途用いる必要があるので、生産コストの上昇と製造効率の低下を招き、実現性の面で問題が生じる。
このように現在のパック電池では、未だ解決すべき課題が存在する。

本発明は以上の課題に鑑みてなされたものであって、比較的低コストで、外装ケース内部での電池スペーサーが発生させる異音を良好に防止することの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、複数の素電池がスペーサーを挟んで並設されるとともに、外装ケースに収納されてなるパック電池であって、前記スペーサーは、自由状態において、長手方向に反った長尺状の本体部を有し、前記本体部は外装ケースの内部において、前記複数の素電池に前記本体部が挟まれることで、前記反りが戻る方向に弾性変形されている構成とした。

ここで前記本体部は薄片状であり、前記自由状態において、前記本体部は厚み方向に湾曲している構成とすることもできる。
前記スペーサーとしては、樹脂製のスペーサーを用いると、前記弾性変形の特性と絶縁性の両方の特性が比較的得やすいので好適である。
また、前記素電池としては円筒型を用いることもできる。

以上の構成を有する本発明のパック電池では、薄片状の本体部を有するスペーサーが外装ケースの内部において、その両主面を隣接する素電池に挟まれて押圧され、厚み方向に弾性変形される。このスペーサーには、元の形状に戻ろうとする復元力が働くので、その反作用として、スペーサーは素電池の表面に常に接触した状態となり、摩擦力で固定される。その結果、ユーザーがパック電池を傾斜させたり振動を加えた場合でも、スペーサーがパック電池の内部で往復移動するのが防止されるので、スペーサーがリード板と衝突して異音を発生する問題が大幅に低減され、良好な消音効果が発揮される。

さらに、スペーサーが前記復元力を発することにより、スペーサーと素電池との間に不要な間隙を生じるのが抑制され、スペーサーと電池とが密に接触する部分が形成される。従って、素電池の位置決め効果と素電池周辺の絶縁効果が良好に発揮されることとなる。
このような優れた諸効果を発揮できる本発明のパック電池は、スペーサーを所定の形状に形成する（樹脂材料を用いる場合は所定の形状に成型する）だけで実現できるため、スペーサーを素電池にテープや接着剤等の別途部材を用いて固定する必要がない。従って、本発明の実施に当たっては、製造コストの上昇を抑制できるほか、製造効率を低下させることなく実現できる。

実施の形態１におけるパック電池の構成を示す組図である。パック電池の構成を示す図である。パック電池内での湾曲スペーサーによる効果を説明するための図である。パック電池の内部構成を示す断面図である。湾曲スペーサーの構成を示す図である。湾曲スペーサーの構成を示す図である。従来のパック電池の構成を示す組図である。

＜実施の形態＞
以下に、本発明の実施の形態を説明するが、当然ながら本発明はこれに限定されるものでなく、本発明の技術的範囲を逸脱しない範囲で適宜変更して実施することができる。
＜実施の形態１＞
図１は、実施の形態１におけるパック電池１の構成を示す組図である。図２、図３、図４はそれぞれ同順にパック電池１の内部構成図、内部正面図と、リード板３５付近のＸＺ面断面図である。湾曲ホルダー３０を除き、パック電池１の全体的な構成は、前述の従来型パック電池１ｘとほぼ同様である。

図１及び図２に示されるパック電池１は、Ｙ方向を長手方向とし、Ｘ方向を短手（幅）方向とする長尺状の直方体であって、Ｚ方向を高さとする皿状の外装ケース２とカバー（蓋体）４との間にコアパック３を収納し、外装ケース２とカバー４の周囲を貼り合わせ、内部封止して構成される。パック電池１の全体的なサイズはＹ方向長さが約２０４ｍｍ、Ｘ方向長さが約５６．７ｍｍ（突起も含む）、厚み２０ｍｍとすることができる。

外装ケース２及びカバー４は、いずれも耐衝撃性と機械的強度に優れるエンジニアリングプラスチック材料（例えばＡＢＳやＰＣ等）で構成される。カバー４は図２に図示されるように、カバー本体４０の表面に定格ラベル４１が貼着されてなる。
コアパック３は、パック電池１の発電要素であって、６本の素電池３１ａ〜３１ｅをリード板３４〜３７を用いて所定の形態に接続するとともに、前記リード板３４〜３７を保護回路基板３２に接続した構成を持つ。素電池３１ａ〜３１ｅは二次電池であり、ここではリチウムイオン電池であって、各々が公称電圧３．７Ｖ、公称容量２１５０ｍＡｈの出力を有し、サイズは直径１８．４ｍｍ、長さ６４．９ｍｍである。各々の素電池３１ａ〜３１ｅは、外表面が絶縁性の熱収縮チューブで被覆されており、リード板３４〜３７により３組の並列ユニットを組んで直線状に連結され（いわゆる２並３直配列）、外装ケース２に収納されている。リード板３４〜３７はそれぞれ燐酸銅等で構成され、このうちリード板３５、３６は樹脂等の絶縁材料からなるセパレータ３８、３９を挟むように構成され、隣接する前記並列ユニット間に配置される。セパレータ３８、３９は、素電池の熱暴走の誘発を防止するものであって、耐熱性のあるシートやプレートであり、プラスチック、ファイバー等の繊維素材や紙等で作製されている。そして、一端面に安全弁が設けられた封口板を備える素電池３１ａ〜３１ｅの端面に対向して配置されることにより、一端面からの熱暴走時の噴出物等が、直接、隣接する素電池３１ａ〜３１ｅに当たることを防止している。リード板３４〜３７と素電池３１ａ〜３１ｅはスポット溶接またはレーザ溶接等で電気的に接続される。

さらにコアパック３では、図２〜４に示すように、互いに隣接して平行な姿勢で配置される素電池同士の間隙（３１ａと３１ｄ、３１ｂと３１ｅ、３１ｃと３１ｆとの各間隙）に、薄片状の本体部３００を挟むように湾曲スペーサー３０が介設される。この湾曲スペーサー３０は、熱暴走する素電池３１ａ〜３１ｅの熱を遮断する材料で構成される。具体的には、湾曲スペーサー３０は電池の熱暴走に耐える耐熱特性に優れたプラスチック（例えばポリカーボネート（ＰＣ））を成型して作製することができる。湾曲スペーサー３０を用いることにより、熱暴走する素電池３１ａ〜３１ｅの発熱を遮断して、熱暴走の誘発を阻止する。また、パック電池１の内部で素電池３１ａ〜３１ｅを所定の配設位置に位置決めするとともに、不要な素電池３１ａ〜３１ｅ同士の接触を防止し、短絡の発生を抑制する。図１に示すパック電池１では、３個の湾曲スペーサー３０を直列に配している。

なお、パック電池１で使用する素電池の配設個数及び接続方法、並びに湾曲スペーサー３０の個数はこれに限定されず、電子機器側の要求に応じて任意に設定する。
保護回路基板３２において、パック電池１の厚み方向（Ｚ方向）の一側面には、給電対象の電子機器と電気的に接続するための所定形状のコネクター３３が実装され、外装ケース２の一側面から外部に露出するように配される。

保護回路基板３２は、素電池３１ａ〜３１ｅの過充電・過放電を防止して適切な充放電を行うため、当該素電池３１ａ〜３１ｅを温度管理し、出力制御を行う。このため当該基板には、サーミスタ素子、および熱暴走時に通電を遮断するＰＣＴ素子、残容量を演算して異常を検出する機能等を備えるマイコンが実装されている。
なお、さらに保護回路基板３２の回路にＬＥＤ素子を接続し、パック電池１の外面にＬＥＤ素子の発光窓を開口して、当該ＬＥＤ素子を電池残量を示すためのＬＥＤインジケータを設けることもできる。

次に示す図５の（ａ）、（ｂ）は、湾曲スペーサー３０の具体的な構成を示す斜視図である。また図６（ａ）、（ｂ）は、湾曲スペーサー３０の断面図と下面図をそれぞれ示す。図６（ａ）は、図６（ｂ）の長手方向中央部付近のｘｚ断面図である。
図５、６に示される湾曲スペーサー３０は、耐熱性・機械的強度に優れるエンジニアリングプラスチック材料（一例としてＰＣ）を射出成型してなり、長尺な薄片状の本体部３００と、その幅方向一端側から斜めに対称的に延出されたリブ３０１、３０２で構成されている。本体部３００及びリブ３０１、３０２は、各々の主面を円筒型の素電池３１ａ〜３１ｅの周面にフィットさせるため、全体として図６（ａ）に示すように、厚み方向に曲面をなすＩ字型断面形状を有するように形成されている。

なお図４では、リード板３５付近におけるパック電池１の断面図を示しているが、この構成では、湾曲スペーサー３０を素電池３１ｂ、３１ｅの周面にそれぞれ密に接触させることにより、素電池３１ｂ、３１ｅを定位置に保持している。
さらに湾曲スペーサー３０は、図５（ａ）、（ｂ）の矢印、及び図６（ｂ）の下面図に示すように、自由状態では薄片状の本体部３０が厚み方向に湾曲し、Ｙ方向に緩やかにカーブするように形成されている。この湾曲形状は、パック電池１の内部では薄片状の本体部３０が隣接する素電池同士の間隙（３１ａと３１ｄ、３１ｂと３１ｅ、３１ｃと３１ｆとの各間隙）に挟まれることで弾性変形し、図２に示すようにほぼ直線状に延伸される。延伸時の湾曲スペーサー３０のＹ方向長さは、素電池３１ａ〜３１ｅの長さよりも若干短く設定される。

湾曲スペーサー３０のサイズ例として、高さ（Ｚ方向）は１０．５ｍｍ、このうちリブの高さ（Ｚ方向）は３．０５ｍｍである。自由状態のＹ方向長さは６２．９ｍｍであり、本体部３００の厚みは、Ｚ方向に沿った中央部付近で０．９５ｍｍ、両端部付近で２ｍｍである。図６（ｂ）に示すように、リブ３０１、３０２は、Ｚ方向に対して傾斜角３０°または−３０°の角度で斜上に延出され、いずれも厚みが０．６ｍｍに設定されている。また、湾曲スペーサー３０のカーブについては、図６（ｂ）の構成では一例として最大湾曲値が０．６ｍｍ程度になるように設定しているが、これに限定されない。図６（ｂ）に示されるように、湾曲スペーサー３０は、両端より約５ｍｍ内は、カーブがない直線的な形状とし、これらの間にカーブが形成されている。このような両端側の直線的な形状により、安定して、素電池の間に、湾曲スペーサー３０を設置することができる。

なお、湾曲スペーサー３０の部材厚みやサイズは上記以外にも設定可能であるが、パック電池１の内部において、湾曲スペーサー３０が良好に弾性変形し、復元力を発揮できるように設定すべきである。
ここでパック電池１は、素電池３１ａ〜３１ｅの電池スペーサーとして湾曲スペーサー３０を用いたことに主たる特徴を有する。以下、この湾曲スペーサー３０について具体的に説明する。

湾曲スペーサー３０は、パック電池１の製造工程において、あらかじめ湾曲されている曲げを延ばした弾性変形後の状態で、隣接する素電池３１ａ〜３１ｅの所定の間に介設される。
このため湾曲スペーサー３０には、パック電池１の内部において、常に元の形状に戻ろうとする復元力（応力）が掛かり、この復元力がＸ方向で隣接する素電池３１ａ〜３１ｅの各々の周面に湾曲スペーサー３０を接触させて押圧するように作用する（図３の矢印を参照）。その反作用として湾曲スペーサー３０は、前記素電池３１ａ〜３１ｅの周面から押し返され、摩擦力を受ける。その結果、湾曲スペーサー３０は素電池３１ａ〜３１ｅ同士の間で固定され、長手方向（Ｙ方向）に往復移動することがない。

従ってパック電池１では、たとえユーザーがパック電池１を装着した電子機器を携帯し、これを振動・傾斜等させたとしても、パック電池１の内部で湾曲スペーサー３０が往復移動して、リード板３４〜３７と衝突して異音を発生する問題を大幅に解消でき、良好な消音効果が発揮される。また、湾曲スペーサー３０が素電池３１ａ〜３１ｅと常に接触するので、両者の間に不要な間隙が発生する問題も解消される。

さらに、湾曲スペーサー３０が素電池３１ａ〜３１ｅとの間隙で良好に固定されることで、素電池３１ａ〜３１ｅの位置決め効果が向上するとともに、隣接する素電池３１ａ〜３１ｅ同士の不要な接触が一層確実に防止され、短絡を防いで飛躍的に安定した絶縁効果が発揮される。また、各々の素電池３１ａ〜３１ｅが良好に位置決めされることによって、素電池の熱暴走の誘発を防止する効果も高められる。

これらの諸効果は、パック電池１の内部で湾曲スペーサー３０が復元力を発生することで得られるものであるため、たとえ湾曲スペーサー３０が製造工程における精度誤差や公差バラつきを生じたとしても安定して発揮される。
さらに、本発明のパック電池１は、従来の構成において、所定形状の湾曲スペーサー３０を用いることで比較的簡便に実現できる。従って、異音防止対策としてパック電池の内部で電池スペーサーをテープや接着剤等を用いて素電池に固定する必要がない。このため、別途部材を使用する必要がなく、製造工程を増加させることもないので、低コストで本発明を実現できるほか、歩留まりを良好にすることも可能である。

なお、本実施の形態では、湾曲スペーサー３０をＺ方向から見下ろした場合、Ｙ方向に対して緩やかに湾曲する構成としたが、本発明はこの構成に限定しない。少なくとも、自由状態では長手方向に反った長尺状の本体部を備えており、外装ケースの内部に収納される際に、素電池により本体部が挟まれて、反りが戻るように弾性変形される構造とする。その構成例としては、本体部をＸＹ方向にＳ字状に湾曲させてもよいし、同方向にステップ状またはクランク状に湾曲または屈曲させてもよい。但し、当該スペーサーが適度な弾性変形と復元力を発揮できる形状であることに留意する。さらに素電池３１ａ〜３１ｅの周面と当該スペーサーの表面とがある程度面接触して、良好に位置決めでき、安定した絶縁効果が得られるような形状であることに留意する。

また、湾曲スペーサー３０の湾曲方向は、図５に示す構成と逆にしてもよい。すなわち、図５（ａ）に示す湾曲スペーサー３０は、リブ３０１及びリブ３０２を上から見下ろした場合に左側に凸となるように湾曲させているが、逆方向に湾曲させてもよい。また、湾曲方向の異なる湾曲スペーサー３０をパック電池１の内部で組み合わせて用いてもよい。
また、湾曲スペーサー３０は、実施の形態では一体的に樹脂成型して構成したが、複数の部品を組み合わせて構成してもよい。ただし、部品点数に応じて製造コストが若干上昇することが予想されるので、できれば一体的に構成することが望ましい。

＜その他の事項＞
上記実施の形態では、素電池としてリチウムイオン電池を例示したが、本発明は当然ながらこれに限定するものではない。その他ニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池、リチウムイオンポリマー電池等、各種二次電池を挙げることができる。また、素電池の形状も円筒型に限定せず、角型であってもよい。パック電池に収納する素電池の個数も任意に設定することができる。

また、本発明のパック電池は、携帯電話やデジタルカメラのような小型の電子機器への適用に限らず、パワーアシスト自転車や電動工具等、比較的大きな機器に適用しても構わない。これに伴い、パック電池のサイズも小型に限らず、大型に設計しても構わない。

本発明は、例えばノート型コンピュータ、ＰＤＡのほか、ポータブルＤＶＤプレーヤー、携帯型ＧＰＳ、トランシーバ等の小型電子機器の主電源として幅広く利用することが可能である。

１、１ｘパック電池
２外装ケース
３コアパック
４蓋体
３０湾曲スペーサー
３０ｘ電池スペーサー（従来型）
３１ａ〜３１ｆ素電池
３２保護回路基板
３３コネクター
３０１、３０２リブ

Claims

複数の素電池がスペーサーを挟んで並設されるとともに、外装ケースに収納されてなるパック電池であって、
前記スペーサーは、自由状態において、長手方向に反った長尺状の本体部を有し、
前記本体部は前記外装ケースの内部において、前記複数の素電池に前記本体部が挟まれることで、前記反りが戻る方向に弾性変形されている
ことを特徴とするパック電池。
前記本体部は薄片状であり、前記自由状態において、前記本体部は厚み方向に湾曲している
ことを特徴とする請求項１に記載のパック電池。
前記スペーサーは樹脂製である
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。
前記素電池は円筒型である
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。