JP2011170975A - 電池パック - Google Patents
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Abstract
【課題】落下衝撃等により保護回路が外力を受けた際に、保護回路とリードとの接続部におけるリードの剥離を防止することができる電池パックを提供する。
【解決手段】素電池2の端部に保護回路9が取り付けられている電池パックであって、保護回路9に、電気接続用のリード10、12が接合されており、リード10、12は、対向する一対の立設面を含む立設部11、13を形成しており、立設部11、13は、保護回路9の長手方向の端部と対向するように配置されている。このことにより、保護回路9に落下等の衝撃により外力が加わった際に、リード10、12の立設部11、13の形状の変化により、保護回路9の移動と一体にリードリード10、12が移動し易くなり、リード10、12と保護回路9との接合部30、31への衝撃の伝達が緩和されることになる。
【選択図】図14
【解決手段】素電池2の端部に保護回路9が取り付けられている電池パックであって、保護回路9に、電気接続用のリード10、12が接合されており、リード10、12は、対向する一対の立設面を含む立設部11、13を形成しており、立設部11、13は、保護回路9の長手方向の端部と対向するように配置されている。このことにより、保護回路9に落下等の衝撃により外力が加わった際に、リード10、12の立設部11、13の形状の変化により、保護回路9の移動と一体にリードリード10、12が移動し易くなり、リード10、12と保護回路9との接合部30、31への衝撃の伝達が緩和されることになる。
【選択図】図14
Description
本発明は、素電池の端部に保護回路が取り付けられている電池パックに関する。
近年の電池パックの薄型化、小型化に伴ない、素電池上部の封口体側から正極リード、負極リードをとり、保護回路及び保護素子を素電池上部に集約させた外装部を備えた電池パックが主流になりつつある。
このような電池パックにおいては、素電池上部に外装カバーを取り付け、外装カバー内に、保護回路及び保護素子を配置していることになる。この場合、保護回路及び保護素子は、例えば樹脂製のフレームに収納されることになる。
保護回路の素電池へ取付仕様の例として、保護回路の両端にあらかじめ接合したリードのうち一方のリードを正極リードに溶接し、他方のリードを保護素子の端子に接続する仕様がある(例えば特許文献1、2参照)。この仕様においては、正極リードは正極端子に接合されており、保護素子のもう一方の端子は、負極リードを介して負極端子に接合されている。
したがって、前記の取付仕様の例では、保護回路は、それぞれ素電池に接合された正極リード及び保護素子を介して、素電池に固定されることになる。
前記のような保護回路では、両端におけるリードの接続は、通常、半田接合を用いているが、点状の溶接を用いることもできる。例えば、リードを保護回路へ抵抗溶接する場合は、半田接合に比べコスト面で有利になる。
しかしながら、保護回路へのリードの抵抗溶接は、前記のような利点があるものの、接合強度が半田接続に比べ弱いという問題があった。
このため、リードを保護回路に抵抗溶接した電池パックは、半田接合をした電池パックに比べ、落下衝撃等による外力を受けた際の保護回路とリードとの接続部の破損防止には不利であった。
本発明は、前記のような従来の問題を解決するものであり、落下衝撃等により保護回路が外力を受けた際に、保護回路とリードとの接続部におけるリードの剥離を防止することができる電池パックを提供することを目的とする。
前記目的を達成するために、本発明の電池パックは、素電池の端部に保護回路が取り付けられている電池パックであって、前記保護回路に、電気接続用のリードが接合されており、前記リードは、対向する一対の立設面を含む立設部を形成しており、前記立設部は、前記保護回路の長手方向の端部と対向するように配置されていることを特徴とする。
本発明によれば、落下衝撃等により保護回路が外力を受けた際に、保護回路とリードとの接続部におけるリードの剥離を防止することができる。
本発明によれば、保護回路に落下等の衝撃により外力が加わった際に、リードの立設部の形状の変化により、保護回路の移動と一体にリードが移動し易くなり、リードと保護回路との接合部への衝撃の伝達が緩和されることになる。すなわち、特別に補強材を追加することなく、電池パックに衝撃が加わった際に、リードと保護回路との接合部におけるリードの剥離を防止することができる。
前記本発明の電池パックにおいては、前記対向する一対の立設面の間に隙間を形成していることが好ましい。この構成によれば、電池パックに衝撃が加わった際に、リードの立設面間の隙間が狭まることにより、保護回路の移動と一体にリードが移動でき、リードと保護回路の基板との接合部への衝撃の伝達の緩和により有利になる。
また、前記保護回路の長手方向の両端に、それぞれ前記リードが接合されており、前記各リードにおける前記立設部は、前記保護回路の長手方向の両端を挟み込むように配置されていることが好ましい。この構成によれば、保護回路の両端に接合されているリードのいずれについても、リードと保護回路との接合部におけるリードの剥離防止を図ることができる。
また、前記立設部は、前記リードを折り曲げて形成したものであることが好ましい。この構成によれば、立設部の形成が容易になる。
また、前記リードは、前記保護回路に点状の溶接により接合されていることが好ましい。この構成によれば、リードと保護回路との接続に小型化及びコスト面で有利な点状の溶接を用いつつ、リードの保護回路からの剥離防止を図ることができる。
以下、本発明の一実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。図1は、本発明の一実施の形態に係る電池パック1の分解斜視図を示している。素電池2は、例えばアルミニウム又はアルミニウム合金で形成された厚さの薄い角形の外装缶3内に、発電要素を内蔵したものである。素電池2は、例えば、角形リチウムイオン電池であり、携帯電話、ポータブルAV機器、モバイル機器等に用いられる。素電池2の上部は、封口体4により封止されている。封口体4には、負極端子5、正極端子6を設けている。
封口体4上には、樹脂製のフレーム7が取り付けられる。フレーム7は、例えばポリカーボネート樹脂である。フレーム7の下部に保護素子8が配置され、フレーム7上には保護回路9が搭載される。保護素子8は過電流と過熱を、保護回路9は、過充電・過電流・過放電等を防止するための保護手段である。
正極端子6には、正極リード14が接合される。負極端子5には、保護素子8の端子8aが溶接される。保護素子8の端子8bには負極リード15が溶接される。保護素子8と封口体4との間には、絶縁テープ16が介在し、絶縁が図られる。
保護回路9の両端には、電気接続用のリード10、12が接合されている。リード10、12の材料は、例えばニッケル又はニッケル合金である。リード10、12には、それぞれ立設部11、13を形成している。リード10、12の詳細は、後に図6、7を参照しながら説明する。
リード10は、正極リード14に溶接され、リード12は、負極リード15に溶接される。このことにより、フレーム7は、封口体4と保護回路9との間に挟まれるようにして、素電池2に固定されることになる。
フレーム7の側面から爪17が突出している。爪17はフレーム7の反対側の側面にも形成されている。この爪17に、カバー20の孔21を係合させることにより、カバー20がフレーム7に取り付けられることになる。
カバー20をフレーム7に取り付けた状態では、カバー20から保護回路9に取り付けられている外部接続用の出力端子18が露出することになる。このことにより、電池パック1を外部機器に取り付けたときに、外部機器の端子と出力端子18とが接触して導通が図られることになる。
素電池2の下部には、両面テープ22又は接着剤を介して缶底カバー23が取り付けられる。この状態で、素電池2の全周を覆うようにシート状のラベル24が被覆されることになる。
以下、図1に示した電池パック1を製造工程順に説明する。図2は、素電池2に絶縁テープ16を貼り付ける前の状態を示す斜視図である。絶縁テープ16は、開口16aから負極端子5が露出するように、封口体4に貼り付けられる。
図3は、素電池2に保護素子8、正極リード14及び負極リード15を溶接する前の状態を示す斜視図である。正極端子6に正極リード14が溶接される。負極端子5には、保護素子8の端子8aが溶接される。保護素子8の端子8bには負極リード15が溶接される。
図4は、素電池2にフレーム7を載置する前の状態を示す斜視図である。本図の状態では、素電池2に保護素子8、正極リード14及び負極リード15が溶接されている。フレーム7は、フレーム7の長手方向の両端が、正極リード14と負極リード15の壁面に挟まれるように、素電池2上に載置される。
図5は、素電池2に保護回路9を取り付ける前の状態を示す斜視図である。保護回路9はフレーム7上に載置され、リード10、12が、それぞれ正極リード14、負極リード15に溶接されることになる。
図6は、保護回路9の拡大斜視図を示している。図7は図6に示した保護回路9の側面図を示している。保護回路9は基板25と部品実装部26とを備えている。部品実装部26には、保護IC等の保護用素子などが実装されている。前記の通り、保護回路9には外部接続用の出力端子18が取り付けられている。出力端子18は、樹脂成形品である成形体19に組み込まれている。
保護回路9の長手方向の両端には、それぞれ電気接続用のリード10、リード12が接合されている。リード10、12には、それぞれ立設部11、13を形成している。図6、7の図示から分かるように、立設部11、13は、一対の立設面が対向するように、リード10、12を折り曲げて形成したものである。
図7において、リード10は立設部11を境に、保護回路9から延出した外側部10aと、保護回路9の下面に接合される内側部10bとに分かれている。同様にリード12は、立設部13を境に、外側部12aと内側部12bとに分かれている。
立設部11及び13は、保護回路9の長手方向の端部と対向するように配置されている。このため、基板25は長手方向において、立設部11と立設部13との間に挟まれている。
図7において、リード10の内側部10b及びリード12の内側部12bは、基板25の裏面の接合部30、31に接合されている。この接合は、半田接合でもよく、溶接でもよい。溶接は、例えば抵抗溶接やレーザ溶接による点状の溶接を用いることができる。点状の溶接は半田接合に比べ、接合強度の確保に不利になるが、本実施の形態は、点状の溶接を用いた場合であっても、接合部30、31におけるリード10、12の剥離を防止するようにしている。このことの詳細は後に説明する。
図8は、素電池2にカバー20を装着する前の状態を示す斜視図である。本図の状態では、素電池2上に保護回路9が取り付けられており、リード10の外側部10a、リード12の外側部12aは、それぞれ図5に示した正極リード14、負極リード15に接続されている。
フレーム7の側面から爪17が突出しており、爪17はフレーム7の反対側の側面にも形成されている。カバー20を装着する際には、これらの爪17にカバー20の孔21を係合させることになる。
図9は、素電池2に、缶底カバー23を取り付ける前の状態の斜視図を示している。本図の状態では、フレーム7の爪17とカバー20の孔21とが係合している。カバー20からは成形体19及び外部接続用の出力端子18が露出している。
缶底カバー23は、両面テープ22により、素電池2の下部に取り付けられる。両面テープ22に代えて接着剤を用いてもよい。
図10は、素電池2及びカバー20の下部と缶底カバー23の上部にラベル24を被覆する前の状態を示す斜視図である。図11は、電池パック1の完成状態を示す斜視図である。図10の状態から素電池2の全周及びカバー20の下部と缶底カバー23の上部を覆うようにシート状のラベル24が被覆され、図11に示した電池パック1が完成する。
前記のような工程を経て完成した電池パック1は、落下等によりカバー20、成形体19又は外部接続用の出力端子18に受けた衝撃は、保護回路9にも伝わることになる。本実施の形態は、図6、7に示したように、リード10、12に立設部11、13を形成したことにより、衝撃対策を図っている。このことを説明する前に、図12−14を参照しながら、素電池2上部の外装部品の取り付け構造について説明する。
図12は、図11のAA線における断面図である。正極リード14に、リード10の外側部10aが溶接されている。正極リード14は、正極端子6に溶接されて素電池2に固定されている。負極リード15には、リード12の外側部12aが溶接されている。負極リード15は、素電池2に接合された保護素子8を介して素電池2に固定されている。
他方、基板25の接合部30に、リード10の内側部10bが溶接され、基板25の接合部31に、リード12の内側部12bが溶接されている。したがって、保護回路9は、リード10及びリード10に接合された正極リード14と、リード12及びリード12に接合された負極リード15とを介して、素電池2に固定されていることになる。
カバー20の開口に、出力端子18と成形体19が係合している。このことにより、図11に示したように、カバー20から成形体19及び外部接続用の出力端子18が露出している。
図12に示したような外装部品の取り付け構造の場合、例えば電池パック1が落下し、カバー20側が落下面に衝突した場合、カバー20が受けた衝撃は、カバー20に係合した成形体19を経て保護回路9に伝わることになる。また、成形体19が直接受けた衝撃も、成形体19と一体の保護回路9に伝わることになる。また、カバー20が受けた衝撃がリード10等に伝わり、さらに保護回路9に伝わる場合もある。
このように、保護回路9に衝撃が伝わった場合、この衝撃が基板25の接合部30、31に及ぶと、リード10、12の剥離の原因になる。本実施の形態は、図6、7に示したように、リード10、12に立設部11、13を形成したことにより、基板25の接合部30、31におけるリード10、12の剥離防止を図っている。このことについて、以下図13、14を参照しながら説明する。
図13は、素電池2に保護回路9を取り付けた状態を示す斜視図である。図14は、図13を矢印A方向から見た側面図である。図13、14は、図8の状態に相当するが、図示を見易くするためにフレーム7の図示は省略している。
図11に示した電池パック1において、例えば電池パック1が落下し、カバー20側が落下面に衝突した場合、落下衝撃は保護回路9にも伝わり、保護回路9には各種方向に外力が加わることになる。
図13、14の矢印a、b、cは、保護回路9に加わる外力の例を示している。矢印aは保護回路9の長手方向に外力が加わった例であり、矢印bは保護回路9の基板25の面に垂直な方向に外力が加わった例であり、矢印cは保護回路9をねじる方向に外力が加わった例である。
図14において、保護回路9に矢印a方向に外力が作用した場合、この外力は保護回路9を矢印a方向に移動させるように作用することになる。保護回路9は、リード10及びリード10に接合された正極リード14と、リード12及びリード12に接合された負極リード15とを介して、素電池2に固定されている。このため、保護回路9の位置移動は規制されることになる。
一方、リード10及びリード12には、立設部11、13が形成されており、立設部11、13には、一対の対向する立設面間に、隙間32、33が形成されている。このことにより、保護回路9に矢印a方向に外力が作用した場合に、保護回路9が矢印a方向に移動する余地が生じる。具体的には、保護回路9に矢印a方向に外力が作用すると、立設部11は隙間32が広がるように変形し、立設部13は隙間33が狭まるように変形する。このことにより、保護回路9は矢印a方向に移動することになる。この移動と一体にリード10、12の内側部10b、12bも矢印a方向に移動する。このことにより、接合部30、31への衝撃の伝達は緩和され、接合部30、31におけるリード10、12の剥離が防止されることになる。このことは、保護回路9に矢印a方向と反対方向に外力が作用した場合も同様である。
図14において、保護回路9に矢印b方向に外力が作用した場合は、この外力は、基板25を下側に移動させるように、たわませることになる。基板25は両端において、リード10及び12で支持されているので、基板25がたわんだ場合、基板25のたわみ量は、中央部に比べ両端部が小さくなる。
一方、基板25がたわんだ場合、リード10、12の立設部11、13は、隙間32、33が広がり、さらに内側(基板25側)へ倒れるように変形する。すなわち、基板25の両端部が下側に移動し易くなるとともに、この移動と一体にリード10、12の内側部10b、12bも下側に移動する。このことにより、保護回路9に矢印a方向に外力が作用した場合と同様に、接合部30、31への衝撃の伝達は緩和され、接合部30、31におけるリード10、12の剥離が防止されることになる。
次に、電池パックが落下等による衝撃を受けた際に、保護回路9に図13の矢印cで示したように、ねじりが作用する場合がある。矢印cで示したねじりが作用した場合、このねじりは、基板25の幅方向の一方の端部25aを下側に移動させるように作用し、基板25の幅方向の他方の端部25bを上側に移動させるように作用することになる。基板25は両端において、リード10及び12で支持されているので、ねじりによる基板25の変形量は、中央部に比べ両端部が小さくなる。
一方、基板25にねじりが作用した場合、リード10、12の立設部11、13の変形により、基板25の両端部が移動し易くなる。この移動と一体に、図14に示した接合部30、31におけるリード10、12の内側部10b、12bは移動することになる。
具体的には、図13において、リード12を例にとると、矢印c方向にねじりが作用した場合、立設部13は隙間33が広がり、立設部13のうち基板25の端部25a側は矢印d方向に倒れるように変形し、基板25の端部25b側は矢印e方向に倒れるように変形することになる。
このことにより、立設部13近傍において、基板25がねじりに伴って移動し易くなるとともに、この移動と一体に図14に示した接合部31における内側部12bが移動することになる。この移動により、保護回路9に矢印a、b方向に外力が作用した場合と同様に、接合部31への衝撃の伝達は緩和され、接合部31におけるリード12の剥離が防止されることになる。このことは、リード10側においても同様であり、ねじりの方向が反対になった場合でも同様である。
以上のように、本実施の形態によれば、保護回路9を移動させる外力が加わった場合に、リード10、12の立設部11、13の形状の変化、すなわち隙間32、33の変化及び立設部11、13の倒れにより、接合部30、31におけるリード10、12が保護回路9の移動と一体に移動する。このことにより、接合部30、31への衝撃の伝達が緩和され、リード10、12が保護回路9から剥離するような移動は防止されることになる。すなわち、特別に補強材を追加することなく、電池パック1が衝撃を受けた際に、接合部30、31におけるリード10、12の剥離を防止することができる。
本実施の形態は、リード10、12を基板25に点状に溶接した場合に、特に有効になる。点状の溶接として例えば抵抗溶接が挙げられ、抵抗溶接はリード10、12を広範囲に接合する半田接合に比べ、接合強度が小さくなる。一方、抵抗溶接は、半田接合に比べ小型化でき、さらに設備を簡素化でき作業性も良く、コスト面では有利になる。すなわち、本実施の形態は、リード10、12と基板25との接合に、コスト面で有利な例えば抵抗溶接による点状の溶接を採用した場合において、リード10、12と基板25との接合部30、31におけるリード10、12の剥離防止対策として有効になる。
以下、実験結果について説明する。3種類のサンプルA、B及びCを作成し、落下試験を実施した。各サンプルの仕様を以下の表1に示す。
表1中のM型リードは、図6、7のリード10、12のように立設部11、13を形成したリードである。ストレートリードは、立設部11、13の無い単なる平板状のリードである。
また、表1中の半田付けは、図7に示した接合部30及び31において、リード10、12と基板25との接合を半田付けとしたものである。抵抗溶接は、リード10、12と基板25との接合を、各リードについて2点で抵抗溶接したものである。
落下試験は、2サイクルの標準評価仕様の試験を行ない、電気特性に異常の無いサンプルについては、さらに8サイクル(合計10サイクル)の過酷評価仕様の試験を行なった。落下試験の各仕様を以下の表2に示す。
以下の表3に、評価結果の詳細を示す。
表3中、OCVとあるのは、開路電圧のことであり、電池に負荷をかけていない状態における両端子間の電圧のことである。
表3に示した電気特性の評価に加え、各サンプルの試験前後におけるリードの接合部の状態を、X線写真により確認した。
サンプルAは、10サイクル完了状態において接合部における溶接の剥れは無く、電気特性の異常もなかった。サンプルBは、2サイクル完了状態に接合部における溶接の剥れが確認でき、OCV、インピーダンスは共にゼロであった。
サンプルAとサンプルBとの差異は、リードの接合が半田付けか抵抗溶接かの差異のみである。すなわち、サンプルA、Bの実験結果は、抵抗溶接は半田接合に比べ、接合強度が小さくなることを裏付けている。
サンプルCは、10サイクル完了状態におけるX線写真によれば、図6、7の立設部11、13に相当する部分が倒れるように変形していた。しかしながら、接合部における溶接の剥れはなかった。
サンプルBとサンプルCとの差異は、リードにおける立設部の有無のみである。したがって、サンプルCが良好な結果を示したのは、立設部を設けたことによる効果であるといえる。すなわち、サンプルCは、リードに設けた立設部が倒れるように変形したことにより、リードの接合部への落下衝撃が緩和され、接合部における溶接の剥れが生じなかったものと考えられる。
以上の実験結果によれば、リードに立設部を設けたサンプルCによれば、半田接合に比べ接合強度が小さい抵抗溶接を用いてリードを接合した構成であっても、接合部における剥離防止については、過酷試験にも耐え得るほどの効果が得られることになる。
なお、前記実施の形態では図6、7に示したように、立設部11、13は一対の平面の立設面が対向する例で説明したが、立設面は平面に限るものではない。対向する一対の立設面の一方又は両方が曲面であってもよく、部分的に曲面を含んでいてもよい。
また、前記実施の形態では、リード10、12の立設部11、13に隙間32、33を形成した例で説明したが、隙間32、33の無い構成であってもよい。これは、前記の通り、衝撃を受けた際の対策としては、保護回路9にねじり方向の外力が加わった際の対策が特に必要となるためである。具体的には、前記の通り、保護回路9に矢印cのようにねじり方向の外力を受けた際には、立設部11、13の隙間32、33は広がるように変形するので、リード10、12の初期状態においては、必ずしも隙間32、33は必要ない。
また、例えば図6、7では、立設部11、13は上向きに突出した例を図示しているが、外装部分の仕様に応じて、立設部11、13の一方又は両方を下向きに突出させてもよい。
また、本実施の形態は、落下衝撃の対策だけでなく、電池パック使用時における振動や衝撃の対策としても有用である。
また、素電池2上部の外装部の構成は、前記のようなリード10、12を備え、保護回路9の移動と一体に接続部30、31におけるリード10、12が移動し易くなる構成であればよく、他の構成であってもよい。
以上のように、本発明によれば落下衝撃等により保護回路が外力を受けた際に、保護回路とリードとの接続部におけるリードの剥離を防止することができるので、本発明は、例えば携帯電話、ポータブルAV機器、モバイル機器等に用いる電池パックとして有用である。
1 電池パック
2 素電池
5 正極端子
6 負極端子
7 フレーム
8 保護素子
9 保護回路
10,12 リード
11,13 立設部
14 正極リード
15 負極リード
18 出力端子
20 カバー
25 基板
30,31 接合部
32,33 隙間
2 素電池
5 正極端子
6 負極端子
7 フレーム
8 保護素子
9 保護回路
10,12 リード
11,13 立設部
14 正極リード
15 負極リード
18 出力端子
20 カバー
25 基板
30,31 接合部
32,33 隙間
Claims (5)
- 素電池の端部に保護回路が取り付けられている電池パックであって、
前記保護回路に、電気接続用のリードが接合されており、
前記リードは、対向する一対の立設面を含む立設部を形成しており、
前記立設部は、前記保護回路の長手方向の端部と対向するように配置されていることを特徴とする電池パック。 - 前記対向する一対の立設面の間に隙間を形成している請求項1に記載の電池パック。
- 前記保護回路の長手方向の両端に、それぞれ前記リードが接合されており、前記各リードにおける前記立設部は、前記保護回路の長手方向の両端を挟み込むように配置されている請求項1又は2に記載の電池パック。
- 前記立設部は、前記リードを折り曲げて形成したものである請求項1から3のいずれかに記載の電池パック。
- 前記リードは、前記保護回路に点状の溶接により接合されている請求項1から4のいずれかに記載の電池パック。
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JP (1) | JP2011170975A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US10707540B2 (en) | 2015-05-06 | 2020-07-07 | Samsung Sdi Co., Ltd. | Battery pack |
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2010
- 2010-02-16 JP JP2010030878A patent/JP2011170975A/ja not_active Withdrawn
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US10707540B2 (en) | 2015-05-06 | 2020-07-07 | Samsung Sdi Co., Ltd. | Battery pack |
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