JP2011204394A - 電池パック - Google Patents

Abstract

【課題】ケースの外観の品位が向上された電池パックを提供する
【解決手段】電池パック１は、所定個数の電池と、その電池を、外部に電力の供給が可能なように収納するケース３とを備えている。ケース３は、２つの分割体４及び５から構成されている。分割体は、それぞれ、底部、開口部、並びに底部及び開口部の形状を規定する外枠と、外枠の内部に配置された桟部材１４及び１６と、を有している。各分割体は、底部が、複数のフィルム体１０から主に構成されている。桟部材は、複数のフィルム体１０の間に配置されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、電池パックに関し、更に詳しくは、電池を収容するケースの改良に関する。

携帯電話やモバイルコンピュータ等の携帯電子機器は、携帯性の向上のために、小型化、軽量化及び薄型化が要求される。その要求に応えるために、携帯電子機器の電源装置の小型化が望まれている。現状、携帯電子機器の電源装置は、二次電池を使用したものが主流である。

携帯電子機器の電源装置に使用される二次電池には、ニッケル−カドミウム蓄電池、ニッケル−水素蓄電池、リチウムイオン電池等がある。中でも、リチウムイオン電池は、エネルギー密度が高いので、携帯電子機器の電源装置に最適である。

リチウムイオン電池は、エネルギー密度が高く、また、電解液に可燃性の有機溶媒を用いるが故に、それを使用する電源装置は、電池の異常状態に対処するための機構を備えることが望ましい。そのような機構には、短絡や過熱から電池を保護するＰＴＣ（positive temperature coefficient：正温度特性）素子、過充電や過放電から電池を保護する保護回路、あるいは、電池内圧が異常に上昇したときに、電池内部のガスを外部に放出する、ガス排出弁等がある。

上述した機構のうち、ガス排出弁は、リチウムイオン電池自体に備えられるものである。これに対して、ＰＴＣ素子及び保護回路は、リチウムイオン電池の外部に設けられるものである。いわゆる電池パックは、ＰＴＣ素子等と電池とをパック化したものである。

したがって、リチウムイオン電池を携帯電子機器等の電源装置として使用する場合には、通常は電池パックの形態で使用する。よって、携帯電子機器の電源装置の小型化は、電池パックの小型化と同義である。

電池パックを小型化する場合に、リチウムイオン電池自体を小型化することは、より大きな電池容量が求められている現状では、限界がある。電池容量は、電池ケースの容積に大きく依存するからである。
したがって、電池容量の低下を招くことなく電池パックを小型化及び軽量化するためには、電池パックのケースを可能な限り薄型化及び軽量化するのが望ましい。

電池パックの軽量化について言えば、コストを考慮すると、電池パックのケースは、樹脂を成形して製造するのが好ましい。この点に関連して、特許文献１は、樹脂製の電池パックケースの肉厚を小さくするための射出成形方法を提案している。また、特許文献２は、電池パックケースの一部分をフィルム体により構成することを提案している。

特開２００１−５８３３２号公報 特開２００３−２３４０９６号公報

特許文献１は、射出成形機の１次成形圧力を３５００ｋｇｆ／ｃｍ²以上とすることにより、主要部の厚みが０．３ｍｍ以下である成形品を得ることが可能であるとしている。この文献からも理解されるように、樹脂成形の最低厚みの目安は、０．３ｍｍ程度である。しかしながら、その最低厚み、もしくはその最低厚みの近傍での成形は、成形性の低下や表面性状の悪化を招来する。したがって、成形厚みを小さくすることによりケースを薄型化することには、自ずから限界がある。

これに対して、特許文献２は、扁平なケースの枠体（側部）を樹脂成形物とし、ケースの厚み方向の両面部分（天部及び底部）をフィルム体から構成することを提案している。このように、ケースの厚み方向の両面部分をフィルム体により構成すれば、ケースの薄型化が容易となる。

ここで、フィルム体の周縁部を樹脂製の枠体と接合するためには、特許文献２にも記載されているように、フィルム体を枠体にインサート成形するのが好ましい。インサート成形によれば、後工程でフィルム体を枠体と接着する場合に比べて、はるかに高い接合の強度及び耐久性を得ることができる。また、工数の削減が可能であるとともに、外観の品位を向上させることもできる。

ところが、ケースの天部及び底部に使用するフィルム体は、ポリカーボネイト（ＰＣ）、ポリメチルメタクリルレート樹脂（ＰＭＭＡ）等の比較的弾性率の大きい、すなわち変形し難い樹脂材料から構成するのが好ましい。一方、枠体は、通常、それらの材料よりも弾性率の小さい、ポリプロピレン（ＰＰ）及びポリアミド（ＰＡ）等から構成される。この場合には、フィルム体の線膨張係数が、枠体のそれよりも小さくなる。

そして、インサート成形によりフィルム体を枠体と接合した場合には、フィルム体と枠体とは、比較的高温の状態で接合された後に常温まで冷却される。このため、両者の収縮率の差異によりフィルム体に歪みが生じることがある。フィルム体に歪みが生じると、ケースの外観の品位は大きく損なわれる。

また、ケースの天部及び底部の面積が大きい場合には、フィルム体の周縁部を枠体と接合するだけでは、十分な強度を確保することが困難である。このため、枠体の内側に適当な間隔で桟部材を配置して、裏側からフィルム体を補強することが必要となる。

このとき、フィルム体が面方向と垂直な方向に移動するのを抑えるために、フィルム体は、桟部材と接合するのが好ましい。そしてこの場合にも、インサート成形によりフィルム体と桟部材とを接合するのが好ましい。
ところが、フィルム体の裏側に桟部材を接合すると、その接合部分だけがケースの内側に窪む現象（以下、「ひけ(sinking)」とも称する）が発生することがある。「ひけ」が発生すると、フィルム体の表面が筋状に窪むために、ケースの外観の品位は低下する。
本発明は、ケースの外観の品位の向上を主な目的とするものである。

本発明は、電池と、前記電池を、外部に電力の供給が可能なように収納するケースとを備えた電池パックであって、
前記ケースが、一対の分割体から構成されており、
前記分割体が、底部、開口部、前記底部及び開口部の形状を規定する外枠、並びに前記外枠の内側に配される桟部材を含み、
前記底部が、前記外枠及び前記桟部材の少なくとも一方と一体成形された複数のフィルム体から構成されており、前記桟部材が、前記複数のフィルム体の間に配置されている、電池パックを提供する。

本発明によれば、外枠及び桟部材の少なくとも一方と一体成形されたフィルム体の歪みを抑えることができる。また、フィルム体の裏側に配された桟部材とフィルム体との接合部分がケースの内側に窪むのを防止することができる。したがって、電池パックのケースの外観の品位を向上させることができる。

本発明の一実施形態に係る電池パックの外観を示す斜視図である。 電池パックのケースを分割した分割体の枠体を示す斜視図である。 図１のIII-III線による矢視拡大断面図である。 図１のIV-IV線による矢視拡大断面図である。 実施形態の電池パックの変形例の一部拡大断面図である。

本発明は、電池と、電池を、外部に電力の供給が可能なように収納するケースとを備えた電池パックに関する。電池パックは、ケースが、一対の分割体から構成されている。分割体は、底部、開口部、底部及び開口部の形状を規定する外枠、並びに外枠の内側に配される桟部材を含む。底部は、外枠及び桟部材の少なくとも一方と一体成形された複数のフィルム体から構成されており、桟部材が、複数のフィルム体の間に配置されている。

分割体の底部、すなわちケースの天部及び底部を複数のフィルム体から構成することにより、フィルム体の面積を比較的小さくすることができる。これにより、一体成形されるフィルム体と、成形される外枠との間に線膨張係数の差異がある場合にも、成形品を冷却することによりフィルム体に発生する歪みを抑えることができる。したがって、ケースの外観の品位を向上させることができる。

桟部材は、複数のフィルム体の間に配置される。これにより、フィルム体の裏側に桟部材を接合することなく、フィルム体を支持することができる。したがって、フィルム体の中央部に、フィルム体が桟部材との接合部に沿ってケースの内側に窪む「ひけ」が発生するのを防止することができる。これにより、ケースの外観の品位が向上する。

本発明の一局面においては、複数のフィルム体のうちの少なくとも１つの素材が、他のフィルム体と相異している。これにより、ケースの天部及び底部の各部分に、その位置に応じた機能を容易に付与することが可能となる。

本発明の別の局面においては、電池パックは、電力を使用する被装着装置に、電力を供給し得るように装着させるための装着機構を備える。その装着機構により電池パックが被装着装置に装着されたときに、複数のフィルム体のうちの少なくとも１つが、被装着装置と対向せず、外側面に露出している。

このように、被装着装置と対向しない外側面にフィルム体のうちの少なくとも１つが露出している場合は特に、ケースの外観の品位が被装着装置の外観の品位に影響を及ぼす度合いは大きい。よって、本発明により被装着装置の外観の品位を向上させることも可能となる。

本発明のさらに別の局面においては、複数のフィルム体のうちの少なくとも１つは、衝撃強度が、他のフィルム体よりも大きく、かつ被装着装置が平坦面の上に置かれたときにその平坦面と接触する。これにより、そのフィルム体が平坦面との接触により早期に劣化するのを防止することができる。したがって、ケースの外観の品位をより長期間に亘って保持することが可能となる。

本発明のさらに別の局面においては、複数のフィルム体のうちの少なくとも１つが、透明性を有する素材から構成される。この場合、例えばケース内部の、透明性を有しているフィルム体と対応する位置に、電池の放電可能電気量に関する情報を表示する表示部を設けることもできる。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。
（実施形態１）
図１の電池パック１は、所定個数のリチウムイオン二次電池（以下、単に電池という）２（図３〜５参照）と、電池２を収納するケース３とを含んでいる。電池パック１は、図示しない電子機器に装着されて、その電子機器に電力を供給する電源装置として機能する。このため、ケース３の内側には、電池２の外部端子と接続される図示しない内部端子が配置される。また、ケース３の外側には、被装着装置の電力入力用端子と接続される、上記内部端子と導通された外部端子が配置される。なお、図３〜５においては、電池２は、断面ではなく、外側の輪郭のみを円で示している。

ケース３は矩形であり、上側分割体４と下側分割体５の２つの分割体を含む。なお、上側及び下側という用語は、説明の便宜のために使用するものであり、実際の機器における位置関係は示していない。

上側分割体４及び下側分割体５は、それぞれ、底部と開口部とを有しており、開口部を互いに重ね合わせることによりケース３が構成される。上側分割体４及び下側分割体５の底部は、主にフィルム体１０から構成されている。ここで、フィルム体１０は、ポリカーボネイト（ＰＣ）、ポリメチルメタクリルレート樹脂（ＰＭＭＡ）等の比較的弾性率の大きな樹脂から構成することができる。

図示例の上側分割体４及び下側分割体５は、形状が同じであるとともに、長手方向及び短手方向の形状が対称である。しかしながら、上側分割体４及び下側分割体５は、開口部が互いに合致する形状であれば、それ以外の形状は特に限定されず、上側分割体４及び下側分割体５を互いに異なる形状としてもよい。また、上側分割体４及び下側分割体５を長手方向及び短手方向に非対称な形状とすることも勿論可能である。

以下、上側分割体４のみ詳細を説明し、それと同じ形状である下側分割体５は説明を省略する。

図２に示すように、上側分割体４は、樹脂を成形してなる枠体６を含む。枠体６は、上側分割体４の側部を構成する外枠１２と、長手方向に所定の間隔で配置された所定数（図示例では、４つ）の板状の横桟部１４と、短手方向に所定の間隔で配置された、所定数（図示例では、２つ）の棒状の縦桟部１６と、を含む。外枠１２は、上側分割体４の底部及び開口部の形状を規定している。横桟部１４の上面は、外枠１２の上面と面一となっている。

そして、上側分割体４及び下側分割体５の開口部を互いに重ね合わせると、対応する横桟部１４がそれぞれ当接して、ケース３を長手方向に仕切る所定数の仕切り板が形成される。

また、横桟部１４には、それぞれ、所定数（図示例では３つ）の、電池２の支持部８が設けられている。それぞれの支持部８は、半円形をしている。上側分割体４及び下側分割体５の対応する支持部８が組み合わされると、円筒形の電池２の径よりもわずかに径の大きい円形の孔が、上記仕切り板に形成される。

図１に示したように、上側分割体４の底部は、所定数（図示例では、１５枚）のフィルム体１０により主に構成されている。ここで、フィルム体１０は、インサート成形により枠体６と接合される。この場合、所定数のフィルム体１０を予め金型内の所定箇所に設置しておき、その状態で溶融樹脂を金型に注入することで、フィルム体１０と枠体６とが一体化された上側分割体４が形成される。インサート成形によれば、後工程でフィルム体１０を枠体６と接着する場合に比べて、はるかに高い接合の強度及び耐久性を得ることができる。

図３及び４に、上側分割体４の長手方向の各位置における断面図を示す。図３は、横桟部１４が設けられている位置の断面図であり、図４は、横桟部１４が設けられていない位置の断面図である。図３及び４に示すように、上側分割体４の底部において各フィルム体１０の間には、縦桟部１６及び横桟部１４の上面が露出している。

このように、上側分割体４の底部、つまりケース３の天部及び底部は、１枚の広い面積のフィルム体ではなく、比較的面積の小さいフィルム体１０から構成される。このため、上側分割体４を、フィルム体１０のインサート成形により形成する場合にも、フィルム体１０及び枠体６の線膨張係数の差異によりフィルム体１０に歪みが生じるのを抑えることができる。したがって、ケースの外観の品位を向上させることができる。

フィルム体１０は比較的面積が小さいことから、それぞれの周縁部だけが枠体６と接合されており、中央部の裏側に桟部材等を接合して補強する構造とはなっていない。これにより、フィルム体１０の中央部に「ひけ」が発生するのを避けることができる。したがって、ケースの外観の品位をさらに向上させることができる。

ここで、例えばフィルム体１０をＰＣ（線膨張係数：７×１０^-5／℃）から構成し、枠体６をＰＰ（線膨張係数：１１×１０^-5／℃）から構成する場合には、フィルム体１０の歪みを許容範囲とするためには、フィルム体１０の長さは、３０〜１００ｍｍ、幅は、１０〜３０ｍｍ、厚みは、０．２〜０．３ｍｍとするのが好ましい。

なお、図１の電池パック１では、横桟部１４及び縦桟部１６の上面がケース３の外側面に露出する。よって、少なくともその上面には、ケース３の外観の品位向上に寄与する素材を使用するのが好ましい。同様の観点から、その上面には、例えば、つや消しや鏡面仕上げを施すのが好ましい。

複数のフィルム体１０は、全て同じ素材から構成することも可能であるが、１つまたは複数のフィルム体１０の素材を、別のフィルム体１０の素材と異ならせるようにすることもできる。

上側分割体４または下側分割体５の底部が、電池パック１の被装着装置（ノートパソコン等）の底部に露出している場合を例にとる。そのような被装着装置が机等の上に置かれたときに一部のフィルム体１０が机の上面と接触する場合には、そのフィルム体１０は、素材の衝撃強度を、他のフィルム体１０よりも大きくするのが好ましい。これにより、一部のフィルム体１０だけが机等との接触により早期に劣化してしまうのを防止することができる。よって、一部のフィルム体１０の早期の劣化により、ケース３全体の外観の品位が早期に低下してしまうのを防止することができる。

より具体的には、衝撃強度の大きいフィルム体１０の素材には、ＰＣとガラスフィラー入り樹脂との混合体を使用することができる。この場合、ガラスフィラーの平均粒径は、１０〜２５μｍとするのが好ましい。ガラスフィラー入り樹脂のガラスフィラーの含有量は、１０〜２５体積％とするのが好ましい。ガラスフィラー入り樹脂の樹脂材料は、ＰＣ、またはＰＣとＡＢＳ樹脂との混合物等とすることができる。ガラスフィラー入り樹脂のＰＣに対する比率は、１０〜２５％とするのが好ましい。

全てのフィルム体１０に、ＰＣとガラスフィラー入り樹脂との混合体を使用することもできる。この場合には、衝撃強度を大きくする必要のあるフィルム体１０には、上述した比率の混合体を使用し、それ以外のフィルム体１０には、よりガラスフィラー入り樹脂の比率が小さい混合体を使用する。

このように、図示例の電池パック１においては、複数のフィルム体１０を使用して上側分割体４及び下側分割体５の底部を構成しているが故に、その底部の一部分のみの強度を、容易に大きくすることができる。したがって、不必要に底部全体の強度を大きくすることなく、ケース３全体の外観の品位を比較的長期間に亘って良好に保つことが可能となる。

また、フィルム体１０の少なくとも１つを、ケース３の内部を透視し得るように、透明性の高い素材とすることもできる。これにより、例えば、ケース３の内部の、その透明性の高いフィルム体１０と対応する位置に、電池残量の表示装置を設けることによって、ケース３に電池残量の表示部を容易に形成することもできる。

通常は、電池パック１のケース３は密閉されているので、電池残量の検出部をケース３の内部に配置する場合には、検出部の出力信号をケース３の外部に設けた表示部に導出する回路設計が必要となる。一部のフィルム体１０を透明性の高い素材から形成することで、そのような回路設計が不要となる。

以上のように、上側分割体４及び下側分割体５の底部を、２以上のフィルム体１０から構成することにより、容易に、ケース３の各部位に特別の機能を付与することができる。また、ケース３の各部位の強度を、より適切なものに設定することも容易となる。

図５に、本実施形態の電池パックの変形例を拡大断面図により示す。この変形例においては、フィルム体１０と枠体６（図示例では、縦桟部１６）との接合部に、フィルム体１０の端部をケース３の内側に向かって折り曲げた折曲部１０ａを形成している。折曲部１０ａを縦桟部１６の側部と接合することにより、フィルム体１０が枠体６に接合される。この構成により、フィルム体１０と枠体６との接合強度を向上させることができる。

なお、本発明は、リチウムイオン二次電池に限らず、ニッケル−水素蓄電池等の二次電池、並びにアルカリマンガン乾電池、オキシライド乾電池、等の一次電池を使用した電池パックにも適用することができる。

本発明は、電池パックのケースを容易に薄型化することができるとともに、ケースの各部を、その部分により適した素材から構成することを可能とする。よって、携帯電子機器等、電池パックのケースが被装着装置の外側に露出して、被装着装置の外装面を構成しているタイプの電池パックに適用するのに特に好適である。

１…電池パック、
２…電池、
３…ケース、
４…上側分割体、
５…下側分割体、
６…枠体、
１０…フィルム体、
１２…外枠、
１４…横桟部、
１６…縦桟部、

Claims (6)

1. 電池と、前記電池を、外部に電力の供給が可能なように収納するケースとを備えた電池パックであって、
   前記ケースが、一対の分割体から構成されており、
   前記分割体が、底部、開口部、前記底部及び開口部の形状を規定する外枠、並びに前記外枠の内側に配される桟部材を含み、
   前記底部が、前記外枠及び前記桟部材の少なくとも一方と一体成形された複数のフィルム体から構成されており、前記桟部材が、前記複数のフィルム体の間に配置されている、電池パック。
2. 前記複数のフィルム体のうちの少なくとも１つの素材が、他のフィルム体と相異している、請求項１記載の電池パック。
3. 電力を使用する被装着装置に、電力を供給し得るように前記電池パックを装着させるための装着機構を備え、
   前記装着機構により前記電池パックが前記被装着装置に装着されたときに、前記少なくとも１つのフィルム体が、前記被装着装置と対向せず、外側面に露出する、請求項２記載の電池パック。
4. 前記少なくとも１つのフィルム体は、衝撃強度が、他のフィルム体よりも大きく、かつ前記被装着装置が平坦面の上に置かれたときに前記平坦面と接触する、請求項３記載の電池パック。
5. 前記少なくとも１つのフィルム体が、透明性を有している、請求項３記載の電池パック。
6. 前記ケース内部の、前記透明性を有しているフィルム体と対応する位置に、前記電池の放電可能電気量に関する情報を表示する表示部が設けられている、請求項５記載の電池パック。

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