JP2012079535A - パック電池 - Google Patents

Abstract

【課題】回路基板の小型・短縮化による生産コストの適切な低減を図りつつ、樹脂モールディングのヒケによる外観不良の発生を適切に防止し、良好な特性を有するパック電池を提供することを目的とする。
【解決手段】
パック電池１の封口板３１の上面において、Ｙ方向長の短い保護回路基板２０を配設し、さらに当該基板２０の一方のＹ方向端部から平板部２４０を延出させるようにリード板２４を配設する。平板部２４０と封口板３１は離間させた状態で、保護回路基板２０及びリード板２４等を樹脂モールディング１０で内包する。これにより樹脂塊領域１５を平板部２４０で分断し、ヒケによる外観不良の発生を防止する。
【選択図】図３

Description

本発明は、素電池に接続された保護回路基板等が樹脂モールディングで内包されたパック電池に関し、特に、樹脂モールディングのヒケ発生の防止技術に関する。

近年、繰り返し充電して使用可能な二次電池を素電池に用いたパック電池が広く普及している。パック電池は比較的高いエネルギー密度を有しており、ノートブック型パーソナルコンピュータ（ノートＰＣ）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。
代表的なパック電池は、直方体状の扁平な角型二次電池（リチウムイオン電池）を素電池とし、当該素電池に保護回路基板を電気的に接続した構成を持つ。保護回路基板は素電池の一端面上に配置され、当該基板上の外部接続端子を露出させながら、射出成形された樹脂モールディングの内部に内包される。素電池の表面は外装ラベルで被覆される。

近年のパック電池においては、製造コスト低減の要求に伴い、部品点数の削減や部品のサイズの縮小が図られる場合がある。保護回路基板については基板サイズを小型化したり、基板長さを短縮化する等の工夫が考えられている。

特開２００７−１７９８１２号公報 特開２０１０−１３５２５４号公報

しかしながら保護回路基板の長さを単に短縮すると、従来は保護回路基板が存在した領域を樹脂が占めるので、樹脂モールディング内部に比較的体積が大きい樹脂溜まり部（以下、「樹脂塊」と称する。）が形成される。ここで、射出成形された樹脂材料は時間経過に伴って体積収縮し、表面に凹部（ヒケ）を発生し、外観不良となる問題がある。ヒケの程度や発生頻度は樹脂体積に比例するので、保護回路基板の短縮を図って体積の大きな樹脂塊領域を形成すると、当該樹脂塊領域で樹脂モールディングの表面にヒケによる外観不良を発生する確率が高くなる。

ヒケの発生を防止・抑制する対策として、予め樹脂モールディング表面にディンプル部（凹部）を形成しておき、樹脂塊の体積増加を抑える方法が挙げられる。しかし、この方法はディンプル部を有するパック電池の形状に合わせて給電対象機器の構造も調節する必要があり、コストや手間を生じる。また、パック電池１の構造上の制約で当該方法を採用できない場合がある。さらに、この方法を採用すると樹脂モールディングの表面に凹部が形成されるので、美観を損ねるおそれもある。

本発明は以上の課題に鑑みてなされたものであって、回路基板の小型・短縮化による生産コストの適切な低減を図りつつ、樹脂モールディングのヒケによる外観不良の発生を適切に防止し、良好な特性を有する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、直方体状の扁平な素電池と、当該素電池の電極端子にリード板を介して接続され、素電池の一端面に沿って配された短冊状の回路基板と、前記素電池の一端面上で前記回路基板を内包する樹脂モールディングとを有するパック電池であって、前記リード板は平板部を有し、前記リード板及び前記回路基板を前記素電池の一端面の法線方向から見るとき、前記一端面に平行な一の方向において、前記回路基板の長さは前記素電池の長さよりも短く、前記リード板は前記一の方向に沿って、平板部が前記回路基板の端部より突出するように配され、且つ、平板部の主面が前記一端面と離間した状態で樹脂モールディングに内包されている構成とした。

ここで、前記リード板は、平板部から延長された接続部を有し、平板部が前記回路基板側に接続され、接続部が素電池側と接続されている構成とすることもできる。
この場合、前記リード板において、接続部は平板部の前記一の方向と交差する方向に延設され、且つ、平板部の主面に対向して折り返された状態でモールディング樹脂中に内包されている構成とすることもできる。

また、前記一の方向に沿った平板部の長さは、同方向における素電池の長さの２０％以上を占める構成とすることもできる。
また、樹脂モールディングはポリアミド樹脂で構成することもできる。

本発明に係るパック電池では、素電池の一端面に平行な一の方向において、保護回路基板の長さが素電池長さよりも短く、樹脂モールディングに比較的体積が大きい領域（樹脂塊領域）が存在する。この樹脂塊領域において、保護回路基板の端部から平板部を突出するようにリード板を配設する。このとき平板部は、前記一端面と一定距離をおいて対向するように配設されるため、樹脂モールディングの内部では、樹脂塊領域の内部に平板部が横断する構造となり、樹脂モールディングの表面にヒケを生じにくい。従って、保護回路基板の小型化・短縮化によるコストダウンを図っても、樹脂モールディングのヒケの発生を効果的に防止でき、外観不良の問題を抑制できる。

また、この本発明の効果は樹脂モールディングの表面にヒケ防止目的のディンプル部（肉盗み部）を設けなくても得られるため、樹脂モールディングの表面にディンプル部を設けた場合に、給電対象機器側の形状をパック電池の形状に合わせる制約も無くなる。
また、このような本発明の効果は、従来から用いられるリード板の構成を工夫することで得られるため、特別な部品を別途追加する必要がなく、比較的低コストで実現できる。

実施の形態１におけるパック電池の外観を示す斜視図である。 実施の形態１のパック電池の内部構成を示す展開図（組図）である。 樹脂モールディング充填前の素電池上面付近の構成を示す斜視図である。 樹脂モールディング充填前の素電池上面付近の構成を示す上面図である。 本発明の効果を示す、パック電池の部分断面図である。 従来の課題を示す、パック電池の部分断面図である。

以下に、本発明の実施の形態を説明する。なお、当然ながら本発明は以下の各構成に限定されず、本発明の技術的範囲を逸脱しない範囲で適宜変更することができる。
＜実施の形態１＞
（パック電池１の外観構成）
実施の形態に係るパック電池１の外観構成について、図１を用いて説明する。図１はパック電池１の外観図である。

図１に示すようにパック電池１は、Ｘ方向を厚み方向、Ｙ方向を幅方向、Ｚ方向を高さ方向とする、扁平な直方体状の外観形状を有する。パック電池１は、低温成形樹脂からなる樹脂モールディング１０と、素電池３０の周囲及び底面を覆う外装ラベル５０、素電池３０の底面を覆うボトムカバー４０を有している。
パック電池１上部に配された樹脂モールディング１０の表面には、並設された端子窓１２ａ、１２ｂ、１２ｃを通して外部接続端子２２ａ、２２ｂ、２２ｃが露出している。

（パック電池１の内部構成）
次に、パック電池１の内部構成について図２を用い説明する。図２は、パック電池１の内部構成を示す展開斜視図である。
図２に示すようにパック電池１は、素電池３０を主な構成要素とし、樹脂モールディング１０、保護回路基板２０、ボトムカバー４０、ラベル５０等を配設して構成されている。

素電池３０は、直方体状の扁平な角型の有底外装缶３２の内部に、正負両極板をセパレータを介して積層した電極体（不図示）と、これに含浸させる電解液が収納され、外装缶３２の開口部に封口板３１を嵌合した状態で、封口板３１の周縁を外装缶３２の開口部とレーザー溶接し、内部封止されてなる。素電池３０の一端面（上面）を構成する封口板３１の表面には、その中央部に正極端子３３、一方の端にＮｉ／Ａｌ材を積層したクラッド板３７（負極端子）、他方の端に安全弁３４がそれぞれ配されている。

外装缶３１及び封口板３１は、アルミニウム（Ａｌ）の合金材料からなるので、クラッド板３７はＡｌ側の面が封口板３１側と対向するように接合されている。
正極端子３３は、図示しない絶縁性のガスケットを用いて封口板３１側と絶縁されている。
安全弁３４は金属薄膜で構成され、素電池３０の異常内圧上昇時に破れて圧力解放を行い、素電池３０及びその周辺構成の破損抑制を図る。

ここで、素電池３０としては充電容量に優れる角型リチウムイオン二次電池を利用している。素電池３０の種類はこれに限定されず、ニッケル水素電池やニッケルカドミウム電池等、その他の二次電池を使用できる。
次に図３、図４は、それぞれ樹脂モールディング１０を省略したパック電池１の保護回路基板２０付近の構成を示す、斜視図と上面図である。

図３、４に示すように、保護回路基板２０は、ガラスやエポキシ樹脂等を含むコンポジット材料からなる短冊状の基板本体２１に対し、各種電気素子が実装されて構成される。そして封口板３１の上面に対して基板本体２１の主面が平行になるように、封口板３１近傍に配置される。保護回路基板２０の上面には、金属薄膜からなる一組の外部接続端子２２ａ、２２ｂ、２２ｃ及びテストポイント用端子２３ａ、２３ｂが形成され、樹脂モールディング１０の開口窓１２ａ、・・・を通して外部に露出される。保護回路基板２０の下面には、素電池３０の主面の平面方向に対して平行な一の方向（Ｙ方向）に沿った両端部において、図示しない導電ランドが形成され、各導電ランドにリード板２４、２５がそれぞれシリーズスポット溶接で電気接続されている。

次に図４に示すように、パック電池１を封口板３１の上面の法線方向から見るとき、保護回路基板２０は、外部接続端子２２ａ、・・・等の配置位置の都合上、Ｙ方向に沿って、クラッド板３７の上部方向にややオフセットされて配設される。さらに基板本体２１のＹ方向長さＬ３は、素電池３０のＹ方向長さＬ１の８０％以下程度（図４の例では７０％以下程度）まで短く設定されている。このような基板本体２１の小型・短縮化により、パック電池１の部品点数や材料を省略し、製造コストの低減が図られている。

リード板２４、２５は、通電性及び溶接特性に優れる板状の金属材料（ＮｉＰまたはＮｉ−Ｆｅ−Ｎｉクラッド材）からなる。それぞれ帯状の本体部２４０、２５０と、これに交差する方向に延出された接続部２４１、２５１を有し、全体としてＬ字型の金属部材（展開状態）として構成されている。接続部２４１、２５１は本体部２４０、２５０の主面と対向するように折り返され、それぞれリード端子２７、クラッド材３７とシリーズスポット溶接で電気接続される。

ここで、リード板２４は図３、４に示すように、保護回路基板２０のＹ方向一端部から同方向に沿って延出され、延出方向下流側で接続部２５を封口板３１側に折り返して配設されている。これにより、Ｙ方向に沿った保護回路基板２０及びリード板２４の合計長さ（Ｌ２＋Ｌ３）が、素電池３０のＹ方向長Ｌ１と同等以下に設定される。このうち平板部２４０のＹ方向長さＬ２は、一例として、素電池３０のＹ方向長さＬ１の（約１５％）、Ｙ方向に沿った保護回路基板２０及びリード板２４の合計長さ（Ｌ２＋Ｌ３）の（約１８％）を占める。このようにパック電池１では、保護回路基板２０の短縮化が図られた分に相当するＹ方向長さを、リード板２４の平板部２４０のＹ方向長さで補うように構成される。なお、リード板２４の部材コストは基板本体２１の部材コストより十分低いため、平板部２４０のＹ方向長さを延長しても、それほどコスト高にはならない。

正極端子３３及びリード板２４には、リード端子２６、２７を介して安全素子（ＰＴＣ素子３６）がダイレクトスポット溶接で電気接続されている。
ＰＴＣ素子３６は、パック電池１の充放電時において、万一、素電池３０が過度に温度上昇した際に通電を遮断する。素電池３０にＰＴＣ素子３６を取り付ける際には、リード端子２７が封口板３１側と接触して短絡を起こしたり、安全弁３４が樹脂モールディング１０で閉塞されて作動不良を起こさないように、封口板３１との間に絶縁板３５を配設し、この上にＰＴＣ素子３６を載置する。

絶縁板３５は各種樹脂材料で構成できるが、耐熱性があり、樹脂モールディング１０の成形時に変形しない程度の強度を持つことが望ましく、好適な材料としてポリカーボネート（ＰＣ）樹脂等が挙げられる。
このような保護回路基板２０（端子２２ａ、・・・等を除く領域）、リード板２４、２５、リード端子２６、２７、ＰＴＣ素子３６、正極端子３３、クラッド板３７、絶縁板３５及び封口板３１及びを内包するように、樹脂モールディング１０が配される。

樹脂モールディング１０の具体的な配設方法としては、製造時において、樹脂モールディング１０に相当する空間が開けられた成形金型に保護回路基板２０等を接続した素電池３０を収納する。この状態で、低温溶融樹脂（いわゆるホットメルト樹脂。例えばポリアミド（ＰＡ）樹脂など）を射出成形して配設される。成形金型の形状を設計することで、射出成形時に樹脂モールディング１０に外部接続端子２２ａ、２２ｂ、２２ｃを露出させる端子窓１２ａ、１２ｂ、１２ｃと、テストポイント端子２３ａ、２３ｂを露出させる端子窓１３が形成される。なお端子窓１３は、パック電池１の出荷前に所定のテストを行った後、ラベル１４により塞がれて絶縁される（図１参照）。

ボトムカバー４０はポリカーボネート（ＰＣ）樹脂等からなる板体であり、素電池３０の底面に配され、パック電池１に対して落下等の衝撃を緩和したり、絶縁性を確保する目的で配される。ボトムカバー４０はポリエーテルスルフォン（ＰＥＳ）等の接着剤を用いて外装缶３２の底面に貼着することができる。
外装ラベル５０は合成紙又はＰＰ等の樹脂フィルムからなり、外装缶３２の上面を除く各表面（底面については、ボトムカバー４０が配された状態で）を被覆する。これにより外装缶３２の表面を外部から絶縁するとともに、外装缶３２に不要な薬液や水分の付着を防止して電蝕の発生を抑制する。外装ラベル５０の表面には、素電池の定格や取り扱い方法等の情報が記載される。
（パック電池１におけるリード板２４の効果について）
図５は、図１におけるパック電池１のＡ−Ａ’矢視断面図を示す。図中、素電池３０内部の構成は省略している。図６は、図５の構成に相当する、従来のパック電池（従来型リード板２４Ａ及びその周辺の樹脂モールディング１０以外の構成は同一）の断面図である。

図６のように保護回路基板２０の小型・短縮化が図られた従来のパック電池１では、Ｙ方向に沿って、保護回路基板２０の長さが素電池３０の長さよりも短くなるため、保護回路基板２０が封口板３１上のクラッド板３７寄りの位置に偏る場合がある。この場合、封口板３１上の絶縁板３５寄りの位置には、保護回路基板２０が無いため、体積の比較的大きな樹脂塊領域１５Ａが形成される。このような樹脂塊領域１５Ａが存在すると、当該領域１５Ａの表面でヒケの発生が顕著になり、外観不良の問題を誘発する。発生しうる樹脂塊領域１５Ａの規模は保護回路基板２０の小型・短縮化の程度に比例して増大するため、一層、ヒケによる外観不良の問題が大きくなる。

これに対して本実施の形態１のパック電池１では、樹脂塊領域１５の内部を横断するようにリード板２４の平板部２４０を配設する（図５）。これによって樹脂塊領域１５が封口板３１の主面に垂直な方向（Ｚ方向）に２つの領域にわたって分断される。ここで、ヒケの程度（規模や深さ）は樹脂体積に比例するため、樹脂塊領域１５が平板部２４０で分断されることで、平板部２４０上に位置する樹脂の体積が樹脂塊領域１５全体の樹脂体積に比べて小さくなり、ヒケの発生が抑制される。その結果、良好な外観のパック電池１を得ることが可能となる。なお、この効果を良好に得るためには樹脂塊領域１５中の樹脂体積を効率的に分断する目的で、平板部２４０が樹脂塊領域１５のなるべく中央部を通らせることが好適である。

このような工夫によりパック電池１では、樹脂モールディング１０の表面にヒケ防止のためのディンプル部（肉盗み部）等を形成しなくてもよいため、パック電池１の外観形状を設計する際の自由度を向上できる。よって、給電対象機器のパック電池１取り付け部分の形状をディンプル部に合わせて設計する制約が無くなる。
また、このようなパック電池１の効果は、従来のパック電池に対して特別な構成要素を追加する必要がなく、主にリード板の形状を工夫することで実現可能であり、低コストで実現できる利点を有している。

以上の本発明の効果は、保護回路基板２０のＹ方向長さＬ３が素電池３０のＹ方向長さＬ１の８０％以下（言い換えると基板のＹ方向長さＬ２がＬ１の２０％以上）を占める程度まで保護回路基板２０の短縮化を図った場合に、特に良好に期待できる。
＜その他の事項＞
実施の形態１のパック電池１では、平板部２４０の主面を封口板３１の上面と完全に平行にしなくてもよい。実際に生じうる製造誤差を考慮すると、平板部２４０の主面は封口板３１の上面に対して数°〜１０°程度傾斜していてもよい。しかしながら傾斜角度が大きくなると、樹脂モールディング１０の射出成形時における樹脂流れが悪くなるので留意する。

上記実施の形態１に係るパック電池１では、一つの素電池３０を内蔵する構成を例示したが、複数の素電池を内蔵するパック電池にも本発明を適用することができる。
また、保護回路基板２０及びリード板２４０を取り付ける素電池３０の端面は、封口板３１が配された端面（すなわち封口板３１の上面）に限定されず、これ以外の素電池３０の端面（例えばＸＺ平面に沿った２側面のいずれか）であってもよい。

また、安全素子はＰＴＣ素子３６に限定されず、これ以外の安全素子を用いてもよい。例えばＮＴＣ（Ｎｅｇａｔｉｖｅ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）素子や温度ヒューズ素子などの感熱素子、さらには他の電池制御に用いられる種々の電気素子が挙げられる。
本発明は、ディンプル部を設けなくても樹脂モールディングのヒケ防止対策を図れる点において大きな効果を発揮するが、ディンプル部を設けても問題ない場合には、樹脂塊領域に対応する樹脂モールディングの表面に所定形状のディンプル部（肉盗み部）を形成することができる。この場合はディンプル部とリード板の平板部の併用により、一層、良好なヒケ防止効果を期待できる。この場合、本発明では従来に比べて比較的規模の小さいディンプル部を形成するだけで、十分なヒケ防止対策を図ることができる。

上記実施の形態１では、絶縁板３５の上方にリード板２４の平板部２４０を設け、これによって樹脂塊領域１５の体積を分断させる構成を例示した。さらに本発明では、保護回路基板２０のＹ方向長さが十分に短く、クラッド板３７の上方にも樹脂塊領域が存在する場合には、保護回路基板２０のＹ方向端部からリード板２５の平板部２５０を延出させ、クラッド板３７上方に平板部２５０を位置させることで、クラッド板３７の上方の樹脂塊領域においてもヒケの発生防止を図ることが可能である。

本発明では、素電池に対して配設する基板を保護回路基板に限定するものではなく、これ以外の回路基板を配設することもできる。

本発明に係るパック電池は、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、トランシーバー等の小型電子機器の主電源として幅広く利用できる。或いは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も適応できる。
本発明は、いずれの用途においても、高い外観品質を有するパック電池を実現するのに有効である。

１ パック電池
１０ 樹脂モールディング
１１ 樹脂モールディングの上面
１２ａ、１２ｂ、１２ｃ 端子窓
１５ 樹脂塊領域
１５Ａ 樹脂塊領域（ヒケ発生領域）
２０ 保護回路基板
２１ 基板本体
２２ａ、２２ｂ、２２ｃ 端子
２４、２４Ａ、２５ リード板
３０ 素電池
３１ 封口板
３２ 外装缶
３３ 正極端子
３６ ＰＴＣ素子
３７ クラッド板
４０ ボトムカバー
５０ 外装ラベル
２４０、２５０ 平板部
２４１、２５１ 接続部

Claims (5)

1. 直方体状の扁平な素電池と、当該素電池の電極端子にリード板を介して接続され、素電池の一端面に沿って配された短冊状の回路基板と、前記素電池の一端面上で前記回路基板を内包する樹脂モールディングとを有するパック電池であって、
   前記リード板は平板部を有し、
   前記リード板及び前記回路基板を前記素電池の一端面の法線方向から見るとき、前記一端面に平行な一の方向において、前記回路基板の長さは前記素電池の長さよりも短く、
   前記リード板は前記一の方向に沿って、平板部が前記回路基板の端部より突出するように配され、且つ、平板部の主面が前記一端面と離間した状態で樹脂モールディングに内包されている
   ことを特徴とするパック電池。
2. 前記リード板は、平板部から延長された接続部を有し、
   平板部が前記回路基板側に接続され、接続部が素電池側と接続されている
   ことを特徴とする、請求項１に記載のパック電池。
3. 前記リード板において、接続部は平板部の前記一の方向と交差する方向に延設され、
   且つ、平板部の主面に対向して折り返された状態でモールディング樹脂中に内包されている
   ことを特徴とする、請求項２に記載のパック電池。
4. 前記一の方向に沿った平板部の長さは、同方向における素電池の長さの２０％以上を占める
   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。
5. 前記樹脂モールディングはポリアミド樹脂からなる
   ことを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載のパック電池。

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