JP2013541826A - 低抵抗バッテリーパック相互連結を含む充電式バッテリーパック - Google Patents

Abstract

少なくとも１つの電極及びこの電極と電気的に接続された少なくとも１つの端子を備えた少なくとも１つのバッテリーと、この少なくとも１つのバッテリーと電気的に接続された電気回路を有する少なくとも１つの層を含むプリント回路基板（ＰＣＢ）であって、少なくとも１つのバッテリーとの電気的接続のための少なくとも１つのＰＣＢ相互連結を含むプリント基板と、少なくとも１つのＰＣＢ相互連結及びバッテリーの少なくとも１つの端子と電気的に接続された少なくとも１つのバッテリーパック相互連結と、を含む、バッテリーパック。ＰＣＢ相互連結は、その内部に形成された、導電性の内表面を有するＰＣＢ相互連結開口を含み、この内表面は、この内表面とバッテリーパック相互連結との間の直接的な電気的接続のためにバッテリーパック相互連結を受容するように構成される。

Description

本発明はバッテリーパックに関する。より具体的には本発明は、両方ともバッテリーパック内にあるプリント回路基板（ＰＣＢ）と充電式電池との間に、少なくとも１つの低抵抗相互連結を用いるバッテリーパックに関する。

今日、携帯用電子装置、例えば携帯電話、ノート型パソコン、ビデオカメラ、デジタルカメラ、デジタルオーディオプレーヤー等に電力を供給するために、バッテリーパックが広く用いられている。充電式（又は「二次」）電池、すなわち、放電させた後に再度充電することによって再使用することが可能な電池が、携帯用電子装置において便利に用いられる。このような「再充電可能」特性があるために、充電式バッテリーは、使い切り（又は「一次」）バッテリー、すなわち、１回放電したら捨てられてしまう設計のバッテリーよりも魅力的な選択肢となる場合が多い。

従来の充電式バッテリー、例えばリチウムイオンバッテリーは、通常、陽極、陰極、これら両電極間のセパレータ、及び電解質（これらはすべて、密閉部を有するハウジング内に配設される）を含む。ハウジングはプリント回路基板（ＰＣＢ）に電気的に接続されてよく、このＰＣＢは、過充電又は放電を防止し、バッテリーの放電特性を監視し、装置又は充電器にバッテリーＩＤを提供するなどの機能を有する電子部品を含み得る。ＰＣＢは通常、電池の充電又は放電に際してハウジングと外部装置との間に電気経路を形成する回路を含む。バッテリーの電極と電気的に接続してタブが溶接されることがある。このタブがあることで一般にバッテリーの設計及び製造プロセスの複雑度が増し、またこのタブのために、完成バッテリーの電気抵抗が増大することもある。

急速に拡大成長する携帯電子装置市場において増大した電力需要を満たすことが可能なバッテリーパックを提供することが、必要とされている。このため、抵抗損失を最小化することでパック内の充電式バッテリーの充電及び放電がより有効かつ効率的に行えるようにした、低抵抗のバッテリーパック相互連結を発明した。本発明により、充電式バッテリーの充放電特性が向上するものと考える。更に、本発明によって製造プロセスの複雑度が低下する結果、生産速度及び効率が上昇し得る。

一態様では、本発明は、少なくとも１つの充電式バッテリーを含むバッテリーパックを目的とする。バッテリーは、少なくとも１つの電極、及び、この少なくとも１つの電極に電気的に接続された少なくとも１つの端子を有する。この少なくとも１つの端子は、電池接触板と電気的に接続された電池接点を含んでよく、電池接触板は、バッテリーの少なくとも１つの電極と電気的に接続している。

バッテリーパックは更に、バッテリーと電気的に接続された電気回路を有する少なくとも１つの層を含む、プリント回路基板（ＰＣＢ）を備える。ＰＣＢは、ＰＣＢ相互連結開口を含むＰＣＢ相互連結を備える。ＰＣＢ相互連結開口は、導電性でＰＣＢの少なくとも１つの層に電気結合され得る内表面を有する。このＰＣＢ相互連結開口の導電性内表面は、好適なめっき及び導電率特性を有する任意の好適な導電性材料、例えばニッケル、金、銅、導電性合金等によってコーティングされてよい。このような導電性材料は、当該技術分野において既知の任意の好適な手段、例えばめっき、物理気相蒸着等を使用して、内表面に付着させ得る。

バッテリーパックは、バッテリーの少なくとも１つの端子と電気結合した、少なくとも１つのバッテリーパック相互連結を含む。バッテリーパック相互連結は、ＰＣＢ相互連結と直接的な電気的接続状態となるように構築構成される。これは、ＰＣＢ相互連結開口及びバッテリーパック相互連結を、ＰＣＢ相互連結開口がその内部にバッテリーパック相互連結を受容して両者間に確実な電気的接続が得られるように構築構成することによって、達成できる。

ＰＣＢ相互連結とバッテリーパック相互連結との間のこのような直接的な電気的接続は、バッテリーパック相互連結の外表面とＰＣＢ相互連結開口の内表面との間に生じる機械的摩擦を利用した単純な導電接続によって形成し得る。バッテリーパック相互連結は、例えば、ＰＣＢ相互連結開口内に挿入された場合に導電性の内表面を有する同開口内に密に嵌合することによって、バッテリーパック相互連結とＰＣＢとの間に確実な直接的な電気的接続をもたらす、ピン、又はリベットを含み得る。ピンは任意の好適な形状又は構造を有してよい。例えば、ピンは、対応するＰＣＢ相互連結開口内表面の内側に嵌合するように、円筒形、円錐形、角柱状、又は角錐状の外表面を有し得る。スプリット若しくは中空ピン、又はこれらの組み合わせもまた、用い得る。加えて、ピンのスプリット又は中空開口に挿入する楔を用いることによって、ＰＣＢ相互連結開口内部のピンを固定することも可能である。

代替的又は追加的に、はんだ付け、溶接、融接、電気抵抗溶接、レーザー溶接、超音波溶接等によりバッテリーパック相互連結の外表面をＰＣＢ相互連結開口の内表面に取り付けることによって、ＰＣＢ相互連結とバッテリーパック相互連結との間の直接的な電気的接続を形成することも可能である。任意の好適な導電性接着剤を用いた導電接着もまた、利用可能である。上述したバッテリーパック相互連結のＰＣＢ相互連結開口内への固定又は取り付け例は、単なる例として解釈されるべきである。ＰＣＢ相互連結とバッテリーパック相互連結との間の上述したタイプの電気的接続により、両者間に確実な低抵抗電気的接続が得られると考える。その他の確実な接続構成、例えば、さまざまないわゆるスナップオン（又はスナップイン）設計なども、単独又は上述したものとの組み合わせで用い得る。

当業者であれば、ＰＣＢ相互連結とバッテリーパック相互連結との間の直接的な電気的接続を確保するその他の任意の手段も本発明の範囲内にあることは理解されよう。同様に、バッテリーパック相互連結は、例えばはんだ付け、溶接、融接、電気抵抗溶接、レーザー溶接、超音波溶接、又は導電接着によってバッテリーの少なくとも１つの端子に取り付けられ得る。

バッテリーパック相互連結は、単一の一体構造からなり得る。リベットを含むバッテリーパック相互連結の実施形態では、ピンは、はんだ付け、溶接、融接、電気抵抗溶接、レーザー溶接、超音波溶接、又は導電接着を含むがこれらに限定されない、当該技術分野において既知の任意の手段によって、電池接点又は電池接触板に取り付けられ得る。

バッテリーパック相互連結は、例えばニッケル、ニッケルめっき鋼、銅、銅めっき鋼、アルミニウム、アルミニウムめっき鋼、及びこれらの混合物を含む任意の好適な導電材料からなってよい。

本発明のバッテリーパックは、複数のＰＣＢ相互連結、及びこれに対応する複数のバッテリーパック相互連結を有し得る。例えば一実施形態においては、２つのＰＣＢ相互連結、及び対応する２つのバッテリーパック相互連結が存在する。

別の態様では、本発明は、少なくとも１つの充電式バッテリーを備えプリント回路基板（ＰＣＢ）と直接電気的に接続するためのバッテリーパック相互連結を含むバッテリーパックのためのＰＣＢであって、少なくとも１つの層と、このＰＣＢの少なくとも１つの層に電気結合する導電性内表面を有する、少なくとも１つのＰＣＢ相互連結開口と、を含む、ＰＣＢを目的とする。ＰＣＢ相互連結開口は、その中にバッテリーパック相互連結を受容することでＰＣＢとバッテリーパック相互連結との間の直接的な電気的接続を得るように構築構成される。ＰＣＢ相互連結開口の導電性内表面は、任意の好適な導電性コーティング材料、例えば、ニッケル、金、銅、導電性合金、及びこれらの混合物からなる群から選択される導電材料を用いることによって、形成することができる。

充電式バッテリー、プリント回路基板（ＰＣＢ）、及び低抵抗のバッテリーパック相互連結を含み、ＰＣＢが１つの相互連結開口を備える、本発明によるバッテリーパックの一実施形態の概略斜視図。 図１に示した実施形態の概略平面図。 図１に示した実施形態の概略正面図。 図２Ａに示した実施形態の部分概略図。 図２に示した実施形態と類似の実施形態の概略平面図。 図３に示した実施形態の概略正面図。 図３Ａに示した実施形態の部分概略図。 充電式バッテリー、プリント回路基板（ＰＣＢ）、及び低抵抗のバッテリーパック相互連結を含み、ＰＣＢが２つの相互連結開口を備える、本発明によるバッテリーパックの一実施形態の概略平面図。 図４に示した実施形態の概略正面図。 図４Ａに示した実施形態の部分概略図。 本発明のバッテリーパック相互連結に用い得る中空スプリットピンの概略斜視図。 本発明のバッテリーパック相互連結に用い得る中実ピンの概略斜視図。 本発明のバッテリーパック相互連結に用い得る溝付きピンの概略斜視図。 本発明のバッテリーパック相互連結に用い得るすり割り付きのピンの概略斜視図。 本発明のバッテリーパック相互連結に用い得る、中心孔を備えた、２つのすり割り付きのピンの概略斜視図。 本発明のバッテリーパック相互連結に用い得る、傾斜したロックを備えた、２つのすり割り付きのピンの概略斜視図。 ＰＣＢの一部と共に示す、中空ピンを含むバッテリーパック相互連結の一実施形態の概略斜視図。 図６Ａに示した実施形態の概略斜視図であり、ＰＣＢ相互連結内に配設されてこのＰＣＢ相互連結との間に直接的な電気的接続を得るバッテリーパック相互連結を示している。 ＰＣＢの一部と共に示す、傾斜したロックを備えた２つのすり割り付きのピンを含む、バッテリーパック相互連結の一実施形態の概略斜視図。 図７Ａに示した実施形態の概略斜視図であり、ＰＣＢ相互連結内に配設されてこのＰＣＢ相互連結との間に直接的な電気的接続を得るバッテリーパック相互連結を示している。 ＰＣＢの一部と共に示す、中実ピン及びスプリングナットを含むバッテリーパック相互連結の一実施形態の概略斜視図。 図８Ａに示した実施形態の概略斜視図であり、ＰＣＢ相互連結内に配設されてこのＰＣＢ相互連結との間に直接的な電気的接続を得るバッテリーパック相互連結を示している。 止まり開口を備えたＰＣＢ相互連結の一実施形態を含むＰＣＢの一部と共に示す、中実ピン及びスプリングナットを含むバッテリーパック相互連結の一実施形態の概略斜視図。 図９Ａに示した実施形態の概略斜視図であり、ＰＣＢ相互連結内に配設されてこのＰＣＢ相互連結との間に直接的な電気的接続を得るバッテリーパック相互連結を示している。 止まり開口を備えたＰＣＢ相互連結の一実施形態を含むＰＣＢの一部と共に示す、溝付きピン及びスプリングクリップを含むバッテリーパック相互連結の一実施形態の概略斜視図。 図１０Ａに示した実施形態の概略斜視図であり、ＰＣＢ相互連結内に配設されてこのＰＣＢ相互連結との間に直接的な電気的接続を得るバッテリーパック相互連結を示している。 止まり開口を備えたＰＣＢ相互連結の一実施形態を含むＰＣＢの一部と共に示す、放射状に広がるすり割り付きピン及び楔を含むバッテリーパック相互連結の一実施形態の概略斜視図。 図１１Ａに示した実施形態の概略斜視図であり、ＰＣＢ相互連結内に配設されてこのＰＣＢ相互連結との間に直接的な電気的接続を得るバッテリーパック相互連結を示している。 止まり開口を備えたＰＣＢ相互連結の一実施形態を含むＰＣＢの一部と共に示す、放射状に広がる２つのすり割り付きのピン及びマンドレルを含むバッテリーパック相互連結の一実施形態の概略斜視図。 図１２Ａに示した実施形態の概略斜視図であり、ＰＣＢ相互連結内に配設されてこのＰＣＢ相互連結との間に直接的な電気的接続を得るバッテリーパック相互連結を示している。 充電式バッテリー、追加的なプリント回路基板（ＰＣＢ）支持体により支持されるＰＣＢ、及び低抵抗のバッテリーパック相互連結を含む、本発明によるバッテリーパックの一実施形態の概略斜視図。 充電式バッテリー、追加的なプリント回路基板（ＰＣＢ）支持体により支持されるＰＣＢ、及び低抵抗のバッテリーパック相互連結を含む、本発明によるバッテリーパックの一実施形態の概略斜視図。 充電式バッテリー、追加的なプリント回路基板（ＰＣＢ）支持体により支持されるＰＣＢ、及び低抵抗のバッテリーパック相互連結を含み、追加的なＰＣＢ支持体がバッテリーを部分的に包囲する枠を含む、本発明によるバッテリーパックの一実施形態の概略斜視図。

図１に示すバッテリーパックの一実施形態では、充電式バッテリー１００が、少なくとも１つの低抵抗バッテリーパック相互連結６６を介してプリント回路基板（ＰＣＢ）２００に電気的に接続される。

バッテリー１００は、第１の電極１２、第２の電極１６、これらの電極１２、１６間に配設されたセパレータ１４、及び電解質（通常は少なくとも１つの有機溶媒中に溶解した少なくとも１つの塩を含む）を備え、これらはいずれもハウジング１０内に配設される。電極１２、１６及びセパレータ１４によって電極アセンブリ１８が形成されるが、これは任意の好適な構造又は形状、例えば積層型電極アセンブリ又は巻き取り型電極アセンブリを形成するように構成してよく、後者を通例「ジェリーロール」構成と称し、これを図１に示す。便宜上、本明細書では第１の電極１２を陽極、第２の電極１６を陰極と称することがある。しかしながら電極１２、１６の極性は、バッテリー１００の充電又は放電状態に応じて入れ替わり得る。更に、バッテリー１００を電力供給源とする装置の設計によっては、この装置に電力を供給するために電極１２、１６の極性を適合させることが必要となる場合もある。

電極１２、１６は、当該技術分野において既知の任意の手段によって形成してよい。例えば、陽極１２は正の活性材料を、例えばアルミニウム等からなる陽極集電器に付着させることによって形成し得る。陰極１６は、例えば、負の活性材料を例えばアルミニウム、銅等からなる陰極集電器に付着させることによって形成し得る。電極１２、１６のいずれも、電極活性材料を含む部分と電極活性材料を含まない部分とを含み得る。活性材料を欠く領域は「無質量域」又はＭＦＺと称することができる。

第１の電極タブ２０を、例えば陽極１２のＭＦＺに取り付けることによって第１の電極１２及びハウジング密閉部５０に電気的に接続することで、電流を搬送するようにし得る。この電気的構成のハウジング密閉部５０を、バッテリー１００の第１の端子と称することができる。第２の電極タブ２２を、例えば陰極のＭＦＺに取り付けることによって第２の電極１６及び電池接触板４０に接続することで、電流を搬送するようにし得る。第１の電極タブ２０を陽極タブと称してもよく、また第２の電極タブ２２を陰極タブと称してもよい。

これらの電極タブは、任意の好適な材料、例えばニッケルから製作することができ、対応する電極のＭＦＺに、当該技術分野において既知の任意の手段、例えば溶接、はんだ付け等によって取り付け得る。溶接技術の例としては、超音波溶接、レーザー溶接、融接、及び電気抵抗溶接が挙げられるが、これらに限定されない。電極タブはまた、対応する集電器の一体的構成要素をなしてもよい。ＭＦＺは、コーティング済みの集電器から削除又は切除するようにしてもよい。陽極タブ２０はハウジング密閉部５０に、陰極タブ２２は電池接触板４０に、それぞれ例えば溶接（この例については上に列記した）、はんだ付け、導電性接着剤による接着等により取り付け得る。第１及び第２の電極１２、１６間の短絡を防止するために、絶縁テープ（図示せず）を陽極タブ２０及び陰極タブ２２それぞれの周り、これらの電極タブがジェリーロール電極アセンブリ１８から外側に引き出される可能性のある境界に巻いてもよい。

セパレータ１４は、電極１２、１６間に介在することで両電極間の短絡を防止するが、これは任意の好適な材料、例えば熱可塑性樹脂から形成し得る。好適なセパレータ材料としては、押出成形又は鋳造による微小多孔性のフィルム又は膜が挙げられるが、これらに限定されない。セパレータ１４はポリプロピレン、ポリエチレン、ポリビニリデン等の材料からなり得るが、これらに限定されない。

バッテリー１００のハウジング１０は、任意の好適な材料、例えば任意の好適な金属からなり得る。ハウジング１０は可撓性の金属、例えばアルミニウム、アルミニウム合金、ステンレス鋼、ニッケルめっき鋼（先めっき又は後めっき）等から形成し得る。ハウジング１０は、例えば上部の開いた好適な容積構造を有してよく、角柱、円筒、楕円などの形状を有しても、角を丸めた多角形構造、又はその他、任意の好適な形状を備えてもよい。ハウジング１０は、電極アセンブリ１８、電解質、及び電極アセンブリ１８上に配置されたがいし３０を包含するのに十分な寸法を有する必要がある。ハウジング密閉部５０は、ハウジング１０の開いた上部に取り付けられて、ハウジング１０内の電極アセンブリ１８を密封する。ハウジング密閉部５０は、その中に電池接点６０が挿入され得る電池接点開口６３、ハウジング内部に電解質を注入するための経路を提供するために形成される電解質注入口５２、及びバッテリー１００内部の圧力がある所定の閾値を超えて上昇した場合に壊れて気体を放出するために形成される脱気孔５６を含み得る。注入口栓５４を電解質注入口５２内に挿入することによって、これを閉じることができる。

ハウジング密閉部５０上に形成される電池接点開口６３に、電池接点絶縁体６２を組み合わせてもよい。電池接点絶縁体６２は、ポリプロピレン、ポリエチレン、パーフルオロエトキシ等の材料からなってよい。電池接点絶縁体６２は更に、その中央に開口を備え、この電池接点絶縁体６２の開口を通して電池接点６０を電池接点開口６３内に嵌入できるようにしてもよい。電池接点６０はハウジング密閉部５０を貫通して電池接触板４０に接続され得る。この電気的構成の電池接点６０を、バッテリー１００の第２の端子と称することができる。

電池接触板絶縁体４２を、ハウジング密閉部５０の下、例えばがいし３０とハウジング密閉部５０との間に配置してもよく、これにより電池接触板４０の外表面が絶縁され得る。この電池接触板絶縁体４２は、ポリプロピレン、ポリエチレン、パーフルオロエトキシ等の材料からなってよい。電池接触板絶縁体４２は、これを貫通する開口を備えてよく、これにより、電池接点６０が電池接触板絶縁体４２を貫通して電池接触板４０に接続され得る。

電池接触板４０は、電池接触板絶縁体４２の下、例えばがいし３０と電池接触板絶縁体４２との間に配置してよい。電池接触板４０はニッケル、ニッケルめっき鋼（先又は後めっき）、銅、これらの合金等の材料からなってよい。電池接触板４０は、第２の電極１６への電気的接続を容易にするための導電材料を含んでよく、これによって電気経路が形成される。電池接触板４０の下表面は第２の電極タブ２２に電気的に接続されてよい。この構成では、バッテリーパック相互連結６６は第２の電極１６と同一の極性を有し得る。

がいし３０は電極アセンブリ１８上、例えば電極アセンブリ１８とハウジング密閉部５０との間に配置されてよい。がいし３０は、ポリプロピレン、ポリエチレン、パーフルオロエトキシ等の材料からなってよい。このがいし３０により、バッテリー１００の組み立て時に電極アセンブリが動いてしまうのを防止し、又はその動きを最小限に留めることが可能である。がいし３０はタブ溝３６及びタブ開口３２を含んでよく、これらが、第１の電極タブ２０と第２の電極タブ２２との相互間を所定の間隔に保たつことで両タブ間の短絡防止を可能にするとともに、第１の電極タブ２０及び第２の電極タブ２２が外側に突出する際にはこれらの電極タブのガイドともなり得る。がいし３０は、それを通して電解質がハウジング１０内に注入され得る経路を提供するために形成される、注入開口３４を備えてよい。

電池接点ピン、すなわちピン６４を、組み立てられたバッテリー１００の電池接点６０に取り付けてよい。電池接点ピン６４及び電池接点６０は、ニッケル、ニッケルめっき鋼（先又は後めっき）、銅、銅めっき鋼（先又は後めっき）、アルミニウム、アルミニウムめっき鋼（先又は後めっき）、これらの合金等の材料から製作され得る。電池接点ピン６４及び電池接点６０を併せて、バッテリーパック相互連結６６と称し得る。電池接点ピン６４は、組み立てられたバッテリー１００の第１の電極１２、第２の電極１６、又は両電極１２、１６と、電気的に接続され得る。

図１は、電池接点６０及び電池接触板４０を介して第２の電極１２に電気的に接続される１つの電池接点ピン６４を含む、角柱形バッテリーパックの非限定的な例を示す。バッテリーパックの形状は他の形、例えば円筒形設計によるものなどを取り得ることは理解されるべきである。電池接点ピン６４は、この電池接点ピン６４と電池接点６０、ハウジング１０、又は溶接板７２との結合に最適な材料から製作される必要がある。非限定的な例として、ニッケル製の電池接点６０であれば、ニッケル又は銅製の電池接点ピン６４との組み合わせが最適であり得るといえる。

電池接点ピン６４は、任意の好適な構成からなってよい。図５Ａ〜図１２に、ピン６４の例示的であって限定的ではない構成をいくつか、単独で、またＰＣＢ ２００及びＰＣＢ相互連結２０５と共に、概略的に示す。図５Ａ〜図５Ｆはそれぞれ、中空スプリットピン、中実ピン、溝付きピン、すり割り付きのピン、中心孔を備えた２つのすり割り付きのピン、及び傾斜したロックを備えるピンを含む、バッテリーパック相互連結６６を示す。これらのピン６４は、スプリットの有無にかかわらず、平らなシート材料を巻いて管状にすることで形成し得る。中実ピン６４については、鍛造、旋盤加工、又は鋳造によって形成し得る。

図６Ａは、中実又は中空ピン６４を含むバッテリーパック相互連結６６の実施形態をＰＣＢ ２００の一部と共に示したものであり、図６Ｂは図６Ａに示した実施形態を示すが、ここではバッテリーパック相互連結６６がＰＣＢ相互連結２０５内に配設されて両者の間に直接的な電気的接続が形成されている。ＰＣＢ相互連結開口２０７は貫通開口であってよい。

図７Ａは、傾斜したロックを備えた２つのすり割り付きのピン６４を含むバッテリーパック相互連結６６の実施形態をＰＣＢ ２００の一部と共に示したものであり、図７Ｂは図７Ａに示した実施形態を示すが、ここではバッテリーパック相互連結６６がＰＣＢ相互連結２０５内に配設されて両者の間に直接的な電気的接続が形成されている。この傾斜したロックを備えた２つのすり割り付きのピンは、中央のピンにより広げる、すなわち放射状に変形させることで、ＰＣＢ相互連結開口２０７内（これは貫通開口であってよい）に密に嵌合させることが可能である。その場合、これらの要素がピン６４の傾斜面において軸方向に押圧されることによって傾斜ピンが変形し、これによってピンは自ら所定の位置に固定されて、ＰＣＢ ２００とバッテリーパック相互連結６６との間の電気的接続を確実にする。

図８Ａは、スプリングナット６４ａを備えた中実ピン６４を含むバッテリーパック相互連結６６の実施形態をＰＣＢ ２００の一部と共に示したものであり、図８Ｂは図８Ａに示した実施形態を示すが、ここではバッテリーパック相互連結６６がＰＣＢ相互連結２０５内に配設されて両者の間に直接的な電気的接続が形成されている。突出したピン６４をスプリングナット６４ａに挿入し、ＰＣＢ ２００と接触させて押圧することにより、ＰＣＢ ２００とバッテリーパック相互連結６６との間に確実な電気接触が得られる。

図９Ａは、中実ピン６４及び第２のスプリングナット６４ｂを含むバッテリーパック相互連結の実施形態を、ＰＣＢ相互連結開口２０７を備えたＰＣＢ相互連結２０５の実施形態を含むＰＣＢ ２００の一部と共に示したものであり、図９Ｂは図９Ａに示した実施形態を示すが、ここではバッテリーパック相互連結６６がＰＣＢ相互連結２０５内に配設されて両者の間に直接的な電気的接続が形成されている。ＰＣＢ相互連結開口２０７は止まり（すなわち片側だけの）開口であってよい。第２のスプリングナット６４ｂは、ＰＣＢ表面に例えばはんだ付けによって取り付け得ることができる。ピン６４を第２のスプリングナット６４ｂ及び開口２０７内に挿入し押圧することによってこれらに固定することで、ＰＣＢ ２００とバッテリーパック相互連結６６との間に確実な電気接触が確立できる。

図１０Ａは、溝付きピン６４及びスプリングクリップ６４ｃを含むバッテリーパック相互連結６６の実施形態を、ＰＣＢ相互連結開口２０７を備えたＰＣＢ相互連結２０５の実施形態を含むＰＣＢ ２００の一部と共に示したものであり、図１０Ｂは図１０Ａに示した実施形態を示すが、ここではバッテリーパック相互連結６６がＰＣＢ相互連結２０５内に配設されて両者の間に直接的な電気的接続が形成されている。ＰＣＢ相互連結開口２０７は止まり開口であってよい。スプリングクリップ６４ｃは、ＰＣＢ ２００に例えばはんだ付けによって取り付けることができる。溝付きピン６４を開口２０７に挿入し押圧することによってスプリングクリップ６４ｃがピンの溝内に嵌まり込み、ＰＣＢ ２００とバッテリーパック相互連結６６との間に確実な電気接触が確立できる。

図１１Ａは、放射状に広がったすり割り付きピン６４及び楔６４ｄを含むバッテリーパック相互連結６６の実施形態を、貫通開口２０７を備えたＰＣＢ相互連結２０５の実施形態を含むＰＣＢ ２００の一部と共に示したものであり、図１１Ｂは図１１Ａに示した実施形態を示すが、ここではバッテリーパック相互連結６６がＰＣＢ相互連結２０５内に配設されて両者の間に直接的な電気的接続が形成されている。

図１２Ａは、放射状に広がった２つのすり割り付きのピン６４及びマンドレル６４ｅを含むバッテリーパック相互連結の実施形態を、止まり開口を備えたＰＣＢ相互連結２０５の実施形態を含むＰＣＢ ２００の一部と共に示したもので、図１２Ｂは図１２Ａに示した実施形態を示すが、ここではバッテリーパック相互連結６６がＰＣＢ相互連結２０５内に配設されて両者の間に直接的な電気的接続が形成されている。

ピン６４を電池接点６０とともに鍛造して一体又は単一構造のバッテリーパック相互連結を形成してもよく、その場合には、ピン６４を溶接、はんだ付け、導電性接着剤による接着等を介して電池接点６０に接続する構造の場合、すなわち両者が２つの別個のアセンブリを形成する場合に比較して、更に低い電気抵抗が得られるものと考える。加えて、単一構造のバッテリーパック相互連結を用いることにより、例えばピン６４を電池接点６０に固定するための溶接、はんだ付け等、少なくとも１つのプロセス工程を省くことで、電池の組み立て時に要求される工程数を低減することもまた、可能となる。

用語「単一構造」、「一体構造」及びこれらの置換用語は、本明細書において、構造全体の一体性を損なうことなしに別個の要素に分離することができない構造を指して用いられる。単一又は一体構造は、例えばスタンピングプロセス、押出成形プロセス、鋳造プロセス等により形成することができ、その場合、２つ以上の別個の要素を単一の構造に組み合わせる工程を経ることなしに、上に例示したプロセスによって構造が実質的に形成される。あるいは、バッテリーパック相互連結は複合構造、すなわち、機械的締結、又は溶接、はんだ付け等によって相互に接続された２つ以上の要素により形成される構造を含んでもよい。

プリント回路基板（ＰＣＢ）２００には、その上部又は内部に配線パターン又は回路が形成され得るが、これには追加的な機能性を提供する複数の安全装置、電力端子、外部接続端子等を含んでもよい。追加的な機能性の例としては、（ＲＦＩＤ）通信、アンテナ、及び熱ヒートシンクが挙げられる。ＰＣＢ ２００は、それぞれ独自の配線パターンを有する１つ以上の層を含み得る。配線パターンは導電線又は導電箔線を含み得る。多層ＰＣＤは、層間に、各層の配線パターン間に電気的接続を提供するためのビアホールを備え得る。安全装置の例としては、保護モジュール、正温度係数（ＰＴＣ）サーミスタ等を挙げることができる。保護モジュールとしては、例えば開閉装置、制御回路ユニット、抵抗、キャパシタ等を挙げることができる。電力端子及び外部接続端子の例としては、ＰＣＢ ２００の接触パッド、例えば第１の接触パッド２２０、第２の接触パッド２３０、第３の接触パッド２４０、第４の接触パッド２５０、及び第５の接触パッド２６０を挙げることができる。この例示的実施形態では、接触パッド２３０及び２５０が電力端子であってよく、接触パッド２２０及び２４０が外部接続端子であってよい。

外部接続端子２２０は、例えばデジタルカメラ又はバッテリー充電器などの外部電子装置に接続されてよく、バッテリーに関する情報がそれを通して装置に流れることとなる電気経路を形成し得る。このような情報としては、バッテリータイプ、バッテリー容量、及びその他任意の所望データを挙げることができる。外部接続端子２４０もまた、例えばデジタルカメラ又はバッテリー充電器などの外部電子装置に接続されてよく、バッテリーに関する追加的な情報がそれを通して装置に流れることとなる電気経路を形成し得る。このような情報としては、バッテリー温度、バッテリー電圧等を挙げることができる。接触パッド２６０は、ＰＣＢ ２００上又は内部の回路を、接触パッド２６０及びハウジング１０又はハウジング密閉部５０に取り付けられたタブ７０を介して第１の電極１２に接続するのに用い得る（図２Ａ及び３Ａ）。

タブ７０はニッケル、銅、アルミニウム、これらの合金等から製作し得る。タブ７０は、ハウジング密閉部５０、ハウジング１０、又は溶接板７０に取り付けてよい。タブ７０は溶接、はんだ付け、導電性接着剤による接着等によって取り付け得る。溶接技術の例は先に列記した。タブ７０は、ＰＣＢ ２００とハウジング密閉部５０、ハウジング１０、又は溶接板７２との結合に最適な材料から製作される必要があることは、理解されるべきである。溶接板７２は、ハウジング１０又はハウジング密閉部５０とタブ７０との間のより緊密な結合を確保するために、必要に応じて用い得る。この溶接板は、例えばニッケル、銅、アルミニウム、これらの合金等から製作し得る。

ＰＣＢ ２００はまた、ＰＣＢ相互連結２０５を含み得る。本明細書で用いる場合、用語「ＰＣＢ相互連結」は、ＰＣＢ ２００に関して、このＰＣＢ ２００と他の部材、例えばバッテリーパック相互連結６６との間に直接的な電気的接続を提供するように構成された構造を指す。本明細書で用いる場合、用語「電気接触」、「電気的接続」、「電気結合」及びこれらの置換用語は、直接的、又は密接な電気的接続のみに限定されるものではない、すなわち、１つの対象要素が別の対称要素に直接接触し又は触れるような接続に限定されるものではない。一方、用語「直接的な電気的接続」及びその置換用語は、２つの対象要素間の、上述したような直接の、又は直の接触を要するものと解釈されるべきである。例えば、句「部材Ａと部材Ｂとの直接的な電気的接続」は、部材ＡとＢとの間に中間的な部材Ｃが全く存在しない（ただし、確実な直接的な電気的接続を達成するために用いられ得る、はんだ合金、導電性接着剤等の材料を除く）ことを意味する一方、句「部材Ａと部材Ｂとの電気的接続（又は結合）（又は接触）」の方は、部材ＡとＢとの間に１つ以上の中間的な導電性要素があるかもしれないし、ないかもしれないことを意味するものとする。

ＰＣＢ相互連結２０５は、ＰＣＢ ２００の一体的部分として設計し得る。図１〜４Ａに示す実施形態では、相互連結２０５は、ＰＣＢ ２００内に形成されたＰＣＢ相互連結開口２０７を備える。図２〜２Ｂに示すＰＣＢでは、ＰＣＢ ２００の少なくとも１つの層を貫通して延在するＰＣＢ相互連結開口２０７を備える。しかしながら、「止まり」ＰＣＢ相互連結開口２０７、すなわちＰＣＢ ２００を貫通して延在するのではない開口（図示せず）もまた、本発明の範囲内に含まれる。ＰＣＢ相互連結開口２０７は、導電性の内表面２７０を有する。この導電性表面２７０は、ＰＣＢ ２００の少なくとも１つの層の特定回路又は回路及び部品と電気結合し得る。導電性表面２７０を形成する任意の好適な手段は本発明の範囲内にある。例えば表面２７０は、表面２７０に当該技術分野において既知の好適な手段、例えば、めっき、物理気相蒸着等を利用して付着させることが可能な任意の好適な導電材料によってコーティングされてよい。導電材料を用いて導電性表面が形成されるいずれの実施形態においても、導電材料は好適なめっき及び導電特性を備えた任意の材料からなってよい。導電材料の例としては、ニッケル、金、銅、これらの合金等が挙げられるが、これに限定されない。代替的又は追加的に、導電性表面２７０はＰＣＢの少なくとも１つの層の配線又は回路の一部を構成し得る。

バッテリーパック相互連結６６とＰＣＢ相互連結開口２０７とは、バッテリーパック相互連結６６が開口２０７の内部にあるときに両者間に確実な電気的接続が確立されるように、その寸法及び形状を定めることができる。これによって、導電性表面２７０とバッテリーパック相互連結６６との間に、ひいてはＰＣＢ ２００とバッテリー１００との間に、低抵抗の直接的な電気的接続が得られると考える。

ここで図３〜３Ｂを参照すると、ＰＣＢ ２００は、バッテリーパック相互連結開口２０７をバッテリーパック相互連結６６と位置合わせし、ＰＣＢ ２００をバッテリー１００の方に向けて押圧することによって、バッテリーパック相互連結６６と接触させることが可能である。この結果、バッテリーパック相互連結６６は機械的摩擦によって導電性表面２７０に密に接触することとなる。追加的又は代替的に、バッテリーパック相互連結６６を溶接、はんだ付け等によって表面２７０の導電性コーティングに取り付けてもよい。溶接及びはんだ付け技術の例としては、超音波溶接、レーザー溶接、融接、電気抵抗溶接、レーザーはんだ付け等が挙げられるが、これらに限定されない。

タブ７０は、図２Ａ及び３Ａに示すように、アコーディオンのように折り畳める構成としてもよい。タブ７０が実質的に折り畳まれた状態にある場合（図３Ａ）、ＰＣＢ ２００はバッテリー１００にごく近接して位置する。このＰＣＢ ２００とバッテリー１００との組み合わせをその後、共通のハウジング（図示せず）中に組み込むことにより、携帯電子装置に電力を供給するために利用可能な完成バッテリーパックを形成し得る。

図４〜４Ｂに示す実施形態では、第１の電極接点ピン６８がＰＣＢ ２００及び第１の電極１２の両方と電気的に接続している。第１の電極接点ピン６８は、ＰＣＢ ２００とハウジング密閉部５０又はハウジング１０との結合に最適な材料から製作される必要がある。このような材料としては、ニッケル、銅、アルミニウム、これらの合金等が挙げられる。第１の電極接点ピン６８は溶接、はんだ付け等によって、ハウジング密閉部５０又はハウジング１０に取り付け得る。溶接及びはんだ付け技術の例としては、超音波溶接、レーザー溶接、融接、電気抵抗溶接、レーザーはんだ付け等が挙げられるが、これらに限定されない。

ＰＣＢ ２００相互連結は、複数の相互連結開口２０７を含み得る。例えば図４に示すように、ＰＣＢ ２００内に２つの相互連結開口２０７を形成し得る。その場合ＰＣＢ ２００は、開口２０７の一方を電池接点ピン６４の位置に、そして開口２０７の他方を第１の電極接点ピン６８の位置に合わせることによって、電池接点ピン６４及び第１の電極接点ピン６８と接触させることが可能である（図４Ｂ）。その後、ＰＣＢ ２００をバッテリー１００の方に向けて押圧し得る。電池接点ピン６４及び第１の電極接点ピン６８は、機械的摩擦、溶接、はんだ付け等によって、ＰＣＢ相互連結開口２０７の導電性表面２７０に取り付け得る。上述したように、スプリット又は中空電池接点ピン６４は、中空又はスプリット開口へのピン又は楔の挿入と組み合わせることによってその接続状態を向上させることが可能である。溶接及びはんだ付け技術の例としては、超音波溶接、レーザー溶接、融接、電気抵抗溶接、レーザーはんだ付け等が挙げられるが、これらに限定されない。この構成では、ＰＣＢ ２００はバッテリー１００にごく近接して位置することとなる。このＰＣＢ ２００とバッテリー１００との組み合わせをその後、共通のハウジング（図示せず）中に組み込むことにより、携帯電子装置に電力を供給するために利用可能な完成バッテリーパックを形成し得る。

本明細書に開示した発明により、端子とＰＣＢ ２００との間にタブ接続を有する従来の一般的な充電式バッテリーに比較して、より低い抵抗を有する充電式バッテリーが得られると考える。このような抵抗の低下は、より少ない材料を使用すること、及びバッテリー端子とＰＣＢ ２００との間により緊密な電気接触が形成されることの結果としてもたらされるものと考える。したがって本発明のバッテリーパックでは、類似の構造を有する従来のバッテリーパックに比較して、全体としての抵抗がより低くなることから充放電性能が向上すると考える。加えて、本明細書に記載したようなバッテリー相互連結とＰＣＢ相互連結２０５との組み合わせを含むバッテリーパックによれば、製造プロセスがより単純になることで生産速度及び効率が上昇し得る。

バッテリーパック相互連結６６は、本明細書に記載したような電気的接続に加えて、バッテリーパックに構造的支持を与えるように構成することもできる。バッテリー１００とＰＣＢ ２００とを確実に相互連結する電池接点ピン６４によって、バッテリーとＰＣＢとの間の電気的接続及び剛性のバッテリー−ＰＣＢ構造の両方が形成され得る。電池接点ピン６４とＰＣＢ ２００との間の、例えばはんだ付け、溶接、クリッピング、スナッピング、ウェッジング等の取り付け手段は、ＰＣＢ ２００に固定的な支持を提供することで、ＰＣＢ接触パッド２２０、２３０、２４０、２５０、及び２６０の機械的荷重を許容するとともに、ＰＣＢ ２００が動いてしまうこと（又は不必要に除去されてしまうこと）を防ぐことが可能である。

バッテリーパックの構造的一体性を強化するための追加的なＰＣＢ支持体２１０（図１３Ａ〜１４）を設けることもまた、可能である。バッテリー１００に対してＰＣＢ ２００の剛性で確実な支持が得られように、支持体２１０を設計することが可能である。支持体２１０は、少なくとも部分的に、バッテリー１００とＰＣＢ ２００との間に配置してよい（図１３Ａ及び１３Ｂ）。例えば、支持体２１０は板（図示せず）若しくは開いた箱のような構造（図１３Ａ及び１３Ｂ）を含んでもよいし、又は他の任意の好適な形状を有してもよい。例えば図１４は、ほぼ矩形の外形を有し、少なくとも部分的にバッテリー１００を包囲する追加的ＰＣＢ支持体２１０を示す。例えば枠の形状をとるこのような追加的ＰＣＢ支持体２１０は、バッテリー１００に密に沿った嵌合が得られるように、またＰＣＢ ２００に堅固な支持を与えるように、構成することが可能である。追加的なＰＣＢ支持体２１０を用いることにより、ＰＣＢ ２００の、電池接点ピン６４によって直接支持されない領域に、より大きな荷重をかけることが可能となり得る。また、このような追加的ＰＣＢ支持体２１０を、ＰＳＢ電子機器及びバッテリー端子を封入するような構成とすることによって、これらに偶発的又は不必要に触れてしまうことを防止することも可能である。支持体２１０を非導電性材料（例えば非導電性のポリマー又はセラミック）で製作することで、バッテリーとＰＣＢ ２００との反対極性電位間の電気的絶縁を確保することが可能である。

本発明の具体的な実施形態について図示し説明したが、本発明の趣旨及び範囲を逸脱することなしに、さまざまなその他の変更及び修正を加えることが可能であることは、当事者には自明であろう。したがって、添付の特許請求の範囲は、本発明の範囲内にあるこのような変更及び修正をすべて包含するものとする。

Claims (10)

1. 少なくとも１つの電極、及び、前記少なくとも１つの電極に電気的に接続された少なくとも１つの端子を備える、少なくとも１つのバッテリーと、
   前記少なくとも１つのバッテリーと電気的に接続された回路を有する少なくとも１つの層を備えるプリント回路基板（ＰＣＢ）であって、少なくとも１つのバッテリーとの電気的接続のための少なくとも１つのＰＣＢ相互連結を備えるＰＣＢと、
   前記バッテリーの前記少なくとも１つの端子及び前記少なくとも１つのＰＣＢと電気的に接続された少なくとも１つのバッテリーパック相互連結と、
   を備えるバッテリーパックであって、
   前記少なくとも１つのＰＣＢ相互連結がその内部にＰＣＢ相互連結開口を備え、前記開口が、前記ＰＣＢの前記少なくとも１つの層と電気結合された導電性の内面を有し、前記開口が、前記少なくとも１つのＰＣＢ相互連結と前記少なくとも１つのバッテリーパック相互連結との間の直接的な電気的接続のために前記少なくとも１つのバッテリーパック相互連結をその内部に受容するように構成された、バッテリーパック。
2. 前記少なくとも１つのバッテリーパック相互連結が、前記少なくとも１つのバッテリーの前記少なくとも１つの電極と電気結合された電池接点ピンを含み、前記電池接点ピンが、前記ＰＣＢとの前記直接的な電気的接続のために前記ＰＣＢ相互連結開口内に挿入されるように構成され、前記電池接点ピンが、好ましくは中実ピン、中空ピン、スプリットリベット、溝付きピン、すり割り付きのリベット、２つのすり割り付きのピン、傾斜したロックを有するリベット、楔との組み合わせによるピン、マンドレルとの組み合わせによるピン、スプリングナットとの組み合わせによるピン、又はこれらの任意の組み合わせからなる群から選択される、請求項１に記載のバッテリーパック。
3. 前記少なくとも１つのＰＣＢ相互連結と前記少なくとも１つのバッテリーパック相互連結との間の直接的な電気的接続が、機械的摩擦、はんだ付け、溶接、融接、電気抵抗溶接、レーザー溶接、超音波溶接、導電性接着、及びこれらの任意の組み合わせからなる群から選択される導電接続によって形成される、請求項１に記載のバッテリーパック。
4. 前記少なくとも１つのバッテリーパック相互連結が、ニッケル、ニッケルめっき鋼、銅、銅めっき鋼、アルミニウム、アルミニウムめっき鋼、及びこれらの任意の混合物からなる群から選択される材料からなる、請求項１に記載のバッテリーパック。
5. 前記少なくとも１つのバッテリーパック相互連結が、はんだ付け、溶接、融接、電気抵抗溶接、レーザー溶接、超音波溶接、又は導電性接着剤によって、前記バッテリーの前記少なくとも１つの端子に取り付けられる、請求項１に記載のバッテリーパック。
6. 前記少なくとも１つの端子が、電池接触板と電気的に接続された電池接点を備え、前記電池接触板が、前記バッテリーの前記少なくとも１つの電極と電気的に接続し、前記電池接点ピンが前記電池接点に取り付けられる、請求項５に記載のバッテリーパック。
7. 前記少なくとも１つのバッテリーパック相互連結が単一の一体構造からなる、請求項１に記載のバッテリーパック。
8. 前記少なくとも１つのＰＣＢが複数のＰＣＢ相互連結を備える、請求項１に記載のバッテリーパック。
9. 前記複数のＰＣＢ相互連結が、前記少なくとも１つのＰＣＢ内に配設された少なくとも２つのＰＣＢ相互連結開口を備える、請求項８に記載のバッテリーパック。
10. 前記少なくとも１つのバッテッリーパック相互連結が、前記複数のＰＣＢ相互連結と直接的な電気的接続状態にある複数のバッテリーパック相互連結からなる、請求項８に記載のバッテリーパック。

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