JP2014120417A - 電池パック - Google Patents

Abstract

【課題】リード板の差込部の強度と差込み易さを向上しつつ、回路基板を小さくすることができて、小型で安価であり且つ耐衝撃性が高い電池パックを提供することにある。
【解決手段】電池パックは、互いに接続された複数の電池と、複数の電池と接続された導電性材料からなるリード板と、リード板を介して複数の電池と接続された回路基板とを備えている。回路基板には、該回路基板をその厚み方向に貫通する差込孔が形成され、リード板は、差込孔に挿入された差込部を有し、差込部は、差込孔に挿入される側の先端に先端Ｒ部を有しながら、リード板における他の部分よりも厚みが大きくなるように折り曲げられて形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、電池パックに関し、特に、回路基板を有する電池パックに関する。

近年、種々の電子機器の電源として、複数の電池が互いに接続され、電池ケースに収容された電池パックが用いられている。例えば、直列に接続された複数の電池を備えた電池パックは高い電圧を必要とする機器に用いられ、並列に接続された複数の電池を備えた電池パックは高い電流値を必要とする機器に用いられる。

このような電池パックは、一般に、複数の電池と、複数の電池を電気的に接続する金属製のリード板と、電池を安全に充放電させるための回路基板と、これらを収容する樹脂製のケース等により構成されている。

複数の電池は、リード板と抵抗溶接等の溶接工法により接続され、リード板を介して所望の直列数・並列数で互いに接続される。

従来、電池と回路基板との接続には、樹脂チューブにより被覆されたリード線が用いられ、はんだ付け等によりリード線の一端が回路基板に接続され、他端が電池と接続したリード板に接続される。しかしながら、このような方法では、樹脂チューブに被覆されたリード線のコスト及びはんだ付けによる接続点数が増えることとなる。このような問題を解決するために、リード板が回路基板に直接に接続された電池パックが特許文献１及び２等に提示されている。

それらに記載された電池パックでは、図６に示すように、回路基板１０３に差込孔１０３Ａが設けられ、リード板１０５の差込部１０５Ａが差込孔１０３Ａに挿入されている。また、挿入された差込部１０５Ａは、回路基板１０３の表面に沿って折り曲げられ、又は折り曲げられずに、回路基板１０３の表面に設けられている導電部に差込部１０５Ａがはんだ付けされている。これにより、リード板１０５が回路基板１０３に直接に接続されている。

特開２００８−３４２９６号公報 特開２００５−３１７４６０号公報

ところで、回路基板１０３は、電池パックを構成する部品群の中で電池に次いでコスト占有率が高い部品である。このため、回路基板１０３を小さくすることはコストを低減するのに有用である。

しかしながら、特許文献１及び２のようにリード板１０５を回路基板１０３に直接に接続すると、落下等により電池パックに衝撃力が加わることによって、図７に示すリード板１０５の破断線１０５Ｆの箇所においてリード板１０５が破断するおそれがある。このため、剛性上の問題で差込部１０５Ａの幅寸法Ｗを小さくできないので、差込孔１０３Ａの開口幅寸法Ｘも小さくできず、その結果、回路基板１０３の幅寸法Ｙを小さくできないという問題が生じる。

また、回路基板１０３の差込孔１０３Ａは、図８に示すような横長形状か、又は図９に示すような縦長形状に大別される。なお、ここでは、回路基板１０３の短辺方向（幅方向）を縦（上下）方向として、回路基板１０３の長辺方向（長さ方向）を横（左右）方向として説明する。これらのうち、図９の縦長形状の方がリード板１０５の歩留が良いため、より望ましい。

しかしながら、図９に示すように回路基板１０３の中央部でリード板１０５を接続すると、リード板１０５のクランク状に折り曲げられたクランク状折り曲げ部１０５Ｇが、回路基板１０３の裏側の多くの領域を占めることとなる。これにより、その領域は部品実装不可領域１０３Ｃとなるため、回路基板１０３の部品実装領域をできる限り確保するには、図１０に示すように、回路基板１０３の四隅に差込孔１０３Ａを設ける構造とすることが望ましい。

但し、このようにすると、回路基板１０３の部品実装面積を多く確保できるが、回路基板１０３の縦寸法（幅寸法）は必然的に大きくなり、小型化できないという問題が生じることとなる。

本発明は前記の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、リード板の差込部の強度と差込み易さを向上しつつ、回路基板を小さくすることができて、小型で安価であり且つ耐衝撃性が高い電池パックを提供することにある。

前記の目的を達成するために、本発明は、電池パックにおいて、リード板の差込部をリード板における他の部分よりも厚みが大きくなるように折り曲げて形成した。

具体的に、本発明に係る電池パックは、互いに接続された複数の電池と、複数の電池と接続された導電性材料からなるリード板と、リード板を介して複数の電池と接続された回路基板とを備え、回路基板には、該回路基板をその厚み方向に貫通する差込孔が形成され、リード板は、差込孔に挿入された差込部を有し、差込部は、差込孔に挿入される側の先端に先端Ｒ部を有しながら、リード板における他の部分よりも厚みが大きくなるように折り曲げられて形成されている。

本発明に係る電池パックによると、リード板の差込部は、リード板における他の部分よりも厚みが大きくなるように折り曲げられているため、リード板の差込部の強度を向上しつつ、リード板を小さくすることができる。更に、先端Ｒ部により、差込部が差込孔に差し込み易くすることができる。このため、回路基板を小型化することができ、その結果、小型で安価であり且つ耐衝撃性が高い電池パックを得ることができる。

本発明に係る電池パックによると、リード板の差込部の強度と差込み易さを十分に向上しつつ、リード板を小さくすることができる。このため、回路基板を小型化することができ、その結果、小型で安価であり且つ耐衝撃性が高い電池パックを得ることができる。

図１（ａ）は本発明の第１の実施形態に係る電池パックを示す分解斜視図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）のＩｂ−Ｉｂ線における断面図である。 図２（ａ）は本発明の第１の実施形態に係る電池パックにおけるリード板の差込部の折り曲げられる前の形状を示す図であり、図２（ｂ）はリード板の差込部の折り曲げられた後の形状を示す図である。 図３（ａ）及び図３（ｂ）は本発明の第１の実施形態に係る電池パックにおける回路基板の差込孔にリード板の差込部が挿入された状態を示し、図３（ａ）は図３（ｂ）のIIIａ−IIIａ線における断面図であり、図３（ｂ）は回路基板の平面図である。 図４は本発明の第１の実施形態に係る電池パックにおけるリード板の差込部の変形例を示す図である。 図５は、本発明の第１の実施形態に係る電池パックにおける回路基板の差込孔及びリード板の配置の一例を示す図である。 図６は従来の電池パックにおける回路基板とリード板との接続部の周辺を示す斜視図である。 図７（ａ）及び図７（ｂ）はは従来の電池パックにおける回路基板の差込孔にリード板の差込部が挿入された状態を示し、図７（ａ）は図７（ｂ）のIXａ−IXａ線における断面図であり、図７（ｂ）は回路基板の平面図である。 図８は従来の電池パックにおける回路基板の差込孔及びリード板の配置の一例を示す図である。 図９は従来の電池パックにおける回路基板の差込孔及びリード板の配置の他の例を示す図である。 図１０は従来の電池パックにおける回路基板の差込孔及びリード板の配置の他の例を示す図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではない。また、本発明の効果を奏する範囲を逸脱しない範囲で、適宜変更は可能である。さらに、他の実施形態及びその変形例との組み合わせも可能である。

（実施の形態１）
まず、本発明の第１の実施形態に係る電池パックについて図１を参照しながら説明する。図１（ａ）は本実施形態に係る電池パックを示す分解斜視図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）のＩｂ−Ｉｂ線における断面図である。

図１（ａ）に示すように、本実施形態に係る電池パックでは、円筒形の電池１が６個用いられ、２並列３直列に接続されている。但し、当然にこれに限られず、互いに接続する複数の電池１が用いられていればよい。また、本実施形態の電池パックにおいて、電池１の正極又は負極と接続するようにリード板５が配設されている。リード板５は、電池１と接続する部位から、後に説明する回路基板３側に延びる部位を有し、その先端には回路基板３と接続する部位となる差込部５Ａを有している。

複数の電池１の側面（図１（ａ）では上側）には、樹脂製で且つ有底形状の回路基板ホルダー７に収容された回路基板３が設けられている。図１（ｂ）に示すように、回路基板３を収容する回路基板ホルダー７は、電池１同士の間に形成される隙間空間６に収まるように配置されている。

また、図１（ａ）及び（ｂ）に示すように、回路基板３には、その厚み方向に貫通する差込孔３Ａが形成され、差込孔３Ａにはリード板５の差込部５Ａが挿入される。ここで、差込部５Ａが差込孔３Ａに挿入された部分において、はんだ付けにより回路基板３とリード板５とが固着されている。また、回路基板ホルダー７には、回路基板３の差込孔３Ａに対応する位置に貫通孔７Ａが形成され、貫通孔７Ａにリード板５の差込部５Ａが挿通可能となっている。なお、回路基板ホルダー７には、回路基板３との位置合わせを可能にする位置決めリブ７Ｂが設けられており、回路基板３の差込孔３Ａと、回路基板ホルダー７の貫通孔７Ａと、リード板５の差込部５Ａとの位置が合うように構成されている。このような複数の電池１、回路基板ホルダー７に収容された回路基板３及びリード板５が電池ケース（図示せず）に収容されて、電池パックが完成する。

本実施形態において、リード板５の差込部５Ａは、差込孔３Ａに挿入される側の先端に先端Ｒ部５Ｅを有しながら、先細形状で且つリード板５の他の部分よりも厚くなるように折り曲げられている。ここで、リード板５の差込部５Ａの形状について図２及び図３を参照しながら説明する。図２（ａ）は本実施形態に係る電池パックにおけるリード板の差込部の折り曲げられる前の形状を示す図であり、図２（ｂ）はリード板の差込部の折り曲げられた後の形状を示す図である。図３（ａ）及び図３（ｂ）は本実施形態に係る電池パックにおける回路基板の差込孔にリード板の差込部が挿入された状態を示し、図３（ａ）は図３（ｂ）のIIIａ−IIIａ線における断面図であり、図３（ｂ）は回路基板の平面図である。なお、図３（ｂ）では、図の簡略化のために、はんだ２を省略している。

図２（ａ）に示すように、リード板５の差込部５Ａとなる部分は、例えば差込孔３Ａに挿入される側の先端に先端Ｒ部５Ｅを有する台形形状に金属板が裁断されて形成される。なお、リード板５の材料には、導電性の材料が用いられ、例えば鉄若しくは銅合金、ニッケル又はアルミ等を基材とし、必要に応じてその表面にニッケル又は錫合金等がめっきされた板厚が０．１ｍｍ〜０．３ｍｍ程度の金属板が主として用いられる。また、本実施形態において、折り曲げる前の差込部５Ａは、上記の通り先端Ｒ部５Ｅを有する台形形状としたが、折り曲げて先細形状の差込部５Ａを形成できれば、これに限られず、例えば台形以外の多角形状であってもよく、円形状又は楕円形状等であっても構わない。

図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すように、リード板５の差込部５Ａは、その幅方向の両端部が中央部に折り曲げられて形成されている。なお、リード板５の幅方向とは、図２（ａ）及び（ｂ）の上下方向をいう。すなわち、差込部５Ａは、折り曲げ線５Ｂに従って、差込部５Ａが中央部に折り曲げられている。ここでは、差込部５Ａの幅方向の両端部が中央部に折り曲げられているが、これに限られず、内側に折り曲げられていれば、例えば端部と中央部との間の位置に折り曲げられていても構わない。また、差込部５Ａには、上述のように折り曲げられた部分である２つの折り曲げ片５Ｃが形成されている。このように折り曲げることにより、差込部５Ａは先端Ｒ部５Ｅを有する先細形状となり、また、折り曲げ片５Ｃが形成されて厚みが厚くなることにより強度が向上する。但し、折り曲げ部分の曲率半径を過剰に小さくすると、折り曲げ線５Ｂからリード板５が破断するおそれがあるため、このような破断が起こらないで且つ回路基板３の差込孔３Ａに挿入できる程度に調整する必要がある。

図１（ａ）にように、回路基板３とリード板５を接続させるために、回路基板３をリード板５に近づけたとき、リード板５の位置が少しずれていてもリード板５の差込部５Ａの先端が回路基板３の上で移動して差込孔３Ａに差込まれ易いように、差込部５Ａは差込孔３Ａに挿入される側の先端に先端Ｒ部５Ｅを備えている。そのため、先端Ｒ部５ＥはＲ０．１ｍｍ以上で形成されていることが望ましい。もし、先端Ｒ部５ＥがＲ０．０５ｍｍ以下であったり、尖っていたりすると差込部５Ａが差込孔３Ａに差込みできなかったとき、差込部５Ａが回路基板３に突き刺さってしまうという不具合を発生させる。

差込部５Ａは折り曲げられた後に、図３（ａ）及び（ｂ）に示すように、差込孔３Ａに挿入される。

差込部５Ａを先細形状になるように折り曲げることによって、図３（ａ）に示すように、リード板５の破断線５Ｆは差込孔３Ａの幅よりも大きい幅で、差込孔３Ａの外の位置となり、差込部５Ａにおける差込孔３Ａに挿入される部分の幅寸法Ｗを適切に選べば、差込部５Ａの強度を向上しつつ差込部５Ａを小さくすることが可能となる。

回路基板３の縦方向寸法Ｙは、差込孔３Ａの縦方向寸法Ｘと、差込孔３Ａから回路基板３の端部までの距離Ｚとから、Ｙ＝Ｘ＋２Ｚと表せる。なお、ここでは回路基板３の短辺方向（幅方向）を縦（上下）方向として、回路基板３の長辺方向（長さ方向）を横（左右）方向として説明する。ここで、差込孔３Ａの壁面及び周縁部には導電部３Ｂが設けられており、距離Ｚは導電部３Ｂのサイズ等で決定される寸法であり、図３と従来の電池パックを示す図７とにおいては同じ設計値となる。上記のように、本実施形態では、リード板５の差込部５Ａを小さくすることが可能となるため、差込孔３Ａの縦方向寸法Ｘを小さくすることができ、回路基板３の縦方向寸法Ｙを小さくすることができる。その結果、回路基板３を小型化することができる。

なお、図３（ｂ）では、差込孔３Ａの形状は楕円形であるが、当然にこれに限られず、例えば円形であっても構わない。差込孔３Ａを円形にすると、孔の加工がより容易となる。

また、図３（ａ）に示すように、リード板５の差込部５Ａと回路基板３とは、はんだ２により接続されている。この場合、差込部５Ａに２つの折り曲げ片５Ｃを設ける際に、折り曲げ片５Ｃ同士の間に間隙となる線条空間５Ｄが設けられることが好ましい。このようにすると、はんだ２を線条空間５Ｄに誘導することができ、誘導されたはんだが折り曲げ片５Ｃと重なり合う面との隙間にも充填され、それが固化することで差込部５Ａをさらに強固なものにすることが可能となる。なお、線条空間５Ｄは差込部５Ａの先端から基端に向かって徐々に狭くなる形状であることが望ましい。このようにすると、粘性流体の毛細管現象が促進されて、線条空間５Ｄに液状のはんだを誘導し易くなる。

本実施形態に係る電池パックによると、リード板の差込部は折り曲げられて先細形状に形成されているため、リード板の差込部の強度を向上しつつ、差込部を小さくすることが可能となり、回路基板を小型化でき、その結果、電池パックの耐衝撃性を向上すると共に小型化することができる。

次に、本実施形態の電池パックの製造方法について説明する。

まず、予めリード板５の差込部５Ａを上述のように差込孔に挿入される側の先端に先端Ｒ部５Ｅを有しながら、折り曲げることにより、リード板５の他の部位よりも厚い、先細形状の差込部５Ａを形成しておく。このリード板５と電池１とを抵抗溶接等の溶接工法にて接続することにより、複数の電池１を、例えば２並列３直列に接続する。次に、回路基板３を回路基板ホルダー７に収容する。続いて、回路基板ホルダー７を、上記の通り溶接された電池１同士の隙間空間６に収まるように配設する。このとき、予めリード板５の差込部５Ａを回路基板ホルダー７に設けられた貫通孔７Ａに対応する位置に配置しておく。このようにして、差込部５Ａを貫通孔７Ａに挿入すると、上述した位置決めリブ７Ｂによって回路基板３の差込孔３Ａが貫通孔７Ａに対応する位置に配置されるため、差込部５Ａが回路基板３の差込孔３Ａに誘導されて挿入される。差込部５Ａを回路基板３の差込孔３Ａに挿入した後、それらをはんだ付けすることにより回路基板３とリード板５とを固着する。その後に、それらを電池ケース（図示せず）内に収容することにより、電池パックを完成できる。

ここで、隙間空間６のサイズは、図１（ｂ）に示すように、使用する電池１の外径、及び電池１同士の間のクリアランスＰで決まるが、電池パックの小型化の観点からクリアランスＰは１ｍｍ程度が望ましい。また、隙間空間６に回路基板ホルダー７を収容するためには、回路基板３に実装する実装部品の高さ等を考慮すると、回路基板３の幅方向の寸法Ｙを６ｍｍ以下にし、差込部５Ａにおける差込孔３Ａに挿入される部分の幅寸法Ｗを３ｍｍ以下にする必要がある。強度を向上しつつ差込部５Ａを先細形状にする本実施形態のリード板５を用いることにより、幅が小さい回路基板３にも直接に挿入して、その上からはんだ付けすることが可能になる。

本実施形態に係る電池パックの製造方法によると、リード板の差込部の強度を向上しつつ、差込部を小さくすることが可能となり、回路基板を小型化でき、その結果、電池パックの耐衝撃性を向上すると共に小型化することができる。さらに、リード板の差込部を狭幅の回路基板の差込孔に直接に差込んで、その部分をはんだ付けすることができるため、はんだ付け等の作業性を向上でき、隙間空間の有効活用による体積効率の良い電池パックを得ることができる。

なお、本実施形態において、組立性向上及び回路基板と電池とを絶縁隔離するために回路基板ホルダー７を設けたが、電池の側面に予め絶縁紙等の絶縁部材を密着させてもよい。

本実施形態では、図２（ａ）及び（ｂ）に示すように折り曲げ線５Ｂを２本設けて、２つの折り曲げ片５Ｃを有する差込部５Ａを形成したが、これに限られない。差込部５Ａの他の例を、本実施形態の変形例として、図４を参照しながら説明する。図４は本実施形態に係る電池パックにおけるリード板の差込部の第１変形例を示す図である。

また、本発明の第１の実施形態の変形例では、図４に示すように、リード板５の差込部５Ａは、折り曲げられる代わりに、その幅方向に丸められて、略円錐状に形成されていてもよい。言い換えると、リード板５の差込部５Ａをその幅方向に丸めて先細形状となるように形成してもよい。このようにすると、リード板５の破断不良を低減すると共に、差込部５Ａの厚みを厚くすることができて強度を上げることができる。

本実施形態に係る電池パックによると、リード板の差込部の強度を向上しつつ、差込部を小さくすることが可能となり、回路基板を小型化でき、その結果、電池パックの耐衝撃性を向上すると共に小型化することができる。

また、図５に示すように、回路基板３を電池１の側面に配置した形態とし、上記の実施形態に係る差込部５Ａの先端が細く構成されたリード板５を用いることにより、回路基板３の差込孔３Ａを小さくできて回路基板３の幅を小さくできる。

本発明に係る電池パックは、耐衝撃性に優れ、小型で安価な電池パックを得ることができて、ノートパソコン及びビデオカメラ等の電気機器、電動工具、又は電動アシスト自転車等の電源に用いられる複数の電池が並列又は直列に接続された電池パック等に有用である。

１ 電池
２ はんだ
３ 回路基板
３Ａ 差込孔
３Ｂ 導電部
５ リード板
５Ａ 差込部
５Ｂ 折り曲げ線
５Ｃ 折り曲げ片
５Ｄ 線条空間
５Ｅ 先端Ｒ部
５Ｆ 破断線
６ 隙間空間
７ 回路基板ホルダー
７Ａ 貫通孔
７Ｂ 位置決めリブ

Claims (6)

1. 互いに接続された複数の電池を備えた電池パックであって、
   前記複数の電池と接続された導電性材料からなるリード板と、
   前記リード板を介して前記複数の電池と接続された回路基板とを備え、
   前記回路基板には、該回路基板をその厚み方向に貫通する差込孔が形成され、
   前記リード板は、前記差込孔に挿入された差込部を有し、
   前記差込部は、前記差込孔に挿入される側の先端に先端Ｒ部を有しながら、前記リード板における他の部分よりも厚みが大きくなるように折り曲げられて形成されている電池パック。
2. 前記差込部は、先細形状であり、前記差込部の幅方向の両端部が内側に折り曲げられて形成された２つの折り曲げ片を有する請求項１に記載の電池パック。
3. 前記２つの折り曲げ片同士の間に間隙が形成されている請求項２に記載の電池パック。
4. 前記間隙は、前記差込部の先端から基端に向かって徐々に狭くなる形状である請求項３に記載の電池パック。
5. 前記先端Ｒ部は、Ｒ０．１ｍｍ以上である請求項１乃至４のいずれかに記載の電池パック。
6. 前記差込部は、折り曲げられる代わりに、前記差込部の幅方向に丸められて略円錐状に形成されている請求項１に記載の電池パック。