JP2018200761A - 電池パック及びこれを備える電源装置並びに電池パックの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ラミネート電池の基板を保護可能とした電池パック等を提供する。【解決手段】電池パック１００は、幅よりも厚さが薄い、一方向に延長された外形を有する二次電池セル１と、二次電池セル１の一端面に配置され、該二次電池セル１の長手方向と交差する方向に延長された回路基板２０と、回路基板２０から突出して設けられた可撓性を有する端子部３０と、回路基板２０の長手方向に沿うように延長されて、該回路基板２０を保持するためのサポートホルダ４０とを備える。サポートホルダ４０は、長手方向の端縁にそれぞれ設けられた、回路基板２０の長手方向の端縁を保持する端縁保持部４１と、該サポートホルダ４０の長手方向に沿って設けられた、回路基板２０の長辺側の一部を保持するための一以上の爪部４２とを備える。【選択図】図３

Description

本発明は、電池パック及びこれを備える電源装置並びに電池パックの製造方法に関する。

近年、携帯型電子機器の電源として、二次電池セルが用いられている。特にラミネート電池やパウチ電池、ポリマー電池等と呼ばれるタイプの薄型電池（以下、「ラミネート電池」という。）は、薄型化が可能で高容量であることから、スマートフォンや携帯電話等のモバイル機器用の電源等の用途に広く使用されている。

ラミネート電池は、正負の電極の両面を外装フィルムで被覆するので、外装ケースを金属ケースとする角形電池よりも薄く製造できる。この特徴が生かされて、ラミネート電池は薄い電池パックに多用される。ラミネート電池は、電極に接続している正負の出力タブを２枚の外装フィルムで挟着して外部に引き出している。出力タブの引き出し部は、内部に電極を内蔵しないので、電極を内蔵する本体部よりも薄くなってテラス部となる。ラミネート電池を内蔵する電池パックは、保護回路を設け、この保護回路で電池を保護しながら充放電することで、安全性を向上でき、また劣化を防止して寿命を長くできる。このことを実現する電池パックは、保護回路を実装する回路基板を備える。ラミネート電池のテラス部は本体部よりも薄いので、この部分に回路基板を配置して、電池パックをコンパクトにできる。テラス部に回路基板を配置して、テラス部から引き出している出力タブを回路基板に接続している電池パックは開発されている（特許文献１参照）。

特開２００６−９３１０１号公報

本願発明者が開発した電池パックの外観斜視図を図９に、分解斜視図を図１０に、それぞれ示す。これらの図に示す電池パック９００は、二次電池セル９１０と、端子部９３０を接続した回路基板９２０と、サポートホルダ９４０とを備える。サポートホルダ９４０は回路基板９２０を保護するための部材であり、図１１Ａ、図１１Ｂに示すようにその両側端面に端縁保持部９４１を設けた形状をしている。

この電池パックの組立工程を図１２Ａ〜図１２Ｄに示す。まず図１２Ａに示すように、端子部９３０を接続した回路基板９２０を、二次電池セル９１０の出力タブ９１２に、半田付け等により接続する。この状態で図１２Ｂに示すように、回路基板９２０を二次電池セル９１０側に折り返すと共に、端子部９３０を逆方向、すなわち二次電池セル９１０から遠ざかる方向に倒して、図１２Ｃに示すように、回路基板９２０から突出させる。この状態でサポートホルダ９４０で回路基板９２０を被覆する。すなわち図１２Ｄに示すように、サポートホルダ９４０の両端の端縁保持部９４１で、回路基板９２０を抱えるように保持する。

しかしながら、この構造の電池パックにおいては、回路基板とサポートホルダとが完全に固定されていないため、外部衝撃を受けた場合にサポートホルダの位置ズレが生じ、基板及びフレキシブルプリント基板にダメージを与える可能性があった。また、端子部９３０の取り出し位置のズレが発生し、寸法が安定しない懸念があった。

本発明は、このような背景に鑑みてなされたものであり、その目的の一は、ラミネート電池の基板を保護可能とした電池パック及びこれを備える電源装置並びに電池パックの製造方法を提供することにある。

課題を解決するための手段及び発明の効果

本発明の第１の形態に係る電池パックによれば、幅よりも厚さが薄い、一方向に延長された外形を有する二次電池セルと、前記二次電池セルの一端面に配置され、該二次電池セルの長手方向と交差する方向に延長された回路基板と、前記回路基板から突出して設けられた可撓性を有する端子部と、前記回路基板の長手方向に沿うように延長されて、該回路基板を保持するためのサポートホルダとを備える電池パックであって、前記サポートホルダは、長手方向の端縁にそれぞれ設けられた、前記回路基板の長手方向の端縁を保持する端縁保持部と、該サポートホルダの長手方向に沿って設けられた、前記回路基板の長辺側の一部を保持するための一以上の爪部とを備えることができる。上記構成により、端縁保持部のみならず、これと交差する方向にも爪部を設けたことで、回路基板をＸＹ方向に保持することが可能となり、位置ずれを阻止して安定的に保持できる。

また、第２の形態に係る電池パックによれば、上記構成に加えて、前記爪部を、前記回路基板の長辺の両側に設けることもできる。

さらに、第３の形態に係る電池パックによれば、上記何れかの構成に加えて、前記サポートホルダは、その長辺の一方に、前記回路基板の長辺を保持するホルダ壁部を形成しており、前記ホルダ壁部に、前記爪部の一を設けることができる。

さらにまた、第４の形態に係る電池パックによれば、上記何れかの構成に加えて、前記爪部は、その先端を前記回路基板を係止するように折曲させることができる。上記構成により、回路基板がサポート部から浮き上がることを抑制して、より安定的に回路基板を保持できる利点が得られる。

さらにまた、第５の形態に係る電池パックによれば、上記何れかの構成に加えて、前記爪部が、前記回路基板から前記端子部が突出される部位であって、該端子部の両側で前記回路基板を保持するように配置することができる。

さらにまた、第６の形態に係る電池パックによれば、上記何れかの構成に加えて、前記端子部を、前記回路基板の長手方向において一方の端縁側に配置させることができる。

さらにまた、第７の形態に係る電池パックによれば、上記何れかの構成に加えて、前記端子部を、フレキシブルプリント基板で構成できる。

さらにまた、第８の形態に係る電源装置によれば、上記何れかの電池パックを一以上備えることができる。

さらにまた、第９の形態に係る電池パックの製造方法によれば、幅よりも厚さが薄い、一方向に延長された外形を有すると共に、一方の端縁にテラス部を設けた二次電池セルと、前記二次電池セルの一端面に配置され、該二次電池セルの長手方向と交差する方向に延長された回路基板と、前記回路基板から突出して設けられた可撓性を有する端子部と、前記回路基板の長手方向に沿うように延長されて、該回路基板を保持するためのサポートホルダとを備える電池パックの製造方法であって、前記回路基板を、前記端子部を突出させた状態で、前記サポートホルダで、前記回路基板の長手方向の端縁を、前記サポートホルダの長手方向の端縁にそれぞれ設けた端縁保持部で保持し、かつ前記サポートホルダの長手方向に沿って設けられた一以上の爪部でもって、前記回路基板の長手方向に沿って保持する工程と、前記回路基板を、前記二次電池セルのテラス部に接続する工程と、接続された回路基板を折り返して、少なくとも一部がテラス部に載置される姿勢とする工程とを含むことができる。

本発明の一実施形態に係る電池パックを示す斜視図である。 図１の電池パックからカバー部を外した状態を示す分解斜視図である。 図２の電池パックの分解斜視図である。 図１のＩＶ−ＩＶ線における拡大断面図である。 図５Ａは回路基板をサポートホルダで被覆した状態を示す斜視図、図５Ｂは図５Ａの要部拡大斜視図である。 図５Ａを背面側から見た斜視図である。 図７Ａは図１のサポートホルダの斜視図、図７Ｂは図７Ａのサポートホルダを裏面側から見た斜視図である。 図８Ａ〜図８Ｆは図１の電池パックの組立工程を示す分解斜視図である。 従来の電池パックを示す斜視図である。 図９の電池パックの分解斜視図である。 図１１Ａは図９のサポートホルダの斜視図、図１１Ｂは図１１Ａのサポートホルダを裏面側から見た斜視図である。 図１２Ａ〜図１２Ｄは図９の電池パックの組立工程を示す分解斜視図である。

本発明の一実施形態に係る電池パックを、図１〜図８に示す。これらの図において、図１は本発明の一実施形態に係る電池パック１００を示す斜視図、図２は図１の電池パック１００からカバー部２を外した状態を示す分解斜視図、図３は図１の電池パック１００の分解斜視図、図４は図１のＩＶ−ＩＶ線における拡大断面図、図５Ａは回路基板２０をサポートホルダ４０で被覆した状態を示す斜視図、図５Ｂは図５Ａの要部拡大斜視図、図６は図５Ａを背面側から見た斜視図、図７Ａは図１のサポートホルダ４０の斜視図、図７Ｂは図７Ａのサポートホルダ４０を裏面側から見た斜視図、図８は図８Ａ〜図８Ｆは図１の電池パック１００の組立工程を示す分解斜視図を、それぞれ示している。これらの図に示す電池パック１００は、スマートフォン用の電源として利用可能な電池パックである。ただし本発明は、スマートフォン用の電池パックに限定されず、携帯電話やタブレット、携帯音楽プレーヤ等の携帯型電子端末、モバイルバッテリ、あるいはＣＤプレーヤやＤＶＤプレーヤ、電動工具等の電気機器の電池パックとして利用することもできる。

これらの図に示す電池パック１００は、二次電池セル１と、回路基板２０と、サポートホルダ４０と、カバー部２を備える。また必要に応じて、絶縁用のスペーサを配置することができる。図３の例では、回路基板２０と二次電池セル１の間に第一スペーサ５１を、またサポートホルダ４０とカバー部２の間に第二スペーサ５２を、それぞれ配置している。
（カバー部２）

カバー部２は、図１、図２に示すように回路基板２０を接続した二次電池セル１の周囲を覆う部材である。カバー部２は、二次電池セル１と回路基板２０を接続した状態で維持すると共に、これらを外部から保護したり、あるいは外部との無用な短絡を回避するよう絶縁する。このようなカバー部２は絶縁性に優れた部材で構成することが好ましく、樹脂製や紙製とする。図１等に示す例では、二次電池セル１の主面や、端子部３０を表出させるようにカバー部２の一部を開口させている。
（二次電池セル１）

二次電池セル１は幅よりも厚さを薄くした角型電池である。この二次電池セル１は、一方向に延長された外形を有する。ここでは平面視を長方形状の板状に構成している。また、短辺側の一方の端面には、階段状に形成して一部を薄板状に突出させたテラス部１１を形成している。さらにテラス部１１には一対の出力タブ１２が設けられている。一対の出力タブ１２は、図８Ｄ等に示すように、テラス部１１を上下から挟み込むように、テラス部１１の上面と下面からそれぞれ突出するように設けられている。このテラス部１１は、図４、図８Ｄ等に示すように、出力タブ１２と接続した回路基板２０を折り返した状態で、回路基板２０の少なくとも一部が載置できる大きさに形成される。

二次電池セル１は、プラスチック製または金属製の外装フィルムの内部に電極を配置したラミネート電池が使用できる。ラミネート電池は、電極の両側に外装フィルムを配置し、電極の外側で外装フィルムを積層し、接着して積層接着部としている。ラミネート電池はリチウムポリマー電池である。ただ、本発明は、ラミネート電池をリチウムポリマー電池には特定しない。ラミネート電池は、充電できる全てのラミネート電池とすることもできる。

あるいは二次電池セル１は、ラミネート電池に代えて、一面を開口した有底筒状の金属製の外装缶と、この外装缶の開口を閉塞する封口板とを備える角型電池としてもよい。図の例では、薄型の二次電池セル１は、厚さ３ｍｍ〜１０ｍｍのリチウムイオン二次電池である。ただ、二次電池セルは、リチウムイオン二次電池以外の非水系電解液二次電池や、ニッケル−水素電池等の充電できる他の全ての二次電池とすることができる。二次電池セルをリチウムイオン二次電池とする電池パックは、全体の電池容量を大きくできる。
（回路基板２０）

回路基板２０は、二次電池セル１の一端面に配置されて、二次電池セル１と電気的に接続される。この回路基板２０は、一方向に延長された矩形状に形成されている。回路基板２０の長手方向が、二次電池セル１の長手方向と交差する姿勢で、二次電池セル１の出力タブ１２を設けた面に配置されている。さらに回路基板２０の上面には、図５Ａ、図８Ｄ等に示すように、二次電池セル１の一対の出力タブ１２とそれぞれ接続するための一対の接続端子２２を設けている。

回路基板２０は、二次電池セル１の保護回路などを実現する電子部品を実装している。保護回路は、二次電池セル１の温度、電圧、電流などを検出して、充放電の電流をコントロールすることができる。このような保護回路は、二次電池セル１の電圧を検出する電圧検出回路や、電流を検出する電流検出回路、二次電池セル１の温度を検出する温度センサ、二次電池セル１の充放電電流をコントロールするＦＥＴなどの半導体スイッチング素子、二次電池セル１の温度や過電流を検出して動作する電流遮断素子等の保護素子等を実装している。

回路基板２０は、エポキシ樹脂製とすることができる。本実施形態に係る電池パック１００では、サポートホルダ４０により全体の強度を高めることができるので、回路基板２０には、ガラス繊維等の補強繊維で補強された樹脂を使用することなく低コストに製造できる。ただ、ガラス繊維等で補強されたエポキシ樹脂で製造することもできる。サポートホルダ４０に配置される回路基板２０は、電池パック１００に要求される外形や大きさに応じて、その形状や大きさ、及びサポートホルダ４０に配置される姿勢等が決定される。回路基板２０は、サポートホルダ４０に形成される基板収納空間に配置できる外形となるように形成される。
（端子部３０）

さらに回路基板２０は、端子部３０を備えている。端子部３０は、回路基板２０から突出する姿勢に設けられている。この端子部３０は可撓性を有する材質で構成される。好ましくはフレキシブルプリント基板（ＦＰＣ）製とする。図３等の例では、端子部３０は、回路基板２０の長手方向において一方の端縁側（図において左端）に配置されている。また端子部３０の一端の固定部位３１が、回路基板２０と半田付け等で固定されていると共に、図４の断面図に示すように回路基板２０の一方の主面から裏面側に折り返されて、回路基板２０の他方の長辺側から引き出されるように延伸されている。このように、回路基板２０から端子部３０を直接引き出すのでなく、一旦折り返して引き出すことで、端子部３０に応力が印加された際に、端子部３０と回路基板２０との固定部位３１に直接応力が作用することを避け、応力に対して固定部分の保護を高めることができる。

一方で端子部３０の先端には、コネクタ３２を設けている。コネクタ３２は、二次電池セル１の出力を外部の給電対象機器に与えるための出力端子や、外部機器と信号をやりとりするための信号端子等を含んでいる。
（サポートホルダ４０）

サポートホルダ４０は、回路基板２０を覆う大きさに形成される。すなわち、回路基板２０の長手方向に沿うように一方向に延長された外形を有する。サポートホルダ４０は、回路基板２０を保持してこれを保護する。このようなサポートホルダ４０は、好ましくは耐熱性と強度に優れた樹脂、例えばポリカーボネートやＡＢＳ等の樹脂で成形される。

サポートホルダ４０は、図７Ａ、図７Ｂに示すように、長手方向の端縁にそれぞれ端縁保持部４１を形成している。端縁保持部４１は、サポートホルダ４０の主面から壁状に延長されており、回路基板２０の長手方向の端縁を保持するための部材である。
（爪部４２）

加えてサポートホルダ４０は、その長手方向に沿って複数の爪部４２を形成している。爪部４２は、回路基板２０の長辺側を部分的に保持するための部材である。このように、サポートホルダ４０の短辺側に設けた端縁保持部４１のみならず、長辺側にも爪部４２を形成したことで、回路基板２０を長手方向のみならず、これと交差する短手方向にも保持することが可能となって、回路基板２０の位置ずれをＸＹ方向で阻止して、安定的に保持できるようになる。

爪部４２は、その先端を回路基板２０を係止するように折曲させている。ここでは、断面視コ字状となるように鉤状に折曲させて、回路基板２０の端縁をコ字状部分に挿入して係止する。このように爪部４２を鉤爪状としたことで、回路基板２０がサポートホルダ４０から浮き上がることを抑制して、より安定的に回路基板２０を保持できる利点が得られる。

爪部４２は、サポートホルダ４０の長手方向に沿って離間して複数設けられる。爪部４２を設ける位置や数は、電池パック１００に要求される仕様や耐久性等に応じて設定される。特に爪部４２は、等間隔で形成する必要はなく、保持が必要な部位に設けることが好ましい。図５Ａ及び図５Ｂに示す例では、回路基板２０から端子部３０が突出される部位において、端子部３０の両側に爪部４２を設けて、回路基板２０を保持している。これにより、回路基板２０に固定された端子部３０に引っ張り応力が作用しても、引っ張り応力の印加される端子部３０の両側で回路基板２０を爪部４２で保持することで、効果的に回路基板２０を保持できる。また、端子部３０の両側に加えて、さらに２箇所で回路基板２０の長辺側を保持している。図７Ａ及び図７Ｂに示す例では、手前側の長辺に計４箇所、爪部４２を設けている。

一方で、サポートホルダ４０の他の長辺側には、回路基板２０の長辺を保持するホルダ壁部４３を形成している。ホルダ壁部４３は、回路基板２０が二次電池セル１と対向する面側で、テラス部１１の上段側に配置して、回路基板２０と二次電池セル１とを絶縁する（図８Ｅ、図８Ｆ参照）。なお、図５Ａに示す例では、回路基板２０に端子部３０を設けた部位には、ホルダ壁部４３を設けずに開放させている。

爪部４２は、回路基板２０の長辺の両側に設けることが好ましい。したがってホルダ壁部４３にも、第二爪部４４を設けている。図７Ｂ、図５Ａ等に示す例では、ホルダ壁部４３の内、回路基板２０に端子部３０を設けた部位、すなわちホルダ壁部４３の開放側の端縁と、ホルダ壁部４３の中間の、計２箇所に第二爪部４４を設けている。これによって、爪部４２と第二爪部４４でもって確実に回路基板２０の端縁を保持できる。なお、ホルダ壁部４３に回路基板２０の端縁を当接させることでも、要求される回路基板２０の保持が十分に果たされる場合は、ホルダ壁部４３の第二爪部４４を省略することもできる。
（電池パック１００の製造方法）

次に電池パック１００の製造方法を図８Ａ〜図８Ｆに基づいて説明する。まず、図８Ａに示すように端子部３０を接続した回路基板２０と、サポートホルダ４０を準備する。

そして図８Ｂに示すように、回路基板２０の一方の長辺側から突出した端子部３０を、他方の長辺側に向かって折り返す。そしてサポートホルダ４０を、端子部３０を折り返した面側から嵌合し、図８Ｃに示すようなサポートホルダ４０で被覆された回路基板２０とする。この状態で図８Ｄに示すように回路基板２０を裏返し、二次電池セル１の出力タブ１２を設けた面と対向させる。そして図８Ｅに示すように、出力タブ１２と回路基板２０の接続端子２２とを半田付け等により接続する。このとき、端子部３０は二次電池セル１の下面側に重ねられた状態となる。

さらに接続後に、出力タブ１２を折曲して回路基板２０を折り返し、一部をテラス部１１に載置する。このとき、端子部３０が二次電池セル１の下面側から引き起こされて、二次電池セル１の一面から突出する状態となる。以上のようにして、電池パック１００が得られる。なお図８Ｆの電池パック１００は、図１の電池パック１００の裏面側から見た状態を示している。

このように本実施形態によれば、サポートホルダ４０に端縁保持部４１のみならず、これと交差する方向に爪部４２を設けたことで、回路基板２０を位置ずれしない状態に安定的に保持できる。すなわち、図１１Ａ、図１１Ｂに示すような両側の端縁でのみ回路基板２０の両端を抱くようにして保持するサポートホルダ４０では、図１２Ｃに示すように二次電池セル１の長手方向への位置決めができず、手前側への移動を阻止できないところ、図５Ａ等に示すように爪部４２を長辺側に配置したことで、回路基板２０のＸＹ方向への移動を規制して、振動等による位置ずれや破損から回路基板２０を有効に保護できる。

以上、本発明の実施形態乃至実施例を図面に基づいて説明した。ただ、上記の実施形態乃至実施例は、本発明の技術思想を具体化するための例示であって、本発明は上記のものに特定されない。また、本明細書は特許請求の範囲に示される部材を、実施形態の部材に特定するものでは決してない。特に実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。さらに以上の説明において、同一の名称、符号については同一もしくは同質の部材を示しており、詳細説明を適宜省略する。さらに、本発明を構成する各要素は、複数の要素を同一の部材で構成して一の部材で複数の要素を兼用する態様としてもよいし、逆に一の部材の機能を複数の部材で分担して実現することもできる。

本発明の電池パック及びこれを備える電源装置並びに電池パックの製造方法によれば、薄型の二次電池セルと同一平面に配置された回路基板を安定的に保持できるので、移動時の振動や外力が印加される携帯型の電子機器、例えばスマートフォンやタブレット等の電源として好適に利用できる。

１００、９００…電池パック
１、９１０…二次電池セル
２…カバー部
１１…テラス部
１２、９１２…出力タブ
２０、９２０…回路基板
２２…接続端子
３０、９３０…端子部
３１…固定部位
３２…コネクタ
４０、９４０…サポートホルダ
４１、９４１…端縁保持部
４２…爪部
４３…ホルダ壁部
４４…第二爪部
５１…第一スペーサ
５２…第二スペーサ

Claims (9)

1. 幅よりも厚さが薄い、一方向に延長された外形を有する二次電池セルと、
   前記二次電池セルの一端面に配置され、該二次電池セルの長手方向と交差する方向に延長された回路基板と、
   前記回路基板から突出して設けられた可撓性を有する端子部と、
   前記回路基板の長手方向に沿うように延長されて、該回路基板を保持するためのサポートホルダと
   を備える電池パックであって、
   前記サポートホルダは、
   長手方向の端縁にそれぞれ設けられた、前記回路基板の長手方向の端縁を保持する端縁保持部と、
   該サポートホルダの長手方向に沿って設けられた、前記回路基板の長辺側の一部を保持するための一以上の爪部と
   を備える電池パック。
2. 請求項１に記載の電池パックであって、
   前記爪部が、前記回路基板の長辺の両側に設けられてなる電池パック。
3. 請求項２に記載の電池パックであって、
   前記サポートホルダは、その長辺の一方に、前記回路基板の長辺を保持するホルダ壁部を形成しており、
   前記ホルダ壁部に、前記爪部の一を設けてなる電池パック。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の電池パックであって、
   前記爪部は、その先端を前記回路基板を係止するように折曲させてなる電池パック。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の電池パックであって、
   前記爪部が、前記回路基板から前記端子部が突出される部位であって、該端子部の両側で前記回路基板を保持するように配置されてなる電池パック。
6. 請求項１〜５のいずれか一項に記載の電池パックであって、
   前記端子部が、前記回路基板の長手方向において一方の端縁側に配置されてなる電池パック。
7. 請求項１〜６のいずれか一項に記載の電池パックであって、
   前記端子部が、フレキシブルプリント基板である電池パック。
8. 請求項１〜７のいずれか一項に記載の電池パックを一以上備える電源装置。
9. 幅よりも厚さが薄い、一方向に延長された外形を有すると共に、一方の端縁にテラス部を設けた二次電池セルと、
   前記二次電池セルの一端面に配置され、該二次電池セルの長手方向と交差する方向に延長された回路基板と、
   前記回路基板から突出して設けられた可撓性を有する端子部と、
   前記回路基板の長手方向に沿うように延長されて、該回路基板を保持するためのサポートホルダと
   を備える電池パックの製造方法であって、
   前記回路基板を、前記端子部を突出させた状態で、前記サポートホルダで、前記回路基板の長手方向の端縁を、前記サポートホルダの長手方向の端縁にそれぞれ設けた端縁保持部で保持し、かつ前記サポートホルダの長手方向に沿って設けられた一以上の爪部でもって、前記回路基板の長手方向に沿って保持する工程と、
   前記回路基板を、前記二次電池セルのテラス部に接続する工程と、
   接続された回路基板を折り返して、少なくとも一部がテラス部に載置される姿勢とする工程と
   を含む電池パックの製造方法。

Images