JP2021061152A - 電池パックおよび電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】破損に強い電池パックを提供する。【解決手段】電池パックは、対向する２つの主表面と前記対向する２つの主表面を接続する端面とを有し、電池素子をラミネート外装体で包装した電池本体と、前記端面の外方に配置され、前記電池本体に電気的に接続された回路基板と、前記回路基板を支持する支持部と、を備え、前記電池本体を、前記対向する２つの主表面に垂直な平面で切った断面において、前記回路基板の電子部品の実装面が前記対向する２つの主表面に対して傾斜している。【選択図】図２

Description

本発明は、電池パックおよび電子機器に関する。

電子機器の１つであるスマートフォンでは、駆動時間を長くするために容量の大きなリチウムポリマー電池が用いられている。特許文献１に開示されたリチウムポリマー電池は、ラミネートで覆われたセルと、回路基板と、回路基板とスマートフォンのメイン基板とを接続するフレキシブル基板とを備えている。セルには、端部に突出した出力端子が複数設けられており、各出力端子と回路基板同士が接続されている。さらに、リチウムポリマー電池は、回路基板の縁部がセルの端部に対向したまま粘着フィルムで覆う構成としている。

特開２０１８−２００７６１号公報（２０１８年１２月２０日公開）

上記リチウムポリマー電池では、落下等による衝撃により、回路基板がラミネートで覆われたセルを傷つけてしまい、同電池を破損させてしまう可能性があった。本発明の一形態は、破損に強い電池パックおよび電子機器を提供することを目的とする。

（１）本発明の一形態の電池パックは、対向する２つの主表面と前記対向する２つの主表面を接続する端面とを有し、電池素子をラミネート外装体で包装した電池本体と、前記端面の外方に配置され、前記電池本体に電気的に接続された回路基板と、前記回路基板を支持する支持部と、を備え、前記電池本体を前記対向する２つの主表面に垂直な平面で切った断面において、前記回路基板の電子部品の実装面が前記対向する２つの主表面に対して傾斜している。

（２）本発明の一形態の電池パックは、前記支持部が、前記電池本体が前記回路基板に接触するように移動した場合に、前記電池本体の移動にしたがって前記回路基板が移動するように、前記回路基板を支持している。

（３）本発明の一形態の電池パックは、さらに、前記電池本体と前記回路基板と前記支持部とを固定するフィルムとを備える。

（４）本発明の一形態の電池パックは、前記支持部は、複数で構成する。

（５）本発明の一形態の電子機器は、（１）から（４）のいずれか１項に記載の電池パックと、前記電池パックを収容する電池収容部を設けた筐体と、を備える。

本開示の実施形態に係るスマートフォンを示す正面図である。 スマートフォンの表示部を取り外した筐体内部構造を示す正面図である。 図２のIII−III線における断面図である。 電池パックを示す正面図である。 電池パックを示す背面図である。 （ａ）電池パックの要部を示す断面図である。（ｂ）支持部を示す斜視図である。 外部からの衝撃を受けた際の電池パックの回路基板の変化を示す側面図である。 （ａ）変形例１の電池パックの要部を示す断面図である。（ｂ）変形例１の支持部を示す斜視図である。 （ａ）変形例２の電池パックの要部を示す断面図である。（ｂ）変形例２の支持部を示す斜視図である。 （ａ）変形例３の電池パックの要部を示す断面図である。（ｂ）変形例３の支持部を示す斜視図である。 他の電池パックを示す断面図である。

（実施形態）
以下、本開示の実施形態としては、電子機器の一例としてスマートフォンに本発明を適用した場合について、図面を参照しつつ説明する。本発明はスマートフォンに限定されず、電子機器一般に適用することができる。図１は、本開示の実施形態に係るスマートフォンを示す正面図である。図２は、スマートフォンの表示部を取り外したあとの筐体内部構造を示す正面図である。図３は、図２のIII−III線における断面図である。以下の実施形態では、説明の便宜上、スマートフォンについて、表示部の正面側を「前」、背面側を「後」と称し、上下方向における上側を「上」、下側を「下」と称し、表示部を正面側から見たときの左右方向における左側を「左」、右側を「右」と称する。

図１に示すように、スマートフォン１は、正面視で略矩形状に構成する薄型の電子機器であり、筐体２に、表示部３、スピーカ（図示しない）やマイク（図示しない）、図２に示す撮像部５、カードコネクタ（図示しない）、これらの動作を制御するメイン回路基板６、電池パック１０などの複数の電子部品を収容する構造を有する。

表示部３は、画像表示をしつつ、入力デバイスとしてのタッチパネル付きのものであって、スマートフォン１のユーザーインターフェースを構成している。

図２および図３に示すように、筐体２は、表示部３を前側に収容可能な略長方形枠状に形成される。筐体２の外周縁には、前方へ突出した壁状の側壁部２−１が設けられる。

筐体２内側の中央部分には、後側に凹む略長方形凹状の電池収容部４が設けられる。電池収容部４は、表示部３側に前方へ突出して設けられた略枠状の仕切壁部１１に囲まれて構成される。

略枠状の仕切壁部１１は、上下側のそれぞれの隅に設ける各仕切体１２，１２，１３，１３と、左右両側で上下方向に延びる各仕切体１４，１５とを有している。この電池収容部４には、後述する扁平な略長方形状の電池パック１０が収容される。また、電池パック１０の回路基板２４の長辺側が当接する各仕切体１２，１２には、外部からの衝撃を吸収するための弾性体を設けてもよい。

電池収容部４より上方にある筐体２内側の上側部分には、カードコネクタ、撮像部５とともに電源回路や制御回路や通信回路などを構成する種々の回路部品を実装したメイン回路基板６が収容される。電池収容部４より下側にある筐体２の下側部分には、電子部品を実装したサブ回路基板が収容される。

さらに、筐体２には、電池収容部４に電池パック１０を固定するためにカバーシート（図示しない）を備えるようにしてもよい。カバーシートは、片方の面全体に粘着面を有しており、粘着面に電池パック１０を貼り付ける。カバーシートは、ＰＥＴ（Polyethylene terephthalate）などの難燃性を有する汎用プラスチックからなる。

撮像部５は、静止画や動画を撮影する撮像素子と処理回路等とを有している。

次に、電池パック１０の構成について説明する。図４は、電池パックを示す正面図であり、図５は、電池パックを示す背面図であり、図６（ａ）は、電池パックの要部を示す断面図であり、図６（ｂ）は、支持部を示す斜視図である。

図４および図５に示すように、電池パック１０は、例えばリチウムイオンポリマーの電池素子２２を柔軟なラミネート外装体２３に封入してなるパウチタイプ或いはラミネート包装の電池である。具体的には、図６（ａ）に示すように、電池パック１０は、電池本体２１、回路基板２４、および支持部２５を備えている。電池本体２１は、対向する２つの主表面と対向する２つの主表面を接続する端面とを有し、電池素子２２をラミネート外装体２３で包装されている。回路基板２４は、端面の外方に配置され、電池本体２１に電気的に接続されている。支持部２５は、回路基板２４を支持する。電池本体２１を対向する２つの主表面に垂直な平面で切った断面において、回路基板２４の電子部品の実装面２４−１が対向する２つの主表面に対して傾斜している。

電池パック１０では、電池本体２１の端部２１−１の端面と、各電子部品を回路基板２４に実装面２４−１とのなす角度θが鈍角をなすように、回路基板２４を支持部２５のテーパー面２５−１−１に載置する。さらに電池パック１０では、同回路基板２４および支持部２５を電池本体２１の端部２１−１に配置している。また、電池本体２１は、出力部２１−１−１と回路基板２４とを配線２６を介して電気的に接続している。具体的には、電池本体２１の出力部２１−１−１に接続した配線２６が、支持部２５と回路基板２４との間において、テーパー面２５−１−１上に沿って引き回され、テーパー面２５−１−１の一端から折り返され、回路基板２４の実装面に接続される。かかる電池パック１０は電池本体２１と回路基板２４と支持部２５とを固定する粘着性フィルム２８で覆うことで構成される。なお、電池本体２１の出力部２１−１−１に接続した配線２６は、支持部２５の下面に沿って引き回され、回路基板２４に接続されるようにしてもよい。

次に、電池パック１０を構成する各部品について説明する。ラミネート外装体２３は、電池素子２２を収容するための薄膜なフィルムであり、例えばアルミラミネートフィルムを袋状にした構造である。

電池素子２２は、電解液に高分子（ポリマー）を含侵させてゲル化したポリマー電解質を用いて、ゲル状のリチウムイオンポリマー電解質と正極及び負極の電極を含むものである。

電池本体２１は、ラミネート外装体２３と電池素子２２とを有している。電池本体２１は、一方の主表面を有する上部２１−３と、他方の主表面を有する下部２１−４と、端面を有する端部２１−１と、端部２１−１に対向する後端部２１−２（図４参照）と、両側部２１−５，２１−６（図４参照）とにより略直方体形状を構成している。電池本体２１は、端部２１−１から２つの出力部２１−１−１，２１−１−１が並んで突出した構造となる。具体的には、電池素子２２の各電極に接続した出力部２１−１−１，２１−１−１が電池本体２１の端部２１−１からラミネート外装体２３の外部へ引き出されている。図４中符号Ｗ１は、電池本体の幅員である。図６中符号Ｈ１は電池本体２１の厚みである。

図６に示すように、回路基板２４は、例えばエポキシ樹脂等を略板形状に形成されている。また、回路基板２４は、電池素子２２の充放電電流を制御したり、電池素子２２の温度や過電流を検出して電流を遮断したりする保護回路を電子部品等で構成しており、電子部品等を実装するための実装面２４−１を有している。図４の回路基板２４の長辺の長さＷ２は、上記電池本体２１の幅員Ｗ１と同等もしくは短い長さである。回路基板２４は、配線２６を介して電池本体２１の出力部２１−１−１，２１−１−１と接続されている。図６中符号２４−２は、回路基板２４の長辺側の側部であり、符号２４−３は、回路基板２４の短辺側の側部である。

図６に示すように、支持部２５は、電池本体２１が回路基板２４に接触するように移動した場合に、電池本体２１の移動にしたがって回路基板２４が移動するように、回路基板２４を支持している。具体的には、支持部２５は、四角形状の一辺をテーパー形状に切断して形成したテーパー面２５−１−１を有している。支持部２５のテーパー面２５−１−１上に回路基板２４を配置し、さらに、回路基板２４を載置したままの支持部２５を電池本体２１の端部２１−１に近接配置する。かかる支持部２５上に配置した回路基板２４の実装面２４−１と、電池本体２１の垂直方向の端部２１−１の端面とは、鈍角を形成している。図６（ｂ）に示す電池本体２１の端部２１−１に面する側の支持部２５の高さＨ２は、電池本体２１の厚みＨ１よりも低い。図中符号２５−１はテーパー面２５−１−１を形成する上壁であり、符号２５−２は、電池本体２１の端部２１−１に対向する支持部２５の側壁であり、符号２５−３は、支持部２５の側壁２５−２に対向する側壁であり、符号２５−４，２５−５は支持部２５の左右側の側壁であり、符号２５−６は支持部２５の底壁である。

粘着性フィルム２８は、電池本体２１と回路基板２４と支持部２５と配線２６等を一体的に固定するものであり、粘着性の薄膜フィルムで構成されている。粘着性フィルム２８は、図４および図５に示すように、電池パック１０における電池本体２１と回路基板２４と支持部２５等とを固定するために、少なくとも一点鎖線で示す領域に貼り付けている。

さらに、電池パック１０は、さらにメイン回路基板６に電気的に接続されるフレキシブルプリント配線基板２７（以下、ＦＰＣと称する：Flexible Printed Circuit）を含むようにしてもよい。ＦＰＣ２７は、電池本体２１の上端に設けられた回路基板２４から延伸して、広げた状態でＬ字状に形成されている。ＦＰＣ２７の先端部には、メイン回路基板６に設けられたコネクタ（不図示）に電気的に接続する接続部２７−１が設けられる。

図２および図３に示すように、電池パック１０は、筐体２の電池収容部４に収納される。次に、この電池パック１０の前方に表示部３（図１参照）が配置されることによりスマートフォン１が構成される。

図７は、外部からの衝撃を受けた際の電池パックの回路基板の変化を模式的に示す側面図である。なお、図７の電池パックは、配線やフィルムを除き電池本体と回路基板と支持部のみを模式的に示している。

図７に示すように、電池パック１０において、静止状態から電池本体２１の後端部２１−２に衝撃Ｐ１が加えられる。電池本体２１が回路基板２４および支持部２５に向かって移動する。電池本体２１の端部２１−１の端面に回路基板２４が当接すると、支持部２５のテーパー面２５−１−１上の回路基板２４には、実装面２４−１に垂直な方向の力Ｐ２が生じる。かかる構成によれば、衝撃を受けると支持部２５上に斜めに配置された回路基板２４が電池本体２１の端部２１−１の端面から離れる方向に移動するため、回路基板２４による電池本体２１への強いダメージを無くす効果がある。

かかる電池パック１０によれば、回路基板２４を支持部２５上に斜めに配置することにより、電池本体２１の全長Ｌ１（図４参照）と回路基板２４の短辺側の長さＬ２（図４参照）とを合わせた長さＬ（図４参照）を短くすることができる。

さらに、上述した電池パック１０を備えたスマートフォン１によれば、スマートフォン１の落下等による衝撃に起因して筐体内の電池パック１０にも衝撃が伝わり、支持部２５上に斜めに配置された回路基板２４が電池本体２１の端部２１−１の端面から離れる方向に移動する。さらにこの移動により、回路基板２４による電池本体２１への強いダメージを無くすことができて、ダメ―ジ等に起因する電池パック１０の破損が無くなり、スマートフォン１を長期にわたり良好に使用できる。また、スマートフォン１によれば、支持部２５に回路基板２４を斜めに配置することで、電池パック１０全長が短くなり、筐体２の電池収容部４の左右仕切体１４，１５の長さも短くなり、小型化することができる。

図８から図１０は、電池パックおよび支持部の変形例を示すものであり、以下、図を参照しながら説明する。なお、以下の説明において、上述した実施形態の電池パックと同一構造の部品については、同一符号を付して重複する説明を省略する。

［変形例１］
電池パックの変形例１について説明する。図８（ａ）は、変形例１の電池パックの要部を示す断面図であり、図８（ｂ）は、変形例１の支持部を示す斜視図である。

図８（ａ）に示すように、電池パック３０は、略円柱形状の支持部３５を用いる構成が上記実施形態と異なる。電池パック３０は、例えば断面視円形状の支持部３５の外周面３５−１−１に回路基板２４を斜めに配置する。さらに、斜めな回路基板２４と支持部３５を電池本体２１の端部２１−１に配置する。かかる構成および配置のまま、粘着性フィルム２８で固定するようにしている。

図８（ｂ）に示すように、支持部３５は、例えば円柱形状に形成されて、横方向に倒して用いる。かかる構成によれば、上述した実施形態と同様の効果を奏する。さらに、略円柱形状の支持部３５とすることで、支持部３５上の回路基板２４の傾斜度合いを粘着性フィルム２８で固定する際に調整することができる。図中符号３５−４，３５−５は支持部３５の円形状の側壁である。なお、図中においては、支持部３５は、側面視円形状としたが、楕円形状であってもよい。

［変形例２］
電池パックの変形例２について説明する。図９（ａ）は、変形例２の電池パックの要部を示す断面図であり、図９（ｂ）は、変形例２の支持部を示す斜視図である。

図９（ａ）に示すように、電池パック４０は、略三角柱形状の支持部４５を用いる構成が上記実施形態と異なる。電池パック４０は、例えば断面視直角三角形状の支持部４５の外周面に回路基板２４を斜めに配置する。さらに、斜めな回路基板２４と支持部４５を電池本体２１の端部２１−１に対向するように配置する。かかる構成および配置のまま、粘着性フィルム２８で固定するようにしている。

図９（ｂ）に示すように、支持部４５は、例えば三角柱形状に形成されて、横方向に倒して用いる。かかる構成によれば、上述した実施形態と同様の効果を奏する。図中符号４５−１はテーパー面４５−１−１を形成する上壁であり、符号４５−２は、電池本体２１の端部２１−１に対向する支持部４５の側壁であり、符号４５−４，４５−５は支持部４５の左右側の側壁であり、符号４５−６は支持部４５の底壁である。

［変形例３］
電池パックの変形例３について説明する。図１０（ａ）は、変形例３の電池パックの要部を示す断面図であり、図１０（ｂ）は、変形例３の支持部を示す斜視図である。

図１０（ａ）に示すように、電池パック５０は、複数の支持部５５，５６を用いる構成が上記実施形態と異なる。電池パック５０は、例えば四角柱形状の上支持部５５と四角柱形状の下支持部５６との間に回路基板２４を斜めに配置する。斜めな回路基板２４と上支持部５５と下支持部５６とを電池本体２１の端部２１−１に配置する。かかる構成および配置のまま、粘着性フィルム２８で固定するようにしている。

図１０（ｂ）に示すように、上支持部５５および下支持部５６は、例えば四角柱形状にそれぞれ形成されて、横方向に倒して用いる。かかる構成によれば、上述した実施形態と同様の効果を奏する。また、電池パック５０によれば、図７に示すような衝撃Ｐ１を受けても上下の支持部５５，５６間に斜めに配置された回路基板２４が電池本体２１の端部２１−１の端面から離れる方向に移動するため、回路基板２４による電池本体２１への強いダメージを無くす効果がある。すなわち、上記衝撃Ｐ１以外の表示部側や、表示部とは反対側からの衝撃を受けても、回路基板２４を複数の支持部５５，５６で支持することができ、よりダメージを分散することができる。図中符号５５−１は上支持部５５の上壁であり、符号５５−２は、電池本体２１の端部２１−１に対向する上支持部５５の側壁であり、符号５５−３は、上支持部５５の側壁５５−２に対向する側壁であり、符号５５−４，５５−５は上支持部５５の左右側の側壁であり、符号５５−６は上支持部５５の底壁である。また、符号５６−１は下支持部５６の上壁であり、符号５６−２は、電池本体２１の端部２１−１に対向する下支持部５６の側壁であり、符号５６−３は、下支持部５６の側壁５６−２に対向する側壁であり、符号５６−４，５６−５は下支持部５６の左右側の側壁であり、符号５６−６は下支持部５６の底壁である。

なお、支持部の外形形状については、回路基板を斜めに支持できれば、４面以上の多角形状であってもよい。

［他の例］
電池パックの他の例について説明する。図１１は、他の電池パックを示す断面図である。

図１１に示すように、電池パック６０は、Ｃカットの回路基板６４を用いる構成が上記実施形態と異なる。電池パック６０の回路基板６４の長辺側の側部６４−２を例えばＣカットに形成している。かかる構成とすることで、電池パック６０が外部の衝撃によるストレスを受けた場合に、電池本体２１の端部２１−１に沿って、回路基板６４のＣカットの側部が押し上げられる。かかる回路基板６４の側部６４−２をＣカットとすることで、電池本体２１の端部２１−１への回路基板６４による衝撃を軽減することができる。図中符号６４−１は回路基板６４の実装面である。

各変形例又は他の例の電池パックはスマートフォンに適用することができる。スマートフォンによれば、上述した同様の効果を奏するため重複する説明を省略する。

上述した実施形態では、電子機器は、携帯電話機のスマートフォンとしたが、タブレット端末、パソコン、電子辞書、電卓、ゲーム機、ＰＨＳ、ＰＤＡ、モバイルツール等であってもよく、小型のディスプレイ機器、テレビ機器、ブルーレイディスクレコーダ機器、ＤＶＤレコーダ機器等であってもよい。

本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

１ スマートフォン
２ 筐体
３ 表示部
４ 電池収容部
５ 撮像部
６ メイン回路基板
１０，３０，４０，５０，６０ 電池パック
２１ 電池本体
２１−１ 端部
２２ 電池素子
２３ ラミネート外装体
２４，６４ 回路基板
２４−１ 実装面
２５，３５，４５，５５，５６ 支持部
２６ 配線
２７ フレキシブルプリント配線基板
２８ フィルム

Claims (5)

1. 対向する２つの主表面と前記対向する２つの主表面を接続する端面とを有し、電池素子をラミネート外装体で包装した電池本体と、
   前記端面の外方に配置され、前記電池本体に電気的に接続された回路基板と、
   前記回路基板を支持する支持部と、
   を備え、
   前記電池本体を前記対向する２つの主表面に垂直な平面で切った断面において、前記回路基板の電子部品の実装面が前記対向する２つの主表面に対して傾斜している、電池パック。
2. 前記支持部は、前記電池本体が前記回路基板に接触するように移動した場合に、前記電池本体の移動にしたがって前記回路基板が移動するように、前記回路基板を支持している、請求項１に記載の電池パック。
3. さらに、前記電池本体と前記回路基板と前記支持部とを固定するフィルムとを備える、
   請求項１または２に記載の電池パック。
4. 前記支持部は、複数で構成する、
   請求項１〜３のいずれか１項に記載の電池パック。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の電池パックと、
   前記電池パックを収容する電池収容部を設けた筐体と、
   を備えた、
   電子機器。

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