JP3579621B2 - Battery pack - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、携帯電話機やモバイルコンピュータ等の携帯情報機器の電池電源として用いられる電池パックに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
図13(a)は、従来構成になる携帯電話機の電池パック49収容部分の内部構成を示すもので、パックケース50内にリチウムイオン二次電池により形成された電池51を収容すると共に、この電池51を過充電や過放電等から保護するための電池保護装置52を備えて構成されている。この電池51は、発電要素を収容した電池缶61が負極端子、電池缶を封口した封口板62に正極端子を設けて構成されている。従って、負極端子及び正極端子と電池保護装置52との間は、図示するように正極接続リード53、負極接続リード54により電気的な接続がなされる。また、正極接続リード53及び負極接続リード54はリチウムイオン二次電池51上に電池保護装置52を保持する支持部材としての機能を担っている。前記正極接続リード53は、その一端がリチウムイオン二次電池51の正極端子にスポット溶接され、負極端子である電池缶61との間の絶縁を確保するため電池缶61上に貼着された絶縁シート55上を延長して、その他端を保護回路が形成された回路基板56にハンダ付けされている。負極接続リード54は、その一端が電池缶61の底面にスポット溶接され、他端が前記回路基板56にハンダ付けされている。
【0003】
前記電池保護装置52は、過放電や過充電あるいは短絡等から電池51を保護するために設けられているもので、電池51は電池保護装置52を介して外部出力端子57a〜57dに接続される。また、電池保護のための回路を形成した回路基板56に、外部出力端子57a〜57d及びテスト端子58が取り付けられた端子支持板59の外部出力端子57a〜57d及びテスト端子58を回路基板56にハンダ付けすることにより、回路基板56と端子支持板59とを一体化して電池保護装置52が構成される。図13(b)は、電池51及び電池保護装置52の反対面の構成を示している。外部出力端子57a〜57dには、電池パックを携帯電話機に装着したとき、携帯電話機に設けられた接続プローブが接触して電池パックの携帯電話機に対する電気的接続がなされる。テスト端子58は、その延長端が電池缶61との絶縁を確保する絶縁シート60上に配置され、電池缶61に一端がスポット溶接されたテスト片62と共にパックケース50に設けられた開口孔から露出して、電池保護装置52の動作テストに用いられる。動作テストの終了後に前記開口孔は被覆シートにより閉じられる。
【0004】
このように従来構成になる電池パック49では、図13(b)に示すように、電池51、電池保護装置52、外部出力端子57a〜57dが一体的に形成され、これを図13(a)に示すようにパックケース50に収容することにより、前記外部出力端子57a〜57dがパックケース50の開口部から外部に露出するように構成されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
携帯電話機の小型化の進展は目ざましいものがあるが、次の発展課題は薄型化である。この薄型化は携帯電話機だけでなく、モバイルコンピュータや電子手帳等の携帯情報機器についても同様に要求される課題となっている。小型化だけでは携帯の便を必ずしも満たすことはできず、薄型化が達成されてこそ携帯性が向上し、携帯電話機では胸ポケットに違和感なく挿入できるポケットイン携帯を可能にする。
【0006】
上記従来構成になる電池パック49は、図14に携帯電話機の電池装着位置の断面として示すように携帯電話機70に装着されるが、電池パック49が携帯電話機70の厚さの約1/2を占めている。この電池パック49の薄型化が携帯電話機70の薄型化を達成するための重要な要素となっている。他の携帯情報機器についても同様の電池装着状態にあり、携帯情報機器の小型軽量化及び薄型化、特に薄型化を実現するには電池の薄型化が不可欠の要素となる。
【0007】
しかしながら、従来の電池パック49に用いられたリチウムイオン二次電池のように正負極板を金属製の電池缶に収容した電池では、電池缶を薄型化することに限界がある。また、図13に示したように、電池の正極端子及び負極端子と電池保護装置との間の接続に多くの部材や加工工程を必要とし、電池以外の構成要素も電池パックの薄型化を阻害している。更に、電池保護装置52の配設構造は、パックケース50内の厚さ方向にスペースを要するものとなり、外部出力端子57a〜57dの支持構造が更に厚みを増長させてしまう問題点があった。
【0008】
本発明が目的とするところは、正負電極を軟質材料によって形成された外装ケース内に収容して構成された電池を用いることにより薄型化を図ると共に、他の構成要素を電池の薄型形状に合わせて配設して、電池パックの薄型化を実現することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本願の第1発明は、偏平形状に形成された二次電池と、この二次電池を保護するための保護回路を形成した回路基板及びPTC素子を備えて構成された電池保護装置とを、収納容器となる下ケースと、この下ケースの開口側を閉じる蓋体をなす上ケースとを接合して偏平形状に形成されるパックケース内に収容し、前記二次電池から引き出された正極リード及び負極リードを前記電池保護装置を介してパックケースに設けられた外部出力端子に接続してなる電池パックにおいて、前記二次電池が、シート状の正負極板を積層して形成された発電要素を一対のラミネートシートの周辺部を溶着シールした外装ケース内に収容し、溶着シールした一辺側から正極リード及び負極リードが引き出されてなり、この二次電池の前記正極リード及び負極リードが引き出された一辺側に前記電池保護装置が配設されてなることを特徴とする。
【0010】
この構成によれば、正負極板を積層構造にした二次電池は正極リード及び負極リードを外装ケースであるラミネートシートを溶着シールした一辺側から引き出すことができ、このリード引き出し辺側に電池保護装置を配設することにより、二次電池と電池保護装置との間の接続が最短距離でなされてシンプルな構造となり、構成部材や加工工程を削減すると共に、電池パックの薄型化を容易にする。
【0011】
上記構成において、回路基板は、その板面方向が二次電池の偏平面方向と平行で、且つ外装ケースの溶着シール部分の少なくともその一部とオーバーラップした位置に配設されるので、電池保護装置を薄いパックケース内に収容し、且つ溶着シール部分の収容スペースを設けて電池パックの小型薄型化を達成することができる。
【0012】
また、電池保護装置がパックケース内の下ケース寄りに配設され、この回路基板に接続された正極接続部材及び負極接続部材と、正極リード及び負極リードとが、ぞれぞれ上ケース寄りの位置で接続され、このリード接続位置と電池保護装置との間に電池の溶着シール部分が配設されるように構成することにより、電池保護装置上にリード接続位置を配しても溶着シール部分がその間に介在してリード接続部分と電池保護装置との間の絶縁を確保することができる。
【0013】
また、回路基板は、基板の一方面を部品実装面、他方面をハンダ付け面として形成され、前記ハンダ付け面を下ケースの開放面側に向けて配設されるように構成することにより、ハンダ付け面に対する接続及び絶縁処理等を容易に行うことができる。
【0014】
また、回路基板のハンダ付け面は、接続加工の終了後に絶縁素材により被覆されるように構成することにより、電池から電解液が漏出した場合に回路基板に液絡や腐食が生じることを防止することができる。
【0015】
また、PTC素子が板状に形成されてなり、その板面方向は二次電池の偏平面方向と平行で、且つ外装ケースの溶着シール部分の少なくともその一部とオーバーラップした位置に配設されるように構成することにより、薄いパックケース内に収容し、且つ溶着シール部分の収容スペースを設けて電池パックの小型薄型化を達成することができる。
【0016】
また、本願の第2発明は、平板形状に形成された二次電池と、少なくとも二次電池を保護するための保護回路を形成した回路基板を備えて構成された電池保護装置とをパックケース内に収容し、前記二次電池から引き出された正極リード及び負極リードを前記電池保護装置を介してパックケースに設けられた正極外部出力端子及び負極外部出力端子に接続してなる電池パックにおいて、前記二次電池が、発電要素を一対のラミネートシートからなる外装ケース内に収容し、溶着シールした一辺側の溶着シール部分から正極リード及び負極リードが引き出されてなり、前記正極外部出力端子及び負極外部出力端子がパックケースのリード引き出し辺側の側面に装着固定されて配され、回路基板が、その板面方向が二次電池の平板面方向と平行で、且つ外装ケースの前記溶着シール部分の少なくともその一部とオーバーラップするように、前記二次電池と前記外部出力端子との間に配され、電池保護装置がパックケース内の厚さ方向の一方寄りに配設され、回路基板に接続された正極接続部材及び負極接続部材と正極リード及び負極リードがパックケース内の厚さ方向の他方寄りの位置で接続され、このリード接続位置と電池保護装置との間に外装ケースの前記溶着シール部分が配設され、前記正極外部出力端子及び負極外部出力端子が、それぞれの延出部において、回路基板に接続されていることを特徴とする。
【0017】
この構成によれば、発電要素を構成する正極板及び負極板に接続された正極リード及び負極リードを外装ケースであるラミネートシートを溶着シールした一辺側から引き出し、このリード引き出し辺側のパックケース側面に装着固定された外部出力端子と二次電池との間に電池保護装置を配設することにより、二次電池と電池保護装置と外部出力端子との間の接続が最短距離でなされてシンプルな構造となり、構成部材や加工工程を削減すると共に、電池パックの薄型化を容易にする。
【0018】
また、回路基板は、その板面方向が二次電池の平板面方向と平行で、且つ外装ケースの溶着シール部分の少なくともその一部とオーバーラップした位置に配設されるので、電池保護装置を薄いパックケース内に収容し、且つ溶着シール部分の収容スペースを設けて電池パックの小型薄型化を達成することができる。
【0019】
また、電池保護装置がパックケース内の厚さ方向の一方寄りに配設され、回路基板に接続された正極接続部材及び負極接続部材と正極リード及び負極リードとがそれぞれパックケース内の厚さ方向の他方寄りの位置で接続され、このリード接続位置と電池保護装置との間に二次電池の溶着シール部分が配設されるように構成されているので、電池保護装置上にリード接続位置を配しても溶着シール部分がその間に介在してリード接続部分と電池保護装置との間の絶縁を確保することができる。
【0020】
また、外装ケースの少なくとも溶着シール部分と電池保護装置との間に絶縁部材を配設して構成することにより、電池保護装置上にオーバーラップして配置される外装ケースの溶着シール部分が回路基板等に接触して、振動や衝撃が加わったときにラミネートシートの樹脂層が破壊されて金属層に導電部位が接触する事故が防止される。
【0021】
また、電池保護装置がPTC素子を備えてなり、PTC素子は板状に形成され、その板面方向が二次電池の平板面方向と平行で、且つ外装ケースの溶着シール部分の少なくともその一部とオーバーラップした位置に配設されるように構成することにより、薄いパックケース内に無駄なスペースが発生せず、電池パックの小型薄型化を可能とする。
【0022】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の一実施形態について説明し、本発明の理解に供する。尚、以下に示す実施形態は本発明を具体化した一例であって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
【0023】
本実施形態に係る電池パックは、携帯電話機の電池電源として構成した例を示すものである。
【0024】
図1は、実施形態に係る電池パックの構成を分解して示すもので、電池パック1は、上ケース2aと下ケース2bとからなるパックケース2内にリチウムポリマー二次電池として構成された電池3、この電池3を保護する保護回路を構成したセーフティユニット(以下、SU)4及び臨界温度抵抗素子であるPTC5を備えて構成された電池保護装置8を収容し、電池パック1を携帯電話機に電気接続するための外部出力端子6a、6b、6cを備えて構成されている。
【0025】
この電池パック1は、携帯電話機に着脱自在に装填できるように構成されており、パックケース2を構成する上ケース2aは携帯電話機の外装ケースの一部を構成する。従って、上ケース2aは機器外装としての強度と美観を呈するように形成される。この上ケース2a及び下ケース2bは樹脂成形により形成され、電池3及び電池保護装置8を収容して両ケース間は超音波接合により一体化される。
【0026】
前記電池3は、図2にその概略構造を示すように、シート状に形成された正極板と負極板とをポリマー電解質シートを介して複数層に積層して形成された発電要素10を、ラミネートシートからなる柔軟な外装ケース11内に収容して構成されている。この外装ケース11は短冊状に切断されたラミネートシートを二つ折りにして、両サイドの斜線部を溶着シールして袋状に形成し、この中に発電要素10を収容し、発電要素10を構成する正極板から正極リード12、負極板から負極リード13を引き出し、リード引き出し辺11bを溶着シールし、外装ケース11内を密閉して形成される。両サイドのシール辺11aは、図1に示すように上面側に折り返して無駄な平面スペースの増加を減少させている。このように構成された電池3は、従来のリチウムイオン二次電池等のように正負極板を巻回構造にした構造に比して薄型の平板状に構成することができ、電池パック1としても薄く形成できるので、機器の薄型化に寄与できるものとなる。
【0027】
また、前記電池保護装置8は、充放電を制御して過放電や過充電から電池3を保護する保護回路を回路基板14上に構成したSU4及び短絡等による過大な放電電流から電池3を保護するためのPTC素子5を備えて構成され、図示するように組み立てられた状態で供給される。この電池保護装置8は、図3に示すように、下ケース2bの所定位置に回路基板14及びPTC素子5の板面方向を電池3の平板面と平行にして装着される。この電池保護装置8が下ケース2bに装着された後、図4に示すように、電池3を下ケース2b内に収容して、電池3から引き出された正極リード12及び負極リード13と電池保護装置8側の正極接続リード30及び負極接続リード33とを接続した後、上ケース2aを下ケース2bに接合して電池パック1が完成される。
【0028】
上記電池保護装置8、電池3及び外部出力端子6a〜6cを下ケース2b内に配設する手順は、以下に説明するように実施される。
【0029】
図1に示すように、下ケース2bの側面から裏面側にかけた90度方向に、端子装着部19a、19b、19cがそれぞれ凹部として形成されており、この凹部の底面には、図5に示すように、上下2か所にスリット状の端子挿入孔22が下ケース2b内に貫通するように形成されている。この端子挿入孔22に、図1に示すように、コの字状に形成された各外部出力端子6a、6b、6cを、それぞれの両先端部から圧入する。正極端子となる外部出力端子6aは、その先端部の一方が特に長く形成されているので、下ケース2bに装着されたとき、下ケース2bに形成された接合穴23の上に挿入先端が位置し、接合穴23から挿入先端が覗くようになる。この接合穴23上の挿入先端に図1に示す正極接続リード(正極接続部材)30の端部を重ね合わせ、スポット溶接により両者を接合する。図6は、外部出力端子6aの装着状態を示す断面図で、外部出力端子6aの挿入先端の上に正極接続リード30の端部が載置され、上下矢印で示すように溶接電極の一方を前記接合穴23から挿入して外部出力端子6aの挿入先端に当て、他方を前記正極接続リード30に当ててスポット溶接がなされ、両者は接合される。
【0030】
外部出力端子6a〜6cは、上下の端子挿入孔22、22から圧入されて下ケース2bに嵌合すると共に、下ケース2b内に配設される各構成要素に接合されるので確実な取付け構造となる。また、図6に示すように、端子装着部19a〜19cの底面に密着した状態に装着されるので、電池パック1を携帯電話機に装填したときに電気的接続のために圧接される接続プローブ44からの加圧を受けても確実な接続状態が得られ、接触抵抗の少ない電気的接続がなされる。
【0031】
次に、図3に示すように、電池保護装置8に設けられたテスト端子24a、24bを下ケース2bに形成されたテスト端子窓29a、29bに嵌入することにより位置決めして、電池保護装置8を下ケース2bの端部に配設する。図7は、前記テスト端子24bの配設状態を示す断面図で、テスト端子24bの先端をコの字状に折り曲げた部分をテスト端子窓29bの一辺に嵌入して位置決めすると同時に先端を下ケース2bに固定している。このテスト端子24a、24bの先端は、テスト端子窓29a、29bを通して外部から覗く位置にあるので、電池パック1完成後の製造検査時に検査プローブ43を当接させて電気的な検査の用に供される。テスト端子24bの基部はPTC素子5との接続部を形成し、更に直角方向に延長形成された負極接続リード(負極接続部材)33は、電池3の負極リード13との接合部位を形成する。
【0032】
電池保護装置8が下ケース2bに位置決めされると、図8に示すように、SU4を構成した回路基板14は、下ケース2bに装着された各外部出力端子6a、6b、6cの下に配置され、回路基板14に形成されたハンダ付けランド31a、31b、31c上にそれぞれ外部出力端子6a、6b、6cの先端部が当接した状態になる。この各ハンダ付けランド31a、31b、31cにそれぞれ外部出力端子6a、6b、6cをハンダ付けすることにより端子接続がなされると同時に、外部出力端子6a〜6c及び電池保護装置8が下ケース2b上に位置固定される。
【0033】
図8(b)に示すように、回路基板14及びPTC素子5の板面は、下ケース2bの底面と平行に配設されているので、電池保護装置8を収容した部分の厚さ方向のスペースを減少させることができる。更に、図4に示すように、電池3のリード引き出し辺11bを電池保護装置8上に収容する厚さ方向のスペースをつくることができ、パックケース2内に無駄なスペースをつくることなく電池パック1の小型化を向上させている。また、リード引き出し辺11bが電池保護装置8の上面を覆うことにより、電池3から引き出された正極リード12、負極リード13が電池保護装置8に接触することを防止している。この電池保護装置8を配設した状態では、電池保護装置8に設けられている負極接続リード33及び正極接続リード30は下ケース2bの端部に直立した状態に配置される。外部出力端子6a〜6cがハンダ付けされた回路基板14のハンダ付け面は絶縁素材により被覆するオーバーコート処理がなされ、電気的絶縁を確保すると共に、電池3から電解液が漏出したような場合に液絡や腐食が生じることを防止する。
【0034】
次に、図4に示すように、電池3をそのリード引き出し辺11bを電池保護装置8側に向けて下ケース2b内に収容する。電池3は、そのリード引き出し辺11bが電池保護装置8上を覆うように配置され、下ケース2bに形成された凹部32と位置決め凸部34との間で収容位置が位置決めされる。この電池3のリード引き出し辺11bから引き出された正極リード12は正極接続リード30に、負極リード13は負極接続リード33にそれぞれ対面するようになる。この正極リード12と正極接続リード30との間、負極リード13と負極接続リード33との間は、スポット溶接または超音波溶接により接合される。
【0035】
図9は、正極リード12と正極接続リード30との間の接合を示すもので、正極リード12は厚さ80μmのアルミニウムで形成されているため、接合が確実になされるようにするため、正極接続リード30はアルミニウムとリン青銅とを圧延接合したクラッド材により形成されている。前記外部出力端子6a〜6cは外部接続の接続性を考慮してリン青銅で形成されており、これに接合される正極接続リード30はリン青銅の面で外部出力端子6aと当接させてスポット溶接される。一方、正極リード12とはクラッド材のアルミニウムの面で対面させているので、正極リード12と正極接続リード30との間の接合はアルミニウム間の同種金属間の溶接となり、安定した接合がなされる。また、正極接続リード30を銅系金属とし、正極リード12と超音波溶接しても良好な接合が得られる。尚、負極リード13は厚さ80μmの銅で形成されているので、リン青銅との接合性に問題はなく、従って負極接続リード33はリン青銅で形成してスポット溶接または超音波溶接により確実に接合することができる。
【0036】
図9(a)に示すように、正極リード12と正極接続リード30とが接合された後、図9(b)に示すように、電池3のリード引き出し辺11b上に折り曲げられる。負極リード13と負極接続リード33との接合部位についても同様に折り曲げられる。この折り曲げられた部分と電池保護装置8との間にはリード引き出し辺11bがあるので、正極リード12及び負極リード13が電池保護装置8に接触して異常を生じさせることはない。また、回路基板14のハンダ付け面は前述したようにオーバーコートが施されているので、絶縁性はより確実に確保される。
【0037】
このように電池3は、その一方の同一辺から正極リード12及び負極リード13が引き出され、このリード引き出し辺側に電池保護装置8が配設されるので、電池3と電池保護装置8との間の接続のために従来構成のようなリードの引回しがなく、外部出力端子6a〜6c及び電池保護装置8は下ケース2bの所定位置に固定されるので、パックケース2内に収容される各構成要素間の接続が堅牢且つ確実になされ、電池パック1として携帯機器に用いるための薄型化に加えて堅牢性を備えたものとなる。
【0038】
以上説明した工程により下ケース2b内に各構成要素が収容された後、下ケース2bに上ケース2aが超音波溶着により接合され、図10に示すように、薄型形状の電池パック1に組み立てられる。この組み立て後にテスト端子窓29a、29bに検査用プローブを挿入してテスト端子24a、24bにコンタクトし、電池保護装置8が正常に動作するか否かの検査が実施される。検査合格となった電池パック1のテスト端子窓29a、29b、接合窓23等が設けられた凹部35には目隠しシートが貼着され、各開口部分は閉じられる。
【0039】
図10(a)は電池パック1を下ケース2b側から見た平面図で、電池3の平板面に対面する面は薄肉形成されて、電池3が膨張によりその厚さが変化した場合に弾性的に変形する弾性変形面15が形成されている。また、この弾性変形面15を取り囲むように突出形成された外周部16が形成されている。更に、弾性変形面15は薄肉形成されているので、刃物等による突き刺しにより電池3が損傷を受けることを防止するため、弾性変形面15の周辺部分を除いた部分にステンレス薄板(金属薄板)7が貼着されている。このステンレス薄板7の角部には、外周部16に当接する突出部7aが形成され、ステンレス薄板7を弾性変形面15に貼着するときの位置決めができるように構成されている。
【0040】
尚、このステンレス薄板7は弾性変形面15の全面に貼着してもよく、ステンレス薄板7の厚さを突き刺しに対する強度が得られる最低厚にすれば、変形量が大きくなる弾性変形面15の周辺部においても弾性変形面15の変形に追従して変形するので、弾性変形面15の弾性変形を阻害することはない。
【0041】
図11は、図10(a)のA−A線矢視断面を示し、前記弾性変形面15は本構成においては厚さ0.22mmに薄肉形成され、この弾性変形面15の周囲には、所定高さに外周部16が形成されている。この外周部16の頂部と弾性変形面15に貼着されたステンレス薄板7の表面との間には段差Hができるように外周部16の突出高さが形成される。尚、本構成での段差Hは0.4mmに設定されている。
【0042】
電池3は、充放電の繰り返しや経年変化により電極板が膨張して電池3の厚さが増加する。電池3の膨張によりその厚さが増加して上ケース2aと下ケース2bとの間の電池収容空間の高さを越えたとき、電池3の膨張による圧力は薄肉形成されて変形しやすくなっている弾性変形面15を押し出して弾性変形させる。
【0043】
極板を積層構造にした電池3の極板の膨張は電池3全体の厚さ変化として生じるので、弾性変形面15は電池3と接触する面が平均的に押し上げられ、変形は図11(b)に示すように、外周部16に接する周辺部で弾性変形する。本構成におけるリチウムポリマー二次電池の厚さは3.91mmで、これが充放電を繰り返した全寿命経過における膨張による厚さは4.31mmとなり、0.4mmの膨張が生じるデータが取得されている。前述したように、弾性変形面15上には外周部16に囲まれた高さ0.4mmの段差Hによる空間が形成されているため、電池パック1の全寿命が経過した状態でも電池パック1の最大厚さに変化は生じない。また、弾性変形面15の表面には、その周囲を残してステンレス薄板7が貼着されていることにより、電池3の平均的な厚さ変化と相まって周囲の弾性変形により平面状態を保って均等に外周部16内に膨出する。従って、電池の膨張で円弧状の膨らみが生じて電池パックとしての形状に違和感を与えたり、円弧状の膨らみにより機器に悪影響を与えることはない。
【0044】
上記構成になる電池パック1は、図12に断面図として示すように、携帯電話機9に装填される。先に図14に示した従来構成になる電池パックに比して薄型化されているため携帯電話機9自体も薄型化され、ポケットに挿入できるまでのスリムな形態の携帯電話機9が実現される。携帯電話機9内の電池パック1が装填される反対面(表面側)には、プッシュキー17、このプッシュキー17による接点回路が形成された多層回路基板18、この多層回路基板18を支持する支持板19が配設され、この支持板19と電池パック1との間は、外周部16との間に約0.05mmの間隙、弾性変形面15上に貼着されたステンレス薄板7との間に約0.45mmの間隙が設けられている。
【0045】
この構成によって、携帯電話機9の表面側から強い押圧が加わったときには外周部16が支持板19の変形を支える作用をなす。また、電池3は充放電あるいは経年変化により極板の膨張が生じて電池の厚さが増加するが、弾性変形面15は電池3の膨張に対応して弾性変形し、前述したように外周部16で囲まれた中に形成された空間で膨張による厚さ変化が収まり、膨張の影響を機器側に及ぼすことがない。
【0046】
上記構成において、パックケース2内の電池3の収容空間の厚さ方向の寸法は、電池3の厚さ寸法誤差を考慮して電池3の厚さよりやや大きな寸法にすることを基本構成とするが、弾性変形面15が弾性変形するように構成されているので、パックケース2内の電池3の収容空間の厚さ方向の寸法を、電池3の厚さ寸法より小さく形成することもできる。このように形成されたパックケース2内に電池3を収容することによって、電池3は弾性変形面15により常時両面から圧縮方向に加圧を受けていることになり、電極板の膨張が抑制される効果が得られる。
【0047】
また、電池3が膨張しない状態においては、弾性変形面15、25から圧縮方向に加圧を受けない状態の厚さ寸法に形成しておき、電池3が膨張したとき弾性変形面15、25を押し出そうとする力により圧縮方向の加圧を受けるようにしても電極板の膨張を抑制する効果が得られる。
【0048】
また、電池3の膨張により弾性変形面15が弾性変形するとき、最も変形量が大きくなる周辺部の厚さを他の部位の厚さより薄く形成すると周辺部の弾性変形が容易となり、電池3の膨張に対する追従性を向上させることができる。逆に、周辺部の厚さを他の部位の厚さより厚く形成すると変形し難くなるので、電池3の膨張に抗して電池3に圧縮力を加え、電池3の極板が膨張するのを抑制する加圧することになり、電池3の膨張を抑えることができる。
【0049】
以上説明した電池パック1の構成は、携帯電話機の電池電源として適用した例について述べたが、モバイルコンピュータや電子手帳、トランシーバ等においても同様の構成を適用することができる。
【0050】
また、本発明の構成では、電池保護装置8上に電池3のリード引き出し辺11bが配設されるので、これらの間に絶縁部材、例えば樹脂シートを配置すると好適である。外装ケース11を形成するラミネートシートは、アルミニウム層の両面に複数層に樹脂層が形成されており、振動や衝撃が加わったときに電池保護装置の金属部分と接触したとき、樹脂層が破壊されて金属層に触れると短絡が生じる恐れがある。前述のように絶縁部材を配置すると、リード引き出し辺11bと電池保護装置との接触が防止される。また、リード引き出し辺11bの両面に絶縁性のシートを配置すると、正極リード12と正極接続リード30及び負極リード13と負極接続リード33それぞれの接合部位とリード引き出し辺11bとの接触も防止することができる。
【0051】
また、以上の説明において、電池3は、その発電要素10を複数の正負極板を積層した積層構造に構成した場合について述べ、極板を巻回した巻回構造のものでは、薄型の極板が得がたく、また極板が膨張したとき、その厚さが平均的に変化せず、弾性変形面15が弧状に膨らむので、巻回構造の極板では弾性変形面15の効果は得られないものとして説明した。しかし、その後の研究によって巻回構造のものであっても極板を平板状に圧縮形成したものにあっては、経年変化により極板が膨張したとき、積層構造の場合と同様に厚さが平均的に増加することが確かめられた。これは極板の厚さ方向では積層構造と同じ積層状態にあり、膨張したときに積層構造と同様に平均的な厚さ変化を呈するものと考えられる。従って、発電要素は積層構造、巻回構造のいずれの極板構成であっても説明した作用効果が得られることになる。
【0052】
【発明の効果】
以上の説明の通り本発明によれば、発電要素をラミネートシートのような軟質の外装ケースに収容して平板状に形成された電池をパックケースに収容して構成しているので、電池パックの薄型化が可能となり、機器の薄型化に貢献できるものとなる。また、電池の正負それぞれのリードが同一辺側から引き出されるので、このリード引き出し辺側に電池保護装置及び外部出力端子を配設することにより、パックケース内のリードの引回しが簡略化され、電気絶縁等が確実になされ不良発生の少ない電池パックを構成することができる。また、電池保護装置を構成するSUを形成した回路基板及びPTC素子は、その板面方向を電池の平板面と平行に配設されるので、電池の厚さを収容だけの薄いパックケースへの収容を可能とし、更に、電池保護装置上に前記リード引き出し辺を収容して電池パックの小型化にも寄与するものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施形態に係る電池パックの構成を示す分解斜視図。
【図2】電池の概略構成を示す平面図。
【図3】下ケースに電池保護装置を配設した状態を示す斜視図。
【図4】下ケースに電池保護装置及び電池を配設した状態を示す斜視図。
【図5】端子装着部の構成を示す下ケースの側面図。
【図6】外部出力端子の装着及び正極接続リードとの接合を説明する断面図。
【図7】テスト端子の装着構造を説明する断面図。
【図8】電池保護装置の配設状態を示す(a)は平面図、(b)は側面図。
【図9】正極リードと正極接続リードとの接合(a)及びリードの格納状態(b)を示す断面図。
【図10】電池パックの完成状態を示す(a)は平面図、(b)は側面図。
【図11】弾性変形面の変形を説明する(a)は平常時、(b)は電池膨張時のA−A線矢視断面図。
【図12】電池パックを携帯電話機に装填した状態を示す断面図。
【図13】従来構成になる電池パックの(a)は内部配置、(b)は電池の裏面側を示す平面図。
【図14】従来構成になる電池パックの携帯電話機への装填状態を示す断面図。
【符号の説明】
1 電池パック
2 パックケース
2a 上ケース
2b 下ケース
3 電池
4 保護回路(SU)
5 PTC素子
6a、6b、6c 外部出力端子
10 発電要素
11 外装ケース
11b 引き出し辺
12 正極リード
13 負極リード
14 回路基板
30 正極接続リード(正極接続部材)
33 負極接続リード(負極接続部材)[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a battery pack used as a battery power source for portable information devices such as a mobile phone and a mobile computer.
[0002]
[Prior art]
FIG. 13A shows the internal configuration of a
[0003]
The
[0004]
As shown in FIG. 13B, in the
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
While the progress of miniaturization of mobile phones has been remarkable, the next development task is to reduce the thickness. This reduction in thickness has become an issue required not only for mobile phones but also for mobile information devices such as mobile computers and electronic organizers. The miniaturization alone cannot always satisfy the convenience of carrying, and the portability is improved only when the thickness is reduced, and the portable telephone enables the pocket-in carrying that can be inserted into the breast pocket without any discomfort.
[0006]
The
[0007]
However, in a battery in which the positive and negative electrodes are accommodated in a metal battery can, such as a lithium ion secondary battery used in the
[0008]
An object of the present invention is to reduce the thickness by using a battery configured by housing the positive and negative electrodes in an outer case formed of a soft material, and to adjust other components to the thin shape of the battery. In order to realize a thin battery pack.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
A first invention of the present application for achieving the above object is configured to include a secondary battery formed in a flat shape, a circuit board on which a protection circuit for protecting the secondary battery is formed, and a PTC element. The battery protection device is housed in a flat case formed by joining a lower case serving as a storage container and an upper case serving as a lid closing an opening side of the lower case, and the secondary battery is provided. In the battery pack formed by connecting the positive electrode lead and the negative electrode lead drawn out from the battery protection device to an external output terminal provided in the pack case, the secondary battery is formed by laminating sheet-like positive and negative electrode plates. The power generation element formed in this manner is housed in an outer case in which the periphery of a pair of laminated sheets is welded and sealed, and a positive electrode lead and a negative electrode lead are drawn out from one side of the welded seal. The battery protection device is characterized by comprising disposed on one side of the positive electrode lead and the negative electrode lead is drawn out.
[0010]
According to this configuration, in a secondary battery having a positive / negative electrode plate laminated structure, the positive electrode lead and the negative electrode lead can be pulled out from one side where the laminate sheet serving as the outer case is welded and sealed, and the battery protection side is provided on the lead drawing side. By arranging the device, the connection between the secondary battery and the battery protection device is made in the shortest distance, resulting in a simple structure, reducing the number of components and processing steps, and facilitating the thinning of the battery pack. .
[0011]
In the above configuration, the circuit board is disposed at a position where the plate surface direction is parallel to the uneven plane direction of the secondary battery and overlaps with at least a part of the welded seal portion of the outer case. The device can be accommodated in a thin pack case and a space for accommodating the welded seal portion can be provided, so that the battery pack can be reduced in size and thickness.
[0012]
Further, a battery protection device is disposed near the lower case in the pack case, and the positive electrode connection member and the negative electrode connection member connected to the circuit board, and the positive electrode lead and the negative electrode lead are respectively positioned closer to the upper case. And the battery sealing device is disposed between the lead connection position and the battery protection device, so that even when the lead connection position is provided on the battery protection device, the welding sealing portion is provided. Can be interposed therebetween to ensure insulation between the lead connection portion and the battery protection device.
[0013]
Further, the circuit board is formed such that one surface of the substrate is formed as a component mounting surface and the other surface is formed as a soldering surface, and the soldering surface is disposed facing the open surface side of the lower case. Connection to the soldering surface, insulation treatment, and the like can be easily performed.
[0014]
In addition, by configuring the soldering surface of the circuit board so as to be covered with an insulating material after completion of the connection processing, it is possible to prevent the occurrence of a liquid junction or corrosion on the circuit board when the electrolyte leaks from the battery. be able to.
[0015]
The PTC element is formed in a plate shape, and its plate surface direction is parallel to the direction of the uneven plane of the secondary battery, and is disposed at a position overlapping at least a part of the welded seal portion of the outer case. With such a configuration, the battery pack can be accommodated in a thin pack case and a space for accommodating the welded seal portion can be provided, so that the battery pack can be reduced in size and thickness.
[0016]
According to a second aspect of the present invention, there is provided a battery pack comprising a secondary battery formed in a flat plate shape and a circuit board provided with a circuit board having at least a protection circuit for protecting the secondary battery in a pack case. In the battery pack, the positive electrode lead and the negative electrode lead drawn from the secondary battery are connected to a positive external output terminal and a negative external output terminal provided in a pack case via the battery protection device. secondary battery, a power generating element housed in the outer case comprising a pair of laminate sheet, composed of welded seal portion of the welded sealed one side is drawn positive electrode lead and the negative electrode lead, the cathode external output terminal and a negative electrode external The output terminal is mounted and fixed on the side of the lead case side of the pack case, and the circuit board is positioned so that its plate surface direction is parallel to the plate surface direction of the secondary battery. The battery protection device is disposed between the secondary battery and the external output terminal so as to overlap at least a part of the welded seal portion of the outer case, and the battery protection device is shifted toward one side in the thickness direction in the pack case. The positive electrode connecting member and the negative electrode connecting member are connected to the circuit board, and the positive electrode lead and the negative electrode lead are connected at a position closer to the other side in the thickness direction in the pack case. The welded seal portion of the outer case is disposed between the external case and the positive external output terminal and the negative external output terminal are connected to a circuit board at respective extending portions .
[0017]
According to this configuration, pull the positive electrode plate and connected to positive electrode and negative electrode leads to the negative electrode plate constituting the power generating element laminated sheet as an exterior case from welded sealed one side, pack case side face of the lead drawer side By arranging the battery protection device between the external output terminal fixed and attached to the secondary battery and the secondary battery, the connection between the secondary battery, the battery protection device and the external output terminal is made in the shortest distance, and a simple The structure reduces the number of components and processing steps, and facilitates thinning of the battery pack.
[0018]
Further, since the circuit board is disposed at a position where its plate surface direction is parallel to the plate surface direction of the secondary battery and overlaps with at least a part of the welded seal portion of the outer case, the battery protection device is provided. The battery pack is accommodated in a thin pack case, and a space for accommodating the welding seal portion is provided, so that the battery pack can be reduced in size and thickness.
[0019]
Further, the battery protection device is disposed at one side in the thickness direction in the pack case, and the positive electrode connection member and the negative electrode connection member connected to the circuit board, and the positive electrode lead and the negative electrode lead are respectively arranged in the thickness direction in the pack case. of being connected with the position of the other closer, since the welding sealing portion of the secondary battery is configured to be disposed between the lead connection position and battery protection device, the lead connection position on the battery protection device Even if it is arranged, the welded seal portion is interposed therebetween to ensure insulation between the lead connection portion and the battery protection device.
[0020]
Further, by providing an insulating member between at least the welded seal portion of the outer case and the battery protection device, the welded seal portion of the outer case arranged to be overlapped on the battery protection device is formed on the circuit board. When a vibration or an impact is applied to the laminated sheet, the resin layer of the laminate sheet is broken and an accident that the conductive portion comes into contact with the metal layer is prevented.
[0021]
In addition, the battery protection device includes a PTC element, and the PTC element is formed in a plate shape, and its plate surface direction is parallel to the plate surface direction of the secondary battery, and at least a part of a welded seal portion of the outer case. With such a configuration that the battery pack is disposed at a position overlapping with the battery pack, useless space is not generated in the thin pack case, and the battery pack can be reduced in size and thickness.
[0022]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings to provide an understanding of the present invention. The embodiment described below is an example embodying the present invention, and does not limit the technical scope of the present invention.
[0023]
The battery pack according to the present embodiment is an example configured as a battery power source of a mobile phone.
[0024]
FIG. 1 is an exploded view of a configuration of a battery pack according to an embodiment. A battery pack 1 is configured as a lithium polymer secondary battery in a
[0025]
The battery pack 1 is configured to be removably mountable in a mobile phone, and an
[0026]
As shown in FIG. 2, the battery 3 includes a
[0027]
Also, the
[0028]
The procedure for disposing the
[0029]
As shown in FIG. 1,
[0030]
The
[0031]
Next, as shown in FIG. 3, the
[0032]
When the
[0033]
As shown in FIG. 8B, since the plate surfaces of the
[0034]
Next, as shown in FIG. 4, the battery 3 is accommodated in the
[0035]
FIG. 9 shows the bonding between the
[0036]
After the
[0037]
As described above, in the battery 3, the
[0038]
After each component is accommodated in the
[0039]
FIG. 10A is a plan view of the battery pack 1 as viewed from the
[0040]
The
[0041]
FIG. 11 is a cross-sectional view taken along line AA of FIG. 10 (a). In the present configuration, the
[0042]
In the battery 3, the electrode plate expands due to repeated charge / discharge or aging, and the thickness of the battery 3 increases. When the thickness of the battery 3 increases due to the expansion of the battery 3 and exceeds the height of the battery housing space between the
[0043]
Since the expansion of the electrode plate of the battery 3 having the electrode plate laminated structure occurs as a change in the thickness of the entire battery 3, the surface of the
[0044]
The battery pack 1 having the above configuration is mounted on a
[0045]
With this configuration, when strong pressing is applied from the front side of the
[0046]
In the above configuration, the basic configuration is such that the dimension of the accommodation space of the battery 3 in the
[0047]
When the battery 3 does not expand, the elastic deformation surfaces 15 and 25 are formed to have a thickness that does not receive pressure in the compression direction, and when the battery 3 expands, the elastic deformation surfaces 15 and 25 are formed. The effect of suppressing the expansion of the electrode plate can be obtained even when pressure is applied in the compression direction by the pushing force.
[0048]
Further, when the
[0049]
Although the configuration of the battery pack 1 described above has been described as an example in which the configuration is applied to a battery power source of a mobile phone, the same configuration can be applied to a mobile computer, an electronic organizer, a transceiver, and the like.
[0050]
In the configuration of the present invention, since the lead lead-out
[0051]
In the above description, the battery 3 has a case where the
[0052]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the power generation element is housed in a soft outer case such as a laminate sheet, and the battery formed in a flat shape is housed in the pack case. The device can be made thinner, which contributes to making the device thinner. Also, since the positive and negative leads of the battery are pulled out from the same side, by arranging the battery protection device and the external output terminal on the side from which the lead is drawn, the lead routing in the pack case is simplified, It is possible to form a battery pack in which electrical insulation and the like are reliably performed and the occurrence of defects is reduced. In addition, the circuit board and the PTC element on which the SU constituting the battery protection device is formed are arranged with their plate surface directions parallel to the flat plate surface of the battery. The battery pack can be accommodated, and the lead-out side is accommodated on the battery protection device, thereby contributing to downsizing of the battery pack.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an exploded perspective view showing a configuration of a battery pack according to an embodiment.
FIG. 2 is a plan view showing a schematic configuration of a battery.
FIG. 3 is a perspective view showing a state in which a battery protection device is provided in a lower case.
FIG. 4 is a perspective view showing a state in which a battery protection device and a battery are provided in a lower case.
FIG. 5 is a side view of a lower case showing a configuration of a terminal mounting portion.
FIG. 6 is a cross-sectional view for explaining attachment of an external output terminal and joining with a positive electrode connection lead.
FIG. 7 is a cross-sectional view illustrating a mounting structure of a test terminal.
8A is a plan view and FIG. 8B is a side view showing an arrangement state of the battery protection device.
FIGS. 9A and 9B are cross-sectional views illustrating a connection between a positive electrode lead and a positive electrode connection lead (a) and a stored state of the lead (b).
10A is a plan view and FIG. 10B is a side view showing a completed state of the battery pack.
FIGS. 11A and 11B are cross-sectional views taken along line AA of FIG. 11A for explaining the deformation of the elastically deformable surface when the battery is expanded, and FIG.
FIG. 12 is a cross-sectional view showing a state where a battery pack is mounted on a mobile phone.
FIGS. 13A and 13B are plan views showing a battery pack having a conventional configuration, in which FIG.
FIG. 14 is a cross-sectional view showing a state in which a battery pack having a conventional configuration is mounted on a mobile phone.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
5
33 Negative electrode connection lead (Negative electrode connection member)
Claims (8)
前記二次電池が、シート状の正負極板を積層して形成された発電要素を一対のラミネートシートの周辺部を溶着シールした外装ケース内に収容し、溶着シールした一辺側から正極リード及び負極リードが引き出されてなり、この二次電池の前記正極リード及び負極リードが引き出された一辺側に前記電池保護装置が配設されてなることを特徴とする電池パック。A lower case serving as a storage container, including a secondary battery formed in a flat shape, a battery protection device configured with a circuit board and a PTC element on which a protection circuit for protecting the secondary battery is formed, The lower case is housed in a flat case formed by joining an upper case forming a lid that closes the opening side of the lower case, and the positive electrode lead and the negative electrode lead drawn from the secondary battery are connected to the battery protection device. A battery pack connected to an external output terminal provided on the pack case via
The secondary battery houses a power generating element formed by laminating sheet-like positive and negative electrode plates in an outer case in which peripheral portions of a pair of laminate sheets are welded and sealed, and a positive electrode lead and a negative electrode are welded and sealed from one side. A battery pack, wherein a lead is drawn out, and the battery protection device is provided on one side of the secondary battery from which the positive electrode lead and the negative electrode lead are drawn out.
前記二次電池が、発電要素を一対のラミネートシートからなる外装ケース内に収容し、溶着シールした一辺側の溶着シール部分から正極リード及び負極リードが引き出されてなり、
前記正極外部出力端子及び負極外部出力端子がパックケースのリード引き出し辺側の側面に装着固定されて配され、
回路基板が、その板面方向が二次電池の平板面方向と平行で、且つ外装ケースの前記溶着シール部分の少なくともその一部とオーバーラップするように、前記二次電池と前記外部出力端子との間に配され、
電池保護装置がパックケース内の厚さ方向の一方寄りに配設され、回路基板に接続された正極接続部材及び負極接続部材と正極リード及び負極リードがパックケース内の厚さ方向の他方寄りの位置で接続され、このリード接続位置と電池保護装置との間に外装ケースの前記溶着シール部分が配設され、
前記正極外部出力端子及び負極外部出力端子が、それぞれの延出部において、回路基板に接続されていることを特徴とする電池パック。A secondary battery formed in a flat plate shape, and a battery protection device configured with a circuit board formed with a protection circuit for protecting at least the secondary battery are housed in a pack case, and the secondary battery is In a battery pack formed by connecting the extracted positive electrode lead and negative electrode lead to a positive external output terminal and a negative external output terminal provided in a pack case via the battery protection device,
The secondary battery, a power generating element housed in the outer case comprising a pair of laminate sheet, composed of welded seal portion of the welded sealed one side is drawn positive electrode lead and the negative electrode lead,
The positive external output terminal and the negative external output terminal are mounted and fixed on the side of the pack case on the side of the lead lead-out side,
The secondary battery and the external output terminal, such that the circuit board has a plate surface direction parallel to the plate surface direction of the secondary battery, and overlaps at least a part of the welded seal portion of the outer case. Arranged between
The battery protection device is disposed on one side in the thickness direction in the pack case, and the positive electrode connection member and the negative electrode connection member connected to the circuit board and the positive electrode lead and the negative electrode lead are positioned on the other side in the thickness direction in the pack case. Position, the welding seal portion of the outer case is disposed between the lead connection position and the battery protection device,
The battery pack, wherein the positive external output terminal and the negative external output terminal are connected to a circuit board at respective extending portions .
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