JP4488730B2 - 薄型バッテリーパック - Google Patents

Description

本発明は、ポリマー電池等のラミネート電池を内蔵する薄型バッテリパックに関する。

非常に薄くできる二次電池としてラミネート電池が開発されている。ラミネート電池は、電池素子の両面に外装フィルムを積層し、両面の外装フィルムを電池素子の周縁で気密に密着して製作される。この構造のラミネート電池は、金属製の外装缶に電池素子を挿入している電池に比較すると、薄くて大きくできる特長がある。この薄いラミネート電池を使用して、薄型バッテリーパックを製作する技術は開発されている。（特許文献１参照）
特開２０００−１５６２０８号公報

この公報に記載される薄型バッテリーパックは、図１に示すように、外装フィルムをラップして溶着しているテラス部２３に、電池の制御回路を実現する回路基板２２を配置している。テラス部２３は両側に側壁２４がある。側壁２４も外装フィルムのラップ部で、これがテラス部２３の補強リブの働きをしてテラス部２３の曲げ強度を向上させる。したがって、この構造の薄型バッテリーパックは、テラス部２３にできる空隙を有効利用して回路基板２２を配置できる。

しかしながら、この構造の薄型バッテリーパックは、電子部品を実装する回路基板全体２２の厚さがラミネート電池２１の厚さによって制約を受ける。ラミネート電池が薄くなると、実装する電子部品や回路基板も薄くする必要がある。電子部品や回路基板が厚いとラミネート電池の表面から突出するからである。このため、この構造の薄型バッテリーパックは、ラミネート電池が薄くなると、電子部品や回路基板が表面から突出する欠点がある。薄型バッテリーパックは、全体を薄くすることが大切であるので、一部が厚い薄型バッテリーパックは、電気機器に装着される状態において、厚い部分を収納するために専用のスペースを設ける必要がある。薄型バッテリーパックを収納する部分に特別なスペースを設ける構造は、機器側の設計の自由度を大きく制約する。この弊害を避けるために、薄型バッテリーパックは全体を薄くすることが大切である。

本発明は、このことを実現することを目的に開発されたものである。本発明の重要な目的は、電子部品や回路基板を表面に突出しない構造で収納しながら、回路基板とラミネート電池をしっかりと連結できる薄型バッテリーパックを提供することにある。

本発明の薄型バッテリーパックは、ラミネート電池１に回路基板２を接続している電池のコアパック１０と、この電池のコアパック１０の外周縁に沿って配設されるプラスチック製の絶縁枠体４と、この絶縁枠体４に外周縁を連結してコアパック１０の両面をカバーしている金属板５とを備える。ラミネート電池１は、外装フィルム１５を積層して接着している積層接着部１７を電池素子１６の外周に突出させてなるテラス部１８を有する。回路基板２は、ラミネート電池１の外側であってテラス部１８の外側に配設され、あるいはテラス部１８に積層される位置からラミネート電池１の外側であってテラス部１８の外側に突出するように配設され、かつラミネート電池１の外側であってテラス部１８の外側に位置する外側配置部２Ａに電子部品７を固定している。電池のコアパック１０は、回路基板２とテラス部１８に補強絶縁プレート３を積層している。補強絶縁プレート３は、回路基板２に固定している電子部品７を案内する切欠部３Ｂを設けている。薄型バッテリパックは、回路基板２とテラス部１８とに補強絶縁プレート３を積層しているコアパック１０の両面に金属板５を積層して、金属板５の外周縁を絶縁枠体４に連結している。

電池のコアパック１０は、回路基板２をラミネート電池１の外側であってテラス部１８よりも外側に配設することができる。また、電池のコアパック１０は、ラミネート電池１の外側であってテラス部１８の外側からテラス部１８の表面にかけて回路基板２を配設することができる。補強絶縁プレート３は、回路基板２に固定している電子部品７を案内する切欠部３Ｂを貫通孔とすることも、凹部とすることもできる。

さらに、本発明の薄型バッテリパックは、絶縁枠体４の外周面に係止溝１１を設けると共に、金属板５の外周に絶縁枠体４の係止溝１１に係止される係止折曲片１２を設けて、係止折曲片１２を係止溝１１に入れて、金属板５を絶縁枠体４に連結することができる。

本発明の薄型バッテリパックは、電子部品や回路基板を表面に突出しない構造で収納しながら、回路基板とラミネート電池をしっかりと連結できる特長がある。それは、本発明の薄型バッテリーパックが、回路基板をラミネート電池のテラス部の外側に配設し、あるいはテラス部に積層される位置からテラス部の外側に突出するように配設しており、テラス部の外側に位置する外側配置部に電子部品を固定すると共に、この電子部品を案内する切欠部を設けている補強絶縁プレートを回路基板とテラス部に積層してコアパックとし、このコアパックの両面に金属板を積層して、金属板の外周縁を絶縁枠体に連結しているからである。この構造の薄型バッテリパックは、回路基板に固定される電子部品をテラス部の外側に配置すると共に、この電子部品を補強絶縁プレートの切欠部に案内して、補強絶縁プレートを回路基板とテラス部に積層するので、電子部品や回路基板を表面に突出しない構造で収納して薄型バッテリパック全体を薄くできる。さらに、本発明の薄型バッテリパックは、回路基板とテラス部に積層される補強絶縁プレートを介して、回路基板とラミネート電池をしっかりと連結できる特長もある。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想を具体化するための薄型バッテリーパックを例示するものであって、本発明は薄型バッテリーパックを以下のものに特定しない。

さらに、この明細書は、特許請求の範囲を理解しやすいように、実施例に示される部材に対応する番号を、「特許請求の範囲」および「課題を解決するための手段の欄」に示される部材に付記している。ただ、特許請求の範囲に示される部材を、実施例の部材に特定するものでは決してない。

図２ないし図４に示す薄型バッテリーパックは、ラミネート電池１に回路基板２を接続して電池のコアパック１０とし、この電池のコアパック１０の外周縁に沿ってプラスチック製の絶縁枠体４を配設し、この絶縁枠体４に金属板５の外周縁を連結して、金属板５でコアパック１０の両面をカバーしている。

ラミネート電池１は、図５の断面図に示すように、２枚の外装フィルム１５の間に電池素子１６を挟んで、２枚の外装フィルム１５を電池素子１６の外周でラップし、このラップ部を接合して、内部に電池素子１６を内蔵している。図のラミネート電池１はポリマー電池である。ただ、本発明は、ラミネート電池をポリマー電池に特定しない。ラミネート電池は、たとえば、ニッケル水素電池等、他の全ての二次電池とすることもできる。

図３のラミネート電池１は四角形で、両側の２辺とひとつの辺からなる３辺で外装フィルム１５を積層、接着して積層接着部１７としている。ラミネート電池１は、積層接着部１７において、２枚の外装フィルム１５を、接着、あるいは溶着等の方法で気密に接合している。図のラミネート電池１は、１枚の外装フィルム１５を電池素子１６のひとつの辺で折り返して、電池素子１６の両面を被覆している。この構造のラミネート電池１は、電池素子１６の１辺に沿って外装フィルム１５を折り返すので、四角形のひとつの辺には積層接着部１７がなく、電池素子１６の３辺に積層接着部１７が設けられる。図示しないが、ラミネート電池は、４辺の外周に積層接着部を設ける構造とすることもある。このラミネート電池は、電池素子の両面に分離された２枚の外装フィルム１５を重ね、電池素子周囲の４辺の積層接着部で結合して製作される。さらに、ラミネート電池は、電池素子が四角形であっても、出力リード９の取り出し方や積層接着部の折り返し方によっては、外形が四角形と異なる形状となることもある。したがって、ラミネート電池は、外形を四角形以外の形状、たとえば、多角形状、長円形状、部分的に湾曲部を有する多角形状とすることもできる。

図５のラミネート電池１は、電池素子１６の下面に積層される外装フィルム１５を平面状ないし平面に近い形状として、電池素子１６の上面に積層する外装フィルム１５を電池素子１６の周囲に沿って下方に折曲して、下面の外装フィルム１５に積層して接合して積層接着部１７としてる。

図３のラミネート電池１は、外周の１辺にテラス部１８を設けている。テラス部１８は、外装フィルム１５の積層接着部１７であって、電池素子１６から外側に突出している。テラス部１８は、電池素子１６の両面と平行な面内に位置する。図のラミネート電池１は、積層接着部１７からなるテラス部１８を、図において電池素子１６の底面側に設けている。さらに図のラミネート電池１は、テラス部１８の両側に折曲積層接着部１８Ａを連結して設けている。折曲積層接着部１８Ａは、図５の断面図に示すように、電池素子１６の両側に突出する積層接着部１７を、矢印で示すように電池素子１６の側面に沿うように９０度折曲して設けられる。この形状のテラス部１８は、両側の折曲積層接着部１８Ａが補強リブとなって、テラス部１８の折曲強度を強くできる。図３のラミネート電池１は、折曲積層接着部１８Ａの幅を電池素子１６の厚さにほぼ等しくしている。折曲積層接着部は、電池素子の厚さよりも狭い幅とすることができる。また、テラス部には必ずしも折曲積層接着部を設ける必要はない。

ラミネート電池１は、テラス部１８となる積層接着部１７に出力リード９を設けている。出力リード９は、図示しないが、互いに積層される外装フィルム１５の間に気密に挟着されて積層接着部１７の外部に引き出される。出力リード９は回路基板２に接続している。

回路基板２は、図４と図６の断面図に示すようにテラス部１８の外側に配置され、あるいは図７の断面図に示すようにテラス部１８に積層される位置からテラス部１８の外側に突出するように配設される。図７に示すように、テラス部１８から外側まで突出する回路基板２は、その幅を広くできる。また、ラミネート電池１の出力リード９を直接に回路基板２に半田付けなどの方法で連結できる。回路基板２は、フェノール基板やエポキシ基板の絶縁板の表面に導電層を設けたプリント基板である。図４、図６及び図７の回路基板２は、表面に出力端子８を固定している。図４の回路基板２は、図において下面に出力端子８を固定し、図６と図７の回路基板２は、これ等の図において上面に出力端子８を固定している。

回路基板２は、ラミネート電池１の保護回路を実現する電子部品７を実装している。保護回路は、ラミネート電池１を過充電や過放電から防止するために充放電電流を制御する回路、過電流を検出して電流を遮断する回路、ラミネート電池１が異常に高い温度になると電流を遮断する回路等である。回路基板２は、テラス部１８よりも外側に位置する外側配置部２Ａに電子部品７を固定している。電子部品７をテラス部１８に積層する状態で配置しないためである。電子部品７は、回路基板２の表面から突出して固定される。図４の回路基板２は、図において電子部品７を上面に突出するように固定している。この回路基板２は、ラミネート電池１の上下の中央よりも下面側に配設される。図６と図７の回路基板２は、図において下面に突出するように電子部品７を固定している。この回路基板２はラミネート電池１の上下の中央よりも上方に配設される。回路基板２は、テラス部１８に平行な姿勢で配置される。図３の回路基板２は長方形で、テラス部１８の両端部から突出しないように、テラス部１８の全長にほぼ等しい長さとしている。ただ、回路基板は、テラス部よりも短くしてテラス部から突出しないようにすることもできる。

さらに、図の薄型バッテリパックは、回路基板２とテラス部１８の表面に補強絶縁プレート３を積層している。補強絶縁プレート３は、回路基板２とテラス部１８の表面に積層される幅を有する板状にプラスチック等の絶縁材を成形したものである。補強絶縁プレート３は、回路基板２とテラス部１８を保護しながら補強して連結する。補強絶縁プレート３は、電子部品７を突出させる面に積層される。図４の断面図に示す薄型バッテリーパックは、回路基板２の上面に電子部品７を突出させるので、補強絶縁プレート３を回路基板２の上に積層している。図６と図７の薄型バッテリーパックは、回路基板２の下面に電子部品７を突出させるので、回路基板２の下面に補強絶縁プレート３を積層している。これ等の図に示す補強絶縁プレート３は、回路基板２と対向する面と反対側の面を、電子部品７の突出面と同一平面としている。この構造によると、電子部品７の突出高さを最も高くできる。さらに、これ等の図の補強絶縁プレート３は、回路基板２との対向面に突出部３Ａを設けて、その反対側の面を電子部品７の突出面と同一平面としている。補強絶縁プレート３は、全体の厚さを調整して、回路基板２と対向する面と反対側の面を電子部品７の突出面と同一平面にできる。

補強絶縁プレート３は、回路基板２に固定している電子部品７を入れる切欠部３Ｂを設けている。切欠部３Ｂは電子部品７を入れる凹部、あるいは貫通孔である。図に示す補強絶縁プレート３は、貫通孔の切欠部３Ｂを設けている。この補強絶縁プレート３は、電子部品７を貫通孔に入れるので、電子部品７の突出高さを高くできる。切欠部の凹部は、回路基板との対向面を開口して、電子部品を案内する。

補強絶縁プレート３は、ラミネート電池１のテラス部１８に積層される。図３と図４の薄型バッテリーパックは、補強絶縁プレート３をテラス部１８の上面に積層している。この補強絶縁プレート３は、テラス部１８に積層する部分を厚くできる。テラス部１８を上下の中央よりも下面にずれる位置に配設しているからである。図６と図７の薄型バッテリーパックは、補強絶縁プレート３の一部をテラス部１８の下面に積層している。ラミネート電池１は、テラス部１８を電池素子１６の下面からわずかに上に配設して、テラス部１８の下に補強絶縁プレート３を積層している。

ラミネート電池１に回路基板２と補強絶縁プレート３を連結して電池のコアパック１０とし、この状態のコアパック１０が絶縁枠体４の内側に配設されて、絶縁枠体４の両面に金属板５が連結される。金属板５と絶縁枠体４とで形成されるケーシング６内に電池のコアパック１０が収納されて薄型バッテリパックとなる。図の薄型バッテリパックは、２枚の金属板５からなる第１金属板５Ａと第２金属板５Ｂを絶縁枠体４の両面に連結している。ただ、本発明の薄型バッテリパックは、１枚の金属板を折曲して絶縁枠体の両面をカバーすることもできる。

絶縁枠体４は、全体をプラスチックで四角形の枠形に成形している。この絶縁枠体４は、枠の内形を、回路基板２と補強絶縁プレート３を装着している電池のコアパック１０を嵌入できる大きさとしている。さらに、絶縁枠体４は、薄型バッテリパックをできる限り薄くするために、電池のコアパック１０の表面と同一ないしほぼ同一面となり、あるいは電池のコアパック１０の表面よりも低くなる厚さに成形される。絶縁枠体は、必ずしも四角形の枠形とする必要はなく、電池のコアパックを嵌入できる種々の形状、たとえば、多角形や部分的に湾曲部を設けた多角形状とすることもできる。さらに、絶縁枠体は、必ずしも内形と外形を同一形状とする必要はなく、これらを異なる形状とすることもできる。たとえば、絶縁枠体は、内形を四角形として、外形を部分的に湾曲部を設けた多角形状とすることもできる。

図３の絶縁枠体４は、電池のコアパック１０の両側面に位置する一対の縦枠４Ａの両端部を一対の横枠４Ｂで連結して、全体の形状を四角形としている。一対の横枠４Ｂは、回路基板２に固定している出力端子８を外部に表出させる端子窓１３を設けている電極カバー枠４ａと、この電極カバー枠４ａと反対側に設けられた底枠４ｂとを備えている。電極カバー枠４ａは、四角形のひとつの辺であって、四角形の他の３辺の部分よりも幅を広くして端子窓１３を開口している。

さらに、四角形の絶縁枠体４は、金属板５の係止折曲片１２を連結する係止溝１１を外周面に設けている。図３の薄型バッテリーパックは、絶縁枠体４の４辺の外周面に係止溝１１を設けている。係止溝１１は、図４の断面図に示すように、第１金属板５Ａと第２金属板５Ｂの外周縁に設けた係止折曲片１２を入れて連結する。係止溝１１は、第１金属板５Ａと第２金属板５Ｂの係止折曲片１２を入れることができる幅としている。この絶縁枠体４は、第１金属板５Ａと第２金属板５Ｂの両方を１列の係止溝１１に入れている。この構造は、１列の係止溝１１に第１金属板５Ａと第２金属板５Ｂを入れるので、絶縁枠体４の形状を簡単にできる。ただ、本発明の薄型バッテリーパックは、図示しないが、第１金属板と第２金属板とを別々に入れるように２列の係止溝を平行に設けることもできる。

さらに、図３の薄型バッテリーパックは、ラミネート電池１の表面と金属板５の内面とを固定テープ１４で接着している。この構造の薄型バッテリーパックは、金属板５を外れないように絶縁枠体４とラミネート電池１に固定できる。

図３と図４の薄型バッテリーパックは、図において絶縁枠体４の下面に第１金属板５Ａを、上面に第２金属板５Ｂを固定している。２枚の金属板５は、ラミネート電池１の両面に積層されて、ラミネート電池１の両面を保護し、さらに、回路基板２と補強絶縁プレート３とラミネート電池１との連結部を補強する。

金属板５は、弾性変形できる金属板である。この金属板５は、厚さを０．１ｍｍとするＳＵＳ３０４のステンレス板である。この金属板５は、薄くて極めて強靭な特長がある。ただし、金属板は、さらに薄くあるいは厚くすることもできる。たとえば、厚さを０．０５〜０．３ｍｍとすることもできる。金属板は、ステンレスに代わって、鉄や鉄合金、あるいはアルミニウムやアルミニウム合金等とすることもできる。

金属板５は、絶縁枠体４の表面をカバーするように、絶縁枠体４の表面に沿って内側に折曲され、さらに先端縁を係止溝１１に向かって内側に折曲して係止折曲片１２としている。金属板５は、周囲の４辺に係止折曲片１２を設けている。この金属板５は、４辺に設けた係止折曲片１２が、絶縁枠体４の周囲の４辺に設けている係止溝１１に連結される。この薄型バッテリーパックは、金属板５を絶縁枠体４にしっかりと外れないように連結できる。ただし、本発明の薄型バッテリパックは、図示しないが、金属板の３〜４辺に係止折曲片を設けて、これを絶縁枠体に連結することもできる。

さらに、図２と図３の薄型バッテリパックは、一方の金属板５に、出力端子８を外部に表出させる電極表出切欠部５ａを設けている。電極表出切欠部５ａは、絶縁枠体４の電極表出部分を外部に表出させるので、電極表出部分を表出できる形状としている。図の電極表出部分は、全ての端子窓１３を外部に表出させるように、全ての端子窓１３の開口部を含む大きさとしている。

金属板５は、弾性変形できる金属板であるから、金属板５を弾性変形させて係止折曲片１２を係止溝１１に入れることができる。第１金属板５Ａと第２金属板５Ｂは、弾性変形する復元力で、係止折曲片１２を係止溝１１に入れる状態に保持する。この構造の薄型バッテリパックは、収納しているラミネート電池１が膨れるように変形して、第１金属板５Ａと第２金属板５Ｂの中央が膨れるように変形すると、金属板５の外周縁が引っ張られて、係止折曲片１２を係止溝１１に引き込ませる。このため、ラミネート電池１に膨れる力が作用しても、係止折曲片１２が係止溝１１から外れることなく、係止溝１１に食い込んで、しっかりと絶縁枠体４に連結される。したがって、係止折曲片１２を係止溝１１に入れて金属板５を絶縁枠体４に連結する薄型バッテリパックは、金属板５を弾性変形させて、簡単かつ容易に、しかも迅速に能率よく絶縁枠体４に外れないように連結できる。

従来の薄型バッテリパックの一例を示す斜視図である。 本発明の一実施例にかかる薄型バッテリパックの斜視図である。 図２に示す薄型バッテリパックの上下を反転した分解斜視図である。 図２に示す薄型バッテリパックの上下を反転した分解断面図であって、Ａ−Ａ線断面に相当する図である。 ラミネート電池の側部の拡大断面図である。 本発明の他の実施例にかかる薄型バッテリパックのコアパックの端部を示す断面図である。 本発明の他の実施例にかかる薄型バッテリパックのコアパックの端部を示す断面図である。

符号の説明

１…ラミネート電池
２…回路基板 ２Ａ…外側配置部
３…補強絶縁プレート ３Ａ…突出部 ３Ｂ…切欠部
４…絶縁枠体 ４Ａ…縦枠 ４Ｂ…横枠
４ａ…電極カバー枠 ４ｂ…底枠
５…金属板 ５Ａ…第１金属板 ５Ｂ…第２金属板
５ａ…電極表出切欠部
６…ケーシング
７…電子部品
８…出力端子
９…出力リード
１０…コアパック
１１…係止溝
１２…係止折曲片
１３…端子窓
１４…固定テープ
１５…外装フィルム
１６…電池素子
１７…積層接着部
１８…テラス部 １８Ａ…折曲積層接着部
２１…ラミネート電池
２２…回路基板
２３…テラス部
２４…側壁

Claims (6)

1. ラミネート電池(1)に回路基板(2)を接続している電池のコアパック(10)と、この電池のコアパック(10)の外周縁に沿って配設されるプラスチック製の絶縁枠体(4)と、この絶縁枠体(4)に外周縁を連結してコアパック(10)の両面をカバーしている金属板(5)とを備える薄型バッテリーパックであって、
   ラミネート電池(1)は外装フィルム(15)を積層して接着している積層接着部(17)を電池素子(16)の外周に突出させてなるテラス部(18)を有し、
   回路基板(2)はラミネート電池(1)の外側であってテラス部(18)の外側に配設され、あるいはテラス部(18)に積層される位置からラミネート電池(1)の外側であってテラス部(18)の外側に突出するように配設され、かつラミネート電池(1)の外側であってテラス部(18)の外側に位置する外側配置部(2A)に電子部品(7)を固定しており、
   電池のコアパック(10)は、回路基板(2)とテラス部(18)に、回路基板(2)に固定している電子部品(7)を案内する切欠部(3B)を設けている補強絶縁プレート(3)を積層して、回路基板(2)とテラス部(18)とに補強絶縁プレート(3)を積層しているコアパック(10)の両面に金属板(5)を積層して、金属板(5)の外周縁を絶縁枠体(4)に連結している薄型バッテリーパック。
2. 電池のコアパック(10)が、回路基板(2)をラミネート電池(1)の外側であってテラス部(18)よりも外側に配設している請求項１に記載される薄型バッテリーパック。
3. 電池のコアパック(10)が、ラミネート電池(1)の外側であってテラス部(18)の外側からテラス部(18)の表面にかけて回路基板(2)を配設している請求項１に記載される薄型バッテリーパック。
4. 電子部品(7)を案内する補強絶縁プレート(3)の切欠部(3B)が貫通孔である請求項１に記載される薄型バッテリーパック。
5. 電子部品(7)を案内する補強絶縁プレート(3)の切欠部(3B)が凹部である請求項１に記載される薄型バッテリーパック。
6. 絶縁枠体(4)が外周面に係止溝(11)を有し、金属板(5)は、絶縁枠体(4)の係止溝(11)に
   係止される係止折曲片(12)を外周に有し、係止折曲片(12)を係止溝(11)に入れて、金属板(5)を絶縁枠体(4)に連結している請求項１に記載される薄型バッテリーパック。
   

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