JP4841685B2 - Battery pack - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、小型の携帯電子機器等の電池電源に適するように構成要素を樹脂充填により一体化し、小型化並びに堅牢性の向上を図った電池パックに関するものである。 The present invention relates to a battery pack in which constituent elements are integrated by resin filling so as to be suitable for a battery power source of a small portable electronic device or the like, thereby reducing size and improving robustness.
携帯電話機やPDAなどの携帯電子機器の小型化あるいは薄型化、更には高機能化の進展は著しく、それに対応してその電源となる電池に小型、薄型で高容量化が要求されている。小型で高容量化を可能にする電池としてリチウムイオン二次電池が有効であり、中でも扁平な角形のものは機器の薄型化に好適であり、繰り返し使用ができる二次電池として携帯電子機器への適用が増加している。 Mobile electronic devices such as mobile phones and PDAs are becoming smaller and thinner, and more advanced in functionality, and accordingly, a battery serving as a power source is required to be smaller, thinner and have higher capacity. Lithium ion secondary batteries are effective as compact and high capacity batteries, and flat rectangular ones are suitable for thinning devices, and can be used repeatedly as portable batteries for portable electronic devices. Application is increasing.
前記リチウムイオン二次電池はエネルギー密度が高く、電解液として可燃性の有機溶媒を用いているため、安全性への配慮が重要となる。何らかの原因によって異常が生じたときにも人体や機器に損傷を与えないように安全性を確保する必要がある。例えば、電池の正極端子と負極端子との間が何らかの原因によって短絡した場合、エネルギー密度の高い電池では過大な短絡電流が流れ、内部抵抗によってジュール熱が発生して電池は温度上昇する。電池が高温になると正極板活物質と電解液との反応や電解液の気化、分解などが生じて電池内部のガス圧が急上昇し、電池は破裂や発火に至る恐れがある。電池が高温状態に陥る原因は上記外部短絡だけでなく、二次電池を過充電した場合や、電池を装填した携帯電子機器を暖房機の傍らに置いたり、炎天下に駐車した車内に放置した場合なども該当する。 Since the lithium ion secondary battery has a high energy density and uses a flammable organic solvent as an electrolytic solution, consideration for safety is important. It is necessary to ensure safety so as not to damage the human body and equipment even when an abnormality occurs for some reason. For example, when a short circuit occurs between the positive electrode terminal and the negative electrode terminal of the battery for some reason, an excessive short circuit current flows in a battery with high energy density, Joule heat is generated due to internal resistance, and the battery temperature rises. When the battery temperature rises, the reaction between the positive electrode plate active material and the electrolyte solution, the evaporation and decomposition of the electrolyte solution, and the like, the gas pressure inside the battery increases rapidly, and the battery may burst or ignite. The cause of the battery becoming hot is not only the above external short circuit, but also when the secondary battery is overcharged, or when the portable electronic device loaded with the battery is placed near the heater or left in a car parked under hot weather And so on.
電池が異常な状態に陥る原因は、電気的、機械的、熱的など種々の要因が考えられ、リチウムイオン二次電池をはじめとする非水電解質二次電池では、電池が異常状態に陥ることを防止すると共に、異常状態に陥った場合にも危険な状態にならないようにする機能が設けられる。電池自体の機能として、極板の活物質や電解液が過剰な反応を起こしにくいように工夫され、セパレータとして用いられるポリオレフィン系微多孔膜は異常な高温になると軟化して細孔が塞がれることによるシャットダウン機能が備わっている。また、円筒形のリチウムイオン二次電池では、封口部に入出力回路と直列に接続したPTC(Positive Thermal Coeffcient)素子を配設して、外部短絡による過大電流を制限する保護機能が設けられている。電池内に前記PTC素子を設けるスペースがない小型の電池では、外付けの回路部品としてPTC素子や温度ヒューズが配線接続され、更に過充電や過放電等から電池を保護する電池保護回路を設けるのが必須要件となっており、これらの構成要素を二次電池と共にパックケース内に収容して電池パックの形態に構成されるのが一般的である。 There are various causes such as electrical, mechanical, thermal, etc. that can cause the battery to fall into an abnormal state. In non-aqueous electrolyte secondary batteries such as lithium ion secondary batteries, the battery falls into an abnormal state. And a function for preventing a dangerous state even when an abnormal state occurs. As a function of the battery itself, the active material of the electrode plate and the electrolytic solution have been devised so as not to cause an excessive reaction, and the polyolefin microporous membrane used as a separator softens and closes the pores at an abnormally high temperature. There is a shutdown function. In addition, the cylindrical lithium ion secondary battery is provided with a protective function for limiting excessive current due to an external short circuit by providing a PTC (Positive Thermal Coefficient) element connected in series with the input / output circuit in the sealing portion. Yes. In a small battery that does not have a space for providing the PTC element in the battery, a PTC element and a thermal fuse are connected by wiring as external circuit components, and a battery protection circuit that protects the battery from overcharge and overdischarge is provided. Is an essential requirement, and these components are generally housed in a pack case together with a secondary battery and configured in the form of a battery pack.
しかし、前記パックケースを形成するための樹脂成形金型は、その製作費用が高く、開発期間も長くなるので、新機種の投入期間が短い携帯電子機器などに対応できない。また、前述のように携帯電子機器の小型化、薄型化に対応する電池パックを構成するには、樹脂成形の成形可能な肉厚の限度があり、樹脂成形による外装ケースに限界がある。 However, the resin molding die for forming the pack case is expensive to manufacture and has a long development period, so that it cannot be applied to portable electronic devices with a short introduction period of new models. In addition, as described above, in order to configure a battery pack corresponding to miniaturization and thinning of a portable electronic device, there is a limit to the wall thickness that can be molded by resin molding, and there is a limit to an exterior case by resin molding.
また、電池パックは、それを分解して間違った使用や興味本位で使用されることを防ぐために、分解し難いように構成することや、分解したことが分かるように構成することが安全確保上で重要である。また、携帯電子機器に適用されることを考慮すると、落下等による衝撃や振動に耐え得る堅牢な構造や電子回路部位の耐湿性が要求される。このような分解し難く堅牢且つ耐湿性を有する構造を実現すべく、電池保護回路等を構成した回路基板と電池とを樹脂モールディングにより一体化することが構想されている。 Also, in order to ensure safety, it is necessary to disassemble the battery pack so that it is difficult to disassemble the battery pack and prevent it from being used in an incorrect or interesting manner. Is important. In consideration of application to portable electronic devices, a robust structure capable of withstanding impact and vibration due to dropping and the like and moisture resistance of electronic circuit parts are required. In order to realize such a robust and moisture-resistant structure that is difficult to disassemble, it has been envisaged that a circuit board constituting a battery protection circuit or the like and a battery are integrated by resin molding.
上記樹脂モールディングによる電池パックは、特許文献1および特許文献2に開示されたものがあり、電池と回路基板とを接続部材により接続した中間完成品を金型内に配置し、回路基板に形成した外部接続端子が外部露出するようにして中間完成品の周囲に樹脂を充填する。
The battery pack by the resin molding is disclosed in Patent Document 1 and
また、特許文献3では、電池と回路基板とを接続部材により接続したものを金型内に配置し、回路基板を樹脂封止して電池上又はパックケース(電池蓋体)に固定する構成、あるいは回路基板と電池とを樹脂封止する構成が開示されている。
Moreover, in
前述したようにリチウムイオン二次電池を用いた電池パックでは、外部短絡や過充電等によって温度上昇しないように二次電池を保護する機能が設けられるが、このような保護機能が機能しなかった場合の最終的な安全機能として電池回路を遮断するために温度ヒューズやPTC素子などの熱感応素子を設けて電池パックが構成される。 As described above, a battery pack using a lithium ion secondary battery has a function of protecting the secondary battery so as not to increase in temperature due to an external short circuit or overcharge, but such a protection function did not function. In order to shut off the battery circuit as a final safety function, a battery pack is configured by providing a thermal sensitive element such as a thermal fuse or a PTC element.
熱感応素子は過大電流だけでなく二次電池の温度によっても作動するように二次電池に熱結合した状態に配設され、二次電池から回路基板に至る回路に接続されるので、二次電池と回路基板との間に樹脂を充填成形する場合に、充填された樹脂の温度により熱感応素子が熱破壊されないようにする必要がある。温度ヒューズの場合では一般的に104℃で溶断するように設定されており、これに対して充填される樹脂が比較的溶融温度の低いホットメルトであっても、その温度は200℃を越える温度である。ホットメルトは他の成形用樹脂に比して溶融温度が低く取り扱いが容易であるが、それでも温度ヒューズの溶断温度をはるかに越える温度である。このホットメルトが直接温度ヒューズに接触すると、温度ヒューズは間違いなく溶断し、電池パックは回路が切断されて機能しないものとなる。また、PTC素子の場合でも200℃を越える温度の樹脂により主要な構成材料である導電性ポリマーの架橋状態等に変化を来し、温度−電流特性やトリップ温度を変動させ、PTC素子の信頼性を損なう状態になる。従って、熱感応素子を用いて安全機能を構成し、二次電池と回路基板とを樹脂充填により一体化して構成される電池パックでは、製造途上で熱感応素子を破壊させてしまわない対策を講じることが必須の要件となる。 The heat-sensitive element is arranged in a state where it is thermally coupled to the secondary battery so as to operate not only by an excessive current but also by the temperature of the secondary battery, and is connected to a circuit from the secondary battery to the circuit board. When filling and molding a resin between the battery and the circuit board, it is necessary to prevent the heat-sensitive element from being thermally destroyed by the temperature of the filled resin. In the case of a thermal fuse, the temperature is generally set to blow at 104 ° C. Even if the resin to be filled is a hot melt having a relatively low melting temperature, the temperature exceeds 200 ° C. It is. Hot melt has a lower melting temperature than other molding resins and is easy to handle, but it still exceeds the fusing temperature of a thermal fuse. If this hot melt comes into direct contact with the thermal fuse, the thermal fuse will definitely melt, and the battery pack will break and the circuit will not function. Even in the case of PTC elements, the temperature of the polymer exceeding 200 ° C. changes the cross-linked state of the conductive polymer, which is the main constituent material, and changes the temperature-current characteristics and trip temperature, thereby improving the reliability of the PTC element. It will be in a state that damages. Therefore, in the battery pack that is configured by integrating the secondary battery and the circuit board by resin filling, a countermeasure is taken so as not to destroy the heat sensitive element during manufacturing. This is an essential requirement.
本発明が目的とするところは、電池と回路基板とを樹脂モールドにより一体化して電池パックに構成するとき、安全機能として設けられた熱感応素子が充填される樹脂により破壊されない構造を設けた電池パックを提供することにある。 The purpose of the present invention is a battery provided with a structure that is not destroyed by a resin filled with a heat sensitive element provided as a safety function when the battery and circuit board are integrated by a resin mold to form a battery pack. To provide a pack.
本願第1発明は、二次電池の封口板側に間隙を隔てて外部接続端子が形成された基板を配置し、前記間隙に樹脂を充填成形することによって二次電池と基板とを一体化した電池パックであって、前記封口板に形成された凹部内に熱感応素子を前記二次電池に熱結合させて配設し、前記凹部上を覆って断熱部材あるいは他の構成要素が配設されてなることを特徴とするものである。感熱温度素子が凹部内に配設され、凹部上を覆って他の構成要素が配設されていることにより、充填された樹脂が熱感応素子に触れることがなく、樹脂の充填成形時に樹脂の温度により熱感応素子を破壊することなく電池パックに構成することができる。また、熱感応素子を凹部内に配設すると二次電池の熱が熱感応素子に伝熱しやすくなり、二次電池の異常な温度上昇を速やかに検出して作動させることができる。 In the first invention of the present application, a substrate on which external connection terminals are formed is arranged on the sealing plate side of the secondary battery with a gap, and the secondary battery and the substrate are integrated by filling and molding the resin in the gap. In the battery pack, a heat sensitive element is thermally coupled to the secondary battery in a recess formed in the sealing plate, and a heat insulating member or other component is disposed to cover the recess. It is characterized by. The thermosensitive temperature element is disposed in the recess, and the other components are disposed over the recess, so that the filled resin does not touch the thermosensitive element, and the resin is not filled during resin filling molding. The battery pack can be configured without destroying the heat-sensitive element due to the temperature. Further, when the heat sensitive element is disposed in the recess, the heat of the secondary battery is easily transferred to the heat sensitive element, and an abnormal temperature rise of the secondary battery can be detected and operated quickly.
また、本願第2発明は、二次電池の封口板側に間隙を隔てて外部接続端子が形成された基板を配置し、前記間隙に充填成形された樹脂が二次電池と前記基板とを一体化する電池パックであって、前記間隙に二次電池に熱結合された熱感応素子を配してなり、この熱感応素子は断熱性を有する被覆層が形成されてなることを特徴とする。熱感応素子が有する被覆層は、断熱性を有しており、この被覆層が形成された側が成形樹脂と接する構成とすることで樹脂成形の際に、熱感応素子が高温の成形樹脂に曝されるのを防止し、素子特性の悪化を防止できる。この構成であれば、熱感応素子が被覆層にて保護されており、断熱部材にて熱感応素子を被覆する必要が無くなる。製造時においては、断熱手段を配置する必要が無くなり、工数の削減を実現する共に、部品点数の削減を実現し、コスト削減の面で効果を奏する。尚、上述した被覆層は断熱性を有する樹脂材料を適用するのが好ましい。一方、二次電池に対して熱結合する必要があり、二次電池に接する部位には被覆層を未形成とするのが好ましい。そこで、二次電池に接する部位のみに被覆層を形成しない構成を採用することで樹脂成形時の熱遮蔽と二次電池温度の検出精度に優れた熱感応素子を具現化できる。このような素子は、作成工数を増加させ、さらに熱感応素子を二次電池に配置する際の工程の煩雑化を招いてしまうことから、樹脂成形を実施する短時間は熱遮蔽の効果を奏し、電池パックを構成した後は二次電池温度の検出精度を低下させない程度の熱特性を有する樹脂を用いることで、熱遮蔽、検出精度に加え、作成工数、コストにも優れた熱感応素子を提供できる。 Further, according to the second invention of the present application, a substrate on which external connection terminals are formed with a gap is disposed on the sealing plate side of the secondary battery, and the resin filled in the gap integrates the secondary battery and the substrate. The heat-sensitive element is characterized in that a heat-sensitive element thermally coupled to the secondary battery is disposed in the gap, and the heat-sensitive element is formed with a heat-insulating coating layer. The coating layer of the heat-sensitive element has heat insulation properties, and the side on which the coating layer is formed is in contact with the molding resin so that the heat-sensitive element is exposed to a high-temperature molding resin during resin molding. It is possible to prevent the deterioration of device characteristics. With this configuration, the heat sensitive element is protected by the coating layer, and it is not necessary to cover the heat sensitive element with the heat insulating member. At the time of manufacturing, it is not necessary to arrange the heat insulating means, so that the number of man-hours is reduced and the number of parts is reduced, which is effective in terms of cost reduction. In addition, it is preferable to apply the resin material which has heat insulation for the coating layer mentioned above. On the other hand, it is necessary to thermally couple to the secondary battery, and it is preferable that a coating layer is not formed at a portion in contact with the secondary battery. Therefore, by adopting a configuration in which a coating layer is not formed only on a portion in contact with the secondary battery, it is possible to embody a heat sensitive element that is excellent in heat shielding during resin molding and detection accuracy of the secondary battery temperature. Such an element increases the number of manufacturing steps, and further complicates the process when arranging the heat sensitive element in the secondary battery. After the battery pack is constructed, by using a resin with thermal characteristics that do not decrease the detection accuracy of the secondary battery temperature, in addition to heat shielding and detection accuracy, a heat sensitive element that is excellent in production man-hours and cost Can be provided.
上記各構成において、熱感応素子は温度ヒューズとして構成することができ、二次電池の温度が異常上昇したとき溶断して電池回路を遮断して、温度上昇の要因となる電池回路への接続を絶つことができる。また、熱感応素子はPTC素子を適用することができ、外部短絡の発生時に過大電流を制限するだけでなく、二次電池の異常な温度上昇により抵抗値を急増させて電池回路の電流を制限するので、温度上昇の要因となる電池回路への接続を遮断した状態にすることができる。また、熱感応素子はバイメタル式サーモスタットを適用することができ、外部短絡の発生時の温度上昇により電流を遮断するだけでなく、二次電池の異常な温度上昇により回路を遮断させて電池回路の電流を制限するので、電池温度上昇の要因となる電池回路への接続を遮断した状態にすることができる。 In each of the above configurations, the heat-sensitive element can be configured as a thermal fuse, and when the temperature of the secondary battery rises abnormally, it is blown to shut off the battery circuit and connect to the battery circuit that causes the temperature rise. Can be cut off. In addition, PTC elements can be used as heat-sensitive elements, not only to limit the excessive current when an external short circuit occurs, but also to limit the battery circuit current by rapidly increasing the resistance value due to abnormal temperature rise of the secondary battery Therefore, the connection to the battery circuit that causes the temperature rise can be cut off. In addition, a thermosensitive element can be applied with a bimetal thermostat, which not only cuts off the current due to the temperature rise when an external short circuit occurs, but also shuts down the circuit due to the abnormal temperature rise of the secondary battery. Since the current is limited, the connection to the battery circuit that causes the battery temperature to rise can be cut off.
本発明によれば、外部接続端子が形成された基板を二次電池と間隙を隔てて配置し、間隙に樹脂を充填成形することにより基板と二次電池とを一体化して電池パックに構成するとき、前記間隙内に配置される熱感応素子が充填される樹脂により熱破壊されることがなく、樹脂充填成形により堅牢に構成された電池パックを提供することができる。 According to the present invention, the substrate on which the external connection terminals are formed is disposed with a gap from the secondary battery, and the gap between the substrate and the secondary battery is formed by filling the gap with a resin to form a battery pack. In some cases, the battery pack can be provided that is firmly constructed by resin filling molding without being thermally destroyed by the resin filled in the heat sensitive element disposed in the gap.
以下、添付図面を参照して本発明の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。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings for understanding of the present invention. The following embodiment is an example embodying the present invention, and does not limit the technical scope of the present invention.
本実施形態は、扁平角形のリチウムイオン二次電池を用いて携帯電話機に適用する電池パックを構成した例を示すものである。携帯電話機に適用する電池パックは、小型、軽量、薄型に加えて高機能化に対応する高エネルギー密度、携帯機器として避けられない落下等による衝撃に耐え得る機械的強度、分解され難い構造、短絡や過充電、高温等から二次電池を保護する安全機能など備えることが要求されており、以下に示す電池パックはこれらの要件を満たすように構成されている。 The present embodiment shows an example in which a battery pack to be applied to a mobile phone is configured using a flat rectangular lithium ion secondary battery. Battery packs applied to mobile phones are compact, lightweight, thin, high energy density for high functionality, mechanical strength that can withstand impacts such as drops that are unavoidable as portable devices, structures that are difficult to disassemble, and short circuits It is required to have a safety function for protecting the secondary battery from overcharge, high temperature, etc., and the battery pack shown below is configured to satisfy these requirements.
図1は、実施形態に係る電池パック1の外観を示すもので、一方端面に正極端子及び負極端子、温度検出端子からなる外部接続端子6を外部露出させ、水没シール9を貼着した扁平形状に構成されている。図2は、この電池パック1を分解して各構成要素を示したもので、以下に各構成要素の詳細と、各構成要素を用いた電池パック1の製造方法について説明する。
FIG. 1 shows an external appearance of a battery pack 1 according to the embodiment. A flat shape in which an
リチウムイオン二次電池(以下、二次電池)2は、図3に示すように、横断面形状が長円形の有底筒状に形成されたアルミニウム製の電池缶22内に発電要素を収容し、電池缶22はその開口端に封口板23をレーザー溶接することにより封口されている。電池缶22に接合して電池正極となる封口板23には、その中央に上ガスケット24a及び下ガスケット24bで絶縁して電池負極25が凸形成されている。また、封口板23の両側には封口板23をプレス加工してキノコ状の係合突起26、26が形成される。尚、27は電解液注入口を閉じる封栓で、電池缶22内に電解液を注入した後、電解液注入口は封栓27によって閉じられ、封栓27は封口板23に溶接される。
As shown in FIG. 3, a lithium ion secondary battery (hereinafter referred to as a secondary battery) 2 has a power generation element housed in an aluminum battery can 22 formed in a bottomed cylindrical shape having an oblong cross section. The battery can 22 is sealed by laser welding a sealing
前記係合突起26は、封口板23の所定位置にプレス加工により円筒状の突出部を形成し、これの頭部が周囲に開くようにプレス加工すると、図示するようなキノコ状に形成される。尚、係合突起26はプレス加工によらずキノコ状や逆L字状の部材を封口板23に溶接することによっても形成することができる。
The engaging
上記二次電池2には、図3(c)に示すように、電池負極25に温度ヒュ−ズ(熱感応素子)10の一方接続片10aがスポット溶接される。温度ヒューズ10の上面には破線で示すように断熱シート16が貼着され、後述する樹脂充填時に温度ヒューズ10が溶断することを防止している。断熱シート10として、ここではアクリル樹脂を発泡処理したシートに粘着剤層を形成した0.6mm厚さのVHBアクリルフォーム(住友3M社製)を適用しているが、後述する素材を用いることもできる。温度ヒューズ10の他方接続片10bは、封口板23上に貼着した絶縁紙21上に配置され、後述する負極リード板5が接続される。また、温度ヒューズ10は熱伝導性の接着剤により封口板23に固定されることにより、二次電池2と熱結合された状態に配設される。
In the
二次電池2を過充電や過放電、過電流から保護する保護回路を構成した回路基板3は、その外面側となる一方面に、図4(a)に示すように、前記外部接続端子6やテスト端子30が形成され、二次電池2側となる他方面に、図4(b)に示すように、集積回路部品をはじめとする電子部品31が実装され、両側に二次電池2に接続するための正極半田付けランド32、負極半田付けランド33が形成されている。尚、各図は回路パターンやスルーホール等の表示は省略している。前記正極半田付けランド32には電子部品31上に絶縁紙34を配して正極リード板(接続部材)4の一端が、負極半田付けランド33には負極リード板(接続部材)5の一端が、図4(c)に示すように半田付けされる。
As shown in FIG. 4A, the
この接続加工を終えた回路基板3は、図5(a)に示すように、二次電池2に対し、正極リード板32の他端は封口板23の板面に、負極リード板33の他端は前記温度ヒューズ10の他方接続片10b上に、それぞれスポット溶接される。この接続状態では、回路基板3は封口板23の板面に対して直交する方向になっているので、図5(b)に示すように、正極及び負極の各リード板4、5を折り曲げ、回路基板3の板面と封口板23の板面との間に間隙を設け、封口板23と略並行になる状態に整形する。このように二次電池2に回路基板3を接続して、図9(a)に示すような樹脂充填対象物7が形成される。
As shown in FIG. 5A, the
上記樹脂充填対象物7の二次電池2と回路基板3との間の間隙に樹脂を充填し、二次電池2に回路基板3を一体化する。このとき、二次電池2の底面から回路基板3の外部接続端子6の形成面までの高さHが所定寸法になるように樹脂成形することが重要で、それを実現する製造方法について以下に説明する。
The resin is filled in the gap between the
図6に示すように、一次モールド金型35の下型36は、可動部41が付勢手段45によって固定部42側に移動可能に構成され、可動部41には真空吸着部43が設けられている。前記可動部41を後退させた状態にして下型36内に樹脂充填対象物7(図では二次電池2と回路基板3のみを表示)を配置し、可動部41を前進させると二次電池2はその底面が固定部42内の壁面に押し付けられて位置決めされる。一方、回路基板3は真空吸着部43からの真空吸引により真空吸着部43の壁面に密着して位置決めされる。
As shown in FIG. 6, the
前記二次電池2の底面から回路基板3の外部接続端子6の形成面までの高さ寸法Hは、二次電池2の高さ寸法hのバラツキ及び回路基板3が一定位置に固定されないことが原因で変動するが、回路基板3は真空吸引によって一定位置に固定され、可動部41は二次電池2の高さ寸法hに応じて、その前進量が変化するので、下型36内に位置決めされた二次電池2と回路基板3とは、それらの間の間隙の高さ寸法Gの変化により、二次電池2の底面から回路基板3の外部接続端子6の形成面までの高さ寸法Hは一定の状態になる。
The height dimension H from the bottom surface of the
上記のように二次電池2と回路基板3とを位置決めした下型36上に、図7に示すように上型37を下降させ、上型37に設けられたゲート44から二次電池2と回路基板3との間の間隙に樹脂を注入する。図8に示すように、注入された樹脂は、回路基板3に実装された電子部品31や正極及び負極の各リード板4、5の周囲にも回り込んで回路基板3に接合し、二次電池2の封口板23上に形成された係合突起26のアンダーカット部分にも回り込んで封口板23に接合する。樹脂は電子部品31や二次電池3、あるいは温度ヒューズ10に悪影響を与えない程度の温度で流動化し、温度低下により硬化するホットメルトが好適である。
As shown in FIG. 7, the
樹脂の温度が比較的低くても200℃を越える温度であるため、溶断温度が104℃に設定されている温度ヒューズ10に触れると、温度ヒューズ10は溶断して電池パック1自体の機能を停止させてしまうことになる。その対策として、前述したように断熱シート16により温度ヒューズ10を覆い、温度ヒューズ16を樹脂の熱から遮蔽している。
Even if the temperature of the resin is relatively low, the temperature exceeds 200 ° C. Therefore, when the
充填された樹脂を硬化させた後、上型37を開き、真空吸着部43の真空吸引を解除し、可動部41を後退させると、二次電池2と回路基板3とが樹脂の硬化により形成された一次モールド体11により一体化され、図11(b)に示すような中間完成品8として下型36から取り出すことができる。この中間完成品8の周囲に外装被覆を施すことによって電池パック1に形成することができる。
After the filled resin is cured, the
外装被覆は、二次モールディングと巻着シートの貼着によって形成される。二次モールディングを実施する前に、二次電池2の底面にインシュレータ14を貼着する。
The exterior covering is formed by adhering the secondary molding and the winding sheet. Before performing the secondary molding, the insulator 14 is attached to the bottom surface of the
二次モールディングは、図9に示すように、二次モールド金型46に前記中間完成品8を配置して、中間完成品8の所要部位に樹脂を成形する。二次モールド金型46の下型47には中間完成品8を収容する凹部50が形成されており、凹部50の一側壁面には内方に進出付勢される3個の外部接続端子用突起51とテスト端子用突起52とが設けられ、対向する他側壁面には内方に進出付勢される底面用突起54が設けられている。凹部50内に中間完成品8を配置し、前記外部接続端子用突起51及びテスト端子用突起52、底面用突起54を進出させると、外部接続端子用突起51は回路基板3上に形成された3か所の外部接続端子6に圧接し、底面用突起54は二次電池2に底面に貼着されたインシュレータ14に圧接する。
In the secondary molding, as shown in FIG. 9, the intermediate
この状態の下型47上を上型48で閉じ、上型48に設けられたゲート53から二次モールド金型46内に樹脂を充填する。樹脂は4か所から二次モールド金型46内に射出され、図10に示すように、中間完成品8の外部接続端子6及びテスト端子30を外部露出させて一次モールド体11及び回路基板3を被覆し、図11(c)に示すように二次電池2の封口板23上に固着した上部成形部17を形成すると共に、二次電池2の底面にインシュレータ14の周囲を包み込んで所定厚さに固着した下部成形部18を形成し、更に前記上部成形部17と下部成形部18とを二次電池の側面コーナーで連結する連結成形部19が形成される。前記連結成形部19は、図12に示すように、横断面形状が長円形の二次電池2の円弧側面の一方側90度部位が直角に形成されるように樹脂が成形される。前記上部成形部17及び下部成形部18、連結成形部19によって、図2に示した二次モールド体12が形成される。
In this state, the
前記上部成形部17の周面の二次電池寄りには段差部38が形成されており、これを貼着位置決め線として、二次電池2の側周面を巻回して巻着シート13が巻着される。この後、テスト端子30を用いて動作状態が検査され、検査合格品にはテスト端子30周囲の凹部内に水没シール9が貼着され、テスト端子30は水没シール9によって被覆隠蔽され、図1に示したような電池パック1が形成される。
A stepped
このように形成された電池パック1は、扁平な一方面の両肩部分が二次電池2の両側面の円弧が表面に現れる円弧コーナーに形成され、他方面の両肩部分が連結成形部19によって角形コーナーに形成されるので、外部接続端子6が非対称位置に形成されていることと相まって機器への逆装填が防止できる。また、円弧コーナーは機器ケースの角部のアール形状に対応し、無駄な空間が形成されることなく機器への収納が可能となる。
In the battery pack 1 formed in this way, both shoulder portions of one flat surface are formed at arc corners where the arcs of both side surfaces of the
上記構成においては、温度ヒューズ10等の熱感応素子が充填される樹脂の熱により破壊や変質に至ることを防止するために断熱シート16を貼着する構成を示したが、充填された樹脂が固化するまでの間、熱感応素子への熱的影響を阻止することができるものを適用することができる。断熱処理の形態としては、断熱性のシートを熱感応素子上に貼着する方法と、熱感応素子を断熱性の樹脂で被覆する方法とを適用することができる。
In the above configuration, the configuration in which the
熱感応素子を被覆する断熱性樹脂としては、充填される樹脂より高い溶融温度を有する樹脂が選択され、PPS(ポリフェニレンサルファイド)、PA(ポリアミド)、PAI(ポリアミドイミド)、PI(ポリイミド)、PEEK(ポリエーテルエーテルケトン)などが好適で、更に充填される樹脂との密着性に優れたものがより好ましい。 As the heat insulating resin for covering the heat sensitive element, a resin having a higher melting temperature than the resin to be filled is selected, and PPS (polyphenylene sulfide), PA (polyamide), PAI (polyamideimide), PI (polyimide), PEEK (Polyetheretherketone) and the like are preferable, and those having excellent adhesion to the resin to be filled are more preferable.
熱感応素子に貼着する断熱シートとしては、発泡処理を施したアクリル樹脂やポリウレタンのシート、上記断熱性樹脂を用いたシートやポリウレタン、液晶ポリマー、フェノール樹脂、フッ素樹脂を用いたシートを適用することができる。また、セラミックス、ガラスウールやガラスクロス等を基層として耐熱性樹脂を含侵させたシートなどを適用することができる。これらのシートは、充填成形される樹脂からの断熱及び射出圧力からの保護の観点から0.3〜1.0mm程度の厚さのものが好適である。 As the heat insulating sheet to be attached to the heat sensitive element, an acrylic resin or polyurethane sheet subjected to foaming treatment, a sheet using the above heat insulating resin, or a sheet using polyurethane, liquid crystal polymer, phenol resin or fluororesin is applied. be able to. In addition, a sheet in which a heat resistant resin is impregnated with ceramic, glass wool, glass cloth, or the like as a base layer can be used. These sheets preferably have a thickness of about 0.3 to 1.0 mm from the viewpoint of heat insulation from the resin to be filled and protection from injection pressure.
上記構成において、二次電池2と回路基板3との間に樹脂を充填成形する際に、温度ヒューズ10に樹脂からの熱影響が及ばないようにする対策構造として、以下に示すような対策構造あるいは充填成形方法を適用することもできる。
In the above configuration, the following countermeasure structure is provided as a countermeasure structure for preventing thermal influence from the resin on the
図13に示すように、二次電池2の封口板23に凹部28を形成し、この凹部28内に温度ヒューズ10を配設する。温度ヒューズ10上は凹部28の開口を閉じるように断熱シート16を貼着してもよいが、他の構成要素を配置して凹部28内への樹脂の流入を阻止しても、同様の効果が得られる。この構成の場合、二次電池2の温度が温度ヒューズ10に伝熱しやすくなるので、二次電池2が異常に温度上昇したことを温度ヒューズ10により検出して作動する検出精度及び応答速度が向上する効果が得られる。温度ヒューズ10の両側に設けられた接続片10a、10bはそれぞれ絶縁紙29、29によって封口板23から絶縁され、温度ヒューズ10の本体は凹部28内に熱伝導性の接着剤(例えば、シリコーン樹脂)により固定されることにより、二次電池2と熱結合した状態に配設される。
As shown in FIG. 13, a
また、一次モールド金型35の少なくとも温度ヒューズ10の配設位置に対応する部位を熱伝導性のよい材質(例えば、アルミニウム)で形成することにより、樹脂の熱を金型側に放散させ、温度ヒューズ10への熱伝導を抑制することによっても樹脂の充填成形時に温度ヒューズ10が溶断することを防止することができる。
Further, by forming at least a portion of the
また、一次モールド金型35は、その全体もしくは下型36の固定部42を熱伝導性のよい材料、例えばアルミニウム合金で形成することにより、温度ヒューズ10が配設された部位の熱伝導性を高めることができる。
In addition, the primary mold die 35 is formed in its entirety or the fixing
また、一次モールド金型35及び二次モールド金型46は、樹脂充填対象物7又は中間完成品8の活電部位、例えば正極リード板4、負極リード板5、外部接続端子6、テスト端子30などに対応する部位に絶縁層を形成して、活電部位が金型に接触することによる短絡や漏電の発生を防止する。絶縁層はアルミニウム製の金型にアルマイト処理、フッ素樹脂処理等を施すことにより、熱伝導性に優れると同時に絶縁性を有する金型とすることができる。
The primary molding die 35 and the secondary molding die 46 are the active parts of the resin filling object 7 or the intermediate
上記説明では、断熱シートで温度ヒューズを成形樹脂から熱的に遮蔽する構成として説明したが、断熱シートの代わりに、二次電池と基板とを電気接続する接続リードが温度ヒューズを覆うように配置することによって成形樹脂から熱的に遮蔽することができる。 In the above description, the thermal fuse is described as being configured to be thermally shielded from the molded resin by the heat insulating sheet, but instead of the heat insulating sheet, the connection lead that electrically connects the secondary battery and the substrate is arranged to cover the thermal fuse. By doing so, it can be thermally shielded from the molding resin.
以上説明した構成における温度ヒューズ10はPTC素子に変更することができる。PTC素子は周知の通り平常温度状態では微小な抵抗値であるが、所定温度に温度上昇したとき抵抗値が急増して流れる電流値を一気に制限するもので、短絡等による過大電流が流れたときには自己発熱して抵抗値を急増させて過大電流を制限する。また、二次電池2に熱結合させて配置すると、二次電池2が異常温度上昇したことを感熱して抵抗値を増加させ、異常温度上昇の原因となっている電流を一気に制限して温度上昇を停止させる。
The
このPTC素子を用いた場合にも、樹脂の充填成形時に樹脂が直接触れると、その機能が破壊される恐れがある。従って、温度ヒューズ10の場合と同様に熱遮蔽の構造を設ける必要がある。
Even when this PTC element is used, if the resin is directly touched during resin filling and molding, the function may be destroyed. Therefore, it is necessary to provide a heat shielding structure as in the case of the
さらに、前述の構成における温度ヒューズ10はバイメタル式サーモスタットに変更することができる。バイメタル式サーモスタットは、熱膨張係数の異なる2種類の金属をはりあわせて可動接点を形成し、所定温度に温度上昇すると熱膨張係数の差に伴う変形により可動接点が開となって電流を遮断する素子で、短絡等による過大電流が流れたときには自己発熱による温度上昇から電流を遮断する。また、二次電池2に熱結合させて配置すると、二次電池2が異常温度上昇したことを感熱し、異常温度上昇の原因となっている電池電流を遮断して温度上昇を停止させる。
Furthermore, the
このバイメタル式サーモスタットを用いた場合にも、樹脂の充填成形時に樹脂が直接触れると、温度ショック等によりその機能に悪影響を及ぼす恐れがある。従って、温度ヒューズ10の場合と同様に熱遮蔽の構造を設けるのが好ましい。断熱シートで覆うことにより断熱性が向上し、内部のバイメタル素子への熱影響がより確実に回避される。
Even when this bimetal thermostat is used, if the resin is directly touched during resin filling and molding, the function may be adversely affected by a temperature shock or the like. Therefore, it is preferable to provide a heat shielding structure as in the case of the
二次電池と熱結合する部位以外が断熱樹脂で被覆外装されているバイメタル式サーモスタットを用いると、単体で樹脂成形時の熱から遮蔽することができ、この場合には、断熱シートは不要となる。 Using a bimetallic thermostat that is covered with a heat insulating resin except for the portion that is thermally coupled to the secondary battery can shield the heat from resin molding alone, and in this case, a heat insulating sheet is unnecessary. .
なお、これらの熱感応素子は、設計に応じて設定温度の異なる素子を組み合わせて使用することもできる。 Note that these heat-sensitive elements can be used in combination with elements having different set temperatures according to the design.
また、二次電池2に熱結合される熱感応素子に加えて、回路基板3に、所定の電流値を超えると電流を遮断する非復帰式電流遮断機能を発揮するパターンヒューズを形成し、複数の電流規制/遮断機能を有する素子を具備することで、電池パックの信頼性を大幅に向上させることができる。この構成では、パターンヒューズも、温度ヒューズ10やPTC素子と同様に溶融状態にある成形樹脂からの熱影響を受け、本願発明に係る課題と同様の作用にてパターンヒューズの特性悪化を招いてしまう。そこで、回路基板3においてパターンヒューズの形成部位に成形樹脂の熱を遮蔽する要素を付加する。具体的には、請求項1に係る樹脂を除く他の構成要素により熱遮蔽する構成、或いは請求項2に係る断熱部材を配置する構成を採用することで、本願発明と同様に熱影響を排除できる効果を得ることができる。
In addition to the heat sensitive element thermally coupled to the
1 電池パック
2 二次電池
3 回路基板
7 樹脂充填対象物
8 中間完成品
10 温度ヒューズ
11 一次モールド体
12 二次モールド体
16 断熱シート
23 封口板
35 一次モールド金型
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (5)
前記封口板に形成された凹部内に熱感応素子を前記二次電池に熱結合させて配設し、前記凹部上を覆って断熱部材が配設されてなることを特徴とする電池パック。 A battery pack in which the secondary battery and the substrate are integrated by placing a substrate on which the external connection terminals are formed with a gap on the sealing plate side of the secondary battery and filling the gap with resin.
A battery pack comprising a heat sensitive element thermally coupled to the secondary battery in a recess formed in the sealing plate, and a heat insulating member disposed over the recess.
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