JP4961669B2

JP4961669B2 - 電池パック構造

Info

Publication number: JP4961669B2
Application number: JP2005022556A
Authority: JP
Inventors: 敦史清田
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2005-01-31
Filing date: 2005-01-31
Publication date: 2012-06-27
Anticipated expiration: 2025-01-31
Also published as: JP2006210218A

Description

本発明は、電池パックの構造に関し、特に、移動体通信機器用の電池パックの構造に関する。

携帯電話機を始めとする移動体通信機器は持ち運び等の利便性が要求される。また、近年の移動体通信機器の多機能化に伴い、実装の高密度化、部品の小型化・薄型化等の必要性も高まっている。上記移動体通信機器の部品の中で該機器を駆動するための電池が収納される電池パックは大きなスペースを必要とすることから、移動体通信機器の小型化・薄型化を実現するためには、電池パックの小型化・薄型化が重要な要素となる。

しかしながら、上記電池の容量は移動体通信機器により規定され、大きいサイズの電池が必要とされる場合もあることから、電池パック全体のサイズを小さくするためには蓄電部（素電池）以外の部分の体積をいかに薄くするかが小型化・薄型化へのポイントとなっている。ここで、電池パックの小型化・薄型化を図る方法として、電池パックの主となる構成要素である素電池にラミネート外装を用いたものを組み合わせる構造が現在一般的に用いられている。例えば、特開２００４−３１０２７号公報には、金属と樹脂とを複合したラミネート外装ポリマー二次電池を収納する電池パックが開示されている。

特開２００４−３１０２７号公報（第３−５頁、第１図）

上記ラミネート外装材は屈曲性を有するため、素電池としての加工性が良好な反面、変形を生じ易いなど強度面に難点がある。そのため、実際に使用する際には、図７に示すように、強度を確保するためにモールドケース１１などでカバーする必要がある。しかしながら、モールドケース１１の構造上のクリアランスによりモールドケース１１と素電池２との間に隙間１２が生じやすく、また、モールドケース１１はある程度の厚みが必要であることから、素電池２を小型化・薄型化したとしても、電池パック１全体の小型化・薄型化が困難になるという問題がある。

この問題を解決する一手段として、例えば、図８に示すように、素電池２を金属板１３で包み込むタイプの電池パック１がある。この構造では、屈曲に対する強度を強くすることができるが、素電池２の周囲に金属板１３を巻きつけるためには特殊な設備が必要であり、電池パック１の形成の難易度が高くなるため、製造コストの上昇を招いてしまう。また、この構造では、端子の取り出し口を金属板１３が巻きつけてられていない部分にしか設けることができないため、電池パック１の設計上の制約となり、結果として電池パック１全体の小型化・薄型化が困難になり、更には装置の小型化、薄型化設計に制限を及ぼす可能性もある。

また、電池パックのケース材に金属板を使用した場合、当該金属板は周囲の回路導体との間に浮遊容量を発生させ、クロストークやアンテナ特性等に影響を与える場合がある。その対策として、金属板を装置若しくは電池のグランドに接続する手法が考えられるが、その場合には接続部分が必要となり、サイズ上不利になると共に、所望の位置にアンテナ等を実装できなくなるなど、回路部品の実装に制限を生じさせ、その結果として装置サイズが大きくなってしまうという問題があった。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、その主たる目的は、小型化・薄型化及び製造コストの削減を図ることができる電池パックを提供することにある。また、本発明の他の目的は、浮遊容量に起因するクロストークの発生やアンテナ特性の変化などを抑制することができる電池パックを提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の電池パックは、平板状の電池本体と、前記電池本体を挟み込む一対のプレートと、前記電池本体及び前記一対のプレートを保持するコの字状のフレームと、前記コの字の開口部に装着される封止部とを少なくとも有し、前記プレートは、前記電池本体との当接面が平面であり、前記プレートと前記電池本体とが密着して保持され、前記プレートは金属板からなり、該金属板は前記電池本体の一方の電極に接続され、前記プレートと前記電池本体とが電気的に等価になっており、前記電池本体の周囲に、前記電池本体の一方の電極に接続される金属層が形成され、該金属層を介して前記プレートと前記電極とが接続されるものである。

このように、本発明の構成によれば、電池本体をモールドケースに組み込む構造に比べてクリアランスを小さくし、ケース材の厚みを薄くすることができ、更に設計の自由度を上げることができるため、電池パックの小型化、薄型化を図ることができる。また、電池本体を金属板で包み込む場合のように特殊な製造工程を必要とせず、設計の自由度を上げることができるため、製造コストの削減を図ることができる。更に、プレートを金属板で構成する場合に、該金属板を電池本体の電極に接続することによって浮遊容量の発生を抑制することができるため、クロストークの発生やアンテナ特性の変化などを抑制することができる。

本発明の電池パックの構造によれば下記記載の効果を奏する。

本発明の第１の効果は、電池パックの小型化、薄型化を図ることができるということである。その理由は、本発明の電池パックは、平板状の素電池を一対のプレートで挟み込み、これらをフレームに挿入して固定する構造であり、素電池とプレートとの間に隙間が生じないため、モールドケースに組み込む構造に比べてクリアランスを小さくすることができるからである。また、プレートの材料として任意の材料を選択することができるため、モールドケースに組み込む構造に比べてケース材の厚みを薄くすることができるからである。更には、素電池の任意の側面に電極端子を設けることができるため、設計の自由度を上げることができるからである。

また、本発明の第２の効果は、電池パックの製造コストの削減を図ることができるということである。その理由は、金属板で素電池を包み込む構造や金属製のケースに組み込む構造の場合、剛性の高い金属材料を折り曲げる等の加工のために特殊な製造工程が必要となるが、本発明のプレートは平板などの単純な形状であるため、プレートとして金属板を用いる場合でも特殊な加工を必要としないからである。また、金属板で素電池を包み込む構造では素電池の電極位置が制限されるなどの設計上の制約が多いが、本発明では素電池の側面部分は任意に加工することができるため、設計の自由度を上げることができるからである。

また、本発明の第３の効果は、金属板を使用する際に生じる浮遊容量に起因するクロストークの発生やアンテナ特性の変化などを抑制することができるということである。その理由は、プレートを金属板で構成する場合に、該金属板を素電池の電極に接続することによりプレートと素電池の電位を等価とし、これにより浮遊容量の発生を防止することができるからである。

従来技術で示したように、移動体通信機器などを駆動する素電池にラミネート外装を用いたものが使用されており、この素電池を樹脂ケースに組み込んだセミハードタイプの電池パックが使用されているが、電池パックの強度を稼ぐためにはある程度のケース厚みが必要となり、また、素電池と樹脂ケースとの間に隙間が生じやすく、電池パックの小型化・薄型化が難しいという問題があった。

また、素電池に金属板を巻き付けるタイプの電池パックもあるが、素電池に金属板を巻くという構造上、端子電極を金属板が巻かれていない部分にしか設ける事ができず、これが装置の設計自由度を奪い、装置の小型化への弊害となる可能性がある。また、金属板を巻くという工程上、特別な製造装置が必要となり、コスト的にも低価格化が難しいという問題もある。

そこで、本発明では、小型化・薄型化を実現し、かつ、製造コストの削減を図るために、平板状の素電池を一対のプレートで挟み込み、これらを素電池の輪郭を取り囲むように形成されたコの字状のフレームに組み込み、最終的に保護回路と共に開口面を封止板にて封止することにより電池パックを形成することを特徴としている。

この構造では、プレートの材質は任意に選択できるため、薄くて剛性のある材料を容易に使用することが可能になり、プレートと素電池とのクリアランスを小さくすることができるため、ケースの厚みを薄くすることができ、電池パックの小型化・薄型化が図ることができる。また、素電池に金属板を巻き付ける構造では、巻き方向に対して垂直方向にしか端子を設けることができないが、本発明の電池パックでは、素電池からの引き回し次第で側面に電極を設けることもでき、装置の設計の自由度を上げることによっても装置の小型化・薄型化に寄与することができる。

また、通常のモールドケースで金属板等の剛性の高い材料を用いた場合や、素電池に金属板を巻き付ける構造の場合は、金属板を折り曲げるなどの加工が必要になり特殊な設備を用いなければならないが、本発明の電池パックに用いるプレートは平板などの単純な形状であるため、特別な製造工程は必要とせず、製造コストを削減することができる。

また、プレートに金属板を使用した場合、周囲の回路導体との間で浮遊容量を形成してしまうが、プレートを素電池の電極に接続することにより、プレートと素電池の電位を等価にして浮遊容量をなくすことができるため、クロストークやアンテナ特性に影響を与えるなどの不具合を防止することもできる。

上記した本発明の実施の形態についてさらに詳細に説明すべく、本発明の一実施例に係る電池パックついて、図１乃至図６を参照して説明する。図１は、本実施例に係る電池パックの構造及び組立手順を模式的に示す斜視図であり、図２は、本実施例の電池パックの側面図である。また、図３は、フレームの構造の他の例を示す側面図であり、図４は、素電池の構造の他の例を示す斜視図、図５は、プレートの構造の他の例を示す斜視図である。また、図６は、本実施例の電池パックの具体的構成を示す平面図である。

図１に示すように、本実施例の電池パックは、正極合剤を被着した正極と負極合剤を被着した負極とをポリマー電解質フィルムを介して重ね合わせたものをラミネート箔で外装して密閉したラミネートタイプなどの平板状の電池本体（以下、素電池２と呼ぶ。）と、素電池２の上下面に配置される２枚のプレート３と、素電池２及び２枚のプレート３を保持するフレーム４と、フレーム４の開口部に装着される封止板５とを主な構成要素とし、２枚のプレート３にて素電池２を挟み込み、そのままフレーム４に挿入して固定し、素電池２の端子電極７に保護回路６を接続した後、端子５ａが予め形成された封止板５で封止して形成される。

ここで、図７に示すように、素電池２をモールドケース１１などで挟み込んで電池パック１を形成する場合、素電池２とモールドケース１１との間には図７（ｂ）に示すように隙間１２が生じてしまい、その結果、電池パック１の小型化、薄型化が困難であったが、本実施例では、図２に示すように、プレート３は素電池２と接触する面が平面となっており、素電池２の上下面をプレート３で挟み込む構造であるため、余分な隙間が生じることがなく、電池パック１の小型化、薄型化を達成することができる。

なお、フレーム４の材料や形状は特に限定されないが、樹脂を用いてコの字状に形成すれば組立作業が容易になると共にプレート３を確実に保持することができ、また、素電池２の端子電極７とのショートも防止することができる。また、フレーム４にはプレート３を固定し易くするために、予めスリット４ａを設けることもできる。その際、図１では、平板状のプレート３を差し込むためにスリット４ａを平行に形成しているが、例えば、図３に示すように、プレート３をより確実に固定し、かつ、プレート３で素電池２を押圧することができるようにプレート３の端部を折り曲げて形成した場合は、スリット４ａの形状もプレート３の端部の形状に合わせて適宜変更することができる。また、固定法に関しては、接着や溶着など所定の接合強度が得られる工法であれば手法は問わない。

また、プレート３の材料も特に限定されず、金属製のプレートや樹脂製のプレートなどを用いることができるが、プレート３を金属板とした場合には所定の強度を得るためのプレート３の厚みを薄くすることができるため、より小型化、薄型化を達成することができる。その際、金属板は、周囲の回路導体との間で浮遊容量を発生させてしまうため、これを防止するために、プレート３を素電池２の電極と電気的に接続することが好ましい。

プレート３と素電池２の電極とを接続させる構造として、例えば、図４に示すように、素電池２の周囲を外装金属シート９で覆い、電極（ここでは陽極電極７ａ）と外装金属シート９とを接続タグ１０などを用いて電気的に接続する構造とすることができ、プレート３と外装金属シート９とが接触することによって、プレート３と素電池２とを電気的に接続することができる。これにより、プレート３と素電池２の電位とが等価となり浮遊容量を持たなくなるため、クロストークやアンテナ特性に影響を与えるといった不具合を防止することができる。なお、素電池２を外装金属シート９で覆う際には、陰極電極７ｂと外装金属シート９とがショートしないように注意する必要がある。

また、プレート３に金属板を使用する場合に、金属板の露出面が周囲の構成部材と接触する恐れがあるため、例えば、図５に示すように、プレート３の露出面側に樹脂フィルムなどの絶縁層８を設けることもでき、この絶縁層８によって、プレート３が他の構成部材に接触して動作を不安定にさせるなどの不具合を未然に防止することができる。

また、プレート３として誘電体を含んだ樹脂を一体成形したフィルムシートを使用することもできる。このフィルムシートは金属を使用していないため、浮遊容量を考慮する必要がない。また、誘電体のみでプレート３を形成すると、剛性がないために落下等で破損しやすいが、当該フィルムシートは樹脂により衝撃が緩和されるため、落下等の衝撃に対して強くすることができる。

このように、本発明の電池パックでは、平板状の素電池２の上下面を単純な形状（好ましくは平板状）の一対のプレート３で挟み込み、樹脂などで形成されたフレーム４（好ましくはコの字状のフレーム４）に挿入して固定する構造であるため、素電池２からの引き回し次第で側面に端子電極７を設けることもでき、例えば、図６に示すような従来のラミネートタイプでは実現不可能な構造も可能であることから、装置の設計自由度を上げることによっても装置の小型化・薄型化に寄与することができる。

なお、上記説明では、素電池２としてラミネートタイプの電池を示したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、小型化、薄型化が求められる機器に使用される平板状の任意の電池に対して同様に適用することができる。

本発明は、携帯電話機などの移動体通信機器に限らず、小型化、薄型化が求められる機器、例えば、ＰＣ、ＤＣＳ、ＤＶＣなどの電池パックについても同様に適用することができる。

本発明の一実施例に係る電池パックの構造及び組立手順を模式的に示す斜視図である。本発明の一実施例に係る電池パックの側面図である。本発明の一実施例に係る電池パックのフレームに形成されるスリットを示す側面図である。本発明の一実施例に係る電池パックの素電池の構造の他の例を示す斜視図である。本発明の一実施例に係る電池パックのプレートの構造の他の例を示す斜視図である。本発明の一実施例に係る電池パックの具体的構成を示す平面図である。従来の電池パックの構造を模式的に示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は側面図である。従来の電池パックの構造を模式的に示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は側面図である。

符号の説明

１電池パック
２素電池
３プレート
３ａ金属プレート
４フレーム
４ａスリット
５封止板
５ａ端子
６保護回路
７端子電極
７ａ陽極電極
７ｂ陰極電極
８絶縁層
９外装金属シート
１０接続タグ
１１モールドケース
１２隙間
１３金属板

Claims

平板状の電池本体と、前記電池本体を挟み込む一対のプレートと、前記電池本体及び前記一対のプレートを保持するコの字状のフレームと、前記コの字の開口部に装着される封止部とを少なくとも有し、
前記プレートは、前記電池本体との当接面が平面であり、前記プレートと前記電池本体とが密着して保持され、
前記プレートは金属板からなり、該金属板は前記電池本体の一方の電極に接続され、前記プレートと前記電池本体とが電気的に等価になっており、
前記電池本体の周囲に、前記電池本体の一方の電極に接続される金属層が形成され、
該金属層を介して前記プレートと前記電極とが接続されることを特徴とする電池パック。