JP5177490B2

JP5177490B2 - 電池パック

Info

Publication number: JP5177490B2
Application number: JP2007286670A
Authority: JP
Inventors: 孝志隅田; 宏之宮井
Original assignee: Hitachi Maxell Energy Ltd
Current assignee: Hitachi Maxell Energy Ltd
Priority date: 2007-11-02
Filing date: 2007-11-02
Publication date: 2013-04-03
Anticipated expiration: 2027-11-02
Also published as: JP2009117084A

Description

本発明は、扁平四角形状の素電池や、該素電池の上面に配置される回路基板が樹脂モールドを介して一体化してある電池パックに関する。

この種の電池パックとして、特許文献１、２が公知である。特許文献１、２の電池パックは、いずれも外部接続用端子を除く回路基板の全体を樹脂モールドで覆って素電池と一体化している。これらの電池パックでは、隣接する外部接続用端子どうしが薄肉のモールド層で区分されているに過ぎない。そのため、外部機器の接続端子が変形しているような状況下では、外部機器の接続端子が先のモールド層を乗り越えて、隣接する外部接続用端子どうしを短絡させるおそれがある。

このような、隣接する外部接続用端子の短絡を防ぐために、回路基板の外面をカバーで覆い、素電池と回路基板とカバーの三者を樹脂モールドで一体化した電池パックが提案されている（特許文献３参照）。カバーには、外部接続用端子をカバー外面に露出させるための窓が開口され、隣接する窓の間に短絡防止用の突起が形成してある。

特開２００３−２４２９４７号公報（段落番号００４７、図１０）特開２００３−２８８８７１号公報（段落番号００１２、図６）特開２００６−１４７３２９号公報（段落番号００２７、図２）

特許文献３の電池パックのように、カバーの外面に短絡防止用の突起を設けると、外部機器の接続端子で隣接する外部接続用端子どうしが短絡されるのを防止できる。また、カバーを樹脂モールドよりも強度を有する樹脂で形成することができる利点もある。しかし、カバーを回路基板に接合した状態で樹脂モールドを成形するので、溶融樹脂がカバーと回路基板との間に充分に行き渡らないおそれがある。このような成形不良（ショートショット）を生じる状況では、水滴がカバーと回路基板との間に染み込んで、隣接する外部接続用端子どうしが短絡するおそれがある。

樹脂モールドを成形する過程で短絡防止用の突起を一体に成形すると、カバーを付加する場合と同様に、隣接する外部接続用端子どうしが、外部機器の接続端子で短絡されるのを防止できる。しかし、電池パックの外面に突出する突起は、電池パックの取り扱い時に他物と接触しやすく、他物と接触するときに大きな傾動モーメントを受けるのを避けられない。そのため、電池パックの取り扱いが乱暴であると、隣接する外部接続用端子の間において突起が回路基板から浮き離れることがあり、カバーを付加した場合と同様に、突起と回路基板との間に染み込んだ水滴によって、隣接する外部接続用端子どうしが短絡するおそれがある。

本発明の目的は、回路基板の隣り合う外部接続用端子どうしが、外部機器の接続端子によって短絡されるのを防止でき、同時に、外部接続用端子に付着した水滴によって短絡されることをも確実に防止できる、信頼性に優れた電池パックを提供することにある。本発明の目的は、樹脂モールドを成形する過程で短絡防止用の突起を一体に成形する電池パックにおいて、突起と回路基板とを強固に一体化して突起の構造強度を向上でき、しかも突起と回路基板との密着状態を確実に維持して、外部接続用端子に付着した水滴によって短絡を生じる余地がなく、したがって信頼性と耐久性に優れた電池パックを提供することにある。本発明の目的は、回路基板の外面をカバーで覆う電池パックにおいて、カバーと回路基板とを強固に一体化でき、しかもカバーと回路基板との密着状態を確実に維持して、外部接続用端子に付着した水滴によって短絡を生じる余地のない、信頼性と耐久性に優れた電池パックを提供することにある。

本発明の電池パック１は、扁平四角形状の素電池２と、素電池２の上面に配置される回路基板５と、素電池２と回路基板５とを一体化する樹脂モールド７を含む。回路基板５の上面には、複数個の外部接続用端子９が、樹脂モールド７の開口部３３を介して外面に露出する状態で並設されており、さらに、隣り合う外部接続用端子９の間の基板面に粗面加工部３５が形成してある。隣り合う外部接続用端子９の短絡を阻止する突起３４を、回路基板９の上面に突出する状態で樹脂モールド７と一体に形成する。以て、突起３４と回路基板９とが、樹脂モールド７を成形する過程で粗面加工部３５に入り込む接合部分３６を介して一体化してあることを特徴とする。

具体的には、外部接続用端子９を除く回路基板５の上面をコーティング層１０で覆い、隣り合う外部接続用端子９の間のコーティング層１０にレーザー光を照射して、粗面加工部３５を凹凸状に形成する。

本発明においては、回路基板５の隣り合う外部接続用端子９・９の間に、短絡防止用の突起３４を樹脂モールド７と一体に形成するので、例えば曲がってしまった外部機器の接続端子によって、回路基板５の隣り合う外部接続用端子９・９どうしが短絡されるのを、突起３４で受け止めて確実に防止できる。さらに、隣り合う外部接続用端子９の間の基板面に粗面加工部３５を形成しておき、樹脂モールド７を成形する過程で粗面加工部３５に入り込む接合部分３６によって、突起３４を回路基板５に対して強固に接合するので、外力を受けた突起３４が回路基板５から浮き離れたり、回路基板５から剥がれることを確実に防止できる。

したがって、本発明の電池パック１によれば、外部機器の接続端子を突起３４で受け止めて、隣接する外部接続用端子９・９どうしが先の接続端子で短絡されるのを確実に防止でき、さらに、突起３４が回路基板５から浮き離れるのを阻止して、外部接続用端子９に付着した水滴によって、隣接する外部接続用端子９・９どうしが短絡されることをも確実に防止でき、全体として信頼性に優れた電池パックが得られる。また、突起３４を、樹脂モールド７を成形する過程で樹脂モールド７と一体に形成するので、突起３４を樹脂モールド７とは別の部材で構成する場合に比べて電池パック１の全体コストを削減することができる。

回路基板５の上面を覆うコーティング層１０にレーザー光を照射して、粗面加工部３５を凹凸状に形成すると、粗面加工部３５を精密に、しかも全ての回路基板５に対して均一に形成できるので、突起３４と回路基板５とを粗面加工部３５に結着する接合部分３６を介して確実に、しかも強固に一体化できる。また、外部接続用端子９・９の隣接間隔が小さい場合であっても、微細加工が可能なレーザ光で確実に粗面加工を施して粗面加工部３５を形成できる。

（第１実施例）図１ないし図４は本発明に係る電池パックの第１実施例を示す。図２および図３において電池パック１は素電池２と、温度ヒューズ（ＰＴＣ）などからなる保護素子３と、素電池２の上面に配置されて保護回路が実装してある回路基板５と、素電池２と保護素子３と回路基板５との三者を一体化する樹脂モールド７などで構成する。

素電池２は、充放電が可能なリチウムイオン電池などの二次電池として構成してあり、図２および図３に示すように、上下高さ寸法および左右幅寸法に比べて前後厚み寸法が小さな扁平四角形状に形成してある。回路基板５は、ガラスエポキシ樹脂製の多層基板からなり、回路基板５の上面には３個の四角形の外部接続用端子９が、左右方向に所定間隔をあけて並設してある。回路基板５の上面は、図３に示すように３個の外部接続用端子９を除く部分が絶縁用のコーティング層１０で覆われてる。コーティング層１０は、厚み寸法が数μｍのエポキシ樹脂層で形成してある。回路基板５の下面には、保護回路を構成する電子部品が実装されて、その外面が樹脂モールド６によって保護してある。

素電池２は、上面が開口する外装缶１２の内部に電極体と電解液とを収容し、その上面開口を封口板１３で塞いで構成してある。外装缶１２は、アルミニウムまたはその合金からなる板材を深絞り加工して形成してあり、封口板１３は、アルミニウム合金などの板材を打ち抜いて形成してある。電極体は、ＬｉＣｏＯ₂ を正極活物質とする正極シートと、黒鉛を負極活物質とする負極シートとを、合成樹脂製のセパレータを挟んで渦巻状に巻回して形成してあり、全体が扁平状に押し潰してある。封口板１３は、外装缶１２の開口周縁にレーザ溶接によってシーム溶接される。

図３に示すように、封口板１３の左右方向の中央には、絶縁パッキング１６を介して負極端子１７が固定してある。負極端子１７は、外装缶１２内の電極体の負極に導通されており、外装缶１２および封口板１３は、外装缶１２内の電極体の正極に導通してある。封口板１３の左右両側の一端側（図２の左側）には開裂ベント１９が形成され、他端側には素電池２内に非水電解液を注入するための注液孔２０が形成してある。開裂ベント１９は、電池内圧が異常上昇したときに開裂して電池内圧を解放する。注液孔２０は、電解液を注入したのち封止栓２１で塞がれて、レーザ溶接法によって封止される。

上記の構成部品は次のように接続されたのち、樹脂モールド７によって一体的に固定される。まず、封口板１３の上面に絶縁板２４を配置した状態で、リード板２５を負極端子１７の上面にスポット溶接により固定し、同様にクラッド板２６を封口板１３にスポット溶接で固定する。並行して、上下面を反転した回路基板５の正極端５ａおよび負極端５ｂのそれぞれに、平板状の正極リード２７と負極リード２８をそれぞれ半田付けで固定する。つぎに、保護素子３の一方の接続端子をリード板２５にスポット溶接で接続固定し、他方の接続端子を負極リード２８にスポット溶接で接続固定する。同様に、正極リード２７をクラッド板２６にスポット溶接で接続する。これにより、負極端子１７と回路基板５の負極端５ｂとが、リード板２５および保護素子３と、負極リード２８を介して接続され、封口板１３と回路基板５の正極端５ａとが、クラッド板２６と正極リード２７を介して接続される。

上記の状態で、リード板２５の上側に絶縁プラスチック材からなるスペーサー３１を配置したのち、回路基板５を反転操作して正極リード２７および負極リード２８をＵ字状に折り曲げることにより、図１に示すように回路基板５の下面の樹脂モールド６をスペーサー３１に密着接合する。以上により、素電池２と保護素子３と回路基板５の三者を一体に接続した中間組立品が形成される。

上記の中間組立品を成形用の金型に装填した状態で、例えばポリアミド系の合成樹脂を素材にして射出成形を行うことにより樹脂モールド７が形成され、素電池２と保護素子３と回路基板５とが樹脂モールド７によって一体化される。樹脂モールド７は、素電池２の上部周面から回路基板５の上面を同時に覆い、しかも回路基板５と素電池２との間の空間の全てを充満する状態で形成される。図１に示すように、樹脂モールド７のうち、回路基板５の上面側を覆う部分には、回路基板５の各外部接続用端子９に対応して３個の開口部３３が形成され、さらに隣り合う開口部３３を区分する枠部分に、２個の断面台形状の突起３４が上向きに突出する状態で形成してある。

上記のように、樹脂モールド７と一体に形成される突起３４を、回路基板５に対して強固に接合して、外力を受けた突起３４が回路基板５から浮き離れるのを確実に防止するために、隣り合う外部接続用端子９の間の基板面、つまり突起３４と正対する回路基板５の基板面のコーティング層１０にレーザー光を照射して、粗面加工部３５を凹凸状に形成している。図３および図４に示すように、粗面加工部３５は例えば格子模様状に形成してあり、回路基板５のプリント配線パターンが破壊されるのを防ぐ必要上、その深さがコーティング層１０の厚みを超えないように注意深く形成される。突起３４が形成されるとき、溶融樹脂の一部は図４に示すように粗面加工部３５に食い込んで接合部分３６を構成し、突起３４を回路基板５に対して確りと固定する。図２において、符号３８は両面テープで素電池２の下面に貼り付け固定される底カバー、符号３９は素電池２の外周面に貼り付けられるラベルである。

以上のように構成した電池パックによれば、各外部接続用端子９が開口部３３を介して電池パック１の外表面に露出するので、各外部接続用端子９に外部機器の接続端子をそれぞれ接触させることで、素電池２への充放電電流の入出力を行える。また、隣り合う外部接続用端子９・９の間を突起３４で区分するので、例えば外部機器の接続端子が左右方向に曲がっていたとしても、突起３４で外部機器の接続端子を受け止めて、曲がった接続端子によって隣り合う外部接続用端子９・９が短絡されるのを確実に防止できる。さらに、突起３４と回路基板５を接合部分３６で一体化し、さらに隣接する外部接続用端子９・９を接合部分３６で区分するので、外力を受けた突起３４が回路基板５から浮き離れるのを確実に防止でき、さらに外部接続用端子９に付着した水滴が隣の外部接続用端子９の側へ染み込んで、両端子９・９が短絡されることをも確実に防止できる。

上記の粗面加工部３５は格子模様として形成する必要はなく、任意の模様で形成することができる。また、粗面加工部３５はレーザー光で形成する以外に、ショットブラスト加工で形成し、あるいはコーティング層１０をやすりなどで傷付けて形成することができる。さらに、粒子状のプラスチック片やガラス片を接着固定して粗面加工部３５とすることができる。突起３４の断面形状は台形状である必要はなく、四角形や半円形状に形成することができる。

（第１参考例）図５ないし図７は、電池パックの第１参考例を示す。そこでは、第１実施例と同様に、樹脂モールド７を成形する過程で短絡防止用の突起３４を一体に成形するが、突起３４と回路基板５とをさらに強固に一体化して突起３４の構造強度を向上し、さらに突起３４と回路基板５との密着状態を確実に維持する点が第１実施例と異なる。

具体的には、図６に示すように、突起３４に臨む回路基板５の基板面に樹脂通路４１を形成して、樹脂モールド７を成形する過程で樹脂通路４１を充満する樹脂塊によって、突起３４と回路基板５とを一体化するようにした。樹脂通路４１は、各突起３４に対応して回路基板５の基板面に形成した前後一対の貫通穴からなる。なお、この第１参考例における回路基板５の樹脂モールド６は保護回路を構成する電子部品ごとに形成してあり、したがって、樹脂モールド７を形成するときの溶融樹脂は、保護回路を構成する電子部品の間の隙間から樹脂通路４１を介して突起３４用の成形空間へ流入できる。もちろん、先の溶融樹脂は回路基板５の上面を覆うモールド層の側からも、突起３４用の成形空間へ流入できる。

上記のように、回路基板５の下側に位置する樹脂モールド部分と、各突起３４を形成する樹脂部分とを、貫通孔からなる樹脂通路４１で連続させると、成形後の回路基板５が、突起３４と回路基板５の下側の樹脂モールド部分とで挟持されるので、突起３４と回路基板５とをさらに強固に一体化できる。また、樹脂通路４１を構成する各貫通穴の直径寸法は、突起３４の底面の左右幅より小さく設定してあるので、樹脂通路４１を充満する樹脂塊が破損しない限りは、突起３４が回路基板５から浮き離れたり、剥がれるのを確実に防止して、突起３４の構造強度を向上できる。また、樹脂通路４１を設けることで、突起３４を形成する成形空間へ向かう溶融樹脂の流動を円滑化して、突起３４を確実にしかも迅速に形成できる。その他の点は、第１実施例と同じであるので説明を省略する。

（第１参考例の変形例）図８および図９は樹脂通路４１の変形例を示す。そこでは、第１参考例の貫通穴に代えて、突起３４に臨む回路基板５の前後周縁部に設けた切欠で樹脂通路４１を構成した。図８に示すように、切欠は隣接する外部接続用端子９・９の間の基板表面に臨んでＵ字状に切り欠き形成してあり、両切欠の前後間隔は突起３４の前後端面の前後間隔より短く設定してある。したがって、樹脂モールド７を成形する過程では、溶融樹脂が樹脂通路（切欠）４１を介して突起３４を形成する成形空間へと円滑に流動する。この変形例においても、突起３４と回路基板５とをさらに強固に一体化して突起３４の構造強度を向上し、さらに突起３４と回路基板５との密着状態を確実に維持できる。その他の点は、第１実施例と同じであるので説明を省略する。

上記の第１参考例と、その変形例においては、樹脂通路４１を貫通穴、または切欠で構成したが、貫通穴と切欠との両者を併用して樹脂通路４１を構成してもよい。樹脂通路４１を構成する切欠の形状は、図８に想像線で示すように、左右に長い台形状の１個の切欠として形成することができる。もちろん、回路基板５の前後縁に３個以上の切欠を形成して樹脂通路４１とすることができる。

（第２参考例）図１０ないし図１４は、電池パックの第２参考例を示す。そこでは、図１１および図１２に示すように、素電池２、保護素子３、素電池２の上面に配置される回路基板５と、回路基板５の上面を覆うカバー４５、およびこれらの部材２・３・５・４５を一体化する樹脂モールド７で電池パック１を構成する。

図１２および図１３に示すように、カバー４５は、上壁４６と、上壁４６の周縁から下向きに伸びる周側壁４７とを一体に備えたポリカーボネート製の射出成形品からなる。上壁４６には、回路基板５の各外部接続用端子９に対応する３個の開口部４８が形成され、さらに隣り合う開口部４８を区分する枠部分に、２個の断面台形状の突起４９が上向きに突出する状態で形成してある。カバー４５の各突起４９の内面には、図１３および図１４に示すように、下向きに開口する凹部５０が凹み形成してある。

この第２参考例では、第１参考例と同様に凹部５０に臨む回路基板５の基板面に貫通孔からなる樹脂通路４１を形成して、樹脂モールド７を成形する過程で溶融樹脂が樹脂通路４１を介して凹部５０内へ流動できるようにした。凹部５０内へ流動した樹脂が固化することにより、樹脂モールド７と一体の内突起５１が形成され、この内突起５１によって突起４９と回路基板５とが一体に接合され、同時にカバー４５と樹脂モールド７とが内突起５１を介して一体化される。各貫通孔は、回路基板５の基板面に前後一対ずつ形成してある。図１０に示すように、この参考例においては先の３個の開口部４８の両側において、回路基板５とカバー４５との間の隙間に溶融樹脂の一部が流入して、両者５・４５を一体化している。この流入樹脂部分を符号５２で示す。

上記のように、カバー４５を付加した電池パック１においては、各外部接続用端子９が樹脂モールド７の開口部３３とカバー４５の開口部４８を介して外表面に露出する。隣り合う開口部４８・４８の間に設けられる突起４９は、先の第１実施例および第１参考例における短絡防止用の突起３４と同じ機能を発揮する。この参考例においては、第１実施例で説明した中間組立品を組み上げたのち、回路基板５の上面にカバー４５を装着して中間組立品とする。以後は、第１実施例と同様に中間組立品を成形用金型に装填して樹脂モールド７射出成形することにより、素電池２、保護素子３、回路基板５、カバー４５が、樹脂モールド７で一体化された電池パック１を得ることができる。

以上の電池パック１によれば、樹脂モールド７を成形する過程で、溶融樹脂が隣り合う外部接続用端子９・９の間とカバー４５の突起４９との隙間に充満して内突起５１を形成する。したがって、カバー４５が回路基板５から浮き離れるのを確実に防止できるうえ、一方の外部接続用端子９に付着した水滴を内突起５１で遮断して、隣り合う外部接続用端子９・９が水分を介して短絡するのを確実に防止できる。また、素材自体の強度が大きいカバー４５は、各突起４９が部分的に損壊するのを確実に防止できる。その他の点は、第１実施例、および第１参考例と同じであるので説明を省略する。

（第２参考例の変形例）図１５および図１６は、第２参考例における樹脂通路４１の変形例を示す。そこでは、第１参考例の変形例と同様に、第２参考例の貫通穴に代えて、突起４９に臨む回路基板５の前後周縁部に設けた切欠で樹脂通路４１を構成した。図１５に示すように、切欠は隣接する外部接続用端子９・９の間の基板表面に臨んでＵ字状に切欠き形成してある。樹脂モールド７を成形する過程では、溶融樹脂が樹脂通路（切欠）４１を介して突起３４を形成する成形空間へと円滑に流動する。この変形例においても、突起３４と回路基板５とをさらに強固に一体化して突起３４の構造強度を向上し、さらに突起３４と回路基板５との密着状態を確実に維持できる。その他の点は、先の実施例および参考例と同じであるので説明を省略する。

上記の第２参考例と、その変形例においては、樹脂通路４１を貫通穴、または切欠で構成したが、貫通穴と切欠との両者を併用して樹脂通路４１を構成してもよい。樹脂通路４１を構成する切欠の形状は、第１参考例の図８において説明したように、左右に長い台形状の１個の切欠として形成することができる。また、回路基板５の前後縁に３個以上の切欠を形成して樹脂通路４１とすることができる点も同じである。

第１実施例に係る電池パックの縦断面図である。電池パックの正面図である。電池パックの分解斜視図である。回路基板と突起の結着構造を示す断面図である。第１参考例に係る電池パックの縦断面図である。回路基板の斜視図である。図５におけるＡ−Ａ線断面図である。第１参考例に係る回路基板の変形例を示す斜視図である。図７に相当する部分の断面図である。第２参考例に係る電池パックの縦断面図である。電池パックの正面図である。電池パックの分解斜視図である。カバーおよび回路基板の関係を示す斜視図である。図１０におけるＢ−Ｂ線断面図である。第２参考例に係る回路基板の変形例を示す斜視図である。図１４に相当する部分の断面図である。

符号の説明

１電池パック
２素電池
５回路基板
７樹脂モールド
９外部接続用端子
１０コーティング層
３４突起
４１樹脂通路
４５カバー
４９突起
５０凹部
５１内突起

Claims

扁平四角形状の素電池と、該素電池の上面に配置される回路基板と、前記素電池と前記回路基板とを一体化する樹脂モールドを含む電池パックであって、
前記回路基板の上面には、複数個の外部接続用端子が、前記樹脂モールドの開口部を介して外面に露出する状態で並設されて、隣り合う前記外部接続用端子の間の基板面に粗面加工部が形成されており、
隣り合う前記外部接続用端子の短絡を阻止する突起が、前記回路基板の上面に突出する状態で前記樹脂モールドと一体に形成されており、
前記突起と前記回路基板とが、前記樹脂モールドを成形する過程で前記粗面加工部に入り込む接合部分を介して一体化してあることを特徴とする電池パック。
前記外部接続用端子を除く前記回路基板の上面がコーティング層で覆われており、
隣り合う前記外部接続用端子の間のコーティング層にレーザー光を照射して、前記粗面加工部が凹凸状に形成してある請求項１記載の電池パック。