JP5327329B2

JP5327329B2 - 電池パック

Info

Publication number: JP5327329B2
Application number: JP2011528729A
Authority: JP
Inventors: 雅人野村
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2009-08-25
Filing date: 2010-08-05
Publication date: 2013-10-30
Anticipated expiration: 2030-08-05
Also published as: CN102484229A; CN102484229B; US20120148878A1; US8771852B2; WO2011024621A1; JPWO2011024621A1

Description

本発明は、電池パックに関し、特に非接触型電力伝送用の平板状コイルを備える電池パックに関する。

携帯型の電子機器（例えば携帯電話機）において、防水機能を備えることが要求される場合がある。電子機器に防水機能を備える場合、充電端子の露出を避けることが望ましく、充電端子を設けることなく、非接触で電力を伝送して充電する方式を採用する必要が生じる。近年、非接触で電力を伝送して充電するために誘電コイルを備えた電池パックが開発されている。特許文献１には、二次電池と、平板状コイルとを備え、厚さよりも幅の広い二次電池の対向する二面のうちの一面（第１のフラット面）に、シート状の電磁シールド膜を介して平板状コイルを積層している電池パックが開示されている。

また、特許文献２には、二次電池と、平板状コイルとを備え、厚さよりも幅の広い二次電池の対向する二面のうちの一面（フラット面）に、電波吸収層とラミネート層とで挟持した平板状コイルを積層している電池パックが開示されている。

特開２００８−６６１４０号公報特開２００８−４８４８２号公報

しかし、特許文献１に開示されている電池パックでは、シート状の電磁シールド膜を介して平板状コイルを載せているだけであるので、電磁シールド膜と接する平板状コイルの面からの磁束の漏れを抑えることはできるが、電磁シールド膜に対して垂直な平板状コイルの面からの磁束の漏れを抑えることができない。したがって、漏れた磁束により二次電池の筐体に渦電流が発生し、二次電池本体を発熱させる等の悪影響を与えるおそれがあるという問題があった。また、二次電池と平板状コイルとの間にシート状の電磁シールド膜を配置しているため、シート状の電磁シールド膜がずれると磁束が漏れる。したがって、漏れた磁束により二次電池の筐体に渦電流が発生し、二次電池本体を発熱させる等の悪影響を与えるおそれがあるという問題があった。

また、特許文献２に開示されている電池パックは、平板状コイルを電波吸収層とラミネート層とで挟持している構造であるので、電波吸収層と接する平板状コイルの面からの磁束の漏れを抑えることはできるが、電波吸収層に対して垂直な平板状コイルの面からの磁束の漏れを抑えることができない。したがって、漏れた磁束により二次電池の筐体に渦電流が発生し、二次電池本体を発熱させる等の悪影響を与えるおそれがあるという問題があった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、電磁結合する面以外の面からの磁束の漏れを抑え、二次電池本体を発熱させる等の悪影響を減らすことができる非接触型電力伝送用の平板状コイルを備える電池パックを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために第１発明に係る電池パックは、二次電池と、該二次電池を内蔵する樹脂構造体と、該樹脂構造体の一面側に埋め込まれている非接触型電力伝送用の平板状コイルとを備え、前記樹脂構造体は、少なくとも前記一面側において、磁性体材料を含有する。

また、第２発明に係る電池パックは、第１発明において、前記平板状コイルは、前記樹脂構造体の前記一面側において、一部が外部へ露出している。

また、第３発明に係る電池パックは、第１又は第２発明において、前記樹脂構造体は、前記一面側においてのみ磁性体材料を含有する。

また、第４発明に係る電池パックは、第１乃至第３発明のいずれか一つにおいて、前記樹脂構造体は、前記一面側とは反対側の他面側において、前記一面側に比べて熱伝導率が高くなるようにしてある。

また、第５発明に係る電池パックは、第１乃至第４発明のいずれか一つにおいて、前記樹脂構造体は、外部機器と接続可能な外部端子を複数有する端子基板を備え、該端子基板は、前記二次電池の電極と接続する前記外部端子と、前記平板状コイルの端部と接続する前記外部端子とを有する。

また、第６発明に係る電池パックは、第１乃至第４発明のいずれか一つにおいて、前記平板状コイルの端部は、前記樹脂構造体の前記一面側に設けられた、外部機器と接続可能な外部端子に接続してある。

また、第７発明に係る電池パックは、第１乃至第４発明のいずれか一つにおいて、前記樹脂構造体は、前記平板状コイルを介して伝送された電力を前記二次電池に充電するための回路モジュールを内蔵している。

また、第８発明に係る電池パックは、第１乃至第７発明のいずれか一つにおいて、外部機器の電池パック収納部に収納され、前記電池パック収納部の蓋部に、前記樹脂構造体の前記一面側が接するように取り付けてある。

第１発明では、二次電池を内蔵する樹脂構造体の一面側に非接触型電力伝送用の平板状コイルが埋め込まれ、樹脂構造体は、少なくとも一面側において、磁性体材料を含有するので、電磁結合する面以外の面からの磁束の漏れを抑えることができ、二次電池の筐体に渦電流が生じて二次電池本体を発熱させる等の悪影響を減らすことができる。また、電磁結合する面以外の面からの磁束の漏れを抑えることで、電磁結合の損失を小さくすることができる。

第２発明では、樹脂構造体の一面側において、平板状コイルの一部が外部へ露出しているので、平板状コイルの一部が外部へ露出している面を電磁結合する面とすることで、電磁結合の損失を小さくすることができる。

第３発明では、樹脂構造体は、一面側においてのみ磁性体材料を含有するので、樹脂構造体の材料コストを安価にすることができる。

第４発明では、樹脂構造体は、一面側とは反対側の他面側において、一面側に比べて熱伝導率が高くなるようにしてあるので、二次電池で発生する熱を樹脂構造体の他面側から放熱することが可能になる。

第５発明では、樹脂構造体は、外部機器と接続可能な外部端子を複数有する端子基板を備え、端子基板は、二次電池の電極と接続する外部端子と、平板状コイルの端部と接続する外部端子とを有するので、二次電池の電極と接続する外部端子の近傍に平板状コイルの端部と接続する外部端子を設けることができ、外部端子と電気的に接続する外部機器の電極の構成を大きく変更することなく、非接触型電力伝送が可能な外部機器を実現することができる。

第６発明では、平板状コイルの端部は、樹脂構造体の一面側に設けられた、外部機器と接続可能な外部端子に接続してあるので、平板状コイルの端部と外部端子とを接続するための配線距離を短くすることが可能となる。

第７発明では、樹脂構造体は、平板状コイルを介して伝送された電力を二次電池に充電するための回路モジュールを内蔵しているので、非接触型充電器側のコイルから伝送された電力を、外部の回路等を介さずに、二次電池に充電することが可能になる。

第８発明では、外部機器の電池パック収納部に収納され、電池パック収納部の蓋部に、樹脂構造体の一面側が接するように取り付けてあるので、非接触型電力伝送を行う場合に、非接触型充電器側のコイルと平板状コイルとの間には蓋部しか存在せず、電磁結合の損失を小さくすることができる。

本発明に係る電池パックでは、二次電池を内蔵する樹脂構造体の一面側に非接触型電力伝送用の平板状コイルが埋め込まれ、樹脂構造体は、少なくとも一面側において、磁性体材料を含有するので、電磁結合する面以外の面からの磁束の漏れを抑えることができ、二次電池の筐体に渦電流が生じて二次電池本体を発熱させる等の悪影響を減らすことができる。また、電磁結合する面以外の面からの磁束の漏れを抑えることで、電磁結合の損失を小さくすることができる。

本発明の実施の形態１に係る電池パックの斜視図である。図１に示す電池パックのＡ−Ａ断面図である。図１に示す電池パックの平板状コイルの端部と外部端子との接続構造が異なる場合のＡ−Ａ断面に相当する面での断面図である。本発明の実施の形態２に係る電池パックの斜視図である。図４に示す電池パックのＢ−Ｂ断面図である。本発明の実施の形態３に係る電池パックの図４に示す電池パックのＢ−Ｂ断面に相当する面での断面図である。

以下、本発明の実施の形態における電池パックについて、図面を用いて具体的に説明する。以下の実施の形態は、特許請求の範囲に記載された発明を限定するものではなく、実施の形態の中で説明されている特徴的事項の組み合わせの全てが解決手段の必須事項であるとは限らないことは言うまでもない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る電池パックの斜視図である。図２は、図１に示す電池パックのＡ−Ａ断面図である。図１及び図２に示すように、本発明の実施の形態１に係る電池パック１は、二次電池１１と、二次電池１１を内蔵する樹脂構造体１２と、樹脂構造体１２の一面側に埋め込まれている非接触型電力伝送用の平板状コイル１３とを備え、樹脂構造体１２は、外部機器と接続可能な外部端子１４１を複数有する端子基板１４を備えている。

二次電池１１は、充電を行うことにより電気を蓄えることが可能な電池であり、例えば、Ｎｉ−ＭＨ電池、Ｌｉイオン電池等である。二次電池１１の形状は、平板形状に限定されるものではなく、他の形状であっても良い。

樹脂構造体１２は、第１部材１２ａと第２部材１２ｂとで構成され、第１部材１２ａと第２部材１２ｂとを嵌合させることで二次電池１１を樹脂構造体１２に内蔵する。また、第１部材１２ａ及び第２部材１２ｂを構成する材料は、フェライト等の磁性体材料を粉体にして混練した硬化性樹脂である。樹脂構造体１２は、平板形状であり、対向する二つのフラット面（第１フラット面１２１、第２フラット面１２２）と、フラット面に対して垂直な四つの側面とで構成されている。

平板状コイル１３は、銅線等の導体を渦巻状に形成している。なお、平板状コイル１３の外形は、略円形に形成しているが、略楕円形に形成しても、略四角形に形成しても良い。また、平板状コイル１３は、樹脂構造体１２の第１フラット面１２１側に埋め込まれている。樹脂構造体１２の第１部材１２ａを成型する際に、平板状コイル１３を一体として成型しても、成型後の樹脂構造体１２の第１フラット面１２１側に平板状コイル１３を埋め込んでも良い。なお、平板状コイル１３を埋め込んだ第１フラット面１２１が、非接触型電力伝送を行う場合に非接触型充電器側のコイル（図示せず）と電磁結合する面となる。

平板状コイル１３は、樹脂構造体１２の第１フラット面１２１側に埋め込まれ、電磁結合する面（第１フラット面１２１）に対して垂直な面が、磁性体材料を含有する硬化性樹脂で覆われているので、電磁結合する面以外の面からの磁束の漏れを抑えることができる。樹脂構造体１２は、電磁結合する面以外の面からの磁束の漏れを抑えることで、二次電池１１本体を発熱させる等の悪影響を減らし、電磁結合の損失を小さくすることができる。さらに、第１フラット面１２１側において一部が外部へ露出するように、平板状コイル１３が樹脂構造体１２に埋め込まれているので、第１フラット面１２１を電磁結合する面とすることで、電磁結合の損失を小さくすることができる。

端子基板１４は、一部が樹脂構造体１２の第２部材１２ｂに内蔵され、樹脂構造体１２の一つの側面１２３に設けられ、外部機器と接続可能な外部端子１４１を複数有している。外部端子１４１には、二次電池１１の電極（図示せず）と接続する外部端子と、平板状コイル１３の端部と接続する外部端子とがある。二次電池１１の電極と外部端子１４１とは、従来の電池パックと同様、配線、フレキシブルプリント基板等を用いて電気的に接続している。

一方、平板状コイル１３の端部と外部端子１４１とは、平板状コイル１３の端部に設けた凸部１３ａと、端子基板１４に設けた電極１４２とを接触させて電気的に接続している。凸部１３ａは、樹脂構造体１２の第１部材１２ａの形状に沿って、端子基板１４と平行に折り曲げられた平板状コイル１３の端部を山折りすることで形成され、一部が電極１４２と接触するように配置してある。電極１４２は、外部端子１４１が設けられた端子基板１４の面とは反対側の面に設けてあり、外部端子１４１とは端子基板１４に設けたビアプラグ（図示せず）等を介して電気的に接続している。また、樹脂構造体１２の第１部材１２ａと、第２部材１２ｂとを嵌合させるだけで、凸部１３ａと電極１４２とが接触し、平板状コイル１３の端部と外部端子１４１とが電気的に接続するように構成しているので、二次電池１１の入れ替えを容易に行うことができる。

以上のように、本発明の実施の形態１に係る電池パック１は、二次電池１１を内蔵する樹脂構造体１２の一面側に平板状コイル１３が埋め込まれ、樹脂構造体１２は磁性体材料を含有する硬化性樹脂で構成されているので、平板状コイル１３に生じる磁束の電磁結合する面以外の面からの漏れを抑え、二次電池１１本体を発熱させる等の悪影響を減らして、電磁結合の損失を小さくすることができる。また、樹脂構造体１２は、二次電池１１の略全面を磁性体材料を含有する硬化性樹脂で覆っているため、二次電池１１は、平板状コイル１３や非接触型充電器側のコイル（図示せず）に生じる磁束の影響をほとんど受けない。

なお、平板状コイル１３の端部と外部端子１４１との接続は、図２に示した構造に限定されるものではない。図３は、図１に示す電池パック１の平板状コイル１３の端部と外部端子１４１との接続構造が異なる場合のＡ−Ａ断面に相当する面での断面図である。図３に示すように、電池パック１は、平板状コイル１３の端部と、端子基板１４に設けた電極１４２とを直接はんだ等で接続する構造でも良い。但し、平板状コイル１３の端部と、端子基板１４に設けた電極１４２とを直接接続する構成から、端子基板１４は、一部が樹脂構造体１２の第１部材１２ａに内蔵され、樹脂構造体１２の一つの側面１２３に設けられている。

また、樹脂構造体１２は、第１部材１２ａと第２部材１２ｂとを嵌合させることで二次電池１１を内蔵する構造に限定されるものではなく、二次電池１１を内蔵して一体に成型する構造でも良い。

（実施の形態２）
図４は、本発明の実施の形態２に係る電池パックの斜視図である。図５は、図４に示す電池パックのＢ−Ｂ断面図である。図４及び図５に示すように、本発明の実施の形態２に係る電池パック１は、二次電池１１と、二次電池１１を内蔵する樹脂構造体１２と、樹脂構造体１２の一面側に埋め込まれている非接触型電力伝送用の平板状コイル１３とを備え、樹脂構造体１２は、第１フラット面１２１に設けた外部端子１３ｂと、外部機器と接続可能な外部端子１４１を複数有する端子基板１４とを備えている。なお、図４及び図５に示す電池パック１において、実施の形態１の図１及び図２に示した電池パック１と同じ構成要素については同じ符号を付して詳細な説明は省略する。

樹脂構造体１２は、第１部材１２ａと第３部材１２ｃとで構成され、第１部材１２ａと第３部材１２ｃとを嵌合させることで二次電池１１を樹脂構造体１２に内蔵する。また、第１部材１２ａを構成する材料は、実施の形態１と同様、フェライト等の磁性体材料を粉体にして混練した硬化性樹脂である。第３部材１２ｃを構成する材料は、磁性体材料の粉体を含まない硬化性樹脂、又は第１部材１２ａに比べて含んでいる磁性体材料の粉体が少ない硬化性樹脂である。第３部材１２ｃを構成する材料を磁性体材料の粉体を含まない硬化性樹脂等にすることで、樹脂構造体１２の材料コストを安価にすることができる。また、第３部材１２ｃを構成する材料を磁性体材料の粉体を含まない硬化性樹脂等にすることで、選択することができる材料の種類が増え、第１部材１２ａを構成する材料に比べて、熱伝導率の高い材料を、第３部材１２ｃを構成する材料に選ぶことができる。熱伝導率の高い材料を、第３部材１２ｃを構成する材料に選ぶことで、二次電池１１で発生する熱を第３部材１２ｃから放熱することが可能になる。なお、第３部材１２ｃからの放熱をさらに高めるために、第３部材１２ｃをフィン形状等に成型して、第２フラット面１２２の表面積を増やすことが可能であることは言うまでもない。

二次電池１１の電極（図示せず）と外部端子１４１とは、実施の形態１と同様、配線、フレキシブルプリント基板等を用いて接続している。しかし、実施の形態１と異なり、平板状コイル１３の端部と外部端子１４１とは接続しておらず、平板状コイル１３の端部は、樹脂構造体１２の第１フラット面１２１に設けた外部端子１３ｂに接続している。そのため、平板状コイル１３の端部と外部端子１３ｂとを接続するための配線距離を短くすることができる。また、電池パック１は外部機器の電池パック収納部（図示せず）に収納され、該電池パック収納部の蓋部（図示せず）に、樹脂構造体１２の第１フラット面１２１側が接するように電池パック１を取り付ける場合、樹脂構造体１２の第１フラット面１２１に外部端子１３ｂを設けることで、蓋部に設けた電極（図示せず）と電気的に接続可能となる。なお、電池パック収納部の蓋部に、樹脂構造体１２の第１フラット面１２１側が接するように電池パック１を取り付けているので、非接触型電力伝送を行う場合、非接触型充電器側のコイルと平板状コイル１３との間には蓋部しか存在せず、電磁結合の損失を小さくすることができる。

以上のように、本発明の実施の形態２に係る電池パック１は、樹脂構造体１２の第１フラット面１２１側とは反対側の第２フラット面１２２側における樹脂構造体１２の第３部材１２ｃの材料は、磁性体材料の粉体を含まない硬化性樹脂、又は第１部材１２ａに比べて含んでいる磁性体材料の粉体が少ない硬化性樹脂であるので、樹脂構造体１２の材料コストを安価にすることができる。また、樹脂構造体１２の第３部材１２ｃは、第１部材１２ａに比べて熱伝導率が高くなるようにしてあることで、二次電池１１で発生する熱を第３部材１２ｃから放熱することが可能になる。

（実施の形態３）
図６は、本発明の実施の形態３に係る電池パックの図４に示す電池パックのＢ−Ｂ断面に相当する面での断面図である。図６に示すように、本発明の実施の形態３に係る電池パック１は、二次電池１１と、二次電池１１を内蔵する樹脂構造体１２と、樹脂構造体１２の一面側に埋め込まれている非接触型電力伝送用の平板状コイル１３とを備え、樹脂構造体１２は、外部機器と接続可能な外部端子１４１を複数有する端子基板１４を備えている。さらに、電池パック１は、平板状コイル１３を介して非接触型充電器側のコイル（図示せず）から伝送された電力を二次電池１１に充電するための回路モジュール１５を内蔵している。なお、図６に示す電池パック１において、実施の形態２の図５に示した電池パック１と同じ構成要素については同じ符号を付して詳細な説明は省略する。

回路モジュール１５は、少なくとも整流回路、レギュレータ回路、充電制御回路を備えており、平板状コイル１３の端部が電気的に接続されているとともに、二次電池１１の電極にも接続されている（図示せず）。そのため、電池パック１は、非接触型充電器側のコイルから伝送された電力を、外部の回路等を介さずに、二次電池１１に充電することが可能になり、電池パック１単体を非接触型充電器に載置するだけで、非接触型電力伝送が可能になる。また、非接触型電力伝送に対応していない携帯電話機等であっても、電池パック１を搭載するだけで、非接触型電力伝送が可能になる。

以上のように、本発明の実施の形態３に係る電池パック１は、平板状コイル１３を介して伝送された電力を二次電池１１に充電するための回路モジュール１５を樹脂構造体１２に内蔵しているので、非接触型充電器側のコイルから伝送された電力を、外部の回路等を介することなく二次電池１１に充電することが可能になる。

１電池パック
１１二次電池
１２樹脂構造体
１３平板状コイル
１４端子基板
１５回路モジュール

Claims

二次電池と、
該二次電池を内蔵する樹脂構造体と、
該樹脂構造体の一面側に埋め込まれている非接触型電力伝送用の平板状コイルと
を備え、
前記樹脂構造体は、少なくとも前記一面側において、磁性体材料を含有することを特徴とする電池パック。
前記平板状コイルは、前記樹脂構造体の前記一面側において、一部が外部へ露出していることを特徴とする請求項１に記載の電池パック。
前記樹脂構造体は、前記一面側においてのみ磁性体材料を含有することを特徴とする請求項１又は２に記載の電池パック。
前記樹脂構造体は、前記一面側とは反対側の他面側において、前記一面側に比べて熱伝導率が高くなるようにしてあることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の電池パック。
前記樹脂構造体は、外部機器と接続可能な外部端子を複数有する端子基板を備え、
該端子基板は、前記二次電池の電極と接続する前記外部端子と、前記平板状コイルの端部と接続する前記外部端子とを有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の電池パック。
前記平板状コイルの端部は、前記樹脂構造体の前記一面側に設けられた、外部機器と接続可能な外部端子に接続してあることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の電池パック。
前記樹脂構造体は、前記平板状コイルを介して伝送された電力を前記二次電池に充電するための回路モジュールを内蔵していることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の電池パック。
外部機器の電池パック収納部に収納され、
前記電池パック収納部の蓋部に、前記樹脂構造体の前記一面側が接するように取り付けてあることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の電池パック。