JP5329201B2 - パック電池 - Google Patents

Description

本発明は、素電池と、保護回路基板およびＰＴＣなどの安全素子が内蔵されているパック電池に関する。

近年、携帯電話機などモバイル機器の電源として、リチウム電池をはじめとする素電池と保護回路基板とＰＴＣなどの安全素子が内蔵されているパック電池が多く用いられるようになっている。
従来例に係るパック電池の構成について説明する。
図６は、特許文献１に開示されたパック電池の構成を示す分解斜視図および断面図である。

本図に示すように、扁平角形の素電池１１０の一端面に負極端子１１３が設けられ、当該一端面を覆うように保護回路基板１３０が配設されている。そして、素電池１１０と保護回路基板１３０との間には、ＰＴＣ（Ｐｏｓｉｔｉｖｅ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）素子１５０やリード１６１，１６２、絶縁板１７０などが介挿されている。

ＰＴＣ素子１５０は、素子本体部１５１と、これを挟むように１対の素子電極１５２，１５３とから構成されており、この内、一方の素子電極１５２が素電池１１０の負極端子１１３に接続され、他方の素子電極１５３は、リード１６２を介して保護回路基板１３０の負極側のリード１３４と接続されている。ＰＴＣ素子１５０と封口蓋１１２との間には絶縁板１７０が介在して両者を絶縁している。このＰＴＣ素子１５０は、温度を検知して電流を制御する機能を有する。

素電池１１０における封口蓋１１２上のクラッド板１１４にはリード１６１が接続され、このリード１６１は、保護回路基板１３０の正極側のリード１３３と接続されている。
保護回路基板１３０には、素電池１１０と外部機器との間の電力流通制御などを行う保護回路がリード１３３とリード１３４との間に形成されている。
このようなコアパックにインサート成形でモールディング１２０を形成することによってパック電池が構成される。
特開２００５−３４６９４５号公報

上記のようなパック電池を製造するときに、他方の素子電極１５３は、リード１６２を介して保護回路基板１３０の負極側のリード１３４とスポット溶接により接続されるが、このとき、ＰＴＣ素子１５０と、絶縁板１７０との間に、隙間、空間ができた状態で、接続されるときがある。
また、上記のようなパック電池を製造するときに、インサート成形でモールディング１２０を形成する工程において、安全素子である素子本体部１５１がインサート樹脂から受ける圧力によって絶縁板１７０から浮き上がることがあり、さらにその安全素子がインサート成形用の金型（回転ピン）に接触する可能性もある。

そのような場合、製造されたパック電池において、安全素子による温度検知機能が損なわれて、温度検知を正確に安定して行うことが難しくなるので、パック電池の制御動作を安定して行う上でも問題となる。
また、素子本体部１５１が浮き上がると、インサート成形時にインサート樹脂が絶縁板１７０に接触してこれを押圧するので、図６（ａ）に示すように絶縁板１７０が安全弁１１５上を覆うように配されている場合、絶縁板１７０が変形して当該凹みに凹入することもある。

本発明は、上記問題を解決しようとなされたものであって、素電池の一端面と保護回路基板との間に安全素子が装着され且つモールド樹脂が充填されたパック電池において、インサート成型によってモールディングを形成するときに、安全素子が浮き上がったり位置ずれするのを抑えることによって、安全素子が安定して動作できるようにすること、並びに安全素子と素電池を絶縁する絶縁板の変形を抑えることを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係るパック電池は、一端面に電極端子が設けられた素電池を設け、一端面上に、絶縁板と安全素子と保護回路基板とを順に重ねて配し、一端面と保護回路基板との間にモールド樹脂が充填して構成した。そして、上記安全素子には、安全素子本体と、当該安全素子本体から延出されて電極端子に接続されたリードと、安全素子本体から延出されて保護回路基板に接続されたリード体とを設け、当該リード体に、絶縁板に沿って伸長する舌片を形成し、当該舌片の先端部を、絶縁板に形成された爪部に係止させることとした。

ここで「安全素子」は、ＰＴＣ素子、ＮＴＣ（Negative Temperature Coefficient）素子、温度ヒューズ素子などの感熱素子をはじめとして、電池制御に用いられる種々の安全素子を指している。

上記本発明に係るパック電池では、安全素子から、一方の端子に接続されているリードと、保護回路基板に接続されているリード体とが延出されている。そして、リード体には、絶縁板に沿って伸長する舌片が設けられており、当該舌片の先端が、絶縁板に形成された爪部に係止されているので、素電池の一端面と保護回路基板との間にモールド用の樹脂を充填するときに安全素子に圧力がかかっても、リード体の舌片は絶縁板から浮き上がることがない。従って、安全素子における温度検知性能が損なわれることなく、安定した温度検知動作が行われる。

特に、素電池の一端面が長尺な形状をしており、上記リードおよびリード体が、安全素子本体から一端面の長手方向に延出されているものや、リード体が、安全素子本体近傍において延出方向が保護回路基板方向に変更されているものにおいては、上記本発明を適用することによる安全素子の浮き上がり防止効果が大きい。
また、上記本発明において、素電池の一端面に安全弁が設けられている場合、絶縁板を介して安全弁を覆うように舌片を配設すれば、舌片で覆われている領域では、モールド用の樹脂が絶縁板に直接接触するのが抑えられるので、絶縁板の厚みが小さくても絶縁板が変形しない。絶縁板の厚みが小さくできる分、コストダウンとなる。

図１は、本発明の実施の形態にかかるパック電池の構成を示す分解斜視図である。
このパック電池１は、パック電池本体２の表面上にラベル３が貼り付けられて構成されている。
説明上、図中において矢印Ｘが示す方向を上方、矢印Ｙが示す方向を右方、矢印Ｚが示す方向を前方とする。

１．パック電池本体２の構成
実施の形態に係るパック電池本体２の構成について、図２を参照しながら説明する。
図２に示すように、パック電池本体２は、扁平角形の素電池１０を備え、この素電池１０の封口蓋１２上に絶縁板２０、ＰＴＣ素子３０、保護回路基板４０が配され、これらが樹脂モールド部５０で覆われて構成されている。

素電池１０は、リチウムイオン二次電池であって、Ａｌ合金からなる扁平直方体形状の外装缶１１に電極体、電解液が充填され、外装缶１１の開口部が封口蓋１２で封口されて形成されている。
封口蓋１２は、左右に伸長する長尺板状であって、封口蓋１２の上面には、中央部に負極端子１３が凸設され、その左側に正極端子１４が設けられ、右側に安全弁１５が設けられている。

封口蓋１２上のクラッド板である正極端子１４には正極リード６０が接続されている。この正極リード６０は、断面コの字状に形成され、保護回路基板４０の下面に設けられた正極導電ランド（図示省略）に接続されている。
図３は、パック電池本体２の要部を示す分解斜視図である。
絶縁板２０は、絶縁性を有する樹脂材料で形成された板状部材であって、両面接着テープの絶縁シール１６を介して、封口蓋１２上における負極端子１３よりも右側の領域を覆うように配設され、ＰＴＣ素子３０はこの絶縁板２０上に配されている。従って、ＰＴＣ素子３０と封口蓋１２との間は絶縁板２０によって絶縁されている。

そして、絶縁板２０の右端には、ＰＴＣ素子３０の素子リードに形成された舌片を係止する爪部２１が形成されている。この爪部２１は、封口蓋１２の右端上に位置している。
ＰＴＣ素子３０は、素子本体部３１と、この素子本体部３１の上下面に接続された１対の素子リード３２，３３とから構成されている。
素子本体部３１は、正の温度特性 (温度が上昇すると抵抗が増加する) を持つ材料、例えばＢａＴｉＯ₃に微量の希土類を添加した材料を、ブロック状（図３に示す例では扁平な円柱状）に成形したものである。

一方の素子リード３２は、素子リード３４を介して負極端子１３に接続され、リード体としての、素子リード３３およびこれに接続された延長リード板３５は、保護回路基板４０の負極導電ランド４１に接続されている。
素子リード３２は、素子本体部３１の上面に接合され左方に延出されたリード部分３２ａと、当該リード部分３２ａから斜め下方に折れ曲がって左方に延出されたリード部分３２ｂとからなる。また、素子リード３４は、負極端子１３の上面に接続されているリード部分３４ａと、当該リード部分３４ａから斜め上方に折れ曲がって右方に延出されたリード部分３４ｂとからなる。そして、素子リード３２のリード部分３２ｂと、素子リード３４のリード部分３４ｂとが重ね合わせられて接合されている。

素子リード３３は、素子本体部３１の下面に接合され且つ右方に延出されたリード部分３３ａを備える。延長リード板３５は、このリード部分３３ａに接合され、素子本体部３１近傍において断面コの字形状に曲折されて、延出方向が、保護回路基板４０の方向に変更されている。
すなわち延長リード板３５は、リード部分３３ａの下面側に重ねて接合されたリード部分３５ａと、リード部分３５ａから上方に起立したリード部分３５ｂと、リード部分３５ｂから前方に折り返されたリード部分３５ｃとからなり、リード部分３５ｃが負極導電ランド４１に接合されている。

また、延長リード板３５は、リード部分３５ａから絶縁板２０の上面に沿って右側に延出された舌片状のリード部分３５ｄを有している。そして、その舌片の右端部３５ｅが、絶縁板２０の爪部２１に係止されている。
各素子リード３２〜３４は、導電性の金属板で形成されている。
ここで、延長リード板３５、正極リード６０は、初期状態では平面状であって、延長リード板３５のリード部分３５ｃを、保護回路基板４０裏面の負極導電ランド４１に接続し、正極リード６０の一端を、保護回路基板４０裏面の正極導電ランド（図示せず）に接続した後、延長リード板３５、正極リード６０を上述のように断面コの字状（Ｕ字状）に折曲して、作成される。

保護回路基板４０には、下面側に、素電池１０と外部機器との間の電力流通の制御などを行うことによって素電池１０を保護する保護回路が形成されている。また保護回路基板４０の上面には、３つの外部端子４２が設けられている。
樹脂モールド部５０は、低温インサート成形により形成されたものであって、保護回路基板４０を覆うように形成されているが、保護回路基板４０の外部端子４２が外部に露出するように窓部５１が設けられている。また樹脂モールド部５０の上面にテスト用の窓５２が開設されラベル５３で塞がれている。

なお、樹脂モールド部５０を構成する成形樹脂は、保護回路基板４０の下面側にも充填され、充填された樹脂は、保護回路基板４０の下面側に配された電子部品４３、導電ランド、並びにＰＴＣ素子３０などを覆っている。
２．パック電池の製造方法
図４（ａ）〜（ｃ）は、パック電池本体２の製造方法を示す工程図である。

図４（ａ）に示すように、素電池１０の正極端子１４に、コの字形に折り曲げる前の正極リード６０を溶接し、封口蓋１２上に、絶縁シール１６を介して絶縁板２０を装着する。そして図４（ｂ）に示すように、素子本体部３１に素子リード３２，素子リード３３，素子リード３４，コの字に折り曲げる前の延長リード板３５が接合されてなるＰＴＣ素子３０を、絶縁板２０の上に装着する。このとき、延長リード板３５の右端部３５ｅを、絶縁板２０の爪部２１に係止させる。そして、素子リード３４を負極端子１３に溶接する。

次に、保護回路基板４０の下面に設けられた正極導電ランドと正極リード６０とを溶接すると共に、負極導電ランド４１とリード部３５ｃとを溶接し、素子リード３５および正極リード６０をコの字形に折り曲げることによって、図４（ｃ）に示すコアパック１７が出来上がる。
そして、このコアパック１７に対して、低温インサート成形（低温成形）を施すことによって樹脂モールド部５０を形成する。すなわち、コアパック１７および樹脂モールド部５０に相当する空間を有する金型に、コアパック１７を載置し、溶融した樹脂を注入する。

注入されたインサート樹脂は、保護回路基板４０の上面をカバーするとともに、コアパック１７における保護回路基板４０と封口蓋１２との間の空間に充填され、樹脂モールド部５０が成形される。
図５は、コアパック１７に対して低温インサート成形を施した部分を示す概略断面図である。図中、網掛けした領域にインサート樹脂が充填されて樹脂モールド部５０が形成されている。

樹脂モールド部５０をインサート成形する樹脂材料としては、アクリルニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）樹脂、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）樹脂、ポリカーボネート（ＰＣ）樹脂ポリプロピレン（ＰＰ）樹脂、ポリエチレン（ＰＥ）樹脂、ポリアミド（ＰＡ）樹脂、ウレタン系樹脂などを用いることができる。
以上のように作成したパック電池本体２の表面を取り巻くように、ラベル３を貼り付ける（図１中白抜き矢印参照）ことによって、パック電池１が完成する。

３．パック電池１による効果
上記構成のパック電池１による効果について説明する。
図５に示されるようにコアパック１７においては、ＰＴＣ素子３０の素子リード３４が負極端子１３に接合され、延長リード板３５のリード部分３５ｃが負極導電ランド４１に接合されているのに加えて、延長リード板３５のリード部分３５ｄが、絶縁板２０の上面に沿って配設されており、且つ、延長リード板３５の右端部３５ｅが絶縁板２０の爪部２１に係止されているので、インサート成形時にインサート樹脂による圧力がＰＴＣ素子３０に加わっても、延長リード板３５が絶縁板２０から浮き上がることはない。

すなわち、従来例の図６（ｂ）に示すようなパック電池において、インサート成形前のコアパックの段階で、ＰＴＣ素子１５０の素子電極１５３からリード１６２が保護回路基板１３０の方向に折れ曲がって保護回路基板１３０のリード１３４と接合されているが、素子電極１５３の端部が絶縁板１７０上に係止されていないので、モールディング１２０を形成する時に、インサート樹脂がＰＴＣ素子１５０を押圧するのに伴って、このリード１６２が撓んで、素子電極１５３が絶縁板１７０から浮き上がりやすい。また、上述のように、ＰＴＣ素子１５０と、絶縁板１７０との間に、隙間、空間ができて、接続されるときがある。

これに対して、本実施形態では、インサート成形時に、インサート樹脂がＰＴＣ素子３０が押圧して延長リード板３５を絶縁板２０から浮き上がらせようとしても、爪部２１が延長リード板３５の右端部３５ｅを押さえつけるので、延長リード板３５が絶縁板２０から浮き上がることがない。
従って、リード板を接続する時、インサート成形時にＰＴＣ素子３０の位置ずれが生じにくい。

また、ＰＴＣ素子３０下に不所望スペースができないので、ＰＴＣ素子３０の温度検知性能が損なわれることもない。従って、コアパック１７にインサート成形して作製されるパック電池１において、ＰＴＣ素子３０で正確に安定して温度検知が行われる。
また、絶縁板２０において、安全弁１５を覆っている領域では、絶縁板２０の上を延長リード板３５が覆っているので、インサート成形時にインサート樹脂が絶縁板２０に直接接触することはない。従って、絶縁板２０の厚みが小さくても、安全弁１５上の凹みに絶縁板２０が凹入するような変形は生じない。

４．変形例など
上記パック電池１では、ＰＴＣ素子３０において、素子リード３３に延長リード板３５を接合することによって舌片を形成したが、素子本体部３１と負極導電ランド４１とを接続し且つ舌片を有する素子リードを１枚の金属板で作製してもよい。
また、素電池の種類については、特に限定されず、ニッケルカドミウム二次電池やニッケル水素二次電池などにも適用できる。

上記パック電池１では、封口蓋１２上に、絶縁板２０、ＰＴＣ素子３０、保護回路基板４０を配設したが、外装缶１１の側面上あるいは底面上に、絶縁板、ＰＴＣ素子、保護回路基板を配設してもよく、その場合も同様に、素子リードに舌片を設けて爪部に係止させることによって、同様の効果を奏する。
また上記実施の形態では、素電池１０として扁平角形のリチウムイオン二次電池を例にとって説明したが、例えば円筒形の素電池に対しても本発明を適用でき、円筒形外装缶の側面上あるいは底面上に、絶縁板、ＰＴＣ素子、保護回路基板を配設し、素子リードに舌片を設けて爪部に係止させることによって、同様の効果を奏する。

上記実施の形態では、安全素子として、ＰＴＣ素子３０を用いたが、ＮＴＣ素子や温度ヒューズ素子などの感熱素子をはじめ、種々の電池制御用安全素子を用いることができる。

本発明は、モバイル機器の電源などとして、高い信頼性を有するパック電池を実現するのに有用である。

実施の形態にかかるパック電池１の構成を示す斜視図である。 パック電池本体２の構成を示す分解斜視図である。 パック電池本体２の要部を示す分解斜視図である。 パック電池本体２の製造方法を示す工程図である。 コアパック１７に対して低温インサート成形を施した部分を示す概略断面図である。 従来技術に係るパック電池の構成を示す分解斜視図および断面図である。

符号の説明

１ パック電池
２ パック電池本体
５ コアパック
１１ 外装缶
１２ 封口蓋
１３ 負極端子
１４ 正極端子
１５ 安全弁
１６ 絶縁シール
１７ コアパック
２０ 絶縁板
２１ 爪部
３０ ＰＴＣ素子
３１ 素子本体部
３２，３３ 素子リード
３４ 素子リード
３５ 延長リード板
３５ｅ 延長リード板の右端部
４０ 保護回路基板
４１ 負極導電ランド
４２ 外部端子
４３ 電子部品
５０ 樹脂モールド部
６０ 正極リード

Claims (4)

1. 一端面に電極端子が設けられた素電池を備え、
   前記一端面上に、絶縁板と安全素子と保護回路基板とが順に重ねて配され、
   前記一端面と前記保護回路基板との間にモールド樹脂が充填されたパック電池であって、
   前記安全素子は、安全素子本体と、当該安全素子本体から延出されて前記電極端子に接続されたリードと、前記安全素子本体から延出されて前記保護回路基板に接続されたリード体とを備え、
   前記リード体には、
   前記絶縁板に沿って伸長する舌片が形成され、
   当該舌片の先端部が、前記絶縁板に形成された爪部に係止されていることを特徴とするパック電池。
2. 前記素電池の一端面は長尺な形状をしており
   前記リードおよび前記リード体は、前記安全素子本体から前記一端面の長手方向に延出されていることを特徴とする請求項１記載のパック電池。
3. 前記リード体は、
   前記安全素子本体近傍において曲折されて、延出方向が前記保護回路基板方向に変更されていることを特徴とする請求項１または２記載のパック電池。
4. 前記素電池の一端面には、安全弁が設けられ、
   前記舌片は、前記絶縁板を介して前記安全弁を覆うように配されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか記載のパック電池。

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