JP6444076B2 - バッテリーパック - Google Patents

Description

本発明はバッテリーパックに関し、特にポリカーボネート（以下、ＰＣという）などの熱可塑性樹脂からなる外装ケースを備えたバッテリーパックに関する。

特許文献１では、上ケースおよび下ケースで構成された外装ケースに、素電池と、素電池と電気的に接続された保護回路基板を収納したバッテリーパックを開示している。上ケースの上面を超音波ホーンで押圧した状態で上ケースを超音波振動させ、上ケースの周縁を下ケースに超音波溶着させることで、外装ケースは一体化される。

特願２００４−６３３８３号公報

外装ケースの形状は、例えば既存品との識別やデザインといった様々な要因で変更されることがある。既存品との識別とは、例えば、他の電子機器への誤挿入を防止するため、外形形状の一部を意図的に変更することである。また、デザインとは、例えば、素電池の形状に倣いながら、できる限りコンパクトなバッテリーパックの製品イメージを創出することである。

しかしながら、外装ケースの形状が変更された場合、例えば、特許文献１のように上ケースの両側面に湾曲面が形成された場合、外装ケースを一体化する際に上ケースに形成された溶着用の突起部の真上を超音波ホーンで押圧することができない場合がある。特許文献１の場合、上ケースの上面と側壁との境界部分の形状に対応する形状の超音波ホーンを用いれば溶着は可能であるが、超音波ホーンの出力を溶着部分に集中させることができないため、超音波ホーンの溶着強度が弱く、また不安定になってしまう。

このような課題を鑑みて、本発明は、既存品との識別が可能であり、かつデザインに制約を与えることがなく、また、上ケースと下ケースとの安定した溶着強度を確保できる外装ケースを備えたバッテリーパックを提供することを目的とする。

本発明の一側面としてのバッテリーパックは、素電池と、第１のケースと、第２のケースと、を有し、前記素電池を前記第１および第２のケースに収納し、前記第１および第２のケースを溶着により一体化したバッテリーパックであって、前記第１のケースには、第１の面と、前記第１の面と垂直な一対の第２の面と、を有し、前記第１および第２の面との境界には、第１の湾曲領域が形成され、前記第１の湾曲領域には、前記第１の面と平行な平面である一対の第１の領域が形成されており、前記第２のケースには、前記第１の面と対向する第３の面と、前記第３の面と垂直な一対の第４の面と、を有し、前記第３および第４の面との境界には、第２の湾曲領域が形成され、前記第２の湾曲領域には、前記第３の面と平行な平面である一対の第２の領域が形成されており、前記第１および第２の領域は、前記第１および第２のケースが溶着される方向において、対向するように形成されている。

本発明によれば、既存品との識別が可能であり、かつデザインに制約を与えることがなく、また、上ケースと下ケースとの安定した溶着強度を確保できる外装ケースを備えたバッテリーパックを提供することができる。

本発明の実施形態に係るバッテリーパックの斜視図である。 バッテリーパックの分解斜視図である。 上ケースを下ケースに超音波溶着する際の断面図である。

以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら詳細に説明する。各図において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。

図１は、本発明の実施形態に係るバッテリーパック１００の斜視図である。バッテリーパック１００は、略角型形状であり、その稜線は曲面で形成されている。下ケース１０５、上ケース１０６および外装ラベル１０７は、バッテリーパック１００の外装を構成している。

次に、バッテリーパック１００の構成について、図２を用いて説明する。図２は、バッテリーパック１００の分解斜視図である。

素電池１０１は、二次電池であり、充放電が可能なリチウムイオン電池である。封口板１０１ｃはレーザー溶接されており、正極端子１０１ａおよび負極端子１０１ｂが形成されている。素電池１０１の両側面には、コーナー湾曲面１０１ｄ，１０１ｅが形成されている。

保護素子１０２は、素電池１０１の充放電時に、異常電流が流れた際に通電を遮断するＰＴＣ素子である。保護素子１０２の第１の端は負極端子１０１ｂにスポット溶接され、第２の端はリード板１０３ｂにスポット溶接されている。

リード板１０３ａ，１０３ｂは、ニッケルの合金からなる。リード板１０３ａの第１の端は正極端子１０１ａにスポット溶接され、第２の端は保護回路基板１０４の裏面にスポット溶接されている。また、リード板１０３ｂの第１の端は保護素子１０２にスポット溶接され、第２の端は保護回路基板１０４の裏面にスポット溶接されている。

保護回路基板１０４は、素電池１０１と電気的に接続されている。表面には正極用の出力端子１０４ａ、負極用の出力端子１０４ｂ、および温度検出用の出力端子１０４ｃが形成されている。また、裏面には素電池１０１を保護するための回路を構成する電気部品が実装されるとともに、リード板１０３ａ，１０３ｂをスポット溶接するための端子が設けられている。

下ケース１０５は、ＰＣなどの熱可塑性樹脂からなり、素電池１０１および保護回路基板１０４を収納できるような略箱型形状をしている。下ケース１０５には、底面（第３の面）１０５ｘの周囲から上ケース１０６に向かうように底面１０５ｘと垂直に形成された側壁１０５ｄ，１０５ｅ，１０５ｆ，１０５ｇが形成されている。側壁１０５ｄ〜１０５ｇは、素電池１０１の厚みのおよそ４分の３の高さを有する。また、底面１０５ｘと側壁１０５ｄ、底面１０５ｘと側壁１０５ｅとの境界部分（第２の湾曲領域）には、外側に向かって解放した誤挿入防止用凹部が形成されている。誤挿入防止用凹部には、後述する第２の領域１０５ｈ，１０５ｉが形成されている。なお、図中において、底面１０５ｘは下ケース１０５の底面全体を覆うように形成されているが、少なくとも保護回路基板１０４を覆っていれば中央部分が開放している形状であってもよい。

一対の側壁（第４の面）１０５ｄ，１０５ｅは、素電池１０１の中心に対し、対称形状となっている。側壁１０５ｄ，１０５ｅの断面形状は、素電池１０１に形成されたコーナー湾曲面１０１ｄ，１０１ｅに対応した形状となっている。また、側壁１０５ｄ，１０５ｅのうち側壁１０５ｆと連結する部分には、それぞれ連結部１０５１ｄ，１０５１ｅが形成されている。連結部１０５１ｄ，１０５１ｅの頂部には、それぞれ溶着用溝が形成されている。

側壁１０５ｆには、保護回路基板１０４の出力端子１０４ａ〜１０４ｃを外部に露出させるための複数の端子窓１０５ａ，１０５ｂ，１０５ｃが形成されている。また、側壁１０５ｆの頂部には、溶着用溝が形成されている。連結部１０５１ｄ，１０５１ｅに形成された溶着用溝と側壁１０５ｆに形成された溶着用溝は連結しており、上面側（上ケース１０６側）から見ると略コの字形状を成している。また、側壁１０５ｇの頂部には、側壁１０５ｆの頂部に形成された溶着用溝と同様の溶着用溝が直線的に形成されている。

上ケース１０６は、ＰＣなどの熱可塑性樹脂からなり、下ケース１０５の蓋体として機能する。上ケース１０６には、上面（第１の面）１０６ｘの周囲から下ケース１０５に向かうように上面１０６ｘと垂直に形成された側壁１０６ｄ，１０６ｅ，１０６ｆ，１０６ｇが形成されている。側壁１０６ｄ〜１０６ｇは、素電池１０１の厚みのおよそ４分の１の高さを有する。また、上面１０６ｘと側壁１０６ｄ、上面１０６ｘと側壁１０６ｅとの境界部分（第１の湾曲領域）には、外側に向かって解放した溶着用凹部が形成されている。溶着用凹部には、後述する第１の領域１０６ｈ，１０６ｉが形成されている。なお、図中において、上面１０６ｘは上ケース１０６の上面全体を覆うように形成されているが、少なくとも保護回路基板１０４を覆っていれば中央部分が開放している形状であってもよい。

一対の側壁（第２の面）１０６ｄ，１０６ｅは、素電池１０１の中心に対し、対称形状となっている。側壁１０６ｄ，１０６ｅの断面形状は、素電池１０１のコーナー湾曲面１０１ｄ，１０１ｅに対応した形状となっている。また、側壁１０６ｄ，１０６ｅのうち側壁１０６ｆと連結する部分には、それぞれ連結部１０６１ｄ，１０６１ｅが形成されている。連結部１０６１ｄ，１０６１ｅの頂部には、それぞれ溶着用突起が形成されている。側壁１０６ｄの頂部には、それぞれ溶着用突起が形成されている。

側壁１０６ｆの頂部には、溶着用溝が形成されている。連結部１０６１ｄ，１０６１ｅに形成された溶着用溝と側壁１０６ｆに形成された溶着用溝は連結しており、下面側（下ケース１０５側）から見ると略コの字形状を成している。また、側壁１０６ｇの頂部には、側壁１０６ｆの頂部に形成された溶着用溝と同様の溶着用溝が直線的に形成されている。

外装ラベル１０７は、ポリエチレンテレフタレートなどのシート材である。外装ラベル１０７は、裏面には両面テープなどの粘着層が形成され、表面にはバッテリーパック１００の公称値や名称などが表記されている。外装ラベル１０７は、下ケース１０５と上ケース１０６とが超音波溶着によって一体化された後、上下ケースに巻き付けられることでバッテリーパック１００の外装の一部として機能する。

なお、本実施形態では、上ケース１０６に溶着用突起を形成し、下ケース１０５に溶着用溝を形成しているが、上ケース１０６および下ケース１０５のいずれか一方に溶着用突起を形成し、他方に溶着用溝を形成すればよい。

次に、本発明の特徴に関わる部分について、図３を用いて説明する。図３は、上ケース１０６を下ケース１０５に超音波溶着する際の断面図である。

第１の領域１０６ｈ，１０６ｉには、超音波ホーン２００の押圧方向（図３の矢印方向）と直交する平面が形成されている。第１の領域１０６ｈ，１０６ｉの略直下には、側壁１０６ｄ，１０６ｅに形成された溶着用突起が形成されている。すなわち、第１の領域１０６ｈ，１０６ｉは、押圧方向において、側壁１０６ｄ，１０６ｅに形成された溶着用突起と重なるように形成されている。

第２の領域１０５ｈ，１０５ｉには、超音波ホーン２００の押圧方向と直交する平面が形成されている。第２の領域１０５ｈ，１０５ｉの略直上には、側壁１０５ｄ，１０５ｅに形成された溶着用溝が形成されている。すなわち、第２の領域１０５ｈ，１０５ｉは、押圧方向において、側壁１０５ｄ，１０５ｅに形成された溶着用溝と重なるように形成されている。

超音波ホーン２００の底面２００ｘの両端には、上ケース１０６に向かって突起２００ｈ，２００ｉが形成されている。また、溶着用アンビル２０１の上面２０１ｘの両端には、下ケース１０５に向かって突起２０１ｈ，２０１ｉが形成されている。

上ケース１０６を下ケース１０５に超音波溶着する際には、まず、溶着用突起が溶着用溝に挿入されるように、上ケース１０６と下ケース１０５とを重ね合わせる。そして、下ケース１０５を溶着用アンビル２０１で固定し、底面２００ｘと上ケース１０６の上面１０６ｘとを当接させた状態で超音波溶着を行う。このとき、突起２００ｈ，２００ｉと第１の領域１０６ｈ，１０６ｉとがそれぞれ当接する。そのため、溶着用突起に確実に超音波振動を伝達することが可能となる。また、突起２０１ｈ，２０１ｉと第２の領域１０５ｈ，１０５ｉとがそれぞれ当接する。そのため、より安定した状態で超音波溶着を行うことが可能となる。さらに、本実施例では、第１の領域１０６ｈ，１０６ｉと第２の領域１０５ｈ，１０５ｉとがそれぞれ、超音波ホーン２００の押圧方向において、対向するように形成されている。そのため、より効果的に超音波溶着を行うことが可能となる。

以上説明したように、超音波ホーン２００の出力を効率良く溶着用突起および溶着用溝に集中できるため、安定した溶着強度を確保することが可能となる。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

１００ バッテリーパック
１０１ 素電池
１０５ 下ケース（第２のケース）
１０６ 上ケース（第１のケース）
１０６ｄ 側壁（第２の面）
１０６ｅ 側壁（第２の面）
１０６ｈ 第１の領域
１０６ｉ 第１の領域
１０６ｘ 上面（第１の面）
２００ 超音波ホーン

Claims (6)

1. 素電池と、第１のケースと、第２のケースと、を有し、前記素電池を前記第１および第２のケースに収納し、前記第１および第２のケースを溶着により一体化したバッテリーパックであって、
   前記第１のケースには、第１の面と、前記第１の面と垂直な一対の第２の面と、を有し、
   前記第１および第２の面との境界には、第１の湾曲領域が形成され、
   前記第１の湾曲領域には、前記第１の面と平行な平面である一対の第１の領域が形成されており、
   前記第２のケースには、前記第１の面と対向する第３の面と、前記第３の面と垂直な一対の第４の面と、を有し、
   前記第３および第４の面との境界には、第２の湾曲領域が形成され、
   前記第２の湾曲領域には、前記第３の面と平行な平面である一対の第２の領域が形成されており、
   前記第１および第２の領域は、前記第１および第２のケースが溶着される方向において、対向するように形成されていることを特徴とするバッテリーパック。
2. 前記第１の領域は、前記第１の湾曲領域の前記第１の面と平行な方向における第１端に形成され、
   前記第２の領域は、前記第２の湾曲領域の前記第３の面と平行な方向における第１端に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のバッテリーパック。
3. 前記第１および第２のケースのいずれか一方に溶着用突起が形成され、他方に溶着用溝が形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載のバッテリーパック。
4. 前記溶着用突起および前記溶着用溝の一部は、前記溶着される方向において、前記第１および第２の領域と重なるように形成されていることを特徴とする請求項３に記載のバッテリーパック。
5. 前記素電池に接続された保護回路基板を更に有し、
   前記第１および第２のケースは、前記溶着される方向において、少なくとも前記保護回路基板を覆うことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のバッテリーパック。
6. 前記素電池の両側面には、コーナー湾曲面が形成されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載のバッテリーパック。