JPH08504053A - バッテリ・パックおよびその形成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 バッテリ・セルを収容するバッテリ・パックは、バッテリ・セル（４０４）を受けるべく適応された外部ケース（４０２）と、外部ケース（４０２）に沿って配置された接合面（４１０）と、バッテリ・セル（４０４）を封入すべく適応され、かつ外部ケース（４０２）の接合面に接合するための表面を有する内部ケース（４０８）と、内部ケース（４０８）を外部ケース（４０２）に接合するため接合面に設けられたボンドとを含む。また、バッテリ．パックを形成する方法は、バッテリ・セルをバッテリ・パックの外部ケースの接合面内に配置する段階と、外部ケースの接合面に対応する表面を有する内部ケース内にバッテリ・セルを封入する段階と、内部ケースの対応する表面を外部ケースの接合面に接合する段階とを含む。バッテリ・パックおよびこのバッテリ・パックを形成する方法は、重量および製造時の複雑さを低減する。

Description

【発明の詳細な説明】 バッテリ・パックおよびその形成方法 発明の分野 本発明は、一般にバッテリ・セル・パックに関し、さらに詳しくは、バッテリ ・パック構造に関する。 発明の背景 双方向無線装置などの携帯装置のバッテリ・パックは、すべてがハウジング内 に溶接された接点（contact）を有する多数のセルによって一般に構成される。 個々のセルは、セル端子にスポット溶接されたシート・メタル・タブを用いて相 互接続される。一般に、相互接続されたセルはフレックス回路（flex circuit） にスポット溶接され、その後バッテリ・ハウジングに挿入される。この製造方法 は、非効率的な組立手順や不必要な部品および労力が多く、その結果、製造コス トが上がり信頼性が損なわれる。 カメラ，無線装置（radio），ＣＤプレーヤなどの家電製品用の利用者装着バ ッテリ（consumer loaded battery）は、一方の端部にバネ押し接点（spring lo aded contanct）と、主セルの反対側に結合された金属接点とを一般に有する。 利用者装着バッテリ・パックは、バッテリ・パックに一般に見られる追加回路を 必要としない。携帯無線装置のバッテリ・パックは一般に、抵抗，サーミスタ， ダイオードや、バッテリ・パックを再充電可能にし、および／または本質的に安 全にする他の構成要素を含む。従って、利用者装着バッテリ・コンパートメント は、ハウジングに打抜板金（stamped metal）のみを有してもよく、バッテリ・ セルと回路との間の電気損はこれらの用途ではあまり問題にならない。 利用者装着されるか、あるいは製造業者によって装着・封入される他のバッテ リ・パックは、収縮包装（shrink wrap）されるか、プラスチック・ハウジング にパッケージングされる多数のセルによって一般に構成される。この場合も、多 くのセルは一般に、個別のセル上の異なる端子（正および負）にスチール・タブ を溶接することによって、互いに電子的に結合される。次に、溶接されたセルは 収縮包装され、ハウジング内に挿入される。この組立手順は非効率的であり、過 剰な労力および製造コストが生じる。 家電製品の軽量化は、バッテリ・パックの組立または製造しやすさの向上とと もに、バッテリ・パック・アセンブリに影響を与える。従って、少ない構成要素 および部品で機能を統合する能力は組立工程数を低減する上で重要である。故に 、利用者装着バッテリ・パックの便宜性を提供し、軽量化を行い、組立および製 造上の効率化および低コスト 化を可能にするバッテリ・パックが必要とされる。 なお、本出願は、発明の共通の発明者であるAdnan AksoyおよびMark S.Bresin によって１９９２年９月１４日に出願された本譲受人の同時係属米国出願第０７ ／９４４，６１０号”Battery Pack”の一部継続出願である。 図面の簡単な説明 第１図は、バッテリ・パックの斜視図である。 第２図は、本発明の第１実施例によるバッテリ・パックの斜視図である。 第３図は、本発明の第２実施例によるバッテリ・パックの斜視図である。 第４図は、本発明の第３実施例によるバッテリ・パックの斜視図である。 第５図は、第４図の線Ａ−Ａから見た壁３１０の分解図である。 第６図は、本発明による取り付け機構の第１実施例の分解図である。 第７図は、本発明による取り付け機構の第２実施例の分解図である。 第８図は、本発明による取り付け機構の第３実施例の分解図である。 第９図は、本発明の第４実施例によるバッテリ・パック の斜視図である。 第１０図は、本発明による整合機構の分解図である。 第１１図は、第９図の線Ｂ−Ｂから見たバッテリ・パックの断面図である。 第１２図は、第１１図の断面図の別の実施例である。 好適な実施例の詳細な説明 バッテリ・パックは、一体型ラッチ形状を有する第１ハウジング部材，第１ハ ウジング部材に着脱可能に取り付けられたヘッダ・フレーム，ヘッダ・フレーム と第１ハウジング部材とに挿入するための複数のセル，複数のセルを結合しかつ 充電および電源接点を提供するためのヘッダ上の回路，実質的に薄層（laminar ）でありかつ前記第１ハウジング部材に接着される第２ハウジング部材とによっ て構成される。 第１図を参照して、本発明の譲受人であるMotorola，Inc．に譲渡され、本明 細書に参考として含まれる、Mark S.Bresinによって１９９２年３月９日に出願 された米国特許出願第０７／８４８４６５号”Weldless Battery Pack”におい て説明されるバッテリ・パック１０の斜視図を示す。バッテリ・パック１０は、 上部２および底部４を有するハウジングからなる。これらのハウジング部は、好 ましくは互いにスナップ（snap）するように構成される。あ るいは、ハウジング部は互いに超音波溶接してもよい。上部ハウジング部材２は 、底部４における凹部５と嵌合するラッチ形状も含み、バッテリ・パック１０を 無線装置（図示せず）に着脱可能に結合することを可能にする。ハウジング部２ ，４内には、少なくとも一方のハウジング部に着脱可能に取り付けられる（セル １２を収容するための）ヘッダ・フレーム１１がある。 第２図を参照して、本発明によるバッテリ・パック１００の斜視図を示す。バ ッテリ・パック１００は、好ましくは、第１ハウジング部材１０４に内蔵または 一体化されたラッチ形状１０３を有する第１ハウジング部材１０４からなる。次 に、ヘッダ・フレーム１１１は、第１ハウジング部材１０４に取り付けられる。 ヘッダ・フレームは、好ましくは、ヘッダにおける溝１５０とハウジング部材１ ０４内の嵌合レール１５２とを介して第１ハウジング部材にスナップ挿入される 。あるいは、ヘッダ・フレーム１１１は、第１ハウジング部材１０４の一部とし て一体化してもよい。また、ヘッダ・フレーム１１１を第１ハウジング部材１０ ４に超音波溶接してもよい。正端子（positive）および負端子（negative）１１ ４，１１３をそれぞれ有するバッテリ・セル１１２は、ヘッダ・フレーム１１１ に正しい方向で挿入される。好ましくは抵抗（図示せず），ポリスイッチ（poly switch）（３０）およびサーミスタ（４０）を含む回路手段は、ヘッダ・フレー ム１１１に装着され、充電お よび電源接点を提供し、当技術分野で周知なように充電式バッテリ・パックを安 全に充電するための適切な回路を提供する。あるいは、回路手段は、抵抗，ポリ スイッチ，サーミスタなどの構成要素を有し、さらにセルを相互接続するフレッ クス回路からなってもよい。最後に、第２ハウジング部材１０２は、好ましくは 、第１ハウジング部材に接着される。軽量化を最大限にするため、好ましくは、 第２ハウジング部材１０２は、第１ハウジング部材１０４に接着するためその内 面に接着剤を有するポリカーボネートなど。薄層プラスチック（laminar plasti c）である。あるいは、第２ハウジング部材１０２は、第１ハウジング部材１０ ４に超音波溶接してもよい。さらに、第２ハウジング部１０２は、バッテリ１０ ０のラベルとして機能することができる。 第３図を参照して、本発明による別のバッテリ・パック２００を示す。バッテ リ・パック２００は、好ましくは第１ハウジングに一体形成されたスナップ形状 を有する第１ハウジング部２０２からなる。好ましくは、セル・パックにあらか じめパッケージングされた複数のセル２０６は、スナップ形状２０４内に配置・ 保持される。セル・パックは、好ましくは、セル，接点および抵抗やサーミスタ （図示せず）などの他の必要な構成要素の間の相互接続を行うフレックス回路も 含む。最後に、第２ハウジング部材２２０は、セル・パック２０６の上に配置さ れ、第１ハウ ジング部材２０２にスナップ装着される。第２ハウジング部材は、好ましくは、 スナップ形状２０４によって保持するための開口部２１４を有する。さらに、開 口部２１６は、第２ハウジング部材にも形成され、フレックス回路２１２に示す 接点が開口部２１６内に挿入されるときに接点となる。同様に、第１ハウジング 部材２０２は、フレックス回路２１２上に示す接点の挿入を可能にする開口部２ ０５を有する。また、第１ハウジングの内面とセル・パッケージ２０６の底面と の間に両面接着剤（２０８）（テープなど）を利用し、第２ハウジング２２０の 内面とセル・パッケージ２１０の上部との間に両面接着剤（２０７）を利用する ことにより、バッテリ・パック２００の更なる一体化が提供される。 第４図を参照して、本発明によるバッテリ・パックの第３実施例を示す。この バッテリ・パックは、一般に、バッテリ・セル３０４を保持するように適応され たベース部または外部ケース３０２を含む。バッテリ３０４は、前述の実施例で 説明した任意のフレックス・ストリップ（flex strip）または回路を含むことを 理解されたい。バッテリ３０４を外部ケース３０２内に保持するため、１つまた はそれ以上の接着材料３０６の層が利用できる。例えば、接着材料３０６は、接 着剤（glue）または両面テープでもよい。接着層３０６は、バッテリ３０４を利 用し、外部ケース３０２に取り付ける。また、別の接着層３０６は、バッテリ の上で用いて内部ケース３０８を取り付け、バッテリ３０４を外部ケース３０２ 内に保持できる。 一般に、外部ケース３０８は、外部ケース３０２の周辺を取り囲む壁３１０上 に装着するするように適応される。壁３１０，接合部（abutment）３１１および 利用可能な任意の接着剤３０６は、バッテリ３０４が外部ケース３０２内でずれ るのを防ぐ。内部ケース３０８は、熱成形プラスチック材料または他の適切な材 料からなる。好ましくは、内部ケース３０８は、熱成形プラスチックに一体形成 されたラベルを含む。壁３１０は、好ましくは、エネルギ・ダイレクタ（energy director）３１２を含む（第４図の線Ａ−Ａから見た第５図の断面図に詳しく 示す）。エネルギ・ダイレクタ３１２は、超音波接合方法において採用される。 特に、外部ケース３０８の肩部３１４は、エネルギ・ダイレクタ３１２に超音波 接合される。超音波接合は、壁全体３１０または必要に応じて選択された部分で 行うことができる。当技術分野で周知の任意の超音波溶接機構を利用できる。 また、取り付け機構は、内部ケース３０８を外部ケース３０２に取り付けるた め壁３１０のベースの周りに配置された複数のタブ部３１６を含む。脚３２０に 沿った対応する受け部３１８は、外部ケース３０８に含まれる。ラッチ３１６／ 受け部３２０のさまざまな実施例については、第６図ないし第８図を参照して詳 しく説明する。最後に内 部ケース３０８を外部ケース３０２に取り付けるため、接着材料を脚３１０の周 りに配置できる。接着接合，超音波接合およびラッチのうち任意の１つまたはそ の組み合わせを利用できる。 第６図を参照して、取り付け機構の第１実施例の分解図を示す。この取り付け 機構は、凹点（dimple）３２４に一般に挿入されるタブ３２２を含む。第６図の 取り付け機構は、例えば、超音波接合する際に、外部ケース３０２に対して内部 ケース３０８の位置を維持するために利用できる。 第７図を参照して、取り付け機構の第２実施例の分解図を示す。この取り付け 機構は、外部ケース３０８のノッチ３２８を保持するように適応されたタブ部３ ２６を含む。 第６図の取り付け機構も、超音波接合する際に、外部ケース３０２に対して内部 ケース３０８の位置を維持するために利用できる。 最後に、第８図を参照して、取り付け機構の第３実施例の分解図を示す。この 取り付け機構は、外部ケース３０８の脚３１８内に配置される穴３３２を確実に 嵌合するように適応されたラッチ３３０を含む。特に、ラッチ３３０は、穴３３ ０を嵌合するように圧縮できる２つの部分を含む。しかしながら、当技術分野で 周知な他の種類のラッチ機構を利用して、上部ケースを確実に嵌合できることを 理解されたい。 第９図において、バッテリ・パックの第４実施例による バッテリ・パックの斜視図を示す。このバッテリ・パックは、一般に、バッテリ ・セル４０４を保持するように適応された外部ケース４０２を含む。バッテリ４ ０４を外部ケース４０２内に保持するため、接着材料４０６をバッテリのいずれ かの面で利用できる。例えば、接着材料４０６は接着剤や両面テープでもよい。 最後に、内部ケース４０８はバッテリ４０４を外部ケース４０２内に保持するた めに含まれる。 第４図の実施例とは異なり、第９図の実施例は、バッテリが外部ケース内でず れないように保持し、かつ外部ケースの肩部に対する超音波接合を可能にするエ ネルギ・ダイレクタを設けるための壁３１０を含まない。むしろ、エネルギ・ダ イレクタ４１０は、外部ケース４０８の脚４１２に対する超音波接合を行うため 、外部ケース４０２の表面に沿って設けられる。超音波接合は、エネルギ・ダイ レクタ全体４１０または選択された部分で行うことができる。 また、外部ケース４０２は、超音波接合中に外部ケース４０２に対して内部ケ ース４０８の適切な位置決めを可能にするため整合タブ４１４を含んでもよい。 この整合機構を第１０図に詳しく示す。脚４１２は、タブ４１４を受けるべく適 応されたノッチ４１５を含む。最後に、バッテリの製造を助けるため、位置決め ガイド（positioning guide）４１６を選択的に配置できる。整合機構４１６は 、第９図の線Ｂ−Ｂから見た第１１図および第１２図の断面 図に詳しく示される。 第１１図において、第９図の線Ｂ−Ｂから見た断面図は、内部ケース４０８と 外部ケース４０２との整合およびエネルギ・ダイレクタ４１０における超音波接 合を示す。特に、位置決めガイド４１６は、内部ケース４０８の基準点となる。 さらに、超音波接合中に内部ケース４０８の脚４１２が移動することを防ぐため に、堤防（embankment）４１８を含むことができる。すなわち、エネルギ・ダイ レクタは外部ケース４０２の傾斜部分に配置されるので、通常水平な脚４１２は 超音波接合中に傾斜位置になる。従って、堤防４１８は脚４１２が位置決めガイ ド４１６から移動することを防ぐ。脚４１２は外部ケース４０２に沿った特定の 位置に配置して示されるが、エネルギ・ダイレクタ４１０は壁４１０に沿った任 意の位置に配置できることを理解されたい。 第１２図において、別の実施例は、エネルギ・ダイレクタ４１０を含む水平面 （leveling surface）４２０を内蔵する。水平面４２０は、超音波接合中に脚４ １２が傾斜位置になることを防ぐ。 以上、本発明は、製造の複雑さおよび完成されたバッテリの重量を低減する。 特に、超音波接合と接着接合の組み合わせは、装置の重量および複雑さを軽減す る。壁は、バッテリを収容できる。バッテリのセルを収容するため壁の上部に配 置されたエネルギ・ダイレクタは、超音波接合用 の領域を提供できる。内部ケースは、バッテリを封入するため壁の上に配置でき る。内部ケースの眉は、壁の上のエネルギ・ダイレクタに超音波接合される。あ るいは、壁の代わりに、外部ケースに配置されたエネルギ・ダイレクタを利用で き、このとき内部ケースの脚はこのエネルギ・ダイレクタに超音波接合される。 従って、本発明は、従来の装置に比べて、複雑さおよびコストを低減する。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 アクソイ，アドナン アメリカ合衆国フロリダ州ボカ・レイト ン、サウス・ウエスト15コート56 (72)発明者 ブレズィン，マーク・エス アメリカ合衆国フロリダ州コーラル・スプ リングス、ノース・ウエスト・シックス ス・ストリート9900

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．少なくとも１つのセルを収容するバッテリ・パックであって： 前記少なくとも１つのセルを受けるべく適応される外部ケースであって、内面 を有する前記外部ケース； 前記外部ケースの前記内面に配置された接合面； 前記少なくとも１つのセルを前記外部ケース内に封入すべく適応され、前記外 部ケースの前記接合面に接合するための表面を有する内部ケース；および 前記内部ケースを前記外部ケース内で前記外部ケースに取り付けるため、前記 接合面に設けられたボンド； によって構成されることを特徴とするバッテリ・パック。 ２．前記内部ケースは、肩部と脚部とを有する熱成形プラスチックであり、前記 ボンドは前記脚部に設けられることを特徴とする請求項１記載のバッテリ・パッ ク。 ３．前記接合面は、前記内部ケースに超音波接合するためのエネルギ・ダイレク タを含むことを特徴とする請求項１記載のバッテリ・パック。 ４．前記接合面は、前記バッテリを収容すべく適応された壁を含むことを特徴と する請求項１記載のバッテリ・パック。 ５．少なくとも１つのセルを収容するバッテリ・パックであって： 内面と、前記内面から突出し、かつ前記少なくとも１つのセルを受けるべく適 応された壁とを有する外部ケース； 前記外部ケースに配置された接合面；および 前記壁および少なくとも１つのセルを覆うべく適応された内部ケースであって 、前記内部ケースは前記外部ケースの前記接合面に接合される内部ケース； によって構成されることを特徴とするバッテリ・パック。 ６．前記接合面は、前記内部ケースに超音波接合するためのエネルギ・ダイレク タを含むことを特徴とする請求項５記載のバッテリ・パック。 ７．少なくとも１つのセルを収容するバッテリ・パックであって： 前記少なくとも１つのセルを受けるべく適応された外部ケース； 前記外部ケースの内面に沿って配置されたエネルギ・ダイレクタ；および 前記少なくとも１つのセルを前記外部ケース内に封入すべく適応された内部ケ ースであって、前記内部ケースは、前記エネルギ・ダイレクタ上に配置された脚 部を有し、前記脚部は、前記エネルギ・ダイレクタに超音波接合される内部ケー ス； によって構成されることを特徴とするバッテリ・パック。 ８．バッテリ・パックを形成する方法であって： 外部ケースの内面に沿って接合面を形成する段階； 前記バッテリ・パックの前記外部ケースの前記接合面内に少なくと１つのセル を配置する段階； 内部ケースで前記少なくとも１つのセルを前記外部ケース内に封入する段階で あって、前記内部ケースは、前記外部ケースの前記接合面に対応する接合面を有 する段階；および 前記内部ケースの前記対応する接合面を前記外部ケースの前記接合面に接合す る段階； によって構成されることを特徴とする方法。 ９．前記内部ケースの前記対応する接合面を前記外部ケースの前記接合面に接合 する前記段階は、前記外部ケースに配置されたエネルギ・ダイレクタに対して前 記内部ケースの脚において超音波接合を行うことを含むことを特徴とする請求項 ８記載のバッテリ・パック。 １０．少なくとも１つのセルを収容するバッテリ・パックであって： 内面から突出し、かつ前記少なくとも１つのセルを受けるべく適応された壁を 有する外部ケース； 前記壁に隣接して前記外部ケースの内面に沿って配置されたエネルギ・ダイレ クタ；および 熱成形プラスチックからなり、前記壁の形状に実質的に一致し、かつ前記少な くとも１つのセルを前記外部ケース内に封入すべく適応された内部ケースであっ て、前記内部ケースは前記エネルギ・ダイレクタの上に配置された脚部 を有し、前記脚部は前記エネルギ・ダイレクタに超音波接合される内部ケース； によって構成されることを特徴とするバッテリ・パック。