JP2003234096A - 電池パック - Google Patents

電池パック

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 携帯電子機器の薄型化に寄与する薄型化され
た電池パックを提供する。 【解決手段】 二次電池1及び電池回路を収容する外装
ケースは半殻体に形成された上ケース7と下ケース8と
からなり、上ケース7及び下ケース8それぞれの底面が
フィルム体7b,8bで形成され、周側面を形成する樹
脂成形体7a,8aに一体的に成形される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、小型化、薄型化が
進展する携帯電子機器の電池電源として対応させるべ
く、小型軽量化、薄型化を図った電池パックに関するも
のである。
【0002】
【従来の技術】携帯電話機やモバイルコンピュータ等の
携帯情報機器や携帯音響機器などは、その携帯性を向上
させるべく小型軽量化、薄型化の要求が高まっている。
それを実現する鍵をにぎっている電池電源装置であると
言っても過言ではなく、特に、二次電池を用いた電池電
源装置の軽量化、薄型化の要求が高い。
【0003】携帯機器の電池電源装置を構成する二次電
池はニッケル−カドミウム蓄電池、ニッケル−水素蓄電
池、リチウムイオン二次電池が用いられるが、中でもリ
チウムイオン二次電池は体積エネルギー密度、重量エネ
ルギー密度が高く、携帯電子機器の電池電源として最適
である。しかし、エネルギー密度が非常に高いことに加
えて電解液に可燃性の有機溶媒を用いていることから、
電池が何らかの異常状態に陥ったときの安全性を確保す
る必要がある。異常状態は電気的、機械的、熱的などの
要因が考えられる。異常状態は、例えば、過充電や短
絡、押しつぶし、過熱などであって、リチウムイオン二
次電池では、短絡や過熱から電池を保護するPTC(P
ositive Thermal Coeffcien
nt)素子や、過充電や過放電等から電池を保護する電
池保護回路などの保護機能、あるいは、異常内圧を外部
に放出して電池の破裂を防止するガス排出弁などの安全
機能が設けられている。安全機能は電池自体に設けら
れ、保護機能を構成する電池保護回路やPTCは、電池
とともにパックケース内に収容されて電池パックの形態
に構成される(例えば、特許文献1)。
【0004】図8は、扁平角形のリチウムイオン二次電
池を用いた電池パックの構成例を分解図として示すもの
で、上ケース51と下ケース52とからなるパックケー
ス内に、扁平角形形状に形成されたリチウムイオン二次
電池60と、電池保護回路を構成した回路基板61及び
PTC62とを収容し、下ケース52の側面に配設され
た外部接続端子54から充放電できるように構成されて
いる。
【0005】
【特許文献1】特開2001−035544号公報
【0006】
【発明が解決しようとする課題】携帯電子機器はその携
帯性を高めるべく薄型化の追求は目覚しく、電源となる
電池パックの薄型化への要求が高まっている。しかし、
電池の薄型化は電池容量を犠牲にすることになり、電池
構成上の限度もある。
【0007】電池自体の薄型化に限界があることから、
電池パックとしての薄型化を図るためには、パックケー
スの薄型化を図ることになるが、樹脂成形製品であるケ
ースには成形可能な最低厚さが0.25mm程度であ
り、最低厚さでの樹脂成形は成形性の低下や表面性状の
悪化など成形品質が維持できず、量産性を欠いてしま
う。また、ケースの厚さが小さくなるほどケースの強度
を低下させてしまい、電池、及び他の構成要素を保護す
る強度を得るには薄さの限度があった。
【0008】本発明が目的とするところは、樹脂成形で
は成形の限度となる厚さとなる面をフィルムに代えるこ
とによりパックケースの厚さを限界にまで薄くして薄型
化を可能とした電池パックを提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明は、平面状に配置された1又は複数の二次電池
が扁平形状の略直方体の外装ケースに収容され、前記二
次電池に接続された外部接続用端子を外部露出させてな
る電池パックであって、前記外装ケースは、少なくとも
一方面側の主面における任意範囲がフィルム体に、他の
部位が樹脂成形体によって形成され、前記外部接続用端
子が樹脂成形体の形成部位から外部露出している任意の
側周面から外部接続用端子を外部露出させてなることを
特徴とする。
【0010】任意範囲は少なくとも二次電池と接する領
域である。
【0011】上記構成によれば、二次電池を収容する外
装ケースは、少なくとも一方面側の主面における任意範
囲がフィルム体にて形成されるので、電池パックの厚さ
を電池とフィルム体との厚さにまで薄くすることがで
き、全体を樹脂成形体で形成した場合には不可能な厚さ
を実現することができ、薄型化の要求が高い携帯電子機
器の電池電源として好適な電池パックが得られる。
【0012】また、従来の樹脂成形による外装ケースを
用いた方法では、薄肉部分の成形性が悪いことから量産
性の悪化をきたしたが、フィルム体を用いることで量産
性を向上させることができる。さらに、従来の樹脂成形
による外装ケースでは、主面部分は材料の成形性と機械
的強度の両方を満たすことが必要であったが、フィルム
体を用いることで機械的強度を重要視した材料選択が可
能になる。
【0013】また、上述の任意範囲を除く領域及び側面
は樹脂成形体にて構成され、樹脂成形体は、フィルム体
との接合性、強度、成形性を考慮して材料選択が行われ
る。
【0014】また、上記目的を達成するための本発明
は、樹脂成形により略四角形の半殻体に形成された上下
一対の外装ケースが互いの開口部を対向させ互いの開口
端縁で接合された中に、1又は複数の二次電池と、電池
回路とが収容され、任意の側周面から外部接続用端子を
外部露出させてなる電池パックであって、前記上下一対
の外装ケースは、少なくとも一方の半殻体の底面となる
部位の任意範囲がフィルム体に、他の部位が樹脂成形体
によって形成されてなることを特徴とする。
【0015】上記いずれの構成によっても、二次電池及
び電池回路を収容する外装ケースは、上下いずれか一方
又は両方の底面がフィルム体で形成されているので、電
池パックの厚さを電池とフィルム体との厚さにまで薄く
することができ、全体を樹脂成形体で形成した場合には
不可能な厚さを実現することができ、薄型化の要求が高
い携帯電子機器の電池電源として好適な電池パックが得
られる。
【0016】上記構成において、フィルム体の周縁部分
は樹脂成形体にインサート成形することにより、フィル
ム体と樹脂成形体とが一体化され、薄くても機械的強度
の高い外装ケースを形成することができる。
【0017】また、複数の二次電池を用いて電池パック
を構成したとき、配列した隣り合う二次電池間に生じる
空隙を埋めるように樹脂成形体をフィルム体に成形する
ことにより、フィルム体の下に空間が形成されず、複数
の二次電池とフィルム体に成形された樹脂成形体とが一
体化された状態になり、二次電池の収納位置が規制さ
れ、電池パックとしての強度を大幅に高めることができ
る。
【0018】また、フィルム体は、その外面側となる面
に硬質膜を接合した複合フィルムに形成することによ
り、フィルム体部位のキズ付きを抑制し、表面性状及び
美観を向上させることができる。
【0019】また、フィルム体は、その内面側となる面
に接着層を形成することにより、二次電池の平坦面に接
着して位置固定することができると同時に、押し圧によ
るフィルムの変形を防ぐことができる。
【0020】また、フィルム体はガラス繊維、炭素繊維
等を芯材として、これをエポキシ樹脂等で固めた強化プ
ラスチックフィルムを適用することによって、外装ケー
スの強度を高めることができる。
【0021】また、外装ケースの任意側面にガス抜き孔
を形成することによって、二次電池に設けられたガス排
気口から異常内圧が放出されたとき、放出されたガスを
外部に排出して外装ケースに膨らみが生じることがな
い。外装ケースの広い面がフィルム体で形成した場合に
は膨らみが生じやすいので、ガスを外部排出するガス抜
き孔は重要な要件となる。
【0022】また、電池回路は回路基板を設けて構成さ
れ、前記回路基板は二次電池の短側面に配設して二次電
池と回路基板とを一体化することにより、外装ケース内
に二次電池及び回路基板を収納する作業が容易になる。
【0023】また、電池回路は回路基板を設けて構成さ
れ、前記回路基板は外装ケースに配設することにより、
回路基板を外装ケースに固定して、回路基板が確実に保
持され、回路基板に外部接続端子を形成して、この外部
接続端子を外装ケースの側周面に形成された開口部から
外部露出させることが容易となる。
【0024】
【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して本発明
の実施形態について説明し、本発明の理解に供する。
尚、以下に示す実施形態は本発明を具体化した一例であ
って、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
【0025】図1は、第1の実施形態に係る電池パック
の構成を示すもので、扁平角形のリチウムイオン二次電
池(以下、二次電池)1と、この二次電池1を過充電や
過放電等から保護する電池保護回路を構成した回路基板
2などの電池回路構成部材とを、半殻体に形成した上ケ
ース7及び下ケース8を接合した外装ケース10内に収
容して構成されている。この電池パックは、これを適用
する携帯電子機器の薄型化の要求に対応させるために薄
型化が図られている。
【0026】電池パックを薄型化するためには二次電池
1の薄型化が有効であるが、所要の電池容量を得るには
薄型化には限度がある。ここでは半殻体に形成された上
ケース7及び下ケース8の底面をフィルム体によって形
成することにより外装ケース10の薄型化が図られてい
る。
【0027】図2は、上ケース7及び下ケース8の断面
図で、半殻体に形成された上ケース7の底面はフィルム
体7bにより形成され、側周部は樹脂成形体7aによっ
て形成され、前記フィルム体7bは樹脂成形体7aの樹
脂成形時に樹脂成形体7aに一体化され、全体として底
面をフィルム体7bとする半殻体に形成される。下ケー
ス8も同様に構成されており、底面はフィルム体8bに
より形成され、側周部は樹脂成形体8aによって形成さ
れ、前記フィルム体8bは樹脂成形体8aの樹脂成形時
に樹脂成形体8aに一体化され、全体として底面をフィ
ルム体8bとする半殻体に形成される。ここでは、上ケ
ース7及び下ケース8ともに、それらの底面の全面をフ
ィルム体7b,8bで形成しているが、必ずしも下ケー
ス8の底面全体に設ける必要はなく、二次電池1に対面
する部位をフィルム体7b,8bとし、底面の回路基板
2の配設位置には樹脂成形により基板保持用のリブ等を
形成することもできる。
【0028】上記フィルム体7b,8bは、PETフィ
ルムが好適で、その厚さは50μm以上であれば適用可
能であるが、外装ケース10としての強度確保あるいは
樹脂成形時の熱的影響を考慮すると、100〜300μ
mの厚さのものが好ましい。また、フィルム体7b,8
bとして、PC(ポリカーボネイト)やPMMA(メタ
クリル樹脂)を適用することもできる。強度を向上させ
る場合には、ガラス繊維あるいは炭素繊維を芯材とし
て、これをエポキシ樹脂等で固めた強化プラスチックフ
ィルムを適用することもできる。
【0029】また、フィルム体7b,8bは、PETフ
ィルムの外面側に硬質のカバーPET層を形成した複合
フィルムを適用することによって擦れキズの発生を抑制
し、表面性状及び美観の向上を図ることができる。ま
た、フィルム体7b,8bの内面側に接着層を形成して
おくことにより、二次電池1の平坦面に接着して二次電
池1を位置固定すると共に、フィルム面に押し圧が加わ
ったときに変形することがなく、フィルム外装であるこ
との脆弱感を排除することができる。
【0030】また、樹脂成形体7a,8aは、その成形
材料としてPCあるいはPP(ポリプロピレン)、PA
(ポリアミド)が好適であるが、これに限定されるもの
ではない。
【0031】上記構成になる上ケース7及び下ケース8
は、成形金型内にフィルム体7b,8bを送り込んで樹
脂成形体7a,8aを樹脂成形することにより、フィル
ム体7b,8bはそれぞれ樹脂成形体7a,8aに一体
化される。この上ケース7及び下ケース8を用いた電池
パックは以下のように組み立てられる。
【0032】図1において、二次電池1の負極端子を構
成する電池缶1bの底部に負極リード板5の一端を溶接
し、二次電池1の正極端子1aには正極リード板4の一
端を溶接して、負極リード板5の他端は回路基板2の所
定位置に半田付けされ、正極リード板4は絶縁紙6によ
り電池缶1bとの間を絶縁し、正極リード板4の他端は
PTC素子3の一方電極に、PTC素子3の他方電極は
回路基板2の所定位置に半田付けされる。この配線接続
によって二次電池1と回路基板2とが一体化されるの
で、これを下ケース8内に収納する。回路基板2には外
部接続端子11が形成されており、二次電池1及び回路
基板2を下ケース8に収納すると、外部接続端子11が
下ケース8の樹脂成形体8aに形成されている端子窓8
cから外部に覗くようになる。
【0033】図2に示すように、上ケース7及び下ケー
ス8の側周部には樹脂成形体7a,8aにより段差を形
成して互いに嵌り合う嵌合部12,13が形成されてい
る。上記のように下ケース8内に二次電池1と回路基板
2とを収納した後、下ケース8上に上ケース7を被せて
互いの嵌合部12,13が嵌り合うようにして上下方向
から超音波振動を加えると、上ケース7と下ケース8と
は超音波接合され、電池パックが完成する。尚、前記嵌
合部12,13には、一方側に凸条部12a、他方側に
溝部13aが形成されており、嵌合時に凸条部12aが
溝部13aに嵌り込み、超音波加振時に両者間で超音波
接合されるようにすることにより、上ケース7及び下ケ
ース8におけるフィルム体7b,8bと樹脂成形体7
a,8aとの間の接合界面に与える影響を抑制してい
る。なお、上ケース7と下ケース8の側周部となる樹脂
成形体7a、8aとに嵌合部12、13を設けて超音波
振動により接合する構成に代えて、樹脂成形体7a、8
aとを側周部で爪嵌合を用いて接合する構成としてもよ
い。
【0034】上記電池パックは、二次電池1を短絡ある
いは過充電、過放電等から保護する機能が設けられてい
るが、それでも不測の事態により二次電池1内にガスが
発生して電池内圧が異常上昇したときには、二次電池1
に設けられた安全弁が作動してガスが二次電池1外に放
出されるので二次電池1の破裂が防止される。二次電池
1から放出されたガスは、外装ケース10に形成された
端子窓8cと外部出力端子11との間の隙間をガス抜き
孔として、ここから外部に排出されるので、外装ケース
10内にガスが充満して膨らみが生じることがない。外
装ケースの広い面がフィルム体で形成した場合には膨ら
みが生じやすいが、ガスを外部排出することにより、膨
らみによる変形は防止される。ガス抜き孔は、上ケース
7と下ケース8の嵌合部12,13の凸条部12a、溝
部13aの一部に切り欠きを設けて形成することもでき
る。
【0035】以上説明した電池パックは、1個の二次電
池1を用いた比較的低消費電力の携帯電子機器、例えば
携帯電話機やデジタルカメラ等に対応させたものである
が、ノート型パソコンのように比較的大消費電力の携帯
電子機器に対応させる場合には、複数の二次電池1を直
列及び/又は並列に接続した電池パックに構成すること
ができる。
【0036】図3は、複数の二次電池1を直並列に接続
した第2の実施形態に係る電池パックの構成を示す断面
図で、ここでは6個の扁平角形のリチウムイオン二次電
池1を平面上に3×2に配列し、それらを直並列に電気
的接続し、前述の電池パックと同様に電池回路と共に外
装ケース20内に収容した電池パックに構成している。
【0037】二次電池1の断面形状が、図示するように
長円形である場合に、並列配置すると隣り合う二次電池
1の間に空隙が発生する。その空隙部分に嵌り込むよう
に、上ケース21の樹脂成形時にフィルム体7b上に充
填用樹脂成形体7cが成形され、下ケース22の樹脂成
形時にフィルム体8b上に充填用樹脂成形体8cが成形
される。
【0038】上記構成により、複数の二次電池1を半殻
体の底面をフィルム体7b,8bで形成した外装ケース
20内に収容した場合に、フィルム体7b,8bの面積
が大きくなるが、フィルム体7b,8bと二次電池1と
が一体化されるため強度低下が抑制され、フィルム体7
b,8bの空隙上を覆う部分に押圧が加えられたときに
も変形が生じない。このように広い面積を樹脂成形のみ
で、しかもフィルム体7b,8bと同等の厚さに形成す
ることは極めて困難であるが、本構成のようにフィルム
体7b,8bと樹脂成形体7a,8aとを一体成形する
ことにより外装ケース10の薄型化が達成される。
【0039】図4は、第3の実施形態に係る電池パック
の構成を示す断面図で、複数の円筒形二次電池41を並
列配置して、図示しない回路基板と共に外装ケース40
内に収納して電池パックに構成したものである。
【0040】図4において、二次電池41が円筒形電池
である場合にも隣り合う電池間の上下に空隙が発生する
ので、上ケース42の樹脂成形時にフィルム体42bに
空隙に嵌まり込むように充填用樹脂成形体42cを形成
し、下ケースの樹脂成形時にフィルム体43bに空隙に
嵌まり込むように充填用樹脂成形体43cを形成する。
前記充填用樹脂成形体42c、43cが形成されている
ことにより、フィルム体42b、43bの面積が大きく
なっても、二次電池41とフィルム体42b、43bと
が一体化されるため強度低下が抑制される。また、空隙
部分を被覆するフィルム体42b、43bに押圧が加え
られた場合にも変形が生じない。
【0041】図5は、第4の実施形態に係る電池パック
の構成を示す断面図で、扁平形状の二次電池31を図示
しない回路基板と共に外装ケース35内に収容して電池
パックに形成したもので、外装ケース35の形成方法に
特徴を有するものである。
【0042】図6は、あらかじめ成形された樹脂成形体
33の内側に、扁平角型の二次電池31と、この二次電
池31を過充電や過放電等から保護する電池保護回路や
外部接続端子を形成した回路基板などの電池回路構成部
材(図示しない)が配置された状態を示す。なお、樹脂
成形体33はあらかじめ、例えば4つの側周面に対応し
て4つの部分に分かれた構造となっており、内側に二次
電池31と電池回路部材を配置してから一体化される。
また、樹脂成形体33には、外部接続端子が外部に覗く
ように端子窓(図示しない)を設けている。この状態
は、まず、二次電池31と電池回路構成部材を一体化し
た後で、その側周部に樹脂モールドなどの方法で樹脂成
形体33を形成することによってもできる。こうして、
樹脂成形体33の内側に二次電池31と電池回路構成部
材とを配置した状態で、扁平な面の上下からフィルム体
32,34を対向させ、樹脂成形体33とフィルム体3
2,34を例えばレーザー溶接、超音波溶着などの方法
を用いて一体化すると、図5に示す電池パックが完成す
る。レーザー溶接は、溶接部位を確実に溶接できるので
溶接強度の管理が容易で、しかも溶接の痕跡がばらつき
にくい。また、フィルム体32,34の二次電池31に
接する側の面に接着剤層を形成しておくと、二次電池3
1とフィルム体32,34との一体化され、電池パック
としての強度をより高めることができる。
【0043】上記説明では、上下のフィルム体32,3
4の両方を最後に、樹脂成形体33と一体化したが、ど
ちらか一方のフィルム体、たとえばフィルム体34に樹
脂成形体33を一体成形し、この樹脂成形体33の内側
に電池回路構成部材と二次電池31を配置した状態で、
他方のフィルム体32を樹脂成形体33に一体化して図
5に示す電池パックを構成することもできる。
【0044】図7は、二次電池31と電池回路構成部材
(図示しない)を一体化し、扁平な面の上下からフィル
ム体32,34を対向させて配置した状態を示す。この
状態で、側周部を樹脂モールドなどの方法で樹脂成形体
33を形成すると、フィルム体32,34と樹脂成形体
33とが一体化されて図5に示す電池パックが完成す
る。
【0045】
【発明の効果】以上説明した通り本発明によれば、扁平
形状に形成されたケースの底面がフィルム体によって形
成されているので、外装ケースの薄型化が可能で、薄型
の電池パックを構成することができ、携帯電子機器の薄
型化の要求に応える電池パックを提供することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1の実施形態に係る電池パックの構成を示す
分解斜視図。
【図2】同上構成における外装ケースの断面図。
【図3】第2の実施形態に係る電池パックの断面図。
【図4】第3の実施形態に係る電池パックの断面図。
【図5】第4の実施形態に係る電池パックの断面図。
【図6】第4の実施形態に係る電池パックの組立途中工
程を示す断面図。
【図7】第4の実施形態に係る電池パックの別の組立途
中工程を示す断面図。
【図8】従来技術に係る電池パックの構成を示す分解斜
視図。
【符号の説明】
1,31,41 二次電池 2 回路基板 7,21 上ケース 7a,8a,33 樹脂成形体 7b,8b,32,34 フィルム体 8,22 下ケース 10,20,35 外装ケース
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 森 猪一郎 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 鳥山 幸一 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 浜尾 尚宏 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 渡辺 正 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Fターム(参考) 5H040 AA01 AA33 AS13 AS14 AS15 AT01 AT04 AY06 CC01 DD08

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 平面状に配置された1又は複数の二次電
    池が扁平形状の略直方体の外装ケースに収容され、前記
    二次電池に接続された外部接続用端子を外部露出させて
    なる電池パックであって、 前記外装ケースは、少なくとも一方面側の主面における
    任意範囲がフィルム体に、他の部位が樹脂成形体によっ
    て形成され、前記外部接続用端子が樹脂成形体の形成部
    位から外部露出していることを特徴とする電池パック。
  2. 【請求項2】 樹脂成形により略四角形の半殻体に形成
    された上下一対の外装ケースを互いの開口部を対向させ
    互いの開口端縁で接合された中に、1又は複数の二次電
    池と電池回路とが収容され、任意の側周面から外部接続
    用端子を外部露出させてなる電池パックであって、 前記上下一対の外装ケースは、少なくとも一方の半殻体
    の底面となる部位の任意範囲がフィルム体に、他の部位
    が樹脂成形体によって形成されてなることを特徴とする
    電池パック。
  3. 【請求項3】 フィルム体の周縁部分は樹脂成形体にイ
    ンサート成形されてなる請求項1に記載の電池パック。
  4. 【請求項4】 複数の二次電池を配列した隣り合う二次
    電池間に生じる空隙を埋めるように樹脂成形体がフィル
    ム体に成形されてなる請求項1〜3いずれか一項に記載
    の電池パック。
  5. 【請求項5】 フィルム体は、その外面側となる面に硬
    質膜を接合した複合フィルムに形成されてなる請求項1
    〜4いずれか一項に記載の電池パック。
  6. 【請求項6】 フィルム体は、その内面側となる面に接
    着層が形成されてなる請求項1〜5いずれか一項に記載
    の電池パック。
  7. 【請求項7】 フィルム体が樹脂中に芯材を配した強化
    プラスチックフィルムである請求項1〜6いずれか一項
    に記載の電池パック。
  8. 【請求項8】 外装ケースの樹脂成形体にガス抜き孔が
    形成されてなる請求項1〜7いずれか一項に記載の電池
    パック。
  9. 【請求項9】 電池回路は回路基板を設けて構成され、
    前記回路基板は二次電池の短側面に配設されてなる請求
    項1〜8いずれか一項に記載の電池パック。
  10. 【請求項10】 電池回路は回路基板を設けて構成さ
    れ、前記回路基板は外装ケースに配設されてなる請求項
    1〜8いずれか一項に記載の電池パック。
  11. 【請求項11】 回路基板に外部接続端子が形成され、
    前記外部接続端子を外装ケースの側周面に形成された開
    口部から外部露出させてなる請求項9又は10に記載の
    電池パック。
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