JP2010061908A - パック電池 - Google Patents

Abstract

【課題】小型化・軽量化を図りながら、高い機械的強度を有するパック電池を提供する。
【解決手段】パック電池１では、外装ケース１１、１２の組み合わせによりパッケージ本体１０の外観が構成されている。パッケージ本体１０では、内方に複数の素電池が収納されている。外装ケース１１、１２は、樹脂材料からなり、長尺状の外観形状を有する。パック電池１では、外装ケース１２における外面に対して、長手方向に延伸する補強部材１４が接合されている。補強部材１４は、ステンレス鋼材などの金属材料からなり、Ｙ−Ｚ断面がＬ字形をしている。
【選択図】図１

Description

本発明は、パック電池に関し、特に長尺状の外観形状を有するパック電池における曲げ剛性の確保のための技術に関する。

近年では、ノートブック型パーソナルコンピュータ（以下、「ノートパソコン」と記載する。）や、携帯電話機などのモバイル機器の電源として、パック電池が広く用いられている。
パック電池は、樹脂材料からなる外装ケースの中に、一または複数の素電池と、素電池と外部機器との間の電力流通路中に介挿される回路基板（素電池の保護や充放電制御のための回路基板）とが収納された構成を有する（例えば、特許文献１，２を参照）。モバイル機器は、近年、ますます小型・軽量化が図られてきており、これに伴い、パック電池にも小型化・軽量化が求められている。また、パック電池には、モバイル機器の本体構造の設計に合わせて、その空いたスペースへの装着が求められる。例えば、ノートパソコン用のパック電池は、ノートパソコンの背面部分において、モニタ支持用のヒンジ下部などに装着される。
特開２００１−２６６８２０号公報 特開２００５−１２３１３６号公報

しかしながら、パック電池においては、軽量化および高エネルギ密度化などのためにケースの肉厚がより薄くなっていることにより、自身の機械的強度の低下という問題が生じることが考えられる。例えば、ノートパソコン用のパック電池では、外観形状が扁平長尺状のものが考えられるが、この場合、ケースの長手方向中央部分に外力が作用したときに、ケースにクラックなどのダメージを受けるおれがある。

本発明は、上記問題に鑑みなされたものであって、小型化・軽量化を図りながら、高い機械的強度を有するパック電池を提供することを目的とする。

そこで、本発明に係るパック電池は、次の構成を採用する。
本発明に係るパック電池は、外装ケースと、一または複数の素電池とを備える。外装ケースは、長尺状の外観形状を有する。一または複数の素電池は、外装ケースの内方に収納されている。
そして、本発明に係るパック電池では、外装ケースにおいて、長手方向に延伸する状態に、曲げ剛性を補強するための補強部が形成されていることを特徴とする。

本発明に係るパック電池では、長尺状の外観形状を有する外装ケースにおいて、その長手方向に延伸する補強部が形成されている。補強部は、外装ケースにおける曲げ剛性の補強の役割を担う。このため、本発明に係るパック電池では、外装ケースに外力が加わった場合にも、補強部の付加により外装ケース全体での曲げ剛性の向上が図られ、外装ケースにおける肉厚の薄肉化を図って行く場合にあっても、高い剛性を確保することができる。

従って、本発明に係るパック電池は、小型・軽量化を図りながら、高い機械的強度を有する。
本発明に係るパック電池は、次のようなバリエーションを採用することができる。
本発明に係るパック電池では、延伸する方向と交差する断面がＬ字形をした板部材により補強部を構成することができる。そして、この場合には、Ｌ字形の断面をした板部材を、外装ケースにおける長手方向に延びる一辺に沿って、その外壁面に接合する。このような構成を採用すれば、外装ケースなどの構成要素を大きく設計変更することなく、簡易に機械的強度の向上を図ることができる。

また、本発明に係るパック電池では、Ｌ字形の断面をした板部材を金属材料から形成しておく、という構成を採用することができる。このようにすれば、肉厚の薄いＬ字形断面の板部材を用いながら、高い機械的強度を確保することができる。
また、本発明に係るパック電池では、Ｌ字形の断面をした板部材を金属材料で構成する場合、これを外装ケースに接合した上で、その上から樹脂シートで被覆することができる。このようにすれば、金属材料からなる補強用の板部材を用いながら、装着機器などとの電気的な絶縁を確実に図ることができる。

また、本発明に係るパック電池では、補強部を、外装ケースにおける一の外壁と一体に形成し、且つ、長手方向に延伸する板体により構成する、とういう構成を採用することができる。この構成を採用する場合には、上記の構成とは異なり、補強部を外装ケースと一体に形成しているので、部品点数の増加を招くことがない。よって、このような構成では、製造上における煩雑さを伴うことなく、機械的強度の向上を図ることができる。

また、本発明に係るパック電池では、上記のように、補強部（板体）を外装ケースと一体に設ける場合において、外装ケースの一の外壁面と板体との間に隙間をあけ、この隙間に一または複数のリブを介在させる、という構成を採用することができる。なお、リブの形態については、外装ケースにおける一の外壁面および板体の内壁面の双方に交差し、且つ、双方と一体に形成されている、という構成を採用することができる。

また、本発明に係るパック電池は、長手方向における中央部分において、他よりも高さの低い凹部が形成された外装ケースを備える場合、上記のような補強部を、凹部を包含する領域に形成することにすれば、機械的強度の向上を図る上で効果的である。
また、本発明に係るパック電池は、装着受入部分に凸部が形成されてなる機器に装着されるものであって、外装ケースにおける凹部が装着対象である機器の凸部を回避する状態に形成されている、という構成を採用することができる。なお、上記装着対象である機器は、例えば、ノートパソコンや携帯電話機、あるいは、電動アシスト自転車、電動工具などが該当する。

以下では、本発明を実施するための最良の形態について、一例を示して説明する。なお、以下の説明で用いる実施の形態は、本発明の構成および作用・効果を分かりやすく説明するために用いる一例であって、 本発明は、その本質的部分以外に何ら以下の形態に限定を受けるものではない。
［実施の形態１］
１．パック電池１の全体構成
本実施の形態に係るパック電池１の構成について、図１〜図２を用い説明する。

図１に示すように、パック電池１は、奥行（Ｘ軸方向長さ）および高さ（Ｚ軸方向長さ）に比べて、幅（Ｙ軸方向長さ）が広い長尺状をしたパッケージ本体１０を備える。パッケージ本体１０は、ケース１１とケース１２により外装が構成されている。パッケージ本体１０では、Ｘ軸方向手前にコネクタ１３が露出している。
パッケージ本体１０には、Ｚ軸方向上方に向けて２つの突起１０ｂ１、１０ｂ２が突設されている。そして、パッケージ本体１０には、補強部が形成されており、この補強部として、２つの突起１０ｂ１、１０ｂ２が突設された箇所を含む部分に補強部材１４が接合されている。補強部材１４は、パッケージ本体１０におけるケース１２の一辺に沿って配された状態で接合されており、Ｘ−Ｚ断面がＬ字形をしている。また、補強部材１４は、金属材料（例えば、ステンレス鋼板）から形成されており、パッケージ本体１０の２つの突起１０ｂ１、１０ｂ２の通過を許す孔１４ｂ１、１４ｂ２が設けられている。

なお、補強部材１４については、上記のように、ステンレス鋼板などの金属材料を用い形成することが望ましいが、装着時における電子機器への磁気の影響を考慮して、非磁性の金属材料（例えば、ＳＵＳ３０４）を用いることがより望ましい。
パッケージ本体１０には、補強部材１４を覆う状態で、ラベル１５およびラバーグリップ１６が、順に接合されている。ラベル１５は、樹脂製シートからなり、補強部材１４のカバーとして機能する。ラバーグリップ１６は、ゴムからなり、ユーザがパック電池１を把持する際のグリップとして機能する。また、パック電池１をノートパソコンなどの電子機器に装着したときに、ラバーグリップ１６は、電子機器の底面に位置して、机上で電子機器を利用するときの、滑り止めとして機能したり、電子機器を持ち運ぶときのグリップとして機能する。

なお、ケース１２と補強部材１４とは、両面に粘着剤が塗布されたテープで接合されており、補強部材１４とラベル１５とは、糊剤（例えば、シルク糊）で接合されている。また、ラバーグリップ１６は、両面に粘着剤が塗布されたテープにより、ラベル１５およびケース１２に接合されている。
図１に示すように、パック電池１では、Ｙ軸方向の中程において、Ｚ軸方向厚みが薄くなって凹んだ凹部１０ｈが形成されている。この凹部１０ｈは、装着するモバイル機器の形状に合わせて設けられているものである。即ち、装着対象である機器の装着受入部分には、凸部が形成されており、この装着対象である電子機器の凸部を回避するように、凹部１０ｈが形成されている。

図２は、図１に示すパック電池１を矢印Ａの方向から見た図である。
図２に示すように、パック電池１のＹ軸方向中程には凹部１０ｈが形成されているのであるが、この部分にも、ケース１２の背板１２ａが設けられている。そして、上述したように、ケース１２には、凹部１０ｈを包含する状態で補強部材１４が接合されている。即ち、パック電池１では、矢印Ｂで示す部分が補強部材１４により、その機械的強度の向上が図られている。

２．パック電池１の内部構成
パック電池１の内部構成について、図３を用い説明する。図３は、パック電池１の内部構成を示す展開斜視図である。
図３に示すように、パック電池１には、ケース１１とケース１２とで形成される内部空間に、４つの素電池１７ａ〜１７ｄが収納されている。各素電池１７ａ〜１７ｄは、扁平角型の外観形状を有するリチウムイオン二次電池である。４つの素電池１７ａ〜１７ｄは、Ｙ軸方向において、２つの素電池１７ａ、１７ｂが互いに近接して配され、２つの素電池１７ｃ、１７ｄが互いに近接して配されている。そして、素電池１７ｂと素電池１７ｃとの間には間隙が開けられている。この間隙は、ケース１１の段差下部１１ｈに対応しており、パッケージ本体１０の完成後に凹部１０ｈとなる箇所である。

また、ケース１１とケース１２とで構成される内部空間には、素電池１７ａ〜１７ｄの他に、コネクタ１３と素電池１７ａ〜１７ｄとの間の電力流通路中に介挿され、素電池１７ａ〜１７ｄの保護および充放電制御などを行う回路基板１８も収納されている。回路基板１８は、基板に複数の電子部品が実装されて構成されている。
図３にも示すように、ケース１２の背板１２ａは、ケース１１の段差下部１１ｈに対応する箇所を含み、Ｙ軸方向の端から端まで設けられている。

３．パック電池１の優位性
パック電池１の優位性について、図４を用い説明する。
図４に示すように、パック電池１に対し、Ｙ軸方向両側部分を支持点Ｓ１、Ｓ２とし、中程の凹部１０ｈに負荷Ｆをかける。
本実施の形態に係るパック電池１では、ケース１２に対し、そのＹ軸方向の端から端まで延伸する補強部材１４を接合している（図１を参照）。このため、パック電池１では、負荷Ｆが作用した場合にあっても、パッケージ本体１０のケース１１、１２にダメージを受け難い。具体的には、負荷Ｆがかけられた場合には、凹部１０ｈにＺ軸方向下向きの応力が加わり、ケース１２の背板１２ａにおける矢印Ｃの部分にダメージを受けやすいが、補強部材１４の接合により強度の向上が図られているので、矢印Ｃの部分にダメージを受け難い。

なお、ケース１１、１２のより一層の薄肉化を図って行く場合にあっても、本実施の形態に係るパック電池１ではＹ軸方向に延伸する補強部材１４をケース１２に接合しているので、接合していない場合に比べて曲げ剛性の向上が図られ、高い機械的強度を有する。
［実施の形態２］
実施の形態２に係るパック電池２の構成について、図５を用い説明する。なお、本実施の形態に係るパック電池２は、ケース２２の補強構造を除き、上記実施の形態１に係るパック電池１と同様の構成を有するので、重複する構成については、図中で同一符号を付し、以下での説明を省略する。

図５（ａ）、（ｂ）に示すように、パック電池２では、ケース２２の背板２２ａ部分に対し、その長手方向に延伸する補強部２２ｂが一体形成されている。補強部２２ｂは、ケース２２の背板２２ａに対して、間隔をあけて対向しており、その間が複数のリブにより接合されている。即ち、ケース２２における補強部２２ｂは、複数の箱状体が連続して一体形成された状態になっており、背板２２ａとの間に空隙２２ｃを有する。

図５（ａ）に示すように、本実施の形態に係るパック電池２においても、ケース１１の長手方向中程に段差が設けられており、凹部２０ｈが形成されている。図５（ｂ）に示すように、ケース２２の補強部２２ｂは、凹部２０ｈを包含する状態に延伸形成されている。
なお、ラバーグリップ１６は、ケース２２に直接接合されている。

本実施の形態に係るパック電池２では、ケース２２の背板２２ａと一体に形成された補強部２２ｂにより、機械的強度の向上が図られている。このため、本実施の形態に係るパック電池２では、上記実施の形態１に係るパック電池１よりも、部品点数を低減しながら、その機械的強度の向上を図ることができる。よって、本実施の形態に係るパック電池２では、製造コストの上昇を抑えながら機械的強度の向上を図ることが可能である。

また、パック電池２では、ケース２２において、背板２２ａと補強部２２ｂとの間に空隙２２ｃを有するので、背板２２ａと補強部２２ｂとの間を中実とする場合に比べて、機械的強度の向上を図りながら、軽量化を図ることができる。また、背板２２ａと補強部２２ｂとの間は、複数のリブにより接合され、複数の箱状体が連続形成された状態となっている。このため、パック電池２では、軽量化を図りながら、機械的強度の向上が図られる。
［その他の事項］
上記実施の形態１、２に係るパック電池１、２の外観構成は、一例を示すものであって、本発明は、これに限定を受けるものではない。即ち、長尺状の外観構成を有するものであればよく、上記実施の形態１、２に係るパック電池１、２のように長手方向中程に必ずしも凹部１０ｈ、２０ｈを有していなくてもよい。このような形態の場合においても、補強部材１４または補強部２２ｂを設けることによって、長手方向の一部に負荷を受けた場合の機械的強度を確保することができる。

また、上記実施の形態１に係るパック電池１では、補強部材１４として、金属材料からなり、Ｌ字形断面を有する部材を用いたが、材料および形状などはこれに限定を受けるものではない。例えば、長尺平板をケース１２の背板１２ａに接合するだけでも、機械的強度の向上に寄与する。ただし、Ｌ字状断面とすることにより、ケース１２の外壁面に沿わすことにより大きな容積を必要とせず、また、機械的強度の向上を図ることができる。

補強部材１４を構成する材料も、金属材料に限らず、セラミックス材料や強化プラスチック材料等を用いることも可能である。さらには、ケース１２の背板１２ａに炭素繊維や金属繊維などを貼り付けることもできる。
なた、上記実施の形態２に係るパック電池２では、ケース２２の背板２２ａに複数の箱状体が連続した形態の補強部２２ｂを設けたが、必ずしも図５（ａ）、（ｂ）の形態に限定を受けるものではない。例えば、ハニカム状の補強部を設けることもできる。

また、上記実施の形態１、２に係るパック電池１、２では、素電池１７ａ〜１７ｄとして、扁平角型の外観形状を有するリチウムイオン二次電池を適用したが、形態および種類はこれに限定されるものではない。例えば、形態については、円筒型などを適用することもできるし、種類は、ニッケルカドミウム二次電池やニッケル水素二次電池を適用することもできる。

また、上記実施の形態１、２に係るパック電池１、２では、ケース１１、１２、２２で構成される外装の内部に、素電池１７ａ〜１７ｄの他に回路基板１８なども収納されている構成を一例として採用したが、例えば、素電池としてニッケル水素二次電池などを採用する場合には、回路基板を必ずしも内蔵している必要はない。

本発明は、小型化・軽量化を図りながら高い機械的強度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１に係るパック電池１の構成を示す展開斜視図である。 パック電池１をケース１１側から見た斜視図である。 パック電池１の内部構成を示す展開斜視図である。 パック電池１に対する剛性試験の方法を示す斜視図である。 実施の形態２に係るパック電池２の構成を示す斜視図である。

符号の説明

１，２．パック電池
１０．パッケージ本体
１１，１２，２２．ケース
１３．コネクタ
１４．補強部材
１５．ラベル
１６．ラバーグリップ
１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄ．素電池
１８．回路基板

Claims (8)

1. 長尺状の外観形状を有する外装ケースと、前記外装ケースの内方に収納された一または複数の素電池とを備えるパック電池であって、
   前記外装ケースには、長手方向に延伸する状態に、曲げ剛性を補強するための補強部が形成されている
   ことを特徴とするパック電池。
2. 前記補強部は、前記延伸する方向と交差する断面がＬ字形をした板部材により構成されており、
   前記Ｌ字形の断面をした部材は、前記外装ケースにおける前記長手方向に延びる一辺に沿って、その外壁面に接合されている
   ことを特徴とする請求項１に記載のパック電池。
3. 前記Ｌ字形の断面をした板部材は、金属材料から形成されている
   ことを特徴とする請求項２に記載のパック電池。
4. 前記Ｌ字型の断面をした板部材は、前記外装ケースに接合された状態で、外面が樹脂シートにより被覆されている
   ことを特徴とする請求項３に記載のパック電池。
5. 前記補強部は、前記外装ケースにおける一の外壁と一体に形成され、且つ、前記長手方向に延伸する板体により構成されている
   ことを特徴とする請求項１に記載のパック電池。
6. 前記外装ケースにおける一の外壁面と前記板体とは、互いの間に隙間をあけて対向しており、
   前記一の外壁面と前記板体との間には、前記一の外壁面および前記板体の内壁面の双方に交差し、且つ、双方と一体に形成された一または複数のリブが介在されている
   ことを特徴とする請求項５に記載のパック電池。
7. 前記外装ケースには、長手方向における中央部分において、他よりも高さの低い凹部が形成されており、
   前記補強部は、前記外装ケースの長手方向において、前記凹部を包含する領域に形成されている
   ことを特徴とする請求項１から６の何れかに記載のパック電池。
8. 装着対象とする機器には、装着受入部分に凸部が形成されており、
   前記外装ケースにおける凹部は、前記機器の凸部を回避する状態に形成されている
   ことを特徴とする請求項７に記載のパック電池。

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