JP3592193B2 - 電池パック - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、二次電池によって構成し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、モバイルコンピュータ等の携帯情報機器や携帯型音響機器などは、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。その鍵を握っているのが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】
二次電池を用いた電池電源装置（電池パック）の軽量化、薄型化は、取りも直さず二次電池の軽量化、薄型化を達成することにあり、これを目的として金属層の両面を複数の樹脂層で被覆したラミネートシートを外装ケースとして、これに発電要素を封入した二次電池が実用化されている。このラミネートシートを外装ケースとした二次電池を用いることにより、軽量化、薄型化された電池パックを構成することができる。特に、電池容量を大きくするために複数の二次電池を並列接続する場合、あるいは、比較的高い電圧を得るために複数の二次電池を直列接続する場合などでは軽量化がより促進され、板状の薄い電池パックが構成でき、携帯機器の軽量化、薄型化の要求に応えることができる。
【０００４】
このように電池パックを構成するとき、パックケース内には水が侵入しないように少なくとも生活防水程度には防水対策を施す必要がある。この防水対策を施す上で問題となるのは、電池パックの外部入出力端子の処理であって、パックケースの外部に露出する接触面から内部に向けて延出する電気的接続部があり、ここが水の侵入路となる。
【０００５】
この対策として従来技術においては、図１２に示すように、パックケース５０の端子取付け凹部５２に形成されたスリット穴５１、５１に外部から挿入された外部入出力端子５５の挿入片５５ａ、５５ａには、パックケース５０の内面側に端子取付け凹部５２を埋めるように挿入片５５ａ、５５ａに被さるゴム質部材５３が配設され、挿入片５５ａ、５５ａとスリット穴５１、５１との間の隙間からの水の侵入を防いでいる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来構成では、外部入出力端子からの水の侵入を防ぐためにゴム質部材５３が必要となり、構成部材の増加に伴って、その取付け作業も必要となり、電池パックのコストアップにつながる。また、小型軽量化、薄型化された電池パックではゴム質部材５３の取付け作業は困難を伴い、軽量化を損なうものとなる。
【０００７】
本発明が目的とするところは、外部入出力端子の取付け部位の防水対策を簡易に且つ安価に構成した電池パックを提供することにある。
【０００８】
【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、樹脂成形によって形成されたパックケース内に二次電池を収容し、この二次電池に接続される外部入出力端子がパックケースの所定位置に外部に接触面を露出させて取り付けられた電池パックであって、前記パックケースの所定位置に、外面側はスリット状に開口し、内面側は開口を薄肉成形された封止膜で閉じた取付け穴が形成され、前記外部入出力端子は、前記接触面から直角に立ち上げ、その幅方向の両側に取付け穴の長さ以上に突出する戻り止めを設けた挿入片が形成されてなり、前記取付け穴の外面側から前記挿入片を挿入して外部入出力端子を圧入することにより、挿入片の先端によって前記封止膜が破断され、前記戻り止めが取付け面の内面縁に係止され、外部入出力端子がパックケースに取り付けられるように構成されてなることを特徴とするものである。
【０００９】
上記構成によれば、外部入出力端子をパックケースに取り付けるとき、挿入片の先端が取付け穴の封止膜を破断させてパックケース内に侵入するので、挿入片には破断された封止膜が密着して挿入片と取付け穴との隙間を閉じ、外部から隙間を通じて水がパックケース内に侵入することが防止される。また、挿入片が取付け穴に挿入端まで挿入されたとき、挿入片に形成された抜け止めが取付け穴の周囲面に係止されるので、外部入出力端子は挿入動作のみでパックケースに固定することができる。
【００１０】
【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。
【００１１】
本発明の実施形態は、ラミネートシートによって形成された外装ケース内に発電要素を収容した二次電池１を３個並列接続した電池パックの構成を示すもので、図１（ｂ）に示すように、パックケース２を構成する下ケース２ｂ内に３個の二次電池１と回路基板３とを収容し、下ケース２ｂに上ケース２ａを接合することによって、図１（ａ）の外観図に示すように偏平な二次電池パックに形成したものである。
【００１２】
前記二次電池１は、リチウムポリマ二次電池として構成されたもので、金属層の両面を複数の樹脂層で被覆したラミネートシートを２つ折りにして、図２（ｂ）に示すように、２つ折りするラミネートシートの一方面側に形成された凹部２９内に発電要素を収容し、図２（ａ）に示すように、３方のシール辺Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３を熱シールして外装ケース４を形成し、発電要素を構成する積層極板３０の正極極板に接続された正極リード１１及び負極極板に接続された負極リード１２は、外装ケース４の同一のシール辺Ｐ３から外部に引き出されている。外装ケース４を形成した両側のシール辺Ｐ１、Ｐ２は、図２（ｃ）に示すように、折り曲げて平板面上に粘着テープ３１で固定され、幅寸法の縮小を図っている。
【００１３】
この二次電池１は、図３に示すように、樹脂成形によって半殻体に形成された下ケース２ｂ内に配設される。図示するように下ケース２ｂには、複数の二次電池１それぞれを個別に位置決めする電池位置決めリブ６ａ、６ｂ、６ｃが形成され、下ケース２ｂの内周壁２８と共に各二次電池１を囲んで収容位置を規制する位置規制壁を構成し、二次電池１はその４辺で位置決め保持される。この下ケース２ｂの底面にはプラス入出力端子２５ａ、マイナス入出力端子２５ｂ、温度検出端子２５ｃからなる外部入出力端子２５が取り付けられ、それぞれにプラスリード板２２ａ、マイナスリード板２２ｂ、温度検出リード板２２ｃからなるリード板２２が接合され、それぞれの一端が回路基板３の配設位置の下に位置している。回路基板３は基板位置決めリブ７ａ、７ｂと内周壁２８とによって位置決めされ、下ケース２ｂ上に回路基板３が配置されたとき、回路基板３に形成されたプラス接続端子２０ａ、マイナス接続端子２０ｂ、温度検出接続端子２０ｃからなる接続端子２０それぞれの孔に対応するリード板２２がそれぞれ入るので、リード板２２と接続端子２０とをハンダ付けして両者が接続され、回路基板３が外部入出力端子２５に接続された状態が得られる。この接続構成により外部入出力端子２５から回路基板３を通じて二次電池１に対する充放電を行うことができる。
【００１４】
前記外部入出力端子２５は、図４に示すように、下ケース２ｂの外面側に膨出し、内面側に凹部を形成した端子取付け凹部６１に取り付けられる。図５、図６、図７は、前記外部入出力端子２５の取り付け構造を示すものである。図５（ａ）に示すように、下ケース２ｂに形成された端子取付け凹部６１には、外部入出力端子２５を構成するプラス入出力端子２５ａ、マイナス入出力端子２５ｂ、温度検出端子２５ｃ毎に、その挿入片６２の幅と厚さとに対応するスリット状に外部側に向けて開口する取付け穴６０、６０が形成され、その内部側は樹脂成形時に薄膜状に形成された封止膜６０ａ、６０ａによって閉じられている。図６は、プラス入出力端子２５ａの形状を示すもので、下ケース２ｂから外部に露出して機器側プローブが接触する接触面６５の両側から一対の挿入片６２、６２が直角に立ち上げ形成され、その先端両側には抜け止め６３がそれぞれ形成されている。また、一方の挿入片６２にはリード片６４が延出形成され、回路基板３に接続するためのリード板２２が接合される。尚、マイナス入出力端子２５ｂも同一形状に形成されており、温度検出端子２５ｃは幅が狭く形成されているのみで、構造上は同様のものであり、ここではプラス入出力端子２５ａの取り付けについて説明するが、他の端子についても同様に取り付けられる。
【００１５】
図６に示すプラス入出力端子２５ａはリード片６４から取付け穴６０に圧入すると封止膜６０ａは破断してリード片６４は下ケース２ｂの内部に挿入され、引き続き挿入片６２、６２をそれぞれ取付け穴６０、６０に圧入すると封止膜６０ａは全体的に破断し、挿入端で図７に示すように抜け止め６３が取付け穴６０の内面縁に係止されて、プラス入出力端子２５ａは下ケース２ｂに固定される。また、破断した封止膜６０ａは挿入片６２に密着するので、取付け穴６０と挿入片６２との間の間隙から下ケース２ｂ内に水が侵入することは防止される。この防水効果は生活防水程度であるが、雨滴、水滴からの防御は可能で、電池パックとして充分に機能する。
【００１６】
外部入出力端子２５及びリード板２２を取付け、回路基板３が配設された下ケース２ｂ上に３個の二次電池１を位置決め配置すると、図８に示すように、各二次電池１それぞれの正極リード１１及び負極リード１２は、その先端が回路基板３に形成されたハンダ付けランド２１上に位置するようになる。正極リード１１及び負極リード１２それぞれには、予めその先端にニッケル板によって形成された接続部材１９が超音波溶接され、この接続部材１９を基板１０上に導体パターンにより形成されたハンダ付けランド２１にハンダ付けすることにより、３個の二次電池１の回路基板３への接続がなされる。このように接続部材１９を用いるのは、正極リード１１がアルミニウムであり、ハンダ付けができないため、容易なハンダ付けを可能とするものである。
【００１７】
回路基板３は両面基板として形成され、裏面に各ハンダ付けランド２１を接続して各二次電池１を並列接続する導体パターン９が形成され、表裏の導体パターン９は要所でスルーホール１３によって接続され、電池保護装置を構成する過電流保護素子８及び保護回路５の回路パターンが形成されている。
【００１８】
各二次電池１を回路基板３に接続することによって、図９の回路図に示すように、各二次電池１はそれぞれ過電流保護素子８を直列接続した状態にして並列接続され、並列接続された３個の二次電池が保護回路５を通じて接続端子２０に接続された回路構成が得られる。過電流保護素子８は、各二次電池１それぞれに過大な充放電電流が流れたときに溶断して二次電池１個々の破損を防止するものである。また、保護回路５は、ＩＣ部品を含む複数の電子部品を基板１０上の所定位置に集中的に実装し、樹脂モールド２６により被覆して構成されたもので、過充電、過放電等の二次電池パックとしての異常状態を検出したとき、入出力回路を遮断して二次電池１を異常状態から保護するものである。これら過電流保護素子８及び保護回路５によって電池保護装置が構成されており、この二次電池パックに接続される機器の故障や誤動作、あるいは間違った使用などによる二次電池の破損を防止することができる。
【００１９】
このように下ケース２ｂ内に全ての構成要素が収容された後、図１に示すように、下ケース２ｂに上ケース２ａが超音波接合され、複数の二次電池１をパックケース２内に封じた電池パックが完成される。
【００２０】
上ケース２ａには、図１０に示すように、下ケース２ｂの内周壁２８と外周壁２７との間に形成された側周溝３４に嵌入する側周リブ３３と、下ケース２ｂに形成された電池位置決めリブ６ｂ、６ｂの間の電池保持溝３５に嵌入する電池保持リブ３６と、下ケース２ｂに形成された電池位置決めリブ６ａと基板位置決めリブ７ａとの間に嵌入するリード辺保持リブ３７と、回路基板３の厚さ方向の位置を規制する基板押さえリブ３８とが形成されている。また、位置決めリブ３９が３ヵ所の隅に形成され、下ケース２ｂに形成された位置決め部４０に嵌合できるように構成されている。
【００２１】
前記位置決めリブ３９を下ケース２ｂの位置決め部４０に挿入して上ケース２ａを下ケース２ｂに位置決めし、上ケース２ａを下ケース２ｂ側に加圧すると、側周リブ３３は側周溝３４に、電池保持リブ３６は電池保持溝３５に、リード辺保持リブ３７は電池位置決めリブ６ａと基板位置決めリブ７ａとの間に嵌入し、それぞれリブ先端に形成されたＶ字リブは溝の底に形成されたＶ字溝に嵌まり合う。この状態で上ケース２ａと下ケース２ｂとを超音波溶接装置のホーンと受け治具とにより挟圧し、ホーンから超音波加振すると、上ケース２ａと下ケース２ｂとはＶ字リブ４２とＶ字溝４３との間で溶着される。このように上ケース２ａと下ケース２ｂとを凹部に凸部が嵌まり合う構造に嵌合させることによって確実な位置決めがなされると同時にパックケース２の剛性を高めることができる。また、凹部の底で凸部の先端を超音波接合することによって、接合部が外部に露出せず、これが周辺部だけでなく複数の二次電池１を囲む位置でもなされるので、パックケース２の捻じりや曲げに対する強度を向上させることができる。
【００２２】
図１１は、二次電池１のパックケース２内への収容状態を示すもので、（ａ）は二次電池１の短手方向、（ｂ）は二次電池１の長手方向の断面図である。図示するように、下ケース２ｂの二次電池１の平板面と接する部位は薄肉成形された弾性変形面４４に形成されている。弾性変形面４４は、その周囲から段差Ｈだけ低い位置に薄肉成形され、二次電池１が膨張によりその厚さが変化した場合に平面状態を保って弾性変形する。図４に示すように、この弾性変形面４４には薄肉成形されているので、刃物等による突き刺しにより二次電池１が損傷を受けることを防止するため、ステンレス薄板４５が貼着されている。このステンレス薄板４５はその角部には突出部４５ａが形成されて貼着時の位置決めを容易にし、４辺には弾性変形面４４を被覆しない部分を設けて、弾性変形面４４の弾性変形する部分の変形を阻害しないようにしている。尚、外部入出力端子２５が設けられた位置に配設される二次電池１に対しては、薄肉成形された弾性変形溝４６を設け、同様に二次電池１の厚さ変化に対応できるようにしている。
【００２３】
充放電の繰り返しや経年変化により極板が膨張したとき、この二次電池１のように外装ケース４がラミネートシートのような軟質のもので形成されている場合に、二次電池１の厚さが平均的に増加し、弾性変形面４４を押し上げる。弾性変形面４４はその周辺部で変形するので、弾性変形面４４の中央部は平面状態を保って段差Ｈの中で浮き上がる。従って、段差Ｈを二次電池１の厚さ変化量に対応して設定することにより、二次電池１の厚さ変化によって電池パックの厚さに変化を来すことがなく、電池パックを装着する機器に影響を与えることがない。
【００２４】
また、図１０、図１１（ａ）に示すように、上ケース２ａの内面に二次電池１の長手方向に膨出部４７が形成され、二次電池１をパックケース２内に収容したとき、二次電池１を弾性変形面４４との間で挟み込む。弾性変形面４４はその弾性により二次電池１に圧縮方向の力を加えるので、二次電池１には常時緊迫力が加わって極板の膨張が抑制される。また、ラミネートシートのような軟質材料によって外装ケース４を形成した二次電池１は、積層された極板群を拘束する力が弱く、衝撃や振動が加わった場合に積層された極板に位置ずれが生じやすくなるが、側面が４辺で囲まれ、厚さ方向には緊迫力が加えられていることにより、極板の移動が規制される。
【００２５】
以上説明した実施形態の構成は、３個の二次電池１をパックケース２内に収容した場合であるが、３個以下、３個以上の場合にも同様に構成することができる。
【００２６】
【発明の効果】
以上の説明の通り本発明によれば、外部入出力端子の挿入片を取付け穴に圧入することにより破断した封止膜が挿入片に密着するので、挿入片と取付け穴との間の隙間が埋められ、パックケース内への水の侵入を防ぐことができる。この防水のために部材を用意する必要がなく、電池パックのコストダウンと作業工数の削減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態に係る二次電池パックの（ａ）は外観図、（ｂ）はパックケースを開いた状態の斜視図である。
【図２】二次電池の構成を示す（ａ）は外装ケースのシール状態を示す平面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は完成状態の平面図である。
【図３】下ケースの内面側の構成を示す平面図である。
【図４】下ケースの外面側の構成を示す平面図である。
【図５】外部入出力端子の取付け構造を示す（ａ）は取付け前、（ｂ）は取付け後のＢ−Ｂ線矢視断面図である。
【図６】プラス入出力端子の構成を示す斜視図である。
【図７】外部入出力端子が取り付けられた状態を示すＣ−Ｃ線矢視断面図である。
【図８】下ケース上に回路基板と二次電池とを収容した状態を示す平面図である。
【図９】二次電池パックの電気的接続を示す回路図である。
【図１０】上ケースの内面側の構成を示す平面図である。
【図１１】パックケース内への二次電池の収容状態を示す（ａ）は二次電池短手方向、（ｂ）は二次電池長手方向の断面図である。
【図１２】従来技術に係る防水構造を示す断面図である。
【符号の説明】
１ 二次電池
２ パックケース
２ａ 上ケース
２ｂ 下ケース
２５ 外部入出力端子
６０ 取付け穴
６０ａ 封止膜
６２ 挿入片
６３ 抜け止め
６４ リード片
６５ 接触面

Claims (1)

1. 樹脂成形によって形成されたパックケース内に二次電池を収容し、この二次電池に接続される外部入出力端子がパックケースの所定位置に外部に接触面を露出させて取り付けられた電池パックであって、
   前記パックケースの所定位置に、外面側はスリット状に開口し、内面側は開口を薄肉成形された封止膜で閉じた取付け穴が形成され、
   前記外部入出力端子は、前記接触面から直角に立ち上げ、その幅方向の両側に取付け穴の長さ以上に突出する戻り止めを設けた挿入片が形成されてなり、
   前記取付け穴の外面側から前記挿入片を挿入して外部入出力端子を圧入することにより、挿入片の先端によって前記封止膜が破断され、前記戻り止めが取付け穴の内面縁に係止され、外部入出力端子がパックケースに取り付けられように構成されてなることを特徴とする電池パック。

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