JP2005158582A

JP2005158582A - 電池ホルダ

Info

Publication number: JP2005158582A
Application number: JP2003397365A
Authority: JP
Inventors: Tomoyuki Shose; 知行庄瀬; Kenichi Hiromi; 健一廣實
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2003-11-27
Filing date: 2003-11-27
Publication date: 2005-06-16

Abstract

【課題】ピン型リチウムイオン電池の交換コストを抑えつつ、省スペース化が可能な電池ホルダを提供する。
【解決手段】外装缶の長手方向における両端部のうちの第１端部から第１極が突出している電池を保持する電池ホルダであって、前記電池の前記第１端部側を前記長手方向に挿入及び脱跋可能な状態で保持する筒状の本体部２０１と、前記挿入状態において、前記電池の前記第１極および第２極と接続状態になり前記本体部２０１の外側に導出された金属端子部２０２及び金属端子部２０３と、前記本体部２０１内において、金属端子部２０２及び金属端子部２０３のいずれか一方に挿設されているＰＴＣ素子２０５とを備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、電池ホルダに関し、特に、電池の交換に要するコストを低減する技術に関する。

現在、電子・通信機器のポータブル化が急速に進んでおり、これらに使用される電池に対しても軽薄短小化、即ち、高エネルギー密度化の要請がある。
近年、このような要請に応えるリチウムイオン電池（２次電池）として、新しい形状のピン型リチウムイオン電池が開発されつつある。
このピン型リチウムイオン電池は、例えば、外径６ｍｍ、長さ６０ｍｍ程度の円筒形状、つまり、ショートサイズのたばこ程度の大きさであり、長手方向における片側の端面からピン状の負極が突出しており、円筒状の外装缶が正極を兼ねており、負極側の端部近傍には、円筒側面に周方向にくびれた部分（以下、「くびれ部」という。）を有する。

また、このピン型リチウムイオン電池は、従来の円筒型リチウムイオン電池よりも構成部品が少ない簡素な部品構成となっている。
現在、このような外形状に類似する電池は、リチウムイオン電池ではないが、１次電池であるリチウム電池では、電気浮きや発光ルアーなどに使用されるピン型リチウム電池がある。

そして、このピン型リチウム電池を収容するために使用される電池ホルダとしては、有底円筒構造を有し、上記ピン型リチウム電池の負極がある端面側のみを部分的に収容するものがある。（例えば、特許文献１）
この電池ホルダを、ピン型リチウムイオン電池用の電池ホルダに適用することも考えられるが、ピン型リチウムイオン電池は、２次電池であるため、電池の保護のためにＰＴＣや温度ヒューズなどの感熱素子を設ける必要がある。

従来のリチウムイオン電池では、電池自体にＰＴＣや温度ヒューズなどの感熱素子を設けているため、上記電池において、上記電池ホルダと干渉が生じない場所に感熱素子を付設することが一般的と思われる。
特開２０００−１５７１０７号公報

しかしながら、ピン型リチウムイオン電池自体に感熱素子を設けている場合、上記電池を交換する毎に交換の必要のない感熱素子までもが交換されることとなり、交換に要するコストを上昇させるという問題がある。
この問題を解決するために、電池ホルダから導出された給電路上に感熱素子を挿設することも考えられるが、それでは感熱素子を設けるためのスペース及び保持機構が必要となり、上述の軽薄短小化の要請に逆行することとなる。

本発明は、このような問題を解決しようとなされたものであって、電池の交換コストを抑えつつ、省スペース化が可能な電池ホルダを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、以下を特徴とする。
（１）外装缶の長手方向における両端部のうちの第１端部から第１極が突出している電池を保持する電池ホルダであって、前記電池の前記第１端部側を前記長手方向に挿入及び脱跋可能な状態で保持する筒状の保持部と、前記挿入状態において、前記電池の前記第１極および第２極と接続状態になり前記保持部の外側に導出された第１給電路及び第２給電路と、前記保持部内において、前記第１給電路及び前記第２給電路上のいずれか一方に挿設されている感熱素子とを備えることを特徴とする。

これにより、電池を交換する際に、感熱素子まで交換する必要がなく、また、感熱素子が電池ホルダ内にあるため、感熱素子の配設場所をわざわざ設けなくてもよい。
つまり、電池の交換コストが抑えられると共に、省スペース化が図られ、かつ、電池装着状態において、感熱素子が電池と熱交換可能な状態となり、電池の温度を検出することができる。
（２）前記第２極は、前記外装缶の側面にあって、前記挿入状態において前記保持部により覆われる位置にあり、前記第１給電路における前記第１極と接触する第１端子は、前記保持部の内方底部に存在し、前記第２給電路における前記第２極と接触する第２端子は、前記保持部の内方側面であって、前記第２極と対向する位置に存在し、前記感熱素子は、前記電池の外装缶表面近傍に位置するとしてもよい。

これにより、前記電池の外装缶表面近傍の熱が前記感熱素子に伝わり易くなる。
このため前記感熱素子と前記電池との間における温度差及び温度変化のタイムラグが小さくなり、感熱素子を精度よく作動させることができる。
（３）前記電池は、円筒型電池であって、前記第１端部近傍の外装缶外周にくびれ部を有し、前記第２給電路は導電性の弾性体からなり、前記第２給電路の第１部分が、前記挿入状態における前記くびれ部の形状に沿って形成され、前記挿入中、前記挿入に伴って第１部分が弾性変形し、挿入完了時において、前記第１部分が前記くびれ部に嵌まり込むとしてもよい。

これにより、前記電池がしっかりと固定される。
（４）前記保持部の外方に位置する前記第１給電路及び前記第２給電路は、前記保持部から前記長手方向と直交する方向に延出されているとしてもよい。
これにより、前記電池を基板の上面または基板の縁部に沿って配設しやすくなる。
（５）前記延出がなされている側の前記第１給電路及び前記第２給電路の端部は、基板に直接的または間接的に接合されており、前記電池ホルダと前記基板とが、前記挿入状態において、前記電池の中心軸と前記基板とが略同一平面上となる位置関係にある。

これにより、前記電池を基板の縁部に沿って配設しやすくなる。
（６）前記電池は、ピン型リチウムイオン電池であるとしてもよい。
これにより、ピン型リチウムイオン電池を交換する際においても、上記（１）から（５）までにおいて述べた効果が発揮される。

本発明に係る電池ホルダは、ＰＴＣなどの感熱素子を電池ホルダ内部に配設しているため、感熱素子の配設場所を考慮しなくてもよく、省スペース化が図られると共に、電池交換時には感熱素子が電池ホルダ内に残り、不要な部品交換費用が発生しない。
つまり、電池の交換コストが低減される。
また、感熱素子が電池ホルダ内部に配設されているため、電池ホルダに挿入された電池から伝わる熱が逃げ難くなっており、さらに、電池ホルダに挿入された電池を感熱素子の配設方向へと付勢しているため、感熱素子と電池側面との距離が小さくなり、熱的結合の度合いが高まり、電池の温度を正確かつ迅速に感熱素子の温度に反映させることができる。

＜実施の形態＞
＜構成＞
以下、本実施形態における電池ホルダについて説明する。
図１（a）は、本実施形態における電池ホルダ２００を適用した回路５０を示す図である。

この回路５０は、例えば、ＰＤＡ、パソコンなどに内蔵されるものである。
電池ホルダ２００は、図１（b）に示すように、ピン型リチウムイオン電池８０を収容し、基板５１とピン型リチウムイオン電池８０との間で電力を可逆的に供給するための電池ホルダであり、基板５１上に設けられているスロット部５２に挿入される金属端子部２０２及び金属端子部２０３と本体部２０１からなる。

金属端子部２０２及び金属端子部２０３がスロット部５２に挿入されることにより、電池ホルダ２００と基板５１との間において、物理的な固定及び電気的接続がなされる。
ピン型リチウムイオン電池８０は、基板５１の１辺に沿って配設され、基板５１と略同一平面上に位置しているため、回路設計においては、基板５１の一部とみなすことができ、いわゆる飛び地のようなスポット的にできる空間が生じ難く、スペースを有効に活用することができる。

基板５１上におけるスロット部５２の配設位置は、原則的にはどの部品の近傍でも構わないが、基板５１上の最も消費電力が大きな部品の近傍にスロット部５２を設けることにより、この部品に至るまでの電力供給路の長さを短くし、抵抗損失を抑えることができる。
以下、本体部の内部構造について説明する。

本体部２０１は、有底円筒形状であって、その肉厚が１ｍｍ程度のポリカーボネート、ＡＢＳ樹脂などの絶縁性の材料からなり、内側の底面の中央部が一部窪んでおり、上記円筒の内壁の一部が内方に屈曲している屈曲部２０１ａを有する。
屈曲部２０１ａの頂上部は、電池ホルダ２００にピン型リチウムイオン電池８０が挿入されていない状態（以下、「電池未挿入状態」という。）では、本体部２０１の内壁面より約１ｍｍ突出している。

内径は、ピン型リチウムイオン電池８０の外径よりも約1〜２ｍｍ大きく設定されている。
この本体部２０１の内部では、図２（ａ）に示すように、金属端子部２０２の一端が本体部２０１の円筒中心の底部まで延出されており、また、金属端子部２０３が、円筒側面に沿って長手方向に配設されている。

金属端子部２０３は、図２（ｂ）に示すように、くの字に折れ曲がった屈曲部２０４ａを有する金属板２０４と先端が直角に折れ曲がっている金属板２０６との間にＰＴＣ素子２０５が挿設されてなる。
このＰＴＣ素子２０５は、所定の温度に達すると、急激に抵抗値が上昇して、内部を流れる電流を遮断する素子である。

つまり、ＰＴＣ素子２０５を電力供給路上に設けることにより、回路５０に過大な電流が流れることを防止している。
ＰＴＣ素子２０５と金属板２０４及び金属板２０６との接合は、図２（ｃ）に示すように半田付けにより行われている。
これら金属端子部２０２及び金属端子部２０３は、本体部２０１内にインサート成形されている。

屈曲部２０４ａの頂上部は、電池未挿入状態では、本体部２０１の内壁面より約１ｍｍ突出している。
この金属端子部２０３は、本体部２０１の屈曲部２０１ａと対向する位置に配設されている。
図３に示すように、電池ホルダ２００にピン型リチウムイオン電池８０が挿入された状態（以下、「電池挿入状態」という。）では、このピン型リチウムイオン電池８０の負極、即ち、ピンの先端が金属端子部２０２の先端部と接触し、また、ピン型リチウムイオン電池８０のくびれ部８１ａに金属板２０４の屈曲部２０４ａが嵌り込む。

これにより、ピン型リチウムイオン電池８０が固定される。
また、電池挿入状態では、本体部２０１の屈曲部２０１ａは、ピン型リチウムイオン電池８０の側壁に接触して押し上げられることにより弾性変形しつつ、ピン型リチウムイオン電池８０を金属端子部２０３の配設方向へと付勢しており、ＰＴＣ素子２０５とピン型リチウムイオン電池８０の側面が対向するＡ部（ピン型リチウムイオン電池８０においては、後述のＢ部）の間隔を０もしくは０に近い値に近づけている。

これにより、ＰＴＣ素子２０５とピン型リチウムイオン電池８０との間における熱抵抗が小さくなり、即ち、熱的結合の度合いが高まり、ＰＴＣ素子２０５及びピン型リチウムイオン電池８０間の熱伝導が促進される。
このため、ピン型リチウムイオン電池８０の温度変化がＰＴＣ素子２０５の温度変化に迅速に反映され、即ち、タイムラグが小さくなり、電流を遮断させたい時、迅速に電流を遮断することができる。

さらに、このＰＴＣ素子２０５が本体部２０１内に配設され、ピン型リチウムイオン電池８０からＰＴＣ素子２０５に伝導した熱が逃げ難いため、ピン型リチウムイオン電池８０の温度とＰＴＣ素子２０５の温度との差が生じにくい。
このため、ピン型リチウムイオン電池８０の温度がＰＴＣ素子２０５の温度に正確に反映され、目的とする温度で精度良く電流を遮断することができる。

ここで、ピン型リチウムイオン電池８０の内部構造について説明する。
ピン型リチウムイオン電池８０は、エネルギー密度の高い２次電池であって、ＰＤＡなどに使用される場合は、主電源として用いられ、パソコンなどにおいては、バックアップ用電源として用いられる。
図４は、ピン型リチウムイオン電池８０の断面図である。

このピン型リチウムイオン電池８０は、有底円筒形状の外装缶８１の中心軸上に、棒状のステンレス製ピン８２が配設されており、これを軸として負極、セパレータ、正極板、セパレータの順にサンドイッチされた発電要素９０が巻回され、さらに、外装缶８１の開口部付近におけるピン８２には、弾性材からなるキャップ部８３が圧入されている。
ピン８２には、キャップ部８３と発電要素９０とを仕切るための鍔部８２ａが挿設されており、この鍔部８２ａよりも開口部側に近づいた位置において、外装缶８１の壁面を内方に屈曲させる、即ち、くびれ部８１ａを形成するためのカシメ加工がなされている。

さらに、外装缶８１の開口部の縁部が内側に折り曲げられている。
ピン８２は、発電要素９０から電流を集電する役割と、負極としての役割を有しており、給電経路断面が小さくなるＢ部が、最も発熱し易い箇所となる。
このためＰＴＣ素子２０５の配設位置は、上述したように、電池挿入状態における、ピン型リチウムイオン電池８０のＢ部と対向する本体部２０１の内壁面上に設定されている。

また、外装缶８１は、上記正極板に接合されており、筐体としての役割の他、外装缶８１全体が電池の正極としての役割を兼ねている。
以下は、本実施の形態におけるピン型リチウムイオン電池８０の仕様の一例である。
＜ピン型リチウムイオン電池の仕様＞
（寸法）
全長Ｌ＝５５ｍｍ
外径ｄ＝６ｍｍ
以上のように、本実施の形態における電池ホルダは、ＰＴＣなどの感熱素子を電池ホルダ内部に配設しているため、回路設計において、感熱素子の配設場所を考慮しなくてもよく、省スペース化が図られると共に、電池交換時には感熱素子が電池ホルダ内に残り、不要な部品交換費用が発生しない。

また、感熱素子が電池ホルダ内部に配設されているため、電池ホルダに挿入された電池から伝わる熱が逃げ難くなっており、さらに、電池ホルダに挿入された電池を感熱素子の配設方向へと付勢しているため、感熱素子と電池側面との距離が小さくなり、熱的結合の度合いが高まり、電池の温度を正確かつ迅速に感熱素子の温度に反映させることができる。

なお、本実施の形態では、金属端子部２０２及び２０３がスロット部５２に挿入されることにより、電池ホルダ２００と基板５１との間において、物理的な固定及び電気的接続がなされるとしたが、この金属端子部２０２及び２０３の形状及び電池ホルダと基板５１との接続方法及び形状については、様々な形態が考えられる。
例えば、図５（a）及びその局部拡大図である図５（b）に示す電池ホルダ１００では、金属端子部２０２及び２０３を覆う樹脂性のケーシング１０２を設けている。

上記構成とすることにより、ユーザがピン型リチウムイオン電池８０を電池ホルダ１００に挿入する場合、電位差が生じている部位が被覆されているため、感電することなく電池ホルダ１００をスロット部５２に接続することができる。
また、図６に示す電池ホルダ３００のように、スロット部５２を設けず、単に金属端子のみで構成された金属端子部３０１を基板５１上に半田付けしてもよい。

また、図７に示す電池ホルダ４００のように、単なる平板状の端子形状に代えて、高さが互い違いになっている串歯状の金属端子部４０１及び金属端子部４０２が設けられており、さらに、基板５１ではスロット部５２に代えて、配線パターンが設けられており、この部分を、串歯状の金属端子部４０１及び金属端子部４０２で挟み込んで基板５１と接続してもよい。

これにより、複雑な構成を要さず電池ホルダと基板５１とが容易に接続することができる。
また、ピン型リチウムイオン電池８０の寸法は、本実施の形態に例示した値に限るものではなく、全長Ｌが４０ｍｍ〜７０ｍｍの範囲内であって、外径ｄが５ｍｍ〜１０ｍｍの範囲内にあればよい。

また、本実施の形態では、電池ホルダに挿入する電池は、ピン型リチウムイオン電池であるとしたが、これに限らず、通常の円筒型電池や角型電池などの電池であっても構わない。
その場合、正極及び負極の位置関係は異なり、特に、電池ホルダから露出する側に位置する極については、この極と接触するための新たな給電路を設ける必要がある。

また、場合によっては、電池ホルダの長さを延長して、電池ホルダに挿入される電池の全長と略同等にしてもよい。
また、本実施の形態では、感熱素子を正極側の端子に挿設しているがこれに限らず、負極側端子に挿設しても構わない。
また、本実施の形態では、感温素子としてＰＴＣ素子を用いているが、これに限定されず、例えば、温度ヒューズや自己復帰式のブレーカーなどを用いていもよい。

本発明に係る電池ホルダは、ＰＤＡやパソコンなどの機器に適用可能である。

本実施形態における電池ホルダを適用した回路を示す図である。本実施形態における電池ホルダの構成を説明する図である。本実施形態における電池ホルダに電池が挿入された状態を説明する図である。本実施形態におけるピン型リチウムイオン電池の断面図である。本実施形態における電池ホルダの変形例１を説明する図である。本実施形態における電池ホルダの変形例２を説明する図である。本実施形態における電池ホルダの変形例３を説明する図である。

符号の説明

５０回路
５１基板
５２スロット部
８０ピン型リチウムイオン電池
８１外装缶
８１ａくびれ部
８２ピン
８２ａ鍔部
８３キャップ部
９０発電要素
１００電池ホルダ
１０２ケーシング
２００電池ホルダ
２０１本体部
２０１ａ屈曲部
２０２金属端子部
２０３金属端子部
２０４金属板
２０４ａ屈曲部
２０５ＰＴＣ素子
２０６金属板
３００電池ホルダ
３０１金属端子部
４００電池ホルダ
４０１金属端子部

Claims

外装缶の長手方向における両端部のうちの第１端部から第１極が突出している電池を保持する電池ホルダであって、
前記電池の前記第１端部側を前記長手方向に挿入及び脱跋可能な状態で保持する筒状の保持部と、
前記挿入状態において、前記電池の前記第１極および第２極と接続状態になり前記保持部の外側に導出された第１給電路及び第２給電路と、
前記保持部内において、前記第１給電路及び前記第２給電路上のいずれか一方に挿設されている感熱素子と
を備えることを特徴とする電池ホルダ。
前記第２極は、前記外装缶の側面にあって、前記挿入状態において前記保持部により覆われる位置にあり、
前記第１給電路における前記第１極と接触する第１端子は、前記保持部の内方底部に存在し、
前記第２給電路における前記第２極と接触する第２端子は、前記保持部の内方側面であって、前記第２極と対向する位置に存在し、
前記感熱素子は、前記電池の外装缶表面近傍に位置することを特徴とする請求項１記載の電池ホルダ。
前記電池は、円筒型電池であって、前記第１端部近傍の外装缶外周にくびれ部を有し、
前記第２給電路は導電性の弾性体からなり、
前記第２給電路の第１部分が、前記挿入状態における前記くびれ部の形状に沿って形成され、
前記挿入中、前記挿入に伴って第１部分が弾性変形し、挿入完了時において、前記第１部分が前記くびれ部に嵌まり込むことを特徴とする請求項２記載の電池ホルダ。
前記保持部の外方に位置する前記第１給電路及び前記第２給電路は、前記保持部から前記長手方向と直交する方向に延出されていることを特徴とする請求項３記載の電池ホルダ。
前記延出がなされている側の前記第１給電路及び前記第２給電路の端部は、基板に直接的または間接的に接合されており、
前記電池ホルダと前記基板とが、前記挿入状態において、前記電池の中心軸と前記基板とが略同一平面上となる位置関係にあることを特徴とする請求項４記載の電池ホルダ。
前記電池は、ピン型リチウムイオン電池であることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の電池ホルダ。