JP2013026005A - 電池パック - Google Patents

Abstract

【課題】受電コイルを送電コイルとの電磁結合効率を維持しつつ、保護機能を高める。
【解決手段】幅よりも厚さを小さくした角型の二次電池セル２と、充電台１１０に設けられた送電コイル１１３と電磁的に結合することで受電可能とした受電コイル１と、前記受電コイル１を収納するためのコイル配置穴８Ａを設けた基板ホルダ８と、前記受電コイル１を被覆する樹脂製の電池ケース２０と、前記二次電池セル２の表面において、前記受電コイル１を載置する領域で、前記二次電池セル２と受電コイル１との間に配置される、外形を前記コイル配置穴８Ａに収納できる大きさとした磁性体シート６とを備えており、前記電池ケース２０の内面側で、前記受電コイル１の芯側に突出させたコイル保護リブ２０ｃを設けており、前記コイル保護リブ２０ｃの先端が前記磁性体シート６に当接するように構成されている。
【選択図】図３

Description

本発明は、携帯電話等の電池駆動機器に収納され、充電台に載置して無接点又はワイヤレスで充電可能な電池パックに関する。

携帯電話や携帯音楽プレーヤ等のモバイル機器に代表される電池駆動機器は、携帯に便利なように、充電できる電池により駆動されるものが多い。このような電池駆動機器は、電池を素電池の状態で、あるいは電池パックの状態で収納している。電池駆動機器は、電池を収納する状態で充電器に接点を接続して充電される。一方で、このように接点を接続することなく、電磁誘導の作用を利用して充電台に内蔵された送電コイルから、受電コイルに対して電力を搬送して、電池を充電する電池パックが開発されている（特許文献１参照）。

特許文献１に開示される電池パックを、図１５及び図１６に示す。これらの図に示す電池パックは、充電台に、高周波電源で励磁される送電コイルを内蔵しており、この送電コイルに電磁的に結合される受電コイルを電池内蔵機器に設けて、受電コイルに誘導される電力で電池内蔵機器の二次電池を充電する。電池内蔵機器は、受電コイルに誘導される交流を整流し、これを電池に供給して充電する充電回路を内蔵している。この構造によると、充電台の上に電池内蔵機器を載せて、接点を接続することなく無接点な状態で電池を充電できる。

電磁誘導では、送電コイルと受電コイルとの距離の二乗に反比例して磁束密度が減少するため、距離が離れると受電コイル側の誘導起電力も減少する。そこでこの構成の電池パックは、受電コイルと送電コイルとの結合効率を高めるためには、両者を極力接近させる必要がある。言い換えると、受電コイルの表面を極力薄くする必要がある。このため上記の電池パック８８０では、図１５及び図１６の分解斜視図に示すように、電池組立８１０の円盤状の受電コイル８０１の表面を、出力端子８１１を除く各側面を覆うようにシール状のラベル８１２を貼付していた。

しかしながら、ラベル８１２で受電コイル８０１を直接被覆する構成では、ラベル８１２の貼付面における受電コイル８０１の凹凸が外観として表出してしまい、見栄えが悪くなる。加えて、充電台への載置面に凹凸が生じることで、充電台に電池パック８８０を載置した際に不安定になったり、結合効率が悪くなる可能性もあった。

さらに、薄いラベル８１２のみで受電コイル８０１を保護しているため、外部からの応力に対して受電コイル８０１の保護が不十分となるおそれもあった。一方、ラベルに変えて樹脂製のケースで被覆することも考えられるが、強度を増すためにケースを厚くすると、電磁結合効率が悪くなる。かといって、ケースを薄くするほど、強度が弱くなりラベルと同様の問題が顕在化する。

加えてこの電池パックは、送電コイルから受ける磁力線を磁気シールドして、薄型電池への悪影響を防止するために電磁シールド膜８０６を電池セル８０２の全面に設けているが、電磁シールド膜８０６の厚さによって電池パック全体の厚さが増すという問題もある。

特開２００８−６６１４０号公報

本発明は、従来のこのような問題点を解決するためになされたものである。本発明の主な目的は、受電コイルを送電コイルとの電磁結合効率を維持しつつ、保護機能を高めた電池パックを提供することにある。

課題を解決するための手段及び発明の効果

上記の目的を達成するために、本発明の第１の側面に係る電池パックによれば、幅よりも厚さを小さくした角型の二次電池セル２と、充電台１１０に設けられた送電コイル１１３と電磁的に結合することで受電可能とした受電コイル１と、前記受電コイル１を収納するためのコイル配置穴８Ａを設けた基板ホルダ８と、前記受電コイル１を被覆する樹脂製の電池ケース２０と、前記二次電池セル２の表面において、前記受電コイル１を載置する領域で、前記二次電池セル２と受電コイル１との間に配置される、外形を前記コイル配置穴８Ａに収納できる大きさとした磁性体シート６と、を備えてなる。これにより、受電コイルを電池ケースで外力等から保護しつつ、全体の厚みが大きくなる事態を回避でき電池パックの小型化を達成できる。

また第２の側面に係る電池パックによれば、前記電池ケース２０の内面側で、前記受電コイル１の芯側に突出させたコイル保護リブ２０ｃを設けており、前記コイル保護リブ２０ｃの先端が前記磁性体シート６に当接するよう構成されてなる。これにより、電磁結合効率を維持するために電池ケースを薄くする一方、外力が加えられた場合に電池ケースが受電コイルを押圧する事態をコイル保護リブによって保持できるので、電池ケースの薄型化と受電コイルの保護を両立できる利点が得られる。また受電コイルの芯部分で樹脂製の電池ケースを厚くすると、ひけが生じて外観が悪くなるが、部分的にコイル保護リブを設けることでこのような事態も回避できる。さらに、コイル保護リブによって受電コイルの位置決めも図ることができる。また、送電コイルから受ける磁力線を磁気シールドして、角型の二次電池セルに与え得る影響を阻止する磁性体シートを、コイル配置穴に配置している。これにより、磁性体シートを追加したことにより、電池パックが厚膜化する事態を回避できる。

さらにまた第３の側面に係る電池パックによれば、前記受電コイル１が、角型のコイルに形成されてなり、前記受電コイル１からの引き出し線を、角型の隅部に位置させてなる。これにより、円形のコイルに比べて磁束を受ける面積を大きくすることができるため電磁結合効率を向上でき、また位置決めが容易となって、引き出し線を隅部に位置させることが目視などによらず確実に所定位置に規定できる。

さらにまた第４の側面に係る電池パックによれば、前記二次電池セル２は、前記受電コイル１を載置する表面を第一フラット面２ａとし、該第一フラット面２ａと交差する面を側面２ｃとし、さらに該第一フラット面２ａ及び側面２ｃと交差する面を端面２ｅとしており、前記基板ホルダ８は、前記第一フラット面２ａと一方の端面２ｅ及び基板を配置する一方の側面２ｃとを覆うと共に、前記コイル配置穴８Ａの隅部から前記側面２ｃに向けて厚さを肉薄にしてなり、該肉薄部に前記受電コイル１からの引き出し線を配置してなる。これにより、角型の隅部において基板ホルダを肉薄とすることで、受電コイルの引き出し線の部分で部分的に厚くなる事態も回避できる。

さらにまた第５の側面に係る電池パックによれば、前記二次電池セル２の一面を前記電池ケース２０で被覆すると共に、前記二次電池セル２の他の面を、絶縁シール２１で被覆している。これにより、樹脂製の電池パックで被覆してコイルの保護強度を高めつつ、底面は薄型として製造コストを削減し、また電池パックの両面を樹脂製ケースで被覆することによる厚膜化を阻止できる。

さらにまた第６の側面に係る電池パックによれば、前記二次電池セル２の側面に配置され、前記受電コイル１で受電した電力を変換して前記二次電池セル２に充電するための充電回路４を実装した回路基板５を備えており、前記回路基板５は、電池パック５０の表面に面する側に外部に表出される接続端子１１を設けてなり、反対側の前記二次電池セル２と面する面に、前記充電回路４を構成する電子部品を実装しており、さらに前記電子部品を被覆樹脂５Ａで一体的に被覆してなる。これにより、回路基板上の電子部品を一体的に保護し、また電子部品の放熱性を高めることができる。

さらにまた第７の側面に係る電池パックによれば、前記回路基板５で前記充電回路４を実装された面の両端部において、前記二次電池セル２および前記受電コイル１との接続のための回路端子３を備えている。回路基板に配置された実装部品を被覆樹脂で被覆する場合、回路基板の被覆樹脂の両端部は緩衝領域となり、電子部品を配置できない。そのため、接続リード板や受電コイルとの接続部を保護回路基板のできるだけ端部に設けることで、回路基板に配置される電子部品の配置スペースを纏まりを持って確保でき、回路基板のスペースを有効に利用できる効果がある。

さらにまた第８の側面に係る電池パックによれば、前記被覆樹脂５Ａで覆われた前記充電回路４と前記基板ホルダ８の側面との間に隙間７を設けている。これにより、電子部品の発熱が被覆樹脂から隙間に放熱されるため、熱の籠もりを低減して放熱性をさらに改善できる。また、回路基板に設けた接続端子に電気接続するため、外部機器の端子類を接触させるため押圧されても、隙間を設けることで弾性を付加して、回路基板に大きな負荷が印加される事態を回避し、回路基板の保護が図られる利点も得られる。

さらにまた第９の側面に係る電池パックによれば、前記電池ケース２０の表面に、前記二次電池セル２に関する情報が印字されている。これにより、電池パックを携帯電話等の電池駆動機器に収納し作動した状態で、電池セルの情報や電池パックの取扱注意等の情報をユーザに認知させることができる。

本発明の実施例に係る電池パックの斜視図である。 図１に示す電池パックの上視面からの分解斜視図である。 図１に示す電池パックの下視面からの分解斜視図である。 電地ケースの上面の内側面を示す平面図である。 図１に示す電池パックより電池ケースおよび絶縁シールを外した組立電池を示す上面図である。 図５の回路基板を示す斜視図である。 受電コイルの実施例１を示す拡大断面斜視図である。 受電コイルの変形例１を示す拡大断面斜視図である。 受電コイルの変形例２を示す拡大断面斜視図である。 電池パックを内蔵する携帯電子機器を無接点の充電器にセットする状態を示す斜視図である。 図１０に示す充電器に携帯電子機器をセットして電池パックを充電する状態を示す垂直断面図である。 図１１に示す充電器に電池パックをセットして充電する状態を示す垂直断面図である。 図１０に示す携帯電子機器に内蔵される電池パックの一例を示す回路図である。 図１２に示す電池パックの一例を示す回路図である。 従来の電池パックの組立を示す斜視図である。 従来の電池パックの分解斜視図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施の形態は、本発明の技術思想を具体化するための電池パックを例示するものであって、本発明は電池パックを以下のものに特定しない。さらに、本明細書においては、特許請求の範囲を理解しやすいように、実施例に示される部材に対応する番号を、「特許請求の範囲」および「課題を解決するための手段の欄」に示される部材に付記している。ただ、特許請求の範囲に示される部材を、実施の形態の部材に特定するものでは決してない。特に実施の形態に記載されている構成部材の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、特定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。さらに以下の説明において、同一の名称、符号については同一もしくは同質の部材を示しており、詳細説明を適宜省略する。さらに、本発明を構成する各要素は、複数の要素を同一の部材で構成して一の部材で複数の要素を兼用する態様としてもよいし、逆に一の部材の機能を複数の部材で分担して実現することもできる。また、一部の実施例、実施形態において説明された内容は、他の実施例、実施形態等に利用可能なものもある。
（実施例１）

以下、実施例１として携帯電話等の電池駆動機器に収納され、充電台に載置して無接点又はワイヤレスで充電可能な電池パックの例を、図１〜図７に基づいて説明する。これらの図において、図１は実施例に係る電池パックの斜視図、図２は図１に示す電池パックの上視面からの分解斜視図、図３は図１に示す電池パックの下視面からの分解斜視図、図４は電池ケースの上面の内側面を示す平面図、図５は図１に示す電池パックより電池ケース及び絶縁シールを外した組立電池を示す上面図、図６は図５の回路基板を示す斜視図、図７は受電コイルの一例を示す拡大断面斜視図をそれぞれ示している。
なお、本明細書において、上下方向は、図１における上下方向を意味するものとする。これらの図に示す電池パックは、図において上面側に受電コイルを配置している。ただ、この電池パックは、充電台に載置されて、充電台に内蔵される送電コイルから電力を受けて無接点充電する状態では、内蔵される受電コイルを送電コイルと対向する姿勢で、すなわち、受電コイルを下向きとする姿勢で充電台にセットされる。したがって、この電池パックは、その充電状態においては、図１に示す向きと逆向きの姿勢で充電台に載置して使用される。
（電池ケース２０及び絶縁シール２１）

図１に示す電池パック５０は、厚さの薄い直方体の形状で、図の左側面に電池駆動機器との接続端子として接続端子１１及び水没判定のための水没判定ラベル２２を備えている。さらに、電池パック５０は、接続端子１１の位置決めのために、接続端子１１側の側面に位置決めリブ２０ｆを２カ所設けて、電池駆動機器の接続端子と確実に固定できる構造としている。

さらに電池パック５０は、外装を内蔵される二次電池セルの底面部を除く上面及び四側面を絶縁体としてプラスチックで一体的に成型された電池ケース２０で絶縁保護している。さらにその上に、二次電池セルの底面部等を絶縁体である薄いプラスチックの絶縁シール２１で絶縁保護することにより、内部の電池セル及びその他の回路を外部から絶縁している。また電池ケース２０には、電池駆動機器への接続端子１１を露出させる電極窓２０Ａを形成している。

さらにまた絶縁保護としての電池ケース２０は、ガラス繊維やカーボン繊維等の繊維を埋設しているプラスチックにより、一体的に成型されている。このプラスチックは、たとえばＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）が適している。このＰＰＳは、優れた強度を有しさらに繊維で補強して衝撃強度も向上ができる。さらに、ＰＰＳは難燃性にも優れているので、たとえば電池ケースの素材にＰＰＳを使用した場合、板厚を０．４ｍｍまで薄くしても、ＵＬ規格等に定められている難燃性に関する基準を満たすことができる。したがって、ＰＰＳは、難燃性を保ちながら、電池ケースを薄くすることができ、その分、電池パックの小型化を図ることができる。ただし、電池ケースのプラスチックは、ポリカーボネート等のプラスチックも使用でき、プラスチックをＰＰＳには限定はしない。

さらにまた薄いプラスチックの絶縁シール２１は、ポリプロピレンフィルムやポリエチレンフィルム等の安価な材料を絶縁部材として利用することができる。

つぎに図２及び図３は、図１の電池パック５０の分解斜視図である。ここで、電池パック５０は、電池ケース２０及び絶縁シール２１を外した状態を、組立電池１０としている。図３に示すように電池ケース２０には、二次電池セル２を薄型化した薄型電池２Ａの第一フラット面２ａに接面する上面２０Ｘと、その上面２０Ｘに直交する四方の側面を有している。さらに電池ケース２０は、電極窓２０Ａを有する側面の底面側に、後述する回路基板５を保持する形状で基板部保持片２０ｄを突出させている。さらにまた、電池ケース２０は、電極窓２０Ａとは逆側面の底面に薄型電池２Ａを保持する電池部保持片２０ｅを有している。これにより、電池ケース２０は、組立電池１０内に配置された回路基板５に基板部保持片２０ｄを挿入し、その後薄型電池２Ａに電池部保持片２０ｅを挿入することにより、組立電池１０と一体化させることができる。

さらに、組立電池１０と一体化した電池ケース２０は、底部面にコ字状に折曲された絶縁シート２１を薄型電池２Ａの下面である第二フラット面２ｂに固定し、電極窓２０Ａを有する面に直交する両側面に対し、第一折曲面２１ａと第二折曲面２１ｂとをそれぞれ固定する。さらに絶縁シート２１は、図２に示すように第一折曲面２１ａと第二折曲面２１ｂの端縁を電池ケース２０側に折曲させた第三折曲面２１ｃ及び第四折曲面２１ｄを有している。これら第三折曲面２１ｃ及び第四折曲面２１ｄは、電池ケース２０の上面に有するシート貼付溝２０ａ及びシート貼付溝２０ｂとに固定する。絶縁シート２１の固定は、絶縁シート２１に粘着面を設けて貼付したり、接着剤等の粘着剤を別途塗布して固定する。これにより、組立電池１０は、電池ケース２０及び絶縁シート２１により一体成型することができる。また電池パック５０を一体とし、組立電池１０に含まれる受電コイル１、薄型電池２Ａおよび回路基板５等の全てを、安全に絶縁保護することができる。
（コイル保護リブ２０ｃ）

ここで、電池パック５０は、電池ケース２０の内面側に、受電コイル１の芯側に突出させたコイル保護リブ２０ｃを有し、コイル保護リブ２０ｃを受電コイルの下端に積層している磁性体シート６に当接させる構成としている。これにより、受電コイル１を電池ケース２０で外力等から保護しつつ、全体の厚みが大きくなる事態を回避でき、電池パック５０の小型化を達成できる。特に、電磁結合効率を維持するために電池ケース２０を薄くする一方、外力が加えられた場合に電池ケース２０によって受電コイル１が押圧されて損傷を受ける事態を、コイル保護リブ２０ｃによって保護できる。すなわち、電池ケース２０の裏面側を支持することで、受電コイル１への応力印加を回避できるので、電池ケース２０の薄型化と受電コイル１の保護を両立できる利点が得られる。また受電コイル１の芯部分で樹脂製の電池ケース２０を厚くすると、ひけが生じて外観が悪くなるが、コイル保護リブ２０ｃを電池ケース２０の全面でなく、部分的に設けることでひけの発生を抑制し、このような見栄えが悪くなる事態も回避できる。さらに、コイル保護リブ２０ｃによって、電池パックの組立時に受電コイル１の位置決めも図ることができる。

さらに、上記コイル保護リブ２０ｃは、受電コイル１の内形の内側に配置される大きさであって、先端である下面が磁性体シート６に当接するよう、コイルの厚みとほぼ等しい高さに成型している。図３に示す電池ケース２０の上面２０Ｘの内面側には、コイル保護リブ２０ｃとして、複数列の凸条を互いに平行に設けている。複数列の凸条からなるコイル保護リブ２０ｃは、各々の凸条の長さを受電コイル１の内形以下として、内側に配置できるようにしている。図に示す受電コイル１は、内形の形状を略正方形としているので、各々の凸条の長さを正方形の一辺よりも多少短くして、複数の凸条のコイル保護リブ２０ｃを配置できるようにしている。さらに、複数列の凸条のコイル保護リブ２０ｃは、受電コイル１の内形に配置できるように、その数と間隔とを調整して設ける。図の電池ケース２０は、３列の凸条を設けたコイル保護リブ２０ｃとしている。ただ、コイル保護リブ２０ｃは、凸条を２列以下とすることもできるし、４列以上とすることもできる。さらに、コイル保護リブは、必ずしも、複数の凸条を互いに並列に配置する形状に限定されるものではない。例えば図４（ａ）及び図４（ｂ）は、電池ケースの上面の内側面を示す平面図である。この図のように、図４（ａ）を十字状のコイル保護リブ２０ｃ’とした電池ケース２０’や、図４（ｂ）を多角形状のコイル保護リブ２０ｃ’’とした電池ケース２０’’とすることもできる。さらに図示はしないが、コイル保護リブは、曲線状とし、或いはこれらを連結した形状とすることも、また、円形状や楕円状のリング形状とすることもできる。
（二次電池セル２）

電池パック５０は、二次電池２として、薄型の直方体の形状とした薄型電池２Ａを内蔵している。この薄型電池２Ａは、対向する広い面積の２面を第一フラット面２ａと第二フラット面２ｂとしている。さらに、薄型電池２Ａは、第一フラット面２ａと第二フラット面２ｂとの側縁を連結させる側面２ｃと側面２ｆで一体成型されている。さらにまた、この第一フラット面２ａと第二フラット面２ｂとに直交する端面である対向する端子面２ｄと端子面２ｅが、薄型電池２Ａの電極端子を有している。薄型電池２Ａは、それぞれ電極端子として、端子面２ｄに平面電極（図示せず）を有し、端子面２ｅに凸部電極２ｇを有している。

さらにこの薄型電池２Ａは、各面を一体成型した外装缶を形成し、金属ケースとすることができる。たとえば、金属ケースは、アルミニウム等とすることができる。

薄型電池２Ａである二次電池２は、体積エネルギー密度の大きいリチウムイオン二次電池又はリチウムポリマー電池を使用することで、全体を軽く、薄く、小さくして利便性を良く携帯駆動機器に利用できる特徴がある。ただ、二次電池は、これに限るものではなく、ニッケル水素電池やニッケルカドミウム電池等の充電できる全ての二次電池とすることもできる。
（基板ホルダ８）

ここで二次電池セル２である薄型電池２Ａは、第一フラット面２ａとその面に直交する端面２ｅ及び側面２ｃを被覆させる基板ホルダ８が装着される。まず、この基板ホルダ８には、薄型電池２Ａの第一フラット面２ａに接面する角型の上面を有し、さらに受電コイル１を磁性体シート６に装着した部材を嵌入させるためのコイル配置穴８Ａを有している。このコイル配置穴８Ａの大きさは、嵌入される磁性体シート６と略同等で略四角形とする。

さらに基板ホルダ８は、薄型電池２Ａの側面２ｃを被覆する基板絶縁壁８ｄを有している。この基板絶縁壁８ｄの両端には、回路基板５を保持するための段差部として基板固定部８ｂ及び基板固定部８ｃを設けている。ここで、基板固定部８ｂ及び基板固定部８ｃは、基板絶縁壁８ｄに対し後述する充電回路４の厚みより若干厚い段差が設けてあり、さらに回路基板５の脱落防止のための突出片を上下に設けている。

さらにまた、基板ホルダ８は、基板絶縁壁８ｄに直交し連結した電極絶縁壁８ｅを有し、薄型電池２Ａの端面２ｅ側に接面し、凸部電極２ｇを露出させる電極穴８Ｂを形成している。これにより、リード板と凸部電極２ｇとの接続を容易に行うことができる。

ここで、基板ホルダ８の上面部には、コイル配置穴８Ａの隅部から基板絶縁壁８ｄの基板固定部８ｃ側に向けて、上面部の厚みを肉薄とする引出線段差部８ａを設けている。この引出線段差部８ａは、図２及び図５に示すように配置される受電コイル１の中心引出線１ａ及び外周引出線１ｂによる段差が生じないよう設けている。そのため、引出線段差部８ａの段差は、引き出されるコイルの線材の外径とほぼ等しいか少し深めとしている。これにより、基板ホルダ８の上面の角型の隅部を肉薄とすることで、受電コイル１の引き出し線の部分で部分的に厚くなる事態も回避できる。

さらに、引出線段差部８ａには、コイル配置穴８Ａの隅部から基板固定部８ｃの近傍に向け、２分割する段差部リブ８ｆを形成している。段差部リブ８ｆは、受電コイル１からの中心引出線１ａ及び外周引出線１ｂの配置を区画することができ、これらの交差や擦れを無くし、ばたつきを抑制して安定的に引き出すことができる。これにより、受電コイル１の配置は、コイル配置穴８Ａにより位置決めができ、さらに中心引出線１ａ及び外周引出線１ｂも、引出段差部８ａと段差部リブ８ｆにより容易に位置決めすることができる。
（回路基板５）

ここで回路基板５には、薄型電池２Ａの側面２ｃに対面する側に、熱硬化性樹脂によりポッティングされた充電回路４を配置し、その両端にはリード板や受電コイル１と接続するための回路端子３を有している。この充電回路４は、薄型電池２Ａの電圧、電流及び電池温度等を制御する回路を設けている。また、回路基板５は、充電回路４とは逆の側面に接続端子１１を有している。これにより、回路基板５は、この二次電池セル２の電圧、電流、電池温度等を制御し充放電を実施できるため、電池パック５０をコンパクト化することができる。

さらにこの回路基板５は、薄型電池２Ａの正負電極へ接続のためのリード板が回路端子３へ接続され設置される。ここで、回路端子３は、図５に示すようにリード端子３ａ、リード端子３ｂ、コイル端子３ｃ及びコイル端子３ｄに分離されている。まず、一方のリード板は、薄型電池２Ａの凸部電極２ｇに接続され温度監視を担う端子リード板１２が保護素子１３と接続され、さらに接続リード板１４と接続されている。この接続リード板１４は、一方の端縁に、略垂直に折曲した折曲片１４ａを有し、図５に示される回路基板５のリード端子３ａに接続される。ただ、ＰＴＣおよび保護素子を回路基板に実装して、回路基板の両端をリード板等で薄型電池と連結することもできる。また、電池パックは、保護素子をＰＴＣに代わって温度ヒューズとし、一方の接続リードを温度ヒューズとして、回路基板を薄型電池に連結することもできる。さらにもう一方のリード板は、薄型電池２Ａの平面電極に接続される端子リード板１５が接続リード板１６と接続されている。この接続リード板１６の一方の端縁には、略垂直に折曲した折曲片１６ａを有し、回路基板５のリード端子３ｂに接続される。これにより、回路基板５には、正負両極のリード板が一体化された状態を構成できる。

図５に示すように回路基板５の回路端子３は、接続リード板１４の折曲片１４ａに接続されるリード端子３ａと、受電コイル１の中心引出線１ａが接続されるコイル端子３ｃと、受電コイル１の外周引出線１ｂが接続されるコイル端子３ｄの３つの端子は、回路基板５の右側端部に配置されている。ここで、回路基板５に配置される電子部品は一塊の被覆樹脂５Ａで覆われている。被覆樹脂５Ａで完全に電子部品を被覆することで、電子部品の表面積を大きくして放熱性を高めることができる。また被覆樹脂５Ａは、電子部品を完全に被覆するため、回路基板５の延在方向における端部に、マージンとして電子部品の存在しない緩衝領域５ａが設けられている。緩衝領域５ａを設けることで、被覆樹脂５Ａの端部で電子部品が露出することを回避できる。

一方で、回路基板５は上述の通り、受電コイル１と接続するための回路端子３を有している。ここで、回路端子３を、回路基板５の中央に設けると、回路基板５上に実装された電子部品群が回路端子３によって分断されることになる。この結果、分断された電子回路群を被覆する被覆樹脂も２つに分断されることとなる。この場合は、各被覆樹脂の両端にそれぞれ緩衝領域を設ける必要が生じる。緩衝領域には電子部品が実装されないため、結果として回路基板上の限られたスペースが消費されることとなる。また、中央で分断された被覆樹脂は、分断された部分で剛性を失うため、機械的な強度も弱くなる。

これに対して、本実施例では、回路基板５で充電回路４を実装された面の両端部において、二次電池セル２および受電コイル１との接続のための回路端子３を備える構成としている。この構成によって、図６に示す回路基板の斜視図に示すように、被覆樹脂５Ａは分断されることなく一体的に設けられる結果、緩衝領域を増やすことなく、回路基板上のスペースの有効利用を図ることができる。すなわち、接続リード板１４、１６や受電コイル１との接続部は、保護回路基板のできるだけ端に設けることで、回路基板５に配置される電子部品の配置スペースを纏まって確保できる。また、被覆樹脂５Ａを一体的に構成することで、剛性を高めて回路基板の強度を補強する効果も得られる。

この実施例１のリード板と一体化された回路基板５は、基板ホルダ８の基板固定部８ｂおよび基板固定部８ｃに設置され、端子リード板１２と端子リード板１５が、薄型電池２Ａの正負電極である平面電極及び凸部電極２ｇにそれぞれ接続し固定される。これにより、回路基板５は、薄型電池２Ａの正負電極とリード板との接続固定のみで設置が可能となり、容易に基板ホルダ８を薄型電池２Ａに設置し、固定することができる。

さらに、基板固定部８ｂおよび基板固定部８ｃは、段差を設けているため、回路基板５の充電回路４が、基板絶縁壁８ｄと接触することがなく隙間７を形成している。このため、回路基板５上の電子部品は、一体的に保護され、また隙間７により電子部品の放熱性を高めることができる。

さらにまた、電池パック５０は、回路基板５に設けた接続端子１１に電気接続するため、外部機器の端子類を接触させるため押圧されても、隙間７を設けることで弾性を付加して、回路基板５に大きな負荷が印加される事態を回避し、回路基板５の保護が図られる利点も得られる。
（磁性体シート６）

ここで、基板ホルダ８の上面に設けられたコイル配置穴８Ａに嵌入される磁性体シート６は、磁性体を含有するシート材で、金属やカーボン、フェライト等の粉末を添加してなる樹脂をシート状に成形して製作している。シート状の磁性体シート６は、薄型電池２Ａの第一フラット面２ａに積層されると共に、磁性体シート６の表面に受電コイル１が固定されて、薄型電池２Ａの第一フラット面２ａに磁性体シート６を介して受電コイル１が配設される。これにより、薄型電池２Ａは、受電コイル１が受ける磁束を磁性体シート６により遮断され、磁気誘導作用による薄型電池２Ａの外装缶への影響を押さえることができる。さらにたとえば、磁性体シート６は、両面に粘着層を設けて、片面の粘着層で磁性体シート６を薄型電池２Ａの第一フラット面２ａに固定している。これにより、基板ホルダ８の上部面は、薄型電池２Ａの第一フラット面２ａに固定されていなくても、横ズレを防ぐことができる。

さらに、磁性体シート６は、略四角形とし、上部に受電コイル１を積層しているが、受電コイル１の中心側にある中心引出線１ａを引き出すための、磁性体段差部６ａを角型の隅部に設けている。これにより、受電コイル１は、中心引出線１ａにより段差を生じることなく、受電コイル１の外周へ中心引出線１ａを引き出すことができる。さらに、これにより、受電コイル１の引き出される線材の配置を位置決めすることができる。
（受電コイル１）

さらにまた、受電コイル１は、中心引出線１ａと外周引出線１ｂを有する。まず、中心引出線１ａは、受信コイル１と磁性体シート６との中間層とした磁性体段差部６ａを経由し、さらに基板ホルダ８の引出線段差部８ａを経由し、さらにまた回路基板５のコイル端子３ｃと接続される。さらに、外周引出線１ｂは、基板ホルダ８の引出線段差部８ａを経由し、さらに回路基板５のコイル端子３ｄと接続される。これにより、受電コイル１が受電した誘導起電力は、回路基板５の充電回路４に電導され、充電回路４内の整流回路にて直流電流へ変換し、薄型電池２Ａを充電させることができる。

ここで、図５に示される磁性体シート６の上部に配置される受電コイル１は、線材を平面に渦巻き状に巻いた平面コイルで、接着材や塗料で一体化して所定の形状に保持している。この受電コイル１は、送電コイルからの磁束を如何に誘導起電力に変換できるかが重要であり、受電コイルとしての線材の巻き数及び磁束を受ける面積を如何にして増やすかが課題となる。そこで本実施の形態では、受電コイル１を四角形状コイルとしている。四角形状コイルは、円形コイルに比べ、受電コイルの外周を磁性体シート６の外周と略同等以下とすることができ、コイルとして用いる線材の長さを円形コイルより延長できる。これにより、送電コイルからの磁束を受ける線材面積を増加させることができ、それに伴い誘導電流を増加させることが可能となる。さらに、四角形状コイルの受電コイル１は、コイルの芯部分が広くなるため、コイルの巻き数を増加させることができる。例えば、巻き数を１．２倍にした場合には、電圧も１．２倍となり、誘導起電力も１．２倍と増加させることができる。

さらに、受電コイル１に用いられる導電性ワイヤ１９は、絶縁金属線とし、線材表皮を絶縁皮膜で絶縁しているホルマル線やエナメル線としている。充電台に内蔵される送電コイルは、高周波電源により高周波電流が流れ、それに伴った磁束を発生させ、その磁束を受電コイル１が受け取って、電磁誘導によって誘導起電力を生じることとなる。高周波電源の高周波は、例えば２０ｋＨｚから１ＭＨｚとすることができる。そのために、高周波電流が流れる受電コイル１の線径は、表皮効果を考慮した線径を用いる必要性がある。たとえば、この実施例１では、銅線を絶縁被膜した絶縁金属線としている。銅の導電率は、５８×１０６Ｓ／ｍである。さらに、送電コイルの発信周波数を２００ｋＨｚとした場合、表皮効果で銅線に高周波電流が導電する表皮距離は、０．１４７ｍｍである。このため、ここで用いる絶縁金属線の線径は、表皮距離を２倍し、約０．３ｍｍとした略円形の線材を用いている。ただ、受電コイルとして絶縁金属線の線径は、薄型な電池パックとするために、極力細い線径とすることが望ましいし、電池パックへの急速充電を可能とするためには、線径を大きくし誘導起電力を大きくすることも望まれるため、上記線径に限られるものではない。

さらに、受電コイル１に用いられる導電性ワイヤ１９は、自己融着線とすることができる。自己融着線は、線材表皮を絶縁皮膜で絶縁してなる絶縁金属線の表面に、さらに融着層を被覆してなる線材である。この自己融着線として、たとえば、エナメル線の表面に、溶融層としてポリビニルブチラルやポリアミド等の樹脂被膜を設けたものが使用できる。この受電コイルは、自己融着線を単純巻きして平面コイルとする状態で、加熱し、または溶剤を塗布して表面被膜を活性化させることにより、隣接する導電性ワイヤを互いに融着させて所定の形状に保持される。したがって、平面状に巻かれたコイルが巻き端から解かれる等の弊害を有効に防止しながら、能率良く組み立てできる。また、所定の形状に保持できることで、正確に位置決めしながら配置できる特徴もある。

さらにまた、図７に示される受電コイル１は、線材である導電性ワイヤ１９の断面形状を略円形とし、平行に積層させ略四角形な平面コイルを形成したものの断面斜視図である。ここでは、平面コイルの積層された段数を１２段としているが、これに限るものではなく、要求される電圧になるように積層する段数を変更できる。

次に図８は、受電コイルの変形例１の拡大断面斜視図を示している。この受電コイル７１は、線材である導電性ワイヤ７９の断面形状を略四角形とし、平行に積層させ略四角形な平面コイルを形成している。ここでは、平面コイルの積層された段数を１２段としているが、これに限るものではなく、需要とされる電圧になるように積層する段数を変更できる。これにより、受電コイルは、導電性ワイヤ１９の断面形状を略円形としたものに対し、導電性ワイヤ７９の線径の断面積が約１．２７倍とすることができ、誘導起電力を増加させることができる。

さらに図９は、受電コイルの変形例２の拡大断面斜視図を示している。この受電コイル８１は、線材である導電性ワイヤ１９の断面形状を略円形とし、平行に積層させ略四角形な平面コイルを形成し、さらに上段に下段と同様に積層された平面コイルを積層し、並列に接続し誘導起電力を２倍とすることができる。

しかし平面コイルを２層に積層した受電コイル８１は、積層高も２倍となってしまう。このため、たとえば送電信コイルへの高周波電源からの高周波電流を、８００ｋＨｚとすることで表皮効果による線径の銅線に電流が導電する表皮距離は、０．０７４ｍｍとすることができる。このため、ここで用いる絶縁金属線の線径は、表皮距離を２倍した約０．１５ｍｍとした略円形の線材を用いていることにより、平面コイルが上下２層に積層されても、合わせて０．３ｍｍとすることができる。これにより、受信コイルでの誘導起電力が、２倍の状態で、電池パックの厚みを変更せずに対応することができる。

以上の電池パックを利用した実施例として充電器で充電する状態を図１０から図１２に示す。図１０と図１１は、電池パック８０を内蔵する電池駆動機器１００を充電台１１０にセットして充電する状態を、図１２は、電池パック９０を直接に充電台１１０にセットして充電する状態をそれぞれ示している。

たとえばこの充電台１１０は、電池パック８０、９０の受電コイル１に電磁結合される送電コイル１１３と、この送電コイル１１３に高周波電力を供給する高周波電源１１４を備える。さらにこの高周波電源１１４は、ＡＣアダプタ（図示せず）からの接続プラグ１４１、ＵＳＢケーブル１４２、内蔵電池１１２のいずれかから直流電力が供給される。無接点の充電台１１０は、ＡＣアダプタからの接続プラグ１４１を接続するＤＣ接続端子１１７ＡとＵＳＢケーブル１４２を接続するＵＳＢ端子１１７Ｂからなる直流入力端子１１７を外装ケース１１１に設けている。この直流入力端子１１７は、内蔵電池１１２への充電および直接高周波電源１１４へ供給される。

電池パック８０、９０の回路図の実施例を図１３と図１４に示す。たとえば図１３の電池パック８０は、二次電池セル２と、受電コイル１と、受電コイル１に誘導される高周波電力を整流するダイオードブリッジからなる整流回路９４とを備えることができる。この電池パック８０は、整流回路９４から出力される直流を、電池パック８０が装着される電池駆動機器１００に装備される機器側回路１０１に出力する。さらに、この図の電池パック８０は、二次電池セル２と直列に接続している保護ＦＥＴ９２と、この保護ＦＥＴ９２をオンオフに制御して二次電池セル２を保護する保護回路９３備える。保護回路９３は、二次電池セル２を過充電と過放電を防止するように保護ＦＥＴ９２をオンオフに切り換える。この電池パック８０を装着する電池駆動機器１００は、機器側回路１０１に二次電池セル２の充電制御回路１０５を内蔵している。充電制御回路１０５は、整流回路９４から入力される直流電力で二次電池セル２を充電する。この電池駆動機器１００は、整流回路９４から出力される直流電力を充電制御回路１０５に入力して、二次電池セル２を充電するので、整流回路９４から出力される直流電力を効率よく二次電池セル２の充電に利用できる。このような充電制御回路１０５を内蔵した電池駆動機器１００の場合は、電池パック８０の回路部品点数を減少させることができる。

さらに、たとえば図１４の電池パック９０は、二次電池セル２の充電制御回路９５を内蔵している。この充電制御回路９５は、整流回路９４から出力される直流電力で二次電池セル２を満充電する。さらに、充電制御回路９５は、二次電池セル２の満充電を検出する満充電検出回路９６を備えている。この満充電検出回路９６は、二次電池セル２が満充電されると、満充電信号を出力する。満充電信号は、受電コイル１に出力され、受電コイル１から送電コイル１１３に伝送される。充電台１１０は、満充電検出回路９６から出力される満充電信号を検出して充電を停止する充電停止回路を内蔵している。充電停止回路は、電池パック９０の満充電検出回路９６から伝送される満充電信号を検出すると、送電コイル１１３への高周波電力の供給を停止する。この電池パック９０は、二次電池セル２が満充電されると、充電台１１０に満充電信号を伝送する。したがって、充電台１１０は、電池パック９０から伝送される満充電信号を検出して、送電コイル１１３への高周波電力の供給を停止できる。このため、電池パック９０が満充電されると、高周波電源への電力供給を遮断して無駄な電力消費を阻止できる。この図の電池パック９０は、携帯電話等の携帯電子機器に装着することなく、充電器にセットして二次電池セル２を充電できる。

なお、図１４の回路において、図示しないが、以下の認証手続きを含む回路とすることもできる。この回路は、送電コイル１１３からＩＤ信号（＝(Identification)認証信号）を送信し、電磁誘導されて受電コイル１にてＩＤ信号を受信し、電池パック９０又は電池駆動機器１００側でＩＤ信号を確認、認証できると充電を開始し、ＩＤ信号を確認、認証できないときには充電を停止する。なお、電池パック９０又は電池駆動機器１００にてＩＤ信号を確認、認証できたときは、ＩＤ信号が確認できたことを表す信号（＝ＩＤ確認信号）を、電池パック９０又は電池駆動機器１００から、受電コイル１を介して送電コイル１１３へ送信し、送電コイル１１３を含む充電台１１０側にてＩＤ確認信号を受信して、電力供給を継続して行う。また、ＩＤ確認信号を受信できないときは、充電台１１０と適合していない電池パック又は携帯電子機器であると認識して、電力供給を停止する。

本発明に係る電池パックは、携帯電話やＰＤＡ、携帯型ゲーム機器、携帯型音楽プレーヤ等の無接点充電可能な電源として、好適に利用できる。

１…受電コイル
１ａ…中心引出線
１ｂ…外周引出線
２…二次電池セル
２Ａ…薄型電池
２ａ…第一フラット面
２ｂ…第二フラット面
２ｃ…側面
２ｄ…端面
２ｅ…端面
２ｆ…側面
２ｇ…凸部電極
３…回路端子
３ａ…リード端子
３ｂ…リード端子
３ｃ…コイル端子
３ｄ…コイル端子
４…充電回路
５…回路基板
５Ａ…被覆樹脂
５ａ…緩衝領域
６…磁性体シート
６ａ…磁性体段差部
７…隙間
８…基板ホルダ
８Ａ…コイル配置穴
８Ｂ…電極穴
８ａ…引出線段差部
８ｂ…基板固定部
８ｃ…基板固定部
８ｄ…基板絶縁壁
８ｅ…電極絶縁壁
８ｆ…段差部リブ
１０…組立電池
１１…接続端子
１２…端子リード板
１３…保護素子
１４…接続リード板
１４ａ…折曲片
１５…端子リード板
１６…接続リード板
１６ａ…折曲片
１９、７９…導電性ワイヤ
２０、２０’、２０’’…電池ケース
２０Ａ…電極窓
２０Ｘ…上面
２０ａ…シート貼付溝
２０ｂ…シート貼付溝
２０ｃ、２０ｃ’、２０ｃ’’…コイル保護リブ
２０ｄ…基板部保持片
２０ｅ…電池部保持片
２０ｆ…位置決めリブ
２１…絶縁シール
２１ａ…第一折曲面
２１ｂ…第二折曲面
２１ｃ…第三折曲面
２１ｄ…第四折曲面
２２…水没判定ラベル
５０、８０、９０…電池パック
７１、８１…受電コイル
９２…保護ＦＥＴ
９３…保護回路
９４…整流回路
９５…充電制御回路
９６…満充電検出回路
１００…電池駆動機器
１０１…機器側回路
１０５…充電制御回路
１１０…充電台
１１１…外装ケース
１１２…内蔵電池
１１３…送電コイル
１１４…高周波電源
１１７…直流入力端子
１１７Ａ…ＤＣ接続端子
１１７Ｂ…ＵＳＢ端子
１４１…接続プラグ
１４２…ＵＳＢケーブル
８０１…受電コイル
８０２…電池セル
８０６…電磁シールド膜
８１０…電池組立
８１１…出力端子
８１２…ラベル
８８０…電池パック

Claims (9)

1. 幅よりも厚さを小さくした角型の二次電池セル(2)と、
   充電台(110)に設けられた送電コイル(113)と電磁的に結合することで受電可能とした受電コイル(1)と、
   前記受電コイル(1)を収納するためのコイル配置穴(8A)を設けた基板ホルダ(8)と、
   前記受電コイル(1)を被覆する樹脂製の電池ケース(20)と、
   前記二次電池セル(2)の表面において、前記受電コイル(1)を載置する領域で、前記二次電池セル(2)と受電コイル(1)との間に配置される、外形を前記コイル配置穴(8A)に収納できる大きさとした磁性体シート(6)と、
   を備えてなることを特徴とする電池パック。
2. 請求項１に記載の電池パックであって、
   前記電池ケース(20)の内面側で、前記受電コイル(1)の芯側に突出させたコイル保護リブ(20c)を設けており、
   前記コイル保護リブ(20c)の先端が前記磁性体シート(6)に当接するよう構成されてなることを特徴とする電池パック。
3. 請求項１に記載の電池パックであって、
   前記受電コイル(1)が、角型のコイルに形成されてなり、
   前記受電コイル(1)からの引き出し線を、角型の隅部に位置させてなることを特徴とする電池パック。
4. 請求項３に記載の電池パックであって、
   前記二次電池セル(2)は、前記受電コイル(1)を載置する表面を第一フラット面(2a)とし、該第一フラット面(2a)と交差する面を側面(2c)とし、さらに該第一フラット面(2a)及び側面(2c)と交差する面を端面(2e)としており、
   前記基板ホルダ(8)は、前記第一フラット面(2a)と一方の端面(2e)及び基板を配置する一方の側面(2c)とを覆うと共に、
   前記コイル配置穴（8A)の隅部から前記側面(2c)に向けて厚さを肉薄にしてなり、該肉薄部に前記受電コイル(1)からの引き出し線を配置してなることを特徴とする電池パック。
5. 請求項１から４のいずれか一に記載の電池パックであって、さらに、
   前記二次電池セル(2)の一面を前記電池ケース(20)で被覆すると共に、
   前記二次電池セル(2)の他の面を、絶縁シール(21)で被覆してなることを特徴とする電池パック。
6. 請求項１から５のいずれか一に記載の電池パックであって、さらに、
   前記二次電池セル(2)の側面に配置され、前記受電コイル(1)で受電した電力を変換して前記二次電池セル(2)に充電するための充電回路(4)を実装した回路基板(5)を備えており、
   前記回路基板(5)は、
   電池パック(50)の表面に面する側に外部に表出される接続端子(11)を設けてなり、
   反対側の前記二次電池セル(2)と面する面に、前記充電回路(4)を構成する電子部品を実装しており、
   さらに前記電子部品を被覆樹脂(5A)で一体的に被覆してなることを特徴とする電池パック。
7. 請求項６に記載の電池パックであって、さらに、
   前記回路基板(5)で前記充電回路(4)を実装された面の両端部において、前記二次電池セル(2)および前記受電コイル(1)との接続のための回路端子(3)を備えることを特徴とする電池パック。
8. 請求項６に記載の電池パックであって、
   前記被覆樹脂(5A)で覆われた前記充電回路(4)と前記基板ホルダ(8)の側面との間に隙間(7)を設けてなることを特徴とする電池パック。
9. 請求項１から８のいずれか一に記載の電池パックであって、
   前記電池ケース(20)の表面に、前記二次電池セル(2)に関する情報が印字されてなることを特徴とする電池パック。

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