JP3754335B2 - パック電池とその製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プリント基板と保護素子を内蔵するパック電池とその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
リチウムイオン二次電池等のパック電池は、電池を保護しながら充放電させるために、保護回路と保護素子を内蔵している。保護回路は、電池電圧を監視しながら電池を充放電させて、電池の過充電や過放電を防止する。保護素子は、電池の温度や電流を監視するＰＴＣ、温度ヒューズ、ブレーカ等で、電池温度が異常に高くなったり、あるいは電池に過大な電流が流れると電流を遮断する。保護回路を実現する電子パーツは、プリント基板に固定される。このため、保護回路を内蔵するパック電池は、プリント基板を内蔵する。
【０００３】
プリント基板と保護素子を内蔵するパック電池は、できるかぎりコンパクトに設計することが大切である。このことを実現するパック電池として、保護回路を実装するプリント基板を、薄型電池の電極端面に配設する構造が開発されている（特開2000-287366号）。この公報に記載されるパック電池は、図１に示すように、温度ヒューズ１２をバス片１４に接続して素電池１１に接続すると共に、このバス片１４に設けている接続用端子１５に保護回路を備えるプリント基板１３を半田付けして接続し、その後、接続用端子１５を折曲してプリント基板１３を素電池１の電極端面と平行に配設している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
図１に示す構造のパック電池は、製造に手間がかかって製造コストが高くなる欠点がある。それは、温度ヒューズ等の保護素子をバス片を介して素電池に接続し、さらに、このバス片にプリント基板を半田付けして接続した後、バス片の接続用端子を折曲するからである。とくに、この工程で製造されるパック電池は、温度ヒューズ等とプリント基板を一緒に能率よく接続できず、この接続に手間がかかる欠点がある。さらに、長いバス片を電池の側面に配設するので、パック電池の幅がバス片の厚さに相当して大きくなる欠点もある。また、長いバス片が素電池の側面に配設されるので、これを素電池から外れないように、たとえば熱収縮チューブ等でしっかりと固定する必要があった。
【０００５】
本発明は、このような欠点を解決することを目的に開発されたものである。本発明の重要な目的は、簡単かつ容易に、しかも能率よく安価に多量生産できると共に、全体をコンパクトにできるパック電池とその製造方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明のパック電池は、素電池１と、この素電池１の電極端面に対向して、電極端面と平行に配設してなるプリント基板３と、このプリント基板３を素電池１に接続している保護素子２とを備える。素電池１は、ひとつの電極端面に凸部電極１Ａと平面電極１Ｂからなる正負の電極を配設している。プリント基板３は、素電池１の凸部電極１Ａに接続している保護素子２と、素電池１の平面電極１Ｂに接続しているリード板４を介して素電池１に接続している。保護素子２は、Ｌ字状に配列している第１接続端子２ａと第２接続端子２ｂとを本体部２Ａに接続している。さらに、保護素子２は、第１接続端子２ａを素電池１の凸部電極１Ａに接続して、本体部２Ａを素電池１とプリント基板３との間に配設すると共に、第２接続端子２ｂをＵ曲してプリント基板３の電極端面との対向面に接続している。リード板４は、Ｕ極してその一端を素電池１の平面電極１Ｂに接続すると共に、プリント基板３の電極端面との対向面に他端を接続している。
【０００７】
保護素子２は、ＰＴＣ、温度ヒューズ、ブレーカのいずれかとすることができる。保護素子２の第２接続端子２ｂは、スポット溶接してプリント基板３に接続することができる。リード板４は、スポット溶接して素電池１の平面電極１Ｂとプリント基板３に接続することができる。保護素子２の本体部２Ａは、平面電極１Ｂとプリント基板３との間に配設することができる。素電池１は、薄型電池とすることができる。
【０００８】
本発明のパック電池の製造方法は、ひとつの電極端面に凸部電極１Ａと平面電極１Ｂからなる正負の電極を配設している素電池１の電極端面に対向してプリント基板３を配設すると共に、このプリント基板３を保護素子２とリード板４を介して素電池１の凸部電極１Ａと平面電極１Ｂに接続してパック電池を製造する。本発明の製造方法は、保護素子２を素電池１に接続する保護素子接続工程と、リード板４を素電池１とプリント基板３に接続するリード接続工程と、プリント基板３を電極端面と対向する位置に配設する折曲工程とからなる。保護素子接続工程は、Ｌ字状に配列されてなる第１接続端子２ａと第２接続端子２ｂを本体部２Ａに接続してなる保護素子２の第１接続端子２ａを素電池１の凸部電極１Ａに接続して、保護素子２の本体部２Ａを平面電極１Ｂと対向する位置に配設する。リード接続工程は、プリント基板３を素電池１の電極端面に隣接して、電極端面と同一平面に配設して、保護素子２の第２接続端子２ｂをプリント基板３に接続すると共に、リード板４の一端をプリント基板３に、他端を平面電極１Ｂに接続する。折曲工程は、リード板４と第２接続端子２ｂをＵ曲して、プリント基板３を電極端面と対向する位置に配設する。
【０００９】
本発明のパック電池の製造方法は、保護素子接続工程とリード接続工程を１工程として、プリント基板３を保護素子２とリード板４で素電池１に接続することができる。さらに、本発明の製造方法は、プリント基板３の一端をリード板４で素電池１の平面電極１Ｂに接続して、プリント基板３の他端を保護素子２を介して素電池１の凸部電極１Ａに接続することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想を具体化するためのパック電池とその製造方法を例示するものであって、本発明はパック電池とその製造方法を以下のものに特定しない。
【００１１】
さらに、この明細書は、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、「特許請求の範囲の欄」、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、実施例の部材に特定するものでは決してない。
【００１２】
図２ないし図４に示すパック電池は、素電池１と、この素電池１に接続している保護素子２と、この保護素子２を介して素電池１に接続しているプリント基板３と、プリント基板３を素電池１に接続するリード板４とを備える。
【００１３】
素電池１は、ひとつの電極端面に、凸部電極１Ａと平面電極１Ｂからなる正負の電極を設けている。電極端面は、金属板である封口板の中央に凸部電極１Ａを絶縁して固定しており、封口板を平面電極１Ｂとしている。図の素電池１は、薄型電池であるリチウムイオン二次電池である。リチウムイオン二次電池は、凸部電極１Ａを負極として平面電極１Ｂを正極としている。ただ、凸部電極を正極として平面電極を負極とする素電池も使用できる。また、素電池には、ニッケル−水素電池、ニッケル−カドミウム電池等の充電できる二次電池も使用できる。素電池１を薄型電池であるリチウムイオン二次電池とするパック電池は、小型で充電容量を大きくできる。
【００１４】
保護素子２は、電池の温度が設定温度よりも高くなったときに電流を遮断するＰＴＣである。ただ、保護素子は、温度ヒューズとして、電池温度が設定温度よりも高くなったときに電流を遮断することもできる。また、保護素子をブレーカとして、電池に過大な電流が流れたときに電流を遮断することもできる。保護素子２は、Ｌ字状に配列している第１接続端子２ａと第２接続端子２ｂを本体部２Ａに接続している。ＰＴＣは、本体部２Ａの一方の面に第１接続端子２ａを、他の一方の面に第２接続端子２ｂを接続している。保護素子２は、第１接続端子２ａを素電池１の凸部電極１Ａに接続して、本体部２Ａを素電池１とプリント基板３との間に配設しており、第２接続端子２ｂをＵ曲してプリント基板３の電極端面との対向面に接続している。第１接続端子２ａと第２接続端子２ｂは金属板で、先端をスポット溶接するためにスリットを設けている。保護素子２は、本体部２Ａの幅を、薄型電池である素電池１の電極端面よりも狭くしている。また、第１接続端子２ａの幅も電極端面の幅よりも狭く、凸部電極１Ａにスポット溶接できる幅としている。図２のパック電池は、第１接続端子２ａを素電池１の電極端面側に配設して、第２接続端子２ｂをプリント基板３側に配設している。第１接続端子２ａを素電池１の凸部電極１Ａに接続して、本体部２Ａを平面電極１Ｂと対向する位置に配設している。
【００１５】
プリント基板３は、電池の保護回路を実現する電子部品５を固定している。保護回路は、電池電圧を検出しながら電池を充放電させる。保護回路は、放電しているときに、電池電圧が最低電圧まで低下すると放電を停止させる。また、充電しているときに、電池電圧が最高電圧よりも高くなると充電を停止する。プリント基板３は、素電池１の電極端面に対向し、かつ、電極端面と平行に接近して配設される。プリント基板３の外形は、素電池１の電極端面の外形にほぼ等しく、あるいは電極端面の外形よりも小さい。プリント基板３を素電池１よりも外側に突出させないためである。さらに、プリント基板３は、電極端面と対向する面、図２において下面に電子部品５を固定している。このパック電池は、プリント基板３と素電池１とのスペースを有効に利用して電子部品５を配設するので、スペース効率が高く、パック電池を小型にできる。
【００１６】
プリント基板３は、保護素子２とリード板４を介して素電池１に接続される。リード板４は、金属板で、一端を素電池１の平面電極１Ｂに接続して、他端をプリント基板３の電極端面との対向面に接続している。リード板４は、効率よくスポット溶接できるように、先端にスリットを設けている。リード板４をスポット溶接する素電池１は、平面電極１Ｂとなる封口板の表面に、あらかじめクラッド材を固定しており、このクラッド材にリード板４をスポット溶接して接続している。図２のパック電池は、プリント基板３の一端を保護素子２で素電池１に接続して、他端をリード板４で素電池１に接続している。このように、リード板４と保護素子２で両端を素電池１に接続しているプリント基板３は、しっかりとバランスよく素電池１に連結できる。
【００１７】
以上の構造のパック電池は、以下のようにして製作される。
(1) 保護素子接続工程
図５に示すように、素電池１の電極端面と保護素子２との間に絶縁シート６を配設して、素電池１の凸部電極１Ａに、保護素子２の第１接続端子２ａをスポット溶接して接続する。この状態で、保護素子２の本体部２Ａを平面電極１Ｂと対向する位置に配設する。保護素子２は、第１接続端子２ａと本体部２Ａを細長い電極端面と平行に配設する。
【００１８】
(2) リード接続工程
図６に示すように、プリント基板３を素電池１の電極端面に隣接して、電極端面と同一平面に配設して、保護素子２の第２接続端子２ｂをプリント基板３にスポット溶接して接続する。さらに、リード板４は、一端をプリント基板３に、他端を平面電極１Ｂにスポット溶接して接続する。この工程において、プリント基板３は、電極端面と同一平面に配設される。プリント基板３と電極端面は、ジク（図示せず）に保持されて同一平面、好ましくは同一水平面に配設される。素電池１の電極端面とプリント基板３がこの姿勢に保持されて、保護素子２の第２接続端子２ｂとリード板４の両端を、一緒にスポット溶接して接続する。さらに、保護素子２の第１接続端子２ａを、第２接続端子２ｂとリード板４の両端と一緒にスポット溶接して接続することができる。この方法は、(1)の保護素子接続工程と(2)のリード接続工程とを１工程として、最も能率よく製作できる特長がある。
(3) 折曲工程
図７と図８に示すように、保護素子２とプリント基板３との間に絶縁板７を挟着して、リード板４と第２接続端子２ｂをＵ曲する。リード板４と第２接続端子２ｂがＵ曲されると、図２〜図４と図９に示すように、プリント基板３は電極端面と対向する位置に配設される。
【００１９】
以上の工程で、プリント基板３と保護素子２と素電池１を接続した後、必要ならばケース（図示せず）に収納し、あるいは熱収縮チューブ等で被覆して、パック電池として完成する。
【００２０】
【発明の効果】
本発明のパック電池とその製造方法は、簡単かつ容易に、しかも能率よく安価に多量生産できる特長がある。それは、ひとつの電極端面に正負の電極を配設している素電池の電極端面に対向してこれと平行にプリント基板を配設すると共に、このプリント基板を、第１接続端子と第２接続端子をＬ字状に配設している保護素子と、リード板を介して素電池に接続し、保護素子の第２接続端子とリード板をＵ極して、プリント基板を素電池に接続しているからである。この構造のパック電池は、保護素子の第２接続端子とリード板をＵ極しない組立工程において、図６に示すように、リード板と第２接続端子の接続部分を同一平面に配設できる。この状態で接続部分をスポット溶接等の方法で接続した後、第２接続端子とリード板をＵ極してパック電池とすることができる。同一平面に位置する接続部分は、全てを一緒に接続することができ、また、一緒に接続しない場合にあっても、素電池とプリント基板の姿勢を変更することなく接続できるので能率よく接続できる。また、第２接続端子とリード板を一緒にＵ極して組み立てることができる。
【００２１】
さらにまた、本発明のパック電池とその製造方法は、パック電池全体をコンパクトにできる特長もある。それは、ひとつの電極端面に正負の電極を配設している素電池に、保護素子とリード板を介してプリント基板を接続しているので、従来のパック電池のように、素電池の側面にリード板を配設する必要がないからである。さらに、プリント基板を素電池に接続する保護素子に、第１接続端子と第２接続端子を本体部にＬ字状に配設しているものを使用することも、パック電池全体をコンパクトにすることに効果がある。それは、第２接続端子をＬ字状に配列する保護素子は、第２接続端子を素電池の中央部に近い位置に配設できる。第２接続端子はプリント基板の端部に接続されるので、第２接続端子が素電池の中央部に近い位置にあるとプリント基板を短くできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のパック電池の製造方法を示す斜視図
【図２】本発明の一実施例にかかるパック電池の正面図
【図３】図２に示すパック電池の左側面図
【図４】図２に示すパック電池の右側面図
【図５】図２に示すパック電池の分解斜視図
【図６】保護素子とリード板を電極端面とプリント基板に溶着する状態を示す平面図
【図７】本発明の一実施例にかかるパック電池の製造方法の製造工程を示す斜視図
【図８】本発明の一実施例にかかるパック電池の製造方法の製造工程を示す斜視図
【図９】本発明の一実施例にかかるパック電池の製造方法の製造工程を示す斜視図
【符号の説明】
１…素電池 １Ａ…凸部電極 １Ｂ…平面電極
２…保護素子 ２Ａ…本体部
２ａ…第１接続端子 ２ｂ…第２接続端子
３…プリント基板
４…リード板
５…電子部品
６…絶縁シート
７…絶縁板
１１…素電池
１２…温度ヒューズ
１３…プリント基板
１４…バス片
１５…接続用端子

Claims (12)

1. ひとつの電極端面に凸部電極(1A)と平面電極(1B)からなる正負の電極を配設している素電池(1)と、この素電池(1)の電極端面に対向して、電極端面と平行に配設されてなるプリント基板(3)と、このプリント基板(3)を素電池(1)に接続している保護素子(2)とを備え、
   プリント基板(3)は、素電池(1)の凸部電極(1A)に接続している保護素子(2)と、素電池(1)の平面電極(1B)に接続しているリード板(4)を介して素電池(1)に接続され、
   保護素子(2)は、Ｌ字状に配列されてなる第１接続端子(2a)と第２接続端子(2b)とを本体部(2A)に接続しており、第１接続端子(2a)を素電池(1)の凸部電極(1A)に接続して、本体部(2A)を素電池(1)とプリント基板(3)との間に配設しており、第２接続端子(2b)はＵ曲されてプリント基板(3)の電極端面との対向面に接続され、
   リード板(4)はＵ極されてその一端を素電池(1)の平面電極(1B)に接続すると共に、プリント基板(3)の電極端面との対向面に他端を接続してなるパック電池。
2. 保護素子(2)がＰＴＣ、温度ヒューズ、ブレーカのいずれかである請求項１に記載されるパック電池。
3. 保護素子(2)の第２接続端子(2b)をスポット溶接してプリント基板(3)に接続している請求項１に記載されるパック電池。
4. リード板(4)をスポット溶接して素電池(1)の平面電極(1B)とプリント基板(3)に接続している請求項１に記載されるパック電池。
5. 保護素子(2)の本体部(2A)を、平面電極(1B)とプリント基板(3)との間に配設している請求項１に記載されるパック電池。
6. 素電池(1)が薄型電池である請求項１に記載されるパック電池。
7. ひとつの電極端面に凸部電極(1A)と平面電極(1B)からなる正負の電極を配設している素電池(1)の電極端面に対向してプリント基板(3)を配設すると共に、このプリント基板(3)を保護素子(2)とリード板(4)を介して素電池(1)の凸部電極(1A)と平面電極(1B)に接続してなるパック電池の製造方法であって、
   素電池(1)の凸部電極(1A)に、Ｌ字状に配列されてなる第１接続端子(2a)と第２接続端子(2b)を本体部(2A)に接続してなる保護素子(2)の第１接続端子(2a)を接続して、保護素子(2)の本体部(2A)を平面電極(1B)と対向する位置に配設する保護素子接続工程と、
   プリント基板(3)を、素電池(1)の電極端面に隣接して、電極端面と同一平面に配設して、保護素子(2)の第２接続端子(2b)をプリント基板(3)に接続すると共に、リード板(4)の一端をプリント基板(3)に他端を平面電極(1B)に接続するリード接続工程と、
   リード板(4)と第２接続端子(2b)をＵ曲して、プリント基板(3)を電極端面と対向する位置に配設する折曲工程とからなるパック電池の製造方法。
8. 保護素子(2)の第２接続端子(2b)と、リード板(4)の両端をスポット溶接して接続する請求項７に記載されるパック電池の製造方法。
9. 保護素子接続工程とリード接続工程を１工程として、プリント基板(3)を保護素子(2)とリード板(4)で素電池(1)に接続する請求項８に記載されるパック電池の製造方法。
10. 保護素子(2)がＰＴＣ、温度ヒューズ、ブレーカのいずれかである請求項７に記載されるパック電池の製造方法。
11. 素電池(1)が薄型電池である請求項７に記載されるパック電池の製造方法。
12. プリント基板(3)の一端をリード板(4)で素電池(1)の平面電極(1B)に接続して、プリント基板(3)の他端を保護素子(2)を介して素電池(1)の凸部電極(1A)に接続する請求項７に記載されるパック電池の製造方法。

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