JP3900227B2 - battery pack - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、携帯型の電子機器、例えば携帯電話、ノートパソコン、カムコーダ、及びCDプレイヤ等に用いられる充放電可能なバッテリーパックに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
バッテリーパックの二次電池としては、作動電圧が高いこと、エネルギ密度が高いこと、出力電流が大きいこと、サイクル寿命が長いこと、メモリ効果がないこと、短時間での充電が可能なこと等から、リチウムイオン電池が多用されている。
【0003】
リチウムイオン電池は、短絡させると発熱して破裂、又は発火する恐れがある。また、過電流で充電すると、電池温度が異常に上昇して電池寿命が短くなる。さらに過充電、過放電等でも電池寿命が短くなる。このような不都合を防止するために、リチウムイオン電池を用いたバッテリーパックには、充放電制御回路が設けられている。充放電制御回路は、電池温度や電池電流、及び電池電圧等を測定して制御する監視回路と、監視回路によって充電又は放電を停止させるスイッチング回路とから構成されている。
【0004】
特開平7−50157号公報には、充放電制御回路を持った回路基板上に複数の二次電池を並列して固定した形態の電池ユニットをケースの内部に収納したバッテリーパックが開示されている。この電池ユニットは、回路パターンに半田付けした接続板に二次電池の電極をスポット溶接して、基板上に電池を固定している。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
二次電池は、薄い接続板を介して回路基板に取付られているから、輸送中等の振動や衝撃によりケース内で電池が動いて接続板を破損させたりする恐れがある。電池同士の接触を防止するために特願平5−290821号公報等には、電池間を絶縁するための仕切り板を介在させたものが記載されているが、電池の軸方向の動きを防止することができない。
【0006】
さらに、バッテリーパックでは、小型・軽量にするために、ケースの厚みを薄くしているため、ケースの強度が弱いという問題がある。また、ケースの内面にリチウムイオン電池が直接に当たっているため、バッテリーパックを誤って落下したときには、衝撃がリチウムイオン電池に直接に伝わって性能を劣化したりすることがある。
【0007】
また、回路基板に電池を実装すると、電池の配置スペースに加えて充放電制御回路を構成する電子部品の配置スペースも必要となるため、電子部品の配置を適切に行わないと、バッテリーパックが大型化するという問題がある。
【0008】
本発明は、上記問題点を解決するために鑑みなされたもので、二次電池がケース内で動かないように固定するとともに、ケースを補強することができるバッテリーパックを提供することを目的とする。
【0009】
また、本発明は、回路基板上で電子部品の配置を適切に行うことができるようにしたバッテリーパックを提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決するために、本願発明のバッテリーパックでは、円柱形をした複数の二次電池とそれらの充放電を制御する充放電制御回路とを実装した回路基板をプラスチック製のケースに内蔵したバッテリーパックにおいて、前記ケースの内壁に一体に設けられ、前記複数の二次電池の軸方向及び径方向への移動を、前記複数の二次電池同士を所定間隔離した位置で各々規制する電池移動規制部を形成した複数のリブを備えたものである。
【0011】
請求項2記載のバッテリーパックでは、前記電池移動規制部を二次電池の外周の一部が嵌まり込む凹状の受け部としたものである。請求項3記載のバッテリーパックでは、前記電池移動規制部をリブの一端とし、この一端を二次電池の電極側の一縁に当接して軸方向に動かないようにしたものである。
【0012】
請求項4記載のバッテリーパックでは、前記回路基板に開口を設け、この開口内に、前記充放電制御回路を構成する電子部品のうちの一部を配置したものである。請求項5記載のバッテリーパックでは、前記回路基板に並列に取り付けられた2個の二次電池の間の隙間に、前記充放電制御回路を構成する電子部品のうちの一部を配置したものである。
【0013】
請求項6記載のバッテリーパックでは、前記回路基板のアースを外部接続される電子機器のシャーシアースに接続するためのアース端子がケースの外部に露呈して設けたものである。
【0014】
【発明の実施の形態】
バッテリーパック10は、図1に示すように、ケース蓋11とケース本体12とから構成される矩形なケース内に、電池ユニット20が収納されている。電池ユニット20は、充電放電制御回路を構成した回路基板19と、リチウムイオン電池13〜18とから構成されている。
【0015】
回路基板19には、ケース本体12に設けた開口22に嵌まるコネクタ24が設けられている。コネクタ24には、プラス端子、マイナス端子、及び接続検出端子が設けられている。プラス端子及びマイナス端子は、電子機器との間で充放電を行うためのものである。また、接続検出端子は、バッテリーパック10が電子機器又は充電器に正常に装填されたかどうかをを検出するために用いられる。
【0016】
各リチウムイオン電池13〜18は、円柱状をしており、各電極が導電性の電池接続板26にスポット溶接されている。この電池接続板26は、その一端が回路基板19の配線パターンに半田付けされている。これによりリチウムイオン電池13〜18は、電池接続板26を介して回路基板19に固定されている。6個の電池13〜18は、3個を1組として2組に分けられており、2つの組は軸方向が交差するようにL字形に回路基板19に配置されている。
【0017】
基板19は、電池13〜18を下向きにした姿勢でケース本体12に挿入される。ケース本体12には、絶縁性のプラスチック材料で成形されており、底面のソリの防止や強度補強のために、底面内壁には格子状に補強リブ28、29が形成されている。補強リブ28、29を利用して、電池13〜18を固定するために、図2及び図3に示すように、各電池13〜18の外周の一部を下から受ける円弧状の受け部27が補強リブ28に形成されている。この受け部27は、横方向(半径方向)の動きを阻止する電池移動規制部として用いられる。
【0018】
一対の補強リブ28は、電池13〜18の軸方向の両端側二カ所を受けるように電池の直径方向に延びて設けられている。これら補強リブ28の受け部27は、電池13〜18をケース本体12の内面に接触しないように保持することで、落下による衝撃や輸送中の振動が電池13〜18に直接に加わらないように吸収する。また、受け部27は、電池同士が密着しないように所定間隔隔てて設けられており、一方の電池が発熱したときに、他方の電池に熱が伝わらないようにしている。なお、受け部27の形状としてはV字状、又は矩形状でもよい。
【0019】
補強リブ29は、一端の縁が電池13〜18の両極側の一縁に当接して各電池13〜18が軸方向に動かないように規制する。補強リブ28、29は、電池13〜18に液漏れが発生しても、この中にとどめることで、電界液が回路基板19に付着して短絡が発生するのを防止し、また、ケース本体12を補強している。
【0020】
また、基板19には、開口30が設けられている。この開口30には、ポリスイッチ、温度ヒューズ、サーモスタット、及びサーミスタ等の温度センサー31が配置されている。温度センサー31は、基板19に接触することなく、ケース本体12内に中空支持されているから、バッテリーパック10内の温度を正しく測定することができる。
【0021】
また、基板19には、電池13、14との間に位置する部分に開口32が設けられ、IC、抵抗、コンデンサー、ダイオード、及びトランジス等、背の高い形状の電子部品33を配置し、バッテリーパック10の薄型化を図っている。
【0022】
回路基板19には、アース用のリード線34の一端が接続されている。このアース用リード線34の他端は、ケース蓋11の外面に固定したアース端子25に接続されている。アース端子25は、ケース蓋11の凹部に薄い金属板を嵌め込んだものであり、バッテリーパック10を電子機器に装着したときに、電子機器のシャーシに接触する。このアース端子25は、基準電位の設定と、マイコン42から発生する電磁波をシールドする機能がある。
【0023】
図4に示すように、6個のリチウムイオン電池13〜18は、直列に接続されている。リチウムイオン電池13のプラス極と電子機器接続用のプラス端子37との間に、ヒューズ38、充電停止用FET(電界効果トランジスタ)40、放電停止用FET41とが接続されている。ヒューズ38は、大きな過大電流が流れたときに溶融断線する。
【0024】
充放電制御回路36には、監視回路と、スイッチング回路39とが設けられている。スイッチング回路39は、充電停止用FET40と、放電停止用FET41とからなる。充電停止用FET40は、リチウムイオン電池13〜18が充電停止電圧に達したときにOFFして充電を停止する。放電停止用FET41は、リチウムイオン電池13〜18が放電停止電圧まで低下したときにOFFして放電を停止する。
【0025】
監視回路は、測定部と、この測定部からの信号で異常を判断する判定部とから構成され、異常と判断したときにスイッチング回路39がOFFされる。判定部としては、例えばマイコン42を用いている。測定部は、リチウムイオン電池13〜18の電流を測定する電流測定回路43、リチウムイオン電池13〜18の電圧を測定する電圧測定回路44、リチウムイオン電池13〜18の発熱温度を測定する温度測定回路45等で構成されている。
【0026】
電圧測定部44は、各リチウムイオン電池13〜18の電圧を測定する。電流測定部43は、リチウムイオン電池18のマイナス極と電子機器接続用のマイナス端子46との間に接続された抵抗値が既知の抵抗47に流れる電流を測定する。温度測定回路45には、温度センサー31として、例えばサーミスタ等が用いられ、温度に比例して抵抗値が減少する性質を利用して、ケース内の温度を測定する。
【0027】
マイコン42は、前述した測定部から得られる情報に基づいて、短絡、過電流、過充電、及び過放電等を判断し、電池13〜18の異常を判断したときにスイッチング回路39を制御して充放電を停止する。また、コネクタ24内の接続検出端子48からの信号レベルに基づき電子機器に接続されていないと判断したときには、スイッチング回路39をOFFする。これにより、バッテリーパック10が電子機器又は充電器に接続されていない単体のときに、プラス端子37とマイナス端子46とが接続されても短絡が生じない。また、アース端子25は、リード線34を介して電池18のマイナス極に接続されている。このアース端子25は、電子機器のシャーシに接続される。このシャーシは、電子機器のアースとして利用される。
【0028】
次に上記実施形態の作用について説明する。バッテリーパック10の組立に際しては、回路基板19に充放電制御回路36を構成する各電子部品を実装する。このうち、背の高い電子部品33を基板19に設けた開口32の内部に配置し、また、サーミスタ45を開口30内に配置する。
【0029】
次に、電池接続板26を回路基板19に半田付けする。一対の電池接続板26の間にリチウムイオン電池13〜18をそれぞれ挿入する。その後に、電池接続板26をリチウムイオン電池13〜18の電極にスポット溶接する。組み立てられた回路基板19は、電池13〜18を下に向けた姿勢でケース本体12に挿入され、上からケース蓋11を嵌めることでバッテリーパック10が完成する。ケース蓋11には、接着剤が塗ってあるため、ケース本体12に固着される。
【0030】
この状態では、リチウムイオン電池13〜18が補強リブ28の各受け部27に入り込み、内壁から離れた状態で、また、各組の電池13〜18同士が離れた状態で保持されている。この受け部27は、円弧状になっているから、電池の直径方向への移動も確実に阻止され、かつ、補強リブ29により電池13〜18の軸方向の移動も阻止されているから、電池13〜18が動かないように固定される。これによって、バッテリーパック10が振動されても、電池13〜18と電池接続板26とのスポット溶接や回路基板19の半田付けが外れることがない。
【0031】
バッテリーパック10を充電器にセットすると、マイコン42は、2つのFET40,41をONにする。充電器からの電流は、ヒューズ38、FET40,41を通ってリチウムイオン電池13〜18に流れ、各リチウムイオン電池13〜18を充電する。この充電中に、何れか一つの電池が充電停止電圧に達すると、マイコン42は、充電停止用FET40をOFFにする。
【0032】
バッテリーパック10を電子機器に装着すると、マイコン42は、2つのFET40,41をONして、リチウムイオン電池13〜18からの電圧を電子機器に供給する。この供給中に、何れか一つのリチウムイオン電池が放電停止電圧まで低下すると、マイコン42は、放電停止用FET41をOFFにする。
【0033】
充放電中に、電流測定回路43は、電流を測定している。この電流値が許容値を超えると、マイコン42は、放電停止FET40又は充電停止FET41の一方をOFFにする。また、サーミスタ45で測定されたケース内の温度が高くなると、マイコン42は、2つのFET40,41の一方をOFFにする。さらに、充放電中に、マイコン42は、外部接続端子48を介して電子機器又は充電器との間で、電池情報(電圧、電流、温度、電池残留量等)のやりとりをする。
【0034】
上記実施例では、6個の電池13〜18を直列に接続したタイプであるが、並列に接続した2個の電池を1組とし、これを3組直列に接続したタイプでもよい。
【0035】
また、上記実施例では、6個の電池が用いられているが、本発明では1個以上でもよい。さらに、上記実施例では、二次電池としてリチウムイオン電池としているが、ニッカド電池等でもよい。
【0036】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のバッテリーパックでは、ケースの内壁にリブを設けたから、肉薄のケースであっても十分な強度を確保し、変形等を防止することができる。しかも、このリブに電池移動規制部を形成したから、ケース内で二次電池を動かないように固定することができる。また、リブを利用して二次電池を固定するものであるから、特別な部材が不要となり、組立が簡単で、コストを安くすることができる。さらに、各二次電池を所定間隔離して保持するため、電池同士が密着せず、よって一方の電池が発熱したときに、他方の電池に熱が伝わることがない。
【0037】
また、二次電池の軸方向と直交するリブに凹状の受け部を形成し、この受け部に二次電池の外周の一部を嵌め込むようにしたから、二次電池の横方向の移動をなくし、またバッテリーパックが落下されたときに、その衝撃の一部を吸収するから、衝撃による二次電池の性能劣化をなくすることができる。また、二次電池の軸方向に伸びたリブの端縁が二次電池の電極に当たるようにしたから、二次電池の軸方向の動きを阻止することができる。
【0038】
回路基板に開口を設け、この中に電子部品が入るように配置したから、この電子部品は回路基板に接触することなく、回路基板の上面又は下面に露呈する。したがって、電子部品が温度センサーの場合には、ケース内が回路基板で上下に仕切られていても、ケース内の温度を正しく測定することができる。また、高さがある電子部品の場合は、開口内に挿入された状態に配置することで、ケースの高さを小さくすることができる。
【0039】
さらに、隣接する2個の二次電池の間に形成される隙間に、電子部品を配置するから、回路基板を小型化することができる。また、ケースの外面にアース端子を設けたから、二次電池の基準電位の設定と、充放電制御回路から発生する電磁波のシールドとを行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のバッテリーパックを示した分解斜視図である。
【図2】バッテリーパックの縦断面図である。
【図3】バッテリーパックの横断面図である。
【図4】充放電制御回路の回路図である。
【符号の説明】
10 バッテリーパック
13〜18 リチウムイオン電池
19 回路基板
25 アース端子
27 受け部
28、29 補強リブ
30、32 開口
31 サーミスタ
36 充放電制御回路[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a chargeable / dischargeable battery pack used for portable electronic devices such as mobile phones, notebook computers, camcorders, and CD players.
[0002]
[Prior art]
The secondary battery of the battery pack has a high operating voltage, a high energy density, a large output current, a long cycle life, no memory effect, and a short charge time. Lithium ion batteries are frequently used.
[0003]
A lithium ion battery may generate heat and burst or ignite when short-circuited. Further, when charged with an overcurrent, the battery temperature rises abnormally and the battery life is shortened. Furthermore, the battery life is shortened by overcharge, overdischarge and the like. In order to prevent such inconvenience, a charge / discharge control circuit is provided in a battery pack using a lithium ion battery. The charge / discharge control circuit includes a monitoring circuit that measures and controls battery temperature, battery current, battery voltage, and the like, and a switching circuit that stops charging or discharging by the monitoring circuit.
[0004]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-50157 discloses a battery pack in which a battery unit in a form in which a plurality of secondary batteries are fixed in parallel on a circuit board having a charge / discharge control circuit is housed in the case. . In this battery unit, an electrode of a secondary battery is spot welded to a connection plate soldered to a circuit pattern, and the battery is fixed on the substrate.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
Since the secondary battery is attached to the circuit board through a thin connection plate, the battery may move in the case due to vibration or impact during transportation or the like, and the connection plate may be damaged. In order to prevent the batteries from contacting each other, Japanese Patent Application No. 5-290821, etc. describes a battery with a partition plate for insulating the batteries, but prevents the movement of the batteries in the axial direction. Can not do it.
[0006]
Furthermore, since the thickness of the case is reduced in order to reduce the size and weight of the battery pack, there is a problem that the strength of the case is weak. Further, since the lithium ion battery directly hits the inner surface of the case, when the battery pack is accidentally dropped, the impact may be directly transmitted to the lithium ion battery and the performance may be deteriorated.
[0007]
In addition, when a battery is mounted on a circuit board, an arrangement space for electronic components constituting the charge / discharge control circuit is required in addition to the arrangement space for the battery. Therefore, if the electronic components are not properly arranged, the battery pack becomes large. There is a problem of becoming.
[0008]
The present invention has been made in order to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a battery pack that can reinforce the case while fixing the secondary battery so as not to move in the case. .
[0009]
It is another object of the present invention to provide a battery pack that can appropriately arrange electronic components on a circuit board.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, in the battery pack of the present invention, a circuit board on which a plurality of cylindrical secondary batteries and a charge / discharge control circuit for controlling the charge / discharge are mounted is incorporated in a plastic case. In the battery pack, the battery is integrally provided on the inner wall of the case, and regulates the movement of the plurality of secondary batteries in the axial direction and the radial direction at positions where the plurality of secondary batteries are separated from each other by a predetermined distance. A plurality of ribs forming a movement restricting portion are provided.
[0011]
In the battery pack according to claim 2, the battery movement restricting portion is a concave receiving portion into which a part of the outer periphery of the secondary battery is fitted. In the battery pack according to claim 3, the battery movement restricting portion is one end of a rib, and the one end is in contact with an edge of the secondary battery on the electrode side so as not to move in the axial direction.
[0012]
In the battery pack according to claim 4, an opening is provided in the circuit board, and a part of the electronic components constituting the charge / discharge control circuit is disposed in the opening. In the battery pack according to claim 5, a part of the electronic components constituting the charge / discharge control circuit is disposed in a gap between two secondary batteries attached in parallel to the circuit board. is there.
[0013]
According to a sixth aspect of the present invention, a ground terminal for connecting the ground of the circuit board to the chassis ground of an electronic device to be externally connected is exposed outside the case.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
As shown in FIG. 1, the
[0015]
The
[0016]
Each of the
[0017]
The
[0018]
The pair of reinforcing
[0019]
The reinforcing
[0020]
The
[0021]
Further, the
[0022]
One end of a
[0023]
As shown in FIG. 4, the six
[0024]
The charge / discharge control circuit 36 is provided with a monitoring circuit and a
[0025]
The monitoring circuit includes a measurement unit and a determination unit that determines an abnormality based on a signal from the measurement unit, and the switching
[0026]
The
[0027]
The
[0028]
Next, the operation of the above embodiment will be described. When the
[0029]
Next, the
[0030]
In this state, the
[0031]
When the
[0032]
When the
[0033]
During charging / discharging, the
[0034]
In the above embodiment, the six
[0035]
In the above embodiment, six batteries are used. However, one or more batteries may be used in the present invention. Furthermore, in the said Example, although the lithium ion battery is used as a secondary battery, a nickel cadmium battery etc. may be sufficient.
[0036]
【The invention's effect】
As described above, in the battery pack of the present invention, since the rib is provided on the inner wall of the case, sufficient strength can be ensured and deformation or the like can be prevented even in a thin case. Moreover, since the battery movement restricting portion is formed on the rib, the secondary battery can be fixed so as not to move in the case. Further, since the secondary battery is fixed using the ribs, no special member is required, the assembly is simple, and the cost can be reduced. Further, since the secondary batteries are held apart from each other by a predetermined distance, the batteries do not adhere to each other. Therefore, when one battery generates heat, heat is not transmitted to the other battery.
[0037]
In addition, since the concave receiving portion is formed on the rib perpendicular to the axial direction of the secondary battery, and a part of the outer periphery of the secondary battery is fitted into the receiving portion, the secondary battery can be moved in the lateral direction. In addition, when the battery pack is dropped, a part of the impact is absorbed, so that the performance deterioration of the secondary battery due to the impact can be eliminated. Moreover, since the edge of the rib extended in the axial direction of the secondary battery is made to contact the electrode of the secondary battery, the movement of the secondary battery in the axial direction can be prevented.
[0038]
Since the opening is provided in the circuit board and the electronic component is placed therein, the electronic component is exposed to the upper surface or the lower surface of the circuit board without contacting the circuit board. Therefore, when the electronic component is a temperature sensor, the temperature in the case can be correctly measured even if the case is partitioned vertically by the circuit board. In the case of an electronic component having a height, the height of the case can be reduced by placing the electronic component in a state of being inserted into the opening.
[0039]
Furthermore, since the electronic component is arranged in a gap formed between two adjacent secondary batteries, the circuit board can be reduced in size. In addition, since the ground terminal is provided on the outer surface of the case, it is possible to set the reference potential of the secondary battery and shield the electromagnetic wave generated from the charge / discharge control circuit.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an exploded perspective view showing a battery pack of the present invention.
FIG. 2 is a longitudinal sectional view of a battery pack.
FIG. 3 is a cross-sectional view of the battery pack.
FIG. 4 is a circuit diagram of a charge / discharge control circuit.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記ケースの内壁に一体に設けられ、前記複数の二次電池の軸方向及び径方向への移動を、前記複数の二次電池同士を所定間隔離した位置で各々規制する電池移動規制部を形成した複数のリブを備えたことを特徴とするバッテリーパック。In a battery pack in which a circuit board on which a plurality of cylindrical secondary batteries and a charge / discharge control circuit for controlling their charge / discharge are mounted in a plastic case,
Formed integrally on the inner wall of the case is a battery movement restricting portion for restricting the movement of the plurality of secondary batteries in the axial direction and the radial direction at a predetermined distance between the plurality of secondary batteries. A battery pack comprising a plurality of ribs.
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