JP3900227B2 - バッテリーパック - Google Patents

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

Claims (6)

1. 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ことを特徴とするバッテリーパック。
2. 前記電池移動規制部は、凹状の受け部であり、二次電池の外周の一部が嵌まり込むことを特徴とする請求項１記載のバッテリーパック。
3. 前記電池移動規制部は、リブの一端であり、この一端が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することを特徴とする請求項１記載のバッテリーパック。
4. 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ことを特徴とする請求項１記載のバッテリーパック。
5. 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ことを特徴とする請求項１記載のバッテリーパック。
6. 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られていることを特徴とする請求項１記載のバッテリーパック。

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