JP5694044B2 - 電池パック - Google Patents
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Description
従来の電池パック1xの構成例を図6(a)に示す。電池パック1xは、扁平直方体状のリチウムイオン二次電池等からなる素電池30及び保護回路基板4等を、枠状の外装ケース(上部ケース700及び下部ケース800)に収納する。そして外装ケースの外周を図示しない外装ラベルで被覆して構成される。
このような構成の電池パック1xは、内部へのモールディング樹脂の注入が不要であり、一定の軽量化・薄型化の効果を期待できる。
第一に、コネクターと保護回路基板とが製造誤差等により位置ずれを生じ、電池パックの製造不良を生じる問題がある。すなわち電池パック1xでは、コネクター41は基板本体40上にはんだ付け等で実装されるが、その際の実装位置に誤差が生じ、コネクター41が外装ケースの窓部(図6(a)では下部ケース800の窓部801)を挿通できない場合がある。また、仮にコネクター41が前記窓部801を挿通できたとしても、電池パック1xを給電対象機器に装着する際、窓部801の内部でコネクター41が位置ずれを生じているため、やはり正しい位置で電池パック1xを装着できないおそれがある。
第二に、電池パックについては小型化・軽量化や、生産コストの低減も望まれており、これらの要求を満足する必要がある。図6に示した電池パック1xでは、上部ケース700及び下部ケース800を超音波溶着する際に使用する溶着リブ802と溶着溝703を形成する必要があるため、電池パック1xのx、y方向寸法が増大して外形寸法が大きくなり、電池パックの小型化・軽量化に改善の余地がある。また、超音波溶着を実施する必要があり、その分生産コストが上昇するため、製造工程の歩留まりにおいても課題が残っている。
第二の目的として、生産コストの低減を図りつつ、良好に小型化、軽量化を期待できる電池パックを提供する。
また、前記第一側面の前記長手方向において、前記外装ケースの前記窓部の開口サイズが、当該窓部より露出する前記外部接続端子の外径よりも大きい構成とすることもできる。
また、前記ホルダーと前記第一フレームは、互いの係合により固定可能な固定部を有し、前記ホルダーの少なくとも前記一対のリブ及び前記第一フレームとが当接し、且つ、前記各固定部による固定によって、前記第一フレームと前記ホルダーとが固定される構成とすることもできる。
<実施の形態1>
<電池パック1の構成>
図1は本発明の実施の形態1に係る電池パック1の外観図である。
<電池パック1の内部構成>
図2は、外装ラベル9を省略した電池パック1の組図である。図3は、ホルダー3、保護回路基板4、第一フレーム7等の配置を示す組立図である。図4は第一フレーム7を省略した電池パック1の保護回路基板4周辺の図であり、図5は素電池2の内部構造を省略した電池パック1の断面図である。
素電池2は、直方体状の扁平な角型の有底外装缶20の内部に、正負両極板をセパレータを介して積層した電極体(不図示)と、これに含浸させる電解液が収納され、外装缶20の開口部に封口板2b(素電池2の第二側面)を嵌合した状態で、封口板2bの周縁を外装缶20の開口部とレーザー溶接し、内部封止されてなる。
素電池2としては、一例として充電容量に優れる角型リチウムイオン二次電池を利用している。素電池2はこの種類に限定されず、ニッケル水素電池やニッケルカドミウム電池等、その他の二次電池を使用できる。
保護回路基板4は、ガラスやエポキシ樹脂等を含むコンポジット材料からなる短冊状の基板本体40に対し、各種電気素子とコネクター41が実装されて構成される。そして、素電池2の長手方向に沿った第一側面2aの上面に対して基板本体40の主面が平行になるように、第一側面2a近傍に配置される。保護回路基板4の上面には、コネクター41及びテストポイント用端子42が所定位置に配置され、コネクター41は第一フレーム7の窓部(端子窓)701を介して外部に露出される。
保護回路基板4の下面には、素電池2の長手(X)方向に沿った両端部において、図示しない導電ランドが形成され、図3に示すように前記各導電ランドに対し、リード板5a、6aがそれぞれシリーズスポット溶接で電気接続されている。
なお、電池パック1に配設する安全素子はPTC素子6のみに限定されず、これ以外の安全素子を用いてもよい。例えばNTC(Negative Temperature Coefficient)素子や温度ヒューズ素子などの感熱素子、さらには他の電池制御に用いられる種々の電気素子が挙げられる。
一方、リード板5bは、通電性及び溶接特性に優れる板状の金属材料(Ni−Alクラッド材)からなる。ここではAl面が素電池2側に接続され、Ni面がリード板5aと接続される。
図4(a)は第一フレーム7を省略した、ホルダー3の本体部3a周辺の電池パック1の上面図を示し、図4(b)はリブ34a、34bとリード板6c周辺の拡大図、図4(c)はリブ31a、31bとリード板5a周辺の拡大図を示す。
ここでリード板5aは、リード板(Ni−Alクラッド材)5bを介して素電池2の底面部2cと電気接続され、リード板6cは素電池2の負極端子21と電気接続されているので、これらの各接続部分を支点とし、リード板5a、6a、6cが素電池2の第一側面2a付近で適度に撓み(フレキシブル)性を発揮する。これにより、少なくとも第一フレーム7を素電池2側に装着する前の段階では、保護回路基板4はX方向及びZ方向の双方に一定範囲内(X方向にL2−L1の範囲内、Z方向にW1−W2の範囲内)でスライド自在である。従って電池パック1の製造工程において、たとえ製造時において、基板本体40に対するコネクター41の実装位置にずれが生じても、上記リード板5a、6a、6cの撓み性を利用して、コネクター41を第一フレーム7の窓部701の位置まで誘導し、適切に挿通させることができる。これは、保護回路基板をホルダーに固定する従来構成では得られない効果である。なお、この効果を良好に得るための目安として、本実施の形態のサイズの電池パック1では、L2をL1に対して約1mm程度大きく設定すればよい。
図2、図3に示すように、第一フレーム7は、X方向を長手とする長尺状の本体部7aと、本体部7aのX方向両端からY方向に延長された2本の第一腕部7b、7cで構成され、全体としてコの字状の外観形状を有する。
一方の第二フレーム8は、図2に示すように、第一フレーム7と共通構造を有する。すなわちX方向を長手とする長尺状の本体部8aと、本体部のX方向両端から逆Y方向に延長された2本の第二腕部8b、8cで構成され、第一フレーム7と同様にコの字状の外観形状を有している。第二腕部8b、8cの先端には第一フレーム7の係合ツメ70、71と係合可能な係合部(係合孔80、81)が設けられる。
なお、本体部7aの内部には、素電池2の第四側面2dと当接して当該素電池2を支持する位置決めリブ82が複数にわたり形成される。
第一フレーム7及び第二フレーム8は、ホルダー3、保護回路基板4及びPCT素子6が組みつけられた素電池2に対し、それぞれY方向に沿った方向で組み合わされる。このとき、第一腕部7b、7cの係合ツメ部70、71が、第二腕部8b、8cの係合孔80、81にそれぞれ係合する。これにより、いわゆるダブルフレーム構造の枠状の外装ケースが形成される。
次に、電池パック1の製造方法について例示する。
(素電池加工準備)
先ず、図2、3に示すように、扁平直方体の外観形状を有する素電池2を準備する。素電池2は、例えばリチウムイオン電池とし、有底筒状の外装缶20の内部に正負極板およびセパレータと、電解液等を収納し、負極板を集電体を介して封口板2bの負極端子21と電気接続する。一方、正極板は集電体を介して外装缶20の内部底面と電気接続し、第三側面(底面部)2cを正極端子とする。その後、外装缶20の開口部を前記封口板2bでレーザー封口する。素電池2の第三側面(底面部)2cに対し、リード板(Ni−Alクラッド材)5bをAl面が当接するように配し、レーザー溶接で強固に溶接する。
次に保護回路基板4に対し、リード板5a、PCT素子6のリード板6aをそれぞれシリーズスポット溶接にて電気接続する。
(電池組立加工)
素電池2の第一側面2a、第二側面2bに対してホルダー3を装着する。延長部3bの露出孔3cに第二側面2bの負極端子21を露出するように配置する。
リード板5aを、リード板5bのNi面にシリーズスポット溶接で電気接続する。一方、第二側面2bの負極端子21に対し、リード板6cをシリーズスポット溶接にて電気接続する。
(外装ケース組立加工)
次に、素電池2に対し、その第四側面2dの側から逆Y方向に沿って第二フレーム8を装着する。一方、保護回路基板4の上面側からY方向に沿って、第一フレーム7を装着する。このとき第一フレーム7の4つの固定孔7dをそれぞれホルダー3の固定ツメ3dにはめ込み、互いに係合させることで第一フレーム7に対してホルダー3を固定する。
(ラベル貼付加工)
次に、素電池2の外周に対して外装ラベル9を貼着する。このとき、第一フレーム7の係合ツメ70、71、第二フレーム8の係合孔80、81による係合部分についても外装ラベル9で確実に被覆する。
以上で電池パック1が完成する。
<その他の事項>
上記実施の形態では、電池パック1に含まれる素電池10の数を一つとしたが、二つ以上の素電池が含まれる構成とすることもできる。
2 素電池
2a 第一側面
2b 第二側面
2c 第三側面(底面部、正極端子)
2d 第四側面
21 負極端子
3、30 ホルダー
3a 本体部
3b 延長部
3c 露出孔
3d 固定ツメ
4 保護回路基板
5a、6a、6c リード板
5b リード板(Ni−Alクラッド材)
6b PTC素子本体
6 PTC素子
7 第一フレーム
7a、8a 本体部
7b、7c 第一腕部
7d 固定孔
7e 水没判定ラベル
8 第二フレーム
8b、8c 第二腕部
9 外装ラベル
31a、31b、32a、32b、34a、34b、リブ(リード板案内リブ)
31c、32c、33、36 平面部
35a、35b 載置用リブ
37 固定リブ
40 基板本体
41 外部接続端子(コネクター)
70、71 係合部(係合ツメ)
80、81 係合部(係合孔)
82 位置決めリブ
83 リブ挿入孔(受け入れ部)
401 金属端子
402 開口部
700 上部ケース
701、801 窓部
702 丸窓
703 溶着溝
800 下部ケース
802 溶着リブ
Claims (9)
- 扁平直方体の外観形状を有する素電池と、
前記素電池の外周における第一側面をその長手方向に沿って覆うように配され、前記素電池と反対側に外部接続端子が設けられた回路基板と、
前記第一側面及びこれに連続する側面に沿って配され、前記回路基板に対して前記素電池の正極端子及び負極端子を電気接続する、2本の帯状のリード板と、
前記各リード板及び前記回路基板と、前記素電池の少なくとも前記第一側面との間に配されたホルダーと、
前記素電池の前記外周に沿って配され、前記外部接続端子を窓部に挿通して外部露出させつつ回路基板を覆い、前記素電池との間で前記ホルダーを固定する枠状の外装ケースと、
前記回路基板、前記ホルダー並びに前記外装ケースが組みつけられた前記素電池に対し、その外周を覆うように配された外装ラベルと、を備え、
前記ホルダーは、前記各リード板をその各両サイドから前記第一側面の長手方向に沿って案内する一対のリブを1対以上有し、
前記各一対のリブと前記リード板の間に間隙が存在することで、前記各リード板及び前記回路基板が移動可能に配され、且つ、前記窓部に挿通された前記外部接続端子が、当該窓部の内部において移動可能に配されている
ことを特徴とする電池パック。 - 前記一対のリブ間の距離は、前記各リード板の幅よりも広く設けられ、且つ、前記第一側面の前記長手方向において、当該第一側面の長さよりも前記回路基板及び前記2本のリード板の合計長さが長い
ことを特徴とする請求項1に記載の電池パック。 - 前記第一側面の前記長手方向において、
前記外装ケースの前記窓部の開口サイズが、当該窓部より露出する前記外部接続端子の外径よりも大きい
ことを特徴とする、請求項1記載の電池パック。 - 前記素電池はその前記外周において、前記第一側面の長手方向一端側に隣接する第二側面、他端側に隣接する第三側面をそれぞれ有し、
前記外装ケースは第一フレーム及び第二フレームの組み合わせで構成され、
前記第一フレーム及び前記第二フレームは、それぞれ当該両フレーム間で互いに係合可能な係合部を有し、前記第二側面上及び前記第三側面上において前記各係合部で互いに係合することにより、前記枠状をなす
ことを特徴とする、請求項1〜3のいずれかに記載の電池パック。 - 前記素電池は、前記第一側面に平行な第四側面を有し、
前記第一フレームは、前記第一側面上に対応する本体部と、前記第二側面上及び前記第三側面上にそれぞれ対応する2本の第一腕部を有し、
前記第二フレームは、前記第四側面上に対応する本体部と、前記第二側面上及び前記第三側面上にそれぞれ対応する2本の第二腕部を有し、
前記各第一腕部及び前記各第二腕部に前記係合部が配設されている
ことを特徴とする、請求項4に記載の電池パック。 - 前記両フレーム間で互いに係合可能な係合部は、一方が突出部を有し、他方が前記突出部と嵌合可能な凹部を有する構成であり、
係合状態の前記各係合部が前記外装ラベルで被覆されている
ことを特徴とする、請求項4または5に記載の電池パック。 - 前記ホルダーと前記第一フレームは、互いの係合により固定可能な固定部を有し、
前記ホルダーの少なくとも前記一対のリブ及び前記第一フレームとが当接し、且つ、前記各固定部による固定によって、前記第一フレームと前記ホルダーとが固定される
ことを特徴とする、請求項4〜6のいずれかに記載の電池パック。 - 前記素電池はその前記外周において、前記第一側面の長手方向一端側に隣接する第二側面、他端側に隣接する第三側面をそれぞれ有し、
前記第二側面には外部に突出する電極端子が設けられ、
前記ホルダーは、前記第一側面に対応する本体部と、当該本体部より直角に延長され、前記第二側面に対応する延長部とを有し、
前記延長部には、前記電極端子を露出させる露出孔と、固定リブが設けられ、
前記第二フレームには前記固定リブを受け入れ可能な受け入れ部が設けられ、
前記固定リブが前記受け入れ部に挿入されることで、前記ホルダーと前記第二フレームとが固定される
ことを特徴とする、請求項4〜7のいずれかに記載の電池パック。 - 前記素電池はリチウムイオン電池である
ことを特徴とする請求項1〜8のいずれかに記載の電池パック。
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