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JP5164470B2 - パック電池 - Google Patents

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Description

本発明は、複数の素電池が収納されているパック電池に関する。
携帯用電気機器、特に携帯電話向けに、角形のリチウムイオン二次電池やポリマー電池が開発されている。
角形電池は、扁平な四角形状の外装缶やラミネートシートに、扁平な電極体が収納されてなり、現在開発されているものは厚みが相当薄く設定されている。
これらの角形電池は、保護回路が組み込まれたパック電池の形態で機器に装着されることが多く、特許文献1,2に開示されているパック電池では、保護回路を備えた回路基板が、素電池の一辺に配置され、当該回路基板の外側に外部端子が設けられている。そして素電池の端子から回路基板にまたがって、電力を送るためのリード板が配設されている。
また、リード板は素電池の外周に沿って配設され、素電池の角部分においては、リード板も直角に屈曲されている。
このようなパック電池を組み立てる時には、このリード板を、素電池の外周に沿って装着するとともに、その一端を素電池の端子にスポット溶接し、他端を回路基板の端子にスポット溶接する。
この形態でリード板を配することはパック電池の厚みを薄く抑える上で好ましく、その厚さを素電池の厚さと同程度に薄くでき、機器に装着した時に生じるデッドスペースも少ない。
ところで、特許文献3に開示されているパック電池のように、複数の角形素電池を配列し並列接続することで、薄型で高容量なパック電池も実現されている。
特開2006−164559号公報 特開2006−156112号公報 特開2000−251945号公報
このように複数の素電池を配列して並列接続したパック電池において、素電池を配列する形態によってパック電池の形状が変わるので、素電池の配列形態を変更することによって、装着対象である電気機器に適した形状に調整することができる。
例えば、図3に示すように、正極端子24a,24b同士を突き合わせた状態で素電池20a,20bを配列して、ホルダを装着して回路基板70を保持することによって、パック電池の形状を縦長にすることができる。
このタイプのパック電池において、図3のように、回路基板70を配列方向(縦方向)に沿った辺(縦辺21a,縦辺21b)に配置する場合、負極端子25a,25bと回路基板70との間を接続する負極リードを縦辺21a,縦辺21bに沿って配設し、正極端子24a,24bと回路基板70を接続する配線リードは、一方の素電池の外周(縦辺22a,横辺23a,縦辺21a)に沿うように3か所で折り曲げて配設し、回路基板70が装着される辺に対向する辺(辺22a,辺22b)から正極端子24a,24b間に挿入すれば、配線リードを素電池群の外周にうまく配置できると考えられる。
しかしながら、素電池を取り巻く形状のリード板を、ホルダ付電池群に装着して素電池端子や回路基板と接合するには、かなり面倒な作業が伴うと考えられる。また、リード板をホルダにきっちりと装着することも難しいと考えられる。
本発明は、上記課題を鑑み、薄型、高容量であって、且つ作製時にリード板の装着や接続が容易な電池パックを提供することを目的とする。
本発明の電池パックは、上記目的を達成するため、2個の角形の素電池を、同一極性同士(正極同士または負極同士)を対向させた状態で配列して素電池群を構成し、素電池群の外周に沿って基板ホルダを設けて回路基板を保持し、素電池群から回路基板に送電する配線を、素電池群の外周に沿って設けた。
そして、この配線の中、上記対向する同一極性の端子と回路基板とを結ぶ配線部分を、一端が上記同一極性の端子に接続された第1リード板の他端と、一端が回路基板に接続された第2リード板の他端とを、基板ホルダ表面上で接続して構成し、さらに、基板ホルダに、第1リード板の他端及び第2リード板の他端の接続部分を挟持する挟持部を形成した。
上記本発明のパック電池で、接続部分において、第1リード板の他端及び第2リード板の他端の少なくとも一方を折り返し、当該折り返し部分を他方のリード板の他端に接合することが好ましい。
また、回路基板が、素電池群の外周の中で、素電池配列方向に伸張する辺に沿って装着される場合、第1リード板は、対向する同一極性の端子に接続される部分を、素電池群の外周の中で、回路基板が装着される辺と対向する辺から、同一極性端子同士の間に挿入することが好ましい。
上記本発明の電池パックによれば、2個の角形の素電池を、同一極性同士を対向させた状態で配列して素電池群を構成し、素電池群の外周に沿って基板ホルダを配し、その基板ホルダで回路基板を保持し、素電池群から回路基板に送電する配線を、素電池群の外周に沿って設けたので、薄型で高容量のパック電池を実現できる。
そして、配線の中、対向する同一極性の端子と回路基板とを結ぶ配線部分を、一端が同一極性の端子に接続された第1リード板の他端と、一端が回路基板に接続された第2リード板の他端とを、基板ホルダ表面上で接続することで構成としたので、1本のリード板で構成する場合と比べて、パック電池組立時にリード板を電池群に装着したり溶接したりする工程の自由度が大きい。
すなわち、各リード板を電池群に装着してから、両リード板の端部同士を接合することで対向する同一極性の端子と回路基板とを結ぶ配線部分を形成することができる。
ここで、第1リード板の折れ曲がり数と第2リード板の折れ曲がり数の合計が、1本のリード板で構成する場合の折れ曲がり数と同じなので、各第1リード板,第2リード板の折れ曲がり数は少なくなる。従って、第1リード板,第2リード板を電池群に容易に装着することができる。
また、第1リード板と第2リード板とは、時間的にも別々に装着することができるので、2つのリード板の中、一方のリード板を装着して端子との溶接を行った後、他方のリード板を装着することもでき、この点でも工程の自由度が大きい。
接続部分において、第1リード板の他端及び第2リード板の他端の少なくとも一方を折り返し、当該折り返し部分を他方のリード板の他端に接合すると、第1リード板及び第2リード板を装着した状態で、接続部分に曲げ対する自由度がある程度残るので、接続部分を曲げ整形することもできる。
更には、基板ホルダに、第1リード板及び第2リード板の接続部分を挟持する挟持部を形成したので、接続部分が基板ホルダに保持される。
従って、接合部分が浮き上がることを防止することができ、接続部分が基板ホルダの表面上に保持される。
図1は、本発明の一実施の形態にかかるパック電池の構成を示す分解斜視図である。
このパック電池は、パック電池本体1が電池ケース3に収納され、その上面にラベル2が貼り付けられて構成されている。
(パック電池本体1の構成)
図2は、パック電池本体1の構成を示す分解斜視図である。
図2に示すように、素電池20a,20bが配される平面に沿って、素電池の配列方向を縦方向、それと直交する方向を横方向とし、当該平面に垂直な方向を上下方向とする。
パック電池本体1は、平たい直方体形状である薄型の素電池20a,20bからなる素電池群20、ホルダ30、素電池群20の正極端子から外部に接続する第1リード板40及び第2リード板50、各素電池20a,20bの負極端子25a,25bから外部端子に接続する負極リード板60、回路基板70などで構成されている。
ラベル2は、可撓性のあるプラスチックシートであって、接着材層あるいは粘着層を介して、パック電池本体1及び電池ケース3に接着されている。
電池ケース3は、中に素電池群20を含むパック電池本体1を収納するスペースを有し、電池本体1の外周を取り囲む長方形の枠体部分3aと、電池本体1を載せる底面部3bとからなり、全体がPC(ポリカーボネート)などの絶縁性材料であるプラスチックで成形されている。
素電池群20は、2個の素電池20a,20bを、底辺を兼ねた一方の電極である正極端子24a,24bどうしを突き合わせた状態で、同一平面上に配列したものである。各素電池20a,20bは、厚さが横幅よりも薄い角形(厚みのある板状であって上面視四角形形状)の二次電池である。素電池群20は、上面視縦長の長方形状であって、縦辺21(素電池20aの縦辺21a+素電池20bの縦辺21b)、縦辺22(素電池20aの縦辺22a+素電池20bの縦辺22b)、横辺23a,横辺23bという4つの辺を有している。
各素電池20a,20bのタイプは、ここでは、外装缶が正極端子を兼ねたリチウムイオン電池とする。ただし、素電池のタイプは特に限定されず、リチウムポリマー電池、ニッケル−水素電池やニッケル−カドミウム電池であってもよい。また、対向させる素電池の極性は、ここでは正極端子同士としているが、負極端子同士でもよい。
ホルダ30は、絶縁性材料であるプラスチックで成形されたものであって、素電池群20の外周の3辺を取り巻くように、縦辺21に沿って縦方向に伸張する縦延伸部31と、縦延伸部31の両端から折れ曲がって横辺23a,横辺23bに沿って横方向に伸張する横延伸部32,横延伸部33とから構成されている。
縦延伸部31の中間付近に回路基板70が支持されている。この回路基板70は、縦延伸部31に設けられた1対のリブ34a,34bの間に填め込まれて支持されている。
回路基板70には、素電池群20の過充電や過放電を防止する保護回路が実装されている。また、その外表面に、外部端子71,72が設けられている。この外部端子71,72は、電池ケース3に設けられた電極窓3c,3dから外部に表出される。
ホルダ30の横延伸部32には、接合部43及び接合部54を挟持するリブ35及びリブ36が形成されている。
素電池群20の外周に沿って、素電池群20から回路基板70に送電する配線リード(正極リード及び負極リード)が設けられている。
正極リードである第1リード板40及び第2リード板50は、2個の素電池20a,20bに共通のリードであって、対向する正極端子24a,24bから、回路基板70まで延伸されている。また、負極リード板60は、凸形状である各負極端子25a,25bに接続されたPTC等である保護素子62,63から、回路基板70まで延伸されている。負極リード板60及び第2リード板50は、ホルダ30の外側に装着されている。これら配線リードについては後で詳述する。
素電池群20とホルダ30との間には、絶縁リング80が介挿され、第2リード板50と、負極リード板60及び保護素子62との間には、絶縁板81が介挿されている。また、素電池群20の表面には、第1リード板40を覆うように絶縁テープ82が貼り付けられている。
このように配置される絶縁テープ82は、第1リード板40を素電池群20に固定し、また、素電池20aと、素電池20bとを固定している。更には、この絶縁テープ82は、第1リード板40を素電池群20に固定しているので、パック電池本体1を、電池ケース3に挿入して収納するとき、第1リード板40が電池ケース3に引っかかることを防止している。つまり、絶縁テープ82の貼り付けは、加工性と品質の向上を導くパック構造としている。
(配線リード)
図3は、素電池群20の外周に沿って配線リードなどが設けられている状態を示す図である。
正極リードは、第1リード板40と第2リード板50とが端部同士接続されて構成されている。
第1リード板40は、長尺の金属板が2か所で直角に折れ曲げられて形成され、素電池20aの縦辺22aに沿って伸張する縦長部41と、当該縦長部41の一端から横方向に折れ曲がって2個の素電池2の正極端子24a,24b間に挿入され接続されている挿入接続部42と、縦長部41の他端から横方向に折れ曲がってホルダ30の横延伸部32の外表面上で第2リード板50と接合される接合部43とで構成されている。
第2リード板50は、長尺金属板が1箇所で直角に折れ曲げられL字状に形成され、回路基板70からホルダ30の縦延伸部31の外表面に沿って伸張する縦長部51と、縦長部51の端から折れ曲がってホルダ30の横延伸部32に沿って伸張する横長部52とから構成されている。縦長部51の先端部分には、回路基板70の背面側で外部端子71と接続される接合部53が形成され、横長部52の先端部分は折り返され、折り返された部分が第1リード板40と接合される接合部54となっている。
このように第1リード板40と第2リード板50からなる正極リードは、一方の素電池20aの外周辺(縦辺22a,横辺23a,縦辺21a)沿って囲むように配設され、挿入接続部42は、回路基板70が装着される縦辺21に対向する縦辺22(縦辺22a,縦辺22b)から正極端子24a,24b間に挿入されている。
負極リード板60は、直線状の金属板であって、ホルダ30の縦延伸部31に沿って伸張しており、その中央部分に接続タブ61が形成されている。この接続タブ61は、回路基板70の背面側で外部端子72と接続されている。
また、ホルダ30の横延伸部32,33に沿って保護素子(PTC)62,63が配されており、負極リード板60の両端部は、この保護素子62,63を介して負極端子25a,25bと接続されている。これによって、負極端子25aと回路基板70との間の電気抵抗と、負極端子25bと回路基板70との間の電気抵抗とが同等となる。
各リード板40,50,60と端子との接合並びにリード板同士の接合は、抵抗スポット溶接,レーザー溶接,半田付けなどでなされている。
以上のように正極リード及び負極リード板は、素電池群20の外周に沿って設けられているので、パック電池本体1の厚みに影響を及ぼさない。
(パック電池本体1の製造方法)
本実施形態のパック電池本体1を組み立てる際には、素電池群20に対して、ホルダ30,第1リード板40,第2リード板50,負極リード板60,回路基板70などを装着しておいて、第1リード板40の端部とリード板50の端部とを接合する。
その具体例を説明する。
まず、図6(a)に示すように、素電池20a,素電池20bを仮に配置して、正極端子である缶底部に、第1リード板40の挿入接続部42を溶接(スポット溶接)する。その後、図6(b)に示すように、素電池20a,素電池20bの缶底部が対向するように、第1リード板40を180度折り曲げる。その後、第1リード板40に90度ずつ折り曲げ加工することにより、縦長部41,接合部43を形成する。
その後、素電池20aと素電池20bとを配列した素電池群20に、絶縁テープ82を貼り付けると共に、絶縁リング80を介してホルダ30を装着する。
一方、絶縁板81を介して、第2リード板50と、負極リード板60及び保護素子62とを重ね合せると共に、負極リード板60の接続タブ61と回路基板70(外部端子72の裏側)との溶接、負極リード板60の端部と保護素子62,63との溶接、第2リード板50の接合部53と回路基板70(外部端子71の裏)との溶接を行う。そして、これらをホルダ30に装着する。
ホルダ30の縦延伸部31には、両縁に沿ってガイドリブ31aが設けられているので、負極リード板60や第2リード板50の縦長部51などは両ガイドリブ31aの間に安定して装着される。
そして、挿入接続部42と正極端子24a,24bとの溶接、保護素子62と負極端子25aとの溶接、保護素子63と負極端子25bとの溶接を行う。
このようにして各部品を装着した後に、第1リード板40の端部と第2リード板50の端部とを溶接する。
(第1リード板40と第2リード板50との接合)
図4は、第1リード板40と第2リード板50との溶接部分を示す図で、(a)は平面図、(b)は、X−X線断面図(b)である。
図4に示すように第2リード板50をホルダ30上に装着すると、横長部52の先端付近はホルダ30の横延伸部32の外表面上に沿って配された状態となっている。また、第1リード板40を装着した状態では、縦長部41が素電池20aの表面上に、縦辺22aに沿って配された状態となっている。
そして、第1リード板40の接合部43が、第2リード板50の接合部54と重なり合っている。この重なり合っている接合部43と接合部54とを溶接する。
ここで、第1リード板40及び第2リード板50は、弾性変形する金属板なので、第1リード板40の折曲部分40a及び第2リード板50の折り返し部分50aは、曲げに対する自由度が残り、ある程度弾性変形させることができる。
従って、第1リード板40及び第2リード板50装着した状態で、溶接部分を曲げ整形することができる。すなわち、横長部52が横延伸部32の外表面上でたるまず、縦長部41が縦辺22aの外表面上でたるまないように、且つ第1リード板40と第2リード板50を装着した状態で、図5に示すように接合部43及び接合部54を起こして、接合部43と接合部54とをスポット溶接することもできる。また、スポット溶接した後に、接合部43及び接合部54を、横延伸部32上に押し込んで、横延伸部32の外表面上に沿った形に整形することができる。
なお、第2リード板50に折り返し部分50aを形成する代わりに、第1リード板40の端部を折り返して、その折り返し部分を第2リード板50の端部に溶接しても同様の効果を奏する。あるいは、第1リード板40の端部と第2リード板50の端部の両方を折り返して、折り返し部分同士を溶接しても同様の効果を奏する。
(リブ35及びリブ36)
上記のように、ホルダ30の横延伸部32において、接合部43及び接合部54をサイドから挟む位置にリブ35及びリブ36が形成されている。そして、リブ35の内壁には突起35a、リブ36の内壁には突起36aが対向して形成されている。そして、突起35aと突起36aとの間隙は、接合部43及び接合部54の幅より若干狭く設定されている。
これによって、接合部43及び接合部54を溶接した後に、リブ35とリブ36との間に押し込むと、突起35a,36aによって接合部43及び接合部54が締め付けられて保持される。
溶接時などに第1リード板40の折曲部分40a及び第2リード板50の折り返し部分50aにひずみが形成されると、接合後に接合部43及び接合部54が跳ね上がろうとする力が働くこともあるが、上記のように接合部43及び接合部54が突起35a,36aで締め付けられていると、図4(b)のように、接合部43及び接合部54は、跳ね上がりが抑えられて、横延伸部32の表面上に保持される。
なお、仮にリブ35,リブ36が設けられないと、接合部43及び接合部54を接合した後において、接合部分が跳ね上がった状態(図5と同様の状態、即ち、接合部分が浮き上がった状態)になる可能性がある。
(負極配線リードに第1リード板40と第2リード板50を用いることによる効果)
第1リード板40と第2リード板50を用いているので、1つの正極リード板を用いる場合と比べて、第1リード板40と第2リード板50とを溶接する工程が必要となるので、この分だけ工程数が多くなるが、以下のように、リード板の装着工程および溶接工程に自由度が多くなるので、製造工程が容易になる。
図3に示すように、第1リード板40には、直角に折り曲げられた部分が2か所(折曲部分40aと折曲部分40b)しかないので、これを素電池群20に対して装着するときに、横方向からでも上下方向からでも装着することができる。また、第2リード板50には、直角に折り曲げられた部分が1か所(折曲部分50b)しかないので、これを素電池群20に対して装着するときに、縦方向、横方向、上下方向のいずれからでも装着できる。
また、第1リード板40を装着する工程と、第2リード板50を装着する工程との間に、溶接工程などを行うこともできる。例えば、第1リード板40を装着し、負極端子25aが第2リード板50で覆われていない状態で、挿入接続部42と正極端子24a,24bとの溶接、負極端子25aと保護素子62の溶接、負極端子25bと保護素子63との溶接を行い、その後、第2リード板50を装着することもできる。
これに対して、比較例として、1つの正極リード板(第1リード板40と第2リード板50とが一体で接合されたような正極リード板)を用いる場合を考える。この正極リード板を素電池群20に対して装着しようとするときに、上下方向からは装着できても、縦方向や横方向から装着することはできない。
また、第1リード板40と第2リード板50とを別々に装着することはできないので、挿入接続部42が挿入されるときに、端子25aが第2リード板50で覆われる。また、第1リード板40を装着する工程と、第2リード板50を装着する工程との間に、溶接工程などを行うことはできない。
従って、比較例の場合、正極リード板を素電池群に装着及び溶接する工程において、自由度がかなり少なく、また、その作業も面倒なものとなる。
本発明は、携帯電気機器用のパック電池、特に携帯電話向けのパック電池に利用できる。
実施の形態に係るパック電池の構成を示す分解斜視図である。 パック電池本体1の構成を示す分解斜視図である。 素電池群20の外周に沿って配線リードなどが設けられている状態を示す図である。 第1リード板40と第2リード板50との溶接部分を示す平面図と断面図である。 第1リード板40及び第2リード板50を装着した状態で、接合部43及び接合部54が起き上がった様子を示す図である。 パック電池本体1の組み立て方法を説明する図である。
符号の説明
1 パック電池本体
3 電池ケース
20 素電池群
20a,20b 素電池
21,22 素電池群の縦辺
21a,21b 素電池の縦辺
23a,23b 素電池の横辺
24a,24b 正極端子
25a,25b 負極端子
30 ホルダ
31 縦延伸部
32,33 横延伸部
35,36 リブ
35a,36a 突起
40 第1リード板
40a,40b 折曲部分
42 挿入接続部
43 接合部
50 第2リード板
50a 折り返し部分
50b 折曲部分
53,54 接合部
60 負極リード板
61 接続タブ
62,63 保護素子
70 回路基板
71,72 外部端子

Claims (3)

  1. 2個の角型の素電池が、同一極性同士を対向させて配列された素電池群と、前記素電池群の外周に沿って配された基板ホルダと、当該基板ホルダで保持された回路基板とを備え、前記素電池群から前記回路基板に送電する配線が前記素電池群の外周に沿って設けられた電池パックであって、
    前記配線の中、前記対向する同一極性の端子と前記回路基板とを結ぶ配線部分は、
    一端が前記同一極性の端子に接続された第1リード板の他端と、一端が前記回路基板に接続された第2リード板の他端とが、前記基板ホルダ表面上で接続されて構成され、
    前記基板ホルダには、前記第1リード板の他端及び第2リード板の他端の接続部分を挟持する挟持部が形成されていることを特徴とするパック電池。
  2. 前記接続部分において、
    前記第1リード板の他端及び前記第2リード板の少なくとも一方が折り返され、
    当該折り返し部分が他方のリード板の他端と接合されていることを特徴とする請求項1記載のパック電池。
  3. 前記回路基板は、前記素電池群の外周の中で、素電池配列方向に伸張する辺に沿って装着され、
    前記第1リード板は、前記対向する同一極性の端子に接続される部分が、
    前記素電池群の外周の中で、前記回路基板が装着される辺と対向する辺から、前記同一極性端子同士の間に挿入されていることを特徴とする請求項1または2記載のパック電池。
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