JP5164470B2 - パック電池 - Google Patents

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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