JP2011070906A - 電池パックおよびホルダー - Google Patents

Abstract

【課題】外部に導出されるリード線を固定する。
【解決手段】
ホルダー４の固定部４２が折りたたまれていない状態で、コネクタ付きリード線９が接続された回路基板３をホルダー４の収納部４１に収納する。そして、回路基板３を収納部４１に収納した状態で固定部４２を折りたたむことにより、固定部４２の前面に設けられた壁部４８がコネクタ付きリード線９の被覆部分に接触し、固定部４２の壁部４８と回路基板３とによりコネクタ付きリード線９が挟み込まれる。
【選択図】図６

Description

この発明は、外部と接続するためのリード線を固定する電池パックおよびホルダーに関する。

近年、携帯型ゲーム機、携帯電話、ノート型パーソナルコンピュータ等の携帯型電子機器や電動工具が普及し、電源として高電圧、高エネルギー密度、軽量といった利点を有するリチウムイオン電池が広く使用されている。

このような携帯型電子機器では、例えば電解質として、ポリマーに非水電解液を含浸させてなるゲル状の電解質や全固体状のポリマー電解質を用いた、扁平型のリチウムイオンポリマー二次電池を使用する機会が増えている。

リチウムイオンポリマー二次電池は、正極、負極、ポリマー電解質を有し、正極および負極からそれぞれリードが導出された電池素子が外装フィルムで被覆された電池セルの構成とされている。さらに、電池パックは、電池セルと回路部がマウントされた回路基板と共に、例えば上下のケースからなる箱型のプラスチックモールドケース内に収納される構成とされている。

このような電池パックにおいては、外部と接続するためのコネクタ付きリード線が電池パックから導出されているものがある。図８は、コネクタ付きリード線が電池パックから導出された従来の電池パック１００の構成の一例を示す。電池パック１００は、主に、扁平型の電池セル１０１、回路基板１０２およびＰＴＣ（Positive Temperature Coefficient）素子１０３で構成され、例えば上ケース１０４および下ケース１０５からなる箱型の筐体等の外装体に収納される構成となっている。

電池セル１０１は、例えば、電池素子が矩形状に成型された外装フィルムに収納される構成となっており、この外装フィルムが折り曲げられることによって壁部が形成されている。また、壁部に囲まれた面には、正極端子１２１ａおよび負極端子１２１ｂが導出されるテラス部１２０が形成されている。

回路基板１０２は、例えば、二次電池の充放電を制御する保護回路等がマウントされている。回路基板１０２には、複数の接点部が設けられ、外部の機器等と接続するためのコネクタ付きリード線１０７が半田付けにより接続される。回路基板１０２とコネクタ付きリード線１０７との接続部分である半田付け部には、この半田付け部を保護するために、半田付け部を覆うようにしてボンド１０８が塗布されている。

また、回路基板１０２には、電池セル１０１の正極端子１２１ａおよび負極端子１２１ｂを接続するための接点部が設けられている。電池セル１０１の正極端子１２１ａに対応する接点部には、リフロータブ１０６ａを介して正極端子１２１ａが接続されている。また、負極端子１２１ｂに対応する接点部には、リフロータブ１０６ｂおよびＰＴＣ素子１０３を介して負極端子１２１ｂが接続されている。

ＰＴＣ素子１０３は、電池の温度が設定温度と比べて高くなると電気抵抗が急激に高くなり、電池に流れる電流を実質的に遮断する熱感抵抗素子である。ＰＴＣ素子１０３は、リフロータブ１０６ｂを介して回路基板１０２の接点部に接続されるとともに、電池セル１０１の負極端子１２１ｂと接続されている。

コネクタ付きリード線１０７が接続された回路基板１０２およびＰＴＣ素子１０３は、電池セル１０１のテラス部１２０に載置され、テラス部１２０と回路基板１０２との間に配置された絶縁テープ１０９によって固定されている。そして、回路基板１０２およびＰＴＣ素子１０３がテラス部１２０に載置された電池セル１０１は、両面テープ１１０等によって下ケース１０５に固定され、上ケース１０４および下ケース１０５からなる外装体に収納される。また、上ケース１０５には、ラベル１１１が貼着される。コネクタ付きリード線１０７は、下ケース１０５の前面に設けられた導出部から導出される。

このような従来の電池パック１００においては、電池セル１０１のテラス部１２０に載置される回路基板１０２を絶縁テープ１０９によって直接的に固定するようにしている。そのため、回路基板１０２の位置決めを正確に行うことができず、回路基板１０２に接続されているコネクタ付きリード線１０７の出し位置精度が出ないという問題点があった。

また、電池パック１００の組み立て時などに外部からの圧力等が生じた場合に、電池セル１０１と回路基板１０２とが接触し、電池セル１０１や回路基板１０２が損傷したり、電極端子が変形して安全性が低下してしまうおそれがあるという問題点があった。

さらに、絶縁テープ１０９を貼り付ける際には、絶縁テープ１０９がずれてしまう場合があり、電池パック１００の外形に影響を与えてしまうおそれがあるという問題点があった。また、絶縁テープ１０９を貼り付ける作業における作業者によるバラツキが多く、生産性が悪いという問題点があった。

このような問題点を解決するため、例えば下記の特許文献１および特許文献２には、基板ホルダーを用いて回路基板を固定し、回路基板と電池の電極との絶縁、および衝撃が与えられた際に回路基板に実装された素子の破損を防止する技術が記載されている。

特開２００６−１６４６０１号公報 特許第３４７５０７０号公報

ところで、コネクタ付きリード線が外部に導出される電池パックの場合には、コネクタ付きリード線を回路基板に対して半田付けによって接続し、その上から接続部分を保護するためのボンドを塗布してコネクタ付きリード線を固定する必要がある。

しかしながら、回路基板とコネクタ付きリード線との接続部分である半田付け部にボンドを塗布する場合には、ボンドの塗布量の管理や位置精度を出すことが困難であり、生産性が悪いという問題点があった。

また、コネクタ付きリード線に対して外部から力が加えられた場合、リード線の半田付け部が支点となって曲げ応力が集中してしまうため、リード線が破断してしまうおそれがあるという問題点があった。

したがって、この発明の目的は、外部に導出されるリード線を固定し、生産性を向上することができる電池パックおよびホルダーを提供することにある。

上述した課題を解決するために、第１の発明は、電極端子を導出するテラス部を有する二次電池と、
二次電池に接続される回路基板と、
回路基板に接続され、外部と接続する配線部材と、
電池セルのテラス部上に配置され、回路基板を収納するホルダーと
を備え、
ホルダーは、
前面に第１の開口部が形成されるとともに、上面の一部に第２の開口部が形成され、第１の開口部から回路基板を収納する収納部と、
前面に壁部が形成され、壁部の両端から延びる延在部がそれぞれ形成され、収納部に固定される固定部と
を有し、
固定部が第２の開口部を覆うようにして収納部に固定され、
配線部材が固定部の壁部および回路基板に挟み込まれることによって固定される電池パックである。

また、第２の発明は、前面に第１の開口部が形成されるとともに、上面の一部に第２の開口部が形成され、第１の開口部から回路基板を収納する収納部と、
前面に壁部が形成され、壁部の両端から延びる延在部がそれぞれ形成され、収納部に固定される固定部と
を有し、
固定部が第２の開口部を覆うようにして収納部に固定されるホルダーである。

この発明によれば、ホルダーの固定部を収納部に固定するようにしているため、収納部に収納された回路基板に接続された配線部材を、固定部の壁部および回路基板に挟み込むようにして固定することができ、生産性を向上させることができるという効果がある。

図１は、この発明の実施の一形態による電池パックの構成の一例を示す分解斜視図である。 図２は、回路基板の構成の一例を示す斜視図である。 図３Ａは、ホルダーの構成の一例を示す斜視図である。図３Ｂは、収納部および固定部の接続部分について説明するための断面図である。 図４は、回路基板およびＰＴＣ素子が収納されたホルダーを前面方向から見た断面図である。 図５は、回路基板およびＰＴＣ素子が収納されたホルダーを電池セルのテラス部に載置した様子を示す斜視図である。 図６は、コネクタ付きリード線を固定する様子を示す断面図である。 図７は、コネクタ付きリード線に外部から力が加えられた場合について説明するための断面図である。 図８は、従来の電池パックの構成の一例を示す略線図である。

以下、この発明の実施の一形態について、図面を参照して説明する。この発明の実施の一形態では、回路基板を固定するためのホルダーを用いることにより、ホルダーに収納された回路基板を固定するとともに、回路基板に接続されているリード線を固定することができる。

［電池パックの構成］
図１は、この発明の実施の一形態による電池パック１の構成の一例を示す分解斜視図である。電池パック１は、主に、電池セル２、回路基板３、ホルダー４およびＰＴＣ（Positive Temperature Coefficient）素子５で構成され、例えば上ケース６および下ケース７からなる箱型の筐体等の外装体に収納される構成となっている。

電池セル２は、例えば、電池素子が矩形状に成型された外装フィルムに収納される構成となっており、この外装フィルムが折り曲げられることによって壁部が形成されている。また、電池セル２の一方の端面において壁部に囲まれた面には、外装フィルムに収納された電池素子に接続された正極端子２１ａおよび負極端子２１ｂが導出されるテラス部２０が形成されている。

回路基板３は、例えば、ヒューズやサーミスタ等の温度保護素子、充放電制御ＦＥＴ（Field Effect Transistor）、二次電池の監視と充放電制御ＦＥＴの制御を行うＩＣ（Integrated Circuit）を含む保護回路等がマウントされている。また、回路基板３には、外部の機器等と接続するためのコネクタ付きリード線９が接続される。回路基板３の詳細については、後述する。

ホルダー４は、回路基板３および後述するＰＴＣ素子５を収納し、電池セル２に形成されたテラス部２０上に載置することにより、回路基板３およびＰＴＣ素子５を固定する。ホルダー４の詳細については、後述する。

ＰＴＣ素子５は、電池の温度が設定温度と比べて高くなると電気抵抗が急激に高くなり、電池に流れる電流を実質的に遮断する熱感抵抗素子である。ＰＴＣ素子５は、リフロータブ８ｂを介して回路基板３に接続されるとともに、電池セル２の負極端子２１ｂと接続されている。

上ケース６および下ケース７からなる外装体は、例えば樹脂により形成され、その内部に電池セル２、回路基板３、ホルダー４およびＰＴＣ素子５が収納された状態で、例えば超音波溶着により接合される。下ケース７には、電池セル２が両面テープ１０によって接着されて固定されている。上ケース６には、ラベル１１が貼着されている。

下ケース７の前面には、導出部１２が形成されている。回路基板を収納したホルダー４をテラス部２０に載置した状態で電池セル２が外装体に収納されることにより、導出部１２から、回路基板３に接続されたコネクタ付きリード線９が導出される。

［回路基板］
図２は、回路基板３の構成の一例を示す。回路基板３は、例えば矩形状を有し、対向する２つの長辺のうち前面側に位置する辺の縁に、２つの切り欠き部３２が形成されている。切り欠き部３２は、後述するホルダー４に回路基板３を収納した際に、ホルダー４に設けられた延在部４６を避けることが可能な位置に形成され、延在部４６が入り込むことによって固定されるようになっている。

回路基板３には、複数の接点部３１が設けられている。この例では、正極、負極およびサーミスタに対応する３個の接点部３１が設けられている。この接点部３１は、２つの切り欠き部３２の間の面に設けられており、コネクタ付きリード線９が接続される。コネクタ付きリード線９は、例えば３本のリード線からなり、リード線の一端が半田付けによってそれぞれの接点部３１に接続されている。また、リード線の他端には、コネクタが設けられ、外部の機器等に接続されるようになっている。

接点部３１が設けられている面と反対側の面には、電池セル２の正極端子２１ａおよび負極端子２１ｂを接続するための接点部が設けられている。電池セル２の正極端子２１ａに対応する接点部には、リフロータブ８ａを介して正極端子２１ａが接続されている。また、負極端子２１ｂに対応する接点部には、リフロータブ８ｂおよびＰＴＣ素子５を介して負極端子２１ｂが接続されている。

［ホルダー］
図３Ａは、ホルダー４の構成の一例を示す。図３Ａに示すように、ホルダー４は、収納部４１および固定部４２で構成され、収納部４１および固定部４２が樹脂により一体に形成されている。ホルダー４に用いられる材料としては、強度や難燃性等を考慮してポリカーボネートを用いると好ましい。図３Ｂは、ホルダー４を側面方向から見た場合の断面図である。図３Ｂに示すように、収納部４１および固定部４２の接続部分は、切り欠き４３が設けられたヒンジ構造となっており、切り欠き４３の位置から固定部４２を折りたたむことができるようになっている。

収納部４１は、前面に第１の開口部４９を有し、この第１の開口部４９から回路基板３およびＰＴＣ素子５を収納することができるように形成されている。収納部４１の内部には、リブ４４が形成されている。リブ４４は、収納部４１に回路基板３を収納した際に、回路基板３上の実装部品等に接触しない位置に設けられている。

収納部４１の上面の一部には、第２の開口部５０が設けられ、固定部４２が折りたたまれた際に、第２の開口部５０が固定部４２によって覆われるように形成されている。第２の開口部５０が固定部４２に覆われることによって固定部４２に接する縁には、固定部４２を固定するための係止溝４５が設けられている。係止溝４５には、固定部４２が折りたたまれた際に、後述する固定部４２に設けられた爪部４７が挿入係止される。

収納部４１の底面部は、電池セル２に設けられたテラス部２０の形状と略同一の形状となっており、テラス部２０全体を覆うようにホルダー４を載置して固定することができる。このようにすることで、電池セル２とホルダー４の内部に収納された回路基板３およびＰＴＣ素子５とを絶縁することができる。

固定部４２は、折りたたむことによって収納部４１に収納された回路基板３およびＰＴＣ素子５を固定するためのものであり、収納部４１の上面の一端に形成されている。固定部４２の前面には、上面に対して略直角に立設された壁部４８が形成され、この壁部４８の両端から延びる延在部４６がそれぞれ形成されている。延在部４６は、収納部４１に収納される回路基板３の切り欠き部３２に対応する位置に形成されており、回路基板３が収納部４１に収納された状態で固定部４２を折りたたんだ際に、回路基板３の切り欠き部３２に入り込むようになっている。

固定部４２の両側面には、爪部４７が形成されている。爪部４７は、固定部４２を折りたたんで収納部４１の第２の開口部５０を覆った際に、収納部４１における固定部４２に接する縁に設けられた係止溝４５に挿入係止される。

このように、ホルダー４は、係止溝４５と爪部４７とにより収納部４１と固定部４２とを係合する、所謂スナップフィット構造となっている。したがって、固定部４２が折りたたまれた際に、爪部４７を係止溝４５に押圧して挿入係止することにより、収納部４１および固定部４２を係合して固定することができる。

図４は、回路基板３およびＰＴＣ素子５が収納されたホルダー４を前面方向から見た断面図である。図４に示すように、固定部４２を切り欠き４３の位置から折りたたみ、固定部４２の爪部４７を収納部４１の係止溝４５に対して押圧挿入することにより、爪部４７が係止溝４５に挿入係止され、収納部４１および固定部４２を係合することができる。

収納部４１および固定部４２が係合されると、固定部４２に形成された延在部４６が収納部４１の第１の開口部４９の一部を塞ぐように位置する。また、延在部４６が回路基板３の切り欠き部３２に対応する位置に形成されているため、延在部４６が回路基板３の切り欠き部３２に入り込むことになる。これにより、収納部４１内での回路基板３の位置を固定することができる。

電池パック１が落下した場合などに、落下の衝撃によって収納部４１内の回路基板３が動いてしまうと、回路基板３に接続されたコネクタ付きリード線９が破断してしまうおそれがある。しかしながら、この発明の実施の一形態では、収納部４１内での回路基板３の位置が固定されているので、コネクタ付きリード線９の破断を防ぐことができる。

収納部４１の内部に設けられたリブ４４は、回路基板３上の実装部品等に接触しない位置に設けられている。そのため、例えばホルダー４に対して外圧が加えられた場合であっても、リブ４４が回路基板３に接触するので、回路基板３上の実装部品等に対して圧力が直接的に加えられることを防ぐことができ、実装部品を保護することができる。

［リード線の固定］
回路基板３に接続されたコネクタ付きリード線９の固定方法について説明する。図５は、回路基板３およびＰＴＣ素子５が収納されたホルダー４を電池セル２のテラス部２０に載置した様子を示す斜視図である。上述したように、コネクタ付きリード線９は、回路基板３に設けられた接点部３１に接続されている。この接点部３１は、回路基板３に形成された２つの切り欠き部３２の間の面に設けられているため、固定部４２を折りたたんだ際に、コネクタ付きリード線９は、２つの延在部４６の間から導出される。

図６は、コネクタ付きリード線９を固定する様子を示す断面図である。この発明の実施の一形態では、図６Ａに示すように、固定部４２が折りたたまれていない状態で、コネクタ付きリード線９が接続された回路基板３を収納部４１に収納する。そして、図６Ｂに示すように、回路基板３を収納部４１に収納した状態で固定部４２を折りたたむと、固定部４２の前面に設けられた壁部４８がコネクタ付きリード線９の被覆部分に接触し、固定部４２の壁部４８と回路基板３とによりコネクタ付きリード線９が挟み込まれた状態となる。

このように、コネクタ付きリード線９が２つの延在部４６の間に配置され、固定部４２の壁部４８と回路基板３とにより挟み込まれることにより、コネクタ付きリード線９を固定するとともに、導出位置を決定することができる。

また、コネクタ付きリード線９を固定部４２の壁部４８および回路基板３で挟み込んで固定することにより、半田付けが外れた場合であってもコネクタ付きリード線９が抜けるといった危険な状態を防ぐことができ、安全性を確保することができる。

ここで、回路基板３をホルダー４に収納した状態で、回路基板３に接続されたコネクタ付きリード線９に対して力が加えられた場合について考える。上述したように、コネクタ付きリード線９は、回路基板３の接点部３１に対して半田付けにより接続されている。例えば、コネクタ付きリード線９が固定されていない場合に、コネクタ付きリード線９に対して外部から力が加えられると、半田付け部が支点となって曲がってしまい、曲げ応力が半田付け部に集中することになる。このとき、コネクタ付きリード線９の半田付け部は、繰り返し屈曲性に対する強度が非常に低いので、コネクタ付きリード線９が破断してしまうおそれがある。

一方、この発明の実施の一形態では、図７に示すように、コネクタ付きリード線９の被覆部分が固定部４２の壁部４８と回路基板３とにより挟み込まれて固定されている。
この状態でコネクタ付きリード線９に対して外部から力が加えられた場合には、図７の点線Ｘで示す、固定部４２の壁部４８および回路基板３によって挟み込まれたコネクタ付きリード線９の被覆部分が支点となって曲げ応力が集中することになる。したがって、半田付け部に曲げ応力が加えられることはない。コネクタ付きリード線９の被覆部分は、半田付け部と比較して繰り返し屈曲性に対する強度が高いので、このようにホルダー４を用いてコネクタ付きリード線９を固定することにより、コネクタ付きリード線９の破断を防ぐことができる。

このように、この発明の実施の一形態では、スナップフィット構造により、ホルダー４の固定部４２および収納部４１を係合させ、コネクタ付きリード線９を固定するようにしている。そのため、コネクタ付きリード線９を外部に導出する位置をより高い精度で決定することができる。

また、ホルダー４の固定部４２の壁部４８と回路基板３とにより挟まれるようにしてコネクタ付きリード線９を固定するようにしているため、コネクタ付きリード線９の破断を防ぐことができる。

また、回路基板３をホルダー４の収納部４１に収納するようにしているため、電池パック１の組み立て時などに外部から圧力等が生じた場合に、回路基板３を保護することができ、安全性を向上させることができる。

この発明の実施の一形態では、ホルダー４の固定部４２に形成された延在部４６が回路基板３に形成された切り欠き部３２に入り込むようにして回路基板３を固定するようにしている。そして、収納部４１の底面部が電池セル２のテラス部２０の形状と略同一の形状とされたホルダー４を電池セル２のテラス部２０に載置するようにしている。これにより、回路基板３をホルダー４内で容易に位置決めすることができるとともに、ホルダー４を容易に位置決めすることができるため、回路基板３の位置精度を出すことができ、電池パック１の製造品質を向上させることができる。

この発明の実施の一形態では、回路基板３をホルダー４に収納し、コネクタ付きリード線９を固定するようにしているため、回路基板３とコネクタ付きリード線９との接続部分である半田付け部に対してボンドを塗布する必要がない。また、底面部が電池セル２のテラス部２０の形状と略同一の形状とされたホルダー４を、テラス部２０に載置して回路基板３を固定するようにしているため、絶縁テープを用いて電池セル４と回路基板３およびＰＴＣ素子５とを絶縁する必要がない。これにより、電池パック１を作製する際の作業工数を削減して製造工程を簡略化させることができるとともに、作業者によるバラツキを軽減し、製造品質を向上させることができる。

また、回路基板３をホルダー４に収納し、このホルダー４を電池セル２のテラス部２０に載置して固定するようにしているため、絶縁テープによって回路基板３を固定する必要がなく、部品点数を削減することができる。

以上、この発明の実施の一形態について説明したが、この発明は、上述したこの発明の実施の一形態に限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内で様々な変形や応用が可能である。例えば、収納部４１と固定部４２を固定させる方法としては、スナップフィット構造を用いた方法に限らず、他の方法を用いてもよい。

また、この発明の実施の一形態では、収納部４１および固定部４２がヒンジ構造により一体に形成されているように説明したが、これはこの例に限られず、例えば、収納部４１および固定部４２が別体で構成されているようにしてもよい。

また、コネクタ付きリード線９が導出される位置は、下ケース７の前面側に限られず、例えば、上ケース６の上面側や下ケース７の底面側から導出されるようにしてもよい。

１ 電池パック
２ 電池セル
３ 回路基板
４ ホルダー
５ ＰＴＣ素子
６ 上ケース
７ 下ケース
８ａ、８ｂ リフロータブ
９ コネクタ付きリード線
１０ 両面テープ
１１ ラベル
１２ａ、１２ｂ 導出部
２０ テラス部
２１ａ 正極端子
２１ｂ 負極端子
３１ 接点部
３２ 切り欠き部
４１ 収納部
４２ 固定部
４３ 切り欠き
４４ リブ
４５ 係止溝
４６ 延在部
４７ 爪部
４８ 壁部
４９ 第１の開口部
５０ 第２の開口部

Claims (7)

1. 電極端子を導出するテラス部を有する二次電池と、
   上記二次電池に接続される回路基板と、
   上記回路基板に接続され、外部と接続する配線部材と、
   上記電池セルの上記テラス部上に配置され、上記回路基板を収納するホルダーと
   を備え、
   上記ホルダーは、
   前面に第１の開口部が形成されるとともに、上面の一部に第２の開口部が形成され、上記第１の開口部から上記回路基板を収納する収納部と、
   前面に壁部が形成され、該壁部の両端から延びる延在部がそれぞれ形成され、上記収納部に固定される固定部と
   を有し、
   上記固定部が上記第２の開口部を覆うようにして上記収納部に固定され、
   上記配線部材が上記固定部の上記壁部および上記回路基板に挟み込まれることによって固定される電池パック。
2. 上記配線部材は、
   上記壁部の両端に形成された上記延在部の間に配置される請求項１に記載の電池パック。
3. 上記回路基板は、
   縁部に、上記延在部を避けることが可能な位置に切り欠き部が設けられ、
   上記固定部が上記収納部に固定された際に、上記固定部の上記延在部が上記回路基板の上記切り欠き部に入り込むことにより、上記回路基板が固定される請求項１に記載の電池パック。
4. 上記ホルダーは、
   上記収納部および上記固定部がヒンジ構造により一体に形成され、
   上記固定部を折りたたむことにより該固定部が上記収納部に固定される請求項１に記載の電池パック。
5. 上記収納部は、上記固定部が接する縁に係止溝を有し、
   上記固定部は、側面に爪部を有し、
   上記係止溝に上記爪部が挿入係止されることにより、上記固定部が上記収納部に固定される請求項１に記載の電池パック。
6. 上記収納部は、
   上記第１の開口部内に、上記回路基板に実装された部品を避ける位置にリブが形成されている請求項１に記載の電池パック。
7. 前面に第１の開口部が形成されるとともに、上面の一部に第２の開口部が形成され、上記第１の開口部から回路基板を収納する収納部と、
   前面に壁部が形成され、該壁部の両端から延びる延在部がそれぞれ形成され、上記収納部に固定される固定部と
   を有し、
   上記固定部が上記第２の開口部を覆うようにして上記収納部に固定されるホルダー。

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