電池パック
【課題】スポット溶接用のＮｉブロックを削除した基板端子において、銅箔層に直接スポット溶接を行う場合であっても、銅箔層下の糊材が溶融し難い電池パックを提供することを目的とする。
【解決手段】プリント基板１００の表面に糊材層１０１と銅箔層１０２とが順に積層された回路基板１０の端子部１１において、銅箔層１０２は切り欠き部１０２Cを有しており、端子部１１の銅箔層１０２の表面にリード板Lが積層されて、前記リード板Ｌの表面に一対の電極棒を当接させ、リード板Ｌと銅箔層１０２とをスポット溶接する際に、リード板Ｌ表面に当接する一対の電極棒の位置に対応する一対の銅箔層スポット位置ＳＰの間に前記銅箔層１０２の前記切り欠き部１０２Ｃが位置することで、スポット電流を分流させることで、発熱を分散させて、銅箔層下の糊材の溶融を防止している。
【解決手段】プリント基板１００の表面に糊材層１０１と銅箔層１０２とが順に積層された回路基板１０の端子部１１において、銅箔層１０２は切り欠き部１０２Cを有しており、端子部１１の銅箔層１０２の表面にリード板Lが積層されて、前記リード板Ｌの表面に一対の電極棒を当接させ、リード板Ｌと銅箔層１０２とをスポット溶接する際に、リード板Ｌ表面に当接する一対の電極棒の位置に対応する一対の銅箔層スポット位置ＳＰの間に前記銅箔層１０２の前記切り欠き部１０２Ｃが位置することで、スポット電流を分流させることで、発熱を分散させて、銅箔層下の糊材の溶融を防止している。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、携帯電話やパソコンなどの小型電子機器の電源に用いられる電池パックに関し、とくに電池パックを電気的に保護する回路基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、各種電子機器の小型軽量化が進んで、携帯しても軽くて持ち運びが簡単な機器が多数商品化されている。携帯用の機器に対しては、駆動用の電源として商用交流が使用できないので、電池が使用される。
【０００３】
最近では、ニッケル−カドミウム電池や、ニッケル水素電池よりもさらに高エネルギー密度を持ったリチウムイオン電池が開発されている。しかしながら、リチウムイオン電池は、過充電や過放電を行うと劣化を招きやすいことから、過充電や過放電を防止する保護回路基板が必要とされている。
【０００４】
この回路基板は、プリント基板とその表面に実装される複数の電子部品等からなり、プリント基板の一方の表面には、電池の過充電等を防止するために設けられるＩＣと、例えばＦＥＴや抵抗などの電子・電気素子が実装され、他方の表面には、電子機器と電気的に接続される電極が設けられている。また、回路基板に実装される複数の電子部品等はすべて配線パターンにより電気的に接続されている。
【０００５】
回路基板は、電池パックに内蔵される電池の正負の両電極と接続される外部接続端子部を備えている。従来では、この外部接続端子部は、回路基板のプリント基板表面に糊材層が形成され、糊材層の上に銅箔層が積層され、さらに、この銅箔層にＮｉブロックが積層されて、Ｎｉブロックが回路基板上に表出して形成されている。電池の電極と接続されたリード板がＮｉブロックに積層され、リード板表面に一対の電極棒を押圧し、Ｎｉブロックとリード板とがスポット溶接され、電池と回路基板とを電気接続している。
【０００６】
基板上のランドはＮｉブロックが主流であったが、回路基板のコスト削減として、上記構成においてＮｉブロックを削除し、銅箔層に直接リード板を積層し、スポット溶接を行うことがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−３４４６４３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述の銅箔層に直接リード板を積層し、リード板表面にスポット溶接を行う場合、リード板表面に当接した電極棒よりスポット電流が流れ、リード板を介して銅箔層にもスポット電流が流れる。この銅箔層に流れるスポット電流による発熱によって、銅箔層下の糊材が溶融する。この糊材の溶融によって、銅箔層の浮き、剥れが発生するという問題があった。
【０００９】
本発明は、このような問題点を解決するために成されたものであり、銅箔層に流れるスポット電流による発熱を、一箇所に集中することを防止した電池パックを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の電池パックは、１又は２以上の素電池２と、前記素電池２を電気的に保護する回路基板１０を有する電池パック１であって、前記回路基板１０のプリント基板１００の表面に糊材層１０１と銅箔層１０２とが順に積層された回路基板１０の端子部１１において、前記銅箔層１０２は切り欠き部１０２Ｃを有しており、前記端子部１１の前記銅箔層１０２の表面にリード板Lが積層されて、前記リード板Lの表面に一対の電極棒を当接させ、前記リード板Ｌと前記銅箔層１０２とをスポット溶接する際に、前記リード板Ｌ表面に当接する一対の電極棒の位置に対応する一対の銅箔層スポット位置ＳＰの間に前記銅箔層１０２の前記切り欠き部１０２Ｃが位置すること特徴とする。
【００１１】
また、本発明は、前記銅箔層１０２の前記切り欠き部１０２Ｃは、長円形状であり、前記一対の銅箔層スポット位置ＳＰを結ぶ仮想直線に対して直交する方向に長円形状の前記切り欠き部１０２Ｃの長径が延在して位置することを特徴とする。
【００１２】
更に、本発明は、前記銅箔層１０２の前記切り欠き部１０２Ｃは、長方形状であり、前記一対の銅箔層スポット位置ＳＰを結ぶ仮想直線に対して直交する方向に長方形状の前記切り欠き部１０２Ｃの長辺が延在して位置することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る電池パックでは、１又は２以上の素電池と、前記素電池を電気的に保護する回路基板を有する電池パックであって、回路基板のプリント基板表面に糊材層と銅箔層とが順に積層された回路基板の端子部において、銅箔層は切り欠き部を有しており、端子部の前記銅箔層の表面にリード板が積層されて、リード板表面に一対の電極棒を当接させ、リード板と銅箔層とをスポット溶接する際に、リード板表面に当接する一対の電極棒の位置に対応する一対の銅箔層スポット位置の間に銅箔層の切り欠き部が位置している。銅箔層に直接リード板を積層し、リード板表面にスポット溶接を行う場合、リード板表面に当接した電極棒よりスポット電流が流れ、リード板を介して銅箔層に流れるスポット電流が、銅箔層の切り欠き部があることによって分散される。そのため、銅箔層に流れるスポット電流による発熱が一箇所に集中することを防ぎ、銅箔層下の糊材が溶融することを防止することができる。
【００１４】
また、請求項２の電池パックにおいては、銅箔層の前記切り欠き部は、長円形状であり、前記一対の銅箔層スポット位置を結ぶ仮想直線に対して直交する方向に長円形状の前記切り欠き部の長径が延在して位置することで、銅箔層に流れるスポット電流を確実に分流することができる。
【００１５】
更に、請求項３の電池パックにおいて銅箔層の切り欠き部は、長方形状であり、一対の銅箔層スポット位置を結ぶ仮想直線に対して直交する方向に長方形状の切り欠き部の長辺が位置することで、銅箔層に流れるスポット電流を正確、且確実に分流することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施の形態における電池パックの構成を示す正面図である。
【図２】素電池に回路基板が接続された状態を示す正面図である。
【図３】回路基板の正面図である。
【図４】回路基板の端子部とリード板とがスポット溶接される状態を示す図２におけ るＡ−Ａ′線の断面図である。
【図５】従来例における回路基板の端子部とリード板とがスポット溶接される状態を 示す断面図である。
【図６】本発明における回路基板の銅箔層と、銅箔層とリード板とをスポット溶接す る際の電流経路を示した銅箔層の正面図である。
【図７】従来例における回路基板の銅箔層と、銅箔層とリード板とをスポット溶接す る際の電流経路を示した銅箔層の正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施の形態は、本発明の技術思想を具体化するための回路基板１０を例示するものであって、本発明は回路基板１０を以下のものに特定しない。
【００１８】
更に、この明細書は、特許請求の範囲を理解しやすいように、実施の形態に示される部材に対応する番号を、「特許請求の範囲」および「課題を解決するための手段の欄」に示される部材に付記している。ただ、特許請求の範囲に示される部材を、実施の形態の部材に特定するものでは決してない。
【００１９】
本発明の電池パックは、主として電子機器に装着されて、電子機器本体に電力を供給する。このような目的で使用される電池パックは、二次電池の充放電保護の目的で回路基板１０を有している。とくに、本発明は、二次電池の電極に接続されたリード端子と回路基板１０の端子部１１とをスポット溶接する際に利用されるものとして最適な構成を備えている。以下、実施の形態として、角型二次電池の電極に接続されたリード端子とのスポット溶接について記述するが、本発明の電池パックはこの構成においてのみ使用されるものではない。
【００２０】
本発明に係る電池パックについて図面を用いて説明する。
〈電池パック１の構成〉
図１は、電池パック１の一例を示す正面図であり、図２は、素電池２と回路基板１０等から構成される電池コアである。
【００２１】
素電池２は、リチウムイオン電池である。ただし、素電池２は、ニッケル水素電池や、ニッケルカドミウム電池等の充電できるすべての二次電池とすることができる。素電池２は、厚みのある平面視が四角形板状の角型電池である。この素電池２は、延在方向側面に位置する封口板２１の中央に、外部の封口板２５と絶縁されたと凸部電極である負極端子２０を設けており、封口板２５の端部には安全弁を備えている。また、この素電池２は凸部電極である負極端子２０以外の表面は、正極端子となっている。
【００２２】
負極端子２０は、第３リード板Ｌ３に接続され、第３リード板Ｌ３は、さらに保護素子１３と接続された第２リード板Ｌ２に接続され、この第２リード板Ｌ２を介して、回路基板１０の端子部１１に電気接続される。正極端子は、封口板２１にクラッド板を配置して、このクラッド板は第１リード板Ｌ１を介して、回路基板１０の端子部１１と電気接続される。
【００２３】
回路基板１０は、プリント基板１００表面に実装される複数の電子部品等からなり、プリント基板１００の一方の表面には、電池の過充電等を防止するために設けられるＩＣや、ＦＥＴ、抵抗素子などの電子素子が実装され、他方の表面には、電子機器と電気的に接続される外部接続端子部１２が設けられている。また、回路基板１０に実装される複数の電子部品等はすべて配線パターンにより電気的に接続されている。
【００２４】
カバー３０は、回路基板１０、第１リード板Ｌ１、第２リード板Ｌ２、第３リード板Ｌ３及び素電池２の封口板２１を覆うように配置される。さらに、カバー３０が配置された素電池２の他端には端部カバー３１が配置される。カバー３０及び、端部カバー３１は、絶縁性のある樹脂製の蓋体である。このカバー３０及び端部カバー３１の代わりに、素電池２にリード板を介して回路基板１０に接続された電池コアを、カバー３０及び端部カバー３１に相当する空間を備える成形金型内に配置して、溶融プラスチックを注入して、カバー３０及び端部カバー３１に相当する構造を低温樹脂成形して作成することもできる。また、カバー３０には回路基板１０の外部接続端子部１２に対応する部分に空孔が設けられており、外部接続端子部１２は、電池パック１の外表面に露出している。
【００２５】
カバー３０及び端部カバー３１が配置された電池コアの４側面に、片面に接着層を備えた絶縁性フィルムからなる帯状ラベルＬａが、貼り付けられる。この帯状ラベルＬａによって、カバー３０及び端部カバー３１が配置されなかった電池コアの４側面が覆われる。
【００２６】
〈回路基板１０の構成〉
図３に示すように回路基板１０は、平板状の形状である。実施の形態では、厚みは０.８ｍｍである。この回路基板１０は、素電池２の封口板２１に配置されたときに、封口板２１の外周より、回路基板１０が突出しない大きさとなっている。即ち、回路基板１０の幅寸法は、素電池２の厚みより小さく、回路基板１０の長さは、素電池２の幅よりも小さい。また、回路基板１０の表面部に中央には、電子機器と接続される外部接続端子部１２が設置されており、裏面部の延在方向両端に長方形状の端子部１１が設けられている。図３は、回路基板１０の裏面部から見た正面図である。便宜上、表面部に設置される外部接続端子１２を破線によって示した。
【００２７】
この端子部１１は、図４及び図５に示すように回路基板１０のプリント基板１００の表面に糊材層１０１と銅箔層１０２とが順に積層されている。糊材層１０１と、銅箔層１０２とは、外形を回路基板１０の延在方向に対して延在している長方形状としており、糊材層１０１と、銅箔層１０２とは略同一寸法である。実施の形態では、糊材層１０１、銅箔層１０２とも外形を長方形状としているが、この形状に限らず、正方形状、多角形状、円形状、楕円形状であってもよい。
【００２８】
また、糊材１０１に使用する樹脂としてシリコンアクリル共重合体樹脂とアクリル酸エステル共重合体樹脂にシランカップリング剤を添加することもできる。本発明に用いるシランカップリング剤は、ビニールトリメトキシシラン、ビニールトリエトキシシラン、トリス− （２−メトキシ・エトキシ） ビニールシラン、γ−（メタクリロキシプロピル） トリメトキシシランなどがあげられる。耐熱性を有する樹脂へのシリコン系樹脂の添加は、動的弾性率を上昇させて耐熱性を高める。しかし、弾性率を著しく上昇させるので、剥がれやすくなる。そのため追加で添加するシランカップリング剤は、５ 質量％ 以下に抑えなければならない。糊材層１０１の厚みは、0.05ｍｍ〜0.1ｍｍであることが、銅箔１０２とプリント基板１００の表面との接着において最も良好である。
【００２９】
銅箔１０２は、表面全体に電解工法によりニッケルメッキを析出させニッケル層を形成している。銅箔１０２の厚みは、実施の形態では0.07ｍｍである。銅箔１０２の厚みは、素電池２の容量に応じて、適宜設計変更することができる。銅箔１０２表面全体に電解工法によりニッケルメッキを析出させ膜厚が0.005ｍｍのニッケル層を形成している。
【００３０】
＜スポット溶接の構成＞
スポット溶接時において、電極棒には１．５ｍＳ秒間に１．４ＫＡ〜１．５ＫＡの電流が通電する。このときの電圧は３Ｖ前後である。通電する時間、電流値は、スポット溶接する際のリード板Ｌ１,Ｌ２，Ｌ３の材質、厚み等によって適宜変更し、最適な数値とすることができる。
【００３１】
図４は、回路基板１０の端子部１１とリード板Lとがスポット溶接される状態を示す図２におけるＡ−Ａ′線の断面図である。矢印はスポット溶接時の電流経路である。
【００３２】
図５は、従来例における回路基板１０の端子部１１とリード板Lとがスポット溶接される状態を示している断面図である。矢印はスポット溶接時の電流経路である。
【００３３】
図６は、本発明における回路基板１０の銅箔層１０２と、銅箔層１０２とリード板Lとをスポット溶接する際の電流経路を示した正面図である。
【００３４】
図６において、銅箔層１０２が、中央に切り欠き部１０２Cを有している。この切り欠き部１０２Cは、銅箔層１０２を厚さ方向に貫通するように形成されている。回路基板１０の端子部１１、１１と、第１リード板L１及び、第２リード板L２とを接続している。すなわち回路基板１０のプリント基板１００の表面に糊材層１０１と銅箔層１０２とが順に積層された回路基板１０の端子部１１において、銅箔層１０２の糊材層１０１と接着されている面の反対側表面にリード板Lが積層されて、このリード板Lの表面に一対の電極棒を当接させ、リード板Lと銅箔層１０２とをスポット溶接することで接続している。このとき、リード板L表面に当接する一対の電極棒の位置に対応する一対の銅箔層スポット位置SPの間に銅箔層１０２の切り欠き部１０２Cが位置する。実施の形態では電極棒は、回路基板１０及び銅箔１０２の延在方向に対して平行に配置されるが、延在方向に対して垂直であってもよい。
【００３５】
銅箔層１０２の切り欠き部１０２Ｃの形状は、長円形状となっている。長円形状以外として、円形状、三角形状、四角形状、若しくは多角形状や楕円形状であっても良い。ただし、これらの切り欠き部１０２Ｃは、必ず一対の銅箔層スポット位置ＳＰの中心を結ぶ直線にかかるように位置しなければならない。
【００３６】
第二の実施形態として、銅箔層１０２の切り欠き部１０２Ｃは、長円形状であり、一対の銅箔層スポット位置ＳＰを結ぶ仮想直線に対して直交する方向に長円形状の切り欠き部１０２Ｃの長径が延在して位置する電池パックとすることができる。これによって、銅箔層に流れるスポット電流を確実に分流することで、発熱量を分散することができる。
【００３７】
また、第三の実施形態として、銅箔層１０２の切り欠き部１０２Ｃは、長方形状であり、一対の銅箔層スポット位置ＳＰを結ぶ仮想直線に対して直交する方向に長方形状の切り欠き部１０２Cの長辺が延在して位置する電池パックとすることができる。これによって、銅箔層に流れるスポット電流を正確、且確実に分流することができ、発熱量を分散することができる。なお、図６及び図７では、電極棒が当接する位置に対応する銅箔層１０２の位置をＳＰと図示した。
【００３８】
図６の本発明及び、図７の従来例におけるスポット溶接時に銅箔層１０２を流れる電流による発熱量について考察する。図６の６R及び、図７の７Ｒの矢印は主な電流の経路を示している。
【００３９】
この時、スポット電流をＩとし、銅の電気抵抗率は、σ＝１．６９（μΩ・cｍ）［常温］である。図６に示す電流経路６Rにおける微小な電流経路（長さ）ｄｓの発熱量Ｑについて、以下の式となる。ここで、以下、式において、「・」は、掛け算を示している。
Ｑ＝Ｗ＝１/2・Ｉ２・１．６９（μΩ・cｍ）・ｄｓ
同様に従来例の図７に示す電流経路７Rにおける微小な電流経路ｄｓの発熱量Qについて、
Ｑ＝Ｗ＝Ｉ２・１．６９（μΩ・cｍ）・ｄｓ
上述の式から、本案の切り欠き１０２Cを有する銅箔層１０２のスポット溶接時における微小な電流経路ｄｓでの発熱量は、従来例の発熱量の略半分となる。すなわち、銅箔層１０２の微小な電流経路ｄｓにおけるスポット電流による発熱が分散され、一箇所に集中することを防ぎ、銅箔層１０２下の糊材１０１が溶融することを防止することができる。したがって、銅箔層１０２に直接リード板Lを積層し、リード板L表面にスポット溶接を行う場合であっても、銅箔層１０２下の糊材１０１が溶融することがなく、銅箔層１０２の浮き若しくは剥れを防止できる。
【００４０】
また、銅箔層１０２の浮き、若しくは剥れを防止するだけではなく、銅箔層１０２とプリント基板１００の表面との接着力の向上が、引張り試験によって確認された。本試験は、本発明の実施の形態において、回路基板１０の端子部１１にスポット溶接によりリード板Lが接続された状態で、回路基板１０を固定し、リード板Ｌを銅箔１０２から離反する方向に荷重をかけ始め、銅箔層１０２がプリント基板１００の表面から完全に外れた時点の荷重を測定する。従来例としては、プリント基板１００の表面に切り欠き部１０２Ｃを有しない銅箔層１０２をリフロー溶着させて、この銅箔層１０２にリード板Ｌをスポット溶接した状態で、引張り試験を行った。
【００４１】
本発明の実施の形態及び従来例が上記試験によって３回荷重を測定した結果を表１に示す。３回の測定の平均は、実施の形態が８．３Ｎとなり、従来例が７Ｎとなった。この結果から、銅箔層１０２に切り欠き部１０２Ｃを設けることで、銅箔層１０２下の糊材の溶融を防ぎ、プリント基板１００の表面と銅箔層１０２との接着力が向上していることが解る。
【表１】
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明に係る電池パックは、例えばノート型コンピュータ、ＰＤＡのほか、ポータブルＤＶＤプレイヤー、携帯型ＧＰＳ、トランシーバー等の小型電子機器の主電源として幅広く利用できる。或いは、パワーアシスト自転車や電動工具等、比較的大きな機器にも適応できる。本発明は、いずれの用途においても、電池パックにおける回路基板のコスト削減に有効である。
【符号の説明】
【００４３】
１ …電池パック
１０ …回路基板
１１ …端子部
１２ …外部接続端子部
１３ …保護素子
２ …素電池
２０ …負極端子
２１ …封口板
３０ …カバー
３１ …端部カバー
６Ｒ …電流経路
７Ｒ …電流経路
１００…プリント基板
１０１…糊材層
１０２…銅箔層
１０２Ｃ…切り欠き部
ＳＰ …スポット位置
Ｌ …リード板
Ｌ１ …第一リード板
Ｌ２ …第二リード板
Ｌ３ …第三リード板
Ｌａ …ラベル
【技術分野】
【０００１】
本発明は、携帯電話やパソコンなどの小型電子機器の電源に用いられる電池パックに関し、とくに電池パックを電気的に保護する回路基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、各種電子機器の小型軽量化が進んで、携帯しても軽くて持ち運びが簡単な機器が多数商品化されている。携帯用の機器に対しては、駆動用の電源として商用交流が使用できないので、電池が使用される。
【０００３】
最近では、ニッケル−カドミウム電池や、ニッケル水素電池よりもさらに高エネルギー密度を持ったリチウムイオン電池が開発されている。しかしながら、リチウムイオン電池は、過充電や過放電を行うと劣化を招きやすいことから、過充電や過放電を防止する保護回路基板が必要とされている。
【０００４】
この回路基板は、プリント基板とその表面に実装される複数の電子部品等からなり、プリント基板の一方の表面には、電池の過充電等を防止するために設けられるＩＣと、例えばＦＥＴや抵抗などの電子・電気素子が実装され、他方の表面には、電子機器と電気的に接続される電極が設けられている。また、回路基板に実装される複数の電子部品等はすべて配線パターンにより電気的に接続されている。
【０００５】
回路基板は、電池パックに内蔵される電池の正負の両電極と接続される外部接続端子部を備えている。従来では、この外部接続端子部は、回路基板のプリント基板表面に糊材層が形成され、糊材層の上に銅箔層が積層され、さらに、この銅箔層にＮｉブロックが積層されて、Ｎｉブロックが回路基板上に表出して形成されている。電池の電極と接続されたリード板がＮｉブロックに積層され、リード板表面に一対の電極棒を押圧し、Ｎｉブロックとリード板とがスポット溶接され、電池と回路基板とを電気接続している。
【０００６】
基板上のランドはＮｉブロックが主流であったが、回路基板のコスト削減として、上記構成においてＮｉブロックを削除し、銅箔層に直接リード板を積層し、スポット溶接を行うことがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−３４４６４３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述の銅箔層に直接リード板を積層し、リード板表面にスポット溶接を行う場合、リード板表面に当接した電極棒よりスポット電流が流れ、リード板を介して銅箔層にもスポット電流が流れる。この銅箔層に流れるスポット電流による発熱によって、銅箔層下の糊材が溶融する。この糊材の溶融によって、銅箔層の浮き、剥れが発生するという問題があった。
【０００９】
本発明は、このような問題点を解決するために成されたものであり、銅箔層に流れるスポット電流による発熱を、一箇所に集中することを防止した電池パックを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の電池パックは、１又は２以上の素電池２と、前記素電池２を電気的に保護する回路基板１０を有する電池パック１であって、前記回路基板１０のプリント基板１００の表面に糊材層１０１と銅箔層１０２とが順に積層された回路基板１０の端子部１１において、前記銅箔層１０２は切り欠き部１０２Ｃを有しており、前記端子部１１の前記銅箔層１０２の表面にリード板Lが積層されて、前記リード板Lの表面に一対の電極棒を当接させ、前記リード板Ｌと前記銅箔層１０２とをスポット溶接する際に、前記リード板Ｌ表面に当接する一対の電極棒の位置に対応する一対の銅箔層スポット位置ＳＰの間に前記銅箔層１０２の前記切り欠き部１０２Ｃが位置すること特徴とする。
【００１１】
また、本発明は、前記銅箔層１０２の前記切り欠き部１０２Ｃは、長円形状であり、前記一対の銅箔層スポット位置ＳＰを結ぶ仮想直線に対して直交する方向に長円形状の前記切り欠き部１０２Ｃの長径が延在して位置することを特徴とする。
【００１２】
更に、本発明は、前記銅箔層１０２の前記切り欠き部１０２Ｃは、長方形状であり、前記一対の銅箔層スポット位置ＳＰを結ぶ仮想直線に対して直交する方向に長方形状の前記切り欠き部１０２Ｃの長辺が延在して位置することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る電池パックでは、１又は２以上の素電池と、前記素電池を電気的に保護する回路基板を有する電池パックであって、回路基板のプリント基板表面に糊材層と銅箔層とが順に積層された回路基板の端子部において、銅箔層は切り欠き部を有しており、端子部の前記銅箔層の表面にリード板が積層されて、リード板表面に一対の電極棒を当接させ、リード板と銅箔層とをスポット溶接する際に、リード板表面に当接する一対の電極棒の位置に対応する一対の銅箔層スポット位置の間に銅箔層の切り欠き部が位置している。銅箔層に直接リード板を積層し、リード板表面にスポット溶接を行う場合、リード板表面に当接した電極棒よりスポット電流が流れ、リード板を介して銅箔層に流れるスポット電流が、銅箔層の切り欠き部があることによって分散される。そのため、銅箔層に流れるスポット電流による発熱が一箇所に集中することを防ぎ、銅箔層下の糊材が溶融することを防止することができる。
【００１４】
また、請求項２の電池パックにおいては、銅箔層の前記切り欠き部は、長円形状であり、前記一対の銅箔層スポット位置を結ぶ仮想直線に対して直交する方向に長円形状の前記切り欠き部の長径が延在して位置することで、銅箔層に流れるスポット電流を確実に分流することができる。
【００１５】
更に、請求項３の電池パックにおいて銅箔層の切り欠き部は、長方形状であり、一対の銅箔層スポット位置を結ぶ仮想直線に対して直交する方向に長方形状の切り欠き部の長辺が位置することで、銅箔層に流れるスポット電流を正確、且確実に分流することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施の形態における電池パックの構成を示す正面図である。
【図２】素電池に回路基板が接続された状態を示す正面図である。
【図３】回路基板の正面図である。
【図４】回路基板の端子部とリード板とがスポット溶接される状態を示す図２におけ るＡ−Ａ′線の断面図である。
【図５】従来例における回路基板の端子部とリード板とがスポット溶接される状態を 示す断面図である。
【図６】本発明における回路基板の銅箔層と、銅箔層とリード板とをスポット溶接す る際の電流経路を示した銅箔層の正面図である。
【図７】従来例における回路基板の銅箔層と、銅箔層とリード板とをスポット溶接す る際の電流経路を示した銅箔層の正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施の形態は、本発明の技術思想を具体化するための回路基板１０を例示するものであって、本発明は回路基板１０を以下のものに特定しない。
【００１８】
更に、この明細書は、特許請求の範囲を理解しやすいように、実施の形態に示される部材に対応する番号を、「特許請求の範囲」および「課題を解決するための手段の欄」に示される部材に付記している。ただ、特許請求の範囲に示される部材を、実施の形態の部材に特定するものでは決してない。
【００１９】
本発明の電池パックは、主として電子機器に装着されて、電子機器本体に電力を供給する。このような目的で使用される電池パックは、二次電池の充放電保護の目的で回路基板１０を有している。とくに、本発明は、二次電池の電極に接続されたリード端子と回路基板１０の端子部１１とをスポット溶接する際に利用されるものとして最適な構成を備えている。以下、実施の形態として、角型二次電池の電極に接続されたリード端子とのスポット溶接について記述するが、本発明の電池パックはこの構成においてのみ使用されるものではない。
【００２０】
本発明に係る電池パックについて図面を用いて説明する。
〈電池パック１の構成〉
図１は、電池パック１の一例を示す正面図であり、図２は、素電池２と回路基板１０等から構成される電池コアである。
【００２１】
素電池２は、リチウムイオン電池である。ただし、素電池２は、ニッケル水素電池や、ニッケルカドミウム電池等の充電できるすべての二次電池とすることができる。素電池２は、厚みのある平面視が四角形板状の角型電池である。この素電池２は、延在方向側面に位置する封口板２１の中央に、外部の封口板２５と絶縁されたと凸部電極である負極端子２０を設けており、封口板２５の端部には安全弁を備えている。また、この素電池２は凸部電極である負極端子２０以外の表面は、正極端子となっている。
【００２２】
負極端子２０は、第３リード板Ｌ３に接続され、第３リード板Ｌ３は、さらに保護素子１３と接続された第２リード板Ｌ２に接続され、この第２リード板Ｌ２を介して、回路基板１０の端子部１１に電気接続される。正極端子は、封口板２１にクラッド板を配置して、このクラッド板は第１リード板Ｌ１を介して、回路基板１０の端子部１１と電気接続される。
【００２３】
回路基板１０は、プリント基板１００表面に実装される複数の電子部品等からなり、プリント基板１００の一方の表面には、電池の過充電等を防止するために設けられるＩＣや、ＦＥＴ、抵抗素子などの電子素子が実装され、他方の表面には、電子機器と電気的に接続される外部接続端子部１２が設けられている。また、回路基板１０に実装される複数の電子部品等はすべて配線パターンにより電気的に接続されている。
【００２４】
カバー３０は、回路基板１０、第１リード板Ｌ１、第２リード板Ｌ２、第３リード板Ｌ３及び素電池２の封口板２１を覆うように配置される。さらに、カバー３０が配置された素電池２の他端には端部カバー３１が配置される。カバー３０及び、端部カバー３１は、絶縁性のある樹脂製の蓋体である。このカバー３０及び端部カバー３１の代わりに、素電池２にリード板を介して回路基板１０に接続された電池コアを、カバー３０及び端部カバー３１に相当する空間を備える成形金型内に配置して、溶融プラスチックを注入して、カバー３０及び端部カバー３１に相当する構造を低温樹脂成形して作成することもできる。また、カバー３０には回路基板１０の外部接続端子部１２に対応する部分に空孔が設けられており、外部接続端子部１２は、電池パック１の外表面に露出している。
【００２５】
カバー３０及び端部カバー３１が配置された電池コアの４側面に、片面に接着層を備えた絶縁性フィルムからなる帯状ラベルＬａが、貼り付けられる。この帯状ラベルＬａによって、カバー３０及び端部カバー３１が配置されなかった電池コアの４側面が覆われる。
【００２６】
〈回路基板１０の構成〉
図３に示すように回路基板１０は、平板状の形状である。実施の形態では、厚みは０.８ｍｍである。この回路基板１０は、素電池２の封口板２１に配置されたときに、封口板２１の外周より、回路基板１０が突出しない大きさとなっている。即ち、回路基板１０の幅寸法は、素電池２の厚みより小さく、回路基板１０の長さは、素電池２の幅よりも小さい。また、回路基板１０の表面部に中央には、電子機器と接続される外部接続端子部１２が設置されており、裏面部の延在方向両端に長方形状の端子部１１が設けられている。図３は、回路基板１０の裏面部から見た正面図である。便宜上、表面部に設置される外部接続端子１２を破線によって示した。
【００２７】
この端子部１１は、図４及び図５に示すように回路基板１０のプリント基板１００の表面に糊材層１０１と銅箔層１０２とが順に積層されている。糊材層１０１と、銅箔層１０２とは、外形を回路基板１０の延在方向に対して延在している長方形状としており、糊材層１０１と、銅箔層１０２とは略同一寸法である。実施の形態では、糊材層１０１、銅箔層１０２とも外形を長方形状としているが、この形状に限らず、正方形状、多角形状、円形状、楕円形状であってもよい。
【００２８】
また、糊材１０１に使用する樹脂としてシリコンアクリル共重合体樹脂とアクリル酸エステル共重合体樹脂にシランカップリング剤を添加することもできる。本発明に用いるシランカップリング剤は、ビニールトリメトキシシラン、ビニールトリエトキシシラン、トリス− （２−メトキシ・エトキシ） ビニールシラン、γ−（メタクリロキシプロピル） トリメトキシシランなどがあげられる。耐熱性を有する樹脂へのシリコン系樹脂の添加は、動的弾性率を上昇させて耐熱性を高める。しかし、弾性率を著しく上昇させるので、剥がれやすくなる。そのため追加で添加するシランカップリング剤は、５ 質量％ 以下に抑えなければならない。糊材層１０１の厚みは、0.05ｍｍ〜0.1ｍｍであることが、銅箔１０２とプリント基板１００の表面との接着において最も良好である。
【００２９】
銅箔１０２は、表面全体に電解工法によりニッケルメッキを析出させニッケル層を形成している。銅箔１０２の厚みは、実施の形態では0.07ｍｍである。銅箔１０２の厚みは、素電池２の容量に応じて、適宜設計変更することができる。銅箔１０２表面全体に電解工法によりニッケルメッキを析出させ膜厚が0.005ｍｍのニッケル層を形成している。
【００３０】
＜スポット溶接の構成＞
スポット溶接時において、電極棒には１．５ｍＳ秒間に１．４ＫＡ〜１．５ＫＡの電流が通電する。このときの電圧は３Ｖ前後である。通電する時間、電流値は、スポット溶接する際のリード板Ｌ１,Ｌ２，Ｌ３の材質、厚み等によって適宜変更し、最適な数値とすることができる。
【００３１】
図４は、回路基板１０の端子部１１とリード板Lとがスポット溶接される状態を示す図２におけるＡ−Ａ′線の断面図である。矢印はスポット溶接時の電流経路である。
【００３２】
図５は、従来例における回路基板１０の端子部１１とリード板Lとがスポット溶接される状態を示している断面図である。矢印はスポット溶接時の電流経路である。
【００３３】
図６は、本発明における回路基板１０の銅箔層１０２と、銅箔層１０２とリード板Lとをスポット溶接する際の電流経路を示した正面図である。
【００３４】
図６において、銅箔層１０２が、中央に切り欠き部１０２Cを有している。この切り欠き部１０２Cは、銅箔層１０２を厚さ方向に貫通するように形成されている。回路基板１０の端子部１１、１１と、第１リード板L１及び、第２リード板L２とを接続している。すなわち回路基板１０のプリント基板１００の表面に糊材層１０１と銅箔層１０２とが順に積層された回路基板１０の端子部１１において、銅箔層１０２の糊材層１０１と接着されている面の反対側表面にリード板Lが積層されて、このリード板Lの表面に一対の電極棒を当接させ、リード板Lと銅箔層１０２とをスポット溶接することで接続している。このとき、リード板L表面に当接する一対の電極棒の位置に対応する一対の銅箔層スポット位置SPの間に銅箔層１０２の切り欠き部１０２Cが位置する。実施の形態では電極棒は、回路基板１０及び銅箔１０２の延在方向に対して平行に配置されるが、延在方向に対して垂直であってもよい。
【００３５】
銅箔層１０２の切り欠き部１０２Ｃの形状は、長円形状となっている。長円形状以外として、円形状、三角形状、四角形状、若しくは多角形状や楕円形状であっても良い。ただし、これらの切り欠き部１０２Ｃは、必ず一対の銅箔層スポット位置ＳＰの中心を結ぶ直線にかかるように位置しなければならない。
【００３６】
第二の実施形態として、銅箔層１０２の切り欠き部１０２Ｃは、長円形状であり、一対の銅箔層スポット位置ＳＰを結ぶ仮想直線に対して直交する方向に長円形状の切り欠き部１０２Ｃの長径が延在して位置する電池パックとすることができる。これによって、銅箔層に流れるスポット電流を確実に分流することで、発熱量を分散することができる。
【００３７】
また、第三の実施形態として、銅箔層１０２の切り欠き部１０２Ｃは、長方形状であり、一対の銅箔層スポット位置ＳＰを結ぶ仮想直線に対して直交する方向に長方形状の切り欠き部１０２Cの長辺が延在して位置する電池パックとすることができる。これによって、銅箔層に流れるスポット電流を正確、且確実に分流することができ、発熱量を分散することができる。なお、図６及び図７では、電極棒が当接する位置に対応する銅箔層１０２の位置をＳＰと図示した。
【００３８】
図６の本発明及び、図７の従来例におけるスポット溶接時に銅箔層１０２を流れる電流による発熱量について考察する。図６の６R及び、図７の７Ｒの矢印は主な電流の経路を示している。
【００３９】
この時、スポット電流をＩとし、銅の電気抵抗率は、σ＝１．６９（μΩ・cｍ）［常温］である。図６に示す電流経路６Rにおける微小な電流経路（長さ）ｄｓの発熱量Ｑについて、以下の式となる。ここで、以下、式において、「・」は、掛け算を示している。
Ｑ＝Ｗ＝１/2・Ｉ２・１．６９（μΩ・cｍ）・ｄｓ
同様に従来例の図７に示す電流経路７Rにおける微小な電流経路ｄｓの発熱量Qについて、
Ｑ＝Ｗ＝Ｉ２・１．６９（μΩ・cｍ）・ｄｓ
上述の式から、本案の切り欠き１０２Cを有する銅箔層１０２のスポット溶接時における微小な電流経路ｄｓでの発熱量は、従来例の発熱量の略半分となる。すなわち、銅箔層１０２の微小な電流経路ｄｓにおけるスポット電流による発熱が分散され、一箇所に集中することを防ぎ、銅箔層１０２下の糊材１０１が溶融することを防止することができる。したがって、銅箔層１０２に直接リード板Lを積層し、リード板L表面にスポット溶接を行う場合であっても、銅箔層１０２下の糊材１０１が溶融することがなく、銅箔層１０２の浮き若しくは剥れを防止できる。
【００４０】
また、銅箔層１０２の浮き、若しくは剥れを防止するだけではなく、銅箔層１０２とプリント基板１００の表面との接着力の向上が、引張り試験によって確認された。本試験は、本発明の実施の形態において、回路基板１０の端子部１１にスポット溶接によりリード板Lが接続された状態で、回路基板１０を固定し、リード板Ｌを銅箔１０２から離反する方向に荷重をかけ始め、銅箔層１０２がプリント基板１００の表面から完全に外れた時点の荷重を測定する。従来例としては、プリント基板１００の表面に切り欠き部１０２Ｃを有しない銅箔層１０２をリフロー溶着させて、この銅箔層１０２にリード板Ｌをスポット溶接した状態で、引張り試験を行った。
【００４１】
本発明の実施の形態及び従来例が上記試験によって３回荷重を測定した結果を表１に示す。３回の測定の平均は、実施の形態が８．３Ｎとなり、従来例が７Ｎとなった。この結果から、銅箔層１０２に切り欠き部１０２Ｃを設けることで、銅箔層１０２下の糊材の溶融を防ぎ、プリント基板１００の表面と銅箔層１０２との接着力が向上していることが解る。
【表１】
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明に係る電池パックは、例えばノート型コンピュータ、ＰＤＡのほか、ポータブルＤＶＤプレイヤー、携帯型ＧＰＳ、トランシーバー等の小型電子機器の主電源として幅広く利用できる。或いは、パワーアシスト自転車や電動工具等、比較的大きな機器にも適応できる。本発明は、いずれの用途においても、電池パックにおける回路基板のコスト削減に有効である。
【符号の説明】
【００４３】
１ …電池パック
１０ …回路基板
１１ …端子部
１２ …外部接続端子部
１３ …保護素子
２ …素電池
２０ …負極端子
２１ …封口板
３０ …カバー
３１ …端部カバー
６Ｒ …電流経路
７Ｒ …電流経路
１００…プリント基板
１０１…糊材層
１０２…銅箔層
１０２Ｃ…切り欠き部
ＳＰ …スポット位置
Ｌ …リード板
Ｌ１ …第一リード板
Ｌ２ …第二リード板
Ｌ３ …第三リード板
Ｌａ …ラベル
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１又は２以上の素電池(2)と、前記素電池(2)を電気的に保護する回路基板(10)を有する電池パック(1)であって、
前記回路基板(10)のプリント基板(100)の表面に糊材層（１０１）と銅箔層（１０２）とが順に積層された回路基板（１０）の端子部（１１）において、
前記銅箔層（１０２）は切り欠き部（１０２C）を有しており、
前記端子部（１１）の前記銅箔層（１０２）の表面にリード板（L）が積層されて、
前記リード板（L）の表面に一対の電極棒を当接させ、前記リード板（L）と前記銅箔層（１０２）とをスポット溶接する際に、前記リード板（L）表面に当接する一対の電極棒の位置に対応する一対の銅箔層スポット位置（SP）の間に前記銅箔層（１０２）の前記切り欠き部（１０２C）が位置すること特徴とする電池パック。
【請求項２】
前記銅箔層（１０２）の前記切り欠き部（１０２C）は、長円形状であり、
前記一対の銅箔層スポット位置（SP）を結ぶ仮想直線に対して直交する方向に長円形状の前記切り欠き部（１０２C）の長径が延在して位置することを特徴とする請求項１に記載の電池パック。
【請求項３】
前記銅箔層（１０２）の前記切り欠き部（１０２C）は、長方形状であり、
前記一対の銅箔層スポット位置（SP）を結ぶ仮想直線に対して直交する方向に長方形状の前記切り欠き部（１０２C）の長辺が延在して位置することを特徴とする請求項１に記載の電池パック。
【請求項１】
１又は２以上の素電池(2)と、前記素電池(2)を電気的に保護する回路基板(10)を有する電池パック(1)であって、
前記回路基板(10)のプリント基板(100)の表面に糊材層（１０１）と銅箔層（１０２）とが順に積層された回路基板（１０）の端子部（１１）において、
前記銅箔層（１０２）は切り欠き部（１０２C）を有しており、
前記端子部（１１）の前記銅箔層（１０２）の表面にリード板（L）が積層されて、
前記リード板（L）の表面に一対の電極棒を当接させ、前記リード板（L）と前記銅箔層（１０２）とをスポット溶接する際に、前記リード板（L）表面に当接する一対の電極棒の位置に対応する一対の銅箔層スポット位置（SP）の間に前記銅箔層（１０２）の前記切り欠き部（１０２C）が位置すること特徴とする電池パック。
【請求項２】
前記銅箔層（１０２）の前記切り欠き部（１０２C）は、長円形状であり、
前記一対の銅箔層スポット位置（SP）を結ぶ仮想直線に対して直交する方向に長円形状の前記切り欠き部（１０２C）の長径が延在して位置することを特徴とする請求項１に記載の電池パック。
【請求項３】
前記銅箔層（１０２）の前記切り欠き部（１０２C）は、長方形状であり、
前記一対の銅箔層スポット位置（SP）を結ぶ仮想直線に対して直交する方向に長方形状の前記切り欠き部（１０２C）の長辺が延在して位置することを特徴とする請求項１に記載の電池パック。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１２−８４５６９（Ｐ２０１２−８４５６９Ａ）
【公開日】平成２４年４月２６日（２０１２．４．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２２７０６１（Ｐ２０１０−２２７０６１）
【出願日】平成２２年１０月６日（２０１０．１０．６）
【出願人】（０００００１８８９）三洋電機株式会社 (18,308)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年４月２６日（２０１２．４．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１０月６日（２０１０．１０．６）
【出願人】（０００００１８８９）三洋電機株式会社 (18,308)
【Ｆターム（参考）】
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