(57)【要約】  本明細書には、ロック部材が上側カバーに形成されるとともに、ロック溝がケース本体に形成され、それにより、ロック部材が対応するロック溝内に係合できるようになっているバッテリパックが開示されている。バッテリパックの組み立ては、超音波溶接方法によってではなく、機械的な結合方法によって達成され、また、バッテリパックは高強度材料を用いて製造される。その結果、厚さが更に薄いバッテリパックを製造することができる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
陰極と陽極と分離フィルムとを含む電極群および電解液がシール状態で内部に組み込まれた矩形のコアパックと、コアパックを受けるための内部空間を有するケース本体と、前記コアパックを内部で受けた前記ケース本体上に装着されてコアパックをシールする上側カバーとを備え、
前記上側ケースの縁部には複数の弾性ロック部材が設けられ、前記ケース本体の縁部には上側ケースの前記ロック部材に対応する複数のロック溝が設けられ、これにより、コアパックがケース本体内に受けられた状態で上側ケースのロック部材がケース本体のロック溝内に挿入され、それにより、上側カバーがケース本体に対して結合される、バッテリパック。
【請求項２】
前記上側ケースは、ロック溝が形成される前記ケース本体の領域の強度および弾性よりも高い強度および弾性を有する材料から成る、請求項１に記載のバッテリパック。
【請求項３】
前記上側カバーがステンレス鋼により形成され、前記ケース本体がプラスチック材料により形成されている、請求項２に記載のバッテリパック。
【請求項４】
前記ケース本体は、ロック溝が形成されているケース本体の領域でのみプラスチック樹脂により形成されている、請求項３に記載のバッテリパック。
【請求項５】
前記各ロック部材は互いに接続される一対のロック突起を備えるとともに、ロック突起間には間隔溝が形成され、
前記ロック突起の外面には、下側に向かって先細る形状を成す突出部が設けられ、
前記各ロック溝は、前記ロック突起の突出部間の最大距離よりも狭い幅を有している、
請求項１に記載のバッテリパック。
【請求項６】
前記ケース本体は、
前記上側カバーと同じ形状に形成されるとともに、その縁部に複数のロック部材が設けられた下側カバーと、
前記上側および下側カバーのロック部材に対応する複数のロック溝を有する矩形の本体フレームと、
を備えている、請求項１に記載のバッテリパック。
【請求項７】
前記コアパックがリチウムイオンポリマーバッテリ用のパックである、請求項１に記載のバッテリパック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロック型バッテリパックに関し、特に、ロック部材が上側カバーに形成され且つロック溝がケース本体に形成されることによりロック部材が対応するロック溝内に係合できるようになっており、それにより、組み立てを超音波溶接方法によってではなく機械的な結合方法によって行なうことができるとともに、高強度材料を用いて製造でき、その結果、厚さを更に薄くすることができるバッテリパックに関する。
【背景技術】
【０００２】
モバイル機器が益々発達するにつれて、そのようなモバイル機器の需要が高まるとともに、モバイル機器のための電源として二次電池の需要も急速に高まってきた。二次電池のうちの１つはエネルギ密度および放電電圧が高いリチウム二次電池であり、これに関しては、多くの研究が行なわれてきており、また、商業的に幅広く使用されている。
【０００３】
リチウム二次電池（バッテリ）は、その外形状に基づいて、円筒型電池、角型電池、または、ポーチ状電池として分類される。リチウム二次電池は、その電解液に基づいて、リチウムイオン電池（バッテリ）またはリチウムイオンポリマー電池（バッテリ）として分類される。
【０００４】
モバイル機器が小型化されるにつれて、厚さが比較的薄い角型電池およびポーチ状電池の需要が高まってきた。そのような薄い二次電池の１つの例であるバッテリパックの一般的な形状が図１に示されている。図２は、組み立て前のバッテリパックを示す分解斜視図である。
【０００５】
図１および図２を参照すると、バッテリパック１００は、陰極と陽極と分離フィルムとを含む電極群および電解液がシール状態で内部に組み込まれた矩形のコアパック２００と、コアパック２００を受けるための内部空間を有するケース本体３００と、コアパック２００を内部で受けたケース本体３００上に装着されてコアパック２００をシールする上側カバー４００とを備えている。
【０００６】
一般に、前述した構造を有するバッテリパック１００の組み立ては、ポリカーボネート（ＰＣ）またはポリアクリロニトリル−ブタジエン−スチレン（ＡＢＳ）などのプラスチック材料から成る上側カバー４００とケース本体３００とを超音波溶接方法により互いに結合することによって達成される。超音波溶接方法は、例えば２００００Ｈｚの高周波振動により生成される摩擦熱を使用して取り付けられるべき２つの面を溶接する方法である。
【０００７】
図３〜図６を参照して、超音波溶接方法によるケース本体３００と上側カバー４００との結合について更に詳しく説明する。図３はケース本体３００上に装着された上側カバー４００を示す平面図であり、図４は図３のＡ−Ａ線に沿う垂直断面図である。上側カバー４００がケース本体３００上に装着されている状態では、上側カバー４００の両端がケース本体３００の両端とそれぞれ接触している。図５は、上側カバーとケース本体との間の接触領域Ｂを示す拡大図であり、図６は、超音波溶接方法による上側カバーとケース本体との結合を示す図である。図５に示されるように、上側カバー４００の各端部の下面には楔形状の溶接突起４００ａが形成され、また、ケース本体３００には、溶接突起４００ａと接触されるように溶接面３００ａが形成されている。上側カバーとケース本体との間で超音波溶接を達成するために高周波振動が加えられると、溶接突起４００ａと溶接面３００ａとが溶接され、したがって、上側カバーがケース本体に対してしっかりと結合される。
【０００８】
厚さが薄いバッテリパックの需要が高まるにつれて、ケース本体３００および上側カバー４００の厚さは、最近、０．３〜０．３５ｍｍまで減少されてきている。その結果、ケース本体および上側カバーをダイカストおよび射出成形によって形成することが難しい。また、溶接突起４００ａおよび溶接面３００ａのサイズも減少され、したがって、ケース本体と上側カバーとの間の溶接強度が低下し、それにより、溶接欠陥率が高くなっている。
【０００９】
円筒金属ケースを使用するバッテリの場合、ケースは、ケースの厚さが薄い場合であっても金属ケースの構造特性に起因して外部からの衝撃に対して適切な強度を与える。しかしながら、図１に示されるような構造を有するリチウムイオンポリマーバッテリは外部からの衝撃に対して適切な構造的強度を有しておらず、したがって、リチウムイオンポリマーバッテリにおける薄いケースの使用が制限される。
【００１０】
その結果、厚さが薄いケースが使用される場合であっても外部からの衝撃に対して適切な強度を有し且つ上側ケースとケース本体との間の結合強度が高いバッテリパックを提供することが必要である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
したがって、本発明の目的は、従来技術の前述した問題および以前から求められている技術的問題を実質的に取り除くことである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明者等は、バッテリパックの構造に関して様々な実験および研究を行なってきており、ロック部材がバッテリパックの上側カバーに形成されるとともに、ロック溝がバッテリパックのケース本体に形成され、それにより、ロック部材が対応するロック溝内に係合できるようになっている場合に、バッテリパックを超音波溶接方法によってではなく機械的な結合方法によって組み立てることができるとともに、バッテリパックを高強度材料を用いて製造することができ、それにより、バッテリパックの厚さを更に減少させることができることを見出した。
【００１３】
本発明によれば、前記目的および他の目的は、陰極と陽極と分離フィルムとを含む電極群および電解液がシール状態で内部に組み込まれた矩形のコアパックと、コアパックを受けるための内部空間を有するケース本体と、前記コアパックを内部で受けた前記ケース本体上に装着されてコアパックをシールする上側カバーとを備え、前記上側ケースの縁部には複数の弾性ロック部材が設けられ、前記ケース本体の縁部には上側ケースの前記ロック部材に対応する複数のロック溝が設けられ、これにより、コアパックがケース本体内に受けられた状態で上側ケースのロック部材がケース本体のロック溝内に挿入され、それにより、上側カバーがケース本体に対して結合されるバッテリパックを提供することにより達成できる。
【００１４】
本発明によれば、上側カバーは、超音波溶接方法によってではなく、機械的な結合方法によってケース本体に結合できる。
【００１５】
その結果、上側カバーおよびケース本体のための材料を超音波溶接材料に制限する必要がなくなる。好ましくは、上側ケースは、ロック溝が形成されるケース本体の領域の強度および弾性よりも高い強度および弾性を有する材料から成る。好ましい実施形態においては、上側ケースがステンレス鋼(ＳＵＳ)により形成され、ケース本体がプラスチック材料、例えばポリカーボネート（ＰＣ）またはポリアクリロニトリル−ブタジエン−スチレン（ＡＢＳ）により形成される。あるいは、ケース本体は、ロック溝が形成されているケース本体の領域でのみプラスチック樹脂により形成されていても良い。バッテリパックのための材料としてＳＵＳ材料が使用される場合には、更に厚さが薄い強度の高いバッテリパックを製造できる。
【００１６】
ロック部材およびロック溝の構造は、ロック部材がロック溝内に係合される時すなわち突出形状のロック部材が刻み目形状のロック溝内に挿入されるときにロック部材とロック溝との間の結合が維持される限り特に制限されない。好ましい実施形態においては、各ロック部材は互いに接続される一対のロック突起を備えるとともに、ロック突起間に間隔溝が形成され、ロック突起の外面には、下側に向かって先細る形状を成す突出部が設けられ、各ロック溝は、ロック突起の突出部間の最大距離よりも狭い幅を有している。
【００１７】
他の好ましい実施形態において、ケース本体は、上側カバーと同じ形状に形成されるとともにその縁部に複数のロック部材が設けられた下側カバーと、上側および下側カバーのロック部材に対応する複数のロック溝を有する矩形の本体フレームとを備えている。
【００１８】
上側カバーの縁部（または、上側および下側カバーの縁部）に形成されるロック部材の数および位置は特に制限されない。ロック部材は、上側カバーの縁部（または、上側および下側カバーの縁部）に均一に配置されることが好ましい。
【００１９】
本発明に係るバッテリパックは、リチウムイオンポリマーバッテリ用のバッテリパックにおいて非常に有用である。
【００２０】
本発明の前記目的および他の目的、特徴、他の利点は、添付図面と併せて解釈される以下の詳細な説明から更に明確に理解できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
ここで、添付図面を参照して、本発明の好ましい実施形態について詳しく説明する。しかしながら、本発明の範囲が図示の実施形態によって限定されないことに留意すべきである。
【００２２】
図７は、本発明の好ましい実施形態に係る組立前のバッテリパック１００を示す分解斜視図である。
【００２３】
図７を参照すると、バッテリパック１００は、陰極と陽極と分離フィルムとを含む電極群および電解液がシール状態で内部に組み込まれたコアパック２００と、コアパック２００を受けるためのケース本体３００と、コアパック２００をシールするためにケース本体３００に結合される上側カバー４００とを備えている。
【００２４】
コアパック２００は陰極タップ２１０と陽極タップ２２０とを有しており、これらのタップはいずれも露出されている。陰極タップ２１０は陰極リード７００を介して保護回路モジュール（ＰＣＭ）６００に接続される。陽極タップ２２０は陽極リード７１０を介してＰＣＭ６００に接続され、陽極リード７１０はプラス温度係数要素（ＰＴＣ）８００に対して接続されている。
【００２５】
上側カバー４００はＳＵＳ材料によって形成されており、したがって、上側カバー４００がＰＣＭ６００、電極リード７００，７１０、ＰＴＣ８００と接触する時に上側カバー４００が短絡され得る可能性がある。このため、上側カバー４００とＰＣＭ６００／電極リード７００，７１０／ＰＴＣ８００との間に絶縁部材９００が配置される。また、ケース本体３００とコアパック２００との間および上側カバー４００とコアパック２００との間には、コアパック２００をケース本体３００および上側カバー４００によって画定される空間内に装着しつつ安定して固定できるように両面接着テープ１０００が配置されている。
【００２６】
上側カバー４００の縁部には、ケース本体３００に向かって延びる複数のロック部材４１０が形成されている。ケース本体３００には、上側ケース４００のロック部材４１０に対応するロック溝３１０が形成されている。ケース本体３００は、ＳＵＳ材料から成る外側本体部３０２と、プラスチック材料から成る内側本体部３０４とを備えている。ロック溝３１０は内側本体部３０４に形成されている。
【００２７】
電極タップ２１０，２２０と電極リード７００，７１０との間の接続部が溶接されるとともに、ＰＣＭ６００と電極リード７００，７１０との間の接続部が溶接される。コアパック２００がケース本体３００の内部空間内に位置され且つ上側カバー４００がケース本体３００上に配置された後、上側カバー４００のロック部材４１０がケース本体３００の対応するロック溝３１０内に挿入されて、バッテリパック１００の組み立てが達成される。バッテリパック１００の組み立てが完了されると、サブマージェンスラベル１１００がケース本体３００の上端に貼り付けられる。
【００２８】
図８〜図１２を参照して、上側カバー４００とケース本体３００との間の結合について更に詳しく説明する。
【００２９】
図８はケース本体３００に対して結合された上側カバー４００を示す平面図であり、また、図９は図８のＣ−Ｃ線に沿う垂直断面図である。図１０〜図１２は、ロック部材のうちの１つが対応するロック溝内に係合される部分Ｄにおける結合プロセスを連続して示す図である。
【００３０】
最初に図１０を参照すると、各ロック部材４１０は互いに接続される一対の右側および左側ロック突起４１４ａ，４１４ｂを備えており、一方、ロック突起４１４ａ，４１４ｂ間には間隔溝４１２が形成されている。ロック突起４１４ａ，４１４ｂの外面には、下側に向かって先細る形状を成す突出部４１６ａ，４１６ｂが形成されている。各ロック溝３１０は、右側および左側ロック突起４１４ａ，４１４ｂの突出部４１６ａ，４１６ｂ間の最大距離ｄ１よりも狭い幅ｗを有している。一方、ロック部材４１０の下端の幅ｄ２はロック溝３１０の幅ｗよりも狭い。その結果、ロック部材４１０をロック溝３１０内に容易に挿入できる。
【００３１】
しかしながら、ロック部材４１０がロック溝３１０内に挿入され始めると、右側および左側ロック突起４１４ａ，４１４ｂの突出部４１６ａ，４１６ｂの上側部分が図１１に示されるようにロック溝３１０の上端によって圧縮され、その結果、右側および左側ロック突起４１４ａ，４１４ｂが内側に曲げられる。それにより、間隔溝４１２が狭くなり、したがって、ロック部材４１０がロック溝３１０内に挿入される。
【００３２】
図１２に示されるようにロック溝３１０内へのロック部材４１０の挿入が完了された後、突出部４１６ａ，４１６ｂは、弾性ロック部材４１０の復元力によりロック溝３１０の内面に対して圧力を加え、その結果、ロック部材とロック溝との間の固定力が高められる。また、ロック部材およびロック溝に対して外力が作用する場合であっても、下側に向かって先細る形状を成す突出部４１６ａ，４１６ｂにより、ロック溝３１０からのロック部材４１０の外れが防止される。また、ロック部材４１０のための材料は、ロック溝３１０のための材料よりも高い強度を有している。その結果、突出部４１６ａ，４１６ｂの一部がロック溝３１０の付近のケース本体３００中に突き刺さり、したがって、ロック部材とロック溝との間の固定力が更に高められる。
【００３３】
図１３は、本発明の他の好ましい実施形態に係る組立前のバッテリパック１００ａを示す分解斜視図である。
【００３４】
図１３を参照すると、バッテリパック１００ａは、その上側部分および下側部分が開放した本体フレーム３００ａと、図７のケース本体３００に対応する下側カバー５００とを含んでおり、下側カバー５００に複数のロック部材５１０が形成され、本体フレーム３０２には、下側カバー５００のロック部材５１０および上側カバー４００のロック部材４１０が係合できるように複数のロック溝３１０が形成されていることを特徴としている。
【００３５】
その結果、バッテリパック１００ａは、下側カバー５００が本体フレーム３００ａに結合されて図７のケース本体３００を構成する点を除き、図７のバッテリパック１００と同一であり、したがって、バッテリパック１００ａの更に詳しい説明は行なわない。
【００３６】
本発明の好ましい実施形態を例示目的で開示してきたが、当業者であれば分かるように、添付の請求項に開示された本発明の範囲および思想から逸脱することなく様々な変形、追加、置き換えが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
以上の説明から明らかなように、超音波溶接方法を使用することなく厚さの薄いバッテリパックを製造することができ、したがって、高価で精密な超音波溶接機を使用する必要がない。また、一般的なプレス機械を使用することによりロック部材を形成することができるとともに、ＳＵＳ材料などの高強度材料を使用することができる。その結果、バッテリの厚さを大きく減少させながら、外部からの衝撃に対して高い強度を有するバッテリを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】従来のバッテリパックを示す斜視図である。
【図２】組み立て前の従来のバッテリパックを示す分解斜視図である。
【図３】図２に示される従来のバッテリパックのケース本体上に装着される上側カバーを示す平面図である。
【図４】図３のＡ−Ａ線に沿う垂直断面図である。
【図５】図４の部分Ｂを示す拡大図である。
【図６】超音波溶接方法によって互いに結合される図５に示される部品を示す図である。
【図７】組み立て前の本発明の好ましい実施形態に係るバッテリパックを示す分解斜視図である。
【図８】図７に示されるバッテリパックのケース本体に結合される上側カバーを示す平面図である。
【図９】図８のＣ−Ｃ線に沿う垂直断面図である。
【図１０】図９の部分Ｄにおける結合プロセスを示す図である。
【図１１】図９の部分Ｄにおける結合プロセスを示す図である。
【図１２】図９の部分Ｄにおける結合プロセスを示す図である。
【図１３】組み立て前の本発明の他の好ましい実施形態に係るバッテリパックを示す分解斜視図である。
【符号の説明】
【００３９】
１００：バッテリパック          ２００：コアパック
３００：ケース本体              ４００：上側カバー
５００：下側カバー              ６００：ＰＣＭ
７００：電極リード              ８００：ＰＴＣ
９００：絶縁部材                １０００：両面接着テープ
１１００：サブマージェンスラベル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【国際調査報告】
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