特許 5971529 異なる容量のセルをもつバッテリパック

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5971529

(24)【登録日】2016年7月22日

(45)【発行日】2016年8月17日

(54)【発明の名称】異なる容量のセルをもつバッテリパック

(51)【国際特許分類】

   H01M 2/10 20060101AFI20160804BHJP

【ＦＩ】

   H01M2/10 E

【請求項の数】8

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2013-519744(P2013-519744)

(86)(22)【出願日】2011年7月11日

(65)【公表番号】特表2013-534708(P2013-534708A)

(43)【公表日】2013年9月5日

(86)【国際出願番号】US2011043582

(87)【国際公開番号】WO2012009281

(87)【国際公開日】20120119

【審査請求日】2013年3月11日

【審判番号】不服2014-26754(P2014-26754/J1)

【審判請求日】2014年12月26日

(31)【優先権主張番号】12/835,617

(32)【優先日】2010年7月13日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】503260918

【氏名又は名称】アップル インコーポレイテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100092093

【弁理士】

【氏名又は名称】辻居 幸一

(74)【代理人】

【識別番号】100082005

【弁理士】

【氏名又は名称】熊倉 禎男

(74)【代理人】

【識別番号】100067013

【弁理士】

【氏名又は名称】大塚 文昭

(74)【代理人】

【識別番号】100086771

【弁理士】

【氏名又は名称】西島 孝喜

(74)【代理人】

【識別番号】100139712

【弁理士】

【氏名又は名称】那須 威夫

(72)【発明者】

【氏名】バルドワジ ラメシュ シー

(72)【発明者】

【氏名】フワン タイスプ

(72)【発明者】

【氏名】マンク リチャード エム

【合議体】

【審判長】 鈴木 正紀

【審判官】 池渕 立

【審判官】 河本 充雄

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００５−０７８８３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−０８７１４６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

H01M2/10

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ポータブルコンピュータ装置であって、
プロセッサ、メモリ及びディスプレイを含む複数のコンピュータ部品のセットと、バッテリパックとからなり、
前記バッテリパックは、
複数の異なる容量及び寸法のバッテリセルが電気的に並列接続された第１セットと、
複数の異なる容量及び寸法のバッテリセルが電気的に並列接続された第２セットとを備え、
前記第１及び第２セットは、実質的に同じ容量を有し、
前記第１及び第２セットは、電気的に直列接続され、
前記ポータブルコンピュータ装置内における空きスペースの利用を実質的に最大にするように、前記複数の異なる寸法が選択されたバッテリセルからなる前記第１及び第２セットが前記バッテリパック内に配列されている、前記ポータブルコンピュータ装置。

【請求項2】

前記第１セットのバッテリセルは、前記バッテリパック内において、積み重ねられ、並置される、請求項１に記載のポータブルコンピュータ装置。

【請求項3】

少なくとも前記バッテリセルの第１のセットの各バッテリセルの寸法は前記バッテリセルの第１のセットの他のバッテリセルの対応する寸法と異なる、請求項１に記載のポータブルコンピュータ装置。

【請求項4】

前記第１セットのバッテリセルの１つ以上は、リチウム・ポリマーバッテリセルである、請求項１に記載のポータブルコンピュータ装置。

【請求項5】

前記第１セットのバッテリセルの１つ以上は、
活性コーティングをもつカソード、セパレータ、及び活性コーティングをもつアノードを含む一緒に巻いた層より成るゼリーロール、及び
ゼリーロールを包囲するポーチ、
を含む請求項１に記載のポータブルコンピュータ装置。

【請求項6】

ポータブルコンピュータ装置のための電源を形成する方法において、
前記ポータブルコンピュータ装置は、プロセッサ、メモリ及びディスプレイを含む複数のコンピュータ部品のセットと、バッテリパックと、を備え、
前記バッテリパック内に、複数の異なる寸法及び容量のバッテリセルの第１セットを配列する段階と、
前記バッテリパック内に、複数の異なる寸法及び容量のバッテリセルの第２セットを配列する段階と、を備える方法であって、
前記ポータブルコンピュータ装置内における空きスペースの利用を実質的に最大にするように、前記バッテリパック内に、前記複数の異なる寸法のバッテリセルが選択された前記第１及び第２セットが配列され、
前記方法はさらに、
前記第１セットの前記複数のバッテリセルを電気的に並列接続する段階と、
前記第２セットの前記複数のバッテリセルを電気的に並列接続する段階であって、前記第１セットと前記第２セットとは実質的に同じ容量を有している、段階と、
前記第１セットと前記第２セットとを電気的に直列接続する段階と、
を備えた方法。

【請求項7】

前記第１セットのバッテリセルは、前記バッテリパック内で積み重ねられ、並置される、請求項６に記載の方法。

【請求項8】

前記第１セットのバッテリセルの１つ以上は、
活性コーティングをもつカソード、セパレータ、及び活性コーティングをもつアノードを含む一緒に巻いた層より成るゼリーロール、及び
ゼリーロールを包囲するポーチ、
を含む請求項６に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、一般的に、ポータブル電子装置のバッテリに関する。より詳細には、本発明は、異なる容量、厚み及び／又は寸法をもつバッテリパックに関する。

【背景技術】

【0002】

再充電可能なバッテリは、現在、ラップトップコンピュータ、移動電話、ＰＤＡ、デジタル音楽プレーヤ及びコードレス電源ツールを含む種々様々なポータブル電子装置へ電力を供給するために使用されている。最も一般的に使用される形式の再充電可能なバッテリは、リチウム・イオン又はリチウム・ポリマーバッテリを含むリチウムバッテリである。

【0003】

リチウム・ポリマーバッテリは、多くの場合に、柔軟なポーチにパッケージされたセルを含む。そのようなポーチは、典型的に、軽量で且つ製造が安価である。更に、ポーチは、種々のセル寸法に仕立てることができ、移動電話、ラップトップコンピュータ及び／又はデジタルカメラのような、スペースに制約のあるポータブル電子装置にリチウム・ポリマーバッテリを使用できるようにする。例えば、リチウム・ポリマーバッテリのセルは、ゼリーロール及び電解液をホイルポーチで包囲することにより９０ないし９５％のパッケージング効率を達成する。次いで、複数のポーチをポータブル電子装置内に並置し、そして直列及び／又は並列に電気的結合して、ポータブル電子装置のためのバッテリを形成することができる。

【0004】

しかしながら、既存のバッテリパックアーキテクチャーにおけるセルの使用及び配列によってスペースの効率的な使用が制限される。特に、バッテリパックは、典型的に、同じ容量、サイズ及び寸法のセルを収容する。セルの物理的な配列は、更に、セルの電気的な構成を反映する。例えば、６セルのバッテリパックは、同じサイズ及び容量の６つのリチウム・ポリマーセルを、直列に２つ並列に３つ（２ｓ３ｐ）の構成にしたものを含む。バッテリパック内では、並置した３つのセルの２行を互いに上下に積層し、各行は並列構成で電気的結合され、そして２つの行は直列構成で電気的接続される。その結果、バッテリパックは、少なくとも、各セルの長さ、各セルの厚みの２倍、及び各セルの巾の３倍であるスペースをポータブル電子装置に必要とする。更に、バッテリパックは、バッテリパックに指定された長方形スペースの外側にあるポータブル電子装置内の空きスペースを利用することができない。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

従って、リチウム・ポリマーバッテリセルを収容するバッテリパックのパッケージング効率、容量、フォームファクタ、コスト、設計及び／又は製造に関連した改善により、ポータブル電子装置の使用を促進することができる。

【課題を解決するための手段】

【0006】

ここに開示する実施形態は、ポータブル電子装置に使用するためのバッテリパックを提供する。バッテリパックは、並列構成で電気的に結合された容量の異なるセルの第１セットを含む。この第１セットのセル内のセルは、厚み及び／又は寸法も異なる。第１セットのセルは、ポータブル電子装置内のスペースの効率的な利用を促進するようにバッテリパック内に配列される。例えば、第１セットのセルは、ポータブル電子装置内のコンポーネントを収容するように配列することができる。

【0007】

ある実施形態では、バッテリパックは、並列構成で電気的に結合した容量の異なるセルの第２セットも含む。第１セットのセル及び第２セットのセルは、それら第１セットのセル及び第２セットのセルが実質的に同じ容量を有する場合には、直列構成で電気的に結合することができる。

【0008】

ある実施形態では、第１セットのセルは、バッテリパック内で積み重ねられ、並置され又は上から下まで配置される。

【0009】

ある実施形態では、第１セットのセルの１つ以上がリチウム・ポリマーセルに対応する。

【0010】

ある実施形態では、第１セットのセルの１つ以上が、次のものを含む。
（ｉ）活性コーティングをもつカソード、セパレータ、及び活性コーティングをもつアノードを含む一緒に巻いた層を収容するゼリーロール、及び
（ii）ゼリーロールを包囲するポーチ。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】一実施形態によるバッテリパックを示す。

【図2】一実施形態によるバッテリパックの断面図である。

【図3】一実施形態によるバッテリセルを示す。

【図4】一実施形態により電源を形成するプロセスを示すフローチャートである。

【図5】一実施形態によるポータブル電子装置を示す。

【発明を実施するための形態】

【0012】

添付図面において、同じ要素は、同じ参照番号で示される。

【0013】

以下の説明は、当業者が実施形態を形成して使用できるようにするために表現されたもので、特定の用途及び要件に関してなされたものである。当業者であれば、ここに開示する実施形態に対して種々の変更が容易に明らかであり、そしてここに定義される一般的な原理は、本開示の精神及び範囲から逸脱せずに他の実施形態及び用途にも適用することができる。従って、本発明は、ここに示す実施形態に限定されず、ここに開示する原理及び特徴と矛盾しない最も広い範囲に一致するものとする。

【0014】

この詳細な説明に述べるデータ構造及びコードは、典型的に、コンピュータシステムにより使用するためのコード及び／又はデータを記憶することのできる装置又は媒体であるコンピュータ読み取り可能な記憶媒体に記憶される。コンピュータ読み取り可能な記憶媒体は、揮発性メモリや、不揮発性メモリや、ディスクドライブ、磁気テープ、ＣＤ（コンパクトディスク）、ＤＶＤ（デジタル多様性ディスク又はデジタルビデオディスク）のような磁気及び光学記憶装置や、或いは現在知られているか又は今後開発されるコード及び／又はデータを記憶できる他の媒体を含むが、これに限定されない。

【0015】

詳細な説明の章に述べる方法及びプロセスは、上述したコンピュータ読み取り可能な記憶媒体に記憶できるコード及び／又はデータとして実施することができる。コンピュータシステムは、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体に記憶されたコード及び／又はデータを読み取りそして実行するときに、データ構造体及びコードとして実施されそしてコンピュータ読み取り可能な記憶媒体内に記憶された方法及びプロセスを実行する。

【0016】

更に、ここに述べる方法及びプロセスは、ハードウェアモジュール又は装置に含ませることができる。これらのモジュール又は装置は、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）チップ、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、特定の時期に特定のソフトウェアモジュール又はコードの断片を実行する専用又は供用プロセッサ、及び／又は現在知られているか又は今後開発される他のプログラマブルロジック装置を含むが、これに限定されない。ハードウェアモジュール又は装置は、それらがアクチベートされたとき、それらの中に含まれた方法及びプロセスを遂行する。

【0017】

本発明の実施形態は、容量、厚み及び／又は寸法の異なる複数のセルをもつバッテリパックを提供する。又、セルは、ポータブル電子装置内のスペースの効率的な利用を促進するように配置される。例えば、セルは、移動電話、ラップトップコンピュータ、及び／又はタブレットコンピュータにコンポーネントを収容するために、積み重ねられ、並置され及び／又は上から下まで配置される。

【0018】

更に、セルは、直列及び／又は並列構成で電気的に結合される。特に、バッテリパックは、並列構成で電気的に結合された異なる容量のセルの第１セットを含む。又、バッテリパックは、並列構成で電気的に結合された異なる容量のセルの第２セットも含む。第１及び第２セットのセルは、次いで、それら第１及び第２セットのセルが実質的に同じ容量をもつ場合には、直列構成で電気的に結合される。

【0019】

図１は、一実施形態によるバッテリパック１００を示す。このバッテリパック１００は、ラップトップコンピュータ、移動電話、タブレットコンピュータ、パーソナルデジタルアシスタント（ＰＤＡ）、ポータブルメディアプレーヤ、デジタルカメラ、及び／又は他の形式のバッテリ付勢型電子装置のようなポータブル電子装置へ電力を供給する

【0020】

図１に示すように、バッテリパック１００は、多数のセル１０２−１１２を備えている。これらのセル１０２−１１２は、ニッケル・カドミウム（Ｎｉ−Ｃｄ）セル、ニッケル・金属・水酸化物（Ｎｉ−ＭＨ）セル、リチウム・イオンセル、及び／又はリチウム・ポリマーセルのような再充電可能な（例えば、二次）セルに対応する。例えば、１つ以上のセル１０２−１１２は、リチウム・ポリマーセルに対応し、その各々は、一緒に巻かれた層（例えば、活性コーティングを伴うカソード、セパレータ、及び活性コーティングを伴うアノード）のゼリーロールと、このゼリーロールを包囲する柔軟なポーチとを含む。リチウム・ポリマーセルは、図３を参照して以下に詳細に述べる。

【0021】

１つ以上の実施形態において、セル１０２−１１２は、容量、厚み及び／又は寸法が異なる。例えば、セル１０２−１０４は、各々、容量が３．２Ａｈであり、セル１０６−１０８は、各々、容量が１．５Ａｈであり、そしてセル１１０−１１２は、各々、容量が１．７Ａｈである。同様に、セル１０２−１０４は、セル１０６−１１２より長く、厚く及び／又は広く、そしてセル１０６−１０８は、セル１１０−１１２より長く、厚く及び／又は広い。

【0022】

又、セル１０２−１１２は、直列及び／又は並列構成で電気的に結合される。特に、容量の異なるセル１０２、１０６及び１１０の第１セットは、並列構成で電気的に結合され、そして容量の異なるセル１０４、１０８及び１１２の第２セットも、並列構成で電気的に結合される。第１セットのセル及び第２セットのセルは、全容量が実質的に同じであるから、第１及び第２セットのセルは、直接構成で電気的に結合することができる。換言すれば、セル１０２−１１２は、直列に２つ並列に３つ（２ｓ３ｐ）の構成で電気的に結合される。

【0023】

より詳細には、セル１０２−１１２の選択、電気的構成及び／又は配列は、ポータブル電子装置の物理的及び／又は電気的要件に基づく。第１に、セル１０２−１１２は、ポータブル電子装置のコンポーネント（例えば、プリント回路板（ＰＣＢ）、プロセッサ、メモリ、記憶装置、ディスプレイ、光学的ドライブ、等）の電気的（例えば、電圧、容量、等）需要を満足させるために、バッテリパック１００に使用するように選択され、及び／又はバッテリパック１００内で電気的に結合される。例えば、セル１０６は、セル１１０に並列に電気的に結合され、そしてセル１０８は、セル１１２に並列に電気的結合され、これら電気的に結合されたセル１０６及び１１０とセル１０８及び１１２に、セル１０２及びセル１０４と同じ容量（例えば、３．２Ａｈ）を与える。セル１０２、セル１０４、セル１０６及び１１０、そしてセル１０８及び１１２を直列に電気的結合して、バッテリパック１００の電圧を高めることができる。

【0024】

同じラインに沿って、セル１０２−１１２は、ポータブル電子装置内のスペースの効率的な使用を促進するために、バッテリパック１００に使用するように選択され、及び／又はバッテリパック１００内に配列される。例えば、セル１０２−１１２は、移動電話、ラップトップコンピュータ、及び／又はタブレットコンピュータにコンポーネントを収容するために、バッテリパック１００に使用するように選択され、そしてバッテリパック１１０内で積み重ねられ、並置され及び／又は上から下まで配置される。従って、バッテリパック１００は、ポータブル電子装置内の空きスペースの利用を最大にする非対称的設計を含む。従って、バッテリパック１００は、同じ容量、寸法及び／又は厚みのセルを収容するバッテリパックより大きな容量、パッケージング効率及び／又は電圧を与えることができる。サイズ及び／又は寸法の変化するセルを収容するバッテリパックは、図２−３を参照して以下に詳細に述べる。

【0025】

図２は、一実施形態によるバッテリパックの断面図である。このバッテリパックは、厚み及び／又はサイズの異なる３つのセル２０２−２０６を備えている。図２に示したように、セル２０２は、最も薄く、セル２０４は、中間の厚みであり、そしてセル２０６は、最も厚い。更に、セル２０２−２０６は、バッテリパックがポータブル電子装置内の空きスペースをいっぱいに満たすことができる非対称的設計に基づいてバッテリパックに配列される。例えば、セル２０２−２０６は、移動電話、ラップトップコンピュータ、ポータブルメディアプレーヤ、デジタルカメラ及び／又はＰＤＡ内のスペースのカーブした領域を占有するようにバッテリパック内に配置される。

【0026】

図３は、一実施形態によるバッテリセル３００を示す。このバッテリセル３００は、ポータブル電子装置を付勢するのに使用されるリチウム・ポリマーセルに対応する。バッテリセル３００は、活性コーティングをもつカソード、セパレータ、及び活性コーティングをもつアノードを含む、一緒に巻かれた多数の層を収容するゼリーロール３０２を備えている。より詳細には、ゼリーロール３０２は、カソード材料（例えば、リチウムコンパウンドが被覆されたアルミニウムホイル）の１つのストリップと、セパレータ材料（例えば、導電性ポリマー電解液）の１つのストリップで分離されたアノード材料（例えば、炭素が被覆された銅のホイル）の１つのストリップとを含む。カソード、アノード、及びセパレータ層は、次いで、マンドレルに巻かれて、螺旋巻き構造体を形成する。ゼリーロールは、良く知られたものであり、ここでは詳細に説明しない。

【0027】

バッテリセル３００のアッセンブル中に、ゼリーロール３０２は、折り目線３１２に沿って柔軟なシートを折り返すことにより形成された柔軟なポーチで包囲される。例えば、柔軟なシートは、ポリプロピレンのようなポリマー膜をもつアルミニウムで作られる。柔軟なシートを折り返した後に、例えば、サイドシール３１０及びテラスシール３０８に沿って熱を付与することにより柔軟なシートをシールすることができる。

【0028】

ゼリーロール３０２は、カソード及びアノードに結合される導電性タブ３０６のセットも含む。これらの導電性タブ３０６は、ポーチのシール（例えば、シールテープ３０４を使用して形成された）を通して延びて、バッテリセル３００のための端子を形成する。次いで、導電性タブ３０６を使用して、バッテリセル３００を１つ以上の他のバッテリセルと電気的に結合して、図１のバッテリパック１００のようなバッテリパックを形成することができる。

【0029】

例えば、バッテリセル３００は、バッテリパックにおいて並列構成で電気的に結合された容量の異なるセルの第１セットに属する。又、バッテリパックは、並列構成で結合された容量の異なるセルの第２セットも含む。第１及び第２セットのセルが実質的に同じ容量を有する場合には、第１セットのセルを第２セットのセルと直列構成で電気的に結合することができる。従って、導電性タブ３０６は、並列及び／又は直列・並列構成で電気的に結合される容量の異なるセルを収容するバッテリパックにバッテリセル３００を使用できるようにする。

【0030】

図４は、一実施形態により電源を形成するプロセスを示すフローチャートである。１つ以上の実施形態において、１つ以上のステップが省略されてもよいし、繰り返されてもよいし、及び／又は異なる順序で遂行されてもよい。従って、図４に示すステップの特定の構成は、実施形態の範囲を限定するものと解釈されてはならない。

【0031】

最初に、ポータブル電子装置内のスペースの利用を促進するために容量の異なるセルの第１セットがバッテリパック内に配列される（動作４０２）。セルがポータブル電子装置内のコンポーネントに電力を充分に供給し及び／又はそれを収容できるようにする物理的特性（例えば、寸法、厚み、等）及び／又は電気的特性（例えば、容量、電圧、等）についてセルが選択される。セルは、リチウム・ポリマーセル及び／又は他の形式の再充電可能なバッテリセルに対応する。次いで、第１セットのセルが並列構成で電気的に結合される（動作４０４）。並列構成は、バッテリパックの容量及び冗長性の両方を増加させる。

【0032】

容量の異なるセルの第２セットもバッテリパック内に配列され（動作４０６）、そして並列構成で電気的に結合される（動作４０８）。第１セットのセルと同様に、第２セットのセルは、ポータブル電子装置内のコンポーネントの電気的及び物理的要件を満足するように、選択され、電気的に結合され、及び／又はバッテリパック内に配列される。

【0033】

最終的に、第１セットのセルは、第２セットのセルに直列構成で接続される（動作４１０）。２セットのセルを直列接続することで、バッテリパックの電圧を高くすることができる。更に、第１及び第２セットのセルが実質的に同じ容量を有する場合には、第１及び第２セットのセルを直列に電気的接続することができる。

【0034】

上述した再充電可能なバッテリパックは、一般的に、いかなる形式の電子装置にも使用することができる。例えば、図５は、バッテリ５０６により全て付勢されるプロセッサ５０２、メモリ５０４及びディスプレイ５０８を備えたポータブル電子装置５００を示す。ポータブル電子装置５００は、ラップトップコンピュータ、タブレットコンピュータ、移動電話、ＰＤＡ、ポータブルメディアプレーヤ、デジタルカメラ、及び／又は他の形式のバッテリ付勢型電子装置に対応する。バッテリ５０６は、１つ以上の再充電可能なバッテリセルを含むバッテリパックに対応する。特に、バッテリパックは、並列構成で電気的に結合された容量の異なるセルの第１セットを備えている。又、バッテリパックは、並列構成で電気的に結合された容量の異なるセルの第２セットも備えている。第１及び第２セットのセルが実質的に同じ容量を有する場合には、第１及び第２セットのセルを直列構成で電気的接続することができる。

【0035】

種々の実施形態の以上の説明は、例示の目的で表現されたものに過ぎない。これは、余すところのないものでも、又、本発明をここに開示した形態に限定するものでもない。従って、当業者であれば、多数の変更や修正が明らかであろう。更に、以上の開示は、本発明を限定するものではない。

【符号の説明】

【0036】

１０２：セル
１０４：セル
１０６：セル
１０８：セル
１１０：セル
１１２：セル
２０２：セル
２０４：セル
２０６：セル
３００：バッテリセル
３０２：ゼリーロール
３０４：シールテープ
３０６：タブ
３０８：テラスシール
３１０：サイドシール
３１２：折り目
５００：ポータブル電子装置
５０２：プロセッサ
５０４：メモリ
５０６：バッテリ
５０８：ディスプレイ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】