JP2011076779A - Battery pack and separator for the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、車載用電源装置などに利用される電池パック及び電池パック用セパレータに関する。 The present invention relates to a battery pack and a battery pack separator used for an in-vehicle power supply device.
従来、車載用の電源装置は、複数の電池セルを、樹脂製のセパレータを挟んで接続して構成されている(例えば、特許文献1参照)。この種のものでは、大電流での充放電が繰り返されるため、電池の温度が上昇し、高温環境で使用されることになり、電池パックを冷却する必要がある。従来、この構成の電源装置においては、電池セル間での短絡を防止するため、複数の電池セルを、樹脂製のセパレータで挟み込み、電池パック全体に絶縁体を付与し、絶縁性を確保すると共に、セパレータに、冷却媒体(空気)を通過させるための冷却空気路を形成し、この冷却空気路にファンなどで冷却空気を送風する構成が考えられている。 Conventionally, an in-vehicle power supply device is configured by connecting a plurality of battery cells with a resin separator interposed therebetween (for example, see Patent Document 1). In this type, since charging and discharging with a large current are repeated, the temperature of the battery rises and the battery pack is used in a high temperature environment, and it is necessary to cool the battery pack. Conventionally, in a power supply device with this configuration, in order to prevent short circuit between battery cells, a plurality of battery cells are sandwiched between resin separators, an insulator is provided to the entire battery pack, and insulation is ensured. A configuration in which a cooling air passage for allowing a cooling medium (air) to pass through the separator is formed and cooling air is blown into the cooling air passage by a fan or the like is considered.
しかしながら、従来のように、樹脂製のセパレータによって、電池セル表面の一部分、或いは、大部分を覆った場合、電池セルの放熱可能な表面積が低下し、電池パックの放熱性が阻害されるという問題がある。
また、電池パックは近年小型化が進み、電池セル間の隙間が狭小になる傾向にある。この狭小な隙間を、樹脂で形成されたセパレータで設けた場合、このセパレータ上に冷却空気路を形成し、冷却空気を押し込まなければならず、通気抵抗による圧力損失が生じ、電池セルに温度むらができる恐れがある。
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、絶縁性を確保したままで、電池セル間の狭小な隙間に通気性を持たせ、放熱性を向上できる電池パック及び電池パック用セパレータを提供することを目的とする。
However, when a part or most of the surface of the battery cell is covered with a resin separator as in the past, the surface area of the battery cell that can dissipate heat is reduced, and the heat dissipation of the battery pack is hindered. There is.
In addition, the battery pack has been downsized in recent years, and the gap between the battery cells tends to be narrowed. When this narrow gap is provided by a separator made of resin, a cooling air passage must be formed on the separator and the cooling air must be pushed in, resulting in pressure loss due to ventilation resistance, and uneven temperature in the battery cell. There is a risk of being able to.
The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and has a battery pack and a battery pack separator that can improve heat dissipation by providing air permeability to a narrow gap between battery cells while ensuring insulation. The purpose is to provide.
上記目的を達成するために、本発明は、複数の電池セルと、前記複数の電池セルの間に配置され、前記複数の電池セルを挟んで組む複数のセパレータとを備える電池パックにおいて、前記セパレータが複数の凸部を持つ金属製であって、前記セパレータの前記凸部と、隣り合う前記電池セルとが接触する部位に絶縁体を配したこと、を特徴とする。 In order to achieve the above object, the present invention provides a battery pack comprising a plurality of battery cells and a plurality of separators arranged between the plurality of battery cells and sandwiching the plurality of battery cells. Is made of metal having a plurality of convex portions, and an insulator is disposed at a portion where the convex portions of the separator are in contact with the adjacent battery cells.
この構成において、前記セパレータが前記電池セルに密着配置される平板部と、前記平板部に設けられた複数の凸部とを備えた構成としても良い。また、前記凸部が千鳥状に配置され構成としても良い。また、前記凸部が金属製部材を凹凸を繰り返して曲げられ形成された構成としても良い。 This structure is good also as a structure provided with the flat plate part by which the said separator closely_contact | adheres to the said battery cell, and the some convex part provided in the said flat plate part. The convex portions may be arranged in a staggered manner. Further, the convex portion may be formed by bending a metal member by repeating irregularities.
また、本発明は、電池パックを構成する複数の電池セルの間に配置され、前記複数の電池セルを挟んで組む電池パック用セパレータにおいて、前記電池パック用セパレータが、前記電池セルに密着配置される平板部と、前記平板部に設けられた複数の凸部とを持つ金属製であり、前記セパレータの前記凸部と、隣り合う前記電池セルとが接触する部位に絶縁体を配したこと、を特徴とする。 Further, the present invention provides a battery pack separator disposed between a plurality of battery cells constituting a battery pack, the battery pack separator being in close contact with the battery cells. A flat plate portion and a plurality of convex portions provided on the flat plate portion, and an insulator is disposed at a portion where the convex portion of the separator is in contact with the adjacent battery cell, It is characterized by.
また、本発明は、電池パックを構成する複数の電池セルの間に配置され、前記複数の電池セルを挟んで組む電池パック用セパレータにおいて、前記電池パック用セパレータが、金属製部材を凹凸を繰り返し曲げて形成され、前記セパレータの前記凸部と、隣り合う前記電池セルとが接触する部位に絶縁体を配したこと、を特徴とする。 Further, the present invention provides a battery pack separator that is disposed between a plurality of battery cells that constitute a battery pack and that is assembled by sandwiching the plurality of battery cells. It is formed by bending, and an insulator is disposed at a portion where the convex portion of the separator is in contact with the adjacent battery cell.
本発明によれば、複数の電池セルと、前記複数の電池セルの間に配置され、前記複数の電池セルを挟んで組む複数のセパレータとを備え、前記セパレータが複数の凸部を持つ金属製とし、セパレータの凸部と、隣り合う電池セルとが接触する部位に絶縁体を配したため、電池パックの放熱性を向上するとともに、絶縁性を確保できる。 According to the present invention, it is provided with a plurality of battery cells and a plurality of separators arranged between the plurality of battery cells and sandwiching the plurality of battery cells, and the separator is made of metal having a plurality of convex portions. In addition, since the insulator is disposed at a portion where the convex portion of the separator and the adjacent battery cell are in contact with each other, the heat dissipation of the battery pack can be improved and the insulation can be secured.
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。図1は、電池パック10の分解斜視図であり、図2は電池セルとセパレータの分解斜視図である。
図1に示すように、電池パック10は、複数の、同一形状の電池セル20を並べて締結し構成されている。隣り合う電池セル20同士の間の隙間には、セパレータ30が介在している。また、電池パック10の両端にはエンドプレート3、3が備えられ、エンドプレート3、3で電池パックの両端を挟持している。さらに、電池パック10は、電池パック10の側面側に複数の締結冶具4が平行して備えられ、エンドプレート3に締結冶具4をねじ止めし、積層する電池セル20とセパレータ30とを固定し構成されている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is an exploded perspective view of the
As shown in FIG. 1, the
エンドプレート3は、電池セル20とセパレータ30を積層して構成された電池ブロック10aの端面を被覆できるような大きさに、金属や樹脂で一体成形により形成されている。この構成によれば、電池パック10は、金属製のエンドプレート3を備えて、電池パック10の放熱性を向上する構成とすることもでき、或いは、樹脂製のエンドプレート3を備えて、電池パック10の絶縁性を更に確実に維持する構成とすることもできる。また、エンドプレート3と電池セル20の間には、セパレータ30を介在させ、電池パック10の放熱性を向上させ、電池パック10の絶縁性を維持するよう構成されている。
The end plate 3 is formed by integral molding with metal or resin so that the end plate 3 can cover the end face of the
また、エンドプレート3は、締結冶具4をねじ止めするためのねじ孔3aを備え、ねじ孔3aには、ねじ6が挿通されている。締結冶具4の長手方向の両端には、ねじ6を受けるねじ孔4aが備えられている。この構成によれば、電池パック10は、電池ブロック10aの両端面にエンドプレート3、3を備え、電池ブロック10aの両側面に締結冶具4を延在させ、締結冶具4とエンドプレート3とを螺嵌し、電池ブロック10aを固定して構成されている。
Moreover, the end plate 3 is provided with a
電池セル20は、幅薄の略直方体形状に形成されたニッケル水素蓄電池やリチウムイオン二次電池などの角型電池である。車載用電源装置においては、電源装置の車載可能スペースが限られており、電源装置の小型化が重要となる。この構成によれば、角型電池を備えることで、円筒形電池を備えた場合と比べて、配列効率を向上することができ、単位体積当たりのエネルギー密度を高くすることができる。
The
電池セル20の外装缶21は、熱伝導性に優れた金属で形成されている。例えば、アルミニウムやアルミニウム合金等で形成することができ、放熱性と冷却性を向上するよう構成されている。また、各電池セル20の上面には、外装缶21から突出されて設けられた出力端子5が備えられ、出力端子5は、正極23と負極24とから構成され、正極23と負極24は、電池セル20の長手方向に左右対称位置に設けられている。この構成によれば、隣り合う電池セル20を並べて配列する際に、外装缶21の長手方向に伸びる一対の側面板21aと21bを交互に反転させて並べ、各電池セルを直列接続することができる。そして、この構成によれば、簡易に出力電圧を高く、出力電力を大きくするよう電池セル20同士を接続することができ、また接続端子間をつなぐ配線長を短くすることができるため、配線コストを削減することができる。
The
さらに、出力端子5は、断面が略L字形状に屈曲されて構成され、電池セル20を上述のように、隣り合う電池セル20の正負が反転するように配列した際に、隣り合う電池セル20の出力端子5が互いに逆方向に屈曲するように設けられ、出力端子5の電池セル20上面と略平行し、隣り合う電池セル20の出力端子5と積層する面に連結用のボルト孔を形成し、このボルト孔5aに連結ボルト(不図示)を挿通し、隣接する電池セル20間の正極23と負極24を直接接続するよう構成されている。
Further, the
隣り合う電池セル20同士の間には、図2に示すように、金属製のセパレータ30が備えられている。セパレータ30は、熱伝導率が高く、放熱性に優れ、軽量で安価な部材で形成されている。例えば、アルミニウムやアルミニウム合金などの金属で形成することができる。セパレータ30の一面には、複数の凸部31がセパレータ30と一体に形成され、備えられている。この凸部31は鋳造やダイカストによってセパレータ30上に成形することができ、セパレータ30を大量に生産することを可能とすることができる。
また、セパレータ30のもう一方の面は、平板状に形成された平板面32であり、平板面32は、厚さが1mm程度で、電池セル20の側面板21a、21bと同面積に形成され、セパレータ30は、この平板面32が電池セル20の、側面板21a、或いは、21bの全面に密着するように配置されている。平板面32の厚さは、後述するように、電池パック10の全体長からみて決定される寸法であり、凸部31の高さとの合計で決定されるが、1mm以下であることが望ましい。
As shown in FIG. 2, a
The other surface of the
図3は、電池セル20間にセパレータ30を配置した状態を示す側面図である。
セパレータ30の、隣り合う電池セル20と凸部31とが接触する部位には、絶縁体33が備えられ構成されている。絶縁体33は、絶縁性が高く、耐熱性に優れた樹脂などで形成される。また、絶縁性と、耐熱性と、熱伝導性とを兼立した放熱絶縁材料で形成される構成としても良い。絶縁体33は、生産性の観点からセパレータ30に設けられた凸部31の先端部に備えて構成されている。絶縁体33は、液状もしくはジェル状の絶縁体に凸部31の先端部を浸し、凸部31の先端部に付着した絶縁体を固着させ絶縁体33を備えても良い。或いは、シート状に形成された絶縁シートに、セパレータ30の凸部31が設けられた方の面を押し当て、凸部31の先端部の形状に絶縁体が切り抜かれ、凸部31先端部に絶縁体33が付着されるよう備えても良い。絶縁体33は、セパレータ30の凸部31の先端部に備えなくても良く、例えば、絶縁体33は、電池セル20の側面板21a、或いは、21bに備えた構成とすることができる。
FIG. 3 is a side view showing a state in which the
An
また、電池セル20は、図3に示すように、その両面から金属製のセパレータ30によって挟み込まれるように組まれ、セパレータ30の、凸部31が形成された面に冷却媒体(空気)を流し込み、対流冷却(コンベクション冷却)を行うことができる。このように、熱伝導性に優れた電池セル20の外装缶21にセパレータ30を密着配置したため、電池セル20の熱が効率よくセパレータ30に伝導され、電池セル20の冷却が促進される。この構成によれば、電池セル20の側面板21a、或いは、21bの全面を被覆するよう金属製のセパレータ30を設け、セパレータ30の表面積を最大限に利用し、かつ、凸部31と、電池セル20とが接触する部位に絶縁体33を設けたことで、電池セル20間の絶縁を維持でき、電池セル20同士が接触して短絡するのを防ぐことができる。
Further, as shown in FIG. 3, the
セパレータ30の一面に設けられた凸部31は、円柱形状のピンフィンの役割を果たし、電池セル20の側面板21a、21bと同面積に形成されたセパレータ30の表面積を最大限に利用して設けられている。側面板21a、21bのサイズを、縦80mm、横130mmとした場合、凸部31の直径を3mm、高さを3mm、凸部31と隣り合う凸部31との間の距離を3mmとすれば、セパレータ30の一面に、280個の凸部31を設けることができる。この場合、電池セル20の側面板21a、21bが平坦面の場合と比べて、1.58倍の表面積を備えることができ、セパレータ30は、熱伝導率が高く放熱性に優れた部材で形成されているため、電池セル20の放熱性の向上を図ることができ、対流冷却による冷却効率を上げることができる。
The
また、凸部31は、セパレータ30の表面全域に設けられているため、セパレータ30は、横方向からの荷重に強くなり、電池セル20が膨張した場合においても、電池セル20同士が接触し短絡が発生することを防止できる。凸部31の直径と、凸部31と隣り合う凸部31との間の距離は、セパレータ30の製造可能範囲で大きくも、小さくもすることができ、また凸部31の高さも、電池セル20間の有効な隙間間隔の距離によって伸縮させることができる。この場合、凸部31の直径と、距離と、高さによって、有効放熱面積が変わるのは勿論である。凸部31の高さは高いほど、上記1.58倍以上の表面積を確保できるが、電池パック10の全体長からみて、現状3mmが限度である。ちなみに、凸部31の高さを5mmとし、凸部31の直径を3mmとし、凸部31間の距離を3mmとした場合、計算上では2.09倍の表面積を備えることができる。
Moreover, since the
凸部31は、セパレータ30に直列配列された構成としても良いが、本実施形態においては、凸部31は、千鳥状に配列され構成されている。この構成によれば、複数の電池セル20間の隙間に凸部31によって形成された通路を流れる冷却媒体(空気)の凸部31周りの乱流度合いを高めて、冷却効率を上げることができるため、電池セル20の放熱性をさらに向上させることができる。
また、この構成によれば、使用条件によっては自然対流冷却を行っても十分な電池セル20の放熱性を確保することができ、強制的に送風を行うためのファン等の送風機を取り付ける必要がなく、コストを削減できるとともに、メンテナンス労力を低減することができる。
Although the
Moreover, according to this structure, even if natural convection cooling is performed depending on use conditions, sufficient heat dissipation of the
以上、本実施形態によれば、電池パック10は、複数の電池セル20と、電池セル20の間に配置され、複数の電池セル20を挟んで組む、熱伝導率が高く、放熱性に優れた金属製の複数のセパレータ30を備え、セパレータ30が複数の凸部31を備え、凸部31と電池セル20が接触する部位には絶縁体33を備えた構成としたため、電池パックの放熱性を向上するとともに、絶縁性を確保することができる。
As described above, according to the present embodiment, the
次に、別の実施形態について説明する。
図4は、電池パック50の分解斜視図であり、図5は、電池セルの間に本実施形態のセパレータが配置されている状態を示す側面図である。
Next, another embodiment will be described.
FIG. 4 is an exploded perspective view of the
本実施形態において、上述した実施形態と同じ部材については同じ符号とし、詳細説明については省略する。
本実施形態においては、セパレータ60は、熱伝導率が高く、放熱性に優れ、軽量で安価な部材を凹凸を繰り返して折り曲げ、コルゲート状に形成されている。例えば、アルミニウムやアルミニウム合金などの金属で形成することができ、プレス成形などで形成することによって量産することが可能となる。この構成によれば、セパレータ60は、板金をプレス形成によって曲げ形成することができ、簡易に製造することができるとともに、放熱するための表面積を電池セル20の表面積よりも広げることができ、放熱性を向上することができる。
In the present embodiment, the same members as those in the above-described embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
In the present embodiment, the
また、セパレータ60は、図5に示すように、セパレータ60と隣り合う電池セル20とが接触する部位に絶縁体62が備えられ構成されている。絶縁体62は絶縁性の高い樹脂などで形成され、さらには、絶縁性と熱伝導性を両立した放熱絶縁材料で形成される構成とするのが好ましい。絶縁体62は、液状もしくはジェル状の絶縁塗料を刷毛などで塗布して備えられても良い。この構成によれば、電池セル20間の絶縁を維持することができ、安全性を確保することができる。
Further, as shown in FIG. 5, the
以上、本実施形態によれば、セパレータ60を、熱伝導率が高く、放熱性に優れたアルミニウムやアルミニウム合金などの板金部材を折り曲げて形成し、セパレータ60と隣り合う電池セル20とが接触する部位に絶縁体62を備えた構成としたため、電池パックの放熱性を向上するとともに、絶縁性を確保することができる。また、セパレータ60は板金プレス成形によって形成することができるため、生産性が良い。
As described above, according to the present embodiment, the
以上、実施形態に基づいて本発明を説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。本実施形態では、セパレータ30、或いは、セパレータ60を電池セル20の側面板21a、或いは、21bと同面積に形成し備える構成としたが、セパレータ30、或いは、セパレータ60をフレーム形状に形成し、電池セル20の側面だけではなく、上面と底面、さらに、電池セル20のコーナー部も覆う構成としてもよい。この構成によれば、セパレータの強度を増加させ、電池セル20の膨張に対向できるように備えることができるとともに、電池セルのコーナー部を覆う構成としたことで、電池セルの外部からの衝撃の耐性を増すことができる。
また、本実施形態では、電池セル20に設けられた出力端子5を断面が略L字形状となるように備え、隣接する電池セル20同士の出力端子5を積層し、ボルトで締結する構成としたが、これに限定されるものではなく、隣接する電池セルを金属製のバスバーで接続し、電池セルを直列接続する構成としても良い。
その他の細部構成等についても任意に変更可能であることは勿論である。
As mentioned above, although this invention was demonstrated based on embodiment, this invention is not limited to this. In the present embodiment, the
Further, in the present embodiment, the
Of course, other details and the like can be arbitrarily changed.
3 エンドプレート
4 締結冶具
5 出力端子
10 電池パック
20 電池セル
21 外装缶
21a 側面板
21b 側面板
22 上面
23 正極
24 負極
30 セパレータ
31 凸部
32 平板面
33 絶縁体
50 電池パック
60 セパレータ
62 絶縁体
DESCRIPTION OF SYMBOLS 3
Claims (6)
前記複数の電池セルの間に配置され、前記複数の電池セルを挟んで組む複数のセパレータとを備える電池パックであって、
前記セパレータが複数の凸部を持つ金属製であって、前記セパレータの前記凸部と、隣り合う前記電池セルとが接触する部位に絶縁体を配したこと、
を特徴とする電池パック。 A plurality of battery cells;
A battery pack comprising a plurality of separators arranged between the plurality of battery cells and assembled across the plurality of battery cells,
The separator is made of metal having a plurality of convex portions, and an insulator is disposed at a portion where the convex portions of the separator are in contact with the adjacent battery cells,
A battery pack characterized by
前記平板部に設けられた複数の凸部と、
を備えること、
を特徴とする請求項1に記載の電池パック。 A flat plate portion in which the separator is disposed in close contact with the battery cell;
A plurality of convex portions provided on the flat plate portion;
Providing
The battery pack according to claim 1.
を特徴とする請求項1または2に記載の電池パック。 The convex portions are arranged in a staggered manner,
The battery pack according to claim 1 or 2.
を特徴とする請求項1に記載の電池パック。 The convex part is formed by bending a metal member repeatedly with irregularities,
The battery pack according to claim 1.
前記電池パック用セパレータが、前記電池セルに密着配置される平板部と、
前記平板部に設けられた複数の凸部とを持つ金属製であり、前記セパレータの前記凸部と、隣り合う前記電池セルとが接触する部位に絶縁体を配したこと、
を特徴とする電池パック用セパレータ。 A battery pack separator disposed between a plurality of battery cells constituting a battery pack and assembled with the plurality of battery cells sandwiched therebetween,
A flat plate portion in which the battery pack separator is disposed in close contact with the battery cells;
It is made of metal having a plurality of convex portions provided on the flat plate portion, and an insulator is disposed at a portion where the convex portions of the separator are in contact with the adjacent battery cells,
A battery pack separator.
前記電池パック用セパレータが、金属製部材を凹凸を繰り返し曲げて形成され、
前記セパレータの前記凸部と、隣り合う前記電池セルとが接触する部位に絶縁体を配したこと、
を特徴とする電池パック用セパレータ。 A battery pack separator disposed between a plurality of battery cells constituting a battery pack and assembled with the plurality of battery cells sandwiched therebetween,
The battery pack separator is formed by repeatedly bending a metal member with irregularities,
Arranging an insulator at a portion where the convex portion of the separator and the adjacent battery cell are in contact with each other;
A battery pack separator.
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